CN102237064B - 液晶显示装置和背光源的控制方法 - Google Patents

液晶显示装置和背光源的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置。初始调光值计算部(11)按照按每个区域输入的图像信号的亮度来计算与每个区域对应的背光源的初始调光值K0。黑面积测量部(22)根据画面内的各像素的亮度信号电平Y为黑电平阈值Y0以下的像素数的比例来测量黑面积S。最低调光值输出部(25)将测量出的黑面积S与黑面积阈值S0进行比较来确定最低调光值Kmin。LED控制信号计算部(31)根据初始调光值K0和最低调光值Kmin中较大一方的调光值K1来向LED光源输出控制信号。在黑面积S为黑面积阈值S0以下时，最低调光值输出部(25)将能获取的调光值的最大值作为最低调光值Kmin来进行输出。根据本发明，能够在背光源的区域控制中平衡地改善功率降低和画质。

Description

液晶显示装置和背光源的控制方法
技术领域
本发明涉及具有从背面对用于显示图像的液晶板进行照射的背光源并按照要显示的图像信号来进行背光源的亮度调整的液晶显示装置和背光源的控制方法。
背景技术
液晶显示装置与CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)、等离子显示器等自发光型的显示装置不同，其构成为，具有由不发光的液晶板(光透射型的光调制元件)和对其背面照射光的背光源。通常，背光源使LED等光源与图像信号无关地以恒定的明亮度发光，按照图像信号的明亮度来对液晶板的光透射率进行控制，从而显示期望的明亮度的图像。因此，即使是较暗的图像也不会使背光源的功率减小而恒定地消耗功率，功率效率并不好。作为其对策已知有以下技术：使背光源的明亮度可变，按照输入图像信号的电平来控制液晶板的灰度电平和背光源的明亮度，从而降低功耗。此外，还已知有将背光源分成多个区域，按照各区域对上述背光源的明亮度进行控制的技术(称为区域控制或者局部调光)。
例如专利文献1所述的图像显示装置，其目的在于通过以像素为单位对LED背光源的亮度进行控制来提供高性能的ACC(AutomaticContrast Circuit)电路，包括：进行图像信号的平均亮度信息、黑电平区域检测以及白电平区域检测的画面信息分析装置；和根据由该画面信息分析机构所输出的控制信号来对各个LED背光源的亮度进行控制的LED背光源控制机构。
专利文献1：日本特开2006-30588号公报
发明内容
根据上述区域控制能够按照区域使功耗最佳化，从而能够使背光源整体的功耗最小。但是，存在根据画面的图案施加区域控制而导致画质恶化的情况。
图6是对区域控制的效果依赖于画面图案的情况进行说明的图，对一个画面进行照射的背光源的照射面(相当于液晶板的显示面)被二维地分成多个区域。在本例中被分成45个区域。
画面610是在黑色的背景611下存在较小的白色区域(白窗)612的情况。这种情况下若进行区域控制，则能够得到降低功率和改善对比度的效果。这是因为黑色的面积越大则降低背光源亮度的区域数量越增大，因此总的功率减小量增大；还因为通过降低黑色区域611的背光源亮度能够抑制黑浮(black floating)，改善与白窗612的对比度。另一方面，由于降低黑色区域611的背光源亮度而存在白窗612的亮度漏入到周围的黑色区域611中而易于产生光晕613的课题。
画面620是在白色的背景621下存在较小的黑色区域(黑窗)622的情况。这种情况下，降低功率和改善对比度的效果较小。其原因是，降低背光源亮度的区域数量少和在大面积的白背景621中存在黑窗622的图案在视觉上的对比度高。这种情况下，黑窗622周边的白背景区域的亮度下降成为课题。这是因为，通过降低黑窗622的背光源亮度，能够消除从黑窗区域向周围的白背景区域漏入的背光源光。若针对明亮的图像发生亮度下降，则在视觉上产生较大的画质恶化。
