CN101414443A - 液晶显示装置及控制其液晶面板亮度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种液晶显示装置及控制其液晶面板亮度的装置及方法。该液晶显示装置接收一影像信号后，利用该影像信号及多个亮度控制参数产生一影像补偿参数，并产生对应至该影像信号的一补偿影像信号，其中各该亮度控制参数与该液晶面板的特性相关。最后利用该影像补偿参数，产生一控制信号，而该液晶面板的一背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。本发明可降低液晶面板显示影像时所需的背光亮度，并同时维持影像的品质，因此可有效降低液晶显示装置的功耗。

Description

液晶显示装置及控制其液晶面板亮度的装置及方法

技术领域

本发明有关一种液晶显示装置，及控制其液晶面板亮度的装置及方法；更具体说，是有关一种利用液晶面板与接收影像信号的特性，来控制液晶面板亮度的液晶显示装置，及控制其液晶面板亮度的装置及方法。

背景技术

液晶显示装置(LCD)目前广泛用在许多电子装置中，像是液晶电视、笔记本电脑、移动电话、数码相机、个人数字助理(PDA)、液晶屏幕等。由于液晶显示装置用来显示影像的液晶面板，不会主动发出光源，因此必须搭配一背光组件才能显示影像。

图1为使用背光组件的传统液晶显示装置10的架构图，其包含有一接收接口11、一控制信号产生组件12和液晶面板13，其中该液晶面板13包含液晶面板单元131与一背光组件132，其中控制信号产生组件12可为一微处理控制单元。

传统的作法是背光组件132产生固定的光源，来照亮液晶面板单元131所接收影像信号的所有像素。从功率消耗的观点来看，此背光组件132所提供的亮度的方式效率不高。举例来说，在显示较暗的影像时，液晶面板单元131会过滤掉大部分背光组件132所产生的光源，也即浪费了背光组件132发出光源时所需的电力。而许多电子装置消耗的电力中，液晶显示装置即占了大部分的比例，以液晶电视来说，液晶显示装置消耗了约70％的电力。因此，如果能够降低液晶显示装置所消耗的电力，即可延长该电子装置使用的时间。

美国专利案第7,176,878号揭示了一种降低液晶显示装置所需功耗的方法，该方法是通过降低背光组件发出的亮度并补偿影像的亮度，来降低背光组件所需的电力。此方法的缺点在于仅利用影像的特性，来决定降低背光组件发出的亮度与补偿影像亮度的参数，并未考虑到液晶面板本身的特性。因此降低背光亮度后影像显示的品质，较原先影像显示的品质为差。

综上所述，现行降低背光亮度的作法，大都无法维持原来影像显示的品质。因此，如何降低液晶显示装置所需的背光亮度，并且保有原来影像显示的品质，以有效降低液晶显示装置所需的功耗，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种控制液晶面板的亮度的方法，此液晶面板包含一背光组件。此方法利用液晶面板及接收影像信号的特性，调整液晶面板于显示影像时所需的背光亮度，并同时维持影像显示的品质，以有效降低液晶面板所需的功耗。

为达上述目的，此方法包含下列步骤：(a)接收一影像信号；(b)利用该影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数，其中各该亮度控制参数分别与该背光组件所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关；(c)利用该影像补偿参数，产生对应至该影像信号的一补偿影像信号；以及(d)利用该影像补偿参数，产生一控制信号，而该背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。

本发明的另一目的在于提供一种控制液晶面板的亮度的装置，此液晶面板包含一背光组件。此装置可根据液晶面板及接收影像信号的特性，调整液晶面板于显示影像时所需的背光亮度，并同时维持影像显示的品质，以降低液晶面板所需的功耗。

为达上述目的，此装置包含一接收接口、一影像补偿组件及一控制信号产生组件。该接收接口用以接收一影像信号。该影像补偿组件用以利用该影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数，以及用以利用该影像补偿参数，产生对应至该影像信号的一补偿影像信号。其中各该亮度控制参数是分别与该背光组件所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关。该控制信号产生组件用以利用该影像补偿参数，以产生一控制信号，而该背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。

本发明的又一目的在于提供一种液晶显示装置，此液晶显示装置可根据液晶面板与接收影像信号的特性，降低液晶面板显示时所需的背光亮度，并维持影像显示品质，以降低液晶显示装置的功耗。为达上述目的，此液晶显示装置包含液晶面板及前述的控制该液晶面板亮度的装置，并执行前述控制该液晶面板亮度的方法。

