JP2003233062A

JP2003233062A - 発光装置及び該発光装置を用いた表示装置

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Publication number: JP2003233062A
Application number: JP2002031646A
Authority: JP
Inventors: Naoko Arai; 尚子荒井; Kenichi Iwauchi; 謙一岩内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP3924473B2

Abstract

(57)【要約】【課題】赤、緑及び青の光源を用いて、光の利用効率
を低下させることなく色純度を向上させること。【解決手段】発光色が赤、緑及び青である３種類の光
源１ａ，１ｂ，１ｃと、赤、緑及び青を透過させるカラ
ーフィルタ５とを備えた発光装置において、カラーフィ
ルタ５は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域において、
その総合透過率特性の方が総合透過率特性の平均値より
も小さい波長域を、緑を呈する波長と青を呈する波長と
の間、及び、緑を呈する波長と赤を呈する波長との間に
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光色が赤、緑及
び青である３種類の光源と、赤色光、緑色光及び青色光
を透過させるカラーフィルタとを備え、色再現性の良い
発光装置、及び該発光装置を用いた表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置などの表示装置において、
多色表示を可能とする色再現範囲の拡大方法として、色
純度を向上させる方法や、光の３原色である赤、緑及び
青の各色の主波長の波長間隔を広げる方法が取られてい
る。色を定量的に図で表す方法としては、例えば図５に
示すようなＣＩＥ−１９３１色度図があり、あらゆる可
能な色は馬蹄形をした黒線の範囲内にある。

【０００３】上記の色再現範囲の拡大が色度図上でどう
現れるかを説明すると、色再現範囲は赤、緑及び青の各
色の座標で囲まれた三角形の面積で大体は説明でき、こ
の三角形の面積が大きいと、色再現範囲が広いというこ
とができる。色純度を向上させるには、赤、緑及び青の
各色を色度図の周辺部に移動させる必要がある。また、
これら３原色の主波長の波長間隔を広げるには、赤、緑
及び青の各色を示す座標の間隔を広くする必要がある。

【０００４】色は、光源の特性と、物体の透過率特性ま
たは反射特性と、人の視感度特性とによって決まる。人
の視感度特性に大きなばらつきがないものとすると、例
えば、バックライトを搭載した液晶表示装置の色は、光
源であるバックライトの特性と液晶パネルの透過率特性
とで決まる。特に液晶パネルの透過率特性は、カラーフ
ィルタの赤色光、緑色光及び青色光に対する透過率特性
によって支配される。

【０００５】液晶表示装置などの色純度を向上させる方
法としては、カラーフィルタそのものの色純度を向上さ
せる方法や、用いる光源の特性を変える方法がある。カ
ラーフィルタそのものの色純度を向上させるには、例え
ば、カラーフィルタを透過する光の波長域を狭くすれば
よい。また、光源として、発光スペクトルが急峻な光源
を用いることによっても、色純度を上げることが可能で
ある。これら２種類の方法は、手段は異なるものの、表
示装置の発光スペクトルとしては同等のものであり、得
られる効果は同じである。

【０００６】液晶表示装置に用いる光源の特性を変える
には、例えば、特性の違う光源を用いればよい。ここで
は簡単のために、赤色カラーフィルタの透過率特性が図
６に示すとおりであるとし、光源として、標準の光Ｄ６
５のようなブロードな光源と、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）光源のような急峻なスペクトルを持つ光源とのいず
れかを使用するものとする。これらの光源の色度座標は
相違し、図７には、標準の光Ｄ６５のスペクトルが破線
で、ＬＥＤ光源のスペクトルが実線で、それぞれ示され
ている。そこで、図６に示す特性のカラーフィルタに対
して、図７にスペクトルが示された２種類の光源（Ｄ６
５、ＬＥＤ光源）を用いた場合、図５に示すように、標
準の光Ｄ６５を用いたときに得られる光の色度座標は三
角ａで、ＬＥＤ光源を用いたときに得られる光の色度座
標は丸ｂでそれぞれ示される。色度図においては、最も
外枠の線（単色光軌跡）に近いほど色純度が高いので、
図５からは、標準の光Ｄ６５を用いるよりもＬＥＤ光源
を用いる方が、色純度が高い光を得ることができること
が分かる。

