JP2008523452A - ディスプレイのためのピクセル・レイアウト - Google Patents

Abstract

ピクセル式ディスプレイのための改良されたサブピクセル配列。ここで、黄色のサブピクセルが青のサブピクセルによって囲まれた十字型の要素がディスプレイの表面にわたって分布させらされる。さらに、赤と緑のサブピクセルは、前記十字型要素を含むピクセルの三つの隣接する行および三つの隣接する列から白色光が放出されるように配列されることができる。

Description

ピクセル式カラーディスプレイは、たとえばカラー画像を表示するために使われるいくつかの異なる色のサブピクセルを有する。サブピクセルは典型的にはディスプレイにおける最小のスイッチング可能単位である。異なるサブピクセルの発光強度を制御することによって、ディスプレイがカラー画像を生成する。テレビ画面のような伝統的なディスプレイは、三つの異なる型のサブピクセルを有し、各型がそれぞれディスプレイ三原色、赤（R）、緑（G）、青（B）の一つを発することができる。これらのサブピクセルはピクセルにまとめられる。たとえば、各ピクセルは、各サブピクセル型を一つ含む。見る者は、各サブピクセルの三原色の寄与から、フルカラーピクセルを観察することになる。

本記載の背景では、ピクセルは機械的な単位というよりは論理的な単位である。ピクセルは異なる色のサブピクセルを含んでいる構成単位と見ることができ、各サブピクセルは一つの色をもつ、すなわち一つの色を発することができる。このピクセルすなわち構成要素が表面上で繰り返されてディスプレイを形成する。換言すれば、ピクセルは、ディスプレイ表面にわたって繰り返されることにより、それだけでフルカラー画像を生成する表面を形成できる最小単位とも見ることができる。さらに、サブピクセルの強度は制御信号によって制御可能である。各サブピクセルは別個の制御信号によって制御することもできるが、通例、いくつかのサブピクセルを同じ制御信号で制御することが有利である。同じ制御信号によって制御されるサブピクセルは、みな同じピクセルに属するものでもよいし、異なるピクセルに属することもある。

色とは、有彩色および無彩色の内容の任意の組み合わせからなる視覚的な知覚の属性として定義される。この属性は、たとえば黄、橙、茶、赤、ピンク、緑、青、紫のような色彩名によって、あるいはたとえば白、灰色、黒のような無彩色の名前によって記載され、たとえば明るい、ぼんやりした、薄い、暗いなどによってまたはそのような名前の組み合わせによって限定される。

知覚される色は、色刺激のスペクトル分布と、刺激領域の大きさ、形、構造および周囲と、観察者の視覚系の適応状態と、観察者による支配的な状況および同様の状況の観察の経験とに依存する。

目の網膜では、三つの異なる型の光センサーがある。これらのセンサーは、それぞれ長波長（L）、中間波長（M）および短波長（S）に感度をもつL錐体、M錐体およびS錐体と呼ばれる。各型のセンサーは、ニューロンで脳につながっている。光が錐体に入射すると、錐体は、その光の波長に感度をもっていれば、脳にパルスを送りはじめる。より多くの光が錐体に入射するほど、錐体はより迅速にパルスを送る。

目にはいる光の色は、三つの型の錐体のそれぞれが脳に送るパルスの相対量によって判別される。たとえば青い光（波長約400〜450nm）はL錐体やM錐体よりもS錐体からのスパイクを多く生じる。

人間の目は三つの型の錐体しかもたないため、同じ色感覚を与える多くの異なる光スペクトルがある。たとえば、日光と蛍光灯の光はいずれも白色として知覚されるが、日光は各波長についてほぼ等しい強度の非常に幅広いスペクトルを有しているのに対し、蛍光灯のスペクトルは若干のピークをもつだけである。異なる光スペクトルが同じ色感覚を与えるというこの効果は条件等色（metamerism）と呼ばれ、同じ色感覚を与える二つのスペクトルはメタマー（metamers）と呼ばれる。

