JPH08248410A

JPH08248410A - カラー画像表示装置

Info

Publication number: JPH08248410A
Application number: JP5556495A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Sekizawa; 秀和関沢; Haruko Kawakami; 晴子川上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】カラー液晶ディスプレイの色フィルタを改善し
て、彩度低下が少なく且つ十分に明るいカラー画像表示
を実現する。【構成】２×２の４色素子によって１画素が構成され、
各画素の色表示には黄赤色系（ＹＲ）フィルタ１０１、
緑青色系（ＣＢ）フィルタ１０２、緑色系（ＬＧ）フィ
ルタ１０３、およびマゼンタ色系（ＬＭ）フィルタ１０
４が使用される。これら各色フィルタ１０１〜１０４そ
れぞれの透過もしくは反射の帯域幅をそれぞれ可視領域
の１／２前後、すなわち可視領域の帯域幅の０．４３〜
０．５７倍の範囲内の値にすることで、各色フィルタで
の利用可能な光量を約３／２倍に向上させることができ
る。また、同時に４色制御することにより低彩度の色の
再現範囲を十分確保できるようになり、無彩色近傍での
色表示のバランスの確保が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー画像表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カラーＣＲＴディスプレイやカ
ラー液晶ディスプレイなどのカラー画像表示装置は加法
混色表示であり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原
色を基に表示が行なわれる。また、カラープリンタ等の
減法混色表示ではシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエ
ロー（Ｙ）の３原色を基に表示が行なわれている。

【０００３】典型的なカラー液晶デスプレイにおいて
は、１画素は３分割されており、基本色が赤緑青の３色
の組み合わせからなる色フィルタが用いられている。し
かし、このように１画素をｎ分割し、それぞれの分割さ
れた領域での光の通過帯域もそれぞれの分割数とする
と、たとえば白を表すにも、それを画素を構成する基本
色の和で表す場合には白の明るさは分割数分の１になっ
てしまう。すなわち、３分割では各分割した基本色での
光の通過帯域はそれぞれ１／３となり、またその各色の
面積はそれぞれ１／３であるため、結局フィルタ１色の
光の利用効率は１／９となる。

【０００４】今、白を表すために３つの基本色がそれぞ
れ点灯されているため、光の利用効率は３×１／９とな
り、結局１／３の明るさとなる。従って、このような色
フィルタでは最も明るい色である白を表示する場合でも
１／３の光の利用しか出来ない。従って、このような構
成の反射型表示では暗くなるため鮮やかさも低下してし
まうなどの欠点がある。

【０００５】また、透過型でバックライトに十分な明る
さが得られる構成をとればこのような構成でも鮮やかな
色表示が可能となるが、その反面、バックライト駆動の
ために多くの電力が必要とされるなどの欠点が生じる。
また、１画素を複数の色の素子で表現する場合には同一
の解像度を得るため、その複数倍だけ高精細に製造する
必要があり、歩留まりの関係上、その製造が困難になる
などの不都合があった。

【０００６】そこで、最近では、色フィルタを使用しな
いでカラー表示する液晶表示装置が考案されている（日
経マイクロデバイス１月号１９９４年Ｐ９９）。こ
の装置ではカラー表現する場合には液晶の複屈折性を利
用して液晶にかける電圧を変化させ、複屈折効果を可変
にすることでカラーを表現している。しかし、この方法
では色の違いは制御できるが、階調表示は困難なため自
由なカラー表現はできない。

【０００７】また、１画素を２分割し、それぞれの基本
色がシアンおよびオレンジの色フィルタを利用した反射
型液晶ディスプレイが知られている（電子情報通信学会
誌Ｖｏｌ．７７Ｎｏ．３ｐｐ．２９６−３０３１
９９４年３月）。しかし、この方法では、基本色である
２色を結ぶ平面上の色表示領域の色しか表現が出来ず、
フルカラー表現が困難であった。

【０００８】また、印刷と同様に色の重なりで色表示を
行うという考えもある（「次世代液晶ディスプレイ技
術」内田龍男編著工業調査会出版（１９９４年１
１月１日）ｐ１７２反射型カラーＬＣＤ）。しかし、
この方式を実現するためには実際には液晶パネルを積層
で製造する必要があるため、各色の層での厚みが生じ、
斜めから観察した場合に３色の視差が生じるなどの問題
がある。また、さらに詳細に検討すると、３色の液晶パ
ネルが重なるため、各層での反射面が多く存在し、さら
に各層での光のロスもあるため、単層の液晶表示パネル
と比較するとかなり暗い画像の表示となってしまうなど
の問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、１画
素を複数からなる色の素子で構成するカラー液晶表示装
置においては、明るさと低消費電力を同時に満たすこと
は困難であった。また、高精細化においても画素数が増
加すればするほど、色と色を分離するブラックストライ
プや駆動のための配線部分の相対面積が増加し、明るさ
が低下する。また、高精細になる分だけ、製造上での傷
や汚れの影響が大きくなり、歩留まりが低下するなどの
問題があった。さらに、複屈折性を利用してカラー表示
を行う液晶表示装置や、基本色が２色の色フィルタを使
う液晶表示装置では、鮮やかな色表現を行うことはでき
なかった。

