背景技术
彩色显示设备是公知的,并且用在例如电视、监视器、膝上型计算机、移动式电话、个人数字助理(PDA)和电子书籍中。
宽色域彩色显示设备记载在同一申请人的专利文献WO 2004/032523中,该文献在此引入作为参考。彩色显示设备显示具有宽色域的彩色图像,并配有:多个像元;具有不同的预定辐射谱的两个可选择的光源;彩色选择装置,所述彩色选择装置与可选择的光源结合能够在显示板上产生各自的第一和第二原色;以及控制装置,所述控制装置被设置为交替地选择可选择的光源之一并向一部分像元提供与用选定光源可获得的各个原色相对应的图像信息。可以按照时间序列和空间序列的方式来选择该显示设备的原色,其能够减少色乱(color break-up)。
这种类型的设备也称作光谱序列显示器,并且是例如RGB的常规显示器与也称为场序列显示器的色彩序列显示器的中间形式。该显示器原色利用多个滤色器和多个(光谱的)光源从时空上形成,其在多个子帧中交替地闪光。
这种显示器的色域比利用常规显示器和常规的三磷光体混合荧光灯能够实现的色域大得多,同时其可提供类似的亮度。
在如WO 2004/032523中公开的理想的光谱序列显示器中,两个子帧之间理论上不存在相互作用。但是,在实际生活中的光谱序列显示器中会发生电光串扰。这由多种作用引起,如:
1.LCD板的缓慢时间电光LC响应。缩写LC代表液晶,缩写LCD代表液晶显示器。
2.灯的时间轮廓(temporal lamp profile),其又由以下因素来确定:
a.各个磷光体的磷光余辉时间;
b.如果在灯扫描方式中操作那么在背光源中的时空光学串扰;以及
相对于显示器寻址的特殊的灯的定时。
这一电光串扰致使显示器原色不如预期的一样饱和。其又引起预期色彩的偏移。这在多原色显示器中可能是特别令人讨厌的,其中六种原色中的自由度允许驱动值进行不同组合以产生同样的、均匀的预期色彩。在串扰的影响下,这些不同的驱动级别能够导致不同的色彩偏移,其导致非常明显并且令人讨厌的轮廓加重和噪声假像。
此外,这一串扰也增大了对于较高帧频的严格性,这对于不允许具有可见闪烁的光谱序列显示器的适当操作是必要的。例如,对于60Hz的光谱序列电视机(TV)来说,当利用两个子帧时必须施加120Hz的子帧频,对于50Hz的TV来说,所希望的是施加150Hz的子帧频,这可能通过上变频为75Hz帧频来辅助完成,从而确保无闪烁的光谱序列TV。
光谱序列显示器的灯响应的时间波形也是引起电光串扰的原因。
当应用以下情况时,可以减小甚至消除该串扰:
1.非常快速的LC响应板(OCB等)
2.与扫描不同的闪光灯方案,这也包含LC的快速寻址和稳定。
3.非常快速的响应磷光体,或基于LED/激光的光源。
但是,这些措施给光谱序列显示系统增加了相当大的成本和复杂性,并导致效率降低。因此,可以预料至少目前在商业上可行的光谱序列显示器中将一直存在串扰成分。
因此,所希望的是提供减少宽色域光谱序列显示器中的电光串扰的有利的方式,允许提高灵活性和在不显著增大显示器的功率消耗的情况下的成本有效性,同时仍然保持类似的亮度级。
具体实施方式
下面的描述集中在可应用于示范性的光谱序列显示器的本发明实施例。但是,应该理解,本发明不限于这种应用,而是可以应用于许多其他的光谱序列显示器。
应该理解,这些附图仅仅是示意性的,并且未按比例绘制。为了图解的清楚,可能夸大了某些尺寸同时缩小了其他尺寸。并且在适当的情况下,所有附图中用相同的附图标记和字母来表示相同的部件和尺寸。
通常,液晶显示(也称为LCD)设备包括两个衬底和插入其中的液晶层。这两个衬底具有相对的电极,从而在这些相对的电极之间施加的电场致使液晶(也称为LC)分子根据该电场而对齐。通过控制该电场,液晶显示设备能够通过改变入射光的透射率来产生图像,所述入射光通常来自固定光谱的背面光源。该电场一般是通过向LCD的像元提供驱动信号来实现,以便控制所述透射率。
如上所述,光谱序列显示器是例如RGB的常规显示器与也称为场序列显示器的色彩序列显示器的中间形式。色彩序列显示器中的显示器原色利用多个滤色器和多个(光谱的)光源从时空上形成,其在多个子帧中交替地闪光。下面描述的光谱序列显示器的实施例包括由两个独立光源形成的示范性光源,以生成用于照亮LC显示器的像元的两个不同的光谱。但是,该光源也可以是“单个”光源,对该光源的光例如进行调制,以在不同的时间点产生两个不同的光谱。基本上,能够产生本文中描述的可选择光谱的任何光源都适合于这一目的。
