JP2016170387A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高いダイナミックレンジでの表示を実現することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１は、三原色信号からなる第１の映像信号に応じた光を射出する投射部２０と、スクリーン３００と、三原色信号からなる第２の映像信号に応じて前記投射部からの三原色の各光の偏光方向を変更する透過型液晶パネル３０１と、偏光板３０２とを備える表示部３０と、三原色信号からなる入力映像信号から第１の映像信号と第２の映像信号とを生成し、第１の映像信号に基づいて投射部２０を制御し、第２の映像信号に基づいて透過型液晶パネル３０１を制御するための映像信号を出力する表示制御部５０とを有する。また、表示部３０は、投射部２０から射出された光の進行方向の順で、スクリーン３００、透過型液晶パネル３０１、偏光板３０２の順に並んで構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に関する。
近年、高ダイナミックレンジ（HDR: High Dynamic Range）映像を表示する表示装置が要求されている。なお、ダイナミックレンジとは、最も明るい箇所と最も暗い箇所との比である。このような表示装置に関連し、例えば、特許文献１では、高コントラストの映像を表示する映像表示装置について開示している。
特許文献１に記載された映像表示装置は、三原色信号に基づいて光を出力するＲＧＢ用投射型表示装置と、輝度信号に基づいてＲＧＢ用投射型表示装置からの光を変調するＹ用投射型表示装置とを用いて、高コントラスト化を実現している。
特開２００７−３１００４５号公報
特許文献１に記載された技術では、上述の通り、Ｙ用投射型表示装置は、ＲＧＢ成分を含む光の輝度を変調している。このため、ＲＧＢ用投射型表示装置において、Ｒ用変調素子、Ｇ用変調素子又はＢ用変調素子の漏れ光の影響を受けるため、ダイナミックレンジが減少してしまう。この点について理解を容易にするために、Ｒ色のみの表示を行う場合を例に説明する。例えば、Ｒ色のみの表示を行う場合、Ｇ用変調素子及びＢ用変調素子の漏れ光が、Ｒ用変調素子からのＲ光に加えてＹ用投射型表示装置に入射してしまう。この結果、ダイナミックレンジが狭まることになる。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、高いダイナミックレンジでの表示を実現することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる表示装置は、三原色信号からなる第１の映像信号に応じて変調された光を射出する投射部と、第１のスクリーンと、三原色信号からなる第２の映像信号に応じて入射光を変調し射出する透過型液晶パネルと、入射光のうち所定の偏光方向の光を射出する偏光板とを備える表示部と、三原色信号からなる入力映像信号から前記投射部を駆動するための前記第１の映像信号と前記透過型液晶パネルを駆動するための前記第２の映像信号とを生成すると共に、前記第１の映像信号と前記第２の映像信号を同期するための同期信号を生成する表示制御部とを有し、前記表示部は、前記投射部から射出された光の進行方向の順で、前記第１のスクリーン、前記透過型液晶パネル、前記偏光板の順に並んで構成されている。
本発明によれば、高いダイナミックレンジでの表示を実現することが可能な表示装置を提供することができる。
実施の形態１にかかる表示装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる表示装置の内部構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１にかかる表示装置における偏光状態を模式的に示す図であり、（ａ）は位相差板に入射する光の偏光状態を示し、（ｂ）は位相差板から射出された光の偏光状態を示し、（ｃ）は表示部から射出された光の偏光状態を示す。 比較例の構成における偏光状態を模式的に示す図であり、（ａ）は位相差板に入射する光の偏光状態を示し、（ｂ）は位相差板から射出された光の偏光状態を示し、（ｃ）は表示部から射出された光の偏光状態を示す。 実施の形態１にかかる表示装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる信号処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる表示装置におけるガンマ特性の例を示すグラフであり、（ａ）は入力映像信号のガンマ特性を示し、（ｂ）は透過型液晶パネルのガンマ特性を示し、（ｃ）は投射部のガンマ特性を示す。 実施の形態１にかかる表示装置におけるガンマ特性の例を示すグラフであり、（ａ）は入力映像信号のガンマ特性を示し、（ｂ）は透過型液晶パネルのガンマ特性を示し、（ｃ）は投射部のガンマ特性を示す。 実施の形態１にかかる表示装置におけるガンマ特性の例を示すグラフであり、（ａ）は入力映像信号のガンマ特性を示し、（ｂ）は透過型液晶パネルのガンマ特性を示し、（ｃ）は投射部のガンマ特性を示す。 実施の形態２にかかる表示装置の内部構成の一例を示す構成図である。 ＴＮ方式、ＶＡ方式、及びＩＰＳ方式の各液晶パネルの特徴をまとめた表である。 直線偏光を射出する投射部により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。 円偏光を射出する投射部により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。 無偏光の光を射出する投射部により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、表示装置１の外観を示す斜視図である。表示装置１は、背面投射型のプロジェクタ（リアプロジェクタ）であり、筐体１０の前面に表示部３０が設けられている。より具体的には、表示装置１は、反射型液晶表示素子であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いて構成されたリアプロジェクタである。図２は、表示装置１の筐体１０の内部構成の一例を示す構成図である。
