JP5995292B2 - 投写型表示装置および投写表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、投写型表示装置に関し、特に発光素子を用いて光量が所望のホワイトバランスとなる光量比に調整される投写型表示装置に関する。

映像や画像を大画面で楽しめる表示装置として、投写型表示装置が知られている。従来の投写型表示装置は、以下の手順で拡大表示を行うことが主流であった。

光源からの白色光をダイクロイックミラーなどの色分離手段にて赤色光、緑色光、青色光に分離し、分離した単色光を液晶デバイスやＤＭＤなどの光変調素子にて変調する。

各色の変調画像を、クロスダイクロイックプリズムなどの色合成手段にて色合成を行ってカラー映像を作る。

作成したカラー映像を投写レンズなどの投写光学系を用いてスクリーン等に拡大表示を行う。

従来、光源としては高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプが用いられていたが、近年ＬＥＤや半導体レーザなどの半導体発光素子を光源として利用することが提案され、実用化されつつある。

これらの発光素子は、放電ランプと比べて熱線や紫外線の成分を含まず、点灯制御が簡単で、応答速度が速く、破裂の不安がなく、長寿命であるといった利点を有する。

また、発光素子は赤色、緑色、青色のカラー映像をつくる３原色の単色発光が可能であるので、色分離をする必要がないことも含めて投写型表示装置の光源としては好適な光源である。

発光素子は、銀ペーストやボンディングワイヤー、スタッドバンプなどによって基板やリードフレームに機械的、電気的に接続・実装され、エポキシ樹脂やシリコンジェルなどの封止材で封止保護される。

また、この封止材は、１．５前後の屈折率を有するので、封止材中に発光素子を入れることにより、発光素子界面にて発光層から発せられた光の全反射が低減され、光の取り出し効率を高める効果もある。

発光素子は発光色によって用いられている発光材料が異なり、一般に紫外〜緑色の波長領域ではＧａＮ系の化合物半導体が多く用いられ、黄色〜赤色の波長領域では４元材料と呼ばれるＡｌＧａＩｎＰ系や、ＧａＡｓ系の化合物半導体が多く用いられる。

発光素子は光と共に多くの熱を発し、発光量を増やすためにより多くの電流を流すとより高温となってしまう。発光素子の発光効率には、温度依存性があり、一般にジャンクション温度が高温になると発光効率は低下する。そしてこの温度依存性は材料により異なり、例えば赤色発光素子は温度依存性が大きく、緑色発光素子は小さく、青色発光素子はほとんど温度の影響を受けない。

上記のように発光色により発光材料が異なるので、高温下での発光光量の低下する度合いが発光色によって異なる。従って投写型表示装置の環境温度が変化すると、発光素子のジャンクション温度も変化するため、各色光の光量比が変化してしまう。すなわち所望のホワイトバランスを維持することが困難であった。

また、発光素子は、経時変化による光量の低下度合いが発光色によって異なるという問題を有している。紫外領域や青色などの短波長を発する発光素子においては、赤色などの長波長を発する発光素子と比較すると封止材が黄変しやすく、黄変によって透過率が低下するので、封止材を通して出てくる光量が低下する。

また、発光色によって長期使用による光量の低下度合いが異なるので、投写型表示装置に必要な白色をつくるための所望のホワイトバランスの投写映像を長期間維持することが困難であった。

図１は、特許文献１（特開２００７−６５０１２号公報）に開示される投写型表示装置の光学系の構成を示す模式的構成図である。

図１において投写型表示装置１００１の光学系１０５１は、Ｒ（赤）色光源１０１０Ｒ、Ｇ（緑）色光源１０１０Ｇ、Ｂ（青）色光源１０１０Ｂ、色合成手段１０１１、光変調素子１０１４、投写光学系１０１６、受光素子１０１７を有する。

各光源１０１０Ｒ、１０１０Ｇ、１０１０Ｂと光変調素子１０１４は制御部１１００により制御される。発光素子を用いたＲ色光源１０１０Ｒ、Ｇ色光源１０１０Ｇ、Ｂ色光源１０１０Ｂから出射した単色光は、色合成手段１０１１によって同一の光路に合成され、偏光板１０１３へ入射する。図示されていないが、偏光板１０１３の手前に偏光ビームスプリッタアレイとλ／２位相差板による偏光統一手段が挿入されている。

