JP6143873B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を画素として用いた画像表示装置に関するものである。

一般的な画像表示装置は、表示ユニットを縦横に多数配列して構成される表示部を有しており、各表示ユニットは、ＬＥＤなどの発光素子からなる画素が格子状に配列されて構成されている。画像表示装置において、解像度を上げるためには、画素配列のピッチを短縮して画素を高密度で配列する必要があり、高解像度の大型画像表示装置では、ＬＥＤ素子の単位面積当たりの使用個数が増えて、コストが高くなる傾向がみられる。

大型の画像表示装置では、フルカラーの画像を表示するために、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素に対し、少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各１個のＬＥＤ素子を含む画素を格子状に配列して表示部を構成する例がある。例えば２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、３画素に対し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各１個のＬＥＤ素子を割り当てるとともに、残りの一画素にＧあるいはＲを割り当てて用いられる。
ＬＥＤ素子は、３原色の配置や配列ピッチを任意に設計できることから、近年、用途に応じて様々な解像度や輝度を持つ画像表示装置が構成できるようになった。

また、最近では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤチップを、１つのＬＥＤランプ内に収納した３ｉｎ１ＬＥＤ素子（３ｉｎ１素子）を用い、この３ｉｎ１素子を格子状に配列する方式も使用されるようになってきた。
３ｉｎ１タイプのＬＥＤ素子を画素として配列すると、１画素が３原色を発光することから、単色Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを配列する方式に比べて、３色が混色しやすくなる。このため観視者が画面を見る場合に、各色が混色して見える距離は近くなるという特徴がある。

各種のＬＥＤを配列する方式は、３ｉｎ１タイプのＬＥＤ素子を含めて、次のような方式がある。
近年、近距離から観視される用途や高精細の表示が必要な用途などにおいては、ＲＧＢ３色のＬＥＤペレットが一つの画素を構成する３ｉｎ１素子を使用する事例が増えてきている（例えば、特許文献１参照）。
３ｉｎ１素子を用いると、特にハイビジョンなど、高精細なコンテンツを高画質で表示するような用途では、ＬＥＤ素子の配列が高密度化することから、コストが飛躍的に上昇し、消費電力も増大傾向にある。

コスト削減対策として、画質の低下を最小限に抑えつつ、ＬＥＤ素子の数を削減する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、３ｉｎ１ＬＥＤ素子を配列したディスプレイにおいて、一部の３ｉｎ１ＬＥＤ素子を安価な白色ＬＥＤ素子に置き換える方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
同じく白を利用する例としては、最近、ＲＢＧ３色よりなる液晶の代表的な画素配列を、ＲＧＢＷの４サブピクセル構成する方式が液晶ディスプレイの分野で提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００１−７５５０８号公報 特開２００９−２３００９６号公報 特開２０１２−１７３４６６号公報 特開２０１１−２４２６０５号公報

しかしながら、３ｉｎ１素子を配列したディスプレイにおいて、一部の３ｉｎ１素子を安価な白色ＬＥＤ素子に置き換える方式では、３原色に別の色（白）が加わることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの色の比率の変化に対応して画像の色相が変化するという課題がある。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、コストの上昇を抑えながら、高画質の表示が可能な画像表示装置を提供するものである。特に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を含む３ｉｎ１素子を格子状に配列したディスプレイにおいて、一部の画素を単色の発光素子に置換することによってコストを削減するとともに、単色素子の影響によって生じる色相の変化を軽減するものである。

この発明に係わる画像表示装置は、発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、上記色再現範囲補正手段は、上記第一の色再現範囲に基づいて入力される３原色の色データＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄから白成分Ｗｄ１を減算する減算処理にて色データＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１を算出し、上記色データＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１を上記第二の色再現範囲に応じた色データＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２に変換し、上記色データＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２と上記白成分Ｗｄ１に基づいて得られる値Ｗｄ２に基づいて、上記３ｉｎ１素子と上記白色発光素子の発光強度を調整することを特徴とするものである。
また、この発明に係わる画像表示装置は、発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、少なくとも１つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、上記基本格子の４画素の内、対角に位置する２画素に上記３ｉｎ１素子を割り当て、残りの２画素に上記白色発光素子を割り当てたことを特徴とするものである。
さらに、この発明に係わる画像表示装置は、発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、少なくとも１つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に単色の発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記単色の発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、上記基本格子の４画素の内、対角に位置する２画素に上記３in１素子を割り当て、残りの２画素に上記単色の発光素子を割り当てたことを特徴とするものである。
また、この発明に係わる画像表示装置は、発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に単色の発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記単色の発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、上記単色の発光素子は、黄色あるいは黄緑色のＬＥＤ素子であることを特徴とするものである。
さらに、この発明に係わる画像表示装置は、発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、上記白色発光素子の前面のみに灰色の色フィルターを備えたことを特徴とするものである。

