JP2012150463A - スペクトルに基づいて構成した後方照明を有する多原色ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型ディスプレイ装置上に、３つよりも多い原色を用いて、カラー画像を表示するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】カラー画像を表示する装置は、ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光を生成可能な複数の光生成素子２１２を含み、ｍが３以上である、照明源を含むことができる。また、本装置は、カラー画像の階調表現に対応する減衰パターンにしたがって、照明源が生成した光を空間的に選択的に減衰可能な減衰素子のアレイ２１４と、減衰素子のアレイ２１４からの選択的に減衰した光を受光可能なカラー副画素フィルタ素子のアレイ２１６とを備えており、各副画素フィルタ素子がｎ個の異なる原色のうち１つの光を透過可能であり、ｎが４以上である。
【選択図】図２Ｂ
【解決手段】カラー画像を表示する装置は、ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光を生成可能な複数の光生成素子２１２を含み、ｍが３以上である、照明源を含むことができる。また、本装置は、カラー画像の階調表現に対応する減衰パターンにしたがって、照明源が生成した光を空間的に選択的に減衰可能な減衰素子のアレイ２１４と、減衰素子のアレイ２１４からの選択的に減衰した光を受光可能なカラー副画素フィルタ素子のアレイ２１６とを備えており、各副画素フィルタ素子がｎ個の異なる原色のうち１つの光を透過可能であり、ｎが４以上である。
【選択図】図２Ｂ
Description
本発明は、一般的には、カラー・ディスプレイ装置、システム、および方法に関し、更に特定すれば、カラー画像再生機能を改良したディスプレイ装置、システム、および方法に関する。
標準的なコンピュータ・モニタおよびＴＶディスプレイは、通例、３つの加算的な主要色（「原色」）、例えば、赤、緑、および青の再生に基づいている。これら３つの原色を纏めてＲＧＢと呼んでいる。生憎、これらのモニタは、人が認知できる色の多くを表示することができない。何故なら、これらは、表示できる色の範囲に限界があるからである。図１は、当技術分野では公知の色度図を模式的に示す。馬蹄形の閉じた区域は、人が見ることができる色の色度範囲を表す。しかしながら、色度だけで様々な可視光全てを完全に表現する訳ではない。例えば、図１の二次元色度面上における各色度値は、種々の異なる輝度レベルで再生することができる。このため、可視色空間の完全な表現には、三次元空間が必要であり、例えば、色度を表す２つの座標と、輝度を表す第３の座標を含む。他の三次元空間表現も規定することができる。図１における馬蹄形図の境界における点は、一般に「スペクトル軌跡」と呼ばれており、例えば、４００ｎｍから７８０ｎｍまでの範囲の波長における単色励起に対応する最長波長および最短波長における最端単色励起(extreme monochromatic excitation)間の、馬蹄形の底辺を「閉鎖する」直線は、一般に、「紫線」(purple line)と呼ばれている。様々に変化する輝度レベルにおいて、人の目によって識別できる色の範囲は、紫線よりも上の馬蹄形図の区域によって表されており、一般に、目の色域と呼ばれている。図１の点線の三角形区域は、標準的なＲＧＢモニタで再生可能な色の範囲を表す。
種々のディスプレイ技術を用いたＲＧＢモニタでは、多くの種類が公知であり、ＣＲＴ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、プラズマ、投射ディスプレイ、ＬＣＤ装置、およびその他を含むが、これらに限定されるのではない。過去数年にわたって、カラーＬＣＤ装置の使用は着実に増加しつつある。典型的なカラーＬＣＤ装置を模式的に図２Ａに示す。このような装置は、光源２０２、液晶（ＬＣ）素子（セル）２０４のアレイ、例えば、当技術分野では公知のように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブ・マトリクス技術を用いたＬＣアレイを含む。この装置は、更に、例えば、当技術分野では公知のように、アクティブ・マトリクス・アドレシングによってＬＣアレイ・セルを駆動する電子回路、およびＬＣアレイと並置した三色フィルタ・アレイ、例えば、ＲＧＢフィルタ・アレイ２０６も含む。既存のＬＣＤ装置では、表示画面の各フル・カラー画素は、３つの副画素によって再生され、各副画素は異なる原色に対応する。例えば、各画素は、Ｒ、ＧおよびＢの副画素の各組を駆動することによって再生される。副画素毎に、ＬＣアレイ内には対応するセルがある。後方照明源２０２が、カラー画像を生成するために必要な光を供給する。副画素の各々の透過度は、対応する画素に対するＲＧＢデータ入力に基づいて、対応するＬＣセルに印加される電圧によって制御する。コントローラ２０８は、入力ＲＧＢデータを受け取り、これを要求サイズおよび解像度に調整し、画素毎の入力データに基づいて、異なるドライバによって送出する信号の大きさを表すデータを送信する。後方照明源が供給する白色の強度は、ＬＣアレイによって空間的に変調され、副画素の所望の強度に応じて副画素毎に光を選択的に減衰させる。選択的に減衰した光は、ＲＧＢカラー・フィルタ・アレイを通過し、各ＬＣセルは対応するカラー副画素と重ね合わされており、所望のカラー副画素の組み合わせを生成する。人の視覚系は、異なるカラー副画素を通過して濾過された光を、空間的に一体化しカラー画像を認知する。
