JP4503422B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、パーソナルコンピュター、ワードプロセッサーなどのモニターとして、更にはテレビ受像機などのディスプレイやプロジェクターとして用いられるカラー液晶表示装置に関し、より詳しくは、広い色範囲の色再現が可能な液晶表示装置に関するものである。

近年、微細加工技術の進展から液晶パネルの高解像度化が進み、パーソナルコンピュター（ＰＣ）を中心とする情報機器のディスプレイや、テレビ受像機、プロジェクターを中心とする映像機器のディスプレイにおいて、低電圧駆動、薄型、軽量を特徴とする液晶表示装置の需要が高まっている。

上記の高解像度化とともに、液晶パネルのカラー表示技術も開発も進んでいる。その方式として、液晶パネルの各画素に対応したＲＧＢのフィルターを液晶パネルの前または後に配設した１枚パネルカラーフィルター方式や、ＲＧＢ映像の各々に液晶パネルを設け、各液晶パネルにＲＧＢのバックライト或いはフロントライトを供給する３枚パネル方式などがある。

両方式ともにＲＧＢ成分毎のカラー映像を表示形成し、それらを加法混色することによって、フルカラー映像を表示する。１枚パネルカラーフィルター方式は、小型軽量の特徴がありＰＣモニターや液晶ＴＶとして広く普及している。また、３枚パネル方式は、装置規模が大きくなるが、高解像度、高輝度の映像が得られるため、液晶プロジェクターなどに応用されている。

上述のごとく、従来の液晶表示装置のカラー化は、ＲＧＢ３原色のカラーフィルターによって行われているため、装置の色再現域はそれらの色度によって決定される。この色再現範囲を色度図上で表現すると、図９に示すようになる。

図９中、Ｒ，Ｇ，Ｂは液晶表示装置のカラーフィルターに用いられている３原色の色度座標、外周の馬蹄形の軌跡は人間が知覚することができる単色光（スペクトル）を示しており、馬蹄形の内側は人間が知覚することができる色の範囲を示している。

Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルターを用いた液晶表示装置は、色度座標Ｒ，Ｇ，Ｂがなす三角形の内側の色を再現することが可能となる。図９からも明らかなように、従来の液晶表示装置が表現することができる色再現範囲は、人間の知覚可能な色再現範囲よりも小さく、その拡大が高画質化を進める上で重要な問題となっている。

このような問題に対して、例えば特許文献１においては、印刷などの減法混色で用いるＹ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン）を原色として用いた反射型液晶表示装置が開示されている。

この装置においては、反射型液晶のように明るい映像が求められる場合は有効であるが、視覚系の反対色特性、即ち人間の「鮮やかさ」などの色の見えに関与するといわれている赤、緑、青の表示を鮮やかすることができないという問題がある。

また、特許文献２においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の発光部に加えて、図９中Ｇｒで示す赤の負感度部分の波長範囲を有する発光特性の第４発色部を備えたカラー映像システムが開示されている。

これによると、赤の負感度部分の波長範囲を有する第４の色度点Ｇｒを設定することによって、色度点Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇｒに囲まれた部分を表示することが可能としている。また、上記４色の光を発する微細カラーフィルターを設けて液晶表示装置を構成しても良いことが示唆されている。
特開平１０−３０７２０５号公報 特開平３−９２８８８号公報

しかしながら、上述した従来の技術においても、以下の２つの問題がある。第一に、ＣＲＴなどの蛍光体を発光させる自発光型の表示装置では問題とならないが、液晶パネルの透過光或いは反射光（以下、照射光）を制御する非発光型の表示装置で実現した場合、照射光にその色成分が含まれていなければ色を表現することができないという問題がある。

尚、照射光が可視光領域の波長領域（400-700nm）をカバーするのであれば、表示を行うことが可能であるが、その場合、大型で消費電力が大きいライトを使用する必要があるという問題がある。

第２に、人間の視覚特性に十分に適合していないという問題がある。すなわち、図９のｘｙ色度を人間の視覚特性に適合した等色色空間に変換すると、図１０に示す等色色空間色度図となる。

均等色空間とは、人間が知覚する色の違いを色度図上の距離として示したものであり、図１０中のＡで示す部分に、人間は異なる多く色を知覚することができることが示されている。

