JP4143569B2 - カラー表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤、緑、青の３種類の画像信号に応じてカラー表示を行う表示素子を備えたカラー表示装置に関する。

従来、赤、緑、青の３種類の画像信号に応じてカラー表示を行う表示素子を備えたカラー表示装置があり、このようなカラー表示装置として、ＣＲＴ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）など、様々なカラー表示装置が存在し、既に広く実用化されている。そして、こうしたカラー表示装置では、ＲＧＢ３原色情報を入力した上で、ＲＧＢ３原色情報をそれぞれの表示装置に適するように適宜信号処理した後、表示素子へと信号を出力するようにしている。

例えば、放送波やビデオ機器間の情報伝送ではＲＧＢ情報が混在したコンポジットビデオ信号などが一般に用いられるが、このコンポジットビデオ信号もそのままでは表示装置にて表示することができず、コンポジットビデオ信号をＲＧＢ信号へとデコードする手段、デコーダから得られるＲＧＢ３原色情報信号を入力する手段、その信号に対してガンマ補正やアンプによる増幅処理などの各種信号処理を行う手段、表示素子への伝達手段があってようやく表示することが可能となる。

なお、以降、コンポジットビデオ信号などがデコードされ、ＲＧＢ信号へと分離されたあとの、(1)ＲＧＢ信号を入力する手段、(2)信号処理する手段、(3)表示素子にカラー信号を出力する手段、の３つの手段、及びそれら手段間での情報信号伝送手段を総称して表示システムと定義することにする。

例えば、ＣＲＴでは電子銃から発せられる電子線を偏向ヨークで向きを変えることで、表示面全体に電子線があたるように制御される。ここで、この表示面にはＲＧＢの蛍光体が配置されており、画素に対応する一つひとつの蛍光体に点順次で電子線を照射することによって所望の表示色の蛍光体を光らせることができる。このとき照射する電子線の強弱を適宜調節することによって明るさを制御することができるので、フルカラー表示が可能となる。したがって、ＲＧＢそれぞれの蛍光体に照射される電子を正確に制御するために、表示システムとしてはＲＧＢ３種類の情報をシリアルに出力することが必要となる。

また、現在大型で薄型のテレビ用途に広く普及し始めているＰＤＰではプラズマ発光の強度や時間を制御し、画素内にあるＲＧＢ三種類の蛍光体を光らせることによってカラー表示させることができる。したがって、表示システムとしてはＲＧＢそれぞれの蛍光体が塗られた画素に対応する３種類の情報出力が必要となる。

また、現在デジタルカメラのモニタや携帯電話の背面ディスプレイなどに採用され始めているＯＬＥＤでは、カラー表示方式として、(1)ＲＧＢ三種類の発光層を副画素ごとに塗り分ける方式、(2)白色に発光するＯＬＥＤ層の上にＲＧＢ三色のカラーフィルタを配設する方式、(3)色変換材料を用いてＯＬＥＤによる発光色とは異なる表示色に変換して外界に取り出す方式、が知られている。そして、いずれの場合もフルカラー表示のためには単位画素中にＲＧＢ三種類の副画素が必要となっている。したがって表示システムとしてはＲＧＢそれぞれの副画素に対応する３種類の情報出力が必要となる。

また、現在広く用いられているフルカラーＬＣＤは、ＲＧＢ三色のカラーフィルタが用いられている。そして、この三色のカラーフィルタと、モノクロ領域における明度を任意に変調させることができる液晶モードとの組み合わせによって、フルカラー表示を得ている。したがって表示システムとしてはＲＧＢそれぞれの画素に対応する３種類の情報出力が必要となる。三板方式の液晶プロジェクターも、液晶素子は３つに分かれているものの基本的な考え方はカラーフィルタ方式のフルカラーＬＣＤと同様である。

なお、フルカラーＬＣＤとしては、時分割による混色を利用したフィールドシーケンシャル方式のものがあり、この方式のフルカラーＬＣＤは、各方面で精力的に研究開発が行われ、一部では製品化が実現している。ここで、この方式のフルカラーＬＣＤは、ＲＧＢ三種類の表示情報を液晶パネルに時分割で表示させると共に高速で切り替え、それに同期したＲＧＢのバックライトを高速で点滅させることにより、目の残像効果によって加法混色されフルカラー表示させるものである。なお、これについても表示システムとしてはＲＧＢ三種類の情報を時分割で出力することが必要となる。

ところで、フルカラーＬＣＤとしては、複屈折による着色現象を利用したカラーフィルタを用いない表示方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、その表示方式に最適なカラー表示装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、この表示方式はカラーフィルタを使用しなくとも三原色表示が可能であることから、光利用効率が高く、明るい表示が低コストで実現できるというメリットがある。しかしながら、複屈折による干渉色であるので、色再現範囲が狭く、またカラー表示において階調表示を行うことができないという欠点があるため、一部で商品化が実現したものの、一般に広く普及するには至っていない。

また、この表示方式を用いたカラー表示装置においても、モノクロ表示領域では無彩色の連続階調ができるものの、カラー表示はマルチカラー出力のみしかできないことから、入力アナログ信号は輝度信号のみを取り出して無彩色に変換して出力するという方式がとられている。またカラー表示はマルチカラー表示のみしかできないためにＰＣなどからのデジタル信号の入力のみが想定されている。

一方、従来、カラー表示装置において用いられる表示素子としては、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）からなる三補色系を用いた表示素子が提案されている。そして、このような表示素子のカラー表示の方法としては、(1)通常のＲＧＢカラーフィルタ方式に用いる三色のカラーフィルタの代わりにＹＭＣカラーフィルタを用いる加法混色系と、(2)ＹＭＣそれぞれの表示層を三層積層することによってカラー表示させる減法混色系の二種類がある。

ここで、(1)は、従来のＲＧＢカラーフィルタ構成と同じであるため、製造プロセス互換性があるとともに、明るい表示が実現できるのが特長であるが、ＲＧＢ三原色表示時の色再現性（色純度）が犠牲となる。(2)は、減法混色原理による高い色純度と明るい表示が実現できることが特長とされているが、製造プロセス互換性がなくコストアップの原因となりやすい。また、積層構成によって界面反射などの光利用効率の損失が新たに発生するため、実際には必ずしも高い光利用効率が得られるとは限らない。したがって、ＹＭＣ三補色系の表示素子はほとんど実用化されていないのが現状である。

なお、上述のＹＭＣ三補色系においても、表示システムに関してはＲＧＢ三原色系の表示システムと基本的な考え方は同じである。つまり、ＲＧＢ三原色の代わりにＹＭＣの三つの信号でフルカラー表示を行わせるために、表示システムとしては三種類の基本色の情報を出力する必要がある。このときカラー表示を最適化させるためにルックアップテーブルなどを利用し、自然な表示になるよう調整されるのはいうまでもない。

このようにカラーの入力アナログ信号に対してカラー出力を可能にする表示システムは、現在のところ、ＲＧＢ三種類の入力信号を適宜処理して、ＲＧＢ（もしくはＹＭＣ）三種類の基本色を表示させるための出力情報信号を表示素子に伝える役割を担っているものであると定義してよい。

なお、上記以外の表示素子として、例えば光利用効率を高めるためにＲＧＢに白画素を付け加えた表示素子が提案されているが、カラー表示（有彩色表示）に関してはＲＧＢのみの方式と基本的な考え方は同じである。

また、緑だけを分割したような表示素子においても同様であって、見かけ上の出力情報としては緑に関しては二つの情報を出力しているように見えるが、表示システムとしてはＲＧＢそれぞれに応じた出力を行う役割を担っているという点では共通の概念で駆動されている。なお、図２３は、この基本概念を図示したものであり、このようにＲＧＢ三種類の情報が入力された後、表示システムによってＲＧＢ（もしくはＹＭＣ）の三種類の基本色を表示させるための出力信号が与えられる。

特開平０６−１７５１２５公報 特開平０９−０８１０９１公報

ところで、上述のように、自然画などのカラー表示が可能な従来のカラー表示装置は、いずれのものを用いる場合にも、少なくとも三つの独立したカラー信号を出力できるような表示システムを備えている。逆にいえば、この少なくとも三つの独立したカラー信号を出力できるような表示システムを備えていない表示装置では、自然画表示などのフルカラー表示ができないということができる。

