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えみゆのもと
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1 JEITA 人間工学シンポジウム 2011 年 3 月 4 日多原色ディスプレイの意義シャープ株式会社研究開発本部ディスプレイシステム研究所冨沢一成

2 Contents 1. 現行規格の色域 2. ( 様々な ) 色再現目標 3. 多原色ディスプレイの色再現 4. 光利用効率 5. 冗長性の利用 5-1 視野角改善 5-2 解像度向上 6. 多原色ディスプレイの今後の取り組み 7. 理想的な映像システムの提案

1. 現行規格の色域従来伝送被写体カメラディスプレイカラーテレビシステム規格に整合したディスプレイ

709 60 年前にテレビをカラー化するために検討されたカラーテレビシステム規格が基準人間工学

方式のスタート時 1950 年代 ~1965 ~ 年代 y 人間の視覚特性を基に出来るだけ理想的な色再現範囲を規格化

3 1. 現行規格の色域従来伝送被写体カメラディスプレイカラーテレビシステム規格に整合したディスプレイ NTSC 規格 ITU-BT 年前にテレビをカラー化するために検討されたカラーテレビシステム規格が基準人間工学カラーテレビジョン方式伝送方式 (NTSC PAL など ) 必ずしも理想の色再現とは言えない (a)ntsc 方式のスタート時 1950 年代 ~1965 ~ 年代 y 人間の視覚特性を基に出来るだけ理想的な色再現範囲を規格化 x (b) 現在 :1965 : 年以降希土類蛍光体ブラウン管テレビの登場行以降液晶テレビもこれに合わせている y NTSC 規格通りでは明るいカラーブラウン管が出来ないので色再現範囲の狭い希土類蛍光体を使用 x

4 2. 色再現の目標 1 Pointer s data Pointer s Color * M. R. Pointer が報告した物体の表面色が存在する色の範囲 (1980) マンセル色票塗料印刷用インク用の顔料園芸サンプル色紙プラスチックテキスタイルなど各方面の表面色を分析しこの範囲を定めた実在する色の範囲を定めたことでより実用的な色再現範囲の広さを示す指標として使われるようになってきた L* y HUE x *1) Color Res. Apply., Vol. 5, pp

L* HUE SOCS データ * の D65 光源で計算最外殻を抽出し pointer s data の様に L*10 毎 HUE を 10

5 2. 色再現の目標 2 SOCS database SOCS database *2 を用いた指標 IDW10 VHF4/ DES1-2 Masatsugu Teragawa et al. L* HUE SOCS データ * の D65 光源で計算最外殻を抽出し pointer s data の様に L*10 毎 HUE を 10 毎にまとめた *2) SOCS: ISO TR , Graphic technology Standard object colour spectra database for colour reproduction evaluation 2011/03/04

6 2. 色再現の目標 3 Muncell Color Cascade Muncell Color Cascade *3 *3) JEITA: 電子情報技術産業協会資料

7 2. 色再現目標 4 Japan Color Japan Color 2007 ISO12642 チャートのコート紙のデータ印刷における日本の色標準規格なお米国版は SWOP 欧州版は Euro Standard という標準規格があるアート紙コート紙マットコート紙上質紙の 4 種類で異なる

8 2. 色再現目標まとめ 1 従来の 3 原色と比較するといずれの指標も次の共通点がある 1 濃くて明るい黄色がある濃くて明るい黄色 L* a* b*

9 2. 色再現目標まとめ 2 従来の3 原色と比較するといずれの指標も次の共通点がある 2 シアン側の色域が広い L* a* b*

10 2. 色再現目標まとめ 3 従来の3 原色と比較するといずれの指標も次の共通点がある 3 明るい緑は存在しない L* a* b*

11 3. 多原色ディスプレイの色再現 ( 画素設計 ) 色再現目標の共通点を考慮すると多原色の設計が自然!! 5 色パネルの設計例濃くて明るい黄色がある黄色画素の追加 2 シアン側の色域も広いシアン画素を追加相対的に緑画素の輝度が低下 y そもそも明るい緑は存在しない ( 青も同様 ) x * 赤色の輝度低下は 2 画素使用したり面積比を変えたりすることでカバーすることが提案されています *4 *4) Novel wide color gamut liquid crystal display with five-primary color (IDRC, 2008)

12 3. 多原色ディスプレイの色再現 5 原色パネルは効率よく物体色を包含できる L* 5 原色パネル Pointer s data a* b*

13 3. 多原色ディスプレイの色再現 ( 包含率評価 1) Pointer s data の包含率 *4 *4)Novel wide color gamut liquid crystal display with five-primary color (IDRC, 2008) 5 原色パネル 100% 5-primary-color (double R) 90% 80% 70% 60% Pointer s coverage ratio over than 99%! Conventional RGB 5-primary-color (single R) Color gamut vs. real surface colors in CIE L*a*b* color space 2011/03/04

and Evaluation of Multi-Primary Color Display (IDW10

14 3. 多原色ディスプレイの色再現 ( 包含率評価 2) SOCS の包含率 *5 *5) A New Evaluation Method of Color Reproduction Performance and Evaluation of Multi-Primary Color Display (IDW10 VHF4/ DES1-2) SOCS 包含率 RGB 84% RGBY 90% RGBYC 99% 2011/03/04

