(57)【要約】  【課題】低消費電力ながら比較的高い輝度での表示を実現できる、改良された方式によるディスプレイ装置を提供する。  【解決手段】ディスプレイ装置は、赤、緑、青の各色に対応した互いに異なる波長域の光を発光する３種の発光素子を含む光源装置と、各画素が、赤色と緑色、及び緑色と青色の光をそれぞれ透過させる２種のカラーフィルタとを有する表示部を含むディスプレイモジュールとを備える。表示の際には、映像信号の１フレームを２分割して２つのサブフレームを構成するようにし、それぞれのサブフレームで２種のカラーフィルタを共に通過する緑色の光と、一方のみを通過する赤色及び青色の光とを交互に発光できるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
別個に制御され、赤、緑、青の各色に対応した互いに異なる波長域の光を発光する３種の発光素子と、該３種の発光素子の発光波長のうち、赤色と緑色、及び緑色と青色の波長域の光をそれぞれ透過させる２種のカラーフィルタとを有し、映像信号の１フレームを２分割して２つのサブフレームを構成するようにし、それぞれの該サブフレームで前記２種のカラーフィルタを共に通過する緑色の波長域の光と、一方のみを通過する赤色及び青色の波長域の光とを交互に発光可能とすることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記３種の発光素子は、各色の光を発光する発光ダイオード素子とされることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
液晶パネルをさらに含み、前記２種のカラーフィルタは、前記液晶パネル上に設けられることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記液晶パネルを駆動する駆動手段と、該駆動手段からの出力信号により前記３種の発光素子の発光を制御する制御装置とを有することを特徴とする、請求項３に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記２種のカラーフィルタによって構成される１ピクセル内では、赤、緑、青の発光色の面積比が１：２：１となるように設定されることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記２種のカラーフィルタによって構成される１ピクセルの領域は、略縦長の長方形の形状を成すことを特徴とする、請求項５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記３種の発光素子は、高周波変調され、前記サブフレームの後で消灯されることを特徴とする、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ、パソコン用モニタ、携帯端末、携帯電話、ゲーム機器など広範に利用されるカラー表示の液晶ディスプレイ装置に関し、特にＲ(赤）、Ｇ(緑）、Ｂ（青）各色の発光を独立に制御できる光源を備えたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ装置は、通常液晶パネルの背面側に位置する光源装置を含む。従前は、光源装置として冷陰極線管等のランプを発光手段とするものが多く用いられてきたが、近年、発光ダイオード等の半導体素子を発光手段とするものも実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
一方、液晶ディスプレイ装置のカラー表示方式の代表例として、色順次表示方式（フィールド・シーケンシャル方式）なる手法が知られている（例えば、特許文献３、４参照）。これは、映像表示に際して、Ｒ(赤）、Ｇ(緑）、Ｂ（青）の各色に応じた発光手段を任意の順序で照射し、それに同期して、照射した色に対応する映像を液晶パネルによって表示することによりカラー表示を行う方式である。例えば、１枚の映像を表示するのに必要な最小単位であるフレーム期間を３つのサブフィールドに分割し、例えばそれぞれにサブフィールドに対応して、Ｒ→Ｇ→Ｂの順で発光動作を行わせる。これにより、観測者は、カラー表示による動画を表示面上で観測できる。
【０００４】
