顯示裝置、顯示方法和投影機的製作方法
2023-05-30 22:43:16
專利名稱：顯示裝置、顯示方法和投影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及顯示裝置、顯示方法、以及投影機。
背景技術：
近年來，一種能夠進行彩色顯示的投射型顯示裝置已投入實際應用，其典型結構使用諸如紅(R)、綠(G)、蘭(B)之類的三原色加法混色。例如，眾所周知具有諸如紅(R)、綠(G)、蘭(B)之類三原色的光源，將原色光成分投射到光調製裝置上，光調製裝置調製所投射的原色光成分，透過該光調製裝置的光成分相重疊，由此顯示圖像。具有相關結構的彩色顯示裝置選擇三原色，以便使色域區最大。然而，三原色的色再現域有其局限，用戶能夠感知的色域比色域區寬。因此，為了通過擴大色域來提高彩色顯示裝置的顯像性能，提出了一種具有多個原色的彩色顯示裝置，其中原色數目增加到四或更多(例如，專利文件1，非專利文件1和2)。
未經審查的日本專利申請公開No.2000-338950。
「Concept and Technology of Natural Vision System」，發表於InvitedAddress-2，IDW』02，11-14頁。
「122％-NTSC Color Gamut 15-in.TFT-LCD Using 4-Primary ColorLED Backlighting and Field Sequential」，發表於AMDI/FMC2-4，IDW』02，215-218頁。
使用上述文獻中記載的技術增加原色光，可以擴大顯示裝置的色再現域。但是，為獲得具有四原色的照明光，色分離系統或照明系統(例如光源)的尺寸需要增大。因此，裝置的尺寸不可避免地會變大，其製造成本也不可避免地會增加。
發明內容
本發明是應上述情況而產生。因此，其目的在於提供一種用簡單結構改善顯像功能，而無需擴大裝置體積的顯示裝置和投影機。
進而，本發明的另一個目的在於提供一種用於顯示裝置的顯示方法，從而提高相應裝置的顯像性能。
為達到上述目的，本發明的特徵是，一種顯示裝置，包括能夠輸出具有不同發光顏色的多個原色光成分的照明裝置以及調製從該照明裝置輸出的原色光成分的光調製裝置，其中，該照明裝置能夠調整該原色光成分的發射光譜。
根據此結構，由於通過調整原色光成分的發射光譜來改變由入射至光調製裝置的原色光成分構成的色再現域(色域)，可以在改變色域時進行圖像顯示，從而能夠充分擴大色再現域，並在不增加原色數目的情況下獲得卓越的顯像性能。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該照明裝置包括多個具有不同發光顏色的光源，每個該光源包括多個能獨立調整其輸出(每個強度)的發光元件。
根據此結構，可以自由地控制該多個發光元件的輸出狀態，從而自由地調整該光源輸出的原色光成分的發射光譜。因此，能夠獲得結構簡單以及顯像性能卓越的顯示裝置。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，在該照明裝置和該光調製裝置之間設置有濾色器，該濾色器具有與各個光源輸出的原色光成分對應的多個透射光譜，而且每個該光源的發射光譜的調整範圍是在該濾色器的透射光譜範圍內。
根據此結構，在進行發射光譜調整時，在使光透過濾色器並使原色光有選擇地入射到該光調製裝置上的該顯示裝置中，即使發光元件的輸出狀態發生改變，超出濾色器透射光譜(透過波長域)範圍的原色光也不會入射到濾色器。因此，通過調整輻射光譜使用色域擴大效果能夠提高顯像性能。
在根據本發明顯示裝置中，優選地，多個該光調製裝置被設置為與該多個光源的每一個對應，而且該顯示裝置還包括用於合成該光調製裝置輸出的原色光成分的色合成裝置。每個該光源的發射光譜的調整範圍是在該色合成裝置的透射光譜範圍內。
根據此結構，在進行發射光譜調整時，在合成該光調製裝置輸出的原色光成分並生成顯示圖像的該顯示裝置中，即使發光元件的輸出狀態發生改變，超出該色合成裝置透射光譜(透過波長域)範圍的原色光也不會入射到該色合成裝置。因此，通過調整發射光譜使用色域擴大效果能夠提高視頻顯示性能。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該照明裝置具有光源和用於將來自該光源的輸出光分離成多個原色光成分的色分離裝置，與各原色光成分對應地設置多個光調製裝置，並設置有用於將從該各個光調製裝置輸出的原色光成分合成的色合成裝置，該光源能夠在該色分離裝置和該色合成裝置的透射光譜範圍內調整輸出光中包含的每個原色光成分的發射光譜。
根據此結構，在進行發射光譜的調整時，在將自光源輸出的光分離成要入射到多個光調製裝置的多個原色光成分和將光調製裝置發射的原色光成分合成以生成顯示圖像的顯示裝置中，即使發光元件的輸出狀態發生改變，超出色分離裝置以及色合成裝置透射光譜(透過波長域)範圍的原色光也不會入射到該色分離裝置和該色合成裝置。因此，通過調整發射光譜使用色域擴大效果能夠提高視頻顯示性能。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該照明裝置包括光源和譜帶控制裝置，該譜帶控制裝置用於調整從該光源輸出並向該光調製裝置發射的光的發射光譜。
