CN1647149A - 用于液晶显示的窗口亮度增强 - Google Patents

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Abstract

在LCD显示器中，通过使背光源产生更多的光，来高亮显示被显示信息的预定部分(PA)。通过调整驱动面板的视频数据，而使预定区域(PA)之外的区域保持基本不变的亮度。测量背光源所产生的光的实际量，从而在预定区域(PA)之外得到更为恒定的亮度。

Description

用于液晶显示的窗口亮度增强
发明领域
本发明涉及一种具有液晶显示(LCD)屏的显示装置，允许在预定区域中增强显示。本发明还涉及包括计算机和这种显示装置的系统，以及显示增强后的预定区域的方法。
发明背景
由市场上的Philips计算机监视器可得知一种lightframeTM的特征。这种特征可使用户在显示设备的屏幕上选择应当增加亮度的区域。若在该区域内显示的是自然信息，则这种特性尤为有利。自然信息包括相片和电影，通常具有比诸如文本这样的合成信息更低的分辨率。通过增加亮度可以显著地改进这种低分辨率信息的感知质量。另一方面，不应当增加高分辨率的合成信息的亮度，以避免图像模糊。
通常，该区域是微软视窗操作系统或该操作系统运行的应用软件所创建的一个窗口或窗口的一部分。将要增强的区域被称为增强区域。
在阴极射线管中，通过在高亮度区域中局部地增加阴极射线管中的射束电流，来实现增加亮度。
在液晶显示器中，通过背光源(backlighting)的光输出来确定最大亮度。若该增强区域的光输出必须被增加，则背光源的光输出也必须被增加，并且在增强区域之外的数据也必须相应的改变(变暗)，以保持该增强区域之外的亮度基本上不变。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种LCD，其中由背光源所产生的光的属性改变，在增强区域之外的区域中比较不明显。
本发明的第一方面是提供一种如权利要求1所述的LCD。本发明的第二方面是提供一种如权利要求4所述的系统。本发明的第三方面是提供一种如权利要求5所述的方法。优选实施例由从属权利要求来定义。
在LCD监视器的亮框(Light Frame)实现中，屏幕上只有部分图像必须被高亮显示，同时该屏幕的其余部分必须通过调整驱动LCD面板的数据而变暗。
本发明的目的是减少背光源在增强区域之外的区域中所产生的光的属性转变的可见性。例如，从非增强状态到增强状态的转变可能是在增强区域中增加的亮度。更一般地说，背光源所产生的光的属性的所有变化都可能会导致增强区域中的增强。例如，偏红的白点可能会给人以增强区域中的图像显示改善(偏暖)的印象。
当增强区域中应当增加亮度时，背光源必须产生更多的光。因为该增强区域之外的显示不应当改变，所以需调整提供到LCD面板的数据，以补偿亮度的增加。若该补偿不够好，则用户会察觉到在增强区域之外显示的信息的(临时)改变。
本发明是基于以下认识，即补偿的质量依赖于背光(backlight)的属性的实际改变量。只有该实际改变量已知时，才有可能实现在增强区域之外的区域中的最佳补偿。因此，背光单元所产生的光的属性是通过一个光敏元件来测量的。所测量的光的属性变化用于补偿在增强区域之外的区域中的变化。
在权利要求2所述的本发明的一个实施例中，若增加光的亮度，则调整(变暗)驱动LCD面板的数据，以符合所测量的产生光量的变化。该补偿相对于不知道亮度改变的准确量的现有技术将会有改善。
在权利要求3所述的本发明的另一实施例中，利用产生光的实际量的测量值来增加光的亮度的改变速度。控制灯的驱动器以便调节占空比和/或灯电流，使得在短时间内就可达到最终状态。
