CN106205499B - 用于改善画面质量的显示装置及驱动该显示装置的方法 - Google Patents

用于改善画面质量的显示装置及驱动该显示装置的方法 Download PDF

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Abstract

用于改善画面质量的显示装置及驱动该显示装置的方法。本发明涉及一种显示装置以及用于驱动该显示装置的方法，该显示装置能够通过以关联的方式考虑观看环境、观看距离和图像特性为观众提供最佳亮度和可视性。所述用于驱动显示装置的方法包括以下步骤：通过以关联的方式应用环境照度、环境温度和与用户相距的观看距离的被感测结果来确定最终亮度；根据所确定的最终亮度来调节所述显示装置的亮度；以及计算来自输入图像的加权平均画面电平，根据所计算出的WAPL来计算每个灰度的差分增益，通过将所计算出的每个灰度的差分增益应用于所述输入图像来校正所述输入图像并且输出经校正后的输入图像。

Description

用于改善画面质量的显示装置及驱动该显示装置的方法
技术领域
本发明涉及一种显示装置以及用于驱动该显示装置的方法，其能够通过以关联的方式考虑观看环境、观看距离和图像特性为观众提供最佳亮度和可视性。
背景技术
区别于IT/移动装置或TV，户外显示装置在各种周围环境和用户环境中使用，并且需要在1500nit(尼特)至2000nit的范围内显示具有高亮度的图像。例如，因为户外显示装置安装在白天和黑夜的极端环境，所以户外显示装置被暴露于非常高的环境照明到非常低的环境照明和非常高的温度到非常低的温度。此外，最近的户外显示装置已结合的IoT(事物因特网)和发展到附接至触摸屏的形式，诸如个人装置。因此，户外显示装置在具有各种观看距离(包括户外显示装置与用户之间很短的距离至很长的距离)的环境中使用。
因此，有必要根据周围环境和用户环境来控制户外显示装置的画面质量。但是，当现有技术的用于控制的显示装置的画面质量的方法被应用到户外显示装置时，产生以下问题。
例如，在现有技术的液晶显示器(LCD)使用根据照度或温度控制亮度的方法，根据观看距离控制亮度的方法或者根据输入图像的平均亮度校正伽马的方法作为画面质量控制技术。
然而，当LCD仅根据照度来控制亮度时，LCD的基于温度的亮度退化特性不会被反映在亮度控制中并且高亮度在观看距离很短时会引起眩光，因此，无法提供适合于观众的亮度。当LCD仅根据观看距离来控制亮度时，当环境照度非常高时，由于低亮度，输出图像的可视性大大降低。此外，当LCD仅根据照明或观看距离来控制亮度时，图像特性不会反映在亮度控制中，因而在图像具有低亮度输出的情况下，灰度捆绑可根据输出图像发生，从而导致图像失真。当仅根据输入图像的平均亮度来控制伽马校正时，可视性由于周围环境和观看距离没有被考虑而降低，并且在黑色背景上具有突出显示部分的图像的亮度由于低平均亮度而劣化，从而导致画面质量下降。
如上所述，现有技术的LCD的画面质量控制技术不适合于户外显示装置，因为这些技术没有以关联方式考虑观看环境、观看距离和图像特性，从而可能输出不适合观众的亮度或者可能出现图像失真。
此外，除户外显示装置外，可以在包括有机发光二极管(OLED)显示器和LCD的各种显示装置中甚至在用于各种目的的显示装置中产生上述问题。因此，本发明不限于LCD或户外显示装置。
发明内容
本发明的目的在于解决这个问题的显示装置以及用于驱动该显示装置的方法，该显示装置能够通过以关联的方式考虑观看环境、观看距离和图像特性为观众提供最佳亮度和可视性。
在本发明的一个方案中为实现上述目的，一种用于驱动显示装置的方法，所述方法包括以下步骤：通过以关联的方式应用环境照度、环境温度和与用户相距的观看距离的被感测结果来确定最终亮度；根据所确定的最终亮度来调节所述显示装置的亮度；以及计算来自输入图像的加权平均画面电平WAPL，根据所计算出的WAPL来计算每个灰度的差分增益，通过将所计算出的每个灰度的差分增益应用于所述输入图像来校正所述输入图像并且输出经校正后的输入图像。
