JP2013205661A - 表示装置及びこれを用いた表示方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶カラーフィルター間のクロストークを低減して表示色域を拡大する。
【解決手段】第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する第三光源と、第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を、各サブピクセル毎に制御可能な機能素子とを備え、第一発光期間において、第一光源と第二光源を発光させ、第一表示パターンを構成し、第二発光期間において、第三光源を発光させ、かつ少なくとも機能素子が第三カラーフィルターを透過に制御して、第二表示パターンを構成し、第一発光期間と第二発光期間を交互に繰り返すことにより、第一表示パターンと第二表示パターンとを合成して所望の表示パターンを得る。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、表示装置及びこれを用いた表示方法に関し、詳細には光源に発光ダイオードを用いた表示装置及びこれを用いた表示方法に関する。
従来の液晶表示装置には、反射型の液晶表示装置と、透過型の液晶表示装置があり、このうち透過型装置は液晶パネルの背面に設けられた面状光源（バックライト）の発光によって画像を認識させる。このようなバックライト用光源としては、従来より冷陰極蛍光灯（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）が主に用いられている。ＣＣＦＬはヒータやフィラメントを有さず、小径で比較的高輝度であるという特性を有する。
しかしながら、ＣＣＦＬに使用される蛍光体の発光色により色再現範囲がある程度限られてしまうため、液晶ディスプレイはブラウン管やプラズマディスプレイパネル（plasma display panel：ＰＤＰ）等の他のディスプレイに比べ、ＮＴＳＣ比で色再現範囲に劣るという問題があった。
このような液晶ディスプレイでブラウン管やＰＤＰ以上の色再現範囲を実現するには、バックライトの光源としてＣＣＦＬに代わって発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を使用することが考えられる。例えばバックライト用光源として、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの発光で励起されて黄色乃至黄緑色に波長変換する蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤが利用されている。このような白色のバックライト用光源を用いてフルカラーを表現するために、カラーフィルターを組み合わせている。
特開２０１０−３２６２６号公報 特開２００９−２２９９７４号公報
しかしながら、カラーフィルターでは狭帯域の透過スペクトルを実現できず、各原色の色純度が低くなり、色再現領域が狭いという問題があった。これは波長的に隣り合う原色のカラーフィルターの分光透過スペクトルが重なり合っているためである。一例として、ＲＧＢ各色のカラーフィルターについて、液晶パネルの透過光のスペクトルを図１２に示す。この図に示すように、緑色のカラーフィルターは、隣接する青色光や赤色光も透過させてしまう。このようなカラーフィルター間のクロストーク（図１２において斜線で示す領域）が生じるため、液晶パネルの色再現領域が狭いという問題を生じていた。
これを改善する方法として、カラーフィルターの種類や濃度を変えることで各原色カラーフィルターの分光透過スペクトル帯域を狭くし、クロストークが生じないようにすることが考えられる。しかしながらこの方法では、帯域を狭くした分だけ透過率自体が下がってしまうため、電力効率が低下するという問題があった。
また別の方法としては、赤色や青色光のスペクトルを緑色から離すため、赤色光を長波長側に、青色光を短波長側にシフトさせることで、緑色フィルターの透過帯域と重複しないようにすることも考えられる。しかしながらこの方法では、視感度が低い領域を使用することになるため、電力効率の低下を招くという問題があった。
さらに別の方法として、フィールドシーケンシャルカラー（Field Sequential Color：ＦＳＣ）方式も提案されている。この方式では、原理的にカラーフィルターを使用せず、ＲＧＢの光源（ＬＥＤ）を用いて色合成するため色再現領域を拡大できるものと期待される。具体的には、従来の方式では液晶パネルを面分割して、１画素をＲＧＢの３つのサブピクセルに分割し、その色の合成によってカラー表示を実現するのに対し、フィールドシーケンシャル方式では、面で分割するのではなく時間で分割している。例えば１／６０秒で一画面を表示させる場合は、これをさらに３つに分割して１／１８０秒で、ＲＧＢの各色の画面を切り替えることによって、画像を表示する。この方式によれば、１画素を面積的に３分割するのでなく、全面を使って発色するので、面分割に比べ明るい画像を得ることができる。
しかしながら、フィールドシーケンシャル方式では液晶画面を高速で切り替える必要があるため、広く実用化されるに至っていない。特に現在液晶パネルの主流であるネマチック液晶では応答速度が数ｍｓであり、このような高速の切り替えには対応が困難である。よって、フィールドシーケンシャル方式を実現するためには、応答速度が数十μｓといった高速な強誘電性液晶の応用が不可欠になるところ、強誘電性液晶は現在のところ応用が困難であり、フィールドシーケンシャル方式が普及しない一因となっていた。
