JP2008096548A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＲＧＢ３色の入力信号と共にＷ信号の画質への寄与を制御できるように、ＲＧＢＷ４色信号を算出する方法を実現する。
【解決手段】
ＲＧＢＷ（赤青緑白）の波長分布特性を備える画素を平面配置する表示装置において、Ｗ信号の利用率を制御する信号を入力手段と、ＲＧＢ入力信号とＷ利用率からＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段と、を備え、比較的に明るい照明環境下においてはコントラストを重視した表示を行い、比較的に暗い照明環境下では色再現性を重視した表示を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー画像を表示する表示装置に関する。

カラー画像の表示装置として、画素ごとの透過率制御を行う液晶パネルと、バックライトを組み合わせて表示を行う液晶ディスプレイがある。

カラー画像を表示するには、バックライトは少なくともＲＧＢ（赤緑青）の３色成分を含み、液晶パネルに配置する画素は少なくともＲＧＢ３色のカラーフィルタを備えるサブ画素から構成することで、波長全域にわたる光量を制御することでカラー画像表示を行うことができる。ここでサブ画素とは、ＲＧＢのいずれかのカラーフィルタを備えた透過率制御の最小単位を指すことにする。そして画素とは、ＲＧＢ３種のサブ画素の組み合わせを指して、多数の画素を面内に配置することで画面を作る。これ以外のＣＲＴ（カソードレイチューブ），プラズマ，プロジェクタ等の表示装置の多くは、画素の組み合わせで表示を行う基本原理は同じである。

ところで表示装置が置かれる環境条件として照明の明るさがある。表示画面の観察者は、環境光が表面で反射する反射光と、表示装置の本来の表示光を合成して見ることになる。

ここで表示画面の明るさの最大と最小の比をコントラストＲとして、表示光と反射光の関係を表せば、Ｒ＝（最大表示光量＋反射光量）／（最小表示光量＋反射光量）、となる。一般にコントラストＲが大きいほど視認性が良くなる。ここで最大表示光量は表示信号の最大値に対応する表示光量であり、最小表示光量は表示信号の最小値に対応する表示光量である。コントラスト向上には最大表示光量を大きくすること、あるいは反射光量を小さくすることが有効である。

そこで表示画面のコントラストを管理するために、環境の明るさを検知する光センサを用意して、光センサ出力に応じて表示光の強さ（輝度）を可変設定する方法が知られている。

特許文献１は、暗い部屋と明るい屋外ではバックライト発光量を変化させる技術が開示されている。例えば日差しが入り込む日中は、光センサの出力信号に基づいてバックライト発光量を高めて、表示画面の最大表示光量を大きくする。こうしてコントラストＲを上げて視認性を良くする。

特許文献２は、表示パネル自体の輝度を向上させるため、ＲＧＢ３種のサブ画素に加えて、Ｗ（白）のサブ画素を用意することで明るさを向上させる提案をしている。Ｗ画素はカラーフィルタが無いため透過率が高く、輝度向上に効果が大きい。具体的には、従来のＲＧＢで作られる画素と、同じ面積内にＲＧＢＷを配置する画素を比較するならば、それぞれのサブ画素の面積比は４：３である。ＲＧＢのカラーフィルタは光源の波長分布を３分の１にカットするのに対して、Ｗは光源の光量を１のまま透過する。これらの関係から、ＲＧＢパネルとＲＧＢＷパネルの最大表示光量の比率は、（（４＋４＋４）／３）：
（（３＋３＋３）／３＋３×１）＝１：１.５となる。

ＲＧＢＷ画素を駆動するためのＲＧＢＷ信号の生成方法としては、次の手順が提案されている。ＲＧＢ３色の入力色信号の最小値をＷ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号として、またＲＧＢそれぞれからＷを引いた値を新たなＲ′Ｇ′Ｂ′（Ｒ′＝Ｒ−Ｗ，Ｇ′＝Ｇ−Ｗ，Ｂ′＝Ｂ−Ｗ）信号とする。ここでＷ信号に適度な増幅係数を掛けることで、輝度向上の効果を得ることが出来る。

また、色再現性の技術的な背景については、非特許文献１が詳しい。

特開２００６−１０６２９４号公報 ＵＳ２００５／０２２５５６２ 色彩科学ハンドブック第２版、日本色彩学会編、東京大学出版会、１９９８初版

一般に表示装置は、加法混色の元となるＲＧＢ３原色の色度を固定しておき、ＲＧＢ信号で３原色の混合比を指定することで色域内の一点である色を決める。しかしＲＧＢ３種の画素にＷ画素を追加するＲＧＢＷパネルでは、Ｗ画素による輝度向上の効果の半面、
ＲＧＢ３原色の色度が変化する（色域が変化する）現象がある。

これは、Ｗ画素の発光波長分布がＲＧＢ３原色の発光波長分布に重複することが原因であり、ＲＧＢ３原色のそれぞれにＷ画素の発光量に依存するＷの波長分布が上乗せされるためである。これより３原色の色度が変動することから、加法混色が成り立たない。具体的には、Ｗ画素の発光量が０の場合に色域が最大になり、Ｗ画素の発光量がＭＡＸの場合に色域が最小になる。こうして輝度を向上するためにＷ画素の利用比率を高めるほど、色域が縮小して白っぽい表示画面になる。

このようにＲＧＢＷパネルにおいて、輝度向上特性と色再現特性は、Ｗ画素の利用比率に依存する相反関係にある。このような特性を持つＷ画素は、従来のＲＧＢパネルには無かった要素であり、Ｗ画素の利用比率という信号は無かった。

