TWI447698B - 區域控光方法及液晶顯示器 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種區域控光方法以及使用此方法之液晶顯示器。
液晶顯示器由於其重量輕、尺寸小、功率消耗操作低等特性，而申請量逐漸擴大。一背光液晶顯示器係透過控制施加於液晶層之電場來調製接收自背光單元之光線，進而顯示影像。
液晶顯示器之影像質量係依賴於對比度。僅透過調製液晶顯示器之液晶層之透射率來改善對比度存在一定限製。為了解決此問題，提出了一種根據影像調整背光單元亮度之背光控光方法，進而顯著地改善了液晶顯示器之對比度。透過根據輸入影像適應性地調整背光之亮度，背光控光方法能夠減少功率消耗。背光控光方法包含一全局控光方法以及一區域控光方法，其中全局控光方法係調整整個顯示螢幕之亮度，而區域控光方法則劃分顯示螢幕為複數個區塊，並獨立地調整各個區塊之亮度。
全局控光方法能夠改善前一幀與下一幀之間測量之一動態對比度。區域控光方法能夠區域地調整位於一個幀週期內之顯示螢幕之亮度，進而改善一靜態對比度，其中靜態對比度透過全局控光方法難於提高。
區域控光方法將一背光之發光表面分割成複數個區域，增加對應一較亮影像之區塊之背光亮度，同時減少對應一相對較暗影像之區塊之背光亮度。如「第1A圖」、「第1B圖」及「第1C圖」所示，當背光之發光表面之分割區塊數量增加時，區域控光方法可以更精确地控制背光亮度。另一方面，「第1A圖」、「第1B圖」及「第1C圖」所示，當分割區塊數量減少時，一個區塊之亮度貢獻程度降低。
用於區域控光方法中每個區塊之控光值可以由一空間濾波器確定。透過擴散背光之峰值亮度到周圍之區塊來減少背光亮度之空間頻率，空間濾波器可以改善不期望之光暈效應以及亮度不均勻性。一傳統空間濾波器具有一固定光罩大小以及一固定光罩係數。因此，當背光之發光表面之分割區塊數量增加時，使用傳統空間過濾器之區域控光方法減少了背光亮度。這使得顯示影像變暗。
因此，鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種能夠改善區域控光過程中產生之亮度惡化之區域控光方法以及使用此方法之液晶顯示器。
依照本發明之一方面，本發明之實施例提出了一種區域控光方法，係包含：分割一輸入影像為N×M(N和M為大於n的正整數)個區塊；確定區塊之代表值，其中區塊之代表值係限定各個區塊之平均亮度；分析輸入影像；設置具有n×n(n為大於3且等於或小於10之正整數)大小之一空間過濾器光罩，當輸入影像係確定為一暗影像時增加空間過濾器光罩中係數大於0之數量，並且當輸入影像係確定為一亮影像時減少空間過濾器光罩中係數大於0之數量；以及將區塊之代表值與空間過濾器光罩之係數相乘，以確定用於每個區塊之一控光值。
依照本發明之另一方面，本發明之實施例提出了一種液晶顯示器，係包含：一液晶顯示面板；一背光單元，係包含被分割為N×M(N和M為大於n的正數)個區塊之一背光發光表面，並照射光線至該液晶顯示面板；一背光驅動器，係控制用於該背光發光表面之各個分割區塊之該背光單元之光源；以及一區域控光電路，係基於一輸入影像之分析結果獨立地控制該背光發光表面之每個區塊之亮度。
現在，茲配合附圖所示之示例對本發明之較佳實施例作出詳細說明。
參考「第2圖」，一區域控光電路100係包含一區塊分割單元11、一區塊代表值確定單元12、一影像分析單元14、一時間濾波器16、一控光值確定單元17以及一光源控制器18。
區塊分割單元11係分割一輸入影像為N×M(N和M為大於n之正整數)個區塊，其中區域之數量係大於空間過濾器13之光罩分割數量。一背光之發光表面係分割為對應於影像之分割區塊之N×M個區塊。
區塊代表值確定單元12係確定每個區塊之代表值。每個區塊之代表值可以計算為與一個幀影像一樣多之輸入影像資料之一平均值或者一平均圖像位準(APL)。輸入影像之平均值係對應於輸入影像資料之RGB畫素值中最高值之平均值。APL值係對應於輸入影像資料之亮度值Y之平均值。
