JP2010145488A - 表示装置、表示パネルドライバ、及びバックライト駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の増大を抑制しながらバックライトの輝度の実効的な調節段階の数を増加させる。
【解決手段】液晶表示装置１が、ＬＣＤパネル３と、ＬＣＤパネル３を照明するバックライト８と、バックライト８の輝度を制御する輝度制御回路２８とを具備する。輝度制御回路２８は、バックライト８の輝度が各フレーム期間の途中において可変であるようにバックライト８の輝度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、表示パネルドライバ、及びバックライト駆動方法に関し、特に、表示装置のバックライトの輝度制御に関する。

近年の液晶表示装置、特に携帯端末に搭載される液晶表示装置における一つの問題は、消費電力の増大である。搭載されるＬＣＤパネルの大型化や解像度の向上に伴い、液晶表示装置の消費電力は年々増加している。特に、バックライトで消費される消費電力は大きく、バックライトの消費電力の削減は、液晶表示装置全体の消費電力の低減に有効な手立てである。

バックライトの輝度の制御の最適化は、画質を損なわずにバックライトの消費電力を低減するために有効な手法の一つである。暗い画像を表示する場合にバックライトの輝度を減少させれば、画質を損なわずに消費電力を低減することができる。また、液晶表示装置が暗い環境で使用される場合にも同様に、バックライトの輝度を低下させることによって消費電力を低減可能である。加えて、近年の携帯端末には、ユーザー設定によってバックライトの輝度を設定する機能がついており、ユーザー設定によってバックライトの消費電力を抑制することができる。画像の明るさ、即ち、各フレームの画像データの値に応じてバックライトの輝度を制御する技術は、例えば、特開２００５−１４８７０８号公報に開示されている。一方、使用環境の明るさ（即ち、外光の強度）に応じてバックライトの輝度を制御する技術は、例えば、特開２００３−１６１９２６号公報に開示されている。
特開２００５−１４８７０８号公報 特開２００３−１６１９２６号公報

バックライトの輝度の制御の最適化における一つの問題は、バックライトの輝度の調節段階の数に限りがあることである。現在最も一般的に使用されるバックライト駆動回路（バックライトがＬＥＤ（light emitting diode）である場合にはＬＥＤドライバ）は、仕様により、バックライトの輝度の調節段階数が２５６に決められている。より具体的には、デューティー比が２５６段階で可変であるようなＰＷＭ信号が輝度制御回路によって生成され、バックライト駆動回路は、生成されたＰＷＭ信号のデューティー比に応じた輝度でバックライトを駆動するように構成される。これに対応して輝度制御回路は、８ビットデータによってバックライトの輝度を制御するように構成される。しかしながら、バックライトの輝度の制御アルゴリズムによっては、２５６段階の調節では、不充分な場合がある。

一例として、下記のような制御アルゴリズムを考える：
（１）バックライトの輝度を指定するバックライト輝度データが８ビットである。
（２）外光強度によってバックライト輝度データの取り得る範囲を決定し、画像の明るさにより、決定された範囲のうちでバックライト輝度データを決定する。

外光強度が大きい場合（使用環境が明るい場合）には、バックライトの最大輝度が高く設定されるため、バックライト輝度データの範囲を広くすることができる。しかしながら、外光強度が小さい場合（使用環境が暗い場合）には、バックライトの最大輝度が低く設定される必要があるので、これに伴い、バックライト輝度データの取り得る範囲が狭くなってしまう。これは、使用環境が暗い場合には、バックライトの輝度の調節段階の数が少なくなってしまうことを意味している。

外光の強度によって決定されたバックライトの輝度の調節段階の数が、画像の明るさを表現する段階の数よりも少なくなると、画像の明るさに応じたバックライトの輝度の制御が不充分になってしまう。例えば、画像の明るさが６ビットデータで表現される場合には、バックライトの輝度の調節段階の数は、少なくとも６４以上である必要である。しかしながら、外光の強度によって決定されたバックライトの輝度の調節段階の数が６４よりも小さくなると、バックライトの輝度を画像の明るさに応じて最適に制御できなくなってしまうことがある。

このような問題に対処するためには、バックライト駆動回路と、それを制御する輝度制御回路を、より多段階でのバックライトの輝度の調節を可能に構成することが求められる。バックライトの輝度が多段階で調節可能であれば、バックライトの輝度の調節段階の数の不足の問題は起こらない。

一つのアプローチは、輝度制御回路を、デューティー比が多段階（例えば、１０２４段階）で可変であるようなＰＷＭ信号を生成可能に構成し、且つ、バックライト駆動回路を多段階で可変であるＰＷＭ信号を処理可能に構成することである。しかしながら、このようなアプローチは、回路規模を増大させるため好ましくない。デューティー比が多段階で可変であるようなＰＷＭ信号を生成するためには、輝度制御回路を多ビットの制御データを取り扱うように構成する必要がある。これは、輝度制御回路の回路規模を増大させる。また、多段階で可変であるＰＷＭ信号を処理可能に構成すると、バックライト駆動回路の回路規模も増大してしまう。

