TWI436344B - 補償像素資料之方法及液晶顯示器 - Google Patents

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TWI436344B TW099121905A TW99121905A TWI436344B TW I436344 B TWI436344 B TW I436344B TW 099121905 A TW099121905 A TW 099121905A TW 99121905 A TW99121905 A TW 99121905A TW I436344 B TWI436344 B TW I436344B
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Description

補償像素資料之方法及液晶顯示器
本發明示例性實施例涉及補償像素資料之方法及使用該方法的液晶顯示器。
液晶顯示器的應用範圍已逐漸擴大，因為其良好特點如輕重量、薄輪廓及低功耗。背光液晶顯示器控制應用至液晶層的電場並調變來自背光單元的光，藉以顯示影像。
液晶顯示器的影像品質視對比特性而定。僅利用控制應用至液晶顯示面板的液晶層的資料電壓的方法以調變液晶顯示層的透光率，限制了增進對比特性。因此，基於輸入影像，開發了控制背光單元的亮度的背光調光方法，以便增進對比特性，因此大大地提高了對比特性。背光調光方法適合控制基於輸入影像的背光單元亮度藉以減小功耗。背光調光方法包括用於控制液晶顯示面板整個顯示表面的亮度的全面調光法、以及藉由將顯示表面劃分為複數個區塊，用於局部控制液晶顯示面板顯示表面的亮度的區域調光法。
全面調光法可提高在兩個逐次排列的圖框週期之間測量的動態對比。區域調光法局部控制一個圖框週期期間的顯示表面亮度，藉以提高利用全面調光方法難以提高的靜態對比。
區域調光法將背光單元劃分為複數個區塊以使區塊的背光亮度對應於亮影像高(bright image high)，且使區塊的背光亮度對應於相對暗影像低(dank image low)。因為包括光源的複數個區塊的每個係個別地在區域調光法中被開啟，區塊內的背光亮度小於當背光單元的所有光源以非區域調光狀態被開啟時(亦，當未應用區域調光時)所測量的背光亮度。補償像素資料以補償區域調光法中的低背光亮度。基於屬於每個區塊的開啟光源內光量的分析結果補償像素資料。光量的分析使用由用數位表示每個像素的光的量而得到的光輪廓。光輪廓為一個值，其利用特定像素的光的量以及從特定像素周圍的像素到達特定像素所需的光的量的兩者總和，然後用總和乘以每個像素的調光值而得到。光輪廓為用數位表示每個像素光的量的值。然而，在計算光輪廓的現有方法中，在液晶顯示面板的側面部分或角落部分內的像素的光量計算值中存在較大誤差，且大誤差反映出像素資料的補償值。
本發明示例性實施例提供一種補償像素資料之方法及一種液晶顯示器，當以區域調光計算像素資料補償光輪廓時，其利用相同能使液晶顯示面板的側面部分和角落部分內每個像素的光的量內誤差減到最小。
一方面，有一種補償像素資料之方法包括延伸真實螢幕的側面部分和角落部分以設定虛擬螢幕、利用真實螢幕的調光值設定虛擬螢幕的調光值、利用映射至預定分析區域的虛擬螢幕的調光值計算真實螢幕上每個像素的光的量、以及將每個像素的光的量乘以每個像素的增益值以調變像素資料。
另一方面，有一種補償像素資料之方法包括利用預定分析區域的調光值計算每個像素的光的量、設定液晶顯示面板的側面部分和角落部分的第一增益值大於液晶顯示面板的中間部分的第二增益值、以及將存在於液晶顯示面板的側面部分和角落部分內的每個第一像素的光的量乘以第一增益值以調變第一像素的資料，及將存在於液晶顯示面板的中間部分內的每個第二像素的光的量乘以第二增益值以調變第二像素的資料。
再者，一種液晶顯示器包括一液晶顯示面板、一背光單元，配置以對該液晶顯示面板提供光、一光源驅動器，配置以驅動該背光單元的光源、以及一區域調光控制器，配置以將該液晶顯示面板劃分為複數個區塊，計算每個區塊的調光值，利用每個區塊的調光值控制該光源驅動器，並且調變該液晶顯示面板的像素資料。