【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、光の利用効率の良い色フィルタの組合せで明るい
表示を可能とすると同時に、実用上満足の行く鮮やかで
カラー表示を行うことができるカラー画像表示装置を提
供することを目的とする。［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のカラー画像表示装置は、１画素を３以
上の色素子から構成し、各色素子がそれぞれ異なる分光
分布を有し、個々の色素子の分光分布で通過もしくは反
射の帯域幅をそれぞれ可視領域の帯域幅の０．４３〜
０．５７倍の範囲内の値にしたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のカラー画像表示装置は、１
画素を４個の色素子から構成し、各色素子の分光特性に
おいて各色素子の通過もしくは反射の帯域を互いに一部
重ね、さらに各色素子の帯域幅を同程度の値にすること
で、明るくかつ彩度低下が少なく、さらにほぼ無彩色の
白の再現を可能にしたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明のカラー画像表示装置は、１
画素が第１乃至第４の４個の色素子から構成されるカラ
ー画像表示装置において、前記第１乃至第４の色素子の
分光特性における通過もしくは反射の帯域を、それぞれ
波長約４００ｎｍから約５５０ｎｍ、波長約５５０ｎｍ
から約７００ｎｍ、波長約４８０ｎｍから６３０ｎｍ、
波長約４００ｎｍから４８０ｎｍと約６３０ｎｍから７
００ｎｍにしたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のカラー画像表示装置は、各
画素を構成する４色素子の配置を縦２色素子、横色素子
２とし、カラー３原色表示画像データを前記４色素子に
対応する４色信号に変換して、前記４色素子を色素子毎
に輝度制御する手段を具備することを特徴とする。ま
た、カラー３原色表示画像データから４色信号に変換し
て表示する際には、表現される色表示範囲により異なる
係数のマトリクス変換もしくはテーブルにより色変換を
行うことが好ましい。さらに、入力画像データの色度と
の誤差を隣接する４色素で評価し、その色度誤差に従っ
て隣接する色素子の輝度制御に補正を加える手段を設け
ることにより、高精細表示における表示色の再現性を改
善できる。また、４色素子の配置を縦２色素子、横色素
子２とした場合には、横に配置された色素子同士がほぼ
補色関係にあるように配置することをが好ましい。

【００１５】また、本発明は、透過光を利用して表示す
る透過モード型、反射光を利用して表示する反射モード
型、またはそれら透過および反射モードの切り替えが可
能な併用型のカラー画像表示装置において、１画素を４
個の色素子から構成し、前記カラー画像表示装置の表示
モードまたは外光に応じて、異なる色変換を行うことに
より、カラー３原色表示画像データから前記４色素子に
対応する４色信号を生成する手段を具備することを特徴
とする。

【００１６】また、本発明は、カラー液晶表示装置を、
マトリクス状に配置された複数の液晶セルと、縦横２個
ずつ互いに隣接して配置された４個の液晶セルから構成
される各画素上に配置される色フィルタであって、互い
に異なる分光分布を有し、個々の色フィルタの分光分布
における通過もしくは反射の帯域幅がそれぞれ可視領域
の帯域幅の０．４３〜０．５７倍の範囲内の値を有する
４色の色フィルタと、カラー３原色表示画像データを前
記４色の色フィルタに対応する４色信号に変換して出力
する手段とから構成したことを特徴とする。

【００１７】さらに、１画素を３分割して３色の色フィ
ルタを利用するカラー液晶表示装置を実現する場合に
は、光の利用効率を高めるために、緑色系色フィルタは
４７０ｎｍから６２０ｎｍが透過、青色系色フィルタは
４００ｎｍから５２０ｎｍと６７０ｎｍから７００ｎｍ
が透過、赤色系色フィルタは４００ｎｍから４３０ｎｍ
と５８０ｎｍから７００ｎｍが透過からなることを特徴
とする色フィルタを使用するか、もしくは緑色系色フィ
ルタは４９０ｎｍから５７０ｎｍが透過、青色系色フィ
ルタは４００ｎｍから５１０ｎｍと６３０ｎｍから７０
０ｎｍが透過、赤色系色フィルタは４００ｎｍから４３
０ｎｍと５８０ｎｍから７００ｎｍが透過からなる色フ
ィルタを使用することが好ましい。

【００１８】

【作用】分割された各色素子の透過もしくは反射の帯域
幅をそれぞれ可視領域の１／２前後、すなわち可視領域
の帯域幅の０．４３〜０．５７倍の範囲内の値にするこ
とで、各色素子での利用可能な光量を約３／２倍に向上
させることができる。また、同時に４色制御することに
より視覚上重要な低彩度の色の再現範囲を十分確保でき
るようになり、無彩色近傍での色表示のバランスの確保
が容易となる。また、視覚上あまり気にならない高彩度
の色における影響は比較的少ない。また、各色素子での
輝度制御を１色素子毎に制御することで１画素を構成す
る色素子の分解能、すなわち画素の約２倍の高精度な表
示が可能となると同時に、このような表示のエッジでの
色滲みを抑えることが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。（実施例１）図１は本実施例に係るカラー表示装置の４
分割タイプの分光特性を示す図である。同図において、
フィルタ１０１は黄赤色系（ＹＲ）のフィルタであり波
長約５５０ｎｍから約７００ｎｍが透過、フィルタ１０
２は緑青色系（ＣＢ）のフィルタであり、波長約４００
ｎｍから約５５０ｎｍが透過、フィルタ１０３は緑色系
（ＬＧ）のフィルタであり波長約４８０ｎｍから６３０
ｎｍが透過、フィルタ１０４はマゼンタ色系（ＬＭ）の
フィルタであり波長約４００ｎｍ−４８０ｎｍと約６３
０ｎｍ−７００ｎｍが透過である。同図は理想的な色フ
ィルタの分光特性を示したものであるが、実現するには
例えはコダック社製のゼンラチン・カラー・フィルタに
ほぼ対応するものがある。

【００２０】例えば、フィルタ１０１はコダックラッテ
ンゼラチンフィルタＮＯ．１５、フィルタ１０２は同Ｎ
Ｏ．４７Ａ、フィルタ１０３は同ＮＯ．４０、フィルタ
１０４は同ＮＯ．３０などで実現できる。

