CN101145321A - 显示装置及其亮度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置及其亮度控制方法。显示装置包含有显示单元及背光模块。显示单元用以显示图像信号的对应内容，背光模块用以提供显示单元所需的背光。该方法包含有：(a)处理图像信号以产生驱动信号来驱动该显示单元；(b)显示图像信号的对应内容；(c)分析图像信号以产生亮度分析结果；以及(d)根据亮度分析结果来产生控制信号至背光模块，以控制背光模块。

Description

显示装置及其亮度控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置及其亮度控制方法，特别涉及一种根据图像信号的亮度分析结果来控制背光模块的显示装置及其亮度控制方法。

背景技术

决定显示器显像品质的诸多因素中，对比值为一关键因素，尤其对液晶显示器(liquid crystal display，LCD)来说。其中，如液晶显示面板的特性、图像信号品质或液晶显示面板的背光等等，皆可影响对比值大小。因此，业界长久以来一直积极寻求显示器其对比值的改善方法，也已发展出若干相关技术。然而，传统技术仍未有效加强对比值。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种根据图像信号的亮度分析结果来控制背光模块的显示装置及其亮度控制方法。

本发明披露一种显示装置，包含有接收电路、图像处理电路、显示单元、亮度分析电路、背光模块以及背光控制单元。接收电路用以处理所接收的输入信号，以产生图像信号。图像处理电路耦接接收电路，并用以处理图像信号以产生驱动信号。显示单元耦接图像处理电路，并在驱动信号的驱动下而显示图像信号的对应内容。亮度分析电路耦接接收电路，并用以分析图像信号以产生一亮度分析结果。背光模块用以提供显示单元所需的背光。背光控制单元耦接亮度分析电路及背光模块，并用以根据亮度分析结果来产生控制信号至背光模块，以控制背光模块。

本发明另揭露一种控制电路，用来控制显示单元及背光模块，背光模块用以提供显示单元所需的背光。控制电路包含有图像处理电路、亮度分析电路以及背光控制单元。图像处理电路用以接收并处理包含有多个帧数据的图像信号，该显示单元用于显示该帧数据。亮度分析电路用来接收该图像信号并分析该图像信号的亮度值，以产生亮度分析结果。背光控制单元耦接亮度分析电路，用以根据亮度分析结果来产生控制信号至背光模块，以控制背光模块。

本发明另揭露一种亮度控制方法，用于一显示装置，该显示装置包含有显示单元及背光模块，该方法控制显示单元显示图像信号的对应内容，并控制背光模块提供至该显示单元的背光。该方法包含有：(a)处理图像信号以产生驱动信号来驱动该显示单元；(b)显示图像信号的对应内容；(c)分析图像信号以产生亮度分析结果；以及(d)根据亮度分析结果来产生控制信号至背光模块，以控制背光模块。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的显示装置的示意图。

图2是亮度分析电路124的示意图。

图3是代表亮度数据的直方图。

图4是亮度指针与背光模块140的背光亮度的关系图。

图5是依照本发明较佳实施例的亮度控制方法的流程图。

附图符号说明

100显示装置

110接收电路

120控制电路

122图像处理电路

124亮度分析电路

126背光控制单元

130显示单元

140背光模块

142变压器

144灯管

146电阻

210亮度分类电路

220计算电路

230亮度指针分析电路

240存储单元

Q1、Q2 MOS晶体管。

具体实施方式

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」是一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参照图1，其是本发明较佳实施例的显示装置的示意图。显示装置100包含有接收电路110、控制电路120、显示单元130以及背光模块140。

接收电路110可利用有线或无线方式来接收模拟/数字格式的输入信号，并加以处理而产生图像信号。图像信号包含多个帧数据(frame)，各帧数据则包含多个像素的诸参数值(如亮度值)。对输入信号所进行的处理例如包括：将其从射频变为中频(intermediate frequency)或基频(base band)的降频转换(down-converting)、解调制动作(demodulating)或当输入信号为模拟格式时的转数字格式处理。

处理后，接收电路110将图像信号输出至控制电路120。控制电路120包含有图像处理电路122、亮度分析电路124以及背光控制单元126。如图1所示，图像处理电路122耦接接收电路110，用以接收图像信号并对其进行如分辨率调整(scaling)、伽马校正(gamma correction)、内插处理(interpolation)及滤波处理(filtering)等一般图像处理动作，然后据以产生一驱动信号至显示单元130。显示单元130是在驱动信号的驱动下，依序显示各帧数据而显示图像信号的对应内容。