更に、近年では色の見えに着目し、視覚信号が大脳へ運ばれているプロセスで生じるといわれている反対色応答が解明されつつある。この現象は、赤色と緑色とは、同場所、同時間では知覚されない、また、青色と黄色とも、同場所、同時間で知覚されないといった現象である。

これらの赤色と緑色、青色と黄色は、反対色と呼ばれるものであり、それ以上分割できないユニーク色である。表示装置に特性を反映させることによって、実際の見えに近い映像を表示することが可能となるが、この反対色を利用した映像表示技術はまだ提案されていない。

その他、従来の表示装置の問題として、白色が一定しないという問題がある。白色は人間の色知覚の上で基準となる色であり、白色が色味を持つと、その色味に視覚が順応して色知覚のバランスが崩れる。従って、白色を正確に表示することは、色の見えを一定化させる上で重要である。

しかしながら、上述したように、Ｒ，Ｇ，Ｂの色を混合して色表現する場合、白色に色味が付く可能性があり、高画質化への妨げとなっているという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、（１）広い色再現範囲を表示可能な液晶表示装置を供給する、（２）更にその表示が省電力かつ低コストに実現可能である、（３）更に人間の視覚特性を反映した色再現向上が可能である、（４）更に白色を一定して出力することが可能である、液晶表示装置を提供するものである。

本願の第１の発明は、液晶パネルと、入力されたカラー映像信号を前記液晶パネルの駆動信号に変換する信号処理部と、前記液晶パネルを照射して像を生成する照射ライトと、前記液晶パネルの画素に対応した４色以上の微細フィルターから構成され、前記液晶パネルによる形成像を加法混色によりフルカラー化するカラーフィルターとを備えた液晶表示装置であって、前記微細フィルターは、人間の視覚特性である反対色を反映したＲ−Ｇ軸（赤緑軸）とＢ−Ｙ軸（青黄軸）に対応した４色を有するものであり、前記照射ライトは、前記微細フィルターの波長領域にピークをもった白色光を照射するものであり、前記信号処理部は、入力カラー映像信号を前記微細フィルターの色成分信号に変換するものであることを特徴とする。

これによって、４色の微細フィルターを用いることにより、色再現範囲を拡大することができるとともに、人間の視覚特性の反対色応答を反映した色の見えを改善することが可能となる。更に照射ライトにより各微細フィルターの波長領域にピークをもつ光を照射するので、効率的な照射が可能となり、高画質化と低消費電力化、コスト削減を実現することができる。

本願の第２の発明は、前記微細フィルターは、人間の視覚特性である反対色を反映したＲ−Ｇ軸（赤緑軸）とＢ−Ｙ軸（青黄軸）に対応した４色に、白色を加えた５色を有するものであることを特徴とする。

これによって、Ｒ−Ｇ軸とＢ−Ｙ軸に対応した４色のフィルターに加えて、独立した白色フィルターを設けているので、白色を一定化することが可能となり、色知覚のバランスを保つことができる。

本願の第３の発明は、前記信号処理部は、入力された各画素の色に応じて前記微細フィルターから２色を選択し、選択された２色と白色とで色を表示する液晶パネルの駆動信号を生成するものであることを特徴とする。

これによって、赤色と緑色、また青色と黄色とは、同場所、同時間では表示されないため、反対色応答を反映した良好なカラー表示を行うことが可能となる。

本願の第４の発明は、液晶パネルと、入力されたカラー映像信号を前記液晶パネルの駆動信号に変換する信号処理部と、前記液晶パネルを照射して像を生成する照射ライトと、前記液晶パネルの画素に対応した４色以上の微細フィルターから構成され、前記液晶パネルによる形成像を加法混色によりフルカラー化するカラーフィルターとを備えた液晶表示装置であって、前記微細フィルターは、ＲＧＢの３原色にマゼンダを加えた４色を有するものであり、前記照射ライトは、前記微細フィルターの波長領域にピークをもった白色光を照射するものであり、前記信号処理部は、入力カラー映像信号を前記微細フィルターの色成分信号に変換するものであることを特徴とする。

これによって、従来の表示装置からの改良が可能であるため、設計コストを低減させることが可能であるとともに、従来の表示装置との互換性も得ることができる。更に、人間の視覚特性を反映する等色色空間上での色再現範囲を拡大することができ、色の見えを向上させることが可能である。