影像分析單元14係計算用於其中一幀影像之灰階分佈圖或APL值，並提供一灰階分佈圖分析結果或APL值到空間濾波器選擇器15。如果輸入具有一特定亮度部及低亮度背景之影像，如「第3A圖」所示，可以計算為如「第4A圖」所示之影像之灰階分佈圖。如果輸入全部亮影像，如「第3B圖」所示，可以計算為如「第4B圖」所示之影像之灰階分佈圖。此外，當輸入具有一特定亮度部及低亮度背景之影像，如「第3A圖」所示，可以計算影像之APL為一相對較低數值。當輸入全部亮影像，如「第3B圖」所示，可以計算影像之APL為一高數值。
「第4A圖」之灰階分佈圖，其中高等級畫素之數量較少，且集中於一特定等級，係表示為全部暗且具有少量亮畫素資料之輸入影像。對於如「第3A圖」與「第4A圖」所示之暗影像，如果背光之發光表面之區塊被認為是光源，則對應空間過濾器為背光(lit)之周圍光源之數量增加。
相反，如「第3B圖」所示之全部亮影像之灰階分佈圖能夠計算為如「第4B圖」所示。「第4B圖」之灰階分佈圖，其中高等級畫素之數量較大，且分布於一較寬等級範圍內，係表示為全部亮且具有大量亮畫素資料之輸入影像。對於如「第3B圖」與「第4B圖」所示之亮影像，如果背光之發光表面之區塊被認為是光源，則對應空間過濾器為背光(lit)之周圍光源之數量減少。
空間過濾器係數選擇器15係選擇具有n×n(n為大於3且等於或小於10之正整數)大小之空間過濾器光罩之係數。雖然在下文之描述中空間過濾器之光罩大小為5×5，但是光罩大小不侷限於
此。空間過濾器係數選擇器15從影像分析單元14處接收灰階分佈圖分析結果或APL，並選擇空間過濾器之光罩係數，其中光罩係數隨著灰階分佈圖分析結果或者APL而變化。
空間過濾器係數選擇器15將前一幀影像之灰階分佈圖與當前幀影像之灰階分佈圖互相進行比較。如果在當前幀影像灰階分佈圖中亮畫素之數量減少，則空間過濾器係數選擇器15增加係數大於0之空間過濾器光罩之大小，如「第5B圖」所示，進而增加區域控光區塊(或者背光發光表面區塊)之背光(lit)光源數量。反之，如果在當前幀影像灰階分佈圖中亮畫素之數量增加，則空間過濾器係數選擇器15減少係數大於0之空間過濾器光罩之大小，如「第5C圖」所示，進而增加區域控光區塊之背光(lit)光源數量。
在另一實施例中，空間過濾器係數選擇器15係將一預定參考APL與當前幀影像之APL進行比較。如果當前幀影像之APL低於參考APL，則空間過濾器係數選擇器15增加係數大於0之空間過濾器光罩之大小，如「第5B圖」所示，進而增加區域控光區塊之背光(lit)光源數量。反之，如果當前幀影像之APL高於參考APL，則空間過濾器係數選擇器15減少係數大於0之空間過濾器光罩之大小，如「第5C圖」所示，進而減少區域控光區塊之背光(lit)光源數量。
空間過濾器光罩係設置為如「第5A圖」所示之5×5光罩，並且係數h1至h25可以分配給光罩之各個區塊。當輸入一暗影像，如「第3A圖」所示，透過增加係數大於0之光罩區塊之大小，空
間過濾器係數選擇器15增加區域控光背光(lit)區塊之數量。此外，當輸入一亮影像，如「第3B圖」所示，透過以0來取代分配至光罩邊緣之係數進而減少區域控光背光(lit)區塊之數量，空間過濾器係數選擇器15減少了係數大於0之光罩區塊之大小。
空間過濾器係數選擇器15將前一幀影像之灰階分佈圖與當前幀影像之灰階分佈圖互相進行比較。並且，如果在當前幀影像灰階分佈圖中亮畫素之數量減少，則為了增加背光(lit)區塊之亮度，空間過濾器係數選擇器15增加空間過濾器光罩係數，如「第5B圖」所示。另一方面，空間過濾器係數選擇器15將前一幀影像之灰階分佈圖與當前幀影像之灰階分佈圖互相進行比較。並且，如果在當前幀影像灰階分佈圖中亮畫素之數量增加，則為了減少背光(lit)區塊之亮度，空間過濾器係數選擇器15係減少空間過濾器光罩係數，如「第5C圖」所示。
