WO2014050497A1

WO2014050497A1 - 表示装置

Info

Publication number: WO2014050497A1
Application number: PCT/JP2013/074054
Authority: WO
Inventors: 誠秦
Original assignee: 日本精機株式会社
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2014-04-03
Also published as: JP2014066920A

Abstract

表示素子の寿命を延ばすことを可能としつつも、簡潔な手法で輝度制御を可能とする。表示装置は、フィールドシーケンシャル方式で所定の画像を表示する。フレームは、表示期間と、ＤＭＤを駆動しているが画像を表示していない非表示期間と、を有する。フレーム内に占める表示期間の割合は、一定である。表示装置は、ＰＷＭ制御により、要求される輝度が、第１輝度と第２輝度との間、第２輝度と第３輝度との間で、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、ＰＡＭ制御により、第１輝度と第２輝度との間では、駆動電流の電流値を第１輝度から第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比の変化点において電流値を大きくし、第２輝度と第３輝度との間では、駆動電流の電流値を第２輝度から第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で光源に供給する駆動電流を調整する。

Description

表示装置

　本発明は、表示装置に関し、詳しくは、フィールドシーケンシャル方式により画像を表示する表示装置に関する。

　フィールドシーケンシャル駆動方式により画像を表示する表示装置として、反射型表示素子であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いたものが特許文献１に開示されている。この種の表示装置は、外部からの映像信号に基づいて、光源が出射した光を、ＤＭＤが有する個々のミラーで反射させることで、高解像度の表示を実現するものである。

特開２００２－２５１１６３号公報

　ところで、ＤＭＤでは、個々のミラーがオン／オフどちらか一定の状態に固着し、不可逆的な輝度欠陥あるいは黒点欠陥が発生してしまい、表示素子の寿命が短くなるという問題があった。この問題を回避するには、個々のミラーをオン／オフどちらか一定の状態に偏らないように制御することが好ましいが、このように個々のミラーを制御しつつも、光源の輝度を適切に調整するとなると、制御手法が複雑になってしまうという問題があった。

　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表示素子の寿命を延ばすことを可能としつつも、簡潔な手法で輝度制御が可能な表示装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表示装置は、
　フィールドシーケンシャル方式で所定の画像を表示する表示装置であって、
　少なくとも２つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
　前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
　前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
　前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
　前記サブフレーム期間毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
　前記フレーム期間は、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を駆動することで、前記表示素子が前記画像を表示している期間である表示期間と、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を消灯することで、前記表示素子が前記画像を表示していない期間である非表示期間と、を有し、
　前記フレーム期間内に占める前記表示期間の割合は、一定であり、
　前記駆動電流調整手段は、
　パルス幅変調制御により、要求される輝度が第１輝度と前記第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、前記第２輝度と前記第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を前記第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御により、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第１輝度から前記第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が前記第１の値から前記第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第２輝度から前記第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で前記光出射手段に供給する駆動電流を調整する、
　ことを特徴とする。

　上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る表示装置は、
　フィールドシーケンシャル方式で所定の画像を表示する表示装置であって、
　少なくとも２つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
　前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
　前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
　前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
　前記サブフレーム期間毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
　前記フレーム期間は、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を駆動することで、前記表示素子が前記画像を表示している期間である表示期間と、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を消灯することで、前記表示素子が前記画像を表示していない期間である非表示期間と、を有し、
　前記駆動電流調整手段は、
　パルス幅変調制御により、要求される輝度が第１輝度と前記第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、前記第２輝度と前記第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を前記第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御により、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第１輝度から前記第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が前記第１の値から前記第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第２輝度から前記第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で前記光出射手段に供給する駆動電流を調整し、
　前記フレーム期間内に占める前記表示期間の割合は、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、第１の割合であり、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、前記第１の割合よりも小さい第２の割合である、
　ことを特徴とする。

　本発明によれば、表示素子の寿命を延ばすことを可能としつつも、簡潔な手法で輝度制御が可能な表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るＨＵＤ装置の搭載態様を説明するための図である。第１実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図である。照明装置の構成を説明するための図である。第１実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するための図である。主に、表示素子における表示期間と非表示期間とを説明するための図である。（ａ）～（ｆ）は、表示素子が有する各ミラーと各光源との動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。（ａ）～（ｃ）は、第１実施形態に係る照明装置の駆動方法を説明するための図である。（ａ）～（ｃ）は、比較例としての液晶表示素子の駆動方法を説明するための図である。（ａ）は、第１実施形態に係る要求輝度と表示期間割合との関係を示すグラフの図である。（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る要求輝度と表示期間割合との関係を示すグラフの図である。（ｃ）は、他の比較例に係る要求輝度と表示期間割合との関係を示すグラフの図である。（ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態に係る照明装置の駆動方法を説明するための図である。

