JP2007264211A - 色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色順次表示方式における色割れを最善に軽減しうる色順次表示方式液晶表示装置の色表示方法を提供する。
【解決手段】Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色の組を順次表示する色順次表示方式液晶表示装置の色表示方法において、前記３原色の組の前および／または後に１または２以上のフィールド分の黒色を付加し、該付加した組を順次表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法に関する。

フィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ；色順次表示方式）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶（ＬＣ）は、原色である赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）をＬＣＤの同じ画素上に１フレーム内に順次表示し、その画素は、通常のカラーフィルタ（ＣＦ）型ＬＣＤ内の画素に普通に用いられている色サブ画素を使用しないというタイプのディスプレイである。周知のように、ＦＳＣディスプレイが抱える最大の難点は「色割れ（カラーブレイクアップ）」が生ずることである。すなわち、ある表示物体がＦＳＣスクリーン上で動いていると、その前端と後端が虹色に見える。この色割れが実用上問題ない程度に抑えられれば、ＦＳＣ ＬＣＤはきわめて有望なディスプレイとなる。

本発明は、この色割れの軽減を目指すものである。なお、参考とした文献を以下に掲げる。これらは発明の開示の項で引用される。
H.Yamakita,et al.,"Field-Sequential Color LCD driven by Optimized Method for Color Breakup Reduction,"IDW'05,no.LCT6-2,2005. K.Sekiya,et al.,"Spatio-Temporal Scanning LED Backlight for Large Size Field Sequential Color LCD,"IDW'05,no.FMC7-2,2005. K.Sekiya,et al.,"Eye-trace Integration Effect on The Perception of Moving Pictures and A New Possibility for Reducing Blur on Hold-Type Displays,"SID'02,no.29.3,2002. K.Kalantar,et al.,"Spatio-temporal scanning backlight for field-sequential-color optically-compensated-bebd-mode liquid-crystal display,"J.SID,Vol.14,pp.151-159,Feb.2006. K.Sekiya,et al.,"On The Effect of Motion Interpolation and Blancking on Color-Field Sequential LCDs,"IDW2003,no.VHF2-4,Dec.2003. P.C.Baron,et al.,"Can Motion Compensation Eliminate Color Breakup of Moving Objects in Field-Sequential Color Displays?,"SID1996,no.36.4,1996.

色割れの軽減を目指して、これまでにいくつもの提案がなされている。純ＦＳＣ（すなわちＣＦなし）ＬＣＤにおける通念は、ＲＧＢフレーム体系に違う色のサブフィールドを付加することである。それらの提案は、主観的評価のみに基づいて検討されていた（非特許文献１）。そのため、色割れの客観的、定量的評価ができず、色割れ軽減のための最善の方法は不明であった。

そこで、本発明は、純ＦＳＣ ＬＣＤにおける色割れを最善に軽減しうる色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法を提供することを目的とする。

ＬＣＤ上の動きぼけ（モーションブラー）は、スクリーン輝度の視線追随積分（アイトレースインテグレーション）によって模擬できること（非特許文献３）が知られている。視線追随積分は、横軸にスクリーン面内の１方向（例えば水平方向）座標、縦軸に時間をとった座標系上で、移動する標的の輝度を該標的の移動方向に沿って１フレームの範囲で積分したものである。ここで標的には視線が正しく追随するものとしている。これによれば、標的に視線を追随させた眼の網膜座標上の像すなわち視認像の輝度分布を計算できる。

そこで、発明者らは、視線追随積分の理論計算方法をＦＳＣ ＬＣＤに適用して、視認像の輝度分布のみならず色分布をも理論計算することにより、種々の色表示方法における色割れの発現を定量的に比較評価し、その結果に基づいて本発明をなした。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
１．Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色を順次表示する色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法において、前記３原色の組の前および／または後に１または２以上のフィールド分の黒色を付加し、該付加した組内の色を順次表示することを特徴とする色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。

