显示装置、显示方法和投影机的制作方法

专利名称：显示装置、显示方法和投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置、显示方法、以及投影机。
背景技术：
近年来，一种能够进行彩色显示的投射型显示装置已投入实际应用，其典型结构使用诸如红(R)、绿(G)、兰(B)之类的三原色加法混色。例如，众所周知具有诸如红(R)、绿(G)、兰(B)之类三原色的光源，将原色光成分投射到光调制装置上，光调制装置调制所投射的原色光成分，透过该光调制装置的光成分相重叠，由此显示图像。具有相关结构的彩色显示装置选择三原色，以便使色域区最大。然而，三原色的色再现域有其局限，用户能够感知的色域比色域区宽。因此，为了通过扩大色域来提高彩色显示装置的显像性能，提出了一种具有多个原色的彩色显示装置，其中原色数目增加到四或更多(例如，专利文件1，非专利文件1和2)。
未经审查的日本专利申请公开No.2000-338950。
“Concept and Technology of Natural Vision System”，发表于InvitedAddress-2，IDW’02，11-14页。
“122％-NTSC Color Gamut 15-in.TFT-LCD Using 4-Primary ColorLED Backlighting and Field Sequential”，发表于AMDI/FMC2-4，IDW’02，215-218页。
使用上述文献中记载的技术增加原色光，可以扩大显示装置的色再现域。但是，为获得具有四原色的照明光，色分离系统或照明系统(例如光源)的尺寸需要增大。因此，装置的尺寸不可避免地会变大，其制造成本也不可避免地会增加。

发明内容
本发明是应上述情况而产生。因此，其目的在于提供一种用简单结构改善显像功能，而无需扩大装置体积的显示装置和投影机。
进而，本发明的另一个目的在于提供一种用于显示装置的显示方法，从而提高相应装置的显像性能。
为达到上述目的，本发明的特征是，一种显示装置，包括能够输出具有不同发光颜色的多个原色光成分的照明装置以及调制从该照明装置输出的原色光成分的光调制装置，其中，该照明装置能够调整该原色光成分的发射光谱。
根据此结构，由于通过调整原色光成分的发射光谱来改变由入射至光调制装置的原色光成分构成的色再现域(色域)，可以在改变色域时进行图像显示，从而能够充分扩大色再现域，并在不增加原色数目的情况下获得卓越的显像性能。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该照明装置包括多个具有不同发光颜色的光源，每个该光源包括多个能独立调整其输出(每个强度)的发光元件。
根据此结构，可以自由地控制该多个发光元件的输出状态，从而自由地调整该光源输出的原色光成分的发射光谱。因此，能够获得结构简单以及显像性能卓越的显示装置。
在根据本发明的显示装置中，优选地，在该照明装置和该光调制装置之间设置有滤色器，该滤色器具有与各个光源输出的原色光成分对应的多个透射光谱，而且每个该光源的发射光谱的调整范围是在该滤色器的透射光谱范围内。
根据此结构，在进行发射光谱调整时，在使光透过滤色器并使原色光有选择地入射到该光调制装置上的该显示装置中，即使发光元件的输出状态发生改变，超出滤色器透射光谱(透过波长域)范围的原色光也不会入射到滤色器。因此，通过调整辐射光谱使用色域扩大效果能够提高显像性能。
在根据本发明显示装置中，优选地，多个该光调制装置被设置为与该多个光源的每一个对应，而且该显示装置还包括用于合成该光调制装置输出的原色光成分的色合成装置。每个该光源的发射光谱的调整范围是在该色合成装置的透射光谱范围内。
根据此结构，在进行发射光谱调整时，在合成该光调制装置输出的原色光成分并生成显示图像的该显示装置中，即使发光元件的输出状态发生改变，超出该色合成装置透射光谱(透过波长域)范围的原色光也不会入射到该色合成装置。因此，通过调整发射光谱使用色域扩大效果能够提高视频显示性能。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该照明装置具有光源和用于将来自该光源的输出光分离成多个原色光成分的色分离装置，与各原色光成分对应地设置多个光调制装置，并设置有用于将从该各个光调制装置输出的原色光成分合成的色合成装置，该光源能够在该色分离装置和该色合成装置的透射光谱范围内调整输出光中包含的每个原色光成分的发射光谱。
根据此结构，在进行发射光谱的调整时，在将自光源输出的光分离成要入射到多个光调制装置的多个原色光成分和将光调制装置发射的原色光成分合成以生成显示图像的显示装置中，即使发光元件的输出状态发生改变，超出色分离装置以及色合成装置透射光谱(透过波长域)范围的原色光也不会入射到该色分离装置和该色合成装置。因此，通过调整发射光谱使用色域扩大效果能够提高视频显示性能。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该照明装置包括光源和谱带控制装置，该谱带控制装置用于调整从该光源输出并向该光调制装置发射的光的发射光谱。
