JP2004062109A - Projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関するものである。特に、画像パターンを発光する素子を投影対象物に拡大投影する表示装置、すなわちプロジェクタ表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のプロジェクタ型ディスプレイでは、通常は液晶パネルやマイクロミラーデバイスを光変調素子としてスイッチングに利用して、光の透過と遮断または偏向を制御して選択された光をスクリーンに投射することで、スクリーン上に映像を表示させていた。
【0003】
しかしながら、上述のようなディスプレイにおいて、液晶パネルやマイクロミラーデバイスを光変調素子として用いているため、必ずや投影に寄与しない状態における光は不用エネルギとして偏光素子や、光吸収媒質に吸収させて、排除することが前提となっている。また、液晶の場合、光透過率や、各画素の開口効率や偏光制御精度によって不要な照明光が存在せざるおえない点、マイクロミラーデバイスにおいても各画素の開口効率と、斜入射照明による投影レンズの開口数と照明系のNAにおいて軸対称光学系を有効使用することが困難といった、根本的な前提に立って成り立っているものである。そこで、表示画像を明るくするために、メタルハライドや高圧水銀ランプを光源として用いているが、光源電圧として高電圧を使用しなければならない点や光源が高熱を発生するという問題が別途生ずることとなっている。
【0004】
このような、エネルギ使用効率の低さを根本的に解決する手段としては、特開平11−67448号公報(株式会社豊田中央研究所)、WO99/49358(三菱電気株式会社)、特開2000−66301号公報(セイコーエプソン株式会社)にて提案されている。上記3件においては、有機電界発光素子(有機EL素子)をマトリックス配置した発光パネル(有機ELパネル)として、この発光パネルの各有機EL素子を映像情報に基づいて駆動発光し、投影光学系によって表示対象物に投影表示することが提案されている。有機EL素子は、自発光素子であるため、別の光源は不要であり、有機ELパネルは、映像情報に応じて発光しているため、透過型の液晶パネルなどは不要であり、従って得られた光を有効に表示に利用することができる。このことによって、不要な光エネルギを生成することなく、低電力にて高輝度の表示を容易に得ることができ、有機ELパネルのみで、映像を出力できるため、その構成が簡単であり、装置の小型、軽量化を図ることが容易であるといった効果が期待できる。
【0005】
また一方、液晶パネルやマイクロミラーデバイスを光変調素子として用いているため、変調パネルが変調する各画素の最大出力輝度分布は、光変調素子を透過または反射にて照明する照明系の照度分布に依存するものである。したがって、照明光学系の構成によって照度分布が設計されるものとなるが、放物面や回転楕円体面ミラーを用いたガス放電ランプを用いる場合、光ビームは異型ガウシアン分布を有し、この分布をインテグレート光学系によって均一照度分布に変換することが一般的で、均一以外の意図的な照度分布を持たせる方法は困難である。
【0006】
この課題に対して、特開2000−075406号公報(双葉電子工業株式会社)の提案においては、意図的に投写物体であるスクリーン照度が均一になるように、投影レンズの光軸外透過光量低下分を補正するために、光変調パネルを照明するパネル状の面発光形態光源に輝度分布をもたせる提案がなされている。パネル状の面発光形態光源としての実施例はフィールドエミッション型の蛍光発光体光源と、電荷注入型有機EL素子が上げられている。該公報においては、液晶パネルやマイクロミラーデバイスを用いた光変調素子を照明する光源として記述されているが、光源自体が光変調素子であっても効果は同様である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機電界発光素子は、光電変換効率の安定性において、徐々に効率が低下していくといった耐久性における問題を抱えており、有機電界発光材料自体は、化学構造変化を起こしてそのポテンシャルエネルギの変位に応じた光エネルギ放出を繰り返すため、さらに、有機電界発光層は蛍光またはりん光発光材料とこの材料を分散するための材料や、電気伝導特性を向上させるための材料と混合させた状態にて構成されているため、化学的構造変化を起こして光を放出する有機電界発光材料が所望変化形態以外に変化する確率は絶対零度以上の温度においては状態分布関数が離散するため0%には原理的にならない。このため所望変化形態以外に変化する速度は、材料の状態安定性、バインダー環境媒体材料との組合せ、印加電界強度、湿度環境による加水分解、等それぞれに影響するが、化学反応の速度として、劣化主要因としては、光電変換過程における熱エネルギの発生による自己昇温温度パラメータによる劣化加速が主要因と考えられている。この劣化速度はアレニウスの反応速度関係式にほぼ応じた加速反応となる。したがって、低温状態にて低電力投入状態で発光駆動させれば、光電変換効率の変化速度は緩やかとなり長寿命となるが、発光輝度を高くするために、供給電力を増大すればするほど、光電変換効率の変化は指数関数的に短寿命となり、通常の民生製品の品質保証期間を1年とすると、数千から数万時間の安定発光が要求されることになるため、明るく高品質な画像表示を実現させようとするほど、品質安定性が劣化するといった原理的不具合が発生してしまう。