本发明可通过根据最终亮度来调节液晶显示器的背光单元的亮度或调节有机发光二极管显示装置的最大伽马电压，控制所述显示装置的亮度。
在本发明的另一个方案中，一种显示装置，所述显示装置包括：周围环境感测单元，所述周围环境感测单元用于感测环境照度和环境温度并且是输出所感测到的环境照度和环境温度；观看距离感测单元，所述观看距离感测单元用于感测与用户相距的观看距离并且输出所感测到的观看距离；亮度控制器，所述亮度控制器通过应用所感测到的环境照度、环境温度和观看距离来确定最终亮度；并且根据所确定的最终亮度来调节所述显示装置的亮度；以及图像处理器，所述图像处理器用于计算来自输入图像的加权平均画面电平WAPL，根据所计算出的WAPL来计算每个灰度的差分增益，通过将所计算出的每个灰度的差分增益应用于所述输入图像来校正所述输入图像并且输出经校正后的输入图像；以及面板驱动器，所述面板驱动器用于在显示面板上显示从所述图像处理器输出的经校正后的图像。
所述亮度控制器可以根据所感测到的环境照度来设置最大亮度；根据所感测到的环境温度有选择地校正所述最大亮度；并且通过根据所感测到的观看距离对所述有选择地校正的最大亮度进行进一步有选择地校正来确定所述最终亮度。
所述亮度控制器可以通过方程式“A＝1.65×环境照度+121.83”来设置根据所感测到的环境照度的所述最大亮度A。
所述最大亮度A可以被校正为使得根据所感测到的环境温度减小的亮度仅在所感测到的环境温度超过预定的温度范围的情况下被补偿，并且所述最大亮度A在其它情况下不被校正。
可以考虑到所述有选择地校正的最大亮度A、所感测到的观看距离和所述显示装置的显示区域，根据方程式“B＝(观看距离0.46×A)÷显示区域”来确定所述最终亮度B。
根据本发明的显示装置可以包括用于向与所述显示面板对应的液晶显示面板发射光的背光单元以及用于驱动所述背光单元的背光驱动器，其中，所述亮度控制器通过向所述背光驱动器提供根据最终亮度的亮度控制信号来调节所述背光单元的亮度。
根据本发明的显示装置的显示面板可以是有机发光二极管显示面板，其中，所述亮度控制器通过根据所述最终亮度对在所述面板驱动器中所使用的最大伽马电压进行调节来控制所述有机发光二极管显示面板的亮度。
根据本发明的显示装置以及驱动该显示装置的方法能够通过以组合的方式考虑观看环境、观看距离和图像特性提供基于观看环境和观看距离的最佳亮度，并且根据图像特性输出具有改善的对比度、亮度和饱和度的图像，由此提供高可视性且改善画面质量。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的LCD的框图。
图2是示出图1所示的各子像素的构造的等效电路。
图3是示出用于驱动根据本发明一个实施方式的LCD的方法的流程图。
图4是使用被应用于图1所述的图像处理器的WAPL的增益曲线图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施方式的LCD的框图。图2是示出图1所示的各子像素的构造的等效电路，图3是示出用于驱动图1所示亮度控制器和图像处理器的方法的流程图。
图1所示的LCD可以包括定时控制器10、数据驱动器20和选通驱动器30(定时控制器10、数据驱动器20和选通驱动器30与面板驱动单元对应)、显示面板40、伽马电压发生器50、周围环境感测单元60、观看距离感测单元70、亮度控制器80、背光驱动器90、背光单元100和电源(未示出)。
显示面板40可以包括在其上形成滤色器阵列的滤色器基板，在其上形成薄膜晶体管阵列的薄膜晶体管基板，***在滤色器基板与薄膜晶体管基板之间的液晶层和分别附接到滤色器基板和薄膜晶体管基板的外侧的偏振器。显示面板40可以通过像素矩阵显示图像。每个像素可以由红色(R)子像素、绿(G)色子像素和蓝(B)子像素构成，并且可以另外包括白(W)色子像素，白(W)色子像素具有比RGB子像素更高的亮度功效。
