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色の表現力を大幅に高めたクアトロンテクノロジー

色の表現力を大幅に高めたクアトロンテクノロジー

クアトロンで広がる新しい映像世界

拡大する色域範囲

自然の色には、放送信号規格(BT.709)※1を超える色が多数存在しています。この中には、小判や金貨の「金の色」、楽器の金属色、ヒマワリの黄色といった鮮やかな黄色系の色。シアン※2の領域には、エメラルドグリーンの海、鮮やかな空の色などが存在します。これらの色は通常、放送信号規格の色域に制限され放送されています。
そこで、多原色化による色再現能力を拡大するため、まずは色全体を見直し、放送信号規格によって制限され十分に表現できていなかった黄色、シアンの色域に注目。黄色を追加することで、RGBYの4点で色の再現範囲が設計できるようになり、RGBの当社3原色※3表示だけでは不十分だった自然の色の再現力をより高めることができました。
クアトロンでは、放送信号規格の色域に制限されていた黄色領域に存在するほぼ全ての自然の色、さらにはシアン領域の再現力が高まったのです。

※1 放送信号規格(BT.709)
1990年に標準化されたデジタル放送(HDTV)の映像信号フォーマットのこと。

※2 シアン
明るい青色。Cyan

※3 RGB
赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の3つの原色を混ぜて幅広い色を再現する加法混色の一種。
ブラウン管や液晶ディスプレイなどの画像再現に使用される。

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〔RGB+Y方式〕のメリット

〔RGB+Y方式〕以外にも、RGBに白を加える方式や黄色とシアンを加えた5色表示の方式はありますが、いずれも開発レベルでの発表であり、課題が残ります。
例えば、RGBの当社3原色に白を加えた〔RGB+W方式〕では、高輝度※1化の効果はありますが、明るい色の色域(色の再現領域)が狭くなってしまいます。
また、シアンを加えた〔RGB+Cy方式〕では、人の目の感度がグリーンを100とした場合、シアンでは約50程度に低下することが知られており、さらに白色LED光におけるシアン成分波長の強度が弱いことから光の利用効率が悪く、3原色表示より輝度が落ちてしまい、高輝度にするためには、余分な電力が必要となります。
つまり、液晶テレビの商品として実現し、色の再現性と省電力を両立できるシャープの[RGB+Y方式]が、性能とコストのバランスが現状最も優れているといえます。

※1 輝度
ディスプレイやプロジェクターなどの画面の明るさのこと。

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クアトロンだから活きる省エネ技術

〔+Y〕の効果

4原色※1表示では、黄色の特長を有効活用し、高輝度化を実現しました。有効な理由は2つ。1つめは、黄色は人の目に明るく見える性質があるということ。2つめは、白色LEDバックライトの光の波長※2には、黄色領域の光エネルギーが高いという特性があることです。その結果、3原色表示に比べ、少ない電力でも映像を明るく表示できるようになりました。

※1 4原色
RGB(赤Red/緑Green/青Blue)に、Y(黄Yellow)を加えた4つの原色のこと。

※2 波長
空間を伝わる波(波動)の持つ周期的な長さのこと。

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黄色の特性を活かす「白色LEDバックライト」

4原色表示パネルのバックライトには、白色LEDを採用しています。白色LEDの光の特性(明るい黄色が得られる)を有効に使える4原色表示パネルは、省電力化において白色LEDバックライトとのベストカップルといえます。

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真価を発揮する「UV2A技術」

従来の3原色表示の液晶パネルを、4原色表示にしてしまうと問題が生まれます。開口率※1が落ち、バックライトの輝度を上げなければ明るい映像が得られなくなるのです。また、バックライトの輝度を無理に上げると、黒い画面を表示した際には黒が十分に表現されず、消費電力も大きくなってしまいます。
この問題を、従来比20%以上アップの高開口率と従来比1.6倍以上の高コントラスト化を実現した、シャープ独自のUV2A技術が解決。UV2Aを採用した4原色表示では、3原色表示の液晶パネルの1.3倍(4/3倍)の画素※2を持つクアトロンにおいても高輝度化が可能となり、従来商品と同等以上の省電力化を実現することができたのです。

※1 開口率
ディスプレイやプロジェクターに用いられる液晶パネルなどの電子部品において、断面積に対し光が通過する部分の面積の比率を表すもの。

※2 画素
画像を構成する最小単位の点。ピクセルともいう。ディスプレイ上の文字や画像はすべてこの画素の集合で表示する。

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クアトロンが実現する高精細映像

クアトロンの画素構造

それぞれの色の大きさが異なっているのは、色毎の明るさを揃えるためです。人の目に暗く見えてしまう赤色と青色は少し大きく、明るく見える緑色と黄色は少し小さくしています。

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1.3倍(4/3倍)増のサブピクセル数

[3原色表示パネルのサブピクセル数] 1920×1080×3(RGB) = 6,220,800
[4原色表示パネルのサブピクセル数] 1920×1080×4(RGBY)= 8,294,400
"3原色"が"4原色"になった、すなわち1画素あたりのサブピクセル数が"3"から"4"になったことから、1画素あたりのサブピクセル数が1.3倍(4/3倍)に増えました。一つひとつのサブピクセルの大きさがさらに小さくなったことで、従来よりも高精細な映像を表示することが可能になりました。

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クアトロンの技術情報Q&A

なぜ、RGB3原色からRGB+Y表示に?