偏光統一手段により、一方向の直線偏光光のみが偏光板１０１３を透過して光変調素子１０１４へ入射する。この例では、単板の光変調素子を使用した光学系であるので、赤、緑、青の３原色を順次点灯し、光変調素子１０１４にて変調された各色の光を時間的に合成することでフルカラー画像を得るＦＳＣ（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ）表示方式を採用している。光変調素子１０１４において、入射した直線偏光光の偏光方向が表示する画像に対応して制御され、検出部１１０２と投写光学系１０１６とを通して図示していないスクリーンなどへ画像が投影される。

光変調素子１０１４の入射側には偏光板１０１３、出射側には偏光分離手段１０１５が配置され、光変調素子１０１４には単一の液晶デバイスが用いられる。偏光分離手段１０１５には偏光ビームスプリッタなどが用いられ、入射光に対して４５°傾いたダイクロイック膜からなる偏光分離面１０３０を有し、一方の偏光方向の直線偏光光を透過させ、偏光方向が直交する他方の直線偏光光を反射する機能を有する。

図１においては、紙面に平行な偏光方向の直線偏光光（以下、Ｐ偏光光とする）を透過し、紙面に垂直な偏光方向の直線偏光光（以下、Ｓ偏光光とする）を反射する構成となっている。破線の矢印で示されるように、偏光分離手段１０１５を透過した透過光１０２０ＡであるＰ偏光光の光路上には投写光学系１０１６が配置され、光変調素子１０１４によって変調された光を図示していないスクリーン等へ投影する。また、実線の矢印で示されているように、偏光分離手段１０１５の偏光分離面１０３０で反射された反射光１０２０ＢであるＳ偏光光は受光素子１０１７へ入射する構成となっている。受光素子１０１７には、光の強度を電気的な量に変換するフォトダイオードやフォトトランジスタなどを用いることができ、これらの偏光分離手段１０１５と受光素子１０１７とは検出部１１０２としての機能を有する。制御部１１００は、Ｒ色光源１０１０Ｒ、Ｇ色光源１０１０Ｇ、Ｂ色光源１０１０Ｂを駆動する機能と、光変調素子１０１４と受光素子１０１７とを制御する機能を有するもので、ＲＧＢの各色光源の照度を検出し、その結果を制御部１１００へ帰還することによって、制御部１１００はホワイトバランスを所望の値に維持すべく各色光源の電力を制御する。

しかし、特許文献１の表示装置では、発光素子の経時変化による発光効率の低下については対応できるが、発光素子の温度依存性は考慮されておらず、環境温度が変化したときにホワイトバランスを維持することができないといった問題を有している。

特開２００７−６５０１２号公報

赤色、緑色、青色の３原色のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）や半導体レーザを用いて色合成を行い、光変調素子を用いた投写型表示装置の光源は、上述のように発光色によってジャンクション温度による発光効率の低下や長時間使用による光量の低下度合いが異なる。

その理由は、発光素子の材料が異なることおよび発光素子を封止保護している封止材が、長期使用していると特に青や紫外領域の短波長の光によって変色して透過率が低下するので、封止材を通して出射する光量が低下するためである。また、発光波長に対応して異なる化合物半導体の発光材料が用いられているので、長期使用による、特に高温下での発光量の劣化度合いが発光色によって異なるためである。

以上の理由によって、ジャンクション温度の変化による発光効率の変化や、経時変化における発光素子の明るさの変化が発光色によって異なるので、表示画像の３原色によるホワイトバランスが変わってしまい、最適なホワイトバランスの画像を維持することができないという課題があった。

また、複数の発光素子を用いた光源では、同じ発光色でも発光素子の個体によって明るさの変化の割合が異なるので、前述の理由と同様に表示画像のホワイトバランスが変わってしまうという課題があった。

