TWI702586B - 適用於顯示器的背光的區域調光系統與方法 - Google Patents

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奇景光電股份有限公司
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Abstract

一種適用於顯示器的背光的區域調光系統，包含光形模擬單元，其接收脈寬調變值，以提供背光之每一區塊的輪廓資料；輪廓分析單元，其根據輪廓資料以產生分析平均值；及擴散補償單元，其比較分析平均值與目標平均值，再根據比較結果以補償脈寬調變值，因而產生補償脈寬調變值。

Description

適用於顯示器的背光的區域調光系統與方法
本發明係有關一種背光的調光，特別是關於一種適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統與方法。
液晶顯示器(LCD)本身不會發光，需要使用背光(backlight)以提供照射光給液晶顯示器。背光的光源可包含發光二極體(LED)。
為增進對比(contrast)，使用背光調光(dimming)技術以動態控制背光的光度(luminance)。全域(global)調光是背光調光的其中一種技術，其係同時控制整個顯示面板的光度。全域調光可增進相鄰圖框(frame)間的動態對比(dynamic contrast)。區域(local)調光是另一種背光調光技術，其係控制單一圖框的顯示面板一部分的光度。區域調光可增進靜態對比(static contrast)。
傳統調光方法(特別是區域調光方法)存在有光度不均勻(luminance unevenness)與閃爍(flicker)的問題。更重要的是，傳統區域調光方法無法有效降低功率消耗。因此亟需提出一種新穎機制以克服傳統區域調光方法的缺點。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統與方法，可有效補償光擴散以增進動態範圍。
根據本發明實施例，適用於顯示器的背光的區域調光系統包含光形模擬單元、輪廓分析單元及擴散補償單元。光形模擬單元接收脈寬調變值，以提供背光之每一區塊的輪廓資料。輪廓分析單元根據輪廓資料以產生分析平均值。擴散補償單元比較分析平均值與目標平均值，再根據比較結果以補償脈寬調變值，因而產生補償脈寬調變值。
第一圖顯示適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統100的方塊圖，其揭示於本案申請人的美國申請案，案號16/107,938，申請日2018年8月21日，標題為“LOCAL DIMMING SYSTEM AND METHOD ADAPTABLE TO A BACKLIGHT OF A DISPLAY”。
區域調光系統100可包含平均估算單元11，其接收影像並估算其平均值。平均值可根據影像的直方圖(histogram)來估算。平均估算單元11可包含最大亮度(brightness)單元111，用以決定影像每一像素的最大亮度，但不分顏色(例如紅色、綠色及藍色)。
平均估算單元11可包含直方圖單元112，其根據影像的直方圖以產生直方圖平均值。平均估算單元11可包含權重控制單元113，用以產生平均值。
區域調光系統100可包含脈寬調變(PWM)增益控制單元12，其根據(平均估算單元11的)平均值以產生脈寬調變增益值。脈寬調變增益值用以控制提供給發光二極體背光的功率。脈寬調變增益值愈大，提供給發光二極體背光的總功率愈高。
區域調光系統100可包含空間濾波器(spatial filter)13，其於空間域處理平均值，以增強脈寬調變增益值，因而產生增強(enhanced)脈寬調變增益值。區域調光系統100可包含場景改變偵測(scene change detection)單元14，其根據(直方圖單元112的)直方圖平均值以偵測場景改變。
區域調光系統100可包含時域濾波器(temporal filter)15，其根據(空間濾波器13的)增強脈寬調變增益值及(場景改變偵測單元14的)場景改變偵測結果，於時間域執行以調整調光速度並防止閃爍(flicker)，因而產生脈寬調變值。
區域調光系統100可包含光形模擬(light shape imitation)單元16，其根據(時域濾波器15的)脈寬調變值以產生光度(luminance)增益。區域調光系統100還可包含像素補償單元17，其根據(光形模擬單元16的)光度增益以執行影像的像素補償，因而產生補償影像。
區域調光系統100可包含誤差擴散(error diffusion)單元18，用以對補償影像執行誤差擴散。誤差擴散可藉由刪除(truncate)至少一個最低有效位元(LSB)來達成，例如將14位元的補償影像經位元刪除後成為12位元。藉此，可有效降低輪廓(contour)效應以增進影像品質。
第二圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光21的區域調光系統200的方塊圖。區域調光系統200的方塊可使用硬體(例如數位影像處理器)、軟體(例如電腦程式)或其組合來實施。第三圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光21的區域調光方法300的流程圖。
一般來說，發光二極體所發射的光線非為準直(collimated)，因此背光21的區塊(其包含一或多個發光二極體)之照射光所代表的輪廓(profile)資料通常會擴散或延伸至相鄰區塊，因而降低影像的動態範圍。例如，亮點變得暗淡，而暗點則不夠暗。第四A圖顯示第二圖之背光21的剖面示意圖，並顯示背光21之發光二極體的光擴散曲線。第四B圖顯示背光的理想發光二極體區塊所產生的非擴散光輪廓之俯視圖，第四C圖顯示(第二圖)背光的真實發光二極體區塊所產生的擴散光輪廓之俯視圖。第二圖所示之區域調光系統200可補償真實發光二極體所造成的光擴散，因而大量增進動態範圍。
在本實施例中，區域調光系統200可包含光形模擬(light shape imitation)單元16，用以提供背光21之每一區塊的輪廓資料(步驟31)。如前第一圖所述，光形模擬單元16接收(時域濾波器15的)脈寬調變值。
區域調光系統200可包含輪廓分析單元22，其接收(光形模擬單元16的)輪廓資料，據以產生分析平均值(步驟32)。分析平均值的產生可使用前述第一圖之平均估算單元11產生平均值或者空間濾波器13產生增強脈寬調變增益值的相同或類似方法。
本實施例之區域調光系統200可包含擴散補償單元23，其比較分析平均值與目標平均值(其可從區域調光系統200的輸入影像得到)(步驟33)，再根據(分析平均值與目標平均值的)比較結果以補償脈寬調變值，因而產生補償脈寬調變值(步驟34)。在本實施例中，首先決定(背光21的一區塊之)目標平均值與分析平均值的比值，再以所決定的比值乘脈寬調變值，以產生補償脈寬調變值。最後，傳送(擴散補償單元23的)補償脈寬調變值至脈寬調變補償增益單元20，以控制背光21的相應發光二極體之開啟(步驟35)。
第五圖例示背光21相應之區塊的比值。在這個例子中，部分(斜線)區塊的脈寬調變值分別被較大的比值所增大，而部分(點)區塊的脈寬調變值分別被較小的比值所減小。藉此，可有效補償輸入影像以增進動態範圍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100:區域調光系統 11:平均估算單元 111:最大亮度單元 112:直方圖單元 113:權重控制單元 12:脈寬調變增益控制單元 13:空間濾波器 14:場景改變偵測單元 15:時域濾波器 16:光形模擬單元 17:像素補償單元 18:誤差擴散單元 200:區域調光系統 20:脈寬調變補償增益單元 21:背光 22:輪廓分析單元 23:擴散補償單元 300:區域調光方法 31:提供背光之每一區塊的輪廓資料 32:產生分析平均值 33:比較分析平均值與目標平均值 34:補償脈寬調變值 35:根據補償脈寬調變值以控制背光的相應發光二極體之開啟
第一圖顯示適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統的方塊圖。 第二圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統的方塊圖。 第三圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光方法的流程圖。 第四A圖顯示第二圖之背光的剖面示意圖，並顯示背光之發光二極體的光擴散曲線。 第四B圖顯示背光的理想發光二極體區塊所產生的非擴散光輪廓之俯視圖。 第四C圖顯示(第二圖)背光的真實發光二極體區塊所產生的擴散光輪廓之俯視圖。 第五圖例示背光相應之區塊的比值。
200:區域調光系統
16:光形模擬單元
20:脈寬調變補償增益單元
21:背光
22:輪廓分析單元
23:擴散補償單元

