JP5556287B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長の異なる複数の光源と1個の光変調素子とを用いフィールドシーケンシャル駆動で画像を投射する際に、投射画像の階調に関わらず色度の変動の少ない映像を投射することができる投射型表示装置に関するものである。

小型で大画面の映像を表示する装置として、1個の光変調素子を用いフィールドシーケンシャル駆動をおこなう方式の投射型表示装置が知られている。
投射型表示装置は、光源からの照明光を液晶表示素子に照射し、液晶表示素子に表示されている画像をスクリーン上に拡大投射するものである。

近年、ＬＥＤやレーザなどの半導体光源が高輝度化し投射型表示装置の光源として用いる検討がおこなわれている。
半導体光源は、光源の高速制御が可能な点や、小型軽量で長寿命な点から実用化に向けての検討が盛んになっている。
また、半導体光源の高速制御性を利用して、1個の光変調素子を用いるフィールドシーケンシャル駆動の検討もおこなわれている。
ＬＥＤ光源を用い、フィールドシーケンシャル駆動により映像を表示する投射型表示装置が特許文献１に記載されている。

特許文献１には、概ね以下の内容が開示されている。
特許文献１に記載の表示装置は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各ＬＥＤと、１つの空間変調素子と光源調整部とを備える。映像の１フレームは、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光に対応して３つのサブフレームに分割され、各サブフレームには、Ｒ、Ｇ及びＢの各映像信号が空間変調素子に供給される。Ｒ、Ｇ及びＢの各ＬＥＤは高速で駆動されている。光源調整部は、映像を目標色空間とするため、Ｒ、Ｇ及びＢの各ＬＥＤのそれぞれの発光量の混合比を決定し、この混合比に基づいてＲ、Ｇ及びＢの各ＬＥＤそれぞれに流すＬＥＤ駆動電流を設定する。
サブフレーム毎に、Ｇ及びＢの各ＬＥＤそれぞれに流すＬＥＤ駆動電流を調整することにより、色空間を所望の位置に設定して色域調整がおこなうと共に、空間変調素子に照射する光の輝度を高め明るい投射映像得ることができる。

特開２００６-３３０１７７号公報

ところで、特許文献１記載の表示装置に用いられる空間変調素子は、表示される映像の階調を空間変調素子に印加する電圧量あるいは電流量で制御するアナログ駆動の空間変調素子を利用している。
しかしながら、アナログ駆動の空間変調素子は、次にあげるような課題を有している。アナログ駆動の空間変調素子は、ディスクリネーションと呼ばれる配向欠陥が生じやすく、映像のコントラストを向上することが困難である。また、アナログ駆動の空間変調素子は、駆動回路の構造が複雑であり生産性を高めることが困難であり、コストが高くなってしまう。更に、アナログ駆動の空間変調素子は、液晶に印加する電圧が対象に印加されず一方の電極側に偏ってしまい、液晶に直流成分が加えられ焼き付きと呼ばれる不良が発生しやすい。

更に、特許文献１記載のＬＥＤ光源は、駆動方法として連続的に電圧を印加する連続駆動を用いている。連続駆動の場合、長時間駆動することにより発熱による発光効率の低下がおき、中心波長が移動するため表示する映像の色合いが変化する虞がある。