ＬＣＤは、種々の用途に用いられている。ＬＣＤは、特に、携帯用デバイス、例えば、ＰＤＡデバイス、ゲーム・コンソールおよび移動電話機の小型ディスプレイ、並びにラップトップ（「ノートブック」）コンピュータの中型ディスプレイに良く見られる。これらの用途では、薄型で微小化した設計、および低消費電力が要求される。しかしながら、ＬＣＤ技術は、概して更に大きなディスプレイ・サイズを必要とする非携帯用デバイス、例えば、デスクトップ・コンピュータ・ディスプレイやＴＶ受像機にも用いられている。ＬＣＤの用途が異なれば、最適な結果を達成するためには異なるＬＣＤの設計が必要となるはずである。ＬＣＤ装置の「旧来の」市場、例えば、バッテリ動作型デバイス（例えば、ＰＤＡ、セルラ・フォンおよびラップトップ・コンピュータ）の市場では、輝度効率が高いＬＣＤが必要となる。これは、消費電力の低減に結びつくからである。デスクトップ・コンピュータのディスプレイでは、高解像度、画質、および色の豊富さが、主要な考慮点であり、低消費電力は、あまり重要でない考慮点に過ぎない。ラップトップ・コンピュータのディスプレイは、高解像度および低消費電力の双方を要求する。しかしながら、画質や色の豊富さは、多くのこのような装置では、譲歩されている。ＴＶディスプレイの用途では、画質および色の豊富さは、一般に最も重要な考慮点であり、電力消費および高解像度は、このような装置ではあまり重要ではない考慮点である。
通例、ＬＣＤ装置に後方照明を供給する光源は、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Light）である。図３Ａは、当技術分野では公知の、ＣＣＦＬの典型的なスペクトルを模式的に示す。図３Ａに示すように、光源のスペクトルは、３つの比較的狭い支配的波長範囲を含み、それぞれ、赤色光、緑色光、および青色光に対応する。代わりに、当技術分野では公知の、別の相応しい光源を用いてもよい。フィルタ副画素アレイにおけるＲＧＢフィルタは、広い色域（例えば、対応するＣＲＴモニタの色域にできるだけ近い）を再生するだけでなく、例えば、透過曲線が図３ＡにおいてＣＣＦＬのスペクトル・ピークと重複するフィルタを選択することによって、表示効率を最大限高めるように設計することができる。一般に、所与の光源輝度では、透過スペクトルが狭いフィルタほど、広い色域が得られるが、表示輝度は低下する。そして、その逆も成り立つ。例えば、電力効率が非常に重要な考慮点である用途では、色域の幅を犠牲にすることが多い。あるＴＶ用途では、輝度が重要な考慮点であるが、くすんだ色は受け入れ難い。
図４Ａは、既存のラップトップ・コンピュータのディスプレイに典型的なＲＧＢフィルタのスペクトルを模式的に示す。図４Ｂは、理想的なＮＴＳＣ色域（図４Ｂにおける点線の三角形区域）と比較して、典型的なラップトップのスペクトルの再生可能な色域（図４Ｂにおいて破線の三角形区域）を表す色度図を模式的に示す。図４Ｂに示すように、ＮＴＳＣ色域は、典型的なラップトップ・コンピュータのディスプレイの色域よりもはるかに広く、したがって、ＮＴＳＣの色域に含まれる多くの色の組み合わせは、典型的なカラー・ラップトップ・コンピュータのディスプレイでは再生不可能である。三色ＬＥＤバックライトを用いたＬＣＤは、G.Harbers and C.Hoelenによる"High performance LCD backlighting using high intensity red, green and blue light emitting diodes" （高強度赤色、緑色、および青色発光ダイオードを用いた高性能ＬＣＤバックライト）、SID Digest, LP-2, page 702 (2001)（非特許文献１）に記載されている。
High performance LCD backlighting using high intensity red, green and blue light emitting diodes
人が見る多くの色は、標準的な赤−緑−青（ＲＧＢ）モニタ上では区別できない。３つよりも多い原色のディスプレイ装置を用いることによって、ディスプレイの再生可能な色域が拡大する。加えてまたは代わりに、ディスプレイが生成する輝度レベルも格段に高めることができる。本発明の実施形態は、ディスプレイ装置、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置のような、薄型ディスプレイ装置上に、３つよりも多い原色を用いてカラー画像を表示するシステムおよび方法を提供する。
本発明の代表的な実施形態は、各画素を形成するために異なる色の３つよりも多い副画素を用いた、改良型多原色ディスプレイ装置を提供する。本発明のこの態様の実施形態では、少なくとも４つの光生成素子、例えば、少なくとも４つの異なる色を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを含む後方照明源の使用、および画素毎に４つ以上の異なるカラー副画素の使用によって、色域の拡大および／または発光効率の向上を可能にする。実施形態によっては、ＬＥＤの数および／またはスペクトル、画素毎の副画素の数、および／または異なる副画素のカラー・スペクトルを最適化し、十分に広い色域および／または十分に高い輝度の所望の組み合わせを得ることができる。
本発明の実施形態によっては、３つよりも多い原色の使用において、原色の一部、例えば、赤、緑および青の波長範囲を比較的狭くして使用できるようにすることにより、ディスプレイの再生可能な色域を拡大し、こうしてこれら原色の彩度を高めることができる。このように狭くした範囲によって潜在的に低下する可能性がある輝度レベルを補償するために、本発明の実施形態の中には、広い波長範囲の原色、例えば、特別に設計した黄色および／またはシアンを、波長範囲が狭い色に加えて用いることにより、ディスプレイの全体的な輝度を高めることができる。
