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JP6284001B2 - 表示装置 - Google Patents

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JP6284001B2 JP2014004026A JP2014004026A JP6284001B2 JP 6284001 B2 JP6284001 B2 JP 6284001B2 JP 2014004026 A JP2014004026 A JP 2014004026A JP 2014004026 A JP2014004026 A JP 2014004026A JP 6284001 B2 JP6284001 B2 JP 6284001B2
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Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ全般について適用される表示装置の構造に関し、特に、表示装置における表示画素(以後、単に「画素」とする)の開口形状に関する。なお、ここでいう「画素」とは、特に説明が無い限り、実際に明るさを制御できる開口領域(以下開口部ともいう)のことを指し、画素間の遮光領域は含めない。
画像や映像を表示する表示装置の主流であるフラットパネルディスプレイには、LCD、PDP、OLEDといった数種類の表示方法があるが、これらは何れも小さな画素を多数配置し各画素の明るさを制御して画像を表示する方式を用いており、本願発明が適用できる。
代表的なフラットパネルディスプレイであるLCDを例に挙げると、前記の画素形状は通常、特許文献1乃至3に示されるような矩形形状や“くの字”形の形状、または複数の屈曲部を持つ“くの字”形を組み合わせたような形状を成している。
前記の表示装置において、表示画像の元となる理想的な画像データ(以後、「原画像」とする)を表示する場合、原画像の明暗パターンの境界部位置(以後、「輪郭」とする)は、画素サイズ以下の細かい位置に表示できないため、輪郭がギザギザに表示されるジャギーという現象が起こり、表示画質を低下させていた。
ジャギーの改善策として、特許文献4に示されるように、輪郭に対応する位置にある画素の明るさを、輪郭の両側の明暗パターンの中間的な明るさにし、輪郭がぼやけて見える状態にすることで、ギザギザ感を抑制するアンチエイリアス処理が知られている。
特開2011−150021号公報 特開2012−234212号公報 特開2005−257883号公報 特開平4−188192号公報
しかしながら、前記のような従来のアンチエイリアス処理では、原画像の輪郭位置と画素間の境界の位置の関係で、アンチエイリアス処理の影響度が変わってくる。
例えば、原画像の輪郭位置が画素の中心付近にある場合は“ぼやけ感”が強く、原画像の輪郭位置が画素と画素の間にある場合は“ぼやけ感”が弱く表示されるため、輪郭表示の不連続感が生じるという課題があった。
前記に示したような従来の標準的な画素形状における課題点について、図11および12を用いて詳細に説明する。例えば、原画像の画像パターンが白、黒の2値で構成される画像であり、かつアンチエイリアス処理を施していない場合、一般的に原画像の輪郭位置102に対応する画素101は、図11に示すように、原画像パターンである白または黒の何れかの表示をする。
液晶ディスプレイ等の表示装置では、画素単位より細かく描画することができないので、実際に表示される表示画像の輪郭は各画素101の境界となる。すなわち、各画素101の配列ピッチによって決定されるとびとびの位置が、実際に表示される表示画像の輪郭になるため、画素101の形状を反映したギザギザの輪郭となってしまう。
この課題を改善する方法として、前述のアンチエイリアス処理と呼ばれる画像処理が施されることがある。アンチエイリアス処理とは、図12に示すように、原画像の境界部に位置する画素101の表示を原画像パターンの白黒の中間的輝度にすることで、表示される輪郭の位置をぼやかしてギザギザ感を緩和する手法である。
