JP2008198381A - バックライトモジュール及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＦＳ方式で、短時間、低消費電流、かつ低コストに、所望のＮＴＳＣ比を得る。
【解決手段】 バックライトモジュール１０は、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を順番に繰り返し発光させる際に、それらのＬＥＤの発光と同時に、赤色、緑色、青色よりも色純度の低い白色ＬＥＤ５４を、一定の分光強度比で発光させる。このようにすれば、３色以上の光源を発光させることなく、色空間の純度の高い色と低い色との２色の光源を発光させることにより、マトリクス演算を行うことなく、ＮＴＳＣ比を調整することができるようになる。この結果、短時間、低消費電流、かつ低コストに、所望のＮＴＳＣ比を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に用いられるバックライトモジュール及びそのバックライトモジュールを備える液晶表示装置に関する。

従来より、フィールドシーケンシャル（以下、「ＦＳ」と略述する）方式の駆動方法による液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＦＳ方式とは、赤色の画像と、緑色の画像と、青色の画像とを、短時間のうちに順番に表示させて時間混色を行うことにより、カラー表示を得る方式である。

この方式では、液晶表示素子に赤色に対応する画像を表示させている期間（Ｒフィールド）に、バックライトから、赤色の光が照射され、液晶表示素子に緑色に対応する画像を表示させている期間（Ｇフィールド）に、バックライトから緑色の光が照射され、液晶表示素子に青色に対応する画像を表示させている期間（Ｂフィールド）に、バックライトから青色の光が照射される。これらの光の照射を短時間のうちに繰り返せば、人間の眼には、赤色の画像と、緑色の画像と、青色の画像が合成させたカラー画像が認識されるようになる。ＦＳ方式の液晶表示装置は、カラーフィルタを用いた液晶表示装置と比較して、カラーフィルタを組み込む必要がないため、製造工程が容易となり、透過率が大幅に向上するなどの利点を有している。

ＦＳ方式の液晶表示装置では、赤、緑、青の各色光を、短時間のうちに切り替えて発光可能とするために、バックライトの光源として、赤色発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）、緑色発光ダイオード（緑色ＬＥＤ）、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）が用いられるのが一般的である。このため、ＦＳ方式の液晶表示装置では、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｅｅ）における表色系に対する再現色域の比率、すなわちＮＴＳＣ比が、約１１０％と非常に高くなっている。

一方、従来より、ブラウン管における色空間の国際標準規格としてｓＲＧＢ（ｓｔａｎｄａｒｄ ＲＧＢ）規格がある。ｓＲＧＢ規格では、ＮＴＳＣ比は約７０％となっている。

そこで、最近では、ＦＳ方式の液晶表示装置においても、表示色の色純度を下げて、ＮＴＳＣ比を７０％程度にして、ブラウン管と同等レベルの色再現性の下で、違和感なくカラー表示をさせたいという要求がある。この要求に応えるべく、従来より、ＦＳ方式の液晶表示装置では、Ｒフィールド、Ｇフィールド、Ｂフィールドにおいて、対応する色のＬＥＤを点灯させるのと同時に、残る２つのＬＥＤも点灯させることにより、ＮＴＳＣ比を約７０％に下げることが行われている。

各フィールドにおいて、赤色ＬＥＤの他に、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの光を同時に点灯させて、ＮＴＳＣ比を７０％程度（すなわち、ｓＲＧＢ規格相当のＮＴＳＣ比）にするためには、以下に示すようなマトリクス演算を、演算ＩＣで行って求める必要がある。

Ｒ’＝Ｋ１×Ｒ＋Ｋ２×Ｇ＋Ｋ３×Ｂ＋Ｋ４
Ｇ’＝Ｋ５×Ｒ＋Ｋ６×Ｇ＋Ｋ７×Ｂ＋Ｋ８
Ｂ’＝Ｋ９×Ｒ＋Ｋ１０×Ｇ＋Ｋ１１×Ｂ＋Ｋ１２
ここで、Ｒ’，Ｇ’、Ｂ’は、各色の画像を表示する際にバックライトから発せられるべき赤、緑、青の総合的な発光強度であり、Ｒ、Ｇ、Ｂは、その総合的な発光強度を得るために必要な各色ＬＥＤの発光強度である。また、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、Ｒフィールドにおける赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの分光強度比であり、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７は、Ｇフィールドにおける赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの分光強度比であり、Ｋ９、Ｋ１０、Ｋ１１は、Ｂフィールドにおける赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの分光強度比である。Ｋ４、Ｋ８、Ｋ１２は、各フィールドでのオフセットである。
特開２００１−２５１６４２号公報