Claims (12)

  1. 一種適用於顯示器的背光的區域調光系統，包含：一光形模擬單元，其接收脈寬調變值，以提供該背光之每一區塊的輪廓資料；一輪廓分析單元，其根據該輪廓資料以產生分析平均值；及一擴散補償單元，其比較該分析平均值與目標平均值，再根據比較結果以補償該脈寬調變值，因而產生補償脈寬調變值；其中該擴散補償單元決定該目標平均值與該分析平均值的比值作為該比較結果。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器的背光的區域調光系統，其中該背光包含一發光二極體背光。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器的背光的區域調光系統，其中該顯示器包含一液晶顯示器。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器的背光的區域調光系統，其中該目標平均值係從一輸入影像得到。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器的背光的區域調光系統，其中該擴散補償單元將該比值乘該脈寬調變值，以產生該補償脈寬調變值。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器的背光的區域調光系統，更包含：一脈寬調變補償增益單元，其接收該補償脈寬調變值，據以控制該背光之開啟。
  7. 一種適用於顯示器的背光的區域調光方法，包含：接收脈寬調變值，以提供該背光之每一區塊的輪廓資料；根據該輪廓資料以產生分析平均值；比較該分析平均值與目標平均值；及根據比較結果以補償該脈寬調變值，因而產生補償脈寬調變值；其中該目標平均值與該分析平均值的比值作為該比較結果。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器的背光的區域調光方法，其中該背光包含一發光二極體背光。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器的背光的區域調光方法，其中該顯示器包含一液晶顯示器。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器的背光的區域調光方法，其中該目標平均值係從一輸入影像得到。
  11. 根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器的背光的區域調光方法，其中該比值乘該脈寬調變值，以產生該補償脈寬調變值。
  12. 根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器的背光的區域調光方法，更包含：根據該補償脈寬調變值以控制該背光之開啟。
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