用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器的制作方法
专利名称：用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器，更具体而 言，涉及一种能够防止在从倾斜角度观看液晶显示器时该显示器的辉度
(luminance)不均匀的背光控制设备和方法，以及液晶显示器。
背景技术：
每个液晶显示器(以下称为LCD)包括液晶面板和布置在面板后方的 背光(backlight)。液晶面板包括具有红、绿和蓝滤色器图案的滤色器基 板和液晶层。
在每个LCD中，通过改变施加到液晶层的电压来控制液晶分子的取 向(偏转状态)。来自背光并且根据分子的受控状态而透射通过液晶层的 白光经过红、绿和蓝滤色器，以产生红、绿和蓝光束，从而使得图像被显 示。
在下面的描述中，上述改变施加的电压以控制液晶分子的偏转状态并 改变透射比的控制将被称为"孔径比率(aperture ratio)控制"。此外，从 充当光源的背光发出并入射在液晶层上的光的强度将被称为"背光辉度 (backlight luminance)"。另外，从液晶面板的前表面射出并被从视觉上 识别显示图像的观看者所感知到的光的强度将被称为"显示辉度(display luminance)"。
在典型的LCD中，虽然液晶面板的整个屏幕被背光以最大背光辉度 均匀地照射，但只有液晶面板的每个像素中的孔径比率被控制以在屏幕中 的每个像素中获得必要的显示辉度。例如，如果整个屏幕显示暗图像，则 背光以最大背光辉度发出光。不利的是，功率消耗很高并且对比率很低。
为了克服上述缺点，例如，日本未实审专利申请公布No. 2004-212503 和2004-246117公开了将屏幕分区成多个区段(segment)并控制每个区段中的背光辉度的方法。
现在将参考图1至图3描述上述每个区段中的背光控制(以下称之为 "背光分区控制")。
图l示出了 LCD上显示的原始图像P1。原始图像P1包括椭圆的暗区 域R1，该暗区域Rl在图像的基本上中心处具有最低显示辉度。当远离区 域Rl而朝向图像Pl的外围时，图像Pl的显示辉度逐渐增大。与图1中 图像Pl的下部相比，在图1中图像Pl的上部，从暗区域Rl到外围显示 辉度的变化率较大。
图2示意性地示出了背光的结构。
参考图2，背光具有照明区域，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)的区段，即24个区段。
当背光发出与原始图像Pl相对应的光时，背光根据原始图像Pl的区 域Rl的显示辉度，减小两个阴影区段中每一个中的背光辉度(即使光衰 减或减小光量)。
从而，基于图1的原始图像P1，获得了图3所示的背光辉度分布。在 该分布中，显示辉度在照明区域的基本中心部分最低，并且朝着外围逐渐 增大。如上所述，部分地减小从背光发出的光的量可降低功率消耗，从而 增大显示辉度的动态范围。
由于照明区域中的区段的数目一般小于液晶面板中的像素的数目，因 此图1中的原始图像Pl的显示辉度分布与图3中的背光辉度分布并不一 致。存在许多的在背光辉度和显示辉度之间具有差异的像素。例如，虽然 布置在图3的线Q-Q'上的像素具有不同的背光辉度，但原始图像Pl中的 相应像素却具有相同的显示辉度。因此，在背光分区控制中，线Q-Q'上的 每个像素的孔径比率被设置为高于没有背光分区控制时的孔径比率，以使 得透射光的量大于没有背光分区控制时的量。在下面的描述中，通过孔径 比率控制，即改变孔径比率以补偿受控的背光辉度而获得的表观显示辉度 将被称为"校正后显示辉度"。
图4是示出在背光分区控制中背光辉度和校正后显示辉度之间的关系 的概念图。用于背光分区控制的背光控制单元控制预定区域中的每个像素的孔径 比率，以使得校正后显示辉度分布McL与背光辉度分布Mbl相反，以便在 预定区域中实现相同的显示辉度TQ。在此例中，取决于孔径比率被改变了
多少的校正后显示辉度的水平由图5所示的液晶的透射特性来确定。
当LCD的屏幕被从前方观看时所获得的液晶的透射特性一般被用作 基准。图5所示的透射特性也是在从前方观看屏幕时(以下也称之为"从 0度角观看时)获得的。此透射特性被预先评定和确定。
发明内容
用户并不总是从前方观看在LCD的屏幕上显示的图像。假定用户从 倾斜的角度观看LCD的屏幕。由于液晶具有观看角度特性，因此液晶的 透射特性取决于观看屏幕的角度(即观看角度)。图6除了示出从0度角 观看时获得的透射特性，还示出了在从相对于屏幕前方在水平方向上偏移 45度的观看点观看LCD的屏幕时获得的另一透射特性。
图6示出了对照预定背光辉度下的显示辉度而绘制的设定灰度级，其 充当设置液晶的透射比的设置值。图7示出了从45度角观看时获得的显 示辉度与从0度角观看时获得的显示辉度的辉度比，该比率被用于图6所 示的从0度角观看时获得的显示辉度和从45度角观看时获得的显示辉度 之间的比较。
参考图6和图7，在低于点a的设定灰度级范围中，从45度角观看时 获得的辉度(透射比)高于从0度角观看时获得的辉度(透射比)。此 外，每次灰度级改变一步时辉度比的改变率很高。另一方面，在高于点a 的设定灰度级范围中，从0度角观看时获得的辉度高于从45度角观看时 的辉度，并且每次灰度级改变一步时辉度比的改变率低于较低灰度级范围 时的情况。由于液晶的透射特性取决于液晶模式，例如垂直对齐(VA) 或面内切换(in-pane switching, IPS)，因此特性并不限于图6和图7所 示的那些。
图4所示的背光辉度和校正后显示辉度之间的关系一般是基于从0度 角观看时获得的液晶的透射特性而计算的。当基于由图6中虚线所指示的
从45度角观看时获得的液晶的透射特性而获得在从45度角观看屏幕的情 况下的校正后显示辉度分布Mo/时，校正后辉度分布McL'如图8所示。
参考图8，具有最小的校正后显示辉度(即最大背光辉度)的像素是 与点a相对应的像素xa，其中在图6和图7中的从0度角观看时获得的显 示辉度和从45度角观看时获得的显示辉度之间没有差异。背光辉度由BLa
指示，校正后显示辉度由LCa指示。假定除像素Xa外的每个像素的设定灰
度级别被设置为高于点a中的灰度级别。
达种情况下，从45度角观看时获得的校正后显示辉度分布Mo/低于 从O度角观看时获得的校正后显示辉度分布McL。从而，从45度角观看屏
幕时获得的除像素Xa之外的每个像素的显示辉度相对于目标显示辉度To
有偏差，偏差大小为校正后显示辉度McL和Mc!/之间的差，如图8中的粗 长虚线所示。
换言之，尽管进行了提供相同显示辉度T。的控制，当用户从45度角 观看屏幕时，除了像素^之外的像素根据背光辉度分布M礼而具有相对于 目标显示辉度To的偏差。如果最大偏差AT与显示辉度To的比率 (AT/TQ)大，则具有偏差的像素被看作辉度上的不均。
本发明是考虑到上述情况而作出的，并且希望防止当从倾斜的角度观 看屏幕时辉度的不均。
根据本发明的一个实施例，提供了一种背光控制设备，用于控制在液 晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块(block)的照明区域， 在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控 制单元，其计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值 的每个区块的背光辉度，并且控制背光以便产生各个区块的计算出的背光 辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