このように、ＦＳ方式の液晶表示装置において、所望のＮＴＳＣ比の下で、正確な色再現を実現するためには、演算用ＩＣを用いて、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの発光強度をマトリクス演算により求める必要がある。しかしながら、演算用ＩＣを用いると、それらの演算時間が必要となるうえ、装置内の消費電流が増大し、装置コストが高くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、短時間、低消費電流、かつ低コストに、所望のＮＴＳＣ比を得ることができるＦＳ方式の液晶表示装置に用いられるバックライトモジュール及びそのバックライトモジュールを備える液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を講じた。
（１）赤色を発光する第１光源と、緑色を発光する第２光源と、青色を発光する第３光源と、赤色、緑色及び青色よりも色純度の低い第４の色を発光する第４光源と、を備え、前記第１光源及び前記第４光源、前記第２光源及び前記第４光源、前記第３光源及び前記第４光源を順番に繰り返し発光させることを特徴とするバックライトモジュールとした。

（２）前記第４の色は、白色及び黄色のいずれかであることとした。

（３）前記各光源は、発光ダイオードであることとした。

（４）上記バックライトモジュールを備える液晶表示装置とした。

上記バックライトモジュール及び液晶表示装置によれば、赤色の光源、緑色の光源、青色の光源を順番に繰り返し発光させる際に、それらの光源を発光させるのと同時に、赤色、緑色、青色よりも色純度の低い色を発光する光源を発光させる。このようにすれば、３色以上の光源を発光させることなく、色空間の純度の高い色と低い色との２色の光源を同時に発光させることにより、マトリクス演算を行うことなく、常に同じ分光強度比で、ＮＴＳＣ比を調整することができるようになる。このため、短時間、低消費電流、かつ低コストに、所望のＮＴＳＣ比を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る液晶表示装置は、ＦＳ方式の液晶表示装置である。図１には、本実施形態に係るバックライトモジュールを備える液晶表示装置１の概略構成が示されている。図１に示されるように、本実施形態に係る液晶表示装置１は、液晶コントローラ２０と、液晶パネルＬＣＤと、ゲートドライバＧＤと、ソースドライバＳＤと、バックライトＢＬと、バックライト駆動部１２とを備えている。なお、バックライトＢＬと、バックライト駆動部１２とで、バックライトモジュール１０が構成される。

液晶コントローラ２０は、液晶表示装置１全体を統括制御する。液晶コントローラ２０は、バックライト駆動部１２を介してバックライトＢＬを駆動すると同時に、ゲートドライバＧＤ及びソースドライバＳＤを介して液晶パネルＬＣＤを駆動することにより、＋Ｚ側から液晶パネルＬＣＤを見る者にカラー画像を認識させる。

液晶パネルＬＣＤは、その画素ごとに、薄膜トランジスタ（不図示）が形成されたいわゆるＴＦＴアクティブマトリクス駆動型の液晶パネルである。各画素に対応するトランジスタのゲートはゲートドライバＧＤに接続され、ソースは、ソースドライバＳＤに接続され、ドレインは、液晶パネルＬＣＤの画素電極に接続されている。また、画像電極と、共通電極は、液晶パネルＬＣＤの液晶層を挟むように配置されている。このため、薄膜トランジスタを駆動して、画素電極と共通電極との間に印加される電圧を制御すれば、液晶層の液晶材の配向状態が変化し、バックライトＢＬから照射される光の透過率を画素ごとに変更できるようになっている。

ゲートドライバＧＤは、液晶コントローラ２０の指示の下、液晶パネルＬＣＤの各画素に対応するトランジスタにゲート電圧を印加し、それらのトランジスタをオンする。ソースドライバＳＤは、液晶コントローラ２０の指示の下、各画素に対応するトランジスタにソース電圧を印加する。

バックライトＢＬは、液晶パネルＬＣＤの背面（−Ｚ側）に配置されている。図１では、図面の錯綜を避けるべく、バックライトＢＬと液晶パネルＬＣＤとが離間して図示されているが、実際には、バックライトＢＬは、液晶パネルＬＣＤと近接して設けられている。

バックライトＢＬは、発光源５０と導光板６０とを備えている。発光源５０は、赤色発光ダイオード（以下、「赤色ＬＥＤ」と略述する）５１と、緑色発光ダイオード（以下、「緑色ＬＥＤ」と略述する）５２と、青色発光ダイオード（以下、「青色ＬＥＤ」と略述する）５３と、白色発光ダイオード（以下、「白色ＬＥＤ」と略述する）５４とを備えている。発光源５０から発せられる各色の光は、導光板６０に導入される。導光板６０は、各色の光を乱反射させて、液晶パネルＬＣＤの背面のほぼ全体を均一に照明する。

