JP5718385B2 - フィールドシーケンシャルカラーディスプレイ装置において調光性能を向上させる方法及びシステム - Google Patents

Description

米国政府の権利
本発明は、包括的にはディスプレイ装置に関し、詳細には、フィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）ディスプレイ装置における性能を向上させる方法及びシステムに関する。

本発明は、米国ディスプレイ・コンソーシアム（ＵＳＤＣ）−軍及びアビオニクス・ユーザ・グループ（Military and Avionics Users Group）（ＭＡＵＧ）によって与えられた契約ＲＦＰ０６−１２１の下で米国政府支援によって為された。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。

近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び他のフラットパネルディスプレイ装置は、航空機等の輸送手段の操作者に対し情報を表示する機構として、ますます一般的になってきた。この理由の１つは、ＬＣＤが、日中の飛行等、周囲光が強い環境にあってもユーザが容易に見ることができる非常に明るく且つ鮮明な画像を提供することができるということである。

従来のアクティブマトリクス（ＡＭ）ＬＣＤは、ピクセルの空間的平均化を使用して、カラーフィルタのアレイと共に、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光体の３つの異なる色（たとえば、赤、緑及び青（ＲＧＢ））からフルカラーを生成する。しかしながら、利用可能なバックライト出力のおよそ２／３が、出力効率を著しく損なうカラーフィルタアレイによって吸収されることが多い。この出力効率の損失によって、従来のＬＣＤディスプレイにおいて、高い表示輝度を必要とする用途に対し、熱管理が重要な問題となる。

近年、ＬＣＤ、ブラウン管（ＣＲＴ）、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）及びデジタルマイクロミラー（ＤＭＭ）等、さまざまな画像源で使用するために、フィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）ディスプレイが開発された。ＦＳＣディスプレイは、カラーフィルタを使用せず、バックライトにおいてＲＧＢ発光体を逐次切り換えると共に、ディスプレイに各ピクセルを逐次書き込むことによってフルカラーを生成する。フルカラーは、各ピクセルにおいて、各ピクセルのＲＧＢ発光を時間的に平均化することによって生成される。カラーフィルタが必要でないため、電力消費が大幅に低減され、それによって、高輝度アプリケーションにおけるディスプレイの能動的な冷却が不要となることが多い。さらに、フルカラーを、複数のピクセルを組み合わせて使用するのではなく、各個々のピクセルで生成することができるため、従来のＬＣＤに比較した場合、ディスプレイ解像度が事実上３倍になる。

しかしながら、依然としてＦＳＣディスプレイにはいくつかの制限がある。１つの制限は、ＦＳＣディスプレイには調光機能がほとんどないか又はまったくなく、それによって、ＦＳＣディスプレイを、２０００：１以上の調光比が通常必要な無数の軍用ディスプレイ及びアビオニクスディスプレイの用途で使用することができない、ということである。現在のＦＳＣディスプレイの第２の制限は、広範囲の動作温度にわたって色が不安定である、ということである。発光部品（たとえばＬＥＤ）は、広範な動作温度範囲及び駆動条件にわたって広いカラーシフトを示す。

したがって、広範囲の温度及び駆動条件にわたって調光及び色性能を向上させる等、ＦＳＣディスプレイ装置における性能を向上させる方法及びシステムを提供することが望ましい。さらに、本発明の他の望ましい特徴及び特性が、添付の図面及び本発明の背景技術と共に考慮される、本発明の後続する詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかとなろう。

第１の光源及び第２の光源を有するディスプレイ装置に画像を表示する方法が提供される。ディスプレイ装置にビデオ信号が提供される。ビデオ信号は、第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含む。各ビデオフレームは、それぞれの第１の光源及び第２の光源に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含む。第１の光源は、第１のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第１の持続時間にわたって動作させられる。第１の光源は、第２のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第２の持続時間にわたって動作させられる。第２の持続時間は第１の持続時間とは異なる。

第１の複数の発光体及び第２の複数の発光体並びに画像形成源を有するディスプレイ装置に画像を表示する方法が提供される。ディスプレイ装置にビデオ信号が提供される。ビデオ信号は、第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含む。各ビデオフレームは、それぞれの第１の複数の発光体及び第２の複数の発光体に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含む。第１の複数の発光体は、第１のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第１の持続時間にわたって動作させられる。第１の複数の発光体は、第２のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第２の持続時間にわたって動作させられる。第２の持続時間は第１の持続時間とは異なる。第２の複数の発光体は、第１のビデオフレームの第２のサブフレーム中に第３の持続時間にわたって動作させられる。第２の複数の発光体は、第２のビデオフレームの第２のサブフレーム中に第４の持続時間にわたって動作させられる。第４の持続時間は第３の持続時間とは異なる。画像形成装置によって、それぞれの第１の持続時間及び第２の持続時間中に第１の複数の発光体及び第２の複数の発光体から放出される光によって画像が生成される。

ディスプレイ装置システムが提供される。ディスプレイ装置システムは、第１の発光体及び第２の発光体を含むバックライトと、当該バックライトに結合され、且つ第１の発光体及び第２の発光体から放出される光によって画像を生成するように構成される画像源と、バックライト及び画像源に結合されるコントローラとを備える。コントローラは、バックライト及び画像源にビデオ信号を提供するように構成され、ビデオ信号は、第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含み、各ビデオフレームは、バックライトのそれぞれの第１の発光体及び第２の発光体に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含み、コントローラは、第１のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第１の持続時間にわたって第１の発光体を動作させ、第２のビデオフレームの第１のサブフレーム中に第２の持続時間にわたって第１の発光体を動作させ、第２の持続時間は第１の持続時間とは異なる。

