JP5043860B2 - 信号変換回路およびそれを備えた多原色液晶表示装置 - Google Patents

信号変換回路およびそれを備えた多原色液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、4色以上の原色を用いて表示を行う多原色液晶表示装置に関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置に用いられる信号変換回路にも関する。
現在、液晶表示装置をはじめとする種々の表示装置が様々な用途に利用されている。一般的な表示装置では、光の三原色である赤、緑、青を表示する3つのサブ画素によって1つの画素が構成されており、その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、従来の表示装置は、表示可能な色の範囲(「色再現範囲」と呼ばれる。)が狭いという問題を有している。図16に、三原色を用いて表示を行う従来の表示装置の色再現範囲を示す。図16は、XYZ表色系におけるxy色度図であり、赤、緑、青の三原色に対応した3つの点を頂点とする三角形が色再現範囲を表している。また、図中には、Pointerによって明らかにされた、自然界に存在する様々な物体の色(非特許文献1参照)が×印でプロットされている。図16からわかるように、色再現範囲に含まれない物体色が存在しており、三原色を用いて表示を行う表示装置では、一部の物体色を表示することができない。
そこで、表示装置の色再現範囲を広くするために、表示に用いる原色の数を4つ以上に増やす手法が提案されている。
例えば、特許文献1には、図17に示すように、赤、緑、青、黄、シアン、マゼンタを表示する6つのサブ画素R、G、B、Ye、C、Mによって1つの画素Pが構成された液晶表示装置800が開示されている。この液晶表示装置800の色再現範囲を図18に示す。図18に示すように、6つの原色に対応した6つの点を頂点とする六角形によって表される色再現範囲は、物体色をほぼ網羅している。このように、表示に用いる原色の数を増やすことによって、色再現範囲を広くすることができる。本願明細書では、4つ以上の原色を用いて表示を行う表示装置を「多原色表示装置」と総称し、4つ以上の原色を用いて表示を行う液晶表示装置を「多原色液晶表示装置(あるいは単に多原色LCD)」と称する。また、三原色を用いて表示を行う従来の一般的な表示装置を「三原色表示装置」と総称し、三原色を用いて表示を行う液晶表示装置を「三原色液晶表示装置(あるいは単に三原色LCD)」と称する。
三原色表示装置に入力される映像信号の形式としては、RGBフォーマットやYCrCbフォーマットなどが一般的である。これらのフォーマットの映像信号は、3つのパラメータを含んでいる(いわば三次元信号である)ので、表示に用いられる三原色(赤、緑および青)の輝度が一義的に決定される。
多原色表示装置で表示を行うためには、三原色表示装置用のフォーマットの映像信号を、より多くのパラメータ(4つ以上のパラメータ)を含む映像信号に変換する必要がある。4つ以上の原色に対応したこのような映像信号を、本願明細書では「多原色信号」と称する。
特表2004−529396号公報 M. R. Pointer, "The gamut of real surface colors," Color Research and Application, Vol.5, No.3, pp.145-155 (1980)
しかしながら、三原色表示装置用のフォーマットの映像信号で示される色を、4つ以上の原色を用いて表現する場合、それぞれの原色の輝度は一義的には決まらず、輝度の組み合わせは多数存在する。つまり、三次元信号を多原色信号に変換する方法は、一通りではなく、極めて任意性(自由度)の高いものである。そのため、多原色表示装置に最適な信号変換手法はいまだ見出されていない。特に、液晶の光学的性質を利用する液晶表示装置は、それ故に他の表示装置とは異なる表示特性を有しているが、多原色液晶表示装置について、その表示特性を考慮した信号変換手法はいまだ見出されていない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多原色液晶表示装置に好適に用いられる信号変換回路およびそのような信号変換回路を備えた多原色液晶表示装置を提供することにある。
本発明による信号変換回路は、4つ以上の原色を用いて表示を行う多原色液晶表示装置に用いられ、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する信号変換回路であって、多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるダークスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)が0.03以下となるように映像信号の変換を行う。
ある好適な実施形態において、本発明による信号変換回路は、多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるダークスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.008以下となるように映像信号の変換を行う。
ある好適な実施形態において、本発明による信号変換回路は、多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.01以下となるように映像信号の変換を行う。
あるいは、本発明による信号変換回路は、4つ以上の原色を用いて表示を行う多原色液晶表示装置に用いられ、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する信号変換回路であって、多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)が0.01以下となるように映像信号の変換を行う。
ある好適な実施形態において、本発明による信号変換回路は、多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.008以下となるように映像信号の変換を行う。