この発明の画像表示装置は、一部の画素を白色または単色の発光素子に置換することによってコストを削減するとともに、白色または単色の発光素子の発光強度を調整することで、白色または単色の発光素子の影響によって生じる色相の変化を軽減することが可能となる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の説明に必要な画像表示装置の構成を示す図である。 この発明の説明に必要な画素配列の例を示す図である。 この発明の説明に必要な画素の配置に座標を付した図である。 図３の基本格子よりなる画像表示装置の画像の空間周波数特性を示す図である。 この発明の実施の形態１の画像表示装置の基本格子の画素配列を説明する図である。 図５の基本格子よりなる画像表示装置の画像の空間周波数特性を示す図である。 この発明の実施の形態１の画像表示装置の基本格子の別の画素配列を説明する図である。 図７の基本格子よりなる画像表示装置の画像の空間周波数特性を示す図である。 この発明の実施の形態１の画像表示装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における色再現範囲の説明図である。 この発明の実施の形態１における色再現範囲の変換を示す図である。 この発明の実施の形態１の説明に必要な色の説明図である。 この発明の実施の形態１の説明に必要な色の表現の課題を説明する図である。 この発明の実施の形態１の色変換部の構成図である。 この発明の実施の形態１の色変換の説明図である。 この発明の実施の形態２の色再現範囲の説明図である。 この発明の実施の形態３による単色ＬＥＤ素子の側断面図である。 この発明の実施の形態３の画素配置の例を示す図である。 この発明の実施の形態３の画素配置の例を示す図である。 この発明の実施の形態３の画素配置の例を示す図である。

実施の形態１．
まず、画像表示装置の基本的な構成について説明する。図１（ａ）は、この発明の説明に必要な画像表示装置の構成を示す図であり、画像表示装置１０は、例えばオーロラビジョン（登録商標）のような大型表示装置であって、表示ユニット５を縦横に多数配列して構成される表示部（スクリーン）４を有する。各表示ユニット５内の一部の画素群３を拡大したものを図１（ｂ）に示す。表示ユニット５は、ＬＥＤなどの発光素子からなる画素２を格子状に配列した構成であり、例えば２×２の４つの画素２によって一つの基本格子（正方格子）１が構成されている。そして、表示ユニット５を格子状に配列して表示部４が構成されている。なお、ここでは便宜的に、基本格子１を構成する画素２および隣接する画素２が互いに接触する場合を示しているが、通常これらは空間的に離れて配置されている。

次に、一般的な画像表示装置１０の画素配列について図２を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ１つの基本格子１の画素配列例を示している。例えば図２（ａ）、図２（ｂ）のようにＲ、Ｇ、Ｂの３原色に対応する３種類の単色の発光素子（単色ＬＥＤ素子２ｂ）を画素２に当て嵌めて規則的に配列する場合、２×２の基本格子（正方格子）１の４つの画素２の内、３つの画素２に対し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各１個の単色ＬＥＤ素子２ｂを割り当てるとともに、残りの１つの画素２にＧあるいはＲを割り当てた配列のものや、図２（ｃ）のように３ｉｎ１ＬＥＤ素子（以下、単に３ｉｎ１素子とする）２ａを全ての画素２に当て嵌めて格子状に配列したものがある。

図３は、本発明の動作説明のために、一般的な画素２の配置に座標を付与した図であり、図中の四角形がそれぞれ１つの画素２を示している。図４に、図３の画像信号の水平・垂直方向の解像度を二次元表記（横軸は水平解像度（Cycle/cm）、縦軸は垂直解像度（Cycle/cm）を表す）した画像の空間周波数解像度を示す。この図４に示すように、水平方向ｘ、垂直方向ｙの画素配列のピッチをそれぞれx0、y0とすると、画像信号の水平方向の標本化周波数が画素ピッチx0（垂直方向はy0）に対応するとき、復元可能な画像信号の最大周波数は1/2x0で表され、垂直方向においても同様に復元可能な画像信号の最大周波数は1/2y0で表される。図４において、表現可能な画像の空間周波数特性は、横軸上に中心から1/2x0、縦軸上に中心から1/2y0の点を含む直線で囲まれた四角形の領域で表される。

