JP2005227586A

JP2005227586A - 多原色ディスプレイ

Info

Publication number: JP2005227586A
Application number: JP2004036936A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Shimodaira; 美文下平
Original assignee: Shizuoka University NUC
Current assignee: Shizuoka University NUC
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】３原色を越える多色の発光体を発光セルとして使用することにより、実質的エネルギー効率が高く、色域の広い多原色ディスプレイを提供する。
【解決手段】通常のＲＧＢより成る３原色発光セルの他に、ＲＧＢより成る色度図上の三角形によって囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルを備えて配列されたマトリクス構成により成り立つ発光セルアレイを備えたディスプレイデバイス、即ち表示部本体と、上記ＲＧＢより成る色度図上の三角形により囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルは、入力画像信号が上記ＲＧＢより成る三角形の範囲に含まれない時に限って発光するように制御するための信号処理部本体とから成り立ち、広い色域を実質的に高エネルギー効率で表示できるように構成した多原色ディスプレイ。
【選択図】図３

Description

本発明は、３原色を越える多色の発光体を発光セルとして使用することにより、実質的エネルギー効率が高く、色域の広い多原色ディスプレイの構成方式に関する。

従来から３原色を越える多色の発光体を組合せて使用したディスプレイの色再現方式は実現が期待されていたが、物理的に３原色以外の発光体について言及することは少なかったようである。代わりに、色再現のマトリクス回路を使用して色変換を行なうことにより、複数のディスプレイデバイスを組合せて、投射形として多原色のディスプレイを実現する方式が公知であった。

色再現システムの一具体例として大澤健郎氏により発明された特開２０００−２５３２６３号（平成１２年９月１４日公開）を挙げることができる。特開２０００−２５３２６３号によれば、色再現システムは多原色ディスプレイにカラー画像を表示するための色変換装置を備えて構成したもので、測色的に正確な色再現を有するとともに、ＸＹＺデータと色信号値との連続性を利用して色再現域を最大限に活用することを図った演算システムである。

上記の色変換装置は最大輝度信号算出装置と、カラー画像の表示信号算出装置とによって構成されている。最大輝度信号算出装置は、入力三刺激値ベクトルを囲むディスプレイの色再現域表面を構成する多面体の面の頂点を表す色再現域頂点信号と、入力三刺激値を色再現域頂点ベクトルの三刺激値の重み付き線形和として表した場合の重み係数とを算出する。カラー画像の表示信号算出装置は、上記色再現域頂点の信号と上記重み係数とから入力三刺激値を表示するためのカラー画像信号を算出する。

上記色再現のための演算システムでは、具体的にＸＹＺデータから線形マトリクス演算と階調補正を行うことにより、４つのディスプレイ入力信号Ｃ₁ 〜Ｃ₄ を求めている。ディスプレイ入力信号Ｃ₁ 〜Ｃ₄ は、それぞれ色再現が可能な波長範囲内で、合理的に分割された相異なる中心波長と波長域を有する４つの色信号である。色信号Ｃ₁ ，Ｃ₂ をひとつのカラープロジェクタに入力し、色信号Ｃ₃ ，Ｃ₄ を他のカラープロジェクタに入力して、４原色よりなるカラー画像を表示する。特開２０００−２５３２６３号によれば、ディスプレイ入力信号を発生するための手段を明らかにしてはいるが、ディスプレイ装置の構成方式については言及していない。

一方、従来のディスプレイでは３原色を刺激値として使用していた。（公知の文献「ディジタル画像」（Digital Pictures）を参照。）従って、従来は色域を拡大するために、通常の３原色以上の多原色を使ったディスプレイにおいて、色域の拡大に用いる複数の原色は色度図上で色域の最外郭の色、すなわち色純度が高い色を組み合わせて表示していた。しかし、色純度の高い発光素子は発光効率が小さく、従ってディスプレイを構成すると消費電力が大変大きくなるため、ディスプレイの発熱が問題である。発熱が大きいとデバイスやその周辺部分の温度上昇が大きくなる。このため、システムの運用や信頼性に悪影響を及ぼすので、この点を改善する必要がある。
特開２０００−２５３２６３号公報 A.N.Netravali and B.G.Haskell 著「ディジタル画像（ Digital Pictures ）」 Plenum Press １９８８年

