KR20040103380A - 조명 장치, 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

조명 장치, 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

영상의 종류나 주위의 밝기 등에 따라 적절한 조광이 가능한 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법과 이에 이용되는 조명 장치를 제공한다.
조명 광량을 영상 정보에 기반해서 조절하는 것과 함께, 시청하는 영상의 종류, 시청 환경의 밝기, 스크린의 이득 등의 정보(이용 정보)에 따라 그 광량 조절이 허용되는 범위(감광 범위)를 최적으로 설정한다.

Description

조명 장치, 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법{ILLUMINATOR, PROJECTION DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 조명 장치, 이를 구비한 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 영상 표현력이 우수한 투사형 표시 장치 및 그에 이용되는 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 정보기기는 급속하게 발달하고 있으며, 해상도가 높고, 저소비 전력이면서 박형인 표시 장치에 대한 요구가 증가하여, 연구 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 액정 표시 장치는 액정 분자의 배열을 전기적으로 제어하여 광학적 특성을 변화시킬 수 있으며, 상기 요구에 대응할 수 있는 표시 장치로서 기대되고 있다. 이와 같은 액정 표시 장치의 한 형태로서, 액정 광 밸브를 이용한 광학계로부터 사출되는 영상을 투사 렌즈를 통해 스크린에 확대 투사하는 투사형 표시 장치(액정 프로젝터)가 알려져 있다.
투사형 표시 장치는 광 변조 수단으로서 액정 광 밸브를 이용한 것이지만,투사형 표시 장치에는 액정 광 밸브 이외에 디지털 미러 장치(Digital Mirror Device, 이하, DMD라고 함)를 광 변조 수단으로 채택한 것도 실용화되어 있다. 그러나, 이러한 종류의 종래의 투사형 표시 장치는 아래와 같은 문제점을 가지고 있다.
(1) 광학계를 구성하는 다양한 광학 요소에서 발생하는 광누설이나 미광(迷光)으로 인해, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 없다. 그 때문에, 표시할 수 있는 계조범위(階調範圍)(dynamic range)가 좁고, 음극선관(Cathode Ray Tube, 이하, CRT라고 함)을 이용한 기존의 TV 수상기에 비교하면, 영상의 품질이나 박력(迫力)(impression)이 떨어진다.
(2) 각종 영상 신호 처리에 의해 영상의 품질 향상을 도모하고자 해도, 계조 범위가 고정되어 있기 때문에, 충분한 효과를 발휘할 수 없다.
이러한 투사형 표시 장치의 문제점에 대한 해결책, 즉 계조 범위를 확장하는 방법으로서, 영상 신호에 따라 광 변조 수단(광 밸브)에 입사되는 빛의 양을 변화시키는 것이 고려된다. 그 수단으로서, 종래, 광원의 전면에 광량 조절 수단(조광 수단(調光手段)(light control means))을 설치하는 구조가 제안되었다(예를 들면, 특허문헌1).
(특허문헌1) 일본 특허공개 평5-66501호 공보
전술한 바와 같이 표시 영상의 내용(예를 들면, 밝기)에 따라 조명 광량과표시 영상의 밝기를 변화시키는 적응형 조광 제어는 콘트라스트의 향상이나 계조 재현성의 점에서 효과가 있지만, 그 한편으로는 하이라이트(highlight) 부분에서의 계조 열화나 휘도 부족 등이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 영화와 같이 대체적으로 어두운 영상이 많을 때는 효과적이지만, 스포츠 중계와 같이 밝은 영상이 많을 때는 효과를 기대할 수 없고, 깜박거리는 현상이 발생하여 오히려 부정적인 역할을 하기 쉽다.
또한, 투사 영상을 밝은 환경에서 시청하는 경우, 새도우(shadow)의 표시 특성 향상은 별로 눈에 띄지 않으며, 휘도 부족에 의해 오히려 콘트라스트의 저하가 느껴지는 경우가 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 영상의 종류나 주위의 밝기 등에 따라 적절한 조광이 가능한 투사형 표시 장치 및 그 구동 방법 및 이에 이용되는 조명 장치를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시형태의 투사형 표시 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도2는 본 발명의 제1 실시형태의 투사형 표시 장치의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도3은 본 발명의 제1 실시형태의 제어 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도.
도4는 본 발명의 제1 실시형태의 투사형 표시 장치에서, 영상 신호로부터 광원 제어 신호를 결정하는 제1 방법을 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명의 제1 실시형태의 제2 방법을 설명하기 위한 도면.
도6은 본 발명의 제1 실시형태의 제3 방법을 설명하기 위한 도면.
도7은 본 발명의 제1 실시형태의 투사형 표시 장치에서, 광원 제어 신호로부터 화상 제어 신호를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도8은 본 발명의 제1 실시형태의 화상 제어 신호를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도9는 본 발명의 제1 실시형태의 화상 제어 신호를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도10은 본 발명의 제2 실시형태의 투사형 표시 장치 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도11은 본 발명의 제2 실시형태의 제어 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도.