在另一實施例中，空間過濾器係數選擇器15係將一預定參考APL與當前幀影像之APL進行比較。如果當前幀影像之APL低於參考APL，則為了增加背光(lit)光源亮度，空間過濾器係數選擇器15選擇空間過濾器光罩係數為高數值，如「第5B圖」所示。另一方面，空間過濾器係數選擇器15係將一預定參考APL與當前幀影像之APL進行比較。如果當前幀影像之APL高於參考APL，則為了減少背光(lit)光源亮度，空間過濾器係數選擇器15選擇空間過濾器光罩係數為低數值，如「第5C圖」所示。
如上文所述，當輸入如「第3A圖」所示之暗影像時，空間過濾器係數選擇器15係選擇空間過濾器光罩係數為高數值，以增加背光(lit)區塊之亮度，並且當輸入如「第3B圖」所示之亮影像時，空間過濾器係數選擇器15係選擇空間過濾器光罩係數為相對低的數值，以減少背光(lit)區塊之亮度。
空間過濾器13將各個區塊之代表值x1到x25、來自區塊代表值確定單元12之輸入與空間過濾器係數選擇器15選擇之光罩係數進行相乘，並提供用於各個區塊之控光值(其產生自上述乘法操作)至時間濾波器16。空間濾波器13之輸出g(x13)可以由公式(1)所表示，並且圖式化為如「第6圖」所示。
g
(x
13)=x
1‧h
1+x
2‧h
2+...+x
24‧h
24+x
25‧h
25--(1)
時間過濾器16將從空間過濾器13接收之用於每個區塊之控光值進行分散，以用於複數個幀週期來防止閃爍。時間過濾器16可以利用無限脈衝回應(IIR)過濾器或者有限脈衝回應(FIR)過濾器將用於每個區塊之控光值進行時間上分散。
控光值確定單元17將接收自時間過濾器16之用於每個區塊之控光值編碼到串列週邊界面(SPI)形式之資料中，並提供此資料至光源控制器18之微控制單元(MCU)。
光源控制器18係依照脈寬調製(PWM)獨立地控制用於各個區塊之背光300之光源，其中脈寬調製利用接收自控光值確定單元17之控光值DIMim改變佔空比。一PWM訊號係輸入至一光源驅動器，以控制光源之開-關比率，並且其佔空比(%)係依照每個區塊之控光值，光源控制器18之輸入來確定。PWM訊號之佔空比隨著每個區塊之控光值增加而增加，反之，PWM訊號之佔空比隨著每個區塊之控光值減少而減少。
「第7圖」係為本發明實施例之液晶顯示器之方塊圖。
參考「第7圖」，液晶顯示器係包含一液晶顯示面板200、用於驅動液晶顯示面板200之資料線201之一源極驅動器210、用於驅動液晶顯示面板200之閘線202之一閘極驅動器220、用於控制源極驅動器210及閘極驅動器220之一定時控制器230、用於照射光線至液晶顯示面板200之一背光單元300、用於驅動背光單元300之光源之一光源驅動器310以及用於控制區域控光之一區域控光電路100。
液晶顯示面板200係包含夾設於兩個玻璃基板之間之一液晶層。在液晶顯示面板200中，液晶單元係依照資料線201與閘線202之交叉結構以矩陣形式設置。液晶顯示面板200之薄膜電晶體(TFT)陣列基板係包含形成於其上之資料線201、閘線202、TFT、連接至TFT及存儲電容之液晶單元之畫素電極。
液晶顯示面板200之彩色濾光基板係包含形成於其上之一黑色矩陣、一彩色濾光片以及一共用電極。
本發明之液晶顯示器可以執行於一垂直電場驅動模式以及一水平電場驅動模式中，其中垂直電場驅動模式例如一扭轉向列(TN)模式和垂直配向模式，水平電場驅動模式例如一平面內轉換模式和邊緣場切換模式。
液晶顯示面板200之畫素陣列以及與畫素陣列相對之背光單元300之發光表面係垂直分割為N×N個用於局域控光之區塊。每個區塊係包含i×j(i與j為等於或大於2的正整數)畫素以及照射光線至畫素之背光發光表面。每個畫素係包含三個基本色彩或更多之子畫素，並且每個子畫素係包含一液晶單元。