根據此結構，因為從該光源輸出併入射到該光調製裝置的原色光的發射光譜由該譜帶控制裝置控制，可以在色域改變時進行圖像顯示，從而能夠充分擴大色再現域以及獲得具有卓越視頻顯示性能的顯示裝置。
在根據本發明的顯示裝置中，該譜帶控制裝置可在預定範圍內自由調整透射光譜。根據此結構，透過該譜帶控制裝置的原色光的發射光譜可在預定譜帶內自由地調整，可以在顯示裝置色域改變時進行圖像顯示，從而能夠充分擴大色再現域以及獲得具有卓越視頻顯示性能的顯示裝置。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該譜帶控制裝置可自由地轉換多個透射光譜。根據此結構，因為轉換了該譜帶控制裝置的透射光譜並調整了入射到該光調製裝置上的原色光的發射光譜，在顯示裝置的色域改變時能夠進行圖像顯示，從而能夠充分擴大色再現域以及獲得具有卓越視頻顯示性能的顯示裝置。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該顯示裝置還包括圖像分析裝置，其根據提供給該光調製裝置的顯示圖像的圖像信號輸出用於調整上述原色光成分的發射光譜的光控制信號；以及光控制裝置，其根據該光控制信號調整該原色光成分的發射光譜。
根據此結構，使用該圖像分析裝置分析顯示圖像的圖像信號，根據相關分析結果來控制該譜帶控制裝置的透射譜帶，由此調整上述原色光的發射光譜，從而得到具有卓越視頻顯示性能的顯示裝置，其色域根據顯示圖像自動改變。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該圖像分析裝置根據提供給該光調製裝置的顯示圖像的圖像信號輸出用於調整上述原色光成分的發射光譜的譜帶控制信號，而且該譜帶控制裝置根據該譜帶控制信號來調整上述原色光成分的發射光譜。
根據此結構，使用該圖像分析裝置分析顯示圖像的圖像信號，根據相關分析結果來控制該譜帶控制裝置的透射譜帶，由此調整上述原色光的發射光譜，從而得到具有卓越視頻顯示性能的顯示裝置，其色域根據顯示圖像自動改變。
根據本發明的顯示裝置還包括色度校正裝置，在進行上述原色光成分的發射光譜的調整時，校正該照明裝置輸出的光的白平衡。
根據此結構，由於對上述原色光的發射光譜進行調整，以及對伴隨改變多個原色成分形成的色域時白平衡差異的自動校正，能夠在擴大色再現域的同時抑制顏色變化，從而得到高質量的圖像顯示。
在根據本發明的顯示裝置中，優選地，該色度校正裝置校正該照明裝置輸出的光在低飽和度區的白平衡。
根據此結構，由於該色度校正裝置對顏色變化容易察覺的低飽和度區中的白平衡進行校正，可以減少使用色度校正裝置進行的處理，並能夠得到有效抑制顏色變化的顯示。
其次，在一種能夠應用於顯示裝置的顯示方法中，該顯示裝置具有能夠輸出不同發光顏色的多個原色光成分的照明裝置和調製該照明裝置輸出的原色光的光調製裝置，根據提供給該光調製裝置的顯示圖像的內容調整該照明裝置輸出的原色光成分的發射光譜。
根據此方法，由於通過調整上述原色光成分的發射光譜來修改入射到該光調製裝置的原色光成分構成的色域，當修改色域時能進行圖像顯示，從而能夠在不增加原色數目的情況下充分擴大色域並獲得顯像性能卓越的顯示。
其次，本發明提供了一種投影機，包括根據本發明上述任一項所述的顯示裝置和投射由光調製裝置調製的光的投射裝置。根據此結構，可以在變更色域時進行圖像顯示，能夠在不增加原色數目的情況下充分擴大色域並獲得顯像性能卓越的顯示。
圖1示意性地示出了根據本發明第一實施例的投射型顯示裝置的結構。
圖2示出了根據本發明的一個實施例的投射型顯示裝置的功能。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的投射型顯示裝置的功能。
圖4是示出了根據本發明的一個實施例的驅動電路的框圖。
圖5是詳細示出了圖像分析單元的結構的框圖。
圖6示出了u信號和v信號的直方圖(histogram，頻率分布曲線)的一個實例。
圖7是詳細示出了圖像處理單元的結構的框圖。
圖8是詳細示出了圖7的擴展處理單元的結構的框圖。
圖9是詳細示出了圖7的校正處理單元的結構的框圖。
圖10示出了uv色度圖上指明的色再現域。
圖11示意性地示出了根據本發明的第二實施例的投射型顯示裝置。
圖12是該投射型顯示裝置的時序圖。
圖13示意性示出了根據本發明第三實施例的液晶顯示裝置。
圖14示出了該液晶顯示裝置的功能。
圖15示出了該液晶顯示裝置的功能。
圖16示意性地示出了根據本發明的第四實施例的投射型顯示裝置。
圖17示意性地示出了根據本發明的第五實施例的投射型顯示裝置。
圖18示意性地示出了根據本發明的第六實施例的投射型顯示裝置。
圖19是驅動電路的框圖。
圖20示意性地示出了根據本發明的第七實施例的投射型顯示裝置。
圖21示意性地示出了根據本發明的第八實施例的投射型顯示裝置。
圖22示意性地示出了根據本發明的第九實施例的投射型顯示裝置。
圖23是示出了色輪的平面圖。
圖24是一個圖像分析單元的框圖。
