CN101460917A - 具有多分段背光的高动态对比度显示系统 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，显示系统包括子像素化的显示面板以及可单独控制的多色发光器的背光阵列。当显示面板(160)包括具有白色(空白)子像素的多基色子像素排列时，背光控制(130)技术允许白色子像素作为饱和基色显示色彩工作。在另一个实施例中，显示系统可以为给定图像计算一组虚拟基色，并且使用采用虚拟基色的新型场时序控制来处理图像。在另一个实施例中，显示系统包括分段的背光，分段的背光包括：多个N+M导光板，所述导光板形成NxM个交点；多个N+M单独地可寻址的发光器单元，所述N+M发光器单元中的每个发光器单元分别与所述N+M导光板中的一个导光板相关并且光学地连接到该导光板。

Description

具有多分段背光的高动态对比度显示系统

相关申请的交叉参考

本申请主张2006年6月2日提交的，标题为“COLOR IMAGINGBACKLIGHT FOR DISPLAY SYSTEM AND METHOD OF OPEERATION”的美国临时申请60/803,855，2006年10月6日提交的，标题为“DISPLAYSYSTEMS AND METHODS HAVING DYNAMIC VIRTUAL PARAMETERS”的美国临时申请60/828,594，以及2007年2月26日提交的，标题为“HIGHDYNAMIC CONTRAST DISPLAY SYSTEM HAVING MULTIPLESEGMENTED BACKLIGHT”的美国临时申请60/891,668的权益，这里通过引用结合这些申请的整体。

技术领域

本发明涉及一种显示系统，更特别地是涉及利用并控制来自显示系统中的背光部件的光的技术。

背景技术

在权利共有的美国专利和专利申请中：(1)标题为“ARRANGEMENT OFCOLOR PIXELS FOR FULL COLOR IMAGING DEVICES WITH SIMPLIFIEDADDRESSING”的美国专利6,903,754(“‘754专利”)；(2)2002年10月22日提交的、申请序列号为10/278,353的美国专利申请公开第2003/0128225号(“‘225申请”)，标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANELDISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXELRENDERING WITH INCREASED MODULATION TRANSFER FUNCTIONRESPONSE”；(3)2002年10月22日提交的、申请序列号为10/278,352的美国专利申请公开第2003/0128179号(“‘179申请”)，其标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAyOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHSPLIT BLUE SUB-PIXELS”；(4)2002年9月13日提交的、申请序列号为10/243,094的美国专利申请公开第2004/0051724号(“‘724申请”)，其标题为“IMPROVED FOUR COLOR ARRANGEMENTS AND EMITTERS FORSUB-PIXEL RENDERING”；(5)2002年10月22日提交的、申请序列号为10/278,328的美国专利申请公开第2003/0117423号(“‘423申请”)，其标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUE LUMINANCEWELL VISIBILITY”；(6)2002年10月22日提交的、申请序列号为10/278,393的美国专利申请公开第2003/0090581号(“‘581申请”)，其标题为“COLORDISPLAY HAVING HORIZONTAL SUB-PIXEL ARRANGEMENTS ANDLAYOUTS”；以及，(7)2003年1月16日提交的、申请序列号为01/347,001的美国专利申请公开第2004/0080479号(“‘479申请”)，其标题为“IMPROVEDSUB-PIXEL ARRANGEMENTS FOR STRIPED DISPLAYS AND METHODSAND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING SAME”，公开了用于改进图像显示装置的成本/性能曲线的新型子像素排列。在此通过引用结合前述‘225，‘179，‘724，‘423，‘581和‘479公开申请以及美国专利6,903,754中的每个。

对于在水平方向上具有偶数个子像素的特定子像素重复组，下列权利共有的美国专利文件公开了用以实现例如反转模式以及其他改进的改进的下列系统和技术：(1)申请序列号为10/456,839的美国专利申请公开第2004/0246280号(“‘280申请”)，其标题为“IMAGE DEGRADATION CORRECTION INNOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAYS”；(2)美国专利申请公开第2004/0246213号(“‘213申请”)(美国专利申请序列号10/455,925)，其标题为“DISPLAY PANEL HAVING CROSSOVER CONNECTIONS EFFECTINGDOT INVERSION”；(3)申请序列号为10/455,931的美国专利申请公开第2004/0246381号(“‘381申请”)，其标题为“SYSTEM AND METHOD OFPERFORMING DOT INVERSION WITH STANDARD DRIVERS ANDBACKPLANE ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUTS”；(4)申请序列号为10/455,927的美国专利申请公开第2004/0246278号(“‘278申请”)，其标题为“SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING FOR VISUAL EFFECTSUPON PANELS HAVING FIXED PATTERN NOISE WITH REDUCEDQUANTIZATION EEROR”；(5)申请序列号为10/456,806的美国专利申请公开第2004/0246279号(“‘279申请”)，其标题为“DOT INVERSION ON NOVELDISPLAY PANEL LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS”；(6)申请序列号为10/456,838的美国专利申请公开第2004/0246404号(“‘404申请”)，其标题为“LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKPLANE LAYOUTS AND ADDRESSINGFOR NON-STANDARD SUBPIXEL ARRANGEMENTS”；(7)2003年10月28日提交的、申请序列号为10/696,236的美国专利申请公开第2005/0083277号(“‘277申请”)，标题为“IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVELLIQUID CRYSTAL DISPLAYS WITH SPLIT BLUE SUBPIXELS”；和(8)，2004年3月23日提交的、申请序列号为10/807,604的美国专利申请公开第2005/0212741号(“‘741申请”)，标题为“IMPROVED TRANSISTORBACKPLANES FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAYS COMPRISINGDIFFERENT SIZED SUPPIXELS”。在此通过引用结合上述每个公开申请‘280，‘213，‘381，‘278，‘404，‘277和‘741的整体。

当与上述参考的美国专利文件及下列权利共有的美国专利和专利申请进一步揭示的子像素着色(SPR)系统和方法一起使用时，这些改进特别显著：(1)2002年1月16日提交的、申请序列号为10/051,612的美国专利申请公开第2003/0034992号(“‘992申请”)，标题为“CONVERSION OF A SUB-PIXELFORMAT DATA TO ANOTHER SUB-PIXEL DATA FORMAT”；(2)2002年5月17日提交的、申请序列号为10/150,355的美国专利申请公开第2003/0103058号(“‘058申请”)，标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXELRENDERING WITH GAMMA ADJUSTMENT”；(3)2002年8月8日提交的、申请序列号为10/215,843的美国专利申请公开第2003/0085906号(“‘906申请”)，标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERINGWITH ADAPTIVE FILTERING”；(4)2003年3月4日提交的、申请序列号为10/379,767的美国专利申请公开第2004/0196302号(“‘302申请”)，标题为“SYSTEMS AND ME THODS FOR TEMPORAL SUB-PIXEL RENDERINGOF IMAGE DATA”；(5)2003年3月4日提交的、申请序列号为10/379,765的美国申请专利公开第2004/0174380号(“‘380申请”)，标题为“SYSTEMSAND METHODS FOR MOTION ADAPTIVE FILTERING”；(6)美国专利第6,917,368号(“‘368专利”)，标题为“SUB-PIXEL RENDERING SYSTEM ANDMETHOD FOR IMPROVED DISPLAY VIEWING ANGLES”；和(7)2003年4月7日提交的、申请序列号为10/409,413的美国专利申请公开第2004/0196297号(“‘297申请”)，标题为“IMAGE DATA SET WITH EMBEDDEDPRE-SUBPIXEL RENDERED IMAGE”。在此通过引用结合上述每个申请‘992，‘058，‘906，‘302，‘380和‘297以及‘368专利的整体。

权利共有的美国专利和共同待决的美国专利申请中揭示了色域转换和映射的改进：(1)美国专利第6,980,219号(“‘219专利”)，标题为“HUE ANGLECALCULATION SYSTEM AND METHODS”；(2)2003年10月21日提交的、申请序列号为10/691,377的美国专利申请公开第2005/0083341号(“‘341申请”)，标题为“METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING FROMSOURCE COLOR SPACE TO RGBW TARGET COLOR SPACE”；(3)2003年10月21日提交的、申请序列号为10/691,396的美国专利申请公开第2005/0083352号(“‘352申请”)，标题为“METHOD AND APPARATUS FORCONVERTING FROM A SOURCE COLOR SPACE TO A TARGET COLORSPACE”；和(4)2003年10月21日提交的、申请序列号为10/690,716的美国专利申请公开第2005/0083344号(“‘344申请”)，标题为“GAMUTCONVERSION SYSTEM AND METHODS”。在此通过引用结合上述每个申请‘341，‘352和‘344以及专利‘219的整体。

在下述申请中描述了其它的优点：(1)2003年10月28日提交的、申请序列号为10/696,235的美国专利申请公开第2005/0099540号(“‘540申请”)，标题为“DISPLAY SYSTEM HAVING IMPROVED MULTIPLE MODES FORDISPLAYING IMAGE DATA FROM MULTIPLE INPUT SOURCEFORMATS”；(2)2003年10月28日提交的、申请序列号为10/696,026的美国专利申请公开第2005/0088385号(“‘385申请”)，标题为“SYSTEM ANDMETHODS FOR PERFORMING IMAGE RECONSTRUCTION ANDSUBPIXEL RENDERING TO EFFECTS CALING FOR MULTI-MODEDISPLAY”。在此通过引用结合上述每个申请的整体。

此外，这里通过参考引入这些权利共有和共同待决的申请中每个的整体：(1)申请序列号为10/821,387的美国专利申请公开第2005/0225548号(“‘548申请”)，标题为“SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING SUB-PIXELRENDERING OF IMAGE DATA IN NON-STRIPED DISPLAY SYSTEMS”；(2)申请序列号为10/821,386的美国专利申请公开第2005/0225561号(“‘561申请”)，标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR SELECTING A WHITEPOINT FOR IMAGE DISPLAYS”；(3)申请序列号分别为10/821,353和10/961,506的美国专利申请公开第2005/0225574号(“‘574申请”)和美国专利公开第2005/0225575号(“‘575申请”)，标题都为“NOVEL SUBPIXELLAYOUTS AND ARRANGEMENTS FOR HIGH BRIGHTNESS DISPLAYS”；(4)申请序列号为10/821,306的美国专利申请公开第2005/0225562号(“‘562申请”)，标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVED GAMUTMAPPING FROM ONE IMAGE DATA SET TO ANOTHER”；(5)申请序列号为10/821,388的美国专利申请公开第2005/0225563号(“‘563申请”)，标题为“IMPROVED SUBPIXEL RENDERING FILTERS FOR HIGH BRIGHTNESSSUBPIXEL LAYOUTS”；和(6)申请序列号为10/866,447的美国专利申请公开第2005/0276502号(“‘502申请”)，标题为“INCREASING GAMMAACCURACY IN QUANTIZED DISPLAY SYSTEMS”。

