CN101650920B - 液晶显示器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于用于选择性地控制平均图像电平的液晶显示设备和驱动方法。本发明的液晶显示器包括：从输入图像分离亮度和色差信息的亮度提取器；接收限制APL的用户接口；APL限定器，其基于来自亮度提取器的亮度计算输入图像的平均APL，当输入图像的平均APL高于限制APL时调制输入图像的亮度以使得限定平均APL低于限制APL，和转换调制亮度和色差信息为RGB数据；和在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据的驱动电路。

Description

液晶显示器及其驱动方法
本申请要求于2008年8月12日提交的韩国专利申请No.10-2008-0078942的权益，为了所有用途将其完全包括在此并引入作为参考，就像在这里所完全公开的一样。
技术领域
本发明关于用于选择性地控制平均图像电平(即“APL”)的液晶显示设备和驱动方法。
背景技术
现今，在显示设备市场中，为了代替具有重和大的体积的阴极射线管(即“CRT”)，开发了各种平板显示设备。对于这些平板显示设备，存在液晶显示(即“LCD”)设备，场发射显示器(即“FED”)，等离子显示面板(即“PDP”)，电致发光设备(即“EL”)等。
由于轻的总量、薄的厚度、低能耗和低功率驱动，液晶显示设备逐步应用于各种应用。例如，该液晶显示设备被应用于便携式计算机，比如笔记本PC、办公自动化设备、音频/视频设备、和广告设备。该液晶显示设备通过控制提供到液晶层的电场来调制从背光单元输入的光，从而呈现视频图像。
如图1所示，因为LCD设备具有其中总是以最高亮度呈现视频图像、而不管图像内容的情况的驱动特性，峰值亮度几乎等于全白亮度。峰值亮度是当驱动LCD面板以使得以黑色灰度级呈现LCD的背景图像且以最大亮度呈现由背景围绕的中心部分时在LCD面板的中心部分检测的亮度。全白亮度是当以最大亮度呈现LCD面板的整个屏幕时从屏幕检测的亮度。
如果峰值亮度接近等于全白亮度，对于其中确切亮度和颜色呈现很重要的计算机监视器是有益的。然而，对于其视频图像动态地改变的电视监视器，该监视器可对观看者的眼睛造成坏的效果。特别地，当人们观看其最峰值亮度是白色灰度级的下雪背景时，由于过高的亮度，眼睛眩光变得严重且之后积累眼睛疲劳。
相反的，对于PDP或者CRT，全白亮度通常低于峰值亮度。因此，当观看PDP或者CRT的高亮度图像内容时，每个像素的亮度将自然地下降以使得不发生眼睛眩光现象且减少眼睛疲劳。
结果，需要用于当LCD设备显示高亮度图像内容时减少眼睛眩光和眼睛疲劳的方法。
发明内容
本发明的用途用于解决根据现有技术的缺点和问题，提供用于减少眼睛眩光和眼睛疲劳的液晶显示设备和LCD设备的驱动方法。
为实现上述目的和优点，根据本发明的一个实施例的液晶显示设备包括：亮度提取器，其从输入图像分离亮度和色差信息；用户接口，其接收限制APL；APL限定器，其基于来自亮度提取器的亮度计算输入图像的平均APL，当输入图像的平均APL高于限制APL时调制输入图像的亮度以使得限定平均APL低于限制APL，并转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和驱动电路，其在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；其中，该APL限定器对输入图像的亮度执行解伽马计算以线性化输入图像的伽马特性，并基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和在转换亮度为RGB数据之前，通过对于被调制的亮度执行伽马补偿来反向转换线性化的亮度为非线性的伽马特性。
根据本发明的另一实施例的液晶显示设备包括：亮度提取器，其从输入图像分离亮度和色差信息；APL限定器，其基于来自亮度提取器的亮度计算输入图像的平均APL，当输入图像的平均APL高于限制APL时通过降低预定调制宽度来调制输入图像的亮度，并转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和驱动电路，其在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据。
驱动电路包括栅极驱动IC，源极驱动IC和控制板的时序控制器，这将在下面的实施例详细地解释。
