JP2007333890A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｗ色の光源を利用して、高輝度且つ低消費電力のＦＳＣ方式のカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の色を有する光を出射する第１光源（３１、３２、３３）と、Ｗ色の光を出射する第２光源（３４）と、前記第１光源が有する複数の色を順次選択して発光させることを所定周期で繰り返し行うように第１光源を制御し、前記第１光源からの発光と同時にＷ色の光を発光させるように前記第２光源を制御して、カラー画像を表示させる光源制御部（３０）を有することを特徴とするＦＳＣ方式のカラー表示装置（１）。
【選択図】図３

Description

本発明は、カラー表示装置に関し、特に発光波長特性の異なる複数の光源を切換えてカラー表示を行うフィールド・シーケンシャル方式（以下「ＦＳＣ方式」と言う）のカラー表示装置に関する。

ＦＳＣ方式のカラー液晶表示装置では、赤色（以下「Ｒ色」と言う）、緑色（以下「Ｇ色」と言う）及び青色（以下「Ｂ色」と言う）の異なる波長の３つの光源を６０Ｈｚ以上の周波数で順次発光させ、光源の発光タイミングに同期して、液晶に駆動電圧を印加することによって、カラー表示を行う（例えば、特許文献１）。

また、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色によるＦＳＣ方式のカラー表示装置において発生するカラーブレイクアップを防止するために、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色及び白色（以下「Ｗ色」と言う）の４つの光源を順次発光させてカラー表示を行う方式が知られている（例えば、特許文献２）。カラーブレイクアップとは、人間の目の追従運動などの視線移動により、例えば白色表示のエッジの注視点が移動し、その部分のＲ色、Ｇ色及びＢ色が重ならずに、所望の色とは異なる色に見えてしまう事、又は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色によって白色物体が画面上を移動しているシーンを表示した場合に、ＲＧＢの像が時間差によってわずかにずれるために、白色物体のエッジが所望の色とは異なる色に見えてしまうことを言う。

さらに、ＦＳＣ方式のカラー表示装置において、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色及びＷ色の４つの光源を４つのサブフィールドでそれぞれ単独に点灯させてカラー表示を行う方式が知られている（例えば、特許文献３）。図１１に、このような方式におけるタイミングチャートの一例を示す。図１１において、図１１（ａ）はＲ色ＬＥＤの点灯制御信号を示し、図１１（ｂ）はＧ色ＬＥＤの点灯制御信号を示し、図１１（ｃ）はＢ色ＬＥＤの点灯制御信号を示し、図１１（ｄ）はＷ色ＬＥＤの点灯制御信号を示している。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）において、「Ｈ」レベルは各色ＬＥＤの点灯モードを示し、「Ｌ」レベルは各色ＬＥＤの消灯モードを示している。図１１に示すように、１フィールド（期間Ｔｆ）の第１サブフィールド（期間Ｔ１）ではＲ色ＬＥＤが点灯し、第２サブフィールド（期間Ｔ２）ではＧ色ＬＥＤが点灯し、第３サブフィールド（期間Ｔ３）ではＢ色ＬＥＤが点灯し、第４サブフィールド（期間Ｔ４）ではＷ色ＬＥＤが点灯する。

特開平５−１９２５７号公報 特開２００２−７２９８０号公報（第８図） 特開２００４−４６２６号公報（第１図）

ＦＳＣ方式のカラー表示装置の輝度は、各色の光源の光量と視感度に依存しているため、ＦＳＣ方式のカラー液晶表示装置の輝度を上げるためには、各色の光源の光量を上げる必要があり、そのためには多くの電力を必要とした。しかしながら、ＦＳＣ方式のカラー表示装置が携帯電子機器に利用される場合には、電力消費を抑える必要があり、高輝度且つ低消費電力のＦＳＣ方式のカラー液晶表示装置が望まれていた。

Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色及びＷ色の４つの光源を４つのサブフィールドでそれぞれ単独に点灯させてカラー表示を行うＦＳＣ方式のカラー表示装置では、従来より高速に応答する液晶が要求されるという不具合があった。また、Ｗ色の光源を点灯する場合には、Ｗ色のデータを画像データから抜き出すための演算が必要となるが、そのための演算回路が必要になるという不具合もあった。

さらに、カラー表示装置であっても、常にカラー表示が求められるのではないし、映像を表示するのではなく文字を表示する場合等には、消費電力を優先して白黒表示を行う場合がある。しかしながら、従来のＦＳＣ方式のカラー表示装置において、白黒表示を行いながら電力消費を低下させようとすることは提案されていなかった。

そこで、本発明は、Ｗ色の光源を利用して、高輝度且つ低消費電力のＦＳＣ方式のカラー表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、Ｗ色の光源を利用して、低消費電力で白黒表示を行うことを可能とするＦＳＣ方式のカラー表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るカラー表示装置は、複数の色を有する光を出射する第１光源と、Ｗ色の光を出射する第２光源と、第１光源が有する複数の色を順次選択して発光させることを所定周期で繰り返し行うように第１光源を制御し、第１光源からの発光と同時にＷ色の光を発光させるように第２光源を制御して、カラー画像を表示させる光源制御部を有することを特徴とする。