这样，对明亮的图案施加区域控制时，所得到的效果较小且画质恶化的恶劣影响较大。因此，期望考虑到功率降低和画质改善两者的平衡来按照图像的图案适当地施加区域控制。在上述专利文献1中，对LED背光源进行控制，以使得按照黑电平区域的面积使变化点以下的信号的亮度降低，或者按照白电平区域的面积使变化点以上的信号的亮度上升，但未考虑到功率降低与画质改善的平衡。
本发明的目的在于，提供一种在背光源的区域控制中平衡地改善功率降低和画质的液晶显示装置和背光源的控制方法。
本发明的液晶显示装置，包括LED光源，该LED光源将用于显示图像的液晶板分成多个区域，作为背光源来独立控制各区域的明亮度，还包括：初始调光值计算部，检测按每个所述区域输入的图像信号的亮度，并按照检测到的亮度来计算与各区域对应的背光源的初始调光值K0；黑面积测量部，将画面内的各像素的亮度信号电平Y与黑电平阈值Y0进行比较，根据亮度信号电平Y为阈值Y0以下的像素数的比例来测量黑面积S；最低调光值输出部，将由所述黑面积测量部测量到的黑面积S与黑面积阈值S0进行比较来确定最低调光值Kmin；以及LED控制信号计算部，根据初始调光值K0和最低调光值Kmin中较大一方的调光值K1来向LED光源输出控制信号，其中，最低调光值输出部在黑面积S为黑面积阈值S0以下时，将能取得的调光值的最大值作为最低调光值Kmin来进行输出。
此外，最低调光值输出部在黑面积S比黑面积阈值S0大时，将大于能取得的调光值的最小值且按黑面积S预先确定的中间调光值作为最低调光值Kmin来进行输出。
本发明的背光源的控制方法，将用于显示图像的液晶板分成多个区域，独立控制各区域的明亮度，包括以下步骤：检测按每个区域输入的图像信号的亮度，按照检测到的亮度来计算与各区域对应的背光源的调光值；将画面内的各像素的亮度信号电平Y与黑电平阈值Y0进行比较，根据亮度信号电平Y为阈值Y0以下的像素数的比例来测量黑面积S；以及按照测量出的黑面积S来修正上述计算出的调光值，当测量出的黑面积S为黑面积阈值S0以下时，将背光源的调光值设定为最大值。
根据本发明，能够提供在背光源的区域控制中，平衡地改善功率降低和画质的液晶显示装置和背光源的控制方法。
附图说明
图1是表示本发明的液晶显示装置一实施例的结构框图。
图2是表示背光源亮度修正部20的工作的流程图。
图3是表示针对黑面积S的最低调光值Kmin的具体例的图。
图4是表示针对黑面积S的LED修正增益值G1的具体例的图。
图5是表示液晶板上的通常的亮度特性的图。
图6是对区域控制的效果依赖于画面的图案进行说明的图。
图7是表示与背光源的各区域对应的背光源块一结构例的图。
图8是表示在背光源块中使用的导光板一例的图。
标号说明
11 初始调光值计算部
20 背光源亮度修正部
22 黑面积测量部
25 最低调光值输出部
26 LED增益修正部
30 LED驱动器接口(I/F)
31 LED控制信号计算部
33 图像修正倍率计算部
34 图像修正处理部
Kmin 最低调光值
G1 LED修正增益值
具体实施方式
下面使用附图来说明本发明的实施方式。
首先，参照图7和图8说明与本实施例背光源的各区域对应的背光源块结构。即本实施方式的背光源构成为二维排列有多个背光源块。
图7是表示与背光源的各区域对应的背光源块一结构例的图，例如对应于图6所示的分成45个区域的各区域。例如图7所示，各个背光源块在LED驱动基板902的一个面(液晶板906侧的面)上安装有作为一次光源的例如发光二极管(LED)901。在LED驱动基板902的另一个面上安装有用于向LED901提供驱动电流的LED驱动器907，从该LED驱动器907向LED901提供的驱动电流由下述LED驱动器IF30控制。在此，LED901例如射出白色光，此外，使用了相对于LED的电极面向水平方向(在该例中，相当于与LED驱动基板902的主平面平行的方向)射出光的、所谓的侧视型的LED。当然，也可以使用向与LED的电极面垂直的方向射出光的上视型的LED。