在此实施例中，背光照明比可在1与以下比率之间的差的绝对值等于 或低于第二值的条件下计算的，该比率是照明区域中与彼此相距预定距离 的像素的背光辉度之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了 一种控制在液晶显示器中使用的背 光的方法，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该方法包括以下步骤计算使得背光照明比 与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度；以及控 制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的 背光设置值之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种液晶显示器，包括以下元件 背光，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背 光辉度可以单独地改变。背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制背光以便产 生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之 间的比率。
根据本发明的实施例，每个区块的背光辉度被计算以使得1与(相邻 区块的背光设置值之间的)背光照明比之间的差的绝对值等于或低于第一 值，并且背光被控制以便产生各个区块的计算出的背光辉度。
根据本发明的实施例，可降低功率消耗，并且增大显示辉度的动态范围。
根据本发明的实施例，可以防止当用户从倾斜的角度观看液晶显示器 的屏幕时用户所感知到的辉度不均。
图1是说明背光分区控制的图2是说明背光分区控制的另一幅图3是说明背光分区控制的另一幅图4是示出在背光分区控制中背光辉度和校正后显示辉度之间的关系 的概念图5是示出从0度角观看时液晶的透射特性的图； 图6是示出从O度角观看时液晶的透射特性和从45度角观看时液晶的 透射特性的图7是示出从0度角观看时的辉度与从45度角观看时的辉度之比的
图8是示出从45度角观看时背光辉度和校正后显示辉度之间的关系
的图9是示出根据本发明实施例的液晶显示器的结构的框图IO是说明人类视觉的图ll是说明区块间控制的图12是说明区块间控制的另一幅图13是说明区块间控制的另一幅图14是说明区块间控制的另一幅图15是示出与单个区块相关的轮廓(profile)的示例的图16是示出利用区块间控制而获得的合成轮廓的示例的图n是示出辉度比计算结果的图18是说明如何获得最小照明比的图；以及
图19是说明显示控制过程的流程图。
具体实施例方式
在描述本发明的实施例之前，下面讨论本发明的特征和本发明的实施 例中公开的具体要素之间的对应关系。这一描述是为了使人确信在本说明 书和附图中描述了支持所要求保护的发明的实施例。因此，即使以下实施 例或者附图中的要素未被描述为与本发明的某个特征相关，这也不一定意 味着该要素不与权利要求的该特征相关。相反，即使在这里某个要素被描 述为与权利要求的某个特征相关，这也不一定意味着该要素不与权利要求 的其他特征相关。
根据本发明的实施例，提供了一种背光控制设备(例如图9中的控制 器13)，用于控制在液晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块
的照明区域，在每个区块中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控
制单元(例如图9中的光源控制单元32)，该单元计算使得背光照明比与 1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制 背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块 的背光设置值之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种控制在液晶显示器中使用的背 光的方法，该背光具有包括多个区块的照明区域，在每个区块中背光辉度 可以单独地改变。该方法包括以下步骤计算使得背光照明比与1之间的 差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度(例如图19中的步 骤SB)，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率；并且控 制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度(例如，图19中的步骤
S16)。
现在将参考附图描述本发明的实施例。
图9示出根据本发明实施例的液晶显示器的结构。
参考图9，液晶显示器(以下简称为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包括具有红、绿和蓝滤色器图案的滤色器基板，以 及液晶层。
LCD l在预定的显示区域(即显示单元21)中显示与输入图像信号相 对应的原始图像。提供到LCD 1的图像信号对应于具有例如60 Hz的帧速 率的图像。下面将该图像称为"场图像"。
液晶面板11包括显示单元21、源极驱动器22和栅极驱动器23。显 示单元21具有多个孔隙，这些孔隙允许从背光12发出的光从中经过。源 极驱动器22和栅极驱动器23向布置在显示单元21的各个孔隙中的薄膜晶 体管(TFT)(在图中未示出)发送驱动信号。
经过孔隙的光束进入布置在滤色器基板(未示出)中的红、绿和蓝滤 色器，从而产生红、绿和蓝光束。 一组三个孔隙(红、绿和蓝光束分别通 过其射出)对应于显示单元21的单个像素。通过其射出红、绿或蓝光束 的每个孔隙对应于构成单个像素的一个子像素。
背光12在与显示单元21相对的照明区域中发出白光。背光12的照明 区域包括多个区块(区段)并且各个区块的照明模式是被单独控制的。
在本实施例中，假定背光12的照明区域包括布置成22个水平行和22 个垂直列的484个区块。因为绘图纸空间有限，图9示出了背光12的一个 示例，该背光12包括布置成5个水平行和6个垂直列的区块。
光源LTij被布置在每个区块Ajj中。光源LT^例如包括分别发出红、 绿和蓝光束的发光二极管(LED)，这些LED是以预定顺序布置的。光源 LTij发出白光，该白光是通过基于提供自光源控制单元32的控制信号混合 红、绿和蓝光束而获得的。
每个区块Aij不是通过例如使用分区板来在物理上划分背光12的照明 区域而获得的物理区段，而是与光源LTjj相对应的虚拟区段。因此，从光 源LT^发出的光被漫射体(未示出)所漫射，从而不仅布置在光源LTy前 方的相应区块Aij而且围绕区块的其他区块都被漫射的光所照射。
控制器13包括显示辉度计算单元31、光源控制单元32和液晶面板控 制单元33。控制器13既充当用于控制液晶面板11的液晶面板控制设备， 又充当用于控制背光12的背光控制设备。
显示辉度计算单元31从另一设备接收与场图像相对应的图像信号。 显示辉度计算单元31从所提供的图像信号获得场图像的辉度分布，并且 还从场图像的辉度分布计算每个区块Ai,j所必需的显示辉度PN,，j。所计算 出的显示辉度PN,d被提供到光源控制单元32和液晶面板控制单元33中的 每一个。
光源控制单元32基于从显示辉度计算单元31提供来的每个显示辉度 PNij确定背光辉度Bk。在此例中，光源控制单元32计算背光辉度 BLij，以便在显示单元21的每个像素中满足以下要求目标像素(例如像 素xl)的背光辉度BLxl和与像素xl相距预定距离DS的像素x2的背光 辉度BLx2 (SLxl)的比率c (以下称之为"辉度比c")等于或低于最 大辉度比Cmax (c=BLxl/BLx2 (2))。光源控制单元32将计算出的背 光辉度BI^提供到液晶面板控制单元33。
在此例中，最大辉度比Cmax是在以下条件下获得的(最大辉度比 Cmax) S(最大差错率emax) x (最小可感知辉度变化水平)，即辉度的不 均匀程度被降低到这样一个水平即使在用户(人)倾斜地观看显示单元 时，用户也不会从视觉上感知到不均匀。
