JP2008107580A - 表示輝度制御回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】バックライト制御手段と多様な品種の外光センサを組み合わせ、視認性が良好で低消費電力な液晶ディスプレイ等の表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置の表示輝度制御回路において、入射光との関係が対数である照度信号を線形信号に変換する対数−リニア変換回路106を有し、外光センサ101の出力が対数信号の場合は、対数−リニア変換回路106を介してリニア信号に変換し、外光センサ101の出力がリニア信号の場合は、対数−リニア変換回路106を介さないことにする。この対数−リニア変換回路106は、対数logの逆関数である指数関数回路に相当する。また、同じ対数出力照度センサであっても入出力特性が異なる場合は、前述の指数関数回路の設定を変更できるようにする。
【選択図】図4

Description

本発明は、表示輝度制御回路の技術に関し、特に、液晶表示装置のバックライト制御などに適用して有効な技術に関するものである。
携帯電話に代表されるモバイル機器に搭載される液晶ディスプレイのほとんどがバックライトを必要とする透過型、半透過型である。しかし、透過型、半透過型の液晶ディスプレイは強い外光下、例えば太陽光などの高い照度環境下では表示画像情報が外光によって打ち消され、その視認性が低下することが知られている。一方、太陽光下で視認性が良い反射型の液晶ディスプレイは、例えば室内の低い照度環境下では表示画像情報の基となる光量が不足するため、その視認性が低下する。
透過型、半透過型液晶ディスプレイにおける視認性向上のための工夫としては、特許文献1に示されている方法などがある。この技術は周囲の照度を外光センサで計測、検出した照度情報に応じて表示装置の表示輝度を制御する手段と、キーボードのバックライト照度を制御するものである。特許文献1に記載の制御では、例えば太陽光などの高い照度環境下では、表示画像情報が外光によって打ち消されないよう、バックライト光量を増加させて液晶ディスプレイの視認性を向上させる。一方、室内などの低い照度環境下では相対的にバックライト光量が高く、表示画像情報が打ち消される要素が小さいため、バックライト光量は増加させないか、あるいは減少させる。これらの制御により、例えば屋外では視認性優先でバックライト光量を増加させ、室内では消費電力優先でバックライト光量を減少させることが可能になる。これにより、液晶ディスプレイの低消費電力化と高視認性化の両立が実現できる。
特開2001−265463号公報
ところで、外光センサには主に2種類のタイプがある。ひとつは入射光量に対して出力される照度信号がリニアの関係にあるリニア出力照度センサ、もうひとつは入射光量に対して出力される照度信号が対数の関係にある対数出力照度センサである。光センサに用いるフォトダイオードは入射光照度−出力電流の関係がリニアであるため、これまでは前者のリニア出力照度センサが主流であった。しかし、近年では低照度域で細かく照度差を検出可能な対数出力照度センサが登場し、現在はこれら2種の照度センサが混在している状況である。また、前述の対数出力照度センサにおいては、メーカ毎、あるいは製品毎にセンサの入出力特性が異なることが判っている。
本発明の課題は、多様な品種の外光センサ、例えばリニア出力照度センサや対数出力照度センサであっても、センサの出力に応じたバックライト光量の制御を可能にし、さらには、同種のセンサであっても入出力特性の異なる場合に同様なバックライト光量の制御を可能にすることである。
本発明は、以上を実現することで、バックライト制御手段と多様な品種の外光センサを組み合わせ、視認性が良好で低消費電力な液晶ディスプレイ等の表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、上記課題を解決するに当たって、リニア出力照度センサのリニア信号と対数出力照度センサの対数信号を同等に扱えるようにするために、入射光との関係が対数である照度信号を線形信号に変換する対数−リニア変換回路を有し、センサの出力が対数信号の場合は、対数−リニア変換回路を介してリニア信号に変換し、センサの出力がリニア信号の場合は、対数−リニア変換回路を介さないことにする。この対数−リニア変換回路は、対数logの逆関数である指数関数回路に相当する。また、同じ対数出力照度センサであっても入出力特性が異なる場合は、前述の指数関数回路の設定を変更できるようにする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明によれば、対数−リニア変換回路を有することで、外光センサがリニア出力照度センサであっても対数出力照度センサであっても同様なバックライト光量の制御が可能となる。また、対数−リニア変換回路に相当する指数関数回路の設定を変更できるので、入出力特性の異なる対数出力照度センサであっても同様なバックライト光量の制御が可能であり、表示装置の視認性向上効果および低消費電力効果が期待できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の実施の形態においては、リニア出力照度センサのリニア信号と対数出力照度センサの対数信号を同等に扱えるようにするために対数−リニア変換回路を設置し、センサの出力が対数信号の場合は、対数−リニア変換回路を介してリニア信号に変換し、センサの出力がリニア信号の場合は、対数−リニア変換回路を介さないことにする。なお、ここでの対数−リニア変換回路とは、対数logの逆関数である指数関数回路に相当し、これをバックライト制御回路の入力段に設置することで、外光センサの種類に関わらずバックライト制御回路にはリニア信号が入力されることになる。
