JP4901869B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、色順次表示方式でカラー画像を表示し発光色が異なる複数の光源を備えた画像表示装置に関する。

従来から、カラー画像を表示する方法として、原色画像を順次表示する色順次表示方式がある。例えば、赤色、緑色、青色を原色とする場合において、一つの画像を各原色画像に分割した赤色画像、緑色画像、青色画像を順次に表示することにより、赤色、緑色、青色を原色としたカラー画像を表示することができる。このような色順次表示をする画像表示装置としては、マイクロミラーアレイを備えた光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を使ったプロジェクタなどが挙げられる。

従来のプロジェクタでは、超高圧水銀ランプが光源として広く使用されている。超高圧水銀ランプは白色光源であるが、ＤＭＤは時分割表示を行う素子であるため、白色光を原色である赤色、緑色、青色の光に分離する必要がある。光分離方法として一般的に用いられているのがカラーホイールを利用した方法である。図６に示すカラーホイール２００は、ガラス基板にダイクロイックフィルタが製膜されており、赤色透過領域（Ｒ）２０１、緑色透過領域（Ｇ）２０２、青色透過領域（Ｂ）２０３が、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを透過するように構成されている。このカラーホイール２００をモーターによって回転することにより、白色光を各色に時間的に分離することができる。

さらに、色順次表示方式において、表示する画像の明るさを向上する方法として、原色画像表示に加えて白色画像表示期間を設ける方法がある。図７に示すカラーホイールでは、図６に示したカラーホイール２００の構成に加えて白色光を透過する白色透過領域（Ｗ）２０４、すなわち透明な領域を追加している。これにより白色表示をした場合などにおいて明るい画像を得ることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２７３６７３号公報

しかしながら、図７に示すカラーホイール２０５においては、図６に示すカラーホイール２００に比べて赤色透過領域２０１、緑色透過領域２０２、青色透過領域２０３の扇形頂角の角度を、白色領域２０４が設けられる分だけ減少させる必要がある。すなわち、赤色、緑色、青色の表示時間（割合）が減少するため、赤色、緑色、青色の単色輝度が低下する。また、特許文献１に示す方法は、プレゼンテーション資料などのコントラストが高い画像を表示する場合には、白色の明るさが向上するため適しているが、写真画像などのグラデーションが多い画像を表示する場合には、特定の部分のみ明るさが向上してしまい、階調表示が劣化して画質が低下してしまうという問題がある。

また、一般に、映画などを鑑賞する場合には、色や階調などの画質が重視されるため、特許文献１に記載の手法は、映画鑑賞など色や階調を重視する場合に、単色表示の明るさが減少し、階調表示の劣化が生じるといった問題がある。

本発明は、上記の問題を解決することを目的とする。

本発明にかかる画像表示装置は、発光色が異なる複数の光源と、色順次表示を行う表示素子とを備え、光源の発光タイミングと、表示素子の単色画像を表示する期間とが異なる少なくとも第１表示方法および第２表示方法を有し、第１表示方法と第２表示方法とは、表示素子が表示する単色画像の色の種類が異なる。

本発明にかかる画像表示装置は、第２表示方法の単色画像の色の種類が、第１表示方法の単色画像の色の種類よりも多く、かつ、第２表示方法の単色画像の色は第１表示方法の単色画像の色を含み、第２表示方法での単色画像の少なくとも１つの期間で、光源が２種類以上の発光色の光を発する。

本発明にかかる画像表示装置は、第２表示方法において表示素子が表示する単色画像のうち、光源が発する発光色が１種類で、かつ、表示期間が最も小さい色において、その色に対応した発光色の光を発する光源の発光強度は、第２表示方法よりも第１表示方法の方が大きい。

本発明にかかる画像表示装置は、光源と表示素子とを制御する制御部を備え、制御部は第１表示方法と第２表示方法とを映像信号によって切り替える。

本発明の画像表示装置によれば、色分離手段の交換や物理的な可動部を必要とせずに、色順次表示の単色画像の種類を変更することが可能となる。

さらに、発光色が異なる複数の光源を同時に発光する期間を設けて明るい画像を得る方法と、単色の明るさや階調などが良好な画像を得る方法とを選択できる。

また、表示方法の種類によって発光強度を調整することにより、明るい画像を得ることが可能となる。また、入力される映像信号によって、光源と表示素子とを制御して表示方法を切り替えることにより、表示画像に適した表示方法が選択可能となる。

