JP2014126733A

JP2014126733A - 表示装置

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Publication number: JP2014126733A
Application number: JP2012284087A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hata; 誠秦
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP6102252B2

Abstract

【課題】安定した低輝度表示を可能とする。
【解決手段】フィールドシーケンシャル方式で画像を表示する表示装置は、少なくとも２つ以上の色の光を出射する光出射手段と、フレームを時間分割したサブフレーム毎に、異なる色の光を出射するように光出射手段を駆動制御する駆動制御手段と、光出射手段が出射した出射光を反射させる表示素子と、サブフレーム毎に、要求輝度に応じて調整した駆動電流を光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備える。駆動電流調整手段は、要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を光出射手段に供給し、要求輝度が閾値より小さい場合、要求輝度が閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を光出射手段に供給する。
【選択図】図８

Description

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。

特開２００２−２５１１６３号公報

フィールドシーケンシャル方式を用いた表示装置では、表示素子に短時間で多くの光を照射しなければならないため、高出力タイプの光源（例えば、最大定格の電流が数アンペアのＬＥＤ）を用いなければ表示輝度が確保できなかった。高出力タイプの光源を用いると、発光が保証される最低電流も上がってしまう。そのため、安定した低輝度表示を実現することが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、安定した低輝度表示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、本発明に係る表示装置は、
フィールドシーケンシャル方式で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、
前記駆動電流調整手段は、前記要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を前記光出射手段に供給し、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記要求輝度が前記閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を前記光出射手段に供給する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、安定した低輝度表示が可能である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の搭載態様を説明するための図である。同上実施形態に係る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。同上実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。同上実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。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）〜（ｄ）は、同上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。図８（ａ）に示すＲ−ＥＮと図８（ｄ）に示す駆動波形Ｒとの関係を示した図である。

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。

本発明の一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に画像Ｍを虚像Ｖとして視認させる。画像Ｍは、車両２に関する情報（例えば、エンジン回転数、ナビゲーション情報等）を報知する。

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、平面鏡８１と、凹面鏡８２と、筐体９０と、透光部９１と、備える。
また、ＨＵＤ装置１は、図４に示すように、第１の制御部１００と、給電手段１０１と、第２の制御部２００と、光源駆動部２０２と、スイッチ手段２０３と、を備える。

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、輝度ムラ低減手段１４と、透過膜１５と、を備える。

照明手段１１は、例えば、発光ダイオード（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の各々は、光源駆動部２０２によって駆動され、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、光源１１ｂの出射側に位置する。反射部１３ａは、入射した青色光Ｂを、合波部１３ｂに向けて反射させる。
合波部１３ｂは、光源１１ｇの出射側に位置する。合波部１３ｂは、入射した緑色光Ｇを合波部１３ｃに向けて反射させると共に、反射部１３ａからの青色光Ｂをそのまま透過させる。これにより、合波部１３ｂからは、青色光Ｂと緑色光Ｇとが合波された光ＢＧが合波部１３ｃに向け出射される。
合波部１３ｃは、光源１１ｒの出射側に位置する。合波部１３ｃは、入射した赤色光Ｒを照明光学系３０に向けて反射させると共に、合波部１３ｂからの光ＢＧをそのまま透過させる。このようにして、合波部１３ｃからは、光ＢＧと赤色光Ｒ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時分割で検出する。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、第１の制御部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。また、光強度検出部２０は、照明光学系３０から出射された照明光Ｃの一部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、各ミラーがオンと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、画像Ｍ（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、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）に画像Ｍを表示する。

平面鏡８１は、スクリーン７０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌを、凹面鏡８２に向けて反射させる。
凹面鏡８２は、平面鏡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に表示された画像Ｍよりも拡大されたものとなる。凹面鏡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、平面鏡８１、凹面鏡８２等を所定の位置に収納する。筐体９０は、例えば、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、凹面鏡８２からの表示光Ｌを透過する。透光部９１は、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。

給電手段１０１は、電源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る。給電手段１０１は、車両２のバッテリー（図示せず）からの電力を落とし、第１の制御部１００の制御のもとで、照明手段１１に適宜の値の電圧を印加する。給電手段１０１は、図５に示すように光源１１ｒ，１１ｇ，のカソード側に接続されている。このように、各色ＬＥＤのアノード側に、共通の供給電圧ラインを設けることにより、ＬＥＤ点灯回路の構成を簡潔にすることができる。

