专利名称：显示装置和显示方法
技术领域：
本发明涉及适于在例如液晶显示器设备内使用的显示装置和显示方法。
背景技术：
在例如液晶显示器的显示装置中，因为液晶面板的像素本身并不发光，而是在该液晶面板的背面放置背光源以照明液晶面板的背面。这样就可以显示图像。
在已知的液晶显示设备中，背光源以均匀的亮度照亮液晶面板的整个显示屏。通过控制液晶面板每个像素的开口率来调整对背光源所发出光的遮挡，从而使显示屏的每个部分都能接收到所需的光亮度。因此，例如既使在整个显示屏全黑时，背光源也基本上以其最大亮度发光。这一不必要的发光背光源增加了液晶显示设备的功耗使其成为一个问题。
为了解决具有背光源的液晶显示设备的这一问题，例如已经提出一种方法，该方法基于整个显示屏的显示亮度信息来控制整个背光源的亮度。
此外，还提出了一种方法，该方法根据背光的光源将显示屏分成许多区域并且根据每个分开区域的所需亮度控制该光源的亮度(例如参考日本未审查专利申请公开No.2004-212503)。
在此使用的术语“发光亮度”指光从光源发出时的光亮度。术语“显示亮度”指光通过显示单元(显示屏)时从光源发出的光亮度。在本说明书中通篇使用这相同的定义。
图18A和18B示意性地示出了这一控制方法。例如图18A所示，图像(原始图像)包括大致位于图像中央的黑色椭圆部分，并且该图像朝向外围逐渐变亮。显示该图像的液晶显示设备的背光源c如图18B所示包括多个垂直和水平分开的光源d，d，d，...。为了显示图18A所示的图像，就控制对应于具有最低显示亮度部分的两个光源d和d以降低其发光亮度。
通过在部分控制背光源c的发光亮度的同时来显示图像，就可避免不必要的背光源发光，从而降低功耗。
发明内容
然而在上述对光源的独立控制中，显示屏显示亮度的分布有时不等于背光源发光亮度的分布。这样，就无法真实地播放原始图像。
例如在18A和18B中所示背光源c发光亮度的部分控制中，假设如图19所示，位于图像中央的低亮度部分A包括了一个高显示亮度部分e。因为部分A的平均亮度较低，所以对应于部分A的分开光源d，d，d，...的发光亮度也被设置为低。因此，就无法用所必需的显示亮度来显示具有高显示亮度的部分e，这就会降低图像质量。
因此，提供一种解决上述问题的显示装置和显示方法，旨在提高图像质量的同时还可降低功耗。
根据本发明的一个实施例，一种显示装置包括显示单元，它具有被分成多个区域并受到基于逐像素开口率控制的显示屏；用于照亮所述显示单元背面的背光源，所述背光源包括多组光源，并将每组光源设置成对应于所述区域之一；以及控制单元，当基于输入图像信号在所述显示屏上显示图像时，它检测所述显示单元每个区域内的显示亮度，并基于所检测到的显示亮度同时考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度，把对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度设定为所计算的发光亮度，基于显示屏的一个分开区域，所设置发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值，并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素以控制像素的开口率。
根据本发明的另一个实施例，提供一种显示装置所使用的显示方法，所述显示装置包括显示单元，它具有被分成多个区域并受到基于逐像素开口率所控制的显示屏；以及用于照亮所述显示单元背面的背光源。所述背光源包括多组光源，设置每组光源使之对应于所述区域之一。本方法包括如下步骤当基于输入图像信号在所述显示屏上显示图像时，检测所述显示单元每个区域内的显示亮度；基于被检测的显示亮度并考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度；把对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度；对于显示屏的分开区域之一，基于设置发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值；并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素来控制该像素的开口率。
因此，在考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响的同时计算对应于每个区域的光源的发光亮度，并且基于算出的发光亮度来控制每个像素的开口率。
如上所述，显示装置包括显示单元，它具有被分成多个区域并受到基于逐像素开口率控制的显示屏；用于照亮所述显示单元背面的背光源，所述背光源包括多组光源，放置每组光源使之对应于所述区域之一；以及控制单元，当基于输入图像信号在所述显示屏上显示图像时，它检测所述显示单元每个区域内的显示亮度，基于被检测的显示亮度同时考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度，把对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度，对于显示屏的分开区域之一，基于设置发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值，并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素以控制该像素的开口率。
