博士 （工 学） 寺川雅嗣
学 位 論 文 題 名
液晶テレビの高画質化と省エネルギー設計に関する研究 学位論文内容の要旨
我 が 国 の テ レ ビ シ ス テ ム は，21世 紀 にか けて ， プラ ウン 管 テレ ビの 使 用を 前提 と した アナ ロ グ放 送方 式か ら ，よ り臨 場 感を 高め る こと を目 的 とし たデ ジ タル 放送 方 式へ と発 展し た．但し，デジタル 放送 方式 に おけ る高 精 細テ レビ （High Definition TV;HDTV） の検 討に 当 って は， プ ラウ ン管 テ レビ の全 盛期 で あっ たた め に， フラ ッ トパ ネル デ ィス プレ イ （Flat Panel Display;FPD）を用いた十分を 検証 が不 足 して いた ． 大型 液晶 テ レピ が一 般 家庭 に普 及 した 今と 教 って 初め て ，FPDの視 聴環 境 や視 聴条 件が 研 究さ れ， 明 らか にを っ てき てい る ．更 にFPDにお い ては ，液 晶 ディ スプ レ イ及 びプ ラ ズマ デ ィ ス プ レ イ で ， そ の 物 理 特 性 は 十 分 に 改 善 さ れ て お り ， 今 ま で のHDTV放 送方 式 に準 拠す る こと を目 的と し た設 計， 即 ちデ ィス プ レイ の物 理 特性 をひ た すら 向上 す るこ とを 目的 とした設計から，テ レピ シス テ ムの 原点 に 返る てと が 求め られ て いる ．
さ て， テ レビ 受像 機 の理 想系 を 考え た場 合 ，直 接， も のを 見る 場 合と ，テ レピ 受像機を介して見る 場合 の視 覚 情報 が， 同 一と をる こ とが 理想 で ある ．よ っ て， テレ ビ 受像 機の 最適 化のためには、撮像 か ら 観 察 ま で の イ メ ー ジ ン グ・ パイ プ ライ ン全 体 を考 えを け れば をら を い． その 時 ，重 要と な るの は、 実際 の 視聴 環境 ， 視聴 条件 ， 伝送される映 像信号の特徴，人 間の視覚特性，被 写体の特性を考慮し たシ ステ ム 作り であ る ．
一 方， 昨 今の 環境 問 題へ の関 心 の高まりから ，液晶テレピの設 計においても省工 ネルギー（省工ネ）
の観 点は 欠 かす こと が でき をぃ 要 素で ある ． 地球 温暖 化 防止 の取 組 みの 中で ，テ レピが占める消費電 カの 割合 は 無視 でき を いレ ベル に あり ，世 界 各国 のテ レ ピ受 像機 に 対す る省 エネ 基準は，年々厳しい もの にを っ てき てい る ．
よ って ， 今後 の液 晶 テレ ビ設 計 を考 えた 場 合， 従来 か ら行 われ て きた 「高 画質 化設計」と環境問題 を配 慮し た 「省 エネ 設 計」 を両 立 させ る必 要 があ る． 但 し， これ ら ニつ の設 計要 素は相反する特性を 持つ ．例 え ぱ， テレ ピ 受像 機が ， より きれ い に見 える た めの 基本 要 素と して 明る さがあるが，液晶テ レ ピ を よ り 明 る く す る た め には ，テ レ ピの 消費 電 カの 大部 分 を占 める バ ック ライ ト の消 費電 カ を大 き く す る 必 要 が あ り ， 「 高 画 質 化 設 計 」 と 「 省 工 ネ 設 計 」 を 両 立 す る こ と は で き を い ， 以 上よ り ，本 研究 の 目的 を次 の よう に定 め た．
(1)人 間 の 視 覚 特 性 や 被 写 体 の 特 性 を 考 慮 し た 液 晶TVの 画 質 に 関 す る 評 価 指 標 を 導 入 し ， (2)評 価指 標を 使 った 設計 指 針に ，省 エ ネの 観点 を 加え て，
(3)液 晶テ レピ の 「高 画質 化 設計 」と 「 省エ ネ設 計 」を 両立 さ せる こと
第1章 で は ，HDTV放 送 方 式 の 各 パ ラ メ ー タ が ど の よ う に 決 め ら れ た か ， そ し て そ れ に 対 し て液 晶 テ レ ビ の 性 能 が ど の よ う に向 上し て きた か， 更 に今 より 効 率の 良い テ レビ シス テ ムを 開発 す るた めに ，視 聴 者の 視聴 環 境や 放送 コ ンテ ンツ に 対し てど の よう を研 究 が行 われ てい るかを述ベ。今後テ レピ 受像 機 が目 指す べ き方 向性 と 共に 本研 究 の目 的を 明 確化 する ．