【０００７】図８は、従来用いられていたカラーフィル
タの透過率特性の一例を示している。図８において、赤
色カラーフィルタの透過スペクトルは丸で、緑色カラー
フィルタの透過スペクトルは三角で、青色カラーフィル
タの透過スペクトルは四角でそれぞれプロットされてい
る。また、赤色カラーフィルタと緑色カラーフィルタと
青色カラーフィルタのそれぞれの透過率特性を合算した
総合透過率特性は太い実線で示されている。この総合透
過率を波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で平均を取
った値を総合透過率平均値と称し、図８には破線で示さ
れる。

【０００８】図８に破線で示した総合透過率平均値と、
実線で示した総合透過率特性との関係をみると、赤色領
域と緑色領域の間の波長である５８０ｎｍ近傍では総合
透過率平均値よりも総合透過率の方が小さくなってお
り、また、緑色領域と青色領域の間の波長である５００
ｎｍ近傍では総合透過率平均値よりも総合透過率の方が
大きくなっていることが分かる。つまり、総合透過率
は、総合透過率平均値に対して一つの山と一つの谷を持
ち、波長５５０ｎｍ近傍に関して山は短波長側に、谷は
長波長側に現れる。

【０００９】一方、冷陰極管（ＣＣＦＬ）を光源とする
カラーフィルタの総合透過率特性は、一般的に、図９に
示すとおりであり、その理由を図９を用いて説明する。
図９においても、図８と同様に、赤色カラーフィルタ、
緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタの透過率特
性をそれぞれ丸、三角及び四角で表し、一般的な冷陰極
管の発光スペクトルを細い実線で示す。冷陰極管は主に
５つの輝線を持ち、図９の例では４４０ｎｍ、４９０ｎ
ｍ、５５０ｎｍ、５９０ｎｍ、６１０ｎｍの近傍にピー
クが見られる。光の利用効率を上げるためには、これら
の５つの輝線を多く含むようカラーフィルタの特性を設
計するのがよい。例えば、赤色フィルタは６１０ｎｍと
５９０ｎｍの輝線を含むように、緑色フィルタは５９０
ｎｍと５５０ｎｍと４９０ｎｍの輝線を含むように、青
色フィルタは４９０ｎｍと４４０ｎｍの輝線を含むよう
に設計するのが好ましい。これにより、設計の指針に応
じて多少のスペクトルの違いはあるものの、上記のよう
な一つの山と一つの谷を持つ総合透過率特性が得られ
る。

【００１０】この従来用いられているカラーフィルタに
赤、緑及び青の各色を発光するＬＥＤからなるＬＥＤ光
源を用いることを考える。図１０は、図８及び図９に示
す赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタの透過
率特性をそれぞれ丸、三角及び四角で表し、赤、緑及び
青の色を発光するＬＥＤからなるＬＥＤ光源の発光スペ
クトルの一例を実線で示している。ここで特に注目すべ
き点は、青色フィルタの透過率特性が緑色ＬＥＤの発光
スペクトルにまで延びていることである。つまり、青色
フィルタは、青色光を透過するのは当然として、緑色光
までも透過してしまう。

