(57)【要約】【課題】高精細で省エネルギーを達成することのできるカラー液晶パネル表示法を提供する。【解決手段】Ｒ（＝赤）、Ｇ（＝緑）、Ｂ（＝青）の各３原色を個別に点灯駆動する光源を持つバックライト部と、面上に多数並べられる液晶素子によりモノクロ画像を作るモノクロ液晶パネルで構成され、Ｒ（＝赤）、Ｇ（＝緑）、Ｂ（＝青）の点灯を時間軸でずらしてカラー画像を表示することを特徴とする時分割カラー液晶パネル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ（＝赤）、Ｇ（＝緑）、Ｂ（＝青）の各３原色を個別に点灯駆動する光源を持つバックライト部と、面上に多数並べられる液晶素子によりモノクロ画像を作るモノクロ液晶パネルで構成され、Ｒ（＝赤）、Ｇ（＝緑）、Ｂ（＝青）の点灯を時間軸でずらしてカラー画像を表示することを特徴とする時分割カラー液晶パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶テレビ等のカラー画像を作る、時分割カラー液晶パネル表示法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶パネルは、１組のＲ（＝赤）Ｇ（＝緑）Ｂ（＝青）素子と呼ばれる３つのサブ画素を単位とするユニット画素が、繰り返す形で並べられている。サブ画素の並べ方には２つの方法があり、高精細パネルではストライプ配置、低精細パネルではデルタ配置で並べられる例が多い。
【０００３】
ストライプ配置で並べられるカラー液晶について考えてみる。モデル化すると、各ＲＧＢサブ素子は、１：３の矩形で、３つの矩形が３：３の正方形を形成してユニット画素を作る。
【０００４】
ＨＤＴＶと呼ばれる高精細テレビは、×−横方向に１，９２０のユニット画素が並び、Ｙ−縦方向に１，０８０のユニット画素が並ぶ。４７．７インチのカラー液晶パネルを例にサブ画素とユニット画素の大きさを計算してみる。対角は４７．７インチ＝１２１３．２ｍｍ、横が９６０ｍｍで縦は５４０ｍｍ。横のユニット画素サイズは９６０ｍｍ／１９２０ユニット画素＝５００μｍ、縦のユニット画素サイズは５４０ｍｍ／１０８０ユニット画素＝５００μｍとなる。各Ｒ（＝赤）Ｇ（＝緑）Ｂ（＝青）は１：３の矩形であるから、横＝５００μｍ／３＝１６７μｍ、縦＝５００μｍのサブ画素のサイズとなる。
【０００５】
同じモデルで、８インチの中型カラー液晶パネルを比例計算する。ユニット画素は８４μｍ×８４μｍの正方形で、ＲＧＢサブ画素は２８μｍ×８４μｍの矩形となる。
同様に携帯電話などで使われる小型カラー液晶パネルを計算すると、ユニット画素は５２μｍ×５２μｍの正方形で、ＲＧＢサブ画素は１７．５μｍ×５２μｍの矩形となる。
【０００６】
サブ素子液晶は単なる光シャッターとして動作しており、個々のサブ素子液晶は開閉（＝ＯＮ／ＯＦＦ）ばかりでなく、中間調は電圧制御を変えることにより光の透過率を調整するトランジスターを持つ。すなわち液晶パネルにはバックライトと言われる照明が必要である。バックライトは液晶背面に白色ＬＥＤが多数個離散的に並べられ、拡散機能を有したフィルターを介して液晶パネルに均一に照射する。白色ＬＥＤの照明ではモノクロ画像しか得られないために、サブ素子の上にＲＧＢカラーフィルターを配してカラー画像を作っている。
【０００７】
他方カラー画像を作る方法として、モノクロ液晶板にカラー３原色を時分割で照射して、レンズにより大きく拡大投影するカラーホイール・プロジェクターが知られている。光源から液晶に至る光路に、カラーホイールと呼ばれるカラー３原色フィルターを各３分の１角度（＝１２０度円弧）に配した円板を高速で回転させて、モノクロ液晶に照射し単色のカラー画像を順次スクリーンに拡大投影する。画像を見る人間の眼は６０分の１秒より短い照射画像は認識できず、Ｒ＋Ｇ＋Ｂ像を色合成したカラー画像として認識する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
カラー液晶パネルの微細化が急速に進み、生産技術が難しくなると共に、生産コストも高くなっている。縦横画素数をルート４倍にする４Ｋと呼ぶ液晶パネルや、ルート８倍にする８Ｋと呼ぶ液晶パネルの開発も進んでいるが、表示方法を見直す必要がある。
【０００９】
問題の起点は、ＲＧＢをパネル×Ｙ平面に並べていることにある。カラーフィルムのようにＲＧＢカラーフィルターを縦のＺ軸に段積する事も考えるが、背面からの白色照明が吸収されてしまい上手く行かない。
【００１０】
人間の眼は６０分の１秒以下を残像としてしか認識しない事から、×ＹＺの座標軸に拘泥せず、時間軸に色ファクターを置く事を考えた。
