專利名稱：用于控制背光的設(shè)備和方法以及液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制背光的設(shè)備和方法以及液晶顯示器，更具體而 言，涉及一種能夠防止在從傾斜角度觀看液晶顯示器時(shí)該顯示器的輝度
(luminance)不均勻的背光控制設(shè)備和方法，以及液晶顯示器。
背景技術(shù)：
每個(gè)液晶顯示器(以下稱為LCD)包括液晶面板和布置在面板后方的 背光(backlight)。液晶面板包括具有紅、綠和藍(lán)濾色器圖案的濾色器基 板和液晶層。
在每個(gè)LCD中，通過改變施加到液晶層的電壓來控制液晶分子的取 向(偏轉(zhuǎn)狀態(tài))。來自背光并且根據(jù)分子的受控狀態(tài)而透射通過液晶層的 白光經(jīng)過紅、綠和藍(lán)濾色器，以產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)光束，從而使得圖像被顯 示。
在下面的描述中，上述改變施加的電壓以控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)并 改變透射比的控制將被稱為"孔徑比率(aperture ratio)控制"。此外，從 充當(dāng)光源的背光發(fā)出并入射在液晶層上的光的強(qiáng)度將被稱為"背光輝度 (backlight luminance)"。另外，從液晶面板的前表面射出并被從視覺上 識別顯示圖像的觀看者所感知到的光的強(qiáng)度將被稱為"顯示輝度(display luminance)"。
在典型的LCD中，雖然液晶面板的整個(gè)屏幕被背光以最大背光輝度 均勻地照射，但只有液晶面板的每個(gè)像素中的孔徑比率被控制以在屏幕中 的每個(gè)像素中獲得必要的顯示輝度。例如，如果整個(gè)屏幕顯示暗圖像，則 背光以最大背光輝度發(fā)出光。不利的是，功率消耗很高并且對比率很低。
為了克服上述缺點(diǎn)，例如，日本未實(shí)審專利申請公布No. 2004-212503 和2004-246117公開了將屏幕分區(qū)成多個(gè)區(qū)段(segment)并控制每個(gè)區(qū)段中的背光輝度的方法。
現(xiàn)在將參考圖1至圖3描述上述每個(gè)區(qū)段中的背光控制(以下稱之為 "背光分區(qū)控制")。
圖l示出了 LCD上顯示的原始圖像P1。原始圖像P1包括橢圓的暗區(qū) 域R1，該暗區(qū)域Rl在圖像的基本上中心處具有最低顯示輝度。當(dāng)遠(yuǎn)離區(qū) 域Rl而朝向圖像Pl的外圍時(shí)，圖像Pl的顯示輝度逐漸增大。與圖1中 圖像Pl的下部相比，在圖1中圖像Pl的上部，從暗區(qū)域Rl到外圍顯示 輝度的變化率較大。
圖2示意性地示出了背光的結(jié)構(gòu)。
參考圖2，背光具有照明區(qū)域，其包括布置成6行(在水平方向上延 伸)x4列(在垂直方向上延伸)的區(qū)段，即24個(gè)區(qū)段。
當(dāng)背光發(fā)出與原始圖像Pl相對應(yīng)的光時(shí)，背光根據(jù)原始圖像Pl的區(qū) 域Rl的顯示輝度，減小兩個(gè)陰影區(qū)段中每一個(gè)中的背光輝度(即使光衰 減或減小光量)。
從而，基于圖1的原始圖像P1，獲得了圖3所示的背光輝度分布。在 該分布中，顯示輝度在照明區(qū)域的基本中心部分最低，并且朝著外圍逐漸 增大。如上所述，部分地減小從背光發(fā)出的光的量可降低功率消耗，從而 增大顯示輝度的動(dòng)態(tài)范圍。
由于照明區(qū)域中的區(qū)段的數(shù)目一般小于液晶面板中的像素的數(shù)目，因 此圖1中的原始圖像Pl的顯示輝度分布與圖3中的背光輝度分布并不一 致。存在許多的在背光輝度和顯示輝度之間具有差異的像素。例如，雖然 布置在圖3的線Q-Q'上的像素具有不同的背光輝度，但原始圖像Pl中的 相應(yīng)像素卻具有相同的顯示輝度。因此，在背光分區(qū)控制中，線Q-Q'上的 每個(gè)像素的孔徑比率被設(shè)置為高于沒有背光分區(qū)控制時(shí)的孔徑比率，以使 得透射光的量大于沒有背光分區(qū)控制時(shí)的量。在下面的描述中，通過孔徑 比率控制，即改變孔徑比率以補(bǔ)償受控的背光輝度而獲得的表觀顯示輝度 將被稱為"校正后顯示輝度"。
圖4是示出在背光分區(qū)控制中背光輝度和校正后顯示輝度之間的關(guān)系 的概念圖。用于背光分區(qū)控制的背光控制單元控制預(yù)定區(qū)域中的每個(gè)像素的孔徑 比率，以使得校正后顯示輝度分布McL與背光輝度分布Mbl相反，以便在 預(yù)定區(qū)域中實(shí)現(xiàn)相同的顯示輝度TQ。在此例中，取決于孔徑比率被改變了
多少的校正后顯示輝度的水平由圖5所示的液晶的透射特性來確定。
當(dāng)LCD的屏幕被從前方觀看時(shí)所獲得的液晶的透射特性一般被用作 基準(zhǔn)。圖5所示的透射特性也是在從前方觀看屏幕時(shí)(以下也稱之為"從 0度角觀看時(shí))獲得的。此透射特性被預(yù)先評定和確定。