三つの型の錐体しかないことのもう一つの効果は、二つの光源の相対強度を変えながら両光源の光を足し合わせることによって種々の色を作れるということである。赤い光と緑の光が混合されれば、黄色として知覚されうる。赤い光を発する第一の光源を最大強度に設定し、緑の光を発する第二の光源を強度0に設定し、赤い光の強度を下げる一方で緑の光の強度を上げるとすると、色は赤から橙、黄そして最後には緑へと変化する。ディスプレイは、通例赤、緑および青の三原色のみを使って多くの色を作り出すのにこの原理を使っている。

人間の目は、各波長の光を同じ明るさでは見ない。スペクトルの両端は中央よりも暗く見られる。換言すれば、所与のエネルギー強度の緑の波長は、赤または青の同じエネルギー強度に比べて明るく知覚される。さらに、S錐体の配位のため、青い色は赤い色よりもさらに暗く見える。青い光が緑の光と等しい明るさとして知覚されるためには、青い光は緑の光に比べて約10倍のエネルギーを含まなければならない。

人間の目にはいる光から得られる色感覚を予測するために、いくつかのモデルが開発されてきた。これらのモデルの一つで最も普通に知られているのがCIE1931モデルであり、CIE（Commission Internationale d'Eclairage――International Commission on Illumination［国際照明委員会］）によって標準化されているものである。これは、あるスペクトルをもつ光について、三刺激値X、Y、Zをそれぞれ計算するのに使える、標準観察者についての三つのスペクトル等色関数（spectral matching functions）を定義している。色覚の主題は、たとえば、Roy S. Berns, Fred W. Billmeyer, and Max Saltzman; Billmeyer and Saltzman's Principles of Color Technology, 3rd Edition; ISBN0-471-19459-Xでさらに解説にされている。

理想的なディスプレイでは、できるだけ多くの表示列および行に沿って色誤差なしに白色光を生成できることが通例有益である。このことは、たとえば、入力ビデオ／画像信号が、ディスプレイのサブピクセル・レイアウトにマッピングされるよう変換される、サブピクセル・レンダリングの諸方法において使われる。これらの方法は当業者には広く知られている。

従来式のRGBディスプレイは、縞状のピクセル・レイアウトを使う。その場合、赤一つ、緑一つ、青一つのサブピクセルを有するピクセルは、互いに水平方向に隣り合わせて配列されるので、３つごとに同じ色のサブピクセルが現れる多色の行および単色の列がディスプレイ上に形成される。この縞状配列は、簡単なアレイ設計、簡単な製造手順および簡単な駆動回路につながるが、色均一性は貧弱である。

従来技術によれば、上記の縞配列は、サブピクセルを上下の行に比べて1列ずらすことにより、モザイク配列に修正できる。これは簡単なアレイ設計およびよりよい色均一性につながるが、製造手順はより困難になり、駆動回路はより複雑になる。

あるいはまた、縞状配列は、サブピクセルを1行おきに1.5サブピクセルの幅だけずらすことによって、デルタ・ナブラ配位に修正される。これはさらによい色均一性および簡単な駆動回路につながるが、より困難な製造手順およびより複雑なアレイ設計という代償を伴う。

商業的な要求を満たすため、よりよい鮮鋭さと改良された均一性をもってより明るい映像を投影する画像表示システムを作り出すという絶えざるねらいがある。

上記の問題を解消または少なくとも軽減するディスプレイを提供することが本発明の一つの目的である。

本発明は、ディスプレイ一般、具体的にはピクセル式ディスプレイ、たとえば液晶ディスプレイ（LCD）、プラズマディスプレイパネル（PDP）、有機発光ディスプレイ（OLED）のほかポリマー発光ダイオード（PLED）ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（FED）および箔（foil）ディスプレイの分野に関する。

本発明は、二つの異なる色のサブピクセルからなる次の十字型の要素：
Ｃ２
Ｃ２ Ｃ１ Ｃ２
Ｃ２
をディスプレイ上に反復的に形成することによって、ディスプレイのパフォーマンスが改良できるという洞察に基づいている。Ｃ１は第一の色を発するサブピクセル、Ｃ２は第二の色を発するサブピクセルである。Ｃ１およびＣ２は、合わせて白色光を生成できるように選ばれる。

