KR100822505B1 - 화상 표시 장치 및 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 이용 효율을 향상시키고, 선명한 화상을 얻는 것이 가능한 화상 표시 장치 및 프로젝터를 제공하기 위한 것으로, 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서, 광원으로부터 사출된 광을 변조하는 제 1 광 변조 소자(60B, 60G, 60R)와, 제 1 광 변조 소자(60B, 60G, 60R)와 광로 상에 직렬로 배치되고, 제 1 광 변조 소자(60B, 60G, 60R)로부터 출사되는 광을 변조하는 제 2 광 변조 소자(100)를 구비하되, 제 1 광 변조 소자(60B, 60G, 60R)의 단위 화소(61)의 개구부(61b) 형상과 제 2 광 변조 소자(100)의 단위 화소(101)의 개구부(101b) 형상이 서로 유사한 것을 특징으로 한다.

Description

화상 표시 장치 및 프로젝터{IMAGE DISPLAY DEVICE AND PROJECTOR}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터를 나타내는 개략도,

도 2는 도 1의 액정 광 밸브의 배치 및 형상을 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터에 이용되는 표시 제어 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블럭도,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 액정 광 밸브의 배치의 비교예를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브의 변형예를 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 릴레이 렌즈의 변형예를 나타내는 평면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

PJ1 : 프로젝터 10 : 광원

60B, 60G, 60R, 300R : 투과형 액정 광 밸브(제 1 변조 소자)

61 : 단위 화소 61b : 개구부

90 : 릴레이 렌즈(결상 광학 수단)

100, 200R : 투과형 액정 광 밸브(제 2 변조 소자)

101 : 단위 화소 101b : 개구부

110 : 투사 렌즈(투사 수단)

본 발명은 복수의 광 변조 소자를 통해 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 장치에 관한 것이고, 특히, 휘도 다이내믹 영역 및 계조수의 확대를 실현하는 데 바람직한 화상 표시 장치 및 프로젝터에 관한 것이다.

최근, LCD(Liquid Crystal Display), EL(Electro-luminescence) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, CRT(Cathode Ray Tube), 프로젝터 등의 전자 디스플레이 장치에 있어서의 화질 개선은 괄목할만하고, 해상도, 색 영역에 대해서는 인간의 시각 특성에 거의 필적하는 성능을 갖는 장치가 실현되어 있다. 그러나, 휘도 다이내믹 영역에 대하여 보면, 그 재현 범위는 1∼10²[nit] 정도의 범위이며, 또한 계조수는 8비트가 일반적이다. 한편, 인간의 시각은 한번에 지각할 수 있는 휘도 다이내믹 영역의 범위가 10^-2∼10⁴[nit] 정도이고, 또한 휘도 식별 능력은 0.2[nit]로 이것을 계조수로 환산하면 12비트에 상당한다고 일컬어지고 있다. 이러한 시각 특성을 경유하여 현재의 디스플레이 장치의 표시 화상을 보면, 휘도 다이내믹 영역의 좁은 정도가 눈에 띄고, 더하여 셰도우부나 하이라이트부의 계조가 모자라기 때문에, 표시 화상의 리얼리티나 박력에 대하여 어딘가 부족함을 느끼게 된다.

또한, 영화나 게임 등에서 사용되는 CG(Computer Graphics)에서는, 인간의 시각에 가까운 휘도 다이내믹 영역이나 계조 특성을 표시 데이터(이하, HDR(High Dynamic Range) 표시 데이터라고 함)에 갖게 하여 묘사의 리얼리티를 추구하는 움직임이 주류로 되고 있다. 그러나 그것을 표시하는 디스플레이 장치의 성능이 모자라기 때문에, CG 콘텐츠가 본래 갖는 표현력을 충분히 발휘할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 차기 OS(Operating System)에 있어서는, 16비트 색 공간의 채용이 예정되어 있고, 현재의 8비트 색 공간과 비교하여 다이내믹 영역이나 계조수가 비약적으로 증대한다. 그 때문에, 16비트 색 공간을 살릴 수 있는 고다이내믹 영역·고계조의 전자 디스플레이 장치 실현에의 요구가 높아질 것으로 예상된다.

디스플레이 장치 중에서도, 액정 프로젝터나, DLP(Digital Light Processing, 상표) 프로젝터와 같은 투사형 표시 장치(프로젝터)는 대화면 표시가 가능하고, 표시 화상의 리얼리티나 박력을 재현하는 데에 효과적인 디스플레이 장치이다. 이 분야에서는 상기한 과제를 해결하기 위해, 이하에 기술하는 제안이 이루어지고 있다.

