JP3550202B2 - Display device - Google Patents

Description

上述のように、角度θはランプ像の半径ｒに比例するので、入射光束の角度分布Ω_ｉ とランプ像６２の面積とは比例関係にある。このため、絞り５２を通過して変調素子に入射する光束強度をＩ_ｉ で表すと、角度分布Ω_ｉ および光束強度Ｉ_ｉ はｒ＜Ｒの範囲において絞り５２の半径ｒの増大に対応して単調増加傾向を示すことが分かる。
【００９３】
次に、強度Ｉ_ｉ の光束が入射する散乱型変調素子の表示特性について説明する。図４は、変調素子への入射光束の角度分布Ω_ｉ と変調素子からの出射光束の角度分布Ω_ｏ との関係を示す。単純化するため、入射光束は角度分布Ωｉ の範囲で一様でありこの範囲外に存在しないものとする。また、変調素子は散乱状態において入射光束を一様に散乱させる。この散乱能力は、角度分布を持たない入射光束に対応して得られる出射光束の角度分布Ω_ｏ をΩ_ｐ として表される。
【００９４】
この角度分布Ω_ｐ が入射光束の角度分布Ω_ｉ よりも充分に大きいとすれば、変調素子の表示特性は光源側および投射側絞りと以下のような関係となる。
【００９５】
入射光束の角度分布Ω_ｉ は光源側絞りの状態を示し、その絞りの集光角Ω_Ａ１に対して次式（２）のようになる。
【００９６】
【数２】

無散乱状態にある変調素子から得られる出射光束の角度分布Ω_ｏ をΩ_ｏＯＮ で表すと、この角度分布Ω_ｏＯＮ は次式（３）に示すように入射光束の角度分布Ω_ｉ をそのまま反映する。
【００９７】
Ω_ｏ ＝Ω_ｏＯＮ ＝Ω_ｉ ‥‥‥（３）
散乱状態にある変調素子から得られる出射光束の角度分布Ω_ｏ をΩ_ｏＯＦＦで表すと、この角度分布Ω_ｏＯＦＦは図４に示されるように変調素子の散乱能力を示す角度分布Ω_ｐ に入射光束の角度分布Ω_ｉ を重畳した形になるが、Ω_ｉ ＜Ω_ｐ という関係から次式（４）に示すように近似的にΩ_ｐ とすることができる。
【００９８】
【数３】

上述した出射光束は、その角度分布Ω_ｏ の範囲内で一様であり、投射側の絞りにより決まる一定の集光角Ω_Ａ２の範囲のみ取り出され表示される。次式（５）および（６）は入射光束強度Ｉ_ｉ に対する出射光束の強度Ｉ_ｏ の関係を示す。
【００９９】
Ｉ_ｏ ＝（Ω_Ａ２／Ω_ｏ ）・Ｉ_ｉ （Ω_Ａ２＜Ω_ｏ の場合）‥（５）
この場合、出射光束の強度Ｉ_ｏ はΩ_ｏ とΩ_Ａ２の比で決まる。
【０１００】
Ｉ_ｏ ＝Ｉ_ｉ （Ω_Ａ２≧Ω_ｏ の場合）‥（６）
コントラストＣＲは、変調素子が散乱状態にある場合の出射光束強度Ｉ_ＯＮと無散乱状態にある場合の出射光束強度Ｉ_ＯＦＦ の比として得られる。一般的にΩ_Ａ２＜Ω_ｐ であることから、Ω_Ａ２とΩ_Ａ１の大小関係について場合分けすると、コントラストＣＲは次式（７）および（８）に示すようになる。
【０１０１】

すなわち、光源側絞りの集光角Ω_Ａ１および投射側絞りの集光角Ω_Ａ２のうちの大きい方の集光角をΩ_Ａ で表すと、コントラストＣＲは次式（９）に示すように集光角Ω_Ａ と散乱能力を示す角度分布Ω_ｐ の比となる。
【０１０２】
ＣＲ＝Ω_ｐ ／Ω_Ａ ‥‥‥（９）
ここで、表示画像のコントラストおよび明るさ、すなわち出射光束強度ＩＯＮを決定する集光角Ω_Ａ１とΩ_Ａ２の大きさの関係を考える。Ω_Ａ１≦Ω_Ａ２の場合、白表示の出射光束強度Ｉ_ＯＮは式（６）よりΩ_Ａ２に依存せず一定であり、式（９）よりコントラストが最大になる条件はΩ_Ａ１＝Ω_Ａ２である。Ω_Ａ１≧Ω_Ａ２の場合、式（７）よりコントラストはＣＲ＝Ω_ｐ ／Ω_Ａ１であり、式（５）よりＩ_ＯＮ＝Ｉ_ｉ Ω_Ａ２／Ω_Ａ１である。従って、Ω_Ａ２＝Ω_Ａ１（＝Ω_ｉ ）の時に出射光束強度Ｉ_ＯＮが最大となる。この両者より、任意のコントラストに対して最も出射光束強度が強くなる条件、および任意の明るさにおいて最もコントラストが良くなる条件はΩ_Ａ１＝Ω_Ａ２である。以上のように、光源側絞りの集光角Ω_Ａ１と投射側絞りの集光角Ω_Ａ２が一致することが最も表示特性をよくする条件となる。
【０１０３】
以上の最適条件下で考えた場合でも、表示画像の明るさ、すなわち出射光束強度Ｉ_ＯＮ（＝Ｉ_ｉ ）は絞りの半径ｒの増大に伴って向上するが、表示画像のコントラストＣＲはこれに伴って逆に低下することが分かる。すなわち、絞りの大きさを調整することによりＩ_ＯＮおよびＣＲを変化させても、これらを共に向上させ得ないことが分かる。
【０１０４】
以上は定性的な考察であり、より詳細な考察は光学系の方式、ランプの特性等により個々に行なう必要があるが、表示画像の明るさとコントラストがトレードオフしてしまうという基本的な振る舞いは、高分子分散型、微粒子分散型、斜め電界による液晶回析格子（特願平６−２９８４９６号、特願平６−１７２９３５号）、あるいはＤＭＤ等の光の空間的な伝搬方向を変調する変調素子を使用した場合において共通である。
【０１０５】
ここで、高分子分散型液晶を散乱型変調素子として用いた投射型表示装置の動作によりスクリーンに表示される画像のコントラストについて考察する。この表示画像のコントラストはスクリーンを取り巻く環境に影響される。このため、照明された部屋におかれたスクリーン上に画像を表示させ、変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを絞りの集光角に対応して測定した。図５は集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度および画像のコントラストを示す。この関係から最大コントラストをもたらす最適値が集光角の調整範囲内に存在することがわかる。
【０１０６】
表示装置の動作により画像がスクリーンに表示されるとき、このスクリーンの明るさＬは表示画像の明るさＬ_ＯＮ又はＬ_ＯＦＦ とスクリーンが置かれた環境に依存する背景の明るさＬ_０ との和になる。従って、実際のコントラストＣＲ_ｒｏｏｍは明るさＬ_ＯＮおよびＬ_ＯＦＦ を用いて次式（１０）のように表される。
【０１０７】
ＣＲ_ｒｏｏｍ＝（Ｌ_ＯＮ＋Ｌ_０ ）／（Ｌ_ＯＦＦ ＋Ｌ_０ ） ‥‥‥（１０）
背景の明るさＬ_０ は、スクリーンが置かれた部屋の照明光および窓から採光される外光等の強さにこのスクリーンの表示形式（光透過型、光反射型）で決まる光透過率および光反射率の一方を乗じた値である。このＬ_０ は、式（９）で得られる本来のコントラストＣＲを著しく低下させる影響力を持つため無視することはできない。
【０１０８】
Ｌ_０ の値が充分小さい場合、コントラストは１／Ω_Ａ という本来の傾きに近い依存性を示し、集光角Ω_Ａ が小さいほどコントラストが良くなる。逆にＬ_０ の値が充分大きい場合には、最大となる明るさがコントトラスト比に関して支配的になり、この集光角Ω_Ａ が大きいほどコントラストが大きくなる傾向になる。
【０１０９】
そこで、Ｌ_０ が中間的な値である場合に絞り集光角Ω_Ａ に対応して得られるコントラストＣＲ_ｒｏｏｍを考察する。絞りの集光角Ω_Ａ 、表示装置からの投射光の強度Ｉ、およびスクリーンの明るさＬの関係は、正の比例係数ｋおよびｑを用いることにより次式（１１）のように示すことができる。
【０１１０】
Ｌ＝ｋΩ_Ａ ＝ｑＩ ‥‥‥（１１）
次式（１２）は、背景の明るさＬ_０ を考慮した実際のコントラストＣＲ_ｒｏｏｍを示す。
【０１１１】

Ｌ_０ ＝０の場合、前述したように集光角Ω_Ａ が小さいほどコントラストが良くなる。次式（１３）はＬ_０ が０より大きい有限値である場合にコントラストを最大にするための必要条件を示す。
【０１１２】
【数４】

