JPWO2011125356A1 - カラー画像表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

本表示装置では、１フレーム期間のうちＢＧ−ＬＥＤ（３４）およびＢＲ−ＬＥＤ（３５）を半フレームずつ交互に点灯させるよう制御し、ＢＧ−ＬＥＤ（３４）が点灯している第１サブフレームではＧ表示素子のみで表示し、ＢＲ−ＬＥＤ（３５）が点灯している第２サブフレームではＢ表示素子およびＲ表示素子のみで表示する（半フレーム毎にＬＥＤを交互に点灯する制御を行う。このことにより（或る色のカラーフィルタにおいて）クロストークが生じる場合にもそのクロストークが抑制または解消される色の表示素子でのみ表示が行われるので、色再現性の低下が抑制または解消される。

Description

本発明は、カラー画像表示装置およびその制御方法に関し、特に、異なる複数色の光源を含むバックライトを備えるカラー画像表示装置およびその制御方法に関する。

液晶表示装置など、バックライトを備える画像表示装置では、バックライト光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む白色光の照明装置が使用されることが多い。この白色光を得る方法として、例えば日本特開２００８−１４０７０４号公報では、青緑（シアン）色ＬＥＤランプからの光と紫（マゼンダ）色ＬＥＤランプからの光とを加法混色する構成が記載されている。この青緑色ＬＥＤランプには、青色ＬＥＤとその青色光（青色の波長領域にピーク波長を有する光）により励起される緑色蛍光体とが備えられており、紫色ＬＥＤランプには、青色ＬＥＤとその青色光により励起される赤色蛍光体とが備えられている。これらから発せられる青色、緑色、および赤色の光は加法混色されることにより白色光となる。以下では、この従来例を第１の従来例という。

この第１の従来例の構成は、ＬＥＤとして青色ＬＥＤのみを使用するので、温度上昇や累積点灯時間の増加による出力低下を小さくすることができる。また、１つの青色ＬＥＤに対して緑色蛍光体および赤色蛍光体をともに備える白色ＬＥＤランプよりも、青色光の利用効率が向上するため、光出力を大きくすることができる。

ここで従来より、白色光を得る他の方法として、青色ＬＥＤからの青色光と、その光により励起される黄色蛍光体からの黄色光とを互いに加法混色する方法もある。しかし、この方法では赤色および緑色の色成分がともに不足するため、表示装置における色再現性が良好でない。

この点、青緑色ＬＥＤランプからの光と紫色ＬＥＤランプからの光とを加法混色する上記第１の従来例では、赤色および緑色の色成分が不足することはない。しかし、これらの色成分の光の波長帯域と、液晶表示素子に設けられる各色のカラーフィルタを透過することができる光の波長帯域とは完全には一致しない。そのため、或る色（例えば緑色）のカラーフィルタを２つの色成分の光（例えば青色光および緑色光、または青色光および赤色光）がともに透過することがある。上記第１の従来例では、このようなクロストーク（混色）が生じるため、そのことにより色再現性が低下するという問題点がある。そこで、この第１の従来例のような構成では、カラーフィルタの減衰率を大きくすることにより、クロストークを抑制する手法をとることが多い。

また、本発明に関連するものとして、日本特表２００８−５４２８０８号公報では、上記のようなクロストークを含む時間的・空間的なクロストークを低減するカラー表示装置の構成が記載されている。すなわちこの装置では、異なる色の光を放つ２種類の光源とＲＧＢ各３色のカラーフィルタを設けた表示素子とが備えられている。そして、１フレームを２つに分けた第１のサブフレームで一方の光源を点灯しつつ３色で全ての画素表示を行い、続く第２のサブフレームで他方の光源を点灯しつつ別の３色で全ての画素表示を行うことにより、合計６色での画素表示を行う。以下では、この従来例を第２の従来例という。

日本特開２００８−１４０７０４号公報 日本特表２００８−５４２８０８号公報

ここで、上記第１の従来例の構成では、光出力が大きいバックライトを使用することができるが、前述したようにカラーフィルタの減衰率を大きくすれば、クロストークを抑制することはできるとしても、そのために画素の輝度が大きく低下してしまう。

また上記第２の従来例の構成では、同一サブフレームにおける２つの光源間のクロストークは生じないが、第１の従来例のように或る色のカラーフィルタを透過する（この従来例では１つの光源からの）２色の光によるクロストークが生じる場合にはそのクロストークを抑制することはできず、色再現性が低下してしまう。したがって、この第２の従来例の駆動方法を第１の従来例のＬＥＤランプを駆動するために適用して色再現性の低下を抑制することは極めて困難である。

そこで、本発明は、第１の従来例のように青緑色ＬＥＤランプと紫色ＬＥＤランプとをバックライト光源として使用しつつ、カラーフィルタの減衰率を大きして画素の輝度を低下させることなく、かつ（或る色のカラーフィルタを２つの色が透過する場合の）クロストークが抑制または解消されることにより、色再現性の低下が抑制または解消されるカラー画像表示装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、アクティブマトリクス型のカラー画像表示装置であって、
表面に所定の３原色の色フィルタがそれぞれ形成され、与えられた信号に応じた透過率で光を透過させる第１から第３までの種類の表示素子がマトリクス状に配置された表示部と、
１画面分の表示が行われる各フレーム期間を２分割することにより得られる２つのサブフレーム期間のうちの一方の第１のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与え、前記２つのサブフレーム期間のうちの他方の第２のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与える駆動制御部と、
前記３原色のうちの第１および第２の色の光を発光する第１の発光体と、前記第１の色および前記３原色のうちの第３の色の光を発光する第２の発光体とを含み、前記第１および第２の発光体の少なくとも一方を点灯することにより前記表示部に光を照射するバックライト部と、
前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御するバックライト制御部と
を備え、
前記駆動制御部は、前記第１のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与え、前記第２のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与えることを特徴とする。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１の色は青色であり、前記第２の色は緑色であり、前記第３の色は赤色であることを特徴とする。