例如,发明人已经用试验说明(未公布)了一种六原色显示器,其基于具有三个滤色器(常规的RGB)并配备有两种类型的荧光光源的直观LCD板,这两种类型的荧光光源在光谱上是不同的。在第一个子帧中,应用这些光源中的第一种类型的光源,该光源与RGB滤色器结合,发出第一组三原色。在第一个子帧之后的第二个子帧中,应用这些光源中的第二种类型的光源,其再次与同样的RGB滤色器结合,发出第二组三原色。该原理也参考图1示出。
图1公开了来自普通荧光光源11的第一光谱和来自第二荧光光源12的不同的光谱。图中的左侧示出了常规RGB型的三个滤色器13、14、15。在图1的中间,公开了每个滤色器13、14、15对两个光源11、12的响应13a、13b、14a、14b、15a、15b,这两个光源在正上方示出。从图1显然可知,红色滤色器1 3使来自光源11的红光透过(在响应13a中用R来表示),并使来自第二光源的黄光透过(在响应13b中用Y来表示)。绿色滤色器14使来自光源11的绿光透过(在响应14a中用G来表示),并使来自第二光源的青光透过(在响应14b中用C来表示)。蓝色滤色器15使来自光源11的蓝光透过(在响应15a中用B来表示),并使来自第二光源的深蓝光透过(在响应15b中用DB来表示)。
向第一个子帧中的RGB子像素施加第一组驱动值并向第二个子帧中的RGB子像素施加第二组驱动值来产生一种色彩。这本质上是一种六原色显示系统。通过以足够高的速率(例如对于60Hz的显示器以120Hz的子帧频)使这些子帧交替,能够产生所希望的色彩而看不见闪烁,并且没有有限的色乱(break-up)。
示范性的光谱序列显示器的灯组23、24可以在如图2中所示的背光源中在空间上交替,以便为每个灯组提供可能的最佳均匀性。在扫描模式中并与LC板21的子帧寻址同步地来操作这些灯,首先是在第一个子帧过程中操作灯组23,然后是在第二个子帧过程中操作第二组24。在扫描模式中对这些灯进行操作的背光源也称作扫描背光源。如上所述,其他实施例可以使用不同类型的光源的不同布置,也可以使用不同数量的光源,包括能够调制不同光谱的单个光源。
这种显示器的色域比利用常规显示器和常规的三磷光体混合荧光灯能够实现的色域大得多,同时其可提供类似的亮度。发明人所建立的示范性的实现系统利用如图3a中所示的灯的光谱33和34,产生由图3B中示出的各个光谱S1、S2的凸包所跨越的色域,图3a示出作为波长[nm]32的函数的光谱辐射度[W/srm2]31,图3B示出包括CIE轨迹CIE1和EBU光谱EBU1的CIE 1976图表。该色域达到在利用常规参考灯时的色域的几乎160%。这是该色域能够扩展达到的理论极限。该极限可利用LC板和灯的理想响应来实现。
在理想的光谱序列显示器中,两个子帧之间理论上不存在相互作用。图4示出了由LC单元形成的RGB子像素在第一个子帧SF1和第二个子帧SF2期间对驱动值作出的光学响应41的波形。在第一个子帧SF1期间,对驱动值作出的光学响应快速地达到所希望的级别44。当达到该级别时,第一光源在短期内照射该LC单元,如脉冲42所示。到利用第二驱动值来驱动该LC单元时该光源完全熄灭,第二驱动值对应于所希望的级别45。当第二驱动值施加于LC单元时,也引起在LC单元中的快速光学响应。当达到LC单元所希望的值45时,该第二光源在短期内照射LC单元,如脉冲43所示。
但是,在实际生活中的光谱序列显示器中会发生电光串扰。这由多种作用引起,这些作用可能存在于该显示器中或者可能不存在于该显示器中,取决于下面的配置:
1.LCD板缓慢的时间电光LC响应
2.灯的时间轮廓,其又由以下因素来确定:
a.各个磷光体的磷光余辉时间
b.如果在灯扫描方式中操作那么在背光源中的时空光学串扰。
c.相对于显示器寻址的特殊的灯的定时。