特許文献4に示されるような、従来のオーバーサンプリング法によるアンチエイリアス処理では、原画像の輪郭位置に対応する画素は、画素内の原画像のパターンの平均的な輝度をその面積占有率相当で計算して表示するため、原画像の輪郭が画素の真ん中を通る場合は中間的な輝度を表示し、図12のb部のように輪郭がぼやけた効果が得られるが、原画像の輪郭が画素と画素の境界付近を通る場合には、図12のa部のようにほぼ原画像の輝度を表示するため、輪郭がシャープになる。
特許文献1乃至3に示すような、一般的なフラットパネルディスプレイの画素形状と画素配列は、ほぼ矩形の画素形状を碁盤目状に配列した「正方配列」と呼ばれる構造を持つため、原画像の輪郭が画素配列方向に対してわずかに角度が付いた方向に延在する場合は、比較的長い周期でぼやけた部分とシャープな部分が交互に発現し、不連続感が生じるという課題があった。
他方、特殊な配列として、各画素行が奇数画素行と偶数画素行が1/2画素ずれるように配列した「デルタ配列」と呼ばれる構造がある。デルタ配列であれば、原画像の輪郭が列方向に対してわずかに角度が付いた方向に延在する場合には、奇数行画素、偶数行画素で原画像の輪郭位置が異なる。
よって、どちらかの輪郭画像がシャープな状態の場合、他方がぼやけた状態になるので正方配列の場合のような不連続感は緩和されるが、原画像の輪郭が行方向に対してわずかに角度が付いた方向に延在する場合には、正方配列と全く同じ状態となり不連続感を緩和できなかった。
そこで、本発明は、表示の不連続感を緩和できる表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、開口部を有する画素を多数配置し、各画素の明るさを制御して画像を表示する方式を用いる表示装置において、前記画素の開口部の中心から同一平面上の異なる複数方向に凹凸部を形成し、前記画素の凹凸部と隣接する画素の凹凸部を組合せて配置する画素構造および画素配列を有することを特徴とする。また前記画素配列において前記画素間の境界線をつなげた線がどの方向においても一直線にならないことを特徴とする。
また、前記各画素の開口部は、十字形状または複十字など十字形状を基本とする形状であることを特徴とする。
さらに、前記画素構造および画素配列は、前記4方向とそれ以上の方向に前記凹部を形成した開口部を有する画素とその画素を90度回転した形状を有する画素の2種類以上の画素を組み合わせて隣接配置した構造および配列であってもよい。
他方、本発明に係る表示装置は、開口部を有する画素を多数配置し、各画素の開口部の明るさを制御して画像を表示する方式を用いる表示装置において、前記画素の開口部に凹凸部を形成し、前記凹凸部に隣接する画素の開口部と隣接し、点対称または線対称に配置した配列で構成され、前記画素間の境界線をつなげた線がどの方向においても一直線にならない画素構造および画素配列を有することを特徴とする。
その場合の前記画素構造および配列は、矢羽形状の画素の凹部と凸部を隣接して結合した画素配列のように対向して、点対象に配置した画素を組み合わせた構造および配列であってもよい。
なお、前記各画素は、隣接する2つの画素が空間的に交じり合う領域において、一の画素のその隣接する画素に対する占有面積比率が前記一の画素の面積重心に近いほど大きくなる。
本発明では、画素の平面方向の形状に凹凸部分を設け、その凹凸部に隣接する画素の一部が配置されるようにすることで、原画像の輪郭位置と画素境界の位置が重なっても隣接する2つの画素の画素境界が空間的に混じり合うため“ぼやけ感”が得られる。
これにより、輪郭にアンチエイリアス処理を施した時に、原画像の輪郭位置が画素の中心付近にある場合の“ぼやけ感”と、原画像の輪郭位置が画素の境界付近にある場合のぼやけ感の差が緩和される。また、アンチエイリアス処理を施さなくても輪郭がぼやけた効果が得られるため、ジャギーが緩和される。
さらに、隣接する2つの画素が空間的に交じり合う領域において、自画素と自画素に隣接する画素の占有面積比率が自画素の面積重心に近いほど大きくなるようにすることで、輪郭のぼやけ感にグラデーションが生じ、より自然で連続感がある輪郭処理が得られる。