在下列申请中描述了显示系统及其操作方法的其他改进和实施例：(1)2006年4月4号提交的专利合作条约(PCT)申请第PCT/US 06/12768号，标题为“EFFICIENT MEMORY STRUCTURE FOR DISPLAY SYSTEM WITHNOVEL SUBPIXEL STRUCTURES”，作为美国专列申请公开200Y/AAAAAAA在美国公开；(2)2006年4月4号提交的专利合作条约(PCT)申请第PCT/US 06/12766号，标题为“SYSTEMS AND METHODS FORIMPLEMENTING LOW-COST GAMUT MAPPING ALGORITHMS”，作为美国专列申请公开200Y/BBBBBBB在美国公开；(3)2006年4月4号提交的美国专利申请序列号11/278,675，标题为“SYSTEMS AND METHODS FORIMPLEMENTING IMPROVED GAMUT MAPPING ALGORITHMS”，作为美国专列申请公开2006/0244686在美国公开；(4)2006年4月4号提交的专利合作条约(PCT)申请第PCT/US 06/12521号，标题为“PRE-SUBPIXELRENDERED IMAGE PROCES SING IN DISPLAY SYSTEMS”，作为美国专列申请公开200Y/DDDDDDD在美国公开；(5)2006年5月19号提交的专利合作条约(PCT)申请第PCT/US 06/19657号，标题为“MULTIPRIMARY COLORSUBPIXEL RENDERING WITH METAMERIC FILTERING”，作为美国专列申请公开200Y/EEEEEEE在美国公开(下面称为“条件等色滤光申请”，(“Metamer Filtering Application”))。在此通过引用结合上述每个权利共有的申请的整体。

具有称为背光的发光部件或者光发射源的显示系统，作为动态光调制装置工作，从光发射源吸收或者发射光能从而提供图像供用户观看。背光液晶显示器(LCD)设备是这种显示系统的一个例子。光发射源发射的光能是产生观看LCD显示面板上的图像的用户看到的显示图像的主动光源。在使用色彩滤光器来产生图像中的色彩的显示系统中，通常相对窄频带的色彩滤光器从显示系统的光发射源发射的光中减去光能以造成色彩的出现。色彩滤光器设置在显示面板上以对应于各种子像素布局，诸如上面引用的申请中描述的那些，包括这里的图3和6-9中示例说明的那些。据估计，只有百分之四到十(4-10％)那么少的来自背光源的照度实际地从显示器发出，作为图像观看者看到的光。在LCD显示器中，TFT阵列和色彩滤光器衬底通常是最大的照度障碍。

发光二极管(LED)阵列在背光显示系统中用作光发射源。US 6,923,548 B2揭示了液晶显示器中的背光单元，包括多个灯或者芯片，该多个灯或者芯片配置成：实现R、G、B色彩的LED芯片构造在各个灯或者芯片中。US 6,923,548B2描述了背光单元用作实现高亮度并且提供薄的背光单元。在这里通过引用结合的US 7,002,547揭示了用于配备有LED作为背光的透射类型或者透射反射类型的液晶显示器的背光控制装置。背光控制装置包括连接到电源电路用于驱动LED的LED驱动电路，以及，检测液晶显示器附近的亮度来根据检测的亮度控制LED的驱动电流的电流控制装置。Hideyo Ohtsuki等人2002年在Proc.of the Society for Information Display International Sysmposium上发布的、标题为“18.1-inch XGA TFT-LCD with wide color reproduction using high powerled-backlighting”的论文中揭示了一种使用LED背光单元的18.1英寸的XGATFT-LCD模组。Ohtsuki等人揭示了应用侧-边缘类型的背光并且两个LED条(strip)位于光导管的顶部和底部边缘上。每个LED条配置多个红色，绿色和蓝色LED。将来自红色、绿色和蓝色LED的光混合并注入到光导管中。可以由控制电路分别地将红色、绿色和蓝色LED的亮度变暗。Ohtsuki等人揭示了很好地调整了该LCD面板的色彩滤光器来获得较高的色彩饱和度。

标题为“Led-based LCD backlight with extended color space”的US6,608,614 B1揭示了用于液晶显示器的一种背光，包括提供具有第一色度的光的第一LED阵列和提供具有第二色度的光的第二LED阵列。组合元件将来自第一LED阵列和第二LED阵列的光组合并将组合的光导向到液晶显示器。控制系统可操作地连接到第二LED阵列。控制器调节第二LED阵列中至少一个LED的亮度从而调节组合的光的色度。

标题为“High Dynamic Range Display Devices”的US 2005/0162737 A1(此后称为“‘737公开”)揭示了具有屏幕的显示器，该屏幕并入了光调制器并且由来自包括可控制发光器的阵列的光源的光照亮。可以控制可控制发光器和光调制器的元件来调节从屏幕上的对应区域发出的光的强度。图15显示了通过显示器60的部分，该显示器60中，由LED 52的阵列50照亮包括扩散层22的背投屏幕。每个LED 52的亮度由控制器39控制。屏幕53包括光调制器20。光调制器20的背面由LED阵列50照亮。图14是对于其中光调制器20的可控制元件(像素)42对应于每个LED 52的情况，部分的显示器60的示意性前视图。每个可控制元件42可以包括多个彩色子像素。737’公开揭示了LED52可以以任何适当的方式排列，并作为矩形和六边形阵列显示了LED 52两种可能的排列。扩散体22A与LED 52的发光特性使得来自LED 52的光的强度的变化在光调制器20的背面上变得柔和。737’公开进一步揭示了光调制器20可以是单色光调制器，或者高分辨率彩色光调制器。光调制器20例如可以包括LCD阵列。737’公开揭示了显示器60可以很薄。例如，显示器60可以是10厘米或者更薄的厚度。US 2005/0162737 A1通过引用结合在这里。

附图说明

当结合附图阅读时，从示例说明的几个实施例的下列描述中，能够最好地理解这里揭示的显示系统和技术的组织及操作方法，其中全部附图中相同的符号代表同样或类似的部件。

图1A为多基色显示系统的第一实施例的选择的部件的框图，该多基色显示系统具有多色彩发光器的第一背光阵列；

图1B为可以在图1A中描述的实施例中使用的峰值向下采样函数块的示例的框图；

图2A为第二多基色显示系统的选择的部件的框图，该第二多基色显示系统具有多色彩发光器的第二背光阵列；

图2B为可以在图2A中描述的实施例中使用的峰值向下采样函数块的示例的框图；

图3显示了用于四色显示面板的八子像素重复组；

图4显示了具有三种色彩的发光器的背光阵列的一部分；

图5显示了具有四种色彩的发光器的背光阵列的一部分；

图6显示了包括六子像素重复组的四色显示面板的一部分；

图7显示了包括六子像素重复组的六色显示面板的一部分；

图8显示了包括使用两种色彩的正方形子像素的二子像素重复组的显示面板的一部分；

图9显示了包括使用五种色彩的矩形子像素的十六子像素重复组的显示面板的一部分；

图10显示了可以应用这里揭示的背光控制技术和方法的液晶显示系统的框图；

图11是说明使用输入图像数据来确定背光阵列中的发光器的值的图形表示；

图12是说明从来自背光阵列中的发光器的光生成低分辨率图像的背光插值函数的操作的图形表示；

图13显示了具有多基色子像素重复组的示例显示器面板，该多基色子像素重复组具有白色(空白)子像素，并且说明了白色子像素如何使用作为这里示例说明和描述的背光控制技术确定的基色；

图14是现有技术显示器的一部分，其中背投屏幕包括由发光二极管(LED)阵列照亮的扩散层；

图15是在光调制器的可控制元件(像素)对应于每个LED的情况下图14的现有技术显示器的一部分的示意性前视图；

图16是CIE 1931色品图，显示了背光LED色域、以及小于背光LED色域的单个图像色域图；

图17显示了图16的背光LED色域，具有三个虚拟基色、以及虚拟基色色域中的给定色彩；

图18是具有调节LED背光和LCD值的空间与虚拟基色装置两者的混合系统的框图；

图19A和19B是通过图18所示的系统重构给定色彩的两种方法的图形表示；

图20A、20B和20C是使用虚拟基色的方法的图形表示；

图21A是虚拟基色场时序彩色系统(Virtual Primary Field Sequential ColorSystem)的框图；

图21B是图21的计算虚拟基色模块的替代实施例；

图22是显示图21A的包围盒模块(Bounding Box Module)的两个实施例的图示；

图23是具有叠加的XYZ基色的CIE 1931色品图，显示了多基色背光LED色域、以及小于多基色背光LED色域的单个图像色域图；

图24显示了包括使用五种色彩的矩形子像素的十二子像素重复组的显示面板的一部分；

图25显示了用于显示器的新型分段背光的一个实施例；

图26显示了包括导光板和两个发光器的传统背光；

图27显示了相对于图26的传统背光改进的背光的一个实施例；

图28显示了包括导光板和四个发光器的传统背光；

图29显示了相对于图28的传统背光改进的背光的一个实施例；

图30显示了用于显示器的新型分段背光的另一个实施例；

图31显示了新型分段背光的一个实施例中穿过一个导光板的截面图；

图32A和32B显示了两种显示系统，分别包括与单色的和多基色化的前面板有关系的新型分段背光；

图33显示了包括新型分段背光的显示系统，其中，新型分段背光与混合虚拟基色场时序控制系统和方法有关系。

具体实施方式

与其他背光技术相比，使用诸如发光二极管(LED)的发光器的阵列作为带有子像素的显示系统中的背光，通常提供较高纯度的色彩点，可以为了显示器上合理地高的色彩纯度而过滤该色彩点。然而，由于在一些类型的显示面板(例如，LCD)中对比度不是无限的(即，黑色等级不是完全的黑色)，通常存在从关闭(off)状态的子像素渗出一些色彩，这将限制色彩的饱和度。此外，色彩滤光器本身可能不具有良好的色彩纯度，并且可能允许来自其它色彩发光器的一些不想要的光透过。在背光阵列设置了可以独立寻址的单个发光器的显示系统中，可以调节背光的色彩。这种调节背光的色彩的能力提供了额外的自由度，可以用来增加显示器的动态范围和色彩纯度。它还可以通过利用从背光阵列发射的光的色温全局或者局部地优化显示器面板子像素上亮度信息的分布，来增加子像素着色算法的有效性。

现在进行显示系统的部件的概貌的讨论，之后是控制背光阵列的技术的描述，并且以实现背光控制的技术的讨论作为总结，其中该背光控制给出了人的视觉系统、正在显示的特定图像中的色彩、以及显示面板的特定子像素布局方面中的交互。

