JP4476620B2

JP4476620B2 - カラー液晶表示装置

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Publication number: JP4476620B2
Application number: JP2003434385A
Authority: JP
Inventors: 慎栗原; 貴康佐土
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005189750A

Description

本発明は、カラー液晶表示素子が搭載される、携帯電話、携帯型小型テレビ、携帯型ゲーム機等の携帯電子機器、および小型ノート型パソコン等の電子機器に関する。

携帯電話、携帯型小型テレビ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡ、小型ノート型パソコン等の電子機器では、画面である液晶表示素子を照明する照明装置として、冷陰極管に替わって、点灯特性が良好であり発熱やノイズの少ない光源としてＬＥＤが多用されるようになってきた。

一般に、透過型カラー液晶表示装置では、白色光源を用いたバックライト照明装置を用いて、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）のカラーフィルターを各画素に具備する液晶表示装置を照明することによりカラー画像を表示する。しかしながら、理想的な白色光発光が可能なＬＥＤが存在しないために様々な工夫がなされてきた。

例えば、赤色ＬＥＤ光源、緑色ＬＥＤ光源、青色ＬＥＤ光源の３光源を近接配置させて色づきの少ない擬似白色光源を実現し、それから得られた白色光を導光板に入射させることによって液晶表示素子を照明する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

第２の代表的な方法は、青色ＬＥＤ光源から放射された青色光によって蛍光体を励起して緑色光から赤色光にかけての帯域の光を波長変換により得て、この青色光、緑色光、赤色光を加法混色して擬似白色光を得、これを導光板に導いて液晶表示素子を照明する方法である。このような方法を取ることによって、３つのＬＥＤ光源を用いる方法に比べて、必要なＬＥＤ光源の数は１／３になるため、消費電力が著しく低減すると同時に、擬似白色を得るために３つのＬＥＤ光源の出力を微調整する必要もなくなる。また、発光点が共通になるため色ずれも起こらない。このように、蛍光体が形成された第１のＬＥＤ光源３から得られた発光スペクトルの一例を図５に示す。すなわち、図５は発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤ光源を第１のＬＥＤ光源として用いて蛍光体により緑色光を励起させ、もとの青色光との加法混色によって得られた発光スペクトルの例を示すグラフである。この場合、４５０ｎｍに第１のＬＥＤ光源による発光スペクトルピークが現れ、また５５０ｎｍに蛍光体によって青色光を波長変換して得られた緑色光のスペクトルピークが得られる。また、図５から明らかなように、この発光スペクトルは青色光と緑色光のみならず、弱いながらも黄色から赤色にかけての発光スペクトルも得られている。このようにして、出射面に青色光を緑色光に波長変換する蛍光体を用いて得られた発光スペクトルは可視光全域に渡っており、その結果擬似的に白色光に見える。そして、白色度の調整は第１のＬＥＤに流す電流を調整して発光輝度を変えるとともに、蛍光体の材料や濃度を最適化することによって行うために容易ではない。

第３の代表的な方法は、青色ＬＥＤ光源から放射された青色光で蛍光体を励起して得られた緑色光から赤色光を青色光と加法混色して擬似白色光を得る。さらに、赤色の彩度を向上させるために赤色ＬＥＤ光源光を擬似白色光に加法混色して得られた、理想に近い白色光を導光板に導いて照明する方法である（例えば、特許文献２参照）。この方法を用いることによって、赤色ＬＥＤ光源の出力調整を行うだけで容易に理想に近い白色光を得ることができ、より鮮明なカラー表示が可能な液晶表示装置を実現できている。

また、擬似白色光および赤色光を色ずれなく効率良く混色するために、蛍光体が形成された青色ＬＥＤ光源と赤色ＬＥＤ光源を、レンズ機能を有する透明な樹脂モールド中に近接して配置したり、蛍光体を形成した青色ＬＥＤ光源と赤色ＬＥＤ光源とをライトパイプの両端に各々配置することによって、このライトパイプ中で上記の擬似白色光と赤色光を均一に混色したりする方法が用いられている（例えば、特許文献３参照）。すなわち、第１のＬＥＤ光源からの擬似白色光と第２のＬＥＤ光源からの赤色光を色ずれなく効率良く混色するために、蛍光体が形成された青色光を発光する第１のＬＥＤ光源と赤色光を発光する第２のＬＥＤ光源とを、レンズ機能を有する透明な樹脂モールド中に近接して配置したり、蛍光体を形成した青色光を発光する第１のＬＥＤ光源と赤色光を発光する第２のＬＥＤ光源とをライトパイプの両端に各々配置したりしてこのライトパイプ中で擬似白色光と赤色光とを均一に混色する工夫がなされている。このように、第１のＬＥＤ光源と第２のＬＥＤ光源とは、これらから出射される光を加法混色させることによって、実質的に白色ＬＥＤ光源と同様の作用を示すのである。

