KR101572692B1

KR101572692B1 - 표시 장치, 표시 장치의 광량 조정 방법 및 전자 기기

Info

Publication number: KR101572692B1
Application number: KR1020080100989A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 이치카와; 켄이치 키쿠치; 키미오 하타지리
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2015-11-27
Also published as: JP2009099701A; CN101414439B; EP2051234A3; US20090096724A1; US8830157B2; JP5007650B2; EP2051234B1; EP2953126A1; KR20090038821A; TW200931366A; EP2051234A2; CN101414439A; TWI413045B

Abstract

표시 장치는: 화상을 표시하는 표시 수단과; 상기 표시 수단에 광을 조사하는 광원; 및 상기 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 제어 수단을 포함한다. 상기 제어 수단은, 상기 광원의 광량을 상기 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 상기 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어한다.

Description

표시 장치, 표시 장치의 광량 조정 방법 및 전자 기기{DISPLAY APPARATUS, QUANTITY-OF-LIGHT ADJUSTING METHOD FOR DISPLAY APPARATUS AND ELECTRONIC EQUIPMENT}

우선권 정보

본 발명은 2007년 10월 16일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2007-268576호를 우선권으로 주장한다.

기술 분야

본 발명은, 표시 수단에 광원으로부터 광을 조사하여 화상을 표시하는 표시 장치, 표시 장치의 광량 조정 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.

액정 텔레비전을 포함하는 액정 디스플레이에 있어서, 백라이트에 LED(Light Emitting Diode) 디바이스를 이용하는 이점의 하나로서, 휘도 컨트롤의 범위가 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 방식보다도 넓다는 점이다(예를 들면, 일본 특개2005-310997호 공보(특허문헌1) 참조).

이 CCFL에서도 휘도를 컨트롤하는 것은 행하여지고 있고, 주로, 전압 조광 (調光)과 전류 조광의 2개의 방식이 있다. 전자는, 트랜스에 인가하는 전압을 피드백하여, 그 전압을 가변하여 조광하는 방식이고, 조광 범위는, 일반적으로 50 내지 100%까지라고 말하여지고 있다.

후자는, 출력 전류를 피드백하여, 트랜스에 인가한 전압을 가변하여 조광하는 방식이고, 조광 범위는 전압 조광과 같은 50% 내지 100%정도라고 말하여지고 있다. 또한, 그 밖의 방법으로서, PWM 조광(Pulse Width Modulation)이 있다. 이 방식의 경우에는, 조광 범위는 10% 내지 100%정도의 확대된 범위를 갖는다.

따라서 예를 들어 조광으로서 PWM 제어하였다고 하여도 10% 이하의 영역은 곤란하고, 10% 이하의 영역까지 조광하고자 생각한다면, LED 디바이스를 사용한 백라이트가 우수하다고 말하여지고 있다.

근래의 고품질을 요구하는 텔레비전과 같은 표시 장치는, 어떠한 휘도 레벨에서도 색온도를 일정하게 하여야 하기 때문에, 항상 색온도를 검출하여, 색도(色度)를 일정하게 유지하도록 피드백되는 제어 시스템에서 구동될 필요가 있다.

그래서, LED 백라이트를 이용한 휘도의 컨트롤이 필요해지고 있다. 여기서, LED 백라이트의 휘도 컨트롤의 방법은 이하에 도시하는 것이 고려되고 있다:

(1) 시간적으로 휘도를 조절하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식;

(2) LED에 흘리는 전류(전류 피크치)를 가변하는 방식.

(3) 상기 (1), (2)를 양쪽 사용하는 방식.

PWM 방식은, 펄스폭 변조, 변조 신호에 따라, 일정 주기 동안 일정 진폭의 펄스의 폭을 변경하여 변조하는 펄스 변조 방식이다. 신호파의 진폭이 큰 때는 펄스의 폭 은 커지고, 진폭이 작은 때는 펄스의 폭은 작아진다.

예를 들면, LED 백라이트의 한 예로서, Red(적)의 LED, Green(녹)의 LED, Blue(청)의 LED 어레이가 배치된 구성으로 되어 있는 것으로 한다. 또한, 이와 같이 3색의 LED로 구성하여야 하는 이유는 없고, 이들 3색 이외에도 다른 색의 LED 등을 혼재시켜도 좋다.

이와 같은 LED 백라이트에 대한 휘도를 컨트롤하는 상기 3개의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.

(1) PWM을 가변시켜서 휘도 컨트롤하는 경우

각 RGB의 LED의 PWM은, 임의의 화이트 밸런스로 하기 위해, 각 RGB에서 펄스 폭이 조정되어 있다. 각 RGB의 점등 비율이 높은(예를 들면 50% 이상) PWM으로 설정되어 있다면, PWM만에 의해 조광하여도, 전류 피크치는 일정한 값을 유지한 채이고, PWM과 휘도의 관계는 선형성(線形性)을 유지한다. 점등 비율이 낮은(예를 들면 10% 이하) PWM으로 설정되어 있다면, 전류 파형은 가늘어지고, 상승 하강 특성의 영향을 받기 쉬워진다. 또한, LED를 구동하는 회로 설계의 관점에서 말하면, 10% 이하로 하여도 전류 피크치와 PWM을 안정하게 출력하는, 고도의 LED 드라이버의 설계가 요구되게 된다.

(2) LED에 흘리는 전류(전류 피크치)를 가변시켜서 휘도 컨트롤하는 경우

전류 피크치를 가변시킴에 의해 휘도 컨트롤을 행하는 방법에서는, 전류 파고치(current wave height value)를 낮은 전류까지 가변하여야 하기 때문에, 이 경우도 또한, LED를 점등하는 드라이버 회로에 복잡한 설계를 필요로 하게 된다.