另一方面，亮度分析电路124亦接收图像信号而对其进行分析动作，以根据各帧数据的所述像素亮度值来产生每一帧数据的亮度分析结果。各帧数据的亮度分析结果可作为帧数据间的亮度程度的一比较参考。例如，亮度分析结果可为一电压信号或一电流信号，对于信号强度较高的亮度分析结果，显示单元130显示对应的帧数据时可能便呈现出较高的整体帧亮度。

背光控制单元126耦接亮度分析电路124及背光模块140，并用以根据亮度分析结果来产生控制信号至背光模块140，以控制背光模块140提供给显示单元130的背光强度。背光模块140包含有两个MOS晶体管Q1，Q2、变压器142、灯管144以及电阻146。两晶体管Q1及Q2的栅极皆接收控制信号。变压器142的一次侧耦接两晶体管Q1，Q2及一输入电压Vin，二次侧则耦接一接地端。灯管144耦接于变压器142的二次侧及电阻146之间，并用以产生光线射向显示单元130。

此外，在本实施例中，控制信号为一脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号。当PWM信号的占空比(duty cycle)改变时，变压器142二次侧的转换电压也会随之改变，进而改变灯管144的发光亮度。亦即，可通过控制信号来调整灯管144的亮度(即背光模块140的背光大小)。底下兹再附图详细说明亮度分析电路124如何产生亮度分析结果，以供背光控制单元126据以产生控制信号。

请参照图2，其是亮度分析电路124的示意图。亮度分析电路124包含有亮度分类电路210、计算电路220、亮度指针分析电路230以及存储单元240。亮度分类电路210用以接收图像信号，并将各帧数据的所述像素的亮度值区分为数个亮度等级。假设像素亮度值采一般的8位设计，即256灰阶；在本实施例中，则以每32灰阶(256/8)作为一亮度等级，而得到8种亮度等级。以其中一帧数据为例，亮度分类电路210的区分动作是判断其所包含的各像素亮度值落在何种亮度等级中，藉此，对各帧数据皆进行上述的区分动作后即可产生一亮度数据。具体而言，亮度数据能以直方图(histogram)的方式呈现，如图3所示。

在图3中，横轴代表像素亮度值，且以上述256灰阶为例，由小至大每32灰阶区分为一亮度等级，可得8段相同大小的亮度等级。纵轴则代表某一帧数据经亮度分类电路210的区分动作后，所得的落在各亮度等级的像素数量。例如，第一亮度等级(即区间[0，31])所对应的像素数量为PN1，第八亮度等级(即区间[223，255])所对应的像素数量为PN8，其它第二至第七亮度等级对应的像素数量分别为PN2～PN7(图未示)。而亮度数据即包含各帧数据如图3的区分结果。

耦接亮度分类电路210的计算电路220则用以计算亮度数据，如：统计出各帧数据的PN1～PN8的数值或者计算各帧数据的一平均亮度值。以图3为例，此帧数据的平均亮度值avg_LV可如式(1)定义为：

$\mathrm{avg}\_\mathrm{LV}=$                                 (1)

$\frac{\mathrm{PN}1\×15+\mathrm{PN}2\×47+\mathrm{PN}3\×79+\mathrm{PN}4\×111+\mathrm{PN}5\×143+\mathrm{PN}6\×175+\mathrm{PN}7\×207+\mathrm{PN}8\×239}{\mathrm{PN}1+\mathrm{PN}2+\mathrm{PN}3+\mathrm{PN}4+\mathrm{PN}5+\mathrm{PN}6+\mathrm{PN}7+\mathrm{PN}8}$

在本实施例中，计算电路220即将各帧数据的某一PNi(i＝1-8)或avg_LV设为其对应的一亮度指标L_index，L_index即代表对应的帧数据的一亮度特征。在其它实施例中，亮度指标亦可为一组数值，包含PN1～PN8及avg_LV中的数者，如：可定义L_index＝{PN1，avg_LV}。接着，计算电路220再将所得的各帧数据的亮度指针输出至亮度指针分析电路230。

