JP4611604B2

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Publication number: JP4611604B2
Application number: JP2002284715A
Authority: JP
Inventors: 津村　　誠; 達基犬塚; 雅浩山口
Original assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004118133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広い色再現性を実現する画像表示装置に係り、特に多原色表示に好適な画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像を表示するために、カラーＣＲＴを初めとして液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置など、様々な表示方式の画像表示装置が実用化されているが、ここでは、広く用いられている液晶表示装置を例として説明する。液晶表示装置では、白色光源または赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に発光の極大値を有する３原色光源と、赤、緑、青のカラーフィルタにより選択的に色光を通過させる副画素を各カラー画素に配置し、それぞれの副画素を構成する画素電極と対向電極間に封入した液晶に画像情報に応じた電圧を印加することにより、各色毎の透過率または反射率を制御してカラー画像を表示する。
【０００３】
このような表示方式により実現できる色度図上の範囲（色再現範囲）は、主に３原色の光源の発光波長特性とカラーフィルタの波長選択特性の積により決定される３角形の内側の範囲に限定される。このため、自然界に存在する全ての色を再現することはできず、色合い、質感、光沢といった人間の感性に迫る表示を必要とする場合には、その要求に充分答えられない場合があった。
【０００４】
このような要求に答える取組みとして例えば「特許文献１」および「非特許文献１」に提案されている多原色画像表示装置のように、色を３原色により撮影し、表示するのではなく、４原色以上の多原色により撮影、変換、伝送、表示するナチュラルビジョンシステムと称するものが提案されている。この中で、表示装置としては異なる３原色特性の２台の液晶プロジェクタの投影像を合成することによる６原色表示装置についての開示がある。この６原色表示装置では、それぞれのプロジェクタの光学系において、赤、緑、青の光路に相互に干渉しない透過波長帯域の異なる狭帯域３原色カラーフィルタを挿入し、色純度を高めると共に、色再現範囲の異なる２種類のプロジェクタ構成として、これら２種類のプロジェクタの組合せにより６原色表示を実現している。
【０００５】
上記以外の画像表示方式として、回転する円盤に多原色のカラーフィルタを配置して時分割で各色を表示する時分割方式、空間画素配列方式、面分割方式、あるいはこれらを組合せた方式が提案されている。薄型の液晶表示装置により時分割方式を実現する方法については、「非特許文献２」に詳細が開示されている。
【０００６】
画像表示装置としては、多原色化により色再現範囲を拡大することにより、多くの画像に対して忠実な色再現を実現することがきるが、従来の３原色表示においても、より色純度の高い３原色を表示できれば色再現範囲の拡大とこれによる表示の忠実性を向上できることは言うまでもない。広い色再現範囲を可能とする画像表示装置は、電子美術館や高臨場感シアター用途の如く、スクリーンを用いて多人数を対象として高画質画像を鑑賞する用途に適しているほかに、小型軽量化を実現することにより可搬性を高めたパーソナルコンピュータや携帯情報端末を用いた電子商取引への応用などが期待される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１７２６４９号公報
【０００８】
【非特許文献１】
電子情報通信学会発行電子情報通信学会技術報告ＥＩＤ２０００−２２８（２０００−１１）
【０００９】
【非特許文献２】
平成１３年カラーフォーラムＪＡＰＡＮ２００１（ｐｐ．９３−９６）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
小型軽量化に適した直視型の液晶表示装置により広い色再現性を可能とする画像表示装置を実現する場合の課題を明らかにするため、従来の液晶表示装置の色再現方式について説明する。
【００１１】
従来の直視型の液晶表示装置の色再現方式としては、カラーフィルタを用いる副画素方式と、カラーフィルタを用いず３色の点光源を用いるカラーフィールドシーケンシャル方式がある。副画素方式は、赤、緑、青の各色に発光ピークを持つ常時点灯の白色光源を光源として用い、通常、正方形をなす１画素の領域を３つの副画素に等分し、それぞれに赤、緑、青のカラーフィルタと画素電極を設け、アクティブ・マトリクス型の場合にはさらに、非晶質、多結晶、あるいは単結晶の半導体を能動層とした薄膜トランジスタを電圧書込み用のスイッチング素子として信号配線（データ線）と画素電極間に設ける。
【００１２】
副画素方式における色再現範囲について説明する。色再現範囲は波長軸上で隣接するカラーフィルタの色分離性能と、光源の色純度、光源とカラーフィルタ相互の波長特性により決定される。波長軸上で隣接する色のカラーフィルタの色分離性能が不十分でその透過波長特性に相互に透過する混色領域が存在するとともに、この混色領域に光源の波長領域が重複すると、所望の光源以外の光源の光が両者のカラーフィルタを通過していくことから光源の色純度が低下した状態と同様に、色再現範囲が著しく狭くなる場合があった。
【００１３】
原色数を増やして色再現範囲を拡大するためには、光透過域の幅の狭い高色純度のカラーフィルタ（狭帯域カラーフィルタ）を用いることが有効であるが、この場合には透過率の低下による輝度の低下をきたすことと、輝度を向上するために強力な光源が必要となり、消費電力の増大や、不要な発熱を招く恐れがある。現存する緑色と青色のカラーフィルタ用の色材の制約から、色分離性能と高い透過率とが両立する緑と青のカラーフィルタの組み合わせは存在せず、両色間ではある程度の混色が発生することからテレビの標準色再現範囲を越えるような忠実再生を目指す表示装置にカラーフィルタを用いた表示方式を用いることが難しかった。
【００１４】
一方、カラーフィールドシーケンシャル方式は、カラーフィルタを用いずに、高速にオン・オフ可能な赤、緑、青の３原色光源を時系列に点灯させ、これに同期した信号電圧を各画素の液晶に印加することによって画素の透過率を制御する方式である。この方式は、高速応答性を有する液晶表示モードと３原色光源が必要であるが、カラーフィルタや副画素を用いないことから、明るさと高精細な表示を両立できることが特徴である。
【００１５】
カラーフィールドシーケンシャル方式により多原色の画像表示装置を実現する場合には、原色数の増加に応じてより一層高速に動作する液晶表示モードが必要となる。従来の３原色表示の場合では、画素への書込み時間と通常の光源に用いられる蛍光灯（冷陰極蛍光ランプ等）のスイッチング時間を差し引いた時間内に応答することが必要となることから、２ミリ秒から３ミリ秒の液晶応答が必要である。この方式を多原色の画像表示装置に適用する場合、例えば、６原色による表示を考えると、表示周波数をフリッカが発生しない６０Ｈｚとすると、１色あたりの電圧書込み、液晶の応答および光源点灯時間の合計時間が約２．８ミリ秒となる。
【００１６】
この場合、従来の駆動方式によれば、画素への電圧書込みと光源のスイッチング時間だけで、割当てられる殆どの時間を使ってしまうため、１ミリ秒以下での高速応答が中間調表示も含めて必要となる。このことから、従来のカラーフィールドシーケンシャル方式を多原色の表示装置に適用することは難しい。
【００１７】
本発明の目的は、これらの状況に鑑み、混色を抑制して広い色再現性を実現した画像表示装置、特に多原色表示に好適な画像表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、２種類以上の異なる波長選択性を有するカラーフィルタと、２種類以上のカラーフィルタを透過する発光波長特性を有する光源を少なくとも１種類以上有する複数の光源と、複数の副画素からなる画素と、該カラーフィルタと画素毎に組み合わせて、所定波長の光の透過率または反射率を画像情報に応じて制御するライトバルブとを具備し、２種類以上のカラーフィルタを透過する発光波長特性を有する光源の点灯時には、少なくとも１種類のカラーフィルタと組合せるライトバルブの副画素を光遮断状態とした。
【００１９】
上記の点灯タイミングについては、１種類のカラーフィルタを透過する光が１種類の光源からの光だけを透過する場合には特に制約はないが、異なる発光波長特性を有する複数の光源が１種類のカラーフィルタを透過できる場合は、この２種類以上の発光波長特性を有する光源をそれぞれ異なる時刻に点灯させることが望ましい。
