JP2010008769A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 周期ごとの発光の目標値を設定する手段と,発光素子の駆動信号に基づいて発光手段の発光量の累積値を累積する手段と,目標値と累積値の誤差を算出する手段と,前記誤差を次の発光周期に伝播する手段と,を備え、前記発光素子を周期点灯を行うように構成する。
【選択図】 図2
Description
LEDは、半導体発光素子であり小型軽量、長寿命であることがメリットとされている。さらにLEDは、光学的な特性として、RGB(赤緑青)の主波長を持つ比較的狭いスペクトル分布を持足せることができることから、鮮やかな3原色の光源として利用できる。白色発光のLEDが開発されており、同様に利用できる。また、LEDは、光学的な特性として、高速応答性が知られている。
以下の説明では、パルス幅、パルス周波数、あるいはパルス密度などを制御する駆動方式を総称してPWMと呼ぶことにする。
すなわち、特許文献1は、最上位12ビットを基本データとしたうえで、最下位4ビットの値に等しい回数だけの単一ビットを増やしたデータを用いてパルス幅変調の駆動を行うことで、16ビット相当の駆動を行う方法を開示している。
図1には、本発明に係る表示装置のPWM駆動回路の基本的な回路の動作を説明するための図が示されている。
図1(A)は、ダウンカウンタ1とダウンカウンタ2の構成を示し、図1(B)は、カウンタのビット構成例が示されている。図1(B)に図示のビット構成例は、左側がMSB(最上位ビット)、右側がLSB(最下位ビット)とする整数表現のデジタル値である。
なお、カウンタ1,2は、それぞれカウンタ値が0より大きいとON、0でOFFになる判定信号を備えている。
ここで、それぞれの設定値の大きさは、設定値1≦設定値2、とする。
この時点でカウンタ1の判定信号1はONである。
(b)ダウンカウンタ1と2は、駆動周波数に同期して1ずつカウントダウンしていく。
(c)ダウンカウンタ1が0になった時点で判定信号1をOFFにする。
(d)ダウンカウンタ2が0になった時点で終わりとして、(a)に戻る。
ここで用語を整理して、駆動周波数をPWM周波数Fp、 カウンタ2に設定する周期データをPWM周期Pp、 カウンタ1に設定する出力信号の期間データをデューティーPd、また判定信号1をPWM出力信号Pwと言い換えることにする。PWM周波数FpでカウントダウンするPWM周期PpとデユーティーPdの設定が、PWM出力信号PwのONとOFFの期間を決めることになる。
前記の回路構成は唯一ではなくて、ダウンカウンタの代わりにアップカウンタを利用して同様のPWM出力信号Pwを得ることができる。
その信号振幅は、PWM周期PpとデューティーPdの比率Pp:Pdで決まり、最小値が0、最大値が1として扱える。あるいは、両者の比率をデューティー比Rd(Rd=Pd/Pp)とすれば、最小値が0%、最大値が100%となる。
この関係に基づいて、目標とするPWM出力信号を得るために、PWM周期とデューティーを設定をする。
しかし、駆動周波数Fpを高くするならば、駆動回路の応答速度を早くするなどの回路構成の課題があり、また、ノイズが発生しやすい。PWM周期Ppを長くするならば、出力波形の周期が長くなり低周波成分が多くなり、信号の平滑性が欠けるようになる。このように、FpとPdの設定値には限界がある。
前記したダウンカウンタの例では、PWM周波数に同期した整数値1の計数を行ったが、PWM周波数に同期して小数を行えるようにする。
そして、上限を示す設定値201と比較器202を用いて比較して、同値であれば判定信号を出力する。比較対象は小数点以上の整数値であり、同値の判定信号を出力した場合には、判定が終了した整数部分を0にクリアする。
しかし、Ppに上限100の制約がある場合に同じ比率を表すには、Pp:Pd=100:9.9となり、Pdは9.9の小数表現が必要になる。
このようなPpの上限は、例えば、後述するバックライト点灯期間の制約により生じる。
したがって内部演算で小数点表現のデジタル値を扱いながら、最終段で、整数表現の出力をしたならば、小数の誤差が発生する場合がある。
例えば、小数9.9を整数10あるいは9に置き換えるならば、それぞれ0.1、0.9の小数の誤差が発生する。本実施例においては、複数の出力信号の組み合わせにおいて誤差をキャンセルする手段を用意することによって、高い精度を実現することができる。
Pp=100、Pd=9.9であるとする。もしPWM周期Ppを1000に設定できるような装置構成であるならば、Pp=1000、Pd=99とすれば、両者共に整数値で演算しながら同じ比率を実現できる。
しかしPWM周期Ppに上限がある場合には成り立たない。そこで、初期値0のアップカウンタを用意して、以下の手順を実行する。