最大差错率￡ ^是通过以下表达式获得的差错率e的最大值
l(BLxl x LCxl -BLx2 x LCx2)/(BLxl x LCxl)l
其中令LCxl和LCx2分别为背光12的照明区域中的上述像素xl和x2的 孔径比率。影响最大差错率en^的因素包括1)液晶的观看角度特性， 2)由液晶和漫射体之间的间距导致的视差，以及3)计算的精度。其中最 重要的因素确定了最大差错率emax。
最小可感知辉度变化水平是一个通过感官评定而获得的辉度比，在该 辉度比下，用户(人眼)在视觉上分辨出辉度差异(即辉度的不均)。正 如Weber定律所描述的，很明显，例如人类视觉这样的感知是对刺激强度 的比率而不是其间的差异作出响应的。如图10中的虚线所指示，当辉度 以恒定幅度变化时，辉度比c与空间频率成比例地增大。相关响应在图10 中箭头所指示的预定空间频率范围中也与空间频率成比例地增大。从而， 辉度比c具有独立于空间频率的恒定差分阈值。因此，最小可感知辉度变 化水平可被定义为独立于各个区块的背光辉度的辉度分布的形状的恒定 值。
如上所述，光源控制单元32在(最大辉度比Cmax) S(最大差错率 emax) x (最小可感知辉度变化水平)的条件下，计算满足辉度比c等于或 低于最大辉度比Cmax的要求的背光辉度BLij。由于背光12中要控制的每 个单元是一个区块，因此必须获得相邻区块的光源设置值的比率r的最小 值R，以满足辉度比c等于或低于最大辉度比Cmax的要求。在本文中， 将把相邻区块的光源设置值的比率r称为"照明比r"，并将照明比r的最 小值R称为"最小照明比R"。后面将参考图18描述如何从最大辉度比 Cmax获得最小照明比R。光源控制单元32获得满足辉度比c等于或低于 最大辉度比Cmax要求的最小照明比R，并计算每个背光辉度BI^，以便 满足最小照明比R。即使在相邻区块的显示辉度上存在相当大的差异，最 小照明比R (0<R<1)也是最小必要比率。当在相邻区块的显示辉度上不 存在差异时，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是没有问题的)。
光源控制单元32根据脉冲幅度调制(PAM)控制或脉冲宽度调制 (PWM)控制来控制背光12，以便获得计算出的背光辉度BLy。在下面 的描述中，上述控制背光辉度BLij使得照明比r等于或高于最小照明比R将被称为"区块间控制"。在本实施例中，例如，假定距离DS被设置为
7.45 mm，最大辉度比Cmax为1.02。当Cmax=1.02时，最小照明比R为 0.88。
液晶面板控制单元33基于从显示辉度计算单元31提供来的相应的显 示辉度PNg和从光源控制单元32提供来的相应的背光辉度BLjj，为显示 单元21中的每个像素确定孔径比率。液晶面板控制单元33将驱动控制信 号提供给液晶面板11的源极驱动器22和栅极驱动器23，以便获得所确定 的各个像素的孔径比率，从而驱动显示单元21中的像素的TFT。
现在将参考图11至图14更详细描述光源控制单元32进行的区块间控制。
图11示出了当单个目标区块中的光源，例如照明区域中心处的目标 区块An,u中的光源LTu，n可以独立地发出光时，所获得的背光辉度的辉 度分布(以下称之为"轮廓(profile) " ) Pro。由于参考图11至图14进 行了仅涉及布置在单一行(j=ll)中的区块Ai，u的说明，因此在下面的描 述和图11至图14中省略了指示行号"j"的数值"11"。
参考图12，为了允许目标区块An中的光源LTu处于背光辉度BLl， 利用目标区块A 中的光源LT 的设置值作为区块间控制中的基准 (1)，照明比r被设置到最小照明比R。因此，必须允许区块An两侧的 相邻区块Am和A12中相应的光源以背光辉度(BLlxR)发出光，并且还 必须允许区块A9和A13中相应的光源以背光辉度(BLlxR2)发出光。因 此，当通过使用图11所示的光源LT 的独立发光而获得的轮廓Pro和最 小照明比R被确定时，中心在目标区块An附近的合成轮廓Prol必然被确 定。
图13示出了目标区块An的显示辉度PNu是背光12能够提供的最大 显示辉度(以下适当地称之为"峰值辉度")PNpk并且同一行中的其他区 块A9、 A1Q、 Au和An的相应显示辉度PN9、 PN1Q、 PNu和PN13为0情 况，该最大显示辉度PNpK与以下情况下获得的显示辉度相同不执行背 光分区控制，各个区块Ag中的光源以相同的100%输出水平发出光，并且 每个像素的孔径比率被设置为100%。光源控制单元32可计算驱动因子 K 以偏置合成轮廓Prol，以便获得合成轮廓Pro2，其中在目标区块A 的每个像素中满足峰值辉度PNpK，如图14所示。在此例中，驱动因子 Kn是利用上述峰值辉度PNpK作为基准(1)而确定的。为了通过降低围 绕目标区块An的每个区块A9、 A1Q、 Au和Au的背光辉度来在目标区块 A 的每个像素中满足峰值辉度PNPK，必须将目标区块A 中的设置值设 置为高于不执行背光分区控制的情况。因此，驱动因子K 等于或高于1 (100%)。照明区域中的所有区块的驱动因子K,，j不同时等于或高于1。 图15至图17示出了数值的具体示例。
图15示出了当区块A 中的光源LTu可以独立地发出光时所获得的 实际轮廓Pro。
参考图15，坐标指示当峰值辉度PNpK是基准值(PNPK=1)时获得的 由相对值表示的相对辉度。由于由曲线指示的轮廓Pro是关于区块Au对 称的，因此在图15中省略了指示其他区块的相对辉度的轮廓曲线的右 部。
图15的轮廓Pro是在以下条件下获得的光源(和背光结构)经历光 学调节，例如电流(PAM)控制或PWM控制，而不进行背光分区控制， 以使得各个区块Aij中的光源以相同的输出水平100%接通，从而提供均一 的辉度。背光结构在光学上被设计成使得轮廓的最大背光辉度被设置为例 如0.26的相对辉度。最大背光辉度不一定被设置为0.26。最大背光辉度最 好为0.20或更高。
在具有图15的轮廓Pro的光发射中，当如图13所示，区块An中的 显示辉度PNu是峰值辉度PNpk并且第j行中的每个其他区块A (i;41) 中的显示辉度PNi (i541)被计算为"0"时，光源控制单元32对区块A6 至Au)执行区块间控制。在这种情况下获得的轮廓在图16中示出。
参考图16，实线指示有区块间控制时获得的轮廓，虚线指示没有区块 间控制时获得的轮廓。在没有区块间控制的后一情况下，区块A 的驱动 因子的使用方式与图13的情况类似。在此例中，驱动因子Kn为1.25。
图17示出了图16所示的有区块间控制的轮廓和没有区块间控制的轮 廓中的辉度比c的计算结果。 参考图17，在有区块间控制的轮廓的情况下，区块A6至An中的每
一个中的辉度比c小于最大辉度比Cmax (=1.02)。在没有区块间控制的 轮廓的情况下，区块A6至A 的大多数中的邻近辉度比c都明显高于最大 辉度比Cmax。
只要最小照明比R=0.88，上述控制就可以实现，使得辉度比c等于或 低于最大辉度比Cmax。
现在将参考图18描述如何从最大辉度比Cmax获得最小照明比R。
当只与光源LTij相关的轮廓Pro和最小照明比R被如上所述地确定 时，合成轮廓Prol必然被确定。光源控制单元32暂时地确定多个最小照 明比R，并且基于每个暂时确定的比率R来获得合成轮廓Prol。之后，光 源控制单元32针对每个获得的合成轮廓Prol计算最大辉度比Cmax。
图18示出了对照暂时确定的最小照明比R而绘制的最大辉度比 Cmax。参考图18，当最小照明比R的范围在0.60至0.90时，最大辉度比 Cmax和最小照明比R之间的关系可以被认为是线性的。该范围0.60至 0.90包括对照最大辉度比Cmax^.02绘制的最小照明比R。因此，与目标 最大辉度比Cmax (=1.02)相关的最小照明比R可以从暂时确定的最小照 明比R和基于暂时确定的比率R的最大辉度比Cmax而后向地计算。
