专利名称：显示设备以及向其提供照明的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于给具有背光的显示设备(例如液晶显示器
(LCD)设备)提供照明的方法。
背景技术：
特定类型的无源显示设备需要配备有发光单元，以用于显示图 像。例如，透射性液晶显示器设备通常配备有背光，其从后面照射液 晶显示器(LCD)面板。LCD面板的每一象素(picture element)构成 光学快门，并且可以单独地受控，以修改背光通过其的光学状态。通 过在合适地布置的偏光器之间放置LCD面板，可以有效地控制穿过每 一像素的背光量，并且可以在显示面板上生成图像。
现有技术的这种显示设备配备有背光单元，其中，每一光源在显 示器的操作期间给显示面板提供恒定光强度。然而，LCD面板并非完 美的，当像素处于黑(暗)状态时，导致通过面板的漏光。观看者因 此把图像的黑色部分感知为暗灰色，这是不期望的。
美国专利6,631,995中提议了一种改进，其中，可以根据待显示 在面板上的图像来控制发光单元朝向显示面板的输出。因此，对于暗 图像，背光给显示面板提供减小强度的照明。结果，漏光可更少地被 注意到，并且观看者感知到更高的图像质量。
发明内容
本发明的目的在于进一步改进合并有用于给显示器提供照明的 发光单元的显示设备的感知图像质量。
通过独立权利要求1所限定的本发明来至少部分地实现该目的。 在从属权利要求中限定了其它有利的实施例。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于给所述显示设备提供照
4明的方法。所述发光单元至少具有第一光源和第二光源，第一光源和第二光源中的每一个对应显示屏幕的一部分。接收待显示在所述显示设备上的视频图像数据。对该视频图像数据进行分析，并且推导每一光源的期望光输出，从而给显示屏幕中显示所述视频图像数据的对应部分提供优化的背光量。
例如，如果仅显示面板的特定区域显示相对暗的图像，则可以相应地减少要提供给该区域的背光量，而如果期望保持或者甚至增加提供给相对亮的图像区域的背光量，则可以如此操作。
将因此而推导出的期望光输出与背光单元的参考光输出进行比较，并且将差用于确定功率因子。优选地，参考光输出与背光单元的标称光输出(也就是以标称强度(例如100%)连续对显示面板进行照明的背光单元的光输出)相对应。在这种情况下，所述功率因子与通过将所述光源激活到所述期望光输出而不是将它们激活到参考光输出所实现的功率减少相对应。
随后，为了确保观看者感知尤其高质量的图像，使得用于一个或多个光源的期望光输出增加所述功率因子的至少一部分。优选地，用于所述光源中的每一个的期望光输出增加。因此，亮图像部分或优选地整个图像的亮度提升，从而图像变得对观看者尤其有吸引力。已经发现，光输出的这种最终增加对于感知的图像质量具有意想不到的大的积极贡献。
附加优点是，在使用根据本发明的方法的显示设备中，与提供整
个显示面板的恒定强度照明(也就是说，以100%的光输出电平连续
地操作每一光源)的现有发光单元相比，该发光单元所消耗的功率量
可以减少。
优选地，所述光源是荧光灯，每一荧光灯与显示器的片段相对应。可以单独控制每一荧光灯的亮度，从而显示器的每一片段可以接收针对显示在该片段上的视频图像数据而优化的背光量。
因此，在根据本发明的方法的优选实施例中，首先接收所述视频图像数据。优选地，基于逐片段而分析所述视频图像数据。因此，根据例如所述图像的对应片段的平均亮度而确定每一荧光灯的优化光输出。对所述光输出进行求和，并且将其与合在一起的所有灯的总共参考光输出进行比较。
所述参考光输出是例如用于传统背光的标称光输出，其以100%灯强度提供显示器的连续照明。在这个示例中，比较操作产生了与功率减少因子相对应的增益因子。所述增益因子用于同时提升所有荧光灯的光输出。在一个实施例中，每一个灯的光输出被线性地提升同等的量。在另一实施例中，与相对亮的图像片段相对应的灯的光输出被提升多于与相对暗的图像片段相对应的灯的光输出。要么通过关于偏移电平线性提升光输出，要么通过光输出的非线性提升来实现该操作。
得到的图像具有相对高的对比度，尤其是在后一实施例中，其中，图像的亮部分中具有相对高的亮度以及图像的暗部分中具有相对低的光输出(减小的漏光)。此外，以更高效的方式来使用背光，从而除了提高所显示的图像的质量之外，还可以节省功率。
在另一优选实施例中，所述光源是发光二极管(LED)或LED组，每一 LED或LED组与所述显示面板的区域对应。可以单独控制每一LED或LED组的亮度，使得显示器的每一区域可以接收针对显示在该区域上的视频图像数据而优化的背光量。