初期状態から1ずつカウントアップしながらPd(=9.9)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM出力信号を反転させる。さらに1ずつカウントアップしながらPp(=100)と比較を行い、一致した時点でPWM周期の終わりとする。デューティーの設定値が9.9にも関わらず、整数部分の9で一致と判定されて出力信号が作られたので、小数の0.9のマイナス誤差が生じている。この段階で、PdとPpの比率は100:9となる。
前段で生じた誤差を補償するために、第二の周期のデューティーの設定値を10.8(=9.9+0.9)に修正して、再びカウントアップを行う。1ずつカウントアップしながらPd(=10.8)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM出力信号を反転させる。さらに1ずつカウントアップしながらPp(=100)と比較を行い、一致した時点でPWM周期の終わりとする。デューティーの設定値が10.8なので、整数部分の10で一致と判定されて出力信号が作られたので、小数の0.8のマイナス誤差が生じている。この段階で、PdとPpの比率は100:10となる。
前段で生じた誤差を補償するために、第三の周期のデューティーの設定値を10.7(=9.9+0.8)に修正して、再びカウントアップを行う。1ずつカウントアップしながらPd(=10.7)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM出力信号を反転させる。さらに1ずつカウントアップしながらPp(=100)と比較を行い、一致した時点でPWM周期の終わりとする。デューティーの設定値が10.7なので、整数部分の10で一致と判定されて出力信号が作られたので、小数の0.7の誤差が生じている。この段階で、PdとPpの比率は100:10となる。
以降の手順の詳細は省略するが、第十の周期で修正後のデューティーの設定値が10.0となり、小数の誤差が0となる。この10回の周期の間に、比率が100:9が一回、100:10が9回の組み合わせで出力信号が作られて、これは平均して100:9.9になる。この段階で誤差が0であり、再び手順(a)第一の周期の動作手順に戻って繰り返すことと同じになるので、全体としての平均出力も100:9.9の比率となる。
しかしPWM周期Ppに上限がある場合には成り立たない。そこで、初期値0のアップカウンタを用意して、以下の手順を実行する。
初期状態から1ずつカウントアップしながらPd(=99.9)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM周期の終わりを判定する。PWM周期の設定値が99.9にも関わらず、整数部分の99で一致と判定したので、小数の0.9のマイナス誤差が生じている。この期間内にデユーティPd=10はカウント終了しているので、この段階で、PdとPpの比率は99:10となる。
(b)第二の周期
前段で生じた誤差を補償するために、第二の周期Ppの設定値を100.8(=99.9+0.9)に修正して、再びカウントアップを行う。1ずつカウントアップしながらPp(=100.8)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM周期の終わりを判定する。PWM周期Ppの設定値が100.8であり、整数部分の100で一致と判定したので、小数の0.8のマイナス誤差が生じている。この段階で、PdとPpの比率は100:10となる。
(c)第三の周期
前段で生じた誤差を補償するために、第三の周期Ppの設定値を100.7(=99.9+0.8)に修正して、再びカウントアップを行う。1ずつカウントアップしながらPp(=100.7)と比較を行い、整数部分が一致した時点で、PWM周期の終わりを判定する。PWM周期Ppの設定値が100.7であり、整数部分の100で一致と判定したので、小数の0.7のマイナス誤差が生じている。この段階で、PdとPpの比率は100:10となる。
(d)第四以降の周期
以降の手順の詳細は省略するが、第十の周期で修正後のデューティーの設定値が100.0となり、小数の誤差が0となる。この10回の周期の間に、比率が99:10が一回、100:10が9回の組み合わせで出力波形が作られて、これは平均して99.9:10になる。この段階で誤差が0であり、再び手順(a)第一の周期の動作手順に戻って繰り返すことと同じになるので、全体としての平均出力は99.9:10 の比率となる。
いずれの場合も、単一のPWM周期で発生する誤差分を、以降のPWM周期に伝播すること、および伝播された誤差により動作パラメータの修正を行うこと、は共通の特徴である。このように本発明は、単一のPWM周期内では誤差を許容しながら、累積誤差を0とするように誤差の伝播手順と修正手順を備えることで、高い精度を実現できる。