図２に示されるように、表示装置１は、投射部２０と、表示部３０と、ミラー４０と、表示制御部５０とを有する。ミラー４０は、投射部２０から射出された光を表示部３０の方向へと反射させる。
投射部２０は、表示部３０に映像を投射するため、映像信号に基づく投射光を生成する。より具体的には、投射部２０は、三原色信号からなる後述する第１の映像信号に応じた直線偏光を射出する。以下、投射部２０の構成について説明する。
投射部２０は光源２０１を有する。光源２０１は、例えば、ランプである。光源２０１から発せられた光は、光源２０１が発する光を光軸に垂直な面内の照度分布を均一にして射出するインテグレータ２０２を介して、ダイクロイックミラー２０３に入射される。ダイクロイックミラー２０３は、入射された光を赤色帯域成分のＲ光及び緑色帯域成分のＧ光と、青色帯域成分のＢ光とに分離する。ダイクロイックミラー２０３により分離されたＲ光及びＧ光は、ミラー２０４に入射する。また、ダイクロイックミラー２０３により分離されたＢ光は、ミラー２０５に入射する。
ダイクロイックミラー２０３により分離されたＲ光及びＧ光は、ミラー２０４で反射され、ダイクロイックミラー２０６に入射する。ダイクロイックミラー２０６は、入射されたＲ光とＧ光とを分離する。ダイクロイックミラー２０６により分離されたＲ光は、Ｒ用フィールドレンズ２０７Ｒを経て、４５°に傾斜されたＲ用偏光制御素子２０８Ｒに入射する。
Ｒ用偏光制御素子２０８Ｒは、例えばワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。Ｒ用偏光制御素子２０８Ｒを透過したＰ偏光のＲ光は、Ｒ用表示素子２０９Ｒに入射する。Ｒ用表示素子２０９Ｒは、ＬＣＯＳにより構成されており、後述する表示制御部５０から出力される映像信号に基づいてＲ光を変調する。Ｒ用表示素子２０９Ｒに入射したＲ光は、Ｒ用表示素子２０９Ｒにより反射され、Ｒ用偏光制御素子２０８Ｒに戻る。このとき、Ｒ用表示素子２０９ＲによりＳ偏光に変調された成分は、Ｒ用偏光制御素子２０８Ｒによりダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射される。ダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射されたＲ光は、ダイクロイックプリズム２１０の第１の面に入射する。これに対し、Ｒ用表示素子２０９Ｒにより変調されなかった成分は、Ｒ用偏光制御素子２０８Ｒを透過し、Ｒ用フィールドレンズ２０７Ｒの方向へと戻る。
ダイクロイックミラー２０６により分離されたＧ光は、Ｇ用フィールドレンズ２０７Ｇを経て、４５°に傾斜されたＧ用偏光制御素子２０８Ｇに入射する。Ｇ用偏光制御素子２０８Ｇは、例えばワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。Ｇ用偏光制御素子２０８Ｇを透過したＰ偏光のＧ光は、Ｇ用表示素子２０９Ｇに入射する。Ｇ用表示素子２０９Ｇは、ＬＣＯＳにより構成されており、表示制御部５０から出力される映像信号に基づいてＧ光を変調する。Ｇ用表示素子２０９Ｇに入射したＧ光は、Ｇ用表示素子２０９Ｇにより反射され、Ｇ用偏光制御素子２０８Ｇに戻る。このとき、Ｇ用表示素子２０９ＧによりＳ偏光に変調された成分は、Ｇ用偏光制御素子２０８Ｇによりダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射される。ダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射されたＧ光は、ダイクロイックプリズム２１０の第２の面に入射する。これに対し、Ｇ用表示素子２０９Ｇにより変調されなかった成分は、Ｇ用偏光制御素子２０８Ｇを透過し、Ｇ用フィールドレンズ２０７Ｇの方向へと戻る。
ダイクロイックミラー２０３により分離されたＢ光は、ミラー２０５で反射され、Ｂ用フィールドレンズ２０７Ｂを経て、４５°に傾斜されたＢ用偏光制御素子２０８Ｂに入射する。Ｂ用偏光制御素子２０８Ｂは、例えばワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。Ｂ用偏光制御素子２０８Ｂを透過したＰ偏光のＢ光は、Ｂ用表示素子２０９Ｂに入射する。Ｂ用表示素子２０９Ｂは、ＬＣＯＳにより構成されており、表示制御部５０から出力される映像信号に基づいてＢ光を変調する。Ｂ用表示素子２０９Ｂに入射したＢ光は、Ｂ用表示素子２０９Ｂにより反射され、Ｂ用偏光制御素子２０８Ｂに戻る。このとき、Ｂ用表示素子２０９ＢによりＳ偏光に変調された成分は、Ｂ用偏光制御素子２０８Ｂによりダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射される。ダイクロイックプリズム２１０の方向へと反射されたＢ光は、ダイクロイックプリズム２１０の第３の面に入射する。これに対し、Ｂ用表示素子２０９Ｂにより変調されなかった成分は、Ｂ用偏光制御素子２０８Ｂを透過し、Ｂ用フィールドレンズ２０７Ｂの方向へと戻る。なお、以下の説明において、Ｒ用表示素子２０９Ｒ、Ｇ用表示素子２０９Ｇ及びＢ用表示素子２０９Ｂの総称として表示素子２０９ということがある。
