JP2003107472A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2003107472A JP2001298988A JP2001298988A JP2003107472A JP 2003107472 A JP2003107472 A JP 2003107472A JP 2001298988 A JP2001298988 A JP 2001298988A JP 2001298988 A JP2001298988 A JP 2001298988A JP 2003107472 A JP2003107472 A JP 2003107472A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】解像度の低下や消費電力の増大、あるいは輝度
の低下の抑えた多原色表示システムを実現することにあ
る。 【解決手段】２以上ｎ種類の透過スペクトル選択手段
と、スペクトル分布の異なるｍ種類の光源と、このｍ種
類の光源による照射を時分割に制御する光源制御手段
と、光源制御手段とｎ種類の透過スペクトル選択手段と
により生成されるｎ＋１種類以上、ｎ×ｍ種類以下のカ
ラー光源と、光の透過率または反射率を画像情報に応じ
て制御するライトバルブにより構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広い色再現範囲と
高精細表示の両立が可能な多原色画像表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の画像表示装置は、たとえば、液晶
表示装置を例にとると、白色光源または赤，緑，青の３
色の極大値を有する三色光源と、赤，緑，青のカラーフ
ィルタにより選択的に色を透過させる副画素を各画素に
配置し、それぞれの副画素を構成する電極間に封入した
液晶に画像情報に応じた電圧を印加することにより各色
毎の透過率または反射率を制御して画像を表示してい
た。この方式により表現できる色度図上の範囲は３原色
の光源により形成される３角形の内側の範囲に限られて
いた。このため、自然界に存在する全ての色を再現する
ことはできず、色合い，質感，光沢といった人間の感性
に迫る表示を必要とする場合には、その要求に十分答え
られない場合があった。例えば、表現範囲が十分でない
ことから発生する課題として、ネットワークを利用した
遠隔医療における診断上の精度や、電子美術館や電子商
取引における美術品や取引商品の価値を表現するといっ
たより高いレベルでの画像の忠実再生が求められてい
る。このような要求に答える取り組みとし多原色表示装
置が提案されている。例えば、特願平７−３３０５６４
号公報及び電子情報通信学会技術報告ＥＩＤ２０００−
２２８（２０００−１１）に報告されているように、色
を３原色による撮像，表示するのではなく、スペクトル
情報として取り扱いマルチスペクトル画像データとし
て、撮像，変換，伝送，表示するナチュラルビジョンシ
ステムが報告されている。この中で、撮像系に関しては
１６バンドのマルチスペクトルカメラを用い、被写体に
対する照明光の情報も合せて計測して伝送することによ
り、遠隔地間での画像の忠実伝送および再現が可能とさ
れている。同様に、表示装置としては２台の液晶プロジ
ェクタの投影像を合成することによる６原色表示装置が
開発されている。この装置では、それぞれのプロジェク
タの光学系において、赤，緑，青の光路に透過波長帯域
の異なる狭帯域３原色カラーフィルタを挿入し、色純度
を高めるとともに、色再現領域の異なる２種類のプロジ
ェクタ構成として、これら２種類のプロジェクタの組合
せにより６原色表示を実現している。この他にも、表示
方式として、回転する円盤に多原色のカラーフィルタを
配置して時分割で各色を表示する時分割方式，空間画素
配列方式，面分割方式やこれらの組み合わせによる方式
が提案されている。
【０００３】図１１により多原色表示装置の特性につい
て具体的に説明する。図１１は色の再現範囲を数値化す
る色度図である。人間の知覚できる範囲が可視領域５０
１であり、色再現性の良い表示装置としては、この範囲
内でできる限り広い範囲を表示することが望まれる。従
来の３原色表示装置による表示範囲の一例が特性502
で、３原色により作られる三角形の内側が表示範囲とな
る。これに対し、多原色表示装置では、４原色以上のマ
ルチスペクトル表示により、表示範囲を拡大している。
本例は６原色により表示したもので、従来の３原色表示
に比較し、表示範囲が大幅に拡大されている。３間色表
示では、各色に対する赤Ｒ，緑Ｇ，青Ｂの混合比が一義
的に定まるが、６原色表示の場合には、表示の自由度が
増大し、一義的には定まらない。多原色表示における色
変換の方法については、例えば、特開平６−２６１３３
２号公報に開示されている。このように多原色表示とす
ることにより、特に従来の３原色では表示できなかった
原色間の色純度の高い表示が可能となり、深い赤や青，
みずみずしい緑など人の感性に強く印象付ける色の再現
が可能となることが、図１１からわかる。
【０００４】以上のように、多原色表示装置によれば、
画像撮像場所と表示場所の環境光のスペクトル情報に基
づく補正処理を施すことにより、環境光の影響によら