本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１の発光体は、前記第１の色を発する発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子からの光に励起され前記第２の色を発する第１の蛍光体を含み、
前記第２の発光体は、前記第１の発光体に含まれる発光ダイオード素子と同一種類の発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子からの光に励起され前記第３の色を発する第２の蛍光体を含むことを特徴とする。

本発明の第４の局面は、本発明の第１の局面において、
前記第１の種類の表示素子に形成される色フィルタは、前記第１の色の光とともに、前記第２の色の光に含まれる前記第１の色近傍の波長の光を透過し、かつ前記第３の色の光を遮断することを特徴とする。

本発明の第５の局面は、本発明の第１の局面において、
前記バックライト制御部は、所定の第１の動作モードでは、前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御し、前記第１の動作モードにおける場合よりも各表示素子の表示輝度を大きくする第２の動作モードでは、各フレーム期間中、前記第１および第２の発光体を点灯することを特徴とする。

本発明の第６の局面は、表面に所定の３原色の色フィルタがそれぞれ形成され、与えられた信号に応じた透過率で光を透過させる第１から第３までの種類の表示素子がマトリクス状に配置された表示部と、前記３原色のうちの第１および第２の色の光を発光する第１の発光体と、前記第１の色および前記３原色のうちの第３の色の光を発光する第２の発光体とを含み、前記第１および第２の発光体の少なくとも一方を点灯することにより前記表示部に光を照射するバックライト部とを備えるアクティブマトリクス型のカラー画像表示装置の制御方法であって、
１画面分の表示が行われる各フレーム期間を２分割することにより得られる２つのサブフレーム期間のうちの一方の第１のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与え、前記２つのサブフレーム期間のうちの他方の第２のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与える駆動制御ステップと、
前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御するバックライト制御ステップと
を備え、
前記駆動制御ステップでは、前記第１のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与え、前記第２のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与えることを特徴とする。

本発明の上記第１の局面によれば、駆動制御部により、第１の発光体が点灯される第１のサブフレーム期間において第２の表示素子に画像を表示するための信号が与えられるとともに第１および第３の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号が与えられ、第２の発光体が点灯される第２のサブフレーム期間において第１および第３の種類の表示素子に画像を表示するための信号が与えられるとともに第２の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号が与えられるので、（或る色のカラーフィルタにおいて）クロストークが生じる場合にもそのクロストークが抑制または解消される色の表示素子でのみ所望の画像表示が行われる。よってこのことにより、色再現性の低下を抑制または解消することができる。

本発明の上記第２の局面によれば、第１の色は青色であり、第２の色は緑色であり、第３の色は赤色であるので、典型的な３原色を使用したカラー画像表示装置において、クロストークを抑制または解消することにより、色再現性の低下を抑制または解消することができる。

本発明の上記第３の局面によれば、第１および第２の発光体は同一の第１の色を発する発光ダイオード素子を含むので、第１および第２の発光体の温度特性や経年劣化特性等を或る程度揃えることができる。特に、青色の発光ダイオードが使用される構成では、例えば一般的な赤色の発光ダイオードと比較して、温度上昇による出力低下が小さく、また累積点灯時間の増加による出力低下も極めて小さいことが知られている。また、１つの発光ダイオードに対して緑色および赤色の蛍光体をともに備える従来の白色発光体の構成のように、例えば青緑色光が赤色の蛍光体に再吸収（再波長変換）されることにより効率が下がることがなく青色光の利用効率が高いため、光出力を大きくすることができる。

本発明の上記第４の局面によれば、第１の種類の表示素子に形成される色フィルタが第３の色の光を遮断するので、第１の表示素子に画像を表示するための信号が与えられる第２のサブフレーム期間において第３の色を発する第２の発光体が点灯される場合であってもクロストークを生じることがなく、第１の色についての色再現性の低下を解消することができる。

本発明の上記第５の局面によれば、第２の動作モードでは、各フレーム期間中第１および第２の発光体が点灯されるので、必要に応じて各表示素子の表示輝度を大きくすることができ、大きい輝度変化を正確に再現することができる。

本発明の上記第６の局面によれば、本発明の上記第１の局面における効果と同様の効果をカラー画像表示装置の制御方法において奏することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 上記実施形態におけるバックライト装置の詳細を示す図である。 上記実施形態におけるＢＧ−ＬＥＤおよびＢＲ−ＬＥＤの構造を示す図である。 上記実施形態におけるバックライト装置からの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。 上記実施形態におけるＲＧＢ各表示素子の表示動作および各ＬＥＤの点灯動作の制御タイミングを示す図である。 上記実施形態におけるＢＧ−ＬＥＤからの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。 上記実施形態におけるＢＲ−ＬＥＤからの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。

