JP4799823B2 - 属性を向上させるカラー表示装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、カラー表示装置、システム、および方法に関し、更に特定すれば、カラー画像再現能力を向上させる表示装置、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、例えば、総称してＲＧＢと呼ばれている赤、緑、および青の加色混合三原色（「原色」）の再現に基づくのが通例である。生憎、これらのモニタは、人が知覚する多くの色を表示することはできない。何故なら、これらは、表示可能な色の範囲が限定されているからである。図１Ａは、当技術分野では公知の色度図を概略的に示す。馬蹄形の閉鎖エリアは、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色全てを表す訳ではない。例えば、図１Ａの二次元色度面上の各色度値は、種々の異なる明度レベルで表すことができる。したがって、可視色空間全体を表現するには、例えば、色度を表す２つの座標と、明度を表す第３座標とを含む三次元空間が必要となる。他の三次元空間表現も定義することができる。図１Ａにおける馬蹄形図の境界にある点は、一般に「スペクトル・ローカス」(spectrum locus)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。最も長い波長および最も短い波長における極限単色励起(extreme monochromatic excitation)間の馬蹄の底面を「閉鎖する」直線は、一般に「紫線」と呼ばれている。人の目によって認識可能な色の範囲は、様々な明度レベルにおいて、紫線よりも上の馬蹄図のエリアによって表され、一般に目の色域と呼ばれている。図１Ａの点線で示す三角形エリアは、標準的なＲＧＢモニタによって再現可能な色の範囲を表す。

ＣＲＴ、ＬＥＤ、プラズマ、投射表示装置、ＬＣＤ装置、およびその他を含むがこれらには限定されない種々の表示技術を用いた、多数の種類のＲＧＢモニタが公知である。過去数年の間に、カラーＬＣＤ装置の使用は着実に増大している。典型的なカラーＬＣＤ装置を図２Ａに概略的に示す。このような装置は、光源２０２、液晶（ＬＣ）エレメント（セル）２０４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アレイを含む。この装置は、更に、例えば、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２１０と、三色フィルタ・アレイ、例えば、ＬＣアレイと並置したＲＧＢフィルタ・アレイ２０６も含む。既存のＬＣＤ装置では、表示される画像の各フル・カラー画素は、３つの副画素によって再現され、各副画素は異なる原色に対応する。例えば、各画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂ副画素の各組を駆動することによって再現する。副画素毎に、ＬＣアレイ内には対応するセルがある。背後照明源２０２が、カラー画像を生成するのに必要な光を供給する。副画素の各々の透過率は、対応する画素の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が入力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、各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振幅を表すデータを送信する。背後照明源が供給する白色光の強度を、ＬＣアレイによって空間的に変調し、各副画素毎の光を、当該画素の所望の強度にしたがって選択的に減衰する。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、ここで各ＬＣセルは、対応する色副画素と重なり合い、所望のカラ副画素の組み合わせを生成する。人の視覚系は、異なる色副画素を濾過した光を空間的に統合し、カラー画像を知覚する。

米国特許第４，８００，３７５号（「’３７５特許」）は、カラー・フィルタのアレイと一致するように並置したＬＣエレメントのアレイを含むＬＣＤ装置について記載している。その開示内容は、この言及によりその全体が本願にも含まれることとする。フィルタ・アレイは、三原色副画素フィルタ、例えば、ＲＧＢカラー・フィルタを含み、これらを第４の種類のカラー・フィルタと交錯させて、所定の反復シーケンスを形成する。’３７５特許によって記載された種々の反復画素配列、例えば、１６画素シーケンスは、画素配列を簡略化し、ある種の画像パターン、例えば、対称性を高めた線パターンを再現する表示装置の能力を向上させることを意図している。画素の幾何学的配列を制御する以外に、’３７５特許は、三原色と反復シーケンスにおける第４の色との間の視覚的な相互作用については全く記載も示唆もしていない。

ＬＣＤは、種々の用途に用いられる。ＬＣＤは、携帯デバイス、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表示装置、およびラップトップ（「ノートブック」）コンピュータの中型サイズの表示装置では、特に普及している。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必須である。しかしながら、ＬＣＤ技術は、一般に大きな表示サイズを必要とする携帯用でない装置、例えば、デスクトップ・コンピュータの表示装置やＴＶ受像機にも用いられている。ＬＣＤの用途が異なれば、最適な結果を得るために異なるＬＣＤの設計が必要となる場合もある。ＬＣＤ装置のもっと「古くからの」市場、例えば、バッテリで動作するデバイス（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、発光効率が高いＬＣＤを必要とする。これは、消費電力削減につながるからである。デスクトップ・コンピュータの表示装置では、高解像度、画質、および色の鮮やかさが主要な検討事項であり、低消費電力は二次的な検討事項に過ぎない。ラップトップ・コンピュータの表示装置は、高解像度および低消費電力の双方を要求するが、多くのこのような装置では、画質および色の鮮やかさは劣っている。ＴＶ用表示装置の用途では、画質および色の鮮やかさが一般には最も重要な検討事項であり、電力消費および高解像度はこのような装置では、二次的な検討事項である。

通例、背後照明をＬＣＤ装置に供給する光源は、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）である。図３は、当技術分野では公知であるＣＣＦＬの典型的なスペクトルを概略的に示す。図３に示すように、光源のスペクトルは、３つの比較的狭い優勢波長範囲を含み、それぞれ、赤色光、緑色光、および青色光に対応する。当技術分野では公知のその他の適した光源も代わりに用いることができる。フィルタ副画素アレイにおけるＲＧＢフィルタは、通例、十分に広い色域（例えば、対応するＣＲＴモニタの色全域にできるだけ近い）を再現するように設計されているだけでなく、例えば、透過曲線が全体的に図３におけるＣＣＦＬスペクトル・ピークと重なり合う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されている。一般に、所与の光源の明度では、透過スペクトルが狭いフィルタ程、広い色域が得られるが、表示の明度は低下する。また、その逆も言える。例えば、電力効率が重要な検討事項である用途では、色域の幅を犠牲にすることも多くあり得る。ある種のＴＶ用途では、明度が重要な検討事項であるが、冴えない色は容認できない。

図４Ａは、既存のラップトップ・コンピュータ用表示装置の典型的なＲＧＢフィルタ・スペクトルを概略的に示す。図４Ｂは、典型的なラップトップ・スペクトル（図４Ｂにおける破線の三角形エリア）の再現可能色域を表す色度図を、理想的なＮＴＳＣ色域（図４Ｂにおける点線の三角形エリア）と比較して、概略的に示す。図４Ｂに示すように、ＮＴＳＣの色域は、典型的なラップトップ・コンピュータ用表示装置の色域よりもかなり広く、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、典型的なラップトップ・コンピュータ表示装置では再現することはできない。

人が見る多くの色は、標準的な赤−緑−青（ＲＧＢ）モニタでは見分けがつかない。三原色よりも多い表示装置を用いることによって、表示装置の再現可能色域は広がる。加えてまたは代わりに、表示装置が生成する明度レベルを大幅に高めることができる。本発明の実施形態は、表示装置、例えば、３つよりも多い原色を用いる、液晶表示（ＬＣＤ）装置のような薄型表示装置上にお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。

本発明の一態様の実施形態例は、３つよりも多い異なる色の副画素を用いて各画素を形成する、改良した多原色表示装置を提供する。本発明のこの態様の実施形態では、画素当たり４つ以上の異なる色副画素を用いることによって、色域の拡大、および照明効率の向上を可能にする。実施形態の一部では、画素当たりの副画素の数、および異なる副画素のカラー・スペクトルを最適化することによって、十分に広い色域、十分に高い明度、および十分に高いコントラスト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は、原色の一部、例えば、赤、緑、および青に対して比較的狭い波長範囲の使用を可能にすることによって、３つよりも多い原色を用いて、表示装置の再現可能な色域を拡大し、これら原色の彩度を高めることができるものもある。このように狭くした範囲からの明度レベル低下の潜在的可能性を補償するために、本発明の実施形態の中には、広帯域波長範囲の原色、例えば、特別に設計した黄色および／またはシアンを、狭い波長範囲の色に加えて用いることによって、表示装置の全体的な明度を高めることができるものもある。本発明の更に別の実施形態では、追加の原色（例えば、マジェンタ）および／または異なる原色のスペクトルを用いて、表示画像の様々なその他の面を改良することができる。本発明の実施形態によれば、特定の原色および副画素配列を設計することによって、色域幅および全体的な表示明度の最適な組み合わせを達成し、所与のシステムの要件を満たすことができる。