図５および図７は、本発明の画像表示装置１０の基本格子１の画素配列の例であり、図５は、２×２の基本格子１内に１つの３ｉｎ１素子２ａと３つの単色ＬＥＤ素子２ｂが配置された画素配列例を示している。また、図７は、基本格子１内に２つの３ｉｎ１素子２ａと２つの単色ＬＥＤ素子２ｂが交互に配置された画素配列例を示している。これらの画素配置例に示すように、本発明の実施の形態１の画像表示装置１０では、格子状に配列された画素２のうち、３ｉｎ１素子２ａの一部を安価な、白色のみを発光可能な白色の単色ＬＥＤ素子２ｂに置き換えている。このときの表現可能な画像の空間周波数特性は、図６に示すように、二重構造で表される。

図６において、画素２のうち３ｉｎ１素子２ａによる表現可能な画像の空間周波数特性は、横軸上に中心から1/4x0、縦軸上に中心から1/4y0の点を含む直線で囲まれた四角形領域で表される。一方、画素２のうち、白色の単色ＬＥＤ素子２ｂと３ｉｎ１素子２ａの双方を制御することで表現可能な画像の空間周波数特性は、図４と同様に、横軸上に中心から1/2x0、縦軸上に中心から1/2y0の点を含む直線で囲まれた四角形領域で表される。つまり、図５のような基本格子１に１つの３ｉｎ１素子２ａが含まれる画素配列における表示可能な画像の空間周波数特性は、図６の1/4x0及び1/4y0の点を含む四角形で表される３ｉｎ１素子２ａによる画素の配置に対応してフルカラーの表現が可能な内側の領域と1/2x0および1/2y0の点を含む四角形で表される３ｉｎ１素子２ａと白色の単色ＬＥＤ素子２ｂの双方を制御することによって表示が可能な外側の領域の二重構造で現される。この外側の領域は、フルカラーの表現には色情報が十分とは言えないが、少なくとも明暗の情報が表示される。

人間の視覚は、明暗の特性に比べて色変化に対する特性が鈍感なことから、高解像度領域をモノクロの発光素子である白色の単色ＬＥＤ素子２ｂが担い、低解像度の領域をカラー表示可能な３ｉｎ１素子２ａが担うことで、人間の視覚特性に合致した効率的な表現能力が得られる。

この場合、基本格子１の４つの表示画素のうち、一部の画素２にＲ、Ｇ、Ｂの３原色を含む３ｉｎ１素子２ａを割り当て、残りの画素に単色の発光素子２ｂ、例えば白色の単色ＬＥＤ素子２ｂを割り当てることから、画面を至近距離から観視すると、基本格子１の中に白色ＬＥＤランプと３ｉｎ１素子２ａが混在することで、画素構造に起因する格子状のノイズが目立つ可能性もあるが、離散的な画素構造が連続して見えるような適切な視距離から観視することで、このようなノイズは知覚されなくなる。

その結果、安価な白色の単色ＬＥＤ素子２ｂを高密度に配列することにより、高解像度の表示部４を構成できる。すなわち、表示の解像度は安価な白色の単色ＬＥＤ素子２ｂを用いることで確保し、フルカラー化に必要な色は３ｉｎ１素子２ａが担うことにより、低コストで高解像度のフルカラーによる画像表示装置１０を構成することが可能となる。

また、図７の画素配置例では、２×２の４画素からなる基本格子１において、対角に位置する２つの画素２にＲ、Ｇ、Ｂの３原色を含む３ｉｎ１素子２ａを割り当て、残りの２つの画素２に例えば白色の単色ＬＥＤ素子２ｂを割り当てた場合を示している。この図では、水平方向ｘ、垂直方向ｙの画素配列のピッチをそれぞれx0、y0としている。

図８は、図７の格子状画素配列における画像の解像度を表す空間周波数特性である。図８において、横軸を水平解像度（Cycle/cm）とし、縦軸を垂直解像度（Cycle/cm）とすると、画素２を白色の単色ＬＥＤ素子２ｂとした場合に表現可能な画像の空間周波数特性は、図６と同様に、横軸上に中心から1/2x0、縦軸上に中心から1/2y0の点を含む直線で囲まれた四角形領域で表される。一方、３ｉｎ１素子２ａによって表現可能な画像の空間周波数特性は、横軸上の中心から1/2x0、縦軸上の中心から1/2y0の点を頂点とする四角形領域で表される。

図８は、図６と比較すると、横軸の1/2x0及び縦軸の1/2y0で囲まれる３ｉｎ１素子２ａと白色の単色ＬＥＤ素子２ｂの双方を制御することによって表示が可能な領域は、図６と一致している。一方、３ｉｎ１素子２ａの配置に対応してフルカラーの表現が可能な、中央部の領域は、図６の特性に比べて３ｉｎ１素子２ａの素子数が２倍化したことに対応して、面積が２倍化している。また、３ｉｎ１素子２ａの画素の配置が互い違いの千鳥格子状であることに対応して、斜め方向の解像度に比べて水平・垂直の解像度を優先した形状になる。一般的な画像は、斜め成分よりも水平・垂直成分を多く含むことから、図８の空間周波数特性は、人間の視覚特性に加えて一般的な画像の特性にも合致している。すなわち、図７の画素配列は、図２（ｃ）ように全ての画素２に３ｉｎ１素子２ａを当て嵌める方式に比べて、３ｉｎ１素子２ａの一部を安価な単色ＬＥＤ素子２ｂで置換することによって、画質の低下を抑えつつ、大幅なコスト削減が可能となることが分かる。