該區域調光控制器延伸真實螢幕的側面部分和角落部分以設定虛擬螢幕，利用真實螢幕的調光值設定虛擬螢幕的調光值，利用映射至預定分析區域的虛擬螢幕的調光值計算真實螢幕上每個像素的光的量，且將每個像素的光的量乘以每個像素的增益值以調變像素資料。
該區域調光控制器利用預定分析區域的調光值計算每個像素的光的量，設定液晶顯示面板的側面部分和角落部分的第一增益值大於液晶顯示面板的中間部分的第二增益值，將存在於液晶顯示面板的側面部分和角落部分內的每個第一像素的光的量乘以第一增益值以調變第一像素的資料，及將存在於液晶顯示面板的中間部分內的每個第二像素的光的量乘以第二增益值以調變第二像素的資料。
參考所附圖式，以下將進一步全面描述本發明所示的實施例。本發明，然而，實施例具體化為不同形式，並不限於本發明所描述的實施例。貫穿說明相似的數字代表相似元件。在以下說明中，如果決定有關本發明的已知功能或構造的詳細描述使得本發明的主題不清楚，省略詳細描述。
考慮到規範編制的便利，選擇在以下描述中所用的元件名稱。因此，元件的名稱可能與真實產品中所用的元件名稱不同。
在描述本發明示例性實施例前，參照第1圖至第4C圖描述計算光輪廓方法，以便有助於理解本發明的示例性實施例。
第1圖說明調光值為100%的光輪廓及調光值為60%的光輪廓。第2A圖說明當調光值為100%時，計算光輪廓的方法取決於光源和將被分析的分析區域的像素之間距離。第2B圖說明當調光值為60%時，計算光輪廓的方法取決於光源和將被分析的分析區域的像素之間距離。
如第1圖和第2圖所示，假設任意的一個像素受包括25個區塊的5×5分析區域BL5×5的光影響。任意的一個像素位於25個區塊的中心區塊。25個區塊的光被傳至任意的一個像素。在該情況下，傳至一個像素的光的總量可由添加25個區塊的調光值計算。此外，假設僅開啟5×5分析區域BL5×5內光源，基於事先測量的光輪廓，25個區塊的調光值及一個像素和光源之間的距離，可計算傳至一個像素的光量。經由來自每個25區塊的光的總量，計算傳至一個像素的光的量。
如第3圖所示，當計算存在於液晶顯示面板的側面部分或角落部分內對應像素的光的量時，鄰近對應像素的5×5分析區域部分可能不包括在液晶顯示面板內。在該情況下，包括對應像素的區塊的光的量可能大量減少。然而，實際上，因為到達對應側面部分或角落部分的像素的光部分被反射體31反射，且再次返回至對應的像素，對應像素的光的真實測量的量要大於對應像素的光的計算量的量。據此，液晶顯示面板的側面部分或角落部分內，不包括5×5分析區域的部分，對應像素的光的計算量與對應像素的光的真實測量的量顯著不同。例如，角落部分內對應像素的光的計算量的誤差程度大約是液晶顯示面板的中間部分內對應像素的光的計算量的誤差程度的三倍。此外，側面部分內對應像素的光的計算量的誤差程度大約為中間部分內對應像素的光的計算量的誤差程度的兩倍。
第4A圖至第4C圖為模擬影像，說明液晶顯示面板的中間部分、側面部分和角落部分的光輪廓的計算結果。第5圖和第6圖說明根據本發明示例性實施例的補償像素資料之方法。
如第5圖和第6圖所示，本發明示例性實施例的補償像素資料之方法包括將大於真實螢幕的虛擬螢幕劃分為具有預定大小的複數個光量分析區域，並且計算真實螢幕上每個像素的光的量。虛擬螢幕包括真實螢幕和虛擬部分。
真實螢幕的側面部分和角落部分延伸形成虛擬螢幕的虛擬部分。虛擬部分包括虛擬像素，每個虛擬像素具有調光值，在虛擬像素中真實螢幕的側面部分和角落部分內像素的調光值以鏡像對稱法複製。在第5圖中，數字表示調光值。藉由設定虛擬部分的調光值鏡像對稱為真實螢幕的調光值，且利用計算光輪廓現有的相同方法，加上光量分析區域的調光值，計算每個像素的光的量。在光量計算法中，因為液晶顯示面板的側面部分和角落部分內分析區域不排除在液晶顯示面板內，可精確計算液晶顯示面板任何位置的像素的光的量。
例如，如果真實螢幕的大小為10×8，且光量分析區域的大小為5×5，虛擬螢幕的大小被設定為14×12。如第6圖所示，基於5×5分析區域以與在液晶顯示面板的中間部分內執行的光量計算相同方式，計算液晶顯示面板的側面部分和角落部分內對應像素的光的量，因為5×5分析區域圍繞對應像素存在於液晶顯示面板內。