根据此结构，因为从该光源输出并入射到该光调制装置的原色光的发射光谱由该谱带控制装置控制，可以在色域改变时进行图像显示，从而能够充分扩大色再现域以及获得具有卓越视频显示性能的显示装置。
在根据本发明的显示装置中，该谱带控制装置可在预定范围内自由调整透射光谱。根据此结构，透过该谱带控制装置的原色光的发射光谱可在预定谱带内自由地调整，可以在显示装置色域改变时进行图像显示，从而能够充分扩大色再现域以及获得具有卓越视频显示性能的显示装置。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该谱带控制装置可自由地转换多个透射光谱。根据此结构，因为转换了该谱带控制装置的透射光谱并调整了入射到该光调制装置上的原色光的发射光谱，在显示装置的色域改变时能够进行图像显示，从而能够充分扩大色再现域以及获得具有卓越视频显示性能的显示装置。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该显示装置还包括图像分析装置，其根据提供给该光调制装置的显示图像的图像信号输出用于调整上述原色光成分的发射光谱的光控制信号；以及光控制装置，其根据该光控制信号调整该原色光成分的发射光谱。
根据此结构，使用该图像分析装置分析显示图像的图像信号，根据相关分析结果来控制该谱带控制装置的透射谱带，由此调整上述原色光的发射光谱，从而得到具有卓越视频显示性能的显示装置，其色域根据显示图像自动改变。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该图像分析装置根据提供给该光调制装置的显示图像的图像信号输出用于调整上述原色光成分的发射光谱的谱带控制信号，而且该谱带控制装置根据该谱带控制信号来调整上述原色光成分的发射光谱。
根据此结构，使用该图像分析装置分析显示图像的图像信号，根据相关分析结果来控制该谱带控制装置的透射谱带，由此调整上述原色光的发射光谱，从而得到具有卓越视频显示性能的显示装置，其色域根据显示图像自动改变。
根据本发明的显示装置还包括色度校正装置，在进行上述原色光成分的发射光谱的调整时，校正该照明装置输出的光的白平衡。
根据此结构，由于对上述原色光的发射光谱进行调整，以及对伴随改变多个原色成分形成的色域时白平衡差异的自动校正，能够在扩大色再现域的同时抑制颜色变化，从而得到高质量的图像显示。
在根据本发明的显示装置中，优选地，该色度校正装置校正该照明装置输出的光在低饱和度区的白平衡。
根据此结构，由于该色度校正装置对颜色变化容易察觉的低饱和度区中的白平衡进行校正，可以减少使用色度校正装置进行的处理，并能够得到有效抑制颜色变化的显示。
其次，在一种能够应用于显示装置的显示方法中，该显示装置具有能够输出不同发光颜色的多个原色光成分的照明装置和调制该照明装置输出的原色光的光调制装置，根据提供给该光调制装置的显示图像的内容调整该照明装置输出的原色光成分的发射光谱。
根据此方法，由于通过调整上述原色光成分的发射光谱来修改入射到该光调制装置的原色光成分构成的色域，当修改色域时能进行图像显示，从而能够在不增加原色数目的情况下充分扩大色域并获得显像性能卓越的显示。
其次，本发明提供了一种投影机，包括根据本发明上述任一项所述的显示装置和投射由光调制装置调制的光的投射装置。根据此结构，可以在变更色域时进行图像显示，能够在不增加原色数目的情况下充分扩大色域并获得显像性能卓越的显示。


图1示意性地示出了根据本发明第一实施例的投射型显示装置的结构。
图2示出了根据本发明的一个实施例的投射型显示装置的功能。
图3示出了根据本发明的一个实施例的投射型显示装置的功能。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的驱动电路的框图。
图5是详细示出了图像分析单元的结构的框图。
图6示出了u信号和v信号的直方图(histogram，频率分布曲线)的一个实例。
图7是详细示出了图像处理单元的结构的框图。
图8是详细示出了图7的扩展处理单元的结构的框图。
图9是详细示出了图7的校正处理单元的结构的框图。
图10示出了uv色度图上指明的色再现域。
图11示意性地示出了根据本发明的第二实施例的投射型显示装置。
图12是该投射型显示装置的时序图。
图13示意性示出了根据本发明第三实施例的液晶显示装置。
图14示出了该液晶显示装置的功能。
图15示出了该液晶显示装置的功能。
图16示意性地示出了根据本发明的第四实施例的投射型显示装置。
图17示意性地示出了根据本发明的第五实施例的投射型显示装置。
图18示意性地示出了根据本发明的第六实施例的投射型显示装置。
图19是驱动电路的框图。
图20示意性地示出了根据本发明的第七实施例的投射型显示装置。
图21示意性地示出了根据本发明的第八实施例的投射型显示装置。
图22示意性地示出了根据本发明的第九实施例的投射型显示装置。
图23是示出了色轮的平面图。
图24是一个图像分析单元的框图。
