TW200813975A - Method and apparatus for displaying image on a display unit and controlling backlight module which irradiates the display unit - Google Patents

Description

200813975 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種顯示裝置及其亮度控制方法，尤指 -種根據影像訊號之亮度分析結果來控制背光模組之顯 示裝置及其亮度控制方法。 【先前技術】 決定顯示器顯像品質之諸多因素中，對比值為一關鍵 因素，尤其對液晶顯示器（liquidcrystaldisplay LcD)來 說。其中’如液晶顯示面板之特性、影像訊號品質或液晶 顯示面板m等等’皆可影響對比值大小。因此，業界 長久以來係積極尋求顯示器其對比值的改善方法，也已發 展出若干相關技術。然*，傳統技術仍未有效加強對比值。 【發明内容】 本毛月之主要目的在於提供—種根據影像訊號之亮 度分析結果來控制背光模組之顯示裝置及其亮度控制方 法0 本發明揭露一種顯示裝置，包含有接收電路、影像處 理ί路、顯示單元、亮度分析電路、背光餘以及背光控 制單元。接收電路用以處理所接收之輸人訊號，以產生影 像訊號。影像處理電路_接收電路，並用以處理影像訊 200813975 號以產生驅動訊號。顯示單元耦接影像處理電路，並在驅 動訊號之驅動下而顯示影像訊號之對應内容。亮度分析電 路耦接接收電路，並用以分析影像訊號以產生一亮度分析 結果。背光模組用以提供顯示單元所需之背光。背光控制 單元耦接亮度分析電路及背光模組，並用以根據亮度分析 結果來產生控制訊號至背光模組，以控制背光模組。 本發明另揭露一種控制電路，用來控制顯示單元及背 光模組，背光模組用以提供顯示單元所需之背光。控制電 路包含有影像處理電路、亮度分析電路以及背光控制單 元。影像處理電路用以接收並處理包含有複數個晝面資料 之影像訊號，該顯示單元係用來顯示該晝面資料。亮度分 析電路用來接收該影像訊號並分析該影像訊號之亮度 值，以產生亮度分析結果。背光控制單元耦接亮度分析電 路，用以根據亮度分析結果來產生控制訊號至背光模組， 以控制背光模組。 本發明另揭露一種亮度控制方法，用於一顯示裝置， 該顯示裝置包含有顯示單元及背光模組，該方法係控制顯 示單元顯示影像訊號之對應内容，並控制背光模組提供至 該顯示單元之背光。該方法包含有··（a)處理影像訊號以產 生驅動訊號來驅動該顯示單元；（b)顯示影像訊號之對應内 容；（c)分析影像訊號以產生亮度分析結果；以及（d)根據亮 度分析結果來產生控制訊號至背光模組，以控制背光模組。 7 200813975 【實施方式】 在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞 彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理 解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。 本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作 為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區 分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的 「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限 定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的 電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第 二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝 置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二 裝置。 請參照第1圖，其係本發明較佳實施例之顯示裝置之 示意圖。顯示裝置100包含有接收電路110、控制電路 120、顯示單元130以及背光模組140。 接收電路110可利用有線或無線方式來接收類比/數 位格式之輸入訊號，並加以處理而產生影像訊號。影像訊 號包含多個晝面資料（frame)，各晝面資料則包含多個像 素之諸參數值（如亮度值）。對輸入訊號所進行的處理例 如包括：將其從射頻變為中頻（intermediate frequency) 或基頻（base band)的降頻轉換（down-converting)、解 8 200813975 調變動作（demodulating )或當輸入訊號為類比格式時的 轉數位格式處理。 處理後，接收電路110將影像訊號輸出至控制電路 120。