Y=K・D
ここでLEDの発光輝度が比率R(初期値1.0)で変動して、Rが1.0より大きくなれば輝度が上がり、1.0より小さくなれば輝度が低下するならば、
Y=K・R・D
となる。発光輝度の目標値Ytを実現するには、駆動信号を1/R倍すれば良い。
Yt=K・R・(D/R)
前記の駆動信号Dが、PWM出力信号であるならば、PWMデューティPdの設定値を(1/R)倍にするか、あるいはPWM周期PpをR倍にする。本発明は、前記したように、フレーム周期Pfおよびバックライト点灯期間Peとは独立に、PWMデューティPdおよびPWM周期Ppを設定できるので、どちらの補償演算も利用できる。
Pd=9.9/1.01=9.8019・・・
後者の方法では、
Pp=100×1.01=101
となる。
Pd=10/1.01=9.90099・・・
後者の方法では、
Pp=99.9×1.01=100.899
となる。
これより、図3に示すように、補償演算をバックライト構成要素を内蔵するバックライト301内部で補償するのが容易となり、その結果として特性変動を外部に開示する必要がなくなる。特性の変動は、例えば温度、輝度、経過時間などのセンサ信号を入力して補正係数を算出する手段304を備える。
発光量制御と特性変動補償を、PWMデユーティPdとPWM周期Pwの別々の数値に分離して扱えることから構成が簡明になる。発光量制御は外部に配置した制御装置からPWMデユーティPdに関するコマンドとして受け取り、バックライト内部の発光素子に起因する特性変動はバックライト内部のPWM周期Pwの設定で補償できる。こうしてバックライトの外部からは、特性が安定したバックライトと見えるようになる。
従来のCRT(カソード・レイ・チューブ)による画面表示は、電子ビームのスキャンにより形成されることから、各画素はインパルス的に発光する。これに対して液晶パネル等のディスプレイは、フレーム周期で画素信号を保持することから、ホールド型の表示装置と呼ばれる。
例えば暗い画面を表示するには、バックライト発光量を抑えることで消費電力の低減効果がある。LEDのように光源の応答速度が十分に場合には、バックライト発光量をフレーム単位に独立に設定して、短時間の点灯としながら、精度の高い発光量の制御を行うことができる。そして、バックライト発光量と、液晶パネルの透過率設定の組み合わせで表示画面を形成することで、動画像の画質を向上させ、消費電力の低減を実現する。
バックライト点灯期間Peは、フレーム周期Pfと同期するが、その時間位置は任意であり、液晶パネルの液晶素子の応答時間を考慮して決めることができる。また、画面構造との関連を図示していないが、画面を複数領域に分割して、領域毎にバックライト点灯期間Peの時間位置を変えても良い。
Pe=Pfならば連続点灯となる。
Pe<Pfであり、かつ、Peを充分に短くすることで、インパルス型の表示特性を得ることができる。バックライト点灯期間PeとPWM周期Ppは一致でも、不一致でも良い。Pe期間内の出力パルスの最大数は、PWM周期PpとPWM周波数Fpの積で決まる。
本実施例においては、単一のPWM周期Ppでは出力の誤差を許容して、誤差を次のPWM周期Ppに伝播することで、累積誤差をキャンセルする。このように誤差伝播手段を備えて複数のPWM周期を用いることで、設定したバックライト発光量との誤差の無い出力を実現する。
(a)Pe=Pp
(b)Pe=Pp・k (kは適当な整数値)
(c)Pe≦Pp
前記の(a)はPeとPpが同値であるので回路構成が簡明になる。Pe(=Pp)は固定設定して良いが、フレーム周期毎に異なる値を設定することができる。前記の(b)は、バックライト点灯期間Pe内において複数回の出力波形が生成されることから、信号の平均化に効果がある。前記の(c)は、PWM周期Ppを、バックライト点灯期間Peよりも短いという条件で任意に設定する。これより前記したように、PMW周期Ppを変動補償のために設定できる。いずれの構成においても、PWM周期で発生する誤差成分を次の周期に伝播することで、誤差をキャンセルする。
図6は、バックライト点灯期間Peがフレーム周期Pfよりも短い場合において、PWM信号の生成を分かりやすくするために、連続するフレームのバックライト点灯期間Peを繋いだ時間軸をつくり、その新たな時間軸を用いてPWM周期Ppを示したものである。
図6には、フレーム周期Pf(=1/フレーム周波数)、バックライト点灯期間Pe(Pe≦フレーム周期Pf)が示されており、さらに、バックライト駆動に関わるバックライト動作タイミングとして、PWM周波数Fp、 PWM周期Pp、 PWM出力信号Pw(2値信号)、PWM出力期間Pd(Pd≦Pp)、デューティー比Rd(Rd=Pd/Pp)が示されている。
