CN100487554C - 显示装置及投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供在扩大视在的动态范围的同时，色变化少的显示装置及直视型显示装置及投影型显示装置。具有有多个象素的光调制装置，是根据图像信号显示图像的显示装置，具有照明光调制装置的光源，具有通过在单位时间内调整光源以预定的辉度点亮的时间，控制从光源射出的光量的光源驱动装置。

Description

显示装置及投影型显示装置
技术领域
本发明涉及图像的显示装置及直视型显示装置及投影型显示装置。特别是涉及可以调节亮度的显示图像的技术。
背景技术
近年，在直视型及投影型等的显示装置中为了扩大显示的视在的动态范围(灰度范围)，考虑根据显示内容调节光源的亮度。
作为可以根据显示内容调节光源的亮度的显示装置，已知的有可以调节光源自身的亮度的装置。(例如，参考专利文献1)
专利文献1特开平3-179886号公报(第3-4页、第一图)
在以往的方法中，存在着由于光源亮度的调节发光光谱变化，显示图像的颜色变化的问题。
发明内容
本发明为解决前述问题，目的在于提供在扩大视在的动态范围的同时，不影响其颜色的显示装置及直视型显示装置及投影型显示装置。
为实现前述目的，本发明的显示装置是具备具有多个象素的光调制装置，根据图像信号显示图像的显示装置，其特征在于：具有照明光调制装置的光源、通过在每一单位时间内，调整光源以预定的辉度的点亮时间，控制从前述光源射出的光量的光源驱动装置。
即，本发明的显示装置的从光源射出的光照射显示装置且根据图像信号形成图像。在该显示装置中，显示暗的图像时，前述光源驱动装置通过根据图像信号使光源调整以预定的辉度点亮的时间，控制每一单位时间内的从光源射出的光量。
因此，如果暗的图像的图像信号被输入，则光源以预定的辉度点亮的时间变短，每一单位时间内从光源射出的光量变少显示的图像变暗。相反地，如果亮的图像的图像信号被输入，则光源以预定的辉度点亮的时间变长，每一单位时间内从光源射出的光量变多显示的图像变亮。因此，可以显示的灰度的范围变宽，可以扩大视在的动态范围。
另外，因为点亮时间内的光源的发光量一定，所以发光光谱不会变化，显示图像的颜色也不会变化。
进而，因为光源的点亮时间被每一单位时间内的时间幅度所控制，所以显示方式变为脉冲型显示，可以提高活动画面观看性。
前述本发明的显示装置优选：前述光源驱动装置具有从图像信号抽出带有其画面亮度的特征的参数的辉度抽出装置，光源驱动装置根据参数控制从光源射出的光量。
由于从光源射出的光量根据带有画面亮度的特征的参数被控制，所以前述光量被控制在将图像以适当的亮度显示的量内。
因此，可以有效地使用可以调节的光源的光量的范围，可以更加扩大显示图像的动态范围。
前述本发明的显示装置优选：根据带有前述的画面的亮度的特征的参数施加图像处理对由光调制装置显示的图像信号进行控制。
通过在光源的亮度控制之上，还对图像信号施加这样的处理，不仅可以提高画面的亮度而且可以提高显示图像的对比度，所以可以更加提高图像的再现能力。
前述本发明的显示装置优选：前述光源驱动装置在将光源的点亮次数控制在每一单位时间内为一次的同时，控制每一次的点亮时间的长度，控制每一单位时间内从光源射出的光量。
前述本发明的显示装置的前述光源驱动装置在将光源的点亮控制在每一单位时间内一次的同时，控制其点亮时间。即，每一单位时间内从光源射出的光量被光源的点亮时间的长短所控制。
前述本发明的显示装置优选：前述光源驱动装置在将光源的点亮次数控制在每一单位时间内两次或两次以上的预定次数的同时，控制每一次的点亮时间的长短，控制每一单位时间内从光源射出的光量。
因为每一单位时间内的点亮次数为两次或两次以上的预定次数，所以光源的点亮频率比图像频率高。光源的点亮频率变高，则人的眼睛变得不容易觉察光源的亮灭，可以抑制闪烁(图像的闪亮)。
前述本发明的显示装置优选：前述光源驱动装置在将光源的点亮时间固定为预定的点亮时间的同时，控制每一单位时间内的点亮次数，控制每一单位时间内从光源射出的光量。最好是：前述预定的点亮时间为从光源点亮到其辉度变为与恒定点亮时的辉度相同为止的时间(下面记为最小点亮时间)。
