JP2011215624A - 表示装置およびテレビ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サブピクセルのそれぞれについて表示データを生成して表示させる処理により高解像度表現を可能とし、このときの映像品位の低下を改善した表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、４色以上のサブピクセルによって１つのピクセルが構成された表示パネルを備え、サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成し、該表示データを表示パネルで表示させる。そしてサブピクセルのうち、輝度の高い上位２つのサブピクセルである高輝度サブピクセルと他のサブピクセルとが交互に配置されている。また、１つのピクセル内で、高輝度サブピクセルのそれぞれの面積を、他のサブピクセルよりも小さくする。好ましい例では、前記輝度の高い上位２つのサブピクセルの面積と、前記他の２つのサブピクセルの面積とが、順に１．０：１．０：１．６：１．６の面積比になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示装置およびテレビ受信装置、より詳細には、ＲＧＢＹなどの多原色表示に対応した表示装置およびテレビ受信装置に関する。

従来、情報や映像を表示する表示手段として、画素（ピクセル）により画像を形成する各種のディスプレイが製品化されている。例えば、１つの画素が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）からなる３原色のサブピクセル（副画素）によって構成され、これによりカラー表示するものが一般的である。これらサブピクセルの実現には通常カラーフィルタが用いられる。このようなカラー表示の技術において、近年では表示品位を向上させるために色再現性を拡大することが検討されている。

これに対して、ＲＧＢの３原色以外の新たな色を用いて原色数を４原色以上に増加させることにより、有彩色における色度図上の領域を拡大したり、輝度効率を向上させるようにした所謂多原色ディスプレイが開発されている。例えば、ＲＧＢにＹ（黄）を加えたＲＧＢＹの画素構成のものや、ＲＧＢにＷ（白）を加えたＲＧＢＷの画素構成のものが検討されている。

一方、ディスプレイの解像特性を改善して、高精細な映像表現を行うために、画素を構成するサブピクセル単位で入力映像信号をサンプリングするサブピクセルサンプリング技術がある。サブピクセルサンプリング技術は、例えば、ＲＧＢの３つのサブピクセルから構成される画素に対し、各サブピクセルを１画素と見なして、各サブピクセル毎に輝度を再現するものである。ここでは、ＲＧＢが水平方向に配列していれば、水平方向のサンプリング周波数を従来の３倍にしてサンプリングを行う。そしてサンプリングしたＲＧＢのサブピクセルに相当する信号に基づいてサブピクセルを駆動させる。

解像特性の改善技術に関し、例えば、特許文献１には、レンダリングされた白黒のテキストまたはグラフィックス画像の解像度を大きくし、かつ色縁を小さくすることを目的とした技術が開示されている。ここではグレースケール画像を水平方向に３倍にインターリーブし、ローパスフィルタリングしてＲＧＢの画像データを作って表示を行うようにしている。

特開２００１−１１７５２９号公報

入力映像信号をサンプリングしてデジタルデータにより映像表現を行う場合、一般的にデジタル画像を処理する過程で映像品位を低下させる現象が生じる。例えば、周波数軸方向では、サンプリング周波数の１／２のナイキスト周波数以上の信号が低域に折り返すことによる干渉縞（ビート）が生じる。また、見た目のＲＧＢの階調が入力に対して変化するために生じる色ずれ（カラーエイリアシング）などの問題もある。

これらの問題は、入力映像の品位にあったサンプリング周波数を設定して適切なデジタル処理を行うことである程度抑えることができる。しかしながら、画素配列やサンプリング方法の要因により、必ずしも十分な映像品位を維持することができない場合があった。例えば、ＲＧＢの３原色を１画素として表現している一般的なディスプレイでサブピクセルサンプリングによって解像特性を高めようとした場合、例えば白と黒が交互に並んでいるような空間周波数の高い映像が入力すると、ビートなどによる映像品位の低下が目立つことがある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、サブピクセルのそれぞれについて表示データを生成して表示させる処理により高解像度表現を可能とし、このときの映像品位の低下を改善した表示装置およびテレビ受信装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、赤、緑、青、黄の４色のサブピクセルによって１つのピクセルが構成された表示パネルと、前記サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成し、該表示データを前記表示パネルで表示させる表示制御部と、を有する表示装置において、前記表示パネルは、前記サブピクセルのうち、輝度の高い上位２つのサブピクセルである緑と黄の高輝度サブピクセルと他の赤と青のサブピクセルとが交互に配置されていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記１つのピクセル内で、前記高輝度サブピクセルのそれぞれの面積を、前記他のサブピクセルよりも小さくすることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記表示制御部が、前記サブピクセルの位置に応じて前記入力映像信号をサンプリングし、それぞれの前記サブピクセル用の前記表示データを生成するサブピクセルサンプリングを行うことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段の表示装置を備えたテレビ受信装置である。

サブピクセルのそれぞれについて表示データを生成して表示させる処理により高解像度表現を可能とし、このときの映像品位の低下を改善した表示装置およびテレビ受信装置を提供することができる。

本発明を適用可能な液晶表示装置の表示部の構成例を模式的に示した図である。 本発明を適用可能な液晶表示装置のブロック図である。 サブピクセルの構成に応じて得られる解像度を説明するための図である。 本発明に適用できるサブピクセルの構成例を示す図である。 本発明に適用できるさらに他のサブピクセルの構成例を示す図である。 ピクセルサンプリングとサブピクセルサンプリングを説明するための図である。 映像信号の画素値の状態の一例を示す図である。 図７の画素値の輝度成分にエンハンスおよびスムージングを行う処理例を説明する図である。 シミュレーションを行うＲＧＢの画素構成を示す図である。 シミュレーションを行うＲＧＢＹの画素構成を示す図である。 ＲＧＢの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＢの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＢＧＹの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＢＹの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＹＢの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＹＢの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＢＷの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＢＷの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。 ＲＧＢＷの画素構成と同じ構成によって、Ｗの輝度比を変化させたときの輝度成分の周波数応答を表した図である。 ＲＧＢＷの画素構成と同じ構成によって、Ｗの輝度比を変化させたときの輝度成分の周波数応答を表した他の図である。 ＲＧＢＷの画素構成と同じ構成によって、Ｗの輝度比を変化させたときの輝度成分の周波数応答を表した更に他の図である。 ＲＧＢＷの画素構成と同じ構成によって、Ｗの輝度比を変化させたときの輝度成分の周波数応答を表した更に他の図である。