도12는 본 발명의 제2 실시형태의 투사형 표시 장치에서, 환경 광량 신호로부터 최대 감광량을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도13은 본 발명의 제3 실시형태의 투사형 표시 장치의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도14는 본 발명의 제3 실시형태의 제어 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10R,10G,10B: 광원
20R,20G,20B: 액정 광 밸브(광 변조 수단)
40: 투사 수단
61: 화상 해석부(조광 수단)
6lb,7lb,8lb: 히스토그램 해석부(광량 설정 수단)
61c: 감광 범위 설정 수단
62,72,82: 화상 처리부(영상 신호 신장 수단)
71c: 밝기 검출 수단(감광 범위 설정 수단)
81c: 이득 검출 수단(감광 범위 설정 수단)
102,103,104: 이용 정보 입력 수단
P0, Pm, P': 신장량
전술한 바와 같이 적응형 조광 제어는 영상 표현력을 높이는데 매우 효율적이지만, 그 한편으로 장치의 이용 상황을 고려하지 않고 항상 동일한 조건으로 조광이 수행됨으로써, 경우에 따라서는 조명 광량이 과도하게 조절되어, 시청자에게 스트레스를 주는 경우가 있다. 이에, 본 발명자는 이와 같은 조광의 문제를 완화시키기 위해 이용 상황에 관한 정보(이용 정보)를 조광 제어의 파라미터로 도입하여, 광원의 광량을 이 이용 정보에 기반해서 제어하는 구상에 이르렀다.
즉, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 조명 장치는 투사형 표시 장치의 광 변조 수단을 조명하기 위해 이용되는 조명 장치이고, 광원과 상기 광원의 광량을 영상 정보와 이용 정보에 기반해서 조절하는 조광 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 이용 정보로는, 예를 들면, 영상의 종류, 시청 환경의 밝기, 스크린 이득, 이용자의 기호 등에 관한 정보를 들 수 있다. 또한, 본 명세서에서 광원의 광량이란, 표시에 이용되는 최대의 광량을 100%라고 했을 때, 이러한 최대 광량으로부터의 출력 광량의 비율을 의미한다. 마찬가지로, 감광량이란 최대 광량으로부터의 감광 비율을 의미한다.
이와 같이 조광 제어를 이용 정보에 기반해서 수행함으로써, 보다 현실에 맞는 유연성 있는 조광 제어가 가능해진다. 예를 들면, 이용 정보가 시청 환경의 밝기에 관한 정보인 경우, 주위가 밝은 경우에는 광원의 감광량을 크게 하고, 반대로 주위가 어두운 경우에는 감광량을 작게 함으로써, 조광이 과도하게 수행되어 발생하는 휘도 부족 문제를 해결할 수 있다.
구체적인 제어 형태로서는, 감광량을 이용 정보에 기반해서 적극적으로 증감하는 형태를 채택해도 좋지만, 제어를 용이하게 할 수 있는 형태로서 감광이 허용되는 범위를 상기 이용 정보에 기반해서 제한하는 형태를 채택할 수도 있다. 즉, 상기 조광 수단이 상기 광원의 광량을 영상 정보에 기반해서 설정하는 광량 설정 수단, 및 감광이 허용되는 감광 범위를 이용 정보에 기반해서 설정하는 감광 범위 설정 수단을 포함하고, 상기 조광 수단이 설정된 광량에 기반해서 상기 광원의 광량을 조절하는 것과 함께, 상기 감광 범위를 초과하는 감광을 금지하는(즉, 조광 수단은 상기 감광 범위 내에서 그 광량을 조절하는) 구성을 채택할 수 있다.
본 구성에서는 조명 광량을 영상 정보에 기반해서 적당히 조절함으로써 투사 영상의 계조 범위의 확대에 기여하는 한편, 영상의 종류나 시청 환경 등에 따라 광량의 감광 범위를 일정한 범위 내에 제한함으로써 영상 표현력을 최대한 손상시키지 않고 휘도 부족 등의 문제를 해소할 수 있다. 예를 들면, 시청 환경이 밝은 경우나, 영상 자체가 밝고 조광이 오히려 부정적으로 작용하는 경우 등에는 감광 범위를 통상적인 경우보다도 좁게(즉, 허용되는 최대의 감광량을 작게) 함으로써 전술한 휘도 부족 문제를 해소할 수 있다.
또한, 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위를 초과하는 경우에는, 광량 제어를 정지하거나, 또는 감광 범위 내의 감광량에 의해 광원의 광량을 조절하는 방법 중 어느 것을 이용하더라도 좋다.
그러나, 상기 이용 정보의 입력 형태로서는 이용자가 수동으로 지정가능한 형태, 또는 장치 자신에 설치된 센서에 의해 자동으로 검출되는 형태 중 어느 것이라도 좋다.
이용 정보가 자동으로 검출되는 예로서는, 장치가 투사 영상의 시청 환경의 밝기(예를 들면, 장치 주위의 밝기나 스크린 주위의 밝기)를 검출하는 밝기 검출 수단을 포함하고, 상기 조광 범위 설정 수단이 시청 환경의 밝기에 기반하여 상기 범위를 설정하는 구성을 들 수 있다. 본 구성에서는, 예를 들면, 시청 환경이 밝아질수록 감광 범위를 좁게(즉, 허용되는 최대의 감광량을 작게) 함으로써, 주위가밝은 경우에는 평상시 보다도 영상을 전체적으로 밝게 표시할 수 있다. 이 때문에, 밝은 방에서도 휘도 부족을 느끼지 않고 고품질의 투사 영상을 즐길 수 있다.
