CN101326565A - 具有多个像素的显示装置和用于显示图像的方法 - Google Patents

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Abstract

具有多个像素的显示装置和用于显示图像的方法。本发明涉及一种具有多个像素(13)的显示装置(1)，该显示装置具有：图像信号生成装置(2)，用于为多个像素(13)生成色彩值和亮度值；与图像信号生成装置(2)耦合的光调制装置(3)，用于基于所述色彩值和亮度值对所述多个像素(13)进行调制；以及用于光调制装置(3)的背光照明的照明装置(4)；其特征在于，照明装置(4)具有用于驱动多个光源(12)的驱动装置(11)，并且驱动装置(11)与图像信号生成装置(2)或者光调制装置(3)耦合，使得被设计用于光调制装置(3)的部分区域背光照明的光源(12)的预先确定的组可以通过驱动装置(11)根据亮度值被驱动用于增强对比度。本发明此外还涉及一种用于在具有多个像素(13)的显示装置(1)上显示图像的方法。

Description

具有多个像素的显示装置和用于显示图像的方法
本发明涉及一种具有多个像素的显示装置，该显示装置具有：图像信号生成装置，用于为多个像素生成色彩值和亮度值；与图像信号生成装置耦合的光调制装置，用于基于色彩值和亮度值对多个像素进行调制；以及用于光调制装置的背光照明的照明装置。
上述类型的显示装置，特别是纯平屏幕已经一再被公开。这些显示装置特别适合于用作计算机监视器或作为特别平的电视机的屏幕。由光源发出的光被用于具有多个像素的调制装置的背光照明，通常是液晶显示器(LCD)。通过使用图像信号生成装置生成的色彩值和亮度值来驱动光调制装置的各像素，仅有所入射的光的一部分通过光调制装置，使得可以生成亮的和暗的或者不同颜色的像素，这些像素随后为观察者组成整个图像。
特别是在娱乐电子设备领域中的显示装置情况下，特别高的对比度范围是值得期望的，因为电影常常包含具有大对比度范围的场面，其中对比度作为最大和最小亮度的差与最小能够显示的亮度分级之间的比例。
因此，对于真实的成像重要的是，一方面能够显示非常精细的亮度分级，并且另一方面能够显示在白色像素的完全发光强度和无发光强度(即黑色像素)之间的全部范围。这例如出现在具有非常不均匀的照明的场面中，譬如出现在同时显示室内拍摄和室外拍摄或者光亮区域和阴影区域的情况中。
市面上常见的显示装置通常具有明显小于1∶1000的对比度系数。然而，对此人眼能够分辨明显更大的对比度范围。因此，为了真实地再现影片，具有大于1∶1000的对比度范围的显示装置是值得期望的。
US 6,891,672B2公开了一种具有增大的对比度范围的屏幕。由光源发出的光首先通过第一调制装置并随后通过第二调制装置来调制。由此可以显示对比度非常丰富的图像，使得例如暗的图像区域也仍能精细地在亮度上被分级地显示。
使用两个光调制装置的缺点特别是在于光调制装置的高成本，它们显著影响屏幕的成本。此外，第二调制装置和对此必需的图像信号生成装置需要额外的能量。此外，两个光调制装置的彼此连接吸收了入射的光的较大部分，使得必须使用功率特别强的光源，该光源在自身那方面需要更多的能量。
本发明的任务是，提供一种开头所述类型的显示装置，该显示装置具有特别高的对比度范围。在此，显示装置应当能够成本低廉地制造并且能耗低。
该任务通过开头所述类型的显示装置来解决，其中照明装置具有用于驱动多个光源的驱动装置，并且驱动装置与图像信号生成装置或者光调制装置耦合，使得被设计用于对光调制装置部分区域背光照明的光源的预先确定的组可以通过驱动装置根据亮度值来驱动用以增强对比度。
通过有针对性地驱动被设计用于对光调制装置部分区域背光照明的光源的组，可以减小特别暗的图像区域的照明，使得所示的整个图像的对比度范围增大。由于更为有效的光利用，光源的组变暗还附加地导致了能量节省。
根据本发明，可以有利地借助仅仅一个光调制器来实现高对比度，其方式是照明装置，即光源的预先确定的组，被部分地调暗。通过该调暗，设计为暗的显示区域可以被更强地变暗，这导致更大的对比度。