コントラストが最大となる点が存在する場合、それは背景の明るさＬ_０ および絞りの集光角Ω_Ａ に依存した形になる。式（１３）において集光角Ω_Ａ が実現可能な解を持つ場合、この解はコントラストＣＲ_ｒｏｏｍを最大にする最適値となる。しかし、絞りの集光角Ω_Ａ は、実際の光源の大きさによってその上限が実質的に決まってしまう。すなわち、調整可能範囲の上限値が存在する。従って、Ｌ_０ がある一定値を越えてしまった場合には、コントラストが調整範囲内で最大となるように、調整範囲内でΩ_Ａ を最大とする設定が最適値となる。
【０１１３】
また、Ｌ_０ がほぼ０の値である場合、集光角Ω_Ａ が小さいほどコントラストが良くなる。しかし、実際に集光角Ω_Ａ を小さくしすぎると、表示画像が暗くなって見づらくなる。このような場合、集光角Ω_Ａ は表示画像が見やすい範囲で最小とされる。
【０１１４】
【実施例】
以下、本発明の種々の態様に係る投射型表示装置について説明するが、その説明の前に、本発明の基本概念について説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として散乱型変調素子１０８に入射させる。散乱型変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。散乱型変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１１６】
この表示装置の特徴は、二つの電動絞り１０４および１１１を持つことにある。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りは制御回路１２０により制御される内蔵サーボモータを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状が調整される。この制御回路１２０は輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａおよびデコーダ１２１からの入力信号Ｂに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、散乱型変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２１は外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信しこれをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１１７】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は散乱型変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０−３ｓｒから１．１×１０−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を散乱型変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１１８】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は図１に示されるように輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２１によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１８に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり。入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１８に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１１９】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２１からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗なる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１２０】
上述した構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラスト比が集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラスト比となった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラスト比を得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１２１】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１２２】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラスト比よりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１２３】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラスト比が良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。
【０１２４】
この投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラスト比の下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１２５】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラスト比であっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラスト比よりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１２６】
この投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１２７】
尚、上述した例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１２８】
さらに、この例では、表示装置が変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ、ＴＮ型液晶や斜め電界による液晶回析格子等の変調素子に変更してもよい。
【０１２９】
以下、本発明の第１の態様に係る投射型表示装置について、図７を参照して説明する。
【０１３０】
図７において、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に配置してなる光学系を具備している。ランプ１０２から得られた光は、直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域で変調するもので、変調素子駆動回路１０７により駆動される。この変調素子１０８は液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に備えた液晶パネルである。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０１３１】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーンＳＣに投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。
【０１３２】
電動絞り１０４および１１１は、絞り駆動回路１２３により制御される内蔵サーボモータＭを有し、このサーボモータの動作により絞りサイズ、すなわち開口部の形状、サイズが調整される。この開口部の形状は四角形あるいは円形等であってよく、特に好ましくは、図８（ａ）に示すように円形とし、サーボモータによってその半径ｒを変化させる構造であるとよい。また、図８（ｂ）に示すようにサーボモータによって開口部の上下及び／又は左右が遮光される構造でもよい。なお、上下／左右を遮光して四角形の開口とすると、より好ましい。
【０１３３】
特に好ましくは、電動絞り１０４および１１１は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、カメラでよく使用されている絞りと同様の構成とするのがよい。図８（ｃ）は、開口径が小の場合、図８（ｄ）は、開口径が中間の場合、図８（ｅ）は、開口径が大の場合をそれぞれ示す。
【０１３４】
図７に示す例では、電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードＣＢにより構成されている。これらセラミックブレードＣＢの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径ｒをサーボモータＭで変化させることにより、電動絞り１０４および１１１は、集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０１３５】
さらに、この表示装置は、表示動作全体を制御する表示制御回路１２１、この表示制御回路１２１によって指定される輝度レベルに設定されたラスター信号を発生するラスター信号発生回路１２２、表示制御回路１２１によって指定される集光角、すなわち開口半径ｒを持つよう電動絞り１０４および１１１絞りの各々を駆動する絞り駆動回路１２３、スクリーンＳＣの明るさを検出しこの明るさに応じたアナログ電圧信号を発生する光センサ１２８、および光センサ１２８からの電圧信号をデジタル信号に変換して表示制御回路１２１に入力するための光センサインターフェース回路１２４を有する。
【０１３６】
表示制御回路１２１は、データバス１２５を介してラスター信号発生回路１２２、絞り駆動回路１２３、および光センサインターフェース回路１２４に接続され、光センサ１２８は光センサインターフェース回路１２４に接続され、絞り駆動回路１２３は電動絞り１０４および１１１絞りに接続され、変調素子駆動回路１０７は変調素子１０８に接続される。
【０１３７】
この表示装置は、ラスター信号発生回路１２２の状態によって制御される切替スイッチＳＷ１およびＳＷ３と、絞り調整を命じるプッシュスイッチＳＷ２とを有する。スイッチＳＷ１は映像信号が供給されるビデオ入力端１３１に接続される第１接点、ラスター信号発生回路１２２のラスター信号出力端に接続される第２接点、変調素子駆動回路１０７に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。
【０１３８】
スイッチＳＷ２は、表示制御回路１２１の一対のスイッチ接続端子間に接続される。スイッチＳＷ３は、可変抵抗１２７の一端に接続される第１接点、固定抵抗１２６の一端に接続される第２接点、絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の一方に接続される共通接点、およびラスター信号発生回路１２２のステータス出力端子に接続される制御端子を有する。固定抵抗１２６および可変抵抗１２７の他端は絞り駆動回路１２３の抵抗接続端子の他方に接続される。
【０１３９】
表示制御回路１２１は、スイッチＳＷ２が押されたことを検出して絞り調整モードを設定する。ラスター信号発生回路１２２は通常は停止状態に維持されており、この絞り調整モードにおいて作動状態にされる。スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生回路１２２が停止状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第１接点に接続させ、ラスター信号発生回路１２２が作動状態にあるときに供給されるステータス信号の下で共通接点を第２接点に接続させる。
【０１４０】
すなわち、通常、スイッチＳＷ１は映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。ラスター信号発生回路１２２が絞り調整モードの設定により作動状態になった場合、スイッチＳＷ１はラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ２は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４１】
絞り駆動回路１２３は、固定抵抗１２６に接続された状態において電動絞り１０４および１１１を表示制御回路１２１によって指定される電動絞りの集光角、すなわち開口半径に調整する。可変抵抗器１２７はこうして設定された集光角をさらに修正するために設けられたもので、手動で操作される。絞り駆動回路１２３は可変抵抗１２７に接続された状態において可変抵抗１２７が操作されたとき、集光角の値を可変抵抗１２７の抵抗値に応じて正および負の方向に修正する。光センサ１２８は、例えばフォトダイオードと集光レンズで構成され、スクリーンＳＣの明るさは光センサ１２８から光センサインターフェース１２４を介して表示制御回路１２１に供給される信号に基づいて測定される。
【０１４２】
表示制御回路１２１は、様々なデータ処理を行なうマイクロプロセッサＭＰおよびこのマイクロプロセッサＭＰの制御プログラムおよび様々なデータを格納するメモリＳＭを有する。制御プログラムは絞り制御モードで最適な集光角を決定するための処理ルーチンを含む。
【０１４３】
次に、この表示装置の動作を図９および図１０に示すフロ−チャ−トを参照して説明する。
【０１４４】
図９において、表示制御回路１２１は電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、ステップＳ２０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため、絞り調整モードを設定し、ラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１４５】
スイッチＳＷ１はラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０３で様々な絞りの集光角に対するスクリーンＳＣの明るさを求める測定処理を行なう。
【０１４６】
図１０はこの測定処理をさらに詳細に示す。表示制御回路１２１は変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ２５１で待ち、ステップＳ２５２で各絞りを最も絞った状態に設定するために集光角１．０×１０^−３ｓｒａｄを絞り駆動回路１２３に指定する。表示制御回路１２１は各絞りが最も絞られた状態で光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。この後、表示制御回路１２１はステップＳ２５３で集光角を０．５×１０^−３ｓｒａｄの割合で増加させ、集光角が増大される毎に光センサ１２８により検出されたスクリーンの明るさをステップＳ２５４で測定する。ステップＳ２５５で集光角が９．５×１０^−３ｓｒａｄという絞りを最も開いた状態にする値に達したことが検出されると、白画像を表示した場合の測定処理が終了し、図９に示すステップＳ２０４が実行される。
【０１４７】
このステップＳ２０４では、表示制御回路１２１はステップＳ２０２でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ２はステップＳ２０２のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。この後、表示制御回路１２１は、ステップＳ２０５で再び図１０に示す測定処理を行なう。黒画像を表示した場合の測定処理が終了すると、ステップＳ２０６が実行される。
【０１４８】
このステップＳ２０６では、表示制御回路１２１が集光角とコントラストとの関係を示すデータテーブルを作成する。このデータテーブルは、同一集光角に対してステップＳ２０３で得られた明るさの測定値とステップＳ２０５で得られた明るさの測定値との比をコントラストとして求めることにより作成される。表示制御回路１２１はステップＳ２０７でコントラストが最大となる最適な集光角をこのデータテーブルから探し出し、この最適な集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。絞り駆動回路１２３がこの最適な集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ２０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１４９】
上述した実施例では、スイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つように自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１５０】
ここで、高分子分散型液晶を用いた変調素子で得られた表示実験の結果を示す。コントラストは集光角１．０×１０^−３ｓｒａｄの場合で７０：１、集光角９．５×１０^−３ｓｒａｄの場合で１８：１となった。また、白画像表示時の光量は、集光角１．０×１０^−３ｓｒａｄの場合で１８ｌｍで、集光角９．５×１０^−３ｓｒａｄの場合で７５ｌｍの表示であった。また、部屋の明るさを変えて表示実験を行ってみたが、その都度スイッチＳＷ２を押すことで電動絞り１０４および１１１の集光角がコントラストを最大とする最適値に速やかに調整されるため、こうした使用環境の変化に対して容易に対処できる。
【０１５１】
次に、本発明の第１の態様に係る他の投射型表示装置の例について図１１を参照して説明する。
【０１５２】
この表示装置は表示制御回路１２１に設けられたメモリＳＭの内容を除いて第７図に示す装置と全く同様のハードウエアで構成される。このため、同様部分を同一参照符号で示し、ハードウエア部分の説明を省略する。この実施例では、電動絞り１０４および１１１に共通な可変範囲にある様々な集光角と、これら集光角の下で白画像および黒画像をそれぞれ表示するために変調素子から出射される変調光強度との標準的な関係を示すデータテーブルが予めメモリＳＭに格納され、制御プログラムがこのテーブルを使用するために修正される。
【０１５３】
すなわち、表示制御回路１２１は、電源投入に伴って制御プログラムを実行することにより、図１１に示す表示制御処理を行なう。この表示制御処理が開始されると、まずステップＳ３０１でプッシュスイッチＳＷ２が押されたかどうかがチェックされる。プッシュスイッチＳＷ２が押されたことが検出されると、表示制御回路１２１はステップＳ３０２でラスター信号発生装置１２２を作動状態にするため絞り調整モードを設定し、２．１×１０^−３ｓｒａｄという標準的な絞りの集光角を絞り駆動回路１２３に指定し、さらにステップＳ３０３でラスター信号の輝度レベルを最高にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。
【０１５４】
スイッチＳＷ１は、ラスター信号発生装置１２２から発生されたラスター信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は、固定抵抗１２６を絞り駆動回路１２３に接続する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最大となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に白画像を表示させる最も明るい変調光を出射させる。その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０４で待ち、絞りの集光角が２．１×１０_−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０５で測定する。
【０１５５】
さらに、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０６でラスター信号の輝度レベルを最低にするようラスター信号発生装置１２２に指定する。スイッチＳＷ１およびＳＷ３はステップＳ３０３のときと同様に機能する。このとき、変調素子駆動回路１０７はラスター信号に対応して光透過率（変調度）が最小となるよう変調素子１０８を駆動し、スクリーンＳＣ全体に黒画像を表示させる最も暗い変調光を出射させる。
【０１５６】
その後、表示制御回路１２１は、変調素子１０８を実際に駆動するために要する応答時間を考慮して決定される０．５秒程度の所定時間が経過するのをステップＳ３０７で待ち、絞りの開口角が２．１×１０^−３ｓｒａｄに設定された状態で光センサ１２８により検出された明るさをステップＳ３０８で測定する。
【０１５７】
表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で、白画像をスクリーンに表示した状態において得られる明るさＬ_ＯＮと、変調素子１０８から出射される変調光の強度Ｉ_ＯＮと、背景の明るさＬ_０ との関係を表す式Ｌ_ＯＮ＝ｑＩ_ＯＮ＋Ｌ_０ 、並びに黒画像がスクリーンに表示された状態において得られる明るさＬ_ＯＦＦ と、変調素子１０８から出射される変調光の強度Ｉ_ＯＦＦ と、背景の明るさＬ_０ との関係を表す式Ｌ_ＯＦＦ ＝ｑＩ_ＯＦＦ ＋Ｌ_０ に含まれる投射係数ｑおよび背景の明るさＬ_０ を求める。すなわち、ステップＳ３０５およびＳ３０８で得られたＬ_ＯＮおよびＬ_ＯＦＦ の測定値が変調光の強度Ｉ_ＯＮおよびＩ_ＯＦＦ と共にこれらの式に代入される。ここでｑは正の定数であり、Ｉ_ＯＮおよびＩ_ＯＦＦ はメモリＳＭに格納されたデータテーブルから得られる値である。
【０１５８】
その後、ステップＳ３１０で、表示制御回路１２１は、ステップＳ３０９で既知となったｑおよびＬ_０ をステップＳ３０９で示したＬ_ＯＮ＝ｑＩ_ＯＮ＋Ｌ_０ およびＬ_ＯＦＦ ＝ｑＩ_ＯＦＦ ＋Ｌ_０ という２つの式に代入し、さらに絞りに共通な可変範囲において集光角を変化させたとしてデータテーブルから得られる変調光の強度Ｉ_ＯＮおよびＩ_ＯＦＦ をこられの式に代入することによりコントラストＬ_ＯＮ／Ｌ_ＯＦＦ が最大となる集光角を求め、ステップＳ３１１でこの集光角を絞り駆動回路１２３に指定する。
【０１５９】
絞り駆動回路１２３がこの集光角を持つよう電動絞り１０４および１１１の各々を駆動すると、表示制御回路１２１はステップＳ３１２でラスター信号発生装置１２２を停止状態にするため絞り調整モードを解除し、再びステップＳ３０１を実行する。絞り調整モードの解除後、スイッチＳＷ１はビデオ入力端に入力される映像信号を変調素子駆動回路１０７に供給し、スイッチＳＷ３は可変抵抗１２７を絞り駆動回路１２３に接続する。
【０１６０】
この第２の実施例では、第１の実施例と同様にスイッチＳＷ２を押すことにより、コントラストが最大となる絞りの最適な集光角が求められ、絞りがこの最適集光角を持つよう自動的に調整される。可変抵抗器１２７はこの調整後利用可能になるので、最適集光角の下で得られる表示画像の明るさをさらに好みに応じて明るくまたは暗くなる方向に変更することができる。
【０１６１】
さらにこの実施例では、絞りの集光角を短時間で最適化することができる。すなわち、第１の実施例では、白画像および黒画像をスクリーンに表示させた状態で、可変範囲において０．５×１０^−３ｓｒａｄの割合で絞りの集光角を変化させ、その度にスクリーンの明るさを測定しなくてはならない。これに対し、第２実施例では、スクリーンの明るさを測定する回数がメモリＳＭに予め用意されたデータテーブルを利用することによりを２回に低減でき、その結果絞りの集光角を最適化するために必要とされる時間を５秒以下にすることが可能になる。
【０１６２】
また、この第２の実施例においては、式Ｌ＝ｑ Ｉ＋Ｌ_０ におけるｑ およびＬ_０ を推定するために、標準的な集光角において得られる最も明るい光強度Ｉ_ＯＮの変調光および最も暗い光強度Ｉ_ＯＦＦ の変調光の２つを各々出射光として用いて明るさＬを測定したが、それ以外の変調状態を用いても本発明の主旨を損なうものではない。
【０１６３】
例えば、所定の中間調レベルに設定された変調素子の変調度において集光角を最大としたときに得られる変調光の光強度Ｉ_ＡＭＡＸおよび集光角を最小にしたときに得られる変調光の光強度Ｉ_ＡＭＩＮと、これら変調光をそれぞれ出射光として用いて測定された明るさＬ_ＡＭＡＸおよびＬ_ＡＭＩＮとを次式に代入することによりｑ およびＬ_０ を求めてもよい。
【０１６４】
Ｌ_ＡＭＡＸ ＝ ｑＩ_ＡＭＡＸ ＋ Ｌ_０
Ｌ_ＡＭＩＮ ＝ ｑＩ_ＡＭＩＮ ＋ Ｌ_０
要点は、ｑ およびＬ_０ を求めるために少なくとも２つの異なる光強度の変調光をスクリーンＳＣに投射し、このときに得られるスクリーンＳＣの明るさを測定することにある。ただし、ｑ およびＬ_０ の精度はこれら変調光の強度差が大きいほどが向上することから、一方の変調光の強度を最大に設定し他方の変調光の強度を最小にすることが好ましい。
【０１６５】
また、２つの異なる強度の変調光を投射する代わりに例えば３つ以上ｎ個の異なる変調光を投射こともできる。これら変調光の投射により得られる明るさは、次式によって表される。
【０１６６】
Ｌ_ｉ ＝ ｑ Ｉ_ｉ ＋ Ｌ_０ （ｉ ＝ １，２，… ｎ）
この場合、ｑ およびＬ_０ を最小自乗法等の手法を用いて求めてもよい。これらｑ およびＬ_０ が求められれば、様々な比ｑ ／Ｌ_０ に対する最適な絞り状態の関係を示す一次元のデータテーブルから、求めたｑ およびＬ_０ の比に対応する最適な絞りの状態を決定することができる。
【０１６７】
尚、上述した各実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１６８】
さらに、各実施例では、表示装置が変調素子の透過光を変調光として利用するように構成されたが、変調素子の反射光を利用するように構成されてもよい。また、変調素子は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。
【０１６９】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、変調素子に入射する光束の角度分布を反映するスクリーンの明るさを検出し、この値が表示画像のコントラストを最大とする絞り調整に利用されるため、スクリーンが置かれた環境の下でより見易い表示画像を得ることができる。
【０１７０】
次に、本発明の第２の態様に係る投射型表示装置について説明する。
【０１７１】
図１２はこの投射型表示装置の構成を示す。光学系に関し、投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、コンデンサレンズ１０３、電動絞り１０４、変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ１１０、および電動絞り１１１を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を平行光線として変調素子１０８に入射させる。変調素子１０８は、高分子樹脂中に液晶材料が分散されて成る高分子分散型液晶層を光変調層として一対の透明電極基板間に備え、この光変調層により光の空間的な伝搬方向を映像信号に応じて変調する変調素子として駆動回路１０７により駆動される。変調素子１０８からの変調光はフィールドレンズ１０９を介して投射レンズ１１０に入射する。投射レンズ１１０は入射光を反射型スクリーンＳＣに投射する。すなわち、この投射型表示装置の基本的な構成は、図７に示す投射型表示装置と同様である。
【０１７２】
この表示装置は、図７に示す装置と同様、二つの電動絞り１０４および１１１を具備している。絞り１０４はコンデンサレンズ１０３に入射する光線の光束を絞るために設けられ、電動絞り１１１は投射レンズ１１０から投射される光線の光束を絞るために設けられる。各電動絞りの制御回路１２０は、輝度信号平滑回路１４０からの入力信号Ａ、デコーダ１２９からの入力信号Ｂ、及び光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞り１０４および１１１を動作させ、変調素子１０８に入射する光束分布および表示に寄与する出射光束角度範囲を制御する。デコーダ１２９は、外部の赤外線リモコンから送信される制御信号を受信し、これをデコードすることにより信号Ｂを得る。
【０１７３】
図１３は制御回路１２０の入力信号ＡおよびＢと絞りの集光角との関係を示す。絞りの状態は変調素子１０８の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角として示される。絞り１１１の集光角は、８．６×１０^−３ｓｒから１．１×１０^−３ｓｒの範囲で可変されるように設定される。また、絞り１０４も同じ角度範囲の光束を変調素子１０８に入射させるように制御される。
【０１７４】
制御回路１２０の入力信号Ａは、映像信号に含まれる輝度信号の時間的平均強度であり、輝度信号平滑回路１４０により発生される。この輝度信号平滑回路１４０は、図１０に示されるように、輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０ＡおよびＲＣ積分回路１４０Ｂにより構成される。積分回路１４０Ｂの時定数ＲＣは、抵抗Ｒを調整することにより変更できる。制御回路１２０の入力信号Ａはブランキングレベル（黒レベル）検出回路１４０Ａの出力（黒レベル）と輝度信号の差をＲＣ積分回路１４０Ｂにより平均化することにより得られる。
【０１７５】
制御回路１２０の入力信号Ｂは、赤外線リモコンからの制御信号をデコーダ１２９によりデコードすることにより得られる信号であり、この信号は赤外線リモコンにより任意の値に設定することができる。この信号は、図１２に示すように、入力信号Ａの絞りに対する影響の強さを変化させるものであり、入力信号Ｂの値が充分小さくされると、絞りは集光角が最小の状態で入力信号Ａによらず一定となる。逆に、入力信号Ｂの値が充分大きくされると、絞りは集光角が最大の状態で入力信号Ａによらず一定となる。また、集光角を特定の値で固定する場合には、制御回路１２０に設けられる図示しない切り替えスイッチで入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定される。
【０１７６】
また、駆動回路１０７の特徴は、平滑回路１４０Ｂの出力信号を入力の一つとして、散乱型液晶パネルを駆動する電圧に補正をかけることである。この補正では、デコーダ１２９からのデコード信号から制御回路１２０の動作状態が検出され、この制御回路に同期して駆動信号の平均強度の変化が小さくなる方向に補正される。従って、集光角が小さくなることで本来暗い投射映像がさらに暗くなる場合に、散乱型液晶パネルの明るさが逆に増大する方向に修正され、最終的に得られる投射映像において明るさの変動が緩和される。
【０１７７】
以上のようにして、入力信号Ａが図１２に示す中間の信号固定値で一定となるように設定されると、次に、光センサインタ−フェ−ス回路１２４からの信号Ｃに基づいて絞りが制御される。
【０１７８】
次に、図１２に示す表示装置における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０について、図１４〜図１７を参照して具体的に説明する。
【０１７９】
図１４に示す平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路１４０では、入力端子１５１から正極性の映像信号が入力され、カップリングコンデンサ−１７１を介してトランジスタ１７４のコレクタに加えられる。トランジスタ１７４のコレクタには、電源端子１６１に供給される電源電圧Ｖ_ＣＣを抵抗１７２，１７３により分圧した電圧がバイアスされている。
【０１８０】
トランジスタ１７４のベ−スには、端子１６２から抵抗１７５を介してゲ−トパルスが加えられる。このトランジスタ１７４において、ゲ−トパルスの期間、平均映像レベル（ＡＰＬ）が検出される。検出される期間は、例えば映像信号のブランキング期間である。
【０１８１】
次に、検出されたＡＰＬは、バッファトランジスタ１７６を介して、整流ダイオ−ド１７７と抵抗１７８とコンデンサ−１７９とからなる時定数回路でピ−ク整流され、トランジスタｌ８０と抵抗１８１とからなるバッッファアンプと抵抗１８２を介して、以下のような信号が得られる。
【０１８２】
図１５は、ＡＰＬの低い映像信号の場合、及びＡＰＬの高い映像信号の場合の、トランジスタ１７４のコレクタ入力、バッファトランジスタ１７６のエミッタ出力、及びバッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力を示す。図１５から、バッファトランジスタｌ８０のエミッタ出力は、ＡＰＬが低いときは低く、ＡＰＬが高いときは高くなることがわかる。この電圧変化は、抵抗１８２を介して得られる。
【０１８３】
図１６は、ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図である。端子１５１に例えば同期信号の先端がクランプされた映像信号を入力するものとする。ここでトランジスタ１９０は抵抗１９１とコンデンサ１９２とからなる並列回路を介して電源端子１６１に接続されており、トランジスタ１９０のエミッタは、抵抗１９３とツェナダイオ−ド１９４とを介して基準電位点に接続されている。
【０１８４】
トランジスタ１９０のコレクタは、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のベ−スに接続されており、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタは、抵抗１９６とコンデンサ１９７とからなる並列回路を介して電源端子１６２に接続され、かつトランジスタｌ８０のベ−スに接続されている。トランジスタｌ８０、抵抗１８２は、図１５に示すものと同様である。
【０１８５】
図１６に示す構成の回路において、トランジスタ１９０のベ−スに、クランプされた映像信号を入力すると、トランジスタ１９０のコレクタからは、ツェナダイオ−ド１９４で設定されたしきい値以上のレベルの信号が反復増幅されて出力される。この信号はトランジスタ１９５のベ−ス・エミッタにより整流され、トランジスタｌ８０を介して取り出される。
【０１８６】
このトランジスタｌ８０のエミッタ出力により、誤差増幅器１５０の入力端（−）の基準電圧が変化する。このようにすることにより、トランジスタ１９０のコレクタ入力、バッファトランジスタ１９５のエミッタ出力は、図１７に示すようになる。なお、図１７において、ハッチングが付された部分は、トランジスタ１９５により増幅された部分であり、このしきい値以下の部分がトランジスタ１８０のベ−ス・エミッタ間を通して整流される。
【０１８７】
上述した図１２に示す構成の表示装置を暗室で表示動作させたところ、高分子分散液晶の特性が不十分なためにコントラストが集光角１．１×１０−３ｓｒの場合で７０：１、８．６×１０−３ｓｒの場合に１８：１のコントラストとなった。また、白表示時の光量は、集光角１．１×１０−３ｓｒの場合に１８ｌｍであり、８．６×１０−３ｓｒの場合に７５ｌｍの表示であった。絞りが固定の場合には、充分なコントラストを得るために、集光角が最小となる１．１×１０−３ｓｒの状態で絞りを使用する必要がある。これに対して、実施例のように可変である場合には、明るい場面で全体の明るさを上げられるので、表示の印象は劇的に改善された。特に、星座や月世界の映像を収録したビデオソフトを使用して表示動作を行った場合、星座の場面で背景の黒が引き締まり、絞りを固定している場合とはまったく異なる非常に良好な表示となる。また、平均的な明るさの変化と絞りの調整速度の関係に関し、絞り調整の時定数を０．５秒から１秒程度に設定したところ、不自然さをあまり感じさせることなく表示特性を改善できた。
【０１８８】
次に、５００ｌｕｘの室内にて反射ゲイン１３倍のスクリーンを用いて表示を行ったところ、室内光によるスクリーンの明るさがかなり気になる状態であり、集光角をほぼ最大の状態に設定したときに最も良い印象がえられた。この設定は、室内が充分暗い場合にはかえってコントラスト不足が気になってしまい、より集光角を小さくした場合に比べて悪い設定である。この実施例の表示装置を使用した場合、その使用環境の明るさが異なっても、表示特性を最適化して表示動作を行なえることが確認できた。
【０１８９】
人間の感覚は、明るい環境では、その明るさに対して暗い部分を黒として認識するので、明るい場面では黒表示に対する要求はあまり厳しくない。この場合は、コントラストよりもむしろ白部分が充分明るいことが重要である。
【０１９０】
逆に、暗い場面では、明るい黒と暗い黒との区別が明確になるよう暗さに対して感覚が敏感になる。白部分については、その周辺の黒部分との対比によりその明るさが強調されて見えるので、白部分の絶対的な明るさはあまり重要でない。この場合、コントラストが良く、黒が充分暗く表示されることが要求される。 この実施例の投射型表示装置は、人間の感覚を満足するよう表示特性を変更することが可能であり、かつ従来では得られなかったような表示特性も得ることができる。すなわち、充分なコントラストの下で実質的な明るさを向上させることができる。
【０１９１】
この投射型表示装置は時間帯あるいは場所等に依存した様々な環境で実際に使用されることになる。特に外光（室内の照明、窓の採光部）がスクリーンに作用してその明るさを決めるため、黒の映像部分は非常に影響を受け易い。すなわち、スクリーン周辺が明る過ぎると、表示装置からの出力光が良好なコントラストであっても、スクリーンに表示された映像のコントラストは低下する。従って、このような状態ではコントラストよりも明るさを優先した表示が行われる。また、充分暗い部屋等では、白表示が少々暗くてもしっかりと黒が沈んで見えるように表示が行われる。
【０１９２】
この実施例の投射型表示装置は、周囲環境の諸条件により黒表示と白表示とのどちらを優先するかを任意に選択可能である。さらに、この表示装置は上述した良好な表示性能を有するにもかかわらず低消費電力である。
【０１９３】
尚、上述した実施例では、反射型のスクリーンＳＣがフロント側で表示画像を見るために用いられたが、透過型のスクリーンがリア側で表示画像を見るために用いられてもよい。
【０１９４】
さらに、この実施例では、表示装置が光変調素子として設けられる散乱型液晶パネルの透過光を利用するように構成されたが、散乱型液晶パネルの反射光を利用するように構成されてもよい。この散乱型液晶パネルは高分子分散型液晶層の代わりに例えば微粒子分散型液晶層を光変調層として有するものでもよい。また、散乱型液晶パネルはＤＭＤ等の光変調素子に変更してもよい。
【０１９５】
本実施例に係る表示装置では、映像を明るい場面ではより明るくし暗い場面ではより暗く表示することが可能であり、実効的なコントラストおよび明るさが向上する。これは、図１８に示すように絞りの状態により表示特性が変化するためである。図１８において、絞りの状態は光変調素子の出射光束の中で絞りを通過する角度、すなわち集光角の形で示される。集光角が小さい場合には、表示が全体的に暗くなるが、特に黒表示の場合に暗くなるためにコントラストは良くなる。これに対して、集光角を大きくすると、白表示だけでなく、黒表示の部分もより明るくなって、コントラストが小さくなってしまう。これに対して、表示の明るさに対応して集光角を変えることで最大輝度と最小輝度を表示に利用できるようになる。
【０１９６】
また、明るい環境では、明るさを重視した表示特性を得るとことができ、暗い環境では黒レベルを重視した高コントラストの表示特性をすることができる。すなわち、図１９に示すように、外部の明るさのために、表示スクリーンの明るさが常に一定以上である場合、黒レベルはそれよりも下がらないので、表示装置の出力光束が小さくなってもあまり意味を持たなくなる。従って、この場合には絞りを開けて明るさを重視した表示を行なうことで、環境も含めた全体の表示特性が良くなる。
【０１９７】
以上説明したように、第２の態様によれば、スクリーン上に表示される映像のコントラストと明るさを適切に制御することができる。
【０１９８】
次に、本発明の第３の実施態様について説明する。
【０１９９】
第１及び第２の態様に係る表示装置において、或いは従来の表示装置において、絞りの集光角が調整されると、所望の透過光強度が、輝度信号電圧に対応して生成される駆動電圧の下で得られなくなってしまう。すなわち、表示画像の階調が正確に再現されなくなる。さらに変調素子が赤、緑、および青の色成分で構成されるカラー画像を表示する場合、これら色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化させる結果となる。
【０２００】
また、上述の投射型表示装置にあっては、種々の環境下で表示状態の最適化を図ることができるものの、明るさ優先の表示を行う際と、コントラスト優先の表示を行う際とで、液晶パネルへ入射される光線の角度分布が異なることに起因したコントラストの低下や表示品位劣化がある。そして、このような表示品位の劣化は、液晶パネルへ入射される光束の変化に起因した液晶パネルの画素スイッチ素子の光リーク電流の変動によって生ずる。
【０２０１】
本発明の第３の態様は、上述した技術課題に鑑みなされたものであって、画像の階調を正確に再現するものであるとともに、各種環境下で良好な表示画像が得られ、特に明るい環境下の使用であっても、表示品位の優れた投射型表示装置を提供する。
【０２０２】
まず、液晶パネルの光リ−クのない場合においての変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の集光角制御依存性について、発明者らの考察によれば、変調素子の駆動電圧−変調光強度特性は図２０のようになる。図２０において、特性曲線Ｙ１は、標準的な５度の集光角において得られる変調素子の駆動電圧と透過光（変調光）強度との相対的な関係を表す。この特性曲線Ｙ１は、絞りを開いたときに曲線Ｙ２で示すようにシフトし、絞りを絞ったときに曲線Ｙ３で示すようにシフトする。これは、同一駆動電圧に対する透過光強度を変化させることになる。例えば変調素子の特性曲線Ｙ１が曲線Ｙ２にシフトした場合、変調素子の透過率は、図２１に示すように、０．６Ｖの輝度信号電圧に対して設定されるべき値である０．６よりも高い値に設定される。
【０２０３】
このような駆動電圧−変調光強度特性の絞りに対する依存性は、以下に説明する原因によるものと考えられる。即ち、変調素子に対する入射光束の分布は、図２２に示すように、絞りの集光角によって決まる出射光束の分布に等しい。変調素子は、図２３に示すように、光を散乱させる散乱性を持ち、絞りの集光角が図２２においてＡ，Ｂ，およびＣで示すように変化する場合、出射光束は、これら集光角Ａ，Ｂ，およびＣについてそれぞれ図２４Ａ，図２４Ｂ，および図２４Ｃに示すように分布する。
【０２０４】
しかし、これら出射光束は、例えば出射側の絞りにより、入射光束の分布と同じ一定角度範囲の部分を除いて遮られてしまうため、これらの図においてハッチングで示す部分だけが表示に関与する出射光束として有効なものとなる。この遮光部分に対する有効部分の比率は、これらの図から明らかなように、集光角が広いほど大きくなる。
【０２０５】
変調素子の相対透過率は、入射光束の全てが変調素子で散乱されず出射側の絞りを通過する出射光束の光束量と、変調素子の散乱性により散乱された時に出射側の絞りを透過する出射光束の光束量との比である。変調素子が図２３のような散乱性を示す場合、図２２にＡ，Ｂ，Ｃで示すような入射光束および出射光束となる絞り量について、透過率はそれぞれ図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）示す様になる。すなわち、集光角が広いほど、入射光束に対する出射側の絞りを透過する出射光束の割合が大きくなることがわかる。
【０２０６】
本発明の第３の態様に係る表示装置によれば、補償回路が絞り制御部に連動して変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の変化を補償する。このため、絞り量を調整して画像の明るさを変化させた場合でも、適切にガンマ補正を行なうことが可能となる。従って、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が防止される。
【０２０７】
以下、本発明の第３の態様に係る投射型表示装置について、図面を参照して説明する。
【０２０８】
図２５は、この投射型表示装置の全体構成を示す。この投射型表示装置は、回転楕円型のミラー１０１、光源ランプ１０２、電動絞り１０４、コンデンサレンズ１０３、散乱型変調素子１０８、フィールドレンズ１０９、投射レンズ群１１０、および電動絞り１１１が光軸上に並べられた光学系を有する。ランプ１０２から得られた光は直接およびミラー１０１で反射してコンデンサレンズ１０３に入射する。コンデンサレンズ１０３はこの入射光を互いに平行な光線として変調素子１０８に入射させる。この変調素子１０８は入射光の空間的な伝搬方向を２次元領域において変調するもので、ガンマ補正回路２１０および極性反転／非反転増幅回路２１１で構成される駆動回路により駆動される。
【０２０９】
変調素子１０８は、液晶材料が高分子樹脂中に分散された液晶層を一対の透明電極基板間に保持する高分子分散型液晶パネルであり、複数のカラー画素グループが液晶パネルにおいてマトリクス状に配置される。各画素グループは赤、緑、および青の画素で構成される。フィールドレンズ１０９は変調素子１０８からの変調光を投射レンズ群１１０に導き、投射レンズ群１１０はこの変調光を反射型スクリーンに投射する。即ち、この投射型表示装置の基本的な表示原理は従来と同様である。
【０２１０】
この表示装置では、電動絞り１０４が光源ランプ１０２およびコンデンサレンズ１０３間に配置され、電動絞り１１１が投射レンズ群１１０内に配置される。電動絞り１０４は変調素子１０８に入射される光線の角度範囲を制御するため光源ランプ１０２からの光源光の光束を絞り、電動絞り１１１はスクリーン１０９に投射される光線の角度範囲を制御するため変調素子１０８からの変調光の光束を絞る。電動絞り１０４および１１１の各々は耐熱性に優れた５枚のセラミックブレードおよびサーボモータを有し、セラミックブレードの組み合わせにより構成される円形の開口の寸法、すなわち半径をサーボモータで変化させることにより集光角が変化する円形の可変絞りとして機能する。
【０２１１】
この表示装置には、カラー映像信号を赤，緑，青の色成分に分解することにより得られる３つの輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢが供給される。各輝度信号は変調素子１０８に設けられた対応色の画素の輝度を１フィールド周期で順次指定する。この表示装置はさらに表示画像のコントラストおよび明るさを最適化するために電動絞り１０４および１１１の集光角、すなわち開口半径を輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢに基づいて共通に調整する絞り制御回路２１２を有する。
【０２１２】
この絞り制御回路２１２は、調整された絞りの集光角を表す集光角データＤをガンマ補正回路２１０に供給する。ガンマ補正回路２１０は集光角データＤに基づいて輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢをガンマ補正し、これを駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯとして極性反転／非反転増幅回路２１１に供給する。極性反転／非反転増幅回路２１１は、例えば映像信号の水平走査周期で駆動電圧ＲＯ，ＧＯ，およびＢＯの極性を正極性および負極性の一方から他方に反転し、変調素子１０８に供給する。
【０２１３】
図２６は、ガンマ補正回路２１０の構成をさらに詳細に示す。ガンマ補正回路２１０は輝度信号Ｒ，Ｇ，およびＢについてそれぞれガンマ補正を行なうため互いに同様に構成される処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３を有する。これら処理チャネルＣＨ１−ＣＨ３の各々は、対応色の輝度信号を画素毎の輝度を表すデジタル形式の輝度データＩに変換するＡ／Ｄ変換器２０１、このＡ／Ｄ変換器２０１からの輝度データＩに対応する基準駆動電圧データＶＲを発生するガンマ特性変換テーブル２０２、絞り制御回路２１２からの集光角データＤに対応する補正データΔＶを発生する補正テーブル２０３、補正データΔＶを基準電圧データＶＲに加算する加算器２０４、およびこの加算結果をアナログ形式の駆動電圧信号に変換するＤ／Ａ変換器２０５で構成される。
【０２１４】
特性変換テーブル２０２は輝度データＩによって選択される複数の基準駆動電圧データＶＲを格納したＲＯＭであり、各基準駆動電圧データＶＲは輝度データＩによって指定される輝度に対して図２２に示す特性曲線Ｙ１によって決まる基準駆動電圧を表す。補正テーブル２０３は輝度データＩによって選択される複数の補正データΔＶを格納したＲＯＭであり、各補正データΔＶは集光角データＤで指定される集光角に対して得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧を表す。
【０２１５】
ここで、各処理チャネルの動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器２０１は輝度信号を輝度データＩに変換し、これをガンマ特性変換テーブル２０２に供給する。これにより、ガンマ特性変換テーブル２０２に格納された基準駆動電圧データＶＲのうちの１つがこの輝度データＩにより選択され、標準的な５度の集光角で得られる特性曲線Ｙ１に基づくガンマ補正の結果として加算器２０４に供給される。他方、補正テーブル２０３に格納された補正データΔＶのうちの１つが絞り制御回路２１２からの集光角データＤにより選択され、集光角データＤによって指定された集光角に対して得られる特性曲線と特性曲線Ｙ１との差を近似した補正電圧として加算器２０４に供給される。加算器２０４は基準駆動電圧データＶＲと補正データΔＶとを加算する。この加算結果は現在の集光角に適した駆動電圧を表し、Ｄ／Ａ変換器２０５により駆動電圧信号に変換される。
【０２１６】
電動絞り１０４および１１１が例えば５度の標準的な集光角に設定されている場合、補正データΔＶはゼロを表すため、加算器２０４の加算結果は基準駆動電圧データＶＲに等しくなる。集光角データＤが集光角の調整により変化すると、補正データΔＶもゼロから正または負の方向に変化する。補正データΔＶは絞りの集光角が５度よりも大きい場合に負となり、絞りの集光角が５度よりも小さい場合に正となる。高分子分散型液晶を用いた変調素子１０８は電圧印加により光散乱性が低下し変調光強度が増大する素子であるため、駆動電圧は絞りの集光角が増大するほど小さくなり、絞りの集光角が減少するほど大きくなるよう補正される。
【０２１７】
この表示装置では、２つの電動絞り１０４および１１１が設けられ、これらの集光角の調整に伴ってガンマ補正回路２１０の実質的な特性が変化する。この結果、駆動電圧が絞りの集光角に対して適切に補正されるため、輝度信号によって指定された輝度を集光角に依存せずに得ることが可能となる。すなわち、絞りの集光角が変化したとき、階調の潰れおよび不自然な色調の変化等が生じない。
【０２１８】
尚、上述の実施例では電動絞り１０４および１１１の集光角が同様に可変されたが、これらの一方だけが可変されてもよい。また、変調素子１０８は高分子分散型液晶の代わりに例えば微粒子分散型液晶あるいはＤＭＤ、斜め電界による液晶回析格子等を利用するものでもよい。電圧印加により光散乱性が増大し変調光強度が低下するような変調素子を用いた場合、絞りの集光角が増大するほど大きくなり、絞りの集光角が増加するほど小さくなるよう駆動電圧を補正するため補正テーブル２０３の内容が変更される。
【０２１９】
また、補正テーブル２０３は集光角毎に１個の補正データΔＶを保持するが、集光角毎に得られる曲線Ｙ２およびＹ３のような曲線と基準特性曲線Ｙ１との差の電圧を各輝度について表す複数の補正データΔＶを保持してもよい。この場合、各補正データΔＶは輝度データＩおよび集光角データＤの組み合わせにより選択される。このような構成では、補正テーブル２０３の記憶容量を増大させなくてはならないが、よりきめ細かな補正を行なうことが可能となる。
【０２２０】
さらに、上述の実施例のように変調素子１０８の透過光をスクリーン１０９に導く代わりに、変調素子１０８の反射光をスクリーン１０９に導いてもよい。また、スクリーン１０９はフロント側で表示画像を見るために用いられる反射型に限られず、リア側で表示画像を見るために用いられる透過型であってもよい。
【０２２１】
以上説明したように、本発明の第３の態様によれば、周辺の環境や表示画像の状態に基づいて絞りの集光角を最適化する一方で、表示画像の階調を正確に再現することができる。
【０２２２】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても、絞りによる集光角の変化に伴い、駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子では、開口率を考慮すると、十分にスイッチ素子を遮光することが困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側にシフトする。この光リ−ク電流はスイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生ずる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスシリコンＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。
【０２２３】
更に、変調素子が赤、青及び緑の色成分で構成されるカラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調を変化することを抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度の補正を行うことが望ましい。
【０２２４】
次に、本発明の第４の態様について説明する。
【０２２５】
上記のように、変調素子１０８のスイッチ素子の光リ−クがない場合においても絞りによる集光角の変化に伴い駆動電圧−変調光強度特性を制御する必要があるが、実際の変調素子１０８では十分にスイッチ素子を遮光することが開口率を考慮すると困難であることに加え、絞り５２の開口径制御に伴い、変調素子１０８に入射する光束強度も変化するため、スイッチ素子の光リ−クを考慮した駆動電圧−変調光強度特性の制御も必要である。
【０２２６】
スイッチ素子の光リ−クが生ずると、画素電位保持特性が劣化し、駆動電圧−変調光強度特性は高電圧側に平行シフトする。この光リ−ク電流は、スイッチ素子に入射する光強度に比例するため、絞り５２の開口径に比例して増大する入射光束とともに平行シフト量は増大し、上記と同様な表示品位劣化が生じる。このため、スイッチ素子の遮光構造の最適化及びスイッチ素子にアモルファスＴＦＴよりもポリシリコンＴＦＴを用いることが望ましいが、より望ましくは変調素子の光リ−ク特性を補正する映像信号制御手段を設けるとよい。更に、変調素子が赤、青、及び緑の色成分で構成され、カラ−画像を表示する場合、これらの変調素子に入射する光強度も色により異なること、スイッチ素子の光リ−ク特性にも波長依存性があることから、色成分相互の階調バランスが集光角の変化に伴い変化し、表示画像の色調の変化を抑制することが望ましい。実際には、各絞り径制御に伴う光リ−クも含んだ変調素子の駆動電圧−変調光強度特性の補正を行うことが望ましい。
【０２２７】
高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶が用いられる表示装置においては、表示輝度に応じて、また表示初期から時間が経過するにつれて表示状態が変化したり、環境温度により表示品位が変化するという問題がある。これは、高分子分散型液晶や微粒子分散型液晶では、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性あるいは応答速度等が温度変化に伴い変動するためであって、しかも、その変動量がツイステッド・ネマティク（ＴＮ）型液晶に比べて大きいことがその要因と考えられる。
【０２２８】
また、特に投射型の表示装置にあっては、光源光学系に配置される絞りの開口径の制御に応じて変化する光束に起因する温度差により、表示品位が劣化するという問題もある。
【０２２９】
本発明の第４の態様は、このような技術課題に鑑み成されたものであって、光束を制御する絞りの大きさや光源光の点灯からの経時時間や環境温度条件によることなく、あるいは連続表示している際にも優れた表示画像が得られる表示装置を提供する。
【０２３０】
即ち、液晶材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散型あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型等の液晶層を備えた変調素子は、上記したように、印加電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性、ヒステリシス特性、応答速度等が温度変化に伴い大きく変動する。
【０２３１】
図２７は、縦軸に光透過率が５０％となる電圧（Ｖ５０）をとり、横軸に温度（Ｔ）をとり、変調素子の温度依存性を示している。この図から解るように、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像を得るためには、温度（Ｔ）上昇に伴い液晶層に印加される電圧を大きくする必要がある。
【０２３２】
そこで、本発明の第４の態様では、変調素子の温度変化に応じて映像信号を増減させる映像信号制御手段を具備している。これにより、温度（Ｔ）に依存することなく一定な表示画像が得られる。
【０２３３】
図２８は、本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置を示す図である。
【０２３４】
図２８に示すように、この投射型液晶表示装置３００は、３板式、即ち赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用および青（Ｂ）用の３枚の変調素子例えば液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂを備えている。
【０２３５】
この表示装置の光源光学系では、メタルハライドランプが光源３１１として配置され、この光源３１１からの光源光を、光源３１１と液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ），３０１−Ｂとの間の光軸上の点Ａに焦点を持つように集光させる回転楕円型のリフレクタ３２１が設けられている。このリフレクタ３２１により点Ａに一度集光された光源光は、コールドミラー３３１を経た後、コリメータレンズ３４１により、平行光として各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに導かれる。また、リフレクタ３２１の焦点位置である点Ａには、略円形の開口を有し、その開口直径Ｄ_１ がサーボモータにより可変可能な第１の絞り手段３５１が配置されている。
【０２３６】
また、この表示装置では、光源３１１は、リフレクタ３２１に対する位置精度の簡素化等から、リフレクタ３２１の中心部分に固定して配置されるため、光源３１１からの光源光の中心部分の光束が小さくなる。このため、この表示装置の光源光学系では、光源３１１と第１の絞り手段３５１との間に、第１の絞り手段３５１側に凸の円錐レンズ３６１が配置されている。この円錐レンズ３６１により、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くことで、光源光の中心部分の光束の低下を防止している。尚、凸の円錐レンズ３６１の他にも、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くものであれば、凹状の円錐レンズであっても、また特開平６−１７５１２９号公報に開示されるような構造のものであっても良い。
【０２３７】
投射光学系は、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂにより光変調された変調光を点Ｂに集光させるための集束レンズ５０１、点Ｂにおいて各液晶パネル３０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂからの散乱光を遮断し、透過光を透過させる開口を有し、その開口直径Ｄ_２ がサーボモータにより可変可能な第２の絞り手段５０３、第２の絞り手段５０３を経た後の変調光を投影するための投射レンズ５０５とから構成されている。この第２の絞り手段５０３は、上述したように、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂからの散乱光は遮断し、透過光を透過させるものであるため、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_２ を大きくすることにより、表示輝度を増大させることができる。
【０２３８】
第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、スクリーン上の環境輝度をモニターする光センサ７１１からの環境輝度信号ＥＳに基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ をそれぞれ制御する絞り制御手段７２１に電気的に接続されている。更に詳しくは、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ 及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_２ は、絞り制御手段７２１により、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角Ω_１ ，Ω_２ のそれぞれが大きくなるよう制御されるものであって、この表示装置では、集光角Ω_１ ，Ω_２ が８．６×１０^−３ｓｒから１．１×１０^−３ｓｒの範囲で可変されるように第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ が制御される。
【０２３９】
尚、本明細書における第１の絞り手段３５１に基づく集光角Ω_１ は、光源光の分布角度を±θとした時、［２πｓｉｎ θ］を０からθまでθについて積分した値で表現され、更に、この集光角Ω_１ を、コリメータレンズ３４１の焦点距離をｆ_１ として、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ の関数で表すと、Ω_１ ＝π（Ｄ_１ ／２ｆ_２ ）^２ で表現される。
【０２４０】
また、本明細書における第２の絞り手段５０３に基づく集光角Ω_２ は、フィールドレンズの焦点距離をｆ_２ とし、第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_２ の関数で表すと、Ω_２ ＝π（Ｄ^２ ・ｆ_２ ）^２ で表現される。
【０２４１】
これら集光角Ω_１ ，Ω_２ は、光利用効率等を考慮すると、ほぼ一致するように連動させて可変することが望ましい。
【０２４２】
次に、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの配置について説明する。光源光学系からの光源光は、第１ダイクロイックミラー４１１−Ｄにより緑（Ｇ）光のみが反射され、第１の全反射ミラー４１１−Ａを介して緑（Ｇ）光が液晶パネル３０１−Ｇに導かれ、液晶パネル３０１−Ｇ、緑（Ｇ）用フィールドレンズ４２１−Ｇを経て出射される。
【０２４３】
第１のダイクロイックミラー４１１−Ｄを透過した光源光は、第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄにより赤（Ｒ）光のみが反射されて、液晶パネル３０１−Ｒに導かれる。そして、液晶パネル３０１−Ｒ、赤（Ｒ）用フィールドレンズ４２１−Ｒを経た赤（Ｒ）光は、第１の合成ミラー４１１−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇを経た緑（Ｇ）光と合成される。
【０２４４】
第２のダイクロイックミラー４１３−Ｄを透過した光源光は、液晶パネル３０１−Ｂに導かれ、液晶パネル３０１−Ｂ、青（Ｂ）用フィールドレンズ４２１−Ｂを経た青（Ｂ）光は、第２の全反射ミラー４１３−Ａを介して第２の合成ミラー４１３−Ｍにより液晶パネル３０１−Ｇおよび液晶パネル３０１−Ｒを透過し合成された赤（Ｒ）光および緑（Ｇ）光と合成され、投射光学系に導かれる。
【０２４５】
次に、この液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂについて説明する。尚、液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの構成は、その駆動系を除いて差異はないので、緑（Ｇ）用の液晶パネル３０１−Ｇを例にとり説明する。この液晶パネル３０１−Ｇは、１００ミクロンピッチの表示画素が横方向に６４０個、縦方向に４８０個配列されて成っている。
【０２４６】
液晶パネル３０１−Ｇは、図２９及び図３０に示すように、アレイ基板５１１と対向基板６１１との間に、高分子樹脂中に正の誘電率異方性を示すネマチック液晶が分散された高分子分散型液晶層４０１が表面処理膜５９１，６９１を介して保持されている。
【０２４７】
アレイ基板５１１は、０．７ｍｍ厚の透明なガラス基板５１０上に、図２９に示す如く信号線５２１と走査線５３１とが略直交するように配置され、信号線５２１と走査線５３１との交点近傍に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）５４１が配置されている。このＴＦＴ５４１は、図３０に示すように、走査線５３１自体をゲート電極とし、走査線５３１上にゲート絶縁膜５４３を介して半導体層として非晶質シリコン薄膜５４５、非晶質シリコン薄膜５４５を保護すると共に寄生容量を抑えるため走査線５３１と自己整合されたシリコンナイトライドから成る半導体保護膜５４６、非晶質シリコン薄膜５４５と信号線５２１とをｎ^＋ 型非晶質シリコン薄膜５４８を介して電気的に接続する信号線５２１から延在されたドレイン電極５４７、信号線５２１と走査線５３１とによって囲まれる領域に配置されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から成る画素電極５５１と非晶質シリコン薄膜５４５とをｎ^＋ 型非晶質シリコン薄膜５５０を介して電気的に接続するソース電極５４９とを備えて構成される逆スタガ構造である。また、画素電極５５１との間でゲート絶縁膜５４３を介して補助容量（Ｃｓ）を形成するための補助容量線５５３が走査線５３１に略平行して配置されている。更に、これらＴＦＴ５４１や画素電極５５１上には、保護膜５５５が配置されてアレイ基板５１１は構成されている。
【０２４８】
対向基板３１１は、０．７ｍｍ厚の透明ガラス基板３１０上に、アレイ基板５１１のＴＦＴ５４１および画素電極５５１周辺部を遮光するためのクロム（Ｃｒ）から成るマトリクス状の遮光層３１３、遮光層３１３上に配置される保護膜３１７、保護膜３１７上に配置されるＩＴＯから成る対向電極３１９とによって構成されている。尚、以上のようにして構成される液晶パネル３０１−Ｇは、４０％の開口率を達成している。
【０２４９】
また、この表示装置では、図３１に示すように、液晶モジュ−ルの入射面の表示部近傍に温度センサ８００が配置され、このからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７４１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂに各映像信号Ｖ_ＳＲ、Ｖ_ＳＧ、Ｖ_ＳＢが供給される。
【０２５０】
温度センサ−としては、例えばμＰＣ３９１１（商標、ＮＥＣ社製）を用いることが出来る。このＩＣは、同一チップ内に基準電圧、温度センサ−、位相補正内臓型オペアンプを集積しているため、外部回路部品が少なくてすむ。更に、従来のサ−ミスタなどの温度センサに比較して直線性が非常に優れており、高性能の温度測定が可能である。具体的な回路を図３２に示す。
【０２５１】
図２８に示すように、この温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて、駆動電圧供給回路７３１に入力される輝度信号（ＢＳ）が制御され、極性反転／非反転増幅器７５１を介して各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が供給される。
【０２５２】