또한, 다른 예로서, 장치가 투사 영상이 표시되는 스크린의 이득을 검출하는 이득 검출 수단을 포함하고, 상기 조광 범위 설정 수단이 상기 이득에 기반해서 조광 범위를 설정하는 구성을 들 수 있다. 조광에 의한 계조 재현 효과는, 투사 영상의 콘트라스트가 커질수록 커진다. 이러한 영상의 콘트라스트는 표시 장치 자체의 성능 뿐 아니라, 그것을 투사하는 스크린에 의해서도 변화되며, 예를 들면, 스크린 이득이 크면 영상의 콘트라스트가 크고, 반대로 이득이 작으면 콘트라스트가 작아진다. 이 때문에, 본 구성과 같이 스크린 이득에 따라 조광량을 조절함으로써, 스크린의 차이에 의존하지 않고 항상 같은 품질의 투사 영상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 투사형 표시 장치는 전술한 조명 장치, 상기 조명 장치로부터 사출되는 빛을 변조해서 영상광을 형성하는 광 변조 수단, 상기 영상광을 투사하는 투사 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 구성에 따르면, 이용 상황에 따라 적절한 조광이 수행되므로, 이용자에 대해 항상 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
이러한 투사형 표시 장치의 구동 수단으로서는, 상기 광원의 감광량에 기반해서 상기 영상 신호를 신장(expansion)하는 영상 신호 신장 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 먼저 감광 범위 설정 수단에 의해 감광이 허용되는 감광 범위가 이용 정보에 기반해서 설정된다. 그리고, 단위 시간의 영상 신호에 기반하여 상기 광원의 광량이 이 감광 범위 내에서 조절되는 한편, 상기 영상 신호가상기 광원의 감광량에 기반해서 신장되고, 이 신장된 영상 신호가 상기 광 변조 수단에 공급됨으로써 영상이 형성된다. 이에 따라, 투사형 표시 장치의 계조 범위를 확장할 수 있고, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성이 우수한 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.
이 경우, 상기 영상 신호의 신장량은, 상기 광량 설정 수단에 의해 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위 내에 포함되는 경우에는 상기 광량의 역수로 되는 신장량으로 상기 영상 신호를 신장하고, 상기 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위 외측에 있는 경우에는 상기 역수보다도 큰 신장량으로 상기 영상 신호를 신장하는 것이 바람직하다.
감광량이 제한되지 않은 종래의 조광 제어에서는 광원의 광량은 항상 설정된 감광량에 의해 조절된다. 이 때문에, 신장된 영상 신호가 표시가능한 최대 계조 이하가 되도록 하기 위해서는, 신장량과 광량의 곱이 1이하로 설정될 필요가 있다. 이에 대하여 본 발명과 같이 감광이 일정 이하로 제한되는 것에서는, 이 제한된 감광량에 기반해서 종래의 신장 처리(즉, 신장량과 광량의 곱이 1이하가 되는 처리)를 수행하더라도, 영상 신호 중에서 가장 계조가 큰 것이 표시가능한 최대 계조까지 신장되지는 않는다. 즉, 설정된 감광량이 감광 범위 밖으로 되는 경우에는, 비록 신장량과 광량의 곱이 1이 되는 조건으로 신장 처리를 수행한다 하더라도, 고계조 영역에서 계조 마진(margin)이 발생하여, 충분한 계조 재현성을 얻을 수 없다. 이 때문에 본 구성과 같이, 감광이 제한되는 상태에서 신장량과 광량의 곱을 1보다도 크게 함으로써, 계조 재현성의 저하를 방지할 수 있다.
(제1 실시형태)
먼저, 도1 내지 도8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 투사형 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 투사형 표시 장치는, R(적), G(녹), B(청)의 다른 색마다 투과형 액정 광 밸브를 포함한 3판식의 투사형 컬러액정 표시 장치이다.
도1은 이러한 투사형 표시 장치를 나타내는 개략 구성도이며, 도면 중의 부호 10R, 10G, 10B는 본 발명의 조명 장치를 구성하는 3개의 광원을 나타내고, 20R, 20G, 20B는 액정 광 밸브(광 변조 수단)를 나타내고, 30은 크로스 다이크로익 프리즘(Cross Dichroic Prism)을 나타내고, 40은 투사 렌즈(투사 수단)를 나타내며, 41은 스크린을 나타낸다.
광원(10R,10G,10B)은 각각 적색광, 녹색광, 청색광을 사출가능한 색 광원이며, 각 광원 10(10R,10G,10B)은 발광 다이오드(LED), 유기 전자 발광 소자(유기 EL 소자), 무기 전자 발광 소자(무기 EL 소자) 등의 발광체(11) 및 이 발광체(11)의 출력광을 반사하는 리플렉터(12)로 구성되어 있다. 또한, 광 밸브(20R,20G,20B)는 각각 광원(10R,10G,10B)에 대응하여 설치되며, 광원 마다 광 변조가 가능하다.
크로스 다이크로익 프리즘(30)은 4개의 직각 프리즘이 접합된 구조를 갖고, 그 접합면(30a,30b)에는 유전체 다층막으로 이루어진 광 반사막(미도시)이 십자형상으로 형성된다. 구체적으로는, 접합면(30a)에는 광 변조 장치(20R)에서 형성된 적색의 화상광을 반사하고, 각각 광 변조 장치(20G,20B)에서 형성된 녹색 및 청색의 화상광을 투과하는 광 반사막이 설치된다. 한편, 접합면(30b)에는 광 변조장치(20B)에서 형성된 청색의 화상광을 반사하고, 각각 광 변조 장치(20R, 20G)에서 형성된 적색 및 녹색의 화상광을 투과하는 광 반사막이 설치된다. 그리고, 이러한 광 반사막에 의해, 각 액정 광 밸브(20R∼20B)에서 형성된 각 색의 영상광이 합성되어 컬러 영상을 나타내는 빛이 형성된다. 합성된 빛은 투사 광학계인 투사 렌즈(40)에 의해 스크린(41) 상에 투사되고, 확대된 영상이 표시된다.
다음으로, 본 실시형태의 투사형 표시 장치의 구동 방법에 대하여 설명한다.