符號說明31圖像處理單元 34圖像分析單元(圖像解釋裝置) 35光控制驅動器(光控制裝置)2R、2G、2B、36光源7R1、7R2、7G1、7G2、7B1、7B2發光元件具體實施方式
以下將參考附圖詳細說明本發明的優選實施例。為更好地理解附圖，以下所參考的各附圖中每個部分在尺寸和大小上存在適當差異。
(第一實施例)圖1示意性地示出了根據本發明第一實施例的投射型顯示裝置的結構。圖1的投射型顯示裝置包括具有光源2R、2G和2B的照明系統(照明裝置)，所述光源能夠發射具有不同發射顏色的原色光；液晶光閥(光調製裝置)22到24以及投射裝置26到28。標號29表示其上投射圖像的屏幕。
發射紅光(原色光)LR的光源2R包括兩個發光元件7R1和7R2以及一個用於反射發光元件7R1和7R2的光的反射器8。發射綠光(原色光)LG的光源2G包括兩個發光元件7G1和7G2以及一個用於反射發光元件7G1和7G2的光的反射器8。發射藍光(原色光)LB的光源2B包括兩個發光元件7B1和7B2以及一個用於反射發光元件7B1和7B2的光的反射鏡8。發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2具有不同的發射光譜，並被設置為獨立控制其輸出。發光二極體(LED)或EL元件可以用作光源2R、2G和2B的發光元件。
光源2R、2G和2B被設置為對應於液晶光閥(光調製裝置)22、23和24。
光源2R發射的紅光LR入射到用於紅光的液晶光閥22上，然後由用於紅光的液晶光閥22調製。光源2G發射的綠光LG入射到用於綠光的液晶光閥23上，然後由用於綠光的液晶光閥23調製。光源2B發射的藍光LB入射到用於藍光的液晶光閥24上，然後由用於藍光的液晶光閥24調製。此外，每個光源2R、2G和2B都連接了一個光控驅動器(未示出)。光控驅動器能夠適當對每個光源2R、2G和2B發射的原色光發射光譜進行調整。
由液晶光閥22、23和24調製的三原色入射到每個投射裝置26到28，再被投射到屏幕29，在屏幕29上形成一個放大的圖像。
圖2和圖3分別示出了根據本實施例投射型顯示裝置的功能。橫軸表示發射波長，縱軸概念性地表示發射強度。圖2示出了當光源2R進行從發光元件7R1到發光元件7R2的轉換時，發射光譜(發射波長改變)的變化以及各個光源2R、2G和2B的發射光譜。圖3示出了當光源2R調整兩個發光元件7R1和7R2的輸出時發射光譜的變化(使發射波長域帶寬變寬)。
如圖2和3所示，根據本實施例的投射型顯示裝置控制置於各個光源2R、2G和2B中的兩個發光元件的發射狀態，從而調整每個光源輸出的原色光的發射光譜，由此調整投射型顯示裝置的色域。
對每個原色光進行預定圖像處理的圖像處理單元(圖1中未示出)被連接到每個液晶光閥22至24，由該圖像處理單元進行預定圖像處理的圖像信號經由光閥驅動器被提供給每個液晶光閥22至24。此外，一圖像分析單元(未示出)經由光控驅動器連接到各個光源2R、2G和2B。根據使用該圖像分析單元對該圖像信號的分析，可以控制各個光源2R、2G和2B輸出的原色光的發射光譜。即，根據本實施例投射型顯示裝置，根據由該圖像處理單元進行的圖像處理和由該圖像分析單元及該光控驅動器進行的光控制來自由調整該投射型顯示裝置的色再現域，由此進行顯示圖像的調整。
圖4是示出了根據本實施例的投射型顯示裝置的驅動電路的框圖。圖4的驅動電路包括圖像處理單元31和圖像分析單元34。光閥33(圖1的液晶光閥22至24)經由光閥驅動器32連接到圖像處理單元31；而光源36(圖1的光源2R、2G和2B)經由光控制驅動器35連接到圖像分析單元34。此外，將圖像分析單元34和圖像處理單元31相互連接。
首先，將提供給驅動電路的圖像信號輸入到圖像處理單元31和圖像分析單元34。圖像分析單元34對該圖像信號進行分析，導出由圖像處理單元31進行的圖像處理中使用的參數，並將該圖像處理參數作為圖像控制信號提供給圖像處理單元31。
此外，圖像分析單元34根據光控制信號控制光控驅動器35。光控驅動器35控制光源36。光控驅動器35根據圖像分析單元34提供的光控制信號來控制光源36的運行狀態(發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的發射狀態)。這樣，例如，如圖2和圖3所示，調整了光源輸出的原色光的發射光譜，並且在不增加作為照明裝置的光源2R、2G和2B輸出的原色光數目的情況下，使色再現域變寬，從而得到具有高圖像再現性和高圖像質量的顯示。
圖像分析單元34具有如圖5中所示的結構。圖5是詳細示出了圖像分析單元34的結構的框圖。該圖像分析單元34包括圖像信號轉換單元41、直方圖生成單元42、直方圖分析單元43和顏色位移運算單元44。
圖像信號轉換單元41將輸入的RGB信號轉換成可以由亮度成分和顏色成分表示的顏色空間，例如，Yuv空間(RGB→Yuv)。此處，優選地，該被轉換的顏色空間是均勻的顏色空間(Yuv空間或者La*b*空間)。轉換的圖像信號(色度信號被提供給直方圖生成單元。此信號轉換是根據以下變換公式(方程式1)進行的)。在Yuv空間，Y表示亮度，ul和v表示色度。色相H和飽和度S可以使用變換矩陣(方程式1)由Y、u和v導出。