駆動電圧供給回路７３１は、図３３に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７３３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７３４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７３５の一入力端子に供給する。また、温度光センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいてＲＯＭで構成される温度補償回路７３６から、液晶パネル３０１−Ｇの光透過率（Ｔ）−電圧（Ｖ）特性の温度依存性を補正する補償データが加算器７３５の他の入力端子に供給される。加算器７３５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７３７に出力される。そして、ディジタル・アナログ変換器７３７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７３１に出力される。
【０２５３】
極性反転／ 非反転増幅器７３１では、アナログ信号を液晶パネル３０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周波数で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル３０１−Ｇに供給する。
【０２５４】
また、他の液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂも同様に、液晶パネル３０１−Ｇに設けられた温度センサからの温度信号（ＴＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｂに供給される。
【０２５５】
更に詳細には、このガンマ補正回路７３４は、液晶パネル３０１−Ｇ内が４０℃の状態における電圧（Ｖ）−光透過率（Ｔ）特性に基づいて入力される輝度信号（ＢＳ）がガンマ補正されるよう構成されている。例えば、液晶パネル３０１−Ｇ内の温度として４０℃を基準として、４０℃よりも上昇するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは正側に大きくなり、４０℃よりも低下するにつれて温度補償回路７４６からの補償データは負側に減少する。
【０２５６】
上記温度センサ−によりモニタ−されたパネル温度に従ってパネル冷却ファンの回転数を制御し、パネルの温度制御を行うと、パネルの温度に対応して映像信号の制御をより精確に行うことが出来る。このため、温度センサ−の出力をもとに冷却ファンを制御することが望ましい。また、例えば光源を点灯した直後からのパネル温度の上昇の際に、冷却ファンの回転をある期間停止するか、もしくは回転数を低く抑えることにより、定常動作時の温度に達するまでの時間を短縮する制御を行うことが望ましい。
【０２５７】
以上のように、この投射型液晶表示装置３００によれば、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度変化に応じて表示状態が最適化されるので、例えば比較的低い室温で投射型液晶表示装置３００を用い、光源３１１を点灯して、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂが一定の温度に到達するまでに時間を要する、例えば３〜３０分程度の間、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度が変化し続けるような場合にも、常に適切な駆動が行われ、色むら等が発生することのない、良好な表示画像が得られる。
【０２５８】
特に、この表示装置によれば、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ がスクリーン輝度に応じて可変されるため、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂへ入射する光の強度が第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ に依存して種々異なるために各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いも変わる。
【０２５９】
即ち、スクリーン輝度が小さい場合は、表示輝度よりもコントラスト比が高いことが視覚的に良好な表示画像と認識されるため、第１絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ は絞られる。これに対して、スクリーン輝度が大きい場合は、表示輝度が重視されるため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ は開けられる。従って、スクリーン輝度が大きい方が各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度上昇の度合いは高くなる。例えば、この実施例によれば、実際に液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに入射する光源光の集光角Ω_１ が８．６×１０^−３ｓｒから１．１×１０^−３ｓｒに変化すると、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂの温度は３〜５℃変化する。
【０２６０】
しかしながら、この実施例によれば、液晶パネル３０１−Ｇに温度センサを配置して随時モニタし、各映像信号（Ｖ_ＳＲ），（Ｖ_ＳＧ），（Ｖ_ＳＢ）を最適化しているため、第１の絞り手段３５１の開口直径Ｄ_１ が可変され、光源光の集光角Ω_１ が増減することにより、各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに温度変化が生じても、良好な表示画像が得られる。
【０２６１】
尚、この表示装置では、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて第１絞り手段７２１により制御されるものとしたが、例えば各液晶パネル３０１−Ｒ，３０１−Ｇ，３０１−Ｂに供給される映像信号（Ｖ_ＳＲ），（Ｖ_ＳＧ），（Ｖ_ＳＢ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ が制御されるものであっても良い。即ち、輝度信号（ＢＳ）の時間的平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ を小さくして集光角Ω_１ ，Ω_２ を小さく制御し、逆に差が大きい場合は開口直径Ｄ_１ ，Ｄ_２ を大きくし、集光角Ω_１ ，Ω_２ を大きく制御することにより、良好な表示画像が確保できる。
【０２６２】
また、第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３は、環境輝度信号（ＥＳ）と輝度信号（ＢＳ）のそれぞれに応じて制御されるものであっても良い。
【０２６３】
この表示装置では、高分子分散型液晶層４０１の温度が直接的にモニタできるよう温度センサを配置したが、高分子分散型液晶層４０１の温度に相関する信号を検出し、これに基づいて制御するものであって良い。
【０２６４】
また、この表示装置によれば、液晶パネル３０１−Ｇの温度を随時モニタし、温度信号（ＴＳ）に基づいて表示状態を最適化したが、温度センサ等を配置するのではなく、予め所定時間毎に各映像信号（Ｖ_ＳＲ），（Ｖ_ＳＧ），（Ｖ_ＳＢ）が徐々に小さくなるような補償データを設定しておいても良い。
【０２６５】
以上の表示装置では、温度センサは入射側の表示部の上部に配置したが、その位置は精度よく温度が測定出来るところであれば、例えば下部若しくは左右であってもよい。また、温度センサは、液晶モジュ−ルと密着させても離間させて配置しても、あるいは液晶モジュ−ルの内部に配置してもよい。更には、光の出射側に配置してもよい。
【０２６６】
既に述べたように、光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とは、一致することが望ましい。一致しない場合には、以下に示すように性能が低下してしまう。即ち、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角のほうが大きい場合には、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。また、光源側の絞りの集光角が投射側の絞りの集光角よりも小さい場合もまた、最大の明るさは一致している場合と同一であるが、黒表示時の明るさが増加するため、コントラストが低下する。絞りの面積にほぼ比例して黒表示時の明るさが増加するので、コントラストも絞りの面積にほぼ比例して低下するのである。
【０２６７】
光源側の絞りの集光角と投射側の絞りの集光角とが完全に一致している場合の絞りの面積をＳ_０ 、集光角が大きい絞りの面積をＳ_０ ＋ΔＳとすると、集光角が不一致の場合のコントラストｒ´は、集光角が一致している場合のコントラストをｒとすると、以下の式で表わされる。
【０２６８】
ｒ´＝ｒ｛Ｓ_０ ／（Ｓ_０ ＋ΔＳ）｝
本発明者らの実験によると、コントラストの低下が画質の低下として認識される程度は、コントラストが約２／３に低下した場合である。以下、この実験の手順を説明する。
【０２６９】
表示画面のコントラストを一定として１０分間映画フィルムを上映し、その後にコントラスト比を変化させて５分か上映する。その後、コントラストの変化が画質の劣化として認識されたかどうかのアンケ−トをとり、劣化として認識されるしきい値を求める。
【０２７０】
図３４に示すように、コントラストのしきい値の初期値を２００：１、１００：１、５０：１、２０：１として実験したが、１００：１以下の実験結果はすべて初期値の８５％程度から画質の劣化として認識され始め、６５％程度ではほぼ全てのサンプルに対して画質の劣化として認識された。従って、絞りの制御は、同じ明るさの表示に対して、コントラスト比が４割以下の低下に抑える精度で制御する必要がある。
【０２７１】
即ち、立体角を約±３０％の範囲に制御する必要がある。例えば、又は円形の絞りを用いた場合には、円錐状となる光束における円錐の頂角θに対して、約±０．１５θに制御する必要がある。例えば、絞りの集光角がθ＝３〜１０度に変化する場合、絞りの集光角の精度は±０．５〜１．５度以内に制御する必要がある。
【０２７２】
次に、スクリ−ン照度（単位ルックス）に対するしぼり調整マ−ジンについて説明する。
【０２７３】
外光によるスクリ−ン照度（単位ルックス）が高い場合、絞りの角度に対するコントラストの変化は、外光がない場合に比べ、緩慢になる。従って、要求される制御精度は、外光が大きいほど低くてもよい。
【０２７４】
最適化された場合のコントラストの大きさは、図５に示すように、外光の影響がない本来のコントラストのほぼ１／２のコントラストとなっている。例えば、室内の明るさが０ルックスの場合、１００のコントラストとなる絞りの状態に対応して、最適値となるコントラストは５０、同様に３０のコントラスト比の絞りに対応するコントラストは約１５である。
【０２７５】
従って、外光に対して絞りの集光角が最適化された状態では、本来の黒表示によるスクリ−ンの明るさと、外光の影響によるスクリ−ンの明るさは、ほぼ同程度と考えられる。
【０２７６】
この時、集光角の制御に誤差が生じて最適値からずれた場合、コントラストは
、 ｒ´＝ｒ｛（Ｓ_ｅｘｔ ＋Ｓ_０ ）／（Ｓ_ｅｘｔ Ｓ_０ ＋ΔＳ）
＝ｒ｛Ｓ_０ ／（Ｓ_０ ＋ΔＳ／２）｝
ただし、Ｓ_ｅｘｔ は、外光の明るさを、投射型表示装置の黒表示の絞りの集光角に変換した値であり、投射型表示装置本来の黒表示と外光の明るさとの影響が同じであるので、Ｓ_ｅｘｔ ＝Ｓ_０ である。
【０２７７】
上式からわかるように、マ−ジンとしては２倍となる。ただし、先に示した２つの絞りの一致に関するマ−ジンが存在することを考えると、外部の条件に対して制御すべき絞りの集光角の誤差は、その１／２となる。従って、この場合のマ−ジンも両者の集光角の一致に関するマ−ジンが必要である。
【０２７８】
次に、本発明の第５の態様について図４１を参照して説明する。なお、この第５の態様に係る表示装置の基本的構成は、図２８に示すものと同様である。
【０２７９】
この態様の投射型液晶表示装置１００は、図４１に示すように、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにそれぞれの映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）を供給するための駆動電圧供給回路７４１および極性反転／非反転増幅器７５１を備えている。
【０２８０】
駆動電圧供給回路７３１は、図４２に示すように、入力される輝度信号（ＢＳ）をアナログ・ディジタル変換器７４３でディジタル信号化し、ディジタル信号化された輝度信号（ＢＳ）をＲＯＭで構成されるガンマ補正回路７４４によりガンマ補正し、ガンマ補正されたディジタル輝度信号は加算器７４５の一方の入力端子に供給される。また、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、ＲＯＭで構成される光リーク補償回路７４６から液晶パネル２０１−Ｇを構成するＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉｏｆｆ ）による電位低下を補正する補償データが加算器７４５の他方の入力端子に供給され、加算器７４５からはディジタル輝度信号と補償データとの加算出力をディジタル・アナログ変換器７４７に出力する。そして、ディジタル・アナログ変換器７４７からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器７４１に出力される。
【０２８１】
極性反転／ 非反転増幅器７４１では、アナログ信号を液晶パネル２０１−Ｇに必要な信号レベルに増幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所定周期で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶＳＧ）と成して液晶パネル２０１−Ｇに供給する。
【０２８２】
また、他の液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂも同様に、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて補正された映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＢ）が液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｂに供給される。即ち、この実施例では、スクリーン上の輝度が高くなるにつれて集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）が大きくなるよう第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３）の開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）を絞り制御手段７２１によって制御されるが、これに伴い各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂに供給される映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）も大きくなるよう駆動電圧供給回路７３１によって制御される。
【０２８３】
以上のようにして構成される投射型液晶表示装置７００の動作について簡単に説明する。
【０２８４】
まず、スクリーン上の照度（単位：ｃｄ／ｍ^２ ）を光センサ７１１により検出し、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、絞り制御手段７２１により第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）を決定する。即ち、スクリーン上の輝度が大きくなる程、第１の絞り手段１５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）を大きくする。
【０２８５】
駆動電圧供給回路７３１によって、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の最適化を行わない場合、例えば、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ といった暗い場合は、集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）が１．１×１０^−３ｓｒに設定され、７０：１のコントラスト比が達成される。逆に、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ といった明るい場合は、集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）が８．６×１０^−３ｓｒに設定され、集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）が１．１×１０^−３ｓｒに設定される場合の白表示時のピ−ク光束が１８ｌｍであるのに対して、７５ｌｍと高いピ−ク光束が達成される。
【０２８６】
更に、この態様では、光センサ７１１からの環境輝度信号（ＥＳ）に基づいて、スクリーン上の照度が２００ｌｕｘ の場合、スクリーン上の照度が３０ｌｕｘ の場合に比べて１０％程度各映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が駆動電圧供給回路７４１によって増大される。
【０２８７】
このようにして映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）が最適化される場合、映像信号（ＶＳＲ），（ＶＳＧ），（ＶＳＢ）の調整を行わない場合に比べて、スクリーン上の照度が２００１ｘにおいて、コントラスト比及び表示輝度ともに、上記した値から更に１０％程度向上させることができた。
【０２８８】
以上のように、この実施例によれば、集光角（Ω_１ ）の増大に伴うＴＦＴ２４１の光リーク電流（Ｉ_ｏｆｆ ）に基づくコントラスト比並びに表示輝度の劣化が防止され、より良好な表示品位の確保が可能となる。
【０２８９】
この態様では、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ_２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ_１ ）と同一値となるように完全に連動させて可動させたが、必ずしも一致させなくても良い。
【０２９０】
また、この態様では、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂ毎に光源光の集光角（Ω_１ ）を制御する絞り手段を設け、各色毎に個別に光源光の集光角（Ω_１ ）を制御するようにしても良い。また、この態様では、絞り制御手段７２１により第１のの絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）が環境輝度信号（ＥＳ）に応じて制御される構成としたが、駆動電圧供給回路７４１に入力される輝度信号（ＢＳ）に基づいて第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３が制御されるものであっても、これらを組み合わせて用いるものであっても良い。例えば、入力される輝度信号（ＢＳ）の時間平均強度と輝度信号のブランキングレベル（黒レベル）との差に基づいて、差が小さい場合は集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）を小さく、差が大きい場合は集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）を大きく制御することにより、表示画像の表示輝度に依存せず、良好な表示画像を確保することができる。
【０２９１】
この態様では、光センサ７１１はスクリーン上の輝度をモニターするものとしたが、環境照度（単位ｌｕｘ）をモニターするものであっても良い。
【０２９２】
また、この実施例では、３板式の投射型表示装置１００を例にとり説明したが、液晶パネル自体がストライプ状、モザイク状あるいはデルタ配列された少なくとも３原色の色部から成るカラーフィルタを備え、単板式で構成される投射型表示装置であっても良いことは言うまでもない。
【０２９３】
ところで、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂにマイクロレンズアレイ基板４１１を組み合わせて用いることにより、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を高め、明るい環境での表示の際のスクリーン上の実効のコントラスト比、表示輝度の両方を向上させることができる。以下に、液晶パネル２０１−Ｇを例にとり、図４３を参照して説明する。この液晶パネル２０−Ｇは、液晶パネル２０１−Ｇを構成する対向基板３１１の主表面上にマイクロレンズアレイ基板４１１が接着層４１０を介して貼り付けられて構成されている。このマイクロレンズアレイ基板４１１は、各表示画素に対応する集光レンズ４１３群から成り、集光レンズ４１３の焦点位置はアレイ基板２１１を構成するガラス基板２１０に存在するよう設定されている。
【０２９４】
上記した如く各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂを構成すれば、これまで遮光量３１３で遮られて有効に利用されていなかった光も利用できるため、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率を大きくとることができ、集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）を絞っても十分なピーク光束が得られ、表示輝度の低下が軽減される。
【０２９５】
この態様の如く、液晶パネル２０１−Ｇの光入射側にマイクロレンズアレイ基板４１１を設ける場合は、第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ_２ ）を第１の絞り手段１５１の開口直径（Ｄ_１ ）よりも大きい範囲内で制御する方が好ましい。これは、マイクロレンズで一度集光された光が、その後で発散されるためである。
【０２９６】
即ち、上記した実施例の如く、入射側にのみマイクロレンズアレイ基板４１１を配置する場合、マイクロレンズアレイ基板４１１で対向基板３１１の遮光層３１３付近に集束された光は、その後発散するため光利用効率が低下する恐れがある。このため、マイクロレンズアレイ基板４１１の使用にあたっては、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置の選定が重要である。即ち、各集光レンズ４１３で集束された後に広がる光源光が投射レンズ５０５に十分に収まるよう焦点位置を選定する必要がある。特に、投射レンズ５０５の小型化を達成するのであれば、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は長く、開口数の小さいレンズの方が良い。しかし、各集光レンズ４１３の焦点位置が光入射側から遠ざかるにつれてマイクロレンズアレイ基板４１１の効果は低下し、各液晶パネル２０１−Ｒ，２０１−Ｇ，２０１−Ｂの実効開口率の増大の度合いは小さくなる。このようなことから、マイクロレンズアレイ基板４１１の各集光レンズ４１３の焦点位置は高分子分散型液晶層４０１内よりむしろ出射側の基板２１０中もしくは基板２１０よりもやや外に設定すると良い。
【０２９７】
上記した実施例では、図４１に示す第１の絞り手段３５１、第２の絞り手段５０３として、サーボモータを内蔵し、サーボモータによって円形の開口の開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）を変化させる構造としたが、この開口の形状は四角形あるいは楕円形等であっても良い。また、サーボモータによって開口部の上部および下部、又は右及び左を遮光する遮光板が可動する構造であっても良い。
【０２９８】
更に、この態様では、第１の絞り制御手段７２１により第１の絞り手段３５１及び第２の絞り手段５０３の開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）をそれぞれ制御して集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）を制御したが、第１の絞り手段３５１や第２の絞り手段５０３を光源３１１の光軸に沿って移動させることにより、実効的な開口直径（Ｄ_１ ），（Ｄ_２ ）を制御して集光角（Ω_１ ），（Ω_２ ）を制御しても良い。
【０２９９】
また、上述した態様の液晶パネルとしては、各表示画素毎にＴＦＴから成るスイッチ素子が設けられたアクティブマトリクス型液晶パネルを例に取り説明したが、ＴＦＴは多結晶シリコン膜あるいは単結晶シリコン膜を主体として構成しても良い。
【０３００】
次に、本発明の第６の態様について説明する。
【０３０１】
この態様は、簡易型の投射型表示装置に係るものであり、操作を簡単にするために、電源入力後、自動的に周辺照度に対応して絞りの設定を最適化するようになっている。この簡易型の投射型表示装置の一例を図３５に示す。この表示装置では、スクリ−ンの大きさ、及びゲインをあらかじめ仮定することで、投射光のない状態での投射光束を測定することにより、スクリ−ンの輝度を直接測定し、絞りの最適角を迅速に決定できるようにしている。この絞りの集光角の決定は、投射型表示装置の電源が入ると同時に自動的に行われる。
【０３０２】
この表示装置では、投射型表示装置からの投射光のない状態でスクリ−ンの輝度を測定するため、光路遮断装置９０１を備えている。これは、図３５に示すようにパネルの出射側に配置され、光路遮断装置制御回路９００により制御され、光源からの光を投射レンズの入り口で遮断／非遮断を切り替えられるようになっている。
【０３０３】
図３６は、図３５に示す表示装置において、電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。光源であるメタルハライドランプは、完全に点灯するまでに数分の時間がかかる。図３５に示す表示装置では、光路遮断装置により光路を遮断して、室内の明るさによるスクリ−ンの輝度を測定するので、ランプの輝度が定常状態に落ち着くまで待つ必要がない。そこで、まず始めにランプの点灯処理（高電圧の印加と放電の開始）を行うが、ランプが立ち上がるのを待たずにスクリ−ンの輝度を測定し、絞りの集光角の決定を行う。
【０３０４】
図３７は、簡易型の投射型表示装置の他の例を示す。この表示装置では、操作を簡単化するため、投射レンズの焦点位置を検出するために投射レンズにエンコ−ダ９１０が備えられ、投射距離検出回路９２０によりエンコ−ダ９１０の出力をＣＰＵ側から検出出来るようになっている。従って、投射距離検出回路９２０によりスクリ−ンサイズを検出することが出来る。
【０３０５】
図３７に示す表示装置では、スクリ−ンゲインを１．５と仮定することにより、下記式における投射係数ｑを自動的に算出する。従って、未知であるのはＬ_０ のみであり、光路遮断装置によりＩ＝０の状態でスクリ−ン輝度Ｌを測定することにより、室内の明るさＬ_０ を求めることが出来る。
【０３０６】
Ｌ＝ｑＩ＋Ｌ_０
図３８は、図３７に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図である。この表示装置では、投射レンズの焦点位置によりスクリ−ンサイズを検出するので、投射像の焦点を合わせた後に、絞りの最適化スイッチを押すことで、絞りの最適化が実行される。
以上、反射型スクリ−ンを用いる前面投射型の表示装置について説明したが、本発明は、これに限らず、図３９及び図４０に示すように、背面投射型の表示装置に対しても適用可能である。
【０３０７】
図３９及び図４０に示す背面投射型の表示装置では、光学システム９５０からの投射光は、第１のミラ−９６０及び第２のミラ−９７０により反射され、透過型スクリ−ン９８０に投射される。また、外光によるスクリ−ン輝度を測定する光学センサが配置されている。上述した前面投射型の表示装置では、光学センサは投射レンズの側部に配置され、スクリ−ンの方向に向けてスクリ−ンの反射光の強度を測定するように配置したが、背面投射型の表示装置では、図３９及び図４０に示すように、スクリ−ンの隅の部分にセンサＡ、センサＢのように取り付けて、照度を測定することが出来る。背面投射型の場合には、スクリ−ンの特性があらかじめ決まっている場合が多いので、照度からスクリ−ン輝度を推定することが出来る。
【０３０８】
また、センサＣのように、スクリ−ンの内側に配置し、スクリ−ンを通した外部光の輝度を測定することも出来る。もちろん、これらのセンサは、純粋な外部光の影響のみを測定することが出来るように、投射光学系からの光が入射しないように配置する必要がある。
【０３０９】
また、背面投射型の場合には、上述の式における投射係数ｑがあらかじめきまっているので、外光の影響Ｌ_０ を測定することのみで、最適な絞りの集光角を決定することが可能である。
【０３１０】
投射型表示装置の表示品位は、投射する場所或いは時間帯等の種々の環境明るさに依存するスクリ−ンの黒ラベルの明るさにより変化する。環境明るさによる表示品位による補正は、フロント型の投射型表示装置の場合、投射型表示装置とスクリ−ンとの間にかなりの距離があることもあり、投射型表示装置の置かれている環境明るさとスクリ−ン周辺の明るさと異なる。また、実際には、略垂直に立てられたスクリ−ン面とスクリ−ンゲインで決まる照明照度若しくは照明輝度が表示品位に寄与する。
【０３１１】
このため、スクリ−ン周辺の環境照明状況や部屋の窓等からの外光により表示品位は大きく影響を受けるため、投射型表示装置の表示品位の制御は、環境明るさによるスクリン面輝度を直接モニタ−して制御することが重要である。また、会議等での用途では、使用状況に応じて任意に部屋全体の環境明るさ制御を行ったり、部分的な環境明るさの制御を行ったり、または調整段階と最終的な動作段階でスクリ−ン周辺の環境明るさは変化するため、参集段階でのスクリ−ン面輝度に応じて表示品位を調整することが望ましい。
【０３１２】
このため、スクリ−ン面での表示装置の黒表示レベル輝度及びコントラストをモニタ−する光センサ−を投射型表示装置に装備することにより、より高品位の映像表示を行うことが重要である。
【０３１３】
なお、以上、液晶パネルとして、高分子分散型や微粒子分散型の分散型液晶表示素子を用いた例について説明したが、本発明は、分散型液晶表示素子を用いた場合に、特に好適ではあるものの、それ以外にも、ＴＮ型液晶素子、ＳＴＮ型液晶素子、斜め電界による液晶回析格子等、種々の液晶素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の投射型表示装置の構成を概略的に示す図。
【図２】ランプから平行光線を得るコリメータ光源の一例を示す図。
【図３】図２に示すコンデンサレンズの入射光線を示す図。
【図４】図２示す変調素子への入射光束の角度分布と変調素子からの出射光束の角度分布との関係を示す図。
【図５】照明された環境下に置かれたスクリ−ン上に画像を表示させた場合に集光角に対応して測定された変調素子からの出射光束の強度と画像のコントラストとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明の基本概念を説明するための投射型表示装置の構成を示す図。
【図７】本発明の第１の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図８】絞りの開口の形状、絞りの種々の開口径を示す図。
【図９】図６に示す表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１０】図９に示す処理操作をさらに詳細に示すフローチャート。
【図１１】本発明の第１の態様に係る他の例の投射型表示装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第２の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図１３】図１２に示す制御回路の２つの入力信号と絞りの集光角との関係を示す図。
【図１４】図１２における平均映像レベル（ＡＰＬ）検出回路を具体的に示す回路図。
【図１５】図１４の回路のトランジスタのコレクタ入力。バッファトランジスタのエミッタ出力。及びバッファトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１６】ＡＰＬ検出回路の他の例を示す回路図。
【図１７】図１６の回路のトランジスタのコレクタ出力、他のトランジスタのエミッタ出力を示す図。
【図１８】集光角と表示特性の関係を示すグラフ。
【図１９】明るい環境での実効的な表示特性を示すグラフ。
【図２０】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の駆動電圧−透過光強度特性を示すグラフ。
【図２１】本発明の第３の態様に係る表示装置における変調素子の透過率が絞りの集光角変化により所望値からずれることを説明するためのグラフ。
【図２２】変調素子に対する入射光束の分布と出射光束の分布とを示す図。
【図２３】変調素子の光散乱性を示す図。
【図２４】図２３に示す出射光束のうちで表示に関与する有効部分が集光角に依存して変化する様子を示す図。
【図２５】本発明の第３の態様に係る投射型表示装置の構成を示す図。
【図２６】図２５に示すガンマ補正回路の構成をさらに詳しく示す図。
【図２７】光変調素子の温度依存性を示すグラフ。
【図２８】本発明の第４の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図２９】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す平面図。
【図３０】図２８の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【図３１】図２８に示す表示装置における温度センサの配置を示す図。
【図３２】温度センサの具体的な回路を示す図。
【図３３】図２８に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図３４】コントラストの変化率と認知確率との関係を示すグラフ。
【図３５】本発明の第６の態様に係る簡易型の投射型表示装置の構成を示す図。
【図３６】図３５に示す表示装置において。電源の投入の後に自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３７】簡易型の投射型表示装置の他の例を示す図。
【図３８】図３６に示す表示装置において、自動的に集光角を決定する処理のフロ−チャ−トを示す図。
【図３９】背面投射型の表示装置を示す透視図。
【図４０】背面投射型の表示装置を示す断面図。
【図４１】本発明の第５の態様に係る投射型液晶表示装置の構成を示す図。
【図４２】図４１に示す表示装置における駆動電圧供給回路を示す図。
【図４３】図４１の表示装置における変調素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１…回転楕円型のミラー、…１０２光源ランプ、１０３…コンデンサレンズ、１０４…電動絞り、１０７…駆動回路、１０８…散乱型変調素子、１０９…フィールドレンズ、１１０…投射レンズ、１１１…電動絞り、１２０…制御回路、１２１…デコーダ、１４０…輝度信号平滑回路、１４０Ｂ…ＲＣ積分回路。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a display device that displays an image based on a video signal, and more particularly, to a projection display device that projects light source light onto a screen through a modulation element.
[0002]
[Prior art]
At present, a plasma light emitting panel and a modulation element have attracted attention as a small and lightweight flat display device replacing a CRT display device. The flat panel display devices can be roughly classified into a self-luminous type that emits light in a display operation by itself and a transmittance control type that controls the transmittance of light incident from an independent light source in a display operation. For example, a plasma light emitting panel belongs to a self-luminous type, and a modulation element belongs to a transmittance control type. In particular, this modulation element is considered to be a favorite of a next-generation display device, and its technical development is being advanced in various practical fields.
[0003]
A typical modulation element uses a polarizing plate to make linearly polarized light incident on a birefringent or optically rotating liquid crystal layer, as represented by a twisted nematic type introduced in a liquid crystal device handbook. It is characterized by the following. However, such a modulation element has a disadvantage that the amount of light obtained from the light source is reduced to about half when passing through the polarizing plate.
[0004]
Recently, a modulation element that does not require the above-mentioned polarizing plate has been developed. The modulation element is a polymer-dispersed liquid crystal layer in which a liquid crystal material is contained in a polymer resin, or a fine-particle-dispersed liquid crystal layer in which fine particles are contained in a liquid crystal material. Are transparent and the other is between electrode substrates having reflection characteristics, and functions as a scattering-type modulation element that modulates the spatial propagation direction of light rays incident on this liquid crystal layer. In this case, the utilization efficiency of the light source light is improved as compared with the device using the polarizing plate.
[0005]
The modulation element having the polymer-dispersed liquid crystal layer is set in a milky white light scattering state in which the incident light is scattered in a pixel region between electrodes to which no voltage is applied, for example. Is set in a transparent light transmitting state in which light is hardly scattered. For this reason, the scattering property of each pixel region is controlled so that the intensity of the transmitted light and the reflected light changes according to the video signal, and one of the transmitted light and the reflected light is guided to the screen by the projection optical system.
[0006]
The function of the modulation element having the fine particle dispersed type liquid crystal layer is basically the same as that of the modulation element having the polymer type liquid crystal layer.
[0007]
As another display device, for example, a micro-mirror device (DMD) is introduced on page 1012 or later of SID93 digest. The micro-mirror device controls the direction of reflected light by individually changing the angles of micro-mirrors arranged in a two-dimensional matrix, and the reflected light reflected in a desired direction is projected onto a screen by a projection optical system. It is led to. The micro-mirror device also functions similarly to the modulation element having the fine particle dispersed liquid crystal layer or the polymer dispersed liquid crystal layer in modulating the spatial propagation direction of the incident light.
[0008]
FIG. 1 schematically shows a configuration of a conventional projection display device. In FIG. 1, a light source unit 11 includes a lamp 12 as a light source, and a collimator optical system 13 for converging light from the lamp 12 into parallel rays. The scattering type modulation element 14 has a function of two-dimensionally modulating the spatial propagation direction of the parallel light beam incident from the collimator optical system 13 and is, for example, a polymer dispersion type modulation element. The drive circuit 20 drives the modulation element 14 according to the video signal. The projection optical system 16 includes an aperture unit 15 for extracting light having a certain angle range from the transmitted light of the modulation element 14, and projects the extracted transmitted light on a screen 17. In this way, the image is displayed on the screen 17 with the light intensity distribution corresponding to the video signal.
[0009]
By the way, the contrast and brightness of the display image depend on the angular distribution of the light rays used for display among the lights emitted from the modulation element 14. The contrast improves as the angle distribution decreases, and the brightness improves as the angle distribution increases. That is, the contrast and the brightness of the display image are in a mutually contradictory relationship.
[0010]
For this reason, JP-A-5-216004, JP-A-5-188345, and the like have a configuration in which the aperture size of the aperture unit 15 that limits the light emitted from the modulation element 14 is variable, and the aperture size is adjusted according to the brightness of the use environment. A technique for optimizing the relationship between the contrast and brightness of a display image by using the technique is disclosed.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to improve both the contrast and the brightness to a satisfactory degree simply by changing the aperture size according to the brightness of the use environment.
[0012]
An object of the present invention is to provide a display device capable of obtaining a display image that is more easily viewable according to an environment where a screen is placed.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a display device capable of accurately reproducing the gradation of an image.
[0014]
Still another object of the present invention is to provide a display device capable of obtaining an excellent display image regardless of environmental temperature conditions.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a light source, a modulation element for optically modulating light emitted from the light source, a modulation element driving unit for driving the modulation element, and disposed between the light source and the modulation element, from the light source. A first aperture means having an aperture whose size is variable, which restricts a light beam incident on the modulation element, a display screen on which light emitted from the modulation element is projected, and light emitted from the modulation element. A projection optical system that projects onto a display screen, and a light source that is disposed between the modulation element and the projection optical system and that restricts a light beam incident on the projection optical system from the modulation element, the size of which has a variable aperture. Aperture means; aperture control means for controlling the size of at least one of the first and second aperture means; light intensity setting means for setting at least two light intensities I; An optical sensor for detecting the display luminance L on the corresponding said screen, said light intensity I and Formula display luminance L for detecting L = qI + L₀(L₀Is a projection coefficient q and an environmental luminance L by substituting into the environmental luminance on the display screen based on light from the environment where the display device is placed.₀Environmental analysis means for obtaining the projection coefficient q and the environmental luminance L₀Means for obtaining a contrast on the display screen from the above expression, and storing data indicating the size of at least one of the apertures of the first and second aperture means at which the contrast is maximum; and Provided is a display device comprising: a processing unit that specifies the size of at least one of the first and second aperture units that maximizes the contrast and determines the size as an optimal value.
[0016]
In the above display device, the following aspects are possible.
[0075]
The light intensity setting means includes: a light intensity of modulated light when a white image is displayed on a screen by the modulation element driving means sending a white image signal to the modulation element; A display device for setting the intensity of modulated light when a black image is displayed on a screen by sending an image signal.
[0076]
The environment analyzing means changes the size of at least one of the first and second aperture means at a fixed rate in a state where a white image is displayed on the screen, and is measured for each changed size of the opening. Display brightness L on the screen_ONAnd changing the size of at least one of the first and second aperture means at a fixed rate in a state where a black image is displayed on the screen, wherein the screen is measured for each changed aperture size. Display brightness L_OFFAnd the L obtained for various aperture sizes_ONAnd L_OFFA display device comprising: a processing unit that determines a ratio of the aperture as a contrast and determines the size of the opening that maximizes the contrast as an optimum value.
[0077]
The display device, wherein the modulation elements are arranged in a number corresponding to a plurality of colors.
[0078]
The display device, wherein the aperture control unit controls the converging angles of the first and second aperture units.
[0079]
The aperture control means controls the size of at least one of the apertures of the first and second aperture means so that the converging angles of the first and second aperture means are substantially equal. apparatus.
[0080]
A spheroidal mirror disposed near the light source and having a focal point at the position of the light source; and a collimator optical system for causing light reflected by the spheroidal mirror to enter the modulation element. A display device, comprising:
[0081]
The display device, wherein the modulation element is a dispersion type liquid crystal element, a digital mirror element, or a liquid crystal diffraction element using an oblique electric field.
[0082]
The display device according to claim 1, wherein the dispersion type liquid crystal element is a polymer dispersion type liquid crystal element or a fine particle dispersion type liquid crystal element.
[0085]
[Action]
Hereinafter, various aspects of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0086]
In the display device according to the first aspect of the present invention, the control unit causes the modulation element to generate modulated light under predetermined conditions in the aperture adjustment mode, and detects the brightness on the screen when the modulated light is projected on the screen. Then, in accordance with the detected brightness, the converging angle of at least one of the first and second aperture means, that is, the aperture size is adjusted so that the contrast and brightness of the display image become optimal values. . Such control of the aperture size is based on the finding that the present inventors have found that the brightness and the contrast of the display image largely depend on the angular distribution of the light beam incident on the modulation element.
[0087]
As described above, by using the brightness on the screen, which reflects the angular distribution of the light beam incident on the modulation element, as a factor for determining the optimum value of the condensing angle, it is possible to improve the brightness under the environment where the screen is placed. An easily viewable display image can be obtained. Further, even when the brightness of the room changes, the light collection angle can be automatically corrected to the optimum value in the aperture adjustment mode.
[0088]
Here, in order to make the present invention easier to understand, the relationship between the brightness of the image displayed on the screen and the contrast will be described.
[0089]
FIG. 2 shows an example of a collimator light source that obtains a parallel light beam from a lamp. The collimator light source includes a lamp 50, a focusing lens system 51, a stop 52, and a condenser lens 53 arranged along the optical axis.
[0090]
One of the characteristics of the existing lamp 50 is that it is not a point light emitter that emits light from one point. The focusing lens system 51 focuses light emitted from the surface of the lamp 50 having a certain area as a circular lamp image 60 having a radius R at the stop 52. The stop 52 limits the luminous flux area of the lamp image 60 on a plane perpendicular to the optical axis. Therefore, the lamp image 60 is considered to be a surface light emitter 62 having an area determined by the radius r of the stop 52. The light beam from the surface light emitter 62 enters the scattering type modulation element 54 via the condenser lens 53. However, the planar spread of the luminous body 62 causes an angular distribution of light rays incident on the modulation element 54.
[0091]
FIG. 3 shows light rays incident on the condenser lens 53. The condenser lens 53 is a convex lens having a focal point at the center of the surface light emitter 62 and having sufficiently small aberration, and is used to make light rays emitted from the surface light emitter 62 parallel to each other. Here, assuming that the center of the surface light-emitting body 62 is point a and the end of the surface light-emitting body 62 is point b, the homologous rays traveling from the point a toward the condenser lens 53 are all aligned with the optical axis after passing through the condenser lens 53. Be parallel. However, the relative rays traveling from the point b to the condenser lens 53 make a certain angle θ with the optical axis after passing through the condenser lens 53. Is proportional to the distance between the points a and b of the lamp image 62, that is, the radius r. The condenser lens 53 emits a light beam distributed at an angle of ± θ corresponding to the entire light emitting body 62 toward the modulation element. If θ is not so large, the angle distribution Ω of the incident light beam incident on the modulation element_iCan be expressed as a solid angle as in the following equation (1).
[0092]
(Equation 1)