本発明の実施形態によれば、ＬＥＤアレイにおける１つ１つのＬＥＤが出射する光は、所望の色に対応する、既定の狭い波長スペクトルを有することができる。例えば、本発明の実施形態例の中には、ＬＥＤアレイの中にある異なるＬＥＤが２つの青色スペクトル、１つのシアン・スペクトル、１つの緑色スペクトル、１つの黄色スペクトル、そして２つの赤色スペクトルを射出することができるものもある。本発明の一部の実施形態によれば、異なる波長スペクトルを有するＬＥＤを組み合わせて用いると、所望の波長スペクトルの組み合わせを生成することができる。本発明の実施形態によるＬＥＤの組み合わせによって得られる波長スペクトルの組み合わせは、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）によって得られる光スペクトルと比較して、相当する光の範囲を更に広げることができる。また、本発明の実施形態によるＬＥＤの組み合わせによって得られる波長スペクトルの組み合わせにより、ＣＣＦＬによって得られる光スペクトルと比較して、一層優れた波長の分離も得ることができる。本発明の実施形態によるＬＥＤアレイを後方照明源として用いることにより、１組の予め選択した狭い波長スペクトルに対応する光の再生が可能となる場合もある。したがって、しかるべきカラー・フィルタの組み合わせと共に用いると、以下で説明するが、本発明の実施形態によるＬＥＤ後方照明は、所望の色域および／または輝度レベルを生成する際に、一層きめ細かな制御を行うことができる。
本発明の一部の実施形態によれば、異なる色のＬＥＤの数ｍは、原色の数ｎよりも大きくてもよい。これらの実施形態によれば、２つ以上の異なる色のＬＥＤからの混合照明は、目視の目的では、所与の原色にほぼ等しくすることができる。このため、本発明の実施形態は、あらゆる所望の原色、例えば、ある波長のＬＥＤが利用できないことまたは非効率的なことのために、単一のＬＥＤでは容易に再生することができない、例えば、ある色合いの青の再生を可能とする。
本発明の実施形態による３つよりも多い原色のＬＣＤ装置の色域およびその他の属性は、ＬＥＤの背景照明の組み合わせ、および装置が用いる異なる原色の副画素フィルタ素子のスペクトル透過特性を制御することによって、制御することができる。本発明の実施形態による３つよりも多い原色のＬＣＤ装置のためのＬＥＤの組み合わせおよび原色副画素フィルタ素子の選択は、種々の判断基準に基づくことができ、例えば、所望の色域の十分な有効範囲を確定すること、ディスプレイが生成できる輝度レベルを最大限高めること、および／または所望の色度標準に応じて原色の相対的強度を調節することがあげられる。
本発明と見なされる主題については、本明細書の結論部分に特定的に指摘し、個々に特許請求してある。しかしながら、本発明は、編成および動作方法の双方に関しては、その目的、特徴および利点と共に、以下の詳細な説明を参照し、添付図面と共に熟読することによって最良に理解することができよう。
図の簡略化および明確化のために、図面に示す要素は、必ずしも正確に、または同じ拡縮率で描かれている訳ではないことは認められよう。例えば、明確化のために、要素の一部は、その寸法が他の要素に対して誇張されていたり、あるいは数個の物理的コンポーネントが１つの機能的ブロックまたは要素に含まれる場合もある。更に、適切と見なされる場合には、図面間で参照番号を繰り返し、対応するまたは類似する要素を示す場合もある。更に、図面に描かれているブロックの一部を組み合わせて１つの機能にすることができることもある。
以下の説明では、本発明の完全な理解が得られるように、具体的な実施形態を参照しながら、本発明について説明する。しかしながら、本発明は、ここに記載する具体的な実施形態や例に限定される訳ではないことは当業者には明白であろう。更に、ここに記載する装置、システムおよび方法のある種の詳細がカラー・ディスプレイ装置、システムおよび方法の既知の態様に関する限りにおいて、明確化のためにこのような詳細を省略または簡略化することもある。
本発明の実施形態例による、三原色よりも多いモニタおよびディスプレイ装置の実施形態は、２００２年６月１１日に出願され"Device, System and Method For Color Display"（カラー・ディスプレイ装置、システムおよび方法）と題し、２００３年１２月１９日にＰＣＴ公開ＷＯ０２／１０１６４４号として公開された、国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０２／００４５２号、および２００３年４月１３日に出願され、"Color Display Devices and Methods with Enhanced Attributes"（属性を改良したカラー・ディスプレイ装置および方法）と題し、２００３年１０月２３日にＰＣＴ公開ＷＯ０３／０８８２０３号として公開された国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０３／００３０７号に記載されている。これら全ての出願および公開の開示内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。
本発明の実施形態では、先に引用した特許出願に開示されている方法およびシステム、例えば、ソース・データを主データに変換する方法、あるいは原色素材またはフィルタを作成する方法を用いることもできるが、代替実施形態では、本発明のシステムおよび方法は、ｍ個の光生成素子、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を後方照明源として用いる、他のいずれのｎ原色表示技術(n-primary display technology)であっても、相応しいのであれば、用いることができる。ここで、ｎは４以上であり、ｍは３以上である。これらの出願に記載されているある種の実施形態は、後方または前方投影装置、ＬＣＤ装置、またはその他の種類のディスプレイ装置を基にしている。以下の記載は、主に、本発明の実施形態例による、ＬＥＤのアレイを後方照明源として用いる、ｎ原色フラット・パネル・ディスプレイ装置を中心に行うが、代替実施形態では、本発明のシステム、方法および装置は、他の種類のディスプレイ装置並びに他の種類の光源および変調技法と共に用いることも可能であることは当然認められよう。例えば、本発明のｎ原色ディスプレイ装置の原理は、ｎ原色投射ディスプレイ装置と共に用いることもできる。このｎ原色投射ディスプレイ装置は、例えば、２００１年６月７日に出願され、"Device, System and Method For Electronic True Color Display"（電子純正カラー・ディスプレイ用装置、システムおよび方法）と題し、ＰＣＴ公開ＷＯ０１／９５５４４号として公開された、国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０１／００５２７号に記載されており、その開示内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
