CN101443836A - 具有背光的显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种显示设备包括：被配置以显示图像的图像显示单元(2)；背光(6)，其包括至少一组设置在衬底(3)上的发光源，所述一组发光源至少包括红色、绿色、蓝色和白色发光源；以及背光控制装置(7)。所述背光控制装置被配置以识别红色、蓝色和蓝色光源各自的特定驱动电平，根据红色、蓝色和蓝色光源特定驱动电平选择用于白色光源的驱动电平并生成红色、绿色和蓝色光源的实际驱动电平。

Description

具有背光的显示设备
技术领域
本发明涉及一种显示设备，其包括图像显示单元和背光单元，该背光单元包括设置在衬底上的红色、绿色、蓝色和白色发光源。
背景技术
液晶显示器(LCD)屏幕是无源显示系统，这意味着它们本身不发光。
这些显示屏是基于这样的原则：光通过或不通过液晶层。这意味着需要光源以用于生成图像。在反射型LCD屏幕中，环境光被用作外部光源。在透射型LCD屏幕中，人造光是由背光系统生成的。
存在几种背光系统的变型，例如一种背光系统，其包括将光提供给图像显示单元的背面以用于生成背景照明的光源。所述光源覆盖了图像显示单元的背面，并且可以为图像显示单元的背面的不同部分提供不同的照明水平。这方便了针对图像显示单元的不同部分调节背光的亮度或光照以及调节色域。基于由图像显示单元显示视频图像来执行所述调节。
LCD背光的光一般由白色光源生成。这种光源可以是用于移动应用的白色发光二极管(LED)和用于监视器与TV LCD的冷阴极荧光灯(CCFL)。一般地，这些白色光源具有较宽的发射光谱。
最近已经提出了基于例如红色、绿色和蓝色(RGB)LED的彩色光源的背光。RGB LED背光的发射光谱表现为在所述红色、绿色和蓝色LED的发射波长周围的三个尖锐的峰。由各个独立彩色LED发射的光被混合在一起，以用于生成可感知为白色光的光。与宽光谱白色光源比较，使用这种RGB LED背光所生成的图像可以显示更多的饱和色并由此提供具有更大色域的改进的图像。
US2004/0061814和US2005/0184952公开了进一步的背光技术。
现有技术的RGB背光设备的问题是高能耗。即使提供改进的图像效果，也由此阻碍了低能耗LCD和移动显示应用中的RGB背光的引入。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括背光的显示设备，所述背光具有相对较低的能耗并仍然为所述显示设备提供较大的色域。根据本发明，提供一种显示设备，其包括
-图像显示单元，其被配置以显示图像，
-背光，其包括设置在衬底上的至少一组发光源，所述至少一组发光源至少包括红色、绿色、蓝色和白色发光源，以及
-背光控制单元，其被配置为：
-识别用于所述至少一组发光源中的红色、绿色和蓝色光源的红色、绿色和蓝色特定驱动电平，
-根据红色、绿色和蓝色特定驱动电平，设置用于所述至少一组发光源中的所述至少一个白色光源的白色驱动电平，以及
-从红色、绿色和蓝色特定驱动电平和白色驱动电平生成红色、绿色和蓝色实际驱动电平。
总之，本发明提出了例如红色、绿色和蓝色LED的彩色光源与例如白色LED或CCFL灯的宽光谱白色光源的联合使用。一般地，白色光源在生成白色光时比红色、绿色和蓝色LED的组合具有更高的功效(每瓦流明)。这个认识通过由白色光源提供尽可能高的图像亮度同时主要依赖彩色光源来增加色域而被有利地使用。
优选实施例中的显示设备包括智能图像处理单元，该单元根据要显示的图像数据为背光照明确定最优亮度和/或颜色。
相应地，所述背光控制单元识别表示用于红色、绿色和蓝色光源的特定驱动电平的RGB数据。在优选实施例中，图像处理单元向背光控制单元提供所需的背光亮度和/或颜色。
然后，背光控制单元根据红色、绿色和蓝色特定驱动电平来选择用于白色光源的白色驱动电平，并且相应地对红色、绿色和蓝色特定驱动电平进行修改。
