WO2006080237A1

WO2006080237A1 - 表示装置

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Publication number: WO2006080237A1
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Authority: WO
Inventors: Tomoo Furukawa
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Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2006-08-03
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Abstract

　３色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ出力する輝度圧縮部を設ける。各圧縮後色信号の最小輝度値と最大輝度値との比ｔを変数とする関数Ｆ（ｔ）に基づく輝度拡張率Ｓにより各圧縮後色信号を輝度拡張した各輝度拡張色信号から、前記最小輝度値に係数ｋを乗算した補正最小輝度値をそれぞれ引いて、３色の各輝度拡張変換色信号を出力する輝度拡張部を設ける。最小輝度値を白色信号として出力するＷ算出部を設ける。関数Ｆ（ｔ）は、４色の各絵素の各発光率に基づく定数を備える。係数ｋは、前記Ｗ(白)色信号の輝度が、前記３色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されている。

Description

明細書

表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、映像の色相を維持しながら輝度を調整してカラー映像の鮮明化できるカラー液晶表示装置などの表示装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来から、カラー液晶ディスプレイは、通常 1ドットに RGBの 3ピクセルを有するが、近年輝度向上のための方策として白（W)ピクセルを追加した、 1ドットに RGBWの 4 ピクセルを有するカラー液晶ディスプレイが提案されてレ、る。この RGBWカラー液晶ディスプレイは、輝度向上の点では有利であるが、その反面彩度の淡色化をまねきやすぐ Wピクセルの構造や出力階調の決定方法を慎重に検討する必要がある。

[0003] 例えば、日本国公開特許公報である特開 2004— 102292 (2004年 4月 2日公開：以下、特許文献 1)においては Wピクセル構造に関する記載があり、 Wピクセルを RG Bの各ピクセルよりも小さくすることが提案されている。これは Wピクセルの表示信号により発生する彩度の淡色化を抑えることが目的である。

[0004] さらに、特許文献 1においては、入力 RGBデータを RGBWデータに変換したあと、これを最適化データ R' G' B' W'に変換するという記述がある。特許文献 1には、 RG Bから RGBWへのデータ変換方法について、具体的な記述がなレ、が、それによつて得られた RGBWをさらにデータ変換することは、輝度向上と彩度保持を両立させることを目的としている。

[0005] し力、しながら、 Wピクセルサイズを RGBピクセルサイズよりも小さくすることは、それだけ輝度向上効果を損ねることになる。特許文献 1における実施例にて、算出されてレ、る輝度 50。/。アップという計算結果は RGBW画素すべてが同一サイズの場合であり、元の各色のピクセルサイズを 1とした場合、例えば R=G = B = 1. 05、 W=0. 85とした場合は約 42%の輝度アップにとどまる。また、 RGB入力信号を RGBW信号に変換してからさらに R' G' B' W'信号に変換する場合、駆動回路内部での演算処理がさらに増加することになり、回路の肥大化、コストアップにつながる。 [0006] RGB信号から RGBW信号を算出する手法として最も簡便な方法が日本国公開特許公報である特開平 5— 241551 (1993年 9月 21日公開：以下、特許文献 2)に記載されている。これは、入力された複数の色成分信号から白色信号を抽出する手段（ min検出部 1)と、抽出された白色信号と前記複数の色成分信号とを用いて、少なくとも白色を含む 4色の表示信号を出力する手段とを有することを特徴とする。また、抽出された白色信号を非線形処理し、前記複数の色成分信号と非線型変換された白色信号とに基づき表示信号を出力する手段とを有することを特徴とする。

[0007] この方法では、白信号 Wは RGB信号の最小値として抽出され、必要に応じて Wから W'への非線形変換が行われ、

OUT (R， G， B) =IN (R， G， B) -OUT (W)

011丁( ）= または '

として算出される。

[0008] この方法では Wが非線形処理されなければ RGB出力のいずれかは必ず 0となる。

特に白もしくはグレー表示のときは Rout = Gout = Bout = 0、 W=min (Rin, Gin, Bin )となって、輝度向上につながらないし、彩度の淡色化も顕著になる。 Wを非線形処理して W'とすれば、彩度の淡色化の問題については、多少、解決するが、入力信号を輝度拡張するわけではないので、輝度向上につながらないことに変わりはない。

[0009] RGB信号力 RGBW信号を算出する、より複雑な手法は例えば日本国公開特許公報である特開 2001— 119714 (2001年 4月 27日公開：以下、特許文献 3)に記載されている。特許文献 3では、所定の色信号を構成する基本色成分の輝度増加量を各基本色成分別に求めるステップと、基本色成分の輝度増加量から白色信号成分の輝度増加量を抽出するステップと、白色信号成分の輝度増加量を所定の色信号の白色信号成分として設定するステップと、を含む、白色信号成分を求める方法が提案されている。

