(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に基づく画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に光を照射する光源と、
前記光源の光量をパルス幅変調によって制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段は、前記光源の光量を前記パルス幅変調による点灯期間と前記光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御し、
前記制御手段は、前記光源の光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するパルス幅変調のパルス幅に至るまで前記点灯期間の比率を１００％として前記パルス幅による第１制御を行い、前記予め設定された光量未満の光量に調整する場合は前記パルス幅を一定にして前記点灯期間の比率による第２制御を行い、
前記光源の光量を検出する受光手段と、
前記受光手段による光量の検出の有無を切り換えるスイッチとを備えており、
前記制御手段は、前記点灯期間内の一定期間に前記受光手段での光量の検出を行うよう前記スイッチに制御信号を与え、
前記制御手段は、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きい場合には、前記第１制御と前記第２制御のうちの前記第２制御を行い、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きく無い場合には、前記第１制御と前記第２制御を行う
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
映像信号に基づく画像を表示する表示手段に光を照射する光源の光量をパルス幅変調によって制御する表示装置の光量調整方法において、
前記光源の光量を前記パルス幅変調による点灯期間と前記光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御し、
前記光源の光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するパルス幅変調のパルス幅に至るまで前記点灯期間の比率を１００％として前記パルス幅による第１制御を行い、前記予め設定された光量未満の光量に調整する場合は前記パルス幅を一定にして前記点灯期間の比率による第２制御を行い、
前記光源の光量を受光手段で検出し、その検出した光量に基づき前記光源の光量をフィードバック制御するにあたり、前記受光手段による光量の検出を、前記点灯期間内の一定期間に行い、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きい場合には、前記第１制御と前記第２制御のうちの前記第２制御を行い、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きく無い場合には、前記第１制御と前記第２制御を行う
ことを特徴とする表示装置の光量調整方法。
【請求項３】
筐体に表示装置が設けられた電子機器において、
前記表示装置は、
映像信号に基づく画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に光を照射する光源と、
前記光源の光量をパルス幅変調によって制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段が、前記光源の光量を前記パルス幅変調による点灯期間と前記光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御し、
前記制御手段は、前記光源の光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するパルス幅変調のパルス幅に至るまで前記点灯期間の比率を１００％として前記パルス幅による第１制御を行い、前記予め設定された光量未満の光量に調整する場合は前記パルス幅を一定にして前記点灯期間の比率による第２制御を行い、
前記光源の光量を検出する受光手段と、
前記受光手段による光量の検出の有無を切り換えるスイッチとを備えており、
前記制御手段は、前記点灯期間内の一定期間に前記受光手段での光量の検出を行うよう前記スイッチに制御信号を与え、
前記制御手段は、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きい場合には、前記第１制御と前記第２制御のうちの前記第２制御を行い、
前記点灯期間の比率を制御する周波数が前記映像信号の周波数よりも所定値以上大きく無い場合には、前記第１制御と前記第２制御を行う
