TWI225235B - Method for dynamically controlling driving current of backlight module - Google Patents

Description

1225235 玖、發明說明： 一、 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種背光模組驅動電流之動態調整方法， 特別是關於一種依照畫面（frame)之整體色階，調整背光 模組之驅動電流大小的方法。 二、 先前技術 ^知陰極射線管係屬於脈衝式（impUlse_type )畫面，會 使觀賞者感受到高對比之視覺效果。反觀，當液晶顯示面 板顯示畫面時，背光光源係以固定之亮度發光，配合利用 _ 液晶分子旋轉的角度來控制光線通過之多寡，藉此產生不 同之色階或灰階。一般而言，陰極射線管之畫面的色彩對 -比優於液晶顯示面板，此點可由量測畫面之對比值 、 (Contrast Ratio ; CR )來驗證。該對比值之定義如下： 對比值CR= | ;其中Lw係當畫面之所有像素設為設白 色時之亮度，LB係當畫面之所有像素設為設黑色時之亮 度。 · 由於陰極射線管顯示之黑色為純黑（pure black )，因此 具有較高之對比值。但是液晶顯示器產生之畫面，屬於留 態（hold-type )畫面；當其顯示黑色時，背光光源仍然固 定發亮。因此，液晶顯示器所呈現之黑色並非純黑，也就 是色彩對比並不夠銳利或鮮明的主因。 圖1係"習知之液晶顯不為之功能方塊TF意圖。，一時序 控制器13會產生時脈訊號，該時脈訊號可觸發掃描驅動元 H.\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc 1225235 件（scanning driving device) 12 及資料驅動元件（data driving device ) 1 7，並向液晶顯示面板11送出各種驅動訊 號。另有一背光模組14，可在液晶顯示面板11後面形成 光源，如此就能將液晶顯示面板11所顯示之畫面，呈現至 觀賞者眼前。目前背光模組14多是以冷陰極管燈（Cold Cathode Florescent Lamp )為主要發光體，因此需要一直流 /交流轉換器15將交流電供應給冷陰極管燈。 習知之液晶顯示器多以固定電流供應冷陰極管燈發光； 因此，即使當畫面之所有像素為黑色時，在液晶顯示面板 背面，仍有一光源造成對比值無法提高。因此，為提高液 晶顯示器之對比值，而有各種改善液晶顯示面板之遮光效 果的方法被提出，欲在顯示黑畫面時，能儘量不讓光線通 過，影響畫面對比。然目前已提出之方法，其整體遮光效 果並不佳，無法有效提升對比值。 综上所述，市場上極需一種能提升對比值之液晶顯示 器，俾能提供使用者更好的觀賞品質。 三、發明内容 本發明之主要目的，係提供一種提升對比值之液晶顯示 器，其所包含之背光模組，可動態根據顯示畫面之亮度指 標而調整其照度。 為達成上述目的，本發明揭示一種背光模組驅動電流之 動態控制方法，其係藉由計算目前顯示畫面中像素之亮度 分佈，調變背光模組之驅動電流。當像素之亮度分佈趨向 高亮度居多之狀態，背光模組之照度將跟著調高。反之， H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc 1225235 當像素之亮度分佈趨向低亮度居多之狀態，背光模組之照 度也將跟著調低。本發明可選擇每一垂直掃描週期為該背 光模組之照度調變週期，或是複數個垂直掃描週期為該背 光模組之照度調變週期。 四、實施方式 圖2係本發明之之液晶顯示器之功能方塊示意圖。一時 序控制器23會產生時脈訊號，該時脈訊號可觸發掃描驅動 元件22及資料驅動元件27，並向液晶顯示面板21送出各 種驅動訊號。另有一背光模組24，可在液晶顯示面板21 後形成光源，如此就能將液晶顯示面板21所顯示之畫面， 呈現至觀賞者眼前。由於背光模組24，多是以冷陰極管燈 為主要發光體，因此需要一直流/交流轉換器25，將交流 電供應給冷陰極管燈。除冷陰極管燈可作為主要發光體 外，白色發光二極體也是目前亟欲導入之發光體，並且可 藉其省去直流/交流轉換器25之需要。 相較於圖1，該直流/交流轉換器25，係受到一處理器 26控制其輸出電流，並藉以改變背光模組24之照度。該 處理器26，係接受時序控制器23之訊號，判斷畫面中像 素之亮度分佈，並根據該亮度分佈決定如何調整直流/交 流轉換器25之輸出電流。當然，該處理器26之功能亦可 整合至時脈控制器23内。 ϋ 3係本發明之背光模組驅動電流之動態控制方法流程 圖。如步驟3 1所示，依照自訂公式計算畫面之像素的亮度 分佈，該自訂公式係作為評估畫面之整體亮度之指標，可 H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc 因畫面之尺寸及需求重點不同而改變計算方式。當得知影