【００１１】図１１は、色度図上に、図９に示す特性を
持つカラーフィルタと冷陰極管との色度座標を丸を細い
実線で結んだ三角形と、図１０に示す特性を持つカラー
フィルタとＬＥＤ光源の色度座標を破線で結んだ三角形
とを表した図である。ここから、細い実線で囲まれた三
角形の面積に比べ、破線で囲まれた三角形の面積の方が
大きいことが分かる。つまり、図１０に示す特性を持つ
カラーフィルタとＬＥＤ光源とを組み合わせた方が、色
再現範囲が大きいことを意味しており、より鮮やかな表
示が可能である。特に、図１１の右側に位置する赤は一
層右側へ移動し、上側に位置する緑は一層上側に移動し
ており、色の鮮やかさが向上することを示している。し
かし、図の左下に位置する青に関しては、ＬＥＤ光源を
用いたことに起因して右上に移動しており、ＬＥＤ光源
を用いたほうが鮮やかさに欠けることが分かる。これ
は、図１０に関して説明したように、青色カラーフィル
タが緑色光まで透過するフィルタ特性を持つことによ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、発光装
置の色純度を向上させるためには、カラーフィルタその
ものの色純度を向上させる方法や、用いる光源の特性を
変える方法があるが、カラーフィルタそのものの色純度
を向上させるために透過光の波長幅を制限すると、光源
からの光を選択的に取り扱うため、光の利用効率が非常
に悪くなり、表示が暗くなるという問題がある。これに
対して、表示を明るくするためには大電力を必要とする
という課題があった。

【００１３】一方、用いる光源の特性を変えると、既に
説明したように、ＬＥＤのような急峻な発光特性により
色純度が向上するという効果が認められるが、すべての
条件の下に成り立つものではなく、逆に色純度を低下さ
せることもあり得る。これは、冷陰極管などのブロード
な白色光源を想定したカラーフィルタを用いているため
であり、ブロードな光源を用いたときには、本来意図し
ている色の光の波長以外の波長を透過してもその影響は
わずかであるが、急峻なスペクトルを持つ光源を用いた
ときは、意図した色の光の波長以外の波長による影響は
甚大であるためである。例えば、青色光を透過させるカ
ラーフィルタの特性が広範囲の波長を透過するようなブ
ロードな場合、青色光と緑色光の一部とを透過するが、
その緑色光の光源が急峻なスペクトルを持つときには、
青色光に対する強度比がブロードな光源に対し大きくな
るので、色純度の低下が著しい。

【００１４】また、同様な課題として、赤色カラーフィ
ルタの特性で青の漏れ光を制御する方法として、本発明
の発明者による特願２００１-３３００６６号がある。
これは、急峻なスペクトルを持つ光源による赤色カラー
フィルタにおける青の漏れ光の影響を低減したものであ
る。しかし、これは特に赤色カラーフィルタについて言
及したものであるにすぎなかった。

【００１５】本発明は上記の諸課題に鑑みて提案された
ものであり、本発明の目的は、発光色がそれぞれ赤、緑
及び青の光源を用いた場合に色純度を向上させることが
可能な発光装置、及び該発光装置を用いた表示装置を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、赤の光源、緑の光源及び青の
光源を有する光源部と、赤色光、緑色光及び青色光を透
過させるカラーフィルタとを備えた発光装置であって、
前記カラーフィルタが、４００ｎｍから７００ｎｍの波
長域において、前記カラーフィルタの総合透過率特性の
方が該総合透過率特性の平均値よりも小さい波長域を少
なくとも２つ有することを特徴とする発光装置、を提供
する。

【００１７】請求項２の発明は、前記波長域が、緑を呈
する波長と青を呈する波長との間、及び、緑を呈する波
長と赤を呈する波長との間にあることを特徴とする。請
求項３の発明は、前記波長域が緑を呈する波長と青を呈
する波長との間にあることを特徴とする。

【００１８】請求項４の発明は、前記波長域が４５０ｎ
ｍ〜６５０ｎｍの波長域に存在することを特徴とする。
請求項５の発明は、前記赤の光源と前記緑の光源と前記
青の光源との発光スペクトルの和の極小値が前記波長域
に含まれることを特徴とする。