고(高)다이내믹 영역의 디스플레이 장치로서는, 예컨대, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 기술이 있고, 광원과, 광의 전체 파장 영역의 휘도를 변조하는 제 2 광 변조 소자와, 광의 파장 영역 중 RGB 3원색의 각 파장 영역에 대하여 그 파장 영역 의 휘도를 변조하는 제 1 광 변조 소자를 구비하되, 광원으로부터의 광을 제 2 광 변조 소자로 변조하여 소망 휘도 분포를 형성하고, 그 광학 이미지를 제 1 광 변조 소자의 표시면에 결상하여 색 변조하며, 2차 변조한 광을 투사한다고 하는 것이다. 제 2 광 변조 소자 및 제 1 광 변조 소자의 각 화소는 HDR 표시 데이터로부터 결정되는 제 1 제어값 및 제 2 제어값에 근거하여 각각 별개로 제어된다. 광 변조 소자로서는, 투과율을 독립적으로 제어 가능한 화소 구조 또는 세그먼트 구조를 갖고, 이차원적인 투과율 분포를 제어할 수 있는 투과형 변조 소자가 이용된다. 그 대표예로는, 액정 광 밸브를 들 수 있다. 또한, 투과형 변조 소자 대신 반사형 변조 소자를 이용하여도 좋고, 그 대표예로서는, DMD(Digital Micromirror Device) 소자를 들 수 있다.

지금, 암(暗) 표시의 투과율이 0.2%, 명 표시의 투과율이 60%의 광 변조 소자를 사용하는 경우를 생각한다. 광 변조 소자 단체에서는, 휘도 다이내믹 영역은 60/0.2=300으로 된다. 상기 디스플레이 장치는 휘도 다이내믹 영역이 300인 광 변조 소자를 광학적으로 직렬 배치하는 것에 상당하므로, 300×300=90000의 휘도 다이내믹 영역을 실현할 수 있다. 또한, 계조수에 대해서도 이것과 동등한 생각이 성립하고, 8비트 계조의 광 변조 소자를 광학적으로 직렬 배치함으로써, 8비트를 넘는 계조수를 얻을 수 있다.

(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공표 제2004-523001호

(특허 문헌 2) 일본 공개 특허 공보 제2001-100689호

그런데, 일반적으로, 액정 광 밸브의 화소 개구부 형상은 화상 표시면의 중심축 주위에 회전 대칭성을 갖고 있지 않다. 이 때문에, 상술한 종래 기술에서는, 광원, 제 1 광 변조 소자, 결상 광학 수단, 제 2 광 변조 소자를 광축 상에 배치한 경우, 결상 광학 수단에 의해 형성되는 제 1 광 변조 소자의 광학 이미지의 단위 화소의 개구부 형상과, 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상이 일치하지 않는다. 이 때문에, 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광의 일부는 제 2 광 변조 소자의 개구부에서 차광되므로, 광 이용 효율이 저하한다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 광 이용 효율을 향상하고, 선명한 화상을 얻는 것이 가능한 화상 표시 장치 및 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

본 발명의 화상 표시 장치는, 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서, 상기 광원으로부터 사출된 광을 변조하는 제 1 광 변조 소자와, 해당 제 1 광 변조 소자와 광로 상에 직렬로 배치되어, 상기 제 1 광 변조 소자로부터 출사되는 광을 변조하는 제 2 광 변조 소자를 구비하되, 상기 제 1 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상과 상기 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상이 서로 유사한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치에서는, 제 1 광 변조 소자의 화소 개구부의 형상과 제 2 광 변조 소자의 화소 개구부의 형상이 서로 유사하기 때문에, 제 2 광 변조 소자에 입사되는 제 1 광 변조 소자의 광학 이미지와 제 2 광 변조 소자의 개구부 형상이 거의 일치하므로, 제 2 광 변조 소자에서 차단되는 광속의 비율이 종래에 비해 감소하는 것으로 된다. 따라서, 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광속의 거의 전부가 제 2 광 변조 소자의 개구부를 통과하는 것으로 되기 때문에, 광 이용 효율이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치는 상기 제 1 광 변조 소자의 광학 이미지를 상기 제 2 광 변조 소자의 수광면에 결상시키는 결상 광학 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치에서는, 밝기, 색미, 계조 등의 균일화가 확실히 도모되어, 화상 표시 품질이 양호한 것으로 된다.

또한, 상기 구성에 의해, 제 2 광 변조 소자의 광축 방향의 배치 위치에 관한 허용 오차 범위를 비교적 넓게 취하는 것이 가능해져, 설계나 구성의 간소화, 제조 비용의 저감화가 도모된다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치는, 상기 결상 광학 수단이 도립 결상 수단 이며, 상기 제 1 광 변조 소자에 대한 상기 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부의 크기가 상기 결상 광학 수단의 배율에 따른 크기이고, 또한 광축 주위에 180° 회전 대칭으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치에서는, 광원으로부터 사출된 광은 제 1 광 변조 소자에서 변조된다. 그리고, 변조된 광학 이미지는 결상 광학 수단이 도립 결상 수단이기 때문에, 제 2 광 변조 소자의 수광면에서 도립된 이미지로 된다. 이와 같이, 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광학 이미지가 180° 회전되어도, 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부의 크기가 결상 광학 수단의 배율에 따른 크기이고, 또한 제 1 광 변조 소자와 제 2 광 변조 소자는 광축 주위에 180° 회전 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광은 제 2 광 변조 소자의 개구부에서 차광되는 일은 없다. 즉, 도립 결상 수단을 이용한 경우에 있어서도, 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광은 거의 전부 제 2 광 변조 소자의 개구부를 통과하는 것으로 되므로, 광 이용 효율이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치는, 상기 제 1 광 변조 소자가 다른 색광을 각각 변조하는 복수의 광 변조 소자로 이루어지고, 상기 복수의 광 변조 소자에서 변조된 광을 합성하는 다이크로익 프리즘을 구비하고, 해당 다이크로익 프리즘을 투과하는 광을 사출하는 상기 광 변조 소자의 개구부 형상으로 상기 제 2 광 변조 소자의 개구부 형상을 맞추는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치에서는, 제 2 광 변조 소자의 개구부 형상을 다이크로익 프리즘을 투과하는 광을 사출하고 있는 광 변조 소자의 개구부 형상에 맞추기 때문에, 간편한 방법으로 개구부 형상을 일치시킬 수 있으므로, 장치 전체의 대형화를 방지하고, 또한 부품 수를 삭감할 수 있기 때문에 저비용화를 도모하는 것이 가능해진다.