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、液晶カラーフィルター間のクロストークを低減して表示色域を拡大した表示装置及びこれを用いた表示方法を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る表示装置によれば、第一ピーク波長を有する第一スペクトル光を照射する第一光源と、第一ピーク波長よりも長波長の第二ピーク波長を有する第二スペクトル光を照射する第二光源と、第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する第三光源と、第一スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第一カラーフィルターと、第二スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第二カラーフィルターと、第三スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第三カラーフィルターと、第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を、各サブピクセル毎に制御可能な機能素子と、を備え、第一発光期間において、第一光源と第二光源を発光させ、第一表示パターンを構成し、第二発光期間において、第三光源を発光させ、かつ少なくとも機能素子が第三カラーフィルターを透過に制御して、第二表示パターンを構成し、第一発光期間と第二発光期間を交互に繰り返すことにより、第一表示パターンと第二表示パターンとを合成して所望の表示パターンを得ることができる。
上記構成により、従来のフィールドシーケンシャル方式では一画面の表示パターンを時間的に３分割する、すなわち３倍の表示速度が要求されていたところ、第一光源と第二光源を同時に発光させることで発光期間を一省略した２分割として表示部の応答速度を抑えつつ、ピーク波長が隣接する発光スペクトルを時間的に分離した状態を確保できるので、一の表示パターン内ではクロストークの発生を抑制でき、色再現領域の拡大を維持できる。
また、第２の表示装置によれば、第一光源が、第一スペクトル光を照射する第一半導体発光素子であり、第二光源が、第一半導体発光素子で励起されて、該第一発光素子が発する第一スペクトル光の波長を変換して第二スペクトル光を発する波長変換部材とすることができる。
上記構成により、一の半導体発光素子でもって第一スペクトル光と第二スペクトル光を同時に照射させることができ、点灯タイミングの同期を容易にしつつ発光素子を減らして光源を簡素化できる。
さらに、第３の表示装置によれば、第一光源の発する第一スペクトル光と第二光源の発する第二スペクトル光の合成色と、第三光源の発する第三スペクトル光の呈する色とが、補色の関係にあるように設定できる。
さらにまた、第４の表示装置によれば、第一発光期間において、第一光源及び／又は第二光源を発光させ、第三光源を１／３以下に調光させており、第二発光期間において、第一光源及び／又は第二光源を１／３以下に調光させ、第三光源を発光させることができる。
これにより、第一発光期間に第三スペクトル光が混入してクロストークを生じさせて色再現を低下させる事態を軽減できる。
さらにまた、第５の表示装置によれば、第一発光期間において、第一光源及び／又は第二光源を発光させ、第三光源を消灯させており、第二発光期間において、第一光源及び／又は第二光源を消灯させ、第三光源を発光させることができる。
さらにまた、第６の表示装置によれば、第一発光期間において、機能素子が第三カラーフィルターを不透過とし、第一カラーフィルターと第二カラーフィルターの透過／不透過を制御して、第二発光期間において、機能素子が第一カラーフィルターと第二カラーフィルターを不透過とし、第三カラーフィルターの透過／不透過を制御することができる。
さらにまた、第７の表示装置によれば、第一スペクトル光の第一ピーク波長が、青色光の領域に含まれ、第二スペクトル光の第二ピーク波長が、赤色光の領域に含まれ、第三スペクトル光の第三ピーク波長が、緑色光の領域に含まれるように設定できる。
さらにまた、第８の表示装置によれば、第三半導体発光素子と波長変換材料を、透光性材料でモールドしており、透光性材料に緑色のフィルター成分を付与することができる。
さらにまた、第９の表示装置によれば、第一光源と第三光源とを、同一のパッケージ内に収納することができる。
上記構成により、第一光源と第三光源とがほぼ同じ位置で発光し、配光特性もほぼ一致するため、色ずれを発生し難くできる。
さらにまた、第１０の表示装置によれば、第三光源が、ピーク波長を４９０ｎｍ以下とする第三半導体発光素子と、第三発光素子の光で励起されて、緑色の蛍光を発する波長変換材料との組み合わせで構成できる。
さらにまた、第１１の表示装置によれば、第一半導体発光素子が、第三半導体発光素子と同一の特性を備える半導体発光素子で構成できる。上記構成により、第一光源と第三光源で使用する部材を共通化して製造コストや手間を削減できる。また、第一光源と第三光源の物性を一致させることで、これらを合成して得られる出力光の品質も均質化できる利点が得られる。
さらにまた、第１２の表示装置によれば、第三光源を、第三スペクトル光を照射する第三半導体発光素子とすることができる。
さらにまた、第１３の表示装置によれば、さらにピーク波長を４２０ｎｍ以下とする第四半導体発光素子を備え、第一光源が、少なくとも第四半導体発光素子の光で励起されて、青色光の蛍光を発する波長変換材料であり、第二光源を、少なくとも第四半導体発光素子の光で励起されて、赤色光の蛍光を発する波長変換材料とできる。
さらにまた、第１４の表示装置によれば、波長変換材料に吸収されずに放出された励起光と、波長変換材料で変化された蛍光との強度比において、蛍光成分を多くすることができる。
さらにまた、第１５の表示装置によれば、さらにシアン、マゼンダ、黄色、白色のいずれかの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えることができる。
