TWI342002B - Apparatus and method for display backlight control - Google Patents

Description

1342002 17406twf.dc/e 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種顯示器背光源調整裝置與方 法，且特別是有關於一種根據穿透型顯示器之影像資料中 像素顏色值以調整背光亮度的裝置與方法。 【先前技術】 在顯示器中背光源往往佔有最大比例的功率消耗，而 對於穿透型顯示器（例如液晶顯示器以及液晶投影機）而言 不淪畫面是焭是暗，往往背光源的亮度並不會有變化只是 跟據不同的顏色或亮度調整光柵把多餘的亮度遮沒。因此 為了節省功率消耗或增加對比就有了跟據畫面不同的顏色 或売度調整光源的想法。以下以穿透型液晶顯示器為例再 加以說明。 整個液晶顯示器中，佔有最大比例的功率消耗就是背 光模組，尤其在可攜產品的應用上如筆記型電腦，pDA的 應用更可以高達20〜30〇/〇。在穿透型液晶顯示器中，使用 者可以調整背光亮度以配合自己的喜好與環境的亮度，然 而在顯不較暗的晝面時背光亮度仍是相同的（功率消耗也 不文），此時像素會較暗的原因是:驅動電路旋轉了光柵(液 晶分子），把多餘的光線遮沒了。因此有一種節省功率消 耗的做法是:在顯示的晝面較暗時將背光亮度調暗，且相對 應地放大顏色值(讓較高比例的光線通過）。 針對上述的問題，先前有人提出液晶顯示面板背光動 恕調整裝置’ ® 1繪示為習知液晶顯示面板的背光動態調 5 ^74〇6twf.dc/( 置。請參考圖卜此裝置包括影像分析器勘、影像補 員益102、背光控制器104以及脈寬調變器106。此裝置主 ^是將一畫面中所有的像素輸人至影像分析器勘，以找 =該畫面像素之最大顏色值，在此為了說明方便假設該在 •框像素最大顏色值為[2〇〇]並且假設每個像素最大可能 顏色值為[255](8-bit顯示器）。接下來，影像補償器1〇2將 所有像素顏色值C乘以—_因數s得騎的像素顏色值 C-C*S ’其中比例因數s=最大可能顏色/圖框像素最大顏 色值([255]/[2_。另外背光控制器刚將原始背光亮度值 L,_除以比例因數S([200]/[255])得到新的背光亮度值 L L/S ’之後在將l'送給脈寬調變器1〇6以L,=L/S比例減 低背光亮度。 上面的方法係將所有像素的顏色值按照比例放大，並 且將背光按㈣-比例變暗，若顏色對亮度、背光設定值 對亮度均為嚴格的線性比例關係(如Y=cx)，便可以在不 影響晝質的情況下，能達到省電的效果。事實上，像素紅 綠藍，顏色值對亮度、背光設定值料度並非比例關係， 也就是說顏色值[岡並非顏色值[5G]的兩倍亮度。亮度盘 顏色值之間有-對應關係為業界所f知伽瑪㈣麵相 數。由於顏色值與亮度並非線性關係，因此在調整過程中， 畫面亮度與顏色變化十分明顯，造成晝質不佳。在產品上， 此種缺陷是不可能被使用者所接受的。 【發明内容】 1342002 】7406iwfdc/e 本發明的目的就是在提供—種適合穿透型顯示器背 錢整及朗應的親補舰置與綠，㈣根據像素亮 • 纟與顏色值以罐背光模組來節省功率雜，並同時維持 畫面品質的目的。 、 本發明提出一種顯示背光調整裝置，此裝置包括影像 析。器、顏色值·亮度對照表、背光源設定計算器、背光源 膽益 ' 城霞表以絲法ϋ。影像分析H接收影像資 ' 料，找出影像資料中像素顏色值之統計特性。