(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青の３色の画素を複数有するカラーフィルタと、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御する複数の光シャッターと、光源と、を備えるカラー液晶ディスプレイにおいて、
カラーフィルタは、青の透過波長領域のピーク波長が４６０〜４６５ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での青の透過率が７５〜９０％の範囲であり、緑の透過波長領域のピーク波長が５３１〜５３６ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での緑の透過率が８８〜９２％の範囲であり、６１０ｎｍ以上の範囲における赤の透過率が８０％以上であり、
光源は、青の光源相対輝度（最大値を１としたときの輝度）のピーク波長が４３０〜４４０ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での光源相対輝度が０．７以上であり、緑の光源相対輝度のピーク波長が５４０〜５５０ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での光源相対輝度が１．０であり、赤の光源相対輝度のピーク波長が６１０〜６２０ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での光源相対輝度が０．７以上であり、緑の光源相対輝度のピーク波長より短波長側にピーク波長が５２０〜５３０ｎｍの範囲であり該ピーク波長での光源相対輝度が０．２〜０．４であるサブピークを有し、
カラーフィルタの緑の透過率が最大になる波長（緑の透過波長領域の前記ピーク波長）がλであるときに、λ±３ｎｍの範囲における光源相対輝度の平均が０．１以上であり、
カラーフィルタの青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長が４８５〜４９０ｎｍの範囲あり、該透過率が６５〜８０％の範囲であることを特徴とするカラー液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー液晶ディスプレイに係り、特にバックライト付透過型のカラー液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイは、フラット型のディスプレイの一種であり、従来から電子ディスプレイの代表であるＣＲＴ（ブラウン管）がもつ奥行きと重量という欠点を解消するものとして用途が拡大している。液晶ディスプレイは、当初モノクロ表示であったが、ＣＲＴにおいて永年フルカラー化がなされていることから、液晶ディスプレイのフルカラー化は必然的な要請であった。
【０００３】
従来のカラー液晶ディスプレイの用途は、ワードプロセッサー、パーソナルコンピュータ等のＯＡ機器用が主であり、文字、図形、グラフ、表等をカラーで表示するものであった。ここで、赤、緑、青の３原色の色純度は、カラーフィルタの膜厚、色素の濃度の値を高めるほど向上するが、カラーフィルタの透過率は逆に低下して表示画像が暗くなる。このため、ノート型パーソナルコンピュータ用の液晶ディスプレイでは、バッテリー駆動時間をより長くするために、少ない消費電力の光源でより明るい表示が得られるよう、色純度よりも透過率に重点が置かれていた。
【０００４】
しかし、据え置き型液晶ディスプレイの普及によりＣＲＴ並みの色純度が要求され、また、技術進歩による液晶ディスプレイの動画表示の可能化に伴い、赤、緑、青の色純度が高く、肌色のような中間調表示を含む高い色再現が要求されている。そこで、例えば、カラー液晶ディスプレイの光源として、狭い帯域の分光特性を有する光源を使用し、この光源のピーク波長とカラーフィルタの各色要素の透過波長領域のピーク波長とをほぼ一致させることにより、カラー液晶ディスプレイの色純度を高め、優れた色再現性を得ることが行なわれている（特開平７−２５３５７７号、特開平７−２６１１６７号等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＲＴを用いたカラーＴＶにおけるカラー表示として、従来からＮＴＳＣ(National Television System Committee)方式によるカラー表示が標準となっており、このような背景のもとで、カラー液晶ディスプレイによるＴＶ画像もＮＴＳＣ方式が標準方式となっている。一方、カラー液晶ディスプレイにおける肌色として許容されるためには、色度図上の赤、緑、青の３原色を結ぶ三角形領域の面積が、ＮＴＳＣ方式のよる色範囲の面積の５０％以上（対ＮＴＳＣ比５０％以上）となる色再現範囲が必要であるという結果が報告されている（１９９９年映像情報メディア学会年次大会  ７−８  １０９〜１１０頁）。