本発明の一の観点においては、表示装置が、表示パネルと、表示パネルを照明するバックライトと、バックライトの輝度を制御するバックライト輝度制御部とを具備する。バックライト輝度制御部は、バックライトの輝度が各フレーム期間の途中において可変であるようにバックライトの輝度を制御する。

バックライトの輝度を各フレーム期間の途中において可変に制御すると、人間の目には、各フレーム期間におけるバックライトの輝度の平均がバックライトの輝度として認識される。したがって、バックライトの輝度を各フレーム期間の途中において変化させれば、中間段階のバックライトの輝度を擬似的に実現できる。このような手法によれば、回路規模の増大を抑制しながら、バックライトの輝度の実効的な調節段階の数を増加させることができる。

本発明によれば、回路規模の増大を抑制しながらバックライトの輝度の実効的な調節段階の数を増加させることができる。

図１は、本発明の一実施形態の液晶表示装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態の液晶表示装置１は、ＣＰＵ（central processing unit）２から供給される画像データＤｉｎに応じて画像を表示するように構成されており、ＬＣＤ（liquid crystal display）パネル３と、走査線ドライバ４と、ＬＣＤドライバ５と、外光センサー６と、ＬＥＤ（light emitting diode）ドライバ７と、バックライト８とを備えている。本実施形態では、バックライト８は、ＬＥＤとライトガイドとで構成されている。

ＬＣＤパネル３は、信号線（データ線）と、走査線（ゲート線）と、これらが交差する位置に配置された液晶画素とを備えている。走査線ドライバ４は、ＬＣＤパネル３に設けられた走査線を駆動する機能を有している。走査線ドライバ４は、ＬＣＤパネル３とは別のＩＣ（integrated circuit）として実装されてもよく、また、ＣＯＧ（circuit on glass）技術を用いて、ＬＣＤパネル３自身に集積化されてもよい。

ＬＣＤドライバ５は、下記の３つの機能を有している：第１に、ＬＣＤドライバ５は、ＣＰＵ２から供給される画像データＤｉｎ及び同期信号９に応答してＬＣＤパネル３の信号線を駆動する機能を有している。第２に、ＬＣＤドライバ５は、走査線駆動タイミング制御信号１０を生成し、走査線ドライバ４の動作タイミングを制御する機能を有している。更にＬＣＤドライバ５は、輝度制御信号１１を生成してバックライト８の輝度を制御する機能を有している。後述のように、輝度制御信号１１は、ＰＷＭ（pulse width modulation）によってパルス信号として生成され、バックライト８の輝度は、輝度制御信号１１のデューティー比によって制御される。輝度制御信号１１のデューティー比が１００％であると、バックライト８の輝度が最も高くなり、輝度制御信号１１のデューティー比が０％であると、バックライト８の輝度はゼロになる。

外光センサー６は、当該液晶表示装置１が使用される環境における外光強度を測定するために使用される。外光センサー６は、それに入射される外光の強度に対応する信号レベルを有する外光強度信号１２を生成し、ＬＣＤドライバ５に供給する。ＬＣＤドライバ５は、外光強度信号１２に応答してバックライトの輝度を制御する。

ＬＥＤドライバ７は、ＬＣＤドライバ５から供給される輝度制御信号１１に応答して駆動電流１３を生成し、生成した駆動電流１３をバックライト８に供給するバックライト駆動回路である。駆動電流１３の電流レベルは、輝度制御信号１１のデューティー比に応じて制御される。最も簡便には、輝度制御信号１１が“Ｈｉｇｈ”レベルである間に所定の電流レベルの駆動電流１３がバックライト８に供給され、輝度制御信号１１が“Ｌｏｗ”レベルである間は駆動電流１３の供給が停止される。このような制御により、バックライト８の輝度を輝度制御信号１１のデューティー比に応じて制御できる。ＬＥＤドライバ７が輝度制御信号１１のデューティー比を検出可能に構成される場合には、検出したデューティー比に応じて駆動電流１３の電流レベルが制御されてもよい。現在最も一般的なＬＥＤドライバでは、２５６段階のデューティー比に対応するように構成される。即ち、一般的には、バックライトの輝度の調節段階数は、２５６である。以下では、ＬＥＤドライバ７が、デューティー比が２５６段階で変更可能な輝度制御信号１１に対応するように構成されているとして説明が行われる。

ＬＣＤドライバ５は、画像データ認識回路２１と、画像データ補正回路２２と、データレジスタ回路２３と、ラッチ回路２４と、信号線駆動回路２５と、階調電圧発生回路２６と、タイミング制御回路２７と、輝度制御回路２８とを備えている。