ず、送り手側と同一の質感を再現できることが開示され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】質感まで表示できる多
原色表示装置は、電子美術館やシアター用途の如くスク
リーンを用いた大画面表示に適しているほかに、小型軽
量化により可搬性を高めたパーソナルコンピュータや携
帯情報端末への応用が期待されている。特に、持ち運び
が可能な表示装置では、移動により照明環境が変化する
ことから、これらの照明光の影響を補正できる広い表示
範囲を有する表示装置が望まれている。小型軽量化に適
した直視型の液晶表示装置により多原色表示装置を実現
する場合の課題を明らかにするため、従来の液晶表示装
置の色再現方式について説明する。
【０００６】従来の直視型の液晶表示の色再現方式とし
ては、カラーフィルタを用いる副画素方式と、カラーフ
ィルタを用いず３色の点滅光源を用いるカラーフィール
ドシーケンシャル方式がある。
【０００７】カラーフィルタ方式は、常時点灯の白色光
源を用い、１画素の領域を３つの副画素に等分し、それ
ぞれに赤，緑，青のカラーフィルタと画素電極を設け、
アクティブマトリクス型の場合にはさらに、非晶質，多
結晶、あるいは単結晶の薄膜トランジスタを電圧書込み
用のスイッチング素子として信号配線と画素電極間に設
ける。表示装置の明るさは光源の明るさを一定とする
と、カラーフィルタの透過率と開口部の面積の割合であ
る画素の開口率により決定される。カラーフィルタによ
る副画素方式により多原色表示装置を実現する場合、１
画素の面積を一定とすると副画素数の増大による開口率
の低下をきたすか、一つの副画素の面積を一定とした場
合には解像度の低下が発生することが懸念される。ま
た、原色数を増やすために、透過バンド幅の狭い高色純
度のカラーフィルタを用いると、透過率の低下による輝
度の低下をきたす恐れもある。この場合には、輝度を向
上するために強力な光源が必要となり消費電力の増大
や、不要な発熱を招く。
【０００８】一方、従来のカラーフィールドシーケンシ
ャル方式はカラーフィルタや副画素構成を用いず、高速
にオン・オフ可能な赤・緑・青の３色光源を時系列に点
灯させ、これに同期した信号電圧を各画素の液晶に印加
することにより画素の透過率を制御する方式である。高
速応答性を有する液晶表示モードと３色光源が必要であ
るが、カラーフィルタや副画素を用いないことから、明
るさと高精細な表示を両立できることが特徴である。カ
ラーフィールドシーケンシャル方式により多原色表示装
置を実現する場合には、原色数の増加に応じた高速液晶
表示モードが必要と成る。従来の３原色表示の場合で
は、画素への書込み時間と通常の照明に用いられる蛍光
灯のスイッチング時間を差し引いた時間内に応答するこ
とが必要になることから、２ミリ秒から３ミリ秒の応答
が必要である。この方式を多原色表示装置に適用する場
合、例えば、６原色による表示を考えると、表示周波数
をフリッカが発生しない６０Ｈｚとすると、１色あたり
の電圧書込み，液晶の応答および照明の合計時間が約
２.８ ミリ秒となる。この場合、従来の駆動方式によれ
ば、画素への電圧書込みと照明のスイッチング時間だけ
で、割り当てられる殆どの時間を使ってしまうため１ミ
リ秒以下で中間調も含めた応答が必要と成る。このこと
から、従来のカラーフィールドシーケンシャル方式を多
原色表示装置に適用することは難しい。
【０００９】また液晶以外の持ち運びが容易な表示装置
について考えると、候補としては広くモニタ用に使用さ
れているＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や有機系や無機系
の発光材料を用いたＥＬ表示装置(Elctroluminescent D
isplay），ＰＤＰ(PlasmaDisplay Panel)などが上げら
れる。いずれの表示装置も発光型であることから原色数
に応じた副画素を構成することにより色再現するもの
で、なおかつ副画素の構成になんらかの印刷技術を応用
しているため、３原色以上多原色表示装置を質感まで表
現可能な高精細で実現することが難しい。
【００１０】本発明の目的は、これらの状況を鑑み、解
像度の低下や消費電力の増大、あるいは輝度の低下の抑
えた多原色表示システムを実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、２以上ｎ種類の透過スペクトル選択手段
と、スペクトル分布の異なるｍ種類の光源と、このｍ種
類の光源による照射を時分割に制御する光源制御手段
と、光源制御手段とｎ種類の透過スペクトル選択手段と
により生成されるｎ＋１種類以上，ｎ×ｍ種類以下のカ
ラー光源と、光の透過率または反射率を画像情報に応じ
て制御するライトバルブにより構成したものである。
【００１２】透過スペクトル選択手段としては、各画素
に対応して配置したカラーフィルタが好ましく、それぞ
れのカラーフィルタにより選択される波長帯域におい
て、光源の輝度の極大値が波長帯域に含まれるととも
に、各色のカラーフィルタの波長帯域よりも、光源の帯
域が狭くすることにより色再現性を向上することができ
る。