本発明の一実施の形態による画像表示装置の一構成例を示す図である。 各色の表示期間とＬＥＤの発光タイミングとの一例を示すタイミングチャート図である。 各色の表示期間とＬＥＤの発光タイミングとの一例を示すタイミングチャート図である。 各色の表示期間とＬＥＤの発光タイミングとの一例を示すタイミングチャート図である。 各色の表示期間とＬＥＤの発光タイミングとの一例を示すタイミングチャート図である。 従来のカラーホイールの概略構成例を示す図である。 従来のカラーホイールの概略構成例を示す図である。

符号の説明

１００ ＤＭＤ
１０１ Ｒ−ＬＥＤ
１０２ Ｇ−ＬＥＤ
１０３ Ｂ−ＬＥＤ
１０４ ダイクロイックミラー
１０５ ダイクロイックミラー
１０６ 投影レンズ
１０７ 制御部
２００ カラーホイール
２０１ 赤色透過領域
２０２ 緑色透過領域
２０３ 青色透過領域
２０４ 白色透過領域
２０５ カラーホイール

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態による画像表示装置について詳細に説明する。尚、各図における構成は、発明の特徴を理解しやすいように記載されており、実際の間隔や寸法を正確に反映したものではない場合がある。

図１は、本実施の形態による画像表示装置の概略構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態による画像表示素子は、ＤＭＤ１００を備えている。光源は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、赤色の光を発するＲ−ＬＥＤ１０１、緑色の光を発するＧ−ＬＥＤ１０２、青色の光を発するＢ−ＬＥＤ１０３が備えられている。各ＬＥＤ１０１・１０２・１０３から発せられた光は、青色の光を透過して緑色の光を反射する第１のダイクロイックミラー１０４と、青色と緑色の光を透過して赤色の光を反射する第２のダイクロイックミラー１０５と、によって反射または透過される構成を有している。

例えば、第１のダイクロイックミラー１０４は、ＬＥＤ１０３からの出射光を透過するとともに、ＬＥＤ１０２からの出射光を反射する。これらの透過光と反射光は第２のダイクロイックミラー１０５を透過する。第２のダイクロイックミラー１０５はＬＥＤ１０１からの出射光を反射し、上記透過光及び反射光とともに、ＤＭＤ１１０に入射する。この構成によって、各色ＬＥＤ１０１・１０２・１０３から出射され合成された光を例えば全反射ミラーで反射させてＤＭＤ１００に照射させることができる。制御部１０７から入力された画像情報信号に応じてＤＭＤ１００が変調した光は、投影レンズ１０６によって拡大表示される。尚、図１には示されていないが、照明レンズやロッドインテグレータなどの公知の光学部材を目的に応じて光路上に適宜配置することができる。各色ＬＥＤ１０１・１０２・１０３の発光およびＤＭＤ１００の表示は、制御部１０７によって制御され、図示しないＬＥＤドライバ、ＤＭＤドライバ、マイコンなどによって構成することができる。

図２および図３は、ＬＥＤの発光状態およびＤＭＤの表示状態の関係を時間軸に沿って示すタイミングチャート図であり、横軸が時間軸、縦軸が発光強度を示す軸である。図２は、ＤＭＤ１００が赤画像、緑画像、青画像によってカラー表示を行う場合の例を示す図である。図２に示すように、ＤＭＤ１００が赤色用画像である赤画像を表示している期間（ｔ１〜ｔ２まで）はＲ−ＬＥＤ１０１のみを発光させ、Ｇ−ＬＥＤ１０２とＢ−ＬＥＤ１０３とを非発光とする。次いで、ＤＭＤ１００が緑色用画像である緑画像を表示している期間（ｔ２〜ｔ３）は、Ｇ−ＬＥＤ１０２のみを発光させ、Ｒ−ＬＥＤ１０１とＢ−ＬＥＤ１０３とを非発光とする。さらに、ＤＭＤ１００が青色用画像である青画像を表示している期間（ｔ３〜ｔ４）は、Ｂ−ＬＥＤ１０３のみを発光させ、Ｒ−ＬＥＤ１０１とＧ−ＬＥＤ１０２とを非発光とする。このように、各色の発光期間を時間的に分離させている。

図３は、ＤＭＤが赤画像、緑画像、青画像および白画像によって表示を行う場合の例を示すタイミングチャート図である。ＤＭＤ１００が赤色用画像である赤画像を表示している期間（ｔ１１〜ｔ１２まで）は、Ｒ−ＬＥＤ１０１のみを発光させ、Ｇ−ＬＥＤ１０２とＢ−ＬＥＤ１０３とを非発光とする。ＤＭＤ１００が緑色用画像である緑画像を表示している期間（ｔ１２〜ｔ１３まで）は、Ｇ−ＬＥＤ１０２のみを発光させ、Ｒ−ＬＥＤ１０１とＢ−ＬＥＤ１０３とを非発光とする。ＤＭＤ１００が青色用画像である青画像を表示している期間（ｔ１３〜ｔ１４まで）は、Ｂ−ＬＥＤ１０３のみを発光させ、Ｒ−ＬＥＤ１０１とＧ−ＬＥＤ１０２とを非発光とする。ＤＭＤ１００が白色用画像である白画像を表示している期間（ｔ１４〜ｔ１５まで）は、Ｒ−ＬＥＤ１０１、Ｇ−ＬＥＤ１０２、Ｂ−ＬＥＤ１０３の全てを発光させることで白色画像を生成する。