本発明の一例である十字形状画素の画素構造を示す図である。 従来の正方配列画素構造の一例を示す図である。 図2aに示す画素構造であって、原画像の輪郭が画素の境界と一致する場合の表示状態を示す図である。 図2aに示す画素構造であって、原画像の輪郭が画素の中心付近に存在する場合の表示状態を示す図である。 図2aに示す画素構造であって、原画像の輪郭が水平方向に延在する場合の表示状態を示す図である。 従来のデルタ配列画素構造の配置例を示す図である。 図3aに示す画素構造での輪郭部の表示状態を示す図である。 図3aに示す画素構造での輪郭部の表示状態を示す図である。 図3aに示す画素構造であって、原画像の輪郭が水平方向に延在する場合の表示状態を示す図である。 本発明の実施例1における画素形状での表示状態を示す図である。 図4aに示す画素構造での輪郭部の表示状態を示す図である。 図4aに示す画素構造での輪郭部の表示状態を示す図である。 図4aに示す画素構造であって、原画像の輪郭が水平方向に延在する場合の表示状態を示す図である。 従来例である矩形形状画素の正方配列において、輪郭位置と輝度平均値の関係を説明する図およびグラフである。 従来例である矩形形状画素の正方配列において、輪郭位置と輝度平均値の関係を説明する図およびグラフである。 本発明の一例である十字形状画素のデルタ配列において、輪郭位置と輝度平均値の関係を説明する図およびグラフである。 本発明の一例である十字形状画素のデルタ配列において、輪郭位置と輝度平均値の関係を説明する図およびグラフである。 本発明の実施例2に係る十字形状画素の正方配列構造を示す図である。 本発明の実施例3に係る十字形状画素のデルタ配列であって、通常のデルタ配列の行と列の関係を入れ替えた配列を示す図である。 本発明の実施例4に係る画素構造であって、凹凸部を有した画素と前記画素と対称形状を成す画素とを対向して組み合わせて配列した構造を示す図である。 本発明の実施例4に係る画素構造であって、凹凸部を有した画素と前記画素と対称形状を成す画素とを対向して組み合わせて配列した構造を示す図である。 本発明の実施例5に係る画素構造であって、複十字形状の凹凸部を有した画素と前記画素を90度回転させて、隣接して交互に配列した図である。 従来例である矩形形状画素の正方配列において、アンチエイリアス処理を施さない場合の表示状態を説明する図である。 従来例である矩形形状画素の正方配列において、オーバーサンプリング方式を用いたアンチエイリアス処理を施した場合の表示状態を説明する図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは液晶表示装置に関して説明するが、本発明は、液晶表示装置に限らず、PDPや有機ELのような各画素に輝度を制御して画像を表示する方式の表示装置全般に適用することができる。また本願発明の画素の形状、配列は本願発明の目的を解決するものであれば、以下の実施例に限定されない。
(実施例1)
本発明の実施例1における液晶表示装置の構造について、図1を用いて説明する。
液晶表示装置の場合、各画素1に所定の電圧を印加し、液晶を駆動することで各画素1の透過率を制御する。バックライト光源から出射された光は、各画素1を透過して表示面から出射するので、各画素1の透過率を制御することで、各画素の明るさを制御して画像を表示することができる。
各画素1に所定の電圧を印加するために、各画素にはスイッチング素子11が配置されており、スイッチング素子11を介してデータ配線の信号電圧を印加する。また、スイッチング素子11には、スイッチング素子の制御のために、ゲート配線12に接続されたゲート電極が設けられており、ゲート電圧の切り替えでスイッチング素子のON/OFFを制御することができる。
各画素1は、一般的には、2本のゲート配線12とそれらに直交する2本のデータ配線13に囲まれた領域に存在する。ゲート配線12とデータ配線13の間には絶縁膜が存在するため、ゲート配線12とデータ配線13が交差する部分においても、両者は電気的に分離されている。
本実施例におけるゲート配線12とデータ配線13は、ともに蛇行するような形状であるため、ゲート配線12とデータ配線13に囲まれた領域である画素電極も画素の開口部も複雑な形状を取る。具体的には、各画素1は十字形状になっているので、画素の重心Xから見て斜めの4方向である右上、右下、左上、左下方向に画素の凹凸部が存在し、その凹凸部に隣接する画素の一部を組合わせて配置される構造になっている。
このように4方向以上の方向に凹凸部を設けることで、原画像の輪郭位置が画素の重心Xから見てどの位置にあっても、輪郭が隣接する画素にもかかる確率を上げることができる。
本実施例では、各画素行と隣接する上下の画素行において、各画素の重心Xの位置が行方向に半画素分ずれた配置となっていて、各画素の重心Xを結ぶと三角形の形状となるような画素配列を採っている(デルタ配列)。