以下、本発明について、同様の符号が同様の要素を示す添付の図面の図に関連して説明する。

本発明の一実施形態によるフィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）ディスプレイシステムの概略平面図である。 図１のディスプレイシステム内のＬＣＤパネルの一部の等角断面図である。 図１のディスプレイシステム内のバックライトの平面図である。 本発明の一実施形態による１つのビデオフレーム中の図１のディスプレイシステムの動作を示す時間図である。 連続したビデオフレーム中の図１のディスプレイシステムの動作を示す時間図である。 図４に示すものに類似するディスプレイシステムの動作と組み合わせて使用されるピーク電流制御方法をグラフで示す図である。 異なる実施形態による、図４に示すものに類似するディスプレイシステムの動作と組み合わせて使用されるピーク電流制御方法をグラフで示す図である。 非対称ＬＥＤのオン時間が使用される連続したビデオフレーム中の図１のディスプレイシステムの動作を示す時間図である。 本発明の別の実施形態による液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの平面図である。 図９のＬＣＤパネルと共に使用されるバックライトの平面図である。 本発明のさらなる実施形態によるＬＣＤパネルの平面図である。 図１１のＬＣＤパネルと共に使用されるバックライトの平面図である。 図１のディスプレイシステムを実装することができる輸送手段の概略ブロック図である。

以下の詳細な説明は、本質的に単に例示的なものであり、本発明又は本発明の適用及び使用を限定するように意図されるものではない。さらに、前述の技術分野、背景技術及び簡潔な概略又は以下の詳細な説明に提示されるいかなる明示的な理論又は暗示的な理論によっても拘束される意図はない。また、図１〜図１３は単に例示的なものであり、一定比例尺になっていない可能性があることも留意されるべきである。

図１〜図１３は、第１の光源及び第２の光源（たとえば、複数の色の発光ダイオード（ＬＥＤ））を有するディスプレイ装置に画像を表示する方法及びシステムを示す。ディスプレイ装置に、ビデオ信号が提供される。ビデオ信号は、第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含む。各ビデオフレームは、それぞれの第１の光源及び第２の光源に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含む。第１の光源は、第１のビデオフレームの第１のサブフレーム中に、第１の持続時間にわたって動作する。第１の光源は、第２のビデオフレームの第１のサブフレーム中に、第２の持続時間にわたって動作する。第２の持続時間は第１の持続時間とは異なる。持続時間の差によって、ディスプレイ装置の輝度を、調光（及び／又は増光）を提供するように制御することができる。

本発明の例示的な実施形態はまた、ＦＳＣ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モジュールに結合されるフィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）バックライトを備えるディスプレイも提供する。バックライトシステムコントローラは、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体に対する輝度データと、ＦＳＣバックライト動作をＦＳＣ ＬＣＤ動作と同期させるビデオタイミング信号とを受け取り処理する。さらに、バックライトシステムコントローラを、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、個別論理、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はそれらの組合せを含む、複数のデジタル制御を使用して実装してもよい。

図１は、本発明の一実施形態によるＦＳＣディスプレイシステム１０を概略的に示す。ＦＳＣシステム１０は、ＬＣＤパネル１２、ＦＳＣバックライト１４、ＬＣＤシステムコントローラ１６、バックライトサブシステムコントローラ１８、バックライト出力コントローラ２０及び電源２２を備える。図１に示す実施形態では、ＦＳＣシステム１０はまた、温度センサ２１及び明度センサ２３も備える。

ＬＣＤパネル１２は、ＬＣＤシステムコントローラ１６及び電源２２と動作可能に通信する。図２は、本発明の一実施形態によるＬＣＤパネル１２の一部を示す。ＬＣＤパネル１２は、一実施形態では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣＤパネルであり、下部基板２４、上部基板２６、液晶層２８及び偏光板３０を含む。当業者には理解されるように、下部基板２４をガラスから作製してもよく、そこには、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）３２が形成されており、複数のゲート電極３４（すなわち行線）とソース電極３６（すなわち列線）とがトランジスタ３２のそれぞれの行及び列を相互接続している。ゲート電極３４及びソース電極３６は、一般に理解されるように、下部基板２４を複数のディスプレイピクセル３８に画定する。上部基板２６もまた、ガラスから作製してもよく、その下部に共通電極４０がある。少なくとも一実施形態では、ＬＣＤパネル１２はカラーフィルタアレイ層を含まないことが留意されるべきである。共通電極４０は、実質的に上部基板２６にわたって延在してもよい。液晶層２８は、下部基板２４と上部基板２６との間に配置してもよく、ＦＳＣ ＬＣＤディスプレイで使用するために適した液晶材料を含む。図示するように、ＬＣＤパネル１２は２つの偏光板３０を含み、１つは下部基板２４の下方に配置されており、１つは上部基板２６の上方に配置されている。図示しないが、偏光板３０を、ＬＣＤパネルがノーマリーホワイトモードで動作するように方向付けてもよい。

再び図１を参照すると、バックライト１４は、ＬＣＤパネル１２に近接して配置されており、バックライト出力コントローラ２０と動作可能に通信する。図３は、バックライト１４をより詳細に示す。一実施形態では、バックライト１４は、ＬＥＤのアレイ（たとえばＲＧＢ ＬＥＤ）４６が取り付けられた支持基板４４を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）パネルである。支持基板４４は、ＬＥＤ４６のすべてを相互接続する熱伝導性（たとえば銅製）部品か、又は各色のＬＥＤを熱的に且つ／又は電気的に相互接続する熱伝導性且つ／又は導電性部材の複数（たとえば３つ）のセットを含んでもよい。