在US-A-6,078,302中公开了一种典型的背光灯驱动器的结构。灯驱动器电路的电流间歇地向背光灯提供电流。通过电流源来产生最佳驱动电流。电流源通过受控开关向灯单元提供电流。脉冲宽度控制器控制该开关执行对驱动电流的脉冲宽度控制。在开关的开通时间和开关的开通和断开时间总和之间的比率就是占空比。通常，占空比决定了光的亮度。为该电流选择一个适合特定灯的固定最佳值。占空比或脉冲宽度可以由用户通过亮度控制输入来手动调整。
在本发明的该实施例中，测量实际光输出。在向更高亮度的转变期间，观察光量的改变速度。若改变速度太低，则进一步增加占空比，或者若占空比已是最大值，则临时增加电流。并且，还可以以平滑方式达到最终状态，而在光输出不会有过冲。经适当编程后的微处理器可接收测量后的光输出，并产生控制信号，用于控制占空比和电流。
该程序可以包括学习工具：改变占空比，从测量后的光输出中确定效果。若改变太慢，则调整电流。再次从测量的光输出中确定效果，并可以调节电流的改变量。还可以考虑限制电流。对于光输出的预定改变，可以将占空比和电流的所需变化的最佳设定存储在存储器中。还可以在存储器中预先存储该最佳设定，这种情况下不需要学习工具。
如果不加速转变，则需要几秒钟来增加灯所产生的光的亮度。这会导致一些问题。
首先，在需要更高亮度的区域之外，很难通过缓慢调整显示信号来补偿灯的光输出的缓慢增加。灯的响应依赖于所使用的灯的特性，和灯的实际状态(例如温度)。另外，由于液晶显示器的液晶单元的非线性特性，补偿是很困难的。
第二，如果对于显示信息的选择部分需要几秒钟来增强亮度的话，用户可能会感到困惑。通常，用户会在选择的部分上移动鼠标指示器，激活鼠标按键，并期望立即就有响应。若在几秒钟之后还看不到响应，用户会以为自己操作错误，或者亮框特征的运行不正确。
通过实际光输出的测量和转变的加速，可以只需几毫秒就能改变亮度。优选地，当需要增加光输出时，产生一个通过该灯的临时附加电流，或者当需要减少光输出时，向该灯临时提供一个较小的电流。该附加的或减少的电流量会使该灯更快地达到稳定状态的亮度值。以这种方式，可以控制该灯，使得背光源产生的光量可快速改变，且用户不会注意到在增强区域之外的区域中的转变，因为通过数据调整，对背光源的改变后的光输出进行了补偿。
WO 99/23456公开了一种LCD，其中测量背光源的光输出，并控制灯的驱动器，以使背光源的光输出在其使用寿命过程中保持不变。
本发明的这些和其他方面将参照下面描述的实施例来说明从而变得明显。
在附图中：
图1表示根据本发明的计算机和显示装置的系统，
图2表示根据本发明的增强控制器的一个实施例，
图3表示根据本发明的增强控制器和灯驱动器电路的一个实施例，
图4表示用于说明根据本发明的背光单元的一个实施例的操作的波形图。
优选实施例的详细说明
在附图中，相同的标号表示相同的元件。
图1表示根据本发明的具有计算机COM和显示装置DAP的系统。该计算机COM提供将被显示在具有液晶显示器LCD的显示装置DAP上的显示信号DS。计算机COM还产生增强控制信号ECS，用于指示在液晶显示器LCD的屏幕SCR上的预定区域PA的所需增强(例如，增加亮度)。预定区域PA例如是，操作系统或应用程序产生的窗口W1。该窗口可以被窗口W2部分覆盖，如图所示。
显示装置DAP还包括增强控制器EC，用于接收增强控制信号ECS，以便将数据控制信号DCS提供到数据控制器DCO，和将光控制信号LCS提供到灯驱动器电路LDC。
背光单元BLU包括背光灯BLL，用于照明液晶显示器LCD。该灯驱动器电路LDC可驱动背光灯BLL，从而在光控制信号LCS指示应改变属性时，改变所产生的光的属性。