發(fā)明內(nèi)容
用戶并不總是從前方觀看在LCD的屏幕上顯示的圖像。假定用戶從 傾斜的角度觀看LCD的屏幕。由于液晶具有觀看角度特性，因此液晶的 透射特性取決于觀看屏幕的角度(即觀看角度)。圖6除了示出從0度角 觀看時(shí)獲得的透射特性，還示出了在從相對于屏幕前方在水平方向上偏移 45度的觀看點(diǎn)觀看LCD的屏幕時(shí)獲得的另一透射特性。
圖6示出了對照預(yù)定背光輝度下的顯示輝度而繪制的設(shè)定灰度級，其 充當(dāng)設(shè)置液晶的透射比的設(shè)置值。圖7示出了從45度角觀看時(shí)獲得的顯 示輝度與從0度角觀看時(shí)獲得的顯示輝度的輝度比，該比率被用于圖6所 示的從0度角觀看時(shí)獲得的顯示輝度和從45度角觀看時(shí)獲得的顯示輝度 之間的比較。
參考圖6和圖7，在低于點(diǎn)a的設(shè)定灰度級范圍中，從45度角觀看時(shí) 獲得的輝度(透射比)高于從0度角觀看時(shí)獲得的輝度(透射比)。此 外，每次灰度級改變一步時(shí)輝度比的改變率很高。另一方面，在高于點(diǎn)a 的設(shè)定灰度級范圍中，從0度角觀看時(shí)獲得的輝度高于從45度角觀看時(shí) 的輝度，并且每次灰度級改變一步時(shí)輝度比的改變率低于較低灰度級范圍 時(shí)的情況。由于液晶的透射特性取決于液晶模式，例如垂直對齊(VA) 或面內(nèi)切換(in-pane switching, IPS)，因此特性并不限于圖6和圖7所 示的那些。
圖4所示的背光輝度和校正后顯示輝度之間的關(guān)系一般是基于從0度 角觀看時(shí)獲得的液晶的透射特性而計(jì)算的。當(dāng)基于由圖6中虛線所指示的
從45度角觀看時(shí)獲得的液晶的透射特性而獲得在從45度角觀看屏幕的情 況下的校正后顯示輝度分布Mo/時(shí)，校正后輝度分布McL'如圖8所示。
參考圖8，具有最小的校正后顯示輝度(即最大背光輝度)的像素是 與點(diǎn)a相對應(yīng)的像素xa，其中在圖6和圖7中的從0度角觀看時(shí)獲得的顯 示輝度和從45度角觀看時(shí)獲得的顯示輝度之間沒有差異。背光輝度由BLa
指示，校正后顯示輝度由LCa指示。假定除像素Xa外的每個(gè)像素的設(shè)定灰
度級別被設(shè)置為高于點(diǎn)a中的灰度級別。
達(dá)種情況下，從45度角觀看時(shí)獲得的校正后顯示輝度分布Mo/低于 從O度角觀看時(shí)獲得的校正后顯示輝度分布McL。從而，從45度角觀看屏
幕時(shí)獲得的除像素Xa之外的每個(gè)像素的顯示輝度相對于目標(biāo)顯示輝度To
有偏差，偏差大小為校正后顯示輝度McL和Mc!/之間的差，如圖8中的粗 長虛線所示。
換言之，盡管進(jìn)行了提供相同顯示輝度T。的控制，當(dāng)用戶從45度角 觀看屏幕時(shí)，除了像素^之外的像素根據(jù)背光輝度分布M禮而具有相對于 目標(biāo)顯示輝度To的偏差。如果最大偏差A(yù)T與顯示輝度To的比率 (AT/TQ)大，則具有偏差的像素被看作輝度上的不均。
本發(fā)明是考慮到上述情況而作出的，并且希望防止當(dāng)從傾斜的角度觀 看屏幕時(shí)輝度的不均。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種背光控制設(shè)備，用于控制在液 晶顯示器中使用的背光，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊(block)的照明區(qū)域， 在多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)中背光輝度可以單獨(dú)地改變。該設(shè)備包括背光控 制單元，其計(jì)算使得背光照明比與1之間的差的絕對值等于或低于第一值 的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制背光以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光 輝度，背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率。
