Local Dimming of LCD monitors

LCD Monitore und hier speziell die Hintergrundbeleuchtung sind große Energieverbraucher (bis zu 60% des Gesamtverbrauchs) in mobilen Geräten wie Smartphones, Tablets oder Notebooks.

Das Bild unten zeigt das Prinzip von Local Dimming. Die linke Bildseite wird mit 100% Backlight (weiß) hinterleuchtet und die Transmissionswerte der LC Zellen sind entsprechend der Grauwerte des Bildes. Auf der rechten Bildseite ist das Backlight lokal gedimmt (grau) und die Transmissionswerte individuell erhöht. Die Kombination aus gedimmtem Backlight und erhöhter Transmission ergibt die gewünschte Bildhelligkeit (die gleiche wie im ungedimmten Zustand).

Das Bild ist zweigeteilt, das original Backlight und die TFT Matrix auf der linken Seite, sowie das angepasste Backlight und dazugehörige TFT Matrix auf der rechten Seite. Das Ergebnisbild ist gleichmäßig.

Das Ziel der Local-Dimming-Technologie ist das Erreichen verschiedener physikalischer und visueller Vorteile für LCD Monitore für Multimedia Anwendungen, sowie eine signifikante Reduzierung der Leistungsaufnahme, was z. B. längere Akkulaufzeiten bedeutet. Zu den visuellen Vorzügen gehören unter anderem ein erhöhter statischer Kontrast, bessere Schwarzwerte und Farbwahrnehmung, sowie spezifische, inhaltsabhängige Effekte.

Das Bild auf der linken Seite zeigt ein Edge-Lit TV Gerät und ein Beispiel eines lokal gedimmten Bildes. Das Bild auf dem Display zeigt jeweils die Hälfte von zwei Fotografien, zum einen ein lokal gedimmtes Bild (links) und zum anderen ein ungedimmtes Bild (rechts). Der statische Kontrast ist deutlich höher (etwa Faktor 10). Der Clouding Effekt - sichtbar in den Ecken des Displays - ist stark reduziert. Zusätzlich ist der Energieverbrauch im gedimmten Zustand drastisch reduziert.

In diesem Projekt müssen zusätzlich die dargestellten Inhalte berücksichtigt werden, da sehr unterschiedliche Bildinhalte zu erwarten sind, die unterschiedlichen Optimierungsziele verlangen (visuelle Eigenschaften). Dazu wird die Architektur eine Kontrolle durch das übergeordnete System sowie den User erlauben. Das Ergebnis wird immer zwischen einer maximalen Energieeinsparung bei spürbar besserer Bildqualität bzw. deutlich besserer Bildqualität bei messbarer Leistungseinsparung. Der dazu verwendete Optimierungsalgorithmus basiert auf dem "Creedy"-Prinzip und verwendet eine vordefinierte Pixelreihenfolge, wie sie in der echten Grafik angedeutet ist.

Das spezielle Ziel dieses Projekts ist eine sehr effiziente Implementierung des Algorithmus in einer GPU. Nur ein sehr kleiner (verschwindender) Teil der GPU Rechenleistung soll darauf verwendet werden die adaptierten Bilddaten, sowie die individuellen LED Helligkeitswerte in Echtzeit zu berechnen. Diese GPU basierte Lösung wird deutliche Vorteile gegenüber einer dezidierten HW Lösung (FPGA, ASIC) bieten. Die Implementierung wird Software basiert sein und damit auch sehr flexibel sein um Anpassungen an ein OEM Modell zu realisieren. Es entstehen keine HW Kosten. Neben diesen Vorteilen werden wir Rendering-Verfahren und Local Dimming kombinieren um neue positive Eigenschaften zu generieren. Die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen Local Dimming Verfahren und 3D Anwendungen ist ein weiteres Forschungsgebiet.