図１は、本発明を適用可能な表示装置の表示部の構成例を模式的に示した図で、ＲＧＢＹの画素構成をもつ表示部１を示すものである。ここでは１つの画素１２は、ＲＧＢＹの画素構成をもっている。つまり表示部１によって表示されるカラー画像の各画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）にそれぞれ対応するＲサブピクセル、Ｇサブピクセル、Ｂサブピクセル、Ｙサブピクセルからなる。

ＲＧＢの画素構成、ＲＧＢＷ（白）、ＲＧＢＣ（シアン）等の画素構成の場合も同様であり、ＲＧＢの場合には、１つの画素１１がＲＧＢのサブピクセルから構成され、ＲＧＢＷやＲＧＢＣ等の場合には、１つの画素１１がそれぞれＲＧＢＷ、ＲＧＢＣのサブピクセルから構成される。また、ＲＧＢＹＣなどの５色の画素構成などを採用することもできる。本発明は、４色以上のサブピクセルによって１つのピクセル（画素）が構成された表示パネルを有する表示装置に適用される。

図２は、本発明を適用可能な表示装置のブロック図である。本ブロック図は、表示装置の映像表示制御部分を示しており、１画素をＲＧＢのサブピクセルで構成した従来一般的な画素構成のものや、ＲＧＢＹ、ＲＧＢＣ、ＲＧＢＹＣなどの多原色画素構成、あるいはＲＧＢＷなどの画素構成のものに対しても適用することができる。
液晶表示装置は、表示部１、入力部２、映像処理回路３、制御部４、光源制御回路５、及びで駆動制御回路６により構成される。表示部１はアクティブマトリクス型のカラー表示パネルを備え、駆動制御回路６は表示部１を駆動するための駆動信号を生成する。

入力部２は、デジタル放送信号などの映像信号を入力するためのインターフェイスである。映像処理回路３は、入力部２からの入力映像信号に対して各種の信号処理を実行する。制御部４は、液晶表示装置の動作を制御するＣＰＵやメモリなどで構成される。光源制御回路５は、制御部４からの制御指令に従って、表示部１を構成するバックライト光源に供給する電力を制御してバックライト光源の輝度を調整する。

表示部１は、カラーフィルタ７と、液晶パネル本体８と、バックライト光源９とで構成される。液晶パネル本体８は、複数のデータ信号線とそれに交差する複数の走査信号線とが形成されている。この液晶パネル本体８とカラーフィルタ７とにより、マトリクス状に配置された複数の画素形成部を含むカラー液晶パネルが構成される。バックライト光源９は、液晶パネル本体８を照明する光源である。

ＲＧＢＹの画素構成の表示部１を例として説明する。駆動制御回路６は、表示制御回路６１と、データ信号線駆動回路１３と、走査信号線駆動回路１４とを備えている。表示制御回路６１は、映像処理回路３からデータ信号ＤＡＴ（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）と、図示しないタイミングコントローラからタイミング制御信号ＴＳを受け取り、デジタル映像信号ＤＶ（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ，Ｙｏ）、データスタートパルス信号ＳＳＰ、データクロック信号ＳＣＫ，ラッチストロープ信号ＬＳ、ゲートスタートパルス信号ＧＳＰ、及びゲートクロック信号ＧＣＫ等を出力する。

表示部１の各画素１１は、ＲＧＢＹのサブピクセルからなり、データ信号ＤＡＴは、赤、緑、青の３原色にそれぞれ対応する３つの原色信号（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）からなる。表示制御回路６１は、ＲＧＢの３原色に対応した入力原色信号（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）を、ＲＧＢＹの４原色に対応した出力原色信号（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ，Ｙｏ）に変換する変換回路６２を備える。デジタル映像信号ＤＶは、変換回路６２から出力される出力原色信号（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ，Ｙｏ）であり、これにより表示部１に表示すべきカラー画像を表示する。

また、上記のデータスタートパルス信号ＳＳＰ、データクロック信号ＳＣＫ、ラッチストローブ信号ＬＳ、ゲートスタートパルス信号ＧＳＰ、およびゲートクロック信号ＧＣＫ等は、表示部１に画像を表示するタイミングを制御するためのタイミング信号である。

データ信号線駆動回路１３は、表示制御回路１１から出力されたデジタル画像信号ＤＶ（Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ，Ｙｏ）、データスタートパルス信号ＳＳＰ、データクロック信号ＳＣＫ、およびラッチストローブ信号ＬＳを受け取り、表示部１の各サブピクセルにおける画素容量を充電するためにデータ信号電圧を駆動信号として各画素のデータ信号線に印加する。

走査信号線駆動回路１４は、表示制御回路６１から出力されたゲートスタートパルス信号ＧＳＰとゲートクロック信号ＧＣＫとに基づいて、表示部１における走査信号線にアクティブな走査信号（ＴＦＴをオンさせる走査信号電圧）を順次印加する。
これにより、各サブピクセルの画素容量には、デジタル映像信号ＤＶに応じた電圧が保持されて液晶層に印加される。その結果、各サブピクセルに設けられＲＧＢＹのカラーフィルタによってデジタル映像信号ＤＶの表すカラー画像が表示部１に表示される。