现在将参考图19的流程图描述LCD 1进行的显示控制过程。
在步骤Sll中，显示辉度计算单元31接收从另一设备提供来的图像 信号。该图像信号对应于单个场图像。
在步骤S12中，显示辉度计算单元31获得场图像的辉度分布。另 外，显示辉度计算单元31从场图像的辉度分布计算每个区块A^所必需的 显示辉度PNij。显示辉度计算单元31将计算出的显示辉度PN^提供到光 源控制单元32和液晶面板控制单元33中的每一个。
在步骤S13中，光源控制单元32从每个显示辉度PNij计算背光辉度 BLij，以使得照明比r等于或高于最小照明比R。
在步骤S14中，光源控制单元32基于每个背光辉度BLij确定驱动因 子&。
在步骤S15中，液晶面板控制单元33基于从显示辉度计算单元31提
供来的相应的显示辉度PNij和从光源控制单元32提供来的相应的背光辉
度BLij，为每个区块Aij中的每个像素确定孔径比率。
在步骤S16中，光源控制单元32基于相应区块Aij的驱动因子Kij， 驱动每个光源LTij的LED。
在步骤S17中，液晶面板控制单元33将驱动控制信号提供给液晶面 板11的源极驱动器22和栅极驱动器23，以控制每个区块Aid中的每个像 素的TFT，以便获得先前确定的相应孔径比率。
在步骤S18中，显示辉度计算单元31确定是否未接收到图像信号。 如果确定接收到图像信号，则过程返回步骤Sll，并且步骤Sll至S18被 重复。从而，液晶面板ll显示下一场图像。
如果在步骤S18中确定未接收到图像信号，则过程终止。
如上所述，光源控制单元32执行区块间控制以控制每个区块中相应 背光辉度BL,j (在该背光辉度BLij下照明比r等于或高于最小照明比R) 光发射，以便每个区块中的辉度比c可被设置为等于或低于最大辉度比 Cmax。有利的是，即使观看LCD 1上显示的图像的用户从倾斜的角度观 看LCD 1的屏幕，用户也不会感知到任何辉度不均。LCD 1可防止当屏幕 被倾斜地观看时发生辉度不均。
由于控制器13执行背光分区控制，因此很明显与没有背光分区控制 的情况相比可以降低功率消耗，并且每个显示辉度的动态范围可以比该情 况下的更宽。
如上所述，相邻区块的光源的设置值受到预定条件的限制，从而使得 辉度比c被控制为等于或低于最大辉度比Cmax。该控制也可以简单地由 光学系统独自实现。
当令BLxl和BLx2分别为背光12的照明区域中的像素xl和x2的背 光辉度，并且LCxl和LCx2分别为像素xl和x2的孔径比率时，除了或取 代将辉度比c控制为等于或低于最大辉度比Cmax，可将由K(BLx2-BLx2)/BLxl)/(xl-x2"表达的值控制在预定的值(例如4±1 (%/mm))上。
照明比r等于或高于最小照明比R这一条件可以被转化为照明比r与 1之间的差的绝对值(|r-l|)等于或低于第一值Tl这一条件。另一个条件
即辉度比c等于或低于最大辉度比Cmax可以被转化为辉度比c与1之间 的差的绝对值(|c-l|)等于或低于第二值T2这一条件。第一值Tl是最小 照明比R与1之间的差的绝对值(T1=|R-1|)。第二值T2是最大辉度比 Cmax与l之间的差的绝对值(T2=|Cmax-l|)。
在本说明书中，流程图中描述的步骤不仅包括其中按所描述顺序以时 序形式执行的步骤的处理，还包括其中并行地或单独地而不是以时序形式 执行步骤的处理。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行 各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物 的范围之内。
本发明包含与2006年12月1日向日本专利局递交的日本专利申请JP 2006-325781相关的主题，这里通过引用将其全部内容并入。
权利要求
1.一种背光控制设备，用于控制在液晶显示器中使用的背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单独地改变，所述设备包括背光控制装置，所述背光控制装置计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述背光照明比是在1与以下 比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比率是所 述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
3. —种控制在液晶显示器中使用的背光的方法，所述背光具有包括多 个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单 独地改变，所述方法包括以下步骤计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个 区块的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率； 以及控制所述背光以使得产生各个区块的计算出的背光辉度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述背光照明比是在1与以下比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比率是所 述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
5. —种液晶显示器，包括背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单独地改变；以及背光控制装置，所述背光控制装置计算使得背光照明比与l之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
6. 根据权利要求5所述的液晶显示器，其中，所述背光照明比是在1与以下比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比 率是所述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
7. —种背光控制设备，用于控制在液晶显示器中使用的背光，所述背 光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光 辉度被允许单独地改变，所述设备包括背光控制单元，所述背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背 光设置值之间的比率。
8. —种液晶显示器，包括背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的 每一个区块中背光辉度被允许单独地改变；以及背光控制单元，所述背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背 光设置值之间的比率。
全文摘要
公开了一种用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器。背光控制设备用于控制在液晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控制单元，其计算每个区块的背光辉度以使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值，并且控制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
文档编号G09G3/34GK101192375SQ20071018757
公开日2008年6月4日 申请日期2007年12月3日 优先权日2006年12月1日
