JP2019159279A

JP2019159279A - 表示装置及びその表示方法

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Publication number: JP2019159279A
Application number: JP2018050128A
Authority: JP
Inventors: 冨沢　一成; Kazunari Tomizawa; 一成冨沢
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-09-19
Also published as: US20190287471A1; US10726802B2

Abstract

【課題】色再現の範囲を広くしつつ、解像度を向上させる。【解決手段】実施形態の表示装置は、赤、基準緑より赤寄りの第１緑、青それぞれのサブ画素を備える第１画素と、赤、前記基準緑より青寄りの第２緑、青それぞれのサブ画素を備える第２画素とを交互に配列した表示パネルと、前記赤、基準緑、青で表現される３原色画像から赤、第１緑、第２緑、青の４原色画像を生成し、前記４原色画像から前記第１画素及び前記第２画素にレンダリングする変換回路とを具備し、前記変換回路は、１画素の白色表示において、前記第１画素では第１緑、第２画素では第２緑をそれぞれ優先的に点灯させ、赤と青で白色の色温度の調整を行う。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、多原色のサブ画素が配列される表示装置及びその表示方法に関する。

一般的な表示装置では、光の３原色である赤、緑および青を表示する３原色のサブ画素によって１つの画素が構成され、各サブ画素の輝度を制御することによってカラー表示が可能になっている。しかしながら、３原色のサブ画素による表示では、色再現の範囲が狭い。そこで、緑の原色の数を増やし、水平方向にＲ，Ｇ１，Ｂ，Ｒ，Ｇ２，Ｂの４原色のサブ画素を配列する表示装置が提案されている。

しかしながら、上記４原色のサブ画素の配列構成では、白色を表示する時、Ｇ１とＧ２の２つのサブ画素を同時に用いるため、解像度感が損なわれる。

特開２００８−０４６７６６号公報

以上のように、水平方向にＲ，Ｇ１，Ｂ，Ｒ，Ｇ２，Ｂの４原色のサブ画素を配列する表示装置では、色再現の範囲が広くなっても解像度が低下してしまう。
そこで、本発明は、色再現の範囲を広くしつつ、解像度を向上させることのできる表示装置及びのその表示方法を提供することを課題とする。

本実施形態に係る表示装置は、赤、基準緑より赤寄りの第１緑、青それぞれのサブ画素を備える第１画素と、赤、前記基準緑より青寄りの第２緑、青それぞれのサブ画素を備える第２画素とを交互に配列した表示パネルに対して、前記赤、基準緑、青で表現される３原色画像から赤、第１緑、第２緑、青の４原色画像を生成し、前記４原色画像から前記第１画素及び前記第２画素にレンダリングする際に、１画素の白色表示において、前記第１画素では第１緑、第２画素では第２緑をそれぞれ優先的に点灯させ、赤と青で白色の色温度の調整を行うことで、単色の縦、横、斜めの線を一本線のように表示する。

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の基本的な構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態のサブ画素配列を示す図である。図３は、本実施形態の表示パネルの構成を示す概念図である。図４は、本実施形態の入力画像と出力画像の色域分布を例示する図である。図５は、本実施形態の第１画素及び第２画素において、それぞれ白色を作る輝度の割合を説明するための図である。図６は、本実施形態のＳＰＲ処理において、左右に並ぶ４ＣＦの画素１、画素２が、Ｐ１，Ｐ２のサブ画素配列の画素に変換される様子を示す概念図である。図７は、本実施形態のＳＰＲ処理において、画素１、画素２がそれぞれ４ＣＦで白色の点Ｗ、交点１、交点２、基準の緑色の点Ｇを示すときのＰ１，Ｐ２のサブ画素点灯輝度の割合を示す概念図である。図８は、本実施形態のＳＰＲ処理において、解像感を維持するための画素１（Ｐ１）のR，G1，Bと隣接画素２（Ｐ２）のG2の割合の変化、画素１（Ｐ２）のR，G2，Bと隣接画素２（Ｐ１）のG1の割合の変化を示す図である。図９は、さらに解像感を増加させるための画素１（Ｐ１）のR，G1，Bと隣接画素２（Ｐ２）のG2の割合の変化、画素１（Ｐ２）のR，G2，Bと隣接画素２（Ｐ１）のG1の割合の変化を示す図である。図１０は、G2の色をR，G1，Bで表現する場合の輝度の割合と色域分布を示す図である。図１１は、G1の色をR，G2，Bで表現する場合の輝度の割合と色域分布を示す図である。図１２は、白色を表す4CF／2出力からＰ１の画素を作成する様子を示す図である。図１３は、白色を表す4CF／2出力からＰ２の画素を作成する様子を示す図である。図１４は、交点１を示す4CF／2出力からＰ１の画素を作成する様子を示す図である。図１５は、交点２を示す4CF／2出力からＰ２の画素を作成する様子を示す図である。図１６は、緑色を表す4CF／2出力からＰ１の画素を作成する様子を示す図である。図１７は、緑色を表す4CF／2出力からＰ２の画素を作成する様子を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施形態と称する）について詳細に説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