方程式1Yuv=0.2990.5870.114-0.147-0.2890.4360.615-0.515-0.100RGB]]>RGB=101.141-0.394-0.58112.030Yuv]]>H＝tan-1(v/u)S=u2+v2/Y]]>直方圖生成單元42根據輸入的色度信號產生如圖6所示的直方圖(出現頻率分布)。換言之，直方圖生成單元42使用Yuv空間中轉換的圖像信號中包括的信號u和v來生成直方圖。該直方圖被提供給直方圖分析單元43。
接收該直方圖的直方圖分析單元43對該直方圖的u和vl進行分析並將各顏色分布信息(最大值、最小值、平均值和最大頻率值等等)提供給顏色位移運算單元44。例如，圖6中，每個直方圖橫軸上由三角標記表示的每個信號的最小值被輸出到顏色位移運算單元44。
根據上述顏色分布信息，顏色位移運算單元44計算出圖像處理單元31的擴展係數或校正係數，或導出計算光控驅動器35中用於光控制的參數中使用的顏色位移，並將該參數作為圖像處理信號和光控制信號輸出。
在本實施例中，接收光控制信號的光控驅動器35，根據顏色位移計算用於控制置於光源36(光源2R、2G和2B)內各個發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的輸出狀態的參數，當顯示帶黃色的紅色圖像時，例如，如圖6的直方圖所示，光控驅動器35根據用於發射紅光的光源2R來輸出指令到光源36以改變發光元件7R1和7R2的運行狀態。
同時，如果作為圖像信號的RGB信號被輸入到圖像處理單元31，圖像處理單元31將該RGB信號轉換成Yuv空間(其為一顏色空間)。接著，在對轉換成顏色空間的圖像信號進行預定圖像處理後，對該顏色空間進行逆變換，圖像被逆變換成RGB信號。之後，由圖像處理單元31調製的圖像信號(RGB信號)被輸入到用於原色光的光閥驅動器32。光閥驅動器32根據該RGB信號來控制用於原色光的光閥33(液晶光閥22至24)。
圖7是示出了圖像處理單元31的結構的框圖。根據本實施例的圖像處理單元31包括圖像信號轉換單元51、擴展處理單元52、校正處理單元53、飽和度判定單元54、圖像信號逆變換單元55和擴展/校正量運算單元56。
圖像信號轉換單元51的功能與圖像分析單元34中包含的圖像信號轉換單元41的功能相同，並將輸入RGB信號轉換成Yuv空間(其為一顏色空間)。
擴展處理單元52和校正處理單元(色度校正裝置)53分別根據擴展/校正量運算單元56提供的擴展和校正係數，對圖像信號進行擴展處理和校正處理。擴展/校正量運算單元56根據圖像分析單元34提供的圖像控制信號來計算擴展係數和校正係數。
飽和度判定單元54確定擴展處理後的圖像信號在低飽和區(接近白色的區域)中的顏色平衡(白平衡)的差異，並且在需要校正白平衡的情況下，飽和度判斷單元54在該區域中更新上述圖像信號，將其作為校正處理單元53的校正結果，並輸出正確保持白平衡的圖像信號。
換言之，通過根據顯示圖像的分析結果調整光源36的發射光譜，根據本實施例的投射型顯示裝置基於伴隨發射光譜調整或色度擴展的直方圖分析和白平衡差異校正(校正處理單元53)來進行色度(飽和度)擴展(擴展處理單元52)。
圖像信號逆變換單元55對顏色空間進行逆變換，將Yuv空間逆變換成RGB信號。
圖8是詳細示出了擴展處理單元52的結構的框圖，圖9是詳細示出了校正處理單元53的結構的框圖。
如圖8所示，擴展處理單元52包括u信號擴展部分64和v信號擴展部分65。u信號擴展部分64根據來自擴展/校正量運算單元56的擴展係數，對轉換成Yuv空間並提供的圖像信號的u信號(色度信號)進行擴展處理。此外，v信號擴展部分65根據擴展/校正量運算單元56的提供的擴展係數，對v信號(色度信號)進行擴展處理。
通過進行擴展處理，能夠獲得具有強調飽和度的清晰圖像，以及獲得高質量的圖像顯示。此外，因為根據對光源36的發射光譜調整來進行圖像信號的調整，通過調整發射光譜能夠獲得具有更加強調擴大色再現域效果的顯示圖像。
可以將基於擴展係數的、使用編程公式的擴展或基於擴展係數的、通過參考查找表的擴展用於對u信號擴展部分64和v信號擴展部分65進行的擴展處理。
圖9的校正處理單元53包括u信號校正擴展部分66和v信號校正擴展部分67。u信號校正擴展部分66根據來自擴展/校正量運算單元56的校正係數，對伴隨轉換成Yuv空間並提供的圖像信號的u信號(色度信號)的擴展產生的飽和度變化進行校正處理。此外，v信號校正擴展部分67根據擴展/校正量運算單元56提供的校正係數對伴隨v信號(色度信號)的擴展產生的飽和度變化進行校正處理。通過進行校正處理，如果需要，可以校正伴隨u信號和v信號擴展產生的白平衡差異或由於調整光源36的發射光譜產生的白平衡差異。換言之，當飽和度判定單元54確定從擴展處理單元52輸出的圖像信號中出現了白平衡差異，將使用從校正處理單元53輸出的圖像信號來更新從擴展處理單元52輸出的全部或部分圖像信號。考慮到減少使用校正處理單元53的處理和是否需要信號校正，優選地，校正處理單元53具有容易察覺其顏色變化的結構，並且只對具有高校正概率的低飽和區(接近白色的區域)中的色調變化進行校正，從而減少了處理。