また、同じ対数出力照度センサであっても入出力特性が異なる場合は、前述の指数関数回路の設定を変更できるようにする。ここで、全ての指数関数のグラフは縦軸を対数目盛りとした場合、その様態は直線となり、式1に示すように例えば2が底の指数関数で表現することが可能である。そして、式1は、グラフ上の直線が通過する任意の2点を指定すれば、j、kを算出することが可能であり、所望の指数関数が得られることを示している。
y=j×2^kx ・・・ 式1
さらに、入力信号xが8ビットである場合を前提にして説明すると、y=1の時のx値をα、入力信号の最大値x=255の時のy値をβとしてj、kを求めると、式1は式2に変形することができる。これにより、縦軸に対数目盛りをとった場合のx軸交点と、x最大値の場合のy値を表わす2値(α、β)のみで所望の指数関数が規定できることが判る。
y=2^{(x−α)/(255−α)log2β} ・・・ 式2
以上から、外部からα、βを入力することで指数関数の設定を変更できるようにすれば、入出力特性の異なる対数出力照度センサであっても所望のリニア信号に変換可能であることが判る。そして、バックライト制御回路にはセンサの種類や入出力特性によらず同様なリニア信号が入力されるため、所望のバックライト制御と液晶ディスプレイの視認性向上を実現することができる。
上記においては、液晶ディスプレイを例に取り説明したが、本発明は外光照度に応じて調光を行う表示装置であれば、有機ELディスプレイやプラズマディスプレイなどの他の表示装置にも適用することが可能である。以下においては、主に液晶ディスプレイの表示装置、有機ELディスプレイの表示装置を例に、各実施例を具体的に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1における表示輝度制御回路を含む表示装置の主要部分を示す説明図である。図1中、101は外光センサ、102はバックライト制御回路、103はLCDバックライト、104は入力キーバックライト、105は対数出力光センサ、106は対数−リニア変換回路である。本実施の形態における表示装置は、液晶表示装置に適用した例で、対数出力光センサ105が外光センサ101に含まれ、入射光との関係が対数である照度信号を線形信号に変換する対数−リニア変換回路106がバックライト制御回路102の入力段に接続されて構成される。
本実施の形態の液晶表示装置においては、外光センサ101が照度信号を発信し、これをバックライト制御回路102が受信し、外光の明るさに見合ったバックライトの明るさを決定し、LCDバックライト103と入力キーバックライト104の調光を行う。このとき、外光センサ101の出力である照度信号は、入射光と照度信号の関係が(a)のグラフのようにリニアになるものと、入射光と照度信号の関係が(b)のグラフのように対数となるものがある。双方の照度信号に対応するには、(c)のように対数照度信号をリニア照度信号に変換することによって、バックライト制御回路102からは同一のリニア照度信号となるようにすればよい。
それには、外光センサ101内の対数出力光センサ105の出力である対数照度信号を一度、バックライト制御回路102の入力段の対数−リニア変換回路106で受け、この対数−リニア変換回路106で指数関数処理を行い、リニア照度信号に変換することによって行う。このとき、対数出力光センサ105は、製品により、(d)に示すように全く違った入射光照度信号特性を持つため、対数−リニア変換回路106についても(e)に示すように違った変換を行う必要がある。
図2は、指数関数が全てy=j×2^kxで表すことが可能であることを示す説明図である。図2中、(a)は、縦軸を対数表示とした場合の指数関数のグラフである。201はy=2^xのグラフ、202はy=3^xのグラフである。このように全ての指数関数のグラフは、対数表示とした場合に全て直線となる。また、(b)は、2のべき乗の様々な指数関数のグラフである。203はy=2^x、204はy=1/2×2^x、205はy=2^(x/2)のグラフである。全てのグラフは直線となり、様々な位置や傾きの直線となることができることを表している。
つまり、前述の式1の形の関数は、対数表示の任意の直線を表すことができる。さらに、入力信号xが8ビットである場合を前提にして説明すると、y=1の時のx値をα、入力信号の最大値x=255の時のy値をβとしてj、kを求めると、式1は前述の式2に変形することができる。(c)は、式2をグラフにしたものである。y=1上にα、x=255上にβの点を決定するとその間に任意の直線を引くことができる。つまり、任意の指数関数を定義できることになる。