解決しようとする問題点は、それぞれ色再現が可能な波長範囲内で、合理的に分割された相異なる中心波長と波長域を有する多原色の色信号を入力して、良好な色再現性をもってカラー画像を再生できる、高エネルギー効率の広色域多原色ディスプレイの構成方式を提供することにある。

本発明による多原色ディスプレイは、通常のＲＧＢより成る３原色発光セルの他に、ＲＧＢより成る色度図上の三角形によって囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルを備えて配列されたセルマトリクス構成により成り立つ発光セルアレイ、およびその駆動回路を含む表示部本体と、ＸＹＺ信号を入力したとき、上記表示部本体に対して上記３原色およびその他の１種類以上の原色の発光セルに対応した多原色信号を供給するための信号処理部本体とを具備し、広い色域範囲のカラー画像信号を実効的に高いエネルギー効率で表示することができるように構成する。

上記構成の多原色ディスプレイにおいて、ＲＧＢより成る色度図上の三角形により囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルは、入力画像信号がＲＧＢより成る３原色発光セルによって定義された発光色の範囲内に含まれないときに限って発光するように上記信号処理部本体により制御されることにより、実効的に高いエネルギー効率を実現できるものとする。

通常のディスプレイ規格の色域を超える物体の明度が中程度に小さく彩度の大きな色を、新たに追加する原色を使って再現することにより表示する。この場合にも、通常の３原色の色と新たな原色の色の適当な組み合わせで表示する。このように、彩度は大きいが発光効率の低い素子と、彩度は小さいが発光効率の大きな素子を組み合わせて使用することにより、従来の多原色ディスプレイと比べて、はるかに広色域でエネルギー効率の良いディスプレイを実現することができる。したがって、発熱による温度上昇の問題を解決できるため、広色域で高輝度のディスプレイを比較的容易に実現できる。

本発明による構成方式は、標準のディスプレイの色表示に関する規格（例えばＨＤＴＶ規格）の色域より格段に広い色域をもつ画像情報、例えばＸＹＺやＣＩＥ−ＲＧＢ等の信号を使って表された画像情報を表示する場合に、４種類あるいはそれ以上の発光物質を使い、エネルギー効率は高いが、実効的に色域を狭くすることなく必要な輝度を得ることにより、ディスプレイをエネルギー効率よく実現する方法である。

以下に本発明の基本概念を記述する。
自然界の物体の持つ色を縦軸：明度、半径方向：彩度、円周方向：色彩として色の３次元座標に表すと、明度の大きな色は無彩色軸の近くに存在し、これらの多くの色は標準ディスプレイの色域（例：ＨＤＴＶの色域）の範囲内にある。しかし、物体の明度が比較的小さな色は、標準のディスプレイの色域を超える色が多数存在する。また、絵の具、塗料、染料、ＬＥＤなどの発光素子による人工的に作られた色には、標準のディスプレイの色域を超えるものがある。一方、明度が小さな色は標準のディスプレイの色域内にある。このような物体の色の分布を考慮して以下の（１），（２）が同時に実現できる方式を提案する。

（１）として、物体の明度が大きく比較的彩度の小さい色を、ＨＤＴＶなど現在のディスプレイの規格に合わせて開発された３原色を使って表示する。これら原色の素子はこれまでに多数実用化され、輝度が高く彩度と効率のバランスが大変良い。物体の明度の大変小さな色についてもほとんどの場合にこれらの３原色を使って表示できる。

（２）として、逆に、従来のディスプレイ規格の色域を超える物体の明度が中程度に小さく彩度の大きな色は、新たに追加する原色を使って表示する。この場合にも、これらの３原色の色と新たな原色の色の適当な組み合わせで表示する。こうすることにより、彩度は大きいが発光効率の低い素子と彩度は小さいが発光効率の大きな素子を組み合わせて使用するので、ディスプレイ装置全体として見た場合に、広色域でエネルギー効率の良いものを実現することができる。