亮度指针分析电路230即分析亮度指针以产生各帧数据的亮度分析结果。其中，与亮度指针分析电路230耦接的存储单元240存储有若干对应亮度指标的查询表。视计算电路220的亮度指针定义(可由使用者决定)，亮度指针分析电路230将根据不同的查询表来产生亮度分析结果。例如，存储单元240可存储三种查询表L1，L2，及L3，分别对应亮度指标为PN1，PN8，及avg_LV的情形；亦即，如使用者决定以PN1作为亮度指标时，亮度指针分析电路230便读取存储单元240中的查询表L1来进行分析动作。在其它实施例中，当亮度指标为一组数值时，亮度指针分析电路230便根据此组数值来读取对应的查询表。以L_index＝{PN1，avg_LV}为例，亮度指针分析电路230便根据PN1及avg_LV来读取对应的二维的查询表。如前述，亮度分析结果可为一电压信号或一电流信号，对于不同的亮度指标数值，亮度指针分析电路230便根据查询表产生不同信号强度的亮度分析结果。

如图1所示，背光控制单元126根据亮度分析结果来控制背光模块140，亦即，背光控制单元126可随着各帧数据的亮度特征而动态调整背光模块140的背光大小。底下是以将PN1定义为亮度指标的情形为例，并附图说明调整机制。

请参照图4，其在亮度指针与背光模块140的背光亮度的关系图。横轴表示的亮度指标即PN1，纵轴代表背光控制单元126根据由亮度指针PN1所得的亮度分析结果，而将背光模块140调整至对应的背光亮度。如图4所示，当亮度指标PN1随着不同的帧数据而在PNL与PNH之间变动时，背光模块140的背光亮度将在两默认值BL与BH之间以图示的负相关方式被线性调整至不同大小。亦即，PN1越大(小)，背光模块140的背光亮度将被调得越低(高)。如某一帧数据的亮度指针为图4中的PN1时，背光模块140即以亮度为B1的背光来照射显示单元130。其中，若PN1大于PNH或小于PNL时，背光模块140的背光亮度将分别被调整至BL及BH。如此一来，PN1较大的帧数据(即亮度低的像素数量多)将获得较低的背光亮度而显示于显示单元130，PN1较小的帧数据(即亮度低的像素数量少)将获得较高的背光亮度而显示于显示单元130，从而提高显示单元130显示图像信号时的对比度。当然，在其它实施例中，当采用其它亮度指针定义或视硬件能力等等考虑时，亮度指标与背光亮度的关系亦可设计成不同于图4的线性关系，能以如曲线关系或类似直方图的方式来调整。

请参照图5，其是依照本发明较佳实施例的亮度控制方法的流程图。首先，接收一图像信号(S510)。如前述，图像信号包含多个帧数据(frame)，各帧数据则包含多个像素的诸参数值(如亮度值)。

接着，将各像素的亮度值区分为数个亮度等级，以产生一亮度数据(S520)。如前述，在本实施例中，像素的亮度值范围以0至255灰阶为例，并以由小至大每32灰阶的方式区分出八个亮度等级，而各帧数据的所述像素即依亮度值来区分所属的亮度等级。因此，各帧数据的亮度数据能以图3的直方图来表达。

然后，计算亮度数据以产生一亮度指针(S530)。如前述，亮度指标可为对应任一亮度等级的像素数量，例如对应第一亮度等级的像素数量PN1；或各帧数据的一平均亮度值avg_LV(如式(1)的定义)；或包含PN1～PN8及avg_LV当中数者的一组数值，如{PN1，PN8}或{PN1，avg_LV}。

接着，分析亮度指标以产生一亮度分析结果(S540)。如前述，视亮度指标的定义方式可根据适当的查询表来产生亮度分析结果。

最后，根据亮度分析结果来调整背光模块的背光(S550)。如前述，视亮度指针的定义方式以及硬件运算能力等实际应用考虑，能以各种调整机制来控制背光模块。例如，如图4所示的线性关系，或其它非线性方式。藉此，随着不同的帧数据(亮度分析结果)，背光模块的背光亮度将可被动态调整至对应的适当大小，而有效提升图像信号呈现出的图像品质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种显示装置，包含有：

一接收电路，用以处理所接收的一输入信号，以产生一图像信号；

一图像处理电路，耦接该接收电路，并用以处理该图像信号以产生一驱动信号；

一显示单元，耦接该图像处理电路，该显示单元在该驱动信号的驱动下而显示该图像信号的对应内容；

一亮度分析电路，耦接该接收电路，并用以分析该图像信号以产生一亮度分析结果；

一背光模块，用以提供该显示单元所需的背光；以及

一背光控制单元，耦接该亮度分析电路及该背光模块，并用以根据该亮度分析结果来产生一控制信号至该背光模块，以控制该背光模块。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中，该亮度分析电路包含有：