도2는 본 실시형태의 투사형 표시 장치의 제어 장치(60)의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태는 영상 정보와 장치의 이용 상황에 관한 정보(이용 정보)에 기반해서 광원의 광량을 조절할 수 있도록 한 것이다. 이 때문에, 본 실시형태의 투사형 표시 장치에는 외부 입력 장치로서 영상 신호를 입력하기 위한 신호 입력 장치(101) 이외에, 시청하는 영상의 종류, 주위의 밝기, 이용자의 기호 등에 따라 광원의 감광 범위를 설정하기 위한 제어기(102)(이용 정보 입력 수단)가 설치된다.
제어기(102)에서는, 예를 들면, 허용되는 최대의 감광량(최대 감광량)(Rm)에 의해 감광 범위가 지정되도록 되어 있다. 이 지정 방법으로서는, 이용자가 상기 최대 감광량(Rm)을 수치에 의해 직접 입력하는 구성, 또는 이용자가 메뉴 화면에 나타낸 몇 개의 감광 범위 중에서 선택하는 구성 중 어느 것이라도 좋다. 후자의 예로서는, 예를 들면, 메뉴를 “노멀(normal)”/ “다이나믹(dynamic)”/ “스포츠”/ “조광하지 않음”으로 하고, 최대 감광량을 각각 50%/ 75%/ 25%/ 0%로 하는 구성을 생각할 수 있다. 그리고, 최대 감광량(Rm)이 지정되면, 감광 범위는 감광량이 이러한 최대 감광량(Rm) 이하의 범위(즉, 감광량이 0∼Rm의 범위)로 설정된다. 이 감광 범위에 관한 정보는 이용자 제어 신호로서 제어 장치(60)에 입력된다.
제어 장치(60)는 영상 신호 및 이용자 제어 신호에 기반해서 각 광원(10R∼10B)의 광량(T) 및 각 색의 영상 신호의 신장량(P0)을 설정하는 화상 해석부(조광 수단)(61), 이러한 화상 해석부(61)에서 설정된 광량(T)에 기반해서 광원(10R∼10B)을 구동하는 광원 제어 드라이버(64), 설정된 신장량(P0)에 기반해서 각 색의 영상 신호를 신장하는 화상 처리부(영상 신호 신장 수단)(62), 및 이 신장된 각 색의 영상 신호를 각각 적색광용 액정 광 밸브(30R)(도5 중의 R패널), 녹색광용 액정 광 밸브(30G)(도5 중의 G패널), 및 청색광용 액정 광 밸브(30B)(도5 중의 B패널)로 공급하는 패널 드라이버(63)를 포함한다.
화상 해석부(61)는 도3에 도시한 바와 같이, 히스토그램 작성부(61a), 히스토그램 해석부(6lb), 감광 범위 설정부(61c) 및 광량 설정부(61d)를 포함한다.
화상 해석부(61)에서는, 신호 입력부(101)로부터 영상 신호가 입력되면, 히스토그램 작성부(61a)에 의해 단위 시간(1프레임 기간)당 신호에 포함되는 화소 데이터의, 계조수 마다의 출현 도수 분포(히스토그램)가 작성된다. 히스토그램 해석부(6lb)는 이러한 히스토그램에 기반해서 영상의 밝기를 검출하고, 각 광원(10R∼10B)의 광량을 설정한다. 즉, 히스토그램 해석부(6lb)는 본 발명의 광량 설정 수단으로서 기능한다.
여기에서, 히스토그램을 이용한 밝기의 검출 방법에 대하여 설명한다. 이 방법으로서는, 예를 들면, 다음의 3가지를 생각할 수 있다.
(a) 주목하는 프레임에 포함되어 있는 화소 데이터 중에서 밝기가 최대인 계조수를 상기 영상의 밝기로 하는 방법.
예를 들면, 0∼255의 256 단계의 계조수를 포함하는 영상 신호를 상정한다. 연속된 영상을 구성하는 임의의 1프레임에 주목한 경우, 그 프레임에 포함되는 화소 데이터의 계조수 마다의 출현 도수 분포(히스토그램)가 도4에 도시된 바와 같이 얻어진다. 이 도면의 경우, 히스토그램에 포함되는 가장 밝은 계조수가 190이므로, 이 계조수 190을 상기 영상의 밝기로 한다. 이 방법은 입력되는 영상 신호에 대하여, 가장 충실하게 밝기를 표현할 수 있는 방법이다.
(b) 주목하고 있는 프레임에 포함되어 있는 계조수 마다의 출현 도수 분포(히스토그램)에서 최대 밝기로부터 출현 도수에 대하여 일정 비율(예를 들면, 10%)로 되는 계조수를 상기 화상의 밝기로 하는 방법.
예를 들면, 영상 신호의 출현 도수 분포가 도5와 같은 경우, 히스토그램에서 밝은 측으로부터 10%의 영역을 취한다. 10%에 상당하는 곳의 계조수가 230이었다고 하면, 이 계조수 230을 조광 제어 신호로 한다. 도5에 도시한 히스토그램과 같이, 계조수 255의 근방에 돌발적인 피크가 있었을 경우, 상기 (a)의 방법을 채택하면, 계조수 255가 조광 제어 신호가 된다. 그러나, 이러한 돌발적인 피크 부분은 화면 전체에서의 정보로서는 큰 의미를 갖지 않는다. 이에 대하여, 계조수 230을 상기 영상의 밝기로 하는 본 방법은, 화면 전체 중에서 정보로서 의미를 갖는 영역에 의해 판정하는 방법이라고 할 수 있다. 한편, 상기의 비율은 2∼50% 정도의 범위에서변화시켜도 좋다.