控制電路120包含有影像處理電路122、亮度分析電 路124以及背光控制單元126。如第1圖所示，影像處理 電路122耦接接收電路11〇，用以接收影像訊號並對其進 行如解析度調整（scaling )、伽瑪校正（gamma correction )、 内插處理（interpolation)及濾波處理（filtering)等一般 影像處理動作，然後據以產生一驅動訊號至顯示單元 130 °顯示單元130係在驅動訊號之驅動下，依序顯示各 晝面資料而顯示影像訊號之對應内容。 另—方面’亮度分析電路124亦接收影像訊號而對其 =分析動作，以根據各晝面資料之該些像素亮度值來產 生母一晝面資料之亮度分析結果。各晝面資 結果可作為晝面資料間的亮度程度之一比 儿^ 古存八』 。孕又參考。例如， =度:析結果可為—電壓職或H㈣，對於訊號強 度較焉之亮度分析絲，顯示單元13G_„、之書 料時可能便呈現出較高的整體晝面亮度。 心一 ' 背光控制單元12 6耦接亮度分析電路 _ ’並用以根據亮度分析結果來產生4及^核組 組Η0,以控制背光模組⑽提供給號至背光模 ”、、貝7κ早元130之背光 9 200813975 強度。背光模組140包含有兩個MOS電晶體Q1，Q2、變 壓器142、燈管144以及電阻146。兩電晶體Q1及Q2之 閘極皆接收控制訊號。變壓器142之一次侧耦接兩電晶體 Q1，Q2及一輸入電壓Vin，二次侧則耦接一接地端。燈管 144耦接於變壓器142之二次側及電阻146之間，並用以 產生光線射向顯示單元130。 此外，於本實施例中，控制訊號為一脈波寬度調變 (Pulse Width Modulation，PWM)訊號。當 PWM 訊號之 工作週期（duty cycle )改變時，變壓器142二次側之轉換 電壓也會隨之改變，進而改變燈管144之發光亮度。亦即， 可透過控制訊號來調整燈管144之亮度（即背光模組140 之背光大小）。底下茲再附圖詳細說明亮度分析電路124 如何產生亮度分析結果，以供背光控制單元126據以產生 控制訊號。 請參照第2圖，其係亮度分析電路124之示意圖。亮 度分析電路124包含有亮度分類電路210、計算電路220、 亮度指標分析電路230以及記憶單元240。亮度分類電路 210用以接收影像訊號，並將各晝面資料之該些像素之亮 度值區分為數個亮度等級。假設像素亮度值採一般的8位 元設計，即256灰階；於本實施例中，則以每32灰階（ 256/8 ) 作為一亮度等級，而得到8種亮度等級。以其中一晝面資 料為例，亮度分類電路210之區分動作係判斷其所包含之 10 200813975 各像素亮度值落於何種亮度等級中，藉此，對各晝面資料 皆進行上述之區分動作後即可產生一亮度資料。具體而 言，亮度資料能以直方圖（histogram)之方式呈現，如第 3圖所示。 於第3圖中，橫軸代表像素亮度值，且以上述256灰 階為例，由小至大每32灰階區分為一亮度等級，可得8 段相同大小的亮度等級。縱軸則代表某一晝面資料經亮度 分類電路210之區分動作後，所得的落於各亮度等級之像 素數量。例如，第一亮度等級（即區間[〇,31])所對應之 像素數量為PN1，第八亮度等級（即區間[223,255])所對 應之像素數量為PN8，其他第二至第七亮度等級對應之像 素數量分別為PN2〜PN7 (圖未示）。而亮度資料即包含各 畫面資料如第3圖之區分結果。 耦接亮度分類電路210之計算電路220則用以計算亮 度資料，如：統計出各畫面資料之PN1〜PN8的數值或者 計算各晝面資料之一平均亮度值。以第3圖為例，此晝面 資料之平均亮度值avg_LV可如式（1)定義為： avg__LV = (1) iWlxl5：^Ar2x47 + jW3x79 + /W4xlll + iW5xl43 + /W6xl75 + /W7x207 + iW8x239 pm + PN2 + pm + PN 4 + PN 5 + PN 6 + ΡΝΊ + pm 於本實施例中，tf算％路220即將各晝面資料之某一 PNi(卜1〜8)或avg_LV設為其對應之一亮度指標L_index， 11 200813975 L—index即代表對應之晝面資料之一亮度特徵。於其他實 施例中，亮度指標亦可為一組數值，包含PN1〜PN8及 avg—LV 中的數者，如··可定義！^index={pN1，avg_LV}。 接著’計算電路220再將所得的各晝面資料之亮度指標輸 出至亮度指標分析電路230。 亮度指標分析電路230即分析亮度指標以產生各晝面 資料之亮度分析結果。其中，與亮度指標分析電路230耦 接之記憶單元240儲存有若干對應亮度指標之查詢表。視 計算電路220之売度指標定義（可由使用者決定），亮度 指標分析電路230將根據不同的查詢表來產生亮度分析結 果。例如，記憶單元240可儲存三種查詢表L1，L2，及l3， 分別對應免度指標為PNl，PN8j avg LV之情形；亦即， 如使用者決定以PN1作為亮度指標時，亮度指標分析電路 230便讀取記憶單元240中的查詢表L1來進行分析動作。 於其他實施例中，當亮度指標為一組數值時，亮度指標分 析電路230便根據此組數值來讀取對應之查詢表。