さらにまた、第１６の表示装置によれば、さらにシアン、黄色、白色のいずれかの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えており、第四カラーフィルターを、第一発光期間及び第二発光期間において、透過状態にすることができる。
さらにまた、第１７の表示装置によれば、さらにマゼンダの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えており、第四カラーフィルターを、第一発光期間において透過状態とし、第二発光期間において不透過状態とすることができる。
さらにまた、第１８の表示装置を用いた表示方法によれば、第一ピーク波長を有する第一スペクトル光を照射する第一光源と、第一ピーク波長よりも長波長の第二ピーク波長を有する第二スペクトル光を照射する第二光源と、第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する第三光源と、第一スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第一カラーフィルターと、第二スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第二カラーフィルターと、第三スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第三カラーフィルターと、第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を、各サブピクセル毎に制御可能な機能素子と、を備え、第一スペクトル光と第二スペクトル光とが、スペクトル上離間されており、かつ第一スペクトル光と第三スペクトル光、及び第三スペクトル光と第二スペクトル光とが、スペクトル上隣接している表示装置における表示方法であって、第一発光期間において、第一光源と第二光源を発光させ、第一表示パターンを表示させる工程と、第二発光期間において、第三光源を発光させ、かつ少なくとも機能素子が第三カラーフィルターを透過に制御して、第二表示パターンを表示させる工程と、を含み、第一発光期間と第二発光期間を交互に繰り返すことにより、第一表示パターンと第二表示パターンとを合成して所望の表示パターンを得ることができる。
上記構成により、従来のフィールドシーケンシャル方式では一画面の表示パターンを時間的に３分割する、すなわち３倍の表示速度が要求されていたところ、第一光源と第二光源を同時に発光させることで発光期間を一省略した２分割として表示部の応答速度を抑えつつ、ピーク波長が隣接する発光スペクトルを時間的に分離した状態を確保できるので、一の表示パターン内ではクロストークの発生を抑制でき、色再現領域の拡大を維持できる。
本発明の実施の形態１に係る表示装置を示すブロック図である。 図１Ａの発光素子を示す拡大断面図である。 実施例１に係る表示装置の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 実施例１に係るＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。 実施例１に係る光源，カラーフィルター，パネル透過後のスペクトルを示すグラフである。 比較例に係る光源，カラーフィルター，パネル透過後のスペクトルを示すグラフである。 実施例１および比較例の色度座標図である。 実施例２に係る表示装置を示すブロック図である。 図７Ａの発光素子を示す拡大断面図である。 実施例３に係る青緑光源，緑色フィルター，パネル透過後のスペクトルを示すグラフである 本発明の実施例４に係る駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の実施例５に係る駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る表示装置を示すブロック図である。 一般的なカラーフィルターの分光透過スペクトルを示すグラフである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための表示装置及びこれを用いた表示方法を例示するものであって、本発明は、表示装置及びこれを用いた表示方法を以下のものに特定しない。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）
図１Ａに、本発明の実施の形態１に係る表示装置１００を示す。この図に示す表示装置１００は、第一光源１と、第二光源２と、第三光源３と、これらの光源を駆動する光源駆動回路１０と、カラーフィルター２１と表示部３０を備える。第一光源１は、そのピーク波長が、第一ピーク波長を示す第一スペクトル光を照射する。また第二光源２は、そのピーク波長が、第一ピーク波長よりも長波長の第二ピーク波長を示す第二スペクトル光を照射する。さらに第三光源３は、そのピーク波長が、第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する。この例では、第三光源３を第三半導体発光素子で構成する一方、第一光源１を第一半導体発光素子、第二光源２を第一半導体発光素子で励起される波長変換部材で構成している。このため光源駆動回路１０は、第一光源１を駆動させるための第一駆動回路１１と、第三光源３を駆動させるための第三駆動回路１３とを備えている。
ここで第一スペクトルと第二スペクトルの合成光と、第三スペクトル光とは、補色の関係とする。また第一スペクトル光と第二スペクトル光とは、スペクトル上離間させたものを選択することが好ましい。ここでは、第一スペクトル光と第三スペクトル光、及び第三スペクトル光と第二スペクトル光とは、スペクトル上隣接している。
