(57)【要約】【課題】  ＨＣ−ＬＣＤでは複屈折色の中間的な明るさを表示するために画素分割またはディザ法を用いるため、解像度が高くすることが困難である。【解決手段】  印加電圧に応じてリタデーションを変化させる電気光学素子（９０）にカラーフィルタ（８１）を積層したカラー要素を複数含むカラー表示装置（１００）であって、  前記カラーフィルタが３原色のうちの２色の光を透過するカラーフィルタであって、前記カラー要素の明度が変化する範囲と、前記明度の最大から前記２色にわたって前記カラー要素の色相が変化する範囲とで、前記電気光学素子のリタデーションを連続的に変化させる電圧が印加される第１のカラー要素を、２以上組み合わせて前記２色のカラー表示の単位とすることを特徴とするカラー表示装置。【選択図】  図１
2008292747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電圧に応じてリタデーションが変化する電気光学素子にカラーフィルタを積層したカラー要素を複数含むカラー表示装置であって、
前記カラーフィルタが３原色のうちの２色の光を透過するカラーフィルタであって、前記カラー要素の明度が変化する範囲と、前記明度の最大から前記２色にわたって前記カラー要素の色相が変化する範囲とで、前記電気光学素子のリタデーションを連続的に変化させる電圧が印加される第１のカラー要素を、２以上組み合わせて前記２色のカラー表示の単位とすることを特徴とするカラー表示装置。
【請求項２】
前記３原色のうちの２色の光を透過するカラーフィルタが赤と青の２色の光を透過するカラーフィルタである請求項１に記載のカラー表示装置。
【請求項３】
前記第１のカラー要素に加えて、前記カラーフィルタが３原色のうち残る１色の光を透過するカラーフィルタであって、前記カラー要素の明度が変化する範囲で前記電気光学素子のリタデーションを連続的に変化させる電圧が印加される第２のカラー要素を、前記３原色のうち残る１色のカラー表示の単位とする請求項１に記載のカラー表示装置。
【請求項４】
前記３原色のうちの２色の光を透過するカラーフィルタが赤と青の２色の光を透過するカラーフィルタであり、前記３原色のうち残る１色の光を透過する第２のカラーフィルタが緑の光を透過するカラーフィルタである請求項３に記載のカラー表示装置。
【請求項５】
前記第１と第２のカラー要素に加えて、印加する電圧に応じてリタデーションが変化する電気光学素子からなり、カラーフィルタを積層しない第３のカラー要素を有する請求項１に記載のカラー表示装置。
【請求項６】
印加される電圧に応じてリタデーションが変化する電気光学素子にカラーフィルタを積層したカラー要素を複数含む表示パネルと、
３原色からなるカラー画像の信号が入力され、前記信号を前記電気光学素子の電圧信号に変換して出力する回路と
を有するカラー表示装置であって、
前記表示パネルは、前記カラーフィルタが３原色のうちの２色の光を透過するカラーフィルタであって、前記カラー要素の明度が変化する範囲と、前記明度の最大から前記２色にわたって前記カラー要素の色相が変化するまでの範囲とで、前記電気光学素子のリタデーションを連続的に変化させる電圧が印加される第１のカラー要素と、前記カラーフィルタが３原色のうち残る１色の光を透過するカラーフィルタであって、前記カラー要素の明度が変化する範囲で前記電気光学素子のリタデーションを連続的に変化させる電圧が印加される第２のカラー要素とを含む表示パネルであり、
前記回路は、前記入力されるカラー画像信号のうち、前記２色の画像信号を前記第１のカラー要素の２以上の組の前記電気光学素子に印加する電圧信号に変換し、前記残る１色の画像信号を前記第２のカラー要素の前記電気光学素子に印加する電圧信号に変換する回路であることを特徴とするカラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多色表示化させるための表示装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネセンスディスプレイなど、電子ディスプレイ技術の発展が著しく、市場にも広く普及されている。その中で使用されるカラー表示方式は、主としてひとつの画素の中に赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３原色に対応した３つの副画素を並列配置し、空間的な混色を利用してさまざまな色をあらわす技術が利用されている。これらの副画素では、それぞれの色の濃淡を表現することができ、これらを実質的に連続な階調色を表すように適宜制御することによって、フルカラー表示を得ることが可能である。
【０００３】
多くの電子ディスプレイでは、ＲＧＢ三色のカラーフィルタを持つ副画素それぞれが連続階調性を示すので、空間的な加法混色原理によってフルカラー表示が出来る。
【０００４】
時分割カラー表示方式も提案されている。これはＲＧＢ三色の光源を高速で切り替え、それに同期して光変調素子を制御するもので、時間的な加法混色原理によってフルカラー表示が出来る。前述の空間混色とは違って目の残像効果を利用した混色原理を利用する方式ではある。
【０００５】
その他、ＲＧＢそれぞれの光変調素子を有する３板式の投射型表示装置や、ＲＧＢもしくは黄（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）の表示パネルを積層させた減法混色のカラー表示装置も知られている。
【０００６】
以上の表示装置は、ＲＧＢそれぞれの色を３つの表示エレメントで表示するという点で、共通の表示方法ということができる。
【０００７】