本実施の形態による画像表示装置の１つの特徴は、図２に示すＲＧＢ表示制御と図３に示すＲＧＢＷ表示制御とを、制御部１０７によって切り替え可能としたことである。このように、赤色、緑色、青色での表示と、赤色、緑色、青色、白色での表示とを選択（切り替え）できるように構成し、入力される画像の種別等に応じて適切な表示を行う。そのために、制御部において、ＤＭＤの表示色の種類およびタイミングを切り替えるとともに、ＬＥＤの発光タイミングおよび発光強度を切り替える制御を行う。

ところで、背景技術で説明したように、カラーホイールにより色分離を行うと、例えば図２に示した方法にカラーホイールを適用して画像表示装置を構成すると、それが固定的な構成となり、図３に示す方法に切り替えることは難しい。一方、図３に示した方法で画像表示装置を構成すると、赤色、緑色、青色の表示に切り替えること自体は可能だが、白色表示時の時間は表示を行わないことになるため、画像が暗い表示となってしまう。

また、カラーホイールを切り替えて図２と図３との方法を切り替えることも考えられるが、実際には、カラーホイールを２種類用意する必要があるためコスト高くなり、さらに、大きな可動部分や広い可動空間を備える必要があるため、画像表示装置が大きくなってしまうという問題もある。

これに対して、本実施の形態による画像表示装置では、図１に示すように、異なる発光色を有する複数の光源を有する構成とすることで、カラーホイールなどの色分離手段を備える必要がなく、ＤＭＤの表示とＬＥＤの発光とを制御することにより、複数の表示方法を切り替えることができるという点が重要である。例えば、プレゼンテーションを行う場合には、単色の明るさや階調よりも白色の明るさが重要となるため、図３に示した方法で表示を行うのが好ましい。また、映画を鑑賞する場合は、単色の明るさや階調が重要となるため、図２に示した方法で表示を行うのが好ましい。

図２と図３との切り替えの詳細について説明する。図３に示した赤色、緑色、青色、白色で表示する方法から、図２に示す赤色、緑色、青色で表示する方法へ切り替える場合に、図２では図３で白色表示に使っていた時間を、図３の赤色、緑色、青色に使っていた時間の比に基づいて赤色、緑色、青色の時間にそれぞれ割り当てる。この割り当て方法により、ＬＥＤの発光強度を変更することなく白色点を維持することが可能となる。すなわち、各発光色のＬＥＤの発光強度を、マイコンなどにより表示方法によって識別して記憶しておく必要がないため、画像表示装置の構成を簡略化することができる。

尚、ＬＥＤの発光効率は、発光色によって異なるため、表示期間の長さが発光色により異なるように構成される。また、ＤＭＤの表示期間は、マイクロミラーで階調表現をするために時間的制限が存在する。最も明るい画像を得る最適な各色の表示期間は、ＬＥＤの発光強度を最大として、白色点が所望の値となるように各色の表示期間を設定するのが好適である。しかしながら、時間的制限により緑色の表示期間を大きくして青色の表示期間を小さくする構成が設定できない場合には、ＬＥＤの発光強度を調整して白色点を合わせる必要がある。

例えば、赤色、緑色、青色、白色で表示する方法において、時間的制限のためにＢ−ＬＥＤの発光強度が点線で示される最大強度よりも小さい場合は、図４のようになる。すなわち、青色の表示期間（ｔ２３〜ｔ２４）を図４の期間以上に小さくすることができないという時間的制限があるため、Ｂ−ＬＥＤの発光強度を最大発光強度よりも小さく設定している。

図４の方法で表示している状態から赤色、緑色、青色での表示へ切り替えるときには、図５に示すようにすると良い。図５では、青色の表示期間（ｔ３３〜ｔ３４）を図４のときと同じ長さの期間に設定しておき、赤色および緑色の表示期間（ｔ３１〜ｔ３２、ｔ３２〜ｔ３３）を図４の場合（ｔ２１〜ｔ２２、ｔ２２〜ｔ２３）よりも長くする。図５における各色のＬＥＤの発光強度は、赤色と緑色との発光強度は図４と同じとしているが、青色の発光強度は点線で示すレベルまで大きくしている。このように青色の発光強度を大きくすることにより、画像の明るさを大きくすることができる。従って、各色の表示期間の比で白色表示期間を赤色、緑色、青色の表示期間に割り当てるよりも、効率の良い明るい画像を得ることができる。