相似地，优选地，分析所述视频图像数据中的每一图像区域，并且根据例如所述图像的对应区域的平均亮度来确定用于每一 LED或LED组的优化光输出。然后，确定功率因子，并且使得一些或所有LED的光输出增加所述功率因子的至少一部分。
根据本发明的方法在应用于具有相对大量的光源的显示设备时是有效的，以便与每一光源相对应的区域或片段相对较小。理想情况下，显示区域具有良好的分段，以使得邻近区域或片段之间没有太多交叠。然而，在实践中，将出现一些交叠，因此根据本发明的方法的优选实施例提供所谓的交扰补偿。也就是说，在确定期望光输出和/或功率因子中考虑给定片段或区域的光输出对于邻近区域或片段的光输出的贡献("交扰")。例如，如果相对暗的图像区域或片段被相对亮的片段或区域环绕，则甚至可以进一步减小与所述相对暗的片段相对应的光源的光输出。
根据本发明的方法优选地应用于具有扫描背光系统的显示设备中，其中，每一光源在一部分图像刷新时间期间仅照射其对应的显示区域或片段。所述一部分被称为"占空比"，并且是例如图像刷新时间
的30%或40%。扫描背光系统使用具有相对高光输出的亮灯(例如HCFL灯)，并且可以通过增大用于一个或多个光源的占空比来容易地提供所述方法的最终增大步骤中可能需要的附加照明。
将参照附图来阐述本发明的这些和其它方面。这里图1是显示面板和发光单元的示意图；图2是示出了根据本发明的方法的优选实施例的框图，图3A和图3B是表示根据本发明的方法的另一优选实施例的细节的框图。
具体实施例方式
在图1中，示出了 LCD显示面板100，其被划分为沿着面板100的宽延伸的四个片段102。在显示面板100之后，提供背光单元，以用于从后面朝向观看者对显示面板进行照明。背光单元包括多个光源，在本实施例中是荧光管104。每一荧光管104与显示面板的片段102相对应。
面板具有象素(像素；图像中未示出)，每一象素构成光学快门，并且可被单独地控制，以修改穿过其的背光的光学状态。因此，可以在显示面板100上形成图像。LCD电视中使用的实际显示面板具有例如在水平方向(宽度)上的1360个像素乘以在在垂直方向(高度)上的768个像素，或1920乘以1080像素。通常，荧光灯104以及因此面板片段102的数目大于图像中所示的四个；例如，实际背光单元将具有八个或十二个荧光灯，并且因此，显示面板100分别包括八个或十二个对应的片段。
荧光灯是冷阴极荧光灯(CCFL)或热阴极荧光灯(HCFL);在热阴极荧光灯的情况下，背光单元优选地被布置为扫描背光，其中，根据特定占空比(例如图像刷新时间的30或40%)来随后激活每一灯。这种背光方案在液晶显示器系统中是有益的，其中，该方案可以消除由于图像的连续照明而导致的观看者感知到运动模糊的效应("采
7样保持效应")。
通常，显示器的片段不是理想的，而是在片段102之间存在某种
交叠。例如，在图1中，激活第二灯104'，并且可以看出，受照射(散列)区域延伸到对应第二片段的边缘的外部。
本发明涉及用于对显示面板进行照明的方法。下文中将描述该方法的优选实施例。
在图2的框图中示出了优选实施例。
在框210的第一步骤中，对要显示在面板100上的图像数据进行分析，并且确定用于灯104中的每一个的期望光输出。使用标准技术
(例如，对于每一灯，进行对应显示片段的图像数据的直方图分析)来确定期望光输出，并且选取该光输出，以与片段图像数据的平均亮度或均值亮度相匹配。在具有扫描背光单元的优选实施例中，并非使用实际功率电平，而是使用光电平控制信号，它是对于灯的占空比的指示。也就是说，通过以相同功率电平来驱动灯，并且通过增大或者减小占空比来修改光输出。通常，在十分低的占空比下，HCFL灯效率较低，必须对这种效应进行补偿。
在框220的第二步骤中，将期望光输出与参考光输出进行比较，并且确定优选地表示二者之间的比率的功率因子。优选地，将参考光输出取为100%，这与以标称灯输出或占空比连续照射显示面板相对应。在这种情况下，所述期望光输出通常将低于参考光输出，并且功率因子表示功率节省因子。
在框230的最后步骤中，通常使用计算得到的功率因子来提升每一灯的光输出。优选地，通过在框210和220中确定优化灯输出而节省的功率中的至少一部分被再次使用，用于在显示屏幕上创建在视觉上更吸引人的图像。
作为示例，对于在具有十二个片段的显示系统中的特定图像，第一分析步骤己经说明，对于六个图像片段，期望的灯输出是标称灯输出的80%，而对于另外六个图像片段，期望的灯输出是20%。这导致了功率因子为2，并且因此，可以通过因子2来对所有灯进行提升。结果，六个灯将提供标称光输出的160%，并且六个灯将提供标称光输出的40%。系统所消耗的功率的总量与当所有灯已经提供了标称光输出时相同，但亮度分布最优地适用于图像数据。图像的暗部分将显示减少的漏光，而对于图像的亮部分，图像亮度尤其高，并且在视觉上令人愉悦。