【００２１】また、図２は上記４種の色フィルタを空間
的に配置した図である。ここでは１画素は４種類の色に
対応した４つの素子から構成されており、これを１画素
と呼ぶ。また、各色の素子は色素子と呼ぶことにする。
図３は反射型液晶パネルとして構成した実施例である。
色フィルタ３０１はブラックマトリクス３０２によって
平面的に分割され配置されている。すなわち図２は反射
型液晶パネルを上部から見た図となっており、図３はそ
の断面図を示している。この場合、図２の４種の色フィ
ルタは１画素を構成する４つの液晶セル上に配置される
ことになる。

【００２２】さて、図３において、色フィルタ３０１の
液晶側には透明電極３０３が配置され、反射板を兼ねる
対向電極（反射板電極）３０４とで液晶層３０５を挟ん
でいる。反射型ＬＣＤではなるべく光の利用効率を向上
させる必要性があるることから、液晶としては偏光板を
用いない相転移型ゲストホスト方式などが適している。
反射板電極３０４はＴＦＴ３０６に接続されており、こ
れら反射板電極３０４とＴＦＴ３０６とによって、液晶
層３０５はマトリクス配置された複数の液晶セルに分割
される。ＴＦＴ３０６によって選択された液晶セル部の
み色光を反射もしくは吸収することで、カラー画像が表
示される。

【００２３】図４はこの反射型液晶パネルをパーソナル
コンピュータのディスプレイモニタとして使用する例に
ついて示している。画像データがＣＰＵ４０１から発せ
られ、バス４０２を介してグラフィックコントローラ４
０３に供給され、フレームメモリ４０４に書き込まれ
る。フレームメモリ４０４に書き込まれた画像データは
ＲＧＢ３色信号から、マトリクス回路４０５によって液
晶表示用の４色信号（ＹＲ、ＣＢ、ＬＧ、ＬＭ）に変換
される。この４色信号はタイミングコントローラ４０６
に送られ、グラフィックコントローラ４０３からの水平
／垂直の同期信号に合わせ、階調電圧発生部４０７に送
られる。階調電圧発生部４０７では、４色信号の各色信
号は多値の電圧に変換され、それがソースドライバー４
０８を介して、液晶パネル４０９に供給される。また、
このときゲートドライバー４１０とソースドライバー４
０８の働きで液晶パネル４０９の所定の位置の色画素に
電圧が供給され、これによってＹＲ、ＣＢ、ＬＧ、ＬＭ
の色毎に輝度制御がなされ所定の色が再現される。

【００２４】さて、このようにして表示される液晶表示
装置の色表示性について説明する。図５は図２の一部で
あり、また液晶のモデルをブラックマトリクス５０１と
色フィルタの反射部分５０２と吸収部分５０３との併置
混色モデルで検討する。厳密な検討では液晶の色表示は
このようなモデルでは記述出来ないが、観測位置がパネ
ルの正面で色表示域を検討する場合での実用的な検討に
は十分である。

【００２５】今、黄赤色系の色フィルタ１０１の分光特
性をＦｙ（ｒ）とし、次式（１−１）〜（１−３）によ
りその色度Ｘfy，Ｙfy，Ｚfyを求める。ここで、Ｓ
（ｒ）は観察用光源もしくは照明光源である。Ｘ
（ｒ）、Ｙ（ｒ）、Ｚ（ｒ）は３刺激値の分光特性であ
る。

【００２６】

【数１】

【００２７】同様にして、緑青色系のフィルタ１０２の
分光特性をＦｃ（ｒ）とし、その色度Ｘfc，Ｙfc，Ｚfc
を求める。また、緑色系フィルタ１０３の色度Ｘfg，Ｙ
fg，Ｚfgおよびマゼンタ色系フィルタ１０４の色度Ｘf
m，Ｙfm，Ｚfmを求める。同様にして、混色を避ける目
的のブラックマトリクス５０１部分の色をＸkb，Ｙkb，
Ｚkbと、各色フィルタのＯＦＦ時の色度Ｘfo，Ｙfo，Ｚ
foを求める。なお、液晶自体の分光特性はここでは色フ
ィルタに含めて検討する。併置混色のモデルから表示装
置の色度Ｘ，Ｙ，Ｚを次式（２−１）〜（２−３）で求
めることが出来る。

【００２８】

【数２】

【００２９】なお、ＡＲは最大の発色面積に対応し、混
色を避ける目的で設けたブラックストライプや配線など
の領域を除いた実効的な表示面積率を示す。また、Ａｎ
はこの表示装置に信号を供給し、面積変調に相当する信
号を示す。また、ｍは１画素を構成する色素子数であ
る。この液晶表示装置の色度を図１の実施例に基づいて
計算した例を図６に示す。

【００３０】すなわち、このときの色表示域をＣＩＥ
Ｌ^* ａ^* ｂ^* 色度座標に表示したものである。図６
（Ａ）はａ^* ｂ^* 座標から見た液晶表示の最大色差再現
域を示しており、図６（Ｂ）はＬ^* ａ^* 座標から見た液
晶表示の最大明度再現域を示している。さて、ここで反
射型カラー表示装置での最も明るい色は白（Ｗ）である
ので、白の明るさ明度Ｌ^* をもって表示装置の最大明る
さと定義し、表示装置で表現できる色の鮮やかさをこの
ａ^* ｂ^* 座標表示で最大色差再現域を囲む面積とする。

【００３１】図６（Ａ）から分かるように、この実施例
の４種の色フィルタを利用することで、無彩色近傍の再
現域を広げることが可能となる。従来の赤緑青を基本色
とする色フィルタで同様の再現域を実現するためには、
各色フィルタの透過または反射の帯域幅を絞り込んで各
色の純度を高めることが必要となる。しかし、このよう
にすると、光の利用効率が著しく低下されてしまう。