如图2所示，每个子像素包括联接到选通线GL和数据线DL的薄膜晶体管(TFT)以及与薄膜晶体管TFT并联连接的液晶电容器Clc和存储电容器Cst。液晶电容器Clc对通过薄膜晶体管TFT供给到像素电极的数据信号与提供给公共电极的公共电压Vcom之间的差分电压进行充电，并且通过根据充电的电压驱动液晶来控制光透射率。存储电容器Cst对在液晶电容器Clc中充电的电压进行保持。
数据驱动器20从定时控制器10接收数据控制信号DCS和图像数据DATA'。数据驱动器20由数据控制信号DCS驱动以将从伽马电压发生器50提供的基准电压集合分割成与数据的灰度值分别对应的灰度电压，并且使用分段的灰度电压将数字图像数据DATA'转换成模拟图像数据信号。
数据驱动器20由多个分别驱动显示面板40的数据线的数据驱动器IC组成。数据驱动器20可以安装在例如TCP(带载封装)、COF(覆晶薄膜)和FPC(柔性印刷电路)的电路薄膜上并且通过TAB(带式自动接合)附接到显示面板40或根据COG(覆晶玻璃)安装在显示面板40上。
选通驱动器30使用从定时控制器10提供的选通控制信号GCS来驱动显示面板40的多个选通线。选通驱动器30响应于选通控制信号在对应的扫描时段向每个选通线提供栅极导通电压并且在剩余时段提供栅极截止电压。选通驱动器30可以从定时控制器10接收选通控制信号GCS或经由数据驱动器20从定时控制器10接收选通控制信号GCS。选通驱动器30可以包括至少一个栅极IC并且可以被安装在例如TCP、COF和FPC的电路薄膜上且通过TAB附接到显示面板40或根据COG安装在显示面板40上。另选地，通过与构成显示面板40的像素阵列的薄膜晶体管阵列一起形成在薄膜晶体管基板上，可以将选通驱动器30设置为嵌入在显示面板40的非显示区中的GIP(板内选通)型。
背光单元100使用例如CCFL和EEFL的荧光灯或者包括LED的直下式或边缘式背光作为光源。直下式背光包括被布置在整个显示区域中以面对显示面板40的背面的光源、设置在光源上的导光板以及多个光学片。从光源发出的光通过光学片被输入到显示面板40。边缘式背光包括面对显示面板40的背面的导光板、被布置为面对导光板的至少一个边缘的光源以及被布置在导光板上的多个光学片。从光源发出的光通过导光板转换成表面光，并通过光学片输入到显示面板40。
背光驱动器90通过根据来自亮度控制器80的亮度控制信号生成具有占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号并且提供与PWM信号对应的光源驱动驱动信号，来驱动背光单元100。背光驱动器90可以基于垂直同步信号生成PWM信号，所述垂直同步信号是从外部***或定时驱动器20输入的、用于使背光单元100和显示面板40不同的帧识别信号。
亮度控制器80通过考虑由周围环境感测单元60感测到的周围环境和由观看距离感测单元70感测到的观看距离来控制背光单元100的亮度。周围环境感测单元60包括用于感测环境照度的照度传感器62和用于感测环境温度的温度传感器64。距离感测单元70可以使用距离传感器来感测显示面板40与观众之间的观看距离且输出感测到的观看距离，或者根据附接到显示面板40的触摸屏(未示出)是否是操作来确定观看距离且输出所述观看距离。
参考图3，亮度控制器80根据由照度传感器62感测到的环境照度来设置亮度(S2)，根据由温度传感器64感测到的环境温度来有选择地校正亮度(S4)，根据由观看距离感测单元70感测到的观看距离来进一步有选择地校正亮度以确定最终亮度(S6)，并且根据所确定的最终亮度来控制背光单元100的亮度。
由于环境照度大大地影响显示装置的可视性，因此亮度控制器80首先根据由照度传感器62感测到的环境照度的强度来设置最大亮度(S2)。
例如，当环境照度为高时，最大亮度被设置为高级别，因为当显示装置的亮度为低时可视性显著下降。当环境照度为低时，最大亮度被设置为低级别，因为当显示装置的亮度为高时可视性过度地增加并且功率消耗增加。例如，当环境照度为低(50lux(勒克斯)的平均照度)时，最大亮度在傍晚时可以被设置为204nit；当环境照度高于1000lux时，最大亮度在多云的白天可以被设置为1772nit(50lux的平均照度)或者被设置为2000nit。