像売度分佈後，即可決定背光模組之驅動電流大小，如I "A 所示。供應为光模組之驅動電流會調整其照度，並維 持N個畫面或稱為]^個垂直掃描週期後再做下一次照度調 正如步驟33所示。其中，N為正整數，其較佳者為。 為使本發明之内容能更易於理解，以下將就上述各步驟進 行說明。 素亮詹分佑計尊 假設目前有一 t位元資料訊號之mxn規格液晶顯示器。 中t為6、8、10或其它更高之位元數，m為資料線數， η為掃瞒線數。 現以R/G/B分別代表紅/綠/藍之次像素（subpixel)，根 據其位元數，可分別令灿〜以…〗）代表紅色次像素之丈個 色階區段、G0〜G(t-l)代表綠色次像素之t個色階區段與 B0〜B(t-l)代表藍色次像素之t個色階區段。其中，當資料 訊號為t個〇時為最暗之色階[〇, ％資料訊號為，i時 為最高之色階L2L1。 又令PX，y為第X條資料線與第γ條掃描線交叉處之像 素’且 RNPx，y(〇)〜RNPx y(t-1)、GNPx y(〇)〜GNPu⑹）與且 NPx，y(〇)〜BNPxy(t-l)，分別為各次像素所屬的色階亮度區 丰又。並引入凴度區段指數Wnt，令其為各色階亮度區段之 函數，且其中T=0〜t-Ι : WNT = ^(Γ)] (公式一） 為方便說明，假設亮度區段指數為各色階亮度區段之 H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(Α〇3〇42) 1225235 和，故可將（公式一）改寫如 x=m ' · ^=J^^(O+^(r)+^^(r) (公式二） 亮度區段指數在此㈣以（公式二）的形式表示，然而 其實際的構成並不僅㈣此，而是取決於產品的特性或實 際之需要，可能包含多項式、多次式、三角函數、對數函 數與指數函數等適用之數學手段。 雖然理論上，根據（公式二）所得之結果，即可直接區 分為數個區段，並與所對應的驅動電流搭配，將對應的驅 動電流輸人驅動電路中。然而，為使畫面對比更加鮮明， 在此另外引人亮度分佈指數Sn，用以區分區段並對應驅動 電流，定義為：

Sn=Sn(Wnt) (公式三） 然而，為強調各色階亮區段與暗區段之差異，對於各亮 度區段指數之係數作加權限定之處置，是較為適當的作法。 因此，足義加權指數為Ιτ，且IT+1gT，其最小值為0， 表示該亮度區段指數對亮度分佈指數影響為零；在將部份 冗度區段指數的影響去除之後，不但可以增加亮度區段間 之差異化，並且可以節省處理器運算的資源，增加處理器 運算速度。 w 在導入加權指數後，可將（公式三）改寫為： SN=SN(I，WNT) 為方便說明 Τ=ί-\ = Σ^ντ τ=ο (公式四） 可將（公式四）改寫為一簡單加權式如下： (公式五） H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).d〇< -9- 1225235 党度分体指數在此雖然以（公式五）的形式表示，然而 其實際的構成並不僅限於此，而是取決於產品的特性或實 際之需要，可能包含多項式、多次式、三角函數、對數函 數與指數函數等適用之數學手段。 达·定背光組之驅動電流女小 依背光模組的規格，可決定驅動電流A的最大值 最小值Amin。且党度分佈指數％愈高時，其所對應的驅 動電流A也就愈高。 、為方便解說與減輕處理器的負#，可將驅動電流A區分 為t個值· Α〇、Αι···Α“2、μ ;其中各驅動電流a之值為 由j至大依序排列’且A。為最小值‘η，（I為最大值 A咖’且Amin與Ama^隨產品特性與實際之需求而有所不 同0 其中’ S〇為低門檻值 另外由於党度分伟指數％需與驅動電流A對應，亦 與驅動電流A相同’需分別定出低門檻值％與最大值Sh。 再將亮度分体指數Sn’區分為t個區段：m、St_1;