【0008】
また、投写型表示装置の使用状況において、像を投射するスクリーン等の物体は、その部屋や場所における照明環境下に置かれる物であって、かつ像の観察が物体からの拡散光を認識することによるため、投写画像の白黒コントラストを鮮明にするために、スクリーン等の物体を照らす照明環境を暗くして用いるのが一般的である。映画の投写はその代表的なものである。また一方、プレゼンテーション画面表示などは、視聴者の資料参照やメモ作業のために手元の照明が必要となるため、ある程度の照明環境の元で使用する状況も生じてくる。したがって、投写型表示装置の使用環境は目的によって変わってくるものとなる。また、明るい使用環境では、より明るい投写画像表示の重要性が高まり、暗い使用環境では、投写画像の均一性やコントラスト鮮明性やさらには色再現性等の画像品質が重要となってくるものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、この投射型表示装置の使用環境に応じての画質品質において、明るさと照度均一性においての制御を行うものであって、複数の個別変調可能な画素を有する電界発光素子と、前記電界発光素子内の個々の変調された画素から放射される光を投影レンズにより物体に投写して像を表示することを特徴とする投写型表示装置において、像を投写するスクリーン等の物体を照らす環境の明るさを検知し、該環境の明るさに連動して、照明環境が暗い場合には、電界発光素子の全体最大発光輝度を減少させ、かつスクリーン等の投写物体への照度分布が均一になるように、電界発光素子内に配された各画素の最大発光輝度の分布を補正することによって、明るい使用環境においては、明るい投写画像表示を行い、暗い使用環境においては、投写画像の照度が均一になるようにするとともに、有機電界発光素子に注入する電力を少なくすることによって、電界発光素子の温度上昇を軽減し、有機蛍光体材料の化学変化速度を鈍化させることによって、光電変換効率の劣化を遅延させ、投写型表示装置の品質維持期間を長時間化させるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態である投写型表示装置を図面を参照しながら説明する本発明の投写型表示装置の第1の実施形態を図1に基づき説明する。図1は投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。
1は画像情報を光の発光パターン情報として光放射する電界発光素子であり、信号に応じて電気的に電界発光素子を制御するコントローラ9からの電気信号にもとづき電界発光素子1は光を発光する。この電界発光素子1から放射した光は、投影レンズ2で捕えられスクリーン3に投写され、スクリーン3はその表面において光拡散特性を有するものであって、拡散反射された光を目で見ることで画像を認識する構成となっている。 また、投写型表示装置として、スクリーン3は反射型であっても透過型であってもよい。一方、電界発光素子1の光電変換効率のエネルギ変換ロス分のエネルギはその大部分において熱エネルギに変換されるため、電界発光素子1の背面にはゼーベック効果により温度勾配を発生させ、片面にて冷却作用が行えるペルチェ素子4の低温勾配面を電界発光素子1の背面に密着させ、素子を冷却する。このとき不図示の熱電対を電界発光素子1に接触させ温度をモニタする手段を併用することで温度制御を行うようにしている。一方、電界発光素子1と反対面に相当するペルチェ素子4の高温勾配面においては、送風ファン5によって室温大気の送風冷却を行うものである。ここで用いている電界発光素子1の構成については後述する。
【0011】
一方、投影レンズ近くに配された集光レンズ7によって、投射型表示装置が画像をスクリーン3に投写表示する前にスクリーン3を照らしている環境照度を光電変換センサ8に集光し、光電変換センサ8の出力はコントローラ9に送られ、環境照度データとして保管され、この環境照度データをもとにコントローラ9が電界発光素子1の全体最大発光輝度と電界発光素子1内に配された各画素の最大発光輝度分布を制御するものである。また、スクリーン3を照らしている環境照度の検知は、画像投写領域に外側を部分的に検知し、投射型表示装置が画像をスクリーン3に投写表示しているのと時間平行して電界発光素子1の全体または各画素の最大発光輝度をリアルタイムに制御してもかまわない。制御の方法については後述する。
【0012】
次に本発明の投写型表示装置の第2の実施形態を図2に基づき説明する。図2は投写型表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。
【0013】