画像データ認識回路２１は、ＣＰＵ２から供給された画像データＤｉｎに基づいて、ＬＣＤパネル３に表示される画像の特徴を認識する機能を有している。本実施形態では、画像データ認識回路２１は、各フレームの画像の明るさ、その他の画像の特徴を検出し、検出した画像の特徴に基づいて、画像データＤｉｎをどのように補正すべきかを指示する画像補正信号４１を生成し、画像データ補正回路２２に供給する。更に画像データ認識回路２１は、各フレームの画像のＡＰＬ（average picture level）を算出し、算出されたＡＰＬを示すＡＰＬ信号４０を輝度制御回路２８に供給する。ＡＰＬとは、フレーム画像の全画素の階調の平均値である。後述されるように、算出されたＡＰＬは、バックライト８の輝度の制御に使用される。

画像データ補正回路２２は、画像補正信号４１に従って、輝度制御回路２８により決められたバックライト８の輝度に最適な画像イメージになるように画像データＤｉｎを補正する。画像データ補正回路２２によって補正された画像データＤｉｎは、以下では、補正後画像データＤｉｎ’として参照される。

データレジスタ回路２３は、画像データ補正回路２２から補正後画像データＤｉｎ’を順次に受け取って一時的に保存する。データレジスタ回路２３は、１水平ライン分の補正後画像データＤｉｎ’を保存する容量を有しており、タイミング制御回路２７から供給されるレジスタ信号４２に同期して補正後画像データＤｉｎ’を受け取って保存する。

ラッチ回路２４は、タイミング制御回路２７から供給されるラッチ信号４３に応答してデータレジスタ回路２３から１水平ライン分の補正後画像データＤｉｎ’を同時にラッチし、ラッチした補正後画像データＤｉｎ’を信号線駆動回路２５に転送する。

信号線駆動回路２５は、ラッチ回路２４から送られてくる１水平ライン分の補正後画像データＤｉｎ’に応答してＬＣＤパネル３の信号線を駆動する。より具体的には、信号線駆動回路２５は、補正後画像データＤｉｎ’に応答して階調電圧発生回路２６から供給される複数の階調電圧Ｖ_１〜Ｖ_Ｎのうちから対応する階調電圧を選択し、ＬＣＤパネル３の信号線を、選択された階調電圧に駆動する。

タイミング制御回路２７は、ＣＰＵ２から送られる同期信号９に応答して液晶表示装置１のタイミング制御を行う。より具体的には、タイミング制御回路２７は、レジスタ信号４２及びラッチ信号４３をそれぞれデータレジスタ回路２３及びラッチ回路２４に供給して、補正後画像データＤｉｎ’のデータレジスタ回路２３及びラッチ回路２４への転送タイミングを制御する。更に、タイミング制御回路２７は、走査線駆動タイミング制御信号１０を生成し、走査線ドライバ４の動作タイミングを制御する。更にタイミング制御回路２７は、フレーム信号４４を生成して画像データ認識回路２１及び輝度制御回路２８に供給する。画像データ認識回路２１及び輝度制御回路２８は、フレーム信号４４から各フレーム期間が開始されたことを認識する。

輝度制御回路２８は、画像データ認識回路２１から供給されたＡＰＬ信号４０と外光センサー６から供給された外光強度信号１２に応答してバックライト８の輝度を制御する輝度制御信号１１を生成する機能を有している。詳細には、あるフレーム期間におけるバックライト８の輝度を制御する場合、輝度制御回路２８は、ＡＰＬ信号４０に示された前フレーム期間におけるＡＰＬと、外光強度信号１２に示された現在の外光強度に応答してバックライト８の輝度を制御する。上述のように、輝度制御信号１１は、ＰＷＭによってパルス信号として生成され、輝度制御信号１１のデューティー比によってバックライト８の輝度が制御される。

本実施形態では、輝度制御回路２８が、バックライト８の輝度を各フレーム期間の途中において可変にすることができるように構成されている。詳細には、輝度制御回路２８は、輝度制御信号１１のデューティー比を各フレーム期間の途中において可変させ、これにより各フレーム期間の途中において可変させることができるように構成されている。

図２は、バックライト８の輝度の制御の一例を示すタイミングチャートである。輝度制御回路２８は、各フレーム期間のそれぞれにおけるフレーム期間全体としてのバックライト８の輝度を指定するバックライト輝度データを生成する。加えて、各フレーム期間が複数のサブフレーム期間Ｔ１〜Ｔｎに分割され、輝度制御回路２８は、そのサブフレーム期間Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれにおける輝度制御信号１１のデューティー比を指示するＰＷＭデータを設定する。ＰＷＭデータは、各フレーム期間の途中において可変であることが許容されている。あるフレーム期間の各サブフレーム期間におけるＰＷＭデータの値は、その平均が当該フレーム期間におけるバックライト輝度データの値に一致するように生成される。例えば、図２の第（ｍ＋３）サブフレーム期間の動作では、バックライト輝度データが３１．５であることに応じて、ＰＷＭデータが、奇数番目のサブフレーム期間においては３１に、偶数番目のサブフレーム期間においては３２に設定される。

