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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Treiberverfahren einer LCD-Einrichtung mit einem Hintergrundlichtmodul mit dynamischer Hintergrundlichtsteuereinheit, und insbesondere auf die Steuerung eines Hintergrundlichtmoduls eines LCD's, bei dem die Hintergrundlichthelligkeit durch Bilddatenanalyse dynamisch aus der Grauskalapegelverteilung des Displays eingestellt wird. Aufgrund der dynamischen Einstellung der Hintergrundlichthelligkeit kann der elektrische Verbrauch verringert werden und die Anzeigequalität verbessert werden.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein übliches Hintergrundlichtmodul eines LCD's ist in 1 dargestellt. Ein Hintergrundlichtmodul 9 gemäß 1 erhält einen Diffuser 91, einen Reflektor 92 und eine Mehrzahl von Lichtquellen 93, wobei der Reflektor und die Mehrzahl von Lichtquellen auf einer Seite des Diffusers liegen und die Mehrzahl von Lichtquellen zwischen dem Reflektor und dem Diffuser regelmäßig verteilt ist. Die reflektierende Seite 921 des Reflektors enthält quer verlaufende Vertiefungen, die an ihrem Brennpunkt die Mehrzahl von Lichtquellen aufweisen und Licht an den Diffuser reflektieren. Das Licht der Mehrzahl von Lichtquellen kann direkt durch den Diffuser treten und vom Reflektor zum Diffuser reflektiert werden. Die Intensität oder Helligkeit der Lichtquelle wird durch ein Steuergerät gesteuert (nicht in 1 dargestellt). Allgemein kann die Lichtquelle eine Kaltkathodenfluorezentlampe (CCFL) sein, die in 1 als Zylinder 93 dargestellt ist. Das Steuergerät für die CCFL ist ein Inverter (nicht in 1 dargestellt), der die Helligkeit der CCFL durch Pulsweitenmodulation (PWM) steuert. Mit der Entwicklung von LCD's wurden Streifenlampen 94, die durch lichtemittierende Dioden 941 (LCD's) in Reihe auf einer Streifenplatine 942 gebildet wurden, als Lichtquelle für ein LCD anstelle eines CCFL's verwendet. Die Pulsweitenmodulation von Streifenlampen wird durch eine LED-Treibersteuerung (nicht in 1 dargestellt) gesteuert.
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Mit zunehmender Größe von LCD's wächst ebenfalls die Zahl und Intensität der Lichtquellen (CCFL 93 oder Streifen-LED-Lampe 94). Der elektrische Stromverbrauch steigt ebenso. In einem exemplarischen Beispiel ist bei einem 65 inch Panel die elektrische Verbrauchsleistung zum Einschalten eines Hintergrundlichtmoduls 9 größer als 700 W und außerdem ein Heizgerät. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass nur zwei Stufen zum Betrieb des Hintergrundlichtmoduls vorhanden sind, nämlich Ein oder Aus. Bei einem Ereignis in einer dunklen Szene bleibt die Helligkeit des Hintergrundlichtmoduls bei voller Intensität und die dunkle Szene wird durch Steuerung des Drehwinkels der Flüssigkristallmoleküle gesteuert. Auf lange Sicht ist der elektrische Verbrauch beträchtlich. Es ist daher von besonderer Bedeutung, die elektrische Verbrauchsleistung zu reduzieren, um bei weiterer Entwicklung von LCD's Energie zu sparen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben daher viele Experimente an LCD-Designs durchgeführt und haben eine Erfindung gefunden, durch die die genannten Probleme gelöst werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein dynamisches Steuerverfahren zur Steuerung eines Hintergrundlichtmoduls eines LCD's anzugeben, bei dem der elektrische Stromverbrauch durch das Hintergrundlichtmodul verkleinert werden kann, um Geld und Energie zu sparen.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht daher, ein dynamisches Steuerverfahren zur Steuerung eines Hintergrundlichtmoduls eines LCD's anzugeben, bei dem die Helligkeit des Hintergrundlichtmoduls dynamisch mit der Grauskalapegelverteilung in unterschiedlichen Bilddaten eingestellt werden kann, um den Stromverbrauch zu verringern.
