使用线性照度控制的对比度提高系统的制作方法

专利名称：使用线性照度控制的对比度提高系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及显示系统。更具体地，本发明涉及一种用于才是 高特定显示系统中的对比度的系统及方法。
背景技术：
这部分旨在向读者介绍与下面描述的和/或要求的本发明的各 个方面相关的领域的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供便于 更好地理解本发明的各个方面的背景信息。因此，应该理解，将读 到的这些陈述是就此而论的，而不应该被认为是现有技术。
液晶显示(LCD)面板被越来越多地用于电视显示应用，主要 是由于与阴极射线管(CRT)相比，其重量较轻且外观薄。然而， LCD面板的性能在许多关键领域仍然落后于CRT，其中一个方面是 对比度。例如，高端LCD面才反的对比度通常约为500:1，而对于 CRT, —4殳比率为10000:1。
对比度可以#皮定义为 一见频帧的最亮白色与最暗黑色的光量比。 不幸的是，由于LCD面板的像素的透光特性，即使它们在最暗的 状态下也能发射足够的光，使得显示在LCD面板上的黑色像素实 际上看起来被显示为深灰色像素。因此，这大大降低了 LCD面板 的对比度，这在弱光观看条件下可能更令人不快。此外，用于改进LCD面板的对比度的照明源(诸如背光照度) 的亮度调制可具有固有的非线性输出。本领域的普通技术人员应该 理解，与已知的LCD/CRT显示器的伽玛特性相结合的背光照度的 非线性特征会进一 步使其对比度的提高复杂化。

发明内容
以下阐述了与7>开的实施例的范围相匹配的一些方面。应该理 解，提出的这些方面仅用于向读者提供本发明可能采用的一些形式 的简短概要，而不用于限制本发明的范围。实际上，本发明可以包 4舌没有在下面阐述的多个方面。
所乂>开的实施例涉及用于对显示装置的照明源进4于线性化的 系统和方法，包括确定—见频帧中最亮对象的亮度级，基于最亮对 象的亮度级来确定视频帧的照度级，对照度级进行线性化，以及基 于经过线性化的照度级来^是供显示装置的照度。除了 LCD夕卜，所 />开的系统和方法还可以应用于1史字光显示器(DLP)和石圭基液晶 (LCOS)显示系统。


通过阅读下面的详细描述并参考附图，本发明的优点将变得显 而易见，在附图中
图1是才艮据本发明示例性实施例的LCD面板的框图2是根据本发明示例性实施例的对比度提高系统的框图3A是才艮据本发明示例性实施例的背光线性化电^各的框图；图3B是示出根据本发明示例性实施例的背光线性化电路的操 作的曲线图3C是示出根据本发明另一个示例性实施例的背光线性化电 路的才喿作的曲线图3D是根据本发明示例性实施例的背光线性化电路结构的框
图4A是根据本发明示例性实施例的背光照度的非线性曲线的 曲线图4B是根据本发明示例性实施例的用于对背光照度进行线性 化的曲线族的曲线图4C是根据本发明示例性实施例的背光照度的线性曲线的曲 线图；以及
图5是示出根据本发明示例性实施例的对背光照度进行线性化 的方法的流程图。
具体实施例方式
下面将描述本发明的 一个或多个具体实施例。致力于才是供这些 实施例的简明扼要的描述，并没有在本说明书中描述实际实施方式 的所有特性。应当了解，在4壬何这种实际实施方式的开发中，如在 任意一个工程或设计项目中，必须估文出许多实施方式特定的决定以 实现开发者的特定目的，例如，遵照与系统相关和商业相关的限制， 其中，乂人一个实施方式到另一个实施方式这些限制可以改变。此外， 应当意识到，这种开发的努力可能是复杂且费时的，但对受益于本公开的那些普通技术人员来说，不过是设计、制造以及生产的例行 工作。
参照图1，示出了才艮据本发明示例性实施例的示例性显示系统
IO(例如，LCD面外反)的结构。该图示出了由控制系统14控制的 LCD面板20和照明源18 (例如，背光单元)。控制系统14接收可 包括视频背光照度和液晶像素数据值的数据12。控制系统14可使 用数据12来同时调节背光和像素值，从而提高LCD面板20的对 比度。因此，由控制系统14输出的数据22进入L.CD面板20,用 于调节像素值。类似地，由控制系统14输出的数据16被传输入背 光件18,用于调节一见频的背光照度。
