JPH0525093B2

JPH0525093B2 -

Info

Publication number: JPH0525093B2
Application number: JP60071849A
Authority: JP
Inventors: Esu Buzaku Toomasu
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1993-04-09
Also published as: EP0157523A2; EP0157523A3; JPS60233625A; US4611889A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一般にカラー表示装置、特に色選択
用に液晶光学スイツチを使用したフイールド順次
カラー表示装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

フイールド順次カラー表示装置は、カラーテレ
ビの発展の初期において重要な役割を果したこと
を含め長い歴史がある。種々の理由があるが、従
来の装置は実質的に商業的成功をを収めることが
できなかつた。おそらく、第１の欠点は、高速且
つ低原価のカラー選択装置ではなかつたことであ
る。初期のフイールド順次TVシステムは、カラ
ー表示を得るため機械的カラー・ホイールを使用
し、使用可能な映像管の大きさに実用上の制限が
あつた。大型表示は、投影技術を用いて行なわれ
るが、画像の輝度は大幅に減少する。

近年の高速液晶光学スイツチの発達により、フ
イールド順次カラー表示装置が注目されている。
例えば、この様な装置は、米国特許3781465号
（アーンストフその他）、4003081号（ヒルサム）、
4295093号（ミドルトン）の明細書及び1981年、
３月24日発行エレクトロニクスの81，82頁、「モ
ノクロTV映像をカラー化する液晶シヤツター」
に記載されている。更に最近では、「パイ・セル」
として知られる高速スイツチング液晶素子の発達
により、オシロスコープ及びロジツク・アナライ
ザの如き電子機器用に安価な高解像度カラー表示
が使用できるようになつた。パイ・セル光学スイ
ツチ及び付随するフイールド順次カラー表示は
1983年発行、SIDダイジエスト30，31頁、ボスそ
の他による「液晶光学スイツチング素子（π−
cell）」、同じく28，29頁、バトネその他による高
解像度LC／CRTカラー表示」及び1983年発行、
第３回国際表示リサーチ会議会報、478−481頁、
ボスその他による「パイ・セル、高速電子光学ス
イツチ用の設計考察」に説明されている。

第５図は、限定した色のカラー液晶フイールド
順次表示の動作を原理を示す。陰極線管（以下
CRTという）は、２つの異なるスペクトルカラ
ーに相当する複数の波長の光を放射する螢光スク
リーンを有し、高速液晶カラースイツチと関連し
て動作する。最もよく選ばれる２色は赤及び緑で
あるが、他の色も同様に使用できる。例えばここ
では黄及びシアンを選択する。

画像をCRTスクリーンに表示するとき、画像
の黄色光及びシアン色光成分は１対の多色性偏光
子により形成した色選択フイルタにより互いに直
交する方向で面偏光される。偏光された光は、そ
の後、スイツチング可能半波制御板（リターダ
ー）として作用するパイ・セルと呼ばれる液晶素
子を通過する。パイ・セルがオン状態のとき、光
は変化せずにセルを通過し、シアン色光の偏光状
態のみを伝達するように方向づけた最終直線偏光
子に衝突する。パイ・セルがオフ状態であると
き、パイ・セルは両方のカラー選択直線偏光子の
吸収軸に対し、光軸を45°に配置した半波制御板
として作用する。それゆえ、パイ・セルへの入射
光の偏光は90°だけ回転し、黄色光だけが適切に
偏光されて、最終直線偏光子を通過する。

CRT上に情報を書き込むと同時に、２つの偏
光状態間を切換えることにより、多色表示を行な
う。特定の色は、各偏光状態の期間に、CRTに
より生じる光の相対的輝度により決まる。斯る黄
色−シアン色・システムにおいて得られる色の範
囲は、第６図に示される色度図で図解され、図中
の黄色及びシアン色の点を結ぶ線に相当する。こ
の様なフイールド順次液晶装置では、表示輝度は
第１に考慮することであり、CRT螢光体放射ピ
ークを偏光子の透過度に一致させるためにかなり
の努力が払われた。しかし、放射光の偏光により
生じる固有光損失及び液晶セルのデユーテイ・サ
イクルは透過白色光に関する理論上の最大効率を
25％に減少させる。この様な装置の実際の実施で
は、効率は通常10乃至14％内である。この表示の
減少した輝度は、固有光コントラストにより補償
するには高周囲光レベルが必要である。そうでな
ければ、幾つかの応用例では、充分な輝度表示を
出るために更に高価で高出力CRTの使用が必要
である。