前記した従来例は、Ｗ画素の追加による輝度向上の原理を示しているが、Ｗ画素の発光量に依存する色再現特性を考慮した色信号変換を提示していない。具体的には、Ｗ画素の利用比率に言及は無く、その結果として表示画面が白っぽくなる。

上記のＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ出力信号への色信号変換方法は、言い換えれば、３入力４出力を等号で結ぶための変換マトリクスＣを求めることに相当する。ここでＲＧＢ３色の入力色信号の最小値をＷ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号とするように、ＷをＲＧＢ信号に従属させるならば、Ｗ信号の画質への寄与を制御することができないことになる。つまり、出力信号であるＲＧＢＷをそれぞれ独立に制御するためには、条件不足であり解
（変換マトリクスＣ）を得ることができない。

本発明は、ＲＧＢＷ画素で構成する液晶パネルを用いて輝度向上の効果を得るために、ＲＧＢ３色の入力信号と共にＷ信号の画質への寄与を制御できるように、ＲＧＢＷ４色信号を算出する方法を課題とする。

本発明は、前記した課題を解決するために、Ｗ信号の利用率を制御するために信号入力手段と、ＲＧＢ入力信号と該Ｗ利用率からＲＧＢＷ信号を算出する色信号変換手段、を備える。

ここでＷ信号の利用率を制御するための信号として、例えば、環境の明るさをセンサ入力して、表示画面におけるＷ画素の利用比率を変化させることで、様々な観察環境における要求画質を満たすように、色信号の変換を実現する。

また本発明は次の現象に基づく信号処理手段を用いる。一般に、異なる分光分布でありながら同じ色に見える現象はメタメリズムと呼ばれている。これは、人間の視覚は、波長分布の全てを分解できるわけではなくて、ＲＧＢ（赤青緑）と呼ばれる波長分布特性を持つことによる。本発明は、ＲＧＢＷ表示装置においても発生する、異なるＲＧＢＷの組み合わせでありながら同じ色に見える現象を、上記の視覚の現象に倣ってメタメリズムと呼ぶことにする。これは、Ｗの波長分布がＲＧＢの波長分布と重複しているためである。簡単な例として、二つの異なる色信号（Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝一定値，Ｗ＝０）と（Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝０，Ｗ＝一定値）は同じ色になる。さらに両者間の中間的な組み合わせを考慮すれば、同じ色を見せるための色信号の組み合わせは多数ある。本発明は、このようなメタメリズムに相当する表示装置の現象を利用して、表示色を維持しながら、ＲＧＢＷの組み合わせを修正する手段を利用する。ここで、本発明は、さらに、バックライトの発光波長との組み合わせを考慮する。このような表示装置のメタメリズムに基づいて、同じ色を出すための駆動信号の組み合わせを判断する手段を備える。

人間の視覚特性は、ＲＧＢ３種の色を区別して知覚できる。しかし極めて明るい環境に十分に順応できないままに対象を観察するとき、ＲＧＢ３種の知覚が飽和状態になることから白っぽく感じることになる。順応するにつれて知覚の飽和状態が解消して、ＲＧＢ３種の比率を正しく知覚できるようになり色再現特性が戻ることになる。

したがって屋外のように明るい環境下で視認性を高めるには、色再現特性よりもコントラスト（輝度向上）が重要になる。一方、比較的に暗い環境では、ＲＧＢ３種の知覚は十分に機能するため色再現特性が重要になる。このように広く変化する観察環境で利用する携帯型の表示装置では、環境に応じて要求画質が変化する。

本発明は、Ｗ画素の利用比率に依存した相反関係にある輝度向上と色再現特性を、環境の明るさをパラメータとして連続的に切り替えることで、様々な観察環境における要求画質を満たす効果を実現する。

本発明は、Ｗ画素の利用比率を外部環境の明るさに応じて可変設定することにより、比較的に明るい照明環境下においてはコントラストを重視した表示を行い、比較的に暗い照明環境下では色再現性を重視した表示を行うことで、幅広い照明環境において高い視認特性を実現する。

人間の視覚特性は、ＲＧＢ３種の色を区別して知覚できる。しかし極めて明るい環境に十分に順応できないままに対象を観察するとき、ＲＧＢ３種の知覚が飽和状態になることから白っぽく感じることになる。順応するにつれて知覚の飽和状態が解消して、ＲＧＢ３種の比率を正しく知覚できるようになり色再現特性が戻ることになる。

したがって屋外のように明るい環境下で視認性を高めるには、色再現特性よりもコントラスト（輝度向上）が重要になる。一方、比較的に暗い環境では、ＲＧＢ３種の知覚は十分に機能するため色再現特性が重要になる。このように広く変化する観察環境で利用する携帯型の表示装置では、環境に応じて要求画質が変化する。

本発明は、Ｗ画素の利用比率に依存した相反関係にある輝度向上と色再現特性を、環境の明るさをパラメータとして連続的に切り替えることで、様々な観察環境における要求画質を満たす効果を実現する。

人間の視覚特性は、ＲＧＢ３種の色を区別して知覚できる。しかし極めて明るい環境に十分に順応できないままに対象を観察するとき、ＲＧＢ３種の知覚が飽和状態になることから白っぽく感じることになる。順応するにつれて知覚の飽和状態が解消して、ＲＧＢ３種の比率を正しく知覚できるようになり色再現特性が戻ることになる。

したがって屋外のように明るい環境下で視認性を高めるには、色再現特性よりもコントラスト（輝度向上）が重要になる。一方、比較的に暗い環境では、ＲＧＢ３種の知覚は十分に機能するため色再現特性が重要になる。このように広く変化する観察環境で利用する携帯型の表示装置では、環境に応じて要求画質が変化する。