　本発明の一実施形態に係る表示装置を、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態に係る表示装置は、図１に示すヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１である。ＨＵＤ装置１は、図示するように、車両２のダッシュボードに配設され、生成した表示画像Ｍ（図２参照）を表す表示光Ｌをウインドシールド３に向けて出射する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌは、観察者４（主に、車両２の運転者）により、ウインドシールド３の前方に形成された画像の虚像Ｖとして視認される。このようにしてＨＵＤ装置１は、観察者４に表示画像Ｍを虚像Ｖとして視認させる。

　ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、照明装置１０と、光強度検出部２０と、照明光学系３０と、表示素子４０と、投射光学系６０と、スクリーン７０と、平面ミラー８１と、凹面ミラー８２と、筐体９０と、透光部９１と、備える。

　照明装置１０は、後述する光ＲＧＢ（照明光Ｃ）を、照明光学系３０に向け出射するものであり、図３に示すように、照明手段１１と、回路基板１２と、合波手段１３と、輝度ムラ低減光学手段１４と、透過膜１５と、を備える。

　照明手段１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから構成されている。光源１１ｒは赤色光Ｒを発し、光源１１ｇは緑色光Ｇを発し、光源１１ｂは青色光Ｂを発する。光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々には、後述する制御部１００の制御のもとで、照明制御部１０１を介して、駆動電流が供給され、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。
　回路基板１２は、プリント回路板からなる。回路基板１２には、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂが実装されている。

　合波手段１３は、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから出射され、到達した光Ｒ，Ｇ，Ｂを合波して、光ＲＧＢとして出射するものである。具体的には、合波手段１３は、反射鏡からなる反射部１３ａと、特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラーからなる合波部１３ｂ及び１３ｃと、から構成されている。
　反射部１３ａは、入射した緑色光Ｇを、合波部１３ｂに向けて反射させる。
　合波部１３ｂは、反射部１３ａからの緑色光Ｇをそのまま透過させると共に、入射した赤色光Ｒを合波部１３ｃに向けて反射させる。これにより、合波部１３ｂからは、緑色光Ｇと赤色光Ｒとが合波された光ＲＧが合波部１３ｃに向け出射される。
　合波部１３ｃは、合波部１３ｂからの光ＲＧをそのまま透過させると共に、入射した青色光Ｂを照明光学系３０に向けて反射させる。このようにして、合波部１３ｃから、光ＲＧと青色光Ｂとが合波された光ＲＧＢ（以下、照明光Ｃともいう）が照明光学系３０に向け出射される。

　輝度ムラ低減光学手段１４は、ミラーボックス、アレイレンズ等からなり、合波手段１３からの照明光Ｃを乱反射、散乱、屈折させることで光のムラを低減する。
　照明装置１０は、照明手段１１から出射された光を、以上に述べた合波手段１３、及び、輝度ムラ低減光学手段１４（さらには、次に述べる透過膜１５）を介して、光ＲＧＢ（照明光Ｃ）として照明光学系３０に向け出射する。

　透過膜１５は、例えば５％程度の反射率を有する透過性部材からなり、輝度ムラ低減光学手段１４を介して到達した照明光Ｃの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を光強度検出部２０の方向へ反射させる。

　光強度検出部２０は、フォトダイオード等からなり、透過膜１５で反射した照明光Ｃを受光し、光Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を検出する。具体的には、光強度検出部２０は、光強度に応じた検出信号（電圧）を出力し、この検出信号が図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換されて、光強度データとして、後述する制御部１００に出力される。
なお、光強度検出部２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を検出することができればいいので、照明光Ｃの光路ではなく、例えば、合波される前の光Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を検出できる箇所に設けられていてもよい。

　照明光学系３０は、凹状のレンズ等からなり、照明装置１０から出射された照明光Ｃを表示素子４０に対応した大きさに調整するものである。

　表示素子４０は、可動式の複数のマイクロミラーを有するＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）からなり、各ミラーがオン／オフとのいずれかの状態で制御されることで、照明光学系３０から出射された照明光Ｃを、適宜、反射させる。表示素子４０は、このように照明光Ｃを反射させることで、表示画像Ｍ（表示画像Ｍを生成するための光）を投射光学系６０に向け投射する。
　具体的には、マイクロミラーの下部には電極が設けられており、この電極により各ミラーを非常に短い周期（例えばμsecのオーダー）で駆動することにより、各ミラーは、オン又はオフ状態となる。各ミラーは、ヒンジを支点に可動可能であり、ミラーがオン状態のときには鏡面がヒンジを支点に＋１２度傾斜し、ミラーがオフ状態のときには鏡面がヒンジを支点に－１２度傾斜する。オン状態のミラーは、照明光学系３０からの照明光Ｃを投射光学系６０方向に反射させ、オフ状態のミラーは、照明光Ｃを投射光学系６０方向に反射させない。表示素子４０は、各ミラーを個別に駆動することにより、表示画像Ｍを投射光学系６０に向け投射する。

　投射光学系６０は、凹レンズ又は凸レンズ等で構成され、表示素子４０からの表示光Ｌをスクリーン７０に効率良く投射するための光学系である。

　スクリーン７０は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成され、投射光学系６０からの表示光Ｌを背面（図２中下側の面）で受光し、前面（図２中上側の面）に表示画像Ｍを表示する。