As described above, since the angle θ is proportional to the radius r of the lamp image, the angle distribution Ω of the incident light flux_iAnd the area of the lamp image 62 are in a proportional relationship. For this reason, the light flux intensity passing through the stop 52 and entering the modulation element is reduced to I_iAngular distribution Ω_iAnd luminous flux intensity I_iIt can be seen that in the range of r <R, a monotonically increasing tendency is shown corresponding to an increase in the radius r of the diaphragm 52.
[0093]
Next, the intensity I_iThe display characteristics of the scattering type modulation element to which the light beam enters will be described. FIG. 4 shows the angular distribution Ω of the light beam incident on the modulation element._iAnd the angular distribution Ω of the light flux emitted from the modulation element_oShows the relationship with For simplicity, it is assumed that the incident light beam is uniform in the range of the angular distribution Ωi and does not exist outside this range. Further, the modulation element uniformly scatters the incident light beam in the scattering state. This scattering ability is based on the angle distribution Ω of the outgoing light beam obtained corresponding to the incoming light beam having no angular distribution._oThe Ω_pIs represented as
[0094]
This angle distribution Ω_pIs the angular distribution of incident light flux Ω_iIf it is sufficiently larger than the above, the display characteristics of the modulation element have the following relationship with the light source side and the projection side stop.
[0095]
Angle distribution of incident light flux Ω_iIndicates the state of the aperture on the light source side, and the focusing angle Ω of the aperture_A1Is given by the following equation (2).
[0096]
(Equation 2)