本発明の目的は、表示装置の環境温度が変化しても、また複数色の発光素子における各色の光量が発光素子の劣化や故障によって変化しても、表示画像の最適なホワイトバランスを保つことができて、高品位な画質が得られる投写型表示装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置は、複数の光源部を備える投写型表示装置であって、
前記複数の光源部のそれぞれに対応して設置された複数の光センサーと、
前記複数の光センサーの出力に応じて対応する光源部の光量を制御し、前記複数の光源部から出射される光量比を一定に保持する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記複数の光源部の光量を異なる周波数で制御し、
前記複数の光源部からの電磁妨害波のスペクトラムが異なる。

本発明の投写表示方法は、複数の光源部を備える投写型表示装置で行われる投写表示方法であって、
前記複数の光源部のそれぞれに対応して複数の光センサーを設置し、
前記複数の光センサーの出力に応じて対応する光源部の光量を制御するとともに、前記複数の光源部の光量を異なる周波数で制御して前記複数の光源部からの電磁妨害波のスペクトラムが異なるようにし、
前記複数の光源部から出射される光量比を一定に保持する。

本発明は、各色において、個々の発光素子の明るさが温度や経時変化によって変化しても、それらの発光素子から出射した光の強度をモニタすることが可能な構成としているので、光量制御部によって赤色光、緑色光、青色光の駆動条件を最適なホワイトバランスとなるように変更することができるため、次のような効果がある。即ち、
１）ジャンクション温度の変化、個体差、経時変化や駆動条件によって各色光源の明るさが変化しても、ホワイトバランスや色再現範囲を維持することができる。
２）白色の色度座標や三原色の色度座標を所定の映像規格に合わせることができる。
３）映像信号に応じてホワイトバランスや色再現範囲を保ったまま、表示画像を明るくしたり、節電のために暗くしたりできる。

従来の投写型表示装置の光学系の構成を示す模式的構成図である。 本発明による投写型表示装置の第１の実施形態の構成図である。 本発明による投写型表示装置の第１の実施形態の光学系の構成を示す模式的構成図である。 映像信号と、各色の光源の点灯時間および各色の光センサーがそれぞれの光源の照度を測定するタイミングを示した図である。 ＲＧＢのＬＥＤのジャンクション温度と照度の関係を示した図である。 本発明による投写型表示装置の第２の実施形態の構成図である。

本発明による投写型表示装置は、赤、緑または青の色光を発する発光素子からなる光源と、液晶デバイスを用いた光変調素子と、光センサーと、光量制御部と、光源の冷却手段とを有し、光センサーにてそれらの発光素子から発せられた光量を測定し、光量制御部によって赤、緑、青各色の発光素子の光量を比較して調整することにより各色のホワイトバランスを保つので、発光素子のジャンクション温度の変化や、発光素子が長期間の使用によって劣化し光量が低下しても、最適なホワイトバランスの表示画像を維持することが可能となることを特徴とする。なおここでホワイトバランスとは、白色を表示するための赤、緑、青各色の発光素子の光量の比率（バランス）を意味する。

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明による投写型表示装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。

映像信号処理回路１は、様々な周波数・解像度の映像信号を受信し、光変調素子に適した周波数・解像度に変換するスケーリング回路や、水平・垂直同期信号を受信し、表示装置の各部に必要なタイミング信号の作成や、映像信号のＡＰＬ（Average Picture Level）やヒストグラム等の検出回路から構成されている。

映像信号処理回路１の出力はＬＵＴ（Look Up Table）２に出力され、ＬＵＴ２において液晶デバイスの電圧−透過率特性の補正やガンマ補正、カラー・スペース・コンバーター等の各種色調整が行われる。

液晶駆動回路３は、ＲＧＢに対応して設けられた複数の光変調素子１４を駆動する。これらは３板式液晶プロジェクタの一般的な回路と同等なため、詳細な説明は省略する。

ＣＰＵ４は、映像信号処理回路１、ＬＵＴ２、液晶駆動回路３等を制御するとともに、セット内温度センサー５の出力を監視する。またＣＰＵ４は、光量制御部６を制御する。

冷却制御部７は、ＲＧＢ各色の光源の近傍にそれぞれ設けられた温度センサー１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの出力を受付、各出力に応じて予め定められた電力をＲＧＢ各色の光源をそれぞれ冷却する冷却手段１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに供給する。