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示手段に光源から光を照射して画像を表示する表示装置、表示装置の光量調整方法ならびに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビジョンを含む液晶ディスプレイにおいて、バックライトにＬＥＤ（Light Emitting Diode）デバイスを用いる利点の一つとして、輝度コントロールの範囲がＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）方式よりも広いという点である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このＣＣＦＬでも輝度をコントロールすることは行われおり、主に、電圧調光と電流調光の２つの方式がある。前者は、トランスに印加する電圧をフィードバックして、その電圧を可変して調光する方式であり、調光範囲は、一般的に５０〜１００％までといわれている。
【０００４】
後者は、出力電流をフィードバックして、トランスに印加する電圧を可変して調光する方式であり、調光範囲は電圧調光と同じで５０％〜１００％程度といわれている。また、その他の方法として、ＰＷＭ調光(Pulse Width Modulation）がある。この方式の場合では、調光範囲は拡大し、１０％〜１００％程度であるといわれている。
【０００５】
したがって、たとえ調光としてＰＷＭ制御したとしても１０％以下の領域は困難であり、１０％以下の領域まで調光しようと考えるならば、ＬＥＤデバイスを使ったバックライトが優れているといわれている。
【０００６】
近年の高品質を求めるテレビのような表示装置では、いかなる輝度レベルでも色温度を一定にしなければならなく、常に色温度を検出して、色度を一定保つようにフィードバックされた制御システムで駆動が必要となる。
【０００７】
そこで、ＬＥＤバックライトを用いた輝度のコントロールが必要となっている。ここで、ＬＥＤバックライトの輝度コントロールの方法は以下に示すものが考えられている。
（１）時間的に輝度を調節するＰＷＭ(Pulse Width Modulation）方式。
これは、パルス幅変調、変調信号に応じて、一定周期、一定振幅のパルスの幅を変えて、変調するパルス変調方式のことである。信号波の振幅が大きいときはパルスの幅は大きくなり、振幅が小さいときはパルスの幅は小さくなる。
（２）ＬＥＤに流す電流（電流波高値）を可変する方式。
（３）上記（１）、（２）を両方使用する方式。
【０００８】
例えば、ＬＥＤバックライトの一例として、Ｒｅｄ（赤）のＬＥＤ、Ｇｒｅｅｎ（緑）のＬＥＤ、Ｂｌｕｅ（青）のＬＥＤアレイが配置された構成となっているものとする。なお、このように３色のＬＥＤで構成しなければいけない理由はなく、これら３色以外にも他の色のＬＥＤ等を混在させてもよい。
【０００９】
このようなＬＥＤバックライトに対する輝度をコントロールする上記３つの方法について具体的に説明する。
【００１０】
（１）ＰＷＭを可変させて輝度コントロールする場合
各ＲＧＢのＬＥＤのＰＷＭは、任意のホワイトバランスとするため、各ＲＧＢでパルス幅が調整されている。各ＲＧＢの点灯比率が高い（例えば５０％以上）ＰＷＭに設定されているならば、ＰＷＭのみによって調光しても、電流波高値は一定の値を保ったままであり、ＰＷＭと輝度の関係は線形性を保つ。点灯比率が低い（例えば１０％以下）ＰＷＭに設定されたならば、電流波形は細くなり、立上がり立下り特性の影響を受けやすくなる。また、ＬＥＤをドライブする回路設計の観点からいえば、１０％以下にしても電流波高値とＰＷＭを安定して出力するような、高度なＬＥＤドライバの設計を要求されることになる。
【００１１】
（２）ＬＥＤに流す電流（電流波高値）を可変させて輝度コントロールする場合
輝度コントロールを電流波高値を可変させることによって行う方法では、波高値を低い電流まで可変しなければならないので、この場合もまた、ＬＥＤを点灯するドライバ回路に高い設計を必要とすることになる。
【００１２】
（３）ＰＷＭも波高値も両方可変させて、輝度コントロールする場合
ＰＷＭも波高値も共に可変させて、輝度をコントロールすると調光範囲を上記（１）、（２）より広げることはできるが、色度を一定に保ちながら輝度を下げたり上げたりするように制御するアルゴリズムを複雑化させてしまう欠点がある。制御の単純化を考えれば、ＰＷＭか波高値のどちらかを輝度コントロールの可変として用いて、他方を色度が一定になるように調整する制御が好ましい。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−３１０９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、一般的に考えられる上記の３つの光量調整方法では、色度を一定に保ちつつ、輝度を十分に下げることが困難となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、画像を表示する表示手段と、表示手段に光を照射する光源と、光源の光量をパルス幅変調によって制御する制御手段とを備えており、制御手段が、光源の光量をパルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御する表示装置である。
【００１６】