符号说明31图像处理单元 34图像分析单元(图像解释装置) 35光控制驱动器(光控制装置)2R、2G、2B、36光源7R1、7R2、7G1、7G2、7B1、7B2发光元件具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的优选实施例。为更好地理解附图，以下所参考的各附图中每个部分在尺寸和大小上存在适当差异。
(第一实施例)图1示意性地示出了根据本发明第一实施例的投射型显示装置的结构。图1的投射型显示装置包括具有光源2R、2G和2B的照明系统(照明装置)，所述光源能够发射具有不同发射颜色的原色光；液晶光阀(光调制装置)22到24以及投射装置26到28。标号29表示其上投射图像的屏幕。
发射红光(原色光)LR的光源2R包括两个发光元件7R1和7R2以及一个用于反射发光元件7R1和7R2的光的反射器8。发射绿光(原色光)LG的光源2G包括两个发光元件7G1和7G2以及一个用于反射发光元件7G1和7G2的光的反射器8。发射蓝光(原色光)LB的光源2B包括两个发光元件7B1和7B2以及一个用于反射发光元件7B1和7B2的光的反射镜8。发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2具有不同的发射光谱，并被设置为独立控制其输出。发光二极管(LED)或EL元件可以用作光源2R、2G和2B的发光元件。
光源2R、2G和2B被设置为对应于液晶光阀(光调制装置)22、23和24。
光源2R发射的红光LR入射到用于红光的液晶光阀22上，然后由用于红光的液晶光阀22调制。光源2G发射的绿光LG入射到用于绿光的液晶光阀23上，然后由用于绿光的液晶光阀23调制。光源2B发射的蓝光LB入射到用于蓝光的液晶光阀24上，然后由用于蓝光的液晶光阀24调制。此外，每个光源2R、2G和2B都连接了一个光控驱动器(未示出)。光控驱动器能够适当对每个光源2R、2G和2B发射的原色光发射光谱进行调整。
由液晶光阀22、23和24调制的三原色入射到每个投射装置26到28，再被投射到屏幕29，在屏幕29上形成一个放大的图像。
图2和图3分别示出了根据本实施例投射型显示装置的功能。横轴表示发射波长，纵轴概念性地表示发射强度。图2示出了当光源2R进行从发光元件7R1到发光元件7R2的转换时，发射光谱(发射波长改变)的变化以及各个光源2R、2G和2B的发射光谱。图3示出了当光源2R调整两个发光元件7R1和7R2的输出时发射光谱的变化(使发射波长域带宽变宽)。
如图2和3所示，根据本实施例的投射型显示装置控制置于各个光源2R、2G和2B中的两个发光元件的发射状态，从而调整每个光源输出的原色光的发射光谱，由此调整投射型显示装置的色域。
对每个原色光进行预定图像处理的图像处理单元(图1中未示出)被连接到每个液晶光阀22至24，由该图像处理单元进行预定图像处理的图像信号经由光阀驱动器被提供给每个液晶光阀22至24。此外，一图像分析单元(未示出)经由光控驱动器连接到各个光源2R、2G和2B。根据使用该图像分析单元对该图像信号的分析，可以控制各个光源2R、2G和2B输出的原色光的发射光谱。即，根据本实施例投射型显示装置，根据由该图像处理单元进行的图像处理和由该图像分析单元及该光控驱动器进行的光控制来自由调整该投射型显示装置的色再现域，由此进行显示图像的调整。
图4是示出了根据本实施例的投射型显示装置的驱动电路的框图。图4的驱动电路包括图像处理单元31和图像分析单元34。光阀33(图1的液晶光阀22至24)经由光阀驱动器32连接到图像处理单元31；而光源36(图1的光源2R、2G和2B)经由光控制驱动器35连接到图像分析单元34。此外，将图像分析单元34和图像处理单元31相互连接。
首先，将提供给驱动电路的图像信号输入到图像处理单元31和图像分析单元34。图像分析单元34对该图像信号进行分析，导出由图像处理单元31进行的图像处理中使用的参数，并将该图像处理参数作为图像控制信号提供给图像处理单元31。
此外，图像分析单元34根据光控制信号控制光控驱动器35。光控驱动器35控制光源36。光控驱动器35根据图像分析单元34提供的光控制信号来控制光源36的运行状态(发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的发射状态)。这样，例如，如图2和图3所示，调整了光源输出的原色光的发射光谱，并且在不增加作为照明装置的光源2R、2G和2B输出的原色光数目的情况下，使色再现域变宽，从而得到具有高图像再现性和高图像质量的显示。
图像分析单元34具有如图5中所示的结构。图5是详细示出了图像分析单元34的结构的框图。该图像分析单元34包括图像信号转换单元41、直方图生成单元42、直方图分析单元43和颜色位移运算单元44。
图像信号转换单元41将输入的RGB信号转换成可以由亮度成分和颜色成分表示的颜色空间，例如，Yuv空间(RGB→Yuv)。此处，优选地，该被转换的颜色空间是均匀的颜色空间(Yuv空间或者La*b*空间)。转换的图像信号(色度信号被提供给直方图生成单元。此信号转换是根据以下变换公式(方程式1)进行的)。在Yuv空间，Y表示亮度，ul和v表示色度。色相H和饱和度S可以使用变换矩阵(方程式1)由Y、u和v导出。