図５や図７のように、３ｉｎ１素子２ａを用いつつ、基本格子１の一部を単色画素に置き換える配列とすると、３ｉｎ１素子２ａを使用してフルカラーの表示を実現すると同時に、コストを削減できるという効果に加えて、画素構造に起因する格子状のノイズについても、適切な視距離から観視するという条件で軽減できる。一方で、色相は３ｉｎ１素子２ａの３原色をベースに色バランスが調整されているため、３原色に別の色が加わることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの色の比率の変化に対応して画像の色相が変化してしまう。

そこで、上記の点に鑑み、この発明の実施の形態１では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を含む３ｉｎ１素子２ａを格子状に配列した表示部４（スクリーンまたはディスプレイでも良い）において、一部の画素２を単色の発光素子に置換することによってコストを削減するとともに、単色の発光素子の影響によって生じる色相の変化を軽減することが可能な画像表示装置１０について説明する。

図９は、画像表示装置１０の構成を示す図であり、本発明におけるＲ、Ｇ、Ｂの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、白色の発光素子の発光強度（または輝度）を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段（色変換部４０）を持つ画像表示装置１０を示す。
図９に示すように、画像信号はＲＧＢデコーダ３１に入力される。ＲＧＢデコーダ３１は入力された画像信号をデコードし、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に分離してＲ、Ｇ、Ｂの各信号を出力する。ＲＧＢデコーダ３１から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂ信号はＡ/Ｄ変換器３２に入力され、アナログ・デジタル変換されてデジタルのＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄ信号として出力される。Ａ/Ｄ変換器３２から出力されるＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄ信号は、画像メモリ３３に入力される。また、画像メモリ３３には、文字やコンピュータグラフィックスなどのコンピュータインターフェースから信号およびタイミング発生部（標本化制御）３４からの第１のタイミング信号も入力される。最近のデジタルＴＶでは、ＲＧＢデコーダ３１やＡ/Ｄ変換器３２ではなく、パケット化された信号から映像を抽出する多重分離部や符号化された画像を復号するMPEGデコード部を介して、画像情報が画像メモリ３３へ格納されるが、画像メモリ３３以降の処理は共通である。画像メモリ３３はタイミング信号に応じてＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄ信号を色変換部（色再現範囲補正手段）４０に出力する。色変換部４０は入力されたこれらの信号を所定の色変換関数等を用いて演算し、色変換処理後のＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２信号を第２のタイミング信号とともに出力する。出力されたこれらの信号は、画像データバスおよびバッファメモリ（ＢＭ１〜ＢＭｍ）５０を介して表示部４の各表示ユニット（ユニット１１〜ユニットｍｎ）５に入力され、各画素２を構成する３ｉｎ１素子２ａまたは白色の単色ＬＥＤ素子２ｂの発光強度を調整する。

ここで、色変換部４０に相当する色再現範囲補正手段は、ＬＥＤのＲ、Ｇ、Ｂの単色の色純度が３ｉｎ１素子２ａよりも高く、色再現範囲がハイビジョンなどの高画質画像信号の規格（ＨＤＴＶ）に比べて広いことを利用して、広い色再現範囲を実用的な色再現範囲に変換するものである。本発明は、３ｉｎ１素子２ａの一部を安価な単色のＬＥＤ素子に置換するとともに、このとき安価な単色のＬＥＤ素子２ｂを使用することによって、３ｉｎ１素子だけを使用したときの３原色の構成比率が変化することに起因する単色表示における輝度の低下や色相の変化を補い、安価で高画質の表示装置を実現することができる。