ダイクロイックプリズム２１０は、３方向から入射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の各Ｓ偏光成分を、投射レンズ２１２に向けて射出する。したがって、投射レンズ２１２には直線偏光が射出される。ダイクロイックプリズム２１０から射出された光は、位相差板２１１を介して投射レンズ２１２に入射する。位相差板２１１は、投射部２０からの射出光の偏光方向を、表示部３０の入射光として要求される偏光方向にあわせる。なお、表示部３０の入射光として要求される偏光方向は、例えば、表示部３０の後述する偏光板３０２を透過する偏光方向を９０°回転させた方向である。投射レンズ２１２は、入射された光を、ミラー４０を介して表示部３０に投射し、結像させる。このように、投射部２０から射出される光は、直線偏光である。なお、上述の通り、本実施の形態では、投射部２０から射出される直線偏光は、位相差板２１１を介して、スクリーン３００に入射する。しかし、位相差板２１１を用いなくても、投射部２０からの射出光の偏光方向が表示部３０の入射光として要求される偏光方向に既になっている場合には、位相差板２１１は設けなくてもよい。例えば、位相差板２１１を省略し、投射部２０を、投射部２０から射出される光の進行方向を軸として回転させることにより偏光方向を任意に調整することで、投射部２０からの射出光の偏光方向を表示部３０の入射光として要求される偏光方向としてもよい。
次に、表示部３０について説明する。図２に示されるように、表示部３０は、予め定められた解像度の透過型液晶パネル３０１と、透過型液晶パネル３０１の表示面の大きさに対応する大きさの偏光板３０２と、透過型液晶パネル３０１の大きさに対応する大きさのスクリーン３００を有する。
ここで、表示部３０において、スクリーン３００、透過型液晶パネル３０１、及び偏光板３０２は、投射部２０から射出された光の進行方向の順で、スクリーン３００、透過型液晶パネル３０１、偏光板３０２の順に並んで一体に配置されている。
スクリーン３００は、入射した光の偏光を維持する特性を有するスクリーンである。偏光を維持する特性を有するスクリーンとしては、例えば、日東樹脂株式会社製のブルーオーシャンスクリーンを用いることができる。ここで、図２に示されるように、透過型液晶パネル３０１における、投射部２０からの光の入射側には、偏光板は必ずしも設ける必要がない。これは、上述の通り、投射部２０から射出される光が直線偏光となっているため、透過型液晶パネル３０１に光が入射する前段で偏光面を一つの平面に揃える必要がないからである。
透過型液晶パネル３０１は、図示しない液晶層及びガラス基板を有し、三原色信号からなる後述する第２の映像信号に応じて投射部２０からの三原色の各光を変調し偏光方向を変更する。透過型液晶パネル３０１を介した光は、偏光板３０２に入射される。偏光板３０２は、所定の方向に偏光した光を透過させる。このような構成により、表示部３０は、第２の映像信号に基づいて、投射部２０から入射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれの透過量を画素ごとに制御して、表示を行う。なお、表示部３０の解像度は、投射部２０の解像度に対応しており、透過型液晶パネル３０１の各画素には、投射部２０における各画素が１対１の対応をしている。よって、投射部２０の１画素に相当する、Ｒ用表示素子２０９Ｒにより変調されたＲ光、Ｇ用表示素子２０９Ｇにより変調されたＧ光、及びＢ用表示素子２０９Ｂにより変調されたＢ光のそれぞれは、第２の映像信号に従って表示部３０においてそれぞれ変調される。なお、投射部２０により投射される光のドットと、透過型液晶パネル３０１の画素とが対応するよう両者は位置合わせされている必要がある。ここで、投射部２０からの投射光を透過型液晶パネル３０１に正確にフォーカスさせると、投射部２０からの投射光のドットと透過型液晶パネル３０１の画素構造とによってモアレが現れる恐れがある。しかしながら、本実施の形態では、透過型液晶パネル３０１に入射する投射部２０からの投射光は、入射直前にスクリーン３００により拡散されている。このため、投射光を透過型液晶パネル３０１に直接合焦させないため、モアレの発生を低減できる。
ここで、表示装置１における偏光状態について説明する。図３は、表示装置１における偏光状態を模式的に示す図である。また、図４は、比較例の構成における偏光状態を模式的に示す図である。ここでは、比較例として、投射部２０の構成をＤＬＰ（Digital Light Processing）に置き換えた構成を想定する。すなわち、比較例にかかる構成では、投射部２０における位相差板２１１よりも前段の構成がＤＬＰにより実現されているものとする。なお、図３及び図４において、（ａ）は位相差板２１１に入射する光の偏光状態を示し、（ｂ）は位相差板２１１から射出された光の偏光状態を示し、（ｃ）は表示部３０から射出された光の偏光状態を示す。ただし、より具体的には、図４（ｂ）は、位相差板２１１から射出された光が、追加された偏光板を透過した後の偏光状態を示している。
上述の通り、本実施の形態では、位相差板２１１に入射する光は直線偏光である（図３（ａ）参照）。また、本実施の形態では、位相差板２１１により偏光方向が調整される（図３（ｂ））。これに対し、比較例にかかる構成の場合、位相差板２１１に入射する光は無偏光の状態である（図４（ａ）参照）。このため、比較例にかかる構成の場合、偏光板を透過型液晶パネル３０１の前段に設けることが必要となる。このように偏光板を透過型液晶パネル３０１の前段に設けることにより、透過型液晶パネル３０１の入射光に要求される偏光が実現される（図４（ｂ）参照）。しかし、このように偏光板を透過型液晶パネル３０１の前段に設けた場合、偏光板により光量にロスが生じてしまう。また、透過型液晶パネル３０１の大きさに相当する偏光板を設けることによるコストの上昇を招く。なお、表示部３０から射出された光の偏光状態は、偏光板３０２が透過させる光の偏光方向の直線偏光となる。なお、比較例で示した構成において、位相差板２１１は省略されてもよい。