これに対して、特許文献１に提案されている「ハイブリッドカラー表示方式」は、従来用いられてきた表示方式とは違って、１つの原色の軸は独立に制御するものの、残る二つの原色の軸は一つの表示エレメントで表現するという表示方式である。
【０００８】
上記特許文献１では、液晶の複屈折を利用した反射型カラー液晶ディスプレイ（ハイブリッドカラー反射型液晶ディスプレイ、以下ＨＣ−ＬＣＤと称する）が提案されている。
【０００９】
図１３はその１つの画素の断面図である。１つの画素は、マゼンタ色のカラーフィルタを有した副画素（以下、副画素１と称する）と緑色のカラーフィルタを有した副画素（以下、副画素２と称する）とからなっている。
【００１０】
ＨＣ−ＬＣＤでは、緑色の副画素は従来どおり制御するので、緑色に関しては任意の中間調を表現することが可能である。しかし、赤と青に関しては、それぞれ１つの複屈折で表示されるのみで、中間的な明度は表現できない。
【００１１】
特許文献２には、ＥＣＢによるカラー表示を用いた多色化方法として、異なる表示色の複数の副画素を組み合わせる方法が提案されている。２つの副画素の１つを赤にし、もう１つを黒にすることにより、暗い赤を表現する。また、副画素の１つを青にし、もう１つを白にすることにより、明るい青を表現することができる。
【００１２】
ＨＣ−ＬＣＤにおける表示可能な色については、非特許文献１に詳しく述べられている。
【００１３】
画素分割を用いずに、複数の画素を組み合わせて、ＲＢ平面上での表示色数を増加させる方法が、特許文献３および非特許文献２に開示されている。複数の画素の組み合わせは、ディザ法、誤差拡散法、その他の画像処理手法を用いることができる。
【特許文献１】特許第０３７９６４９９号公報
【特許文献２】特許第０３０９８１１２号公報
【特許文献３】特開２００５−３４６０４５
【非特許文献１】Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ０４（ＳＩＤ０４）予稿集ｐ．１１１０
【非特許文献２】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ０５（ＩＤＷ０５）予稿集ｐ．８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の方法では、画素分割によって、または複数画素の組み合わせによって、原色と無彩色との混色による白っぽい赤や暗い赤の表示、あるいは青と緑の原色同士の混色による水色表示などが可能である。しかし、自然画表示で必要な連続的な色相の表現はできない。
【００１５】
ひとつの画素を多くの副画素に分割する場合は、ドライバＩＣを多く要する、画素間の比率が高まるため開口率が減少するので光利用効率が低下する、などの困難がある。
【００１６】
特許文献１のマゼンタの複画素１に赤および青の副画素を追加する構成は、アナログ階調を表示できるメリットはあるものの、カラーフィルタプロセスが増加するという難点もある。
【００１７】
ディザ法は、複数の画素を用いた空間平均による混色原理であるが故に、自然画表示の際に解像度が低下するという課題がある。
【００１８】
そこで、本発明は、簡便なディスプレイパネル構成を用いて、より解像度の高い精細な中間色が得られ、かつ入力画像信号をより忠実に再現できる表示装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は印加電圧に対して明度が変化する範囲と、印加電圧に対して色相が変化する範囲とを表示可能な画素を含んで構成される表示パネルと、
カラー画像信号が入力され、前記表示パネルに表示信号を出力する制御部とを有する表示装置であって、
前記表示パネルは赤・緑・青の三原色のうち二つの原色の組み合わせで得られる黄・シアン・マゼンタいずれかの補色を表示可能な画素を有しており、該補色表示画素において補色を構成する二つの原色を表示可能である表示装置であり、
該補色が実質的に連続した明度変調を実現可能な変調区間Ａ、および
該補色を構成する二つの原色のうち少なくともいずれか一方の原色と、該補色との中間の色相を表すことができ、この中間色相を連続的に変調させる変調区間Ｂ、および
該補色を構成する二つの原色のうち一方の原色と、残る一方の原色との中間の色相を表すことができ、この中間色相を連続的に変調させる変調区間Ｃ、
を制御するための制御部を有する表示装置であり、
上記Ａ，Ｂ，Ｃ変調区間上に存在しない表示色が入力信号として与えられたとき、
少なくとも２つの隣接する複数の画素を用いてそれぞれ異なる変調区間の色を表示し、上記３つの変調区間のうち少なくとも２つの組み合わせによって表示を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
リタデーションによって色相が変化する範囲を含んで液晶素子を変調し、それを２つ組み合わせることによって、色相を広い範囲で連続適に変調することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
光の三原色をそれぞれひとつの軸にとった図１４に示す色立方体でカラー表示の表示色を表現することが知られている。
【００２２】
本明細書での色立方体とは、Ｂｋ（黒）を原点とし、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）方向を独立ベクトルとする立方体である。立方体の内部の点で全ての色を表現する。色立方体中に存在している色は、Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれの軸方向のベクトルの和によって表現される。混色は色立方体におけるベクトル和で表すことができる。
