CN103366693A - 亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器 - Google Patents

亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种亮度补偿方法，包括有根据一影像数据，控制多个显示区域的多个背光源以多个背光亮度开启；计算多个总合背光亮度；根据该多个总合亮度及一背光扫描比例，计算多个实际背光亮度；分别将该多个背光源完全开启时的多个最大背光亮度除以该多个实际背光亮度，以产生多个补偿增益；以及以该多个补偿增益对一影像数据对应的该多个显示区域的多个影像亮度进行补偿后，以多个补偿影像亮度显示一补偿影像数据。

Description

亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器，尤指一种可同时补偿区域调光(local dimming)及背光扫描(scanning backlight)的亮度损失，以显示正常影像的亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器。
背景技术
一般来说，区域调光(local dimming)技术可根据所欲显示的影像数据，将液晶显示器(liquid crystal display，LCD)中对应于显示面板上不同显示区域的不同背光源以不同亮度开启，以达到节省耗电量的目的。
举例来说，若影像数据在一显示区域的影像较亮而在另一显示区域的影像较暗，则区域调光技术会控制作为该显示区域的背光源的冷阴极灯管(ColdCathode Fluorescent Lamp，CCFL)或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)以较亮的背光亮度开启，而该另一显示区域的背光源以较暗的背光亮度开启，因此相较于一般操作下将全部背光源以最大背光亮度开启，区域调光技术可节省耗电量。
在此情形下，由于区域调光技术将液晶显示器中部分显示区域的背光亮度降低，因此为了避免使用者受到此亮度损失影响，公知区域调光技术会进一步对影像数据中的影像亮度(即液晶偏振导通光线的程度)补偿提升后再进行显示(即借由增加影像亮度来补偿背光亮度降低的损失)，以避免使用者感觉所显示影像较暗。
另一方面，公知技术也可能将区域调光技术搭配背光扫描(scanningbacklight)技术实施，通过背光扫描技术将正在进行影像显示的显示区域外的其它显示区域选择性进行关闭(即液晶显示器扫描画素进行显示时，仅正在进行影像显示的显示区域的背光源一定要开启)，以更进一步节省耗电量。
然而，公知区域调光技术将部分显示区域的背光亮度降低，然后在假设全部背光源都一直开启的情况下进行亮度补偿，并未考虑到背光扫描技术将部分显示区域选择性关闭所造成的亮度损失，因此当区域调光技术搭配背光扫描技术实施时，使用者仍会感觉所显示影像较暗。有鉴于此，公知技术实有改进的必要。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可同时补偿区域调光及背光扫描的亮度损失，以显示正常影像的亮度补偿方法及其区域调光电路与液晶显示器。
本发明公开一种亮度补偿方法，用于一液晶显示器中。该亮度补偿方法包括有根据一影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的多个背光源以多个背光亮度开启；根据多个漏光系数，计算该多个显示区域的多个总合背光亮度；根据该多个总合亮度及一背光扫描比例，计算该多个显示区域的多个实际背光亮度；分别将该多个背光源完全开启时的多个最大背光亮度除以该多个实际背光亮度，以产生多个补偿增益；以及以该多个补偿增益对该影像数据对应的该多个显示区域的多个影像亮度进行补偿后，以多个补偿影像亮度显示一补偿影像数据。
本发明还公开一种区域调光电路，用于一液晶显示器中，耦接于一时序控制器及一背光驱动电路，用来接收一影像数据，并执行上述的亮度补偿方法。
本发明还公开一种液晶显示器包括有一液晶屏幕，具有多个显示区域；多个背光源，对应于该多个显示区域；一背光驱动电路，用来控制该多个背光源以多个背光亮度开启；一时序控制器，用来接收具有多个补偿影像亮度的一补偿影像数据；以及一区域调光电路，用来接收一影像数据，并执行上述的亮度补偿方法。
在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。
附图说明
图1为本发明实施例一液晶显示器的示意图。