その理由は色立体を用いて考えると理解し易い。なお、色立体として様々な方式の表現方法が提案されており、このような表現方法としては、例えばマンセル方式、オストワルト方式、Ｌ＊ａ＊ｂ＊方式、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊方式、ＲＧＢ方式などが挙げられるが、いずれの表現方法も自然界に存在する表示色を立体形状として表現できるという意味では共通の概念である。またこれら座標系はいずれも一定のルールに基づいて互いに変換することが可能である。ここでは表示システムを考える上で理解し易いＲＧＢ方式を用いて考察する。

図２４はＲＧＢ色立体を表しており、この立方体のそれぞれの辺が、ＲＧＢ各色に対応している。そして、上述した表示素子はいずれもＲＧＢそれぞれの表示色を独立に制御することでフルカラー表示を得ている。つまり、これをＲＧＢ色立体中で表現すると、黒（Ｂｋ）を原点としたＲＧＢ色立体を構成する三つの独立ベクトルの大きさを制御することでフルカラー表示を得ている。上述の表示装置ではいずれもＲＧＢの加法混色によって表示色が決定されるので、制御された三つの独立ベクトル全ての合成ベクトルが、得られる表示色となる。

ここで一般的な表示システムでは三つの独立したカラー信号を個別に出力できるようになっている。これは色立体上では、三つの独立ベクトルを任意に制御することができることを意味しており、これによって色立体中の任意の点をあまねく表示することが可能となる。

逆にこの三つの独立ベクトルのうち一つでも制御できないベクトルが存在している場合には、上述の表示素子の場合にはいずれも、色立体の中で表現出来ない領域が発生することになってしまう。これでは自然画を表示することが出来ない。つまり、色立体中の表示色をあまねく表現するためには、三つのベクトル全てを制御する必要がある。これがこの三つの独立したカラー信号を出力できるような表示システムを備えていない表示装置では、自然画表示などのカラー表示ができない理由である。

ところが上述した話は、ＲＧＢ三色の加法混色によって表示色が決定されるという既存の表示装置における話であって、これらとは異なる原理に基づく表示装置について適用される話ではない。そして、そうした従来とは異なる原理に基づく表示素子に対して出力信号を与える表示システムはこれまで全く明らかにされていなかった。なお、ここでいう従来とは異なる原理を用いた表示素子に関しては以下に詳述するが、三原色のうち少なくとも二つは独立に制御することがないにもかかわらず、三原色表示しうるような表示モードのことである。

そこで本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、三つの独立したカラー出力信号を用いることなく自然画表示が可能となるカラー表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、電圧に応じてリタデーションが変化する液晶表示素子を備えたカラー表示装置において、前記液晶表示素子は、１画素が第１の副画素と第２の副画素を含む複数の副画素に分割され、第１の副画素には緑色のカラーフィルタが重ねられ、第２の副画素にはリタデーションの変化に応じて赤又は青の色が表示される表示素子であって、赤、緑、青の３種類の画像信号が入力され、入力された前記３種類の画像信号を処理して緑色を表示するための第１の出力信号群と、赤色及び青色の２色を表示するための第２の出力信号群とを生成した後、前記第１の出力信号群を前記第１の副画素に出力し、前記第２の出力信号群を前記第２の副画素に出力する入出力手段を備え、前記第２の副画素に対してディザ処理が行われることを特徴とするものである。

本発明のように、入力された赤、緑、青の３種類の画像信号を処理して所定の１色を表示するための第１の出力信号群と、他の２色の表示するための第２の出力信号群を生成し、これら第１の出力信号群及び第２の出力信号群を、カラー表示を行う表示素子に出力することにより、三つの独立したカラー出力信号を用いることなく自然画表示が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明を実施するための最良の形態に係るカラー表示装置に用いられるカラー表示素子の１画素の構造を示す図である。次に、このカラー表示素子のカラー表示動作原理について説明する。なお、本発明に用いるカラー表示素子は、さまざまな形態のものが適用できるが、その表示原理について、ＥＣＢ効果を有する液晶を用いた液晶表示素子を一例に挙げて説明する。

本発明に用いることができる液晶表示素子（カラー表示素子）では、図１の（ａ）に示すように、１画素５０を複数（２つ）の副画素５１，５２に分割し、そのうちの１つの副画素５１には符号Ｇで示す緑色のカラーフィルタを重ね、他の副画素５２は、リタデーションを調節して黒から白に至る無彩色の輝度変化と、赤からマゼンタを経て青に至るいずれかの色とを表示させる。

即ち、電圧印加によって液晶層のリタデーションを変化させて有彩色を表示する第１の副画素５２と、緑色のカラーフィルタを有し、電圧によって明度変化範囲でリタデーションを変化させてカラーフィルタの色（緑）を表示する第２の副画素５１とで単位画素を構成する。つまり、視感度の高い緑色を表示させる副画素（以下、緑副画素という）５１には、ＥＣＢによる着色を利用しないで緑色のカラーフィルタＧを用い、赤と青だけにＥＣＢによる着色現象を利用することが特徴である。

そして、このように構成することにより、例えばカラーフィルタのある緑副画素５１を暗状態とし、カラーフィルタのない副画素（以下、透明副画素という）５２を白色（無彩色変化領域の最大輝度状態）にすることにより、画素全体として白を表示することが出来る。また、緑副画素５１を最大透過状態にし、透明副画素５２を有彩色領域のマゼンタ色にしてもよい。ここで、マゼンタ色は赤（Ｒ）と青（Ｂ）の両方の色を含むので、合成の結果、白表示が得られる。

また、緑（Ｇ）単色表示にするには、緑副画素５１を最大透過状態にし、透明副画素５２を暗状態にする。さらに、赤（Ｒ）単色（或いは、青（Ｂ）単色）表示にするには、緑副画素５１を暗状態にし、透明副画素５２のリタデーション値を４５０ｎｍ（或いは６００ｎｍ）にする。さらに、これらを組み合わせることにより、ＲとＧ、ＢとＧの混色も得られる。

また、緑副画素５１と透明副画素５２を、ともにリタデーションを０にして暗状態とすれば、黒表示が得られことはいうまでもない。なお、ここでいうリタデーションとは、透過型で用いる場合には液晶層のリタデーション量そのものであって、反射型で用いる場合には光は液晶層を２回通過することになるので、液晶層のリタデーション量を二倍した値を用いる。

そして、本構成では、緑副画素５１はリタデーションを０から２５０ｎｍの範囲で変化させ、透明副画素５２はリタデーションを０から２５０ｎｍの範囲と４５０ｎｍから６００ｎｍの範囲で変化させる。なお、通常、液晶材料は両副画素５１，５２で共通にするので、駆動電圧範囲を異なるように設定する。

ここで、カラーフィルタを緑色に選んだ結果、緑をリタデーションの調節で作ることが回避されるので、セル厚を大きくする必要がない。また、緑色は視感度が高いので、カラーフィルタによって純度の高い色を作ることにより、画質が向上する。

そして、このように緑色をカラーフィルタで表示し、その他の色を媒体（上の場合は液晶）自身が発生させる色で表示するものであれば、液晶以外にも適用できる。即ち、一般に、外部から加えられる変調手段によって光学的性質を変化させる媒体を用い、その媒体が、変調手段によって明度を変化させる変調領域と、色相を変化させる変調領域とを有するものであれば本発明が適用できる。

この場合、計算によると、赤表示のためのリタデーションが４５０ｎｍであって、青はリタデーションが６００ｎｍである。したがって、６００ｎｍのリタデーションを実現するためのセル厚に設定すればよいことになる。上記例で言うと、透過型で一般的なＶＡモード（垂直配向モード）を用いる場合、セル厚は約１０ミクロンでよいことになる。この程度であれば、若干のボケは存在するものの動画表示が可能となる。

またこれを反射型液晶表示素子に適用した場合には、セル厚が半分となるため応答速度は現在市販の透過型ＬＣＤ程度となり、動画表示にもほぼ問題ないレベルにすることができる。また緑の色再現範囲はカラーフィルタによって決まり、かつ視感度が高いために、白色成分の透過率を犠牲にすることなく高い色再現性を実現することが可能となる。

ところで、図１の（ａ）に示す液晶表示素子では、視感度特性の高い緑副画素５１については連続階調表示可能であるが、透明副画素５２は有彩色状態つまり青と赤はＥＣＢによる着色を利用しているため階調表示はできない。