【００２０】
また、用いる光源の種類としては、ある程度のカラーフィルタの隣接色間の混色を許容する場合には４原色または５原色の光源で構成することが、色再現範囲拡大の観点から好ましい。
【００２１】
なお、本発明は、上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱するとなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施例〕
本発明の第１実施例を図１〜図７を参照して説明する。本実施例は５原色の光源と３原色のカラーフィルタを用いて色再現領域の広い５原色表示を実現するものである。本実施例では、ライトバルブとして液晶パネルを用いた液晶表示装置を用いているが、カラーフィルタと複数の光源を組合せて用いる表示方式であれば、ライトバルブの表示方式としては静電気力により金属箔と導光体の接触を制御するファプロペロー型の表示方式や投射型液晶表示装置を含み、いかなる表示方式にも適用できる。この内、液晶の表示モードとしては特定の表示モードに制限されるものではなく、ある程度以上の高速応答性を有する表示モードであれば、ノーマリブラックのイン・プレーン・スイッチングモードを始めとして、ＴＮ（ツイステッドネマチック）表示モードや垂直配向表示モードなど、多くの表示モードに適用できる。
【００２３】
図１は本発明による画像表示装置の第１実施例を説明する液晶表示装置の構成図、図２は図１における光源部の構成を説明する正面図、図３は図１における光源とカラーフィルタの発光波長特性と分光透過率を示す分光波長特性図、図４は本実施例の駆動シーケンスの説明図、図５は本発明による画像表示装置の第１実施例における分光透過特性の説明図であり、図５（ａ）は第１サブフレームにおける光源の発光波長特性とカラーフィルタの分光透過特性、図５（ｂ）は第２サブフレームにおける光源の発光波長特性とカラーフィルタの分光透過特性を示す。
【００２４】
図６と図７は本発明の第１実施例における光源とカラーフィルタの組合せで得られる光源とカラーフィルタおよび出力光の発光波長特性と分光透過率を示す特性図である。図６は本発明による画像表示装置の第１実施例における第１サブフレームの光源とカラーフィルタの組合せで得られる分光透過特性の説明図であり、図６（ａ）は青色のカラーフィルタ、図６（ｂ）は緑色のカラーフィルタ、図６（ｃ）は赤色のカラーフィルタに対応する。また、図７は本発明による画像表示装置の第１実施例における第２サブフレームの光源とカラーフィルタの組合せで得られる分光透過特性の説明図であり、図７（ａ）は赤色のカラーフィルタ、図７（ｂ）は緑色のカラーフィルタに対応する。
【００２５】
まず、図１と図２を参照して本実施例の透過型の液晶表示装置の構成を説明する。光源としては色純度の高いＬＥＤ（発光ダイオード）アレイ光源を用い、このＬＥＤアレイ光源としてそれぞれ３色の発光波長特性を有する第１の光源（光源Ａ）４１１Ａと、２色の発光波長特性を有する第２の光源（光源Ｂ）４１１Ｂを用い、画像データの書込みをこの２種類の光源４１１Ａと４１１Ｂの発光波長特性に合わせた２つのサブフレームに分割して駆動する。そして、サブフレーム毎の液晶パネル（以下、液晶表示部とも称する）の表示タイミングに同期して光源を時分割点灯させると共に、液晶表示部の副画素の内、混色の恐れがあるサブフレームでは該当の副画素を黒表示とする。
【００２６】
画像に応じた２次元の光スイッチの役割を果たす液晶表示部４３０の基本構成は従来の液晶表示装置のそれと同様で、ガラス基板を好適とする２枚の透明基板４０３の外側にクロスニコル配置した２枚の偏光板４０６を貼付し、一方の透明基板の内側に３色のカラーフィルタ４１０を副画素に位置合わせして形成してある。これにより、一つの画素は赤の副画素４２０Ｒ、緑の副画素４２０Ｇ、青の副画素４２０Ｂの３色の副画素で構成される。
【００２７】
これら２枚の透明基板４０６の貼り合わせ間隙を一定とするため、一方の透明基板に図示していない感光性の樹脂からなる柱状スペーサを副画素の間隔と等しいピッチ、かつ画素の透過性を損なわない程度の面積で設置する。柱状スペーサは、具体的には、数マイクロメータ（μｍ）の直径を有する円筒状である。柱状スペーサで規制される２枚の透明基板の間には液晶組成物が挟持され、液晶の層を形成している。スペーサの方式としては柱状スペーサに限定されるものではなく、ビーズ状のスペーサや周辺のみのスペーサ方式が使用可能であることは言うまでもない。
【００２８】
液晶への電圧印加は、図示していないが、一方の透明基板の内面上に設けた薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を有するアクティブ・マトリクス回路を用いる。アクティブ・マトリクス駆動とすることにより、高精細かつ大画面表示に対する液晶表示モードの選択幅を広げることが可能で、高速応答が可能な捩じれネマチックモードや広視野角を特徴とするイン・プレーン・スイッチングモードを選択することができる。
【００２９】
液晶表示部４３０の背面には、光源からの光を均一にかつ高効率に液晶表示部に照射する目的で、透明なアクリル板を楔形に成型し、液晶表示部４３０側に出射する光が均一となるように、下面に拡散性の部材をパターン印刷した導光体４１２とＬＥＤアレイ光源４１１を組み合わせた光源部４３１が配置される。光源部４３１は２種類の発光波長特性を有する第１の光源（光源Ａ）４１１Ａと第２の光源（光源Ｂ）４１１Ｂを切り替えて点灯するため、２つの楔形の導光体（第１の導光体４１２Ａ、第２の４１２Ｂ）を積層し、それぞれの端部に近接させて第１の光源（光源Ａ）４１１Ａと第２の光源（光源Ｂ）４１１Ｂを配置した。
【００３０】
図２に図１におけるＬＥＤアレイ光源の平面構成を示す。図２に示した２つの光源４１１Ａと４１１Ｂは異なる発光分布を有する。光源４１１Ａには３種類のＬＥＤが搭載され、光源４１１Ｂには２種類のＬＥＤが搭載されている。それぞれの光源は３色と２色のピーク波長を発光する。これらの光源により最大５色の発光ピーク波長を持たせることができる。本実施例では１個のＬＥＤのピーク波長が単一である単体のＬＥＤをそれぞれ用いたが、１つのＬＥＤの中に複数のピーク波長を有するタイプのＬＥＤを用いることで光源を薄型化することもできる。但し、この場合は発光制御の自由度を確保するため、それぞれの色毎に発光シーケンスを制御できるものを用いる。
【００３１】
次に、図３を用いて上記したカラーフィルタの分光透過率とＬＥＤの発光波長特性の関係を説明する。３色のカラーフィルタの分光透過率４３２Ｒ（赤色）、４３２Ｇ（緑色）、４３２Ｂ（青色）は従来の液晶表示部の透過率分布とほぼ同様で、赤色と緑色のカラーフィルタの透過特性４３２Ｒと４３２Ｇには大きなオーバーラップは無く、それぞれのカラーフィルタの透過波長範囲に含まれる光源を用いた場合には、より高い色純度での色分離が可能であるが、緑色と青色のカラーフィルタの透過特性４３２Ｇ、４３２Ｂについては大幅なオーバーラップが存在する。
【００３２】
このため、液晶表示部の全ての副画素を透過状態にすると、青に近い発光波長特性を有する緑色ＬＥＤ４２１Ｇ２による発光が緑色のカラーフィルタだけでなく青色のカラーフィルタも透過することから、光源の高色純度特性を生かした表示ができない。青色のカラーフィルタの分光透過率の特性を短波長側にシフトして緑色のカラーフィルタとのオーバーラップによる混色を防止することは可能であるが、緑色のカラーフィルタと青色のカラーフィルタの混色を完全に抑制できるほどの透過特性のシフトは難しいことと、光の利用効率を向上させて明るい表示を実現するためにはＬＥＤの発光波長ピークとカラーフィルタの透過波長ピークを一致させることが必要であることから、混色のあるカラーフィルタを用いて多原色化することが望まれている。
【００３３】
以上のようなカラーフィルタの分光透過率において、本発明の第１実施例を適用することにより多原色を表示できる仕組みについて図２を参照して説明する。本実施例では、発光波長特性の組合せとして５種類の発光波長特性が異なるＬＥＤアレイの内、隣接する発光波長特性を持つＬＥＤを別のタイミングで発光するＬＥＤアレイ光源に配置した点に特徴を有する。例えば、図２における第１の光源（光源Ａ）４１１Ａを構成するＬＥＤの発光波長特性として、赤色ＬＥＤ４２１Ｒ１を図３の発光波長特性４３３Ｒ１に、緑色ＬＥＤ４２１Ｇ１を発光波長特性４３３Ｇ１に、青色ＬＥＤ４２１Ｂを発光波長特性４３３Ｂに選択した。さらに、第２の光源（光源Ｂ）４１１Ｂを構成するＬＥＤの発光波長特性として、赤色ＬＥＤ４２１Ｒ２を図３の発光波長特性４３３Ｒ２に、緑色ＬＥＤ４２１Ｇ２を発光波長特性４３３Ｇ２にに選択した。
【００３４】
上記の選択をカラーフィルタの分光透過率との関係で説明する。赤色のカラーフィルタの分光透過特性４３２Ｒに対して、選択したＬＥＤ４２１Ｒ１と４２１Ｒ２はほぼ赤色のカラーフィルタの分光透過率が含まれる発光波長特性を有していることと、他のカラーフィルタとの混色がほとんど無いことから、これらＬＥＤのサブフレーム毎に時系列で切り替えることにより１つの副画素により高色純度の２原色を表示できる。同様に、緑のカラーフィルタの分光透過特性４３２Ｇに対しは、ＬＥＤとして発光波長特性４３３Ｇ１と４３３Ｇ２を組み合わせる。但し、青のカラーフィルタの分光透過率４３２Ｂは、緑のカラーフィルタの透過波長領域まで広がっているため、短波長側の緑のＬＥＤ４２１Ｇ２点灯時には、青色用の副画素を遮断状態として混色を防止した。