在本发明的一种优选的扩展方案中，多个光源中的每个光源都可以单独地通过驱动装置来驱动。通过这种方式，也可以单独地使小的图像区域变暗。
根据本发明的显示装置有利地按照一种用于在具有多个像素的显示装置上显示图像的方法来工作，所述方法具有以下步骤：
-接收多个像素的具有色彩值和亮度值的图像信号，
-为像素的不同的预先确定的组中的多个组计算亮度特征，其中要显示的图像由这些像素组成，
-基于色彩值和亮度值通过光调制装置对像素进行调制，
-分别通过一个光源或者光源的预先确定的组根据为像素的相应预先确定的组所计算的亮度特征对像素的不同的预先确定的组进行照明。
在该方法的一种有利的扩展方案中，基于所接收到的图像信号的色彩值和亮度值在考虑到所计算的亮度特征的情况下来计算校正后的色彩值和亮度值，用于调制像素的预先确定的组。
通过借助所计算的亮度特征校正用于光调制的色彩值和亮度值，在调制时可以考虑到像素的预先确定的组的较弱的背光照明，使得例如可以特别好地显示在变暗的图像区域中的细节。
本发明的其他有利的细节和扩展方案以及改进方案在从属权利要求中说明。
其他的优点、有利的扩展方案和改进方案由以下结合附图进一步阐述的实施例中得到。其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的屏幕的示意性构造，
图2示出了一种用于显示图像的方法的流程图，
图3A示出了示例性的要显示的亮度值，
图3B示出了根据现有技术实际显示的亮度值，
图3C示出了针对所述示例性亮度值的亮度特征，
图3D示出了校正后的亮度值，以及
图3E示出了根据本发明的一种扩展方案的实际显示的亮度值。
图1以示意性的形式示出了根据本发明的一个扩展方案的、在纯平屏幕的实施例中的显示装置1的构造的横截面。
屏幕1具有图像信号生成装置2、光调制装置3以及照明装置4。在照明装置4和光调制装置3之间可选地设置有扩散器5，其使得照明装置4的光散布，用于光调制装置3的背光照明。在光调制装置3之前附加地设置有毛玻璃6，其将透射过光调制装置3的光散射并且同时保护光调制装置3免受触碰。毛玻璃6或者扩散器5也可以用于选出预先确定的偏振方向的光。图像信号生成装置2具有图像信号解码器7、图像存储器8、处理单元9以及选择装置10。照明装置4具有驱动装置11以及多个光源12(在该实施例中为发光二极管)。光调制装置3包括多个像素13，它们适合于调制入射光。在此，各像素13由子像素14组成，例如分别由针对三原色红、绿和蓝的子像素14组成，这些子像素通过相应的过滤器仅仅让相应原色的光通过。
照明装置4的驱动装置11被设计用于单独驱动各光源12，使得空间上与各光源12关联的像素的组15A、15B和15C可被不同强度地背光照明。调制器5具有三个彼此隔开的区域，使得光源12的光分别仅仅对像素的一个组15A、15B或15C进行背光照明。替代地，邻接的组15A、15B或15C的照明也可以由处理单元9来负责。
在实践中，显示装置1自然也具有比图1中可以示出的明显更多的像素13以及用于其照亮的光源12。例如，为了照亮具有数十万像素13的32”屏幕可以使用具有大约200个发光二极管的照明装置4作为光源12。在此，光源12例如条形或者瓷砖状地设置。
图2表明了一种用于在对应于本发明的一种构型的显示装置1上显示图像的方法。
在该实施例中，在第一步骤21中，首先通过图像信号解码器7接收图像信号，例如电视信号，该图像信号解码器包含设置于其中的用于像素13的色彩值和亮度值Isoll。被解码的色彩值和亮度值Isoll被存储在图像存储器8中用于进一步的处理。
在第二步骤22中，借助存储在图像存储器8中的色彩值和亮度值Isoll为像素的预先确定的组15计算亮度特征Ichar。在图1中简化地示出的实施例中，屏幕1具有像素的三个组15A、15B和15C。在此，上部的、中间的和下部的组15A、15B和15C分别与光源12之一关联，并且通过这些光源照明。
在该实施例中，在第二步骤22中通过处理单元9认识到，与像素的下部的组15C对应的下部屏幕区域显示特别暗的图像区域。该信息随后被存储在针对组15C生成的亮度特征Ichar中。