しかし、従来のカラー液晶ディスプレイは、赤、緑、青の色再現域、特に緑の色再現域が狭く、天然画像の再現が不十分なものであった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、肌色のような中間調表示に優れ、高品質のＴＶ画像が得られるカラー液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、赤、緑、青の３色の画素を複数有するカラーフィルタと、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御する複数の光シャッターと、光源と、を備えるカラー液晶ディスプレイにおいて、カラーフィルタは、青の透過波長領域のピーク波長が４６０〜４６５ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での青の透過率が７５〜９０％の範囲であり、緑の透過波長領域のピーク波長が５３１〜５３６ｎｍの範囲にあり該ピーク波長での緑の透過率が８８〜９２％の範囲であり、６１０ｎｍ以上の範囲における赤の透過率が８０％以上であり、光源は、青の光源相対輝度（最大値を１としたときの輝度）のピーク波長が４３０〜４４０ｎｍの範囲であり該ピーク波長での光源相対輝度が０．７以上であり、緑の光源相対輝度のピーク波長が５４０〜５５０ｎｍの範囲であり該ピーク波長での光源相対輝度が１．０であり、赤の光源相対輝度のピーク波長が６１０〜６２０ｎｍの範囲であり該ピーク波長での光源相対輝度が０．７以上であり、緑の光源相対輝度のピーク波長より短波長側にピーク波長が５２０〜５３０ｎｍの範囲であり該ピーク波長での光源相対輝度が０．２〜０．４であるサブピークを有し、カラーフィルタの緑の透過率が最大になる波長（緑の透過波長領域の前記ピーク波長）がλであるときに、λ±３ｎｍの範囲における光源相対輝度の平均が０．１以上であり、カラーフィルタの青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長が４８５〜４９０ｎｍの範囲あり、該透過率が６５〜８０％の範囲であるような構成とした。
【０００７】
また、本発明は、赤、緑、青の３色の画素を複数有するカラーフィルタと、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御する複数の光シャッターと、光源と、を備えるカラー液晶ディスプレイにおいて、カラーフィルタの緑の透過率が最大となる波長がλであるときに、λ±３ｎｍの範囲における光源相対輝度（最大値を１としたときの輝度）の平均が０．２以上であるような構成とした。
【０００８】
さらに、本発明は、赤、緑、青の３色の画素を複数有するカラーフィルタと、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御する複数の光シャッターと、光源と、を備えるカラー液晶ディスプレイにおいて、カラーフィルタの青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長が４９０ｎｍ以下であるような構成とした。
【０００９】
本発明の好ましい態様として、前記光源が蛍光ランプであるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記光源が発光ダイオードであるような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記光源が電界発光素子であるような構成とした。
このような本発明では、カラーフィルタと光源が上記の条件を満足することにより、対ＮＴＳＣ比５０％以上が可能となり、高画質のカラー液晶ディスプレイが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のカラー液晶ディスプレイの構成を示す概略構成図である。図１において、カラー液晶ディスプレイ１は、赤、緑、青の３色の画素を複数有するカラーフィルタ２と、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御する複数の光シャッター３と、光源４と、を備えた透過型の液晶ディスプレイである。
【００１１】
カラーフィルタ２は、透明基板上に赤色パターン、緑色パターンおよび青色パターンを所望のパターン形状で配列して画素を構成したものであり、通常、各画素間にブラックマトリックスが形成されている。
【００１２】
光シャッタ３は、液晶を開閉して各画素の透過光量を制御するものであり、微小な複数の画素配列をなしている。このような光シャッタ３は、従来から液晶ディスプレイに用いられている公知の動作モードを採用することができ、例えば、アクティブマトリックス型にはＴＮモード、単純マトリックス型にはＳＴＮモードを採用することができる。
【００１３】
光源４は、通常、薄型、白色のバックライトであり、蛍光ランプ、発光ダイオード、電界発光素子等を使用することができ、使用するカラーフィルタを考慮しながら下記の条件を満足するものを適宜選択することができる。
【００１４】
図２はカラーフィルタ２の透過特性の一例を破線、１点鎖線、２点鎖線で示し、光源４の分光特性の一例を実線で示した図である。図２に示されるように、本発明では、カラーフィルタ２の緑の透過率が最大となる波長をλとしたときに、λ±３ｎｍの範囲（図中に斜線で示した範囲）での光源４の分光特性の相対輝度（最大値を１としたときの輝度）の平均が０．１以上であり、かつ、カラーフィルタ２の青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長λ′が５００ｎｍ以下となる。
【００１５】
また、図３はＣＩＥ ｘｙ 色度図におけるＮＴＳＣでの色再現域（破線で示す三角形）と、本発明のカラー液晶ディスプレイの色再現域（１点鎖線で示す三角形）とを示した図である。図３において、ＮＴＳＣでの色再現域の面積Ｓ１に対するカラー液晶ディスプレイの色再現域の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１×１００）を、対ＮＴＳＣ比とする。この対ＮＴＳＣ比が大きいほど赤、緑、青の３原色の色純度が高く、天然画像の再現性に優れたものとなるが、対ＮＴＳＣ比を５０％以上とすることにより、肌色として許容される画像表示が可能になる。