２．前記黒色の表示は、液晶を黒状態に駆動すること、または、液晶表示装置内のバックライトを消すことにより行うことを特徴とする前項１に記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
３．黒をＫで表すものとして、前記黒色を付加した組内の表示順が、ＲＧＢＫＫＫ，ＫＲＧＢＫＫ，ＫＫＲＧＢＫ，ＫＫＫＲＧＢのいずれかであることを特徴とする前項１または２に記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。

４．前記Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色に代えて、Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の３原色とした前項１〜３のいずれかに記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
５．前記Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色に代えて、４以上の多原色とした請求項１〜３のいずれかに記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
６．前項１〜５のいずれかに記載の色表示方法の実行機能を有する色順次表示方式液晶表示装置。

本発明によれば、表示色の種類にかかわらず色割れを最善に低減できるとともに、動きボケ（モーションブラー）の小さい（すなわち視認像の幅が小さい）擬似インパルス駆動の実現が可能になる。

本発明では、３原色の組の前および／または後に１または２以上のフィールド分の黒色を付加し、該付加した組内の色を順次表示する。例えば、３原色がＲ，Ｇ，Ｂ（赤，緑，青）でこの順に表示され、黒色をＫで表すとして、ＲＧＢＫ，ＫＲＧＢ，ＫＲＧＢＫなどのいずれかの表示順とする。ＲＧＢの組の内部にＫを挿入する（すなわち、ＲＫＧＢ，ＲＧＫＢなどとする）のは、色割れおよび動きボケの軽減効果に乏しい。

ところで、既存の２倍速ＦＳＣ ＬＣＤでは、通常１フレームでＲＧＢＲＧＢと表示（各色フィールドが２巡回）するから、これの例えば後半のＲＧＢをＫＫＫに変更してＲＧＢＫＫＫと表示するようにすれば、色表示制御系の大幅な設計変更の必要がなくて好ましい。なお、ＫＲＧＢＫＫ，ＫＫＲＧＢＫ，ＫＫＫＲＧＢとしても同様である。
本発明において、３原色は、通常用いられる代表的なＲ，Ｇ，Ｂのほか、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）でもよく、またこれ以外の３原色であってもよい。また、３原色の表示順は、その計６種の順列のいずれであってもよい。さらに、３原色に代えて、４以上の多原色としてもよい。

色順次表示方式液晶表示装置（ＦＳＣ ＬＣＤ）におけるＬＣＤとしては、液晶の応答が速いものが好ましく、例えば、ＯＣＢ（光学補償ベンド）モードＬＣＤ（セルギャップ≒５μｍ）、強誘電性液晶モードＬＣＤ（セルギャップ≒１〜２μｍ）、ＴＮモードＬＣＤ（セルギャップ≒２μｍ）などが挙げられる。これらのうち、製造容易性の観点からすれば、セルギャップを比較的大きくしうる、ＯＣＢモードＬＣＤが、より好ましく用いうる。製造容易性の観点からすれば、液晶はＴＦＴ駆動型でアモルファスシリコンＴＦＴが好ましい。

ＦＳＣ ＬＣＤに装備されるバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成される３原色走査バックライト（これの明滅タイミングについては非特許文献２，４参照）が、制御性の点で好ましい。ただし、これに限定されず、例えば色分けした回転円盤で構成したバックライト、あるいは反射型液晶に対するフロントライトでもよい。
以下、種々の色表示方法について、視線追随積分により視認像の特性評価を行った結果を述べる。なお、３原色はＲ，Ｇ，Ｂとし、色表示順はこの順（ＲＧＢ）とした。

（比較例１）
比較例１は、ＬＥＤからなる走査バックライトを備えた最も単純なＦＳＣ ＬＣＤの場合である。色表示方法は１倍速（シングルレート）単純ＦＳＣである。黒色背景内で幅Ｗ画素（すなわち、幅方向の画素数がＷになる幅）の白色（輝度Ｖ）矩形標的がスクリーンの左から右へ、速さＳ画素／フレーム（すなわち、１フレーム毎の移動画素数がＳになる速さ）で動き、眼はこの標的に正しく追随するものとする。動きの遅い標的（遅動標的）に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその結果を図２に示す。図２の上部のグラフに示すように、１フレームは一組のＲ,Ｇ,Ｂ色フィールドからなる。ビデオ入力は６０フレーム／秒の映像（イメージストリーム）をもつと仮定されるから、１倍速ＦＳＣでは１８０フィールド／秒の書替え速度になる。１色フィールドあたりの１ＬＥＤのＴＯＤ（ターンオンデューティ＝点灯時間／１フィールド）をＡ’とする。０＜Ａ’＜１である。積分計算は１フレーム内で矢印の方向に行う。