1R、1G、1Bはそれぞれレッド、グリーン、ブルーの加法混色の3原色をつかさどる色の光を放射する電界発光素子であり、それぞれ画像情報を光の発光パターン情報として光放射する複数画素で構成され、画像信号に応じて電気的に電界発光素子を制御するコントローラ9からの電気信号にもとづき各電界発光素子1R、1G、1Bは担当する色の光を発光する。この電界発光素子1R、1G、1Bから放射した光は、合波プリズム6によって色合成するが、合波プリズム6はレッドを反射しシアンを透過するダイクロイックフィルタ6Rとブルーを反射してイエローを透過するダイクロイックフィルタ6Bをクロス状に配したクロスダイクロイックプリズムと一般に呼ばれるものであって、したがってグリーンにおいては影響を受けずに透過する特性を有しているものである。この合波プリズム6を用いることによって、レッド色の画像情報発光を担当する電界発光素子1Rから放射した光はダイクロイックフィルタ6Rによって投影レンズ2の方向に偏向を受け、ブルー色の画像情報発光を担当する電界発光素子1Bから放射した光はのダイクロイックフィルタ6Bによって投影レンズ2の方向に偏向を受け、グリーン色の画像情報発光を担当する電界発光素子1Gから放射した光は偏向作用を受けずに投影レンズ2の方向に進行することとなる。ただし各電界発光素子1R、1G、1Bにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されることは言及するまでもない。また合波プリズム6は図示のクロスダイクロイックプリズム以外にビデオ受光色分解光学系によく用いられる3Pプリズムによる合波手段を用いてもかまわないものである。次に合波されたカラー色として変調された光は投影レンズ2によって捕えられスクリーン3に投写され、スクリーン3はその表面において光拡散特性を有するものであって、拡散反射された光を目で見ることで画像を認識する構成となっている。 また、投写型表示装置として、スクリーン3は反射型であっても透過型であってもよい。一方、図1の第1の実施形態にて説明したと同様に、各電界発光素子1R、1G、1Bはその背面にペルチェ素子4と送風ファン5を用いた冷却手段によって冷却される。冷却制御は不図示の熱電対を電界発光素子に接触させ温度をモニタする手段を併用することで温度制御を行うようにしている。またここで用いている電界発光素子1R、1G、1Bの構成については後述する。
【0014】
一方、第1の実施形態と同様に、投影レンズ近くに配された集光レンズ7によって、投射型表示装置が画像をスクリーン3に投写表示する前にスクリーン3を照らしている環境照度を光電変換センサ8に集光し、光電変換センサ8の出力はコントローラ9に送られ、環境照度データとして保管され、この環境照度データをもとにコントローラ9が電界発光素子1R、1G、1Bの全体最大発光輝度と電界発光素子内に配された各画素の最大発光輝度分布を制御するものである。また、スクリーン3を照らしている環境照度の検知は、画像投写領域に外側を部分的に検知し、投射型表示装置が画像をスクリーン3に投写表示しているのと時間平行して電界発光素子1R、1G、1Bの全体または各画素の最大発光輝度をリアルタイムに制御してもかまわない。
【0015】
次に第1の実施形態にて用いる電界発光素子1の構造について図3を用いて説明する。用いる電界発光素子の基本的な構造は、図3(b)に示すごとく、透明ガラス基板10を基材として、薄膜電界発光材料層11、12,13がITO(酸化インジウム錫)透明薄膜電極14と金属薄膜電極15に挟持された構造であり、電界発光材料にホールキャリアのみを効率的に注入するために、ホール輸送層16をITO透明薄膜電極14と薄膜電界発光材料層11、12,13の間に配するものである。また、投写型の変調光源として用いる場合においては、投影レンズによって、放射した光を捉える比率を高めるためと、光電変換効率を高めるといった目的のため、ITO透明薄膜電極14の外側に設けられた誘電体多層反射ハーフミラー層17と、金属薄膜電極15の光反射面とによって光共振構造を構成し、誘導放射作用が発生する状態までは到達しなくとも、共振によって光放射方向をガラス基板10の垂直方向に指向性を持たせるようにしている。また放射波長スペクトルの狭帯域化効果も同時に実現する効果があり、共振距離の設計により、放射光波長を設計することが可能になっている。なお、光放射面は透明ガラス基板10側である。以上が基本的な電界発光素子1の構造で、各発光画素は、ITO透明薄膜電極14と、金属薄膜電極15の配線マトリックス配置によって構成され、1ナノメータオーダの発光波長は、共振ミラー間隔によって調整されるが、レッド、グリーン、ブルーといった発光色は電界発光材料によって決定され、各色を担当する電界発光材料は図3の(a)に示すごとくレッド担当の電界発光材料が11、グリーン担当の電界発光材料が12、ブルー担当の電界発光材料が13のように配することによって、フルカラーを表現する電界発光素子1を実現するものである。一方、電界発光材料11、12,13のパターニングは蛍光材料を蒸着法によって基板にコーティングする方法が一般的で、すなわち、3原色発光画素を配する電界発光素子1を作成するためのには、製法プロセスは多工程となるが、レジストパターニングによって各色ごとにコート不用部分をマスキングしておきリフトオフ方法によって、順次3原色の電界発光材料をコーティングしていくことによってパターン配置することができるものである。