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]]>直方图生成单元42根据输入的色度信号产生如图6所示的直方图(出现频率分布)。换言之，直方图生成单元42使用Yuv空间中转换的图像信号中包括的信号u和v来生成直方图。该直方图被提供给直方图分析单元43。
接收该直方图的直方图分析单元43对该直方图的u和vl进行分析并将各颜色分布信息(最大值、最小值、平均值和最大频率值等等)提供给颜色位移运算单元44。例如，图6中，每个直方图横轴上由三角标记表示的每个信号的最小值被输出到颜色位移运算单元44。
根据上述颜色分布信息，颜色位移运算单元44计算出图像处理单元31的扩展系数或校正系数，或导出计算光控驱动器35中用于光控制的参数中使用的颜色位移，并将该参数作为图像处理信号和光控制信号输出。
在本实施例中，接收光控制信号的光控驱动器35，根据颜色位移计算用于控制置于光源36(光源2R、2G和2B)内各个发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的输出状态的参数，当显示带黄色的红色图像时，例如，如图6的直方图所示，光控驱动器35根据用于发射红光的光源2R来输出指令到光源36以改变发光元件7R1和7R2的运行状态。
同时，如果作为图像信号的RGB信号被输入到图像处理单元31，图像处理单元31将该RGB信号转换成Yuv空间(其为一颜色空间)。接着，在对转换成颜色空间的图像信号进行预定图像处理后，对该颜色空间进行逆变换，图像被逆变换成RGB信号。之后，由图像处理单元31调制的图像信号(RGB信号)被输入到用于原色光的光阀驱动器32。光阀驱动器32根据该RGB信号来控制用于原色光的光阀33(液晶光阀22至24)。
图7是示出了图像处理单元31的结构的框图。根据本实施例的图像处理单元31包括图像信号转换单元51、扩展处理单元52、校正处理单元53、饱和度判定单元54、图像信号逆变换单元55和扩展/校正量运算单元56。
图像信号转换单元51的功能与图像分析单元34中包含的图像信号转换单元41的功能相同，并将输入RGB信号转换成Yuv空间(其为一颜色空间)。
扩展处理单元52和校正处理单元(色度校正装置)53分别根据扩展/校正量运算单元56提供的扩展和校正系数，对图像信号进行扩展处理和校正处理。扩展/校正量运算单元56根据图像分析单元34提供的图像控制信号来计算扩展系数和校正系数。
饱和度判定单元54确定扩展处理后的图像信号在低饱和区(接近白色的区域)中的颜色平衡(白平衡)的差异，并且在需要校正白平衡的情况下，饱和度判断单元54在该区域中更新上述图像信号，将其作为校正处理单元53的校正结果，并输出正确保持白平衡的图像信号。
换言之，通过根据显示图像的分析结果调整光源36的发射光谱，根据本实施例的投射型显示装置基于伴随发射光谱调整或色度扩展的直方图分析和白平衡差异校正(校正处理单元53)来进行色度(饱和度)扩展(扩展处理单元52)。
图像信号逆变换单元55对颜色空间进行逆变换，将Yuv空间逆变换成RGB信号。
图8是详细示出了扩展处理单元52的结构的框图，图9是详细示出了校正处理单元53的结构的框图。
如图8所示，扩展处理单元52包括u信号扩展部分64和v信号扩展部分65。u信号扩展部分64根据来自扩展/校正量运算单元56的扩展系数，对转换成Yuv空间并提供的图像信号的u信号(色度信号)进行扩展处理。此外，v信号扩展部分65根据扩展/校正量运算单元56的提供的扩展系数，对v信号(色度信号)进行扩展处理。
通过进行扩展处理，能够获得具有强调饱和度的清晰图像，以及获得高质量的图像显示。此外，因为根据对光源36的发射光谱调整来进行图像信号的调整，通过调整发射光谱能够获得具有更加强调扩大色再现域效果的显示图像。
可以将基于扩展系数的、使用编程公式的扩展或基于扩展系数的、通过参考查找表的扩展用于对u信号扩展部分64和v信号扩展部分65进行的扩展处理。
图9的校正处理单元53包括u信号校正扩展部分66和v信号校正扩展部分67。u信号校正扩展部分66根据来自扩展/校正量运算单元56的校正系数，对伴随转换成Yuv空间并提供的图像信号的u信号(色度信号)的扩展产生的饱和度变化进行校正处理。此外，v信号校正扩展部分67根据扩展/校正量运算单元56提供的校正系数对伴随v信号(色度信号)的扩展产生的饱和度变化进行校正处理。通过进行校正处理，如果需要，可以校正伴随u信号和v信号扩展产生的白平衡差异或由于调整光源36的发射光谱产生的白平衡差异。换言之，当饱和度判定单元54确定从扩展处理单元52输出的图像信号中出现了白平衡差异，将使用从校正处理单元53输出的图像信号来更新从扩展处理单元52输出的全部或部分图像信号。考虑到减少使用校正处理单元53的处理和是否需要信号校正，优选地，校正处理单元53具有容易察觉其颜色变化的结构，并且只对具有高校正概率的低饱和区(接近白色的区域)中的色调变化进行校正，从而减少了处理。
可以将基于扩展系数的、使用编程公式的校正或基于校正系数的、通过参考查找表的校正用于对u信号校正扩展部分66和v信号校正扩展部分67进行的校正处理。
