JP2007518115A

JP2007518115A - 高効率のスクローリングカラー表示装置

Info

Publication number: JP2007518115A
Application number: JP2006544617A
Authority: JP
Inventors: ジェイエスエムデヴァーンアドリアヌス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2007-07-05
Also published as: EP1698179A1; CN1890986A; WO2005060266A1; US20070159605A1

Abstract

本発明は、調光を表示する装置に関する。この装置(100)は、光源ユニット(102)から生じる光を変調するライトバルブ(110)と、光源ユニット(102)からの光を少なくとも２つのカラーバー(304，308，312)に分離する分離手段と、少なくとも２つのカラーバー(304，308，312)とライトバルブ(110)上において動かすスクローリング手段(122，124，126)とを備えている。このスクローリング手段(122，124，126)は、部分的にオーバーラップし、ライトバルブ(110)に対し少なくとも１つの更なるカラーバー(302，306，310)を生成する、少なくとも２つのカラーバー(304，306，308)とコミュニケートするように構成されたコミュニケート手段(132，134，136)を備えている。

Description

本発明は、高輝度のスクローリングカラー表示装置に関する。特に本発明は、液晶カラー投影装置に関する。

スクローリングカラー投影器（Displaytechnik, Fernseh-und Kino-Technich, no.1-2/2002において、Volk Blumeにより“Single Panel Reflective LCD Projectors”に記載されるような）は、以下の様にフルカラー画像を生成する。すなわち液晶パネルを上から下まで連続的にスクロールする複数のストライプ状のカラー光(赤色、緑色、青色)でパネルを写すことによって、リキッドクリスタル・オン・シリコン(LcoS)のような単一光変調器から生成する。

米国特許第6540362号明細書は、多数の赤色、緑色、青色のレンチキュラーレンズアレイおよび複数のストライプをコリメートする第２のレンズアレイによって実現されるスクローリングカラーストライプを有するスクローリングカラー投影器を開示している。コリメートされたストライプが、回転プリズムを用いることにより、液晶パネル上をスクロールされる。

更に、米国特許第2002/0191154号明細書は、図１aに示される単一パネルカラー液晶ディスプレイ（LCD）投影器を開示している。このLCD投影器装置100は、スクローリングカラー投影装置を用い、非偏光が赤色、緑色、青色成分のカラー光ビームに分離される。LCD投影装置100は、光源102、カラー分離手段104、実質的に非吸収性の偏光素子106、偏光ビームスプリッタ108、ライトバルブまたは変調器110、投影レンズ112を備えている。このライトバルブ、または変調器110は、入射光を受け、所望の画像を入射光に与えるように構成されており、次にこの画像は投影レンズ112によって投影される。このカラー分離手段104は、２色性のカラーフィルタ114，116，118 ，120、プリズム122，124，126、反射鏡128および130を備えている。このカラー分離手段104は、回転プリズム122，124，126により、スクローリングカラー光ビームを発生する。

このプリズム122，124，126の位相および回転は重要である。カラー光のそれぞれのストライプは、ライトバルブまたは変調器110にも与えられるビデオ情報(電気的スキャン)に関して、特定の時刻でライトバルブまたは変調器110上に投影され、スクロールされなければならないからである。すなわち、光の赤色、緑色、青色の、ストライプは、対応するビデオ情報の表示と同時に一列の表示で存在しなければならない。

本発明の内容として取り込まれる、米国特許第6540362号明細書、米国特許出願第US2002/0191154号明細書、および文献「単一パネル反射ＬＣＤ投影器」は、赤色、緑色、青色のストライプを利用するスクローリングカラー投影装置を記載している。これらの種類の投影装置において、赤色、緑色、青色の光線は、表示パネル上に幾何学的に分離するようにスクロールされ、これは、光源から発生する光を有する光路の効率的な中身を得る表示パネル上の設定要件のようなものである。これは、H.Monchらによる Society for Information Display international symposium may 18-20, 1999, Digest of technical papers, VolumeXXX, pp 1076-1079, (SID 99 Digest)における“Optimized light sources for projection displays”に記載されているような、投影装置におけるイテンデュ(etendue)の原理を用いることで最も良く説明することができる。図1bは、光路のイテンデュの関数として100W，1.0mmのアークUHPランプに対する収集可能な光束(ルーメン)を示す。ｘ軸上において、典型的な(３-パネルの)投影装置の位置が、種々のパネルサイズに対して示されている。３-パネル投影装置において、それぞれのパネルは、赤色、緑色、青色の三原色のうちの1つによって写されるが、このスクローリングカラー投影装置において、これら３つのカラー光の領域は、1つおよび同一のパネルの離れた位置上に写される。しかし、光源からの同一量の収集された光束(ルーメン)を得るためには、光によって写される全表示領域は、３-パネル投影装置における全表示領域を単一パネル投影装置において必要とされ、これは３つの0.7インチパネル投影装置が、√3×0.7=1.2インチの単一パネルスクローリングカラー投影装置と同一量の光源からの収集された光束(ルーメン)を用いることを意味している。これら先行技術の投影装置のイテンデュの制限の故に、単一パネルスクローリングカラー投影装置は、√3のイテンデュの不利益があるが、１パネルのみが３パネルの代わりに必要とされる利点を有している。これは、低システ
ム効率が類似の表示サイズにおいて受け入れられる必要があり、あるいは対角で√3倍大きいパネルは投影光源から同一量の光束(ルーメン)を収集するように構成される必要があることを意味している。