在第三步骤23中，多个像素13通过光调制装置3在考虑到被解码的色彩值和亮度值Isoll的情况下被调制。例如，可以通过将不同的电压施加到光调制装置3的各像素13上来影响像素13或各颜色的子像素14的穿透性，使得为观察者形成整个图像。通常，为此通过生成电场而将液晶显示器的晶体偏转，使得其偏振方向改变为使得预先确定偏振的光透射或者被吸收。
在本发明的一种优选的扩展方案中，在像素13的实际当前调制时，处理单元9考虑事先计算的亮度特征Ichar。为此，在考虑到所计算的亮度特征Ichar的情况下，由所接收的色彩值和亮度值Isoll来计算校正后的色彩值和亮度值Ikorr，这些色彩值和亮度值Ikorr用于调制光调制装置3的像素13。
并行地在第四步骤24中，借助关联的驱动装置11通过处理装置9驱动照明装置4，使得像素的各组15A、15B和15C的照明对应于事先确定的亮度特征Ichar。为此，在给出的、其中屏幕1的下部图像区域包含特别暗的图像部分的例子中，像素的组15C可以通过将关联的下部光源12变暗而被变暗。
根据要显示的图像的图像重复率，在预先确定的时间之后重复所描述的过程，使得持续地根据各当前的图像信号的要求来驱动光调制装置3的像素13以及照明装置4的光源12。
图3A示出了每个像素13的、应通过屏幕1显示的亮度值Isoll。出于简单起见，在图3A中以及在以下的图中仅仅考虑亮度值Isoll，而不考虑色彩信息。在实践中，对每个单个的所示色彩，例如红、绿和蓝，执行下面所描述的计算。
在所示的例子中，像素的第一组15A的三个第一像素13应当显示非常亮的图像区域。接下来的像素的第二组15B的三个像素13显示中等亮的图像区域。最后的组15C的最后三个像素13显示非常暗的图像区域。在图3A中，在此以百分比分别说明了对于每个要显示的像素13的亮度值Isoll。
图3B示出了屏幕1的、根据现有技术的、具有示例性的对比度系数1∶10的实际显示的亮度强度ISdT。在该示例情况中，光调制装置3仅能显示十个不同的亮度等级。
在图3A中示出的亮度值仅可以在像素的第一和第二组15A和15B的区域中被正确地显示。在像素的第三组15C的区域中的非常低的亮度不再允许忠实于信号的并且由此真实的显示。在图3B中，该图像区域被完全变暗，使得其中包含的细节不再被显示。
在图3C中示出了根据本发明的一种扩展方案确定的亮度特征Ichar。在所示的例子中，使用像素的组15A、15B或15C的相应最大值作为亮度特征。
相应地，在该例子中，第一组15A的第一光源12用可能功率的100％来驱动，第二光源12用可能功率的60％来驱动，而第三光源12仅仅用可能功率的1％来驱动。因为该实施例中用作光源12的发光二极管的发光强度基本上线性地随着工作电流增大，所以各光源12例如可以通过电流控制装置按要求地被驱动。
图3D示出了用于驱动调制装置3的被校正的亮度值Ikorr，这些亮度值例如通过处理单元9来计算。在该实施例中，通过将图3A的要显示的亮度值Isoll除以图3B的计算后的亮度特征Ichar得到校正后的亮度值Ikorr。
在图3E中示出了观察者在毛玻璃6上看见的亮度值Iist。因为在毛玻璃6上可以看到的亮度值Iist基本上通过将与图3C中示出的亮度特征Ichar对应的照明强度乘以图3D的用于调制的、校正后的亮度值Ikorr而得到，所以对于每个单个的像素13，根据该实施例所示出的亮度值Iist恰好对应于图像信号中所包含的亮度值Isoll。由此，图像信号的逼真的再现是可能的。
根据本发明的另一扩展方案，单个的图像区域也可以借助选择装置10被有目的地变暗或者变亮。例如可能的是，通过用户的预先给定来将具有像素13的组15的图像区域变亮或变暗，例如以使得譬如在下部图像区域中插入的字幕更加清晰易读，或者将其通过变暗来渐隐。
如果例如在电影的下部图像区域中，白色的字幕被插入到黑色的背景上，在该黑色背景中不包含图像信息，则可以通过将像素的组15C的关联的光源12向下调节或者关断，来防止干扰的字幕显示在毛玻璃6上。
虽然在所示的实施例中，使用一个屏幕1来显示图像信号，但根据本发明的方法自然也可以使用在其他显示方法和装置中，例如使用在譬如通过视频投影机或所谓的数据投影仪(Datenbeamer)的投影或者背投中。在这种情况下也可能的是，代替过滤的光调制装置3如液晶显示器，而使用反射的调制装置9，譬如可控的镜(数字镜装置DMD)的矩阵。
