CN101278329A - 色序矩阵型显示设备的颜色过驱动 - Google Patents

Abstract

一种用于增加色序矩阵显示器的亮度的方法和设备，其中所述矩阵显示器是以逐行为基础来进行寻址，所述方法和设备包括把所述矩阵显示器的帧周期划分为与用来顺序照亮所述矩阵显示器的光线的数目相对应的子场，以便利用所述光来顺序地照亮显示器，每次照亮均长达相应子场的持续时间，并且预处理所述视频信号以便补偿由于在寻址时间和LC响应时间期间照亮所述显示器而产生的误差。所述预处理包括确定从在前子场到当前子场的灰度级改变的方向和量，并且取决于所确定的、来自先前子场的灰度级改变的方向来在当前子场中增加或者减少视频信号，而且所述增加或者减少的量对应于所确定的灰度级改变量的预定因数。

Description

色序矩阵型显示设备的颜色过驱动

本发明涉及一种用于增加矩阵型显示设备的亮度的方法。

近来，在增加发光二极管(LED)的亮度方面已经取得了很大进展。因此，可以期待，在将来，LED将变得足够亮并且很便宜，以便作为矩阵型显示器的光源。这使得能够获得具有很大色域并且与使用现有技术可获得的相比具有更高对比度的高质量视频。它还使得正面投影显示器能够用于便携式应用。

在利用每次一行寻址方式的显示器中，在寻址期间最好不照亮显示面板，这是由于在像素的寻址期间以及后续响应时间期间，像素的状态通常没有被清楚地定义。

矩阵型显示器(例如LCOS或者DMD)的寻址都是每次一行来执行的。此技术是基于LED的投影的优良候选。在每次一行的寻址方式中，把每一帧划分为一个或多个场。然后，把这些场的每一个再分为三个色场，三个色场分别对应于红色、绿色和蓝色。从色场周期开头开始，通过激活适当的行电极来对第一行进行寻址。此行内的像素被重置(可选的)，并且随后通过把正确电压提供给列电极来寻址，以便提供正确灰度级。接下来，寻址随后的行，诸如此类。在对最后一行进行寻址之后，并且等到液晶(LC)材料的响应时间已经过去之后，显示板得以全部寻址。此时此刻，适合于导通与已经寻址的色场相对应的LED。所述LED保持接通，直到启动对下一色场的寻址为止。图3A中示出了这些内容。

然而，光只能够在有限的时间量内生成。行寻址的时间可以是每行1μ秒那么少。对于XGA分辨率(864行)来说，面板的寻址时间因此通常是1毫秒。所述LC响应时间也是1毫秒的量级。在以60赫兹帧速率利用3个色场进行颜色顺序操作的情况下，场时间是1/60/3＝5.56毫秒。行寻址时间和LC响应时间的和是2毫秒。这意味着对于每种颜色，用于照明的有效工作周期只有(5.56-2)/5.56/3＝21％。换言之，每种颜色只被允许在总时间的21％中导通，而不是理论上的最大值33％。因此，问题在于：在几乎40％的时间期间无法生成光线。

本发明的目的在于增加矩阵型显示器中的亮度。

此目的在一种用于增加色序矩阵显示器的亮度的方法中实现，所述矩阵显示器以逐行为基础进行寻址，所述方法包括如下步骤：把所述矩阵显示器的帧周期划分为与用来顺序照亮所述矩阵显示器的光颜色数目相对应的子场；在每一子场中对所述显示器每行中的像素进行寻址，所述寻址包括在每一子场中、把视频信号应用到所述显示器每行中的每一像素，所述视频信号对应于用于与各个子场对应的光颜色的视频信号灰度级；在每一子场中为所述显示器的每行分配LC响应时间；并且利用所述光颜色顺序地照亮显示器，每次照亮长达对应子场的持续时间。

申请人已经注意到，虽然上述方法增加了亮度，但是因在寻址时间和LC响应时间期间照亮显示元件而出现了假象。这是由于当前子场中的显示元件的灰度级受先前子场所导致的所述显示元件的灰度级的影响。图3A和3B中示出了此效果。具体来讲，图3A示出了仅在整个面板的寻址周期和LC响应时间整体完成以后才由彩色光线照亮面板的情况。如图所示，彩色光R、G、B只为每一彩色子场的一部分进行照亮，照此，每行只有部分时间历经彩色光。寻址周期被显示为浓重的暗线2；LC响应时间被显示为暗灰色区4，而浅灰色区6表示每一子场周期的空闲时间。与图3B相比较，彩色光R、G、B为每一完整彩色子场进行照亮。因此，没有空闲时间(浅灰色区场6)。然而，例如在红色子场8的后半部分期间，面板中的各行早已为下一个绿色子场进行了寻址，并且显示元件早已被改变为下一个绿色子场9的灰度级。这导致红色子场8的总灰度级不正确。

