JP2006501513A - カラーディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、カラー画像を表示するカラーディスプレイ装置及びこのようなディスプレイを作動させる方法に関する。カラーディスプレイ装置は、複数の画素と、異なる所定の放射スペクトルを有する２つの選択可能な光源と、選択可能な光源と一緒になって第１の原色及び第２の原色のそれぞれを表示パネル上に生成する能力を備えた色選択手段と、選択可能な光源から一つを交互に選択し、選択された光源を用いて得られるそれぞれの原色に対応した画像情報を画素の一部に供給するためアレンジされた制御手段とが設けられる。ディスプレイ装置の原色は、色割れの低減を可能にする時間的な順序及び空間的な順序で選択できる。

Description

本発明は、カラーディスプレイ装置及びこの装置を作動させる方法に関する。

カラーディスプレイ装置は周知であり、たとえば、テレビジョン、モニタ、ラップトップコンピュータ、携帯電話機、個人情報端末（ＰＤＡ）及び電子ブックに使用される。

カラーディスプレイ装置は、国際公開第０１／９５５４４号に記載されている。この出願は、６原色によって拡大された色域を表示する映写システムを開示する。この映写システムは、単一の光源と、環状の回転可能なホイールの順次のセグメントに配置され、光源と一緒になって赤、緑、青、シアン、マゼンタ及び黄の６原色を生じる６つのカラーフィルタとが設けられる。この配置は、着色光ビームを供給し、反射型デジタル・ミラー・ディスプレイ（ＤＭＤ）に光を当てる。ＤＭＤパネルは、実際の光ビームの色に対応した画像情報によって光ビームを変調する。映写レンズは、変調された光ビームを映写スクリーンに投影することが可能である。６原色のための画像情報は、同じく引用された国際公開第０１／９５５４４号に記載されている方法にしたがって、ビデオ源からの赤、緑及び青の信号から得られる。このディスプレイの欠点である色割れは、高い輝度を有し高速に移動する対象物を含む画像の場合に発生する。

カラーシーケンシャルバックライトを用いて動作する透過型ＬＣＤディスプレイ装置は、国際公開第０２／０５２５３７号に記載されている。このディスプレイ装置は、広色域型のディスプレイ装置ではないが、映写システムに用いられる反射型ディスプレイパネルと類似した欠点がある。これらのシステムの利点は、カラーフィルタが不要であるため、コストが削減され、輝度が改善されることである。さらに、ピクセルは、色を順々に透過する唯一のサブピクセルだけにより構成される。これは、また、単一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）だけが１ピクセル毎に用いられ、ＲＧＢディスプレイパネル用の３つのＴＦＴが用いられるのではないため、ピクセルのアパーチャが大きくなることによって輝度を改善する。

本発明の目的は色割れを低減することができるカラーディスプレイ装置を提供することである。

上記目的は請求項１に記載されるような本発明によるディスプレイ装置によって達成される。本発明の要旨は、ディスプレイパネルが関連付けられたスペクトルを備えた選択された光源を用いて順番に光を当てられ、カラーフィルタがディスプレイ装置の原色を得るためにスペクトルの所定の部分を選択するため使用される場合に、ディスプレイ及び／又は光源の駆動方式は、順次の像サブフレームのルミナンス及び／又はクロミナンスの知覚される差が最小限に抑えられ、色割れが低減され得るように適応させることができる、ということである。

色割れは別個の原色が順序付けられるカラーシーケンシャルディスプレイの場合に発生することがある。明るい非飽和状態の色をもつ動く対象物を表す像が表示されるとき、原色の時間的な順序が原因となって、着色された輪郭が観察者に見えるようになる。たとえば、原色の寄与が均一であり大きい白色の明るい対象物を含む像が表示される場合に、観察者の目は対象物の動きを追跡し、この原色の寄与はそれらが表示されるときに補償されないので、それらの寄与が別々に見えるようになる。

本発明のさらなる目的は、色割れを低減することができるようにカラーディスプレイを作動させる方法を提供することである。この目的は請求項１７に記載されるような本発明による方法によって達成される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載される。

本発明の上記態様及びその他の態様は以下に記載する実施形態から明らかであり、実施形態を参照して解明される。

映写システムは引用した特許出願の国際公開第０１／９５５４４号に記載されている。

この映写システムは、カラーシーケンシャル動作を行うデジタル・ミラー・ディスプレイ（ＤＭＤ）パネルを具備し、モーターによって回転可能なカラーホイールを用いて多数の原色が順序付けられる。このディスプレイ装置の欠点は以下の通りである。

高い（サブ）フレームレートが適切な動作のために必要である。原色のすべて（１サブフレーム当たりに一つの原色）が５０Ｈｚの表示周波数に対して２０ｍｓ、及び、６０Ｈｚの表示周波数に対して１６．７ｍｓの従来のフレーム期間中に表示されなければならない。従来のＲＧＢ動作の場合、現在使用されているフレームレートは、その点では、１５０／１８０Ｈｚである。４色以上の原色の場合、このタイプのシーケンシャル動作は、１５０／１８０Ｈｚのフレームレートよりもさらに高速のパネルを必要とする。

さらに、色割れがこのタイプのカラーシーケンシャル動作の場合に起こる。高輝度を有し、高速で動く対象物を表す像の場合、異なる原色の寄与は輪郭として目に見える。その上、カラーホイール設計がより複雑化し、より多くのカラーフィルタが必要である。

図１は、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ、黄Ｙ、シアンＣ及び藍ＤＢの６原色に拡張された従来のカラーシーケンシャル透過型ＬＣＤディスプレイ装置の動作の説明図である。この配置の欠点は、像を表現するフレームを６原色に対応した６つのサブフレームに分割する必要があり、ディスプレイパネルに原色に対応した画像情報を与える必要があり、これが高いデータレートと高速応答ＬＣＤパネルとを必要とすることである。この欠点を緩和するため、透過型又は反射型ディスプレイ装置は、原色を空間的及び時間的に選択する。その上、ディスプレイ装置は、異なるスペクトルで光を放射することができる光源の組によって順番に光を当てられる。カラーフィルタ及び／又は光学ガイドは、これらのスペクトルの部分を選択し、ディスプレイ装置の原色を形成するため使用される。ディスプレイ装置の光弁は、像を形成するために原色のそれぞれに適切な重みを与えるためカラーフィルタ及び／又は光学ガイドと一緒になって選択された光源によって発生した原色に応じて駆動される。色割れ現象は、光源のスペクトルとディスプレイの駆動方法を適切に選択することによって防止される。この動作は、ディスプレイが多原色を用いることにより、従来のＲＧＢ３原色動作を用いるディスプレイによって得られる色域よりも非常に広い色域を実現することを可能にする。

