JPH11237631A - カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色純度の高い光によってカラー表示を行うこ
とが可能なカラー表示装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 平面状に発光する光源部２と、所定の順
序で三原色が配列されたカラーフィルタ１３を有するカ
ラー液晶パネル１と、を備えたカラー表示装置におい
て、光源部２を、平板状の導光板２１と、その導光板２
１の任意の面に配設され、導光板２１の内部に三原色の
各色に対応する複数の波長域に分離された光を出射する
発光体２３と、導光板２１の内部に配設され、光源２か
らの光を拡散させる乱反射粒子２４と、導光板２１の側
面及び底面に配設された反射板２２とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面状に発光する
光源部と、液晶パネルやカラーフィルム等の透過型光変
調手段とによってカラー表示を行うカラー表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶パネルを用いたカラー表示
装置は、その液晶パネルの裏面側に、面状に発光する光
源部が配置されている。

【０００３】また、光源部としては、発光体自体が液晶
パネルの裏面側に配置される直下型と、液晶パネルの裏
面側に導光板を配置し、その側面に発光体が配置される
エッジライト型とが知られている。最近では、表示装置
の薄型化の要求に対応するため、比較的薄型化が容易な
後者のエッジライト型が主流となっている。

【０００４】そこで、エッジライト型の光源部を備えた
カラー表装置の構成について、以下に説明する。図６に
示すように、従来のカラー表示装置は、カラー液晶パネ
ル１０１と、光源部１０２とから構成される。

【０００５】カラー液晶パネル１０１は、図示しない透
明電極と配向膜とが形成された一対のガラス基板１１４
ａ、１１４ｂ間に液晶粒子からなる液晶層１１５がシー
ル部材１１６にて封止されたものであり、ガラス基板１
１４ａの観察者側とガラス基板１１４ｂの光源部２側に
はそれぞれ偏光板１１１ａ、１１１ｂが配置されてい
る。そして、カラー表示を行うために、一方のガラス基
板１１４ａの液晶層１１５側に三原色からなるカラーフ
ィルタ１１３が配置されている。

【０００６】光源部１０２は、例えば厚さ５ｍｍの平板
状に形成された透明な導光板１２１を備え、この導光板
１２１の四側面のうちの一側面には、その側面に並行し
て直径３ｍｍの蛍光管１２３が設けられ、その他の三側
面は、反射板１２２で囲まれている。また、この導光板
１２１の出射面側には、拡散板１２６が配置され、その
反対側の面には、反射領域がドット状に並ぶ反射ドット
パターン１２７が設けられると共に、所定の間隔を隔て
て反射板１２８が配置されている。

【０００７】また、蛍光管１２３の周囲には、導光板１
２１に面する側を除いて、蛍光管１２３を覆うように反
射カバー１２５が設けられている。このような構成の光
源部１０２において、蛍光管１２３から出射された光
は、直接または、反射カバー１２５で反射されて、導光
板１２１の側面からその内部に入射される。導光板１２
１の内部に入射した光は、反射板１２２、１２８、反射
ドットパターン１２７、もしくは反射カバー１２５によ
って反射を繰り返しながら、導光板１２１の出射面から
出射され、更に拡散板１２６をを通って外部に出射され
る。これにより、光源部１０２は、面状に発光し、この
光がカラー液晶パネル１０１に入射される。

【０００８】ところで、光源部１０２の発光体として用
いられている蛍光管１２３は、その内面に塗布された
赤、緑、青の蛍光体粒子を励起することによって発光す
るものである。このため、蛍光体粒子から発光された光
のスペクトルは、図７に示すように、三原色の各色に対
応する波長域にピークができるものの、三原色の各色に
対応する波長を含めた広い帯域にわたって連続的に分布
することになる。