Angular distribution Ω of outgoing light flux obtained from a modulation element in a non-scattering state_oThe Ω_oONAngular distribution Ω_oONIs the angular distribution Ω of the incident light flux as shown in the following equation (3)._iIs reflected as it is.
[0097]
Ω_o= Ω_oON= Ω_i                                                ‥‥‥ (3)
Angular distribution Ω of the emitted light beam obtained from the modulation element in the scattering state_oThe Ω_oOFFAngular distribution Ω_oOFFIs an angular distribution Ω indicating the scattering ability of the modulation element as shown in FIG._pAngle distribution of incident light flux Ω_iIs superimposed, but Ω_i<Ω_pIs approximately Ω as shown in the following equation (4)._pIt can be.
[0098]
(Equation 3)

The emitted light beam described above has its angular distribution Ω_oConstant within the range of_A2Only the range is retrieved and displayed. The following equations (5) and (6) represent the incident light flux intensity I_iOf the emitted light flux with respect to_oShows the relationship.
[0099]
I_o= (Ω_A2/ Ω_o) ・ I_i(Ω_A2<Ω_o) (5)
In this case, the intensity I of the emitted light beam_oIs Ω_oAnd Ω_A2Is determined by the ratio of
[0100]
I_o= I_i                                (Ω_A2≧ Ω_o) (6)
The contrast CR is equal to the output light flux intensity I when the modulation element is in the scattering state._ONOf the emitted light flux I in the non-scattering state_OFFIs obtained as a ratio of Generally Ω_A2<Ω_pΩ_A2And Ω_A1When the magnitude relationship is divided into cases, the contrast CR is expressed by the following equations (7) and (8).
[0101]

That is, the condensing angle Ω of the light source side aperture_A1And the focusing angle Ω of the projection side aperture_A2Ω_AThe contrast CR is represented by the converging angle Ω as shown in the following equation (9)._AAnd the angular distribution Ω indicating scattering ability_pIs the ratio of
[0102]
CR = Ω_p/ Ω_A                                          ‥‥‥ (9)
Here, the contrast angle and the brightness of the display image, that is, the light collection angle Ω that determines the output light flux intensity ION._A1And Ω_A2Consider the size relationship. Ω_A1≤Ω_A2In the case of, the emitted light flux intensity I in white display_ONIs Ω from equation (6)_A2And the condition that the contrast is maximized from Equation (9) is Ω_A1= Ω_A2It is. Ω_A1≧ Ω_A2In the case of, from equation (7), the contrast is CR = Ω._p/ Ω_A1From equation (5)._ON= I_iΩ_A2/ Ω_A1It is. Therefore, Ω_A2= Ω_A1(= Ω_i), The emitted light flux intensity I_ONIs the largest. From both of these, the condition under which the intensity of the emitted light beam is highest for an arbitrary contrast and the condition under which the contrast is the best at an arbitrary brightness are Ω._A1= Ω_A2It is. As described above, the focusing angle Ω of the light source side aperture_A1And the focusing angle Ω of the projection side aperture_A2Are the conditions for the best display characteristics.
[0103]
Even under the above optimum conditions, the brightness of the displayed image, that is, the output light intensity I_ON(= I_i) Is improved with an increase in the radius r of the aperture, but the contrast CR of the displayed image is conversely reduced with this. That is, by adjusting the size of the stop, I_ONIt can be seen that even if both CR and CR are changed, they cannot both be improved.
[0104]
The above are qualitative considerations.More detailed considerations must be made individually depending on the optical system method, lamp characteristics, etc., but the basic behavior that the brightness and contrast of the displayed image trade off is , Polymer dispersion type, fine particle dispersion type, liquid crystal diffraction grating by oblique electric field (Japanese Patent Application Nos. 6-298496 and 6-172935), or modulation for modulating the spatial propagation direction of light such as DMD. This is common when an element is used.
[0105]
Here, the contrast of an image displayed on a screen by the operation of a projection display device using a polymer-dispersed liquid crystal as a scattering-type modulation element will be considered. The contrast of the displayed image is affected by the environment surrounding the screen. For this reason, an image was displayed on a screen placed in an illuminated room, and the intensity of the light beam emitted from the modulation element and the contrast of the image were measured in accordance with the converging angle of the aperture. FIG. 5 shows the intensity of the light beam emitted from the modulation element and the contrast of the image measured in accordance with the converging angle. From this relationship, it can be seen that the optimum value that provides the maximum contrast exists within the adjustment range of the light collection angle.
[0106]
When an image is displayed on the screen by the operation of the display device, the brightness L of the screen is the brightness L of the display image._ONOr L_OFFAnd the background brightness L depending on the environment where the screen is placed₀And the sum of Therefore, the actual contrast CR_roomIs the brightness L_ONAnd L_OFFIs represented by the following equation (10).
[0107]
CR_room= (L_ON+ L₀) / (L_OFF+ L₀) ‥‥‥ (10)
Background brightness L₀Determines one of the light transmittance and light reflectance determined by the display format (light transmission type, light reflection type) of this screen according to the intensity of the illumination light of the room where the screen is placed and the external light taken from the window. Multiplied value. This L₀Cannot be ignored because it has the effect of significantly lowering the original contrast CR obtained by equation (9).
[0108]
L₀Is small enough, the contrast is 1 / Ω_ADependence close to the original inclination_AIs smaller, the contrast is better. Conversely, L₀Is sufficiently large, the maximum brightness becomes dominant with respect to the contrast ratio, and the light collection angle Ω_AIs larger, the contrast tends to be larger.
[0109]
Then, L₀Is an intermediate value, the aperture focusing angle Ω_AContrast CR obtained corresponding to_roomWill be considered. Aperture focusing angle Ω_AThe relationship between the intensity I of the projection light from the display device and the brightness L of the screen can be expressed by the following equation (11) by using positive proportional coefficients k and q.
[0110]
L = kΩ_A= QI ‥‥‥ (11)
The following equation (12) represents the brightness L of the background.₀Actual contrast CR taking into account_roomIs shown.
[0111]

L₀= 0, the condensing angle Ω as described above_AIs smaller, the contrast is better. The following equation (13) is L₀Is a requirement for maximizing contrast when is a finite value greater than 0.
[0112]
(Equation 4)