このようにして擬似白色光に赤色光を加法混色して得られた発光スペクトルを図６に示す。すなわち、図６は発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを第１のＬＥＤ光源として用いて蛍光体により緑色光を励起させ、もとの青色光との加法混色によって得られた擬似白色光に波長６５０ｎｍの赤色光を加法混色して得られた発光スペクトルを示すグラフである。図６に示す発光スペクトルは、図５に示した擬似白色光に赤色光が重畳されているために６５０ｎｍに赤色光の発光ピークが立っている。この赤色光が上記擬似白色光に加法混色されることにより不足していた赤色成分を補うことができて理想に近い白色光が得られると同時に、カラー画像の赤色の彩度を向上させることができる。図６に示した赤色光のピーク強度は第２のＬＥＤ光源に流す電流量を調節することによって、青色光や緑色光のピーク強度とは独立に調整することができる。一方、青色光と緑色光のピーク強度は第１のＬＥＤ光源に流す電流量を調節しても、第１のＬＥＤ光源３出射口に形成された蛍光材料の波長変換効率変化程度しか独立に変化させることはできず、これを実現するには蛍光材料の材料を変えるか濃度や厚みを変化させるしか方法はない。
特開平１０−２４７４１１号公報（第５頁、第１図）特開２０００−２７５６３６号公報（第４頁、第１図）特開２００２−５７３７６号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、従来のカラー液晶用表示装置、特に最も理想に近い白色光を得ることができる特許文献３に記載のカラー液晶用表示装置においても、照明光のスペクトルは励起用の青色ＬＥＤ光源と混色用の赤色ＬＥＤ光源および青色光を波長変換されて得られた緑色光および赤色光の発光スペクトルによって決まるために、用いられている蛍光材料の特性が色特性に大きく寄与していること、および実際に視認されるのはカラー液晶表示素子のカラーフィルター等の着色部材を透過した光であるために、カラーフィルターとの光学的整合が取れていないと理想的な白色表示を得ることはできないという課題を有している。

具体的には、蛍光体からの発光スペクトルやカラーフィルター材料が有している分光透過率特性のミスマッチングのために、特許文献２の構成のカラー液晶表示装置における白色表示は、若干黄色や緑色に着色してしまうという課題を有している。

カラー液晶表示装置による理想的な白色表示を得るためには、励起用の青色ＬＥＤ光源、混色用の赤色ＬＥＤ光源、および青色光を波長変換して得られた緑色光ないし赤色光の発光スペクトルを調整するか、または、カラー液晶表示素子の着色部材（カラーフィルター等）の透過スペクトルを調整するか、もしくはその両方を行うことである。しかしながら、このような調整は材料そのものを改善しなければならないために、時間と費用がかかり困難であるという課題をも有している。

さらには、カラー液晶素子に用いられているカラーフィルターの特性は、製造メーカごとや製品ごとに異なっているのが通常であり、このようなカラー液晶素子に簡便に表示色を整合させることができる照明装置を実現することが困難であるという課題をも有している。

そこで、本発明のカラー液晶表示装置は、第一の光源の光と第二の光源の光を加法混色して照明光とする照明装置と、画素電極により画素を構成するとともに、液晶材料が封入された液晶表示素子と、画素電極により構成される各画素に対応するように設けられた複数色のカラーフィルターと、を備えることとし、複数色のカラーフィルターのうち、特定色のカラーフィルターが形成されている領域に対応する画素の表示状態（明暗状態）に応じて第一の光源と第二の光源の発光状態を制御することとした。