上記の表示装置は、テレビ受信装置として構成することができる。テレビ受信装置は、アンテナで受信した放送信号を選局して復調し、復号して再生用映像信号を生成する手段を有し、再生用映像信号を入力部２を介して映像処理回路３に入力させる。これにより、受信した放送信号を表示部１に表示させることができる。本発明は、表示装置、およびその表示装置を備えるテレビ受信装置として構成することができる。

図３は、サブピクセルの構成に応じて得られる解像度を説明するための図である。図３の横軸は、各サブピクセル構成により得られる空間周波数を示している。
ここでは、モノクロの第１のピクセル構成１０１、ＲＧＢの３つのサブピクセルによる第２のピクセル構成１０２、ＲＧＢＹのサブピクセルによる第３のピクセル構成１０３、及びＲＧＢＹのサブピクセルによる第４のピクセル構成１０４、を比較している。ここで第３のピクセル構成１０３は、ＲＧＢＹのサブピクセルの面積がいずれも同じ１：１：１：１の構成を有している。また第４のピクセル構成１０４は、ＲＧＢＹのサブピクセルの面積比が、Ｒ：Ｂ：Ｇ：Ｙ＝１.６：１.０：１.６：１.０になっている。

例えば、水平方向が１９２０ピクセルのフルハイビジョン（ＨＤ）のパネルを想定する。ここで１ピクセル／ドットを基準とすると、モノクロの第１のピクセル構成１０１の場合に、ピクセル解像度を示す空間周波数をＦｎとする。ここでフルＨＤパネルでは、１９２０ピクセル＝１９２０ドットとなって、１ピクセル相当の解像度をもつ。
そして、ＲＧＢのサブピクセルによる第２のピクセル構成１０２の場合には、１つのピクセルが３つの均等な面積をもつサブピクセルで構成されているため、空間周波数は、３倍の３Ｆｎとなる。フルＨＤのパネルでは、１９２０ピクセル×３サブピクセル＝５７６０ドットとなって、０.３３ピクセル相当の解像度となる。

また、ＲＧＢＹのサブピクセルによる第３のピクセル構成１０３の場合には、１つのピクセルが４つの均等な面積をもつサブピクセルで構成されているため、空間周波数は、モノクロの４倍の４Ｆｎとなる。フルＨＤのパネルでは、１９２０ピクセル×４サブピクセル＝７６８０ドットとなって、０.２５ピクセル相当の解像度となる。従ってＲＧＢＹの第３のピクセル構成１０３の場合には、ＲＧＢの第２のピクセル構成１０２よりも１.３３倍細かい解像度となる。

さらに、ＲＧＢＹのサブピクセルによる第４のピクセル構成１０４の場合には、１つのピクセルがＲ：Ｇ：Ｂ：Ｙ＝１.６：１.０：１.６：１.０の比の４つのサブピクセルで構成されている。従って、１.６の比をもつＲとＢの空間周波数は、Ｆｎ×５.２／１.６＝３.２５Ｆｎとなる。また、１.０の比をもつＧとＹの空間周波数は、Ｆｎ×５.２／１.０＝５.２Ｆｎとなる。
フルＨＤのパネルでは、ＲとＢのサブピクセルの場合、１９２０×５.２／１.６＝６２４０ドットとなり、０.３１ピクセル相当の解像度となる。また、ＧとＹのサブピクセルの場合、１９２０ピクセル×５.２／１.０＝９９８４ドットとなって、０.１９ピクセル相当の解像度となる。従ってＲとＢのサブピクセルの場合には、ＲＧＢの第２のピクセル構成１０２よりも１.０８倍細かい解像度となり、面積の小さいＧとＹのサブピクセルの場合には、ＲＧＢの第２のピクセル構成１０２よりも１.７３倍細かい解像度となる。

本発明に係る実施形態では、４色以上のサブピクセルによって１つのピクセルが構成された表示パネルにおいて、輝度の高い上位２つのサブピクセルである高輝度サブピクセルと他のサブピクセルとを交互に配置し、サブピクセルサンプリングを行うことで、良好な映像品位を得ることができる。例えば、本発明に係る実施形態では、１画素がＲＧＢＹの順序に配列させる。この理由は、ＲＧＢＹのうち、上位２つの高輝度比をもつＧ、Ｙのサブピクセルと他の２つのＲ、Ｂのサブピクセルとを交互に配置することにある。

高輝度であるＧ、Ｙの輝度が、Ｒ、Ｂの輝度より十分大きい場合には、１ピクセル内で輝度を支配する高輝度のサブピクセルによって輝度中心が２つになり、解像度を向上させることができる。つまり、ＲＧＢＹの順序で配列することで、ＲＧＢＹのうちから輝度比の高いＧとＹとが隣接せずに離れて配置され、これにより空間解像度を高くしたときと同様の効果を奏し、映像品位を向上させることができる。
また、ＲＧＢＹに代えてＲＧＢＣの構成とした場合にも、輝度比の高い上位２つのＧ，ＣのＧ、Ｙのサブピクセルと他の２つのＲ、Ｂのサブピクセルとを交互に配置する。
これによって、ピクセルを連続配置した構成において高輝度のサブピクセルが交互に並び、その配列方向において解像度が向上する。
またサブピクセルの配列方向と直交方向においても、高輝度のサブピクセルとその他のサブピクセルとを交互に配置することにより、ピクセルマトリックス全体の解像度を向上させることができる。