第2章 ， 第3章 で は ， 人 間 の 視 覚 特 性 や 被 写 体 の 特 性 を 考 慮 し た 液 晶 テレ ピの 画 質に 関す る 評価
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指標 を 導入 する ．
第2章で は ，色 域の 評 価指 標として，CRC( Coverage of Real objectC010r）を導入する．従 来の色域 評 価 は ， 二 次 元 の 評 価 指 標 で あ るxy色 度 図 上 で 行 わ れ て い た ， ま たNTSC比 やEBU比 をど ， テレ ビ 放送 方 式で 規定 さ れた 色域 を 基準 に評 価 が行 われ ， 実際 の被 写 体の 色分 布 が考 慮さ れ てい をい，CRC はテ レ ピ受 像機 に 表示 され る 被写 体の 特 性と して ， 実際 の物 体 色の 存在 範囲を明確化し，そ れに対す る デ ィ ス プ レ イ の 表 示 性 能 を ， 明 る さ を 含 め た 三 次 元 空 間 で 評 価 す る 新 し い 評 価 指 標 で あ る ． 第3章 で は ， 色 の 知覚 状態 の 評価 指標 と して ，CMI（ColorModeIndex）を 導入 す る， テレ ビ 受像 機 にお け る色 再現 に おい ては ， 被 写体 の 特性 に忠 実 を色 再現 とい う要 素と， 視聴者がよ り好まし く見 え るよ うを 包 再現 と い うニ つの 側 面が ある ． この 内， 好 まし い色 再現については，伝 送される 色信 号 を， 単に よ り鮮 やか を 色信 号に 変 換す るだ け では ，違 和 感（ 色の 知覚状態の変化）を 感じるこ とが あ る． 従来 は ，こ の許 容 限界 につ い ての 評価 指標が存在し教 かった．CMIは，表面色知覚 ，発光・
螢 光 色 知 覚 の モ ー ド境 界 を主 観評 価 実験 によ り 定量 化し た もの で。 各 色度 のモ ー ド境 界に 相 当す る 明 度 をCMI＝100と して 算 出す るこ と がで きる ． これ を用 い れば ，再 現 され た包 に 関し て， 人 の知 覚 状態 に 起因 する 画 質評 価が 可 能と をる ．
第4章で は ，液 晶テ レ ビの 高画 質 ，省 エネ 設 計の 設計 事 例と して ， 広色 域と 省 エネ を同 時 に実現す る可 能 性を 持つ 多 原色 技術 を 取り 上げ ， その カラ ー フア ルタ （CF） 設計 の最適化について検 討する．
新 た 極 原 色 点 の 追 加 に つ い て は ， 第2章 で明 確 化す る設 計 指針 を用 い ると とも に ，設 計し た 広色 域 ディ ス プレ イを 第2章 で 定義 したCRCを 用 いて 評価 す る．
第5章 で は ， 第4章と 同 様に 多原 包 技術 を取 り 上げ ，画 素 サイ ズの 最 適化 につ い て， 線形 計 画法 を 用い た 数値 解析 に よる 設計 方 法を 示す ． 更に ，画 素 サイ ズの 最 適化 によ っ て，I沁Bに 黄色 を加えた4 原包 パ ネル が， 色 域の 拡大 （高画質化 設計）と光利用効 率の向上（省エネ 設計）を両立できる ことを明 らか に する ．
第6章 で は ， 第4章 ， 第5章 で 検 討 し た 多 原 色 技 術 に つ い て ， 色 域 の 拡 大 や 省 エ ネ 効果 以 外の メ リ ッ ト に つ い て 述 べ る ． 第2章 で 導 入 し たCRCを べ ー ス に ， 被 写 体 の 特 性 を 考 慮 し た 最 も 効 率 の 良 い シ ス テ ム と し て導 き 出し た多 原 色技 術で あ るが ，見 方 を変 える こ とで 次の ニ つの 効果 が 明ら か と を っ た ． 一 つ 目 は デ ィ ス プ レ イ の 階 調 表現 にお け る高 性能 化 であ り，RGBシ ス テム より も 少橡 い ビッ ト 深度 で滑 ら かを 階調 表 現が 実現 で きる ．二 つ 目は 高解 像 度化 であ り。追加したサプピ クセルを 制御 す るこ とで ， エイ リア シ ング や偽 色 とい った 弊 害を 最小 限 に押 さえ つつ，輝度情報の水 平解像度 を 高 め る こ と が 出 来 る ． こ れ ら ニ つ の メ リ ッ ト に つ い て 具 体 的 に 記 載 す る ． 最 後 に， 第7章 では ， 本研 究全 体 を通 して 得 られ た成 果 を総 括し ， 工業 的応 用 ，今 後の 展 望につい て述 べ る，