また、青色の単色光を発光する青色光源と、赤色の単色光を発光する赤色光源を有し、青色の単色光から波長変換によって生成された緑色光と、青色光源によって生成された青色光と、赤色光源からの赤色光との加法混色により白色光を得る照明装置と、画素電極により画素を構成するとともに、液晶材料が封入された液晶表示素子と、画素電極により構成される各画素に対応するように設けられたＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルターと、を備えるとともに、Ｒカラーフィルターが形成されている領域に対応する画素が明状態のときだけに赤色光源が発光状態となることとした。さらに、ＧカラーフィルターまたはＢカラーフィルターが形成されている領域のどちらか一方に対応する画素が明状態のときだけに青色光源が発光状態となることとした。

このようにすることによって、赤色光と緑色光とのスペクトルの重なりによる色ずれを解消することができ、カラー液晶表示装置のカラーフィルター特性などの調整をすることなく簡便な方法で容易に照明光のスペクトル分布を擬似的に最適化することができ、従来の液晶照明装置に比較して着色の無い、より理想的な白色画像表示を実現することを可能とし、その結果より彩度の高いカラー画像を再現することが可能となり上記課題を解決した。

さらに、青色光源の駆動電流値と赤色光源の駆動電流値を調整することにより、色補正を行うこととする。あるいは、青色光源が発光している時間内における、Ｇカラーフィルターが形成されている領域の画素が明状態になる時間とＢカラーフィルターが形成されている領域の画素が明状態になる時間の比率を調整して色補正を行うこととする。これにより、ＲＧＢ各スペクトル成分を独立して簡便に調整することができるようになり、上記課題を解決することができた。

ＧカラーフィルターまたはＢカラーフィルターが形成されている領域のどちらか一方の画素が明状態のときだけに第一の光源が発光し、Ｒカラーフィルターが形成されている領域の画素が明状態のときだけに赤色の単色光を第二の光源が発光することとした。特に、第一の光源および第二の光源の駆動電流値、および第一の光源が発光している時間内におけるＧカラーフィルター領域の画素およびＢカラーフィルター領域の画素が各々明状態になる時間比率を調整して色補正を行うことにより、液晶に用いられているカラーフィルターの透過スペクトル分布や、白色ＬＥＤ光源の発光スペクトル分布を調整することなく、容易に標準白色を表示することができる。

また、カラーフィルター組成や膜厚の異なる液晶表示装置に対しても同一の照明装置を用いて高品質のカラー画像を得ることができる。そして、このことは色調整のために時間と費用を要する蛍光体の調整や液晶カラーフィルターの調整などを不要にするため、製品開発費用と時間の削減をすることができる。

本発明によるカラー液晶表示装置は、第一の光源の光と第二の光源の光を加法混色して照明光とする照明装置と、画素電極により画素を構成するとともに、液晶材料が封入された液晶表示素子と、画素電極により構成される各画素に対応するように設けられた複数色のカラーフィルターと、を備えており、複数色のカラーフィルターのうち、特定色のカラーフィルターが形成されている領域に対応する画素の表示状態（明暗状態）に応じて第一の光源と第二の光源の発光状態を制御することとした。これにより、二つの光源光を混色することによるホワイトバランスの崩れを補正することができる。

また、より具体的な本発明のカラー液晶表示装置は、青色の単色光を発光する青色光源と、赤色の単色光を発光する赤色光源とを有し、青色の単色光から波長変換によって生成された緑色光と、青色光源によって生成された青色光と、赤色光源からの赤色光との加法混色により白色光を得る照明装置と、画素電極により画素を構成するとともに、液晶材料が封入された液晶表示素子と、画素電極により構成される各画素に対応するように設けられたＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルターを備えるとともに、Ｒカラーフィルターが形成されている領域に対応する画素が明状態のときだけに赤色光源が発光状態となることとした。これにより、赤色光を混ぜることにより生じるホワイトバランスの崩れを補正する事が可能になる。

さらに、ＧカラーフィルターまたはＢカラーフィルターが形成されている領域のどちらか一方に対応する画素が明状態のときだけに青色光源が発光状態となることとした。これにより、理想的な白色表示が実現できる。

