JP2007206635A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置における４色表示を効果的に行う。
【解決手段】１画素を２つの表示ドット１２ＢＲ、１２ＧＣから構成し、１つの表示ドット１２ＢＲには、２色（ＢＲ）の光をマゼンダの通すカラーフィルタ３８ａを設け、もう１つの表示ドット１２ＧＣには２色（ＧＣ）の光を通す緑のカラーフィルタ３８ｂを設ける。そして、バックライトからＢＧ（またはＢＣ）の光と、ＣＲ（またはＲＧ）の光を交互に射出する。これによって、各表示ドットにおいてバックライトの光の別に応じて２色の表示を交互に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、マトリクス状に配置された複数の画素からなる液晶表示装置、特に４色の表示を行うものに関する。

従来より、各種の表示装置が知られており、液晶表示装置は薄型軽量の表示装置として広く普及している。特に、各画素（表示ドット）毎にスイッチングトランジスタを設け、表示を表示ドット毎に制御するアクティブマトリクス型の装置では、高精細な表示が可能である。

ここで、フルカラー表示を行う場合には、各表示ドットにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタを設け、３つの表示ドットで１画素を形成する。一方、パーソナルコンピュータなどにおいて、表示された画像について印刷すると、色合いが異なったものになる。これは、表示装置において表示可能な色の領域と、プリンタにおいて印刷可能な色の表示領域が異なっているからである。

そこで、表示装置において、ＲＧＢに加えＣ（シアン）の表示ドットを追加することが提案されている（特許文献１参照）。これによって、表示装置における表示画像と印刷物の画像の色合いを近づけることができる。

特開２００１−３０６０２３号公報

また、１画素について４色にするには、１画素を４つの表示ドットで構成しなければならない。従って、１画素について４つの画素回路が必要になり、全体として開口率が低下する。

本発明は、マトリクス状に配置された複数の画素からなり、カラー表示を行うる液晶表示装置であって、４色の光を２色ずつに分けて時分割で射出するバックライトと、前記４色の光の中の別のタイミングで射出される２色の光を透過する第１のカラーフィルタを有し、液晶への電圧印加を制御して表示を行う第１の表示ドットと、前記特定の２色とは異なる２色であって別のタイミングで射出される２色の光を透過する第２のカラーフィルタを有し、液晶への電圧印加を制御して表示を行う第２の表示ドットと、を含み、各表示ドットにおいて２色の表示を時分割で順次行うことを特徴とする。

前記バックライトから射出される４色は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）の４色であることが好適である。

また、前記第１のカラーフィルタが透過する光の色は、ＲおよびＢであり、前記第２のカラーフィルタが透過する光の色は、ＧおよびＣであることが好適である。

また、前記４色のバックライトは、ＲとＧが同時に点灯する期間と、ＢとＣとが同時に点灯する期間と、が交互に切り替わり、これに同期して第１の表示ドットおよび第２の表示ドットにおいて表示を切り替えることが好適である。

また、前記４色のバックライトは、ＲとＣが同時に点灯する期間と、ＢとＧとが同時に点灯する期間と、が交互に切り替わり、これに同期して第１の表示ドットおよび第２の表示ドットにおいて表示を切り替えることが好適である。

また、前記バックライトの時分割で切り替わる周期は１００Ｈｚ以上であることが好適である。

本発明によれば、バックライトから２色ずつを時分割で射出する。一方１画素を構成する２つの表示ドットにはバックライトから異なるタイミングで射出される２色を通すカラーフィルタがそれぞれ設けられている。このため、２つの表示ドットにおいてそれぞれ時分割で２つの色の表示を行うことができる。このように、１画素を２つの表示ドットで形成するため、１画素を４つの表示ドットで形成する場合に比べ開口率を改善できる。また、１つの表示ドットで表示するのは２色であって、１フレームを２つのフィールドに分けるだけであり、４色表示にかかわらず、切換の周波数は通常の２倍以上であって、液晶の動作速度に応じた十分な表示が行える。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係る液晶表示装置における画素の配列を模式的に示したものである。画素１０は、２つの表示ドット１２（１２ＢＲ、１２ＧＣ）からなっている。表示ドット１２ＢＲは、青（Ｂ）および赤（Ｒ）の光を透過するマゼンダ色のカラーフィルタ３８ａを有し、表示ドット１２ＧＣは、緑（Ｇ）およびシアン（Ｃ）の光を透過する緑色のカラーフィルタ３８ｂを有している。