根据本实施例具有上述结构的投射型显示装置，使用图像分析单元34分析输入的图像信号，根据分析结果，基于输出的图像控制信号对图像信号进行图像处理；并根据该分析结果，基于输出的光控制信号对光源进行控制，这样，光源的发射光谱根据显示图像自动调整，从而获得充分扩大色域的显示并且通过图像处理获得强调饱和度的高质量图像。
图10示出了uv色度图上表示的根据本实施例的投射型显示装置的色域。由虚线表示的三角形色域61和由实线表示的三角形色域62分别代表对发射红光至发光元件7R1和7R2中的光源2R进行转换前后的色域。将色域61转换成色域62，从而使处于色度图边缘的颜色(在这种情况下，黄色到橙色)重现。以这种方式，根据本实施例的投射型显示装置，不需增加照明装置的原色光数目就能获得充分扩大的色再现域。
(第二实施例)第一实施例中示出并说明了主要包括三个光源2R、2G和2B以及与每个光源2R、2G和2B对应的液晶光阀22至24的三板式投射型显示装置，但本发明也可以应用于如图11所示的单板式投射型显示装置。图11示意性地示出了根据本发明第二实施例的投射型显示装置。根据本实施例的投射型显示装置包括照明系统(照明装置)120、液晶光阀(光调制装置)125以及投射装置126。标号129表示其上投射图像的屏幕。
照明系统120包括一对由发射红光的发光元件7R1和7R2组成的发光元件17R、一对由发射绿光的发光元件7G1和7G2组成的发光元件17G、一对由发射蓝光的发光元件7B1和7B2组成的发光元件17B。每个发光元件都具有不同的发光颜色，并被设置为能够独立控制其输出。此外，如图12的时序图所示，各个发光元件具有这样的结构在一帧的时间周期内，使该对发光元件17R(7B1和7B2)、发光元件17G(7G1和7G2)和发光元件17B(7B1和7B2)时序地发光。
从照明系统120发射到液晶光阀125的原色光被液晶光阀125调制，然后通过投射装置126投射到屏幕129，在屏幕129上形成彩色图像。
根据本实施例投射型显示装置包括具有如图4所示的，与根据上述第一实施例类似结构的驱动电路。换言之，图像处理单元31经由光阀驱动32连接至液晶光阀125，图像分析单元34经由光控驱动器35连接至照明系统120。通过使用图像分析单元34分析显示图像，根据分析结果对各个发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的输出进行转换或调整，从而调整每对发光元件17R、17G和17B输出的原色光的发射光谱，并在不增加原色数目的情况下获得充分扩大的色域。此外，通过图像处理单元31进行扩展和校正处理，可以获得具有强调饱和度和正确调整了白平衡的高质量显示图像。
此外，在根据本实施例的投射型显示装置中，显示装置的结构主要包括照明系统120和液晶光阀125。因此，根据本实施例的投射型显示装置有利于简化光学系统和缩小体积。
进而，在具有如图11所示结构的投射型显示装置中，液晶光阀125内可以放置一个滤色器。在这种情况下，照明系统120的发光元件并不时序地发光，而是连续地发光。尽管投射型显示装置具有这样的结构，但是通过进行图像处理和对光源进行控制，根据本实施例的投射型显示装置可以使色域变宽并获得高质量的显示图像。
(第三实施例)图13示意性地示出了根据本发明第三实施例的液晶显示装置。图13的液晶显示装置包括具有多个发光元件的照明系统(照明装置)130、导光板131、置于导光板131正面的滤色器133和置于滤色器133正面的液晶板135。
照明系统130包括一对由发射红光的发光元件7R1和7R2组成的发光元件17R、一对由发射绿光的发光元件7G1和7G2组成的发光元件17G和一对由发射蓝光的发光元件7B1和7B2组成的发光元件17B。换言之，诸发光元件对17R、17G和17B被用作与第一实施例中诸光源对应的元件，以便混合从诸发光元件对17R、17G和17B发射的原色光并将其投射到导光板131上。导光板131将光朝向上方向(光的进行方向)引导，从而照亮液晶板135的背面。滤色器133具有这样的结构，其中排列各红色、绿色和蓝色的色材层。
根据本实施例的投射型显示装置还包括一驱动电路，其具有如图4的、类似于根据第一实施例的投射型显示装置的结构。即，图像处理单元31经由光阀驱动器32连接至液晶光阀125，并且图像分析单元34经由光控驱动器35连接至照明系统120。通过使用该图像分析单元34分析显示图像，根据分析结果对各发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的输出进行转换或调整，从而调整每对发光元件17R、17G和17B输出的原色光的发射光谱，在不增加原色数目的情况下获得充分扩大的色域。此外，通过在图像处理单元31上进行扩展处理和校正处理，能获得具有强调饱和度和正确调整了白平衡的高质量显示图像。