[0010] 特許文献 3の具体的な手法については、図 7を参照した以下の説明になる。図 7においては、簡略化のため、 Rと Gの 2系統信号についてのみ考える。例えば、 Rが最小輝度信号 Lmin、 Gが最大輝度信号 Lmaxの場合、 Aの色に対しては〇Aの延長線にある最大輝度 A'まで拡張し、 Aの色と RG輝度比率が同じ C色に対しても、 S =〇 A' /OAの輝度拡張を行う。同様に Dの色に対しては S =〇B' /OBの拡張率を適用する。従って、輝度拡張率 Sと t ( = Lmin/Lmax)との関係は、図 8に示す通りになる。

[0011] し力、しながら、上記従来の特許文献 3に記載の発明は、表示画質が劣化するという問題点を有している。すなわち、上記従来では、原色がまったく輝度拡張されないので、原色と白色が互いに隣り合った場合、原色が彩度低下しているように見えて表示画質が劣化するという問題点、また、図 8に示すように、 t = 0. 5で輝度拡張率 Sが飽和し、かつ輝度拡張率 Sの曲線が折れ曲がってしまうので、映像が不自然に見えるパターンが存在して表示画質が劣化するという問題点を生じる。

発明の開示

[0012] 本発明の目的は、映像の色相を維持しながら輝度を調整してカラー映像の鮮明化でき、また表示画質を向上できる表示装置を実現することにある。

[0013] 本発明に係る表示装置は、上記目的を達成するために、マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であって、前記各画素は、 R (赤）絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備え、入力される赤、緑、青の 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ生成して出力する輝度圧縮部と、前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤l)を変数とする関数 F (t)に基づく、輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ弓 I V、て、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、前記最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号として出力する W (白)算出部とを具備し、前記係数 kは、前記 W (白)色信号の輝度が、前記 3 色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されている。

[0014] 本発明に係る他の表示装置は、前記目的を達成するために、マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であって、前記各画素は、 R( 赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備え、入力される赤、緑、青の 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ生成して出力する輝度圧縮部と、前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤l )を判定する判定部と、前記比 t を変数とする関数 F (t)に基づぐ輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ弓 I V、て、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、前記最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号として出力する W (白)算出部とを具備し、前記関数 F (t)は、 R (赤 )絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の各発光率に基づく定数を備え、前記係数 kは、前記 W (白)色信号の輝度が、前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されてレ、る。

[0015] 上記構成によれば、最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号とし、輝度拡張して各輝度拡張色信号から、最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を引いて、 3色の R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素のための各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力するので、 3色の色信号から、 4色となる W (白)色信号および各輝度拡張変換色信号を生成して出力しているので、 W (白)色信号を付加することによる輝度向上を図りながら、各輝度拡張変換色信号による発色の彩度の低下を抑制できて、表示画質を改善できる。

[0016] また、上記構成は、輝度拡張する前に、 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮するから、映像表示の前フレームに対応するシーンに応じてその圧縮率を変更することによって、映像シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。従つて、原色もある程度は輝度拡張する事ができる結果、原色と白が隣り合う場面でも、原色の彩度低下感を最小限にできるというメリットにより表示画質を向上できる。

[0017] その上、上記構成は、補正最小輝度値を最小輝度値からその乗算により得るための係数 kが、前記 W (白)色信号の輝度を前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されているので、特にグレー表示時の白抜けを防止でき、表示画質を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の表示装置としての液晶表示装置の要部ブロック図である。 [図 2]上記液晶表示装置の概略ブロック図である。

[図 3]上記液晶表示装置の各絵素の配置を示す平面図である。

[図 4]上記液晶表示装置の各絵素における他の配置を示す平面図である。

[図 5]上記液晶表示装置の各色信号における階調と輝度レベルとの関係を示すダラフである。

[図 6]上記液晶表示装置における、 3色から 4色への各変換工程を示すフローチヤ一トである。

[図 7]従来の 3色から 4色への変換工程を示すグラフである。

[図 8]従来の 3色から 4色への他の変換工程を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明の表示装置としての液晶表示装置に係る実施の一形態について図 1ないし図 8に基づいて説明すると以下の通りである。液晶表示装置における種々の表示方式のうち、高精細な表示を行える方式として、スイッチング素子に TFT (Thin Film Tra nsistor:薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリックス方式が知られている。図 2に示すように、上記アクティブマトリックス方式の液晶表示装置 110は、液晶表示部（表示部） 110aと、それを駆動する液晶駆動装置としての液晶駆動回路 (駆動信号出力部） 110bとを備えている。

[0020] 上記液晶表示部 110aは、 TFT方式の液晶パネル 101を有している。液晶パネル 1 01は、各画素（ドット）がマトリックス (格子）状に、本実施の形態では例えば 1024 X 76 8画素 (XGA)にて配列されたものであり、映像信号に基づき、水平走査線 (ライン）毎に順次または間欠的に順次垂直方向に表示することで映像を表示できるようになつている。上記 XGAの場合、水平走査線の数は計 768本となり、一水平走査線は 1 024画素となる。上記各画素の数としては、必要に応じて、 1280 X 1024画素（SXGA )、 1600 X 1200画素（UXGA)、 3200 X 2400画素（2.7p/J)などが用いられる。また、上記の画面比が 4 : 3以外の、ワイド画面である、例えばフル HD : 1920 X 1080、 WXGA ： 1366 X 768なども用いられる。