在优选实施例中，选择白色电平W，使其等于红色、绿色和蓝色特定驱动电平Rspec、Gspec和Bspec中最低值。随后，通过从红色、绿色和蓝色特定驱动电平减去白色驱动电平而获得实际的红色、绿色和蓝色驱动电平R、G和B。用公式表达如下，
W＝MIN(Rspec，Gspec，Bspec)；
R＝Rspec-W；G＝Gspec-W；B＝Bspec-W其中，R、G和B分别表示用于红色、绿色和蓝色光源的实际驱动电平。
许多可替代算法是可能的，以致于对于每个应用，可以在节省能耗与丰富色彩之间达成最佳平衡。例如，用于笔记本电脑LCD面板的背光控制单元可以在该笔记本使用交流电源时选择驱动电平从而产生最佳的可能色域，并且可以在该笔记本使用其电池运行时切换到具有更高能效的背光方案(例如增加白色光源的使用)。
参考上述公式，并用MAX表示用于光源的最大驱动电平，则计算白色驱动电平W的示例性算法可以是：
W = MAX * ( MIN ( Rspec , Gspec , Bspec ) MAX ) n
根据该操作，所述用于红色、绿色和蓝色光源的实际驱动电平可以如上计算。在理想情况下，n＝1，而白色驱动电平将与上面计算的相同。这提供了最大的可能色域。如果需要节约能耗，例如如果笔记本电脑使用电池电源运行，该算法可以选择n<1，从而增强白色光源的使用。随后，用于红色、绿色和蓝色光源的任何负驱动值将变为零。注意，这不会导致显示器上的色差，因为最终像素颜色由LCD面板本身的像素决定。当n<1时，只有显示器的色域将会减小。
更特别地，根据本发明的显示设备大约仅仅需要具有RGB背光的现有技术的显示器所需能耗的50％。此外，所述控制装置的配置提供了驱动电平的高效设置。
所述驱动电平可以由特定的电压或电流表示，其提供了驱动电平设置的有效控制。
为了方便获得精确的和低成本的光源，所述发光源可以是无机发光二极管(LED)。在一个实施例中，只有红色、绿色和蓝色光源是LED，而白色光源包括例如CCFL或HCFL灯。在另一个实施例中，红色、绿色、蓝色和白色光源都是LED。
所述背光可以包括至少一个分段，每个分段包括多组发光源，其提供了对光源更多方面的控制。
分段的数量和/或分段的形状可以取决于图像，从而为图像的各个部分提供最适合的背光。
所述显示器进一步包括视频图像处理装置，其被配置以分析图像并向背光控制装置输入红色、绿色和蓝色光源的初始驱动电平，这提供了对初始驱动电平设置的有效控制。
所述背光控制装置可以被配置以基于图像内容降低光源驱动电平，从而节约能耗。例如，减低图像黑暗部分的亮度并改进本发明的节能特性。
所述图像处理装置可以进一步被配置以裁剪图像，以去除对于显示图像不必要的图像数据。
本发明还提供一种控制显示设备中的背光设备的方法，所述显示设备包括图像显示单元，所述背光设备包括至少一组设置在衬底上的光源，所述至少一组光源至少包括红色、绿色、蓝色和白色发光源，所述方法包括以下步骤：
-识别用于所述至少一组发光源中的红色、绿色和蓝色光源的红色、绿色和蓝色特定驱动电平，
-根据红色、绿色和蓝色特定驱动电平，设置用于所述至少一组中的所述至少一个白色光源的白色驱动电平，以及
-从红色、绿色和蓝色特定驱动电平和白色驱动电平生成红色、绿色和蓝色实际驱动电平。
本发明的用于控制显示设备中的背光设备的方法提供了与本发明的显示设备相同的优点，并且本方法可以包括与所述显示设备有关的上述任何特征。本发明还提供移动终端，其包括结合了上述任意一个相关特征的显示设备。
附图说明
现在将通过实例并参照附图来描述本发明的实施例，其中
图1示出根据本发明的显示设备的示意图，
图2示出包括发光源的分段的示意性的正视图，
图3是控制背光设备的方法的示意图，
图4是移动终端的示意图。
具体实施方式
图1示出显示设备1，其包括连接到图像控制装置9和背光控制装置7的视频信号处理装置8。该图像控制装置9以已知的方式控制图像显示单元2。