また、本実施例では、画素形状が十字形状となっているため、画素重心から距離が離れた部分の画素幅が狭くなるので、自画素と自画素に隣接する画素が混在する領域においては概ね自画素の画素重心から距離が離れるに従って自画素の面積占有比率が小さくなっていく構造になっている。
次に、本実施例における画像パターンの表示方法および表示状態について、図2a乃至4を用いて、原画像の表示パターンの輪郭位置の延在方向が画素配列の列方向とほぼ並行であるときを例に、原画像パターンをアンチエイリアス処理を施して表示した場合の表示状態を、従来の画素構造と本実施例の画素構造とを比較して説明する。
例えば、図2aに示すような従来の矩形の画素1a形状において、原画像の輪郭位置と画素1bの境界位置とが一致する場合(図2b)は、アンチエイリアス処理を施しても表示される画像の輪郭2bもシャープな明暗が付き、逆に原画像の輪郭位置2cが画素1cの中央付近にある場合(図2c)は、該当画素が輪郭の両脇の中間的な輝度となるため、画像の輪郭がぼやけたような表示がされる。また、図2dに示すように画素1d形状において、原画像の輪郭位置2dが横方向に表示されたものである。
一方、図3aに示したデルタ配列や図4aに示した本実施例の画素構造では、偶数列と奇数列で画素(1、1e、1f、1g、1h)の位置が半ピッチずれるので、偶数行の画像の輪郭がシャープな表示の場合は奇数行の画像の輪郭がぼやけて、これらが補完状態になり、原画像の輪郭位置(2,2f、2g、2h)がどこにあっても適当なぼやけ状態となる(図3b,図3c,図4b,図4c、4d)。
次に、原画像の輪郭位置の延在方向が画素配列の行方向とほぼ並行の場合では、デルタ配列(図3d)の場合は、正方配列の列方向の場合(図2b,図2c)と同様に、画素の境界位置と原画像の輪郭位置が一致する部分と一致しない部分が生じて、表示される輪郭のぼやけ感が方向により異なってくる図2dおよび図3dの説明図では、画素の境界位置と原画像の輪郭位置とが一致しているので、ぼやけのないシャープな表示になっている。
一方、前記の場合でも、図4aに示した本実施例の画素構造においては、行および列方向で、画素1と原画像の輪郭の境界が一致することがないので、必ず輪郭部に適当なぼやけが発生する(図4d)。
本発明の実施例1における効果を、図5および6を用いて説明する。図5aおよび図5bは、従来の画素構造でのアンチエイリアス処理を施した時の表示状態と、輪郭近傍の輝度変化を表すようにグラフ化したものである。グラフ縦軸には輪郭の延在方向に輝度値を平均化した値を、グラフ横軸には輪郭と直交する方向の位置座標を取っている。
図5aは、従来の画素構造および画素配列で輪郭が画素境界と一致する位置だった場合における輪郭近傍の位置に対する輝度の変化を表しており、輪郭位置を境に輝度が急激に変化する。一方、図5bは、従来の画素構造および画素配列で輪郭が画素の中心付近に位置する場合における輪郭近傍の輝度変化を表しており、階段状に輝度変化が起きている。
すなわち、輪郭位置と画素の位置の関係によって輝度の変化のしかたが異なり、表示画質が劣化する。また、中間輝度部分においても、画素ピッチ単位の輝度変化しか表現できないため輝度変化が階段状になり、不自然なぼやけ表現になる。
一方、本実施例における図6aの画素1の構造では、異なる輪郭位置である図6aおよび図6bにおいてもほぼ同様の輝度変化で表示されるため、輪郭がどの位置にあっても均質なぼやけ感が得られる。
さらに、本実施例の画素構造では、自画素の表示面積が、自画素の面積重心からの距離が離れるに従って小さくなっていくため、輪郭部に対応する部分の輝度がなだらかに変化する効果があり、輪郭部により自然なぼやけ感が得られる。
また、本実施例の画素構造は、アンチエイリアス処理を施さなくとも隣接する画素が空間的に混じり合う構造であり、輪郭がぼやけるため、ジャギーが緩和できる効果が得られる。
(実施例2)
本発明の他の実施形態である実施例2では、図7に示すように、画素2の形状を実施例1と同様に十字形状とした上で、画素を斜めに回転させて配置することで画素重心の配列を変えている。指示番号3aで示すように画素配列は正方配列となっている。
すなわち、本実施例においては、画素2の重心の配列を画素行と画素列が直線的に配置された正方配列となるようにすることで、原画像から表示画像への変換処理がデルタ配列に比べ比較的簡単に行えるという利点を有する。