在此實(shí)施例中，背光照明比可在1與以下比率之間的差的絕對值等于 或低于第二值的條件下計(jì)算的，該比率是照明區(qū)域中與彼此相距預(yù)定距離 的像素的背光輝度之間的比率。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了 一種控制在液晶顯示器中使用的背 光的方法，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)中背光輝度可以單獨(dú)地改變。該方法包括以下步驟計(jì)算使得背光照明比 與1之間的差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度；以及控 制背光以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，背光照明比是相鄰區(qū)塊的 背光設(shè)置值之間的比率。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種液晶顯示器，包括以下元件 背光，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)中背 光輝度可以單獨(dú)地改變。背光控制單元計(jì)算使得背光照明比與1之間的差 的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制背光以便產(chǎn) 生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之 間的比率。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每個(gè)區(qū)塊的背光輝度被計(jì)算以使得1與(相鄰 區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的)背光照明比之間的差的絕對值等于或低于第一 值，并且背光被控制以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可降低功率消耗，并且增大顯示輝度的動(dòng)態(tài)范圍。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以防止當(dāng)用戶從傾斜的角度觀看液晶顯示器 的屏幕時(shí)用戶所感知到的輝度不均。


圖1是說明背光分區(qū)控制的圖2是說明背光分區(qū)控制的另一幅圖3是說明背光分區(qū)控制的另一幅圖4是示出在背光分區(qū)控制中背光輝度和校正后顯示輝度之間的關(guān)系 的概念圖5是示出從0度角觀看時(shí)液晶的透射特性的圖； 圖6是示出從O度角觀看時(shí)液晶的透射特性和從45度角觀看時(shí)液晶的 透射特性的圖7是示出從0度角觀看時(shí)的輝度與從45度角觀看時(shí)的輝度之比的
圖8是示出從45度角觀看時(shí)背光輝度和校正后顯示輝度之間的關(guān)系
的圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示器的結(jié)構(gòu)的框圖IO是說明人類視覺的圖ll是說明區(qū)塊間控制的圖12是說明區(qū)塊間控制的另一幅圖13是說明區(qū)塊間控制的另一幅圖14是說明區(qū)塊間控制的另一幅圖15是示出與單個(gè)區(qū)塊相關(guān)的輪廓(profile)的示例的圖16是示出利用區(qū)塊間控制而獲得的合成輪廓的示例的圖n是示出輝度比計(jì)算結(jié)果的圖18是說明如何獲得最小照明比的圖；以及
圖19是說明顯示控制過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明的實(shí)施例之前，下面討論本發(fā)明的特征和本發(fā)明的實(shí)施 例中公開的具體要素之間的對應(yīng)關(guān)系。這一描述是為了使人確信在本說明 書和附圖中描述了支持所要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例。因此，即使以下實(shí)施 例或者附圖中的要素未被描述為與本發(fā)明的某個(gè)特征相關(guān)，這也不一定意 味著該要素不與權(quán)利要求的該特征相關(guān)。相反，即使在這里某個(gè)要素被描 述為與權(quán)利要求的某個(gè)特征相關(guān)，這也不一定意味著該要素不與權(quán)利要求 的其他特征相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種背光控制設(shè)備(例如圖9中的控制 器13)，用于控制在液晶顯示器中使用的背光，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊
的照明區(qū)域，在每個(gè)區(qū)塊中背光輝度可以單獨(dú)地改變。該設(shè)備包括背光控
制單元(例如圖9中的光源控制單元32)，該單元計(jì)算使得背光照明比與 1之間的差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制 背光以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊 的背光設(shè)置值之間的比率。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種控制在液晶顯示器中使用的背 光的方法，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在每個(gè)區(qū)塊中背光輝度 可以單獨(dú)地改變。該方法包括以下步驟計(jì)算使得背光照明比與1之間的 差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度(例如圖19中的步 驟SB)，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率；并且控 制背光以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度(例如，圖19中的步驟