因此，在考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响的同时计算对应于一个区域的光源的发光亮度，并且基于算出的发光亮度来控制每个像素的开口率。结果是能够有效控制光源的发光亮度并降低功耗，同时为显示屏上的每一区域提供所需的发光亮度。于是，能够提高图像质量。
如上所述，提供了一种显示装置所使用的显示方法。所述显示装置包括显示单元，它具有被分成多个区域并受到基于逐像素开口率控制的显示屏；以及用于照亮所述显示单元背面的背光源。所述背光源包括多组光源，放置每组光源使之对应于所述区域之一。本方法包括如下步骤当基于输入图像信号在所述显示屏上显示图像时，检测所述显示单元每个区域内的显示亮度；基于被检测的显示亮度并考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度；把对应于分开区域之一所放置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度；对于显示屏的分开区域之一，基于设置发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值；并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素来控制该像素的开口率。
因此，在考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响的同时计算对应于一个区域的光源的发光亮度，并且基于算出的发光亮度来控制每个像素的开口率。结果是能够有效控制该光源的发光亮度并降低功耗，同时为显示屏上的每一区域提供所需的发光亮度。这就能够提高图像质量。
图1是用于连同图2至图17来阐明本发明最佳实施方式的一个实施例的液晶显示设备的框图；图2示意性地示出了显示单元和背光源；图3是示出了显示屏不同位置上的光源的发光亮度图；图4是示出了在考虑反射影响的情况下，显示屏不同位置上的光源的发光亮度图；图5是示出了显示屏内不同位置处所述光源对亮度的贡献率的曲线图；图6是一控制过程的流程图；图7是示出了显示屏内不同位置处所述光源对亮度的贡献率以及在显示给定图像时所述发光率的曲线图；图8是示出了所述显示亮度性质的曲线图；图9和图10示出了校正亮度不均匀的过程，其中图9是示出了全白显示亮度和均匀显示亮度的曲线图而图10是示出了均匀显示亮度和不均匀校正系数的曲线图；图11A到11C是示出了与已知控制实例相比较的图像控制的示意图；图12是示出了用于增加动态范围的显示亮度性质的曲线图；图13是增加所述动态范围的控制过程的流程图；图14是不同的液晶显示设备结构的框图；
图15是示意性地示出了不同液晶显示设备的显示单元和背光源的正视图；图16是示出了不同液晶显示设备的显示屏内不同位置处的光源发光亮度的曲线图；图17是不同液晶显示设备的控制过程的流程图；图18A和18B示出了一图像实例以及已知背光源发光状态实例；以及图19是用于示出已知缺陷的图像实例。
具体实施例方式
现在就参考图1至图17描述本发明的典型实施例。
在随后的典型实施例中，典型实施例的显示装置可应用于液晶显示设备，以及典型实施例的显示方法可应用于在液晶显示设备上显示图像的方法。
然而应该认识到，本发明不限于此方面。本发明可以应用于所有的显示装置以及应用于在显示装置上图像的所有显示方法，其中背光源设置在显示装置的显示单元的背面，并通过控制显示单元的像素开口率来显示图像。
如图1所示，液晶显示设备1包括用于显示图像的显示单元2，放置在显示单元2背面的背光源3以及用于控制背光源3和显示单元2的控制单元4。
显示单元2包括液晶面板5、源极驱动器6和栅极驱动器7。源极驱动器6和栅极驱动器7发送驱动信号给液晶面板5。液晶面板5的显示屏被分成多个区域；例如图2中所示的6个垂直划分区A1至A6。
背光源3包括多个光源，例如6个光源8至13。光源8至13各自紧跟显示屏的6个区域A1至A6。每个光源8至13包括多个水平排列的发光元件(例如发光二极管)。
例如可以使用红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管来作为光源8至13中每一个的发光二极管。通过以预定的次序排列这些发光二极管，就可混合这些颜色的光以生成纯白光。由光源8至13发出的光由散射板或散射片(未示出)散射并射入液晶面板5的背侧。
应该注意到，确定每个区域A1至A6不仅接收由在其后紧接放置的光源8至13其中之一所发射的光，还接收从其他区域发射的光。因此如下将描述，来自光源8至13中每一个的光通过散射板等等而到达各个区域，而不是仅到达紧靠所述光源前部的那一区域。