【００１３】ライトバルブとしては、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置が好適であり、特に視野角特性の
広いインプレーンスイッチングモードが優れている。
【００１４】光源と画像の書き換えについては、画像を
高速に書き換えた後に光源を一定期間点灯させても良い
し、画像の書き換えに同期して、光源をスクロールさせ
ても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて具体的に説明する。
【００１６】（実施例１）本発明の第１の実施形態を図
１から図７により説明する。本実施形態はノーマリブラ
ックのインプレーンスイッチングモードに適用した例で
あり、見る角度による特性差、いわゆる視野角特性の良
好な表示モードを用いているが、正面から見ることが中
心と成る場合には、ＴＮ（ツイステッドネマチック）表
示モードや強誘電性液晶表示モードなどを始めとする、
ある程度以上の高速応答性を有する表示モードに適用で
きる。図１は本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の
構成を示す構成図、および光源部の構成を示す正面図、
図２は本実施形態の光源部とカラーフィルタの分光波長
特性図、図３は本実施形態に用いた液晶表示モードの原
理説明図、図４は本実施形態のシステム構成図、図５は
本実施形態の駆動シーケンス、図６は本実施形態の駆動
シーケンスによる光源とカラーフィルタの組合せで得ら
れる光源の分光波長特性図、図７は本実施形態により得
られる表示色域を示す特性図である。
【００１７】図１により本実施形態の液晶表示装置の構
成について説明する。光源として色純度の高いＬＥＤア
レイ光源を用いていることと、このＬＥＤアレイ光源を
波長特性の異なる２種類のＬＥＤアレイ光源を用い、こ
の２種類のＬＥＤ光源を液晶パネルの表示に同期して時
分割点灯させるとともに、液晶表示部の副画素に配置し
たそれぞれの光源の発光分布よりも広帯域のカラーフィ
ルタと組み合わせて、このカラーフィルタによりいくつ
かの光源の光を時系列に選択的に透過させることにより
多原色の画像を表示することを特徴としている。
【００１８】画像に応じた光の面スイッチの役割を果た
す液晶表示部４３０の基本構成は、従来の液晶表示装置
とほぼ同様で、２枚の透明基板４０３の外側にクロスニ
コルに配置した２枚の偏光板４０６を貼付し、一方のガ
ラス基板の内側に３色のカラーフィルタ４１０を副画素
に位置合せさせて形成した。これら２枚の透明基板４０
３の間隔を一定とするため、図示していない感光性の樹
脂からなる柱を一方の基板上に、複画素の間隔に等しい
ピッチ、かつ、画素の透過率を損なわない程度の面積
で、具体的には数マイクロメーター（μｍ）の直径を有
する円筒状に形成した。これらの透明な一対の基板４０
３の間には液晶組成物が挟持されている。液晶への電圧
印加は、図示していないが、一方のガラス基板上に設け
たアクティブマトリクス回路を用いた。アクティブマト
リクス駆動とすることにより、液晶表示モードの選択幅
を広げることが可能で、高速応答が可能な捩れネマチッ
クモードや広視野角を特徴とするインプレーンスイッチ
ングモードを選択することにより、高精細かつ大画面表
示が可能である。また、メモリ回路を画素内に設けるこ
とにより、線順次に画素中のメモリ容量の情報を書き換
えつつ、その前のフレームで蓄積した別な表示を実行す
ることが可能であることから、全画面の同時書き換えも
可能となる。これにより、書き換え時間を考慮する必要
がなくなることから、時系列に光源を切り替える本発明
に適している。液晶表示部４３０の下には、透明なアク
リルを楔形に成型した導光体４１２とＬＥＤアレイ光源
４１１から成る光源部４３１を２つ組み合わせて配置し
た。図１ｂおよび図１ｃに本実施形態で用いたＬＥＤア
レイ光源におけるＬＥＤの配置を示す。図１ｂの構成は
２つのＬＥＤアレイ光源４１１Ａと４１１Ｂを異なる発
光分布を有するＬＥＤアレイ光源で構成した場合で、そ
れぞれのＬＥＤアレイ光源に３種類のＬＥＤを搭載し、
３色のピーク波長を発光することができる。発光波長の
組み合わせとしては、６種類の発光波長分布の異なる２
種類のＬＥＤアレイの内、隣接する発光波長を持つＬＥ
Ｄを別のＬＥＤアレイ光源に配置したことが特徴であ
る。これらの光源により、最大６原色の発光ピークを持
つことができる。本実施形態では、１個のＬＥＤのピー
ク波長が単一のＬＥＤを用いたが、１つのＬＥＤの中に
複数のピーク波長を持つＬＥＤチップを搭載したタイプ
のＬＥＤを使って薄型化することもできる。図１ｃの構
成は１つのＬＥＤアレイ光源に６原色に相当する全ての
ＬＥＤを搭載しているため、特に高輝度を必要とする表
示装置に適している。ただし、この実施形態では全ての
種類のＬＥＤをＬＥＤアレイ光源に配置しているが、そ
れぞれの色、または、ある色の組み合わせごとに発光シ
ーケンスを制御できるように外部回路を構成した。以下
の説明では理解の説明の簡便さから、LEDアレイ光源４
１１Ａと４１１Ｂを異なる発光分布を有するＬＥＤアレ
イ光源で構成した場合について説明する。
【００１９】図２により、以上で述べたカラーフィルタ
とＬＥＤそれぞれの分光透過率および発光波長分布の関