[0021] マトリクス状に配列された複数の各画素（ドット）は、図 3に示すように、 2絵素（ピクセノレ） X 2絵素の 4色配列にて、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備えている。 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素には、それぞれ対応する色のカラーフィルター（図示せず）が光透過性のガラス基板に取り付けられている。 W (白)絵素に対しては、フィルター無にて光透過性のガラス基板のみである。なお、 4色の各絵素の配列としては、図 4に示すように、 4色のストライプ配列や、図示しないがモザイク型の配列、およびデルタ型の配列を用いることもできる。

[0022] また、図 1に示す液晶パネル 101の背面側には、図示しないが、白色の光源としてのバックライトが取り付けられている。一方、上記液晶駆動回路 110bには、 IC (集積回路）からなるソースドライバ（駆動回路） 103およびゲートドライバ 104と、コントローラ (制御回路、駆動回路） 105と、液晶駆動電源 106とが搭載されている。コントローラ 105は、バックライトの輝度を制御して、上記輝度を、一フレーム毎、または複数の（ 5〜6)フレーム毎に、それらの映像信号に含まれる最大輝度となるように調整できるようになつている。

[0023] 上記構成において、外部から入力されたカラー表示のための映像信号は、上記コントローラ 105を介してデジタル信号である表示データ Dとしてソースドライバ 103に入力される。ソースドライバ 103は、入力された表示データ Dを、時分割して、第 1ソースドライバ〜第 nソースドライバに対しそれぞれラッチし、その後、コントローラ 105 力入力される上記水平同期信号に同期して D/A変換する。上記映像信号の各色の輝度成分は、階調データであり、一般には、 CRTの γ特性を補償するために γ補正されたものとなっている。ただし、そのような γ補正されていない映像信号にも、本発明は、 3色の色信号を 4色の色信号に変換するためのものであるから、適用可能である。

[0024] このように時分割された表示データ Dを D/A変換して、階調表示用のアナログ電圧 (以下、「階調表示電圧」と言う）であるアナログ表示データ信号が作成される。上記アナログ表示データ信号は、図示しないソース信号ラインを介して、液晶パネル 10 1内における対応する上記液晶表示素子 (各画素）にそれぞれ出力されている。

[0025] さらに、上記コントローラ 105から、各ソースドライバ 103へは、映像信号に含まれる、各色信号 R、 G、 Bや、制御信号として水平同期信号 (スタートパルス信号 SPゃラッチ信号 Lsに相当）、クロック信号 elkが、また、ゲートドライバ 104へは垂直同期信号や水平同期信号が出力されている。また、コントローラ 105は、 I/O回路、映像信号を格納するための表示 RAM、上記各種の制御信号のための生成回路や出力回路等も備えている。

[0026] そして、本発明に係る液晶表示装置およびそれを用いた 4色変換方法では、図 1および図 6に示すように、入力される赤、緑、青の各色信号 (階調データ）がそれぞれ入力されて (ステップ 1、以下、 S1)、前フレームでの映像信号の合計輝度の大小（つまり、設定値より大きいか、それ以下）により、上記各色信号の階調データの輝度を圧縮する輝度圧縮部 1が設けられている（S2)。また、輝度圧縮部 1での輝度圧縮のための参照テーブルである輝度圧縮用ルックアップテーブル（LUT) 2が設けられている。上記階調データの階調数としては、 2⁸階調つまり 256階調（0階調から 255階調）が挙げられるが、 2¹。階調すなわち 1024階調でもよい。輝度圧縮用 LUT2は、後述する各調整値 Cに対して輝度圧縮を行った変換データを予め格納しており、調整値 Cの値に応じて対応データを読み出し出力するものである。

[0027] このような輝度圧縮の例としては、 L，（R, G, B) =Lin (R, G, B) * C/1. 35力 S挙げられる。 *は積算を示し、 Lin (R， G， B)は、輝度圧縮前の各色信号の階調データを示し、 V (R, G, B)は、輝度圧縮後の各圧縮後色信号の階調データを示す。本実施の形態では、調整値 Cは、連続的に変化せず、ステップワイズに、例えば 0. 05ずつ変化するように設定されている。よって、輝度圧縮は 8種類の各段階を有することになる。上記各段階の数としては、必要に応じて 4段階としてもよいし、 16段階とすることも可能である。

[0028] また、このような輝度圧縮では、輝度圧縮による階調データの消失を回避するために、ビット拡張 (例えば 2⁸階調から 2⁹階調に拡張)して輝度圧縮しており、輝度圧縮後の出力はビット拡張された階調データとなる。

[0029] このように輝度圧縮された各圧縮後色信号 L' (RGB)において、一ドット中での、最小輝度値を min V (R, G， B)、最大輝度値を max L， (R， G, B)とすると、 min L， (R , G, B)と max L' (R， G, B)とを検出し、それらの比 t (0≤t≤ 1)、つまり t = min L' ( R, G， B) /max L' (R， G, B)を判定して出力するための判定部 3が設けられている (S3)。本実施の形態では、 min V (R, G, B) =max L' (R， G, B)のときも含む。上記判定部 3は、上記比を算出するものでもよい。また、そのような算出を後述の輝度拡張率 S算出部 4または輝度拡張部 6に含めて、上記判定部 3を省くことも可能である。