そこで、本発明は、ＬＥＤの発熱の少ない駆動方法用いると共に、アナログ駆動の空間変調素子の課題を改善し、表示される映像の色度の拡大、及び表示される映像の階調制御を容易にし、明るい投射映像を得ることができる投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）乃至３）を提供する。
１）パルス駆動で駆動され、それぞれ波長の異なる光を発光する複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）と、素子駆動信号に基づいてパルス駆動され、入射した前記半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）からの光を光変調して出力する空間変調素子（５）と、映像信号から階調信号を抽出して、前記映像信号及び前記階調信号を出力する階調信号抽出部（２２）と、前記映像信号から同期信号を抽出して出力すると共に、前記映像信号から前記素子駆動信号を生成して前記空間変調素子（５）に対して出力する素子駆動回路（２１）と、前記複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）から射出する光を混色する際の混合比率の情報を含む混合比率信号と、前記階調信号抽出部（２２）から出力された階調信号とに基づいて前記複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）をパルス駆動するパルス情報を決定し、周波数信号として出力する周波数決定部（３３）と、前記周波数決定部（３３）から出力した前記周波数信号と、前記素子駆動回路（２１）から出力した前記同期信号に基づいて前記映像信号に同期した光源駆動パルス信号を生成する光源駆動パルス生成部（３１）と、前記光源駆動パルス生成部（３１）で生成された前記光源駆動パルス信号に基づいて光源駆動信号を生成し、前記素子駆動信号と同期して前記半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）を発光させる光源駆動信号を出力する光源駆動回路（３２）と、を備え、前記パルス情報には、前記複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）のそれぞれに対応したパルス数，パルス周波数及びパルス幅の情報を含み、前記パルス幅は、前記混合比率信号に基づいて制御されることを特徴とする投射型表示装置（１）。
２）混合比率設定部（３４）を更に備え、前記混合比率設定部（３４）は、希望する色域に関する色度情報、あるいは目標とする輝度に関する輝度情報に基づいて前記複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）から射出する光を混色する際の混合比率の情報を含む混合比率信号を設定することを特徴とする１）記載の投射型表示装置（１）。
３）前記空間変調素子（５）は１個であり、前記素子駆動信号は、投影画像の１フレームが前記複数の半導体光源（２ｒ，２ｇ，２ｂ）の個数に対応した数のサブフレームに分割された時分割駆動用の信号であり、前記複数の半導体光源は（２ｒ，２ｇ，２ｂ）、対応するサブフレームに応じて発光することを特徴とする１）または２）記載の投射型表示装置（１）。

本発明によれば、ＬＥＤの発熱の少ない駆動方法用いると共に、アナログ駆動の空間変調素子の課題を改善し、表示される映像の色域の拡大、及び表示される映像の階調制御を容易にし、明るい投射映像を得ることができる。

第１の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態の投射型表示装置の空間変調素子の駆動方法を示す説明図である。 第１の実施形態の投射型表示装置の半導体光源の駆動方法を示す説明図である。 第１の実施形態の投射型表示装置の制御部の詳細を説明するブロック図である。 第１の実施形態の投射型表示装置の光源駆動信号及び素子駆動信号の概略を説明するタイミングチャートである。 第１の実施形態の投射型表示装置で混色させた場合の光源駆動信号及び素子駆動信号の概略を説明するタイミングチャートである。 第２の実施形態の投射型表示装置の半導体光源の駆動方法を示す説明図である。 第２の実施形態の投射型表示装置の制御部の詳細を説明するブロック図である。 第２の実施形態の投射型表示装置で混色させた場合の光源駆動信号及び素子駆動信号の概略を説明するタイミングチャートである。

以下に、本発明に係る投射型表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の投射型表示装置１の構成を示す概略図である。
投射型表示装置１は、半導体光源２と、照明光学系３と、偏光分離素子４と、空間変調素子５と、投射光学系６と、制御部７とを有する。

半導体光源２は、赤色（Ｒ）光を発光するＲ光用半導体光源２ｒと、緑色（Ｇ）光を発光するＲ光用半導体光源２ｇと、青色（Ｂ）光を発光するＢ光用半導体光源２ｂと、放熱機能を備えたベース２１とを有し、各色用半導体光源２ｒ，２ｇ，２ｂはベース２１に固定されている。各色用半導体光源２ｒ，２ｇ，２ｂとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や半導体レーザが用いられる。ここでは、ＬＥＤを用いた場合について説明する。
照明光学系３は、複数の光学素子からなり、半導体光源２を発光した各色光の照明光が入射し入射した照明光の照度むらを低減すると共に、照明光の光束の大きさを空間変調素子５の大きさに合わせるように調整する。