また、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、第１光源による発光を停止させ、第２光源によるＷ色の光の発光のみを行うように制御して、白黒画像を表示させるように制御することが好ましい。Ｗ色の光のみを利用して、白黒表示を行えるように構成した。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、カラー画像を表示させる第１モードと白黒画像を表示させる第２モードとの切換信号を受信するための受信部を更に有することが好ましい。切換信号に応じて、カラー表示モードと白黒表示モードとを切換られるように構成した。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、前記所定周波数内に発光する前記第１光源の発光色の視感度に合わせた発光輝度でＷ色の発光の輝度を制御して、白黒画像を表示させることが好ましい。カラー画像と同様なグレースケールを有する白黒画像を表示することが可能となった。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、第１及び第２光源の点灯期間と非点灯期間の比を制御することが好ましい。

本発明に係るカラー表示装置は、液晶パネルと、Ｒ色の光を出射するＲ色光源と、Ｇ色の光を出射するＧ色光源と、Ｂ色の光を出射するＢ色光源と、Ｗ色の光を出射するＷ色光源と、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色及びＷ色光源からの光によって液晶表示パネルを照明するための導光手段と、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色光源を順次選択して発光させることを所定周期で繰り返し行い、Ｒ色、Ｇ色又はＢ色光源からの発光と同時にＷ色光源を発光させるように制御して、カラー画像を液晶パネルに表示させる光源制御部を有することを特徴とする。

また、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色光源からの発光を停止させ、Ｗ色光源のみを発光させるように制御して、白黒画像を液晶パネルに表示させることが好ましい。Ｗ色の光のみを利用して、白黒表示を行えるように構成した。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、カラー画像を表示させる第１モードと白黒画像を表示させる第２モードとの切換信号を受信するための受信部を更に有することが好ましい。切換信号に応じて、カラー表示モードと白黒表示モードとを切換られるように構成した。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、前記所定周波数内に発光する前記第１光源の発光色の視感度に合わせた発光輝度でＷ色の発光の輝度を制御して、白黒画像を表示させることが好ましい。カラー画像と同様なグレースケールを有する白黒画像を表示することが可能となった。

さらに、本発明に係るカラー表示装置では、光源制御部は、Ｒ色光源、Ｇ色光源、Ｂ色光源及びＷ色光源の点灯期間と非点灯期間の比を制御することが好ましい。

本発明では、発光効率の良いＷ色の光源を利用したので、高輝度且つ低消費電力のＦＳＣ方式のカラー表示装置を提供することが可能となった。

また、本発明では、白黒表示を行う場合には、発光効率の良いＷ色の光源のみを利用するようにしたので、低消費電力で白黒表示を可能としたＦＳＣ方式のカラー表示装置を提供することが可能となった。

さらに、本発明では、視感度特性を考慮してＷ色の光源のみを利用した場合には、カラー表示画像と同様なグレースケールを有する白黒画像を表示することが可能となった。

さらに、本発明では、Ｗ色の光源と他の色の光源を同時に点灯することによって、各色毎の調整を行うことができるので、全体として色度調整を容易に行うことが可能となった。

さらに、本発明では、特別に高速に応答可能な液晶又はＷ色用のデータを作成するための特別の演算回路を必要とすることなく、Ｗ色の光源を利用することが可能となった。

以下図面を参照して、本発明に係るカラー表示装置について説明する。

図１は、本発明に係るカラーカラー表示装置１の概略構成図である。

図１に示す様に、カラー表示装置１は、画像表示制御回路１０、ソースドライバ１１、ゲートドライバ１２、アクティブ駆動されるＴＦＴタイプの液晶パネル２０、光源駆動回路３０、光源であるＲ色ＬＥＤ３１、光源であるＧ色ＬＥＤ３２、光源であるＢ色ＬＥＤ３３、及び光源であるＷ色ＬＥＤ３４から構成される光源部３５、及び導光板４０等から構成される。Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３及びＷ色ＬＥＤ３４は、導光板４０の側面に配置されており、各色ＬＥＤから出射された各色光は導光板４０によって拡散及び光路を曲げられて、ほぼ均一な平行光に変換されて、液晶パネル２０全体を照明する。なお、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３及びＷ色ＬＥＤ３４は、複数個ずつ配置されていてもよく、各色ＬＥＤの個数は同数でなくとも良い。

画像表示制御回路１０は、カラー表示装置１が接続される携帯電話等の本体（図示せず）の全体制御ＣＰＵ等から入力される画像データに従って、ソースドライバ１１及びゲートドライバ１２を制御して、液晶パネル２０の各画素（例えば、２．４インチ、ＱＶＧＡサイズ、３２０×２４０画素）の透過光量の制御を行う。また、画像表示制御回路１０は、本体から入力されるＳＦ信号に応じて、カラー表示モードと白黒表示モードとの切換えを行う。さらに、画像表示制御回路１０は、光源との同期を取るためのタイミング信号を光源駆動回路３０へ送信する。即ち、画像表示制御部１０は、ＳＦ信号の受信部としても機能する。

本実施例では、液晶パネル２０は、２枚の透明基板間に液晶分子を挟持している。液晶としては、透過する光を９０度旋光するツイストネマティック液晶（ＴＮ液晶）等が用いられる。また、１枚の透明基板側に、ＴＦＴ素子を画素毎に配置して、それぞれのソース線をソースドライバ１１と接続し、それぞれのゲート線を引き出してゲートドライバ１２と接続している。なお、本発明に係るカラー表示装置では、ＴＮ液晶の代わりに、ＳＴＮ液晶、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶等を用いることも可能であり、その場合でも本実施例と同様の効果を期待することができる。