St-i為最大值Sj 據此，可將亮度分㈣數Sn與驅動電流A的對應關係 _A^1_ __· · Ai - A〇 H:\Hu\lgc\^ ^ ^ 3¾ ^ ^i'J\86877(A03042).doc -10- 公式六） 公式七） ASn)>〇 A = A(S d

dSN 根據（公式六），即可由畫面之像素亮度分佈，決定背 光模組驅動電流的大小。而（表―）之對應關係，及先前 的說明又字，可視為（公式六）4一步階函數時之特例； 不可Q (纟單純對應關係；逕而限縮本發明決定驅 動電流大小之方法。又f 斗、丄、 (Α式七）代表驅動電流Α與亮度 分佈指數SN之關係。 光模組泛驅動電流並♦持ν個書面 本步驟中並無特別需要說明的演算式，僅需將上一步驟 所决疋du整輸人背光模組，並維持ν個畫面即可。 而後於N+1個畫面輸出前，將之前連續ν個垂直掃描週期 的亮度區段指數wNT計算而出’並回復到先前計算畫面之 5C度分佈的步驟，如此周而復始即可達成本發明之背光模 組驅動電流之動態控制方法。 為使上述動態控制之原理能更易於理解，以下將以三個 具體之實施例就上述各演算步驟進行說明。 於（公式二）中所提到之計算公式，可由下列6位元資 料訊號夂液晶顯示器之實施例說明。該液晶顯示器包含紅 風’、彔（R/G/B)之次像素（subpixei)構成之複數個像素， 右選擇以XGA規格為例，則每個畫面總共需要 H:\Hu\lgc\ 瀚宇彩晶台灣專利\86877(A〇3〇42)d< -11 - 1225235 768χ1，024χ3個資料訊號。 令R0〜R5分別代表紅色次像素之六個色階區段，其中 當資料訊號為〇〇〇〇〇〇時為最暗之色階L0;資料訊號為 111111時為最亮之色階L63。依此類推，G0〜G5及B0〜 B5則分別代表綠色及藍色次像素之六個色階區段。 又Px，y代表畫面中位於第X個資料線及第Y個掃描線交 叉處之像素，RPx，y(0)則代表該像素之紅色次像素所顯示之 色階屬於R0之區段。同理可得，GPx,y(5)及BPx，y(5)分別 代表該像素之綠色及藍色次像素所顯示之色階屬於最亮 R5之區段。令WA、WB、WC、WD、WE、WF分別為各 對應色階亮度之亮度區段指數，則： jc=1024 产768 WA = Σ^Α5^°ρχΑ5)+ΒρχΑ5) ^=1 户1 ^=1024 WB = "Σ^(4) + GPxy{A) + BPxy(A) χ=\ 7=1 x=1024 产768

wc= x=l 户1 ^=1024

y=76S WD= Z^(2) + G^(2) +^,(2) x=l 少=1 jc=1024 WE = "Σ^(1) + GPxy(l) -f BPxy{\) x=\ 产1 x=1024 产768 WF- Z^/°)+G^(〇)+^(°) x=l 户1