本発明の実施形態による３つよりも多い原色のＬＣＤ装置の色域およびその他の属性は、当該装置が用いている異なる原色副画素フィルタ・エレメント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。本発明の一態様によれば、４つ以上の異なる原色副画素フィルタを用いて、それぞれ、４つ以上の原色、例えば、ＲＧＢおよび黄色（Ｙ）を生成する。本発明の更に別の実施形態では、少なくとも５つの異なる原色副画素フィルタ、例えば、ＲＧＢ、Ｙおよびシアン（Ｃ）フィルタを用いる。本発明の付加的な実施形態では、少なくとも６つの異なる原色副画素フィルタ、例えば、ＲＧＢ、Ｙ、Ｃ、およびマジェンタ（Ｍ）フィルタを用いる。

本発明による３つよりも多い原色のＬＣＤ装置の原色副画素フィルタは、種々の判断基準によって選択し、例えば、所望の色域を十分カバーすること、表示装置によって生成可能な明度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できる。

本発明の実施形態によれば、ｎ原色を有する多原色表示装置は、画素のアレイを含むことができ、各画素は、ｎ個の副画素を含み、各副画素は、所定のアスペクト比、例えば、ｎ：１を有し、画素毎に所望のアスペクト比、例えば、１：１が得られる。

本発明の更に別の実施形態によれば、各画素を形成するｎ個の副画素および／または画素の具体的な配列によって、多原色ＬＣＤ表示装置の属性を制御するおよび／または操作することができる。このような属性には、画像の解像度、色域の広さ、輝度均一性、および／または画素および／または副画素の配列に左右され得るその他のあらゆる表示属性を含むことができる。

本発明の実施形態の一例によれば、ｎ原色の色相順に基づいて各画素を形成するｎ個の副画素にｎ原色を配列することによって、彩度を向上させることができる。
本発明の別の実施形態例によれば、最適な目視画像均一性、例えば、目視画像全域にわたる最適均一輝度は、隣接する副画素グループ間の輝度の相違を最少に抑えるように、各画素を形成するｎ原色副画素を配列することによって、得ることができる。本発明の実施形態の中には、複数の副画素配列をマッピングし、マッピングした各配列の輝度値を判定し、計算した輝度値に、例えば、フーリエ変換を適用することによって輝度値を空間座標から空間周波数、例えば、高調波に変換し、変換の高調波、例えば、第１高調波の振幅を最少にすることによって、副画素配列を決定することができるものもある。

本発明の更に別の実施形態によれば、ｎ原色副画素は、画素内の隣接する副画素の部分集合が比較的中性のホワイト・バランスを有するように、各画素内に配列する。
本発明の別の態様の実施形態例によれば、表示グラフィック・オブジェクト、例えば、あるフォントを有するキャラクタのｎ原色副画素レンダリング・システムおよび方法を提供する。この方法は、表示されるグラフィックにおいて見られる輪郭および／縁端の変更を可能にし、例えば、目視するオブジェクトの色縁効果を低減することができる。この方法は、グラフィック画像をサンプリングし、各副画素に初期被覆値を適用し、各副画素にスムージング関数を適用し、例えば、隣接する副画素のグループの加重平均を計算し、スムージング関数によって計算した値に基づいて、調節した被覆値をグループ内の各副画素に割り当てるステップを含むことができる。

本発明の更に別の態様の実施形態例によれば、原色副画素の一部のみの組み合わせを用いて、少なくとも一部の色を再現することにより、三原色表示装置と比較して、原色が３つよりも多い表示装置の再現可能なビット深さを拡張することができる、即ち、グレー・レベルの範囲を広げることができる。本発明のこの態様は、低グレー・レベルの画素を生成する際に有利であると考えられる。何故なら、種々のグレー・レベルは、特に、グレー・レベルが低い程、重要となると言えるからである。本発明のこの態様の実施形態では、画素のグレー・レベルの調節は、画素の形成するｎ個の副画素の部分集合、例えば、実質的に中性のホワイト・バランスを生成可能な部分集合を調節することによって、行うことができる。

本発明は、添付図面と関連付けた以下の本発明の実施形態の詳細な説明から、一層深く理解され、認められよう。

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、ここに記載するデバイス、システムおよび方法のある種の詳細が、カラー表示装置、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。

図１Ｂは、色度面において人の目で知覚可能な色域を表す馬蹄形図によって囲まれた、本発明の一実施形態による３つよりも多い原色の表示装置の色域を概略的に示す。図１Ｂにおける六面形状は、本発明の実施形態の一例による六原色表示装置 (six-primary display)の色域を表す。この色域は、図１Ｂでは点線の三角形状で表す典型的なＲＧＢの色域よりも遥かに広い。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表示装置の実施形態は、２００年１１月１４日に出願され"Device, System And Method For Electronic True Color Display"（真の電子カラー表示装置、システムおよび方法）と題する米国特許出願第０９／７１０，８９５号、２００１年６月７日に出願され"Dvice, System and Method For Electronic True Color Display"（真の電子カラー表示装置、システムおよび方法）と題し、２００１年１２月１３日にＰＣＴ公開ＷＯ０１／９５５４４号として公開された、国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０１／００５２７号、および２００１年１２月１８日に出願され、"Spectrally Matched Digital Print Proofer"（スペクトル的に一致するディジタル印刷校正装置）と題し、２００２年１０月１７日に米国公開ＵＳ−２００２−０１４９５４号として公開された米国特許出願第１０／０１７，５４６号、２００２年５月２３日に出願され、"System and method of data conversion for wide gamut displays"（広色域表示用の標準的データ変換方法）と題し、２００２年１２月１２日にＰＣＴ公開ＷＯ０２／９９５５７号として公開された国際出願ＰＣＴ／ＩＬ０２／００４１０号、および２００２年６月１１日に出願され、"Device, System and Method For Color Display"（カラー表示装置、システムおよび方法）と題し、２００２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、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３よりも大きい。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、ＣＲＴデバイス、またはその他の種類の表示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、好ましくはＬＣＤを用いる、ｎ原色フラット・パネル表示装置を中心に行うが（ｎは３よりも大きい）、代替実施形態では、本発明のシステム、方法および装置は、他の種類の表示装置なら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できることは当然認められよう。例えば、本発明のｎ原色表示装置の原理は、しかるべく変更を加えれば、ＣＲＴ表示装置、プラズマ・ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）表示装置、およびフィールド・エミッション表示（ＦＥＤ）装置、あるいは当技術分野では公知のこのような表示装置のあらゆる混成組み合わせにも容易に実施可能であることは、当業者には認められよう。

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概略的に示す。このシステムは、光源２１２、液晶（ＬＣ）エレメント（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アレイを含む。更に、この装置は、例えば、当技術分野では公知のアクティブ・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、およびＬＣアレイに並置したｎ原色フィルタ・アレイ２１６も含む。ここでｎは３よりも大きい。本発明の実施形態によるＬＣＤ装置の実施形態では、表示画像の各フル・カラー画素は、３つよりも多い副画素によって再現され、各副画素は、異なる原色に対応する。例えば、各画素は、対応する４つ以上の副画素の組を駆動することによって再現する。副画素毎に、ＬＣアレイ２１４には対応するセルがある。背後照明源２１２は、カラー画像を生成するのに必要な光を供給する。副画素の各々の透過率は、対応する画素に対して入力された画像データに基づいて、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、例えば、ＲＧＢまたはＹＣＣフォーマットで入力データを受け取り、任意にこのデータを所望の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される信号の振幅を表すデータを送信する。背後照明源２１２が供給する白色光の強度は、ＬＣアレイのエレメントによって空間的に変調され、副画素の画像データに応じて各画素の情報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、所望の色の副画素の組み合わせを生成する。人の視覚系は、異なる色の副画素を濾過した光を空間的に統合し、カラー画像を知覚する。

