CN1702519A - 液晶显示器件的亮度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在液晶显示器件中控制亮度的装置和方法，包括：具有至少两个指定区域的一液晶显示板；至少两个灯单元，用于向所述液晶显示板的所述指定区域照射光；一运算单元，用于搜索在所述液晶显示板的各指定区域内的图像像素，以提取所述像素的灰度值的峰值，并且计算各指定区域的平均峰值；以及一灯驱动器，设计为控制根据所述平均峰值向各指定区域照射光的灯单元。

Description

液晶显示器件的亮度控制装置及方法

本申请要求2004年5月27日在韩国申请的第P2004-37769号韩国专利申请的权益，该申请在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器件的亮度控制装置和方法，特别是涉及一种在液晶显示器件中能够通过有选择地驱动灯而减少功耗和改善图像质量的亮度控制装置和方法。

背景技术

由于液晶显示器件的诸多优点，例如轻、薄及低功耗等，使得液晶显示器件(LCD)的应用范围持续扩大。通常，LCD主要用于办公室自动化设备、音频/视频设备以及类似设备中。LCD根据图像信号调整光束的透过率，从而在荧光屏上显示所需的图像。

由于LCD不是一种自发光的显示器件，因此LCD器件通常使用一背光单元作为光源。现在有两种用于LCD的背光单元，一种是直下式，一种是导光板式。在直下式中，多个灯设置在平面内并将散射板安装在灯和液晶显示板之间以固定液晶显示板与灯之间的距离。在导光板式中，灯安装在LCD器件外部并用透明的导光板提供/引导光，使光入射到液晶显示板的整个表面。

图1和图2描述了现有技术中具有直下式背光的LCD。参照图2，该器件包括一液晶显示板2以显示图像，以及一直下式背光单元以向液晶显示板2上照射均匀光线。

在液晶显示板2上，液晶单元(未示出)设置在一上基板和一下基板之间。在有源矩阵型显示板中设置有一公共电极和一像素电极。通常，对各液晶单元，一像素电极(末示出)形成在也称之为薄膜晶体管基板的下基板上，而公共电极(未示出)与上基板的前表面结合在一起。各像素电极都与用作开关器件的一薄膜晶体管相连接。像素电极与公共电极一起根据由薄膜晶体管所提供的数据信号驱动液晶显示板，从而显示对应于视频信号的图像。

直下式背光单元包括：多个彼此平行设置的灯36；位于灯36下方的一灯罩34；覆盖在灯罩34上的一散射板12；以及位于散射板12上的光学片10。

各灯36都包括充有惰性气体的玻璃管，以及安装在玻璃管相对两端的阴极和一阳极。玻璃管内充斥着惰性气体，磷光体涂覆在玻璃管的内壁。

在各灯36中，如果将来自于一个逆变器(未示出)的高电压的一交流AC波形施加到高压电极和低压电极上，那么电子就会从低压电极L中发射出来，以撞击在玻璃管里的惰性气体，从而电子的数量以几何级增加。增加的电子导致电流在玻璃管的内部流动，从而所述的惰性气体被电子激发而发射出紫外线。紫外线与涂覆在玻璃管内壁的发光的磷光体碰撞而发射出可见光。高电压的AC波形连续施加到灯36，因此灯总是开启的。

灯罩34防止从各灯中发射出的可见光泄漏并且将向灯36的侧、后表面行进的光线反射到前表面，即，朝向散射板12，从而提高灯36所发出光的效率。

散射板12引导从灯36发出的光使之朝向液晶显示板2并以大范围的角度入射。例如这可以通过在散射板12两面涂敷透明树脂来实现。

光学片10使从散射板12上发射出的光的视角变窄以增加前面的亮度并减小液晶显示器件的功耗。

反射片14设置在灯36和灯罩34之间以反射由灯36发出的光，以引导其朝向液晶显示板2，从而提高光的效率。

现有的LCD利用设置在灯罩34中的灯36发出均匀光并将其照射到液晶显示板2从而显示所需的图像。但是，现有技术LCD的灯是持续开启的，导致功耗大并且无法实现值亮度，这里的峰值亮度指的是为了在液晶显示板2上显示出一种看似***或闪亮的图像，液晶显示板2上的指定部分立即变亮。