光源駆動回路３０は、画像表示制御回路１０からのタイミング信号にしたがって、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３及びＷ色ＬＥＤ３４を、後述するタイミングで順次点灯させて、各色光によって導光板４０を介して液晶パネル２０を照明する。

図２は、本発明に係るカラー表示装置１の概略断面図である。

カラー表示装置１では、視認側（図の上部）から、第１の偏光板５０、液晶パネル２０、第２の偏光板５２、半透過反射板５４及び導光板４０が配置されている。なお、第１の偏光板５０及び第２の偏光板５２は、ノーマリー白モードに設定した。また、Ｌ１及びＬ２は、光源部３５から出射されて導光板４０に入り、その後導光板４０から出射される照明光を示している。

導光板４０から出射した光は、液晶パネル２０の画素が透過モードに設定されている場合には、液晶パネル２０を透過して視認可能となり（Ｌ１）、画素は光源に対応したカラー光として視認される。しかしながら、液晶パネルの画素が非透過モードに設定されている場合には、導光板４０から出射した光は液晶パネル２０を透過せず（Ｌ２）、画素は黒い表示として視認される。

ＦＳＣ方式のカラー表示装置では、サブフィールドが人間の目の認識限界を超えてすばやく切換わり、各色のＬＥＤによる点灯と消灯が高速で繰り返される（例えば、６０Ｈｚ以上）。したがって、人間の目には、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の画像が積分されて（即ち、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の３色の光が混合されて）、多色のカラー表示として視認されることとなる。本発明に係るカラー表示装置では、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３が順次発光するのと同期して、各色のＬＥＤの何れかと同時に又は同期してＷ色ＬＥＤ３４が発光するが、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の３色の光が混合されて認識され、多色のカラー表示として視認されることとなる点は、従来のＦＳＣ方式のカラー表示装置と同様である。

図３は、本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの一例を示した図である。

図３（ａ）は、ＳＦ信号（カラー表示モードと白黒表示モードとの切換信号）を示しており、「Ｈ」レベルが白黒表示モードを示し、「Ｌ」レベルがカラー表示モードを示している。前述したように、ＳＦ信号は、カラー表示装置１が接続される携帯電話等の本体制御ＣＰＵから受信する制御信号である。図３（ｂ）はＲ色ＬＥＤ３１の点灯制御信号、図３（ｃ）はＧ色ＬＥＤ３２の点灯制御信号、図３（ｄ）はＢ色ＬＥＤ３３の点灯制御信号、図３（ｅ）はＷ色ＬＥＤ３４の点灯制御信号である。図３（ｂ）〜図３（ｅ）において、「Ｈ」レベルは各色ＬＥＤの点灯モードを示し、「Ｌ」レベルは各色ＬＥＤの消灯モードを示している。

図３（ｆ）は、書き込み期間Ｔｗ、応答期間Ｔｒ及び画像表示期間Ｔｄという液晶パネル２０の状態を示している。書き込み期間Ｔｗは、液晶パネル２０の各画素を順次走査しながら画素データに応じた電圧を供給する期間であり、応答期間Ｔｒは、供給された電圧に応じた透過率に設定される様に液晶パネル２０の各画素が応答するまでの期間である。画像表示期間Ｔｄでは、画素に書き込まれた電圧に応じて調整された透過率を維持する期間であって、所望の画像が表示される期間である。

なお、図３のタイミングチャートにしたがった制御は、液晶パネル２０の各画素の制御は画像表示制御回路１０が受信した画像データに基づいて行い、各色のＬＥＤ３１〜３４の点灯制御は、画像表示制御回路１０からのタイミング信号等に基づいて光源制御回路３０が行う。

カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）における１フィールド（期間Ｔｆ）は、Ｒ色ＬＥＤ３１とＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯させる第１サブフィールド（期間Ｔ１）、Ｇ色ＬＥＤ３２とＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯させる第２サブフィールド（期間Ｔ２）及びＢ色ＬＥＤ３３とＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯させる第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成される。カラー表示装置１において、フィールド周波数（１／Ｔｆ）は１００Ｈｚに設定した。各色のＬＥＤは、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄ（図３（ｆ）参照）に対応させて点灯時間又は点灯期間と非点灯期間の比を制御するように点灯制御される（図３（ｂ）〜図３（ｅ））。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つとＷ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＲ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つの画像が表示されることとなるが、サブフィールドが人間の目の認識限界を超えてすばやく切換わることから、人間の目にはＲ色、Ｇ色及びＢ色の画像が積分されたカラー画像として視認される。

カラー表示装置１の白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）における１フィールド（期間Ｔｆ）は、Ｗ色ＬＥＤ３４を点灯させる第１サブフィールド（期間Ｔ１）、Ｗ色ＬＥＤ３４を点灯させる第２サブフィールド（期間Ｔ２）及びＷ色ＬＥＤ３４を点灯させる第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成され、それぞれの期間はカラー表示モードの場合と同様である。白黒表示モードでは、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の点灯を行わず、Ｗ色ＬＥＤ３４のみの点灯を行う。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の代わりに、Ｗ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＷ色と黒色による白黒画像が表示されることとなる。