顏色值-亮度 鲁 賴表接收上述統計特性，根據統計特性輸出對應之最大 伽瑪值。背光源設定計算器接收使用者背光亮度設定值以 .· 及最大伽瑪值，利用使用者背光亮度設定值與最大伽瑪值 計算出背光源設定範圍。背光源調整器接收背光源設定範 . 圍以及使用者背光亮度設定值，從使用者背光亮度設定值 開始，每間隔一預設時間，將目前背光源調整值減去預設 值輸出作為新的背光源調整值以控制背光模組，當背光源 调整值超出背光源設定範圍時，則以背光源設定範圍的臨 • 界值作為背光源調整值。影像補償器接收該背光源調整 值、使用者背光亮度設定值與該輸入影像資料，以輸出一 補償後之影像。 本發明提出一種顯示器背光調整方法，此方法包括下 列步驟。接收影像資料，找出影像資料中像素顏色值之統 計特性。提供顏色值-亮度對照表’以根據上述統計特性輸 出對應之农大伽瑪值。根據使用者背光亮度設定值與最大 伽瑪值計算出背光源設定值範圍。從使用者背光亮度設定 7 1342002 3 7406twf. dc/e 出:時間，將目前背光源調整值減去預 的臨倾關時’仙背光源設定值範圍 背光亮度設定值先值:根據背光源調整值與使用者 太發日對°亥輸入衫像負料作補償運算。 宾产對昭夺/用建立顏色值·亮度對照表、背光源設定值 =素、構’並根據上述對照表ϊ 係，a用旦^冗度及背光源設定值-亮度的非線性關 ’、心像補償表補償這些非線性的關係。> ;=中的亮度與顏色變化，因此除了上= 月匕源的目的’使用者也不易察覺影像的變化，解決了^ 技術所造成顯村面亮度錢色改變的缺陷。、 “為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點 =下了文特舉較佳實施例’並配合所附圖式’作詳細說 【實施方式】 顯干省電的顯示器背光調整裝置所造成的 顯不里貝缺^，本發明提出—種顯示器背光調整 其對應的顏色補償方法。此方法與裝置改變以^ 性處理方式’改用-個非線性的查表處理方式取^以往的 線性處理方式’以此方式解_村_整時# 會變化的缺陷’_影像品質’並且達弱省能源^目^。 以下便根據本發明提出實施例，詳細步驟與裝置將I在 面裝置與方法實施例中說明^ 均 8 17406twf.dc/e 路方:ft 11背_裝置的電 值-亮度對照表如、背; 器204、影像補償考⑽η北丄T4 203 H原、調整 背▲ 其中月光源設定計算器203包括 違先源我值·免度對照表207。影像補償器2Q5包括乘法 器206與影像補償計算器·。 貝為205 l括：法 為起見’以最常見液晶顯示器，其背光源 ^ 先^官，其亮度以脈波寬度調變（pulse width atl〇n，PWM)加以控制，在其—週期的時間内輸出的 尚準位的時間(脈寬)越寬㈣綠越亮。則其相對應之電 路方塊圖如圖3，此裝置包括影像分析器3〇1、顏色值_亮 f對照表302、脈寬計算器303、脈寬調整器304、影像補 償器305，其中脈寬計算器303包括脈寬設定值·亮度對照 表307。影像補償器305包括乘法器3〇6與影像補償計算 器308。由上述圖2與圖3可以對照，在圖2中的背光源 設定計算器203在圖3中以脈寬計算器303實施，在圖2 中的背光源調整器204在圖3中以脈寬調整器304實施， 在圖2中的背光源設定值-亮度對照表207在圖3中以脈寬 設定值-亮度對照表307實施。 以下，以我們對此實施例作一些假設’以方便說明本 發明的精神，然而本發明不限於此。假設紅藍綠三原色的 顏色值以8位元表示，也就是顏色值的範圍將落在0〜255 之間。