ある好適な実施形態において、本発明による信号変換回路は、表示に用いられる原色の数をnとしたとき、入力された映像信号に基づいてルックアップテーブルを参照することによって、n個の原色のうちの(n−3)個の原色の輝度を得て、前記(n−3)個の原色の輝度を用いた演算を行うことによって前記n個の原色のうちの残りの3個の原色の輝度を算出する。
ある好適な実施形態において、本発明による信号変換回路は、前記ルックアップテーブルを格納するルックアップテーブルメモリと、前記演算を行う演算部とを備える。
本発明による多原色液晶表示装置は、上記の構成を有する信号変換回路と、前記信号変換回路によって生成された多原色信号が入力される液晶表示パネルと、を備える。
本発明による信号変換回路は、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する際に、画素を正面から見たときの色度と画素を斜め方向から見たときの色度との差が所定の値よりも小さくなるように、映像信号の変換を行う。
具体的には、本発明による信号変換回路は、ダークスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)が0.03以下となるように映像信号の変換を行う。あるいは、本発明による信号変換回路は、ライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、色差Δu'v'が0.01以下となるように映像信号の変換を行う。そのため、白浮き(γ特性の視角依存性)に起因した色相や彩度のずれを抑制することができ、多原色液晶表示装置において高品位の表示を実現することができる。
本発明の好適な実施形態における液晶表示装置100を模式的に示すブロック図である。 液晶表示装置100の画素構成の一例を示す図である。 (a)〜(c)は、色度の測定条件を説明するための上面図、正面図および側面図である。 三原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との関係を示すグラフである。 三原色LCDの画素を斜め60°方向から見たときの色度のずれを示すxy色度図である。 多原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との関係を示すグラフである。 多原色LCDの画素を斜め60°方向から見たときの色度のずれを示すxy色度図である。 多原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との関係を示すグラフである。 多原色LCDの画素を斜め60°方向から見たときの色度のずれを示すxy色度図である。 多原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との関係を示すグラフである。 多原色LCDの画素を斜め60°方向から見たときの色度のずれを示すxy色度図である。 画素を正面方向から見たときの表示色のXYZ値を示すグラフである。 画素を斜め60°方向から見たときの表示色のXYZ値を示すグラフである。 液晶表示装置100が備える信号変換回路20の好ましい構成の一例を示すブロック図である。 液晶表示装置100が備える信号変換回路20の好ましい構成の他の一例を示すブロック図である。 三原色LCDの色再現範囲を示すxy色度図である。 従来の多原色LCD800を模式的に示す図である。 多原色LCD800の色再現範囲を示すxy色度図である。
符号の説明
10 液晶表示パネル
20 信号変換回路
21 色座標変換部
22 ルックアップテーブルメモリ
23 演算部
24 補間部
100 液晶表示装置
従来一般的であったTN(Twisted Nematic)モードやSTN(Super Twisted Nematic)モードの液晶表示装置は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを改善するために種々の表示モードが開発されている。
視野角特性が改善された表示モードとしては、特公昭63−21907号公報に開示されているIPS(In-Plane Switching)モードや、特開平11−242225号公報に開示されているMVA(Multi-domain Vertical Alignment)モード、特開2003−43525号公報に開示されているCPA(Continuous Pinwheel Alignment)モードなどが知られている。
上述した表示モードでは、広視野角で高品位の表示が実現されるが、最近では、視野角特性の問題点として、正面観測時のγ特性と斜め観測時のγ特性が異なるという問題、すなわちγ特性の視角依存性の問題が新たに顕在化してきた。γ特性とは、表示輝度の階調依存性である。γ特性が正面方向と斜め方向とで異なると、階調表示状態が観測方向によって異なることとなるため、写真等の画像を表示する場合や、TV放送等を表示する場合に特に問題となる。
γ特性の視角依存性は、斜め観測時の表示輝度が本来の表示輝度よりも高くなってしまう現象(「白浮き」と呼ばれる)として視認される。白浮きが発生すると、画素によって表示される色が正面方向から見たときと斜め方向から見たときとで異なってしまうという問題も発生する。
本願発明者は、多原色LCDに用いられる信号変換手法について種々の検討を行った結果、白浮きに伴う色のずれに起因した表示品位の低下を抑制できる信号変換手法を見出した。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1に、本実施形態における液晶表示装置100を示す。液晶表示装置100は、図1に示すように、液晶表示パネル10と、信号変換回路20とを備え、4つ以上の原色を用いて表示を行う多原色LCDである。
液晶表示装置100は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、各画素は、複数のサブ画素によって規定されている。図2に、液晶表示装置100の画素構成の一例を示す。図2に示す例では、各画素を規定する複数のサブ画素は、赤を表示する赤サブ画素Rと、緑を表示する緑サブ画素Gと、青を表示する青サブ画素Bと、黄を表示する黄サブ画素Yeと、シアンを表示するシアンサブ画素Cである。なお、画素を構成するサブ画素の種類や個数、配置は図2に例示したものに限定されない。各画素を規定する複数のサブ画素は、互いに異なる原色を表示する4つ以上のサブ画素を含んでいればよい。