可以將基於擴展係數的、使用編程公式的校正或基於校正係數的、通過參考查找表的校正用於對u信號校正擴展部分66和v信號校正擴展部分67進行的校正處理。
根據本實施例具有上述結構的投射型顯示裝置，使用圖像分析單元34分析輸入的圖像信號，根據分析結果，基於輸出的圖像控制信號對圖像信號進行圖像處理；並根據該分析結果，基於輸出的光控制信號對光源進行控制，這樣，光源的發射光譜根據顯示圖像自動調整，從而獲得充分擴大色域的顯示並且通過圖像處理獲得強調飽和度的高質量圖像。
圖10示出了uv色度圖上表示的根據本實施例的投射型顯示裝置的色域。由虛線表示的三角形色域61和由實線表示的三角形色域62分別代表對發射紅光至發光元件7R1和7R2中的光源2R進行轉換前後的色域。將色域61轉換成色域62，從而使處於色度圖邊緣的顏色(在這種情況下，黃色到橙色)重現。以這種方式，根據本實施例的投射型顯示裝置，不需增加照明裝置的原色光數目就能獲得充分擴大的色再現域。
(第二實施例)第一實施例中示出並說明了主要包括三個光源2R、2G和2B以及與每個光源2R、2G和2B對應的液晶光閥22至24的三板式投射型顯示裝置，但本發明也可以應用於如圖11所示的單板式投射型顯示裝置。圖11示意性地示出了根據本發明第二實施例的投射型顯示裝置。根據本實施例的投射型顯示裝置包括照明系統(照明裝置)120、液晶光閥(光調製裝置)125以及投射裝置126。標號129表示其上投射圖像的屏幕。
照明系統120包括一對由發射紅光的發光元件7R1和7R2組成的發光元件17R、一對由發射綠光的發光元件7G1和7G2組成的發光元件17G、一對由發射藍光的發光元件7B1和7B2組成的發光元件17B。每個發光元件都具有不同的發光顏色，並被設置為能夠獨立控制其輸出。此外，如圖12的時序圖所示，各個發光元件具有這樣的結構在一幀的時間周期內，使該對發光元件17R(7B1和7B2)、發光元件17G(7G1和7G2)和發光元件17B(7B1和7B2)時序地發光。
從照明系統120發射到液晶光閥125的原色光被液晶光閥125調製，然後通過投射裝置126投射到屏幕129，在屏幕129上形成彩色圖像。
根據本實施例投射型顯示裝置包括具有如圖4所示的，與根據上述第一實施例類似結構的驅動電路。換言之，圖像處理單元31經由光閥驅動32連接至液晶光閥125，圖像分析單元34經由光控驅動器35連接至照明系統120。通過使用圖像分析單元34分析顯示圖像，根據分析結果對各個發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的輸出進行轉換或調整，從而調整每對發光元件17R、17G和17B輸出的原色光的發射光譜，並在不增加原色數目的情況下獲得充分擴大的色域。此外，通過圖像處理單元31進行擴展和校正處理，可以獲得具有強調飽和度和正確調整了白平衡的高質量顯示圖像。
此外，在根據本實施例的投射型顯示裝置中，顯示裝置的結構主要包括照明系統120和液晶光閥125。因此，根據本實施例的投射型顯示裝置有利於簡化光學系統和縮小體積。
進而，在具有如圖11所示結構的投射型顯示裝置中，液晶光閥125內可以放置一個濾色器。在這種情況下，照明系統120的發光元件並不時序地發光，而是連續地發光。儘管投射型顯示裝置具有這樣的結構，但是通過進行圖像處理和對光源進行控制，根據本實施例的投射型顯示裝置可以使色域變寬並獲得高質量的顯示圖像。
(第三實施例)圖13示意性地示出了根據本發明第三實施例的液晶顯示裝置。圖13的液晶顯示裝置包括具有多個發光元件的照明系統(照明裝置)130、導光板131、置於導光板131正面的濾色器133和置於濾色器133正面的液晶板135。
照明系統130包括一對由發射紅光的發光元件7R1和7R2組成的發光元件17R、一對由發射綠光的發光元件7G1和7G2組成的發光元件17G和一對由發射藍光的發光元件7B1和7B2組成的發光元件17B。換言之，諸發光元件對17R、17G和17B被用作與第一實施例中諸光源對應的元件，以便混合從諸發光元件對17R、17G和17B發射的原色光並將其投射到導光板131上。導光板131將光朝向上方向(光的進行方向)引導，從而照亮液晶板135的背面。濾色器133具有這樣的結構，其中排列各紅色、綠色和藍色的色材層。
根據本實施例的投射型顯示裝置還包括一驅動電路，其具有如圖4的、類似於根據第一實施例的投射型顯示裝置的結構。即，圖像處理單元31經由光閥驅動器32連接至液晶光閥125，並且圖像分析單元34經由光控驅動器35連接至照明系統120。通過使用該圖像分析單元34分析顯示圖像，根據分析結果對各發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的輸出進行轉換或調整，從而調整每對發光元件17R、17G和17B輸出的原色光的發射光譜，在不增加原色數目的情況下獲得充分擴大的色域。此外，通過在圖像處理單元31上進行擴展處理和校正處理，能獲得具有強調飽和度和正確調整了白平衡的高質量顯示圖像。