此外，为了通过转换或调整各个发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的输出对发射光谱进行有效调整，根据本实施例的液晶显示装置分别与每个发光元件的发射光谱和滤色器133的透射光谱之间具有如图14和图15所示的关系。图14和图15示出了根据本实施例的液晶显示装置的功能。图14示出了通过转换发光元件7R1和7R2对原色光的发射光谱进行调整的情况，图15示出了通过调整发光元件7R1和7R2的输出比率对原色光的发射光谱进行调整的情况。由133R、133G和133B表示的图14和图15中虚线围绕的区域分别代表滤色器133的每种颜色(红色、绿色和蓝色)中设置的色材层的透射光谱。
如图14和图15所示，根据本实施例的液晶显示装置的各个发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的发射光谱都位于一个波长区域内，该波长区域不超出滤色器133的色材层的对应透射光谱范围。尽管根据上述结构对诸发光元件对17R、17G和17B的发射光谱进行调整，每个原色光都透射过滤色器133并被用作照明光，由此获得有效地使用扩大色域的显示。
(第四实施例)图16示意性地示出了根据本发明第四实施例的投射型显示装置的结构。图16的投射型显示装置包括具有光源2R、2G和2B的照明系统(照明装置)、与每个光源对应设置的液晶光阀22至24、用于合成液晶光阀22至24输出的光并生成显示图像的分色棱镜15和投射装置16。此外，在图16中，与图1相同的部件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
除设置作为色合成装置的分色棱镜15以及从单一投射装置16投射图像外，根据本实施例的投射型显示装置与根据第一实施例的投射型显示装置具有相同的结构。但是，根据本实施例的投射型显示装置与根据第一实施例的投射型显示装置的不同之处在于前者的各发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的发射光谱位于分色棱镜15的透射光谱(透射波长域)范围之内。
除了产生与根据第一实施例的投射型显示装置相同的效果以外，当调整各个光源2R、2G和2B发射的原色光的发射光谱时，使用分色棱镜15避免了对光的吸收，由此获得有效使用扩大色域的显示。
(第五实施例)图17示意性地示出了根据本发明第五实施例的投射型显示装置。如图17的投射型显示装置包括具有多个发光元件的照明系统120、用作色分离装置以将照明系统120发射的光分离成三原色光成分的分色镜141和142、与各分离的原色光对应设置的液晶光阀22至24、将各分离的原色光成分引导到液晶光阀22至24的反光镜144至146、合成液晶光阀22至24输出的光并生成图像的分色棱镜(色合成装置)15和投射装置16。此外，在图17中，与图1或图15相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
在图17的投射型显示装置中，诸发光元件对17R、17G和17B发射的原色光成分被混合并用作照明光。其后，使用分色镜141和142将该照明光分离成红光LR、绿光GR和蓝光BR并将其投射到液晶光阀22至24上。这样，图17的投射型显示装置包括色分离系统并使用发光元件的输出转换或输出比率调整对每个原色光的发射光谱进行调整。
此外，在根据本实施例的投射型显示装置中，对照明系统120中设置的各发光元件7R1、7R2、7G1、7G2、7B1和7B2的发射光谱进行选择，以便使其处于分色棱镜15的透射光谱(透射波长域)范围之内，以及处于分色镜141和142的透射光谱范围之内。
除了产生与根据第一实施例的投射型显示装置同样的效果外，当调整照明系统120发射的原色光的发射光谱时，使用分色棱镜15和分色镜141以及142避免了发生光吸收，由此获得有效使用扩大色域的显示。
(第六实施例)在第一到第五实施例中，为了调整照明系统发射的原色光的发射光谱，对多个发光元件进行输出转换或输出比率调整。但是，在根据本发明的显示装置中，可以使用光学元件进行发射光谱调整。
图18示意性地示出了根据本发明第六实施例的投射型显示装置。如图18的投射型显示装置包括三个光源12R、12G和12B；与各光源对应设置的可变带通滤波器(谱带控制装置)72至74；液晶光阀22至24以及投射装置26至28。另外，在图18中，与图1相同的那些元件的标号相同，并适当省略关于其的详细说明。
根据本实施例的投射型显示装置，组成照明系统的光源12R、12G和12B可以被设置成单一发光元件。优选地，使用具有宽谱带(发射波长范围)的发光元件而不是具有窄谱带的发光元件(例如单色LED)作为光源12R、12G和12B。在本实施例中，使用构成谱带控制装置的可变带通滤波器72至74，将各个光源12R、12G和12B发射的原色光转换为要投射到液晶光阀22至24上的具有窄谱带的原色光。
可变带通滤波器是一种能够改变透射波长范围的光学滤波器，例如，能够电控制液晶合成物的排列(间距等)并进行透射波长区域调整的光学滤波器，可以用作可变带通滤波器。
图19是根据本实施例的投射型显示装置的驱动电路框图。图19的驱动电路主要包括图像处理单元31、光阀驱动器32、图像分析单元84和滤波器控制驱动器85。此外，在图19中，与图4至19相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