【００２３】
色立方体中の任意の点はその座標値に対応した赤・青・緑の混色状態を表している。Ｂｋ点から延びるベクトルの示す点として表示色を表現することとなる。Ｂｋで示した頂点は明度が最小の状態、Ｗは最大明度の白色表示状態、Ｒ、Ｇ、Ｂの各頂点はそれぞれの原色の最大輝度状態を表している。赤・緑・青の画像情報信号が与えられたとき、それぞれの画像情報信号の階調が各軸の座標値である。各色が２５６階調の場合、立方体の一辺の長さは２５５である。
【００２４】
ＲＧＢ三色のカラーフィルタを有する液晶表示素子では、ＲＧＢの３つのエレメント（本明細書では、１画素内の副画素の１つ１つをエレメント、またはカラー要素と呼ぶ）が１つの色を表現する、つまりカラー表示の１単位を構成する。それぞれの色は独立に制御され連続的な階調が表示される。つまり、色立方体を構成する三つの独立ベクトルそれぞれの大きさを、ゼロから最大値まで任意の大きさにすることができる。
【００２５】
あらゆる色に対してＲＧＢ独立ベクトルのそれぞれの大きさが一義的に決まるので、それに応じてＲＧＢ各カラーフィルタの副画素の階調表示レベルが決まり、任意の色が３つの副画素の混色として表示できる。
【００２６】
ＨＣ−ＬＣＤにおいては、２つの副画素（カラー要素）が１つのカラー表示単位を構成する。ＨＣ−ＬＣＤのカラーフィルタの組み合わせは、一方がＲＧＢ３原色のうちの１つの光を透過し、他方が２つの色の光を透過するように組み合わされる。１色の光のみを透過するカラーフィルタの副画素は、電圧を印加して明度変調範囲で液晶のリタデーションを変化させる。２色の光を透過する方の副画素は、電圧印加により明度変化と色相変化の両範囲にわたってリタデーションを変化させる。
【００２７】
緑とマゼンタの副画素を１組とするＨＣ−ＬＣＤでは、緑の副画素は、液晶のリタデーションが明度変調範囲内で変化し、緑の明度が変調される。マゼンタの副画素では、液晶のリタデーションが明度変調範囲にあるときはマゼンタ色を表示し、それより大きい色相変調範囲で赤と青の２色のリタデーションをとるときは、液晶のリタデーションによる色にマゼンタのカラーフィルタを積層した色が表示される。
【００２８】
図１５は、リタデーションと複屈折による色変化の関係を色度図上で示し、図１６はマゼンタ副画素の表示可能な色を示す図である。
【００２９】
液晶の複屈折が明度を変調させる電圧範囲（明度変調区間、図１５のリタデーションがおよそ０ｎｍ−２５０ｎｍの範囲）において、液晶層では実質的に無彩色の明度変調が行われる。この範囲では、カラーフィルタの色であるマゼンタ色の連続階調が表現される。これをＲＢ平面上で表現すると、黒色を表す原点を起点として、明るいマゼンタ色までの線（図１６の中央上向きの矢印）となる。
【００３０】
さらに電圧を増加させると、液晶の複屈折によって色層が変化する電圧範囲（色相変調区間）になる（図１５の２５０ｎｍ以上の範囲）。複屈折によって液晶層を透過する光が赤色（４５０ｎｍ付近）になると、カラーフィルタのマゼンタ色との減法混色によって赤色が表示される。カラーフィルタの透過光を狭い波長範囲に絞ることにより、複屈折の色よりも純度を上げることもできる。
【００３１】
さらに複屈折量を増加させ、液晶層にて複屈折による青緑表示を行うと、カラーフィルタのマゼンタ色との減法混色によって青色表示を行うことができる（６００ｎｍ付近）。
【００３２】
以上の赤色と青色はそれぞれＲＢ平面上の点（図１６の正方形の左右の頂点）として表すことができる。マゼンタの連続明度変化とあわせると、ＨＣ−ＬＣＤのマゼンタ副画素の表示可能な色は、図１６のように、ＲＢ色平面で１本の直線と二つの点で表すことができる。
【００３３】
このように、従来のＨＣ−ＬＣＤでは、黒とマゼンタを結ぶマゼンタ色の明度変調区間、および赤色の点と青色の点を表示に用いている。しかし、上で説明したとおり、電圧を連続的に変化させることにより複屈折が連続変化するので、マゼンタ色から赤色にかけて、さらに赤色から青色にかけて、中間的な色相を表示させることができる。
【００３４】
黒とマゼンタを結ぶマゼンタ色の明度変化だけでなく、マゼンタから赤への連続的な色変化と、赤から青への連続的な色変化も含めた全体の変化を、図１７でＲＢ平面内の１つの軌跡として示した。マゼンタカラーフィルタの複画素が取り得る表示色は、色立方体中のＲＢ平面内で、図１７のように連続した線で示される。以下、黒とマゼンタを結ぶマゼンタ色の明度変調区間をＡ、マゼンタ色から赤色に向かって変調する区間をＢ、赤色から青色に向かって変調する区間をＣ、とする。
【００３５】
なお図１７では、区間Ｂを色立方体の辺に沿った直線で表現しているが、区間Ｂは複屈折によって液晶が白から黄色を経て赤に変化する範囲であって、必ずしも最大輝度のマゼンタと最大輝度の赤の混色ではない。同様に、区間Ｃも、最大輝度の赤と最大輝度の青の混色を表す直線ではなく、マゼンタ軸の中点を通るものでもない。しかし、以下では、１次近似として解析を容易にするため、区間Ｂ、Ｃを直線として説明する。
【００３６】
本発明は、２以上の画素にわたるマゼンタ副画素を用いて、上記Ａ，Ｂ、Ｃの変調区間の組み合わせで中間色を表示するものである。従来のディザ法と比較して少ない画素数で連続的な階調を表現することができる。
【００３７】
なお、緑色は連続的な階調が表現可能であるので、１つの画素が１つの色を表示する。本発明はＲＢ平面内の表示について適用される。
【００３８】
（第１の実施形態）
以下、本発明を、２画素の組み合わせを例にとって説明する。
【００３９】