発光ダイオード等の半導体素子を発光手段として用いた場合には、ディスプレイ装置の消費電力を低減し、発熱を少なくすることが望まれている。また、従来より、色順次表示方式では、発光タイミングのずれ等に起因する色割れの問題を生じることも知られていた。かかる問題を解決すべく、フレーム期間をより細分化し、例えば、６つのサブフィールドに分割して、ＲＧＢの３原色のうち１色を選択して照射することを順次繰り返す方式が提案されている（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００１−９２４１４号
【特許文献２】特開２００１−３３２７６４号
【特許文献３】特開２００２−２８７１１２号
【特許文献４】特開２００２−３１８５６４号
【特許文献５】特開２００３−２８０６１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来は、発光手段からの出力光を効率良く活用し、比較的高い輝度ながら、低消費電力とするための有効な手段が無く、更なる改良された方式が望まれていた。例えば、上述のサブフィールドを６つに分割する方式では、液晶ディスプレイの表示切替えの速さが十分ではなく発光手段の発光切替えが追従できないため、実用的なディスプレイ装置を実現することは極めて難しい。
【０００６】
そこで本発明は、上述の課題を解決することのできる、改良されたディスプレイ装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、別個に制御され、赤、緑、青の各色に対応した互いに異なる波長域の光を発光する３種の発光素子と、その３種の発光素子の発光波長のうち、赤色と緑色、及び緑色と青色の波長域の光をそれぞれ透過させる２種のカラーフィルタとを有し、映像信号の１フレームを２分割して２つのサブフレームを構成するようにし、それぞれのサブフレームで２種のカラーフィルタを共に通過する緑色の波長域の光と、一方のみを通過する赤色及び青色の波長域の光とを交互に発光可能とするディスプレイ装置を提供する。
【０００８】
３種の発光素子は、各色の光を発光する発光ダイオード素子とされても良い。ディスプレイ装置は、液晶パネルを含み、２種のカラーフィルタは、液晶パネル上の各ピクセル（画素）に対応して設けられ得る。また、ディスプレイ装置は、液晶パネルを駆動する駆動手段と、駆動手段からの出力信号により３種の発光素子の発光を制御する制御装置とを備えることができる。
【０００９】
典型的には、ピクセルに対応して設けられる２種のカラーフィルタについて、赤、緑、青の発光色の面積比は、１ピクセル内で１：２：１となるように設定され得るが、発光手段となる発光ダイオード等の発光強度等によっては他の比とすることも可能である。また特に、発光素子を発光ダイオード等の半導体素子で構成した場合には、発光信号を高周波変調することで、サブフレームの終了時に発光素子を消灯させても良い。
【発明の効果】
【００１０】
ディスプレイ表示に用いられる各色の光量が相対的に増大するため、消費電力が低く発熱量の少ない、明るいディスプレイが実現される。特に、緑色の光量アップにより、緑色発光の発光ダイオードの個数を大幅に減らすことが可能となり、コスト低減、消費電力の低減、発熱量の低減につながる。あるいは、赤、緑、青の各発光ダイオードの光量増加により、それぞれの駆動電流を減らすことが可能となり、照明の均一性を保ちながらも、消費電力の低減および発熱量の低減が可能となった。また、各画素を２色で共有することが可能となるため、少なくとも緑色の映像の解像度は、赤色および青色の映像の２倍に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明の最良の実施形態となるディスプレイ装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明によるディスプレイ装置の各構成要素を示す概略図である。本発明のディスプレイ装置１０は、液晶ディスプレイモジュール２３、その背後からバックライト光を提供するバックライト光源装置２２からなる表示手段２０を含む。図示しないが、通常、液晶ディスプレイモジュール２３の背後側に導光板が設けられており、この導光板に対して光源装置２２からの光が入射される。導光板は、液晶ディスプレイモジュール２３の背後からその表示部３０の全面にわたってバックライト光を提供する。液晶ディスプレイモジュール２３は、駆動手段４０により駆動され、その画面表示が実現される。図１中では、駆動手段４０は表示手段２０から分離して示されるが、表示手段２０の一部として、例えば、液晶ディスプレイモジュール２３と一体に構成されても良い。