在下面的讨论中，显示系统包括显示面板，在显示面板上通过组合按照一排列或者布局(称为子像素重复组)设置在色彩滤光器衬底上的单个色彩而形成色彩图像。术语“基色”指的是在子像素重复组中出现的每种色彩。当子像素重复组被重复地跨过显示面板而形成具期望的矩阵分辨率的设备时，则称显示面板实质上包括子像素重复组。在本讨论中，将显示面板描述为“实质上”包括子像素重复组，这是因为知道显示面板的尺寸、和/或制造因素或限制可能导致面板中子像素重复组在一个或者多个面板边缘不完整。举例来说，实质上包括了以垂直列设置在色彩滤光器衬底上的红色、绿色和蓝色(RGB)的子像素重复组的显示面板具有三种基色(红色、绿色和蓝色)，而实质上包括了图8的子像素重复组801(包括洋红子像素809，绿色子像素808)的显示面板具有两种基色(洋红色和绿色)。使用超过三种基色的子像素色彩来形成色彩图像的显示系统被称为“多基色”显示系统。在具有包括白色(空白的(Clear))子像素的子像素重复组的显示面板中，白色子像素代表称为白色(W)或者“空白”的基色，因而具有带有子像素重复组(其包括RGBW子像素)的显示面板的显示系统是多基色显示系统。

在较早的一些上述引用的专利申请中，术语“发光器”有时候用于提及特定色彩的单个的子像素。在这里的讨论中，“发光器”指的是设置在显示系统的背光阵列中的光源。术语“背光控制(BC)的基色”指的是由作为显示系统中的背光工作的发光器阵列中的一个或者多个发光器产生的透过白色(W)子像素的光的色彩。

【显示系统的第一实施例】

图1A为具有用于产生图像的空间光调制器面板160的示例显示系统100的框图。面板160为实质上包括例如在图3、6、7、8和9任一个中所示的子像素重复组162的子像素化的显示面板。图3示例说明了适合于在面板160上使用的子像素重复组320。子像素重复组320包括红色子像素306，绿色子像素308，蓝色子像素310和白色(即，空白，不带有色彩滤光器)子像素304。RGBW子像素重复组的很多其他变化也是可能的，如同上面提到的美国专利申请公开2005/0225574中所描述的。例如，图6的子像素重复组620包括位于棋盘图案上的两个红色子像素606和两个绿色子像素608，棋盘上具有的白色子像素604和蓝色子像素610位于它们之间。需要指出的是，在显示子像素重复组、或者示出子像素布局的显示面板的一部分中，用于代表子像素色彩的阴影线在所有的图示中是一致的。

可以理解的是，下面描述的揭示了用于控制显示系统的背光的技术同样适用于相比图3的RGBW子像素重复组具有不同的、较少或者较多色彩的显示系统。例如，图7示例说明了具有子像素重复组701的六色显示面板的部分700，子像素重复组701包括红色子像素706，绿色子像素708，大的蓝色子像素710，青色子像素707(在这些图中以比蓝色子像素更细的水平影线显示)，洋红色子像素709和黄色子像素711。图9示例说明了实质上包括子像素重复组902的五色子像素化的显示面板的一部分，子像素重复组902具有十六(16)个子像素：红色子像素906，绿色子像素908，蓝色子像素910，青色子像素912，以及它们之间的白色子像素。

同样可以理解的是，下面描述的揭示了用于利用显示系统的背光的技术同样适用于具有少如两种基色的显示系统。例如，图8示例说明了具有子像素重复组801的二色显示面板的一部分800，子像素重复组801包括洋红色子像素809，和绿色子像素808。图1A的显示面板160可以实质上包括子像素重复组801。

再次参考图1A，示例的显示系统100进一步包括用作面板160的背光的发光源122的阵列120。阵列120可以包括不同色彩的发光器122，每个发光器在电子控制下可以单独寻址，从而每个单个色彩的控制可以与阵列120中每个其他色彩的控制完全地分开。发光源的阵列120可以包括发光二极管(LED)或者其他类型的能够单独地寻址并控制的发光器。例如，可以使用任何类型的彩色平板显示器，诸如第二LCD，有机发光显示器(OLED)，等离子显示面板，背投电视(RPTV之类)或者甚至阴极射线管(CRT)。

图4和图5示例说明了可以作为背光使用的发光器阵列120的两个布局的一部分。图5示出了红色506，绿色508以及蓝色510(RGB)发光器的偏移或者六边形阵列500的一部分。发光器阵列500适合作为RGB显示面板的背光使用，还适合作为具有图3或者6所示的类型或者根据上面引用的美国专利申请公开2005/0225574中示例说明和描述的各种RGBW布局的任何一个的子像素排列的RGBW面板的背光使用。

图4显示了红色406，绿色408，蓝色410和青色412发光器(后面称为RGBC发光器)的矩形阵列400的一部分。青色也可以称为色彩翠绿色。发光器阵列400适合作为用于实质上包括RGBC子像素重复组的显示面板，或者用于实质上包括例如图9的子像素重复组902的RGBCW子像素重复组的显示面板的背光使用。具有四种不同色彩的发光器的发光器阵列400也适合作为用于实质上包括RGBW子像素重复组的显示面板的背光使用；当这样使用时，如果绿色子像素的通过频带同时包括绿色和青色发光器发射波长的话，发光器400允许实质上绿色的子像素偏移到为实质上青色(或者翠绿色)。

尽管举例说明的图4和5示例说明了发光器阵列400和500的一部分分别具有发光器的矩形和六边形排列，可以理解的是，其他排列也是可能的并且适合用于实现下面详细描述的背光控制技术。设想将所有这种可能和适合的布局包括在这里讨论的背光控制技术的具体实现中。下面的附加讨论是关于发光器，显示的图像中的色彩以及显示面板的特定子像素布局之间的交互作用。关于发光源阵列120(图1)的分辨率的信息遵从于该讨论。

再次参考图1，显示系统100示例说明了用于输入RGB图像数据102的两个数据路径。第一RGB图像数据路径包括输入伽玛(线性化)模块105、色域映射(GMA)函数140、子像素着色(SPR)模块150以及输出反伽玛模块115，生成用于显示在面板160上的输出图像数据。在上面通过引用提到和结合的各个权利共有的申请中描述的显示系统中，GMA函数将以RGB基色指定的输入色彩数据转换到例如为RGBW的多基色目标色彩空间。GMA函数的输出是一组RGBW色彩空间中的输入图像色彩值，具有确定的亮度L分量。关于色域映射函数的操作的大致信息，参见例如美国公开专利申请2005/0083352，2005/0083341，2005/0083344和2005/0225562。

在显示系统100中，GMA函数140使用盒136中指定的“X/X_L”的函数的输出生成用于显示在面板160上的重新量化的图像，盒136接收来自输入伽玛操作105的输入RGB图像值以及背光插值函数130产生的表示为R_LG_LB_L的输入值。在下面进一步详细描述背光插值函数130和X/X_L函数136。GMA函数140可以使用上述引用中揭示的、或者本领域公知的、或者还没有发现的任何色域映射算法。在具有RGBW子像素重复组的显示面板上产生图像的显示系统情况下，GMA函数140使用RGB到RGBW算法。

继续参考图1A中的第一数据路径，GMA函数140产生的经过色域映射的输入图像色彩值的集合(例如，RGBWL)接着输入到子像素着色模块。关于SPR函数150的操作的信息，参见例如美国公开专利申请2003/0034992，2003/0103058，2003/0085906，2005/0225548以及2005/0225563。需要指出的是，图1A的盒150中的向下箭头表示这里的SPR函数执行向下采样函数，显示器中的色彩子像素少于来自GMA函数的色彩采样的数量。SPR函数150的输出值(例如RGBW)接着输入到输出伽玛函数115，产生用于显示在面板160上的输出图像数据值。

【背光控制函数】

继续参考图1A，显示系统100中的RGB输入数据102还沿着将发光器的阵列120的操作集成到输出图像的最终显示中的第二数据路径前进。第二数据路径包括计算阵列120中单个发光器的值的峰值函数块110。背光插值函数130使用光反射器的值来计算在发光器阵列120上的每个像素处的每种色彩的光的分布。指定为图1A中R_LG_LB_L的背光插值函数130的输出实际上是RGB输入图像数据经过滤光的版本，近似于来自发光器阵列10的光的分布。现在更详细地描述这些函数110和130中的每个。

峰值函数块110使用RGB输入图像数据102确定阵列120中的发光器的值。峰值函数块110的简单实施的例子可以是Max(V_PSF)。这将给定色彩的发光器的值V设定为等于发光器的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)支持的局部区域中原始输入图像(在输入伽玛模块105中执行的任何伽玛预调制之后)中的该色彩通道的最大(峰)值。峰值函数块110中使用的算法可以是向下采样的形式(由图1A中的块110中的向下箭头指示)，其对于给定发光器的输出值为由相邻的相同色彩的发光器包围的区域中的输入图像数据的峰值。

图11是示例说明显示系统100中发光器和输入图像数据的交互的简化图示。图11显示了发光器的阵列120的一部分，包括发光器124和126。图1A的RGB输入图像数据102的图形表示103(在由输入伽玛函数105处理之后)显示了在发光器的阵列120之上的输入色彩值的阵列中排列的输入图像数据。发光器124的点扩散函数指示了来自发光器124的光的覆盖区域130，以虚线示出并且由线131包围，对应于如同图形表示103中表示的输入图像色彩数据的图像部分104。从发光器124发出的光必须具有足够提供用于图像部分104中最亮输入色彩值的光的发光度。发光器124的点扩散函数与发光器126的点扩散函数重叠，如同两个区域130和132的虚线所示的，从而用于确定发光器124的值的一些输入图像色彩值也用于确定发光器126的值。

表1以伪码提供了称为“dopeak”的峰值函数的例子，使用输入图像区域的最大值来确定一个发光器的值。为了简化说明，该峰值函数作出如下假定：输出显示面板具有背光阵列的分辨率8倍的分辨率，背光阵列包括设置在矩形(或者正方形)阵列中的红色，绿色和蓝色发光器，并且红色，绿色和蓝色发光器是一致的。

 

表1：峰值函数的伪码，“dopeak”
	function dopeak(x，y)                 --build backlight imagelocal r，g，blocal Rp，Gp，Bp＝0，0，0local i，jfor i＝0，15do                    --find the peak valuefor j＝0，15 dor，g，b＝spr.fetch(“ingam”，x＊8+1-4，y＊8+j-4)Rp＝math.max(Rp，r)Gp＝math.max(Gp，g)Bp＝math.max(Bp，b)endendspr.store(“led”，x，y，Rp，Gp，Bp)end

本领域技术人员会认识到也可以采用其他更复杂的向下采样算法，诸如基于sync或者带窗口的sync函数的那些，或者本领域公知或者还没有发现的其他函数。预期所有这种可能的向下采样函数适合于这里揭示的背光控制技术。

在表1中，spr.fetch函数表示数据从之前的步骤得到或者到达，例如，来自图1A的输入伽玛模块105。Spr.store函数表示将数据存储或者传送到下一步骤，诸如存储在LED阵列122中的背光阵列值122。需要指出的是，表1中的伪码可以以“随机访问”模式获得输入值，这可能最终导致在依次存储每个输出值时获取每个值几次。这对于软件实施可能是适当的技术。在硬件中，可能使用较少的门来在输入到达的时候依次处理它们，将它们保存在输入线缓存器中直到足够用来计算输出值。替代地，可能使用较少的门来在输入到达的时候依次处理它们，而在输出线缓存器中存储中间输出结果直到它们完整。