본 발명의 프로젝터는 상기한 화상 표시 장치와, 해당 화상 표시 장치로부터 사출된 광을 투사하는 투사 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프로젝터에서는, 화상 표시 장치에 의해 사출된 화상이 투사 수단에 의해 투영된다. 상술한 바와 같이, 화상 표시 장치는 제 1 광 변조 소자로부터 사출된 광을 손실시키는 일없이 제 2 광 변조 소자의 개구부로부터 통과시킬 수 있기 때문에, 다이내믹 영역의 높은 계조 특성에 우수한 표시 화상을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 화상 표시 장치 및 프로젝터의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(프로젝터의 실시예 1)

도 1은 투사형 액정 표시 장치(프로젝터) PJ1의 주된 광학 구성을 나타내는 도면이다.

프로젝터 PJ1은 광원(10)과, 광원(10)으로부터 입사된 광의 휘도 분포를 균일화하는 균일 조명계(20)와, 균일 조명계(20)로부터 입사된 광의 파장 영역 중 RGB 3원색의 휘도를 각각 변조하는 색 변조부(25)(제 1 변조 소자로서 청색광용 투과형 액정 광 밸브(60B), 녹색광용 투과형 액정 광 밸브(60G), 적색광용 투과형 액정 광 밸브(60R)의 세 개의 투과형 액정 광 밸브를 포함함)와, 색 변조부(25)로부터 입사된 광을 중계하는 릴레이 렌즈(90)와, 릴레이 렌즈(90)로부터 입사된 광의 전체 파장 영역의 휘도를 변조하는 제 2 변조 수단으로서의 투과형 액정 광 밸브(100)를 갖는 화상 표시 장치와, 액정 광 밸브(100)로부터 입사된 광을 스크린 (120)으로 투사하는 투사 렌즈(투사 수단)(110)를 구비하여 구성되어 있다.

또한, 광원(10)은 초고압 수은 램프나 크세논 램프 등으로 이루어지는 램프(11)와, 램프(11)로부터의 사출광을 반사·집광하는 리플렉터(12)를 구비하고 있다.

또, 이하의 설명에서, 광학계 전체의 xyz 직교 좌표계는 투과형 액정 광 밸브(100)의 화소면을 xy 평면으로 하고, 크로스다이크로익 프리즘(80)으로부터 사출되어, 투사 렌즈(110)를 향하는 광의 방향을 z 방향으로 한다.

균일 조명계(20)는 플라이 아이 렌즈 등으로 이루어지는 제 1, 제 2 렌즈 어레이(21, 22)와, 편광 변환 소자(23)와, 집광 렌즈(24)를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 광원(10)으로부터 사출된 광의 휘도 분포를 제 1, 제 2 렌즈 어레이(21, 22)에 의해 균일화하고, 제 1, 제 2 렌즈 어레이(21, 22)를 통과한 광을 편광 변환 소자(23)에 의해 색 변조부의 입사 가능 편광 방향으로 편광하고, 편광한 광을 집광 렌즈(24)에 의해 집광하여 색 변조부(25)로 사출한다. 또, 편광 변환 소자(23)는, 예컨대, PBS 어레이와, 1/2 파장판으로 구성되어 있고, 랜덤 편광을 특정한 직선 편광으로 변환하는 것이다.

색 변조부(25)는 광 분리 수단으로서의 두 개의 다이크로익 미러(30, 35)와, 세 개의 미러(반사 미러(36, 45, 46))와, 다섯 개의 필드 렌즈(렌즈(41), 릴레이 렌즈(42), 평행화 렌즈(50B, 50G, 50R))와, 세 개의 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)와, 크로스다이크로익 프리즘(80)을 포함하여 구성되어 있다.

다이크로익 미러(30, 35)는 광원(10)으로부터의 광(백색광)을, 적색 R, 녹색 G, 청색 B의 RGB 3원색광으로 분리(분광)하는 것이다. 다이크로익 미러(30)는 유리판 등으로 B광 및 G광을 반사하고, R광을 투과하는 성질의 다이크로익막을 형성한 것이고, 광원(10)으로부터의 백색광에 대하여, 당해 백색광에 포함되는 B광 및 G광을 반사하고, R광을 투과한다. 다이크로익 미러(35)는 유리판 등에 G광을 반사하고, B광을 투과하는 성질의 다이크로익막을 형성한 것으로, 다이크로익 미러(30)를 투과한 G광 및 B광 중, G광을 반사하여 평행화 렌즈(50G)에 전달하고, 청색광을 투과하여 렌즈(41)로 전달한다.