发明内容

因此，本发明提出了一种在液晶显示器件中用于亮度控制的装置和方法，其充分解决了由于现有技术的限制和缺点所引起的一个或多个问题。

本发明的一个优点在于提供了一种通过有选择地驱动灯能够减少功耗和改善图像质量的装置和方法。

本发明另一特征和优点将在接下来的描述中提出，并且部分地体现出来，或者可以通过实践本发明而得出。本发明的目的和优点通过在说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构而获得和实现。

根据本发明的目的，提供了一种液晶显示器件的亮度控制装置，包括：液晶显示板；多个灯单元，各灯单元向所述液晶显示板的一指定区域提供光；一运算单元，其设计为计算在所述各指定区域内的像素的平均峰值；以及用于所述各灯单元的一灯驱动器，所述各灯驱动器设计为根据所述指定区域计算出的平均峰值控制提供光的所述灯单元。

本发明另一方面在于，一种在液晶显示器件中控制亮度的方法，包括：计算在所述液晶显示板中的指定区域内的像素的平均峰值；以及根据所述一指定区域计算出的平均峰值控制所述多个灯单元的亮度。

很显然，上面的一般性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求做进一步理解。

附图说明

本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施方式并与说明书一起解释本发明的原理。

附图中：

图1所示为现有技术的液晶显示器件的透视图；

图2所示为图1中沿线II-II’提取的截面图；

图3所示为根据本发明一实施方式的液晶显示器件的透视图；

图4所示为根据本发明一实施方式的被驱动的灯的另一类型；

图5所示为根据本发明一实施方式的液晶显示板划分为指定区域的图；

图6所示为根据本发明一实施方式的灯驱动器件的放大框图；

图7所示为根据本发明一实施方式的从脉宽调制(PWM)控制器中产生的波形图；

图8所示为根据本发明一实施方式的亮度控制装置的框图；

图9A到图9C所示为根据本发明实施方式的从脉宽调制(PWM)控制器中产生的另一波形图；以及

图10所示为根据本发明另一实施方式的亮度控制装置的框图。

具体实施方式

现在将详细说明本发明的优选实施方式，所示实施方式的实施例示于附图中。

图3为根据本发明一实施方式的液晶显示器件的透视图。参照图3，根据本发明一实施方式的液晶显示器件包括：一液晶显示板102；以及包含有多个灯单元136的一背光单元，各灯单元都向液晶显示板102所指定的区域照射光。

在液晶显示板102中，液晶单元(未示出)设置在一上基板和一下基板之间。在一有源矩阵类型的显示板中设置有一公共电极和像素电极。通常，对于各液晶单元，像素电极(未示出)形成在也被称为薄膜晶体管基板的下基板上，而公共电极(未示出)与上基板的前表面结合在一起。各像素电极与作为开关器件的薄膜晶体管相连接。像素电极与公共电极一起根据由薄膜晶体管中提供的数据信号驱动液晶显示板，从而显示对应于视频信号的图像。

背光单元包括：多个灯单元136；一灯罩134，用于支撑灯单元136；一散射板112，用于散射从灯罩134发出的光；以及光学片110，用于增加从散射板112上发出的光的效率。

如图10所示，各灯单元136包括：多个灯；一个运算单元，用于搜索(scan)所述液晶显示板102上指定区域的像素值；一查找表124，用于将从所述运算单元122计算出来的结果值变换成控制信号；以及一灯驱动器160，其根据所述控制信号驱动所述多个灯。

各灯都包括充有惰性气体的一玻璃管，以及安装在玻璃管相对两端的一阴极和一阳极。玻璃管内充斥着惰性气体，磷光体涂覆在玻璃管的内壁。所述灯彼此平行地设置在灯单元136中。

所述灯罩134防止从各灯中发射出的可见光泄漏并且将向灯36的侧、后表面行进的可见光反射到前表面，即，朝向散射板112，从而增加所述灯所发出的光的效率。

散射板112引导从灯发出的光使之朝向液晶显示板102并以大范围的角度入射。例如，这可以通过在散射板112两面涂敷透明树脂来实现。

如图3和4所示，在灯单元136中的各灯都呈“U”形，并且设置在灯罩134中，因此灯的中间就可以直接朝向散射板112的表面。但是，灯也可以呈其他形状，比如“L”形、线形、圆形或者类似形状。因此，根据本发明的液晶显示器件不局限于灯的形状。