信号変換回路20は、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する。信号変換回路20は、例えば図1に示しているように、赤、緑および青のそれぞれの輝度を示す成分を含むRGBフォーマットの映像信号(三次元信号)を、赤、緑、青、黄およびシアンのそれぞれの輝度を示す成分を含む多原色信号に変換する。
液晶表示パネル10には、信号変換回路20によって生成された多原色信号が入力され、入力された多原色信号に応じた色が各画素によって表示される。液晶表示パネル10の表示モードとしては、種々の表示モード(例えばMVAモードやCPAモード、IPSモード)を用いることができる。
なお、本実施形態では、信号変換回路20にRGBフォーマットの映像信号が入力される場合を例示しているが、信号変換回路20に入力される映像信号は、三次元信号である限りどんなフォーマットであってもよく、XYZフォーマットやYCrCbフォーマットなどであってもよい。
表示装置の色再現性については、記憶色が重要視される。表示装置に表示される画像は被写体と直接比較できない場合がほとんどであるため、表示画像と観察者が記憶している画像との関係が重要になる。テレビジョン用途の表示装置については、記憶色の中でも、人間の皮膚の色(以下、「皮膚色」という。)が特に重要と考えられる。
本実施形態における信号変換回路20は、少なくとも特定の皮膚色(人間の皮膚の色)を表示するための多原色信号を生成する際に、画素を正面から見たときの色度と画素を斜め方向から見たときの色度との差(つまり「色差」)が所定の値よりも小さくなるように、映像信号の変換を行う。そのため、白浮きに起因した色のずれが視認されにくく、高品位の表示が実現される。以下、より具体的に説明する。
まず、ここでいう色差は、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)である。
本実施形態における信号変換回路20は、マクベスチャート(色再現性を確認するために一般的に用いられているカラーチェッカー)におけるダークスキン(Dark Skin)を表示するための多原色信号を生成する際に、色差Δu'v'が0.03以下となるように映像信号の変換を行う。また(あるいは)、信号変換回路20は、ライトスキン(Light Skin)を表示するための多原色信号を生成する際には、色差Δu'v'が0.01以下となるように映像信号の変換を行う。
色度は、色相と彩度に依存する測色的性質なので、色差Δu'v'が小さいということは、色相や彩度のずれが小さいということを意味する。従来の一般的な三原色LCDでは、ダークスキンを表示するときの色差Δu'v'は0.03を超え、ライトスキンを表示するときの色差Δu'v'は0.01を超えてしまう。そのため、色差Δu'v'が上記の範囲内であることによって、白浮きに起因した色相や彩度のずれを従来の三原色LCDよりも抑制することができる。
なお、本願明細書における「ダークスキン」および「ライトスキン」の範囲は、表1に示すY値および色度x、yによって規定される。表1に示したY値は、白表示時の画素のY値を100とし、それに対する相対的な値を示している。
Figure 0005043860
また、画素を正面方向から見たときの色度と、画素を斜め60°方向から見たときの色度は、例えば図3(a)〜(c)に示すようにして測定することができる。図3(a)〜(c)は、色度の測定条件を説明するための上面図、正面図および側面図である。
図3(a)および(c)に示すように、液晶表示装置100の表示面に対して正面方向および斜め60°方向(例えば図示しているように水平方向に60°傾斜した方向)に色度計を設置し、正面方向の色度計で測定したときの画素の色度がダークスキン、ライトスキンの色度になるような信号を入力した状態で測定を行えばよい。
表示面内で実際に色度測定の対象となる領域(測定ポイント)は、各画素のブラックマスクなどの影響を避けるために50〜100画素程度の面積を有していることが好ましい。また、ダークスキンとライトスキンのY値(輝度)は、表示面の4%に相当するウィンドウ(図3(b)中に示している。)で表示した白のY値を100としてそれに対する相対的な値を求めればよい。
色相や彩度のずれをいっそう抑制するためには、信号変換回路20は、ダークスキンやライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際に色差Δu'v'が0.008以下となるように映像信号の変換を行うことがより好ましい。色差Δu'v'をこのような範囲内にすることによって、白浮きに起因した色相や彩度のずれを大幅に抑制することができ、非常に高い表示品位が得られる。
なお、色の3属性である色相、彩度および明度(輝度)のうち、明度(輝度)のずれが比較的認識されにくいのに対し、色相や彩度のずれは比較的認識されやすい。画素を正面方向から見たときと斜め方向から見たときとで、上記の3属性すべてのずれを小さくすることは原理的に難しいが、本実施形態における信号変換回路20は、色相や彩度のずれを優先的に小さくすることにより、表示品位の低下を大きく抑制する。
以下、上述した効果を具体例に基づいてより詳しく説明する。
まず、図4および図5を参照しながら、三原色LCDにおいて白浮きに伴って色のずれが発生する理由を説明する。
図4は、三原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との違いを明瞭に表現するためのものであり、横軸の値を正面方向輝度とし、縦軸の値を正面方向と斜め60°方向のそれぞれに対応して正面方向輝度、斜め60°方向輝度として、輝度特性のずれを顕在化してある。なお、各方向についての輝度は、白電圧(最高階調電圧)を印加したときの輝度を1として規格化して示している。
図4において、正面方向の輝度特性(REF)は、横軸の値=縦軸の値であるので直線となる。一方、斜め60°方向の輝度特性(R、G、B)は、曲線となる。この曲線の、正面方向の輝度特性を示す直線からのずれ量が、正面観測時と斜め観測時との輝度のずれ量(違い)を定量的に示している。