図４は、人間の目の比視感度特性を示す図である。

図４において、縦軸は人間の目の比視感度を示し、横軸は波長を示す。本例のＲ色ＬＥＤ３１は６３０ｎｍ、Ｇ色ＬＥＤ３２は５４０ｎｍ、Ｒ色ＬＥＤ３３は４７０ｎｍの波長を有している。各色のＬＥＤが同じ発光エネルギーで点灯した場合、各色を人間が見ると、Ｇ色が一番明るく見え、次にＲ色、次にＢ色の順番で明るく見える度合いが低くなる。図４に示すように、Ｇ色の視感度を１．０とすると、Ｒ色の視感度は約０．４、Ｂ色の視感度は約０．２である。

図５は、各色ＬＥＤの輝度と印加電流との関係を示した図である。

図５に示すように、同じ電流（ｍＡ）を印加した場合に、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の中では、Ｇ色ＬＥＤ３２の輝度が一番高く、次にＲ色ＬＥＤ３１、次にＢ色ＬＥＤ３３の順番で輝度が低くなる。Ｗ色ＬＥＤ３４の輝度は、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の輝度を加算した輝度よりも高い。なお、輝度には、図４で説明した視感度の要素が含まれている。

図６は、カラー表示モード及び白黒表示モードにおける各色の輝度の一例を示した図である。

図６（ａ）は、従来のＲ色、Ｇ色及びＢ色の３つのＬＥＤのみを液晶パネル２０のバックライトに用いた場合における、各色の輝度の分布の一例を示している。

即ち、図６（ａ）の場合は、Ｒ色が輝度６１となるようにＲ色ＬＥＤを点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整し、Ｇ色が輝度６２となるようにＧ色ＬＥＤを点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整し、Ｂ色が輝度６３となるようにＢ色ＬＥＤを点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整した場合を示している。前述したように、輝度は、人間の目の視感度が加味されている。各色ＬＥＤの輝度の調整のための印加電流値は図５を参照して求めることができる。なお、図６（ａ）は、各ＬＥＤに同じ電流を印加した場合に相当している。

図６（ｂ）は、本発明に係るカラー表示装置１のカラー表示モードにおける、液晶パネル２０の所定の画素から出射される各色の輝度の分布の一例を示している。

即ち、図６（ｂ）の場合は、第１サブフィールド（図３（ｆ）参照）においては、Ｒ色及びＷ色がそれぞれ輝度７１となるようにＲ色ＬＥＤ３１及びＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整する。また、第２サブフィールド（図３（ｆ）参照）においては、Ｇ色及びＷ色が輝度７２となるようにＧ色ＬＥＤ３２及びＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整する。さらに、第３サブフィールド（図３（ｆ）参照）においては、Ｂ色及びＷ色が輝度７３となるようにＢ色ＬＥＤ３３及びＷ色ＬＥＤ３４を同時に点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整している。

図６（ｂ）の場合、図６（ａ）における各色の輝度を、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の何れか一つとＷ色ＬＥＤ３４との同時点灯によって置き換えるように制御した。したがって、図６（ｂ）の場合における全体の輝度は図６（ａ）の場合と比較して変わらない。さらに、図６（ｂ）の場合も、視感度を考慮しているため、人間の目から見ても図６（ａ）の場合と比較して、各色毎の輝度にも変化は生じない。一方、図６（ｂ）の場合では、Ｗ色ＬＥＤ３４は発光効率が他色のＬＥＤに比べて高いことから、同じ輝度を発生させるための消費電力が低い。したがって、本発明に係るカラー表示装置１では、同じ輝度を得ながら、消費電力を低く抑えることが可能となる。なお、Ｗ色ＬＥＤ３４を同時発光することによる表現色の変化については後述する。

図６（ｂ）の場合では、図６（ａ）の場合における各色の輝度がそれぞれ１／２となるように、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色のいずれか一色と、Ｗ色とで分配したが、この割合は一例であって、これに限られるものではなく、表示装置の用途や性能に応じて最適な分配割合を設定することが可能である。

また、図６（ｂ）の場合では、図６（ａ）の場合と同じ輝度になるようにした結果、Ｗ色ＬＥＤ３４が分担する輝度を発生させるための消費電力が、同じ輝度を発生させるためのＲ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３よりも低いので、全体として消費電力を抑えるように制御した。しかしながら、逆に、消費電力を図６（ａ）の場合と同じに設定し、Ｗ色ＬＥＤ３４の輝度増加分をそのまま利用するように制御することも可能である。即ち、本発明は高輝度の表示装置を提供することが可能である。

さらに、図６（ｂ）の場合では、画像表示期間Ｔｄ中は、各色ＬＥＤは全点灯し、各色のＬＥＤの電流値により輝度を調整していた。しかしながら、各色ＬＥＤの発光時間を調整することによって、各色光の輝度の調整を行うことも可能である。

さらに、上記の例では、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の点灯と同時に、Ｗ色ＬＥＤ３４が点灯するように制御した。しかしながら、必ずしもＲ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の全ての点灯と同時にＷ色ＬＥＤ３４が点灯される必要はなく、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の何れか１つ又は２つの点灯と同時にＷ色ＬＥＤ３４が点灯されるように制御されても良い。さらに、照明装置として本発明に係る表示装置をとらえれば、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の３色同時点灯と同時に、Ｗ色ＬＥＤ３４が点灯されるように制御されても良い。