また、本発明に係る表示装置の実施形態では、１つのピクセル内で、上記のような高輝度のサブピクセルのそれぞれの面積を、他のサブピクセルよりも小さくすることとする。例えば、ピクセル内のＲＧＢＹの面積比を、Ｒ：Ｇ：Ｂ：Ｙ＝１.６：１.０：１.６：１.０とする。
上記図３にて説明したように、ＲＧＢＹを１.６：１.０：１.６：１.０の面積比で配置した第４のピクセル構成１０４の場合には、Ｒ、Ｂについては０.３１ピクセル相当の解像度が得られ、Ｇ、Ｙについては０.１９ピクセル相当の解像度が得られることがわかる。高輝度のサブピクセルの面積比を小さくすることによって、見かけ上の解像度を向上させることができる。従って、本発明に係る実施形態では、輝度に支配的な高輝度のサブピクセルの面積を、他のサブピクセルの面積よりも小さくするようにする。

つまり、本発明に係る表示装置の実施形態では、以下が基本的な技術思想となる。
（１）表示パネルでは、４色以上のサブピクセルによって１つのピクセルが構成され、サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成して表示させる。
（２）４色以上のサブピクセルのうち輝度が高い上位２色のサブピクセルが、他の２色のサブピクセルと交互に配置されている。
（３）１つのピクセル内で、高輝度のサブピクセルのそれぞれの面積を、他のサブピクセルよりも小さくする。望ましい面積比の例として、サブピクセルを４色により構成し、高輝度の２色のサブピクセルの面積を同じにし、かつ他の２色のサブピクセルの面積と同じにし、高輝度の２色のサブピクセルと、他の２色のサブピクセルとの面積比を１．０：１．６とする。
そして、このようなサブピクセル配置によって、サブピクセルサンプリングなどによりサブピクセルごとに映像データを生成する処理を行って映像表現を行うことで、高解像度の表現が可能で、映像品位の低下を改善した表示装置を提供することができる。

図４は、本発明に適用できるサブピクセルの構成例を示す図である。図４（Ａ）は、ＲＧＢＹのサブピクセルによって１画素が構成された例である。この例では、上述したように、ＲＧＢＹのうち輝度が高い上位２色Ｇ，Ｙのサブピクセルが、他の２色Ｒ，Ｂのサブピクセルと交互に配置されている。
また、図４（Ｂ）に示すようにＲＧＢＹのＹ（黄）に代えてＣ（シアン）を用いるものであってもよい。この場合、輝度が高い上位２色は、Ｇ、Ｃの２色である。

図４（Ｃ）の例では、ＲＧＢＹＣの５色のサブピクセルを使用して画素を構成した。ここでは、ＲＧＢＹ、ＲＧＢＣによりそれぞれ１画素を構成し、これらの画素を隣接して配置した。この場合にも１画素内で輝度が上位２色のサブピクセルと、他の２色のサブピクセルとが交互に配置される。

図５は、本発明に適用できるさらに他のサブピクセルの構成例を示す図である。本例では、ＲＧＢＹＲＣの６色のサブピクセルによって１画素を構成している。この場合、輝度が上位２つのサブピクセルはＹ，Ｃであり、次に高輝度のサブピクセルはＧである。ここで、Ｙ，Ｃと他のサブピクセルを交互にするが、さらにＧについても、Ｙ，Ｃと互いに隣接しないように配置した。また、１画素内でＲのサブピクセルを２カ所に配置することにより、Ｒの輝度比不足を補償させる。これにより、水平方向と垂直方向とに輝度の高低を生じさせ、高解像度表現を可能とする。

図６は、ピクセルサンプリングとサブピクセルサンプリングを説明するための図で、図６（Ａ）はピクセルサンプリングの様子を説明する図、図６（Ｂ）はサブピクセルサンプリングの様子を説明する図である。ここでは横軸にＸ方向の画素位置（ｘ position）、縦方向に画素値（intensity）を示す。
図６（Ａ）に示すピクセルサンプリングでは、アナログの入力映像信号（ｉｎｐｕｔ）に対して、画素（ピクセル）ごとに１カ所の位置でサンプリングを行う。例えば、各画素のＲＧＢのＧに相当する位置で入力映像信号をサンプリングしていく。このときの画素ピッチをΔｘとすると、サンプリング周波数ｆｓは、ｆｓ＝１／Δｘとなる。そしてサンプリングした各画素のデータをＲＧＢの全てそれぞれに割り当てて映像表示する。従って、各画素のＲＧＢの画素値は同じ値となる。この手法がピクセルサンプリングである。

ピクセルサンプリングの場合、Ｇのサブピクセルに対して、その両側に位置するＲ，Ｂのサブピクセルは、空間的に±Δｘ／３だけすれている。ここでサブピクセルに相当する入力映像信号はそれぞれ輝度と色とを持っているが、ピクセルサンプリングを行うことで輝度成分は分散されて空間周波数特性が鈍る。また、色成分も分散されて色ずれ、ひずみが発生する。

上記のようなピクセルサンプリングによる鈍りやひずみを改善するために、サブピクセルレンダリング等の手法が考案されている。サブピクセルレンダリングは、ピクセルサンプリングによってサンプリングした信号をサンプリング点の間で補間して、各サブピクセルのデータをつくることで、サンプリング点間を空間的にスムージングするものである。

図６（Ｂ）に示すサブピクセルサンプリングは、上記のようにサブピクセル単位でサンプリングしたデータを補間してサブピクセルのデータをつくるものではなく、入力映像信号をサブピクセル間隔で実際にサンプリングしてデータを得るもので、さらに入力映像信号に忠実なデータが得られるものである。ここでは、入力映像信号は、サブピクセル単位に相当するサンプリング周波数ｆｘでサンプリングするものとする。この場合、ＲのサブピクセルについてはＧのサブピクセルからΔｘ／３だけずらして、ＢのサブピクセルについてはＧのサブピクセルから−Δｘずらしてサンプリングを行って、画素値を割り振る。