此外，為了通過轉換或調整各個發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的輸出對發射光譜進行有效調整，根據本實施例的液晶顯示裝置分別與每個發光元件的發射光譜和濾色器133的透射光譜之間具有如圖14和圖15所示的關係。圖14和圖15示出了根據本實施例的液晶顯示裝置的功能。圖14示出了通過轉換發光元件7R1和7R2對原色光的發射光譜進行調整的情況，圖15示出了通過調整發光元件7R1和7R2的輸出比率對原色光的發射光譜進行調整的情況。由133R、133G和133B表示的圖14和圖15中虛線圍繞的區域分別代表濾色器133的每種顏色(紅色、綠色和藍色)中設置的色材層的透射光譜。
如圖14和圖15所示，根據本實施例的液晶顯示裝置的各個發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的發射光譜都位於一個波長區域內，該波長區域不超出濾色器133的色材層的對應透射光譜範圍。儘管根據上述結構對諸發光元件對17R、17G和17B的發射光譜進行調整，每個原色光都透射過濾色器133並被用作照明光，由此獲得有效地使用擴大色域的顯示。
(第四實施例)圖16示意性地示出了根據本發明第四實施例的投射型顯示裝置的結構。圖16的投射型顯示裝置包括具有光源2R、2G和2B的照明系統(照明裝置)、與每個光源對應設置的液晶光閥22至24、用於合成液晶光閥22至24輸出的光並生成顯示圖像的分色稜鏡15和投射裝置16。此外，在圖16中，與圖1相同的部件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
除設置作為色合成裝置的分色稜鏡15以及從單一投射裝置16投射圖像外，根據本實施例的投射型顯示裝置與根據第一實施例的投射型顯示裝置具有相同的結構。但是，根據本實施例的投射型顯示裝置與根據第一實施例的投射型顯示裝置的不同之處在於前者的各發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的發射光譜位於分色稜鏡15的透射光譜(透射波長域)範圍之內。
除了產生與根據第一實施例的投射型顯示裝置相同的效果以外，當調整各個光源2R、2G和2B發射的原色光的發射光譜時，使用分色稜鏡15避免了對光的吸收，由此獲得有效使用擴大色域的顯示。
(第五實施例)圖17示意性地示出了根據本發明第五實施例的投射型顯示裝置。如圖17的投射型顯示裝置包括具有多個發光元件的照明系統120、用作色分離裝置以將照明系統120發射的光分離成三原色光成分的分色鏡141和142、與各分離的原色光對應設置的液晶光閥22至24、將各分離的原色光成分引導到液晶光閥22至24的反光鏡144至146、合成液晶光閥22至24輸出的光並生成圖像的分色稜鏡(色合成裝置)15和投射裝置16。此外，在圖17中，與圖1或圖15相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
在圖17的投射型顯示裝置中，諸發光元件對17R、17G和17B發射的原色光成分被混合併用作照明光。其後，使用分色鏡141和142將該照明光分離成紅光LR、綠光GR和藍光BR並將其投射到液晶光閥22至24上。這樣，圖17的投射型顯示裝置包括色分離系統並使用發光元件的輸出轉換或輸出比率調整對每個原色光的發射光譜進行調整。
此外，在根據本實施例的投射型顯示裝置中，對照明系統120中設置的各發光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的發射光譜進行選擇，以便使其處於分色稜鏡15的透射光譜(透射波長域)範圍之內，以及處於分色鏡141和142的透射光譜範圍之內。
除了產生與根據第一實施例的投射型顯示裝置同樣的效果外，當調整照明系統120發射的原色光的發射光譜時，使用分色稜鏡15和分色鏡141以及142避免了發生光吸收，由此獲得有效使用擴大色域的顯示。
(第六實施例)在第一到第五實施例中，為了調整照明系統發射的原色光的發射光譜，對多個發光元件進行輸出轉換或輸出比率調整。但是，在根據本發明的顯示裝置中，可以使用光學元件進行發射光譜調整。
圖18示意性地示出了根據本發明第六實施例的投射型顯示裝置。如圖18的投射型顯示裝置包括三個光源12R、12G和12B；與各光源對應設置的可變帶通濾波器(譜帶控制裝置)72至74；液晶光閥22至24以及投射裝置26至28。另外，在圖18中，與圖1相同的那些元件的標號相同，並適當省略關於其的詳細說明。
根據本實施例的投射型顯示裝置，組成照明系統的光源12R、12G和12B可以被設置成單一發光元件。優選地，使用具有寬譜帶(發射波長範圍)的發光元件而不是具有窄譜帶的發光元件(例如單色LED)作為光源12R、12G和12B。在本實施例中，使用構成譜帶控制裝置的可變帶通濾波器72至74，將各個光源12R、12G和12B發射的原色光轉換為要投射到液晶光閥22至24上的具有窄譜帶的原色光。
可變帶通濾波器是一種能夠改變透射波長範圍的光學濾波器，例如，能夠電控制液晶合成物的排列(間距等)並進行透射波長區域調整的光學濾波器，可以用作可變帶通濾波器。
