CN110914895B - 具有动态调光范围的背光源 - Google Patents

Abstract

电子设备可设置有显示器。显示器可包括具有局部可调光光源阵列的背光源。控制电路可向背光源提供控制信号以产生不同亮度级的光。当亮度级低于阈值时，控制电路可使用脉宽调制控制信号来控制背光源中的光源。当亮度级高于亮度阈值时，控制电路可使用模拟控制信号来控制背光源中的光源。控制电路可调节阈值以针对不同的亮度设置来实现不同的调光范围。例如，低亮度设置可具有比高亮度设置更低的阈值和更低的调光范围。当显示器在低亮度设置下操作时，该操作可帮助产生深暗色。

Description

具有动态调光范围的背光源

本专利申请要求于2018年2月27日提交的美国专利申请No.15/907,097以及于2017年6月28日提交的美国临时专利申请No.62/526,276的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。

电子设备通常包括显示器。如果不小心，显示器可能会因长时间显示亮的内容而受损，图像中的暗色可能被褪色，显示器可用消耗过大功率的亮度级来操作，在调节显示器亮度时可能不会考虑到用户偏好，并且所显示的内容可表现出可见的伪影。在显示具有令人愉悦外观的内容的同时解决这些问题具有挑战性。

发明内容

电子设备可设置有显示器。电子设备中的控制电路可在不同的亮度设置下操作显示器。系统亮度设置可为用户定义的亮度设置、由电子设备设置以适应正常功率操作模式和低功率操作模式的亮度级、用于考虑环境条件的亮度设置、或基于这些因素的组合的亮度设置。

显示器可包括具有局部可调光光源阵列的背光源。控制电路可向背光源提供控制信号以产生不同亮度级的光。阵列中的一些光源可变暗，以使得图像的暗部分看起来更暗，而阵列中的其他光源可为亮的以照亮图像中的镜面突出显示。当光源的亮度级低于阈值时，控制电路可使用脉宽调制控制信号来控制该光源。当光源的亮度级高于亮度阈值时，控制电路可使用模拟控制信号来控制该光源。控制电路可调节亮度阈值以实现不同的调光范围。较低的阈值可导致更低和更短范围的亮度值以实现深暗色，而较高的阈值可导致更高和更大范围的亮度值以实现更明亮的突出显示。

控制电路可基于电流亮度设置来确定用于确定要使用哪个调光方案(模拟调光或脉宽调制调光)的亮度阈值。例如，低亮度设置可具有比高亮度设置更低的阈值和更低的最小亮度级。当显示器在低亮度设置下操作时，该操作可帮助产生深暗色。

当控制电路接收到亮度设置的变化时，控制电路可将该变化与滞后阈值进行比较，使得用于确定要使用哪个调光方案的亮度阈值仅在亮度设置变化超过滞后阈值时调节。控制电路还可应用时间滤波器以随时间逐渐地调节亮度阈值。

附图说明

图1是根据实施方案的具有显示器的例示性电子设备的示意图。

图2是示出根据一个实施方案的通过多种用户亮度设置可如何将内容亮度映射至显示器亮度的曲线图。

图3是示出根据一个实施方案的通过多种环境光条件可如何将内容亮度映射至显示器亮度的曲线图。

图4是示出根据一个实施方案的可如何通过黑电平、参考白电平和镜面白电平来表征内容亮度至显示器亮度关系的曲线图。

图5是根据一个实施方案的例示性显示器的横截面侧视图。

图6是根据一个实施方案的具有用于直接照明式背光单元的光源单元的行和列的例示性背光单元阵列的顶视图。

图7是示出根据一个实施方案的用于控制背光源中的光源的亮度的脉宽调制调光技术的曲线图。

图8是示出根据一个实施方案的用于控制背光源中的光源的亮度的模拟调光方案的曲线图。

图9是示出根据一个实施方案的可如何使用针对低于拐点的亮度值的脉宽调制调光方案以及使用针对高于拐点的亮度值的模拟调光方案来控制背光源中的光源的曲线图。

图10是示出根据一个实施方案的可如何基于显示器亮度设置来调节拐点的曲线图。

图11是示出根据一个实施方案的可如何基于显示器亮度设置来选择拐点的查找表。

图12是示出根据一个实施方案的不同拐点可如何导致不同背光调光范围的曲线图。

图13是根据一个实施方案的使用脉宽调制和模拟调光方案以及动态拐点来操作背光源所涉及的例示性步骤的流程图。

具体实施方式

图1中示出了可设置有显示器的类型的例示性电子设备。如图1所示，电子设备10可以具有控制电路12。控制电路12可以包括用于支持设备10的操作的存储和处理电路。存储和处理电路可以包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)、等等。控制电路16中的处理电路可以被用于控制设备10的操作。处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、功率管理单元、音频芯片、专用集成电路、图形处理单元、显示驱动器电路诸如定时控制器集成电路和其他显示驱动器集成电路、以及其他控制电路。

控制电路12被配置为执行用于在设备10中实现所需的控制和通信特征的指令。例如，控制电路12可用于确定要用于为用户显示内容的像素亮度级。像素亮度级可基于(例如)环境光条件、用户调节的显示器亮度设置、与正在显示的内容相关联的统计信息以及显示特性。控制电路12可被配置为使用硬件(例如，专用硬件诸如集成电路和薄膜电路)和/或软件(例如，在控制电路12上运行的代码)执行这些操作。用于执行设备10的控制和通信操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质上(例如，有形计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。该非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器或、其他可移动介质、其他计算机可读介质、或这些计算机可读介质或其他存储装置的组合。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在设备10的操作期间在控制电路12的处理电路上执行。