在该LED901的光射出侧配置有将来自LED901的射出光(图7中以虚线的箭头示出)引导至前面侧(液晶板906侧)的导光板904。在此，对1张导光板904使用多个(例如3个)LED901，这里，多个LED901在与纸面正交的方向上排列成一列。此外，在导光板块904的背面侧设置有用于使入射到导光板904的、来自LED901的射出光有效地反射到前面侧的反射片903。此外，在反射片903与LED驱动基板902之间的空间内配置有为了反射光而制成为白色的支承部件909，由该支承部件909从其背面侧支承反射片903和导光板904。
如图7所示，导光板904(导光板104)在与液晶板906垂直的方向(图7的纸面左右方向)上的剖面呈楔形，即导光板904的厚度从光入射的入射端面到与该入射端面相对的前端部逐渐变薄。并且，在导光板904的背面侧设置有反射片903。因此，入射到导光板904的、来自LED901的射出光由于上述导光板904的楔形形状和反射片903的反射作用而在导光板904内部向上方向(液晶板906侧的方向)折曲。并且，由于在导光板904的底面(反射片903一侧的面)或者光射出面(液晶板906一侧的面)设置的漫反射图案的作用，例如图7的虚线箭头所示，作为入射光亮度程度为大致均匀的面状光而向上方(液晶板906侧的方向)射出。
漫射板905将从导光板904射出的光进行漫射进而作为在空间上均匀的面状的光向液晶板906射出。液晶板906根据输入图像信号按每个像素控制光透射率，在空间上对来自漫射板905的光进行调制来形成图像。据此，朝向图中纸面上方的箭头所示的图像光向液晶显示装置的前面侧输出。
在该例中，作为LED 101使用了射出白色光的LED，但不限于此，例如也可以使用多个分别发出R、G、B三色光的3个LED的组。
这种结构的背光源块在液晶板的背面且在画面的水平和垂直方向上呈二维状地排列有多个。并且，通过单独控制分别对各背光源块设置的LED101(在此3个为一组)，能够独立控制各区域的明亮度。
图8是表示在背光源块中使用的导光板一例的图。可以对1个光源块202使用1个导光板，但也可以是，例如图8所示，在画面水平方向(横向，相当于图8的进深方向)结合多个(图8中为4个)导光板而进行一体化，对4个背光源块使用1个一体型导光板910。通过在画面水平方向和垂直方向排列多个该一体型导光板910来构成覆盖液晶板整面的导光板。此时，在一体化导光板910上形成有向画面垂直方向延伸的槽911，据此，一体化导光板910被分成分别与光源块202对应的多个导光板块912。虽未图示，但也可以与其相反，在画面垂直方向上结合多个导光板来进行一体化。
接着，对本实施例的区域控制进行说明。
图1是表示进行基于本发明的区域控制的、液晶显示装置一实施例的结构框图。如上所述，所述液晶显示装置将用于显示图像的液晶板分成多个区域，作为背光源而具有独立控制各区域的明亮度的LED光源。图中对背光源的明亮度(LED的增益)的控制部分和向液晶板提供的图像信号的修正部分进行示出。
作为对各区域的背光源亮度进行控制的系统，其结构为，包括：初始调光值计算部11、空间滤波器12、时间滤波器15以及LED驱动器接口(I/F)30。此外，作为用于对在液晶板中显示的各像素的图像信号进行修正的系统包括：图像修正倍率计算部33和图像修正处理部34。在本实施例中还具有背光源亮度修正部20，其对输入图像的图案进行分析，根据黑面积来最佳地修正背光源的亮度。