本発明は、Ｗ画素の利用比率に依存した相反関係にある輝度向上と色再現特性を、環境の明るさをパラメータとして連続的に切り替えることで、様々な観察環境における要求画質を満たす効果を実現する。

本発明は、表示装置のメタメリズムを利用したＲＧＢＷ信号の修正手段を用いて、表示に必要なバックライト光量を低減するようにＲＧＢＷ信号を修正することで、表示の色を維持したまま、表示装置の駆動電力を低減する効果がある。

以下図面を用いて各実施例を説明する。

（１）４入力４出力の関係式
図１に、本発明を適用する装置の基本構成を示す。入力するＲＧＢ信号を、表示のためのＲＧＢＷ信号に変換する構成例である。なお本発明は、ＲＧＢＷ信号を表示するためのパネル構造に依存するものではない。例えば、液晶素子と、ＲＧＢＷの波長透過特性を持つフィルタを組み合わせた任意のパネル構造を利用できる。そのための駆動回路の構成にも依存するものではない。また以下の説明ではパネルを含む入出力信号のガンマ特性は省いている。

本発明は、（式１）に示した３入力４出力の関係を、一意な解が得られる４入力４出力の関係に変換するために、（式２）に示すように新たな信号Ｘの入力手段を用意することを特徴とする。新たな信号入力手段は、例えば、表示装置を観察する環境の明るさ，ユーザの好み，表示する信号の特性、等を数値として取り込む機能を備える。これらは単一、もしくは複数を組み合わせて利用することができて、また入力信号の数値を、内部利用のための適宜な数値に変換する手段と組み合わせることができる。なお（式２）の変換マトリクスＣは必ずしも線型結合の関係でなくて良く、何らかの関数，変換表、等を用いた結合関係を備えるものとする。こうしてＷ画素の利用率を能動的に制御することを特徴とする。

また本発明は、表示のために生成したＲＧＢＷ信号と、人間の視覚で感じる３原色との関係を、４入力３出力の系と捉える。さらに本発明は、液晶表示装置を利用する場合の
ＲＧＢＷ液晶パネルとバックライトの駆動信号との組みあわせを、Ｎ入力３出力の系と捉える。この関係式で発生する入力側の自由度を利用して、例えば、消費電力低減のための駆動信号を算出することを特徴とする。
（２）外部環境の明るさを新たな条件として使う方法
図２は、本発明の構成例であり、外部環境の明るさをＷ信号の利用率とする装置構成例である。構成要素は、外部環境の明るさを検知する明るさセンサ信号とＲＧＢ３色信号を入力して、ＲＧＢＷ４色の出力信号に変換する色信号変換装置１０，液晶素子透過率とバックライト発光量を制御するバックライト変調回路１１，ＲＧＢＷサブ画素を平面配置するパネル１２、を基本的な構成要素とする。

ＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ出力信号への色信号変換において、Ｗ画素の利用比率を条件として加えることで、４入力４出力の関係に置き換えて一意な解を得る。ここで、Ｗ画素の利用比率は表示の輝度向上特性と色再現特性を変化させる効果がある。言い換えると、表示の色立体の形状を変化させる効果がある。この効果を説明するために、まず色立体について説明を行う。
（３）色立体と、Ｗによる変形の説明
図３に、Ｗ画素の利用比率と表示色立体の関係を模式的に示す。ＲＧＢ信号の輝度成分を向上させる簡単な方法はＷ信号を加算することである。しかし、Ｗ信号は全ての波長を含むことから彩度は低下する。このように一般に、輝度向上効果と色再現特性は相反する関係にある。もしここでＷ信号を、Ｗ＝Ｆ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）（ここでＦは任意の関数）のようにＲＧＢ信号の従属関数として算出するならば、Ｗ信号の利用率で決まる輝度と彩度の関係を制御できないことになる。

本発明は、このような輝度向上効果と色再現特性の相反関係を能動的に決める手段を設けることを特徴とする。例えば、環境の明るさを検知する明るさセンサの出力信号を利用する。そして、明るい環境では輝度向上効果を優先して、暗い環境では色再現特性を重視して、両者の中間では環境の明るさに依存して画質効果を連続的に変化させることを特徴とする。そして連続的に変化させるための、具体的な調整項目として、Ｗ画素の利用比率を制御する。

Ｗ画素の利用比率に依存して、表示パネルが表示できる色立体の形状は連続的に変化する。そして明らかなように、Ｗ画素の利用比率に依存してＲＧＢ原色の色度が変化する。ＲＧＢ原色が変化するならば加法混色は成り立たない。しかし、Ｗ画素の利用比率はRGBのサブ画素に共通であるから、Ｗ画素の利用比率が固定した条件下ではＲＧＢ原色の加法混色が成り立つ。そこで本発明は、上記のように、環境の明るさに基づいてＷ画素の利用比率を設定し、その条件でＲＧＢ入力信号に基づくＲＧＢサブ画素の駆動を行い、加法混色による色を表示する。そして表示画面全体の画素の組み合わせでカラー画像を形成する。
（４）本発明の信号処理回路の構成例
図４に、本発明の信号処理回路の構成例を示す。

外部環境の明るさを検知する明るさセンサ１０１，入力するＲＧＢ信号の色補正を行う色補正回路１０２，複数種類のＷ信号の算出方法を選択的に実行するＷ生成回路１０３，前記の複数種類のＷ信号の算出方法を選択するＷ生成選択回路１０４，前記明るさセンサの出力信号を補正係数ＫとしてＷ信号の調整を行うＫ補正回路１０５，生成したＲＧＢＷ信号の色と輝度を維持しながら均一化する均一化回路１０６，均一化回路１０６の出力
ＲＧＢＷ信号から、液晶パネル駆動信号とバックライト駆動信号を算出して出力するバックライト変調回路１０７、から構成する。