本発明による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、背景照明要素（光源）、例えば、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Light）のスペクトル、ＬＣアレイ内のＬＣセルのスペクトル透過(spectral transmission)、およびカラー・フィルタのスペクトル透過を含む。三原色表示装置では、最初の２つのパラメータ、即ち、光源のスペクトルおよびＬＣセルのスペクトル透過は、通例ではシステムの制約によって決められ、したがって、フィルタの色は、単に図１Ａに示すように、所望のＲＧＢ三角形の「角」において要求される比色値(colorimetric value)が得られるように単純に選択すればよい。三原色ＬＣＤ装置の効率を最大限高めるには、フィルタのスペクトル透過を、可能な範囲で光源の波長ピークと実質的に重複するように設計する。三原色ＬＣＤ装置におけるフィルタの選択は、主に、全体の光源効率の最大化に基づいて行えばよい。これに関連して、選択したフィルタのスペクトル透過曲線が狭い程、原色が飽和し易くなり、ディスプレイの全体的な明度レベルは低下することを注記しておく。

本発明の実施形態による、三原色よりも多い多原色表示装置では、要求される色域に実質的に重複するために、無限数のフィルタの組み合わせを選択することができる。本発明のフィルタ選択方法は、以下の要件に応じてフィルタの選択を最適化することを含む。所望の二次元域、例えば、広域用途用ＮＴＳＣ標準色域や、より高い明度の用途のための「従来の」三色ＬＣＤ域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明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、３つよりも多い原色を用いて、表示装置、例えば、液晶表示（ＬＣＤ）装置のような、薄型表示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。本発明の多数の実施形態について、画素毎に用いるカラー・フィルタ数が３つよりも多く、３つよりも多い原色を用いるＬＣＤ装置に関連付けてここで説明する。この構成には、従来のＲＧＢ表示装置と比較して、様々な利点がある。最初に、本発明によるｎ原色表示装置は、表示装置がカバーする色域を拡大することができる。第２に、本発明による表示装置は、表示装置の光源効率を著しく高めることができ、場合によっては、約５０パーセント以上の上昇を達成することもできる。これについては、以下で論ずる。本発明のこの特徴は特に携帯（例えば、バッテリ動作型）表示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表示装置全体の軽量化が可能となるからである。第３に、本発明による表示装置は、原色を副画素に配列する技法の効率的な利用によって、グラフィックの解像度を向上させることができる。これについては、本発明の具体的な実施形態を参照しながら、以下で詳細に説明する。

本発明の実施形態による多原色表示装置の一部では、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、画素当たり４つ以上の異なる色副画素を用いることによって、色域の拡大、および光源効率の向上を可能とする。実施形態によっては、画素当たりの副画素の数、および異なる副画素フィルタの透過スペクトルを最適化して、十分に広い色域、十分に高い明度、および十分に高いコントラストの所望の組み合わせを得ることができる。

例えば、本発明にしたがって３つよりも多い原色を用いることによって、Ｒ、Ｇ、およびＢカラー・フィルタに透過曲線を更に狭くした（例えば、有効透過範囲を狭くした）フィルタの使用を可能とし、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、再現可能な色域を拡大することもできる。このように狭くした範囲を補償するために、本発明の実施形態の中には、より広い帯域の副画素フィルタを、ＲＧＢ飽和カラーに加えて用いることによって、表示装置の全体的な明度を高めることができるものもある。本発明の実施形態によれば、所与のシステムの要件を満たすために、ｎ原色表示装置の副画素フィルタおよびフィルタ構成を適切に設計することによって、色域幅および全体的な画像の明度の最適な組み合わせを達成することができる。

図５Ａおよび図５Ｃは、本発明の実施形態による五原色表示装置の２つのそれぞれの代替設計に対する透過曲線を概略的に示し、ここで用いる５つの原色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、シアン（Ｃ），および黄色（Ｙ）であり、纏めてＲＧＢＣＹと呼ぶ。図５Ｂおよび図５Ｄは、それぞれ、図５Ａおよび図５Ｃのフィルタ設計から得られた色域を概略的に示す。尚、双方の設計では、対応する従来の三色ＬＣＤ装置よりも広い色域有効範囲(gamut coverage)および／または高い明度レベルが得られることは認められよう。これについては以下で詳しく説明する。当技術分野では公知であるが、従来の三色ＬＣＤの正規化した全体的な明度レベルは、以下のように計算することができる。

[数１]
Ｙ（三色）＝（Ｙ（色₁）＋Ｙ（色₂）＋Ｙ（色₃））／３
同様に、本発明の一実施形態による五色ＬＣＤ装置の正規化した明度レベルは、以下のように計算することができる。

[数２]
Ｙ（五色）＝（Ｙ（色₁）＋Ｙ（色₂）＋Ｙ（色₃）＋Ｙ（色₄）＋Ｙ（色₅））／５
ここで、Ｙ（色_i）は、ｉ番目の原色の明度レベルを示し、Ｙ（ｎ色）は、ｎ原色表示装置の全体的な正規化した明度レベルを示す。

図５Ｂに示す色域は、対応する三色ＬＣＤ装置（図４Ｂ）のそれに相当するが、図５Ａのフィルタ設計を用いて得ることができる明度レベルは、対応する三色ＬＣＤのそれよりも約５０％高い。この実施形態のよって得られる明度レベルの向上は、黄色（Ｙ）およびシアン（Ｃ）カラー画素の追加に帰するものであり、これらは広い透過領域を有するように、したがってＲＧＢフィルタよりも背後照明を多く透過するように特別に設計されている。この新たなフィルタ選択基準は、狭い透過領域を有するように設計するのが通例である、従来の原色フィルタの選択基準とは異なる。この実施形態に対する白点色度座標は、当技術分野において公知の方法を用いて、透過スペクトルおよび背後照明スペクトルから計算すると、ｘ＝０．３１８、ｙ＝０．３５２となる。

図５Ｄに示すように、図５Ｃのフィルタ設計の色域は、対応する三色ＬＣＤ（図４Ｂ）のそれよりもかなり広く、カラーＣＲＴ装置の基準色域としてもより、対応するＮＴＳＣ色域よりも広く、明度レベルは大まかに三色ＬＣＤに等しい。この実施形態では、五色ＬＣＤ装置の全体的な明度レベルは、色域が遥かに狭い三色ＬＣＤ装置のそれと同様となる場合もある。この実施形態に対する白点座標は、当技術分野において公知の方法を用いて、透過スペクトルおよび背後照明スペクトルから計算すると、ｘ＝０．３１０、ｙ＝０．３４３となる。

本発明の実施形態では他の設計も用いることができ、異なる原色および／または追加の原色（例えば、六色表示）を用いて、明度レベルを高めたりあるいは低めたり、色域を広めたりまたは狭めたりすることや、特定の実施形態に適するように、明度レベルおよび色域を所望通りにいかようにも組み合わせることが含まれる。

図６は、本発明の実施形態にしたがって効果的なカラー・フィルタ・スペクトルを選択するために用いることができる、６つの副色域領域、即ち、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄色（Ｙ）、マジェンタ（Ｍ）およびシアン（Ｃ）の副色域領域に分割した、人が知覚可能な色域の色度図を概略的に示す。実施形態の中には、三原色よりも多いフィルタ、例えば、図５Ａの実施形態におけるような五色フィルタを選択して、図６におけるそれぞれの副色域領域内に明度値を得るように選択することもできる場合がある。それぞれの副色域領域内に所与の原色のために選択した余分な色度位置は、特定のシステム要件、例えば、色度面における色域の所望の幅、および所望の画像明度に応じて決定することができる。先に詳しく論じたように、システム要件は、個々の装置の用途によって異なる。例えば、ある用途では色域のサイズを優先するが、他の用途では画像の明度を優先するという具合である。図６における副色域領域は、近似した境界を表し、本発明の実施形態にしたがって、これらから原色を選択すれば、大きな色域の有効範囲および／または高い明度レベルが得られ、しかも所望の白点バランスを維持することができる。図６の副色域領域内における原色の色度値の位置は、所与のフィルタ・スペクトル選択および公知の背後照明スペクトルでは、当技術分野では公知の単純な機械的計算を用いて計算すれば、所望の色域が所与のフィルタ・スペクトル選択に対して得られるか否か判定することができる。

本発明の実施形態によれば、ｎ原色の多原色表示装置は、画素のアレイを含むことができ、各画素はｎ個の副画素を含み、各副画素は、所定のアスペクト比、例えば、ｎ：１を有し、これによって、画素毎に、所望のアスペクト比、例えば、１：１が得られる。