If there is a point where the contrast is maximum, it is the background brightness L₀And aperture focusing angle Ω_ADepends on the shape. In Expression (13), the converging angle Ω_AHas a feasible solution, this solution has a contrast CR_roomIs the optimal value that maximizes However, the aperture focusing angle Ω_AThe upper limit is substantially determined by the actual size of the light source. That is, there is an upper limit of the adjustable range. Therefore, L₀When a certain value is exceeded, Ω is set within the adjustment range so that the contrast is maximized within the adjustment range._AIs the optimum value.
[0113]
Also, L₀Is substantially zero, the converging angle Ω_AIs smaller, the contrast is better. However, actually the focusing angle Ω_AIs too small, the displayed image becomes dark and difficult to see. In such a case, the collection angle Ω_AIs minimized in a range where the display image is easy to see.
[0114]
【Example】
Hereinafter, projection-type display devices according to various aspects of the present invention will be described. Before the description, the basic concept of the present invention will be described.
[0115]
FIG. 6 shows a configuration of a projection display device for explaining the basic concept of the present invention. Regarding the optical system, the projection display device includes a spheroidal mirror 101, a light source lamp 102, a condenser lens 103, a motorized stop 104, a scattering type modulation element 108, a field lens 109, a projection lens 110, and a motorized stop 111. Light obtained from the lamp 102 is directly and reflected by the mirror 101 and enters the condenser lens 103. The condenser lens 103 makes this incident light incident on the scattering type modulation element 108 as parallel light. The scattering type modulation element 108 is provided with a polymer dispersion type liquid crystal layer in which a liquid crystal material is dispersed in a polymer resin as a light modulation layer between a pair of transparent electrode substrates, and the light modulation layer spatially propagates light. It is driven by the drive circuit 107 as a modulation element that modulates the direction according to the video signal. The modulated light from the scattering type modulation element 108 enters the projection lens 110 via the field lens 109. The projection lens 110 projects the incident light on the reflective screen SC. That is, the basic display principle of this projection type display device is the same as the conventional one.
[0116]
The feature of this display device is that it has two electric diaphragms 104 and 111. The stop 104 is provided to stop the light beam of the light beam entering the condenser lens 103, and the electric stop 111 is provided to stop the light beam of the light beam projected from the projection lens 110. Each electric diaphragm has a built-in servomotor controlled by the control circuit 120, and the size of the diaphragm, that is, the shape of the opening is adjusted by the operation of the servomotor. The control circuit 120 operates the diaphragms 104 and 111 on the basis of the input signal A from the luminance signal smoothing circuit 140 and the input signal B from the decoder 121, and distributes the luminous flux incident on the scattering type modulation element 108 and contributes to display. Controls the luminous flux angle range. The decoder 121 receives a control signal transmitted from an external infrared remote controller and decodes it to obtain a signal B.
[0117]
FIG. 13 shows the relationship between the input signals A and B of the control circuit 120 and the converging angle of the stop. The state of the stop is shown as an angle of the light beam emitted from the scattering type modulation element 108 that passes through the stop, that is, a condensing angle. The condensing angle of the stop 111 is set to be variable in a range from 8.6 × 10 −3 sr to 1.1 × 10 −3 sr. Also, the stop 104 is controlled so that light beams in the same angle range are incident on the scattering type modulation element 108.
[0118]
The input signal A of the control circuit 120 is the temporal average intensity of the luminance signal included in the video signal, and is generated by the luminance signal smoothing circuit 140. As shown in FIG. 1, the luminance signal smoothing circuit 140 includes a luminance signal blanking level (black level) detection circuit 140A and an RC integration circuit 140B. The time constant RC of the integration circuit 140B can be changed by adjusting the resistance R. The input signal A of the control circuit 120 is obtained by averaging the difference between the output (black level) of the blanking level (black level) detection circuit 140A and the luminance signal by the RC integration circuit 140B. The input signal B of the control circuit 120 is a signal obtained by decoding a control signal from the infrared remote controller by the decoder 121, and this signal can be set to an arbitrary value by the infrared remote controller. This signal changes the intensity of the influence of the input signal A on the aperture, as shown in FIG. When the value of the input signal B is made sufficiently small, the aperture becomes constant irrespective of the input signal A with the condensing angle being the minimum. Conversely, when the value of the input signal B is made sufficiently large, the aperture becomes constant irrespective of the input signal A in the state where the condensing angle is the maximum. When the light collection angle is fixed at a specific value, a changeover switch (not shown) provided in the control circuit 120 is set so that the input signal A is fixed at an intermediate signal fixed value shown in FIG.
[0119]
A feature of the driving circuit 107 is that the output signal of the smoothing circuit 140B is used as one of the inputs to correct the voltage for driving the scattering type liquid crystal panel. In this correction, the operation state of the control circuit 120 is detected from the decode signal from the decoder 121, and the correction is performed in a direction in which the change in the average intensity of the drive signal decreases in synchronization with the control circuit. Therefore, in the case where the originally dark projected image becomes darker due to a small condensing angle, the brightness of the scattering type liquid crystal panel is corrected in the direction of increasing, and the brightness variation in the finally obtained projected image is obtained. Is alleviated.
[0120]
When the display device having the above-described configuration was operated in a dark room for display operation, the characteristics of the polymer-dispersed liquid crystal were insufficient, so that the contrast ratio was 70: 1, 8.6 when the converging angle was 1.1 × 10 −3 sr. In the case of × 10 −3 sr, the contrast ratio was 18: 1. In addition, the amount of light during white display was 18 lm when the condensing angle was 1.1 × 10 −3 sr, and the display was 75 lm when 8.6 × 10 −3 sr. In the case where the aperture is fixed, it is necessary to use the aperture in a state of 1.1 × 10 −3 sr where the condensing angle is minimum in order to obtain a sufficient contrast ratio. On the other hand, when variable as in the embodiment, since the overall brightness can be increased in a bright scene, the impression of the display is dramatically improved. In particular, when the display operation is performed using video software that records images of the constellation and the moon world, the black background is tightened at the scene of the constellation and a very good display completely different from the case where the aperture is fixed It becomes. Also, regarding the relationship between the average brightness change and the aperture adjustment speed, when the time constant of aperture adjustment is set to about 0.5 to 1 second, the display characteristics are improved without feeling unnaturalness much. did it.
[0121]
Next, when a display was performed using a screen with a reflection gain of 13 times in a room of 500 lux, the brightness of the screen due to the room light was quite worrisome, and the condensing angle was set to a substantially maximum state. Sometimes the best impression was obtained. This setting is worse than the case where the condensing angle is further reduced because the contrast is insufficient when the room is sufficiently dark. When the display device of this example was used, it was confirmed that the display operation could be performed with the display characteristics optimized even when the brightness of the use environment was different.
[0122]
In a bright environment, a human sense perceives a dark portion as black with respect to the brightness, and therefore, a demand for black display is not so severe in a bright scene. In this case, it is important that the white portion is sufficiently bright rather than the contrast ratio.
[0123]
Conversely, in a dark scene, the sensation is sensitive to darkness so that the distinction between bright black and dark black is clear. Since the brightness of the white part is emphasized by comparison with the surrounding black part, the absolute brightness of the white part is not so important. In this case, it is required that the contrast ratio be good and black be displayed dark enough.
[0124]
This projection display device can change the display characteristics so as to satisfy human senses, and can also obtain display characteristics that have not been obtained conventionally. That is, substantial brightness can be improved with a sufficient contrast ratio.
[0125]
This projection display device is actually used in various environments depending on the time zone or the place. In particular, black light is very susceptible to external light (indoor lighting, window lighting) acting on the screen to determine its brightness. That is, if the periphery of the screen is too bright, the contrast of the image displayed on the screen decreases even if the output light from the display device has a good contrast ratio. Therefore, in such a state, display giving priority to brightness over contrast ratio is performed. Further, in a sufficiently dark room or the like, display is performed such that black appears to sink firmly even if the white display is slightly dark.
[0126]
In this projection display device, it is possible to arbitrarily select which of black display and white display is prioritized according to various conditions of the surrounding environment. Further, this display device has low power consumption despite having the above-described good display performance.
[0127]
In the example described above, the reflection type screen SC is used for viewing the display image on the front side, but the transmission type screen may be used for viewing the display image on the rear side.
[0128]
Further, in this example, the display device is configured to use the transmitted light of the scattering type liquid crystal panel provided as a modulation element, but may be configured to use the reflected light of the scattering type liquid crystal panel. This scattering type liquid crystal panel may have, for example, a fine particle dispersed type liquid crystal layer as a light modulation layer instead of the polymer dispersed type liquid crystal layer. The scattering type liquid crystal panel may be changed to a modulation element such as a DMD, TN type liquid crystal, or a liquid crystal diffraction grating by an oblique electric field.
[0129]
Hereinafter, the projection display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0130]
In FIG. 7, the projection type display apparatus includes a spheroidal mirror 101, a light source lamp 102, a motorized aperture 104, a condenser lens 103, a scattering type modulation element 108, a field lens 109, a projection lens group 110, and a motorized aperture 111. It has an optical system arranged on an axis. Light obtained from the lamp 102 enters the condenser lens 103 directly and after being reflected by the mirror 101. The condenser lens 103 makes this incident light incident on the modulation element 108 as light rays parallel to each other. The modulation element 108 modulates the spatial propagation direction of the incident light in a two-dimensional area, and is driven by the modulation element driving circuit 107. The modulation element 108 is a liquid crystal panel including a liquid crystal layer in which a liquid crystal material is dispersed in a polymer resin, between a pair of transparent electrode substrates. The field lens 109 guides the modulated light from the modulation element 108 to the projection lens group 110, and the projection lens group 110 projects the modulated light on the reflection screen SC. That is, the basic display principle of this projection type display device is the same as the conventional one.
[0131]
In this display device, an electric iris 104 is arranged between the light source lamp 102 and the condenser lens 103, and an electric iris 111 is arranged in the projection lens group 110. The motorized aperture 104 stops the light flux of the light source light from the light source lamp 102 to control the angle range of the light beam incident on the modulation element 108, and the motorized aperture 111 modulates to control the angle range of the light beam projected on the screen SC. The luminous flux of the modulated light from the element 108 is reduced.
[0132]
The electric apertures 104 and 111 have a built-in servomotor M controlled by an aperture drive circuit 123, and the aperture size, that is, the shape and size of the opening is adjusted by the operation of the servomotor. The shape of the opening may be a square or a circle, particularly preferably a circular shape as shown in FIG. 8 (a), and the radius r may be changed by a servomotor. Further, as shown in FIG. 8B, a structure in which the upper and lower portions and / or the left and right portions of the opening are shielded by a servomotor may be employed. It is more preferable that the upper and lower sides and the right and left sides are shielded from light to form a square opening.
[0133]
Particularly preferably, the motorized apertures 104 and 111 have the same configuration as the apertures often used in cameras, as shown in FIGS. 8C to 8E. 8C illustrates a case where the opening diameter is small, FIG. 8D illustrates a case where the opening diameter is intermediate, and FIG. 8E illustrates a case where the opening diameter is large.
[0134]
In the example shown in FIG. 7, each of the electric diaphragms 104 and 111 is constituted by five ceramic blades CB having excellent heat resistance. By changing the size of the circular opening formed by the combination of these ceramic blades CB, that is, the radius r by the servo motor M, the motorized apertures 104 and 111 function as circular variable apertures whose converging angles change.
[0135]
Further, the display device includes a display control circuit 121 for controlling the entire display operation, a raster signal generation circuit 122 for generating a raster signal set to a luminance level specified by the display control circuit 121, and a display control circuit 121 Aperture drive circuit 123 that drives each of the motorized apertures 104 and 111 so as to have a converging angle, that is, an aperture radius r, light that detects the brightness of the screen SC and generates an analog voltage signal corresponding to the brightness. It has a sensor 128 and an optical sensor interface circuit 124 for converting a voltage signal from the optical sensor 128 into a digital signal and inputting the digital signal to the display control circuit 121.
[0136]
The display control circuit 121 is connected to a raster signal generation circuit 122, an aperture driving circuit 123, and an optical sensor interface circuit 124 via a data bus 125, and the optical sensor 128 is connected to the optical sensor interface circuit 124, and the aperture driving circuit 123 Are connected to the motorized apertures 104 and 111, and the modulation element driving circuit 107 is connected to the modulation element 108.
[0137]
This display device has changeover switches SW1 and SW3 controlled by the state of the raster signal generation circuit 122, and a push switch SW2 for commanding aperture adjustment. The switch SW1 has a first contact connected to the video input terminal 131 to which the video signal is supplied, a second contact connected to the raster signal output terminal of the raster signal generation circuit 122, and a common contact connected to the modulation element driving circuit 107. , And a control terminal connected to the status output terminal of the raster signal generation circuit 122.
[0138]
The switch SW2 is connected between a pair of switch connection terminals of the display control circuit 121. The switch SW3 has a first contact connected to one end of the variable resistor 127, a second contact connected to one end of the fixed resistor 126, a common contact connected to one of the resistor connection terminals of the aperture driving circuit 123, and a raster signal. It has a control terminal connected to the status output terminal of the generation circuit 122. The other ends of the fixed resistance 126 and the variable resistance 127 are connected to the other of the resistance connection terminals of the aperture driving circuit 123.
[0139]
The display control circuit 121 detects that the switch SW2 has been pressed, and sets the aperture adjustment mode. The raster signal generating circuit 122 is normally kept stopped, and is activated in this aperture adjustment mode. The switch SW1 connects the common contact to the first contact under a status signal supplied when the raster signal generating circuit 122 is in a stopped state, and provides a status supplied when the raster signal generating circuit 122 is in an operating state. The common contact is connected to the second contact under a signal.
[0140]
That is, the switch SW1 normally supplies a video signal to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW3 connects the variable resistor 127 to the aperture driving circuit 123. When the raster signal generation circuit 122 is activated by the setting of the aperture adjustment mode, the switch SW1 supplies a raster signal to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW2 connects the fixed resistor 126 to the aperture driving circuit 123.
[0141]
The aperture drive circuit 123 adjusts the motorized apertures 104 and 111 to the converging angle of the motorized aperture specified by the display control circuit 121, that is, the aperture radius, while being connected to the fixed resistor 126. The variable resistor 127 is provided to further correct the light collection angle thus set, and is manually operated. When the variable resistor 127 is operated while being connected to the variable resistor 127, the aperture driving circuit 123 corrects the value of the condensing angle in the positive and negative directions according to the resistance value of the variable resistor 127. The optical sensor 128 includes, for example, a photodiode and a condenser lens, and the brightness of the screen SC is measured based on a signal supplied from the optical sensor 128 to the display control circuit 121 via the optical sensor interface 124.
[0142]
The display control circuit 121 has a microprocessor MP for performing various data processing and a memory SM for storing a control program of the microprocessor MP and various data. The control program includes a processing routine for determining an optimum converging angle in the aperture control mode.
[0143]
Next, the operation of the display device will be described with reference to flowcharts shown in FIGS.
[0144]
In FIG. 9, a display control circuit 121 performs a display control process by executing a control program when power is turned on. When the display control process is started, it is checked in step S201 whether the push switch SW2 has been pressed. When it is detected that the push switch SW2 is pressed, the display control circuit 121 sets the aperture adjustment mode to activate the raster signal generator 122 in step S202, and maximizes the luminance level of the raster signal. To the raster signal generator 122.
[0145]
The switch SW1 supplies the raster signal generated from the raster signal generator 122 to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW3 connects the fixed resistor 126 to the aperture driving circuit 123. At this time, the modulation element driving circuit 107 drives the modulation element 108 so that the light transmittance (degree of modulation) becomes maximum in accordance with the raster signal, and emits the brightest modulated light for displaying a white image on the entire screen SC. . After that, in step S203, the display control circuit 121 performs a measurement process for obtaining the brightness of the screen SC for various converging angles of the aperture.
[0146]
FIG. 10 illustrates this measurement process in more detail. The display control circuit 121 waits in step S251 for a predetermined time of about 0.5 seconds determined in consideration of a response time required for actually driving the modulation element 108 to elapse. Convergence angle 1.0 × 10 to set the aperture down^-3srad is specified to the aperture driving circuit 123. In step S254, the display control circuit 121 measures the brightness of the screen detected by the optical sensor 128 in a state where each of the apertures is at the maximum aperture. Thereafter, the display control circuit 121 sets the condensing angle to 0.5 × 10 in step S253.^-3The brightness is increased at the rate of srad, and the brightness of the screen detected by the optical sensor 128 is measured in step S254 every time the light collection angle is increased. At step S255, the condensing angle is 9.5 × 10^-3When it is detected that the value of srad has been reached to open the aperture most, the measurement process for displaying a white image ends, and step S204 shown in FIG. 9 is executed.
[0147]
In step S204, the display control circuit 121 instructs the raster signal generator 122 to minimize the luminance level of the raster signal in step S202. Switches SW1 and SW2 function in the same manner as in step S202. At this time, the modulation element driving circuit 107 drives the modulation element 108 so that the light transmittance (degree of modulation) becomes minimum in accordance with the raster signal, and emits the darkest modulated light for displaying a black image on the entire screen SC. . Thereafter, the display control circuit 121 performs the measurement processing shown in FIG. 10 again in step S205. When the measurement process for displaying the black image ends, step S206 is executed.
[0148]
In step S206, the display control circuit 121 creates a data table indicating the relationship between the light collection angle and the contrast. This data table is created by obtaining, as a contrast, the ratio between the measured brightness value obtained in step S203 and the measured brightness value obtained in step S205 for the same converging angle. In step S207, the display control circuit 121 searches the data table for an optimum light-condensing angle at which the contrast becomes maximum, and specifies the optimum light-condensing angle to the aperture driving circuit 123. When the aperture driving circuit 123 drives each of the motorized apertures 104 and 111 so as to have the optimum light converging angle, the display control circuit 121 cancels the aperture adjustment mode to stop the raster signal generator 122, and returns to step S1. Execute S201. After releasing the aperture adjustment mode, the switch SW1 supplies the video signal input to the video input terminal to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW3 connects the variable resistor 127 to the aperture driving circuit 123.
[0149]
In the above-described embodiment, by pressing the switch SW2, the optimum converging angle of the diaphragm that maximizes the contrast is obtained, and the diaphragm is automatically adjusted to have the optimum converging angle. Since the variable resistor 127 can be used after this adjustment, the brightness of the display image obtained under the optimum converging angle can be further changed to a brighter or darker direction as desired.
[0150]
Here, results of a display experiment obtained with a modulation element using a polymer-dispersed liquid crystal are shown. Contrast is 1.0 × 10^-370: 1 for srad, convergence angle 9.5 × 10^-3In the case of srad, the ratio was 18: 1. In addition, the light quantity when displaying a white image is 1.0 × 10^-318 lm in the case of srad, condensing angle 9.5 × 10^-3In the case of srad, the display was 75 lm. In addition, display experiments were performed while changing the brightness of the room, but each time the switch SW2 was pressed, the condensing angle of the electric diaphragms 104 and 111 was quickly adjusted to the optimal value that maximized the contrast. Such a change in the use environment can be easily dealt with.
[0151]
Next, an example of another projection display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0152]
This display device is composed of exactly the same hardware as the device shown in FIG. 7 except for the contents of the memory SM provided in the display control circuit 121. For this reason, similar parts are denoted by the same reference numerals, and description of the hardware parts is omitted. In this embodiment, various converging angles in a variable range common to the electric diaphragms 104 and 111, and modulated light emitted from the modulating element to display a white image and a black image under these converging angles, respectively. A data table indicating the standard relationship with the intensity is stored in the memory SM in advance, and the control program is modified to use this table.
[0153]
That is, the display control circuit 121 performs a display control process shown in FIG. 11 by executing a control program when the power is turned on. When the display control process is started, first, it is checked in step S301 whether the push switch SW2 has been pressed. When it is detected that the push switch SW2 is pressed, the display control circuit 121 sets the aperture adjustment mode in order to activate the raster signal generator 122 in step S302, and sets the 2.1 × 10^-3The standard convergence angle of the stop, srad, is specified to the stop drive circuit 123, and further, in step S303, the raster signal generator 122 is specified to maximize the luminance level of the raster signal.
[0154]
The switch SW1 supplies the raster signal generated from the raster signal generator 122 to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW3 connects the fixed resistor 126 to the aperture driving circuit 123. At this time, the modulation element driving circuit 107 drives the modulation element 108 so that the light transmittance (degree of modulation) becomes maximum in accordance with the raster signal, and emits the brightest modulated light for displaying a white image on the entire screen SC. . After that, the display control circuit 121 waits in step S304 for a predetermined time of about 0.5 second determined in consideration of a response time required for actually driving the modulation element 108 to be focused on the stop. The corner is 2.1 × 10_-3In step S305, the brightness detected by the optical sensor 128 in the state set to srad is measured.
[0155]
Further, the display control circuit 121 instructs the raster signal generator 122 to minimize the luminance level of the raster signal in step S306. Switches SW1 and SW3 function in the same manner as in step S303. At this time, the modulation element driving circuit 107 drives the modulation element 108 to minimize the light transmittance (modulation degree) in response to the raster signal, and emits the darkest modulated light for displaying a black image on the entire screen SC. .
[0156]
After that, the display control circuit 121 waits in step S307 for a predetermined time of about 0.5 seconds determined in consideration of a response time required for actually driving the modulation element 108 to be in progress. Is 2.1 × 10^-3In step S308, the brightness detected by the optical sensor 128 in the state set to srad is measured.
[0157]
The display control circuit 121 determines in step S309 that the brightness L obtained when the white image is displayed on the screen._ONAnd the intensity I of the modulated light emitted from the modulation element 108_ONAnd the brightness of the background L₀Expression L representing the relationship with_ON= QI_ON+ L₀, And the brightness L obtained when the black image is displayed on the screen_OFFAnd the intensity I of the modulated light emitted from the modulation element 108_OFFAnd the brightness of the background L₀Expression L representing the relationship with_OFF= QI_OFF+ L₀Coefficient q and background brightness L included in₀Ask for. That is, the L obtained in steps S305 and S308_ONAnd L_OFFIs the intensity I of the modulated light_ONAnd I_OFFTogether with these expressions. Where q is a positive constant and I_ONAnd I_OFFIs a value obtained from the data table stored in the memory SM.
[0158]
After that, in step S310, the display control circuit 121 determines that q and L have become known in step S309.₀Is the L shown in step S309._ON= QI_ON+ L₀And L_OFF= QI_OFF+ L₀And the intensity I of the modulated light obtained from the data table assuming that the converging angle is changed in a variable range common to the diaphragm._ONAnd I_OFFIs substituted into these equations to obtain the contrast L_ON/ L_OFFIs obtained, and this condensing angle is specified to the aperture driving circuit 123 in step S311.
[0159]
When the aperture driving circuit 123 drives each of the motorized apertures 104 and 111 so as to have this converging angle, the display control circuit 121 cancels the aperture adjustment mode to stop the raster signal generator 122 in step S312, and again. Step S301 is executed. After releasing the aperture adjustment mode, the switch SW1 supplies the video signal input to the video input terminal to the modulation element driving circuit 107, and the switch SW3 connects the variable resistor 127 to the aperture driving circuit 123.
[0160]
In the second embodiment, by pressing the switch SW2 in the same manner as in the first embodiment, the optimum light condensing angle of the diaphragm at which the contrast is maximized is obtained. Is adjusted. Since the variable resistor 127 can be used after this adjustment, the brightness of the display image obtained under the optimum converging angle can be further changed to a brighter or darker direction as desired.
[0161]
Further, in this embodiment, the condensing angle of the stop can be optimized in a short time. That is, in the first embodiment, in a state where the white image and the black image are displayed on the screen, 0.5 × 10^-3The convergence angle of the aperture must be changed at the rate of srad, and the brightness of the screen must be measured each time. On the other hand, in the second embodiment, the number of times of measuring the brightness of the screen can be reduced to two times by using a data table prepared in advance in the memory SM, and as a result, the condensing angle of the aperture is optimized. The time required to perform the operation can be reduced to 5 seconds or less.
[0162]
In the second embodiment, the equation L = qI + L₀Q and L at₀To estimate the brightest light intensity I obtained at a standard collection angle._ONModulated light and darkest light intensity I_OFFAlthough the brightness L was measured using each of the two modulated lights as the outgoing light, use of other modulated states does not impair the gist of the present invention.
[0163]
For example, the light intensity I of the modulated light obtained when the light collection angle is maximized at the modulation degree of the modulation element set to a predetermined halftone level_AMAXAnd the light intensity I of the modulated light obtained when the focusing angle is minimized_AMINAnd the brightness L measured using each of these modulated lights as output light._AMAXAnd L_AMINAnd l in the following equation, q and L₀May be requested.
[0164]
L_AMAX    = QI_AMAX    + L₀
L_AMIN    = QI_AMIN    + L₀
The point is that q and L₀Is obtained by projecting at least two modulated lights having different light intensities onto the screen SC, and measuring the brightness of the screen SC obtained at this time. Where q and L₀Since the accuracy of the above increases as the difference between the intensity of the modulated lights increases, it is preferable to set the intensity of one modulated light to the maximum and minimize the intensity of the other modulated light.
[0165]
Further, instead of projecting two different intensity modulated lights, for example, three or more n different modulated lights can be projected. The brightness obtained by the projection of the modulated light is represented by the following equation.
[0166]
L_i  = QI_i+ L₀(I = 1, 2,... N)
In this case, q and L₀May be obtained by using a method such as the least square method. These q and L₀Is determined, various ratios q 2 / L₀Q and L obtained from a one-dimensional data table showing the relationship of the optimal aperture state to₀The optimum aperture state corresponding to the ratio can be determined.
[0167]
In each of the embodiments described above, the reflection type screen SC is used for viewing the display image on the front side, but the transmission type screen may be used for viewing the display image on the rear side.
[0168]
Further, in each of the embodiments, the display device is configured to use the transmitted light of the modulation element as the modulation light, but may be configured to use the reflection light of the modulation element. Further, the modulation element may use, for example, a fine particle-dispersed liquid crystal, DMD, or a liquid crystal diffraction grating by an oblique electric field instead of the polymer-dispersed liquid crystal.
[0169]
As described above, according to the first aspect of the present invention, the brightness of the screen reflecting the angular distribution of the light beam incident on the modulation element is detected, and this value is used to adjust the aperture to maximize the contrast of the display image. Therefore, it is possible to obtain a display image that is easier to see under the environment where the screen is placed.
[0170]
Next, a projection display according to a second embodiment of the present invention will be described.
[0171]
FIG. 12 shows the configuration of this projection display device. Regarding the optical system, the projection display device includes a spheroidal mirror 101, a light source lamp 102, a condenser lens 103, a motorized stop 104, a modulation element 108, a field lens 109, a projection lens 110, and a motorized stop 111. Light obtained from the lamp 102 is directly and reflected by the mirror 101 and enters the condenser lens 103. The condenser lens 103 makes this incident light incident on the modulation element 108 as a parallel light beam. The modulation element 108 includes a polymer dispersion type liquid crystal layer formed by dispersing a liquid crystal material in a polymer resin as a light modulation layer between a pair of transparent electrode substrates, and the light modulation layer controls the spatial propagation direction of light. It is driven by the drive circuit 107 as a modulation element that modulates according to a video signal. The modulated light from the modulation element 108 enters the projection lens 110 via the field lens 109. The projection lens 110 projects the incident light on the reflective screen SC. That is, the basic configuration of this projection display device is the same as that of the projection display device shown in FIG.
[0172]
This display device includes two motorized apertures 104 and 111 as in the device shown in FIG. The stop 104 is provided to stop the light beam of the light beam entering the condenser lens 103, and the electric stop 111 is provided to stop the light beam of the light beam projected from the projection lens 110. The control circuit 120 of each electric diaphragm controls the diaphragms 104 and 111 based on the input signal A from the luminance signal smoothing circuit 140, the input signal B from the decoder 129, and the signal C from the optical sensor interface circuit 124. The light emitting device is operated to control a light beam distribution incident on the modulation element 108 and an output light beam angle range contributing to display. The decoder 129 receives a control signal transmitted from an external infrared remote controller, and obtains a signal B by decoding the control signal.
[0173]
FIG. 13 shows the relationship between the input signals A and B of the control circuit 120 and the converging angle of the stop. The state of the stop is shown as an angle of the light beam emitted from the modulation element 108 passing through the stop, that is, a converging angle. The converging angle of the aperture 111 is 8.6 × 10^-31.1 × 10 from sr^-3It is set to be variable in the range of sr. Also, the stop 104 is controlled so that a light beam in the same angle range enters the modulation element 108.
[0174]
The input signal A of the control circuit 120 is the temporal average intensity of the luminance signal included in the video signal, and is generated by the luminance signal smoothing circuit 140. As shown in FIG. 10, the luminance signal smoothing circuit 140 includes a luminance signal blanking level (black level) detection circuit 140A and an RC integration circuit 140B. The time constant RC of the integration circuit 140B can be changed by adjusting the resistance R. The input signal A of the control circuit 120 is obtained by averaging the difference between the output (black level) of the blanking level (black level) detection circuit 140A and the luminance signal by the RC integration circuit 140B.
[0175]
The input signal B of the control circuit 120 is a signal obtained by decoding a control signal from the infrared remote controller by the decoder 129, and this signal can be set to an arbitrary value by the infrared remote controller. As shown in FIG. 12, this signal changes the intensity of the influence of the input signal A on the aperture. When the value of the input signal B is sufficiently small, the aperture is in a state where the condensing angle is at a minimum. It is constant regardless of the input signal A. Conversely, when the value of the input signal B is made sufficiently large, the aperture becomes constant irrespective of the input signal A in the state where the condensing angle is the maximum. When the light collection angle is fixed at a specific value, a changeover switch (not shown) provided in the control circuit 120 is set so that the input signal A is fixed at an intermediate signal fixed value shown in FIG.
[0176]
A feature of the driving circuit 107 is that the output signal of the smoothing circuit 140B is used as one of the inputs to correct the voltage for driving the scattering type liquid crystal panel. In this correction, the operation state of the control circuit 120 is detected from the decoded signal from the decoder 129, and the correction is performed in a direction in which the change in the average intensity of the drive signal becomes smaller in synchronization with the control circuit. Therefore, when the originally dark projected image becomes darker due to a small light collection angle, the brightness of the scattering type liquid crystal panel is corrected in the direction of increasing, and the brightness variation in the finally obtained projected image is obtained. Is alleviated.
[0177]
As described above, when the input signal A is set to be constant at the intermediate signal fixed value shown in FIG. 12, then the aperture is determined based on the signal C from the optical sensor interface circuit 124. Is controlled.
[0178]
Next, the average video level (APL) detection circuit 140 in the display device shown in FIG. 12 will be specifically described with reference to FIGS.
[0179]
In the average video level (APL) detection circuit 140 shown in FIG. 14, a video signal of positive polarity is input from the input terminal 151 and is applied to the collector of the transistor 174 via the coupling capacitor -171. The collector of the transistor 174 has the power supply voltage V supplied to the power supply terminal 161._CCAre biased by resistors 172 and 173.
[0180]
A gate pulse is applied from the terminal 162 to the base of the transistor 174 via the resistor 175. In the transistor 174, the average video level (APL) is detected during the period of the gate pulse. The detected period is, for example, a blanking period of the video signal.
[0181]
Next, the detected APL is peak rectified by a time constant circuit including a rectifying diode 177, a resistor 178, and a capacitor -179 via a buffer transistor 176, and a buffer amplifier including a transistor 180 and a resistor 181 is provided. And the resistor 182, the following signal is obtained.
[0182]
FIG. 15 shows the collector input of the transistor 174, the emitter output of the buffer transistor 176, and the emitter output of the buffer transistor 180 when the video signal has a low APL and when the video signal has a high APL. FIG. 15 shows that the emitter output of the buffer transistor 180 is low when the APL is low and high when the APL is high. This voltage change is obtained via the resistor 182.
[0183]
FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of the APL detection circuit. It is assumed that, for example, a video signal in which the tip of a synchronization signal is clamped is input to the terminal 151. Here, the transistor 190 is connected to the power supply terminal 161 via a parallel circuit including a resistor 191 and a capacitor 192, and the emitter of the transistor 190 is connected to a reference potential point via a resistor 193 and a Zener diode 194. ing.
[0184]
The collector of the transistor 190 is connected to the base of the PNP transistor 195. The emitter of the PNP transistor 195 is connected to the power supply terminal 162 via a parallel circuit including a resistor 196 and a capacitor 197. It is connected to the base of I.80. The transistor 180 and the resistor 182 are the same as those shown in FIG.
[0185]
In the circuit having the structure shown in FIG. 16, when a clamped video signal is input to the base of the transistor 190, a signal having a level higher than the threshold value set by the Zener diode 194 is output from the collector of the transistor 190. It is repeatedly amplified and output. This signal is rectified by the base emitter of transistor 195 and taken out via transistor 180.
[0186]
The reference voltage at the input terminal (−) of the error amplifier 150 changes according to the emitter output of the transistor 180. By doing so, the collector input of the transistor 190 and the emitter output of the buffer transistor 195 are as shown in FIG. In FIG. 17, the hatched portion is the portion amplified by the transistor 195, and the portion below this threshold is rectified through the base and the emitter of the transistor 180.
[0187]
When the display device having the configuration shown in FIG. 12 described above was operated in a dark room, the characteristics of the polymer-dispersed liquid crystal were insufficient. In the case of 8.6 × 10 −3 sr, the contrast was 18: 1. In addition, the amount of light during white display was 18 lm when the condensing angle was 1.1 × 10 −3 sr, and the display was 75 lm when 8.6 × 10 −3 sr. When the stop is fixed, it is necessary to use the stop in a state of 1.1 × 10 −3 sr at which the condensing angle is minimum in order to obtain a sufficient contrast. On the other hand, when variable as in the embodiment, since the overall brightness can be increased in a bright scene, the impression of the display is dramatically improved. In particular, when the display operation is performed using video software that records images of the constellation and the moon world, the black background is tightened at the scene of the constellation and a very good display completely different from the case where the aperture is fixed It becomes. Also, regarding the relationship between the average brightness change and the aperture adjustment speed, when the time constant of aperture adjustment is set to about 0.5 to 1 second, the display characteristics are improved without feeling unnaturalness much. did it.
[0188]
Next, when a display was performed using a screen with a reflection gain of 13 times in a room of 500 lux, the brightness of the screen due to the room light was quite worrisome, and the condensing angle was set to a substantially maximum state. Sometimes the best impression was obtained. This setting is worse than the case where the condensing angle is further reduced because the contrast is insufficient when the room is sufficiently dark. When the display device of this example was used, it was confirmed that the display operation could be performed with the display characteristics optimized even when the brightness of the use environment was different.
[0189]
In a bright environment, a human sense perceives a dark portion as black with respect to the brightness, and therefore, a demand for black display is not so severe in a bright scene. In this case, it is important that the white part is sufficiently bright rather than the contrast.
[0190]
Conversely, in a dark scene, the sensation is sensitive to darkness so that the distinction between bright black and dark black is clear. Since the brightness of the white part is emphasized by comparison with the surrounding black part, the absolute brightness of the white part is not so important. In this case, it is required that the contrast be good and black be displayed sufficiently dark. The projection type display device of this embodiment can change the display characteristics so as to satisfy human senses, and can also obtain display characteristics that have not been obtained conventionally. That is, substantial brightness can be improved with sufficient contrast.
[0191]
This projection display device is actually used in various environments depending on the time zone or the place. In particular, black light is very susceptible to external light (indoor lighting, window lighting) acting on the screen to determine its brightness. That is, if the periphery of the screen is too bright, the contrast of the image displayed on the screen decreases even if the output light from the display device has good contrast. Therefore, in such a state, display giving priority to brightness over contrast is performed. Further, in a sufficiently dark room or the like, display is performed such that black appears to sink firmly even if the white display is slightly dark.
[0192]
In the projection display device of this embodiment, it is possible to arbitrarily select which of black display and white display is prioritized according to various conditions of the surrounding environment. Further, this display device has low power consumption despite having the above-described good display performance.
[0193]
In the above-described embodiment, the reflection type screen SC is used for viewing the display image on the front side, but the transmission type screen may be used for viewing the display image on the rear side.
[0194]
Further, in this embodiment, the display device is configured to use the transmitted light of the scattering type liquid crystal panel provided as the light modulation element, but may be configured to use the reflected light of the scattering type liquid crystal panel. . This scattering type liquid crystal panel may have, for example, a fine particle dispersed type liquid crystal layer as a light modulation layer instead of the polymer dispersed type liquid crystal layer. Further, the scattering type liquid crystal panel may be changed to a light modulation element such as a DMD.
[0195]
In the display device according to the present embodiment, it is possible to display an image brighter in a bright scene and darker in a dark scene, thereby improving the effective contrast and brightness. This is because the display characteristics change depending on the aperture state as shown in FIG. In FIG. 18, the state of the stop is shown in the form of the angle of the light beam emitted from the light modulation element passing through the stop, that is, the condensing angle. When the condensing angle is small, the display becomes dark as a whole, but particularly in the case of black display, the display becomes dark, so that the contrast is improved. On the other hand, when the condensing angle is increased, not only the white display but also the black display part becomes brighter, and the contrast is reduced. On the other hand, the maximum luminance and the minimum luminance can be used for display by changing the light collection angle according to the brightness of the display.
[0196]
In a bright environment, a display characteristic emphasizing brightness can be obtained, and in a dark environment, a high-contrast display characteristic emphasizing a black level can be obtained. In other words, as shown in FIG. 19, when the brightness of the display screen is always equal to or higher than a certain value due to the external brightness, the black level does not fall below it, so even if the output light flux of the display device becomes small. It doesn't make much sense. Therefore, in this case, by performing the display with emphasis on brightness by opening the aperture, the overall display characteristics including the environment are improved.
[0197]
As described above, according to the second aspect, the contrast and brightness of an image displayed on a screen can be appropriately controlled.
[0198]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0199]
In the display device according to the first and second aspects, or in the conventional display device, when the condensing angle of the aperture is adjusted, a desired transmitted light intensity is generated in correspondence with the luminance signal voltage. Can no longer be obtained under That is, the gradation of the display image cannot be accurately reproduced. Further, when the modulation element displays a color image composed of red, green, and blue color components, the gradation balance between these color components changes with a change in the condensing angle, thereby changing the color tone of the display image. Results.
[0200]
Further, in the above-described projection display device, although it is possible to optimize the display state under various environments, when performing display with priority on brightness and when performing display with priority on contrast, There is a reduction in contrast and a deterioration in display quality due to a difference in angle distribution of light rays incident on the liquid crystal panel. Such deterioration in display quality is caused by a change in a light leakage current of a pixel switch element of the liquid crystal panel due to a change in a light beam incident on the liquid crystal panel.
[0201]
The third aspect of the present invention has been made in view of the technical problem described above, and accurately reproduces the gradation of an image, and can obtain a good display image under various environments, and is particularly bright. Provided is a projection display device having excellent display quality even when used in an environment.
[0202]
First, regarding the dependence of the driving voltage-modulation light intensity characteristic of the modulation element on the converging angle control when there is no light leak of the liquid crystal panel, according to the study of the inventors, the driving voltage of the modulation element-modulation light The strength characteristics are as shown in FIG. In FIG. 20, a characteristic curve Y1 represents a relative relationship between the driving voltage of the modulation element and the transmitted light (modulated light) intensity obtained at a standard light-collecting angle of 5 degrees. The characteristic curve Y1 shifts as shown by a curve Y2 when the aperture is opened, and shifts as shown by a curve Y3 when the aperture is closed. This changes the transmitted light intensity for the same drive voltage. For example, when the characteristic curve Y1 of the modulation element shifts to the curve Y2, as shown in FIG. 21, the transmittance of the modulation element is smaller than 0.6 which is a value to be set for a luminance signal voltage of 0.6V. Is also set to a high value.
[0203]
Such dependence of the drive voltage-modulated light intensity characteristic on the aperture is considered to be due to the causes described below. That is, as shown in FIG. 22, the distribution of the incident light beam to the modulation element is equal to the distribution of the outgoing light beam determined by the converging angle of the stop. The modulating element has a scattering property to scatter light as shown in FIG. 23, and when the converging angle of the stop changes as shown by A, B and C in FIG. The angles A, B, and C are distributed as shown in FIGS. 24A, 24B, and 24C, respectively.
[0204]
However, these outgoing light beams are blocked by a stop on the outgoing side, for example, except for a portion in the same fixed angle range as the distribution of the incoming light beams. Therefore, only the hatched portions in these figures are involved in the display. Will be effective. As is clear from these figures, the ratio of the effective portion to the light-shielding portion increases as the condensing angle increases.
[0205]
The relative transmittance of the modulation element is such that all of the incident light flux is not scattered by the modulation element and passes through the exit-side stop, and the amount of the output light flux passes through the exit-side stop when scattered due to the scattering property of the modulation element. This is the ratio of the emitted light beam to the light beam amount. In the case where the modulation element exhibits the scattering property as shown in FIG. 23, the transmittances are shown in FIGS. 24 (a) and 24 (b) with respect to the aperture amounts which become the incident light flux and the outgoing light flux as shown by A, B and C in FIG. , (C). In other words, it can be seen that the wider the condensing angle, the larger the ratio of the outgoing light beam transmitted through the exit-side stop to the incoming light beam.
[0206]
According to the display device of the third aspect of the present invention, the compensation circuit compensates for a change in the driving voltage-modulation light intensity characteristic of the modulation element in conjunction with the aperture control unit. Therefore, even when the brightness of an image is changed by adjusting the aperture amount, it is possible to appropriately perform gamma correction. Therefore, collapse of gradation and unnatural change of color tone are prevented.
[0207]
Hereinafter, a projection display device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0208]
FIG. 25 shows the overall configuration of this projection display device. In this projection type display device, a spheroidal mirror 101, a light source lamp 102, a motorized aperture 104, a condenser lens 103, a scattering type modulation element 108, a field lens 109, a projection lens group 110, and a motorized aperture 111 are arranged on the optical axis. It has an optical system arranged. Light obtained from the lamp 102 is directly and reflected by the mirror 101 and enters the condenser lens 103. The condenser lens 103 makes this incident light incident on the modulation element 108 as light rays parallel to each other. The modulation element 108 modulates the spatial propagation direction of incident light in a two-dimensional area, and is driven by a drive circuit including a gamma correction circuit 210 and a polarity inversion / non-inversion amplification circuit 211.
[0209]
The modulation element 108 is a polymer dispersed liquid crystal panel that holds a liquid crystal layer in which a liquid crystal material is dispersed in a polymer resin between a pair of transparent electrode substrates, and a plurality of color pixel groups are arranged in a matrix on the liquid crystal panel. Is done. Each pixel group is composed of red, green, and blue pixels. The field lens 109 guides the modulated light from the modulation element 108 to a projection lens group 110, and the projection lens group 110 projects the modulated light on a reflection type screen. That is, the basic display principle of this projection type display device is the same as that of the related art.
[0210]
In this display device, an electric iris 104 is arranged between the light source lamp 102 and the condenser lens 103, and an electric iris 111 is arranged in the projection lens group 110. The motorized aperture 104 stops the light flux of the light source light from the light source lamp 102 to control the angle range of the light beam incident on the modulation element 108, and the motorized aperture 111 modulates to control the angle range of the light beam projected on the screen 109. The luminous flux of the modulated light from the element 108 is reduced. Each of the motorized apertures 104 and 111 has five ceramic blades and a servomotor having excellent heat resistance, and the size of the circular opening formed by the combination of the ceramic blades, that is, the radius, is changed by the servomotor. It functions as a circular variable stop whose light angle changes.
[0211]
This display device is supplied with three luminance signals R, G, and B obtained by decomposing a color video signal into red, green, and blue color components. Each luminance signal sequentially designates the luminance of the pixel of the corresponding color provided in the modulation element 108 in one field cycle. The display device further includes a diaphragm control circuit for commonly adjusting the converging angles of the electric diaphragms 104 and 111, that is, the opening radii based on the luminance signals R, G, and B, in order to optimize the contrast and brightness of the displayed image. 212.
[0212]
The aperture control circuit 212 supplies the focused angle data D representing the adjusted focused angle of the aperture to the gamma correction circuit 210. The gamma correction circuit 210 performs gamma correction on the luminance signals R, G, and B based on the converging angle data D, and supplies the resulting signals to the polarity inversion / non-inversion amplification circuit 211 as drive voltages RO, GO, and BO. The polarity inversion / non-inversion amplification circuit 211 inverts the polarities of the drive voltages RO, GO, and BO from one of the positive polarity and the negative polarity to the other, for example, in the horizontal scanning cycle of the video signal, and supplies the same to the modulation element 108.
[0213]
FIG. 26 shows the configuration of the gamma correction circuit 210 in more detail. The gamma correction circuit 210 has processing channels CH1-CH3 that are configured similarly to each other to perform gamma correction on the luminance signals R, G, and B, respectively. Each of the processing channels CH1 to CH3 includes an A / D converter 201 for converting a luminance signal of a corresponding color into luminance data I in a digital format representing luminance of each pixel, and luminance data I from the A / D converter 201. Gamma characteristic conversion table 202 for generating reference drive voltage data VR corresponding to the correction data, correction table 203 for generating correction data ΔV corresponding to the condensing angle data D from the aperture control circuit 212, and correction data ΔV as reference voltage data VR. It comprises an adder 204 for adding, and a D / A converter 205 for converting the result of the addition into an analog drive voltage signal.