在上述驱动电路中，图像分析单元84具有与图5的图像分析单元34相同的结构。该图像分析单元84将输入的图像信号转换成Yuv空间，生成u信号和v信号的直方图，通过分析该直方图导出该图像信号的颜色分布，并将颜色偏移(color displacement)输出到图像处理单元31作为图像控制信号(颜色偏移)和将根据该颜色分布的滤波器控制信号输出到滤波器控制驱动器85。
滤波器控制驱动器(谱带控制装置)85被连接到带通滤波器86(可变带通滤波器72至74)并根据从图像分析单元84接收的滤波器控制信号来控制带通滤波器86的透射谱带。
图像处理单元31根据上述图像控制信号对输入的图像信号进行与第一实施例相同的图像处理。对u信号和v信号进行扩展处理，并且如果需要，对白平衡进行校正处理。
这样，在根据本实施例的投射型显示装置中，使用置于光源12R、12G和12B与液晶光阀22至24之间的可变带通滤波器72至74来调整发射到液晶光阀22至24的原色光的发射光谱，从而象第一实施例一样充分扩大色再现域，由此获得卓越的图像再现以及显示具有强调饱和度的清晰的高质量图像。
此外，由于根据本实施例的投射型显示装置使用具有较宽发射波长范围的光源，选择光源的灵活性较高，因此可以根据显示亮度或成本，以及装置的大小来选择光源。
(第七实施例)图20示意性地示出了根据本发明第七实施例的投射型显示装置。图20的投射型显示装置包括发射白光的光源150、用于将光源150发射的光分离成多个原色光成分(红光LR、绿光LG和蓝光LB)的分色镜141和142、多个反射镜144至146、可变带通滤波器72至74、液晶光阀22至24、分色棱镜15和投射装置16。此外，在图20中，与图17和图18相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
高压水银灯或金属卤化灯、白色LED或白色EL元件都可以用作白色光源150。
在根据本发明的投射型显示装置中，发射到每个液晶光阀22至24的原色光成分LR、LG和LB是从白色光源150发射的，继而被分色镜141和142顺序分离，并通过可变带通滤波器72至74被转换成具有窄谱带的原色光。
由于根据本实施例的投射型显示装置还包含了图19的驱动电路，投射型显示装置可以控制可变带通滤波器72至74的透射波长范围，由此调整发射到液晶光阀22至24的原色光的发射光谱，充分扩大色再现域，并获得高质量的图像再现。
此外，由于根据本实施例的投射型显示装置使用具有较宽发射波长范围的光源，选择光源的灵活性高，因此可以根据亮度或成本，以及显示装置的体积来选择光源。
(第八实施例)图21示意性地示出了根据本发明第八实施例的投射型显示装置。图21的投射型显示装置包括光源12R、12G和12B、与每个光源对应设置的可变带通滤波器72至74、液晶光阀22至24、分色镜15以及投射装置16。此外，在图21中，与图16和18相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
根据本实施例的投射型显示装置使用可变带通滤波器72至74，将三个光源12R、12G和12B发射的各原色光转换为要投射到液晶光阀22至24上的具有窄谱带的原色光。
由于根据本实施例的投射型显示装置还包含了图19的驱动电路，投射型显示装置可以控制可变带通滤波器72至74的透射波长范围，由此调整发射到液晶光阀22至24的原色光的发射光谱，从而充分扩大色再现域，并获得高质量的图像再现。
此外，由于根据本实施例的投射型显示装置使用具有较宽发射波长范围的光源，选择光源的灵活性高，因此可以根据亮度或成本，以及显示装置的体积来选择光源。
(第九实施例)图22示意性地示出了根据本发明第九实施例的投射型显示装置。图22的投射型显示装置包括发射白光的光源150、双色轮(顺序滤色器)151和152、液晶光阀125和投射装置126。此外，在图22中，与图11和20相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
图23是图22的色轮151和152的平面图。第一色轮151包括按圆周方向排列的三色滤色器151a至151c，以及如图23(a)所示的开口部分151w。此外，第二色轮152包括按圆周方向排列的三色滤色器152a至152c，以及开口部分152w。开口部分151w和152w可以由其中未设置滤色器的区域形成，或由使用透明玻璃或树脂的无色滤色器形成。
根据本实施例的具有上述结构的投射型显示装置，交替使用色轮151和152依次将光源150输出的光转换成要投射到液晶光阀125上的具有预定波长范围(预定颜色)的原色光，使用投射装置126将由液晶光阀125调制的光投射到屏幕129上。因此，在本实施例中，色轮151和152用作谱带控制装置，用于调整投射到液晶光阀125上的原色光的发射光谱。