各画素における副画素は、一次元または二次元アレイに構成することができる。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、本発明の実施形態例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の一画素における副画素の一次元構成を示す。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示す構成は、各画素の副画素全てを単一の直線上に連続して構成しているという意味で一次元的である。

ｎが素数でない場合、即ち、ｎ＝ｌ＊ｋで、ｋ≠１およびｌ≠１が整数である場合、二次元構成、例えば、ｌ行およびｋ列に副画素を構成することができる。図７Ｄおよび図７Ｅは、本発明の実施形態例による、ｎ原色ＬＣＤ表示装置の一画素における副画素の二次元構成を概略的に示す。

例えば、図７Ａから図７Ｅに示すように、五原色表示装置の副画素は、１次元構成７０２を有することができ、一方４原色または六原色表示装置の副画素は、一次元構成、例えば、それぞれ７０１および７０４、または二次元構成、例えば、それぞれ７０３および７０５のいずれにも配列することができる。

本発明の実施形態によれば、ｎ原色ＬＣＤ表示装置の属性の一部を、各画素を形成するｎ個の副画素の配置に関係付けることができる。これについては、以下で説明する。このような属性には、例えば、画像の解像度、彩度、目視される輝度の均一性、および／またはここに記載する副画素の配置によって影響を受け得るいずれの表示属性も含むことができる。

本発明の実施形態の一例によれば、個々のｎ個の原色の色相順(hue order)に基づいて各画素を形成するｎ原色を配置することにより、所望の彩度を達成することができる。この関連において、色相順は、色度図、例えば、図１Ｂに示した馬蹄形図上における個々のｎ個の原色の周方向の順序に基づくことができる。各表示副画素の光は、対応する色フィルタを透過することができる。しかしながら、光の散乱や反射の効果によって、光は隣接する副画素のカラー・フィルタを通じて「漏れる」こともあり得る。その結果、歪みや、所望の色の彩度低下が生ずる虞れがある。例えば、隣接する副画素が補色の原色を再現する場合、副画素間の光の漏れから、補色の組み合わせによって見られるある程度の中和色によって、副画素の有効彩度が低下する虞れがある。尚、副画素間の光漏洩の影響は、副画素間の境界の長さ、および副画素間の距離に左右され得ることを注記しておく。例えば、隣接する副画素の中心間の距離が広がれる程、光の漏洩は減少すると考えられる。例えば、垂直方向または水平方向に隣接する副画素、例えば、同じ行または同じ列上にある副画素は、２つの対角線方向に隣接する副画素よりも漏洩の影響を受けやすいと考えられる。更に、行および列上の隣接する画素は、副画素のアスペクト比によって、異なる漏洩効果を生ずると考えられる。

前述の漏洩効果の目視を避けるために、本発明の実施形態例による副画素の配置は、補色となる原色の副画素および／または部分的に相補的な副画素間の距離を最大限大きく取るように設計することができる。本発明の実施形態例による色相順に応じた副画素の配置は、副画素間の光漏洩の影響を最少に抑えることができ、したがって彩度を高め、画素全体の歪みを最少に抑えることができる。

図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の実施形態例による、それぞれ、一次元五原色表示装置および二次元四色原色表示装置についての、原色の色相順に基づいた副画素における原色の配列８０１および８０２をそれぞれ概略的に示す。五原色表示装置の配列８０１における５個の副画素は、色相順、例えば、ＲＹＧＣＢに応じて配列されている。この配列は、各副画素から隣接する副画素への潜在的な光の漏洩があっても、画素全体によって表される色の色相が僅かにずれるだけで、画素の彩度に大きな影響を与えないことを暗示している。尚、配列８０１および８０２とは対照的に、例えば、ＲＹＢＧＣ配列におけるように、黄色および青を隣接する副画素に配列すると、１つの副画素から隣接する副画素への僅かな光の漏洩でさえも、画素全体の彩度が大きく低下する原因となる。四原色表示装置の二次元配列８０２という一例の場合、青および黄色の副画素を一方の対角線上に配置し、赤および緑の副画素を他方の対角線上に配置することによって配列を作成すると、各色の副画素が直接隣り合うのは、比較的色相が近い副画素だけとなり、例えば、黄色の副画素は赤および緑色の副画素と直接隣り合うことができる。尚、ここに示し説明する配列の例は、説明に役立てるだけであることを注記しておく。また、色相値に基づいて各副画素が他の副画素に隣接する、副画素の他の相応しい配列も、本発明の範囲に該当することは当業者には認められよう。

本発明の別の実施形態例によれば、目視される画像の空間的均一性を改善するためには、以下のように、空間的に均一な画像において目視される明度のばらつきを、各画素内においてｎ個の原色副画素を適切に配列することによって低減することができる。

本発明の実施形態例によれば、ＬＣＤ表示装置を形成する画素のアレイを、複数の同一の基本反復単位に分割することができる。基本反復単位は、１つ以上の画素の構成および／または配列、あるいは副画素の既定の組み合わせを含み、表示装置を形成する副画素のアレイ全体に繰り返すことができる。図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の実施形態例による、ＲＧＢ ＬＣＤ表示装置における基本反復単位を含む副画素の配列を示す。ＲＧＢ ＬＣＤ表示装置の画素の従来の配列９０１では、例えば、赤の副画素は、異なる行において同じ位置を占め、各行における副画素の順序がＲ−Ｇ−Ｂとなるようにすることがある。この配列例における基本反復単位は、１つのＲＧＢ画素９０２を表す。別のＲＧＢ配列例９０３では、表示装置の第１行は、Ｒ−Ｇ−Ｂ副画素配列を含むことができ、第２行は、Ｇ−Ｂ−Ｒ副画素配列を含むことができ、第３行は、Ｇ−Ｂ−Ｒ副画素配列を含むことができ、第４行は、Ｒ−Ｇ−Ｂ副画素配列を再び含むことができる。この場合、基本反復単位９０４は、３つの画素を、１つが他の直接下に来るように、含むことができる。

同様の手法を、三原色よりも多い表示装置にも用いることができ、この場合、副画素は、前述のように、一次元または二次元構成に構成することができる。二次元副画素構成では、異なる行上の隣接画素における副画素の色の間の関係、ならびに同じ行の隣接画素における副画素の色の間の関係は、同様に分析することができる。

図９Ｃは、本発明の実施形態の一例による一次元五原色構成を有する基本反復単位９０６を含む副画素の配列９０５を概略的に示す。
原色の輝度値は、原色フィルタの組、および表示装置に用いるバックライトの形式によって左右される可能性がある。フィルタや光源が異なれば、異なる原色輝度値が得られる。したがって、ここに記載する副画素を配列する方法は、バックライトおよびフィルタの所与の組み合わせに対して、最適な輝度均一性を達成するための副画素配列を得ることができる。

本発明の実施形態の一例によれば、五原色表示装置は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４およびＰ５で示す五原色の組を含み、例えば、０．０６、０．１３、０．１８、０．２９および０．３４の輝度値をそれぞれ有することができる。本発明のこの実施形態例によれば、２４種類の異なる原色一次元配列ができる。本発明の一実施形態において、副画素の最適な配列を決定するためには、空間座標を空間周波数、例えば、高調波に変換する機能、例えば、フーリエ変換を各画素に適用すればよく、変換の第１高調波の振幅を、最適な配列を選択するための判断基準として分析することができる。例えば、以下で図１０を参照して記載するが、フーリエ変換分析は、比較的低い第１高調波振幅が、単位９０６におけるＰ２−Ｐ３−Ｐ４−Ｐ１−Ｐ５の順の五原色の配列に対して、図９Ｃに概略的に示すように、更に、Ｐ２−Ｐ５−Ｐ１−Ｐ４−Ｐ３の順の原色の配列に対して得ることができる。本発明のこの実施形態例によれば、最適な配列のいずれか一方、即ち、Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４−Ｐ１−Ｐ５またはＰ２−Ｐ５−Ｐ１−Ｐ４−Ｐ３を選択すれば、更に、必要な表示属性、例えば、画像の明度、彩度、画像の解像度、またはその他の関連する表示属性も最適化することができる。

図１０は、本発明の実施形態例によるＬＣＤ表示装置の画素内におけるｎ個の原色副画素を配列する方法を示す、概略的なブロック図である。
この方法は、ブロック１００１に示すように、選択した副画素構成について、ｎ原色のｎ個の副画素へ可能なあらゆる配列をマッピングすることを含むことができる。