＜１． 全体的な構成および動作概要＞
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置２の構成を示すブロック図である。図１に示す液晶表示装置２は、バックライト装置３、バックライト駆動回路４、パネル駆動回路６、液晶パネル７、および表示制御回路５を備えている。

液晶表示装置２には、Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像を含む入力画像Ｄｖが入力される。Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像は、いずれも（ｍ×ｎ）個の画素の輝度を含んでいる。表示制御回路５は、入力画像Ｄｖに基づき、液晶パネル７の駆動に用いる表示用データ（以下、液晶データＤａという）と、バックライト装置３の駆動に用いるバックライト制御データ（以下、タイミングデータＤｂという）とを求める（詳細は後述）。

液晶パネル７は、（ｍ×ｎ×３）個の表示素子Ｐを備えている。表示素子Ｐは、行方向（図１では横方向）に３ｍ個ずつ、列方向（図１では縦方向）にｎ個ずつ、全体として２次元状に配置される。表示素子Ｐには、赤色光を透過するカラーフィルタを含むＲ表示素子、緑色光を透過するカラーフィルタを含むＧ表示素子、および、青色光を透過するカラーフィルタを含むＢ表示素子が含まれる。Ｒ表示素子、Ｇ表示素子およびＢ表示素子は、行方向に沿って隣接するよう配置され、これら３個で１個の画素を形成する。

具体的にはこの液晶パネル７は、具体的には互いに対向する２枚の絶縁性の基板から構成される。その一方の基板には、走査信号線（ゲートバスライン）と映像信号線（ソースバスライン）とが格子状に設けられ、走査信号線と映像信号線との交差部近傍にスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられている。このＴＦＴは、走査信号線に接続されたゲート電極、映像信号線に接続されたソース電極、およびドレイン電極を備えている。ドレイン電極は、画像を形成するために基板上にマトリクス状に配置された画素電極と接続されている。また、液晶パネルの他方の基板には、液晶層を介して画素電極との間に電圧を印加するための電極（以下「共通電極」という）が設けられており、画素電極と共通電極と液晶層とによって個々の表示素子である画素形成部が実現されている。そして、各ＴＦＴのゲート電極が走査信号線からアクティブな走査信号（ゲート信号）を受けたときに当該ＴＦＴのソース電極が映像信号線から受ける映像信号（ソース信号）と、共通電極に供給される共通電極信号とに基づいて、表示素子の液晶層に電圧が印加される。これにより液晶が駆動され、画面上に所望の画像が表示される。

なお、表示素子毎に設けられる上記カラーフィルタの構成および形成方法は周知であるのでここでの説明は省略する。また、後述するように上記液晶層は、高速応答が必要であることから、ベンド構造を持ったセルに位相差フィルムを組み合わせたＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）液晶であることが好ましい。

パネル駆動回路６は、液晶パネル７の駆動回路である。パネル駆動回路６は、表示制御回路５から出力された液晶データＤａに基づき、液晶パネル７における対応する映像信号線に対して表示素子Ｐの光透過率を制御する信号（電圧信号）を出力し、また対応する表示素子ＰのＴＦＴをオンにする。パネル駆動回路６から出力された電圧は表示素子Ｐ内の画素電極（図示せず）に書き込まれ、表示素子Ｐの光透過率は画素電極に書き込まれた電圧に応じて変化する。

バックライト装置３は、液晶パネル７の背面側に設けられ、液晶パネル７の背面にバックライト光を照射する。図２は、バックライト装置３の詳細な構成を示す図である。バックライト装置３は、図２に示すように、光源となるＬＥＤユニット３２と、ＬＥＤユニット３２からの光を液晶パネル７へ導く導光板３６とを備える。

ＬＥＤユニット３２は、青緑（シアン）色の光を発するＢＧ−ＬＥＤ３４と、紫（マゼンダ）色の光を発するＢＲ−ＬＥＤ３５とをそれぞれ複数個ずつ含む。これらＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５は、それぞれ交互に、導光板３６の側面に沿ってこれに密着するように一列に配置されている。

導光板３６は、図示されない拡散シートや偏光シートなどの光学補償シートを含んでおり、上記ＬＥＤユニット３２が密着されている側面から光を受け取って、当該光を液晶パネル７と対向する面全体に拡散し、液晶パネル７へ向けて一様に放射する。

ここで、図３を参照して、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５の構成についてさらに詳しく説明する。図３に示されるように、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５は、ハウジング材３００および青色光を発するＬＥＤベアチップ３０１をそれぞれ備え、ＢＧ−ＬＥＤ３４は、緑色蛍光体３０２を備え、ＢＲ−ＬＥＤ３５は、赤色蛍光体３０３を備えている。

なお、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５は、図示されていない接続端子や配線用電極、ＬＥＤベアチップ３０１を接続するためのボンディングワイヤなどを備えるが、ここでは説明を省略する。

ＬＥＤベアチップ３０１は、例えばＩｎＧａＮの材料からなり、青色光（青色の波長領域にピーク波長を有する光）を発する青色ＬＥＤ素子である。このＬＥＤベアチップ３０１は、透光性樹脂に波長変換部材となる蛍光体を分散した封止樹脂で樹脂封止されている。このようにＬＥＤベアチップ３０１は、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５にともに使用されるので、これらの温度特性や経年劣化特性等を或る程度揃えることができる。