综上所述，本发明提供一种液晶显示装置，及控制其液晶面板亮度的装置及方法。通过本发明，可降低液晶显示装置于显示影像时所需的背光亮度，并同时维持影像显示的品质，以有效降低液晶面板显示时所需的功耗。

附图说明

在参阅随后配合附图对本发明的较佳实施例的具体描述后，所属技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施态样，其中：

图1是传统的液晶显示装置的方块图；

图2A是本发明的第一实施例的示意图；

图2B是可与第一实施例搭配的测试装置的示意图；

图3A是本发明的第二实施例的应用阶段的方法流程图；

图3B是步骤302的详细步骤的示意图；

图4A是本发明的第二实施例的测试阶段的流程图；以及

图4B是步骤404的详细流程图。

具体实施方式

以下将通过实施例来解释本发明内容，其是关于一种液晶显示装置，及控制其液晶面板亮度的装置及方法。然而，本发明的实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需说明者，以下实施例及附图中，与本发明无关的元件已省略而未绘示。

图2A示出本发明的第一实施例，其为一种液晶显示装置20。此液晶显示装置20包含一接收接口21、一影像补偿组件22、一控制信号产生组件23以及液晶面板24，其中液晶面板24包含一液晶面板单元241及一背光组件242。

首先，接收接口21接收一影像信号201，并将此影像信号201传送至影像补偿组件22。影像补偿组件22利用该影像信号201及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数203以进行后续处理，借此显示此影像信号201所表示的一影像。此处这些亮度控制参数与该液晶面板24的特性相关，具体而言，各该亮度控制参数为事前通过测试程序所产生，分别与该背光组件242所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关。

以下说明将包含两个主要的部份，第一部分为产生这些亮度控制参数的事前测试程序，第二部份则为利用这些亮度控制参数的应用部分，即本实施例的液晶显示装置20。

首先描述第一部分，即事前产生这些亮度控制参数的测试装置。请参阅图2B，此测试装置包含一测试影像产生组件26、一控制信号产生组件27、一测量组件28以及一处理组件29。此测试装置用以测试液晶面板24的特性(即求得这些亮度控制参数)，待测试后，液晶面板24则被设置于显示装置20内。

控制信号产生组件27会产生多个测试控制信号，本实施例中，这些测试控制信号为脉冲宽度调变(PWM)信号，但于其他实施态样中，可为其他格式的信号。液晶面板24的背光组件242相应各该测试控制信号，发出相对应的一亮度。对各该测试控制信号，测试影像产生组件26产生多个影像亮度信号，也即针对各该测试控制信号，产生256个影像亮度信号，此256个影像亮度信号包含灰阶值全为0的影像亮度信号、灰阶值全为1的影像亮度信号，依此类推至灰阶值全为255的影像亮度信号。

接着，相应各该测试控制信号，测量组件28测量相对应的各该影像亮度信号，因相对应的该亮度，于该液晶面板24所呈现的测试亮度值，以得一对应关系。也即，针对各该测试控制信号，测量组件28测量256个影像亮度信号分别于该液晶面板单元241所呈现的亮度值，因此，可分别求得各该测试控制信号的对应关系，即一珈玛曲线(gamma curves)。

得到各该测试控制信号的对应关系(即珈玛曲线)后，处理组件29再根据这些影像亮度信号、这些测试亮度值及这些对应关系，产生这些亮度控制参数，各该亮度控制参数分别对应至这些测试控制信号其中之一。

具体而言，处理组件29产生这些亮度控制参数产生的方式如下。首先，处理组件29选择这些测试控制信号的值为最大者为一基准控制信号，再利用下列关系式，对各该测试控制信号产生亮度改变参数：

$K\left(P_n\right)=\frac{1}{256}\underset{i=0}{\overset{255}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i(P_n,P_{\max }),$

其中 $K_i(P_n,P_{\max })=\frac{L(I_i,P_n)}{L(I_i,P_{\max })},$ Ii为灰阶值全为i的影像亮度信号，P_n为第n个测试控制信号，P_max为基准控制信号，也即测试控制信号的值为最大者，L(I_i，P_n)和L(I_i，P_max)分别为影像亮度信号Ii在测试控制信号P_n和P_max所驱动的背光组件发出的亮度下，于液晶面板24呈现的亮度。Ki(P_n，P_max)为测试控制信号由P_max调整至P_n时，灰阶值i的全反白影像于液晶面板24呈现的亮度的变化率。将Ki(P_n，P_max)对应的灰阶值i从0至255加总之后平均，即所得到上述公式中的K(P_n)。有几个测试控制信号，处理组件29就会算几次K(P_n)，之后再对这些K(P_n)正规化，即为测试控制信号P_n对基准控制信号的亮度改变参数，也即自最大测试控制信号调整至测试控制信号P_n时，液晶面板24呈现的亮度的改变程度。