偏光分離素子４は、入射する光束に対して４５度傾斜して配置される偏光分離面４１を備える。入射した光束は、偏光分離面４１において所定の角度である第１の直線偏光が透過され、第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光が反射される。偏光分離素子４としては、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）やワイヤグリッド偏光板が用いられる。ここでは、ＰＢＳ４を用いた場合について説明する。

空間変調素子５は、偏光分離素子４から入射した第１の直線偏光を、制御部７から入力した素子駆動信号に基づいて光変調すると共に反射し、変調光として偏光分離素子４に対して射出する。空間変調素子５としては、反射型あるいは透過型の液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイスが用いられる。ここでは、空間変調素子５として反射型液晶素子５を用いた場合について説明する。
投射光学系６は、入射した光を拡大し図示しないスクリーンに対して映像を拡大投射する

制御部７は、素子制御部１１と、光源（ＬＥＤ）制御部１２と、電源回路部１３を有する。
素子制御部１１は、外部から入力した映像信号に基づいて、空間変調素子５を光変調する際の素子駆動信号を出力する。ＬＥＤ制御部１２は、各色用半導体光源２ｒ，２ｇ，２ｂを駆動する光源（ＬＥＤ）駆動信号を出力する。電源回路部１３は、素子制御部１１及びＬＥＤ制御部１２に対して、素子駆動信号及び光源駆動信号を生成するための電源をそれぞれ供給する。

次に、半導体光源２を発光した光の経路について説明する。
ＬＥＤ制御部１２入力した光源駆動信号に基づいて各色用半導体光源２ｒ，２ｇ，２ｂは、Ｒ光，Ｇ光及びＢ光を発光する。発光された各色光は、照明光として照明光学系３に入射する。
照明光学系３に入射した照明光は、照明光の照度むらを低減すると共に、照明光の光束の大きさを空間変調素子５の大きさに合わせるように調整され射出する。

照明光学系３を射出した照明光は、偏光分離素子４に入射し、入射した照明光の光束に対して４５度傾斜した偏光分離面４１において第２の直線偏光であるＳ偏光が反射され、第１の直線偏光であるＰ偏光のみが透過する。ここでは、Ｐ偏光を第１の直線偏光とし、Ｓ偏光を第２の直線偏光とした場合について説明したが、Ｓ偏光を第１の直線偏光とし、Ｐ偏光を第２の直線偏光としてもよい。

偏光分離素子４を透過したＰ偏光は、反射型液晶素子５に入射する。反射型液晶素子５は、外部から入力する映像信号に基づいて素子制御部１１から出力した素子駆動信号によりＰ偏光を光変調し、変調光として反射して射出する。
反射型液晶素子５で反射した変調光は、再び偏光分離素子４に入射し、偏光分離面４１で変調光のうちの変調成分であるＳ偏光が反射し、９０度折り曲げられ偏光分離素子４から射出する。

偏光分離面４１で反射したＳ偏光は、偏光分離素子４から射出し、投射光学系６に入射する。投射光学系６に入射したＳ偏光は、映像光として投射光学系６で拡大され投射される。

次に、図２を用いて第１の実施形態の投射型表示装置１に用いる反射型液晶素子５の駆動方法について説明する。
図２（ａ）は、一般的なアナログ駆動を用いる反射型液晶素子５の駆動方法を示しており、所定周期（１フレーム）の交流電圧で液晶が変調されるものである。また、アナログ駆動の場合の階調制御は、駆動電圧の振幅値で制御する。すなわち、図２（ａ）では、１フレームは＋Ｖ，−Ｖの１００％（全白）で駆動した状態であり、２フレームは、＋Ｖ／２，−Ｖ／２の５０％（中間調）で駆動した状態を示している。この駆動方式では、表示される映像の階調特性は電圧に応じて決定されるため良い特性を示す。