说明各部分的工作。初始调光值计算部11针对向输入端子10输入的图像信号(RGB)，按每个区域检测其信号亮度(强度)(例如检测区域内的最大亮度(强度))，按照检测出的亮度计算该区域的背光源的初始调光值K0。据此，在图像信号的亮度较低的区域使背光源的光的强度(调光值)下降，相应地增大液晶板的透射率，在不改变液晶板中的显示亮度的情况下降低功率。空间滤波器12按照区域对初始调光值K0的空间分布施加低通滤波器(处理部13)，生成使急剧的变化缓和的调光值K0’。选择部14将滤波处理后的调光值K0’和从下述背光源亮度修正部20输出的最低调光值Kmin进行比较，将较大一方的调光值选择成K1。时间滤波器15对帧之间的调光值K1的变化施加低通滤波器，生成使急剧的时间变化缓和的调光值K1’。
在LED驱动器I/F30中具有LED控制信号计算部31，根据时间滤波器15处理后的调光值K1’和LED最大电平设定值G2来计算LED控制信号，并向LED驱动器输出。在此，LED最大电平设定值G2是将与基于用户的画面明亮度调整连动的LED增益设定部32的值G0和从下述背光源亮度修正部20输出的LED修正增益值G1相乘来进行修正的。
背光源亮度修正部20是本实施例中尤其具有特征的部分，对一个画面(1帧或者1个区域)的输入图像的图案(黑区域的面积)进行分析，按照黑面积来对背光源的调光值和LED增益进行控制。Y变换部21将要输入的RGB信号变换成亮度信号Y。黑面积测量部22将画面内的各像素的亮度信号电平Y与黑电平阈值Y0进行比较，若在阈值Y0以下则判断为“黑”。并且，作为判断为1画面内的图像信号中的黑的像素的程度，计算或测量判断为所述黑的像素占1画面的图像信号的比例(黑面积)。黑电平阈值Y0由黑电平阈值设定部23设定。
最低调光值输出部25将由黑面积测量部22测量到的黑面积S与黑面积阈值S0进行比较来确定最低调光值Kmin。具体而言，在黑面积S为阈值S0以下时，将能取得的调光值的最大值给予为Kmin(情况A)，在黑面积S为画面整体时，将全黑用调光值给予为Kmin(情况B)，在黑面积S为它们的中间值时，给予比能取得的调光值的最小值大、且按照黑面积S而预先确定的中间调光值(情况C)。即，在本实施例中，在同时存在黑和其以外的灰度的图像中，在为情况A时，由于黑面积较小，且上述区域控制(按每个划分后的区域控制背光源的明亮度的工作)的效果较低，因此关闭区域控制，在为情况C时，黑面积较大，且基于区域控制的效果易于显现，因此打开区域控制。
在此，黑面积阈值S0由黑面积阈值设定部24设定，但与模式切换部27连动而设定不同的值。此外，对在情况C中使用的中间调光值也与模式切换部27连动而设定不同的值。最低调光值Kmin向上述空间滤波器12的选择部14输出，选择较大一方的值。即，不会出现从选择部14输出的调光值K1小于最低调光值Kmin的情况。
LED增益修正部26按照由黑面积测量部22测量到的黑面积S来计算LED修正增益信号G1，向上述LED驱动器I/F30输出。
图像修正倍率计算部33根据来自上述时间滤波器15的调光值K1’，对用于补偿对调光值进行变更的量的图像修正倍率进行计算。图像修正处理部34将对输入图像信号乘以图像修正倍率后的图像信号提供给液晶板。据此，能够以原本的亮度在液晶板中显示图像。
模式切换部27根据用户的喜好对2个控制模式进行选择切换。1个模式是防止画质恶化，并且降低功率的“高画质设定”(模式1)，另一个模式是尽量使用区域控制，使功率降低最大化的“低功率设定”(模式2)。
图2是表示背光源亮度修正部20的工作的流程图。以下按步骤进行说明。
在步骤ST101中，测量画面的黑面积S。其内容是，将输入像素的亮度电平Y与黑电平阈值Y0进行比较，对Y≤Y0的像素数(黑像素数)进行计数。根据黑像素数对画面内的所有像素数的比例来测量黑面积S。
在步骤ST102中，将测量出的黑面积S与黑面积阈值S0进行比较。在S≤S0的情况下进入步骤ST103，将能取得的调光值的最大值(例如灰度电平1023)给予为最低调光值Kmin(情况A)。也就是说，意味着即使在画面内存在黑色区域，使对应的背光源调光值成为最大并关闭(停止)区域控制。