実施形形態に係る表示装置について、液晶表示装置を例示して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の基本的な構成を示すブロック図である。この液晶表示装置は、信号変換回路１０と多原色表示パネル２０とを備える。
上記信号処理回路１０は、図１に示すように、３色／４色変換部１１と、サブ画素調整部１２と、ＳＰＲ（Sub Pixel Rendering：サブピクセルレンダリング）処理部１３とを備える。上記３色／４色変換部１１は、R（赤）、G（緑）、B（青）の３原色（図２（ａ）参照）による入力画像をR（赤）、G1（赤寄りの第１緑）、G2（青寄りの第２緑）、B（青）の４原色（図２（ｂ）参照、以下の説明において、４ＣＦと称する）に対応した画像信号に変換する。上記サブ画素調整部１２は、４ＣＦ画像信号をR、G1、Bの３原色（図２（ｃ）参照）の第１画素Ｐ１を生成するための第１画像と、４ＣＦ画像信号をR、G2、Bの３原色（図２（ｄ）参照）の第２画素Ｐ２を生成するための第２画像とを生成する。上記ＳＰＲ処理部１３は、多原色表示パネル２０のサブ画素配列に合わせて、第１画像及び第２画像から各サブ画素のレンダリングを行う。多原色表示パネル２０は、図３に示すように、基板上に液晶表示パネル２１とドライバＩＣ２２を搭載したもので、液晶表示パネル２１には例えば1536×2048画素が配列される。

ここで、表示パネル２１の画素構造（サブ画素配列）は、R、G1およびBのサブ画素から構成される第１画素Ｐ１と、R、G2およびBのサブ画素から構成される第２画素Ｐ２とを有し、第１画素Ｐ１と第２画素Ｐ２が水平方向、垂直方向それぞれ交互に繰り返し配列されている。ＳＰＲ処理部１３はその画素構造に合わせて画像信号をレンダリングする。なお、以下では、水平方向に配列される画素Ｐ１，Ｐ２の色制御について説明するが、垂直方向に配列される画素Ｐ１，Ｐ２の色制御についても同様である。また、図２（ｃ），（ｄ）に示す画素構造では、第１画素Ｐ１と第２画素Ｐ２のＲ，Ｂを同じ配列としたが、図２（ｅ），（ｆ）に示すように、第１画素Ｐ１と第２画素Ｐ２とでＲ，Ｂを入れ替えて配列するようにしても、その色制御は同様に実施可能である。

図４（ａ）は、上記３原色（RGB）の入力画像信号（HDTV放送規格BT.709）の色域分布（以下、基準色域分布）を示しており、図４（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第１画素Ｐ１の色域分布と第２画素Ｐ２の色域分布を示している。各色域分布の座標点（x，y）は、R，Bを共通とし、第１画素Ｐ１のＧ１と第２画素Ｐ２のG2の２点を結ぶ直線を２分する位置に３原色の画像信号の画素Gの座標点が位置する。具体的には、色域分布におけるR，G1，G2，Bの座標点は、
R ：x=0.640, y=0.330
G ：x=0.300, y=0.600
G1 ：x=0.394, y=0.587
G2 ：x=0.202, y=0.614
B ：x=0.150, y=0.060
とする。第１画素Ｐ１、第２画素Ｐ２は、それぞれ色域内であれば単独で色表現可能である。

本実施形態において、サブ画素調整部１２の調整では、１画素の白色表示において、G1またはG2を優先的に点灯させ、RとBで白色の色温度の調整を行う。また、図４（ａ）に示す基準色域分布において、白色の点Ｗと緑色の点Ｇとを結ぶ基準直線とG1−B間を結ぶ直線（Ｐ１の色域分布の一辺）との交点１と、上記基準直線とG2−B間を結ぶ直線（Ｐ２の色域分布の一辺）との交点２を想定するとき、交点１まで、または交点２まで、G1とG2の輝度を変えないで色温度の調整を行う。これによれば、単色の縦、横、斜めの一本線に対して、RGBWでも一本線で表示することができるようなり、解像度感を維持することができる。