図６（ｃ）は、本発明に係るカラー表示装置１の白黒表示モードにおける、液晶パネル２０の所定の画素から出射される各色の光量の分布の一例を示している。

即ち、図６（ｃ）の場合は、第１サブフィールド（図３（ｆ）参照）においてＷ色が輝度７４となるようにＷ色ＬＥＤ３４を点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整し、第２サブフィールド（図３（ｆ）参照）においてＷ色が輝度７５となるようにＷ色ＬＥＤ３４を点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整し、第３サブフィールド（図３（ｆ）参照）においてＷ色が輝度７６となるようにＷ色ＬＥＤ３４を点灯し且つ液晶パネルの所定の画素の透過率を調整した場合を示している。

このように、図６（ｃ）の場合、図６（ａ）における各色の輝度を、Ｗ色ＬＥＤ３４のみの点灯によって置き換えるように制御されている。したがって、図６（ｃ）の場合における全体の輝度は図６（ａ）の場合と比較して変わらない。さらに、各色の視感度の高い順番（本実施例の場合は、Ｇ−Ｒ−Ｂの順番）にその輝度を高く、または点灯期間が長くなるようにＷ色ＬＥＤ３４の点灯を制御している。このとき、ＲＧＢの各サブフィールドの表示画像は、Ｗ色ＬＥＤ３４により白黒表示となるが、それぞれの各サブフィールドでのＷ色ＬＥＤ３４の発光量が前述のようにＧＲＢの視感度の高い順番に制御されているため、ＲＧＢの各サブフィールドを高速に切り替えることで人間の目に得られる白黒画像は人間の目の視感度に合った自然な階調表現となる。たとえば、ディスプレイの調整に用いられるカラーバー（黒、青、赤、マゼンタ、緑、シアン、黄色、白）を表示している場合には、黒から白に徐々に明るくなる自然なグレースケール表示として視認することが出来る。しかしながら、Ｗ色ＬＥＤ３４は発光効率が他色のＬＥＤに比べて高いことから、白黒表示モードにおいて、同じ輝度を得ながら、消費電力を低く抑えることが可能となる。従来のＦＳＣ方式のカラー表示装置では、Ｗ色の画像を得たい場合には、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色を混色させて表現していた。したがって、白黒画像を表示させたとしても、各色の光源を全て発光させなければならず、大きな消費電力の低減は望めなかった。しかしながら、本発明に係るカラー表示装置１では、白黒表示モードでは、発光効率の高いＷ色ＬＥＤ３４のみを利用するので、消費電力を大きく低減させることが可能となった。

図６（ｄ）は、本発明に係るカラー表示装置１のカラー表示モードにおける、液晶パネル２０の所定の画素から出射される各色の輝度の分布の他の例を示している。

図６（ｂ）と図６（ｄ）との違いは、図６（ｄ）では、第１、第２及び第３サブフィールドでＷ色ＬＥＤ３４の輝度を一定に設定した点である。なお、図６（ｄ）の場合でも図６（ａ）の場合と同じ輝度になるように、第１〜第３サブフィールドで点灯されるＷ色ＬＥＤ３４の輝度は、図６（ｂ）における第１〜第３サブフィールドで点灯されるＷ色ＬＥＤ３４の輝度の合計を３等分した値となるように設定した。さらに、第１〜第３サブフィールドで点灯されるＲ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の輝度は、図６（ｂ）の場合と同様に設定した。しかしながら、各サブフィールドにおけるＷ色ＬＥＤ３４の輝度は各色の輝度に対応していないので、人の目から見た視感度は図６（ａ）の場合と一致していない。

図６（ｂ）のように視感度を考慮して、各サブフィールドにおけるＷ色ＬＥＤ３４の輝度を個々に設定することが好ましいが、図６（ｄ）のように視感度を考慮せず、Ｗ色ＬＥＤ３４の輝度を各サブフィールドで一定として、簡易な制御を行うことも可能である。したがって、簡易な制御又は容易な調整を行うだけですむことから、装置のコストダウンを図ることが可能となる。

図７は、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３、及びＷ色ＬＥＤ３４の発光波長と相対光量を示した図である。
また、図７に示すように、Ｒ色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍ、Ｇ色ＬＥＤのピーク波長は５４０ｎｍ、Ｂ色ＬＥＤのピーク波長は４７０ｎｍ、Ｗ色ＬＥＤのピーク波長は４７０ｎｍである。さらに、図７においては、Ｒ色ＬＥＤの波長分布８３及びＧ色ＬＥＤの波長分布８２の相対光量は、Ｂ色ＬＥＤの波長分布８１のピーク波長の光量を１．００として示している。また、Ｗ色ＬＥＤの波長分布８４の相対光量は、Ｗ色ＬＥＤの波長分布８４のピーク波長の光量を１．００として示している。ところで、Ｗ色ＬＥＤの波長分布は広いので、ピーク波長による光の合成色に与える影響は少ない。このため、ピーク波長が存在するものの、白色光を得ることができる。