しかしながらアナログ駆動の反射型液晶素子５は、ディスクリネーションと呼ばれる配向欠陥が生じやすく、映像のコントラストを向上することが困難である。また、駆動回路の構造が複雑であり生産性を高めることが困難であり、コストが高くなってしまう。更に、液晶に印加する電圧が対象に印加されず一方の電極側に偏ってしまい、液晶に直流成分が加えられ焼き付きと呼ばれる不良が発生しやすい。

これらの課題を解決する方法としては、デジタル駆動を用いる反射型液晶素子５がある。
図２（ｂ）示すようにデジタル駆動の反射型液晶素子５では、ピーク電圧が一定のパルスによって液晶を変調するものである。デジタル駆動の反射型液晶素子５における映像の階調制御は、パルスに分割したサブフレームのデジタルパルス電圧の平均電位による液晶変調によっておこなっている。
したがって、図２（ｂ）に示すように、１フレームで１００％の全白を表示するためには、＋Ｖ，−Ｖのサブフレームのパルスで時間ｔ駆動すればよい。一方、２フレームで５０％の中間調を表示するためには、＋Ｖ，−Ｖのサブフレームのパルスで時間ｔ／２駆動する。

次に、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの発熱による発光効率の低下を防ぎ、映像の色合いが変化することを防ぐ技術としては、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂのパルス駆動がある。
図３を用いて第１の実施形態の投射型表示装置１に用いるＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの駆動方法について説明する。
図３（ａ）は、従来技術に記載した連続駆動によるＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの駆動状態を示す図である。連続駆動によるＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂでは、最大出力である輝度１００％を出力する場合、電圧を＋Ｖの状態で連続発振させる。輝度を変化させる場合は、輝度に応じて電圧を変化させ連続発振させる。

一方、パルス駆動の場合、図３（ｂ）に示すようにピーク電圧が一定で所定のデューティ比の矩形波を連続発振して駆動する。
第１の実施形態の投射型表示装置１に用いるパルス駆動のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂでは、パルスの数で輝度を制御する。
ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂで最大出力である輝度１００％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ個発振する。同様に輝度５０％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ／２個発振する。同様に輝度３３％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ／３個発振する。このようにして、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂから出力される光の輝度を制御する。

次に、デジタル駆動の反射型液晶素子５とパルス駆動のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂとを用いる素子制御部１１及びＬＥＤ制御部１２の詳細について、図４で説明する。
図４に示すように、素子制御部１１は素子駆動回路２１を備えている。また、ＬＥＤ制御部１２は光源（ＬＥＤ）駆動パルス生成部３１と光源（ＬＥＤ）駆動回路３２を備えている。素子駆動回路２１，ＬＥＤ駆動パルス生成部３１及びＬＥＤ駆動回路３２には、電源回路部１３から電力が供給されている。

投影する映像に対応する映像信号は、素子制御部１１の素子駆動回路２１に入力する。素子駆動回路２１では、入力した映像信号からＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂをパルス駆動する際のパルスのタイミングを制御するための同期信号を生成し、ＬＥＤ駆動パルス制御部３１へ出力する。ＬＥＤ駆動パルス制御部３１では、入力した同期信号に基づいてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂをパルス駆動するため、電圧が一定で所定のデューティ比のＬＥＤ駆動パルス信号が生成され出力される。

ＬＥＤ駆動パルス制御部３１から出力されたＬＥＤ駆動パルス信号は、ＬＥＤ駆動回路３２に入力し、ＬＥＤの出力光の輝度に応じたパルス数をＬＥＤ駆動信号としてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂに出力する。
素子駆動回路２１では、外部から入力した映像信号とＬＥＤ駆動パルス生成部３１から入力した同期信号に基づいて、反射型液晶素子５をデジタル駆動するためのピーク電圧が一定のパルスである素子駆動信号を生成し反射型液晶素子５に出力する。
これにより、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂではＬＥＤ駆動信号に応じた輝度の光を出力し、反射型液晶素子５では素子駆動信号に応じた階調で入射した照明光を光変調し変調光として出力する。