そこで、この点を改良するよう図１の（ｂ）に示すように、透明副画素５２を複数個（Ｎ個）、同図においては、２つのサブピクセル５２ａ，５２ｂに分割すると共に、その面積比を変えることによってデジタル的に階調を表現する。ここで、サブピクセル５２ａ，５２ｂは異なる面積を有しているので、点灯して色が表示されるサブピクセル５２ａ，５２ｂの面積によっていくつかの段階の中間調が表示される。例えば、透明副画素５２を、その面積比が１：２：・・・：２^Ｎ−１となるようＮ個に分割することで、リニアリティーの高い階調表示特性を得ることが出来る。

ここで、本構成の液晶表示素子では視感度特性の低い赤と青にのみデジタル階調を使用しているが、これは緑副画素５１は、０から２５０ｎｍの範囲で連続的な変調を与えることにより連続的な階調が表示できるためであり、これにより人間の目には、階調性が大きく損なわれたようには感じられず、比較的良好なカラー画像を得ることができる。即ち、目の検知しうる階調数が少ない赤と青に限ってデジタル階調を使用することで、限られた階調数でも十分な特性を持たせることが可能となる。

なお上記のように限られた階調数でも十分な階調性を感じさせるためにも、画素ピッチは細かい方が好ましい。つまり、人間が画素を識別できなくなる解像度という観点で、２００ミクロンピッチ以下にしておくことがより望ましい。

さらに、細かいピッチになると、必ずしも単位副画素にて面積分割して階調表示させなくても、ディザ処理を用いることによって良好な自然画表示を行うことが可能となる。この場合、三原色表示のための単位副画素が２画素だけで済むので表示素子を高精細化する上においても有利である。またこのとき、従来型の表示素子と精細度が等しい場合には列信号ドライバのチャンネル数が三分の二に減るのでコストダウンに寄与することが可能となる。

以上述べたように、本構成の液晶表示素子は、赤、青色についてはＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した表示方法をとるので、カラーフィルタを使用する必要がなく、赤色と青色それぞれのカラーフィルタを使用する場合と比較して光ロスを大幅に減少させることができる。

その結果、その応用例として、従来のＲＧＢカラーフィルタのみによって三原色を表示する方式と比べて光利用効率の高い素子が得られる。この結果、本構成の液晶表示素子を反射型液晶表示素子として、ペーパーライクディスプレイまたは電子ペーパーに用いることが出来る。

一方、本構成の液晶表示素子は透過型液晶表示素子としても、液晶層の透過率が高いので、従来方式のものと同一の輝度を得るために必要なバックライト消費電力が少なくて済み、低消費電力化という観点から好適に用いられる。

さらに、本構成の液晶表示素子は高速な液晶応答性があるので、動画表示にも用いることが出来る。従来、テレビ用途の液晶表示素子に関して、鮮明な動画特性を実現するために、１フレーム期間内でバックライトの消灯期間を設ける『擬似インパルス駆動』と称されている駆動方法が特開２００１−２７２９５６などに提案されているが、消灯期間を設ける分だけの輝度低下が生じてしまうのが課題となっている。しかし、こうした用途に対しても本液晶表示素子のように応答速度が速く、かつ透過率の高い表示素子を適用することにより、このような課題を解決することが出来る。さらに、高い光利用効率が求められる投射型表示素子にも好適に用いられる。

また、以上述べた例では、緑色表示に関してはカラーフィルタを用いることによってアナログ階調を実現し、赤・青色についてはＥＣＢ効果に基づく着色現象の利用及び画素分割手法に基づく表示方法によって、赤色及び青色表示の際にデジタル階調を実現した例を説明した。しかし、本発明の液晶表示素子は、これ以外にも、赤・青表示に対して限られた階調数でも十分な階調性を感じさせるためにも、高精細表示素子用途において、より好適に用いられる。

一方、前述のような反射型液晶表示素子において、高い反射率でかつより多くの表示色が要求される用途も存在する。また、既にフルカラー表示可能な透過型液晶表示素子において、フルカラー表示能は維持したままバックライトの消費電力を抑制するために高い透過率の表示モードに対する要求もある。この他にも、高い光利用効率を有する液晶プロジェクターなど、フルカラー表示可能であってかつ光利用効率の高い表示モードに対する要求は非常に多く存在する。

ここで、このような要求にこたえるため、上記構成を基本とし、さらに多色化できる手法として
（１） ＥＣＢ効果による着色現象を赤色・青色以外のリタデーション値においても利用する方法
（２） 緑と補色関係にあるカラーフィルタが配設されている画素の低リタデーション領域の連続階調色を利用する方法
（３） 赤色・青色の少なくともいずれか一方のカラーフィルタが配設された画素を追加する方法
がある。以下、それぞれの方法について説明する。

（１） ＥＣＢ効果による着色現象を赤色・青色以外のリタデーション値においても利用する方法
上記説明中ではＥＣＢ効果による着色現象を利用して赤色・青色表示を行う原理について説明したが、このＥＣＢ効果による着色現象では、図２に示すように白色から青色に至るまで連続的に色調を変化させることができている。

つまり、上記説明で述べた赤色・青色表示以外にも使用可能な表示色は多く存在しており、こうした表示色を用いることで上記説明よりも多くの表示色を表現することが可能となる。具体的には、第１の副画素５２（図１参照）にカラーフィルタが配設されていない構成において、クロスニコル下における表示色変化に関して説明すると、図２中の矢印で示すように、リタデーション量がゼロから増加するにつれて黒色表示から灰色（中間調）を経て白色表示に至るような無彩色での明度変化が生じ、白色領域を超えたリタデーション量の範囲では、黄色→黄赤→赤→赤紫→紫→青紫→青色、というように様々な有彩色を連続的に変化させることができる。

さらに、無彩色領域と緑画素と組み合わせることにより、明るいグリーンディスプレイを構成することも出来る。なお、有彩色領域の色と緑画素を組み合わせて中間色を表示してもよい。またこれらの有彩色は、上記構成によって赤色・青色と同様にデジタル階調を表現することが可能となる。これによって更に多くの表示色を表現することが可能となる。

（２） 緑と補色関係にあるカラーフィルタが配設されている画素の低リタデーション領域の連続階調色を利用する方法
上記図１に示す基本構成や、（１）のように第１の副画素５２にカラーフィルタを用いない場合には、白色領域を超えたリタデーション量の範囲では、黄色→黄赤→赤→赤紫（マゼンタ）→紫→青紫→青色という色調変化を示す。そして、この例は、リタデーション変化で着色する方の第１の副画素５２にマゼンタなどの緑色と補色の関係にあるカラーフィルタを配設するものである。これによって赤色及び青色の色再現範囲を大幅に広げることが可能となる。

図３の（ａ）と（ｂ）は、このような画素構成を示すものであり、緑副画素５１には基本構成と同じく緑のカラーフィルタが配設されており、透明であった第１の副画素５２，５３に符号Ｍで示すマゼンタ色のカラーフィルタが配設されている。なお、図３の（ａ）が第１の副画素が１つの場合、（ｂ）が第１の副画素を２：１の２つに分割した場合である。

そして、緑副画素５１には、上記基本構成と同じく明度を変化させる変調領域の変調を与えて緑色の明度を変化させ、第１の副画素５２，５３には、色相を変化させる変調領域の変調を与えて有彩色を表示させるとともに、明度を変化させる変調領域の変調を与えてマゼンタ色の明度を変化させる表示を行う。

ここで、波長４８０ｎｍ〜５８０ｎｍまでの透過率がゼロであり、それ以外の波長の透過率が１００％となるような理想的なマゼンタカラーフィルタを配設した場合のリタデーションによる色調変化の計算値を図４に示す。そして、この図４では、リタデーション量がゼロから増加するにつれて黒色表示から暗いマゼンタ色（マゼンタ色の中間調）を経て明るいマゼンタ色表示に至るような有彩色での明度変化を示す。また、その後、リタデーション量が更に増加し、第１の副画素５２にカラーフィルタを用いない例での白色領域を超えたリタデーション量の範囲になったときに、マゼンタ→赤→赤紫（マゼンタ）→紫→青色、というような有彩色の連続的変化を示す。