バックライト駆動部１２は、液晶コントローラ２０の制御の下、所定のシーケンスで、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３、白色ＬＥＤ５４を駆動し、発光させる。図２には、各色ＬＥＤの発光シーケンスが示されている。図２に示されるように、バックライト駆動部１２は、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を、この順に、等間隔で（例えば、１／１８０秒で）、繰り返し発光させている。これにより、これにより、発光源５０から発せられる光の色は、赤→緑→青→赤→緑→青→・・・というように切り替えられ、導光板６０は、この順で、液晶パネルＬＣＤを照明する。

ここで、赤色の発光期間を、Ｒフィールドと呼び、緑色の発光期間を、Ｇフィールドと呼び、青色の発光期間を、Ｂフィールドと呼ぶ。液晶コントローラ２０は、不図示の上位装置から入力された原画信号を、赤色に対応する画像と、緑色に対応する画像と、青色に対応する画像とに分割する。そして、液晶コントローラ２０は、ゲートドライバＧＤ及びソースドライバＳＤを介して、Ｒフィールドでは、赤色に対応する画像が表示されるように、液晶パネルＬＣＤを駆動し、Ｇフィールドでは、緑色に対応する画像が表示されるように、液晶パネルＬＣＤを駆動し、Ｂフィールドでは、緑色に対応する画像が表示されるように、液晶パネルＬＣＤを駆動する。これにより、人間の眼には、赤色の画像と、緑色の画像と、青色の画像が合成させたカラー画像が認識されるようになる。

また、図２に示されるように、バックライト駆動部１２は、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を発光させると同時に、白色ＬＥＤ５４を発光させている。各フィールドでの、白色ＬＥＤ５４の発光強度は、後述するように、ともに発光する色毎に（フィールドごとに）決定される。

図３には、白色ＬＥＤ５４の発光スペクトルが示されている。図３では、横軸は、光の波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は、その波長での発光強度（単位は、ａ．ｕ．）を示している。図３に示されるように、白色ＬＥＤ５４の発光スペクトルは、２つのピークを持っているが、全体的に非常に広帯域となっている。

また、図４には、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を単独で発光させた場合の発光スペクトルが示されている。図４では、横軸は、光の波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は、その波長での発光強度（単位は、ａ．ｕ．）を示している。図４に示されるように、赤色ＬＥＤ５１の発光スペクトルは、そのピーク波長が約６５０ｎｍとなっており、緑色ＬＥＤ５２の発光スペクトルのピーク波長は、約５３５ｎｍとなっており、青色ＬＥＤ５２の発光スペクトルのピーク波長は、約４３０ｎｍとなっている。各色の発光スペクトルの幅は、非常に狭くなっている。

本実施形態に係るバックライトモジュール１０では、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３と同時に、白色ＬＥＤを５４を発光させる。このようにすれば、バックライトＢＬの赤色、緑色、青色の発光スペクトルは、図４で示される各色ＬＥＤ単独の発光スペクトルよりも、それぞれの周波数帯域が広くなり、それぞれの発光色の色純度が低下するようになる。

図５には、液晶表示装置１における色再現領域を示すＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｌ Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）色度図が示されている。図５では、白色ＬＥＤ５４を発光させることなく、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を単独で発光された場合での色再現領域が点線の三角形で示されており、白色ＬＥＤ５４とともに、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３と同時に、白色ＬＥＤ５４を発光させた場合の色再現領域が実線の三角形で示されている。図５からも容易にわかるように、赤、緑、青色ＬＥＤ５１、５２、５３と同時に、白色ＬＥＤ５４を発光させた場合には、ＣＩＥ色度図上における色再現領域が小さくなっている。

ここで、点線で示される色再現領域のＮＴＳＣ比は１１５％である。また、実線で囲まれる色再現領域は、赤色ＬＥＤ５１と白色ＬＥＤ５４との分光強度比を、１．０８５:０．０２８とし、Ｇフィールドの緑色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比を１．０３１:０．０３３とし、Ｂフィールドの青色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比を、１．０００：０．０２３としたときのものであり、この場合、ＮＴＳＣ比は７０％となる。本実施形態に係る液晶表示装置１では、各色ＬＥＤ５１、５２、５３と、白色ＬＥＤ５４との分光強度比を、上述のような数値に設定すれば、ホワイトバランスを崩さずに、ＮＴＳＣ比を７０％とすることができる。

ＮＴＳＣ比を７０％とするためのＲフィールドの赤色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比、Ｇフィールドの緑色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比と、Ｂフィールドの青色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比とは、コンピュータを用いたシミュレーション演算によって予め求めておくことができる。これらの分光強度比は、バックライト駆動部１２のメモリに格納されており、バックライト駆動部１２は、メモリに格納された分光強度比に従って、Ｒフィールドでは、赤色ＬＥＤ５１と白色ＬＥＤ５４とを発光させ、Ｇフィールドでは、緑色ＬＥＤ５２と白色ＬＥＤ５４とを発光させ、Ｂフィールドでは、青色ＬＥＤ５２と白色ＬＥＤ５４とを発光させる。