【００１１】
従来技術として、段落［０００６］で記すカラーホイール・プロジェクターが知られている。短い時間間隔でＲＧＢ単色カラー画像をパネルに表示すれば、人間の眼はカラー画像として認識するはずである。
しかし、この技術は、カラーホイールを回転することにより、白色光源からの光を時間軸でＲＧＢの単色を選択する事ができるが、各１色の選択時に他の２色はフィルターでカットされ無駄にされる。また、パネル内にカラーホイールを回転する機構を設けることは、スペース的に難しく現実的ではない。
【００１２】
液晶パネルのバックライトには冷陰極管と呼ばれる蛍光灯に類する白色光源が使われてきたが、最近は寿命や演色性に優れた白色ＬＥＤに置き換えられてきた。
【００１３】
動きの激しい動画表示では、移動する物体の輪郭が不鮮明に見えることがある。不鮮明を解消するために、１つのフレーム画像を表示した後に、全面を真っ黒にする「ブラック挿入法」を使うことにより、動くものの表示を鮮明にしている。全面を真っ黒にするには、全液晶のシャッターを閉にする方法と、ＬＥＤバックライトを消灯する方法がある。
【００１４】
液晶の駆動速度も原則毎秒６０フレームでよいのだが、激しい動きを伴う動画では残像感を小さくするために、前後の画像情報から中間画像を作り出して合わせて１２０枚を表示する倍速駆動が使われている。さらに４倍速の開発、商品化も進んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
高速で点滅駆動する白色ＬＥＤを、Ｒ（＝赤）、Ｇ（＝緑）、Ｂ（＝青）の各３つのＬＥＤに置換え、Ｒ（＝赤）ＬＥＤ点灯でモノクロ液晶パネルを介して赤の画像を表示し、次にＧ（＝緑）ＬＥＤ点灯で緑の画像、そしてＢ（＝青）ＬＥＤ点灯で青の画像を表示すれば、カラー画像が得られるはずである。
【００１６】
画像信号から時間をずらす形でＲＧＢのＬＥＤを駆動させ、ＲＧＢ画像を順次表示して３つのＲＧＢフレーム画像を人間の眼の残像時間内に表示する事によりカラー画像を得る表示法で、ここでは時分割カラー液晶パネル表示法と呼ぶ。従来の表示法は、パネルにＲＧＢサブ画素を配して、１つのフレーム画像でカラー画像を得る、いわゆる面積分割カラー液晶パネル表示法と言う事が出来よう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の時分割カラー液晶パネルは、カラーフィルターを不要とし、従来のＲＧＢ３つのサブ画素も１つのモノクロ・ユニット画素に置き換えられ、少ない要素によりカラー液晶パネルを実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】バックライト部、液晶パネル部、カラーフィルター部を模式的に配したもので、各右側は従来の面積分割カラー液晶パネル表示法、左側は本発明の時分割カラー液晶パネル表示法を記す。
【図２】上段に従来の面積分割カラー液晶パネルタイミング、下段に本発明の時分割カラー液晶パネルタイミングを記す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を図１、図２を参照にして、従来の面積分割カラー液晶パネル表示法と、本発明の時分割カラー液晶パネル表示法を比較しながら、本発明の特徴を説明する。
【００２０】
カラー液晶パネルは、図１に記すように、主要素はバックライト部と液晶パネル部、カラーフィルター部により構成される。従来の面積分割カラー液晶パネル表示は、白色ＬＥＤが離散的に多数並べられたバックライトからの照明を、図示無き照明光を明るさムラが少なくなるような拡散板を介して液晶パネル部に当てる。
【００２１】
液晶パネル部はシャッター機能を持つ多数の液晶画素が×Ｙ平面に並べられ、直交する偏光板に挟まれている。各液晶画素に電圧印加すると液晶が偏光軸回転して、光を透過及び遮蔽するシャッターとして機能する。印加の電圧を変えると液晶の偏光回転軸を所望の回転角とする事もでき、中間調を表現できる。
【００２２】
図１の右側に記す従来の液晶パネルでは、白色のＬＥＤの照明光を液晶パネルに当てて画像を作り出しており、液晶パネルのユニット画素を出る光は白色、或いは遮蔽され黒色でモノクロ画像となる。他方、右側に記す本発明の液晶パネルは、時間軸でＲ（＝赤）画像が出てきた後に、Ｇ（＝緑）画像、Ｂ（＝青）が繰り返され、６０分の１秒以下で繰り返されると人間の眼はカラー画像として認識する。
【００２３】
従来の液晶パネルでカラー化するためには、さらにカラーフィルターを必要とする。パネルを構成する液晶画素は単なる光シャッターとしての機能しかなく、各画素の後段に、各画素にペアリングするカラーフィルターを配して、カラー画像を得る事ができる。本発明ではカラーフィルターが不要となる。