従つて本発明の目的は、良好な輝度を得る、液
晶光学スイツチを用いたカラー表示装置を提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明による多色表示装置は、異なる第１，第
２および第３色の光で各々が構成される連続カラ
ー像の発生源を含む。交差したカラー選択偏光子
を有する液晶スイツチング装置は、第１偏光方向
で第２及び第３色を透過させ、第１偏光方向と直
交する方向で第１及び第３色を透過させるために
用いられる。スイツチング装置は、液晶抑制板を
含み、この抑制板がオフ状態のとき、90度交差し
た偏光子からの光の偏光方向を回転させ、抑制板
がオン状態のとき、ほとんど不変の光を伝達す
る。一実施例において、液晶スイツチの状態によ
り第２及び第３色又は第１及び第３色のいずれか
を伝達する分析装置に光を供給する。第２実施例
では、分析装置の抑制板の状態により両方の偏光
方向で第３色を伝達し、唯一の偏光方向で第１色
又は第２色のいずれかを伝達する。抑制板を介し
て両方の偏光方向の各々で３つのスペクトラム色
のうち２つを伝達することにより輝度が大幅に増
加する。例えば、緑、赤及び青のシステムにおい
て、第１偏光軸に沿つて緑及び赤（すなわち黄
色）、第２偏光軸に沿つて緑及び青（即ちシアン）
を伝達すると、理論上の最大伝達効率は第１実施
例では40％であり、第２実施例では50％に達す
る。これは、第１図のシステムに対し、理論上の
最大効率が実質的に25％増加したことになる。

２つの好適な実施例間の主たる違いは、分析装
置内である。第１実施例では、分析装置は、伝達
する像の各カラー・フイールド間に、偏光の唯一
の方向で光を伝達する中性（ニユートラル）直線
偏光子である。従つて、緑強調用に設計したシス
テム即ち上述の様に緑が両偏光方向に存在する場
合、分析装置は、各フイールド間、唯一の偏光方
向で緑色光を伝達する。しかし、第２実施例で
は、各フイールド間に両偏光方向で緑色光を透過
するカラー選択直線偏光子を含み、更に輝度を増
加させる。

〔実施例〕

第１図に示す本発明のカラー表示装置の好適な
実施例によれば、従来の黄色−シアン・システム
で大幅な輝度の増加が得られる。本発明の装置
は、螢光体スクリーン２２から多色光を発生する
好適にはCRTの様な画像源２０を含む。光成分
は、液晶光学スイツチング組立体の他の構成要素
即ち光選択直線偏光子１４，１６電気的スイツチ
ング可能液晶抑制板１２及び中性直線出力偏光子
１８を順次通過する。好適な実施例の画像源は、
例えば周知のテレビジヨン式ラスタ走査技術によ
る連続的画像を発生するCRT装置を含む。CRT
は、同期回路２４からの信号に応答して第１及び
第２期間に交互に切換わる際に、CRTにフイー
ルド毎に白黒画像を連続的に形成される画像信号
発生器２３にCRTを接続する。同期回路２４は、
交互する画像フイールドと同期して抑制板１２を
オン及びオフするために必要な信号を供給する駆
動回路２６にも接続する。色選択偏光子１４及び
１６は、CRTスクリーン２２からの光の色成分
を互いに直交する（即ち水平及び垂直）方向に分
離する。抑制板１２の状態は、どの方向を出力偏
光子により観測者に伝達するかを決める。抑制板
１２のオン状態に相当する期間にCRT２０によ
り生ずる像は特定の色（例えばシアン）で現わ
れ、オフ状態期間に生ずる他の像は他の色（例え
ば黄色）で現われる。両方のフイールド期間に、
同じ情報を書き、画像輝度を適当に制御すること
により、黄色及びシアン間のスペクトラム範囲の
所望の色が生じる。