一実施形態では、ＬＥＤ４６は、赤色ＬＥＤ４８の行、緑色ＬＥＤ５０の行及び青色ＬＥＤ５２の行を含む。図３に示すＬＥＤ４６は、合計１０８のＬＥＤに対し、１２×９アレイで配置されているが、バックライト１４は、それより少ないか、又は１０００を超える等、大幅に多いＬＥＤを含んでもよい、ということが理解されるべきである。一般に理解されるように、赤色ＬＥＤ４８は、たとえば４３０テラヘルツ（ＴＨｚ）〜４８０ＴＨｚの周波数（又は周波数帯域）の赤色光を放出する。緑色ＬＥＤ５０は、たとえば５４０ＴＨｚ〜６１０ＴＨｚの周波数の光を放出する。青色ＬＥＤ５２は、たとえば６１０ＴＨｚ〜６７０ＴＨｚの周波数の光を放出する。当業者には、ＬＥＤ４６、したがって全体としてバックライト１４の正確な性能特性又は放射特性（たとえば、周波数、輝度、放出角度等）が、ＬＥＤ４６の製造業者と、単一製造業者が受ける製造上のばらつきと、によって変化する可能性があることが理解されよう。しかしながら、性能特性におけるこれら変動を、当該技術分野において既知である技法（たとえば、光学試験）を使用して求めることができる。そして、後述するようにディスプレイシステムの性能を最適化する際に、ＬＥＤの放射特性の差を利用することができる。

再び図１を参照すると、ＬＣＤシステムコントローラ１６、バックライトサブシステム１８、バックライト出力コントローラ２０及び電源２２は、図示するように動作可能に通信し且つ／又は電気的に接続されている。一実施形態では、コントローラ１６、１８及び２０は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、個別論理、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ及びＤＳＰ等、さまざまな回路及び／若しくは集積回路を含む電子部品、並びに／又は、後述する方法及びプロセスを個々に又は共同で実行するように回路によって実行される、コンピュータ可読媒体に格納されている命令を含む。このように、ＬＣＤシステムコントローラ１６、バックライトサブシステムコントローラ１８及びバックライト出力コントローラ２０は、共同で処理システム又は制御システムを形成することができる。当業者には理解されるように、温度センサ２１はバックライト１４に近接して配置され、バックライト１４の動作温度を検知するように構成される。動作温度を、全体としてバックライト１４に関連付けてもよく、又はバックライト１４上のＬＥＤ４６の１つ又は複数の特定の色に関連付けてもよい。明度センサ２３は、ＬＥＤ４６の３つの色の各々の輝度を別個に検出するように構成される、一般に理解されるような明所視光（又はカラー）センサであってもよい。温度センサ２１及び明度センサ２３は、バックライトサブシステムコントローラ１８と動作可能に通信する。

動作中、ＬＣＤシステムコントローラ１６は、ビデオデータ又はビデオ信号を、色及び輝度の形態でＬＣＤパネル１２に提供する。一実施形態では、且つＦＳＣディスプレイ動作に従って、ビデオデータは連続したフレーム（完全なビデオフレーム又は部分的ビデオフレーム）で与えられ、各フレームは、各々が特定の色（たとえば赤、緑又は青）にのみ対応する複数（たとえば３つ）のサブフレームを含む。たとえば、第１のサブフレームは、各ディスプレイピクセル３８（図２）に対して赤色データのみを含み、第２のサブフレームは、各ディスプレイピクセル３８に対し緑色データのみを含み、第３のサブフレームは、各ディスプレイピクセル３８に対し青色データのみを含む。これらの逐次与えられるビデオサブフレームは、見る人の眼５４によって時間的に平均化され、ＬＣＤパネル１２上の各表示ピクセル３８に対し赤色、緑色及び青色の適切な混合を生成する。

ＬＣＤシステムコントローラ１６は、バックライトサブシステムコントローラ１８に対して同期信号を提供することによって、ＬＣＤシステムコントローラ１６によって提供される赤色ビデオサブフレームが赤色ＬＥＤ４８（図３）の起動と同期することを確実にする。同様に、ＬＣＤシステムコントローラ１６は、バックライトサブシステムコントローラ１８に対して同期信号を提供することによって、ＬＣＤシステムコントローラ１６によって提供される緑色ビデオサブフレーム及び青色ビデオサブフレームが、それぞれの緑色ＬＥＤ５０及び青色ＬＥＤ５２の起動と同期することを確実にする。

図２を参照すると、各ピクセル３８にわたって、液晶層２８に配置される液晶分子が示す移動（傾斜、ねじれ等）の量を指示する時間変化電圧が印加されることによって、ＬＣＤパネル１２を通過する光の量が制御される。したがって、ＬＣＤパネル１２は、情報が見る人の眼５４に（たとえば画像、テキスト、シンボル等の形式で）表示されるように、通過する光を変調する。

ＬＣＤシステムコントローラ１６は、バックライトサブシステムコントローラ１８に画像同期信号を提供し、これは、画像同期信号の起点に応じて、サブフレームレートの１／３で、サブフレームレートで、又はＬＣＤパネル１２とバックライト１４との間の同期した動作を確実にする代替レートで発生してもよい。たとえば、サブフレームレートが１８０Ｈｚである場合、画像同期信号を６０Ｈｚ又は１８０Ｈｚで提供してもよい。

図４は、本発明の一実施形態による、ＬＣＤパネル１２と共にバックライト１４の動作を時間的に例示する。図４には１つのフレームしか示さないが、動作はビデオフレーム５６に分割され、それらの各々が、赤色サブフレーム５８、緑色サブフレーム６０及び青色サブフレーム６２を含む。本発明の一態様によれば、サブフレーム５８、６０及び６２は、一般に理解されるように、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して制御され得る、バックライト１４の所望の輝度に応じてＬＥＤの調整可能な「オン時間（on-time）」を有する。

フレーム５６の持続時間は、サブフレーム５８、６０及び６２の持続時間の合計に等しく、ＦＳＣ動作に対する従来のフレーム時間（たとえば、６０Ｈｚ動作に対して１６．６６６７ミリ秒）と同様であってもよい。図４に示すように、サブフレーム５８、６０及び６２は、非活動部分６４と活動部分６６とを含む。当業者には理解されるように、非活動部分６４の間、バックライト１４上のＬＥＤ４６はいずれも動作せず、ゲート電極３４及びソース電極３６（図２）は、ピクセル３８に適切な電圧を印加するように構成される（すなわち「書き込まれる」）。サブフレーム５８、６０及び６２の各々の活動部分６６の間、ＬＥＤ４６のそれぞれの色（たとえば、赤色ＬＥＤ４８、緑色ＬＥＤ５０又は青色ＬＥＤ５２）は起動され、ピクセル３８は、ＬＥＤ４６によって放出される光を選択的に遮断するように適切に構成される。