【０００９】一方、カラー液晶パネル１０１に取り付け
られるカラーフィルタ１１３は、一般に、赤色Ｒ、緑色
Ｇ、青色Ｂの各フィルタの組み合わせで構成され、それ
ぞれのフィルタは、その色に応じて、それぞれ図３の
（ｒ）、（ｇ）または（ｂ）に示すような光の透過特性
を有している。同図からわかるように、（ｒ）及び
（ｇ）間、（ｇ）及び（ｒ）間は、互いに透過する光の
波長域が重複しており、その重複する波長域の光は、両
方の色のフィルタを通過してしまう。

【００１０】従って、このようなカラーフィルタ１１３
を有するカラー表示装置の発光体として、蛍光管１２３
を用いると、図７に示すような広帯域に分布するスペク
トル特性を備えた光が、カラー液晶パネル１０１内の液
晶層１１５を通って、カラーフィルタ１１３に入射され
る。そして、カラーフィルタ１１３において、図３に示
すそれぞれの光の透過特性に応じて色分離され、その結
果、カラー表示が行われることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラー
フィルタ１１３を透過した光は、赤色フィルタＲ及び緑
色フィルタＧそれぞれから出射される光のスペクトル間
と、緑色フィルタＧ及び青色フィルタＢから出射される
光のスペクトル間とに、重複部分が生じるため、例え
ば、赤色フィルタＲを透過した光のスペクトルに、赤色
の波長域の成分だけでなく、緑色フィルタＧを透過した
光の成分も含まれてしまう。同様に、赤色以外の緑色フ
ィルタＧや青色フィルタＢにおいても、それぞれの色以
外のフィルタを透過した光の成分が混ざり、色純度が低
下してしまう。そのため、本来意図した色が忠実に表現
できないという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであって、色純度の高い光によってカラー表
示を行うことが可能なカラー表示装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー表示装置
は、平面状に発光する光源部と、透過型光変調手段とか
らなるカラー表示装置において、光源部が、平板状の導
光板と、その導光板の任意の面に配設され、三原色の各
色に対応する波長域に分かれた光を出射する発光体と、
導光板の内部に分散して配設され、発光体から出射され
た光を拡散させる拡散手段と、導光板の側面及び底面に
配設された反射手段と、を備えているものである。この
ような構成において、光源部では、発光体から出射され
た光が導光板の内部に入射され、その後、拡散手段及び
反射手段にて反射を繰り返しながら、導光板上面から出
力されて、面状に発光する。そして、透過型光変調手段
では、この面状の光が画像情報に基づいて変調される。

【００１４】また、透過型光変調手段が、三原色からな
る第１のカラーフィルタを有するカラー液晶パネルであ
る。このような構成とすることにより、光源部からの光
がカラー液晶パネルの液晶層にて画像情報に基づき変調
されると共に、カラーフィルタにて色分離されてカラー
表示が行われる。

【００１５】また、カラー液晶パネルの観察者側または
光源部側に、三原色からなる第２のカラーフィルタを配
置し、第１または第２のカラーフィルタのうち一方は、
他方のカラーフィルタにより色分離された微小光の進行
方向を制限し、前記カラー液晶パネルに形成された画像
を左目用画像と右目用画像とに分離するものである。こ
のような構成とすることにより、観察者の右目及び左目
で観察される画像間に視差が生じるため、カラー画像が
立体的になる。

【００１６】また、透過型光変調手段が白黒液晶パネル
からなり、発光体が三原色の各色に対応する光を所定の
順序で出射すると共に、白黒液晶パネルが発光体から出
射される各光の色に対応した画像を形成するものであ
る。このような構成とすることにより、白黒液晶パネル
に三原色の各色の画像が時分割で表示されて、これを高
速で切り換えることによりカラー表示が行われる。

【００１７】具体的には、発光体が、カラーフィルタの
各色に対応した波長の光を出力する複数の半導体レーザ
からなるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態におけるカラー表示装置の構成を表す断面図である。

【００１９】同図に示すように、本実施の形態における
カラー表示装置は、カラー液晶パネル１と、そのカラー
液晶パネル１の背面側に配置された光源部２とから構成
されており、光源部２からか出射され、カラー液晶パネ
ル１を通過した光を、カラー液晶パネル１の出射面側か
ら観察者が観察するように構成されている。