【００１９】請求項６の発明は、前記赤の光源、前記緑
の光源及び前記青の光源が発光ダイオードであることを
特徴とする。請求項７の発明は、請求項１〜６の発明に
係る発光装置を用いた表示装置を提供する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一つの実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。ここで、図
１は、本発明に係る発光装置の一つの実施の形態をバッ
クライトとして用いた表示装置の概略構成を示す図、図
２は本実施の形態における発光装置に用いられるカラー
フィルタの透過率特性を示す図、図３は図２におけるカ
ラーフィルタの透過率特性をＬＥＤ光源の発光スペクト
ルと共に示す図、図４は図２のカラーフィルタとＬＥＤ
光源とを備える発光装置の色度座標を、従来用いられて
いたカラーフィルタとＬＥＤ光源又は冷陰極管（ＣＣＦ
Ｌ）とを備える発光装置の色度座標と対比して示す図で
ある。

【００２１】図１において、表示装置１０は、赤色ＬＥ
Ｄ１ａ、緑色ＬＥＤ１ｂ及び青色ＬＥＤ１ｃを備え、こ
れらＬＥＤは表示装置を照明する光源として動作する。
これら光源１ａ、１ｂ、１ｃの前面には、光源１ａ〜１
ｃからの光を伝えるとともに混合して白色光とする導光
板２が配置される。導光板２から発せられた白色光は偏
光板３を通って液晶デバイス４へ入力される。液晶デバ
イス４においては、そこに入力された画像信号（図示せ
ず）に応じて液晶が駆動され、階調表示が行われる。液
晶デバイス４からの光は、後に詳述する特性を持つカラ
ーフィルタ５により色成分が分離され、光学フィルム６
と偏光板７とを通ることにより画像として表示される。
つまり、表示装置は、光源１ａ〜１ｃ、導光板２、偏光
板３及びカラーフィルタ５を備える発光装置を有する。

【００２２】本実施形態においては、すべての色につい
て色純度を向上させるために、赤フィルタと緑フィルタ
と青フィルタとからなるカラーフィルタ５として、図２
に示す透過率特性を持つカラーフィルタを使用する。す
なわち、図２は、赤フィルタの透過率特性を丸で、緑フ
ィルタの透過率特性を三角で、青フィルタの透過率特性
を四角で示しており、カラーフィルタ５としての総合透
過率特性は太い実線で示されている。こうした透過率特
性をカラーフィルタ５に持たせるため、この実施の形態
においては、カラーフィルタ５を、従来の青フィルタに
用いる色材の濃度を若干下げるとともに、波長４８０ｎ
ｍ近傍に吸収を持つ色材を添加することにより作成す
る。このような色材の例は、（株）日本感光色素研究所
製のＮＫ−３０４５である。勿論、複数種の色材を組合
わせて用いて、所望のスペクトルを持つカラーフィルタ
を得るようにしても良い。

【００２３】この結果、カラーフィルタ５は図２に示す
透過率特性を持つこととなり、太い実線で示した総合透
過率特性は二つの谷を持つ。そこで、太い実線で示す総
合透過率を４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲で平均
した総合透過率平均値を点線で示すと、総合透過率は総
合透過率平均値に対して赤と緑の間、及び緑と青の間の
２つの波長域で下回っていることが分かる。これら２つ
の波長域は４５０ｎｍから６５０ｎｍの波長範囲に存在
している。

【００２４】図３は、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色Ｌ
ＥＤからなるＬＥＤ光源の発光スペクトルを図２に示す
透過率特性と共に示す図である。ＬＥＤ光源の発光スペ
クトルは細い実線で示される。図２及び図３に示すよう
に、青フィルタの透過率はＬＥＤ光源の緑色ＬＥＤの波
長域ではかなり下がっている。また、図３に示すよう
に、ＬＥＤ光源の発光スペクトルの赤と緑の間に位置す
る極小値の波長ｑ、及び、緑と青の間に位置する極小値
の波長ｐは、カラーフィルタ５の総合透過率特性の持つ
２つの谷の波長域に含まれている。具体的には、ＬＥＤ
光源の発光スペクトルの赤と緑の間に位置する極小値の
波長ｑは、カラーフィルタ５の総合透過率における赤と
緑の間の谷の波長域ｓに含まれ、同様に、ＬＥＤ光源の
発光スペクトルの緑と青の間に位置する極小値の波長ｐ
は、カラーフィルタ５の総合透過率における青と緑の間
の谷の波長域ｒに含まれている。このように、或る色の
光を透過させるカラーフィルタで、該カラーフィルタを
透過させるべきでない波長域を実質的にカットすること
ができる。