本発明によれば、人間の視覚特性の反対色を反映したＲ−Ｇ軸（赤緑軸）とＢ−Ｙ軸（青黄軸）に対応した４色の微細カラーフィルターを用いることによって、色再現範囲を拡大することが可能となり、更にカラーフィルターの波長領域にピークをもつ光を照射することにより、効率的照射が可能となり、低消費電力化、コスト削減を実現することができる。

あるいは、従来のカラー表示に用いられるＲＧＢの３色にマゼンダを加えた４色の微細フィルターを用いることによって、従来の表示装置からの改良が可能であるため、設計コストを低減させることが可能であるとともに、従来の表示装置との互換性も得ることができる。更に、人間の視覚特性を反映する等色色空間上での色再現範囲を拡大することができ、色の見えを向上させることが可能である。

以下、本発明の液晶表示装置の第１実施形態を図１乃至図４とともに詳細に説明する。

図１は本実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１中、１は所望の像を形成する液晶パネル、２は液晶パネル１の背後に配設され、液晶パネル１を照射する照射ライトであるバックライト、３は液晶パネル１の前面に配設され、液晶パネル１による形成像を加法混色によりカラー化するカラーフィルター、４は入力されたカラー映像信号を液晶パネル１の駆動信号に変換する信号処理部である。

信号処理部４は、信号変換部１２と液晶駆動回路部１３とを有しており、液晶駆動回路部１３は、信号電極駆動回路１５と走査電極駆動回路１６とを含んでいる。

図２はカラーフィルター３の構成を示す拡大説明図である。カラーフィルター３は、図２に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の微細フィルターが液晶パネル１の各画素に対応して配列された構成となっている。

図２（ａ）では、ＲとＢが一列、ＹとＧが一列となった配列を示しており、図２（ｂ）では、Ｒ、Ｂ、Ｙ、Ｇが１列を形成し、以下２画素分ずれた列が続く配列を示している。尚、本実施形態においては、図２（ａ）、（ｂ）に示した２例の構成を説明したが、配列はこの２つに限ったものではなく、様々な配列が可能である。

図３は図２に示した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の色度を示すＸＹ色度図である。図３中、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙは微細フィルターの色度を示している。図３中の点線５、６は人間視覚系の特性である反対色の軸であるＲ−Ｇ軸とＹ−Ｂ軸を示すものであり、例えばＲ−Ｇ軸５は緑色５００ｎｍ付近と白色点７とを結んだ軸、Ｙ−Ｂ軸６は黄色５７０ｎｍ付近と青色４８０ｎｍ付近とを結んだ軸である。

ここで、Ｒ−Ｇ軸５とＹ−Ｂ軸６との交点は白色点を示す。尚、上記の軸の数値は一例であり、この数値に限ったものではない。図２に示すように、微細カラーフィルターにおける赤（Ｒ）、緑（Ｇ）の各色度は、Ｒ−Ｇ軸５上の白色点７を挟んだ２点に、微細カラーフィルターにおける青（Ｂ）、黄（Ｙ）の各色度は、Ｙ−Ｂ軸６上の白色点７を挟んだ２点に設定されている。

上述の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）は、ＮＴＳＣにおけるＲＧＢ値とはその色度において異なるものである。各色度の設定方法は、カラーフィルター着色時に使用する色素の透過量と濃度の関係を考慮し、可能な限り軸の最端で設定することが望ましい。

図４はバックライト２の発光スペクトルを示すものであり、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に相対放射強度をスケールしたグラフである。バックライト２は、図４に示すように、上術した微細カラーフィルターの４色の各波長域にピークをもつ蛍光体をバルブ面内に塗布した蛍光ランプである。

図４中、８は４８０ｎｍ付近にピークを持つ青色の波長領域の光、９は５００ｎｍ付近にピークを持つ緑色の波長領域の光、１０は５７０ｎｍ付近にピークを持つ黄色の波長領域の光、１１は６４０ｎｍ付近にピークを持つ赤色の波長領域の光である。

以下、本実施形態の液晶表示装置における動作を説明する。入力された映像信号は、信号処理部４の信号変換部１２によって、カラーフィルター３を構成する微細フィルターの色成分赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の成分に変換される。

この変換は、映像信号を画素毎サンプリングした映像データをマトリクス変換などの簡易的な線形変換で行うものや、より精度を向上させるには、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照する方法などを用いることができる。