设备10中的输入输出电路16可用于允许从用户或外部设备向设备10提供数据，可用于收集环境数据，并且可用于向外部设备提供数据并向用户输出。输入输出电路16可包括输入输出设备30，诸如按钮、操纵杆、滚轮、触控板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、触敏显示器(例如，在显示器中与像素阵列重叠的触摸传感器)、数据端口等。如图1所示，输入输出电路16可包括用于收集环境光测量结果(例如，环境光水平诸如环境光亮度测量结果和/或环境光颜色测量结果诸如色温测量结果和/或颜色坐标测量结果)的颜色环境光传感器或其他环境光传感器32。输入输出电路16还可包括温度传感器电路，诸如一个或多个温度传感器。温度传感器诸如温度传感器34可用于收集关于设备10和与设备10相关联的一个或多个显示器的操作温度的实时信息。

可使用一个或多个电源诸如电源18将功率提供至设备10中的控制电路12和其他资源。电源18可为交流(AC)源，诸如壁出口(主电源)和/或直流(DC)源诸如电池。在操作期间，控制电路12可检测电力是从AC源还是DC源接收的，并且可监测电池的充电状态。

设备10可包括一个或多个内部和/或一个或多个外部显示器，诸如例示性显示器14。显示器14可与设备10一起安装在公共外壳中(例如，当设备10是移动设备诸如蜂窝电话、手表设备、平板电脑或膝上型计算机时，或者当设备10是一体化设备诸如电视机或台式计算机时)。在其他配置中，显示器14可以无线方式或通过缆线(例如，当设备10是台式计算机或机顶盒时)耦接到设备10。

一般来讲，设备10可以是任何适当类型的设备。设备10可例如为计算设备、膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备的功能中的两种或更多种功能的设备、或其他电子设备。设备10(例如，便携式设备)可暴露于多种环境条件。例如，环境光水平以及因此显示眩光可随着便携式设备在室内和室外环境之间移动而变化(例如)。

电子设备可具有外壳。有时可被称为壳体或箱体的外壳可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中的任意两种或更多种的组合形成。外壳可以利用一体式构型形成，在所述一体式构型中，外壳的一部分或全部被机加工或模制成单个结构，或者可以利用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。在膝上型计算机和其他可折叠设备中，外壳的第一部分可相对于外壳的第二部分旋转(例如，膝上型计算机中的显示器外壳可围绕铰链轴线相对于膝上型计算机中的基座外壳旋转)。

显示器14可被安装在外壳中。显示器14可具有矩形轮廓并且被四个周边边缘围绕，可具有圆形或椭圆形的形状，或可具有其他合适的轮廓。显示器14可为并入导电电容性触摸传感器电极层或其他触摸传感器部件(例如，电阻性触摸传感器部件、声学触摸传感器部件、基于力的触摸传感器部件、基于光的触摸传感器部件等)的触摸屏显示器或者可为非触敏的显示器。电容触摸屏电极可由氧化铟锡焊盘或者其他透明导电结构的阵列形成。

显示器14可具有用于为用户显示图像的像素36的阵列28(例如，视频、图形、文本等)。显示驱动器电路26(例如，显示器14上的薄膜晶体管电路和/或一个或多个定时控制器集成电路和/或其他显示驱动器集成电路)可用于在像素阵列28上显示图像。像素阵列28可包括例如数百或数千行以及数百或数千列像素36。为了显示彩色图像，每个像素36可包括不同颜色的子像素。例如，每个像素36可包括红色、绿色和蓝色子像素或不同颜色的子像素。通过改变像素中每个子像素发射的光的相对强度，可调节像素输出颜色。可通过修改与每个子像素相关联的增益来调节每个像素的色偏(白点)。

显示器14的像素阵列可由液晶显示器(LCD)部件、电泳显示器像素阵列、等离子显示器像素阵列、有机发光二极管像素或其他发光二极管阵列、电润湿显示器像素阵列、或基于其他显示器技术的像素形成。

显示器14可用背光源58中的局部可调光发光二极管阵列或其他合适的背光结构进行背光照明。背光控制电路56可通过向背光源58中的光源发出背光控制命令来控制背光源58的亮度。如果需要，背光控制电路56可形成为显示驱动器电路26的一部分或可与显示驱动器电路26分开。总体像素亮度可通过调节像素透射(例如，通过调节提供给像素36的液晶像素透射值)和/或通过调节背光源输出(通过调节背光源58的亮度)来控制。

可能有利的是使用不同的调光方案来操作背光源58。例如，背光控制电路56可使用模拟调光方案或数字(例如，脉宽调制)调光方案来控制背光源58(例如，背光源58中的光源)。背光控制电路56可基于所需的背光亮度来确定要使用哪个调光方案。例如，可使用针对高于阈值的亮度级的模拟调光方案来操作背光源58，而脉宽调制(PWM)调光方案可用于低于阈值的亮度级。如果需要，可基于显示器的当前操作状态来动态地调节控制电路56根据其改变调光方案的阈值亮度(有时称为拐点或阈值)。例如，低系统亮度级可使用低于高系统亮度级的阈值。因为较低的阈值可允许背光源58中的光源实现较低范围的亮度级，所以减小低系统亮度级的阈值可有助于避免图像中的褪色的暗色。

