JP2010249859A - 表示信号変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な信号処理手順を用いて、第一の信号（例えば、ＲＧＢ信号）から第二の信号（例えば、ＲＧＢＷ信号）へ信号変換することで、第二の色配置を有する表示パネル（例えば、ＲＧＢＷパネル）の画質を維持しながら透過率を向上させる。
【解決手段】 第一の色種類と色配置を有する信号から第二の色種類と色配置を有する信号への信号変換する表示信号変換装置であって、第一の色種類から第二の色種類への色変換手段と、第一の信号の信号パタンを判定するパタン判定手段と、第一の信号の画素位置に対応する第二の信号の画素位置の色配置を判定する手段と、当該信号パタン判定結果と前記サブピクセル配置に基づいて、第二の色種類と色配置を有するサブピクセル信号を生成するサブピクセル信号生成手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示信号変換装置に係わり、特に、ＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ表示信号への信号変換技術に関する。

下記非特許文献１が示すように、カラー画像はＲＧＢ（赤青緑）３種類の色信号で作ることができる。そしてカラー画像の最小単位は画素と呼ばれる。画素の集合で作られる画面は、技術分野に応じて、画像データ、映像信号、色信号などと呼ばれている。以下の説明では、これらの用語は混在して使うことがある。
映像信号を入力してカラー画像を表示することを目的に、多くの原理に基づく表示装置が開発されている。そのなかで液晶パネルは、透過率制御を行う液晶素子を平面内に多数配置することで画面を構成する。この表示原理では、ＲＧＢ３色を同一位置に配置できないので、ＲＧＢ３色のカラーフィルタを規則的にずらして配置する。各色の表示の最小単位をサブピクセルと呼び、隣接するＲＧＢサブピクセルの組み合わせを画素と呼んでいる。
以下の説明では、画素とサブピクセルの用語を混在して使うことがある。このように表示装置では機構的な理由から、色の種類と色の配置を考慮しなければならない。実用的にはサブピクセルの位置ずれを識別できないことが多いが、視距離が短い携帯端末などでは、文字図形の輪郭の滑らかさとして感じられる場合がある。

一般に流通する映像信号は、１画素あたりＲＧＢ３色、あるいはＲＧＢ３色に換算可能な信号で表わされている。例えばカラーテレビジョンの映像信号は、輝度と２種類の色差信号で作られるが、簡単な変換式でＲＧＢ３色に換算できる。
一般に流通する映像信号は、放送の種別によって画面あたりに含まれる画素数と同一でないことがある。例えばカラーテレビジョンの映像信号は、地上アナログ放送と衛星ハイビジョン放送では画素数が異なり、同一の表示装置に表示するために画素数の変換を行っている。このように、入力する映像信号と、表示装置の特性の違いを合わせこむため、色種類の変換、色配置の変換（サブピクセルレンダリング）などの信号処理を行うことが知られている。
ところで、透過率制御を行う液晶パネルは、光源と組み合わせることで、ディスプレイとして機能する。利用する光源の種類は限定するものではないが、以下の説明では、表示面の反対側に発光手段（バックライト）を配置する例を示す。
表示されるカラー画像は、バックライトの波長特性と、ＲＧＢ３色のサブピクセルの波長特性の組み合わせで作られることになる。両者を組み合わせた透過率が高いほど、バックライトの発光を効率よく利用できることになる。

下記特許文献１は、透過率向上を図るために、上記で示したＲＧＢ３色にＷ（白）を加えた４色のサブピクセルを備える技術を開示している。Ｗサブピクセルにカラーフィルタは不要であるから、ＲＧＢサブピクセルに比べて３倍の透過率を備えている。ＲＧＢおよびＷサブピクセルを適宜な順序で配置することで、透過率を向上できるとしている。
また、下記特許文献２は、サブピクセル配置変換（サブピクセルレンダリング処理）に着目した信号処理の一例を示している。入力信号の画素位置と、表示パネルのサブピクセル位置が異なる場合の信号変換方法を周波数成分の観点から解析して、フィルタ処理による信号変換を行う方法を開示している。フィルタ処理は、入力信号と係数の畳み込み積分で定義される周知の信号処理技術であるが、サブピクセル配置に伴う画質維持を目的とした係数設定に特徴があるとしている。またフィルタ処理を行うとき、信号の線形性を成り立たせるガンマ変換が必須であるとしている。
さらに特許文献２は、上記のフィルタ処理だけでは十分な画質が得られない場合（細線のぼやけ、色バランスのすれ）があるとしたうえで、白黒の細線パタン検出手段を用いたフィルタ処理演算結果の補正技術を開示している。

日本色彩学会編「新編 色彩科学ハンドブック（第２版）」東京大学出版会、１９９８年初版

特開昭６０−６１７２４号公報

特表２００４−５３８５２３号公報

本発明は、表示パネルの透過率を向上することで、明るさの向上、言い換えれば消費電力の低減を実現することを目的に、入力する第一の信号から表示に使う第二の信号への信号変換の方法と装置の実現を課題とする。
その内容は、第一の信号の色種類から第二の信号の色種類への色変換と、第一の信号の色配置から第二の信号の色配置への配置変換がある。以下の説明では、第一の信号はテレビジョン信号の映像信号等であり、第二の信号は表示パネルを表示するための信号とする。
そして例えば、第一の信号の色種類はＲＧＢ３色として、第二の信号の色種類はＲＧＢＷ４色とする。また、第一の信号の色配置は画素あたりＲＧＢとして、第二の信号の色配置は画素あたりＲＧあるいはＢＷとする。画素に配置される最小単位をサブピクセルと呼び、サブピクセル単位の配置変換をサブピクセルレンダリングと呼ぶ。

透過率向上を目的とするＲＧＢＷサブピクセルを備える液晶パネルにおいて、入力信号の画素位置に、ＲＧサブピクセルあるいはＢＷサブピクセルの組み合わせを画素として配置するとき、ＲＧサブピクセルを備える表示画素においてはＢ信号は表示できず、ＢＷサブピクセルを備える表示画素においてはＲＧ信号は表示できない。
例えば、単色（ＲＧＢのいずれか１色）で、線幅が１画素の細線を表示するならば、表示の１画素ごとに表示不可となり、画質劣化を招くことになる。このように表示パネルの画素配列に依存して、入力信号の表示可否が変わることによる画質劣化を低く抑えるような信号処理が入力信号から表示信号への変換において実現できるならば、透過率向上の効果を存分に得られることになる。上記観点から、ＲＧＢＷパネルの利用においては、ＲＧＢ信号からＷを含むＲＧＢＷ信号への色信号の変換方法と、表示パネルの画素配列に依存する画素配列の変換方法が課題となる。

前述の特許文献１は、ＲＧＢＷ４色のサブピクセルを平面内に配置する液晶パネルの構成を示している。Ｗサブピクセルは、波長弁別特性を持たずにバックライトからの発光を透過するので、透過率向上に効果が期待できる。しかし、ＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ出力信号への変換方法は何ら示されていない。
また、前述の特許文献２は、入力信号から表示信号への画素配列の変換方法として、周波数成分に基づく信号処理を原理とする、いわゆるフィルタ処理を利用した装置構成を示している。またフィルタ処理を線形演算として成り立たせるために、ガンマ変換を利用した装置構成を示している。
ここで、フィルタ処理は畳み込み積分で定義される周知の技術であり、画素の再サンプリングに適用できることは当然の技術として知られている。ガンマ変換は信号の線形性を維持するために行われる周知の技術であり、その係数あるいはパラメータを調整することは当然の技術として知られている。

フィルタ処理を用いて注目画素の信号値を算出するには、注目画素および隣接画素の信号値と、小数係数との積和演算を行うことになるが、ここで演算誤差が残るならば、画像領域に誤差が加算されることになり、画質劣化を導くことになる。
これを防ぐためには、入力信号と小数係数とを掛け合わせる乗算回路、乗算結果を累積する加算回路、計算中の信号を伝達する信号線、などを十分なビット数を持つように構成しなければならない。
簡単な例として、３×３画素のフィルタ処理において、入力信号（８ビット）と小数係数（４ビット）との乗算結果（１２ビット）を累積（９個）した結果は、最大で１６ビット幅の信号となる。これは入力信号の２倍のビット数である。
さらに上記のフィルタ処理だけでは十分な画質が得られない場合（細線のぼやけ、色バランスのずれ）があるとして、白黒の細線パタン検出手段を用いて判定して、フィルタ処理演算結果を補正する技術を開示している。
しかし補正処理では表示パネルの画素配置を考慮しているわけではない。このように周波数成分に基づくフィルタ処理が有効としながら、それだけでは不十分として補正処理を要することから、技術の一貫性に欠けるうえに、回路の複雑化、大型化を招いている。