第５図の従来装置と異なり、CRTスクリーン
２３は２成分の螢光体で構成されているのではな
く、３成分の螢光体を使用している。最大色範囲
では、螢光混合体は、赤、緑及び青の様な３原色
の近傍に相当する３個の主な放射率領域に関して
放射スペクトルを有するように選ばれる。この様
な螢光体は当業者には周知であり、第２図は本発
明の好適な実施例で使用する３成分の螢光体の放
射スペクトルのグラフを示す。第３図は、３原色
即ち三角形１１内の色を用いて得られる色の範囲
を示すこの螢光体の色度図である。しかし、本発
明の装置では、図中で黄色及びシアンと書かれた
点間を結ぶ線に存在する色度の値に相当する色範
囲に更に限定される。

色選択直線偏光子１４及び１６は、所望の色選
択性を得るため２色性染料の混合物を有する引き
伸ばしたポリビニル・アルコールで通常に形成し
た従来の装置である。この特定の実施例では、赤
−緑選択偏光子１４が垂直方向に配置した吸収軸
２８に沿つて偏光した赤色及び緑色光を伝達し、
水平方向に配置した伝達軸３０に沿つて偏光した
白色光（即ち全色）を伝達するように染料及び分
子方向を選ぶ。同様に、青−緑選択偏光子１６
は、その水平方向に配置した吸収軸３２に沿つて
偏光した青及び緑色光を伝達し、その垂直方向に
配置した伝達軸３４に沿つて偏光した白色光を伝
達する。これらの偏光子により得られる色の範囲
を第３図に示す。シアン色光は、螢光体スクリー
ン２２からの緑色光及び青色光から成るので、シ
アン色光に相当する色度値は青色及び緑色発光螢
光体からの放射を表わす色度値を結ぶ三角形１１
の線分に沿つて存在する。同様に、黄色光に相当
する色度値は赤及び緑色螢光体発光値を結ぶ三角
形の線分に沿つて存在する。

電気的にスイツチング可能な光学抑制板１２
は、好適にはパイ・セルとして従来技術の説明に
おいて参照した形式のネマチツク液晶装置であ
る。この様なセルの構造及び動作は、上記したボ
スその他による刊行物で詳述されている。

抑制板１２の光学軸３６は、偏光子１４の吸収
軸２８及び偏光子１６の吸収軸３２の両方に関し
て角度45°に方向づけてある。抑制板１２はオン
状態であるとき、色及び偏光をほとんど変化させ
ずに偏光子１４及び１６からの光を伝達する。中
性偏光子１８の吸収軸４０は、黄色光の偏光方向
に平行であるので、黄色光を吸収する。しかし、
偏光方向が中性偏光子の伝達軸３８に平行である
シアン色光は偏光子１８を透過する。

抑制板１２がオフ状態であるとき、入射光の偏
光を略90°回転させる。しかし、当業者には明ら
かな様に、抑制板１２は単一周波数の光に関して
のみ90°の回転を与え、しかるに他の周波数に対
しては液晶の複屈折は透過光の楕円偏光を生じさ
せる。

実施例の表示装置においては、抑制板１２は直
線的に偏光したシアン色光即ち抑制板がオフの状
態中に偏光子１８により吸収されるべき色を正確
に90°回転させることが望ましい。このことは、
直線的偏光子１８によるシアン光の吸収を最大に
し、抑制板がオン状態である間、伝達する黄色光
の混在を防止する。実際上、螢光体２２からの緑
色及び青色光の周波数の中間周波数の光を90°だ
け回転させるように、抑制板１２を調節する。こ
の様に、２つのシアン色形成要素はわずかに楕円
状になつて個々に回転する。しかし、中性偏光子
１８は、吸収軸４０に平行な偏光成分を有する略
全部の青及び緑を吸収するが青及び緑（即ち伝達
軸３８に平行な偏光の成分）の少量の混合が伝達
軸３８に平行な黄色光（即ち赤及び緑）の成分と
共に直線的偏光子１８を介して伝達する。実際に
は、抑制板１２の直線的偏光が正確でないという
事実により、偏光子１８を介して伝達する黄色光
の輝度は幾らか減少するが、楕円化によるこの減
少はわずかである。

本発明の趣旨を認識するため、３色の混合螢光
体に比較して２色の混合螢光体を使用した黄色−
シアン表示の相対的白色効率に着目する。２色の
場合において、各偏光状態が入射光の半分を伝達
するので、黄色及びシアン偏光子の理論上の最大
効率は50％である。装置は、フイールド順次であ
るから、結果的に50％デユーデイ・サイクルは伝
達光を更に50％減少させる。従つて、２色の螢光
体混合物を用いた最大理論白色効率は25％（即ち
0.5×0.5）である。