このように、単一ビデオフレーム５６内において、バックライト１４及びＬＣＤパネル１２の動作は、ピクセル３８を３回（すなわち、ＬＥＤの色の各々に対して１回）構成すること、及びＬＣＤパネル１２を通じて光を３回放出する（すなわち、ＬＥＤの色の各々が１回起動される）ことを含む。赤色サブフレーム５８の間、ピクセル３８は、非活動部分６４内で赤色光に対して適切に構成され、赤色ＬＥＤ４８は活動部分６６内で動作する。緑色サブフレーム６０の間、ピクセル３８は、非活動部分６４内で緑色光に対して適切に再構成され、緑色ＬＥＤ５０は活動部分６６内で動作する。青色サブフレーム６２の間、ピクセル３８は再び非活動部分６４内で青色光に対して適切に再構成され、青色ＬＥＤ５２は活動部分６６内で動作する。

さらに図４を参照すると、ビデオ信号にパルス幅変調が適用されることによって、パルス上に示す破線によって示すように、サブフレーム５８、６０及び６２の活動部分６６（又はＬＥＤの「オン時間」）、又はそれぞれのＬＥＤのオン時間を示す「パルス幅」５９、６１及び６３を調整することによって、バックライトの明度の変化がもたらされる。赤色ＬＥＤのオン時間又はパルス幅が増大すると、サブフレーム５８の非活動部分６４（又はその持続時間）（すなわちvblankDelay）が低減する。同様に、赤色ＬＥＤのパルス幅
が低減すると、サブフレーム５８の非活動部分６４が増大して、低減した赤色パルス幅を相殺する。同様に、サブフレーム６０の活動部分６６（又は緑色パルス幅）が増大すると、サブフレーム６０の非活動部分６４（すなわちrgDelay）が低減する。緑色パルス幅が低減すると、サブフレーム６０の非活動部分６４が増大する。これは、青色ＬＥＤにも当てはまり、青色パルス幅（又はサブフレーム６２の活動部分６６）が増大すると、サブフレーム６２の非活動部分６４（すなわちgbDelay）が低減し、青色のパルス幅が低減すると、サブフレーム６２の非活動部分６４が増大して、低減した青色パルス幅を相殺する。一実施形態では、ＬＥＤ色の各々に対するあり得る最小パルス幅は、あり得る最大パルス幅のおよそ１０％とすることができる。

図５は、上述したパルス幅変調調整を使用する２つの連続したビデオフレーム５６を示す。図示するように、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤのパルス幅、又はオン時間は、第１のビデオフレーム５６（左側）の方が第２のビデオフレーム５６（右側）より大きい。より詳細には、赤色ＬＥＤの動作時間は、第１のフレーム５６の第１の持続時間から第２のフレーム５６の第２の持続時間まで変化している。緑色ＬＥＤの動作時間は、第１のフレームの第３の持続時間から第２のフレームの第４の持続時間まで変化している。青色ＬＥＤの動作時間は、第１のフレームの第５の持続時間から第２のフレームの第６の持続時間まで変化している。図５に示す実施形態では、第１の持続時間、第３の持続時間及び第５の持続時間が等しく、第２の持続時間、第４の持続時間及び第６の持続時間が等しい。

その結果、ＬＥＤが動作する合計時間が低減し、それによって、ＬＥＤによって放出される光の量が低減する。このため、ＬＣＤシステム１０（図１）の輝度が低減する。
一実施形態では、上述したパルス幅調整を使用して、比較的高い出力レベルで動作しているときのバックライト１４の輝度を調整する。赤色、緑色又は青色の最小パルス幅に達すると、図６に示すように、下方の輝度制御範囲内の追加の調光を、ピーク電流制御を通じて提供することができる。図６は、最小赤色パルス幅と電流プログラミング値との間の関係、すなわちグラフ７０を示す。図示する例では、最小赤色パルス幅に達すると、ピーク発光体電流をグラフ７０の傾斜部分７２によって示すような低減する値に対しプログラムすることによって、追加の調光機能が提供される。ピーク電流を、動作電流下限７４（Ｉ_min）に達するまで低下させてもよい。上方の輝度調整範囲内では、又はパルス幅が最小パルス幅を上回る場合、ピーク電流は固定最大値７６（Ｉ_max）に設定される。最大許容電流値及び最小許容電流値は、一般に理解されるように、特定のディスプレイシステム１０に基づいて変化し得る。図６は特に、赤色パルス幅又はＬＥＤに対する下方の輝度制御範囲を示すが、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤに対し同様な制御方式が同様に適用されるということが理解されるべきである。

図７に示すように、別の実施形態では、上方の調光範囲が、図６に示すものと同様の電流プログラミンググラフ７８によって制御され、下方の調光範囲は、上述したようにパルス幅変調調整によって制御される。ピーク電流を、固定最大値８４（Ｉ_max）で開始した後に傾斜部分８０において動作電流下限８２（Ｉ_min）まで低下させてもよい。図示するように、電流が下限８２まで低減した後に、パルス幅変調調整が、最大のパルス幅で開始して使用される。

ピーク動作電流及びパルス幅が、特定のシステム要件に基づいて無数の組合せ及びプロファイルに対しプログラムされ得ることが理解されるべきである。たとえば、１つの例示的な実施形態は、パルス幅が、ピーク電流プロファイルが変更される前の最小値まで調整されることを示すが、パルス幅の任意の所与の設定に対して、ピーク電流を任意の許容可能なシステム値に設定することが可能である。同様に、パルス幅を変更する前にピーク電流を最小値に調整する例示的な実施形態は、電流が最小限界を上回る任意の値にパルス幅を設定することができる。