図3は、式2を回路化した場合を示す説明図である。図3中、301は前処理部、302は2^x回路、303は整数・小数分離部、304は2^m算出部、305は計算テーブル、306はnビットシフト回路である。整数・小数分離部303、2^m算出部304、計算テーブル305、nビットシフト回路306は、2^x回路302に含まれて構成される。式2の計算を順を追って説明する。まず、入力値xを、予め設定しておいたαとlog2βの値とともに301の前処理部で下記式3の計算を行い、x’を求める。
x’=(x−α)/(255−α)log2β ・・・ 式3
この計算は、単純な四則演算で可能である。次にこのx’を使用し、2のべき乗計算を2^x回路302で行う。この演算の詳細を示す。まずx’を整数・小数分離部303で整数部nと小数部mに分ける。このうち、小数部mは、2^m算出部304に送られ、計算テーブル305を使用して、2^mを計算する。この値を2^n倍することで計算結果が得られる。2^n倍は、単純なnビットシフト回路306で計算ができる。このようにして、計算結果yを求める。これらの回路によって、式2の計算が可能となる。
図4は、本実施の形態の表示輝度制御回路を液晶ドライバに組み込んだ場合の液晶モジュールを示す構成図である。図4中、401は液晶ドライバ、402は液晶パネル、403はバックライトモジュール、404はバックライト電源回路、405は制御プロセッサ、406はシステムインターフェース、407はコントロールレジスタ、408はα設定レジスタ、409はlog2β設定レジスタ、410はグラフィックRAM、411はタイミング発生回路、412は階調電圧生成回路、413は信号線駆動回路、414は走査線駆動回路、101は外光センサ、106は対数−リニア変換回路、102はバックライト制御回路、418はPWM回路である。
本実施の形態において、液晶ドライバ401は、システムインターフェース406、α設定レジスタ408とlog2β設定レジスタ409を有するコントロールレジスタ407、グラフィックRAM410、タイミング発生回路411、階調電圧生成回路412、信号線駆動回路413、走査線駆動回路414、対数−リニア変換回路106、バックライト制御回路102、PWM回路418から構成される。
ここで、液晶ドライバ401の動作を示す。制御プロセッサ405からシステムインターフェース406を介してグラフィックRAM410に表示データが書き込まれる。このデータはタイミング発生回路411の発生する表示読み出しタイミングで読み出されて、階調電圧生成回路412で生成された階調電圧とともに、信号線駆動回路413に送り込まれる。信号線駆動回路413では、それらのデータを使い、走査線駆動回路414と共に、液晶パネル402を駆動して、データの表示を行う。これに、バックライト電源回路404からの電源を供給してもらい、バックライトモジュール403が発光し、液晶パネル402の表示が見えるようになる。
これに前述のバックライト制御を組み込むことで、外光に反応してバックライトの調光を行うようにする。外光センサ101から出力される対数照度信号を対数−リニア変換回路106で、α設定レジスタ408とlog2β設定レジスタ409の値を使用してリニア照度信号に変換する。これをバックライト制御回路102へ送信し、そこでバックライト調光データを作成する。これをPWM回路418で、PWM信号へ変換し、液晶ドライバ外のバックライト電源回路404をコントロールし、バックライトモジュール403の調光を行う。
ただし、外光センサ101がリニア照度信号を出力する場合、対数−リニア変換回路106では変換を行わずに入力をそのまま出力することによって、リニア照度信号にも対応することができる。このように、バックライト制御回路102に入力される信号には、照度信号であるリニア出力照度センサモードと、対数−リニア変換回路106が出力する信号である対数出力照度センサモードがあり、これらのモードは外部から切り替えことができる。
以上のようにして、指数関数回路の対数−リニア変換回路106をバックライト制御回路102の入力段に設置することで、外光センサがリニア出力照度センサであっても対数出力照度センサであっても同様なバックライト光量の制御が可能となる。また、指数関数回路は、その入出力特性を示すグラフにおいて、外部からグラフ特性調整を可能とすることで、入出力特性の異なる対数出力照度センサであっても同様なバックライト光量の制御を可能とし、液晶ディスプレイの視認性向上および低消費電力化を実現することができる。
なお、対数−リニア変換回路106は、バックライト制御回路102に内蔵して構成しても良い。
図5は、本発明の実施の形態2における表示輝度制御回路を含む液晶表示装置において、前述した式2をグラフにしたもの(図2(c))を置き換えた図である。式2では、対数−リニア変換回路の入力信号xの最大値を255として導き出したものであるが、出力信号の範囲も固定し、出力信号の幅を16ビットとすると、最大値は2^16となり、これより式4が導ける。
y=2^{(x−α)/(255−α)×16} ・・・ 式4
この式4をグラフ化したものを図5に示すが、関数を決定するパラメータはαのみとなり、全ての関数は、(x,y)=(255,2^16)の点を必ず通る直線となる。これは、入力xの最大値は必ず出力yの最大値2^16に対応することを意味する。