在S＞S0的情况下进入步骤ST104，判断黑面积S是否达到整个画面(S＝100％)。这种情况下，也可以将在不完全为100％例如为95％以上的情况视为整个画面。在黑面积S为整个画面的情况下进入步骤ST105，将预先确定的全黑用调光值(例如灰度电平10)给予为最低调光值Kmin(情况B)。
在黑面积S不为上述情况A、B中任一情况且S0＜S＜100％的情况下，进入步骤ST106，给予与黑面积S对应的中间调光值(情况C)。在本图的例子中设为Kmin＝50，即使在画面内存在黑色的区域，也使其调光值不低于最低值50。预先对黑面积S的各值确定中间调光值，在无对应的值的情况下，适当地进行线形插补来确定。在后描述最低调光值Kmin的具体例。
另一方面，在步骤ST107中，根据黑面积S的测量值输出LED修正增益值G1。在步骤ST108中，将输出的LED修正增益值G1与在上述工序中所确定的调光值相乘来确定LED控制信号。在本图的例子中，对情况C的调光值适用G1＝0.5，生成使各区域的调光值一律减半的LED控制信号(情况C’)。预先对黑面积S的各值确定LED修正增益值G1，在无对应的值的情况下，适当地进行线形插补来确定。在后描述LED修正增益值G1的具体例。
在此，首先说明在液晶板中成为课题的“黑浮”。
图5是表示液晶板中的通常的亮度特性的图。通过L＝P^γ来对液晶板中的输入电平P与显示亮度L的关系进行近似，若其用对数轴来表示，则logL和logP用倾斜度为γ的直线来表示。在实际的面板中，输入P在较小的区域比该直线明亮。其被称为“黑浮”，成为对比度恶化的原因。因此，在产生黑浮的区域能够通过降低背光源亮度来抑制黑浮，改善对比度。
在本实施例的情况下，为了防止黑浮，初始调光值计算部11在输入电平较小的范围内施加用于减小调光值的修正。此外，作为在黑面积测量部22中使用的黑电平阈值Y0能够使用产生黑浮的区域的边界值(这种情况下输入灰度电平＝32)。
图3是表示针对黑面积S的最低调光值Kmin的具体例的图。此外，在本图中，对2个模式示出应怎样设定最低调光值Kmin。
在黑面积S为黑面积阈值S0以下时，最低调光值Kmin为最大调光电平(Kmin＝1023)，关闭区域控制(情况A)。在黑面积S为画面整体(95％以上)时，最低调光值Kmin为全黑用调光值(Kmin＝10)(情况B)。在它们的中间使用按照黑面积S而预先确定的中间调光值使最低调光值Kmin变化来进行设定(情况C)。
在模式1(高画质设定)中黑面积阈值S0为较大的值(约为20％)，在模式2(低功率设定)中黑面积阈值S0为较小的值(约为5％)。据此，在模式2的情况下，在大范围内使区域控制成为打开状态，能够更大幅地降低功率。此外，针对情况C下的最低调光值Kmin，使模式1的情况的值比模式2的情况的值大。这是因为通过施加大的最低调光值Kmin能够抑制由产生光晕而导致的画质恶化。此外，还因为，黑面积S越大则越使最低调光值Kmin减小，但黑面积S变大能够抑制由黑浮产生的画质恶化变得显著。据此，在模式1的情况下，能够防止由区域控制导致的画质恶化，降低功率。
图4是表示针对黑面积S的LED修正增益值G1的具体例的图。同样也对LED修正增益值G1设定2个控制模式。
黑面积S在中等程度(30-50％)时使增益值G1大于基准值1，随着黑面积S增大(70-100％)使基准值1变小。这是因为，在黑面积为中等程度的情况下使亮度提高能够使光晕发生不显著，在黑面积增大时对亮度差进行压缩能够使光晕发生不显著。
这样，针对黑面积S不仅改变调光值还改变LED修正增益值G1，从而能够平衡地改善降低功率和画质。而且，在上述实施例中所述的控制条件(数值等)仅是一例，当然能够按照作为对象的液晶显示装置的性能来适当变更控制条件。

Claims (9)