　平面ミラー８１は、スクリーン７０に表示された表示画像Ｍを表す表示光Ｌを、凹面ミラー８２に向けて反射させる。
　凹面ミラー８２は、平面ミラー８１から到達した表示光Ｌを、凹面で反射させることで反射光をウインドシールド３の方向へ出射する。これにより、結像される虚像Ｖは、スクリーン７０に表示された表示画像Ｍよりも拡大されたものとなる。凹面ミラー８２で反射した表示光Ｌは、透光部９１を介して、ウインドシールド３に到達する。

　筐体９０は、照明装置１０、光強度検出部２０、照明光学系３０、表示素子４０、投射光学系６０、スクリーン７０、平面ミラー８１、凹面ミラー８２等を所定の位置に収納するものであり、遮光性の部材により形成される。
　透光部９１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、凹面ミラー８２からの表示光Ｌを透過するものであり、例えば、筐体９０に嵌合されている。透光部９１は、到達した外光が観察者４の方向へ反射しないように、例えば湾曲形状に形成されている。

　次に、ＨＵＤ装置１の電気的構成について説明する。
　ＨＵＤ装置１は、上記したものの他、図４に示すように、制御部１００と、照明制御部１０１と、表示制御部１０２と、を備える。

　制御部１００は、各種配線等により、照明制御部１０１、表示制御部１０２、光強度検出部２０、車両２のＥＣＵ（Electronic Control Unit）５の各々と電気的に接続されている。また、照明制御部１０１は回路基板１２を介して照明手段１１と電気的に接続され、表示制御部１０２は表示素子４０と電気的に接続されている。これらの制御部は、例えば、筐体９０内に配設されたプリント回路板（図示せず）に実装されている。なお、これらの制御部は、ＨＵＤ装置１の外部に配設され、配線により各部と電気的に接続されていてもよい。

　制御部１００は、ＨＵＤ装置１の表示動作を制御するものであり、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等からなり、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を備える。制御部１００（ＣＰＵ）は、ＲＯＭに予め記憶されたＨＵＤ装置１の動作に必要なプログラムを読み出し、実行することで、以降に説明するように各部を制御する。
　具体的には、制御部１００には、ＥＣＵ５から、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signal）通信等によって、表示画像Ｍを表示するための映像信号Ｓが入力される。映像信号Ｓが入力されると、これに応じて、制御部１００は、（ｉ）映像信号Ｓが要求する光の輝度及び発光タイミングで照明装置１０を制御するための照明制御データＤ１を照明制御部１０１に供給し、（ｉｉ）映像信号Ｓが要求する表示画像Ｍを表示素子４０に表示するための表示制御データＤ２を表示制御部１０２に供給する。また、制御部１００は、光強度検出部２０から光強度データを取得し、映像信号Ｓが要求する光の輝度と実際の照明装置１０の発光輝度とのずれを適宜の手法で補正する。なお、制御部１００が輝度を調整する契機は、車両２側からの切り替え信号、観察者４の操作に基づく操作信号、外光の照度を検出する図示しない照度センサ（例えば、透光部９１の背面に設けられている）からの検出信号等によってもよい。
　このようにして、制御部１００は、表示画像Ｍの出力動作を制御する。

　表示画像Ｍを表示する周期であるフレームＦ（例えば、１／６０ｓｅｃ）は、複数の時間に分割されたサブフレームＳＦ（図６参照）から構成される。
　照明制御部１０１は、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）、トランジスタを用いたスイッチング回路等からなり、サブフレームＳＦ毎に異なる色の光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを、照明制御データＤ１が要求する光強度とタイミングで高速で順次切り替えさせるフィールドシーケンシャル駆動方式により、照明装置１０を制御する。
　表示制御部１０２は、ドライバＩＣ、スイッチング回路等からなり、表示制御データＤ２に基づき、表示素子４０の個々のミラーをＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）方式（つまり、オンの時間比率を変化させる）等により、オン／オフ制御し、照明装置１０が出射する光Ｒ、Ｇ、Ｂをスクリーン７０の方向へ反射させることで、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各発光色を基本色として、加法混合方式による混色を利用し、表示画像Ｍをフルカラーで表現する。

　ここで、ＨＵＤ装置１の表示動作を簡潔に述べれば、以下の（１）～（５）のようになる。
（１）制御部１００は、外部からの映像信号Ｓに基づき、照明制御データＤ１と表示制御データＤ２とを生成する。
（２）照明装置１０は、照明制御データＤ１に基づき、フィールドシーケンシャル駆動方式により照明光Ｃを表示素子４０に出射する。
（３）表示素子４０は、表示制御データＤ２に基づき、表示素子４０の個々のミラーをオン／オフ制御することで、照明装置１０からの照明光Ｃを表示画像Ｍとしてスクリーン７０に投影する。
（４）スクリーン７０に表示された表示画像Ｍを表す表示光Ｌは、平面ミラー８１によって凹面ミラー８２に向けて反射される。
（５）表示画像Ｍは、凹面ミラー８２によって所定の大きさに拡大され、拡大された表示画像Ｍを表す表示光Ｌが、ウインドシールド３で反射することで、ウインドシールド３の前方に表示画像Ｍの虚像Ｖが結ばれる。このようにして、ＨＵＤ装置１は、観察者４に表示画像Ｍを虚像Ｖとして視認させる。