光源駆動部２０２は、ｎ型チャネルのＦＥＴ（Field effect transistor）を用いたスイッチング回路等からなる。光源駆動部２０２は、第２の制御部２００の制御によって、サブフレームＳＦ（図７参照）毎に異なる色の光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを、所定の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）。光源駆動部２０２は、図５に示すように、光源１１ｒのカソード側に接続された光源駆動部２０２ｒと、光源１１ｇのカソード側に接続された光源駆動部２０２ｇと、光源１１ｂのカソード側に接続された光源駆動部２０２ｂとから構成されている。

スイッチ手段２０３は、ｎ型チャネルのＦＥＴ（Field effect transistor）を用いたスイッチング回路等からなる。スイッチ手段２０３は、各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと並列に接続されている。スイッチ手段２０３は、第２の制御部２００によって、オン状態とオフ状態とに制御される。スイッチ手段２０３がオン状態のとき、給電手段１０１と第１の制御部１００とを繋ぐシャントが形成され、形成されたシャントのインピーダンスが低いため、電流は、シャント側に流れ、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂには供給されなくなる。一方、スイッチ手段２０３がオフ状態のときには、電流が光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに供給される。このように、スイッチ手段２０３を設けた理由は後に詳述する。

第１の制御部１００は、マイクロコントローラからなり、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を備える。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、実行することで各部を制御する。第１の制御部１００には、車両２のＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）から、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signal）通信等によって、画像Ｍを表示するための映像信号が入力される。映像信号が入力されると、第１の制御部１００は、（ｉ）映像信号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と、（ｉｉ）映像信号が要求する画像Ｍを表示素子４０に表示するための表示制御データとを、第２の制御部２００に供給する。また、第１の制御部１００は、給電手段１０１を制御し、照明手段１１に印加する電圧を設定する。また、第１の制御部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、第１の制御部１００が輝度を調整する契機は、車両２側からの輝度信号、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。

第２の制御部２００は、所望の機能をハードウェアで実現するＬＳＩ（Large Scale Integration）であり、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）から構成されている。なお、第２の制御部２００は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）から構成されていてもよい。第２の制御部２００は、光源駆動部２０２とスイッチ手段２０３とを制御する。特に、第２の制御部２００は、スイッチ手段２０３を、数百ｎｓｅｃの周期でオン／オフ制御できるように構成されている。これについては後述する。
また、第２の制御部２００は、表示素子４０の個々のミラーをパルス信号により、オン／オフ制御する。駆動された表示素子４０は、照明装置１０が出射した光Ｒ、Ｇ、Ｂをスクリーン７０の方向へ反射させる。これにより、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各発光色を基本色とした加法混合方式により、画像Ｍがフルカラーで表現可能となっている。

第１及び第２の制御部１００、２００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。

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）第１の制御部１００は、外部からの映像信号、輝度信号等に基づき、照明制御データと表示制御データとを生成し、第２の制御部２００に供給する。
（２）第２の制御部２００は、照明制御データに基づき、フィールドシーケンシャル駆動方式で照明装置１０を駆動する。駆動された照明装置１０は、照明光Ｃを表示素子４０に出射する。
（３）第２の制御部２００は、表示制御データに基づき、表示素子４０の個々のミラーをオン／オフ制御する。制御された表示素子４０は、照明装置１０からの照明光Ｃを画像Ｍとしてスクリーン７０に投影する。
（４）スクリーン７０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌは、平面鏡８１によって凹面鏡８２に向けて反射される。
（５）画像Ｍは、凹面鏡８２によって所定の大きさに拡大され、拡大された画像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に画像Ｍを虚像Ｖとして視認させる。
なお、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７参照）から構成される。

ここからは、図６、図７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（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７（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。

ここで、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６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、第２の制御部２００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。例えば、第２の制御部２００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７（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説明する。
単色ミラーＥａは、図７（ａ）に示すように、表示制御データに基づき、表示期間Ｆａにおいては光源１１ｇの点灯タイミング（図７（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、第２の制御部２００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、第２の制御部２００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、第２の制御部２００は、図７（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７（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。

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。以下に説明する制御方法は、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ各々の発光タイミングにおいて、照明制御データが要求する輝度又は車両２側からの輝度信号が示す輝度（以下、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。

光源駆動部２０２は、第２の制御部２００の制御の下で、図８（ａ）に示すようなタイミング（同図でのＯＮタイミング）で、光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々を、適宜、発光させる。図８（ａ）に示すＲ−ＥＮは、光源１１ｒが発光できる最大の期間を示す。同様に、Ｇ−ＥＮは、光源１１ｇが発光できる最大の期間を、Ｂ−ＥＮは、光源１１ｂが発光できる最大の期間を示している。つまり、図８（ａ）は、図７（ｄ）〜（ｆ）に対応する。