1.一种液晶显示装置，其包括液晶板、用于将光照射到所述液晶板上的背光源、以及控制来自所述背光源的光的强度的控制部，且被构成为：将所述背光源分成多个区域，通过所述控制部来进行区域控制，所述区域控制用于根据与所述各区域对应的图像信号的亮度来按每个区域控制光的强度，所述液晶显示装置的特征在于，
具有从一个画面的图像信号中检测预定亮度以下的图像信号的程度的检测部，
所述控制部在通过所述检测部检测出的所述程度在预定值以下时，通过将所述背光源的各区域的调光值设定为最大值而停止所述区域控制。
2.一种液晶显示装置，其包括LED光源，该LED光源将用于显示图像的液晶板分成多个区域，作为背光源来独立控制各区域的明亮度，所述液晶显示装置的特征在于，包括：
初始调光值计算部，检测按每个所述区域输入的图像信号的亮度，并按照检测到的亮度来计算与所述区域对应的背光源的初始调光值K0；
黑面积测量部，将画面内的各像素的亮度信号电平Y与黑电平阈值Y0进行比较，根据亮度信号电平Y为阈值Y0以下的像素数的比例来测量黑面积S；
最低调光值输出部，将由所述黑面积测量部测量到的黑面积S与黑面积阈值S0进行比较来确定最低调光值Kmin；以及
LED控制信号计算部，根据所述初始调光值K0和所述最低调光值Kmin中较大一方的调光值K1来向所述LED光源输出控制信号，
其中，所述最低调光值输出部在所述黑面积S为所述黑面积阈值S0以下时，将能取得的调光值的最大值作为所述最低调光值Kmin来进行输出。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述最低调光值输出部在所述黑面积S比所述黑面积阈值S0大时，将大于能取得的调光值的最小值且按所述黑面积S预先确定的中间调光值作为所述最低调光值Kmin来进行输出。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述最低调光值输出部在所述黑面积S为画面整体时，输出预先确定的全黑用调光值来作为所述最低调光值Kmin。
5.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，
还包括模式切换部，该模式切换部选择高画质设定和低功率设定中的任一者来作为所述背光源的控制模式，
所述黑面积阈值S0与所述选择的控制模式连动来进行切换。
6.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，
还包括模式切换部，该模式切换部选择高画质设定和低功率设定中的任一者来作为所述背光源的控制模式，
所述黑面积阈值S0或所述中间调光值与所述选择的控制模式连动来进行切换。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
还包括LED增益修正部，该LED增益修正部按照由所述黑面积测量部测量到的黑面积S来计算LED修正增益信号G1，
所述LED控制信号计算部利用所述LED修正增益信号G1来修正所述调光值K1，并向所述LED光源输出控制信号。
8.一种背光源的控制方法，将用于显示图像的液晶板分成多个区域，独立控制各区域的明亮度，所述背光源的控制方法的特征在于，包括以下步骤：
检测按每个所述区域输入的图像信号的亮度，按照检测到的亮度来计算与所述区域对应的背光源的调光值；
将画面内的各像素的亮度信号电平Y与黑色电平阈值Y0进行比较，根据亮度信号电平Y为阈值Y0以下的像素数的比例来测量黑面积S；以及
按照所述测量出的黑面积S来修正所述计算出的调光值，
当所述测量出的黑面积S为黑面积阈值S0以下时，将所述背光源的调光值设定为最大值。
9.根据权利要求8所述的背光源的控制方法，其特征在于，
当所述测量出的黑面积S比所述黑面积阈值S0大时，将所述背光源的调光值设定为：大于能取得的调光值的最小值且按照所述黑面积S来预先确定的中间调光值。
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