峰值函数110的输出为用于阵列120中每个发光器的值，指示发光器的发光度。这些发光器值输入到背光控制器(未示出)用于之后当输出图像显示在面板160上时背光阵列120的发光。

图12是说明显示系统100中发光器和输出图像数据之间的交互作用的简化图形表示。背光插值函数130使用如同在峰值函数模块110中建立的背光阵列120中每个发光器124的值，来计算在发光器124之上的显示面板160中每个输出像素164处的每种色彩的光分布。该分布考虑了阵列120中每个发光器124的点扩散函数(PSF)以及扩散器136和其他光部件的存在，从峰值函数块110中建立的发光器的值插值。这种操作是如同向上箭头所表示的“向上采样”函数，并且很多可能的“向上采样”函数可以是合适的。一个这样的函数是，局部点发光器的PSF的点采样分布的和乘以由向下采样峰值函数110计算的它们的值。

表2提供了称为“Dointerp”的用于背光插值函数的伪码。该函数从称为“ledbuf”(LED缓存器)的存储器区域获得并写到称为“fuzbuf”的用于存储输出色彩值的存储器区域。函数“Dointerp”对于每个输入像素调用一次并且计算所有的周边背光点扩散函数的影响来产生将在输入(逻辑)像素下看到的色彩值。函数“Dointerp”使用每个发光器的点扩散函数，假定每个像素只能受到周围的四个发光器的影响。

 

表2：背光插值函数的伪码，“dointerp”

function dointerp(x，y)      --build the effective backlight imagelocal xb，yb＝math.floor(x/8)，math.floor(y/8)--position of a nearby--backlightlocal xd，yd＝spr.band(x，7)，spr.band(y，7)--distance to a nearby LEDcenterlocal r，g，b       --color of the backlight centerslocal rs，gs，bs＝0，0，0--sum of the overlapping backlight point spreadfunctionslocal psf       --point spread function for current pixel and LEDr，g，b＝spr.fetch(ledbuf，xb-1，yb-1)        --get LED center colorpsf＝math.floor(spread[xd]＊spread[yd]/4096)--calculate point spread--function herers＝rs+r＊psf               --sum upper left LEDgs＝gs+g＊psfbs＝bs+b＊psfr，g，b＝spr.fetch(ledbuf，xb，yb-1)  --color of upper right LED

 

psf＝math.floor(spread[7-xd]＊spread[yd]/4096)--PSF for this led andpixelrs＝rs+r＊psf                --sum upper left LEDgs＝gs+g＊psfbs＝bs+b＊psfr，g，b＝spr.fetch(ledbuf，xb-1，yb) --color of lower left LEDpsf＝math.floor(spread[xd]＊spread[7-yd]/4096)--PSF for this led andpixelrs＝rs+r＊*psf                 --sum upper left LEDgs＝gs+g＊psfbs＝bs+b＊psfr，g，b＝spr.fetch(ledbuf，xb，yb)   --color of lower right LEDpsf＝math.floor(spread[7-xd]＊spread[7-yd]/4096)--PSF for this iedand pixelrs＝rs+r＊psf                --sum upper left LEDgs＝gs+g＊psfbs＝bs+b＊psfrs＝math.floor(rs/4096)               --sum was 12bit precision(+2 for--4LEDs)gs＝math.floor(gs/4096)               --colapse them back to 8bitsbs＝math.floor(bs/4096)spr.store(fuzbuf，x，y，rs，gs，bs)； --and save in output bufferend

两个函数的组合，峰值函数110的“向下采样”后接着背光插值函数130的“向上采样”，可以在采样数量(图像尺寸)方面保留输入图像的原始分辨率，但是产生具有较低的空间频率的一组输出图像值，在图1中指定为R_LG_LB_L，即，近似于发光器阵列120发出的光的分布的RGB输入图像数据经过滤光后的版本。该数据接着输出到下面描述的X/X_L函数136。需要指出的是，一些图像可能具有均匀(即相同)色彩值的区域。对于图像中均匀色彩区域的位置的了解可以用于通过保留/再次使用对于该区域共同的值来减少GMA函数140中的计算负荷。

在输入到GMA函数140之前，首先通过输入伽玛函数105之后每个输入RGB值的亮度与给定像素处可用的来自背光阵列120的RGB光的实际量(如同由背光插值函数130提供的，即R_LG_LB_L数据值)之间的关系来修正输入图像RGB数据。该修正在X/X_L函数136中以比例X/X_L完成，其中X为R，G或者B的输入值，X_L为该R_L，G_L和B_L像素处的背光亮度值。从而给定的RGB到RGBW色域映射算法可以具有输入值R/R_L，G/G_L，B/B_L。本领域技术人员将意识到X/X_L函数136的使用允许利用“现成的(off the shelf)”GMA函数(例如上面引用的申请中揭示的任何色域映射函数)，而不需要修改来适应背光阵列120中的发光器的光分布。

需要指出的是，这里描述的背光控制方法和技术也可以与对于某些期间空白的帧或者场组合以便减少或者消除称为“jutter”的运动伪像。

【用扩展峰值函数处理色域外色彩】

当峰值函数110使用用于给定发光器的输出值为(例如，在相同色彩的相邻发光器包围的区域中计算的)输入图像数据的局部峰值的算法时，将发光器设置到这些局部峰值将引起亮(相对于局部峰值)的饱和图像色彩处于“色域外”(Out of Gamut，OOG)。这，反过来，可能要求将背光发光器设置在较高的亮度来允许达到这些亮图像色彩。

可以设计峰值函数来进行设置发光器的值的计算，该发光器的值不同于从简单的局部峰值函数找到的那些并且考虑了可能是色域外的图像色彩。图1B中的框图示例说明了扩展的峰值函数1100，可以用来替代图1A的峰值函数110。峰值测量函数110(与图1A中的函数同样地工作)测量每个像素的线性输入图像RGB值来找到每个发光器点扩散函数区域内的发光器的峰值。

为了确定这些发光器值是否会引起一些输入图像色彩处于色域外，用峰值测量110产生的输出发光器值执行色域映射函数。从而，扩展的峰值函数1100包括作为之前在显示系统100中描述的其他函数的复制的附加功能，来识别并考虑在使用以局部峰值函数确定的发光器设置的情况下会处于色域外的输入色彩值。

继续参考图1B，从峰值测量110输出的发光器值输入到背光插值函数130来产生R_LG_LB_L值，如之前所描述的。接着在盒135中执行之前描述的输入图像RGB值和R_LG_LB_L值的规一化。接着经过规一化的值输入到色域映射函数RGB(W)GMA函数1150。然而，由于仅仅来自RGB(W)GMA函数1150的RGB值附属于色域外，在这种情况下不需要在标准RGBW GMA函数中生成的输出W和L值。从RGB(W)GMA 1150输出的RGB值接着由OOG峰值测量模块1160测量来找到每个发光器的点扩散函数区域的范围内的最大色域外值。在峰值调制函数1170中将最大色域外值乘以可能的适当缩放因子，以及峰值测量1110产生的原始发光器值，来增加发光器的值从而会发生较少的色域外色彩。

【显示系统的第二实施例】

带有多基色显示器的多基色彩色背光阵列

图2A是具有用于产生图像的空间光调制器面板260的第二示例显示系统200的框图，该面板标记为图2A中的液晶显示器(LCD)面板。面板260为多基色子像素化的显示面板，在图2中显示为包括指定为红-绿-蓝-青-白(RGBCW)的五种色彩。图9的子像素重复组902是适合用在面板260上的子像素重复组的示例。示例的显示系统200还包括作为面板260的背光使用的发光源阵列220。阵列220包括不同色彩的发光器，每个发光器在电子控制下可以独立寻址，从而每个单个色彩的控制可以和阵列220中每个其它色彩的控制完全地分开。图2A显示了包括LED的发光源的阵列220，但是需要理解的是，其他类型的能够单独地寻址并控制的发光器，诸如对于图1A中示例说明的显示系统例举的那些，也适合用于图2A中示例说明的显示系统的实施例中。

在图2A中，阵列220标记为具有四种色彩RGBC(特别地，与面板260的子像素重复组中使用的基色对应的基色)的发光器。显示系统200说明了一种显示系统，在该显示系统中，背光阵列220具有与显示器面板260中使用的子像素重复组的N种饱和基色相匹配的N种饱和基色(称为“s.primary”)的发光器，其中W基色被认为是非饱和的基色。需要指出的是，当显示器不包括W基色时，显示器的饱和基色可以一对一地与阵列220的发光器的饱和基色匹配。然而，如同下面将更详细地描述的，通过与具有W基色的显示系统一起使用这里揭示的背光控制技术，在输出图像中达到的图像质量和色彩的动态范围上有明显的好处。

【输入图像数据路径】

在显示系统200中，为了N种s.primary的背光阵列的控制，同时为了用于产生N基色显示器面板260的色域中的输出色彩图像，而对输入图像RGB数据进行色域映射。为了在线性数据上操作，通过伽玛(γ)查找表(LUT)205将常规的非线性或者经过伽玛量化的输入R^*G^*B数据转换为更高比特深度(Bit Depth)的线性RGB数值。

从输入伽玛函数205输出的RGB数据前进到N种s.primary的GMA函数207，该GMA函数207将RGB输入数据映射到背光阵列220的N种饱和基色的色域。GMA函数207可以是将输入RGB映射到N种饱和基色的任何色域映射算法，如同上述权利共有的专利申请中所揭示的，或者在本领域公知的或者还没有发现的色域映射算法。例如，PCT申请PCT/US 06/12766(标题为“Systems and Methods for Implementing Low-Cost Gamut MappingAlgorithms”，此后称为“PCT‘766申请”)教导了如何将三值色彩输入信号转换为四值色彩信号。这种方法可以用在GMA函数207中来将RGB输入图像数据转换到背光阵列220(诸如RGBC背光阵列)的四基色色域中。

GMA函数207还可以从使用标题为“Systems and Methods forImplementing Improved Gamut Mapping Algorithms”的美国专利申请11/278,675中揭示的条件等色选择技术受益。当在多基色显示器中使用四个或者更多非一致的基色时，对于给出相同的色彩值的基色通常有多种数值的组合。子像素化的显示器上的条件等色是至少两组彩色子像素的组合(或者集合)，从而存在信号，当将该信号施加到每个这样的组时产生人眼视觉系统感知到的期望的色彩。对于给定色彩替换条件等色，可以缩小或者均衡在发光器输出的N种饱和基色的空间中的分量色彩的峰值。这反过来会使得一个或者多个发光器最优地变暗来允许输出图像值的最优的重新量化，并降低背光功耗。

GMA函数207的输出色彩信号(在背光阵列220的发光器的N种饱和基色的色彩空间中指定的)由峰值函数210处理来生成阵列220的发光器的值。实质上，如上所述，峰值函数210生成背光阵列220的N种s.primary指定的、用于阵列220的低分辨率色彩图像。

