CN101388176B - 具有帧位移背光调节的显示系统及其调节方法 - Google Patents

Abstract

一种具有帧(frame)位移背光调节的显示系统及其调节方法，利用帧位移的方式，以当前帧的像素信号调节显示下一帧影像的背光亮度及像素信号，因此省略储存帧像素信号的帧缓冲器，达到降低成本的目的。

Description

具有帧位移背光调节的显示系统及其调节方法

技术领域

本发明涉及一种显示系统，特别涉及一种具有背光调节的显示系统及其调节方法。

背景技术

以电池为电源的可携式电子装置，例如行动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机及数字摄影机等，主要的功率消耗来自显示系统，而显示系统中又以背光装置的消耗功率最大，为了减少显示系统的消耗功率以延长电池寿命，提出使背光变暗以减少背光装置的消耗功率，以及增加显示面板的穿透率以维持相同的亮度的技术，此技术即为所谓的背光调节(backlight scaling)技术。以穿透式薄膜晶体管液晶显示(Thin FilmTransistor Liquid Ctrystal Display，TFT-LCD)系统为例，在TFT-LCD面板上观察到的亮度L与背光亮度(backlight luminance)b及TFT-LCD面板的穿透率t(x)的关系式为

L＝t(x).b    …(公式1)

其中，穿透率t(x)为像素值x的函数。背光装置消耗的功率与背光亮度b成强烈正相关，亦即背光亮度b越大所消耗的功率就越多，相反地，TFT-LCD面板的消耗功率几乎是固定的而与其穿透率t(x)无关，通过背光调节降低背光亮度b减少消耗功率，以及增加TFT-LCD面板的穿透率t(x)维持相同的亮度L，使经背光调节后的影像与原影像在每一个像素的亮度上相同，因此在经背光调节后影像不会有精确度的损失，达到降低显示系统的消耗功率以延长电池寿命的目的。此外，对TFT-LCD面板而言，较高的穿透率可以减少液晶的漏光现象增加影像的质量。

图1为现有具有背光调节的显示系统100，一帧n的像素值x(n)由像素序列接口经输入连接器110输入至时间控制器130并储存至帧(frame)缓冲器120中，低压输入VCC及GND经输入连接器110至直流/直流转换器及伽玛电压产生器140以产生适当的电源提供给时间控制器130、扫描驱动器集成电路(IC)152及信号驱动器IC 154，背光驱动器150经连接器112耦接高压输入HV_VDD及HV_GND。时间控制器130从帧缓冲器120取出帧n的所有像素值x(n)以算出帧n的灰阶或然率分布产生一直方图，根据该直方图产生帧n的最佳背光亮度b(n)，以及根据最佳背光亮度b(n)重新计算帧n的所有像素值x(n)产生新的像素值x’(n)，接着时间控制器130将新的像素值x’(n)提供给信号驱动器IC 154及扫描驱动器IC152，以驱动显示面板(例如一TFT-LCD面板)160产生对应的穿透率t(x’)，以及将最佳背光亮度b(n)提供给背光驱动器150驱动背光装置170产生背光172给显示面板160，以显示出帧n的图像。在现有的显示系统100中，需要帧缓冲器120在直方图产生前储存帧n的所有像素值以达到实时的背光调节，由于帧缓冲器120由巨大的内存所组成，导致制造成本过高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有框位移背光调节的显示系统及其调节方法，通过该显示系统及其调节方法以降低成本。

为达到上述目的，本发明提供一种具有帧位移背光调节的显示系统，其包括一时间控制器根据当前帧的像素信号产生一背光亮度，并根据该背光亮度计算下一帧的像素信号，一显示面板根据该下一帧重新计算后的像素信号产生对应的穿透率，以及一背光装置根据该背光亮度产生一背光提供给该显示面板以显示该下一帧的影像。

本发明的另一方案是提供一种显示系统的帧位移背光调节方法，包括下列步骤：根据当前帧的像素信号产生一背光亮度；根据该背光亮度重新计算下一帧的像素信号；以及根据该下一帧重新计算后的像素信号及该背光亮度显示该下一帧的影像。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用当前帧的像素信号调节显示下一帧的背光亮度及显示面板的穿透率，以帧位移的方式进行背光调节，因此不需庞大的帧缓冲器储存帧信号，且此帧位移的概念可应用于白背光装置及彩色背光装置，达到降低成本的目的。

附图说明

图1为现有具有背光调节的显示系统的示意图；以及

图2为本发明具有帧位移背光调节的显示系统的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具有帧位移背光调节的显示系统及其调节方法作进一步的详细描述。