図２Ｂは、本発明の一実施形態による３原色よりも多い表示システムを模式的に示す。このシステムは、光生成素子、例えば、ｍ個の異なる色のＬＥＤのＬＥＤ組み合わせを含むＬＥＤ２１２のアレイを含む、後方照明源を含み、ｍは３以上である。更に、このシステムは、光案内光学ユニット２２２も含むことができる。光案内光学ユニット２２２は、例えば、ディフューザおよび／または１つ以上の光学素子、例えば、光ガイド、レンズ、および／またはミラー、あるいは、当技術分野では公知の、ＬＥＤ２１２から均一な後方照明を得るためのその他のいずれの素子でも含むことができる。本発明の一部の実施形態例では、ＬＥＤを同時に活性化すると、ｍ個の異なる波長スペクトルを含む集合光(aggregated light)を生成することができる。これについては以下で説明する。また、本システムは、液晶（ＬＣ）素子（セル）２１４のアレイ、例えば、当技術分野では公知の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブ・マトリクス技術を用いたＬＣアレイも含むことができる。この装置は、更に、例えば、当技術分野では公知のように、アクティブ・マトリクス・アドレシングによってＬＣアレイ・セルを駆動する電子回路２２０と、ｎ個の異なるカラー副画素フィルタを含むｎ原色カラー・フィルタ・アレイ２１６とを含む。ｎは３よりも大きく、ｎ原色カラー・フィルタ・アレイ２１６はＬＣアレイと並置されている。
本発明の実施形態の一部では、異なる色のＬＥＤの数ｍが、原色の数ｎと等しい場合もある。これらの実施形態では、ｍ個のカラーＬＥＤの各々、および対応するカラー副画素フィルタ素子は、同じ狭いスペクトルを有し、ｎ個の原色の１つに実質的に対応することができる。これについては、以下で説明する。
本発明の別の実施形態では、異なる色のＬＥＤの数ｍが、原色の数ｎよりも大きくてもよい。これらの実施形態によれば、２つ以上の異なる色のＬＥＤを利用すると、１つの原色に対応する集合照明を得ることができる。これによって、事実上、所望の原色、例えば、ある波長のＬＥＤが利用できないことまたは非効率的なことのために、単一のＬＥＤでは容易に再生することができない、例えば、ある色合いの青と事実上同等の後方照明を得ることができる。これらの実施形態では、ｍ個のカラーＬＥＤのうち２つ以上の狭い発光スペクトルは、所望の原色のスペクトル近傍において多少異なる範囲をカバーすることができ、ｎ個のカラー・フィルタの１つの透過スペクトル内に全てを含ませることができる。これについては、以下で説明する。
本発明のＬＣＤ装置の実施形態例では、表示される画像の各フル・カラー画素は、３つよりも多い副画素によって再生され、各副画素は異なる原色に対応する。例えば、各画素は、４つ以上の副画素から成る対応する１組を駆動することによって再生する。副画素毎に、ＬＣアレイ２１４には対応するセルがある。ＬＥＤアレイ２１２は、カラー画像を生成するのに必要な光を供給する。光案内光学ユニット２２２は、ＬＥＤアレイ２１２のＬＥＤの各々が出射する異なる光のスペクトルを組み合わせ、一致させて、ＬＥＤ２１２の組み合わせたスペクトルに応じた、実質的に均一で実質的に白色の集合照明をＬＣアレイ２１４上に供給する。ＬＥＤは、ＬＥＤアレイ状に配置し、実質的に均一な色分布、および実質的に均一な度合いの輝度を有する集合光を供給する配列とするとよい。例えば、ＬＥＤは、各カラーＬＥＤと他の全ての色のうち最も近いＬＥＤとの間の距離の変動を最小にする配列に配置するとよい。副画素の各々の透過度は、対応する画素に対する画像データ入力に基づいて、アレイ２１４の対応するＬＣセルに印加される電圧によって制御する。ｎ原色コントローラ２１８は、入力データを、例えば、ＲＧＢまたはＹＣＣフォーマットで受け取り、任意にデータを所望のサイズおよび分解能に調整し、画素毎の入力データに基づいて異なるドライバによって送出される信号の強度を表すデータを送信する。光案内光学ユニット２２２によって供給され、白色と認められる集合照明の強度(intensity)は、ＬＣアレイの素子によって空間的に変調することができる。ＬＣアレイは、各画素の画像データに応じて、当該画素の照明を選択的に制御する。各副画素の選択的に減衰した光は、カラー・フィルタ・アレイ２１６の対応するカラー・フィルタを通過することによって、所望のカラー副画素の組み合わせを生成する。人の視覚系は、異なるカラー副画素によって濾過された光を空間的に統合し、カラー画像を認める。
本発明の実施形態によるＬＣＤ装置の色域およびその他の属性は、多数のパラメータによって制御することができる。これらのパラメータは、ＬＥＤ２１２のスペクトルおよび効率、ＬＣアレイ内のＬＣセルの空間透過度、並びにカラー・フィルタの空間透過度を含むことができる。本発明の実施形態によれば、ＬＥＤ２１２および／またはカラー・フィルタ２１６は、これらのパラメータの各々を所望のレベルで得られるように選択するとよい。これについて以下に述べる。
図３Ｂは、本発明の実施形態例による、７つで１組のＬＥＤ、例えば、LuxeonTMエミッタ・ブルー(emitter blue)、ロイヤル・ブルー、シアン、緑、アンバー、赤−オレンジ、および赤ＬＥＤの正規化したスペクトルのグラフを模式的に示す。これらは、米国のLumileds Ltd.から入手可能である。