现在，参照图2，示出了根据本发明示例性实施例的对比度提 高控制系统40。所阐述的控制系统40的描述与控制LCD面板20 的视频背光照度和像素值的部件有关。因此，白色电平探测器 (horizon finder) 44和黑色电平探测器45接收相应的亮度分量数 据42。白色电平探测器44和黑色电平探测器45分别确定关于亮度、 暗度和近暗度等级(near dark level)的统计信息以及它们在视频帧 中的分布。将通过白色电平探测器44和黑色电平探测器45获得的 信息提供给最大白色发生器(maximum white generator) 46。 最大 白色发生器46同时控制背光照度和液晶像素值。根据本发明的实 施例，以互补的方式对二者进行调节，以提高LCD面4反20的对比 度。
最大白色发生器46通过确定视频帧中最亮区域的亮度来调节 背光照度。然后，利用该信息来确定需要照射到LCD面板20的背 光量，例如，由冷阴极荧光(CCF)灯所提供的背光量。因此，为 了改善对比度，期望减少背光照度。然而，本领域的普通技术人员 应该了解，过度地减少背光照度会引起视频帧不期望的"白色减 少"。为了避免这种情况，进一步利用由最大白色发生器46获得的亮度信息来^f奮正LCD面纟反的^f象素^直，/人而补偿可能不充足的背光 照度。
在调节LCD面板20的红色、绿色和蓝色(RGB)输入值的同 时，最大白色发生器46生成输出数据50用于调制背光照度。因此， 为了补偿背光调制，进一步处理最大白色数据50，用于以非线性伽 玛校正域修正LCD面板20的像素值。因此，数据50被传送至对 比查找表(CLUT )60,该表储存^皮格式化为RGB偏移值62和RGB 增益值64的调节值。RGB偏移值62和RGB增益值64被传送至 RGB对比电3各66。因而，输入的RGB ^f象素值68 ~ 72与RGB偏移 值62和RGB增益值64结合，以输出经过伽玛校正的RGB像素值 74 ~ 78。
除修改彩色4象素值外，数据50还^皮传送至背光控制电路，该 背光控制电路输出背光控制数据58。这种背光控制电路可包括如下 文进一步描述的背光线性化电路54，用于补偿背光的光特性中的非 线性。还包括有上升/下降延迟器52，用于补偿背光和像素的光栅 扫描之间的时间未对准。这可以避免观看者可察觉的白色闪光出现 在屏幕上，而这种闪光通常是不期望的。背光控制电路还可以包括 背光脉宽调制器(PWM) 56，其控制背光的照度级。
现在，参照图3A,示出了补偿背光照度的光特性中非线性的 背光线性化电i 各54 (图2)的示例性系统。背光线性化电if各54可 包括通常由参考标号90所表示的系统。系统90接收被传送至I/O 接口 112以及斜率发生电路94、 98和102的线性背光数据92。斜 率发生电路94、 98和102生成表现背光照度的非线性光特性的全 部线性曲线的斜率，因此，有利于背光照度的线性化。在构造这些 线性曲线时，斜率发生电路94、 98和102分别由传送至加法器91、 93和97的偏移量96、 100和104进^f亍^卜偿，用于才是供适当的偏移 量来代表背光照度的非线性光特性。这样做时，应理解，斜率和偏移量的数量可以根据系统特性和需求而变化。因此，斜率发生电路
94、 98和102以及偏移量96、 100和104分另'J进行结合，以输出线 性曲线凄t净居分量95、 99和101。
一旦接收到曲线95、 99和101的数据，电3各106就运行来识 别曲线95、 99和101交叉的点。因而，这些交叉点定义了用来对 背光照度进行线性化的分段线性传递特性函数的集合。根据系统说 明，框106可以输出由凄t据95、 99和101的交叉所产生的最大、 最小、或其组合的分段传递特性函数。因此，电路106产生数据107， 将该凄t据传送至限幅器108以确保凄t据107落在前述范围内。此后， 所得到的数据109与数据92在输入/输出(I/O)接口 112处结合， 产生用于背光控制的非线性补偿的背光数据114。输入I/O接口的 还有可以用于背光i貪断目的的旁^各信号110。
图3B是示出根据本发明示例性实施例的系统卯的操作原理的 曲线图130。曲线图130具有表示光控制输入的水平轴142和表示 光控制llT出的垂直轴140。在示例性实施例中，由电i 各90实^见的两 个线性函lt在点131处交叉，以形成四条线l殳。这四条线^殳由参考 标号132~135表示，且可以包括由电路106产生的全部线性曲线， 以形成背光的分,殳线性传递特性函lt。在本示例性实施例中，电^各 106可产生对应于最大或最小分段线性传递特性函数的曲线。因而， 最大曲线可包括线段132和133，而最小曲线可包括线段134和135。 如图3B所示，短划线136和138分别表示所得到的最大和最小分 段传递特性函数的一般趋势。此外，这些曲线分别通过其正和负凹 度而区分开来。因此，如通过电路106实现的对背光进行线性化， 曲线136可具有定义最大1#出的凹度，而曲线138可具有定义最小