図１には、本発明によって構成される多原色ディスプレイにおける表示領域分割の一実施例を示す。図１において、ＲＧＢは標準のディスプレイの色表示に関する規格（例えば、ＨＤＴＶ規格）の色域の３原色である。Ｇ_b ，Ｂ_b は、新たに追加された原色の一例であり、ＲＧＢによって形成される色域の外にある。Ｘ，ＹはＣＩＥ規格におけるものであり、３原色Ｒ₀ ，Ｇ₀ ，Ｂ₀ の線形結合により次式で与えられる。（「ディジタル画像（Digital Pictures ）」，５０頁参照。）

Ｘ＝２．３６５Ｒ₀ −０．５１５Ｇ₀ ＋０．００５Ｂ₀
Ｙ＝−０．８９７Ｒ₀ ＋１．４２６Ｇ₀ −０．０１４Ｂ₀
Ｚ＝−０．４６８Ｒ₀ ＋０．０８９Ｇ₀ ＋１．００９Ｂ₀

図１では広色域の画像情報を表示するにあたり適当な色域を判別することにより、忠実な色再現、エネルギー効率の最適化を図る。
必要な輝度を出すために使用する原色数は、３以上の最適な数、例えば本実施例では５である。３原色ＲＧＢで囲まれた範囲は通常のディスプレイの発光素子を使って表示しているので、輝度は大きくとれる。既に説明したように、Ｇ_bとＢ_bが新たに追加された原色の例である。したがって、例えば三角形Ｒ，Ｇ_b，Ｂ_bで囲まれた範囲の色のうち、Ｇ，Ｂ，Ｇ_b ，Ｂ_b で囲まれた四辺形内の色については、原色Ｇ，Ｂ，Ｇ_b，Ｂ_bを使って表示する。しかし、任意の３原色を使って表示することが可能な範囲の色は、表示しなければならない輝度および消費エネルギーを考慮して決定する。

図２には、５つの原色Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ_b ，Ｂ_b を使用して構成したパネル形ディスプレイにおける発光材料のセル配置の一例を示す。図２において、１行目はＲ，Ｇ_b ，Ｒ，Ｂ_b の繰り返しパターンより成り立ち、第２行目はＧ，Ｂ，Ｇ，Ｂの繰り返しパターンから成り立つ。３行目は１行目と同様な繰り返しであるが、１行目より１列だけ右にシフトしている。同様に、４行目は２行目と同様な繰り返しであるが、２行目より１列だけ右にシフトしている。したがって、１列目ではＲ，Ｇ，Ｂ_b ，Ｂの繰り返しパターンが形成され、２列目ではＧ_b ，Ｂ，Ｒ，Ｇの繰り返しパターンが形成されている。

上記の行と列より成り立つセルアレイの駆動では、行と列より成り立つマトリクスのひとつ、或いは複数の交点が同時にアクセスされ得る。したがって、このセルアレイでは各行のラインが常に駆動され、１列目のラインから順次、２列目、３列目のラインへと駆動される形成のライン・アット・ア・タイム形の走査が適切なセル駆動方式のひとつである。しかし、各セルに記憶機能が備えてあれば、この走査方式には限らない。また、５原色の配置方法も図２に示す方法に限らず、任意の組み合わせパターンの繰り返しでかまわない。

次に、本発明によるディスプレイの表示方式について説明する。図３には画像信号を入力してから、５つの原色Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ_b ，Ｂ_b を求めてディスプレイ上に表示するための信号処理部本体１と、多原色ディスプレイ駆動回路を含む表示部本体２との接続を示す。図４には、図３に示す信号処理部本体１の詳細構成を示す。図４に示すように、信号処理部本体１は色域判別処理手段３と、この判別処理で得られた５原色信号の最適組合せを実行するための最適組合せ処理手段４とから成り立つ。