本発明の実施形態によれば、ＬＥＤアレイ２１２内にある個々の各ＬＥＤが出射する光は、図３Ｂに示すように、既定の波長に対応する既定の狭い光スペクトルを有することができる。例えば、ＬＥＤスペクトル３０１から３０７は、２つの青のスペクトル、シアンのスペクトル、緑のスペクトル、黄色のスペクトル、および２つの赤のスペクトルにそれぞれ対応する。本発明の一部の実施形態によれば、異なる波長スペクトルを有するＬＥＤの組み合わせを用いると、所望の波長スペクトルの組み合わせを生成することができる。ＬＥＤの組み合わせによって得られる波長スペクトルの組み合わせは、例えば、図３Ａに示すような、ＣＣＦＬによって得られる光スペクトルと比較すると、例えば、図３Ｂに示すように、より広い範囲の色に対応するより広い範囲の適切な波長を含むことができる。更に、本発明の実施形態によるＬＥＤの組み合わせによって得られる波長スペクトルの組み合わせは、ＣＣＦＬによって得られる光スペクトルと比較して、波長の分離を改善して含むこともできる。したがって、本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ２１２（図２Ｂ）を後方照明源として用いると、１組の予め選択した狭い波長スペクトルに対応するスペクトルの組み合わせの生成を可能とすることができる。このため、カラー・フィルタ２１６の対応するアレイ（図２Ｂ）と共に用いると、ＬＥＤアレイ２１２（図２Ｂ）は、所望の色域および／または輝度レベルの再生において、一層精巧な制御を可能にすることができる。これについては、以下で詳しく説明する。図３Ｃは、本発明の実施形態の一例による六原色フィルタ・アレイの透過曲線を模式的に示す。本発明の実施形態によれば、フィルタ・アレイ２１６（図２Ｂ）をＬＥＤアレイ２１２と共に用いると、各々が異なる必要な原色に対応する副画素の集合を得ることができる。これについては、以下で詳しく説明する。
本発明の実施形態による、原色が３つよりも多い多原色ディスプレイでは、必要な色域を実質的に重なり合わせるように、無限数のＬＥＤおよび／またはフィルタの組み合わせを選択することができる。したがって、本発明のＬＥＤおよびフィルタの選択方法は、以下の要件の少なくとも１つにしたがって、ＬＥＤおよび／またはフィルタの選択を最適化することを含むとよい。所望の二次元域、例えば、広域用途用ＮＴＳＣ標準色域（例えば、広域用途のため）や、「従来の」三色ＬＣＤ域（例えば、より高い輝度の用途のため）の十分な有効範囲を確立すること。全原色を組み合わせることから得ることができる、均衡の取れた白点の輝度レベルを最大に高めること。そして、所望の照明規格、例えば、高品位ＴＶ（ＨＤＴＶ）システムのＤ６５白点色度規格に応じて原色の相対的強度を調節すること。
本発明の実施形態は、複数のｍ個の異なる波長を生成するＬＥＤのアレイを後方照明源として、更に複数のｎ個の原色を与えるフィルタのアレイを用いて、ディスプレイ装置、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置のような、薄型ディスプレイ装置上にカラー画像を表示するシステムおよび方法を提供する。ここで、ｍは３以上であり、ｎは３よりも大きい。この構成は、例えば、３つのＲＧＢ ＬＥＤのみを含む後方照明源を用いたディスプレイ装置と比較して、いくつかの利点がある。最初に、本発明による、ｍ個のカラーＬＥＤのアレイをバックライト素子として含むｎ原色ディスプレイ装置は、以下で説明するように、当該ディスプレイがカバーする色域の拡大を可能にする。第２に、ＬＥＤのスペクトルとフィルタのスペクトルとの間のより良い一致を達成することができる。これについては以下で説明する。この場合、ＬＥＤの各々から出射される光の最大レベルを、対応するカラー・フィルタを介して効率的に転送することができる。このため、本発明による装置は、例えば、同様の色域をカバーするＲＧＢ ＬＥＤ後方照明源を用いたディスプレイと比較すると、ディスプレイの光源効率を著しく高めることができる。本発明のこの特徴は特に携帯（例えば、バッテリ動作型）ディスプレイ装置には有利である。何故なら、光源効率が向上すれば、各再充電後のバッテリの使用可能時間の延長、および／または一層軽いバッテリを用いることによるディスプレイ装置全体の軽量化が可能となるからである。
本発明の実施形態による多原色ディスプレイ装置の一部では、異なる色の副画素を３つよりも多く用いて各画素を作成する。本発明の実施形態では、画素毎に、３つよりも多い異なるカラー副画素を用いることによって、色域の拡大および／または光源効率の向上が可能となる。実施形態によっては、画素毎の副画素数、ＬＥＤアレイにおけるＬＥＤの各々の数および波長スペクトル、並びに異なる副画素フィルタの透過スペクトルを最適化すると、十分に広い色域、および／または十分に高い輝度の所望の組み合わせを得ることができる。これについては以下で説明する。
例えば、本発明の実施形態による、３つよりも多い原色フィルタの使用と組み合わせて、ＬＥＤのアレイを後方照明源として用いると、Ｒ、ＧおよびＢカラー・フィルタに用いるフィルタの透過曲線を狭め（例えば、有効透過範囲を狭める）、したがってＲ、ＧおよびＢ副画素の彩度を高めることによって、再生可能な色域の拡大を可能にすることができる。このような狭めた範囲を補償するために、本発明の一部の実施形態では、ＲＧＢ飽和色に加えて、より広い波長スペクトルの副画素フィルタを用い、こうしてディスプレイの全体的な輝度を高めることができる。本発明の実施形態にしたがって、ＬＥＤのアレイを後方照明源として用いることにより、前述のように、カラー・フィルタの属性の一層効率的な使用が可能となり、色域の拡大および／または輝度レベルの向上を可能にすることができる。本発明の実施形態によれば、ＬＥＤおよびカラー・フィルタを適切に選択することにより、色域幅および画像全体の輝度の最適な組み合わせが得られ、所与のシステムの要件を満たすことができる。これらの実施形態の一部によれば、選択は、実質的に１つの原色を得るためには、１つのカラー・フィルタに対応して少なくとも２つの異なる色のＬＥＤを含めばよい。これらのＬＥＤおよびカラー・フィルタは、２つ以上のＬＥＤの組み合わせた波長が生成する色が、所望の原色に事実上対応して見えるように選択するとよい。対応するカラー・フィルタの透過スペクトルは、２つ以上のＬＥＤの波長に合わせるように設計することができる。
これより図５を参照すると、本発明の実施形態例による、ＬＥＤアレイおよびフィルタ・アレイを選択する試行錯誤方法のブロック図が模式的に示されている。
本発明の実施形態によれば、ＬＥＤアレイは、ｍ個の異なるＬＥＤの色毎に、複数、例えば、ｌｍ個のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤは、実質的に白色光の実質的に均一な集合照明が得られる配列でアレイ内に配置することができる。