要求輝度が最大のとき、各色ＬＥＤの駆動波形は、図８（ｂ）のようになる。各ＬＥＤのＯＮ期間は、図８（ａ）に示すＲ−ＥＮ、Ｇ−ＥＮ、Ｂ−ＥＮのＯＮ期間とほぼ同じであり、各駆動波形の波高値は、照明制御データが要求する色度を踏まえた上で、最大輝度の表示を行うために必要な電流値が設定される。
ここから要求輝度を徐々に下げて行く場合、ＰＷＭ方式での制御（つまり、ＯＮ期間の比率を下げる）と、ＰＡＭ（パルス振幅変調：Pulse Amplitude Modulation）方式での制御（つまり、電流値を下げる）とを、適宜用いて駆動すればよい。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）と同様に矩形波電流で実現可能な最低輝度の駆動波形を示している。このとき、各ＬＥＤのＯＮ期間は、矩形波時の最低ＯＮ期間であり、数μｓｅｃである。また、電流値は、発光が保証される最低電流（以下、最低駆動保証電流）の値に設定されている。なお、電流値は、最低駆動保証電流値よりも若干高めであってもよい（例えば、最低駆動保証電流値の１．１倍）。
本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、これよりさらに低い輝度の表示を三角波駆動（鋸波も含む）で実現する。

図８（ｄ）は、ＨＵＤ装置１が実現可能な最低輝度時の各ＬＥＤの駆動波形を示している。このとき波高値は、図８（ｃ）と同様に最低駆動保証電流値に設定されている。図８（ｄ）に示す駆動波形のＯＮ期間は、第２の制御部２００の制御のもとで、スイッチ手段２０３が数百ｎｓｅｃの周期で高速にオン／オフ状態に制御されることで、図８（ｃ）の状態よりも短くなる。具体的には、スイッチ手段２０３がオン状態になったときは光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に電流が流れず、オフ状態になったときは光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に電流が流れるため、これが高速で繰り返されることによって、駆動波形のＯＮ期間が短くなる。また、このときの駆動波形は、矩形波でなく三角波（鋸波も含む）状になるため、発光面積（放射表面積）が抑制され、図８（ｃ）に示す矩形波での最低輝度よりも低い輝度が実現できる。このような三角波を生成するには、数百ｎｓｅｃの周期でスイッチ手段２０３を高速にオン／オフ制御することが必要となるため、マイクロコンピュータからなる第１の制御部１００では困難である。従って、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡからなる第２の制御部２００でスイッチ手段２０３を制御する。

図８（ｂ）から図８（ｃ）に示すまでの輝度範囲では、ＬＥＤのＯＮ期間がｍｓｅｃオーダーであるため、第１の制御部１００から出力された各色ＰＷＭ信号に基づいて光源駆動部２０２をオン／オフ制御し、矩形波電流で各ＬＥＤを駆動すれば、要求輝度を実現できる。
しかし、図８（ｃ）よりも低い輝度を達成するためには、数百ｎｓｅｃでＬＥＤのオン／オフ制御しなければならない。本実施形態の回路構成は、スイッチ手段２０３がオン状態のときには、シャント側に電流が強制的に流れる一方、ＬＥＤ側には電流が供給されないようになっている（つまり、スイッチ手段２０３がオン状態のとき、図９の駆動波形Ｒがオフとなる）。この構成において、第２の制御部２００の制御のもとで、スイッチ手段２０３を高速にオン／オフ制御することで、パルス幅が数百ｎｓｅｃ（１００ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ未満）、高さ数百ｍＡ（１００ｍＡ以上２００ｍＡ未満）の三角波パルスを生成し、ＬＥＤを矩形波時よりも低い輝度で駆動する。

図９は、図８（ａ）に示すＲ−ＥＮと図８（ｄ）に示す光源１１ｒの駆動波形Ｒとの関係を示した図である。Ｇ、Ｂの色についても同様であるため、ここでは、Ｒについて説明する。
駆動波形Ｒを見ると、電流値が徐々に増えていき、ある閾値電流でオフとなることを繰り返していることがわかる。これらオフのタイミングは、Ｒ−ＥＮのオン期間中にあるため、ＤＭＤと同期されていることがわかる（図７（ａ）〜（ｆ）参照）。ここでは、Ｒ−ＥＮの立ち上がりで（Ｒ−ＥＮがＯＮとなるタイミングで）同期がとられているが、ＤＭＤがフィールドシーケンシャル駆動であることを考慮すれば、Ｒ−ＥＮがオンの期間中であれば、どのタイミングで駆動波形Ｒがオン／オフを繰り返してもよい。