さらに各光源の後段には、カラーフィルター２１を設けている。カラーフィルター２１は複数色、少なくとも３色以上のカラーフィルターが設けられる。すなわち、第一スペクトル光と第二スペクトル光と第三スペクトル光にそれぞれ応じた所定の波長の光を透過させる透過状態と、透過させない不透過状態とを機能素子で切り替え可能なカラーフィルターが設けられる。ここでは、第一スペクトル光に対応させた第一カラーフィルターと、第二スペクトル光に対応させた第二カラーフィルターと、第三スペクトル光に対応させた第三カラーフィルターとを備えている。これらのカラーフィルターの透過／不透過は、機能素子２０によって制御される。ここではＲ，Ｇ，Ｂの３つのカラーフィルターを備え、それぞれ個別に液晶で調光できるように構成している。
また表示部３０は、これら第一光源１、第二光源２及び第三光源３をバックライトとして、所望の表示パターンを表示させる。ここでは、第一光源１の第一スペクトル光の第一ピーク波長が青色光の領域に含まれ、第二光源２の第二スペクトル光の第二ピーク波長が赤色光の領域に含まれ、第三光源３の第三スペクトル光の第三ピーク波長が緑色光の領域に含まれるようにして、ＲＧＢを３つの光源に対応させている。
光源駆動回路１０は、第一発光期間において、第一光源及び／又は第二光源を発光させ、第一スペクトル光及び／又は第二スペクトル光でもって第一表示パターンを構成する。また、第二発光期間においては、第三光源を発光させて、第三スペクトル光でもって第二表示パターンを構成する。このように光源駆動回路１０は、第一光源及び第二光源の発光／非発光と、第三光源の発光／非発光を、時分割で制御する。
この際機能素子２０も、光源駆動回路１０による第一光源、第二光源、第三光源の制御と同期させて、第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を制御することができる。すなわち光源とカラーフィルターとを組み合わせて第一発光期間に第一表示パターンを、第二発光期間に第二表示パターンを、それぞれ構成し、これらを一フレーム表示期間に合成することで、一フレーム画像を表示させることができる。ここでは、第一発光期間では赤色と青色を表示させる期間とし、また第二発光期間では、緑色を表示させる期間とするように、光源とカラーフィルターを制御している。
なお第一発光期間においては、第一光源及び／又は第二光源を発光させる一方、第三光源は１／３以下に調光させる。調光は、第三光源を構成する第三半導体発光素子の光量を調整するか、第三カラーフィルターで不透過とさせることで実現できる。また、第三半導体発光素子を消灯させてもよい。これにより、第一発光期間に第三スペクトル光が混入してクロストークを生じさせて色再現を低下させる事態を回避できる。同様に、第二発光期間においては逆に、第一光源及び／又は第二光源を１／３以下に調光させ、あるいは消灯させることで、第三光源の発光に際して第三スペクトル光に、第一スペクトル光や第二スペクトル光によるクロストークの発生を低減又は回避できる。
（実施例１）
実施例１においては、図１Ｂに示すように第一光源１として青色ＬＥＤ、第二光源２として赤色の蛍光体を利用する。ここでは、青色ＬＥＤチップの周囲に、赤色蛍光体を配置したピンク色に発光する発光素子５を、第一光源１と第二光源２に利用している。また第三光源３は、少なくとも緑色の発光を伴う第三半導体発光素子としている。これら２つのＬＥＤは、光源駆動回路１０によってそれぞれ個別に発光／消灯できる。
本明細書において、赤色とは、波長が５７０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲、青色とは、波長が４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲、緑色とは、波長が４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にあることを意味する。
（タイミングチャート）
図２に、本発明の実施例１の表示部３０の制御とバックライト制御のタイミングチャートを示す。ここで示すように、第一発光期間では ピンクＬＥＤ（第一光源１、第二光源２である発光素子５）を発光し、Ｒ，Ｂのカラーフィルターにバックライト光が入射するように液晶を制御し、このときにはＧのカラーフィルターにはバックライト光が入射しないように液晶を制御する。
また第二発光期間では 第三光源３である緑色ＬＥＤを発光させ、Ｇのカラーフィルターにバックライト光が入射するように液晶を制御する。
これら第一発光期間と第二発光期間を合わせて１フレーム表示期間とし、これを繰り返すことで映像表示を行う。すなわち一フレームの画像を、色成分毎に第一発光期間と第二発光期間のサブフレームに二分割して表示させていることになる。
［カラーフィルター］
上述の通り、カラーフィルターとしてＲ，Ｇ，Ｂの三原色のカラーフィルターを用いている。各カラーフィルターの分光透過スペクトルを図１２に示す。
［バックライト］
また図３に、ＬＥＤ光源の発光スペクトルを示す。ここでは第一光源１としてＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ、第二光源２として赤色蛍光体（例えば、(Ｓｒ,Ｃａ)ＡｌＳｉＮ3:Ｅｕ等のＳＣＡＳＮ系蛍光体）を用いた発光素子５を利用する。第一ピーク波長はλd＝４４８ｎｍ、第二ピーク波長は、λp＝６２０ｎｍである。また第三光源３には、ＩｎＧａＮ系緑色ＬＥＤを用いる。第三ピーク波長は、λd＝５３２ｎｍである。
実施例１での各光源スペクトル，各カラーフィルター透過スペクトルおよび各カラーフィルター透過後の各色発光スペクトルの関係を、図４に示す。また比較例として、各光源を時分割でなく、同時に発光させた場合の各カラーフィルター透過後のスペクトルを図５に示す。
これら実施例１及び比較例の色度を纏めた結果を、表１と図６に示す。これらから明らかな通り、実施例１の駆動方法を採用することで、ｓＲＧＢ面積比率で８６％から１５１％と大幅に色域の拡大ができる。
Figure 2013205661
なお上記の説明は３原色を全表示する場合で説明したが、通常の映像表示では中間色や黒表示を行うのは当然のことであり、この場合は表示部の光透過時間を制御する。したがって、例えば第一光源であるピンク色の発光素子の発光時において、必ずしもＲ，Ｂフィルターで常に光を透過させる訳ではない。