【００３５】
本実施例では、青色のＬＥＤを１色構成としたが、緑のカラーフィルタを通過する光源を１種類として、青色を２種類としても問題ない。また本実施例では、ＬＥＤのピーク波長として、４４０ナノメートル（ｎｍ、以下同じ）、５０５ナノメートル、５５０ナノメートル、６２０ナノメートル、６６０ナノメートルの５種類のＬＥＤを用いたが、この他の組合せも可能である。
【００３６】
本実施例で光源として用いたＬＥＤの発光波長特性はカラーフィルタに比較すると、通常、半値幅で２０から３０ナノメートルと狭帯域であり、また１色のカラーフィルタの透過波長幅の中に２〜３色のＬＥＤを割当てることが可能である。これにより、さらに原色数を増やすことや、マルチスペクトル化による忠実な色再現を可能とした画像表示装置を実現できる。
【００３７】
更に、色純度を上げたり、１色のカラーフィルタを透過する光源の数を増やし、表示に用いる総原色数を増やすためには、狭帯域な発光波長特性を持つ半導体レーザチップを用いて光源を構成することが有効である。レーザ光源を用いることにより１画素を構成する副画素の数を低減することができるので、解像度や開口率を上げることもできる。
【００３８】
本実施例では、３色のカラーフィルタを用いているが、３色に限定したものでなく、２色でも４色でも光源との組合せにより実現可能である。２色のカラーフィルタを用い、それぞれ２色の光源からの光を通過させる場合には、副画素の数を４副画素から２副画素に低減出来るため、４原色表示を従来の２倍の高解像度で実現することができる。
【００３９】
液晶を用いてコントラスト比を付与する具体的な構成としては、上下の透明基板との界面における液晶の分子配向方向がほぼ平行な状態を利用するモード（複屈折位相差による干渉光を利用するので、ここでは複屈折モードと呼ぶ）と、上下の透明基板との界面における液晶の分子配向方向が交差してセル（単位画素）内での配向方向が捩じれた螺旋状態を利用するモード（液晶の層内では偏光面が回転する旋光性を利用するので、ここでは旋光性モードと呼ぶ）とがある。
【００４０】
複屈折モードでは、電圧印加により液晶分子の長軸（光軸）方向が基板界面にほぼ平行なまま面内でその方位を変え、所定角度に設定された偏光板の光学軸（吸収軸または透過軸）とのなす角を変えて光透過率を変える。旋光性モードでも同様に、電圧印加により液晶分子の長軸方向の方位のみを変えるが、こちらの場合は螺旋がほどけることによる旋光性の変化を利用する。また、複屈折モードの中でも、液晶分子の長軸を基板と常にほぼ平行に維持して表示することができるイン・プレーン・スイッチングモードは、白黒、中間調を含む全ての表示状態において液晶分子が立ち上がることがなく、視角方向を変えた時の明るさの変化が小さいので、視角依存性がなく、視角特性が大幅に向上する。
【００４１】
すなわち、従来のように電圧印加で複屈折位相差をほぼ０にすることで暗状態を得るものでなく、液晶分子の長軸と偏光板の光学軸とのなす角を変えるもので、従来のＴＮ型の複屈折モードとは動作原理が根本的に異なる。従来のＴＮ型のように、液晶分子の長軸を基板の界面に垂直に立ち上がらせる場合では、複屈折位相差が０となる視野角方向は正面、即ち基板の界面に垂直な方向のみであり、液晶分子の長軸が基板の界面に対して僅かでも傾斜すると複屈折位相差が現れる。
【００４２】
ノーマリオープン型では、光漏れがあり、コントラスト比の低下や階調レベルの反転を引き起こす。本実施例では、見る方向を正面に限定すれば、以上説明した液晶の表示モードを始めとする多くの液晶表示モードの使用が可能であるが、広い視野から多人数で見ることを想定して、イン・プレーン・スイッチングモードを採用した。
【００４３】
本実施例の画像表示装置を用いたシステムは、多原色表示に対応した画像源、この画像源の多原色画像データを本実施例の画像表示装置の駆動シーケンスに沿った画像データに並び替える画像変換回路、時分割駆動の表示タイミングに合わせるための複数のバッファメモリ等を備えることにより容易に実現することができる。画像源の画像信号から表示装置用の画像データでる原色信号への変換は、ルック・アップ・テーブル形式の変換回路を用いた。変換後の画像データはバッファメモリに一旦記憶する構成とし、画像源とバッファメモリの出力タイミングを非同期とすることで、任意の周波数で変換後の画像データを取り出すことができる。このため、原色変換処理がサブフレームにおいて信号処理を行う処理時間に入らない構成として回路の動作速度の負担軽減を図った。
【００４４】
本実施例では、液晶表示部をアクティブ・マトリクス型駆動回路としている。このため、図１に示した液晶表示部には図示しない複数の走査配線と信号配線（データ線）に電圧を供給するための走査回路と信号回路を設け、タイミング制御回路により画像データに基づく信号電圧を受けて画素への電圧書込みを行っている。原色信号へ変換する前の画像信号としては、多原色表示に合わせた原色数の色座標データ形式や、３原色の輝度情報に環境光の情報を付加した形式、あるいは全ての可視領域の色情報を有するＸ，Ｙ，Ｚ表色系での表示データ形式などが採用できる。さらに、従来の画像表示装置との間の画像データの互換性を考慮し、３原色の輝度情報のみの情報も画像源として用いることができる構成とした。
【００４５】
図４に本実施例の駆動シーケンスを、図５および図６に本実施例で同時発光させる光源の組合せとカラーフィルタの分光波長特性を示す。なお、図５は第１サブフレームにおける光源の組合せとカラーフィルタの分光波長特性、図６は第２サブフレームにおける光源の組合せとカラーフィルタの分光波長特性を示す。本実施例では、１色のカラーフィルタにより最大２色の原色を選択することから、１フレームを２つのサブフレームに分割し、第１サブフレームと第２サブフレームとした。夫々のサブフレームにおいて、液晶表示部と光源による一連の表示を完結させる。原色変換後の画像信号はゲートクロック１２２と図示しない高速のデータクロックにより表示画面上の最上行から最下行まで、線順次の駆動シーケンスにより各画素に書き込まれる。その外、光源のシーケンスとしては、最初に画素へ電圧を書込み、液晶が光学応答した後に光源を点灯させる構成とした。
【００４６】
本実施例ではフレーム周波数を６０Ｈｚとしたため、サブフレーム時間は約８．３ミリ秒である。書込時間は１行につき５マイクロ秒を要し、全行数を４８０行で構成したため、書込みに要する時間は２．４ミリ秒、液晶の応答時間は白から黒あるいは黒から白の応答がいずれも約３ミリ秒となる電極構成および液晶材料を選択した。その結果、サブフレーム時間から書込み時間と液晶の応答時間を差し引いた光源点灯時間として、夫々のサブフレームにおいて２．６ミリ秒が得られた。
【００４７】
第１サブフレームでは、５原色の内の画像データＲ１（１２１Ｒ１）、画像データＧ１（１２１Ｇ１）、画像データＢ１（１２１Ｂ１）の３原色を表示し、第２サブフレームでは、残りの画像データＲ２（１２１Ｒ２）と画像データＧ２（１２１Ｇ２）および青色副画素に黒データを書き込んだ。液晶表示部の構成をアクティブ・マトリクスとしているため、各副画素にはメモリ機能があり、青色の副画素を第２サブフレームで黒データにより書き換えることは肝要である。これにより、緑色カラーフィルタと青色カラーフィルタの両者を透過可能な光源４２１Ｇ２を緑色のカラーフィルタを備えた副画素のみから出力可能となり、第２サブフレームにおける緑色の副画素と青色の副画素のクロストークを完全に防止することができる。
【００４８】
図６および図７に本発明による画像表示装置の第１実施例における各原色単独入力時の分光透過特性を各カラーフィルタの分光透過特性の比較して示す。図６には第１サブフレームにおいて光源４３３Ｒ２，４３３Ｇ１，４３３Ｂを点灯させたときに、単一色のカラーフィルタに対応する副画素のみを通過するように液晶表示部に電圧を書き込んだ場合の出力光４３４Ｂ、出力光４３４Ｇ１、および出力光４３４Ｒ１を示す。また、図７には第２サブフレームにおいて光源４３３Ｒ１，４３３Ｇ２を点灯させたときに、単一色のカラーフィルタに対応する副画素のみを通過するように液晶表示部に電圧を書き込んだ場合の出力光４３４Ｒ１、出力光４３４Ｇ２を示す。
【００４９】
本実施例では、図５の（ａ）および（ｂ）に示したように、第１サブフレームにおいては、各光源の発光波長特性とカラーフィルタの分光透過率のオーバーラップによる混色を極力避ける組合せと発光、透過の波長特性を選択した。すなわち、青色と緑色の光源の発光波長差が最大となる青色光源４３３Ｂと緑色光源４３３Ｇ１を組合せ、第２サブフレームにおいては青色カラーフィルタと組み合わせる副画素を非透過状態とした。これにより、光源の発光波長特性に近い分光透過特性が得られ、広い色再現域と高い色純度の表示を実現することができた。
【００５０】
〔第１実施例の比較例〕