【００１３】
本実施形態における発光装置２２は、複数の発光ダイオード２１を含む。図示されるように、発光装置２２中には複数の発光ダイオード２１がアレイを成すように置かれる。複数の発光ダイオード２１として、複数の異なる波長の光を発光するものが用意される。通常バックライト用途には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色が用意され、これらの単色又は混色による光が、前述の導光板に提供される。
【００１４】
光源装置２２における複数の発光ダイオード２１のオン・オフ、及びその発光強度は、バックライト駆動手段５０によって制御される。この場合、バックライト駆動手段５０は、複数の方法で発光ダイオード２１の発光制御を行うことができるようにされ得る。例えば、バックライト駆動手段５０は、複数の発光ダイオード２１を個別に制御するようにしても良く、同色の発光をする発光ダイオード２１毎に制御するようにしても良く、並列された一部の群毎に制御するようにしても良く、または一括してこれを制御するようにしても良い。なお、図１中には、バックライト駆動手段５０は、表示手段２０から分離して示されるが、表示手段２０の一部として構成されても良い。
【００１５】
図１に示すように、表示装置１０に対して入力された映像信号は、信号処理手段６０によって処理される。この信号処理の際に、後述されるフレーム時間が画定される。信号処理手段６０で処理された信号は、ディスプレイ駆動手段４０に提供される。ディスプレイ駆動手段４０は、前述のように、液晶ディスプレイモジュール２３に対して液晶表示を制御するための液晶駆動信号を提供し、さらに、それと同期してバックライトを駆動できるように、バックライト駆動手段５０にも所定の制御信号を提供する。
【００１６】
図２は、本発明によるディスプレイ装置の表示方式の概念を示す模式図である。（ａ）は、ディスプレイ装置の画素（又はピクセル）の一つを示す図であり、（ｂ）は、その動作の概念を示す図であり、（ｃ）は、動作に伴う画素中のフィルタを透過する光の色又は波長を示す図であり、（ｄ）は、画素の変形例を示す図である。
【００１７】
図２（ａ）に示す画素（便宜上、Ｔｙｐｅ  Ａとして示す）の画素単位は、ほぼ正方形の形状を成す。表示部３０上には、この画素単位が、例えばマトリクス状にして全面に配列される。画素は、２つのフィルタ、第１のカラーフィルタ、及び第２のカラーフィルタを含む。この点は、従来の同種の製品については、通常１個のピクセルが３個のサブピクセルに分割されて、それぞれのサブピクセルに、赤、緑、青のカラーフィルタが付されるように配置されることと相違する。本発明では、２種類のフィルタが一画素を構成するように空間的に交互に配列されてカラーフィルタモザイクを構成する。
【００１８】
第１のカラーフィルタは、赤と緑の波長領域の光を透過させるもので、白色光源の入力に対しては黄色に見える光を透過する。従って、第１のカラーフィルタは、イエロー(Yellow)フィルタ（またはＹフィルタという）と呼ばれる。第２のカラーフィルタは、緑と青の発光波長領域にある光を透過させるもので、白色光源の入力に対してはシアン色に見える光を透過する。従って、シアン(Cyan)フィルタ（またはＣフィルタという）と呼ばれる。これらのフィルタの材料は、例えば有機材料から成り、液晶ディスプレイ装置のガラス基板面に沿って印刷されて形成され得る。
【００１９】
この画素の表示作用が、図２（ｂ）に示される。即ち、カラーフィルタモザイクに対して、発光ダイオードによって２種類の照明を交互に行う。２種類の照明とは、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）を同時にする照明と、緑色（Ｇ）だけの照明である。これにより、図２（ｂ）に示すように、フレーム時間の前半では、赤色と青色の発光ダイオードからの光がフィルタを透過するようにし、他方、フレーム時間の後半では、同画素から、緑色の発光ダイオードからの光のみがフィルタを通過する。一つのフレーム時間が完了すると画像表示のために次のフレーム時間が連続して開始される。
