TWI412005B - 顯示裝置的光回授控制系統與回授控制方法 - Google Patents

顯示裝置的光回授控制系統與回授控制方法 Download PDF

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Description

顯示裝置的光回授控制系統與回授控制方法
本發明係有關一種顯示裝置的光回授控制系統與回授控制方法，尤指一種用以監控光源的亮度或色彩訊號以進行回授控制的光回授控制系統與回授控制方法。
在液晶顯示裝置中，由於發光元件會因為多項因素而導致光學特性衰減。例如發光二極體(light emitting diode,LED)的發光特性常會因熱或使用時間久遠而造成衰減，因此以發光二極體為光源的背光模組(backlight unit,BLU)中通常會加入光學感應器(optical sensor)來做背光模組的回授控制，而光學感應器又可依據偵測的內容細分為亮度感應器(light sensor)以及色彩感應器(color sensor)，以分別進行光亮度以及色彩的回授控制。
由於液晶面板的穿透率日漸改善提高，以目前的電視用面板而言，其穿透率可達5%以上，而在無彩色濾光片(color filter)的液晶面板上，其穿透率更可高達20%。在這樣的環境下，當前述光學感應器在偵測背光模組的光訊號時，會受到外在環境光源的影響而同時偵測到環境光的訊號，造成回授控制上的誤差。
有鑑於習知技術的缺點，本發明提出一種能準確回授背光元件之光學特性並且能用以校正背光元件之光學表現的光回授控制系統。
本發明另外提出一種用以獲得正確之回授訊號的回授控制方法。
本發明提供一種光回授控制系統，其包含有一光源驅動器、一感應器以及一控制器。該光源驅動器連接於一背光元件並驅動該背光元件。該控制器連接於該感應器以及該光源驅動器，且控制該感應器於該背光元件開啟及關閉期間感應光源以對應產生多個訊號，該控制器依據該多個訊號計算出一回授訊號，而該回授訊號用於校正該背光元件的光學表現。
本發明另提供一種光回授控制系統，其包含有一光源驅動器、一感應器以及一控制器。該光源驅動器連接於一背光元件，且於一環境照明裝置關閉期間驅動該背光元件。該控制器連接於該感應器以及該光源驅動器，用來控制該感應器與該光源驅動器同步以感應該背光光源，並輸出一回授訊號，而該回授訊號用於校正該背光元件的光學表現。
本發明另提供一種光回授控制方法，包括下列步驟。以間歇性且彼此交錯的方式驅動一背光元件以及一環境照明裝置；於該背光元件開啟期間感應光源，並對應輸出一回授訊號；以及根據該回授訊號校正該背光元件的光學表現。
本發明另提供一種光回授控制方法，包括下列步驟。以間歇性且彼此交錯的方式驅動一背光元件以及一環境照明裝置；於該背光元件開啟期間感應光源，並對應輸出一回授訊號；以及根據該回授訊號校正該背光元件的光學表現。
本發明所揭露的光回授控制系統，是在顯示裝置(如以發光二極體或冷陰極螢光燈管作為背光光源的平面顯示器、平面電視)中加入光感應器的同步控制技術，以對背光光源獲得更準確的感應回授，提供顯示裝置正確的回授訊號，以供顯示裝置據以輸出的背光光源得到最佳化。
請參考第1圖，第1圖為本發明所揭露第一實施例的光回授控制系統100的功能示意圖。光回授控制系統100應用在一顯示裝置10中，其中顯示裝置10具有一背光模組11，其包含多個背光元件12。在本發明中，背光模組11可使用冷陰極螢光燈管、白光發光二極體(white LED)或由紅色、綠色、藍色的三種發光二極體所組成的複色光的背光元件12，背光元件12用來產生顯示裝置10的背光光源，且由一光源驅動器14(可為脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)電路或變頻器(inverter)以一特定的頻率控制發光。在背光模組11內設有一光感應器13，依據背光元件12的不同，光感應器13可以使用色彩感應器(color sensor)以感應紅色、綠色、藍色的發光二極體之光強度以及顏色訊號，或是使用亮度感應器(light sensor)以感應白光發光二極體的光強度訊號。
