KR100816971B1

KR100816971B1 - 투사형 영상 표시 장치

Info

Publication number: KR100816971B1
Application number: KR1020057011937A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 아라이; 야스오 후나조오
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2008-03-26
Also published as: JP4245563B2; WO2004059608A1; US7270425B2; EP1577872A1; US20060050245A1; KR20050088218A; CN100424547C; EP1577872A4; CN1729502A; JPWO2004059608A1

Abstract

최적 처리부(21)는 영상 신호(RGB 신호)를 입력하고, 이 영상 신호에 있어서의 1 프레임 영상을 해석한다. 예를 들어, 1 프레임 영상 중에서 적색 강도가 모든 화소에 있어서 0이면, 최적 처리부(21)는 광원 게인 조정부(22)에 대해 조명 장치(1R)의 게인을 0(최저 광량)으로 하기 위한 제어 신호를 부여한다. 광원 게인 조정부(22)는 상기 제어 신호를 받아 조명 장치(1R)로의 공급 전력을 제어한다. 또한 최적 처리부(21)는, LCD 신호 처리부(23)에 대해서는 액정 표시 패널(3R)의 전체 화소에 대해, 예를 들어 광투과량을 0으로 하도록 명령을 부여한다.

최적 처리부, 광원 게인 조정부, LCD 신호 처리부, 액정 표시 패널, 조명 장치

Description

투사형 영상 표시 장치{PROJECTION TYPE VIDEO DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 액정 프로젝터 등의 투사형 영상 표시 장치에 관한 것이다.

액정 프로젝터 등에 이용되는 조명 장치로서는, 초고압 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논 램프 등의 램프와, 그 조사광을 평행광화하는 파라볼라 리플렉터로 이루어지는 것이 일반적이다. 또한, 최근에는 수명 장기화나 전력 절약화 등의 관점으로부터 발광 다이오드(LED)를 광원으로서 이용하는 것도 시도되고 있다(일본 특허 공개 평10-186507호 참조).

그러나, 종래 기술에 있어서의 전력 절약화는 고체 광원 자체의 저소비 전력 동작 특성에 의한 것이며, 전력 절약화를 한층 더 도모한 것은 아니다.

본 발명은 상기한 사정에 비추어, 발광 다이오드 등의 고체 광원을 이용하여 전력 절약화를 도모할 수 있는 투사형 영상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 투사형 영상 표시 장치는, 상기한 과제를 해결하기 위해 적색광을 출사하는 제1 고체 광원과, 녹색광을 출사하는 제2 고체 광원과, 청색광을 출사하는 제3 고체 광원와, 상기 광원으로부터의 상기 색광을 받아 변조를 행하는 표시 패널과, 변조된 상기 색광으로 이루어지는 풀컬러 영상광을 투사하는 수단과, 영상 신호 정보를 기초로 하여 상기 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하는 광원 조정 수단과, 각 색광의 출사 광량의 조정에 대응시켜 각 표시 패널로의 드라이브 신호를 제어하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기한 구성이면, 영상 신호에 맞추어 고체 광원의 광출사량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하기 때문에, 어두운 영상이 존재할수록 소비 전력의 억제를 도모할 수 있게 되고, 또한 냉각 능력이나 냉각을 위한 소비 전력도 낮출 수 있다.

각 고체 광원은 복수의 고체 발광 소자를 구비하여 이루어지고, 상기 광원 조정 수단은 복수의 고체 발광 소자의 발광 개수를 제어함으로써 각 고체 광원의 출사 광량을 조정하도록 되어 있어도 좋다. 또한, 각 고체 광원은 복수의 고체 발광 소자를 구비하여 이루어지고, 상기 광원 조정 수단은 각 고체 발광 소자로의 공급 전력을 제어함으로써 각 고체 광원의 출사 광량을 조정하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 고체 광원은 복수의 고체 발광 소자를 구비하여 이루어지고, 상기 광원 조정 수단은 각 고체 발광 소자를 펄스 발광시키는 동시에, 이 펄스 발광의 듀티비를 제어함으로써 각 고체 광원의 출사 광량을 조정하도록 구성되어 있어도 좋다.

1 프레임 영상 중에서의 각 색의 최고치가 상기 표시 패널의 최고 계조 대응 상태에서 얻어지도록 상기 각 색용 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하도록 해도 좋다. 이에 따르면, 가장 소비 전력의 억제를 도모할 수 있게 된다.

