应用于显示器的控制装置及控制方法

专利名称：应用于显示器的控制装置及控制方法
技术领域：
本发明是指一种显示面板的背光控制机制，尤指一种参考像素代表值来动态地调 整背光亮度的控制装置及相关控制方法。
背景技术：
目前使用于液晶显示器中的背光源可分成两种不同实作方式，其一为冷阴极管， 另一则为发光二极管，虽然冷阴极管的技术目前已为业界所熟知，成本相对低廉，且普遍应 用于各式电子显示装置中，但因以发光二极管作为背光源在达到同等级亮度时较冷阴极管 来得省电，故目前已有设置发光二极管背光源的电子显示装置问市。话虽如此，目前技术并 未对发光二极管背光源的亮度控制及相关运作进行更深入的探讨。

发明内容
因此，本发明的一目的在于提供一种可参考一输入影像于一像素区域的代表值， 以动态地调整不同背光单元的背光亮度的控制装置及相关控制方法。根据本发明一方面是揭露一种应用于显示装置的控制装置，显示装置具有一背光 单元，其是对应于显示装置的一像素区域。该控制装置包含有一参考值产生电路、一控制值 产生电路与一补偿电路。参考值产生电路，用以依据一输入影像，产生对应该像素区域的一 像素代表值。控制值产生电路，用以依据该像素代表值产生一背光控制值，以控制该背光单 元的亮度。补偿电路，用以根据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的多个像 素值。根据本发明另一方面是揭露一种应用于显示装置的控制方法，显示装置具有一背 光单元，其对应于显示装置的一像素区域，该控制方法包含有依据一输入影像，产生对应 该像素区域的一像素代表值；依据该像素代表值产生一背光控制值，以控制该背光单元的 亮度；以及依据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的多个像素值。本发明的有益技术效果是该控制装置可适当地减弱或增强不同背光单元的亮 度，并于后续补偿相对应的输入影像的像素值，以呈现出理想的影像亮度，因此，本发明的 控制装置及控制方法可省电及增强动态对比。


图1为本发明的实施例一显示装置内多个发光二极管背光源与显示面板的设置 示意图。图2A为用以控制图1所示的背光源与显示面板的控制装置的方块示意图。图2B为图2A所示的参考值产生电路的方块示意图。图3为图2A所示的控制装置于降低背光亮度BL时的操作流程图。图4为本发明另一实施例的控制装置的方块示意图。
具体实施例方式请参照图1，图1是本发明的实施例一显示装置100内多个发光二极管背光源与 显示面板的设置示意图。如图1所示，图中每一圆圈是代表一发光二极管背光源，而每一 发光二极管背光源所重叠到的四个小正方形是四个像素区域，这些像素区域可包含多个像 素，又或者这些像素区域可分别只包含单一像素，亦即每一像素区域是代表一单一像素；图 1所示的每一发光二极管背光源是设计为发射背光至其所部分重叠到的四个像素区域，这 些发光二极管背光源是以阵列方式排列，不同的发光二极管背光源可发射不同强度的背光 亮度，而显示装置100控制这些发光二极管背光源亦可采用局部控制的方式，以节省控制 电路的成本，例如，以相邻的四个发光二极管背光源当作一背光单元，而将全部的发光二极 管背光源分成多个背光单元，使每一背光单元接收同一组控制信号，换言之，每一背光单元 内的四个发光二极管背光源是产生相同强度的背光至显示面板。然而，以上实施方式仅用 以说明显示装置100的运作，不应为本发明的限制，其它实施变型皆可适用于显示装置100 中。除了多个背光源与显示面板外，本实施例的显示装置100另包含有用以控制该多个背 光源与显示面板的一控制装置200。由于液晶显示器所呈现的影像画面的亮度是由背光亮度与液晶分子的灰阶数值 (即透光率)所共同贡献，所以为了省电，控制装置200可通过调降背光亮度并适时地补偿 控制液晶分子的灰阶数值来维持显示器所呈现的影像画面的亮度。请参照图2A，其是绘示 本发明第一实施例的控制装置200的示意图。控制装置200耦接至一背光控制电路215，并 包含有一参考值产生电路205、一控制值产生电路210及一补偿电路220，每一背光单元可 分别提供背光至显示面板的一对应的像素区域，在实施上，每一背光单元可包含一个或多 个发光二极管元件，因此，控制装置200可分别控制这些背光单元，使其各自发射具有适当 背光亮度的背光至显示面板上其对应的像素区域，并对应地调整输入影像V_IN对应于这 些像素区域的像素值，来达到省电的功效。具体来说，对于一输入影像V_IN的一像素区域 R(如图1所示)与其所对应的一背光单元，参考值产生电路205是根据输入影像￥_讯对应 于像素区域R的多个像素值来产生对应像素区域R的一像素代表值P_R及一像素极值P_E。 