数据控制器DCO可接收显示信号DS和数据控制信号DCS，从而产生调整后的显示信号DSA，从而可以在增强控制信号ECS指示需要进行增强时，实现在预定区域PA之外的显示基本上没有改变。将调整后的显示信号DSA提供到液晶显示器LCD。以这种方式，在预定区域PA之外，通过调整显示信号DS，可以补偿灯BLL的亮度改变。
显示装置DAP还包括光传感器LS，用于检测背光灯BLL所产生的光量。增强控制器EC接收测量到的光输出MPL，并相应地产生数据控制信号DCS和光控制信号LCS。
背光灯BLL所产生的光量测量MPL可使增强控制器EC能够准确地计算对数据信号DS所需的调整，从而使预定区域PA之外的光输出保持不变。在数据控制信号DCS中指示数据信号DS所需的调整，下面将参照图2来详细说明。
可替换地或可结合地，对光输出的测量能够减少改变背光灯BLL的光输出所需的时间，下面将参照图3来详细说明。
图2表示根据本发明的增强控制器EC的一个实施例。
增强控制器EC包括存储器MEM和计算单元CAL。存储器MEM在光的属性转变之前存储该光的属性，从而获得光的存储属性SMPL。计算单元CAL比较所存储的属性SMPL和实际测量的属性MPL，并计算数据控制信号DCS，从而使预定区域PA之外的数据被没有变化地显示。
如果，例如该转变是背光灯BLL的亮度增加，则在转变之前所产生的光量被存储在存储器MEM中。优选地，计算单元CAL是一个微计算机或微处理器，该计算单元CAL比较所存储的光量和在转变后背光灯BLL所产生的实际测量的光量。数据控制信号DCS指示变暗所需的数据量，从而实现在预定区域之外的数据信号DS部分的相同显示。
图3表示根据本发明的增强控制器EC和灯驱动器电路LDC的一个实施例。
灯驱动器电路LDC包括脉冲宽度变换器PWM，减法器SU，电流驱动器CUD，可控开关设备CSW，和反馈元件或电路FN。
反馈电路FN与灯BLL串联，用于提供表示灯电流IL的反馈信号FBS。
减法器SU从电流控制信号CCS中减去反馈信号FBS，从而将误差信号ES提供到电流控制器CUD。电流控制信号CCS可确定向灯BLL提供的稳定状态电流IL。选择电流IL的稳定状态值，使其最适合灯BLL的属性。需要重点考虑的是灯BLL的使用寿命，和所产生的光的亮度和颜色。
电流控制器CUD通过可控开关CSW将灯电流IL提供到灯BLL。可控开关CSW的开/关切换是由脉冲宽度调制器PWM控制的。脉冲宽度调制器PWM可产生脉冲宽度控制信号PWC，该信号的占空比依赖于亮度控制信号BCS。亮度控制信号BCS可通过用户来控制(未示出)。
在稳定状态下，通过灯BLL的电流IL由电流控制信号CCS来确定。电流IL可确定灯BLL所发出的光的亮度和/或色温。因此将电流IL准确地保持为期望值是很重要的。该电流通过闭合的电流反馈环路被保持在电流控制信号CCS所指示的期望值上，该电流反馈环路包括减法器SU，电流控制器CUD，和反馈元件FN。通常，反馈元件FN是一个电阻，电流IL通过该电阻产生一个反馈电压作为反馈信号FBS。减法器SU比较通过灯BLL的实际测量电流IL和电流控制信号CCS所指示的期望电流，从而以已知的方式控制电流控制器CUD将电流IL准确地保持为期望值。
灯BLL的亮度由可控开关CSW的占空比来控制。电流IL只在开关CSW闭合期间流过灯BLL。若该时间相对于开关CSW打开的时间较短(占空比较小)，则亮度较低。通常，产生用户可控的亮度控制信号BCS的用户可控亮度输入，通过脉冲宽度调制器PWM来控制占空比。
总之，实际的灯亮度值是通过控制占空比来获得的。在灯BLL的开通状态期间，电流IL被闭合控制环路校准为一个期望的额定值，该额定值可能会根据不同类型的灯而不同。