図１０は、本実施の形態１による画像表示装置１０の色再現範囲の説明図であり、ＬＥＤにおける３原色の代表的な色度（太破線、黒丸。）と、ハイビジョンの規格（ＨＤＴＶ）における色度（一点鎖線、黒菱形。）を対比して示す色度図である。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色度点（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１（黒丸））を結ぶ太破線に囲まれた三角形の領域が、ＬＥＤの色の再現範囲（第一の色再現範囲）に対応する。Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、色変換後の各色の色度点で、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の各色度点に囲まれた三角形（三角形の形状は、後述の図１１に示す。）の領域が、本発明における第二の色再現範囲に対応する。
ここで、図１１は、色再現範囲の変換を示す図であり、色再現範囲の変換によって得られる第二の色再現範囲を、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を頂点とする二点鎖線に囲まれた三角形の範囲として示している。
図１１に示すように、色変換部４０における制御では、Ｒの単色に注目すると、Ｗを点灯させることによって、Ｒ１をＲ２に変換し、同様に、Ｒ１−Ｇ１の線上に位置する色（Ｒ１、Ｃ１１、Ｃ２１、・・・Ｃ５１、Ｇ１）はＲ２−Ｇ２の線上に位置する色（Ｒ２、Ｃ１２、Ｃ２２、・・・Ｃ５２、Ｇ２）に変換するという制御を行う。さらに具体的に言えば、色変換部４０は、例えばＣ１１−Ｗ１の線上に位置する色をＣ１２−Ｗ１に位置する色に変換するという制御を行う。

図１２は色の説明図であり、色度図を立体表示したものである。３原色は、３次元の色空間のベクトルＲ、Ｇ、Ｂで表され、平面x + y +z = 1のｘ、ｙ成分が図１０の色度図に対応する。Ｒ、Ｇ、Ｂのベクトルと平面x + y +z = 1とのそれぞれの交点Ｒ1、Ｇ1、Ｂ1のｘ、ｙ成分がそれぞれ３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の色度座標に対応する。図５、７のように３ｉｎ１素子２ａに加えて、例えば白色（Ｗ）の単色ＬＥＤ素子２ｂを含むディスプレイでは、Ｒ、Ｇ、Ｂのベクトルに加えて、Ｗのベクトルが追加され、３原色の合成色に白色ＬＥＤ素子の白が加わることで全体の輝度が高くなる。
３ｉｎ１素子２ａを配列したディスプレイでは、画素２ごとにＲＧＢの輝度比の調整が可能であるが、一般に３原色のＲ、Ｇ、Ｂが全発光したとき、合成色が白になるようにＲ、Ｇ、Ｂの輝度比が調整される。このときＲ、Ｇ、Ｂのベクトルの合成ベクトルＷは白の色度点Ｗ１を通過する。

ここで、図１３を用いて、色の表現について説明する。図１３（ａ）で示す図２（ｃ）の画素配列のもの（３ｉｎ１素子２ａのみで格子配列を構成）と同じ画素配列において、単色表示の例としてＧのみを表示した場合を図１３（ｃ）に示す。同様に、図１３（ｂ）で示す図７の画素配列のもの（２×２の基本格子１の対角に白色の単色ＬＥＤ２ｂを割り当てた構成）と同じ画素配列において、Ｇのみを単色で表示した場合を図１３（ｄ）に示す。図１３（ｃ）、（ｄ）において、符号２ａａは、Ｇのみを点灯させた３ｉｎ１素子２ａａを示す。３ｉｎ１素子２ａａでは、ＲおよびＢは点灯していない状態である。Ｇは３ｉｎ１素子２ａに含まれるが、白（Ｗ）の単色ＬＥＤ素子２ｂには含まれない。このため、Ｇの単色表示をする場合は、全画素でＧが点灯する図１３（ｃ）のものに比べ、半数が点灯しないＷ画素である図１３（ｄ）のものは、点灯するＧの素子数が半減する。このことはＧの単色表示の輝度低下とともに解像度も低下することを意味する。

ここで、図１２の色の説明図を見ると、単色のＧと白（Ｗ）の合成ベクトルは、Ｇ１とＷ１を結ぶ直線上を通過する。この通過点は、白（Ｗ）の輝度が高くなるにつれて、Ｗ１側にシフトするが、Ｗの輝度を調整することによって、Ｇを所望の適切な色度値Ｇ２に調整できる。図１１の色度図において、Ｇ２は、Ｇ１に比べて色純度が低下するものの、色再現範囲（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の色度点で囲まれる二点鎖線の三角形）の面積は、ＨＤＴＶの一点鎖線の三角形の面積と同等となり、ハイビジョンの規格と遜色のない範囲を確保するように調整できる。この結果、Ｇ１を得るための輝度値に対し、Ｇ１をＧ２にシフトさせるための白の輝度が加算され、Ｇの単色表示の輝度が改善される。
さらに図１３（ｂ）において、３ｉｎ１素子２ａに含まれる単色のＧに加えて、白（Ｗ）の単色ＬＥＤ素子２ｂが点灯することから、解像度も高くなり、３ｉｎ１素子２ａの一部を安価な白（Ｗ）に置換するときの課題である単色表示の輝度低下や解像度の低下が改善され、画像の輪郭や細線部などの表現力も向上する。