ＢＧ−ＬＥＤ３４に樹脂封止されている緑色蛍光体３０２は、例えばＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、およびＣａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅの材料のうち１つからなり、上記ＬＥＤベアチップ３０１からの青色光に励起されて波長変換された緑色光（緑色の波長領域にピーク波長を有する光）を放出する。ＢＧ−ＬＥＤ３４は、この緑色光と、ＬＥＤベアチップ３０１から発せられた青色光の一部との加法混色によって青緑色光を出射する。

また、ＢＲ−ＬＥＤ３５に樹脂封止されている赤色蛍光体３０３は、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕの材料からなり、上記ＬＥＤベアチップ３０１からの青色光に励起されて波長変換された赤色光（赤色の波長領域にピーク波長を有する光）を放出する。ＢＲ−ＬＥＤ３５は、この赤色光と、ＬＥＤベアチップ３０１から発せられた青色光の一部との加法混色によって紫色光を出射する。

以上のように、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５には、ともに例えばＩｎＧａＮの材料からなるＬＥＤベアチップ３０１が使用されるので、例えばＡｌＧａＩｎＰの材料からなる赤色ＬＥＤと比較して、温度上昇による出力低下が小さく、また累積点灯時間の増加による出力低下も極めて小さいことが知られている。また、１つのＬＥＤベアチップ３０１に対して緑色蛍光体３０２および赤色蛍光体３０３をともに備える従来の白色ＬＥＤランプの構成では、例えば青緑色光が赤色蛍光体３０３に再吸収（再波長変換）されることにより効率が下がることが知られており、このような構成と比較して、本実施形態の構成は、青色光の利用効率が高く、光出力を４０％以上大きくすることができる。

バックライト駆動回路４は、バックライト装置３の駆動回路である。バックライト駆動回路４は、表示制御回路５から出力されたタイミングデータＤｂに基づき、バックライト装置３に対してＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５の点灯（および必要に応じてその発光輝度）を制御する信号（電圧信号または電流信号）を出力する。なお、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５の点灯タイミングについては詳しく後述する。

また、表示制御回路５は、入力画像Ｄｖに基づき、液晶パネル７に含まれるすべての表示素子Ｐの光透過率を求め、求めた光透過率を表す液晶データＤａをパネル駆動回路６に対して出力する。

ここで詳しくは後述するように、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５は、同時に点灯する動作を行う場合があるほか、所定のタイミングで交互に点灯する動作を行う場合がある。表示制御回路５は、タイミングデータＤｂに基づき、ＢＧ−ＬＥＤ３４が点灯していない期間を含む所定の期間においてＧ表示素子に与えられるべき表示階調データを０（黒表示）に設定し、ＢＲ−ＬＥＤ３５が点灯していない期間を含む所定の期間においてＢ表示素子およびＲ表示素子に与えられるべき表示階調データをそれぞれ０（黒表示）に設定する。このように設定する理由についても詳しく後述する。

液晶表示装置２では、Ｒ表示素子の輝度は、バックライト装置３から出射される赤色光の輝度とＲ表示素子の光透過率との積になる。また同様に、Ｇ表示素子の輝度はバックライト装置３から出射される緑色光の輝度とＧ表示素子の光透過率との積になり、Ｂ表示素子の輝度はバックライト装置３から出射される青色光の輝度とＢ表示素子の光透過率との積になる。

以上のように構成された液晶表示装置２によれば、入力画像Ｄｖに基づき好適な液晶データＤａとタイミングデータＤｂを求め、液晶データＤａに基づき表示素子Ｐの光透過率を制御し、タイミングデータＤｂに基づきＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を制御することにより、入力画像Ｄｖを液晶パネル７に表示することができる。次に、これらのＬＥＤに対する表示制御回路５による点灯制御動作および各色表示素子の表示輝度について説明する。

＜２． 表示制御回路による点灯および表示輝度の制御動作＞
表示制御回路５は、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を同時に点灯させるよう制御する動作（以下、この制御態様を「同時点灯制御」という）と、これらのＬＥＤを交互に点灯させるよう制御する動作（以下、この制御態様を「交互点灯制御」という）とのいずれかを行う。

まず、同時点灯制御を行う場合、表示制御回路５は、１フレーム期間中ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を同時に点灯させるよう制御する。この場合には青色光を発するＬＥＤベアチップ３０１からの青色光の強度が対応する蛍光体からの緑色光および赤色光の強度よりも大きくなる（単純計算で約２倍になる）。すなわちバックライト装置３からの光は青みがかった白色光となる。したがって、表示制御回路５は、この同時点灯制御を行う場合、上記光成分に応じて各色毎に予め定められた液晶素子の光透過率を使用する。例えば、各色表示素子において同一の輝度で表示がなされる場合であっても、Ｂ表示素子における光透過率は、Ｇ表示素子およびＲ表示素子における光透過率の約半分となる。

この同時点灯制御が行われる場合、バックライト装置３に含まれる全てのＬＥＤが点灯することになるので、最も大きい光強度を得ることができる。したがって、例えばシーンが激しく切り替わる映画などを表示する場合に、大きい輝度変化を正確に再現することができる。このように、例えばユーザによるモード切替選択等の操作や、画像データに対する周知の特徴判定処理の結果などに基づき、大きな輝度が必要である場合に、表示制御回路５は同時点灯制御を行う。

しかし、この同時点灯制御が行われる場合、前述したように青色光と緑色光との間、および緑色光と赤色光との間でそれぞれクロストーク（光スペクトルの重なり）が生じるため、そのことにより色再現性が低下するという問題点がある。この点について、図４を参照して具体的に説明する。