このような本発明では、光源の光量をパルス幅変調により調整するにあたり、パルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間とを設け、これらの比率によって光量を調整することから、パルス幅変調のパルス幅を色度が一定に保てる幅にした状態で光源の輝度を十分に下げることができるようになる。
【００１７】
ここで、制御手段は、光源の光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するパルス幅変調のパルス幅に至るまで点灯期間の比率を１００％としてパルス幅による制御を行い、予め設定された光量未満の光量に調整する場合はパルス幅を一定にして点灯期間の比率による制御を行う。これにより、予め設定された光量以上の光量を得る場合にはパルス幅変調のみで調整し、予め設定された光量未満の光量を得る場合にはパルス幅変調のパルス幅を一定にして点灯期間と非点灯期間との比率による制御を行い、色度の安定と輝度の調整との両立を図ることができる。
【００１８】
また、光量のフィードバック制御を行う場合に光源の光量を受光手段で検出するには、点灯期間内の一定期間に受光手段での光量を検出するようにする。
【００１９】
また、本発明は、画像を表示する表示手段に光を照射する光源の光量をパルス幅変調によって制御する表示装置の光量調整方法において、光源の光量をパルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御する表示装置の光量調整方法である。
【００２０】
このような本発明では、光源の光量をパルス幅変調により調整するにあたり、パルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間とを設け、これらの比率によって光量を調整することから、パルス幅変調のパルス幅を色度が一定に保てる幅にした状態で光源の輝度を十分に下げることができるようになる。
【００２１】
ここで、光源の光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するパルス幅変調のパルス幅に至るまで点灯期間の比率を１００％としてパルス幅による制御を行い、予め設定された光量未満の光量に調整する場合はパルス幅を一定にして点灯期間の比率による制御を行う。これにより、予め設定された光量以上の光量を得る場合にはパルス幅変調のみで調整し、予め設定された光量未満の光量を得る場合にはパルス幅変調のパルス幅を一定にして点灯期間と非点灯期間との比率による制御を行い、色度の安定と輝度の調整との両立を図ることができる。
【００２２】
また、光源の光量を受光手段で検出し、その検出した光量に基づき光源の光量をフィードバック制御するにあたり、受光手段による光量の検出を、点灯期間内の一定期間に行うようにする。
【００２３】
また、本発明は、筐体に表示装置が設けられた電子機器において、この表示装置として、画像を表示する表示手段と、表示手段に光を照射する光源と、光源の光量をパルス幅変調によって制御する制御手段とを備えており、制御手段が、光源の光量をパルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御するものである。
【００２４】
このような本発明では、表示装置に設けられた光源の光量をパルス幅変調により調整するにあたり、パルス幅変調による点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間とを設け、これらの比率によって光量を調整することから、パルス幅変調のパルス幅を色度が一定に保てる幅にした状態で光源の輝度を十分に下げることができ、電子機器の表示装置における輝度コントロールの幅を広げることができる。
【発明の効果】
【００２５】
したがって、本発明よれば、表示手段に光を照射する光源の色度を一定に保ちつつ、輝度を十分に下げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００２７】
＜ＬＥＤバックライトの配置＞
図１は、ＬＥＤバックライトの配置を説明する模式平面図である。ＬＥＤバックライトは、表示装置１における表示手段（例えば、液晶パネル）の背面に配置され、表示手段に光を与えるものであり、ＬＥＤバックライトではＲＧＢ各色のＬＥＤを複数個配置して１つのユニットＵを構成し、このユニットＵを縦横に配置した構成となっている。液晶パネル等の表示手段の面積が大きいほど多くのユニットＵを縦横に配置するが、面積の小さな表示手段の場合には１つのユニットＵで対応してもよい。
【００２８】
＜ユニットの構成＞
図２は、ＬＥＤバックライトに用いられるＬＥＤのユニットの構成を説明する模式図で、（ａ）は配置図、（ｂ）は回路図である。１つのユニットには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤ）が所定の並び順で配置されており、同じ色のＬＥＤが複数個直列に接続されている。したがって、１つのユニットに対して３色に対応した入力線および出力線が設けられ、入力線から出力線にかけて与える電流によって各色のＬＥＤを発光させることができる。なお、本実施形態ではＲＧＢ３色のＬＥＤを用いてユニットを構成しているが、本発明はこの３色の組み合わせに限定されるものではない。