【００１６】
本発明では、カラーフィルタ２と光源４が上記の条件を満足することにより、対ＮＴＳＣ比が５０％以上となる。したがって、本発明のカラー液晶ディスプレイは、肌色のような中間調表示に優れ、高品質のＴＶ画像表示が可能である。
【００１７】
尚、光源４の分光特性の相対輝度の平均を規定する範囲が、例えば、緑透過率の最大波長λの±５ｎｍのように、本発明の設定範囲（±３ｎｍ）よりも広くなるほど、相対輝度と対ＮＴＳＣ比との相関のリニア性が崩れ、対ＮＴＳＣ比を５０％以上とするための制御が不安定となり好ましくない。
【００１８】
また、本発明では、カラーフィルタ２の緑の透過率が最大となる波長をλとしたときに、λ±３ｎｍの範囲での光源４の分光特性の相対輝度（最大値を１としたときの輝度）の平均を０．２以上に設定する。このように、相対輝度を上述の場合よりも高く設定することにより、上記の青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′の大きさに関係なく、対ＮＴＳＣ比が５０％以上となり、本発明のカラー液晶ディスプレイは、肌色として許容される画像表示が可能なものとなる。
【００１９】
さらに、本発明では、カラーフィルタ２の青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長λ′を４９０ｎｍ以下に設定する。このように、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′を上述の場合よりも低波長側に設定することにより、上記の光源相対輝度に関係なく、対ＮＴＳＣ比が５０％以上となり、本発明のカラー液晶ディスプレイは、肌色として許容される画像表示が可能なものとなる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
［実施例１］
カラーフィルタとして、図４〜図８に示す透過特性をもった５種のカラーフィルタＣ−１〜Ｃ−５を準備した。各カラーフィルタの緑の最大透過率の波長λと、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′を下記の表１に示した。尚、透過特性の測定はオリンパス光学工業（株）製の分光測色計ＯＳＰ−ＳＰ２００を使用した。
【００２２】
また、光源として、図９〜図１３に示す分光特性をもった５種の三波長管Ｌ−１〜Ｌ−５を準備した。これらの各光源（Ｌ−１〜Ｌ−５）について、上記の５種のカラーフィルタ（Ｃ−１〜Ｃ−５）との組み合わせにおけるλ±３ｎｍの範囲での光源分光特性の相対輝度（最大値を１としたときの輝度）の平均を算出して、下記の表１に示した。尚、分光特性の測定は（株）トプコン製の分光輝度計ＳＲ−３を使用した。
【００２３】
次に、上記の５種のカラーフィルタ（Ｃ−１〜Ｃ−５）と、５種の光源（Ｌ−１〜Ｌ−５）とをそれぞれ組み合わせて、単純マトリックス方式のカラー液晶ディスプレイ（試料１〜試料２５）を作製した。そして、各カラー液晶ディスプレイ毎に色度図における色再現域の面積Ｓ２を算出し、ＮＴＳＣでの色再現域の面積Ｓ１に対する比（Ｓ２／Ｓ１×１００）を求めて、下記の表１に示した。尚、色度の測定は（株）トプコン製の分光輝度計ＳＲ−３を使用し、周囲からの入射光がない状態で分光輝度計をディスプレイの中心に対して法線方向に配置し、観測距離は５０ｃｍとした。
【００２４】
さらに、各カラー液晶ディスプレイ毎に、高精細カラーデジタル標準データ（ＩＳＯ／ＪＩＳ−ＳＣＩＤ  ＪＩＳ  Ｘ９２０１準拠  日本規格協会発行）から人物を含んだ特定の画像（Ｎ１Ａ）を表示し、この画像を下記の方法で評価して、その結果を下記の表１に示した。
（画像評価方法）
作製したカラー液晶ディスプレイおよびＣＲＴの画面中心部に評価用の画像を表示し、５段階の評価尺度により画像を評価した。被験者は５０人であり、年齢２５歳から３５歳までの正常視（矯正視力を含む）の成人とした。観察距離は、ディスプレイを見る場合の通常の視認距離（５０ｃｍ〜７０ｃｍ）とし、ディスプレイ面に対して法線方向から観察した。各カラー液晶ディスプレイの中で、ＣＲＴと同等の評価が得られている、平均評価値が３．５以上のカラー液晶ディスプレイを良好とした。
【００２５】
【表１】
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【表２】
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【００２６】
表１に示されるように、λ±３ｎｍの範囲での分光特性の相対輝度の平均が０．１以上である光源と、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′が５００ｎｍ以下のカラーフィルタとの組み合わせからなるカラー液晶ディスプレイは、いずれも対ＮＴＳＣ比が５０％以上であり、肌色画質を含む画像表示の評価は良好であった。特に、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′が４９０ｎｍ以下のカラーフィルタを用いた場合、λ±３ｎｍの範囲での光源の分光特性の相対輝度の平均が０．１未満（試料３、試料８）であっても、対ＮＴＳＣ比が５０％以上であり、肌色画質を含む画像表示の評価は良好であった。