显示器14可显示具有标准动态范围的图像(例如，在其最亮和最暗像素亮度值之间表现出约1，000：1的对比度的图像)和/或可显示具有高动态范围的图像(例如，在其最亮和最暗的亮度值之间表现出约10，000：1或更大的对比度的图像)。

在操作期间，设备10中的内容生成器(例如，在控制电路12上运行的操作系统功能和/或应用程序)可生成用于在显示器14的像素阵列上显示的内容。例如，电子设备10可包括一个或多个标准动态范围(SDR)内容生成器和/或更高动态范围(HDR)内容生成器(例如，根据一个或多个不同的高动态范围标准(诸如HDR10媒体配置文件标准，有时称为HDR10和混合对数伽玛标准，有时称为HLG)生成高动态范围内容的内容生成器)。亮度值映射引擎诸如色调映射引擎24可用于向内容生成器提供指示内容生成器应如何将内容亮度值映射至显示器亮度值的色调映射参数(有时称为亮度值映射参数)，以及/或者可用于对来自内容生成器的内容亮度值直接执行内容亮度至显示器亮度映射操作。例如，色调映射引擎24可向内容生成器提供色调映射参数，诸如黑电平、参考白电平、镜面白电平、肤色电平、色域(例如，内容提供方24将显示内容映射到的显示器的色原)和/或用于产生用于利用像素36显示图像的显示器亮度值的γ和/或斜率值。色调映射引擎24可使用在图1的控制电路12、设备10的控制电路诸如显示驱动器电路26、和/或其它控制电路上运行的代码来实现和/或可使用设备10中的控制电路的硬连线特征结构。

标准动态范围内容通常以灰度级(例如，0-255范围内的值)编码，其中0对应于深黑，而255对应于亮白。高动态范围内容以每个像素的亮度级编码(通常针对标准观看条件诸如暗观看条件来显示)。设备10可经历环境照明条件的变化，用户亮度设置可由用户向上和向下调节，显示在显示器14上的内容可表现出变化诸如平均像素亮度的变化，并且老化风险以及与显示器10上的内容呈现相关的其他条件可随时间推移而变化。设备10可使用色调映射引擎24来确保根据这些潜在变化的条件和诸如显示器14的特性的其他标准适当呈现内容以用于在显示器14上显示。

图2是示出根据三个例示性内容亮度至显示器亮度映射曲线可如何在设备10中将内容亮度值映射至显示器亮度值的曲线图。图2的曲线图(以及其他亮度映射曲线图)的内容亮度和显示器亮度轴具有对数标度。在图2的示例中，用户正在三个不同级别(分别为暗、中和明显示器亮度设置)之间调节显示器14的显示器亮度设置。用户可通过调节触摸屏显示器滑块(例如，显示器14上显示的滑块)或使用电路16中的按钮或其他输入输出设备来向设备10提供期望的亮度设置(用户选择的亮度级)。当选择暗亮度设置级时，显示器14根据曲线38显示内容。当选择中亮度设置级时，显示器14根据曲线40显示内容。响应于对高亮度设置的选择，显示器14的输出跟随曲线42。

在这些曲线中的每一个中，低内容亮度值与黑色相关联，而高内容亮度值与白色相关联。在给定的黑色内容亮度级(例如，BC1)下，曲线38与针对内容亮度值CL1的用户可见的显示器像素亮度值DL1相关联，曲线40与针对内容亮度CL1的显示器像素亮度值DL2相关联，并且曲线42与针对内容亮度CL1的显示器像素亮度值DL3相关联。亮度级DL2比亮度级DL1更亮，因为曲线40与来自像素36的比曲线38更亮的一组输出亮度相关联。类似地，亮度级DL3比亮度级DL2更亮，因为曲线42与来自像素36的比曲线40更亮的一组输出亮度相关联。白色图像像素(例如，在内容亮度级CL2处的像素)全部与相同的显示器亮度级DL4相关联(例如，可得自显示器14中的像素36的最亮输出)，因此曲线38、40和42的映射都将针对内容亮度CL2产生显示器亮度DL4。

图3是示出在三种不同的例示性环境光条件下如何通过设备10将内容亮度值映射至显示器亮度值的曲线图。在图3的示例中，曲线44与暗的环境光条件(例如，对应于暗的室内环境的条件)相关联，曲线46与中等环境照明条件(例如，明亮的办公室或暗的室外环境)相关联，并且曲线48与明亮的环境照明条件(例如，明亮的室外环境)相关联。尽管类似于图2的曲线，但图3的曲线可针对环境照明条件的变化而不是用户亮度设置进行优化。例如，在暗照明条件下，曲线44和38可类似，但在明亮照明条件下，环境光眩光可存在于显示器14上，这趋于模糊显示器14上的图像的黑色部分。因此，图3的曲线(参见例如，明亮的环境光曲线48)在低内容亮度下可具有一定程度的升高的显示器亮度值，以帮助克服环境光眩光，而在用户通过选择曲线(诸如图2的曲线42)增大了显示器亮度的场景中，可能不存在针对黑色内容的输出亮度的这种升高。