ブロック１００２に示すように、原色の各々の既知の輝度値を用いて、ブロック１００１のマッピングした副画素配列の各々について、副画素位置の関数として、１組の輝度値を計算する。

ブロック１００３に示すように、変換関数、例えば、ブロック１００２において計算した位置依存輝度値のフーリエ変換を計算することができる。
目は低空間周波数におけるコントラストのばらつきの方に強く感応するので、変換の第１高調波の振幅を、全ての配列について分析し、ブロック１００４に示すように、第１高調波の比較的小さな振幅を有する配列を選択する。

本発明の代替実施形態によれば、ブロック１００４は、更に別の最適化技法も含むことができる。例えば、方向が異なれば目の感度も異なるので、最適な配列の選択も、第１高調波のばらつきの方向に基づくことができる。

本発明の実施形態例によれば、適切なソフトウェアを実行するコンピュータ、あるいはハードウェアおよび／またはソフトウェアのその他のいずれの適切な組み合わせでも、前述の方法を実行するために用いることができる。

本発明の更に別の実施形態によれば、原色を副画素の組み合わせに配列することもでき、１つの画素内で隣接する副画素の各部分集合は実質的に中性のホワイト・バランスを有することができる。即ち、各部分集合は、白色光に可能な限り近い光を生成可能とすることができる。この配列の利点は、白黒画像、例えば、文字の画像、例えば、白い背景の上の黒い文字の高解像度のレンダリングを可能にすることができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、本発明の実施形態の一例による、原色の副画素への割り当てを示し、１つの画素内にある隣接する副画素の各部分集合は、比較的中性のホワイト・バランスを有することができる。

図１１Ａに示す五原色一次元構成では、原色副画素は、ＲＧＢＹＣ配列１１０１に配置され、ＲＧＢ、ＧＢＹ、ＢＹＣ、ＹＣＲ、およびＣＲＧのトライアッド(triad)部分集合を含む。

図１１Ｃは、本発明の実施形態の一例による五原色表示装置の色域を表す色度図を概略的に示す。尚、先に列挙したトライアッドの各々が生成する色域はエリア１１０４を含み、ここにはＤ６５白点１１０３が入っているので、白色光に非常に近い光を生成できることが認められよう。したがって、配列１１０１による副画素の配列は、ここに記載した具体的な副画素配列のない五原色表示装置によって得られる輝度分解能に比較して、５／３倍表示の有効輝度解像度を高めることができる。図１１Ｂに示す六原色二次元構成では、原色の配列１１０２は、２つの隣接する画素について行われ、最初の行は組み合わせＲＧＢＣＭＹを含むことができ、２番目の行は組み合わせＣＭＹＲＧＢを含むことができる。各組み合わせは、トライアッドＲＧＢおよびＣＭＹを含み、これらは各々実質的に白色光を生成することができる。この配列は、更に、列の各１つに所望の下位組み合わせ、例えば、副画素対ＲＣ、ＧＭおよびＹＢを作成する。これらの下位組み合わせは、補色の対を含むことができ、これらは各々実質的に白色光を生成することができる。尚、図１１Ｂの配列は、ここに記載した副画素配列のない六原色表示装置で得られる輝度解像度と比較して、水平方向に約３倍、垂直方向に約２倍表示の解像度を高めることができることが認められよう。

本発明の別の実施形態は、表示したグラフィック・オブジェクト、例えば、テキスト・フォントのキャラクタのｎ原色副画素レンダリング方法に関する。画面上にグラフィック・オブジェクトを表示するとき、解像度は重要な要素であり、特に、外挿補間または内挿補間方法を用いてグラフィック・オブジェクトの大きさを変え、所与の画面解像度にする場合には重要な要素となり得る。例えば、比較的小さなグラフィック・オブジェクトを、当技術分野では公知の倍率拡大方法を用いて、グラフィック・オブジェクトの比較的大きな画像を表示する場合、拡大した画像の明確さは、精度が低いデータの外挿補間によって新たな画素を作成したために、悪化する可能性がある。この問題は、表示したグラフィック・オブジェクトの縁端またはその近辺、例えば、グラフィック・オブジェクトの輪郭に沿ったところで特に明らかになり易い。

図１２Ａは、黒および白の画素を用いて走査(raster)して表示したときの文字「Ａ」を拡大して示す。図１２Ａに示す文字は、その低い解像度のために、容易には読めないかもしれない。

図１２Ｂは、グレー・スケール画素レンダリングを用いて文字「Ａ」を拡大して示す。
白黒の高コントラスト画像、例えば、白い背景の上にある黒いグラフィックの解像度および判読率を高めるためには、グレー・スケール画素レンダリング方法を用いるとよい。グレー・スケール画素レンダリング方法は、画像の画素マトリクス表現の各画素をサンプリングして、部分的に覆われている画素毎に、グラフィック・オブジェクトによって覆われている画素エリアの割合を判定し、グラフィック・オブジェクトによって覆われている画素エリアの割合に応答する、例えば、比例するグレー・レベルの画素を再現することを含むことができる。この方法の欠点は、図１２Ｂに示すように、オブジェクトの曖昧さと考えられる。

グラフィック・オブジェクトのレンダリングの改善には、副画素レンダリングを含むことができる。ＬＣＤ表示装置の副画素レンダリングは、全画素マトリクスの代わりに、副画素マトリクスを利用することができる。図１２Ｃは、ＲＧＢ副画素レンダリング技法によって生成した文字「Ａ」を拡大して示す。図１２Ｃに示すように、各画素は、３つの副画素で構成され、これによって、レンダリングを副画素毎に別個に行うことが可能になる。この方法によって、全画素レンダリング方法と比較して、判読率を高めることができる。しかしながら、この方法には、色縁効果という欠点があり、そのために隣接する副画素間に輝度のばらつきが生じる可能性がある。例えば、グラフィック・オブジェクトに覆われる副画素は、当該オブジェクトに覆われない隣接する副画素とは異なる輝度レベルを有する場合がある。この問題は、表示されるグラフィック・オブジェクトの縁端またはその近辺、例えば、グラフィック・オブジェクトの輪郭に沿ったところで特に明らかになり易い。

本発明の実施形態の一例によれば、色縁を最少に抑える方法を所与の副画素構成、例えば、五原色一次元配列１１０１（図１１Ａ）またはその他のいずれかの一次元または二次元構成に適用することができる。これについて以下に詳しく説明する。

図１２Ｄを参照すると、本発明の実施形態例によるｎ原色副画素レンダリングを用いた、文字「Ａ」の上部分を拡大して概略的に示し、図１２Ｅを参照すると、本発明の実施形態例による割り当て方法を用いて、図１２Ｄの画素の副画素に割り当てることができる初期被覆値を示す表を概略的に示す。

本発明の副画素レンダリング方法の実施形態例によれば、各画素には、初期被覆値を割り当てることができ、この初期被覆値は、図１２Ｄおよび図１２Ｅに概略的に示すように、グラフィック・オブジェクトによって覆われる副画素エリアの割合に関連付ける、例えば、比例させることができる。

また、図１２Ｆも参照すると、本発明の実施形態例による副画素レンダリングを用いた文字「Ａ」の上部分を拡大して概略的に示し、図１２Ｇを参照すると、本発明の実施形態の一例による割り当て方法に基づいて、図１２Ｆの画像の副画素に割り当てることができる、調節済みの被覆値を示す表が概略的に示されている。

本発明の副画素レンダリング方法の実施形態例によれば、調節被覆値を、予め規定したトライアッドを構成する３つの副画素の各々に、所定のスムージング関数、例えば、加重平均に基づいて割り当てることができる。スムージング関数を用いると、各副画素トライアッドを構成する異なる副画素の初期被覆値のばらつきを減少または排除することができる。調節した被覆値に応じて副画素の明度を調節することによって、実質的に色が中性の輝度、例えば、灰色が、特にグラフィック・オブジェクトの輪郭に沿って、画像全体に見ることができる。これについては以下で説明する。