这一电光串扰作用致使例如显示器原色不如预期的一样饱和。这又引起非预期且不利的预期色彩的偏移。这在多原色显示器中可能是特别令人讨厌的,其中六种原色的自由度允许驱动值进行不同组合以产生同样的、均匀的预期色彩。在串扰的影响下,这些不同的驱动级别能够导致不同的色彩偏移,其导致非常明显并且令人讨厌的轮廓加重和噪声假像。本发明的目的在于单独地或以任何组合的方式来减小、最小化、最优化或消除这种不利的影响。
图5A示出测得的板的LC响应LCr、在扫描模式中的第一灯组S1以及在扫描模式中的第二灯组S2的重叠的时间波形。该板被处理成在第一个子帧中不透射(对应于例如驱动级别000),而在第二个子帧中是全部透射(对应于例如驱动级别255)。可以清楚地看到这些波形远离理想值。由于LC仍然不稳定,因此甚至在不打算让来自第一个灯的光谱的光透过该显示器的时候其仍然透过该显示器,导致不希望的串扰。
由于光谱混合,这尤其引起原色的饱和度下降,导致图5B中所示的色域大大缩小,图5B示出了包括CIE轨迹CIE1、EBU光谱EBU1、第一个灯的光谱S1、第二个灯的光谱S2以及光谱序列SS的CIE 1976图表。
此外,这一串扰也增大了对于较高帧频的严格性,这些较高的帧频对于不允许具有可见闪烁的光谱序列显示的适当操作是必要的。例如,对于也称为TV的60Hz的光谱序列电视机来说,当利用两个子帧时必须施加120Hz的子帧频,对于50Hz的TV来说,所希望的是施加150Hz的子帧频,这可能通过上变频到75Hz帧频来辅助实现,从而确保无闪烁的光谱序列TV。
光谱序列显示器的灯响应的时间波形也是引起电光串扰的原因。图6更详细地示出了如发明人实现的作为时间的函数的上述系统的测得灯响应绿色LO,时间如标度62所示,单位为ms,图中仅示出了一个灯组。以图6作为导向图,可以看到,确定由灯的轮廓所引起的串扰的量的因素包括:
1.相对于由LC单元响应LCr所表示的板寻址的灯的时间偏移。通常选择该偏移来使光的总透射量最大,但是其太靠近波形的顶点,因此在寻址变化过程中会在下一个子帧中出现重叠。
2.由于用如图6中区域63所示的非理想的分割进行扫描而引起的整个灯的轮廓的宽度。当用非理想的分隔(分割)进行扫描时,可以看到相邻灯的光输出,导致宽阶梯波形。减小该宽度的方法是板的更快速的寻址,以及跟着发生的背光源的更快速的扫描或闪光,但是这对板寻址技术和瞬时光发生有极度的限制。
3.由于如图6中区域65所示的磷光体的余辉时间而引起的在灯的波形上的拖尾。这对每种磷光体类型来说是不同的。针对参考灯的磷光体的典型测量表明:对于蓝色磷光体,存在微秒响应;对于红色磷光体,有~1.8ms余辉;对于绿色磷光体,甚至有2.4ms的余辉。当在150Hz处具有6.6ms的子帧时间时这种现象会很显著。
如上所述,当应用以下情况时,可以减小或者消除这种串扰:
1.非常快速的LC响应板(OCB等)
2.与扫描不同的闪光灯方案,这也包含LC的快速寻址和稳定。
3.非常快速的响应磷光体,或基于LED/激光的光源。
但是,这些措施给光谱序列显示系统增加了相当大的成本和复杂性,并导致效率降低。因此,可以预料至少目前在商业上可行的光谱序列显示器中将一直存在串扰成分。
现在将更详细地描述的本发明的实施例,在该实施例中,通过补偿来减小这种电光串扰的影响。更特别的是,根据显示器中的串扰影响的严重性来改变LC显示器的像元的驱动信号。
首先,提供一种测量在光谱序列显示器中的串扰的方法。该测量方法提供一种确定在显示器中存在的串扰的方法。更精确的是,在第一个子帧中用驱动D′1并且在第二个子帧中用驱动D′2来交替地驱动该显示器。这些是对该板的实际驱动值。然后,驱动该灯的电路系统,从而在第一个子帧中仅驱动第一个灯组,而在第二个子帧中没有光。然后,作为(D′1,D′2)的函数,测量D″1作为该子帧的实际光输出。在没有串扰的系统中,光输出与前一个驱动值无关,在这种情况下是与D′2无关。实际上,如果D′2<D′1,那么存在较少的光输出;而对于D′2>D′1,则有过量的光。为D″2进行类似的测量,其中在第二个子帧中驱动第二个灯组,而在第一个子帧中没有光。为D′1、D′2的所有可能的组合中的至少一个子集而进行上述过程。
