JP5592118B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＧＢＷのサブピクセルをもつ表示装置、特にＷの使用率の決定に関する。

図１に、通常の赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の３つのサブピクセル３で１つの画素２を構成するマトリクス型有機ＥＬパネル１のドット配列の一例を示す。図２及び図３に、サブピクセル３として、Ｒ、Ｇ、Ｂに加えて白（Ｗ）も使用するマトリクス型有機ＥＬパネル１のドット配列の一例を示す。図２では、サブピクセル３を水平方向に並べ１つの画素２を形成し、図３ではサブピクセル３を２行２列に並べ一つの画素２を形成している。ＲＧＢＷ型の有機ＥＬパネル１は、Ｒ、Ｇ、Ｂよりも発光効率の高いＷサブピクセルを使用することにより、パネルとしての消費電力の低減や輝度の向上を目的としている。ＲＧＢＷ型パネルを実現する方法として、各サブピクセルにそれぞれの色を発光する有機ＥＬ素子を用いる方法と、白色有機ＥＬ素子に赤、緑、青の光学フィルタを重ね、Ｗ以外のサブピクセルを実現する方法とがある。

図４は、ＣＩＥ１９３１色度図であり、通常の赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の３原色に加えて白色画素として使用する白（Ｗ）の色度の一例が示されている。なお、このＷの色度は必ずしもディスプレイの基準白色と一致させる必要は無い。

図５に、Ｒ＝１、Ｇ＝１、Ｂ＝１の時にディスプレイの基準白色が表示できるＲＧＢ入力信号をＲＧＢＷの画像信号に変換する方法を示す。まず、Ｗサブピクセルの発光色がディスプレイの基準白色と一致していない場合は、入力ＲＧＢ信号に対して次のような演算を行い、Ｗサブピクセルの発光色への正規化を行う。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂは入力信号、Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎは正規化された赤、緑、青信号であり、ａ、ｂ、ｃはそれぞれＲ＝１／ａ、Ｇ＝１／ｂ、Ｂ＝１／ｃの時、Ｗ＝１と同等な輝度及び色度となるように選んだ係数である。

最も基本的なＳ、Ｆ２、Ｆ３の演算式の例として、以下のようなものが考えられる。
Ｓ＝ｍｉｎ（Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎ） 式２
Ｆ２（Ｓ）＝−Ｓ 式３
Ｆ３（Ｓ）＝Ｓ 式４

この場合、表示する画素の色が無彩色に近いほどＷサブピクセルを点灯させる割合が多くなることがわかる。従って、表示する画像の中に無彩色に近い色の割合が多いほど、ＲＧＢのみを使用するときに比べてパネルの消費電力は低くなる。

最後の基準白色への正規化は、Ｗサブピクセルの発光色への正規化と同様にＷサブピクセルの発光色がディスプレイの基準白色と一致していない場合に行う処理で、以下の演算を行う。

通常、純色のみで構成された画像は少なく、Ｗサブピクセルが使用される場合がほとんどなので、ＲＧＢ画素のみを使用した時に比べて平均的には全体の消費電力が低くなる。

Ｆ２、Ｆ３として次式を用いた場合は、Ｍの値によってＷサブピクセルの使用率が変わる。
Ｆ２（Ｓ）＝−ＭＳ 式６
Ｆ３（Ｓ）＝ ＭＳ 式７

ここで、Ｍは、０≦Ｍ≦１の定数である。

消費電力の点からは式２〜式４で表される、Ｍ＝１、すなわち使用率１００％を用いるのが一番よい。しかし、視覚的な解像度の点からはできるだけＲＧＢＷ全てが点灯するようなＭの値を選ぶ方がよい。このことを以下に説明する。