릴레이 렌즈(42)는 렌즈(41) 근방의 광(광 강도 분포)을 평행화 렌즈(50B) 근방에 전달하는 것으로, 렌즈(41)는 릴레이 렌즈(42)에 광을 효율적으로 입사시키는 기능을 갖는다. 또한, 렌즈(41)에 입사된 B광은 그 강도 분포를 거의 보존한 상태로, 또한 광 손실을 거의 수반하는 일없이 공간적으로 떨어진 액정 광 밸브(60B)에 전달된다.

평행화 렌즈(50B, 50G, 50R)는 대응하는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에 입사되는 각 색광을 대략 평행화하고, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)를 투과한 광을 효율적으로 릴레이 렌즈(90)에 입사시키는 기능을 갖고 있다. 그리고, 다이크로익 미러(30, 35)에서 분광된 RGB 3원색의 광은 상술한 미러(반사 미러(36, 45, 46)) 및 렌즈(렌즈(41), 릴레이 렌즈(42), 평행화 렌즈(50B, 50G, 50R)를 거쳐 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에 입사된다.

액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)는 화소 전극 및 이것을 구동하기 위한 박막 트랜지스터 소자나 박막 다이오드 등의 스위칭 소자가 매트릭스 형상으로 형성된 유 리 기판과, 전면에 걸쳐 공통 전극이 형성된 유리 기판 사이에 TN형 액정을 유지함과 동시에, 외면에 편광판을 배치한 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.

또한, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)는 전압 비인가 상태에서 백/명(투과) 상태, 전압 인가 상태에서 흑/암(비투과) 상태로 되는 노멀리 화이트 모드 또는 그 역인 노멀리 블랙 모드로 구동되고, 인가된 제어값에 따라 명암간의 계조가 아날로그 제어된다. 액정 광 밸브(60B)는 입사된 B광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하고, 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다. 액정 광 밸브(60G)는 입사된 G광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하고, 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다. 액정 광 밸브(60R)는 입사된 R광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하여 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다.

크로스다이크로익 프리즘(80)은 네 개의 직각 프리즘이 접합된 구조로 이루어지고, 그 내부에는, B광을 반사하는 유전체 다층막(B광 반사다이크로익막(81)) 및 R광을 반사하는 유전체 다층막(R광 반사다이크로익막(82))이 단면 X자 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 액정 광 밸브(60G)로부터의 G광을 투과하여, 액정 광 밸브(60R)로부터의 R광과 액정 광 밸브(60B)로부터의 B광을 구부려 이들 3색의 광을 합성하여, 컬러 화상을 형성한다.

릴레이 렌즈(90)는 크로스다이크로익 프리즘(80)에서 합성된 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)로부터의 광학 이미지(광 강도 분포)를 액정 광 밸브(100)의 화소면(수광면) 상에 전달하는 것이다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 릴레이 렌즈(90)는 도립 결상 수단이기 때문에, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)로부터 사출되어 릴레이 렌즈(90)를 통해 액정 광 밸브(100)에 결상되는 이미지는 도립 이미지로 된다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 릴레이 렌즈(90)의 배율은 약 2배로 되어있다.

또한, 액정 광 밸브(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상술한 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)와 동등한 구성으로 이루어지고, 입사된 광의 전체 파장 영역의 휘도를 표시 화상 데이터에 근거하여 변조하여, 최종적인 광학 이미지를 내포한 변조광을 투사 렌즈(110)로 사출한다.

투과형 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100)는 액정 광 밸브이며, 이들의 화소 구조는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 형상으로 복수의 단위 화소(61, 101)가 각각 배치되어 있고, 각 단위 화소는, 예컨대, 크롬 등의 금속 재료로 이루어지는 격자 형상의 차광부(61a, 101a)와, 직사각형 형상의 개구부(61b, 101b)로 구성되어 있다. 이들 구성에 의해, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100)에 입사된 광속 중, 개구부(61b, 101b)로 입사된 광속은 그대로 투과하고, 차광부(61a, 101a)로 입사된 광속은 차단된다. 또, 도시예에서는, 단위 화소(61, 101)를 네 개만 나타낸다.

차광부(61a, 101a)는 소정 폭의 띠 형상부가 주기적으로 배열된 차광 패턴막(블랙 스트라이프막, 블랙 매트릭스막 등) 외에, 화소 배선, TFT 소자 등에 의해 형성된다. 또한, 개구부(61b, 101b)의 하나의 모서리에는, 차광부(61c, 101c)가 마련된다. 이와 같이, 차광부(61a, 101a)는 비대칭의 형상으로 되어있다.

또한, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 단위 화소(61)의 개구부(61b)의 형상과 액정 광 밸브(100)의 단위 화소(101)의 개구부(101b)의 형상은 서로 유사하다. 구체적으로는, 릴레이 렌즈(90)의 배율은 2배이기 때문에, 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 개구부(61b)의 약 2배의 크기, 즉, 상사비가 2배로 되어있다.