투사형 영상 표시 장치는, 각 광원으로부터의 각 색광을 합성하여 얻어진 백색광을 단일의 풀컬러 표시 패널로 유도하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 광원으로부터의 각 색광을 합성하여 얻어진 백색광을 색분리하고, 각 색광을 적색용 표시 패널과 녹색용 표시 패널과 청색용 표시 패널 각각으로 유도하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 광원으로부터의 각 색광을 적색용 표시 패널과 녹색용 표시 패널과 청색용 표시 패널로 각 색광대로 유도하도록 구성되어 있어도 좋다.

도1은 본 발명의 실시 형태의 투사형 영상 표시 장치의 광학계 및 제어계를 도시한 설명도이다.

도2는 일평면 내에 3개의 조명 장치를 혼재시킨 조명 장치를 도시하고 있고, 도2의 (a)는 모든 LED 칩을 점등시킨 상태를 도시한 도면이고, 도2의 (b)는 3개의 조명 장치에 있어서 일부의 LED 칩을 소등시킨 상태를 도시한 도면이다.

도3은 도1에 도시한 조명 장치 중 적색용 조명 장치를 도시한 정면도이고, 도3의 (a)는 모든 LED 칩을 점등시킨 상태를 도시한 도면이고, 도3의 (b)는 일부의 LED 칩(11)을 소등시킨 상태를 도시한 도면이다.

도4는 각 프레임 기간의 펄스 발광의 듀티비를 변화시키는 것을 도시한 설명도이다.

도5는 단판 DMD 방식의 설명도이다.

도6은 3판 DMD 방식의 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태의 투사형 영상 표시 장치를 도1 내지 도6을 기초로 하여 설명해 간다.

도1은 3판식 투사형 영상 표시 장치의 광학계 및 제어계를 도시한 도면이다. 이 투사형 영상 표시 장치는 3개의 조명 장치(1R, 1G, 1B)를 구비한다(이하, 각각의 조명 장치를 특정하지 않고 나타낼 때에는, 부호 "1"을 이용함). 조명 장치(1R)는 적색광을 출사하고, 조명 장치(1G)는 녹색광을 출사하고, 조명 장치(1B)는 청색광을 출사한다. 각 조명 장치(1)로부터 출사된 빛은, 볼록 렌즈(2)에 의해 각 색용 액정 표시 패널(3R, 3G, 3B)로 유도된다(이하, 각각의 액정 표시 패널을 특정하지 않고 나타낼 때에는, 부호 "3"을 이용함). 각 액정 표시 패널(3)은, 입사측 편광판과, 한 쌍의 유리 기판(화소 전극이나 배향막을 형성하고 있음) 사이에 액정을 봉입하여 이루어지는 패널부와 출사측 편광판을 구비하여 이루어진다. 액정 표시 패널(3R, 3G, 3B)을 경유함으로써 변조된 변조광(각 색 영상광)은, 다이크로익 프리즘(4)에 의해 합성되어 컬러 영상광이 된다. 이 컬러 영상광은 투사 렌즈(5)에 의해 확대 투사되어, 스크린 상에 투영 표시된다.

조명 장치(1)는 LED 칩(11 …)이 어레이 형상으로 배치되고, 또한 각 LED 칩(11)의 광출사측에 렌즈 셀(14 …)을 배치하여 이루어지는 광원(12)과, 각 LED 칩(11)으로부터 출사되어 상기 렌즈 셀(14)에서 평행화된 빛을 액정 표시 패널(3)로 중첩하여 유도하는 플라이 아이 렌즈쌍(13)으로 이루어진다. 플라이 아이 렌즈쌍(13)은, 한 쌍의 렌즈군(13a, 13b)으로 구성되어 있고, 각각의 렌즈쌍이 각 LED 칩(11)으로부터 출사된 빛을 액정 표시 패널(3)의 전체면으로 유도하도록 되어 있다. LED 칩(11 …)은 투명 수지에 의해 몰드되어 있고, 이 투명 수지가 볼록 형상으로 형성됨으로써 상기 렌즈 셀(14 …)을 구성하고 있다. LED 칩(11) 및 렌즈 셀(14) 및 렌즈군(13a)의 각 렌즈는 사각 형상으로 형성되어 있고, 또한 액정 표시 패널(3)의 종횡비에 일치 또는 대략 일치한 것으로 되어 있다. 또한, LED 칩(11) 및 렌즈 셀(14) 및 렌즈군(13a)의 각 렌즈의 종횡비를 액정 표시 패널(3)의 종횡비와 서로 다르게 해도 좋고, 이 경우에는 아나모픽 렌즈를 이용함으로써 액정 표시 패널(3)로 유도되는 광속을 종횡비에 일치 또는 대략 일치시키는 것이 좋다.