図４と図２と比較してみると、色度変化の範囲が赤と青の純色（色度図の隅）近くにまで広がっており、マゼンタカラーフィルタを配設することによって赤と青の色再現範囲が広がっていることがわかる。また、赤から青への変化が色度図の下辺に沿って動くので、赤から青への連続的な混色の変化が得られることもわかる。このように、マゼンタカラーフィルタを配設することによって赤と青の色再現範囲が広がると同時に、リタデーション変化したときに中間色の連続的変化も得られる。

なお、本方法において白色を表示するには、マゼンタ色のカラーフィルタが配設されている副画素（以下、マゼンタ副画素という）５２，５３と、緑副画素５１をともに最大透過率を与える同じリタデーション値（２５０ｎｍ）に設定する。あるいは、緑副画素５１を最大透過率状態（リタデーション値２５０ｎｍ）にし、マゼンタ副画素５２，５３を赤と青の中間のリタデーション値（５５０ｎｍ付近）に設定してもよい。なお、前者の場合、無彩色の明度を変化させるには、両副画素５１，５２，５３の階調がそろって変化するようにマゼンタ副画素５２，５３のリタデーションを緑副画素５１のリタデーションに合わせて変化させればよい。

また、黒表示、Ｇ、Ｒ、Ｂの各単色を表示する場合、それらの混色を表示する場合は、基本構成と同じである。また、マゼンタ副画素が２つに分割されているときの階調表現は基本構成の図１の（ｂ）と同様である。

本方法のように、マゼンタ色など緑色と補色関係にあるカラーフィルタを用いることによって、無彩色の階調表現ができると同時に、緑の補色の階調表現ができることから、表現できる表示色数を大幅に増加させることができる。また、マゼンタカラーフィルタは赤色と青色の両方を透過するので、従来の赤と青のカラーフィルタを併設する方式に比べて明るい表示が得られる。

（３） 赤色・青色の少なくともいずれか一方のカラーフィルタが配設された画素を追加する方法
図５の（ａ）は、本方法に係る画素構成を示すものであり、この構成は、（２）で説明した緑副画素５１と、４：２：１の面積比で３分割されているマゼンタ副画素５２，５３，５４に加えて、符号Ｂで示す青のカラーフィルタが配設された第３の副画素５５と、符号Ｒで示す赤のカラーフィルタが配設された第４の副画素５６が付加されている。

なお、緑副画素５１及びマゼンタ副画素５２，５３，５４の表示作用は今までの方法のものと同じであり、緑副画素５１は低リタデーション領域で変調されて緑の明るさを連続階調表示する。また、マゼンタ副画素５２，５３，５４は、同じリタデーション領域で連続変調されるか、もしくはそれより大きい有彩色リタデーション領域で青色または赤色とその中間色を呈する。

一方、第３及び第４の副画素５５，５６は、緑副画素５１と同じくリタデーションが０〜２５０ｎｍの範囲で変調され、青色と赤色の明るさが連続的に変化する。その役割を、既述した図２４を用いて説明する。

図２４は、ＲＧＢ加法混色系において表示できる表示色を表しており、立法体中の任意の点はその座標値に対応した赤、青、緑の混色状態、Ｂｋで示した頂点は明度が最小の状態を示している。ここで赤、緑、青の画像情報信号が与えられたときには、Ｂｋ点から延びるＲ、Ｇ、Ｂ独立ベクトルの和の位置に対応する表示色を表示することとなる。なお、図中のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤・緑・青の最大明度の状態を示しており、Ｗは最大明度の白色表示状態である。なお一辺の長さは２５５とした。

ここで本方法に係る表示素子では、緑色に関してはカラーフィルタを用いた連続階調表示を特徴としているために、緑方向には独立に任意の点を取ることができる。したがって、これ以降で表示色を議論するときには、赤、青ベクトルで構成される平面（以下、ＲＢ平面という）上にて議論する。

まず、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素が一つの場合（画素分割していない場合）についてＲＢ平面を表している図６を用いて説明する。ここで、赤表示及び青表示時はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用しており、明暗の表示状態として取り得るのはオンとオフの２値となる。したがって、Ｒ、Ｂそれぞれの軸上で取り得るのは最大値（Ｒ，Ｂ）と最小値（Ｂｋ）の２点である。

一方、既述した（２）の方法で述べた構成、即ち緑色と補色の関係にあるマゼンタカラーフィルタが設けられている場合は、マゼンタ副画素のリタデーションを０〜２５０ｎｍの範囲で変化させることによりマゼンタ色の明るさを変化させることが出来る。この範囲の表示色はＲＢ平面上では図６中矢印で示したＲとＢの合成ベクトル方向の軸上にあり、連続的な明度変化を示すことに対応している。つまり（２）の方法では、図６の中ではＢｋ点（原点）、Ｒ点、Ｂ点、及び矢印上の任意の点が表示色として使用できることになる。

次いで、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素を１：２の比率で画素分割している場合について、図７に記載のＲＢ平面を用いて説明する。

ここでも画素分割しない場合と同様に、赤表示及び青表示時はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用しているため、画素分割した各画素単独では明暗の表示状態として取り得るのはオンとオフの２値となる。一方、１：２の割合で二つの画素に分割しているために、Ｒ、Ｂそれぞれの軸上で取り得るのは図中の丸印で示した４点である。ここで、図中のＲ３及びＢ３で示した点は、それぞれ二つの画素ともに赤表示もしくは青表示の状態である。

また、Ｒ１及びＢ１で示した点は、画素分割したうちで小さい方の画素が赤表示もしくは青表示状態となっており、残りの大きい方の画素は黒表示状態である。ここで、大きい方の画素はマゼンタの連続階調色が取りうるので、Ｒ１及びＢ１それぞれの点からＲＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点を取ることができる。同様の議論により、Ｒ２及びＢ２それぞれの点からＲＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点を取ることができる。

即ち、マゼンタカラーフィルタのある第１の副画素５２を、異なる面積を有する２つのサブピクセルに分割して、一方のサブピクセルに赤、または青の有彩色を表示させ、もう一方のサブピクセルに明度を変化させる表示を行わせることによってマゼンタ色のデジタル中間調を表示する。また、緑画素は明度を連続的に変化させることができるので、この方法によりカラー表示ができる。

同様の議論によって、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素を１：２：４の比率で画素分割している場合に、取り得る表示色を図８中の矢印にて記載した。

一般に、第１の副画素（ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する副画素）にマゼンタカラーフィルタを配置すると共に、それを異なる面積を有する複数のサブピクセルに分割して、一部のサブピクセルにＥＣＢ効果による赤、または青を表示させ、残りのサブピクセルに明度を変化させる表示を行わせることによってマゼンタ色のデジタル中間調を表示することができる。

そして、このように画素分割数を増やせば増やすほどＲＢ平面上での取り得る表示色は増えていく。しかしこの手法はあくまでもデジタル階調であり、アナログフルカラー表示ではない。

そこで、アナログ階調を得るため、図５の（ａ）に示すように赤色と青色のカラーフィルタを有する第３及び第４の副画素５５，５６を追加する。ここで、これらの副画素５５，５６は、それぞれ青と赤の連続的な明るさ変化を作るので、図７及び図８の上では、Ｂ軸方向とＲ軸方向の大きさ可変のベクトルで表される。これによって、赤色、青色の連続階調を表示することが出来るために、図７や図８において矢印上以外の部分を補完することが可能となり、ＲＢ平面上の全ての点を表現することが可能となる。

即ち、第２の副画素（明度変調のみの副画素）を複数の副画素に分割し、そのうちの１つに（緑副画素５１に）緑色カラーフィルタ、他に（第３及び第４の副画素５５，５６に）赤色と青色のカラーフィルタを配設する。この第２の各々の副画素に明度が変化する領域の変調を与えて明度変化を生じさせることにより、上で説明したマゼンタのデジタル中間調表示に連続階調が付加されて、ＲＢ平面の任意の中間調が表示でき、これに緑色の連続階調を組み合わせることにより、フルカラーが表示できる。

ここで、第２の副画素のうちの、赤色と青色のカラーフィルタを配設した第３及び第４の副画素５５，５６は、第１の副画素によって表示されるマゼンタ色のデジタル階調の隙間を埋めるのであるから、最大明度が、第１の副画素を構成するサブピクセルのうち最小のサブピクセルによって表示される明度と略一致するように変調を行えばよい。