一亮度分类电路，用以接收该图像信号，并将每一像素的亮度值区分为多个亮度等级而产生一亮度数据；

一计算电路，耦接该亮度分类电路，并用以计算该亮度数据以产生一亮度指针；以及

一亮度指针分析电路，耦接该计算电路，并用以分析该亮度指标以产生该亮度分析结果。

3.如权利要求2所述的显示装置，更包含有耦接该亮度指针分析电路的一存储单元，该存储单元存储有至少一查询表，该亮度指针分析电路根据该查询表来分析该亮度指标，以产生该亮度分析结果。

4.如权利要求2所述的显示装置，其中，该亮度指针至少包含对应所述亮度等级中的一亮度等级的像素数量。

5.如权利要求2所述的显示装置，其中，该亮度指针至少包含所述像素的亮度值的一平均值。

6.如权利要求1所述的显示装置，其中，该控制信号为一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号可控制该背光模块的背光亮度。

7.如权利要求6所述的显示装置，其中，该脉冲宽度调制信号的占空比根据该亮度分析结果来决定。

8.一种控制电路，用来控制一显示单元以及一背光模块，该背光模块提供该显示单元所需的背光，该控制电路包含有：

一图像处理电路，用以接收并处理包含有多个帧数据的一图像信号，该显示单元用来显示该帧数据；

一亮度分析电路，用来接收该图像信号并分析该图像信号的亮度值，以产生一亮度分析结果；以及

一背光控制单元，耦接该亮度分析电路，用以根据该亮度分析结果来产生一控制信号至该背光模块，以控制该背光模块。

9.如权利要求8所述的控制电路，该亮度分析电路包含有：

一亮度分类电路，用以接收该图像信号，并将每一像素的亮度值区分为多个亮度等级而产生一亮度数据；

一计算电路，耦接该亮度分类电路，并用以计算该亮度数据以产生一亮度指针；以及

一亮度指针分析电路，耦接该计算电路，并用以分析该亮度指标以产生该亮度分析结果。

10.如权利要求9所述的控制电路，更包含有耦接该亮度指针分析电路的一存储单元，该存储单元存储有至少一查询表，该亮度指针分析电路根据该查询表来分析该亮度指标，以产生该亮度分析结果。

11.如权利要求9所述的控制电路，其中，该亮度指针至少包含对应所述亮度等级中的一亮度等级的像素数量。

12.如权利要求9所述的控制电路，其中，该亮度指针至少包含所述像素的亮度值的一平均值。

13.如权利要求8所述的控制电路，其中，该控制信号为一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号可控制该背光模块的背光亮度。

14.如权利要求13所述的控制电路，其中，该脉冲宽度调制信号的占空比根据该亮度分析结果来决定。

15.一种亮度控制方法，用于一显示装置，该显示装置包含有一显示单元及一背光模块，该方法控制该显示单元显示一图像信号的对应内容，并控制该背光模块提供至该显示单元的背光，该方法包含有：

(a)处理该图像信号以产生一驱动信号来驱动该显示单元；

(b)显示该图像信号的对应内容；

(c)分析该图像信号以产生一亮度分析结果；以及

(d)根据该亮度分析结果来产生一控制信号至该背光模块，以控制该背光模块。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该步骤(c)包含有：

(c1)将每一像素的亮度值区分为多个亮度等级而产生一亮度数据；

(c2)计算该亮度数据以产生一亮度指针；以及

(c3)分析该亮度指标以产生该亮度分析结果。

17.如权利要求16所述的方法，其中，该步骤(c3)包含有：

根据一查询表来分析该亮度指标，以产生该亮度分析结果。

18.如权利要求16所述的方法，其中，该亮度指标至少包含对应所述亮度等级中的一亮度等级的像素数量。

19.如权利要求16所述的方法，其中，该亮度指标至少包含所述像素的亮度值的一平均值。

20.如权利要求15所述的方法，其中，该控制信号为一脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号可控制该背光模块的背光亮度。

21.如权利要求20所述的方法，其中，该步骤(d)包含有：

根据该亮度分析结果来决定该PWM信号的占空比。

Images