出于简化的目的，在先前的描述中，背光源3仅包括垂直划分的光源8至13。然而背光源3也可仅包括水平划分的光源。另选地，背光源3还可以如图18B的已知实例所示，包括垂直和水平划分的光源。
如图1所示，控制单元4包括用于控制背光源3的光源控制电路15以及用于控制显示单元2的液晶面板控制单元14。存储器16连接至液晶面板控制单元14。
存储器16存储与光源8至13发射光分布以及入射液晶面板5光分布相关联的数据。存储器16还存储用于校正该液晶面板亮度不均匀的数据。
在具有这一结构的液晶显示设备1中，液晶面板控制单元14就基于输入图像信息生成用于控制液晶面板5显示的显示驱动信号。
把生成的显示驱动信号发送至液晶面板5的源极驱动器6和栅极驱动器7。源极驱动器6和栅极驱动器7在与输入图像循环的场周期同步的一个场周期内，把该显示驱动信号输入到液晶面板5的每个像素内。当显示驱动信号被输入到液晶面板5的每个像素内时，就执行如下的校正过程。
光源控制电路15控制每个光源8至13(参见图1)。当液晶面板控制单元14接收图像信号时，液晶面板控制单元14就把用于每个光源8至13的亮度控制信号输入光源控制电路15，使得可在一个场周期处独立设置光源8至13的发光亮度。
图3示出了光源8至13的发光亮度的实例。在图3中，横坐标表示在显示屏内的垂直位置，而纵坐标则表示发光亮度。每个光源8至13都大致以其最大均匀亮度水平发光。
在图3中，由实线表示的数据指示了光源8至13的发光亮度。在此的这些数据未考虑显示屏垂直方向上任一端(即光源8至13的末端)反射光的影响。由虚线表示的数据指示了垂直方向内某一处的光源8至13的总发光亮度。除了垂直方向上显示屏两端的总发光亮度之外，把垂直方向上任意点上的总发光亮度设置成基本相同。
如上所述，当光源8至13以大致均匀的亮度水平发光时，在垂直方向上显示屏两端的总发光亮度下降。然而在垂直方向上显示屏两端处，光源8至13的发光亮度由于反射光的影响而增加(见图4)。因此在液晶显示设备1中，就缓和了在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降。
因此在液晶显示设备1中，为了尽可能避免在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降，则就可相比于其他光源9到12而增强位于垂直方向上显示屏两端处的光源8和13的最大发光亮度。
此外，为了完全避免在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降，则例如可将图4中由虚线包围的区域定义成可显示图像区。
液晶显示设备1不包括能防止每个光源8至13发出的光到达除在此光源前紧挨区域之外的其他区域的隔板。因此，每个光源8至13发出的光就可到达除在此光源前紧挨区域之外的其他区域，从而有助于增加那些区域的显示亮度。
图5示出了当使用具有如图4所示的发光亮度的光源8至13并且来自所述光源8至13的光入射液晶面板5时，光源8至13对显示屏内不同位置上亮度的贡献率。在图5中，横坐标表示显示屏上的垂直位置而纵坐标表示光源8至13发出的光对显示亮度的贡献率。
从图5中可见，光源8至13发出的光对分别紧挨在光源8至13之前的区域A1至A6内的显示亮度贡献率最高。贡献率随着离开每一区域A1至A6的距离而逐渐降低。放置在水平方向两端的光源8和13对紧挨在光源8和13之前的区域A1和A6内的亮度贡献率约为40％，而放置在光源8和13之间的光源9和12对紧挨在光源9和12之前的区域A2和A5内的亮度贡献率约为30％。此外，每个光源8至13也对除在此光源前紧挨区域之外的其他区域的亮度做出贡献。
如上所述，每个光源8至13发出的光也可到达除在此光源前紧挨区域之外的其他区域。因此，每个光源8至13发出的光就不仅进入在此光源前紧挨区域A1至A6中的一个，还可进入其他区域。
在液晶显示设备1中，每个光源8至13发出的光对区域A1至A6内发光亮度的贡献水平可被预先测量并存储在存储器16内。这些测量值用于解如下所述的联立方程。即存储器16存储图5中示出的对亮度贡献率的数据。
现在将参考图6中所示的流程图描述该可显示屏的控制过程。该控制过程可由控制单元4的液晶面板控制单元14和光源控制电路15在每一次单场图像信号被输入液晶面板控制单元14时执行。
一旦接收到单场信号(步骤S1)，液晶面板控制单元14就检测由所述输入图像信号生成的一个图像(原始图像)的显示亮度分布(步骤S2)。因此，就可检测每个区域A1至A6内的显示亮度，例如每一区域内的平均显示亮度。
基于该检测到的显示亮度分布，就为背光源3的每个光源8至13设置发光亮度(步骤S3)。考虑每个光源8至13的发光亮度对区域A1至A6显示亮度的贡献率来设置所述显示亮度。更具体地，通过使用联立方程以及上述关于预存储在存储器16内贡献率的数据(参见图5)，就可设置每个光源8至13的发光亮度。随后将描述该联立方程的一个实例。
在如上所述设置了每个光源8至13的发光亮度之后，就计算每个像素的校正值以获取当图像被显示在液晶面板5的显示屏上时的最佳显示亮度(步骤S4)。