　ここからは、図５、図６等を参照して、ＨＵＤ装置１の制御方法について説明する。

　フレームＦ（表示画像Ｍを表示する周期）は、表示素子４０の個々のミラーＥが通常駆動する表示期間Ｆａと、非表示期間駆動する非表示期間Ｆｂと、を備える。

　表示期間Ｆａは、表示素子４０の個々のミラーＥが通常駆動する期間である。
　具体的には、表示期間Ｆａは、照明装置１０が照明制御データＤ１に基づいてフィールドシーケンシャル駆動方式により照明光Ｃを表示素子４０の方向に出射し、且つ、表示素子４０が表示制御データＤ２に基づいて表示素子４０の個々のミラーをオン／オフ制御することで、照明装置１０からの照明光Ｃをスクリーン７０に向けて表示画像Ｍとして投影する期間である。

　非表示期間Ｆｂは、照明装置１０が消灯する（光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの全てが消灯する）期間であって（図６（ｄ）～（ｆ）参照）、表示素子４０の個々のミラーＥが所定の周期でオン／オフ制御されて駆動する期間である。以下では、このように、個々のミラーＥが所定の周期でオン／オフ制御されての駆動を「非表示期間駆動」という。

　ここで、以降の説明のため、下記のように用語を定義する。
・フレームＦ内の表示期間Ｆａの占める割合を「表示期間割合Ａ」とする。
・表示期間Ｆａ内で、ミラーＥがオン駆動する（オン状態となる）期間を「表示期間内オン駆動期間Ｆａｐ」、オフ駆動する（オフ状態となる）期間を「表示期間内オフ駆動期間Ｆａｑ」とする。
・非表示期間Ｆｂ内で、ミラーＥがオン駆動する期間を「非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐ」、オフ駆動する期間を「非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑ」とする。
・フレームＦ内で、ミラーＥがオン駆動する総期間（つまり、表示期間内オン駆動期間Ｆａｐと非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐとの和）を「総オン駆動期間Ｆｐ」とする。
・フレームＦ内で、ミラーＥがオフ駆動する総期間（つまり、表示期間内オフ駆動期間Ｆａｑと非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｑとの和）を「総オフ駆動期間Ｆｑ」とする。

　（非表示駆動期間について）
　ここで、前述した表示素子４０の非表示期間駆動について具体的に説明する。
　非表示期間駆動では、フレームＦにおけるミラーＥそれぞれのオン期間とオフ期間が略均等（丁度、均等も含む）になるように、ミラーＥの各々を、オン／オフ制御する。
　具体的に図５を用いて説明すると、表示期間内オン駆動期間Ｆａｐと非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐとの和（総オン駆動期間Ｆｐ）と、表示期間内オフ駆動期間Ｆａｑと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとの和（総オフ駆動期間Ｆｑ）とが略均等になるように、制御部１００は、非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとを調整する。第１実施形態では、制御部１００は、表示期間割合Ａが５０％と一定であり、且つ、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように、調整する。このようにすることで、表示素子４０の個々のミラーＥは、所定の周期でオン／オフ制御されるので、オン／オフどちらかの状態で固着してしまうのを防止することができる。

　さらに、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、所定の１フレームＦにおいて、表示素子４０の各ミラーＥのうち、緑色を単色で表示するものを「単色ミラーＥａ」、赤色と緑色の混色を表示するものを「混色ミラーＥｂ」、何も表示しない（つまり、照明光Ｃを投射光学系６０方向に反射させない）ものを「消灯ミラーＥｃ」として、非表示期間駆動について詳細に説明する。
　単色ミラーＥａは、図６（ａ）に示すように、表示制御データＤ２に基づき、表示期間Ｆａにおいては光源１１ｇの点灯タイミング（図６（ｅ）参照）でオン制御され、非表示期間ＦｂにおいてはフレームＦ内のオン駆動する期間の和である総オン駆動期間Ｆｐが、フレームＦの略半分になるように、制御部１００が非表示期間Ｆｂにおける非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとを調整し、この非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとに基づいて、単色ミラーＥａに非表示期間駆動を行わせる。

　単色ミラーＥａの例では、非表示期間駆動では、制御部１００は、非表示期間Ｆｂにオン駆動を、所定の非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐだけ持続させるように各ミラーを駆動したが、制御部１００は、図６（ｂ）に示す混色ミラーＥｂのように、非表示期間Ｆｂ内におけるオン駆動とオフ駆動とを、非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとに即した周期で繰り返すことで、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように、調整してもよい。
　また、図６（ｃ）に示すように、消灯ミラーＥｃは、表示期間Ｆａに渡ってオフ駆動であるため、非表示期間駆動は、非表示期間Ｆｂに渡ってオン駆動する制御となる。