比較のため、第２図に示すスペクトルを有する
３色（赤、緑及び青）螢光体混合物を用いた第１
図の装置の理論上の最大効率は次の様に計算でき
る。白色光像の輝度への相対的寄与率は、およそ
緑色光から60％、赤色光から30％及び青色光から
10％である。白色光像への黄色の寄与率は、赤及
び緑のおよそ等しい量の和に相当する。黄色光へ
の緑色光の寄与率は、偏光子１４及び１６を通る
ときに50％減少し、装置がフイールド順次動作で
あるから、更に50％減少する。カラー・スイツチ
を伝達する黄色光への緑色光の全寄与率は、15％
（すなわち60×0.5×0.5）である。同様に、赤色
成分は7.5％（即ち30×0.5×0.5）で、理論上の黄
色光の総輝度寄与率は22.5％（即ち15％＋7.5％）
である。同様にシアン色光では、緑色光は再び15
％寄与し、青色光は2.5％（即ち10×0.5×0.5）寄
与する。故に、シアン色光の理論上の輝度寄与率
は17.5％（即ち15％＋2.5％）であり、装置の総
輝度は螢光体混合物２０が発する光の40％（即ち
22.5％＋17.5％）であり、即ち効率40％である。
これは、従来の２成分螢光体システムの効率25％
に比較すると、大幅な輝度増加である。緑の代わ
りに青又は赤のいずれかを２倍使用し、輝度を増
加させることもできるが、これらの各々の場合
で、赤色及び青色光の輝度寄与は減少するので輝
度は大幅には増加しない。

本発明の他の特徴点によれば、カラー表示装置
の輝度は緑色を偏光しないことにより更に増加
し、それにより両偏光方向の緑色光は各フイール
ドで出力となる。第４図に示すこの様な実施例に
おいて、２個のカラー選択直線偏光子１７及び１
９が第１図の実施例の中性直線偏光子１８の代わ
りに使用される。偏光子１７は、青を吸収し、赤
及び緑を伝達する吸収軸４１に平行な方向で偏光
した黄色光を伝達し、直交する方向即ち伝達軸３
９に平行な方向で偏光した白色光を伝達する。同
様に、偏光子１９は、赤を吸収し、緑及び青を伝
達する吸収軸４３に平行に偏光したシアン色光を
伝達し、吸収軸４３に直交する伝達軸４５に平行
に偏光した白色光を伝達する。更に、伝達軸３９
及び４５はカラー選択直線偏光子１６の吸収軸３
２に平行に配置する。

抑制板１２がオン（回転なし）状態のとき、螢
光体スクリーン２２からの赤色、緑色及び青色光
が交差した偏光子１４，１６及び抑制板１２を介
して伝達し、偏光子１７及び１９に衝突する。偏
光子１７及び１９の伝達軸３９及び４５に平行な
偏光方向を有するシアン色光成分（即ち青色及び
緑色光）は偏光子を伝達する。どちらの偏光子も
その吸収軸に平行に偏光した緑色光を吸収しない
ので、黄色光の直交して偏光した緑色成分は両方
の偏光子を介して伝達する。しかし、吸収軸４１
及び４３の方向に偏光した黄色光の赤色成分は偏
光１９により吸収する。この実施例では、抑制板
１２は第１図の実施例のシアン色光よりはむしろ
青色光について好適に調節し、即ち青色光を正確
に90°回転させる構成である。

オフ状態では、黄色及びシアン色成分の両方
は、抑制板１２により略90°回転し、それにより
主に黄色が伝達軸３９及び４５を通過する。黄色
に略直交するシアン色光の青色成分波偏光子１７
で吸収され、シアン色の緑色成分はわずかだけ減
衰されて偏光子１７及び１９を通過する。