輝度制御信号１１のデューティー比は、このようにして生成されたＰＷＭデータに応じて制御される。例えば、ＰＷＭデータを３１に決定すると、輝度制御信号１１のデューティー比が１２．２％（＝３１／２５５）に制御され、ＰＷＭデータを３２に決定すると、輝度制御信号１１のデューティー比が１２．５％（＝３２／２５５）に制御される。（第ｍ〜第（ｍ＋２）フレーム期間のように）ＰＷＭデータが各フレーム期間において一定であれば、輝度制御信号１１のデューティー比が各フレーム期間において一定であり、したがって、バックライト８の輝度も各フレーム期間において一定である。一方、第（ｍ＋３）サブフレーム期間のように、ＰＷＭデータが奇数番目のサブフレーム期間においては３１に、偶数番目のサブフレーム期間においては３２に設定されると、輝度制御信号１１のデューティー比は、奇数番目のサブフレーム期間では１２．２％（＝３１／２５５）であり、偶数番目のサブフレーム期間では１２．５％（＝３２／２５５）に制御される。このように輝度制御信号１１のデューティー比を変化させることにより、バックライト８の輝度をバックライト輝度データに示された「３１．５」に制御することができる。

このような制御方法では、輝度制御信号１１のデューティー比の調節段階数の増大の抑制しながら、バックライト８の輝度を多段階で制御することができる。例えば、輝度制御信号１１のデューティー比の調節段階数が２５６であっても、バックライト８の輝度をそれ以上の調節段階数で（例えば、１０２４段階で）制御可能である。これは、輝度制御回路２８やＬＥＤドライバ７の回路規模の増大を抑制しながら、バックライト８の輝度の調節段階数を増大させることを可能にする。

以下では、バックライト８の輝度が各フレーム期間の途中で可変であるような液晶表示装置１の動作例を説明する。本動作例では、ＬＣＤドライバ５にモード設定レジスタ２９が用意され、モード設定レジスタ２９の設定値により、ＬＣＤドライバ５がこれらの４つの制御モードのいずれかに設定される：
（１）ユーザー設定モード
（２）画像輝度制御モード
（３）外光強度制御モード
（４）画像輝度／外光強度制御モード
ここで、ユーザー設定モードとは、ユーザーによって設定された設定値に応じてバックライト８の輝度が制御される制御モードである。本動作例では、ユーザー設定輝度レジスタ３０がＬＣＤドライバ５に用意され、そのユーザー設定輝度レジスタ３０の設定値に応じてバックライト８の輝度が制御される。画像輝度制御モードとは、画像の明るさに応じてよってバックライト８の輝度が制御される制御モードである。本動作例では、上述のように、あるフレーム期間のバックライト８の輝度が、その直前のフレーム期間の画像のＡＰＬに応じて制御される。外光強度制御モードとは、外光の強度に応じてバックライト８の輝度が制御される制御モードである。本動作例では、外光センサー６によって生成される外光強度信号１２に応じてバックライト８の輝度が制御される。最後に、画像輝度／外光強度制御モードとは、画像の明るさ（本実施形態ではＡＰＬ）と外光の強度の両方に応じてバックライト８の輝度が制御される制御モードである。後述されるように、これらの４つの制御モードのうちの画像輝度／外光強度制御モードにおいて、バックライト８の輝度を各フレーム期間の途中において可変にする制御が採用される。この画像輝度／外光強度制御モードにおけるＬＣＤドライバ５の動作においては、切り替え閾値データレジスタ３１に設定された切り替え閾値が使用される。

以下では、上記の４つの制御モード（１）〜（４）について詳細に説明する。以下の説明においては、フレーム期間全体としてのバックライト８の輝度を指定するバックライト輝度データ、及び、輝度制御信号１１のデューティー比を指定するＰＷＭデータのいずれもが、８ビットデータであるとして説明を行う。ただし、バックライト輝度データ及びＰＷＭデータのビット数が８に限定されないことは、当業者には自明的であろう。

（１）ユーザー設定モード
ＬＣＤドライバ５がユーザー設定モードに設定されると、輝度制御回路２８は、ユーザー設定輝度レジスタ３０の設定値をバックライト輝度データとして使用する。加えて、輝度制御回路２８は、ＰＷＭデータをバックライト輝度データに一致する値に設定し、更に、輝度制御信号１１のデューティー比をそのＰＷＭデータに応じて設定する。例えば、ユーザー設定輝度レジスタ３０の設定値が２５５である場合には、バックライト輝度データが２５５に設定され、更にＰＷＭデータが２５５に設定される。これにより、輝度制御信号１１のデューティー比が１００％（＝２５５／２５５×１００％）に設定される。また、ユーザー設定輝度レジスタ３０の設定値が１７９である場合には、バックライト輝度データが１７９に設定され、更に、ＰＷＭデータが１７９に設定される。結果として、輝度制御信号１１のデューティー比が７０．２％（＝１７９／２５５×１００％）に設定される。これにより、バックライト８が所望の輝度で駆動される。ＬＣＤドライバ５がユーザー設定モードに設定された場合には、ＰＷＭデータ、即ち、輝度制御信号１１のデューティー比は、各フレーム期間において一定である。