在另一实施例中，像素极值P_E可根据输入影像V_IN对应于像素区域R及其邻近像素区域 的多个像素值所产生。控制值产生电路210用以依据像素代表值P_R与像素极值P_E来产 生对应于像素区域R的背光单元的一背光控制值V_C，背光控制电路215则用以根据背光控 制值V_C产生一背光控制信号BL_CTRL，以控制或调整该背光单元的背光亮度BL。补偿电 路220则根据背光控制值V_C调整输入影像V_IN对应于像素区域R的像素值，以补偿输入 影像V_IN于像素区域R的亮度。请参考图2B，其是图2A所示的参考值产生电路205的一实施例的方块示意图。参 考值产生电路205包含有一代表值产生单元2051与一极值产生单元2052，其中代表值产生 单元2051用以产生像素代表值P_R，而极值产生单元2052用以产生像素极值P_E。像素代 表值P_R足可代表输入影像V_IN于像素区域R的整体像素值分布(亦即灰阶分布)、整体 像素值变化或整体像素值的信息，而代表值产生单元2051可运用以下数种方式来计算像 素代表值P_R。例如，在一实施例中，代表值产生单元2051可根据输入影像V_IN于像素区 域R内的多个像素值，计算出这些像素值的一平均值，以作为像素代表值P_R。而在另一实 施例中，代表值产生单元2051可根据输入影像V_IN于像素区域R的一像素值分布以决定像素代表值P_R，举例来说，当输入影像ν_ΙΝ于像素区域R的多个像素值超过一参考值的比 例高于一默认值时，代表值产生单元2051则产生一较大的像素代表值P_R，反之，当输入影 像V_IN于像素区域R的多个像素值超过一参考值的比例低于一默认值时，代表值产生单元 2051则产生一较小的像素代表值P_R。凡上述计算像素代表值P_R的方式及其相关变化， 皆应落入本发明的范畴。另外，前述的像素极值P_E在本实施例中是被设计为包含有一像 素极大值，极值产生单元2052可逐一比较输入影像V_IN于像素区域R内的各个像素值，从 中挑选具有极大值的像素值作为像素极大值。人眼于像素区域R上所见的影像画面亮度是由像素区域R本身液晶分子的透光率 (即灰阶值)以及相对应背光单元的背光亮度大小所共同贡献的，因此，本实施例为了达到 省电的功效，控制装置200是设计成参考代表输入影像V_IN于像素区域R的像素代表值P_ R及像素极大值来控制背光单元，降低背光单元所发出的背光亮度，并相对应地调整或补偿 输入影像V_IN于像素区域R的像素值，以达到省电的效果。参考像素极大值来控制背光单 元的用意是避免将其所发出的背光调得过暗，而造成后续补偿像素值的困扰，亦即，本实施 例是利用像素极大值来限制向下调整的背光亮度范围(即背光单元所能具有最小的背光 亮度)，以避免补偿电路220补偿像素值时可能产生的数据溢位(Overflow)的问题。若像 素极大值较小，则表示输入影像V_IN于像素区域R的整体像素值分布的值较小，后续在补 偿像素值时可向上补偿的范围较大，因此能够向下调整的背光亮度范围亦可较大。反之，若 像素极大值较大，则后续在补偿像素值时可向上补偿的范围应较小，以避免发生数据溢位， 因此能够向下调整的背光亮度范围亦较小。如此，控制值产生电路210通过参考像素极大 值适应性地限定背光控制值V_C调降背光单元的背光亮度的最大值，可避免后续发生数据 溢位的现象。由上可知，本实施例中的像素极大值是与背光控制电路215所能往下调整的 背光单元的背光亮度范围具有负相关的数值关系。考虑到光线的扩散特性，邻近像素区域的背光单元亦可能影响到像素区域R的整 体亮度，因此，在另一实施例中，对于像素极大值的计算亦需考虑到邻近的像素区域，参考 值产生电路205是先计算或选出像素区域R及其邻近像素区域的多个最大像素，再由这些 最大像素中选取出一极大值作为像素极大值，换言之，若一邻近背光单元所发出的背光亮 度是全亮而提高像素区域R的亮度时，通过参考邻近像素区域的最大像素，参考值产生电 路205可提高像素极大值的数值，使得背光单元向下调整的背光亮度范围较小，此一设计 因同时符合光线扩散的物理特性而可增加避免发生数据溢位的机率。邻近像素区域的选择 可以是像素区域R邻近3X3的九个像素区域，当然此非本发明的限制，任何邻近像素区域 的选择设计皆落入本发明的范畴。在一般情况下，显示装置100的各个背光单元均是以全亮的状态进行照明，当控 制装置200用于省电的用途时，对背光亮度的调整机制来说，此时控制值产生电路210均 降低其所产生的背光控制值V_C (较背光全亮时所对应的背光控制值低)，而背光控制电路 215则依据背光控制值V_C产生背光控制信号BL_CTRL来降低或减弱该背光单元的背光亮 度BL，不同的是，控制值产生电路210是依据像素代表值P_R的数值大小来产生不同大小 的背光控制值V_C，以决定背光亮度BL的调降程度，亦即，根据输入影像V_IN于像素区域R 的整体灰阶信息(明暗信息)来决定背光亮度BL的调降程度。