图2为根据本发明的一个实施例，具有帧位移背光调节的显示系统200包括直流/直流转换器及伽玛电压产生器230经输入连接器210耦接低压输入VCC及GND，以产生电源提供给时间控制器220、扫描驱动器IC 242及信号驱动器IC 244，背光驱动装置240经连接器212耦接高压输入HV_VDD及HV_GND，信号驱动器IC 244及扫描驱动器IC 242组成的驱动装置根据时间控制器220产生的像素信号驱动显示面板250，以及背光装置260由背光驱动装置240根据时间控制器220产生的背光亮度而驱动，以产生背光262提供给显示面板250。当第一个帧的像素信号x(1)从像素序列接口经输入连接器210及时间控制器220输入至信号驱动IC 244时，时间控制器220计算像素信号x(1)得到第一个帧对应的统计图h1，并根据统计图h1产生对应的背光亮度b(1)，当第二个帧的像素信号x(2)从像素序列接口经输入连接器210输入时间控制器220时，时间控制器220根据背光亮度b(1)重新计算像素信号x(2)产生像素信号x’(2)提供给信号驱动器IC 244以驱动显示面板250产生对应的穿透率t(x’，2)，背光驱动装置240根据时间控制器220提供的背光亮度b(1)驱动背光装置260产生背光262给显示面板250以显示第二个帧的影像，此时，时间控制器220计算像素信号x(2)得到第二个帧对应的统计图h2，并根据统计图h2产生对应的背光亮度b(2)进行第三个帧的背光调整，换言之，在本发明中，公式1可修正为：

L(n)＝t(x’，n)×b(n-1)      ……(公式2)

其中，L(n)为第n个帧在显示面板250上被观察到的亮度，x’为第n个帧的像素信号x经第n-1个帧产生的背光亮度b(n-1)重新计算后的像素信号。由于相邻的帧典型地具有非常相似的统计图，且人类的眼睛无法察觉在二个连续帧之间的差异，因此利用当前帧(第n-1个帧)的像素信号的统计图得到下一帧(第n个帧)的背光亮度及对应的像素信号并不会影响到影像的质量，如此以当前帧(第n-1个帧)的像素信号进行下一帧(第n个帧)的背光调整，仅需要少量的像素缓冲器进行处理，而不需庞大的帧缓冲器，达到减少背光装置260消耗功率及降低成本的目的。

此外，由于显示系统200能显示的像素信号具有一范围，若经背光调节后产生的像素信号不在该范围内，则会导致显示系统200显示的影像失真，因此最佳的背光亮度系在使像素信号超出该范围中的最小值，例如当显示系统200能显示的像素信号范围在0～255时，在未经背光调节的情况下，亦即当背光亮度b＝1时，若当前帧的像素信号的直方图分布在10～100，则根据当前帧产生的背光亮度的最小值b_min为

由于在本发明中，当前帧产生的背光亮度系提供给下一帧进行背光调节，且下一帧的像素信号不会与当前帧的像素信号完全相同，因此取以避免下一帧的像素信号经背光调节后超出0～255的范围造成影像失真。在此范例中，背光亮度由1减少为

故消耗功率减少为原来的

在一实施例中，帧的像素由红色、绿色及蓝色次像素构成，显示面板250包括TFT-LCD面板，背光装置260包括由白光光源及彩色滤光片组成的白背光装置，其中白光光源包括冷阴极荧光灯(CCFL)、白光发光二极管(WLED)、白光有机发光二极管(WOLED)或由红色、绿色及蓝色光源混合产生的白光，以及帧的像素信号x包括灰阶值，时间控制器220统计帧的像素灰阶值产生该像素灰阶值的直方图，并根据该灰阶值的直方图产生白光背光亮度b_W，次像素的亮度经由白光背光亮度b_W及各色穿透率的乘积决定：

$\left[\begin{array}{c}{L}_R\\ L_G\\ L_B\end{array}\right]=b_W\·\left[\begin{array}{c}{t}_R\\ t_G\\ t_B\end{array}\right]$ ……(公式3)

其中，L_R、L_G及L_B分别为红色、绿色及蓝色次像素的亮度，t_R、t_G及t_B分别为显示面板250对应红色、绿色及蓝色次像素的穿透率，经由调整t_R、t_G及t_B以产生不同的颜色显示在显示面板250上，例如当红色、绿色及蓝色的亮度比L_R∶L_G∶L_B为3∶6∶1时，显示在显示面板250上的颜色为白色。