以下に、それぞれの回路の動作と構成を説明する。なお色信号を表す座標系には多くの種類があることから、輝度と色域に関わる信号成分は複数の種類がある。例えば、
１）ＲＧＢ空間における、ＲＧＢ信号の共通成分Ｗと、ＲＧＢ信号からＷを引いた彩度成 分
２）ＨＳＬ空間における、明るさ成分Ｌと、色の鮮やかさを示す成分Ｓ
３）ｘｙＹ空間における、輝度Ｙと、色度ｘｙ
ここでＲＧＢ空間は適宜に定義されたＲＧＢ信号で作られる空間、ＨＳＬ空間はＨ（色相hue）Ｓ（彩度saturation ）Ｌ（明度）で作られる空間、ｘｙＹはＣＩＥ（国際照明学会）が定義する色度ｘｙとＹ（輝度）で作られる空間である。

そのほかに、人間の視覚特性を考慮したＸＹＺ空間，Ｌａｂ空間などがある。本発明は、上記のように多数ある信号種別を特定するものではなく、輝度（明るさ，明度）と色再現特性（彩度，色域）に関わる信号成分を利用する。そして、環境の明るさに依存して、表示画面の輝度と色再現特性を管理することを特徴とする。簡単のため、以下の実施例では、輝度に関わる信号成分をＷで表記して説明するが、これにかわってＬ（明度），Ｙ
（輝度）を使うこともできる。これらを換算する手段を用意することで、信号処理手順のなかで混在して利用できることは言うまでも無い。
（５）センサ１０１
本発明は表示装置が置かれる環境の明るさを入力して、Ｗ画素の利用率を決める補正係数Ｋを算出する。このための明るさセンサは、シリコンあるいはＣＤＳ(硫化カドミウム)等の素材から作られる光センサを利用する。そして、該センサの出力信号をＡＤ変換することでデジタル信号として取り込み、事前に用意しておいた変換表を該デジタル値を用いて読み出すことで、Ｗの利用率Ｋを決める。補正係数Ｋを算出する回路は別途用意しても良い。こうして本発明は、表示のための信号を明るさに応じて能動的に制御することで、観察者が感じる表示画質を高めることを特徴とする。なおＫの決定は、明るさに限ることはないが、表示装置におけるメリットを説明するため、ここでは明るさを例にとっている。この明るさセンサはユーザが指定するスイッチで代替することもできる。
（６）色補正回路１０２
本発明が備える色補正の実施例を説明する。基本的に、以下の画質補正は、ＲＧＢ信号、あるいはそれを変換した任意の３色信号を対象に実行することができる。これは、Ｗ信号を生成する前段階に位置するように構成することができる。
（Ａ）彩度の最大化
設定した色立体で、彩度を色立体の表面に貼り付けるように修正する。明るい環境で、コントラスト重視の表示を行う場合とは、色再現性に多くを期待しない場合でもある。したがって、色の付き具合を観察できれば良い。入力する色信号は色立体内部の任意の位置を指定できるが、それらの色立体内部に位置していた色を色立体表面に移動する。これにより、色の付き具合を観察しやすくなる効果がある。具体的な信号処理は、ＲＧＢ信号を輝度・色相・彩度信号に変換して、彩度信号が最大値になるように修正する。ここで輝度と色相を同じ値に保つような条件設定を行っても良い。そして修正後の輝度・色相・彩度信号を再びＲＧＢ信号に変換する。
（Ｂ）入力データの解析
例えばＨＴＭＬ言語で記述された入力信号を、ビットマップ展開して表示する場合には、表示する文字等の色の種類はＨＴＭＬ言語のコードから判定できる。また写真等の絵が含まれているか否かは、ＪＰＥＧ、あるいはＢＭＰ等のファイル形式の区別から判定できる。つまり、これらの入力信号を、表示のためのビットマップ信号に展開することなく、信号特性を判定することができる。また。これらの入力信号の色指定を行うコードを書き替えることで、ビットマップ信号の展開結果の色を修正することができる。ここで、HTMLの色指定コードの書き替えは、ＲＧＢ信号と輝度・色相・彩度の関係から、適宜に修正することができる。特に、色指定コードがＲＧＢの原色の組み合わせである場合には、自然画像のような色再現性を要求する信号が含まれていないと判定できる。こうして表示画像の統計測定に相当する特性データを採取することができる。
（Ｃ）白黒表示
明るい環境下において視認性を重視する場合には色の有無よりもコントラスト重視である場合には、色の再現をなくして白黒表示にすることができる。これは、入力したＲＧＢ信号を無彩色である白黒信号に変換することである。
（Ｄ）ユーザ設定モード
ユーザの嗜好を入力する何らかの手段を用意することで、色の調整を行うことが出来る。例えば、赤色の色相を微妙にずらすなど。
（７）Ｗ生成回路１０３
ＲＧＢＷの各信号は０から１をとる値とする。ＲＧＢのそれぞれは、視覚的には異なる意味を持つが、ここでは対等の性質をもつものとして説明する。すなわち、ＲＧＢを任意に取り替えても計算式は成り立つとして説明する。また、ガンマ特性などの非線形特性はここでは扱わないことにする。