（２）画像輝度制御モード
ＬＣＤドライバ５が画像輝度制御モードに設定されると、輝度制御回路２８は、ＡＰＬ信号４０に示されているＡＰＬに応答してバックライト輝度データを決定すると共に、ＰＷＭデータをバックライト輝度データに一致する値に設定する；この制御モードでは、外光の強度と無関係にバックライト８の輝度が制御される。画像輝度制御モードにおいては、バックライト輝度データが０〜２５５の値として算出される。

図３は、画像輝度制御モードにおける、ＡＰＬとバックライト輝度データとの間の関係を概念的に示す図である。画像データ認識回路２１で算出されたＡＰＬが高いほど、バックライト輝度データが増大され、バックライト８の輝度が増大される。図３には、ＡＰＬの値が６ビットデータとして表現される場合のＡＰＬとバックライト輝度データとの間の関係が図示されており、ＡＰＬの値がｘである場合のバックライト輝度データの値がＢ_ＡＰＬｘとして図示されている。ＰＷＭデータは、バックライト輝度データと同一の値に設定され、これにより、輝度制御信号１１のデューティー比が所望値に設定される。

図４は、ＬＣＤドライバ５が画像輝度制御モードに設定された場合におけるＬＣＤドライバ５の動作を示しており、特に、バックライト輝度データ及びＰＷＭデータと、輝度制御信号１１の波形との関係を示している。図４では、各フレーム期間が、フレーム信号４４のプルアップによって開始されるとして図示されている。各フレーム期間のバックライト８の輝度は、バックライト輝度データ（即ち、ＰＷＭデータ）によって設定される。例えば、ＡＰＬに応じてバックライト輝度データが１７９に設定されると、ＰＷＭデータも１７９に設定され、これにより、輝度制御信号１１のデューティー比が７０．２％（＝１７９／２５５×１００％）に設定される。これにより、バックライト８が所望の輝度で駆動される。図４において、輝度制御信号１１のデューティー比が各フレーム期間において一定である、即ち、バックライト８の輝度が各フレーム期間において一定であることに留意されたい。

（３）外光強度制御モード
ＬＣＤドライバ５が外光強度制御モードに設定されると、輝度制御回路２８は、外光センサー６から供給される外光強度信号１２に応答してバックライト輝度データを決定すると共に、ＰＷＭデータをバックライト輝度データに一致する値に設定する；この制御モードでは、画像の明るさと無関係にバックライト８の輝度が制御される。外光強度制御モードにおいても、画像輝度制御モードと同様に、バックライト輝度データが０〜２５５の値として算出される。

図５は、外光強度制御モードにおける、外光強度とバックライト輝度データとの間の関係を概念的に示す図である。輝度制御回路２８は、外光強度信号１２の信号レベルから外光強度を認識する。図５の例では、外光強度が８ビットデータとして表現される場合の外光強度とバックライト輝度データとの間の関係が図示されている。外光強度が高いほど、バックライト輝度データが増大され、バックライト８の輝度が増大される。外光強度の小さな変動によってバックライト８の輝度が不安定になることを防ぐために、外光強度とバックライト輝度データとの間の関係にはヒステリシスが導入される。即ち、外光強度が増大するときの外光強度とバックライト輝度データとの間の関係と、外光強度が減少するときの外光強度とバックライト輝度データとの間の関係は相違している。

外光強度制御モードでも、ＰＷＭデータがバックライト輝度データと同一の値に設定され、これにより、輝度制御信号１１のデューティー比が所望値に設定される。図６は、ＬＣＤドライバ５が外光強度制御モードに設定された場合におけるＬＣＤドライバ５の動作を示しており、特に、バックライト輝度データ及びＰＷＭデータと、輝度制御信号１１の波形との関係を示している。例えば、外光強度に応じてバックライト輝度データが４４に設定されると、ＰＷＭデータも４４に設定され、これにより、輝度制御信号１１のデューティー比が１７．３％（＝４４／２５５×１００％）に設定される。これにより、バックライト８が所望の輝度で駆動される。図４と同様に、図６においても、輝度制御信号１１のデューティー比が各フレーム期間において一定である、即ち、バックライト８の輝度が各フレーム期間において一定であることに留意されたい。

（４）画像輝度／外光強度制御モード
ＬＣＤドライバ５が、画像輝度／外光強度制御モードに設定されると、輝度制御回路２８は、ＡＰＬ信号４０によって示されているＡＰＬと、外光強度信号１２によって示されている外光強度に応答してバックライト輝度データ及びＰＷＭデータを決定する。詳細には、画像輝度制御モードと同一の方法によりＡＰＬに応じてバックライト輝度データが決定され、加えて、外光強度制御モードと同一の方法により外光強度に応じてバックライト輝度データが決定される。これらのバックライト輝度データを区別するために、以下では、ＡＰＬに応じて決定されたバックライト輝度データは、「画像輝度データＢＬ_ＡＰＬ」と記載し、外光強度に応じて決定されたバックライト輝度データは、以後、「外光輝度データＢＬ_ＥＸ」と記載する。