図５は、表示装置１の構成を示すブロック図である。図５に示されるように、表示制御部５０は、信号処理部５００と第１の同期部５１１と、第２の同期部５１２とを有する。なお、表示制御部５０の各構成は、プログラムによるソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現されてもよい。プログラムにより実現される場合、例えば表示制御部５０の図示しないメモリに格納されたプログラムを表示制御部５０の図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）により、実行することにより実現される。
信号処理部５００には、入力映像信号と同期信号が入力される。信号処理部５００に入力される入力映像信号は、例えば他の装置から表示装置１に伝送されたものであってもよいし、表示装置１の図示しない記憶装置に記憶されたものであってもよい。同期信号は、例えば図示しない同期信号生成回路により生成された同期信号が信号処理部５００に入力される。
入力映像信号は、ＲＧＢの三原色信号からなる映像信号である。入力映像信号は、例えば、映像信号として一般的である８ビットの映像信号よりも高ビットの映像信号である。すなわち、例えば、入力映像信号は、Ｒ色の１６ビットの入力映像信号と、Ｇ色の１６ビットの入力映像信号と、Ｂ色の１６ビットの入力映像信号から構成される。また、入力映像信号は、所定のガンマ値のガンマ補正がかけられている映像信号である。一例として、入力映像信号のガンマ特性のガンマ値は、２．２である。
信号処理部５００は、入力映像信号から、投射部２０による表示制御を行うための第１の映像信号と、表示部３０による表示制御を行うための第２の映像信号とを生成する。つまり、信号処理部５００は、入力映像信号から第１の映像信号と第２の映像信号とを生成し、第１の映像信号に基づいて投射部２０を制御し、第２の映像信号に基づいて透過型液晶パネル３０１を制御する。なお、信号処理部５００による第１の映像信号及び第２の映像信号の生成については、後述する。信号処理部５００は、入力された同期信号に同期して処理を行う。
信号処理部５００は、生成した第１の映像信号を第１の同期部５１１に出力する。また、信号処理部５００は、生成した第２の映像信号を第２の同期部５１２に出力する。なお、第１の同期部５１１及び第２の同期部５１２には、同期信号も出力される。
第１の映像信号は、第１の同期部５１１を介して、投射部２０のデバイス駆動部２５０に供給される。また、第２の映像信号は、第２の同期部５１２を介して、表示部３０のパネル駆動部３５０に供給される。
投射部２０及び透過型液晶パネル３０１において映像信号が入力されてから出画されるまでには種々の信号処理（駆動等）が行われる。このため、出画までにある程度の時間がかかることになる。ここで、投射部２０において出画に要する時間と、透過型液晶パネル３０１において出画に要する時間とが異なるため、両者の出画タイミングをそろえるために同期をとる必要がある。このため、第１の同期部５１１及び第２の同期部５１２では、第１の映像信号及び第２の映像信号にそれぞれ最適な遅延をつける遅延処理を行う。なお、第１の同期部５１１又は第２の同期部５１２のいずれか一方において遅延処理がなされてもよい。第１の同期部５１１及び第２の同期部５１２は、同期信号に基づいて遅延処理を行う。そして、第１の同期部５１１は、第１の映像信号を投射部２０のデバイス駆動部２５０に出力する。また、第２の同期部５１２は、第２の映像信号を表示部３０のパネル駆動部３５０に出力する。
デバイス駆動部２５０は、第１の映像信号にしたがって、表示素子２０９を駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号により表示素子２０９を駆動する。また、パネル駆動部３５０は、第２の映像信号にしたがって、透過型液晶パネル３０１を駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号により透過型液晶パネル３０１を駆動する。
図６は、信号処理部５００の構成を示すブロック図である。信号処理部５００は、図６に示すように第１のＬＵＴ（Lookup table：ルックアップテーブル）部５０１と、第２のＬＵＴ部５０２とを有している。第１のＬＵＴ部５０１及び第２のＬＵＴ部５０２は、例えば、表示制御部５０の図示しないメモリなどの記憶装置により実現される。
第１のＬＵＴ部５０１は、投射部２０を第１の出力特性に調整するルックアップテーブルである。また、第２のＬＵＴ部５０２は、透過型液晶パネル３０１を第２の出力特性に調整するルックアップテーブルである。ただし、第１の出力特性におけるガンマ値と第２の出力特性におけるガンマ値との和は、入力映像信号のガンマ値に等しい。ここでは、入力映像信号のガンマ値が、２．２であるものとして説明する。この場合、出力特性のガンマ値が２．２であるときに、入力映像信号は正しく表示される。したがって、投射部２０による出力及び表示部３０による出力の全体で、出力特性としてガンマ値が２．２である表示装置を実現する必要がある。このため、例えば、第１のＬＵＴ部５０１を、投射部２０の出力特性がガンマ１．１となるように調整されたテーブルとして構成する。また、第２のＬＵＴ部５０２を、表示部３０の出力特性がガンマ１．１となるように調整されたテーブルとして構成する。このようなテーブルは、例えば、実際に投射部２０又は表示部３０において出力を行い、その際の照度を照度計により測定することにより作成することができる。その結果、表示装置１としては、ガンマ値２．２（＝１．１＋１．１）の出力特性を有することができる。