一般来讲，显示特性可涉及用户研究、建模和实验室测试，其有助于在多种操作条件(例如，用户亮度设置、环境光水平和其他操作条件)下为设备10建立所需的色调映射方案。色调映射还可考虑环境光的方向、用户观看显示器的视角、环境光源的特性、显示面板本身的特性(例如，反射率)。该信息可例如用于估计和补偿显示眩光。然后，这些色调映射方案可由色调映射引擎24来实现。

在一个例示性配置中，色调映射引擎24可基于操作条件来选择期望的色调映射曲线，诸如显示器亮度设置(例如，用户定义的亮度设置和由设备10设置的亮度级以适应正常功率操作模式和低功率操作模式)、环境条件(环境光水平和环境光颜色)、内容统计信息(例如，关于平均像素亮度和老化风险的信息或关于对显示器寿命有潜在影响的操作条件的其他信息、质量信息、动态范围信息等)、以及显示特性(例如，显示限制诸如最大可实现像素亮度)、功率约束(例如，由于热限制和/或其他考虑)、设备10正在以DC功率(来自设备10的源18中的电池的功率)还是AC功率进行操作，等等。

在操作期间，色调映射引擎24可获得关于这些操作条件的信息，并且可采取合适的动作以确保显示器14令人满意地显示图像。例如，色调映射引擎24可重新映射内容，使得当从内容生成器输出时太高的亮度值在这些值被显示器14使用之前被引擎24减小。在一些情况下，与镜面突出显示相关联的亮度值可例如使用软裁剪布置方式来修剪，以确保像素36对于显示器14的驱动不太强烈。色调映射引擎24还可向内容生成器诸如内容生成器20和/或22提供色调映射参数，所述色调映射参数通知内容生成器要用于在显示器14上显示图像的期望的内容亮度至显示器亮度映射曲线。

图4中示出了使用色调映射参数来定义内容亮度至显示器亮度映射曲线。在图4的示例中，有三个例示性映射曲线：曲线50、52和54。可使用一组色调映射参数诸如黑电平(BL)、参考白电平(RW)和镜面白电平(SW)来识别这些曲线中的每一个。在操作期间，引擎24可向内容生成器诸如内容生成器20和/或22提供这些色调映射参数的合适值，从而通知内容生成器20和/或22是使用曲线50、曲线52还是曲线54。例如，如果引擎24向内容生成器提供色调映射参数BL1、RW1和SW1，则内容生成器可根据曲线50从内容亮度值生成显示器亮度值。如果引擎24向内容生成器提供色调映射参数BL2、RW2和SW2，则内容生成器可根据曲线52从内容亮度值生成显示器亮度值。内容生成器可响应于来自引擎24的色调映射参数BL3、RW3和SW3，根据曲线54从内容亮度值生成显示器亮度值。这样，引擎24可使用一组色调映射参数(例如，三个或更多个色调映射参数、3-10个色调映射参数、少于5个色调映射参数等)来指定期望的色调映射关系以供内容生成器根据当前操作条件来遵循。如果使用肤色映射参数，则其值可例如介于参考白电平和镜面白电平之间，或介于参考白电平和黑电平之间，并且可表示人类皮肤共有的肤色。伽玛和/或曲线斜率值也可用作指定内容亮度至输出亮度映射曲线的色调映射参数。

为了利用与为显示器14生成的内容相关联的较大动态范围，显示器14可用局部可调光背光元件阵列进行背光照明。局部可调光背光元件可用于照亮镜面突出显示，同时调暗图像的暗色部分。图5中示出了用局部可调光背光元件阵列进行背光照明的显示器14的横截面侧视图。

如图5所示，显示器14可包括像素阵列诸如像素阵列28。像素阵列28可包括诸如图1的像素36(例如具有像素36的行和列的像素阵列)的像素阵列。像素阵列28可由液晶显示器模块(有时称为液晶显示器或液晶层)或其他合适的像素阵列结构形成。用于形成像素阵列28的液晶显示器例如可包括上部偏振器和下部偏振器、插入在上部偏振器和下部偏振器之间的滤色器层和薄膜晶体管层，以及插入在滤色器层和薄膜晶体管层之间的液晶材料层。如果需要，其他类型的液晶显示器结构可用于形成像素阵列28。

在14的操作期间，图像可被显示在像素阵列28上。背光单元58(其有时可称为背光源、背光层、背光结构、背光模块、背光源系统等)可用于产生穿过像素阵列28的背光照明66。这照亮像素阵列28上的任何图像以用于由观看者诸如在方向70上观看显示器14的观看者68来观看。

背光单元58可具有光学膜60、光扩散器诸如光扩散器(光扩散层)62，以及光源阵列72。光源阵列72可包含二维光源64阵列。每个光源64可包括一个或多个发光二极管。光源64可在图5的XY平面中以具有行和列的阵列来布置。

单元中的光源64可由设备10中的控制电路(例如，背光控制电路56)一致控制或者可单独控制(例如，以实现有助于改善在像素阵列28上显示的图像的动态范围的局部调光方案)。每个单元光源64产生的光在穿过像素阵列28之前可沿方向Z向上传播通过光扩散器62和光学膜60。光扩散器62可包含扩散来自发光二极管阵列72的光并且因此有助于提供均匀背光照明66的光散射结构。光学膜60可例如包括膜诸如二色向滤光器、磷光粉层和膜(例如，亮度增强膜，其有助于准直光66，从而增强用户68、补偿膜和/或其他光学膜的显示器14的亮度)。