図４において、判別処理手段３の動作は次により実行される。ＸＹＺ／ＣＩＥ−ＲＧＢ信号が信号処理部本体１に入力されると、判別処理手段３はカラー信号ＲＧＢより成る三角形の範囲内に入力信号が含まれるか否かを判別する。ＲＧＢより成る三角形の範囲内であれば、ベクトルＲＧＢが組合せ最適化処理手段４に含まれるグループ１の原色分割部に入力され、個々のＲＧＢ成分に分割して出力される。もし、ＲＧＢより成る三角形の範囲外であれば、Ｇ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b より成る四辺形の範囲内に含まれるか否かを判別する。Ｇ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b より成る範囲内に含まれていれば、ベクトルＧ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b が組合せ最適化処理手段４に含まれるグループ２の原色分割部に入力され、個々のＧ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b 成分に分割されて出力される。

もし、Ｇ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b より成る四辺形の範囲外であれば、Ｇ_b ，Ｇ，Ｒの三角形の範囲内に含まれるか、或いはＢ_b ，Ｂ，Ｒの三角形の範囲内に含まれるかの判別が実行される。判別結果に従って、ベクトルＧ_b ，Ｇ，Ｒ或いはベクトルＢ_b ，Ｂ，Ｒが組合せ最適化処理手段４に含まれるグループ３の原色分割部に入力され、個々のＧ_b ，Ｇ，Ｒ成分或いはＢ_b ，Ｂ，Ｒ成分が分割して出力される。

個々のＲＧＢ成分、Ｇ，Ｂ，Ｂ_b ，Ｇ_b 成分、Ｇ_b ，Ｇ，Ｒ成分或いはＢ_b ，Ｂ，Ｒ成分がそれぞれ原色グループの切替え部に入力され、それぞれが組み合わされて、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ_b Ｂ_b 信号が個々にディスプレイの入力端子に入力される。

上記構成によって、ＲＧＢで定義される範囲外にカラー信号成分が存在するときに限ってＧ_b ，Ｂ_b のセルが発光するので、Ｇ_b Ｂ_b のセルの発光時間は十分に短くなる。このため、ディスプレイ全体としての実使用時のエネルギー効率を改善できる。したがって、大形の高輝度、高色域ディスプレイを容易に実現でき、実使用時の温度上昇を抑圧することができる。このような動作によって、大型の鮮明な画像をディスプレイ上に実現できる。よって、本発明では染色、服装、ＣＧなどの色彩デザイン関係、鮮魚、野菜、生物などの鮮度を表すための画像表示装置が実現できる可能性を秘めている。

本発明による多原色ディスプレイにおける表示領域分割例を示す図である。５つの原色Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ_b ，Ｂ_b より成り立つセル配置の一例を示す図である。本発明によるディスプレイの信号処理部本体と表示部本体との接続を示す図である。色域判別処理手段と５原色の最適組合せ処理手段の構成を示す図である。

符号の説明

１信号処理部本体
２表示部本体
３判別処理手段
４組合せ最適化処理手段

Claims

通常のＲＧＢより成る３原色発光セルの他に、ＲＧＢより成る色度図上の三角形によって囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルを備えて配列されたセルマトリクス構成により成り立つ発光セルアレイ、およびその駆動回路を含む表示部本体と、ＸＹＺ信号を入力したとき、前記表示部本体に対して前記３原色およびその他の１種類以上の原色の発光セルに対応した多原色信号成分を供給するための信号処理部本体とを具備し、広い色域範囲のカラー画像信号を実効的に高エネルギー効率で表示することができるように構成した多原色ディスプレイ。
ＲＧＢより成る色度図上の三角形により囲まれた範囲外に発光色を有する１種類以上の原色の発光セルは、入力画像信号がＲＧＢより成る３原色発光セルによって定義される発光色の範囲内に含まれないときに限って発光するように前記信号処理部本体により制御されることにより、実効的に高いエネルギー効率を実現できるように構成した請求項１記載の多原色ディスプレイ。