【0016】
第2の実施形態にて用いる電界発光素子1R、1G、1Bの構造については図4に示すごとく上記第1の実施形態にて説明してきたものに対して、3原色の電界発光材料をパターン配置する構造を省いたものであって、電界発光素子1Rは、レッド担当の電界発光材料が11を配したもの、電界発光素子1Gは、グリーン担当の電界発光材料が12を配したもの、電界発光素子1Bは、ブルー担当の電界発光材料が13を配したものである。
【0017】
次に本発明の趣旨である照明環境に応じて電界発光素子1の発光状態を制御する方法について図5を用いて説明する。投写型表示装置の電源をONしてスタート(ステップ1)した後、前述した集光レンズ7と光電変換センサ8によって検知されたスクリーン3の環境照度値(ステップ2)をもとに、各明るさに対応してN個の状態を設定してあり、第何番目の明るさ状態に有るかを判断する。所定m(N≧m≧1)番目の環境照度にある場合に、各画素に対応する最大輝度変換テーブルにm番目の強度減衰分布テーブルmをセットする。ここで、検知照度が設定値1よりも大きいか小さいか判断される(ステップ3)。そして、検知照度が設定値1よりも小さい場合には、各画素最大輝度変換テーブルに強度減衰分布テーブル1がセットされる(ステップ4)。一方、検知照度が設定値1よりも大きい場合には、検知照度が設定値Nよりも大きいか小さいか判断される(ステップ5)。そして、検知照度が設定値Nよりも小さい場合には、各画素最大輝度変換テーブルに強度減衰分布テーブルNがセットされる(ステップ6)。検知照度が設定値Nよりも大きい場合には、各画素最大輝度変換テーブルに最大均等分布テーブルがセットされ(ステップ7)、電界発光素子1に全体総最大発光輝度がフル点灯状態になるように変換される。次にセットされた各画素最大輝度変換テーブルは、以後外部から入力される画像信号データと各画素に応じた最大輝度変換テーブル値によって変換演算されて(ステップ8)、所定最大輝度分布になる状態で、電界発光素子をドライブ点灯するための電流パルス信号に変換され(ステップ9)、電界発光素子の各画素に電荷が注入され、画像信号に応じたパターンで発光し(ステップ10)スクリーンに投写されるものである。そして電源をOFFにすると終了し(ステップ12)、電源をOFFにしない場合にはステップ8に戻る(ステップ11)。
【0018】
一方、N個用意された各画素最大輝度変換テーブルの分布は最も検知された環境照度が低い場合に最も全体の輝度が低く、輝度分布はスクリーン照度分布が均一になるように、投影レンズの光軸外透過光量低下分を補正する分布となるテーブルになっているものであり、検知された環境照度が高くなるほど徐々にに全体輝度が高く、輝度分布は均一平坦に近づくものになっている。また、前述したように環境照度が高く、検知照度の比較値より高い場合には電界発光素子1が設定最大フル点灯状態となり、輝度分布は均一点灯になるものである。
【0019】
本実施例においては多段階にて、電界発光素子1の全体発光輝度および輝度分布を制御するものであるが、検知環境照度に滑らかに連動して制御するものであってもかまわないし、かつ、検知環境照度は高い場合と低い場合とで単純な閾値によって表示モードが自動的に切り替わる形態をとってもかまわないものである。
【0020】
また、人間の視覚特性からすると、スクリーン周りの環境の明るさに応じて、明順応、暗順応を起こすため、暗い環境での表示画像の視認では、明るい環境での視認に対して照度で暗くても暗いとは感じない特性があり、かつ暗い環境で過剰に明るい画像表示投写を行うと、スクリーンからの散乱光によって周りの環境を照明してしまい、表示画像への没入感を損なってしまう不具合を生じることも起こってしまう。あくまで人間の視覚特性を考慮すると、環境の明るさを含んだ上での視覚のダイナミックレンジ領域において、画像を表示投写することが好ましいものである。
またさらに、人間の視覚特性において、色順応反応も起こすため、白熱電球照明下の環境で画像表示を行う場合と、蛍光灯照明下環境で画像表示を行う場合では、環境照明の色温度または色が異なってくるため、環境照明の色を検知して、レッド、グリーン、ブルーの3原色発色を担当する、各電界発光素子または電界発光素子内に配列された各色画素の輝度比率を変えることで、表示画像の色再現状態を変換することにおいても有効である。
以上説明したように、暗い環境で暗い画像投写表示を行う場合に投写画像の照度均一性を重視し、さらには色再現性を重視し、一方、明るい環境で明るい画像投写表示を行う場合には、投写画像の明るさを重視することは装置品質に点において有効な手段となるものである。
【0021】
次に、電界発光素子の光電変換効率の劣化における低輝度点灯の作用について説明する。
【0022】