以下に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本実施例のカラー液晶表示装置の基本構成を示す模式的構成図である。図１において、第１のＬＥＤ光源３と第２のＬＥＤ光源４には光源駆動装置５から独立に駆動電流が供給される。また、カラー液晶表示装置２は液晶駆動回路６から駆動電圧が供給される。光源駆動回路５と液晶駆動回路６とは、クロック回路７によって同期が取られており、また電源８から電力が供給されている。

図１には詳細に示していないが、第１のＬＥＤ光源３と第２のＬＥＤ光源４には、これらのＬＥＤ光源に制御電流を流すために、光源駆動回路５と少なくとも各々２本の電線で結合されている。これらＬＥＤ光源と光源駆動回路５とは、通常ポリイミドなどの高分子フィルムに形成された回路パターン上またはカラー液晶表示装置のガラス基板上に実装されている場合が多い。

同様に、液晶駆動回路６もまた、通常ポリイミドなどの高分子フィルムに形成された回路パターン上に実装されており、この高分子フィルムに形成された配線パターンをカラー液晶表示装置２の電極線と接合させることによって液晶駆動回路６とカラー液晶表示装置２とを電気的に接続している。光源駆動回路５を実装する高分子フィルム配線と液晶駆動回路６を実装する高分子フィルム配線とは、同一の高分子フィルム上に形成されていてもよいし、別の高分子フィルム上に形成されていてもよい。

図１において、第１のＬＥＤ光源３はＩｎＧａＮ系またはＧａＮ系等の材料で形成された青色光を発光するＬＥＤ光源であり、第２のＬＥＤ光源４はＧａＰ系またはＧａＡｌＡｓ系混晶系等の材料で形成された赤色光を発光するＬＥＤ光源である。この第１のＬＥＤ光源３の発光波長は具体的には４３０〜４７０ｎｍの範囲にあり、第２のＬＥＤ光源４の発光波長は具体的には６１０〜６７０ｎｍの範囲にある。第１のＬＥＤ光源３からの青色光を波長変換して緑色光を得るために、第１のＬＥＤ光源３の出射面には青色光を受けて緑色光および赤色光を励起する蛍光体が形成されている。この蛍光体を形成する材料には、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ・Ａｌｍｉｎｉｕｍ・Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体、またはＴｂ、Ｃｅ、ＥｕおよびＭｎなどの添加物元素を発光中心とした酸化物などがある。

図１において、第１のＬＥＤ光源３および第２のＬＥＤ光源４から出射された光は、導光板１の側端面の入射端から導光板１の内部に伝播される。導光板１の底面には内部に伝播された光を均一にカラー液晶表示装置２に照射するために微小反射プリズム群やヘイズ分布を持った散乱面やホログラムパターンが形成されており、また、導光板１の底面外側には図示されていない反射板が配置されており底面側に逃げた光を再びカラー液晶表示装置２側に戻して照明光を効率良く利用するようになっている。また、導光板１とカラー液晶表示装置２との間隙には、導光板１からの照射光を効率良くカラー液晶表示装置２に照射するために、微小直角プリズム群が片面に形成された１対のプリズムレンズシートを互いに稜線が直交するように配置したり拡散シートを配置したりする場合が多い。

ここで図２を用いてパッシブマトリックス型のカラー液晶表示装置の構造について簡単に説明する。透過型カラー液晶表示装置の画素電極１０ａ、１０ｂは行列状に配列されており、ＩＴＯなどの透明電極材料で構成される。反射型カラー液晶表示装置の場合も同様に行列状に配列されているが、表示面と対向する側の画素電極はアルミニウムなどの金属電極で形成する場合が多い。画素電極１０ａ、１０ｂは配向膜１２ａ、１２ｂおよび液晶１３を介して互いに対向するようにして形成されている。

カラーフィルター１１は、画素電極１０ａの上に形成されている。このカラーフィルター１１は、どちらかの画素電極上に形成されておれば良く、画素電極１０ｂの上に形成されていても良い。また、図示していないが行列状に分離して形成されているカラーフィルター１１の間隙には、黒色の染料や顔料を含有した高分子材料などを用いた遮光フィルターを形成して、画素の間隙から漏れる光をなくし、表示コントラストを向上させる場合が多い。