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Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein dynamisches Steuerverfahren zur Steuerung des Hintergrundlichtmoduls eines LCD's anzugeben, bei dem der Szenenkontrast verbessert wird und die Anzeigequalität ebenfalls verbessert wird.
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Um die vorgenannten Zwecke zu erreichen, enthält das dynamische Steuerverfahren folgendes: (A) Ermittlung von Bilddaten des LCD's, wobei die Bilddaten eine Mehrzahl von Großskalawerten enthalten und verwendet werden, um den Grauskalapegel des LCD's zu bilden; (B) Verarbeiten einer statistischen Analyse, um eine Mehrzahl von Verteilungsfaktoren aus den Bilddaten zu erzeugen; (C) Bestimmen, ob die Bilddaten ein statisches Bild repräsentieren; (D) für den Fall, dass die Bilddaten ein statisches Bild repräsentieren, Übertragung der Bilddaten ohne Änderung zum LCD, und Erhalten der gleichen Stärke des Hintergrundlichtmoduls oder Verkürzung der Schaltdauer des Hintergrundlichtmoduls; (E) für den Fall, dass die Bilddaten kein statisches Bild darstellen, Feststellen, ob ein Durchschnittswert der Grauskalawerte (AVG) nahe einem Maximalwert in den Grauskalawerten (MAX) liegt, wobei AVG und MAX in den Verteilungsfaktoren liegen; (F) für den Fall, dass AVG nahe MAX liegt, Übertragung der Bilddaten ohne Änderung an das LCD, und Erhalten der gleichen Stärke des Hintergrundlichtmoduls oder Setzen des Hintergrundlichtmoduls auf eine bestimmte Stärke; (G) für den Fall, dass AVG nahe MAX liegt, Bestimmung, ob MAX nahe dem Maximum des Grauskalapegels des LCD's (GMAX) liegt; (H) wenn MAX nahe an GMAX liegt, Übertragung der Bilddaten ohne Änderung an das LCD und Setzen des Hintergrundlichtmoduls auf eine bestimmte Stärke; (I) für den Fall, dass MAX nicht nahe an GMAX liegt, Übertragung der Bilddaten mit Änderung unter Verwendung einer Umwandlung einer Gammakurve oder einer linearen Beziehung für das LCD und Setzen des Hintergrundlichtmoduls auf eine reduzierte Stärke; und (J) Wiederholen der Schritte (A)–(I) für die nächsten Bilddaten.
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Um die vorgenannten Zwecke zu erfüllen, wird ein dynamisches Steuermodul zur Übertragung von Bilddaten mit oder ohne Änderung zusammen mit einer Hintergrundlichtmodulation für ein Flüssigkristalldisplay (LCD) angegeben, mit einem Helligkeitsrechner, einer Hintergrundlichtsteuerung und einem Datenmodifizierer. Der Helligkeitsrechner ist so eingerichtet, dass er Bilddaten erhält, um eine Mehrzahl von Verteilungsfaktoren der Grauskalapegel aus den Bilddaten zu errechnen, und um eine Modifikation der Verteilungsfaktoren zu initiieren. Die Hintergrundlichtsteuerung ist so konfiguriert, dass sie die Modifikationsaktion empfängt und die Helligkeit oder die Schaltdauer des Hintergrundlichts für die Modifikationsaktion einstellt. Der Datenmodifizierer ist so konfiguriert, dass er die Modifikationsaktion empfängt, um die Bilddaten zu modifizieren oder nicht unter Verwendung einer Umwandlung einer Gammakurve oder einer linearen Beziehung für die Modifikationsaktion und die Bilddaten mit oder ohne Modifikation an das LCD zu übertragen.