図１のようにＲＧＢサブピクセルを縦横に並べて配置するパネルでは、視覚的な解像度を向上するために図６に示すように各色の信号の位相とパネルのサブピクセルの位置とを一致させることが行われている。この場合、入力画像信号の水平方向の解像度はパネルの水平画素数の３倍であり、すなわちパネルの水平方向のサブピクセルの数と同じである必要があるが、図６に示すようなタイミングで各色のサンプリングを行うことにより見た目の解像度が上がる。すなわち、各色信号の位相とパネルのサブピクセルの位置とを一致させることにより、ＲＧＢの３つのサブピクセルをともに同じ位相の信号データで駆動（図７）するよりも見た目の解像度の高い表示画像が得られる。これは、入力信号の各サブピクセルの位置での輝度情報が各色の持つ輝度成分によりある程度再現できることによる。

図２、図３のようなＲＧＢＷサブピクセルを使用した場合も同様に各色信号の位相とパネルのサブピクセルの位置を一致させることで、見た目の解像度を上げることが可能である。図２のようにサブピクセルが配置されている場合でＷの使用率が５０％程度の時のサンプリングの例を図８に示す。

一方、Ｗの使用率が１００％のとき、すなわち式６，７におけるＭ＝１の場合は、無彩色に近い画像であればあるほどＲＧＢサブピクセルの発光量が少ないために効果が少なくなる。特に、Ｗ原色が基準白色と同じ場合、白黒画像を表示したときにＲＧＢサブピクセルを全く使用しないことになるので、図９に示すように、解像度はＷのサブピクセル数と同じになる。

このように、消費電力と見た目の解像度はＭの値により変化し、お互いにトレードオフの関係となっている。そこで、特許文献１では、表示画像の部分的な空間周波数成分を検出し、その検出結果に応じてＷの使用率（Ｍ）を適応的に変化させ、解像度の低下を抑えつつ消費電力を低減している。

特開２００６−００３４７５ 特開２００４−２８０１０８

特許文献１の方法によれば、絵柄によっては平均消費電力をＭ＝１の場合にかなり近づけることができ、同時に、画像のエッジ部分ではＭの値を下げて画質を改善することができる。しかしながらこの方法でも、無彩色に近く空間周波数の低い部分での画質が、Ｍが一定で画質に最適化した場合と比べると見劣りする場合がある。すなわち、この部分ではＭが大きくなるのでＷサブピクセルのみが強く点灯し、近距離から見た場合に図２の配列では図１０のようにストライプ状に、また図３の配列ではドット状に見えてしまうことがある。

一方、視力１．０の人の場合、視角にして１分が分解能であり、走査線数が１１００本とすれば視距離が３Ｈ（画面の高さの３倍）以上になると走査線が見えなくなると言われている。したがって、所定の距離以上から見る場合は、図２、図３のような正方画素を持つ表示装置ではＭ＝１としても画質的に問題はない。このように、１画素が複数のサブピクセルにより構成される表示装置では、各サブピクセルが識別できないような距離で画像を見ることが望ましいが、サブピクセルの大きさは画素数や画面サイズなどの仕様によりまちまちであり、表示装置と鑑賞者との距離も使用環境によって変わり、常にこの条件を満たすことは難しい。

また、デジタルサイネージ（電子看板）などの用途においては、普段は表示装置から離れた場所に人が居るが、その人たちの中でその内容に興味を持った人が近づいてきて内容を詳細に見るというケースも考えられる。

本発明は、ＲＧＢＷのサブピクセルで構成された画素をマトリクス状に配置した表示装置であって、表示装置の周囲に存在する人と前記表示装置との距離を検出する人検知センサを備え、前記表示装置は、入力されるＲＧＢデータをＲＧＢＷデータに変換する際に、検出された距離に応じて、所定距離内に人がいないときにはＷのサブピクセルを点灯させる割合Ｍを最大にし、所定距離内に人がいるときにはＷのサブピクセルを点灯させる割合Ｍを制限し、前記Ｗのサブピクセルを点灯させる割合Ｍは、ＲＧＢの入力信号について白原色への正規化後の信号の値の最小値から算出されるＷの値に対して適用される値であり、０≦Ｍ≦１の定数であることを特徴とする。