カラーフィルター１１の上には平坦化膜を介して画素電極１０ａが形成され、とさらに配向膜１２ａ、１２ｂが形成されている。これら配向膜としてはポリイミドを塗布・焼成した後、ラビング処理をしたものを用いるのが一般的である。このような配向膜を用いることによって、配向膜間に狭持された液晶１３の分子を所定の方向に初期配向させることができ、その結果カラー液晶表示素子の表示領域全面に渡って均一な表示特性を持たせることが可能となる。また、ガラス基板９ａ、９ｂは、図示しない間隙制御手段によって３〜７μｍ程度の間隙を持って配置されている。この間隙制御手段としては、高分子ビーズやシリカビーズなどが一般に用いられている。また、液晶１３としてはＴＮ液晶やＳＴＮ液晶などの液晶を用いることができる。通常、液晶１３は流動性を有しているために、ガラス基板９ａと９ｂとの間にシール１４で封止されている。また、画素電極１０ａと１０ｂとの間に駆動電圧を印加して液晶の電気光学特性を変化させることによって、その画素を透過する光の偏光面を変調するのであるが、これを光の強度変化に変換して可視化させるために、一対の偏光板１５ａ、１５ｂがそれぞれガラス基板９ａ、９ｂの外側面に貼り付けられている。

カラー液晶表示装置としては、各画素電極１つ１つにＴＦＴ等のスイッチング素子を形成して、信号線からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってソース電極線と画素電極間のスイッチングを行い、液晶を狭持する画素電極間の駆動電圧を制御するアクティブマトリックス型と、各画素を形成する画素電極に外部から直接駆動電圧を印加するパッシブマトリックス型があり、本発明はどちらの方式のカラー液晶素子にも用いることができる。

図２におけるカラー液晶表示素子は、ガラスセル内で液晶を狭持したマトリックス状の画素電極間に駆動電圧を印加することによって液晶分子の配向を制御し、その配向を制御された液晶分子によって各画素を通過した光の偏光状態を制御する。そして、直交または平行配置した偏光板でガラスセルを挟んでおくことによって、制御された偏光状態に応じた光強度の透過光または反射光が得られ、その結果、画像を表示することができる。

ここで、カラー液晶表示装置２の一実施例として、ＴＦＴカラー液晶表示素子の画素構造を図３に基づき説明する。

図示するように、Ｒ画素電極２０、Ｇ画素電極２１、およびＢ画素電極２２が１組となって１つの画素情報を表示する。これらの画素電極はソース電極線１９からＴＦＴ２３、２４、２５を介して電力が供給される。そして、各画素電極に液晶層を介して対向して設けられている対向電極（図３には示されていない）との間に駆動電圧を誘起して、液晶層に電気光学効果を生ぜしめる。

各ＴＦＴは、画素用信号線からの信号電圧によってＯＮ／ＯＦＦする。すなわち、図３において、ソース電極線１９に電圧が印加されている状態で、画素用信号線１６に画素ＯＮ信号が印加されるとＲ画素電極２０が、画素用信号線１７に画素ＯＮ信号が印加されるとＧ画素電極２１が、画素用信号線１８に画素ＯＮ信号が印加されるとＢ画素電極２２が電圧ＯＮ状態となる。また、逆に、ソース電極線１９がゼロまたは負電圧の状態で、画素用信号線１６に画素ＯＦＦ信号が印加されるとＲ画素電極２０が、画素用信号線１７に画素ＯＦＦ信号が印加されるとＧ画素電極２１が、画素用信号線１８に画素ＯＦＦ信号が印加されるとＢ画素電極２２がそれぞれ電圧ＯＦＦ状態となる。そして、再び画素信号線１６、１７、１８から画素信号が印加されない限り、ＲＢＧ各画素電極はその電位を変化させない。すなわち、その場合、図示されていない対向電極に狭持された液晶に印加されている電圧レベルは変化しないために、その液晶はＯＮ状態またはＯＦＦ状態を維持し続ける。このようにして各画素を逐次ＯＮ／ＯＦＦすることによって、目的の画像がカラー液晶表示装置に表示される。

カラー液晶表示装置２の画素がＯＮ状態で光を透過する状態を明状態、画素がＯＦＦ状態で光を透過しない状態を暗状態と呼ぶものとする。明／暗状態は、液晶層に駆動電圧が印加されたときに、液晶に生じる電気光学効果によってその電圧が印加された画素を透過する光の偏光面が回転する。そのとき、カラー液晶表示素子の１対の偏光板を画素に光が透過するように偏光板の変更軸を合わせるか、もしくはそのとき画素に光が透過しないように１対の偏光板の偏光軸を合わせるかによって決定される。