セット内温度センサー５は、表示装置の筐体内に設置されるもので、例えば光変調素子の近傍に設置される。このとき各色の光変調素子の近傍にそれぞれ個別の温度センサーを配置してもよい。ＣＰＵ４は、それらの検出温度の平均を取ってもよいし、適宜重み付けをしてもよい。

セット内の温度は、表示装置に電源を投入し、熱的平衡状態となったあとは、表示装置の消費電力が一定のときは、表示装置を取り巻く環境（外気）温度に強い相関がある。すなわち、外気温度が上昇するとセット内温度センサー５の検出温度も上昇する。表示装置の製造時に外気温度とセット内温度を採取して校正を行えば、温度センサーの個体差等を補正することができる。

また、温度センサーを筐体内部ではなく、筐体外部に設置して、直接外気温度を検出してもよい。ここでは筐体内部の１箇所に設置している。

図３は本実施形態の投写型表示装置の模式的構成図である。図３では本発明と直接関係のない投写型表示装置の構成の記載を省略している。

本実施形態の投写型表示装置は、Ｒ色（赤色）光源１０ＲとＧ色（緑色）光源１０ＧとＢ色（青色）光源１０Ｂとを有し、各色の光源に近接してそれぞれの光源用の温度センサー１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを備え、さらに各色の光源の近傍には、漏れ光を検出する光センサー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂが配置されている。

次に、本実施形態の投写型表示装置の動作について説明する。図３において、発光素子を用いた単色光を発するＲ色光源１０Ｒ、Ｇ色光源１０Ｇ、Ｂ色光源１０Ｂから出射したそれぞれの光は、各色の集光レンズ１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ、各色の照明光学系１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを経て、各色の光変調素子１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂで変調され、色合成手段１１で合成される。色合成手段１１にはクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーなどが用いられる。

色合成手段１１を通過した光は、投写光学系１６を介して図示しないスクリーン等の投写面に投写される。

各光源の近傍に配置された光センサー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、光変調素子を直接照射しない漏れ光を検出する。漏れ光は、光変調素子を直接照射する光の強度と強い相関があるため、漏れ光を検出することによって、光変調素子を直接照射する光量を検出することが可能である。表示装置の製造時に、データを採取し、校正することによって発光素子の個体のばらつきを補正することが可能である。また１色の光源に複数の発光素子を使用する場合であっても、それらの合成光の光量を測定対象とすることによって発光素子の個体差を吸収することが可能である。

光量制御部６は、各色の光センサー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの出力に応じて、各色の光源駆動回路８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを制御することにより、各色の光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの出力を調整して所望のホワイトバランスを得ている。光源の出力の調整は電流値を制御してもよいし、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御でもよい。本実施形態ではＰＷＭ制御の例を説明する。

光源をＰＷＭで制御する場合、光センサーには、高精度の光量測定が可能な電流−周波数変換型光センサーを使用することが望ましい。これはフォトダイオードによって受光した光の強度を電流に変換し、さらに電流を周波数に変換し、固定周波数のクロックで所定期間のパルス数をカウントして照度を求めるものである。このタイプの光センサーは所定期間の光量あるいは平均照度を求めるのに適している。

光源の光量をＰＷＭ制御するとき、一般にはＰＷＭの周期を映像信号のフレームと同期させることが多い。ＰＷＭの周期と映像信号のフレームが同期していると、フレーム毎の各色の光量は一定に制御することができる。しかし発光素子の駆動には高い電力が必要なため、ＰＷＭ駆動の変化点では大きな電磁妨害波が生じる。このため各色のＰＷＭの周期が同一で、かつフレームに同期しているとＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）の観点から不利となる。各色のＰＷＭ周期が同一とは、各光源の駆動回路のスイッチング周波数が同一であることを意味し、ＥＭＩ的には電磁妨害波のスペクトラムが重畳されるためである。

本実施形態では、上記電磁妨害波の不要輻射を低減するために、各色の光源の駆動用ＰＷＭ周期をそれぞれ別々にしている。このため、各色のＰＷＭ周期は映像信号のフレームとも非同期としている。