优选地，针对图像数据的每一帧重复该方法，也就是说，分析视频流的每一图像，并且随后根据本发明计算背光灯的光输出。
该方法优选地在时序控制器(TCON)和/或背光控制器中实施。时序控制器是位于LCD面板的后侧的IC，连接到行驱动器和列驱动器，行驱动器和列驱动器对LCD面板的像素进行寻址。时序控制器已经接收了图像数据，并且因此适合于执行图像数据分析，并且计算功率因子。优选地，给背光控制器提供期望的且提升的功率电平，因此将背光控制器布置为根据功率电平生成用于背光的每一光源的控制信号，并且相应地对灯进行控制。
图3A和图3B示出了该方法的另一优选实施例。
在所述另一优选实施例中，在分析每一片段的图像数据并且确定用于每一对应灯的期望光输出的第一步骤310之后，对期望光输出执行多次校正，以获得进一步优化的亮度分布。
首先，在框312中，对片段与其邻近片段之间的负差进行限制。优选地，将用于片段的期望光输出与用于邻近片段的预定的一部分期望光输出进行比较，如果用于该片段的期望光输出较低，则将期望光输出限制为所述一部分最高邻近电平。
在接下来的框314，考虑来自框312的校正后的期望光输出以及片段之间的交扰，计算显示面板上的实际光分布。从查找表315获得交扰对于光分布的影响，对于所述特定面板，査找表315包含作为其位置函数的光电平针对图像的行或像素的映射。例如，对于在第三片段中的特定行，查找表可以说明，照明的70%来源于灯3, 25%来源于灯2，以及5%来源于灯4。
在框316中，优选地通过将实际光电平与来自框310的期望光电
平进行比较而执行交扰补偿。二者之间的任意误差优选地被反馈回去，以对来自框312的光电平进行校正。校正操作更优选地使用偏光性依赖增益因子(不对称校正)。也就是说，更多的校正用于负误差(缺少光；期望光电平低于所请求的电平)，而不是用于正误差(过多的光)。
9在没有这种不对成误差增益的情况下，亮片段中与相对暗的片段接界的区域将显得太暗。
实际上，这种交扰补偿提升了较暗片段所环绕的相对亮的片段的电平，并且进一步使得较亮片段所环绕的相对暗的片段的电平变低。当被正确地校准时，交扰补偿(具体地为不对称交扰补偿)可以进一步增强图像屏幕上所显示的图像的对比度。
图3B示出了与第一优选实施例的框220相对应的框320的更详细的实现方式的优选实施例。
首先，在框322中，对所有片段的功率因子求和，并且将总和除以背光的标称光输出电平。因此，获得功率因子。然后，在框324，将功率因子限制为最高允许功率因子。最高允许功率因子优选地是用户可控制的，并且可以被设置为大约2至3。这种最大值被提供为确保背光单元提供不太多的光;不应允许以高亮度来显示非常暗的图像。可选地，框326提供功率因子的时间低通滤波器。也就是说，可以提供对于功率因子的校正，以使得功率因子不会上升和/或下降得太快。优选地，可以非常明显地减少光输出，但背光的光输出的增加应该是逐渐的，以便不产生干扰闪烁。
从框326输出的校正后的功率因子最终被用在框330中，以对来
自框316的交扰补偿后的光输出进行增益。增益可以是线性的，也就是说，根据功率因子，使所有灯提升相同的量。然而，优选地，关于偏移对灯输出产生增益，这延伸了光轮廓(profile),从而保存最暗电平，并且放大图片的全局对比度。
线性增益可以由以下函数来表示
其中，CLO是来自框316的交扰补偿后的光输出，PF是来自框326的校正后的功率因子，BLO是提升的光输出，背光控制器使用BLO来确定用于灯的驱动电平。
因此，具有偏移的线性增益可以表示为
其中，OF是偏移。
下表说明可以通过在提升步骤中使用20%的偏移实现的对比度增
10强，假设功率因子1.5:
CLO BLO (无偏移) BLO (偏移) 20% 30% 20% 60% 90% 80% 100% 150% 140%
可见，100%的交扰补偿后的光输出与标称光输出的20%之间的 '原始，对比率是5: 1。在没有偏移的线性增益之后，这种对比率仍
然相同。然而，使用偏移导致这两个亮度电平之间的对比率增大到7:1。
用于增强对比度的备选选项是在框230中使用非线性增益。 优选地，在扫描背光系统中实现本发明，其中，以例如30%的占 空比依次对灯进行操作。因此，这与100%的标称光输出相对应。在 这种系统中，通过增大占空比，灯的光输出可以容易地增加到100% 以上。使用高达80%的占空比，可以在无需太多努力的情况下将灯电 平提升到200%或甚至250%。甚至更高的占空比也是可能的，但由于 增加的运动模糊的感知而导致并不期望更高的占空比。