画像輝度データＢＬ_ＡＰＬと外光輝度データＢＬ_ＥＸとに基づいて、最終的にバックライト８の輝度の制御に使用されるバックライト輝度データＢＬが算出される。外光輝度データＢＬ_ＥＸは、最終的に決定されるバックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸを決定するために使用される。バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸは、外光輝度データＢＬ_ＥＸが大きいほど大きくなるように決定される。一方、画像輝度データＢＬ_ＡＰＬは、最終的に決定されるバックライト輝度データＢＬの値の許容最大値ＢＬ_ＭＡＸに対する割合を決定するために使用される。即ち、最終的バックライト８の輝度の制御に使用されるバックライト輝度データＢＬは、下記の式によって決定される：
ＢＬ＝ＢＬ_ＭＡＸ・（ＢＬ_ＡＰＬ／２５５）． ・・・（１）
最も簡便には、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸは、外光輝度データＢＬ_ＥＸの値に一致するように設定される。即ち、
ＢＬ＝ＢＬ_ＥＸ・（ＢＬ_ＡＰＬ／２５５）． ・・・（１）’

図７は、式（１）を画像のＡＰＬとバックライト輝度データＢＬとの間の関係として表すグラフである。図７に示されているように、外光強度が高いほど（即ち、外光輝度データＢＬ_ＥＸの値が大きいほど）バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸが増大される。加えて、画像のＡＰＬが高いほど（即ち、画像輝度データＢＬ_ＡＰＬの値が大きいほど）最終的に算出されるバックライト輝度データＢＬの値が大きくなる。このようにして算出されたバックライト輝度データＢＬからＰＷＭデータが算出され、更に算出されたＰＷＭデータに応じて輝度制御信号１１のデューティー比が決定され、これにより、バックライト８の輝度が制御される。

バックライト輝度データＢＬとＰＷＭデータの算出方法は、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が切り替え閾値データレジスタ３１に設定された切り替え閾値よりも大きいか否かに応じて切り換えられる。バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸが外光輝度データＢＬ_ＥＸに一致する場合、バックライト輝度データＢＬとＰＷＭデータの算出方法は、外光輝度データＢＬ_ＥＸが切り替え閾値よりも大きいか否かに応じて切り換えられることになる。

バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が切り替え閾値よりも大きい場合には、画像輝度制御モードと外光強度制御モードと同様に、輝度制御信号１１は、そのデューティー比が各フレーム期間において一定であるように（即ち、バックライト８の輝度が各フレーム期間において一定であるように）生成される。

詳細には、画像輝度制御モード及び外光強度制御モードと同様に、バックライト輝度データＢＬが、式（１）（又は式（１）’）により、（小数点以下の数値を含まない）０〜２５５の値として算出される。バックライト輝度データＢＬの全ビットが整数部分に割り当てられることに留意されたい。図７には、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が２５５、１７９、１２７である場合のＡＰＬとバックライト輝度データＢＬの関係が図示されている。ＰＷＭデータは、バックライト輝度データＢＬに一致する値に設定される。ＰＷＭデータの値に応じて輝度制御信号１１のデューティー比が制御され、これにより、バックライト８が所望の輝度に制御される。

この場合も、輝度制御信号１１のデューティー比が各フレーム期間において一定である、即ち、バックライト８の輝度が各フレーム期間において一定である。バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸ（即ち、外光輝度データＢＬ_ＥＸの値）が大きい場合には、バックライト８の輝度の調節段階の数が充分に多いため、特別な制御を用いる必要はない。

一方、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が切り替え閾値以下である場合、輝度制御信号１１は、そのデューティー比が各フレーム期間の途中において可変であるように（即ち、バックライト８の輝度が各フレーム期間の途中において可変であるように）生成される。上述のように、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が小さい場合には、バックライト８の輝度の調節段階の数が少なくなることがある。この不具合を回避するために、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が切り替え閾値以下である場合には、バックライト８の輝度が各フレーム期間の途中において可変である制御が採用され、これにより、バックライト８の輝度の調節段階の数が擬似的に増大される。

詳細には、バックライト輝度データＢＬが、式（１）（又は式（１）’）から、０．２５刻みの０．０〜６３．０の値として算出される。算出されるバックライト輝度データＢＬには、整数部分のみならず小数部分が含められることに留意されたい。バックライト輝度データＢＬのうちの上位６ビットは整数部分に割り当てられ、下位２ビットは小数部分に割り当てられる。図７には、バックライト輝度データＢＬの許容最大値ＢＬ_ＭＡＸの値が６３．０である場合のＡＰＬとバックライト輝度データＢＬの関係が図示されている。

