JP2005172880A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素ユニット数を増加させることなく、低コストで高解像度表示を実現することができ、ちらつきのない高品質の映像を表示できる映像表示装置を提供する。
【解決手段】 発光手段４を有し、任意の色を発色可能な複数の画素ユニット２と、画素ユニット２の表示面側に装着され、画素ユニット２の各々の表示面領域より小さな副画素８を複数有し、副画素８毎に発光手段４から放射される彩色光の透過光量を調節する調光手段７を備える。人間の目は、色の変化より輝度の変化に敏感なため、輝度解像度を高めることで、表示画質が向上したと感じられ、映像表示装置の表示解像度を高めることが可能となる。調光手段７を、各々の画素ユニット２毎に設けてもよく、複数の画素ユニット群毎に設けてもよい。複数の画素ユニット２を縦横の２次元マトリクス状に配置してもよく、調光手段７には、液晶表示セルを用いることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、テレビジョン受像器、ビデオ機器、コンピュータディスプレイ等の映像を表示する映像表示装置に関し、特に公共施設等で用いられる大型の映像表示装置に関する。

空港、駅、競技場等の屋内外の公共施設、アミューズメント施設、商業施設等の多数の人が同時に視聴するために用いられる大型の映像表示装置は、白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、陰極線管（ブラウン管、ＣＲＴ）等の発光手段を光源とする表示画素を、縦横の２次元マトリクス状に多数配列し、これらの表示画素の集合体として映像を表示する。各々の表示画素の輝度を調節することで、濃淡のあるモノクロ映像を表示することができる。また、カラー映像表示を行う映像表示装置では、一つの表示画素中に赤色、緑色、青色に発光する発光手段を内蔵し、この３色の光の強弱の組み合わせでカラー映像表示する。

現在、多くの大型映像表示装置が採用している３２０×２４０個の画素構成では、全画素数は、３２０×２４０＝７６，８００個となる。さらに、カラー映像表示を行う場合には、全画素数×３個（赤色・緑色・青色発光手段）＝２３０，４００個の発光手段が必要となる。日本や米国等で採用しているテレビジョンの映像規格ＮＴＳＣ（National TV Standards Committee）方式では、走査線数が５２５本（有効走査線数約４８０本）であり、水平解像度は次の式によって表される。

水平解像度＝（２×映像周波数×水平有効走査率）／（水平同期周波数×画面横縦比）
ここで、映像周波数＝４．２ＭＨｚ、水平有効走査率＝８３％、水平同期周波数＝１５．７３４ＫＨｚ、画面横縦比４／３であるから、水平解像度＝３３２ＴＶ本となる。従って、画面全体では、４４３×４８０個の画素が必要となるため、３２０×２４０個の画素構成では不十分である。また、文字情報やコンピュータの画面等を表示することを考慮すると、画素構成を縦横ともに２倍の６４０×４８０個にすることが望ましい。しかしながら、全画素数は６４０×４８０＝３０７，２００個であり、カラー映像表示を行う場合の発光手段の数は、さらに３倍の９２１，６００個も必要となるため、装置が複雑化し、製造コストが増加するとともに、発光手段の交換等のメンテナンス作業も増え、管理コストも増加する懸念がある。

そこで、特許文献１に記載の映像表示装置では、光源となる発光ダイオードの必要数を減らしても高解像度の表示を行うため、図１１に示すように、入力された映像信号に応答して発光する複数のインコヒーレント光の発光源としてのＬＥＤ光源アレイ１０３と、このＬＥＤ光源アレイ１０３の各々から出射される光のビーム径を絞る集光手段としての光レンズアレイ１０４と、この光レンズアレイ１０４からの光を偏向させる偏向手段としてのポリンゴンミラーアレイ１０５とを備え、反射鏡アレイ１０６によってポリンゴンミラーアレイ１０５からの光を光拡散アレイ１０７へ向かう光路を形成し、ＬＥＤ光源アレイ１０３の各々を映像信号の複数の画素に対応させている。
特開２００１−２１５４２４号公報