三原色LCDにおいては、画素がある色を表示するための各サブ画素の輝度の組み合わせは1通りである。例えば、ある仕様の三原色LCDにおいて、(Y, x, y)=(10.1, 0.400, 0.350)のダークスキンを表示する場合、赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度は、図4中にも示しているように(LR, LG, LB)=(0.182, 0.081, 0.062)である。
しかしながら、斜め60°方向から見ると、これらの輝度が浮いてしまい、具体的には、(LR, LG, LB)=(0.296, 0.199, 0.157)になってしまう。つまり、赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度が、それぞれ1.63倍、2.45倍および2.53倍に上昇してしまう。このように、各原色の輝度が異なる比率で上昇するために、図5に示すxy色度図からわかるように、色度がずれてしまう。具体的には、緑サブ画素の輝度や青サブ画素の輝度に比べて赤サブ画素の輝度の上昇比率が低いために、色度がシアン側にシフトしてしまう。
次に、図6および図7を参照しながら、多原色LCDにおいても白浮きに伴って色のずれが発生する理由を説明する。
図6は、多原色LCDの赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素のそれぞれについて、正面方向における輝度特性と斜め60°方向における輝度特性との違いを示すグラフである。図6から、多原色LCDにおいても、正面方向の輝度特性(REF)と、斜め60°方向の輝度特性(R、G、B、Ye、C)とが異なっていることがわかる。
多原色LCDにおいては、画素がある色を表示するための各サブ画素の輝度の組み合わせは複数存在する。表2に色度x、yおよびY値を示すような原色を表示するサブ画素を有する多原色LCDにおいて、(Y, x, y)=(10.1, 0.400, 0.350)のダークスキンを表示する場合、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度は、例えば図6中にも示しているように(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.505, 0.247, 0.000, 0.000, 0.089)である。
Figure 0005043860
しかしながら、斜め60°方向から見ると、これらの輝度が浮いてしまい、具体的には、(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.593, 0.379, 0.000, 0.000, 0.213)になってしまう。つまり、赤サブ画素、緑サブ画素およびシアンサブ画素の輝度が、それぞれ1.17倍、1.53倍および2.39倍に上昇してしまう。
このように、各原色の輝度が異なる比率で上昇するために、図7に示すxy色度図からわかるように、色度がずれてしまう。具体的には、緑サブ画素の輝度や青サブ画素の輝度に比べて赤サブ画素の輝度の上昇比率が低いために、色度がシアン側にシフトしてしまう。なお、図7中には、比較のために三原色LCDにおいて斜め60°方向から見たときの色度も示されている。図7から、この例では三原色LCDの場合よりも色度が大きくずれていることがわかる。
続いて、図8および図9を参照しながら、複数存在する輝度の組み合わせから適切なものを選択することにより、白浮きに伴う色のずれが抑制される理由を説明する。
表2に色度x、yおよびY値を示したサブ画素を有する多原色LCDにおいて、(Y, x, y)=(10.1, 0.400, 0.350)のダークスキンを表示するためのサブ画素の輝度として、図8中にも示しているように(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.187, 0.000, 0.128, 0.157, 0.000)を選択した場合を考える。
斜め60°方向から見ると、これらの輝度は浮いてしまい、具体的には、(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.337, 0.000, 0.249, 0.287, 0.000)になる。しかしながら、赤サブ画素、青サブ画素および黄サブ画素の輝度は、それぞれ1.80倍、1.94倍および1.82倍とほぼ同じ比率で上昇するので、図9に示すxy色度図からわかるように、色度はほとんどシフトしない。
ここまでは、ダークスキンを表示する場合について説明したが、ライトスキンを表示する場合についても同様である。以下、図10および図11を参照しながらこのことを説明する。
表2に色度x、yおよびY値を示したサブ画素を有する多原色LCDにおいて、(Y, x, y)=(35.8, 0.377, 0.345)のライトスキンを表示するためのサブ画素の輝度として、図10中にも示しているように(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.646, 0.000, 0.000, 0.470, 0.394)を選択した場合を考える。
斜め60°方向から見ると、これらの輝度は浮いてしまい、具体的には、(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.703, 0.000, 0.000, 0.519, 0.432)になる。しかしながら、赤サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度は、それぞれ1.09倍、1.10倍および1.10倍とほぼ同じ比率で上昇するので、図11に示すxy色度図からわかるように、色度はほとんどシフトしない。
以上説明したように、本実施形態における液晶表示装置100では、画素がある色を表示するためのサブ画素の輝度の組み合わせのうち、色度のずれが小さくなるような組み合わせを選択する。表3に、表2に色度x、yおよびY値を示したサブ画素を有する多原色LCDにおいて、(Y, x, y)=(10.1, 0.400, 0.350)のダークスキンを表示するための、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度の組み合わせを示す。表3には、各サブ画素の輝度(LR, LG, LB, LYe, LC)の他、斜め60°方向から見たときの輝度(つまり白浮きした輝度)、斜め60°方向から見たときの画素の色を示すY値および色度x、y、色差Δu'v'を併せて示している。また、表4に、三原色LCDにおいて同じダークスキンを表示するためのサブ画素の輝度の組み合わせ等を示す。