信号処理部５００は、第１のＬＵＴ部５０１及び第２のＬＵＴ部５０２の入力として、入力映像信号を与える。そして、信号処理部５００は、入力映像信号に対する第１のＬＵＴ部５０１の出力を第１の映像信号とし、入力映像信号に対する第２のＬＵＴ部５０２の出力を第２の映像信号とする。なお、このとき、入力映像信号におけるＲＧＢの各信号に対し、第１の映像信号又は第２の映像信号が生成される。すなわち、Ｒの入力映像信号から、Ｒの第１の映像信号及びＲの第２の映像信号が生成される。また、Ｇの入力映像信号から、Ｇの第１の映像信号及びＧの第２の映像信号が生成される。さらに、Ｂの入力映像信号から、Ｂの第１の映像信号及びＢの第２の映像信号が生成される。ここで、第１の映像信号及び第２の映像信号の生成では、上述のように、ＬＵＴによりＲＧＢがそれぞれ独立して処理されればよく、第１の映像信号及び第２の映像信号のビット数は、任意のビット数が可能である。例えば、入力映像信号が１６ビットである場合、第１の映像信号及び第２の映像信号が１６ビットの映像信号であってもよいし、ＭＳＢ（most significant bit）側の上位８ビットの信号を第１の映像信号として供給し、ＬＳＢ（least significant bit）側の下位８ビットの信号を第２の映像信号として供給してもよい。
ここで、ＬＵＴにより実現されるガンマ値に関し、さらに説明する。本実施の形態では、上述の通り、入力映像信号のガンマ特性を２つに分割しているため、第１の出力特性及び第２の出力特性がリニアに近くなる。このため、暗部階調の再現性が向上する。例えば、入力映像信号のガンマ特性のガンマ値が２．２で規定されていた場合、上述のように単純に分割すると、第１の出力特性及び第２の出力特性は、１．１となる。８ビット入力における１の値は、ガンマ値が２．２の場合においては明るさでいうと、白（８ビット入力における２５５の値）に対し、約０．０００００５となる。このため、表示面におけるコントラストが２，０００，０００：１で表示可能でないと、理論上のガンマカーブにおける１（８ビット）という値が示す明るさを再現することができない。これに対し、ガンマ値が１．１である場合には、８ビット入力における１の値は、白（８ビット入力における２５５の値）に対し、約０．００２３となり、表示面におけるコントラストが４４０：１で表示可能であればよい。よって、透過型液晶パネル３０１に要求されるコントラストの性能を抑制することが可能である。すなわち、比較的容易に入手可能な透過型液晶パネル３０１と、投射部２０の組み合わせで、理想のガンマ特性とすることが可能となる。
また、上述の通り、入力映像信号から第１の映像信号及び第２の映像信号を生成する際、ＲＧＢが独立しているので、ガンマ調整の実現が容易である。例えば、特開２００７−３１００４５号公報に記載されているように、輝度を変調する場合、入力映像信号のＲＧＢからＹ（輝度）信号を生成するため、ＲＧＢが混色された色における階調性を保つのが容易ではない。これは、Ｙ信号を生成するために１次元増えることとなり、ＲＧＢの３次元からＲＧＢＹの４次元への変換が必要とされるためである。これに対し、本実施の形態では、入力映像信号のＲＧＢ信号を、第１の映像信号のＲＧＢ信号と、第２の映像信号のＲＧＢ信号に分割するため、それぞれの色が独立して処理され、階調性を保つことが容易となる。また、ＲＧＢの３次元からＲＧＢの３次元への変換であるため、第１の映像信号及び第２の映像信号の生成が、比較的容易に実現される。
さらに、本実施の形態による表示装置１によれば、ガンマ特性として２．２乗以上の大きなガンマ値をとる入力映像信号を表示することが可能である。これは次のような理由による。例えばガンマ特性が２．２の場合は、入力映像信号に２．２乗した値が規定した輝度（明るさ）になる。例えば、８ビット信号の１という値は、１／２５５＝０．００３９２１…であるが、輝度（明るさ）としては、（１／２５５）^２．２＝０．０００００５０７７….となる。そのため、ガンマ特性を２．２乗より大きな値にすることは、入力映像信号としては同じであっても輝度は２．２乗の場合よりも小さい値（つまり暗くなる）になる。このため、入力映像信号のガンマ特性が２．２乗よりも大きくなるに従い、従来のディスプレイでは規定した輝度の表示が困難な領域になっていく。これに対し、本実施の形態においては、投射部２０と透過型液晶パネル３０１の出力値の掛け算が最終的な出力値であるため、比較的容易に実現できる。このように、表示装置１によれば、ガンマ特性として２．２乗以上の大きなガンマ値をとる入力映像信号を表示することが可能である。入力映像信号のガンマ特性のガンマ値が大きいほど暗部階調性が保たれることから、本実施の形態にかかる表示装置１によれば、画像データを量子化した際の誤差を浮動小数点フォーマットの画像データとすることで暗部階調の量子化誤差を低減することにも寄与する。
ところで、上記説明では、一例として、第１の出力特性のガンマ値（すなわち投射部２０の出力特性のガンマ値）を１．１とし、第２の出力特性のガンマ値（すなわち表示部３０の出力特性のガンマ値）を１．１としているが、これらに限られない。すなわち、第１の出力特性におけるガンマ値と第２の出力特性におけるガンマ値との和が、入力映像信号のガンマ値に等しければよい。図７〜９は、本実施の形態の表示装置１において入力映像信号または映像信号である入力値と光出力との関係（ガンマ特性）の例を示すグラフである。なお、図７〜９において、（ａ）は入力映像信号のガンマ特性を示し、（ｂ）は透過型液晶パネル３０１のガンマ特性を示し、（ｃ）は投射部２０のガンマ特性を示す。また、図７〜９において、横軸は入力映像信号または映像信号である入力値を示し、縦軸は光出力値を示す。つまり、図７〜９の（ｂ）において、横軸は第２のＬＵＴ部５０２から出力される第２の映像信号である入力値を示し、縦軸は透過型液晶パネル３０１の光出力値を示す。また、図７〜９の（ｃ）において、横軸は第１のＬＵＴ部５０１から出力される第１の映像信号である入力値を示し、縦軸は投射部２０の光出力値を示す。