【００２５】図４は、図２に示す透過率特性を有するカ
ラーフィルタ５の、図３に示す発光特性を有するＬＥＤ
光源に対する色度座標を四角で示している。これを、従
来のカラーフィルタのＣＣＦＬに対する色度座標（丸で
示す）及び従来のカラーフィルタのＬＥＤ光源に対する
色度座標（三角で示す）と比較すると、色純度は赤、緑
及び青のすべての色について向上していることが分か
る。

【００２６】図４に示す色度座標を用いて検討した事項
を、光の利用効率を示す白表示のＹ値と色再現性との観
点からまとめると、下記の表１のようになる。

【００２７】

【表１】なお、表１において、「従来ＣＦ」は、従来用いられて
いたカラーフィルタを、「ＣＣＦＬ」は冷陰極管をそれ
ぞれ意味し、「本ＣＦ」は本発明の発光装置で用いられ
るカラーフィルタ５を意味する。また、「白表示のＹ
値」はカラーフィルタと光源との組み合わせにおいて、
最大どれだけの光が利用できるかを、視感度を含め１０
０に対して算出した値である。「色再現性」は、ＣＩＥ
−１９３１色度図における、現行カラーテレビジョンの
規格の一つであるＮＴＳＣ規格の色度座標に囲まれた三
角形の面積に対する、図４に太い実線、細い実線及び破
線で示す３つの三角形の面積の比率を表しており、数値
が大きいほど多くの色を再現できると言える。

【００２８】表１から、従来用いられていたカラーフィ
ルタとＣＣＦＬとの組み合わせの代わりに、従来用いら
れたカラーフィルタとＬＥＤ光源との組み合わせを用い
るだけで、色再現性が急激に向上し、光の利用効率も若
干向上することが分かる。しかし、前述のとおり、青色
に関しては色純度の低下を伴う。これに対して、図３に
示す透過率特性のカラーフィルタ５をＬＥＤ光源に対し
て用いることにより、光の利用効率を実質的に変えるこ
となく、青色に関しても色純度を上げ且つ色再現性を向
上させることができる。

【００２９】なお、これまで説明した実施の形態におい
ては、カラーフィルタの総合透過率特性を、青の波長と
緑の波長との間の波長域に関して最適化することによ
り、二つの谷の波長域ｒ、ｓに、ＬＥＤ光源の発光スペ
クトルにおける極小値ｐ、ｑがそれぞれ入るようにし、
その結果として広い色再現性を実現するものである。こ
れは、青と緑の波長の間の波長域に谷を作った効果と、
赤と緑の波長の間の波長域に谷を作った効果との相乗効
果の結果である。しかし、青と緑の間の波長域に谷を作
るだけでも色再現性の向上という効果は奏されるのであ
り、赤と緑の間の波長域に谷を作ることで一層色再現性
を向上させることができる。