Figure 0005043860
Figure 0005043860
表3に示すように、多原色LCDではダークスキンを表示するための輝度の組み合わせが複数存在している(もちろん例示している♯1〜♯5以外にも)のに対し、表4に示すように、三原色LCDではダークスキンを表示するための輝度の組み合わせは1つである。信号変換回路20は、複数の組み合わせのうち、色差Δu'v'が0.03以下となるような組み合わせ(例えば♯1や♯2)を選択するように多原色信号を生成する。なお、すでに述べたように、色差Δu'v'が0.008以下となるような組み合わせ(例えば♯1)が選択されることがより好ましい。
また、表5に、多原色LCDにおいて(Y, x, y)=(35.8, 0.377, 0.345)のライトスキンを表示するためのサブ画素の輝度の組み合わせ等を同様に示し、表6には三原色LCDにおいて同じライトスキンを表示するためのサブ画素の輝度の組み合わせ等を示す。
Figure 0005043860
Figure 0005043860
表5に示すように、多原色LCDではライトスキンを表示するための輝度の組み合わせが複数存在している(もちろん例示している♯1〜♯5以外にも)のに対し、表6に示すように、三原色LCDではライトスキンを表示するための輝度の組み合わせは1つである。信号変換回路20は、複数の組み合わせのうち、色差Δu'v'が0.01以下となるような組み合わせ(例えば♯4や♯5)を選択するように多原色信号を生成する。なお、すでに述べたように、色差Δu'v'が0.008以下となるような組み合わせ(例えば♯4や♯5はこの条件を満たしている。)が選択されることがより好ましい。
続いて、斜め方向から見たときにサブ画素の輝度が同じ比率で上昇すると色度がシフトしない理由を、数式を用いて説明する。
まず、各サブ画素の輝度と色度とを乗じた値を下記式(1)〜(5)で表すと、画素によって表示される色(X, Y, Z)は、下記式(6)〜(8)で表されるように、これらを足し合わせたものに相当する。
(赤サブ画素輝度)×(赤サブ画素色度)=LR(XR, YR, ZR)・・・(1)
(緑サブ画素輝度)×(緑サブ画素色度)=LG(XG, YG, ZG)・・・(2)
(青サブ画素輝度)×(青サブ画素色度)=LB(XB, YB, ZB)・・・(3)
(黄サブ画素輝度)×(黄サブ画素色度)=LYe(XYe, YYe, ZYe)・・・(4)
(シアンサブ画素輝度)×(シアンサブ画素色度)=LC(XC, YC, ZC)・(5)
X=LR×XR+LG×XG+LB×XB+LYe×XYe+LC×XC ・・・(6)
Y=LR×YR+LG×YG+LB×YB+LYe×YYe+LC×YC ・・・(7)
Z=LR×ZR+LG×ZG+LB×ZB+LYe×ZYe+LC×ZC ・・・(8)
三刺激値によって表されるこの色(X, Y, Z)は、下記式(9)および(10)によって色度x、yに変換される。
x=X/(X+Y+Z) ・・・(9)
y=Y/(X+Y+Z) ・・・(10)
一方、斜め方向から見て各サブ画素の輝度が均一にA倍されたとすると、斜め方向から見たときの色は、式(1)〜(5)の右辺をそれぞれA倍したA×LR(XR, YR, ZR)、A×LG(XG, YG, ZG)、A×LB(XB, YB, ZB)、A×LYe(XYe, YYe, ZYe)およびA×LC(XC, YC, ZC)を足し合わせた(AX, AY, AZ)となる。この色(AX, AY, AZ)は、下記式(11)および(12)によって色度x、yに変換される。
x=AX/(AX+AY+AZ) ・・・(11)
y=AY/(AX+AY+AZ) ・・・(12)
式(11)および(12)の右辺は、分母および分子にそれぞれ含まれるAがキャンセルされるので、結局下記式(11)’および(12)’に示されるように約分される。
x=AX/(AX+AY+AZ)=X/(X+Y+Z) ・・・(11)’
y=AY/(AX+AY+AZ)=Y/(X+Y+Z) ・・・(12)’
式(9)および(10)と式(11)’および(12)’とを比較すればわかるように、正面方向から見たときの色度x、yと、斜め方向から見たときの色度x、yとは同じであり、色度はシフトしない(ただし、輝度はA倍されている)。ここでは、XYZ(CIE1931)表色系の色度x、yについて説明したが、L***(CIE1976)表色系の色度u’、v’についても同様である。
なお、ここまでは説明の簡単さのために、斜め方向から画素を見たときに各サブ画素の輝度が同じ比率で上昇する(均一にA倍される)場合を説明したが、色度のシフトを抑制するためには、必ずしも各サブ画素の輝度が同じ比率で上昇する必要はない。
例えば、斜め方向から見て赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度がそれぞれB倍、C倍、D倍、E倍、F倍される場合であっても、斜め方向から見たときの色、つまり、式(1)〜(5)の右辺をそれぞれB倍、C倍、D倍、E倍、F倍したB×LR(XR, YR, ZR)、C×LG(XG, YG, ZG)、D×LB(XB, YB, ZB)、E×LYe(XYe, YYe, ZYe)およびF×LC(XC, YC, ZC)を足し合わせたものが(AX, AY, AZ)の形で表されればよい。
言い換えると、各サブ画素の輝度と色度とを乗じた値は、足し合わせる前にそれぞれ均一にA倍されている必要はなく、これらを足し合わせたものが結果的にA倍されていればよい。以下、より具体的な例を用いてこの点を説明する。
(Y, x, y)=(35.8, 0.377, 0.345)のライトスキンを表示するためのサブ画素の輝度として(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.426, 0.001, 0.505, 0.586, 0.003)を選択した場合、各サブ画素の輝度と色度とを乗じた値は下記式(13)〜(17)によって算出される。
LR(XR, YR, ZR)=0.426(0.164, 0.079, 0.004) ・・・(13)
LG(XG, YG, ZG)=0.001(0.070, 0.187, 0.029) ・・・(14)