　ＨＵＤ装置１は、以上のように、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように調整することにより、表示素子４０のミラーＥが、オン又はオフ状態の一方の状態で固着されてしまうのを防止でき、表示素子４０の寿命を長くすることができる。

　（照明装置１０の駆動制御について）
　ここからは、照明装置１０（光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ）の駆動制御について具体的に説明する。

　照明制御部１０１は、制御部１００の制御の下で（照明制御データＤ１に基づいて）、前述したように、図６に示すようなタイミング（同図でのＯＮのタイミング）で、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々を、適宜、発光させる。また、照明制御部１０１は、照明制御データＤ１が要求する光強度（輝度）で、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＰＷＭ方式での制御とＰＡＭ（パルス振幅変調：Pulse Amplitude Modulation）方式での制御とを、適宜、使い分けて駆動する。

　このＰＷＭ及びＰＡＭ方式を用いた、本実施形態に特有の制御について詳しく説明する前に、ここで、図８（ａ）～（ｃ）を参照して、比較例の表示素子として、ＬＥＤからの光により透過表示を行う液晶表示素子（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶）のＰＡＭ／ＰＷＭ制御方法について述べる。

　図８（ａ）、（ｂ）を参照して、要求輝度が最大の最大輝度Ｌｍａｘから最小輝度に推移した場合を考える。
・最大輝度Ｌｍａｘが要求されている場合、電流値、デューティー比ともに最大となる（図８（ａ）示すＡｍａｘ、図８（ｂ）に示すデューティー比１００％参照）。Ｌｍａｘから要求輝度が低くなっていくに従って、まずは、図８（ａ）に示すようにＰＡＭ制御により減光する。これは、ＬＥＤの電流値の変化に伴うガンマ値（色味）変化を高輝度側で実施することで、見た目に影響を出させないようにするため（高輝度では、色味の変化に気づきづらい）と、ＬＥＤの電流が高いほど、電流と光速との関係のリニアリティーがとれず、効率が悪くなるためである。
・その後、図８（ａ）に示すようにＬＥＤの電流値を一定に制御した上で、ＰＷＭ制御により、図８（ｂ）に示すようにデューティー比を徐々に下げていく（つまり、ＬＥＤのＯＮ期間を短くしていく）ことで減光していき、最終的に、最小輝度を実現する。
　このように、比較例では、ＤＭＤとは異なり、ＴＦＴ液晶とＬＥＤとの同期をとる必要はないため、以上のような制御をすることで、図８（ｃ）に示すように実際の表示輝度が要求輝度に即したものとなり、スムーズな調光制御が実現できる。しかし、このような調光制御では、ＬＥＤの駆動制御用に大容量のメモリが必要となるため、表示装置システムのメモリ容量及びコスト削減の点で改良の余地があった。

　ここからは、図７（ａ）～（ｃ）を参照して、本実施形態に特有の照明装置１０（光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ）のＰＡＭ／ＰＷＭ制御方法について述べる。
　具体的には、以下に説明する制御は、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ各々の発光タイミング（図６（ｄ）～（ｆ）各々におけるＯＮ期間を参照）において、要求される輝度（要求輝度）を実現するための駆動電流供給方法であり、例えば、予めＲＯＭに記憶されたテーブルデータに基づいて実行される（なお、所定の数式を用いて算出するようにしてもよい）。また、第１実施形態では、図９（ａ）に示すように表示期間割合Ａが、要求輝度によらず、一定値（５０％）である。

　比較例と同様に、要求輝度が最大の最大輝度Ｌｍａｘから最小輝度に推移した場合を考える。
［１］最大輝度Ｌｍａｘが要求されている場合、制御部１００は、ＰＡＭ制御値（電流値）、ＰＷＭ制御値（デューティー比）ともに最大値に設定する（図７（ａ）示すＡｍａｘ、図７（ｂ）に示すデューティー比１００％参照）。そこから要求輝度が低くなっていくにしたがって、まずは、ＰＡＭ制御により（つまり、電流値を制御することにより）減光する（図７（ａ）におけるＬｍａｘ～Ｌａの間を参照）。
［２］要求輝度がＬａになったら、図７（ｂ）に示すようにＰＷＭ制御で、デューティー比を段階的に（不連続的に）変化させ、これに伴い、図７（ａ）に示すようにＰＡＭ制御で、電流値を高くする（同図のＡｘ参照）ように制御する。なお、この際、電流値及びデューティー比の不連続点における表示輝度、色度が一定となるように調整しておく（Ａｓｓｙ工程での調整が必要）。
［３］要求輝度がＬａ～Ｌｂの領域に関しては、図７（ａ）に示すように電流値を所定値Ａｘから徐々に下げていくが、図７（ｂ）に示すようにデューティー比は一定のＲａ（％）で維持する。これにより、減光制御を実現する。
［４］要求輝度がＬｂ以下の領域は、制御部１００は、上記［２］と［３］との手順と同様な制御を繰り返す。つまり、デューティー比に着目すれば、Ｒａ、Ｒｂ、・・・と段階的に下降させる（例えば、８０％、６０％、・・・等）。
　ＤＭＤからなる表示素子４０は、前述したように、各ミラーＥと光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂとの同期をとる必要があるため、図８（ａ）及び（ｂ）に示す比較例のような制御手法は非常に困難である。そこで、連続的な制御パラメータを１つにする（隣り合う要求輝度による区間毎にＰＡＭ制御を行う）ことで、制御を単純化する（つまり、必要なメモリ容量を低減可能）とともに、図７（ｃ）に示すように実際の表示輝度が要求輝度に即したものとなり、スムーズな調光調色制御が実現できる。