为此，用于增加亮度的方法还包括步骤：预处理所述视频信号以便补偿由于在寻址时间和LC响应时间期间照亮显示器而产生的误差，所述预处理步骤包括确定从在前子场到当前子场的灰度级改变的方向以及量；并且取决于所确定的、从先前子场改变的灰度级改变方向来在当前子场中增加或者减少视频信号，并且所述增加或者减少的量对应于所确定的灰度级改变量的预定因数。

采用上述和额外的目的并且着眼于此后将显现的优势，将参照附图来描述本发明，其中：

图1示出了单面板投影显示器中的光引擎的框图；

图2示出了矩阵型显示显示面板的框图；

图3A示出了说明每次一行地寻址的矩阵型面板的典型照明的图示，而图3B示出了说明依照本发明的面板照明的图示；

图4A示出了当使用未校正的视频信号时本发明的光生成情况，而图4B示出了当使用经校正的视频信号时本发明的光生成情况；以及

图5示出了依照本发明的用于预处理视频信号的电路的框图。

图1示出了单面板投影显示器中的光引擎的框图。通过3组有选择地发射红、绿和蓝颜色的发光二极管(LED)10、12和14来提供光。来自红色LED 10的光被引导至光导16中并且由分色镜22折射到场镜20中。同样，来自蓝色LED 14的光被引导至光导16中并且由分色镜18折射到场镜20中。最后，来自绿色LED 12的光线被引导至光导中并且被直接发送到场镜20。来自场镜20的光线由PBS/反射偏光器24折射到矩阵型面板，所述矩阵型显示板被示为反射式硅树脂上液晶体(liquid crystal on silicone，LCOS)面板26，其利用施加到那里的视频信号来调制光线。然后，已调制的光信号穿过PBS/反射偏光器24，并且由投影透镜28放大以便聚焦到投影屏(未示出)上。

在图1中所示的实施例中，在每一子场中，面板26完全由每种颜色照亮。然而，作为选择，面板26可以由连续的光带，即红色光带、绿色光带和蓝色光带来照亮。这些光带沿垂直方向跨越面板滚动。这可以通过为每一颜色单独地使用扫描背光来实现。采用此方法，有可能减少因LC响应过慢引起的运动假象。

图2示出了LCD显示板30的框图。显示板30包括显示元件的行和列阵列，其包含r行(1到r)，每行具有水平设置的c个图形显示元件(像素)32(1到c)。为简单起见，只示出了少许显示元件。

每一显示元件32与以薄膜晶体管TFT 34形式的各个开关器件相关联。与同一行中的显示元件相关联的所有TFT 34的栅极端与公共行导体36相连，其中在操作中，把选择脉冲(选通)信号提供给公共行导体36。同样，与同一列中的所有显示元件相关联的TFT 34的源极端与公共列导体38相连，其中把数据(视频)信号应用于公共列导体38。把TFT 34的漏极端每个都与各个透明的显示元件电极40相连，所述显示元件电极40形成为所述显示元件的一部分并且限定了所述显示元件。该导体36和38、TFT 34和电极40集承载于一个透明平板上，同时，隔开的第二透明平板承载所有显示元件所共用的电极42。在所述平板之间布置了液晶材料，并且每一显示元件包括电极40以及液晶层和公共电极42的覆盖部分。每一显示元件还包括储存电容器44，其连接在显示元件电极40和与其相邻的行导体36之间，其中与显示元件相关联的TFT 34连接至行导体36。

在操作中，来自光源(例如，场镜20)的光进入面板并且依照显示元件32的传输特性被调制。通过利用选择脉冲信号顺序地扫描行导体36以便在相应的行寻址周期中依次导通每行TFT、并且酌情且与选通信号同步地把数据(视频)信号依次应用于每行显示元件的列导体38以便在一个场上建立完整的显示图片，由此来每次一行地驱动面板30。使用每次一行寻址，已寻址行中的所有TFT 34在由选择脉冲信号的持续期间所确定的周期内导通，该周期小于应用视频信号行周期，其中在该行周期期间，数据信息信号从列导体38转送到显示元件32。当选择信号终止时，该行中的TFT 32在该场时间的其余部分内关闭，由此使显示元件与导体38隔离，并且确保所施加的电荷存储在显示元件上直到它们下一次被寻址为止，这通常是在下一场周期。