由於在背光模組11內的光感應器13不僅會感應到背光元件12的訊號，也會感應到環境光源40穿透過液晶面板(圖上未顯示)而進入背光模組11的光訊號，因此環境光源40會對光感應器13的感應造成影響，使光感應器13輸出的感應訊號並非單純是背光元件12貢獻的。因此在光回授控制系統100加入一控制器15，其連接於光感應器13以及光源驅動器14，且在光源驅動器14驅動背光元件12開啟以及關閉期間，控制器15控制光感應器13感應光源以產生多個訊號。當背光模組11的背光元件12在光源驅動器14驅動下開啟發光時，光感應器13感應到背光元件12的背光光源加上環境光源40的光強度，當背光元件12在光源驅動器14未驅動其發光的關閉期間，光感應器13感應到環境光源40的光強度。控制器15則利用此兩種狀態下分別取得的光感應器13之訊號值，並以減法器16扣除環境光源40的影響，而輸出單純因感應背光元件12而產生的回授訊號，並據以校正顯示裝置10的背光元件12的光學表現。
請參考第2圖，第2圖為第一實施例的光感應器13取樣以及輸出回授訊號的示意圖。其中為了能在背光元件12開啟以及關閉期間分別控制光感應器13感應取樣，光源驅動器14以一特定頻率驅動背光元件12，而控制器15以兩倍於該特定頻率控制光感應器13感應。舉例而言，在第2圖中，背光元件12發出的背光訊號81以一第一頻率產生，環境光源40產生的環境光訊號82則持續存在，而光感應器13則以兩倍於該第一頻率輸出取樣訊號83。在這樣的取樣頻率下，光感應器13會分別對應輸出包含背光訊號81以及環境光訊號82的第一訊號84，以及僅包含環境光訊號82的第二訊號85，最後經由減法器16將第一訊號84減去第二訊號85，即可輸出單純由背光元件12所貢獻的回授訊號86。最後顯示裝置10再依據回授訊號86來校正背光元件12所產生的背光光源。
此外，若以發光二極體元件來實現在空間中的環境照明，本發明可進一步將環境光源與顯示裝置的輸出結合控制，使顯示裝置的表現有更好的品質。請參考第3圖，第3圖為本發明所揭露第二實施例的光回授控制系統200的功能示意圖。其中顯示裝置20、背光模組21、背光元件22、光感應器23以及光源驅動器24的相關功能以及結構與第一實施例相仿，而在第二實施例中，環境光源由一環境照明裝置50提供，且為有效使用本發明第二實施例所揭露的系統，用來進行光回授控制的顯示裝置20設置於以環境照明裝置50為唯一環境光源的空間內。環境照明裝置50與背光元件22皆為受各自的光源驅動器控制驅動發光的發光二極體元件或冷陰極螢光燈管，在環境照明裝置50與顯示裝置20之間，另設置一通訊介面60，以有線(實體線路傳輸介面)或無線(紅外線、無線射頻)的方式在環境照明裝置50以及顯示裝置20之間傳輸訊號。環境照明裝置50受自身的光源驅動器(亦可經由通訊介面60由顯示裝置20內的光源驅動器24)驅動發光。在顯示裝置20內，光源驅動器24以一第一頻率驅動背光元件22發光，而環境照明裝置50經由通訊介面60與光源驅動器24傳遞訊號，並也以該第一頻率驅動發光產生一環境光源。唯在此實施例中，背光元件22與環境照明裝置50係彼此交錯地被驅動發光，亦即光源驅動器24在環境照明裝置50未被驅動的關閉期間才驅動背光元件22發光。控制器25則僅需與光源驅動器24同步，以便驅動光感應器23。如此，控制器25即可控制光感應器23只感應到背光元件22所產生的背光光源。