係について説明する。３色のカラーフィルタの透過率分
布４３２Ｒ（赤色），４３２Ｇ（緑色），４３２Ｂ（青
色）は従来の液晶表示部の透過率分布とほぼ同様である
が、各色のカラーフィルタの透過波長範囲にほぼ含まれ
る２色のＬＥＤを配置したことが特徴である。例えば、
赤色のカラーフィルタの透過率分布４３２Ｒに対して、
ほぼ発光波長範囲が含まれるＬＥＤとして発光特性４３
３Ｒ１と４３３Ｒ２を組み合わせ、これらのＬＥＤを時
系列で切り替えることにより１つの副画素により２原色
を制御できる。同様に緑のカラーフィルタの透過率分布
４３２Ｇに対しては、ＬＥＤとして発光特性４３３Ｇ１
と４３３Ｇ２を組み合わせ、青のカラーフィルタの透過
率分布４３２Ｂに対しては、ＬＥＤとして発光特性４３
３Ｂ１と４３３Ｂ２を組み合わせた。本実施形態ではＬ
ＥＤのピーク波長として、４５０ナノメートル，４７０
ナノメートル，505ナノメートル，５５０ナノメート
ル，６２０ナノメートル，６６０ナノメートルのＬＥＤ
を用いたがこのほかの組み合わせも可能である。今回用
いたＬＥＤ光源の発光特性はカラーフィルタに比較する
と通常半値幅で２０から３０ナノメートル（ｎｍ）と狭
帯域であり、１色のカラーフィルタの透過波長幅の中に
２ないし３色のＬＥＤを割り当てることが可能である。
更に色純度を上げたり、１色のカラーフィルタを透過す
る光源の数を増やし、表示に用いる総原色数を増やすた
めには、狭帯域な発光特性を持つ半導体レーザチップを
用いて光源を構成することが有効である。レーザー光源
を用いることにより１画素を構成する副画素の数を低減
することができるので、解像度や開口率を上げることも
できる。本実施形態では３色のカラーフィルタを用いて
いるが、複数色であれば解像度の許す範囲で増やすこと
が可能で、カラーフィルタを増やすことにより、ＬＥＤ
のピーク波長の数とカラーフィルタの色数の積で決まる
原色数を増大させ、表示範囲を拡大することができる。
また、従来の液晶表示装置の構成が、ブロードな特性の
光源と各色のカラーフィルタ同士が相当のオーバーラッ
プ領域を持つ特性において表示していたことを考える
と、多少の混色を含む特性のカラーフィルタや光源を用
いたとしても、本発明の目的とする色再現範囲の拡大を
実現することができることは言うまでもない。
【００２０】次にインプレーンスイッチングモードにつ
いて説明する。図３（ａ），（ｂ）はインプレーンスイ
ッチングモード液晶のパネル内での液晶の動作を示す側
断面を、図３（ｃ），（ｄ）はその正面図を表す。図３
ではアクティブ素子を省略してある。また、説明図では
ストライプ状の電極を構成して複数の画素を形成する
が、ここでは一画素の部分を示した。電圧無印加時のセ
ル側断面を図３（ａ）に、その時の正面図を図３（ｃ）
に示す。透明な一対の基板４０３の内側に線状の電極４
０１，４０２が形成され、その上に配向制御膜４０４が
塗布及び配向処理されている。棒状の液晶分子４０５
は、電界無印加時にはストライプ状の電極の長手方向に
対して若干の角度、即ち４５度≦｜電界方向に対する界
面近傍での液晶分子長軸（光学軸）方向のなす角｜＜９
０度、をもつように配向されている。上下界面上での液
晶分子の配向方向はここでは平行を例に説明する。ま
た、液晶組成物の誘電異方性は正を想定している。次
に、電界４０７を印加すると図３（ｂ），（ｄ）に示し
たように電界方向に液晶分子がその向きを変える。偏光
板４０６の偏光透過軸を所定角度４０９に配置すること
で電界印加によって光透過率を変えることが可能とな
る。この基板上の電極により主として基板面に添う方向
に電界を印加することにより、液晶が基板面に平行な面
内で回転し偏光板の透過軸となす角度が変わることで透
過率が変化する。基板に平行な電界は殆どが電極間に発
生するため、主に電極間の液晶部分の液晶が透過率の変
化に寄与して、電極上は殆ど寄与しない。したがって、
電極として不透明な金属電極を用いることも可能であ
る。インプレーンスイッチングモードの応答速度を決め
る要因としては、いくつかのパラメーターが存在する
が、線状の電極４０１，４０２の間隔を狭くして電界を
強めるか、線状の電極４０１，４０２間に印加する電圧
を上げて電界を強くすることが効果的で、ほぼ電界に反
比例して液晶の応答速度が短くなる。
【００２１】コントラスト比を付与する具体的構成とし
ては、上下基板上の液晶分子配向がほぼ平行な状態を利
用したモード（複屈折位相差による干渉色を利用するの
で、ここでは複屈折モードと呼ぶ）と、上下基板上の液
晶分子配向方向が交差しセル内での分子配列がねじれた
状態を利用したモード（液晶組成物層内で偏光面が回転
する旋光性を利用するので、ここでは旋光性モードと呼
ぶ）とがある。複屈折モードでは、電圧印加により分子
長軸（光軸）方向が基板界面にほぼ平行なまま面内でそ
の方位を変え、所定角度に設定された偏光板の軸とのな
す角を変えて光透過率を変える。旋光性モードでも同様
に電圧印加により分子長軸方向の方位のみを変えるが、
こちらの場合は螺旋がほどけることによる旋光性の変化
を利用する。また、本発明の表示モードでは液晶分子の
長軸は基板と常にほぼ平行であり、立ち上がることがな
く、従って視角方向を変えた時の明るさの変化が小さい
ので、視角依存性がなく、視角特性が大幅に向上する。