基于每个光源8至13的设置发光亮度和所述最佳值之间的差值来计算所述校正值。最佳值指的是当基于输入图像信号来显示原始图像时，显示屏每个区域所需的显示亮度。因此，校正值是用于计算每个像素的开口率的值，用以在光源8至13以上述设置的发光亮度水平发光时，获取显示屏上每个位置所需的显示亮度。
为了计算所述校正值，就要从存储器16中读取关于校正液晶面板5的亮度不均匀的数据。此后就使用这些数据计算所述校正值。
随后，光源控制电路15依据在步骤S3设置的光源8至13的发光亮度，将光发射驱动信号分别送入光源8至13。这样，光源8至13就以设定的发光亮度水平发光。与此同时，液晶面板控制单元14就把由基于在步骤S4处算出的校正值所校正的显示驱动信号送入液晶面板5的像素内。这样，就在显示屏上显示一图像的每个场(步骤S5)。当把显示驱动信号从液晶面板控制单元14送入液晶面板5的像素内时，这些像素就受到控制，从而使这些像素的开口率等于由显示驱动信号所定义的开口率。这样，由光源8至13发出的光通过像素的传输就得到了控制。
结果是，在依据显示屏每个区域内的输入图像信号而保持显示亮度的同时显示该图像。
现在将详细描述在步骤S1至S5处开展的控制。
假设N是背光源3的光源数(N是一个大于等于2的整数)在此实施例中，N＝6。
如图2所示在液晶显示设备1中，显示屏对应于N个划分光源而被分成6个区域A1至A6。
为区域A1至A6中的每一个算出由输入图像信号所确定的最大显示亮度Ln_max(n＝1，...，6)。最大显示亮度Ln_max指的是在每个区域A1至A6中最大显示亮度的值。
在此，假设L_peak是全白显示亮度(即将白峰设置应用于液晶面板和背光源；一般说来，就将液晶面板的开口率设置为100％而将背光源的输出也设置为100％)。假设αn是最大显示亮度Ln_max与全白显示亮度L_peak的比值。随后，就为该显示屏的每一区域A1至A6计算比值αn(n＝1，...，6)。
即αn＝(Ln_max/L_peak) ...(1)比值αn表示对应于区域A1至A6的光源8至13的发光亮度可被降低的百分数(恢复极限)。也就是说，由背光源发光亮度乘以液晶面板(包括一偏振器)的开口率确定液晶面板5的显示亮度。术语“恢复极限”指的是液晶面板的开口率设置为100％时能够提供最大显示亮度Ln_max的最小值。
在先前的描述中，是基于每个区域A1至A6的最大显示亮度Ln_max来计算恢复极限的。然而根据显示图像，可以获取每个区域A1至A6的平均显示亮度Ln_ave并使用如下方程式αn′＝(Ln_ave/L_peak)来计算恢复极限αn′。使用该值就可开展亮度控制。在此情况下，就很难重建完整的原始图像。但可重建带有少数可识别缺陷的原始图像。
如上所述，每个区域A1至A6的的显示亮度不仅受到紧挨在区域A1至A6之后的光源8至13之一的发光亮度的影响，还受到其他光源8至13的发光亮度的影响。因此考虑到不是紧挨在区域A1至A6之后的光源8至13的发光亮度，则仅通过依靠区域A1至A6的恢复极限αn来控制紧挨在区域A1至A6之后的每一个光源8至13是无法开展所述控制的。
因此，可以考虑不是紧挨在区域A1至A6之后的光源8至13的发光亮度来计算发光比率βn(n＝1，...，6)。发光比率βn指光源8至13之一的实际发光亮度与其最大发光亮度(即设置白峰时的发光亮度)的比值。发光比率βn的范围是0≤βn≤1。
使用每个光源8至13对区域A1至A6之一的亮度贡献率KX，Y来计算所述发光比率βn(参见图5)。如上所述，每个光源8至13对亮度的贡献率数据都被预存储在存储器16内，并且在计算所述发光比率βn时从存储器16读出。
在贡献率KX，Y中，X表示区域A1至A6中的一个而Y表示光源8至13中的一个。例如K1，1表示位于顶部的光源8对区域A1亮度的贡献率。K2，3表示位于从顶部向下第三个光源10对区域A2亮度的贡献率。如图5所示，每个光源8至13在每个区域内的贡献率不是常数。然而在存储器16中，将贡献率KX，Y存储作为在每个区域A1至A6中间的值。
通过解如下的多个联立方程(不等式表达式)就能够算出发光比率βnK2，1·β1+K1，2·β2+K1，3·β3+K1，4·β4+K1，5·β5K1，6·β6≥α1...(2)K2，1·β1+K2，2·β2+K2，3·β3+K2，4·β4+K2，5·β5K2，6·β6≥α2...(3)K3，1·β1+K3，2·β2+K3，3·β3+K3，4·β4+K3，5·β5K3，6·β6≥α3...(4)K4，1·β1+K4，2·β2+K4，3·β3+K4，4·β4+K4，5·β5K4，6·β6≥α4...(5)K5，1·β1+K5，2·β2+K5，3·β3+K5，4·β4+K5，5·β5K5，6·β6≥α5...(6)K6，1·β1+K6，2·β2+K6，3·β3+K6，4·β4+K6，5·β5K6，6·β6≥α6...(7)在通过解所述多个联立方程算出发光比率βn(0≤βn≤1)之后，就设置每个光源8至13的发光亮度以满足算出的发光比率βn。
应该注意到，由于在上述的多联立方程中，只有n是依据分开背光源的数目而改变的，所以可以不考虑背光源的结构而使用该联立方程。