【００２４】
カラーフィルターは色素による吸収で所望のＲ（＝赤）Ｇ（＝緑）Ｂ（＝青）各色を透過させるために、およそ３０％の光しか利用できず、７０％の光エネルギーはフィルターに吸収されて熱に変ってしまう。
【００２５】
画素の違いを考えてみる。従来の画素は、Ｒ（＝赤）の画素液晶とカラーフィルターをペアリングした赤のサブ画素と、同様にペアリングされる緑、青のサブ画素を単位としてカラー認識できるユニット画素が作られる。本発明ではＬＥＤ光源により時間軸でカラーを表現するために、サブ画素が不要となる。
【００２６】
ＨＤＴＶと呼ばれる高精細テレビは、×−横方向に１，９２０のユニット画素が並び、Ｙ−縦方向に１，０８０のユニット画素が並ぶ。従来の４７．７インチのカラー液晶パネルの画素は、１：３の矩形Ｒ（＝赤）Ｇ（＝緑）Ｂ（＝青）サブ画素のサイズは横＝５００μｍ／３＝１６７μｍで縦＝５００μｍで、ユニット画素３色のサブ画素で構成されるユニット画素は縦横５００μｍ角となる。髪の毛はおよそ６０μｍの太さがあると言われ、それより太いサブ画素がＲＧＢで並ぶパネルは近くで見ると異様であり、人間が自然に見る画像と違う。人間が見る自然対象物は、対象物そのものに色を有し、ＲＧＢが面積的に配置される事はない。
【００２７】
本発明の第１の特長は、平面にＲＧＢを配置せず、画素そのものがカラー画素となるため、より自然な色合いを表現出来る事にある。
【００２８】
５００μｍ×５００μｍのカラー画素より、１６７μｍ×５００μｍ＝２８９μｍ×２８９μｍのカラー画素の方が高精細となりきれいに見えるはずである。４７．７インチのカラー液晶パネルでは２８９μｍ×２８９μｍの画素を作る技術は確立している。本発明の第２の特長は、現有技術で３倍の高精細画像を得られる事にある。
【００２９】
各画素を分離するブラックマトリックスと言う遮蔽部に、トランジスターや配線層が配される。遮蔽部はバックライトからの光を遮り、光エネルギーを熱に変えてしまう。遮蔽部と液晶の光透過部の面積比を開口率と言い、同じ高精細だと本発明は、従来よりも大きな開口率で明るい画像が得られるのが第３の特長である。
【００３０】
中型液晶パネルや携帯電話などに使われる小型液晶パネルでは、より細かいトランジスターや細い配線層が望ましいが、技術的制約があり開口率を上げる事が難しかった。４７．７インチのような大型パネルの配線は、太くしても開口率がそれ程下がらないために、電気伝導度は低くなるが、加工が容易なアモルファス・シリコンが使われる。小型液晶ではより大きな開口率を確保するために、電気伝導度の高い低温ポリシリコンの細い配線が使われる。本発明では大きな開口率を確保できるために、加工の容易なアモルファス・シリコンで安価な配線層を使うことも可能である。
【００３１】
図２でＲＧＢのＬＥＤ光源駆動を説明する。上段に従来の面積分割カラー液晶パネルタイミング、下段に本発明の時分割カラー液晶パネルタイミングを記す。従来の液晶パネルでは、１５−２０ｍＳｅｃごとに２０−３０μＳｅｃの画像を表示し、毎秒６０フレームで動画を作っている。毎秒１２０フレームで８−１０ｍＳｅｃを繰り返す２倍速駆動、毎秒２４０フレームで４−５ｍＳｅｃの４倍速駆動まで現時点で製品化されている。フレームごとに液晶全面を真っ黒にする「ブラック挿入法」は、激しい動画表示で移動する物体の輪郭部を鮮明に見せる技術である。ブラック挿入は液晶の駆動ばかりではなく、バックライトの点滅法も使われる。
【００３２】
図２の下段は本発明のＬＥＤ光源駆動である。１５−２０ｍＳｅｃに、１０−２０μＳｅｃでＲ（赤）ＬＥＤを点灯してＲ（赤）画像を表示し、１０−２０μＳｅｃでＧ（緑）ＬＥＤを点灯してＧ（緑）画像を表示し、１０−２０μＳｅｃでＢ（青）ＬＥＤを点灯してＢ（青）画像を表示して、毎秒６０フレームのカラー画像を作る。
【００３３】
本発明では時間軸でカラー画像を作り出すために、少なくとも毎秒６０フレームの各フレームでＲＧＢ画像を表示しなければ、人間も眼で不自然に見えてしまう。４倍速駆動まで商品化されており、カラー画像を時間軸に担わせる本発明の時分割カラー液晶パネルの実現性は高い。本発明は液晶の駆動速度で従来比の３倍で、従来の面積分割カラー液晶パネル表示と同等となるために、更に速い駆動速度が実現できる事が望まれる。
【図１】
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【図２】
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