定時控制器230自一外部主機系統接收定時訊號Vsync、Hsync、DE、以及DCLK，並提供數位視頻資料RGB至源極驅動器210。定時訊號包含一垂直同步訊號Vsync、一水平同步訊號Hsync、一資料使能訊號DE、一點時鐘訊號DCLK等。定時控制器230產生定時控制訊號DDC和GDC，以在來自主機系統之定時訊號Vsync、Hsync、DE和DCLK之基礎上控制源極驅動器210和閘極驅動器220之操作定時。定時控制器230可以提供接收自主機系統之輸入影像之數位視頻資料RGB至區域控光電路100，並提供由區域控光電路100調製之數位視頻資料R’G’B’至源極驅動器210。
源極驅動器210在定時控制器230之控制下閂鎖(latch)數位視頻資料R’G’B’。此外，源極控制器210使用一正/負伽瑪補償電壓將數位視頻資料R’G’B’轉換為一正/負類比資料電壓，並提供此正/負類別資料電壓至資料線201。閘極驅動器220隨後提供同步有資料線201上資料電壓之閘極脈衝(或掃描脈衝)至閘線202。
背光單元300係設置於液晶顯示面板200之下方。背光單元300包含複數個由光源驅動器310獨立控制用於各個區塊之光源，並均勻地照射光線至液晶顯示面板200。背光單元300可以執行為一直下型背光單元或者一邊緣型背光單元。背光單元300之光源可以執行為點光源，例如一發光二極體(LED)。
光源驅動器310係透過PWM(其利用接收自區域控光電路100之用於每個區塊之控光值DIM改變一佔空比)獨立地驅動用於每個區塊之背光單元300之光源，以在區域控光電路100之控制下控制背光背光(lit)區塊之亮度。
區域控光電路100係執行為如「第1圖」所示，係依照一輸入影像分析結果選擇空間過濾器光罩係數，並調整各個區塊之代表值。區域控光電路100可以使用一查找表(圖中未顯示)補償低背光亮度，調製來自定時控制器230之數位視頻資料RGB輸入以防止資料灰階飽和，並且提供調製資料R’G’B’至定時控制器230。
如上文所述，當輸入對應少量之背光單元周圍光源之暗影像時，本發明增加了分配有係數之一空間過濾器光罩之尺寸，並且當輸入對應大量之背光單元周圍光源之亮影像時，減少此空間過濾器光罩之尺寸。因此，本發明能夠在區域控光過程中增加分割之區塊數量時，防止亮度惡化出現。
雖然已結合一些圖示示例對本發明實施例作出描述，但是本領域之技術人員應當意識到在不脫離本發明所附之申請專利範圍所揭示之本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。除了元件及/或設置之變動和修改之外，替代性使用對於關於本領域之技術人員來說也是顯然的。
11‧‧‧區塊分割單元
12‧‧‧區塊代表值確定單元
13‧‧‧空間過濾器
14‧‧‧影像分析單元
15‧‧‧空間濾波器選擇器
16‧‧‧時間濾波器
17‧‧‧控光值確定單元
18‧‧‧光源控制器
100‧‧‧區域控光電路
200‧‧‧液晶顯示面板
201‧‧‧資料線
202‧‧‧閘線
210‧‧‧源極驅動器
220‧‧‧閘極驅動器
230‧‧‧定時控制器
300‧‧‧背光單元
310‧‧‧光源驅動器
Hsync‧‧‧水平同步訊號
Vsync‧‧‧垂直同步訊號
DE‧‧‧資料使能訊號
DCLK‧‧‧點時鐘訊號
RGB‧‧‧數位視頻資料
R’G’B’‧‧‧調製之數位視頻資料
DDC‧‧‧定時控制訊號
GDC‧‧‧定時控制訊號
DIM‧‧‧控光值
第1A圖、第1B圖及第1C圖係顯示了區塊大小對應之亮度，其中透過具有3×3光罩之空間過濾器將其中一區塊之峰值亮度擴散至3×3區塊中；第2圖係為依照本發明實施例之區域控光電路之方塊圖；第3A圖係顯示當輸入一暗影像時顯示於一液晶顯示面板上之影像以及區域控光時背光(lit)區塊；第3B圖係顯示當輸入一亮影像時顯示於一液晶顯示面板上之影像以及區域控光時背光(lit)區塊；第4A圖係為第3A圖顯示之影像之灰階分佈圖；第4B圖係為第3B圖顯示之影像之灰階分佈圖；第5A圖係顯示了一空間濾波器之光罩以及分配至光罩各個區塊之係數；第5B圖係顯示了一空間濾波器之光罩係數，其中當輸入第3A所示暗影像時此光罩係數被選擇為高數值；第5C圖係顯示了一空間濾波器之光罩係數，其中當輸入第3B所示亮影像時此光罩係數被選擇為低數值；第6圖顯示了一空間濾波器之操作；以及第7圖為本發明實施例之液晶顯示器之方塊圖。