图6为背光源58的示例性光源阵列的顶视图。如图6所示，阵列72可包含光源64的行和列。每个光源64可与相应的单元相关联。如果需要，可使用六边形平铺阵列和以其他合适的阵列图案组织的具有光源64的阵列。其中阵列72具有正方形发光区域的行和列的图6的构型仅仅是示例性的。每个光源64可包括单个发光二极管、一对发光二极管、2-10个发光二极管、至少两个发光二极管、至少4个发光二极管、至少八个发光二极管、少于五个发光二极管或其他适合数量的发光二极管。

阵列72中的每个光源64可单独控制(例如，可单独寻址)，或者光源64可以块或区域被控制，其中相同区域中的所有发光二极管接收相同的控制信号。

可使用模拟控制方案或脉宽调制(PWM)控制方案来控制光源64。在模拟控制方案中，可通过调节光源中的电流水平来改变光输出(例如，通过调节光源上的DC控制电压或通过调节光源的电阻)。在脉宽调制控制方案中，光源的电流在短时间内被打开和关闭。开闭周期的频率可比人眼可检测的更快，以避免闪烁效应。脉宽调制控制方案中的光输出可通过改变恒定电流对光源的占空比来调节，光源继而调节平均电流。

图7为示出可用于控制光源64的例示性脉宽调制调光方案的曲线图。占空比是脉冲持续时间(t1，t2，t3，t4等)与信号周期(T)的比率。光源以期望的频率(例如，200Hz，150Hz，大于200Hz，小于250Hz，18，000Hz，小于或大于18，000Hz，或任何其他合适的频率)循环打开和关闭。LED的平均电流是调光功能的总电流和占空比的乘积。

图7示出了四个脉冲，它们全部以恒定电流(I)操作，但具有不同的占空比以产生不同的平均电流水平。第一脉冲产生具有最长脉冲持续时间t1的明亮照明，第二脉冲在脉冲持续时间t2(其小于t1)下产生亮度较低的照明，第三脉冲在脉冲持续时间t3(其小于t2)下产生亮度甚至更低的照明，并且第四脉冲在脉冲持续时间t4(其小于t3)下产生暗的照明。图7的脉冲仅是例示性的。一般来讲，可使用脉冲持续时间、占空比和电流值的任何合适的序列以从每个光源64产生期望的亮度。例如，可通过在每个占空比下多次脉冲光源来实现渐变调光(例如，在90％占空比下的5-10次脉冲，在50％占空比下的5-10次脉冲，在10％占空比下的5-10次脉冲等)。

图8为示出可用于控制光源64的例示性模拟调光方案的曲线图。在模拟调光方案中，光源不是打开和关闭的。相反，调光通过降低光源中的电流水平来实现(例如，通过减小至光源的DC电流或增加光源的电阻)。

控制电路56可使用相同的方案(例如，PWM调光或模拟调光)来控制所有光源64，或者控制电路56可使用不同的方案来控制不同的光源64。例如，可使用PWM调光方案来控制阵列72中的一些光源64，并且可使用模拟方案来控制阵列72中的其他光源64。

可能有利的是基于光源64的期望亮度来确定用于光源64的控制方案。在某些情况下，诸如色度、亮度范围和功率效率的考虑可导致一种调光方案比另一种调光方案更理想。例如，较高亮度范围可得益于模拟调光方案，而较低亮度范围可得益于PWM调光方案。然而，这仅为例示性的。如果需要，PWM调光方案可用于较高亮度范围，并且可对较低亮度范围使用模拟调光方案。在其他实施方案中，确定是否使用PWM或模拟调光方案可基于其他因素(例如色度、功率约束、环境光等)。将模拟调光方案用于较高亮度范围并且将PWM调光方案用于较低亮度范围的布置方式在本文中有时被描述为示例。

图9是示出可如何将PWM调光方案用于低于阈值亮度值KP(有时称为拐点)的亮度范围以及可如何在高于阈值亮度值KP时使用模拟调光方案的曲线图。因此，背光控制电路56可基于光源64的期望亮度来确定用于光源64的调光方案。例如，如果期望来自给定光源64的亮度为400尼特，并且拐点被设定为300尼特，则控制电路56可向该光源64发送模拟控制信号。另一方面，如果期望亮度为200尼特并且拐点为300尼特，则控制电路56可向该光源64发送数字(例如，PWM)控制信号。背光亮度级可基于给定像素或一组像素36的期望亮度。例如，控制电路56可调暗与图像中的暗像素重叠的光源64，同时增大与图像的光像素重叠的光源64的亮度。

拐点KP可为存储在设备10中的固定值或可为在设备10的操作期间改变的动态值。例如，背光控制电路56可基于系统亮度设置来确定背光源58的拐点。系统亮度设置可为用户定义的亮度设置(如结合图2所述)、由设备10设置以适应正常功率操作模式和低功率操作模式的亮度级、用于考虑环境条件(环境光水平和环境光颜色，如结合图3所述)的亮度设置、和/或基于这些因素的组合的亮度级、和/或基于其他考虑的亮度设置。