接着，处理组件29利用前述各该测试控制信号的对应关系(即各珈玛曲线)，计算液晶面板24的修正值，此修正值为液晶面板24的一珈玛值。大部分液晶面板24的电子光学特征，可利用下列关系式表示：

L_i＝α·(I_i)^γ，i＝0，1，…，255

其中Li为液晶面板24的亮度，α为液晶面板24的固定系数，Ii为灰阶输入影像信号，γ为液晶面板24的珈玛值。而此液晶面板24的珈玛值γ通常为一常数，借由曲线逼近方法，可利用各该测试控制信号的对应关系的珈玛曲线来估计相对应的珈玛值γ，各该伽玛值γ的平均值为该液晶面板24的伽玛值γ。此曲线逼近方法为习知的知识，于此不再详述。

最后，处理组件29对各该测试控制信号产生亮度控制参数。由于测试控制信号的变动将会影响液晶面板24的亮度，故液晶面板24的亮度应被一亮度控制参数H所补偿，使液晶面板24上最后呈现影像的亮度和原来相同。以关系式L(I，1)＝α·(I)^γ表示背光组件的亮度为最亮时液晶面板24的影像亮度，其中γ为背光液晶面板24的珈玛值，α为液晶面板24的固定系数，I为输入影像。若将测试控制信号降低到p，且输入影像以亮度控制参数H补偿亮度，则液晶面板24的最后影像亮度可利用下列关系式来表示：

$\tilde{L}=K\left(p\right)\·\mathrm{\α}\·{(H\·I)}^{\mathrm{\γ}}$

为了维持测试控制信号调整后的影像品质，希望能达到 $\tilde{L}=L(I,1)$ 的影像补偿效果。因此相应各该测试控制信号，即可产生对应的各该亮度控制参数，其关系式如下所示：

$H={\left(\frac{1}{K\left(p\right)}\right)}^{1/\mathrm{\γ}}$

接着描述第二部份，即本发明的第一实施例，利用这些亮度控制参数的部分。也即，根据液晶面板24的特性(即与液晶面板相关的亮度控制参数)，调整所欲显示的影像及控制信号。

具体而言，接收接口21接收影像信号201后，影像处理组件22利用影像信号201与这些亮度控制参数，产生影像补偿参数203。具体而言，其是利用该影像信号201的一最大亮度值Smax，将的除255以产生一第一补偿系数(即255/Smax)，并取这些亮度控制参数中最大者为一第二补偿系数(即Hmax)，由前述亮度控制参数产生方式可知，此最大亮度控制参数即对应最小测试控制信号。最后取第一补偿系数和第二补偿系数的较小者为影像补偿参数203。由此可知影像补偿参数203是与影像信号201和液晶面板24的特性有关。

接着影像补偿组件22利用影像补偿参数203，产生一补偿影像信号204，产生方式为将影像信号201直接乘以影像补偿参数203而得。此补偿影像信号204被传送至液晶面板24的液晶面板单元241。同时，影像补偿参数203传送至控制信号产生组件23，控制信号产生组件23利用影像补偿参数203，以产生一控制信号205，此控制信号产生组件23为一背光组件发光亮度控制信号产生器，且该控制信号205为一背光组件发光亮度控制信号。进一步言，该背光组件发光亮度控制信号产生器可为一脉冲宽度调变信号产生器，且该背光组件发光亮度控制信号为一脉冲宽度调变信号。

此处进一步说明的是，在前述亮度控制参数产生的事前测试程序中，可得到各该亮度控制参数分别对应一测试控制信号，因此根据该对应关系，可产生影像补偿参数203所对应的控制信号205。

最后该控制信号205传送至背光组件242，而背光组件242相应该控制信号205产生一亮度，以于该液晶面板单元241显示该补偿影像信号204所表示的一影像(即影像信号201所表示的一影像)。

本实施例的液晶显示装置20，可根据接收影像信号201与液晶面板24的特性，来决定影像补偿参数203与控制信号205，一方面可降低控制信号205的强度，而减低液晶面板24的背光组件发出的亮度，另一方面通过影像补偿参数203所产生的补偿影像信号204，也可维持影像显示的品质。如此可在不牺牲影像品质的情况下，降低液晶显示装置20所需的功耗。