[0030] また、上記比 tの値を用いて、輝度拡張率 Sを算出するための輝度拡張率 S算出部 4が設けられている（S4)。さらに、輝度拡張率 Sの算出のための S値用 LUT5が設けられている。 S値用 LUT5は、輝度拡張率 Sに基づく輝度拡張の変換データを予め格納しておくものであり、輝度圧縮変換後の輝度圧縮された各圧縮後色信号 L' (RG B)の最大輝度値、最小輝度値の比 tに基づいて上記変換データを読み出し出力するためのものである。上記輝度圧縮用 LUT2および S値用 LUT5については、それらの仕様に合うものであれば、どのようなメモリでも使用可能である力例えば、デュアルポートランダムアクセスメモリ（Dpram)が挙げられる。

[0031] その算出式としては、 S = a * t² + b * t + Cmaxというように二次関数により表されるものが挙げられる。上記算出式中の Cmaxは、本実施の形態では、 1. 35に設定されている。その Cmaxが 1 · 35に設定されているのは、 t = 0のとき、すなわち、 R, G, B の何れかの単色の場合、輝度拡張率 Sは、前記演算式より、 S = Cmax= l . 35となるが、 Sが 1. 35を超えて単色と白色との輝度比が大きくなると、単色が喑くくすんで見えるという、実評価結果に基づいている。

[0032] すなわち、 3色の RGB構造から 4色の RGBW構造に変換することで、 RGB各絵素の最大輝度は 0. 75倍になる。従って、 RGB各絵素が元と同じ明るさを目指す場合、 RGB各絵素の輝度を 1. 33倍に設定すればよい。 Cは輝度拡張率 Sに相当し、従つて本来なら 1. 33が Cmaxでよいが、制御上の点から Cを 0. 05刻みで変化させることが好ましいので 1. 35を Cmaxとした。

[0033] 上記算出式の関数は、必要に応じて、種々代えることができるものである力本実施の形態においては、上記関数 F (t) F (t+ A t) > {F (t) +F (t + 2 A t) } 2 ? あるように設定されており、言い換えると、 0≤t≤lにおいて、正数であり、 tの増加にしたがって単調増加し、かつ、その増加率力 ¾の増加に伴って低下する、上に凸な関数であればよい。

[0034] 本実施の形態においては、上記関数 F (t)は、例えば、液晶パネル 101に用いた各色， G, B)のカラーフィルター（CF)の平均透過率（発光効率）を Tc、白（W)色の透過率 (発光効率）を Twに基づいて設定されることが望ましい。本実施の形態では、 F(t)=a*t² + b*t+1.35としたとき、最大輝度拡張率 m (m =(3Tc + Tw) / 3T c)により、 F(0)=1.35、 F(l) =m、 F(0.5)=0.9mとなるように上記 CFに基づいて上記 a、 bを決定することが好ましレ、。この好ましい場合では、 a = 2.7-1.6m、 b =2.6m— 4.05となる。

[0035] さらに、 L，（R， G, B)と、輝度拡張率 Sとを用レ、、演算により、 L'(R, G， B)を Lout( R, G， B)に輝度拡張して 3色 (R, G, B)の輝度拡張変換信号として出力するための輝度拡張部 6が設けられている（S5)。なお、前述の輝度拡張率 S算出部 4を輝度拡張部 6に含めて省くことができる。

[0036] その演算式としては、 Lout (R, G, B)=L' (R, G, B) *S_min (L' (R, G, B))

*kが挙げられる。 L' (R, G， B) *Sは、 3色のそれぞれの輝度拡張色信号である。 kは、用いた液晶パネル 101における、白色に対する各色（R, G, B)の透過率比を示す、液晶パネル 101に固有の定数であり、前述の Tc、 Twを用いて、 k=Tw/3T cで表されるものである。

[0037] また、前述の minL' (R, G, B)から、白色の出力である Lout (W)を W (白）色信号として算出して出力する W算出部 7が設けられている（S5)。本実施の形態では、 Lou t(W) =min L' (R, G, B)に設定されている。よって、本実施の形態では、上述した、輝度圧縮部 1、輝度拡張部 6および W算出部 7を設けたことにより、 W (白)色信号の輝度を、前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度と等しく（t = lのとき）または上記最小輝度未満（0≤t<lのとき）となるように設定することができる。また、 k =Tw/3Tcとすることで、係数 kは、比 tが 1のとき、前記各輝度拡張色信号における、輝度拡張率 Sによる拡張により増加した分を相殺するように設定することが可能となる。

[0038] このように輝度拡張した後の、 4色の各処理色信号を逆 _Ί補正（階調から輝度へ変換）して、前述の液晶パネル 101の _Ί特性に合わせて出力するための逆 _Ί補正部 8 が設けられている（S7)。逆 γ補正部 8は、表示される映像をより鮮明化するために、 Ί =2.4〜2.6となるように設定されていてもよい。逆 γ補正部 8における階調と輝度レベルとの関係については、例えば図 5に示す関係が挙げられる。