計算結果は、図２の下部のグラフに示すように、網膜座標上の輝度分布で表される。この分布の全幅が視認像の幅になり、この場合、Ｗ＋Ｓ（２＋Ａ’）／３ になる。また、分布には極大輝度のプラトーが１つだけ存在し、その幅は、Ｗ−Ｓ（２＋Ａ’）／３ になる。このプラトー域内は輝度ＶＡ’の正しい白色（コレクトホワイト）になる。プラトー域の両側は色割れが起こっている領域である。

遅い動きというのは、このように標的の色が視認像の単一極大輝度プラトー域で再現することに対応する。この遅い動きにおけるプラトー域の幅（遅動プラトー幅と呼ぶ）が大きいほど視認像の標的色再現能が高いので、遅動プラトー幅は大きいほど良い。
この例において遅動プラトー幅が正しい値になる条件は、Ｗ／Ｓ＞（２＋Ａ’）／３ である。この不等式の右辺の値が「遅」と「速」の境界になる。これを「Ｗ/Ｓの閾値」（あるいは単に「閾値」）と呼ぶ。ただし、閾値の計算式は色表示方法により異なる。なお、一般に、遅動プラトー幅＝Ｗ−閾値×Ｓ、視認像の幅＝Ｗ＋閾値×Ｓ である。

比較例１の１倍速単純ＦＳＣでは、Ｓが大きくなり（標的の動きが速くなり）、Ｗ／Ｓが閾値を下回る（遅動標的から速動標的に変わる）と、視認像に標的色が再現されず、視認像全域が色割れ領域になる（図３参照）。Ｗ／Ｓの閾値が小さいほど視認像全域にわたる色割れは生じにくいといえるから、この閾値は小さいほど良い。
また、視認像の幅が大きいとそれだけ動きボケが大きいことになるから、視認像の幅は小さいほど良い。

上述のように、視線追随積分により、視認像の幅、Ｗ／Ｓの閾値および遅動プラトー幅を定量的に評価することができる。これら３つの量は、異なる色表示方法による動画の画質評価（すなわち色表示方法の相対比較）の重要な指標となる。
（比較例２）
比較例２は、１倍速単純ＦＳＣ ＬＣＤにおいて動き補間（モーションインターポレーション）の機能（非特許文献５，６参照）を付加した場合である。動き補間を付加して色表示を行う場合の視線追随積分計算方法とその結果を図４に示す。動き補間で表示される映像は、３倍速（１８０Ｈｚビデオ）の入力映像と同一であるが、単色データのみ抽出されてそれぞれの色フィールドに表示される。眼が標的動体に正しく追随する限りは、この動き補間の色表示方法により最善の動画質が得られ、色割れは生じない。視認像の幅は、Ｗ＋ＳＡ’／３であり、Ａ’が通常は０．５未満なので、ＣＲＴと同等の非常にくっきりした端部が得られる。ここでのＷ／Ｓの閾値はＡ’／３であり、これはあらゆる平面パネルディスプレイを通じて最小である。

しかしながら、比較例２の動き補間に限らずＦＳＣでは一般に、実用上避け難い問題がある。この問題は、例えば図５の上部のグラフに示すように、標的が右から左へ速さＭで動き、一方、標的に対向する物体が左から右に速さＳで動き、ある瞬間に標的と交差する機会に発生する。このような機会は動画において頻繁に起こるものである。このような交差の瞬間に観測者の眼は標的物体の動きを追い、視線が速さＭで標的物体に追随するため、積分は標的物体に対する視線追随方向に沿って行われ、その結果、対向物体交差時の視認像の幅は、図５の下部のグラフに示すように、Ｗ＋Ｍ（２+Ａ’）／３＋２Ｓ／３ になる。この対向物体の視認像は色割れを起こし、標的と対向物体の相対速度が大きいと、３つの分離した純色斑となる。