图2为本发明实施例一亮度补偿流程的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10                       液晶显示器
100                      液晶屏幕
102                      背光驱动电路
104                      时序控制器
106                      区域调光电路
BL1～BLx                 背光源
ID                       影像数据
CID                      补偿影像数据
D1～Dx                   责任周期
20                       流程
200～212                 步骤
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一液晶显示器10的示意图。如图1所示，液晶显示器10包括有一液晶屏幕100、背光源BL1～BLx、一背光驱动电路102、一时序控制器104以及一区域调光(local dimming)电路106。简单来说，液晶屏幕100具有显示区域DA1～DAx，背光源BL1～BLx较佳为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)形式的背光源，分别位在显示区域DA1～DAx正后方提供背光，区域调光电路106可接收一影像数据ID，再根据影像数据ID指示背光驱动电路102控制背光源BL1～BLx以背光亮度BLI1～BLIx开启，并产生补偿影像数据CID予时序控制器104，使得时序控制器104控制液晶屏幕100显示补偿影像数据CID。
详细来说，液晶显示器10的亮度补偿操作，可归纳为一亮度补偿流程20，如图2所示，其包括以下步骤：
步骤200：开始。
步骤202：根据影像数据ID，对液晶显示器10的显示区域DA1～DAx进行区域调光，以控制显示区域DA1～DAx的背光源BL1～BLx以背光亮度BLI1～BLIx开启。
步骤204：根据漏光系数(leakage coefficient)LC1～LCz，计算显示区域DA1～DAx的总合背光亮度TBLI1～TBLIx。
步骤206：根据总合亮度TBLI1～TBLIx及一背光扫描比例(backlightscanning ratio)，计算显示区域DA1～DAx的实际背光亮度ABLI1～ABLIx。
步骤208：分别将背光源BL1～BLx完全开启时的最大背光亮度MBLI1～MBLIx除以实际背光亮度ABLI1～ABLIx，以产生补偿增益CG1～CGx。
步骤210：以补偿增益CG1～CGx对影像数据ID对应的显示区域DA1～DAx的影像亮度II1～IIy进行补偿后，以补偿影像亮度CII1～CIIy显示补偿影像数据CID。
步骤212：结束。
根据亮度补偿流程20，当接收影像数据ID后，区域调光电路106会根据影像数据ID，对液晶显示器10的显示区域DA1～DAx进行区域调光，以指示背光驱动电路102控制显示区域DA1～DAx的背光源BL1～BLx以背光亮度BLI1～BLIx开启。例如区域调光电路106可统计显示区域DA1～DAx中每一画素的最大影像亮度后制成柱形图(histogram)，据以根据影像数据ID对应于显示区域DA1～DAx全部画素的影像亮度II1～IIy，决定开启背光源BL1～BLx的背光亮度BLI1～BLIx的强度(即显示区域DA1～DAx中总影像亮度较强者，其所对应的背光源以较强背光亮度开启，而显示区域DA1～DAx中总影像亮度较弱者，其所对应的背光源以较弱背光亮度开启)，以节省耗电量。其中，区域调光电路106可根据影像数据ID对应于显示区域DA1～DAx的影像亮度II1～IIy，产生责任周期(duty cycle)D1～Dx予背光驱动电路102，使得背光驱动电路102以责任周期D1～Dx的长度控制背光源BL1～BLx以背光亮度BLI1～BLIx开启，例如以脉波宽度调变(pulse width modulation，PWM)或其它方式调变背光源BL1～BLx的背光亮度BLI1～BLIx的强度。