(c) 화면을 복수의 블록으로 분할하여, 블록마다 포함되어 있는 화소의 계조수의 평균을 구하고, 최대인 것을 상기 영상의 밝기로 하는 방법.
예를 들면, 도6에 도시한 바와 같이, 화면을 m×n개의 블록으로 분할하고, 각각의 블록(A11, ..., Amn)마다의 밝기(계조수)의 평균값을 산출하여, 그 중에서 최대인 것을 상기 영상의 밝기로 한다. 한편, 화면의 분할수는 6∼200 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 방법은 화면 전체의 분위기를 손상시키지 않고, 밝기를 제어할 수 있는 방법이다.
전술한 (a)∼(c)의 방법에 대하여, 영상의 밝기 판정을 표시 영역 전체에 대하여 수행하는 것 이외에, 예를 들면, 표시 영역의 중앙 부분 등, 특정한 부분에만 상기 방법을 적용할 수도 있다. 이 경우, 시청자가 주목하고 있는 부분에서 밝기를 결정하는 등의 제어 방법이 가능해진다.
그리고, 이와 같이 하여, 예를 들면, 계조수 190이 영상의 밝기로서 검출된 경우, 최대 밝기(예를 들면, 계조수 255)의 광량(최대 광량)을 100%로 하면, 표시 감마 특성이 1.0인 경우 190/255=75%가 광원의 광량(T0)으로서 가설정된다.
한편, 감광 범위 설정부(감광 범위 설정 수단)(61c)는 감광이 허용되는 범위(감광 범위)를 이용자 제어 신호에 기반해서 설정한다.
그리고, 설정된 광량(T0) 및 감광 범위는 광량 설정부(61d)에 입력되고, 여기서 실제의 광원 제어에 이용되는 광량(T)이 결정된다. 구체적으로는, 광량 설정부(61d)에서는 가설정된 광량(T0)에서의 감광량이 감광 범위 내에 포함되는(즉, 최대 감광량(Rm) 이하인) 경우에는, 이 가설정된 광량(T0)을 실제의 광량(T)으로서 이용한다. 한편, 상기 가설정된 광량(T0)에서의 감광량이 감광 범위 밖에 있는(즉, 최대 감광량(Rm) 보다도 큰) 경우에는, 최대 광량으로부터 감광 범위 내가 되는 감광량(0 이상 Rm 이하의 감광량)만큼 감광한 광량으로 실제의 광량(T)을 설정한다. 본 실시형태에서는, 예를 들면, 최대 광량으로부터 최대 감광량(Rm)만큼 감광한 광량을 실제의 광량(T)으로 한다. 그리고, 이와 같이 설정된 광량(T)은 광원 제어 신호로서 광원 제어 드라이버(64)로 출력되고, 광원 제어 드라이버(64)는 이러한 광원 제어 신호에 기반해서 광원(10R∼10B)의 발광량이나 발광 기간 등을 제어함으로써 그 광량을 조절한다.
또한, 광량 설정부(61d)는 이 실제의 광량(T)에 기반하여 영상 신호의 신장량(P0)을 설정한다. 구체적으로는, 가설정된 광량(T0)에서의 감광량이 감광 범위 내에 포함되는 경우에는, 이 광량(T)의 역수(1/T)를 신장량(P0)으로 한다. 한편, 가설정된 광량(T0)에서의 감광량이 감광 범위 밖에 있는 경우에는, 신장량(P0)을 이러한 광량(T)의 역수(1/T) 보다도 큰 값으로 한다. 그리고, 이와 같이 설정된 신장량(P0)은 화상 제어 신호로서 화상 처리부(62)로 출력된다.
도7 및 도8은 최대 감광량(Rm)을 25%(즉, 감광 범위를 감광량이 0%∼25%인 범위)로 설정하고, 영상의 밝기를 히스토그램에 포함되는 가장 밝은 계조수로서 구하는 경우의 신장 처리의 예에 대해 도시하고 있다. 또한, 도7 및 도8에서는 광원을 최대 감광량(Rm)으로 감광하는 경우의 광량 및 신장량을 각각 Tm, Pm으로 나타내고 있다.
1프레임 기간에 포함되는 화소 데이터의 계조수 마다의 히스토그램이, 예를 들면, 도7(a)와 같이 되었다고 하면, 히스토그램에 포함되는 가장 밝은 계조수가 217이므로, 영상의 밝기는 이 계조수 217로 된다. 이 경우, 가설정된 광량(T0)의 값은 217/255=85%가 된다. 이 광량(T0)에서의 감광량은 감광 범위 내에 포함되므로, 광원 제어 신호로서 출력되는 광량(T)에는 이 광량(T0)이 이용된다. 또한, 신장량(P0)은 이 광량(T0)을 이용하여 1/T0=1.18로 설정된다. 그리고, 화상 처리부(62)에서의 신장 처리에 의해, 계조수 0∼217까지의 영상 신호는 계조수 0∼255계조까지 신장된다(도7(b) 참조).
한편, 히스토그램이 도8(a)와 같이 되었다고 하면, 히스토그램에 포함되는 가장 밝은 계조수가 128이므로, 영상의 밝기는 계조수 128로 된다. 이 경우, 가설정된 광량(T0)의 값은 128/255=50%가 된다.
이 광량(T0)에서의 감광량은 감광 범위 밖에 있으므로, 광원 제어 신호로서 출력되는 광량(T)은 최대 광량에서 최대 감광량(Rm)만큼 감광한 광량이 된다. 또한, 신장량(P0)은, 예를 들면, 최대 감광량(Rm)을 이용하여 1/(1-Rm)=Pm=1.33으로 설정된다. 그리고, 화상 처리부(62)에서의 신장 처리에 의해, 계조수 0∼128까지의 영상 신호는 계조수 0∼171까지 신장된다(도8(b) 참조).