100．．．區域控光電路
200．．．液晶顯示面板
201．．．資料線
202．．．閘線
210．．．源極驅動器
220．．．閘極驅動器
230．．．定時控制器
300．．．背光單元
310．．．光源驅動器
Hsync．．．水平同步訊號
Vsync．．．垂直同步訊號
DE．．．資料使能訊號
DCLK．．．點時鐘訊號
RGB．．．數位視頻資料
R’G’B’．．．調製之數位視頻資料
DDC．．．定時控制訊號
GDC．．．定時控制訊號
DIM．．．控光值
Claims (10)
- 一種區域控光方法，係包含有以下步驟：分割一輸入影像為N×M個區塊，N和M為大於n的正整數；確定該區塊之代表值，其中該區塊之代表值係限定各個區塊之平均亮度；分析該輸入影像；設置具有n×n大小之一空間過濾器光罩，n為大於3且等於或小於10之正整數，當該輸入影像係確定為一暗影像時增加該空間過濾器光罩中係數大於0之數量，並且當該輸入影像係確定為一亮影像時減少該空間過濾器光罩中係數大於0之數量；以及將該區塊之代表值與該空間過濾器光罩之係數相乘，以確定用於每個區塊之一控光值。
- 如請求項第1項所述之區域控光方法，還包含當該輸入影像係確定為一暗影像時選擇該空間過濾器光罩之係數為高數值，以及當該輸入影像係確定為一亮影像時選擇該空間過濾器光罩之係數為低數值。
- 如請求項第1項所述之區域控光方法，其中該分析該輸入影像包含：計算該輸入影像之灰階分佈圖或者平均圖像位準；以及基於該灰階分佈圖或者該平均圖像位準確定該輸入影像 之亮度程度。
- 如請求項第1項所述之區域控光方法，還包含使用一時間過濾器將用於每個區塊之該控光值分散用於複數個幀週期。
- 如請求項第1項所述之區域控光方法，還包含：垂直分割一背光發光表面為N×M個區塊；以及基於用於每個區塊之該控光值獨立控制該背光發光表面之每個區塊之亮度。
- 一種液晶顯示器，係包含：一液晶顯示面板；一背光單元，係包含被分割為N×M個區塊之一背光發光表面，並照射光線至該液晶顯示面板，N和M為大於n的正整數；一背光驅動器，係控制用於該背光發光表面之各個分割區塊之該背光單元之光源；以及一區域控光電路，係基於一輸入影像之分析結果獨立地控制該背光發光表面之每個區塊之亮度，其中該區域控光電路包含：一區塊分割單元，係分割該輸入影像為N×M個區塊；一區塊代表值確定單元，係確定該區塊之代表值，其中該區塊之代表值係限定各個區塊之平均亮度；一空間過濾器，係將該區塊之代表值與可變的光罩係數相 乘，以輸出用於每個區塊之一控光值；一影像分析單元，係分析該輸入影像；以及一空間過濾器係數選擇器，係設置具有n×n大小之一空間過濾器光罩，n為大於3且等於或小於10之正整數，當該輸入影像係確定為一暗影像時增加該空間過濾器光罩中係數大於0之數量，並且當該輸入影像係確定為一亮影像時減少該空間過濾器光罩中係數大於0之數量。
- 如請求項第6項所述之液晶顯示器，其中該空間過濾器係數選擇器係當該輸入影像係確定為一暗影像時選擇該空間過濾器光罩之係數為高數值，以及當該輸入影像係確定為一亮影像時選擇該空間過濾器光罩之係數為低數值。
- 如請求項第6項所述之液晶顯示器，其中該影像分析單元計算該輸入影像之灰階分佈圖或者平均圖像位準，以及基於該灰階分佈圖或者該平均圖像位準確定該輸入影像之亮度程度。
- 如請求項第6項所述之液晶顯示器，還包含一時間過濾器，係將從該空間過濾器輸入並用於每個區塊之該控光值分散用於複數個幀週期。
- 如請求項第6項所述之液晶顯示器，其中該區域控光電路還包含一背光單元控制器，係基於用於每個區塊之該控光值控制該背光驅動器，進而調整該背光發光表面之每個區塊之亮度。
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