因为通过将一次的点亮时间固定为最小点亮时间且控制每一单位时间内的点亮次数从而控制从光源射出的光量，所以光源的点亮频率比图像频率大幅度提高。光源的点亮频率大幅度提高后，人的眼睛变得不容易觉察光源的亮灭，可以消除由于光源的亮灭造成的闪烁。
前述本发明的显示装置优选：前述光源驱动装置在图像信号的亮度为最大时进行使光源恒定点亮的控制。
图像信号的亮度最大，即图像的亮度为最大时，由于光源恒定点亮，所以图像的亮度的闪亮完全消失。图像的闪亮消失则不对眼睛产生负担变得不容易疲劳。
前述本发明的显示装置优选：前述光源的驱动装置在图像信号的亮度为最大时进行使光源间断点亮的控制。
由于在图像信号的亮度为最大时光源间断点亮，所以不仅在调光时而且在图像的亮度为最大时，变为脉冲显示可以提高活动画面观看性。
前述本发明的显示装置优选：前述光源的驱动装置在调整光源在每一单位时间内以预定的辉度点亮的点亮时间的同时，控制光源使之在前述点亮时间以外的时间内以比前述预定的辉度低的辉度点亮。最好是：前述低的辉度为图像信号的亮度为最暗时的光源一直点亮时的辉度。
由于即使在前述点亮时间以外的时间内，图像信号的亮度为最暗时光源以光源一直点亮时的辉度(此后表记为最小辉度)点亮，所以每一单位时间内的光源造成的亮灭差变小。亮灭差变小则闪亮变少，眼睛变得不容易疲劳。特别是在暗的图像的闪亮减少。
在具有光调制装置的显示装置、及投影由光调制装置调制的光的投影型显示装置的显示装置中可以适用前述本发明的显示装置。
通过在投影型显示装置中适用前述显示装置，可以在扩大视在的动态范围的同时降低功耗。
前述投影型显示装置优选：由与三原色分别对应的三个光调制元件、及可以射出各自的色光的三个光源构成，前述光源驱动装置使每一不同色的色光的光源的点亮定时错开。
通过定时错开每个不同色的色光的光源的点亮，由光源的点亮造成的功耗的峰值被分散，可以降低作为投影型显示装置整体来看的功耗的峰值，可以进一步实现功耗的降低。
前述投影型显示装置优选：由与三原色分别对应的三个光调制元件、及可以射出各自的色光的三个光源构成，前述光源驱动装置使所有的光源的点亮定时一致。
由于通过使所有的光源的点亮定时一致，不同色的色光同时射出，所以可以防止图像上的各色光的时间性分离而看到的色乱现象。
前述本发明的投影型显示装置作为光源可以采用可以射出各自不同色的色光的发光二极管(Light Emitting Diode，以下表记为LED)。
现在，提供有R、G、B的各色光的高输出的LED，可以阵列状地平面或曲面排列该种LED。另外，由于LED可以比较容易地以高频率亮灭，所以本发明的投影型显示装置可以获得非常合适的光源。
可以将前述本发明的显示装置适用于具有光源、调制从光源来的光的显示装置的直视型显示装置的显示装置。
通过直视型显示装置的显示装置具有前述显示装置，可以在扩大视在的动态范围的同时，降低功耗。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的投影型显示装置的概略构成图。
图2是表示第一实施例的各LED的点亮熄灭定时的时序图。
图3是表示本实施例的图像所必要的亮度及点亮时间的比例的图。
图4是表示第二实施例的各LED的点亮熄灭定时的时序图。
图5是表示第三实施例的各LED的点亮熄灭定时的时序图。
图6是表示第四实施例的各LED的点亮熄灭定时的时序图。
图7是表示第五实施例的各LED的点亮熄灭定时的时序图。
图8是表示本发明的第二实施方式的直视型显示装置的概略构成图。
图9是表示第二实施方式的LED的点亮熄灭定时的时序图。
图10是表示第二实施方式的图像所必要的亮度及点亮时间的比例的图。
标号说明
10                投影型显示装置
11、12、13        LED(光源)
21、22、23        液晶光阀(显示装置)
31            投影透镜(投影装置)
35            光源控制部(光源驱动装置)
36            辉度抽出部(辉度抽出装置)