温度センサ２１及び明度センサ２３を使用して、上述した調光方式に対し調整を行ってもよい、ということも理解されるべきである。たとえば、ＬＥＤ４６の性能特性は、バックライト１４の動作温度（複数可）及び／又はＬＥＤ４６の「寿命」（又は使用量）によって決まる可能性がある。未補償ＬＥＤバックライトユニットは、ディスプレイ動作温度範囲にわたって、且つバックライトユニットのフルスケール調光範囲にわたって、未制御カラーシフトを示すことが多い。この望ましくない特性は、ＬＥＤの特性曲線によってもたらされる。ＬＥＤ色は、一意の輝度対駆動電流性能曲線と、輝度対ダイ温度特性曲線とを示し、これらの特性を補償することが望ましく且つ有益である。ＬＥＤ製造業者のデータシートを使用して、特性動作情報をバックライド制御システムにプログラムし、バックライト動作を輝度及び温度の関数として補償することができる。

一実施形態では、多項式曲線当てはめを使用して温度補償が提供される。ＬＥＤの各色の輝度対温度がプロットされる。このプロットから、多項式曲線当てはめが適用され、多項式がバックライト制御システムにプログラムされる。検知されるバックライト温度を使用して、ＬＥＤの温度性能が計算され、格納されている多項式に従ってＬＥＤの駆動電流が補償される。同様に、ＬＥＤの輝度対駆動電流を、任意の次数の多項式を使用する適切な曲線当てはめによって、又は指数関数によって定義してもよい。駆動電流と輝度とのこの数学的関係は、バックライト制御ユニットの処理アルゴリズムにプログラムされ、これは、バックライト温度及びバックライト輝度に基づいて各ＬＥＤ駆動電流を補償する。したがって、本発明の実施形態は、各ＬＥＤ色に対する補償を提供する。色補償は、ディスプレイ動作温度の全範囲にわたり且つ全調光範囲にわたりディスプレイの色性能を安定化することができる。

図８は、非対称パルス幅を利用する、本発明の別の実施形態による連続したビデオフレーム９０の２つの対を示す。上述したビデオフレーム５６に類似する方法で、ビデオフレーム９０は各々、それぞれ赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤに対応する３つのサブフレーム９２、９４及び９６を含む。サブフレーム９２、９４及び９６の各々は、上述したものと同様の非活動部分９８及び活動部分１００を含む。しかしながら、図８に示す実施形態では、サブフレーム９２、９４及び９６の活動部分１００は大幅に異なる。すなわち、各サブフレーム９２、９４及び９６では、ピクセル３８を構成するためにかかる時間はおよそ同じであるが、各色に対する「オン時間」は一意である。各色に対するオン時間を、上述したような色の各々からの必要な輝度及び個々の発光体の相対的な性能特性（すなわち放射特性の差）と共に、見る人の眼５４による種々の色の光の知覚に基づいて、最適化してもよい。

さらに図８を参照すると、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤに対するパルス幅、又はオン時間は、ＬＥＤのパルス幅の非対称を維持しながら、第１のビデオフレーム９０（左側）の方が第２のビデオフレーム９０（右側）より大きい。その結果、ＬＥＤが動作する合計時間が低減し、それによって、ＬＥＤが放出する光の量が低減する。このため、非対称パルス幅の性能利益を維持しながら、ディスプレイシステム１０（図１）の輝度が低減する。

各色に対するオン時間（したがってサブフレーム持続時間）を、上述したように色の各々からの必要な輝度及び個々の発光体の相対的な性能特性（すなわち放射特性の差）と共に、見る人の眼５４による種々の色の光の知覚に基づいて、最適化してもよい。たとえば、青色輝度要件が低い場合、青色ＬＥＤ５２のバックライトデューティサイクル、したがって青色サブフレーム６２時間が、緑色サブフレーム６０時間及び赤色サブフレーム５８時間に対して低減する。緑色ＬＥＤ５０及び赤色ＬＥＤ４８に対するオン時間をそれらのデューティサイクルを増大させる（したがってそれらのサブフレーム時間を増大させる）ことによって増大させることによって、それらの色に対する表示輝度が増大する。

上述した方法及びシステムの１つの利点は、ＦＳＣディスプレイの調光範囲が大幅に向上し２０００：１を超過する可能性がある、ということである。別の利点は、ＦＳＣディスプレイにおける色一様性及びグレーレベル輝度が向上する、ということである。

図９及び図１０は、本発明の別の実施形態によるＬＣＤパネル１０２及びバックライト１０４を示す。図９及び図１０に示す実施形態は、動作の非対称サブフレーム時間モードに関連して複数の独立して制御可能なバックライトゾーンを使用する。バックライトゾーンは、行スキャン方向に対して垂直に（すなわち、図２のＬＣＤパネル１２のゲート線３４に対して平行に）配置されている。複数のバックライトゾーンによって、第１のゾーンの後方のＲＧＢバックライトを、対応するディスプレイ領域がアドレス指定され且つＬＣＤピクセルが応答した直後に、ディスプレイ全体がアドレス指定されて応答するまで待つ必要なく、「オン」とすることができる。その結果、ＲＧＢ発光体のデューティサイクルを増大させることができ、それによって表示輝度がさらに増大する。

ここで図９を参照すると、ＬＣＤパネル１０２は、図１及び図２に示すものと同様であってもよく、同様に複数のピクセル１０６を含む。しかしながら、ピクセル１０６は、上部（又は第１の）セクション（又はゾーン）１０８、中間部分（又は第２のセクション）１１０及び下部（又は第３の）セクション１１２に分割されている。一実施形態では、ＬＣＤパネル１０２は、従来のＬＣＤのように、頂部から底部までスキャンされる。スキャンプロセス中に、所定数の複数のゾーン又はセクション１０８、１１０及び１１２が時間境界によって画定される。各ゾーンに対するこれらの時間境界において、バックライト動作が、与えられるＬＣＤデータとの色同期を維持するように調整される。