Ｗの条件として、ＲＧＢが全て０の場合にＷ＝０、ＲＧＢが全て１の場合にＷ＝１とする。このためのＷの算出方法は多くあり、その方法に依存してＷの加算量が変化する。本発明は、この複数の演算方法を用意して、選択する手段を備えることを特徴とする。Ｗ信号の算出方法を以下に述べる。
（Ａ）Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
こうして求められるＷは、ＲＧＢの共通成分の大きさである。ＲＧＢの単独、あるいは二つの組み合わせ作られるＣＭＹで表示を行う場合には、残る色信号に０があるためＷは０となる。ＲＧＢＣＭＹは、加法、および減法の３原色として知られている色であり、これらの色を表示する場合にはＷ＝０であり、鮮やかさを損なわないが、Ｗの追加による輝度の向上の効果は得られない。ＲＧＢの共通成分を持つ色立体の内部に位置する色は、Ｗの追加が行われ、輝度が高められる。上記のようなＷ画素による輝度向上効果により、色立体は中央部分が高く盛り上がる形状となる。白信号の輝度が高くなるものの、原色信号の輝度向上効果は得られないため、明るさの違いが目立つ場合がある。
（Ｂ）Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
ＲＧＢの単色表示においても白成分を付加して輝度向上を実現する。
（Ｃ）Ｗ＝（Ｍ・（ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ））
＋ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ））
これは、新たな変数Ｍ＝０〜１を用いて上記（Ａ）と（Ｂ）をまとめた式である。ここでＭ＝０ならばＷ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）、Ｍ＝１ならばＷ＝ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）となる。
（Ｄ）Ｗ＝（１／３）・（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）
ＲＧＢ原色表示のＷ成分の追加量は、ＲＧＢ３色で分割するための係数（１／３）を掛けておく。

そのほか、
（Ｅ）Ｗ＝（Ｒ・Ｇ・Ｂ）
（Ｆ）Ｗ＝（１／３）・（Ｒ・Ｇ＋Ｇ・Ｂ＋Ｂ・Ｒ）
などがある。

本発明は、これらのＷ成分算出方法をひとつ、もしくは複数種類を用意する。そして図５に示すように、複数種類用意する場合には、Ｗ生成選択回路１０４から入力する選択信号に基づいて、算出方法を選択する手段を用意することで、表示画質の調整を行うことを特徴とする。
（８）Ｗ生成選択回路１０４
Ｗ信号の生成方法は、表示画面内で任意に切り替えて利用することができる。この切り替えのトリガとしては、表示するための入力データの解析結果を利用することができる。例えば、
１）画面内で文字図形を表示する画素
２）色再現性は重視しないが色付きが不可欠な画素
３）色再現性を求める画素
等に分類する。ここで１）は、信号処理プロセッサが、ＨＴＭＬ言語等に基づく表示を行うならば、その画素位置と表示内容はビットマップ生成するまでもなく、ＨＴＭＬ言語で記述されたコードから判断できる。また写真データ等は、データの拡張子を見ることで、例えばＢＭＰ（ビットマップデータ），ＪＰＧ（ＪＰＥＧ圧縮データ）等を判断できる。したがって、これらの写真データを、メモリ上に展開するまでもなく、画素位置と表示内容を判断できる。このような判断の結果をもって、文字図形が表示される画素位置ではコントラスト重視の信号処理，写真等を表示する画素位置では色再現重視の信号処理を切り替えることができる。

あるいは既にビットマップ展開されている画像データについても、何らかの統計処理を行うことができる。図６に示すように、入力するＲＧＢ信号を一旦画面メモリに蓄積する。そして、画面内の信号分布の測定を行う。画素位置と表示内容の関連付けを行うことで、文字図形が表示される画素位置ではコントラスト重視の信号処理，写真等を表示する画素位置では色再現重視の信号処理を切り替えることができる。統計値としては、色分布
（つまり面積の割合），エッジの分布，周波数成分、などがある。測定結果と、出力する選択信号との関連付けは、例えばあらかじめ用意する変換表を利用することができる。このような回路構成には変形が許されて、例えば画面メモリを不要としたり、変換表の代わりに関数演算回路を用いたりすることが出来る。本発明は、上記のように、画面内にある画素単位にＷ画素を利用する信号処理方法を切り替えるための選択信号を生成する手段を備えることで、表示画質を向上させることを特徴とする。
（９）Ｋ補正回路１０５
入力信号はＷと、Ｗの利用率を決める係数Ｋであり、Ｗ信号の補正を行う。Ｋは、算出したＷの利用割合を調整する手段の役割を果たすものであり、色空間を選択する手段であることに相当して、表示画質をＫの設定により大きく変化させることができる効果をもつ。

本発明は、例えばＷ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をそのまま利用するのではなくて、係数Ｋを掛け合わせて、Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）・Ｋとすることで、表示画質を能動的に制御することを可能とする。Ｋ＝０とすればＲＧＢ画素のみによる表示となり、Ｋ＝１とすればＲＧＢが全て最大値においてＷも最大となる。ＲＧＢの原色を表示するとき、彩度は若干低下するが輝度を向上させる効果がある。

本発明は、図７に示すようにＷ信号に係数Ｋを掛けて得られるＷ・Ｋを新たなＷ信号として利用することを特徴とする。また、Ｋによる掛け算のみでなく、関数，変換表、等を用いて演算することもできる。
（１０）ＲＧＢ色立体の変形の効果
図８に、本発明による表示画質上の効果を説明する色立体を用意する。ＲＧＢ３原色による加法混色による色度図上の色立体は、次の４階層に分解することができる。なお、ここでは簡単のためＲＧＢのそれぞれの輝度の貢献度を同じとする。

第一階層は、ＲＧＢの３原色が単独で色立体を構成する段階である。原色の色度を維持しながら輝度が変化する三角柱を色立体の表面上に形作る。一般に色域は、この三角柱の水平断面を指す。

第二階層は、ＲＧＢの３原色が２色で混色する段階である。ＲＧＢのうちの２色の混色は、その２色を結ぶ線上に位置するＹＭＣを作る。第一階層の三角柱の面が上に伸びるように、ＹＭＣを頂点とする３種の上向きの三角形（ＲＧＹ），（ＧＢＣ），（ＢＲＭ）を色立体の表面上に形作る。この混色の段階では、ＲＧＢ３原色が混じりあうことはないので、彩度の低下はない。