図８は本発明の第１実施例の比較例の説明図であり、図８（ａ）は各カラーフィルタの分光透過特性と第１サブフレームにおける光源の発光波長特性の説明図、図８（ｂ）は青色の単色表示信号入力時に対応する分光透過特性の説明図である。この比較例では、図８（ａ）に示したように、光源４３３Ｒ２，４３３Ｇ２，４３３Ｂを点灯させると共に、５原色の内の画像データＲ２（１２１Ｒ２），画像データＲＧ（１２１Ｇ２），画像データＢ１（１２１Ｂ）の３原色データを用いて表示した。すなわち、緑色の光源と画像データを長波長側の光源４３３Ｇ１から青色カラーフィルタとの混色の多い短波長側の光源４３３Ｇ２に変更すると共に、この光源の変更に伴い画像データＧ１（１２１Ｇ１）から画像データＧ２（１２１Ｇ２）に変更したものである。
【００５１】
この結果として、図８（ｂ）の青色の単色表示信号入力時に対応する分光透過特性４３５Ｂに示したように、５００ｎｍ付近に不要な透過光のピークが出現し、色純度を大幅に悪化した。これ以外にも、緑色の分光透過特性にも同様に不要な透過光のピークが出現した。
【００５２】
図９は本発明の第１実施例の表色範囲と比較例の表色範囲の相違をｕ’ｖ’表色系色度図上に併記した説明図である。図９における黒点は光源単独の点灯により得られる表示色である。画像表示装置全体としては、これら黒点で示した５点の光源表示色と３色のカラーフィルタ及び表示用の液晶表示装置のオン・オフによる光シャッタ作用との組合せで作られる５角形の内側が本実施例による表示色範囲となる。最も外側の表色範囲４５１は人間の視覚で得られる全色域を表している。
【００５３】
また、本実施例の比較例として説明した液晶表示装置の表色範囲は図９の参照符号４５３で示し、本実施例の液晶表示装置の色域の範囲は参照符号４５２で示した。図９から明らかなように、本実施例の液晶表示装置の表色範囲４５２は比較例の表色範囲４５３に比較して大幅に広いことが分かる。図９についてさらに詳細に説明すると、青色については本実施例においても、同一のサブフレームにおいて光源４３３Ｇ１が光源４３３Ｂと同時発光することから、光源色と比較すると多少の色域の縮小が見られるが、光源との色域の差は僅かで、良好な表色範囲が実現されている。
【００５４】
一方、比較例においては、図８の（ｂ）に示すとおり、青色表示の色純度が大幅に低下する外に、短波長側の緑色表示においても、青色光源による混色が発生する。
【００５５】
このように、本実施例によれば、３色のカラーフィルタと５色光源を時系列に点灯させると共に、液晶表示部を黒書込みを組合せ、これをかつ光源に同期して書換えることにより、広い表色範囲の液晶表示装置を実現できる。
【００５６】
〔第２実施例〕
次に、本発明の第２実施例を説明する。第２実施例は前記した第１実施例における光源の種類を従来と同様の３種類に限定した構成としたものである。本実施例では、特に、色再現範囲の拡大等の観点から、２種類以上のカラーフィルタを透過する発光波長特性を有する光源を用いる場合に、この光源を発光させる時に、カラーフィルタによりクロストークする副画素を光遮断状態とする点に特徴を有する。これにより、副画素間のクロストークを抑制して、広い色再現を実現する。
【００５７】
本実施例による画像表示装置の全体構成、光源の構成、カラーフィルタの分光透過特性、駆動シーケンスについては、光源の色数が３原色と少ないことを除いて図１〜図８に示した第１実施例とほぼ同様である。したがって、詳細な説明は省略しり。光源の組合せとしては、図３で説明した５種類の光源のうち、赤色光源４３３Ｒ１、緑色光源４３３Ｇ２、青色光源４３３Ｂの３原色を用いる。また、駆動シーケンスとして、第１サブフレームにおいて赤色光源４３３Ｒ１と緑色光源４３３Ｇ２を点灯させると共に、液晶表示部には赤色と緑色の副画素が光遮断となる電圧を書き込む。
【００５８】
さらに、第２サブフレームでは青色の副画素のみを画像データに応じて透過率制御すると共に、他の赤色と緑色の副画素には光遮断状態となる電圧を書き込む。実際には、液晶表示装置の表示モードとして電圧ゼロで光遮断状態となるノーマリクローズ型のイン・プレーン・スイッチング表示モードを用いることから、黒表示ではほぼゼロ電圧を各副画素に書込み、その外の副画素については所定の電圧−透過率曲線に則った電圧を画像データに応じて印加する。本実施例では、カラーフィルタ間のクロストークが存在する緑色と青色を異なる表示時間のサブフレームに分離したことにより、原色の光源の発光波長特性に近く広い表示特性を得ることができた。従来の水銀蛍光灯を用いた光源を常時点灯し、フレームをサブフレームに分割しない駆動と比較しても大幅に色域の改善を図ることができた。
【００５９】
〔第２実施例の比較例〕
ここで、本発明の第２実施例の比較例を説明する。この比較例では、第２実施例と全く同様の光源とカラーフィルタ、液晶表示部を用い、フレームをサブフレームに分割しないで光源を一括点灯して表示した。図１０は本発明の第２実施例の表示色域と比較例の表示色域の相違をｕ’ｖ’表色系色度図上に併記した説明図である。この比較例では、緑色と青色の光源の組合せが第２実施例の第１サブフレームと全く同一であるため、３原色表示であるにもかかわらずに図８（ｂ）に示した青色単色表示信号入力時に対応する分光透過特性の光源４３３Ｇ１と同様、５００ｎｍ付近に不要な透過光のピークが出願し、色純度が大幅に悪化する。
【００６０】
この結果、図１０に示すように、第２実施例では、良好な広い色再現範囲を実現できたが、図示していないが、本比較例では従来の水銀蛍光灯よりも色域が狭い表示となった。
【００６１】
以上の説明では、主としてイン・プレーン・スイッチング方式の液晶表示装置を例としたが、本発明はこれに限るものではなく、他の方式の液晶表示装置、あるいは液晶表示装置と同様のライトバルブ機能で表示を行う他の形式の画像表示装置にも適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スクリーンを用いない直視型の液晶表示装置等において、２種類以上の異なる波長選択性を有するカラーフィルタと、２種類以上のカラーフィルタを透過する発光波長特性を有する光源を少なくとも１種類以上有する複数の光源と、複数の副画素からなる画素と、該カラーフィルタと画素毎に組み合わせて、所定波長の光の透過率または反射率を画像情報に応じて制御するライトバルブとを用い、２種類以上のカラーフィルタを透過する発光波長特性を有する光源の点灯時には、少なくとも１種類のカラーフィルタと組合せるライトバルブの副画素を光遮断状態とする駆動により、光源の持つ色再現範囲の低下をもたらすことなく、多原色表示に好適な画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の第１実施例を説明する液晶表示装置の構成図である。
【図２】図１における光源部の構成を説明する正面図である。
【図３】図１における光源部とカラーフィルタの発光波長特性と分光透過率を示す分光波長特性図である。
【図４】本発明による画像表示装置の第１実施例における駆動シーケンスの説明図である。
【図５】本発明による画像表示装置の第１実施例における分光透過特性の説明図である。
【図６】本発明による画像表示装置の第１実施例における第１サブフレームの光源とカラーフィルタの組合せで得られる分光透過特性の説明図である。
【図７】本発明による画像表示装置の第１実施例における第２サブフレームの光源とカラーフィルタの組合せで得られる分光透過特性の説明図である。
【図８】本発明の第１実施例の比較例の説明図である。
【図９】本発明の第１実施例の表示色範囲と比較例の表示色範囲の相違をｕ’ｖ’表色系色度図上に併記した説明図である。
【図１０】本発明の第２実施例の表示色域と比較例の表示色域の相違をｕ’ｖ’表色系色度図上に併記した説明図である。
【符号の説明】
１２１・・・・画像データ波形
１２２・・・・ゲートクロック波形
１２３・・・・液晶応答波形
１２４・・・・光源点灯シーケンス波形
４０３・・・・透明基板
４０６・・・・偏光板
４１０・・・・カラーフィルタ
４１１・・・・ＬＥＤアレイ
４１２・・・・導光体
４２１・・・・カラーフィルタの副画素
４３０・・・・液晶表示部
４３１・・・・光源
４３２・・・・カラーフィルタの分光透過率
４３３・・・・光源の発光波長特性
４３４・・・・液晶表示装置の分光表示特性
４３５・・・・比較例の液晶表示装置の分光表示特性
４５１・・・・ｕ’ｖ’表色系における可視領域
４５２・・・・第１実施例の多原色表示装置の表色範囲
４５３・・・・第１実施例の比較例における表色範囲
４５４・・・・第２実施例の多原色表示装置の表色範囲
４５５・・・・第２実施例の比較例における表色範囲。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device that realizes wide color reproducibility, and more particularly to an image display device suitable for multi-primary color display.