次に、図４の回路でＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂ及び反射型液晶素子５を駆動する際のＬＥＤ駆動信号及び素子駆動信号を図５のタイミングチャートで説明する
図５(ａ)は、素子駆動信号をＲ色に対応する部分，Ｇ色に対応する部分及びＢ色に対応する部分を理解しやすいように、Ｒ，Ｇ及びＢの３つの素子駆動信号として分けて表示している。第１フレームは、Ｒ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームに分けられ、第１サブフレームがＲ色に，第２サブフレームがＧ色に，第３サブフレームがＢ色に対応している。第２フレームは、第４サブフレームがＲ色，第５サブフレームがＧ色，第６サブフレームがＢ色となっており、以下フレームは、Ｒ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームが繰り返されて構成されている。
図５(ｂ)は、図５(ａ)のＲ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームに対応したＲ色のＬＥＤ駆動信号，Ｇ色のＬＥＤ駆動信号及びＢ色のＬＥＤ駆動信号を示している。

第１フレームは、１００％の階調（全白）の場合を示し、第２フレームは５０％の階調（中間調）の場合を示している。
このようにデジタル駆動の反射型液晶表示素子５と、パルス駆動のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂを用いることにより、ＬＥＤの色合いの変化が少なく、表示される映像の階調制御が容易な投射映像を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第１の実施形態の投射型表示装置１で明るい投射映像及び投射される映像の色域の拡大をおこなうことができる構成について、第２の実施例として説明する。
投射映像を明るくする技術としては、同一波長のＬＥＤ光源を複数個使用する方法，ＬＥＤ光源の出力光の光量を大きくする方法，及び各色のＬＥＤ光源から発光した光を混色する方法がある。ＬＥＤ光源を複数個使用する方法とＬＥＤ光源の出力光の光量を大きくする方法とは、光源のコストが上昇すると共に発熱が増え出力光の波長がシフトする虞がある。一方、各色のＬＥＤ光源から発光した光を混色する方法は、光源の数が増えないためコストが上昇することがなく、発熱が増えることもない。

また、第１の実施形態の投射型表示装置１における投射映像の色域は、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの各出力光の出力波長に依存している。そのため、投射映像の色域を拡大するためには、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの出力波長を可変する、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂからの出力光の波長を光学素子で変化させるなどがあるが、どちらの場合もコストが上昇や出力光の輝度の低下が発生する。
この場合も、各色のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂから発光した光を混色することにより、コストが上昇することがなく、輝度の上昇も合わせて達成することができる。

図６には、第１の実施形態の投射型表示装置１を用いてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂから発光した光を混色した場合について説明するタイミングチャートである。
Ｒ色を表示する第１サブフレームでは、ＬＥＤ駆動信号は主光線であるＲ光用のＬＥＤ光源２ｒは連続発光するのに対して、Ｇ光用のＬＥＤ光源２ｇは第１サブフレームの１／４期間のみ発光している。また、Ｂ光用のＬＥＤ光源２ｂは第１サブフレームの１／８期間のみ発光している。

同様に、Ｇ色を表示する第２サブフレームでは、ＬＥＤ駆動信号は主光線であるＧ光用のＬＥＤ光源２ｇは連続発光するのに対して、第２光線であるＲ光用のＬＥＤ光源２ｒは第２サブフレームの１／４期間のみ発光している。また、第３光線であるＢ光用のＬＥＤ光源２ｂは第１サブフレームの１／８期間のみ発光している。
同様に、Ｂ色を表示する第３サブフレームでは、ＬＥＤ駆動信号は主光線であるＢ光用のＬＥＤ光源２ｂは連続発光するのに対して、第２光線であるＧ光用のＬＥＤ光源２ｇは第１サブフレームの１／４期間のみ発光している。また、第３光線であるＲ光用のＬＥＤ光源２ｒは第２サブフレームの１／８期間のみ発光している。