このとき追加する赤、青それぞれのカラーフィルタを有する第３及び第４の副画素５５，５６の大きさは、画素分割した副画素５２，５３，５４のうち最小面積の副画素５４と同等の面積を持てば十分である。つまり、例えば図８において、丸印で示したＢｋ点からＲ７及びＢ７までの表示可能な点は等間隔で並んでいる。その丸印からＲＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点をとることが出来ている。

そして、そのような色を表示可能な構成に対して、画素分割した副画素のうち最小面積の副画素と同等の面積を持つ赤色と青色のカラーフィルタを有する第３及び第４の副画素５５，５６を追加することによって、図９中のＲ−ＣＦ及びＢ−ＣＦとして示した矢印上の任意の点を加法混色することができる。これによって、ＲＢ平面上の全ての点を表現することが可能となることから、完全なアナログフルカラー表示が出来ることになる。

また、上記のとおり、追加する赤、青それぞれのカラーフィルタを有する第３及び第４の副画素５５，５６の大きさは、画素分割した副画素のうち最小面積の副画素と同等の面積を持てば十分であるために、画素分割数を増やせば増やすほど、赤・青カラーフィルタを使用することによる光利用効率の減少の影響を減らすことが可能となる。つまり、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した画素の分割数が多いほど高い光利用効率を実現することが可能となる。

なお、このとき必ずしも赤色と青色両方のカラーフィルタを追加しないでも有効な効果を得ることが可能である。例えば、図５の（ｂ）はその例を示すものであり、赤色のカラーフィルタを持つ副画素５６だけを追加している。なお、このように赤色のカラーフィルタのみを追加したときの表示可能な色範囲は、図１０においてハッチングした領域となる。

ここで、同図においては、赤色方向は全ての色が表現可能だが、青色方向は表現できない表示色が存在するようになっている。しかし、人間の視感度特性は青色が最も鈍感であり、必要な階調数は最も少なくても良いと考えられている。したがって、このように赤色のみを追加することによってフルカラーに相当するような表示色を得ることができる。

また図１０で示した構成と全く同じ構成ではあるが、基準となるＢｋの点を図９におけるＲ１位置にずらすことによって、全ての表示色を表現することが可能となる。なおこのとき、黒表示状態が若干赤みがかった表示色となるが、例えば反射型表示素子など透過型表示素子と比較してコントラストがさほどシビアに要求されない用途ではこのような手法も使用可能である。

以上述べた方法によって、高い光利用効率を維持したまま、フルカラーもしくはそれに相当するような表示色を表現することが可能となる。

なお、本構成は、液晶層の液晶分子が電圧無印加時には基板面に略垂直に配向し、電圧印加時には略垂直の配向から傾斜してリタデーションを変化させるＶＡモードの他、以下に述べるいろいろな液晶表示モードに適用できる。

ＯＣＢ（Ｏｐｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードは、液晶層の液晶分子が電圧印加によってベンド配向と略垂直配向との間にて配向状態を変化させることでリタデーションを変化させるので、本発明を適用できることはＶＡモードと同様である。

また、本構成ではリタデーション変化による表示色を利用するために、視野角による色調変化を考慮しなければならない。しかし、昨今のＬＣＤ開発の進歩は著しく、ＲＧＢカラーフィルタ方式を用いたカラー液晶ディスプレイでは視野角依存性の問題はほとんど解決しているといっても過言ではない。例えばＯＣＢモードではベンド配向による自己補償効果によって、視野角の変化に伴うリタデーション変化を抑制することが報告されている。また、ＳＴＮモードも位相差フィルム開発の進展によって視野角特性は大きく改善されている。

そして、これらＯＣＢやＳＴＮモードもリタデーション量を適宜設定することによってＥＣＢ効果に基づく着色現象を得ることができるため、本発明の構成を適用することが可能である。特に、ＯＣＢモードでは、先に述べた応答速度に関して大幅に改善することが出来るために、高速性が必要となる用途では好適に用いられる。

一方、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは非常に良好な視野角特性を示すモードとして既に商品化され、広く使用されている。その他、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードと称されるモードも広く使用されている。

これらの垂直配向モードは、表面に凹凸をつけたり（ＭＶＡ）、電極形状を工夫したり（ＰＶＡ）して電圧印加時の液晶分子傾斜方向を制御することで、広い視野角特性を実現している。そして、これらは電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。こうすることで高い透過率（もしくは反射率）、広い視野角、広い色空間を同時に満足する液晶表示素子を実現することが可能となる。

なお上記説明では、視感度の高い緑色を独立に取り扱い、その他の原色については緑以外の画素にて複屈折による着色効果を利用して表示させている。こうすることで自然画の表示能にとって最も有利であることは上述のとおりであるが、必ずしも緑だけに限らず、赤を独立画素として取り扱い、青と緑を複屈折による着色効果を利用して表示させる方法や、青を独立画素として取り扱い、赤と緑を複屈折による着色効果を利用して表示させる方法を利用しても良い。

また上述の繰り返しではあるが、外部から加えられる変調信号によって光学的性質を変化させる媒体を用い、その媒体が、変調手段によって明度を変化させる変調領域と、色相を変化させる変調領域とを有するものであれば、液晶素子に限定することなくさまざまな表示素子に対して本発明が適用できる。その例として、外部からの変調手段によって機械的に干渉層の膜厚を変化させる表示モード、複数色の泳動粒子を用いることで単位画素中にて異なる表示色を制御可能な電気泳動表示素子などをあげることができる。

以上、本発明に用いられる表示素子の原理について詳述した。ここで特筆すべき点は、一色（例えば緑）については従来と同様の原理に基づいて表示情報が印加されるのに対して、残る二色（例えば青と赤）の原色については、従来とは全く異なる原理に基づき表示が行われることである。

つまり従来の表示システムでは残る二色（例えば赤と青）はそれぞれ独立した信号によって制御されるのであるが、本表示システムは少なくとも残る二色（例えば赤と青）を同一画素にて表示可能な表示素子に対して情報出力する必要がある。したがって、表示システムとしても従来とは異なるシステムが要求される。

図１１は、このような本発明の実施の形態に係るシステムブロックの基本概念図を示すものであり、同図において、１０は入出力手段である。そして、この入出力手段１０に、まず画像信号として、既存の表示システムと同様にＲＧＢ３種類の情報信号が入る。そしてこの表示システムでは、このうちの１色（Ａ）を表示させるための出力信号群と、他の２色（Ｂ）を表示させるための出力情報群とが得られる。

ここで、Ａについては（一部の例外を除き）ほぼ既存の表示システムと同様に他の色とは独立した処理を経た後、出力信号が表示素子へと伝達されると考えてよい。一方、Ｂについては従来と異なる新規な処理を経た後、この２色を制御するための出力信号群が表示素子へと伝達される。

そして、このように入力された赤、緑、青の３種類の画像信号を処理して所定の１色を表示するための第１の出力信号群と、他の２色を表示するための第２の出力信号群を生成し、これら第１の出力信号群及び第２の出力信号群を、カラー表示を行う表示素子に出力することにより、三つの独立したカラー出力信号を用いることなく自然画表示が可能となる。

次に、本発明の表示システムについて、参考例及び実施例１〜５を用いて詳述する。なお、本参考例及び実施例中では、明細書中で述べた前記Ａとして緑を用い、他の２色（Ｂ）として赤と青を用いて説明を行うものとする。なお、Ａとして赤を用いたい場合にはＢは青と緑を用いればよいし、Ａとして青を用いたい場合にはＢは赤と緑を用いればよい。

また、本参考例及び実施例において使用するカラー表示素子の一例としての液晶表示素子の、共通の構成は以下のとおりである。

液晶層の構造として、垂直配向処理を施した２枚のガラス基板を重ね合わせセル化し、液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を用いる。なお、このとき実施例に応じてリタデーションが最適となるようにセル厚を変化させるものとする。

また、用いる基板構造として、一方の基板にＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス基板を用い、もう一方の基板にはカラーフィルタが配置された基板を用いる。このときの画素形状やカラーフィルタ構成は実施例に応じて変化させる。ＴＦＴ側の画素電極にはアルミ電極を用いた反射型構成とする。

また上基板（カラーフィルタ基板）と偏光板との間には位相補償板として広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）が配置されている。これにより反射型での表示の際に電圧無印加時には暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成となる。