結局、特許文献２が開示する信号変換回路を実用的に実現するには、入力信号、あるいは出力信号よりも２倍程度のビット数を内部回路で扱うことが必須であり、回路の複雑化、大型化を招くことになる。またＷサブピクセルを備える表示パネルを対象としておらず、ＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ出力信号への色信号の変換方法は示されていない。ここで示されたサブピクセル信号生成方法が、ＲＧＢＷパネルの信号変換に適用できるかは定かでない。
また、特許文献２は、周波数成分に基づく信号処理であるから、周知のサンプリング定理の制約を受ける。つまり、入力信号の画素周期よりも短周期（入力信号よりも高い周波数）のサブピクセル信号を、正しく再生することは理論的にできない。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡易な信号処理手順を用いて、第一の信号から第二の信号へ信号変換することで、第二の色配置を有する表示パネルの画質を維持しながら透過率を向上させることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明は、前述した課題を解決するために、第一の色種類と色配置を有する信号から第二の色種類と色配置（サブピクセル配置）を有する信号への信号変換において、第一の色種類から第二の色種類への色変換手段と、第一あるいは第二の色配置のパタンを判定するパタン判定手段と、第一の信号の画素位置に対応する第二の信号の画素位置の色配置（サブピクセル配置）を判定する手段と、当該信号パタン判定結果と該サブピクセル配置に基づいて第二の色の組み合わせと色配置を有する信号（サブピクセル信号）を生成するサブピクセル信号生成手段とを備える。
また、本発明は、入力ＲＧＢ信号の画素位置と、表示パネルのサブピクセル配置位置との位相は一定であるとする。つまり、色信号の入出力間で画素配置間隔（言い換えれば画面あたりの画素数）は整数倍の関係にあるとする。これは例えば、入力信号の画素位置に、表示パネルのＲＧあるいはＢＷサブピクセルのいずれかが位置する場合が相当する。逆に今回は対象としないが、位相が一定で無いとは、入力信号と表示パネルの画素配置間隔（言い換えれば画面あたりの画素数）が整数倍の関係にない場合が相当する。

そして、入力したＲＧＢ信号から表示のためのＲＧＢＷ信号への変換を、
（１）色信号の変換（ＲＧＢ信号からＲＧＢＷ信号への変換）と、
（２）表示パネルのＲＧＢＷパネルのサブピクセルの画素配置に基づく信号変換（サブピクセルレンダリング）に分離して、（１）、（２）の順番で処理する。
本発明は、まず（１）の色信号の変換を行う。前述したように色信号の入出力間で位相ズレは無いことを前提とするので、この段階でサブピクセルの配置位置に考慮は不要とする。一般に色変換は、走査順序に従って入力する画素単位の色信号に、小数の係数を掛け合わせて行う。
次に、（２）は、上記（１）の色変換したＲＧＢＷ信号を入力として、表示パネルのサブピクセルの配置位置に基づく信号変換を行う。この段階では、注目画素および隣接画素におけるＲＧＢＷ信号の２次元的に配置される信号パタンの判別する手段を用意して、特に彩度の高い細線の検出を行う。また前述したように位相ズレは無いものとするので、入力信号とサブピクセルの位置関係は一定である関係を利用することで、色種類の表示の可否を判断できる。そして、上記条件と、該注目画素に位置するサブピクセルの色信号との対応関係を事前に用意しておくことで、画素配置変換の信号処理とする。

そこで、入力信号を色変換して得られたＲＧＢＷ信号、注目画素および隣接画素から検出した信号パタン、および注目画素の画素位置に対応するＲＧＢＷパネルのサブピクセルの配置から、該注目画素に対応するサブピクセルの色信号を生成する。
ここで、色信号を生成する方法は、サブピクセル配置に依存して表示不可となる色信号を、異なる画素（サブピクセル）あるいは異なる色に分配して表示するように、上記条件の組み合わせに基づく信号処理内容を事前に用意する。
前述の特許文献２が参照範囲の積和演算（積分）を用いて注目画素位置のサブピクセル信号を算出するのに対して、本発明は信号パタンに基づいて異なる画素あるいは異なる色に信号を分配する手順という違いがある。特許文献２が周波数成分に着目してフィルタ処理を行うためサンプリング定理の制約を受けるのに対して、本発明はサンプリング定理の制約を受けることなくサブピクセル単位の信号を生成できる。
本発明は、単一の手順で画素配列を変換するものであり、特許文献２では必須であった追加の補正処理は必要としない。本発明は、上記（２）の演算手段として（特許文献２では必須であった）乗算器を用いないことから、演算回路が扱うビット数は入力信号あるいは出力信号と同程度で良い。このようにして、簡易な信号処理手順を用いて、ＲＧＢ信号からＲＧＢＷ信号へ信号変換することで、ＲＧＢＷパネルの画質を維持しながら透過率向上を実現することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、簡易な信号処理手順を用いて、第一の信号（例えば、ＲＧＢ信号）から第二の信号（例えば、ＲＧＢＷ信号）へ信号変換することで、第二の色配置を有する表示パネル（例えば、ＲＧＢＷパネル）の画質を維持しながら透過率を向上させることが可能となる。

本発明の実施例の表示信号変換装置の基本構成を示す図である。 本発明の実施例の表示信号変換装置において使用する色種類と色配置を示す図である。 図１に示す画素配置判定手段１５１の構成例を示す図である。 ＲＧＢ３色の場合の３次元色空間上のしきい値の設定例を示図である。 図１に示す信号パタン判定手段１５３の動作説明図である。 図１に示す信号パタン判定手段１５３の動作説明図である。 図１に示す画素配置判定手段１５１と、ラインメモリ１５２と、信号パタン判定手段１５３と信号分配手段１５４の回路構成例を示す図である。 表示パネルの画素（サブピクセル）の並びを示す図である。 本発明の実施例の表示信号変換装置における信号分配の動作説明図である。 本発明の実施例の表示信号変換装置をブリッジ回路として付加する液晶ディスプレイの全体構成例を示す図である。 本願発明の実施例の表示信号変換装置を用いたテレビジョン受像機の構成例を示す図である。 本発明の実施例の表示信号変換装置を用いてバックライト輝度変調を行う装置構成例を示す図である。 表示パネルのサブピクセル配置を示す図である。 本発明の実施例の表示信号変換装置の基本構成の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１に本発明の実施例の表示信号変換装置の基本構成を示す。図２に、以下の説明で利用する信号の色種類と色配置を示す。
第一の信号である入力信号１１０は、画素毎にＲＧＢ３色から構成され、また併せて同期信号１４０を含む場合がある。第二の信号である表示信号１３０は、表示パネルの装置構成に依存するＲＧＢＷ４色から構成される。
表示パネルはＲＧＢＷ４色を備えて、入力信号の画素位置に、ＲＧサブピクセルあるいはＢＷサブピクセルを組み合わせた画素が規則的に配置するものとするものとする。
表示信号１３０は該表示パネルのサブピクセル配置に従う色信号で構成されて、また併せて同期信号１４０を含む場合がある。Ｗサブピクセルは波長弁別をしないので、ＲＧＢ３色のサブピクセルを合わせた透過率を備える。
ＲＧＢＷ４色パネルで白色を表示するときの透過率は、ＲＧＢ３色パネルに比べて１．５倍となる。実用的には、液晶パネルの設計製造上の数値の変更あるいは変動があるが、Ｗサブピクセルによる透過率向上の効果が期待できる。
このようなＲＧＢＷパネルを用いて表示を行うため、表示信号１３０はサブピクセル配置に従うＲＧＢＷ４色の組み合わせとなる。