当像素代表值P_R较小时， 表示输入影像V_IN于像素区域R中大部分的像素值或灰阶值较小(亦即输入影像V_IN于像素区域R内的影像亮度可能较暗)，控制值产生电路210是产生对应于较大背光调整量 (调降)的背光控制值V_C，而背光控制电路215则根据此时的背光控制值V_C产生背光控 制信号BL_CTRL以降低该背光单元的背光亮度BL，此时对应于较大背光调整量(调降)的 背光控制值V_C是使该背光单元的背光亮度BL大幅减弱。另一方面，当像素代表值P_R较 大时，表示输入影像V_IN于像素区域R中大部分的像素值或灰阶值较大(亦即输入影像V_ IN于像素区域R内的影像亮度可能较亮)，控制值产生电路210是产生对应于较小背光调 整量(调降)的背光控制值V_C，而背光控制电路215则参考此时的背光控制值V_C产生 背光控制信号BL_CTRL以降低该背光单元的背光亮度BL，此时对应于较小背光调整量(调 降)的背光控制值V_C则使该背光单元的背光亮度BL微幅减弱。由上所述可知，本实施例 中的像素代表值P_R是与背光控制值V_C具有负相关的数值关系。补偿电路220对于输入影像V_IN的像素值补偿，可利用方程式(1)表示的Y' XBL_P = YXBL_full方程式(1)其中Y’是补偿后的像素值，BL_P是调降后的背光亮度，Y是补偿前的像素值，以及
BL_full是调降前的背光亮度(在此假设调降前的背光亮度为全亮)，上述方程式(1)是表
示补偿后的像素值Y’及调降后的背光亮度BL_P需共同贡献与补偿前的像素值Y及调降
前的背光亮度BL_full相同等级的亮度，使人眼观赏时不易察知画面异状。因此，根据方程
式(1)，补偿单元220可得出补偿后的像素值Y’
V, YxBL ftill H 丄
Y' = BL ρ 方程式(2)根据方程式(2)，补偿电路220可计算出输入影像V_IN于像素区域R内的像素值 在被补偿调整后的实际数值，因此，可对应地调整输入影像V_IN于像素区域R的原像素值 来补偿其在像素区域R的亮度。详细而言，补偿电路220包含有一计算单元225与一调整单元230。考虑到光线的 扩散特性，邻近像素区域的背光单元亦可能影响到像素区域R的整体亮度，补偿电路220内 的计算单元225是根据背光控制值V_C的大小及该背光单元的邻近多个背光单元所对应的 多个背光控制值，来估计像素区域R内每一像素所分别对应的背光亮度BL_P，接着再由补 偿电路220内的调整单元230根据各别的背光亮度BL_P，利用方程式(2)来调整输入影像 V_IN对应于像素区域R的每个像素值，以补偿显示器于显示输入影像V_IN对应于像素区 域R的各个像素值的亮度。前述的说明中，仅是通过像素区域R来说明本发明的精神，实施 上，显示装置100中每个背光单元的背光亮度与其所对应的输入影像V_IN的每一像素值， 皆可通过控制装置200进行控制及调整，使得显示装置的每一像素与背光单元搭配之下可 共同呈现出输入影像V_IN应有的亮度。此外，在本发明的另一应用实施例中，为了达到动态对比的效果以增加影像亮暗 程度的区别性，控制装置200可通过适当地控制各背光单元的背光亮度，使画面中较暗的 影像更暗，以及使画面中较亮的影像更亮，达到增加整体画面的亮度对比的效果，例如像素 区域R本身的液晶分子具有10位的灰阶(亦即灰阶阶数有1024级)，而背光单元的背光亮 度有10位的调整幅度(即背光亮度有1024级)，通过适当地控制背光单元的背光亮度及调 整输入影像V_IN的像素值，则人眼可见到具有20位亮度对比的影像。控制装置200此时 被设计为提高或降低背光单元的背光亮度并相对应地调整像素区域R内的像素值，因此，
7前述的像素极值P_E在本实施例中包含像素极大值与一像素极小值，以限定背光单元的最 大亮度及最小亮度。产生像素极小值的方式是与前述产生像素极大值的方式相似，参考值 产生电路205是逐一比较输入影像V_IN于像素区域R内的各个像素值，从中挑选具有极小 值的像素值作为像素极小值，又或者考虑到光线扩散的物理特性，由像素区域R及其邻近 像素区域的各最小像素中选取出一极小值作为像素极小值，凡依此设计的变化皆符合本发 明的精神。在此实施例中，参考像素极小值来控制背光单元的背光亮度的用意是避免将其 所发出的背光调得过亮，而造成后续补偿像素值的困扰，亦即，本实施例是利用像素极小值 来限制向上调整的背光亮度范围，以避免将背光亮度调得过亮时相对地降低像素值仍无法 使影像画面具有显著差异的问题。控制值产生电路210通过参考像素极大值与像素极小值 适应性地限定背光控制值V_C的最小值与最大值，可避免将背光亮度调得过暗或过亮的问 题。