請一併參考第4圖，第4圖即為本發明第二實施例的光感應器23取樣以及輸出回授訊號的示意圖。由第4圖可看出，經由光源驅動器24控制，背光元件22被間歇性地驅動並且發出背光訊號91。此背光訊號91與環境照明裝置50所發出的環境光訊號92係彼此交錯產生，而光感應器23的取樣訊號93則是在與背光元件22同步作動時產生的。如此即可感應到單純的背光模組21中的背光元件22的背光訊號91並輸出為一回授訊號94，此時環境照明裝置50為不發光狀態，因此不會對光感應器23造成干擾。而在背光元件22不發光以及光感應器23不取樣時，環境照明裝置50再受驅動發光。如此，在環境光源是可受光源驅動器控制的發光二極體光源時，就可以很容易地交錯驅動環境中的發光二極體光源以及背光模組21中的背光元件光源，使顯示裝置20的光感應器23可以讀到更正確的訊號而不會被環境光源影響。此外，若環境照明裝置50具有多組各自獨立的發光二極體光源，則可各自透過通訊介面60與顯示裝置20傳遞訊號，以獲得一致的發光頻率，再依照上述方式交錯發光。
上述的光回授控制系統100、200中，用來產生回授資訊的光感應器13、23係設置於顯示裝置10、20的背光模組11、21內。而在本發明以下揭露的第三實施例中，光感應器更可直接設置於顯示裝置的外部(例如使用者手上的遙控器上)，使顯示裝置能更精準地控制液晶面板上所呈現的亮度以及顏色。如第5圖的光回授控制系統300所示，顯示裝置30中的背光模組31、背光元件32以及光源驅動器34與前述實施例相仿，而光感應器73以及控制器75則設置於顯示裝置30外的一遙控裝置70或牆壁上，控制器75與環境照明裝置50皆以有線或無線的方式透過通訊介面60與光源驅動器34傳遞訊號，環境照明裝置50則與光感應器73、背光元件32交錯地被驅動，因此光感應器73受控制器75控制而同步感應背光元件32的背光光源，並避免受到環境照明裝置50的環境光源干擾。最後控制器75將光感應器73所產生的回授訊號透過通訊介面60傳給顯示裝置30進行校正。
而在第5圖的實施例中，亦可直接採用第1圖的第一實施例的方式，即在環境光源持續存在的環境下，光感應器73受控制器75以倍頻取樣的方式感應背光元件32以及環境光源，再利用減法器將環境光源的影響扣除而獲得正確的回授訊號。
本發明所揭露的光回授控制系統利用設置於背光模組內或顯示裝置外的一光感應器，以倍頻於背光元件的發光頻率的方式感應背光元件的光強度訊號以及環境光源，在扣除背光元件不發光時所感應到的環境光源的影響後，輸出正確的背光光源回授訊號。光回授控制系統亦可進一步控制環境光源與背光元件，並交錯驅動環境光源與背光元件發光，而光感應器則與背光元件同步來感應背光元件的光訊號，使光感應器能獲得背光元件的光強度或色彩的正確資訊，並提供顯示裝置進行回授控制。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20、30．．．顯示裝置
11、21、31．．．背光模組
12、22、32．．．背光元件
13、23、73．．．光感應器
14、24、34．．．脈衝寬度調變驅動器
15、25、75．．．控制器
16．．．減法器
40．．．環境光源
50．．．環境照明裝置
60．．．通訊介面
70．．．遙控裝置
81、91．．．背光訊號
82、92．．．環境光訊號
83、93．．．取樣訊號
84．．．第一訊號
85．．．第二訊號
86、94．．．回授訊號
100、200、300．．．光回授控制系統
第1圖為本發明所揭露第一實施例的光回授控制系統的功能示意圖。
第2圖為本發明第一實施例的光感應器取樣以及輸出回授訊號的示意圖。
第3圖為本發明所揭露第二實施例的光回授控制系統的功能示意圖。