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学位論文審査の要旨 主査 教授 宮
副査 教授 野 副査 教授 小 副査 教授 小
永喜 一 島俊 雄 柴正 則 川恭 孝
学 位 論 文 題 名
液晶テレビの高画質化と省エネルギー設計に関する研究
本 論 文で は， 次 世代 の液 晶 テレ ピ設 計 を考 えた 場 合， 従来 か ら行 われ てきた「高画質化設 計」と環 境 問 題 を 配 慮 し た 「省 エ ネ設 計」 を 両立 させ る 必要 があ る と考 え， そ のシ ステ ム 評価 を新 た に提 案 し， 「 高画 質化 設 計」 と「 省 工ネ 設計 」 を両 立し た 新し い映 像 装置 の設 計・開発・実現につ いて述べ てい る 。そ もそ も ，こ れら ニ つの 設計 要 素は 相反 す る特 性を 持 つ， 例え ば，テレビ受像機が ，よりき れい に 見え るた め の基 本要 素 とし て明 る さが ある が ，液 晶テ レ ピを より 明るくするためには ，テレビ の消 費 電カ の大 部 分を 占め る バッ クラ イ トの 消費 電 カを 大き く する 必要 があり，「高画質化 設計」と
「省 エ ネ設 計」 を 両立 する こ とは でき 教 い．
本 論 文の 目的 は 次の 各項 目 と謡 って い る，
(1)人 間 の 視 覚 特 性 や 被 写 体 の 特 性 を 考 慮 し た 液 晶TVの 画 質 に 関 す る 評 価 指 標 を 導 入 し ， (2)評 価指 標 を使 った 設 計指 針に ， 省エ ネの 観 点を 加え て ，
(3)液 晶テ レ ピの 「高 画 質化 設計 」 と「 省工 ネ 設計 」を 両 立さ せる こ と
第1章 で は ，HDTV放 送 方 式 の 各 パ ラ メ ー タ が ど の よ う に 決 め ら れ た か ， そ し て そ れに 対 して 液 晶 テ レ ビ の 性 能 が どの よ うに 向上 し てき たか ， 更に 今よ り 効率 の良 い テレ ビシ ス テム を開 発 する た めに ， 視聴 者の 視 聴環 境や 放 送コ ンテ ン ツに 対し て どの よう 謡 研究 が行 われているかを述ベ ，今後テ レビ 受 像機 が目 指 すべ き方 向 性と 共に 本 研究 の目 的 を明 確化 し てい る．
第2章 ， 第3章 で は ， 人 間 の 視 覚 特 性 や 被 写 体 の 特 性 を 考 慮 した 液 晶テ レビ の 画質 に関 す る評 価 指標 を 導入 して い る．
第2章で は ，色 域の 評 価指 標と し て，CRC( Coverage of Real object Color）を導入した． 従来の色 域 評 価 は ， 二 次 元 の 評 価 指 標 で あ るxy色 度 図 上 で 行 わ れ て い た ， ま たNTSC比 やEBU比 を ど ， テ レ ピ 放 送 方 式 で 規 定 さ れ た 色 域 を 基 準 に 評 価 が 行 わ れ ， 実 際 の被 写 体の 色分 布 が考 慮さ れ てい を い.CRCは テ レ ビ 受 像機 に 表示 され る 被写 体の 特 性と して ， 実際 の物 体 色の 存在 範 囲を 明確 化 し． そ れ に 対 す る デ ィ ス プ レ イ の 表 示 性 能 を ， 明 る さ を 含 め た 三 次 元空 間 で評 価す る 新し い評 価 指標 で ある ．
第3章で は ，色 の知 覚 状態 の評 価 指標 とし て ，CMI( Color Mode Index）を導入した．テレ ビ受像機 にお け る色 再現 に おい ては ， ¨被 写体 の 特性 に忠 実 を色 再現 とい う要 素と， 視聴者がよ り好まし く見 え るよ うを 色 再現 と い うニ つの 側 面が ある ． この 内， 好 まし い色 再現については，伝 送される 色信 号 を， 単に よ り鮮 やか を 色信 号に 変 換す るだ け では ，違 和 感（ 色の 知覚状態の変化）を 感じるこ