增强控制器EC包括第一加法器AD1，第二加法器AD2，和控制信号发生器CSG。
控制信号发生器CSG与光传感器LS相连，用于接收背光源所产生的光的测量属性MPL。根据该测量属性MPL，控制信号发生器CSG可确定第一控制信号CS1和第二控制信号CS2。
第一加法器AD1接收增强控制信号ECS(可以是亮度控制信号BCS)和第一控制信号CS1，第二加法器AD2接收额定电流控制信号NCCS和第二控制信号CS2。
在亮框应用程序中，背光灯亮度必须从一个值切换到另一个值。如上所述，所得到的亮度需要具有快速响应时间。
控制信号发生器CSG从光传感器LS接收该光的实际测量属性MPL。下面通过举例的方式，来详细说明向更高亮度的转变。但是，本发明并不局限于亮度的变化，按照相似的方式可以对灯BLL所产生的光的属性的任何变化进行处理。
该增强控制信号ECS指示预定区域PA中什么时候需要更高亮度。通常，该增强控制信号ECS与用户的亮度设定结合。因此，该增强控制信号ECS指示该灯BL所产生的光的所需亮度。如果不需要增强，则指示用户所定义的亮度，当亮框特征表示必须激活该预定区域PA的亮度增加时，增强控制信号ECS跃迁到更高值。该更高的值可以表示该灯所产生的光的量将增加固定的预定量。该更高值也可能指示该灯BL的光输出期望增加的量。
在转变为更高亮度的期间，接收来自光传感器的测量光输出的控制信号发生器CSG观察光量的变化速度。如果该变化速度太低，则控制信号发生器CSG输出第一控制信号CS1，该第一控制信号CS1被增加到增强控制信号ECS中以便提供亮度控制信号BCS从而进一步增加占空比。如果该占空比为最大或接近最大值且变化速度仍然太慢，则临时增加电流IL。
因此，该控制信号发生器CSG产生第二控制信号CS2，该第二控制信号CS2加入到额定电流控制信号NCCS中，从而获得电流控制信号CCS，该电流控制信号CCS控制电流驱动器CUD增加通过灯BLL的电流IL。该增加的电流应当仅在需要加速转变所需的很短时间期间存在。在该很短时间周期之后，电流I L将变回到由额定电流控制信号NCCS所指示的最佳选择的额定值。这样，就可以在很短的时间周期内达到光输出的新状态。
由于控制信号发生器接收灯BLL的实际光输出，因此可以以规定的和平稳的方式来控制灯BLL，而在所产生的光输出中不会有过冲。例如，适当编程后的微处理器可以接收测量的光输出MPL并产生用于控制占空比和电流IL的控制信号CS1和CS2。该程序包括学习功能：改变占空比，根据测量到的光输出MPL确定效果。如果变化太慢，则调整电流IL。再次根据该测量到的光输出MPL确定效果，从而可以调整电流IL的变化量。还可以考虑对最大和/或最小电流IL的限制。对于光输出中的预定变化，可以将占空比和电流IL中所需变化的最佳设定存储在存储器中。如果没有实现学习功能，则可以将该最佳设定预先存储在存储器中。
参照图1的光控制信号LCS包括亮度控制信号BCS和电流控制信号CCS。
图4示出说明根据本发明背光单元的实施例的操作的波形图。图4示出该灯BLL的增强控制信号ECS、控制信号CS2和亮度LBR。
在时刻t1之前，在这种情形下为亮度控制信号BCS的增强控制信号ECS具有指示第一亮度级的值(不需要增强)。增强控制信号ECS为零且亮度LBR具有级别B1。
在时刻t1，增强控制信号ECS跃迁J到表示第二亮度级别的值(需要增强，在该例子中该增强为更高亮度)。不需要加速该转变，控制信号CS2保持为零，并且如UB所指示的波形所示，在亮度LBR达到第二级别B2之前花了可观时间量。通过加速该转变，控制信号CS2表现出尖峰样的波形。