第三階層は、上記三角形のＹＭＣがそれぞれ２色で混色する段階である。ＹＭＣのうちの２色と、その原色であるＲＧＢの１色が、３種の下向きの三角形（ＹＣＧ），(ＣＭＢ)，（ＭＹＲ）を色立体の表面上に形作る。第二階層と第三階層のＹＭＣは同じ点を指す。この混色の段階で、ＲＧＢ３原色の混じりあいが発生して彩度の低下が起きる。

第四階層は、第三階層の頂点にあるＹＭＣがそれぞれ２色で混色する段階である。YMCで作られる三角形を底面と、白を頂点とする三角錐を形作る。

ただし上記は原理的な説明であり、実際の表示装置の測定値をプロットして作る色立体は、大きくひしゃげていることが多い。したがって本発明の説明では、およその形状が特徴を示すために、模式的な図形を用いる場合がある。

例えば前記したＷ算出方法（Ａ）を利用する場合は、ＲＧＢの共通成分（つまりＲＧＢの最小値）をＷとして、このＷを増幅するようにＷ画素を利用した表示を行う。このことは、上記の色立体の第四階層を縦方向に伸ばすことに相当する。なぜならば、第一から第二階層までは、ＲＧＢの共通成分を含まない色立体領域であり、Ｗを持たないから変化がない。第三階層は両者を繋ぐように変形する。このＷが増幅された色立体は、ＲＧＢ原色は変化が無く、無彩色に近い色の輝度が増幅されることになる。このＷの増幅による色立体の形状変化は、Ｗ信号の算出方法により異なる。それに伴い、表示画質の変化も異なることになる。どのような条件において、どのＷ信号生成方法を選択するかは、設計事項として決めることが出来る。

このように白成分の混色量により、色立体の形状は上下方向に伸縮するように変化することになる。それに伴い、色立体を水平に切る断面積は、上限方向の伸縮と反比例するように伸縮する。つまり、輝度と彩度の伸縮は相反する関係になる。しかしこの相反関係は、表示装置の置かれる環境の明るさを勘案するならば合理的である。外部が明るくて表示の輝度が求められる状況では、逆に色の再現性の要求は低下する。一方、外部が暗くて表示の輝度が求められない状況では、色の重要性が高まる。このような表示装置の画質要求を設定した場合に、前記した色立体の形状変化は要求を満たす性質となる。
（１１）ＲＧＢＷ信号の均一化回路１０６
簡単のためＲＧＢの輝度が同じで、ＷはＲＧＢ３色分の輝度であるとすれば、ＲＧＢＷの最大輝度の比率は１：１：１：３になる。ここで例えば、ＲＧＢ信号が０.５ 、Ｗ信号が１.０である場合は、表示画面のＲＧＢＷの表示輝度の合計は４.５、それぞれの表示輝度の比率は１：１：１：６になる。このような表示画面を観察するならば、Ｗの表示輝度がＲＧＢに比べて高いことから、Ｗ画素のポツポツ感が感じられる。そこで本発明は、前記した表示装置のメタメリズムの性質を利用して、ＲＧＢＷの明るさを均一化して、ポツポツ感の解消を図ることを特徴とする。このため例えば、ＲＧＢＷの色信号を１.３５，１.３５，１.３５，０.４５とするならば、表示輝度の合計４.５と色を維持して、それぞれの表示輝度の比率を１：１：１：１にすることができる。しかし、この例では、ＲＧＢ信号を１以上に設定しなければならないため実用性がない。別の例として、ＲＧＢＷの色信号を１，１，１，０.５ とするならば、表示輝度の合計４.５ と色を維持して、それぞれの表示輝度の比率を１：１：１：１.５ にすることができる。初期の比率１：１：１：６に比べれば差を抑えて、ＲＧＢＷの表示輝度の比率を均一化することができて、表示画面においてポツポツ感を解消することができる。

上記説明と同じ手順を計算機で実行するには、図９に示すような構成を用意して、色信号の振幅範囲，表示輝度の維持，色の維持、等の判定条件を用意したループ型の演算手順で探索型に実行することができる。そして、条件を満たす範囲内で、ＲＧＢＷの表示輝度の比率を均一に近づけることで結果を得ることができる。あるいは、解析的に求める方程式を用意することが出来る場合があるならば、そうした方程式を利用することで、ループ演算を行うことなく算出ができる。

本発明は、上記のメタメリズムの性質を利用して、ＲＧＢＷ信号の色と輝度を維持しながら、ＲＧＢＷ信号の組み合わせを変換することで、ＲＧＢＷ画素の表示輝度の均一化を実現することを特徴とする。これにより、表示画面のポツポツ感を排除して、画質を向上することができる。

なお上記では、ＲＧＢＷ画素の表示輝度の比率を単純化して説明したが、実際の表示装置においては測定値に基づく設定を行えばよい。また、ＲＧＢ以外の波長分布の画素を備える表示装置においても同様の手順を用いて効果を得ることが出来る。時間的に点滅を繰り返す画素表示においても、同様の考え方で時間と面積の座標軸で均一化を測ることで、画質向上を実現できる。
（１２）バックライト変調回路１０７
液晶パネルがＲＧＢＷ画素、バックライトがＲＧＢＷの独立した光源である場合には、組み合わせの自由度がさらに増加する。Ｗ光源は、基本的にＲＧＢ光源を同時に発光したことと同じ波長特性が得られる。一方、ＲＧＢ光源をそれぞれの色で独立して調整することは、波長特性を大きく変化させることができる。これらの光源の波長分布は、液晶パネルが備えるカラーフィルタの波長分布と必ずしも一致しない場合があるが、ここでは簡単のため両者は一致しているものとする。もし仮に不一致がある場合には、不一致に伴う色の変動を、液晶パネルの画素を駆動する信号を補正することで、表示の色変動を抑えることができる。