虛擬螢幕上像素的光量計算方法基本上與現有計算方法相同。即，假設僅開啟僅為5×5分析區域提供光的光源，藉由將5×5分析區域映射到虛擬螢幕且加上5×5分析區域的25區塊的調光值，計算當前被分析的像素的光的量。
如虛擬螢幕的另一個實例所示，如果真實螢幕的大小為16×10且光量分析區域的大小為7×7，虛擬螢幕的大小則被設定為22×16。
第7圖至第9圖說明根據本發明示例性實施例的液晶顯示器。
如第7圖至第9圖所示，本發明示例性實施例的液晶顯示器包括液晶顯示面板10、源極驅動器12，用於驅動液晶顯示面板10的資料線14、時間控制器11，用於控制源極驅動器12和閘極驅動器13、背光單元20，為液晶顯示面板10提供光、光源驅動器21，用於驅動背光單元20的光源、以及區域調光控制器16，用於控制區域調光。
液晶顯示面板10包括上玻璃基板、下玻璃基板及上和下玻璃基板之間的液晶層。複數個資料線14和複數個閘極線15在液晶顯示面板10的下玻璃基板上交錯。如第8圖所示，複數個液晶單元Clc在液晶顯示面板10上以矩陣形式陣列與資料線14和閘極線15的交錯結構一致。資料線14、閘極線15、薄膜電晶體TFT、與薄膜電晶體TFT連接的液晶單元Clc的像素電極、儲存電容Cst等形成在液晶顯示面板10的下玻璃基板上。
黑色矩陣、濾光片和公用電極形成在液晶顯示面板10的上玻璃基板上。以垂直電場驅動方式，如扭轉向列型(TN)模式和垂直對準(VA)模式，公共電極形成在上玻璃基板上。以水平電場驅動方式，如平面內切換(IPS)模式和邊緣電場切換(FFS)模式，公共電極和像素電極形成在下玻璃基板上。偏光板分別黏附至液晶顯示面板10的上和下玻璃基板。用來設定液晶之預傾斜角度的對準層係分別形成在上和下玻璃基板內接觸液晶的內表面上。
液晶顯示面板10的像素陣列及與像素陣列相對的背光單元20的發光表面被劃分為用於區域調光的複數個區塊。每個區塊包括i×j像素，其中i和j為等於或大於2的正整數，並且背光發光表面對i×j像素提供光。每個像素包括三原色次像素，並且每個次像素包括一個液晶單元Clc。
時間控制器11接收來自外部系統板的時間信號Vsync、Hsync、DE和DCLK並且對源極驅動器12供應數位視訊資料RGB。時間信號Vsync、Hsync、DE和DCLK包括垂直同步信號Vsync，水平同步信號Hsync，資料致能信號DE和點時鐘DCLK。基於由外部系統板接收的時間信號Vsync、Hsync、DE和DCLK，時間控制器11產生用於分別控制源極驅動器12和閘極驅動器13的操作時間之源極時間控制信號DDC和閘極時間控制信號GDC。外部系統板或時間控制器11在輸入60 Hz圖框頻率之輸入視訊信號的圖框間插入內插圖框，且用源極時間控制信號DDC的頻率乘以閘極時間控制信號GDC的頻率。因此，時間控制器11能控制源極驅動器12和閘極驅動器13以(60×N)Hz圖框頻率時之操作，其中N為等於或大於2的正整數。
時間控制器11供應從外部系統板接收之輸入影像的數位視訊資料RGB至區域調光控制器16，並且供應由區域調光控制器16調變的數位視訊資料R' G' B' 至源極驅動器12。
源極驅動器12在時間控制器11的控制下鎖存數位視訊資料R' G' B' 。源極驅動器12利用正和負伽瑪補償電壓將數位視訊資料R' G' B' 轉換為正和負類比資料電壓，且供應正/負類比資料電壓至資料線14。
閘極驅動器13包括移位暫存器、位準移位器，用於將移位暫存器的輸出信號轉換為適於液晶單元之TFT驅動的擺動寬度、輸出緩衝器等等。閘極驅動器13包括複數個閘極驅動積體電路(ICs)。複數個閘極驅動ICs的每個依次輸出具有一個水平週期的脈衝寬度的閘極脈衝(或掃描脈衝)，並且依次供應閘極脈衝至與供應資料電壓至資料線14同步的資料線15。