S16)。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示器的結(jié)構(gòu)。
參考圖9，液晶顯示器(以下簡稱為LCD) 1包括液晶面板11、布置 在液晶面板11的后方的背光12以及用于控制液晶面板11和背光12的控 制器13。液晶面板11包括具有紅、綠和藍(lán)濾色器圖案的濾色器基板，以 及液晶層。
LCD l在預(yù)定的顯示區(qū)域(即顯示單元21)中顯示與輸入圖像信號相 對應(yīng)的原始圖像。提供到LCD 1的圖像信號對應(yīng)于具有例如60 Hz的幀速 率的圖像。下面將該圖像稱為"場圖像"。
液晶面板11包括顯示單元21、源極驅(qū)動(dòng)器22和柵極驅(qū)動(dòng)器23。顯 示單元21具有多個(gè)孔隙，這些孔隙允許從背光12發(fā)出的光從中經(jīng)過。源 極驅(qū)動(dòng)器22和柵極驅(qū)動(dòng)器23向布置在顯示單元21的各個(gè)孔隙中的薄膜晶 體管(TFT)(在圖中未示出)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號。
經(jīng)過孔隙的光束進(jìn)入布置在濾色器基板(未示出)中的紅、綠和藍(lán)濾 色器，從而產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)光束。 一組三個(gè)孔隙(紅、綠和藍(lán)光束分別通 過其射出)對應(yīng)于顯示單元21的單個(gè)像素。通過其射出紅、綠或藍(lán)光束 的每個(gè)孔隙對應(yīng)于構(gòu)成單個(gè)像素的一個(gè)子像素。
背光12在與顯示單元21相對的照明區(qū)域中發(fā)出白光。背光12的照明 區(qū)域包括多個(gè)區(qū)塊(區(qū)段)并且各個(gè)區(qū)塊的照明模式是被單獨(dú)控制的。
在本實(shí)施例中，假定背光12的照明區(qū)域包括布置成22個(gè)水平行和22 個(gè)垂直列的484個(gè)區(qū)塊。因?yàn)槔L圖紙空間有限，圖9示出了背光12的一個(gè) 示例，該背光12包括布置成5個(gè)水平行和6個(gè)垂直列的區(qū)塊。
光源LTij被布置在每個(gè)區(qū)塊Ajj中。光源LT^例如包括分別發(fā)出紅、 綠和藍(lán)光束的發(fā)光二極管(LED)，這些LED是以預(yù)定順序布置的。光源 LTij發(fā)出白光，該白光是通過基于提供自光源控制單元32的控制信號混合 紅、綠和藍(lán)光束而獲得的。
每個(gè)區(qū)塊Aij不是通過例如使用分區(qū)板來在物理上劃分背光12的照明 區(qū)域而獲得的物理區(qū)段，而是與光源LTjj相對應(yīng)的虛擬區(qū)段。因此，從光 源LT^發(fā)出的光被漫射體(未示出)所漫射，從而不僅布置在光源LTy前 方的相應(yīng)區(qū)塊Aij而且圍繞區(qū)塊的其他區(qū)塊都被漫射的光所照射。
控制器13包括顯示輝度計(jì)算單元31、光源控制單元32和液晶面板控 制單元33?？刂破?3既充當(dāng)用于控制液晶面板11的液晶面板控制設(shè)備， 又充當(dāng)用于控制背光12的背光控制設(shè)備。
顯示輝度計(jì)算單元31從另一設(shè)備接收與場圖像相對應(yīng)的圖像信號。 顯示輝度計(jì)算單元31從所提供的圖像信號獲得場圖像的輝度分布，并且 還從場圖像的輝度分布計(jì)算每個(gè)區(qū)塊Ai,j所必需的顯示輝度PN,，j。所計(jì)算 出的顯示輝度PN,d被提供到光源控制單元32和液晶面板控制單元33中的 每一個(gè)。
光源控制單元32基于從顯示輝度計(jì)算單元31提供來的每個(gè)顯示輝度 PNij確定背光輝度Bk。在此例中，光源控制單元32計(jì)算背光輝度 BLij，以便在顯示單元21的每個(gè)像素中滿足以下要求目標(biāo)像素(例如像 素xl)的背光輝度BLxl和與像素xl相距預(yù)定距離DS的像素x2的背光 輝度BLx2 (SLxl)的比率c (以下稱之為"輝度比c")等于或低于最 大輝度比Cmax (c=BLxl/BLx2 (2))。光源控制單元32將計(jì)算出的背 光輝度BI^提供到液晶面板控制單元33。
在此例中，最大輝度比Cmax是在以下條件下獲得的(最大輝度比 Cmax) S(最大差錯(cuò)率emax) x (最小可感知輝度變化水平)，即輝度的不 均勻程度被降低到這樣一個(gè)水平即使在用戶(人)傾斜地觀看顯示單元 時(shí)，用戶也不會(huì)從視覺上感知到不均勻。