[0002]
[Prior art]
In order to display a color image, various display methods such as a color CRT, a liquid crystal display device, a plasma display device, and an organic EL (electroluminescence) display device have been put into practical use. A widely used liquid crystal display device will be described as an example. In a liquid crystal display device, color light is selectively emitted by a white light source or three primary color light sources having maximum light emission values in three colors of red (R), green (G), and blue (B) and red, green, and blue color filters. Sub-pixels that pass through each color pixel are arranged in each color pixel, and a voltage corresponding to the image information is applied to the liquid crystal sealed between the pixel electrode and the counter electrode constituting each sub-pixel, thereby transmitting or reflecting each color. Control color rate and display color image.
[0003]
The range on the chromaticity diagram (color reproduction range) that can be realized by such a display method is a range inside the triangle determined mainly by the product of the emission wavelength characteristics of the light sources of the three primary colors and the wavelength selection characteristics of the color filter. It is limited to. For this reason, all colors existing in the natural world cannot be reproduced, and when a display approaching human sensitivity such as hue, texture, and gloss is required, the request may not be sufficiently satisfied.
[0004]
As an approach to answer such a requirement, for example, as shown in the multi-primary color image display device proposed in “Patent Document 1” and “Non-Patent Document 1”, colors are not photographed and displayed in three primary colors, but 4 A so-called natural vision system has been proposed that captures, converts, transmits, and displays multiple primary colors that are higher than the primary color. Among these, there is a disclosure of a six-primary color display device by combining projection images of two liquid crystal projectors having different three primary color characteristics as a display device. In this six-primary-color display device, in each projector optical system, narrow band three primary color filters having different transmission wavelength bands that do not interfere with each other in the red, green, and blue optical paths are inserted to improve color purity and color reproduction. As two types of projector configurations having different ranges, a display of six primary colors is realized by combining these two types of projectors.
[0005]
As other image display methods, a time-division method, a spatial pixel arrangement method, a surface-division method, or a combination of these methods, in which multi-primary color filters are arranged on a rotating disk and each color is displayed in a time-division manner, has been proposed. ing. Details of the method of realizing the time division method by a thin liquid crystal display device are disclosed in “Non-Patent Document 2”.
[0006]
As an image display device, it is possible to realize faithful color reproduction for many images by expanding the color reproduction range by making multiple primary colors. However, even in the conventional three primary color display, the color purity is higher. Needless to say, if the three primary colors can be displayed, the color reproduction range can be expanded and the display fidelity can be improved. The image display device that enables a wide color reproduction range is suitable for viewing high-quality images for a large number of people using a screen, such as electronic art museums and high-realistic theater applications. It is expected to be applied to electronic commerce using personal computers and portable information terminals that have improved portability by realizing the above.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-172649
[0008]
[Non-Patent Document 1]
Published by IEICE Technical Report EID2000-228 (2000-11)
[0009]
[Non-Patent Document 2]
2001 Color Forum JAPAN 2001 (pp. 93-96)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to clarify the problems in realizing an image display device capable of wide color reproducibility by a direct-view type liquid crystal display device suitable for miniaturization and weight reduction, a color reproduction method of a conventional liquid crystal display device will be described.
[0011]
As a color reproduction method of a conventional direct-view type liquid crystal display device, there are a sub-pixel method using a color filter and a color field sequential method using a three-color point light source without using a color filter. The sub-pixel method uses an always-on white light source having emission peaks in red, green, and blue as light sources, and usually divides a square pixel area into three sub-pixels, each of which is red, In the case of an active matrix type with green and blue color filters and pixel electrodes, a thin film transistor with an amorphous, polycrystalline, or single crystal semiconductor active layer is used as a signal writing switching element. (Data line) and the pixel electrode.
[0012]
A color reproduction range in the sub-pixel method will be described. The color reproduction range is determined by the color separation performance of adjacent color filters on the wavelength axis, the color purity of the light source, and the wavelength characteristics between the light source and the color filter. If the color separation performance of adjacent color filters on the wavelength axis is insufficient and there is a mixed color region that transmits each other in its transmission wavelength characteristics, and if the wavelength region of the light source overlaps with this mixed color region, it is not the desired light source. Since the light from the light source passes through both color filters, the color reproduction range may be remarkably narrow as in the state where the color purity of the light source is lowered.
[0013]
In order to increase the number of primary colors and expand the color reproduction range, it is effective to use a high color purity color filter (narrow band color filter) with a narrow light transmission range. A reduction in luminance due to the reduction and a powerful light source is required to improve the luminance, which may increase power consumption and cause unnecessary heat generation. Due to the limitations of existing color materials for green and blue color filters, there is no combination of green and blue color filters that achieves both color separation performance and high transmittance, and some color mixing occurs between the two colors. Therefore, it has been difficult to use a display method using a color filter in a display device aiming at faithful reproduction exceeding the standard color reproduction range of a television.
[0014]
On the other hand, in the color field sequential method, without using a color filter, the three primary color light sources of red, green, and blue that can be turned on and off at high speed are lit in time series, and the signal voltage synchronized with this is applied to the liquid crystal of each pixel. This is a method for controlling the transmittance of a pixel by applying the voltage. This method requires a liquid crystal display mode having high-speed response and a three-primary-color light source. However, since no color filter or sub-pixel is used, both brightness and high-definition display can be achieved.
[0015]
When a multi-primary color image display apparatus is realized by the color field sequential method, a liquid crystal display mode that operates at a higher speed in accordance with an increase in the number of primary colors is required. In the case of the conventional three-primary color display, it is necessary to respond within a time obtained by subtracting the writing time to the pixel and the switching time of a fluorescent lamp (such as a cold cathode fluorescent lamp) used for a normal light source. A liquid crystal response of milliseconds to 3 milliseconds is required. When this method is applied to a multi-primary color image display device, for example, considering display with six primary colors, assuming that the display frequency is 60 Hz where flicker does not occur, voltage writing per color, liquid crystal response, and light source lighting time The total time is about 2.8 milliseconds.
[0016]
In this case, according to the conventional driving method, most of the allocated time is used only by the voltage writing to the pixel and the switching time of the light source, so that a high-speed response in 1 millisecond or less includes halftone display. Necessary. For this reason, it is difficult to apply the conventional color field sequential method to a multi-primary color display device.
[0017]
In view of these circumstances, an object of the present invention is to provide an image display device that realizes wide color reproducibility by suppressing color mixing, particularly an image display device suitable for multi-primary color display.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of light sources having at least one type of color filter having two or more types of different wavelength selectivity and a light source having an emission wavelength characteristic that transmits two or more types of color filters. And a light valve that controls the transmittance or reflectance of light of a predetermined wavelength according to image information in combination with the color filter and each pixel, and a plurality of sub-pixels. When a light source having an emission wavelength characteristic that passes through the color filter is turned on, the sub-pixel of the light valve combined with at least one type of color filter is set in a light blocking state.
[0019]
The above lighting timing is not particularly limited when light transmitted through one type of color filter transmits only light from one type of light source, but there are one type of light sources having different emission wavelength characteristics. If the light can pass through the color filter, it is desirable to turn on the light sources having the two or more types of emission wavelength characteristics at different times.
[0020]
Further, as the type of light source to be used, it is preferable from the viewpoint of expanding the color reproduction range that a light source of four primary colors or five primary colors is allowed when a certain amount of color mixing between adjacent colors of a color filter is allowed.
[0021]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described configuration and the configuration of the embodiments described later, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of the examples.
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a five primary color display having a wide color reproduction region is realized by using a light source of five primary colors and a color filter of three primary colors. In this embodiment, a liquid crystal display device using a liquid crystal panel is used as the light valve. However, if the display method uses a combination of a color filter and a plurality of light sources, the display method of the light valve is a metal foil by electrostatic force. It can be applied to any display system, including a faproper type display system and a projection type liquid crystal display device for controlling the contact between the light guide and the light guide. Of these, the display mode of the liquid crystal is not limited to a specific display mode. If the display mode has a high-speed response of a certain level or more, the normally black in-plane switching mode and the TN It can be applied to many display modes such as (twisted nematic) display mode and vertical alignment display mode.