如果占空比还不是最大值，则如果根据所存储的数据，很明显该占空比的变化不足以足够快地达到新的光输出级别，则控制信号发生器CSG可以通过对增强控制信号ECS进行微分来产生该尖峰。在根据本发明的这个实施例中，该控制信号发生器CSG不使用测量到的光输出MPL。该测量到的光输出MPL仅用于数据控制器DCO中从而计算处于需要增强的预定区域PA以外的数据所需的补偿。
该控制信号发生器CSG还可能根据所存储的数据通过增强控制信号ECS的值的突然改变触发产生该尖峰。
控制信号发生器CSG可以响应于增强控制信号ECS的值的突然变化而开始该尖峰，并根据利用测量到的光输出MPL最小化瞬变时间来确定尖峰的形状。还可以通过存储控制信号CS1和CS2的最佳控制值，来增加自适应特性，该最佳控制值对应于增强控制信号ECS的值的特定变化。在下次增强控制信号ECS的值出现相似或几乎相似的变化时，就可以使用这些被存储的控制值。如果光输出的测量指示光输出没有根据期望曲线而变化，则控制信号CS1和CS2可被调整以便实现该期望曲线的更好的匹配。可以将该新的控制值存储以便将来使用。
该尖峰造成通过灯BLL的电流IL中出现对应尖峰，从而如部分虚线表示的波形BO所示，可以快得多地达到第二亮度级别。
在时刻t2，灯BIL的亮度LBR按照相同的方式在很短时间内降低。
因此，通常如果增强控制信号ECS为亮度控制信号BCS，且在预定区域PA中需要更高的亮度，则通过增加该占空比可以增加该灯BLL的稳定状态亮度。通过临时增加经过灯BLL的电流IL，可以实现光输出中的快速转变。
应当理解上述实施例仅用于说明而并不是对本发明的限制，本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下能够设计很多替换实施例。例如，灯BLL可以为单个灯，或包含很多灯。反馈元件FN可以为电流变压器。还可以高亮度显示很多区域。这些区域具有非矩形形状。在权利要求中，位于两个括号中的附图标记并不能解释为对权利要求的限定。词汇“包括”并不排除权利要求中所列元件或步骤以外的其它元件或步骤的存在。元件前缀的词汇“一个”并不排除出现多个这种元件的可能。本发明可利用包括多个分离元件的硬件装置来实现，也可利用适当编程后的计算机来实现。在列举了多个装置的设备权利要求中，利用同一个和相同的硬件可以实现这些装置。在彼此不同的从属权利要求中所述的特定技术措施并不表示这些技术措施不能组合使用。

Claims (5)

1.一种显示装置(DAP)，包括：
液晶显示器(LCD)，用于接收输入显示信号(DS)以便响应于增强控制信号(ECS)而显示调整后的显示信号(DSA)，该调整后的显示信号(DSA)在液晶显示器(LCD)的显示屏(SCR)的预定区域(PA)中被增强了，
灯驱动器电路(LDC)，用于在光控制信号(LCS)的控制下，改变对液晶显示器(LCD)照明的背光灯(BLL)所发出的光的属性，
数据控制器(DCO)，用于在数据控制信号(DCS)的控制下调整显示信号(DS)，从而实现在显示屏(SCR)上预定区域(PA)之外的显示基本不变。
光传感器(LS)，用于测量该光的属性，从而获得该光的测量的属性(MPL)，和
增强控制器(EC)，包括用于接收增强控制信号(ECS)的第一输入和与光传感器(LS)耦合的第二输入，用于调整数据控制信号(DCS)和光控制信号(LCS)，该调整均响应于增强控制信号(ECS)而进行，并用于与光的测量属性(MPL)一致地确定数据控制信号(DCS)和/或光控制信号(LCS)。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该增强控制器(EC)还包括：