しかし、上記特許文献１に記載の映像表示装置においては、光源となる発光ダイオードの個数を減らす代わりに、ポリゴンミラーや反射鏡アレイ等光学部品が多数必要になり、ポリゴンミラーを機械的に駆動して１つの光源から発した光を複数の画素に順次照射する複雑な機構が付加されるため、装置全体の構造が複雑となり、光源となる発光ダイオードの個数を減らしても、原価低減を期待することができないおそれがあった。

また、上記映像表示装置では、１つの光源から発した光を複数の画素に順次照射するため、光源からの光が各画素に照射されている時間が短くなり、映像がちらつくという問題があった。また、映像のちらつきを抑えるためには、表示面に蛍光体層を設ける必要があり、構造が複雑になるとともに、残像が発生する懸念があった。

そこで、本発明は、上記従来の映像表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、画素ユニット数を増加させることなく、低コストで高解像度表示を実現することができ、ちらつきのない高品質の映像を提供することのできる映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、映像表示装置であって、発光手段を有し、任意の色を発色可能な複数の画素ユニットと、該画素ユニットの表示面側に装着され、前記画素ユニットの各々の表示面領域より小さな副画素を複数有し、該副画素毎に前記発光手段から放射される彩色光の透過光量を調節する調光手段とを備えることを特徴とする。

人間の目は輝度の変化に敏感で、色の変化には鈍感であることが知られており、色成分の解像度が低くても、輝度成分の解像度が高ければ、画質は高画質化して見える。これは明るさを感じる眼球の杆体細胞が１億２００万個存在するのに対し、色彩を感じる錐体細胞が６００万個と少ないためである。本発明によれば、画素ユニットの各々の表示面領域より小さな副画素を複数有する調光手段によって、副画素毎に発光手段から放射される彩色光の透過光量を調節することができ、人間の目は、色の変化より輝度の変化に敏感なため、輝度解像度を高めることで、表示画質が向上したと感じられ、映像表示装置の表示解像度を高めることが可能となる。これによって、画素ユニットの数を少なくしても、高解像度表示が可能となり、映像表示装置の製造原価を低減することができる。これに加え、本発明によれば、照射先を切り替える動作がなく、照射先の切り替えによる画素の点滅が発生しないため、映像にちらつきが発生せず、表示品質が向上する。

上記映像表示装置において、前記調光手段を、前記各々の画素ユニット毎に備えるようにすることができる。また、前記調光手段を、複数の前記画素ユニット群毎に備えるようにしてもよい。

前記複数の画素ユニットは、縦横の２次元マトリクス状に配置することができ、前記調光手段を液晶表示セルとすることができる。

以上説明したように、本発明にかかる映像表示装置によれば、画素ユニット数を増加させずに、低コストで高解像度表示を実現することができるとともに、高品質の画像を提供することが可能となる。

図１乃至図６は、本発明にかかる映像表示装置の一実施の形態を示し、この映像表示装置１は、表示領域が４０ｍｍ×４０ｍｍの画素ユニット２を、例えば、横方向に３２０個、縦方向に２４０個の合計７６，８００個を画素ピッチ４０ｍｍでマトリクス状に配列して構成される。画素ユニット２は、個々に異なる色を発色することができ、各画素ユニットの表示色の集合体として映像を表現する。