LB(XB, YB, ZB)=0.505(0.107, 0.056, 0.548) ・・・(15)
LYe(XYe, YYe, ZYe)=0.586(0.455, 0.504, 0.014) ・・・(16)
LC(XC, YC, ZC)=0.003(0.179, 0.178, 0.707) ・・・(17)
従って、画素によって表示される色(X, Y, Z)は、下記式(18)〜(20)および図12からわかるように、(0.391, 0.358, 0.289)となる。
X=0.426×0.164+0.001×0.070+0.505×0.107+
0.586×0.455+0.003×0.179=0.391 ・・・(18)
Y=0.426×0.079+0.001×0.187+0.505×0.056+
0.586×0.504+0.003×0.178=0.358 ・・・(19)
Z=0.426×0.004+0.001×0.029+0.505×0.548+
0.586×0.014+0.003×0.707=0.289 ・・・(20)
一方、斜め60°方向から見たサブ画素の輝度は、(LR, LG, LB, LYe, LC)=(0.529, 0.035, 0.488, 0.610, 0.053)になるので、斜め60°方向から見た各サブ画素の輝度と色度とを乗じた値は、下記式(21)〜(25)からわかるように、式(13)〜(17)の右辺をそれぞれ1.24倍、35.0倍、0.97倍、1.04倍、17.7倍したものとなる。
0.529(0.164, 0.079, 0.004)=
1.24×0.426(0.164, 0.079, 0.004) ・・・(21)
0.035(0.070, 0.187, 0.029)=
35.0×0.001(0.070, 0.187, 0.029) ・・・(22)
0.488(0.107, 0.056, 0.548)=
0.97×0.505(0.107, 0.056, 0.548) ・・・(23)
0.610(0.455, 0.504, 0.014)=
1.04×0.586(0.455, 0.504, 0.014) ・・・(24)
0.053(0.179, 0.178, 0.707)=
17.7×0.003(0.179, 0.178, 0.707) ・・・(25)
また、斜め60°方向から見た色(X, Y, Z)は、下記式(26)〜(28)および図13からわかるように、(0.428, 0.392, 0.316)となる。
X=0.529×0.164+0.035×0.070+0.488×0.107+
0.610×0.455+0.053×0.179=0.428 ・・・(26)
Y=0.529×0.079+0.035×0.187+0.488×0.056+
0.610×0.504+0.053×0.178=0.392 ・・・(27)
Z=0.529×0.004+0.035×0.029+0.488×0.548+
0.610×0.014+0.053×0.707=0.316 ・・・(28)
この斜め60°方向から見たときの色(X, Y, Z)=(0.428, 0.392, 0.316)の各成分は、下記式(29)からもわかるように、正面方向から見たときの色(X, Y, Z)=(0.391, 0.358, 0.289)の各成分を一律に1.094倍したものであるため、結果的には、正面方向から見たときの色度と、斜め方向から見たときの色度とは同じであり、色度はシフトしない。
(X, Y, Z)=(0.428, 0.392, 0.316)
=1.094(0.391, 0.358, 0.289) ・・・(29)
上述したように、信号変換回路20は、サブ画素の輝度の組み合わせから、色度のずれが少なくなるような組み合わせを選択するように多原色信号を生成すればよく、斜め方向から見たときに各サブ画素の輝度がほぼ同じ比率で上昇するような組み合わせを必ずしも選択しなくてもよい。
続いて、信号変換回路20のより具体的な構成の例を説明する。
信号変換回路20は、例えば、映像信号(三次元信号)によって特定される色に対応したサブ画素輝度を示すデータを含むルックアップテーブルを有することにより、入力された映像信号に応じてこのルックアップテーブルを参照して多原色信号を生成することができる。ただし、サブ画素輝度を示すデータをすべての色についてルックアップテーブルに含めると、ルックアップテーブルのデータ量が多くなってしまい、容量の小さな安価なメモリを用いてルックアップテーブルを簡便に構成することが難しい。
図14に、信号変換回路20の好ましい構成の一例を示す。図14に示す信号変換回路20は、色座標変換部21、ルックアップテーブルメモリ22および演算部23を有している。
色座標変換部21は、三原色の輝度を示す映像信号を受け取り、RGB色空間における色座標をXYZ色空間における色座標に変換する。具体的には、色座標変換部21は、下記式(30)に示すように、RGB信号(赤、緑、青のそれぞれの輝度に対応した成分Ri、Gi、Biを含む)に対してマトリクス変換を行うことによって、XYZ値を得る。式(30)中に例示している3行3列のマトリクスは、BT.709規格に基づいて定められたものである。
Figure 0005043860
ルックアップテーブルメモリ22にはルックアップテーブルが格納されている。このルックアップテーブルは、映像信号に示されている三原色の輝度Ri、Gi、Biに対応する黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度を示すデータを有している。なお、ここでは、輝度Ri、Gi、Biは、256階調で表現された階調値を逆γ補正したものであり、映像信号によって特定され得る色の数は256×256×256である。それに対して、ルックアップテーブルメモリ22におけるルックアップテーブルは、映像信号によって特定され得る色の数に対応する256×256×256の3次元マトリクス構造のデータを有している。ルックアップテーブルメモリ22のルックアップテーブルを参照することにより、輝度Ri、Gi、Biに対応する黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cを得ることができる。