最大差錯(cuò)率￡ ^是通過以下表達(dá)式獲得的差錯(cuò)率e的最大值
l(BLxl x LCxl -BLx2 x LCx2)/(BLxl x LCxl)l
其中令LCxl和LCx2分別為背光12的照明區(qū)域中的上述像素xl和x2的 孔徑比率。影響最大差錯(cuò)率en^的因素包括1)液晶的觀看角度特性， 2)由液晶和漫射體之間的間距導(dǎo)致的視差，以及3)計(jì)算的精度。其中最 重要的因素確定了最大差錯(cuò)率emax。
最小可感知輝度變化水平是一個(gè)通過感官評定而獲得的輝度比，在該 輝度比下，用戶(人眼)在視覺上分辨出輝度差異(即輝度的不均)。正 如Weber定律所描述的，很明顯，例如人類視覺這樣的感知是對刺激強(qiáng)度 的比率而不是其間的差異作出響應(yīng)的。如圖10中的虛線所指示，當(dāng)輝度 以恒定幅度變化時(shí)，輝度比c與空間頻率成比例地增大。相關(guān)響應(yīng)在圖10 中箭頭所指示的預(yù)定空間頻率范圍中也與空間頻率成比例地增大。從而， 輝度比c具有獨(dú)立于空間頻率的恒定差分閾值。因此，最小可感知輝度變 化水平可被定義為獨(dú)立于各個(gè)區(qū)塊的背光輝度的輝度分布的形狀的恒定 值。
如上所述，光源控制單元32在(最大輝度比Cmax) S(最大差錯(cuò)率 emax) x (最小可感知輝度變化水平)的條件下，計(jì)算滿足輝度比c等于或 低于最大輝度比Cmax的要求的背光輝度BLij。由于背光12中要控制的每 個(gè)單元是一個(gè)區(qū)塊，因此必須獲得相鄰區(qū)塊的光源設(shè)置值的比率r的最小 值R，以滿足輝度比c等于或低于最大輝度比Cmax的要求。在本文中， 將把相鄰區(qū)塊的光源設(shè)置值的比率r稱為"照明比r"，并將照明比r的最 小值R稱為"最小照明比R"。后面將參考圖18描述如何從最大輝度比 Cmax獲得最小照明比R。光源控制單元32獲得滿足輝度比c等于或低于 最大輝度比Cmax要求的最小照明比R，并計(jì)算每個(gè)背光輝度BI^，以便 滿足最小照明比R。即使在相鄰區(qū)塊的顯示輝度上存在相當(dāng)大的差異，最 小照明比R (0<R<1)也是最小必要比率。當(dāng)在相鄰區(qū)塊的顯示輝度上不 存在差異時(shí)，照明比r可以等于或高于最小照明比R (比率r等于或高于 最小照明比R是沒有問題的)。
光源控制單元32根據(jù)脈沖幅度調(diào)制(PAM)控制或脈沖寬度調(diào)制 (PWM)控制來控制背光12，以便獲得計(jì)算出的背光輝度BLy。在下面 的描述中，上述控制背光輝度BLij使得照明比r等于或高于最小照明比R將被稱為"區(qū)塊間控制"。在本實(shí)施例中，例如，假定距離DS被設(shè)置為
7.45 mm，最大輝度比Cmax為1.02。當(dāng)Cmax=1.02時(shí)，最小照明比R為 0.88。
液晶面板控制單元33基于從顯示輝度計(jì)算單元31提供來的相應(yīng)的顯 示輝度PNg和從光源控制單元32提供來的相應(yīng)的背光輝度BLjj，為顯示 單元21中的每個(gè)像素確定孔徑比率。液晶面板控制單元33將驅(qū)動(dòng)控制信 號提供給液晶面板11的源極驅(qū)動(dòng)器22和柵極驅(qū)動(dòng)器23，以便獲得所確定 的各個(gè)像素的孔徑比率，從而驅(qū)動(dòng)顯示單元21中的像素的TFT。
現(xiàn)在將參考圖11至圖14更詳細(xì)描述光源控制單元32進(jìn)行的區(qū)塊間控制。
圖11示出了當(dāng)單個(gè)目標(biāo)區(qū)塊中的光源，例如照明區(qū)域中心處的目標(biāo) 區(qū)塊An,u中的光源LTu，n可以獨(dú)立地發(fā)出光時(shí)，所獲得的背光輝度的輝 度分布(以下稱之為"輪廓(profile) " ) Pro。由于參考圖11至圖14進(jìn) 行了僅涉及布置在單一行(j=ll)中的區(qū)塊Ai，u的說明，因此在下面的描 述和圖11至圖14中省略了指示行號"j"的數(shù)值"11"。
參考圖12，為了允許目標(biāo)區(qū)塊An中的光源LTu處于背光輝度BLl， 利用目標(biāo)區(qū)塊A 中的光源LT 的設(shè)置值作為區(qū)塊間控制中的基準(zhǔn) (1)，照明比r被設(shè)置到最小照明比R。因此，必須允許區(qū)塊An兩側(cè)的 相鄰區(qū)塊Am和A12中相應(yīng)的光源以背光輝度(BLlxR)發(fā)出光，并且還 必須允許區(qū)塊A9和A13中相應(yīng)的光源以背光輝度(BLlxR2)發(fā)出光。因 此，當(dāng)通過使用圖11所示的光源LT 的獨(dú)立發(fā)光而獲得的輪廓Pro和最 小照明比R被確定時(shí)，中心在目標(biāo)區(qū)塊An附近的合成輪廓Prol必然被確 定。