　ここで、前記比較例とは他の比較例として、ＤＭＤからなる表示素子において、表示期間割合Ａを、要求輝度に応じて段階的に変化させた例を図９（ｃ）に示す。図９（ｃ）に示すような制御方法でも、表示期間割合Ａの変化にともないＬＥＤも適宜、制御することにより、原理的には、スムーズな調光調色制御は可能ではある。しかし、実際のシステムを考えた場合、図９（ｃ）に示すような制御方法を採用すると、ＤＭＤの駆動シーケンスデータを保持するために膨大な容量のメモリが必要となり、現実的ではない。また、ＲＧＢの発光タイミングが各駆動シーケンスによって（異なる表示期間割合Ａ毎に）異なるため、ＬＥＤ制御用データも膨大となってしまう。
　よって、前述した本実施形態に係る制御方法（図７（ａ）、（ｂ）及び、図９（ａ））が、スムーズな調光調色制御を実現するとともに、必要なメモリ容量を低減するという観点では、好適であることがわかる。

　以上に説明した第１実施形態に係るＨＵＤ装置１は、フィールドシーケンシャル方式で所定の画像Ｍを表示する表示装置であって、少なくとも２つ以上の色の光を出射する照明手段１１（光出射手段の一例）と、画像Ｍの表示周期であるフレームＦ（フレーム期間）を時間分割したサブフレームＳＦ（サブフレーム期間）毎に、異なる色の光を出射するように照明手段１１をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段（制御部１００及び照明制御部１０１）と、照明手段１１が出射した照明光Ｃを反射させる複数のミラーＥ（反射部の一例）を有する表示素子４０と、前記複数のミラーＥを駆動制御して照明光Ｃの反射状態を変化させることで、表示素子４０に画像Ｍを表示させる表示制御手段（制御部１００及び表示制御部１０１）と、サブフレームＳＦ毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を照明手段１１に供給する駆動電流調整手段（制御部１００及び照明制御部１０１）と、を備え、
　フレームＦは、表示制御手段が複数のミラーＥを駆動し、且つ、駆動制御手段が照明手段１１を駆動することで、表示素子４０が画像Ｍを表示している期間である表示期間Ｆａと、表示制御手段が複数のミラーＥを駆動し、且つ、駆動制御手段が照明手段１１を消灯することで、表示素子４０が画像Ｍを表示していない期間である非表示期間Ｆｂと、を有し、フレームＦに占める表示期間Ｆａの割合は、一定であり、
　駆動電流調整手段は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により、要求される輝度（適宜、輝度が示す値も含む。以下、同様）が第１輝度と第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、第２輝度と第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御（ＰＡＭ制御）により、要求される輝度が第１輝度と第２輝度との間では、駆動電流の電流値を第１輝度から第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が第１の値から第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が第２輝度と第３輝度との間では、駆動電流の電流値を第２輝度から第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で光出射手段に供給する駆動電流を調整する。

　この第１実施形態に係るＨＵＤ装置１によれば、表示期間割合Ａが一定なので、ＤＭＤからなる表示素子４０駆動用のメモリ容量を低減することができる。また、ＰＷＭ制御値（一例として、デューティー比）は、表示素子４０の駆動と同期をとる必要があるため、種々のパラメータを必要とするが、以上のようにＰＷＭ制御値を段階的に（不連続的に）制御することで、ＰＷＭ制御値のとり得る値のバリエーションが劇的に少なくなるため、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ各々のＯＮ期間を制御するためのデータも少なくすることができ、メモリ容量を低減できる。

　以上に説明した第１実施形態では、図９（ａ）に示すように、要求輝度によらず、表示期間割合Ａが一定である例を示したが、ここからは、要求輝度に応じて表示期間割合Ａが変化する第２実施形態について説明する。なお、ＨＵＤ装置１の構成は第１実施形態と同様であるため、以下では、各構成に同一の符号を用い、制御手法について第１実施形態と異なる点を説明する。