背光單元20位於液晶顯示面板10的下面且包括複數個光源。複數個光源被劃分為複數個區塊，並且複數個區塊的每個光源由光源驅動器21單獨地控制。因此，背光單元20可對液晶顯示面板10均勻地提供光。背光單元20可為側型背光單元和直下式背光單元其中之一。背光單元20的光源包括一個或兩個熱陰極螢光燈(HCFL)、冷陰極螢光燈(CCFL)、外置電極螢光燈(EEFL)和發光二極體(LED)。
光源驅動器21獨立地控制複數個區塊，每個區塊包括光源，利用脈寬調變(PWM)信號，其負載比(單位：%)依從區域調光控制器16接收的調光值BLdim改變。PWM信號控制光源的開啟及關閉百分比，並且PWM信號的負載比是基於從區域調光控制器16接收的調光值BLdim來決定。
區域調光控制器16分析從時間控制器11接收的每個區塊的數位視訊資料RGB，並且計算每個區塊的代表值。每個區塊的代表值係利用輸入影像的平均值或平均影像位階(APL)計算。輸入影像的平均值為每個像素內R、G、B值中最大值的平均值。APL是像素的亮度值的平均值。區域調光控制器16映射每個區塊的代表值至預先設定調光曲線以輸出背光單元20的每個區塊的調光值BLdim。區域調光控制器16調變從時間控制器11接收的數位視訊資料RGB，並且補償在液晶顯示面板10顯示的像素資料。區域調光控制器16將每個區塊的調光值BLdim編碼為串列週邊介面(SPI)型式的資料，且將編碼的資料供應至光源驅動器21的微控制器(MCU)。
第9圖為方塊圖，詳細顯示區域調光控制器16。如第9圖所示，區域調光控制器16包括代表值計算單元91、區域調光值選擇單元92、區塊選擇單元93、光量分析單元94、增益值計算單元95、資料補償單元96及光源控制器97。
代表值計算單元91將輸入影像的資料劃分成複數個區塊，並計算每個複數個區塊的代表值。
區域調光值選擇單元92映射每個區塊的代表值至預先設定調光曲線，並選擇每個區塊的調光值BLdim。區域調光值選擇單元92輸出每個區塊的調光值BLdim至區塊選擇單元93和光源控制器97。區域調光值選擇單元92可利用查找表選擇每個區塊的調光值BLdim。查找表接收每個區塊的代表值，並選擇每個區塊映射至來自預設調光曲線之每個區塊的代表值的調光值BLdim。
區塊選擇單元93利用從區域調光值選擇單元92接收的每個區塊的調光值BLdim，選擇5×5大小的分析區域(或7×7大小)。光量分析單元94利用屬於選擇的分析區域的區塊的調光值，計算每個像素的光總量。
增益值計算單元95計算每個像素的增益值。經由非區域調光(例如，當背光單元20的光源以全白模式或最大亮度開啟時)內像素的光的量與區域調光內通過光輪廓計算之像素的光的量的比率，計算增益值。即增益值G可計算為G=K正常 /K區域 。在上述方程式中，K正常 為常數，表示當不執行區域調光時的背光亮度，並且為常數，表示全白模式的亮度。K區域 為可變的，表示當執行區域調光時基於每個區塊的調光值BLdim之特定像素的光的量。資料補償單元96用增益值乘以原始像素資料以調變資料，藉以補償像素資料。
光源控制器97將從區域調光值選擇單元92接收的每個區塊的調光值BLdim編碼為SPI型式的資料，並供應編碼的資料至光源驅動器21。
本發明的另一示例性實施例，利用與未設定虛擬螢幕的現有方法相同的方式，計算真實螢幕上每個像素的光的量。根據本發明的示例性實施例，計算方法在液晶顯示面板的側面部分和角落部分存在誤差。在該情況下，資料補償單元96加上或乘以液晶顯示面板的側面部分和角落部分內像素數的補償增益值，或者藉由預定重量值，將像素資料的增益值調變為大於存在於液晶顯示面板的中間部分內像素的增益值，並用調變的增益值乘以液晶顯示面板的側面部分和角落部分的像素資料。因此，資料補償單元96補償液晶顯示面板的側面部分和角落部分內像素資料。計算方法可與基於虛擬螢幕計算光輪廓的方法一起應用。
如上所述，本發明的示例性實施例延伸真實螢幕的側面部分和角落部分以設定虛擬螢幕或增加液晶顯示面板的側面部分和角落部分的增益值，藉以減小液晶顯示面板的側面部分和角落部分內像素的光的量的誤差。