反射型液晶表示素子５が１００％の変調度で変調をおこなう第１フレームの場合、反射型液晶表示素子５は各サブフレームの期間で連続的に駆動される。そのため、主光線に対応するＬＥＤ光源の駆動期間と反射型液晶表示素子５の駆動期間とは一致する。
一方、反射型液晶表示素子５が５０％の変調度で変調をおこなう第２フレームの場合、反射型液晶表示素子５は各サブフレームの期間の半分の期間駆動される。そのため、主光線に対応するＬＥＤ光源の駆動期間は、反射型液晶表示素子５の駆動期間の１／２になる。

ここで、第２フレームのように主光線が連続発光している場合でも、反射型液晶表示素子５の駆動期間が短い場合は、反射型液晶表示素子５の駆動期間しかＬＥＤ光源からの光は利用されない。
このため、反射型液晶表示素子５の駆動期間と、第２光線に対応するＬＥＤ光源の駆動期間と、第３光線に対応するＬＥＤ光源の駆動期間とは、第１フレームでは１：１／４：１／８であるのに対して、第２フレームでは１／２：１／４：１／８となり第２光線と第３光線の割合が増加する。結果として、第１フレームの場合のＬＥＤ光源の混色比率と異なってしまい、第１フレームと第２フレームのように階調が異なる場合に色合いが変化してしまう。

そこで、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂから発光した光を混色させた際に、投影像の階調によらず色合いが変化しないＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの駆動方法について図７を用いて説明する。
図７（ａ）は、図３（ｂ）に示す第１の実施形態の駆動方法を表している。この場合、パルスの数で輝度を制御する。 ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂで最大出力である輝度１００％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ個発振する。同様に輝度５０％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ／２個発振する。同様に輝度３３％を出力する場合、時間ｔの間にピーク電圧＋Ｖのパルスをｎ／３個発振する。このようにして、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂから出力される光の輝度を制御する。

一方、図７（ｂ）には、第２の実施形態でのＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの駆動方法を示す。図７（ｂ）の駆動方法では、ＬＥＤの輝度によらず各フレームでのパルス数は同一であり、輝度に応じてフレーム毎にパルスのデューティ比を変化させているのが特徴である。
具体的には、図７（ｂ）に示すように、パルス数は同一であるため、パルス周期は同一であり、パルスがＯＮ状態の長さであるパルス幅が輝度と比例関係になっている。すなわち、輝度１００％のパルス幅をｘとしたとき、輝度５０％のパルス幅がｘ／２となり、輝度３３％のパルス幅はｘ／３となる。

次に、図７(ｂ)のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂの駆動方法を用いるＬＥＤ制御部１２とデジタル駆動の反射型液晶素子５を駆動する素子制御部１１との詳細について図８を用いて説明する。
図７に示すように、素子制御部１１は素子駆動回路２１と階調信号抽出部２２を備えている。また、ＬＥＤ制御部１２はＬＥＤ駆動パルス生成部３１とＬＥＤ駆動回路３２を備えている。素子駆動回路２１，ＬＥＤ駆動パルス生成部３１とＬＥＤ駆動回路３２と周波数決定部３３と混合比率設定部３４を備えている。また、素子制御部１１及びＬＥＤ制御部１２の各部には電源回路部１３から電力が供給されている。
投影する映像に対応する映像信号は、素子制御部１１の階調信号抽出部２２に入力する。階調信号抽出部２２では、入力した映像信号から各フレームの階調の情報が抽出され階調信号として出力されると共に、入力した映像情報が素子駆動回路２１に出力する。

素子駆動回路２１では、入力した映像信号からＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂをパルス駆動する際のパルスのタイミングを制御するための同期信号が抽出され出力されると共に、入力した映像情報に基づいて素子駆動信号を生成し反射型液晶表示素子５に出力する。
ＬＥＤ制御部１２では、外部から色域を設定するための色度情報、あるいは輝度を設定する輝度情報が混合比率設定部３４に入力する。色度情報、あるいは輝度情報は、投射型表示装置１に予め記憶されていても、使用者が入力してもよい。混合比率設定部３４では、入力した色度情報あるいは輝度情報に基づいてＲ光用ＬＥＤ光源２ｒ，Ｇ光用ＬＥＤ光源２ｇ，及びＢ光用ＬＥＤ光源２ｂそれぞれから出力される出力光の混合比率を決定し、混合比率信号として周波数決定部３３に出力する。