本发明的第二实施例为一种控制液晶面板的亮度的方法，液晶面板包含一背光组件，此方法适可应用于前述图2A的液晶显示装置20中。

请一并参阅图3A、图3B、图4A、及图4B的流程图。图3A是第二实施例的控制液晶面板的亮度的方法流程图。首先执行步骤301，由接收接口21接收一影像信号201。接着影像处理补偿组件22执行步骤302，利用该影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数203，其中各该亮度控制参数与液晶面板24的特性相关，具体而言，各该亮度控制参数分别与液晶面板24的该背光组件242所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关。亮度控制参数为事前产生，其流程将于稍后再做描述，再此是假设已产生亮度控制参数。

步骤302的详细步骤如图3B所示，首先执行步骤302a，根据利用该影像信号201的一最大亮度值，产生一第一补偿系数。接着执行步骤302b，取这些亮度控制参数中最大者为一第二补偿系数，由前述亮度控制参数产生方式可知，此最大亮度控制参数即对应最小测试控制信号。最后执行步骤302c，取第一补偿系数和第二补偿系数的较小者为影像补偿参数203。由上述的过程可知，影像补偿参数203是与影像信号201和液晶面板24的特性有关。

影像补偿参数203产生之后，执行步骤303，影像处理组件22利用该影像补偿参数203，产生对应至该影像信号201的补偿影像信号204，具体而言，是将该影像补偿参数203与该影像信号201相乘，以产生该补偿影像信号204。补偿影像信号204即包含欲于液晶面板单元241所呈现的影像。最后执行步骤304，控制信号产生组件23利用影像补偿参数203产生控制信号205，而该背光组件242相应该控制信号205产生一亮度，以于该液晶面板24显示该补偿影像信号所表示的影像。

接着，回头说明这些亮度控制参数事先产生的方法，其流程图如第4图所示。首先执行步骤401，产生多个测试控制信号，此测试控制信号为脉冲宽度调变信号，而该背光组件242相应各该测试控制信号分别发出相对应的该亮度。接着执行步骤402，相应各该测试控制信号，产生相对应的这些影像亮度信号，也即针对各该测试控制信号，产生256个影像亮度信号，此256个影像亮度信号包含灰阶值全为0的影像亮度信号、灰阶值全为1的影像亮度信号，依此类推至灰阶值全为255的影像亮度信号。

再执行步骤403，相应各该测试控制信号，测量相对应的各该影像亮度信号，因相对应的该亮度，于该液晶面板24所呈现的测试亮度值，以得一对应关系。具体而言，针对每个测试控制信号，256个影像亮度信号会有相对应的256个测量到的亮度，因此各该测试控制信号，各可得到一组液晶面板24的测量亮度与影像亮度信号的对应关系，此对应关系即为珈玛曲线。

接着执行步骤404，根据这些影像亮度信号、这些测试亮度值及这些对应关系，产生这些亮度控制参数，各该亮度控制参数分别对应至这些测试控制信号其中之一。

步骤404的详细步骤如图4B的流程图所示。首先执行步骤404a，选择这些测试控制信号中最大者为基准控制信号，然后执行步骤404b，对各该测试控制信号，利用相对应的这些测试亮度值以及与该基准控制信号相对应的这些测试亮度值，计算一亮度改变参数。亮度改变参数产生方式如第一实施例所述，此处不再赘述。

接着执行步骤404c，利用前述各该测试控制信号的对应关系，计算该液晶面板的一修正值，此修正值为液晶面板24的一珈玛值。此珈玛值产生的方式如第一实施例所述，故不再赘述。最后执行步骤404d，对各该控制信号，利用该修正值及相对应的各该亮度改变参数，产生各该亮度控制参数。其产生方式也如同第一实施例所述，故不再赘述。

本实施例的液晶面板亮度控制的方法，是根据接收影像信号与液晶面板的特性，除了可降低控制信号的强度外，也可适当补偿影像的亮度，而减低液晶面板所需背光亮度的同时，不至于牺牲影像显示的品质。

综上所述，本发明提供一种液晶显示装置，及一种上述液晶显示装置的液晶面板亮度控制装置及其控制方法。通过本发明，根据事前测试液晶面板特性所获得的亮度控制参数，配合接收影像信号的特性，可提供适当的控制信号，以降低背光组件发出的亮度，并适当补偿影像的亮度，以维持影像显示的品质。此发明较先前技术仅利用影像的特性来决定降低背光组件发出的亮度与补偿影像亮度的系数，可克服影像显示品质不佳的缺点。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以申请专利范围为准。