圖13示出了目標(biāo)區(qū)塊An的顯示輝度PNu是背光12能夠提供的最大 顯示輝度(以下適當(dāng)?shù)胤Q之為"峰值輝度")PNpk并且同一行中的其他區(qū) 塊A9、 A1Q、 Au和An的相應(yīng)顯示輝度PN9、 PN1Q、 PNu和PN13為0情 況，該最大顯示輝度PNpK與以下情況下獲得的顯示輝度相同不執(zhí)行背 光分區(qū)控制，各個(gè)區(qū)塊Ag中的光源以相同的100%輸出水平發(fā)出光，并且 每個(gè)像素的孔徑比率被設(shè)置為100%。光源控制單元32可計(jì)算驅(qū)動(dòng)因子 K 以偏置合成輪廓Prol，以便獲得合成輪廓Pro2，其中在目標(biāo)區(qū)塊A 的每個(gè)像素中滿足峰值輝度PNpK，如圖14所示。在此例中，驅(qū)動(dòng)因子 Kn是利用上述峰值輝度PNpK作為基準(zhǔn)(1)而確定的。為了通過降低圍 繞目標(biāo)區(qū)塊An的每個(gè)區(qū)塊A9、 A1Q、 Au和Au的背光輝度來在目標(biāo)區(qū)塊 A 的每個(gè)像素中滿足峰值輝度PNPK，必須將目標(biāo)區(qū)塊A 中的設(shè)置值設(shè) 置為高于不執(zhí)行背光分區(qū)控制的情況。因此，驅(qū)動(dòng)因子K 等于或高于1 (100%)。照明區(qū)域中的所有區(qū)塊的驅(qū)動(dòng)因子K,，j不同時(shí)等于或高于1。 圖15至圖17示出了數(shù)值的具體示例。
圖15示出了當(dāng)區(qū)塊A 中的光源LTu可以獨(dú)立地發(fā)出光時(shí)所獲得的 實(shí)際輪廓Pro。
參考圖15，坐標(biāo)指示當(dāng)峰值輝度PNpK是基準(zhǔn)值(PNPK=1)時(shí)獲得的 由相對值表示的相對輝度。由于由曲線指示的輪廓Pro是關(guān)于區(qū)塊Au對 稱的，因此在圖15中省略了指示其他區(qū)塊的相對輝度的輪廓曲線的右 部。
圖15的輪廓Pro是在以下條件下獲得的光源(和背光結(jié)構(gòu))經(jīng)歷光 學(xué)調(diào)節(jié)，例如電流(PAM)控制或PWM控制，而不進(jìn)行背光分區(qū)控制， 以使得各個(gè)區(qū)塊Aij中的光源以相同的輸出水平100%接通，從而提供均一 的輝度。背光結(jié)構(gòu)在光學(xué)上被設(shè)計(jì)成使得輪廓的最大背光輝度被設(shè)置為例 如0.26的相對輝度。最大背光輝度不一定被設(shè)置為0.26。最大背光輝度最 好為0.20或更高。
在具有圖15的輪廓Pro的光發(fā)射中，當(dāng)如圖13所示，區(qū)塊An中的 顯示輝度PNu是峰值輝度PNpk并且第j行中的每個(gè)其他區(qū)塊A (i;41) 中的顯示輝度PNi (i541)被計(jì)算為"0"時(shí)，光源控制單元32對區(qū)塊A6 至Au)執(zhí)行區(qū)塊間控制。在這種情況下獲得的輪廓在圖16中示出。
參考圖16，實(shí)線指示有區(qū)塊間控制時(shí)獲得的輪廓，虛線指示沒有區(qū)塊 間控制時(shí)獲得的輪廓。在沒有區(qū)塊間控制的后一情況下，區(qū)塊A 的驅(qū)動(dòng) 因子的使用方式與圖13的情況類似。在此例中，驅(qū)動(dòng)因子Kn為1.25。
圖17示出了圖16所示的有區(qū)塊間控制的輪廓和沒有區(qū)塊間控制的輪 廓中的輝度比c的計(jì)算結(jié)果。 參考圖17，在有區(qū)塊間控制的輪廓的情況下，區(qū)塊A6至An中的每
一個(gè)中的輝度比c小于最大輝度比Cmax (=1.02)。在沒有區(qū)塊間控制的 輪廓的情況下，區(qū)塊A6至A 的大多數(shù)中的鄰近輝度比c都明顯高于最大 輝度比Cmax。
只要最小照明比R=0.88，上述控制就可以實(shí)現(xiàn)，使得輝度比c等于或 低于最大輝度比Cmax。
現(xiàn)在將參考圖18描述如何從最大輝度比Cmax獲得最小照明比R。
當(dāng)只與光源LTij相關(guān)的輪廓Pro和最小照明比R被如上所述地確定 時(shí)，合成輪廓Prol必然被確定。光源控制單元32暫時(shí)地確定多個(gè)最小照 明比R，并且基于每個(gè)暫時(shí)確定的比率R來獲得合成輪廓Prol。之后，光 源控制單元32針對每個(gè)獲得的合成輪廓Prol計(jì)算最大輝度比Cmax。
圖18示出了對照暫時(shí)確定的最小照明比R而繪制的最大輝度比 Cmax。參考圖18，當(dāng)最小照明比R的范圍在0.60至0.90時(shí)，最大輝度比 Cmax和最小照明比R之間的關(guān)系可以被認(rèn)為是線性的。該范圍0.60至 0.90包括對照最大輝度比Cmax^.02繪制的最小照明比R。因此，與目標(biāo) 最大輝度比Cmax (=1.02)相關(guān)的最小照明比R可以從暫時(shí)確定的最小照 明比R和基于暫時(shí)確定的比率R的最大輝度比Cmax而后向地計(jì)算。