本発明の実施形態の一例によれば、スムージング関数は、加重平均を含むことができ、所定の重みを、トライアッドの副画素に割り当てる。例えば、１の重みをトライアッドの各副画素に割り当てることができる。本発明の実施形態の一例によれば、副画素１２０１に割り当てた調節被覆値１２１０は、副画素１２０１の被覆値１２０４ならびに隣接する副画素１２０５および１２０３のそれぞれの初期被覆値１２０２および１２０６の平均を取ることによって、決定することができる。この実施形態例によれば、副画素１２０１には、１／６の調節被覆値を割り当てることができる。これは、トライアッドを含有する副画素１２０１の１組の初期被覆値、例えば、初期被覆値（０，０，０．５）の加重平均に対応する。本発明の別の実施形態例によれば、副画素１２０３には、副画素１２０１および１２０３および１２０７のそれぞれの初期被覆値１２０４、１２０６および１２０８の加重平均に対応する調節被覆値１２１２を割り当てることができる。この実施形態の一例によれば、副画素１２０３には、１／３の有効被覆値を割り当てることができる。これは、トライアッドを含有する副画素１２０３の１組の初期被覆値、例えば、被覆値（０、０．５、０．５）の加重平均に対応する。

本発明の別の実施形態によれば、加重平均は、異なる重みを各副画素に割り当てることを含むことができる。
本発明の実施形態例によれば、一次元ｎ原色構成には、ｎ通りの異なるトライアッド配列があり得る。したがって、本発明の実施形態の一例によれば、異なる重み関数を定義すれば、配列、例えば、配列１１０１（図１１Ａ）の副画素毎に、調節被覆値を計算することが可能となる。

本発明の別の実施形態によれば、色縁を最少に抑える方法を六原色二次元配列、例えば、配列１１０２（図１１Ｂ）、またはその他のいずれの二次元構成にも適用することができる。この方法は、スムージング関数を用いて、調節被覆値を、前述のように、行を構成するトライアッドの各副画素、および列を構成する対の各副画素に割り当てることができる。本発明の実施形態例によれば、二次元ｎ原色表示装置には、２ｎ通りの異なる配列が使用可能と考えられる。このように本発明の実施形態の一例によれば、２ｎ通りの異なるスムージング関数を予め定義しておき、二次元配列の副画素毎に調節被覆値を計算することが可能となる。

図１３Ａは、本発明の実施形態例による多重原色副画素レンダリング方法の概略ブロック図である。図１３Ａの方法によって、色縁効果を最少に抑えつつ、解像度を高め判読率を向上させた副画素のレンダリングが可能となると考えられる。これは、目視するグラフィック・オブジェクトの輪郭および／または縁端を監視することによって達成することができる。

ブロック１３０１に示すように、本方法は、本発明の実施形態によれば、副画素の解像度で二次元グラフィック・オブジェクトをサンプリングし、初期被覆値を各副画素に、グラフィック・オブジェクトの対応する相対的被覆に応じて割り当てることを含むことができる。例えば、グラフィック・オブジェクトがある副画素の５０％を覆う場合、この副画素には、０．５の初期被覆値を割り当てることができる。

ブロック１３０２に示すように、本発明の実施形態による方法は、スムージング関数、例えば、副画素トライアッドの初期被覆値の連続加重平均を計算する、即ち、連続再計算を行うことを含むことができる。

ブロック１３０３に示すように、ブロック１３０２において適用したスムージング関数の結果に応じて、調節被覆値を各副画素に割り当てることができる。
図１３Ｂは、本発明の実施形態例による、副画素レンダリング・システムにおけるデータ・フローを示す概略ブロック図である。

本発明の実施形態によれば、副画素レンダリング・システムは、適したアプリケーション・ソフトウェア１３１０、例えば、ワード・プロセッシング・ソフトウェアからのグラフィック・オブジェクトに対応する入力を受け取ることを含むことができる。システムは、更に、グラフィック・インタープリタ１３２０、副画素レンダリング・ユニット１３３０、ビデオ・カード・フレーム・バッファ１３４０、およびｎ原色表示装置１３５０を含むことができる。ｎ原色表示装置１３５０は、三原色よりも多いあらゆる種類の表示装置、例えば、本発明の実施形態によるｎ原色ＬＣＤ表示装置を含むことができる。

アプリケーション・ソフトウェア１３１０は、グラフィック・オブジェクト、例えば、テキスト・キャラクタ、ならびにそのサイズおよび位置を定義するために用いることができる。

グラフィック・インタープリタ１３２０は、アプリケーション・ソフトウェア１３１０が定義したテキストおよび／またはその他のグラフィック・オブジェクトを、輪郭を単純な曲線で定義できる連続二次元オブジェクトに変換するために用いることができる。

二次元グラフィック・オブジェクトは、副画素レンダリング・ユニット１３３０によって処理することができ、副画素レンダリング・ユニット１３３０は、表示装置の副画素解像度でグラフィック・オブジェクトをサンプリングして、副画素毎に相対的被覆を得ることができ、先に論じたようなスムージング関数を適用して、表示する画像を定義する滑らかなビットマップを供給することができる。

副画素レンダリング・ユニット１３３０によって供給されるビットマップは、一時的にグラフィック・カード・フレーム・バッファ１３４０に格納することができ、更に転送してｎ原色表示装置１３５０上に表示することができる。

ＴＶの用途では、テキストおよびグラフィック情報は、サブタイトル、クローズド・キャプション、またはテレテキスト(TELETEXT)信号の形態で出現する場合もある。ディジタルＴＶの用途では、この情報は、ブロードキャストＭＰＥＧフォーマットに含むことができ、ＭＰＥＧデコーダによって、例えばセット・オフ・ボックスまたはＤＶＤプレーヤによってデコードすることができる。本発明の実施形態によれば、ここに記載する副画素レンダリングに対応するデータ・フロー・システムを用いれば、将来のディジタルＴＶの用途、例えば、対話型テキストやグラフィック表示に対応することができる。

本発明の別の実施形態によれば、上述のｎ原色カラー配列を用いると、ＲＧＢ ＬＣＤ表示装置と比較して、より広い範囲のグレー・レベルを表示することができる。
サイズｂｄの既定ビット深さでは、表示に用いられる原色の各々に、２^bd通りのグレー・レベルの範囲を得ることができる。例えば、８ビット深さでは、各原色に２５６通りのグレー・レベルを得ることができる。従来のＲＧＢ ＬＣＤ表示装置では、三原色全ての組み合わせを用いて殆どの色を表示したり、あるいは所与の色のグレー・レベルを調節する。したがって、表示される各色に対するグレー・レベルの最大数は、ビット深さに依存する。例えば、８ビット深さでは、０から２５５まで付番した２５６通りのグレー・スケールとなり、レベル０および２５５は、それぞれ、黒および白に対応する。このような表示装置では、表示可能な最も明るい白は、三原色全てにレベル２５５を用いると、得ることができる。同様に、表示可能な最も暗いグレーは、三原色の副画素全てをレベル１で活性化すると、得られる。

入力画像の画素は、更に多いグレー・レベル、即ち、更に深いビット深さ、例えば、１０ビット深さを含む場合もあるので、多くのグレー・レベルは、既存の表示装置では再現できない可能性がある。この問題は、特に低グレー・レベルでは重要と思われる。本発明の実施形態では、ある画素または反復単位における副画素の一部のみの組み合わせを用いて、追加のグレー・レベルを再現することによって、三原色よりも多い表示装置において表示される画像の再現可能なビット深さを、例えば、８ビットよりも多いビットに拡大することができる。本発明のこの態様は、低グレー・レベルの画素を生成する際に有利であると考えられる。何故なら、種々のグレー・レベルが低グレー・レベルでは特に重要になるからである。

本発明の実施形態例によれば、３原色よりも多い副画素の配列、例えば、六原色ＲＧＢＭＣＹ副画素配列１１０２（図１１Ａ）では、各副画素は８ビット深さを有し、グレー・レベルの範囲を拡大して、例えば、２５６通りのグレー・レベルよりも多い範囲で再現することが可能である。例えば、数種類の異なる副画素の組み合わせによる配列１１０２を用いると、先に詳細に説明したように、副画素対またはトライアッドの組を用いて実質的に白色を表示することができる。このように、本発明による副画素配列、例えば、配列１１０２は、原色副画素全てを用いることなく、例えば、表示する画素の副画素または反復単位の一部のみを用いて、実質的に白色を表示することが可能となる。例えば、配列１１０２を用いた表示では、最も明るい白は、各副画素の値を２５５に設定することによって、得ることができる。８ビットのカラー深さに対応する、全画素によって達成可能な最も暗いグレーは、各副画素の輝度値を１に設定することによって得ることができる。しかしながら、更に暗いグレーも、本発明の実施形態によれば、例えば、ＲＧＢ副画素の値を１に設定しつつ、同時にＣＭＹ副画素の輝度値を０に設定することによって、達成することができる。本発明の実施形態の一例によれば、ＲＧＢトライアッドは、ＲＧＢＭＣＹ配列１１０２の全明度の約１／３以下しか有することができないので、配列１１０２のＲＧＢトライアッドによって最も暗いグレーを作成した場合、全ての副画素を励起することによって得られる最も暗いレベルのグレーよりも暗いと考えられる。このように、本発明の実施形態例によれば、異なるトライアッドの組み合わせの使用によって、表示可能なグレー・レベルの範囲を、例えば、約４倍広げることができ、ビット深さを約８から約１０に高めることになる。