［第２実施形態］
　第２実施形態では、制御部１００は、図７（ｂ）に示すように、表示画像Ｍをどのような輝度で表示するかによって（要求輝度によって）、表示期間割合Ａを切り替える。
　具体的には、制御部１００は、図７（ｂ）に示すように、要求輝度が所定の輝度閾値Ｌｔよりも小さい場合には表示期間割合Ａを５０％に設定し、要求輝度が輝度閾値Ｌｔ以上の場合には、表示期間割合Ａを７０％に設定する。このようにすれば、制御部１００が表示画像Ｍを表示したい輝度が、表示期間Ｆａを短くしても達成できる程低い場合は、フレームＦ内に占める非表示期間Ｆｂを増加させる（つまり、表示期間割合Ａを７０％から５０％に減少させる）ことで表示画像Ｍの輝度を保ちつつも、フレーム内の総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとを略均等になるように調整することができ、表示素子４０の各ミラーＥが、オン又はオフ状態のいずれかに固着することを防止できる。結果として、表示素子４０の寿命を長くすることができる。

　このように輝度閾値Ｌｔ未満か以上かによって表示期間割合Ａを変化させる場合も、照明装置１０の駆動制御方法については同様であるが、第２実施形態では、制御部１００は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＰＷＭ制御での、デューティー比が不連続となる点（図１０（ｂ）の要求輝度Ｌａとなる点を参照）で、表示期間割合Ａを変更する。このような制御により、表示期間割合Ａが変更されたことによる表示画像Ｍの輝度及び色度の変化を、ＰＡＭ制御値（電流値）によって吸収し、観察者４に感じさせないことができる。これは、図１０（ａ）において、要求輝度がＬａの点において電流値が上がる（この場合、図９（ｂ）に示すＬｔ＝Ｌａ）、つまり、表示期間割合Ａが７０％から５０％に下がって輝度が減少するであろう点で電流値を稼いでいることからわかる。なお、この場合、表示期間割合Ａを変化させるときには、ＲＧＢの駆動シーケンス（光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ各々のＲＧＢの発光タイミング（時系列での並び方）や発光期間（オン期間））が変わることを踏まえて、制御部１００に、照明装置１０（光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ）をＰＡＭ及びＰＷＭ方式で駆動させる必要がある。

　　以上に説明した第２実施形態に係るＨＵＤ装置１は、フィールドシーケンシャル方式で所定の画像Ｍを表示する表示装置であって、少なくとも２つ以上の色の光を出射する照明手段１１（光出射手段の一例）と、画像Ｍの表示周期であるフレームＦ（フレーム期間）を時間分割したサブフレームＳＦ（サブフレーム期間）毎に、異なる色の光を出射するように照明手段１１をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段（制御部１００及び照明制御部１０１）と、照明手段１１が出射した照明光Ｃを反射させる複数のミラーＥ（反射部の一例）を有する表示素子４０と、前記複数のミラーＥを駆動制御して照明光Ｃの反射状態を変化させることで、表示素子４０に画像Ｍを表示させる表示制御手段（制御部１００及び表示制御部１０１）と、サブフレームＳＦ毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を照明手段１１に供給する駆動電流調整手段（制御部１００及び照明制御部１０１）と、を備え、
　フレームＦは、表示制御手段が複数のミラーＥを駆動し、且つ、駆動制御手段が照明手段１１を駆動することで、表示素子４０が画像Ｍを表示している期間である表示期間Ｆａと、表示制御手段が複数のミラーＥを駆動し、且つ、駆動制御手段が照明手段１１を消灯することで、表示素子４０が画像Ｍを表示していない期間である非表示期間Ｆｂと、を有し、
　駆動電流調整手段は、パルス幅変調制御により、要求される輝度が第１輝度と第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、第２輝度と第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御により、要求される輝度が第１輝度と第２輝度との間では、駆動電流の電流値を第１輝度から第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が第１の値から第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が第２輝度と第３輝度との間では、駆動電流の電流値を第２輝度から第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で光出射手段に供給する駆動電流を調整し、
　フレームＦに占める表示期間Ｆａの割合は、要求される輝度が第１輝度と第２輝度との間では、第１の割合であり、要求される輝度が第２輝度と第３輝度との間では、第１の割合よりも小さい第２の割合である。

　この第２実施形態に係るＨＵＤ装置１によれば、表示期間割合Ａの変化点をＰＷＭ制御値の変化点と同期をとることで上述したように簡潔な制御となり、且つ、高寿命駆動である表示期間割合Ａが５０％を採用できるため、表示素子４０の寿命を延ばすことが可能である。

［変形例］
　なお、本発明は、以上の第１、第２実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形例の一例を記す。

　以上の説明では、理解を容易にするため、適宜、具体的な数値を挙げたが（表示期間割合Ａが５０％、７０％、フレームＡが１／６０ｓｅｃ、ミラーＥがオン状態で＋１２度、オフ状態で－１２度、等）、これらの具体的な数値はあくまで一例にすぎず、適宜、変更が可能であることは言うまでもない。