本表示モードは従来のように電圧印加で複屈折位相差を
ほぼ０にすることで暗状態を得るものではなく、液晶分
子長軸と偏光板の軸（吸収あるいは透過軸）とのなす角
を変えるもので、根本的に異なる。従来のＴＮ型のよう
に液晶分子長軸を基板界面に垂直に立ち上がらせる場合
だと、複屈折位相差が０となる視角方向は正面即ち基板
界面に垂直な方向のみであり、僅かでも傾斜すると複屈
折位相差が現れる。ノーマリオープン型では光が漏れ、
コントラスト比の低下や階調レベルの反転を引き起こ
す。
【００２２】図４に本実施形態のシステム構成図、図５
に駆動シーケンスを示す。構成としては多原色表示に対
応した画像源１１０，この画像源の画像データである画
像信号１１１を本実施形態の表示装置の駆動シーケンス
に沿った画像データに変換する原色変換回路１１２，時
分割駆動の表示タイミングに合せるための複数のメモリ
バッファ１１４，メモリバッファ１１４の出力を駆動シ
ーケンスに応じて選択するバッファ選択回路１１５，全
体の駆動シーケンスを制御するタイミング制御回路１１
３と液晶表示部４３０と光源部４３１により構成した。
本実施形態は液晶表示部をアクティブマトリクス型駆動
回路としている。このため、詳細には記述していない
が、液晶表示部４３０には図示していない走査配線と信
号配線に電圧を供給するための走査回路４１３と信号回
路４１４を設け、タイミング制御回路１１３により画像
信号に同期した信号電圧を受けて画素への電圧書込みを
行っている。タイミング制御回路画像源の画像データと
しては、多原色表示に合せた原色数の色座標データ形式
や、３原色の輝度情報に環境光の情報を付加した形式、
あるいは、全ての可視領域の色情報を有するＸ,Ｙ,Ｚ表
色系での表示データ形式などが使える。場合によって
は、３原色の輝度情報のみの情報も画像源として用いら
れることも想定した構成とした。３原色の輝度情報のみ
の場合には、タイミング制御回路１１３の中に、ハード
またはソフトスイッチを設け、３原色の輝度情報が来た
場合にはスイッチを多原色モードから３原色モードに切
り替えて、原色変換回路１１２とバッファメモリ１１４
をスルー状態として、信号変換をせずに直接、信号駆動
回路４１４に転送するとともに、ＬＥＤアレイ光源４１
１Ａと４１１Ｂの双方を常に点灯状態とすることができ
る。これにより、多原色表示はできないが、全てのＬＥ
Ｄが常時点灯していることで、白色バランスの取れた明
るい表示ができる。また、多原色表示のときのピーク輝
度を合せて、輝度の変化による違和感を感じさせないこ
ともできる。
【００２３】図５により駆動シーケンスを説明する。本
実施形態では、１色のカラーフィルタにより２色の原色
を選択することから、１フレームを２つのサブフレーム
に分割し、夫々のサブフレームにおいて液晶表示部と光
源による表示を完結させた。画像源の画像信号１１１か
ら表装置用の原色信号への変換は、変換後にバッファメ
モリを介す構成とし、画像源とバッファフレームの出力
タイミングを非同期とすることで、任意の周波数で変換
後の画像信号１２１を出力することができる。このた
め、原色変換処理がサブフレーム時間の計算時間には入
らない構成とした。原色変換後の画像信号はゲートクロ
ック１２２と図示していないデータクロックにより表示
画面上の最上行から線順次に各画素に書きこまれる。そ
のほかの駆動シーケンスとしては、最初に画素への電圧
書込み、続いて液晶の光学応答、最後に光源の点灯の順
で構成した。フレーム周波数を６０Ｈｚと設定したた
め、サブフレーム時間は約８.３ ミリ秒である。書込み
時間は１行に付き５マイクロ秒を要し、全行数を４８０
行で構成したため、書込みに要する時間は２.４ ミリ
秒、液晶の応答時間は白から黒あるいは黒から白の応答
がいずれも約３ミリ秒となる電極構成および液晶材料を
選択した。この結果、サブフレーム時間から書込み時間
と液晶の応答時間を引いた光源点灯時間として夫々のサ
ブフレームにおいて２.６ミリ秒が得られた。
【００２４】本実施形態により得られた液晶表示装置の
分光表示特性を図６に、夫々の原色の表示色度特性を図
７に示す。図６ａは各色のカラーフィルタの短波長側を
利用するＬＥＤアレイ４１１Ａの点灯時の液晶表示部４
３０と光源部４３１による分光表示特性４３４（Ｒ２，
Ｇ２，Ｂ２）を示し、図６ｂは各色のカラーフィルタの
長波長側を利用するＬＥＤアレイ４１１Ｂの点灯時の液
晶表示部４３０と光源部４３１による分光表示特性４３
４（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）を示す。夫々、カラーフィルタ
４１０の分光透過率４３２とＬＥＤアレイ４１１Ａおよ
び４１１Ｂの発光分布４３３を併記する。それぞれの分
光表示特性は、相互に重なりの少ない色純度の高い表示
が実現できる。また、カラーフィルタの透過波長領域の
内側に光源の発光波長領域がほぼ含まれる特性としたこ
とにより、光源の発光の大部分をカラーフィルタにより
透過できるので、高輝度かつ低消費電力の多原色表示装
置を実現できる。
【００２５】この表示装置による色度図上の表色範囲を
図７に示す。黒点は短波長側のLEDアレイ４１１Ａの点
灯により得られる表示色、白点は長波長側のＬＥＤアレ