【００２９】
＜一般的なＰＷＭ（パルス幅変調）による調光＞
図３は、ＬＥＤバックライトにおける一般的なＰＷＭによる調光について説明する模式図である。各ＲＧＢのＬＥＤのＰＷＭは、任意のホワイトバランスとするため、各ＲＧＢでパルス幅が調整されている。各ＲＧＢの点灯比率が高い（例えば５０％以上）ＰＷＭに設定されているならば、ＰＷＭのみによって調光しても、電流波高値は一定の値を保ったままであり、ＰＷＭと輝度の関係は線形性を保つことができる。
【００３０】
一方、ＰＷＭの点灯比率が低い（例えば１０％以下）ＰＷＭに設定される場合、電流波形は細くなり、立ち上がり立ち下り特性の影響を受けやすくなる。図３は、ＰＷＭの点灯比率を下げた場合の状態を説明する模式図である。ＰＷＭの点灯比率が非常に低くなると立ち上がりや立ち下がりにおける応答特性が悪化し、精度の高い矩形を得られなくなってしまう。また、ＬＥＤをドライブする回路設計の観点からいえば、１０％以下にしても電流波高値とＰＷＭを安定して出力するような、高度なＬＥＤドライバの設計を要求される。
【００３１】
＜本実施形態に係るＰＷＭ調光＞
図４は、本実施形態に係る表示装置の光量調整方法を説明する模式図である。本実施形態に係る表示装置の光量調整方法は、光源の光量をＰＷＭによって調整するにあたり、ＰＷＭによる点灯期間と光源を点灯させない非点灯期間との比率によって制御するものである。
【００３２】
図４に示すように、ＲＧＢ各色のＬＥＤの点灯を、従来のＰＷＭ(Ｍａｉｎ−ＰＷＭ)による点灯期間と、ＬＥＤを発光させない非点灯期間との繰り返しとして、これらの期間の比率によってＬＥＤへ与えられる平均電流量を制御する。
【００３３】
つまり、ＰＷＭによる点灯期間では、ＲＧＢ各色のＬＥＤについてホワイトバランスを考慮した各色ごとに一定のパルス幅をもって一般的なＰＷＭによる点灯を行う。ＰＷＭによる点灯とともに、各ＬＥＤを点灯させない非点灯期間を設け、ＰＷＭによる点灯期間と非点灯期間とを所定の周波数で繰り返す。この点灯期間と非点灯期間との比率を変えることでＰＷＭによる点灯期間のパルス幅が一定であってもＬＥＤへ与えられる平均電流量を調整でき、ＰＷＭによるパルス幅が一定であっても全体としてそのパルス幅でＰＷＭ調光した場合より低い光量（輝度）を実現できることになる。
【００３４】
ここで、ＰＷＭによる点灯期間とＬＥＤを発光させない非点灯期間との繰り返し周波数は、点灯期間でのＰＷＭ周波数より低い周波数(Ｓｕｂ−ＰＷＭ)とする。このようなＰＷＭによる点灯期間とＬＥＤを発光させない非点灯期間との繰り返しでこれらの比率を調整して光量を制御することで、ＰＷＭによるパルス幅を色度を一定にできる値に保ちながら、全体の輝度をそのパルス幅でＰＷＭ調光した場合より下げることが可能となる。
【００３５】
本実施形態では、Ｍａｉｎ−ＰＷＭの周波数を例えば４０ｋＨｚ程度とし、Ｓｕｂ−ＰＷＭの周波数を例えば１２０Ｈｚ程度とする。この２つのＰＷＭを可変させることによって、低い輝度であっても色度を一定にすることができる。
【００３６】
＜具体的な調光方法＞
［１］Ｓｕｂ−ＰＷＭのみで輝度コントロールする方法
ＬＥＤバックライトで、任意の色度で最大の輝度設定をした時の各ＲＧＢのＭａｉｎ−ＰＷＭ値（パルス幅）を、ＭＰＭＲ、ＭＰＭＧ、ＭＰＭＢとする。また、ＰＷＭの分解能は、例えば１０Ｂｉｔとする。また、各ＲＧＢの電流波高値をＩｒ、Ｉｇ、Ｉｂとする。
その時、各ＲＧＢの平均電流は、次のようになる。
Ｒｅｄ…（ＭＰＭＲ／１０２４）×Ｉｒ
Ｇｒｅｅｎ…（ＭＰＭＧ／１０２４）×Ｉｇ
Ｂｌｕｅ…（ＭＰＭＢ／１０２４）×Ｉｂ
【００３７】
各ＲＧＢのＳｕｂ−ＰＷＭをＳＰＭＲ、ＳＰＭＧ、ＳＰＭＢとする。また、そのＳｕｂ−ＰＷＭの分解能を１０Ｂｉｔとすると、輝度を下げた場合の各ＲＧＢの平均電流は、次のようになる。
Ｒｅｄ…（ＭＰＭＲ／１０２４）×Ｉｒ×（ＳＰＭＲ／１０２４）
Ｇｒｅｅｎ…（ＭＰＭＧ／１０２４）×Ｉｇ×（ＳＰＭＧ／１０２４）
Ｂｌｕｅ…（ＭＰＭＢ／１０２４）×Ｉｂ×（ＳＰＭＢ／１０２４）
【００３８】
ここで、Ｓｕｂ−ＰＷＭのみで輝度コントロールを行う場合、Ｍａｉｎ−ＰＷＭのＭＰＭＲ、ＭＰＭＧ、ＭＰＭＢは、色度一定に制御させるために可変できるものとする。設定として、例えば輝度コントロールを１０％まで下げるようにするには、ＳＰＭＲ、ＳＭＰＧ、ＳＰＭＢを１１０くらいまで下げればよいことになり、ＳＰＭＲ、ＳＰＭＧ、ＳＰＭＢの可変範囲は、１１０〜１０２４となる。
【００３９】
図５は、Ｓｕｂ−ＰＷＭのみで輝度コントロールを行う場合のパルス制御について説明する図で、（ａ）は輝度５０％、（ｂ）は輝度２５％、（ｃ）は輝度１０％の例である。いずれの例でも、ＰＷＭによる点灯期間とＬＥＤを発光させない非点灯期間との比率に応じて全体輝度が決定されることになる。
【００４０】
［２］Ｍａｉｎ−ＰＷＭとＳｕｂ−ＰＷＭの両方で輝度コントロールする方法
輝度最大から途中まで（例えば、２５％まで）は、Ｍａｉｎ−ＰＷＭで調光し、さらに輝度をさげる時（例えば、２５％から１０％の期間）は、Ｓｕｂ−ＰＷＭで調光する方法である。
【００４１】