第２実施例の総体的結果は、各フレームにおい
て伝達した像の緑成分を更に強調し、実質的に画
像を明るくすることである。しかし、実際上の見
地から、第２実施例により生じた像は、必要とす
る緑の輝度の２倍ある。異なる成分の相対的輝度
値の比により決まる所望の色度を保持するには、
螢光体スクリーンからの光として緑色に対する赤
色の比を１：２、緑色に対する青色の比を１：６
にする必要がある。このことは、スクリーン２２
において、緑色螢光体の割合を減少させることに
より得られ、一方、同時に所望の色度を維持しな
がら輝度を全体的に増加させるため適当な光度測
定比で赤色及び緑色の螢光体量を増加させる。斯
る装置の白色効率の理論的概算では、第１実施例
の効率よりも25％増加し、即ち理論的最大効率は
55になる。しかし、実際上では信号中性偏光子１
８の代わりに２個のカラー選択偏光子１７を使用
すると付加的減衰が起きる可能性があるので実際
の百分率の増加は25％以下であろう。単一緑色選
択偏光子（即ち、１軸で緑色性を伝達し、同じ軸
で赤色光及び青色光を吸収し、その直交軸で全３
色を伝達する偏光子）は、偏光子１７及び１９に
代用でき、第１図の実施例の様な構成に代つて２
個の偏光子１７及び１９を使用することで付加的
減衰を除去する。しかし、偏光子を製造する際に
使用する特定の２色性染料により、２個の偏光子
の組合わせが単一の偏光子より光の減衰が少ない
ことは珍しくない。

なお、以上は本発明の好適な実施例について述
べたが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の
変更及び変形をしうることは当業者には明らかで
あろう。例えば、本発明は黄色−シアン・スイツ
チに限定されず、ツイストネマチツク・セルの如
き他の液晶セルにも使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画像表示器は３原色光成分を
含む白黒画像を表示し、第１偏光子は第１方向の
光吸収軸で、第１原色光成分のみを吸収して第２
及び第３原色光成分を伝達し、第２偏光子は第１
方向に直角な第２方向の光吸収軸で、第２原色光
成分のみを吸収して第１及び第３原色光成分を伝
達し、画像信号発生器からの信号に応じて光学制
御板が第２偏光子からの光を90°回転させ又は回
転を与えないことにより、第２及び第３原色光成
分の出力光、或いは第１及び第３原色光成分の出
力光のいずれかが第３偏光子から得られる。これ
ら異なる２色の出力光は、夫々第１及び第２の異
なる原色光に、第３原色光を加えて構成され、第
３原色光が輝度の増加に寄与するので、従来に比
較して明るいカラー表示画像を得ることができ
る。第１、第２及び第３の原色光は、赤色光、緑
色光及び青色光のいずれであつても輝度を増加さ
せることができるが、特に第３原色光に緑色光を
選択した場合は、最大伝達効率は40％となり、こ
れは従来の装置の25％から大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例に従つたカラ
ー表示装置の簡略図、第２図は本発明の表示装置
に使用される３成分カラー螢光体の放射スペクト
ルのグラフ、第３図は第４図の螢光体システムで
得られる色の範囲を示す色度図、第４図は、本発
明による他の実施例を示す簡略図、第５図は、従
来の液晶スイツチを用いたカラー表示装置の原理
を示す略線図、第６図は第１図に示したカラー表
示装置の２色螢光体スクリーンに関する色度図で
ある。図中において、１０は画像表示器、１２は抑制
板、１４は第１偏光子、１６は第２偏光子、１８
は第３偏光子、２３は画像信号発生器である。

Claims

【特許請求の範囲】１画像信号発生器からの信号に応答して３原色
光成分を含む白黒画像を表示する画像表示器と、該画像表示器からの光を受け、第１方向で第１
原色光成分を吸収して第２及び第３原色光成分を
伝達可能な光吸収軸、及び上記第１方向に直角な
第２方向で上記第３原色光成分を伝達可能な光伝
達軸を有する第１偏光子と、該第１偏光子を通過した光を受け、上記第２方
向で上記第２原色光成分を吸収して上記第１及び
第３原色光成分を伝達可能な光吸収軸、及び上記
第１方向で上記３原色光成分を伝達可能な光伝達
軸を有する第２偏光子と、該第２偏光子を通過した光を受け、上記画像信
号発生器からの信号に同期して制御され、第１制
御状態で上記第２偏光子からの光を90°回転させ、
第２制御状態で上記第２偏光子からの光に回転を
与えない光学制御板と、該光学制御板を通過した光を上記第１及び第２
方向の一方のみで伝達する伝達軸を有する第３偏
光子を具えることを特徴とするカラー表示装置。