그러나, 신장량을 이와 같이 설정하면, 영상 신호 중에서 계조수가 최대가 되는 화소 데이터라 하더라도 신장 후의 계조수는 표시가능한 최대 계조(255 계조) 보다 작아진다. 즉, 이 설정 방법에서는, 고계조 영역에 계조 마진이 발생하기 때문에, 충분한 계조 재현성을 얻을 수 없다. 이를 해결하기 위해, 도9(a)에 도시한 바와 같이, 신장량을 Pm 보다 크고, 또한 P0 보다 작은값(P')으로 설정할 수 있다. 도9(a)는 광량(T)을 유지한 상태로, 신장량(P')을 1.66으로 한 예를 도시하고 있다. 이 경우, 화상 처리부(62)에서의 신장 처리에 의해, 계조수 0∼128까지의 영상 신호는 계조수 0∼213까지 신장되므로, 계조 마진 문제가 완화된다(도9(b) 참조). 또한, 이 경우, 감광량은 Rm의 상태이므로, 결과적으로 영상이 전체적으로 밝게 되며, 이용 상황에 보다 적합한 표시로 된다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 조광 제어에 장치의 이용 상황에 관한 정보를 도입하기 때문에, 영상의 종류나 시청 환경의 밝기에 따라 광원의 감광량을 최적하게 조절할 수 있고, 보다 현실에 맞는 유연성 있는 조광 제어가 가능해진다. 예를 들면, 본 실시형태에서는, 광원의 감광량을 이용 정보에 기반해서 제한하기 때문에, 조명 광량을 영상 정보에 기반해서 적절하게 조절함으로써 투사 영상의 계조 범위의 확대에 기여하는 한편, 영상의 종류나 시청 환경 등에 따라 광량의 감광 범위를 일정한 범위 내로 제한함으로써, 영상 표현력을 최대한 손상시키지 않고, 휘도 부족 등의 문제를 해소할 수 있다.
또한, 장치의 이용 상황을 고려한 조광 제어로서는, 본 실시형태의 방법 이외에도 이용 정보에 기반해서 광원의 감광량을 적극적으로 증감시키는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 장치의 이용 상황은 영상을 표시하는 동안에 크게 변화되지는 않으므로, 본 실시형태와 같이 광원의 감광량을 이용 정보에 기반해서 제한하는 정적인제어 수법을 채택하더라도 상기 효과를 충분히 얻을 수 있다. 오히려 제어가 용이해지는 만큼 비용면에서 유리해진다.
(제2 실시형태)
다음으로, 도10 및 도11을 참조하여 본 발명의 제2 실시형태에 관한 투사형 표시 장치에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서, 상기 제1 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그에 대한 설명을 생략한다.
도10은 본 실시형태의 투사형 표시 장치의 제어 장치(70)의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태는 주위의 밝기를 이용 정보로서 검출하고, 이 밝기에 따라 감광 범위를 자동으로 설정할 수 있도록 한 것이다. 즉, 본 실시형태에서는 외부 입력 장치로서, 영상 신호를 입력하기 위한 신호 입력 장치(101) 이외에, 시청 환경의 밝기를 검지하는 광센서(이용 정보 입력 수단)(103)가 설치되어 있다. 광센서(103)에서 검출되는 환경의 밝기로서는, 투사형 표시 장치 근방의 밝기나, 스크린 근방의 밝기 중에서 어느 것을 채택해도 좋다. 이러한 시청 환경의 밝기에 관한 정보는 환경 광량 신호로서 제어 장치(70)로 입력된다.
제어 장치(70)는 영상 신호 및 환경 광량 신호에 기반해서 각 광원(10R∼10B)의 광량(T) 및 각 색의 영상 신호의 신장량(P0)을 설정하는 화상 해석부(조광 수단)(71), 이러한 화상 해석부(71)에서 설정된 광량 조절량에 기반해서 광원(10R∼10B)을 구동하는 광원 제어 드라이버(74), 설정된 신장량(P0)에 기반해서 각 색의 영상 신호를 신장하는 화상 처리부(영상 신호 신장 수단)(72) 및 이 신장된 각 색의 영상 신호를 각각 적색광용 액정 광 밸브(30R)(도5 중의 R패널), 녹색광용 액정 광 밸브(30G)(도5 중의 G패널) 및 청색광용 액정 광 밸브(30B)(도5 중의 B패널)로 공급하는 패널 드라이버(73)를 포함한다.
화상 해석부(71)는, 도11에 도시한 바와 같이, 히스토그램 작성부(71a), 히스토그램 해석부(7lb), 밝기 검출부(71c) 및 광량 설정부(71d)를 포함한다.
화상 해석부(71a)에서는 신호 입력부(101)로부터 영상 신호가 입력되면, 히스토그램 작성부(71a)에 의해 단위 시간(1프레임 기간)당 신호에 포함되는 화소 데이터의 계조수 마다의 출현 도수 분포(히스토그램)가 작성된다. 히스토그램 해석부(7lb)는 이러한 히스토그램에 기반하여 영상의 밝기를 검출하고, 각 광원( 10R∼10B)의 광량을 설정한다. 즉, 히스토그램 해석부(7lb)는 본 발명의 광량 설정 수단으로서 기능한다. 또한, 히스토그램을 이용한 밝기의 검출 방법 및 히스토그램 해석부(7lb)에서의 광량(T0)의 설정 방법에 대해서는 상기 제1 실시형태와 같은 방법을 이용할 수도 있다.