在提高动态对比的应用下，控制值产生电路210是依据参考值产生电路205所产 的像素代表值P_R及像素极值P_E来产生背光控制值V_C，详细来说，控制值产生电路210 是依据像素代表值P_R来评估输入影像V_IN于像素区域R整体的亮度值，以对应地产生适 当的背光控制值V_C，例如，当输入影像V_IN于像素区域R整体的亮度值较高时，控制值产 生电路210所产生的背光控制值V_C则使该背光单元具有较大的背光亮度，反之，当输入影 像V_IN于像素区域R整体的亮度值较低时，控制值产生电路210所产生的背光控制值V_C 则使该背光单元具有较低的背光亮度。而补偿电路220可利用方程式(3)来求得或计算出 输入影像￥_讯于像素区域R内的各像素值在被补偿调整后的实际数值，而方程式(3)可表 示为Y" XBL_P = L方程式(3)其中Y”是输入影像V_IN对应于像素区域R的一特定像素的一补偿后的像素值， BL_P是照射到该特定像素的背光亮度，而L是显示装置于该特定像素所欲显示的亮度，亦 即，输入影像V_IN于该特定像素所欲呈现的亮度，L可利用输入影像V_IN对应于该特定像 素的未经补偿的原始像素值Y得到。在得知欲显示的亮度L的条件下，补偿电路220内的 计算单元225是根据背光控制值V_C及该背光单元的邻近多个背光单元所对应的多个背光 控制值，来估计像素区域R内每一像素所分别对应的背光亮度BL_P，接着再由补偿电路220 内的调整单元230根据各别的背光亮度BL_P，利用方程式(3)来调整输入影像￥_讯对应 于像素区域R的每个像素值，因此，补偿电路220可调整输入影像V_IN于像素区域R的原 像素值，使最后显示装置100呈现出输入影像￥_讯所欲呈现的亮度。再者，在另一实施例 中，如图4所示，控制装置500亦可包含有背光控制电路215，换言之，用以控制背光单元的 背光控制电路215亦可实作于控制装置500中。凡此操作变化皆符合本发明的精神。图3是绘示上述控制装置200在省电应用上的操作流程图。倘若大体上可达到相 同的结果，并不需要一定照图3所示的流程中的步骤顺序来进行，且图3所示的步骤不一定 要连续进行，亦即其它步骤亦可插入其中；其步骤说明描述于下步骤300:开始；步骤305 参考值产生电路205根据输入影像V_IN于像素区域R的多个像素值， 产生像素代表值P_R及像素极大值；步骤310 控制值产生电路210根据像素极大值决定背光控制值V_C的最小值，并根据像素代表值P_R来决定背光控制值V_c ；步骤315 背光控制电路215根据所接收到的背光控制值V_C产生背光控制信号 BL_CTRL以调降背光单元的背光亮度BL ；步骤320 补偿电路220根据所接收到的背光控制值V_C，增加输入影像V_IN于像 素区域R内的像素值，以补偿像素区域R的亮度；以及步骤325:结束。综上所述，本发明的控制装置可动态地调整显示装置各个背光单元的背光亮度， 并于补偿相对应的输入影像的像素值，进而达到省电及增强动态对比的两大优点。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
9
权利要求
一种控制装置，应用于一显示装置，该显示装置具有一背光单元，其对应于该显示装置的一像素区域，其特征在于，该控制装置包含有一参考值产生电路，用以依据一输入影像，产生对应该像素区域的一像素代表值；一控制值产生电路，用以依据该像素代表值产生一背光控制值，以控制该背光单元的亮度；以及一补偿电路，用以根据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的多个像素值。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该参考值产生电路另产生该像素区 域所对应的一像素极值，以及该控制值产生电路是依据该像素代表值与该像素极值来产生 该背光控制值。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，该像素极值包含一像素极大值，而该 背光控制值使该背光单元所能具有最小的亮度相关于该像素极大值。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，另包含有一背光控制电路，用以根据该背光控制值产生一背光控制信号，以控制该背光单元。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该参考值产生电路是计算对应该像 素区域的该些像素值的一平均值，作为该像素代表值。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该参考值产生电路是根据对应该像 素区域的这些像素值的像素值分布，决定该像素代表值。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，当该背光控制值用以调降该背光单 元的亮度时，该补偿电路根据该背光控制值调降该背光单元的亮度的幅度对应地调高该输 入影像对应于该像素区域的这些像素值。