接着，由于显示区域DA1～DAx在显示影像时，各显示区域周围显示区域所对应的背光源也会提供背光(即漏光)，并非只单纯由所对应的各背光源提供各显示区域背光，因此区域调光电路106可根据漏光系数(leakagecoefficient)LC1～LCz，计算显示区域DA1～DAx的总合背光亮度TBLI1～TBLIx，例如将背光亮度BLI1～BLIx与漏光系数LC1～LCz进行旋积(convolution)，以计算显示区域DA1～DAx的总合背光亮度TBLI1～TBLIx(即将各显示区域周围显示区域所对应的背光亮度乘上对此显示区域的漏光系数后，连同各显示区域所对应背光亮度进行加总)。
然后，由于将区域调光技术搭配背光扫描(scanning backlight)技术实施时，背光驱动电路102会根据一背光扫描比例，将正在进行影像显示的显示区域外的其它显示区域选择性进行关闭，因此区域调光电路106会再根据总合亮度TBLI1～TBLIx及该背光扫描比例，计算显示区域DA1～DAx的实际背光亮度ABLI1～ABLIx，即将上述背光源BL1～BLx持续开启下所计算得到的总合亮度TBLI1～TBLIx，乘上背光扫描对背光源BL1～BLx关闭的比例，得到区域调光技术搭配背光扫描技术实施时显示区域DA1～DAx的实际背光亮度ABLI1～ABLIx。
最后，背光驱动电路102再分别将背光源BL1～BLx完全开启时的最大背光亮度MBLI1～MBLIx除以实际背光亮度ABLI1～ABLIx，以产生补偿增益CG1～CGx。因此，背光驱动电路102可以补偿增益CG1～CGx对影像数据ID对应的显示区域DA1～DAx的影像亮度II1～IIy进行补偿后，再由时序控制器104以补偿影像亮度CII1～CIIy控制液晶屏幕100显示补偿影像数据CID。换言之，由于补偿增益CG1～CGx是正常状态下最大背光亮度MBLI1～MBLIx与进行区域调光及背光扫描下实际背光亮度ABLI1～ABLIx的比值，因此以影像亮度II1～IIy乘上补偿增益CG1～CGx所得的影像亮度CII1～CIIy显示补偿影像数据CID时，使用者不会因区域调光及背光扫描感觉所显示影像较暗。
在此情形下，本发明不只考虑区域调光将部分显示区域亮度降低所造成的背光亮度损失，而且考虑背光扫描对背光源不持续开启(即背光扫描比例)所造成的背光亮度损失算出实际背光亮度ABLI1～ABLIx后，才对显示区域DA1～DAx中全部画素的影像亮度II1～IIy乘上补偿增益CG1～CGx以得到补偿影像亮度CII1～CIIy。如此一来，本发明可通过增加影像亮度精确地补偿区域调光及背光扫描所造成的背光亮度损失(如时序控制器104可增加源极控制信号强度以增加液晶偏振导通光线的程度)，使得使用者不会因区域调光及背光扫描感觉所显示影像较暗。
值得注意的是，本发明的主要精神在于同时考虑区域调光将部分显示区域亮度降低及背光扫描对背光源不持续开启所造成的背光亮度损失，在算出实际背光亮度ABLI1～ABLIx后再据以增加影像亮度以补偿区域调光及背光扫描所造成的背光亮度损失，使得使用者不会因区域调光及背光扫描感觉所显示影像较暗。本领域普通技术人员当可据以进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，区域调光电路106可整合在主芯片中，但也可独立实施。此外，在上述实施例中，步骤202的实施方式直接以统计显示区域DA1～DAx中每一画素的最大影像亮度后，再决定开启背光源BL1～BLx的背光亮度BLI1～BLIx的强度，在其它实施例中，步骤202也可根据影像数据ID与前一影像数据ID′(如前一帧，frame)的实际背光亮度ABLI1′～ABLIx′，以递归(recursive)方式决定背光源BL1～BLx的背光亮度BLI1～BLIx的强度。
详细来说，区域调光电路106可先正规化(normalize)通过步骤206在前一影像数据ID′所得的实际背光亮度ABLI1′～ABLIx′，再根据影像数据ID对应的显示区域DA1～DAx的影像亮度II1～IIy与前一影像数据ID′的实际背光亮度ABLI1′～ABLIx′的差制成柱形图，然后据以决定背光亮度偏移(offset)OF1～OFx。接着，区域调光电路106以背光亮度偏移OF1～OFx对前一影像数据ID′的背光亮度BLI1′～BLIx′进行补偿，以控制背光源BL1～BLx以背光亮度BLI1～BLIx开启。在此情况下，由于显示区域DA1～DAx在显示影像时，各显示区域周围显示区域所对应的背光源也会提供背光，因此考虑漏光所得的背光亮度较为准确，而影像亮度II1～IIy与前一影像数据ID′的实际背光亮度ABLI1′～ABLIx′的差即指示前一影像数据ID′所使用的背光亮度BLI1′～BLIx′需改变以得到适当显示影像数据ID的背光亮度BLI1～BLIx的程度(如据以改变用于前一帧的责任周期D1′～Dx′的长度以得到用于目前帧的责任周期D1～Dx)。如此一来，本实施例可以递归方式准确决定区域调光时背光源BL1～BLx的背光亮度BLI1～BLIx的强度。