上記有機電界発光素子に使用される有機電界発光蛍光体は、ブルー色発光体とグリーン色発光体とレッド色発光体とにより構成されており、それぞれブルー色発光体にはベンゾオキサゾール亜鉛錯体が、グリーン色発光体にはアルミキノリノール錯体が、レッド色発光体にはDCM等が用いられている。各蛍光体の光電変換効率は室温約23℃の環境で100mA/cm2の荷電キャリア供給にて18.4mW/cm2の光エネルギを得られるものが存在し、グリーン色においては5000cd/m2以上の放射光量が得られ、光電変換効率の半減時間は数1000時間の特性を有している。ここで、投写型表示装置の直接発光の画像変調素子として用いると、前記発光輝度では不足しているため、エキシトンを形成するための荷電キャリアを100mA/cm2より多く注入することが必要となる。その結果、電界発光素子1または1R、1G、1Bの蛍光体発光層での熱エネルギが上昇してしまうため、電界発光材料である有機蛍光体が活性化状態へ励起される確率が上昇し、蛍光体有機分子の崩壊を引き起こすことで光電変換効率の劣化が加速されてしまう。
【0023】
そこで、本実施例において、電界発光素子全体のマクロ的には、電界発光素子の背面に設けられたペルチェ素子4によって電界発光素子1または1R、1G、1Bの温度を約20℃に制御することで、電界発光素子が全体最大発光輝度でフル点灯した場合の光電変換効率の半減時間を数1000時間に維持しつつ、暗い環境照明下でのスクリーン3への画像表示投写において、画像照度を低下させることにより、電界発光素子への荷電キャリアの注入量を少なくし、素子の昇温を抑制して光電変換効率の半減時間を引き延ばすものである。真っ暗での画像表示照度を、明るい環境での最大発光輝度値の半値としてフル点灯した場合、ペルチェ素子4の冷却面と電界発光素子1または1R、1G、1Bの電界発光蛍光体層との間の温度勾配の影響も生じるため、約3倍の光電変換効率の半減時間が伸びる結果となった。したがって、暗い環境と明るい環境で半々の使用状態を想定すると、最大発光輝度値でフル点灯した場合の1.5倍の光電変換効率の半減時間が伸びるとともに、投射型表示装置の実駆動状態において、表示される画像は常時全面白のフル点灯とはならないため、電界発光素子の発熱量も抑制される。このことを考慮し実変調量の平均値を平均発光輝度を最大発光輝度値の半分と想定すると、この画像表示実変調要因によっても同様に約3倍の光電変換効率の半減時間が伸びる効果が期待される。したがって、約20℃に電界発光素子を冷却することで電界発光素子の最大発光輝度点灯状態で約数1000時間の光電変換効率の半減時間となり、暗い環境使用時間を半値として約1.5倍、実変調要因で約3倍となり、電界発光素子自体の20℃環境フル点灯時の光電変換効率の半減時間を2000時間とすると、装置の実使用状態では9000時間の光電変換効率の半減時間に引き伸ばすことができるものである。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像を投写するスクリーン等の物体を照らす環境の明るさを検知し、該環境の明るさに連動して、照明環境が暗い場合には、電界発光素子の全体最大発光輝度を減少させ、かつスクリーン等の投写物体への照度分布が均一になるように、電界発光素子内に配された各画素の最大発光輝度の分布を補正することによって、明るい使用環境においては、明るい投写画像表示を行い、暗い使用環境においては、投写画像の照度が均一になるようにするとともに、有機電界発光素子に注入する電力を少なくすることによって、電界発光素子の温度上昇を軽減し、有機蛍光体材料の化学変化速度を鈍化させることによって、光電変換効率の劣化を遅延させ、投写型表示装置の品質維持期間を長時間化させたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る投写型表示装置の要部の概略図
【図2】本発明の第2の実施形態に係る投写型表示装置の要部の概略図
【図3】本発明の第1の実施形態に用いる電界発光素子の要部の概略図((a),(b))
【図4】本発明の第2の実施形態に用いる電界発光素子の要部の概略図((a),(b))
【図5】本発明の電界発光素子の発光状態を制御する方法を説明するフローチャート
【符号の説明】
1 電界発光素子
1R レッド色を発光する電界発光素子
1G グリーン色を発光する電界発光素子
1B ブルー色を発光する電界発光素子
2 投影レンズ
2 スクリーン
3 ペルチェ素子
4 送風ファン
5 合波プリズム
6 集光レンズ
7 光電変換センサ
8 コントローラ
10 ガラス基板
11 レッド光を発光する電界発光材料
12 グリーン光を発光する電界発光材料
13 ブルー光を発光する電界発光材料
14 透明薄膜電極
15 金属薄膜電極
16 ホール輸送層
17 誘電体多層反射ハーフミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device. In particular, the present invention relates to a display device that enlarges and projects an element that emits an image pattern onto a projection target, that is, a projector display device.