このように各色の駆動用ＰＷＭ周期を別々にすると、駆動回路のスイッチング周波数が異なるため、電磁妨害波のスペクトラムが重ならず、ＥＭＩのピークが下がるという効果がある。

なお、映像信号のフレームと光源駆動のＰＷＭ周期が非同期であるということは、光源変調素子のフレーム更新と照明光の光量制御とが非同期になるということであり、投射画像の色再現性を劣化させてしまう。しかしながら、同期誤差はＰＷＭ１周期以内に抑えることができるので、ＰＷＭ周期を短くすることによってフレーム周期に対する誤差の時間比率を低減することができ、色再現性の劣化は軽減できる。

また、少なくとも一色のＰＷＭ周期は映像信号フレームと同期させてもよい。例えば、視感度の高いＧ色光源のＰＷＭ制御を映像信号のフレームに同期させると、光変調素子のフレーム更新と照明光の光量制御が同期するので、特に動画の投射画像の色再現性の劣化を抑えつつ、ＥＭＩを低減することができる。

更には、光源駆動のＰＷＭ周期を互いに異ならせつつ、全色とも映像信号のフレームに同期させてもよい。例えば、映像信号のフレーム周波数６０Ｈｚの場合、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色光源駆動のＰＷＭ周期をそれぞれ、５×６０Ｈｚ、６×６０Ｈｚ、７×６０Ｈｚのように、映像信号のフレーム周波数の整数倍にしつつ、互いの基本周波数を異ならせることができる。但し、一致する逓倍成分があるので、その成分はＥＭＩの改善程度は低下してしまう。

このように、映像信号のフレームに各色光源駆動を同期させるかどうかはＥＭＩの改善程度と色再現性の劣化程度のトレードオフである。

各色の光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにはそれぞれ冷却手段１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが設けられている。冷却手段１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの具体例としては、例えば空冷ファンやポンプを利用した液冷システムやペルチェ素子等が考えられ、これらをそれぞれ適宜選択可能である。

本実施形態では、各色の光源に近接して設置された各色の温度センサーの検出出力に応じて所定の電力をそれぞれの冷却手段に出力する構成となっている。

温度センサー１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは各光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに近接して設置されているので、その検出出力はそれぞれの発光素子のジャンクション温度と強い相関を有している。表示装置の製造時にデータを採取して校正することによって温度センサーのばらつき等を補正することが可能である。

また、温度センサーから発光素子のジャンクションまでの熱抵抗を予め求めておき、発光素子の消費電力を随時求めることによって、発光素子のジャンクション温度を随時求めるようにしてもよい。
発光素子のジャンクション温度（℃）＝温度センサーの温度（℃）＋温度センサーから発光素子のジャンクションまでの熱抵抗（℃／Ｗ）×発光素子の消費電力（Ｗ）

各色の光源にそれぞれ複数の発光素子を使用するときは、各発光素子のそれぞれの近傍に温度センサーを設置することが望ましい。

次に、図２を参照して各色の光量の調整方法について説明する。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の各色度座標が分かっている場合、混色光の色度座標を決めると、制御すべき各色光源の光量比が決まる。

例えば、CIE(Commission Internationale de l'Eclairage) 1931 標準表色系による色度座標（ｘ，ｙ）が、
Ｒ色光で（0.698，0.302）、Ｇ色光で（0.194，0.706）、Ｂ色光で（0.141，0.046）の場合に混色光で（0.3127，0.329）としたいとき、Ｒ色光の光量：Ｇ色光の光量：Ｂ色光の光量＝25.5：68.9：5.61という比率にすればよい。

また、各色光源の光量比を測定すると、混色光の色度座標が算出できる。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の色度座標は、光源の仕様によって固定としてもよい。光源個体差を考慮したければ、光源毎に色度座標を測定して計算に反映させればよい。駆動電流などの光源駆動条件による発光色の色度座標のずれを考慮したければ、予めデータを記憶して駆動条件に応じて計算に反映させればよい。