图10是示出可如何基于显示器亮度设置来改变拐点的曲线图。对于较低亮度设置诸如亮度设置1(例如，在暗的环境光中和/或当用户滑动触摸屏显示器滑块以使显示器变暗时)，在KP(1)处的拐点可相对较低。对于较高亮度设置诸如亮度设置10(例如，在明亮的环境光中和/或当用户滑动触摸屏显示器滑块以使显示器变亮时)，在KP(10)处的拐点可相对较高。

如结合图9所讨论的，拐点是用于确定光源64是要使用模拟控制方案还是数字控制方案(例如，PWM方案)来控制的阈值亮度值。在一个例示性布置方式中，模拟控制信号用于产生高于拐点的背光亮度值，而PWM控制信号用于产生低于拐点的背光亮度值。例如，当拐点被设定为KP(1)时，控制电路56可针对低于KP(1)的背光亮度值使用PWM控制信号，并且针对高于KP(1)的背光亮度值使用模拟控制信号。当拐点被设定为KP(10)时，控制电路56可针对低于KP(10)的背光亮度值使用PWM控制信号，并且针对高于KP(10)的背光亮度值使用模拟控制信号。

控制电路56可基于当前系统亮度设置在设备10的操作期间确定背光源58的拐点。如果需要，可快速计算拐点。例如，表示图10所示类型的曲线的函数可存储在电子设备10中，使得控制电路56可基于当前系统亮度设置来计算期望的拐点。在其他布置方式中，控制电路56可使用查找表来基于当前系统亮度设置来确定背光源58的适当拐点。

图11为示出如何将不同的拐点用于不同的显示器亮度设置的例示性查找表。图11中所示类型的查找表可存储在电子设备10中。控制电路56可使用查找表来确定显示器14的操作期间的背光源58的拐点。如图11所示，控制电路56可针对亮度设置0使用拐点KP(0)，针对亮度设置1使用拐点KP(1)等等，直到针对亮度设置N使用拐点KP(N)(例如，显示器14的最大亮度设置)。

在PWM调光方案中，光源可实现的最高亮度与光源可实现的最低亮度的比率通常保持固定(例如，以100：1或其他合适的比率)。当控制电路56将光源从模拟调光方案切换至PWM调光方案时，光源的最大亮度等于拐点。因此，拐点确定光源可实现的亮度值的范围。例如，对于具有100：1亮度比率的光源，500尼特的拐点可导致500尼特至5尼特的亮度范围，而50尼特的拐点可导致50尼特至0.5尼特的亮度范围。较小的拐点导致较小的亮度值范围，但它还导致光源可实现的亮度值的范围较低(以及因此较低的最小亮度值)。

图12示出了可如何使用不同的拐点来实现来自背光源58中的光源的不同亮度范围(有时称为调光范围)。如图12所示，在系统亮度级0处的拐点值KP(0)导致亮度范围80，其范围从背光亮度B1到背光亮度B4；在系统亮度级5处的拐点值KP(5)导致亮度范围82，其范围从背光亮度B2到背光亮度B5；并且在系统亮度级10处的拐点值KP(10)导致亮度范围84，其范围从背光亮度B3到背光亮度B6。拐点越低，调光范围越低并且最小可实现亮度也越低。因此，当显示器14在低系统亮度级下操作时，降低低系统亮度级的拐点可允许显示器14实现深暗色。

控制电路56可独立于其他光源64来调节每个单独光源64的拐点，或者控制电路56可共同调节整个光源64阵列的拐点。控制电路56可参考查找表以基于当前系统亮度设置来确定光源64的拐点应当是什么，或者控制电路56可使用其他方法来确定给定亮度设置的拐点(例如，基于系统亮度设置来计算拐点值或使用其他合适的方法来确定拐点值)。

图13为使用结合图9、10、11和12所述的类型的动态拐点来控制背光源58所涉及的例示性步骤的流程图。

在步骤100处，控制电路56可接收指示系统亮度设置的变化的信息。系统亮度设置可为用户定义的亮度设置(如结合图2所述)、由设备10设置以适应正常功率操作模式和低功率操作模式的亮度级、用于考虑环境条件(环境光水平和环境光颜色，如结合图3所述)的亮度设置、和/或基于这些因素的组合的亮度级、和/或基于其他考虑的亮度设置。

亮度设置可例如由范围为0至20、0至15、0至30、1至20、1至15、1至30或任何其他合适范围的值的正整数表示。然而，这仅是例示性的。在其他布置方式中，亮度设置可由最大和最小亮度值、平均亮度值或其他合适的参数表示。

在亮度设置由正整数表示的布置方式中，当系统亮度设置从一个整数值偏移至不同的整数值时，可能发生亮度设置的变化。例如，从级别0到级别5的偏移表示a+5亮度变化，从级别2到级别3的偏移表示a+1亮度变化，从级别15到级别10的偏移表示a-5亮度变化等。

在步骤102处，控制电路56可通过将亮度设置变化与滞后阈值进行比较来确定是否需要拐点的变化。可以使用该任选步骤，使得当亮度设置变化相对较小时，不会发生拐点变化。避免小亮度设置变化的拐点变化可有助于平滑拐点过渡，使得使用者不能感知到亮度的令人不快的变化。例如，滞后阈值2将不会导致2级或更小亮度设置变化的拐点变化，但如果亮度设置改变3或更多级，则将导致拐点变化。