(3) PWM와 피크치 양쪽 모두를 가변시켜서, 휘도 컨트롤하는 경우

PWM과 전류 피크치를 함께 가변시켜서, 휘도를 컨트롤하면 조광 범위를 상기 (1), (2)보다 넓힐 수는 있지만, 색도를 일정하게 유지하면서 휘도를 내리거나 올리도록 제어한 알고리즘을 복잡화시켜 버리는 결점이 있다. 제어의 단순화를 생각하면, PWM이나 전류 피크치의 어느 하나를 휘도 컨트롤의 가변으로서 이용하여, 다른쪽을 색도가 일정하게 되도록 조정하는 제어가 바람직하다.

그러나, 일반적으로 생각된 상기한 3개의 광량 조정 방법에서는, 색도를 일정하게 유지하면서, 휘도를 충분히 내리는 것이 곤란하게 되어 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은, 화상을 표시하는 표시 수단과, 표시 수단에 광을 조사하는 광원과, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 제어 수단을 구비하고 있고, 제어 수단이, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하는 표시 장치이다.

이와 같은 본 발명에서는, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 조정함에 있어서, 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간을 마련하고, 이들의 비율에 의해 광량을 조정하기 때문에, 펄스폭 변조의 펄스 폭을 색도가 일정하게 유지할 수 있는 폭으로 한 상태에서 광원의 휘도를 충분히 내릴 수 있게 된다.

여기서, 제어 수단은, 광원의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 펄스폭 변조의 펄스 폭에 이르기까지 점등 기간의 비율을 100%로 하여 펄스 폭에 의한 제어를 행하고, 미리 설정된 광량 미만의 광량으로 조정하는 경우는 펄스 폭을 일정하게 하여 점등 기간의 비율에 의한 제어를 행한다. 이로써, 미리 설정된 광량 이상의 광량을 얻는 경우에는 펄스폭 변조만 으로 조정하고, 미리 설정된 광량 미만의 광량을 얻는 경우에는 펄스폭 변조의 펄스 폭을 일정하게 하여 점등 기간과 비점등 기간의 비율에 의한 제어를 행하여, 색도의 안정과 휘도의 조정의 양립을 도모할 수 있다.

또한, 광량의 피드백 제어를 행하는 경우에 광원의 광량을 수광 수단에서 검출하는데는, 점등 기간 내의 일정 기간에 수광 수단에서의 광량을 검출하도록 한다.

또한, 본 발명은, 화상을 표시하는 표시 수단에 광을 조사하는 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 표시 장치의 광량 조정 방법에 있어서, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하는 표시 장치의 광량 조정 방법이다.

여기서, 광원의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 펄스폭 변조의 펄스 폭에 이르기까지 점등 기간의 비율을 100%로 하여 펄스 폭에 의한 제어를 행하고, 미리 설정된 광량 미만의 광량으로 조정하는 경우는 펄스 폭을 일정하게 하여 점등 기간의 비율에 의한 제어를 행한다. 이로써, 미리 설정된 광량 이상의 광량을 얻는 경우에는 펄스폭 변조만으로 조정하고, 미리 설정된 광량 미만의 광량을 얻는 경우에는 펄스폭 변조의 펄스 폭을 일정하게 하여 점등 기간과 비점등 기간의 비율에 의한 제어를 행하여, 색도의 안정과 휘도의 조정의 양립을 도할 수 있다.

또한, 광원의 광량을 수광 수단에서 검출하고, 그 검출한 광량에 의거하여 광원의 광량을 피드백 제어함에 있어서, 수광 수단에 의한 광량의 검출을, 점등 기간 내의 일정 기간에 행하도록 한다.

또한, 본 발명은, 몸체에 표시 장치가 마련된 전자 기기에 있어서, 이 표시 장치로서, 화상을 표시하는 표시 수단과, 표시 수단에 광을 조사하는 광원과, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 제어 수단을 구비하고 있고, 제어 수단이, 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하는 것이다.

이와 같은 본 발명에서는, 표시 장치에 마련된 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 조정함에 있어서, 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간을 마련하고, 이들의 비율에 의해 광량을 조정하기 때문에, 펄스폭 변조의 펄스 폭을 색도가 일정하게 유지할 수 있는 폭으로 한 상태에서 광원의 휘도를 충분히 내릴 수 있고, 전자 기기의 표시 장치에 있어서의 휘도 컨트롤의 폭을 넓힐 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 표시 수단에 광을 조사하는 광원의 색도를 일정하게 유지하면서, 휘도를 충분히 내리는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은, LED 백라이트의 배치를 설명하는 모식 평면도이다. LED 백라이트는, 표시 장치(1)에서의 표시 수단(예를 들면, 액정 패널)의 배면에 배치되고, 표시 수단에 광을 주는 것이고, LED 백라이트에서는 RGB 각 색의 LED를 복수개 배치하여 하나의 유닛(U)을 구성하고, 이 유닛(U)을 종횡으로 배치한 구성으로 되어 있다. 액정 패널 등의 표시 수단의 면적이 클수록 많은 유닛(U)을 종횡으로 배치하지만, 면적이 작은 표시 수단인 경우에는 하나의 유닛(U)이 마련될 수도 있다.

<유닛의 구성>

도 2는, LED 백라이트에 이용되는 LED 유닛의 구성을 설명하는 모식도로서, A는 배치도, B는 회로도이다. 하나의 유닛에는, R(적), G(녹), B(청)의 각 색의 LED(R-LED, G-LED, B-LED)가 소정의 나열 순서로 배치되어 있고, 같은 색의 LED가 복수개 직렬로 접속되어 있다. 따라서 하나의 유닛에 대해 3색에 대응하는 입력선 및 출력선이 마련되고, 입력선으로부터 출력선에 걸쳐서 주는 전류에 의해 각 색의 LED를 발광시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 RGB 3색의 LED를 이용하여 유닛을 구성하고 있지만, 본 발명은 이 3색의 조합으로 한정되는 것은 아니다.