２つの画素のマゼンタ副画素１を１組として、それぞれのマゼンタ副画素１を、Ａ、Ｂ、Ｃの区間にわたって連続的に複屈折を制御し、その組み合わせで１つの色を表現することを考える。区間Ａ、ＢおよびＣのうち２つの区間から２点を選択したとき、原点Ｂｋとそれらを結ぶ２つのベクトルが決まる。それぞれの区間で点を動かしたとき、２つの独立なベクトルの合成によってＲＢ平面内で１つの領域が決まる。この領域が、２つの画素のマゼンタ複画素を組み合わせて表示できる色の範囲である。
【００４０】
以下で詳しく説明するように、この領域は、図１の灰色部分で表される。この領域は図１６のような直線と点の集まりではなく面であるから、明度方向および色相方向に微小な違いを表現することが可能となる。
【００４１】
２つの独立なベクトルの合成が作る領域について以下で具体的に説明する。
【００４２】
赤方向のベクトルを
【００４３】
【数１】
2008292747.tif 000003
、青方向のベクトルを
【００４４】
【数２】
2008292747.tif 000004
とする。このときマゼンタ方向は
【００４５】
【数３】
2008292747.tif 000005
であるので、区間Ａ上の任意の点は、
【００４６】
【数４】
2008292747.tif 000006
（ただしｓは０から１の任意の数）
と表される。
【００４７】
区間Ｂはマゼンタと赤とを結ぶ任意の点であるので、区間Ｂ上の任意の点は、
【００４８】
【数５】
2008292747.tif 000007
（ただしｔは０から１の任意の数）
と表される。これを書き換えると、
【００４９】
【数６】
2008292747.tif 000008
（ただしｔは０から１の任意の数）
となる。
区間Ｃは赤と青とを結ぶ任意の点であるので、区間Ｃ上の任意の点は、
【００５０】
【数７】
2008292747.tif 000009
（ただしｕは０から１の任意の数）
と表される。
【００５１】
ここで、同一の面積のマゼンタ副画素を二つ用いて混色を行う場合を考える。Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの区間から二つの区間を選択する組み合わせは、（１）Ａ／Ａ、（２）Ｂ／Ｂ、（３）Ｃ／Ｃ、（４）Ａ／Ｂ、（５）Ａ／Ｃ、（６）Ｂ／Ｃの６通りである。これら６通りの組み合わせに関して、二つの副画素の混色を考える。混色は２つの副画素の平均の表示色で表され、ＲＢ平面では２つの副画素の色を表すベクトルを足して２で割ったものになる。
【００５２】
それぞれの副画素は直線上の任意の点を取り得るので、ｓ／ｔ／ｕはそれぞれ独立に選択することができる。ここでは二つの副画素のうち、第一の副画素でのパラメータをｘ’（ｘはｓ／ｔ／ｕのいずれか）、第二の副画素でのパラメータをｘ”（ｘはｓ／ｔ／ｕのいずれか）とする。
【００５３】
（１）の組み合わせの場合、二つの副画素はいずれも区間Ａ上にある。このときの２つの副画素の平均の表示色は、
【００５４】
【数８】
2008292747.tif 000010
（ただしｓ’、ｓ’’は０から１の任意の数）
となり、マゼンタベクトル上の任意の点である。
【００５５】
（２）の組み合わせの場合、平均の表示色は、
【００５６】
【数９】
2008292747.tif 000011
（ただしｔ’、ｔ’’は０から１の任意の数）
となり、マゼンタと赤色を結ぶ直線上の任意の点である。
【００５７】
（３）の組み合わせの場合、平均の表示色は、
【００５８】
【数１０】
2008292747.tif 000012
（ただしｕ’、ｕ’’は０から１の任意の数）
となり、赤色と青色を結ぶ直線上の任意の点である。
【００５９】
次いで（４）の組み合わせの場合、平均の表示色は、
【００６０】
【数１１】
2008292747.tif 000013
（ただしｓ’、ｔ’’は０から１の任意の数）
となる。これは、図２に示す平行四辺形内の任意の点を表している。したがって、この組み合わせによって、上記平行四辺形内の任意の表示色を再現することが可能になる。
【００６１】
次いで（５）の組み合わせの場合、平均の表示色は、
【００６２】
【数１２】
2008292747.tif 000014
（ただしｓ’、ｕ’’は０から１の任意の数）
となる。これは、図３に示す正方形内の任意の点を表している。したがって、この組み合わせによって、上記正方形内の任意の表示色を再現することが可能になる。
【００６３】
次いで（６）の組み合わせの場合、平均の表示色は、
【００６４】
【数１３】
2008292747.tif 000015
（ただしｔ’、ｕ’’は０から１の任意の数）
となる。これは、図４に示す平行四辺形内の任意の点を表している。したがって、この組み合わせによって、上記平行四辺形内の任意の表示色を再現することが可能になる。
【００６５】
以上、６通りの組み合わせを総合すると、図１に示すＲＢ平面上での領域が２つの画素の組み合わせで表示可能になる。
【００６６】
従来のディザ法において例えば４×４マトリクスを用いた場合では、解像度が縦横ともに４分の１に減少するだけでなく、表示できるのは色空間内の「点」である。
【００６７】
本実施形態では、上述したように明度変調区間Ａと色相変調区間Ｂ，Ｃとから２区間をとって組み合わせることにより、図１に示した領域が「面」として表示できる。さらに、解像度の低下は、従来４分の１（ディザを用いないときの解像度と比較して０．２５倍）だったものが
【００６８】
【数１４】
2008292747.tif 000016
（ディザを用いないときの解像度と比較して０．７１倍）ですむ。
【００６９】