図７は、上記説明で挙げた、入力映像信号のガンマ特性のガンマ値が２．２で規定されていた場合において、第１の出力特性（投射部２０の出力特性）及び第２の出力特性（透過型液晶パネル３０１の出力特性）のガンマ値を１．１とした例である。
図８は、入力映像信号のガンマ特性のガンマ値が３．２で規定されていた場合において、第１の出力特性（投射部２０の出力特性）のガンマ値を２．２とし、第２の出力特性（透過型液晶パネル３０１の出力特性）のガンマ値を１とした例である。なお、ここでは、投射部２０は、透過型液晶パネル３０１よりも高いコントラストであるとする。このように、投射部２０と透過型液晶パネル３０１のうちより高いコントラストの方の出力特性におけるガンマ値が、投射部２０と透過型液晶パネル３０１のうちより低いコントラストの方の出力特性におけるガンマ値より大きく調整されてもよい。これにより、表示装置１全体のコントラストを向上することが可能となる。
図９は、透過型液晶パネル３０１の変調を暗部側の所定範囲に限定した場合の一例を示している。図９に示した例では、入力映像信号のガンマ特性のガンマ値が２．２で規定されていた場合において、第１の出力特性（投射部２０の出力特性）のガンマ値を２．２（ただし、入力が０．２５以下の場合のガンマ値は１．２）とし、第２の出力特性（透過型液晶パネル３０１の出力特性）のガンマ値を１とした例である。また、第２の出力特性では、入力値が０．２５以上の場合、光出力量が一律に最大となっている。このように、透過型液晶パネル３０１の出力特性は、入力値が予め定められた値以上である場合、出力が最大値に固定されてもよい。これにより、透過型液晶パネル３０１の全階調を入力値が０．２５以下のガンマの領域に割り当てることができるようになり、暗部側の階調をより細かい階調で表現できるという利点がある。
以上、本実施の形態にかかる表示装置１について説明した。表示装置１では、上述の通り、投射部２０によりＲＧＢのそれぞれについて変調された光が出力され、投射部２０から射出されたＲＧＢの光のそれぞれは、さらに透過型液晶パネル３０１において変調される。これにより、漏れ光の影響を抑えることができ、コントラストを向上することができる。ここで、Ｒ色のみの表示を行う場合を例に、比較例を交えて説明する。例えば、比較例として、１つ目の変調がバックライトなどの制御により行われ、２つ目の変調がバックライトの光に対し行われる液晶ディスプレイを想定した場合、２つ目の変調デバイスにおけるＧ光及びＢ光の漏れ光により、コントラストの低下を招く。また、Ｇ光及びＢ光の漏れ光の影響により、本来の色からずれた色、すなわち色度図において白色方向の点にずれた色が表示されることとなる。また、例えば、比較例として、特開２００７−３１００４５号公報に記載されているように、２つ目の変調デバイスにより輝度を変調する場合も、上記液晶ディスプレイの比較例に比べると改善されるものの、同様の事態が生じる。これに対し、本実施の形態にかかる表示装置１では、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のそれぞれに対し２重で変調がかかるため、漏れ光を抑制することができる。このため、コントラストの低下及び色ずれを抑制することができ、特に有彩色においても、ダイナミックレンジの拡大が可能となる。
また、本実施の形態においては、投射部２０から射出された光はスクリーン３００により拡散した上で、透過型液晶パネル３０１に入射する。このため、投射光を透過型液晶パネル３０１に直接合焦させないため、モアレの発生を低減できる。よって、モアレを低減するための位置の調整を行わなくもよいため、投射部２０と透過型液晶パネル３０１の位置合わせが容易になる。
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１０は、実施の形態２にかかる表示装置２の内部構成の一例を示す構成図である。なお、以下の説明では、上述した要素と同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１０に示されるように、表示装置２は、表示部３０が表示部３１に置き換えられた点で表示装置１と異なる。
表示部３１は、スクリーン３００と、透過型液晶パネル３０１と、偏光板３０２と、透過型液晶パネル３０１の大きさに対応する大きさのスクリーン３０３を有する。ここで、表示部３１において、スクリーン３００、透過型液晶パネル３０１、偏光板３０２、及びスクリーン３０３は、投射部２０から射出された光の進行方向の順で、スクリーン３００、透過型液晶パネル３０１、偏光板３０２、スクリーン３０３の順に並んで一体に配置されている。例えば、透過型液晶パネル３０１は厚みを有するため、視点位置が表示部３０の正面から外れると、スクリーン３００に投射された画像と透過型液晶パネル３０１が表示する画像の２つの画像が視差によってわずかにずれて視認されるという問題が起こりうるが、スクリーン３０３を配置することで２つの画像がずれて視認されることが緩和されるという利点がある。ここで、スクリーン３０３は、視差によるわずかな画像のずれがボケる程度の厚みや透明度のフィルムであってもよい。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、入力映像信号、第１の映像信号、及び第２の映像信号について、ＲＧＢ信号として説明したが、他の色空間で表された信号であってもよい。例えば、ＹＰｂＰｒ信号などのように輝度信号と２つの色差信号により表された信号が用いられてもよい。