図８は、ＲＧＢの３色のＬＥＤを利用した場合と、Ｒ色＋Ｗ色、Ｇ色＋Ｗ色及びＢ色＋Ｗ色のＬＥＤを利用した場合に表現可能な色の例を示すｘｙ色度図である。

図８に示す、３角形９１は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色のＬＥＤのみを用いた場合に表現可能な色の範囲の一例を示している。即ち、３角形９１の内側に存在する色は、３色のＬＥＤからの光の組み合わせによって表現することが可能である。また、図８に示す、３角形９２は、図６（ｂ）に示すように、Ｒ色ＬＥＤ３１とＷ色ＬＥＤ３４、Ｇ色ＬＥＤ３２とＷ色ＬＥＤ３４、及びＢ色ＬＥＤ３３とＷ色ＬＥＤ３４を２つずつ順次発光させた場合に表現可能な色の範囲の一例を示している。即ち、３角形９２の内側に存在する色は、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３及びＷ色ＬＥＤ３４によって表現することが可能である。

図８に示すように、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の点灯と同時にＷ色ＬＥＤ３４を点灯させると、各色に白色が混じるため、表現可能な色の範囲が少なくなる傾向にある。例えば、Ｗ色ＬＥＤ３４が発光する割合を増加させていけば、それだけ表現可能な色の範囲は狭まり、Ｗ色ＬＥＤ３４のみを発光させた場合には、白黒画像となってしまう（図８の点９３参照）。しかしながら、その場合、発光効率が最も高いので、消費電力を最小にする効果が得られる。ＦＳＣカラー表示装置は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色のＬＥＤを用いるため、表示色の範囲が広いのが特徴であるが、極端に広くなる場合もあり、赤、緑又は青の原色が強くなったり、不自然な画像になることがあった。本発明に係るカラー表示装置では、この様な場合にも、輝度を充分に得た上で、消費電力を抑えながら表示色を自然に近づける効果もある。また、カラー表示装置といえども、常にカラー画像を表示する必要はなく、例えば文字だけを消費電力を極力抑えるように表示させたい場合や、白黒表示で長時間表示したい場合には、白黒表示であって何ら問題がない場合があり、そのような場合に本発明に係るカラー表示装置１の白黒表示モードでは低消費電力の効果が顕著に得られる。

図９は、本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの他の例を示した図である。

図９（ａ）は、ＳＦ信号（カラー表示と白黒表示の切換信号）を示しており、「Ｈ」レベルが白黒表示モードを示し、「Ｌ」レベルがカラー表示モードを示している。図９（ｂ）はＲ色ＬＥＤ３１の点灯制御信号、図９（ｃ）はＧ色ＬＥＤ３２の点灯制御信号、図９（ｄ）はＢ色ＬＥＤ３３の点灯制御信号、図９（ｅ）はＷ色ＬＥＤ３４の点灯制御信号である。図９（ｂ）〜図９（ｅ）において、「Ｈ」レベルは各色ＬＥＤの点灯モードを示し、「Ｌ」レベルは各色ＬＥＤの消灯モードを示している。

図９（ｆ）は、液晶パネル２０の制御状態を示しており、書き込み期間Ｔｗ、応答期間Ｔｒ及び画像表示期間Ｔｄを示している。

なお、図９のタイミングチャートにしたがった制御は、液晶パネル２０の各画素の制御は画像表示制御回路１０が受信した画像データに基づいて行い、各色ＬＥＤ３１〜３４の点灯制御は、画像表示制御回路１０からのタイミング信号等に基づいて光源駆動回路３０が行う。

図９の場合、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）における１フィールド（期間Ｔｆ）は、Ｒ色ＬＥＤ３１が点灯する第１サブフィールド（期間Ｔ１）、Ｇ色ＬＥＤ３２が点灯する第２サブフィールド（期間Ｔ２）及びＢ色ＬＥＤ３３が点灯する第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成される。図９の場合においても、フィールド周波数（１／Ｔｆ）は１００Ｈｚに設定した。

Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３は、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄ（図９（ｆ）参照）に合わせて点灯期間と非点灯期間の比が制御されるようにして点灯制御される（図９（ｂ）〜図９（ｄ）参照）。Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３は同じ発光強度で点灯されるが各色のＬＥＤから発光される光の輝度は異なるため、ちょうど、各色光の輝度は、図６（ｂ）のＲ色光、Ｇ色光及びＢ色光の輝度と同様になるように設定されている。

また、Ｗ色ＬＥＤ３４は、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）においては、全期間に渡って点灯し続けるように制御されている（図９（ｅ）参照）。また、図９に示すカラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）では、Ｗ色ＬＥＤ３４からのＷ色光の輝度は、ちょうど、図６（ｄ）に示すＷ色光の輝度と同様になるように設定されている。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つとＷ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＲ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つの画像が表示されることとなるが、サブフィールドが人間の目の認識限界を超えてすばやく切換わることから、人間の目にはＲ色、Ｇ色及びＢ色の画像が積分されたカラー画像として視認される。

カラー表示装置１の白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）においても、１フィールド（期間Ｔｆ）は、第１サブフィールド（期間Ｔ１）、第２サブフィールド（期間Ｔ２）及び第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成され、それぞれの期間はカラー表示モードの場合と同様である。白黒表示モードでは、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の点灯を行わず、Ｗ色ＬＥＤ３４のみ全期間に渡って点灯し続ける。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の代わりに、Ｗ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＷ色と黒色による白黒画像が表示されることとなる。

図３に対して図９に示すタイミングチャートでは、Ｗ色ＬＥＤ３４が、カラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）及び白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）においても、全期間で点灯し続けるように制御されている。液晶パネル２０の画素の透過率が変更されている期間（Ｔｗ及びＴｒ）に、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３が点灯すると、混色が発生して適切な各色の光量を制御することができない、したがって、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３は、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄに合わせて点灯される必要がある。