すなわち、バックライト駆動部１２は、予め定められた分光強度比に従って（従来の液晶の駆動条件を変えることなく）、各色のＬＥＤを発光させるだけで、特別なマトリクス演算を行うことなく、ＮＴＳＣ比を７０％とすることができる。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係るバックライトモジュール１０及び液晶表示装置１によれば、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を順番に繰り返し発光させる際に、それらのＬＥＤの発光と同時に、赤色、緑色、青色よりも色純度の低い白色ＬＥＤ５４を発光させる。このようにすれば、３色以上のＬＥＤを同時に発光させることなく、色空間の純度の高い色（赤色、緑、色青色）と色純度の低い色（白色）との２色の光源を発光させることにより、２色の光の分光強度比に従って、ＮＴＳＣ比を調整することができるようになる。この結果、短時間、低消費電流、かつ低コストに、ＮＴＳＣ比７０％を実現することができる。

すなわち、本実施形態では、３色の光源の発光強度を計算するためのマトリクス演算を行う必要がなくなり、そのための演算用ＩＣを設ける必要がなくなるので、ＮＴＳＣ比７０％を実現する際の、処理時間の短縮、消費電流の低減、コスト低減が実現される。

なお、白色ＬＥＤ５４は、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３に比べて発光効率が良いので、白色ＬＥＤ５４を、各色ＬＥＤと同時に発光させた場合には、同じ消費電流の下では、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を単独に発光させるよりも、バックライトＢＬの輝度が向上する。また、逆に、同じ輝度でバックライトＢＬを発光させればよい場合には、赤色ＬＥＤ５１、緑色ＬＥＤ５２、青色ＬＥＤ５３を単独で発光させるよりも、赤色ＬＥＤと白色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤと白色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと白色ＬＥＤを同時発光させた方が、全体の消費電流を低減することができる。

なお、本実施形態では、バックライトモジュール１０の発光源における第４の光源として、白色ＬＥＤ５４を用いたが、この白色ＬＥＤは、青色発光ダイオードに黄色の蛍光体を塗布したものであっても構わない。このようなものであっても、その発光スペクトルが、図３に示されるものと同等である場合には、赤色ＬＥＤ５１と白色ＬＥＤ５４との分光強度比を、１．０８５:０．０２８とし、Ｇフィールドの緑色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比を１．０３１:０．０３３とし、Ｂフィールドの青色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比を、１．０００：０．０２３とすれば、ＮＴＳＣ比は、本実施形態と同様に、７０％となる。

また、白色ＬＥＤ５４の代わりに、黄色発光ダイオードを用いても構わない。この他、赤、緑、青などよりも色純度が低い色の発光ダイオードでも、ホワイトバランスを合わせた状態で、ＮＴＳＣ比を下げられるのであれば、他の色の発光ダイオードを適用するようにしてもよい。

また、調整されるＮＴＳＣ比は７０％には限られない。赤、緑、青色ＬＥＤ単独でのＮＴＳＣ比である１１５％以下であれば、各色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの分光強度比を変更することにより、所望のＮＴＳＣ比を実現することが可能である。

また、ＦＳ方式の液晶表示装置１のバックライトＢＬとして用いることができる程度に高応答な光源であれば、発光ダイオード以外の光源を用いても構わない。

また、上記実施形態に係る液晶表示装置は、ＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置であったが、他の駆動方式（例えば、単純マトリクス方式）であっても、ＦＳ方式の液晶表示装置であれば、本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概略構成図である。 各色の発光シーケンスを示すタイミングチャートである。 白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 図１の液晶表示装置の表色系のＣＩＥ色度図におけるＮＴＳＣ比を示す図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ バックライトモジュール
１２ バックライト駆動部
２０ 液晶コントローラ
５０ 発光源
５１ 赤色ＬＥＤ
５２ 緑色ＬＥＤ
５３ 青色ＬＥＤ
５４ 白色ＬＥＤ
６０ 導光板
ＢＬ バックライト
ＧＤ ゲートドライバ
ＬＣＤ 液晶パネル
ＳＤ ソースドライバ

Claims (4)

1. 赤色を発光する第１光源と、緑色を発光する第２光源と、青色を発光する第３光源と、赤色、緑色及び青色よりも色純度の低い第４の色を発光する第４光源と、を備え、
   前記第１光源及び前記第４光源、前記第２光源及び前記第４光源、前記第３光源及び前記第４光源を順番に繰り返し発光させることを特徴とするバックライトモジュール。
2. 前記第４の色は、白色及び黄色のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
3. 前記各光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバックライトモジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックライトモジュールを備える液晶表示装置。

Images