（参考例）
参考例に用いる液晶表示素子の画素構成は、図１２に示すように、一つの単位画素を二つの副画素に分割すると共に、そのうち一つの副画素にのみ緑色のカラーフィルタを配設している。残る一つの副画素にはカラーフィルタは設けられていない。なお、この素子のセル厚は５ミクロンとした。このとき、カラーフィルタは設けられていない透明副画素に対して±５Ｖ電圧を印加した時のリタデーション量は約３００ｎｍとなっている。

そして、このような液晶表示素子について、電圧を変化させることによって画像を表示させると、緑のカラーフィルタを有する副画素に関しては、３Ｖ以下の領域では印加電圧値に応じた透過率変化を示し、連続階調特性が得られる。一方、他の透明副画素に関しては、５Ｖ印加時には青色、３．８Ｖ印加時には赤色表示となるため、本実施例の液晶パネルが三原色表示であることがわかる。さらに３Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたモノクロの連続階調を表示する。

このとき入力画像信号としてＲＧＢ信号が入力されるときの表示システムの一例を図１３に示す。ここでは表示システムの一例として誤差拡散処理が行われるシステムの例を示している。またこのシステムでは処理する階調情報として０〜２５５までの２５６階調を取り扱うものとする。

ここで、この表示システムにおいて、入力アナログＲＧＢ信号は、入出力手段１０において、まず信号処理のためにＡ／Ｄ変換される。このとき必要に応じてガンマ補正を行っても良い（図示せず）。なお、入力信号がデジタルＲＧＢ信号の場合には、Ａ／Ｄ変換処理は特に必要としない。次に、本システムでは誤差拡散処理を行うので、周囲の画素からのＲＧＢ誤差信号が加算される。この加算後のデータについて信号処理が行われる。

なお、本実施例では信号処理過程において、まずカラー信号成分と白（モノクロ）信号成分とに分離する。具体的には入力ＲＧＢ信号（Ｒｉ，Ｇｉ，Ｂｉ）と入力誤差信号（Ｒｅ，Ｇｅ，Ｂｅ）との和（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ）の三成分のうちの最小値［ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ）］を算出することで、モノクロ成分を抽出することができる。

ここで、モノクロ成分が抽出された後のカラー信号成分は、（Ｒｉ＋Ｒｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ），Ｇｉ＋Ｇｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ），Ｂｉ＋Ｂｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））となり、このうち緑成分（Ｇｉ＋Ｇｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））については、この階調量が緑副画素に出力される。なお、この出力の際には、液晶表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われ、この後、分離された１色である緑のカラー信号成分はＤ／Ａ変換され、液晶表示素子の緑副画素に対応するソース信号として供給される。

また、分離された２色である赤成分（Ｒｉ＋Ｒｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））及び青成分（Ｂｉ＋Ｂｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））は、先に分離されていたモノクロ成分とあわせて適宜誤差拡散処理が行われる。この誤差拡散処理のアルゴリズムは様々なものが考えられるが、本実施例においては、以下のように処理する。

モノクロ信号成分（ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））及び赤成分（Ｒｉ＋Ｒｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））及び青成分（Ｂｉ＋Ｂｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））の中で、まずそれらの最大値を算出する。ここで、例えば、この最大をとる表示色がモノクロ信号成分であった場合には、透明副画素に対する出力はモノクロ信号成分（ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））をそのまま出力すればよい。そして、赤成分と青成分は誤差として周囲の画素へと振り分ける。

また、最大をとる表示色が赤信号成分であった場合には、透明副画素に対する出力は赤信号成分（Ｒｉ＋Ｒｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ））である。しかし本実施例の液晶表示素子では赤色の中間調は表現することが出来ないので、実際に透明副画素へと出力する赤の階調としては２５５（最大値）となる。したがって、本来出力すべき階調量との差（２５５−（Ｒｉ＋Ｒｅ−ｍｉｎ（Ｒｉ＋Ｒｅ，Ｇｉ＋Ｇｅ，Ｂｉ＋Ｂｅ）））は誤差成分となる。この赤色の誤差成分と、モノクロ信号成分、青色信号成分との総和を誤差として周囲の画素へと振り分けるとよい。

また、最大をとる表示色が青信号成分であった場合にも、同様の考え方にて処理を行った後、青色の誤差成分と、モノクロ信号成分、赤色信号成分との総和を誤差として周囲の画素へと振り分けるとよい。

そして、これら各信号成分の透明画素への出力の際には、液晶表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われ、この後、これら各信号成分はＤ／Ａ変換され、液晶表示素子の透明画素に対応するソース信号として供給される。

このようにして、入力ＲＧＢ信号に対して、緑副画素用の出力信号と透明副画素用の出力信号を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。

（実施例１）
実施例１に用いる液晶表示素子の画素構成は、図１４に示すように、一つの単位画素を二つの副画素に分割すると共に、そのうち一つの副画素に緑色のカラーフィルタを配設し、残る一つの副画素にマゼンタカラーフィルタを配設している。なお、この素子のセル厚は５ミクロンとした。このとき、マゼンタ副画素に対して±５Ｖ電圧を印加した時のリタデーション量は約３００ｎｍとなっている。

そして、このような液晶表示素子について、電圧を変化させることによって画像を表示させると、緑のカラーフィルタを有する副画素に関しては、３Ｖ以下の領域では印加電圧値に応じた透過率変化を示し、連続階調特性が得られる。一方、マゼンタカラーフィルタを有する他の副画素に関しては、５Ｖ印加時には青色、３．８Ｖ印加時には赤色表示となるため、本実施例の液晶パネルが三原色表示であることがわかる。さらに３Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたマゼンタ色の連続階調を表示する。

このとき入力画像信号としてＲＧＢ信号が入力されるときの表示システムの一例を図１５に示す。ここでは表示システムの一例としてディザ処理が行われるシステムの例を示している。またこのシステムでは処理する階調情報として０〜２５５までの２５６階調を取り扱うものとする。

この表示システムにおいて、入力アナログＲＧＢ信号は、入出力手段１０において、まず信号処理のためにＡ／Ｄ変換される。このとき必要に応じてガンマ補正を行っても良い（図示せず）。なお、入力信号がデジタルＲＧＢ信号の場合には、このＡ／Ｄ変換処理は特に必要としない。

次に、本システムでは緑色を処理する系統１と、赤・青色を処理する系統２との２系統に分離される。そして、系統２ではこれら赤色と青色に対してディザ処理が行われる。

ここで、このディザ処理について説明を行う。本実施例の場合、系統２においては緑色が分離されているために、既述した図２４に示すＲＧＢ色立体を考えると、Ｇ軸は考慮する必要がなく、ＲＢ平面のみにて議論すればよい。そして、本実施例で述べる液晶表示素子では、既述した通り、赤表示及び青表示時はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用しており、明暗の表示状態として取り得るのはオンとオフの２値となる。したがって、Ｒ、Ｂそれぞれの軸上で取り得るのは最大値（Ｒ，Ｂ）と最小値（Ｂｋ）の２点である。

一方、緑色と補色の関係にあるマゼンタカラーフィルタが設けられているので、マゼンタ色の明るさを変化させることが出来る。つまり図６のＲＢ平面において、Ｂｋ点（原点）、Ｒ点、Ｂ点、及び矢印上の任意の点が表示色として使用できることになる。

なお、任意の入力画像信号が与えられたときの画像処理に用いる複数の離散的な値は以下のようにして導出される。

図２５に示すように入力画像情報のＲＢ成分をＲＢ平面へとプロットした点をｔとする。また、ＲＢ平面内において、マゼンタ方向には連続的な明度変化を示すことができる。つまりマゼンタ連続階調をあらわす矢印Ｎと、ＲもしくはＢの表示色を示す点（ＲＢ平面の頂点）をｖとしたとき、前記点ｖと前記点ｔとを結ぶ直線の延長線上にて軌跡Ｎと交わる点ｗとする。この選択した点ｖとｗを用いてディザ処理を行う。なおここでは、点ｗは直線ｖｔが延長される直線上としたが、ガンマ特性等を考慮した上で所定の曲線を想定した上で、その外挿値として点ｗを定めても良い。

入力されるアナログ信号のＲＢ成分について、まずＲとＢの大きさを比較する。Ｒの方が大きければ前記点ｖは赤（（Ｒ，Ｂ）＝（２５５，０））であるし、Ｂの方が大きければ前記点ｖは青（（Ｒ，Ｂ）＝（０，２５５））となる。