ここで、各表示ドット１２には、図２に示すような回路が設けられる。ゲートがゲートラインＧＬに接続されたスイッチングトランジスタ（この例では、ｎチャネルＴＦＴ（薄膜トランジスタ））ＳＷの一端（ドレインまたはソース）がデータラインＤＬに接続され、このスイッチングトランジスタＳＷの他端（ソースまたはドレイン）には、保持容量Ｃ_Sの一端が接続され、保持容量Ｃ_Sの他端は、所定の電圧に保持される容量ラインＳＣに接続されている。

また、スイッチングトランジスタＳＷの他端には、液晶素子ＬＣの一端が接続されている。この液晶素子ＬＣの一端は表示ドット毎に設けられている画素電極であり、全画素電極に対向して所定の電圧に保持される対向電極ＣＯＭが設けられ、その間に液晶が封入されている。

従って、１つの行の映像信号（データ電圧）が各列のデータラインＤＬに供給されているタイミングで、その行のゲートラインＧＬをＨレベルに設定することで、ここに接続されているスイッチングトランジスタＳＷがオンして各データ電圧がその行の表示ドットの保持容量Ｃ_Sに供給され、液晶素子ＬＣにおいてデータ電圧に応じた表示が行われる。これを各行について順次繰り返すことで全画素における表示が行われる。

そして、このような各表示ドットにおける液晶の制御により、その表示ドット１２の輝度が制御されるが、各表示ドットにはカラーフィルタ３８（３８ａ、３８ｂ）がそれぞれ設けられ、かつ全ての表示ドットに照射されるバックライトからの光は、時分割で変更される。

図３には、１表示ドット分の概略断面構成が示してある。液晶表示装置は、バックライト２０と、その上方に設けられたＴＦＴ基板１００と対向基板１０２を有し、ＴＦＴ基板１００と対向基板１０２との間に液晶１０４が封入されている。

ＴＦＴ基板１００は、ガラス基板２４を有しており、このガラス基板２４の下面には偏光板２２が設けられている。

このガラス基板２４上には、ＴＦＴ層２６が設けられている。このＴＦＴ層２６は、図２に示したデータ信号に応じて表示ドット毎に液晶への印加電圧を制御する画素回路を設けた層である。

ＴＦＴ層２６の上には、画素電極２８が設けられる。この画素電極２８は表示ドット毎に独立して設けられており、その表示ドットの画像信号に基づく電圧が印加される。画素電極２８の上には配向膜３０が設けられる。ＴＦＴ基板１００において、画素電極以外は全画素共通に設けられる。なお、ＴＦＴ層２６内の画素回路は、各表示ドット毎に別々の回路である。

対向基板１０２は、ガラス基板４０を有しており、その下面には、カラーフィルタ３８、対向電極３６、配向膜３４がこの順で設けられている。従って、液晶１０４は、配向膜３０、３４の間に位置する。なお、カラーフィルタ３８は、基本的には各表示ドット毎設けられるが、同一色カラーフィルタ３８が並ぶのであれば、連続して設けてもよい。また、ガラス基板４０の外には、偏光板４２が設けられる。対向基板１０２側においては、カラーフィルタ３８以外は全画素共通に設けられる。

そして、本実施形態においては、カラーフィルタ３８ａ、３８ｂが特定の色に形成されている。すなわち、カラーフィルタ３８ａは、青（Ｂ）および赤（Ｒ）の光を透過するマゼンダ色であり、カラーフィルタ３８ｂは、緑（Ｇ）およびシアン（Ｃ）の光を透過する緑色である。

図４に示すように、マゼンダ色のカラーフィルタ３８ａは、５００ｎｍ以下および６００ｎｍ以上という短波長および長波長の両方の波長の光を主に透過する。一方、緑色のカラーフィルタ３８ｂは、５００〜６００ｎｍの範囲内の波長の光を主に透過する。

一方、バックライト２０は、例えば多数のＬＥＤから形成され、４色の光を出力する。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃの４色のＬＥＤが設けられ、これら４色が出力可能となっている。すなわち、図５に示すように、Ｂ光源は４６０ｎｍ付近、Ｃ光源は、５３０ｎｍ付近、Ｇ光源は、５６０ｎｍ付近、Ｒ光源は６３０ｎｍ付近に鋭いピークを有する光を射出する。

そこで、マゼンダ色のカラーフィルタ３８ａは、Ｂ光源およびＲ光源からの光を透過し、緑色のカラーフィルタ３８ｂはＣ光源およびＧ光源からの光を透過する。

次に、表示動作について、図６および表１に基づいて説明する。

このように、ＢＧ光源と、ＣＲ光源を交互にオンする。ここで、ＢＧ光源がオンするサブフレームと、ＣＲ光源がオンするサブフレームを合わせたものが１フレームを構成する。そして、ＢＧ光源がオンするサブフレームにおいて、ＢＲを透過するマゼンダのカラーフィルタ３８ａが設けられたＢＲ表示ドット１２ＢＲにおいて、ＢおよびＲの輝度信号に応じたデータ電圧を取り込み表示を行う。例えば、表１に示すように表示が行われる。