所述背光控制装置7连接到设置在图像显示单元2的背侧13上的背光6。在工作期间，观看根据由视频信号处理装置8提供的视频信号的图像的观察者可以看到图像显示单元2的前侧14。面向图像显示单元2的背侧13的背光6的前侧15包括多个分段5。
参照图2，每个分段5包括多组光源4，并且每个组4具有各自的红色R、绿色G、蓝色B和白色W光源。所述光源优选地是LED并设置在合适的衬底3之上。以已知的方式通过背光控制装置7为每个光源电子地设置驱动电平，并且优选地视频信号处理装置8基于视频内容为背光控制装置7提供输入数据。这使得背光6能够向图像显示单元2的不同区域发射出所需的光强和颜色。
为避免各区域对于不同颜色具有不同光照强度，各个组4内的光源被放置地非常密集。例如，这通过使得具有红色、绿色、蓝色和白色LED管芯的单个封装彼此相邻放置来实现。当然，在衬底3上设置单个红色、绿色、蓝色和白色LED管芯也是可能的。为了获得背光LED所期望亮度的合适效率，可替代的实施例可以包括不同数量的白色和彩色LED，例如两个白色LED、三个红色、绿色和蓝色LED。
为了驱动红色R、绿色G、蓝色B和白色W(RGBW)LED，一种算法分析视频帧以确定用于所述LED的驱动电平。为了正确驱动所述RGBW背光，使用亮度调低，其意味着当所显示的视频图像不需要最高亮度水平时降低背光强度。也可以独立驱动图形的各个分段并动态地改变光源的哪个组4属于特定的背光分段5，从而根据视频图像的要求来改变各分段5的形状和大小。
所述算法分析每个视频帧/片段并存储用于红色、绿色和蓝色的特定驱动电平或值。白色LED的驱动电平被设定为所述三个被存储(用于红色、绿色和蓝色的)电平的最小电平。在大多数情况下，所述三个驱动电平并不相同。这意味着最多必须加入两种颜色(有时是一种或零)以得到当前视频帧所需的背光颜色。所加入的颜色(红色、绿色、蓝色、红-绿、红-蓝、绿-蓝)通过单独的红色、绿色和蓝色LED进行添加。因为所述算法也使用亮度降低，所以视频数据被缩放回LED驱动范围(0-255)，从而在带有RGBW背光的LCD显示器上产生正确图像。
优选地，该图像处理装置8裁剪所述图像以去除非必要的图像数据，这改进了图形性能。可以使用任何合适的裁剪算法，而且对于不同分段5裁剪值可以变化。
优选地，使用合适的算法以创建在具有活动背光LED的分段与具有不活动或几乎不活动背光LED的分段之间的衰减效应。简言之，最接近不活动分段的活动LED被逐渐给予更低的驱动电平从而防止在活动分段和不活动分段之间的尖锐线条。
图3示出控制背光设备6的方法的示意图，其中，对于帧/分段中的所有LED：
-用于红色(Rspec)、绿色(Gspec)和蓝色(Bspec)的特定驱动电平通过遍历所述帧/分段中所有的RGB LED来识别301，
-所述帧/分段中的白色LED的驱动电平(Wdrive)被设定302为Rspec、Gspec和Bspec中最小的一个，
-所述帧/分段中的红色LED的驱动电平(Wdrive)被设定302为Rspec-Wdrive，
-所述帧/分段中的绿色LED的驱动电平(Wdrive)被设定302为Gspec-Wdrive，
-所述帧/分段中的蓝色LED的驱动电平(Wdrive)被设定302为Bspec-Wdrive。
使用这种方法，如果需要，就能通过驱动一组中所有这四个LED而不是仅仅驱动白色LED来发光，从而容易生成更多的光。当然，这可能仅仅只能针对特定分段来局部实施。
上述特定驱动电平是通过预先设定的规则确定的。优选地，所述特定驱动电平是最大驱动电平，即Rspec是最大的红色驱动电平，Bspec是最大的蓝色驱动电平，以及Gspec是最大的绿色驱动电平。
然而，例如一种颜色的特定驱动电平可以是这种颜色最大驱动电平的90％、这种颜色的15％的最高驱动电平的均值、或根据这种颜色的不同驱动电平(在所述分段之内)所确定的任何其他值。