根据本发明的一个实施例的用于驱动液晶显示设备的方法包括步骤：从输入图像分离亮度和色差信息；经由用户接口接收限制APL；基于亮度计算输入图像的平均APL；当输入图像的平均APL高于限制APL时调制输入图像的亮度以使得平均APL低于限制APL；转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；其中，该基于亮度计算输入图像的平均APL的步骤包括：通过对输入图像的亮度执行解伽马补偿而线性化输入图像的亮度伽马特性；和基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和其中，转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据的步骤包括：通过执行伽马补偿来反向转换被调制的亮度为非线性的伽马特性；和将通过非线性的伽马特性和色差信息反向转换的亮度转换为RGB数据。
根据本发明的另一实施例的用于驱动液晶显示设备的方法包括步骤：从输入图像分离亮度和色差信息；基于亮度计算输入图像的平均APL；当输入图像的平均APL高于基准APL时调制输入图像的亮度以将平均APL降低预定调制宽度；转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；其中，该基于亮度计算输入图像的平均APL的步骤包括：通过对输入图像的亮度执行解伽马补偿而线性化输入图像的亮度伽马特性；和基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和其中，转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据的步骤包括：通过执行伽马补偿来反向转换被调制的亮度为非线性的伽马特性；和将通过非线性的伽马特性和色差信息反向转换的亮度转换为RGB数据。
附图说明
包含的附图用以进一步理解本发明以及并入本发明和成为说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例以及同时与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图中：
图1是分别示出了LCD，PDP和CRT中的峰值亮度和全白亮度的简图。
图2是示出了根据本发明一个实施例的液晶显示设备的框图。
图3是示出了根据本发明第一实施例的系统板的电路配置的框图。
图4是按照一步一步的顺序示出了图3所示的亮度提取器和APL限定器的视频数据处理步骤的流程图。
图5是示出了图4的S3步骤和S7步骤中的伽马计算的曲线图。
图6是示出了第一停止视频图像的体验结果的视图。
图7是示出了第二停止视频图像的体验结果的视图。
图8是示出了移动视频图像的体验结果的视图。
图9是示出了根据本发明第二实施例的系统板的电路配置的框图。
图10是按照一步一步的顺序示出了图9所示的亮度提取器和APL限定器的图像数据处理步骤的流程图。
具体实施方式
通过参考以下结合附图详细地描述的实施例，本发明的优点和特征和实现所述优点和特征的方法将变得明显。相同的参考数字指定整个具体说明中相同的元件。
参考图2到10，将解释根据本发明的优选实施例。
参考图2，根据本发明的实施例的液晶显示设备包括液晶显示面板10，多个栅极驱动IC(即“集成电路”)151到153，多个源极驱动IC 131到136，系统板(SB)，接口板(INTB)，和控制板(CTRB)。在图2中，没有示出背光单元和背光的驱动电路。
液晶显示面板10包括彼此接合的两个玻璃基板和在其间的液晶层。通过数据线14和栅极线16的交叉结构以矩阵模式布置LCD面板的液晶单元10。
在液晶显示面板10的下玻璃基板上，形成连接到TFT并由在像素电极1和公共电极2之间的电场驱动的数据线14，栅极线16，TFT，液晶单元(Clc)，和存储电容器(Cst)。在液晶显示面板10的上玻璃基板上，形成黑色矩阵，滤光片和公共电极2。对于比如TN模式(扭曲向列模式)和VA模式(垂直对准模式)的垂直电场驱动类型，公共电极2形成在上玻璃基板上。相反地，对于比如IPS模式(平面上开关模式)和FFS模式(散射场开关方式)的水平电场驱动类型，公共电极2形成在具有像素电极1的下玻璃基板上。在液晶显示面板10的上和下玻璃基板的外表面上，附加偏振板。在液晶显示面板10的上和下玻璃基板的内表面上，形成用于液晶材料的预倾角的对准层。
源极驱动IC 131到136接收以微型LVDS方法从控制板(CTRB)发送的数字视频数据，响应于来自控制板(CTRB)的数据时序控制信号转换该数字视频数据为模拟数据电压，并随后将它们提供到液晶显示面板10的数据线14。每个源极驱动IC装备有用于接收和解调微型LVDS数据的微型LVDS接收电路。
每个栅极驱动IC 151到153响应于来自控制板(CTRB)的栅极时序控制信号产生栅极脉冲并顺序地提供该栅极脉冲到栅极线16。
在本发明的第一实施例中，系统板(SB)转换数字视频数据的分辨率到合适于液晶显示面板10的分辨率。系统板(SB)调制输入图像的每个像素的亮度以使得限定当前输入的图像的平均APL低于经由用户接口接收的限制平均图像电平。用户接口包括比如在屏显示器、遥控器、触摸板、键盘和鼠标的用户输入设备，和用于解码来自输入设备的数据的解码器。另外，系统板(SB)使用LVDS接口方法发送数字视频数据和具有LVDS时钟的时序信号到接口板(INTB)。该时序信号包括Vsynch信号，Hsynch信号，数据启动信号和Dot时钟。