한편, 밝기 검출부(71c)는 감광이 허용되는 범위(감광 범위)를 LUT(look-up table)를 참조하여 환경 광량 신호에 기반해서 설정한다. LUT는 시청 환경의 밝기(환경 광량)와 허용되는 최대의 감광량(최대 감광량)(Rm)의 관계를 규정한 제어 테이블이며, 감광 범위는 감광량이 이 최대 감광량(Rm) 이하가 되는 범위로 설정된다. 이러한 LUT에서는, 예를 들면, 도12에 도시한 바와 같이, 환경 광량이 커질수록 최대 감광량(Rm)은 작게 규정되고, 시청 환경이 밝을 때에 감광 범위가 좁아지도록 되어 있다. 즉, 밝기 검출 수단(71c)은 본 발명의 밝기 검출 수단 및 감광 범위 설정 수단으로서 기능한다.
그리고, 설정된 광량(T0) 및 감광 범위는 광량 설정부(71d)로 입력되고, 여기서 실제의 광원 제어에 이용되는 광량(T) 및 영상 신호의 신장량(P0)이 결정된다. 또한, 광량(T) 및 신장량(P0)의 설정 방법에 대해서는 상기 제1 실시형태와 같은 방법을 이용할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 환경 광량이 큰 경우에는 영상은 평상시 보다도 전체적으로 밝게 표시되므로, 밝은 방에서도 휘도 부족을 느끼지 않고 고품질의 투사 영상을 즐길 수 있다.
(제3 실시형태)
다음으로, 도13 및 도14를 참조하여 본 발명의 제3 실시형태에 관한 투사형 표시 장치에 대하여 설명한다. 한편, 본 실시형태에서 상기 제1 실시형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
도13은 본 실시형태의 투사형 표시 장치의 제어 장치(80)의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태는 스크린 이득을 환경 광량으로서 검출하고, 이러한 이득에 따라 감광 범위를 자동적으로 설정할 수 있도록 한 것이다. 즉, 본 실시형태에서는 외부 입력 장치로서, 영상 신호를 입력하기 위한 신호 입력 장치(101) 이외에, 스크린으로부터의 반사 광량을 검지하기 위한 광센서(이용 정보 입력 수단)(104)가 설치된다. 그리고, 영상 표시를 수행하기 전에, 예를 들면, 완전 백색의 영상을 스크린에 표시하고, 광센서(104)에 의해 이러한 영상의 반사 광량을측정한다. 광센서(104)에서 검출된 스크린으로부터의 반사 광량에 관한 정보는 반사 광량 신호로서 제어 장치(80)로 입력된다.
제어 장치(80)는 영상 신호 및 반사 광량 신호에 기반해서 각 광원(10R∼10B)의 광량(T) 및 각 색의 영상 신호의 신장량(P0)을 설정하는 화상 해석부(조광 수단)(81), 이러한 화상 해석부(81)에서 설정된 광량 조절량에 기반해서 광원(10R∼10B)을 구동하는 광원 제어 드라이버(84), 설정된 신장량(P0)에 기반해서 각 색의 영상 신호를 신장하는 화상 처리부(영상 신호 신장 수단)(82), 및 이 신장된 각 색의 영상 신호를 각각 적색광용 액정 광 밸브(30R)(도5 중의 Ｒ패널), 녹색광용 액정 광 밸브(30G)(도5 중의 G패널) 및 청색광용 액정 광 밸브(30B)(도5 중의 B패널)로 공급하는 패널 드라이버(83)를 포함한다.
화상 해석부(81)는 도14에 도시한 바와 같이, 히스토그램 작성부(81a), 히스토그램 해석부(8lb), 이득 검출부(81c) 및 광량 설정부(81d)를 포함한다.
화상 해석부(81a)에서는, 신호 입력부(101)로부터 영상 신호가 입력되면, 히스토그램 작성부(81a)에 의해 단위 시간(1프레임 기간)당 신호에 포함되는 화소 데이터의 계조수 마다의 출현 도수 분포(히스토그램)가 작성된다. 히스토그램 해석부(8lb)는 이러한 히스토그램에 기반해서 영상의 밝기를 검출하고, 각 광원(10R∼10B)의 광량을 설정한다. 즉, 히스토그램 해석부(8lb)는 본 발명의 광량 설정 수단으로서 기능한다. 또한, 히스토그램을 이용한 밝기의 검출 방법 및 히스토그램 해석부(8lb)에서의 광량(T0)의 설정 방법에 대해서는 상기 제1 실시형태와 같은 방법을 이용할 수 있다.
한편, 이득 검출부(81c)는 반사 광량 신호에 기반해서 스크린 이득을 검출한다. 그리고, 감광이 허용되는 범위(감광 범위)를 LUT를 참조하면서 스크린 이득에 기반해서 설정한다. LUT는 스크린 이득과 허용되는 최대의 감광량(최대 감광량)(Rm)의 관계를 규정한 제어 테이블이다. 이러한 LUT에서는, 스크린 이득이 커질수록 최대 감광량(Rm)은 크게 규정되고, 콘트라스트가 낮게 표시되는 상태에서 감광 범위는 좁아지게 된다. 그리고, 감광 범위는 감광량이 이러한 최대 감광량(Rm) 이하가 되는 범위로 설정된다. 즉, 이득 검출부(81c)는 본 발명의 이득 검출 수단 및 감광 범위 설정 수단으로서 기능한다.