新しいディスプレイ装置は、多数のカラーフィルタ及び／又は光学ガイドと、光源のスペクトルの多重度を設けることができる。ｎ個のカラーフィルタと、スペクトルが順次に異なるｍ個の光源を備えたディスプレイ装置の場合、最大でｎ×ｍ色の原色を作ることができる。

図２は、３つのカラーフィルタ２４，２５，２６と、異なるスペクトルで光を放射する能力を備えた２つの選択可能な光源２２，２３と、ディスプレイの３つのサブピクセル２７，２８，２９と、コントローラ２１とを具備する透過型ディスプレイ装置２０の概略図である。図２にはディスプレイの１つのピクセルだけが示されている。光源２１，２２は、たとえば、所定のスペクトルをもつ１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）の組でもよい。動作中に、コントローラ２１は、光源２２，２３のうちの一方を交互に選択し、カラーフィルタ２４，２５，２６と選択された光源２２，２３によって発生した原色に対応した画像情報を用いてサブピクセル２７，２８，２９をそれぞれに駆動する。

本発明によるディスプレイ装置のさらなる実施形態において、色選択手段は、光学ガイドと、スペクトルの成分を別々に利用可能である光源とを具備し、たとえば、多数のカラーＬＥＤを備えたバックライトを含む。図３は、６つの光学ガイド３９，４０，４１，４２，４３，４４と、それぞれに異なるスペクトルで光を放射する能力を備えた２つの光源３１，３２と、を具備する透過型ディスプレイ３０の概略図である。各光源は所定のスペクトル成分を備えた多数のＬＥＤ３３，３４，３５；３６，３７，３８により構成される。個々のＬＥＤのスペクトルは、一体となって、光源の完全なスペクトルを形成する。ＬＥＤからのこれらの光を混合するのではなく、各ＬＥＤからの光は分離した状態に保たれ、１つの光学ガイド３９，４０，４１，４２，４３，４４を用いてピクセルの適切な光弁へ向けられる。光学ガイドは他の光源のスペクトル成分のために再利用可能である。二つの変形型の組み合わせも可能である。上記の原理は、デジタル・ミラー・ディスプレイ（ＤＭＤ）パネル及び液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイパネルのような他の反射型光弁と共に使用してもよく、映写ディスプレイで使用してもよい。

カラーフィルタを用いた原色選択の原理が図４に示されている。図４は、所定の原色の組を得るための、カラーフィルタと、選択可能な光源によって放射されたスペクトルとの組み合わせを表す。カラーフィルタ２４，２５，２６は、それぞれ、透過スペクトル４８，４９，５０を有する従来型の赤色、緑色及び青色のカラーフィルタである。第１の光源２２は、赤、緑及び青の波長範囲に対応した３つの異なるピークがあるスペクトル分布５１をもつ光を放射する能力がある。第２の光源２３は、黄、シアン及び藍の波長範囲に対応した３つの異なるピークがあるスペクトル分布５２をもつ光を放射する能力がある。この出願において、藍は、従来の青波長範囲よりも低い波長範囲での放射を意味するが、依然として可視である。光源２２，２３のスペクトル５１，５２と、従来の赤、緑及び青のカラーフィルタ２４，２５，２６の組み合わせは、２組の原色を生じる。第１の組は赤Ｒ、緑Ｇ及び青Ｂにより構成され、第２の組は黄Ｙ、シアンＣ及び藍ＤＰによりそれぞれ構成される。第１の光源５１と第２の光源５２を交互に選択する特殊な方式は、選択された第１の光源５１の赤Ｒ、緑Ｇ若しくは青Ｂの原色、又は、選択された光源５２の黄Ｙ、シアンＣ若しくは藍ＤＢの原色に対応した像データを用いるディスプレイパネルのサブピクセル２７，２８，２９の駆動方式と一緒になって、広色域型のディスプレイ装置を可能にする。多数の原色を用いて実現される色域は従来のＥＢＵカラートライアングルの色域よりも遙かに広くなる。図５は、四角形５３，５４，５５，５６によって示された４原色カラーディスプレイ装置の色域の一実施例と、対照用のＥＢＵトライアングル５７，５８，５９を表す。５原色又は６原色のカラーディスプレイ装置の場合、より広い色域が作られ、又は、色域と効率的な光スペクトルを有する利用可能な光源との間でより良好なトレードオフが成り立つ。

図６はこの方法によるディスプレイ装置の単一ピクセルの動作を概略的に表す。従来の像がＹ、Ｕ及びＶ、又は、赤、緑若しくは青の情報によって表現される場合を想定する。この情報は、ディスプレイ装置のサブピクセルのための適切な階調レベルに変換される。動作中に、表示されるべき像のフレームは、二つの期間、すなわち、サブフレームＴ１，Ｔ２に分割され、ここで、サブフレームは２つの光源のうちの一方が駆動され、第１又は第２のスペクトルの光を放射する期間に対応する。サブフレームＴ１において、ディスプレイパネルに光を当てるため光源ＬＳ１，ＬＳ２のうちの一方が選択され、ディスプレイパネルのピクセルのサブピクセルは、サブフレームＴ１及び選択された光源ＬＳ１と、カラーフィルタの配置に対するサブピクセルの位置とに関連した変換後の階調レベルで駆動される。同じサブピクセルは、もう一方のサブフレームＴ２内で時間的に順番に使用され、他の原色の変調も同様である。