しかしながら、Ｗ色ＬＥＤ３４からの光はＷ色であることから、Ｗ色光で混色の色を薄めるので混色が気にならなくなり、液晶パネル２０の画素の透過率が変更されている期間（Ｔｗ及びＴｒ）において、点灯したとしても全く問題とはならないという効果がある。逆に、この期間であっても、液晶パネル２０はある程度の光を透過するため、表示全体の光量を稼ぐことができる。したがって、連続でＷ色ＬＥＤ３４を点灯させた場合に１フールド期間（Ｔｆ）で出射されるＷ色の光量を考慮して、予め図３の場合より低い光量に設定し、Ｗ色ＬＥＤ３４を連続点灯させることによって、図３の場合の様にＷ色ＬＥＤ３４の点灯及び消灯を繰り返すよりも、消費電力を低く押させる又は同程度の消費電力とすることが可能である。さらに、Ｗ色ＬＥＤ３４は常に連続点灯させることとなれば、制御がそれだけ簡素化されるという利点もある。

図３及び図９では、Ｗ色ＬＥＤ３４の点灯をＨとＬ、ＯＮとＯＦＦ、又は点灯と消灯のみで表したが、実際には点灯時におけるＷ色ＬＥＤ３４は、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３に対応して、図６（ｂ）、（ｃ）又は（ｄ）に示すような輝度で発光するように駆動制御されている。

図１０は、本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの更に他の例を示した図である。

図１０（ａ）は、ＳＦ信号（カラー表示と白黒表示の切換信号）を示しており、「Ｈ」レベルが白黒表示モードを示し、「Ｌ」レベルがカラー表示モードを示している。図１０（ｂ）はＲ色ＬＥＤ３１の点灯制御信号、図１０（ｃ）はＧ色ＬＥＤ３２の点灯制御信号、図１０（ｄ）はＢ色ＬＥＤ３３の点灯制御信号、図１０（ｅ）はＷ色ＬＥＤ３４の点灯制御信号である。図１０（ｂ）〜図１０（ｅ）において、「Ｈ」レベルは各色ＬＥＤの点灯モードを示し、「Ｌ」レベルは各色ＬＥＤの消灯モードを示している。

図１０（ｆ）は、液晶パネル２０の制御状態を示しており、書き込み期間Ｔｗ、応答期間Ｔｒ及び画像表示期間Ｔｄを示している。

なお、図１０のタイミングチャートにしたがった制御は、液晶パネル２０の各画素の制御は画像表示制御回路１０が受信した画像データに基づいて行い、各色ＬＥＤ３１〜３４の点灯制御は、画像表示制御回路１０からのタイミング信号等に基づいて光源駆動回路３０が行う。

図１０の場合、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）における１フィールド（期間Ｔｆ）は、Ｒ色ＬＥＤ３１が点灯する第１サブフィールド（期間Ｔ１）、Ｇ色ＬＥＤ３２が点灯する第２サブフィールド（期間Ｔ２）及びＢ色ＬＥＤ３３が点灯する第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成される。図１０の場合においても、フィールド周波数（１／Ｔｆ）は１００Ｈｚに設定した。

Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３は、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄ（図１０（ｆ）参照）に合わせて点灯期間と非点灯期間の比が制御されるように点灯制御される（図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）参照）。Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３は同じ発光エネルギーで点灯されるが各色のＬＥＤから発光される光の輝度は異なるため、ちょうど、各色光の輝度は、図６（ｂ）のＲ色光、Ｇ色光及びＢ色光の輝度と同様になるように設定されている。

また、Ｗ色ＬＥＤ３４は、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）においては、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄ内のさらに所定期間のみ点灯するように制御される（図１０（ｅ）参照）。Ｗ色ＬＥＤ３４からのＷ色光の輝度は他のＲ色光、Ｇ色光及びＢ色光の輝度と比べて高いので、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）において、図１０（ｅ）に示すようなタイミングで点灯されることにより、ちょうど、各サブフィールドの輝度が、図６（ｂ）のＷ色光の輝度と同様になるように設定されている。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つとＷ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＲ色、Ｇ色及びＢ色の何れか１つの画像が表示されることとなるが、サブフィールドが人間の目の認識限界を超えてすばやく切換わることから、人間の目にはＲ色、Ｇ色及びＢ色の画像が積分されたカラー画像として視認される。

カラー表示装置１の白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）においても、１フィールド（期間Ｔｆ）は、第１サブフィールド（期間Ｔ１）、第２サブフィールド（期間Ｔ２）及び第３サブフィールド（期間Ｔ３）から構成され、それぞれの期間はカラー表示モードの場合と同様である。白黒表示モードでは、Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２及びＢ色ＬＥＤ３３の点灯を行わず、Ｗ色ＬＥＤ３４のみを、液晶パネル２０の画像表示期間Ｔｄ内のさらに所定期間のみ点灯するように制御される（図１０（ｅ）参照）。Ｗ色ＬＥＤ３４からのＷ色光の輝度は他のＲ色光、Ｇ色光及びＢ色光の輝度と比べて高いので、カラー表示装置１の白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）において、図１０（ｅ）に示すようなタイミングで点灯されることにより、ちょうど、各サブフィールドの輝度が、図６（ｃ）に示すＷ色光の輝度と同様になるように設定されている。