図２に示すように、画素ユニット２は、ケース３と、発光手段４と、反射ミラー５と、光学拡散フィルター６と、調光手段７等で構成される。発光手段４は、赤色発光手段９と、緑色発光手段１０と、青色発光手段１１とで構成され、発光手段駆動回路３６（図６参照）によって、各色発光手段９、１０、１１は、各々光量を調光自在に点灯する。赤色発光手段９、緑色発光手段１０、青色発光手段１１は光の三原色を発光し、三原色の光量の強弱の組み合わせで任意の色の彩色光が発光可能である。各色発光手段９、１０、１１としては、白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができるが、これらに限定されるものではなく、他の方式の光源を用いてもよい。白熱灯等、白色光を発する光源を用いる場合には、発光手段９、１０、１１に赤色、緑色、青色の着色処理を施すか、図４に示すようなカラーフィルター１２を用いる。各色発光手段９、１０、１１から放射された彩色光は、鏡面加工したアルミニウム製の反射ミラー５と、表面を梨子地状にしたガラス板製の光学拡散フィルター６の作用で均一に混合される。

調光手段７は、画素ユニット２の開口面と同寸法の領域内に複数の副画素８を有する液晶表示セルであり、発光手段４から放射される彩色光の光量を、副画素８毎に自在に絞ることができる。図５に示すように、液晶表示セルは、厚さ０．５〜１ｍｍのガラスまたは樹脂からなる２枚の透明基板２０に、透明電極２１、配向層２２、偏光層２３等を形成し、対向して貼り合わせ、基板２０間の４〜６μｍの隙間に液晶物質２４を封入したものである。透明電極２１に電圧を印加すると、印加した部分の液晶物質２４の分子配列が変化し、光の透過量が変化する。また、印加する電圧に応じて光の透過量が変化する。例えば、電圧０Ｖの状態で透過量が最大（明表示）、電圧５Ｖ印加状態で透過量最小（暗表示）となる。本発明の実施例では、調光手段７は、画素ユニット２の表示面と同寸法の領域（４０ｍｍ×４０ｍｍ）を４等分した大きさ（２０ｍｍ×２０ｍｍ）の副画素８を４つ備え、副画素８毎に光の透過量を調節することができる。

前述のように、画素ユニット２を横方向に３２０個、縦方向に２４０個、合計７６，８００個をマトリクス状に配列した場合には、調光手段７の副画素８の数は、横方向に３２０×２＝６４０個、縦方向に２４０×２＝４８０個、合計３０７，２００個となる。画素ユニット２の発光手段４によって発せられた彩色光は、調光手段７によって副画素８毎に透過量が制御されるため、一つの画素ユニット２の中で同一の色合いで、輝度の異なる４色を表示することができる。本発明の実施例では、副画素８は、１つの画素ユニット２に対し、縦２×横２＝計４画素で構成したが、例えば、縦１×横２＝計２画素構成としてもよく、縦３×横３＝計９画素構成としてもよい。

図６に示すように、信号処理手段は、入力端子３０と、信号分離手段３１と、輝度（Ｙ）信号処理回路３２と、色（Ｉ）信号処理回路３３と、色（Ｑ）信号処理回路３４と、調光手段駆動回路３５と、発光手段駆動回路３６とで構成される。

信号分離手段３１は、入力された映像信号から輝度（Ｙ）信号と色（Ｉ、Ｑ）信号とを分離する。輝度（Ｙ）信号処理回路３２、色（Ｉ）信号処理回路３３、及び色（Ｑ）信号処理回路３４は、前記分離手段３１で分離した輝度（Ｙ）信号と、色（Ｉ、Ｑ）信号をＡＤ変換して画素データをサンプリングし、画素データの演算処理等を行う。調光手段駆動回路３５は、前記輝度（Ｙ）信号処理回路３２で処理された輝度成分データから調光手段７を駆動し、副画素８を透過する光量を制御する。発光手段駆動回路３６は、前記輝度（Ｙ）信号処理回路３２、色（Ｉ）信号処理回路３３、色（Ｑ）信号処理回路３４によって処理された画素データから、画素ユニット２のＲＧＢ各色発光手段９、１０、１１を適宜発光させる。尚、同期信号や音声信号の処理部については、一般的に用いられるものであるため、説明を省略する。