黄色とシアンの色域拡大を両立できる枚葉印刷用ジャパンカラー 2007 オフセット枚葉印刷における標準印刷色

15 3. 多原色ディスプレイの色再現 (4 原色 ) 4 色パネルの設計例 *6 (Japan Colorを包含させる場合 ) 黄色を追加した結果緑をシアン側に寄せることができる黄色とシアンの色域拡大を両立できる枚葉印刷用ジャパンカラー 2007 オフセット枚葉印刷における標準印刷色 ISO12642 チャートのコート紙のデータを使用 *6) 多原色ディスプレイの広色再現技術, 画像四学会合同研究会資料, 2010 年 12 月.

16 3. 多原色ディスプレイの色再現 ( 包含率評価 3) Japan Color と 4 色パネルの比較 4 原色パネル Rec.709 規格 Adobe RGB 規格 75% 80% 85% 90% 95% Japan Color 包含率 4 原色パネル 99.9% Rec.709 規格 95.9% AdobeRGB 規格 99.9% 4 原色パネルは印刷物を表示するのに適したディスプレイの一つである 100% 4 原色パネルは印刷物を表示するのに適したディスプレイの一つである *6) 多原色ディスプレイの広色再現技術, 画像四学会合同研究会資料, 2010 年 12 月.

17 4. 多原色ディスプレイの光利用効率 MPC can keeps efficiency high when its color reproduction range extends to wider. MPC have luminance efficiency better than RGB Relative Lumina ance (a.u.) RRGBYC 5-primary RGB 3-primary 70% 80% 90% 100% 110% 120% Color Reproduction Area Ratio (vs. NTSC) Relationship between luminance efficiency and color reproduction area ratio (vs. NTSC) in CIE 1931 x-y chromaticity diagram Each efficiency is calculated for CCFL light source (10,000K) *It isn t considering aperture ratio

18 5. 多原色ディスプレイの更なる可能性 ( 色の冗長性 ) RGB-Based Input Signal RGB-Based Display Device Color Reproduction X 0 Y 0 Z 0 = A 3 x 3 R G B Progress in Digital Signal Processing Color Reproduction 1 RGB-Based Input Signal MPC Display Device X 0 Y 0 Z 0 = A 3 x 5 R G B Ye C Color Reproduction x

19 5-1. 視野角性能の向上 1 There are a large number of (R 1, R 2, G, B, Y, C) combinations to reproduce the designated color. Ex. Color matching for Dark skin (Macbeth Color Checker Chart) (X 0, Y 0, Z 0 ) = (57.9, 50.7, 36.0) (u 0, v 0, Y 0 ) = (0.250, 0.492, 50.7) Table: Primary combinations to reproduce dark skin color Primary Combination Display normal R1 R2 G B Ye C u' 0 v' 0 Y 0 S S S S S RGB All the combinations reproduce dark skin color accurately to the display normal *7) Five-primary-color 60-inch LCD with novel wide color gamut and wide viewing angle (SID, 2009)

20 5-1. 視野角性能の向上 2 Each dark skin color changes its appearance differently when it is watched from oblique direction. Primary Combination Display normal 60-degree horizontal R1 R2 G B Ye C u' 0 v' 0 Y 0 u' 60 v' 60 Δu'v' 60 S S S S S S1 (60-degree) S2 (60-degree) Relative Luminance Grey Scale v' Dark skin u' Relative Luminance Grey Scale *7) Five-primary-color 60-inch LCD with novel wide color gamut and wide viewing angle (SID, 2009)

21 5-1. 視野角性能の向上 3 u v 60 of skin colors are improved compared to an RGB reference S2 S3 Ref. u v 60 RGB v' 0.48 S1 Dark skin prototype u v W(D65) RGB S1 S2 S Best! We can select favor one u' Color shift of each dark skin (60-degree) In u -v diagram *7) Five-primary-color 60-inch LCD with novel wide color gamut and wide viewing angle (SID, 2009)

Artifacts with bluish coloring of skin colors are eliminated in the prototype.