従来自然な表示を得るために３００ｐｐｉ以上の画素密度が要求されていたとすると、本方式では１００ｐｐｉ程度のディスプレイパネルで自然な表示が得られる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図５は、２つの画素の組み合わせでＲＢ平面内の色を表示する第１の実施形態で示した方法では表示できない領域を示したものである。３つの画素を組み合わせることでこれを改善することができる。以下それを説明する。
【００７１】
図５の領域１は、第３の画素のマゼンタ副画素１を青色表示とし、これに上記２画素を組み合わせて表現できる。図１の表示可能領域は、第３画素の青表示の座標分だけシフトしたものが加わるので、図６の斜線範囲が表示可能になる。
【００７２】
それでもなお図５の領域２および３に示した、赤や青の原色に近い色の低階調領域は表示できない。しかし、以下の実施例中にて述べるように、区間Ａ、Ｂ、Ｃが液晶の光学特性によって直線的ではなく曲線的に変化することを考慮すれば、この表示不能領域はより狭くなる。
【００７３】
以上の２画素または３以上の画素を組み合わせで連続色調を表示する方法を、１画素のマゼンタを２：１などの面積比で複数の複画素に分割する方法と組み合わせることも可能である。表示不能エリアの存在が課題となる用途に対しては、複数の副画素を用いることによって、表示不能エリアを少なくすることができる。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００７５】
（実施例１）
対角１２インチ、画素数６００×８００のアクティブマトリクス液晶表示パネルを用いた。この画素ピッチは約３００μｍである。各画素は２分割されて、それぞれに緑・マゼンタのカラーフィルタが配置されている。液晶層は、±５Ｖ電圧印加時にマゼンタカラーフィルタ画素が青色表示となるように、厚さを５ミクロンに調整した。
【００７６】
ＨＣ−ＬＣＤのセル断面構造を図１４に示す。
【００７７】
表示装置１００は、偏光板１、位相差版２、液晶パネル９０の積層構造となっている。液晶パネル９０の下側の基板７は、マトリクス状にＴＦＴ駆動回路（不図示）が形成され、さらに副画素ごとに画素電極６が設けられたアクティブマトリクス基板である。これに対向基板３を張り合わせてセルを作る。対向基板３には、マゼンタカラーフィルタ８１と、緑カラーフィルタ８２と、透明な電極４が設けられている。電極４，６の表面には垂直配向膜（不図示）を塗布し、ラビングにより１度程度のプレチルト角（基板垂直方向に対する角度）を付与する。液晶５として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を用い、基板３と７の間に注入する。
【００７８】
電極４と６に電圧を印加しないときは液晶５が基板表面にほぼ垂直に配向し、電圧印加時は液晶分子が基板に対して傾斜する。傾斜の角度によってリタデーションが決まる。
偏光板１は液晶の傾斜方向が吸収軸に対して４５度となるように配置する。
【００７９】
このように、ＨＣ−ＬＣＤはリタデーションを変化させる液晶層にカラーフィルタが積層された構造になっている。
画素電極６にはアルミ電極を用いて反射型の構成とする。
【００８０】
また対向基板と偏光板との間には位相補償板として広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）を配置した。これにより反射型での表示の際に電圧無印加時には暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成とした。
【００８１】
この表示装置は、１つの画素の表示としては、緑とマゼンタについては連続階調、赤と青は二値の表示である。従来のディザ法によって自然画の表示を行と、粒状感が目立ち、滑らかな階調が表現できない。
【００８２】
この表示装置を用いて、パネル全面が同一色となるように電圧を印加し、電圧を様々に変化させることによって画像を表示させる。緑画素を黒色のままとし、マゼンタ画素全体に同じ電圧を印加し、徐々に電圧値を高くしていくと、画面が黒から明るいマゼンタ色の表示状態になる。さらに電圧を上昇させると、マゼンタ色から連続的に色相が変化し、赤色から暗いマゼンタ色を経て青色になる。
【００８３】
光源が、Ｂ＝４５０ｎｍ、Ｇ＝５５０ｎｍ、Ｒ＝６５０ｎｍの３波長を等輝度で発すると仮定して、ＲとＢのリタデーションによる明るさの変化を計算した結果を図７に示す。リタデーションゼロから２５０ｎｍ程度までは２色ともに単調増加しており、ほぼ無着色のまま透過率が上昇する。それを超えるリタデーション値では、透過率の大小が異なり、着色状態となる。
【００８４】
このように、ＲＢ面内の変化は正確には直線的ではなく曲線的であるので、ここでは図８のように変調区間Ａ−Ｃを再定義する。
１．黒状態（原点）から二つの色の混色状態近傍（グラフ上の座標（１，１）近傍）に至る変調区間Ａ
２．混色状態近傍（グラフ上の座標（１，１）近傍）からいずれかの原色状態近傍（グラフ上の座標（１，０）近傍もしくは（０，１）近傍）にいたる変調区間Ｂ
３．１つの原色状態近傍（グラフ上の座標（１，０）近傍もしくは（０，１）近傍）から別の原色状態近傍（グラフ上の座標（０，１）近傍もしくは（１，０）近傍）にいたる変調区間Ｃ
隣接する２画素のマゼンタ副画素を独立に図７のように変化させたとき、２画素の平均として得られる色をＲＢ平面上にプロットしたものを図９に示す。図９の斜線で示す表示可能領域は、ＲＢ平面の約８０％をカバーする。
【００８５】
（実施例２）
人の肌の色には忠実な階調再現が要求される。図１０は、本発明者が行った肌色の画像の解析結果である。さまざまな人の顔画像から肌の色を抽出しＲＢ平面上にプロットしたものである。この肌色の画像の解析から、人の肌の色は、ＲＢ平面上で対角（マゼンタ）方向の軸から赤色方向に偏在した領域にあることがわかる。