［発光素子］
第一光源１と第二光源２を構成する発光素子５は、上述の通りＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤの周りに、この青色ＬＥＤが発する青色光で励起されて赤色の蛍光を発する波長変換材料と、それを取り囲む透光性部材で構成されている。
ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、裏面にパターニングされた電極を有するフェイスダウン型の素子である。この素子は、基板に形成された配線に導電性接合部材により接合されて載置（フリップチップ実装）されている。
また第三光源３は、ＩｎＧａＮ系の緑色ＬＥＤを用い、それを取り囲む透光性部材で構成されている。また、第一光源１と配光特性を合わせるため、第三光源３には光拡散のためにフィラーを含有させてもよい。
ＩｎＧａＮ系発光素子は、サファイア基板上に積層された半導体層を有する。この半導体層はｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が順に積層されており、ｎ型半導体層にｎ型電極形成されており、ｐ型半導体層にはｐ型電極が形成されている。フェイスダウン実装する素子の場合、半導体層上に形成された電極が基板上の配線に実装される。この発光素子の実装方法は、導電性接合部材として半田ペーストを用いた実装や、金等を用いたバンプによる実装が用いられる。
発光素子としては、発光ダイオードを用いるのが好ましく、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）、緑色（波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの光）の発光素子としては、ＺｎＳｅ、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰ等を用いることができる。
なお、蛍光物質を用いる場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に用いられる。そして、半導体層の材料やその混晶を調整することによって、発光波長を種々選択することができる。また、発光素子の構造は、半導体層片面に両電極を形成した構造、または半導体層上面と下面とで上下方向に電極を設ける構造のどちらを選択してもよい。さらに、これら以外の材料からなる発光素子を用いることもできる。なお、用いる発光素子の成分組成や発光色、大きさ、個数等は、目的に応じて適宜選択することができる。
また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることもできる。
［透光性部材］
透光性部材は、基板に載置された発光素子、ワイヤ−、蛍光体、フィラー等を、塵芥、水分、外力等から保護する部材である。
透光性部材の材質は、発光素子からの光を透過可能な透光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光部材等を含有させることもできる。なお、透光性部材にレンズ機能をもたせる場合には、透光性部材の表面を盛り上がらせて砲弾型形状や凸レンズ形状としてもよい。
［接合部材］
接合部材は、発光素子をＦＤ素子とする場合、発光素子の電極と配線部材とを電気的に接続するものであり、また発光素子を基板に接着させる部材である。この接合部材には導電性の部材を用い、具体的な材料としては、Ａｕ含有合金、Ａｇ含有合金、Ｐｄ含有合金、Ｉｎ含有合金、Ｐｂ−Ｐｄ含有合金、Ａｕ−Ｇａ含有合金、Ａｕ−Ｓｎ含有合金、Ｓｎ含有合金、ＳｎＡｇＣｕ含有合金、ＳｎＣｕ含有合金、Ａｕ−Ｇｅ含有合金、Ａｕ−Ｓｉ含有合金、Ａｌ含有合金、Ｃｕ−Ｉｎ含有合金、金属とフラックスの混合物等を挙げることができる。
［波長変換材料］
前記した透光性部材中に、波長変換材料として発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
蛍光部材としては、発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合されたものを単層として形成してもよい。あるいは、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。
蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を半導体層とする半導体発光素子からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、βサイアロン，クロロシリケート，ＡｌＳｉＮ3:Ｅｕ等のＣＡＳＮ系，ＳＣＡＳＮ系等の蛍光体が好適に利用できる。
［実施例２］
次に、実施例２に係る表示装置２００を、図７Ａに示す。この図に示す表示装置２００では、図７Ｂの拡大断面図に示すように、第一光源１Ｂと、第三光源３Ｂとを同一のモールド内に実装した発光素子６としている。すなわち青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤが隣接して設置され、その周りに第二光源２Ｂとして、前記青色ＬＥＤが発する青色光で励起され、赤色の蛍光を発する波長変換材料と、それを取り囲む透光性部材８で構成されている。ただし電気的には青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤは光源駆動回路１０Ｂによって個別に駆動できるものとする。
この構成により、ピンク光と緑光がほぼ同じ位置で発光し、なおかつ配光特性もほぼ一致するため、色ズレが発生し難くなる。
［実施例３］