또한, 액정 광 밸브(100)는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)를 기준으로 하여 광축 주위에 180° 회전 대칭으로 배치되어 있다. 즉, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 A 방향 및 B 방향을 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에서는, 각각 +y 방향, +x 방향을 향해 배치하고 있고, 액정 광 밸브(100)에서는, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)를 180° 광축 주위로 회전시켜, 각각을 -y 방향, -x 방향을 향한 상태로 배치한다. 이와 같이 배치함으로써, 릴레이 렌즈(90)에 의해 결상되는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 광학 이미지와 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)의 형상을 일치시킬 수 있다.

투사 렌즈(110)는 액정 광 밸브(100)의 표시면 상에 형성된 광학 이미지를 스크린(120) 상에 투사하여 컬러 화상을 표시한다.

여기서, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R) 및 액정 광 밸브(100)는 모두 투과광의 강도를 변조하여, 그 변조 정도에 따른 광학 이미지를 내포하는 점에서는 동일하지만, 후자의 액정 광 밸브(100)는 전체 파장 영역의 광(백색광)을 변조하는 데 대하여, 전자의 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)는 광 분리 수단인 다이크로익 미러(30, 35)에서 분광된 특정 파장 영역의 광(R, G, B 등의 색광)을 변조하는 점에서 양자는 다르다. 따라서, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에서 행해지는 광 강도 변조를 색 변조, 액정 광 밸브(100)로 행해지는 광 강도 변조를 휘도 변조라고 편의적 으로 호칭하여 구별한다.

또한, 마찬가지의 관점에서, 이하의 설명에서는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)를 색 변조 광 밸브, 액정 광 밸브(100)를 휘도 변조 광 밸브라고 호칭하여 구별하는 경우가 있다.

다음에, 프로젝터 PJ1의 전체적인 광 전달의 흐름을 설명한다. 광원(10)으로부터의 백색광은 다이크로익 미러(30, 35)에 의해 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 3원색 광으로 분광되고, 또한 평행화 렌즈(50B, 50G, 50R)를 포함하는 렌즈 및 미러를 통해, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에 입사된다. 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에 입사된 각각의 색광은 각각의 파장 영역에 따른 외부 데이터에 근거하여 색 변조되고, 광학 이미지를 내포한 변조광으로서 사출된다. 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)로부터의 각 변조광은 각각 크로스다이크로익 프리즘(80)에 입사하고, 거기서 하나의 광으로 합성된다.

그 후, 크로스다이크로익 프리즘(80)을 사출한 광선은 릴레이 렌즈(90)를 통해 액정 광 밸브(100)에 입사된다. 이 때, 크로스다이크로익 프리즘(80)을 사출한 광의 광학 이미지는 릴레이 렌즈(90)에 의해 180° 회전되고, 또한 2배로 확대되어, 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)의 형상과 대략 일치한다. 액정 광 밸브(100)에 입사된 합성광은 전체 파장 영역에 따른 외부 데이터에 근거하여 휘도 변조된다. 이 때, 크로스다이크로익 프리즘(80)을 사출하여, 액정 광 밸브(100)로 향한 광은 거의 전부 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)를 통과한다. 그리고, 최종적인 광학 이미지를 내포한 변조광으로서 투사 렌즈(110)로 사출된다. 또한, 투 사 렌즈(110)에서, 액정 광 밸브(100)로부터의 최종적인 합성광을 스크린(120) 상에 투사하여 소망하는 화상을 표시한다.

이와 같이, 프로젝터 PJ1에서는, 제 1 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)에서 광학 이미지(화상)를 형성한 변조광을 이용하여, 최종적인 표시 화상을 제 2 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브(100)에서 형성하는 형태를 채용하고 있고, 직렬로 배치된 두 개의 광 변조 소자(색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브)를 통해, 2단계의 화상 형성 과정에 의해 광원(10)으로부터의 광을 변조한다. 또, 화상 형성 과정에 대해서는, 예컨대, 「Helge Seetzen, Lorne A. Whitehead “A High Dynamic Range Display Using Low and High Resolution Modulators”, SID Symposium 2003, pp.1450-1453(2003)」에 게재되어 있다. 그 결과, 프로젝터 PJ1은 휘도 다이내믹 영역의 확대와 계조수의 증대를 실현할 수 있다.

또한, 프로젝터 PJ1은 프로젝터 PJ1을 제어하는 표시 제어 장치(2)를 갖고 있다.

도 3은 표시 제어 장치(2)의 하드웨어 구성을 나타내는 블럭도이다.

표시 제어 장치(200)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 프로그램에 근거하여 연산 및 시스템 전체를 제어하는 CPU(170)와, 소정 영역에 미리 CPU(170)의 제어 프로그램 등을 저장하고 있는 ROM(172)와, ROM(172) 등으로부터 판독한 데이터나 CPU(170)의 연산 과정에서 필요한 연산 결과를 판독하기 위한 RAM(174)과, 외부 장치에 대하여 데이터의 입출력을 매개하는 I/F(178)로 구성되어 있고, 이들은 데이터를 전송하기 위한 신호선인 버스(179)에 의해 상호 또한 데이터 수수 가능하 게 접속되어 있다.