加えて、図８に示されているように、各フレーム期間が第１〜第ｎサブフレーム期間Ｔ１〜Ｔｎに分割され（ただし、ｎは４の倍数）、ＰＷＭデータの算出及び輝度制御信号１１のデューティー比の制御が、所定数のサブフレーム期間を１周期として行われる。本動作例では、第１〜第ｎサブフレーム期間におけるＰＷＭデータＤ_ＰＷＭが、下記の演算式により算出され、これにより、４つのサブフレーム期間を１周期とする輝度制御信号１１のデューティー比の制御が行われる（以下において、ｊは、ｎ／４以下の自然数である）：
第（４ｊ−３）サブフレーム期間：Ｄ_ＰＷＭ＝（ＢＬ＋“００００００００”）＞＞２
第（４ｊ−２）サブフレーム期間：Ｄ_ＰＷＭ＝（ＢＬ＋“００００００１１”）＞＞２
第（４ｊ−１）サブフレーム期間：Ｄ_ＰＷＭ＝（ＢＬ＋“０００００００１”）＞＞２
第４ｊサブフレーム期間 ：Ｄ_ＰＷＭ＝（ＢＬ＋“００００００１０”）＞＞２
演算子”＞＞２”は、２ビットのシフト処理を示す。この処理によって算出されたＰＷＭデータＤ_ＰＷＭは、０〜６３の整数値であることに留意されたい。例えば、図８の動作例の第（ｍ＋３）フレーム期間における輝度制御信号１１のデューティー比の制御では、第（４ｊ−３）サブフレーム期間、及び第（４ｊ−１）サブフレーム期間においてＰＷＭデータが「３１」と算出され、第（４ｊ−２）サブフレーム期間、及び第４ｊサブフレーム期間においてＰＷＭデータが「３２」と算出されている。算出されたＰＷＭデータに応じて輝度制御信号１１のデューティー比が制御され、これにより、小数部分を含むバックライト輝度データＢＬに応じた輝度制御信号１１のデューティー比の制御、即ち、バックライト８の輝度の制御が実現される。

一般に、バックライト輝度データＢＬのうちの下位ｋビットを小数部分に割り当てた場合、２^ｋ個のサブフレーム期間を１周期としてＰＷＭデータの算出が行われる。上述の例では、下位２ビットがバックライト輝度データＢＬの小数部分に割り当てられ、４つのサブフレーム期間を１周期としてＰＷＭデータが算出されている。このようにして算出されたＰＷＭデータに応答して輝度制御信号１１のデューティー比を制御することにより、バックライト８の輝度の調節段階数を擬似的に２^ｋ倍にすることができる。

以上には本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、輝度制御信号１１が、ＣＰＵ２によって生成されることも可能である。この場合、輝度制御回路２８がＣＰＵ２に設けられ、外光センサー６は、ＣＰＵ２に設けられた輝度制御回路２８に接続される。加えて、ＣＰＵ２によって画像のＡＰＬが算出される。ただし、本実施形態のようにＬＣＤドライバ５に輝度制御回路２８が集積化される構成は、ＣＰＵ２として汎用性のあるものを使用することを可能にするので、実装上、有利であることに留意されたい。

また、上記の実施形態は液晶表示装置として記載されているが、本発明は、ＬＣＤパネル以外のバックライトを必要とする表示パネルを使用するような表示装置にも適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態の液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図２は、輝度制御信号のデューティー比がフレーム期間の途中において可変であるバックライト輝度制御を示すタイミングチャートである。 図３は、画像輝度制御モードにおけるＡＰＬとバックライト輝度データとの関係を示すグラフである。 図４は、画像輝度制御モードにおけるバックライトの制御を説明するタイミングチャートである。 図５は、外光強度制御モードにおける外光強度とバックライト輝度データとの関係を示すグラフである。 図６は、外光強度制御モードにおけるバックライトの制御を説明するタイミングチャートである。 図７は、画像輝度／外光強度輝度制御モードにおける、ＡＰＬとバックライト輝度データとの関係を示すグラフである。 図８は、画像輝度／外光強度輝度制御モードにおけるバックライトの制御を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１：液晶表示装置
２：ＣＰＵ
３：ＬＣＤパネル
４：走査線ドライバ
５：ＬＣＤドライバ
６：外光センサー
７：ＬＥＤドライバ
８：バックライト
９：同期信号
１０：タイミング制御信号
１１：輝度制御信号
１２：外光強度信号
１３：駆動電流
Ｄｉｎ：画像データ
Ｄｉｎ’：補正後画像データ
２１：画像データ認識回路
２２：画像データ補正回路
２３：データレジスタ回路
２４：ラッチ回路
２５：信号線駆動回路
２６：階調電圧発生回路
２７：タイミング制御回路
２８：輝度制御回路
２９：モード設定レジスタ
３０：ユーザー設定輝度レジスタ
３１：切り替え閾値データレジスタ
４０：ＡＰＬ信号
４１：画像補正信号
４２：レジスタ信号
４３：ラッチ信号
４４：フレーム信号