滞后阈值可被编程为不同的值(例如，取决于设备10或显示器14的给定操作模式)，可被消除(或禁用)，使得任何亮度设置变化导致新的拐点，或可被固定为存储在设备10中的特定值。如果需要，滞后阈值可针对不同的亮度设置而不同。例如，滞后阈值可基于与亮度设置变化相关联的初始亮度设置和/或最终亮度设置(例如，可将从级别5到级别4的亮度的偏移与第一滞后阈值进行比较，而可将从级别13到级别12的亮度的偏移与第二滞后阈值进行比较)。如果需要，滞后阈值可以是不对称的，以便将亮度设置的增加与和亮度设置的降低相比不同的滞后阈值进行比较。例如，可将从13级亮度到14级亮度的偏移与第一滞后阈值进行比较，而可将从13级亮度到12级亮度的偏移与大于或小于第一滞后阈值的第二滞后阈值进行比较。这些示例仅例示不同的滞后阈值，所述滞后阈值可被施加以避免针对亮度设置的小偏移的不必要的拐点变化。

如果控制电路56确定需要拐点变化(例如，当显示器亮度设置变化大于滞后阈值时)，则处理可前进至步骤104。

在步骤104处，控制电路56可基于新的显示器亮度设置来确定背光源58的新拐点。这可包括例如使用存储在设备10中的函数(例如，表示图10所示类型的曲线的函数)来计算新拐点，使用存储在设备10中的查找表(例如，图11所示类型的查找表)来查找新拐点，或使用其他合适的方法。如结合图9所讨论的，拐点是用于确定光源64是要使用模拟控制方案还是数字控制方案(例如，PWM方案)来控制的阈值亮度值。拐点还控制在PWM调光方案下可实现的调光范围。

在任选的步骤106处，可施加时间过滤器，使得拐点在一段时间内逐渐变化至期望的新拐点。如果需要，拐点变化的速度可取决于拐点的绝对变化。控制电路56可被配置为仅允许每帧显示数据具有给定数量的更新(例如，每帧一次更新，每帧两次更新，每两帧一次更新等)。

在步骤108处，控制电路56可使用适当的拐点向背光源58的光源64提供控制信号。例如，如果控制电路在步骤102中确定不需要拐点变化，则控制电路56可使用当前未改变的拐点在步骤108中生成用于背光源58的控制信号。相反，如果在步骤104中确定新的点，则控制电路56可使用新的拐点在步骤108中生成用于背光源58的控制信号。

如结合图9所讨论的，控制电路56可使用模拟控制信号以产生高于拐点的背光亮度级以及使用PWM控制信号以产生低于拐点的背光亮度级。

在步骤110处，控制电路56可向背光源58的光源64提供PWM和/或模拟控制信号。产生低于拐点的亮度值的光源64可接收PWM控制信号，而产生高于拐点的亮度值的光源64可接收模拟控制信号。使用动态拐点可允许使用PWM方案来实现不同的调光范围(例如，不同的背光亮度值范围)。例如，如图12所示，当拐点在低亮度设置下减小时，可实现较低的最小亮度值，使得当显示器在低亮度级下操作时，暗色显得更暗(例如，褪色较轻)并增加对比度。

根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括：显示器，所述显示器具有背光源，所述背光源具有在亮度级下生成光的至少一个光源；以及控制电路。所述控制电路被配置为：根据亮度设置操作所述显示器；基于所述亮度设置来确定阈值亮度；以及当所述亮度级大于所述阈值亮度时向所述光源提供模拟控制信号，并且当所述亮度级小于所述阈值亮度时向所述光源提供脉宽调制控制信号。

根据另一个实施方案，所述光源形成所述背光源中的光源阵列的一部分。

根据另一个实施方案，所述光源阵列包括局部可调光光源。

根据另一个实施方案，所述光源阵列包括发光二极管的二维阵列。

根据另一个实施方案，所述电子设备包括环境光源，所述环境光源测量环境光水平，所述亮度设置基于所述环境光水平。

根据另一个实施方案，所述电子设备包括输入设备，用户亮度设置是利用所述输入设备来调节的，所述亮度设置基于所述用户亮度设置。

根据另一个实施方案，该输入设备包括触摸传感器。

根据另一个实施方案，所述控制电路被进一步配置为：根据不同于所述亮度设置的更新的亮度设置来操作所述显示器；基于所述更新的亮度设置来确定更新的阈值亮度，所述更新的阈值亮度不同于所述阈值亮度；以及当所述亮度水平大于所述更新的阈值亮度时向所述光源提供模拟控制信号，并且当所述亮度水平小于所述更新的阈值亮度时向所述光源提供脉宽调制控制信号。

根据另一个实施方案，所述控制电路被配置为将所述更新的亮度设置与所述亮度设置之间的差值与滞后阈值进行比较，并且当所述差值大于所述滞后阈值时，所述控制电路确定所述更新的阈值亮度。

根据另一个实施方案，所述控制电路被配置为应用时间滤波器以将所述阈值亮度逐渐转变成所述更新的阈值亮度。

根据一个实施方案，提供了一种显示器，其包括：像素阵列；光源阵列，所述光源阵列与所述像素阵列重叠，所述光源是局部可调光的并且各自被配置为产生不同亮度级的光；以及控制电路，所述控制电路使用针对高于阈值的亮度级的模拟调光方案和针对低于所述阈值的亮度级的脉宽调制调光方案来操作所述光源，所述阈值是可调的。