本発明の目的は、表示パネルのサイズを増加することなく、投影ランプの利用可能なイテンデュを増加させる多原色スクローリング装置を提供することにある。

本発明の特有の利点は、カラー領域を拡大する装置を提供することにある。

本発明の目的は、請求項１の特徴項に記載される特徴的機能を有する本発明の第１の態様により得られる。

更なる実施例が、従属請求項２〜１９に記載される本発明の第１の態様により得られる。

本発明の上記の目的および他の目的と機能と利点は、本発明の好適な実施例の以下の例示的で非限定的な詳細な説明により、図面を参照してより理解できるであろう。

種々の実施例の説明において、図面を参照して、本発明が実施される種々の実施例を説明する。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施例を用いることができる、構造上および機能上の変形例を作成することを理解すべきである。

図１は、上述のように、投影装置100を示し、これはスクローリングカラー・リキッドクリスタル・オン・シリコン(LcoS)投影装置となることができ、照明窓上にスクローリングカラー効果を生じさせる回転プリズム122，124，126を示す。それぞれの回転プリズム122，124，126の正面にスリット132，134，136を配置することによって、鮮明なカラーバーが表示パネル上において得られる。それぞれのスリット132，134，136はその対応色である赤色、緑色、青色によって写され、プリズム122，124，126によって表示パネル上に写される。

この場合において表示パネルは、ライトバルブ手段または光変調手段として構成すべきであり、たとえば透過型液晶ディスプレイ、反射型リキッドクリスタル・オン・シリコンまたはDMDパネルのようなマイクロ電気機械的な反射型ディスプレイである。

図２は、従来技術の装置によって得られ、表示パネル上に投影される照明窓200を示す。この照明窓200は、赤色202，緑色204，青色206のスクローリングカラーバーを有する。それぞれのスリット214，216，218の幅208，210，212は、カラーバー202，204，206の幅を決定する。スリットの幅208，210，212は、表示パネル上の３つのカラーバー202，204，206を正確に生成するように選択される。カラー画像が、それぞれの線を表示パネル内に新しい色情報で描くことによって生成されるとすぐに、新しい色が表示パネル内の対応する列上に現れ始める。

図３は、表示パネル上に投影される照明窓300を示し、この照明窓300は６つのスクローリングカラーバー、すなわち紫色302，赤色304，黄色306，緑色308，青緑色(シアン)310，青色312のカラーバーを有する。この６つのカラーバーは、拡大した幅314，316，318a，318bとして図３に示されるように、スリットの幅208，210，212を拡げることによって生成される。従って、スリット320，322，324(スリット324は、２つの分離した部分324aおよび324bとして示される幅)は、図2に示される様なスリット214，216，218幅よりも広い。その結果赤色、緑色、青色のカラーバー304，308，312が部分的に互いにオーバーラップする。このオーバーラップは、混合したカラーバー、すなわち紫色302，黄色306，青緑色310を生成する。

表示パネルのそれぞれのピクセルは、１つのカラー当りの光の総光量が各ピクセルによって必要とされる色とバランスをとるように、時間に対して連続して動かされる。赤色、緑色、青色のカラーバー304，308，312は表示パネルのより大きな領域をカバーするので、光路のスループットは増加され、投影器光源からの光の光量がより多く収集され、投影装置によって導かれ、その結果より高い輝度を実現する。赤色、緑色、青色のカラーバー304，308，312のそれぞれが、表示領域の50%をカバーする場合、0.7インチ3-パネルの投影装置は、√2×0.7=0.99インチの表示パネルにおけるのと同じ量の光源から収集される光束(ルーメン)を用いるだろう。これは、本発明による投影装置が、0.99インチの表示パネルに対し同じ輝度を与え、スクローリングカラー投影装置は従来技術による1.2インチ表示パネルを用いることを意味する。