演算部23は、色座標変換部21によって得られたXYZ値と、ルックアップテーブルメモリ22によって得られた黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cとを用いた演算を行うことによって、赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度R、G、Bを算出する。演算部23は、具体的には、下記式(31)に従って演算を行う。
Figure 0005043860
以下、式(31)に示す演算を行うことによって赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度R、G、Bが算出される理由を、下記式(32)および(33)を参照しながら説明する。
Figure 0005043860
Figure 0005043860
信号変換回路20に入力される映像信号によって特定される色と、信号変換回路20から出力される多原色信号によって特定される色とが同じであるとすると、3原色の輝度Ri、Bi、Giを変換して得られるXYZ値は、式(32)に示すように、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度R、G、B、Ye、Cについてのマトリクス変換式によっても表される。式(32)中に示されている3行5列の変換マトリクスの係数XR、YR、ZR・・・ZCは、液晶表示パネル10の各サブ画素のXYZ値に基づいて決定される。
式(32)の右辺は、式(33)に示しているように、R、G、Bに3行3列の変換マトリクスを乗じたものと、Ye、Cに3行2列の変換マトリクスを乗じたものとの和に変形することができる。この式(33)をさらに変形することにより、式(31)が得られるので、式(31)に従った演算を行うことにより、赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度R、G、Bを算出することができる。
このように、演算部23は、色座標変換部21によって得られたXYZ値と、ルックアップテーブルメモリ22によって得られた黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cとに基づいて、赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度R、G、Bを得ることができる。
上述したように、図14に示した信号変換回路20では、まず、ルックアップテーブルメモリ22に格納されたルックアップテーブルを用いて2つのサブ画素の輝度を求め、その後、演算部23によって残りの3つのサブ画素の輝度を求めている。従って、ルックアップテーブルメモリ22に格納されるルックアップテーブルは、5つのサブ画素のすべての輝度を示すデータを含んでいる必要はなく、5つのサブ画素のうちの2つのサブ画素の輝度を示すデータのみを含んでいればよい。従って、図14に示すような構成を採用すると、容量の小さい安価なメモリを用いてルックアップテーブルを簡便に構成することができる。
図15に、信号変換回路20の好ましい構成の他の一例を示す。図15に示す信号変換回路20は、色座標変換部21、ルックアップテーブルメモリ22および演算部23に加えて、補間部24をさらに有している点において、図14に示した信号変換回路20と異なっている。
また、図14に示した信号変換回路20では、ルックアップテーブルメモリ22に格納されているルックアップテーブルのデータは、映像信号によって特定される色の数と同じ数の色に対応しているのに対し、図15に示す変換回路20では、ルックアップテーブルのデータが、映像信号によって特定される色の数よりも少ない数の色に対応している。
ここでは、映像信号に示された3原色の輝度Ri、Gi、Biは、それぞれ256階調であり、映像信号によって特定される色の数は256×256×256である。これに対して、ルックアップテーブルメモリ22のルックアップテーブルは、輝度Ri、Gi、Biのそれぞれについて0、16、32、・・・、256階調といった16階調おきの階調に対応する17×17×17の3次元マトリクス構造のデータを有している。つまり、ルックアップテーブルは、256×256×256を間引いた17×17×17のデータを有している。
補間部24は、ルックアップテーブルに含まれているデータ(黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度)を用いて、間引かれた階調に対応した黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cを補間する。補間部24は、例えば、線形近似によって補間を行う。このようにして、3原色の輝度Ri、Gi、Biに対応した黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cをすべての階調について得ることができる。
演算部23は、色座標変換部21によって得られたXYZ値と、ルックアップテーブルメモリ22および補間部24によって得られた黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度Ye、Cを用いて、赤、緑および青サブ画素の輝度R、G、Bを算出する。
上述したように、図15に示した信号変換回路20では、ルックアップテーブルメモリ22に格納されたルックアップテーブルのデータに対応する色は、映像信号によって特定される色の数よりも少ないので、ルックアップテーブルのデータ量をさらに少なくすることができる。
なお、上記の説明では、ルックアップテーブルには黄サブ画素およびシアンサブ画素の輝度を示すデータを含め、演算部23によって残りの赤サブ画素、緑サブ画素および青サブ画素の輝度を算出する例を述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。ルックアップテーブルに任意の2つのサブ画素の輝度を示すデータを含めれば、演算部23によって残りの3つのサブ画素の輝度を算出することができる。
また、1つの画素を規定するサブ画素の数が例示した5つ以外の場合についても、同様の手法により、ルックアップテーブルのデータ量を少なくすることができる。信号変換回路20は、表示に用いられる原色の数をnとしたとき、ルックアップテーブルを参照することによって、n個の原色のうちの(n−3)個の原色の輝度を得て(つまりルックアップテーブルには(n−3)個の原色について輝度データを含めておく)、(n−3)個の原色の輝度を用いた演算を行うことによってn個の原色のうちの残りの3個の原色の輝度を算出すればよい。