최적 처리부(21)는 영상 신호(RGB 신호)를 입력하고, 이 영상 신호에 있어서의 1 프레임 영상을 해석한다. 구체적으로는, 1 프레임 영상을 구성하는 각 화소의 적색 강도(적색 계조 신호), 녹색 강도(녹색 계조 신호), 청색 강도(청색 계조 신호)를 검출한다. 여기서, 간단화하기 위해 통상 256 계조의 각 색 강도는 0 내지 100 ％로 하고, 100 계조에서 각 액정 표시 패널(3)의 광투과량이 제어되는 것으로 하고, 또한 각 조명 장치(1)도 100 ％ 단계에서 광량 조정을 행할 수 있는 것으로 한다.

1 프레임 영상 중에서 적색 강도가 모든 화소에 있어서 0 ％이면, 최적 처리부(21)는 광원 게인 조정부(22)에 대해 조명 장치(1R)의 게인을 0 ％(최저 광량)로 하기 위한 제어 신호를 부여한다. 광원 게인 조정부(22)는 상기 제어 신호를 받아 조명 장치(1R)로의 공급 전력(전압)을 제어한다. 또한 최적 처리부(21)는, LCD 신호 처리부(23)에 대해서는 액정 표시 패널(3R)의 전체 화소에 대해, 예를 들어 광투과량을 0 ％로 하는 구동 명령을 부여한다. LCD 신호 처리부(23)는 상기 구동 명령을 기초로 하여 액정 표시 패널(3R)의 화소를 구동하게 된다.

1 프레임 영상 중에서 적색 강도의 최고치가 50 ％일 때, 상기 50 ％의 값이 되는 화소에 대해서는 그 광투과량을 100 ％로 하고, 조명 장치(1R)에 대해서는 그 출사 광량을 50 ％로 한다. 다른 적색 강도를 갖는 화소에 대해서는, 그 원래의 영상 신호에 의한 적색 강도에 대해 상기 조명 장치(1R)의 출사 광량을 50 ％로 함으로써 보정을 하면 된다. 즉, 1 프레임 영상 중에서의 각 색의 최고치가 상기 표시 패널의 최고 계조 대응 상태에서 얻어지도록 상기 각 색용 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하도록 해도 좋다. 이와 같이 제어하는 것이 조명 장치(1)에 있어서의 전력 소비를 가장 적게 할 수 있다. 물론, 이러한 제어에 한정하지 않고, 예를 들어 상기 50 ％의 값이 되는 화소에 대해 광투과량을 70 ％로 하고, 조명 장치(1R)의 출사 광량을 70 ％로 하는 제어를 행해도 좋다. 이 경우도, 다른 적색 강도를 갖는 화소에 대해서는 그 원래의 영상 신호에 의한 적색 강도에 대해 상기 조명 장치(1R)의 출사 광량을 70 ％로 함으로써 보정을 하면 된다.