<일반적인 PWM(펄스폭 변조)에 의한 조광>

도 3은, LED 백라이트에 있어서의 일반적인 PWM에 의한 조광에 관해 설명하는 모식도이다. 각 RGB의 LED의 PWM은, 임의의 화이트 밸런스로 하기 위해, 각 RGB 에서 펄스 폭이 조정되고 있다. 각 RGB의 점등 비율이 높은(예를 들면 50% 이상) PWM으로 설정되어 있다면, PWM만에 의해 조광하여도, 전류 피크치는 일정한 값을 유지한 채이고, PWM과 휘도의 관계는 선형성(線形性)을 유지할 수 있다.

한편, PWM의 점등 비율이 낮은(예를 들면 10% 이하) PWM으로 설정되는 경우, 전류 파형은 가늘어지고, 상승 하강 특성의 영향을 받기 쉬워진다. 도 3은, PWM의 점등 비율을 내린 경우의 상태를 설명하는 모식도이다. PWM의 점등 비율이 매우 낮아지면 상승이나 하강에 있어서의 응답 특성이 악화하고, 정밀도가 높은 직사각형을 얻을 수 없게 되어 버린다. 또한, LED를 구동하는 회로 설계의 관점에서 말하면, 10% 이하로 하여도 전류 피크치와 PWM을 안정하게 출력하는, 복잡한 LED 드라이버의 설계가 요구된다.

<본 실시예에 관한 PWM 조광>

도 4는, 본 실시예에 관한 표시 장치의 광량 조정 방법을 설명하는 모식도이다. 본 실시예에 관한 표시 장치의 광량 조정 방법은, 광원의 광량을 PWM에 의해 조정함에 있어서, PWM에 의한 점등 기간과 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하는 것이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, RGB 각 색의 LED의 점등을, 종래의 PWM(Main-PWM)에 의한 점등 기간과, LED를 발광시키지 않는 비점등 기간의 반복으로 하고, 이들의 기간의 비율에 의해 LED에 주어지는 평균 전류량을 제어한다.

즉, PWM에 의한 점등 기간에서는, RGB 각 색의 LED에 관해 화이트 밸런스를 고려한 각 색마다 일정한 펄스 폭으로써 일반적인 PWM에 의한 점등을 행한다. PWM 에 의한 점등과 함께, 각 LED를 점등시키지 않는 비점등 기간을 마련하고, PWM에 의한 점등 기간과 비점등 기간을 소정의 주파수로 반복한다. 이 점등 기간과 비점등 기간의 비율을 바꿈으로써 PWM에 의한 점등 기간의 펄스 폭이 일정하여도 LED에 주어지는 평균 전류량을 조정할 수 있고, PWM에 의한 펄스 폭이 일정하여도 전체로서 그 펄스 폭으로 PWM 조광한 경우보다 낮은 광량(휘도)을 실현할 수 있게 된다.

여기서, PWM에 의한 점등 기간과 LED를 발광시키지 않는 비점등 기간의 반복 주파수는, 점등 기간에서의 PWM 주파수보다 낮은 주파수(Sub-PWM)로 한다. 이와 같은 PWM에 의한 점등 기간과 LED를 발광시키지 않는 비점등 기간의 반복으로 이들의 비율을 조정하여 광량을 제어함으로써, PWM에 의한 펄스 폭을 색도를 일정하게 할 수 있는 값으로 유지하면서, 전체의 휘도를 그 펄스 폭으로 PWM 조광한 경우보다 내리는 것이 가능해진다.

본 실시예에서는, Main-PWM의 주파수를 예를 들면 40kHz 정도로 하고, Sub-PWM의 주파수를 예를 들면 120Hz 정도라고 한다. 이 2개의 PWM을 가변시킴에 의해, 낮은 휘도라 하여도 색도를 일정하게 할 수 있다.

<구체적인 조광 방법>

[1] Sub-PWM만으로 휘도 컨트롤하는 방법

LED 백라이트에서, 임의의 색도로 최대의 휘도 설정을 한 때의 각 RGB의 Main-PWM 값(펄스 폭)을, MPMR, MPMG, MPMB라고 한다. 또한, PWM의 분해능은, 예를 들면 10Bit라고 한다. 또한, 각 RGB의 전류 피크치를 Ir, Ig, Ib라고 한다. 그 때, 각 RGB의 평균 전류는, 다음과 같이 된다.

Red … (MPMR/1024)×Ir

Green … (MPMG/1024)×Ig

Blue … (MPMB/1024)×Ib

각 RGB의 Sub-PWM을 SPMR, SPMG, SPMB라고 한다. 또한, 그 Sub-PWM의 분해능을 10Bit라고 하면, 휘도를 내린 경우의 각 RGB의 평균 전류는, 다음과 같이 된다.

Red … (MPMR/1024)×Ir×(SPMR/1024)

Green … (MPMG/1024)×Ig×(SPMG/1024)

Blue … (MPMB/1024)×Ib×(SPMB/1024)

여기서, Sub-PWM만으로 휘도 컨트롤을 행하는 경우, Main-PWM의 MPMR, MPMG, MPMB는, 색도 일정하게 제어시키기 위해 가변할 수 있는 것으로 한다. 설정으로서, 예를 들면 휘도 컨트롤을 10%까지 내리도록 하는데는, SPMR, SMPG, SPMB를 110 정도까지 내리면 좋게 되고, SPMR, SPMG, SPMB의 가변 범위는, 110 내지 1024가 된다.