次に、上記構成を有する映像表示装置の動作について、図７に示す流れ図を中心に参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の映像表示装置に映像信号を入力する。日本や米国のテレビジョン放送やビデオ機器で使用されているＮＴＳＣ方式の映像信号は、輝度信号（以下、「Ｙ信号」と称する）に２種類のカラー信号（以下、「Ｉ信号」、「Ｑ信号」と称する）や、音声信号、同期信号等が１つの映像信号として重畳されている。Ｙ信号は、白黒テレビジョン放送と互換性があり、０〜４．２ＭＨｚの周波数帯域を有する。人間の視覚は、輝度の変化に比べると色の変化に鈍感なため、色信号の周波数帯域は、Ｙ信号より低い周波数帯域で搬送される。Ｉ信号は０〜１．５ＭＨｚ、Ｑ信号は０〜０．５ＭＨｚの周波数帯域を有する。信号の周波数帯域が高いほど映像の解像度は高く、１ＭＨｚあたり約８０ＴＶ本である。これらのＩ信号、Ｑ信号は、ともに３．５８ＭＨｚの副搬送波で直交変調してＹ信号に重畳されている。入力された前記映像信号は、信号分離手段３１によってＹ信号とＩ信号、Ｑ信号に分離される（ＳＴＥＰ１）。分離手段としては、くし型フィルター等が用いられる。

次に、前記分離されたＹ信号、Ｉ信号、Ｑ信号を、図６に示した輝度（Ｙ）信号処理回路３２、色（Ｉ）信号処理回路３３、色（Ｑ）信号処理回路３４によって、１フレーム分の映像データをＹ・Ｉ・Ｑ信号各々について６４０×４８０画素でサンプリングする（ＳＴＥＰ２）。

次に、前記ＳＴＥＰ２でサンプリングした画素データのうち、図８に示した２×２画素の画素群（ｘ０、ｙ０）について、Ｉ・Ｑ信号の画素データを、色（Ｉ）信号処理回路３３、色（Ｑ）信号処理回路３４によって平均化する（ＳＴＥＰ３）。すなわち、画素群（ｘ０、ｙ０）を構成する４画素（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）各々のＩ値、Ｑ値の平均値を算出する。例えば、図９（Ｂ）に示すように、画素群（ｘ０、ｙ０）を構成する４画素のＹ値、Ｉ値、Ｑ値が
画素（ａ）：Ｙ＝１２５、Ｉ＝９、 Ｑ＝５
画素（ｂ）：Ｙ＝１１９、Ｉ＝８、 Ｑ＝−３
画素（ｃ）：Ｙ＝１１３、Ｉ＝１０、Ｑ＝２０
画素（ｄ）：Ｙ＝１３１、Ｉ＝１０、Ｑ＝１１
のとき、画素群（ｘ０、ｙ０）のＩ値、Ｑ値の平均は、図９（Ｃ）に示すように、Ｉ＝９、Ｑ＝８（小数点以下切捨て）となる。尚、画素群を２×２画素構成としたのは、調光手段７の副画素８を２×２画素構成としたものに合わせたためである。前記サンプリングした６４０×４８０画素は、調光手段７の副画素８に対応し、前記２×２画素で構成する画素群は、画素ユニット２に対応する。

次に、前記ＳＴＥＰ２でサンプリングした画素データのうち、Ｙ信号の画素データを、輝度（Ｙ）信号処理回路３２によって２×２画素の画素群の中で比較し、最も輝度の高い（明るい）１画素を抽出する（ＳＴＥＰ４）。前記の例では、図９（Ｃ）に示すように、画素（ｄ）のＹ＝１３１が画素群（ｘ０、ｙ０）の最大輝度である。