Ｓｕｂ−ＰＷＭの周波数が、映像信号の垂直周波数（５０Ｈｚ〜１２０Ｈｚ）程度にくらべ、十分に大きい場合であるならば、Ｓｕｂ−ＰＷＭのみで輝度コントロールすることで問題はないが、同じ程度の周波数の場合においては、水平方向のジッタがあらわれ、左右の画ズレ（キザキザ感）が、輝度が高い時に見えやすくなるという現象がある。また、垂直周波数と全く同じ場合には、バックライトの点灯・非点灯タイミングと液晶駆動が完全同期してしまうため、バックライトの非点灯しているタイミングの画面部（例えば、５０％の調光であるならば、全画面のうち半分）は、固定した暗さになってしまう。そのため、全く同じ周波数で調光させる場合は、バックライトブリンキング（説明省く）のように、画面上のバックライトの点灯を分割して、バックライトを点灯・非点灯しなければならない。以上より、Ｓｕｂ−ＰＷＭの周波数が、映像信号の周波数に比べ十分に大きくない場合は、上記で説明したように、Ｍａｉｎ−ＰＷＭとＳｕｂ−ＰＷＭとを混在させた輝度コントロールを行う方がギザギザ感を感じにくい映像となる。
【００４２】
＜表示装置の構成＞
上記［１］、［２］共に、色度を一定に保つためには、図６に示すような表示装置の構成が必要となる。すなわち、表示装置１は、表示手段（例えば、液晶パネル）に光を照射するバックライトユニット１０と、バックライトユニット１０のＬＥＤアレイ１１に駆動のための電流を与えるＬＥＤドライバ１２と、ＬＥＤドライバ１２からＬＥＤアレイ１１に与える電流をパルス幅変調によって制御するコントローラ１３とを備えている。
【００４３】
また、ＬＥＤアレイ１１から出射される光の量を検出するカラーフォトセンサ１５が設けられており、このカラーフォトセンサ１５で受光したレベルをＡ／Ｄコンバータ１４でデジタル変換し、コントローラ１３にフィードバックさせる制御システム（アルゴリズム）となっている。なお、カラーフォトセンサ１５は、後述するスイッチ１６によって検出のタイミングが制御される。つまり、コントローラ１３から与えられる指示によってスイッチ１６が閉状態となった期間でカラーフォトセンサ１５による検出値をＡ／Ｄコンバータ１４へ送ることができる。
【００４４】
また、表示装置には温度センサ１７が設けられており、温度センサ１７によって検出した温度に基づきコントローラ１３がＬＥＤドライバ１２に指示を与え、ＬＥＤに与える電流を制御する。
【００４５】
ここで、色度を一定にさせる方法として、上記［１］、［２］共に各ＲＧＢのＭａｉｎ−ＰＷＭを可変させる方法が適している。各ＲＧＢのＰＷＭにおいて、ＭＰＭＲ、ＭＰＭＧ、ＭＰＭＢの時を調光レベル１００％と定義すると、５０％に調光する場合、各ＰＷＭは、ＭＰＭＲ×５０／１００、ＭＰＭＧ×５０／１００、ＭＰＭＢ×５０／１００となるとは限らない。色度を一定にするためには、輝度を変えた時のジャンクション温度の変化等の原因で、各ＰＷＭを若干可変させる必要があり、（ＭＰＭＲ×５０／１００）±Δｐｍｒ、（ＭＰＭＧ×５０／１００）±Δｐｍｇ、（ＭＰＭＢ×５０／１００）±Δｐｍｒというように、各ＰＷＭを微調整することになる。
【００４６】
随時色度を検出するのはカラーフォトセンサ１５であり、調光されても色度を一定に保つように、コントローラ１３による計算結果のもと、Δｐｍｒ、Δｐｍｇ、Δｐｍｂはそれぞれ変動する。
【００４７】
また、バックライト温度、また、輝度の可変に影響せずに、色度を一定に維持できるようにするためには、温度センサ１７とカラーフォトセンサ１５とによって検出した値を用いてフィードバック制御する。つまり、ＬＥＤデバイスは、図１１のように温度により、発光効率やピーク波長がかわるため、随時、温度と各色の輝度レベルをみて、コントローラ１３内にそれらのデータを取り込み、演算処理をして、色度が一定になるようにする。
【００４８】
図７は、カラーフォトセンサおよびその後段の回路を説明する回路図であり、（ａ）はスイッチとしてアナログスイッチＩＣを用いた例、（ｂ）はスイッチとしてＦＥＴスイッチを用いた例である。いずれの例でも、カラーフォトセンサ１５とＡ／Ｄコンバータ１４との間にスイッチ１６が設けられており、コントローラ１３から与えられるサンプリングパルスによってスイッチ１６が動作するようになっている。コントローラ１３からサンプリングパルスが与えられたときにスイッチ１６が閉状態となり、カラーフォトセンサ１５によって検出した信号をＡ／Ｄコンバータ１４からコントローラ１３へ送ることになる。
【００４９】
ここで、図８に示すように、輝度コントロールをＳｕｂ−ＰＷＭを使わずに、Ｍａｉｎ−ＰＷＭのみで輝度を下げようとした場合、図８上図から下図に示すように、パルス幅の低下にともないカラーフォトセンサによる光量のサンプリング前のレベルは一様に下がってしまう。これにより、輝度が下がった分、カラーフォトセンサの読み値（サンプリング前の電圧レベルを意味する）も下がり、色度を一定化する精度を下げてしまうことになる。
【００５０】