I/F(178)에는, 외부 장치로서, 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 구동하는 광 밸브 구동 장치(180)와, 데이터나 테이블 등을 파일로서 저장하는 기억 장치(182)와, 외부의 네트워크(199)에 접속하기 위한 신호선이 접속되어 있다.

기억 장치(182)에는, 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 구동하기 위한 HDR 표시 데이터 및 제어값 등록 테이블이 기억되어 있다.

본 실시예에서, 프로젝터 PJ1은 외부로부터의 HDR 영상 신호 및 RGB에 근거하여 표시 제어 장치(2)에서 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R) 및 액정 광 밸브(100)의 투과율을 제어하여, 스크린(120) 상에 HDR 화상을 표시하게 되어 있다.

여기서, HDR 화상 데이터는 종래의 sRGB 등의 화상 포맷에서는 실현할 수 없는 높은 휘도 다이내믹 영역을 실현할 수 있는 화상 데이터이며, 화소의 휘도 레벨을 나타내는 화소값을 화상의 전체 화소에 대하여 저장하고 있다. 본 실시예에서는, HDR 표시 데이터로서, 하나의 화소에 대하여 RGB 3원색마다 휘도 레벨을 나타내는 화소값을 부동 소수점값으로서 저장한 형식을 이용한다. 예컨대, 하나의 화소의 화소값으로서 (1.2, 5.4, 2.3)라는 값이 저장되어 있다.

또한, HDR 화상 데이터는 높은 휘도 다이내믹 영역의 HDR 화상을 촬영하고, 촬영한 HDR 화상에 근거하여 생성한다.

또, HDR 화상 데이터의 생성 방법의 상세에 대해서는, 예컨대, 공지 문헌 「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH 97, p.367-378, 1997」」에 게재되어 있다.

(비교예)

여기서, 본 발명의 프로젝터 PJ1을 설명하는 비교예로서, 종래의 구조, 즉, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R) 및 액정 광 밸브(100)로서, 도 2에 나타내는 바와 같은 화소 구조(61, 101)를 갖는 것을 이용하고, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 같은 방향을 향해 광축 상에 배치한다.

이 구성의 경우, 릴레이 렌즈가 도립 결상 수단이기 때문에, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 액정 광 밸브(100)의 화소면에 결상하는 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 개구부 이미지는 점선으로 나타내는 것으로 되고, 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)의 형상과 일치하지 않기 때문에, 액정 광 밸브(100)에 입사된 광속의 일부가 차단된다. 따라서, 광원(10)으로부터 사출된 광의 이용 효율이 저하되게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 프로젝터 PJ1에서는, 색 변조 광 밸브(60R, 60G, 60B)의 소정 화소에서 일차 변조된 광을, 휘도 변조 광 밸브(100)의 소정 영역(화소)에서 적절히 2차 변조시키는 것이 가능해진다. 따라서, 종래에 비하여, 소정 품질의 화상을 확실히 얻을 수 있다.

또한, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 개구부(61b)와 액정 광 밸브(100) 개구부(101b) 형상이 서로 유사하기 때문에, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 개구 이미지와 액정 광 밸브(100)의 개구 형상이 거의 일치하므로, 차광부(101a)로 차단할 수 있는 광속의 비율이, 종래와 비교하여 감소되게 된다. 따라서, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)로부터 사출된 광속의 거의 전부가 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)를 통과하는 것으로 되기 때문에, 광 이용 효율이 향상되게 된다.

또, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.

예컨대, 상기 실시예에서, 프로젝터 PJ1로서, 릴레이 렌즈(90)를 이용하지 않아도 좋다. 이 구성의 경우, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 위치에, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100) 대신, 도 5에 나타내는 바와 같이, 투과율을 독립적으로 제어할 수 있는 복수의 화소를 매트릭스 형상으로 배열한 액정 광 밸브(휘도 변조 광 밸브)(200R, 200G, 200B)와, 투과율을 독립적으로 제어할 수 있는 복수의 화소를 매트릭스 형상으로 배열한 액정 광 밸브(색 변조 광 밸브)(300R, 300G, 300B)로 이루어지는 광 변조 소자군(40R, 40G, 40B)를 이용하면 좋다. 또, 도 5에 있어서는, 적색용 광 변조 소자군(40R)을 예로 들어 설명한다.