以上のようにして、本実施の形態は、α設定レジスタに1つのパラメータを設定するだけで指数関数を調整するため、前記実施の形態1と比べて簡便なグラフ特性調整を実現し、これにより、入出力特性の異なる対数出力照度センサであっても同様なバックライト光量の制御を可能とし、液晶ディスプレイの視認性向上および低消費電力化を実現することができる。
図6は、本発明の実施の形態3における表示輝度制御回路を含む表示装置の主要部分を示す説明図である。本実施の形態における表示装置は、有機EL表示装置に適用し、有機ELディスプレイに組み込んだ場合の例である。図6中、101は対数出力光センサ105を含む外光センサ、501は有機EL電源制御回路、502は有機EL電源回路、503は有機ELパネルである。
本実施の形態の有機EL表示装置においては、外光センサ101が照度信号を発信し、有機EL電源制御回路501が照度信号を受信し、外光の明るさに見合った有機ELディスプレイの明るさを決定し、有機EL電源回路502が有機ELパネル503に供給する電圧を制御することで有機ELディスプレイの調光を行う。ここで、有機EL電源制御回路501は、入力部に対数−リニア変換回路106を内蔵している。対数−リニア変換回路106は、前記実施の形態1において説明したものと同様の機能を有している。
図7は、有機ELパネル503を示す詳細図である。図7中、511は有機EL素子、512は有機EL素子駆動TFT、513は選択TFT、514は保持容量、521は信号線、522は走査線、523は電源線、524は走査線駆動回路、525は信号線駆動回路である。
有機EL素子駆動TFT512は、有機EL素子511をそのゲート電圧に応じて駆動する。有機EL素子駆動TFT512のゲート電圧は保持容量514に蓄積される。保持容量514に蓄積される電圧は、走査線522の電圧がHighレベルとなったときに、信号線521から供給され書き換えられる。走査線駆動回路524は走査線522を駆動し、保持容量514の信号電圧を書き換えするラインを選択する。信号線駆動回路525は、映像信号入力と走査線駆動回路524による選択ラインに応じて、信号線521に供給する電圧を制御する。そして電源線523は発光のための電源電圧を、各画素に供給する。また、電源線523は外部の有機EL電源回路502に接続されているものとする。
各画素の表示輝度を制御する手段としては、信号線駆動回路525に入力する映像信号を変化させ表示画像を変える方法のほかに、電源線523を介して有機EL電源回路502から供給される電源電圧を変化させる方法がある。特に、後者の方法は、有機ELパネル503全体の輝度を変化させることが可能である。
これゆえ、外光センサ101で外光照度を測定し、その測定結果に応じて有機ELパネル503の電源電圧を制御することで、有機ELパネル503の表示輝度を外光照度に応じて最適な輝度に制御することができる。
このような外光照度に応じて表示輝度を制御する機能を有する有機ELディスプレイにおいて、有機EL電源制御回路501に対数−リニア変換回路106を内蔵することは、有機EL電源制御回路501と組み合わせることのできる外光センサの品種を増やすことに繋がり、多様なシステム構成を実現することに寄与する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイを例に取り説明したが、本発明は外光照度に応じて調光を行う表示装置であれば、プラズマディスプレイなどにも適用することが可能である。
また、多様な光センサの出力に応じたバックライト制御により、液晶ディスプレイの視認性を向上し、低消費電力化することができるので、利用範囲も携帯電話用のディスプレイのみならず、液晶ディスプレイを使用するその他のバッテリ動作のモバイル端末にも適用できる。
さらに、外光照度測定値に応じて、表示装置が搭載される情報機器のボタン式入力部であるキーボードのバックライト輝度を制御するシステムにも適用することができる。
本発明は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置、液晶ディスプレイを使用する携帯電話やモバイル端末、さらに表示装置が搭載される情報機器などに利用可能である。
本発明の実施の形態1における表示輝度制御回路を含む液晶表示装置の主要部分を示す説明図((a)(b)(c)(d)(e))である。 本発明の実施の形態1において、指数関数が全てy=j×2^kxで表すことが可能であることを示す説明図((a)(b)(c))である。 本発明の実施の形態1において、式2を回路化した場合を示す説明図である。 本実施の形態の表示輝度制御回路を液晶ドライバに組み込んだ場合の液晶モジュールを示す構成図である。 本発明の実施の形態2における表示輝度制御回路を含む液晶表示装置において、式4をグラフ化して示す図である。 本発明の実施の形態3における表示輝度制御回路を含む有機EL表示装置の主要部分を示す説明図である。 本発明の実施の形態3において、有機ELパネルを示す詳細図である。
符号の説明