50            直视型显示装置
51            LED(光源)
52            液晶光阀(显示装置)
具体实施方式
(第一实施方式的第一实施例)
以下，参照图1-图3说明本发明的第一实施方式的第一实施例。
本实施方式表示3板式的投影型液晶显示装置的例子。图1是表示投影型显示装置10的整体构成的概率图，标号11、12、13为LED(光源)；21、22、23为液晶光阀(显示装置)；25为十字分色棱镜；31为投影透镜(投影装置)；35为光源控制部(光源驱动装置)。
如图1所示，本实施方式的投影型显示装置10大致有以下构成：各自可以射出R、G、B各色光的多个LED11、12、13；调制由LED11、12、13射出的色光的分别与R、G、B对应的液晶光阀21、22、23；合成调制的各色光的十字分色棱镜25；将合成的光束投影到屏幕S的投影透镜31；进行LED11、12、13的点亮熄灭控制的光源控制部35。还有，可以将本实施方式中未说明的将照明均一化的装置或使偏振方向一致的装置设置在LED光源及液晶光阀之间。
LED11、12、13配置为与十字分色棱镜25的各个面相对，且向着十字分色棱镜25射出各色光。液晶光阀21、22、23分别配置于LED11、12、13与十字分色棱镜25之间。
液晶光阀21、22、23由液晶板、入射侧偏振板(无图示)、射出侧偏振板(无图示)构成，液晶板中作为象素开关元件使用采用薄膜晶体管(Thin Film Transistor、以下简称TFT)的TN(Twisted Nematic)型的有源矩阵方式的透射型的液晶单元。
十字分色棱镜25由四个直角棱镜贴合，其内面十字状地形成反射红色光的电介质多层膜及反射蓝色光的电介质多层膜。
另外，光源控制部35具有从输入的信号抽出图像的最大辉度，向光源控制部35输出最大辉度数据的辉度抽出部(辉度抽出装置)36。
下面，说明如上构成的投影型显示装置10的作用。
由LED11、12、13分别射出的色光R、G、B，如图1所示，入射到与各色光对应的液晶光阀21、22、23。
入射的各色光由液晶光阀21、22、23根据图像信号调制后射出到十字分色棱镜25。调制后的各色光在十字分色棱镜25被合成后射出到投影透镜31。投影透镜31将合成的各色光向屏幕S放大投影。
下面，说明本发明的特色的LED11、12、13的点亮控制。
如图1所示，图像信号被输入到辉度抽出部36，在辉度抽出部36计算图像信号的每一场(单位时间)的最大灰度，即每一场的图像的最大辉度。计算出的最大辉度被输出到光源控制部35。
图2是表示本实施方式的LED11、12、13的点亮、熄灭定时的时序图。
光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量。然后，求LED11、12、13以使流过额定电流时的辉度M射出光时，射出前述光量所必要的点亮时间T。
求出点亮时间T后，如图2所示，光源驱动部35在每一场只点亮一次且只点亮前述时间T的同时，同时点亮LED11、12、13。
另外，例如若由图像信号计算出的最大辉度变高，则每一场所必要的光量增加。因为LED11、12、13的辉度的上限为前述的流过额定电流时的辉度，所以为了增加每一场的光量点亮时间变长。即，如图2的两点点划线所示，一场的LED11、12、13的点亮时间变长。
图3是表示由最大辉度计算出的所必要的亮度及每一场的点亮时间的比例的图。
如图3所示，由最大辉度计算出的亮度变亮(光亮增加)，则一场的LED11、12、13的点亮时间被设定为二次函数式增长。另外，显示最大亮度时，每一场的点亮时间的比例不会变为100％，LED11、12、13为间断点亮。
上述构成根据图像信号的最大辉度，求每一场的照射液晶光阀21、22、23的光量，由该光量求LED11、12、13的每一场的点亮时间。
即，如果图像信号的最大辉度低，则LED11、12、13的每一场的点亮时间变短所显示的图像变暗，如果图像信号的最大辉度变高，则LED11、12、13的每一场的点亮时间变长所显示的图像变亮。因此，可以显示的灰度的范围变大，可以扩大视在的动态辉度。