一般に、サブピクセルＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３は、第１のサブフレームＴ１内で階調値Ｖ_１，１，Ｖ_２，１，Ｖ_３，１を用いてアドレス指定される。このサブフレームＴ１において、ディスプレイ装置のピクセルは、カラーフィルタと組み合わされた第１の光源ＬＳ１によって照明され、これにより、原色ｐ_１，１，ｐ_２，１，ｐ_３，１が選択される。第２のサブフレームＴ２において、ディスプレイ装置のサブピクセルＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３は、階調値Ｖ_１，２，Ｖ_２，２，Ｖ_３，２を用いてアドレス指定され、カラーフィルタと組み合わされた第２の光源ＬＳ２によって照明され、これにより、原色ｐ_１，２，ｐ_２，２，ｐ_３，２が選択される。階調値Ｖ１１；Ｖ２１；Ｖ３１を用いてサブピクセルＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３を駆動すると、原色の重み付き寄与度が得られる。ピクセルの色は、

によって与えられる重み付き総和から得られる。

両方の光源が白色を作り出すことを可能にするため、本質的に「白色」に見える光源のスペクトルを選択する方が有利であり、光源の白色点は互いに接近するように選択可能である。コントローラは、順次のサブフレームに対応した原色のためのディスプレイパネルのピクセルの変調レベルを調整するため設けられ、ルミナンス及び／又はクロミナンスの知覚される差が最小限に抑えられる。或いは、コントローラは、ディスプレイに光を当てる光源の白色点及びルミナンスが順次のサブフレームの間に互いに一致するように光源を駆動するため適合する。

光源が長時間に亘ってディスプレイパネルに光を当てる方式は、原理的に自由に選択できる。ディスプレイパネルの駆動は、たとえば、フラッシュバックライト方式ディスプレイ、スキャンバックライト方式ディスプレイ、又は、スクロール方式カラーディスプレイを形成するために、光源がパネルを照明する方法と組み合わされる。スクロール方式カラーディスプレイでは、両方の光源がディスプレイパネルの異なる部分を同時に照明する。

色割れは別個の原色が順序付けられたカラーシーケンシャルディスプレイ装置で発生する。明るく非飽和状態の色をもつ動く対象物により構成された像が表示される場合に、原色の時系列的な現れ方が原因となって、着色された輪郭が観察者に見えるようになる。たとえば、明るい白色対象物は、原色のそれぞれの寄与が均一であり、かなり大きい。ディスプレイを見ている観察者の目が対象物の動きを追跡し、サブフレームの寄与がそれらを表示している時間に補償されない場合に、サブフレームの寄与が別々に目に見え、輪郭を生じる。

色割れを低減するため、光源のスペクトルは、明るい非飽和状態の色がスペクトルのそれぞれを用いて作られ、すなわち、それぞれのスペクトルを用いて白色を作成することが可能であり、或いは、白色の作成に近づくように選択される。付加的なビデオ処理を用いて、二つの順次のサブフレームの知覚される差が最小になるように、階調レベルＶ_ｉ，ｊを選択することが可能である。これを実行するための一つの方法は、サブフレームのそれぞれにおいて、最も接近している可能性があるルミナンス及び色の取得を試みること、すなわち、サブフレームｊ及びｋのあらゆる組み合わせに対して、

を最適化することであり、式中、関数Ｆは知覚されるルミナンス、クロミナンス、又は、両方の組み合わせである。

図７は、異なるスペクトルで光を放射する能力を備えた２つの選択可能な光源７１，７２を具備するバックライトと、２つのカラーフィルタ７３，７４と、ディスプレイパネル７７と、コントローラ７８と、が設けられたカラーディスプレイ装置７０のさらなる一実施形態を表す。図８はこのディスプレイ装置の動作を概略的に表す。従来の像がＹ、Ｕ及びＶ、又は、赤、緑若しくは青の情報によって表現される場合を想定する。この情報は、ディスプレイ装置のサブピクセルのための適切な階調レベルに変換される。動作中に、表示されるべき像のフレームは、順次の期間、すなわち、サブフレームＴ１，Ｔ２に分割され、ここで、順次のサブフレームは、スペクトルＳＰ１，ＳＰ３；ＳＰ２，ＳＰ４をそれぞれに有する光が２つの光源のうちの一方によって放射される期間に対応する。サブフレームにおいて、コントローラ７８は、ディスプレイパネル７７のピクセル７５，７６に光を当てるため光源７１，７２の一方を選択し、選択された一方の光源７１，７２のスペクトルによって得られる原色とカラーフィルタ配置内のサブピクセルの適切な位置とに関連した変換後の階調レベルでディスプレイパネル７のピクセル７５，７６を駆動する。同じサブピクセルが順次のサブフレーム内の異なる原色の変調のため、時間的に順番に使用される。コントローラは、第１のサブフレーム内のピクセル７５，７６を階調値Ｖ_１，１，Ｖ_２，１でアドレス指定する。この第１のサブフレームにおいて、第１の光源がディスプレイ７７のピクセル７５，７５に光を当てる。カラーフィルタと組み合わせて、これは、原色ｐ_１，１，ｐ_２，１を発生させる。第２のサブフレームにおいて、コントローラ７８は、階調値Ｖ_１，２，Ｖ_２，２でディスプレイ７７のピクセル７５，７６をアドレス指定し、第２の光源はディスプレイ７７のピクセル７５，７５に光を当てる。カラーフィルタと組み合わせて、これは、原色ｐ_１，２、ｐ_２，２を発生させる。本実施形態では、第１の放射スペクトルは青及び黄のスペクトル成分ＳＰ１，ＳＰ３を有し、第２の放射スペクトルはシアン及び赤のスペクトル成分ＳＰ２，ＳＰ４を有する。カラーフィルタの透過率Ｔｘ及びＴｙはシアンと黄との間の緑領域で交差する。

透過スペクトルＴｘを有する第１のフィルタはサブフレーム１の青とサブフレーム２のシアンを透過する。同様に、透過スペクトルＴｙを有する第２のフィルタはサブフレーム１の黄とサブフレーム２の赤を透過する。白色点に近く、明るい、非飽和状態の色は、光源の両方のスペクトルを用いて作られる。バックライト７９は、たとえば、別々に選択可能なＬＥＤ７１，７２を具備する。本実施形態では、カラーフィルタ７３，７４は、ＲＧＢ型のソリューションの場合の３分の２ではなく、光の半分だけを吸収する。これは５０％の輝度の増加である。さらに、カラーフィルタ７３，７４は、直視型ＬＣＤにおける最も高価な部品であるので、カラーフィルタの削減によってコストが節約される。