本發明所述的方法亦可簡單地推廣到於以其它色彩 空間或單色表示的影像輸入，因可透過色彩空間轉換運算 將其轉成紅藍綠空間，或直接對其組成的原色做個別處理。 17406twf.dc/e 衫像分析益301用以接收整個圖框内所有像素的顏色 值並且將所有像素的顏色值一 一比較，找出圖框中的圖 框最大^員色值’假設此最大顏色值等於[200]。接下來，顏 色值-亮度對照表302接收圖框紅藍綠中最大顏色值 (Cmax)[200]，根據圖框最大顏色值[2〇〇]輸出對應的亮度 值。由於顏色值對亮度值並非是線性關係，也就是說若顏 色值[255]對應亮度值等於1 ’顏色值[128]往往對應伽瑪值 並非0.5，有可能顏色值[128]對應到亮度值〇 41，此對應 關係即為顯不器的伽瑪函數，因此需要顏色值_亮度對照表 302來得到一亮度值，在此假設最大顏色值[200]經由查表 得到最大亮度值為0· 7 ’令其為此圖框最大伽瑪值Gmax。 脈覓计算器303接收使用者所設定的背光亮度設定值 (Luser)以及圖框最大伽瑪值(Gmax)。一般來說，系統或使 用者會依據自己的喜好及周圍環境的亮度，來調整亮度設 疋值。在此假設梵度設定範圍為8位元，即為[〇]〜[255]， 並且假設使用者將背光亮度值(Luser)設定為調整為8〇%的 亮度。與伽瑪值0.7計算出圖框中最亮的像素之最大亮度 值假設為0.8*0.7=0.56 ’並將最大亮度值〇·56輸入至脈寬 設定值-亮度對照表307查表找出對應的最小脈寬值 Dmin。因此我們將背光亮度從使用者設定值的亮度8〇0/〇調 整到5 6 %，反查脈寬設定值-亮度對照表如此便可以找出最 小脈寬值Dmin例如等於[130];另外，設定值_亮度對照表 307亦可由一設定值-亮度計算電路取代，利用簡化的多項 式來計算γ=κ*(χ)Λ r ，如以二次多項式近似 Υ=Α*(Χ)Λ2+Β*(Χ)+(：，以計算出最小脈寬值Dmin。 1342002 17406twf.dc/e 脈見調整益304接收最小脈寬值Dmin=[l30]以及使用 者设定值[204]。逐步調整脈寬值，由使用者設定值開始， 以最小脈寬值Dmin為下限，將此值慢慢減小，根據新的 脈寬值D’產生一輸出脈波以控制背光模組的亮度。一般來 說，因為PWM變化到光源亮度由變化到穩定需要1〇ms 到〇.4s左右的時間，所以逐步將pWM脈波寬度加以變化 疋比較好的做法。若直接調整到Dmin將在顏色或亮度上 有明顯的變動。 因此，本發明實施例的做法是在每一預設時間，例如 每個垂直遮沒區間，將從使用者設定值開始，將目前脈寬 調整值減去一預設值(例如減5)輸出作為新的脈寬調整值 D，也就是說下一個圖框的脈寬調整值會等於 [204]-[5]=[199]。再下一個圖框的脈寬調整值D，會等於[199] •[5]=[194]，如此逐步減低直到值脈寬調整值D,小於最小脈 寬值Dmin=[130]，此時便以最小脈寬值Dmin=[13〇]作為 最終脈寬調整值。 影像補償計算器308接收脈寬調整值，根據脈寬調整 值以及像素顏色值查表輸出各原色影像補償值。接下來利 用乘法裔306接收各原色影像補償值以及像素顏色值，將 各原色影像補償值(Sr，Sg，Sb)乘以像素顏色值後輸出作為 補償後之像素顏色值，以數學式表示即為： R’=Rx Sr, G’=Gx Sg，B，=Bx Sb. 並將此顏色值輸出給顯示鶴m鶴顯示面板。由於 逐步調整輸出脈波的工作週期(duty cyde)，因此也需要逐