さらに第三光源を、ピーク波長を４９０ｎｍ以下とする第三半導体発光素子と、第三発光素子の光で励起されて、緑色の蛍光を発する波長変換材料との組み合わせとしてもよい。好ましくは、波長変換材料に吸収されずに放出された励起光と、波長変換材料で変化された蛍光との強度比において、蛍光成分を多くする。このような例を実施例３として、第三光源に青色ＬＥＤと波長変換部材を用いた発光素子とした例について説明する。この構成では、表示部３０とバックライトおよびそれらの制御回路で構成されている。表示部３０には少なくともＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルターを備え、それぞれ個別に液晶で調光できるようになっている。またバックライトとしては第一光源である青色ＬＥＤと、第二光源である赤色蛍光体の組み合わせたピンク色発光の発光素子と、青色ＬＥＤと緑色蛍光体の組み合わせた青緑色発光の第三光源とを用いている。第三光源の第三半導体発光素子において、青色ＬＥＤと緑色蛍光体とは、透光性材料でモールドされており、透光性材料に緑色のフィルター成分を付与している。また、各発光素子は、それぞれ個別に発光／消灯ができるよう構成されている。
実施例３の表示部３０の制御とバックライト制御の時間的タイミングは、実施例１で示した図２の緑発光部が青緑発光部に変わる以外、基本的に同様である。
実施例３で用いた緑色フィルター透過スペクトル、青緑発光ＬＥＤの光源スペクトル、および緑色フィルター透過後の発光スペクトルの関係を、図８に示す。この図において、図８（ａ）は緑色フィルター透過スペクトル、図８（ｂ）は青緑発光ＬＥＤの光源スペクトル、図８（ｃ）は緑色フィルター透過後の発光スペクトルを、それぞれ示している。これから判るように青緑ＬＥＤを用いても緑色フィルターを透過すれば緑色光になっている。ＩｎＧａＮ系ＬＥＤにおいて緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤの約半分の効率しか実現できていない。また、Ｉｎの混晶比が高くなるため、波長のバラツキも大きくなる。これを改善するため、発光効率の高い青色ＬＥＤと緑色蛍光体を用いることで、同等以上の緑色発光が得られ、さらに緑色光領域の波長バラツキを小さくできる。また、第１の光源と同じくＬＥＤの周りに蛍光体が形成されるため、配光特性も第一光源と揃えることができる。
この場合において、第一光源に使用する半導体発光素子と、第三光源に使用する第三半導体発光素子に、同一の特性の半導体発光素子を用いることもできる。これによって、第一光源と第三光源とで使用する部材を共通化して製造コストや手間を削減できる上、第一光源と第三光源の物性を一致させることで、これらを合成して得られる出力光の品質も均質化できる等の利点が得られる。
［実施例４］
次に実施例４として、ＲＧＢ三原色のカラーフィルターに加えて、第四カラーフィルターとして白色（Ｗ）のカラーフィルターを追加した発光素子について説明する。ここでは、表示部とバックライトおよびそれらの制御回路で構成されている。表示部にはＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗのカラーフィルターを備え、それぞれ個別に液晶で調光できるようになっている。バックライトとしては第一光源である青色ＬＥＤと、第二光源である赤色蛍光体の組み合わせたピンク色の発光素子と、緑色ＬＥＤの第三光源と、を用いている。各発光素子は、それぞれ個別に発光・消灯ができる構成となっている。本発明の実施例４の表示部の制御とバックライト制御のタイミングチャートを図９に示す。
実施例４でＷのカラーフィルターを追加したことにより第一発光期間と第二発光期間でＷカラーフィルターを光が透過できるようになるので、特に白色系の表示時にはパネル輝度を上げることができる。
なお上記の例では第四カラーフィルターに白色フィルターを用いた場合を説明したが、白色に限らず、他の色、例えばシアン、マゼンダ、黄色等を利用することもできる。
（実施例５）
ここで実施例５として、第四カラーフィルター使用時の表示部の制御とバックライト制御のタイミングチャートを図１０に示す。ここでは、第四カラーフィルターとしてシアン、マゼンダ、黄色、白色を用いた場合の、各表示装置の駆動タイミングを示している。この場合の第四カラーフィルターの駆動タイミングは、上述したＲＧＢのカラーフィルターとは異なり、第一発光期間では第四カラーフィルターを透過状態として赤色と青色を表示させている。また第二発光期間でも、マゼンダの場合を除いて第四カラーフィルターを透過状態として緑色を表示させている。一方、第四カラーフィルターとしてマゼンダを用いた場合は、第二発光期間は不透過としている。
（実施の形態２）
以上の実施の形態１では、第一光源と第三光源を半導体発光素子で構成し、第二光源を第一光源で励起される波長変換部材で構成する例を説明した。ただ、本発明はこの構成に特定されず、例えば各光源をそれぞれ半導体発光素子で構成することもできる。このような例を実施の形態２として、図１１に示す。この図に示す表示装置３００は、第一光源１Ｃと、第二光源２Ｃと、第三光源３Ｃと、これらの光源を駆動する光源駆動回路１０Ｃと、表示部３０を備える。ここでは、第一光源１Ｃは、第一スペクトル光を照射する第一半導体発光素子であり、第二光源２Ｃは、第二スペクトル光を照射する第二半導体発光素子であり、第三光源３Ｃは、第三スペクトル光を照射する第三半導体発光素子である。また光源駆動回路１０Ｃは、第一光源１Ｃを駆動させる第一駆動回路１１Ｃと、第二光源２Ｃを駆動させる第二駆動回路１２Ｃと、第三光源３Ｃを駆動させる第三駆動回路１３Ｃを備えている。この光源駆動回路１０Ｃは、各光源を個別に点灯制御できる。
ここで、第一スペクトル光を青色光、第二スペクトル光を赤色光、第三スペクトル光を緑色光に対応させることで、第一光源１Ｃ、第二光源２Ｃ、第三光源３Ｃの混色でもってフルカラーを表示できる。
（実施の形態３）