在公知技术中，区域调光技术将部分显示区域的背光亮度降低，然后在假设全部背光源都一直开启的情况下进行亮度补偿，并未考虑到背光扫描技术将部分显示区域选择性关闭所造成的亮度损失，因此当区域调光技术搭配背光扫描技术实施时，使用者仍会感觉所显示影像较暗。相较之下，本发明同时考虑区域调光将部分显示区域亮度降低及背光扫描对背光源不持续开启所造成的背光亮度损失，在算出实际背光亮度ABLI1～ABLIx后再据以增加影像亮度以补偿区域调光及背光扫描所造成的背光亮度损失，使得使用者不会因区域调光及背光扫描感觉所显示影像较暗。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种亮度补偿方法，用于一液晶显示器中，其特征在于，包括有：
根据一影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的多个背光源以多个背光亮度开启；
根据多个漏光系数，计算该多个显示区域的多个总合背光亮度；
根据该多个总合亮度及一背光扫描比例，计算该多个显示区域的多个实际背光亮度；
分别将该多个背光源完全开启时的多个最大背光亮度除以该多个实际背光亮度，以产生多个补偿增益；以及
以该多个补偿增益对该影像数据对应的该多个显示区域的多个影像亮度进行补偿后，以多个补偿影像亮度显示一补偿影像数据。
2.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其特征在于，根据该影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的该多个背光源以该多个背光亮度开启的步骤包括有：
根据该影像数据对应于该多个显示区域的该多个影像亮度，决定开启该多个背光源的该多个背光亮度的强度。
3.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其特征在于，根据该影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的该多个背光源以该多个背光亮度开启的步骤包括有：
根据该影像数据，以多个责任周期的长度控制该多个背光源以该多个背光亮度开启。
4.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其特征在于，根据该多个漏光系数，计算该多个显示区域的该多个总合背光亮度的步骤包括有：
将该多个背光强度与多个漏光系数进行旋积，以计算该多个显示区域的多个总合背光亮度。
5.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其特征在于，根据该影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的该多个背光源以该多个背光亮度开启的步骤包括有：
根据该影像数据与前一影像数据的多个实际背光亮度，以递归方式决定该多个背光亮度的强度。
6.如权利要求5所述的亮度补偿方法，其特征在于，根据该影像数据，对该液晶显示器的多个显示区域进行区域调光，以控制该多个显示区域的该多个背光源以该多个背光亮度开启的步骤包括有：
根据该影像数据对应的该多个显示区域的该多个影像亮度与前一影像数据的多个实际背光亮度的差，决定多个背光亮度偏移。
7.如权利要求6所述的亮度补偿方法，其特征在于，还包括有：
以该多个背光亮度偏移对前一影像数据的多个背光亮度补偿，以控制该多个背光源以该多个背光亮度开启。
8.如权利要求6所述的亮度补偿方法，其特征在于，还包括有：
在计算该多个影像亮度与该前一影像数据的该多个实际背光亮度的差前，正规化该前一影像数据的该多个实际背光亮度。
9.一种区域调光电路，其特征在于，用于一液晶显示器中，耦接于一时序控制器及一背光驱动电路，用来接收一影像数据，并执行如权利要求1所述的亮度补偿方法。
10.一种液晶显示器，其特征在于，包括有：
一液晶屏幕，具有多个显示区域；
多个背光源，对应于该多个显示区域；
一背光驱动电路，用来控制该多个背光源以多个背光亮度开启；
一时序控制器，用来接收具有多个补偿影像亮度的一补偿影像数据；以及
一区域调光电路，用来接收一影像数据，并执行如权利要求1所述的亮度补偿方法。
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