圖19是根據本實施例的投射型顯示裝置的驅動電路框圖。圖19的驅動電路主要包括圖像處理單元31、光閥驅動器32、圖像分析單元84和濾波器控制驅動器85。此外，在圖19中，與圖4至19相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
在上述驅動電路中，圖像分析單元84具有與圖5的圖像分析單元34相同的結構。該圖像分析單元84將輸入的圖像信號轉換成Yuv空間，生成u信號和v信號的直方圖，通過分析該直方圖導出該圖像信號的顏色分布，並將顏色偏移(color displacement)輸出到圖像處理單元31作為圖像控制信號(顏色偏移)和將根據該顏色分布的濾波器控制信號輸出到濾波器控制驅動器85。
濾波器控制驅動器(譜帶控制裝置)85被連接到帶通濾波器86(可變帶通濾波器72至74)並根據從圖像分析單元84接收的濾波器控制信號來控制帶通濾波器86的透射譜帶。
圖像處理單元31根據上述圖像控制信號對輸入的圖像信號進行與第一實施例相同的圖像處理。對u信號和v信號進行擴展處理，並且如果需要，對白平衡進行校正處理。
這樣，在根據本實施例的投射型顯示裝置中，使用置於光源12R、12G和12B與液晶光閥22至24之間的可變帶通濾波器72至74來調整發射到液晶光閥22至24的原色光的發射光譜，從而象第一實施例一樣充分擴大色再現域，由此獲得卓越的圖像再現以及顯示具有強調飽和度的清晰的高質量圖像。
此外，由於根據本實施例的投射型顯示裝置使用具有較寬發射波長範圍的光源，選擇光源的靈活性較高，因此可以根據顯示亮度或成本，以及裝置的大小來選擇光源。
(第七實施例)圖20示意性地示出了根據本發明第七實施例的投射型顯示裝置。圖20的投射型顯示裝置包括發射白光的光源150、用於將光源150發射的光分離成多個原色光成分(紅光LR、綠光LG和藍光LB)的分色鏡141和142、多個反射鏡144至146、可變帶通濾波器72至74、液晶光閥22至24、分色稜鏡15和投射裝置16。此外，在圖20中，與圖17和圖18相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
高壓水銀燈或金屬滷化燈、白色LED或白色EL元件都可以用作白色光源150。
在根據本發明的投射型顯示裝置中，發射到每個液晶光閥22至24的原色光成分LR、LG和LB是從白色光源150發射的，繼而被分色鏡141和142順序分離，並通過可變帶通濾波器72至74被轉換成具有窄譜帶的原色光。
由於根據本實施例的投射型顯示裝置還包含了圖19的驅動電路，投射型顯示裝置可以控制可變帶通濾波器72至74的透射波長範圍，由此調整發射到液晶光閥22至24的原色光的發射光譜，充分擴大色再現域，並獲得高質量的圖像再現。
此外，由於根據本實施例的投射型顯示裝置使用具有較寬發射波長範圍的光源，選擇光源的靈活性高，因此可以根據亮度或成本，以及顯示裝置的體積來選擇光源。
(第八實施例)圖21示意性地示出了根據本發明第八實施例的投射型顯示裝置。圖21的投射型顯示裝置包括光源12R、12G和12B、與每個光源對應設置的可變帶通濾波器72至74、液晶光閥22至24、分色鏡15以及投射裝置16。此外，在圖21中，與圖16和18相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
根據本實施例的投射型顯示裝置使用可變帶通濾波器72至74，將三個光源12R、12G和12B發射的各原色光轉換為要投射到液晶光閥22至24上的具有窄譜帶的原色光。
由於根據本實施例的投射型顯示裝置還包含了圖19的驅動電路，投射型顯示裝置可以控制可變帶通濾波器72至74的透射波長範圍，由此調整發射到液晶光閥22至24的原色光的發射光譜，從而充分擴大色再現域，並獲得高質量的圖像再現。
此外，由於根據本實施例的投射型顯示裝置使用具有較寬發射波長範圍的光源，選擇光源的靈活性高，因此可以根據亮度或成本，以及顯示裝置的體積來選擇光源。
(第九實施例)圖22示意性地示出了根據本發明第九實施例的投射型顯示裝置。圖22的投射型顯示裝置包括發射白光的光源150、雙色輪(順序濾色器)151和152、液晶光閥125和投射裝置126。此外，在圖22中，與圖11和20相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
圖23是圖22的色輪151和152的平面圖。第一色輪151包括按圓周方向排列的三色濾色器151a至151c，以及如圖23(a)所示的開口部分151w。此外，第二色輪152包括按圓周方向排列的三色濾色器152a至152c，以及開口部分152w。開口部分151w和152w可以由其中未設置濾色器的區域形成，或由使用透明玻璃或樹脂的無色濾色器形成。
根據本實施例的具有上述結構的投射型顯示裝置，交替使用色輪151和152依次將光源150輸出的光轉換成要投射到液晶光閥125上的具有預定波長範圍(預定顏色)的原色光，使用投射裝置126將由液晶光閥125調製的光投射到屏幕129上。因此，在本實施例中，色輪151和152用作譜帶控制裝置，用於調整投射到液晶光閥125上的原色光的發射光譜。