所述光学板110使从散射板112上发射出的光的视角变窄以增加前面的亮度并减小液晶显示器件的功耗。

反射片114设置在灯单元136和灯罩134之间以反射由灯发出的光并引导它朝向液晶显示板2，从而提高光的效率。

所述运算单元122搜索所述液晶显示板中的各子像素或者单元(例如，红、黄、蓝)以确定各像素的峰值，然后计算出所述液晶显示板上各指定区域的平均峰值，例如，图5中所示的区域A、B、C、D。运算单元122包括：一搜索部分(scan part)，用于检测各划分区域的像素值；一计算部分，用于从由搜索部分检测到的像素中提取出子像素的峰值并计算所提取出的峰值的平均值。

假设所述液晶显示板被分成如图5所示的四个区域，并且“A”区域的像素的RGB值被测量成如下表1中所示，然后如下所述，就可以计算出区域A的平均峰值。

[表1]

	像素1	像素2	像素3	像素4	…	最后的像素
							R(红)子像素	10	90	10	10	…	100
G(绿)子像素	30	30	50	200	…	20
							B(蓝)子像素	60	10	60	60	…	60
峰值	60	90	60	200	…	100

首先，确定各像素的所述子像素中的峰值，即，RGB值。例如，如表1所示，像素1的红、绿、蓝的子像素的值分别为10、30、60，因此，像素1的峰值即为对应于蓝子像素的60。像素2的红、绿、蓝的子像素的值分别为90、30、10，因此像素2的峰值为对应于红子像素的90。这样，A区域中各像素RGB值的峰值就被挑选出来。接着，所挑选出来的峰值相加再除以指定区域中所有像素的数量以确定在指定A区域中显示的各像素的平均峰值。因此，假设A区域中的像素总数是10，并且峰值和为1000，那么区域A的平均峰值就是100。

所述查找表124将一个区域的平均峰值映射为控制信号以控制灯驱动器160。所述查找表124可以包含在运算单元122中也可以与运算单元分开。另外，存储在查找表124中的数值可以根据用户的需求或需要显示的图像改变。

如图6所示，所述灯驱动器160包括：一逆变器146；一变压器148，其设置在逆变器146和灯136的一端；一反馈电路142，其设置在变压器148和控制器(PWM)142之间；以及一脉宽调制控制器(PWM)144，其设置在逆变器146和反馈电路142之间。

所述逆变器146使用根据从所述PWM控制器144中发出的一脉冲进行转换的开关器件将由电压源提供的电压转换成AC波形。然后AC电压波形被传输到变压变压器148。为了驱动灯136，所述变压变压器148将由所述逆变器146提供的AC波形放大为一高电压AC波形。为此，变压变压器148的初级线圈151与逆变器146相连接，次级线圈153与反馈电路142相连接，以及一辅助线圈152设置在初级线圈和次级线圈之间，该辅助线圈将所述初级线圈151的电压感应到次级线圈153中。因此，根据所述初级线圈151和次级线圈153之间的线圈比，所述由逆变器146提供的AC波形被放大成高电压的AC波形。该高电压波形接着被施加给灯。

所述反馈电路142检测传输到灯的电流并生成一反馈电压。反馈电路142可以位于灯的输出端以检测由灯输出的输出值。所述PWM控制器144根据接收到的反馈值控制开关器件的转换。

每一个PWM控制器144控制逆变器146的开关器件的转换，以为各指定区域AC改变波形。如图7所示，由PWM144控制器产生的并传输到逆变器146的AC波形被划分成有脉冲时的导通时间(on-time)以及没有提供脉冲时的关断时间(off-time)。

参照图8到图9C描述本发明的在液晶显示器件中控制亮度的一种方法。参照图8，首先，运算单元122计算出在所述液晶显示板102的指定区域A、B、C、D内的像素的平均峰值。接着采用所述查找表124，将该平均峰值变换成一控制信号。然后该控制信号被传输到PWM控制器144。该控制信号可以改变，如图9A所示由PWM控制器144所产生的脉冲的占空比，如图9B所示由PWM控制器144所产生的脉冲的幅值，以及如图9C所示由PWM控制器144所产生的脉冲的占空比和幅值。

为了减小灯驱动器160的尺寸，所述反馈电路142可以删去。从而，所述包含在灯驱动器160中的PWM控制器144的脉冲信号可以被运算单元122和查找表124改变。也就是说，根据本发明的液晶显示器件的反馈电路142是可以被省略的。因此，在图8所示的图中，省略了反馈电路。

此外，如图10所示，当控制信号传输给反馈电路142时，所述控制信号转换从反馈电路142产生的反馈电压，从而不直接转换由PWM控制器144产生的脉冲。图9A和9C所示为由PWM控制器144产生的脉冲，其随反馈电压而改变。