그리고, 설정된 광량(T0) 및 감광 범위는 광량 설정부(81d)에 입력되고, 여기서 실제의 광원 제어에 이용되는 광량(T) 및 영상 신호의 신장량(P0)이 결정된다. 또한, 광량(T) 및 신장량(P0)의 설정 방법에 대해서는 상기 제1 실시형태와 동일한 방법을 이용할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 스크린 이득이 클수록 감광량을 작게 하기 때문에, 스크린의 차이에 의한 영상 품질의 저하를 방지할 수 있다.
즉, 조광에 의한 계조 재현 효과는 투사 영상의 콘트라스트가 커질수록 커진다. 이러한 영상의 콘트라스트는 표시 장치 자체의 성능 뿐 아니라, 그것을 투사하는 스크린에 의해도 변경되며, 예를 들면, 스크린 이득이 크면 영상의 콘트라스트가 크고, 반대로 이득이 작으면 콘트라스트가 작아진다. 이 때문에, 본 구성과 같이 스크린 이득에 따라 조광량을 조절함으로써, 스크린의 차이에 의존하지 않고, 항상 동일한 품질의 투사 영상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기술범위는 상기 실시의 형태에 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 할 수 있다.
예를 들면, 본 실시형태에서는 LED 등으로 이루어진 3개의 색광원을 이용하여, 각각의 발광량이나 발광 기간을 제어함으로써 광량을 조절하였으나, 그 대신에, 광원으로부터 사출되는 빛의 광축상에 차광판이나 액정 장치 등으로 이루어진 조광 수단을 설치하여, 광원으로부터의 사출광의 광량을 이러한 조광 수단에 의해 좁힘으로써 광량을 조절해도 좋다. 구체적으로는 액정 장치의 광 투과율을 조절하는 방법, 액정 장치의 광투과 기간을 조절하는 방법, 차광판의 이동량을 조절하는 방법, 차광판의 이동 기간을 조절하는 방법 등에 의해 사출 광량을 조절할 수 있다.
또한, 도1에 도시한 투사형 표시 장치의 구성은 극히 일례에 지나지 않으며, 그 이외의 구성을 채택할 수도 있다. 구체적으로는 투사형 표시 장치를 광원, 이 러한 광원으로부터 사출된 빛을 복수의 색광으로 분리하는 색분리 수단, 분리된 각 색에 대응하여 설치된 광 변조 수단, 각 광 변조 수단에 의해 변조된 색광을 합성하는 색합성 수단 및 색합성 수단에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 수단을 포함하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 광원을 직접 제어하여 광량 조절을 수행하거나, 또는 광원과 광 변조 수단 사이 또는 광 변조 수단의 사출측에 조광 수단을 설치하여 광량 조절을 수행한다.
또한, 상기 실시의 형태에서는 광 변조 수단으로서 액정 광 밸브를 이용한 투사형 표시 장치를 예로 들었으나, 광 변조 수단으로서 DMD를 이용한 투사형 표시장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 영상의 종류나 주위의 밝기 등에 따라 적절한 조광이 가능한 투사형 표시 장치, 그 구동 방법 및 이에 이용되는 조명 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 투사형 표시 장치의 광 변조 수단을 조명하기 위해 이용되는 조명 장치에 있어서,
    광원; 및
    상기 광원의 광량을 영상 정보와 이용 정보에 기반해서 조절하는 조광 수단(調光手段)(light control means)
    을 포함하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조광 수단은
    상기 광원의 광량을 영상 정보에 기반해서 설정하는 광량 설정 수단; 및
    감광이 허용되는 감광 범위를 이용 정보에 기반해서 설정하는 감광 범위 설정 수단을 포함하고,
    상기 조광 수단은 설정된 광량에 기반해서 상기 광원의 광량을 조절하는 것과 함께, 상기 감광 범위를 초과하는 감광을 금지하는
    조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위를 초과하는 경우에는, 상기 광원은 상기 감광 범위 내의 감광량에 의해 그 광량이 조절되는
    조명 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이용 정보는 수동으로 지정가능하게 되는
    조명 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    투사 영상의 시청 환경의 밝기를 검출하는 밝기 검출 수단
    을 포함하고,
    상기 감광 범위 설정 수단은 시청 환경의 밝기에 기반해서 상기 감광 범위를 설정하는
    조명 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    투사 영상이 표시되는 스크린의 이득을 검출하는 이득 검출 수단
    을 포함하고,
    상기 감광 범위 설정 수단은 상기 이득에 기반해서 상기 감광 범위를 설정하는
    조명 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치;
    상기 조명 장치로부터 사출되는 빛을 변조해서 영상광을 형성하는 광 변조 수단; 및
    상기 영상광을 투사하는 투사 수단
    을 포함하는 투사형 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원의 감광량에 기반해서 상기 영상 신호를 신장하는 영상 신호 신장 수단(image-signal expanding means)
    을 포함하는 투사형 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 영상 신호 신장 수단은, 상기 광량 설정 수단에 의해 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위 내에 포함되는 경우에는, 상기 광량의 역수가 되는 신장량으로 상기 영상 신호를 신장하고, 상기 설정된 광량에서의 감광량이 상기 감광 범위 밖에 있는 경우에는, 상기 역수보다도 큰 신장량으로 상기 영상 신호를 신장하는
    투사형 표시 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 기재된 투사형 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    감광이 허용되는 감광 범위를 이용 정보에 기반해서 설정하고,
    단위 시간의 영상 신호에 기반해서 광원의 광량을 상기 범위 내에서 조절하는 것과 함께, 상기 영상 신호를 상기 광원의 감광량에 기반해서 신장하고, 이 신장된 영상 신호를 상기 광 변조 수단에 공급함으로써 영상을 형성하는
    투사형 표시 장치의 구동 방법.
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