【００８６】
この領域はほぼ図１の本方式で表現できる領域内にあるから、本発明の表示が、人間の顔や体などの表示に適しているといえる。
【００８７】
本発明では、横方向に隣接する２つのマゼンタ画素を一組として表示するため、横方向の解像度が半分になる。しかし、人物画像のような自然画表示では解像度の低下がほとんど気にならないので、人間の顔が自然な色でかつ滑らかな階調で表示できる。
【００８８】
（実施例３）
本実施例では、対角１２インチ、画素数６００×８００、画素ピッチ３００μｍ、マゼンタカラーフィルタ付きの副画素が１：２の面積比に分割されているアクティブマトリクス表示パネルを用いる。緑副画素とそれぞれのマゼンタ副画素との面積比は、３：１：２である。液晶層は、±５Ｖ電圧印加時にマゼンタカラーフィルタ画素が青色表示となるように、厚さを５ミクロンに調整した。
【００８９】
セルの断面構造は実施例１と同じである。この液晶表示素子は、緑とマゼンタについては連続階調が可能、赤と青は４階調の表示が可能である。
【００９０】
図１１は、画素を２つ組み合わせたときの平均の色をＲＢ平面上にプロットしたものである。マゼンタ副画素を２分し４階調表示できるようにした結果、ＲＢ平面の９０％をカバーしている。
【００９１】
なお表現できない領域は依然として残っているが、この表現できない領域の画像信号が入力されたときは、最も近い色となる出力画像信号となるようにマッピングを行うこともできる。低階調側の表示では色の違いがほとんど認識できないこと、Ｒ軸やＢ軸近傍の中間および高階調側では若干マゼンタよりに色がシフトするもののその量が軽微であること、のために、見た目の画像は元の画像とほとんど変わらない。
【００９２】
（実施例４）
本実施例の画素平面図を図１２に示す。本実施例の画素は、緑のカラーフィルタを持つ副画素２、マゼンタのカラーフィルタを持つ副画素１、および透明な副画素９で構成されている。その他は実施例３と同じ液晶パネルを用いる。
【００９３】
透明画素９に対して±５Ｖ電圧を印加して青色を表示し、マゼンタ副画素１を実施例１と同様に駆動する表示制御で、２画素を組み合わせた中間職表示を行う。緑の副画素２は１画素で明度変調を行う。これによって、図６で示した表示範囲が可能となり、明るいマゼンタから青にかけての領域が表示できる。青紫のハイライト、あるいは緑との混色によって得られるスカイブルー色など、明るい青色領域で滑らかな表示が得られる。
【００９４】
（実施例５）
図１８は本発明の表示装置全体のブロック図である。表示装置は、表示部３０と回路部３１とからなる。
【００９５】
表示部３０は、実施例１と同じ液晶パネル３７と、走査側の駆動回路３６、信号側の駆動回路３５が含まれている。
【００９６】
回路部３１には画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂが入力され、表示パネルに電圧信号Ｍ，Ｇが出力される。画像信号はＲＧＢの３色の並列信号で、それらが１つのカラー表示単位を構成し、表示単位ごとに時系列で送られてくる。カラー画像信号の１単位は色立方体の１つの点に対応する。
【００９７】
ＲＧＢの画像信号のほかに、同期信号ＣＬが回路部の制御回路３４に入力される。同期信号ＣＬは制御回路で表示制御信号ＳＹＮＣに変換され、表示部の走査側駆動回路３６と信号側駆動回路３５に送られて表示動作をコントロールする。
【００９８】
Ｇ信号はＧ信号処理回路３３で電圧信号に変換され、緑画素の信号Ｇとして表示パネルの信号側駆動回路３５に送られる。この変換は周知の方法であって、Ｇ信号処理回路３３はＤＡ変換、ガンマ補正等の回路を含んでいる。
【００９９】
ＲとＢの信号はＲＢ信号処理回路３２で以下のようにしてマゼンタ画素への電圧信号となる。
【０１００】
入力信号が与えられたとき、回路部内ではこれを隣接する２つの画素（Ｐ、Ｑとする）のマゼンタ副画素の信号に変換する。入力信号はＲＢ平面の１つのベクトルで表すことができる。これを、ＩｎｐｕｔＤａｔａ（Ｒ、Ｂ）と書く。これを、区間Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかの線上にある２つのベクトルの和で表して、それらを画素Ｐ、Ｑの信号とすればよい。具体的には以下のようにして２つのベクトルを決定できる。
【０１０１】
第１の実施形態で説明したように、Ａの副画素のパラメータｘは、区間（Ａ／Ｂ／Ｃ）それぞれで０から１まで変化する（ｓ‘／ｔ’／ｕ‘）であり、Ｂの副画素のパラメータｘ‘は、同じく区間（Ａ／Ｂ／Ｃ）それぞれで０から１まで変化する（ｓ“／ｔ”／ｕ“）である。
【０１０２】
（１）まず、ＲとＢの入力信号が図２の領域内にあるときは、これを区間Ａと区間Ｂの２つのベクトルの和で次のように表すことができる。
【０１０３】
【数１５】
2008292747.tif 000017
【０１０４】
単位ベクトルとはそれぞれ（２５５、０）と（０，２５５）であるから、上の式は
【０１０５】
【数１６】
2008292747.tif 000018
と書くことができる。これから、
【０１０６】
【数１７】
2008292747.tif 000019
【０１０７】
【数１８】
2008292747.tif 000020
となり、これをｓ‘とｔ“について解くと、
【０１０８】
【数１９】
2008292747.tif 000021
を得る。これが画素Ｐと画素Ｑのそれぞれのマゼンタ副画素の電圧信号となる。
【０１０９】
ｓ‘をＰ画素に、ｔ“をＱ画素にしてもよくその逆でもよい。ＰとＱの表示に偏りがでないように、フレームごとに割り振りを逆にしてもよい。