本発明によれば、視覚的な画質を高品質に保ちつつ節電を行う。

ＲＧＢサブピクセルを有する表示装置の構成を示す図である。 ＲＧＢＷサブピクセルを有する表示装置の構成例を示す図である。 ＲＧＢＷサブピクセルを有する表示装置の他の構成例を示す図である。 ＣＩＥ１９３１色度図である。 ＲＧＢＷへの変換の処理を説明する図である。 各色の信号の位相とパネルのサブピクセルの位置を一致させる処理の説明図である。 各色の信号の位相とパネルのサブピクセルの位置を一致させる処理の説明図である。 各色の信号の位相とパネルのサブピクセルの位置を一致させる処理の説明図である。 白黒の信号の位相とパネルのサブピクセルの位置を一致させる処理の説明図である。 画質の低下を説明する図である。 実施形態の構成を示す図である。 実施形態のＲＧＢＷへの変換処理を示す図である。 ＲＧＢからＲＧＢＷへの変換のための構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１１は、実施形態に係る表示装置（モニタ）１０の外観を示す図であり、表示装置１０は、人の存在を検知する人検知センサ１２を有しており、このセンサ１２によって、表示装置１０を鑑賞する人の存在を検知する。

例えば、５２インチ型のフルハイビジョンモニタ（１９２０×１０８０画素）を考えると、画面の高さ（Ｈ）は約６５ｃｍなので、前述の走査線（画素）が見えない視距離３Ｈは１９５ｃｍとなり、２ｍ以内で鑑賞する場合は画素が見える可能性がある。したがって、モニタ１０に付属した人検知センサ１２により、２ｍ以内に人がいることを検知した場合は式６、７におけるＭの値を例えば０．５とし、それ以外のときは１とすれば、常に必要十分な画質を保ちながら、使用状況に応じた節電が可能となる。

人検知センサ１２としては、例えば人の発する赤外線を捕らえ、人の微妙な動きを検出することにより所定範囲内に人がいることを検知する赤外線式のモーションセンサなどが使用できる。

また、前記の文献１で述べられている手法と組み合わせることも好適である。例えば、人が所定の距離以内にいる場合は画像の空間周波数成分に応じてＭの値を変化させ、所定の距離以上の場合はＭ＝１とする。

また、表示装置１０と人との距離を計測可能な人検知センサを備えている場合には距離に応じてＭの値を滑らかに変化させてもよい。例えば、走査線１０８０本を持つフルハイビジョンモニタの例であれば３Ｈ以下の距離ではＭ＝０．５、５Ｈ以上の距離ではＭ＝１とし、３Ｈから５Ｈの間は距離とともにＭが大きくなるようにする。人の距離を計測する方法としては、例えばカメラなどを装備し、表示装置の前面の撮影画像を分析して人の存在とその距離を推定する方法などがある。

以上、Ｆ２及びＦ３は式６及び式７を基にして述べてきたので、表示される画像の輝度や色度は入力ＲＧＢに忠実に再現される。

しかし、本実施形態は、表示画像の輝度や色度が入力画像と異なるような場合にも適用できる。特許文献２では、消費電力を抑えるため、機器の使用環境によって色の飽和度を変化させている。視認性の点では色の飽和度よりも輝度のほうが重要であるという観点から、周囲が明るい場合などには色の飽和度が下がる程度まで発光効率のよいＷをより強く発光させ、輝度を増大させながらも消費電力の上昇を抑えている。前述のデジタルサイネージへの応用として、人が所定の範囲内に存在しない場合は特許文献２に記載された方法で節電しながら輝度を上げ、人が所定の範囲内にいる場合は、近くで見やすい所定の輝度にすると同時にＷの使用率を５０％にして視覚的な解像度を高くするなどの方法が適用できる。

図１２に、人検知センサ１２を持つ表示装置１０において、Ｒ＝１、Ｇ＝１、Ｂ＝１の時にディスプレイの基準白色が表示できるＲＧＢ入力信号をＲＧＢＷの画像信号に変換する手順を示す。ＲＧＢの入力信号について、式１の演算を行い白原色への正規化を行う（Ｓ１１）。正規化後の信号を、Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎとする。なお、このＳ１１の正規化は、必ずしも行う必要はない。

