[發明專利]彩色合成光學器件、使用彩色合成光學器件的投射型顯示裝置、以及控制投射型顯示裝置的顯示的方法

有效

• 申請號: 201080043521.5
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN102549477A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 今井雅雄;齋藤悟郎;奧村滕男
• 申請（專利權）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B5/04;G02B5/28;G02B5/30;G03B21/14;H04N9/31
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 王安武

技術領域

本發明涉及以投影儀為代表的投射型顯示裝置，具體涉及用于合成多種顏色的光的技術。

背景技術

在于顯示器件上放大并投影顯示影像的投射型顯示裝置中，需要的性能取決于使用目的而不相同。例如，當顯示諸如電影的全彩畫面時，希望較高的彩色再現性能。另一方面，當用于諸如會議的顯示時，需要較高的亮度以使得在明亮的室內也可看清。

在投射型顯示裝置中，通常使用白色光源(其是諸如金屬鹵化物燈或高壓汞燈)作為光源。

當強調投射影像的彩色再現性時，會從光源的白色光提取具有較窄光譜寬度的三原色，即紅(R)、綠(G)及藍(B)。在此情況下，照明光學系統的光利用效率下降，由此投射影像變暗。

另一方面，當要求較高的亮度時，三原色的光譜寬度被設定的較寬，并且來自白色光源的光被最大程度地使用。在此情況下，三原色的顏色純度降低，由此不能夠獲得較高的彩色再現性。

因此，在投射型顯示裝置中要實現亮度以及彩色再現性兩者會存在問題。

當從具有較寬帶光譜(具有約400nm至700nm的波長)的白色光提取用于彩色顯示的具有較好彩色純度的三原色的光時，未使用具有580nm附近的波長的黃色光。這是因為當將黃色光附加至綠色光時，綠色會變為黃綠色，由此顏色純度會劣化。此外，當黃色光被附加至紅色光時，紅色會變為橙色，由此顏色純度會再次劣化。當以此方式使用黃色光時，三原色的顏色純度會劣化，由此不能實現較高的彩色再現性。

但是，相較于紅色或藍色光，人眼對黃色光的視覺敏感性更高，由此可有效地使用黃色光來獲得更亮的畫面。

因此，在專利文獻1中揭示了一種顯示裝置，其允許在通過在光學路徑中插入顏色選擇器件而實現彩色影像顯示由此強調彩色再現性的顯示模式與通過從光學路徑去除彩色選擇器件而實現彩色影像的顯示由此強調亮度的顯示模式之間切換。

根據專利文獻1，使用了顏色選擇器件，其由二向色濾光片構成，并且消除黃色光。在其中顏色選擇器件被插入紅色(或綠色)光的光路中的狀態與其中顏色選擇器件從光路移除的狀態之間進行切換，并且根據照明光的顏色純度來控制在顯示器件上顯示的視頻信號，由此在強調彩色再現性的彩色影像顯示與強調亮度的彩色影像顯示之間實現切換。

在顯示裝置中，除了亮度及彩色再現性之外，白平衡也是需要考慮的一個因素。通過合成紅、綠及藍三原色而獲得的白色光(W)必須保持在預定彩色范圍內。

為了實現白平衡，當彩色混合各個紅色、綠色及藍色光時，設定光量的比率。如果三原色中一者的光較弱，則必須減弱其他兩種顏色的光量以實現平衡。因為這種限制，獲得的白色光的亮度會減弱。

專利文獻2及3揭示了顯示裝置，其不僅在亮度及彩色再現性方面進行了改進，還通過利用來自諸如半導體光源(例如，發光二極管(LED)或激光二極管(LD))或被稱為固態光源的光源的另一光源的光來替代來自白色光源的光的特定波帶的光，對白平衡進行了改進。

根據專利文獻2，紅色波長分量的光量在被用作白色光源的高壓汞燈中較少。因此，使用發射紅色光的LED陣列光源作為紅色照明光。

根據專利文獻3，通過為來自發射紅色光的半導體激光源的光使用全息圖器件，在來自白色光源的白色光內的具有較小光量的紅色波長分量的光被部分替代。

如此使用主照明光以及輔助照明光可獲得具有極佳亮度、彩色再現性以及白平衡的顯示裝置。

由諸如上述LED的固態光源實現的三原色的光的光譜的寬度比作為諸如現有高壓汞燈的放電燈的白色光源的光更窄。因此，固態光源具有即使不使用彩色濾光器也允許獲得較高彩色再現性的優勢。

此外，固態光源具有比放電燈更長的壽命，并且因為未使用汞，故著眼于環境是有利的。

設置調光功能能夠根據條件精確地節省能量，該調光功能根據觀看顯示裝置的觀看條件是明還是暗或者根據顯示畫面是明還是暗來控制LED的電流量。

與在點亮之后直至亮度達到可用狀態需要一定時間的放電燈相比，固態光源在被點亮之后可立即獲得較亮畫面。固態光源還例如通過除去了在重新點亮之前用于冷卻的等待時間而為用戶提供了更好的便利性。

因為這里所述的固態光源的諸多優點，使用固態光源作為投射型顯示裝置的光源。

但是，當前不能夠通過單一LED來獲得具有足夠亮度的發出光。因此，為了實現更高的亮度，已經提出了合成多種顏色的各種技術。例如，專利文獻4-6揭示了光源裝置，其通過分色鏡或分色棱鏡來對來自具有不同峰值波長的多個LED的光通量進行合成。這些專利文獻4-6所揭示的裝置利用波長的差異來通過分色鏡來合成彩色光。