図示するように、フレーム周期Pf、バックライト点灯期間Pe、PWM周期Ppは、それぞれ非同期に設定することができる。
従来のCRT(カソード・レイ・チューブ)による画面表示は電子ビームのスキャンにより形成されることから、各画素はインパルス的に発光する。これに対して液晶パネル等のディスプレイは、フレーム周期で画素信号を保持することから、ホールド型の表示装置と呼ばれる。
インパルス型とホールド型の表示原理の違いは、表示画面の周波数成分の違いになり、インパルス型のほうが高い周波数成分を表示できる。この結果、動画像表示の画質は、ホールド型よりもインパルス型のディスプレイが優れていると言われている。
ここで表示画面上に表示されている物体が、水平方向に、1秒間に画面の2分の1、すなわち960画素(=1920画素/2)移動すると仮定する。これより物体が1画素の距離を移動する時間は、1.04ms(=1秒/960画素)になる。ここでバックライトが常時点灯していれば、フレーム周期である8.33msの期間、物体は同じ位置にあるように表示される。
そこで、フレーム周期ごとに、移動中の物体が1画素に位置する期間のみ表示するために、バックライト点灯期間Peを1ms以下とする。視覚的には、物体が連続移動していく過程を、あたかもストロボ点灯しながら見ることに相当して、ボヤケの無い動画表示が可能となる。本実施例においては、液晶素子の応答が安定するフレーム期間の終わりの時間位置において、バックライト点灯期間Peを1ms以下に設定するものである。
PWM駆動は、PWM周期Ppの期間において、PWM周波数Fpに同期して、2値のPWM出力信号Pwを出力する。ここで、PWM周期Ppは、バックライト点灯期間Peと同じ値でも、異なる値でも良い。これよりPWM周期Ppは時間的に連続していても、分散していても良い。PWM出力信号Pwは、PWM周波数Fpに同期したパルスの組み合わせであり、連続していても、分散していても良い。期間Pp内におけるPWM出力Pwのパルスの最大数は、PWM周期Ppの期間とPWM周波数Fpを掛けた値で決まる。PWM周期Pp内で、PWM出力信号Pw=1となる期間の合計をPWM出力期間Pdで表す。
このような明るさ制御を、液晶ディスプレイのバックライトに適用する。映像信号から、表示に必要な最小限の明るさを算出して、バックライトの明るさとして制御することで、消費電力の低減に効果がある。本実施例においては、前記したようにインパルス型の発光を行い、そのインパルス発光期間においてPWM方式による明るさ制御を行うものである。
PWM出力信号を用いて発光手段を駆動することで、明るさを制御する手順を説明する。設定する明るさを、明るさの最小値を0、明るさの最大値を1と換算することで、デューティ比Rdとする。上記で設定したデューティ比Rdに、PWM周期Ppを掛けることで、PWM周期Pp内のPWM出力期間Pdが決まる。
PWM出力信号Pwの最小単位であるPWMパルスは、PWM周波数Fpに同期しているから、PWM周波数Fpが十分に高い周波数であれば、前記のオンオフによる点滅は視覚的に感知できず、平均的な明るさが感じられる。こうして発光手段の明るさを設定することができる。
このフィールドシーケンシャルと称するバックライトの点灯方式は、液晶パネルにカラーフィルタを不要とすることで透過率を向上させて、明るい画面表示を実現する。ここで、バックライトをRGB順次に点灯しながら、カラー画像表示を行うためには、図7に示すように、複数種類の照明1,2,3,4それぞれの点灯時間を短くして、繰り返して点灯する。本発明は、このような各色独立のインパルス型の照明点灯に利用できることは言うまでもない
図8に図示の駆動回路は、電流値を一定に維持することで、LEDを安定に駆動するように動作する。
LED2004に流れる電流Iは、直列接続する抵抗R2005の両端に発生する電圧Vを用いて、I=V/Rの関係がある。
定電流回路2001は、帰還電圧V2007に基づいて、あらかじめ設定した電流値になるように電流I2006の制御を行う。
こうして設定した電流Iの条件のもとで、LED2004の発光量を制御するために、スイッチ2002を用いて、PWM(パルス幅変調)信号2008に基づいて電流をオンオフする。本実施例においては、PWM信号算出回路2000に目標値1001と特性値1002を設定して、PWM信号1003を作成している。具体的な構成を次に述べる。
図9には、PWM信号の算出手順が図式的に示されている。
図9において、横軸は、PWM周期を示す時間軸である。また、縦軸は、LED発光量であり、各周期ごとの発光の目標値と累積値を示している。