亮度控制器80可使用方程式1来确定亮度值A(即根据照度的强度的最大亮度)。
<方程式1>
根据照度的亮度值A＝1.65×照度+121.83
随后，亮度控制器80根据由温度传感器64感测到的环境温度有选择地校正最大亮度A(S4)。当LCD的环境温度极低(例如低于-10℃)或极高(例如高于70℃)时，不考虑背光输出功率，可减少约20％的LCD的亮度。为了防止这种情况，当温度传感器64感测到的环境温度超过预定的温度范围时，亮度控制器80通过使用预定的校正值校正最大亮度A来补偿由于环境温度而引起的亮度下降。例如，如果在环境照度为50lux且室温的情况下，适当的最大亮度是204nit，则在环境照度为50lux的冬天，204nit的最大亮度被校正为245nit以补偿由于低温而引起的亮度下降。
当感测到的环境温度不超过预定的温度范围时，亮度控制器80不根据环境温度校正最大亮度A。
随后，通过根据由观看距离感测单元70感测到的观看距离来有选择地控制已被校正或者未被校正的最大亮度A(S6)，亮度控制器80防止观众的眩光。当观看距离很短(例如，75cm以内或当执行触摸功能时)时，亮度控制器80进一步控制已被校正或者未被校正的最大亮度A，使得观众不会遭受由于眩光而引起的眼疲劳。
例如，1500nit至2000nit范围内的亮度或高于2500nit的亮度可应用于户外显示装置。另外，由于户外显示装置与IoT结合并发展为具有与其附接的触摸屏的显示器，因此用户在其附近将使用具有高亮度的户外显示装置。因此，当用户在短距离内使用具有高亮度的户外显示装置时，由于眩光引起的用户的眼疲劳急剧增加。另外，即使显示装置具有相同的亮度，具有更大的显示区域的显示装置也会被认为是明亮的显示，从而导致眼疲劳增加。
为了防止观众遭受由于眩光引起的眼疲劳，亮度控制器80考虑到最大亮度A来计算根据观众距离的亮度值B，并且将计算出的亮度值B确定为最终最大亮度，根据观众距离的亮度值B，所述最大亮度A基于环境照度设置的并且基于环境温度、由观看距离感测单元70感测到的观看距离和LCD的显示区域(如方程式2所表示的)来有选择地校正。
<方程式2>
根据观看距离的亮度值B＝(观看距离0.46×A)÷显示区域
根据所确定的最终最大亮度B，通过输出亮度控制信号(调光信号)，亮度控制器80控制背光单元100的亮度(S8)。
例如，当用户从75cm远的距离观看户外显示装置进行信息检索时，最大亮度可以被设置为215nit(@50lux(勒克斯))和1861nit(@1000lux)，并且当用户在35cm的观看距离内接近户外显示装置和触摸信该户外显示装置进行息检索时，最大亮度可以被设置为减少到151nit(@50lux)和1311nit(@1000lux)。
定时控制器10从外部主机***接收图像数据DATA和定时信号TCS。定时控制器使用输入的定时信号TCS控制数据驱动器20和选通驱动器30的驱动定时，根据图像特性校正图像数据DATA并输出校正后的图像数据DATA到数据驱动器20。为此，定时控制器10包括控制信号发生器102和图像处理器104。
控制信号发生器102使用输入的定时信号TCS来生成数据控制信号DCS和选通控制信号GCS，并且向数据驱动器20和选通驱动器30分别输出数据控制信号DCS和选通控制信号GCS。输入到控制信号发生器102的定时信号TCS可以包括点时钟信号、数据使能信号、垂直同步信号和水平同步信号。这里，垂直同步信号和水平同步信号可以省略。当省略了垂直同步信号和水平同步信号时，控制信号发生器102可，通过根据点时钟信号对数据使能信号进行计数生成垂直同步信号及水平同步信号。数据控制信号DCS可以包括用于控制数据驱动器20的驱动的源起始脉冲信号、源取样时钟信号、极性控制信号和源输出使能信号。选通控制信号GCS可以包括用于控制所述选通驱动器30的驱动的选通起始脉冲信号、选通移位时钟信号和选通输出使能信号。