以 L—index={PNl，avg—LV}為例，亮度指標分析電路23〇便 根據PN1及avg一LV來讀取對應之二維的查詢表。如前述， 亮度分析結果可為一電壓訊號或一電流訊號，對於不同的 壳度指標數值’壳度指標分析電路23()便根據查詢表產生 不同訊號強度之亮度分析結果。 如第1圖所示，背光控制單元126根據亮度分析結果 12 200813975 來控制背光模組140，亦即，背光控制單元126可隨著各 晝面資料之亮度特徵而動態調整背光模組140之背光大 小。底下係以將PN1定義為亮度指標之情形為例，並附圖 說明調整機制。 請參照第4圖，其係亮度指標與背光模組140之背光 亮度的關係圖。橫軸表示的亮度指標即PN1，縱軸代表背 光控制單元126根據由亮度指標PN1所得的亮度分析結 果，而將背光模組140調整至對應的背光亮度。如第4圖 所示，當亮度指標PN1隨著不同的畫面資料而在PNL與 PNH之間變動時，背光模組140之背光亮度將在兩預設值 BL與BH之間以圖示之負相關方式被線性調整至不同大 小。亦即，PN1越大（小），背光模組140之背光亮度將 被調得越低（高）。如某一晝面資料之亮度指標為第4圖 中的PN1時，背光模組140即以亮度為B1之背光來照射 顯示單元130。其中，若PN1大於PNH或小於PNL時， 背光模組140之背光亮度將分別被調整至BL及BH。如此 一來，PN1較大之晝面資料（即亮度低之像素數量多）將 獲得較低之背光亮度而顯示於顯示單元130，PN1較小之 晝面資料（即亮度低之像素數量少）將獲得較高之背光亮 度而顯示於顯示單元130，從而提高顯示單元130顯示影 像訊號時之對比度。當然，於其他實施例中，當採用其他 亮度指標定義或視硬體能力等等考量時’亮度指標與背光 亮度之關係亦可設計成不同於第4圖之線性關係，能以如 13 200813975 曲線關係或類似直方圖之方式來調整。 請參照第5圖，其係依照本發明較佳實施例之亮度控 制方法之流程圖。首先，接收一影像訊號（S510)。如前 述，影像訊號包含多個晝面資料（frame)，各晝面資料則 包含多個像素之諸參數值（如亮度值）。 接著，將各像素之亮度值區分為數個亮度等級，以產 生一亮度資料（S520)。如前述，於本實施例中，像素之 亮度值範圍以〇至255灰階為例，並以由小至大每32灰 階之方式區分出八個亮度等級，而各畫面資料之該些像素 即依亮度值來區分所屬的亮度等級。因此，各晝面資料之 亮度資料能以第3圖之直方圖來表達。 然後，計算亮度資料以產生一亮度指標（S530)。如 前述，亮度指標可為對應任一亮度等級之像素數量，例如 對應第一亮度等級之像素數量PN1 ;或各晝面資料之一平 均亮度值avg—LV (如式（1)之定義）；或包含PN1〜PN8及 avgJLV當中數者的一組數值，如{PN1，PN8}或{PN1， avg—LV} 〇 接著，分析亮度指標以產生一亮度分析結果（S540)。 如前述，視亮度指標的定義方式可根據適當之查詢表來產 生亮度分析結果。 14 200813975 最後，根據亮度分析結果來調整背光模組之背光 (S550)。如前述，視亮度指標之定義方式以及硬體運算 能力等實際應用考量，能以各種調整機制來控制背光模 組。例如，如第4圖所示之線性關係，或其他非線性方式。 藉此，隨著不同的畫面資料（亮度分析結果），背光模組 之背光亮度將可被動態調整至對應之適當大小，而有效提 升影像訊號呈現出之影像品質。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 圍。 【圖式簡单說明】 第1圖係本發明較佳實施例之顯示裝置之示意圖。 第2圖係亮度分析電路124之示意圖。 第3圖係代表亮度資料之直方圖。 第4圖係亮度指標與背光模組140之背光亮度的關係圖。 第5圖係依照本發明較佳實施例之亮度控制方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 100顯示裝置 110接收電路 120控制電路 122影像處理電路 15 200813975 124亮度分析電路 126背光控制單元 130顯示單元 140背光模組 142變壓器 144燈管 146電阻 210亮度分類電路 220計算電路 230亮度指標分析電路 240記憶單元

Ql、Q2 MOS電晶體 16

Claims (1)

1. 200813975 十、申請專利範圍： 1. 一種顯示裝置，包含有： 一接收電路，用以處理所接收之一輸入訊號，以產生 一影像訊號； 一影像處理電路，耦接該接收電路，並用以處理該影 像訊號以產生一驅動訊號； 一顯示單元，耦接該影像處理電路，該顯示單元係在 該驅動訊號之驅動下而顯示該影像訊號之對應内容； 一亮度分析電路，耦接該接收電路，並用以分析該影 像訊號以產生一亮度分析結果； 一背光模組，用以提供該顯示單元所需之背光；以及 一背光控制單元，耦接該亮度分析電路及該背光模 組，並用以根據該亮度分析結果來產生一控制訊號至該背 光模組，以控制該背光模組。 