本発明は、入力するＲＧＢ信号に基づく表示画面を得るために、液晶パネルのＲＧＢＷ画素と、バックライトのＲＧＢＷ光源の組み合わせを、幾つかの束縛条件を設定することで、具体的な駆動信号を算出する。自由度を制約するための条件として、例えばバックライトの消費電力を最小にする条件を利用することが出来る。

液晶ディスプレイは、透過率を制御する液晶素子と波長分布特性を持つカラーフィルタを組み合わせたサブ画素と、該サブ画素を多数平面配置する液晶パネルを照射するバックライトで構成する。ここで各サブ画素から出力する光量は、簡単のためにガンマ特性などの非線形要素を省けば、バックライト光量と液晶透過率の積で表される。ある光量を出力するためのバックライト光量と液晶透過率は反比例関係にあるが、バックライト光量が固定であるならば、液晶透過率は一意に決まる。ここでバックライト光量を可変として、表示を行うに必要な最小光量に設定して、反比例関係を保つように液晶透過率を設定することができる。このとき表示出力は変化しない。具体的には、入力信号の画面内の最大値を測定して、該最大値を表示できるようにバックライト光量を設定すれば良い。このときバックライト光量は、最大光量に比較して低くなるから消費電力を低減することができる効果がある。

ＲＧＢＷパネルを用いた表示装置は、表示の基本原理は上記と同じく、バックライト光量と液晶透過率の積で表される。そして、バックライト光量を可変設定することで消費電力を低減ができる。しかし本発明が駆動対象とするＲＧＢＷパネルは、ＲＧＢ入力信号を直接利用するのではなくて、Ｗ画素の利用比率に応じて信号変換した結果を信号として用いる。このため、バックライト光量を設定するためには、画面内のＲＧＢ入力信号の最大値を利用することは出来ない。本発明は、バックライト光量を固定（最大値に固定）した条件で、前記したようにＷ画素の利用比率に基づいて算出したＲＧＢＷ信号を測定対象として、画面内の最大値を検出して、その結果を用いて該最大値を表示できるようにバックライト光量を可変設定する。したがって、入力ＲＧＢ信号が一定であっても、外部環境の明るさに依存してバックライト光量を可変とする。また、外部環境の明るさが一定であっても、入力ＲＧＢ信号に依存してバックライト光量を可変とする。

図１０に示すように、ＲＧＢＷ信号を入力して、一旦画面メモリに蓄積する。これは画面の測定結果と、それの基づく信号処理を行う画面を一致させるために、遅延させるためである。もしも、１画面分の不一致があっても画質に影響がないと判断する場合には画面メモリを省略することができる。そして、画面内の信号特性を測定して、表示に必要な最小のバックライト光量を算出する。その結果を用いて、入力したＲＧＢＷ信号を、液晶パネルの駆動信号と、バックライト駆動信号に分離して、それぞれの駆動信号として出力する。観察者が見る表示画面は、上記両者の組み合わせである。

また本発明は、視覚におけるメタメリズムに相当する、表示装置における現象を利用する。具体的には、Ｗの波長分布がＲＧＢの波長分布に重複することから、同じ色を出すためのＲＧＢＷの組み合わせに自由度が生じることを利用する。そして、各画素において、同じ色を表示するに必要なＲＧＢＷ信号を、その設定の自由度を利用して最大値が最小になるように修正を行い、その結果を画面内の最大値を検出して、該最大値を表示できるようにバックライト光量を設定する。

なお上記では、バックライト光量が画面内で均一であるとして説明を行ったが、バックライトを構成する複数の発光手段を任意に変調することで、画面内に分布を持つ発光を行っても良い。つめり、画面内に複数の領域を設けて、領域ごとの発光量を制御することが出来る。また、波長特性が分布するような発光を行っても良い。具体的には、複数個の
ＬＥＤ（発光ダイオード）を組み合わせてバックライトを構成するとき、面内位置に依存する発光量の変調、あるいはＲＧＢ等の波長に依存する変調を、それぞれ独立に制御してバックライトとして利用することができる。こうして、表示に必要なバックライト光量を設定することで、常時フル点灯するバックライトと比較して消費電力低減を実現できる。
（１３）別の構成例
前記の説明では、Ｗ生成回路１０３を制御する信号はＷ生成選択回路１０４，Ｋ補正回路１０５を制御するのは明るさセンサ１０１、というように役割を分離していた。しかし、これらの制御対象と、制御回路は、任意に重複する構成とすることで、制御の自由度を増大することができる。これを説明するために、図１１に、新たに信号測定回路１０８と、Ｋ設定回路１０９を備える構成を示す。

信号測定回路１０８は、入力するＲＧＢ信号の信号特性を測定する役割を持ち、その測定結果をＷ生成選択回路１０４とＫ設定回路１０９に伝える。また、ここで明るさセンサの出力信号も合わせてＷ生成選択回路１０４とＫ設定回路１０９に伝達する。こうして、Ｗ生成選択回路１０４とＫ設定回路１０９は、より多くの情報を利用した精度の高い、Ｗ生成回路１０３とＫ補正回路１０５を制御するための制御信号を生成する。

ここで信号測定回路１０８が測定する信号特性としては、一定領域内の信号分布（つまり信号の占める面積），エッジの有無，周波数成分，色の分布、などを利用することができる。