【００３２】さて、一般にＬ^* ａ^* ｂ^* は均等色空間と
いわれているがあまり均等色にはなっていない。例えば
無彩色近傍では高彩度近傍での色度の違いよりもはるか
に小さな色度の違いでも色の差が感じられることが知ら
れている。一方、カラーオーダーシステムなどで多く使
用されているＮＣＲ表色系では必ずしも均等色空間では
ないが、色のバランスや色の配色を評価するに適してい
る。さて、この反射型カラー表示装置では表示画面内で
のグラフやカラー画像がバランスよく表現され、人間の
目にとって心地よく感じられる表示装置が好ましいもの
とされる。従って、ここではさらにＮＣＲ表色系に変換
して、色の再現域の評価を行う。

【００３３】図７（Ａ）は各色の通過帯域を同時に変化
させた時の明るさの変化である。通過帯域を広げれば広
げるほど明るくなる。しかし、色の鮮やかさは図７
（Ｂ）に見られるように通過帯域を広げるほど低下す
る。しかし、各種鮮やかさや明るさの異なる画像サンプ
ルを作成し、視覚実験を行ったところ、色の再現能力は
明るさと鮮やかさの積が大きいほど好ましいとする結果
が得られた。そこで、図７（Ａ），（Ｂ）を基に明るさ
と鮮やかさの積を縦軸に横軸を通過帯域としてグラフ化
したのが図８である。この図から可視領域の通過帯域の
約１／２前後に各色フィルタの通過帯域を設定するのが
最も好ましいと考えられる。これにより、鮮やかさを維
持しつつ、明るさを、１．５倍向上させることができ
る。すなわち、４色それぞれの光の通過帯域はそれぞれ
１／２前後であり、またその各色の面積はそれぞれ１／
４であるため、フィルタ１色の光の利用効率は１／８と
なる。白を表すために４つの色素子がそれぞれ点灯され
た状態では、光の利用効率は４×１／８となり、結局１
／２の明るさとなる。これは、従来の明るさの１．５倍
である。

【００３４】実際にこの結果に基づいて、通過帯域の異
なる各種色フィルタからなる表示装置で各種条件を振り
画像表示を行い、目視による視覚実験を行った結果、通
過帯域の約１／２前後、具体的には可視領域の帯域幅の
０．４３〜０．５７倍の範囲に各色フィルタの通過帯域
を設定することによって、鮮やかさもあまり低減せず、
また明るい最も好ましい表示装置を構成することが出来
た。主観評価の結果を図９に示す。

【００３５】図９は、色フィルタの通過帯域幅とその通
過帯域幅を用いた反射型カラー液晶ディスプレイのシミ
ュレーション画像を作成し、その画像に対して主観評価
を行った結果である。主観評価には、女性の顔、果物、
文字やグラフ画像の３種類の画像を用いた。また、作成
したシミュレーション画像は、銀塩写真方式のカラープ
リンタを用いた。

【００３６】図９の横軸に示す色フィルタの通過帯域幅
は可視領域（４００ｎｍから７００ｎｍ）を１とした場
合における各フィルタの通過帯域幅の比率であり、例え
ば、０．５は１５０ｎｍとなる。また、縦軸は主観評価
を行ったときに許容できる範囲（使用に耐えられる性能
であると判断した範囲）であると判断した観察者の人数
比率である。実際に観察した人数は１４名である。この
結果、各フィルタの通過帯域幅が可視領域の０．４３か
ら０．５７倍の範囲であれば、半数以上の人が実用上、
使用に耐えられる性能であると判断した範囲と言える。

【００３７】さて、このような４色構成のカラー液晶表
示は、図６（Ａ）で説明したように、かなり広い色表示
域を持つ。しかし、これは４色表示信号の全てで表現し
た場合であって、３色信号から４色信号の変換によって
は必ずしもこのような広い再現域が達成されるとは限ら
ない。そこで、再現する色の領域によっては最も適切な
マトリクス係数で変換して表示することが好ましい。表
示４色信号ＹＲ，ＣＢ，ＬＧ，ＬＭに対して次式（３）
のように変換して表示する。

【００３８】

【数３】

【００３９】なお、各種マトリクス係数を振って実験を
行った結果、ａ１＝１，ａ２＝０，ａ３＝０，ｂ１＝−
１，ｂ２＝１，ｂ３＝１，ｃ１＝０，ｃ２＝１、ｃ３＝
０，ｄ１＝０，ｄ２＝０，ｄ３＝１が好ましい結果が得
られた。このとき、図４でグラフィックコントローラ４
０３からマトリクス回路４０５に係数を送り、最適な色
変換を行って表示する。

【００４０】なお、この色変換にマトリクス回路ではな
く、３次元のテーブル変換もしくはテーブル変換と補間
回路を使用して色変換を行っても良い。すなわち、ＲＧ
Ｂ入力信号に対して、表示４色信号ＹＲ，ＣＢ，ＬＧ，
ＬＭに対応するテーブルを用意する。この場合には高精
度に変換を行うには回路規模が大きくなってしまうが、
マトリクス回路による変換と異なり、表示４色信号で表
す全ての色空間領域の再現が可能となる。また、自由な
変換が可能となるためより自然な変換も可能となる。３
次元のテーブルの作成方法は、まず、表示４色信号Ｙ
Ｒ，ＣＢ，ＬＧ，ＬＭの全ての組合せに対して、上式
（３）を用いて色度ＸＹＺを計算する。次に入力信号で
あるＲＧＢの表す色度であるＸＹＺを計算し（ＲＧＢ信
号が標準ＴＶ信号であるＮＴＳＣ信号で規定されている
場合にはＴＶハンドブックに値が示されている。）、こ
の色度ＸＹＺと、先に求めた４色液晶表示で可能な色の
色度ＸＹＺとで、最も近い値のもの同志を互いに対応さ
せて、テーブルを作成する。