도 5는, Sub-PWM만으로 휘도 컨트롤을 행하는 경우의 펄스 제어에 관해 설명하는 도면으로, A는 휘도 50%, B는 휘도 25%, C는 휘도 10%의 예이다. 어느 예에서도, PWM에 의한 점등 기간과 LED를 발광시키지 않는 비점등 기간의 비율에 응하여 전체 휘도가 결정되게 된다.

[2] Main-PWM과 Sub-PWM의 양쪽에서 휘도 컨트롤하는 방법

휘도 최대로부터 도중(예를 들면, 25%까지)까지는, Main-PWM으로 조광하고, 더욱 휘도를 내릴 때(예를 들면, 25%로부터 10%의 기간)는, Sub-PWM으로 조광하는 방법이다.

Sub-PWM의 주파수가, 영상 신호의 수직 주파수(50Hz 내지 120Hz) 정도에 비하여, 충분히 큰 경우라면, Sub-PWM만으로 휘도 컨트롤하는 것으로 문제는 없지만, 같은 정도의 주파수인 경우에는, 수평 방향의 지터가 나타나고, 좌우의 그림 어긋남(앨리어싱(aliasing))이, 휘도가 높은 때에 보이기 쉬워진다는 현상이 있다. 또한, 수직 주파수와 완전히 같은 경우에는, 백라이트의 점등·비점등 타이밍과 액정 구동이 완전 동기하여 버리기 때문에, 백라이트가 비점등하고 있는 타이밍의 화면부(예를 들면, 50%의 조광이라면, 전(全)화면중 반분)는, 고정된 어두움으로 되어 버린다. 그 때문에, 완전히 동일한 주파수로 조광시키는 경우는, 백라이트 블링킹(설명 생략)과 같이, 화면상의 백라이트의 점등을 분할하여, 백라이트를 점등·비점등하지 않으면 안 된다. 이상으로부터, Sub-PWM의 주파수가, 영상 신호의 주파수에 비하여 충분히 크지 않은 경우는, 상기에서 설명한 바와 같이, Main-PWM과 Sub-PWM을 혼재시킨 휘도 컨트롤을 행하는 쪽이 앨리어싱의 감을 느끼기 어려운 영상이 된다.

<표시 장치의 구성>

상기 [1], [2] 함께, 색도를 일정하게 유지하기 위해서는, 도 6에 도시하는 바와 같은 표시 장치의 구성이 필요해진다. 즉, 표시 장치(1)는, 표시 수단(예를 들면, 액정 패널)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(10)과, 백라이트 유닛(10)의 LED 어레이(11)에 구동을 위한 전류를 주는 LED 드라이버(12)와, LED 드라이버(12)로부터 LED 어레이(11)에 주는 전류를 펄스폭 변조에 의해 제어하는 컨트롤러(13)를 구 비하고 있다.

또한, LED 어레이(11)로부터 출사되는 광의 양을 검출하는 컬러 포토 센서(15)가 마련되어 있고, 이 컬러 포토 센서(15)에서 수광한 레벨을 A/D 컨버터(14)에서 디지털 변환하고, 컨트롤러(13)에 피드백시키는 제어 시스템(알고리즘)으로 되어 있다. 또한, 컬러 포토 센서(15)는, 후술하는 스위치(16)에 의해 검출의 타이밍이 제어된다. 즉, 컨트롤러(13)로부터 주어지는 지시에 의해 스위치(16)가 닫힘상태로 된 기간에 컬러 포토 센서(15)에 의한 검출치를 A/D 컨버터(14)에 보낼 수 있다.

또한, 표시 장치에는 온도 센서(17)가 마련되어 있고, 온도 센서(17)에 의해 검출한 온도에 의거하여 컨트롤러(13)가 LED 드라이버(12)에 지시를 주어, LED에 주는 전류를 제어한다.

여기서, 색도를 일정하게 시키는 방법으로서, 상기 [1], [2] 함께 각 RGB의 Main-PWM을 가변시키는 방법이 적합하다. 각 RGB의 PWM에 있어서, MPMR, MPMG, MPMB일 때를 조광 레벨 100%라고 정의하면, 50%로 조광하는 경우, 각 PWM은, MPMR×50/100, MPMG×50/100, MPMB×50/100으로 된다고는 한하지 않는다. 색도를 일정하게 하기 위해서는, 휘도를 바꾼 때의 정크션 온도의 변화 등의 원인으로, 각 PWM을 약간 가변시킬 필요가 있고, (MPMR×50/100)±△pmr, (MPMG×50/100)±△pmg, (MPMB×50/100)±△pmr이라는 바과 같이, 각 PWM을 미조정하게 된다.

수시로 색도를 검출한 것은 컬러 포토 센서(15)이고, 조광되어도 색도를 일정하게 유지하도록, 컨트롤러(13)에 의한 계산 결과 하에서, △pmr, △pmg, △pmb 는 각각 변동한다.

또한, 백라이트 온도, 또한, 휘도의 가변에 영향을 주지 않고, 색도를 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위해서는, 온도 센서(17)와 컬러 포토 센서(15)에 의해 검출한 값을 이용하여 피드백 제어한다. 즉, LED 디바이스는, 도 11과 같이 온도에 의해, 발광 효율이나 피크 파장이 바뀌기 때문에, 수시로, 온도와 각 색의 휘도 레벨을 보고, 컨트롤러(13) 내에 그들의 데이터를 받아들이고, 연산 처리를 하여, 색도가 일정하게 되도록 한다.