次に、信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎについて、Ｆ１（Ｒｎ，Ｇｎ，Ｂｎ）という演算でＷの輝度に対応するＳを算出する（Ｓ１２）。演算Ｆ１は、例えば式２のように、最小値を選択する演算である。そして、Ｓに基づいて、Ｆ２（Ｓ，Ｈ）の演算を行う（Ｓ１３）。例えば、人が所定の距離範囲内に存在する時にＨ＝１を、存在しない時にＨ＝０を出力する人検知センサを用い、次式を適用すれば、所定範囲内に人がいるときは式６におけるＭの値を０．５とした式となり、そうでないときは式６のＭの値を１とした式となる。
Ｆ２（Ｓ，Ｈ）＝−（１−０．５Ｈ）Ｓ 式８

得られたＦ２（Ｓ，Ｈ）をＲｎ、Ｇｎ、Ｂｎに加算することで（Ｓ１４）、Ｗのサブピクセルの輝度に相当する輝度をＲｎ、Ｇｎ、Ｂｎから減算し、Ｒｎ’，Ｇｎ’，Ｂｎ’を得る（Ｓ１４）。そして、必要であれば、基準白色への正規化を行い（Ｓ１５）、各サブピクセル毎の輝度Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’を出力する。

一方、Ｓに基づいてＦ３（Ｓ，Ｈ）も算出する（Ｓ１６）。Ｆ３は、次式のように上述のＳ１３と符号のみ異なる式とすれば、表示される画像の輝度や色度は入力ＲＧＢに忠実に再現される。
Ｆ３（Ｓ，Ｈ）＝（１−０．５Ｈ）Ｓ 式９
そして、得られたＦ３（Ｓ，Ｈ）をＷのサブピクセルの輝度Ｗｈとして出力する。

また、図１３にこの表示装置の構成例を示す。画像信号ＲＧＢは、ＲＧＢ→ＲＧＢＷ変換部２０に入力され、上述のような演算によって、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’，Ｗが算出される。ここで、このＲＧＢ→ＲＧＢＷ変換部２０には、Ｗ使用率決定部２２からのＷ使用率についての信号が供給される。Ｗ使用率決定部２２は、人検知センサ１２からの信号に応じてＷ使用率についての信号を出力する。所定距離内に人がいないときには、Ｗの使用率が最大になるようにし、所定距離内に人がいる場合にはＷの使用率を制限する。ＲＧＢ→ＲＧＢＷ変換部２０は、Ｗ使用率決定部２２からの信号に対応したＷの使用率を用い、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’，Ｗを算出し、表示部である有機ＥＬパネル２４に供給する。従って、鑑賞する人の距離に応じて、知覚される画質に問題が生じない範囲においてＷの使用率を変更し、表示を行う。

２０ ＲＧＢ→ＲＧＢＷ変換部、２２ Ｗ使用率決定部、２４ 有機ＥＬパネル。

Claims (2)

1. ＲＧＢＷのサブピクセルで構成された画素をマトリクス状に配置した表示装置であって、
   表示装置の周囲に存在する人と前記表示装置との距離を検出する人検知センサを備え、
   前記表示装置は、入力されるＲＧＢデータをＲＧＢＷデータに変換する際に、検出された距離に応じて、所定距離内に人がいないときにはＷのサブピクセルを点灯させる割合Ｍを最大にし、所定距離内に人がいるときにはＷのサブピクセルを点灯させる割合Ｍを制限し、
   前記Ｗのサブピクセルを点灯させる割合Ｍは、ＲＧＢの入力信号について白原色への正規化後の信号の値の最小値から算出されるＷの値に対して適用される値であり、０≦Ｍ≦１の定数である
   ことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   画面の高さをＨとした場合に、検出された距離が３Ｈ以下ではＭ＝０．５、５Ｈ以上ではＭ＝１として、３Ｈから５Ｈの間は距離と共にＭが大きくなるようにすることを特徴とする表示装置。

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