J 11 1342002 17406twf.dc/e f周整灰階值找維持像素亮度或齡-致。若輸入畫面 有=改_依據最新的晝面統雌性周岐始進行上述的 計算輿調替。

攸上面的t置實施例可以歸納出—種顯示器背光調 正方法與及其對應的顏色補償方法。圖4為本發明實施例 之-種顯示H背光難方法及其對應_色補償方法流程 圖。印參考圖2以及圖4 ’此方法包括下列步驟。首先， 利用影像分析器201找出影像資料(例如上述實施例的圖 框’亦或者是將圖框分割為多個子圖框）中的統計特性(在 上面實施例以影像資料的最大顏色值作為例子）（步驟 4〇1)。接―下來，建立顏色值-亮度對照表2〇2，根據統計特 性（影像育料的最大顏色值）查出對應的最大亮度值-也就 是最大伽瑪值(步驟402)。

利用背光源設定計算器203將使用者亮度設定值與最 大伽瑪值計异出一圖框中的最大亮度值(步驟4〇3)。之後， 查詢背光源設定值-亮度對照表207，根據最大亮度值找出 可以表現出此最大亮度值之背光源設定值範圍（步驟 404)。利用背光源調整器204，從使用者設定值開始，每 過一預設時間，便將目前背光源調整值減少一預設值輸出 作為背光源調整值，以減少背光源亮度。當背光源調整值 超出背光源亮度計算器所算出的背光源設定值範圍時，則 以背光源設定值範圍的上限或下限做為背光源調整值（步 驟405)。利用背光源調整器204將背光源調整值轉換為輸 出信號以控制一背光模組的亮度（步驟406)。影像補償器 12 1342002 17406twf.dc/e 205，根據脈寬調整值 (步驟407)。最後，利用乘法查找^影像補償值 以像素顏色值後輸出一補償後音，色影像補償值乘 综上所述，本發明因亮(=ΓΓ背 及影像補償器的結上據ί q,，、'衣木笪出像素顏色值_亮度及背 非線性關係，再用影像補償声 冗度的 少背光W月敫14些非線性的關係。減 ^先儿度1過松中的亮度與顏色變化，因

達到節省能源的目的，使用者也 你H 決了習知技術所造成“ ± ㈣文化’解 k战，4不畫面冗度與顏色改變的缺陷。 =本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 ft發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 圍内’當可作些許之更動與潤飾’因此本發明 靶圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ，、° 【圖式簡單說明】 m 圖1繪示為習知液晶顯示面板的背光動態調整裝置。 圖2繪示為本發明實施例之一種顯示器背光調^及 對應的顏色補償裝置電路方塊圖。 、 圖3繪示為本發明實施例之一種顯示器為穿透式液 晶顯示器，背光源為冷陰極螢光燈管，其亮度以脈波^ 調變的電路方塊圖。 、又 圖4繪示為本發明實施例之一種液晶顯示背光 法流程圖。 王 【主要元件符號說明】 13 1342002 17406twf.dc/e 100、201、301:影像分析器 102:影像補償器 104 :背光控制器 106 :脈寬調整器 202、302:顏色值-亮度對照表 203 :背光源設定計算器 204 :背光源調整器 205、 305 :影像補償器 206、 306 :乘法器 207 :背光源設定值-亮度對照表 208、308 :影像補償計算器 303 :脈寬設定計算器 304 :脈寬調整器 307 :脈寬設定值-亮度對照表 401〜408 :本發明實施例的步驟

Claims (1)

1. JOO.V πίΗΜΙ 100-1-17 十、申請專利範圍： 1種顯7FII背光輕裝置，包括： 料中俊:像分析器，接收—輸人影像資料，找出該影像資 」、顏色值之—統計特性； 特,14 色值-冗度對照器，接收該統計特性，根據該統計 、輪出對應之一伽碼值； 以及哕月光源設定計算器，接收一使用者背光亮度設定值 伽瑪值，利用纟績用者背光亮度設定值與該伽瑪值 叶异出一背光源設定範圍； 去北、，光源調整器’接收該背光源設定範圍以及該使用 ΐ二ί亮度設定值’用轉-預設時間，從使用者背光亮 始’將目前—背統調整值減去—預設值輸出 4二下個5亥月光源調整值以控制一背光模組，當該背光 源。周玉值超出該背域設定範圍時，則以該背光源設定範 圍的一臨界值料該背域調整值； -影像補償n ’ 讀光_整值、該使用者背光 亮度設定健赌人影像:#料，讀髓後之影像資 料。 2·如申請專利範圍第丨項所述之 置，其中若該背光源調整值越大背光源越亮時，該除= 為該=源設定範圍的下限，若該背光_整值越小°背光 源越9C時，该臨界值為該背光源設定範圍的上限。 3.如申請翻制帛2賴述 置’其㈣背光源設定計算器包括： 15 1342002

   100 小 17 -背光源奴·亮度對”，麟該最 呈現此-對應最大純料輕蚊的上限或=找出可 4.如申請專·_丨韻狀顯 = 置，其中該影像資料為一圖框。 九凋整裝 5.如申請專利範㈣1項所述之顯示器 置’其中該統計特性包括影像:#料中所有像素 值。