도 7은, 컬러 포토 센서 및 그 후단의 회로를 설명하는 회로도이고, A는 스위치로서 아날로그 스위치 IC를 이용한 예, B는 스위치로서 FET 스위치를 이용한 예이다. 어느 예에서도, 컬러 포토 센서(15)와 A/D 컨버터(14) 사이에 스위치(16)가 마련되어 있고, 컨트롤러(13)로부터 주어지는 샘플링 펄스에 의해 스위치(16)가 동작하도록 되어 있다. 컨트롤러(13)로부터 샘플링 펄스가 주어진 때에 스위치(16)가 닫힘상태가 되고, 컬러 포토 센서(15)에 의해 검출한 신호를 A/D 컨버터(14)로부터 컨트롤러(13)에 보내게 된다.

여기서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 휘도 컨트롤를 Sub-PWM을 사용하지 않고, Main-PWM만으로 휘도를 내릴려고 한 경우, 도 8의 위쪽에서 아래쪽으로 도시하는 바와 같이, 펄스 폭의 저하에 수반하여 컬러 포토 센서에 의한 광량의 샘플링 전의 레벨은 일양하게 내려가 버린다. 이로써, 휘도가 내려간 분만큼, 컬러 포토 센서의 읽는 값(샘플링 전(前)의 전압 레벨을 의미한다)도 내려가고, 색도를 일정화하는 정밀도가 저하하게 된다.

한편, 도 9에 도시하는 바와 같이, Sub-PWM을 이용하여 휘도 컨트롤하는 방법에서는, 휘도를 내리는 경우, 도 9의 위쪽에서 아래쪽에 도시하는 바와 같이, Main-PWM의 펄스 폭은 일정하게 한 상태에서 Sub-PWM을 가변하는(휘도를 저하시키는 경우에는, 비점등 기간을 증가시킨다) 것으로 제어하기 때문에, 컬러 포토 센서에 의한 샘플링을 Main-PWM에 의한 점등 기간에 맞추면, 펄스 폭은 어느 일정 값보다 작아지는 일이 없고, 전체의 휘도 레벨을 내려도 컬러 포토 센서의 읽는 값을 저하시키지 않고 검출을 행할 수가 있다.

또한, 이 경우, 컬러 포토 센서의 읽는 값에 Sub-PWM에서의 점등 기간과 비점등 기간중 점등 기간의 비율을 곱하는 연산을 행함으로써, LED 백라이트 전체의 평균 광량을 산출할 수 있다. 이와 같은 검출에 의해, 컬러 포토 센서의 읽는 값의 저하를 없애고, 색도 일정화의 정밀도를 떨어뜨리는 일 없이, 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, Main-PWM과 Sub-PWM의 양쪽을 사용하는 방법인 경우, 휘도 최대에 대해 미리 설정한 값(예를 들면, 25%)까지는, Main-PWM으로 조광하고, 이 값보다 휘도를 내리는 경우(예를 들면, 25%로부터 10% 정도까지)는, Sub-PWM으로 조광한다는 방법을 이용한다.

즉, 컨트롤러는, LED 백라이트의 광량의 PWM 제어에 있어서, LED 백라이트의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 PWM의 펄스 폭에 이르기까지 점등 기간의 비율을 100%, 비점등 기간의 비율을 0%로 하여 PWM에 의한 펄스폭 제어로 광량 조정을 행하고, 미리 설정된 광량 미만의 광 량으로 조정하는 경우는 PWM에서의 펄스 폭을 일정하게 하여 점등 기간과 비점등 기간의 비율에 의한 제어를 행한다.

도 10은, 단순하게 Main-PWM만으로 조광한 경우와, 미리 설정된 광량 미만의 조광에서 Sub-PWM으로 조광하는 경우를 비교하는 도면이다. 도 10의 A에 도시하는 바와 같이, 단순하게 Main-PWM만으로 조광한 때의 컬러 포토 센서의 읽는 값은, 휘도의 저하에 수반하여 내려가는 경향이 되지만, 도 10의 B에 도시하는 바와 같이, 미리 설정한 휘도 보다 저하되는 경우에 Sub-PWM으로 조광하도록 되면, 휘도를 내려서 컬러 포토 센서의 읽는 값이 일정으로 된다. 즉, Sub-PWM으로 조광하는 경우에는 Main-PWM의 펄스 폭이 일정라게 되기 때문에, Main-PWM에서의 점등 기간에 컬러 포토 센서로 광량 검출하면, 일정한 펄스 폭에 대응하는 컬러 포토 센서의 읽는 값을 확보할 수 있고, 휘도가 낮은 경우에도 정확한 검출에 의해 안정된 피드백 제어를 행하는 것이 가능해진다.

<전자 기기에의 적용예>

본 실시예에 관한 표시 장치는, 도 12에 도시하는 바와 같이 플랫형의 모듈 형상의 것을 포함한다. 예를 들면 절연성의 기판상에, 액정 소자, 박막 트랜지스터, 박막 용량, 수광 소자 등으로 이루어지는 화소를 매트릭스 형상으로 집적 형성한 화소 어레이부를 마련하고, 이 화소 어레이부(화소 매트릭스부)를 둘러싸도록 접착제를 배치하고, 유리 등의 대향 기판을 부착하여 표시 모듈로 한다. 이 투명한 대향 기판에는 필요에 응하여, 컬러 필터, 보호막, 차광막 등을 마련하여도 좋다. 표시 모듈에는, 외부로부터 화소 어레이부에의 신호 등을 입출력하기 위한 커넥터 로서 예를 들면 FPC(플렉시블 프린트 서킷)를 마련하여도 좋다.

이상 설명한 본 실시예에 관한 표시 장치는, 도 13 내지 도 17에 도시하는 다양한 전자 기기, 예를 들면, 디지털 카메라, 노트형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화 등의 휴대 단말 장치, 비디오 카메라 등, 전자 기기에 입력된 영상 신호, 또는, 전자 기기 내에서 생성한 영상 신호를, 화상 또는 영상으로서 표시하는 모든 분야의 전자 기기의 표시 장치에 적용하는 것이 가능하다. 이하에, 본 실시예가 적용되는 전자 기기의 한 예에 관해 설명한다.