同様に単色のＢと白（Ｗ）の合成ベクトルはＢ１とＷ１を結ぶ直線上に位置することから、白（Ｗ）の輝度を調整することによって、Ｂを所望の適切な色度値Ｂ２に調整することができる。さらに単色のＲについても白（Ｗ）の輝度を調整することによって、所望の適切な色度値Ｒ２に調整することができる。何れもＲ、Ｇ、Ｂの単色の色度点Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１をＷの輝度を調整することによってＲ２、Ｇ２、Ｂ２を得るもので、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色の表示において、３ｉｎ１素子２ａに含まれる３原色の輝度にＷの輝度が加算されることによって輝度が向上するとともに解像度も高くなる。

図１４に示すように、色変換部４０は、第１の色変換部４１および第２の色変換部４２で構成することもできる。図１５は、図９における色変換部４０の説明例である。色変換部４０に入力されるデータは、図１５（ａ）に示すＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄであり、白成分（Ｗ）は含まれていない。このデータをもとに、第１の色変換部４１は、３原色の色データＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄから白（Ｗ）の成分Ｗｄ１を抽出する。オリジナルの３原色データＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄから白成分Ｗ１を抽出した結果が、図１５（ｂ）に示すＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１である。ここでＲｄ、Ｇｄ、ＢｄからＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１への変換は、白成分（Ｗ１成分）の減算処理である。次に、第２の色変換部４２において、Ｒｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１のデータをもとに、図１５（ｃ）に示す所望の色相Ｒｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２を得る色変換の演算処理を行う。

Ｒｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１からＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２を得る色変換の原理は次式で説明できる。

ここでａ〜ｊは、色変換の定数である。この定数を任意に設定できるように可変にすることで、色度の異なる任意の表示デバイスを制御することができる。さらに環境の照度などに対応して色相を設定することにより、高画質の画像表示装置を得ることができる。

色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、図１０の色度図上はＷの色度点Ｗ１とそれぞれＬＥＤにおける３原色Ｒ、Ｇ、Ｂの色度点Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を結ぶ直線（細破線）上に位置する。色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の色度図上の位置は、３原色Ｒ、Ｇ、Ｂの色度点Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を結ぶ直線上で、ある程度の幅を持たせて調整することもできる。このような色変換は、Ｗを中心に調整するもので、色度の変換を効率的に行うことができ、消費電力の削減に効果的である。図１１に示すように、色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、ハイビジョンなどの高画質画像信号の規格から多少ずれているが、色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を頂点とする二点鎖線で囲んだ色再現範囲の面積が、一点鎖線で囲んだハイビジョンの規格の三角形と同レベルの面積を確保することができる。そのため、色相の違いに起因する違和感など、実用上の影響は小さく、低消費電力で高画質の表示を実現できる。特に白（Ｗ）は、照明用のＬＥＤのような高効率のＬＥＤ素子を使うことでディスプレイとしての消費電力を削減することが可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を、図１６の色再現範囲の説明図に基づいて説明する。実施の形態２における色再現範囲は、実施の形態１において説明した３原色の色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を、白の発光強度に加えて３ｉｎ１素子２ａに含まれる３原色のＬＥＤの発光強度を制御することによって、新たな色度点Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３にシフトさせることを特徴としている。この実施の形態２において得る色度点Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３は、ハイビジョンの規格（ＨＤＴＶ）を示す三角形の頂点側にＲ２、Ｇ２、Ｂ２がそれぞれシフトした点であり、図１６中の斜線ハッチングの円形内に位置している。色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２をＲ３、Ｇ３、Ｂ３にシフトすることは、第２の色変換部４２において（１）式の色変換の定数ａ〜ｊを変更することによって実現できる。また、第２の色変換部４２では、抽出された白成分Ｗ１を必要に応じて参照することもできる。

この結果、第二の色再現範囲は、色度図上の面積だけでなく色度点もハイビジョンの規格とほぼ同レベルが確保され、高画質の画像表示を実現できる。人間の視覚は、明暗の特性に比べて色変化に対する特性が鈍感であり、前記第二の色再現範囲は、テレビ信号の規格として定められた３原色の色度値に概ね対応しておれば、色度点は実用上必ずしも規格で定められた色度点に厳密に一致する必要はない。