本発明の一つの目的は、付属の請求項１に基づくディスプレイによって達成される。好ましい実施形態は従属請求項において定義されている。

その一つの側面によれば、本発明は、サブピクセルの配列を有するディスプレイであって、該配列においては、第一の色をもつ第一のサブピクセルが、第一および第二の次元方向に沿って隣接する第二の色をもつ第二のサブピクセルによって囲まれているようなディスプレイを提供する。第一の色および第二の色は、合わせて白色光を生成できるように選ばれる。第一および第二の次元方向は、任意の角度で交わることができる。さらに、前記第一および第二の方向は必ずしも直線ではない。

本発明の上記の側面に付随する一つの利点は、二種類のサブピクセルしか使わずに、二つの次元方向に沿って白色光が生成できるということである。もう一点は、前記囲んでいるサブピクセルの知覚される明るさが望ましくないほど低いことを補償するために、該囲んでいるサブピクセルの合計面積よりも前記第一のサブピクセルの面積を小さくできるということである。

有利には、前記二つの次元方向は直交する。そうすればディスプレイの行および列に沿った白の生成が容易になる。

有利には、前記第二のサブピクセルの少なくとも一つは、前記次元方向の一つに沿って、第三の色をもつ第三のサブピクセルと第四の色をもつ第四のサブピクセルとの間に配置される。前記第三のサブピクセルおよび第四のサブピクセルは、前記第二のサブピクセルとともに白と知覚される光を発することができるように選ばれる。これにより、追加的な線に沿っての白色光の生成が可能になる。これは、前記第二のサブピクセルのそれぞれが、前記次元方向の一つに沿って、前記第三の色をもつサブピクセルと前記第四の色をもつサブピクセルとの間に配置される場合にさらに改善される。

好ましくは、前記第一の色は黄色で、前記第二の色は青である。それにより、青と知覚される放射エネルギーに対して人間の目の感度が低いことを、青のサブピクセルの面積が広いことで補償できる。さらに、青および黄色のサブピクセルの組み合わせは、PolyLEDディスプレイに関して有利である。現在のところ、PolyLEDディスプレイを作成するとき、効率的な赤のサブピクセルを作ることとともに十分な寿命のある青のサブピクセルを作ることが難しいのである。他方、非常に明るくて非常に長寿命の、たとえば生産される赤および緑のサブピクセルの寿命に比べて二倍の長さの黄色のサブピクセルを作ることは可能である。したがって、黄色のサブピクセルは赤のサブピクセルの不十分さを補償できる。さらに、より多数の青のサブピクセルを使うことによって、その少なくとも一つがある時間長持ちする統計的確率が増す。

有利には、前記青のサブピクセルは、前記次元方向の一つに沿って、赤のサブピクセルと緑のサブピクセルとの間に、たとえば：
Ｒ Ｂ
Ｂ Ｙ Ｂ
Ｇ Ｂ
のように配列される。ここで、中央のピクセルは黄色（Ｙ）である。よって、白色光は、十字型の要素によってのみならず、ピクセルの左の列によっても生成できる。あるいはまた、前記青のサブピクセルの全部がそれぞれ赤と緑のサブピクセルの間に配置されてもよい。この実施例に基づくサブピクセル配列は次のようなものである：
Ｒ Ｂ Ｇ
Ｂ Ｙ Ｂ
Ｇ Ｂ Ｒ
これは、ピクセルの三つの異なる行および三つの異なる列において白色光を生成する可能性を与える。ピクセルの大きさは一定とすれば、ピクセル中の異なる行または列に沿って白色光を生成する可能性が多いほど、そのピクセルは鮮鋭に知覚される。さらに、同じ色のサブピクセルは十分離間しており、ピクセルはより均一であると知覚される。

四色ディスプレイを使うときは、三色の画像／ビデオ信号（RGB、YUVなど）をディスプレイが必要とする四色（RGBY）に変換する色変換が必要とされる。これは当業者には既知である。

サブピクセルはいかなる形でもよいが、製造の段になると、そのすべてが実際的ではない。対称的なピクセル、すなわち等しく配列された行および列をもつピクセルを含む配列では、ピクセルは好ましくは正方形である。ピクセルが非対称のときは長方形ピクセルを使用するのが好ましい。諸サブピクセルの大きさは、ディスプレイの全体的な色が白、たとえば色温度D65となるようにすべきである。