さらに上記の例では、第一光源に半導体発光素子を利用する例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、第一光源にも蛍光体などの波長変換部材を用いてもよい。例えば、発光素子に第四半導体発光素子を設け、第一光源を、この第四半導体発光素子の光で励起される波長変換材料とすることもできる。一例として、第四半導体発光素子のピーク波長を４２０ｎｍ以下とし、第一光源を、この第四半導体発光素子の光で励起されて青色光の蛍光を発する波長変換材料とする。また第二光源も同様に、第四半導体発光素子の光で励起されて、赤色光の蛍光を発する波長変換材料とすれば、実施例１と同様に一の発光素子で第一光源と第二光源を兼用できる。
以上のように、本発明の各実施例に係る表示装置及びこれを用いた表示方法によれば、カラーフィルターを用いる表示装置において、電力効率を下げること無く３原色の色純度を上げることができ、色再現領域を拡大することができる。
特に従来、少なくともＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルターを用いた表示装置においては、カラーフィルターでは狭帯域の透過スペクトルを実現できず、各原色の色純度が低くなり色再現領域が狭いという問題があった。これに対して本実施例によれば、波長的に隣り合う原色のカラーフィルターおよび光源を同時に使用せずに、時間的に分断することで隣り合う原色同士の混色を回避し、表示色域の拡大を実現することができるのである。
本発明の表示装置及びこれを用いた表示方法は、各種表示装置、液晶モニター、液晶ＴＶ、モバイル端末用ディスプレイ、プロジェクター等に好適に利用できる。
１００、２００、３００…表示装置
１、１Ｂ、１Ｃ…第一光源
２、２Ｂ、２Ｃ…第二光源
３、３Ｂ、３Ｃ…第三光源
５…発光素子
６…発光素子
８…透光性部材
１０、１０Ｂ、１０Ｃ…光源駆動回路
１１、１１Ｃ…第一駆動回路
１２、１２Ｃ…第二駆動回路
１３、１３Ｃ…第三駆動回路
２０…機能素子
２１…カラーフィルター
３０…表示部

Claims (18)

  1. 第一ピーク波長を有する第一スペクトル光を照射する第一光源と、
    前記第一ピーク波長よりも長波長の第二ピーク波長を有する第二スペクトル光を照射する第二光源と、
    前記第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する第三光源と、
    前記第一スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第一カラーフィルターと、
    前記第二スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第二カラーフィルターと、
    前記第三スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第三カラーフィルターと、
    前記第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を、各サブピクセル毎に制御可能な機能素子と、
    を備え、
    第一発光期間において、前記第一光源と第二光源を発光させ、第一表示パターンを構成し、
    第二発光期間において、前記第三光源を発光させ、かつ少なくとも前記機能素子が前記第三カラーフィルターを透過に制御して、第二表示パターンを構成し、
    前記第一発光期間と第二発光期間を交互に繰り返すことにより、前記第一表示パターンと第二表示パターンとを合成して所望の表示パターンを得ることを特徴とする表示装置。
  2. 請求項１に記載の表示装置であって、
    前記第一光源が、第一スペクトル光を照射する第一半導体発光素子であり、
    前記第二光源が、前記第一半導体発光素子で励起されて、該第一発光素子が発する第一スペクトル光の波長を変換して第二スペクトル光を発する波長変換部材であることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一光源の発する第一スペクトル光と前記第二光源の発する第二スペクトル光の合成色と、前記第三光源の発する第三スペクトル光の呈する色とが、補色の関係にあることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項１から３のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一発光期間において、前記第一光源及び／又は前記第二光源を発光させ、前記第三光源を１／３以下に調光させており、
    前記第二発光期間において、前記第一光源及び／又は前記第二光源を１／３以下に調光させ、前記第三光源を発光させてなることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一発光期間において、前記第一光源及び／又は前記第二光源を発光させ、前記第三光源を消灯させており、
    前記第二発光期間において、前記第一光源及び／又は前記第二光源を消灯させ、前記第三光源を発光させてなることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項１から５のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一発光期間において、前記機能素子が前記第三カラーフィルターを不透過とし、前記第一カラーフィルターと第二カラーフィルターの透過／不透過を制御して、
    前記第二発光期間において、前記機能素子が前記第一カラーフィルターと第二カラーフィルターを不透過とし、前記第三カラーフィルターの透過／不透過を制御してなることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項１から６のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一スペクトル光の第一ピーク波長が、青色光の領域に含まれ、