【００３０】以上、本発明に係る表示装置の一つの実施
の形態について詳述したが、本発明はこうした実施の形
態に限定されるものではない。例えば、図１においては
液晶デバイスを用いているが、その代わりに、バックラ
イト又はフロントライトを用いる任意の光学デバイスを
用いることができる。また、図１に示す実施の形態で
は、カラーフィルタと液晶デバイスとを別個の構成要素
としているが、カラーフィルタを液晶デバイスの一部に
組み込んでもよく、例えば、液晶デバイスを構成するガ
ラス基板をカラーフィルタとしてもよい。さらに、図１
では液晶デバイスの背面にバックライトとしての補助光
源を設けたが、反射型の液晶デバイスを用いる場合に
は、補助光源をフロントライトとして使用してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上、本発明の一つの実施の形態を説明
したところから明らかなように、本発明は、（１）カラ
ーフィルタの総合透過率がその平均よりも小さくなる波
長域が少なくとも２つ存在するので、全ての色の関して
広い色再現範囲を実現することができる、（２）上記波
長域が緑を呈する波長と青を呈する波長との間にあるの
で、特に青色に関して色再現範囲の広くできる表示装置
を提供することができる、（３）上記波長域が４５０ｎ
ｍから６５０ｎｍにあるので、広い色再現範囲を実現す
ることができる、（４）赤の光源と緑の光源と青の光源
との発光スペクトルの和の極小値が上記波長域に含まれ
るので、より効果的に広い色再現範囲を実現することが
できる、（５）３種類の光源として発光ダイオードを用
いるならば、より効果的に広い色再現範囲を実現するこ
とができる、（６）上記発光装置を用いることにより、
広い色再現範囲を持つ表示装置を得ることができる、等
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発光装置の一つの実施の形態を用
いた表示装置の概略構成を示す図である。

【図２】図１におけるカラーフィルタの透過率特性を示
す図である。

【図３】図１におけるカラーフィルタの透過率特性をＬ
ＥＤ光源の発光スペクトルと共に示す図である。

【図４】図１のカラーフィルタのＬＥＤ光源に対する色
度座標を、従来用いられていたカラーフィルタのＬＥＤ
光源と冷陰極管に対する色度座標と対比させて示す図で
ある。

【図５】従来用いられている赤フィルタにおけるＤ６５
光源とＬＥＤ光源とに対する色度座標を示す図である。

【図６】赤フィルタの透過率特性を示す図である。

【図７】ＬＥＤ光源とＤ６５光源との発光スペクトルを
示す図である。

【図８】従来用いられていたカラーフィルタの透過率特
性の一例を示す図である。

【図９】従来用いられていたカラーフィルタの透過率特
性を、冷陰極管の発光スペクトルと共に示す図である。

【図１０】従来用いられていたカラーフィルタの透過率
特性を、ＬＥＤ光源の発光スペクトルと共に示す図であ
る。

【図１１】従来用いられていたカラーフィルタのＬＥＤ
光源と冷陰極管に対する色度座標を示す図である。

【符号の説明】

１ａ赤色ＬＥＤ１ｂ緑色ＬＥＤ１ｃ青色ＬＥＤ２導光板３偏光板４液晶デバイス５カラーフィルタ６光学フィルム７偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H048 BA02 BB02 BB10 BB41 2H091 FA02Y FA23Z FA45Z LA16 5C094 AA08 BA43 CA19 CA24 ED03 HA08 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤の光源、緑の光源及び青の光源を有す
る光源部と、赤色光、緑色光及び青色光を透過させるカ
ラーフィルタとを備えた発光装置であって、前記カラーフィルタが、４００ｎｍから７００ｎｍの波
長域において、前記カラーフィルタの総合透過率特性の
方が該総合透過率特性の平均値よりも小さい波長域を少
なくとも２つ有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】請求項１記載の発光装置であって、前記
波長域が、緑を呈する波長と青を呈する波長との間にあ
ることを特徴とする発光装置。
【請求項３】請求項１記載の発光装置であって、前記
波長域が、緑を呈する波長と青を呈する波長との間、及
び、緑を呈する波長と赤を呈する波長との間にあること
を特徴とする発光装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一つに記載の発
光装置であって、前記波長域が４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ
の波長域に存在することを特徴とする発光装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載の発
光装置であって、前記赤の光源と前記緑の光源と前記青
の光源との発光スペクトルの和の極小値が前記波長域に
含まれることを特徴とする発光装置。
【請求項６】請求項１〜６のいずれか一つに記載の発
光装置であって、前記赤の光源、前記緑の光源及び前記
青の光源が発光ダイオードであることを特徴とする発光
装置。
【請求項７】請求項１〜６に記載の発光装置を用いた
ことを特徴とする表示装置。