[0002]
[Prior art]
In a conventional projector type display, a liquid crystal panel or a micromirror device is normally used as a light modulation element for switching, and transmission and blocking or deflection of light are controlled to project selected light onto a screen. The video was displayed above.
[0003]
However, since the liquid crystal panel or the micromirror device is used as the light modulation element in the display as described above, light in a state that does not necessarily contribute to projection is absorbed as unnecessary energy by the polarization element or the light absorbing medium, and is eliminated. It is assumed that In addition, in the case of liquid crystal, unnecessary illumination light must exist due to light transmittance, aperture efficiency of each pixel, and polarization control accuracy. In a micromirror device, aperture efficiency of each pixel and projection by oblique incidence illumination This is based on the fundamental premise that it is difficult to effectively use an axially symmetric optical system with respect to the numerical aperture of the lens and the NA of the illumination system. Therefore, in order to brighten a displayed image, a metal halide or a high-pressure mercury lamp is used as a light source. However, a point that a high voltage must be used as a light source voltage and a problem that a light source generates high heat arises separately. ing.
[0004]
As means for fundamentally solving such low energy use efficiency, JP-A-11-67448 (Toyota Central Research Institute, Inc.), WO99 / 49358 (Mitsubishi Electric Co., Ltd.), No. 66301 (Seiko Epson Corporation). In the above three cases, as a light-emitting panel (organic EL panel) in which organic electroluminescent elements (organic EL elements) are arranged in a matrix, each organic EL element of the light-emitting panel is driven to emit light based on image information, and is projected by a projection optical system. Projection display on a display object has been proposed. Since the organic EL element is a self-luminous element, another light source is not required. Since the organic EL panel emits light in accordance with video information, a transmission type liquid crystal panel or the like is unnecessary, and thus, it is obtained. The light can be used effectively for display. This makes it possible to easily obtain a high-brightness display at low power without generating unnecessary light energy, and to output an image only with the organic EL panel. The effect that it is easy to reduce the size and weight of the device can be expected.
[0005]
On the other hand, since a liquid crystal panel or a micromirror device is used as the light modulation element, the maximum output luminance distribution of each pixel modulated by the modulation panel is the same as the illuminance distribution of the illumination system that illuminates the light modulation element by transmission or reflection. It depends. Therefore, the illuminance distribution is designed according to the configuration of the illumination optical system.However, when a gas discharge lamp using a parabolic or spheroidal mirror is used, the light beam has an atypical Gaussian distribution, and this distribution is In general, conversion into a uniform illuminance distribution is performed by an integrated optical system, and it is difficult to provide a purposeful non-uniform illuminance distribution.