若令加權指數 I5=2、I4=l、I3 = 0_5、12=:^=1() = 0，且令 S H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利 \86877(A03042).doc -12 - 1225235 表示N=1時之亮度分佈指數，則可決定背光模組之驅動電 流之演算法，如下·· ⑴當S=2xWA+WB + 0.5xWC之值小於Seiooo時，則 該驅動電流A〇設為2毫安培（mA )，亦即配合呈現 暗態之畫面將背光模組之照度降低。 ⑺當 S = 2xWA + WB + 0.5XWC 之值小於 S!= 〇·〇5χ1〇24χ768χ3之值且大於SG時，則該驅動電流 設為（2 + (6·2)χ〇·2 ) =2.8毫安培，其中常數〇·〇5表 示滿足此條件下約有5%之像素之色階高於L3 1。 (3) 當 S = 2xWA + WB + 0.5xWC 之值小於 S2=0. IX 1024x768x3之值且大於Si時，則該驅動電流 · A2設為（2 + (6-2)χ〇·4) = 3.6毫安培，其中常數〇·10 · 表示滿足此條件下約有丨〇%之像素之色階高於L3 1。 (4) 當 S = 2x WA + WB+0.5xWC 之值小於 S3 = 0.1 5XI024x768x3之值且大於S2時，則該驅動電流 A3設為（2 + (6-2)χ〇·6) = 4.4毫安培，其中常數〇·15 φ 表示滿足此條件下約有丨5%之像素之色階高於L3 1。 (5) 當 S = 2xWA + WB + 0.5xWC 之值小於 S4 = 0.20X 1024x768x3之值且大於S3時，則該驅動電流A4 奋又為（2 + (6-2)χ〇.8) = 5.2毫安培’其中常數〇·2〇表 示滿足此條件下約有2〇%之像素之色階高於L3 1。 (6) 當 S = 2xWA + WB + 0.5xWC 之值小於 S5 — 0.25x1024x768x3之值且大於S4時，則該驅動電流A5 設為（2+(6-2)χ 1 ) = 6毫安培，其中常數〇·25表示滿 H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042),doc -13 - 1225235 足此條件下約有25%之像素之色階高於L31。 【第二實施例】 除了可選擇每一垂直掃描週期為該背光模組之照度調變週 ’、月也了以複數個垂直掃描週期為該背光模組之照度調變週 期。令wan代表連續N個垂直掃描週期之wA值的總合， 同樣可分別得到wbn及wcN兩總合值。 於N個垂直掃描週期後，決定背光模組之驅動電流之演算 法’其中N=2〜60，如下： (1)當 SN=2XWAN+WBN+0.5XWCN 之值小於 S〇=1000xN · 時，則該驅動電流A〇設為2毫安培（mA)，亦即配 合呈現暗態之畫面將背光模組之照度降低。 ⑺當 SN = 2xWAN + WBN+〇.5xWCN 之值小於 s!= 0·05χ1024χ768χ3χΝ之值且大於Sq時，則該驅動電流 Ai設為（2+(6_2)χ〇·2) =2·8毫安培，其中常數〇 〇5 表示滿足此條件下約有5%之像素之色階高於L3 i。 (3) 當 SN = 2xWAN + WBn+〇5xWCn 之值小於 52 = 0.1〇xl〇24x768x3xN之值且大於Sl時，則該驅動· 電流A?設為（2 + (6_2)χ〇·4) =3·6毫安培，其中常數 〇·1〇表示滿足此條件下約有1〇%之像素之色階高於 L31。 (4) 當 SN = 2xWAN + WBn+〇5xWCn 之值小於 53 = (M5xH)24x768x3xN之值且大於S2時，則該驅動 電流As設為（2 + (6-2)x0·6) =4·4毫安培，其中常數 〇·15表π滿足此條件下約有15%之像素之色階高於 H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042)d〇c -14· L31。 (5) 當 Sn = 2xWAn + WBN+0.5XWCN 之值小於 s4 = 0.20X1024X768X3XN之值且大於&時，則該驅動電流 A4設為（2+(6_2)x〇.8) =52毫安培，其中常數〇2〇 表示滿足此條件下約有20%之像素之色階高於[31。 (6) 當 SN = 2xWAN + WBN+0.5xWCN 之值小於 S5 = 〇.25x1〇24x768x3xN之值且大於&時，則該驅動電流 As設為（2+(6-201) =6毫安培，其中常數〇25表示 滿足此條件下約有25%之像素之色階高於[31。 【第三實施例】 亮度分佈指數在此雖然以（公式五）的形式表示，然而 其實際的構成並不僅限於此，而是取決於產品的特性或實 際之需要，可能包含多項式、多次式、三角函數、對數函 數與指數函數等適用之數學手段。本實施例係將加權指數 由係數邵位移至指數部位，且不考慮WD、WE、Wf對~ 又影響，可決定背光模組之驅動電流之演算法，如下·· (1) 當 SN= WA2+WB + WC0.5 之值小於 sG= 1000 時，則該 驅動電流A〇設為2毫安培（mA )，亦即配合呈現^ 怨之畫面將背光模組之照度降低。 (2) 當 Sn = WA2 + WB + WC0·5 之值小於 Si > 〇·〇5 xl 024x768x3之值且大於S()時，則該驅動電流A: 设為（2 + (6-2)χ〇.2) =2·8毫安培，其中常數〇.〇5表 示滿足此條件下約有5%之像素之色階高於L3 1。 (3) 當 SN = WA2 + WB + WC。·5 之值小於 H:\_gCV翰宇彩晶台灣專利 \86877(A03042).doc -15- S2=0· l〇xl 024x768x3之值且大於S〗時，則該驅動電流 A2設為（2+(6-2)χ〇·4) =3.6毫安培，其中常數〇.1〇 表示滿足此條件下約有丨〇%之像素之色階高於l3 !。 (4) 當 SN = WA2 + WB+WC0 5 之值小於 S3=0.15x1024x768x3之值且大於S2時，則該驅動電流 A3设為（2+(6-2)χ〇·6) =4.4毫安培，其中常數〇·ΐ5 表示滿足此條件下約有丨5%之像素之色階高於L3 i。 (5) 當 SN = WA2 + WB + WC0.5 之值小於 S4 = 0.20x1024x768x3之值且大於S3時，則該驅動電流a4 設為（2 + (6_2)χ〇·8 ) =5.2毫安培，其中常數〇·2〇表 示滿足此條件下約有20%之像素之色階高於L3 1。 (6) 當 SN = WA2 + WB + WC0.5 之值小於 Ss = 0.25x1024x768x3之值且大於S4時，則該驅動電流a5 設為（2+(6_2)χ1 ) = 6毫安培，其中常數〇·25表示滿 足此條件下約有25%之像素之色階高於L31。