2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該亮 度分析電路包含有： 一亮度分類電路，用以接收該影像訊號，並將每一像 素之亮度值區分為複數個亮度等級而產生一亮度資料； 一計算電路，耦接該亮度分類電路，並用以計算該亮 度資料以產生一亮度指標；以及 一亮度指標分析電路，耦接該計算電路，並用以分析 該亮度指標以產生該亮度分析結果。 17 200813975 3·如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，更包含有 耦接該亮度指標分析電路之一記憶單元，該記憶單元儲存 有至父查珣表，該党度指標分析電路係根據該查詢表來 分析該亮度指標，以產生該亮度分析結果。 4·如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該亮 度指標至少包含對應該些亮度等級中之一亮度等級之^ 素數量。 5·如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該亮 度指標至少包含該些像素之亮度值的一平均值。一 μ冗 6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該控 制訊號為一脈波寬度調變（Pulse Width M〇dulati〇n, PWM ) sfl 5虎°亥P WM sfl號可控制該背光模組之背光亮度。 7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置’其中該 PWM訊號之工作週期係根據該亮度分析結果來決定、。人 8. —種控制電路，用來控制一顯示單元以及一背光模 組，該背光模組係提供該顯示單元所需之背光， 雷 路包含有： 工 -影像處理電路，用以接收並處理包含有複數個晝面 資料之-影像訊號，該顯示單元係用來顯示該晝面資料； 18 200813975 度分析電路’用來接收該影像訊號並分析該影像 訊號之亮度值，以產生一亮度分析結果；以及 > -¾光控制單元’純該亮度分析電路，用以根據該 亮度分析結果來產生-控制訊號至該f光模組，以控制該 背光模組。 9.如申明專利範圍第8項所述之控制電路，該亮度分 析電路包含有： 一壳度分類電路，用以接收該影像訊號，並將每一像 素之壳度值區分為複數個亮度等級而產生一亮度資料； 一計算電路，耦接該亮度分類電路，並用以計算該亮 度資料以產生一亮度指標；以及 一壳度指標分析電路，耦接該計算電路，並用以分析 該亮度指標以產生該亮度分析結果。 iO·如申請專利範圍第9項所述之控制電路，更包含 有耦接該亮度指標分析電路之一記憶單元，該記憶單元儲 存有至少一查詢表，該亮度指標分析電路係根據該查詢表 來分析該亮度指標，以產生該亮度分析結果。 11·如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中該 免度指標至少包含對應該些亮度等級中之一亮度等級之 像素數量。 19 200813975 12·如申請專利範圍第9項所述之控制電路，其中該 免度指標至少包含該些像素之亮度值的一平均值。 13·如申請專利範圍第8項所述之控制電路，其中該 控制訊號為一脈波寬度調變（p WM )訊號，該P WM訊號 可控制該背光模組之背光亮度。 14·如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該 pWM訊號之工作週期係根據該亮度分析結果來決定。 15· 一種亮度控制方法，用於一顯示裝置，該顯示裝 置匕S有一顯示單元及一背光模組，該方法係控制該顯示 早凡顯示一影像訊號之對應内容，並控制該背光模組提供 至该顯不單元之背光，該方法包含有： (a) 處理該影像訊號以產生一驅動訊號來驅動該顯示 單元； ^ (b) 顯示該影像訊號之對應内容； (c) 分析該影像訊號以產生一亮度分析結果；以及 ()根據°亥冗度分析結果來產生一控制訊號至該背光 模組，以控制該背光模組。 包人=·如申睛專利範圍第15項所述之方法，該步驟（c) 01)將每一像素之亮度值區分為複數個亮度等級而產 20 200813975 生一亮度資料； (c2)計算該亮度資料以產生一亮度指標；以及 (c3)分析該亮度指標以產生該亮度分析結果。 17·如申請專利範圍第16項所述之方法，豆 (c3)包含有： 〃 以產生該亮度分析 根據一查詢表來分析該亮度指標， 結果。 18.如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該袁产 指標至少包含對應該些亮度等級中之一亮度等級 數量。 ' 19·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該亮度 指標至少包含該些像素之亮度值的一平均值。 20·如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該控制 訊號為一脈波寬度調變（PWM )訊號，該pWM訊號可控 制該背光模組之背光亮度。 21·如申請專利範圍第2()項所述之方法，其中該步驟 (d)包含有： 根據該亮度分析結果來決定該PWM訊號之工作週 期0 21