前述の実施形態例は、グレー・レベルの表示について説明したが、前述のｎ原色配列を用いれば、異なる色合いおよび色相の色に、更に拡張したビット深さ、即ち、より広いグレー・レベルも得られることは、当業者には認められよう。

図１４は、本発明の実施形態例による、ビット深さを拡張する方法を組み込んだＬＣＤ表示システムにおけるデータ・フローの概略図である。
また、図１５も参照すると、本発明の実施形態の一例による六原色表示装置の色域を表す色度図が概略的に示されている。

図１４の方法は、ブロック１４０１に示すように、入力データを受け取ることを含むことができる。
ブロック１４０２に示すように、第１チャネルを用いて、入力データを処理し、ｎ原色色出力を形成することができる。

図１５に示す六原色では、原色のトライアッドの選択によって、有効フィールドを定義することができる。例えば、有効フィールド１５０２は、ＹＭＲトライアッドによって定義することができる。本発明の実施形態によれば、所望の色域に対してグレー・レベル範囲を拡張するには、先に詳細に説明したように、選択したトライアッドによって定義される有効フィールドが、所望の色域を含むことができるように、原色のトライアッドを選択すればよい。

再度図１４を参照すると、ブロック１４０３に示すように、入力データは、更に、所望のグレー・レベル範囲および色域を得るために必要な有効フィールドに対応する三原色の組を選択するために用いることができる。有効フィールドは、異なる色のトライアッドによって定義することができる。例えば、有効フィールド１５０４は、トライアドＲＧＢおよびＹＣＭによって定義することができる。必要な有効フィールドを定義するのに利用可能なトライアッドの組から三原色を選択するには、表示属性、例えば、輝度均一性、平滑性、またはその他のあらゆる客観的、主観的、または相対的表示属性の最適化を含めることができる。

ブロック１４０４に示すように、第２チャネルを用いて、ブロック１４０３において選択した三原色に基づいて入力データを処理することができる。
更に、ブロック１４０５に示すように、入力データは組み合わせパラメータを計算するためにも用いることができる。組み合わせパラメータの計算は、滑らかな表示、明度の要求レベル、またはその他のいずれかの関係する表示属性を与えることに基づくことができる。例えば、高輝度入力では、チャネルを組み合わせることによって、第１チャネルの多重原色出力を相当に含んだ出力を得ることができる。低輝度入力では、チャネルを組み合わせることによって、第２チャネルの三原出力を相当に含んだ出力を得ることができる。実質的に中間の輝度入力では、出力は、双方のチャネルの組み合わせを含むことができる。

ブロック１４０６に示すように、第１および第２チャネルは、ブロック１４０５において計算した組み合わせパラメータの関数として、滑らかに組み合わせることができる。
以上、本発明の明白な特徴を図示し説明したが、当業者には、多くの修正、代用、変更、および均等物も今では想起されよう。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の範囲に該当する、このような修正や変更全ても包含することは理解されて当然である。

図１Ａは、当技術分野では公知の人視覚系の色域の色度図と重ね合わせた、従来技術のＲＧＢ色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図１Ｂは、図１Ａの色度図と重ね合わせた、本発明の実施形態の一例による広い色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図２Ａは、従来技術の三原色ＬＣＤシステムを示す概略ブロック図である。 図２Ｂは、本発明の一実施形態によるｎ原色ＬＣＤシステムを示す概略ブロック図である。 図３は、従来技術の陰極蛍光（ＣＣＦＬ）源の典型的なスペクトルを示す概略的なグラフである。 図４Ａは、従来技術のラップトップ・コンピュータ用表示装置の典型的なＲＧＢフィルタ・スペクトルを示す概略的なグラフである。 図４Ｂは、理想的な従来技術のＮＴＳＣ色域と重ね合わせた、図４Ａの従来技術のＲＧＢフィルタ・スペクトルによって再現される色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図５Ａは、本発明の一実施形態による五原色表示装置のためのフィルタ設計例の透過曲線を示す概略的なグラフである。 図５Ｂは、２つの従来技術の色域表現と重ね合わせた、図５Ａのフィルタ設計の色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図５Ｃは、本発明の一実施形態による五原色表示装置のためのフィルタ設計の別の例の透過曲線を示す概略的なグラフである。 図５Ｄは、２つの従来技術の色域表現の例に重ね合わせた、図５Ｃのフィルタ設計の色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図６は、複数の副色域領域に分割した人の視覚の色域の色度図を概略的に示す図である。 図７Ａは、本発明の実施形態の一例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の副画素の一次元構成を概略的に示す図である。 図７Ｂは、本発明の実施形態の一例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の副画素の一次元構成を概略的に示す図である。 図７Ｃは、本発明の実施形態の一例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の副画素の一次元構成を概略的に示す図である。 図７Ｄは、本発明の実施形態の一例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の副画素の二次元構成を概略的に示す図である。 図７Ｅは、本発明の実施形態の一例によるｎ原色ＬＣＤ表示装置の副画素の二次元構成を概略的に示す図である。 図８Ａは、本発明の実施形態例による一次元五原色表示装置に対するｎ原色の色相順に基づいた副画素グループにおける原色の配列を概略的に示す図である。 図８Ｂは、本発明の実施形態例による二次元四原色表示装置に対するｎ原色の色相順に基づいた副画素のグループにおける原色の配列を概略的に示す図である。 図９Ａは、ＲＧＢ表示装置における副画素の従来技術の配列を概略的に示す図である。 図９Ｂは、ＲＧＢ表示装置における副画素の従来技術の配列を概略的に示す図である。 図９Ｃは、本発明の実施形態の一例による、一次元五原色構成を有する基本反復単位を含む副画素の配列を概略的に示す図である。 図１０は、本発明の実施形態例によるＬＣＤ表示装置のｎ個の副画素から成るグループにおいてｎ原色を配列する方法を示す概略ブロック図である。 図１１Ａは、本発明の実施形態の一例による、一次元五原色表示装置の副画素における原色の配列を概略的に示す図である。 図１１Ｂは、本発明の実施形態例による、二次元六原色表示装置の副画素における原色の配列を概略的に示す図である。 図１１Ｃは、本発明の実施形態の一例による五原色表示装置の色域を表す色度図を概略的に示す図である。 図１２Ａは、従来技術の方法による、黒および白画素にラスタしたキャラクタを拡大して示す概略図である。 図１２Ｂは、従来技術の方法による、グレー・スケール画素にラスタしたキャラクタを拡大して示す概略図である。 図１２Ｃは、従来技術の方法による、ＲＧＢ副画素にラスタしたキャラクタを拡大して示す概略図である。 図１２Ｄは、本発明の実施形態例によるｎ原色副画素レンダリングの初期段階によって拡大したキャラクタの概略図である。 図１２Ｅは、本発明の実施形態例による割り当て方法に基づいて、図１２Ｄの画素の副画素に割り当てることができる、初期被覆値を示す表を概略的に示す図である。 図１２Ｆは、本発明の実施形態例にしたがって、副画素レンダリングによって拡大および調節したキャラクタの概略図である。 図１２Ｇは、本発明の実施形態例による割り当て方法に基づいて、図１２Ｆの画像の副画素に割り当てることができる、調節した被覆値を示す表を概略的に示す図である。 図１３Ａは、本発明の実施形態の一例による多原色副画素レンダリング方法を示す概略ブロック図である。 図１３Ｂは、本発明の実施形態例による多原色表示装置の多原色副画素レンダリング・システムにおけるデータ・フローを示す概略ブロック図である。 図１４は、本発明の実施形態例による、ビット幅を増大する方法を組み込んだＬＣＤ表示システムにおけるデータのフローを概略的に示す図である。 図１５は、本発明の実施形態の一例による六原色表示装置の色域を表す色度図を概略的に示す図である。