なお、図１０の例において、カラー表示装置１の白黒表示モード（ＳＦ＝Ｈレベル）におけるＷ色ＬＥＤ３４の各サブフィールドにおける点灯期間は、カラー表示装置１のカラー表示モード（ＳＦ＝Ｌレベル）におけるＷ色ＬＥＤ３４の各サブフィールドにおける点灯期間の約２倍に設定されている。（図１０（ｅ）参照）。

各サブフィールドにおいては、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の代わりに、Ｗ色のＬＥＤが点灯されるので、液晶パネル２０の視認側ではＷ色と黒色による白黒画像が表示されることとなる。

即ち、図１０の例では、視感度に合わせて、カラー表示モードから白黒表示モードへの切り替えを行っている。したがって、カラー表示モードから白黒表示モードへの切り替えを行ったとしてもカラー表示画像における色バランスとほぼ同様なグレースケールを有する白黒画像を得ることができるようになった。

本発明に係るカラー表示装置１の概略構成図である。 本発明に係るカラー表示装置１の概略断面図である。 本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの一例を示した図である。 人間の目の比視感度特性を示す図である。 各色ＬＥＤの輝度と印加電流との関係を示した図である。 カラー表示モード及び白黒表示モードにおける各色の輝度の一例を示した図である。 Ｒ色ＬＥＤ３１、Ｇ色ＬＥＤ３２、Ｂ色ＬＥＤ３３、及びＷ色ＬＥＤ３４の発光波長と正規化光量を示した図である。 ＲＧＢの３色のＬＥＤを利用した場合と、Ｒ色＋Ｗ色、Ｇ色＋Ｗ色及びＢ色＋Ｗ色のＬＥＤを利用した場合に表現可能な色の例を示すｘｙ色度図である。 本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの他の例を示した図である。 本発明に係るカラー表示装置１のタイミングチャートの他の例を示した図である。 従来のカラー表示装置のタイミングチャート一例を示した図である。

符号の説明

１ 表示装置
１０ 画像表示制御回路
２０ 液晶パネル
３０ 光源駆動回路
３１ Ｒ色ＬＥＤ
３２ Ｇ色ＬＥＤ
３３ Ｂ色ＬＥＤ
３４ Ｗ色ＬＥＤ
３５ 光源
４０ 導光板

Claims (10)

1. ＦＳＣ方式のカラー表示装置において、
   複数の色を有する光を出射する第１光源と、
   Ｗ色の光を出射する第２光源と、
   前記第１光源が有する複数の色を順次選択して発光させることを所定周期で繰り返し行うように第１光源を制御し、前記第１光源からの発光と同時にＷ色の光を発光させるように前記第２光源を制御して、カラー画像を表示させる光源制御部と、
   を有することを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記光源制御部は、前記第１光源による発光を停止させ、前記第２光源によるＷ色の光の発光のみを行うように制御して、白黒画像を表示させる、請求項１に記載のカラー表示装置。
3. 前記カラー画像を表示させる第１モードと前記白黒画像を表示させる第２モードとの切換信号を受信するための受信部を更に有する、請求項２に記載のカラー表示装置。
4. 前記光源制御部は、前記所定周波数内に発光する前記第１光源の発光色の視感度に合わせた発光輝度でＷ色の発光の輝度を制御して、白黒画像を表示させる、請求項２又は３に記載のカラー表示装置。
5. 前記光源制御部は、前記第１及び第２光源の点灯期間と非点灯期間の比を制御する、請求項１〜４の何れか一項に記載のカラー表示装置。
6. ＦＳＣ方式のカラー表示装置において、
   液晶パネルと、
   Ｒ色の光を出射するＲ色光源と、
   Ｇ色の光を出射するＧ色光源と、
   Ｂ色の光を出射するＢ色光源と、
   Ｗ色の光を出射するＷ色光源と、
   前記Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色及びＷ色光源からの光によって前記液晶パネルを照明するための導光手段と、
   前記Ｒ色、Ｇ色及びＢ色光源を順次選択して発光させることを所定周期で繰り返し行い、前記Ｒ色、Ｇ色又はＢ色光源からの発光と同時にＷ色光源を発光させるように制御して、カラー画像を前記液晶パネルに表示させる光源制御部と
   を有することを特徴とするカラー表示装置。
7. 前記光源制御部は、前記Ｒ色、Ｇ色及びＢ色光源からの発光を停止させ、前記Ｗ色光源のみを発光させるように制御して、白黒画像を前記液晶パネルに表示させる、請求項６に記載のカラー表示装置。
8. 前記カラー画像を表示させる第１モードと前記白黒画像を表示させる第２モードとの切換信号を受信するための受信部を更に有する、請求項７に記載のカラー表示装置。
9. 前記光源制御部は、前記所定周波数内に発光する前記第１光源の発光色の視感度に合わせた発光輝度でＷ色の発光の輝度を制御して、白黒画像を表示させる、請求項７又は８に記載のカラー表示装置。
10. 前記光源制御部は、前記Ｒ色光源、前記Ｇ色光源、前記Ｂ色光源及び前記Ｗ色光源の点灯期間と非点灯期間の比を制御する、請求項６〜９の何れか一項に記載のカラー表示装置。

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