また図１２は、ピクセルレンダリング回路１１０を配置した装置構成例である。ピクセルレンダリングとは、ＲＧＢＷ画素のそれぞれの信号を、隣接する複数の画素の２次元配置を信号処理条件に入れて決定する方法である。例えば、文字図形を描画する領域にわたって、輪郭線を滑らかに表示するためのＲＧＢＷの信号配置を算出する。本発明は、Ｗ信号を算出後の、ＲＧＢＷ信号を対象にしてピクセルレンダリングを行うことを特徴とする。そして、均一化回路１０６とピクセルレンダリング回路１１０の出力を任意に選択して表示に利用することで、表示画面の均一な領域と、エッジ領域の双方を視認性高く表示することができる。この選択方法は、ここで図示していないが、前記した信号測定回路108の測定結果を用いた判断回路を利用することができる。

本発明は、液晶ディスプレイに適用できる。また液晶ディスプレイを利用するテレビジョン受像器，パソコン，モニタ装置等に適用できる。

本発明の基本構成を示す図面。 外部環境の明るさを入力する装置構成例。 Ｗ画素の利用比率と表示色立体の関係を示す図面。 本発明の信号処理回路の構成例。 Ｗ生成回路。 Ｗ生成選択回路。 Ｋ補正回路。 ＲＧＢ色立体の変形効果を示す図面。 ＲＧＢＷ信号の均一化回路。 バックライト変調回路１０７。 本発明の信号処理回路の構成例。 本発明の信号処理回路の構成例。

符号の説明

１０ ＲＧＢＷ４色の出力信号に変換する色信号変換装置
１１ 液晶素子透過率とバックライト発光量を制御するバックライト変調回路
１２ ＲＧＢＷサブ画素を平面配置するパネル
１０１ 外部環境の明るさを検知する明るさセンサ
１０２ 入力するＲＧＢ信号の色補正を行う色補正回路
１０３ 複数種類のＷ信号の算出方法を選択的に実行するＷ生成回路
１０４ 前記の複数種類のＷ信号の算出方法を選択するＷ生成選択回路
１０５ 前記明るさセンサの出力信号を補正係数ＫとしてＷ信号の調整を行うＫ補正回路
１０６ 生成したＲＧＢＷ信号の色と輝度を維持しながら均一化する均一化回路
１０７ バックライト変調回路
１０８ 信号測定回路
１０９ Ｋ設定回路
１１０ ピクセルレンダリング回路

Claims (11)

1. ＲＧＢＷ（赤青緑白）の波長分布特性を備える画素を平面配置する表示装置において、
   Ｗ信号の利用率を制御する信号を入力手段と、
   ＲＧＢ入力信号とＷ利用率からＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置において、
   前記ＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段は、ＲＧＢ入力信号とＷ利用率からＷ信号を算出する複数種類の算出手段と、該複数のＷ信号算出手段を選択する手段と、を備えることを特徴とする表示装置。
3. ＲＧＢＷ（赤青緑白）の波長分布特性を備える画素を平面配置する表示装置において、
   該表示装置の外部環境の明るさを入力するセンサと、
   該明るさセンサの出力信号からＷ画素の利用比率を設定する入力手段と、
   該Ｗ画素の利用比率とＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
4. ＲＧＢＷ（赤青緑白）の波長分布特性を備える画素を平面配置する表示装置において、
   該表示装置の表示輝度を設定する手段と、
   該表示輝度設定手段の出力信号からＷ画素の利用比率を設定する入力手段と、
   該Ｗ画素の利用比率とＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
5. ＲＧＢＷ（赤青緑白）の波長分布特性を備える画素を平面配置する表示装置において、
   ＲＧＢ入力信号の信号分布を測定する手段と、
   該信号分布測定手段の出力信号からＷ画素の利用比率を設定する入力手段と、
   該Ｗ画素の利用比率とＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ駆動信号を算出する色信号変換手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１記載の表示装置において、
   複数種類のＷ信号算出手段と、
   該複数種類のＷ信号算出手段のいずれかを選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
7. 請求項１記載の表示装置において、
   前記色信号変換手段は、Ｗ画素の利用比率に依存する輝度向上効果と色再現特性の相反関係において明るさセンサ出力信号を用いて輝度向上効果を特定することでＷ画素の利用比率を設定することを特徴とする表示装置。
8. 請求項１記載の表示装置において、
   前記色信号変換手段は、入力するＲＧＢＷ信号の輝度と色を維持したままＲＧＢ画素とＷ画素の光量を修正するための信号変換を行うことを特徴とする表示装置。
9. 請求項１記載の表示装置において、
   ３より多くの（ＲＧＢＷ）のカラーフィルタを備えて透過率制御を行う液晶パネルと、
   入力色信号を表示するための液晶パネル透過率と複数種類の光源の発光量との組み合わせ比率を任意に設定する手段と、を備え、
   少なくとも１種類の波長分布を持つ光源を組み合わせたことを特徴とする表示装置。
10. 請求項１記載の表示装置において、
    組み合わせ比率を設定する手段は、液晶パネル透過率と複数種類の光源の発光量との組み合わせ比率を光源の駆動電力を最小とする条件で設定することを特徴とする表示装置。
11. 請求項１記載の表示装置において、
    ３より多くの（ＲＧＢＷ）のカラーフィルタを備えて透過率制御を行う液晶パネルと、
    入力色信号を表示するために液晶パネル透過率と複数種類の光源の発光量を設定する手段と、
    該手段が設定した液晶パネル透過率と複数種類の光源の発光量を同じ色の表示を維持したまま修正する手段と、を備え、
    該修正手段は、光源の駆動電力を最小とするように修正を行い、かつ少なくとも１種類の波長分布を持つ光源を組み合わせることを特徴とする表示装置。
    

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