次いで、ＲＢ信号の差分の絶対値（｜Ｒ−Ｂ｜）を算出し、この値を用いてディザ処理を行う。表示パネルをディザマトリクスの行列数からなる単位画素群に分割し、単位画素群に与えられる各画素への入力画像信号とディザマトリクスの大小関係を比較して出力信号を決定する。ここで例えば４×４ディザマトリクスを用いる場合についてＢａｙｅｒ型ディザマトリクスにて説明を行う。

入力信号として０〜２５５までの情報があったときの４×４Ｂａｙｅｒ型ディザを用いる際の閾値マトリクスは数式１として表される。表示素子上のｘｙ座標を（４Ｎ＋ａ，４Ｍ＋ｂ）（ＮとＭは整数、ａとｂは０〜３の整数）としたとき、本表示素子は４×４画素の画素群からなるＮ×Ｍの表示素子ということができる。そこで、（ａ，ｂ）の座標に応じて、例えば、（ａ，ｂ）＝（０，０）の画素に対する入力画像信号の場合には、その入力画像信号の｜Ｒ−Ｂ｜と前記ディザマトリクスの（０，０）座標の値である８とを比較し、入力画像信号のほうが大きければ点ｖの表示を行い、小さければ点ｗの表示を行うようにする。

他の座標についても同様の処理を行うことによって、｜Ｒ−Ｂ｜の値として１７階調表示を行うことが可能となる。なお上記ディザマトリクスを８×８など大きくすることによって表現できる階調数が増加することは言うまでもない。

また前記の例では｜Ｒ−Ｂ｜の階調量は１７階調ではあるが、点ｗが採りうる値は連続量であるために、ＲＢ平面中で表現できる表示色数は非常に多くなる。実際にはドライバＩＣなどの制約から点ｗは６４階調もしくは２５６階調に限られるためにＲＢ平面上でとりうる表示色は数百〜数千色程度である。

上記のような処理によってマゼンタ副画素に出力する表示色が決定される。そして、最後に液晶表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われ、この後、決定された表示色はＤ／Ａ変換され、液晶表示素子のマゼンタ副画素に対応するソース信号として供給される。

なお、緑副画素に出力する表示色は、入力画像信号をガンマ補正した後、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子の緑副画素に対応するソース信号として供給される。なお、緑副画素に出力する画像信号として、ドライバＩＣなどの制約から入力画像信号よりも少ないビット数でしか出力できない場合などについては、公知の方法によってディザ処理などを行って緑色の階調数を増やすことによって自然な画像となるように出力することができる。

また、緑副画素に出力可能な階調とマゼンタ副画素に出力可能な階調量とは一致させておくことがモノクロの連続階調表現のために好ましい。ただし、本実施例における液晶表示素子の場合、マゼンタの方が表示させるダイナミックレンジが広いために、緑とマゼンタとで同じ出力ビット数だと連続階調領域における階調数を一致させることは困難である。したがって、低温ポリシリコンＴＦＴ基板を用いてソースラインごとにビット数を変えておくのが有効である。

あるいはソース電極を櫛歯状にして、１ソースラインごとに供給するドライバＩＣを上下で異ならせておき、例えば上側ソースドライバからは緑画素への情報出力を行い、下側ソースドライバからはマゼンタ画素への情報出力を行うように設定しておけば、例えばアモルファスＴＦＴ基板を用いてドライバＩＣを実装する際に上側ドライバＩＣのビット数と下側ドライバＩＣのビット数を変えるだけで、緑とマゼンタの出力ビット数を異ならせることが可能となる。

ここでいずれか一方が多くなる場合、例えば緑の階調量がマゼンタの階調量よりも多い場合には、緑の階調数をマゼンタの階調数の整数倍とするなどして、緑とマゼンタの表示階調が一致するように設定しておくことがモノクロの連続階調表現のために好ましい。どうしても緑とマゼンタの表示階調が一致しない場合には、適切な画像処理によってモノクロ表示領域が無彩色となるように調整できていることが好ましい。

このようにして、入力ＲＧＢ信号に対して、緑画素用の出力信号とマゼンタ画素用の出力信号を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。

（実施例２）
実施例２に用いる液晶表示素子の画素構成は、図１６に示すように一つの単位画素を三つの副画素に分割すると共に、そのうち一つの副画素には緑色のカラーフィルタを配設し、残る二つの副画素にはマゼンタカラーフィルタを配設している。ここで、これらマゼンタカラーフィルタを有する二つの副画素の面積は１：２に設定されている。なお、この液晶表示素子の特性は実施例１のものと同一とした。そして、この構成によって、マゼンタ副画素においては、３Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたマゼンタ色の連続階調を表示できるとともに、赤色と青色に関しても４階調表現することが可能となる。

このとき入力画像信号としてＲＧＢ信号が入力されるときの表示システムの一例を図１７に示す。ここでは表示システムの一例としてディザ処理が行われるシステムの例を示している。なお、本実施例において、このディザ処理は実施例１を公知の多値ディザ処理に基づく考え方を応用して変形させることによって、ＲＢ出力情報を決定するようにしている。

そして、このような入出力手段１０における多値ディザ処理によってマゼンタカラーフィルタを有する二つの副画素に出力する表示色が決定される。なお、この表示色は、最後に液晶表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われた後に、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子のマゼンタ副画素に対応するソース信号として供給される。

なお、緑副画素に出力する表示色については、入力画像信号をガンマ補正した後、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子の緑副画素に対応するソース信号として供給される。また、緑副画素に出力する画像信号として、ドライバＩＣなどの制約から入力画像信号よりも少ないビット数でしか出力できない場合などについては、公知の方法によってディザ処理などを行って緑色の階調数を増やすことによって自然な画像となるように出力することができる。

このようにして、入力ＲＧＢ信号に対して、緑副画素用の出力信号とマゼンタ副画素用の出力信号群を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。

（実施例３）
実施例３に用いる液晶表示素子の画素構成は、図１８に示すように一つの単位画素を四つの副画素に分割すると共に、そのうち一つの副画素には緑色のカラーフィルタを配設し、残る三つの副画素にはマゼンタカラーフィルタを配設している。ここで、これらマゼンタカラーフィルタを有する三つの副画素の面積は１：２：４に設定されている。なお、この液晶表示素子の特性は実施例１及び２のものと同一とした。そして、この構成によって、マゼンタ副画素においては、３Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたマゼンタ色の連続階調を表示できるとともに、赤色と青色に関しても８階調表現することが可能となる。

このとき入力画像信号としてＲＧＢ信号が入力されるときの表示システムの一例を図１９に示す。ここでは表示システムの一例としてディザ処理が行われるシステムの例を示している。ディザ処理の詳細については実施例２と同様の処理を変形させることによって、ＲＢ出力情報を決定できる。

そして、このような入出力手段１０における多値ディザ処理によってマゼンタカラーフィルタを有する三つの副画素に出力する表示色が決定される。なお、この表示色は、最後に液晶表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われた後に、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子のマゼンタ副画素に対応するソース信号として供給される。

なお、緑副画素に出力する表示色については、入力画像信号をガンマ補正した後に、Ｄ／Ａ変換されて、液晶表示素子の緑副画素に対応するソース信号として供給される。また、緑副画素に出力する画像信号として、ドライバＩＣなどの制約から入力画像信号よりも少ないビット数でしか出力できない場合などについては、公知の方法によってディザ処理などを行って緑色の階調数を増やすことによって自然な画像となるように出力することができる。

このようにして、入力ＲＧＢ信号に対して、緑副画素用の出力信号とマゼンタ副画素用の出力信号群を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。

（実施例４）
実施例４に用いる液晶表示素子の画素構成は、図２０に示すように一つの単位画素を６つの副画素に分割すると共に、そのうち一つの副画素には緑色のカラーフィルタが配設されており、残る五つの副画素のうち三つにはマゼンタカラーフィルタを配設している。ここで、これらマゼンタカラーフィルタを有する三つの副画素の面積は１：２：４に設定されている。また、残る二つの副画素の面積はマゼンタカラーフィルタが設けられている画素のうち最小面積を有するものと同一とし、それぞれ赤と青のカラーフィルタが設けられている。

なお、この液晶表示素子の特性は実施例１及び２のものと同一とした。そして、この構成によって、マゼンタ画素においては、３Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたマゼンタ色の連続階調を表示できるとともに、赤色と青色に関しても８階調表現することが可能となる。