[0023]
1 is a block diagram of a liquid crystal display device for explaining a first embodiment of an image display device according to the present invention, FIG. 2 is a front view for explaining the configuration of a light source section in FIG. 1, and FIG. 3 is a light source and a color filter in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the drive sequence of this embodiment, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the spectral transmission characteristics in the first embodiment of the image display device according to the present invention. 5A shows the emission wavelength characteristic of the light source and the spectral transmission characteristic of the color filter in the first subframe, and FIG. 5B shows the emission wavelength characteristic of the light source and the spectral transmission characteristic of the color filter in the second subframe. Show.
[0024]
6 and 7 are characteristic diagrams showing the light emission wavelength characteristics and spectral transmittance of the light source, color filter and output light obtained by the combination of the light source and the color filter in the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics obtained by the combination of the light source and the color filter of the first subframe in the first embodiment of the image display apparatus according to the present invention. FIG. 6 (a) is a blue color filter, FIG. 6 (b) corresponds to a green color filter, and FIG. 6 (c) corresponds to a red color filter. FIG. 7 is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics obtained by the combination of the light source and the color filter of the second subframe in the first embodiment of the image display apparatus according to the present invention, and FIG. 7A is a red color filter. FIG. 7B corresponds to a green color filter.
[0025]
First, the configuration of a transmissive liquid crystal display device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As the light source, an LED (light emitting diode) array light source with high color purity is used. As the LED array light source, a first light source (light source A) 411A having light emission wavelength characteristics of three colors and a light emission wavelength characteristic of two colors are provided. A second light source (light source B) 411B is used, and image data writing is divided into two subframes that match the emission wavelength characteristics of the two types of light sources 411A and 411B and is driven. In addition, the light source is turned on in a time-sharing manner in synchronization with the display timing of a liquid crystal panel (hereinafter also referred to as a liquid crystal display unit) for each subframe. These sub-pixels are displayed in black.
[0026]
The basic configuration of the liquid crystal display unit 430 that functions as a two-dimensional optical switch corresponding to an image is the same as that of a conventional liquid crystal display device, and a glass substrate is arranged outside the two transparent substrates 403, which are crossed Nicols. Two polarizing plates 406 are attached, and a color filter 410 of three colors is formed on the inner side of one transparent substrate so as to be aligned with the sub-pixel. Thus, one pixel is composed of three sub-pixels: a red sub-pixel 420R, a green sub-pixel 420G, and a blue sub-pixel 420B.
[0027]
In order to make the bonding gap between these two transparent substrates 406 constant, columnar spacers made of a photosensitive resin (not shown) on one transparent substrate have a pitch equal to the interval between sub-pixels and the transparency of the pixels is impaired. Install in an area that is not so large. Specifically, the columnar spacer has a cylindrical shape having a diameter of several micrometers (μm). A liquid crystal composition is sandwiched between two transparent substrates regulated by columnar spacers to form a liquid crystal layer. The spacer method is not limited to the columnar spacer, and it goes without saying that a beaded spacer or a peripheral spacer method can be used.
[0028]
The voltage application to the liquid crystal is not shown, but an active matrix circuit having an active element such as a thin film transistor provided on the inner surface of one transparent substrate is used. In-plane switching featuring a twisted nematic mode and a wide viewing angle that enable high-speed response by expanding the selection range of liquid crystal display modes for high-definition and large-screen display by using active matrix drive A mode can be selected.
[0029]
On the back of the liquid crystal display unit 430, a transparent acrylic plate is formed in a wedge shape for the purpose of uniformly and efficiently irradiating light from the light source to the liquid crystal display unit, and the light emitted to the liquid crystal display unit 430 side is uniform. The light source part 431 which combined the light guide 412 which pattern-printed the diffusible member on the lower surface, and the LED array light source 411 is arrange | positioned. The light source unit 431 switches between the first light source (light source A) 411A and the second light source (light source B) 411B having two types of light emission wavelength characteristics and turns on the light so that two wedge-shaped light guides (first light guides) A light body 412A and a second light source 412B) are stacked, and a first light source (light source A) 411A and a second light source (light source B) 411B are arranged in proximity to each end.
[0030]
FIG. 2 shows a planar configuration of the LED array light source in FIG. The two light sources 411A and 411B shown in FIG. 2 have different light emission distributions. Three types of LEDs are mounted on the light source 411A, and two types of LEDs are mounted on the light source 411B. Each light source emits peak colors of three colors and two colors. These light sources can have emission peak wavelengths of up to five colors. In this embodiment, single LEDs each having a single peak wavelength are used, but the light source can be made thinner by using LEDs having a plurality of peak wavelengths in one LED. You can also. However, in this case, in order to ensure the degree of freedom of light emission control, one that can control the light emission sequence for each color is used.
[0031]
Next, the relationship between the spectral transmittance of the color filter and the emission wavelength characteristic of the LED will be described with reference to FIG. The spectral transmittances 432R (red), 432G (green), and 432B (blue) of the three color filters are substantially the same as the transmittance distribution of the conventional liquid crystal display unit, and the transmission characteristics 432R and 432G of the red and green color filters. There is no large overlap, and when light sources included in the transmission wavelength range of each color filter are used, color separation with higher color purity is possible, but the transmission characteristics of the green and blue color filters There is significant overlap for 432G and 432B.
[0032]
For this reason, when all the sub-pixels of the liquid crystal display unit are in a transmissive state, light emitted by the green LED 421G2 having a light emission wavelength characteristic close to blue is transmitted through not only the green color filter but also the blue color filter. Cannot display using color purity characteristics. Although it is possible to shift the spectral transmittance characteristics of the blue color filter to the short wavelength side to prevent color mixing due to overlap with the green color filter, the color mixing of the green color filter and the blue color filter It is difficult to shift the transmission characteristics to the extent that it can be completely suppressed, and it is necessary to match the emission wavelength peak of the LED with the transmission wavelength peak of the color filter in order to improve the light utilization efficiency and realize a bright display. For this reason, it is desired to make multi-primary colors using color filters with mixed colors.
[0033]
With reference to FIG. 2, a mechanism for displaying multi-primary colors by applying the first embodiment of the present invention with the spectral transmittance of the color filter as described above will be described. This embodiment is characterized in that among the five types of LED arrays having different emission wavelength characteristics as combinations of emission wavelength characteristics, LEDs having adjacent emission wavelength characteristics are arranged in LED array light sources that emit light at different timings. . For example, as the light emission wavelength characteristics of the LEDs constituting the first light source (light source A) 411A in FIG. 2, the red LED 421R1 has the light emission wavelength characteristic 433R1, the green LED 421G1 has the light emission wavelength characteristic 433G1, and the blue LED 421B has the light emission wavelength. Characteristic 433B was selected. Further, as the light emission wavelength characteristics of the LEDs constituting the second light source (light source B) 411B, the red LED 421R2 is selected as the light emission wavelength characteristic 433R2 of FIG. 3, and the green LED 421G2 is selected as the light emission wavelength characteristic 433G2.
[0034]
The above selection will be described in relation to the spectral transmittance of the color filter. In contrast to the spectral transmission characteristic 432R of the red color filter, the selected LEDs 421R1 and 421R2 have a light emission wavelength characteristic including the spectral transmission factor of the red color filter, and color mixing with other color filters Since there is almost no, two primary colors of high color purity can be displayed by one subpixel by switching in time series for each subframe of these LEDs. Similarly, for the spectral transmission characteristic 432G of the green color filter, the light emission wavelength characteristics 433G1 and 433G2 are combined as an LED. However, since the spectral transmittance 432B of the blue color filter extends to the transmission wavelength region of the green color filter, when the green LED 421G2 on the short wavelength side is lit, the blue sub-pixel is blocked to prevent color mixing. .
[0035]
In the present embodiment, the blue LED has a single color configuration, but there is no problem even if the light source that passes through the green color filter is one type and the blue color is two types. In this example, five types of LEDs of 440 nanometers (nm, the same applies hereinafter), 505 nanometers, 550 nanometers, 620 nanometers, and 660 nanometers were used as the peak wavelengths of the LEDs. Combinations are possible.
[0036]
The emission wavelength characteristic of the LED used as the light source in this embodiment is usually a narrow band of 20 to 30 nanometers at half-value width, compared with the color filter, and 2 in the transmission wavelength width of one color filter. It is possible to assign ~ 3 color LEDs. As a result, it is possible to realize an image display device capable of further increasing the number of primary colors and faithful color reproduction by multispectralization.