此外，在顯示操作中排他地使用色輪151和152。換言之，當使用色輪151的濾色器151a至151c時，將色輪152的開口部分152w置於光路上，當使用色輪152的濾色器152a至152c時，將色輪151的開口部分151w置於光路上。
根據本實施例的投射型顯示裝置包括具有如圖9所示結構的驅動電路，以及如圖24的框圖所示結構的圖像分析單元。圖24的圖像分析單元包括圖像信號轉換單元41、直方圖生成單元42、直方圖分析單元43和顏色偏移運算單元94。此外，在圖24中，與圖5相同的那些元件使用相同的標號，並適當省略關於其的詳細說明。
根據本實施例的顏色偏移運算單元94包括一個查找表，其將上述直方圖分析單元43提供的顏色分布信息與色輪151和152中設置的濾色器151a至151c和152a至152c對應，並能夠根據顯示圖像信息選擇適當的濾色器。顏色偏移運算單元94根據顏色偏移運算單元94輸出的濾波器控制信號來控制濾波器控制驅動器85並選擇將用於雙色輪151和152中的濾色器。由於在本實施例中，對發射光譜的調整是由濾色器切換作為譜帶控制裝置的色輪151和152進行的，因此可以通過參考查找表導出顏色偏移，由此進行高速分析處理。
這樣，在根據本實施例的具有上述結構的投射型顯示裝置中，切換色輪151和152的濾色器使用，由此根據顯示圖像調整發射到液晶光閥125的原色光的發射光譜，從而與第一實施例一樣充分擴大色再現域，由此獲得卓越的圖像再現以及顯示具有強調飽和度的清晰的高質量圖像。
根據本實施例的光閥並不限於液晶光閥，例如，即使在光閥使用了數字微鏡器件的情況下，也可以獲得同樣的效果。
權利要求
1.一種顯示裝置，包括能夠輸出具有不同發光顏色的多個原色光成分的照明裝置以及調製從該照明裝置輸出的原色光成分的光調製裝置，其中，該照明裝置能夠調整該原色光成分的發射光譜。
2.按照權利要求1所述的顯示裝置，其中，該照明裝置包括多個具有不同發光顏色的光源，每個該光源包括多個能夠獨立調整其輸出的發光元件。
3.按照權利要求2所述的顯示裝置，其中，在該照明裝置和該光調製裝置之間設置有濾色器，該濾色器具有與各個光源輸出的原色光成分對應的多個透射光譜；以及其中，每個該光源的發射光譜的調整範圍是在該濾色器的透射光譜範圍內。
4.按照權利要求2所述的顯示裝置，其中，該光調製裝置被設置為與分別該多個光源的每一個對應，而且該顯示裝置還包括用於合成該光調製裝置輸出的原色光成分的色合成裝置；以及其中，每個該光源的發射光譜的調整範圍是在該色合成裝置的透射光譜範圍內。
5.按照權利要求2所述的顯示裝置，其中，該照明裝置具有光源和用於將來自該光源的輸出光分離成多個原色光成分的色分離裝置，與各原色光成分對應地設置多個光調製裝置，並設置有用於將從該各個光調製裝置輸出的各原色光成分合成的色合成裝置；其中，該光源能夠在該色分離裝置和該色合成裝置的透射光譜範圍內調整輸出光中包含的每個原色光成分的發射光譜。
6.按照權利要求1所述的顯示裝置，其中，該照明裝置包括光源和譜帶控制裝置，該譜帶控制裝置用於調整從該光源輸出並向該光調製裝置發射的光的發射光譜。
7.按照權利要求6所述的顯示裝置，其中，該譜帶控制裝置可在預定範圍內自由調整透射光譜。
8.按照權利要求6所述的顯示裝置，其中，該譜帶控制裝置可自由意轉換多個透射光譜。
9.按照權利要求1至5的任意一項所述的顯示裝置，還包括圖像分析裝置，其根據提供給光調製裝置的顯示圖像的圖像信號輸出用於調整上述原色光成分的發射光譜的光控制信號；以及光控制裝置，其根據該光控制信號調整該原色光成分的發射光譜。
10.按照權利要求6至8的任意一項所述的顯示裝置，還包括圖像分析裝置，其根據提供給該光調製裝置的顯示圖像的圖像信號輸出用於調整上述原色光成分的發射光譜的譜帶控制信號；其中，該譜帶控制裝置，根據該譜帶控制信號調整上述原色光成分的發射光譜。
11.按照權利要求1至10的任意一項所述的顯示裝置，還包括色度校正裝置，在進行上述原色光成分的發射光譜的調整時，校正該照明裝置輸出的光的白平衡。
12.按照權利要求11所述的顯示裝置，其中，該色度校正裝置校正該照明裝置輸出的光在低飽和度區的白平衡。
13.一種能夠應用於顯示裝置的顯示方法，該顯示裝置具有能夠輸出不同發光顏色的多個原色光成分的照明裝置和調製該照明裝置輸出的原色光成分的光調製裝置，其中，根據提供給該光調製裝置的顯示圖像的內容調整該照明裝置輸出的該原色光成分的發射光譜。
14.一種投影機，包括按照權利要求1至12的任意一項所述的顯示裝置和投射由該光調製裝置調製的投射光的投射裝置。
全文摘要
本發明旨在提供一種結構簡單、不增加裝置大小而能夠提高視頻顯示能力的顯示裝置和投影機。本發明的顯示裝置包括能夠輸出多個具有不同發光顏色的原色光成分的照明系統(光源2R、2G和2B)以及調製從該調製照明系統輸出原色光成分的液晶光閥(22至24)，該照明系統能夠調整該原色光成分的發射光譜。各種光的發光元件獨立控制其輸出。
文檔編號G09G5/00GK1550824SQ20041003729
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月30日 優先權日2003年5月6日
發明者吉田昇平, 飯坂英仁, 坂田秀文, 仁, 吉田 平, 文 申請人:精工愛普生株式會社