[0039] さらに、輝度拡張部 6での輝度拡張の結果、 1フレーム内での R、 G、 B各色別に最大階調である 255階調よりも大きくなるピクセル数をカウントし、各色のカウント数が所定数、例えば全ドット数の 2%を越えれば、カウントオーバーフラグを各色にそれぞれ立てる（ROV、 GOV, BOV)カウンタ 9が設けられている（S5)。また、カウンタ 9では、カウント数が 0の場合はカウント 0フラグを各色にそれぞれ立てる（R00、 GOO, B00)。上記所定数の下限値としては、全ドット数の 1 %、より好ましくは 1. 2%、さらに好ましくは 1. 5。/₀が挙げられ、上記所定数の上限値としては、全ドット数の 10。/o、より望ましくは 6%、さらに望ましくは 4%が挙げられる。

[0040] さらに、カウンタ 9においては、 R〇V、 GOV, B〇Vの何れか一つでもフラグが立てば

(1)、次フレームの C = C_0. 05と、前フレームに用いた調整値 Cを 0. 05減じる一方、 R00、 G00、 B00の全てのフラグが立てば（1)、次フレームの C = C + 0. 05と、前フレームに用いた調整値 Cに 0. 05を加え、それ以外は次フレームの調整値 Cを変化させないようになつている。よって、調整値 Cは、本実施の形態では、 8段階にて変化するものとなっている（S6)。

[0041] なお、本実施の形態では、輝度から階調への輝度一階調変換は、後段の逆 γ補正部 8にて行われている力輝度圧縮部 1で行うこともできる。し力しながら、輝度拡張率 S算出部 4での輝度拡張率 Sの計算を行うところでは S値用 LUT5の読み出しを行うため、その読み出しアドレスは階調データの方が都合よい。また、輝度圧縮部 1 で輝度一階調変換を行うと、輝度拡張率 S算出部 4での計算が煩雑になる。従って、輝度—階調変換機能は、後段の逆 γ補正部 8に含まれていることがより好ましい。

[0042] 本発明により得られる効果について以下に説明する。本発明では、輝度拡張曲線は 1本に固定であるが、輝度拡張前に一旦輝度を圧縮し、シーンに応じてその圧縮率を変更することによって、映像シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。従って、原色もある程度は輝度拡張することができる。この結果、原色と白とが互いに隣り合う場面でも、原色の彩度低下感を最小限にできるというメリットがある。

[0043] また、 RGB信号そのものを輝度拡張してから W成分を引くことにより、 W信号印加による彩度低下を最小限に抑えることができる。また、 t = lのとき（つまり、 RGBの各輝度が互いに等しい、グレー表示または白表示）、 Wの輝度を RGBの各輝度と等しくできるので、グレー表示時の白（光）抜けを防止できて、表示品位を高めることができる。

[0044] さらには、 RGBの輝度圧縮率が色別の輝度情報で決定されるので、シーンに応じた最適な輝度圧縮率が算出でき、その結果を輝度拡張することで、シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。

[0045] 本発明と特許文献 1との相違点を以下に記述する。特許文献 1においては、 Wピクセルのサイズを RGBよりも小さくして輝度向上と彩度維持を両立させようとしているが、本発明では、 RGB入力信号力 RGBW入力信号を計算する際に最適な輝度拡張率を算出して RGBW信号を算出しており、 Wピクセルサイズを小さくすることによる輝度アップの損失はない。

[0046] 本発明と特許文献 2との相違点を以下に示す。特許文献 2においては、入力信号力白成分を抽出し、それを入力信号力単純に引き算しているため輝度拡張ができない、彩度の淡色化が防げないという問題がある。白成分のみを非線形化する手法も記載している力入力 RGB信号そのものを輝度拡張しているわけではないので、ディスプレイの輝度アップは望めない。

[0047] 本発明では入力信号を一旦輝度圧縮し、そこから白成分を抽出して、圧縮した輝度信号を輝度拡張してから白成分を引くため、単色（つまり原色）においても輝度拡張が可能であり、かつ、彩度の淡色化も抑えられる。また、入力信号に対して単純に輝度圧縮と輝度拡張処理が行われ、非線形にデータを処理することは回避されている。

[0048] 本発明と特許文献 3との相違点を以下に説明する。特許文献 3においては、輝度拡張率は色別に算出されるが、本発明では、輝度拡張率は RGB同一である。また、特許文献 3では原色はまったく拡張できないが、本発明では原色もある程度輝度拡張することが可能である。

[0049] RGB信号から RGBW信号への各変換例を以下に示す。まず、（Rin, Gin, Bin) =

(255, 128, 64)の場合の各変換結果を示す。

[0050] 特許文献 3 ( γ =2.2で算出）では、 (Rout, Gout, Bout, Wout) = (255， 117, 16, 6 4)である。

[0051] 特許文献 2においては、 Wの非線形処理なしで（Rout, Gout, Bout, Wout) = (191 , 64, 0, 64)、実施例記載の非線形処理をして（Rout, Gout, Bout, Wout) = (247, 1 20, 56, 8)である。

[0052] 後述する他の変換手段（γ =2.2で算出）では、 C= lで（Rout, Gout, Bout, Wout ) = (255, 118, 16， 64)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (277, 130， 30, 64) 、 C= 1.35で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (292, 138, 42, 64)である。