次に、前記ＳＴＥＰ４で抽出したＹ信号の２×２画素の画素群中の最大輝度の画素と、画素群中の残りの３画素との輝度の差ΔＹを、輝度（Ｙ）信号処理回路３２によって各々
求める（ＳＴＥＰ５）。図９（Ｃ）に示すように、前記例の画素群（ｘ０、ｙ０）では、
画素（ａ）：ΔＹ＝１３１−１２５＝６
画素（ｂ）：ΔＹ＝１３１−１１９＝１２
画素（ｃ）：ΔＹ＝１３１−１１３＝１８
画素（ｄ）：ΔＹ＝１３１−１３１＝０
となる。

次に、前記ＳＴＥＰ３で求めた画素群のＩ値、Ｑ値の平均値と、ＳＴＥＰ４で抽出した画素群のＹ値の最大値を、発光手段駆動回路３６に送る。Ｙ・Ｉ・Ｑ各信号の組み合わせで、画素ユニット２の発光する色が決定する。映像表示装置では、映像を光の３原色であるＲ・Ｇ・Ｂ（赤・緑・青）の強弱の組み合わせで表現するため、前記Ｙ・Ｉ・Ｑ信号をＲ・Ｇ・Ｂ信号に変換する必要がある。ここで、ＮＴＳＣ方式の映像信号で用いられるＹ・Ｉ・Ｑ信号と、Ｒ・Ｇ・Ｂ信号との関係は次の式で表される。

Ｒ＝Ｙ＋０．９５６×Ｉ＋０．６２１×Ｑ
Ｇ＝Ｙ−０．２７２×Ｉ−０．６４７×Ｑ
Ｂ＝Ｙ−１．１０５×Ｉ＋１．７０２×Ｑ
変換されたＲ・Ｇ・Ｂ信号に基づいて、該画素ユニット２の赤色発光手段９、緑色発光手段１０、青色発光手段１１を適宜点灯させる。発光した光は、反射ミラー５と光学拡散フィルター６によって均一に混合され、前記Ｙ・Ｉ・Ｑ信号で指定される色となる（ＳＴＥＰ６）。図９（Ｄ）に示すように、前記例の画素群（ｘ０、ｙ０）のＲ・Ｇ・Ｂの値は、
Ｒ＝１３１＋０．９５６×９＋０．６２１×８＝１４４
Ｇ＝１３１−０．２７２×９−０．６４７×８＝１２３
Ｂ＝１３１−１．１０５×９＋１．７０２×８＝１３４
となる。

次に、図９（Ｄ）に示すように、前記ＳＴＥＰ５で求めた、画素群中のＹ信号の最大輝度画素と残り３画素との輝度の差分ΔＹ値を調光手段駆動回路３５に送り、前記ＳＴＥＰ
６で彩色光を発光した該画素ユニット２に設けられた調光手段７を駆動する。該調光手段７は、前記ＳＴＥＰ５で求めた、Ｙ信号の画素群中における最大輝度の画素と残り３画素との輝度の差分ΔＹ値に基づき、各副画素８の光の透過率を制御する。最大輝度との差が
大きい（より暗い）副画素８は、光の透過率をより低くする。

前記ＳＴＥＰ６で発光した彩色光は、調光手段７によって副画素８毎に輝度が絞られる。これにより、１個の画素ユニット２に対し、副画素８毎に同じ色合いで輝度の異なる４色を表示する（ＳＴＥＰ７）。尚、発光手段４や調光手段７の特性に応じ、入力された映像信号に対する出力（表示される色合いや輝度）の度合いを調整する手段（図示せず）を設ければより好ましい。

以降同様にして、２×２画素の画素群毎に前記ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７を繰り返す。例えば、映像表示装置１に向かって、左から右へ表示し、右端に達したら１段下がり、再び左から右へ表示する。映像信号を６４０×４８０画素でサンプリングしているため、前記ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７を（６４０／２）×（４８０／２）＝７６，８００回繰り返すと、１フレーム分の映像が表示される。ＮＴＳＣ方式のカラー映像信号は、毎秒２９．９７フレームであるため、前記１フレームの映像表示を１／２９．９７秒で行う（ＳＴＥＰ８）。前記の例では、画素群（ｘ０、ｙ０）→（ｘ３１９、ｙ０）の表示を行い、次に画素群（ｘ０ｙ１）→（ｘ３１９、ｙ１）の表示を行い、以下同様にして画素群（ｘ３１９、ｙ２３９）までの表示を行う。