通过行驱动电路50连续地把选择脉冲信号提供给行导体36，所述行驱动电路50包括由来自处理器52的规则定时脉冲所控制的数字移位寄存器。对于选择信号之间得较大部分间隔来说，由行驱动电路50向所述行导体36提供基本上恒定的参考电势，例如零伏，以便使TFT 34保持在其断路状态。视频信息信号从常规形式的列驱动电路54提供给列导体38，所述常规形式的列驱动电路54包括一个或多个移位寄存器/采样保持电路。与行扫描相同步地从处理器52向列驱动电路54提供视频信号和定时脉冲，以便每当对面板进行寻址时，提供适合于该行的串并转换。

处理器52控制该组LED 12、14和16，以便在整个相应的彩色子场期间被照亮。为了补偿因不适当的灰度级而出现的假象(所述不适当的灰度级是因先前颜色的灰度级发生改变而引起的)，处理器52预处理所述视频信号。具体来讲，处理器52测量先前颜色到当前颜色在灰度级方面的改变的第一方向和第一确定差值。然后，如果第一方向是在灰度级的增加，那么处理器把当前颜色的灰度级增加一定数量，所述数量是第一确定差值的第一预定因数。作为选择，如果第一方向是在灰度级的减少，那么处理器52把当前颜色的灰度级减少一定数量，所述数量是第一确定差值的第二预定因数。在优选实施例中，第一和第二预定因数是第一确定差值的预定百分比。这些在图4A和4B中示出，其中图4A示出了如虚线60所示的期望灰度级和由未校正视频信号而导致的显示元件的响应曲线62，而图4B示出了期望灰度级60和由校正后视频信号而导致的显示元件的响应曲线63。应该理解的是，视频信号的预处理在像素级上执行的，即，对灰度值的校正对于每一象素而言是不同的，这取决于此像素在先前子场和当前子场中的灰度值。

图5示出了包括在处理器52中用于预处理被应用于列导体38的视频信号的电路的实施例。将视频信号应用于接收子场定时信号S_s的采样保持电路70。把来自采样保持电路70的输出应用于延迟电路72，所述延迟电路72具有与彩色子场持续时间相等的延迟。把来自延迟电路72的输出应用于减法电路74的一个输入，同时把采样保持电路70的输出应用于减法电路74的第二输入。将携带差值信号的减法电路74的输出连接到乘法电路76，所述乘法电路76把所述差值乘以预定的百分比，例如，5％。加法电路78把来自乘法电路76的输出加至输入视频信号。

在本发明的上述实施例中，由于校正算法，灰度级能变得小于零或大于最大允许值。这些条件应当通过利用例如剪裁来避免。

本发明的上述实施例只考虑了先前子场灰度级对当前子场灰度级的影响。然而，也可以考虑下一个子场的灰度级。具体来讲，可以确定在当前子场的灰度级和下一个子场的灰度级之间的第二方向和第二差值。然后，基于第一和第二方向以及第一和第二确定差值的组合的预定因数来增加或者减少当前子场的灰度级。

应该注意的是，色序直接观看LCD能够基于诸如光学补偿的弯曲(OCB)效果之类的快速LC效果来实现。本发明的校正算法尤其适用于此类型的LCD显示器。

虽然以上描述基于把LED用作光源，但是应该理解的是，其它光源也适用，例如，荧光灯。

除上述校正算法以外，取决于图像内容，可以为不同的颜色改变子场的持续时间。例如，如果要显示的某一图片主要是绿色的，那么以红色和蓝色子场的持续时间为代价来延长绿色子场的持续时间。这进一步增加了显示器的亮度。

虽然已经参照特定实施例描述了本发明，但是将理解的是，在不脱离如所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围的情况下，可以采取许多变化。因此，说明书和附图应被视为例证性的，而不用于限制所附权利要求书的范围。

在解释所附权利要求书的过程中，应该理解的是：

a)词语“包括”不排除存在不同于所给出的权利要求中列出的那些的元件或动作；

b)元件前面的词语“一”或者“一个”不排除存在多个这种元件；

c)权利要求书中的任何参考标记不限制其范围；

d)多个“装置”可以由同一项目或者硬件或者软件实现的结构或功能来表示；

e)任何所公开的元件可以包含硬件部分(例如，包括分离的和集成的电子电路)、软件部分(例如，计算机编程)和任何其组合；

f)硬件部分可以包含模拟和数字部分之一或者二者；

g)除非特别说明，否则任何公开的器件或者其部分可以结合在一起或者分割成更多部分；并且

h)除非特别指明，否则不要求动作的特定顺序。

Claims (12)