도 13은, 본 실시예가 적용되는 텔레비전을 도시하는 사시도이다. 본 적용예에 관한 텔레비전은, 프런트 패널(120)이나 필터 유리(130) 등으로 구성되는 영상 표시 화면부(110)를 포함하고, 그 영상 표시 화면부(110)로서 본 실시예에 관한 표시 장치를 이용함에 의해 작성된다.

도 14는, 본 실시예가 적용되는 디지털 카메라를 도시하는 사시도이고, A는 바깥쪽에서 본 사시도, B는 이면에서 본 사시도이다. 본 적용예에 관한 디지털 카메라는, 플래시용의 발광부(111), 표시부(112), 메뉴 스위치(113), 셔터 버튼(114) 등을 포함하고, 그 표시부(112)로서 본 실시예에 관한 표시 장치를 이용함에 의해 제작된다.

도 15는, 본 실시예가 적용되는 노트형 퍼스널 컴퓨터를 도시하는 사시도이다. 본 적용예에 관한 노트형 퍼스널 컴퓨터는, 본체(121)에, 문자 등을 입력할 때 조작되는 키보드(122), 화상을 표시하는 표시부(123) 등을 포함하고, 그 표시부(123)로서 본 실시예에 관한 표시 장치를 이용함에 의해 제작된다.

도 16은, 본 실시예가 적용되는 비디오 카메라를 도시하는 사시도이다. 본 적용예에 관한 비디오 카메라는, 본체부(131), 전방을 향한 측면에 피사체 촬영용의 렌즈(132), 촬영시의 스타트/스톱 스위치(133), 표시부(134) 등을 포함하고, 그 표시부(134)로서 본 실시예에 관한 표시 장치를 이용함에 의해 제작된다.

도 17은, 본 실시예가 적용되는 휴대 단말 장치, 예를 들면 휴대 전화기를 도시하는 도면이고, A는 연 상태에서의 정면도, B는 그 측면도, C는 닫은 상태에서의 정면도, D는 좌측면도, E는 우측면도, F는 상면도, G는 하면도이다. 본 적용예에 관한 휴대 전화기는, 상측 몸체(141), 하측 몸체(142), 연결부(여기서는 힌지부)(143), 디스플레이(144), 서브 디스플레이(145), 픽처 라이트(146), 카메라(147) 등을 포함하고, 그 디스플레이(144)나 서브 디스플레이(145)로서 본 실시예에 관한 표시 장치를 이용함에 의해 제작된다.

<표시/촬상 장치>

본 실시예에 관한 표시 장치는, 이하와 같은 표시/촬상 장치에 적용 가능하다. 또한, 이 표시/촬상 장치는, 앞서 설명한 각종 전자 기기에 적용 가능하다. 도 18에는, 표시/촬상 장치의 전체 구성을 도시하는 것이다. 이 표시/촬상 장치는, I/O 디스플레이 패널(2000)와, 백라이트(1500)와, 표시 구동 회로(1200)와, 수광 구동 회로(1300)와, 화상 처리부(1400)와, 어플리케이션 프로그램 실행부(1100)를 구비하고 있다.

I/O 디스플레이 패널(2000)는, 복수의 화소가 전면에 걸쳐서 매트릭스 형상으로 배치된 액정 패널(LCD(Liquid Crystal Display))로 이루어지고, 선순차(線順次) 동작을 하면서 표시 데이터에 의거한 소정의 도형이나 문자 등의 화상을 표시하는 기능(표시 기능)을 갖음과 함께, 후술하는 바와 같이 이 I/O 디스플레이(2000)에 접촉 또는 근접하는 물체를 촬상하는 기능(촬상 기능)를 갖는 것이다. 또한, 백라이트(1500)는, 예를 들면 복수의 발광 다이오드가 배치되어 이루어지는 I/O 디스플레이 패널(2000)의 광원이고, 후술하는 바와 같이 I/O 디스플레이(2000)의 동작 타이밍에 동기한 소정의 타이밍에서, 고속으로 온·오프 동작을 행하도록 되어 있다.

표시 구동 회로(1200)는, I/O 디스플레이 패널(2000)에서 표시 데이터에 의거한 화상이 표시되도록(표시 동작을 행하도록), 이 I/O 디스플레이 패널(2000)의 구동을 행하는(선순차 동작의 구동을 행하는) 회로이다.

수광 구동 회로(1300)는, I/O 디스플레이 패널(2000)에서 수광 데이터가 얻어지도록(물체를 촬상하도록), 이 I/O 디스플레이 패널(2000)의 구동을 행하는(선순차 동작의 구동을 행하는) 회로이다. 또한, 각 화소에서의 수광 데이터는, 예를 들면 프레임 단위로 프레임 메모리(1300A)에 축적되고, 촬상 화상으로서 화상 처리부(14)에 출력되도록 되어 있다.

화상 처리부(1400)는, 수광 구동 회로(1300)로부터 출력되는 촬상 화상에 의거하여 소정의 화상 처리(연산 처리)를 행하고, I/O 디스플레이(2000)에 접촉 또는 근접하는 물체에 관한 정보(위치 좌표 데이터, 물체의 형상이나 크기에 관한 데이터 등)를 검출하고, 취득하는 것이다. 또한, 이 검지하는 처리의 상세에 관해서는 후술한다.

어플리케이션 프로그램 실행부(1100)는, 화상 처리부(1400)에 의한 검지 결과에 의거하여 소정의 어플리케이션 소프트웨어에 응한 처리를 실행하는 것이고, 예를 들면 검지한 물체의 위치 좌표를 표시 데이터에 포함하도록 하여, I/O 디스플레이 패널(2000)상에 표시시키는 것 등을 들 수 있다. 또한, 이 어플리케이션 프로그램 실행부(1100)에서 생성되는 표시 데이터는 표시 구동 회로(1200)에 공급되도록 되어 있다.