図１０に示すように、バックライト１０４は図３に示すものと同様であってもよく、基板１１４と、その上の赤色ＬＥＤ行１１８、緑色ＬＥＤ行１２０及び青色ＬＥＤ行１２２に配置されるＬＥＤアレイ１１６とを含む。図９のセクション１０８、１１０及び１１２と同様に、ＬＥＤ１１６は上部グループ１２４、中間グループ１２６及び下部グループ１２８に分割されており、それらの各々は、後述するように別個に駆動される。バックライト１０４はまた、ＬＥＤ１１６からの光がグループ１２４、１２６及び１２８の境界を越えないようにする仕切り１３０も含む。

動作中、ＬＣＤパネル１０２及びバックライト１０４は、ＬＣＤパネル１０２の上部セクション１０８、中間セクション１１０及び下部セクション１１２がバックライト１０４のそれぞれの上部グループ１２４、中間グループ１２６及び下部グループ１２８と位置合せされるように配置される。ＬＣＤパネル１０２及びバックライト１０４を、図４に示すものと同様の信号を使用して駆動してもよい。しかしながら、ＬＣＤパネル１０２の上部セクション１０８におけるピクセル１０６の照明は、中間セクション１１０及び下部セクション１１２におけるピクセル１０６の照明の前に発生する。すなわち、赤色サブフレーム５８（図４）において、ＬＣＤパネル１０２の上部セクション１０８のピクセル１０６が書き込まれ構成されると（すなわち、赤色サブフレーム５８の非活動部分６４の後に）、バックライト１０４の上部グループ１２４における赤色ＬＥＤ１１８が起動される（すなわち、赤色サブフレーム５８の活動部分６６）。上部グループ１２４の赤色ＬＥＤ１１８の起動中、ＬＣＤパネル１０２の中間部分１１０のピクセル１０６が書き込まれ構成される。ＬＣＤパネル１０２の中間部分１１０のピクセル１０６が構成された後に、バックライト１０４の中間グループ１２６の赤色ＬＥＤ１１８が起動される。

本実施形態で特に重要なのは、ＬＣＤパネル１０２の上部セクション１０８とバックライト１０４の上部グループ１２４とが、他のセクション及びグループが依然として赤色サブフレーム５８下で動作している間に、緑色サブフレーム６０及び青色サブフレーム６２によって指示されるように動作を実行し続ける、ということである。

図１１及び図１２は、本発明の別の実施形態による、それぞれＬＣＤパネル１３２及びバックライト１３４を示す。ＬＣＤパネル１３２のピクセルは、例示を明確にするために示さないことが留意されるべきである。図９及び図１０に示すものと同様に、図１１及び図１２の実施形態は、それぞれＬＣＤパネル１３２のセクション１４２、１４４及び１４６に対応する、複数の独立して制御可能なバックライトゾーン１３６、１３８及び１４０を使用する。バックライト１３４の各ゾーン１３６、１３８及び１４０は、４つの独立して制御可能な領域（又はバックライト部分）１４８、１５０、１５２及び１５４を含み、それらの境界を図１１及び図１２の両方に示す。図示するように、バックライトゾーン１３６、１３８及び１４０の各々の領域１４８、１５０、１５２及び１５４を、ＬＣＤパネル１３２のセクション１４２、１４４及び１４６のうちの１つに位置合せしてもよい。図９及び図１０に示す実施形態と同様に本実施形態では、バックライトゾーン１３６、１３８及び１４０は、行スキャン方向に対して垂直に（すなわち、図２のＬＣＤパネル１２のゲート線３４に対して平行に）配置されている。さらに、各ゾーン１３６〜１４０の領域１４８〜１５４の各々におけるＲ、Ｇ、Ｂ輝度値は、バックライトゾーンが、ＦＳＣ ＬＣＤに対して動作の調整可能なパルス幅モードでスキャンされる際に、個々に制御可能である。

構成に関して、ＬＣＤパネル１３２は、先の実施形態で使用したものに類似してもよい。図９及び図１０に示す実施形態と同様に、ゾーン１３６〜１４０の数は、行スキャン（又はフレームリフレッシュ）プロセス中に時間境界によって定義される。各ゾーン１３６〜１４０に対する境界において、バックライト動作は、ＬＣＤデータとの色同期を維持するように調整される。ＬＣＤのさまざまな領域は、独立したＲ、Ｇ、Ｂ輝度制御によってバックライト１３４の対応する領域によって照明される。実際の動作時、バックライト１３４のゾーン１３６〜１４０の各々における領域１４８〜１５４の各々のＲＧＢ輝度値が、ＬＣＤに提示される画像データから計算される。上述した調整可能パルス幅方法を使用して、画像（画像データ）の明るい方の領域に対応するＬＥＤバックライト領域１４８〜１５４は、より高い輝度レベルに駆動され、画像データの暗い方の領域に対応するＬＥＤバックライト領域１４８〜１５４は、より低い輝度レベルに駆動される。その結果、低グレースケールピクセルに対し、ＬＣＤ軸外光漏れが劇的に低減し、ディスプレイコントラスト比が広い視野角にわたって向上する。このため、ディスプレイの画像品質が向上する。

ＬＥＤバックライト１３４の各領域１４８〜１５４に対するＲＧＢ輝度値が、表示される画像データから計算される。本質的に、図１２に示すＬＥＤバックライト１３４を、ＬＣＤに表示される画像データから計算される駆動電圧を使用して、非常に低解像度のディスプレイとして（たとえば、１２個の領域１４８〜１５４の各々がピクセルに対応する）駆動してもよい。図１１及び図１２は、３つのゾーン１３６〜１４０と各ゾーンにおける４つの領域１４８〜１５４とを有するディスプレイを示すが、ディスプレイを、実際には、それより多いか又は少ないゾーンに分割してもよく、そして、各ゾーンを、それより多いか又は少ない独立して制御可能なバックライト領域に分割してもよい。本実施形態の追加の利点は、表示動作中にさらなる電力節約が可能になるということである。