【００２７】
一方、λ±３ｎｍの範囲での光源分光特性の相対輝度の平均が０．１以上であっても、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′が５００ｎｍを超えるカラーフィルタを組み合わせたカラー液晶ディスプレイ（試料２１）では、対ＮＴＳＣ比は５０％未満であり、肌色画質を含む画像表示の評価は悪いものであった。
【００２８】
また、λ±３ｎｍの範囲での分光特性の相対輝度の平均が０．２以上の光源を使用したカラー液晶ディスプレイ（試料２、４、５、７、９〜１１、１５、１７、１９、２０、２２、２４、２５）では、青の透過率曲線と緑の透過率曲線の交点の波長λ′に関係なく、対ＮＴＳＣ比は５０％以上であり、肌色画質を含む画像表示の評価は良好であった。
【００２９】
［実施例２］
実施例１と同様の５種のカラーフィルタＣ−１〜Ｃ−５を準備した。
また、光源として、図１４〜図１６に示す分光特性をもった３種の発光ダイオードＬ−Ｉ〜Ｌ−IIIを準備した。これらの各光源（Ｌ−Ｉ〜Ｌ−III）について、上記の５種のカラーフィルタ（Ｃ−１〜Ｃ−５）との組み合わせにおけるλ±３ｎｍの範囲での光源分光特性の相対輝度（最大値を１としたときの輝度）の平均を算出して、下記の表２に示した。尚、分光特性の測定は（株）トプコン製の分光輝度計ＳＲ−３を使用した。
【００３０】
次に、上記の５種のカラーフィルタ（Ｃ−１〜Ｃ−５）と、３種の光源（Ｌ−Ｉ〜Ｌ−III）とをそれぞれ組み合わせて、単純マトリックス方式のカラー液晶ディスプレイ（試料Ｉ〜試料XV）を作製した。そして、各カラー液晶ディスプレイ毎に色度図における色再現域の面積Ｓ２を算出し、ＮＴＳＣでの色再現域の面積Ｓ１に対する比（Ｓ２／Ｓ１×１００）を求めて、下記の表２に示した。尚、色度の測定は（株）トプコン製の分光輝度計ＳＲ−３を使用し、周囲からの入射光がない状態で分光輝度計をディスプレイの中心に対して法線方向に配置し、観測距離は５０ｃｍとした。
さらに、各カラー液晶ディスプレイ毎に実施例１と同様の方法で画像の評価を行い、その結果を下記の表２に示した。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表２に示されるように、いずれのカラー液晶ディスプレイも、使用している光源が、λ±３ｎｍの範囲での分光特性の相対輝度の平均が０．２以上であるため、対ＮＴＳＣ比が５０％以上であり、肌色画質を含む画像表示の評価は良好であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればカラーフィルタの緑の透過率が最大となる波長がλであるときに、λ±３ｎｍの範囲における光源相対輝度の平均を０．１以上とし、かつ、カラーフィルタの青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長を５００ｎｍ以下とし、あるいは、カラーフィルタの緑の透過率が最大となる波長がλであるときに、λ±３ｎｍの範囲における光源相対輝度の平均を０．２以上とし、あるいは、カラーフィルタの青の透過波長領域のピーク波長より長波長側における青の透過率が、カラーフィルタの緑の透過波長領域のピーク波長より短波長側における緑の透過率と一致する波長を４９０ｎｍ以下とするので、対ＮＴＳＣ比５０％以上が可能となり、色純度が高く、色再現性に優れた高画質のカラー液晶ディスプレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー液晶ディスプレイの構成を示す概略構成図である。
【図２】カラーフィルタの透過特性と光源の分光特性を示した図である。
【図３】ＣＩＥ ｘｙ 色度図におけるＮＴＳＣでの色再現域と本発明のカラー液晶ディスプレイの色再現域とを示した図である。
【図４】実施例で使用したカラーフィルタの透過特性を示した図である。
【図５】実施例で使用したカラーフィルタの透過特性を示した図である。
【図６】実施例で使用したカラーフィルタの透過特性を示した図である。
【図７】実施例で使用したカラーフィルタの透過特性を示した図である。
【図８】実施例で使用したカラーフィルタの透過特性を示した図である。
【図９】実施例１で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１０】実施例１で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１１】実施例１で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１２】実施例１で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１３】実施例１で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１４】実施例２で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１５】実施例２で使用した光源の分光特性を示した図である。
【図１６】実施例２で使用した光源の分光特性を示した図である。
【符号の説明】
１…カラー液晶ディスプレイ
２…カラーフィルタ
３…光シャッタ
４…光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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