同様にして、前記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ８を繰り返し、１／２９．９７秒毎に次のフレームの映像を表示すると、連続した映像表示となる（ＳＴＥＰ９）。

本発明の実施例では、映像信号をＮＴＳＣ方式として説明したが、欧州等で使用されているＰＡＬ方式やＳＥＣＡＭ方式（有効走査線数５７６本、毎秒２５フレーム）、その他の方式も同様の手法で対応可能である。

次に、本発明にかかる映像表示装置の他の実施の形態について、図１０を参照しながら説明する。

この映像表示装置は、複数の画素ユニット２から構成される画素ユニット群毎に調光手段７を有する。例えば、４×３＝１２個の画素ユニット２からなる画素ユニット群に対し調光手段７を１個設ける。画素ユニット２に対して２×２＝４個の副画素８を割り当てるとすると、調光手段７は、８×６＝４８個の副画素８を有する。画素ユニット２を３２０×２４０個で構成すると、調光手段７は８０×８０個となる。このように、複数の画素ユニットから構成される画素ユニット群毎に調光手段を設けることで、調光手段の個数を減らすことができる。これにより、組立工数やメンテナンス工数を削減することができる。

本発明の映像表示装置の一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の映像表示装置の画素ユニットを示す斜視図である。 本発明の映像表示装置の画素ユニットを示す断面図である。 本発明の映像表示装置の画素ユニットを示す断面図である。 本発明の映像表示装置の調光手段を示す断面図である。 本発明の映像表示装置の信号処理手段を模式的に示すブロック図である。 本発明の映像表示装置の動作を示す流れ図である。 本発明の映像表示装置の映像信号をサンプリングした様子を模式的に示す図である。 本発明の映像表示装置の映像信号の処理方法を模式的に示す図である。 本発明の映像表示装置の他の実施の形態を示す斜視図である。 従来の映像表示装置の一例を示す全体構成図である。

符号の説明

１ 映像表示装置
２ 画素ユニット
３ ケース
４ 発光手段
５ 反射ミラー
６ 光学拡散フィルター
７ 調光手段
８ 副画素
９ 赤色発光手段
１０ 緑色発光手段
１１ 青色発光手段
１２ カラーフィルター
２０ 透明基板
２１ 透明電極
２２ 配向層
２３ 偏光層
２４ 液晶物質
２５ シール剤
３０ 入力端子
３１ 信号分離手段
３２ 輝度（Ｙ）信号処理回路
３３ 色（Ｉ）信号処理回路
３４ 色（Ｑ）信号処理回路
３５ 調光手段駆動回路
３６ 発光手段駆動回路
１０３ ＬＥＤ光源アレイ
１０４ 集光レンズアレイ
１０５ ポリゴンミラーアレイ
１０６ 反射鏡アレイ
１０７ 光拡散アレイ

Claims (5)

1. 発光手段を有し、任意の色を発色可能な複数の画素ユニットと、
   該画素ユニットの表示面側に装着され、前記画素ユニットの各々の表示面領域より小さな副画素を複数有し、該副画素毎に前記発光手段から放射される彩色光の透過光量を調節する調光手段とを備えることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記調光手段が、前記各々の画素ユニット毎に備えられることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記調光手段が、複数の前記画素ユニット群毎に備えられることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
4. 前記複数の画素ユニットは、縦横の２次元マトリクス状に配置されることを特徴とする請求項１、２または３記載の映像表示装置。
5. 前記調光手段は、液晶表示セルであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の映像表示装置。

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