イ４１１Ｂにより得られる表示色で、表示装置全体とし
ては、これら６点の表示色で作られる６角形の内側が本
実施形態による表色範囲４３５となる。３原色の光源に
より達成される表色範囲４３６に比較して大幅に表色範
囲が拡大していることがわかる。
【００２６】本実施形態によれば、３色のカラーフィル
タと２種類の３色光源を時系列に点灯させるとともに、
液晶表示部をこれら３色光源に同期して書きかえること
により、画素の解像度を低下させること無く多原色表示
を実現することができる。
【００２７】（実施例２）本発明の第２の実施形態を図
８および図９により説明する。本実施形態は第１の実施
形態において、光源の点灯時間を増やして明るい表示を
する場合に、１画面分の画素に印加する電圧の書き換え
時間が障害となることを踏まえて、これを改善する目的
で考案したものである。以下、具体的に説明する。本実
施形態のシステム構成は図４に示した第１の実施形態と
ほぼ同様であることから省略する。
【００２８】図８は、本実施形態によるＬＥＤアレイを
用いた光源部４３１で、ひとつひとつのＬＥＤアレイ光
源４１１は、第１の実施形態で使用したものと同一であ
るが、複数のＬＥＤアレイ光源４１１を並べて構成し、
図８には図示していない液晶表示部とほぼ同一の発光面
積を持っていることを特徴としている。光源部４３１は
導光体をもたずに、ＬＥＤアレイ光源４１１のみで構成
されている。
【００２９】図９により駆動シーケンスを説明する。駆
動シーケンスは第１の実施形態とほぼ同様で、１色のカ
ラーフィルタにより２色の原色を選択することから、１
フレームを２つのサブフレームに分割した。画像源の画
像信号１１１から表装置用の原色信号への変換は、変換
後にバッファメモリを介す構成とし、画像源とバッファ
フレームの出力タイミングを非同期とすることで、任意
の周波数で変換後の画像信号１２１を出力することがで
きる。このため、原色変換処理がサブフレーム時間の計
算時間には入らない構成とした。さらに、液晶の応答と
ＬＥＤアレイ光源４１１の点灯を同期させた。図９の駆
動シーケンスにおいて、液晶応答123Ｕは液晶表示部の
上部の応答、液晶応答１２３Ｍは液晶表示部の中央部の
応答、液晶応答１２３Ｄは液晶表示部の下部の応答を示
し、夫々の部位に光を照射するＬＥＤアレイ光源のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングとして１２４Ｕ,１２４Ｍ，124Ｄ
を示す。この図に示すように、書込み後の印加電圧の変
化に対して液晶がほぼ光学応答を終了した時点で夫々の
ＬＥＤアレイ光源４１１を点灯し、次の電圧書込みに移
行する直前に消灯した。これにより、前後のサブフレー
ムの発光による混色の影響を受けることなく、十分に光
を照射することができることから、明るい多原色表示が
実現できた。本実施形態では５ミリ秒以上の点灯時間を
実現し、実施形態１の約２倍の輝度が得られた。
【００３０】本実施形態における夫々のＬＥＤアレイの
ＯＮ／ＯＦＦを独立に制御する回路を、図４のシステム
構成の中のタイミング制御回路１１３に持たせた。回路
上の変更点としては、制御スイッチの数がＬＥＤアレイ
光源４１１の数だけ必要になることと、液晶の応答の同
期を制御するためのシーケンサを追加するだけで実現で
きた。
【００３１】（実施例３）本発明の第３の実施形態を図
１２により説明する。本実施形態は第１の実施形態にお
いて、光源の点灯時間を増やして明るい表示をする場合
に、１画面分の画素に印加する電圧の書き換え時間が障
害となることを踏まえて、これを改善する目的で考案し
たものである。本実施形態のシステム構成は図４に示し
た第１の実施形態とほぼ同様であることから省略する。
【００３２】光源は第１の実施形態と全く同様のＬＥＤ
アレイ光源を用いるが、各画素に画像データの一時記憶
用のメモリ回路と液晶に電圧を印加するための電圧印加
回路を設け、これらメモリ回路と電圧印加回路を非同期
に動作させることを特徴としている。すなわち、原色変
換後の画像データの書き込み時には、前のサブフレーム
でメモリ回路に書きこんだ情報に基づいた電圧を液晶に
印加するものである。
【００３３】図１２は本実施形態における駆動シーケン
スである。画素メモリへの書込みは、ゲートクロック１
２２により、線順次で画像信号１２１に応じた電圧が画
素内のメモリ回路に書きこまれる。１サブフィールド分
の画像信号を書き換えた後に、ストローブ信号１４１に
より、画面全体で一括して液晶への書込み回路に電圧が
書きこまれて、液晶応答１２３に示すように液晶の光学
応答時間を経た後に光源を点灯する。消灯は次のサブフ
レームのストローブ信号１４１の直前で良いため、光源
の点灯時間を長く取れることから明るい多原色表示が可
能となる。
【００３４】（実施例４）本発明の第４の実施形態を図
１０により説明する。本実施形態は第１の実施形態にお
いて、光源をＬＥＤアレイ光源から、普及型の光源であ
る蛍光灯により実施するものである。蛍光灯は、波長選
択性が広く、ＬＥＤアレイ光源と比較して、部品点数が
少ないとか、注入電力当たりの発光量が多く高率が高い
などの特徴を有している。
【００３５】図１０は本実施形態の液晶表示装置の構成
を示す鳥観図および光源部の構成を示す正面図である。