以降、説明を簡単にするために、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光源の発光色の色度座標は固定とする。ここで各色の光量比とは、所定期間内の各色の投射光量比と強い相関性を有する、各色の光センサーで測定される所定期間内の光量比（あるいは所定期間内の平均照度比）を意味する。一方、光源全体に投入する電力は各色のＰＷＭのデューティーによって決定される。ＣＰＵ４は、所望のホワイトバランスを得る各色の光量比を求め、所望の白色輝度から各色の所定期間内の光量（あるいは所定期間内の平均照度）の絶対値（目標光量）を決定して、光量制御部６に制御指令を出す。

光量制御部６は、各色の光センサー１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの各出力を検出し、各色の測定光量をそれぞれの目標光量と等しくなるように各色の光源駆動回路８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに対して負帰還を掛けてＰＷＭのデューティー比を制御する。このため、一度ホワイトバランスと輝度を設定すると、発光素子のジャンクション温度の変化や経時変化によらずホワイトバランスは所望の値に維持される。

ホワイトバランスを維持したまま輝度を調整する場合は、ＣＰＵ４は各色の光量比を変えずに各色の目標光量をそれぞれ変更する。逆にホワイトバランスを調整したいときは、ＲＧＢの光量比を調整する。

次に光センサーによる照度の測定および光量制御について詳細に説明する。図４は各色の発光素子の点灯時間と、各色の光センサーの照度測定期間を表した模式図である。ここでは例として光センサーの照度測定期間を各色のＰＷＭ周期の３周期としている。

前述の通り、各色のＰＷＭ周期は映像信号と同期しておらず、さらに各色のＰＷＭ周期は同一ではない。ＰＷＭ周期が映像信号に同期していないとは、ＰＷＭ周期の整数倍が映像信号の１フレーム期間（Ｖｓｙｎｃの立ち下がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの期間）と一致しないことを意味する。図４では、ＲＧＢの順でＰＷＭ周期が長くなっている。例えば表示装置の電源投入時に、垂直同期信号と各色のＰＷＭ駆動を一度だけ同期を取るように初期化を行う。

各色の光センサーは、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）の立ち下がりエッジから最初のＰＷＭの立ち下がりエッジを待って照度測定を開始する。図４では、各色それぞれ３周期に渡って照度を測定している。各色の照度測定は各色のＰＷＭに同期させて行う。

光量制御部６は、各色の照度測定が終了したら、その測定結果に基づいて次のフレームに間に合うように各色の光量比を維持しながら光源駆動回路８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを制御する。すなわち、各色の現在のフレームにおける照度を測定し、その結果を次のフレームに反映させる。そして必要があれば、次のフレームではＰＷＭのデューティーを変更する。この照度測定のフレームと光源の光量制御のタイミングの差は少ない方が望ましく、ここでは１フレームとしている。

映像信号のフレーム周期と各色の発光素子のＰＷＭ周期が同期していないため、各色の光量の変化タイミングはフレーム期間と一致せず、フレーム毎にずれが生じる。このことはフレームによって各色の明るさの誤差となりうる。しかし、この誤差は静止画に対してはほとんど影響を与えない。人間の視覚特性上、積分されて明るさの誤差を検知できないからである。動画の場合は明るさの誤差よりも映像自体の変化の方が視覚的に支配的なため、やはり問題とはならない。

映像信号の内容によって光源の明るさを変更する場合（いわゆる適応調光）は、ＡＰＬやヒストグラムによって光源の明るさを調整するので、たとえば１フレーム毎に明るさを急激に調整する等など高速に動作させる必要はなく、例えば１秒から数秒程度に渡ってゆっくりと明るさを変化させればよいので、問題とはならない。

一方、照度測定は各色のＰＷＭに同期させて行うので、フレームによる明るさの誤差はホワイトバランス調整には影響を与えない。

次に発光素子のジャンクション温度による影響について説明する。図５はＲＧＢ３色のＬＥＤのジャンクション温度と正規化照度の特性を表した図である。図５（ａ）は赤色ＬＥＤの特性を、図５（ｂ）は緑色ＬＥＤの特性を、図５（ｃ）は青色ＬＥＤの特性をそれぞれ表している。