他の実施形態は、光源（たとえばＬＥＤ）の異なる数及び配置を利用することができる。数及び配置は、ＬＥＤのサイズ及び形状と共に、変化してもよい。たとえば、青色等の特定の色の数を、パルス幅をより広い範囲にわたって変化させることができるように、その特定の色の輝度を調整するように調整してもよい。さらに、使用されるＬＣＤパネル（又は他の画像源）の全体的なサイズ及び形状を変更してもよい。たとえば、実質的に矩形形状のＬＣＤパネルは、長さが３インチ（約７．６２ｃｍ）〜１５インチ（約３８．１ｃｍ）であり、幅が約１．５インチ（約３８．１ｃｍ）〜１２インチ（約３０．４８ｃｍ）であることができる。

図１３は、本発明の一実施形態による、上述したディスプレイシステム１０（図１）を実装することができる、航空機等の輸送手段２００を概略的に示す。輸送手段２００は、一実施形態では、たとえば民間プロペラ機又はジェットエンジン駆動飛行機、商用ジェットライナ若しくはヘリコプタ等、複数の種々の種類の航空機のうちのいずれであってもよい。図示する実施形態では、輸送手段２００は、フライトデッキ２０２（又はコックピット）及びアビオニクス／飛行システム２０４を備える。特に図示しないが、輸送手段２００は、一般に理解されるように、フライトデッキ２０２及びアビオニクス／飛行システム２０４が接続されるフレーム又は本体も備えることが理解されるべきである。また、輸送手段２００は、単に例示的なものであり、図示する構成要素、システム及びデータ源のうちの１つ又は複数を必要とせずに実装することができるということも留意されるべきである。さらに、輸送手段２００を、１つ又は複数の追加の構成要素、システム又はデータ源と共に実装することができるということが理解されよう。さらに、システム１０を、閉鎖コックピットを備える有人車両（たとえば、戦車又は装甲人員運搬車）又はハンビークラスの車両等の開放車両等、航空機以外の輸送手段で利用してもよい、ということが理解されるべきである。さらに、ディスプレイシステム１０を、ラップトップコンピュータ、及びＬＣＤディスプレイを備える他の同様の移動装置等、携帯計算装置で使用してもよい。

フライトデッキ２０２は、ユーザインタフェース２０６、ディスプレイ装置２０８（たとえば、プライマリフライトディスプレイ（ＰＦＤ））、通信無線２１０、航法無線２１２及び音声装置２１４を備える。ユーザインタフェース２０６は、ユーザ２１１（たとえばパイロット）から入力を受け取り、そのユーザ入力に応じて、アビオニクス／飛行システム２０４にコマンド信号を供給するように構成される。ユーザインタフェース２０６は、飛行制御、及び限定されないが、マウス、トラックボール又はジョイスティック等のカーソル制御装置（ＣＣＤ）、及び／又はキーボード、１つ又は複数のボタン、スイッチ若しくはノブを含むさまざまな既知のユーザインタフェース装置のうちの任意の１つ又はそれらの組合せを含むことができる。図示する実施形態では、ユーザインタフェース２０６はＣＣＤ２１６及びキーボード２１８を含む。ユーザ２１１はＣＣＤ２１６を使用して、特にディスプレイ装置２０８上でカーソルシンボルを移動させ、且つキーボード２１８を使用して、特にテキストデータを入力することができる。

さらに図１３を参照すると、上述したフラットパネルディスプレイシステムを含むことができるディスプレイ装置２０８を使用して、さまざまな画像及びデータがグラフィック、アイコン及び／又はテキストフォーマットで表示され、ユーザ２１１がユーザインタフェース２０６に提供するユーザ入力コマンドに応じてユーザ２１１に視覚的フィードバックが提供される。

通信無線２１０は、一般に理解されるように、航空管制官及び他の航空機のパイロット等、輸送手段２００の外側の存在と通信するために使用される。航法無線２１２は、全地球測位衛星（ＧＰＳ）システム及び自動方向探知機（ＡＤＦ）（後述するような）等、輸送手段の位置に関するさまざまな種類の情報を、外側の情報源から受け取り且つユーザに通信するために使用される。音声装置２１４は、一実施形態では、フライトデッキ２０２内に取り付けられている音声スピーカである。

アビオニクス／飛行システム２０４は、滑走路状況認識アドバイザリーシステム（runway awareness and advisory system）（ＲＡＡＳ）２２０、計器着陸システム（ＩＬＳ）２２２、フライトディレクタ２２４、気象データソース２２６、地形回避警報システム（terrain avoidance warning system）（ＴＡＷＳ）２２８、空中衝突防止システム（ＴＣＡＳ）２３０、複数のセンサ２３２（たとえば、気圧センサ、温度計及び風速センサ）、１つ又は複数の地形データベース２３４、１つ又は複数の航法データベース２３６、航法制御システム（又は航法コンピュータ）２３８及びプロセッサ２４０を備える。アビオニクス／飛行システム２０４のさまざまな構成要素は、データバス２４２（又はアビオニクスバス）を介して動作可能に通信する。図示しないが、航法制御システム２３８は、飛行管理システム（ＦＭＳ）、制御表示器（control display unit）（ＣＤＵ）、オートパイロット又は自動誘導システム、多重操縦翼面（たとえば、補助翼、昇降蛇及び方向蛇）、エアデータコンピュータ（ＡＤＣ）、高度計、エアデータシステム（ＡＤＳ）、全地球測位衛星（ＧＰＳ）システム、自動方向探知機（ＡＤＦ）、コンパス、少なくとも１つのエンジン、及びギア（すなわち、着陸装置）を含むことができる。

プロセッサ２４０は、プログラム命令に応答して動作する多数の既知の汎用マイクロプロセッサ又は特定用途向けプロセッサのうちのいずれかであってもよい。図示する実施形態では、プロセッサ２４０は、オンボードＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２４４及びオンボードＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２４６を含む。プロセッサ２４０を制御するプログラム命令を、ＲＡＭ２４４及びＲＯＭ２４６のいずれか又は両方に格納することができる。例えば、オペレーティングシステムソフトウェアをＲＯＭ２４６に格納してもよく、さまざまな動作モードソフトウェアルーチン及びさまざまな動作パラメータをＲＡＭ２４４に格納してもよい。これは、オペレーティングシステムソフトウェア及びソフトウェアルーチンを格納するための１つの方式を単に例示するものであり、他のさまざまな格納方式を実装してもよいということは理解されよう。また、プロセッサ２４０を、プログラム可能なプロセッサだけではなく、他のさまざまな回路を使用して実装してもよい、ということも理解されよう。例えば、デジタル論理回路及びアナログ信号処理回路を使用してもよい。