構成としては、第１の実施形態とほぼ同様で、２種類の
発光波長分布を有する蛍光灯４１６Ａおよび４１６Ｂか
ら時系列に発生させた光を導光体４１２により液晶表示
部４３０に導き、液晶表示部４３０のカラーフィルタと
の組み合わせにより多原色表示する構成である。
【００３６】多原色の光源としては、各種の蛍光体材料
の組み合わせにより実現できる。蛍光体材料としては、
４２０ナノｍ用蛍光体として、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ2+、4
50ナノｍ用蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅ
ｕ2+、４８０ナノｍ用蛍光体として、３Ｃａ3(ＰＯ4)2
・Ｃａ(Ｆ，Ｃｌ)2：Ｓｂ3+、５２５ナノｍ用蛍光体と
して、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+５６０ナノｍ用蛍光体とし
て、ＬａＯＣｌ：Ｃｌ，Ｔｂ６１１ナノｍ用蛍光体とし
て、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ2+、６５５ナノｍ用蛍光体として、
３.５ＭｇＯ・０.５ＭｇＦ・ＧｅＯ2：Ｍｎ4+ をベース
とした材料により構成した。本実施形態では蛍光灯の形
状を踏襲したが、この他にも、近紫外領域、あるいは紫
外領域の近紫外線または紫外線を発するＬＥＤやレーザ
ー発光素子を用い蛍光体に照射して所望の波長を得る方
法も有効である。
【００３７】（実施例５）本発明の第５の実施形態につ
いて説明する。これまで、多原色表示を実現するため
に、所望の原色数に等しい光源を用意して選択する方法
について述べてきたが、本実施形態では画像を忠実再生
する目的から、表示色は３原色ないしそれ以上とした上
で、これらの原色を画像の取りこみ側の環境光の情報
と、観察者が表示装置を見る場所での環境光の情報を表
示装置の制御部に入力し、これらの環境光情報に基づい
て、原色の波長を制御して色再現性を向上させるもので
ある。
【００３８】波長を即時的に制御する手段としては、可
変レーザーダイオードやＬＥＤなどが有効である。ま
た、観察者の指示に基づいて光源色を制御し、所望の色
再現を実現することもできる。
【００３９】以上、本実施形態によれば、副画素数や固
定の原色数を大幅に増大させることなく環境光を考慮し
た多原色表示を実現することができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、スクリーンを用いない
直視型の液晶表示装置に適用する場合において、２種類
以上のスペクトルを持つ光源とカラーフィルタを組み合
わせることにより、カラーフィルタ方式の副画素の数を
増大させること無く原色数を増大させることが可能であ
ることから、開口率の低下による消費電力の増大や、解
像度の低下をきたすことなく多原色表示システムを実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の構成
を示す鳥観図および光源部の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態１における光源とカラーフィ
ルタの分光波長を示す特性図である。
【図３】インプレーンスイッチング方式液晶表示装置の
液晶動作を示す図である。
【図４】本実施形態のシステム構成図である。
【図５】本実施形態の駆動シーケンスである。
【図６】本実施形態の駆動シーケンスによる光源とカラ
ーフィルタの組み合わせで得られる光源の分光波長特性
図である。
【図７】本実施形態により得られる表示色域を示す特性
図である。
【図８】本発明の実施形態２における光源部の構成を示
す正面図である。
【図９】本発明の実施形態２における駆動シーケンス図
である。
【図１０】本発明の実施形態４における液晶表示装置の
構成を示す鳥観図および光源部の構成を示す正面図であ
る。
【図１１】従来の多原色表示装置の表色範囲を示す色度
図である。
【図１２】本発明の実施形態３における駆動シーケンス
図である。
【符号の説明】
１１０…画像源、１１１…画像信号、１１２…原色変換
回路、１１３…タイミング制御回路、１１４…メモリバ
ッファ、１１５…バッファ選択回路、１２１…変換後の
画像信号、１２２…ゲートクロック、１２３…液晶応
答、１２４…光源点灯シーケンス、１４１…ストローブ
信号、４０１，４０２…線状の電極、403…透明基板、
４０４…配向制御膜、４０５…液晶分子、４０６…偏光
板、４０７…電界、４０８…液晶分子の配向方向、４０
９…偏光透過軸の角度、４１０…カラーフィルタ、４１
１…ＬＥＤアレイ光源、４１２…導光体、４１３…走査
駆動回路、４１４…信号駆動回路、４１５…ランプ光
源、４１６…蛍光ランプ、430…液晶表示部、４３１…
光源部、４３２…カラーフィルタの分光透過率、４３３
…ＬＥＤの発光分布、４３４…液晶表示の分光表示特
性、４３５…本発明の表色範囲、４３６…従来の３原色
光源による表色範囲、５０１…可視領域、５０２…従来
の３原色表示装置の表色範囲、５０３…多原色表示装置