例えば、1つの画素が4つのサブ画素から規定される場合、信号変換回路20は、ルックアップテーブルを参照して1つのサブ画素の輝度を得て、演算部23の演算によって残りの3個のサブ画素の輝度を算出すればよい。4つのサブ画素は、例えば、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素および黄サブ画素である。
また、1つの画素が6つのサブ画素から規定される場合、ルックアップテーブルを参照して3つのサブ画素の輝度を得て、演算部23によって残りの3個のサブ画素の輝度を算出すればよい。6つのサブ画素は、例えば、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素、黄サブ画素、シアンサブ画素およびマゼンタサブ画素である。
信号変換回路20が備えている構成要素は、ハードウェアによって実現できるほか、これらの一部または全部をソフトウェアによって実現することもできる。これらの構成要素をソフトウェアによって実現する場合、コンピュータを用いて構成してもよく、このコンピュータは、各種プログラムを実行するためのCPU(central processing unit)や、それらのプログラムを実行するためのワークエリアとして機能するRAM(random access memory)などを備えるものである。そして各構成要素の機能を実現するためのプログラムをコンピュータにおいて実行し、このコンピュータを各構成要素として動作させる。
また、プログラムは、記録媒体からコンピュータに供給されてもよく、あるいは、通信ネットワークを介してコンピュータに供給されてもよい。記録媒体は、コンピュータと分離可能に構成されてもよく、コンピュータに組み込むようになっていてもよい。この記録媒体は、記録したプログラムコードをコンピュータが直接読み取ることができるようにコンピュータに装着されるものであっても、外部記憶装置としてコンピュータに接続されたプログラム読取装置を介して読み取ることができるように装着されるものであってもよい。記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープなどのテープ:フレキシブルディスク/ハードディスク等の磁気ディスク、MO、MD等の光磁気ディスク、CD−ROM、DVD、CD―R等の光ディスクを含むディスク:ICカード(メモリカードを含む)、光カード等のカード:あるいは、マスクROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュROM等の半導体メモリなどを用いることができる。また、通信ネットワークを介してプログラムを供給する場合、プログラムは、そのプログラムコードが電子的な伝送で具現化された搬送波あるいはデータ信号の形態をとってもよい。
本発明によると、多原色液晶表示装置に好適に用いられる信号変換回路が提供される。本発明による信号変換回路を備えた多原色液晶表示装置は、斜め方向から観察したときの白浮きに伴う色のずれが抑制されるので、高品位の表示を行うことができ、そのため、液晶テレビをはじめとする種々の電子機器に好適に用いられる。

Claims (8)

  1. 4つ以上の原色を用いて表示を行う多原色液晶表示装置に用いられ、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する信号変換回路であって、
    多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるダークスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)が0.03以下となるように映像信号の変換を行う、信号変換回路。
  2. 多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるダークスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.008以下となるように映像信号の変換を行う、請求項1に記載の信号変換回路。
  3. 多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.01以下となるように映像信号の変換を行う、請求項1または2に記載の信号変換回路。
  4. 4つ以上の原色を用いて表示を行う多原色液晶表示装置に用いられ、入力された映像信号を4つ以上の原色に対応した多原色信号に変換する信号変換回路であって、
    多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、画素を正面方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u', v')と、画素を斜め60°方向から見たときの色度を示すCIE1976色度座標(u60', v60')とによって規定される色差Δu'v'=((u'-u60')2+(v'-v60')2)が0.01以下となるように映像信号の変換を行う、信号変換回路。
  5. 多原色液晶表示装置の画素がマクベスチャートにおけるライトスキンを表示するための多原色信号を生成する際には、前記色差Δu'v'が0.008以下となるように映像信号の変換を行う、請求項3または4に記載の信号変換回路。
  6. 表示に用いられる原色の数をnとしたとき、入力された映像信号に基づいてルックアップテーブルを参照することによって、n個の原色のうちの(n−3)個の原色の輝度を得て、前記(n−3)個の原色の輝度を用いた演算を行うことによって前記n個の原色のうちの残りの3個の原色の輝度を算出する、請求項1から5のいずれかに記載の信号変換回路。
  7. 前記ルックアップテーブルを格納するルックアップテーブルメモリと、
    前記演算を行う演算部と、を備える請求項6に記載の信号変換回路。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の信号変換回路と、前記信号変換回路によって生成された多原色信号が入力される液晶表示パネルと、を備える多原色液晶表示装置。
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