本発明の実施形態によれば、ＬＥＤアレイは、ｍ個の異なるＬＥＤの色毎に、複数、例えば、ｌｍ個のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤは、実質的に白色光の実質的に均一な集合照明が得られる配列でアレイ内に配置することができる。
これらの実施形態によれば、図５の試行錯誤方法を用いれば、各色のＬＥＤに最適な個数ｌｍを選択することができ、ＬＥＤと共に用いるフィルタのフィルタ素子の最適な選択およびアレイ内の配列により、所望の表示属性、例えば、所望の色域および／または白点を達成することができる。
本発明の実施形態によれば、図５の方法は、ブロック５０２に示すように、ＬＥＤの各色毎に、絶対光源スペクトル出力ｓｍを計算することを含むことができる。これは、例えば、ＬＥＤの仕様、例えば、供給電力（例えば、ワット）の単位毎の正規化スペクトルおよび出力（例えば、ルーメン単位）を用い、ＬＥＤの各々に実質的に等しい電力（ワット）を供給すると想定することによって実行することができる。
また、本方法は、ブロック５０４に示すように、異なる色ｍ毎にｌｍ個のＬＥＤを含むＬＥＤの組み合わせ、および相当するフィルタ素子のアレイを選択することを含むことができる。
ブロック５０６に示すように、ＬＥＤアレイの全出力スペクトルＴＳは、例えば、以下の式によって評価することができる。
ブロック５１０に示すように、例えば、当技術分野では公知のように、再生可能な白点スペクトルおよび再生可能な白色座標を計算することができる。
ブロック５１２に示すように、再生可能な白点スペクトルおよび座標並びに再生可能な色域を、それぞれ、要求色域並びに要求白点スペクトルおよび座標と比較することができる。
ブロック５１２に示すように、再生可能な白点スペクトルおよび座標並びに再生可能な色域を、それぞれ、要求色域並びに要求白点スペクトルおよび座標と比較することができる。
再生可能な値が、ブロック５１２の要求値とは著しく異なる場合、本方法は、それに応じてｌｍの入力を調節した後、ブロック５０６に戻ることを含むことができる。例えば、再生可能な光スペクトルが「余りに青過ぎる」場合、ブロック５１４に示すように、青色ＬＥＤの数を減らすこと、および／または黄色ＬＥＤの数を増やすことができる。
再生可能な値が実質的に要求値と一致する場合、本方法は、ブロック５１６に示すように、表示効率Ｄｅｆｆを計算することを含むことができる。
図６Ａは、波長スペクトル３０１、３０４および３０７（図３Ｂ）をそれぞれ有する青色、緑色、および赤色ＬＥＤの組み合わせを含む従来技術の後方照明源の有効スペクトルを模式的に示す。図６ＡのＬＥＤの組み合わせを用いると、図６Ｂに模式的に示すような色域を得ることができる。
図６Ａは、波長スペクトル３０１、３０４および３０７（図３Ｂ）をそれぞれ有する青色、緑色、および赤色ＬＥＤの組み合わせを含む従来技術の後方照明源の有効スペクトルを模式的に示す。図６ＡのＬＥＤの組み合わせを用いると、図６Ｂに模式的に示すような色域を得ることができる。
図７Ａは、本発明の実施形態例による、波長スペクトル３０１、３０２、３０３、３０４、３０５および３０７（図３Ｂ）をそれぞれ有する青色ＬＥＤ、シアン色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、および赤色スペクトルＬＥＤの２種類の色合いを含むＬＥＤの組み合わせを有する後方照明源の複合スペクトルの模式図である。
図７Ｂは、本発明の実施形態の一例にしたがって、五原色表示を得るための、図７ＡのＬＥＤの組み合わせと共に用いるフィルタ・アレイの透過曲線を示す模式グラフである。本発明の一実施形態によれば、図７ＡのＬＥＤの組み合わせを、図７Ｂのフィルタ・アレイと共に用いると、五原色ＲＧＢＣＹ表示を作成することができる。本発明の実施形態によれば、図７Ａの後方照明を図７Ｂのフィルタ・アレイと共に用いれば、図７Ｃに模式的に示すような、副画素スペクトルを作成することができる。図７Ｃに示す副画素スペクトルは、青副画素スペクトル７０１、シアン副画素スペクトル７０２、緑副画素スペクトル７０３、黄色副画素スペクトル７０４、および赤副画素スペクトル７０５を含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、図７ＡのＬＥＤの組み合わせを図７Ｂのフィルタ・アレイと共に用いると、図７Ｄに模式的に示すような色域を得ることができる。当技術分野では公知のように、従来の三色ＬＣＤの正規化した全体的輝度レベルは、以下のように計算することができる。
［数２］
Ｙ（三色）＝（Ｙ（色１）＋Ｙ（色２）＋Ｙ（色３））／３ （２）
同様に、本発明の一実施形態による五色ＬＣＤ装置の正規化輝度レベルは、以下のように計算することができる。
Ｙ（三色）＝（Ｙ（色１）＋Ｙ（色２）＋Ｙ（色３））／３ （２）
同様に、本発明の一実施形態による五色ＬＣＤ装置の正規化輝度レベルは、以下のように計算することができる。
［数３］
Ｙ（五色）＝（Ｙ（色１）＋Ｙ（色２）＋Ｙ（色３）＋Ｙ（色４）＋Ｙ（色５））／５
（３）
ここで、Ｙ（色ｉ）は、例えば、ＬＥＤの製造者の仕様による一定電力（例えば、一定電流）に対するｉ番目の原色の輝度レベルを示し、Ｙ（ｎ色）は、ｎ原色表示の全体的な正規化輝度レベルを示す。
Ｙ（五色）＝（Ｙ（色１）＋Ｙ（色２）＋Ｙ（色３）＋Ｙ（色４）＋Ｙ（色５））／５
（３）
ここで、Ｙ（色ｉ）は、例えば、ＬＥＤの製造者の仕様による一定電力（例えば、一定電流）に対するｉ番目の原色の輝度レベルを示し、Ｙ（ｎ色）は、ｎ原色表示の全体的な正規化輝度レベルを示す。
本発明の一実施形態による、ＬＥＤアレイ２１２（図２）に含まれるＬＥＤ素子の各々は、前述のように、狭い波長スペクトルを有することができる。したがって、個々のｉ番目の副画素の輝度レベル（色ｉ）は、各々、当該ｉ番目の副画素を再生するために用いられるフィルタ素子を透過する波長を有するＬＥＤの強度Ｉ（ＬＥＤ）に実質的に比例することができる。
したがって、図６ＡのＬＥＤアレイ・バックライトを有する三色ＲＧＢ ＬＣＤの正規化輝度レベルは、以下のように計算することができる。