从峰值函数210输出的低分辨率色彩图像也由背光插值模块230使用来计算每个输入位置处的背光的色彩和亮度。替代地，模块230可以计算面板260的每个子像素的位置处的色彩和亮度。接着，在由色域映射操作240处理之前，在模块235中将作为映射到背光阵列220的N种s.primary的输入图像RGB值以及背光插值模块230输出的低分辨率图像规一化。在带有(具有RGBC基色的发光器的)背光阵列的(具有RGBCW基色的)多基色显示系统的背景下，规一化函数235计算RGBC输入色彩与R_LG_LB_LC_L值的比例，有效地使得背光对于色域映射函数240为亮白色。如上所指出的，使用规一化函数235允许显示系统200使用现成的色域映射函数，而不需要任何特定或者费成本的修改。

第二色域映射函数240将在阵列120的N种s.primary的色彩空间中指定的经过规一化的输入图像数据(例如，RGBC色彩数据)，转换到显示面板260的基色系统(例如，RGBCW)。如同美国专利申请公开2005/0225563和条件等色滤光申请中所描述的，GMA函数240还可以计算用在SPR函数250中的亮度L以及基色值。将从SPR 250输出的图像数据发送到输出反伽玛(γ^-1)查找表(LUT)215来补偿显示器的非线性响应。

【色域映射函数的操作】

如上所指出的，将输入RGB图像数据映射到背光阵列的饱和基色的色彩空间的GMA函数207，可以使用PCT‘766申请中揭示的技术来将RGB输入图像数据转换到背光阵列220(图2A)(例如RGBC背光阵列)的四基色色域。GMA函数240(图2A)和2160(图2B)可以使用类似于PCT‘766申请中揭示的技术的过程(但是如下所示地扩展)，以将GMA函数207产生的四值(RGBC)的色彩信号转换为显示器面板260所需要的RGBCW信号。为了引用方便，下面的讨论将特别涉及RGBC背光阵列以及RGBCW显示面板，但是需要理解的是，这些方法和等式可以适合于在背光阵列和显示面板具有相同数量的饱和基色(例如，RGBC到RGBCW或者RGBY(Y＝黄色)到RGBYW，或者其它基色组合)的情况下操作，或者适合于在显示面板具有比背光阵列的n种饱和基色多一种基色的情况下操作。

在展开GMA函数207的过程中，根据RGBC背光阵列的亮度和色度计算4x3矩阵。该矩阵将RGBC值转换到CIE XYZ并且可以使用技术领域公知的方法来计算。该矩阵使用在类似于如下的等式中：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}m00& m01& m02& m03\\ m10& m11& m12& m13\\ m20& m21& m22& m23\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rc}\\ \mathrm{Gc}\\ \mathrm{Bc}\\ \mathrm{Cc}\end{array}\right)$               等式1

类似地，可以使用相同的方法计算5x3矩阵，将RGBCW值转换到CIE XYZ。

该矩阵使用在类似于如下的等式中：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}n00& n01& n02& n03& n04\\ n10& n11& n12& n13& n14\\ n20& n21& n22& n23& n24\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rw}\\ \mathrm{Gw}\\ \mathrm{Bw}\\ \mathrm{Cw}\\ \mathrm{Ww}\end{array}\right)$                等式2

对于单个色彩，这两个等式可以设置为彼此相等，表现为：

$\left(\begin{array}{cccc}m00& m01& m02& m03\\ m10& m11& m12& m13\\ m20& m21& m22& m23\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rc}\\ \mathrm{Gc}\\ \mathrm{Bc}\\ \mathrm{Cc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}n00& n01& n02& n03& n04\\ n10& n11& n12& n13& n14\\ n20& n21& n22& n23& n24\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rw}\\ \mathrm{Gw}\\ \mathrm{Bw}\\ \mathrm{Cw}\\ \mathrm{Ww}\end{array}\right)$         等式3

由于矩阵不是正方形的，给定一组[Rc，Gc，Bc，Cc]值不能直接求解等式3得到[Rw，Gw，Bw，Cw，Ww]。然而，不能象征性地求解等式并不意味着没有解。相反，存在很多解，并且仅仅一个就足以产生适当的显示。

上面引用的PCT‘766申请教导了可以将一个未知数设置为“适当”的常数来求解具有4x3矩阵的等式。这将矩阵转换为方阵，其允许求解剩下的变量。在等式3中，青色(Cw)和白色(Ww)值可以同时将被声称为常数并被从矩阵中提取为公因子。例如，在具有白色(空白)子像素的显示器中，已经发现将Ww值设置为输入值的亮度是适当的。以相同的方式，Cw值可以设置为输入Cc值。通过将这两个变量转换到常数，等式可以改变到如下所示：

$\left(\begin{array}{cccc}m00& m01& m02& m03\\ m10& m11& m12& m13\\ m20& m21& m22& m23\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rc}\\ \mathrm{Gc}\\ \mathrm{Bc}\\ \mathrm{Cc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}n00& n01& n02\\ n10& n11& n12\\ n20& n21& n22\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rw}\\ \mathrm{Gw}\\ \mathrm{Bw}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}n03& n04\\ n13& n14\\ n23& n24\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Cw}\\ \mathrm{Ww}\end{array}\right)$             等式4

现在可以求解等式4得到剩下的变量，产生如下的等式：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rw}\\ \mathrm{Gw}\\ \mathrm{Bw}\end{array}\right)={\left(\begin{array}{ccc}n00& n01& n02\\ n10& n11& n12\\ n20& n21& n22\end{array}\right)}^{-1}\·[\left(\begin{array}{cccc}m00& m01& m02& m03\\ m10& m11& m12& m13\\ m20& m21& m22& m23\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rc}\\ \mathrm{Gc}\\ \mathrm{Bc}\\ \mathrm{Cc}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{cc}n03& n04\\ n13& n14\\ n23& n24\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Cw}\\ \mathrm{Ww}\end{array}\right)]$            等式5

等式5可以简化如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Rw}\\ \mathrm{Gw}\\ \mathrm{Bw}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}a00& a01& b02\\ a10& a11& b12\\ a20& a22& b23\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Cw}\\ \mathrm{Ww}\\ 1\end{array}\right)$                等式6

其中，“a”系数使用等式2(5 x 3转换矩阵)计算，可以事先预计算一次。“b”系数使用矩阵和输入[Rc，Gc，Bc，Cc]值两者计算，其对于每个输入像素都变化。需要指出的是，仔细地选择背光中的基色以及上面的LCD显示器中的基色可以很大地降低这些计算的复杂性。现在可以计算剩下的[Rw，Gw，Bw]值。

得到的色彩可能仍然在RGBCW色彩空间中处于色域外。色域外色彩可以使用几种技术中的一个或者多个来解决。有些色彩可以通过使用如同在标题为“Systems and Methods for Implementing Improved Gamut MappingAlgorithms”的美国专利申请11/278,675中描述的条件等色选择技术带回到色域中。取决于代表背光阵列基色的色域以及显示器的色域的形状，仍然可能有一些色彩永远也不能适合于最终的色域。这些色彩必须使用诸如通过参考结合的‘341、‘352和‘344申请以及‘219专利中揭示的那些技术，或者使用来自该文献的其它色域箝位技术(Gamut Clamping Technique)箝位或者缩放。

这里讨论的背光控制方法和技术还可以用于显示器面板相比背光具有较少饱和基色的显示系统，或者显示面板不与背光共享基色的显示系统。在这些情况中，相对于使用图2A中的两级GMA函数，优选使用GMA算法的一些其它组合。例如，GMA函数240可以直接根据输入伽玛LUT 205产生的RGB输入色彩图像数据值进行其转换。GMA函数可以使用基于几个上面引用的专利申请中揭示的技术，诸如341，‘352和‘344申请以及‘219专利中揭示的那些技术，或者基于该文献中可用的其它色域映射算法的算法。

【用扩展的峰值函数处理色域外色彩】

当峰值函数210使用对于给定发光器的输出值为(例如，在由相同色彩的相邻发光器包围的区域中计算的)输入图像数据的局部峰值的算法时，将发光器设置到这些局部峰值将引起亮(相对于局部峰值)的饱和图像色彩处于“色域外”(OOG)。这，反过来，可能要求将背光发光器设置在较高的亮度来允许达到这些亮图像色彩。

可以设计峰值函数来计算设置发光器的值，这些发光器的值不同于从简单的局部峰值函数找到的那些，并且另外考虑了可能在色域外的图像色彩的发光器的值。图2B中的框图示例说明了扩展的峰值函数2100，其可以用来替代图2A的峰值函数210。将以具有RGBCW基色的显示系统和具有RGBC色彩的发光器的背光阵列来描述峰值函数2100，但是需要理解的是，可以修改峰值函数2100的操作来适应于具有N种基色的不同集合的其他多基色显示系统。

峰值测量函数210，与图2A的峰值函数210相同地操作，其测量每个像素的线性输入图像RGBC值来找到每个发光器点扩散函数区域范围内发光器的峰值。为了确定这些发光器值是否会引起一些输入图像色彩处于色域外，用峰值测量2110产生的输出发光器值执行色域映射函数，来识别并考虑在使用用局部峰值函数确定的发光器设置的情况下会处于色域外的输入色彩值。

继续参考图2B，将从峰值测量2110输出的发光器值输入到背光插值函数2130来产生R_LG_LB_LC_L值。在盒2135中产生的经过规一化的输入图像RGBC值和R_LG_LB_LC_L输入到色域映射函数RGBC(W)GMA函数2140。然而，由于仅仅来自RGBC(W)GMA函数2140的RGBC值会属于色域外，在这种情况下不需要另外在标准RGBCW GMA函数中生成的输出W值。从RGBC(W)GMA 2140输出的RGBC值接着由OOG峰值测量模块2160测量来找到每个发光器的点扩散函数区域范围内的最大色域外数值。在峰值调制函数2170中将最大色域外值可能乘以适当的缩放因子、峰值测量2110产生的原始发光器值，来增加发光器的值从而会出现较少的色域外色彩。

【改进显示图像的质量的背光操作】

在根据上面描述的技术的背光的操作的一个实施例中，作为要在显示面板上显示的图像中的色彩的一个或者多个特性的函数来动态地控制显示面板的背光的色度。

【调节来自背光的光到图像色温】

图像中的色彩的一种特性称为图像的色温，它可以定义为平均图像色彩和亮度。使用上面所述的背光控制技术，可以控制显示器的背光阵列来发出作为显示的图像的色温的函数的光。例如，显示日落的图像可以包括大量的红色和蓝色色彩，但是很少绿色色彩。相反，显示月光场景的图像在色彩上可能主要是银白色，主要具有蓝色色彩，极少或者没有其他色彩。使用上面描述的背光控制技术，可以通过显示控制器确定图像的色温，这反过来可以控制背光阵列的色温从而可以使用每个场景分别的平均色彩和亮度来对场景自身进行着色。以这种方式动态地着色图像还将允许在图像的平均亮度和色彩内最大程度地使用显示面板的有限动态范围和量化，这反过来减少了量化误差。需要注意的是，前述图像的例子可以作为要迅速显示的一个图像或者场景的序列的一部分(诸如在视频或者电影的帧中出现的那些)而出现。上面描述的应用了这里描述的背光控制技术的显示系统可以随着图像色温逐个场景地变化，逐个帧地控制背光色温。