以上已经参照具有包括荧光灯作为光源的背光单元的LCD面板 描述了本发明。然而，使用LED阵列的背光同样适合于实现本发明。 在这种情况下，以上参考与灯相对应的显示面板片段，理想地，其替 代与单个LED相对应的显示面板的相对小的区域。备选地，可以使用 与LED组相对应的较大区域。
权利要求
1. 一种用于给显示设备提供照明的方法，所述显示设备包括发光单元，所述发光单元至少具有第一光源和第二光源(104)，第一光源和第二光源(104)中的每一个与显示屏幕(100)的一部分(102)相对应，所述方法包括-接收视频图像数据；-根据用于所述显示屏幕的对应部分(102)的视频图像数据，确定(210)针对所述第一光源和第二光源中的每一个的期望光输出；-通过将所述期望光输出与预定参考光输出进行比较，确定(220)功率因子，以及-将所述期望光输出中的至少一个增加(230)所述功率因子的至少一部分。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，使得所述期望光输出中的 每一个增加所述功率因子的至少一部分。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，使用所述功率因子对所述期望光输出中的每一个进行线性增益。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，使用所述功率因子和偏移对所述期望光输出中的每一个进行线性增益。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括-生成(314)源自所述期望光输出的实际光分布，-确定(316)所述实际光分布与所请求的光分布之间的误差，以及-根据所述误差对所述期望光输出进行增益。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，使用偏光性依赖因子实现所述增益。
7. 如权利要求5所述的方法，其中，生成所述实际光分布的步 骤包括对显示屏幕的邻近部分(102)之间的交扰进行校正。
8. 如权利要求1所述的方法，还包括步骤根据增加的光输出 来激活所述背光单元的光源。
9. 一种显示设备，包括发光单元，所述发光单元至少具有第一 光源和第二光源(104)，所述第一光源和第二光源(104)中的每一个 与显示屏幕(100)的一部分(102)相对应，所述显示设备还包括控 制器，所述控制器被布置为-接收视频图像数据；-根据用于所述显示屏幕的对应部分(102)的视频图像数据， 确定(210)针对所述第一光源和第二光源中的每一个的期望光输出；-通过将所述期望光输出与预定参考光输出进行比较，确定 (220)功率因子，以及-将所述期望光输出中的至少一个增加(230)所述功率因子的 至少一部分。
10. 如权利要求9所述的显示设备，其中，所述光源(104)是 荧光灯，每一荧光灯与所述显示屏幕中的片段(102)相对应。
11.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述光源(104)是 发光二极管，每一发光二极管与所述显示屏幕中的区域相对应。
12.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述控制器是时序控 制器(TCON)，连接到所述显示屏幕的行驱动器和列驱动器。
全文摘要
本发明提出了一种用于给显示设备提供照明的方法，所述显示设备包括发光单元，所述发光单元具有多个光源(104)。根据要显示的图像数据确定(210)期望的光输出，以用于所述光源(104)中的每一个。将期望光输出与参考光输出进行比较(220)，并且将差用于确定功率节省因子。因此，使用所述功率节省因子来增加(230)用于一个或多个光源的期望光输出。当根据这些增加的光输出来激活所述发光单元时，高对比度图像呈现在显示屏幕上，这对观看者尤其显示出视觉上的吸引力。可选步骤(312)-(316)对邻近背光片段之间的光交扰进行补偿。
文档编号G09G3/34GK101460987SQ200780020993
公开日2009年6月17日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月6日
发明者亨德里克斯·W·格鲁特胡尔茨, 耶罗恩·德布里延, 西奥·G·泽尔曼 申请人:Nxp股份有限公司