【００４１】なお、上式（３）を用いて色度ＸＹＺを計
算する代わりに、実際の液晶ディスプレイで表示４色信
号ＹＲ，ＣＢ，ＬＧ，ＬＭの全ての組合せに対して、色
度ＸＹＺを実測して同様にテーブルを作成しても良い。
このように実際に測定してテーブルを作成した方が計算
で考慮されなかった誤差なども考慮されるため、より忠
実な色表示が可能となる。ただし、実際に正確で安定な
測定が困難な場合があるため、表示４色信号ＹＲ，Ｃ
Ｂ，ＬＧ，ＬＭの全ての組合せに対して測定するのでは
なく、特定色で正確に求め、他は補間処理等で間の色を
求めてテーブルを作成することも可能である。このよう
にすることで、マトリクス変換より液晶表示の色表示域
の全てを有効に用いて表示可能となる。

【００４２】さて、次に高精細表示について説明する。
図１０（Ａ）は通常の表示モードを示したものである。
すなわち、画像データ９０１が入力として与えられたと
き表示は表示画像を９０２のように表示される。しか
し、図１０（Ｂ）の高精細画像データ９０３が入力され
たとき高精細モードでは表示画像９０４のように表示さ
れる。このように表示することにより約２倍の高精細表
示が可能となる。

【００４３】すなわち、縦横それぞれ２倍の解像度の画
像データに対して、それぞれ１色素子ずつ処理され、表
示される。具体的には、最初の画素に対応するＲＧＢ３
色信号から得られた４色信号（ＹＲ、ＣＢ、ＬＧ、Ｌ
Ｍ）については、その中のＹＲ信号のみが左上の色素子
（ＹＲ）の輝度制御に使用され、次の画素のＲＧＢ３色
信号から得られた４色信号（ＹＲ、ＣＢ、ＬＧ、ＬＭ）
については、その中のＣＢ信号だけが左上の色素子（Ｙ
Ｒ）の右に位置する色素子（ＣＢ）の輝度制御が行われ
る。このような制御は、図４のタイミングコントローラ
４０６からのドライバ制御信号などを利用して行うこと
ができる。このようにして１色素子ずつ処理することに
より、輝度解像度を高めることができ、また平均的には
人間の視覚にとって十分な色再現を実現できる。

【００４４】ただし、この色の配置では水平の隣同士で
補色の関係にあるため、垂直方向に高精細な画像が入力
されてもエッジ部での色の変化はほとんどない。しか
し、水平方向に高精細な画像や、表示画像９０４のよう
に斜めエッジ部の表示では一部の色表示が欠けエッジ部
に色滲みが生じることがある。ただし、図９（Ａ）の通
常モードより高精細表示が可能となる。

【００４５】さて、このようにエッジ部を高精細に表現
する場合にはエッジの方向によっては多少エッジ部で色
が変化してしまう。そこで、この色の変化を少しでも軽
減するために隣接した画素間での色表示を考慮し、２×
２色素子で色度を計算し、２×２色素子内で再現出来な
い場合はその誤差を隣接画素に伝搬し、より高精細でな
おかつ、周辺画素を含めたエッジ部での色の変動を押さ
えることが、図１１の構成をとることで可能となる。

【００４６】図１１は図４のマトリクス回路４０５に相
当する。入力画像信号ＲＧＢ１００１が入力され、加算
器１００２を経て、マトリクス回路１００３で４色信号
ＹＲ，ＣＢ，ＬＧ，ＬＭに変換される。次に量子化器１
００４で各４色は液晶表示色素子の表現可能階調数に変
換されて出力される。なお、マトリクス回路１００３と
量子化器１００４を一つのテーブル１００５に置き換え
て構成しても良い。一方液晶表示色素子に出力された４
色信号は２×２色素子の色度計算を行うブロック１００
６に入力される。色度計算ブロック１００６はラインバ
ッファーを含む構成となっており、前ラインの情報を記
録しておき、現在処理されている色素子を含む２×２色
素子での色の値を計算する。

【００４７】計算方法は基本的には先に述べたＸＹＺの
求め方と同様であるが、ここでは入力がＲＧＢ信号であ
るので、ＲＧＢで計算した方が有利となる。ＲＧＢで計
算するには３刺激値ｘｙｚの代わりにｒｇｂ刺激値を使
用すれば良い。また、実際には４色での表現可能な組合
せで表示し、その表示した色をＲＧＢデータで測色し、
その値をテーブルで記録し、変換する方法が実用的であ
る。例えば、各色１６レベル表示可能な場合には、１６
ビット入力でＲＧＢ各色８ビット出力とすれば、１９６
ＫバイトでＲＧＢ各色８ビット対応可能となる。なお、
この方がマトリクス回路１００３で４色信号に変換する
よりも色の表示可能領域が広がる。さて、このようにし
て、２×２色素子の色度と入力ＲＧＢ信号との誤差がＲ
ＧＢ各色毎に差分回路１０７で計算される。この誤差は
誤差バッファー１００８に入力される。図１２は処理し
ている画素“Ｘ”の回りＡＢＣＤにその誤差を拡散する
様子を示している。この誤差を拡散する係数としては例
えば回路を簡略化する目的でＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝１／４と
し、各画素に均等に分散しても良い。この場合には掛け
算器は不要となり、単に上位から６ビットを選択し、加
算すれば良い。拡散係数乗算回路１００９はこのような
回路からなる。すなわち、拡散係数乗算回路１００９で
は、誤差値に所定の拡散係数が乗算されて、周辺画素に
拡散する誤差補正データが求められる。誤差補正データ
は加算器１００２で加算され、これによって入力画像デ
ータが補正される。