変換されたＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号、Ｙ信号の各色成分信号は、液晶駆動回路部１３にて液晶駆動信号に変換され、液晶パネル１を駆動する。走査電極駆動回路１６は、シフトレジスタ回路から構成されており、その出力は横ライン透明電極から液晶パネル1上に水平方向に並列接続されたＴＦＴのゲートに出力される。

また、信号電極駆動回路１５はシフトレジスタ回路とサンプルホールド回路とから構成され、その出力は縦ライン透明電極から液晶パネル1上に垂直方向に並んだＴＦＴのドレインまたはソースに接続される。これらＴＦＴのゲートに走査信号が加わると、ソース／ドレイン間が導通する。

ここで、ソースまたはドレインに映像信号が加えられると、液晶層は充電、印加される。印加された電荷は、次の走査信号が与えられるまで保持される。即ち、走査電極駆動回路１６が水平方向のＴＦＴを一斉にＯＮさせて、その間に信号電極駆動回路１５が一ライン分の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の映像情報を対応する各電極の交点画素に書き込む。

これを縦方向に順次走査することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の映像情報は、液晶パネル１に映像信号電圧として印加される。液晶層を通過する光透過量は、液晶層に印加された電圧によって変化するため、バックライト２の光透過量が映像信号電圧によってコントロールされ、像を形成する。

液晶パネル１上に形成された像は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の微細カラーフィルターによって４色にカラー化され、加法混色の原理によりフルカラー映像として視聴者に表示される。

ここで、バックライト２で照射され液晶パネル１上に形成された像は、図４とともに上述した発光スペクトルからなるものとなる。従って、４色の微細カラーフィルターによりカラー化されるとき、フィルタリング、吸収される光量が少ない、言い換えると光利用効率が良くなるため、省電力化が可能となる。

更に、本実施形態の表示装置によって表示されたフルカラー映像は、図３に示すＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの４点を結んだ色再現範囲１７を表現することできるため、従来のＲＧＢによる色再現範囲では表現不可能であった色を表現することが可能となる。

尚、上記実施形態では、微細カラーフィルター４色を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）としたが、その他の色度で構成することも可能であり、その色度例を、図５の等色色空間のＵＶ色度図に示す。ここで、等色色空間とは、人間が知覚する色の差と色度図上の距離とを一致させたものであり、人間の色特性を良く表すものとして利用されている。

図５中、Ｒ1、Ｇ1、Ｂ1は、従来の液晶表示装置で使用されている３原色カラーフィルターの色度を示すものである。Ｒ1、Ｇ1、Ｂ1は、本来ＣＲＴディスプレイで色を表示するために使用する蛍光体の発光効率から規定されたものであり、互換性を考慮して液晶表示装置でも使用されている。

図５中、Ｍは本例にて追加された第４のカラーフィルターの色度であり、図５から明らかなように、現状の３原色で表現できない色をカバーする位置、具体的にはマゼンダの色付近に設定されている。

この構成により、人間の視覚特性を考慮した色再現範囲の拡大が可能であり、更に従来の液晶表示装置で採用されているカラーフィルターの３原色の利用、改良が可能であるため、設計開発コストを低減することが可能である。

次に、本発明の液晶表示装置の第２実施形態について、図６乃至図８とともに説明するが、上記第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図６は本実施形態の概略構成を示すブロック図、図７は本実施形態を構成するカラーフィルターの色度を示すＸＹ色度図である。

本実施形態の液晶表示装置において、上記第１実施形態のものと異なる点は、カラーフィルター２３が、図７に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色に、白色（Ｗ）を加えた点と、信号変換部３２が、入力されたカラー映像信号を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）と白色（Ｗ）の５色の色成分に変換する点である。

本実施形態の構成によれば、独立した白色微細フィルターを備えることにより、一定した無彩色（白色）を表示することが可能となり、色知覚のバランスが保たれたカラー表示を実現することが可能である。

更に、信号変換部３２の動作を、図８のフローチャートとともに説明する。まず、カラー映像信号が入力される（Ｓ１）と、続いて入力されたカラー映像信号が画素毎にサンプリングされ、各画素の色度値（ｘ、ｙ）が算出される。各画素に以下Ｓ３からＳ１５までの処理が繰り替えられる。

まず、色成分の有無判断が行われる（Ｓ３）。色成分を持たない場合（無彩色の場合）は、Ｓ４にて白色成分の信号のみが出力され、他の４色は出力されない、或いは、“０”（表示しない）の信号が出力される。