PWM信号Pwは、PWM周波数Pfに同期して変化する2値信号であり、その最短をPWMパルスと称する。
Pw=INT(Wt/W)
ここでINTは整数化演算であり、切り上げとする。
EW=(Pw・W−Wt)
になる。
本実施例においては、あるPWM周期で発生する誤差EWを、その次のPWM周期に伝播するものである。図9中では、誤差伝播手順を矢印で示してある。
誤差は、伝播先で実際に発光するわけではないので、図9中では白抜きで示している。伝播先のPWM周期において、伝播した誤差値を初期値として、実際のPWMパルスによる発光量を積み上げる。
そして、累積値が目標値を上回れば、再び誤差伝播の手順を行う。この手順を繰り返すことで、平均的に目標値を達成することができる。上記は、目標値Wtを一定値として説明したが、周期毎に変化させることができることは言うまでもない。
図10において、目標値レジスタ1015は、発光素子の発光量の目標値を設定するレジスタであり、外部から書き換え可能な入力端子1001を持ち、レジスタ内容を外部へ出力する端子1008を持つ。
特性値レジスタ1010は、発光素子の発光量の特性値を設定するレジスタであり、外部から書き換え可能な入力端子1002を持ち、レジスタ内容を外部へ出力する端子1004を持つ。
書き換えれば、
IF(信号1008≧信号1007)THEN PWM=1、
ELSE PWM=0、
上式で不等号≧は>に置き換えても良い。
PMW信号1003は、PWM周期の開始前に0に初期化され、PWM周期内では上記判定に基づいて0あるいは1に設定される。この0と1の期間の比率が、パルス幅変調の結果を示す。
そして比較器1014を用いた目標値レジスタ1015と累積値レジスタ1013の比較の代わりに、累積値レジスタ1013が0以下であるか否かの判定を行えば良い。この構成は、比較器1014が不要になる効果がある。
発光波長分布は、人間の視覚感度を考慮すれば、三刺激値X,Y,Zに置き換えることができることが知られている。赤緑青3色の発光手段の発光波長分布をXYZに変換した数値を、発光手段の特性値として書けば次になる。
ここでは発光手段をLEDとする。
赤色LED=(Xr、Yr、Zr)
緑色LED=(Xg、Yg、Zg)
青色LED=(Xb、Yb、Zb)
これらを組み合わせて特性マトリクスとして、目標値(Xt、Yt、Zt)と駆動信号(Pr、Pg、Pb)を関係づけることができる。
そこで説明を簡単にするため、XYZ特性マトリクスは対角成分(Xr、Yg、Zb)のみを持つとして、赤緑青3色のLEDは、PWM信号の1パルスで、それぞれXr、Yg、Zb成分を出力するものとする。ここでは簡単のため、目標値を白色の一定値としてXW=YW=ZWとするが、周期毎に任意に設定できる。
第一周期では、赤緑青3色のLEDのそれぞれのパルス出力に同期して、その成分をXYZの累積値レジスタに加算する。XYZの累積値レジスタのそれぞれについて、累積値と目標値の比較を行う。
XYZのそれぞれについて、累積値>目標値になるまで、対応する赤緑青のLEDのパルスを出力する。第一周期の終了時点で、累積値から目標値を引き算した値を誤差値とする。
前記は、XYZ特性マトリクスは対角成分のみとして説明したが、現実のLEDのスペクトル分布は幅を持つので対角以外の成分を持つ。本発明は、対角以外の成分がある場合でも、それらが小さな値であれば、同様に動作する。赤色LEDの1パルスで、XYZそれぞれの累積値レジスタにXr、Yr、Zr成分を加算して、緑色LEDの1パルスで、XYZそれぞれの累積値レジスタにXg、Yg、Zg成分を加算して、青色LEDの1パルスで、XYZそれぞれの累積値レジスタにXb、Yb、Zb成分を加算する。これらの対角以外の成分であるYr、Zr、Xg、Zg、Xb、Ybを加算することで、LEDの色再現特性を正しく計算することができる。
前記のバリエーションとして、加算の代わりに、パルスに同期して各XYZ成分を減算する装置構成でも良い。PWM周期の最初において、累積値レジスタに目標値と前のPWM周期から伝播された誤差の加算値を設定して、PWM信号のパルスに同期して特性値を減算する。この減算手順は、累積値と目標値の比較判定を、累積値レジスタが0以下か否かの判定で行えば良い。
白色LED=(XW、YW、ZW)
白色LEDの1パルスで、XYZそれぞれの累積値レジスタにXW、YW、ZW成分を加算することになる。
前記手順と同様に、XYZの累積値レジスタのそれぞれについて、累積値と目標値の比較を行う。そしてXYZのそれぞれについて、累積値>目標値になれば、対応するRGB、およびWのパルス出力を停止する。このように、RGBW4色を用いて、目標値を実現するためのPWMパルスの算出が、簡易に実現できる。
また、PWM周期の期間を短くして、PWM周期内のPWMパルス数が少なくなるように設定しても、精度の良い。