在本发明的第二实施例中，系统板(SB)使用定标器改变数字视频数据的分辨率以适于LCD面板的分辨率。系统板(SB)比较输入帧图像的平均图像电平和预定基准APL。如果当前输入的帧图像的平均APL高于基准APL，系统板(SB)调制帧图像的像素亮度到有效地低于平均APL。这里，能够根据当前输入的帧图像的平均APL改变平均APL的调整宽度。
接口板(INTB)经由LVDS接口接收电路从系统板(SB)接收数字视频数据，时序信号和LVDS时钟。接口板(INTB)经由LVDS接口发射电路发送这些信号到控制板(CTRB)。
控制板(CTRB)经由LVDS接口接收电路从接口板(INTB)接收数字视频数据，时序信号和LVDS时钟。装备在控制板(CTRB)中的时序控制器转换接收的数字视频数据为微型LVDS数据，并发送具有微型LVDS时钟的微型LVDS数据到源极驱动IC 131到136。另外，控制板(CTRB)产生用于控制源极IC 131到136的工作时序的数据时序控制信号和用于控制栅极驱动IC 151到153的工作时序的栅极时序控制信号。
图3详细地示出了根据本公开第一实施例的系统板。
参考图3，系统板(SB)包括定标器31，亮度提取器32，和APL限定器33。
定标器31调整从外部设备或者电视调谐器接收的图像信号的分辨率为LCD面板10的分辨率。
亮度提取器32从RGB数字视频数据提取亮度值(Y)和色差信息(CbCr)，并提供它们到APL限定器33。
APL限定器33计算从亮度提取器32输入的一个帧图像的平均APL，并调制每个亮度(Y)低于从用户接口输入的限制APL。另外，相反地，APL限定器33转换来自亮度提取器32的被调制的亮度(Y)和色差信息(CbCr)为数字视频数据。从APL限定器33输出的RGB数字视频数据被经由接口板(INTB)提供到控制板(CTRB)的时序控制器。
图4是按照一步一步的顺序示出了根据本发明的第一实施例的亮度提取器32和APL限定器33的图像数据处理步骤的流程图。
参考图4，亮度提取器32接受输入RGB数字视频数据作为变量，使用公式(1)到(3)计算每个RGB数字视频数据的每个亮度(Y)和每个色差信息(CbCr)(步骤S1和S2)。
Y＝0.299R+0.589G+0.114B    --------------(1)
Cb＝0.564(B-Y)       --------------(2)
这里，B-Y＝B-(0.3R+0.59G+0.11B)＝-0.3R-0.59G+0.89B
Cr＝0.713(R-Y)    --------------(3)
这里，R-Y＝R-(0.3R+0.59G+0.11B)＝0.7R-0.59G-0.11B
为了线性化如图5所示的具有非线性的伽马特性的输入图像的亮度，APL限定器33对于一个帧图像的每个亮度(Y)执行解伽马(degamma)计算，如等式(4)所示(步骤S3)。
Y = ( Y 255 ) 2.2 × 255 - - - ( 4 )
APL限定器33接受由解伽马计算的亮度作为变量，使用等式(5)计算整个一个帧的平均图像电平(步骤S4)。APL可具有0到100的一个值。平均APL值越高，相关帧图像越亮。相反地，平均APL值越低，相关帧图像越暗。
AverageAPL = AverageY 255 × 100 - - - ( 5 )
这里，作为由解伽马计算的一个帧图像的平均亮度的平均Y是通过将一个帧图像的亮度(Y)的总累加值除以LCD面板10的像素的数目得到的。
该APL限定器33比较经由用户接口输入的限制APL和一个帧图像的平均APL。如果当前输入的一个帧图像的平均APL高于限制APL(步骤S5)，APL限定器33调制像素的每个亮度(Y)，如公式(6)所示，以使得LCD面板10上显示的图像的平均APL不高于限制APL(步骤S6)。如果当前输入的一个帧图像的APL低于限制APL(步骤S5)，那么APL限定器33不调制当前输入的一个帧图像的像素亮度而是执行步骤S7以转换输入图像的伽马特性为初始状态。
Y = Y 255 × ( LimitAPL AverageY × 255 ) - - - ( 6 )
APL限定器33将在步骤S6中的未调制的初始亮度(Y)或者被调制的亮度(Y)带入等式(7)，其是2.2伽马编码计算公式，以反向转换线性化的伽马特性为初始伽马特性(步骤S7)。
Y = ( Y 255 ) 1 2.2 × 255 - - - ( 7 )
APL限定器33通过将从亮度提取器32输入的色差信息(CbCr)和在步骤S7由2.2伽马特性转换的亮度(Y)代入以下公式(8)到(10)(其是RGB反向公式)，来计算将在LCD面板10上显示的RGB数字视频数据(步骤S8和S9)。从APL限定器33输出的RGB数字视频数据被经由控制板(CTRB)的时序控制器提供到源极驱动IC 131到136。
R＝Y+1.402Cr    --------------(8)