在显示装置的亮度降低的情况下，如上所述，非线性伽玛的应用可在图像中生成灰度捆绑，图像直方图变化的应用可能使饱和度恶化，而平均画面电平(APL)的应用由于低APL可降低具有高对比度的图像的亮度。
为了解决这个问题，根据本发明的图像处理器104可以使用来自输入的图像数据DATA的加权平均画面电平(WAPL)来提高分析方法的精确度，并且通过使用根据WAPL获得的S形增益曲线来应用图像数据DATA的每个灰度的差分增益根据图像特性对图像数据进行校正，以改善灰度差异化、对比度和饱和度。图像处理器104可以包括在定时控制器10中(如图1所示)，或位于定时控制器10的输入端并应用于诸如图像处理引擎的***芯片。
图像处理器104使用公式3根据输入图像数据DATA的灰度值来计算每帧的WAPL(S12)。
<方程式3>
这里，N表示包括在单位帧内的子像素的数量并且Gray表示各子像素的输入灰度。
图像处理器104根据计算出的WAPL确定一帧增益，并且如图4所示，通过将显示装置的伽玛曲线和一帧增益相乘，根据输入图像的灰度0到255获得具有差分增益α和β的S形的增益曲线图。图像处理器104根据S形增益曲线图，通过应用取决于输入图像的灰度0到255的差分增益α和β来校正图像数据DATA并且输出校正后的图像数据DATA(S16)。
参考图4，根据S形增益曲线图将低增益α应用于低灰度和将高增益β应用于高灰度，并且由于拐点NP控制饱和度补偿，因此S形增益曲线的拐点NP根据图像特性而变化。这里，α控制低灰度区域的对比度增强的程度，并且可以在0.9至1.3的范围内设置。当低灰度表现随着α降低而降低时，亮度增加；而当低灰度表现随着α增加而增加时，亮度降低。β控制中间灰度区域的对比度增强的程度，并且可以在1.3至1.7的范围内设置。当低灰度表现随着β降低而增加时，亮度降低；而当低灰度表现随着β增加而降低时，亮度增加。NP可在100至200的范围内设置已进行饱和补偿控制。饱和度随着NP降低而增加，并且该饱和度随着NP增加而降低。因为根据NP、α和β的控制生成了折衷，因此根据输入的图像分析结果得出了NP、α和β的适当值。
根据本发明的一个实施方式，LCD的输出图像变得比输入图像更亮，输入图像的可视性由于对比度增加和饱和度也增加而得到了改善。
虽然在本发明的实施方式中例示了LCD，但是本发明也适用于OLED显示器装置。具体地，LCD的组件(除背光驱动器90和背光单元100外)可应用到OLED显示装置。在这种情况下，应用到OLED显示装置的亮度控制器80通过根据基于周围环境及观看距离确定的最大亮度控制最大伽玛电压EVDD来调节亮度。此外，为了降低功耗，OLED显示装置可进一步根据WAPL控制最大亮度。
如上所述，根据本发明的显示装置通过感测包括环境照度和环境温度以及观看距离的周围环境，并且基于感测到的环境照度和环境温度有机地调节显示装置的亮度，可以根据周围环境及观看距离提供最佳亮度。此外，根据本发明的显示装置可以通过将基于使用WAPL的图形分析结果的S形增益曲线应用于图像数据来校正图像数据，以便改善根据图像图像特性的灰度差异化、对比度和饱和度，由此为观众提供具有增强的可视性和画面质量的图像。
本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明可以以不同于本文阐述的其它具体方式来实现。因此，上述实施方式被解释为在所有方面都是说明性的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上面的描述来确定，并且流浪者所附权利要求的含义和等效范围内的所有改变都旨在被包含在本发明中。
本申请要求在2015年5月28日提交的韩国专利申请No.10-2015-0074986的优先权，通过引用将该韩国专利申请的内容合并到本文中，如同在本文中全面阐释一般。

Claims (9)

1.一种用于驱动显示装置的方法，所述方法包括以下步骤：
通过应用环境照度、环境温度和与用户相距的观看距离的感测的结果来确定所述显示装置的亮度控制器的最终亮度B；
根据所确定的最终亮度B来调节所述显示装置的亮度；以及