色成分が有る場合、Ｓ５、Ｓ８、Ｓ１１において、その色成分が図７の色度図における領域１８，１９，２０，２１のどこに位置するかの判断がなされる。

図７における領域１８に位置する場合、Ｓ６にて領域１８を構成するＢ、Ｇ、Ｗを３原色とした変換が実施され、Ｓ７にてＢ成分信号とＧ成分信号とＷ成分信号とが出力される（Ｒ、Ｙの信号は出力されないか、“０”を出力）。

同様に、色成分が領域１９、２０、２１に有る場合は、各々Ｓ９、Ｓ１０或いはＳ１２、Ｓ１３或いはＳ１４、Ｓ１６において、Ｂ、Ｒ、Ｗを３原色とした変換、Ｒ、Ｙ、Ｗを３原色とした変換、Ｇ、Ｙ、Ｗを３原色とした変換、及び信号出力処理が行われる。

以上のように、色成分が領域１８，１９，２０，２１のいずれに含まれるかの判定を行った後、該領域を構成する色成分信号により色を表示するため、赤と緑、また青と黄色は、同場所、同時間では表示しない、反対色応答を反映した実際の見えに近いカラー表示が可能となる。

本発明の液晶表示装置の第１実施形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明の液晶表示装置の第１実施形態におけるカラーフィルターの構成を示す拡大説明図である。 本発明の液晶表示装置の第１実施形態における微細フィルター（赤、緑、青、黄）の色度を示すＸＹ色度図である。 本発明の液晶表示装置の第１実施形態におけるバックライトの発光スペクトルを示す説明図である。 本発明の液晶表示装置の第１実施形態における他の微細フィルター（赤、緑、青、マゼンダ）の色度を示す等色色空間色度図である。 本発明の液晶表示装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の液晶表示装置の第２実施形態における微細フィルター（赤、緑、青、黄、白）の色度を示すＸＹ色度図である。 本発明の液晶表示装置の第２実施形態における信号変換部の動作を示すフローチャートである。 従来技術を説明するためのｘｙ色度図である。 従来技術を説明するための等色色空間色度図である。

符号の説明

１ 液晶パネル
２ バックライト
３ カラーフィルター
４ 信号処理部
５ 信号変換部
１３ 液晶駆動回路部
１５ 信号電極駆動回路
１６ 走査電極駆動回路
２３ カラーフィルタ−
３２ 信号変換部

Claims (4)

1. 液晶パネルと、入力されたカラー映像信号を前記液晶パネルの駆動信号に変換する信号処理部と、前記液晶パネルを照射して像を生成する照射ライトと、前記液晶パネルの画素に対応した４色以上の微細フィルターから構成され、前記液晶パネルによる形成像を加法混色によりフルカラー化するカラーフィルターとを備えた液晶表示装置であって、
   前記微細フィルターは、人間の視覚特性である反対色を反映したＸ−Ｙ色度上のＲ，Ｂ，Ｇ，Ｙに対応した４色を有するものであり、
   前記４色は液晶パネルの各画素に対してＲとＢとが一列、ＹとＧとが一列となった２×２の配列とされていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 液晶パネルと、入力されたカラー映像信号を前記液晶パネルの駆動信号に変換する信号処理部と、前記液晶パネルを照射して像を生成する照射ライトと、前記液晶パネルの画素に対応した４色以上の微細フィルターから構成され、前記液晶パネルによる形成像を加法混色によりフルカラー化するカラーフィルターとを備えた液晶表示装置であって、
   前記微細フィルターは、人間の視覚特性である反対色を反映したＸ−Ｙ色度上のＲ，Ｂ，Ｇ，Ｙの４色を有するものであり、
   前記４色はＲ，Ｂ，Ｙ，Ｇが一列を形成し、隣接する列間では２画素分ずれた配列とされていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   前記微細フィルターは、人間の視覚特性である反対色を反映したＲ，Ｂ，Ｇ，Ｙに対応した４色に、白色を加えた５色を有するものであることを特徴とする記載の液晶表示装置。
4. 前記請求項３に記載の液晶表示装置において、
   前記信号処理部は、入力された各画素の色に応じて前記微細フィルターから２色を選択し、選択された２色と白色とで色を表示する液晶パネルの駆動信号を生成するものであることを特徴とする記載の液晶表示装置。

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