[0037]
Furthermore, in order to increase the color purity, increase the number of light sources that pass through a single color filter, and increase the total number of primary colors used for display, a semiconductor laser chip having a narrow-band emission wavelength characteristic is used. It is effective to configure. Since the number of sub-pixels constituting one pixel can be reduced by using the laser light source, the resolution and the aperture ratio can be increased.
[0038]
In this embodiment, three color filters are used. However, the present invention is not limited to three colors, and two or four colors can be realized by a combination with a light source. When two color filters are used and light from two color light sources is allowed to pass through, the number of subpixels can be reduced from four subpixels to two subpixels. It can be realized with resolution.
[0039]
As a specific configuration for providing a contrast ratio using liquid crystal, a mode using a state in which the molecular orientation directions of the liquid crystal at the interfaces with the upper and lower transparent substrates are almost parallel (because interference light due to birefringence phase difference is used). , Referred to herein as a birefringence mode) and a mode that utilizes a helical state in which the molecular orientation direction of the liquid crystal at the interface between the upper and lower transparent substrates intersects and the orientation direction in the cell (unit pixel) is twisted. In the layer, since the optical rotation that rotates the polarization plane is used, it is referred to as an optical rotation mode).
[0040]
In the birefringence mode, by applying a voltage, the direction of the long axis (optical axis) of the liquid crystal molecules is changed in the plane while being substantially parallel to the substrate interface, and the optical axis (absorption axis or transmission axis) of the polarizing plate set at a predetermined angle. The light transmittance is changed by changing the angle with the axis. Similarly, in the optical rotation mode, only the orientation of the liquid crystal molecules in the major axis direction is changed by applying a voltage. In this case, the change in optical rotation due to unwinding of the spiral is used. In addition, in the birefringence mode, the in-plane switching mode, in which the major axis of the liquid crystal molecules can always be maintained substantially parallel to the substrate, is displayed in all display states including black and white and halftone. Since the brightness does not rise and the change in brightness when the viewing angle direction is changed is small, there is no viewing angle dependency and the viewing angle characteristics are greatly improved.
[0041]
That is, it does not obtain a dark state by making the birefringence phase difference substantially zero by applying a voltage as in the conventional case, but changes the angle formed by the major axis of the liquid crystal molecules and the optical axis of the polarizing plate. The operating principle is fundamentally different from the TN type birefringence mode. When the major axis of the liquid crystal molecules rises perpendicular to the interface of the substrate as in the conventional TN type, the viewing angle direction where the birefringence phase difference is 0 is only the front, that is, the direction perpendicular to the interface of the substrate. A birefringence phase difference appears when the major axis of the liquid crystal molecules is slightly inclined with respect to the interface of the substrate.
[0042]
In the normally open type, there is light leakage, which causes a decrease in contrast ratio and inversion of gradation levels. In this embodiment, if the viewing direction is limited to the front, many liquid crystal display modes such as the liquid crystal display mode described above can be used. However, it is assumed that a large number of people view from a wide field of view. In-plane switching mode was adopted.
[0043]
The system using the image display apparatus according to the present embodiment includes an image source that supports multi-primary color display, and an image that rearranges the multi-primary color image data of the image source into image data according to the drive sequence of the image display apparatus according to the present embodiment. This can be easily realized by providing a conversion circuit and a plurality of buffer memories for adjusting to the display timing of time-division driving. The conversion from the image signal of the image source to the primary color signal which is the image data for the display device uses a conversion circuit in a look-up table format. The converted image data is temporarily stored in the buffer memory, and the output timing of the image source and the buffer memory is made asynchronous so that the converted image data can be taken out at an arbitrary frequency. For this reason, the burden on the operation speed of the circuit is reduced as a configuration in which the primary color conversion processing does not enter the processing time for performing signal processing in the subframe.
[0044]
In this embodiment, the liquid crystal display unit is an active matrix drive circuit. Therefore, the liquid crystal display unit shown in FIG. 1 is provided with a scanning circuit and a signal circuit for supplying voltages to a plurality of scanning wirings and signal wirings (data lines) (not shown), and a signal based on image data by a timing control circuit. The voltage is written to the pixel in response to the voltage. The image signal before conversion to the primary color signal includes a color coordinate data format of the number of primary colors adapted to multi-primary color display, a format in which ambient light information is added to luminance information of three primary colors, or color information of all visible regions A display data format in the X, Y, Z color system having Furthermore, in consideration of the compatibility of image data with a conventional image display device, information having only luminance information of three primary colors can be used as an image source.
[0045]
FIG. 4 shows the driving sequence of this embodiment, and FIGS. 5 and 6 show the combination of light sources that emit light simultaneously in this embodiment and the spectral wavelength characteristics of the color filters. 5 shows the combination of light sources and the spectral wavelength characteristics of the color filter in the first subframe, and FIG. 6 shows the combination of light sources and the spectral wavelength characteristics of the color filter in the second subframe. In this embodiment, since a maximum of two primary colors are selected by one color filter, one frame is divided into two subframes, which are a first subframe and a second subframe. In each subframe, a series of displays by the liquid crystal display unit and the light source is completed. The image signal after the primary color conversion is written to each pixel by a line-sequential drive sequence from the top row to the bottom row on the display screen by the gate clock 122 and a high-speed data clock (not shown). In addition, the light source sequence is configured such that the voltage is first written to the pixel and the light source is turned on after the liquid crystal optically responds.
[0046]
In this embodiment, since the frame frequency is 60 Hz, the subframe time is about 8.3 milliseconds. The writing time required 5 microseconds per line and the total number of lines was 480 lines, so the writing time was 2.4 milliseconds, and the response time of the liquid crystal was white to black or black to white response In both cases, the electrode configuration and the liquid crystal material were selected to be about 3 milliseconds. As a result, the light source lighting time obtained by subtracting the writing time and the liquid crystal response time from the sub-frame time was 2.6 milliseconds in each sub-frame.
[0047]
In the first subframe, three primary colors of image data R1 (121R1), image data G1 (121G1), and image data B1 (121B1) of the five primary colors are displayed, and in the second subframe, the remaining image data R2 ( 121R2), image data G2 (121G2), and black data are written in the blue sub-pixel. Since the configuration of the liquid crystal display unit is an active matrix, each sub-pixel has a memory function, and it is important to rewrite the blue sub-pixel with black data in the second sub-frame. As a result, the light source 421G2 that can transmit both the green color filter and the blue color filter can be output only from the sub-pixel including the green color filter, and the cross between the green sub-pixel and the blue sub-pixel in the second sub-frame can be achieved. Talk can be completely prevented.
[0048]
FIGS. 6 and 7 show the spectral transmission characteristics of the first embodiment of the image display apparatus according to the present invention when each primary color is input alone in comparison with the spectral transmission characteristics of the color filters. In FIG. 6, when the light sources 433R2, 433G1, and 433B are turned on in the first subframe, the output light when voltage is written in the liquid crystal display unit so as to pass only the subpixels corresponding to the single color filter. 434B, output light 434G1, and output light 434R1 are shown. Also, FIG. 7 shows output light when voltage is written in the liquid crystal display unit so that only the sub-pixel corresponding to the single color filter passes when the light sources 433R1 and 433G2 are turned on in the second subframe. 434R1 and output light 434G2 are shown.
[0049]
In this embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the first subframe, a combination that avoids color mixing due to overlap of emission wavelength characteristics of each light source and spectral transmittance of the color filter as much as possible. The wavelength characteristics of light emission and transmission were selected. That is, the blue light source 433B and the green light source 433G1 that have the maximum emission wavelength difference between the blue and green light sources are combined, and the sub-pixels that are combined with the blue color filter in the second subframe are in a non-transmissive state. As a result, a spectral transmission characteristic close to the emission wavelength characteristic of the light source was obtained, and a wide color reproduction range and display with high color purity could be realized.
[0050]
[Comparative example of the first embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a comparative example of the first embodiment of the present invention. FIG. 8A is an explanatory diagram of the spectral transmission characteristics of each color filter and the emission wavelength characteristics of the light source in the first subframe. b) is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics corresponding to the time of blue monochromatic display signal input. In this comparative example, as shown in FIG. 8A, the light sources 433R2, 433G2, and 433B are turned on, and image data R2 (121R2), image data RG (121G2), and image data B1 ( 121B) is displayed using the three primary color data. That is, the green light source and the image data are changed from the long-wavelength light source 433G1 to the short-wavelength light source 433G2 that is often mixed with the blue color filter, and the image data G1 (121G1) is changed to the image data along with the change of the light source. It is changed to G2 (121G2).
[0051]
As a result, as shown in the spectral transmission characteristic 435B corresponding to the blue monochromatic display signal input in FIG. 8B, an unnecessary transmitted light peak appeared in the vicinity of 500 nm, and the color purity was greatly deteriorated. In addition, an unnecessary transmitted light peak appeared in the green spectral transmission characteristic.