此外，当背光是具有比诸如LED显示器的显示面板分辨率低的多色发光器的阵列时，可以跨过面板的不同区域进行色温调节，允许图像的特定部分由来自背光阵列的不同色温照亮，从而提供单个场景中亮度和色度两者上的高的同时动态范围。

【控制来自背光的光来改变W显示基色】

相关但不同的是，使用图像的色温来控制从背光发出的光是使用上述的背光控制技术来使得背光阵列发出作为图像中的最主要的色彩的函数的光，以便产生的显示图像相比对于显示面板使用的子像素重复组使用均匀的白色背光而另外获得的显示图像具有更高的亮度或者更高的色彩纯度。

首先，特定的例子将描述该问题。显示照片显影暗室中的场景的图像通常仅仅由红色照亮。使用传统的白色背光，子像素着色操作只会调用显示面板的子像素重复组中的红色子像素来着色场景的亮度信息。在标准RGB条纹显示器中，只有RGB子像素重复组中三个子像素中的一个子像素会提供图像的亮度信息。类似地，参考图6的RGBW子像素重复组620，只有三个子像素中的一个子像素会提供图像的亮度信息，并且当显示面板使用图3的RGBW子像素重复组320时，只有四个子像素中的一个子像素会提供亮度信息。在诸如使用图7，9或者24所示的子像素重复组的那些多基色显示器中，红色图像中的亮度信息将只使用子像素重复组701(图7)中六个子像素中的一个子像素，子像素重复组2402(图24)中六个子像素中的一个子像素，以及子像素重复组902(图9)中八个子像素中的一个子像素。

在实施了上面描述的背光控制技术的显示系统(诸如图1A的显示系统100和图2A的显示系统200)中，可以将从背光阵列发出的光控制为纯红色光，允许RGBW显示布局320(图3)的通常白色(空白)子像素304贡献于场景着色，从而八个子像素中的总共四个(或者四个中的两个)提供用于主要为红色的暗室图像的亮度信息。类似的改进可以用图9的多基色子像素重复组实现，如上所述，在不使用这里讨论的背光控制技术的情况下，只提供子像素重复组902中八个子像素中的一个子像素来提供用于主要为红色的图像的亮度信息。使用这里讨论的背光控制技术，纯红色图像还将使用数量更多的白色(空白)子像素904，除了红色子像素906之外增加了四个子像素，得到在利用子像素重复组1302的显示面板1300B中八个子像素中的总共五个。此外，增加使用用于高度饱和色彩的空白子像素增加了这些色彩的亮度范围。此外，由于没有从其他色彩的色彩渗出，该红色将为真正的红色，从而增加了显示器的色彩纯度和色域。

图13进一步示例说明了在实质上包括子像素重复组1302的多基色显示面板1300A中背光控制的基色的使用。作为图9的子像素重复组902的变体的子像素重复组1302，实质上包括红色1304，绿色1308，青色1320和蓝色1312子像素，之间是占多数的白色子像素1306。占少数的饱和子像素每个设置在六边形网格上。参见，例如，环绕青色子像素1340的青色子像素1322，1324，1326，1328，1330和1332。

在标题为“Novel Subpixel Layouts and Arrangements for High BrightnessDisplays”的美国专利申请2005/0225575中，揭示了包括白色子像素的各种子像素重复组。‘575申请提到可以调节背光色温来具有比常规RGB条纹显示器的色温更多的洋红色(即红色和蓝色)能量，以便给出平衡的白色。然而，这里讨论的背光控制技术可以实际地控制背光中发光器的色彩从而提供附加的基色子像素。在上面所述的红色图像示例中，当显示面板1300A由传统白色背光照亮时，只有八个子像素中的一个(红色)提供用于主要为红色的图像的亮度信息。其他像素，包括占多数的白色子像素以白色显示，指示它们处于“关闭”(“off”)。

继续参考图13，显示面板1300B示例说明了上面讨论的背光控制方法和技术如何通过使白色子像素在具有多基色子像素重复组的显示器中易于作为基色(这里称为背光控制(BC)的基色)的范例使用，来影响范例的主要是红色的图像的显示。使用数量更多的白色(空白)子像素1306显示纯红色图像，除了红色子像素1304之外增加了四个子像素，得到在利用子像素重复组1302的显示面板1300B中八个子像素中的总共五个。面板1300B中占多数的白色子像素1306现在从后面的(一个或多个)发光器传送，如同分别使用图1A、1B中的峰值函数110或者1100，或者图2A或者图2B中的峰值函数210或者2100，以及背光插值函数130(图1A)或者230(图2A)确定的，以及来自显示器的数据通道中其他的显示函数(即，GMA，SPR和输出伽玛函数)的红色色彩(如同由它们的垂直阴影指示的)。

图24的子像素排列2400也具有图9中找到的特性，即具有位于方形网格上的白色(空白)子像素2406以及四个饱和基色，红色2404，绿色2408，蓝色2412以及青色(或者翠绿色)2420。如同这里揭示的其他布局，这种排列可以使用商业上通常可用的，通常与本领域公知的传统RGB条纹子像素排列相联系的一比三(1:3)高宽比子像素结构。当然，使用这种子像素重复组的其他高宽比也是可能的。还可以使用‘612，‘724和‘653申请中揭示的“钻石”子像素着色滤光器(以及其他形状的滤光器)。还可以使用条件等色申请中描述的条件等色滤光技术。

【控制来自背光阵列的光来改变显示器的其他基色】

除了或者代替白色子像素，上面描述的背光控制技术还可以用于影响显示器的其他基色，以增加子像素着色质量。例如，可以关闭在显示面板区域中的特定子像素重复组的彩色子像素中特定的一些彩色子像素后面设置的背光阵列中的彩色发光器中特定的一些彩色发光器，来影响该区域中由子像素重复组最终产生的色彩。例如，考虑具有带有图7的子像素重复组701(具有6个基色)的显示面板的多基色显示系统。如果要使用传统的不受控制的背光显示图像的明亮饱和环色区域，六个子像素中的只有三个，红色706，绿色708和黄色711子像素会打开来产生黄色图像区域。当使用根据这里讨论的技术和方法控制的背光阵列时，关闭设置在黄色图像区域后面的蓝色发光器。这将允许打开六个子像素中另外的两个，即洋红色子像素709和宽通带的青色子像素707，得到六个子像素中的总共五个子像素，其中，洋红色子像素709可以透过蓝光和红光两种光，青色子像素707可以透过背光频谱的蓝色和绿色部分。关闭黄色图像区域中的蓝色发光器有效地使得增加额外的重构点用于高度饱和色彩的子像素着色。

实质上，背光控制器使得给定色彩的发光器变暗从而可以设置相同色彩的在上面的显示面板子像素，来最大地透过在发光器的点扩散函数的区域中最高的像素值。这允许以显示面板上可用的更多灰度等级来调节亮度可能较低的相同色彩的周边子像素，反过来降低了量化误差。将图像区域中特定的一些发光器变暗同样可以稍微地增加色域，这是因为这些变暗的发光器将不会产生可能潜在地通过附近的色彩滤光器渗出的光，并且，将图像区域中特定的一些发光器变暗也可以增加显示的图像的对比度，这是因为，这些变暗的发光器将不会产生可能潜在地通过处于关闭状态的相同滤光子像素渗出的光。将背光中的发光器变暗来获得改善的图像质量也减少了功率消耗并延长了电池寿命，对于电池供电的设备有相当大的好处。

关闭背光阵列中选定的发光器来改进高饱和度色彩的显示的能力可以与具有白色(空白)子像素的多基色子像素重复组一起使用，其中使用背光控制来使得白色子像素变为背光控制的基色。在上面所述的主要为红色的暗室图像的例子中，该例子假定整个图像主要为红色的。考虑在图像的受限区域中光照是纯红色的图像(例如想象的电影场景)，诸如通过打开的门看到的摄影暗室，或者通过窗口观看的红色紧急战斗灯下的船桥，光照在图像的其他部分可能要亮很多，并且图像其他部分中的色彩因而没有那么饱和。当在使用传统背光的多基色显示器上显示这种类型的图像时，仅仅红色子像素可以用来重构红色光照的图像。这将调制传输函数限制(MTFL)降低为红色子像素的奈奎斯特频限(Nyquist Limit)，这反过来会严重地限制该图像区域中的图像分辨率。

几个上面引用的专利申请讨论了允许其他彩色子像素的跨亮度调制(Cross-luminance Modulation)来解决这个图像分辨率问题。该解决方案在高空间频率细节区域中会引起一些不饱和。此外，对于诸如想象的电影场景中的非常高亮度的高饱和色彩图像区域，亮的高饱和色彩或者必须向黑色剪断、箝位或者压缩，或者必须向亮度剪断、箝位或者压缩，以便使所有的色域外色彩变暗或者不饱和。这些选项中的每个都不够理想，因为它们可能导致由于较暗的饱和色彩区域相比于较亮的不饱和图像区域的同时亮度对比度(Simultaneous Luminance Contrast)引起的问题。

单独地控制不同图像区域中的发光器这样的能力，允许背光或者显示控制器在亮的饱和图像区域关闭除了期望的发光器之外所有的发光器，并根据需要调节其他图像区域中发光器，从而允许白色(空白)子像素结合给定的亮饱和色彩的子像素来同时将分辨率和亮度保持在较高，而不会箝位图像的色彩或者使图像的色彩不饱和。白色子像素允许更多的饱和色彩透过LCD，增加整体的亮度和色域外壳体积(Hull Volume)。

【背光阵列中的发光器的分辨率和色彩】

如上面所指出的，在这里描述的显示系统的一些实施例中，可能有利的是要求显示面板的多基色滤光器匹配或者一对一地对应背光阵列中的发光器。然而，这不是所附的权利要求的范围涵盖的所有显示系统的要求。即，背光中用于N种饱和基色的发光器不是必须对应于显示面板的色彩滤光器中N种饱和基色。

实际上，可控制背光阵列可以包括任何N种色彩的发光器，包括不是通常会在背光阵列中找到的那些，诸如深红色，青色(翠绿)，和紫罗兰色。例如，在具有背光阵列(其本身就是分辨率比背光所照亮的显示面板低的色彩显示器)的显示系统中，可能期望使用的背光中的发光器可以发出比背光照亮的显示面板中出现的基色更多色彩的色光，或者发出与背光照亮的显示面板中出现的基色不同色彩的色光。例如，“绿色”发光器可能具有530nm的峰值波长，而“青色”发光器可能具有505nm处的峰值。也可以让这两个波长都通过跨过这两个波长的单个色彩滤光器。当在图像区域中需要饱和的绿色到红色色彩时，打开设置在该图像区域后面的背光阵列中的绿色发光器；当在图像区域中需要饱和的青色到蓝色色彩时，打开青色发光器。当在图像区域中需要白色色彩时，可以打开青色和绿色发光器中的一种或者两种。以这种方式使用控制的背光阵列允许将显示面板配置为具有带有较少不同基色的子像素重复组。