Claims (31)

1. ｎ原色のカラー画像を表示するカラー表示装置であって、ｎ原色の各々は、他の原色を生成するために使用されるカラー・フィルタから独立した色特性を有する単一のカラー・フィルタによって生成され、ｎは３よりも大きく、該装置は、
   前記ｎ原色の各々を表す副画素を含む少なくとも１つの反復単位を有するように構成された副画素アレイであって、前記反復単位が、前記ｎ原色画像の少なくとも１つの属性を最適化するように構成され、前記反復単位の長さと幅とのアスペクト比が１：１であり、各副画素の長さが前記反復単位の長さに等しく、前記各反復単位における前記副画素の全てが同一の幅を有し、各副画素の長さと幅とのアスペクト比がｎ：１であり、前記副画素は部分集合毎に配列されており、各部分集合は３つの隣接する副画素を含み、前記部分集合の各々は比較的中性のホワイト・バランスを有する、副画素アレイと、
   前記カラー画像に対応する入力を受け、前記部分集合を選択的に活性化させて、前記カラー画像のグレー・レベル表現に対応する１つ以上の減衰パターンを生成可能なコントローラと、
   を備える、カラー表示装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記３つの隣接する副画素が１つの行または列に位置する、カラー表示装置。
3. 請求項１記載の装置において、前記部分集合の１つ以上は、赤、緑、青、黄色、およびシアンの順に配列された５原色の副画素を含む、カラー表示装置。
4. 請求項１または２に記載の装置において、前記コントローラは、各副画素に調節被覆値を割り当てるとともに、調節被覆値に応じて各副画素を活性化する、カラー表示装置。
5. 請求項４記載の装置において、前記コントローラは、前記活性化した副画素を含むｎ個未満の異なる副画素のグループの初期被覆値にスムージング関数を適用することによって、前記調節被覆値を決定する、カラー表示装置。
6. 請求項５記載の装置において、前記副画素のグループは、前記活性化した副画素に隣接する２つの副画素を含む、カラー表示装置。
7. 請求項６記載の装置において、前記活性化した副画素に隣接する２つの副画素は、１つの行または列に位置する、カラー表示装置。
8. 請求項４記載の装置において、前記コントローラは、第１および第２スムージング関数を第１および第２の副画素グループの初期被覆値にそれぞれ適用することによって、前記調節被覆値を決定することができ、前記第１および第２の副画素グループの各々は、前記活性化した副画素を含有し、ｎ個未満の異なる副画素を含む、カラー表示装置。
9. 請求項８記載の装置において、前記第１グループは、前記活性化した副画素を含む単一の行または列内にある２つの副画素を含む、カラー表示装置。
10. 請求項８または９に記載の装置において、前記第２グループは、前記活性化した副画素と同じ列または行上にある少なくとも１つの隣接する副画素を含む、カラー表示装置。
11. 請求項１記載の装置において、前記反復単位の副画素を一次元アレイに配列してある、カラー表示装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の装置において、前記ｎ原色は、赤、緑、青、および黄色を少なくとも含む、カラー表示装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の装置において、前記ｎ原色は、少なくとも５つの異なる原色を含む、カラー表示装置。
14. 請求項１３記載の装置において、前記少なくとも５つの異なる原色は、赤、緑、青、黄色、およびシアンを含む、カラー表示装置。
15. 請求項１４記載の装置において、前記少なくとも５つの異なる原色は、少なくとも６つの異なる原色を含む、カラー表示装置。
16. 請求項１５記載の装置において、前記少なくとも６つの異なる原色は、赤、緑、青、黄色、シアン、およびマジェンタを含む、カラー表示装置。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の装置において、前記反復単位は、前記表示画像の少なくとも１つの特性を最適化する、前記副画素の配列を含む、カラー表示装置。
18. 請求項１７記載の装置において、前記副画素の配列は、可能な副画素配列のグループの輝度値に適用する変換関数の高調波を最少にすることに基づいて選択する、カラー表示装置。
19. 請求項１８記載の装置において、前記変換関数はフーリエ変換を含み、前記高調波は、前記フーリエ変換の第１高調波である、カラー表示装置。
20. 請求項１から１９のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの属性は、前記反復単位のグレー・レベル範囲である、カラー表示装置。
21. 請求項１から２０のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの属性は、彩度である、カラー表示装置。
22. 請求項１から２１のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの属性は、輝度均一性である、カラー表示装置。
23. 請求項１から２２のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの属性は、画像の解像度である、カラー表示装置。
24. 請求項１から２３のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの属性は、色縁効果に関連する特性である、カラー表示装置。
25. 請求項１から２４のいずれかに記載の装置であって、ｎ原色液晶（ＬＣＤ）表示装置を含み、前記副画素アレイは、前記カラー・フィルタのアレイを備えている、カラー表示装置。
26. ｎ個の異なる原色の各々の複数の副画素を含む副画素アレイを備えているカラー表示装置上にカラー画像を表示する方法であって、前記副画素アレイがｎ個の異なる原色の各々を表す副画素を含む１つの反復単位として構成され、各反復単位は１：１の長さと幅とのアスペクト比を有し、各副画素の長さが前記反復単位の長さに等しく、各反復単位における前記副画素の全てが同一の幅を有し、各副画素の長さと幅とのアスペクト比がｎ：１であり、前記副画素は部分集合毎に配列されており、各部分集合は３つの隣接する副画素を含み、前記部分集合の各々は比較的中性のホワイト・バランスを有し、ｎは３よりも大きく、ｎ原色の各々は、他の原色を生成するために使用されるカラー・フィルタから独立した色特性を有する単一のカラー・フィルタによって生成され、該方法は、前記カラー画像に対応する入力に応答して、前記部分集合を選択的に活性化させて、前記カラー画像のグレー・レベル表現に対応する１つ以上の減衰パターンを生成するステップを備える、カラー画像表示方法。
27. ｎ個の異なる原色の各々の複数の副画素を含む副画素アレイを備えているカラー表示装置上にカラー画像を表示する方法であって、ｎ原色の各々は、他の原色を生成するために使用されるカラー・フィルタから独立した色特性を有する単一のカラー・フィルタによって生成され、ｎは３よりも大きく、
    前記副画素アレイがｎ個の異なる原色の各々を表す副画素を含む１つの反復単位として構成され、前記反復単位は、前記ｎ原色画像の少なくとも１つの属性を最適化するように構成され、前記反復単位の長さと幅とのアスペクト比が１：１であり、各副画素の長さが前記反復単位の長さに等しく、前記各反復単位における前記副画素の全てが同一の幅を有し、各副画素の長さと幅とのアスペクト比がｎ：１であり、前記副画素は部分集合毎に配列されており、各部分集合は３つの隣接する副画素を含み、前記部分集合の各々は比較的中性のホワイト・バランスを有し、
    該方法は、
    前記カラー画像に対応する入力に応答して、前記部分集合を選択的に活性化させて、前記カラー画像のグレー・レベル表現に対応する１つ以上の減衰パターンを生成するステップと、
    各副画素に調節被覆値を割り当てるとともに、その割り当てた調節被覆値に応じて各副画素を活性化するステップを備えた、カラー画像表示方法。
28. 請求項２７記載の方法であって、前記活性化した副画素を含有するｎ個未満の異なる副画素のグループの初期被覆値にスムージング関数を適用することによって、前記調節被覆値を決定するステップを含む、カラー画像表示方法。
29. 請求項２８記載の方法であって、第１および第２の副画素グループの初期被覆値に第１
    および第２スムージング関数をそれぞれ適用することによって前記調節被覆値を決定するステップを含み、前記第１および第２グループの各々は、前記活性化した副画素を含有し、ｎ個未満の異なる副画素を含む、カラー画像表示方法。
30. 請求項２８または２９記載の方法であって、１つ以上の前記初期被覆値を決定するステップを含む、カラー画像表示方法。
31. 請求項２６から３０のいずれかに記載の方法であって、前記カラー表示装置がｎ原色の液晶表示装置（ＬＣＤ）を含み、前記副画素アレイが前記カラー・フィルタのアレイを含む、カラー画像表示方法。

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