図４は、バックライト装置３からの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。この図４では、バックライト装置３からの光のスペクトルは実線で示され、赤色のカラーフィルタの光透過特性は破線で示され、緑色のカラーフィルタの光透過特性は一点鎖線で示され、青色のカラーフィルタの光透過特性は二点鎖線で示されている。

この図４を参照すればわかるように、バックライト装置３からの光には、青色および緑色のカラーフィルタを共に透過する波長成分が含まれており、同様に、緑色および赤色のカラーフィルタを共に透過する波長成分も含まれている。したがって、例えば緑色を表示したい場合であっても、緑色のカラーフィルタはバックライト装置３からの青色光のうちの一部の波長帯の光および赤色光のうちの一部の波長帯の光を共に透過するため、Ｇ表示素子により表示される色は、偏った上記波長帯の光を含むことになる。なおここでいう偏りとは、表示装置の設計上定められた表示されるべき色（上記では緑色）を示す光の中心波長から離れていることを意味するものとする。このように表示される色の偏りが生じることから、色再現性が低下する。

もっとも図４に示されるように、ＬＥＤベアチップ３０１からの青色光は、その占有波長帯域が（緑色蛍光体３０２からの緑色光および赤色蛍光体３０３からの赤色光の占有波長帯域よりも）狭く、緑色のカラーフィルタを透過する波長成分は少ない（すなわち当該波長における光強度は小さい）。したがって、色再現性の低下は、主として緑色と赤色との光の間で生じる問題であると言える。

また、図４を参照すれば、青色および赤色のカラーフィルタの光透過特性には重なりがないことから、これらのカラーフィルタを共に透過する光は存在しないことがわかる。したがって、図４に示す光透過特性を有するカラーフィルタを使用する限り、青色と赤色との光の間で色再現性の問題は生じないと言える。

以上のことを前提にして、本実施形態では、大きな輝度が必要ではなく、色再現性が良好な表示を行う必要がある場合に、交互点灯制御が行われる。この制御において表示制御回路５は、１つの画像を表示する周期である１フレーム期間のうちＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を半フレームずつ交互に点灯させるよう制御する。なお、以下ではこの半フレームを１サブフレームと呼び、上記１フレームの前半を第１サブフレーム、後半を第２サブフレームと呼ぶ。なお、このサブフレームはフィールドとも呼ばれる。

ここで、前述したように各表示素子への液晶データＤａの書き込みは各走査信号線を順にアクティブにする必要があるため所定の時間がかかる。したがって、例えばＢＧ−ＬＥＤ３４が点灯していない期間中Ｇ表示素子を黒表示に設定する場合には、遅くとも上記点灯が開始される直前までにＧ表示素子へのゼロである表示階調データの書き込みが完了していなければならない。したがって、１サブフレームにおいて、各表示素子には所望の液晶データＤａを書き込む期間と、表示のために（必須ではないが）書き込まれたデータを保持する期間と、黒の表示階調データを書き込む期間とが必要となる。この点について、さらに図５を参照して説明する。

図５は、ＲＧＢ各表示素子の表示動作および各ＬＥＤの点灯動作の制御タイミングを示す図である。まず第１サブフレームにおいて、表示制御回路５は、ＢＧ−ＬＥＤ３４を点灯させるようバックライト駆動回路４を制御すると共に、Ｇ表示素子における光透過率が所望の値になるようパネル駆動回路６を制御する。さらに、表示制御回路５は、青色およびＲ表示素子における光透過率がゼロになるようパネル駆動回路６を制御する。そのため、図５に示されるように、上記所望の透過率に対応する液晶データＤａ（以下「表示データ」という）がＧ表示素子に書き込まれ、上記ゼロの透過率に対応する液晶データＤａ（以下「黒データ」という）がＲ表示素子およびＢ表示素子にそれぞれ書き込まれる。なお、ここではこのデータ書き込みに１／３サブフレーム（１／６フレーム）の時間がかかるものとする。なお、このような表示データまたは黒データが書き込まれる理由については後述する。

第１サブフレームにおいて、上記書き込みが終了すると、続いて１／３サブフレーム（１／６フレーム）の時間だけデータが保持されるようパネル駆動回路６が制御される。このようにデータが保持されるのは表示データの表示期間を長くするためである。したがって、このデータ保持動作は省略されてもよい。

第１サブフレームにおいて、上記データ保持期間が終了すると各表示素子に対して黒データが書き込まれる。これは続く第２フレーム期間の開始時にＢＲ−ＬＥＤ３５が点灯される時に、Ｇ表示素子に前回書き込んだ表示データが保持されていることを防止するためである。したがって、Ｒ表示素子およびＢ表示素子には黒データを書き込むことなく、そのままデータ保持動作を継続してもよい。

また、第２サブフレーム期間の最初の１／３サブフレーム期間で、Ｇ表示素子には黒データが書き込まれるので、第１サブフレームの最後の１／３サブフレーム期間において黒データを書き込むことなく表示データを保持する動作を行ってもよい。ただし、この場合には、第２サブフレームの最初の１／３サブフレーム期間中、未だ黒データが書き込まれないＧ表示画素（具体的には対応する走査信号線がまだアクティブにされていない全てのＧ表示画素）は、ＢＲ−ＬＥＤ３５からの光を透過することになるため、クロストークを生じることになり、色再現性が低下する。詳しくは後述する。