   背光調整裝 顏色的最大 背光調整裝 顏色對應亮 6.如申請專利範圍帛1項所述之顯示器 置’其中賊計祕包括騎f射所有像素 度的最大值。 7.如申請專鄕圍第丨項所述之齡 置，其中該影像補償器包括： -影像補償tt算1 ’接收t讀光_整值與使北 光亮度設定值，以輸出一補償值。 月 像乘法器’接收該影像補償值以及該輸人影像資料中 _ 4色值，觸影像補償值乘㈣輸人影像 彥員色值後輸出作為-補償後之像素顏色值。的像素 置，8· #申請專利範圍第1項所述之顯示H背光調整裝 °亥月光板組包括一背光反流器（inverter)與冷陰極 、t 管(cold cathode fluorescent lamp)。 置，9.如申請專利範圍第1項所述之顯示器背光調整裝 其中該背光模組包括發光二極體及其控制器。 10.如申請專利範圍第〗項所述之顯示器背光調整裝 其中該預設時間為一垂直遮沒區間。 16 1342002 100-1-17 •年月日修ϋ替換_ 11. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器背光調整裝 置，其中該預設時間為一水平遮沒區間。 12. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器背光調整裝 置，其中該影像資料為將其圖框分割為多個部份的其中之 一子圖框。 13. 如申請專利範圍第1項所述顯示器背光調整裝 置，其中該影像補償器、亮度對照器、背光源設定值-亮度 對照器，可透過對顯示器的特性量測，建立對照表查表得 ® 到對應值，或運用運算電路或演算法得到近似的結果。 14. 一種顯示器背光調整方法，包括： - 接收一輸入影像資料，找出該輸入影像資料中像素顏 . 色值之一統計特性； 提供一顏色值-亮度對照器，以根據該統計特性輸出對 應之一伽瑪值； 根據一使用者背光亮度設定值與該伽瑪值計算出一 背光源設定範圍； • 每一預設時間，從使用者背光亮度設定值開始，將目 前一背光源調整值減去一預設值輸出作為下一個該背光調 整值以控制一背光模組，當該背光源調整值超出該背光源 設定範圍時，則以背光源設定值範圍的一臨界值做為背光 源調整值； 根據該背光源調整值與該使用者背光亮度設定值，對 該輸入影像資料作補償運算。 15. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 17

   100-1-17 料 ι ----------—」 為該背^ t背光源設定值越大背光源越亮時，該臨界值 /月先源設定值範圍的下限。 方法，專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 為該背総設定值越大背光源越暗時，該臨界值 ζ月先原設定值範圍的上限。 方法，更專利乾圍第14項所述之顯示器背光調整

   出可呈預^光源設定_亮度對照器、，根據該最大顏色值找 18 a Γ對應最域色值背光源設定的上限或下限。 方法，复^料職圍第14項所述之顯示器背光調整 〜中该統計特性包括像素顏色的最大值。 方法，9^申請專利翻第14項所述之齡器背光調整 Ί亥統計特性包括像素顏色對應亮度的最大值。 方法:Λ請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 值，㈣該背光源触值與㈣者背光亮度設定 對一輪入影像作補償運算之步驟包括：

   ，據5玄为光源調整值與該使用者背光亮度設定值 像補償值；以及 ^ ，該f彡像補償值乘㈣輸人影像:#料的像素顏色 ，輸出一補償後之影像資料以顯示晝面。 21. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 極、其中5亥为光模組包括一背光反流器(inverter)與冷陰 。榮光 j:丘營(c〇ld cathode fluorescent lamp) 〇 22. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 法，其中該背光模組包括一發光二極體及其控制器。 18 1342002 _ ^ ψ^·>]1 100-1-17 23. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 方法，其中該預設時間為一垂直遮沒區間。 24. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 方法，其中該預設時間為一水平遮沒區間。 25. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 方法，其中該影像資料為一圖框。 26. 如申請專利範圍第14項所述之顯示器背光調整 方法，其中該影像資料為圖框分割為多個部份的其中之一 子圖框。 . 27. 如申請專利範圍14項所述顯示器背光調整方 法，其中該影像補償器、亮度對照器、背光源設定值-亮度 對照器，可透過對顯示器的特性量測，建立對照表查表得 到對應值，或利用運算電路或演算法得到近似的結果。 19