可以类似地处理其他色彩范围。例如，在蓝色区域，眼睛对450nm最敏感。这对于高效率很好但是还可以使用深紫罗兰色范围的发光器。接近400nm的更深紫罗兰色发光器具有低的视觉效率，但是在人眼具有较好的色彩分辨能力的紫色线中提供了更大的色域。当显示具有深紫罗兰色的图像区域时，可以关闭450nm蓝色发光器，并且在该图像区域中可以打开400nm的更深紫罗兰色发光器。

在红色的范围中，随着波长增加人眼对光越来越不敏感。为了使用控制的背光阵列产生具有适当视觉效率的适当深红色的图像区域，可以使用610nm发光器。然而，610nm发光器不会必要地将更深的红色感知改进到700nm。为了改进这个红色范围中的色彩感知，控制的背光阵列可以包括700nm范围的发光器。该较长波长的发光器可以在需要的时候打开，同时关闭610nm发光器，也许当沿着深的紫色线时与上面描述的更深紫罗兰色发光器一致。当图像区域要求更少的饱和色彩时，可以使用610nm和450nm处的更少饱和的发光器来增加背光效率。

背光阵列中包括的发光器的色彩的选择不必要由构成显示面板的子像素重复组的基色确定。构成显示面板的子像素重复组的基色也不确定背光阵列中包括的发光器的色彩的选择。本领域技术人员将意识到上面描述的背光控制技术允许的灵活性允许配置背光阵列中的发光器的色彩和排列来适合具有这里的附图中示例说明的子像素重复组，或者上述专利申请中描述的那些子像素重复组以及传统RGB条纹子像素重复组中的任一个子像素重复组的显示面板的显示系统。本领域技术人员将进一步意识到可以设计背光阵列中发光器的色彩和排列的配置来补充或者匹配特定子像素重复组。这里描述的各种实例显示了如何进行设计选择。

【具有(带有受控制的背光阵列的)单个白色(空白)基色的显示系统实施例】

上面的讨论说明了在具有背光阵列(其本身就是分辨率比背光阵列所照亮的显示面板低的色彩显示器)的显示系统中，可以对显示系统中的发光器的色彩进行的各种选择。然而，在一些显示系统实施例中，背光阵列的分辨率可能足够高，从而不太可能在相同的小图像区域中需要同时显示绿色到红色和青色到蓝色。即，发光器的背光阵列具有足够高的分辨率，从而由于人眼的限制，不太可能或者也许甚至不可能感知需要比背光显示器的分辨率更高色彩分辨率的色彩并置。在通过选择背光阵列的特定发光器提供更宽色域的这种特定情况下，可以提供仅具有一个色彩子像素的显示面板；即，显示面板具有纯透明的不滤光(空白)的子像素作为其“子像素重复组”。在此情况下，仅仅透明子像素的阵列会提供显示图像的所有高分辨率亮度调制，而N基色发光器的背光阵列(显示器)提供所有更低分辨率色彩。

【液晶显示系统的实施例】

图10是可以实施这里揭示的任何一个实施例的液晶显示器(LCD)系统1000的简化(没有按比例)框图。LCD 1000包括设置在玻璃衬底1004和1008之间的液晶材料1012。衬底1004包括TFT阵列1008，用于对LCD 1000的单个像素元件寻址。衬底1008包括可以设置这里的附图中以及各个权利共有的专利申请中示例的任何一个子像素重复组的色彩滤光器1010。LCD 1000还包括背光1020，包括如图4和图5示例说明的发光器的阵列，包括这里伴随这些附图的讨论中描述的变体。显示控制器1040根据图1A或者2A中描述的函数处理RGB图像输入色彩值。RGB输入图像值也输入到背光控制器1060，在根据图1A，1B，2A和2B的各种实施例中描述的峰值函数的操作来设定背光1020中的发光器的值的过程中使用。背光控制器1060与显示控制器1040传送以便提供发光器的值，背光插值函数130或者320使用发光器的值来计算低分辨率图像R_LG_LB_L。

【低分辨率背光显示系统的替代色域外处理】

对于包括如同上面以其所有变体(例如，LED背光，2-LCD配置之类)描述的低分辨率、彩色背光的显示系统，有机会以影响这种系统的独特组合的新型的方式处理图像数据。

举一个例子，如上所指出的，例如通过调节LED阵列值，在调节彩色背光的一些处理之后，仍然可能有色彩在色域外。这可能例如在色彩在LED(或者其他低分辨率背光系统)的点扩散函数范围内改变色调时在非常高的亮度处发生。

可以以时间或者空间-时间的方式处理图像数据(可能包括背光和LCD子系统两者)来将色域外的色彩带回到目标色域空间中。这种时间/空间-时间处理可以全局地(例如，在显示器上着色的整个图像上)或者局部地(例如在屏幕上着色的图像的子集区域中)进行。这样，就可以在时间上仅在特定时间并且在(这种色域外条件可能在图像中存在的)特定区域内调制低分辨率背光。

例如，一个实施例可能如下处理：对于在存在例如第一色彩(例如红色)的色域外条件的任何区域(包括整个图像)，从背光色彩的峰值从第一色彩减去相反的色彩(在该例子中为青色或者绿色和蓝色)直到这种色域外色彩回到色域中。

可以通过根据背光的基色或者替代地通过与背光无关的它们的峰值OOG条件来将色彩编组。在第二种选择中，色彩场不必要是纯色。现在给出这种处理的一个例子来示例说明一个实施例，可以意识到其他实施例及其变体也应考虑处于本发明的范围之下。

假定具有RGBW LCD布局的RGB LED背光。RGBW LCD子像素重复组可以是想象的任何这种组，包括这里揭示的那些以及任何其他的(例如，RGBW组)。对于这个实施例，只要在LCD的子像素布局中使用了白色或者空白子像素或者类似的宽通带滤光子像素就可以满足要求。RGB LED背光可以以任何适合的方式排成阵列—例如，错位的正方形或者某种其他的排列。此外，只要背光对于其设计满足一些假定就可以满足要求。例如，一个这种假定可能是在显示器上任何给定的点处，可以根据单个LED的点扩散函数以及LED在背光显示器上的几何排列，以特定等级的白色(或者替代地，任何给定的色彩)光照度照亮该点。可以意识到这里参考具有RGBW LCD的RGB背光描述的用于OOG方法和系统的技术可以合适地一般化到N基色彩色背光和M色多基色LCD显示器—其中N和M可以相等或者不相等，并且即使N＝M，背光和LCD中的彩色基色也可以不相等。

在该例子中，可以为这些可能在色域外的LED使用三个场(对应于如下讨论的虚拟基色P1，P2，P3)：P₁，P₂和P₃。可以通过参考每个LED点扩散函数测量输入RGB数据(或者其它适合的数据格式)来找到每个场中的LED的值。应当指出的是，还可以为场光集成(Field Light Integration)调节LED亮度的最终值。从而，三个场上的光的总量之和基本上等于期望的总数，而平均基本等于期望的最大值。换而言之：

P₁场      P₂场       P₃场            和

(R₁   +   R₂    +    R₃) /3    ＝   Max(R_in)

(G₁   +   G₂    +    G₃) /3    ＝   Max(G_in)

(B₁   +   B₂    +    B₃) /3    ＝   Max(B_in)

等式8

如果要仅使用一个场来产生给定的纯色，并且期望它按比例地与用三个场产生的色彩一样亮，那么该信号场可以三倍地亮。如果LED闪烁，聚积的热量大致与每次闪烁的亮度和闪烁率成比例，如同功耗和亮度一样。从而，以三倍的亮度但是三分之一的速率使得LED闪烁提供大致相同的亮度但是三分之一的速率提供相同的亮度和功耗要求。

本领域技术人员应当意识到可以使用现有技术场时序彩色(FieldSequential Color，FSC)系统，在该场时序彩色系统中，场为由LED基色的色彩定义的纯色基色。一个改进可以是将背光中给定色彩LED的最大亮度设定为要显示在LCD上的图像数据要求的最亮的值，并通过X/X_L调节LCD值来允许所有这种光透过LCD。

【动态虚拟基色】

然而，另一个改进可以是使用“虚拟基色”，该“虚拟基色”在LCD显示器的给定区域可以覆盖的比背光的全色彩色域要少，以便减少已知现有技术FSC系统会发生的FSC伪像的可见性。

图16显示了包围一个可能的原始输入色域图(1610)—在此例中为RGB色域—的色域图1600(例如，CIE‘31)。该原始色域可以由组成的RGB LED的色彩点R，G和B定义。在RGB色域1610的范围内，可以定义和/或产生可以是输入色域图1610的子集的新的色域1620。该新色域1620由“虚拟基色”(例如1630，1640和1650)包围—其中术语“虚拟基色”描述了基色点1630，1640和1650不必要是LED(或者其它适合的发光器，例如OLED)自身定义的确切的物理基色。当然，对于一定的时间段，一些或者全部虚拟基色可选地可以是一些或者全部基色点。替代地，例如，每个虚拟基色点可以由R，G和B LED(或者背光中彩色发光器的任何集合)的亮度值的混合产生。每个这些虚拟基色点对于某些特定空间和时间坐标存在。例如，虚拟基色点1630在时间上可以对于图像数据的一帧存在并且可以仅对于显示器的空间部分内有限数量的子像素存在。继续该例子，以虚拟基色1630，1640和1650照亮显示器图像的全部或者某些部分，显示系统可以在三个场上操作。

替代地，虚拟基色可以在整个图像帧上，或者在整个图像帧或一个或者几个子像素处之间的任何空间区域上存在。由于背光可以包括彩色LED的低分辨率阵列，这种空间划分的粒度或者区域是可能的。此外，虚拟基色在时间上可以对于无限的时间段，几个或者一个帧，或者仅仅帧的一部分存在，这取决于系统的操作标准。

由于本系统可以对于宽范围的空间和时间条件生成虚拟基色，值得提到可能给予本系统的灵活性的一些简并的例子。本系统的一个简并的例子可以是将虚拟基色分配为确切的实际基色(例如R，G和B LED或者其它实际发光器的任何集合)并且使得每个这种LED照度持续一帧并且在整个图像上进行。在这种情况下，显示系统可以以传统的“场时序”方式操作。另一个简并情况将是通过在所有场上同时照亮所有三个LED来分配仅一个虚拟基色点—白色。在这种情况下，显示系统可以以上面提到的‘737申请中描述的方式操作。这些简并的情况可以由系统或者用户操作任何长度的时间。然而，给定本系统的动态本质，允许系统最大的灵活性并且可以选择虚拟基色的任何分配来优化任何数量的操作标准—如同下面进一步讨论的。