1.一种用于增加色序矩阵显示器(26)的亮度的方法，所述矩阵显示器以逐行为基础进行寻址，所述方法包括步骤：

把所述矩阵显示器(26)的帧周期划分为与用来顺序照亮所述矩阵显示器的光颜色的数目相对应的子场；

在每一子场中，对所述显示器(26)每行中的像素(32)进行寻址(2)，所述寻址包括在每一子场中把视频信号应用于所述显示器的每行中的每一像素，所述视频信号对应于用于与各个子场对应的光颜色的视频信号灰度级；

在每一子场中为所述显示器(26)的每行分配LC响应时间；

利用所述光颜色顺序地照亮(10，12，14，16，18，20，22，24，52)显示器(26)，每次照亮均长达对应子场的持续时间；以及

预处理(52)所述视频信号以便补偿由于在寻址时间和LC响应时间期间照亮显示器而产生的误差。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述预处理步骤包括子步骤：

确定(70，72，74)从先前子场到当前子场的灰度级改变的方向和量；并且

取决于所确定的、来自先前子场的灰度级改变方向来在当前子场中增加或者减少(78)视频信号，并且所述增加或者减少的量对应于所确定的灰度级改变量的预定因数(76)。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述预处理步骤包括子步骤：

确定(70，72，74)从先前子场到当前子场的灰度级改变的第一方向和第一量；

确定(52)从当前子场到下一个子场的灰度级改变的第二方向和第二量；以及

取决于所确定的、来自先前子场以及到下一个子场的灰度级改变的方向来在当前子场中增加或者减少(52)视频信号，而且所述增加或者减少的量对应于所述第一和第二确定量的预定因数的总和。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述照亮步骤包括：利用对应于红、绿和蓝基色的光颜色来照亮显示器，并且所述帧被划分为3个子场周期。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述预定因数是所确定量的预定百分比。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述用于在当前子场中增加或者减少视频信号的步骤分别对应于根据在前子场的灰度级确定的增加或者减少。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述预定因数是所确定量的预定百分比。

8.如权利要求3所述的方法，其中所述用于在当前子场中增加或者减少视频信号的步骤分别对应于根据先前子场的灰度级确定的增加或者减少。

9.一种用于增加色序矩阵显示器(26)的亮度的设备，所述矩阵显示器(26)以逐行为基础进行寻址，所述设备包括：

用于把所述矩阵显示器(26)的帧周期划分为与用来顺序照亮所述矩阵显示器的光颜色的数目相对应的子场的装置；

用于在每一子场中对显示器(26)每行中的像素进行寻址的装置(2，52)，所述寻址装置在每一子场中把视频信号应用于显示器每行中的每一像素，所述视频信号对应于用于与各个子场对应的光颜色的视频信号灰度级；

用于在每一子场中为所述显示器(26)的每行分配LC响应时间(4)的装置；

用于利用所述光颜色顺序地照亮显示器(26)的装置(10，12，14，16，18，20，22，24，52)，每次照亮均长达对应子场的持续时间；以及

用于预处理所述视频信号以便补偿由于在寻址时间和LC响应时间期间照亮显示器(26)而产生的误差的电路(52，70，72，74，76，78)。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述预处理电路包括：

延迟电路(72)，具有一个子场的延迟，所述延迟电路被耦合以便接收所述视频信号；

差分电路(74)，具有耦合至所述延迟电路(72)的输入端的第一输入端和耦合至所述延迟电路(72)的输出端的第二输入端，所述差分电路(74)确定从先前子场到当前子场的灰度级改变的方向和量；

乘法电路(76)，用于把所述差分电路(74)的输出乘以预定因数；以及

加法电路(78)，具有耦合至所述延迟电路(72)的输入端的第一输入端以及耦合至所述乘法电路(76)的输出端的第二输入端，借此，取决于乘法电路(76)的输出的符号，取决于所确定的、来自先前子场的灰度级改变方向来在当前子场中增加或者减少视频信号，并且所述增加或者减少的量对应于所确定的灰度级改变量的预定因数。

11.如权利要求9所述的设备，其中所述预处理电路包括：

用于确定从先前子场到当前子场的灰度级改变的第一方向和第一量的装置(74)；

用于确定从当前子场到下一个子场的灰度级改变的第二方向和第二量的装置(52)；以及

用于取决于所确定的、来自先前子场以及到下一个子场的灰度级改变的方向来在当前子场中增加或者减少视频信号的装置(52)，而且所述增加或者减少的量对应于所述第一和第二确定的量的预定因数总和。

12.如权利要求9所述的设备，其中所述显示器(26)利用对应于红、绿和蓝基色的光颜色来照亮，并且划分装置把所述帧划分为3个子场周期。

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