[0214]
The characteristic conversion table 202 is a ROM storing a plurality of reference drive voltage data VR selected by the luminance data I, and each reference drive voltage data VR is a characteristic curve shown in FIG. Represents a reference drive voltage determined by Y1. The correction table 203 is a ROM that stores a plurality of correction data ΔV selected by the luminance data I, and each correction data ΔV is a curve of the curves Y2 and Y3 obtained for the converging angle specified by the converging angle data D. A correction voltage approximating the difference between such a curve and the characteristic curve Y1.
[0215]
Here, the operation of each processing channel will be described. The A / D converter 201 converts the luminance signal into luminance data I, and supplies this to the gamma characteristic conversion table 202. As a result, one of the reference drive voltage data VR stored in the gamma characteristic conversion table 202 is selected based on the luminance data I, and the gamma correction based on the characteristic curve Y1 obtained at a standard light-condensing angle of 5 degrees is performed. The result is supplied to the adder 204. On the other hand, one of the correction data ΔV stored in the correction table 203 is selected based on the converging angle data D from the aperture control circuit 212, and the characteristic obtained for the converging angle specified by the converging angle data D The difference between the curve and the characteristic curve Y1 is supplied to the adder 204 as a correction voltage approximating the difference. The adder 204 adds the reference drive voltage data VR and the correction data ΔV. The result of the addition represents a drive voltage suitable for the current light collection angle, and is converted into a drive voltage signal by the D / A converter 205.
[0216]
When the motorized apertures 104 and 111 are set to a standard condensing angle of, for example, 5 degrees, the correction data ΔV represents zero, and the addition result of the adder 204 becomes equal to the reference drive voltage data VR. When the focusing angle data D changes by adjusting the focusing angle, the correction data ΔV also changes from zero in a positive or negative direction. The correction data ΔV becomes negative when the condensing angle of the aperture is larger than 5 degrees, and becomes positive when the condensing angle of the aperture is smaller than 5 degrees. Since the modulation element 108 using polymer dispersed liquid crystal is an element in which light scattering property is reduced by applying a voltage and modulated light intensity is increased, the driving voltage becomes smaller as the converging angle of the aperture increases, and the driving voltage of the aperture becomes smaller. The correction is made to increase as the light angle decreases.
[0217]
In this display device, two electric diaphragms 104 and 111 are provided, and the substantial characteristics of the gamma correction circuit 210 change with the adjustment of the light collection angle. As a result, the drive voltage is appropriately corrected with respect to the converging angle of the stop, so that the luminance specified by the luminance signal can be obtained without depending on the converging angle. In other words, when the condensing angle of the aperture changes, the collapse of the gradation and the unnatural change of the color tone do not occur.
[0218]
In the above embodiment, the converging angles of the electric diaphragms 104 and 111 are similarly varied, but only one of them may be varied. Further, the modulation element 108 may use, for example, a fine particle-dispersed liquid crystal, DMD, or a liquid crystal diffraction grating by an oblique electric field instead of the polymer-dispersed liquid crystal. When a modulation element is used in which the light scattering property is increased and the modulated light intensity is decreased by applying a voltage, the driving voltage is increased so that the converging angle of the diaphragm increases and the driving voltage decreases as the converging angle of the diaphragm increases. Is corrected, the contents of the correction table 203 are changed.
[0219]
Further, the correction table 203 holds one correction data ΔV for each converging angle, but calculates the voltage of the difference between the curves Y2 and Y3 obtained for each converging angle and the reference characteristic curve Y1 for each luminance. May be held. In this case, each correction data ΔV is selected by a combination of the luminance data I and the converging angle data D. In such a configuration, although the storage capacity of the correction table 203 must be increased, more detailed correction can be performed.
[0220]
Further, instead of guiding the transmitted light of the modulation element 108 to the screen 109 as in the above-described embodiment, the reflected light of the modulation element 108 may be guided to the screen 109. Further, the screen 109 is not limited to a reflection type used for viewing a display image on the front side, and may be a transmission type used for viewing a display image on the rear side.
[0221]
As described above, according to the third aspect of the present invention, the convergence angle of the aperture is optimized based on the surrounding environment and the state of the display image, while the gradation of the display image is accurately reproduced. be able to.
[0222]
As described above, even when there is no light leak of the switch element of the modulation element 108, it is necessary to control the driving voltage-modulation light intensity characteristic with the change of the condensing angle by the stop. Considering the aperture ratio of the element, it is difficult to sufficiently shield the switch element from light, and the intensity of the light beam incident on the modulation element 108 changes with the control of the aperture diameter of the stop 52. It is also necessary to control the driving voltage-modulated light intensity characteristic in consideration of the optical leak. When light leakage of the switch element occurs, the pixel potential holding characteristic deteriorates, and the driving voltage-modulated light intensity characteristic shifts to a higher voltage side. Since this light leakage current is proportional to the light intensity incident on the switch element, the amount of parallel shift increases with the incident light flux increasing in proportion to the aperture diameter of the stop 52, and the same display quality degradation as described above occurs. For this reason, it is desirable to optimize the light shielding structure of the switch element and to use a polysilicon TFT rather than an amorphous silicon TFT for the switch element. More preferably, a video signal control means for correcting the optical leakage characteristic of the modulation element is provided. Good.
[0223]
Furthermore, when the modulation element displays a color image composed of red, blue and green color components, the light intensity incident on these modulation elements also differs depending on the color, and the light leakage characteristics of the switch element are also reduced. Because of the wavelength dependence, it is desirable to suppress a change in the gradation balance between the color components with a change in the condensing angle and a change in the color tone of the displayed image. Actually, it is desirable to correct the driving voltage-modulated light intensity of the modulation element including the optical leak accompanying the control of each aperture diameter.
[0224]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0225]
As described above, it is necessary to control the driving voltage-modulated light intensity characteristic in accordance with the change of the condensing angle due to the stop even when there is no light leak of the switching element of the modulation element 108. In this case, it is difficult to sufficiently shield the switch element from the consideration of the aperture ratio. In addition, the intensity of the light beam incident on the modulation element 108 changes with the control of the aperture diameter of the stop 52. It is also necessary to control the driving voltage-modulated light intensity characteristic in consideration of the voltage.
[0226]
When light leakage of the switch element occurs, the pixel potential holding characteristic deteriorates, and the driving voltage-modulated light intensity characteristic shifts in parallel to the high voltage side. Since this light leakage current is proportional to the light intensity incident on the switch element, the amount of parallel shift increases with the incident light flux which increases in proportion to the aperture diameter of the stop 52, and the same display quality degradation as described above occurs. . For this reason, it is desirable to optimize the light shielding structure of the switch element and to use a polysilicon TFT rather than an amorphous TFT for the switch element. More preferably, a video signal control means for correcting the optical leakage characteristic of the modulation element is provided. Good. Further, when the modulation element is composed of red, blue, and green color components and a color image is displayed, the light intensity incident on these modulation elements also differs depending on the color. Since there is also wavelength dependence, it is desirable that the gradation balance between the color components changes with a change in the light collection angle, and that the change in the color tone of the displayed image be suppressed. Actually, it is desirable to correct the drive voltage-modulated light intensity characteristic of the modulation element including the optical leak accompanying the control of each aperture diameter.
[0227]
In display devices using polymer-dispersed liquid crystal or fine particle-dispersed liquid crystal, the display state changes depending on the display luminance and as time elapses from the beginning of display, and the display quality changes due to environmental temperature. There is. This is because the applied voltage (V) -light transmittance (T) characteristic, hysteresis characteristic, response speed, and the like of the polymer-dispersed liquid crystal and the fine particle-dispersed liquid crystal fluctuate with a temperature change. It is considered that the fluctuation amount is larger than that of the twisted nematic (TN) type liquid crystal.
[0228]
Further, particularly in the projection type display device, there is a problem that the display quality is degraded due to a temperature difference caused by a light beam that changes according to the control of the aperture diameter of the stop arranged in the light source optical system.
[0229]
The fourth aspect of the present invention has been made in view of such a technical problem, and does not depend on the size of the aperture for controlling the light flux, the time elapsed since the light source light was turned on, the environmental temperature condition, or continuous. Provided is a display device capable of obtaining an excellent display image even during display.
[0230]
That is, as described above, a modulation element having a liquid crystal layer of a polymer dispersion type in which a liquid crystal material is contained in a polymer resin or a fine particle dispersion type in which fine particles are contained in a liquid crystal material has an applied voltage (V -Light transmittance (T) characteristics, hysteresis characteristics, response speed, etc. fluctuate greatly with changes in temperature.
[0231]
In FIG. 27, the voltage (V50) at which the light transmittance becomes 50% is plotted on the vertical axis, and the temperature (T) is plotted on the horizontal axis, and the temperature dependence of the modulation element is shown. As can be seen from this figure, in order to obtain a constant display image without depending on the temperature (T), it is necessary to increase the voltage applied to the liquid crystal layer as the temperature (T) increases.
[0232]
Therefore, a fourth aspect of the present invention includes a video signal control means for increasing or decreasing a video signal according to a temperature change of the modulation element. Thereby, a constant display image can be obtained without depending on the temperature (T).
[0233]
FIG. 28 is a view showing a projection type liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention.
[0234]
As shown in FIG. 28, the projection type liquid crystal display device 300 has a three-plate type, that is, three modulation elements for red (R), green (G) and blue (B), for example, liquid crystal panels 301-R, 301-G and 301-B are provided.
[0235]
In the light source optical system of this display device, a metal halide lamp is arranged as a light source 311, and light from the light source 311 is transmitted to the optical axis between the light source 311 and the liquid crystal panels 301 -R, 301 -G) and 301 -B. A spheroidal reflector 321 that focuses light so as to have a focal point at the upper point A is provided. The light source light once collected at the point A by the reflector 321 passes through the cold mirror 331 and is guided by the collimator lens 341 as parallel light to each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B. Further, a point A which is a focal position of the reflector 321 has a substantially circular opening, and the opening diameter D₁The first aperture means 351 which can be changed by a servomotor is disposed.
[0236]
Further, in this display device, the light source 311 is fixedly disposed at the central portion of the reflector 321 in order to simplify the positional accuracy with respect to the reflector 321, and the like, so that the luminous flux of the central portion of the light source light from the light source 311 is reduced. . For this reason, in the light source optical system of this display device, a convex conical lens 361 is disposed between the light source 311 and the first stop means 351 on the first stop means 351 side. The conical lens 361 guides the divergent and not effectively utilized light flux to the central portion, thereby preventing the light flux at the central portion of the light source light from lowering. In addition, other than the convex conical lens 361, a concave conical lens may be used as long as it guides a divergent and not effectively utilized light flux to the central portion, as disclosed in JP-A-6-175129. It may have a simple structure.
[0237]
The projection optical system includes a converging lens 501 for condensing the light modulated by the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B at a point B, and the liquid crystal panels 301-R and 201- at the point B. G, 201-B, has an opening for blocking scattered light and transmitting transmitted light, and has an opening diameter D₂Is composed of a second stop means 503 which can be changed by a servomotor, and a projection lens 505 for projecting the modulated light having passed through the second stop means 503. As described above, the second aperture means 503 blocks scattered light from each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B and transmits transmitted light. Opening diameter D of means 503₂Is increased, the display luminance can be increased.
[0238]
The first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 open the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 based on the environmental luminance signal ES from the optical sensor 711 that monitors the environmental luminance on the screen. Diameter D₁, D₂Are electrically connected to aperture control means 721 for controlling the respective values. More specifically, the aperture diameter D of the first aperture means 351₁And the opening diameter D of the second aperture means 503₂Is determined by the aperture control unit 721 as the light collection angle Ω increases as the luminance on the screen increases.₁, Ω₂Are controlled so that each of them increases. In this display device, the converging angle Ω₁, Ω₂Is 8.6 × 10^-31.1 × 10 from sr^-3The aperture diameter D of the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 is changed so as to be variable in the range of sr.₁, D₂Is controlled.
[0239]
Note that the converging angle Ω based on the first aperture means 351 in this specification.₁Is expressed as a value obtained by integrating [2π sin θ] from 0 to θ with respect to θ when the distribution angle of the light source light is ± θ.₁And the focal length of the collimator lens 341 is f₁The aperture diameter D of the first aperture means 351₁Ω₁= Π (D₁/ 2f₂)²Is represented by
[0240]
Further, the converging angle Ω based on the second aperture means 503 in the present specification.₂Sets the focal length of the field lens to f₂And the aperture diameter D of the second aperture means 503₂Ω₂= Π (D²・ F₂)²Is represented by
[0241]
These light collection angles Ω₁, Ω₂It is desirable that the value be varied in conjunction with each other so that they substantially match in consideration of light use efficiency and the like.
[0242]
Next, the arrangement of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B will be described. In the light source light from the light source optical system, only the green (G) light is reflected by the first dichroic mirror 411-D, and the green (G) light is converted into the liquid crystal panel 301-G via the first total reflection mirror 411-A. And emitted through a liquid crystal panel 301-G and a green (G) field lens 421-G.
[0243]
Only red (R) light of the light source light transmitted through the first dichroic mirror 411-D is reflected by the second dichroic mirror 413-D, and is guided to the liquid crystal panel 301-R. The red (R) light passing through the liquid crystal panel 301-R and the red (R) field lens 421-R is combined with the green (G) light passing through the liquid crystal panel 301-G by the first combining mirror 411-M. Is done.
[0244]
The light source light transmitted through the second dichroic mirror 413-D is guided to the liquid crystal panel 301-B, and the blue (B) light that has passed through the liquid crystal panel 301-B and the blue (B) field lens 421-B is converted to the second light. The liquid crystal panel 301-G and the liquid crystal panel 301-R are transmitted by the second combining mirror 413-M via the second total reflection mirror 413-A and combined with the red (R) light and the green (G) light. And guided to the projection optical system.
[0245]
Next, the liquid crystal panels 301-R, 301-G, 301-B will be described. Note that there is no difference in the configuration of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B except for the driving system, and therefore, the liquid crystal panel 301-G for green (G) will be described as an example. The liquid crystal panel 301-G includes 640 display pixels arranged at a pitch of 100 microns in the horizontal direction and 480 pixels in the vertical direction.
[0246]
As shown in FIGS. 29 and 30, the liquid crystal panel 301-G has a high liquid crystal display in which a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is dispersed in a polymer resin between an array substrate 511 and a counter substrate 611. The molecular dispersion type liquid crystal layer 401 is held via surface treatment films 591 and 691.
[0247]
The array substrate 511 is arranged on a transparent glass substrate 510 having a thickness of 0.7 mm so that the signal lines 521 and the scanning lines 531 are substantially orthogonal to each other as shown in FIG. A thin film transistor (hereinafter, abbreviated as TFT) 541 is arranged in the vicinity. As shown in FIG. 30, the TFT 541 uses the scanning line 531 itself as a gate electrode and protects the amorphous silicon thin film 545 and the amorphous silicon thin film 545 as a semiconductor layer on the scanning line 531 via a gate insulating film 543. In addition, in order to suppress the parasitic capacitance, the semiconductor protective film 546 made of silicon nitride self-aligned with the scanning line 531, the amorphous silicon thin film 545 and the signal line 521 are connected to each other by n.⁺A drain electrode 547 extending from a signal line 521 electrically connected through a type amorphous silicon thin film 548, and an ITO (Indium Tin Oxide) disposed in a region surrounded by the signal line 521 and the scanning line 531. The pixel electrode 551 and the amorphous silicon thin film 545⁺An inverted staggered structure including a source electrode 549 that is electrically connected through a type amorphous silicon thin film 550. Further, an auxiliary capacitance line 553 for forming an auxiliary capacitance (Cs) between the pixel electrode 551 and the pixel electrode 551 via a gate insulating film 543 is arranged substantially in parallel with the scanning line 531. Further, a protective film 555 is disposed on the TFT 541 and the pixel electrode 551 to form an array substrate 511.
[0248]
The opposing substrate 311 is formed on a 0.7 mm-thick transparent glass substrate 310 on a matrix-shaped light-shielding layer 313 and a light-shielding layer 313 made of chrome (Cr) for shielding the periphery of the TFT 541 and the pixel electrode 551 of the array substrate 511. And a counter electrode 319 made of ITO disposed on the protective film 317. The liquid crystal panel 301-G configured as described above achieves an aperture ratio of 40%.
[0249]
Further, in this display device, as shown in FIG. 31, a temperature sensor 800 is arranged near the display portion on the incident surface of the liquid crystal module, and based on a temperature signal (TS) from this, a drive voltage supply circuit 731 is provided. Is input to each of the liquid crystal panels 301-R, 301G, and 301B via a polarity inversion / non-inversion amplifier 741._SR, V_SG, V_SBIs supplied.
[0250]
As the temperature sensor, for example, μPC3911 (trademark, manufactured by NEC Corporation) can be used. Since this IC integrates a reference voltage, a temperature sensor, and a phase correction built-in operational amplifier in the same chip, the number of external circuit components is small. Further, the linearity is much better than that of a conventional temperature sensor such as a thermistor, and high-performance temperature measurement is possible. FIG. 32 shows a specific circuit.
[0251]
As shown in FIG. 28, based on the temperature signal (TS) from the temperature sensor, the luminance signal (BS) input to the drive voltage supply circuit 731 is controlled, and the luminance signal (BS) is input via the polarity inversion / non-inversion amplifier 751. The video signals (VSR), (VSG), and (VSB) are supplied to the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B.
[0252]
As shown in FIG. 33, the drive voltage supply circuit 731 converts an input luminance signal (BS) into a digital signal by an analog-to-digital converter 733 and converts the digital luminance signal (BS) into a ROM. Gamma correction is performed by the gamma correction circuit 734, and the gamma corrected digital luminance signal is supplied to one input terminal of the adder 735. Further, the temperature dependence of the light transmittance (T) -voltage (V) characteristic of the liquid crystal panel 301-G is corrected by the temperature compensation circuit 736 including a ROM based on the temperature signal (TS) from the temperature light sensor. Is supplied to another input terminal of the adder 735. The adder 735 outputs an addition output of the digital luminance signal and the compensation data to the digital / analog converter 737. Then, an analog signal is output from the digital / analog converter 737 to the polarity inversion / non-inversion amplifier 731.
[0253]
The polarity inversion / non-inversion amplifier 731 amplifies the analog signal to a signal level required for the liquid crystal panel 301-G, and a video signal whose polarity is inverted with respect to the reference potential at a predetermined frequency in each field period or each scanning period. (VSG) and supplies it to the liquid crystal panel 301-G.
[0254]
Similarly, the other liquid crystal panels 301-R and 301-B also have video signals (VSR) and (VSB) corrected based on a temperature signal (TS) from a temperature sensor provided on the liquid crystal panel 301-G. Is supplied to the liquid crystal panels 301-R and 301-B.
[0255]
More specifically, the gamma correction circuit 734 performs gamma correction on a luminance signal (BS) input based on a voltage (V) -light transmittance (T) characteristic when the inside of the liquid crystal panel 301-G is at 40 ° C. It is configured to be. For example, based on 40 ° C. as the temperature in the liquid crystal panel 301 -G, the compensation data from the temperature compensating circuit 746 increases toward the positive side as the temperature rises above 40 ° C., and as the temperature falls below 40 ° C. Is reduced to the negative side.
[0256]
If the number of rotations of the panel cooling fan is controlled in accordance with the panel temperature monitored by the temperature sensor and the temperature of the panel is controlled, the control of the video signal can be performed more accurately in accordance with the temperature of the panel. For this reason, it is desirable to control the cooling fan based on the output of the temperature sensor. In addition, for example, when the panel temperature rises immediately after the light source is turned on, the cooling fan is stopped for a certain period of time or the number of rotations is kept low to shorten the time until the temperature reaches the temperature during steady operation. It is desirable to perform such control.
[0257]
As described above, according to the projection type liquid crystal display device 300, the display state is optimized according to the temperature change of each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, 301-B. It takes time for the liquid crystal panels 301-R, 301-G, 301-B to reach a certain temperature by turning on the light source 311 using the projection type liquid crystal display device 300, for example, about 3 to 30 minutes. During this period, even when the temperature of each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B continues to change, appropriate driving is always performed, and good display without color unevenness or the like occurs. An image is obtained.
[0258]
In particular, according to this display device, the aperture diameter D of the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503₁, D₂Is changed in accordance with the screen luminance, the intensity of light incident on each of the liquid crystal panels 301 -R, 301 -G, and 301 -B is reduced by the opening diameter D of the first diaphragm means 351.₁, The degree of temperature rise of each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B also changes.
[0259]
That is, when the screen luminance is low, it is visually recognized that the contrast ratio is higher than the display luminance as a good display image.₁Is squeezed. On the other hand, when the screen luminance is high, the display luminance is emphasized.₁Can be opened. Therefore, the degree of temperature rise of each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B increases as the screen luminance increases. For example, according to this embodiment, the converging angle Ω of the light source light actually incident on the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B.₁Is 8.6 × 10^-31.1 × 10 from sr^-3When the temperature changes to sr, the temperature of each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B changes by 3 to 5 ° C.
[0260]
However, according to this embodiment, a temperature sensor is arranged on the liquid crystal panel 301-G and monitored as needed, and each video signal (V_SR), (V_SG), (V_SB), The aperture diameter D of the first aperture means 351₁Is varied, and the condensing angle of the light source light Ω₁Increases or decreases, a good display image can be obtained even if a temperature change occurs in each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B.
[0261]
In this display device, the aperture diameter D of the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 is set.₁, D₂Is controlled by the first aperture means 721 in accordance with the environmental luminance signal (ES). For example, the video signal (V) supplied to each of the liquid crystal panels 301-R, 301-G, and 301-B_SR), (V_SG), (V_SB), The aperture diameter D of the first aperture means 351 and the second aperture means 503₁, D₂May be controlled. That is, based on the difference between the temporal average intensity of the luminance signal (BS) and the blanking level (black level) of the luminance signal, if the difference is small, the aperture diameter D₁, D₂And the focusing angle Ω₁, Ω₂Is controlled to be small, and when the difference is large, the opening diameter D₁, D₂And the focusing angle Ω₁, Ω₂By controlling to a large value, a good display image can be secured.
[0262]
Further, the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 may be controlled according to each of the environmental luminance signal (ES) and the luminance signal (BS).
[0263]
In this display device, a temperature sensor is disposed so that the temperature of the polymer dispersed liquid crystal layer 401 can be directly monitored. However, a signal correlated with the temperature of the polymer dispersed liquid crystal layer 401 is detected, and control is performed based on the signal. It may be.
[0264]
Further, according to this display device, the temperature of the liquid crystal panel 301-G is monitored at any time, and the display state is optimized based on the temperature signal (TS). Each video signal (V_SR), (V_SG), (V_SB) May be set so that compensation data gradually decreases.
[0265]
In the above display device, the temperature sensor is disposed above the display unit on the incident side, but the position may be, for example, the lower portion or the left and right as long as the temperature can be measured accurately. Further, the temperature sensor may be disposed in close contact with or separated from the liquid crystal module, or may be disposed inside the liquid crystal module. Further, it may be arranged on the light emission side.
[0266]
As described above, it is desirable that the converging angle of the stop on the light source side and the converging angle of the stop on the projection side match. If they do not match, the performance will deteriorate as shown below. In other words, when the converging angle of the aperture stop on the light source side is larger than the converging angle of the aperture stop on the projection side, the maximum brightness is the same as when they match, but the brightness during black display increases. Therefore, the contrast is reduced. Also, when the condensing angle of the aperture on the light source side is smaller than the converging angle of the aperture on the projection side, the maximum brightness is the same as when the same, but the brightness during black display increases. Therefore, the contrast is reduced. Since the brightness at the time of black display increases almost in proportion to the area of the aperture, the contrast also decreases almost in proportion to the area of the aperture.
[0267]
When the converging angle of the aperture on the light source side and the converging angle of the aperture on the projection side completely match, the area of the aperture is S₀, The area of the stop with a large converging angle is S₀Assuming + ΔS, the contrast r ′ when the converging angles do not match is represented by the following equation, where r is the contrast when the converging angles match.
[0268]
r '= r ｛S₀/ (S₀+ ΔS)｝
According to experiments performed by the present inventors, the degree to which a decrease in contrast is recognized as a decrease in image quality is when the contrast is reduced to about 2/3. Hereinafter, the procedure of this experiment will be described.
[0269]
A movie film is played for 10 minutes while the contrast of the display screen is kept constant, and then the contrast ratio is changed and played for 5 minutes. Thereafter, a questionnaire is taken as to whether or not the change in contrast has been recognized as deterioration in image quality, and a threshold value for recognition as deterioration has been obtained.
[0270]
As shown in FIG. 34, the experiment was performed with the initial value of the threshold value of the contrast being 200: 1, 100: 1, 50: 1, and 20: 1. All the experimental results of 100: 1 or less were 85% of the initial value. At about 65%, almost all samples were recognized as image quality deterioration. Therefore, it is necessary to control the aperture with an accuracy that suppresses the contrast ratio to a decrease of 40% or less for the display of the same brightness.
[0271]
That is, it is necessary to control the solid angle in a range of about ± 30%. For example, when a circular stop is used, it is necessary to control the apex angle θ of the cone in the light beam having a conical shape to about ± 0.15θ. For example, when the condensing angle of the aperture changes from θ = 3 to 10 degrees, it is necessary to control the accuracy of the converging angle of the aperture within ± 0.5 to 1.5 degrees.
[0272]
Next, the squeezing adjustment margin for the screen illuminance (unit looks) will be described.
[0273]
When the screen illuminance (unit looks) due to external light is high, the change in contrast with respect to the angle of the diaphragm becomes slower than when there is no external light. Therefore, the required control accuracy may be lower as the external light is larger.
[0274]
As shown in FIG. 5, the magnitude of the contrast in the optimized case is almost half of the original contrast without the influence of external light. For example, when the brightness of the room is 0 lux, the contrast that becomes the optimum value is 50, and the contrast corresponding to the diaphragm having the contrast ratio of 30 is about 15, corresponding to the state of the diaphragm that provides a contrast of 100. .
[0275]
Therefore, when the converging angle of the aperture is optimized with respect to external light, the brightness of the screen due to the black display and the brightness of the screen due to the influence of the external light are considered to be substantially the same. Can be
[0276]
At this time, if an error occurs in the control of the condensing angle and it deviates from the optimum value, the contrast is
, R ′ = r ｛(S_ext+ S₀) / (S_extS₀+ ΔS)
= R ｛S₀/ (S₀+ ΔS / 2)｝
Where S_extIs the value obtained by converting the brightness of external light into the condensing angle of the aperture of the black display of the projection display device, and the influence of the original black display of the projection display device and the brightness of the external light are the same. , S_ext= S₀It is.
[0277]
As can be seen from the above equation, the margin is doubled. However, considering that there is a margin related to the coincidence of the two apertures described above, the error of the condensing angle of the aperture to be controlled with respect to external conditions is １ ／ of that. Therefore, the margin in this case also needs to be a margin relating to the coincidence of the converging angles.
[0278]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the display device according to the fifth mode is the same as that shown in FIG.
[0279]
As shown in FIG. 41, the projection type liquid crystal display device 100 of this embodiment supplies the video signals (VSR), (VSG), and (VSB) to the respective liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B. And a polarity inversion / non-inversion amplifier 751.
[0280]
As shown in FIG. 42, the drive voltage supply circuit 731 converts an input luminance signal (BS) into a digital signal by an analog / digital converter 743 and converts the digital luminance signal (BS) into a ROM. The digital luminance signal subjected to gamma correction by the gamma correction circuit 744 and gamma corrected is supplied to one input terminal of an adder 745. Further, based on the environmental luminance signal (ES) from the optical sensor 711, the light leakage compensation circuit 746 composed of a ROM corrects the potential drop due to the light leakage current (Ioff) of the TFT 241 constituting the liquid crystal panel 201-G. The compensation data is supplied to the other input terminal of the adder 745, and the adder 745 outputs an addition output of the digital luminance signal and the compensation data to the digital / analog converter 747. Then, an analog signal is output from the digital / analog converter 747 to the polarity inversion / non-inversion amplifier 741.
[0281]
The polarity inversion / non-inversion amplifier 741 amplifies the analog signal to a signal level required for the liquid crystal panel 201-G, and a video signal whose polarity is inverted with respect to a reference potential at a predetermined cycle such as each field period or scanning period. (VSG) and supplies it to the liquid crystal panel 201-G.
[0282]
Similarly, video signals (VSR) and (VSB) corrected based on the environmental luminance signal (ES) from the optical sensor 711 are applied to the other liquid crystal panels 201-R and 201-B. 201-B. That is, in this embodiment, as the luminance on the screen increases, the converging angle (Ω₁), (Ω₂) Is increased so that the aperture diameters (D) of the first aperture means 151 and the second aperture means 503) become larger.₁), (D₂) Is controlled by the aperture control means 721, and accordingly, the video signals (VSR), (VSG), and (VSB) supplied to the liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B are also increased. It is controlled by the drive voltage supply circuit 731.
[0283]
The operation of the projection type liquid crystal display device 700 configured as described above will be briefly described.
[0284]
First, the illuminance on the screen (unit: cd / m²) Is detected by the optical sensor 711, and based on the environmental luminance signal (ES) from the optical sensor 711, the aperture diameter (D) of the first aperture unit 151 and the second aperture unit 503 is determined by the aperture control unit 721.₁), (D₂). In other words, as the brightness on the screen increases, the aperture diameters (DD) of the first aperture unit 151 and the second aperture unit 503₁), (D₂).
[0285]
If the driving voltage supply circuit 731 does not optimize the video signals (VSR), (VSG), and (VSB), for example, if the illuminance on the screen is as dark as 30 lux, the condensing angle (Ω)₁), (Ω₂) Is 1.1 × 10^-3set to sr, a contrast ratio of 70: 1 is achieved. Conversely, when the illuminance on the screen is as bright as 200 lux, the converging angle (Ω₁), (Ω₂) Is 8.6 × 10^-3sr and the light collection angle (Ω₁), (Ω₂) Is 1.1 × 10^-3A peak light flux as high as 75 lm is achieved, while the peak light flux at the time of white display when set to sr is 18 lm.
[0286]
Furthermore, in this embodiment, based on the environmental luminance signal (ES) from the optical sensor 711, each video signal (VSR) is about 10% when the illuminance on the screen is 200 lux compared to when the illuminance on the screen is 30 lux. , (VSG), (VSB) are increased by the drive voltage supply circuit 741.
[0287]
When the video signals (VSR), (VSG), and (VSB) are optimized in this manner, compared to the case where the adjustment of the video signals (VSR), (VSG), and (VSB) is not performed, it is not necessary to adjust the video signals. When the illuminance was 2001x, both the contrast ratio and the display luminance could be improved by about 10% from the above values.
[0288]
As described above, according to this embodiment, the converging angle (Ω₁), The light leakage current (I_off), The deterioration of the contrast ratio and the display brightness is prevented, and more favorable display quality can be ensured.
[0289]
In this embodiment, the aperture diameter (D₂) Is the opening diameter (D) of the first diaphragm means 151.₁) Are moved in conjunction with each other completely so as to have the same value as in ()), but they do not necessarily have to match.
[0290]
Further, in this embodiment, the condensing angle (Ω) of the light from the light source for each of the liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B.₁) Is provided to control the converging angle (Ω) of the light source light for each color individually.₁) May be controlled. In this embodiment, the aperture control means 721 controls the converging angles (Ω) of the first aperture means 351 and the second aperture means 503.₁), (Ω₂) Is controlled in accordance with the environmental luminance signal (ES), but the first aperture unit 351 and the second aperture unit 503 are controlled based on the luminance signal (BS) input to the drive voltage supply circuit 741. It may be controlled or used in combination. For example, based on the difference between the time average intensity of the input luminance signal (BS) and the blanking level (black level) of the luminance signal, if the difference is small, the condensing angle (Ω)₁), (Ω₂) Is small, and when the difference is large, the collection angle (Ω₁), (Ω₂By controlling (1) to a large extent, a good display image can be secured without depending on the display luminance of the display image.
[0291]
In this embodiment, the optical sensor 711 monitors the luminance on the screen. However, the optical sensor 711 may monitor environmental illuminance (unit lux).
[0292]
In this embodiment, the three-panel projection display device 100 has been described as an example. However, the liquid crystal panel itself is provided with a color filter composed of at least three primary color portions arranged in a stripe, mosaic, or delta arrangement. It goes without saying that a projection type display device composed of a plate type may be used.
[0293]
By using the liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B in combination with the microlens array substrate 411, the effective aperture ratio of each of the liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B is increased. It is possible to improve both the effective contrast ratio on the screen and the display brightness when displaying in a bright environment. Hereinafter, the liquid crystal panel 201-G will be described as an example with reference to FIG. The liquid crystal panel 20-G is configured such that a microlens array substrate 411 is adhered via a bonding layer 410 on a main surface of a counter substrate 311 constituting the liquid crystal panel 201-G. The microlens array substrate 411 includes a group of condenser lenses 413 corresponding to each display pixel, and the focal position of the condenser lens 413 is set so as to exist on the glass substrate 210 forming the array substrate 211.
[0294]
By configuring each of the liquid crystal panels 201-R, 201-G, and 201-B as described above, light that has been blocked by the light blocking amount 313 and has not been effectively used can also be used. , 201-G and 201-B can have a large effective aperture ratio, and the converging angle (Ω₁), (Ω₂A sufficient peak luminous flux can be obtained even if the aperture is narrowed down, and a decrease in display luminance is reduced.
[0295]
In the case where the microlens array substrate 411 is provided on the light incident side of the liquid crystal panel 201-G as in this embodiment, the aperture diameter of the second aperture means 503 (D₂) Is the opening diameter (D) of the first diaphragm means 151.₁It is more preferable to control within a range larger than (3). This is because the light once collected by the microlens is diverged thereafter.
[0296]
That is, when the microlens array substrate 411 is disposed only on the incident side as in the above-described embodiment, the light converged by the microlens array substrate 411 near the light-shielding layer 313 of the opposing substrate 311 subsequently diverges, so Efficiency may be reduced. Therefore, when using the microlens array substrate 411, it is important to select the focal position of each condenser lens 413 of the microlens array substrate 411. That is, it is necessary to select a focal position such that the light source light that spreads after being focused by each condenser lens 413 is sufficiently contained in the projection lens 505. In particular, in order to achieve the miniaturization of the projection lens 505, a lens having a long focal position and a small numerical aperture of each condenser lens 413 of the microlens array substrate 411 is better. However, the effect of the microlens array substrate 411 decreases as the focal position of each condenser lens 413 moves away from the light incident side, and the degree of increase in the effective aperture ratio of each of the liquid crystal panels 201-R, 201-G, 201-B. Becomes smaller. For this reason, it is preferable that the focal position of each condenser lens 413 of the microlens array substrate 411 be set in the substrate 210 on the emission side or slightly outside the substrate 210 rather than in the polymer dispersed liquid crystal layer 401.
[0297]
In the embodiment described above, a servomotor is built in as the first aperture means 351 and the second aperture means 503 shown in FIG. 41, and the diameter of the circular aperture (D) is controlled by the servomotor.₁), (D₂) Is changed, but the shape of this opening may be square or elliptical. Further, a structure in which a light shielding plate that shields the upper and lower portions of the opening or the right and left portions by the servo motor may be moved.
[0298]
Further, in this embodiment, the first aperture control means 721 controls the aperture diameter (D) of the first aperture means 351 and the second aperture means 503.₁), (D₂) To control the collection angle (Ω₁), (Ω₂), But by moving the first aperture means 351 and the second aperture means 503 along the optical axis of the light source 311, the effective aperture diameter (D₁), (D₂) To control the collection angle (Ω₁), (Ω₂) May be controlled.
[0299]
Further, as the liquid crystal panel of the above-described embodiment, an active matrix type liquid crystal panel in which a switching element composed of a TFT is provided for each display pixel has been described as an example, but the TFT is a polycrystalline silicon film or a single crystal silicon film. You may comprise as a main body.
[0300]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0301]
This aspect relates to a simple projection type display device. In order to simplify the operation, after the power is input, the aperture setting is automatically optimized according to the peripheral illuminance. . FIG. 35 shows an example of this simple projection type display device. In this display device, by preliminarily assuming the size and gain of the screen and measuring the projected luminous flux without the projected light, the brightness of the screen is directly measured, and the optimum angle of the aperture is measured. To be able to make quick decisions. The determination of the converging angle of the aperture is automatically performed when the power of the projection display device is turned on.
[0302]
This display device includes an optical path blocking device 901 for measuring the brightness of the screen in a state where there is no projection light from the projection type display device. This is arranged on the emission side of the panel as shown in FIG. 35, and is controlled by the optical path cutoff device control circuit 900 so that the light from the light source can be switched between blocking and nonblocking at the entrance of the projection lens.
[0303]
FIG. 36 is a view showing a flowchart of a process for automatically determining the light converging angle after the power is turned on in the display device shown in FIG. The metal halide lamp, which is the light source, takes several minutes to fully light. In the display device shown in FIG. 35, since the light path is blocked by the light path blocking device and the screen brightness is measured according to the brightness of the room, there is no need to wait until the lamp brightness settles to a steady state. Therefore, first, a lamp lighting process (high voltage application and discharge start) is performed, but without waiting for the lamp to rise, the screen brightness is measured to determine the converging angle of the aperture.
[0304]
FIG. 37 shows another example of a simple projection display device. In this display device, in order to simplify the operation, the projection lens is provided with an encoder 910 for detecting the focal position of the projection lens, and the output of the encoder 910 is detected from the CPU side by the projection distance detection circuit 920. You can do it. Therefore, the screen size can be detected by the projection distance detection circuit 920.
[0305]
The display device shown in FIG. 37 automatically calculates the projection coefficient q in the following equation by assuming that the screen gain is 1.5. Therefore, what is unknown is L₀By measuring the screen luminance L in the state of I = 0 by the light path blocking device, the indoor brightness L is measured.₀Can be requested.
[0306]
L = qI + L₀
FIG. 38 is a view showing a flow chart of a process for automatically determining the converging angle in the display device shown in FIG. In this display device, since the screen size is detected based on the focal position of the projection lens, the aperture is optimized by pressing the aperture optimization switch after focusing the projected image.
In the above, the front projection type display device using the reflection type screen has been described. However, the present invention is not limited to this, and is also applicable to a rear projection type display device as shown in FIGS. It is possible.
[0307]
In the rear projection display device shown in FIGS. 39 and 40, the projection light from the optical system 950 is reflected by the first mirror 960 and the second mirror 970, and is projected on the transmission screen 980. You. Further, an optical sensor for measuring the screen brightness due to external light is provided. In the above-described front projection type display device, the optical sensor is arranged on the side of the projection lens and arranged so as to measure the intensity of the reflected light of the screen in the direction of the screen. In this display device, as shown in FIG. 39 and FIG. 40, the illuminance can be measured by attaching it to the corners of the screen like sensors A and B. In the case of the rear projection type, since the characteristics of the screen are often determined in advance, the screen luminance can be estimated from the illuminance.
[0308]
Further, like the sensor C, it can be arranged inside the screen to measure the luminance of the external light passing through the screen. Of course, these sensors need to be arranged so that light from the projection optical system does not enter so that only the influence of pure external light can be measured.
[0309]
In the case of the rear projection type, since the projection coefficient q in the above equation is predetermined, the influence L₀It is possible to determine the optimum converging angle of the aperture only by measuring the angle.
[0310]
The display quality of the projection type display device changes depending on the brightness of the black label on the screen which depends on various environmental brightnesses such as a projection place or a time zone. In the case of a front projection type display device, there is a considerable distance between the projection type display device and the screen, so that the projection type display device is located in the case of a front projection type display device. The brightness of the environment is different from the brightness around the screen. Further, in practice, the illumination illuminance or illumination luminance determined by the screen surface and the screen gain which are set substantially vertically contribute to the display quality.
[0311]
For this reason, the display quality is greatly affected by environmental lighting conditions around the screen and external light from the windows of the room, etc., and the control of the display quality of the projection type display device is performed by directly controlling the screen surface luminance by the environmental brightness. It is important to monitor and control. In addition, in applications such as meetings, the environment brightness of the entire room can be arbitrarily controlled, the environment brightness can be partially controlled, or the script can be adjusted in the adjustment stage and final operation stage according to the usage. Since the environmental brightness around the screen changes, it is desirable to adjust the display quality according to the screen surface brightness at the gathering stage.
[0312]
For this reason, it is important to provide a projection type display device with an optical sensor for monitoring the brightness and contrast of the black display level of the display device on the screen surface so as to display a higher quality image.
[0313]
Note that, as described above, an example in which a polymer-dispersed or fine-particle-dispersed dispersion liquid crystal display element is used as a liquid crystal panel has been described. However, the present invention is particularly preferable when a dispersion liquid crystal display element is used. However, other than that, the present invention can be applied to various liquid crystal elements such as a TN type liquid crystal element, an STN type liquid crystal element, and a liquid crystal diffraction grating by an oblique electric field.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional projection display device.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a collimator light source that obtains a parallel light beam from a lamp.
FIG. 3 is a diagram showing incident light rays on the condenser lens shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an angle distribution of a light beam incident on the modulation element shown in FIG. 2 and an angle distribution of a light beam emitted from the modulation element.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the intensity of a light beam emitted from a modulation element and the contrast of an image measured according to the converging angle when an image is displayed on a screen placed in an illuminated environment. A graph showing.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a projection display device for explaining a basic concept of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the shape of the aperture of the diaphragm and various aperture diameters of the diaphragm.
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the display device shown in FIG. 6;
FIG. 10 is a flowchart showing the processing operation shown in FIG. 9 in further detail;
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of another example of the projection display apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a projection type display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between two input signals of the control circuit shown in FIG. 12 and a converging angle of a diaphragm.
FIG. 14 is a circuit diagram specifically showing an average video level (APL) detection circuit in FIG. 12;
FIG. 15 shows the collector input of the transistor of the circuit of FIG. Emitter output of buffer transistor. FIG. 4 is a diagram illustrating an emitter output of a buffer transistor.
FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of the APL detection circuit.
17 is a diagram showing a collector output of a transistor and an emitter output of another transistor in the circuit of FIG.
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the light collection angle and the display characteristics.
FIG. 19 is a graph showing effective display characteristics in a bright environment.
FIG. 20 is a graph showing drive voltage-transmitted light intensity characteristics of a modulation element in a display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a graph for explaining that the transmittance of the modulation element in the display device according to the third embodiment of the present invention deviates from a desired value due to a change in the condensing angle of the stop.
FIG. 22 is a diagram showing a distribution of an incident light beam and a distribution of an outgoing light beam with respect to a modulation element.
FIG. 23 is a diagram showing light scattering properties of a modulation element.
FIG. 24 is a view showing a state in which an effective portion related to display of the emitted light beam shown in FIG. 23 changes depending on a converging angle;
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a projection type display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing the configuration of the gamma correction circuit shown in FIG. 25 in more detail.
FIG. 27 is a graph showing the temperature dependence of a light modulation element.
FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a projection type liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a plan view showing a configuration of a modulation element in the display device of FIG. 28.
30 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a modulation element in the display device of FIG. 28.
FIG. 31 is a diagram showing an arrangement of a temperature sensor in the display device shown in FIG. 28.
FIG. 32 is a diagram showing a specific circuit of a temperature sensor.
FIG. 33 illustrates a drive voltage supply circuit in the display device illustrated in FIG. 28.
FIG. 34 is a graph showing a relationship between a contrast change rate and a recognition probability.
FIG. 35 is a diagram showing a configuration of a simplified projection display device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 36 shows the display device shown in FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a process of automatically determining a light-condensing angle after turning on a power supply.
FIG. 37 is a diagram showing another example of a simple projection display device.
38 is a view showing a flowchart of a process for automatically determining a converging angle in the display device shown in FIG. 36.
FIG. 39 is a perspective view showing a rear projection type display device.
FIG. 40 is a cross-sectional view illustrating a rear projection display device.
FIG. 41 is a view showing a configuration of a projection type liquid crystal display device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 42 illustrates a drive voltage supply circuit in the display device illustrated in FIG. 41.
43 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a modulation element in the display device in FIG. 41.
[Explanation of symbols]
101: spheroidal mirror, 102: light source lamp, 103: condenser lens, 104: electric diaphragm, 107: drive circuit, 108: scattering type modulation element, 109: field lens, 110: projection lens, 111: electric diaphragm, 120: control circuit, 121: decoder, 140: luminance signal smoothing circuit, 140B: RC integration circuit.