本発明の好適な実施例によれば、スリット320，322および/または324のうちの1つにより、より広い波長範囲が、関係するプリズム122，124および/または126へと伝えられることを可能にする。

図４は、投影装置における、参照番号400によって全体に示されるカラー空間のグラフを示す。第１の組の色(三原色の赤色402，緑色404，青色406)は、投影装置のカラー空間の全スパン408を定義する。第2の組のカラー(三原色の青緑色410，黄色412，紫色414)は、高輝度値を生じる三原色を有している。第２の組のカラーは、第１の組のカラーを組み合わせることによって生成し、すなわち青緑=緑＋青；黄色=赤＋緑；紫=青＋赤である。

従来技術の投影装置において、光源の全スペクトルは、一般的に非効率的に用いられる。特に、約500nm(490〜510nm)および約600nm(590〜610nm)のスペクトル部は、三原色の赤色、緑色、青色を飽和させないので、フィルタ除去される。しかし、本発明による投影装置が、混合したカラーバー302，306，310(紫色、黄色、青緑色)を生成するため、約500nmおよび約600nmの波長範囲を、青緑色および黄色のカラーバー306，310において用いることができる。したがって、好適な実施例において、480〜590nmの全波長範囲は、緑色のプリズムを通過し、その結果この緑色のカラー非飽和は、“ｘ”-“ｙ”カラー空間400において低い“ｙ”値を有する緑色のカラーポイントとなる。参照番号502，504，506として図５に示されるようなフィルタを緑色のプリズムの正面に付加することによって、低い“ｙ”値の補正が実現される。したがって、490〜580nmの波長範囲のフィルタリングが緑色のカラーバー308に対して加えられ、緑色の原色404の“ｙ”-値を所望の値に戻す。480〜510nmの波長範囲のフィルタリングが、黄色のカラーバー306に対して加えられ、560〜590nmの波長範囲のフィルタリングが、青緑色のカラーバー310に対して加えられる。この黄色と青緑色のカラーバー、306および310の輝度は増加され他方、参照番号410′，412′，414′として図4に示されるカラーポイントは、赤色402，緑色404，青色406の三原色によって定められる古いカラー空間400の外側へ押し出される。

本発明の他の実施例によると、緑色のスリットにおける青緑色および黄色のフィルタは、補色の部分を透過する。すなわち青緑色のフィルタは黄色の部分を透過し、黄色のフィルタは青緑色の部分を透過する。これは、ポイント410′，412′，414′を最初のポイント410，412，414へと戻し、480〜510nm、および560〜590nmの波長範囲は、輝度を増加させる。

本発明の更に他の実施例において、この装置は、色をプリズム(122，124，126)の正面の所定の位置に向かって導く導波管を備えている。

本発明における好適な実施例は、表示パネル上において色を動かすスクローリング手段として回転プリズムを用いるが、本発明は、他の実施例において、スピニング・ウィール、回転ドラム、回転ポリゴンミラー、MEMに基づくスキャナ、LCDに基づくスキャナなどのような、異なる種類のスクローリング手段を備えることができる。

図1aは、従来技術の投影装置の構成図を示す。図1bは、100W，1.0mm arc UHP lamp に対する光路のイテンデュの関数として、収集可能な光束(ルーメン)のグラフを示す。図２は、従来技術の投影装置による照明窓を示す。図３は、本発明の第１の実施例による照明窓を示す。図４は、投影装置におけるカラー空間のグラフを示す。図５は、一連のフィルタを用いた本発明の好適な実施例による照明窓を示す。