XYZそれぞれについての、累積値と目標値の比較、そして比較結果に基づいて駆動信号(PWM信号)を出力する動作手順は、前記した白色LEDの構成と同等である。相違は、赤緑青3色間でXYZ特性値のやり取りを行うことである。
ここで、目標値をXt、Yt、Ztとする。
赤色LEDの特性値をXr、Yr、Zr、緑色LEDの特性値をXg、Yg、Zg、青色LEDの特性値をXb、Yb、Zb、とする。赤色LEDのPWM出力信号をPr、緑色LEDのPWM出力信号をPg、青色LEDのPWM出力信号をPb、とする。Xの累積値をXa、Yの累積値をYa、Yの累積値をYa、とする。
書き換えれば、
IF(Xt>Xa) Pr=1
ELSE Pr=0
IF(Yt>Ya) Pg=1
ELSE Pg=0
IF(Yt>Ya) Pb=1
ELSE Pb=0
書き換えれば、
IF(Pr==1) {Xa+=Xr、Ya+=Yr、Za+=Zr}
IF(Pg==1) {Xa+=Xg、Ya+=Yg、Za+=Zg}
IF(Pb==1) {Xa+=Xb、Ya+=Yb、Za+=Zb}
書き換えれば、
IF((Xt>Xa)& (Yt>Ya) & (Zt>Za) ) PW=1
ELSE PW=0
書き換えれば、
IF(PW==1) {Xa+=XW、Ya+=YW、Za+=ZW}
赤緑青3色のLED特性に基づく、Xの発光量をXr、Xg、Xbとして、赤緑青3色のLED特性に基づく、Yの発光量をYr、Yg、Ybとして、赤緑青3色のLED特性に基づく、Zの発光量をZr、Zg、Zbとする。赤のPWM信号PRはXの目標値と累積値を比較して未達の場合に1に設定して、緑のPWM信号PgはYの目標値と累積値を比較して未達の場合に1に設定して、青のPWM信号PbはZの目標値と累積値を比較して未達の場合に1に設定する。
このように特性マトリクスの成分である各色の特性値を、PWMパルスの出力に同期して加算を繰り返す手順を実現する。
図14において、LED駆動回路2020は、通信手段2011を備えて、通信路を介して外部の管理手段と信号授受を行う。信号の内容として、駆動する発光手段の特性値、目標値、がある。
これらの信号は、蓄積手段2012に記憶する。PWM信号算出回路200は、蓄積手段2012から発光手段の特性値、目標値を読み出して、前記した手順に基づいてPWM信号を生成して出力する。
ここで、抵抗R2005の両端電圧を定電流回路2001帰還する。発振回路2013は、PWM駆動周波数を含めて、回路動作に必要なタイミング信号を発する。なお図示していないが、LEDは赤緑青の3種、あるいは赤緑青白の4種とすることができる。あるいは別の原理に基づく発光手段でも良い。
一般に、LEDの発光特性、白の色度、表示装置の3原色、などの色の特性は、三つの数値(X、Y、Z)で表されることが多い。(X、Y、Z)は人間の視覚に基づいて決められた標準的な表現方法であり、根拠のある絶対値として利用できる。発光装置の動作を (X、Y、Z)で管理することは、発光特性を根拠のある絶対値として管理できることになる。
通信路を介して接続する外部の管理手段は、(X、Y、Z)の設定値を管理する。このとき、駆動回路2020は複数個を接続して良い。次に、 (X、Y、Z)の指定方法を示す。
図15にやいて、横軸xと縦軸yは、それぞれx=X/(X+Y+Z)、y=Y/(X+Y+Z)であり、さらに紙面に垂直方向にY軸がある。色度図で(x、y、Y)が与えれば、X=x・(Y/y)、Z=(1−x−y)・(Y/y)から(X,Y,Z)が得られる。
これらの数値を(X、Y、Z)に変換して目標値とすることで、前記したPWM信号の出力を行い発光手段を駆動することで、目的とする色を出力する。こうして、色指定の技術的な標準方式であり広く利用されている色度座標を用いて、発光する色の目標値を設定することができる効果がある。
図16を用いて動作原理を説明する。ここで、温度T0、T1(T0<T1)におけるLED特性値をC0、C1として両者は既知であるとする。C0とC1の具体的な数値は、前記したX,Y,Zに関する特性値で設定する。そして温度T0とT1間にある任意温度TkのLED特性Ckは、2点を結ぶ直線上にあるとする。比例関係を仮定すれば下記が成り立つ。
(Tk−T0):(T1−Tk)=(Ck−C0):(C1−Ck)
これを解けば
Ck=(C1・(Tk−T0)+C0・(T1−Tk))/(T1−T0)
となる。
前記の累積値を(T1−T0)で割り平均値を求めれば、前記Ckと同値になる。本発明は、PWM信号の算出手順において、温度 比率(Tk−T0):(T1−Tk)に基づいて特性値C1とC0を切り替えることを特徴とする。これにより、本発明は、任意温度TkのLED特性Ckを演算で求めることなく、簡易に特性変動を補正することができる効果がある。