存储器(MEM)，用于在增强控制信号(ECS)指示没有出现增强的时间段期间，存储所述光的测量属性，和
计算电路(CAL)，用于在增强控制信号(ECS)指示出现增强的时刻之后，根据所述光的存储的测量属性(SMPL)和测量属性(MPL)来计算数据控制信号(DCS)的值。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光的属性是亮度，并且所述灯驱动器电路(LDC)包括：
脉冲宽度调制器(PWM)，用于产生脉冲宽度控制信号(PWC)，该信号具有依赖于亮度控制信号(BCS)的占空比，
串联排列的电流驱动器(CUD)、开关设备(CSW)和背光灯(BLL)，该电流驱动器(CUD)具有用于接收电流控制信号(ES)的输入端和用于在开关设备(CSW)闭合时向背光灯(BLL)提供预定电流(IL)的输出端，该开关设备(CSW)具有控制输入端，用于接收脉冲宽度控制信号(PWC)以便确定该开关设备(CSW)的开通和断开时间，和
所述增强控制器(EC)还包括：
控制信号发生器(CSG)，用于根据增强控制信号(ECS)而产生光控制信号(LCS)，该光控制信号(LCS)包括亮度控制信号(BCS)和电流控制信号(CCS)，其中在亮度转变期间，调整亮度控制信号(BCS)以改变占空比，若该转变进行不够快，则调整电流控制信号(CCS)以临时改变流过背光灯(BLL)的电流(IL)。
4.一种包括显示装置(DAP)和计算机(COM)的系统，该计算机(COM)用于产生显示信号(DS)和增强控制信号(ECS)，该增强控制信号(ECS)指示显示信号(DS)在显示装置(DAP)的显示屏(SCR)上的预定区域(PA)内所需的增强，
该显示装置(DAP)包括：
液晶显示器(LCD)，用于接收输入显示信号(DS)以便响应于增强控制信号(ECS)而显示调整后的显示信号(DSA)，该调整后的显示信号(DSA)在液晶显示器(LCD)的显示屏(SCR)的预定区域(PA)中被增强了，
灯驱动器电路(LDC)，用于在光控制信号(LCS)的控制下，改变对液晶显示器(LCD)照明的背光灯(BLL)所发出的光的属性，
数据控制器(DCO)，用于在数据控制信号(DCS)的控制下调整显示信号(DS)，从而实现在显示屏(SCR)上预定区域(PA)之外的显示基本不变，
光传感器(LS)，用于测量该光的属性，从而获得该光的测量属性，和
增强控制器(EC)，包括用于接收增强控制信号(ECS)的第一输入和与光传感器(LS)耦合的第二输入，用于调整数据控制信号(DCS)和光控制信号(LCS)，该调整均响应于增强控制信号(ECS)而进行，并用于与光的测量属性(MPL)一致地确定数据控制信号(DCS)和/或光控制信号(LCS)。
5.一种响应于增强控制信号(ECS)而增强液晶显示器(LCD)的显示屏(SCR)的预定区域(PA)的方法，该方法包括：
在光控制信号(LCS)的控制下，改变(LDC)对液晶显示器(LCD)照明的背光灯(BLL)所发出的光的属性，
在数据控制信号(DCS)的控制下，调整(DCO)显示信号(DS)，从而实现在显示屏(SCR)上预定区域(PA)之外的显示基本不变，
测量(LS)该光的属性，和
接收(EC)增强控制信号(ECS)和该光的测量属性(MPL)，用于调整(EC)数据控制信号(DCS)和光控制信号(LCS)，该调整均响应于增强控制信号(ECS)而进行，并用于与光的测量属性(MPL)一致地确定(EC)数据控制信号(DCS)和/或光控制信号(LCS)。
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