[0006]
To solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-075406 (Futaba Electronics Co., Ltd.) proposes to reduce the amount of transmitted light off the optical axis of the projection lens so that the illuminance of the screen as a projection object is intentionally uniform. In order to compensate for this, a proposal has been made to provide a panel-shaped surface-emitting light source for illuminating the light modulation panel with a luminance distribution. In the embodiment as the panel-shaped surface emitting light source, a field emission type fluorescent light source and a charge injection type organic EL element are used. In this publication, a light source for illuminating a light modulation element using a liquid crystal panel or a micromirror device is described, but the same effect is obtained even when the light source itself is a light modulation element.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the organic electroluminescent device has a problem in durability such that the efficiency of the photoelectric conversion efficiency is gradually reduced, and the organic electroluminescent material itself undergoes a chemical structural change and the potential energy thereof is increased. In addition, the organic electroluminescent layer is mixed with a fluorescent or phosphorescent material and a material for dispersing the material or a material for improving the electric conduction characteristics in order to repeatedly emit light energy according to the displacement of the organic electroluminescent layer. , The probability that an organic electroluminescent material that emits light by causing a chemical structural change changes to a form other than the desired change form is 0% because the state distribution function is discrete at a temperature of absolute zero or more. Is not in principle. For this reason, the rate of change other than the desired change form affects the state stability of the material, the combination with the binder environmental medium material, the applied electric field strength, the hydrolysis due to the humidity environment, etc. It is considered that the main factor is acceleration of deterioration due to a self-heating temperature parameter due to generation of heat energy in the photoelectric conversion process. The rate of this degradation is an accelerated reaction substantially in accordance with the Arrhenius reaction rate relational expression. Therefore, if light emission is driven in a low temperature state with a low power input, the rate of change in photoelectric conversion efficiency is slow and the life is long.However, in order to increase the emission luminance, the more the supply power is increased, the more the photoelectric conversion efficiency increases. The change in conversion efficiency is exponentially short-lived, and if the quality guarantee period of ordinary consumer products is one year, stable light emission for thousands to tens of thousands of hours is required, resulting in bright and high-quality images. The more the display is to be realized, the more such a fundamental problem that the quality stability deteriorates.
[0008]
Further, in the usage state of the projection display device, an object such as a screen for projecting an image is an object placed under an illumination environment in a room or a place, and observation of the image recognizes diffused light from the object. Therefore, in order to sharpen the black-and-white contrast of the projected image, it is common to use a dark illumination environment for illuminating an object such as a screen. The projection of a movie is a typical example. On the other hand, a presentation screen display or the like requires local lighting for reference of a viewer's material and memo work, and thus may be used under a certain lighting environment. Therefore, the usage environment of the projection display device changes depending on the purpose. Also, in a bright usage environment, the importance of displaying a brighter projected image increases, and in a dark usage environment, image quality such as uniformity, contrast clarity, and even color reproducibility of the projected image becomes important. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is to control the brightness and illuminance uniformity in the image quality according to the usage environment of the projection display device, and the electroluminescent element having a plurality of individually modulatable pixels, In a projection display device, an image is displayed by projecting light emitted from individual modulated pixels in an electroluminescent element onto an object by a projection lens, and illuminates an object such as a screen for projecting the image. The brightness of the environment is detected, and in conjunction with the brightness of the environment, when the lighting environment is dark, the overall maximum emission brightness of the electroluminescent element is reduced, and the illuminance distribution on the projection object such as a screen is uniform. By correcting the distribution of the maximum emission luminance of each pixel arranged in the electroluminescent element so as to obtain a bright projected image display in a bright use environment, and perform a bright projected image display in a dark use environment. By making the illuminance of the projected image uniform and by reducing the power injected into the organic electroluminescent element, the temperature rise of the electroluminescent element is reduced, and the chemical change rate of the organic phosphor material is reduced. It is intended to delay the deterioration of the photoelectric conversion efficiency and prolong the quality maintenance period of the projection display device.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a projection display device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view of a main optical system constituting the projection display device.
Reference numeral 1 denotes an electroluminescent element that emits light as image information as light emission pattern information. The electroluminescent element 1 emits light based on an electric signal from a controller 9 that electrically controls the electroluminescent element according to a signal. . Light emitted from the electroluminescent element 1 is captured by a projection lens 2 and projected on a
[0011]
On the other hand, before the projection type display device projects and displays an image on the
[0012]
Next, a second embodiment of the projection display apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view of a main optical system constituting the projection display device.
[0013]
[0014]
On the other hand, similarly to the first embodiment, the condensing
[0015]
Next, the structure of the electroluminescent device 1 used in the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3 (b), the basic structure of the electroluminescent element used is as follows: a
[0016]
The structure of the
[0017]
Next, a method of controlling the light emitting state of the electroluminescent element 1 according to the lighting environment, which is the gist of the present invention, will be described with reference to FIG. After turning on the power of the projection display apparatus and starting (step 1), each brightness is determined based on the environmental illuminance value of the screen 3 (step 2) detected by the
[0018]
On the other hand, the distribution of the N maximum luminance conversion tables prepared for each pixel has the lowest overall luminance when the detected ambient illuminance is the lowest, and the luminance distribution of the projection lens is such that the screen illuminance distribution is uniform. The table is a table that provides a distribution for correcting a decrease in the amount of off-axis transmitted light. The higher the detected ambient illuminance, the higher the overall luminance gradually, and the luminance distribution approaches a uniform and flat distribution. Further, as described above, when the environmental illuminance is high and is higher than the comparison value of the detected illuminance, the electroluminescent element 1 is set to the full lighting state at the maximum setting, and the luminance distribution is uniformly lit.