［数４］
Ｙ（３ＬＥＤ）＝［Ｉ（ＬＥＤred）＋Ｉ（ＬＥＤgreen）＋Ｉ（ＬＥＤblue）］／３ （４）
本発明の一実施形態によれば、図７Ａおよび図７Ｂに示す組み合わせを用いると、シアン・フィルタは青色、シアン、および緑色ＬＥＤを完全に透過することができ、一方黄色フィルタは、赤色及び黄色ＬＥＤを完全に透過し、緑色ＬＥＤを部分的に透過することができる。したがって、図７ＡのＬＥＤの組み合わせおよび図７Ｂのフィルタ・アレイを含むＬＣＤ装置の正規化輝度レベルは、以下のように計算することができる。
［数４］
Ｙ（３ＬＥＤ）＝［Ｉ（ＬＥＤred）＋Ｉ（ＬＥＤgreen）＋Ｉ（ＬＥＤblue）］／３ （４）
本発明の一実施形態によれば、図７Ａおよび図７Ｂに示す組み合わせを用いると、シアン・フィルタは青色、シアン、および緑色ＬＥＤを完全に透過することができ、一方黄色フィルタは、赤色及び黄色ＬＥＤを完全に透過し、緑色ＬＥＤを部分的に透過することができる。したがって、図７ＡのＬＥＤの組み合わせおよび図７Ｂのフィルタ・アレイを含むＬＣＤ装置の正規化輝度レベルは、以下のように計算することができる。
［数５］
Ｙ（５ＬＥＤ）＝［２×Ｉ（ＬＥＤred）＋２．５×Ｉ（ＬＥＤgreen）＋２×Ｉ（ＬＥＤblue）＋Ｉ（ＬＥＤcyan）＋Ｉ（ＬＥＤyellow）］／５ （５）
本発明の実施形態例によれば、ＬＥＤアレイの輝度レベルは、例えば、ＬＥＤアレイに含まれるＬＥＤの製造者の仕様値を式（５）に代入することによって計算することができる。実施形態によっては、図７Ｄに示す色域は、図６Ｂの対応する三色ＬＥＤバックライトＬＣＤ装置のそれと比肩し得るが、図７Ｂのフィルタ・アレイと共に図７ＡのＬＥＤの組み合わせを用いて得ることができる輝度レベルは、対応する三色ＬＥＤバックライトＬＣＤのそれよりも約４０％高い。この実施形態において達成される輝度レベルの向上は、例えば、広い透過領域を有するように、したがってＲＧＢフィルタよりも多くのＬＥＤアレイ後方照明を透過するように特定的に設計した黄色（Ｙ）およびシアン（Ｃ）カラー副画素の追加に帰することができる。
Ｙ（５ＬＥＤ）＝［２×Ｉ（ＬＥＤred）＋２．５×Ｉ（ＬＥＤgreen）＋２×Ｉ（ＬＥＤblue）＋Ｉ（ＬＥＤcyan）＋Ｉ（ＬＥＤyellow）］／５ （５）
本発明の実施形態例によれば、ＬＥＤアレイの輝度レベルは、例えば、ＬＥＤアレイに含まれるＬＥＤの製造者の仕様値を式（５）に代入することによって計算することができる。実施形態によっては、図７Ｄに示す色域は、図６Ｂの対応する三色ＬＥＤバックライトＬＣＤ装置のそれと比肩し得るが、図７Ｂのフィルタ・アレイと共に図７ＡのＬＥＤの組み合わせを用いて得ることができる輝度レベルは、対応する三色ＬＥＤバックライトＬＣＤのそれよりも約４０％高い。この実施形態において達成される輝度レベルの向上は、例えば、広い透過領域を有するように、したがってＲＧＢフィルタよりも多くのＬＥＤアレイ後方照明を透過するように特定的に設計した黄色（Ｙ）およびシアン（Ｃ）カラー副画素の追加に帰することができる。
Claims (28)
- カラー画像を表示する装置であって、
ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光を同時に生成可能な複数の光生成素子を備えている照明源であって、ｍが３以上であり、前記複数の光生成素子は、複数の異なる色の発光ダイオードを備えている、照明源と、
前記カラー画像の階調表現に対応する減衰パターンに応じて、前記照明源が生成する光を選択的に減衰可能な減衰素子のアレイと、
前記減衰素子のアレイからの選択的に減衰した光を受光することができるカラー副画素フィルタ素子のアレイであって、各カラー副画素フィルタ素子が、ｎ個の異なる原色のうち１つの光を転送可能であり、ｎが４以上であり、前記副画素フィルタ素子の少なくとも１つの各々は、前記ｍ個の波長スペクトルのうち少なくとも２つのスペクトルの実質的にその全体を完全に透過して集合光を生成することが可能となるように、少なくとも２つの色の発光ダイオードと対応し、該発光ダイオードの少なくとも２つの色は、対応する副画素フィルタ素子の色とは異なる、カラー副画素フィルタ素子のアレイと、
を備えている装置。 - 請求項１記載の装置において、前記フィルタ素子のアレイは、各カラー副画素フィルタ素子が前記減衰素子の１つからの光を受光できるように、並置され前記減衰素子のアレイと位置合わせされている、装置。
- 請求項１または請求項２記載の装置であって、前記入力を受け、前記減衰パターンを生成するため前記減衰素子を選択的に活性化するように構成された駆動回路を備えている、装置。
- 請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置において、前記減衰素子のアレイは、液晶（ＬＣ）素子のアレイを備えている、装置。
- 請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置において、前記ｎ個の異なる原色のうち２つの原色の副画素フィルタ素子は、前記ｍ個の波長スペクトルのうち少なくとも１つのスペクトルの実質的にその全体を完全に透過することが可能である、装置。
- 請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置において、前記ｎ個の異なる原色のうち第１原色の副画素フィルタ素子は、第１の狭いスペクトルの光を透過することが可能であり、前記ｎ個の異なる原色のうち第２原色の副画素フィルタ素子は、前記狭いスペクトルよりも広くかつ該狭いスペクトルを含む第２スペクトルの光を透過することが可能である、装置。
- 請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置において、前記ｎ個の原色のうち少なくとも１つは、前記ｍ個の波長スペクトルのうち２つ以上の組み合わせによって再生可能である、装置。
- 請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置において、ｍが６に等しい、装置。