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Für ein besseres Verständnis der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird nachstehend Bezug auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt Stand der Technik zur Darstellung eines Strukturdiagramms eines Hintergrundlichtmoduls,
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2 zeigt ein dynamisches Steuerungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3 ist ein Beispielhistogramm eines Grauskalapegels gemäß der vorliegenden Erfindung,
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4 ist ein schematisches Diagramm einer Bitbeschränkung gemäß der vorliegenden Erfindung,
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5A zeigt eine Kurve ohne Datenmodifikation nach der vorliegenden Erfindung,
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5B zeigt Kurven von Änderungen mit einer Umwandlung der Gammakurve in der vorliegenden Erfindung (Gamma < 1),
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6 zeigt Kurven der Modifikation mit einer Umwandlung einer Gammakurve nach der vorliegenden Erfindung (Gamma > 1),
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7 zeigt lineare Beziehungen der Modifikation der vorliegenden Erfindung,
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7A zeigt ein detailliertes Diagramm eines kleinen Bereichs der Grauskalawerte von 7,
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8 zeigt Kurven zur Modifikation mit einer Umwandlung einer Gammakurve nach der vorliegenden Erfindung (wobei Gamma von größeren zu kleineren Grauskalapegeln variiert.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die nachstehenden Beschreibungen sind beispielhafte Ausführungsbeispiele und sie sind nicht dafür vorgesehen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Die folgende Beschreibung dient jedoch einer bequemen Darstellung des Einsatzes exemplarischer Ausführungsformen der Erfindung. Es können verschiedene Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen in Funktion und Anordnung der beschriebenen Elemente ausgeführt werden, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung, wie er in den begleitenden Ansprüchen angegeben ist, verlassen wird.
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Ein Farbbild kann aus additiven RGB-Grundelementen bestehen. Unterschiedliche Grauskalapegel der Grundelemente führen zu unterschiedlichen Primärhelligkeiten. in der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform wird ein einzelner Grauskalapegel mit 8-Bit-Auflösung, d. h. unter Verwendung von 0–255 Digits, zur besseren Darstellung unterschiedlicher Helligkeiten zwischen vollem Schwarz und vollem Weiß benutzt.
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Bevor das Helligkeitshistogramm erfasst wird, können die Bits der Roh-Grauskalapegel beschränkt und als höchstsignifikantes Bit (MSB) durch eine Art von Bitbeschränkung zur Reduzierung der Datenverarbeitung dargestellt werden. Wie in 4 dargestellt ist, werden die 8-Bit des Grauskalapegels auf 5 Bit verkürzt, wobei die niedrigstsignifikanten Bits (LSB's) abgeschnitten werden und 5 MSB's verbleiben, um die rohen Grauskalapegel zu repräsentieren. Obgleich dadurch eine 7-Digits-Auflösung durch eine 3-Bit-Beschneidung beschränkt wird, wird die Menge der zu verarbeitenden Informationen dramatisch von 8 Bit auf 5 Bit reduziert. Eine 7-Digits-Beschränkung in der Bildqualität kann vom menschlichen Auge schwerlich erfasst werden, so dass die beträchtliche Reduzierung der Verarbeitungszeit es wert ist.
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Die 5–8 zeigen verschiedene Kurven zur Bilddatenmodifikation, wobei GMAX = 255 ist. Für ein besseres Verständnis werden die Grauskalapegel der Bilddaten vor und nach der Modifikation als Eingang und Ausgang in der folgenden Beschreibung dargestellt.
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5A zeigt eine Kurve 51 ohne Änderung, wobei die Bilddaten einem statischen Bild entsprechen, oder für den Fall, dass die Bilddaten einem statischen Bild nicht entsprechen, aber MAX nahe bei AVG liegt, oder für den Fall, dass die Bilddaten nicht einem statischen Bild entsprechen, aber MAX nicht nahe an AVG liegt und MAX = GMAX ist. Wenn die Bilddaten nicht einem statischen Bild entsprechen, und MAX nicht nahe an AVG liegt und MAX < als GMAX ist, werden die Bilddaten vor der Übertragung an das LCD modifiziert und die Modifikation erfolgt durch eine Umwandlung der Gammakurve 55, 56, 61, 64, 81 oder einer linearen Kurve 71, 72, 74.
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Wenn die Bilddaten nicht modifiziert werden, wird die Helligkeit des Hintergrundlichts wie zuvor erhalten oder die Schaltdauer des Hintergrundlichts wird für ein statisches Bild gekürzt und die Helligkeit des Hintergrundlichts wird auf bestimmte Stärke für ein nicht statisches Bild gesetzt.