发明者木村和人, 林正健, 浅野光康, 胜义浩, 青木富雄 申请人:索尼株式会社
技术领域：
本发明涉及用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器，更具体而 言，涉及一种能够防止在从倾斜角度观看液晶显示器时该显示器的辉度
(luminance)不均匀的背光控制设备和方法，以及液晶显示器。
背景技术：
每个液晶显示器(以下称为LCD)包括液晶面板和布置在面板后方的 背光(backlight)。液晶面板包括具有红、绿和蓝滤色器图案的滤色器基 板和液晶层。
在每个LCD中，通过改变施加到液晶层的电压来控制液晶分子的取 向(偏转状态)。来自背光并且根据分子的受控状态而透射通过液晶层的 白光经过红、绿和蓝滤色器，以产生红、绿和蓝光束，从而使得图像被显 示。
在下面的描述中，上述改变施加的电压以控制液晶分子的偏转状态并 改变透射比的控制将被称为"孔径比率(aperture ratio)控制"。此外，从 充当光源的背光发出并入射在液晶层上的光的强度将被称为"背光辉度 (backlight luminance)"。另外，从液晶面板的前表面射出并被从视觉上 识别显示图像的观看者所感知到的光的强度将被称为"显示辉度(display luminance)"。
在典型的LCD中，虽然液晶面板的整个屏幕被背光以最大背光辉度 均匀地照射，但只有液晶面板的每个像素中的孔径比率被控制以在屏幕中 的每个像素中获得必要的显示辉度。例如，如果整个屏幕显示暗图像，则 背光以最大背光辉度发出光。不利的是，功率消耗很高并且对比率很低。
为了克服上述缺点，例如，日本未实审专利申请公布No. 2004-212503 和2004-246117公开了将屏幕分区成多个区段(segment)并控制每个区段中的背光辉度的方法。
现在将参考图1至图3描述上述每个区段中的背光控制(以下称之为 "背光分区控制")。
图l示出了 LCD上显示的原始图像P1。原始图像P1包括椭圆的暗区 域R1，该暗区域Rl在图像的基本上中心处具有最低显示辉度。当远离区 域Rl而朝向图像Pl的外围时，图像Pl的显示辉度逐渐增大。与图1中 图像Pl的下部相比，在图1中图像Pl的上部，从暗区域Rl到外围显示 辉度的变化率较大。
图2示意性地示出了背光的结构。
参考图2，背光具有照明区域，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)的区段，即24个区段。
当背光发出与原始图像Pl相对应的光时，背光根据原始图像Pl的区 域Rl的显示辉度，减小两个阴影区段中每一个中的背光辉度(即使光衰 减或减小光量)。
从而，基于图1的原始图像P1，获得了图3所示的背光辉度分布。在 该分布中，显示辉度在照明区域的基本中心部分最低，并且朝着外围逐渐 增大。如上所述，部分地减小从背光发出的光的量可降低功率消耗，从而 增大显示辉度的动态范围。
由于照明区域中的区段的数目一般小于液晶面板中的像素的数目，因 此图1中的原始图像Pl的显示辉度分布与图3中的背光辉度分布并不一 致。存在许多的在背光辉度和显示辉度之间具有差异的像素。例如，虽然 布置在图3的线Q-Q'上的像素具有不同的背光辉度，但原始图像Pl中的 相应像素却具有相同的显示辉度。因此，在背光分区控制中，线Q-Q'上的 每个像素的孔径比率被设置为高于没有背光分区控制时的孔径比率，以使 得透射光的量大于没有背光分区控制时的量。在下面的描述中，通过孔径 比率控制，即改变孔径比率以补偿受控的背光辉度而获得的表观显示辉度 将被称为"校正后显示辉度"。
图4是示出在背光分区控制中背光辉度和校正后显示辉度之间的关系 的概念图。用于背光分区控制的背光控制单元控制预定区域中的每个像素的孔径 比率，以使得校正后显示辉度分布McL与背光辉度分布Mbl相反，以便在 预定区域中实现相同的显示辉度TQ。在此例中，取决于孔径比率被改变了
多少的校正后显示辉度的水平由图5所示的液晶的透射特性来确定。
当LCD的屏幕被从前方观看时所获得的液晶的透射特性一般被用作 基准。图5所示的透射特性也是在从前方观看屏幕时(以下也称之为"从 0度角观看时)获得的。此透射特性被预先评定和确定。
发明内容
用户并不总是从前方观看在LCD的屏幕上显示的图像。假定用户从 倾斜的角度观看LCD的屏幕。由于液晶具有观看角度特性，因此液晶的 透射特性取决于观看屏幕的角度(即观看角度)。图6除了示出从0度角 观看时获得的透射特性，还示出了在从相对于屏幕前方在水平方向上偏移 45度的观看点观看LCD的屏幕时获得的另一透射特性。
图6示出了对照预定背光辉度下的显示辉度而绘制的设定灰度级，其 充当设置液晶的透射比的设置值。图7示出了从45度角观看时获得的显 示辉度与从0度角观看时获得的显示辉度的辉度比，该比率被用于图6所 示的从0度角观看时获得的显示辉度和从45度角观看时获得的显示辉度 之间的比较。
参考图6和图7，在低于点a的设定灰度级范围中，从45度角观看时 获得的辉度(透射比)高于从0度角观看时获得的辉度(透射比)。此 外，每次灰度级改变一步时辉度比的改变率很高。另一方面，在高于点a 的设定灰度级范围中，从0度角观看时获得的辉度高于从45度角观看时 的辉度，并且每次灰度级改变一步时辉度比的改变率低于较低灰度级范围 时的情况。由于液晶的透射特性取决于液晶模式，例如垂直对齐(VA) 或面内切换(in-pane switching, IPS)，因此特性并不限于图6和图7所 示的那些。
图4所示的背光辉度和校正后显示辉度之间的关系一般是基于从0度 角观看时获得的液晶的透射特性而计算的。当基于由图6中虚线所指示的
从45度角观看时获得的液晶的透射特性而获得在从45度角观看屏幕的情 况下的校正后显示辉度分布Mo/时，校正后辉度分布McL'如图8所示。
参考图8，具有最小的校正后显示辉度(即最大背光辉度)的像素是 与点a相对应的像素xa，其中在图6和图7中的从0度角观看时获得的显 示辉度和从45度角观看时获得的显示辉度之间没有差异。背光辉度由BLa
指示，校正后显示辉度由LCa指示。假定除像素Xa外的每个像素的设定灰
度级别被设置为高于点a中的灰度级别。
达种情况下，从45度角观看时获得的校正后显示辉度分布Mo/低于 从O度角观看时获得的校正后显示辉度分布McL。从而，从45度角观看屏
幕时获得的除像素Xa之外的每个像素的显示辉度相对于目标显示辉度To
有偏差，偏差大小为校正后显示辉度McL和Mc!/之间的差，如图8中的粗 长虚线所示。
换言之，尽管进行了提供相同显示辉度T。的控制，当用户从45度角 观看屏幕时，除了像素^之外的像素根据背光辉度分布M礼而具有相对于 目标显示辉度To的偏差。如果最大偏差AT与显示辉度To的比率 (AT/TQ)大，则具有偏差的像素被看作辉度上的不均。
本发明是考虑到上述情况而作出的，并且希望防止当从倾斜的角度观 看屏幕时辉度的不均。
根据本发明的一个实施例，提供了一种背光控制设备，用于控制在液 晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块(block)的照明区域， 在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控 制单元，其计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值 的每个区块的背光辉度，并且控制背光以便产生各个区块的计算出的背光 辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