[0053] 本発明（γ =2.2で算出）においては、 C= lで（Rout, Gout, Bout, Wout) = (255, 120, 36, 55)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (277, 131， 40, 60)、 C= 1.35 で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (292, 138， 42, 64)である。

[0054] 中間のグレー色を示す（Rin， Gin, Bin) = (128, 128, 128)の場合における各変換結果を以下に示す。

[0055] 特許文献 3 ( γ =2.2で算出）では、 (Rout, Gout, Bout, Wout) = (128, 128, 128, 128)である。

[0056] 特許文献 2におレ、ては、 Wの非線形処理なしで（Rout, Gout, Bout, Wout) = (0, 0, 0, 128)、実施例記載の非線形処理をして（Rout, Gout, Bout, Wout) = (83, 83, 83, 45)である。

[0057] 後述する他の変換手段（γ =2.2で算出）では、 C= lで（Rout, Gout, Bout, Wout ) = (105, 105, 105, 128)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (118, 118, 118, 128)、 C= 1.35で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (128, 128, 128, 128)である。

[0058] 本発明（γ =2.2で算出）においては、 C= lで（Rout, Gout, Bout, Wout) = (111, 111, 111, 111)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (121, 121， 121， 121)、 C = 1.35で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (128, 128, 128, 128)である。

[0059] 白色を示す、（Rin， Gin, Bin) = (255, 255, 255)の場合の変換した後の 4色の色信号結果を示す。

[0060] 特許文献 3 ( y =2.2で算出）では、 (Rout, Gout, Bout, Wout) = (255， 255， 255, 255)である。

[0061] 特許文献 2では、 Wの非線形処理なしで、（Rout, Gout, Bout, Wout) = (0， 0, 0, 255)、実施例記載の非線形処理をして、 (Rout, Gout, Bout, Wout) = (0, 0, 0, 255

)である。

[0062] 後述する他の変換手段（γ =2.2で算出）においては、 C= lで（Rout, Gout, Bout , Wout) = (209， 209， 209, 255)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (236, 236 , 236, 255)、 C = 1.35で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (255, 255， 255， 255)である。

[0063] 本発明（γ =2.2で算出）では、 C= lで（Rout, Gout, Bout, Wout) = (223， 223, 2 23, 223)、 C = 1.2で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (242, 242, 242, 242)、 C= 1.35 で（Rout, Gout, Bout, Wout) = (255, 255， 255, 255)である。

[0064] 本発明者らは、 RGB信号から RGBW信号への他の変換手段として、以下に示す色信号変換方法を考えた。まず、入力された、階調を示す各色信号を、輝度を示す各処理色信号 (L' )に変換し、次の式で出力輝度を計算する。

Lout (R, G， B) = L，（R, G, B) * S_min (L，（R， G, B) )，

Lout (W) =min (L，（R, G, B) )，

S = a氺 t² + b氺 t + C,

t = min (L，（R, G, B) ) /max (L， (R, G, B) )

この Loutを逆 γ変換して RGBW各色の階調を示す各色信号出力を求める。 Cは 1 力ら 1. 35までの定数であり、以下の条件で変化する。 1フレームの R、 G、 B各色が 2 55階調よりも大きくなるピクセル数をカウントし、カウント数が全ドット数の 2%を越えれば次フレームの C = C— 0. 05とし、カウント数が 0の場合は次フレームの C = C + 0. 05とし、それ以外の条件なら次フレームの Cを変化させない。

[0065] この方法では、輝度拡張曲線を複数備え、シーンに応じて輝度拡張曲線を変更することによって、映像シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。従って、原色もある程度は輝度拡張することができる。この結果、原色と白とが互いに隣り合う場面でも、原色の彩度低下感を最小限にできるというメリットがある。また、 RGB信号そのものを輝度拡張してから W成分を引くことにより、 W信号印加による彩度低下を最小限に抑えることができる。

[0066] し力、しながら、上記他の変換手段では、 C= l . 35以外の場合、前述したように、グレーまたは白出力時に R=G = B<Wとなり、 Wピクセルだけ高い階調が出力されること力ある。従って、特に中間調グレー表示で Wピクセルによる白（光）抜けのような表示になり、表示品位上、不都合を生じることがあった。

[0067] また、 Cの変化条件は、 255階調オーバーカウンターが色別処理されないので、必要以上に輝度拡張率が抑えられる場合が発生し得るので、映像表示を鮮明化できず、表示映像品質が低下するという不都合を生じることがあった。

[0068] 一方、本発明では、グレーまたは白出力時においても R=G = B=Wとなり、光抜けのような表示を防止でき、また、 Cの変化条件についても、色別に処理されるので必要以上に輝度拡張率が抑えられることも防止されるから、上記各不都合の発生を回避できる。

[0069] すなわち、上記他の変換手段では、輝度拡張曲線が 8本存在し、現フレームの輝度情報から次フレームが持つべき輝度拡張曲線を選択することを特徴としている。現フレームの輝度情報は RGBをすベて同一カウントアップで処理している。