22 5-1. 視野角性能の向上 4 Good viewing angle performances have been achieved in the prototype. Improved! Artifacts with bluish coloring of skin colors are eliminated in the prototype. normal view 60-degree (prototype) 60-degree (RGB Ref.) A comparison of the prototype with an RGB reference in 60-degree oblique view image

23 5-2. サブピクセルレンダリング 1 (a) 従来の RGB 解像度パターン luminance R G B R G B (b) 5 原色のサブピクセルレンダリング処理 luminance position B Ye B Ye R G R G position * 8) A new advantage of multi-primary-color displays (IDW, 2010, VHF5/DES2-2)

24 5-2. サブピクセルレンダリング 2 RGB RGBY Without Rendering RGBY Without Rendering *8) A new advantage of multi-primary-color displays (IDW, 2010, VHF5/DES2-2)

25 6. 多原色ディスプレイの今後の取り組み IEC / FDIS MPCの計測方法の課題 1 7 Spectral characteristics and intensity of the primaries and white stimuli 7.1 Characteristics to be measured Special radiance distribution and corresponding tristimulus values for three primary colors, red - green blue, as well as white. 7.2 Measurement conditions The arrangement of the equipment shall be shown in Figure 1 with the spectroradiometer. The colour signal shall be generated in such a way that the colour image is positioned at the center of the LCD under measurement. Digital data for the background shall be D R = 0, D G = 0, D B = Method of measurement The centered colour patches shall be generated following the measurement steps as shown in Table 1, Where M = 2 N -1 and N is the number of bits per channel. If N=8bit Then M=255 Table 1 Input data for peak primaries and white steps Colours D R D G D B 1 Peak red M Peak green 0 M 0 3 Peak blue 0 0 M 4 Peak white M M M IEC standard specified the measurement method only R, G, B, W colors. It does not specify measurement method Ye and Cy colors.

26 6. 多原色ディスプレイの今後の取り組み MPCの計測方法の課題 2 Simply Extending the Use of Current Standard Table 1 Input data for peak primaries and white steps Colours D R D G D B 1 Peak red M Peak green 0 M 0 3 Peak blue 0 0 M R G B E C 5-primary display 4 Peak white M M M Simply extending the use of RGB-based standard. 5 Peak yellow M M 0 6 Peak cyan 0 M M When N=8bit then M=255 We may use (255,255,0) input signal to measure the gamut of Ye-pixel. *9) Beyond RGB-primaries: Chromaticity measurement issues for multi-primary displays (SID, 2010, Poster 69)

27 6. 多原色ディスプレイの今後の取り組み MPCの計測方法の課題 3 Case I: Reproduction of Yellow MPC has two types of yellow reproduction. Type1: Dark yellow It is very saturated yellow Ye pixel Type2: Bright yellow But it is not saturated. R+Ye+G *9) Beyond RGB-primaries: Chromaticity measurement issues for multi-primary displays (SID, 2010, Poster 69)

28 6. 多原色ディスプレイの今後の取り組み MPCの計測方法の課題 4 Current standards is not able to provide accurate evaluation of the color gamut of MPC displays Measured narrower (Image) steps Colours D R D G D B Peak red M 0 0 y It does not specify Measurement method Ye and C colours. 2 Peak green 0 M 0 3 Peak blue 0 0 M 4 Peak white M M M + 5 Peak yellow M M Peak cyan 0 M M x *9) Beyond RGB-primaries: Chromaticity measurement issues for multi-primary displays (SID, 2010, Poster 69)

29 7. 理想的な多原色システムの提案 1 現状の MPC システムは 3 原色の入力 (xvycc) を一度 XYZ に展開し XYZ に忠実に再現できるように RGBYC の組み合わせを選びだしている Input Output 3-primary signals : BT.709 xvycc Adobe RGB DCI YCC/RGB to XYZ Conversion XYZ to 5-primary color Conversion 5-primary signals Schematic diagram of the multi-primary color conversion circuits

30 7. 理想的な多原色システムの提案 2 現在 : 3 原色系システムで考えられた映像機材やコンテンツが標準的に使用されている将来 : 従来の枠を取り払った多原色コミュニティーを構築することにより撮像から表示に至る全てを刷新した全く新しい映像表現システムの実現が可能となる Upload wide-gamut デバイスに依存しない images 多原色コミュニティ映像 I/F 多原色信号多原色ディスプレイ XYZ image 多原色信号 Modify 色の冗長性の利用色の冗長性を利用した様々な利用法色の忠実性レンダリング等サブピクセルレンダリング.. 視野角向上など : 様々な業界のユーザー

31 1 現行規格の色域 2 色再現の目標 Conclusions 現行の規格は 60 年前に検討された規格であり CRT の蛍光体の色再現範囲ディスプレイの色再現性能は向上しており考え直すべき Pointer, SOCS, Muncell Color Cascade, Japan Color を紹介いずれの色域も共通の特徴がある 3 多原色ディスプレイの色再現多原色ディスプレイは色再現目標を効率よくカバーできる 4 多原色ディスプレイの光利用効率多原色パネルは低消費電力のパネル 5 多原色ディスプレイの更なる可能性色の冗長性を用いることにより様々は特徴を創出できる 6 今後の取り組み多原色パネルは色測定方法が決まっていない 7 理想的な映像システムの提案デバイスに依存しない色信号により様々な用途とつなげることができる

パナソニック技報

パナソニック技報 Liquid Crystal Display Technology for Realizing Contrast Ratio of 1 million to 1 Katsuhiro Kikuchi LCDLiquid Crystal Display IPSIn-Plane Switching-LCD 2100:1 IPS-LCDIPS-LCD50 20:1 Realization of Liquid