ディスプレイ装置７７では、１ピクセル当たりに２つのサブピクセル７５，７６だけが必要である。これは、ピクセルアパーチャを増大させ、輝度を高くするため、又は、解像度を増大させ、ピクセル構造の可視性を下げるために使用できる。

このディスプレイ装置を用いて得られる４原色の色域は図９に示され、ＥＢＵカラートライアングルを包含するので、すべての従来の（ＲＧＢ）カラーを作成することが可能である。

図７に関連したディスプレイ装置は、色割れの可視性及びサブフレーム間のルミナンスのフリッカを調べるため、カラー陰極線管を備えたモニタ上でエミュレートされた。緑の原色の色域は広げられなかったことに注意すべきである。図１０に示されるようなカラーフィルタ配置は図７に関連して説明したような装置で使用されている。さらに、図１０は原色の選択を概略的に表す。第１のサブフレームＴ１において、コントローラ７８は、青のピークＢ及び黄のピークＹを有するスペクトルの光を放射する光源ＬＳ１を選択し、対応するフィルタ青−シアンＢ／Ｃ、黄−赤Ｙ／Ｒ、及び、黄−赤Ｙ／Ｒ、青−シアンＢ／Ｃがディスプレイのサブピクセルに関係する。光源ＬＳ２とフィルタ構造の組み合わせは、青及び黄の原色ＬＢ，ＬＹを生ずる。

第２のサブフレームＴ２において、コントローラ７８は、シアンのピークＣ及び赤のピークＲを有するスペクトルの光を放射する光源ＬＳ２を選択し、対応するフィルタＢ／Ｃ，Ｙ／Ｒ、及び、Ｙ／Ｒ，Ｂ／Ｃがディスプレイのサブピクセルに関係する。光源ＬＳ２とフィルタ構造の組み合わせは、シアン及び赤の光原色ＬＣ，ＬＲを生ずる。このカラーフィルタ配置は両方の方向でサブピクセルの白／黒ラインの正確な分解能を可能にする。

実験によってルミナンスのフリッカが７５Ｈｚのサブフレームレートで知覚されないことが分かった。

さらなる実施形態は図１１に関連して提示される。この実施形態に関連したディスプレイ装置は図７に関して説明したディスプレイ装置と類似しているが、第１の光源７１は赤のピークＲ１と青のピークｂ１を含むスペクトルの光を放射する能力があり、第２の光源７２は緑のピークＧ１を含むスペクトルの光を放射する能力がある。このカラーフィルタ配置は、緑のピークＧ１のスペクトルの波長範囲に関連した重なり合う領域で光を透過する緑部分とマゼンタ部分を有する。第１のサブフレームＴ１において、コントローラ７８は、赤のピークＲ１と青のピークＢ１を有するスペクトルの光を放射する能力がある光源ＬＳ１を選択し、対応するシアンとマゼンタのカラーフィルタＣＹ１及びＭＡ１はディスプレイのサブピクセルに関連する。光源ＬＳ１とフィルタ構造の組み合わせは、赤と青の原色ＬＲ１，ＬＢ１を生ずる。

第２のサブフレームＴ２において、コントローラ７８は、緑のピークＧ１を有するスペクトルで点灯する能力を備えた光源ＬＳ２を選択する。光源ＬＳ２とフィルタ構造の組み合わせは緑の原色ＬＧ１を生じさせる。

この配置は、共に緑を透過する重なり合いの広いカラーフィルタを使用する。連続するサブフレームのうちの一つだけで、バックライトは緑色を発生し、この緑色が同時に両方のサブピクセルを透過する。

この配置は、特に、直視型ＬＣＤ装置におけるＬＥＤバックライトのために有用であるが、その理由は緑ＬＥＤが十分に高い効率をもたないからである。現在のバックライト設計は、他の原色よりも２倍の量の緑ＬＥＤを使用する。今回の設計はそれを１：１：１の割合に戻す。このスペクトルの選択は色割れを防止しないことに注意すべきである。

色割れは、図１２に関連して示されるさらなる実施形態においてさらに低減される。その実施形態に関連したディスプレイ装置は図７に関して説明されたディスプレイ装置と類似している。しかし、第１の光源７１は赤のピークＲ３及び緑のピークＧ３を有するスペクトルの光を放射する能力があり、第２の光源７２は青のピークＢ４及び緑のピークＧ４を有するスペクトルの光を放射する能力がある。カラーフィルタ配置は、緑のピークＧ３，Ｇ４のスペクトルの波長範囲に関連した重なり合う領域で光を透過する緑部分及びマゼンタ部分を有する。

このソリューションは、緑ＬＥＤが時間の１００％でオン状態であるので、ブースティング（ｂｏｏｓｔｉｎｇ）にはあまり適当ではない。すべての他の方式は、より短いデューティサイクルを補償するため、ある種の形のブースティングを仮定する。本出願において、ブースティングは、光出力を高め、消費電力及び熱を所定の限界よりも低く保つために、ＬＥＤが公称電流よりも高い電流で短い間隔中にパルス化されることを意味する。

さらなる一実施形態は、蛍光バックライトが設けられた直視型ＬＣＤディスプレイ装置である。バックライトには、２組以上の蛍光ランプの組、たとえば、冷陰極蛍光ランプ、熱陰極蛍光ライト、又は、セラライト（ｃｅｒａｌｉｇｈｔ）の組が設けられる。各組は、適切なスペクトルを作るため、その固有の、調整された蛍光体の混合物のランプタイプを含む。ランプの組は順番に閃光させられる。ＬＣＤパネルは従来のＲＧＢパネルでもよい。

或いは、バックライトは２組以上のＬＥＤの組が設けられる。ＬＥＤの各組は、適切なスペクトルが作られるように選択される。たとえば、図２に関して説明されたディスプレイ装置のように、ある組は赤、緑及び青のＬＥＤにより構成され、ある組はシアン、藍及び黄のＬＥＤにより構成される。ＬＥＤの組は順番に閃光させられる。さらなる実施形態では、ディスプレイ装置は動的なバックライト制御手段が設けられ、組内のＬＥＤはピクチャ内容に応じて輝度が変えられ、又は、ディスプレイ装置は動的なスペクトル制御手段が設けられ、特定のスペクトルをもつ組を構成するＬＥＤの選択がピクチャ内容に応じて動的に行われる。