【００４８】このループによって単独の２×２色素子で
表現できない色でも周辺画素で色表示が可能となる。す
なわちこの処理で平均の色差が０となるようにループが
働くため、平均的な色表示は入力信号の色に一致する。

【００４９】なお、本実施例でのカラー表示装置の色表
示域を明らかに越えた色の再現を行う場合には大きな色
の誤差を小さくするように働くため、場合によっては全
体にバランスのずれたカラー画像表示がなされることが
ある。そこで、このような場合には、図１１には記載さ
れていないが、入力画像データ１００１と加算器１００
２の間に本実施例のカラー再現域に変換する再現域変換
テーブルを配置して、再現範囲の信号に変換し、平均的
な色表示を保証することで色表示バランスの偏りを軽減
することが可能となる。また、このようなカラーディス
プレイでの表示では色表示性よりは輝度表示の方が正確
に表示されることが要求される場合が多い。このような
ケースでは、制御表示色空間をＣＩＥＬ^* ａ^* ｂ^* 色
度空間等の輝度色差信号に変換した際に、例えば輝度の
誤差に重みを多くし、色差信号には重みを小さくするな
どのような処理を行うことで対応可能となる。

【００５０】すなわち図１１で入力画像データをＲＧＢ
信号からＣＩＥＬ^* ａ^* ｂ^* 信号に変換する。また、
２×２色素子の色度計算を行うブロック１００６の出力
もＣＩＥＬ^* ａ^* ｂ^* 信号に変更し、誤差拡散係数乗
算回路１００９での係数の選び方で、輝度優先の係数と
することにより、色表示性よりは輝度表示の方が正確に
表示されることとなる。このようにすることで多少色表
示域の外側にある色信号が入力されても輝度信号が飽和
することがなく、極端なバランスの偏りが少なくなる。

【００５１】本実施例では４色の色の配置は表示水平方
向に補色関係にあるように配置されている。一般に日本
語表示などでは垂直方向に解像度が要求される場合が多
い（英数字でもその傾向がある）。また、高精細の文字
としては色文字よりは白黒文字に高精細表示が多い。そ
こで、このように配置することで、垂直方向に無彩色表
示を１色素子毎に表示を行ってもエッジに色の滲みが少
なくなり無彩色表示が可能となる。

【００５２】また、本実施例では２×２の４色で表現し
ているため、３色信号よりも比較的色空間での色表示の
広がりやそのバランスをとることが容易になる。すなわ
ち３色では色空間の広がりを３点で規定するのに対し
て、４色では４点で規定するため、例えば図６（Ａ）の
ように比較的バランス良く色の広がりがあるが、例えば
後述する３色では図１８（Ａ）のように緑方向や紫方向
に細長い色表示域となり易い。そのため、一部の無彩色
近傍の再現域が狭くなることがある。一般に無彩色近傍
の色は視覚的には感度が高いため、無彩色近傍の再現域
が狭いと不自然さが目立つことがある。しかし、４点で
色空間を規定する場合にはこのような無彩色近傍の色表
示を比較的広げることが容易となるなどの特徴がある。
また、視覚特性上、比較的彩度方向に対して許容値が大
きいためある程度低彩度の画像出力でも許容される。こ
のように４色で表示を行うと色の再現範囲の設計の自由
度が増し、最適設計が容易となるなどの利点もある。ま
た、各色素子の通過もしくは反射帯域があまり狭バンド
とならないため、実際の色素等の選択も容易となる。ま
た、さきに述べたように１色素単位で明るさを制御する
ことで高精細表示が可能となる。このとき、多少エッジ
での色の誤差が生じるが、視覚的には高精細エッジでは
色の感度が低下するためほとんど気にならないなどの性
質もあるため実用的には十分な精度で高精細表示が可能
となる。

【００５３】（第２実施例）この実施例では反射型で使
用するモードと透過型で使用するモードの兼用型のカラ
ー液晶表示装置について説明する。基本的な液晶表示部
分は図３と同様であるが、この実施例ではバックライト
を有している。すなわち、図１３に示されているよう
に、光源１２０１と導光板１２０２によりバックライト
光学系が構成されており、外光が明るい時には通常の反
射型表示装置として使用し、外光がなくなってきたとき
に光源１２０１を点灯して透過型として使用する。な
お、光源１２０１としてはそれぞれのカラーフィルタ３
０１の中心波長近傍で強度が強くなる蛍光灯などが好ま
しい。例えば、前述した４分割での例では４波長タイプ
の蛍光灯が好ましい。また、反射板１２０３は反射モー
ドでは光が反射し、透過モードではバックライト光学系
の光を通過する機能を有する乳白色板などからなる。な
お、導光板１２０２に反射特性を持たせても良い。

【００５４】また、反射モードと透過モードでは色表示
が異なる。そこで、この色表示の違いを少なくするため
に、図４の駆動系でのマトリクス回路４０５に供給する
マトリクスの係数をそれぞれに適するようにモードに応
じて変更して供給することが望ましい。これにより、モ
ードに応じて異なる色変換を行うことができる。また、
図１３には記載されていないが、液晶パネル面での照度
（外光）をセンサで測定し、その照度に応じて光源１２
０１の光量を可変し、また、光源の光量に応じてマトリ
クス回路４０５の係数を可変することが好ましい。これ
により、光源の光量に応じて異なる色変換を行うことが
できる。なお、マトリクス係数の決め方に関しては標準
外光（例えばＤ６５など）を想定し、このときの特定色
を反射モードて表現し、例えば８色や２７色を表示し、
測色計で測定し、この値を目標値と決める。次に光源を
点灯し、各光量時の反射モード時と同一信号を与えて、
特定色を表示し、測色計で測定し、この測定した値が、
先に決めた目標値になるようにマトリクスの係数を例え
ば最小自乗誤差法などで決定する。このときのマトリク
スの係数を記憶しておき制御を行えば良い。