【０１１０】
（２）入力信号が図３の領域内にある画像は、区間Ａと区間Ｃの２つのベクトルの和で次のように表すことができる。
【０１１１】
【数２０】
2008292747.tif 000022
座標値を入れて
【０１１２】
【数２１】
2008292747.tif 000023
と書き、
【０１１３】
【数２２】
2008292747.tif 000024
【０１１４】
【数２３】
2008292747.tif 000025
を得る。これをｓ‘とｕ”について解くと、
【０１１５】
【数２４】
2008292747.tif 000026
これが画素Ｐと画素Ｑのそれぞれのマゼンタ副画素の電圧信号となる。
【０１１６】
（３）入力信号が図４の領域内にあるときは、区間Ｂと区間Ｃのベクトルを用いて、
【０１１７】
【数２５】
2008292747.tif 000027
と表し、同様にして
【０１１８】
【数２６】
2008292747.tif 000028
が求められる。これが画素Ｐと画素Ｑのそれぞれのマゼンタ副画素の電圧信号である。
【０１１９】
図２−図４のうちの２つまたは３つに重複して属するような入力信号が存在する（例えば、（Ｒ，Ｂ）＝（１４０，１２８）など）。この場合、上記のパラメータは２つまたは３つの解を持ち、一義的には定まらない。その場合はそれらの解を２画素の組み合わせに適宜等分に割り振る。２つの解が得られたなら、隣り合う（Ｐ，Ｑ）の画素の組を市松模様に２分し、一方に第１の解を使い、他方に第２の解を使う。３つの解が得られたなら、隣り合う（Ｐ，Ｑ）の画素の組をデルタ模様に３分し、それぞれに第１、第２、第３の解を使うようにする。
入力信号が重複しない場合には、上記の式に従ってパラメータは一つの値に決定することができる。
【０１２０】
このようにして、ＲとＢの画像信号が２画素のマゼンタ副画素についての信号に変換される。その後はＧ信号処理回路３３と同様の周知の方法によりそれぞれの画素の電圧信号Ｍに変換され、表示パネルの信号側駆動回路３５に送られる。
【０１２１】
この結果、１つのカラー画像信号は、１画素のＧ電圧信号と２画素のＭ電圧信号に変換される。緑の表示は１画素が１つの表示単位となり、赤と青の表示は２画素が１つの表示単位となる。赤と青は２画素を用いて表示されるので、時系列入力画像信号の１つおきに表示信号となり、残りは間引きされる。
【０１２２】
本実施例では、隣接するマゼンタ副画素においてそれぞれ連続的な変調区間で表示してそれらの混色を表現するので、滑らかな自然画像を表示することができる。
【０１２３】
（実施例６）
本実施例では実施例１〜５で用いたパネルとほぼ同様の構成で、図１９に示すような画素間にブラックマトリクスを設けた液晶素子７１０を用いる。このとき薄膜トランジスタ（不図示）を有する反射電極基板７１２と対向する側の基板７１１にカラーフィルタ（不図示）を設ける。液晶素子７１０はこれらとともに不図示の配向膜および液晶層からなっている。
【０１２４】
本実施例で用いるブラックマトリクス７０１はいわゆる一般的なクロム製であって、ガラス上に酸化クロム７０２および金属クロム７０３をこの順で成膜し、パターニングしたものである。このブラックマトリクスは通常ＬＣＤパネルとして使用する際、ガラス面から観測すると酸化クロムが見えるために黒色表示であるが、逆側から観測すると金属クロムによる金属光沢が視認される。
【０１２５】
この液晶素子７１０の背面側にバックライト７０４を配設して点灯させると、隣接するふたつの反射画素（７０５，７０６）の隙間（いわゆる画素間）からバックライト光が漏れ、それが金属クロムに反射し、さらにその反射光がアルミ反射電極に到達した後、その反射光を視認することができる。このときの光路を矢印７０７にてあらわす。
【０１２６】
このとき、金属クロム上に拡散性を持たせるための微粒子を配置したり、金属クロムそのものの凹凸形状を制御することによって、アルミ反射電極に到達する光量を制御することができる。
【０１２７】
あるいはガラス基板７１１と７０８の間に公知の前方散乱板を設けることによって、拡散による光量調整機能が反射モードと透過モードにて同じ部材で兼用することができる。
【０１２８】
本実施例で用いる液晶モードは垂直配向を利用したモードであるため、バックライト光が画素間を通過する際には複屈折変調されることがない。つまり金属クロムにて反射する光は、バックライト光と円偏光板による円偏光が保存されたまま反射するため、前面側の円偏光板を通過した光と透過となる。これにより、このような原理にしたがうと、反射型ＬＣＤの構成をほとんど変えることなく、反射率の高い半透過液晶素子、いわゆる微透過型の半透過液晶素子を得ることができる。
【０１２９】
なお、垂直配向以外の表示モードにおいて、電圧無印加時に複屈折が生じる表示モードの場合には、バックライト側の基板７１２と偏光板７０９との間に、画素間部の複屈折を補償させるための光学フィルムを用いることによって、上記垂直配向の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０１３０】
本実施例では、パネル前面側には実施例１〜５と同様に広帯域円偏光板７０８を設け、さらに裏面側にも前面側偏光板と光軸が直交するように偏光板７０９を配置する。
【０１３１】
その結果、外光のない暗い場所においてもディスプレイを観測することが可能となる。このときフロントライト固有の、斜めから見たときの光漏れがなく、また通常のＬＣＤと同様に滑らかな階調特性を有する良好な表示特性を得ることができる。
【０１３２】