階調信号抽出部２２から出力された階調信号は周波数決定部３３に入力する。周波数決定部３３では、入力した階調信号と混合比率信号とに基づいてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂをパルス駆動するためのデューティ比（パルス幅），パルス数及び周波数が決定され、周波数信号としてＬＥＤ駆動パルス制御部３１に出力される。
ＬＥＤ駆動パルス制御部３１では、周波数信号と素子駆動回路２１から入力した同期信号とに基づいてＬＥＤ駆動パルス信号が生成されＬＥＤ駆動回路３２に出力される。
ＬＥＤ駆動回路３２では、ＬＥＤ駆動パルス制御部３１から入力したＬＥＤ駆動パルス信号に基づいてＬＥＤの出力光の輝度に応じたパルス数をＬＥＤ駆動信号としてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂに出力する。

以上の構成により、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂではＬＥＤ駆動信号に応じた輝度の光を出力し、反射型液晶素子５では素子駆動信号に応じた階調で入射した照明光を光変調し変調光として出力することができる。

次に、図８の回路でＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂ及び反射型液晶素子５を駆動する際のＬＥＤ駆動信号及び素子駆動信号を図９のタイミングチャートで説明する
図９(ａ)は、素子駆動信号をＲ色に対応する部分，Ｇ色に対応する部分及びＢ色に対応する部分を理解しやすいように、Ｒ，Ｇ及びＢの３つの素子駆動信号として分けて表示している。第１フレームは、Ｒ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームに分けられ、第１サブフレームがＲ色に，第２サブフレームがＧ色に，第３サブフレームがＢ色に対応している。第２フレームは、第４サブフレームがＲ色，第５サブフレームがＧ色，第６サブフレームがＢ色となっており、以下フレームは、Ｒ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームが繰り返されて構成されている。
図９(ｂ)は、図９(ａ)のＲ，Ｇ及びＢの３つのサブフレームに対応したＲ色のＬＥＤ駆動信号，Ｇ色のＬＥＤ駆動信号及びＢ色のＬＥＤ駆動信号を示している。

第１フレームは、１００％の階調（全白）の場合を示し、第２フレームは５０％の階調（中間調）の場合を示している。
また、各サブフレームにおいてＬＥＤ光源から出力する出力光を輝度の高い順に。主光線，第２光線，第３光線とする。具体的には、Ｒ色を表示する第１，第４サブフレームの場合、主光線はＲ光用のＬＥＤ光源２ｒからの出力光であり、第２光線はＧ光用のＬＥＤ光源２ｇからの出力光であり、第３光線はＢ光用のＬＥＤ光源２ｂからの出力光である。Ｇ色を表示する第２，第５サブフレームの場合、主光線は、Ｇ光用のＬＥＤ光源２ｇからの出力光であり、第２光線はＲ光用のＬＥＤ光源２ｒからの出力光であり、第３光線はＢ光用のＬＥＤ光源２ｂからの出力光である。Ｂ色を表示する第３，第６サブフレームの場合、主光線は、Ｂ光用のＬＥＤ光源２ｂからの出力光であり、第２光線はＧ光用のＬＥＤ光源２ｇからの出力光であり、第３光線はＲ光用のＬＥＤ光源２ｒからの出力光である。

ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂが図７(ｂ)のパルスにより駆動される場合、第１，第４サブフレームでは、Ｒ光用のＬＥＤ光源２ｒはパルス幅がｘのパルスによって駆動され、Ｇ光用のＬＥＤ光源２ｇはパルス幅がｘ／２のパルスによって駆動され、Ｂ光用のＬＥＤ光源２ｂはパルス幅がｘ／３のパルスによって駆動される。
また、
更に、第３，第６サブフレームでは、Ｂ光用のＬＥＤ光源２ｂはパルス幅がｘのパルスによって駆動され、Ｇ光用のＬＥＤ光源２ｇはパルス幅がｘ／２のパルスによって駆動され、Ｒ光用のＬＥＤ光源２ｒはパルス幅がｘ／３のパルスによって駆動される。

各サブフレームにおいてＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂは、パルス幅は異なるものの各サブフレーム期間で連続して駆動される。
反射型液晶表示素子５において１００％の階調（全白）である第１、第２，第３サブフレームと５０％の階調（中間調）である第４，第５，第６サブフレームとでは、第２フレームでは第１フレームに対して反射型液晶表示素子５が各サブフレームの期間の半分の期間しか駆動されない。しかしながら、ＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂは、パルスの数ではなくパルス幅で輝度を調整しているため、第１フレームと第２フレームとでＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂからの出射光の混合比率が変化することはなく、階調が異なる場合に色合いが変化することもない。

このように階調をパルス数で制御するデジタル駆動の反射型液晶表示素子５と、輝度をパルス幅で制御するパルス駆動のＬＥＤ光源２ｒ，２ｇ，２ｂを用いることにより、ＬＥＤの発熱の少なく、表示される映像の色域を拡大することができ、明るい投射映像を得ることができる。

１１と、１２と、１３
１…投射型表示装置、２，２ｒ，２ｇ，２ｂ…半導体光源（ＬＥＤ光源）、３…照明光学系、４…偏光分離素子、５…空間変調素子（反射型液晶表示素子）、６…投射光学系、７…制御部、１１…素子制御部、１２…光源（ＬＥＤ）制御部、１３…電源回路部、２１…素子駆動回路、２２…階調信号抽出部、３１…光源（ＬＥＤ）駆動パルス生成部、３２…光源（ＬＥＤ）駆動回路、３３…周波数決定部、３４…混合比率設定部、４１…偏光分離面

Claims (3)

1. パルス駆動で駆動され、それぞれ波長の異なる光を発光する複数の半導体光源と、
   素子駆動信号に基づいてパルス駆動され、入射した前記半導体光源からの光を光変調して出力する空間変調素子と、
   映像信号から階調信号を抽出して、前記映像信号及び前記階調信号を出力する階調信号抽出部と、
   前記映像信号から同期信号を抽出して出力すると共に、前記映像信号から前記素子駆動信号を生成して前記空間変調素子に対して出力する素子駆動回路と、
   前記複数の半導体光源から射出する光を混色する際の混合比率の情報を含む混合比率信号と、前記階調信号抽出部から出力された階調信号とに基づいて前記複数の半導体光源をパルス駆動するパルス情報を決定し、周波数信号として出力する周波数決定部と、
   前記周波数決定部から出力した前記周波数信号と、前記素子駆動回路から出力した前記同期信号に基づいて前記映像信号に同期した光源駆動パルス信号を生成する光源駆動パルス生成部と、
   前記光源駆動パルス生成部で生成された前記光源駆動パルス信号に基づいて光源駆動信号を生成し、前記素子駆動信号と同期して前記半導体光源を発光させる光源駆動信号を出力する光源駆動回路と、
   を備え、
   前記パルス情報には、前記複数の半導体光源のそれぞれに対応したパルス数，パルス周波数及びパルス幅の情報を含み、前記パルス幅は、前記混合比率信号に基づいて制御されることを特徴とする投射型表示装置。
2. 混合比率設定部を更に備え、
   前記混合比率設定部は、希望する色域に関する色度情報、あるいは目標とする輝度に関する輝度情報に基づいて前記複数の半導体光源から射出する光を混色する際の混合比率の情報を含む混合比率信号を設定することを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
3. 前記空間変調素子は１個であり、
   前記素子駆動信号は、投影画像の１フレームが前記複数の半導体光源の個数に対応した数のサブフレームに分割された時分割駆動用の信号であり、
   前記複数の半導体光源は、対応するサブフレームに応じて発光することを特徴とする請求項１または請求項２記載の投射型表示装置。

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