此外，在显示操作中排他地使用色轮151和152。换言之，当使用色轮151的滤色器151a至151c时，将色轮152的开口部分152w置于光路上，当使用色轮152的滤色器152a至152c时，将色轮151的开口部分151w置于光路上。
根据本实施例的投射型显示装置包括具有如图9所示结构的驱动电路，以及如图24的框图所示结构的图像分析单元。图24的图像分析单元包括图像信号转换单元41、直方图生成单元42、直方图分析单元43和颜色偏移运算单元94。此外，在图24中，与图5相同的那些元件使用相同的标号，并适当省略关于其的详细说明。
根据本实施例的颜色偏移运算单元94包括一个查找表，其将上述直方图分析单元43提供的颜色分布信息与色轮151和152中设置的滤色器151a至151c和152a至152c对应，并能够根据显示图像信息选择适当的滤色器。颜色偏移运算单元94根据颜色偏移运算单元94输出的滤波器控制信号来控制滤波器控制驱动器85并选择将用于双色轮151和152中的滤色器。由于在本实施例中，对发射光谱的调整是由滤色器切换作为谱带控制装置的色轮151和152进行的，因此可以通过参考查找表导出颜色偏移，由此进行高速分析处理。
这样，在根据本实施例的具有上述结构的投射型显示装置中，切换色轮151和152的滤色器使用，由此根据显示图像调整发射到液晶光阀125的原色光的发射光谱，从而与第一实施例一样充分扩大色再现域，由此获得卓越的图像再现以及显示具有强调饱和度的清晰的高质量图像。
根据本实施例的光阀并不限于液晶光阀，例如，即使在光阀使用了数字微镜器件的情况下，也可以获得同样的效果。
权利要求
1.一种显示装置，包括能够输出具有不同发光颜色的多个原色光成分的照明装置以及调制从该照明装置输出的原色光成分的光调制装置，其中，该照明装置能够调整该原色光成分的发射光谱。
2.按照权利要求1所述的显示装置，其中，该照明装置包括多个具有不同发光颜色的光源，每个该光源包括多个能够独立调整其输出的发光元件。
3.按照权利要求2所述的显示装置，其中，在该照明装置和该光调制装置之间设置有滤色器，该滤色器具有与各个光源输出的原色光成分对应的多个透射光谱；以及其中，每个该光源的发射光谱的调整范围是在该滤色器的透射光谱范围内。
4.按照权利要求2所述的显示装置，其中，该光调制装置被设置为与分别该多个光源的每一个对应，而且该显示装置还包括用于合成该光调制装置输出的原色光成分的色合成装置；以及其中，每个该光源的发射光谱的调整范围是在该色合成装置的透射光谱范围内。
5.按照权利要求2所述的显示装置，其中，该照明装置具有光源和用于将来自该光源的输出光分离成多个原色光成分的色分离装置，与各原色光成分对应地设置多个光调制装置，并设置有用于将从该各个光调制装置输出的各原色光成分合成的色合成装置；其中，该光源能够在该色分离装置和该色合成装置的透射光谱范围内调整输出光中包含的每个原色光成分的发射光谱。
6.按照权利要求1所述的显示装置，其中，该照明装置包括光源和谱带控制装置，该谱带控制装置用于调整从该光源输出并向该光调制装置发射的光的发射光谱。
7.按照权利要求6所述的显示装置，其中，该谱带控制装置可在预定范围内自由调整透射光谱。
8.按照权利要求6所述的显示装置，其中，该谱带控制装置可自由意转换多个透射光谱。
9.按照权利要求1至5的任意一项所述的显示装置，还包括图像分析装置，其根据提供给光调制装置的显示图像的图像信号输出用于调整上述原色光成分的发射光谱的光控制信号；以及光控制装置，其根据该光控制信号调整该原色光成分的发射光谱。
10.按照权利要求6至8的任意一项所述的显示装置，还包括图像分析装置，其根据提供给该光调制装置的显示图像的图像信号输出用于调整上述原色光成分的发射光谱的谱带控制信号；其中，该谱带控制装置，根据该谱带控制信号调整上述原色光成分的发射光谱。
11.按照权利要求1至10的任意一项所述的显示装置，还包括色度校正装置，在进行上述原色光成分的发射光谱的调整时，校正该照明装置输出的光的白平衡。
12.按照权利要求11所述的显示装置，其中，该色度校正装置校正该照明装置输出的光在低饱和度区的白平衡。
13.一种能够应用于显示装置的显示方法，该显示装置具有能够输出不同发光颜色的多个原色光成分的照明装置和调制该照明装置输出的原色光成分的光调制装置，其中，根据提供给该光调制装置的显示图像的内容调整该照明装置输出的该原色光成分的发射光谱。
14.一种投影机，包括按照权利要求1至12的任意一项所述的显示装置和投射由该光调制装置调制的投射光的投射装置。
全文摘要
本发明旨在提供一种结构简单、不增加装置大小而能够提高视频显示能力的显示装置和投影机。本发明的显示装置包括能够输出多个具有不同发光颜色的原色光成分的照明系统(光源2R、2G和2B)以及调制从该调制照明系统输出原色光成分的液晶光阀(22至24)，该照明系统能够调整该原色光成分的发射光谱。各种光的发光元件独立控制其输出。
文档编号G09G5/00GK1550824SQ20041003729
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月6日
发明者吉田昇平, 饭坂英仁, 坂田秀文, 仁, 吉田 平, 文 申请人:精工爱普生株式会社