液晶パネルにカラーフィルタを不要とすることで透過率を向上させて、明るい画面表示を実現する。ここで、バックライトを原色順次に繰り返して点灯する。本発明は、このような原色独立のインパルス型の照明点灯に利用できることは言うまでもない。
そこで本実施例においては、PWM駆動の駆動電流の上限を、連続駆動で規定されている駆動電流より高く設定している。PWMの駆動電流は、連続駆動と同じ消費電力になる条件で、言い換えれば素子の温度上昇が定常動作と同じになる条件で設定する。こうして目標とする発光輝度を実現するために、バックライト点灯期間Pe、PWM周期Pp、駆動電流の関係を可変設定することができる。
本実施例においては、このような短時間駆動でありながら、駆動電流の可変制御により高い輝度を維持したまま、誤差伝播手段を備えるPWM駆動回路を用いて高い精度で輝度を制御することで、インパルス発光型の表示装置としての特徴を実現することができる。
また、表示画面を複数の領域に分割してバックライト光量を独立に制御しても良く、表示画面のコントラスト向上と消費電力の削減を同時に実現することができる。
また、LEDは、発光素子自体の大きさが小さいので、発光素子の数を増やして輝度を向上させることは装置構成上において容易である。また、映像信号の解析結果に基づいてバックライト点灯期間を可変としても良い。動きの少ない画面ではバックライト点灯期間を上記設定よりも長くすることで輝度向上を実現できる。このときは駆動電流を低く抑えることができる。このようにして、簡易な装置構成で、高い精度のPWM出力信号を生成して、高い画質の表示装置を実現することができる。
図17においては、画面801を縦3横4に分割して、それぞれの領域に相当するバックライト発光量を独立に制御する。バックライト発光量の指示は、シリアル通信路802を介したコマンド列として伝達して、各領域には該コマンドを受けて動作するPWM駆動回路803、および(図示していないが)LEDが配置されている。
また定電流源を用意して、各領域の電流スイッチに電流を供給する。
そして、各領域のPWM駆動回路に、動作パラメータを指示するための管理回路を用意する。管理回路と各領域のPWM駆動回路は、指示信号を伝達するための伝送路を配線する。
PWM駆動回路の動作パラメータを、16ビット×3種類とすれば計48ビットになり、これを6個のPWM駆動回路については48ビット×6個=288ビットとなり、これを33ms以内に伝送すれば良いから、10kbit/秒程度の伝送速度があれば良い。仮にフレーム周波数が10倍、かつ領域分割数が10倍になって、 10Mbit/秒程度になったとしても、比較的に簡単なシリアル伝送方式を利用できる。
図18に図示のPWM駆動回路803は、シリアル通信路802を使ってコマンドと同期信号を入力する通信手段804、入力したコマンドを解析して内部回路の動作に指示を出す管理手段805、入力したコマンドおよび動作状態を記憶するメモリ806、コマンドに基づいてPWM出力波形を生成するPWM信号出力回路807、発光手段を駆動するための電流スイッチ回路808、から構成されている。
図示していないが、電流スイッチ回路808には、温度、輝度、経過時間などを測定するセンサを接続して、測定信号を入力手段を備えることができる。そして、センサ信号に基づいて特性変動を検知して、該変動を補償するようにPWM出力信号を生成する。これにより、該駆動回路と発光手段の組み合わせで安定した特性を実現する。外部装置に対して、特性変動を通知する必要がなくなる。
また、映像信号の内容を解析する手段を用意して、動き成分の有無あるいは面積などの測定値で、バックライト点灯期間Peを可変設定することができる。例えば映像信号が静止画と判定したならば、フレーム期間とバックライト点灯期間Peを一致させてホールド型の表示にして、駆動電流を低く抑えることで輝度を維持する。
発光素子の時間当たりの消費電力と素子の温度上昇がほぼ比例関係にあるとして、短時間点灯を行う場合は、連続点灯時に規定されている定格値に比べて高い駆動電流を設定する。
本実施例においては、インパルス型表示時の駆動電流を連続点灯時の定格電流よりも高く設定して、環境照度および映像信号の測定結果に基づいて、バックライト点灯期間Peと共に、発光手段の駆動電流を可変設定するようになっている。
102……………………ダウンカウンタ2
103……………………設定値1
102……………………設定値2
201……………………設定値
202……………………比較器
203……………………アップカウンタ
204……………………レジスタ
301……………………バックライト
302……………………コマンド入力手段
303……………………PWMデューティ設定手段
304……………………センサ入力手段
305……………………PWM周期設定手段