現(xiàn)在將參考圖19的流程圖描述LCD 1進(jìn)行的顯示控制過程。
在步驟Sll中，顯示輝度計(jì)算單元31接收從另一設(shè)備提供來的圖像 信號。該圖像信號對應(yīng)于單個(gè)場圖像。
在步驟S12中，顯示輝度計(jì)算單元31獲得場圖像的輝度分布。另 外，顯示輝度計(jì)算單元31從場圖像的輝度分布計(jì)算每個(gè)區(qū)塊A^所必需的 顯示輝度PNij。顯示輝度計(jì)算單元31將計(jì)算出的顯示輝度PN^提供到光 源控制單元32和液晶面板控制單元33中的每一個(gè)。
在步驟S13中，光源控制單元32從每個(gè)顯示輝度PNij計(jì)算背光輝度 BLij，以使得照明比r等于或高于最小照明比R。
在步驟S14中，光源控制單元32基于每個(gè)背光輝度BLij確定驅(qū)動(dòng)因 子&。
在步驟S15中，液晶面板控制單元33基于從顯示輝度計(jì)算單元31提
供來的相應(yīng)的顯示輝度PNij和從光源控制單元32提供來的相應(yīng)的背光輝
度BLij，為每個(gè)區(qū)塊Aij中的每個(gè)像素確定孔徑比率。
在步驟S16中，光源控制單元32基于相應(yīng)區(qū)塊Aij的驅(qū)動(dòng)因子Kij， 驅(qū)動(dòng)每個(gè)光源LTij的LED。
在步驟S17中，液晶面板控制單元33將驅(qū)動(dòng)控制信號提供給液晶面 板11的源極驅(qū)動(dòng)器22和柵極驅(qū)動(dòng)器23，以控制每個(gè)區(qū)塊Aid中的每個(gè)像 素的TFT，以便獲得先前確定的相應(yīng)孔徑比率。
在步驟S18中，顯示輝度計(jì)算單元31確定是否未接收到圖像信號。 如果確定接收到圖像信號，則過程返回步驟Sll，并且步驟Sll至S18被 重復(fù)。從而，液晶面板ll顯示下一場圖像。
如果在步驟S18中確定未接收到圖像信號，則過程終止。
如上所述，光源控制單元32執(zhí)行區(qū)塊間控制以控制每個(gè)區(qū)塊中相應(yīng) 背光輝度BL,j (在該背光輝度BLij下照明比r等于或高于最小照明比R) 光發(fā)射，以便每個(gè)區(qū)塊中的輝度比c可被設(shè)置為等于或低于最大輝度比 Cmax。有利的是，即使觀看LCD 1上顯示的圖像的用戶從傾斜的角度觀 看LCD 1的屏幕，用戶也不會(huì)感知到任何輝度不均。LCD 1可防止當(dāng)屏幕 被傾斜地觀看時(shí)發(fā)生輝度不均。
由于控制器13執(zhí)行背光分區(qū)控制，因此很明顯與沒有背光分區(qū)控制 的情況相比可以降低功率消耗，并且每個(gè)顯示輝度的動(dòng)態(tài)范圍可以比該情 況下的更寬。
如上所述，相鄰區(qū)塊的光源的設(shè)置值受到預(yù)定條件的限制，從而使得 輝度比c被控制為等于或低于最大輝度比Cmax。該控制也可以簡單地由 光學(xué)系統(tǒng)獨(dú)自實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)令BLxl和BLx2分別為背光12的照明區(qū)域中的像素xl和x2的背 光輝度，并且LCxl和LCx2分別為像素xl和x2的孔徑比率時(shí)，除了或取 代將輝度比c控制為等于或低于最大輝度比Cmax，可將由K(BLx2-BLx2)/BLxl)/(xl-x2"表達(dá)的值控制在預(yù)定的值(例如4±1 (%/mm))上。
照明比r等于或高于最小照明比R這一條件可以被轉(zhuǎn)化為照明比r與 1之間的差的絕對值(|r-l|)等于或低于第一值Tl這一條件。另一個(gè)條件
即輝度比c等于或低于最大輝度比Cmax可以被轉(zhuǎn)化為輝度比c與1之間 的差的絕對值(|c-l|)等于或低于第二值T2這一條件。第一值Tl是最小 照明比R與1之間的差的絕對值(T1=|R-1|)。第二值T2是最大輝度比 Cmax與l之間的差的絕對值(T2=|Cmax-l|)。
在本說明書中，流程圖中描述的步驟不僅包括其中按所描述順序以時(shí) 序形式執(zhí)行的步驟的處理，還包括其中并行地或單獨(dú)地而不是以時(shí)序形式 執(zhí)行步驟的處理。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行 各種修改、組合、子組合和變更，只要它們處于所附權(quán)利要求或其等同物 的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明包含與2006年12月1日向日本專利局遞交的日本專利申請JP 2006-325781相關(guān)的主題，這里通過引用將其全部內(nèi)容并入。
權(quán)利要求