一方、図９に示すように、Ｓｕｂ−ＰＷＭを用いて輝度コントロールする方法では、輝度を下げる場合、図９上図から下図に示すように、Ｍａｉｎ−ＰＷＭのパルス幅は一定にした状態でＳｕｂ−ＰＷＭを可変する（輝度を低下させる場合には、非点灯期間を増加させる）ことで制御するため、カラーフォトセンサによるサンプリングをＭａｉｎ−ＰＷＭによる点灯期間に合わせれば、パルス幅はある一定の値より小さくなることはなく、全体の輝度レベルを下げてもカラーフォトセンサの読み値を低下させずに検出を行うことができる。
【００５１】
なお、この場合、カラーフォトセンサの読み値にＳｕｂ−ＰＷＭにおける点灯期間と非点灯期間とのうち点灯期間の比率を掛ける演算を行うことで、ＬＥＤバックライト全体の平均光量を算出することができる。このような検出によって、カラーフォトセンサの読み値の低下をなくし、色度一定化の精度を落とすことなく、制御することが可能となる。
【００５２】
また、先に説明したように、Ｍａｉｎ−ＰＷＭとＳｕｂ−ＰＷＭの両方を使う方法の場合、輝度最大に対して予め設定した値（例えば、２５％）までは、Ｍａｉｎ−ＰＷＭで調光し、この値より輝度を下げる場合（例えば、２５％から１０％程度まで）は、Ｓｕｂ−ＰＷＭで調光するという方法を用いる。
【００５３】
つまり、コントローラは、ＬＥＤバックライトの光量のＰＷＭ制御において、ＬＥＤバックライトの光量を予め設定された光量以上の光量に調整する場合はその光量に対応するＰＷＭのパルス幅に至るまで点灯期間の比率を１００％、非点灯期間の比率を０％としてＰＷＭによるパルス幅制御で光量調整を行い、予め設定された光量未満の光量に調整する場合はＰＷＭにおけるパルス幅を一定にして点灯期間と非点灯期間との比率による制御を行う。
【００５４】
図１０は、単純にＭａｉｎ−ＰＷＭのみで調光した場合と、予め設定された光量未満の調光でＳｕｂ−ＰＷＭで調光する場合とを比較する図である。図１０（ａ）に示すように、単純にＭａｉｎ−ＰＷＭのみで調光した時のカラーフォトセンサの読み値は、輝度の低下に伴い下がる傾向となるが、図１０（ｂ）に示すように、予め設定した輝度より低下する場合にＳｕｂ−ＰＷＭで調光するようになると、輝度を下げてカラーフォトセンサの読み値が一定となる。つまり、Ｓｕｂ−ＰＷＭで調光する場合にはＭａｉｎ−ＰＷＭのパルス幅が一定となるため、Ｍａｉｎ−ＰＷＭでの点灯期間にカラーフォトセンサで光量検出すれば、一定のパルス幅に対応したカラーフォトセンサの読み値を確保でき、輝度が低い場合でも正確な検出によって安定したフィードバック制御を行うことが可能となる。
【００５５】
＜電子機器への適用例＞
本実施形態に係る表示装置は、図１２に示すようにフラット型のモジュール形状のものを含む。例えば絶縁性の基板上に、液晶素子、薄膜トランジスタ、薄膜容量、受光素子等からなる画素をマトリックス状に集積形成した画素アレイ部を設ける、この画素アレイ部（画素マトリックス部）を囲むように接着剤を配し、ガラス等の対向基板を貼り付けて表示モジュールとする。この透明な対向基板には必要に応じて、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等を設けてもよい。表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するためのコネクタとして例えばＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）を設けてもよい。
【００５６】
以上説明した本実施形態に係る表示装置は、図１３〜図１７に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本実施形態が適用される電子機器の一例について説明する。
【００５７】
図１３は、本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１２０やフィルターガラス１３０等から構成される映像表示画面部１１０を含み、その映像表示画面部１１０として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作成される。
【００５８】
図１４は、本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
【００５９】
図１５は、本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
【００６０】
図１６は、本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
【００６１】
図１７は、本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本実施形態に係る表示装置を用いることにより作製される。
【００６２】
＜表示撮像装置＞
本実施形態に係る表示装置は、以下のような表示撮像装置に適用可能である。また、この表示撮像装置は、先に説明した各種電子機器に適用可能である。図１８には、表示撮像装置の全体構成を表すものである。この表示撮像装置は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００と、バックライト１５００と、表示ドライブ回路１２００と、受光ドライブ回路１３００と、画像処理部１４００と、アプリケーションプログラム実行部１１００とを備えている。