[0070] これに対し、本発明は、輝度拡張曲線が 1本であることを特徴としており、他の変換手段に用いた、 8本の輝度拡張曲線の代えて、 8通りの輝度圧縮を行い、現フレームの輝度情報から次フレームが行う輝度圧縮の度合レ、を選択することを特徴としてレ、る

[0071] 本発明では、現フレーム輝度情報は RGB別に行い、フラグ処理を行うことを特徴とし、輝度拡張曲線は白およびグレー出力時に R=G = B=Wとなるようにしているので、上記他の変換手段で生じるグレー表示時の白抜けは回避され、また、現フレーム輝度情報を色別に処理しているので、必要以上に輝度拡張を抑えこんでしまう誤差の発生も防止される。

[0072] なお、上記実施の形態では、表示部として液晶パネルを用いた例を挙げた力上記の特に限定されるものではなぐ表示部としては、加法混色するカラー表示部であればよぐ液晶パネル以外に、発光型であるプラズマディスプレイ（PDP)やエレクト口ルミネッセンスディスプレイ（EL)といったフラットパネルディスプレイ、 CRT (Cathode Ray Tube)といった、いわゆるブラウン管を用いたカラー表示部が挙げられる。

[0073] このような PDP、 EL、 CRTにおいては、カラーフィルターを備えた液晶パネル 101 に用いた光の透過率 (Tc、 Tw)に代えて、各色の画素での発光効率を用いることができる。

[0074] 以上のように、本発明に係る表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であって、前記各画素は、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備え、入力される赤、緑、青の 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ生成して出力する輝度圧縮部と、前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤l)を変数とする関数 F (t)に基づぐ輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ引いて、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、前記最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号として出力する W (白)算出部とを具備し、前記係数 kは、前記 W (白)色信号の輝度が、前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されてレ、る。

[0075] 本発明に係る他の表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であって、前記各画素は、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備え、入力される赤、緑、青の 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ生成して出力する輝度圧縮部と、前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤l)を判定する判定部と、前記比 tを変数とする関数 F (t)に基づぐ輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ弓 I V、て、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、前記最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号として出力する W (白)算出部とを具備し、前記関数 F (t)は、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の各発光率に基づく定数を備え、前記係数 kは、前記 W (白)色信号の輝度が、前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されている。

[0076] 上記構成によれば、最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号とし、輝度拡張して各輝度拡張色信号から、最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を引いて、 3色の R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素のための各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力するので、 3色の色信号から、 4色となる W (白)色信号および各輝度拡張変換色信号を生成して出力しているので、 W (白)色信号を付加することによる輝度向上を図りながら、各輝度拡張変換色信号による発色の彩度の低下を抑制できて、表示画質を改善できる。

[0077] また、上記構成は、輝度拡張する前に、 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮するから、映像表示の前フレームに対応するシーンに応じてその圧縮率を変更することによって、映像シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。従つて、原色もある程度は輝度拡張する事ができる結果、原色と白が隣り合う場面でも、原色の彩度低下感を最小限にできるというメリットにより表示画質を向上できる。

[0078] その上、上記構成は、補正最小輝度値を最小輝度値からその乗算により得るための係数 kが、前記 W (白)色信号の輝度を前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されているので、特にグレー表示時の白抜けを防止でき、表示画質を高めることができる。

[0079] 上記表示装置においては、前記比 tが 1のとき、前記各輝度拡張色信号における、輝度拡張率 Sによる拡張により増加した分を相殺するように設定されていてもよい。上記構成によれば、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白）絵素での各輝度レベルを互いに合わせることができて、特にグレー表示時の白抜けを防止でき、表示画質を高めることができる。

[0080] 上記表示装置では、前記 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素は、それぞれ対応する色のカラーフィルターを備え、前記各発光率は、各色のカラーフィルターの平均透過率 (Tc)、および、 W (白)絵素の透過率 (Tw)であり、前記関数 F (t)は、平均透過率（ Tc)および透過率 (Tw)に基づく最大輝度拡張率 m ( (3Tc + Tw) /3Tc)により設定され、前記係数 kは、（Tw/3Tc)により設定されていてもよい。

[0081] 上記表示装置にぉレ、ては、前記関数 F (t)は、 F (t + Δ t) > {F (t) +F (t + 2 Δ t) } /2であるように設定されており、 F (l) =mであることが好ましい。上記 F (t)は、 F (t) < F (t+ A t) < F (t + 2 A t)の有するものであることがより好ましレ、。 [0082] 上記構成によれば、輝度拡張率 Sを示す関数 F (t)が、 F (t+ A t) > {F (t) +F (t + 2 A t) }/2であるように設定されているので、単調増加で、上に凸の関数に設定できて、従来の輝度拡張率 Sの曲線のように折れ曲がることを回避できて、上記曲線の折れ曲がりに起因する、映像が不自然に見えるパターンの発生を防止できて、表示画質を向上できる。

[0083] 上記表示装置では、前記輝度圧縮部での圧縮率は、 C/1. 35と表され、前記 Cは 1. 0から 1. 35までの間にて、前フレームでの映像信号の輝度により変動するように設定されていてもよい。