1.一種背光控制設(shè)備，用于控制在液晶顯示器中使用的背光，所述背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在所述多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)區(qū)塊中背光輝度被允許單獨(dú)地改變，所述設(shè)備包括背光控制裝置，所述背光控制裝置計(jì)算使得背光照明比與1之間的差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制所述背光以使得產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述背光照明比是在1與以下 比率之間的差的絕對值等于或低于第二值的條件下計(jì)算的所述比率是所 述照明區(qū)域中彼此相距預(yù)定距離的像素的背光輝度之間的比率。
3. —種控制在液晶顯示器中使用的背光的方法，所述背光具有包括多 個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在所述多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)區(qū)塊中背光輝度被允許單 獨(dú)地改變，所述方法包括以下步驟計(jì)算使得背光照明比與1之間的差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè) 區(qū)塊的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率； 以及控制所述背光以使得產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述背光照明比是在1與以下比率之間的差的絕對值等于或低于第二值的條件下計(jì)算的所述比率是所 述照明區(qū)域中彼此相距預(yù)定距離的像素的背光輝度之間的比率。
5. —種液晶顯示器，包括背光，所述背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在所述多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)區(qū)塊中背光輝度被允許單獨(dú)地改變；以及背光控制裝置，所述背光控制裝置計(jì)算使得背光照明比與l之間的差的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制所述背光以 使得產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器，其中，所述背光照明比是在1與以下比率之間的差的絕對值等于或低于第二值的條件下計(jì)算的所述比 率是所述照明區(qū)域中彼此相距預(yù)定距離的像素的背光輝度之間的比率。
7. —種背光控制設(shè)備，用于控制在液晶顯示器中使用的背光，所述背 光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在所述多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)區(qū)塊中背光 輝度被允許單獨(dú)地改變，所述設(shè)備包括背光控制單元，所述背光控制單元計(jì)算使得背光照明比與1之間的差 的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制所述背光以 使得產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背 光設(shè)置值之間的比率。
8. —種液晶顯示器，包括背光，所述背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在所述多個(gè)區(qū)塊中的 每一個(gè)區(qū)塊中背光輝度被允許單獨(dú)地改變；以及背光控制單元，所述背光控制單元計(jì)算使得背光照明比與1之間的差 的絕對值等于或低于第一值的每個(gè)區(qū)塊的背光輝度，并且控制所述背光以 使得產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，所述背光照明比是相鄰區(qū)塊的背 光設(shè)置值之間的比率。
全文摘要
公開了一種用于控制背光的設(shè)備和方法以及液晶顯示器。背光控制設(shè)備用于控制在液晶顯示器中使用的背光，該背光具有包括多個(gè)區(qū)塊的照明區(qū)域，在多個(gè)區(qū)塊中的每一個(gè)中背光輝度可以單獨(dú)地改變。該設(shè)備包括背光控制單元，其計(jì)算每個(gè)區(qū)塊的背光輝度以使得背光照明比與1之間的差的絕對值等于或低于第一值，并且控制背光以便產(chǎn)生各個(gè)區(qū)塊的計(jì)算出的背光輝度，背光照明比是相鄰區(qū)塊的背光設(shè)置值之間的比率。
文檔編號G09G3/34GK101192375SQ20071018757
公開日2008年6月4日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者木村和人, 林正健, 淺野光康, 勝義浩, 青木富雄 申請人:索尼株式會(huì)社