表示信号変換装置１２０は、第一の信号である入力信号１１０から、第二の信号である表示信号１３０への信号変換処理するための手段である。入力信号１１０は、表示信号変換装置１２０により表示信号１３０に変換されて、表示パネルに伝達することで、表示画面として出力する。
表示信号変換装置１２０は、色変換手段１５０と、画素配置判定手段１５１と、ラインメモリ１５２と、信号パタン判定手段１５３と、信号分配手段１５４とで構成される。
色変換手段１５０は、入力信号１１０のＲＧＢ信号からＲＧＢＷ信号への変換を行う。
画素配置判定手段１５１は、表示信号変換装置１２０による入力信号１１０から表示信号１３０への信号変換において、変換対象とする注目画素に対応する表示パネルの表示画素が、ＲＧサブピクセルあるいはＢＷサブピクセルのいずれで構成されるかのサブピクセル配置を判定する。
ラインメモリ１５２は、ＲＧＢＷ信号を一時的に記憶する手段である。
信号パタン判定手段１５３は、ラインメモリ１５２から注目画素および隣接画素のＲＧＢＷ信号を読み出して、該画素領域内の信号変化をパタンとして判定する。
信号分配手段１５４は、上記の信号パタンの判定結果、およびサブピクセル配置に基づいて、予め用意した信号処理方法に基づいてサブピクセル信号を生成して、表示信号１３０として出力する。

本発明を実現する上で、上記の構成は適宜に修正変更することが出来る。画素配置判定手段１５１は、図１（１）に示すように入力信号１１０に同期して動作するように配置しても、図１（２）に示すように表示信号１３０に同期して動作するように配置しても良い。
ＲＧＢＷパネルのＷサブピクセルの位置に、何らかの波長弁別を持つカラーフィルタを配置することが出来る。また４色に限らない複数色のサブピクセルを配置しても良い。色変換手段１５０とラインメモリ１５２の順番を逆にして、メモリに一時記憶したのちに色変換するように構成することもできる。ラインメモリ１５２は、画面メモリとして構成しても良い。図示していないが、バックライトは、何らかの条件に基づく輝度変調、あるいは周期的に発光波長を切り替えて動作させることができる。

色変換手段１５０の構成例を示す。ここでは、入力信号１１０のＲＧＢ３色からＲＧＢＷ４色のサブピクセルを用いて表示信号１３０を生成する。Ｗは可視範囲のスペクトルを均一に含むことから、ＲＧＢ信号に共通に含まれる信号成分（つまり最小値）をＷで置き換えることでＷ信号を生成することができる。そして入力信号の大きさを維持するには、ＲＧＢ３色信号からＷを減算して出力すれば良い。まとめれば下記（１）式となる。
Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ−Ｗ
Ｇ’＝Ｇ−Ｗ
Ｂ’＝Ｂ−Ｗ ・・・・・・・・・・・・・・ （１）
この（１）式により得られるＲＧＢＷ（Ｒ’Ｇ’Ｂ’Ｗ）を表示信号として用いるならば、表示出力の大きさは維持されるから、Ｗ追加による輝度向上の効果は得られないことになる。
これを改善する別の変換式として、下記（２）式を用いることもできる。
Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ−Ｗ×Ｋ
Ｇ’＝Ｇ−Ｗ×Ｋ
Ｂ’＝Ｂ−Ｗ×Ｋ ・・・・・・・・・・・・・・ （２）
この（２）式の、係数Ｋを用いてＷの利用率を調整することができる。Ｋ＝１であれば（１）式と同じになる。
あるいは輝度向上を重視する場合には、下記（３）式の変換式を利用できる。
Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ
Ｇ’＝Ｇ
Ｂ’＝Ｂ ・・・・・・・・・・・・・・ （３）
元々のＲＧＢ信号に含まれるＷ成分を２倍にする効果がある。ＲＧＢ信号には演算を行わないことが特徴である。

液晶ディスプレイの基本性能として色再現性、コントラストなどが求められる。しかし周囲環境が明るい状況においては、外部光の表面での反射光と、表示装置の発光が混色するため、色再現性とコントラストは両者共に低下する。
そこで、本実施例では、周囲環境が明るい状況においては、色再現性よりもコントラストを重視することで、表示画面の視認性を高めることにする。そのために、Ｗサブピクセルによる輝度向上効果を利用して、環境の明るさを検知する手段、環境の明るさに基づくＷ信号生成手段を用意して、明るい環境ではＷを多く生成することを特徴とする。
環境の明るさを検知する手段としては、いわゆる照度センサを利用することができる。環境の明るさに基づいて設定する係数Ｋを用意して、下記（４）式のようにＲＧＢＷ信号を算出しても良い。
Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ＋（Ｗ−Ｒ）×Ｋ
Ｇ’＝Ｇ＋（Ｗ−Ｇ）×Ｋ
Ｂ’＝Ｂ＋（Ｗ−Ｂ）×Ｋ ・・・・・・・・・・・・・・ （４）

ここで、Ｋ＝０ならば、
Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ
Ｇ’＝Ｇ
Ｂ’＝Ｂ ・・・・・・・・・・・・・・ （５）
あるいはＫ＝１ならば、
Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｇ’＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｂ’＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ） ・・・・・・・・・・・・・・ （６）
となる。
このようにＷ信号を追加することで、彩度は低下するものの輝度を向上させることができる。輝度向上効果は、彩度をゼロにするときに最大となり、このとき白黒（グレー）画像となる。前記したように明るい環境で見る表示パネルは、反射光の影響で彩度低下は避けられないことから、このように信号処理として彩度を低下させながら輝度を向上させることは、視認性向上の点から妥当な判断と言える。

また、Ｗ信号の制御の別の例として、待機時の電力消費の削減がある。例えば、携帯端末の操作が行われない時間が一定以上になったとき、即座に操作が行われない待機状態であるとして、表示パネルに表示するための表示信号の生成方法を切り替える。
具体的には待機時には、Ｗ利用率を高めることで、色再現性は犠牲にしながらもコントラストを向上させるように表示信号を生成する。ここでＲＧＢ入力信号からＲＧＢＷ表示信号の変換を、Ｗ利用率に基づいて設定する係数Ｋを用いて、下記（７）式とすることもできる。
Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
Ｒ’＝Ｒ＋（Ｗ−Ｒ）×Ｋ
Ｇ’＝Ｇ＋（Ｗ−Ｇ）×Ｋ
Ｂ’＝Ｂ＋（Ｗ−Ｂ）×Ｋ ・・・・・・・・・・・・・・ （７）
この（７）式のようにすることで、コントラスト重視の表示画面とすることができる。また併せて、バックライト輝度を低下させることで消費電力を低減する。両者の組み合わせとして、バックライトは暗くなるものの、表示信号のコントラスト向上（Ｗ利用率向上）により視認性は確保する。当然ながら、何らかの操作が再開されたときには上記の待機状態から脱する手順を用意することで、操作状態における表示パネルの画質を復元する。操作状態から待機状態に移るには中間的な移行状態を用意して、逆に待機状態から操作状態に移るには即座に移行するように、時間的な非対称性を備えることができる。

ところで本来は、加減乗除の演算を正しく行うには信号が線形であることが不可欠である。したがってガンマ特性を外してから信号処理を行うことが、線形性の観点からは妥当となる。しかし、ガンマ変換により階調数が減ることで画質劣化を招くことがある。
例えば、８ビット２５６階調の信号をガンマ変換して同じく８ビット信号として出力するならば、信号ステップ幅が均等でなくなるから、階調数は２５６よりも少なくなることは明らかである。この結果として滑らかな信号変化領域において擬似輪郭として観察される場合がある。あるいは、ＲＧＢ３色のバランスが崩れて、白色領域に色付きが観察される場合がある。また、そもそも映像信号（あるいは機器特性）の線形性の根拠が明確でない場合もあり、実用的には、ガンマ特性が掛かったまま信号変換を行う例が少なくない。線形性が成り立たなくても、大きな画質劣化が認められない場合もある。したがって本発明は、ガンマ変換手段を必須とはしない。

図３に、図１に示す画素配置判定手段１５１の構成例を示す。予め表示パネルのサブピクセル配置の規則性と、入力信号１１０に含まれる同期信号１４０から算出する注目画素の位置から、注目画素の位置に対応する表示パネルのサブピクセル配置を判定して。サブピクセル配置信号１８２を出力する。
図示するように表示パネルは、入力信号の画素位置に、ＲＧサブピクセルあるいはＢＷサブピクセルを組み合わせた画素が配置されるとする。そして表示パネルの最上段で最左端はＲＧサブピクセルとして、縦方向および横方向にＲＧとＢＷが交互に並ぶとする。
入力信号１１０の注目画素の画素位置と、表示パネルのサブピクセルの位置との関係を、入力信号の走査順序に伴う同期信号１４０から計算する手順を示す。
同期信号１４０は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、および画素クロックＰｃｌｋを含むとする。また入力信号１１０の画面あたりのライン数をＰｈ、１ラインあたりの画素数をＰｖとする。
表示パネルも同じく、画面あたりのライン数をＰｈ、１ラインあたりの画素数をＰｖとして、左上を始点として走査書き込みをする。
ライン数カウンタＶｃｏｕｎｔは、水平同期信号Ｈｓｙｎｃでカウントアップし、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃでリセットされる。画素数カウンタＨｃｏｕｎｔは、画素クロックＰｃｌｋでカウントアップし、水平同期信号Ｈｓｙｎｃによりリセットされる。