다음에, 도 19를 참조하여 I/O 디스플레이 패널(2000)의 상세 구성예에 관해 설명한다. 이 I/O 디스플레이 패널(2000)은, 표시 에어리어(센서 에어리어)(2100)와, 표시용 H-드라이버(2200)와, 표시용 V-드라이버(2300)와, 센서 판독용 H-드라이버(2500)와, 센서용 V-드라이버(2400)를 갖고 있다.

표시 에어리어(센서 에어리어)(2100)는, 백라이트(1500)로부터의 광을 변조하여 표시광을 출사함과 함께 이 에어리어에 접촉 또는 근접하는 물체를 촬상하는 영역이고, 발광 소자(표시 소자)인 액정 소자와 후술하는 수광 소자(촬상 소자)가 각각 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.

표시용 H-드라이버(2200)는, 표시 구동 회로(1200)로부터 공급되는 표시 구동용의 표시 신호 및 제어 클록에 의거하여, 표시용 V-드라이버(2300)와 함께 표시 에어리어(2100) 내의 각 화소의 액정 소자를 선순차 구동하는 것이다.

센서 판독용 H-드라이버(2500)는, 센서용 V-드라이버(2400)와 함께 센서 에어리어(2100) 내의 각 화소의 수광 소자를 선순차 구동하고, 수광 신호를 취득하는 것이다.

다음에, 도 20을 참조하여, 표시 에어리어(2100)에서의 각 화소의 상세 구성예에 관해 설명한다. 이 도 17에 도시한 화소(3100)는, 표시 소자인 액정 소자와 수광 소자로 구성되어 있다.

구체적으로는, 표시 소자측에는, 수평 방향으로 연재되는 게이트 전극(3100h)과 수직 방향으로 연재되는 드레인 전극(3100i)의 교점에 박막 트랜지스터(TFT ; Thin Film Transistor) 등으로 이루어지는 스위칭 소자(3100a)가 배치되고, 이 스위칭 소자(3100a)와 대향 전극 사이에 액정을 포함하는 화소 전극(3100b)이 배치되어 있다. 그리고 게이트 전극(3100h)을 통하여 공급되는 구동 신호에 의거하여 스위칭 소자(3100a)가 온·오프 동작하고, 온 상태인 때에 드레인 전극(3100i)을 통하여 공급되는 표시 신호에 의거하여 화소 전극(3100b)에 화소 전압이 인가되고, 표시 상태가 설정되도록 되어 있다.

한편, 표시 소자에 인접하는 수광 소자측에는, 예를 들면 포토 다이오드 등으로 이루어지는 수광용의 센서(3100c)가 배치되고, 전원 전압(VDD)이 공급되도록 되어 있다. 또한, 이 수광 센서(3100c)에는, 리셋 스위치(3100d)와 콘덴서(3100e)가 접속되고, 리셋 스위치(3100d)에 의해 리셋되면서, 콘덴서(3100e)에서 수광량에 대응한 전하가 축적되도록 되어 있다. 그리고 축적된 전하는 판독 스위치(3100g)가 온이 되는 타이밍에서, 버퍼 앰프(3100f)를 통하여 신호 출력용 전극(3100j)에 공급되고, 외부에 출력된다. 또한, 리셋 스위치(3100d)의 온·오프 동작은 리셋 전극(3100k)에 의해 공급되는 신호에 의해 제어되고, 판독 스위치(3100g)의 온·오프 동작은, 판독 제어 전극(3100k)에 의해 공급되는 신호에 의해 제어된다.

다음에, 도 21을 참조하여, 표시 에어리어(2100) 내의 각 화소와 센서 판독용 H-드라이버(2500)의 접속 관계에 관해 설명한다. 이 표시 에어리어(2100)에서는, 적(R)용의 화소(3100)와, 녹(G)용의 화소(3200)와, 청(B)용의 화소(3300)가 나열하여 배치되어 있다.

각 화소의 수광 센서(3100c, 3200c, 3300c)에 접속된 콘덴서에 축적된 전하는, 각각의 버퍼 앰프(3100f, 3200f, 3300f)에서 증폭되고, 판독 스위치(3100g, 3200g, 3300g)가 온이 되는 타이밍에서, 신호 출력용 전극을 통하여 센서 판독용 H-드라이버(2500)에 공급된다. 또한, 각 신호 출력용 전극에는 정전류원(4100a, 4100b, 4100c)이 각각 접속되고, 센서 판독용 H-드라이버(2500)에서 감도 좋게 수광량에 대응한 신호가 검출되도록 되어 있다.

다음에, 본 실시예의 표시/촬상 장치의 동작에 관해 상세히 설명한다.

우선, 이 표시/촬상 장치의 기본 동작, 즉 화상의 표시 동작 및 물체의 촬상 동작에 관해 설명한다.

이 표시/촬상 장치에서는, 어플리케이션 프로그램 실행부(1100)로부터 공급되는 표시 데이터에 의거하여, 표시용 구동 회로(1200)에서 표시용의 구동 신호가 생성되고, 이 구동 신호에 의해, I/O 디스플레이(2000)에 대해 선순차 표시 구동이 이루어지고, 화상이 표시된다. 또한, 이 때 백라이트(1500)도 표시 구동 회로(1200)에 의해 구동되고, I/O 디스플레이(2000)와 동기한 점등·소등 동작이 이루어진다.

당업자라면, 하기의 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필 요 또는 다른 요인에 따라, 상기 실시에에 대한 여러가지 변경예, 조합예, 부분 조합예 및 수정예를 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 LED 백라이트의 배치를 설명하는 모식 평면도.