また、上記実施の形態では、投射部２０により直線偏光を射出する構成としたが、投射部２０が、上述の第１の映像信号に応じて変調された、直線偏光以外の光を射出する投射部に置き換えられてもよい。すなわち、例えば、上述の第１の映像信号に応じて変調された円偏光を射出する投射部、又は上述の第１の映像信号に応じて変調された無偏光の光を射出する投射部が用いられてもよい。また、透過型液晶パネル３０１の駆動方式は、任意の方式が可能である。例えば、透過型液晶パネル３０１は、ＴＮ（Twisted Nematic）方式の液晶パネルであってもよいし、ＶＡ（Virtical Alignment）方式の液晶パネルであってもよいし、ＩＰＳ（In-Place-Switching）方式の液晶パネルであってもよい。
ここで、液晶にかける電圧によって入射光の偏光方向を制御するＴＮ方式、ＶＡ方式、及びＩＰＳ方式の各液晶パネルについて説明する。図１１は、ＴＮ方式、ＶＡ方式、及びＩＰＳ方式の各液晶パネルの特徴をまとめた表である。ここで、ＴＮ方式については、液晶パネルにかかる電圧が最大の時に、光が遮断され画面は黒の表示となり、液晶パネルに電圧をかけていない時に、画面は白の表示となるタイプを一例として示す。これに対し、ＶＡ方式及びＩＰＳ方式については、液晶パネルに電圧をかけていない時に、光が遮断され画面は黒の表示となり、液晶パネルにかかる電圧が最大の時に、画面は白の表示となるタイプを一例として示す。
また、各方式のコントラストを比較すると、ＶＡ方式が最もコントラストが大きく、次にＴＮ方式のコントラストが大きい。このため、ＩＰＳ方式は、これら３つの方式で、最もコントラストの性能が劣っている。また、各方式の視野角を比較すると、ＩＰＳ方式が最も視野角が大きく、次にＶＡ方式の視野角が大きい。このため、ＴＮ方式は、これら３つの方式で、最も視野角の性能が劣っている。なお、図１１において、コントラスト及び視野角の欄の数字は、値が小さいほど優れていることを示している。
以下、透過型液晶パネル３０１として上述した各方式の透過型液晶パネルを用いた場合の表示装置の構成例について具体的に説明する。
ここで、液晶パネルの光の出射側にある偏光板３０２の偏光方向、すなわち偏光板３０２の透過軸、を基準とする。ここで、液晶パネルに電圧をかけていない状態で、光の位相が１／２λ変化するタイプのＴＮ方式の液晶パネルを用いる場合、液晶パネルを透過した光の偏光方向は、液晶パネルに入射する光の偏光方向に対して直交する。したがって、このタイプのＴＮ方式の液晶パネルを使用する場合には、液晶パネルに入射する光の偏光方向が、基準に対して９０°回転していることが求められる。
また、液晶パネルに最大電圧をかけた状態で、光の位相が１／２λ変化するタイプのＶＡ方式及びＩＰＳ方式の場合、液晶パネルに入射する光の偏光方向が、基準に対して９０°回転していることが求められる。一方、液晶パネルに電圧をかけていない状態では、偏光状態に変化はない。
したがって、上記のようなＴＮ、ＶＡ及びＩＰＳのうちいずれの方式の液晶パネルが用いられるとしても、投射部２０が射出する光の偏光方向は、基準に対して直交した方向であればよい。
図１２は、上記実施形態に示されるように、直線偏光を射出する投射部２０により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。上述の通り、液晶パネルに入射する光の偏光方向は、基準に対して９０°回転していることが求められる。このため、図１２の構成例１及び４に示すように、投射部２０の射出光の偏光方向が基準と同じ方向の場合には、入射光の偏光面に対し遅相軸又は進相軸が９０°の方位角に配置された位相差板である１／２λ板を、投射部２０と透過型液晶パネル３０１との間に挿入して、偏光方向を基準に対して直交させる。上記位相差板２１１は、このような位相差板に相当する。なお、図１２の構成例２及び３に示されるように、投射部２０の射出光の偏光方向が基準と直交している場合には、投射部２０の射出光の偏光方向を変更する必要がないため、位相差板の挿入は不要である。
図１３は、円偏光を射出する投射部により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。直線偏光を射出する投射部２０の代わりに、射出光が円偏光である投射部を用いて上述の表示装置を構成する場合、図１３の構成例５及び６に示されるように、基準に対し遅相軸又は進相軸が４５度の方位角に配置された位相差板である１／４λ板を、投射部２０と透過型液晶パネル３０１との間に挿入して、偏光方向を基準に対して直交させる。なお、図１３において、構成例５は、偏光板の透過軸が垂直方向である場合に、投射部が左回り又は右回りの円偏光を射出するときの構成例を示している。また、構成例６は、偏光板の透過軸が水平方向である場合に、投射部が左回り又は右回りの円偏光を射出するときの構成例を示している。いずれの構成例においても、円偏光の回転方向に応じて位相差板の光学軸を回転させて調整することにより、液晶パネルに入射する光の偏光方向を基準に対して直交させることができる。
図１４は、無偏光の光を射出する投射部により表示装置を構成する場合の構成例についてまとめた表である。直線偏光を射出する投射部２０の代わりに、射出光が無偏光である投射部を用いて上述の表示装置を構成する場合、図１４の構成例７及び８に示されるように、次のように表示装置を構成する。すなわち、この表示装置では、液晶パネルの光の出射側にある偏光板３０２の透過軸と直交する透過軸を有する偏光板を、投射部２０と透過型液晶パネル３０１との間に挿入して、透過型液晶パネル３０１に入射する光の偏光方向を基準に対して直交させる。なお、この表示装置では、位相差板は必ずしも必要ではない。