上述のように、カラー液晶表示装置２はカラー画像を表示するため、各画素電極上にＲ、Ｇ、Ｂに対応した特定の波長帯域を選択的に透過させるように色素または顔料を含有したカラーフィルターが特定の規則に従って所定の膜厚で形成されている。図７にカラー液晶表示装置において形成されている各ＲＧＢに対応したカラーフィルターの分光透過率の一例を示す。このカラーフィルターの分光透過率は、光源色や使用する液晶の動作モードなどに対応して厳密に設計し、内部に含有させる顔料や色素の種類や濃度を調整することによって決められる。さらには、このカラーフィルターはカラー液晶素子の内部に形成されるために、光学特性のみならず電気特性にも注意をはらって設計される。そして、カラーフィルターの分光透過率は、光源色と同様にカラー液晶素子４の色再現性を決定する重要な要素となる。

図６に示した発光スペクトル、すなわち、第１のＬＥＤ光源３と第２のＬＥＤ光源４とを加法混色して得られた発光スペクトルを持つ照明装置を用いて、図７に示した分光透過率を有するカラーフィルターが形成されたカラー液晶表示素子を照明したときに表示可能な白色輝度スペクトルを図８に示す。図８に示した輝度スペクトルは第１のＬＥＤ光源だけを用いて得られた白色輝度スペクトルに比較して、赤色光に対するスペクトル強度が著しく改善されており、その結果赤色に対する演色性が向上して鮮やかな赤色の表現が可能となると同時に白色レベルも向上することが分っている。しかしながら、波長変換によって得られる緑色光のスペクトル強度が、他の赤色光や青色光のスペクトル強度に比較して弱く、また帯域も広くなってしまうので白色輝度バランスを取るのが難しく、白色レベルを標準白色光源のレベルにまで調整することが困難である。人間の色に対する視覚特性は特に敏感であり、このような白色輝度バランスのずれがあると白色画像が着色していることを容易に見出すことができる。その結果、得られたカラー画像は鮮やかさが低下して画像品質が低下してしまう。

そこで、本発明における液晶照明装置では、Ｇ表示画素とＢ表示画素、それにＲ表示画素の表示時間比率を調整する方法を用いて補正することにより、視覚上問題ない品質で白色光を実現した。

本発明によるカラー液晶表示装置の駆動方法に関する実施例を図４に基づき説明する。図４（ａ）はＢ表示画素の透過率変化、図４（ｂ）はＧ表示画素の透過率変化、図４（ｃ）はＲ表示画素の透過率変化、図４（ｄ）は第１のＬＥＤ光源の発光状態変化、図４（ｅ）は第２のＬＥＤ光源の発光状態変化を示すタイミングチャートである。この図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、縦軸は任意単位で示した透過率であり、横軸は任意単位で示した時間である。また、図４（ｄ）、（ｅ）において、縦軸は任意単位で示した発光強度、横軸は任意単位で示した時間である。

Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、ＴＦＴ１６、１７、１８を逐次ＯＮ／ＯＦＦすることによって液晶をＯＮ／ＯＦＦの状態に切り替えるが、それらの画素がＯＮ状態の場合に各画素の光透過率が大ききな明状態になる。この透過率は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、各々ＲＧＢ画素ごとに逐次周期的に変化する。図４に示すように、まずＢ画素が明状態から暗状態になると同時にＧ画素が明状態になる。そして、Ｇ画素が明状態から暗状態になると同時にＲ画素が明状態になる。さらに、Ｒ画素が明状態から暗状態になると同時にＢ画素が明状態になる。このような動作を繰り返すのである。

一方、青色ＬＥＤである第１のＬＥＤ光源は、Ｂ画素またはＧ画素のどちらか一方が明状態にあるときにだけ発光し、それ以外のときには消えている。そして、赤色ＬＥＤである第２のＬＥＤ光源は、Ｒ画素が明状態のときにだけ発光し、それ以外のときには消えている。すなわち、第１のＬＥＤ光源も第２のＬＥＤ光源もどちらも、ＲＧＢ画素の明／暗周期と同期して動作しているのである。