101…外光センサ、102…バックライト制御回路、103…LCDバックライト、104…入力キーバックライト、105…対数出力光センサ、106…対数−リニア変換回路、201…y=2^xのグラフ、202…y=3^xのグラフ、203…y=2^xのグラフ、204…y=1/2×2^xのグラフ、205…y=2^(x/2)のグラフ、301…前処理部、302…2^x回路、303…整数・小数分離部、304…2^m算出部、305…計算テーブル、306…nビットシフト回路、401…液晶ドライバ、402…液晶パネル、403…バックライトモジュール、404…バックライト電源回路、405…制御プロセッサ、406…システムインターフェース、407…コントロールレジスタ、408…α設定レジスタ、409…log2β設定レジスタ、410…グラフィックRAM、411…タイミング発生回路、412…階調電圧生成回路、413…信号線駆動回路、414…走査線駆動回路、418…PWM回路、501…有機EL電源制御回路、502…有機EL電源回路、503…有機ELパネル、511…有機EL素子、512…有機EL素子駆動TFT、513…選択TFT、514…保持容量、521…信号線、522…走査線、523…電源線、524…走査線駆動回路、525…信号線駆動回路。

Claims (11)

  1. 周囲の照度を計測する外光センサが出力する照度信号に基づき、表示輝度を切り替える手段を有する表示装置の駆動回路において、
    前記照度信号は、入射光との関係が線形である場合と、入射光との関係が対数である場合があり、
    前記入射光との関係が対数である前記照度信号を線形信号に変換する対数−リニア変換回路を有する、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  2. 請求項1に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す演算は、指数関数である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  3. 請求項2に記載の表示輝度制御回路において、
    前記入射光と前記照度信号との関係が線形である場合には、前記照度信号を前記対数−リニア変換回路を通過させないことで該照度信号を変換せずに前記表示輝度制御回路における表示輝度制御に用い、
    前記入射光と前記照度信号との関係が対数である場合には、前記照度信号を前記対数−リニア変換回路を通過させることで該照度信号を変換してから前記表示輝度制御回路における表示輝度制御に用いる、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  4. 請求項3に記載の表示輝度制御回路において、
    前記表示輝度制御回路に入力される信号は、前記照度信号であるリニア出力照度センサモードと、前記対数−リニア変換回路が出力する信号である対数出力照度センサモードがあり、
    前記リニア出力照度センサモードと前記対数出力照度センサモードは、外部から切り替え可能である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  5. 請求項4に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す指数関数の係数は、調整可能である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  6. 請求項5に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す指数関数の調整値は、前記照度信号と前記対数−リニア変換回路の出力との関係における、任意の2点の座標値である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  7. 請求項5に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す指数関数の調整値を設定する設定レジスタを有する、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  8. 請求項7に記載の表示輝度制御回路において、
    前記制御レジスタに設定可能な値は、前記対数−リニア変換回路の出力との関係における、任意の2点の座標値である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  9. 請求項5に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す指数関数の調整値は、前記照度信号と前記対数−リニア変換回路の出力との関係における、任意の1点の座標値と、固定された1点の座標値である、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  10. 請求項5に記載の表示輝度制御回路において、
    前記対数−リニア変換回路が前記照度信号に施す指数関数の調整値として、任意の1点の座標値を設定する設定レジスタを有する、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
  11. 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の表示輝度制御回路において、
    前記表示輝度制御回路は、表示装置が搭載される情報機器のボタン式入力部の照明強度を制御する、ことを特徴とする表示輝度制御回路。
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