또한, 다른 색에 대해서도 동일한 제어를 행하면 좋다. 여기서, 종래의 투사형 영상 표시 장치에 있어서는, 흑영상의 표시에 있어서도 조명 장치는 최고의 광량으로 발광하도록 전력 공급을 받고 있었지만, 본 발명이면 흑영상의 표시에 있어서는 조명 장치(1)로의 전력 공급을 예를 들어 0으로 할 수 있게 되어 전력 소비를 각별히 낮추는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 구성 예에서는 광원 게인 조정부(22)에 의해 각 조명 장치(1)[ 즉, LED 칩(11 …)]로의 공급 전력(전압)을 제어하도록 하였지만, 발광시키는 LED 칩(11 …)의 개수를 제어함으로써 각 조명 장치(1)의 출사 광량을 제어하도록 해도 좋다. 도2에는 일평면 내에 3개의 조명 장치(1R, 1G, 1B)를 혼재시킨 조명 장치를 도시하고 있고, 도2의 (a)는 모든 LED 칩(11)을 점등시킨 상태를 도시하고 있고, 도2의 (b)는 조명 장치(1R, 1G, 1B)에 있어서 일부의 LED 칩(11 …)을 소등시킨 상태를 도시하고 있다. 소등시킨 LED 칩(11 …)은 도면에 있어서 흑색으로 나타낸다. 또한, 이러한 조명 장치로부터는 각 색광이 겹쳐져 출사되게 되기 때문에, 이 빛을 단판식 풀컬러 표시 패널로 유도해도 좋고, 혹은 다이크로익 미러로 각 색광으로 분광하여 각 색용 표시 패널로 유도하도록 해도 좋다. 또한, 도3은 도1에 도시한 조명 장치(1R)를 도시한 정면도이다. 즉, 조명 장치(1R)는 적색광을 출사하는 LED 칩(11 …)을 일평면 내에 어레이 형상으로 배치하여 이루어진다. 도3의 (a)는 모든 LED 칩(11)을 점등시킨 상태를 도시하고 있고, 도3의 (b)는 일부의 LED 칩(11 …)을 소등시킨 상태를 도시하고 있다. LED 칩(11)을 소등시키는 경우, 도2의 (b)나 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 분산적으로 소등하는 것으로 해도 좋지만, 이에 한정하지 않고 모서리로부터 차례로 소등하는 것으로 해도 좋다.

또한, LED 칩(11 …)을 펄스 발광시키는 것으로 하여, 도4에 도시한 바와 같이 각 프레임 기간(1V: 수직 기간)의 펄스 발광의 듀티비를 변화시킴으로써 광량 제어를 행하는 것으로 해도 좋다.

또한, 액정 표시 패널을 이용하는 구성을 도시하였지만 액정 표시 패널에 한정되는 것은 아니며, 화소가 되는 미소 미러를 각각에 구동하는 타입의 표시 패널( 예를 들어, 디지털·마이크로 미러·디바이스 : DMD)을 이용하는 것으로 해도 좋다. 단판식인 경우라면, 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이 조명 장치(1R, 1G, 1B)를 다이크로익 프리즘(4) 중 3개의 측면면에 대면시켜 설치하고, 다이크로익 프리즘(4) 중 하나의 측면에서 백색광을 출사한다. 그리고, 이 백색광을 렌즈(7) 및 곡면 미러(10)를 거쳐서 단판 DMD(9)에 조사한다. 단판 DMD(9)에서 반사된 빛(풀컬러 영상광)은 투사 렌즈(5)에 의해 투사된다. 또한 3판식인 경우라면, 예를 들어 도6에 도시한 바와 같이 조명 장치(1R, 1G, 1B)를 다이크로익 프리즘(4) 중 3개의 측면면에 대면시켜 설치하고, 다이크로익 프리즘(4) 중 하나의 측면에서 백색광을 출사한다. 그리고 이 백색광을, 렌즈(7)를 거쳐서 내부 전반사(total internal reflection : TIR) 프리즘(30)으로 유도한다. 이 내부 전반사 프리즘(30)에서 반사한 백색광은 3개의 프리즘으로 이루어지는 색분해 프리즘(31)으로 유도된다. 그리고, 각 색광은 각 색용 DMD(9R, 9G, 9B)로 유도되고, 이들 반사광(각 색 영상광)이 다시 색분해 프리즘(31)에 입사하여, 풀컬러 영상광이 되어 색분해 프리즘(31)으로부터 출사된다. 색분해 프리즘(31)으로부터 출사된 풀컬러 영상광은 내부 전반사 프리즘(30)을 투과하여 투사 렌즈(5)에 의해 확대 투사된다.

조명 장치(1)의 구성은 상술한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라이 아이 렌즈쌍(13) 대신에, 로드 인티그레이터를 이용할 수 있다. 고체 광원에 대해서도 발광 다이오드(LED)에 한정되는 것은 아니며, 반도체 레이저 등을 이용할 수 있다. 또한, 최적 처리부(21)는 입력된 영상 신호에 대해 3 단계의 판정(어둡다, 중간, 밝다)을 행하여, 이 3 단계로 광량 제어와 패널 구동 제어를 행하도 록 해도 좋은 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 영상 신호에 맞추어 고체 광원의 광출사량을 조정하기 때문에, 어두운 영상이 존재할수록 소비 전력의 억제를 도모하게 되거나, 또는 냉각 능력이나 냉각을 위한 소비 전력에 대해서도 낮출 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