儘管以其涉及的一些說明性的實施例來描述實施例，可以理解的是，在本發明的精神或範圍中，熟悉本領域的人員可設計多種修飾和實施例。尤其，在本發明，圖式以及申請專利範圍的範圍內，可對組成部分和/或排列進行各種修飾和變更。除了組成部分和/或排列的各種修飾和變更外，對於熟悉本領域的人員選擇性的使用是顯而易見的。
31．．．反射體
10．．．液晶顯示面板
11．．．時間控制器
12．．．源極驅動器
13．．．閘極驅動器
14．．．資料線
15．．．閘極線
16．．．區域調光控制器
20．．．背光單元
21．．．光源驅動器
91．．．代表值計算單元
92．．．區域調光值選擇單元
93．．．區塊選擇單元
94．．．光量分析單元
95．．．增益值計算單元
96．．．資料補償單元
97．．．光源控制器
所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例並且與描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋。圖式中：
第1圖說明調光值為100%時的光輪廓以及調光值為60%時的光輪廓；
第2A圖說明當調光值為100%時，計算光輪廓的方法取決於光源和將被分析的分析區域的像素之間距離；
第2B圖說明當調光值為60%時，計算光輪廓的方法取決於光源和將被分析的分析區域的像素之間距離；
第3圖說明到達液晶顯示面板的角落部分像素的光；
第4A圖至第4C圖為模擬影像，說明液晶顯示面板的中間部分、側面部分和角落部分內光輪廓的計算結果；
第5圖說明根據本發明示例性實施例，應用於補償像素資料方法的虛擬螢幕；
第6圖說明在液晶顯示面板的側面部分和角落部分內螢幕和分析區域之間的映射實例之現有技術及本發明的示例性實施例；
第7圖為本發明示例性實施例的液晶顯示器的方塊圖；
第8圖為第7圖所示的液晶顯示面板的像素陣列部分之等值電路圖；以及
第9圖為詳細顯示第7圖所示的區域調光控制器的方塊圖。
10．．．液晶顯示面板
11．．．時間控制器
12．．．源極驅動器
13．．．閘極驅動器
14．．．資料線
15．．．閘極線
16．．．區域調光控制器
20．．．背光單元
21．．．光源驅動器

Claims (4)

  1. 一種補償像素資料之方法，包括：延伸一真實螢幕的側面部分和角落部分以設定一虛擬螢幕；利用該真實螢幕的調光值，設定該虛擬螢幕的調光值；藉由將屬於包含該真實螢幕與該虛擬螢幕的一預定分析區域之複數個區塊的調光值相加，計算該真實螢幕的該側面部分和該角落部分上每個像素的光的量；以及將每個像素的光的量乘以每個像素的增益值以調變像素資料，其中每個像素的該增益值係藉由非區域調光內對應像素的光的量與該計算步驟中所計算之對應像素的光的量的比率計算而得。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該虛擬螢幕的調光值的設定包括以一鏡像對稱法複製該虛擬螢幕的側面部分和角落部分內該真實螢幕的調光值。
  3. 一種液晶顯示器，包括：一液晶顯示面板；一背光單元，配置以對該液晶顯示面板提供光；一光源驅動器，配置以用來驅動該背光單元的光源；以及一區域調光控制器，配置以用來將該液晶顯示面板劃分為複數個區塊，計算每個區塊的調光值，利用每個區塊的調光值控制該光源驅動器，並且調變該液晶顯示面板的像素資料，其中該區域調光控制器延伸一真實螢幕的側面部分和角落部分以設定一虛擬螢幕，利用該真實螢幕的調光值設定該虛擬螢幕的調光值，藉由將屬於包含該真實螢幕與該虛擬螢幕的一預定分析區域之複數個區塊的調光值相加，計算該真實螢幕的該側面部分和該角落部分上每個像素的光的量，且將每個像素的光的量乘以每個像素的增益值以調變像素資料，其中每個像素的該增益值係藉由非區域調光內對應像素的光的量與區域調光內所計算之對應像素的光的量的比率計算而得。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之液晶顯示器，其中該區域調光控制器以一鏡像對稱法複製該虛擬螢幕的側面部分和角落部分內該真實螢幕的調光值。
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