【００２０】カラー液晶パネル１は、図示しない透明電
極及び配向膜がそれぞれ形成された一対のガラス基板１
４ａ、１４ｂ間に液晶材料からなる液晶層１５がシール
部材１６にて封止されたものであり、ガラス基板１４ａ
の観察者側と、ガラス基板１４ｂの光源部２側には、そ
れぞれ偏光板１１ａ、１１ｂが配置されている。

【００２１】また、一方のガラス基板１４ａの液晶層１
５側には、更にカラーフィルタ１３が配置されている。
このカラーフィルタ１３は、赤色、緑色、青色の三原色
からなる各色のフィルタＲ、Ｇ、Ｂを規則的に配列した
ものであり、本実施の形態においては、図示左側から順
にＲ、Ｇ、Ｂの順でストライプ状に配置されている。
尚、カラーフィルタ１３の各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂは、
先の従来技術において説明したように、図３に示す透過
特性を示すものである。

【００２２】尚、カラー液晶パネル１は、白黒及び階調
表示が可能なものであって、少なくとも一方のガラス基
板１４ａまたは１４ｂ上に形成された透明電極が、カラ
ーフィルタ１３の各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂの配列に対応
してパターニングされていればよく、ＳＴＮ方式やＴＮ
方式等の液晶の配向方法、あるいは単純マトリクスやア
クティブマトリックス等の駆動方法に拘わらず、適用で
きるものである。これにより、カラー液晶パネルの１画
素に対して１色のフィルタが対応することになる。

【００２３】光源部２は、図２に示すように、カラー液
晶パネル１と平行に配置された導光板２１と、その導光
板２１の周囲に配置された反射板２２ａ〜２２ｅと、導
光板２１の側面に配置された発光体２３とを備えてい
る。

【００２４】導光板２１は、アクリル樹脂からなり、厚
さ略３ｍｍの透明な薄板状に形成されている。また、こ
の導光板２１の内部には、拡散手段として乱反射粒子２
４が導光板２１全体にわたって分散含有されている。こ
の乱反射粒子２４は、表面の屈折率が導光板２１の屈折
率とは異なるものであればよく、ここでは、導光板２１
の材質と同じアクリル樹脂からなる粒子を、それとは屈
折率の異なる材質で表面処理を施したものを用いてい
る。それ以外にも乱反射粒子としては、ガラスビーズや
熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂の粉末、気泡等を用
いることができる。

【００２５】また、使用する乱反射粒子２４の形状、粒
径、含有量等については、それを含有させる導光板２１
の厚さや材質等に応じて適宜決定すればよい。更に、導
光板２１内における乱反射粒子２４の分布は、均等であ
ってもよいし、発光体２３からの距離に応じて段階的ま
たは連続的に変化させてもよい。

【００２６】反射板２２ａ〜２２ｅは、銀、アルミニウ
ム等の金属を蒸着させたフィルムからなり、そのうち２
２ａ〜２２ｄは、導光板２１の４側面のうち発光体２３
の配置されていない３側面及び底面全体に、それぞれ蒸
着面が導光板２１側になるように接着されている。ま
た、発光体２３の配置されている側面のうち、発光体２
３から導光板２１内に出射される光の光路を除いた残り
の部分には、反射板２２ｅが同様に接着されている。

【００２７】発光体２３は、導光板２１の側面に配置さ
れており、図３に示すような三原色からなるカラーフィ
ルタ１３の各色フィルタの透過特性のピークに対応した
波長の光を射出する３個の半導体レーザからなる。即
ち、赤色フィルタＲの透過波長域のピークに近い波長６
１０ｎｍの光を出力する赤色レーザと、緑色フィルタＧ
の透過波長域のピークに近い波長５４０ｎｍの光を出射
する緑色レーザと、青色フィルタＢの透過波長域のピー
クに近い波長４５０ｎｍの光を出射する青色レーザと
で、発光体２３を構成している。

