TWI381362B

TWI381362B - 顯示裝置及其亮度控制方法

Info

Publication number: TWI381362B
Application number: TW96128236A
Authority: TW
Inventors: yi liang Lu; Wen Ho Hsiao; Shu Yueh Ko
Original assignee: Mstar Semiconductor Inc
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2013-01-01
Also published as: CN101145321B; CN101145321A; TW200813975A

Description

顯示裝置及其亮度控制方法

本發明係有關一種顯示裝置及其亮度控制方法，尤指一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。

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(liquid crystal display,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之背光等等，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。然而，傳統技術仍未有效加強對比值。

本發明之主要目的在於提供一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。

本發明揭露一種顯示裝置，包含有接收電路、影像處理電路、顯示單元、亮度分析電路、背光模組以及背光控制單元。接收電路用以處理所接收之輸入訊號，以產生影像訊號。影像處理電路耦接接收電路，並用以處理影像訊號以產生驅動訊號。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內容。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畫面資料之影像訊號，該顯示單元係用來顯示該畫面資料。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內容，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內容；(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。

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。影像訊號包含多個畫面資料(frame)，各畫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110，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)、內插處理(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，依序顯示各畫面資料而顯示影像訊號之對應內容。

另一方面，亮度分析電路124亦接收影像訊號而對其進行分析動作，以根據各畫面資料之該些像素亮度值來產生每一畫面資料之亮度分析結果。各畫面資料之亮度分析結果可作為畫面資料間的亮度程度之一比較參考。例如，亮度分析結果可為一電壓訊號或一電流訊號，對於訊號強度較高之亮度分析結果，顯示單元130顯示對應之畫面資料時可能便呈現出較高的整體畫面亮度。

背光控制單元126耦接亮度分析電路124及背光模組140，並用以根據亮度分析結果來產生控制訊號至背光模組140，以控制背光模組140提供給顯示單元130之背光強度。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之一次側耦接兩電晶體Q1,Q2及一輸入電壓Vin，二次側則耦接一接地端。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，並將各畫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。以其中一畫面資料為例，亮度分類電路210之區分動作係判斷其所包含之各像素亮度值落於何種亮度等級中，藉此，對各畫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。縱軸則代表某一畫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[0,31])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的數值或者計算各畫面資料之一平均亮度值。以第3圖為例，此畫面資料之平均亮度值avg_LV可如式(1)定義為：

於本實施例中，計算電路220即將各畫面資料之某一PNi(i＝1~8)或avg_LV設為其對應之一亮度指標L_index，L_index即代表對應之畫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L_index＝{PN1,avg_LV}。接著，計算電路220再將所得的各畫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畫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之亮度指標定義(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，分別對應亮度指標為PN1,PN8,及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＝{PN1,avg_LV}為例，亮度指標分析電路230便根據PN1及avg_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，對於不同的亮度指標數值，亮度指標分析電路230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根據亮度分析結果來控制背光模組140，亦即，背光控制單元126可隨著各畫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)。如某一畫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較大之畫面資料(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較小之畫面資料(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，影像訊號包含多個畫面資料(frame)，各畫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0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，各畫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；或各畫面資料之一平均亮度值avg_LV(如式(1)之定義)；或包含PN1~PN8及avg_LV當中數者的一組數值，如{PN1,PN8}或{PN1,avg_LV}。

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。

最後，根據亮度分析結果來調整背光模組之背光強度(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。

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧接收電路

120‧‧‧控制電路

122‧‧‧影像處理電路

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

Q1、Q2 MOS．．．電晶體

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。

Claims

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內容；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，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，用以計算至少一該亮度等級的像素之數目以及一畫面資料中所有像素之亮度值的平均值，並用以產生一亮度指標，該亮度指標包含了該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值；以及一亮度指標分析電路，耦接該計算電路，用以根據一查詢表分析該亮度指標以產生該亮度分析結果，其中該亮度分析結果是同時根據該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值來產生；一背光模組，用以提供該顯示單元所需之背光，包含一第一MOS電晶體、一第二MOS電晶體、一變壓器、一燈管以及一電阻，其中該變壓器耦接至該第一MOS電晶體、該第二MOS電晶體、一電壓源以及一接地端，且該燈管耦接於該變壓器以及該電阻之間；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，其中該第一MOS電晶體和該第二MOS電晶體分別在該第一MOS電晶體和該第二MOS電晶體的閘極端接收該控制訊號。
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 Modulation,PWM)訊號，該PWM訊號可控制該背光模組之背光亮度。
如申請專利範圍第2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。
一種控制電路，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且包含一第一MOS電晶體、一第二MOS電晶體、一變壓器、一燈管以及一電阻，其中該變壓器耦接至該第一MOS電晶體、該第二電晶體、一電壓源以及一接地端，且該燈管耦接於該變壓器以及該電阻之間，該控制電路包含有：一影像處理電路，用以接收並處理包含有複數個畫面資料之一影像訊號，該顯示單元係用來顯示該畫面資料；一亮度分析電路，用來接收該影像訊號並分析該影像訊號之亮度值，以產生一亮度分析結果，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，用以計算至少一該亮度等級的像素之數目以及一畫面資料中所有像素之亮度值的平均值，並用以產生一亮度指標，該亮度指標包含了該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值；以及一亮度指標分析電路，耦接該計算電路，並用以根據一查詢表分析該亮度指標以產生該亮度分析結果，其中該亮度分析結果是同時根據該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值來產生；以及一背光控制單元，耦接該亮度分析電路，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，其中該第一MOS電晶體和該第二MOS電晶體分別在該第一MOS電晶體和該第二MOS電晶體的閘極端接收該控制訊號。
如申請專利範圍第4項所述之控制電路，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。
如申請專利範圍第5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。
一種亮度控制方法，用於一顯示裝置，該顯示裝置包含有一顯示單元及一背光模組，該方法係控制該顯示單元顯示一影像訊號之對應內容，並控制該背光模組提供至該顯示單元之背光強度，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內容；(c)分析該影像訊號以產生一亮度分析結果，其中該步驟(c)包含；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；計算至少一該亮度等級的像素之數目以及一畫面資料中所有像素之亮度值的平均值；以及產生一亮度指標，該亮度指標包含了該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值；以及根據一查詢表分析該亮度指標以產生該亮度分析結果，其中該亮度分析結果是同時根據該些亮度等級其中之一的該像素之該數目以及該畫面資料中所有該像素之該亮度值的該平均值來產生；以及(d)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，其中該背光模組包含一第一MOS電晶體、一第二MOS電晶體、一變壓器、一燈管以及一電阻，其中該變壓器耦接至該第一MOS電晶體、該第二電晶體、一電壓源以及一接地端，且該燈管耦接於該變壓器以及該電阻之間。
如申請專利範圍第7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。
如申請專利範圍第8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。