更具体地说，LED11、12、13对于每一场同时点亮一次。即LED11、12、13同时点亮熄灭，可以防止所显示的图像的颜色看起来有时间性分离。
另外，因为LED11、12、13的点亮时间被不满一场的时间幅度控制，所以图像的切换方式变为脉冲型显示，可以提高活动画面观看性。
LED11、12、13的点亮时间定为根据图像信号的最大辉度只射出必要的光量。因为此时点亮时间内从光源来的发光量总是一定，发光光谱不会变化，可以防止图像的颜色变化。
进而，即使在图像信号的最大辉度为最大时，LED11、12、13也被控制为间断点亮。因此，即使在图像的亮度为最大时，也可以确保活动画面观看性。
(第二实施例)
下面参着图4说明本发明的第二实施例。
本实施例的投影型显示装置的基本构成与第一实施例相同，但是由于LED11、12、13的点亮熄灭图形不同，所以在本实施例中只用图4说明LED11、12、13的点亮熄灭控制，省略光源等的说明。
说明如上构成的投影型显示装置10的作用。
图4是表示本实施例的LED11、12、13的点亮、熄灭定时的时序图。
如上所述，光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量，求射出该光量所必要的点亮时间T。求出点亮时间T后，如图4所示，光源驱动部35将点亮时间分为两部分，在每一场点亮两次且只以上述点亮时间T/2点亮的同时，同时点亮LED11、12、13。
另外，如果由图像信号计算出的最大辉度变高，则光源驱动部35为了增加每一场的从LED11、12、13射出的光量使点亮时间变长。即，如图4的两点点划线所示，各点亮时间的LED11、12、13的点亮时间变长。
由于上述构成将每一场的LED11、12、13的点亮次数定位两次，所以LED11、12、13的点亮频率是图像频率的大约两倍。这样，如果LED11、12、13的点亮频率变高，则人的眼睛变得不容易觉察LED11、12、13的点亮熄灭，可以抑制闪烁(图像的闪亮)。
(第三实施例)
下面参照图5说明本发明的第三实施例。
本实施例的投影型显示装置的基本构成与第一实施例相同，但是由于LED11、12、13的点亮熄灭图形不同，所以在本实施例中只用图5说明LED11、12、13的点亮熄灭控制，省略光源等的说明。
说明如上构成的投影型显示装置10的作用。
图5是表示本实施例的LED11、12、13的点亮熄灭定时的时序图。
如上所述，光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量，求射出该光量所必要的点亮时间T。求出点亮时间T后，如图5所示，光源驱动部35将点亮时间T以后述的最小点亮时间t分割(图5中分割为四部分)。LED11、12、13在只点亮将每一场的点亮时间T以最小的点亮时间t分割的次数且每一次的点亮只点亮最小点亮时间t的同时，LED11、12、13同时点亮。
在此所说的最小点亮时间t是指从LED11、12、13点亮到其辉度变为与恒定点亮时的辉度相同为止的时间。
另外，如果由图像信号计算出的平均辉度变高，则光源驱动部35为了增加每一场的从LED11、12、13射出的光量增加点亮次数。即，如图5的两点点划线所示，每一场的LED11、12、13的点亮次数变多。
上述构成通过光源驱动部35将LED11、12、13的一次的点亮时间固定为最小点亮时间t，控制每一场的点亮次数，从而控制从光源射出的光量。因此，LED11、12、13的点亮频率比图像频率大幅度提高，人的眼睛变得不容易觉察LED11、12、13的点亮熄灭，可以消除LED11、12、13的点亮熄灭造成的闪烁。
(第四实施例)
下面参照图6说明本发明的第四实施例。
本实施例的投影型显示装置的基本构成与第一实施例相同，但是由于LED11、12、13的点亮熄灭图形不同，所以在本实施例中只用图6说明LED11、12、13的点亮熄灭控制，省略光源等的说明。
说明如上构成的投影型显示装置10的作用。
图6是表示本实施例的LED11、12、13的点亮熄灭定时的时序图。