Claims

光源ユニットから発生する光を変調するライトバルブと、前記光源ユニットからの前記光を少なくとも2つのカラーバーに分離する分離手段と、前記ライトバルブによって前記少なくとも２つのカラーバーを動かすスクローリング手段とを備える変調された光を表示する装置において、
前記スクローリング手段が、部分的にオーバーラップしている前記少なくとも２つのカラーバーとコミュニケートするように構成されたコミュニケート手段を有し、前記ライトバルブに対し更に少なくとも１つカラーバーを生成することを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記ライトバルブは、複数のピクセルを有するパネルを有し、前記パネルは前記動く少なくとも２つのカラーバーを受けるように構成され、前記装置は、新たなカラーバーを受けると、前記複数のピクセルに情報を書き込むように構成されたパネルアドレス手段を更に備えることを特徴とする装置。
請求項２に記載の装置において、
カラー画像信号を駆動カラー信号に変換するように構成された電子カラーデコーダ回路を備え、前記駆動カラー信号は、前記複数のピクセルをそれぞれ駆動し、前記駆動カラー信号および前記カラーバーを組み合わせることによりカラー画像を生成することを特徴とする装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、
前記少なくとも２つのカラーバーは、赤色、緑色、青色のカラーバーを有し、前記コミュニケート手段は、前記赤色および青色のカラーバーをオーバーラップし、前記ライトバルブに対して紫色のカラーバーを生成し、前記赤色および緑色のカラーバーをオーバーラップし、前記ライトバルブに対して黄色のカラーバーを生成し、前記緑色および青色のカラーバーをオーバーラップし、前記ライトバルブに対して前記青緑色のカラーバーを生成することを特徴とする装置。
請求項４に記載の装置において、
前記光源ユニットから前記ライトバルブへの光路中に配置され、500nmまたは600nmのスペクトルにおける前記光源ユニットからの光のスペクトル部が、前記青緑色のカラーバーおよび前記黄色のカラーバーを生成することを可能にする光学素子を更に備えることを特徴とする装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、
前記分離手段は、前記赤色、緑色、青色のカラーバーを生成するために、プリズム、ホイール、ドラム、ポリゴンミラー、振動する素子、あるいはこれらいくつかの組み合わせのような、第１、第２および第３の回転素子を有することを特徴とする装置。
請求項６に記載の装置において、
前記回転素子は、マイクロ電気機械素子を有することを特徴とする装置。
請求項１〜７のいずれかに記載の装置において、
前記ライトバルブは、LCD光変調素子を有することを特徴とする装置。
請求項６〜８のいずれかに記載の装置において、
前記コミュニケート手段は、前記第１、第２、第３の回転素子の正面に配置されるスリットを有し、各々が前記赤色、緑色、青色のカラーバーの間のオーバーラップを定める幅を有することを特徴とする装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の装置において、
前記分離手段は、２色性のカラーフィルタおよび、反射鏡を更に有することを特徴とする装置。
請求項６〜１０のいずれかに記載の装置において、
前記カラー画像信号について特定回数で、前記ライトバルブ上に前記カラーバーを投影しスクロールするように、前記回転素子の相と回転とを制御する制御部を更に備えることを特徴とする装置。
請求項４〜１１のいずれかに記載の装置において、
前記赤色、緑色、青色のカラーバーをフィルタリングするフィルタリング手段を更に備えることを特徴とする装置。
請求項４〜１１のいずれかに記載の装置において、
前記緑色のカラーバーをフィルタリングするフィルタリング手段を更に備えることを特徴とする装置。
請求項１３に記載の装置において、
前記フィルタリング手段は、前記黄色のカラーバーを生成する第１のフィルタと、前記緑色のカラーバーを生成する第２のフィルタと、前記青緑色のカラーバーを生成する第３のフィルタとを有することを特徴とする装置。
請求項１４に記載の装置において、
前記第１のフィルタは、560〜590nmの範囲の波長を有する光を十分通過し、前記第２のフィルタは、510〜560nmの範囲の波長を有する光を十分通過し、前記第３のフィルタは、480〜510nmの範囲の波長を有する光を十分通過すことを特徴する装置。
請求項１５に記載の装置において、
前記第１のフィルタは、480〜510nmの範囲の波長を有する光の部分を更に通過し、前記第３のフィルタは、560〜590nmの範囲の波長を有する光の部分を更に通過することを特徴とする装置。
請求項１３〜１６のいずれかに記載の装置において、
前記フィルタリング手段は、前記黄色のカラーバーを生成する第１のウェーブガイドと、前記緑色のカラーバーを生成する第２のウェーブガイドと、前記青緑色のカラーバーを生成する第３のウェーブガイドとを有することを特徴とする装置。
請求項１７に記載の装置において、
前記第１のウェーブガイドは、560〜590nmの範囲の波長を有する光を十分通過し、前記第２のウェーブガイドは、510〜560nmの範囲の波長を有する光を十分通過し、前記第３のウェーブガイドは、480〜510nmの範囲の波長を有する光を十分通過することを特徴とする装置。
請求項１８に記載の装置において、
前記第１のウェーブガイドは、480〜510nmの範囲の波長を有する光の部分を更に通過し、前記第３のウェーブガイドは、560〜590nmの範囲の波長を有する光の部分を更に通過することを特徴とする装置。