(実施例3)
本発明の実施例3では、図8に示すように、実施例1の画素形状と同じ形状のまま画素配列の行と列を入れ替えた配列にしている。指示番号3bで示すように画素配列は通常のデルタ配列とは90度異なる。
すなわち、実施例1では、各画素1の重心が行方向には直線的に並び、列方向には1/2画素幅ずつ位置がずれたジグザグの配置になるのに対して、実施例3では、各画素3の重心を列方向につなぐと直線的に並び、行方向につなぐとジグザクの配置となるように配列にしている。
なお、本発明の画素構造は、デルタ配列の行と列を入れ替えた配置においても同様の効果を得ることができ、表示する画像の輪郭線が縦方向および横方向のどちらが多いかがあらかじめ分かっている場合は、実施例1のような画素行ごとに配置がずれる普通のデルタ配列より、図8に示すような本実施例の配列の方が有利な場合がある。
(実施例4)
本発明の実施例4について、図9aおよび図9bを用いて説明する。本実施例の一つである図9aに示した表示装置は、画素の1ヶ所が矢羽のように凹形状となっている隣接する画素41a、41bを交互にを一列ずつ逆向きに行方向で対向して配置している。
また、本実施例のうちのもう一つである図9bに示した表示装置は、画素の1ヶ所が凹形状となっている隣接する画素4bを縦方向に一行ずつ逆向きに配置している。これらの実施例は両方とも、一方の画素の凹部がある辺に、他方の対称形状である画素の凹部がある辺が1/2画素ずれて配置された画素配列になっている。
具体的には、くの字形状の隣接する画素41aで構成される画素列を交互に配置し、結合し、隣接する画素41bは、重心に対して縦方向に1/2のピッチずらして配置する構造、および隣接する画素2を画素行を交互に配置し、画素2b横方向に1/2のピッチずらして配置する構造である。
これにより、画素境界がどの方向にも一直線にならないので、輪郭と画素境界が一致することがなくなるため、原画像の輪郭は隣接する画素の両方にかかることになり、輪郭表示がシャープにならずに自然なぼやけ感を得ることができる。なお、図9aおよび図9bは実施例4の一例であり、画素の形状は本願発明の目的を達成する手段において、本願発明の実施例の形状に限定されない。
(実施例5)
本発明の実施例5では、図10に示すように、複数の凹部(本実施例では6ケ所)を含む複十字形状の画素51と、その画素を90度回転させた形状の画素52を交互に隣接配置するように組み合わせた配列の実施例である。
画素を方向を変えて使うことで、画素単体の形状の複雑さに加えて、組み合わせによる画素間の境界の複雑さを作りだすことができるため、ぼやけ感をより強く得ることができる。なお、配置する方向以外は同一形状であって画素面積などが変わらないので、比較的簡単な処理で原画像データを表示画像データに変換することができる。
以上の各実施例に係る各画素では、隣接する2つの画素が空間的に交じり合う領域において、一の画素のその隣接する画素に対する占有面積比率が前記一の画素の面積重心に近いほど大きくなるようにしたことで、輪郭のぼやけ感にグラデーションが生じ、より自然で連続感がある輪郭処理が得られる。なお、カラー表示に対応する場合は、フィールドシーケンシャル方式等の時分割方式と組み合わせることで実現が可能である。
1 画素(実施例1)
2 画素(実施例2)
3 画素(実施例3)
41a、41b 矢羽形状の画素(横方向、実施例4)
42b、42a 矢羽形状の画素(縦方向実施例4)
51 角度0°の画素(実施例5)
52 角度90°回転した画素(実施例5)
11 スイッチング素子
12 ゲート配線12
13 データ配線
101 従来の矩形画素

Claims (1)

  1. 開口部を有する画素を多数配置し、
    各画素の明るさを制御して画像を表示する方式を用いる表示装置において、
    前記画素の開口部の中心から同一平面上で、異なる複数方向に凹凸部を形成し、
    前記画素の凹凸部に隣接する画素の開口部の凹凸部を組み合わせて、配置した画素配列を有し、
    前記画素配列は、くの字形状画素と逆くの字形状の画素を行方向または列方向に点対称に配置して組み合わせた配列であることを特徴とする表示装置。
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