特に本発明に対してこうした半透過型構成を採用することは視野角特性の観点から有利である。つまり、本明細書中で述べたように、図１に示した領域は全て連続階調表示可能であって、人の顔など自然な表示が可能となっている。ところが、このとき例えば図２の領域から図３の領域に遷移する境界線をまたがって連続的に変化する画像の場合（例えば２５６階調のうち（Ｒ，Ｂ）＝（１４０，１１０）なる階調データから（Ｒ，Ｂ）＝（１１０，１１０）なる階調データに連続的に変化する画像の場合）、図２，３の境界部を境に分子傾斜角（配向状態）が急激に異なることになる。つまり加法混色後の表示色は連続であったとしても、画素一つに着目するとその境界部では不連続に変化した画像ということができる。その結果、視野角を変化させて観測したとき、該液晶パネルの視野角補償の設計が十分でない場合には不連続な階調変化として観測されてしまう。
【０１３３】
また本実施例では垂直配向モードの液晶表示素子を中心に述べたが、平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。またＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードにも適用することが可能である。
【０１３４】
液晶以外にも、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ３）などの固体電気光学物質、その他、複屈折を示し電圧によってリタデーションを変化させる電気光学素子に対して、本発明が適用できる。
【０１３５】
以上、緑とマゼンタのカラーフィルタを持つカラー要素を例に説明したが、一般に、ＨＣ−ＬＣＤのカラーフィルタの組み合わせは、一方がＲＧＢ３原色のうちの１つの光を透過し、他方が２つの色の光を透過するように組み合わされる。ＲとＢを透過するマゼンタの代わりに、ＢとＧを透過するシアンあるいはＲとＧを透過する黄色のカラーフィルタを用いた場合も本発明を適用することができる。ただし、その場合は、明度変化範囲と色相変化範囲との間にリタデーションの不連続があり、区間Ａ、Ｂ、Ｃは図７や図１７のようにつながった軌跡にはならない。
【０１３６】
明度変化範囲で緑を表示する緑カラーフィルタの副画素の代わりに、赤または青のカラーフィルタの副画素を用いて、赤とシアン、または青と黄色の画素構成に対して本発明を適用することも可能である。
【０１３７】
それに対して、本実施例の半透過型構成では、透過部において液晶層を通過する光線の軌道はほぼ一定である。つまり観測位置によらずに所定の階調を表示することが容易に設計可能であるため、上述の視野角依存の問題は発生せず、滑らかな階調表示が可能となる。
【０１３８】
さらにこうした画質上の利点の他に、本実施例の半透過型構成は一般的な半透過型ＬＣＤに採用されているマルチギャップ（ひとつの画素中に複数のセル厚の領域を作りこんだセル構成）が不要であるので、安価に実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の実施形態における表示可能範囲を示す図。
【図２】本発明の実施形態における第１の部分的表示範囲を示す図。
【図３】本発明の実施形態における第２の部分的表示範囲を示す図。
【図４】本発明の実施形態における第３の部分的表示範囲を示す図。
【図５】本発明の実施形態によって表示できない範囲を示す図。
【図６】第３画素を追加した実施形態の表示可能範囲を示す図。
【図７】実施例１の表示装置のマゼンタ副画素の色変化を表す図。
【図８】実施例１における区間の定義を示す図。
【図９】実施例１における表示可能範囲を示す図。
【図１０】人の顔の色の分布をＲＢ平面で表した図。
【図１１】実施例３の表示可能範囲を示す図。
【図１２】実施例４の画素構成を示す平面図。
【図１３】ＨＣ−ＬＣＤ方式の表示装置の断面図。
【図１４】色立方体を示す図。
【図１５】リタデーションと表示色の関係を示す図。
【図１６】従来のＨＣ−ＬＣＤにおけるＲＢ平面上での表示可能範囲を示す図。
【図１７】リタデーション変化に対するマゼンタ副画素の色変化を表す図。
【図１８】実施例５の表示装置の構成を示すブロック図。
【図１９】実施例６の表示装置の断面図。
【符号の説明】
【０１４０】
１  偏光板
３  対向基板
４  対向電極
５  液晶
６  画素電極
７  アクティブマトリクス基板
８１，８２  カラーフィルタ
３０  表示部
３１  回路部
３２  ＲＢ信号処理回路
３３  Ｇ信号処理回路
３４  制御回路
３７  液晶パネル
９０  液晶素子
１００  液晶表示装置
【図１】
2008292747.tif 000029
【図２】
2008292747.tif 000030
【図３】
2008292747.tif 000031
【図４】
2008292747.tif 000032
【図５】
2008292747.tif 000033
【図６】
2008292747.tif 000034
【図７】
2008292747.tif 000035
【図８】
2008292747.tif 000036
【図９】
2008292747.tif 000037
【図１０】
2008292747.tif 000038
【図１１】
2008292747.tif 000039
【図１２】
2008292747.tif 000040
【図１３】
2008292747.tif 000041
【図１４】
2008292747.tif 000042
【図１５】
2008292747.tif 000043
【図１６】
2008292747.tif 000044
【図１７】
2008292747.tif 000045
【図１８】
2008292747.tif 000046
【図１９】
2008292747.tif 000047