４色画素構成におけるサブピクセルレンダリングの処理例についてさらに説明する。
図７は、映像信号の画素値の状態の一例を示す図で、横軸が画素の位置（ｘ position）、縦軸が画素値（Intensity）である。図６の例では、十分な周波数帯域を持った連続信号からサンプリングを行った場合における画素値の状態を説明した。
一方、周波数帯域が限られていて、入力映像信号としてＲＧＢの３色分の離散した画素値が入力したものとする。このときの画素値の状態を図７（Ａ）に示す。

図７（Ａ）の３色の画素値を４色の画素値に変換し、画素値を割り振って図７（Ｂ）に示すような画素値を得る。３色から４色への画素値の変換方法としては、例えば、ＲＧＢの画素値をＲＧＢＹの画素値に変換する場合、ＲＧＢについてはそのまま同じ画素値を使用し、Ｙについては、Ｒ＝Ｇとなる画素値を割り当てる。例えば、３色の画素値においてＲ＝１００、Ｇ＝８０、であれば、４色変換に際してＹ＝８０にする。また、３色の画素値においてＲ＝１５０、Ｇ＝２００であれば、３色変換に際してＹ＝１５０にする。

そして図７（Ｂ）の４色の画素値を色成分と輝度成分とに分離し、輝度成分にはエンハンスおよびスムージング処理を行う。図８は、このときの状態を示す図で、図８（Ａ）は、図７（Ｂ）の画素値から色成分を分離したときの状態（色成分の画素値）を示し、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）の画素値から輝度成分を分離したときの状態（輝度成分の画素値）を示している。図８（Ｂ）の輝度成分には、エンハンス処理とスムージング処理を行う。

エンハンス処理では、サブピクセル単位で輝度成分に対してＨＰＦ（High-pass filter）処理を行い、高周波数成分と低周波数成分とを分離する。そして高周波数成分のみにゲインをかけてエンハンスする。その後、エンハンスした高周波数成分を低周波数成分と合成する。これにおりぼやけた画像が強調され、画像の先鋭感が強調される。次に、スムージング処理では、上記エンハンス処理で合成した輝度成分にＬＰＦ（Low-pass filter）処理を行う。エンハンス処理のみでは、シャギーやノイズになどにより画質低下が生じることがあるので、スムージング処理によって滑らかな画質になるように調整する。図８（Ｃ）は得られた輝度成分の状態を示す図である。

そして、図８（Ａ）に示す色成分と、エンハンス処理およびスムージング処理を行った輝度成分とを再度合成し、出力する。図８（Ｄ）にこときの画素の状態を示す。
上記のような処理によって、入力画像データが離散した画素値のデータしかない場合でもサブピクセル処理を行うことができる。この処理によれば、例えば白黒画像が入力したとしても、階調が空間的に変化している場合には、その部分では、１画素内のサブピクセルが同じ画素値にならず、輝度の先鋭感が向上する。

以下に、ＲＧＢＹの配列でサブピクセルサンプリングを行って、空間周波数の高い映像を表示させたときの表示状態をシミュレーション結果を用いて説明する。
ここでは、画素配列とサンプリング方法の相違に応じた映像品位の状態をシミュレーションにより比較した。シミュレーションにより評価した映像は、
（１）ＲＧＢの画素構成でピクセルサンプリングした映像
（２）ＲＧＢの画素構成でサブピクセルサンプリングした映像
（３）ＲＧＢＹの画素構成でピクセルサンプリングした映像
（４）ＲＧＢＹの画素構成でサブピクセルサンプリングした映像
である。なお、サブピクセルの輝度値を変化させたときの状態を確認するためにＲＧＢＷのサブピクセルサンプリングの映像も評価した。

サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成する本発明に係る処理は、上記のサブピクセルサンプリング処理、及びサブピクセルレンダリング処理のいずれにも適用することができる。以下では、サブピクセルサンプリングとピクセルサンプリングによるシミュレーションを行った例を説明する。

図９は、シミュレーションを行うＲＧＢの画素構成を示す図である。シミュレーションにおいては、Ｃ言語にて入力映像信号のサンプリング方法を変え、輝度成分のビットマップを作成した。ここでは入力映像の信号源として、以下の式で定義されるゾーンプレートを使用した。ゾーンプレートは、ある原点を中心として、その原点から距離が大きくなるに従って空間周波数が高くなる白黒の映像である。

ｆ（ｘ，ｙ）＝１２８ＣＯＳ（（π／ｉｍａｇｅｗｉｄｔｈ）ｘ^２）＋（π／ｉｍａｇｅｈｅｉｇｈｔ）ｙ^２））＋１２７ ・・・式（１）
ここで、ｘ，ｙは画像の中の座標、ｉｍａｇｅｗｉｄｔｈは画像幅、ｉｍａｇｅｈｅｉｇｈｔは画像高さである。すなわち、関数ｆ（ｘ，ｙ）は、空間領域のデータ、すなわち画像データにおいて、位置（ｘ，ｙ）の画素の画素値を示す関数である。

上記式（１）に従う１００×１００ピクセルのゾーンプレートをシミュレートする。ここでは、図９に示すようにビットマップ７８×７８画素を１ピクセルとしてシミュレートする。従ってゾーンプレート１枚分のビットマップは、７８００×７８００画素となる。サブピクセルはＲＧＢの順で配列され、それぞれ幅２６画素のビットマップで構成される。つまりＲＧＢの面積比は１：１：１である。
そして、ゾーンプレートの入力映像信号からサンプリングし、サブピクセルを含めて３００×１００ピクセル分のデータを生成する。以下、「画素」との用語は、ビットマップを構成する各画素ではなく、シミュレーションを行うＲＧＢ構成のピクセル（画素）及びサブピクセル（副画素）に対応するものとする。