发明人为示范性的显示器进行了这种串扰的测量,结果串扰值为~50%;这意味着第一光谱的大约一半的光与第二光谱混合,反之亦然。这的确严重地降低了原色的饱和度。利用串扰模型的计算显示出能够将串扰值减小到1/8,但仅仅是利用非常快速的板(~4ms响应)的情况。通过将灯进行更好的光学分割并利用更短的扫描周期,或者通过同时用所有的灯使背光源闪光,那么可以进一步减小串扰值。但是,这两种技术对板的性能有很高的要求,并且给显示器增加了相当大的成本。
上面的测量产生了两个表,确定这两个表的反量(inverse),从而可以补偿串扰。对于静态的情况,参见下面的其他实施例,寻找(D′1,D′2)的一种组合,该组合与串扰一起产生所希望的光输出(D1,D2),即串扰得以补偿。这例如通过同时对这两个表搜索最佳的驱动对(D′1,D′2)来进行,所述最佳驱动对使[(D″1-D1)2+(D″2-D2)2]最小,即所述最佳驱动对使的与希望的光输出的距离最小。
对于动态的情况,可以按照如对于已知的过驱动计算(直接的形式以及反馈的形式)类似地计算所述的反量。
图11中示出了根据本发明的方法的实施例110,其包括通过找出先前在步骤111中测得的显示器的串扰的反量而补偿所述显示器中的串扰的步骤112。更精确的是,在步骤112中,根据彩色LC显示器的光源的光谱参数在视频处理装置中改变驱动信号,所述视频处理装置例如为电路或处理器,用于将视频数据处理成所述彩色LC显示器中的显示板的多个像元。下面描述这种LC显示器的实施例。
图12中示出根据本发明的计算机可读介质的实施例。该计算机可读介质120在其上包括用于减小光谱序列显示器中的电光串扰的计算机程序121,用于由计算机122来处理,该计算机程序包括代码段124,其用于按照尽可能接近地产生所述光谱序列显示器的所希望的光输出(D1,D2)的方式来补偿先前测得的所述光谱序列显示器的所述串扰。根据该实施例,通过利用先前在步骤123中例如借助于上述测量方法测得的所述显示器的串扰的反量,借助于代码段124来补偿该显示器中的串扰。更精确的是,代码段124在视频处理装置中根据所述彩色LC显示器的光源的光谱参数而为LC显示器中的显示板的多个像元改变驱动信号。下面描述这种LC显示器的实施例。
根据本发明的彩色显示设备的实施例,提供了这种显示器,其利用视频处理电路来补偿串扰。该电路基本上取代常规LCD板的显示伽玛校正和过驱动功能,下面给出关于静态或动态图像的不同实施例。
图7中示出了用于彩色显示设备的控制电路的第一实施例。该实施例对于静态图像工作良好,在下文中描述该实施例。
该实施例中的输入是具有宽色域色空间的视频信号。可以使用宽色域RGB空间,但是XYZ同样有效。利用多原色变换MPC而将所述视频信号变换成6原色驱动信号,产生用于两个子帧的驱动值R1 G1 B1和R2 G2 B2。这些驱动值在串扰补偿电路XTC中成对(例如R1,R2)处理,产生优选的补偿驱动值,例如R′1,R′2。然后将这些值送入到具有子帧多路转换器SM的子帧定时控制器SC中,经由该子帧定时控制器首先用第一个子帧中的补偿驱动值R′1 G′1 B′1然后用第二个子帧中的R′2 G′2 B′2来驱动该板。该子帧定时控制器SC进一步包括子帧延迟元件SD以存储用于第二个子帧的驱动值直到将其根据子帧控制信号SF经由子帧多路转换器SM按顺序排好。排好顺序的驱动值R′G′B′形成多路转换器SM的输出,其交替地包括R′1 G1′ B′1和R′2 G′2 B′2。
串扰校正电路XTC的中心部分包括用于每个色彩通道RGB的校正电路XTC。该电路进行物理串扰的逆映射以得到所需的、补偿过的驱动值,例如R′1,R′2,其在显示器中有串扰的情况下产生(最接近的匹配的)所希望的光输出,该光输出对应于无串扰显示器中的驱动值(例如R1,R2)。该电路例如以二维(也称为2D)查找表(也称为LUT)来实现,这是LCD过驱动电路系统中的惯例。主要的差别在于有两个输出,即每个子帧有一个输出。LUT的数量受色彩通道或不同色彩的子像素的数量的支配;在这种情况下,对于RGB来说LUT的数量是3个。
可选择的是,该实施例可以做如下的任选的修改:
1.对于串扰电路,使用2D内插的LUT,如从LCD过驱动电路系统中已知的;
2.考虑到不同的磷光体余辉时间,LUT的内容对于各个RR GG BB通道都是不同的;
3.LUT的内容考虑由于灯扫描操作而引起的串扰,其中其通过如上所述的测量来获得;和/或