表示パネルの左上始点位置で、ライン数カウンタＶｃｏｕｎｔは、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃでリセットされ、画素数カウンタＨｃｏｕｎｔは、水平同期信号Ｈｓｙｎｃによりリセットされて、両者共にゼロである。
上記動作を実現する回路は、２進カウンタ等を組み合わせることで容易に実現することができる。このとき、カウンタ値と表示パネルのサブピクセルの位置関係は、ライン数カウンタＶｃｏｕｎｔと、画素数カウンタＨｃｏｕｎｔの最下位ビットＶ０とＨ０が、Ｖ０＝Ｈ０であればＲＧサブピクセル、Ｖ０≠Ｈ０であればＢＷサブピクセルである。
プログラム記述すれば、下記（８）式のようになる。
ＩＦ（Ｖ０＝Ｈ０） ＴＨＥＮ ＲＧサブピクセル
ＩＦ（Ｖ０≠Ｈ０） ＴＨＥＮ ＢＷサブピクセル ・・・・・・ （８）
このように、予め設定するサブピクセル配置の規則性と、入力信号に含まれる同期信号から、サブピクセル配置情報を生成することが出来る。
上記の説明では、入力信号１１０に含まれる同期信号１４０を利用する例を示したが、あるいは出力側の表示信号１３０に含まれる同期信号１４０を利用することもできる。入力側と出力側では内部回路構成に依存する時間ずれがあるが同様に扱える。サブピクセル配置の規則性は、表示パネルを接続するときに何らかのネゴシエーションする手段を用意することで表示パネルから入力するように構成することもできる。

図１に示す信号パタン判定手段１５３の構成例を示す。走査順序に従って設定する注目画素の入力信号から表示信号への変換において、ラインメモリ１５２から読み出す注目画素および隣接画素の入力信号、および、画素配置判定手段１５１が出力する注目画素を表示する表示パネルのサブピクセル構成を参照して、注目画素および隣接画素の入力信号を信号パタンを判定する。
ＲＧＢＷ４色で構成される表示パネルは、入力信号の画素位置に、ＲＧサブピクセル、あるいはＢＷサブピクセル、のいずれかを組み合わせた画素をライン毎に交互に配置する。
表示パネルのサブピクセル配置に依存して表示できない色がある。例えば、最小線幅が１画素の細線を表示するとき、線が切れ切れになり画質劣化が生じる場合がある。このような細線の画質劣化は、特に細線が有彩色であるときに起きやすい。
本実施例では、上記のような画質劣化を防止するために、まず入力信号が画質劣化が起きやすい信号パタンであるか否かを判定する。
ここで、入力信号は画素あたりＲＧＢ３色の各８ビット（合計２４ビット）の信号、表示信号は、サブピクセルあたり８ビットの信号とする。例えば細線の有無を判定するには、２次元的に配置された注目画素および隣接画素を参照する必要がある。参照領域が３×３画素であるならば、注目画素および隣接画素をあわせた９画素の信号を組み合わせた信号パタンが存在することになり、各画素がＲＧＢ３色で２４ビットの信号であるならば２４の９乗の種類となる。各画素がＲＧＢＷ４色で３２ビットの信号であるならば３２の９乗の種類となる。しかし、画質維持に不要な信号パタンを扱う必要はないから、画質維持に有効な信号パタンを残しながらパタン種類を削減する。

ここでは、ＲＧＢＷ入力信号を、しきい値を用いて２値化することで１ビット信号に変換する。この結果、９画素の信号は９ビットの組み合わせに変換できるから、全部で５１２種類のパタンとなる。さらに、信号パタンの全種類の中から画質維持に有効な信号パタンのみを利用することで、実際に扱うパタン種類を削減する。言い換えれば、画質劣化が起きやすい信号パタンを判別する。本実施例では、判定の精度を高めるため、しきい値は、背景色と前景色を区別するように設定することを特徴とする。
しきい値は、各色の組み合わせで設定するので、色空間上で考えるのが分かりやすい。図４に、ＲＧＢ３色の場合の３次元色空間上のしきい値の設定例を示す。ＲＧＢＷ４色の色空間は４次元となり図示できないが、同様である。黄色を判断するしきい値は、ＲＧが大きくＢＷが小さく設定する。黒色を判断するしきい値は、ＲＧＢＷが共に小さく設定する。それぞれの大きさ、および、それぞれを結ぶ線（あるいは面）の形状は任意である。
入力信号を、背景色と前景色の２種類のしきい値で２値化することで、背景色と前景色に関する二つの２値信号パタンを生成する。
両者が排他的な画素配置になっているときに、該画素領域は背景色と前景色の信号パタンであるとする。逆に排他的な画素配置になっていないときには、他色が混合しているとして除外する。

次に画素配置が、予め用意した特定の判定パタンであるか否かを判定する。前記したＲＧＢＷパネルは、水平方向の解像度が低いため、縦方向の細線の滑らかさが失われやすい。そこで例えば、縦線を含む３×３画素を判定パタンとして用意することができる。そして一致する場合には、画質維持のための信号処理手順に移行する。上記は、背景色を黄色、前景色を黒とするパタンについて説明したが、この背景色と前景色の組み合わせは任意とする。
上記手順は、入力信号としきい値を比較する比較器、該比較器の出力である２値信号と予め用意するパタンの一致を判断するＡＮＤゲートの組み合わせ回路を用いて実行することができる。予め用意する信号パタンは、メモリ回路、あるいは固定定数として回路に組み込むことが出来る。

本実施例は、信号パタン判定手段１５３を用いて、表示パネルのサブピクセル配置に依存にして色信号の表示可否が変わる構成において、画質維持を目的とした色信号の変換を行うために、入力信号に含まれる背景色と前景色を組み合わせた画素配置を検出することを特徴とする。
図５に、黄色の背景に黒画素の文字図形に含まれる縦方向の細線を表示する場合の動作説明図を示す。ＲＧＢＷパネルで黒を表示には、ＲＧサブピクセルあるいはＢＷサブピクセルのいずれにおいても、単に駆動信号をＯＦＦすれば良い。黄色を表示するには、ＲＧサブピクセル位置であればＯＮすれば良いが、ＢＷサブピクセル位置では表示できない。
上記の組み合わせとして、黄色背景において黒色細線を前景とする場合を示す。黒色細線をＢＷ画素のＯＦＦで表示するとき、それを挟む背景はＲＧ画素なので黄色を表示できる。このとき黒色細線は１画素の線幅となる。黒色細線をＲＧ画素のＯＦＦで表示するとき、それを挟む背景はＢＷ画素なので黄色を表示できない。このとき黒色細線は３画素の線幅として観察される。
こうして黒色細線は、１画素と３画素の線幅を繰り返すことになり、入力信号が意図する最小線幅（１画素）の滑らかな黒線とは異なる表示結果となる。
本実施例では、上記入力信号のとき滑らかな黒線が表示されているように見せるために、検出結果に基づいて滑らかな黒線を表示するようにサブピクセル信号を生成する手段を備えることを特徴とする。

本実施例では、色信号を検出するために、ＲＧＢあるいはＲＧＢＷのしきい値の組み合わせで示される色空間の領域を設定する。黄色の検出には、色空間上でＲＧが大きくＢＷが小さいしきい値を設定する。
黒色の検出には、色空間上でＲＧＢＷ共に小さなしきい値を設定する。これらのしきい値で示される色空間領域に色信号が属するときに、該色信号は黄色あるいは黒色であるとする。そして、注目画素および隣接画素について、黄色画素と黒色画素の２次元配置を検出する。背景色と前景色の画素位置は排他的であり、２値信号の反転の関係で示される。
予め定めた画素配置の背景の判定パタンと、その反転である前景の判定パタンを用意して、黄色画素の背景と黒色画素の前景について、用意した判定パタンとの一致を検出して、両者共に一致するときに、該判定パタンが成り立つと判断する。
判定パタンは、例えば、注目画素を中心とする３×３画素の領域において、文字図形を構成する黒色細線の判定パタンは７種類であるとする。さらに、画素領域を拡大したり、図示していない信号配置の判定パタンを追加することは任意である。
９画素の背景色と前景色の配置を示す２値信号を入力して、７種類を検出するような論理回路を用意する。判定パタンは上記例の７種類に限定するものではなく適宜に設定することができて、その設定内容に基づいて検出するための論理回路を構成すれば良い。これは、いわゆるＡＮＤ回路の組む合わせで簡易に実現できる。判定結果は、これらの全ての判定パンについて共通に一致を示すことも、あるいは、それぞれの判定パタンについて独立に一致を示すことができて、いずれの場合も一致の判定に基づいて信号処理を行う。