在此实施例中，背光照明比可在1与以下比率之间的差的绝对值等于 或低于第二值的条件下计算的，该比率是照明区域中与彼此相距预定距离 的像素的背光辉度之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了 一种控制在液晶显示器中使用的背 光的方法，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该方法包括以下步骤计算使得背光照明比 与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度；以及控 制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的 背光设置值之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种液晶显示器，包括以下元件 背光，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背 光辉度可以单独地改变。背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制背光以便产 生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之 间的比率。
根据本发明的实施例，每个区块的背光辉度被计算以使得1与(相邻 区块的背光设置值之间的)背光照明比之间的差的绝对值等于或低于第一 值，并且背光被控制以便产生各个区块的计算出的背光辉度。
根据本发明的实施例，可降低功率消耗，并且增大显示辉度的动态范围。
根据本发明的实施例，可以防止当用户从倾斜的角度观看液晶显示器 的屏幕时用户所感知到的辉度不均。
图1是说明背光分区控制的图2是说明背光分区控制的另一幅图3是说明背光分区控制的另一幅图4是示出在背光分区控制中背光辉度和校正后显示辉度之间的关系 的概念图5是示出从0度角观看时液晶的透射特性的图； 图6是示出从O度角观看时液晶的透射特性和从45度角观看时液晶的 透射特性的图7是示出从0度角观看时的辉度与从45度角观看时的辉度之比的
图8是示出从45度角观看时背光辉度和校正后显示辉度之间的关系
的图9是示出根据本发明实施例的液晶显示器的结构的框图IO是说明人类视觉的图ll是说明区块间控制的图12是说明区块间控制的另一幅图13是说明区块间控制的另一幅图14是说明区块间控制的另一幅图15是示出与单个区块相关的轮廓(profile)的示例的图16是示出利用区块间控制而获得的合成轮廓的示例的图n是示出辉度比计算结果的图18是说明如何获得最小照明比的图；以及
图19是说明显示控制过程的流程图。
具体实施例方式
在描述本发明的实施例之前，下面讨论本发明的特征和本发明的实施 例中公开的具体要素之间的对应关系。这一描述是为了使人确信在本说明 书和附图中描述了支持所要求保护的发明的实施例。因此，即使以下实施 例或者附图中的要素未被描述为与本发明的某个特征相关，这也不一定意 味着该要素不与权利要求的该特征相关。相反，即使在这里某个要素被描 述为与权利要求的某个特征相关，这也不一定意味着该要素不与权利要求 的其他特征相关。
根据本发明的实施例，提供了一种背光控制设备(例如图9中的控制 器13)，用于控制在液晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块
的照明区域，在每个区块中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控
制单元(例如图9中的光源控制单元32)，该单元计算使得背光照明比与 1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制 背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块 的背光设置值之间的比率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种控制在液晶显示器中使用的背 光的方法，该背光具有包括多个区块的照明区域，在每个区块中背光辉度 可以单独地改变。该方法包括以下步骤计算使得背光照明比与1之间的 差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度(例如图19中的步 骤SB)，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率；并且控 制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度(例如，图19中的步骤
S16)。
现在将参考附图描述本发明的实施例。
图9示出根据本发明实施例的液晶显示器的结构。
参考图9，液晶显示器(以下简称为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包括具有红、绿和蓝滤色器图案的滤色器基板，以 及液晶层。
LCD l在预定的显示区域(即显示单元21)中显示与输入图像信号相 对应的原始图像。提供到LCD 1的图像信号对应于具有例如60 Hz的帧速 率的图像。下面将该图像称为"场图像"。
液晶面板11包括显示单元21、源极驱动器22和栅极驱动器23。显 示单元21具有多个孔隙，这些孔隙允许从背光12发出的光从中经过。源 极驱动器22和栅极驱动器23向布置在显示单元21的各个孔隙中的薄膜晶 体管(TFT)(在图中未示出)发送驱动信号。
经过孔隙的光束进入布置在滤色器基板(未示出)中的红、绿和蓝滤 色器，从而产生红、绿和蓝光束。 一组三个孔隙(红、绿和蓝光束分别通 过其射出)对应于显示单元21的单个像素。通过其射出红、绿或蓝光束 的每个孔隙对应于构成单个像素的一个子像素。
背光12在与显示单元21相对的照明区域中发出白光。背光12的照明 区域包括多个区块(区段)并且各个区块的照明模式是被单独控制的。
在本实施例中，假定背光12的照明区域包括布置成22个水平行和22 个垂直列的484个区块。因为绘图纸空间有限，图9示出了背光12的一个 示例，该背光12包括布置成5个水平行和6个垂直列的区块。
光源LTij被布置在每个区块Ajj中。光源LT^例如包括分别发出红、 绿和蓝光束的发光二极管(LED)，这些LED是以预定顺序布置的。光源 LTij发出白光，该白光是通过基于提供自光源控制单元32的控制信号混合 红、绿和蓝光束而获得的。
每个区块Aij不是通过例如使用分区板来在物理上划分背光12的照明 区域而获得的物理区段，而是与光源LTjj相对应的虚拟区段。因此，从光 源LT^发出的光被漫射体(未示出)所漫射，从而不仅布置在光源LTy前 方的相应区块Aij而且围绕区块的其他区块都被漫射的光所照射。
控制器13包括显示辉度计算单元31、光源控制单元32和液晶面板控 制单元33。控制器13既充当用于控制液晶面板11的液晶面板控制设备， 又充当用于控制背光12的背光控制设备。
显示辉度计算单元31从另一设备接收与场图像相对应的图像信号。 显示辉度计算单元31从所提供的图像信号获得场图像的辉度分布，并且 还从场图像的辉度分布计算每个区块Ai,j所必需的显示辉度PN,，j。所计算 出的显示辉度PN,d被提供到光源控制单元32和液晶面板控制单元33中的 每一个。
光源控制单元32基于从显示辉度计算单元31提供来的每个显示辉度 PNij确定背光辉度Bk。在此例中，光源控制单元32计算背光辉度 BLij，以便在显示单元21的每个像素中满足以下要求目标像素(例如像 素xl)的背光辉度BLxl和与像素xl相距预定距离DS的像素x2的背光 辉度BLx2 (SLxl)的比率c (以下称之为"辉度比c")等于或低于最 大辉度比Cmax (c=BLxl/BLx2 (2))。光源控制单元32将计算出的背 光辉度BI^提供到液晶面板控制单元33。
在此例中，最大辉度比Cmax是在以下条件下获得的(最大辉度比 Cmax) S(最大差错率emax) x (最小可感知辉度变化水平)，即辉度的不 均匀程度被降低到这样一个水平即使在用户(人)倾斜地观看显示单元 时，用户也不会从视觉上感知到不均匀。