【００２８】このような構成のカラー表示装置におい
て、発光体２３を構成する各レーザから、三原色の波長
に対応した波長６１０ｍｎ、５４０ｎｍ、４５０ｎｍの
光がそれぞれ出射されると、それら光は、導光板２１の
側面から内部に入射される。導光板２１内に入射した光
は、乱反射粒子２４と反射板２２ａ〜２２ｅとの間で反
射を繰り返しながら、導光板２１の出射面から徐々に外
側に出射されていく。これにより、導光板２１の出射面
全体から光が出射されて、面状に発光する。このとき、
導光板２１の出射面から出射される光は、三原色の光が
混ざり合って白色光となっている。

【００２９】このようにして光源部２から出射された光
は、カラー液晶パネル１に入射される。カラー液晶パネ
ル１に入射された光は、まず偏光板１１ｂにてその偏光
方向が統一された後、ガラス基板１４ｂを通って、カラ
ー液晶パネル１内に充填された液晶材料からなる液晶層
１５に入射され、この液晶層１５にて各画素毎に映像信
号に応じた変調が行われる。

【００３０】そして、映像信号に応じて変調された白色
光は、カラーフィルタ１３の対応する色フィルタによっ
て、赤色、緑色、青色のいずれかの色だけが抽出され
る。例えば、赤色フィルタＲの場合、緑色及び青色に対
応する波長域の成分が吸収されて、赤色フィルタＲに対
応する波長域のみが通過する。このとき、光源部２から
出射された白色光は、６１０ｎｍ、５４０ｎｍ、４５０
ｎｍの波長の光で構成されているため、赤色フィルタＲ
を通過した光は、波長６１０ｎｍのもののみとなり、緑
色の波長域や、赤色と緑色の中間色の波長域に対応する
成分は存在しない。同様に、緑色フィルタＧを通過した
光は波長５４０ｎｍ、青色フィルタＢを通過した光は波
長４５０ｎｍのもののみとなる。

【００３１】従って、カラーフィルタ１３を通過した光
は、高い色純度のものとなるため、色再現性が向上し、
従来表現できなかった表色が可能となる。また、発光体
２３として半導体レーザーを用いているため、蛍光管を
用いた場合と比較して発光体２３自体を小型化すること
ができるだけでなく、蛍光管を駆動するインバータ回路
が不要となり、回路構成を簡単にすることができる。更
に、半導体レーザから出射される光の幅が小さいため、
導光板２１を薄型化することができる。

【００３２】尚、本実施の形態においては、発光体２３
として赤色、緑色、青色それぞれに対応する３個の半導
体レーザを導光板２１の側面に配置した場合について説
明したが、それに限定されることはない。例えば、導光
板２１の側面に複数の発光体２３を等間隔で配置しても
よい。

【００３３】また、発光体２３が配置される側面は、一
側面に限定されることなく、複数の側面に配置してもよ
い。また、発光体２３として使用される赤色、緑色、青
色に対応する各半導体レーザの数は、一致している必要
はなく、各色の半導体レーザの出力に応じて、設定すれ
ばい。

【００３４】この場合、発光体２３が１個の場合と比較
して、各発光体２３が分散しているため、各発光体２３
から出射された光がより導光板２１全体に分散されやく
なり、輝度むらの少ない表示を行うことができる。更
に、発光体２３の数を増加することによって、輝度を向
上させることができる。

【００３５】また、本実施の形態においては、光源部２
の導光板２１から出射された光が直接カラー液晶パネル
１に入射される場合について説明したが、導光板２１と
カラー液晶パネル１との間に拡散板を介装してもよい。

【００３６】この場合、乱反射粒子２４にて拡散された
光を、更に拡散板にて拡散するため、より輝度むらを少
なくすることができる。また、本実施の形態において
は、導光板２１としてアクリル板を用いたが、それに限
定されることなく、例えばガラス板等の透明板が使用で
きる。

【００３７】また、本実施の形態においては、反射板２
２ａ〜２２ｅとして銀、アルミニウム等の金属を蒸着さ
せたフィルムを用いたが、それに限定されることなく、
例えば白色塗料を塗布してもよい。