此外在先前的描述中，为每个光源8至13算出了βn。然而也可例如为了每种原色(即红、绿、蓝)或为了背光源3用以控制亮度的每种发光颜色来计算βn。
图7是图示说明根据输入信号所计算的发光比率βn以及使用上述方法控制背光源3的光源8至13的发光亮度时的发光状态。
在图7中，横坐标表示在显示屏内垂直方向上的位置。在该图上部，由虚线连接的每点处的数据表示恢复极限αn，而由实线连接的每点处的数据则表示区域A1至A6内光源8至13的发光比率βn之和。该图的下部表示了光源8至13对亮度的贡献率。
在图7所示的实例中，区域A4的显示亮度最低。显示亮度随着与区域A4的距离而增加。区域A1的显示亮度最高。光源11的发光亮度接近零。光源10和12的发光亮度较低。设置光源8、9和13的发光亮度高于光源10、11和12。
如图7所示，将发光比率βn设置成接近恢复极限αn的值，由此就可有效控制光源8至13的发光亮度。
如上所述，通过使用恢复极限αn和贡献率KX，Y解多联立方程，就可获取光源8至13的发光比率βn以控制光源8至13的发光亮度。此方法允许根据图像的显示状态来降低光源8至13的发光亮度，由此就可降低背光源3的功耗。
在以上述方式计算了发光比率βn并且设置了光源8至13的发光亮度之后，就计算每个像素的校正值，用于在像素图像时将液晶面板5显示屏内的每个位置上的显示亮度设置成最优值。如上所述，该校正值就是当由以上述方式设置此发光亮度水平处的光源8至13发射光时，用于计算每个像素的开口率以获取显示屏每个位置所需的显示亮度的值。
如图8所示，是在关于液晶面板5的显示亮度特征的数据的基础上来计算校正值的。在图8中，横坐标表示当背光源3的输出是100％(完全点亮)时液晶面板5的设置色调(电压)S_data，而纵坐标表示对于该设置色调S_data的液晶面板5显示亮度L_data。如图8所示关于显示亮度特征f的数据是可以预先获取并存储在存储器16内的。
对于每个像素，假设γ是全白显示亮度L_peak与设置显示亮度L_set之间的比值。显示亮度L_set指的是当该像素的开口率设置为100％并且光是由其发光亮度是基于发光比率βn来设置的光源8至13所发射时的显示亮度。
即γ＝L_peak/L_set ...(8)如上所述，当输入一图像信号时所显示的图像(原始图像)的设置色调S_data是由显示亮度L_data根据图8所示数据而确定的。
即L_data＝f(S_data) ...(9)此外，使用如下基于全白显示亮度L_peak与设置显示亮度L_set的比值γ和设置色调S_data的方程，计算用于设置显示亮度L_set的校正设置色调S_data′。该校正的设置色调S_data′是用于计算每个像素所需开口率的校正值。
即S_data′＝f(γ×L_data)-1...(10)通过设置每个像素的开口率以获取校正的设置色调S_data′，就能够以预定的显示亮度水平来播放该原始图像。
在液晶显示设备1中，当为每个像素计算校正值时，就执行如下过程以校正液晶面板5的亮度不均匀。
当把液晶面板5设置成全白时，就在液晶面板5上出现亮度不均匀。此亮度不均匀是由与液晶面板5(例如像素(液晶)和光源)显示亮度相关联的组件成型精度所引起的。
现在将参考图9和图10在此描述一种避免亮度不均匀的方法。
如图9所示，为了在显示屏每个位置上的显示亮度，假设全白显示亮度L_peak的最小值表示一均匀显示亮度L_flat。这时若找出呈现较低显示亮度的某些位置，就可在确定均匀显示亮度L_flat时忽略该较低显示亮度。
随后就为每个像素计算比率H，即均匀显示亮度L_flat与全白显示亮度L_peak的比值(即H＝L_flat/L_peak)。在存储器16内存储该比率H作为不均匀校正系数。
图10示出了计算用于图9所示显示亮度状态的不均匀校正系数H。
这样就计算了不均匀校正系数H。通过使用如下包括不均匀校正系数H的方式来计算校正的设置色调S_data′，就可校正液晶面板5的亮度不均匀S_data′＝f(H×γ×L_data)-1...(11)如上所述，在液晶显示设备1中，依据输入图像信号通过控制光源8至13的发光亮度以及液晶面板5每个像素的开口率，就可改善图像质量并降低功耗。
此外，光源8至13的发光亮度是独立受控的，并且光源8至13所发射的光未被隔开。因此，该结构可以类似于已知的不进行光量控制的液晶显示设备简单结构。
此外在液晶显示设备1中，在控制光源8至13的发光亮度以及液晶面板5每个像素的开口率的同时校正液晶面板5的亮度不均匀。因此，就可进一步改善图像质量。
另外在液晶显示设备1中，单个存储器16存储各种数据，包括用于校正液晶面板5亮度不均匀的数据、关于分布由光源8至13发出光的数据以及关于指示光源8至13的发光亮度对区域A1至A6的显示亮度做出多少贡献的贡献率的数据。因此，就无需独立存储这些数据的多个存储器。结果是可以进行这样的控制操作而无需增加生产成本。
在此将参考图11A至11C并比较现有控制方法，描述根据以上方法的控制实例。出于简化的目的，在图11A至11C中将显示屏仅分为两个区域(第一区和第二区)。第一区的显示亮度要低于第二区的显示亮度。此外，显示亮度从包括了第一和第二区的显示屏顶部向底部逐渐增加。在图11A至11C中，左侧表示光源的发光亮度而右侧表示一像素的开口率。在图11A至11C中，以相同的显示亮度水平来显示相同的图像。