도 2는 LED 백라이트에 이용되는 LED의 유닛의 구성을 설명하는 모식도.

도 3은 LED 백라이트에 있어서의 일반적인 PWM에 의한 조광에 관해 설명하는 모식도.

도 4는 본 실시예에 관한 표시 장치의 광량 조정 방법을 설명하는 모식도.

도 5는 Sub-PWM만으로 휘도 컨트롤을 행하는 경우의 펄스 제어에 관해 설명하는 도면.

도 6은 표시 장치의 구성을 설명하는 블록도.

도 7은 컬러 포토 센서 및 그 후단의 회로를 설명하는 회로도.

도 8은 휘도 컨트롤을 Main-PWM만으로 행하는 경우를 설명하는 도면.

도 9는 Sub-PWM을 이용하여 휘도 컨트롤하는 경우를 설명하는 도면.

도 10은 단순하게 Main-PWM만으로 조광한 경우와, 미리 설정된 광량 미만의 조광으로 Sub-PWM으로 조광하는 경우를 비교하는 도면.

도 11은 온도에 대한 피크 파장의 변화를 도시하는 도면.

도 12는 플랫형의 모듈 형상의 예를 도시하는 모식도.

도 13은 본 실시예가 적용되는 텔레비전을 도시하는 사시도.

도 14는 본 실시예가 적용되는 디지털 카메라를 도시하는 사시도.

도 15는 본 실시예가 적용되는 노트형 퍼스널 컴퓨터를 도시하는 사시도.

도 16은 본 실시예가 적용되는 비디오 카메라를 도시하는 사시도.

도 17은 본 실시예가 적용되는 휴대 단말 장치, 예를 들면 휴대 전화기를 도시하는 도면.

도 18은 본 발명의 제1의 실시예에 관한 표시/촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 19는 도 1에 도시한 I/O 디스플레이 패널의 구성예를 도시하는 블록도.

도 20은 각 화소의 구성예를 도시하는 회로도.

도 21은 각 화소와 센서 판독용 H-드라이버의 접속 관계를 설명하기 위한 회로도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 표시 장치 10 : 백라이트 유닛

11 : LED 어레이 12 : LED 드라이버

13 : 컨트롤러 14 : A/D 컨버터

15 : 컬러 포토 센서 17 : 온도 센서

Claims

영상 신호에 의하여 화상을 표시하는 표시 수단과;

상기 표시 수단에 광을 조사하는 광원과;

상기 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 제어 수단을 포함하며,

상기 제어 수단은,

상기 광원의 광량을 상기 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 상기 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하고,

상기 광원의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 펄스폭 변조의 펄스 폭에 이르기까지 상기 점등 기간의 비율을 100%로 하여 상기 펄스 폭에 의한 제1 제어를 행하고, 상기 미리 설정된 광량 미만의 광량으로 조정하는 경우는 상기 펄스 폭을 일정하게 하여 상기 점등 기간의 비율에 의한 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 미리 정해진 값 이상 큰 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어 중 상기 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 상기 미리 정해진 값 이상 크지 않은 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 광원의 광량을 검출하는 수광 수단; 및

상기 수광 수단에 의한 광량의 검출의 유무를 전환하는 스위치를 더 포함하며,

상기 제어 수단은,

상기 점등 기간 내의 일정 기간에 상기 수광 수단에서의 광량의 검출을 행하도록 상기 스위치에 제어 신호를 주는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
영상 신호에 의하여 화상을 표시하는 표시 수단에 광을 조사하는 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 표시 장치의 광량 조정 방법에 있어서,

상기 광원의 광량을 상기 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 상기 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하고,

상기 광원의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 펄스폭 변조의 펄스 폭에 이르기까지 상기 점등 기간의 비율을 100%로 하여 상기 펄스 폭에 의한 제1 제어를 행하고, 상기 미리 설정된 광량 미만의 광량으로 조정하는 경우는 상기 펄스 폭을 일정하게 하여 상기 점등 기간의 비율에 의한 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 미리 정해진 값 이상 큰 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어 중 상기 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 상기 미리 정해진 값 이상 크지 않은 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 광량 조정 방법.
삭제
제 4항에 있어서,

상기 광원의 광량을 수광 수단에서 검출하는 단계; 및

그 검출한 광량에 의거하여 상기 광원의 광량을 피드백 제어하는 단계를 더 포함하고,

상기 수광 수단에 의한 광량의 검출을, 상기 점등 기간 내의 일정 기간에 행하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 광량 조정 방법.
몸체에 표시 장치가 마련된 전자 기기에 있어서,

상기 표시 장치는:

영상 신호에 의하여 화상을 표시하는 표시 수단과;

상기 표시 수단에 광을 조사하는 광원; 및

상기 광원의 광량을 펄스폭 변조에 의해 제어하는 제어 수단을 포함하고,

상기 제어 수단은,

상기 광원의 광량을 상기 펄스폭 변조에 의한 점등 기간과 상기 광원을 점등시키지 않는 비점등 기간의 비율에 의해 제어하고,

상기 광원의 광량을 미리 설정된 광량 이상의 광량으로 조정하는 경우는 그 광량에 대응하는 펄스폭 변조의 펄스 폭에 이르기까지 상기 점등 기간의 비율을 100%로 하여 상기 펄스 폭에 의한 제1 제어를 행하고, 상기 미리 설정된 광량 미만의 광량으로 조정하는 경우는 상기 펄스 폭을 일정하게 하여 상기 점등 기간의 비율에 의한 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 미리 정해진 값 이상 큰 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어 중 상기 제2 제어를 행하고,

상기 점등 기간의 비율을 제어하는 주파수가 상기 영상 신호의 주파수보다도 상기 미리 정해진 값 이상 크지 않은 경우에는, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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