【００３８】また、発光体２３から出力される光の波長
は、６１０ｎｍ、５４０ｎｍ、４５０ｎｍに限定される
ことはなく、それら各波長付近の波長であればよい。ま
た、三原色とは、赤色、緑色、青色に限らず、それらの
補色であるシアン、マゼンダ、イエローであってもよ
い。 （第２の実施の形態）図４は、本発明の第２の実施の形
態における立体表示用カラー表示装置の構成を表す断面
図である。尚、第１の実施の形態と同一の構成について
は、同一の図番を付して、その説明を省略する。

【００３９】同図に示すように、第２の実施の形態にお
ける立体表示用カラー表示装置は、第１の実施形態にお
けるカラー表示装置のカラー液晶パネル１と光源部２と
の間に第２のカラーフィルタ３を配置したものである。

【００４０】この第２のカラーフィルタ３は、カラーフ
ィルタ１３（以下、第２のカラーフィルタ３と区別する
ため第１のカラーフィルタ１３と称する）とは逆の順序
で三原色の各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂがストライプ状に配
列されたものである。即ち、図示左側から、青色、緑
色、赤色の順で各色フィルタＢ、Ｇ、Ｒが配列されてい
る。両カラーフィルタ３、１３において、同色の色フィ
ルタは、互いに同じ光の透過特性を示すものである。

【００４１】また、第２のカラーフィルタ３は、観察者
の視点数に対して青色、緑色、赤色の各色フィルタＲ、
Ｇ、Ｂの組が１組、即ち、視点数が２つである本実施の
形態では、６列の画素に対して１組の色フィルタＢ、
Ｇ、Ｒが対応するように配置される。

【００４２】そして、光源部２から出射された光のうち
第２のカラーフィルタ３の各色フィルタと同じ色の光だ
けが、その色フィルタを透過し、他の色は吸収される。
これにより、光源部２から出射された光は、青色、赤
色、緑色の各色がカラー液晶パネル１に配置された第１
のカラーフィルタ１３と逆の順に並ぶストライプ状の微
小発光となって、第２のカラーフィルタ３から出射され
る。

【００４３】カラー液晶パネル１に配置された第１のカ
ラーフィルタ１３は、例えば赤色フィルタは第２のカラ
ーフィルタ３から出射された同色の光、即ち、赤色の光
は透過させるが、他の青色及び緑色の光は吸収してしま
う。このため、観察者から見れば、青色及び緑色の微小
発光が遮断され、第２のカラーフィルタ３の微小発光は
色毎にその進行方向が制限される。

【００４４】従って、第１のカラーフィルタ１３の赤色
フィルタＲと、それに対応する１ラインの画素とによっ
て構成される赤色画素列毎に、左目画像と右目画像とを
交互に形成することにより、赤色の立体画像が観察者に
観察されるようになる。

【００４５】赤色以外の青色画素列及び緑色画素列につ
いても同様に、それぞれの色の画素列毎に左目画像と右
目画像とを交互に形成すれば、立体画像が観察者に観察
される。

【００４６】このとき、第１のカラーフィルタ１３の各
色フィルタを通過する光は、色純度が高いため、隣接す
る色のフィルタを通過する光と重なり合うことがなく、
クロストークが発生しなくなる。

【００４７】尚、上記実施の形態においては、第２のカ
ラーフィルタ３をカラー液晶パネル１と光源部２との間
に配置したが、第１のカラーフィルタ１３の観察者側に
配置してもよく、また、その両方に配置してもよい。 （第３の実施の形態）図５は、本発明の第３の実施の形
態におけるカラー表示装置の構成を表す断面図である。
尚、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の
図番を付して、その説明を省略する。

【００４８】同図に示すように、本実施の形態における
カラー表示装置は、第１の実施の形態におけるカラー表
示装置のカラー液晶パネル１を、白黒液晶パネル４に置
き換えたものである。

【００４９】この白黒液晶パネル４は、図示しない透明
電極及び配向膜がそれぞれ形成された一対のガラス基板
４４ａ、４４ｂ間に液晶材料からなる液晶層４５がシー
ル部材４６にて封止されたものであり、ガラス基板４４
ａの観察者側と、ガラス基板４４ｂの光源部側には、そ
れぞれ偏光板４１ａ、４１ｂが配置されている。

