JP3840940B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【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５０１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６−２６１３３２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 Display），ＰＤＰ(Plasma Display 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４０３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４０３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ＬＥＤ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４３３Ｒ１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４３３Ｂ１と４３３Ｂ２を組み合わせた。本実施形態ではＬＥＤ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４０１，４０２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｜＜９０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１１３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４１１Ａ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ＬＥＤ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４３０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４３４（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１２２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⁺、450ナノｍ用蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺、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、４０９…偏光透過軸の角度、４１０…カラーフィルタ、４１１…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。

Claims (10)

1. 液晶パネルと、
   前記液晶パネルの各画素に対応して配置した２色以上のカラーフィルタと、
   前記２色以上のカラーフィルタにおける各色のカラーフィルタの透過波長範囲に含まれる２色の光源と、
   前記光源による照射を時分割に切り替える光源制御手段と、を有する画像表示装置。
2. 液晶パネルと、
   前記液晶パネルの各画素に対応して配置した２色以上のカラーフィルタと、
   前記２色以上のカラーフィルタにおける各色のカラーフィルタの透過波長範囲に含まれる３色の光源と、
   前記光源による照射を時分割に切り替える光源制御手段と、を有する画像表示装置。
3. 前記カラーフィルタは赤，緑，青の３色のカラーフィルタである請求項１又は請求項２の何れかに記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶パネルとしてライトバルブを用いる請求項１又は請求項２の何れかに記載の液晶表示装置。
5. 前記光源の非点灯時に、前記液晶パネルの全ての画素への表示電圧の書込みを実行する請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。
6. 前記液晶パネルがアクティブマトリクス型である請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。
7. 前記液晶パネル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請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。
8. 前記光源がレーザー光源である請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。
9. 前記光源が発光ダイオードである請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。
10. 前記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請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像表示装置。

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