    前記第二スペクトル光の第二ピーク波長が、赤色光の領域に含まれ、
    前記第三スペクトル光の第三ピーク波長が、緑色光の領域に含まれることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項１から７のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第三半導体発光素子と波長変換材料を、透光性材料でモールドしており、
    前記透光性材料に緑色のフィルター成分を付与してなることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項１から８のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一光源と第三光源とが、同一のパッケージ内に収納されてなることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項１から９のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第三光源が、
    ピーク波長を４９０ｎｍ以下とする第三半導体発光素子と、
    前記第三発光素子の光で励起されて、緑色の蛍光を発する波長変換材料との組み合わせであることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項１０に記載の液晶表示装置であって、
    前記第一半導体発光素子が、前記第三半導体発光素子と同一の特性を備える半導体発光素子で構成されてなることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項１から９のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、
    前記第三光源が、第三スペクトル光を照射する第三半導体発光素子であることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 請求項１から１２のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、さらに、
    ピーク波長を４２０ｎｍ以下とする第四半導体発光素子を備え、
    前記第一光源が、少なくとも前記第四半導体発光素子の光で励起されて、青色光の蛍光を発する波長変換材料であり、
    前記第二光源が、少なくとも前記第四半導体発光素子の光で励起されて、赤色光の蛍光を発する波長変換材料であることを特徴とする液晶表示装置。
  14. 請求項１３に記載の液晶表示装置であって、
    前記波長変換材料に吸収されずに放出された励起光と、前記波長変換材料で変化された蛍光との強度比において、蛍光成分を多くしてなることを特徴とする液晶表示装置。
  15. 請求項１から１４のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、さらに、
    シアン、マゼンダ、黄色、白色のいずれかの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  16. 請求項１から１５のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、さらに、
    シアン、黄色、白色のいずれかの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えており、
    前記第四カラーフィルターを、前記第一発光期間及び第二発光期間において、透過状態にしてなることを特徴とする液晶表示装置。
  17. 請求項１から１６のいずれか一に記載の液晶表示装置であって、さらに、
    マゼンダの波長域に相当する第四カラーフィルターを備えており、
    前記第四カラーフィルターを、前記第一発光期間において透過状態とし、第二発光期間において不透過状態としてなることを特徴とする液晶表示装置。
  18. 第一ピーク波長を有する第一スペクトル光を照射する第一光源と、
    前記第一ピーク波長よりも長波長の第二ピーク波長を有する第二スペクトル光を照射する第二光源と、
    前記第一ピーク波長と第二ピーク波長の間に位置する第三ピーク波長である第三スペクトル光を照射する第三光源と、
    前記第一スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第一カラーフィルターと、
    前記第二スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第二カラーフィルターと、
    前記第三スペクトル光に応じた波長の光を透過させる第三カラーフィルターと、
    前記第一カラーフィルター、第二カラーフィルター、第三カラーフィルターの透過／不透過を、各サブピクセル毎に制御可能な機能素子と、
    を備え、
    前記第一スペクトル光と第二スペクトル光とが、スペクトル上離間されており、かつ
    前記第一スペクトル光と第三スペクトル光、及び前記第三スペクトル光と第二スペクトル光とが、スペクトル上隣接している表示装置における表示方法であって、
    第一発光期間において、前記第一光源と第二光源を発光させ、第一表示パターンを表示させる工程と、
    第二発光期間において、前記第三光源を発光させ、かつ少なくとも前記機能素子が前記第三カラーフィルターを透過に制御して、第二表示パターンを表示させる工程と、
    を含み、
    前記第一発光期間と第二発光期間を交互に繰り返すことにより、前記第一表示パターンと第二表示パターンとを合成して所望の表示パターンを得ることを特徴とする表示装置の表示方法。
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