ピクセルサンプリングをシミュレートする場合には、各ピクセルのＧの位置で、式（１）に従って画素値を形成する。この場合、そのピクセルの輝度成分は、Ｇの画素値に基づき、Ｒ＝Ｇ＝Ｂとなる。

また、サブピクセルサンプリングをシミュレートする場合、各サブピクセルの画素値の輝度成分は、対象とするサブピクセルとその両隣のサブピクセルとから計算して求める。
ここでは、ＲＧＢの各サブピクセルに対して、その位置に応じて式（１）により画素値を計算する。そしてその画素値から輝度成分をサブピクセルごとに抽出する。この場合、対象となるサブピクセルの輝度成分は、そのサブピクセルの両隣のサブピクセルの画素値から算出する。

例えば、図９のようにＲＧＢのサブピクセルが配列した構成において、Ｇ＝ｇ１のサブピクセルの輝度成分は、両隣のサブピクセルであるＲの画素値ｒ１及びＢの画素値ｂ１と、自身のサブピクセルＧの画素値ｇ１とから求める。
この場合、ＲＧＢで白を表示したときの輝度比を係数とし、
輝度成分＝０.３０×ｒ１＋０.５９×ｇ１＋０.１１×ｂ１
によって求める。

同様に、Ｂ＝ｂ１のサブピクセルの輝度成分は、両隣のサブピクセルであるＧの画素値ｇ１及び次の右隣の画素のＲの画素値ｒ２と、自身のサブピクセルＢの画素値ｂ１とから求める。この場合には、
輝度成分＝０.３０×ｒ２＋０.５９×ｇ１＋０.１１×ｂ１
によって求める。
このように注目サブピクセルの両隣のサブピクセルの画素値を用いることにより、実際の見た目に近い映像表現をシミュレートすることができる。

図１０は、シミュレーションを行うＲＧＢＹの画素構成を示す図である。図９の例と同様に、上記式（１）に従う１００×１００ピクセルのゾーンプレートをシミュレートする。ここでは、図９の例と同様に、ビットマップ７８×７８（ビットマップの画素数）が１ピクセルとしてシミュレートされる。従ってゾーンプレート１枚分のビットマップは、７８００×７８００となる。サブピクセルは、ＲＧＢＹの順で配列され、それぞれ幅２４，１５，２４，１５のビットマップで構成される。つまりＲＧＢＹの面積比は１.６：１.０：１.６：１.０である。そして、ゾーンプレートの入力映像信号からサンプリングし、サブピクセルを含めて３００×１００ピクセル分のデータを生成する。

ピクセルサンプリングをシミュレートする場合には、例えば、各ピクセルのＧの位置で、式（１）に従って画素値を形成する。この場合、そのピクセルの輝度成分は、Ｇの画素値に基づき、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ＝Ｙとなる。

また、サブピクセルサンプリングをシミュレートする場合、各サブピクセルの画素値の輝度成分は、対象とするサブピクセルとその両隣のサブピクセルとから計算して求める。
ここでは、ＲＧＢＹの各サブピクセルに対して、その位置に応じて式（１）により画素値を計算する。そしてその画素値から輝度成分をサブピクセルごとに抽出する。この場合、対象となるサブピクセルの輝度成分は、そのサブピクセルに隣接するサブピクセルの画素値を用いて算出する。

例えば、図１０のようにＲＧＢＹのサブピクセルが配列した構成において、Ｂ＝ｂ１のサブピクセルの輝度成分は、隣接するサブピクセルであるＧの画素値ｇ１及びＹの画素値ｙ１と、自身のサブピクセルＢの画素値ｂ１、およびサブピクセルＲの画素値ｒ１とから求める。
この場合、ＲＧＢＹで白を表示したときの輝度比を係数とし、
輝度成分＝０.１２０４３７４７５×ｒ１＋０.３４３７８７０６×ｇ１＋０.１０３１７５６４９×ｂ１＋０.４３２５９９８１６×ｙ１
によって求める。この場合の係数は、ＬＥＤバックライトによりＲＧＢＹの画素を照明し、画面の光学測定を行って算出した実測の原色輝度比に基づいて決定した。

同様に、Ｙ＝ｙ１のサブピクセルの輝度成分は、両隣のサブピクセルであるＢの画素値ｂ１及び次の右隣の画素のＲの画素値ｒ２と、自身のサブピクセルＹの画素値ｙ１、及びＧの画素値ｇ１とから求める。
この場合、
輝度成分＝０.１２０４３７４７５×ｒ２＋０.３４３７８７０６×ｇ１＋０.１０３１７５６４９×ｂ１＋０.４３２５９９８１６×ｙ１
によって求める。
なお、Ｙの左側に位置するＧのサブピクセルの画素値ｇ１を用いる理由は、左側から右側に向かって画素値を計算していくときに、対象となるサブピクセルの左側に位置するサブピクセルは、画素値が常に計算済みであることによる。

このように注目サブピクセルに隣接するサブピクセルの画素値を用いることにより、実際の見た目に近い映像表現をシミュレートすることができる。

上記のごとくのシミュレーションにより生成した画像の例を以下に説明する
図１１は、ＲＧＢの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。上記のように、入力映像源は、式（１）に従うゾーンプレートである。ここでは入力周波数ｆｓ＝１／Δｘ（サンプリング周波数）である。従って、０.５ｆｓはナイキスト周波数になる。

ゾーンプレートは、ｆｘ＝０の位置で空間周波数が０であり、右に向かっていくに従って空間周波数が高くなっていく。また、ｙ方向においても同様であるが、シミュレーションでは画素配列が水平方向（ｘ方向）であるため、ｘ方向の画像の状態に注目して画素配列とサンプリング方法の評価を行う。