车lr出的凹度。
图3C是示出根据本发明另 一个示例性实施例的系统90的操作 原理的曲线图170。曲线图170示出了形成九条线-险的三个线性函数的交叉。九条线段包括由电路106使用的全部曲线，以形成背光 的多个分段线性传递特性函数。以这种方式，增加线性函数的数量 (如通过电路卯所实现的)来增加交点的数量，这就增加了分l史 线性传递特性函数的数量。这在更精确地表示显示装置的背光方面 是有利的。因此，电路106可产生对应于最大、最小、或其组合的 分l殳线性传递特性函数的曲线。在本示例性实施例中，最小曲线与 由图3B示出的最小曲线相同。相同的实施例才是供了由交叉点137 和139定义的最大曲线，来形成线革爻172、 175和176。短划线179 示出通过这些线段所形成的最大分段线性传递特性函数的 一 般趋 势。
电路106还进一 步产生最大和最小线段的组合来形成背光的附 加分4殳线性传递特性函H例如，交叉点131、 137和139定义了 四条线段171、 173、 174和177。后面的这些线,殳形成了独特的背 光分l殳线性传递特性函凄t。短划线178示出通过线，段171、 173、 174 和177所得到的分段传递特性曲线的一般趋势。曲线178置于最大 曲线179和最小曲线138之间。
图3D是才艮据本发明示例性实施例的另 一个系统，其中电路150 用于对背光照度进行线性化。系统150接收线性背光数据92。线性 背光凄t据92 :f皮传送至定标电^各(scale circuit) 152和减法器162。 定标电路152将对应于最大亮度级的值(例如，255，对应于最大 灰度阴影的值)与输入数据92相减。电路154使前述的值乘以斜 率或增益系数，并将其传送至最小电路156。输入至最小电路156 的可配置偏移数据158生成用于校正背光的非线性特性的曲线族。 因此，最小电路156根据由增益框154和偏移数据158提供的数据 输出最小值160。此后，减法器162使线性背光数据92减去最小值 160。减法器162产生数据163。数据163随后被限幅器164处理以 确保数据163落在前述数值范围内。限幅器164向电路166 (或者更一般地被本领域的技术人员称作触发器)提供数据165。最后， 电路166产生用于背光控制(图2 )的线性背光数据58。
通过系统150对线性背光数据92的处理以输出非线性背光数 据可通过以下形式的等式来进行数学性的描述
输出=输入-最小(偏移量，斜率(255 -输入))
现在，参照图4A,示出了根据本发明示例性实施例的示例性 曲线图180。曲线图180表示非线性背光输出对背光装置的PWM 控制值的曲线。因此，纵轴182表示最大白色输出的百分比，而横 轴184表示背光照度的控制值。该示例性曲线可包括对应于百分之 百的光输出的最大控制值256。如曲线186所示，非线性分量存在 于背光照度中，尤其是在对应于高亮度级的曲线186的上部中。
参照图4B,示出了才艮据本发明示例性实施例的示例性曲线图 200。曲线图200示出了背光线性化电路54所使用以补偿背光的非 线性特性的曲线206 ~ 210的集合。因此，纵轴202和一黄轴204分 别表示背光的控制输出值和控制输入值。每条曲线206-210均可对 应于不同的偏移4直。例如，曲线208可I是供适当的偏移曲线来4M尝 由曲线186所示的背光照度的非线性特性。
图4C示出了根据本发明示例性实施例的曲线图220。曲线图 220示出了通过利用图4B的示例性曲线208所」得到的曲线。曲线 208是用于对由图4A的示例性曲线186所示的背光的非线性特性 进行线性化的图4B的曲线200族中最好的选择。才艮据背光的固有 非线性特性，由曲线200族所l是供的不同曲线可用于产生相应的偏 移和斜率参数96、 100、 104以及94、 98、 102 (图3A ~ C )的范围， 来为对背光照度进行线性化。参照图5,通过流程图示出了用于对背光照度进行线性化的方 法，具体通过参考标号240表示。该方法以框242开始，其中，数 据42被传送到白色电平探测器44。在框244处，最亮对象的像素 亮度级由白色电平探测器44所确定。基于最亮对象的亮度级，如 框246所示，通过最大白色发生器46确定期望的背光照度。此后， 在框248处，背光照度被线性化，以及在框250处，为显示装置揭: 供经过线性化的背光照度。最后，该方法结束于框251。