動き補間のない比較例１で同様の計算を行うと、対向物体交差時の視認像の幅は、Ｗ＋Ｍ（２+Ａ’）／３となる。すなわち、動き補間を付加すると、対向物体交差時の視認像の幅が２Ｓ／３だけ広くなる。
上述の、対向物体交差時の視認像の幅は、これが小さいほど、色割れ軽減および動きボケ軽減の両面で、画質が良いといえるから、前記３つの量（視認像の幅、Ｗ／Ｓの閾値および遅動プラトー幅）とともに、色表示方法の相対比較のための重要な指標となる。
（比較例３）
比較例３は、ＲＧＢの組にＹ（黄）フィールドまたはＷ（白）フィールドを付加する方法（すなわち四色単純ＦＳＣ、略して四色法）である。この四色法には、ＲＧＢ列へのＹまたはＷの付加後順列（列への挿入位置）と、ＲＧＢ像データからのＹまたはＷの決定の仕方に多様性がある。

付加後順列に関して、例えばＹＢＧＲの場合でいうと、フィールドの１番目と２番目の２色であるＹとＢの合成で白ができるから、標的色が白の場合、他の付加後順列（ＲＹＧＢ，ＹＲＧＢ等）に比べて色割れ軽減面の改善になるが、標的色が、例えば白っぽいマゼンタのような、Ｙ‐Ｂ線上にない色の場合、改善にならない。
ＲＧＢ像データからの、ＷまたはＹの決定の仕方に関して、例えばＷの場合でいうと、色割れ低減の最善策はＷフィールドに最大値を割り当てることである。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗの中間調（グレイレベル）をｒ、ｇ、ｂ、ｗとすると、ｗの可能な最大値はMin.(r,g,b)で与えられる。これによると、標的色が白すなわちｒ＝ｇ＝ｂならば、Ｗフィールドだけが輝度を与え、ＷＲＧＢ系に色割れは生じないが、例えば白っぽいマゼンタ色の速動標的の場合は、改善効果に乏しい。

なお、四色法は、ＯＣＢモードＬＣＤに適用しにくいという難点を有する。ＯＣＢモードは光透過率制御にリタデーションを用いるので、可視波長全域にわたる一様な透過率をもたず、透過率は中間調により非線形に変化する。それゆえ、ＯＣＢモードに四色法を適用してｒ、ｇ、ｂからｗを算出するためには、上記のような単純な最小値抽出や、この他に必要な減算などの、線形計算機能では対応不可能であり、複雑な非線形計算機能をもつ計算回路が必要になるからである。
（比較例４）
比較例４は、ＲＧＢ色フィールドの組を１フレーム中で２回繰り返す方法（すなわち２倍速（ダブルレート）単純ＦＳＣ）である。この方法は、通常、ＦＳＣ ＤＭＤプロジェクタに用いられる。この方法において速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を図６に示す。２倍速では１倍速（比較例１）に比べ、強い色割れ領域はほぼ半分になるが、強い純色割れ領域の隣に白みがかった虹色領域が生じる。
（本発明例）
本発明例は、２倍速単純ＦＳＣにおいて、ＲＧＢＲＧＢの２順目のＲＧＢを黒（Ｋで表す）に変更し、ＲＧＢＫＫＫとした方法である。この方法において速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を図１に示す。図より、視認像の幅はＷ＋Ｓ（２＋Ａ’）／６、Ｗ／Ｓの閾値は、（２＋Ａ’）／６である。

上述の比較例１〜４および本発明例について、視線追随積分により求めた、前述の４つの指標（視認像の幅、Ｗ／Ｓの閾値、遅動プラトー幅、対向物体交差時の視認像の幅）をまとめて表１に示す。