以下、具体的に説明する。
（１）白色の表示方法
サブ画素の調整において、「R，G1，B」「R，G2，B」のどちらの組み合わせでも白色を作ることができる。図５（ａ）に左側主体（画素１）の場合、図５（ｂ）に右側主体（画素２）の場合のＰ１（R，G1，B），Ｐ２（R，G2，B）の輝度の割合を示す。なお、図５（ｃ）に示すように、画素１と画素２が両方点灯すると、全サブ画素が点灯することになる。

（２）ＳＰＲ処理
上記サブ画素調整部１２で調整された４ＣＦ（R，G1，G2，B）画像は、ＳＰＲ処理部１３によってＰ１（R，G1，B）、Ｐ２（R，G2，B）のサブ画素配列の画像に変換される。例として、左右に並ぶ４ＣＦの画素１、画素２が、図６に示すように、Ｐ１，Ｐ２のサブ画素配列の画素に変換される場合を想定する。

まず、４ＣＦの画素１、画素２の色をそれぞれＰ１，Ｐ２のサブ画素配列に置き換えて表現するとすれば、Ｐ１，Ｐ２にはG1またはG2が間引かれているため、常に隣の画素のG1／G2を借りて点灯させなければ再現することができない。すなわち、画素１では画素２のG2も点灯させないと白が作れず、画素２では画素１のG1を点灯させないと白が作れない。このように、２画素を使って１画素分を表示した場合には解像度感が損なわれる。特に、視感度の高いG1，G2の両方を点灯させた場合には、解像度が半分程度にまで低下してしまう。そこで、本実施形態では、白色は１画素だけで作成し、緑色になるに従って２画素を用いて作成する。

図７に画素１、画素２がそれぞれ４ＣＦで白色の点Ｗを示すとき、交点１を示すとき、交点２を示すとき、基準の緑色の点Ｇを示すときのＰ１，Ｐ２におけるサブ画素の点灯輝度の割合を示す。その割合の決定に関しては後述する。
図７からわかるように、白色の点Ｗでは、１画素で１画素分の表示が可能であるのに対して、白色から緑色にかけて徐々に２画素目が点灯され、緑色の点Ｇになると、２画素使って１画素分の表示が行われることになる。このときの画素１（Ｐ１）のサブ画素R，G1，Bと隣接する画素２（Ｐ２）のサブ画素G2の割合の変化は、図８（ａ）に示すようになり、徐々に画素２のG2を使用することになる。また、画素１（Ｐ２）のサブ画素R，G2，Bと隣接する画素２（Ｐ１）のサブ画素G1の割合の変化は、図８（ｂ）に示すようになり、徐々に画素２のG1を使用することになる。なお、Rは1.4の輝度が必要となるが、この場合は隣接画素のRから0.4の輝度を借りる。借先は、隣接画素ならば左右、上下のいずれでもよい。

本実施形態では、さらに解像度感を増加させるため、交点１または交点２までなるべく１画素で色を作成し、交点１または交点２以降は２画素目を使う。このときの画素１（Ｐ１）のサブ画素R，G1，Bと隣接する画素２（Ｐ２）のサブ画素G2の割合の変化は、図９（ａ）に示すようになり、交点１までG1，G2の輝度を維持し、交点１から徐々に画素２のサブ画素G2の割合を多く使用することになる。また、画素１（Ｐ２）のサブ画素R，G2，Bと隣接する画素２（Ｐ１）のサブ画素G1の割合の変化は、図９（ｂ）に示すようになり、交点２までG1，G2の輝度を維持し、交点２から徐々に画素２のサブ画素G1の割合を多く使用することになる。

なお、図９では、交点１，交点２をG1，G2の変曲点として示したが、変曲点とならないように、徐々に変化させるようにしてもよい。
以上の色変化を実現するためのアルゴリズムを説明する。
図１０は、G2の色をR，G1，Bで表現する場合の輝度の割合と色域分布を示している。この場合、G2と同じ色を表現するには、次式による。
G2 = - 0.51*R + 1.28*G2 + 0.11*B (1)
図１１は、G1の色をR，G2，Bで表現する場合の輝度の割合と色域分布を示している。この場合、G1と同じ色を表現するには、次式による。
G1 = 0.39*R + 0.78*G2 - 0.08*B (2)

次に、白色を表す4CF／2出力が図１２（ａ）に示すように、R = 0.5、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0.5であるとき、G2を0にしてＰ１で表現するには、G2から0.5を引く分だけ、R，G1，Bに加算する。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、(1)式より、
R = 0.5 - 0.51*0.5 = 0.25
G1 = 0.5 + 1.28*0.5 = 1.14
G2 = 0.5 - 0.5 = 0
B = 0.5 + 0.11*0.5 = 0.55
となる。

