Herausforderungen und Qualitätssicherung beim lokalen Dimmen von LC-Displays mit seitlich angeordneten LEDs

Das lokale Dimmen von LC-Displays bietet großes Potential zur Leistungseinsparung und zur Verbesserung der visuellen Qualität. Aufgrund der Besonderheiten von LC-Displays mit seitlich angeordneten LEDs entfalten Local-Dimming-Algorithmen bei diesen Displays zurzeit nicht ihre vollen Möglichkeiten. Beim Dimmen solcher Displays können viele ungewollte visuelle Artefakte auftreten. Daher wird das lokale Dimmen für solche Displays nur moderat eingesetzt. Eine Vermeidung dieser Artefakte kann es ermöglichen, das Potential des Local-Dimmings voll auszuschöpfen. Da nur ausreichend bekannte visuelle Artefakte verhindert werden können, werden diese ausführlich analysiert und Lösungsvorschläge zur Vermeidung gegeben. Hierzu werden acht Displays mit Edge-Lit Hintergrundbeleuchtung betrachtet. Die Displays werden dabei auf statische und dynamische Artefakte untersucht und es werden Möglichkeiten genannt, wie die visuelle Qualität gesichert und gesteigert werden kann. Um insbesondere keine Artefakte in der Darstellung künstlicher Bilder zu erzeugen, wird eine Menü-Detektion eingeführt und alle Parameter des Dimming-Algorithmus angepasst. Durch die abschließende Optimierung der Hintergrundbeleuchtung in Bezug auf das Local-Dimming, welche Anzahl und Position der LEDs sowie die Form der LSF betrifft, kann somit ein Algorithmus vorgestellt werden, welcher die Herausforderung des lokalen Dimmens für Edge-Lit-Displays meistert und gleichzeitig die visuelle Qualität sicherstellt.Local dimming of LC-Displays offers a high potential for power saving and the improvement of the visual quality. Because of the particularities of Edge-Lit LC-Displays, local dimming algorithms do not yet reach best possible results. The dimming of such displays may produce unintentional visual artefacts. Therefore, the impact of local dimming for such displays is rare. Avoiding these artefacts can help local dimming to reach its full potential. Since only sufficiently understood visual artefacts can be prevented, they are analysed and solutions are suggested. There are eight displays with Edge-Lit backlight considered. The static and dynamic visual artefacts of these displays are analysed and a description to ensure und increase the visual quality is given. Especially to avoid artefacts with artificial images, a menu detection is introduced and all parameters of a dimming algorithm are adjusted. The final optimization of the backlight, related to the number and the position of the LEDs and the shape of the LSF, allows a local dimming algorithm, which can reach the dimming challenges of Edge-Lit displays and ensure the visual quality at the same time

Sorted sector covering combined with image condensation : an efficient method for local dimming of direct-lit and edge-lit LCDs

Durch die immer größer werdenden Bildschirmdiagonalen (TV, Computermonitor) und den Wunsch nach noch mehr Flexibilität im Bereich der mobilen Kommunikation (Smartphone, Notebook, iPad) spielt der Leistungsverbrauch von Flüssigkristallanzeigen (LCDs), der zu einem Großteil vom Backlight bestimmt wird, eine immer wichtigere Rolle. Local Dimming LED Backlight ist eine Möglichkeit, den Leistungsverbrauch des Backlights um bis zu 50% zu reduzieren, indem die erzeugte Helligkeit lokal an das darzustellende Bild angepasst wird. Die Herausforderung besteht darin, möglichst viel Leistung einzusparen und gleichzeitig die Qualität des dargestellten Bildes und dessen Helligkeit zu erhalten. Um die enormen Daten eines Bildes in Echtzeitbetrieb zu verarbeiten und zugleich den Leistungsverbrauch zu minimieren, muss die Lösung effizient sein. Die bisherigen Methoden zur Berechnung von Local Dimming LED Backlight basieren auf der Bildverarbeitung und erfüllen die beschriebenen Anforderungen nur teilweise. Darüber hinaus sind sie für neue Edge-Lit Backlights ungeeignet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige, auf einem mathematischen Modell des Backlights basierende, Optimierungsmethode entwickelt. Diese wurde für verschiedene Prototypen in Hardware implementiert und die daraus resultierenden Ergebnisse wurden untersucht und ausgewertet.Liquid Cristal Displays (LCDs) are by far the most prevalent display technology. Growing screen sizes and mobility requirements make the reduction of the LCD’s power consumption, which is mainly caused by the backlight, to one of today’s hottest topics of the LCD industry. An ideal solution to reduce the power consumption to up to 50% is local dimming LED backlight. That is, the luminance of the backlight is locally adapted according to the image content. The challenge is to save as much power as possible without a degradation of the visual quality and a loss of luminance. The local dimming hardware must be quick enough for video application and as efficient as possible at the same time, for a low hardware effort. State of the Art approaches are not capable to meet all the challenges and are inapplicable for novel edge-lit backlights. That’s why a new approach for the calculation of local dimming LED backlight, which is based on a mathematical model of local dimming, has been developed and presented in this work. This method has been implemented for different prototypes. The results achieved are presented and discussed

Sorted Sector Covering Combined with Image Condensation - An Efficient Method for Local Dimming of Direct-Lit and Edge-Lit LCDs

We consider the backlight calculation of local dimming as an optimization problem. The luminance produced by many LEDs at each pixel considered is calculated which should cover the gray value of each pixel. while the sum of LED currents is to be minimized. For this purpose a specific approach called as "Sorted Sector Covering" (SSC) was developed and is described in this paper. In our pre-processing unit called condenser the source image is reduced to a matrix of much lower resolution so that the computation effort of the SSC algorithm is drastically reduced. During this preprocessing phase. filter functions can be integrated so that a further reduction of the power consumption is achieved. Our processing system allows high power saving and high visual quality at low processor cost. We approach the local dimming problem in the physical viewing direction - from LED to pixel. The luminance for the pixel is based on the light spread function (LSF) and the PWM values of the LEDs. As the physical viewing direction is chosen, this method is universal and can be applied for any kind of LED arrangement - direct-lit as well as edge-lit. It is validated on prototypes, e.g., a locally dimmed edge-lit TV