表１より、比較例２（動き補間）は、視認像の幅、Ｗ／Ｓの閾値、遅動プラトー幅の３指標には全例中最善の値を示すものの、もう１つの重要な指標である対向物体交差時の視認像の幅には全例中最悪の値を示す。すなわち、動き補間法は、標的動体に眼が正しく追随している状態での色割れおよび動きボケの低減には最善の方法であるが、動画表示中に頻繁に起こる標的と対向物体との交差状態にあっては、色割れおよび動きボケをむしろ助長してしまう。

一方、本発明例（ＲＧＢＫＫＫ）は、視認像の幅、Ｗ／Ｓの閾値、遅動プラトー幅の３指標には全例中比較例２に次ぐ良い値を示し、しかも対向物体交差時の視認像の幅には全例中最善の値を示す。この例からわかるように、本発明の色表示方法は、標的動体に眼が正しく追随している状態での色割れおよび動きボケの低減に有効であるばかりか、動画表示中に頻繁に起こる標的と対向物体との交差状態における色割れおよび動きボケを最も有効に軽減するものである。

前記した比較例１（１倍速単純ＦＳＣ）、比較例３（四色法）、比較例４（２倍速単純ＦＳＣ）、本発明例（ＲＧＢＫＫＫ）について、標的色を白、白っぽいマゼンタの２条件とし、各条件で標的の幅Ｗ画素と速さＳ画素／フレームを（Ｗ，Ｓ）＝（１２，６（遅））、（６，１２（速））の２通り変えて、視線追随積分（この場合は交差物体なし）を行った。なお、比較例３（四色法）は、ＲＹＧＢ，ＹＢＧＲ，ＷＲＧＢの３ケースについて計算した。計算は、これらの表示条件下の視認像の最大幅である１８画素について行った。この計算から得られた視認像の幅方向の色分布パターンを表２に示す。

表２より、本発明例（ＲＧＢＫＫＫ）では、標的色、標的速さの如何にかかわらず、視認像に標的色が再現する（ただし、再現域の幅は速動標的の場合狭い）。これに対し、比較例では、速い動きの白っぽいマゼンタ標的に対し、全ての例の視認像に標的色が再現しない。また、比較例１（１倍速単純ＦＳＣ）、比較例３（四色法）のＲＹＧＢ、比較例４（２倍速単純ＦＳＣ）では、速い動きの白標的に対しても、視認像に標的色が再現しない。

このように、本発明の色表示方法によれば、色種と標的の動きの速さによらず標的の色を視認像に再現することができる。なお、これらの例では、背景色は黒であるから、表２の色分布パターン中の黒は無視して参照し、黒領域が広いほど動きボケが小さいので良いといえる。本発明例は、白っぽいマゼンタ標的に対し、表２の全例中最も広い黒領域を示しており、動きボケが最も小さくなっている。

本発明例（ＲＧＢＫＫＫ）で速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。 比較例１（１倍速単純ＦＳＣ）で遅動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。 比較例１（１倍速単純ＦＳＣ）で速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。 比較例２（動き補間）で速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。 比較例２（動き補間）で対向物体交差の場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。 比較例４（２倍速単純ＦＳＣ）で速動標的に眼が正しく追随する場合の視線追随積分計算方法とその計算結果を示すグラフである。

Claims (6)

1. Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色を順次表示する色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法において、前記３原色の組の前および／または後に１または２以上のフィールド分の黒色を付加し、該付加した組内の色を順次表示することを特徴とする色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
2. 前記黒色の表示は、液晶を黒状態に駆動すること、または、液晶表示装置内のバックライトを消すことにより行うことを特徴とする請求項１に記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
3. 黒をＫで表すものとして、前記黒色を付加した組内の表示順が、ＲＧＢＫＫＫ，ＫＲＧＢＫＫ，ＫＫＲＧＢＫ，ＫＫＫＲＧＢのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
4. 前記Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色に代えて、Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の３原色とした請求項１〜３のいずれかに記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
5. 前記Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される３原色に代えて、４以上の多原色とした請求項１〜３のいずれかに記載の色順次表示方式液晶表示装置用の色表示方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の色表示方法の実行機能を有する色順次表示方式液晶表示装置。