最大差错率￡ ^是通过以下表达式获得的差错率e的最大值
l(BLxl x LCxl -BLx2 x LCx2)/(BLxl x LCxl)l
其中令LCxl和LCx2分别为背光12的照明区域中的上述像素xl和x2的 孔径比率。影响最大差错率en^的因素包括1)液晶的观看角度特性， 2)由液晶和漫射体之间的间距导致的视差，以及3)计算的精度。其中最 重要的因素确定了最大差错率emax。
最小可感知辉度变化水平是一个通过感官评定而获得的辉度比，在该 辉度比下，用户(人眼)在视觉上分辨出辉度差异(即辉度的不均)。正 如Weber定律所描述的，很明显，例如人类视觉这样的感知是对刺激强度 的比率而不是其间的差异作出响应的。如图10中的虚线所指示，当辉度 以恒定幅度变化时，辉度比c与空间频率成比例地增大。相关响应在图10 中箭头所指示的预定空间频率范围中也与空间频率成比例地增大。从而， 辉度比c具有独立于空间频率的恒定差分阈值。因此，最小可感知辉度变 化水平可被定义为独立于各个区块的背光辉度的辉度分布的形状的恒定 值。
如上所述，光源控制单元32在(最大辉度比Cmax) S(最大差错率 emax) x (最小可感知辉度变化水平)的条件下，计算满足辉度比c等于或 低于最大辉度比Cmax的要求的背光辉度BLij。由于背光12中要控制的每 个单元是一个区块，因此必须获得相邻区块的光源设置值的比率r的最小 值R，以满足辉度比c等于或低于最大辉度比Cmax的要求。在本文中， 将把相邻区块的光源设置值的比率r称为"照明比r"，并将照明比r的最 小值R称为"最小照明比R"。后面将参考图18描述如何从最大辉度比 Cmax获得最小照明比R。光源控制单元32获得满足辉度比c等于或低于 最大辉度比Cmax要求的最小照明比R，并计算每个背光辉度BI^，以便 满足最小照明比R。即使在相邻区块的显示辉度上存在相当大的差异，最 小照明比R (0<R<1)也是最小必要比率。当在相邻区块的显示辉度上不 存在差异时，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是没有问题的)。
光源控制单元32根据脉冲幅度调制(PAM)控制或脉冲宽度调制 (PWM)控制来控制背光12，以便获得计算出的背光辉度BLy。在下面 的描述中，上述控制背光辉度BLij使得照明比r等于或高于最小照明比R将被称为"区块间控制"。在本实施例中，例如，假定距离DS被设置为
7.45 mm，最大辉度比Cmax为1.02。当Cmax=1.02时，最小照明比R为 0.88。
液晶面板控制单元33基于从显示辉度计算单元31提供来的相应的显 示辉度PNg和从光源控制单元32提供来的相应的背光辉度BLjj，为显示 单元21中的每个像素确定孔径比率。液晶面板控制单元33将驱动控制信 号提供给液晶面板11的源极驱动器22和栅极驱动器23，以便获得所确定 的各个像素的孔径比率，从而驱动显示单元21中的像素的TFT。
现在将参考图11至图14更详细描述光源控制单元32进行的区块间控制。
图11示出了当单个目标区块中的光源，例如照明区域中心处的目标 区块An,u中的光源LTu，n可以独立地发出光时，所获得的背光辉度的辉 度分布(以下称之为"轮廓(profile) " ) Pro。由于参考图11至图14进 行了仅涉及布置在单一行(j=ll)中的区块Ai，u的说明，因此在下面的描 述和图11至图14中省略了指示行号"j"的数值"11"。
参考图12，为了允许目标区块An中的光源LTu处于背光辉度BLl， 利用目标区块A 中的光源LT 的设置值作为区块间控制中的基准 (1)，照明比r被设置到最小照明比R。因此，必须允许区块An两侧的 相邻区块Am和A12中相应的光源以背光辉度(BLlxR)发出光，并且还 必须允许区块A9和A13中相应的光源以背光辉度(BLlxR2)发出光。因 此，当通过使用图11所示的光源LT 的独立发光而获得的轮廓Pro和最 小照明比R被确定时，中心在目标区块An附近的合成轮廓Prol必然被确 定。
图13示出了目标区块An的显示辉度PNu是背光12能够提供的最大 显示辉度(以下适当地称之为"峰值辉度")PNpk并且同一行中的其他区 块A9、 A1Q、 Au和An的相应显示辉度PN9、 PN1Q、 PNu和PN13为0情 况，该最大显示辉度PNpK与以下情况下获得的显示辉度相同不执行背 光分区控制，各个区块Ag中的光源以相同的100%输出水平发出光，并且 每个像素的孔径比率被设置为100%。光源控制单元32可计算驱动因子 K 以偏置合成轮廓Prol，以便获得合成轮廓Pro2，其中在目标区块A 的每个像素中满足峰值辉度PNpK，如图14所示。在此例中，驱动因子 Kn是利用上述峰值辉度PNpK作为基准(1)而确定的。为了通过降低围 绕目标区块An的每个区块A9、 A1Q、 Au和Au的背光辉度来在目标区块 A 的每个像素中满足峰值辉度PNPK，必须将目标区块A 中的设置值设 置为高于不执行背光分区控制的情况。因此，驱动因子K 等于或高于1 (100%)。照明区域中的所有区块的驱动因子K,，j不同时等于或高于1。 图15至图17示出了数值的具体示例。
图15示出了当区块A 中的光源LTu可以独立地发出光时所获得的 实际轮廓Pro。
参考图15，坐标指示当峰值辉度PNpK是基准值(PNPK=1)时获得的 由相对值表示的相对辉度。由于由曲线指示的轮廓Pro是关于区块Au对 称的，因此在图15中省略了指示其他区块的相对辉度的轮廓曲线的右 部。
图15的轮廓Pro是在以下条件下获得的光源(和背光结构)经历光 学调节，例如电流(PAM)控制或PWM控制，而不进行背光分区控制， 以使得各个区块Aij中的光源以相同的输出水平100%接通，从而提供均一 的辉度。背光结构在光学上被设计成使得轮廓的最大背光辉度被设置为例 如0.26的相对辉度。最大背光辉度不一定被设置为0.26。最大背光辉度最 好为0.20或更高。
在具有图15的轮廓Pro的光发射中，当如图13所示，区块An中的 显示辉度PNu是峰值辉度PNpk并且第j行中的每个其他区块A (i;41) 中的显示辉度PNi (i541)被计算为"0"时，光源控制单元32对区块A6 至Au)执行区块间控制。在这种情况下获得的轮廓在图16中示出。
参考图16，实线指示有区块间控制时获得的轮廓，虚线指示没有区块 间控制时获得的轮廓。在没有区块间控制的后一情况下，区块A 的驱动 因子的使用方式与图13的情况类似。在此例中，驱动因子Kn为1.25。
图17示出了图16所示的有区块间控制的轮廓和没有区块间控制的轮 廓中的辉度比c的计算结果。 参考图17，在有区块间控制的轮廓的情况下，区块A6至An中的每
一个中的辉度比c小于最大辉度比Cmax (=1.02)。在没有区块间控制的 轮廓的情况下，区块A6至A 的大多数中的邻近辉度比c都明显高于最大 辉度比Cmax。
只要最小照明比R=0.88，上述控制就可以实现，使得辉度比c等于或 低于最大辉度比Cmax。
现在将参考图18描述如何从最大辉度比Cmax获得最小照明比R。
当只与光源LTij相关的轮廓Pro和最小照明比R被如上所述地确定 时，合成轮廓Prol必然被确定。光源控制单元32暂时地确定多个最小照 明比R，并且基于每个暂时确定的比率R来获得合成轮廓Prol。之后，光 源控制单元32针对每个获得的合成轮廓Prol计算最大辉度比Cmax。
图18示出了对照暂时确定的最小照明比R而绘制的最大辉度比 Cmax。参考图18，当最小照明比R的范围在0.60至0.90时，最大辉度比 Cmax和最小照明比R之间的关系可以被认为是线性的。该范围0.60至 0.90包括对照最大辉度比Cmax^.02绘制的最小照明比R。因此，与目标 最大辉度比Cmax (=1.02)相关的最小照明比R可以从暂时确定的最小照 明比R和基于暂时确定的比率R的最大辉度比Cmax而后向地计算。