액정 광 밸브(200R)는 편광판(201), 대향 기판(202), 대향 전극(203), 데이터 배선(204), 밀봉재(205), 패널 기판(206), 액정(207) 및 마이크로 렌즈 어레이(208)로 구성되어 있다. 패널 기판(206)의 입사 쪽(광원(10)으로부터의 광이 입사하는 쪽)에는, 각 화소에의 데이터 배선(204)과 소정 간격을 갖고 배열된 화소 전극 및 화소 전극(도시하지 않음)에 제어 전압을 인가하기 위한 능동 소자(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 또한 대향 전극(203)이 대향 기판(202) 상에 형성되어 있다. 패널 기판(206)과 대향 기판(202) 사이에는, 액정(207)이 충전되고, 밀봉재 (205)에 의해 액정(207)이 밀봉되어 있다. 대향 기판(202)의 입사 쪽에는, 편광판(201)이 접착되어 있다. 한편, 패널 기판(206)의 출사 쪽(광원(10)으로부터의 광이 출사하는 쪽)에는, 볼록한 방향을 출사 쪽을 향하게 하여 마이크로 렌즈 어레이(208)가 접착되어 있다. 또, 마이크로 렌즈 어레이(208)는, 예컨대, 일본 공개 특허 공보 제2000-305472호에 개시되어 있는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

액정 광 밸브(300R)는 편광판(301), 대향 기판(302), 대향 전극(303), 데이터 배선(304), 밀봉재(305), 패널 기판(306), 액정(307) 및 편광판(311)으로 구성되어 있다. 패널 기판(306)의 입사 쪽에는, 각 화소에의 데이터 배선(304)과 소정 간격을 갖고 배열된 화소 전극 및 화소 전극(도시하지 않음)에 제어 전압을 인가하기 위한 능동 소자(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 또한 대향 전극(303)이 대향 기판(302) 상에 형성되어 있다. 패널 기판(306)과 대향 기판(302) 사이에는, 액정(307)이 충전되고, 밀봉재(305)에 의해 액정(307)이 밀봉되어 있다. 대향 기판(302)의 입사 쪽에는 편광판(301)이 접착되어 있다. 한편, 패널 기판(306)의 출사 쪽에는 편광판(311)이 접착되어 있다.

균일 조명계(20)로부터 사출된 광은 도 5의 왼쪽(in의 방향)으로부터 입사되어 액정 광 밸브(200R)에 의해 일차 변조되고, 액정 광 밸브(200R)의 광학 이미지가 마이크로 렌즈 어레이(208)를 통해 액정 광 밸브(300R)에 전달된다. 이 때, 액정 광 밸브(200R)의 광학 이미지는 마이크로 렌즈 어레이(208)에 의해 집광되어 액정 광 밸브(300R)의 화소면에 결상되므로, 광의 확산 등에 의한 휘도의 감소를 억제하면서 액정 광 밸브(300R)에 전달된다. 그리고, 액정 광 밸브(300R)에 의해, 액정 광 밸브(200R)로부터의 광은 2차 변조되어, 도 5의 오른쪽(out의 방향)으로 출사되어 크로스다이크로익 프리즘(80)에 전달된다.

이와 같이, 색 변조 광 밸브(300R)와 마이크로 렌즈 어레이(208)와 휘도 변조 광 밸브(200R)를 중첩시키는 구성으로 하는 것에 의해, 마이크로 렌즈 어레이(208)가 릴레이 렌즈(90)에 비해 매우 소형이기 때문에, 장치 전체를 소형으로 할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이(208)는 릴레이 렌즈(90)와 비교하여 구성 요소가 적기 때문에 장치에의 내장 위치의 오차가 적으므로 휘도 변조 광 밸브(200R)의 광학 이미지를 색 변조 광 밸브의 화소면에 비교적 정밀도 좋게 결상할 수 있다. 또한, 휘도 변조 광 밸브, 마이크로 렌즈 어레이(208) 및 색 변조 광 밸브가 밀접하게 되어 있으므로, 광의 확산 등에 의한 휘도의 감소를 더욱 억제할 수 있다. 따라서, 표시 화상의 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100)로서, 비대칭인 개구부 형상을 갖는 것에 대하여 설명했지만, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100)의 개구부(61b, 101b)의 형상으로서, 대칭인 직사각형 형상이더라도 좋다. 이 경우에도, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 개구부(61b) 형상과 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b) 형상의 관계는, 릴레이 렌즈(90)의 배율에 따른 관계로 하는 것에 의해, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)로부터 사출된 광은 액정 광 밸브(100)의 개구부(101b)에서 차광되지 않기 때문에, 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시예에서, 릴레이 렌즈(90)의 배율을 2배로 했지만, 릴레이 렌즈(90)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 개구 조리개(91)에 대하여 거의 대칭으로 배치된 전단 렌즈군(90a) 및 후단 렌즈군(90b)으로 이루어지는 등배 결상 렌즈이더라도 좋다. 이 경우, 액정의 시야각 특성을 고려하여 양쪽 텔레센트릭 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 릴레이 렌즈(90)는 전단 렌즈군(90a)의 이미지쪽 초점 위치와 개구 조리개(91)와 후단 렌즈군(90b)의 물체 쪽 초점 위치를 일치시키고, 또한, 전단 렌즈군(90a)의 물체 쪽 초점 위치에 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)를 배치하고, 후단 렌즈군(90b)의 이미지쪽 초점 위치에 액정 광 밸브(100)를 배치한다. 전단 렌즈군(90a) 및 후단 렌즈군(90b)은 복수의 볼록 렌즈 및 오목 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 단, 렌즈의 형상, 크기, 배치 간격 및 매수, 텔레센트릭성, 배율, 그 밖의 렌즈 특성은 요구되는 특성에 따라 적절히 변경될 수 있고, 도 6의 예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 릴레이 렌즈(90)의 배율에 따라, 색 변조 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)과 휘도 변조 광 밸브(100)를 개별적으로 설계하고, 각 액정 광 밸브의 단위 화소의 개구부를 맞추는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 프로젝터 PJ1의 구성으로서, 광원(10) 쪽으로부터 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R), 릴레이 렌즈(90), 액정 광 밸브(100)의 순으로 변조하는 구성이었지만, 이것과는 반대로, 광원(10) 쪽으로부터 액정 광 밸브(100), 릴레이 렌즈(90), 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R)의 순서로 변조하는 구성이더라도, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는, 3판식의 프로젝터를 예로 들어 설명했지만, 단판식의 프로젝터에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 이 단판식의 프로젝터는 광원, 균일 조명계, 제 1 광 변조 소자, 릴레이 렌즈계, 제 2 광 변조 소자 및 투사 렌즈를 주로 구성하고, 광원으로서 백색 광원을 채용한 경우에는, 제 1 광 변조 소자 또는 제 2 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브에 컬러 필터가 배치된다.