[0084] 上記表示装置においては、前記輝度拡張部は、予め設定された最大輝度レベルを備え、前記 3色の各輝度拡張変換色信号について、最大輝度レベルを超える絵素の信号があれば、その信号を最大輝度レベルに置き換えて出力するようになっており、さらに、 1フレーム内で置き換えた絵素数をカウントし、その絵素カウント数を元に次のフレームで適応される圧縮率を調整するカウンタを具備していることが望ましい。

[0085] 上記表示装置では、前記輝度拡張部は、前記 3色の各輝度拡張変換色信号につレ、て、最大輝度レベルを超えるか否かの判別を色別に実行するようになってレ、ることが好ましい。

[0086] 上記構成によれば、 RGBの輝度圧縮率が色別の輝度情報で決定されるので、シーンに応じた最適な輝度圧縮率が算出でき、その結果により輝度拡張することで、シーンに応じた最適な輝度拡張を行うことができる。

[0087] 上記表示装置においては、前記カウンタは、最大輝度レベルを超えた絵素数が所定値を越えた色が、 3色の各色内の何れかに生じたときに、 Cを減少させる一方、最大輝度レベルを超えた絵素数ゼロ力 3色共に生じたときに、 Cを増加させるようになつていてもよい。

産業上の利用の可能性

[0088] 本発明の表示装置は、カラー表示における色相変化を抑制しながら、輝度 UPによる映像表示の鮮明化が可能であるので、カラー液晶表示装置といった映像表示の分野に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であつて、

前記各画素は、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の 4色の絵素をそれぞれ備え、

入力される赤、緑、青の 3色の各色信号を前フレームの輝度に応じて輝度圧縮した各圧縮後色信号をそれぞれ生成して出力する輝度圧縮部と、

前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤ 1)を変数とする関数 F (t)に基づぐ輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ引いて、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、

前記最小輝度値を、 W (白)絵素のための W (白)色信号として出力する W (白)算出部とを具備し、

前記係数 kは、前記 W (白)色信号の輝度が、前記 3色の各輝度拡張変換色信号における最小輝度以下となるように設定されている表示装置。

[2] マトリクス状に配列された複数の画素により映像を表示するための表示装置であつて、

前記各圧縮後色信号における、最小輝度値と最大輝度値との比 t (0≤t≤ 1)を判定する判定部と、

前記比 tを変数とする関数 F (t)に基づぐ輝度拡張率 Sにより前記各圧縮後色信号を輝度拡張して各輝度拡張色信号をそれぞれ生成し、前記最小輝度値に対し係数 kを乗算した補正最小輝度値を前記各輝度拡張色信号からそれぞれ弓 [ V、て、 3色の各輝度拡張変換色信号をそれぞれ出力する輝度拡張部と、前記最小輝度値を、 w (白)絵素のための w (白)色信号として出力する w (白)算出部とを具備し、

[3] 前記係数 kは、前記比 tが 1のとき、前記各輝度拡張色信号における、輝度拡張率 Sによる拡張により増加した分を相殺するように設定されている請求項 1または 2記載の表示装置。

[4] 前記関数 F (t)は、 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素および W (白)絵素の各発光率に基づく定数を有し、

前記 R (赤)絵素、 G (緑)絵素、 B (青)絵素は、それぞれ対応する色のカラーフィルタ一を備え、

前記各発光率は、各色のカラーフィルターの平均透過率 (Tc)、および、 W (白)絵素の透過率（Tw)であり、

前記関数 F (t)は、平均透過率 (Tc)および透過率 (Tw)に基づく最大輝度拡張率 m ( (3Tc+Tw) /3Tc)により設定され、

前記係数 kは、 (Tw/3Tc)により設定されている請求項 1ないし 3の何れ力 1項に記載の表示装置。

[5] 前記関数 F (t)は、 F (t + Δ t) > {F (t) +F (t + 2 Δ t) } /2であるように設定されており、

F (l) =mである請求項 4記載の表示装置。

[6] 前記輝度圧縮部での圧縮率は、 C/1. 35と表され、前記 Cは 1. 0から 1. 35までの間にて、前フレームでの映像信号の輝度により変動するように設定されている請求項 1ないし 5の何れ力、 1項に記載の表示装置。

[7] 前記輝度拡張部は、予め設定された最大輝度レベルを備え、前記 3色の各輝度拡張変換色信号について、最大輝度レベルを超える絵素の信号があれば、その信号を最大輝度レベルに置き換えて出力するようになっており、

さらに、 1フレーム内で置き換えた絵素数をカウントし、その絵素カウント数を元に次のフレームで適応される圧縮率を調整するカウンタを具備している請求項 6記載の表示装置。

[8] 前記輝度拡張部は、前記 3色の各輝度拡張変換色信号について、最大輝度レべルを超えるか否かの判別を色別に実行するようになっている請求項 7記載の表示装置。

[9] 前記カウンタは、最大輝度レベルを超えた絵素数が所定値を越えた色が、 3色の各色内の何れかに生じたときに、 Cを減少させる一方、最大輝度レベルを超えた絵素数ゼロが、 3色共に生じたときに、 Cを増加させるようになつている請求項 8記載の表示装置。