在另一实施例中，背光装置260包括由色彩光源组成的彩色背光装置，例如背光装置260具有红色光源、绿色光源及蓝色光源，以及帧的像素信号x包括色彩值，例如红色、绿色及蓝色色彩值，时间控制器220统计帧的像素色彩值产生该像素色彩值的直方图，并根据该色彩值的直方图产生对应的色光背光亮度b_R、b_G及b_B，次像素的亮度经由色光背光亮度b_R、b_G及b_B及各色穿透率的乘积决定，因此公式3可修正为

$\left[\begin{array}{c}{L}_R\\ L_G\\ L_B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{b}_R& 0& 0\\ 0& b_G& 0\\ 0& 0& b_B\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{t}_R\\ t_G\\ t_B\end{array}\right]$ ……(公式4)

其中，b_R、b_G及b_B分别为红光背光亮度、绿光背光亮度及蓝光背光亮度。公式4可应用在空间(spatial)及时间(temporal)二种合成颜色的方法中，例如经由将彩色滤光片放置在一TFT-LCD显示面板上而实现空间合成颜色的方法，或者经由在非常短的时间周期中连续地产生红色、绿色及蓝色使人类视觉无法察觉的时间上的差异而实现时间合成颜色的方法，此时间合成颜色的方法称为色彩连续显示(color sequential display)，由于空间合成颜色的方法为一个像素中红色、绿色及蓝色成分分别由红色、绿色及蓝色次像素显示，而时间合成颜色的方法为一个像素中红色、绿色及蓝色成分使用相同的像素结构，因此时间合成颜色的方法可提升像素密度，而增加显示面板分辨率或减少显示面板的尺寸。

在不同的实施例中，彩色背光装置包括色彩光源及色彩转换单元，该色彩光源包括蓝色光源，例如蓝色发光二极管或蓝色有机发光二极管，以及帧的像素信号x包括蓝色色彩值，时间控制器220统计帧的像素的蓝色色彩值产生蓝色色彩值的直方图，并根据该蓝色色彩值的直方图产生蓝色光背光亮度b_B进行背光调节以产生蓝色亮度L_B，经由色彩转换单元根据蓝色亮度L_B产生对应的红色亮度L_R及绿色亮度L_G。

以上介绍的仅仅是基于本发明的较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的测量装置作本技术领域内熟知的步骤的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (19)

1.一种具有帧位移背光调节的显示系统，包括：

一时间控制器，统计一当前帧的像素信号产生一背光亮度，以及根据该背光亮度重新计算一下一帧的像素信号；

一显示面板，根据该下一帧重新计算后的像素信号产生对应的穿透率；以及

一背光装置，根据该背光亮度产生一背光提供给该显示面板以显示该下一帧的影像。

2.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，更包括一驱动装置根据所述下一帧重新计算后的像素信号驱动所述显示面板。

3.如权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述驱动装置包括信号驱动器集成电路及扫描驱动器集成电路。

4.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，更包括一背光驱动装置根据所述背光亮度驱动所述背光装置。

5.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述像素信号包括灰阶值。

6.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述像素信号包括色彩值。

7.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述背光亮度包括白光背光亮度。

8.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述背光亮度包括色光背光亮度。

9.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示面板包括薄膜晶体管液晶显示面板。

10.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述背光装置包括彩色背光装置或白背光装置。

11.如权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述彩色背光装置包括红色光源、绿色光源及蓝色光源。

12.如权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述彩色背光装置包括：

一色彩光源；以及

一色彩转换单元。

13.如权利要求12所述的显示系统，其特征在于，所述色彩光源包括蓝色光源。

14.如权利要求13所述的显示系统，其特征在于，所述蓝色光源包括蓝色发光二极管或蓝色有机发光二极管。

15.如权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述白背光装置包括：

一白光光源；以及

一彩色滤光片。

16.如权利要求15所述的显示系统，其特征在于，所述白光光源包括以下之一：冷阴极荧光灯、白光发光二极管、白光有机发光二极管或由红色、绿色及蓝色光源混合产生的白光。

17.一种显示系统的帧位移背光调节方法，包括下列步骤：

根据当前帧的像素信号产生一背光亮度；

根据该背光亮度重新计算下一帧的像素信号；以及

根据该下一帧重新计算后的像素信号及该背光亮度显示该下一帧的影像。

18.如权利要求17所述的帧位移背光调节方法，其特征在于，所述产生该背光亮度的步骤包括下列步骤：

统计该当前帧的像素的灰阶值以产生该灰阶值的直方图；以及

根据该灰阶值的直方图产生一白光背光亮度。

19.如权利要求17所述的帧位移背光调节方法，其特征在于，所述产生该背光亮度的步骤包括下列步骤：

统计该当前帧的像素的色彩值产生该色彩值的直方图；以及

根据该色彩值的直方图产生该色彩值颜色的色光背光亮度。

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