또한, 투사형 표시 장치를 예로 들어 설명했지만, 직시형 표시 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 이 직시형 표시 장치에서는, 제 2 변조 소자 상에서 변조된 화상광을 직접 보게 된다. 직시형 표시 장치는 밝은 장소에서의 감상에 적합하다고 하는 이점이 있다.

또한, 색 변조 광 밸브에서 색 변조된 광에 대하여, 휘도 변조 광 밸브에서 휘도 변조를 하도록 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 휘도 변조 광 밸브로 휘도 변조된 광에 대하여, 색 변조 광 밸브에서 색 변조를 하도록 구성할 수도 있다. 또한, 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 이용하여 광의 휘도를 2단계로 변조하도록 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 휘도 변조 광 밸브를 2세트 이용하여 광의 휘도를 2단계로 변조하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 광원(10)으로서 백색광을 사출하는 단체의 광원을 이용하고, 이 백색광을 RGB의 3원색의 광으로 분광하도록 하고 있지만, 이것에 한하지 않고, RGB의 3원색에 각각 대응한, 적색의 광을 사출하는 광원, 청색의 광을 사출하는 광원 및 녹색의 광을 사출하는 광원의 세 개의 광원을 이용하여, 백색광을 분광하는 수단을 제거한 구성으로 하여도 좋다.

또한, 상기 실시예에서는, 액정 광 밸브(60B, 60G, 60R, 100)로서 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자를 이용하여 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 액정 광 밸 브(60B, 60G, 60R, 100)로서 패시브 매트릭스형 액정 표시 소자 및 세그먼트형 액정 표시 소자를 이용하여 구성할 수도 있다. 액티브 매트릭스형 액정 표시는 정밀한 계조 표시를 할 수 있다고 하는 이점이 있고, 패시브 매트릭스형 액정 표시 소자 및 세그먼트형 액정 표시 소자는 저렴하게 제조할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.

본 발명에 의하면, 광 이용 효율을 향상하고, 선명한 화상을 얻는 것이 가능한 화상 표시 장치 및 프로젝터를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조해서 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서,

   상기 광원으로부터 사출된 광을 변조하는 제 1 광 변조 소자와,

   상기 제 1 광 변조 소자와 광로 상에 직렬로 배치되고, 상기 제 1 광 변조 소자로부터 출사하는 광을 변조하는 제 2 광 변조 소자와,

   상기 제 1 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부를, 개구부 이미지로서 상기 제 2 광 변조 소자의 수광면에 결상시키는 결상 광학 수단

   를 구비하되,

   상기 제 1 광 변조 소자의 상기 개구부 이미지와 상기 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상이 실질적으로 일치하는

   것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 결상 광학 수단이 도립(倒立) 결상 수단이며,

   상기 제 1 광 변조 소자에 대한 상기 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부의 크기는 상기 결상 광학 수단의 배율에 따른 크기이고, 또한 광축 주위에 180° 회전 대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
4. 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조해서 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서,

   상기 광원으로부터 사출된 광을 변조하는 제 1 광 변조 소자와,

   해당 제 1 광 변조 소자와 광로 상에 직렬로 배치되고, 상기 제 1 광 변조 소자로부터 출사하는 광을 변조하는 제 2 광 변조 소자와,

   상기 복수의 광 변조 소자에서 변조된 광을 합성하는 다이크로익 프리즘을 구비하고,

   상기 제 1 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상과 상기 제 2 광 변조 소자의 단위 화소의 개구부 형상이 서로 유사하며,

   상기 제 1 광 변조 소자는 상이한 색광을 각각 변조하는 복수의 광 변조 소자로 이루어지고,

   해당 다이크로익 프리즘을 투과하는 광을 사출하는 상기 광 변조 소자의 개구부 형상에 상기 제 2 광 변조 소자의 개구부 형상을 맞추는 것을 특징으로 하는

   화상 표시 장치.
5. 청구항 1, 3 및 4 중 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치와,

   해당 화상 표시 장치로부터 사출된 광을 투사하는 투사 수단

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.

Images