このとき、G1が1を超えているので、図１２（ｃ）に示すように、クリッピング処理して1まで押し下げ、その分R，G2，Bに対応輝度を加算する。
R = 0.25 + 0.39*0.14 = 0.30
G1 = 1.14 - 0.14 = 1
G2 = 0 + 0.78*0.14 = 0.11
B = 0.55 - 0.08*0.14 = 0.54

ここで、R，Bは２画素あって、それぞれ１／２暗いので、信号レベルを２倍する。このとき、Bが1を超えているので、図１２（ｄ）に示すように、クリッピング処理して1まで押し下げ、残り0.08を隣接画素に振り分ける。
R = 0.3 *2 = 0.6
G1 = 1
G2 = 0.11
B = 0.54*2 = 1.08

次に、白色を表す4CF／2出力が図１３（ａ）に示すように、R = 0.5、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0.5であるとき、G1を0にしてＰ２で表現するには、G1から0.5を引く分だけ、R，G2，Bに加算する。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、(2)式より、
R = 0.5 + 0.39*0.5 = 0.7
G1 = 0.5 - 0.5 = 0
G2 = 0.5 + 0.78*0.5 = 0.89
B = 0.5 - 0.08*0.5 = 0.46
となる。

このとき、いずれも1を超えていないので、クリッピング処理は不要である。ここで、R，Bは２画素あって、それぞれ１／２暗いので、信号レベルを２倍する。このとき、Rが1を超えているので、図１３（ｃ）に示すように、クリッピング処理して1まで押し下げ、残りを隣接画素に振り分ける。
R = 0.7 *2 = 1.40
G1 = 0
G2 = 0.89
B = 0.46*2 = 0.92

次に、交点１において、4CF／2出力が図１４（ａ）に示すように、R = 0.25、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0.25であるとき、G2を0にしてＰ１で表現するには、G2から0.5を引く分だけ、R，G1，Bに加算する。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、(1)式より、
R = 0.25 - 0.51*0.5 = 0
G1 = 0.5 + 1.28*0.5 = 1.14
G2 = 0.5 - 0.5 = 0
B = 0.25 + 0.11*0.5 = 0.31
となる。

このとき、G1が1を超えているので、図１４（ｃ）に示すように、クリッピング処理して1まで押し下げ、その分R，G2，Bに対応輝度を加算する。
R = 0 + 0.39*0.14 = 0.06
G1 = 1.14 - 0.14 = 1
G2 = 0 + 0.78*0.14 = 0.11
B = 0.31 - 0.08*0.14 = 0.30
ここで、R，Bは２画素あって、それぞれ１／２暗いので、図１４（ｄ）に示すように、信号レベルでは２倍することになる。
R = 0.6 *2 = 0.12
G1 = 1
G2 = 0.11
B = 0.30*2 = 0.6

次に、交点２において、4CF／2出力が図１５（ａ）に示すように、R = 0.04、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0.04であるとき、G1を0にしてＰ２で表現するには、G1から0.5を引く分だけ、R，G2，Bに加算する。すなわち、図１５（ｂ）に示すように、(2)式より、
R = 0.04 + 0.39*0.5 = 0.24
G1 = 0.5 - 0.5 = 0
G2 = 0.5 + 0.78* 0.5 = 0.89
B = 0.04 - 0.08*0.5 = 0
となる。

このとき、いずれも1を超えていないので、クリッピング処理は不要である。ここで、R，Bは２画素あって、それぞれ１／２暗いので、図１５（ｃ）に示すように、信号レベルを２倍する。
R = 0.24 *2 = 0.48
G1 = 0
G2 = 0.89
B = 0*2 = 0

次に、緑色を表す4CF／2出力が図１６（ａ）に示すように、R = 0、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0であるとき、G2を0にしてＰ１で表現するには、G2から0.5を引く分だけ、R，G1，Bに加算する。すなわち、図１５（ｂ）に示すように、(1)式より、
R = 0 - 0.51*0.5 = -0.25
G1 = 0.5 + 1.28*0.5 = 1.14
G2 = 0.5 - 0.5 = 0
B = 0 + 0.11*0.5 = 0.05
となる。