また、Ｂ表示画素が明状態である時間と、Ｇ表示画素が明状態である時間とは異なっている。Ｂ表示画素が明状態である時間と、Ｇ表示画素が明状態である時間との比は、蛍光体を有する第１のＬＥＤ光源の発光スペクトルによって異なるが、ＲＧＢ各画素を同時に明状態にさせた場合に表示させた白色画像に関してＣＩＥ色座標においてより白色標準光源の座標に近くなるように設定されている。前記Ｂ表示画素が明状態である時間とＧ表示画素が明状態である時間とが同じである場合は、第１のＬＥＤ光源３と第２のＬＥＤ光源４の発光出力強度を各々独立に変化させると、Ｒスペクトルに関しては独立にスペクトル強度を変化させることができるが、ＢスペクトルとＧスペクトルに関してはスペクトル強度を従属的に変化させることしかできないために、色度調整には制限が生じて目的の色を再現するのは困難となる。

図４においては、Ｇ表示画素の明状態をＢ表示画素の明状態に比べて、約４０％長く設定してある。図４に示したタイミングチャートを用いて本発明のカラー液晶表示装置とその照明装置を動作させたときに得られた白色画像の輝度スペクトルを図９に示す。図９において、横軸はｎｍ単位で表した波長、縦軸は任意単位で表したエネルギー強度である。図８と比較しても明らかなように、５５０ｎｍの緑色光のスペクトルピーク値が高くなっていることがわかる。緑色のスペクトルピークが高くなっているのに対して、青色光のスペクトルピークは逆に低くなっている。これら青色光と緑色光のスペクトルピークにおける高さの比は、Ｂ表示画素とＧ表示画素が明状態になる時間比率を調整することで容易に実現することができる。

なお、青色光と緑色光のスペクトルピークの高さを一定にした状態で、第２のＬＥＤ光源の出力を調節することによって、ＲＧＢの彩度を落とすことなく、より標準白色光に近い輝度スペクトルを実現することができた。

上述の実施例では、青色光のスペクトルピークが緑色光のスペクトルピークに比較して高すぎる場合に関して説明したが、第１のＬＥＤに形成されている蛍光体の濃度が高かったり厚みが厚かったりする場合は、逆に青色光のスペクトルピークが緑色光のスペクトルピークに比較して低くなる場合がある。この場合は、Ｂ表示画素の明状態時間をＧ表示画素の明状態時間よりも長く調節することによって、スペクトルピークのバランスの崩れを容易に解消できることは言うまでもない。

さらに、本発明による液晶表示装置の具体的な構成について説明する。図１０は、液晶表示装置の実施例を模式的に示す組立て斜視図である。図示するように、液晶表示素子２６の背後には導光板２７が設けられ、背後には第一の反射板２８が設けられている。第一のＬＥＤ光源３０ａと第二のＬＥＤ光源３０ｂは配線が施されたフレキシブル基板３１の上に直接実装されており、ライトパイプ３２に光を入射している。入射した光が照射面以外から漏れないように、ライトパイプ３２の背後側には第二の反射板３３が設けられている。これらの構成要素が支持枠２９内に設けられている。ここで、第一のＬＥＤ光源３０ａおよび第二のＬＥＤ光源３０ｂは、上述したように各々青色光ＬＥＤの出射面に蛍光体を形成した擬似白色ＬＥＤ光源に近接して赤色ＬＥＤ光源を配置したものである。これら第一のＬＥＤ光源３０ａと第二のＬＥＤ光源３０ｂの出射面とは互いに対向しており、これらのＬＥＤから出射した擬似白色光と赤色光とはライトパイプ３２の両側端面からライトパイプ３２内を導波して導光板に対して開口しているライトパイプの長手方向にある出射端面から出射される。ライトパイプ３２はアクリルやポリカーボネートなどの透明な高分子材料で成形された長い直方体になっており、このライトパイプ３２内を導波する過程において、擬似白色光と赤色光とは充分に加法混色されて白色度の高い白色光としてライトパイプ３２の出射端面から出射される。このような加法混色を効率良く行えるためと、ライトパイプ３２からの漏れ光も効率良く利用するためにライトパイプ３２の底面には第２の反射板３３が配置されている。図１０には明示されていないが、フレキシブル基板３１のライトパイプ３２に面する側の面にも反射率の高いＡｌやＡｇなどの金属膜を形成しておくことにより、このライトパイプ３２内での擬似白色光と赤色光との混色は効果的に行うことができ、さらに照射光の利用効率も向上させることができる。さらに、ライトパイプ３２からの出射光がより均一になるように、ライトパイプ３２の出射面に対向する面には微小プリズム群を形成してある。ライトパイプ３２から導光板２７に入射した白色光は、導光板２７の底面に形成されている図示されない微小プリズム群や粗度分布を持った粗面によって、カラー液晶表示装置２６に面する面から照射される。このときも、照射光の利用効率を向上させるために導光板２７の上記微小プリズム群や粗面領域が形成されている裏面側に面するように、第1の反射板２８が配置されている。これらの要素は支持枠２９で支持固定されている。第１の反射板２８、導光板２７、およびカラー液晶表示装置２６は各々重なるように配置されており、支持枠２９に固定されている。また、第１の白色ＬＥＤ光源１３０ａと第２の白色ＬＥＤ光源３０ｂとが実装されているフレキシブル基板３１、ライトパイプ３２、第2の反射板３３は各々重なるように配置されており、支持枠２９に固定されている。そして、ライトパイプ３２の出射端面と導光板１１の入射端面とは互いに対向密着して配置されている。