Claims (2)

A light source,
A modulation element for optically modulating light emitted from the light source;
Modulation element driving means for driving the modulation element;
A first aperture means disposed between the light source and the modulation element, the first aperture means having an aperture whose size is variable, which restricts a light beam incident on the modulation element from the light source;
A display screen on which light emitted from the modulation element is projected,
A projection optical system that projects light emitted from the modulation element on a display screen,
A second diaphragm means, which is disposed between the modulation element and the projection optical system and restricts a light beam incident on the projection optical system from the modulation element, has a variable-size aperture,
Aperture control means for controlling the size of at least one of the first and second aperture means;
Light intensity setting means for setting at least two light intensities I;
An optical sensor for detecting a display luminance L on the screen corresponding to the light intensity I;
The projection coefficient q and the environment are obtained by substituting the light intensity I and the display luminance L to be detected into a formula L = qI + L ₀ (L ₀ is the environmental luminance on the display screen based on the light from the environment where the display device is placed). Environmental analysis means for obtaining the luminance L ₀ ,
From the equation for the projection coefficients q and environmental luminance L ₀ obtained above, determine the contrast on the display screen, indicating the size of at least one opening of the first and second throttle means the contrast is maximum Means for storing data;
A display device comprising: a processing unit that specifies a size of at least one of the first and second aperture units that maximizes the contrast in the data storage unit and determines the size as an optimal value. The display device according to claim 1, wherein the modulation element is one type selected from the group consisting of a polymer dispersed liquid crystal, a fine particle dispersed liquid crystal, and a liquid crystal diffraction grating.

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