なお、図６の画素の透過率は、画像信号の単なる一例に応じた例である。

このような動作を繰り返すことによって、ＲＧＢＣの４色の表示を２色ごとのフィールドに分けて行うことができる。本実施形態では、１画素を２つの表示ドットで形成するため、１画素を４つの表示ドットで形成する場合に比べ開口率を改善できる。また、１つの表示ドットで表示するのは２色であって、１フレームを２つのフィールドに分けるだけであり、４色表示にかかわらず、切換の周波数は通常の２倍以上であって、液晶の動作速度に応じた十分な表示が行える。

図７および表２には、他の駆動例を示してある。

この例では、ＢＣ光源をオンする期間と、ＲＧ光源をオンする期間を交互に設ける。これによって、ＢＣ光源をオンする期間において、表示ドット１２ＢＲ、１２ＧＣにおいて、ＢＣの表示が行え、ＲＧ光源をオンする期間において、表示ドット１２ＢＲ、１２ＧＣにおいて、ＲＧの表示が行える。

ここで、１フレームが５０Ｈｚであれば、バックライト２０の切換周波数は、１００Ｈｚとなる。一般的に切換周波数が５０Ｈｚ以上であれば、人間の目において認識されないため、フィールド毎の表示について問題は生じない。

なお、図７の画素の透過率は、画像信号の単なる一例に応じた例である。

また、本実施形態では、１つの表示ドット１２について、１フレームについて２色（フィールド毎）の表示を行う。従って、液晶の動作速度が遅いと、表示が十分に行えない場合がある。

しかし、液晶の動作速度は、改善されており、通常のフレーム周波数の２倍程度の周波数であれば問題はあまり生じない。特に、動作速度の速いもの液晶表示装置として、ＯＣＢ（optically conpensated bend）モードのものや、ＦＬＣ（強誘電性液晶）を利用したものが知られており、これらを利用することが好適である。

例えば、ＯＣＢモードは、ベンド配向（上下基板間で液晶分子が曲がって配列している）と、光学補償フィルムを組み合わせて用いる。電圧の印加によって液晶分子のベンド配向状態が変化して透過度が変化し、２ｍｓｅｃ以下での動作が可能であるといわれている。

また、ＦＬＣは、自発分極を有するため、高速応答が可能であり、数百μｓｅｃ程度での動作が可能といわれており、本実施形態のような表示を十分に行うことができる。

ここで、各表示ドットの表示色はカラーフィルタおよびバックライトによって決定される。

４色の波長領域は、波長に応じて色相が変化する可視光領域（３８０−７８０ｎｍ）のうち、青系の色相の波長領域、赤系の色相の波長領域と、青から黄までの色相の中で選択された２種の色相の波長領域からなる。ここで系と用いているが、例えば青系であれば純粋の青の色相に限定されるものでなく、青紫や青緑等を含むものである。赤系の色相であれば、赤に限定されるものでなく橙を含む。また、これらカラーフィルタの着色領域は単一の着色層で構成されても良いし、複数の異なる色相の着色層を重ねて構成されても良い。また、これら波長領域は色相で述べているが、当該色相は、彩度、明度を適宜変更し、色を設定し得るものである。

具体的な色相の範囲は、例えば次の通りである。
・青系の色相の波長領域は、青紫から青緑であり、より好ましくは藍から青である、
・赤系の色相の波長領域は、橙から赤である、
・青から黄までの色相で選択される一方の波長領域は、青から緑であり、より好ましくは青緑から緑である、
・青から黄までの色相で選択される他方の波長領域は、緑から橙であり、より好ましくは緑から黄である。もしくは緑から黄緑である。

ここで、各波長領域は、同じ色相を用いることはない。例えば、青から黄までの色相で選択される２つの波長領域で緑系の色相を用いる場合は、他方は一方の緑に対して青系もしくは黄緑系の色相を用いる。

これにより、従来のＲＧＢの波長領域よりも広範囲の色再現性を実現することができる。

また、広範囲の色再現性を色相で述べたが、以下に、波長領域を透過する波長で表現する。
・青系の波長領域は、波長のピークが４１５−５００ｎｍにある波長領域、好ましくは、４３５−４８５ｎｍにある波長領域である、
・赤系の波長領域は、波長のピークが６００ｎｍ以上にある波長領域で、好ましくは、６０５ｎｍ以上にある波長領域である、
・青から黄までの色相で選択される一方の波長領域は、波長のピークが４８５−５３５ｎｍにある波長領域で、好ましくは、４９５−５２０ｎｍにある波長領域である、
・青から黄までの色相で選択される他方の波長領域は、波長のピークが５００−５９０ｎｍにある波長領域、好ましくは５１０−５８５ｎｍにある波長領域、もしくは５３０−５６５ｎｍにある波長領域である。