Claims (17)

1.一种控制液晶面板的亮度的方法，该液晶面板包含一背光组件，该方法包含下列步骤：

(a)接收一影像信号；

(b)利用该影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数，其中各该亮度控制参数分别与该背光组件所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关；

(c)利用该影像补偿参数，产生对应至该影像信号的一补偿影像信号；以及

(d)利用该影像补偿参数，产生一控制信号，而该背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(b)包含下列步骤：

(b1)利用该影像信号的一最大亮度值，产生一第一补偿系数；

(b2)取这些亮度控制参数中最大者为一第二补偿系数；以及

(b3)取该第一补偿系数和第二补偿系数的较小者为该影像补偿参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(c)是将该影像补偿参数与该影像信号相乘以产生该补偿影像信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该控制信号为一脉冲宽度调变信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包含下列步骤：

(e)产生多个测试控制信号，而该背光组件相应各该测试控制信号分别发出相对应的一亮度；

(f)相应各该测试控制信号，产生相对应的这些影像亮度信号；

(g)相应各该测试控制信号，测量相对应的各该影像亮度信号，因相对应的该亮度，于该液晶面板所呈现的一测试亮度值，以得一对应关系；以及

(h)根据这些影像亮度信号、这些测试亮度值及这些对应关系，产生这些亮度控制参数，各该亮度控制参数分别对应至这些测试控制信号其中之一。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(h)包含下列步骤：

(h1)选择这些测试控制信号的值最大者为一基准控制信号；

(h2)对各该测试控制信号，利用相对应的这些测试亮度值以及与该基准控制信号相对应的这些测试亮度值，计算一亮度改变参数；

(h3)利用这些对应关系，计算该液晶面板的一修正值；

(h4)对各该测试控制信号，利用相对应的各该亮度改变参数和该液晶面板的该修正值，产生各该亮度控制参数。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于各该对应关系为一珈玛曲线，该修正值为一珈玛值。

8.一种控制液晶面板的亮度的装置，该液晶面板包含一背光组件，该装置包含：

一接收接口，用以接收一影像信号；

一影像补偿组件，用以利用该影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数，以及用以利用该影像补偿参数，产生对应至该影像信号的一补偿影像信号，其中各该亮度控制参数是分别与该背光组件所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关；以及

一控制信号产生组件，用以利用该影像补偿参数，以产生一控制信号，而该背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该控制信号产生组件为一背光组件发光亮度控制信号产生器，且该控制信号为一背光组件发光亮度控制信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于该背光组件发光亮度控制信号产生器为一脉冲宽度调变信号产生器，且该背光组件发光亮度控制信号为一脉冲宽度调变信号。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该影像补偿组件是利用该影像信号的一最大亮度值，产生一第一补偿系数，取这些亮度控制参数中最大者为一第二补偿系数，以及取该第一补偿系数和该第二补偿系数的较小者为该影像补偿参数。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该影像补偿组件是将该影像补偿参数与该影像信号相乘以产生该补偿影像信号。

13.一种液晶显示装置，包含：

液晶面板，包含一背光组件；

一接收接口，用以接收一影像信号；

一影像补偿组件，用以利用一影像信号及多个亮度控制参数，产生一影像补偿参数，以及用以利用该影像补偿参数，产生对应至该影像信号的一补偿影像信号，其中各该亮度控制参数是分别与该背光组件所发出的一亮度、多个影像亮度信号，及各该影像亮度信号于该亮度下所分别呈现的一影像亮度值相关；以及

一控制信号产生组件，用以利用该影像补偿参数，以产生一控制信号，而该背光组件相应该控制信号产生一亮度，以于该液晶面板显示该补偿影像信号所表示的一影像。

14.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于该控制信号产生组件为一背光组件发光亮度控制信号产生器，且该控制信号为一背光组件发光亮度控制信号。

15.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于该背光组件发光亮度控制信号产生器为一脉冲宽度调变信号产生器，且该背光组件发光亮度控制信号为一脉冲宽度调变信号。

16.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于该影像补偿组件是利用该影像信号的一最大亮度值，产生一第一补偿系数，取这些亮度控制参数最大者为一第二补偿系数，以及取该第一补偿系数和该第二补偿系数的较小者为该影像补偿参数。

17.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于该影像补偿组件是将该影像补偿参数与该影像信号相乘以产生该补偿影像信号。

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