【００２０】
図２（ｃ）には、フレーム時間の前後半で各フィルタを透過する光が図示される。即ち、各フレームの前半では、図中の左側のイエローフィルタからは赤色の波長域の光が透過し、右側のシアンフィルタからは青色の波長域の光が透過する。一方、フレーム時間の後半では、両フィルタから緑色の波長域の光が透過することになる。従って、連続フレーム時間を設定し、各フレームあたりにこの２通りの照明をシーケンシャルに行うことにより、フルカラー表示が可能になる。なお、フレーム時間の前半・後半の発光色は、青及び赤と、緑とが逆であっても良い。
【００２１】
従来は、一画素を構成する３個のサブピクセルには、それぞれのピクセルに対応する赤、緑、青の映像がそれぞれ転送される。これに対し、本実施形態のようなカラーフィルタモザイクによれば、例えば、赤、緑、青の映像の水平解像度をあらかじめそれぞれ従来の１．５倍、３倍、１．５倍となるように設定することができる。赤と青の照明の際には、イエローフィルタが付された画素には対応する赤色の映像を、またシアンフィルタが付されたピクセルには対応する青色の映像を転送する必要がある。また、緑色の照明の際には、すべてのピクセルに対応する緑色の映像信号を転送する必要がある。このような操作を各フレームで行うことにより、フルカラー映像表示を得ることができる。
【００２２】
このとき、各色が占める面積は、赤、青が全体のそれぞれ１／２、緑は全面積を占めることになる。従来は、赤、緑、青の各色が占める面積は全体の１／３だったので、面積では赤、青が１．５倍、緑が３倍となる。一方、時間的にはそれぞれ１／２を占めるにとどまる。しかし、表示時間を短縮したことにより、発光ダイオードの駆動電流をその分だけ増加させることができる。従って、理論上は赤と青で１．５倍、緑で３倍の光量出力が得られることになる。
【００２３】
一方、発光ダイオードに印加できる電流にも制限があり、また、加えた電流が比較的に大きい場合には、発光ダイオードからの光量出力と入力電流との線形関係は失われるため、実際には上述よりも光量出力は低下する。実用上は、赤色と青色で１．８倍程度の光量の増大、緑色で１．６７倍程度の光量の増大が望まれるため、その結果、出力は従来技術と比べて、赤色と青色で１．３５倍程度、緑色で２．５倍程度の増大が期待される。さらに、人間の視覚感度が最も高い緑の波長領域で水平解像度が２倍となり、精細感も向上する。
【００２４】
図２（ｄ）には、画素の変形例が示される（便宜上、Ｔｙｐｅ Ｂとして示す）。この画素は、一組のイエローフィルタ及びシアンフィルタが並置されて構成される点では、前述の画素（Ｔｙｐｅ Ａ）と共通するが、画素単位の全体の形状が正方形でなく縦長の長方形とされる点でそれと相違する。画素単位の配列を最適化することで、従来品よりも、高精細の表示装置を実現することができる。  
【００２５】
本発明は、上述のように、各画素単位がイエローフィルタ及びシアンフィルタの各部分を含むように構成して、赤色及び青色と、緑色との照明を交互にオンにすることで、解像度の向上、光量の増加を実現できるディスプレイを提供するものであるが、さらにフィルタ材料を適当に選択することにより、各色の彩度を向上できるという効果も有する。
【００２６】
即ち、本発明によるディスプレイ装置で、カラーフィルタモザイクは、青と赤の混合照明あるいは緑の単色照明の元で使用される。従って、フィルタ材料を最適なものにして、イエローフィルタは青色発光を極力取り込まないように、且つシアンフィルタは赤色発光を極力取り込まないように選択するようにすることによって、従来技術で彩度を低下させる原因となっていた光源によるスペクトルオーバーラップをなくすことができる。
【００２７】
図３及び図４は、この作用効果を説明するための図である。図３は、従来の３種のＲＧＢフィルタを使用した型のディスプレイ装置による光の出力を示す図であり、（ａ）は、各発光ダイオードの発光スペクトル波形と各フィルタの光透過特性を合わせて示す図であり、（ｂ）は、フィルタを透過する光のスペクトル波形を示す図である。図４は、Ｙフィルタ、Ｃフィルタの２種のフィルタを用いたディスプレイ装置による光の出力を示す図で、（ａ）は、各発光ダイオードの発光スペクトル波形と両フィルタの光透過特性を合わせて示す図であり、（ｂ）は、フィルタを透過する光のスペクトル波形を示す図である。