如上所述，光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量。此时发光量的调整范围设定有成为下限的辉度L。该辉度L由光源的恒定点亮可以得到。光源驱动部35考虑到这一点，求射出必要的光量所必要的点亮时间T1。
如图6所示，求出点亮时间T1后，光源驱动部35在使LED11、12、13以辉度L一直点亮的同时，每一场以流过额定电流时的辉度M只点亮一次。该辉度M的点亮时间为上述的T1，LED11、12、13同时以辉度M点亮。
另外，如果由图像信号计算出的最大辉度变高，则光源驱动部35为了增加每一场的从LED11、12、13射出的光量使以辉度M点亮的时间变长。即，如图4的两点点划线所示，以辉度M点亮时的LED11、12、13的点亮时间变长。
因为即使在上述构成的其他实施例的LED11、12、13熄灭时，LED11、12、13也以辉度L点亮，所以一场中的最亮的显示与最暗的显示的比，即亮度的点亮熄灭的差变小。点亮熄灭的差变小，则图像的由于点亮熄灭造成的闪亮变少，眼睛变得不容易疲劳。特别是，暗的图像的闪烁减少
(第五实施例)
下面，参照图7说明本发明的第五实施例。
本实施例的投影型显示装置的基本构成与第一实施例相同，但是由于LED11、12、13的点亮熄灭图形不同，所以在本实施例中只用图7说明LED11、12、13的点亮熄灭控制，省略光源等的说明。
如上所述，光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量，求射出该光量所必要的点亮时间T。求出点亮时间T后，如图7所示，光源驱动部35在使LED11、12、13每一场点亮一次的同时，只点亮上述点亮时间T。与此同时，按照LED11、12、13的顺序定时错开点亮使相互不同时点亮。
上述构成通过定时错开点亮每一不同色的色光的LED11、12、13，由LED11、12、13的点亮造成的功耗的峰值被分散，可以减小作为投影型显示装置10整体来看的功耗的峰值的电力，可以实现进一步的功耗的降低。
(第二实施方式)
下面参照图8-图10说明本发明的第二实施方式。
本实施方式表示直视型液晶显示装置的例子。在此对与第一实施方式相同的构成要素赋予同样的标号且省略其说明。
图8(a)是表示直视型显示装置50的整体构成的概略正视图，图8(b)是直视型显示装置50的概略侧面图。
如图8所示，本实施方式的直视型显示装置50构成如下：可以射出白色光的LED(光源)51；调制从LED51射出的白色光的液晶单元(显示装置)52；将从LED51射出的白色光导入液晶单元52的导光体53；控制LED51的光源驱动部35。
LED51设置为在导光体53的上端向着导光体53可以射出白色光。
正视图中的导光体53在形成为与液晶单元52大致相同的尺寸的同时，在侧面图中，从上方向下方形成为后方侧的面54倾斜接近前方。
液晶单元52具有入射侧偏振板(无图示)、及射出侧偏振板(无图示)。液晶单元52中作为象素开关用元件使用采用薄膜晶体管(Thin FilmTransistor、以下简称TFT)的TN(Twisted Nematic)型的有源矩阵方式的透射型的液晶单元。
下面说明如上构成的直视型显示装置10的作用。
如图8所示，从LED51射出的白色光由导光体53的上端入射到导光体53内。入射到导光体53内的白色光在导光体53内边反射边传播，其中一部分被带有倾斜角的后方侧的面54反射，向液晶单元52传播。入射到液晶单元52内的各色光由液晶单元52根据图像信号被调制形成图像。
如图8所示，图像信号被输入到辉度抽出部36，在辉度抽出部36计算图像信号的每一场的最大灰度，即每一场的图像的最大辉度。计算出的最大辉度被输出到光源控制部35。
图9是表示本实施方式的LED51的点亮、熄灭定时的时序图。
光源驱动部35首先由输入的最大辉度求每一场所必要的光量。然后求LED51以流过额定电流时的辉度M射出光时，射出前述光量所必要的时间T。
求出点亮时间T后，如图9所示，光源驱动部35每一场点亮一次且仅点亮上述点亮时间T。
图10是表示由平均辉度计算出的所必要的亮度、及每一场的点亮时间的比例的图。