ここで前述したように、第１サブフレーム期間中、Ｂ表示素子およびＲ表示素子における光透過率をゼロに設定するのは、ＢＧ−ＬＥＤ３４からの光に含まれる緑色光のうちの一部の波長帯の光が青色および赤色のカラーフィルタを透過することにより、Ｂ表示素子およびＲ表示素子における色再現性を低下させないようにするためである。このことにつき図６を参照して具体的に説明する。

図６は、ＢＧ−ＬＥＤからの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。この図６では、ＢＧ−ＬＥＤ３４からの光のスペクトルは実線で示され、各色のカラーフィルタの光透過特性は図４の場合と同様に示されている。

この図６を参照すればわかるように、ＢＧ−ＬＥＤ３４からの光には、各色のカラーフィルタを共に透過する波長成分が含まれているが、例えばこのＢＧ−ＬＥＤ３４からの光により赤色を表示しようとすると、赤色のカラーフィルタは、ＢＧ−ＬＥＤ３４からの青緑色光のうちの緑色の波長帯に近い（装置の設計上定められた表示されるべき赤色光の中心波長から離れた）偏った赤色光を透過することになる。したがって、ＢＧ−ＬＥＤ３４からの光を透過することにより得られるＲ表示素子により表示される色は、（赤色から偏った）色再現性が低いものとなる。したがって、第１サブフレームではＲ表示素子における光透過率をゼロに設定することにより、色再現性の低下を抑制または解消することができる。なお、Ｂ表示素子における光透過率をゼロに設定する理由については、次の第２サブフレームの説明で後述する。

次に第２サブフレームにおいて、表示制御回路５は、図５に示すように、ＢＲ−ＬＥＤ３５を点灯させるようバックライト駆動回路４を制御すると共に、Ｂ表示素子およびＲ表示素子における光透過率がそれぞれ所望の値になるようパネル駆動回路６を制御する。さらに、表示制御回路５は、Ｇ表示素子における光透過率がゼロになるようパネル駆動回路６を制御する。なお、データ保持動作が必要な理由および第２サブフレームの最後の１／３サブフレームにおいて各表示素子に黒データが書き込まれる理由については、第１サブフレームの場合と同様であるので説明を省略する。ここでは、第２サブフレーム期間中、Ｇ表示素子における光透過率をゼロに設定する理由について、図７を参照して具体的に説明する。

図７は、ＢＲ−ＬＥＤからの光スペクトルと、各表示素子のカラーフィルタの光透過特性（光透過率の波長特性）とを示す図である。この図７では、ＢＲ−ＬＥＤ３５らの光のスペクトルは実線で示され、各色のカラーフィルタの光透過特性は図４の場合と同様に示されている。

この図７を参照すればわかるように、ＢＲ−ＬＥＤ３５からの光には、各色のカラーフィルタを共に透過する波長成分が含まれているが、例えばこのＢＲ−ＬＥＤ３５からの光により緑色を表示しようとすると、緑色のカラーフィルタは、ＢＲ−ＬＥＤ３５からの紫色光のうちの赤色の波長帯に近い偏った緑色光を透過することになる。したがって、ＢＲ−ＬＥＤ３５からの光を透過することにより得られるＧ表示素子により表示される色は、（緑色から偏った）色再現性が低いものとなる。したがって、第２サブフレームではＧ表示素子における光透過率をゼロに設定することにより、色再現性の低下を抑制または解消することができる。

ここで、第１サブフレームにおいてＢ表示素子における光透過率をゼロに設定し、第２サブフレームにおいてＢ表示素子における光透過率が所望の値になるようパネル駆動回路６を制御するのは、図６および図７を比較参照すれば容易に理解できる。すなわち、青色のカラーフィルタの光透過特性に着目すると、青色のカラーフィルタを透過する光のうち緑色の波長帯に近い偏った光の成分は、図７に示すＢＲ−ＬＥＤ３５からの光を使用する場合よりも、図６に示すＢＧ−ＬＥＤ３４からの光を使用する場合の方がより多く（大きい光強度で）含まれている。したがって、青色を表示するには図７に示すＢＲ−ＬＥＤ３５からの光を使用する方がクロストークを解消することができるので色再現性を高くすることができる点で好ましいと言える。

もっとも上記偏った光成分の光強度は、図７に示すＢＲ−ＬＥＤ３５からの光を使用する場合でも、図６に示すＢＧ−ＬＥＤ３４からの光を使用する場合の何倍も大きいわけではないので、青色を表示する場合に図６に示すＢＧ−ＬＥＤ３４からの光を使用してもよい。この構成であっても、青色のフィルタを透過する緑色の波長帯に近い偏った光の成分は十分に小さいのでクロストークは抑制されている。そのため、色再現性の低下を抑制する効果を得ることができる。

さらに、第１サブフレームおよび第２サブフレームの双方（すなわち１フレーム期間中）において、Ｂ表示素子における光透過率が所望の値になるよう（すなわちいずれかのサブフレームでゼロに固定しないよう）パネル駆動回路６を制御してもよい。

ここで、交互点灯制御が行われる場合、各色の表示素子は、第１サブフレームまたは第２サブフレームのいずれかにおいてのみ、（表示データ書き込み期間とデータ保持期間の和である）２／３サブフレーム期間だけ表示を行うので、その表示期間は１／３フレームの半分となる。したがって、同時点灯制御が行われる場合と比べて最大輝度は約１／３となるが、同時点灯制御が行われる場合に生じる色再現性の低下を抑制または解消することができる。このように色再現性を高くしたい場合には、例えばユーザのモード切替選択の操作や、周知の画像データにおける特徴判定などに基づき、表示制御回路５は交互点灯制御を行う。