第4圖為本發明第二實施例的光感應器取樣以及輸出回授訊號的示意圖。
第5圖為本發明所揭露第三實施例的光回授控制系統的功能示意圖。
30．．．顯示裝置
31．．．背光模組
32．．．背光元件
34．．．光源驅動器
50．．．環境照明裝置
60．．．通訊介面
70．．．遙控裝置
73．．．光感應器
75．．．控制器
300．．．光回授控制系統

Claims (14)

  1. 一種光回授控制系統，其包含有：一光源驅動器，連接於一背光元件並驅動該背光元件以一第一頻率發出光線；一感應器；以及一控制器，連接於該感應器與該光源驅動器，且控制該感應器於該背光元件開啟及關閉期間以倍頻於該第一頻率之一第二頻率感應光源以對應產生多個訊號，該控制器根據該多個訊號計算出一回授訊號，而該回授訊號用於校正該背光元件的光學表現。
  2. 如請求項1所述的光回授控制系統，其中該感應器於該背光元件開啟期間感應光源以對應產生一第一訊號，且該感應器於該背光元件關閉期間感應光源以對應產生一第二訊號，該控制器係用來將該第一訊號減去該第二訊號以輸出該回授訊號。
  3. 如請求項1所述的光回授控制系統，其中該感應器為一亮度感應器或一色彩感應器，該光源驅動器為一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)驅動電路或一變頻器(inverter)，該背光元件為一發光二極體或一冷陰極螢光燈管。
  4. 一種光回授控制系統，其包含有： 一光源驅動器，連接於一背光元件，且於一環境照明裝置關閉期間驅動該背光元件；一感應器；以及一控制器，連接於該感應器與該光源驅動器，用來控制該感應器與該光源驅動器同步以感應光源，並輸出一回授訊號，而該回授訊號用於校正該背光元件的光學表現。
  5. 如請求項4所述的光回授控制系統，其中該光源驅動器與該環境照明裝置是透過一通訊介面來協調該背光元件之開啟與關閉。
  6. 如請求項4所述的光回授控制系統，另包含一通訊介面，設置於該光源驅動器以及該控制器之間，該控制器透過該通訊介面與該驅動器同步，且該控制器透過該通訊介面將該回授訊號輸出至該光源驅動器。
  7. 如請求項6所述的光回授控制系統，其中該通訊介面為紅外線(IR)或無線射頻(RF)傳輸介面或連接於該光源驅動器以及該控制器之間的一有線傳輸介面。
  8. 如請求項6所述的光回授控制系統，其中該感應器以及該控制器係設置於一遙控裝置上。
  9. 如請求項4所述的光回授控制系統，其中該光源驅動器為一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)驅動電路或一變頻器(inverter)，該感應器為一亮度感應器或一色彩感應器。
  10. 如請求項4所述的光回授控制系統，其中該光回授控制系統設置於以該環境照明裝置為唯一的環境光源的空間內。
  11. 一種光回授控制方法，包括步驟：驅動一背光元件以一第一頻率發出光線；以倍頻於該第一頻率之一第二頻率感應光源；根據該第一訊號與該第二訊號計算出一回授訊號；以及根據該回授訊號校正該背光元件的光學表現。
  12. 如請求項11所述的光回授控制方法，其中該回授訊號是透過該第一訊號減去該第二訊號而計算出的。
  13. 一種光回授控制方法，包括步驟：以間歇性且彼此交錯的方式驅動一背光元件以及一環境照明裝置；於該背光元件開啟期間感應光源，並對應輸出一回授訊號；以及根據該回授訊號校正該背光元件的光學表現。
  14. 如請求項13所述的光回授控制方法，另包含步驟：利用一通訊界面以協調該背光元件與該環境照明裝置以彼此交錯的方式驅動發光。
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