本發明亦可以應用於任何規格的液晶顯器，諸如·· VGA

( 640x480)、SVGA ( 800x600 )、XGA( 1024x768 )、SXGA (1280x1024)、UXGA( 1600x1200)與 QXGA( 2048x1536 ) 等規格之液晶顯示器。 上述各實施例中之各驅動電流值與範園雖皆相同，但其為 某特定6位元資料訊號之XGA液晶顯示器之適用值。實際鹿 用之驅動電流值與範圍將視產品的特性或實際之需要而定。 本發明技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本项技 術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示，而作種種不背離 ΗΛΗυ\_輪宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc -16- 1225235 本Γ精神之替換及修飾。因此，本發明之保護·應不限 於只施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修 飾’並為以下之申請專利範園所涵蓋。 五、圖式簡要說明 圖1係習知之液晶顯示器之功能方塊示意圖； 圖2係本發明之之液晶顯示器之功能方塊示意圖；及 圖3係本發明之背光模組驅動電流之動態控制方法之流 程圖 〇 六、 元件符號說明 11 液晶顯示面板 12 掃描驅動元件 13 時序控制器 14 背光模組 15 直流/交流轉換器 17 資料驅動元件 21 液晶顯示面板 22 择描驅動元件 23 時序控制器 24 背光模組 25 直流/交流轉換器 133 液晶電容 26 處理器 27 資料驅動元件

H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A〇3〇42).d〇< -17-

Claims (1)

1225235 拾、申請專利範園： 1. 一種背光模組驅動電流之動態調整方法，包含下列步騾： 計算晝面像素的亮度分佈； 根據該亮度分佈而決定背光模組之驅動電流值；及 調整該背光模組之驅動電流，並維持至少一個垂直掃 描週期。 2. 如申請專利範圍第1項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中當該畫面像素的亮度分佈為亮態時，則放大該驅 動電流值，而使該背光模組之照度變大。 3. 如申請專利範圍第1項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中當該畫面像素的亮度分佈為暗態時，則減低該驅 動電流值，而使該背光模組之照度變小。 4. 如申請專利範圍第1項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該背光模組之驅動電流係維持1至60個垂直掃描 週期後再進行下一次調整。 5. 如申請專利範圍第1項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該畫面像素的亮度分佈計算係依據高亮度像素所 佔之比例，並依照該比例來調整該驅動電流值。 6. 如申請專利範圍第5項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該高亮度像素所佔之比例約為5%〜25% 。 7. 如申請專利範圍第1項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該亮度分佈之計算另包含下列步驟： 根據整個畫面之紅/綠/藍次像素所顯示之色階而分 別賦予各該次像素所對應之色階亮度區段； H:\Hu\lgc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc 計算分屬於各該色階亮度區段内之該次像素之數量而 得到各該色階亮度區段所對應之亮度區段指數；以及 運算該亮度區段指數可得到整個畫面之亮度分佈指數 〇 8. 如申請專利範圍第7項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該亮度區段指數係以各該色階亮度區段内之該次 像素之數量之多項式、多次式、三角函數、對數函數或指 數函數計算而得，並視產品特性或實際需求而決定計算方 式。 9. 如申請專利範圍第7項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該亮度分佈指數係以各該亮度區段指數之多項 式、多次式、三角函數、對數函數或指數函數計算而得， 並視產品特性或實際需求而決定計算方式。 1 0.如申請專利範圍第7項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中決定該背光模組之驅動電流值另包含下列步驟： 定義該驅動電流之最大值及最小值，並在該最大值及 最小值中間選擇複數個數值；以及 根據該亮度分佈指數之大小依序賦予對應之該驅動電 流之數值。 1 1 .如申請專利範圍第7項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，其中該驅動電流之範圍係視產品特性或實際需求而決 定。 1 2 .如申請專利範圍第7項之背光模組驅動電流之動態調整方 法，更包含複數個對應於各該亮度區段的加權指數，其中 H:\Hu\lgc\ 瀚宇彩晶台灣專利 \86877(A03042).doc 1225235 該亮度分佈指數係由該亮度區段指數乘上對應之加權指 數運算而得。 1 3 .如申請專利範圍第12項之背光模組驅動電流之動態調整 方法，其中該加權指數最小值為零。 H:\Hu\丨gc\瀚宇彩晶台灣專利\86877(A03042).doc