前述したとおり、ＬＥＤはその発光波長によって材料が異なる。従って材料の物理特性によって照度の温度依存性が異なる。正規化照度とは、ある温度の照度を１００％としたときの相対的な照度を意味する。

ＬＥＤの温度特性の傾向について一例を挙げると、図５（ａ）のように、赤色ＬＥＤではジャンクション温度がＴ１℃（例えば４０℃）のときの照度を１００％とすると、５０℃上昇すると５０％以上低下してしまう。すなわち赤色ＬＥＤは照度の温度依存性が高い。一方、緑色ＬＥＤの場合は、ジャンクション温度Ｔ１（例えば４０℃）のときの照度を１００％とすると、５０℃上昇すると１０％程度低下する。青色ＬＥＤの場合は、ジャンクション温度による照度の変化はほとんどない。このため赤色ＬＥＤのジャンクション温度が上昇するほど赤色ＬＥＤの照度が低下し、ホワイトバランスを維持することが困難となる。ＬＥＤの照度は駆動電力に概ね比例するが、温度依存性によって照度が低下すると、さらなる電力の投入が必要となる。ジャンクション温度は投入電力にも依存するため、冷却手段もさらなる電力投入が必要となり、表示装置全体としての消費電力が増大してしまう。この消費電力の増大は、必ずしも輝度の増大やホワイトバランスの維持といった表示装置としての性能に寄与せず、省エネルギーという社会の要請に反する結果となってしまう。

通常は標準的な環境（例えば外気温度＝２５℃）において、最大輝度のときに赤色ＬＥＤのジャンクション温度が所定の温度を超えないように赤色ＬＥＤの冷却手段１８Ｒに供給する電力を定めてある。ＣＰＵ４はセット内温度センサー５の検出温度を常に監視しており、筐体内部の温度は外気温度と強い相関がある（例えば筐体内部温度＝外気＋２０℃等）ため、外気温度の変化を検出することができる。外気温度が上昇したと判断したときは、ホワイトバランスを維持したまま（すなわちＲＧＢの光量比を維持したまま）、各色のＰＷＭデューティー比の絶対値を下げる旨の指令を光量制御部６に出す。すなわち、前述したホワイトバランスを維持したまま、輝度を下げる動作と同様に光量制御部を制御する（例えば外気温度が１℃上がる度に各色のデューティー比の絶対値を３％ずつ下げる等）。

一度外気温度が上昇し、これにより輝度を低下させた場合、空調等により外気温度が下降したときには元の状態に復帰させることができる。また、標準環境よりも外気温度が低いときは、所望の輝度および所望のホワイトバランスを標準環境のときよりも少ない消費電力で実現することができ、便宜である。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６は本発明による投写型表示装置の第２の実施形態の構成図である。

本実施の形態では第１の実施の形態の冷却制御部７の構成が異なっているだけでその他の構成や動作は同じなので、同じ構成については図２と同じ符号を付して説明を省略する。また光学系の構成は図３と同一である。

第１の実施形態では、冷却制御部７は各色の温度センサー１５ＲＧＢの検出温度に従って予め定められた電力を各色の冷却手段１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに供給している。例えば赤の光センサー１７Ｒの検出結果によって赤のＰＷＭデューティーが増加した場合、赤の発光素子の照度が増加する。照度が増加すると赤の発光素子のジャンクション温度は増加するため、赤の温度センサー１５Ｒの検出温度が高くなる。冷却制御部７は、新たな検出温度に対して予め定められた電力を赤の冷却手段１８Ｒに供給する。すなわち、第１の実施形態における冷却制御部７は各色の温度センサーの出力に応じて各色の冷却手段を制御しており、光量制御部６の動作とは独立して動作している。

本実施形態では、冷却制御部７は各色の温度センサーの出力を一定に保つように各色の冷却手段１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに供給する電力を制御している。ＣＰＵ４は、光量制御部６への指令（各色の光源の駆動電力設定値）に基づいて、各色の温度センサーの出力を一定にすべき目標温度値を冷却制御部７へ伝送する。

光量の増減と発光素子の温度には相関があるため、光量制御のループと、冷却制御のループがそれぞれ相手に影響し、制御系が発振してしまい安定しないおそれが生じる。そのため、光量制御ループの応答速度を冷却制御ループの応答速度よりも高速に収束させるようにしている。