图11A示出了一个已知控制方法的实例，在其中将光源的发光亮度设置成最大并且通过控制像素的开口率来获取预定的显示亮度。
在图11A所示的实例中，因为在所有时间内都将光源的发光亮度设置为最大而不考虑所需的显示亮度，所以功耗很高。
图11B示出了一个已知控制方法的实例，在其中设置光源的发光亮度低于最大亮度，设置紧接第一区之后放置的光源I的亮度要低于紧接第二区之后放置的光源II的亮度，并且通过控制像素的开口率来获取预定的显示亮度。在第一区和第二区之间提供一隔板。
在图11B所示的实例中，因为隔开了第一区和第二区并且光源I和光源II是独立受控的，所以在第一区和第二区之间的邻接区域的像素开口率改变明显。像素开口率的明显改变是以亮度不均匀的形式出现的，所述亮度不均匀是当从斜方向看显示屏时由对观看角度的亮度依赖作引起的。
图11C示出了根据本发明一个实施例的液晶显示设备1的实例，在其中设置光源的发光亮度低于最大亮度，设置紧接第一区之后放置的光源I的亮度要低于紧接第二区之后放置的光源II的亮度，并且通过控制像素的开口率来获取预定的显示亮度。发光亮度等于图11B中的发光亮度。在第一区和第二区之间未提供隔板。
在图11C所示的实例中，因为并未隔开第一区和第二区并且考虑了光源I和光源II在整个平面上的效果来控制光源I和光源II，所以在第一区和第二区之间的邻接区域的像素开口率逐渐改变。不同于图11B所示实例，像素开口率的逐渐改变并不会产生依赖观看角度的亮度作引起的亮度不均匀。这样就提高了图像质量。
现在将参考图12和图13描述一个控制实例，该控制可增加每个光源8至13显示亮度的控制量的动态范围以及每个像素校正值的动态范围。
在之前的描述中，将图8所示的数据存储在存储器16中作为关于显示屏显示亮度特征的数据。通过使用存储在存储器16中作为关于显示屏显示亮度特征数据的其他类型的数据，就可增加动态范围。
图8所示的数据是具有在背光源3发光时表示黑色(黑电平)的显示亮度特征f的数据。然而如图12所示，可以使用具有在背光源3未发光时表示黑色(黑电平)的显示亮度特征f′的数据。通过使用该数据，就可增加每个光源8至13显示亮度的控制量以及每个像素校正值的动态范围。
现在将参考图13的流程图描述一个平面显示控制过程的实例，该过程可增加每个光源8至13显示亮度的控制量的动态范围以及每个像素校正值的动态范围。每次将单场图像信号输入液晶面板控制电路14时就由控制单元4的液晶面板控制电路14和光源控制电路15来执行该控制过程。
首先，顺序展开步骤S11至S13处的过程。步骤S11至S13处的过程类似于图6所示的步骤S1至S3处的过程。
随后，就计算每个像素的校正值以在显示图像时将液晶面板5显示屏上每个位置的显示亮度都设置成最佳值(步骤S14)。为了计算该校正值，就从存储器16中读取具有图12中所示显示亮度特征f′的数据。通过使用具有图12中所示显示亮度特征f′的数据而算出的校正值，就可增加每个光源8至13显示亮度的控制量以及每个像素校正值的动态范围。
随后，液晶面板控制单元14就把由基于在步骤S14和S15处算出的校正值所校正的显示驱动信号送入液晶面板5的像素内。这样，就在显示屏上显示一图像的每个场(步骤S16)。当把显示驱动信号从液晶面板控制单元14送入液晶面板5的像素内时，这些像素就受到控制，从而使这些像素的开口率等于由显示驱动信号所定义的开口率。这样，由光源8至13发出的光通过像素的传输就得到了控制。步骤S16处的过程类似于图6所示的步骤S5处的过程。
如上所述，通过增加每个光源8至13显示亮度的控制量的动态范围以及每个像素校正值的动态范围，就可改善图像质量。例如可以为了每种原色(即红、绿、蓝)或为了背光源3用以控制亮度的每种发光颜色来展开该动态范围增加过程。
此外在先前的描述中，在液晶显示设备1内将显示屏分为6个区域A1至A6，而放置分别对应于6个区域A1至A6的6个光源8至13以控制发光亮度。然而如下液晶显示设备1A所示，可以为每个区域A1至A6放置多个光源，并且可以控制这些放置用于每个区域的作为一个单元的多个光源的发光亮度。
在如下的描述中，液晶显示设备1A与液晶显示设备1的不同仅仅在于为一个区域所放置的不同的光源数目以及受控作为一个单元的多个光源的发光亮度。所以就只详细描述与液晶显示设备1不同的部分。对于其他部分，使用相同的编号指定与液晶显示设备1对于的部分并且不重复这些描述。
如图14所示，液晶显示设备1A包括显示单元2A，背光源3A以及控制单元4A。
显示单元2A包括液晶面板5A、源极驱动器6和栅极驱动器7。源极驱动器6和栅极驱动器7发送驱动信号给液晶面板5A。液晶面板5A的显示屏被分成多个区域；例如6个垂直划分区A1至A6(参见图15)。
背光源3A包括多个光源，例如12个光源17到28。12个光源17到28的相邻两光源对紧接的放置在显示屏6个区域A1至A6之后。每个光源17到28包括多个水平排列的发光元件(例如发光二极管)。
与背光源3类似，背光源3A的结构也不仅限于垂直划分和排列的光源8至13。另选地，背光源3A可仅包括水平划分并排列的光源。此外，背光源3A还可包括垂直和水平划分并排列的光源。