计算来自输入图像的加权平均画面电平WAPL，根据所计算出的WAPL计算每个灰度的差分增益，通过将所计算出的每个灰度的差分增益应用于所述输入图像来校正所述输入图像并且输出经校正后的输入图像，
其中，确定最终亮度B的步骤包括：
根据所感测到的环境照度来设置所述亮度控制器的最大亮度A；
根据所感测到的环境温度有选择地校正所述最大亮度A；以及
通过根据所感测到的观看距离对所述有选择地校正的最大亮度A进行进一步有选择地校正来确定所述最终亮度B。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据方程式“A＝1.65×环境照度+121.83”来设置根据所感测到的环境照度的所述最大亮度A。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述最大亮度A被校正为使得根据所感测到的环境温度减小的所述显示装置的亮度仅在所感测到的环境温度超过预定的温度范围的情况下被补偿，并且所述最大亮度A在其它情况下不被校正。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，考虑到所述有选择地校正的最大亮度A、所感测到的观看距离和所述显示装置的显示区域，根据方程式“B＝(观看距离0.46×A)÷显示区域”来确定所述最终亮度B。
5.根据权利要求1至4中的一个权利要求所述的方法，其中，通过根据所述最终亮度B对液晶显示器的背光单元的亮度进行调节或者对有机发光二极管显示装置的最大伽马电压进行调节来控制所述显示装置的所述亮度。
6.一种显示装置，所述显示装置包括：
周围环境感测单元，所述周围环境感测单元用于感测环境照度和环境温度并且输出所感测到的环境照度和环境温度；
观看距离感测单元，所述观看距离感测单元用于感测与用户相距的观看距离并且输出所感测到的观看距离；
亮度控制器，所述亮度控制器通过应用所感测到的环境照度、环境温度和观看距离来确定所述显示装置的亮度控制器的最终亮度B；并且根据所确定的最终亮度B来调节所述显示装置的亮度；以及
图像处理器，所述图像处理器用于计算来自输入图像的加权平均画面电平WAPL，根据所计算出的WAPL计算每个灰度的差分增益，通过将所计算出的每个灰度的差分增益应用于所述输入图像来校正所述输入图像并且输出经校正后的输入图像；以及
面板驱动器，所述面板驱动器用于在显示面板上显示从所述图像处理器输出的经校正后的图像，
其中，所述亮度控制器根据所感测到的环境照度来设置所述亮度控制器的最大亮度A；根据所感测到的环境温度有选择地校正所述最大亮度A；并且通过根据所感测到的观看距离对所述有选择地校正的最大亮度A进行进一步有选择地校正来确定所述最终亮度B。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其中，所述亮度控制器通过方程式“A＝1.65×环境照度+121.83”来设置根据所感测到的环境照度的所述最大亮度A，
其中，所述最大亮度A被校正为使得根据所感测到的环境温度减小的所述显示装置的亮度仅在所感测到的环境温度超过预定的温度范围的情况下被补偿，并且所述最大亮度A在其它情况下不被校正，
其中，考虑到所述有选择地校正的最大亮度A、所感测到的观看距离和所述显示装置的显示区域，根据方程式“B＝(观看距离0.46×A)÷显示区域”来确定所述最终亮度B。
8.根据权利要求6或7所述的显示装置，所述显示装置还包括用于向与所述显示面板对应的液晶显示面板发射光的背光单元以及用于驱动所述背光单元的背光驱动器，
其中，所述亮度控制器通过向所述背光驱动器提供根据最终亮度B的亮度控制信号来调节所述背光单元的亮度。
9.根据权利要求6或7所述的显示装置，其中，所述显示面板是有机发光二极管显示面板，
其中，所述亮度控制器通过根据所述最终亮度B对所述面板驱动器中所使用的最大伽马电压进行调节来控制所述有机发光二极管显示面板的亮度。
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