図１０に示す構成によって、簡単な構造で薄型の白色光照明用導光板ユニットを実現することができ、薄型化・軽量化が進むカラー液晶素子に適した照明装置を提供することができた。

カラー液晶表示装置の基本構成を示す模式的構成図である透過型カラー液晶表示素子の模式的断面図である。ＴＦＴカラー液晶表示素子における１組のＲＧＢ画素の部分的に拡大した模式図である。本発明によるカラー液晶表示装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。青色ＬＥＤを用いて蛍光体により緑色光を励起させ、もとの青色光との加法混色によって得られた擬似白色光の発光スペクトルを例示するグラフである。青色ＬＥＤと蛍光体を用いた加法混色によって得られた擬似白色光に赤色光を加法混色して得られた発光スペクトルを例示するグラフである。ＲＧＢに対応したカラーフィルターの分光透過率の一例を示すグラフである。図６に示した発光スペクトルの照明装置を用いて図７に示した分光透過率のカラーフィルターが形成された表示素子を照明したときに表示可能な白色輝度スペクトルを示すグラフである。図４に示したタイミングチャートを用いてカラー液晶表示素子を動作させたときに得られた白色画像の輝度スペクトルを示すグラフである。液晶表示装置の実施例を模式的に示す組立て斜視図である。

符号の説明

１導光板
２カラー液晶表示素子
３第１のＬＥＤ
４第２のＬＥＤ
５光源駆動回路
６液晶駆動回路
７クロック回路
８電源
２０Ｒ画素電極
２１Ｇ画素電極
２２Ｂ画素電極

Claims

青色光源からの青色光と、赤色光源からの赤色光と、前記青色光から波長変換によって生成された緑色光との加法混色により白色光を得る照明装置と、
前記照明装置に照射され、画素電極による画素が設けられた液晶表示素子と、
前記各画素に対応するように設けられたＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルターと、を備え、
前記Ｒカラーフィルターに対応する画素が明状態のときだけに前記赤色光源が発光し、前記Ｇカラーフィルターまたは前記Ｂカラーフィルターのどちらか一方に対応する画素が明状態のときだけに前記青色光源が発光するとともに、
前記Ｇカラーフィルターに対応する画素と前記Ｂカラーフィルターに対応する画素がそれぞれ明状態になる時間の比率を変えることにより、青色光と緑色光のスペクトル強度が調整されることを特徴とするカラー液晶表示装置。
前記青色光源と前記赤色光源の駆動を制御する光源駆動回路と、前記液晶表示素子を駆動する液晶駆動回路と、前記光源駆動回路と前記液晶駆動回路とを同期させるクロック回路と、前記光源駆動回路と前記液晶駆動回路と前記クロック回路に電力を供給する電源を備えることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
前記青色光源の駆動電流値と前記赤色光源の駆動電流値を調整することにより、色補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のカラー液晶表示装置。