例如当需要1500CD/m2的背光亮度时，测试表明RGBW背光仅仅需要RGB背光所需能量的50％。当使用亮度降低时，可实现能耗的进一步降低。
参照图4，示出了移动终端10，并且其包括由电池12供电的控制单元11。根据上面的讨论，控制单元11为显示设备1供电并对其进行控制。移动终端的实例是数字个人备忘录、移动电话、手持型电脑、膝上型电脑、便携式视频游戏单元、全球定位系统以及便携式音乐系统

Claims (11)

1.一种显示设备，包括：
-图像显示单元(2)，其被配置以显示图像，
-背光(6)，其包括至少一组(4)设置在衬底(3)上的发光源，所述至少一组(4)发光源至少包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)发光源，和
-背光控制单元(7)，其被配置为：
-识别用于所述至少一组(4)发光源中的红色、绿色和蓝色光源的红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)，
-根据所述红色、绿色和蓝色特定驱动电平，设定用于所述至少一组(4)发光源中的所述至少一个白色光源的白色驱动电平(Wdrive)，以及
-从红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)和白色驱动电平生成红色、绿色和蓝色实际驱动电平(R、G、B)。
2.根据权利要求1的显示设备，其中背光控制单元(7)被进一步配置以使用所述白色驱动电平激活所述至少一个白色光源，以及使用红色、绿色和蓝色实际驱动电平来激活所述至少一个红色、绿色和蓝色光源。
3.根据权利要求1的显示设备，其中背光控制单元(7)被配置以将红色、绿色和蓝色驱动电平(R、G、B)设定为减去了白色驱动电平(W)的红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)中的相应之一。
4.根据权利要求1的背光设备，其中发光源是无机发光二极管。
5.根据权利要求1的显示设备，其中所述背光包括至少一个分段(5)，每个分段包括多组发光源。
6.根据权利要求5的显示设备，其中所述分段(5)的数量取决于图像内容。
7.根据权利要求5的显示设备，其中所述分段(5)的形状取决于图像内容。
8.根据权利要求1-7中任意一个的显示设备，进一步包括视频图像处理装置(8)，其被配置以分析图像和向背光控制装置(7)输入红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)。
9.根据权利要求8的显示设备，其中所述背光控制装置(7)被配置以基于图像内容降低光源驱动电平。
10.一种控制显示设备(1)中的背光设备(6)的方法，所述显示设备(1)包括图像显示单元(2)，所述背光设备(6)包括至少一组(4)设置在衬底(3)上的发光源，所述至少一组(4)发光源至少包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)发光源，所述方法包括以下步骤：
-识别(301)用于所述至少一组(4)发光源中的红色、绿色和蓝色光源的红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)，
-根据所述红色、绿色和蓝色特定驱动电平，设定(302)用于所述至少一组(4)发光源中的所述至少一个白色光源的白色驱动电平(Wdrive)，以及
-从红色、绿色和蓝色特定驱动电平(Rspec、Gspec、Bspec)和白色驱动电平生成(303)红色、绿色和蓝色实际驱动电平(R、G、B)。
11.一种移动终端，包括根据权利要求1-10中任意一个的显示设备(1)。
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