照明制御データが要求する輝度（または、車両２側からの輝度信号が示す輝度）が所定の閾値を下回った場合に、第２の制御部２００は、スイッチ手段２０３を高速にオン／オフ制御する。この輝度の閾値は、矩形波の場合で、電流値がＬＥＤの最低駆動保証電流値（もしくは、これより若干高い値。例えば、最低駆動保証電流値の１．１倍）、且つ、デューティ比が最小（オン期間が最小）のときのＬＥＤ輝度に相当する。つまり、図８（ｃ）に示す駆動波形Ｒ，Ｇ，Ｂの状態である。第２の制御部２００は、要求輝度が閾値を下回った場合、Ｒ，Ｇ，Ｂ−ＥＮのオン期間中にスイッチ手段２０３のオン／オフ制御を行う。なお、Ｒ，Ｇ，Ｂ−ＥＮのオフ期間中にもスイッチ手段２０３をオン／オフさせてもよいが、無駄な電流消費が発生するため、Ｒ，Ｇ，Ｂ−ＥＮのオン期間中にスイッチ手段２０３のオン／オフ制御を行ったほうが好ましい。

以上に説明したＨＵＤ装置１は、フィールドシーケンシャル方式で画像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（第１及び第２の制御部１００、２００と光源駆動部２０２）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、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（第１及び第２の制御部１００、２００）と、サブフレームＳＦ毎に、要求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（第２の制御部２００、スイッチ手段２０３等）と、を備え、駆動電流調整手段は、要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を照明手段１１に供給し、要求輝度が閾値より小さい場合、要求輝度が閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を照明手段１１に供給する。
このように、低輝度表示時に、三角波パルスでの駆動を実現することで、発光面積（オン期間×ＬＥＤ電流値）を低減することができる。このため、矩形波電流では達成できなかった低輝度を達成することができる。また、所望の輝度を達成する場合、１サブフレーム内に矩形波を１回供給するよりも、三角波を数回供給するほうが光の出力を安定させることができる。したがって、低輝度時の表示のちらつきを低減することもでき、高い表示品位を確保できる。

また、ＨＵＤ装置１において、照明手段１１は、複数の発光ダイオードからなり、複数の発光ダイオードは、互いに並列に接続され、前記駆動電流調整手段は、複数の発光ダイオードに電圧を印加する給電手段１０１（電圧印加手段の一例）と、複数の発光ダイオードと並列に接続され、オン状態で複数の発光ダイオードと給電手段１０１との間にシャントを形成するスイッチ手段２０３（切替手段の一例）と、スイッチ手段２０３をオンオフ制御する第２の制御部２００（切替制御手段の一例）と、を有し、第２の制御部２００は、要求輝度が閾値より小さい場合、スイッチ手段２０３をオンオフ制御することで、三角波電流を複数の発光ダイオードに供給する。
また、第２の制御部２００は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。
また、三角波電流のパルス幅は、１００ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ未満である。

なお、本発明は、以上の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％、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。

以上の説明では、表示光Ｌを、平面鏡８１、凹面鏡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、上記のように照明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。

１ＨＵＤ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第１の制御部
１０１給電手段
２００第２の制御部
２０２光源駆動部
２０３スイッチ手段
２車両
３ウインドシールド
４観察者
Ｍ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、
前記駆動電流調整手段は、前記要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を前記光出射手段に供給し、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記要求輝度が前記閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を前記光出射手段に供給する、
ことを特徴とする表示装置。
前記光出射手段は、複数の発光ダイオードからなり、
前記複数の発光ダイオードは、互いに並列に接続され、
前記駆動電流調整手段は、
前記複数の発光ダイオードに電圧を印加する電圧印加手段と、
前記複数の発光ダイオードと並列に接続され、オン状態で前記複数の発光ダイオードと前記電圧印加手段との間にシャントを形成する切替手段と、
前記切替手段をオンオフ制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記切替手段をオンオフ制御することで、前記三角波電流を前記複数の発光ダイオードに供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記切替制御手段は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である、
ことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記三角波電流のパルス幅は、１００ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ未満である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。