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Wenn die Bilddaten modifiziert werden, wird die Helligkeit des Hintergrundlichts ebenso reduziert. Obgleich das reduzierte Verhältnis des Hintergrundlichts von MAX abhängt, wird eine maximale Reduktion für das Hintergrundlicht bezogenen auf eine niedrigere Grenze 63 als zu klein für MAX betrachtet. Wenn das maximale Reduktionsverhältnis festgelegt wird, sollte die Umwandlung der Gammakurve oder der linearen Kurve eine Bedingung dafür sein, dass die modifizierte Grauskala GMAX an der unteren Grenze 63 erreicht. Ferner ist eine graduelle Änderung des Reduktionsverhältnisses mit der Zeit ebenfalls erforderlich.
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Da die Hintergrundlichthelligkeit reduziert wird, wird der Energieverbrauch im Hintergrundlichtmodul reduziert. Gleichzeitig verbessert sich auch der Bildkontrast der modifizierten Bilddaten.
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Wenn die Bilddaten modifiziert werden durch Umwandlung der Gammakurve, ergibt sich folgende Gleichung:
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Die Kurven 55 und 56 in 3 sind einige Ausführungsformen des Gamma und repräsentieren einen kleinen Gammawert von < 1. Wenn Gamma < 1 ergibt sich ein höherer Kontrast in einem dunklen Bild und ein kleinerer Kontrast in einem hellen Bild. Wenn Gamma > 1, wie z. B. bei den Linien 64 und 61, ergibt sich ein geringerer Kontrast in einem dunklen Bild und ein höherer Kontrast in einem hellen Bild. Andere Ausführungen des Gamma ändern sich mit dem Grauskalawert, wie z. B. die Kurve 81. Dieser Gammawert ändert sich graduell mit den Grauskalawerten. Ein größeres Gamma (> 1) liegt bei kleineren Grauskalawerten und ein kleineres Gamma (< 1) liegt bei höheren Grauskalawerten in 8. Die Kurve 81 repräsentiert ein Ergebnis höheren Kontrastes im mittleren Bereich der Helligkeit.
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Wenn die Bilddaten durch eine lineare Gleichung geändert werden, ergibt sich eine Gleichung wie folgt: Grauskalawert mit Modifikation = Verhältnis × Grauskalawert der Bilddaten.
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Die Kurven 52, 54, 62, 71, 72 und 74 sind einige Ausführungsformen der linearen Gleichung. Das Verhältnis ist in den Kurven 52, 54, 62 und 71 fixiert, um zu dem Rduktionsverhältnis des Hintergrundlichts zu passen. 7A zeigt verschiedene der Verhältnisse nahe kleiner Grauskalawerten für die Kurven 72 und 74. Das Verhältnis ist bei größeren Grauskalabereichen geringer und bei kleinen Grauskalawerten höher, um den Kontrast eines dunklen Bildes zu verbessern.
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Das Gamma und das Verhältnis der linearen Gleichung können einen konstanten Wert haben oder von Verteilungsfaktoren abhängig sein.
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Die Bilddaten können für das gesamte Bild verwendet werden oder ein Bild mit einem Streifendisplaybereich oder ein Bild mit rechteckigen Anzeigebereichen des LCD's. Wenn die Bilddaten verwendet werden, um für ein Streifendisplay oder für rechteckige Anzeigebereiche verwendet zu werden, können Gamma und das Verhältnis konstante Werte in allen Bereichen haben oder von der Verteilung in unterschiedlichen Bereichen abhängen.
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2 zeigt eine Ausführungsform des dynamischen Steuermoduls bei Einsatz des Verfahrens. Die Zeitsteuerung ist in das dynamische Steuermodul eingeschlossen oder nicht. Es enthält: eine Helligkeitssteuerung, einen Datenmodifizierer und eine Hintergrundlichtsteuerung. Die Bilddaten einschließlich einer Mehrzahl von Grauskalawerten werden verwendet, um Grauskalapegel eines LCD's in einer oder mehreren Farben zu verarbeiten. Eine oder mehrere statische Faktoren für die Bestimmung eines statischen Bildes sind in den Verteilungsfaktoren eingeschlossen. Die statischen Faktoren können aus einem Element zur statischen Bestimmung erhalten werden, welches innerhalb oder außerhalb des dynamischen Steuermoduls ausgebildet ist.