如图10所示，由最大辉度计算出的亮度变亮(光亮增加)，则一场的LED51的点亮时间被设定为二次函数式增长。另外，显示最大亮度时，每一场的点亮时间的比例为100％，LED51一直点亮。
由于上述构成在图像信号的最大辉度为最大，即图像的亮度为最大时LED51一直点亮，所以图像的亮度的闪亮完全消除。图像的闪亮消除则对眼睛不产生负担变得不容易疲劳。
还有，本发明的技术范围不限于前述实施方式，只要在不脱离本发明的宗旨的范围内可以有施加种种的变更。
例如，虽然上述实施方式中说明了适用于作为显示装置采用液晶光阀的构成，但是不限于采用该液晶阀的构成，可以适用于DMD(数字微镜装置)等其他各种的空间光调制器。
另外，虽然在上述实施方式中说明了适用于作为光源采用LED的情况，但是作为该光源不限于采用LED，可以适用于高压水银灯等其他的各种光源。

Claims (13)

1.一种显示装置，是具备具有多个象素的光调制装置，根据图像信号显示图像的显示装置，其特征在于：
具有照明前述光调制装置的光源、
具有通过在每一单位时间内，调整前述光源以预定的辉度点亮的时间，来控制从前述光源射出的光量的光源驱动装置。
2.如权利要求1中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置具有从前述图像信号抽出带有其画面亮度的特征的参数的辉度抽出装置、
前述光源驱动装置根据由前述辉度抽出装置抽出的参数控制从前述光源射出的光量。
3.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
根据带有前述画面的亮度的特征的参数施加图像处理，对由前述光调制装置显示的图像信号进行控制。
4.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在将前述光源的点亮次数控制在每一单位时间内为一次的同时，控制每一次的点亮时间，
控制每一单位时间内从前述光源射出的光量。
5.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在将前述光源的点亮次数控制在每一单位时间内为两次或两次以上的预定的次数的同时，控制每一次的点亮时间，
控制每一单位时间内从前述光源射出的光量。
6.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在将前述光源的点亮时间固定在预定的点亮时间的同时，控制每一单位时间内的点亮次数，
控制每一单位时间内从前述光源射出的光量。
7.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在图像信号的亮度为最大时进行使光源一直点亮的控制。
8.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在图像信号的亮度为最大时进行使光源间断点亮的控制。
9.如权利要求1或2中所述的显示装置，其特征在于：
前述光源驱动装置在调整前述光源在每一单位时间内以预定的辉度点亮的点亮时间的同时，控制前述光源使之在前述点亮时间以外的时间内以比前述预定的辉度低的辉度点亮。
10.一种投影型显示装置，其特征在于：
在权利要求1-9中任意一项所述的显示装置上，附加具有投影由前述光调制装置调制的光的投影装置。
11.如权利要求10中所述的投影型显示装置，其特征在于：
前述投影型显示装置由与三原色分别对应的三个光调制元件、和可以射出各自的色光的三个光源构成，
前述光源驱动装置使每一不同色的色光的前述光源的点亮定时错开。
12.如权利要求10中所述的投影型显示装置，其特征在于：
前述投影型显示装置由与三原色分别对应的三个光调制元件、和可以射出各自的色光的三个光源构成，
前述光源驱动装置使所有的前述光源的点亮定时一致。
13.如权利要求10-12中任意一项所述的投影型显示装置，其特征在于：
前述光源是可以射出各自不同色的色光的发光二极管。
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