　また、第２実施形態では、輝度閾値Ｌｔが図１０（ａ）、（ｂ）に示す要求輝度Ｌａである例を示したがこれに限られない。輝度閾値Ｌｔは、ＰＷＭ制御でのデューティー比が不連続となる点であればよく、同図に示すＬｂや、その他の点であってもよい。

　以上の説明では、表示光Ｌを、平面ミラー８１、凹面ミラー８２で反射させ、ウインドシールド３に到達させる例を示したが、これに限られない。スクリーン７０からの表示光Ｌを、このような反射部を介さずに、ウインドシールド３、もしくは装置専用のコンバイナに向けて出射させるようにしてもよい。

　以上の説明では、ＨＵＤ装置１が搭載される乗り物の例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１をその他の乗り物（船舶、航空機等）に設置することもできる。さらには、乗り物に設置するものには限られない。

　以上では、ＨＵＤ装置１が車両のダッシュボードと一体的に構成される例を示したが、ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード上に設置される据え置き型（後付け型）のものであってもよい。

　以上では、フィールドシーケンシャル駆動方式を用いた表示装置の一例としてＨＵＤ装置１を挙げたが、これに限られない。その他の表示装置であってもよい。但し、ＨＵＤ装置は、背景（風景）と重ねて表示画像を視認させるため、特に、表示輝度の調整が必要であること等を踏まえると、上記のようにＰＡＭ及びＰＷＭ制御を行う表示装置としては、ＨＵＤ装置が好適である。

　以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

　本発明は、車両に搭載して各種車両情報を画像にて表示する表示装置に関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載される表示装置として適用できる。

１　ＨＵＤ装置
１０　照明装置
２０　光強度検出部
３０　照明光学系
４０　表示素子
６０　投射光学系
７０　スクリーン
１００　制御部
１０１　照明制御部
１０２　表示制御部
２　車両
３　ウインドシールド
４　観察者
５　ＥＣＵ
Ｍ　表示画像
Ｌ　表示光
Ｖ　虚像

Claims

　フィールドシーケンシャル方式で所定の画像を表示する表示装置であって、
　少なくとも２つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
　前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
　前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
　前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
　前記サブフレーム期間毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
　前記フレーム期間は、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を駆動することで、前記表示素子が前記画像を表示している期間である表示期間と、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を消灯することで、前記表示素子が前記画像を表示していない期間である非表示期間と、を有し、
　前記フレーム期間内に占める前記表示期間の割合は、一定であり、
　前記駆動電流調整手段は、
　パルス幅変調制御により、要求される輝度が第１輝度と前記第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、前記第２輝度と前記第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を前記第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御により、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第１輝度から前記第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が前記第１の値から前記第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第２輝度から前記第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で前記光出射手段に供給する駆動電流を調整する、
　ことを特徴とする表示装置。
　フィールドシーケンシャル方式で所定の画像を表示する表示装置であって、
　少なくとも２つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
　前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
　前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
　前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
　前記サブフレーム期間毎に、要求される輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
　前記フレーム期間は、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を駆動することで、前記表示素子が前記画像を表示している期間である表示期間と、
　前記表示制御手段が前記複数の反射部を駆動し、且つ、前記駆動制御手段が前記光出射手段を消灯することで、前記表示素子が前記画像を表示していない期間である非表示期間と、を有し、
　前記駆動電流調整手段は、
　パルス幅変調制御により、要求される輝度が第１輝度と前記第１輝度よりも小さい第２輝度との間では、駆動電流のデューティー比を第１の値で一定に保ち、前記第２輝度と前記第２輝度よりも小さい第３輝度との間では、駆動電流のデューティー比を前記第１の値よりも小さい第２の値で一定に保つことで、デューティー比を段階的に変化させ、且つ、電流値制御により、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第１輝度から前記第２輝度に向かうに従って徐々に小さくし、デューティー比が前記第１の値から前記第２の値に変化する変化点において電流値を大きくし、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、駆動電流の電流値を前記第２輝度から前記第３輝度に向かうに従って徐々に小さくする、という手法で前記光出射手段に供給する駆動電流を調整し、
　前記フレーム期間内に占める前記表示期間の割合は、要求される輝度が前記第１輝度と前記第２輝度との間では、第１の割合であり、要求される輝度が前記第２輝度と前記第３輝度との間では、前記第１の割合よりも小さい第２の割合である、
　ことを特徴とする表示装置。
　前記表示制御手段は、
　前記表示期間において、前記複数の反射部のそれぞれをオン状態とオフ状態とに切り替えるオン／オフ制御することで、前記出射光の反射状態を変化させて前記表示素子に前記画像を表示させ、
　前記非表示期間において、前記複数の反射部のそれぞれをオン／オフ制御することで、前記フレーム期間における前記複数の反射部のそれぞれのオン期間とオフ期間とが略均等になるように調整する、
　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
　前記表示制御手段は、前記非表示期間において前記複数の反射部のそれぞれを所定の周期でオン／オフ制御する、
　ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。