虽然已经通过附图中的实例示出了具体的实施例，并且将在本 文中进行详细地描述，4旦是本发明能允许各种{奮改和替才奂形式。然 而，应当理解，本发明并不限于所披露的特定形式。相反地，本发 明将覆盖落入由下面所附的权利要求限定的本发明的精神和范围 内的所有^f奮改、等价物以及替换。
权利要求
1.一种视频单元(20)，包括照明源(18)；以及电路(90)，与所述照明源(18)相连，所述电路(90)用于使用所述照明源(18)的特性参数来对所述照明源(18)进行线性化。
2. 4艮据斥又利要求1所述的一见频单元(20 ),其中，所述照明源(18 ) 的所述特性参数形成至少两条线性曲线。
3. 根据权利要求2所述的视频单元(20)，其中，所述至少两条 线性曲线同时净皮所述电3各(90)处理。
4. 根据权利要求2所述的视频单元(20 )，其中，所述电路(90 ) 用于使用所述至少两条线性曲线的交叉点来获得用于对所述 照明源进4于线性化的分段线性传递特性函#t 。
5. 根据权利要求1所述的视频单元(20 )，其中，所述电路(90 ) 用于获得用来对所述照明源进行线性化的最大、最小或其组合 的分段线性传递特性函数。
6. 根据权利要求1所述的视频单元(20)，其中，当对伽玛校正 域中的彩色像素值进行调节的同时，所述电路(90)用于对所 述照明源进4于线性化。
7. —种对显示装置的照明源进行线性化的方法(240 ),所述方法 包括确定一见频帧中最亮》十象的亮度级(244);基于所述最亮对象的所述亮度级来确定所述一见频帧的照度级(246 );对所述照度级进行线性化(248 );以及基于经过线性化的照度级，提供所述显示装置的照度 (250)。
8. 根据权利要求7所述的方法(240 ),包括使用统计信息来确 定所述一见频帧中所述最亮对象的像素亮度级。
9. 根据权利要求7所述的方法(240)，其中，使用至少一个分段 线性传递特性函数来对所述照度级进行线性化。
10. 根据权利要求9所述的方法(240 ),其中，所述至少一个分段 线性传递特性函凄t包>^舌与所述照度级的光特性相关的至少两 条线性曲线的交点。
11. 根据权利要求10所述的方法(240)，其中，所述至少两条线 性曲线中的每一条均包括与所述照明源的特性参数相关的斜 率和偏移量。
12. 根据权利要求7所述的方法(240 )，包括获得用于对所述照 明源进行线性化的最大、最小或其组合的分段线性传递特性函 数。
13. 根据权利要求7所述的方法(240 ),包括基于所述视频帧的 所述照度级来调节伽玛才交正域中的彩色〗象素值。
14. 根据权利要求7所述的方法(240)，包括在调节所述彩色像 素值的同时对所述照度级进行线性化(248)。
15. —种用于对显示装置(20)的照明源进行线性化的系统(40), 包括用于确定视频帧中最亮对象的亮度级的装置(44);用于基于所述最亮对象的所述亮度级来确定所述一见频帧 的照度级的装置(46);用于对所述照度级进行线性化的装置(54);以及用于基于经过线性化的照度级来为所述显示装置提供照 度的装置(58)。
16. 才艮据片又利要求15所述的系统(90)，其中，用于对所述照明源 进行线性化的装置所述(54 )采用至少一个分段线性传递特性 函数。
17. 根据权利要求16所述的系统(40 ),包括通过使与所述照明 源的光特性相关的至少两条线性曲线相交来获得所述分段线 性传递特性函数的装置。
18. 根据权利要求17所述的系统(40)，包括用于为与所述照明 源的所述光特性相关的所述至少两条线性曲线纟是供斜率和偏 移量的装置。
19. 4艮据权利要求15所述的系统(40 ),包括用于获得用来对所 述照明源进行线性化的最大、最小或其组合的分段线性传递特 性函数的装置。
20. 4艮据权利要求15所述的系统(40 ),包括用于在对所述照明 源进行线性化的同时<奮正伽玛才交正域中的像素值的装置(66 )。
全文摘要
本发明所公开的实施例涉及视频单元(20)，包括照明源(18)。该视频单元还包括与照明源(18)相连的电路(90)，电路(90)用于使用照明源(18)的特性参数来对照明源(18)进行线性化。
文档编号G09G3/34GK101317208SQ200580052160
公开日2008年12月3日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者约翰·黑格, 马克·鲁姆雷希 申请人:深圳Tcl新技术有限公司