図１１の結果を見ると、ＲＧＢのピクセルサンプリングでは、Ｆｘ＝０から右方向にゾーンプレートの空間周波数が高くなるに従って、ナイキスト周波数付近まではゾーンプレートの空間周波数がほぼ再現される。ナイキスト周波数を超えるとサンプリングエラーが生じ、空間周波数があたかも小さくなっていくように表現される。従って、サンプリングエラーが生じていないナイキスト周波数以下で評価すべきである。
ここで、本例の場合には、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じて輝度特性が低下しているのが明らかである。このビートは、映像品位に悪影響を与えるもので好ましくない。

図１２は、ＲＧＢの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。ゾーンプレートと入力周波数ｆｓは、図１１と同じ条件で、入力周波数ｆｓは１／Δｘ（ピクセルサンプリング時のサンプリング周波数）である。以下の他の例でも、使用するゾーンプレートとサンプリング周波数は同じ条件であるものとする。
図１２の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じているが、ピクセルサンプリングを行った図１１の例よりも輝度特性は向上している。このように、ＲＧＢの画素構成では、ピクセルサンプリングよりもサブピクセルサンプリングを行った方が輝度特性は向上しているものの、いずれのサンプリングにおいてもビートによる映像品位の低下が生じている。

図１３は、ＲＢＧＹの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。この場合、サブピクセルの配列順序は、図１０に示すようなＲＧＢＹの順序ではなく、ＲＢＧＹの順序である。サブピクセルの面積比は、図１０と同じ、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＹのサブピクセルが１.０の割合である。
図１３の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じている。輝度特性の程度は、ＲＧＢのピクセルサンプリングよりも低下している。
つまり、ＲＢＧＹの画素構成でピクセルサンプリングを行った場合には、ビートによる映像品位の低下が生じていることがわかる。

図１４は、ＲＧＢＹの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。サブピクセルの配列順序は、図１０に示すようなＲＧＢＹの順序とした。サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＹのサブピクセルが１.０の割合である。
図１４の結果を見ると、ｘ方向にはビートの出現が殆どなく、ビートによる映像品位の低下が殆ど生じていないことがわかる。図１３と図１４を比較すれば、同じ４色配置のピクセルサンプリングであっても、ＲＢＧＹのサブピクセル配置の場合にはビートが発生し、ＲＧＢＹのサブピクセル配置ではビートの発生が殆どみられなかった。

図１５は、ＲＧＹＢの画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。この場合、サブピクセルの配列順序は、図１３、図１４と異なり、ＲＧＹＢの順序である。サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＹのサブピクセルが１.０の割合である。
図１５の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じている。輝度特性の程度は、ＲＧＢの画像構成でサブピクセルサンプリングを行ったときと同等である。図１４と図１５を比較すると、同じＲＧＢＹの４色のサブピクセルサンプリングであっても、サブピクセルの配置順序によって輝度特性に差異が生じている。つまりＲＧＹＢの順序による配置よりも、ＲＧＢＹの順序の配置の方が輝度特性が良好になっていることがわかる。

図１６は、ＲＧＹＢの画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。この場合、サブピクセルの配列順序は、図１５と同じＲＧＹＢの順序である。サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＹのサブピクセルが１.０の割合である。
図１６の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じている。輝度特性の程度は、ＲＧＢの画像構成でピクセルサンプリングを行ったときと同等である。つまりＲＧＹＢの順序でピクセルサンプリングを行った場合には、ＲＧＢのピクセルサンプリングと同じように輝度特性が低下することがわかる。

図１７は、ＲＧＢＷ（白）の画素構成でピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。サブピクセルの配列順序は、図１４のＲＧＢＹのＹに代えてＷ（白）のサブピクセルを配置した。このときの白の輝度比は５５％であり、ＲＧＢＹのときのＹの輝度比（約４３％）よりも高い輝度比をもつサブピクセルとしてシミュレーションした。サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＷのサブピクセルが１.０の割合である。

図１７の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が生じている。輝度特性の程度は、ＲＧＢＹの画像構成でピクセルサンプリングを行ったときと同等である。ここでは、ＲＧＢＹのＹのかわりにＹよりも輝度比が高いＷを使用したピクセルサンプリングを行ったが、いずれの場合にも、ビートによる輝度特性の低下がみられた。

図１８は、ＲＧＢＷ（白）の画素構成でサブピクセルサンプリングを行ったときの輝度成分の空間周波数応答を表した図である。サブピクセルの配列順序は、図１７と同じＲＧＢＹＷの順序であり、このときの白の輝度比は５５％とした。サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＷのサブピクセルが１.０の割合である。
図１８の結果を見ると、ナイキスト周波数付近を中心としてビート（干渉縞）が僅かに生じている。輝度特性の程度は、ＲＧＢＹの画像構成でサブピクセルサンプリングを行ったときよりも若干低下している。ここでは、ＲＧＢＹのＹのかわりにＹよりも輝度比が高いＷを使用したサブピクセルサンプリングを行ったが、輝度比の高いＷのサブピクセルを用いた方が輝度特性が若干悪化した。

図１９〜図２２は、上記図１４のＲＧＢＷの画素構成と同じ構成によって、Ｗの輝度比を変化させたときの輝度成分の周波数応答を表した図である。従って、サブピクセルの配列順序はＲＧＢＷの順序であり、サブピクセルの面積比は、ＲとＢのサブピクセルが１.６に対して、ＧとＷのサブピクセルが１.０の割合である。