[0052]
FIG. 9 is an explanatory diagram in which the difference between the color specification range of the first embodiment of the present invention and the color specification range of the comparative example is shown on the u′v ′ color specification chromaticity diagram. The black dots in FIG. 9 are display colors obtained by lighting the light source alone. The image display device as a whole has an inner side of a pentagon formed by combining the five light source display colors indicated by the black dots, the three color filters, and the optical shutter action by turning on and off the liquid crystal display device for display. This is the display color range according to this embodiment. The outermost color range 451 represents the entire color gamut obtained by human vision.
[0053]
Further, the color specification range of the liquid crystal display device described as a comparative example of this embodiment is indicated by reference numeral 453 in FIG. 9, and the color gamut range of the liquid crystal display device of this embodiment is indicated by reference numeral 452. As is apparent from FIG. 9, it can be seen that the color specification range 452 of the liquid crystal display device of this embodiment is significantly wider than the color specification range 453 of the comparative example. Referring to FIG. 9, the light source 433G1 emits light simultaneously with the light source 433B in the same subframe in the present embodiment as well, but the color gamut is somewhat reduced compared to the light source color. The difference in color gamut from the light source is small, and a good color specification range is realized.
[0054]
On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 8B, the color purity of the blue display is greatly reduced, and color mixture by the blue light source occurs also in the green display on the short wavelength side.
[0055]
Thus, according to the present embodiment, the three color filters and the five-color light source are turned on in time series, and the liquid crystal display unit is combined with black writing, and this is rewritten in synchronization with the light source. A liquid crystal display device with a wide color range can be realized.
[0056]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the type of light source in the first embodiment is limited to the same three types as in the prior art. In this embodiment, particularly when using a light source having an emission wavelength characteristic that transmits two or more types of color filters from the viewpoint of expanding a color reproduction range, etc., when the light source emits light, crosstalk is caused by the color filters. It is characterized in that the sub-pixel is in a light blocking state. This suppresses crosstalk between sub-pixels and realizes wide color reproduction.
[0057]
The overall configuration of the image display apparatus according to the present embodiment, the configuration of the light source, the spectral transmission characteristics of the color filter, and the driving sequence are the first shown in FIGS. 1 to 8 except that the number of colors of the light source is as small as three primary colors. This is almost the same as the embodiment. Therefore, detailed description is omitted. As the combination of the light sources, three primary colors of the red light source 433R1, the green light source 433G2, and the blue light source 433B are used among the five types of light sources described in FIG. Further, as a driving sequence, the red light source 433R1 and the green light source 433G2 are turned on in the first subframe, and a voltage at which the red and green subpixels block light is written in the liquid crystal display unit.
[0058]
Further, in the second subframe, the transmittance of only the blue subpixel is controlled in accordance with the image data, and a voltage for turning off the light is written in the other red and green subpixels. Actually, as a display mode of the liquid crystal display device, a normally closed in-plane switching display mode in which light is cut off at a voltage of zero is used, so in black display, almost zero voltage is written to each sub-pixel. For the outer subpixels, a voltage according to a predetermined voltage-transmittance curve is applied according to the image data. In this example, by separating green and blue, which have crosstalk between color filters, into subframes with different display times, it was possible to obtain a wide display characteristic close to the emission wavelength characteristic of the primary color light source. The color gamut could be greatly improved even when compared with the conventional driving in which the light source using a mercury fluorescent lamp is always turned on and the frame is not divided into sub-frames.
[0059]
[Comparative example of the second embodiment]
Here, a comparative example of the second embodiment of the present invention will be described. In this comparative example, the same light source, color filter, and liquid crystal display unit as those in the second embodiment were used, and the light sources were collectively turned on and displayed without dividing the frame into sub-frames. FIG. 10 is an explanatory diagram in which the difference between the display color gamut of the second embodiment of the present invention and the display color gamut of the comparative example is also shown on the u′v ′ color system chromaticity diagram. In this comparative example, since the combination of the green and blue light sources is exactly the same as that of the first subframe of the second embodiment, the blue monochromatic display shown in FIG. Similar to the light source 433G1 having the spectral transmission characteristic corresponding to the signal input, an unnecessary transmitted light peak is filed in the vicinity of 500 nm, and the color purity is greatly deteriorated.
[0060]
As a result, as shown in FIG. 10, in the second embodiment, a good wide color reproduction range could be realized, but although not shown, in this comparative example, the display has a narrower color gamut than the conventional mercury fluorescent lamp. It became.
[0061]
In the above description, an in-plane switching type liquid crystal display device is mainly used as an example, but the present invention is not limited to this, and other types of liquid crystal display devices or light valve functions similar to those of liquid crystal display devices The present invention can also be applied to other types of image display devices that perform display with the above.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a direct-view liquid crystal display device or the like that does not use a screen, a color filter having two or more different wavelength selectivity and an emission wavelength that passes through two or more color filters. A plurality of light sources having at least one kind of light source having characteristics, a pixel composed of a plurality of sub-pixels, a combination of the color filter and each pixel, and the transmittance or reflectance of light of a predetermined wavelength according to image information When a light source having an emission wavelength characteristic that transmits two or more types of color filters is turned on using a light valve to be controlled, driving the sub-pixels of the light valve combined with at least one type of color filter to be in a light blocking state, An image display device suitable for multi-primary color display can be realized without reducing the color reproduction range of the light source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a liquid crystal display device for explaining a first embodiment of an image display device according to the present invention;
FIG. 2 is a front view illustrating the configuration of a light source unit in FIG.
3 is a spectral wavelength characteristic diagram showing emission wavelength characteristics and spectral transmittances of the light source section and the color filter in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a driving sequence in the first embodiment of the image display device according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics in the first embodiment of the image display device according to the present invention;
FIG. 6 is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics obtained by a combination of a light source and a color filter in the first subframe in the first embodiment of the image display apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of spectral transmission characteristics obtained by a combination of a light source and a color filter of a second subframe in the first embodiment of the image display device according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a comparative example of the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram in which the difference between the display color range of the first embodiment of the present invention and the display color range of the comparative example is also shown on the u′v ′ color system chromaticity diagram.
FIG. 10 is an explanatory diagram in which the difference between the display color gamut of the second embodiment of the present invention and the display color gamut of the comparative example is also shown on the u′v ′ color system chromaticity diagram.
[Explanation of symbols]
121... Image data waveform
122... Gate clock waveform
123 ... Liquid crystal response waveform
124 ··· Light source lighting sequence waveform
403 ... Transparent substrate
406... Polarizing plate
410... Color filter
411 ... LED array
412 ... Light guide
421... Sub-pixel of color filter
430 ... Liquid crystal display
431 ... Light source
432... Spectral transmittance of color filter
433 ··· Light emission wavelength characteristics of light source
434... Spectral display characteristics of liquid crystal display device
435... Spectral display characteristics of liquid crystal display device of comparative example
451... Visible region in u'v 'color system
452... Color range of the multi-primary color display device of the first embodiment
453 ... Colorimetric range in the comparative example of the first embodiment
454... Color display range of the multi-primary color display device of the second embodiment
455 ··· Color range in the comparative example of the second embodiment.

Claims

赤の副画素、緑の副画素および青の副画素からなる一つの画素を複数有する画像表示装置において、
青色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタおよび赤色のカラーフィルタを有し、前記各色のカラーフィルタ領域と前記各色の各副画素とが対応付けて設けられ、光の透過率または反射率を制御するライトバルブと、
前記青色のカラーフィルタ、前記緑色のカラーフィルタおよび前記赤色のカラーフィルタの透過特性にのみ発光波長特性が存在する第1の光源と、
前記青色のカラーフィルタの透過特性および前記緑色のカラーフィルタの透過特性が重なった領域に発光波長特性が存在する第２の光源と、を有し、
前記第１の光源および前記第２の光源は複数個あり、
前記第２の光源の点灯時には、前記第１の光源は消灯され、青の副画素を光遮断状態とし、
前記第１の光源の点灯時には、前記第２の光源は消灯されることを特徴とする画像表示装置。 In an image display device having a plurality of one pixel composed of a red subpixel, a green subpixel, and a blue subpixel ,
A light having a blue color filter, a green color filter, and a red color filter , wherein the color filter region of each color and each subpixel of each color are provided in association with each other, and controls light transmittance or reflectance A valve,
A first light source having an emission wavelength characteristic only in a transmission characteristic of the blue color filter, the green color filter, and the red color filter;
A second light source having an emission wavelength characteristic in a region where the transmission characteristic of the blue color filter and the transmission characteristic of the green color filter overlap,
There are a plurality of the first light source and the second light source,
When the second light source is turned on, the first light source is turned off, and the blue sub-pixel is turned off ,
2. The image display device according to claim 1 , wherein when the first light source is turned on, the second light source is turned off.

前記ライトバルブが液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein the light valve is a liquid crystal display device.

前記光源の種類が４種類以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein there are four or more types of light sources.