4.改进LC响应。
图7中的上述实施例非常适合于静态图像,即R1 R2在相对较长的时间内不会发生变化,而该实施例对于活动图像仍然显示出卓越的性能。尽管如此,提供了为动态图像设计的两个可选择的实施例。现在参考图8-10更详细地描述这些非常适合于动态图像的可选择的实施例。
图8中示出了总体设计,其中仅详细地示出了红色通道。现在多原色变换MPC通过在子帧控制信号SF的控制下经由第二子帧多路转换器SM2选择适当的驱动值序列R1 G1 B1和R2 G2 B2而为每个子帧产生驱动值。
然后将MPC的输出供给串扰校正电路XTC并供给子帧延迟存储器SD,其存储前一个子帧的驱动值。该串扰校正XTC然后计算所需的、补偿过的驱动值,其中通过该子帧多路转换器SM来选择所述适当的序列。
图9中更详细地示出了图8的串扰的特定部分。按照顺序,向第一个子帧中的电路提供R1,随后是向第二个子帧中的电路提供R2。这些驱动值也存储在子帧延迟SD中,该SD使这些驱动值延迟精确的一个子帧的时间。在第一个子帧中,该延迟传递先前第二个子帧的驱动值:R2prev。该值R2prev然后与R1结合来计算所需的驱动值R′1,如图9中的方框XTC1所示。在第二个子帧中,子帧延迟SD传递延迟的驱动值R1,其是R1prev,然后其与接着到来的驱动值R2结合以计算所需的驱动值R′2,如图9中的方框XTC2所示。子帧多路转换器SM在子帧控制信号SF的控制下选择所需驱动值R′1,R′2的序列。
该电路系统与已知的LCD过驱动电路系统相同,主要的不同在于子帧可切换的LUT。
对于过驱动电路系统,存在第二实施例,其称作“反馈过驱动”,其中根据在前面的帧的过程中实际达到的最终值来确定新的过驱动值。这也可以应用于串扰补偿,如图10中所示。图10相对于图9的区别在于,子帧延迟SD现在接收实际输出值R′1 prev和R′2来代替值R1;R2,在一个子帧的延迟之后产生值R′1和R′2prev。
这种技术的优点在于通过补偿在光谱序列显示器中的电光串扰而消除了令人讨厌的假像。用于消除这种串扰的可选择的技术给显示系统在寻址、响应和灯效率方面带来沉重的负担。串扰补偿电路系统是对现有LCD过驱动电路系统的改进,并且其实现起来几乎没有额外的成本。
上述根据本发明的方法和设备的应用和使用是各种各样的,其包括示范性的领域,如消费者LCD-TV和LCD监视器。该光谱序列方法允许以亮度或功率消耗方面的低代价获得宽得多的色域、直视LCD-TV。当与诸如用于荧光灯的专用宽色域磷光体或宽色域LED背光源的可选择的技术相比时,这种亮度/功率消耗方面的代价非常低(大约90%的亮度换取150%的色域)。
本发明能够按照任何适合的形式来实现,包括硬件、软件、固件或其任何组合。本发明例如作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件来实现。本发明实施例的元件和部件能够以任何适合的方式在物理上、功能上和逻辑上实现。实际上,该功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实现。同样,本发明可以在单个单元中实现,或者可以在物理上和功能上分配在不同单元和处理器之间。
尽管上面已经参考特定实施例描述了本发明,但是这不意味着本发明仅限于本文中提出的特定形式。相反,本发明仅仅受随附的权利要求的限制,与上面特定实施例不同的其他实施例同样可以在这些随附的权利要求的范围内,例如与上面描述的光源不同的光源。
在权利要求中,术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。而且,尽管单独地列出,但是多个装置、元件或方法步骤可以由例如单个单元或处理器来实现。另外,尽管各个特征被包含在不同的权利要求中,他们也可以有益地进行组合,而被包含在不同权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。此外,单数附图标记不排除复数。术语“一”、“一种”、“第一”、“第二”等不排除复数。权利要求中提供的附图标记仅仅作为说明的例子,不应当理解为以任何方式来限制权利要求的范围。