＜３． 効果＞
以上のように、本実施形態では、ユーザのモード切替選択の操作等に基づき、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を１フレーム期間中同時に点灯させるよう制御（同時点灯制御）するか、または１フレーム期間のうちＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を半フレームずつ交互に点灯させるよう制御し、ＢＧ−ＬＥＤ３４が点灯しているサブフレームではＧ表示素子のみで表示し、ＢＲ−ＬＥＤ３５が点灯しているサブフレームではＢ表示素子およびＲ表示素子のみで表示するよう制御（交互点灯制御）する。このことにより、光出力が大きく温度変化等による出力低下が小さいＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５を使用しつつ、同時点灯制御を行う場合には輝度を大きくすることができ、交互点灯制御を行う場合には色再現性を高くすることができる。

特にこの交互点灯制御が行われる場合には、カラーフィルタの減衰率を大きして画素の輝度を低下させることなく、かつ（或る色のカラーフィルタにおいて）クロストークが生じる場合にもそのクロストークが抑制または解消される色の表示素子でのみ表示が行われるので、このことにより、色再現性の低下を抑制または解消することができる。

さらに、本実施形態では、全てのＬＥＤは第１サブフレームまたは第２サブフレームに渡って合計２／３フレーム期間中は消灯されるよう制御されるため、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５の寿命をほぼ３倍に延ばすことができる。

＜４． 変形例＞
上記実施形態では、第１サブフレームおよび第２サブフレームはそれぞれ１フレームの半分の長さであるが、交互点灯制御が行われる場合、第１サブフレームおよび第２サブフレームの長さの比率を変化させることにより各色の輝度調節（色度調節）を行う構成であってもよい。またデータ保持期間は、１／３サブフレームの長さとなっているが、パネル駆動回路６のデータの書き込み速度に応じて適宜の期間を設定可能である。

上記実施形態では、バックライト装置３は導光板３６を備えたいわゆるタンデム型の構成であるが、光源となる複数の上記ＬＥＤを液晶パネル７の直下にマトリクス状に配置するいわゆる直下型の構成であってもよい。

さらにこの直下型のバックライト装置に含まれる複数のＬＥＤを一行ごとにグループ化し、いわゆるスキャンバックライト装置として動作させてもよい。このスキャンバックライト装置は、上記グループ化された１行のＬＥＤを、液晶パネル７における対応するグループの複数の表示行が表示される時（具体的には当該複数の表示行に含まれる表示素子全てに表示階調データが書き込まれた時）に点灯する（点灯状態を切り替える）。すなわち、当該複数の表示行における第１サブフレームに相当する表示期間中は、当該行に対応するグループのＢＧ−ＬＥＤ３４を点灯し、当該複数の表示行における第２サブフレームに相当する表示期間中は、当該行に対応するグループのＢＲ−ＬＥＤ３５を点灯する。このような動作を各グループ毎に順に行い１フレーム毎に同じ動作を繰り返す。このように動作させる場合には、上記グループ内のＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５が同時に点灯することはなく、全表示素子に黒データを書き込む動作（期間）を必要としないので、１／２フレームで各表示素子のデータ書き込みを行うことになる。したがって、上記実施形態の場合よりもデータ書き込み期間を長く取ることができ、より低速のパネル駆動回路およびより応答速度の遅い液晶を使用することができる。

上記実施形態では、交互点灯制御が行われる場合、第１サブフレームまたは第２サブフレームのいずれかにおいてのみ各色の表示素子が表示を行う構成であるが、表示画像に応じて、１つまたは２つの表示素子のみが１フレーム期間中表示を行う構成であってもよい。例えば緑色単色の画像など赤色を含まない画像を表示する場合、ＢＧ−ＬＥＤ３４のみが１フレーム期間中点灯するようバックライト駆動回路４を制御すると共に、Ｒ表示素子の表示輝度がゼロになるようパネル駆動回路６を制御してもよい。同様に、例えば赤色単色の画像など緑色を含まない画像を表示する場合、ＢＲ−ＬＥＤ３５のみが１フレーム期間中点灯するようバックライト駆動回路４を制御すると共に、Ｇ表示素子の表示輝度がゼロになるようパネル駆動回路６を制御してもよい。

上記実施形態では、パネル駆動回路６は、光透過率が所望の値となるように制御する表示素子以外の表示素子には光透過率がゼロになるよう制御する構成であるが、ここでの光透過率は必ずしもゼロである必要はなく、色再現性の低下が許容できる程度に小さい値であって透過する光が相当程度遮断できればよい。そうすれば光透過率がゼロであって光が完全に遮断される場合よりも色再現性は低下するが、１フレーム期間における表示輝度を全体として大きくすることができる。

上記実施形態では、ＢＧ−ＬＥＤ３４およびＢＲ−ＬＥＤ３５が使用される構成であるが、ＬＥＤベアチップ３０１に代えて、異なる色を発する同一または異なるＬＥＤが使用されてもよいし、緑色蛍光体３０２および赤色蛍光体３０３に代えて、異なる色を発する蛍光体が使用されてもよい。またＬＥＤや蛍光体以外の発光体が使用されてもよい。