以上のように実施の形態１および実施の形態２では、格子状に配列された３ｉｎ１素子２ａの一部を安価な単色の発光素子２ｂに置換する例として、白色ＬＥＤを使用する例を示した。一方、単色の発光素子２ｂは、様々な仕様が考えられ、画質の低下を抑えつつ大幅なコスト削減を目指すうえで、白色ＬＥＤに限らず、黄色あるいは緑色（黄緑色）のＬＥＤ素子そのほか安価な色の素子を使うこともできる。この場合、第１の色変換部４１は、使用する安価な色に対応して、３原色の色データＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄから共通成分を抽出し、後段の第２の色変換部４２と合わせて所望の色相Ｒｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２を得る。使用する安価な色が緑（Ｇ）のように他の色との共通成分が無い場合は、第１の色変換部４１を素通りして第２の色変換部２にて所望の色相Ｒｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２を得ることもある。また、この場合の色変換処理は、色度点Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、ばらつきの少ない均一な補正であれば、図１０の斜線の楕円で示すような幅広い調整範囲を持つような補正でも良く、色度点Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３については、３ｉｎ１素子２ａに含まれる３原色を補正に使えることから、図１６のＲ３、Ｇ３、Ｂ３と同等の補正が可能である。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２で説明した３ｉｎ１素子２ａは、１つのＬＥＤのパッケージ内にＲ、Ｇ、Ｂの３原色に対応するＬＥＤチップが含まれている。３ｉｎ１素子２ａは、ＬＥＤの発光効率を高めるために、パッケージの表面に透過率の高い材料が使用され、内面には反射率の高い材料が使用される。この結果、３ｉｎ１素子２ａは、表示面側から見ると白っぽく見えることから、コントラスト低下の一因となる。そこで、本発明の実施の形態３では、コントラスト低下を抑制するため、発光素子の表面に発光色以外の光の透過を抑制するフィルターを備えた画像表示装置１０について示す。

図１７は、フィルター付き単色ＬＥＤ素子２０の側断面図である。実施の形態３の画像表示装置１０は、実施の形態１または実施の形態２における２×２の４画素からなる基本格子１において、格子状に配列されたＲ、Ｇ、Ｂの３原色を含む３ｉｎ１素子２ａの一部の発光素子を単色発光素子に割り当てたものである。図１７では、その単色発光素子を単色ＬＥＤ素子２ｂとして示す。白色の単色ＬＥＤ素子２ｂの前面（発光面）に、発光色に対応するカラーフィルターとして灰色のフィルター２１を形成するものである。３ｉｎ１素子２ａは、波長の異なる３原色を効率よく通過させるフィルターを前面に形成することが難しく、フィルターを前面に形成した場合には輝度が低下する傾向にあるが、単色発光素子であれば、ＬＥＤの発光色が透過するフィルター２１を発光面に形成することで、発光色以外の透過が抑制され、輝度の低下を抑制するとともにパッケージ表面およびパッケージ内の反射率の高い領域からの外光の反射を抑制することができる。

図１８は、実施の形態３を適用した画像表示装置１０における表示画面の見え方を説明するための画素配列の例を示す図であり、図１８（ａ）は、３ｉｎ１素子２ａのみを使った画素配列を、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の画素の半分を、灰色のフィルター２１を備えたフィルター付き単色ＬＥＤ素子２０に置き換え、３ｉｎ１素子２ａと交互に配置した画素配置を、図１８（ｃ）は、２×２の基本格子１の１つの画素２を、３ｉｎ１素子２ａとし、残り３つの画素２を、灰色のフィルター２１を備えたフィルター付き単色ＬＥＤ素子２０とした画素配置の例を示している。
なお、フィルター２１は、フィルムを貼る方法、インクを塗布あるいは印刷する方法などの各種の方法で形成することができる。また、例えば、白色の単色ＬＥＤ素子２ｂの前面に形成するフィルター２１の光の透過率は任意に調整することができる。

図１８（ａ）に示すように、３ｉｎ１素子２ａを格子状に配列する場合に比べて、図１８（ｂ）のように、一部の素子を灰色のフィルター付き単色ＬＥＤ素子２０に置換した画像表示装置１０では、非点灯時に画像表示装置１０外部からの光（外光）の反射が抑制され、画面が黒っぽく見える。この場合の色再現範囲は、図１２に示されるＲ１、Ｇ１、Ｂ１で囲まれる三角形で表され、明るい環境下で外光が画面に照射されると、３原色の色度点は、反射光が持つ色ベクトルの影響で、三角形の内側にシフトし、色再現範囲が狭くなる傾向にある。ここで単色発光素子のカラーフィルターを発光面に形成し、表面の反射を抑制すると、色の再現範囲が維持され、色変換技術に忠実で鮮やかな色の再現が可能となる。