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とが あ る ， 従 来は ，こ の許 容限界 につい ての評 価指標 が存 在しな かった.CMIは， 表面色 知覚， 発光 ・ 螢光 色 知 覚 の モー ド 境 界 を 主 観評 価 実 験 に より 定 量 化 し たも の で，各 色度の モー ド境界 に相当 する 明度 をCMI〓100と して 算 出 す る こと が で き る ， これ を 用 い れ ば，再 現され た色に 関し て，人 の知覚 状態に 起因す る画質 評価 が可能 とをる ，
第4章 で は， 液 晶 テ レ ビの 高 画 質 ， 省エ ネ設 計の設 計事例 として ，広色 域と 省エネ を同時 に実現 す る可 能 性 を 持 つ多 原色 技術 を取り 上げ， そのカ ラーフ アル タ（CF） 設計の 最適 化につ いて検 討した ． 新た を 原 色 点 の追 加 に つ い て は， 第2章 で 明確 化 す る 設 計指 針 を 用 い ると と も に ， 設計 した広 色域 ディス プレイ を第2章で 定義し たCRCを用 いて評 価した ．
第5章 で は， 第4章 と 同様 に 多 原 色 技術 を 取 り 上 げ， 画 素 サ イズ の最適 化につ いて， 線形計 画法 を 用い た 数 値 解 析に よ る 設 計 方 法を 示 し た． 更に ，画素 サイズ の最適 化に よって ，RGBに黄色 を加え た 4原 色パネ ルが， 色域の 拡大（ 高画 質化設 計）と 光利用 効率 の向上 （省エ ネ設計 ）を両 立で きることを 明らか にした ．
第6章 で は ， 第4章 ， 第5章 で 検 討し た 多 原 色 技 術に つ い て ， 色域 の 拡 大 や 省エ ネ 効 果 以 外の メ リ ッ ト に つ い て述 べ て い る ，第2章 で 導 入し たCRCをべ ー ス に ， 被写 体 の 特 性 を考 慮 し た 最 も効 率 の良 い シ ス テ ムと し て 導 き 出 した 多 原 色 技 術で あ る が ， 見方 を 変える ことで 次の ニつの 効果が 明ら かと を っ た ． ーつ 目 は デ ィ ス プレ イ の 階 調 表現 に お け る 高性 能 化 で あ り，RGBシ ステ ムよ りも少 教 いビ ッ ト 深 度 で滑 ら か 誼 階 調 表現 が 実 現 で きる ． 二 つ 目 は高 解 像度化 であり ，追 加した サプピ クセ ルを 制 御 す る こと で， エイ リアシ ングや 偽色と いった 弊害 を最小 限に押 さえつ つ， 輝度情 報の水 平解 像 度 を 高 め る こ と が 出 来 る ， こ れ ら ニ つ の メ リ ッ ト に つ い て 具 体 的 に 記 載 す る ． 最 後 に ， 第7章 で は ， 本研 究 全 体 を 通し て得 られた 成果を 総括し ，工業 的応 用，今 後の展 望につ い て述べ ている ．
以上よ り， 本論文 では， 次世代 の映像 装置 に必要 教，「 高画質 化設 計」と「省工ネ設計」を両立させ た新 シ ス テ ム につ いて 述ベ ，その 設計理 論から ，具体 的を 装置の 開発・ 実現に つい て詳細 に検討 し、
新 情 報 化 社 会 に 適 し た 映 像 シ ス テ ム の 提 案 ・ 開 発 を ど ， 十 分 を 成 果 を 挙 げ て い る ． こ れ を 要 する に ，筆 者は， 「高画 質化設 計」 と「省 エネ設 計」を 両立さ せた 新しい 映像シ ステム の 開発 を 行 い ， より 実 世 界 に 忠 実な 高 画 質 化 設計 技 術 を 実 現し ， 同時に その省 エネ 設計も 提案し てい る。 こ れ に よ り， 新し い映 像技術 ，映像 システ ムの設 計・ 開発・ 実現に 関する 多く の有益 顔知見 を得 ており ，情報 科学・ 工学 の分野 に貢献 すると ころ 大春る ものが ある．
よ っ て 筆 者 は ， 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る ．
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