このとき入力画像信号としてＲＧＢ信号が入力されるときの表示システムの一例を図２１に示す。ここでは表示システムの一例としてルックアップテーブルを備えた入出力手段１０を用いるシステムの例を示している。なお、ルックアップテーブルの作成については、フルカラー表示原理に基づいて入力画像信号と出力情報とを対応付けることができる。

そして、入出力手段１０において、このルックアップテーブルを参照することによって、マゼンタカラーフィルタを有する三つの副画素及び／もしくは赤あるいは青カラーフィルタを有する副画素に出力する表示色が決定される。そして、この表示色は、最後に表示素子の特性に応じてガンマ補正が行われた後に、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子のマゼンタ副画素、赤副画素、青副画素に対応するソース信号として供給される。

なお、緑副画素に出力する表示色については、入力画像信号をガンマ補正した後に、Ｄ／Ａ変換され、液晶表示素子の緑副画素に対応するソース信号として供給される。また、緑画素に出力する画像信号として、ドライバＩＣなどの制約から入力画像信号よりも少ないビット数でしか出力できない場合などについては、公知の方法によってディザ処理などを行って緑色の階調数を増やすことによって自然な画像となるように出力することができる。

このようにして、入力ＲＧＢ信号に対して、緑副画素用の出力信号と緑以外の表示色用の出力信号群を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。

（実施例５）
上記実施例１〜４では、緑画素への出力情報は赤及び青とは完全に独立で決定されていたが、本実施例５においては、緑副画素に対して赤及び青の情報を反映させたものを出力するようにしており、このような表示情報を与えるシステムの一例を図２２に示す。ここでは実施例１と同様の液晶表示素子を用いている。

例えば、マゼンタの階調を表現するにあたって、階調量（階調情報）ごとに色純度（色調情報）を調整（処理）した方が自然な画像が得られるような場合などは、マゼンタの階調量を画像補正ブロックにて適宜照らし合わせて、緑画素の出力情報に対して加算（もしくは減算）することによって自然な画像を得ることができる。

このように緑副画素への出力情報は緑の入力画像信号からは単独では決定されないものの、入力ＲＧＢ信号に対して、緑副画素用の出力信号と緑以外の表示色用の出力信号を供給可能な表示システムを用いることによって、本実施例の三原色表示が可能な表示素子において自然な画像を表示することが可能となる。なお本実施例については、マゼンタ副画素を複数の副画素に分割した場合についても同様の考えにて実現できる。

以上、本実施例のシステムによって、既述したように既存のＲＧＢ情報を出力することによってフルカラー情報を表示させる表示素子とは異なる概念によって実現される新規なカラー表示素子に対して適切な出力信号を与えることが可能となる。

また本実施例では垂直配向モードの液晶表示素子を中心に述べたが、平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。またＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードにも適用することが可能である。さらに本実施例では反射型を中心に述べたが、これを透過型もしくは半透過型へと応用することは当業者にとって容易である。

なお本実施例中では出力段にてガンマ補正を施しているが、取り扱う階調情報と表示素子の出力特性とが整合が取れている場合には、ガンマ補正を施さなくても正しい表示を行うことが可能である。

あるいはこのガンマ補正をＤ／Ａ処理の後に行っても良い。この場合、ドライバＩＣの中にガンマ補正の機能を持たせておいてもよい。あるいは、ポリシリコンＴＦＴ基板を用いるなどによって、これらシステム及びその他構成要素をガラス上にて一体形成しても良い。このガンマ補正もしくはＤ／Ａ処理などの際に、温度によって特性が変化するような表示素子を用いる場合には、温度補償制御を含むシステムとすることが好ましい。

また本実施例ではＴＦＴ基板を用いているので、全ての実施例においてＤ／Ａ変換処理を施しているが、ＭＩＭ基板を用いるなどパルス幅変調を行って階調表示を行う場合などはＤ／Ａ変換せずデジタル信号をそのまま出力しても良い。

また、ＥＣＢ効果を有する液晶素子の代わりに機械的な変調によって干渉層の媒体としての空気の厚さである空隙距離を変化させるモードを用いる場合でも本実施例と同様の効果が得られる。また、表示装置として、実施の形態中で述べた構成に基づく媒体である複数の粒子を電圧印加によって移動させる粒子移動型表示素子を用いる場合でも本実施例と同様の効果が得られる。

また本実施例ではカラーフィルタとして緑とマゼンタとの組み合わせについて述べたが、赤とシアン、青と黄色の組み合わせについても適用可能である。

さらに本実施例では駆動基板としてＴＦＴを用いているが、その替わりにＭＩＭを用いたり、半導体基板上に形成したスイッチング素子を用いるといった基板構成の変更や、単純マトリクス駆動やプラズマアドレッシング駆動にしたりといった駆動方法の変形は自明になしえる。

またＴＦＴを形成する場合に用いる基板は、アモルファスシリコンＴＦＴ基板、低温ポリシリコンＴＦＴ基板、高温ポリシリコンＴＦＴ基板、半導体基板（ＬＣＯＳ）あるいは半導体層をガラスもしくはプラスチック基板に転写することによって得られるアクティブ基板など、いずれの基板を用いることもできる。

本発明を実施するための最良の形態に係るカラー表示装置に用いられる液晶表示素子（カラー表示素子）の１画素の構造を示す図。 上記液晶表示素子のリタデーション変化時の色調変化を示す図。 上記液晶表示素子の１画素の他の構造を示す図。 上記液晶表示素子のリタデーション変化時の色調変化を示す図。 上記液晶表示素子の１画素の他の構造を示す図。 上記液晶表示素子のＲＢ平面上での表示状態を示す図。 上記液晶表示素子のＲＢ平面上での表示状態を示す図。 上記液晶表示素子のＲＢ平面上での表示状態を示す図。 上記液晶表示素子のＲＢ平面上での表示状態を示す図。 上記液晶表示素子のＲＢ平面上での表示状態を示す図。 上記カラー表示装置に用いられるカラー表示システムの概念を表す図。 上記最良の形態に係る参考例における１画素の構造を示す図。 上記参考例におけるカラー表示システムのブロック図。 上記最良の形態に係る実施例１における１画素の構造を示す図。 上記実施例１におけるカラー表示システムのブロック図。 上記最良の形態に係る実施例２における１画素の構造を示す図。 上記実施例２におけるカラー表示システムのブロック図。 上記最良の形態に係る実施例３における１画素の構造を示す図。 上記実施例３におけるカラー表示システムのブロック図。 上記最良の形態に係る実施例４における１画素の構造を示す図。 上記実施例４におけるカラー表示システムのブロック図。 上記最良の形態に係る実施例５におけるカラー表示システムのブロック図。 従来のカラー表示素子に用いられるカラー表示システムの概念を表す図。 ＲＧＢ色立体を表す図。 上記実施例１におけるＲＢ平面上での表示状態を示す図。

符号の説明

１０ 入出力手段
５０ 画素
５１〜５６ 副画素

Claims (4)

1. 電圧に応じてリタデーションが変化する液晶表示素子を備えたカラー表示装置において、
   前記液晶表示素子は、１画素が第１の副画素と第２の副画素を含む複数の副画素に分割され、第１の副画素には緑色のカラーフィルタが重ねられ、第２の副画素にはリタデーションの変化に応じて赤又は青の色が表示される表示素子であって、
   赤、緑、青の３種類の画像信号が入力され、入力された前記３種類の画像信号を処理して緑色を表示するための第１の出力信号群と、赤色及び青色の２色を表示するための第２の出力信号群とを生成した後、前記第１の出力信号群を前記第１の副画素に出力し、前記第２の出力信号群を前記第２の副画素に出力する入出力手段を備え、前記第２の副画素に対してディザ処理が行われることを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記入出力手段が生成する前記第１の出力信号群は、前記液晶表示素子を透過する光を明度変化範囲で変調する信号群であり、前記第２の出力信号群は、前記液晶表示素子を透過する光を黒、赤又は青のいずれかに変調する信号群であることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
3. 前記入出力手段は、画像処理、ガンマ補正、温度補償の少なくともいずれか一つにより前記緑色の画像信号と前記赤色及び青色の画像信号の処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー表示装置。
4. 前記液晶表示素子は、前記第２の副画素に前記緑色のカラーフィルタと補色関係にあるカラーフィルタを配設していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラー表示装置。

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