其次，根据由所述PWM控制器144转换出来的脉冲宽度和/或占空比而产生的脉冲控制逆变器146的开关器件以改变由所述变压器148与其相对应而产生并提供给灯的灯管电流的灯管电流。

根据这种方法，假设如图5所示的每个区域的平均值中，区域“A”的峰平均值为100，区域“B”的峰平均值为300，区域“C”的峰平均值为100，区域“D”的峰平均值为500，并且区域之间平均值的最小值到最大值的范围为0到1000，则由PWM控制器144产生的脉冲占空比为：“A”区域的灯占空比为10％，B区域的灯占空比为30％，C区域的灯占空比为10％，D区域的灯占空比为50％。占空比的改变使流入各灯136的的灯管电流改变，从而控制亮度。这里，通过使用脉冲幅值和脉冲占空比的改变可以产生相同的效果。此外，根据用户的需要，所述算术单元122和查找表124可以制造在灯驱动器160中。

如上所述，在根据本发明实施方式的液晶显示器件的亮度控制装置和方法中，流入液晶显示板的各划分区域照射光的灯中的灯管电流是变化的。因此，本发明的装置和方法比现在技术中驱动整个屏的灯的方法更适合用于显示运动图像和具有高亮度差的图像。换句话说，由图像像素的峰值的平均值来确定划分区域的灯电流值，以增加位于其中存在较亮图像的区域中的灯的亮度而减小位于其中存在较暗图像的区域中的灯的亮度，从而实现逼真的屏幕。此外，在根据本发明实施方式的亮度控制装置和方法中，可以通过分别地驱动各灯而减小功耗。

虽然，通过上述附图所示的实施方式解释本发明，但是本领域的普通技术人员可以理解，本发明并不限于这些实施方式，在不脱离本发明精神的情况下还可以有各种变形和改进。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效物所限定。

Claims (9)

1.一种液晶显示器件的亮度控制装置，包括：

一液晶显示板；

多个灯单元，各灯单元向所述液晶显示板的一指定区域提供光；

一运算单元，其设计为计算在所述各指定区域内的像素的平均峰值；以及

用于所述各灯单元的一灯驱动器，所述各灯驱动器设计为根据所述指定区域计算出的平均峰值控制提供光的所述灯单元。

2.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于：所述运算单元还设计为包括在指定区域中的各像素提取出子像素的峰值，所述子像素在红子像素、绿子像素和蓝子像素中具有最大的灰度值。

3.根据权利要求2所述的亮度控制装置，其特征在于，所述运算单元包括：

一搜索部分，其设计为检测在所述液晶显示板的所述指定区域内的各图像像素的子像素的值；以及

一计算部分，其设计为计算所述平均峰值。

4.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于，还包括：

一查找表，其设置在所述运算单元和灯控制器之间，所述查找表设计为将所述运算单元计算出的平均峰值转换成控制信号。

5.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于，所述灯驱动器包括：

一逆变电路，用于放大由一电源提供的电压，以产生放大的交流信号并将其提供给所述灯单元；以及

一脉冲宽度调制器，其设置在所述逆变器电路和所述灯单元之间，以根据所述运算单元计算出的平均峰值控制由所述逆变器电路产生的信号。

6.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于，所述运算单元被结合在所述灯驱动器中。

7.一种在液晶显示器件中控制亮度的方法，所述液晶显示器件包括多个灯单元，各灯单元向所述液晶显示板一指定区域提供光，所述方法包括：

计算在所述液晶显示板中的指定区域内的像素的平均峰值；以及

根据所述一指定区域计算出的平均峰值控制所述多个灯单元的亮度。

8.根据权利要求7所述的亮度控制方法，其特征在于，所述计算在所述液晶显示板中的指定区域内的像素的平均峰值的步骤，包括：

搜索在所述液晶显示板上各指定区域内的各像素；

确定在所述各指定区域内的各像素的峰值；以及

计算所述各指定区域中的像素的峰值的平均值。

9.根据权利要求7所述的亮度控制方法，其特征在于，所述的根据所述一指定区域的平均峰值控制所述多个灯单元的亮度的步骤包括：

根据所述平均峰值转换包含在灯驱动器中的一脉冲宽度调制器的一脉冲幅值和一脉冲占空比中的至少一者；以及

根据所述转换后的脉冲幅值或占空比中的至少一者转换包含在所述灯驱动器中的一逆变电路所产生的灯管电流。

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