これまでのRGBの当社3原色表示には、課題がありました。中間色(黄色・シアン・マゼンダ)を鮮やかに表示するのが、少し苦手だったのです。この課題を解決するため、RGBに黄色を加えた4原色表示を採用。3原色表示では困難だった、鮮やかな中間色の表示を実現することができました。

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4色目に「黄色」を選んだ理由は?

自然の色には、放送信号規格(BT.709)を超える色が多数存在しています。この中には、金色、楽器の金属色、ヒマワリやタンポポといった鮮やかな黄色系の色。シアンの領域には、エメラルドグリーンの海、鮮やかな空の色などが存在します。これらの色は通常、放送信号規格の色域に制限され放送されています。私たちがテレビで見る自然の色は、実際に目にする色とは少し違っていたということです。そこで、多原色化による色再現能力を拡大するため、まずは色全体を見直し、放送信号規格により圧縮され十分に表現できていなかった黄色、エメラルドグリーンなどの色域に注目。身の回りに多数存在する色で、人の目に明るく見える特長を持った「黄色」を追加することで、RGBの当社3原色表示だけでは不十分だった自然の色の再現力を、より高めることができました。クアトロンでは、放送信号規格の色域に制限されていた黄色領域に存在するほぼ全ての自然の色、さらにはシアン領域の自然の色をも再現することができるようになったのです。

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「黄色」以外の色を使う方式は?

〔RGB+Y方式〕以外にも、RGBに白を加える方式や黄色とシアンを加えた5色表示の方式がありますが、いずれも開発レベルでの発表であり、課題が残ります。
例えば、RGBの当社3原色に白を加えた〔RGB+W方式〕では、高輝度化の効果はありますが、明るい色の色域(色の再現領域)が狭くなってしまいます。
また、シアンを加えた〔RGB+Cy方式〕では、人の目の感度がグリーンを100とした場合、シアンでは約50程度に低下することが知られており、さらに白色LED光におけるシアン成分波長の強度が弱いことから光の利用効率が悪く、3原色表示より輝度が落ちてしまい、高輝度にするためには、余分な電力が必要となります。
つまり、液晶テレビの商品として実現し、色の再現性と省電力を両立できるシャープの[RGB+Y方式]が、性能とコストのバランスが現状最も優れているといえます。

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色の再現範囲はどれくらい?

「黄色」を追加したことで、RGBYの4点で色の再現範囲を設計できるようになり、自由度はより高まりました。例えば、ヒマワリやタンポポといった明るく鮮やかな黄色の花、楽器などのきらびやかな金属系の色も鮮明に表示できるようになったのです。また、この効果を活用してシアンの色域も広げられるよう、緑色の色度点をシフトして再現範囲を拡大。鮮やかな海や空など、エメラルドグリーンの表示性能も高めることができました。

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クアトロンでも省電力化が実現した要因は?

従来の3原色表示の液晶パネルを、4原色表示にしてしまうと問題が生まれます。開口率が落ち、バックライトの輝度を上げなければ明るい映像が得られないのです。バックライトの輝度を無理に上げると、黒い画面を表示した際には黒が十分に表現されず、消費電力も大きくなってしまいます。
この問題を、従来比20%以上アップの高開口率と従来比1.6倍以上の高コントラスト化を実現した、シャープ独自のUV2A技術が解決。UV2Aパネルを採用した4原色表示では、3原色表示の液晶パネルの1.3倍(4/3倍)の画素を持つクアトロンにおいても高輝度化が可能となり、従来商品と同等以上の省電力化を実現することができたのです。

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バックライトの種類はなに?

4原色表示パネルのバックライトには、白色LEDを採用しています。白色LEDの光の特性(黄色の波長が明るい)を有効に使える4原色表示パネルは、省電力化において白色LEDバックライトとのベストカップルといえます。

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省電力化の効果は?

4原色表示では、黄色の特長を有効活用し、高輝度化を実現しました。有効な理由は2つ。1つめは、黄色は人の目に明るく見える性質があるということ。2つめは、白色LEDバックライトの光の波長には、黄色領域の光エネルギーが高いという特性があることです。その結果、3原色表示に比べ、少ない電力でも映像を明るく表示できるようになりました。

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RGB表示パネルとRGB+Y表示パネルの画素数の違いは?