【００６３】
Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００は、複数の画素が全面に渡ってマトリクス状に配置された液晶パネル（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））からなり、線順次動作をしながら表示データに基づく所定の図形や文字などの画像を表示する機能（表示機能）を有すると共に、後述するようにこのＩ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体を撮像する機能（撮像機能）を有するものである。また、バックライト１５００は、例えば複数の発光ダイオードが配置されてなるＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の光源であり、後述するようにＩ／Ｏディスプレイ２０００の動作タイミングに同期した所定のタイミングで、高速にオン・オフ動作を行うようになっている。
【００６４】
表示ドライブ回路１２００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において表示データに基づく画像が表示されるように（表示動作を行うように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。
【００６５】
受光ドライブ回路１３００は、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００において受光データが得られるように（物体を撮像するように）、このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の駆動を行う（線順次動作の駆動を行う）回路である。なお、各画素での受光データは、例えばフレーム単位でフレームメモリ１３００Ａに蓄積され、撮像画像として画像処理部１４へ出力されるようになっている。
【００６６】
画像処理部１４００は、受光ドライブ回路１３００から出力される撮像画像に基づいて所定の画像処理（演算処理）を行い、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）を検出し、取得するものである。なお、この検知する処理の詳細については後述する。
【００６７】
アプリケーションプログラム実行部１１００は、画像処理部１４００による検知結果に基づいて所定のアプリケーションソフトに応じた処理を実行するものであり、例えば検知した物体の位置座標を表示データに含むようにし、Ｉ／Ｏディスプレイパネル２０００上に表示させるものなどが挙げられる。なお、このアプリケーションプログラム実行部１１００で生成される表示データは表示ドライブ回路１２００へ供給されるようになっている。
【００６８】
次に、図１９を参照してＩ／Ｏディスプレイパネル２０００の詳細構成例について説明する。このＩ／Ｏディスプレイパネル２０００は、表示エリア（センサエリア）２１００と、表示用Ｈドライバ２２００と、表示用Ｖドライバ２３００と、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００と、センサ用Ｖドライバ２４００とを有している。
【００６９】
表示エリア（センサエリア）２１００は、バックライト１５００からの光を変調して表示光を出射すると共にこのエリアに接触または近接する物体を撮像する領域であり、発光素子（表示素子）である液晶素子と後述する受光素子（撮像素子）とがそれぞれマトリクス状に配置されている。
【００７０】
表示用Ｈドライバ２２００は、表示ドライブ回路１２００から供給される表示駆動用の表示信号および制御クロックに基づいて、表示用Ｖドライバ２３００と共に表示エリア２１００内の各画素の液晶素子を線順次駆動するものである。
【００７１】
センサ読み出し用Ｈドライバ２５００は、センサ用Ｖドライバ２４００と共にセンサエリア２１００内の各画素の受光素子を線順次駆動し、受光信号を取得するものである。
【００７２】
次に、図２０を参照して、表示エリア２１００における各画素の詳細構成例について説明する。この図１７に示した画素３１００は、表示素子である液晶素子と受光素子とから構成されている。
【００７３】
具体的には、表示素子側には、水平方向に延在するゲート電極３１００ｈと垂直方向に延在するドレイン電極３１００ｉとの交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）などからなるスイッチング素子３１００ａが配置され、このスイッチング素子３１００ａと対向電極との間に液晶を含む画素電極３１００ｂが配置されている。そしてゲート電極３１００ｈを介して供給される駆動信号に基づいてスイッチング素子３１００ａがオン・オフ動作し、オン状態のときにドレイン電極３１００ｉを介して供給される表示信号に基づいて画素電極３１００ｂに画素電圧が印加され、表示状態が設定されるようになっている。
【００７４】