さらなる実施形態では、専用の２つのカラーフィルタの設計が従来のＲＧＢカラーフィルタパネルの代わりに用いられる。これは、明細書に提案されているような２つのサブフィールドと４原色によるソリューションでもよく、明細書に提案されているような２つのサブフィールドと３原色によるソリューションでもよく、又は、３つのサブフィールドと６原色によるソリューションでもよい。

スペクトルの全部において作成できない、より暗い非飽和状態の色の場合、一部のルミナンスのフリッカが発生するが、色割れはない。これはまた可視性も低下するが、その理由はルミナンスがあまり高くないからである。実験によれば、このルミナンスのフリッカは７５Ｈｚのフレームレートで消えることが分かった。上記の実施形態では、ＬＣＤ、ＬＣｏＳ、ＤＭＤのような反射型光弁パネルを透過型ＬＣＤの代わりに用いることが可能である。

反射型光弁ディスプレイパネルが設けられたディスプレイ装置では、フロントライトシステムに光源が設けられる。たとえば、ＣＣＦＬ、ＨＣＦＬ又はＬＥＤが設けられる。

さらに、ディスプレイ装置に、カラーフィルタ及びスペクトルシーケンシャル光源を備えた透過・反射型ディスプレイパネルを設けてもよい。バックライトが設けられたこのディスプレイ装置は色域が改良され、一方、低電力反射モードは、輝度の点でカラーフィルタのスペクトル幅を有利に活かす。

さらなる一実施例において、ディスプレイ装置にカラーフィルタ及びスペクトルシーケンス光源を備えた散乱式ディスプレイパネルを設けてもよく、この散乱型ディスプレイパネルは光散乱式光学スイッチ、たとえば、散乱式光ガイドに基づいている。

異なる別々のスペクトルを有する光源を備え、カラーフィルタを備えていない上記のディスプレイ装置の実施例において、光学式光ガイドは、正しい原色を正しいサブピクセルへ届ける役割を担う。

さらに、このディスプレイ装置は、空間的、時間的に変調されたバックライトと組み合わせることが可能であり、バックライトのスペクトル、色及び輝度がピクチャ情報に応じてセグメント単位で制御される。

提案されたディスプレイ装置の効果は以下の通りである。

ディスプレイ装置は色割れを実質的に低減する。これは、特に、現在のカラーシーケンシャルディスプレイを用いるならば、通常は色割れ問題を生じる高輝度の非飽和状態の色の場合に顕著である。

従来のＲＧＢ又は３原色のディスプレイ装置を用いてより広い色域が得られる。

ディスプレイ装置は、赤、緑及び青を得るための従来のモザイクフィルタが設けられた従来のＬＣＤパネルを用いて実現できるので、ＬＣＤパネルに殆ど変更を加える必要がない。

明るい周囲光条件の場合、カラーシーケンシャルスイッチングは、ディスプレイ装置がすべての光源によって同時に照明されるようにスイッチをオフ状態にすることができる。カラーフィルタが存在するので、色域は現在のレベルに戻るが、ルミナンスは高い。

２つのカラーフィルタ型のソリューションを用いることによりコストをより削減することが可能である。製造プロセスは簡単化される。

２つのカラーフィルタ型のソリューションを用いることによりピクセルアパーチャをより高くすることが可能である。ＴＦＴ（アクティブマトリクス内の薄膜トランジスタ）とアクティブマトリクス型ＬＣＤのための配線によって占められる面積は、１ピクセル当たりのサブピクセル数が少なくなるので小さくなる。これにより、全体的な輝度が高くなる。

上記の結果として、より高い解像度が２つのカラーフィルタ型のソリューションを用いて実現され得る。

２つのカラーフィルタ型のソリューションを用いることにより阻止される光が少なくなる。通常のＲＧＢフィルタでは３３％であるのに対し、光の５０％だけがカラーフィルタによって吸収される。このため、全体的な輝度が５０％増加する。

ディスプレイシステムのさらに有利な実施形態は、図２に関して説明したような２つの別々に選択可能な光源、ディスプレイパネル、及び、制御パネルと、図１３、１４、１５又は１６に示された３つのサブピクセルフィルタ型の配置のうちの一つの配置と、を具備する。これらのディスプレイシステムでは、第１の光源は赤及びシアンのそれぞれの波長範囲の付近にピークの中心が位置するスペクトル分布を有する光を放射する能力を備え、第２の光源は黄−緑と青のそれぞれの波長範囲にピークがあるスペクトル分布を有する光を放射する能力を備えている。たとえば、第１の光源のスペクトル分布のピークは、約６１０ｎｍ及び５００ｎｍのそれぞれに中心があり、第２の光源のスペクトル分布のピークは、約５６０ｎｍ及び４５０ｎｍのそれぞれに中心がある。コントローラは、図６及び７の記載と共に説明したように表示されたシーケンシャル画像データに関連して光源のうちの一方を交互に選択する。バックライトコントローラは、白色フィルタによって通される放射の強度及び白色点が一致するように、順次に選択された光源の強度を動かしてもよい。これは色割れ及びフリッカが低減されるという効果を奏する。

図１３は、各ラインＬ１，Ｌ２が青−シアン色フィルタＢＣと白色フィルタＷと緑−赤色フィルタＧＲの隣接した三つ組により構成され、青−シアン色フィルタＢＣが光源のスペクトルの青−シアン部分を透過し、白色フィルタＷが光源のスペクトル全体を透過し、緑−赤色フィルタＧＲが光源のスペクトルの緑−赤部分を透過するストライプフィルタ配置を表す。

図１４は、各ラインＬ１，Ｌ２が図１２に示された配置と同様のフィルタの連続した三つ組により構成され、ただし、ラインＬ１の三つ組内の青−シアン色フィルタＢＣと緑−赤色フィルタＧＲの位置が連続したラインＬ２の青−シアン色フィルタＢＣと緑−赤色フィルタＧＲの位置に対して入れ替えられたストライプフィルタ配置を表す。