次に、ｘ、ｙ色度図で表現する。
・青系の波長領域は、ｘ≦０．１５１、ｙ≦０．０５６にある波長領域であり、好ましくは、０．１３４≦ｘ≦０．１５１、０．０３４≦ｙ≦０．０５６にある波長領域である、・赤系の波長領域は、０．６４３≦ｘ、ｙ≦０．３３３にある波長領域であり、好ましくは、０．６４３≦ｘ≦０．６９０、０．２９９≦ｙ≦０．３３３にある波長領域である、・青から黄までの色相で選択される一方の波長領域は、ｘ≦０．１６４、０．４５３≦ｙにある波長領域であり、好ましくは、０．０９８≦ｘ≦０．１６４、０．４５３≦ｙ≦０．７５９にある波長領域である、
・青から黄までの色相で選択される他方の波長領域は、０．２５７≦ｘ、０．６０６≦ｙにある波長領域であり、好ましくは、０．２５７≦ｘ≦０．３５７、０．６０６≦ｙ≦０
．６７０にある波長領域である。

バックライトとして、光源としてＬＥＤの他、蛍光管、有機ＥＬを用いても良い。

光源としては、以下のものが好ましい。
・Ｂは波長のピークが４３５ｎｍ−４８５ｎｍにあるもの
・Ｃは波長のピークが５００ｎｍ−５５０ｎｍにあるもの
・Ｇは波長のピークが５４０ｎｍ−５７０ｎｍにあるもの
・Ｒは波長のピークが６００ｎｍ−６５０ｎｍにあるもの

そして、ＲＧＢ光源の波長によって、上記ＣＦを適切に選定すればより広範囲の色再現性を得ることができる。

また、波長が例えば、４５０ｎｍと５６５ｎｍにピークがくるような、複数のピークを持つ光源を用いていも良い。

上記４色の波長領域の構成の例として、以下のものがあげられる。
・色相が、赤、青、緑、シアン（青緑）の波長領域
・色相が、赤、青、緑、黄の波長領域
・色相が、赤、青、深緑、黄の波長領域
・色相が、赤、青、エメラルド、黄の波長領域
・色相が、赤、青、深緑、黄緑の波長領域
・色相が、赤、青緑、深緑、黄緑の波長領域

実施形態に係る液晶表示装置における平面概略構成を示す図である。 １表示ドットの画素回路を示す図である。 １表示ドット分の概略断面図である。 カラーフィルタの特性を示す図である。 バックライトの特性を示す図である。 表示動作の一例を説明するタイミングチャートである。 表示動作を他の例を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 画素、１２，１２ＢＲ，１２ＧＣ 表示ドット、２０ バックライト、２２，４２ 偏光板、２４，４０ ガラス基板、２６ ＴＦＴ層、２８ 画素電極、３０，３４ 配向膜、３６ 対向電極、３８ カラーフィルタ、１００ ＴＦＴ基板、１０２ 対向基板、１０４ 液晶。

Claims (6)

1. マトリクス状に配置された複数の画素からなり、カラー表示を行うる液晶表示装置であって、
   ４色の光を２色ずつに分けて時分割で射出するバックライトと、
   前記４色の光の中の別のタイミングで射出される２色の光を透過する第１のカラーフィルタを有し、液晶への電圧印加を制御して表示を行う第１の表示ドットと、
   前記特定の２色とは異なる２色であって別のタイミングで射出される２色の光を透過する第２のカラーフィルタを有し、液晶への電圧印加を制御して表示を行う第２の表示ドットと、
   を含み、
   各表示ドットにおいて２色の表示を時分割で順次行うことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記バックライトから射出される４色は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）の４色であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記第１のカラーフィルタが透過する光の色は、ＲおよびＢであり、
   前記第２のカラーフィルタが透過する光の色は、ＧおよびＣであることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
   前記４色のバックライトは、ＲとＧが同時に点灯する期間と、ＢとＣとが同時に点灯する期間と、が交互に切り替わり、これに同期して第１の表示ドットおよび第２の表示ドットにおいて表示を切り替えることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
   前記４色のバックライトは、ＲとＣが同時に点灯する期間と、ＢとＧとが同時に点灯する期間と、が交互に切り替わり、これに同期して第１の表示ドットおよび第２の表示ドットにおいて表示を切り替えることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
   前記バックライトの時分割で切り替わる周期は１００Ｈｚ以上であることを特徴とする液晶表示装置。
   

Images