以上説明した通り、投射部として、様々な種類のものが採用可能である。なお、図１２から図１４では、一例として、液晶パネルの光の出射側にある偏光板３０２の偏光方向が水平方向又は垂直方向である場合についてのみ示したが、これら以外の方向に回転していても、表示装置を適宜構成可能であることは言うまでもない。
また、以上説明した通り、透過型液晶パネルの方式は、ＴＮ方式、ＶＡ方式、及びＩＰＳ方式を含む様々な方式のパネルが採用可能である。なお、表示装置において映像を見る者、すなわちユーザが、見る対象が液晶パネルである場合、視野角がＴＮ方式及びＶＡ方式よりも優れているＩＰＳ方式を用いることが好ましい。したがって、実施の形態１にかかる表示装置においては、透過型液晶パネル３０１として、ＩＰＳ方式の液晶パネルが用いられることが好ましい。これに対し、実施の形態２にかかる表示装置では、ユーザが見る対象は、スクリーン３０３であるため、液晶パネルの方式による視野角の性能よりもコントラストの性能が重要となる。このため、透過型液晶パネル３０１として、ＶＡ方式の液晶パネルが用いられることが好ましい。
また、液晶により偏光方向が９０°回転した場合に光を透過する構成を備えた液晶パネルを例に説明したが、例えば、液晶により偏光方向が９０°回転した場合に光を遮断する構成を備えた液晶パネルが用いられる場合には、投射部の射出光の偏光方向と上記基準とが一致していてもよい。このように、液晶パネルの入射光として要求される偏光方向を有する光が液晶パネルに入射するように表示装置が構成されていればよい。
１、２ 表示装置
１０ 筐体
２０ 投射部
３０、３１ 表示部
４０、２０４、２０５ ミラー
５０ 表示制御部
２０１ 光源
２０２ インテグレータ
２０３、２０６ ダイクロイックミラー
２０７Ｂ Ｂ用フィールドレンズ
２０７Ｇ Ｇ用フィールドレンズ
２０７Ｒ Ｒ用フィールドレンズ
２０８Ｂ Ｂ用偏光制御素子
２０８Ｇ Ｇ用偏光制御素子
２０８Ｒ Ｒ用偏光制御素子
２０９Ｂ Ｂ用表示素子
２０９Ｇ Ｇ用表示素子
２０９Ｒ Ｒ用表示素子
２１０ ダイクロイックプリズム
２１１ 位相差板
２１２ 投射レンズ
２５０ デバイス駆動部
３００、３０３ スクリーン
３０１ 透過型液晶パネル
３０２ 偏光板
３５０ パネル駆動部
５００ 信号処理部
５０１ 第１のＬＵＴ部
５０２ 第２のＬＵＴ部
５１１ 第１の同期部
５１２ 第２の同期部

Claims (8)

  1. 三原色信号からなる第１の映像信号に応じて変調された光を射出する投射部と、
    第１のスクリーンと、三原色信号からなる第２の映像信号に応じて入射光を変調し射出する透過型液晶パネルと、入射光のうち所定の偏光方向の光を射出する偏光板とを備える表示部と、
    三原色信号からなる入力映像信号から前記投射部を駆動するための前記第１の映像信号と前記透過型液晶パネルを駆動するための前記第２の映像信号とを生成すると共に、前記第１の映像信号と前記第２の映像信号を同期するための同期信号を生成する表示制御部と
    を有し、
    前記表示部は、前記投射部から射出された光の進行方向の順で、前記第１のスクリーン、前記透過型液晶パネル、前記偏光板の順に並んで構成されている
    表示装置。
  2. 前記表示部は、さらに、第２のスクリーンを備え、前記投射部から射出された光の進行方向の順で、前記第１のスクリーン、前記透過型液晶パネル、前記偏光板、前記第２のスクリーンの順に並んで構成されている
    請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記投射部から射出される光は、直線偏光である
    請求項１または２に記載の表示装置。
  4. 位相差板をさらに有し、
    前記投射部から射出される光は、直線偏光又は円偏光であり、前記投射部から射出される光は、前記位相差板を介して、前記透過型液晶パネルに入射する
    請求項１または２に記載の表示装置。
  5. 前記透過型液晶パネルの入射側に、前記偏光板とは別の偏光板である入射側偏光板を有し、
    前記投射部から射出される光は、無偏光の光であり、前記投射部から射出される光は、前記入射側偏光板を介して、前記透過型液晶パネルに入射する
    請求項１または２に記載の表示装置。
  6. 前記表示制御部は、前記投射部の出力特性を第１の出力特性に調整する第１のルックアップテーブル部と、前記透過型液晶パネルの出力特性を第２の出力特性に調整する第２のルックアップテーブル部とを有し、前記入力映像信号に対する第１のルックアップテーブル部の出力を前記第１の映像信号とし、前記入力映像信号に対する第２のルックアップテーブル部の出力を前記第２の映像信号とし、
    前記第１の出力特性におけるガンマ値と前記第２の出力特性におけるガンマ値との和が、前記入力映像信号のガンマ値に等しい
    請求項１乃至５いずれか１項に記載の表示装置。
  7. 前記投射部と前記透過型液晶パネルの出力特性を比較した際に、より高いコントラストを示す一方の出力特性におけるガンマ値が、前記投射部と前記透過型液晶パネルの出力特性を比較した際に、より低いコントラストを示す他方の出力特性におけるガンマ値より大きく調整されている
    請求項６に記載の表示装置。
  8. 前記透過型液晶パネルの出力特性は、前記第２の映像信号の入力値が所定の値以上である場合、光出力が最大値である
    請求項６に記載の表示装置。
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