これらの二つのフィルタ構成は、従来のストライプフィルタプロセスで製造できる点が有利である。

図１５は、各ラインＬ１，Ｌ２が青−シアン色フィルタＢＣと白色フィルタＷと緑−赤色フィルタＧＲの隣接した三つ組により構成され、緑−赤色フィルタＧＲと青−シアン色フィルタＢＣが互いに接し、一緒になって白色フィルタＷを取り囲むフィルタ配置を表す。白色フィルタの面積は緑−赤色フィルタＧＲ及び青−シアン色フィルタＢＣのそれぞれの面積よりも小さい。

図１６は、青−シアン色フィルタＢＣと白色フィルタＷと青−シアン色フィルタＢＣの連続した三つ一組を有する互い違いの第１のラインＬ１及び第２のラインＬ２により構成されたデルタ−ナブラ型フィルタ配置を表す。第１のラインＬ１及び第２のラインＬ２のそれぞれにおいて、ピッチＰは同一ライン上の三つ組内の２つの連続したフィルタの中心間の距離を表す。この配置において、第１のラインＬ１の三つ組は、第１のラインＬ１に隣接する第２のラインＬ２の三つ組に対して１．５Ｐの距離で位置がずれる。

このフィルタ構成の利点は従来の製造プロセスが使用できることである。さらに、従来のアクティブマトリクス駆動平面がこのディスプレイ装置を製造するため用いることができる。デルタ−ナブラ型フィルタ配置のさらなる利点は、スケーリングアルゴリズムが画像データに対して適切であるときに、より高分解能のルミナンスが得られることである。

これらのフィルタ構造のさらなる利点は、理論的に２００％の輝度の改善が達成されることである。この輝度の増加によりバックライトの電力の削減が可能になる。

これらのタイプのシーケンシャルディスプレイ装置における連続的なサブフレーム間のカラー又はクロミナンスフリッカを低減させるため、駆動方式が以下の方法に従って最適化される。

ピクセルの色ｃがＸＹＺ空間内で、

として定義されるものとする。

像が、たとえば、ＲＧＢのような別の空間内で表現されるならば、この表現は、従来型の３×３マトリクス乗算を用いてＸＹＺに変換される。

多原色駆動ベクトルｐは、

によって与えられる。

この駆動ベクトルｐはサブフレームのための第１の組と第２の組（ｐ^Ａ，ｐ^Ｂ）に分割される。駆動値は、零（完全にオフ状態、最小の明るさ）と１（完全にオン状態、最大の明るさ）との間に制約され、
０≦ｐ_ｘ≦１
である。

原色の色点は変換マトリクスＴに集められ、

によって与えられる。

ここでも、二つの連続したサブフレームのために二つの組（Ｔ^Ａ．Ｔ^Ｂ）に分割される。

駆動ベクトルｐは色方程式：

を満たし、式中、ｃは表示対象の色を表し、Ｔは変換マトリクスを表し、ｐは駆動ベクトルを表し、εは色表現中の誤差を表す。色域内の色に対して、表現中の誤差εは零である。この色域で表現できる色の外側の色に対して、誤差は周知の色域マッピング技術を用いて最小限に抑えられる。

さらに、色ｃは、二つのサブフレームの間でｃ^Ａ及びｃ^Ｂとして分割され、

によって与えられる。

知覚的な観点からできるだけ邪魔にならないように、両方のサブフレームに表される色ｃ^Ａ及びｃ^Ｂは、ルミナンス及びクロミナンスにおいて実質的に一致すべきである。

この条件は、高輝度で邪魔になるサブフレームにおける差に起因するフリッカを防止する。この条件は、また、ディスプレイ装置のカラーシーケンシャル動作が原因となる色割れ、すなわち、アーティファクトとして知られているカラーフラッシュ効果を防止する。

勿論、これはすべての色に対して可能であるということはなく、その理由はスペクトルに対する個々の色域が同じではないからである。もし、個々の色域が同じであるならば、スペクトルシーケンシャルによるアプローチは増加しないであろう。それにもかかわらず、大部分の色に対して、色域は重なり合う。

図１７は、図７に関して説明したように２つの選択可能な光源及び２つのカラーフィルタを備えるディスプレイシステムによって得られる色域を表す。色域は擬似的な２次元色空間に表される。原色に関連したルミナンスは垂直軸に表されている。

ベクトルｐ_ａ及びｐ_ｂはスペクトル１に対する所定の原色であり、ｐ_ｃ及びｐ_ｄはスペクトル２に対する所定の原色である。このベクトルは、ディスプレイの対応したサブピクセルの完全な駆動時における原色の色点を表現する。多角形Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３，Ｇ０４，Ｇ０５；Ｇ０６；Ｇ０７；Ｇ０８は、このディスプレイシステムを用いて作ることができる色域のポリトープ（ｐｏｌｙｔｏｐｅ）である。

図１８は、所定の色の組ｐ_ａ、ｐ_ｂ、ｐ_ｃ及びｐ_ｄを得るため、それぞれに２つの光源の両方のスペクトルを用いて作ることができる色域の一実施例を表す。両方のスペクトルの白色点はクロミナンス及びルミナンスが同じである。これは重なり合いが大きいときに重要であり、フリッカが最もよく目に見える最大の白色に対するフリッカが最大限に低減される。境界のボックスＰ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４；Ｐ０１，Ｐ１０，Ｐ０３，Ｐ１１は、それぞれ、個別のスペクトル１及び２を用いて実現可能な色域を表す。両方のボックスの共通部分である陰影付きのボックスＰ０１，Ｐ２０，Ｐ０３，Ｐ２１は、両方のスペクトルのルミナンスとクロミナンスが一致する場合に実現可能な色域のポリトープを表す。

ｃ^Ａとｃ^Ｂとの間の差を計算するための色変換マトリクスＳは、

によって与えられ、差ｄは、

として定義される。

ルミナンスの一致とクロミナンスの一致を達成することが不可能であるならば、ルミナンスの一致が優先され、クロミナンスの最小限の誤差が許容されるが、その理由は、ヒトの視覚系は後者の方の影響を受け難いからである。この最小化は、サブフレーム間のルミナンスのフリッカを依然として防止する。クロミナンスの最小誤差の範囲内で、色割れは実質的に低レベルである。