【００５５】なお、この実施例では反射と透過の兼用タ
イプについて説明したが、透過専用として使用しても良
い。この場合には液晶としてはＴＮモードの液晶を用い
た方がコントラストのよいカラー画像が得られる。ただ
し、この場合には偏光板を用いることとなるので明るさ
が減少する。しかし、通常のＲＧＢフィルタからなる液
晶ディスプレイに比較して約１．５倍の明るさが得られ
る。逆に言えばバックライトに必要とされる光量が約
０．６７倍で済むこととなり、省電力化がなされる。

【００５６】（第３実施例）この実施例は３分割タイプ
の液晶表示装置について説明する。１画素を分割する方
式では分割数に応じて光の利用効率が低下するが、各分
割される色成分の透過する光の帯域幅を広げると明るさ
が向上する。しかし、単純に例えばＹ、Ｍ、Ｃなどのよ
うにＲ、Ｇ、Ｂの通過帯域幅の２倍に広げた場合には彩
度が低下してしまう。図１４は分割数が３のとき、各色
フィルタの通過帯域幅が可視領域の半分になるようにし
た場合の透過もしくは反射の分光特性の例である。すな
わち、緑色系色フィルタ１３０１は４７０ｎｍから６２
０ｎｍが透過、青色系色フィルタ１３０２は４００ｎｍ
から５２０ｎｍと６７０ｎｍから７００ｎｍが透過、赤
色系色フィルタ１３０３は４００ｎｍから４３０ｎｍと
５８０ｎｍから７００ｎｍが透過である。

【００５７】なお、色フィルタの代わりに液晶自身に色
フィルタを兼ねた特性を持たせても良い。これは、第１
実施例の４分割タイプのものも同様である。色フィルタ
を使用せずに液晶自身を色表示性を持たせる手法として
は、従来の技術の欄で説明した、例えば複屈折効果を利
用するもの等を利用することができる。

【００５８】図１５は各色フィルタの配置である。図１
６はこの色フィルタを用いたときの色表示域をＣＩＥ
Ｌ^* ａ^* ｂ^* 色度座標に表示したものである。図１６
（Ａ）はａ^* ｂ^* 座標から見た液晶表示の最大色差再現
域を示しており、図１６（Ｂ）はＬ^* ａ^* 座標から見た
液晶表示の最大明度再現域を示している。この場合にも
先の実施例で説明したように、明るさが向上し、しかも
彩度の低下の少ない表示が可能となる。すなわち、明る
さと鮮やかさの積と通過帯域幅域の関係は図８と同様の
傾向を示す。なお、本実施例での色フィルタでは白がわ
ずかではあるが、黄色よりになっている。

【００５９】図１７は白バランスを改善した色フィルタ
の分光特性である。すなわち、緑色系色フィルタ１６０
１は４９０ｎｍから５７０ｎｍが透過、青色系色フィル
タ１６０２は４００ｎｍから５１０ｎｍと６３０ｎｍか
ら７００ｎｍが透過、赤色系色フィルタ１６０３は４０
０ｎｍから４３０ｎｍと５８０ｎｍから７００ｎｍが透
過である。図１８はこの色フィルタを用いたときの色表
示域をＣＩＥＬ^* ａ^* ｂ^* 色度座標に表示したもので
ある。図１８（Ａ）はａ^* ｂ^* 座標から見た液晶表示の
最大色差再現域を示しており、図１８（Ｂ）はＬ^* ａ^*
座標から見た液晶表示の最大明度再現域を示している。

【００６０】いずれも、このように各色フィルタの通過
バンド幅が可視領域の約１／２前後、つまり可視領域の
帯域幅の０．４３〜０．５７倍の範囲になるようにした
場合には明るさが１．５倍向上し、鮮やかさの低下は比
較的気にならない範囲に収まり、カラー表示装置として
良好な特性を有する。

【００６１】（第４実施例）本実施例は、明るさを重視
した用途での例である。図１の実施例では各色素子の透
過もしくは反射帯域は、それぞれ可視領域を４分割し、
その分割した２つ分の通過帯域を有していた。この場合
には先に説明したように明るさも、色の鮮やかさもバラ
ンスのとれた良好な特性が得られることを説明したが、
用途によってはさらに明るさが要求される場合がある。
例えば、フィルタ１０１として黄赤色系のフィルタであ
り波長約５２０ｎｍから約７００ｎｍが透過、フィルタ
１０２としては緑青色系のフィルタであり波長約４００
ｎｍから約５８０ｎｍが透過、フィルタ１０３としては
緑色系であり波長約４６０ｎｍから６５０ｎｍが透過、
フィルタ１０４としてはマゼンタ色系で波長約４００ｎ
ｍ−４９０ｎｍと約６１０ｎｍ−７００ｎｍが透過のも
のを使用すると、第１の実施例に比較して約２５％明る
さが増す。さらに通過帯域を広げ、可視領域の４分割の
うち３バンド分を通過帯域とすると、第１の実施例に比
較して約５０％明るさが増す。もちろん表示可能な色の
鮮やかさは低下するが、より明るく鮮明に表示を行う目
的には適している。なお、このような手法は４分割のカ
ラー表示系だけでなく、第３の実施例で見られた３分割
タイプのカラー表示に対しても適用可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、分割された各色素子の透過もしくは反射の帯域幅を
それぞれ可視領域の１／２前後にすることで、各色素子
での利用可能な光量を約３／２に向上させることができ
る。また、同時に４色制御により視覚上重要な低彩度の
色の再現範囲を十分確保し、無彩色近傍での色表示のバ
ランスの確保が容易になる。また、視覚上あまり気にな
らない高彩度の色における影響は比較的少ない。このよ
うにすることで反射型表示装置を構成することが可能と
なり、携帯機器などのように色表示の精度よりも省電力
化の要求の高い装置に適したカラー表示装置を構成する
ことが可能となる。