【００５０】また、光源部２に配備された赤色レーザ、
緑色レーザ及び青色レーザからなる発光体２３は、赤
色、緑色、青色の順序で時分割に発光するように制御さ
れる。そして、この発光体２３の各半導体レーザの発光
に同期して、白黒液晶パネル４が各色に対応した画像を
形成するように制御する。例えば、赤色レーザの発光に
同期して、白黒液晶パネル４は赤色の画像情報に基づく
画像を形成し、これにより赤色レーザから出射された光
を変調して赤色画像が表示される。同様にして、緑色画
像及び青色画像が順次表示される。そして、これらを高
速で繰り返すことにより、三原色を組み合わせたカラー
画像が観察者に観察される。

【００５１】この場合、白黒液晶パネル４に表示される
赤色、緑色、青色の各画像は、白黒液晶パネル４の全て
の画素によって表示されているため、カラーフィルタに
よって色分離するカラー液晶パネルを用いた場合と比較
して３倍の解像度を得ることができる。

【００５２】また、光源部２の発光体２３として使用す
る各半導体レーザ自体の色純度が高いため、色再現性が
向上し、従来表現できなかった表色が可能となる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、光源部から三原色の各
色に対応する複数の波長域に分離された光を出射するよ
うに構成しているため、カラーフィルタで色分離する場
合、もしくは三原色の各色に対応する波長域の光を時分
割で出射する場合のいずれであっても、高い色純度の光
を得ることができる。これにより、色再現性が向上し、
従来表現できなかった表色が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるカラー表
示装置の構成を表す断面図である。

【図２】 図１のカラー表示装置における光源部の構成
を表す分解斜視図である。

【図３】 カラーフィルタの透過特性を表すグラフであ
る。

【図４】 本発明の第２の実施の形態におけるカラー表
示装置の構成を表す断面図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態におけるカラー表
示装置の構成を表す断面図である。

【図６】 従来のカラー表示装置の構成を表す断面図で
ある。

【図７】 図６のカラー表示装置における光源部のスペ
クトル特性を表すグラフである。

【符号の説明】

１ ：カラー液晶パネル １１ ：偏光板 １３ ：カラーフィルタ １４ ：ガラス基板 １５ ：液晶層 １６ ：シール部材 ２ ：光源部 ２１ ：導光板 ２２ ：反射板 ２３ ：発光体 ２４ ：乱反射粒子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状に発光する光源部と、透過型光変
   調手段とからなるカラー表示装置において、 前記光源部が、平板状の導光板と、該導光板の任意の面
   に配設され、三原色の各色に対応する波長域に分かれた
   光を出射する発光体と、前記導光板の内部に分散して配
   設され、前記発光体から出射された光を拡散させる拡散
   手段と、前記導光板の側面及び底面に配設された反射手
   段と、を備えていることを特徴とするカラー表示装置。
2. 【請求項２】 前記透過型光変調手段が、三原色からな
   る第１のカラーフィルタを有するカラー液晶パネルであ
   ることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
3. 【請求項３】 前記カラー液晶パネルの観察者側または
   光源部側に、三原色からなる第２のカラーフィルタを配
   置し、 前記第１または第２のカラーフィルタのうち一方は、他
   方のカラーフィルタにより色分離された微小光の進行方
   向を制限し、前記カラー液晶パネルに形成された画像を
   左目用画像と右目用画像とに分離することを特徴とする
   請求項２記載のカラー画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記透過型光変調手段が白黒液晶パネル
   からなり、前記発光体が三原色の各色に対応する光を所
   定の順序で出射すると共に、前記白黒液晶パネルが前記
   発光体から出射される各光の色に対応した画像を形成す
   ることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
5. 【請求項５】 前記発光体が、三原色の各色に対応した
   波長の光を出力する複数の半導体レーザからなることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のカラー表
   示装置。