光源控制电路15控制每个光源17到28(参见图14)。当液晶面板控制单元14接收图像信号时，液晶面板控制单元14就把用于每个光源17到28的亮度控制信号输入光源控制电路15，使之可以一场周期独立设置光源17到28的发光亮度。
在液晶显示设备1A中，控制这些放置用于每个区域A1至A6的作为一个单元的两个光源的发光亮度。即，光源控制电路15控制放置用于每个区域A1至A6的两个光源，从而把这两个光源中的每一个都同时设置成相同的发光亮度水平。
图16示出了光源17到28的发光亮度的实例。在图16中，横坐标表示在显示屏内的垂直位置，而纵坐标则表示发光亮度。每个光源17到28都大致以其最大均匀亮度水平发光。
在图16中，由实线表示的数据指示了光源17到28的发光亮度。在此的这些数据未考虑显示屏垂直方向上任一端(即光源17到28的末端)反射光的影响。由点线表示的数据指示了在区域A1至A6内两个成对光源的发光亮度。由虚线表示的数据指示了垂直方向内某处的光源17到28的总发光亮度。除了垂直方向上显示屏两端的总发光亮度之外，把垂直方向上任意点上的总发光亮度设置成基本相同。
如上所述，当光源17到28以大致均匀的亮度水平发光时，在垂直方向上显示屏两端的总发光亮度下降。然而在垂直方向上显示屏两端处，光源17到28的发光亮度由于反射光的影响而增加。因此，类似于液晶显示设备1，在液晶显示设备1A中，就缓和了在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降。
此外，类似于液晶显示设备1，在液晶显示设备1A中，为了尽可能的避免在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降，则就可相比于其他光源18至27而增强位于垂直方向上显示屏两端处的光源17和28的最大发光亮度。
此外，类似于液晶显示设备1，为了完全避免在垂直方向上显示屏两端处的总发光亮度的下降，则例如可将图4中由虚线包围的区域定义成可显示图像区。
类似于液晶显示设备1，液晶显示设备1A不包括能避免每个光源17到28发出的光到达除在此光源前紧挨区域之外的其他区域的隔板。
因此，在液晶显示设备1A中，每个光源17到28发出的光就可到达除在此光源前紧挨区域之外的其他区域。因此每个光源17到28所发出的光不仅照射到紧接在该光源之前的区域A1至A6中的一个，也照射到其他区域。
在液晶显示设备1A中，也预先测量并在存储器16内存储每个光源17到28的发光亮度对区域A1至A6的贡献水平。这些测量值作为对亮度贡献率的数据。
在此将参考图17的流程图描述屏幕显示的控制过程。每次将单场图像信号输入液晶面板控制电路14时就由控制单元4的液晶面板控制电路14和光源控制电路15来执行该控制过程。
一旦接收到单场图像信号(步骤S21)，液晶面板控制单元14就检测由输入图像信号生成的一个图像(原始图像)的显示亮度分布(步骤S22)。该过程在步骤S21和S22处类似于液晶显示设备1的在步骤S1和S2处的过程(参见图6)。
基于该检测到的显示亮度分布，就为背光源3A的每个光源17到28设置发光亮度(步骤S23)。在此就为每对相邻的光源开展显示亮度的设置。因此，为放置的光源17和18设置相同的显示亮度值以对应于区域A1，为放置的光源19和20设置相同的显示亮度值以对应于区域A2，为放置的光源21和22设置相同的显示亮度值以对应于区域A3，为放置的光源23和24设置相同的显示亮度值以对应于区域A4，为放置的光源25和26设置相同的显示亮度值以对应于区域A5，为放置的光源27和28设置相同的显示亮度值以对应于区域A6。对该显示亮度的设置考虑了光源17到28的发光亮度对区域A1至A6的显示亮度的贡献率。
在如上所述设置了每个光源17到28的发光亮度之后，就计算每个像素的校正值以获取当图像被显示在液晶面板5A的显示屏上时的最佳显示亮度(步骤S24)。在步骤S24处的该过程类似于液晶显示设备1的在步骤S4处的过程(参见图6)。可以使用图8中所示的显示亮度特征f的数据或图12中所示的显示亮度特征f′的数据来计算该校正值。
随后，光源控制电路15依据在步骤S23设置的光源17到28的发光亮度，将光发射驱动信号分别送入光源17到28。这样，光源17到28就以设定的发光亮度水平发光。与此同时，液晶面板控制单元14就把由基于在步骤S24处算出的校正值所校正的显示驱动信号送入液晶面板5A的像素内。这样，就在显示屏上显示一图像的每个场(步骤S25)。在步骤S25处的该过程类似于液晶显示设备1的在步骤S5处的过程(参见图6)。
如上所述，与液晶显示设备1相同，在液晶显示设备1A中，依据显示屏每个区域内输入图像信号来控制每个光源17到28的发光亮度以及液晶面板5A每个像素的开口率。由此就可改善液晶面板5A上显示的图像质量并降低功耗。
此外，虽然背光源3A的光源17到28的发光亮度是独立受控的，但光源17到28所发射的光未被隔开。因此，该结构可以类似于已知的不展开光量控制的液晶显示设备简单结构。