【００６３】また、各色素子での輝度制御を１色素子毎
に制御することで１画素を構成する色素子の分解能、す
なわち画素の約２倍の高精度な表示が可能となると同時
に、このような表示でのエッジでの色滲みを抑えること
が可能となる。

【００６４】また、表現される色表示範囲により異なる
係数のマトリクス変換もしくはテーブルにより色変換を
行うことや、さらに透過および反射光を利用して表示
し、外光などに応じて異なる色変換を行うことで最適な
色表示を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における色表示部での分
光特性を説明する図。

【図２】本発明の第１の実施例における色表示部の色フ
ィルタの配置を示す図。

【図３】本発明の第１の実施例における表示部での断面
の構造を示す図。

【図４】本発明の第１の実施例における液晶パネルを駆
動する回路を示すブロック図。

【図５】本発明の第１の実施例における液晶パネルでの
発色のモデルを説明する図。

【図６】本発明の第１の実施例における液晶パネルでの
色表示域を示す図。

【図７】本発明の第１の実施例における光通過帯域に対
する色表示域の変化を示す図。

【図８】本発明の第１の実施例における光通過帯域に対
する明るさと鮮やかさの積の変化を示す図。

【図９】本発明の第１の実施例における光通過帯域に対
して行った主観評価の結果を示す図。

【図１０】本発明の第１の実施例での通常解像度表示と
高精細表示の場合を説明する図。

【図１１】本発明の第１の実施例での高精細表示で使用
される処理ブロックを説明する図。

【図１２】図１０での重み係数の配置を説明する図。

【図１３】本発明の第２の実施例である反射／透過兼用
モードの表示部の構成を示す図。

【図１４】本発明の第３の実施例における色表示部での
分光特性を説明する図。

【図１５】本発明の第３の実施例における色表示部の色
フィルタの配置を示す図。

【図１６】本発明の第３の実施例における液晶パネルで
の色表示域を示す図。

【図１７】本発明の第３の実施例における色表示部での
分光特性を説明する図。

【図１８】本発明の第３の実施例における液晶パネルで
の色表示域を示す図。

【符号の説明】

１０１…赤色系色フィルタ、１０２…青色系色フィル
タ、１０３…緑色系色フィルタ、１０４…マゼンタ系色
フィルタ、３０４…反射板電極、３０５…液晶層、３０
６…ＴＦＴ素子、４０３…グラフィックコントローラ、
４０５…マトリクス回路、４０６…タイミングコントロ
ーラ、４０９…液晶パネル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１画素が３以上の色素子から構成される
カラー画像表示装置において、前記各色素子はそれぞれ異なる分光分布を有し、個々の
色素子の分光分布における通過もしくは反射の帯域幅が
それぞれ可視領域の帯域幅の０．４３〜０．５７倍の範
囲内の値を有することを特徴とするカラー画像表示装
置。
【請求項２】１画素が４個の色素子から構成されるカ
ラー画像表示装置において、前記各色素子はそれぞれ異なる分光分布を有し、個々の
色素子の分光分布における通過もしくは反射の帯域が互
いに一部重なり、且つそれら色素子が同程度の帯域幅を
有することを特徴とするカラー画像表示装置。
【請求項３】１画素が第１乃至第４の４個の色素子か
ら構成されるカラー画像表示装置において、前記第１乃至第４の色素子の分光特性における通過もし
くは反射の帯域は、それぞれ波長約４００ｎｍから約５
５０ｎｍ、波長約５５０ｎｍから約７００ｎｍ、波長約
４８０ｎｍから６３０ｎｍ、波長約４００ｎｍから４８
０ｎｍと約６３０ｎｍから７００ｎｍであることを特徴
とするカラー画像表示装置。
【請求項４】１画素が４個の色素子から構成されるカ
ラー画像表示装置において、前記４色素子は縦横２色素子ずつ互いに隣接して配置さ
れており、カラー３原色表示画像データを前記４色素子に対応する
４色信号に変換して、前記４色素子を色素子毎に輝度制
御する手段を具備することを特徴とするカラー画像表示
装置。
【請求項５】１画素が４個の色素子から構成され、透
過光を利用して表示する透過モード型、反射光を利用し
て表示する反射モード型、またはそれら透過および反射
モードの切り替えが可能な併用型のカラー画像表示装置
であって、外光または表示モードに応じて異なる色変換を行うこと
により、カラー３原色表示画像データから前記４色素子
に対応する４色信号を生成する手段を具備することを特
徴とするカラー画像表示装置。
【請求項６】マトリクス状に配置された複数の液晶セ
ルと、縦横２個ずつ互いに隣接して配置された４個の液晶セル
から構成される各画素上に配置される色フィルタであっ
て、互いに異なる分光分布を有し、個々の色フィルタの
分光分布における通過もしくは反射の帯域幅がそれぞれ
可視領域の帯域幅の０．４３〜０．５７倍の範囲内の値
を有する４色の色フィルタと、カラー３原色表示画像データを前記４色の色フィルタに
対応する４色信号に変換して出力する手段とを具備する
ことを特徴とするカラー画像表示装置。