図６に、入力するＲＧＢ３色信号が、白と黒が交互に配置された画像データである場合の動作説明図を示す。白色の検出には、色空間上でＲＧＢＷ共に大きなしきい値を設定する。黒色の検出には、色空間上でＲＧＢＷ共に小さなしきい値を設定する。
白色を検出するためのＲＧＢ組み合わせのしきい値を用いて白色画素の位置の検出と、黒色を検出するためのＲＧＢ組み合わせのしきい値を用いて黒色画素の位置の検出を行う。これらのしきい値で示される色空間領域に色信号が属するときに、該色信号は白色あるいは黒色であるとする。
入力する白黒の配置位置と、ＲＧＢＷパネルのＲＧ画素あるいはＢＷ画素の配置位置の関係から、入力する白画素が表示パネルのＲＧ画素のみに対応する場合、あるいは逆に、入力する白画素が表示パネルのＢＷ画素のみに対応する場合が生じる。このまま表示パネルを駆動するならば、前者の場合には黄色に、後者の場合は青く、それぞれ色づくことになり、白色を表示できないことになる。
ここで、表示パネルの画素密度が十分に高いことを前提とすれば、白黒交互の画像データの表示は、その配置パタンに意味は見てとれず、ただ無彩色の灰色が表示されることに意味がある。そこで、本実施例では、白黒交互配置のパタンを判定基準として、該基準が満たされるときに、Ｒ＝０、Ｇ＝０、Ｂ＝０，Ｗ＝１を表示信号として出力する。このときＲＧＢサブピクセルは表示に寄与しないから色付くことはなく、無彩色が表示されることになる。

一般に画像データは、写真、文字図形などが配置される領域は、３×３画素よりは十分に大きいことが多い。一方で、３×３画素程度の領域の観察では、信号パタンの判定を間違える可能性がある。
そこで判定間違いを避けるために、単一の参照画素領域（上記例では３×３画素）を広く設定するか、あるいは、隣接する領域の判定結果が連続して同じであることを条件に加えることができる。
領域が連続するか否かは、簡単には、同じライン上の同じ判定パタンの連続数を計測するカウンタを用意することで実現できる。あるいは、１画面分の単一の参照画素領域の判定結果をメモリに一時記憶して、画面内で縦方向と横方向に連続する同一判定結果の領域を検出することもできる。こうして、単一の判定に用いる領域（上記例では３×３画素）よりも広い領域として判定を行うことで、判定間違いを減らすことができる。
なお、前述の説明では、入力したＲＧＢ信号から表示のためのＲＧＢＷサブピクセル信号への変換を、（１）色信号の変換（ＲＧＢ信号からＲＧＢＷ信号への変換）と、（２）表示パネルのＲＧＢＷパネルのサブピクセルの配置位置に基づく信号分配（サブピクセルレンダリング）に分離して、（１）（２）の順番で処理するとした。
別の構成例としては、ＲＧＢ入力信号から直接に、信号パタン判定結果に基づいてＲＧサブピクセル、あるいはＢＷサブピクセルの信号を生成するという処理手順としても良い。つまり、ＲＧＢＷパネルのサブピクセル構成を最初から考慮してＲＧあるいはＢＷサブピクセル信号を生成するという構成である。
これは、上記で述べた（１）（２）を混在させて回路構成すれば出来ることである。どちらの構成であっても、本発明の目的とする同一の結果が得られることは言うまでも無い。

図７に、図１に示す画素配置判定手段１５１と、ラインメモリ１５２と、信号パタン判定手段１５３と信号分配手段１５４の回路構成例を示す。ここで入力するのは色変換手段１５０で変換済みのＲＧＢＷ信号１８０とする。
走査順序に従って画素単位で変換されたＲＧＢＷ信号１８０は、ラインメモリ１５２に一時記憶される。ここでは３ライン構成とすることで、該ラインメモリから読み出す信号で３×３画素領域の参照信号１８１を作る。そして該画素領域の信号の配置を信号パタン判定手段１５３で判定する。
ここで前述したように、このままでは信号の組み合わせが膨大となるため、しきい値を用いた２値化回路１９１を利用して、背景色と前景色の組み合わせ信号に変換する。しきい値の設定は複数種類あって良く、図中では１からＭまでのＭ個の２値化回路１９１を示している。それぞれの２値化回路は、画素ごとのＲＧＢＷ信号が、色空間上の特定領域に属するか否かを、２値信号として表すために動作する。
予め用意する判定パタン１９２と、上記結果の背景色と前景色の組み合わせ信号の一致を判定回路１９３で検出して、パタン判定信号１８３を出力する。一致が無ければ、その旨をパタン判定信号１８３として出力する。予め用意する判定パタン１９２は、黄色地に黒線、白と黒の交互パタン、などの画質劣化を引き起こす複数種類のパタンとして、例えばメモリに記憶するか、あるいは論理回路として実装する。
ところで、入力するＲＧＢＷ信号１８０は、走査順序を示す同期信号に同期しているとする。したがって、同期信号に基づいて計数することで、画面内の画素の位置を判断できる。また表示パネルのサブピクセル位置から、サブピクセルの色種別を判断できる。画素配置判定手段１５１は上記の動作を実現する回路であり、同期信号を入力して、サブピクセル配置信号１８２を出力する。

こうして得られたパタン判定信号１８３とサブピクセル配置信号１８２を用いて、信号分配手段１５４はサブピクセル信号を生成する。
前述したように具体的な信号処理内容は、パタン判定信号１８３とサブピクセル配置信号１８２の組み合わせに対応して、サブピクセル信号の生成方法を直接的に記述することができる。
次に、信号分配手段１５４の動作内容を示す。信号分配手段１５４は、ラインメモリ１５２から読み出した参照領域のＲＧＢＷ信号１８０、および、サブピクセル配置信号１８２とパタン判定信号１８３を入力する。
図８に表示パネルの画素（サブピクセル）の並びを示している。明らかなように、注目画素の位置に対応するサブピクセルに依存して、色種類の表示可否がある。この表示可否は、画素の並びに沿って交互に切り替わる。例えば文字図形を構成する細線は、交互に切り替わる表示可否によって、切れ切れになる場合があり、視認性を著しく劣化させる。
本実施例では、表示不可な色信号を、異なる画素あるいは異なる色をもって代替させることで、切れ切れとなる画質劣化を防止する。言い換えれば、表示不可な色信号を異なる画素あるいは異なる色に分配することに相当するから、信号分配と呼ぶことが出来る。
本実施例では、前記したサブピクセル構成と信号パタンを入力して、信号分配の方法を決定する。この両者の関係は、表形式、プログラム記述、あるいは組み込み回路などを用いて事前に用意する。

１次元領域の信号分配の例を、プログラム記述を用いて示す。なお、記述内容は回路合成用の言語であるＶＨＤＬ、あるいはＶｅｒｉｌｏｇに容易に書き換えることができる。
ＩＦ（黄色背景に黒色の細線有り） ／／信号パタンの判定
｛
ＩＦ（注目画素＝＝ＲＧサブピクセル）／／ＲＧサブピクセル表示可
ＴＨＥＮ｛処理１｝ ／／ＢＷ信号を隣接画素に分配する
ＩＦ（注目画素＝＝ＢＷサブピクセル）／／ＢＷサブピクセル表示可
ＴＨＥＮ｛処理２｝ ／／ＲＧ信号を隣接画素に分配する
｝

条件が一致するときの画質維持のための処理内容をＴＨＥＮ｛処理｝の括弧内に記述すれば良い。説明のためプログラム記述として例示する。
処理１：
｛
Ｗ０１＜＝ （Ｒ１１＋Ｇ１１）／２；
Ｂ２１＜＝ Ｇ１１／４；