なお、上述の例では、単色ＬＥＤ素子２ｂが白色の発光素子である例を示したが、それ以外に、黄色あるいは緑色（黄緑色）のＬＥＤ素子を用いることもできる。さらに、白色、黄色、緑色（黄緑色）以外の単色ＬＥＤ素子であって、安価な単色ＬＥＤ素子を用いることもできる。一般に人間の視感度は、黄緑から緑色の感度が高いことから、解像度の高い表示が期待される。一方、白っぽい３ｉｎ１素子２ａの一部を発光面に色フィルターが形成された安価なＬＥＤ素子に置き換える場合、画面を至近距離から観視する場合、画素構造がノイズとして目立つ可能性もあるが、この種のノイズは、適切な視距離から観視することで回避できる。この結果、安価な黄色あるいは緑の発光素子を使う場合においても、安価で高画質の画像表示装置１０を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、図１９のように、基本格子１の対角に３ｉｎ１素子２ａが配置される場合、図１９（ａ）に示すように、単色ＬＥＤ素子２ｂとして、緑色のＬＥＤ素子（Ｇ）を配列したり、図１９（ｂ）に示すように、緑色のＬＥＤ素子（Ｇ）と赤色のＬＥＤ素子（Ｒ）の２種類を組合せて格子状に配列することもできる。また、図２０のように、基本格子１の１つの素子として３ｉｎ１素子２ａが配置される場合、単色ＬＥＤ素子２ｂとして、緑色、赤色、青色の３種類のＬＥＤ素子（Ｇ、Ｒ、Ｂ）を組合せて用いることができる。なお、図２０（ａ）は、基本格子１が互い違いに配列された例を示し、図２０（ｂ）は、基本格子１が縦横に行列配置された例を示している。また、図１９（ｂ）に示すように、異なる色の単色ＬＥＤ素子２ｂを互い違いとなるように、千鳥格子状に配列しても良い。２種類以上の単色ＬＥＤ素子２ｂを用いる場合、色再現範囲補正手段は、単色ＬＥＤ素子２ｂの色ごと又は全色まとめて発光強度を調整することになる。なお、上記実施の形態では発光素子がＬＥＤ素子の場合を説明したが、その他の発光素子であっても良い。また、図中で画素２を円または四角で示したが、これは便宜的なものであって、発光素子の形状を特定するものではない。

Claims (10)

1. 発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、
   上記色再現範囲補正手段は、上記第一の色再現範囲に基づいて入力される３原色の色データＲｄ、Ｇｄ、Ｂｄから白成分Ｗｄ１を減算する減算処理にて色データＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１を算出し、上記色データＲｄ１、Ｇｄ１、Ｂｄ１を上記第二の色再現範囲に応じた色データＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２に変換し、
   上記色データＲｄ２、Ｇｄ２、Ｂｄ２と上記白成分Ｗｄ１に基づいて得られる値Ｗｄ２に基づいて、上記３ｉｎ１素子と上記白色発光素子の発光強度を調整することを特徴とする画像表示装置。
2. 発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、少なくとも１つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、
   上記基本格子の４画素の内、対角に位置する２画素に上記３ｉｎ１素子を割り当て、残りの２画素に上記白色発光素子を割り当てたことを特徴とする画像表示装置。
3. 上記白色発光素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像表示装置。
4. 上記白色発光素子は、前面に単色の色フィルターを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の画像表示装置。
5. 発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、少なくとも１つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に単色の発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記単色の発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、
   上記基本格子の４画素の内、対角に位置する２画素に上記３in１素子を割り当て、残りの２画素に上記単色の発光素子を割り当てたことを特徴とする画像表示装置。
6. 発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に単色の発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記単色の発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、
   上記単色の発光素子は、黄色あるいは黄緑色のＬＥＤ素子であることを特徴とする画像表示装置。
7. 上記単色の発光素子は、前面に単色の色フィルターを備えたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の画像表示装置。
8. 発光素子からなる画素を格子状に配列して構成した表示部を有する画像表示装置において、２×２の４画素からなる基本格子（正方格子）の４画素の内、１つまたは２つの画素にＲＧＢの３原色を含む３ｉｎ１素子を割り当て、残りの画素に白色のみ発光する白色発光素子を割り当てたパターンの基本格子を格子状に繰り返して配列するとともに、上記ＲＧＢの３原色の色度からなる第一の色再現範囲を、上記白色発光素子の発光強度を調整することによって、第二の色再現範囲に補正する色再現範囲補正手段を備え、
   上記白色発光素子の前面のみに灰色の色フィルターを備えたことを特徴とする画像表示装置。
9. 上記第二の色再現範囲のＲＧＢの色度は、色度図上において、上記ＲＧＢの３原色の色度点と白色の設定値の色度点を結ぶ線上あるいはその近傍に位置するように設定されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の画像表示装置。
10. 上記第二の色再現範囲は、テレビ信号の規格として定められた３原色の色度値の近傍に調整された色再現範囲であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の画像表示装置。

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