図１９は、Ｗの輝度比が６０％（Ｒ＝８％、Ｇ＝３１％、Ｂ＝５％）のときの周波数応答を示す。図２０では、Ｗの輝度比は４０％（Ｒ＝１２％、Ｇ＝４２％、Ｂ＝６％）である。また、図２１では、Ｗの輝度比は２０％（Ｒ＝１６％、Ｇ＝５６％、Ｂ＝８％）である。図２２では、Ｗの輝度比は１０％（Ｒ＝１８％、Ｇ＝６３％、Ｂ＝９％）である。

図１９〜図２２の結果をみると、ＲＧＢＷのサブピクセル構成で、Ｗの輝度比を変化させていったとき、Ｇの輝度比とＷの輝度比とが同等であるとき、もっとも輝度特性が良好となる。ここでは、図２０の輝度特性が最もよく、Ｗの輝度比とＧの輝度比が近い（Ｗ＝４０％、Ｇ＝４２％）ときに輝度特性が最も良好になっている。

上記のシミュレーションの結果を考察すると、ＲＧＢの画素構成では、いずれのサンプリングにおいてもビートによる輝度特性の低下が生じているが、ピクセルサンプリングよりもサブピクセルサンプリングを行った方が輝度特性がよい。つまり、ＲＧＢの画素構成では、サブピクセルサンプリングを行うと輝度特性を向上させることができるが、本例のゾーンプレートのような空間周波数の高い映像が入力すると、サブピクセルサンプリングを行っても映像品位の低下が発生する。

ＲＧＢＹの順序で配列した画素構成の場合には、ピクセルサンプリングでは輝度特性の低下が見られるが、サブピクセルサンプリングを行うことで良好な輝度特性を得ることができる。ＲＧＢＹのサブピクセルサンプリングは、本シミュレーションのなかで最も良好な輝度成分の周波数応答特性が得られた。

サブピクセルの配置順序としては、ピクセルサンプリングの場合には、ＲＧＢＹの順序の配置ではＲＧＢのピクセルサンプリングより輝度特性が悪化し、ＲＧＹＢの順序の配置の方が輝度特性が優っていた。また、サブピクセルサンプリングの場合には、ＲＧＢＹの順序の配置の輝度特性が良好であり、ＲＧＹＢの順序の配置の輝度特性より優っていた。
つまり、サブピクセルサンプリングを行うときには、ＲＧＢＹの順序の配置の方が輝度特性が良好になっていることがわかる。

上記のように、図１４のＲＧＢＹの順序でサブピクセルサンプリングを行うことで、最も良好なシミュレーション結果が得られた。こは、４原色の画素構成の場合には、高い輝度成分をもつＧとＹを離れて配置させ、低輝度の画素と交互に配置することで、高い空間解像度応答が得られるものと考えられる。
また、図１４のＲＧＢＹのサブピクセルサンプリングと、図１５のＲＧＹＢのサブピクセルサンプリングのシミュレーション結果を比較したとき、ＲＧＢＹの方では水平方向の応答が２倍近くに伸びている。これは、ＲＧＢＹの順序に配列して輝度を分散させることで、１つのピクセルを２ピクセルあるかのように使うことができると考えられる。
ただし、ＲＧＢＹの順序で配列しても、サブピクセルサンプリングではなく、ピクセルサンプリングを行った場合には、１ピクセルの輝度が分散するため、輝度特性が低下してしまうことがわかる。

また、ＲＧＢＷの画素構成によるシミュレーション結果からは、高い輝度成分をもつ２つのサブピクセル（ここではＧとＷ）が、同程度の輝度をもっているときに輝度特性が最も良くなることがわかる。
また、上記のように高輝度のサブピクセルの面積比を小さくすることによって、見かけ上の解像度を向上させることができるため、高輝度のサブピクセルの面積を他のサブピクセルの面積よりも小さくするようにすることで、輝度特性を向上させることができる。

このように、シミュレーションの結果から、本発明に係る表示装置の技術思想である、
（１）表示パネルでは、４色以上のサブピクセルによって１つのピクセルが構成され、サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成して表示させる、
（２）４色以上のサブピクセルのうち輝度が高い上位２色のサブピクセルが、他の２色のサブピクセルと交互に配置されている。
（３）１つのピクセル内で、高輝度のサブピクセルのそれぞれの面積を、他のサブピクセルよりも小さくする。望ましい面積比の例として、サブピクセルを４色により構成し、高輝度の２色のサブピクセルの面積を同じにし、かつ他の２色のサブピクセルの面積と同じにし、高輝度の２色のサブピクセルと、他の２色のサブピクセルとの面積比を１．０：１．６とすることが、映像の輝度特性を向上させることを確認することができた。

１…表示部、２…入力部、３…映像処理回路、４…制御部、５…光源制御回路、６…駆動制御回路、７…カラーフィルタ、８…液晶パネル本体、９…バックライト光源、１１…表示制御回路、１２…変換回路、１３…データ信号線駆動回路、１４…走査信号線駆動回路、６１…表示制御回路、６２…変換回路。

Claims (4)

1. 赤、緑、青、黄の４色のサブピクセルによって１つのピクセルが構成された表示パネルと、前記サブピクセルのそれぞれについて入力映像信号に基づく表示データを生成し、該表示データを前記表示パネルで表示させる表示制御部と、を有する表示装置において、
   前記表示パネルは、前記サブピクセルのうち、輝度の高い上位２つのサブピクセルである緑と黄の高輝度サブピクセルと他の赤と青のサブピクセルとが交互に配置されていることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、前記１つのピクセル内で、前記高輝度サブピクセルのそれぞれの面積を、前記他のサブピクセルよりも小さくすることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示装置において、
   前記表示制御部は、前記サブピクセルの位置に応じて前記入力映像信号をサンプリングし、それぞれの前記サブピクセル用の前記表示データを生成するサブピクセルサンプリングを行うことを特徴とする表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の表示装置を備えたテレビ受信装置。