／／隣接画素（ＢＷサブピクセル）で黄色背景が表示不可、
／／注目画素（ＲＧサブピクセル）で黒色細線が表示可能、
／／このままでは、隣接する３画素が黒色表示になり線幅が太るので、
／／隣接するＷおよびＢサブピクセルを、黄色背景の代替としてＯＮする。
｝
処理２：
｛
ＮＯＰ； ／／ｎｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
／／隣接画素（ＲＧサブピクセル）で黄色背景が表示可能、
／／注目画素（ＢＷサブピクセル）で黒色細線が表示可能、
／／このままで、黄色背景の黒色細線が表示可能。
｝

前述の特徴は、画質劣化が起きると判定した場合に、その劣化を防止するための信号処理方法を、直接の動作として記述することである。本実施例では、画質劣化を防止する信号処理は、入力信号の１画素よりも細かなサブピクセル単位の信号生成方法として記述することで、効果的に劣化を防止できる。これは、周波数成分に着目したフィルタ処理の場合は、サンプリング定理の制約から、入力信号の１画素周期に相当する信号変化は、正しく扱えないことと大きな相違点である。
条件の組み合わせの記述の順番が任意であるのは言うまでもない。条件と処理内容の追加修正は適宜に行うことができる。条件判定は簡単なＡＮＤ回路の組み合わせで実現できる。上記で例示した処理内容は、異なる条件判定結果において共有して利用するならば、回路規模の削減に効果がある。

図９は、前記した一次元領域の信号分配の動作を示している。ここでは入力信号が、背景色が黄色、前景色が黒色の細線（線幅が１画素）の場合を示している。（図中のグラフは、見易さのために、信号値０のときにも若干の高さを与えている）また注目画素に対応する表示パネルのサブピクセル位置として、図中の左がＲＧサブピクセル、右がＢＷサブピクセルとする。図の上段は入力信号、図の中段はサブピクセル配置に基づく単純変換による表示信号、図の下段は本実施例の信号分配により得られる表示信号を示す。
（１）注目画素がＲＧサブピクセルに対応する場合
単純に注目画素とＲＧサブピクセルと対応させるならば、中央の３画素分のサブピクセル信号が０となり、線幅が１から３へ変化する。そこで画質維持のために、見かけの線幅を狭くするために、前記したように処理内容を下記とする。
本来は図の中段のグラフに示すように、Ｗ０１とＢ２１の位置にあるＲとＧの入力信号は、対応する同色のサブピクセルが無いため、廃棄される。しかし本実施例は図の下段のグラフに示すように、細線の維持を目的にして、異なる色であるＷ０１とＢ２１に信号を分配する。微小領域であるので、色の違いよりも、明るさが視覚的に感じられることで、細線の線幅維持に貢献する。
処理１：
｛
Ｗ０１＜＝ （Ｒ１１＋Ｇ１１）／２；
Ｂ２１＜＝ Ｇ１１／４；
｝

（２）注目画素がＢＷサブピクセルに対応する場合
単純に注目画素とＢＷサブピクセルと対応させるならば、中央の１画素分のサブピクセル信号が０となり、線幅１が維持できる。したがって、パタン判定は一致したが、サブピクセル配置の条件から、特に何もしなくて良い。したがって処理内容は下記のように記述できる。ここでは、図の中段に示す単純な信号変換と、図の下段に示す本実施例の信号変換は同じサブピクセル信号を生成する。
処理２：
｛
ＮＯＰ； ／／ｎｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
｝

本実施例は、上記に示すように、サブピクセル信号の生成方法を直接設定することから、単一のサブピクセル単位で画質劣化防止のための信号変換を可能とする。画質劣化要因と対応する信号処理内容を任意に用意すれば良い。上記は１次元領域の信号分配を示したが、２次元領域で分配することもできて、同様に、サブピクセル信号の生成方法として記述できる。
この信号処理は、周波数成分を扱う信号処理では制約となるサンプリング定理は関係がない。なお、上記記述を実現する回路構成は図示していないが、上記記述を回路合成用の言語であるＶＨＤＬあるいはＶｅｒｉｌｏｇに書き換えることで、容易に論理回路が得られる。

図１０に、本実施例の表示信号変換装置をブリッジ回路として付加する液晶ディスプレイの全体構成例を示す。表示の基本回路は、パネル駆動手段１６１（いわゆるドライバＩＣ）と表示パネル１６２の組み合わせである。この基本回路にＲＧＢＷパネルを接続し、入力側に本実施例の表示信号変換装置を接続することで、ＲＧＢ入力信号をＲＧＢＷパネルに表示する。既存ＲＧＢ信号と既存ドライバＩＣを介在する回路形式であるので、ブリッジ回路と呼ぶことが出来る。またバックライト駆動手段１６３とバックライト１６４を用意する。
Ｗ利用率設定手段１５５は、入力信号を測定して得られる彩度、輝度などの信号特性と、該外光センサで測定した環境の明るさを用いて、表示画面におけるＷ利用率を設定する手段である。
入力信号特性と環境明るさは、入力したＲＧＢ信号からＲＧＢＷ信号への変換における信号変換方法の選択あるいはパラメータとして利用する。例えば環境が暗い場合はＷ信号を抑えて色再現性を高め、環境が明るい場合はＷ信号を大きくして明るい表示とする。また彩度の高い画像領域を含む場合には、表示の色域を広くするため、Ｗ信号を低く抑えるように信号変換を行う。
特に、黄色領域と白色領域が混在する表示画面では、Ｗ信号を大きくすると、黄色が暗く見えてしまう場合がある。そこで、このような色の組み合わせがある場合には、Ｗ信号を低く抑えることで、黄色の見え方を改善することが出来る。
本実施例では、Ｗ利用率設定手段１５５を備えることで、入力信号特性と環境明るさの組み合わせから、対応するＷ利用率を決めることで、上記したような画質向上を実現できる。このようにして決めたＷ利用率は、ＲＧＢＷを生成する色変換手段１５０における信号変換の係数あるいはパラメータとして利用する。なお設計製造上の都合で、上記説明したＷ利用率設定手段１５５と色変換手段１５０は一つあるいは複数の回路として実装できるのは言うまでも無い。

変換して得られたＲＧＢＷ信号は、注目画素を中心とするＮ×Ｎ画素領域を確保できるようにするために、ラインメモリ１５２に一時的に蓄積する。あるいは、画面メモリを利用しても良い。ラインメモリ１５２から注目画素および隣接画素の信号を読み出して、該領域の信号パタン判定手段１５３でパタン判定を行う。
ＲＧＢＷ信号が各８ビットであれば組み合わせ数は８の４乗となり、判定回路が大規模になりかねない。そこで、各色の信号は適宜なしきい値で２値化することで、パタン種類を削減して、パタン判定の回路構成を簡略化することができる。パタン判定結果とサブピクセル配置から、信号分配手段１５４を用いて注目画素の位置に対応するサブピクセル信号を生成する。この生成方法は予め決定しておくことができる。信号生成するサブピクセルは、注目画素のみならず、あるいは隣接画素に対応するサブピクセルとすることができる。生成したサブピクセル信号は、表示のための信号として出力し、パネル駆動回路を経由して、ＲＧＢＷパネルに伝えて、表示動作を行う。
ここで併せてバックライトの輝度変調を行っても良い。このためには、入力したＲＧＢ信号、あるいは表示のためのＲＧＢＷ信号の信号分布の測定結果を用いて、表示に必要なバックライト輝度を算出する。そしてバックライト駆動手段１６３は、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）などに基づく駆動信号を生成して、バックライト１６４を駆動する。図示していないが、設定したバックライト輝度とを組み合わせて表示を行うように、表示信号の修正を行う手段を用意する。