このとき、G1が1を超えているので、図１６（ｃ）に示すように、クリッピング処理して1まで押し下げ、その分R，G2，Bに対応輝度を加算する。
R = -0.25 + 0.39*0.14 = 0.20
G1 = 1.14 - 0.14 = 1
G2 = 0 + 0.78*0.14 = 0.11
B = 0.05 - 0.08*0.14 = 0.04
ここで、Rは(2)式を変形して、
R = 2.53*G1 - 1.98*G2 + 0.21*B (3)
と表される。よって、信号レベル変換により、図１６（ｄ）に示すように各サブ画素出力は次のようになる。
R = - 0.2 + 0.2 = 0
G1 = 1 - 2.53*0.2 = 0.5
G2 = 0.11 + 1.98*0.2 = 0.5
B = 0.04 - 0.21*0.2 = 0

次に、白色を表す4CF／2出力が図１７（ａ）に示すように、R = 0、G1 = 0.5、G2 = 0.5、B = 0であるとき、G1を0にしてＰ２で表現するには、G1から0.5を引く分だけ、R，G2，Bに加算する。すなわち、図１７（ｂ）に示すように、(2)式より、
R = 0 + 0.39*0.5 = 0.19
G1 = 0.5 - 0.5 = 0
G2 = 0.5 + 0.78*0.5 = 0.89
B = 0 - 0.08*0.5 = - 0.04
となる。

このとき、いずれも1を超えていないので、クリッピング処理は不要である。ここで、Bは(1)式を変形して、
B = 4.73*R - 11.96*G1 - 9.34*G2 (4)
と表される。よって、信号レベル変換により、図１７（ｃ）に示すように各サブ画素出力は次のようになる。
R = 0.19 - 4.73*0.04 = 0
G1 = 11.96*0.04 = 0.5
G2 = 0.89 - 9.34*0.04 = 0.5
B = - 0.04 + 0.04 = 0

以上述べたアルゴリズムによってＰ１，Ｐ２のサブ画素の輝度を決定することで、１画素の白色表示において、G1またはG2を優先的に点灯させ、RとBで白色の色温度の調整を行うことができ、白色の点Ｗから交点１まで、または交点２まで、G1とG2の輝度を変えないで色温度の調整を行うことができる。これにより、単色の縦、横、斜めの一本線に対して、RGBWでも一本線で表示することができるようなり、解像度感を維持することができる。

なお、上記実施形態では、液晶表示装置を例にして説明したが、有機ＥＬパネル等を用いた表示装置でも同様に実施可能である。
また、上記実施形態では、基準の色域分布がHDTV放送規格BT.709の場合について説明したが、Adobe RGB、DCI等の他のフォーマット画像の場合でも同様に実施可能である。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…信号変換回路、１１…３色／４色変換部、１２…サブ画素調整部、１３…ＳＰＲ処理部、２０…多原色表示パネル、２１…液晶表示パネル、２２…ドライバＩＣ。

Claims

赤、基準緑より赤寄りの第１緑、青それぞれのサブ画素を備える第１画素と、赤、前記基準緑より青寄りの第２緑、青それぞれのサブ画素を備える第２画素とを交互に配列した表示パネルと、
前記赤、基準緑、青で表現される３原色画像から赤、第１緑、第２緑、青の４原色画像を生成し、前記４原色画像から前記第１画素及び前記第２画素にレンダリングする変換回路と
を具備し、
前記変換回路は、１画素の白色表示において、前記第１画素では第１緑、第２画素では第２緑をそれぞれ優先的に点灯させ、赤と青で白色の色温度の調整を行う表示装置。
前記変換回路は、前記第１画素では、前記第２緑の輝度を同じ色を表現する赤、第１緑、青の輝度に置き換えてそれぞれのサブ画素に加算し、前記第２画素では、前記第１緑の輝度を同じ色を表現する赤、第２緑、青の輝度に置き換えてそれぞれのサブ画素に加算する請求項１記載の表示装置。
前記変換回路は、前記３原色画像の色域内における白色と基準緑との間で、前記第１画素の色域内では前記第１緑の輝度を変えないで色温度の調整を行い、前記第２画素の色域では前記第２緑の輝度を変えないで色温度の調整を行う請求項１記載の表示装置。
赤、基準緑より赤寄りの第１緑、青それぞれのサブ画素を備える第１画素と、赤、前記基準緑より青寄りの第２緑、青それぞれのサブ画素を備える第２画素とを交互に配列した表示パネルに対して、前記赤、基準緑、青で表現される３原色画像から赤、第１緑、第２緑、青の４原色画像を生成し、前記４原色画像から前記第１画素及び前記第２画素にレンダリングする際に、１画素の白色表示において、前記第１画素では第１緑、第２画素では第２緑をそれぞれ優先的に点灯させ、赤と青で白色の色温度の調整を行う表示方法。