Claims (13)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルを照明するバックライトと、
   前記バックライトの輝度を制御するバックライト輝度制御部
   とを具備し、
   前記バックライトの輝度が、各フレーム期間の途中において可変であることが許容されている
   表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記バックライト輝度制御部が、
   前記バックライトの所望の輝度に対応したデューティー比を有するパルス信号である輝度制御信号を生成する輝度制御回路と、
   前記輝度制御信号の前記デューティー比に応じて前記バックライトを駆動するバックライト駆動回路
   とを備え、
   前記輝度制御回路が、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変にすることができるように構成された
   表示装置。
3. 請求項２に記載の表示装置であって、
   前記輝度制御回路は、前記表示パネルに表示される画像の明るさと、外光強度とに応答して前記輝度制御信号を生成可能に構成され、
   前記外光強度に関係なく前記画像の明るさに応答して前記バックライトの輝度が制御される場合、及び、前記画像の明るさに関係なく前記外光強度に応答して前記バックライトの輝度が制御される場合に、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間において一定であり、
   前記画像の明るさと前記外光強度の両方に応答して前記バックライトの輝度が制御される場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変であることが許容される
   表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置であって、
   前記輝度制御回路は、前記バックライトの輝度が前記画像の明るさと前記外光強度の両方に応答して制御される場合に前記外光強度に応答して前記バックライトの輝度の許容最大値を決定するように構成され、
   前記輝度制御回路は、前記許容最大値が所定の切り替え閾値を超える場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間において一定であるように前記輝度制御信号を生成し、前記許容最大値が所定の切り替え閾値未満である場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変であるように前記輝度制御信号を生成する
   表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置であって、
   前記輝度制御回路は、或るフレーム期間における全体としての前記バックライトの所望の輝度を指定するバックライト輝度データを生成すると共に、前記輝度制御信号の前記デューティー比を指定するＰＷＭデータを生成するように構成され、
   前記輝度制御回路は、前記バックライトの輝度が前記画像の明るさと前記外光強度の両方に応答して制御される場合、前記或るフレーム期間が分割されて定義された複数のサブフレーム期間のそれぞれにおける前記輝度制御信号の前記デューティー比を指定するように前記ＰＷＭデータを生成し、且つ、前記ＰＷＭデータの前記或るフレーム期間における平均値が前記バックライト輝度データの値に一致するように前記ＰＷＭデータを生成する
   表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の表示装置であって、
   各フレーム期間が、複数のサブフレーム期間に分割され、
   前記バックライトの輝度が各フレーム期間の途中において可変に制御される場合に、前記バックライトの輝度が、所定数のサブフレーム期間を周期として制御される
   表示装置。
7. 請求項２乃至６のいずれかに記載の表示装置であって、
   前記輝度制御回路が、画像データに応答して前記表示パネルを駆動する表示パネルドライバに集積化されている
   表示装置。
8. 表示パネルを駆動する表示パネルドライバであって、
   前記表示パネルを照明するバックライトの輝度を制御する輝度制御回路
   を具備し、
   前記輝度制御回路による前記バックライトの輝度の制御において、前記バックライトの輝度が各フレーム期間の途中において可変であることが許容される
   表示パネルドライバ。
9. 請求項８に記載の表示パネルドライバであって、
   前記輝度制御回路は、前記バックライトの所望の輝度に対応したデューティー比を有するパルス信号である輝度制御信号を生成するように構成され、
   前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変であることが許容される
   表示パネルドライバ。
10. 請求項９に記載の表示パネルドライバであって、
    前記輝度制御回路は、前記表示パネルに表示される画像の明るさと、外光強度とに応答して前記輝度制御信号を生成可能に構成され、
    前記外光強度に関係なく前記画像の明るさに応答して前記バックライトの輝度が制御される場合、及び、前記画像の明るさに関係なく前記外光強度に応答して前記バックライトの輝度が制御される場合に、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間において一定であり、
    前記画像の明るさと前記外光強度の両方に応答して前記バックライトの輝度が制御される場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変であることが許容される
    表示パネルドライバ。
11. 請求項１０に記載の表示パネルドライバであって、
    前記輝度制御回路は、前記バックライトの輝度が前記画像の明るさと前記外光強度の両方に応答して制御される場合に前記外光強度に応答して前記バックライトの輝度の許容最大値を決定するように構成され、
    前記輝度制御回路は、前記許容最大値が所定の切り替え閾値を超える場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間において一定であるように前記輝度制御信号を生成し、前記許容最大値が所定の切り替え閾値未満である場合、前記輝度制御信号の前記デューティー比が各フレーム期間の途中において可変であるように前記輝度制御信号を生成する
    表示パネルドライバ。
12. 表示パネルを照明するバックライトの駆動方法であって、
    バックライトの輝度が、各フレーム期間の途中において可変である
    バックライト駆動方法。
13. 請求項１２に記載のバックライト駆動方法であって、
    各フレーム期間が、複数のサブフレーム期間に分割され、
    前記バックライトの輝度が各フレーム期間の途中において可変に制御される場合に、前記バックライトの輝度が、所定数のサブフレーム期間を周期として制御される
    バックライト駆動方法。

Images