8.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该补偿电路包含有一计算单元，用以根据该背光控制值与邻近该背光单元的多个邻近背光单元所对应的 多个邻近背光控制值，估计该像素区域内一特定像素所对应的一特定背光亮度；以及一调整单元，用以根据该特定背光亮度，调整该输入影像对应于该特定像素的像素值。
9.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，当该背光控制值用以调降该背光单 元的亮度时，该像素代表值与该背光控制值调降该背光单元的亮度的幅度具有负相关的关 系。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该显示装置为一液晶显示器，该背 光单元包含一发光二极管。
11.一种控制方法，应用于一显示装置，该显示装置具有一背光单元，其对应于该显示 装置的一像素区域，其特征在于，该控制方法包含有依据一输入影像，产生对应该像素区域的一像素代表值；依据该像素代表值产生一背光控制值，以控制该背光单元的亮度；以及依据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的多个像素值。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，另包含有依据该输入影像产生对应该像素区域的一像素极值；以及产生该背光控制值的步骤包含有依据该像素代表值与该像素极值以产生该背光控制值。2
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，该像素极值包含一像素极大值，而 该背光控制值使该背光单元所能具有最小的亮度是相关于该像素极大值。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，产生对应该像素区域的该像素代 表值的步骤包含有计算对应该像素区域的这些像素值的一平均值，作为该像素代表值。
15.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，产生对应该像素区域的该像素代 表值的步骤包含有根据对应该像素区域的这些像素值的一像素值分布，决定该像素代表值。
16.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当该背光控制值是用以调降该背 光单元的亮度时，则依据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的这些像素值的 步骤包含根据该背光控制值调降该背光单元的亮度的幅度对应地调高该输入影像对应于该像 素区域的这些像素值。
17.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，依据该背光控制值调整该输入影 像对应于该像素区域的这些像素值的步骤包含有根据该背光控制值与邻近该背光单元的多个邻近背光单元所对应的多个邻近背光控 制值，估计该像素区域内一特定像素所对应的一特定背光亮度；以及根据该特定背光亮度，调整该输入影像对应于该特定像素的像素值。
18.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当该背光控制值用以调降该背光 单元的亮度时，该像素代表值与该背光控制值调降该背光单元的亮度的幅度具有负相关的 关系。
全文摘要
本发明提供一种应用于显示装置的控制装置，显示装置具有一背光单元，其对应于显示装置的一像素区域。该控制装置包含有一参考值产生电路、一控制值产生电路与一补偿电路。参考值产生电路，用以依据一输入影像，产生对应该像素区域的一像素代表值。控制值产生电路，用以依据该像素代表值产生一背光控制值，以控制该背光单元的亮度。补偿电路，用以根据该背光控制值调整该输入影像对应于该像素区域的多个像素值。
文档编号G09G3/36GK101901582SQ20101011894
公开日2010年12月1日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年5月27日
发明者叶兆辑, 梁仁宽, 王志亮 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司;晨星半导体股份有限公司