- 請求項８記載の装置において、前記ｍ個の波長スペクトルは、２つの青スペクトル、シアン・スペクトル、緑スペクトル、黄色スペクトル、および赤スペクトルを備えている、装置。
- 請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置において、前記ｎ原色は、赤、緑、青、および黄色を含む、装置。
- 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の装置において、ｎが５に等しい、装置。
- 請求項１１記載の装置において、前記ｎ個の原色は、赤、緑、青、シアン、および黄色を含む、装置。
- 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置であって、更に、前記光生成素子の光を組み合わせて、前記減衰素子のアレイを通過する前記ｎ原色の光の実質的に均一な照明を形成する光学ユニットを備えている、装置。
- 請求項１から１３までのいずれか１項に記載の装置において、前記光生成素子の数、前記光生成素子の配列、および前記１つ以上の波長スペクトルのうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの所望の表示属性に基づいて選択する、装置。
- 請求項１４記載の装置において、前記少なくとも１つの表示属性は、前記原色の輝度レベル、色域、および相対強度から成る群から選択した少なくとも１つの属性を含む、装置。
- 請求項１４記載の装置において、前記光生成素子の配列は、前記照明源が生成する前記ｍ個のスペクトルの照明の空間的均一分布が得られるように選択する、装置。
- 請求項１から１６までのいずれか１項に記載の装置において、前記ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光生成素子は、同時に光を生成する、装置。
- カラー画像を表示するシステムであって、
ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光を同時に生成可能な複数の光生成素子を備えている照明源であって、ｍが３以上であり、前記複数の光生成素子は、複数の発光ダイオードを備えている、照明源と、
前記カラー画像を表す三原色入力データを、ｎ個の原色に関して前記カラー画像を表す変換画像データに変換する変換器と、
前記変換画像データの階調表現に対応した減衰パターンにしたがって、前記照明源が生成した光を選択的に減衰可能な減衰素子のアレイと、
前記減衰素子のアレイからの選択的に減衰した光を受光することが可能なカラー副画素フィルタ素子のアレイであって、各副画素フィルタ素子が、ｎ個の異なる原色のうち１つの原色の光を転送可能であり、ｎが４以上であり、前記副画素フィルタ素子の少なくとも１つの各々は、前記ｍ個の波長スペクトルのうち少なくとも２つのスペクトルの実質的にその全体を完全に透過して集合光を生成することが可能となるように、少なくとも２つの色の発光ダイオードと対応し、該発光ダイオードの少なくとも２つの色は、対応する副画素フィルタ素子の色とは異なる、カラー副画素フィルタ素子のアレイと、
を備えている、システム。 - 請求項１８記載のシステムにおいて、前記フィルタ素子のアレイは、各カラー副画素フィルタ素子が前記減衰素子の１つからの光を受光できるように、並置されかつ前記減衰素子のアレイと位置合わせされている、システム。
- 請求項１８または請求項１９記載のシステムであって、前記変換画像データを受け、前記減衰パターンを生成するため前記減衰素子を選択的に活性化するように構成された駆動回路を備えている、システム。
- 請求項１８から２０までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記減衰素子のアレイは、液晶（ＬＣ）素子のアレイを備えている、システム。
- 請求項１８から２１までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記ｎ個の異なる原色のうち２つの原色の副画素フィルタ素子は、前記ｍ個の波長スペクトルのうち少なくとも１つのスペクトルの実質的にその全体を完全に透過することが可能である、システム。
- 請求項１８から２２までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記ｎ個の異なる原色のうち第１原色の副画素フィルタ素子は、第１の狭いスペクトルの光を透過することが可能であり、前記ｎ個の異なる原色のうち第２原色の副画素フィルタ素子は、前記狭いスペクトルよりも広くかつ該狭いスペクトルを含む第２スペクトルの光を透過することが可能である、システム。
- 請求項１８から２３までのいずれか１項に記載のシステムであって、更に、前記光生成素子の光を組み合わせて、前記減衰素子のアレイを通過する前記ｎ原色の光の実質的に均一な照明を形成する光学ユニットを備えている、システム。
- 請求項１８から２４までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記光生成素子の数、前記光生成素子の配列、および前記１つ以上の波長スペクトルのうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの所望の表示属性に基づいて選択する、システム。
- 請求項２５記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの表示属性は、前記原色の輝度レベル、色域、および相対強度から成る群から選択した少なくとも１つの属性を含む、システム。
- 請求項２５記載のシステムにおいて、前記光生成素子の配列は、前記照明源が生成する前記ｍ個のスペクトルの照明の空間的均一分布が得られるように選択する、システム。
- 請求項１８から２７でのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記ｍ個の異なる波長スペクトルの各々の光生成素子は、同時に光を生成する、システム。
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