G＝Y-0.334Cb-0.713Cr    --------------(9)
B＝Y+1.772Cb    --------------(10)
在这期间，能够和执行其他图像处理的图像引擎共同执行图4所示的图像数据处理中的步骤S2的RGB到YCbCr转换和步骤S8的YCbCr到RGB转换。例如，比如KR10-2003-0099334，KR10-2004-0030334，KR10-2003-0041127，KR10-2004-0078112，KR10-2003-0099330，KR10-2004-0115740，KR10-2004-0049637，KR10-2003-0040127，KR10-2003-0081171，KR10-2004-0030335，KR10-2004-0049305，KR10-2003-0081174，KR10-2003-0081175，KR10-2003-0081172，KR10-2003-0080177，KR10-2003-0081173和KR10-2004-0030336的专利申请提取输入图像的亮度，基于亮度分析直方图，根据分析结果控制背光的亮度，调制输入图像的亮度，并随后转换明亮的和色差信息为RGB数字视频数据。因此，因为在该公开之前提交的图像引擎实质上包括和图4所示的步骤S2和S8相同的处理，能够和其他图像引擎公用，而不执行它们。
图6到8是表示在使用图4的图像数据处理调制相对亮的停止图像的数据和活动图像数据之后，将被调制的数据呈现到LCD面板10的体验结果。
图6是其APL是69.5的第一静止图像的实验结果。其示出了当以100，50或40控制限制APL时根据限制APL改变图像的平均APL。图7其APL是66.5的第二静止图像的实验结果。其示出了当以100，50或40控制限制APL时根据限制APL改变图像的平均APL。图8示出了未调制的“雪板训练(9分41秒)”的原始视频图像和其中以“50”的限制APL调制视频数据的被调制的图像的APL改变。如实验结果所示，当限制APL降低时，总体亮度也降低，而且眼睛眩光和疲劳减少。
结果，根据该公开的第一实施例的液晶显示设备和驱动方法控制输入图像的APL在由用户根据用户的眼睛眩光和疲劳决定的限制APL下。
图9示出了根据本发明的第二实施例的系统板(SB)。
参考图9，系统板(SB)包括定标器91，亮度提取器92，和APL限定器93。
定标器91调整从外部仪器或者电视调谐器输入的图像信号的分辨率适于液晶显示面板10的分辨率。
亮度提取器92从定标器91提取每个RGB数字视频数据的亮度(Y)和色差信息(CbCr)并随后提供它们到APL限定器93。
APL限定器93计算从亮度提取器32输入的每个一个帧图像的平均APL。比较平均APL和预先存储的基准APL，当输入的帧图像的平均APL高于基准APL时，APL限定器93通过降低每个像素的亮度(Y)控制输入图像的平均APL下降。另外，APL限定器93反向转换来自亮度提取器92的被调制的亮度(Y)和色差信息(CbCr)为RGB数字视频数据。从APL限定器93输出的RGB数字视频数据被经由接口板(INTB)提供到控制板(CTRB)的时序控制器。
图10是按照一步一步的顺序示出了根据本发明的第二实施例的亮度提取器92和APL限定器93的图像数据处理步骤的流程图。
参考图10，亮度提取器92采用输入的RGB数字视频数据作为变量，使用公式1到3计算每个RGB数字视频数据的亮度(Y)和色差信息(CbCr)(步骤S101和102)。
APL限定器93使用公式4对于每个一个帧图像的每个亮度(Y)执行解伽马计算以线性化如图5所示具有非线性的伽马特性的输入图像的亮度(步骤S103)。
APL限定器93使用公式5计算整个一个帧的平均APL(步骤S104)。APL限定器93比较输入的一个帧图像的平均APL和预先存储的基准APL。根据比较结果，如果输入的一个帧图像的平均APL高于基准APL，APL限定器93降低每个像素的亮度以低于输入的一个帧图像的平均APL。基准APL可以由眼睛眩光和疲劳的体验决定。例如，能够选择50和90之间的任何一个值。能够通过输入图像的平均APL改变平均APL的调整宽度。例如，输入图像的平均APL越高，平均APL的调整宽度能够变得越大(步骤S106)。当当前输入的一个帧图像的平均APL小于基准APL(步骤S105)时，APL限定器93不调制输入的一个帧图像的像素亮度，而是执行步骤S107以反向转换输入图像的伽马特性为初始状态。
通过将在步骤S106中的未调制的亮度(Y)或者被调制的亮度(Y)代入公式7，APL限定器93反向转换线性化的伽马特性为初始伽马特性(步骤S107)。另外，APL限定器93通过将从亮度提取器92输入的色差信息(CbCr)和在步骤S107中调制到2.2伽马特性的亮度(Y)代入公式8到10中，来计算将在液晶显示面板10上显示的RGB数字视频数据(步骤S108和109)。从APL限定器93输出的RGB数字视频数据被经由控制板(CTRB)的时序控制器提供到源极驱动IC 131到136。