此外在液晶显示设备1A中，亮度随着光源数量的增加而增加。此外，因为发光亮度是对一组多个光源进行控制的，所以既使光源数量增加但仍可以保持发光控制过程的简单。因此，可以在保持发光亮度的控制过程简单的同时增加发光亮度。
虽然详细描述了控制一组两个光源的发光亮度的液晶显示设备1A，但是可以应用一组内其他数量的光源。例如，可为每个区域放置3个或更多的光源并且可以为一组这样的光源执行发光亮度控制。
此外，虽然具体描述了分别包括6个和12个光源的液晶显示设备1和液晶显示设备1A，但是也可应用其他数量的光源。任何多于一个的光源数量都是可以的。
此外，分开区域的数量不限于6。任何数量的分开区域都是可以的。
前述实施例中所描述的方向(即垂直和水平方向)仅出于描述目的。本发明不限于这些方向。
本领域普通技术人员应该理解可以根据设计要求和其他因素来实现各种修改、组合、子组合和改变，只要它们位于所附权利要求及其等效物范围之内。
权利要求
1.一种显示装置，包括具有被分成多个区域的显示屏的显示单元，所述显示单元可使用基于逐像素的开口率进行控制；用于照亮所述显示单元背面的背光源，所述背光源包括多组光源，将每组光源设置成对应于所述区域之一；以及控制单元，当基于输入图像信号在所述显示单元上显示图像时，所述控制单元检测所述显示单元每个区域内的显示亮度，基于被检测的显示亮度同时考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度，把对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度，对于显示屏的分开区域之一，基于设置的发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值，并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素以控制该像素的开口率。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，为对应于分开区域之一所设置的所述多个光源的每一组计算发光亮度，从而把所述发光亮度设置成相同值。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在考虑不对应于所述区域的其他光源的区域的影响时每个光源的发光亮度的计算是通过使用所有光源的发光亮度对所述区域中的亮度的贡献率解联立方程来实现的。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，当输入作为所述显示单元的显示状态的所述图像信号位于从发光亮度为零到对应于所述分开区域的所述光源发光亮度大致最大值范围内时，所述控制单元定义显示单元的每个分开区域内的显示亮度的动态范围，以检测所述显示单元的每个分开区域的显示亮度。
5.一种在显示装置中使用的显示方法，所述显示装置包括具有被分成多个区域的显示屏的显示单元，所述显示单元使用基于逐像素的开口率进行控制；以及用于照亮所述显示单元背面的背光，所述背光包括多组光源，把每组光源设置成对应于所述区域之一；本方法包括如下步骤当基于输入图像信号在所述显示单元上显示一图像时，检测所述显示单元每个区域内的显示亮度；基于被检测的显示亮度并考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度；把对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度；对于显示屏的分开区域之一，基于设置的发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值；并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素以控制该像素的开口率。
6.如权利要求5所述的显示方法，其特征在于，为显示单元的每个像素计算校正值包括校正所述显示单元的亮度不均匀。
全文摘要
一种显示装置包括具有被分成多个区域的显示屏的显示单元，所述显示单元可使用基于逐像素的开口率进行控制；用于照亮所述显示单元背面的背光源，所述背光源包括多组光源，将每组光源设置成对应于所述区域之一；以及控制单元，当基于输入图像信号在所述显示屏上显示图像时，所述控制单元检测所述显示单元每个区域内的显示亮度，基于被检测的显示亮度同时考虑不对应于该区域的其他光源区域的影响来计算对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度，把对应于分开区域之一所设置的每个光源的发光亮度设置为算出的发光亮度，对于显示屏的一个分开区域，基于设置发光亮度和最优显示亮度值之间的偏移量为所述显示单元的每个像素计算校正值，并且传递基于算出的校正值所生成的显示驱动信号到每个像素以控制开口率。
文档编号G09G3/20GK1838220SQ20061006792
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年3月24日
发明者木村和人, 增田昌三, 林正健 申请人:索尼株式会社