少なくとも１つの例示的な実施形態を、上述した詳細な説明で提示したが、極めて多数の変形が存在することが理解されるべきである。また、１つ又は複数の例示的な実施形態は単なる例であり、本発明の範囲、適用又は構成をいかようにも限定するようには意図されていないことは理解されるべきである。むしろ、上述した詳細な説明は、当業者に対し、１つ又は複数の例示的な実施形態を実施するための好都合なロードマップを提供することになる。添付の特許請求の範囲に示されるような本発明及びその法的な均等物の範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置においてさまざまな変更を行い得ることは理解されるべきである。

Claims (3)

1. 第１の光源及び第２の光源を有するディスプレイ装置に画像を表示する方法であって、
   前記ディスプレイ装置にビデオ信号を提供するステップであって、該ビデオ信号は第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含み、各ビデオフレームは、それぞれ前記第１の光源及び前記第２の光源に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含み、前記第１のサブフレーム及び前記第２のサブフレームは前記第１の光源及び前記第２の光源についての調整可能なオン時間及びそれによって調整可能なパルス幅を有する、ステップと、
   前記第１のビデオフレームの前記第１のサブフレーム中に前記第１の光源を動作させて第１の複数の第１の発光パルスを生成するステップであって、前記第１の複数の第１の発光パルスの各々は第１のオン時間及びそれによって第１のパルス幅を有し、前記第１のパルス幅は、最小パルス幅、最大パルス幅又は最小パルス幅と最大パルス幅との間のパルス幅に等しい、ステップと、
   前記第２のビデオフレームの前記第１のサブフレーム中に前記第１の光源を動作させて第２の複数の第１の発光パルスを生成するステップであって、前記第２の複数の第１の発光パルスの各々は第２のオン時間及びそれによって第２のパルス幅を有し、前記第２のパルス幅は、前記最小パルス幅、前記最大パルス幅又は前記最小パルス幅と前記最大パルス幅との間のパルス幅に等しく、前記第２のオン時間は前記第１のオン時間とは異なり、そのため前記第２のパルス幅は前記第１のパルス幅とは異なる、ステップと、
   少なくとも前記第１のパルス幅及び前記第２のパルス幅が前記最小パルス幅と前記最大パルス幅との間のパルス幅に等しい場合に前記第１の光源に一定のピーク電流を供給するステップであって、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との差によって前記第１の光源の輝度が変化する、ステップと、
   前記第１のパルス幅又は前記第２のパルス幅が前記最小パルス幅に等しい場合に、前記第１の光源に供給されるピーク電流を小さくすることによって、前記第１の光源の輝度をさらに低くするステップと
   を含む方法。
2. 前記第１のビデオフレームの前記第２のサブフレーム中に前記第２の光源を動作させて第１の複数の第２の発光パルスを生成するステップであって、前記第１の複数の第２の発光パルスの各々は第３のオン時間及びそれによって第３のパルス幅を有する、ステップと、
   前記第２のビデオフレームの前記第２のサブフレーム中に前記第２の光源を動作させて第２の複数の第２の発光パルスを生成するステップであって、前記第２の複数の第２の発光パルスの各々は第４のオン時間及びそれによって第４のパルス幅を有する、ステップと
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. ディスプレイ装置システムであって、
   第１の発光体及び第２の発光体を備えるバックライトと、
   前記バックライトに結合され、前記第１の発光体及び前記第２の発光体から放出される光によって画像を生成するように構成される画像源と、
   前記バックライト及び前記画像源に結合されるコントローラであって、
   前記バックライト及び前記画像源にビデオ信号を提供するように構成され、該ビデオ信号は第１のビデオフレーム及び第２のビデオフレームを含み、各ビデオフレームは、前記バックライトのそれぞれ前記第１の発光体及び前記第２の発光体に対応する第１のサブフレーム及び第２のサブフレームを含み、前記第１のサブフレーム及び前記第２のサブフレームは前記第１の発光体及び前記第２の発光体についての調整可能なオン時間を有し、
   前記第１のビデオフレームの前記第１のサブフレーム中に前記第１の発光体を動作させて第１の複数の第１の発光パルスを生成するように構成され、前記第１の複数の第１の発光パルスの各々は第１のオン時間及びそれによって第１のパルス幅を有し、前記第１のパルス幅は、最小パルス幅、最大パルス幅又は最小パルス幅と最大パルス幅との間のパルス幅に等しく、
   前記第２のビデオフレームの前記第１のサブフレーム中に前記第１の発光体を動作させて第２の複数の第１の発光パルスを生成するように構成され、前記第２の複数の第１の発光パルスの各々は第２のオン時間及びそれによって第２のパルス幅を有し、前記第２のパルス幅は、前記最小パルス幅、前記最大パルス幅又は前記最小パルス幅と前記最大パルス幅との間のパルス幅に等しく、前記第２のオン時間は前記第１のオン時間とは異なり、そのため前記第２のパルス幅は前記第１のパルス幅とは異なり、
   少なくとも前記第１のパルス幅及び前記第２のパルス幅が前記最小パルス幅と前記最大パルス幅との間のパルス幅に等しい場合に前記第１の発光体に一定のピーク電流を供給するように構成され、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との差によって前記第１の発光体の輝度が変化し、
   前記第１のパルス幅又は前記第２のパルス幅が前記最小パルス幅に等しい場合に、前記第１の発光体に供給されるピーク電流を小さくすることによって、前記第１の発光体の輝度をさらに低くするように構成される
   コントローラと、
   を備えるディスプレイ装置システム。

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