別の実施例として、ＲＧＢＷパネルを利用するテレビジョン受像機の構成例を示す。ディスプレイに求められる基本的な要求として、消費電力の低減、コントラスト増加、色再現性の向上、などがある。これらに加えてテレビジョンに特有の仕様として、大きな画面サイズに多数の画素を配置していることがある。ハイビジョンの画面解像度は最大で画素数（１９２０×１０８０）となっている。
一方、映像信号の信号解像度は多様であり、アナログテレビジョンとハイビジョンでは信号解像度が異なる。また地上デジタル放送とＢＳデジタル放送では映像信号の解像度が異なる。
このようにテレビジョンにおいては、映像信号の信号解像度と表示パネルの画面解像度が異なることがあるのは周知であり、解決策として解像度変換が使われることは周知の技術である。
本実施例では、前述の解像度変換の一種として、ＲＧＢＷサブピクセルを配置する表示パネルを用いて、入力ＲＧＢ信号からＲＧＢＷサブピクセルの表示信号への信号変換を介在させる。図１１にテレビジョン受像機の構成例を示す。なお、図１１において、１３１はＴＶチューナ、１３２は文字図形生成手段、１３３は画面合成手段である。
ところで、一般のテレビジョン映像信号に、表示装置の１画素だけに相当する最小線幅の信号が含まれることは少ない。これは撮影カメラの解像度特性、あるいは合成重畳する文字図形が比較的に大きいことなどの要因による。
一方でテレビジョン装置内部で生成する番組表、メニューなど文字図形の映像信号では、内部の生成回路の設定で任意の線幅とすることができる。そこで、放送されてくる映像信号の周波数特性とほぼ一致するように、内部生成の映像信号を生成するならば、ディスプレイ上に表示される両者の解像度の視覚的な感覚を一致させることができる。

本実施例では、内部生成する有彩色の文字図形の最小線幅を１画素よりも大きくする。具体的には、細線を表示するときに該細線の線幅上に表示パネルの全色種類のサブピクセルが含まれるように、内部生成する有彩色の文字図形の最小線幅を設定する。
前記したＲＧＢＷサブピクセルの画素配置の例では、縦方向に１画素、横方向に２画素を、最小線幅とする。このように最小線幅を設定することで、線幅上にＲＧＢＷサブピクセルの全てを含むことになるので、任意の色の文字図形を表示できる。
一方、黒色の細線は単一のサブピクセルでも表示できるが、有彩色の細線と線幅の均衡を保つために、有彩色の最小線幅と同値とすることができる。
このように最小線幅を設定するならば、細線の色再現を向上できる。
また、前記した信号パタン判定による信号修正を行うことで、細線の滑らかさを増した画質向上の効果を実現することができる。上記はテレビジョン適用例として説明したが、それ以外の表示装置に適用できることは言うまでも無い。例えば携帯端末、デジタルカメラ、などのモニター画面を前記したサブピクセル配置のＲＧＢＷパネルで構成する場合には、内部生成する操作画面の文字図形を少なくとも縦方向に１画素、横方向に２画素を最小線幅とすることで、視認性を高めた表示を実現できる。

低消費電力を実現する技術の一つとして、周囲環境の明るさ、および映像信号の内容に基づいてバックライト輝度を変調する技術が知られている。テレビジョン用途では画面サイズが大きいことを前提にすれば、バックライトを画面内で複数の領域に分割することが比較的に容易であり、領域毎に輝度変調することでコントラスト向上、消費電力低減などの効果を得ることができる。
液晶パネルのＷサブピクセルを透過する表示出力は、バックライトの発光波長に依存する。厳密には液晶素子の波長特性が加わるが、説明のため簡略する。一方ＲＧＢサブピクセルは、バックライトの発光波長に、サブピクセルの透過波長を組み合わせた表示出力となる。ここで、ディスプレイに求められる消費電力の低減、コントラスト向上、色再現性の向上などを実現するために、液晶パネルの特性向上のほかに、バックライト特性を工夫することができる。
消費電力を低減するためには、入力信号を表示するに必要最小限の発光量を算出して、バックライト輝度を変調させて駆動するのが効果的である。上記バックライト輝度変調は、最高輝度は維持して、暗い画面の最低輝度を低く抑えるので、コントラスト向上に効果がある。併せてバックライトの発光波長分布を適宜に調整するならば、色再現範囲を広くする効果がある。上記はＲＧＢＷサブピクセル構成の表示パネルと組み合わせて利用できる。

図１２に、バックライト輝度変調を行う装置構成例を示す。本実施例では、表示パネルを駆動する信号を信号分配手段１５４で生成するので、その信号をバックライト輝度設定手段１７１に入力して、画面表示に必要なバックライト輝度を算出する。
そして該算出したバックライト輝度を用いながら、表示画面の輝度を維持するために、表示信号修正手段１７２を用いて表示信号を修正する。こうして、バックライトと表示パネルの組み合わせで画質を維持しながら、バックライト駆動電力を低減する。併せて暗い画面ではバックライト輝度を下げることから、コントラスト向上の効果が得られる。
なお、図示していないが照度センサを用意して、環境の明るさに基づいてバックライト輝度を調整することもできる。さらに、図示していないが、表示パネルの色種類と色配置の情報は、事前にバックライト輝度設定手段１７１と表示信号修正手段１７２に伝達しておくものとする。表示パネルの色種類と色配置は限定するものではなく、任意である。
バックライトの光源手段は限定するものではなく、例えば白色ＬＥＤ、ＲＧＢ３色のＬＥＤの組み合わせ、あるいは４色以上の光源を組み合わせても良い。またバックライト輝度は、画面内を一括して制御しても、あるいは適当な領域に分割して制御しても良い。色再現を維持するための信号処理手段を、バックライト輝度設定手段１７１と表示信号修正手段１７２に用意することで、画質を維持しながら、バックライト駆動電力を低減できる。

本発明は、表示パネルのサブピクセルの色種類を限定するものではない。前記の実施例では、Ｗサブピクセルを追加したＲＧＢＷ４色の表示パネルを説明したが、例えばＷ（白）の代わりにシアン、黄色などのカラーフィルタを備えたサブピクセルを追加することが出来る。また色数も４色のみならず、５色あるいは６色、などとすることができる。いずれの場合も、サブピクセル配置の規則に基づいて、本実施例のサブピクセル信号生成の信号処理を実行することで、透過率向上あるいは色再現性向上を実現できる。
図１３（１）に、既存のＲＧＢ表示パネルのサブピクセル配置は同じままに、色種類としてＲＧＢＷカラーフィルタを規則的に配置する表示パネルを示す。このＲＧＢＷ表示パネルでは、入力するＲＧＢ信号の画素位置に対応するサブピクセルの色種類の組み合わせは、ＲＧＢ、ＧＢＷ、ＢＷＲ、ＷＲＧの４種類となる。
そして４画素を周期にして、４種類のサブピクセルの組み合わせを繰り返すことになる。水平方向には４サブピクセル毎、垂直方向には１ライン毎に同じ色が現れるように配置する例であり、各色の２次元配置の周期が均一であることが特徴である。ただしサブピクセルの色種類と色配置は、これに限るものではない。
この例では、ＲＧＢの透過率を１、Ｗの透過率を３として、４画素周期内にＲＧＢＷ各色が３回含まれているから、合計すれば、（１（Ｒ）＋１（Ｇ）＋１（Ｂ）＋３（Ｗ））×３＝１８となる。
一方、ＲＧＢ表示パネルでは、４画素周期内にＲＧＢ各色が４回含まれているから、合計すれば、（１（Ｒ）＋１（Ｇ）＋１（Ｂ））×４＝１２となる。両者を比較すれば、透過率を１．５倍に向上できることが分かる。
Ｗ信号は、前記したようにＭＩＮ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、あるいは、どちらかに係数Ｋを掛けた値などを利用できる。係数Ｋは、信号の彩度、環境の明るさ、などに基づいて可変設定することができる。

入力するＲＧＢ信号と表示のＲＧＢＷ信号の画素配置に違いがあることから、前述した本実施例の信号変換手段を用いることで、表示のためのサブピクセル信号を生成する。
まず、画素配置判定手段１５１を用いて前記４種類のサブピクセル構成の種別を判定する。同期信号１４０は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、および画素クロックＰｃｌｋを含むとする。
ライン数カウンタＶｃｏｕｎｔは、水平同期信号Ｈｓｙｎｃでカウントアップし、画素数カウンタＨｃｏｕｎｔは、画素クロックＰｃｌｋでカウントアップし、いずれも最上段の最左端で０とする。
このとき、カウンタ値と表示パネルのサブピクセルの位置関係は、ライン数カウンタＶｃｏｕｎｔの最下位ビットをＶ０、画素数カウンタＨｃｏｕｎｔの下位２ビットをＨ１、Ｈ０とすれば以下のようになる。