有利には、同じ色をもち、同じ十字型要素に属するすべてのサブピクセルは同じ制御信号によって制御される。二つの隣接する十字型要素が1つのサブピクセルを共有していれば、制御信号はしかるべく、好ましくは両方の十字型要素を互いに独立に制御できるように調整される必要がある。

本発明の概要は、異なる色のサブピクセルが均一に分布するようにサブピクセルを配列することである。さらに、サブピクセルは、製造コストなどを考慮して、ピクセルの望むだけ多くの方向に沿うものが合わさって白色光を生成できるように配列される。これは好ましくは、二つの補色関係にあるサブピクセルを十字型の様式に配列し、前記十字型の要素をディスプレイ表面上にわたって分布させ、十字型要素の間の空の位置を赤および緑のサブピクセルで埋めることによって達成される。

これらのことを含む本発明のさまざまな側面は、以下に記載される実施形態から明らかとなり、それを参照することで明快にされるであろう。

本発明のピクセル・レイアウトすべてに共通するのは、ディスプレイ上にわたって分布されるときに、ディスプレイ上に青および黄色のサブピクセルの多数の十字型の要素が形成されるということである。

第一の実施例によれば、次の型のピクセル（１０）が使用される：
Ｇ Ｂ Ｒ
Ｂ Ｙ Ｂ
よって、第一行では青のサブピクセルが緑のサブピクセルと赤のサブピクセルとの間に配置されており、隣接する第二行では黄色のサブピクセルが二つの青のサブピクセルの間に配列されており、その黄色のサブピクセルは前記第一行の前記青のサブピクセルに隣接して配置されている。図１において見て取れるように、ピクセル１１０はディスプレイ上で格子様パターンで繰り返される。その結果、ディスプレイの各列では、一つおきのサブピクセルが青１１１である。他のサブピクセルは緑１１２、黄１１３または赤１１４であり、各列には交互する二つの色しかないように配列される。換言すれば、各列は青のサブピクセルを、緑、黄または赤のサブピクセルのいずれかとともに含んでいる。さらに、３列に一つが黄色と青のサブピクセルを有しており、そのような列は常に赤のサブピクセルを含む列と緑のサブピクセルを含む列との間に配置される。同様に、３列に一つは赤と青のサブピクセルを有しており、そのような列は常に黄色のサブピクセルを含む列と緑のサブピクセルを含む列との間に配置される。ディスプレイの一つおきの行は、青のサブピクセルが緑のサブピクセルと赤のサブピクセルの間に配置される一定の順序の三つのサブピクセルを反復したシーケンスを含む。残りの行では、黄色と青のサブピクセルが、二つの青のサブピクセルが二つの黄色のサブピクセルの間に配置され、黄色のサブピクセルが二つの青のサブピクセルの間に配置されるように配列される。十字型要素はたとえば、あるピクセルに属する前記黄色のサブピクセルおよび前記三つの青のサブピクセルと、前記黄色のサブピクセルの下の第四の青のサブピクセルとによって形成される。同じ列にある二つの隣り合う十字型要素１９０、１９３は、一つの青のサブピクセル１９４を共有している。同じ行にある二つの隣り合う十字型要素１９０、１９２では、共有する青のサブピクセルは一つもない。ある代替的な実施例では、赤および緑のサブピクセルの位置が４行に１回（たとえば行１，５、９…）交換され、すべての行および列において白が生成できるようにされる。

第二の実施例は、ピクセル１１０が３列の組ごとに１行ずつ変位させられるということを除けば、図１との関係で記載された前記第一の実施例と同じである。これは図２のピクセル２１０、２２０、２３０によって示されている。ピクセルの高さは２行なので、３列の組ごとの変位は、一つおきのピクセル２２０、２５０を、変位されるピクセルの左右の隣接ピクセル２１０、２２０、２６０に比べて１行ずらすことに等しい。前記第一の実施例と対照的に、ディスプレイの各行に四色すべてが存在する。他方、各列は、図１との関係で記載されたのと同じように二つの異なる色を有するのみである。十字型要素は図１との関係で記載したようにして形成されるが、この実施例では二つの隣り合う十字型要素２９０、２９２、２９３は一つの青のサブピクセル２９１；２９４を共有する。