在这期间，在图10的图像数据处理步骤中，S102和S108的步骤能够使用进行其它种图像处理的图像引擎。
结果，根据本发明的第二实施例的液晶显示设备和LCD的驱动方法检测能够引起观察者的眼睛眩光和疲劳的图像内容，即，其平均APL高于基准APL的输入图像，并控制有效地降低平均亮度。
如上所述，根据本发明的实施例的液晶显示设备和LCD的驱动方法分析输入图像的APL和约束输入图像的APL不大于预定限制APL值。因此，能够降低具有高亮度的图像的亮度以使得减少眼睛眩光和疲劳。
虽然参考附图详细描述了本发明的实施例，本领域技术人员理解在不改变本发明的技术精神或者基本特征的情况下，能够以其他特定形式实现本发明。例如，即使本发明的实施例主要解释液晶显示设备，这些实施例的算法能应用于等离子显示面板(或“PDP”)，电致发光设备(即“EL”)及在本发明的范围内的其他平板显示设备。因此，应当指出前述实施例在所有方面仅是说明性的且不构成为本发明的限制。本发明的范围由所附权利要求而不是具体实施方式限定。在权利要求和含义和范围内作出的所有修改或变更或它们的等效应被认为在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种液晶显示设备，包括：
亮度提取器，从输入图像分离亮度和色差信息；
用户接口，接收限制APL；
APL限定器，基于来自亮度提取器的亮度计算输入图像的平均APL，当输入图像的平均APL高于限制APL时调制输入图像的亮度，以使得平均APL被限定为低于限制APL，和转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和
驱动电路，在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；
其中，该APL限定器对输入图像的亮度执行解伽马计算以线性化输入图像的伽马特性，并基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和在转换亮度为RGB数据之前，通过对于被调制的亮度执行伽马补偿来反向转换线性化的亮度为非线性的伽马特性。
2.如权利要求1所述的设备，其中，该限制APL是由用户的选择决定的。
3.如权利要求1所述的设备，其中，当输入图像的平均APL低于限制APL时，该APL限定器不调制输入图像的亮度并转换未调制的亮度和色差信息为RGB数据。
4.一种驱动液晶显示设备的方法，包括：
从输入图像分离亮度和色差信息；
经由用户接口接收限制APL；
基于亮度计算输入图像的平均APL；
当输入图像的平均APL高于限制APL时，调制输入图像的亮度以使得平均APL低于限制APL；
转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和
在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；
其中，该基于亮度计算输入图像的平均APL的步骤包括：
通过对输入图像的亮度执行解伽马补偿而线性化输入图像的亮度伽马特性；和
基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和
其中，转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据的步骤包括：
通过执行伽马补偿来反向转换被调制的亮度为非线性的伽马特性；和
将通过非线性的伽马特性和色差信息反向转换的亮度转换为RGB数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该限制APL由用户的选择决定。
6.如权利要求4所述的方法，其中，在调制输入图像的亮度时，当输入图像的平均APL低于限制APL时，该APL限定器不调制输入图像的亮度并转换未调制的亮度和色差信息为RGB数据。
7.一种驱动液晶显示设备的方法，包括：
从输入图像分离亮度和色差信息；
基于亮度计算输入图像的平均APL；
当输入图像的平均APL高于基准APL时，调制输入图像的亮度以将平均APL降低预定调制宽度；
转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据；和
在液晶显示面板上呈现来自APL限定器的RGB数据；
其中，该基于亮度计算输入图像的平均APL的步骤包括：
通过对输入图像的亮度执行解伽马补偿而线性化输入图像的亮度伽马特性；和
基于线性化的亮度计算输入图像的平均APL，和
其中，转换被调制的亮度和色差信息为RGB数据的步骤包括：
通过执行伽马补偿来反向转换被调制的亮度为非线性的伽马特性；和
将通过非线性的伽马特性和色差信息反向转换的亮度转换为RGB数据。
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