図１９は、同じ原色の組ｐ_ａ、ｐ_ｂ、ｐ_ｃ及びｐ_ｄに対して二つの順次のサブフレーム内の等しいルミナンスを用いて作ることができる色域を示す多角形Ｐ０１，Ｐ３０，Ｐ３１，Ｐ０３，Ｐ３２，Ｐ３３を表す。

最終的に、やはりルミナンスの一致が不可能であるならば、この条件は放棄され、二つのサブフレーム間のルミナンスとクロミナンスの誤差が最小限に抑えられる。

図２０は、参照用の同じ原色の組ｐ_ａ、ｐ_ｂ、ｐ_ｃ及びｐ_ｄに対する両方のサブフレームにおける色域全体を示す多角形Ｐ０１，Ｐ４０，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ０３，Ｐ４３，Ｐ４４，Ｐ４５を表す。多角形Ｐ０１，Ｐ４０，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ０３，Ｐ４３，Ｐ４４，Ｐ４５と、多角形Ｐ０１，Ｐ３０，Ｐ３１，Ｐ０３，Ｐ３２，Ｐ３３によって指定されたルミナンスが一致する色域との間の差は最小限である。差は高度に飽和した原色が必要とされるときに発生する。この差はフリッカ及び／又は色割れに殆ど影響を与えないが、その理由はこの差が高輝度ではない色に対して発生するからである。

要約すると、色割れを低減させるために、最初に、順次のサブフレームにおけるクロミナンスの一致とルミナンスの一致の条件が適切な色を選択することにより追求され、それが不可能であるならば、順次のサブフレームにおけるルミナンスの一致とクロミナンスの最小限誤差の条件が追求され、それが不可能であるならば、順次のサブフレームにおけるクロミナンスとルミナンスに対する誤差が追求される。

さらに、シーケンシャル動作は、フリッカを防止するために高速応答時間を備えたディスプレイパネルを必要とする。初期実験によって、７５Ｈｚのフレームレートは、サブフレームの一方だけに発生する非常に飽和した色に対するルミナンスのフリッカが目に見えないので許容可能であることが分かった。しかし、このフレームレートは、純粋なカラーシーケンシャル動作に必要とされるフレームレート（ＲＧＢの場合に１５０−１８０Ｈｚ、或いは、５原色の場合に２５０−３００Ｈｚ）よりも依然としてかなり低い。

ディスプレイ装置の多原色特性は変換表示処理を必要とし、像のＹＵＶ又はＲＧＢ表現を原色のそれぞれに対して適切な階調レベル駆動値に変換しなければならない。

一例は引用された国際公開第０１／９５５４４号に開示されている。

本発明は、光弁ディスプレイパネルと、光弁ディスプレイパネルに光を当てる光ビームを供給する照明手段と、光ビームのスペクトルを時間的な順序及び空間的な順序で制御する制御手段と、を具備する広色域型ディスプレイ装置に関係する。ディスプレイ装置の原色は、色割れの低減を可能にする時間的な順序及び空間的な順序で選択可能である。この種のディスプレイ装置は、高輝度レベルで３原色カラー（ＲＧＢ）ディスプレイよりも広い色域を表示する能力を備えている点で有利である。このディスプレイ装置は広い色域を提供し、高輝度と低コストの選択の余地がある。これは、スペクトル及び色が制御され、適当な高フレームレートで循環するアクティブバックライトを備えた透過型、透過・反射型、又は、反射型ディスプレイパネルを用いて実現される。ディスプレイ原色は、空間的に、たとえば、カラーフィルタ及び／又は光学系によって選択され、時間的に、たとえば、スペクトルシーケンシャル方式で選択される。シーケンシャル動作は色割れを生じさせない。提案されたディスプレイは、従来のＲＧＢ方式ＬＣＤパネルの場合でも、バックライトだけに変更を加えて、パネルに変更を加えることなく、広い色域を得ることができる。

明らかに多数の変形が請求項に記載された事項の範囲を逸脱することなく本発明の範囲内で実現可能である。

ディスプレイ装置のカラーシーケンシャル動作の説明図である。 ３つのサブピクセルフィルタからなる配置と２つの光源とを具備するディスプレイ装置の概略図である。 ｎ個の光学ガイドと放射スペクトルが異なるｍ個の光源とを具備するディスプレイ装置の概略図である。 所定の原色の組を得るためのカラーフィルタと光源のスペクトルの組み合わせの説明図である。 ４原色によって生じた広色域の一実施例の説明図である。 ディスプレイ装置のスペクトルシーケンシャル動作の駆動方式の説明図である。 ２つの光源と２つのサブピクセルカラーフィルタからなる配置とを具備するディスプレイ装置の概略図である。 ２つのカラーフィルタと２つの光源とを具備する第１の実施形態によって得られる４原色の説明図である。 図７に関して説明された実施形態の入手可能な色域の一実施例の説明図である。 ２×２型ピクセル構造の一実施例の説明図である。 ２つのカラーフィルタと２つの光源とを具備する第２の実施形態によって得られる３原色の説明図である。 ２つのカラーフィルタと２つの光源とを具備する第３の実施形態によって得られる３原色の説明図である。 ディスプレイ装置のカラーフィルタ配置の様々な実施例の説明図である。 ディスプレイ装置のカラーフィルタ配置の様々な実施例の説明図である。 ディスプレイ装置のカラーフィルタ配置の様々な実施例の説明図である。 ディスプレイ装置のカラーフィルタ配置の様々な実施例の説明図である。 １組の原色に対する２つの選択可能な光源と２つのカラーフィルタとを具備するディスプレイシステムによって得られる色域の説明図である。 １組の原色に対する二つの順次サブフレーム内のクロミナンスとルミナンスを一致させて得られた色域の説明図である。 １組の原色に対する二つの順次サブフレーム内のルミナンスを一致させて得られた色域の説明図である。 １組の原色に対する両方のサブフレーム内の色域全体の説明図である。

符号の説明

２０ 透過型ディスプレイ装置
２１〜２３ 光源
２４〜２６ カラーフィルタ
２７〜２９ サブピクセル
３０ 透過型ディスプレイ
３１、３２ 光源
３３〜３８ ＬＥＤ
３９〜４４ 光学ガイド
４８〜５０ 透過スペクトル
７０ カラーディスプレイ装置
７１〜７２ 光源
７３〜７４ カラーフィルタ
７５〜７６ ピクセル
７７〜７８ ディスプレイパネル