の表色範囲。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６１２ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６１２Ｕ ６２４ ６２４Ｂ ６４１ ６４１Ｅ ６４２ ６４２Ｆ ６４２Ｊ 3/34 3/34 Ｊ 3/36 3/36 (72)発明者 犬塚 達基 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 2H048 BB02 BB08 BB42 2H091 FA02 FA43 FA45 FA46 GA13 2H093 NA16 NA44 NA65 NC16 NC29 NC43 NC44 NE06 5C006 AA14 AA21 AF45 AF63 BB16 BB29 BC06 EA01 FA47 FA56 5C080 AA10 BB05 CC03 DD07 DD26 DD30 EE28 FF11 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ種類のスペクトル選択手段と、 スペクトル分布の異なるｍ種類の光源と、 該ｍ種類の光源による照射を時分割に制御する光源制御
    手段と、 該光源制御手段とｎ種類のスペクトル選択手段とにより
    生成されるｎ＋１種類以上，ｎ×ｍ種類以下のカラー光
    源と、 光の透過率または反射率を画像情報に応じて制御するラ
    イトバルブを有する画像表示装置。
  2. 【請求項２】請求項１の画像表示装置において、 画像表示装置により生成される出力光の色度図上の座標
    により形成される多角形の頂点が凸の形となる前記カラ
    ー光源と前記ライトバルブの組み合わせであることを特
    徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２の画像表示装置において、 スペクトル選択手段が各画素に対応して配置したカラー
    フィルタであることを特徴とする画像表示装置。
  4. 【請求項４】請求項３の画像表示装置において、 各色のカラーフィルタにより選択される波長帯域におい
    て、光源の輝度の極大値が該波長帯域に含まれるととも
    に、該各色のカラーフィルタの波長帯域よりも、光源の
    帯域が狭いことを特徴とする画像表示装置。
  5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか一項に記載の画
    像表示装置において、 該ｍ種類の光源のすべてを照射するモードと選択的に照
    射するモードを切り替える機能を付加したことを特徴と
    する画像表示装置。
  6. 【請求項６】請求項１から５記載の画像表示装置におい
    て、 該ライトバルブがアクティブマトリクス型の液晶表示装
    置であることを特徴とする画像表示装置。
  7. 【請求項７】請求項６の画像表示装置において、 該アクティブマトリクス型の液晶表示装置に光を照射す
    る該ｎ種類の光源の非点灯時に、全ての画素への表示電
    圧の書込みを実行することを特徴とする画像表示装置。
  8. 【請求項８】請求項７の画像表示装置において、 該液晶表示パネルが全画素の表示を同時に切り替える機
    能を有することを特徴とする画像表示装置。
  9. 【請求項９】請求項７又は８の画像表示装置において、 該液晶表示パネルの各画素に画像データを電圧値または
    多値のデジタル化した情報に変換した形式で蓄積するメ
    モリと、 上記メモリの情報に従う電圧または電流値を画素に書き
    こむストローブ機能を具備することにより、画素全画素
    の表示を同時に切り替える機能を持たせたことを特徴と
    する画像表示装置。
  10. 【請求項１０】請求項６の画像表示装置において、 光源を複数のアレイ光源を該アクティブマトリクス型の
    液晶表示装置の画像書き換えの走査方向に配置するとと
    もに、書き換え走査に同期して、該光源の点灯をスクロ
    ールさせることを特徴とする画像表示装置。
  11. 【請求項１１】請求項１から１０のいずれか一項に記載
    の画像表示装置において、 液晶の表示モードがインプレーンスイッチングモードで
    あることを特徴とする画像表示装置。
  12. 【請求項１２】請求項１から１１のいずれか一項に記載
    の画像表示装置において、 該光源がレーザー光源または発光ダイオードであること
    を特徴とする画像表示装置。
  13. 【請求項１３】請求項１から１１のいずれか一項に記載
    の画像表示装置において、 該光源が蛍光体への紫外線照射による発光を利用した光
    源であることを特徴とする画像表示装置。
  14. 【請求項１４】請求項１から１１のいずれか一項に記載
    の画像表示装置において、 画像表示装置を観察する者の指示、または、画像の撮影
    場所の光源情報あるいは画像作成者の指示および画像表
    示装置を観察する場所の光源情報に基づき、該画像表示
    に用いる光源の発光波長または発光分布を制御すること
    を特徴とする画像表示装置。
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