306……………………PWM出力信号生成手段
307……………………発光手段
803……………………PWM駆動回路
804……………………通信手段
805……………………管理手段
806……………………メモリ
807……………………PWM信号出力回路
807……………………電流スイッチ回路
1001…………………目標値
1002…………………特性値
1003…………………PWM信号
1004…………………特性値レジスタ1010の出力
1005…………………加算器1011の出力
1006…………………減算器1012の出力
1007…………………累積値レジスタ1013の出力
1008…………………目標値レジスタ1015の出力
1010…………………特性値レジスタ
1011…………………加算器
1012…………………減算器
1013…………………累積値レジスタ
1014…………………比較器
1015…………………目標値レジスタ
2000…………………PWM信号算出回路
2001…………………定電流回路
2002…………………スイッチ
2004…………………LED
2005…………………抵抗 R
2006…………………電流 I
2007…………………帰還電圧 V
2008…………………PWM信号
Claims (11)
- 周期ごとの発光の目標値を設定する手段と,
発光素子の駆動信号に基づいて発光手段の発光量の累積値を累積する手段と,
目標値と累積値の誤差を算出する手段と,
前記誤差を次の発光周期に伝播する手段と,
を備え、前記発光素子を周期点灯を行うようにしたことを特徴とする表示装置 - 前記表示装置は,
液晶パネルとバックライトを組み合わせた表示装置であり,
発光手段の周期点灯は,
前記表示装置のフレーム周期と同期するものである請求項1に記載の表示装置。 - 前記発光素子の駆動信号は,
PWM方式によるパルス信号であり,
前記パルス信号による前記発光手段の発光量(特性値あるいは特性マトリクス)を記憶する手段と,
PWM周期毎に前記パルス信号出力に同期して前記発光手段の発光量を累積する手段と,
前記発光の目標値と該累積値の大きさを比較する手段と,
前記発光の目標値を該累積値が上回るまでPWMパルスを出力する手段と,
前記発光の目標値と該累積値の誤差を算出する手段と,
前記誤差を次のPWM周期に伝播する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記駆動信号は,
PWM方式によるパルス信号であり,
前記発光手段の発光量をPWMデューティで設定する手段と,
前記発光手段の特性変動をPWM周期で補正する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記フレーム周期に同期するフレーム毎のバックライト点灯期間は,
1ms以下である請求項1に記載の表示装置。 - 前記フレーム周期に同期するフレーム毎のバックライト点灯期間は,
前記画面に表示する物体が1秒間の移動距離を画面サイズのS分の1、移動方向の画面の画素数をHとするとき、S/H(秒)以下である請求項1に記載の表示装置。 - 前記駆動信号生成手段は,
PWM方式により整数値のパルス幅を生成し,
前記誤差算出手段は,
前記整数値に対する小数値の誤差を算出するものである請求項1に記載の表示装置。 - 前記発光素子は,
RGBの3種であり,
前記第一の3種信号は,
RGB3色を混色した目標信号であり,
前記第二の3種信号は,
RGB発光素子のそれぞれの駆動信号であり,
前記3種の駆動信号に基づいて発光手段の発光量を順次累積する3種の累積手段と,
前記累積手段の3種の累積値と第一の3種信号の3種の誤差を算出する手段と,
前記3種の誤差を伝播する手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記発光素子は,
N種(N≧3)であり,
前記第一の3種信号は,
目標信号であり,
前記第二のN種信号は,
前記N種発光素子のそれぞれの駆動信号であり,
前記N種駆動信号に基づいて前記発光手段の発光量を順次累積する3種の累積手段と,
前記累積手段の3種の累積値と前記第一の3種信号の3種の誤差を算出する手段と,
前記3種の誤差を伝播する手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記発光素子は,
LEDあるいはOLEDである請求項1に記載の表示装置。 - 前記発光手段の発光量(特性値あるいは特性マトリクス)をXYZ信号で表記することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
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