Claims (17)

1. カラー画像を表示するカラーディスプレイ装置であって、
   複数の画素が設けられたディスプレイパネルと、
   所定の放射スペクトルを有する少なくとも２つの選択可能な光源と、
   前記選択可能な光源との組み合せで前記ディスプレイパネルに原色を生成することができる色選択手段と、
   第１の期間及び第２の期間のそれぞれの間に前記選択可能な光源のうちの一つを交互に選択し、前記選択可能な光源を用いて得られる前記原色に対応した画像情報を前記画素の一部分に供給するためアレンジされた制御手段と、
   を備える、カラーディスプレイ装置。
2. 前記色選択手段が、前記選択可能な光源の前記放射スペクトルのそれぞれとの組み合せで第１の光源を選択することにより得られる第１の原色のグループと第２の光源を選択することにより得られる第２の原色のグループとを生ずる所定の透過スペクトルを有する少なくとも２つのカラーフィルタを備える、請求項１に記載のカラーディスプレイ装置。
3. 各カラーフィルタが前記画素の一部分と関連付けられ、
   前記制御手段が、第１の期間中に、前記第１の光源を選択し、それぞれのカラーフィルタに関連付けられた前記画素の一部分に前記第１のグループのそれぞれの原色に対応した画像情報を供給し、
   第２の期間中に、前記第２の光源を選択し、それぞれのカラーフィルタに関連付けられた前記画素の一部分に前記第２のグループのそれぞれの原色に対応した画像情報を供給するためアレンジされる、
   請求項２に記載のカラーディスプレイ装置。
4. 前記色選択手段が２つのカラーフィルタを備え、
   前記第１の原色のグループが赤及び緑を含み、
   前記第２の原色のグループが緑及び青を含む、
   請求項２に記載のカラーディスプレイ装置。
5. 前記色選択手段が２つのカラーフィルタを備え、
   前記第１の原色のグループが青及び黄を含み、
   前記第２の原色のグループがシアン及び赤を含む、
   請求項２に記載のカラーディスプレイ装置。
6. 前記第１の光源が赤の波長範囲及びシアンの波長範囲のそれぞれの付近にピークの中心が位置するスペクトル分布を有する放射線を放射する能力を備え、
   前記第２の光源が緑−赤の波長範囲及び青の波長範囲の付近にピークの中心が位置するスペクトル分布を有する放射線を放射する能力を備えている、
   請求項１に記載のカラーディスプレイ装置。
7. 前記色選択手段が、各ラインに青−シアン色フィルタ、白色フィルタ及び緑−赤色フィルタの連続した三つ組が設けられた多数のラインを備えるフィルタ配置を具備し、
   前記青−シアン色フィルタが前記放射線のスペクトルの青−シアン部分のための通過帯域を有し、
   前記白色フィルタが前記放射線のスペクトルの可視部分のための通過帯域を有し、
   前記緑−赤色フィルタが前記放射線のスペクトルの緑−赤部分のための通過帯域を有する、
   請求項６に記載のカラーディスプレイ装置。
8. 第１のラインの前記三つ組内の前記青−シアン色フィルタ及び前記緑−赤色フィルタのそれぞれの位置が、前記第１のラインに連続した第２のラインの前記三つ組内の前記青−シアン色フィルタ及び前記緑−赤色フィルタのそれぞれの位置に対して入れ替えられる、請求項７に記載のカラーディスプレイ装置。
9. ラインが連続した三つ組を備え、
   前記緑−赤色フィルタ及び前記青−シアン色フィルタが互いに接し、一緒になって前記白色フィルタを取り囲む、
   請求項７に記載のカラーディスプレイ装置。
10. ピッチＰが前記三つ組内の２つの連続したフィルタの中心間の距離を表し、
    第１のラインの前記三つ組が前記第１のラインに連続した第２のラインの前記三つ組に対して前記ピッチＰの１．５倍の距離で位置がずれている、
    請求項７に記載のカラーディスプレイ装置。
11. 前記色選択手段が３つのカラーフィルタを備え、
    前記第１の原色のグループが赤、緑及び青を含み、
    前記第２の原色のグループがシアン、藍及び黄を含む、
    請求項２に記載のカラーディスプレイ装置。
12. 一体的に組み合わされた前記第１のグループの原色が実質的に白色を形成し、
    一体的に組み合わされた前記第２のグループの原色が実質的に白色を形成し、
    前記制御手段が、前記二つの順次の期間におけるルミナンス及び／又はクロミナンスの知覚される差が最小化されるように、前記二つの順次の期間に対応した前記原色に対して前記ディスプレイパネルの変調レベルを調整するためアレンジされる、
    請求項３に記載のカラーディスプレイ装置。
13. 前記制御手段が、前記二つの順次の期間に対応して得られた原色のルミナンス及び／又はクロミナンスの知覚される差を最小化されるように、前記ディスプレイパネルの変調レベルを調整するためアレンジされる、請求項１２に記載のカラーディスプレイ装置。
14. 前記制御手段が、前記二つの順次の期間に対応した前記ディスプレイパネルの照明のルミナンス及び／又はクロミナンスの測定された差を最小化されるように、順次に選択された光源の輝度レベルを調整するためアレンジされる、請求項１２に記載のカラーディスプレイ装置。
15. 前記色選択手段が、前記光源の一方からの光を、前記原色のうちの一つに対応した前記画素の一部分へ案内する光ガイドを備える、請求項１に記載のカラーディスプレイ装置。
16. 前記光源が蛍光ランプ又は発光ダイオードを備える、請求項１に記載のカラーディスプレイ装置。
17. カラー画像を表示するカラーディスプレイ装置を作動させる方法であって、
    順次の第１の期間及び第２の期間に異なる所定の放射スペクトルを有する光を発生するステップと、
    選択された光源から発生した光をフィルタリングし、前記順次の期間中にディスプレイパネル上に原色を生成するステップと、
    前記順次の期間に関連した前記原色に対応した画像情報をカラーディスプレイパネルの部分に供給するステップと、
    を含む方法。

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