具体的には、光量制御における光量変化率を冷却制御における光量変化率よりも大きくなるようにしている。ここで光量変化率とは、光量が所定光量偏差ΔＬだけずれた状態から所定の光量と一致させるまでの光量の変化量（すなわちΔＬ）を、光量制御によって所定の光量に収束するまでの時間Δｔで割った値である。
光量変化率＝ΔＬ／Δｔ

冷却制御では、発光素子のジャンクション温度と照度の相関により、冷却能力を増減することによりジャンクション温度が増減するため、間接的に光量を増減させることになる。そこで、光量制御系が先に収束してから、時間を掛けてゆっくりと冷却制御系を収束させることにより、前述の発振現象を防止している。照度の温度依存性は発光波長にも依存するので、各色の冷却制御はそれぞれ独立に動作している。

以上述べたように、本発明によれば、
（１）投写型表示装置の環境温度の変化
（２）発光素子の経時変化
によらず、ホワイトバランスを所望の値に維持しつつ、輝度の調整が可能となり、どのような環境で投写型表示装置を使用しても、また長期間に渡って使用しても高品位な画質が得られる。

１ 映像信号処理回路
２ ＬＵＴ
３ 液晶駆動回路
４ ＣＰＵ
５ セット内温度センサー
６ 光量制御部
７ 冷却制御部
８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ 光源駆動回路
１０Ｒ Ｒ色光源
１０Ｇ Ｇ色光源
１０Ｂ Ｂ色光源
１１ 色合成手段
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ 照明光学系
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ 光変調素子
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ 温度センサー
１６ 投写光学系
１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ 光センサー
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ 冷却手段
１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ 集光レンズ

Claims (12)

1. 複数の光源部を備える投写型表示装置であって、
   前記複数の光源部のそれぞれに対応して設置された複数の光センサーと、
   前記複数の光センサーの出力に応じて対応する光源部の光量を制御し、前記複数の光源部から出射される光量比を一定に保持する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記複数の光源部の光量を異なる周波数で制御し、
   前記複数の光源部からの電磁妨害波のスペクトラムが異なる、投写型表示装置。
2. 電源投入時に、前記制御部は映像信号の垂直同期信号と前記制御との同期を取る、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記複数の光源部は、緑色光を発する第１の光源を有しており、前記投写型表示装置の電源投入時に、前記第１の光源の制御の周期が映像信号の垂直同期信号に同期している、請求項１に記載の投写型表示装置。
4. 前記複数の光源部は、青色光を発する第２の光源を有しており、前記第２の光源の制御の周期は、他の光源の制御の周期よりも長い、請求項１に記載の投写型表示装置。
5. 前記制御部は、一のフレームで照度測定を行い、その結果に基づいて前記一のフレームよりも後のフレームで前記制御を行う、請求項１に記載の投写型表示装置。
6. 前記制御はＰＷＭ制御である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の投写型表示装置。
7. 前記複数の光センサーは、それぞれ前記ＰＷＭ制御の複数の周期に渡って照度測定を行う、請求項６に記載の投写型表示装置。
8. 前記複数の光源部は、それぞれ異なる色光を発することを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の投写型表示装置。
9. 前記複数の光源部は、それぞれ、発光ダイオード又は半導体レーザを有する、請求項１から請求項８のいずれかに記載の投写型表示装置。
10. 前記光量は、前記ＰＷＭ制御のデューティー比で決定される、請求項６又は請求項７に記載の投写型表示装置。
11. 前記複数の光源部のうち少なくとも１つの光源部は、複数の発光素子を有している、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の投写型表示装置。
12. 複数の光源部を備える投写型表示装置で行われる投写表示方法であって、
    前記複数の光源部のそれぞれに対応して複数の光センサーを設置し、
    前記複数の光センサーの出力に応じて対応する光源部の光量を制御するとともに、前記複数の光源部の光量を異なる周波数で制御して前記複数の光源部からの電磁妨害波のスペクトラムが異なるようにし、
    前記複数の光源部から出射される光量比を一定に保持する投写表示方法。

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