図３に示される第三の実施例では、ピクセルは三つの行および三つの列を含んでおり、サブピクセルは次のように配列される：
Ｇ Ｂ Ｒ
Ｂ Ｙ Ｂ
Ｒ Ｂ Ｇ
ピクセルは、図１との関係で記載したように、ディスプレイ上で隣り合わせて格子様の仕方で繰り返される。その結果、３行に一つおよび３列に一つは青と黄色のサブピクセルのみを含む。他のすべての行および列は一つの赤、一つの緑および一つの青のサブピクセルの組の繰り返しを含む。さらに、完全な十字型要素が各ピクセルの内部に形成される。よって、隣接する十字型要素３９０、３９２、３９３は青のサブピクセルを一つも共有しない。

図１および図２に関係して記載したピクセルは非対称であり、サブピクセルは長方形状であった。これに対し、図３に関係した記載されるピクセルは対称であり、サブピクセルは正方形状である。

ディスプレイにおけるピクセルの例示された配列は、限定をなすものと考えるべきではない。ピクセルおよびサブピクセルはさまざまな規則的または不規則な形でありうるのであり、多様な規則的または不規則なパターンで配列されうるからである。

本発明に基づくディスプレイは、たとえば、別個のスタンドアローンのユニットとして実現されることもできるし、あるいは代替的に、GSM、UMTS、GPS、GPRSまたはD-AMPSのような電気通信ネットワークのための移動端末、または、携帯情報端末（PDA）、パームトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、電子カレンダー、電子ブック、テレビジョンセットまたはビデオゲームコントロールのような既存の型の別のポータブル機器、さらには、他のオフィスオートメーション装置およびオーディオ／ビジュアル機械類などに含められたり組み合わされたりされることもできる。

前記ディスプレイはまた、本稿で行についてあてはまることが列について有効となるよう転置することもできる。

本発明について主に、主要な実施例を参照しつつ記載してきたが、上に開示した以外の実施形態も付属の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で同じように可能である。請求項において使われるすべての用語は、本稿で別の定義が明示的になされていない限り、当技術分野におけるその通常の意味に従って解釈されるべきものである。要素、手段、コンポーネント、メンバー、ユニット、ステップなどの単数形の表現は、該要素、手段、コンポーネント、メンバー、ユニット、ステップなどの少なくとも一つの出現をいう。ここに記載された諸方法のステップは、明示的に指定されていない限り、開示されている厳密な順序で実行される必要はない。

本発明のある実施形態に基づく四色ディスプレイにおけるサブピクセルの概略図である。 本発明の別の実施形態に基づく四色ディスプレイにおけるサブピクセルの概略図である。 本発明の第三の実施形態に基づく四色ディスプレイにおけるサブピクセルの概略図である。

Claims (8)

1. サブピクセルの配列を有するディスプレイであって、第一の色をもつ第一のサブピクセルが、第一の次元方向および第二の次元方向に沿って隣接する第二の色をもつ第二のサブピクセルによって囲まれており、前記第一の色および前記第二の色は合わせて白と知覚される光を放出できる、ディスプレイ。
2. 前記第一の次元方向と前記第二の次元方向が互いに直交する、請求項１記載のディスプレイ。
3. 前記第二のサブピクセルの少なくとも一つは、前記次元方向の一つに沿って第三のサブピクセルと第四のサブピクセルとの間に配置され、前記第三のサブピクセルは第三の色をもち、前記第四のサブピクセルは第四の色をもち、前記第二の色、前記第三の色および前記第四の色は合わせて白と知覚される光を生成できる、請求項１または２記載のディスプレイ。
4. 前記第二のサブピクセルのすべてが、前記第一の次元方向または前記第二の次元方向に沿って二つのサブピクセルの間に配置され、前記二つのサブピクセルの第一のものは前記第三の色をもち、前記二つのサブピクセルの第二のものは前記第四の色をもつ、請求項３記載のディスプレイ。
5. 前記第一の色が黄色で、前記第二の色が青である、請求項３記載のディスプレイ。
6. 前記第一の色が黄色で、前記第二の色が青で、前記第三の色が赤で、前記第四の色が緑である、請求項４記載のディスプレイ。
7. 前記サブピクセルのすべてが等しい大きさであり、四角形の形をしている、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載のディスプレイ。
8. 前記第二のサブピクセルが単一の制御信号によって制御可能である、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載のディスプレイ。

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