根据另一个实施方案，所述控制电路以亮度设置来操作所述显示器，并且所述阈值基于所述亮度设置。

根据另一个实施方案，当所述亮度设置改变时，所述控制电路调节所述阈值。

根据另一个实施方案，所述控制电路使用查找表来调节所述阈值。

根据另一实施方案，该光源包括发光二极管。

根据一个实施方案，提供了一种用于操作具有控制电路和包括光源阵列的背光源的显示器的方法，该方法包括：利用所述控制电路，根据亮度设置来操作所述显示器；利用所述控制电路，向所述背光源中的所述光源提供模拟控制信号，以产生高于阈值的亮度级；利用所述控制电路，向所述光源提供脉宽调制控制信号，以产生低于所述阈值的亮度级；以及利用所述控制电路，响应于所述亮度设置的变化来调节所述阈值。

根据另一个实施方案，该方法包括比较所述亮度设置的所述变化与滞后阈值，响应于所述亮度设置的所述变化来调节所述阈值包括在所述亮度设置的所述变化超过所述滞后阈值时调节所述阈值。

根据另一个实施方案，该方法包括利用所述控制电路，应用时间滤波器以响应于所述亮度设置的所述变化而逐渐调节所述阈值。

根据另一个实施方案，调节所述阈值包括当所述亮度设置的所述变化对应于所述亮度设置的减小时减小所述阈值。

根据另一个实施方案，调节所述阈值包括当所述亮度设置的所述变化对应于所述亮度设置的增大时增大所述阈值。

前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

显示器，所述显示器具有背光源，所述背光源具有生成一亮度级下的光的至少一个光源；以及

控制电路，所述控制电路被配置为：

根据亮度设置操作所述显示器；

基于所述亮度设置来调节阈值亮度；以及

当所述亮度级大于所述阈值亮度时向所述光源提供模拟控制信号，并且当所述亮度级小于所述阈值亮度时向所述光源提供脉宽调制控制信号。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述光源形成所述背光源中的光源阵列的一部分。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述光源阵列包括局部可调光光源。

4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述光源阵列包括发光二极管的二维阵列。

5.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

环境光源，所述环境光源测量环境光水平，其中所述亮度设置基于所述环境光水平。

6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

输入设备，用户亮度设置是利用所述输入设备来调节的，其中所述亮度设置基于所述用户亮度设置。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述输入设备包括触摸传感器。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制电路被进一步配置为：

根据不同于所述亮度设置的更新的亮度设置来操作所述显示器；

基于所述更新的亮度设置来确定更新的阈值亮度，其中所述更新的阈值亮度不同于所述阈值亮度；以及

当所述亮度级大于所述更新的阈值亮度时向所述光源提供模拟控制信号，并且当所述亮度级小于所述更新的阈值亮度时向所述光源提供脉宽调制控制信号。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为将所述更新的亮度设置与所述亮度设置之间的差与滞后阈值进行比较，并且其中当所述差大于所述滞后阈值时，所述控制电路确定所述更新的阈值亮度。

10.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为应用时间滤波器以将所述阈值亮度逐渐转变成所述更新的阈值亮度。

11.一种显示器，包括：

像素阵列；

光源阵列，所述光源阵列与所述像素阵列重叠，其中所述光源是局部可调光的并且各自被配置为产生不同亮度级的光；以及

控制电路，所述控制电路针对高于阈值的亮度级使用模拟调光方案并且针对低于所述阈值的亮度级使用脉宽调制调光方案来操作所述光源，其中所述控制电路被配置为在所述显示器的操作期间调节所述阈值。

12.根据权利要求11所述的显示器，其中所述控制电路以一亮度设置来操作所述显示器，并且其中所述阈值基于所述亮度设置。

13.根据权利要求12所述的显示器，其中当所述亮度设置改变时，所述控制电路调节所述阈值。

14.根据权利要求13所述的显示器，其中所述控制电路使用查找表来调节所述阈值。

15.根据权利要求13所述的显示器，其中所述光源包括发光二极管。

16.一种用于操作具有控制电路和包括光源阵列的背光源的显示器的方法，包括：

利用所述控制电路，根据亮度设置来操作所述显示器；

利用所述控制电路，向所述背光源中的所述光源提供模拟控制信号，以产生高于阈值的亮度级；

利用所述控制电路，向所述光源提供脉宽调制控制信号，以产生低于所述阈值的亮度级；以及

利用所述控制电路，响应于所述亮度设置的变化来调节所述阈值。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

比较所述亮度设置的所述变化与滞后阈值，其中响应于所述亮度设置的所述变化来调节所述阈值包括在所述亮度设置的所述变化超过所述滞后阈值时调节所述阈值。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

利用所述控制电路，响应于所述亮度设置的所述变化而应用时间滤波器来逐渐调节所述阈值。

19.根据权利要求16所述的方法，其中调节所述阈值包括当所述亮度设置的所述变化对应于所述亮度设置的减小时减小所述阈值。

20.根据权利要求16所述的方法，其中调节所述阈值包括当所述亮度设置的所述变化对应于所述亮度设置的增大时增大所述阈值。

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