一方、表示素子に隣接する受光素子側には、例えばフォトダイオードなどからなる受光用のセンサ３１００ｃが配置され、電源電圧ＶＤＤが供給されるようになっている。また、この受光センサ３１００ｃには、リセットスイッチ３１００ｄとコンデンサ３１００ｅが接続され、リセットスイッチ３１００ｄによってリセットされながら、コンデンサ３１００ｅにおいて受光量に対応した電荷が蓄積されるようになっている。そして蓄積された電荷は読み出しスイッチ３１００ｇがオンとなるタイミングで、バッファアンプ３１００ｆを介して信号出力用電極３１００ｊに供給され、外部へ出力される。また、リセットスイッチ３１００ｄのオン・オフ動作はリセット電極３１００ｋにより供給される信号により制御され、読み出しスイッチ３１００ｇのオン・オフ動作は、読出し制御電極３１００ｋにより供給される信号により制御される。
【００７５】
次に、図２１を参照して、表示エリア２１００内の各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００との接続関係について説明する。この表示エリア２１００では、赤（Ｒ）用の画素３１００と、緑（Ｇ）用の画素３２００と、青（Ｂ）用の画素３３００とが並んで配置されている。
【００７６】
各画素の受光センサ３１００ｃ，３２００ｃ，３３００ｃに接続されたコンデンサに蓄積された電荷は、それぞれのバッファアンプ３１００ｆ，３２００ｆ，３３００ｆで増幅され、読み出しスイッチ３１００ｇ，３２００ｇ，３３００ｇがオンになるタイミングで、信号出力用電極を介してセンサ読み出し用Ｈドライバ２５００へ供給される。なお、各信号出力用電極には定電流源４１００ａ，４１００ｂ，４１００ｃがそれぞれ接続され、センサ読み出し用Ｈドライバ２５００で感度良く受光量に対応した信号が検出されるようになっている。
【００７７】
次に、本実施の形態の表示撮像装置の動作について詳細に説明する。
【００７８】
まず、この表示撮像装置の基本動作、すなわち画像の表示動作および物体の撮像動作について説明する。
【００７９】
この表示撮像装置では、アプリケーションプログラム実行部１１００から供給される表示データに基づいて、表示用ドライブ回路１２００において表示用の駆動信号が生成され、この駆動信号により、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００に対して線順次表示駆動がなされ、画像が表示される。また、このときバックライト１５００も表示ドライブ回路１２００によって駆動され、Ｉ／Ｏディスプレイ２０００と同期した点灯・消灯動作がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】ＬＥＤバックライトの配置を説明する模式平面図である。
【図２】ＬＥＤバックライトに用いられるＬＥＤのユニットの構成を説明する模式図である。
【図３】ＬＥＤバックライトにおける一般的なＰＷＭによる調光について説明する模式図である。
【図４】本実施形態に係る表示装置の光量調整方法を説明する模式図である。
【図５】Ｓｕｂ−ＰＷＭのみで輝度コントロールを行う場合のパルス制御について説明する図である。
【図６】表示装置の構成を説明するブロック図である。
【図７】カラーフォトセンサおよびその後段の回路を説明する回路図である。
【図８】輝度コントロールをＭａｉｎ−ＰＷＭのみで行う場合を説明する図である。
【図９】Ｓｕｂ−ＰＷＭを用いて輝度コントロールする場合を説明する図である。
【図１０】単純にＭａｉｎ−ＰＷＭのみで調光した場合と、予め設定された光量未満の調光でＳｕｂ−ＰＷＭで調光する場合とを比較する図である。
【図１１】温度に対するピーク波長の変化を示す図である。
【図１２】フラット型のモジュール形状の例を示す模式図である。
【図１３】本実施形態が適用されるテレビを示す斜視図である。
【図１４】本実施形態が適用されるデジタルカメラを示す斜視図である。
【図１５】本実施形態が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図１６】本実施形態が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。
【図１７】本実施形態が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係る表示撮像装置の構成を表すブロック図である。
【図１９】図１に示したＩ／Ｏディスプレイパネルの構成例を表すブロック図である。
【図２０】各画素の構成例を表す回路図である。
【図２１】各画素とセンサ読み出し用Ｈドライバとの接続関係を説明するための回路図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…表示装置、１０…バックライトユニット、１１…ＬＥＤアレイ、１２…ＬＥＤドライバ、１３…コントローラ、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１５…カラーフォトセンサ、１７…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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