现在将参考图19的流程图描述LCD 1进行的显示控制过程。
在步骤Sll中，显示辉度计算单元31接收从另一设备提供来的图像 信号。该图像信号对应于单个场图像。
在步骤S12中，显示辉度计算单元31获得场图像的辉度分布。另 外，显示辉度计算单元31从场图像的辉度分布计算每个区块A^所必需的 显示辉度PNij。显示辉度计算单元31将计算出的显示辉度PN^提供到光 源控制单元32和液晶面板控制单元33中的每一个。
在步骤S13中，光源控制单元32从每个显示辉度PNij计算背光辉度 BLij，以使得照明比r等于或高于最小照明比R。
在步骤S14中，光源控制单元32基于每个背光辉度BLij确定驱动因 子&。
在步骤S15中，液晶面板控制单元33基于从显示辉度计算单元31提
供来的相应的显示辉度PNij和从光源控制单元32提供来的相应的背光辉
度BLij，为每个区块Aij中的每个像素确定孔径比率。
在步骤S16中，光源控制单元32基于相应区块Aij的驱动因子Kij， 驱动每个光源LTij的LED。
在步骤S17中，液晶面板控制单元33将驱动控制信号提供给液晶面 板11的源极驱动器22和栅极驱动器23，以控制每个区块Aid中的每个像 素的TFT，以便获得先前确定的相应孔径比率。
在步骤S18中，显示辉度计算单元31确定是否未接收到图像信号。 如果确定接收到图像信号，则过程返回步骤Sll，并且步骤Sll至S18被 重复。从而，液晶面板ll显示下一场图像。
如果在步骤S18中确定未接收到图像信号，则过程终止。
如上所述，光源控制单元32执行区块间控制以控制每个区块中相应 背光辉度BL,j (在该背光辉度BLij下照明比r等于或高于最小照明比R) 光发射，以便每个区块中的辉度比c可被设置为等于或低于最大辉度比 Cmax。有利的是，即使观看LCD 1上显示的图像的用户从倾斜的角度观 看LCD 1的屏幕，用户也不会感知到任何辉度不均。LCD 1可防止当屏幕 被倾斜地观看时发生辉度不均。
由于控制器13执行背光分区控制，因此很明显与没有背光分区控制 的情况相比可以降低功率消耗，并且每个显示辉度的动态范围可以比该情 况下的更宽。
如上所述，相邻区块的光源的设置值受到预定条件的限制，从而使得 辉度比c被控制为等于或低于最大辉度比Cmax。该控制也可以简单地由 光学系统独自实现。
当令BLxl和BLx2分别为背光12的照明区域中的像素xl和x2的背 光辉度，并且LCxl和LCx2分别为像素xl和x2的孔径比率时，除了或取 代将辉度比c控制为等于或低于最大辉度比Cmax，可将由K(BLx2-BLx2)/BLxl)/(xl-x2"表达的值控制在预定的值(例如4±1 (%/mm))上。
照明比r等于或高于最小照明比R这一条件可以被转化为照明比r与 1之间的差的绝对值(|r-l|)等于或低于第一值Tl这一条件。另一个条件
即辉度比c等于或低于最大辉度比Cmax可以被转化为辉度比c与1之间 的差的绝对值(|c-l|)等于或低于第二值T2这一条件。第一值Tl是最小 照明比R与1之间的差的绝对值(T1=|R-1|)。第二值T2是最大辉度比 Cmax与l之间的差的绝对值(T2=|Cmax-l|)。
在本说明书中，流程图中描述的步骤不仅包括其中按所描述顺序以时 序形式执行的步骤的处理，还包括其中并行地或单独地而不是以时序形式 执行步骤的处理。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行 各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物 的范围之内。
本发明包含与2006年12月1日向日本专利局递交的日本专利申请JP 2006-325781相关的主题，这里通过引用将其全部内容并入。
权利要求
1.一种背光控制设备，用于控制在液晶显示器中使用的背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单独地改变，所述设备包括背光控制装置，所述背光控制装置计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述背光照明比是在1与以下 比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比率是所 述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
3. —种控制在液晶显示器中使用的背光的方法，所述背光具有包括多 个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单 独地改变，所述方法包括以下步骤计算使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个 区块的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率； 以及控制所述背光以使得产生各个区块的计算出的背光辉度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述背光照明比是在1与以下比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比率是所 述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
5. —种液晶显示器，包括背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光辉度被允许单独地改变；以及背光控制装置，所述背光控制装置计算使得背光照明比与l之间的差的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
6. 根据权利要求5所述的液晶显示器，其中，所述背光照明比是在1与以下比率之间的差的绝对值等于或低于第二值的条件下计算的所述比 率是所述照明区域中彼此相距预定距离的像素的背光辉度之间的比率。
7. —种背光控制设备，用于控制在液晶显示器中使用的背光，所述背 光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的每一个区块中背光 辉度被允许单独地改变，所述设备包括背光控制单元，所述背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背 光设置值之间的比率。
8. —种液晶显示器，包括背光，所述背光具有包括多个区块的照明区域，在所述多个区块中的 每一个区块中背光辉度被允许单独地改变；以及背光控制单元，所述背光控制单元计算使得背光照明比与1之间的差 的绝对值等于或低于第一值的每个区块的背光辉度，并且控制所述背光以 使得产生各个区块的计算出的背光辉度，所述背光照明比是相邻区块的背 光设置值之间的比率。
全文摘要
公开了一种用于控制背光的设备和方法以及液晶显示器。背光控制设备用于控制在液晶显示器中使用的背光，该背光具有包括多个区块的照明区域，在多个区块中的每一个中背光辉度可以单独地改变。该设备包括背光控制单元，其计算每个区块的背光辉度以使得背光照明比与1之间的差的绝对值等于或低于第一值，并且控制背光以便产生各个区块的计算出的背光辉度，背光照明比是相邻区块的背光设置值之间的比率。
文档编号G09G3/34GK101192375SQ20071018757
公开日2008年6月4日 申请日期2007年12月3日 优先权日2006年12月1日
发明者木村和人, 林正健, 浅野光康, 胜义浩, 青木富雄 申请人:索尼株式会社
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