同样，代替在该实施例中所使用的发光二极管也可以使用其他特别是小面积的光源12，这些光源适合于对像素的各个组15进行照明。在此有利的是，光源12被构建为使得其发光面积或者辐射特性可以在空间上分配给要背光照明的像素13。例如，也可以使用具有小于5mm2的发光面积的、有机的、面发射的发光二极管(OLED)。
参考标号表
1        屏幕
2        图像生成装置
3        光调制装置
4        照明装置
5        扩散器
6        毛玻璃
7        图像信号解码器
8        图像存储器
9        处理单元
10       选择装置
11       驱动装置
12       光源
13       像素
14       子像素
15       像素的组
21至24方法步骤
Isoll    要显示的亮度值
ISdT     显示的亮度值(现有技术)
Ichar    亮度特征
Ikoll    校正后的亮度值
Iist     显示的亮度值(根据本发明)

Claims (7)

1.一种具有多个像素(13)的显示装置(1)，该显示装置具有：
-图像信号生成装置(2)，用于为多个像素(13)生成色彩值和亮度值(Isoll)；
-与图像信号生成装置(2)耦合的光调制装置(3)，用于基于所述色彩值和亮度值(Isoll)对所述多个像素(13)进行调制；以及
-用于光调制装置(3)的背光照明的照明装置(4)；
其特征在于，
-照明装置(4)具有用于驱动多个光源(12)、特别是发光二极管的驱动装置(11)，并且
-驱动装置(11)与图像信号生成装置(2)或者光调制装置(3)耦合，使得被设计用于光调制装置(3)的部分区域背光照明的光源的预先确定的组能够通过驱动装置(11)根据亮度值(Isoll)被驱动，用于增强对比度。
2.根据权利要求1所述的显示装置(1)，其特征在于，
-在照明装置(4)和光调制装置(3)之间设置有扩散器(5)，该扩散器使得光源(12)的预先确定的组的光分布到光调制装置(3)的部分区域的像素(13)的预先确定的组(15)上，以及
-图像信号生成装置(2)计算像素的组(15)的亮度特征(Ichar)，使得光源的组能够根据要求通过驱动装置(11)来驱动。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置(1)，其特征在于，
-所述多个光源(12)的每个光源(12)都能够单独地通过驱动装置(11)来驱动。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置(1)，其特征在于，
-光源(12)是面发射的光源，特别是有机发光二极管。
5.一种用于在具有多个像素(13)的显示装置(1)上显示图像的方法，具有以下步骤：
-接收所述多个像素(13)的具有色彩值和亮度值(Isoll)的图像信号，
-为像素(13)的不同的预先确定的组(15)中的多个组计算亮度特征(Ichar)，其中要显示的图像由这些像素组成，
-基于色彩值和亮度值(Isoll)，通过光调制装置(3)对像素(13)进行调制，以及
-分别通过一个光源(12)或者光源(12)的预先确定的组根据为像素的相应预先确定的组(15)所计算的亮度特征(Ichar)对像素的不同的预先确定的组(15)进行照明。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
-基于所接收到的图像信号的色彩值和亮度值(Isoll)在考虑到所计算的亮度特征(Ichar)情况下计算校正后的色彩值和亮度值(Ikorr)，用于调制像素(13)的预先确定的组。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
-基于与像素的预先确定的组(15)关联的亮度值(Isoll)的最小值、平均值或最大值来计算亮度特征(Ichar)。
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