[0019]
In the present embodiment, the overall light emission luminance and the luminance distribution of the electroluminescent element 1 are controlled in multiple stages, but may be controlled in such a manner as to smoothly interlock with the detected environment illuminance, and The display mode may be automatically switched by a simple threshold value between the case where the detection environment illuminance is high and the case where the detection environment illuminance is low.
[0020]
Also, from the viewpoint of human visual characteristics, light adaptation and dark adaptation occur according to the brightness of the environment around the screen, so that when viewing a display image in a dark environment, the illuminance is darker than that in a bright environment. However, if the image is projected too brightly in a dark environment, the surrounding environment will be illuminated by the scattered light from the screen, and the immersion in the displayed image will be impaired. Problems can also occur. Considering human visual characteristics to the last, it is preferable to display and project an image in the visual dynamic range region including the brightness of the environment.
In addition, since a color adaptation reaction also occurs in human visual characteristics, the color temperature or color of the environmental illumination is different between when displaying an image under an incandescent light bulb environment and when displaying an image under a fluorescent light environment. Is different, the color of the ambient light is detected, and the luminance ratio of each electroluminescent element or each color pixel arranged in the electroluminescent element, which is responsible for three primary colors of red, green, and blue, is changed. It is also effective in converting the color reproduction state of a display image.
As described above, when performing dark image projection display in a dark environment, emphasis is placed on illuminance uniformity of the projected image, and further on color reproducibility, while, when performing bright image projection display in a bright environment, Emphasizing the brightness of the projected image is an effective means in terms of device quality.
[0021]
Next, the operation of low-luminance lighting in the deterioration of the photoelectric conversion efficiency of the electroluminescent device will be described.
[0022]
The organic electroluminescent phosphor used in the organic electroluminescent device is composed of a blue light emitter, a green light emitter, and a red light emitter, and each of the blue light emitters has a benzoxazole zinc complex, An aluminum quinolinol complex is used for the green light emitter, and DCM or the like is used for the red light emitter. Regarding the photoelectric conversion efficiency of each phosphor, there is a phosphor capable of obtaining light energy of 18.4 mW / cm 2 by supplying a charge carrier of 100 mA / cm 2 in an environment at room temperature of about 23 ° C., and 5000 cd / m 2 in green color. The above radiation amount is obtained, and the half-time of the photoelectric conversion efficiency has a characteristic of several thousand hours. Here, when used as an image modulation element for direct light emission of a projection display device, since the light emission luminance is insufficient, it is necessary to inject more than 100 mA / cm 2 of charge carriers for forming excitons. . As a result, the thermal energy in the phosphor light emitting layers of the
[0023]
Therefore, in this embodiment, the temperature of the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the brightness of an environment illuminating an object such as a screen for projecting an image is detected, and in conjunction with the brightness of the environment, when the illumination environment is dark, electroluminescence is used. By reducing the maximum emission luminance distribution of each pixel arranged in the electroluminescent element so that the overall maximum emission luminance of the element is reduced and the illuminance distribution on a projection object such as a screen is uniform, the element is bright. In a use environment, a bright projected image is displayed, and in a dark use environment, the illuminance of the projected image is made uniform, and the power injected into the organic electroluminescent element is reduced to reduce the temperature of the electroluminescent element. By reducing the rise and slowing down the chemical change rate of the organic phosphor material, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is delayed, and the quality maintenance period of the projection display device is lengthened. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a projection display device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a projection display device according to a second embodiment of the present invention. 3. Schematic diagrams of main parts of the electroluminescent device used in the first embodiment of the present invention ((a), (b))
FIG. 4 is a schematic view ((a), (b)) of a main part of an electroluminescent device used in a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for controlling the light emitting state of the electroluminescent device of the present invention.
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (11)
前記物体を照らす環境の明るさを検知し、この環境の明るさに連動して電界発光素子の発光輝度を制御することを特徴とする投写型表示装置。An electroluminescent element having a plurality of individually modulatable pixels, and a projection display device that displays an image by projecting light emitted from each modulated pixel in the electroluminescent element onto an object by a projection lens,
A projection display device, wherein brightness of an environment illuminating the object is detected, and light emission brightness of an electroluminescent element is controlled in conjunction with the brightness of the environment.
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