ＩＦ（Ｖ０＝０）
｛
ＩＦ（Ｈ１＝０）＆（Ｈ０＝０）） ＴＨＥＮ ＲＧＢサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝０）＆（Ｈ０＝１）） ＴＨＥＮ ＷＲＧサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝１）＆（Ｈ０＝０）） ＴＨＥＮ ＢＷＲサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝１）＆（Ｈ０＝１）） ＴＨＥＮ ＧＢＷサブピクセル
｝
ＥＬＳＥ ＩＦ（Ｖ０＝１）
｛
ＩＦ（Ｈ１＝０）＆（Ｈ０＝０）） ＴＨＥＮ ＢＷＲサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝０）＆（Ｈ０＝１）） ＴＨＥＮ ＧＢＷサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝１）＆（Ｈ０＝０）） ＴＨＥＮ ＲＧＢサブピクセル
ＩＦ（Ｈ１＝１）＆（Ｈ０＝１）） ＴＨＥＮ ＷＲＧサブピクセル
｝

そして、ラインメモリ１５２に一時記憶した注目画素および隣接画素のＲＧＢＷ信号を読み出して、信号パタン判定手段１５３を用いて予め用意した判定パタンとの一致検出を行い、サブピクセル構成と判定パタンの結果に基づいて信号分配手段１５４でサブピクセル信号を生成することができる。ここで信号分配手段１５４におけるサブピクセル信号の生成方法は、画質劣化を防止するように予め定めておく。
このサブピクセル配置のメリットは、既存のＲＧＢサブピクセル配列の表示パネルの技術を利用できることである。
表示パネルのカラーフィルタの色種類のみを変更して、本実施例の表示信号変換装置を付加することで、本実施例のサブピクセル信号生成の信号変換を実行する。この例では、入力信号１１０と表示信号１３０の電気的・物理的な特性を維持するので、既存ＲＧＢ表示パネルと図示したＲＧＢＷ表示パネルの両者を互換に接続することができる。
表示パネルのサブピクセルの色種類と色配置に基づく本実施例の信号変換を介在させることで、両者のパネルで同じ表示画面を得ることが出来る。表示パネル接続時に、表示パネルのサブピクセルの色種類と色配置をネゴシエーションする手段を備えても良い。このようにして、簡易に製造するＲＧＢＷパネルと、簡易な回路構成の本実施例の表示信号変換装置を組み合わせて、透過率向上を実現できる。またバックライトの輝度変調手段と組み合わせることで、消費電力の低減、コントラスト向上を実現できる。
図１３（２）は、Ｗ（白色）の代わりに黄色のカラーフィルタを配置した例であり、前記と同様の装置構成で、サブピクセル信号生成の信号変換を実行することができる。このような表示パネルに、多色かつ輝度変調可能なバックライトを組み合わせて、表示を行うことができる。

図１４に示すように、色変換の順番を変更することができる。信号パタン判定手段１５３の結果を、色変換手段１５０に入力して、色変換の処理方法の調整あるいは切り替えに利用することができる。これにより、例えば写真のような信号変化の少ない領域と、文字図形のような信号変化の大きな領域で、色変換の方法を切り替えることができる。例えばＷ信号の生成方法として、前記したように信号の大きさに基づく変換における係数設定として利用できる。
Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×Ｋ
Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×Ｋ
ここで係数Ｋを、信号パタン判定手段１５３の結果に基づいて設定する。係数Ｋは、２次元の信号変化を考慮して、写真領域ではＷサブピクセル点灯によるポツポツ感の無いように、文字図形領域ではサブピクセル単位の信号変化を保存するようにする。写真領域と文字図形領域の区別は、信号パタン判定手段１５３は、細線あるいはエッジ検出の手段として利用できるので、画像領域の２次元の信号変化を検出できる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１１０ 入力信号
１２０ 表示信号変換装置
１３０ 表示信号
１３１ ＴＶチューナ
１３２ 文字図形生成手段
１３３ 画面合成手段
１４０ 同期信号
１５０ 色変換手段
１５１ 画素配置判定手段
１５２ ラインメモリ
１５３ 信号パタン判定手段
１５４ 信号分配手段
１５５ Ｗ利用率設定手段
１６１ パネル駆動手段
１６２ 表示パネル
１６３ バックライト駆動手段
１６４ バックライト
１７１ バックライト輝度設定手段
１７２ 表示信号修正手段
１８０ ＲＧＢＷ信号
１８１ 参照信号
１８２ サブピクセル配置信号
１８３ パタン判定信号
１９１ ２値化回路
１９２ 判定パタン
１９３ 判定回路

Claims (15)

1. 第一の色種類と色配置を有する信号から第二の色種類と色配置を有する信号への信号変換する表示信号変換装置であって、
   第一の色種類から第二の色種類への色変換手段と、
   第一の信号の信号パタンを判定するパタン判定手段と、
   第一の信号の画素位置に対応する第二の信号の画素位置の色配置を判定する手段と、
   当該信号パタン判定結果と前記色配置に基づいて、第二の色種類と色配置を有するサブピクセル信号を生成するサブピクセル信号生成手段とを備えることを特徴とする表示信号変換装置。
2. 前記第一の信号は、画素毎にＲＧＢのサブピクセルを配置する信号であり、
   前記第二の信号は、画素毎にＲＧあるいはＢＷのサブピクセルを配置する信号であることを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。
3. 入力するＲＧＢ信号をＲＧＢＷ信号に色変換する手段と、
   ＲＧＢ信号あるいは色変換後のＲＧＢＷ信号の２次元配置の信号パタンを判定する手段と、
   入力信号の画素位置に対応するサブピクセル配置を判定するパタン判定手段と、
   信号パタン判別結果とサブピクセル配置に基づいて予め定めた配置変換方法にてサブピクセル信号を生成するサブピクセル信号生成手段とを備えることを特徴とする表示信号変換装置。
4. 前記サブピクセル信号生成手段は、注目画素の信号パタン判定信号とサブピクセル配置信号に基づいて、注目画素のＲＧＢＷ信号を異なる画素あるいは異なる色に変換することでサブピクセル信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の表示信号変換装置。
5. 前記サブピクセル信号生成手段は、注目画素の信号パタン判定信号とサブピクセル配置信号の条件に対応するサブピクセル信号生成方法を論理回路として備えることを特徴とする請求項４に記載の表示信号変換装置。
6. 前記第二の信号の色種類は、ＲＧＢＷであり、
   前記第一の信号の画素位置に対応付けた第二の信号の画素はＲＧＢＷのうちの２種類であることを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。
7. 前記パタン判定手段は、第一あるいは第二の色を座標軸とする色空間上に背景色と前景色を任意の領域として設定し、注目画素および隣接画素が該領域に属するか否かを示す２値信号を生成し、注目画素および隣接画素の該２値信号の組み合わせを判定対象とすることを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。
8. 前記２値信号パタンは、少なくとも黄色、青色、白色、黒色の２値信号パタンを生成して、これらの色の２値信号パタンを背景色あるいは前景色として画素配置を示すことを特徴とする請求項７に記載の表示信号変換装置。
9. 前記第一の信号のＲＧＢから第二の信号のＲＧＢＷへの色変換手段は、前記パタン判定手段の結果に基づいてＷ信号の大きさを制御することを特徴とする請求項２に記載の表示信号変換装置。
10. 前記第一の信号のＲＧＢから第二の信号のＲＧＢＷへの色変換手段は、画面内の彩度の大きさに基づいてＷ信号の大きさを制御することを特徴とする請求項２に記載の表示信号変換装置。
11. 前記第一の信号のＲＧＢから第二の信号のＲＧＢＷへの色変換手段は、環境の明るさに基づいてＷ信号の大きさを制御することを特徴とする請求項２に記載の表示信号変換装置。
12. 前記第一の信号のＲＧＢから第二の信号のＲＧＢＷへの色変換手段は、操作者の操作時間間隔に基づいてＷ信号の大きさを制御することを特徴とする請求項２に記載の表示信号変換装置。
13. 前記第一の信号は、外部から入力するＲＧＢ信号と内部生成するＲＧＢ信号であり、
    当該ＲＧＢ信号を変換して得られる第二の信号は、１画素の線幅上にはＲＧＢＷ４種類のサブピクセルが含まれることを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。
14. 前記第一の信号の色種類はＲＧＢであり、
    第一の信号の画素位置に対応する第二の信号の色種類は、ＲＧＢ、ＧＢＷ、ＢＷＲ、ＷＲＧの４種類であり、
    第二の信号の色配置は、水平方向にＲＧＢ、ＧＢＷ、ＢＷＲ、ＷＲＧを巡回して配置することを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。
15. 前記サブピクセル信号生成手段は、入力信号の画素周期よりも短い周期のサブピクセル信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の表示信号変換装置。

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