本実施の形態では、白色表示期間のＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの各発光強度を、赤色表示期間、緑色表示期間、青色表示期間の各色ＬＥＤの発光強度と同じ強度として図示しているが、各ＬＥＤの発光強度は、所望の白色点にするために任意の強度にすることができる。すなわち、各ＬＥＤの発光強度が異なる値であっても本発明を適用することが可能である。

また、赤色、緑色、青色で表示する方法と、赤色、緑色、青色、白色で表示する方法について説明したが、例えば赤色のＬＥＤと緑色のＬＥＤとを同時に発光させて黄色とし、赤色、緑色、青色、黄色で表示する方法を利用することができる。また、赤色、緑色、青色の光を発するＬＥＤに加え、シアンやアンバーなどの他の色の光を発する光源を加えた多原色表示にも本実施の形態による技術を適用することができる。

例えば、映画などを鑑賞する場合には多原色表示をするように赤色、アンバーの表示、光源制御を行い、プレゼンテーションなどを行うときには、赤色とアンバーとを同時に発光させ、それに対応した表示になるように制御して表示方法を切り替える。

さらに、入力される映像信号の種類によって表示方法を切り替えるようにすると好適である。パーソナルコンピュータからの入力である場合にはプレゼンテーションに適した表示方法とし、ＤＶＤプレーヤーからの入力である場合には映画に適した表示方法とする。

例えば、画像表示装置にＤＶＩ端子やＤ−ｓｕｂ端子から映像信号が入力された場合にはパーソナルコンピュータからの入力と判断し、Ｓ端子やＤ端子から映像信号が入力された場合にはＤＶＤプレーヤーからの入力と判断することができる。これにより、映像信号による表示方法の切り替えが容易に実現できる。

このように、入力の種別に依存させて制御を行えば、映像信号を画像表示装置に入力するだけで明るさや階調などに関して適切な表示方法による画像表示処理が可能となるという利点がある。また、画像表示装置内のメモリに、複数の異なる種別に適した表示制御方法を記憶させておき、シネマモード、プレゼンテーションモード、ゲームモードなどに合わせて外部からの信号（例えばリモコンの設定信号）によって切り替えるようにすることで画像鑑賞者の好みに合った表示が容易に選択することができる。映像種別を検知する検知部が設けられていても良い。映像種別は、例えば、映像の種別情報やタイトルなどにより検知することが可能である。

本実施の形態では、表示素子がＤＭＤである場合について例示的に説明したが、色順次表示方式で画像表示を行う液晶パネルやＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの表示素子にも本実施の形態による表示制御技術を適用することができる。また、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いた例について説明したが、例えばレーザー光源など、特定色の光を発する光源を利用することができる。また、各色の光量の制御方法としては、ＤＭＤの場合には印加電流を制御する方法が好適であるが、透過型液晶やＬＣＯＳを用いる場合には発光時間を制御する方法でも光量を制御することが可能である。

以上に説明したように、表示素子の各色の表示期間と、各光源の発光タイミングと、を制御することにより、効率の良い明るい画像を得ることが可能な画像表示装置を提供することができる。

本発明は、画像表示装置に利用可能である。

Claims (1)

1. 発光色が異なる複数の光源と、該複数の光源からの光に基づいて色順次によりカラー表示を行う表示素子と、を備え、
   前記表示素子は、光の反射方向を制御して時間的に階調を表現する複数のマイクロミラーを備え、前記光源の発光強度と、前記光源の発光タイミングと、前記表示素子の各色の表示期間とを制御する制御部を有する画像表示装置であって、
   前記制御部は、前記光源の発光強度および／または発光タイミングと、前記表示素子の各色の表示期間とが異なる第１表示方法と第２表示方法とを切り替え可能であり、
   前記第２表示方法は、前記第１表示方法よりも単色画像の色の種類が多く、かつ、前記第１表示方法における単色画像の色を含み、前記第２表示方法での単色画像の少なくとも１つの期間で、前記光源が２種類以上の発光色の光を発し、
   前記第１表示方法において、各色の発光強度を最大として、白色点が所望の値となるように各色の表示期間を設定しており、
   前記第２表示方法において、表示期間がマイクロミラーで階調表現をするための時間的制限と同じ長さとなる色であって、光源が発する発光色が１種類である単色画像の色の強度を、白色点が前記所望の値となるように前記の最大の発光強度より小さくすることを特徴とする画像表示装置。

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