【００２８】
図３に示す従来のディスプレイ装置によれば、光源となる青色の発光ダイオード（Ｂ−ＬＥＤ）、緑色の発光ダイオード（Ｇ−ＬＥＤ）、及び赤色の発光ダイオード（Ｒ−ＬＥＤ）のそれぞれに対応して、３種のフィルタが用意される。ここで、各発光ダイオードからの発光波長は、図示されるようにある程度の幅を有しており、これにより、スペクトル波形の「裾」の部分で、重なりが生じる。一方、Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタは、十分な輝度を確保するべく、図示されるように、各発光ダイオードの発光波長よりも広い波長域の光を透過するように設定されている。その結果、Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタは隣接する波長特性を有する発光ダイオードからの出力光の一部をも透過させることとなり、図３（ｂ）に示すように、透過光、即ち出力光にノイズ成分が生じ、彩度が低下する原因となる。
【００２９】
これに対し、図４に示す本発明のディスプレイ装置では、前述したように、青色及び赤色の組と、緑色とを別個に発光させる。またＹフィルタ、及びＣフィルタは、それぞれＲ−ＬＥＤ発光波長域全体とＧ−ＬＥＤ発光波長域の長波長寄り主要部分、及びＢ−ＬＥＤ発光波長域全体とＢ−ＬＥＤ発光波長域の短波長側寄り主要部分にある光を透過可能としている。これにより、フレーム時間中で青色及び赤色の照明を行う間は、図４（ｂ）の如く、スペクトルの重なりによるノイズ成分は発生せず、緑色の照明を行う間も、図４（ｃ）の如く、ほぼ緑色の波長域にあるピークが重なるだけである。従って、本発明では、従来技術で問題とされた彩度の低下は生じないという利点を有する。
【００３０】
以上のように、本発明の好適実施形態となるディスプレイ装置について、詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであり、当業者によってさらに様々な変形・変更が可能である。
【００３１】
例えば、光源として発光ダイオード素子を使用する場合に、当該素子の発光に高周波変調を行い、照明光をサブフレームごとに消灯させて、液晶デバイスの残光の影響を軽減し、動画に対する画質を向上させることも可能である。また、入力信号に応じて照明光の輝度をダイナミックに変調し、常に液晶デバイスをフル階調で駆動するダイナミックコントラストのようなダーク階調の改善技術も適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるディスプレイ装置の各構成要素を示す概略図である。
【図２】本発明によるディスプレイ装置の表示方式の概念を示す模式図で、（ａ）は、ディスプレイ装置の画素（又はピクセル）の一つを示す図であり、（ｂ）は、その動作の概念を示す図であり、（ｃ）は、動作に伴う画素中のフィルタを透過する光の色又は波長を示す図であり、（ｄ）は、画素の変形例を示す図である。
【図３】従来の３種のＲＧＢフィルタを使用した型のディスプレイ装置による光の出力を示す図、（ａ）は、各発光ダイオードの発光スペクトル波形と各フィルタの光透過特性を合わせて示す図であり、（ｂ）は、フィルタを透過する光のスペクトル波形を示す図である。
【図４】本発明のＹフィルタ、Ｃフィルタの２種のフィルタを用いたディスプレイ装置による光の出力を示す図で、（ａ）は、各発光ダイオードの発光スペクトル波形と両フィルタの光透過特性を合わせて示す図であり、（ｂ）は、フィルタを透過する光のスペクトル波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ディスプレイ装置又は表示装置
２０  表示手段
２１  発光素子（発光ダイオード）
２２  光源装置
３０  表示部
４０  ディスプレイ駆動手段
５０  発光素子駆動手段
６０  信号処理手段
【図１】
2006301043.tif 000003
【図２】
2006301043.tif 000004
【図３】
2006301043.tif 000005
【図４】
2006301043.tif 000006