本発明は、異なる複数色の光源を含むバックライトを備えるカラー画像表示装置に適用されるものであって、ＬＥＤ光源を含むバックライトを備えるカラー液晶表示装置に適している。

２…液晶表示装置
３…バックライト
４…バックライト駆動回路
５…表示制御回路
６…パネル駆動回路
７…液晶パネル
３２…ＬＥＤユニット
３４…ＢＲ−ＬＥＤ
３５…ＢＧ−ＬＥＤ
３６…導光板

図５は、ＲＧＢ各表示素子の表示動作および各ＬＥＤの点灯動作の制御タイミングを示す図である。まず第１サブフレームにおいて、表示制御回路５は、ＢＧ−ＬＥＤ３４を点灯させるようバックライト駆動回路４を制御すると共に、Ｇ表示素子における光透過率が所望の値になるようパネル駆動回路６を制御する。さらに、表示制御回路５は、Ｒ表示素子およびＢ表示素子における光透過率がゼロになるようパネル駆動回路６を制御する。そのため、図５に示されるように、上記所望の透過率に対応する液晶データＤａ（以下「表示データ」という）がＧ表示素子に書き込まれ、上記ゼロの透過率に対応する液晶データＤａ（以下「黒データ」という）がＲ表示素子およびＢ表示素子にそれぞれ書き込まれる。なお、ここではこのデータ書き込みに１／３サブフレーム（１／６フレーム）の時間がかかるものとする。なお、このような表示データまたは黒データが書き込まれる理由については後述する。

第１サブフレームにおいて、上記データ保持期間が終了すると各表示素子に対して黒データが書き込まれる。これは続く第２サブフレーム期間の開始時にＢＲ−ＬＥＤ３５が点灯される時に、Ｇ表示素子に前回書き込んだ表示データが保持されていることを防止するためである。したがって、Ｒ表示素子およびＢ表示素子には黒データを書き込むことなく、そのままデータ保持動作を継続してもよい。

Claims (6)

1. アクティブマトリクス型のカラー画像表示装置であって、
   表面に所定の３原色の色フィルタがそれぞれ形成され、与えられた信号に応じた透過率で光を透過させる第１から第３までの種類の表示素子がマトリクス状に配置された表示部と、
   １画面分の表示が行われる各フレーム期間を２分割することにより得られる２つのサブフレーム期間のうちの一方の第１のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与え、前記２つのサブフレーム期間のうちの他方の第２のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与える駆動制御部と、
   前記３原色のうちの第１および第２の色の光を発光する第１の発光体と、前記第１の色および前記３原色のうちの第３の色の光を発光する第２の発光体とを含み、前記第１および第２の発光体の少なくとも一方を点灯することにより前記表示部に光を照射するバックライト部と、
   前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御するバックライト制御部と
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記第１のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与え、前記第２のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与えることを特徴とする、カラー画像表示装置。
2. 前記第１の色は青色であり、前記第２の色は緑色であり、前記第３の色は赤色であることを特徴とする、請求項１に記載のカラー画像表示装置。
3. 前記第１の発光体は、前記第１の色を発する発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子からの光に励起され前記第２の色を発する第１の蛍光体を含み、
   前記第２の発光体は、前記第１の発光体に含まれる発光ダイオード素子と同一種類の発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子からの光に励起され前記第３の色を発する第２の蛍光体を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカラー画像表示装置。
4. 前記第１の種類の表示素子に形成される色フィルタは、前記第１の色の光とともに、前記第２の色の光に含まれる前記第１の色近傍の波長の光を透過し、かつ前記第３の色の光を遮断することを特徴とする、請求項１に記載のカラー画像表示装置。
5. 前記バックライト制御部は、所定の第１の動作モードでは、前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御し、前記第１の動作モードにおける場合よりも各表示素子の表示輝度を大きくする第２の動作モードでは、各フレーム期間中、前記第１および第２の発光体を点灯することを特徴とする、請求項１に記載のカラー画像表示装置。
6. 表面に所定の３原色の色フィルタがそれぞれ形成され、与えられた信号に応じた透過率で光を透過させる第１から第３までの種類の表示素子がマトリクス状に配置された表示部と、前記３原色のうちの第１および第２の色の光を発光する第１の発光体と、前記第１の色および前記３原色のうちの第３の色の光を発光する第２の発光体とを含み、前記第１および第２の発光体の少なくとも一方を点灯することにより前記表示部に光を照射するバックライト部とを備えるアクティブマトリクス型のカラー画像表示装置の制御方法であって、
   １画面分の表示が行われる各フレーム期間を２分割することにより得られる２つのサブフレーム期間のうちの一方の第１のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与え、前記２つのサブフレーム期間のうちの他方の第２のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に画像を表示するための信号を与える駆動制御ステップと、
   前記第１のサブフレーム期間において前記第１の発光体を点灯しかつ前記第２の発光体を消灯し、また前記第２のサブフレーム期間において前記第１の発光体を消灯しかつ前記第２の発光体を点灯するよう制御するバックライト制御ステップと
   を備え、
   前記駆動制御ステップでは、前記第１のサブフレーム期間において前記第１および第３の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与え、前記第２のサブフレーム期間において前記第２の種類の表示素子に光透過率をゼロまたはゼロ近傍の値とする信号を与えることを特徴とする、カラー画像表示装置の制御方法。

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