[3原色表示パネルのサブピクセル数] 1920×1080×3(RGB) = 6,220,800
[4原色表示パネルのサブピクセル数] 1920×1080×4(RGBY)= 8,294,400
"3原色"が"4原色"になった、すなわち1画素あたりのサブピクセル数が"3"から"4"になったことから、1画素あたりのサブピクセル数が1.3倍(4/3倍)に増えました。一つひとつのサブピクセルの大きさがさらに小さくなったことで、従来よりも高精細な映像を表示することが可能になりました。

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4色画素構造の仕組みは?

RGBの隣に黄色を追加。4色で1画素を構成しています。

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4色画素の大きさが違う理由は?

赤色、緑色、青色、黄色、それぞれの色の大きさが異なっているのは、色合いや明るさなどによる映像をバランス良く表示するためです。人の目に暗く見えてしまう赤色と青色は少し大きく、明るく見える緑色と黄色は少し小さくしています。

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カメラはRGB。もともとない黄色の信号をどうやって作る?

一般的にカメラで撮影したRGB信号は、輝度信号と色信号に変換されて伝送されます。クアトロンでは、従来のRGB3原色表示パネルと同様に、まず輝度信号と色信号を放送信号規格(BT.709)に基づいて輝度を含んだ色として検出。そして、検出した色をなめらかに再現するのに最適なRGBYの組み合わせを回路内部のプロセッサで演算し、RGBYの信号を作り出しています。この際、4つの色の組み合わせで再現したい色を決定しているので、クアトロンは従来のRGB3原色表示パネルよりも細かな色合いの表示が可能となるのです。放送局から送られてくる信号がRGBの3色だけであっても、表示パネルにRGBでは再現しきれない色を追加したクアトロンであれば、色域はより広くなり、グラデーション豊かな色再現が実現するのです。

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クアトロン化で画素数が1.3倍になると、開口率は低下する?

クアトロンでは高開口率化を実現したUV2Aパネルを採用しているので、4原色化で画素が増えても高い開口率を維持しています。さらに、「人の目に明るく見える黄色」が追加されることと、「暗く見える赤色と青色」の画素の面積が少なくなることで、人の目に明るく見える光を多く出すことができます。
つまり、従来の3原色表示では、人の目に明るく見える画素(緑)が1、暗く見える画素(赤・青)が2で「1(緑):2(赤、青)」だったのに対し、4原色表示の画素比率は、明るく見える画素に黄色が追加されたことで「2(黄、緑):2(赤、青)」の比率となり、より高輝度な表示が可能になりました。

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放送規格を超えた色域は、クアトロンでも再現できないのでは?

放送で送れる色域は、一般テレビ放送の放送信号規格(BT.709)によって「3原色点(RGB)の色」と「白色」が規定されています。しかし、映画やテレビ番組の原画映像には、放送信号規格よりも広い色域の映像が含まれているのです。私たちがテレビ放送の映像を目にするまでには段階があり、まず放送局が放送信号規格内の色に圧縮処理を行い、圧縮されて送られて来る映像の色を受信機側で適正な色に戻してから表示しています。この表示方法は各社によって異なりますが、シャープでは肌色などの記憶色は自然な色に再現し、色鮮やかな被写体はより鮮明に表示できるような信号処理を行っています。
4原色表示のクアトロンにおいては、3原色で表示できる領域は従来通り自然かつ鮮明な色再現を継承。加えて、ヒマワリやタンポポ、輝く金属色といった明るく鮮明な黄色、海の色や青空の色などのエメラルドグリーンを鮮やかに再現することで、今まで実現できなかった広色域の豊かな色を表現することができたのです。
また、リモコンボタンの簡単な切り替え操作(AVポジション:映画など)で、一般テレビ放送の信号をそのままの色域で再現することが可能です。

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色域を拡大すると、元の色が別の色として表現されるのでは?

受信機側における撮影時の色の再現については、放送局の色の圧縮方法がそれぞれ似通っているため、圧縮カーブの逆変換処理を行うことで、おおむね撮影時の色を再現することができます。この手法で再現された色を、各社が独自の技術を用いて画面上に表示しているのです。
クアトロンでは、高い色再現能力を誇る4原色表示により、自然かつ鮮やかな映像表示を実現しています。

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クアトロンの「黄色」は原色と呼べる?

ある色を表現しようとするときは、いくつかの元となる色を足し合わせて目的の色を作ります。この足し合わせる元の色が原色。クアトロンの場合、4色を足し合わせて目的の色を作るので、4原色となります。クアトロンの4原色は、3原色では足りない色を再現するために「黄色」を追加。黄色と他の色を足し合わせることで、RGBの当社3原色では再現できなかった色の再現が可能となるのです。

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