Claims

적색광을 출사하는 복수의 고체 발광 소자로 이루어지는 제1 고체 광원과, 녹색광을 출사하는 복수의 고체 발광 소자로 이루어지는 제2 고체 광원과, 청색광을 출사하는 복수의 고체 광원 소자로 이루어지는 제3 고체 광원과, 상기 광원으로부터의 상기 색광을 받아 변조를 행하는 표시 패널과, 각 고체 발광 소자로부터 출사된 색광을 광 중첩하여 상기 표시 패널로 유도하는 수단과, 변조된 상기 색광으로 이루어지는 풀컬러 영상광을 투사하는 수단과, 영상 신호 정보를 기초로 하여 상기 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하는 광원 조정 수단과, 각 색광의 출사 광량의 조정에 대응시켜 각 표시 패널로의 드라이브 신호를 제어하는 수단을 구비하고,

상기 광원 조정 수단은 복수의 고체 발광 소자의 발광 개수를 제어함으로써 각 고체 광원의 출사 광량을 조정하고, 또한 상기 조정에 있어서 고체 발광 소자를 분산적으로 소등하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
적색광을 출사하는 복수의 고체 발광 소자로 이루어지는 제1 고체 광원과, 녹색광을 출사하는 복수의 고체 발광 소자로 이루어지는 제2 고체 광원과, 청색광을 출사하는 복수의 고체 발광 소자로 이루어지는 제3 고체 광원과, 상기 광원으로부터의 상기 색광을 받아 변조를 행하는 표시 패널과, 각 고체 발광 소자로부터 출사된 색광을 광 중첩하여 상기 표시 패널로 유도하는 수단과, 변조된 상기 색광으로 이루어지는 풀컬러 영상광을 투사하는 수단과, 영상 신호 정보를 기초로 하여 상기 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하는 광원 조정 수단과, 각 색광의 출사 광량의 조정에 대응시켜 각 표시 패널로의 드라이브 신호를 제어하는 수단을 구비하고,

상기 광원 조정 수단은 복수의 고체 발광 소자의 발광 개수를 제어함으로써 각 고체 광원의 출사 광량을 조정하고, 또한 상기 조정시에 모서리측의 고체 발광 소자로부터 차례로 소등하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 영상 신호 정보를 기초로 하여, 어둡다, 중간, 밝다의 3 단계를 판정하여, 3 단계로 광량 제어와 표시 패널 구동 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
적색광을 출사하는 제1 고체 광원과, 녹색광을 출사하는 제2 고체 광원과, 청색광을 출사하는 제3 고체 광원과, 상기 광원으로부터의 상기 색광을 받아 변조를 행하는 표시 패널과, 변조된 상기 색광으로 이루어지는 풀컬러 영상광을 투사하는 수단과, 영상 신호 정보를 기초로 하여 상기 고체 광원의 출사 광량을 그 공급 전력 제어에 의해 조정하는 광원 조정 수단과, 각 색광의 출사 광량의 조정에 대응시켜 각 표시 패널로의 드라이브 신호를 제어하는 수단을 구비하고,

예를 들어, 1 프레임 영상 중에서 적색 강도의 최고치가 50 ％일 때에 상기 50 ％의 값이 되는 화소에 대해 그 광투과량을 100 ％로 하는 것은 아니며, 상기 50 ％의 값이 되는 화소에 대해 광투과량을 70 ％로 하고, 적색용 조명 장치의 출사 광량을 70 ％로 하는 바와 같이,

1 프레임 영상 중에서 각 색 강도가 최고치인 화소(예를 들어, 최고치 50 ％인 화소이며, 100 ％인 경우는 제외함)에 대해 광투과량 또는 광반사량을 100 ％로 하지 않는 형태로 표시 패널 구동 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 광원으로부터의 각 색광을 합성하여 얻어진 백색광을 단일의 풀컬러 표시 패널로 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 광원으로부터의 각 색광을 합성하여 얻어진 백색광을 색분리하여, 각 색광을 적색용 표시 패널과 녹색용 표시 패널과 청색용 표시 패널 각각으로 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.
제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 광원으로부터의 각 색광을 적색용 표시 패널과 녹색용 표시 패널과 청색용 표시 패널로 각 색광대로 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치.