可以意识到的是，可以选择任何数量(三个以外)的虚拟基色，并且，根据操作条件，时间片(在该时间片中，它们照亮显示器的任何部分)是可能的并且可能期望的。

【虚拟基色的选择和挑选】

对于可以计入虚拟基色的选择的可能的操作标准，一个列表可能包括：减少闪烁，减少色乱(Color Breakup)，最大化功耗节约，增加动态范围，以及减少量化误差。不管寻求优化的标准如何，一个实施例可能包括：找到基本包含给定LED或者LED组的点扩散函数范围内所有色彩值的适合的(并且在一个实施例中可能是最小的)色度三角形(或者区域，该区域不同于用于多于三个或者少于三个虚拟基色的三角形)；识别一组新的虚拟基色并接着生成这些虚拟基色中每个虚拟基色的FSC色彩值。这具有对于每组虚拟基色可能即时地产生新的GMA的效果。当然，可以以一种方式将这些步骤重新排序。在另一个实施例中，可以选择虚拟基色，并且基于该选择可以找到色度区域。下面的讨论将描述本系统的各种实施例，在上述的那组操作标准下，这些实施例可以有助于优化系统性能。

例如，下面的描述本系统的一个实施例，其可以将最小化闪烁作为目标。仅仅为了帮助说明该系统，而假定该系统试图在显示器上着色输入图像的特定子集或者区域。该区域可以大至整个图像帧自身，或者小至几个背光LED的点扩散函数范围内的单个子像素—或者在整个图像帧及其一个子像素之间的图像的任何区域或者子集。

为了达到这个降低闪烁的目标，系统可以寻找用于图像子集中的LED的值来具有基本上最小的亮度调制—当系统作为动态FSC系统操作时。闪烁主要发生在低亮度色彩(即蓝色)场在高亮度色彩(例如绿色)的场之前或者之后的情况下的在多个场上着色图像的过程中。文献中已经很好地记载了减少FSC中的闪烁的很多之前的尝试，例如，具有色彩轮的投影机等。本系统提供了不同的解决方案来减少闪烁。

如图17所示，仅仅为了说明目的而作了简化，等边三角形1700为原始输入色域(例如，本例子中为RGB)，并且显示了三个虚拟基色P₁，P₂和P₃。将意识到的是，输入色域的基色的特定数量和虚拟基色的数量可以随着背光和LCD基色的实际数量而改变，并且可以实现对本讨论适当的改变来适合这些不同的系统。

在本系统的一个实施例中，系统可以包括：空间光调制器，用于显示从包括一组色彩输入值的输入信号形成的输出色彩图像；该空间光调制器实质上包括一组单独可控的透射元件；多个可单独寻址的彩色发光器，设置为背光，以提供用于在空间光调制器上形成色彩图像的光；每个发光器产生多种基色中的一种基色的光；对于多个区域，所述区域包括一组所述发光器的一组点扩散函数，用于选择在每个所述区域内包围每个色彩输入值的一组虚拟基色的第一映射操作，所述虚拟基色包括在所述点扩散函数组内所述多个所述发光器的多个强度；场时序控制电路，用于控制所述基色在一组场上的持续时间和照度，以在所述空间光调制器上产生中间色彩图像，所述一组场包括由每个所述区域中的所述发光器形成的中间色彩信号；以及，用于控制每个所述区域内所述透射元件组来调制所述中间色彩图像以产生所述输出色彩图像的电路。以下将详细地描述这些元件和子系统中的每一个。

【找到虚拟基色】

对于任何给定色彩C₁，在虚拟基色色域内部，存在对于人眼视觉系统在显示上基本等价于输入RGB值的值χ₁P₁，χ₂P₂，和χ₃P₃。由于每个虚拟基色可以分解为原始基色值，因此得到：

χ₁(R₁，G₁，B₁)+χ₂(R₂，G₂，B₂)+χ₃(R₃，G₃，B₃)＝C₁的RGB值           等式10

重新表示为矩阵：

$\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}R1& R2& R3\\ G1& G2& G3\\ B1& B2& B3\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}x1\\ x2\\ x3\end{array}\right)$

然后求逆来得到χ值：

$\left(\begin{array}{c}x1\\ x2\\ x3\end{array}\right)={\left(\begin{array}{ccc}R1& R2& R3\\ G1& G2& G3\\ B1& B2& B3\end{array}\right)}^{-1}\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)$

扩展为：

$\left(\begin{array}{c}x1\\ x2\\ x3\end{array}\right)=\frac{\left(\begin{array}{c}R\·G2\·B3-R\·G3\·B2-G\·R2\·B3+G\·R3\·B2+B\·R2\·G3-B\·R3\·G2\\ -R\·G1\·B3+R\·B1\·G3+G\·R1\·B3-G\·R3\·B1-B\·R1\·G3+B\·R3\·G1\\ R\·G1\·B2-R\·B1\·G2-G\·R1\·B2+G\·R2\·B1+B\·R1\·G2-B\·R2\·G1\end{array}\right)}{(R1\·G2\·B3-R1\·B2\·G3-R2\·G1\·B3+R2\·B1\·G3+R3\·G1\·B2-R3\·B1\·G2)}$

从等式10，可以找到χ₁，χ₂，和χ₃的表达式。当然，存在确定这些值的很多方法，包括如上所示的直接矩阵代数乘法(Straight-Forward Matrix AlgebraManipulation)。现在提出的仅仅是确定虚拟基色的一个实施例，以及使用该实施例的系统(1800)，如图18所示。

系统1800将图像数据输入到输入伽玛单元1802。从那里，图像数据可以沿着一个或者多个数据路径前进。图18显示了具有两个数据路径的系统。在第一路径中，图像数据可以有些类似于上面描述的那样前进，即沿着峰值单元1804，插值单元1806，X/X_L单元1808，GMA 1810，OOG峰值单元1802，到向上采样单元1814。从那里，根据提供给Mux 1816的信号OOGP，可以选择两个数据路径中的一个路径来经由输出伽玛单元1818和场时序彩色控制单元1820驱动背光1822和LCD 1824。OOGP是指示LED的点扩散函数中是否存在任何OOG色彩值的信号。如果没有这种OOG色彩值，那么由Mux 1816选择第一数据路径。然而，如果存在一些OOG色彩值，那么选择第二数据路径，采用一些技术来防止色彩跑到色域外。一种这样的技术是使用这些虚拟基色。

计算虚拟基色的第一步骤可以是在例如LED色彩不一致的情况下，识别将位于单个LED或者LED组的点扩散函数内的所有输入采样色彩。第二数据路径可以通过从输入伽玛单元1802输入数据到包围盒单元1830来完成这个。包围盒单元1830可以找到这些值并计算每个轴上的最大和最小值，例如max(R)，min(R)，max(B)，min(B)，max(G)，min(G)等。这些限制描述了包围单个LED的点扩散函数内所有色彩的包围盒。图22显示了这一处理的图示。点2202代表位于单个LED的点扩散函数内的所有输入像素。盒2204显示了得到的包围盒的两个轴。

接着可以找到包含包围盒内所有色彩的用于三个平面的公式。这些平面可以通过一个点在原点，第二点在包围盒的顶角，并且以45度穿过原点到达两个轴而固定它们来生成。通过考虑朝着相反轴(RG平面朝着B轴，GB朝着R轴，而BR朝着G轴)旋转RG，GB和BR色彩平面中的每个平面直到它们刚好碰到包围盒的一个角而可以视觉化。线2206显示了作为代表的RG平面，其(从边缘观看)朝着蓝色轴旋转直到它碰到包围盒2204最近的顶角。

等式11

上面的等式11中的每个这些公式描述了看上去像是CIE xy空间中的线的色彩空间中的平面。如果像上面一样计算，在接近边缘时，CIE xy空间中的线将基本上平行于输入数据的色度三角形。在包围盒位于一个输入基色附近的情况下这可能是期望的。如果使用包围盒的对角来定义这三个平面，得到的三角形看上去相对于上面的方法计算的三角形旋转了大约60度。线2208显示了将RG平面旋转到包围盒2204的对角的代表。当包围盒更接近色度三角形的中央时这种定向将产生更好的结果。为了这样计算平面，可以使用下面的公式：

等式12

替代地，包围盒单元可以通过测量将位于单个LED的点扩散函数内部的所有输入采样色彩来进行上面的平面相交计算。可以计算到点扩散函数中每个输入色彩的角度。使用这些角度的最小值(或者替代地，最大值)来代替到包围盒的顶角的角度。线2210和2212显示了测量所有的点2202如何可以得到比使用包围盒2204更好的适合输入色彩2202。这反过来可能选择比包围盒更小的三角形以及更接近在一起的虚拟基色，这是因为包围盒可能包围比必要的色域体积更大的色域体积。更靠近在一起的虚拟基色可以得到例如系统可以优化的另外两个操作特性—显示器中较低的功耗以及减少的闪烁。

可以期望的是，在某些环境下将虚拟基色的分布增加到超过甚至包围盒算法选择的位置。这可以在通过使用包围盒或者测量方法计算这些角度之后减少(或者增加)它们来完成。

不管三个平面如何选择，CIE xy空间中的三条线描述了三角形(或者其他适合的闭合区域)，并且线的交点是三种色彩。可以使用这三种色彩作为虚拟基色，这些虚拟基色可以用来显示位于三角形内从而位于包围盒内部的任何色彩。有很多不同的方法找到这些交点，一个方法是通过将这些线转换到CIE xy空间并使用线交点公式。这可能需要转换到浮点，因此可能期望将平面留在线性RGB坐标空间中的方法。可能不需要浮点的一个这样的方法是用垂直于灰色线的第四平面与上面三个等式中的每一对相交：

$\left|\left(\begin{array}{cccc}r& g& b& 1\\ 1& 0& 0& 1\\ 0& 1& 0& 1\\ 0& 0& 1& 1\end{array}\right)\right|=0$                       等式13

上面的旋转的平面中两个平面的相交可以描述从原点发出的一条线。这条线上的每个点可以具有基本相同的色度。从原点发出通过色彩立方体的任何线应该与等式13的垂直平面相交，而没有整数溢出(Integer Overflow)或者由零除的问题。得到的点应当是一个虚拟基色。值得建议的是，对所有得到的虚拟基色进行按比例缩放直到它们碰到色域的边缘。这允许LED足够亮来照亮以常规FSC计算的区域和以虚拟基色计算的区域之间的像素。替代地，可能期望将虚拟基色向下按比例缩小到与包围盒中最亮的色彩相同的发光度，来减少LED背光中的功耗并降低设置到在上面的LCD上的量化误差。

在另一个实施例中，可以将虚拟基色的分量色彩限制到每个LED的最大占空比。例如，红色LED可以在一帧的第一场中完全“打开(on)”并且在后面的两个场中“关闭(off)”。替代地，红色LED可以在一帧的所有三个场中的三分之一打开。在这两个例子中，对于红色LED的总功耗在时间上是相同的。这个限制可以通过跨过所有虚拟基色对红色求和，并将它按比例缩小直到总数与红色LED的占空比匹配而实施。可以以绿色，蓝色和背光中的任何其他LED基色进行相同的计算。这些计算的结果是三种色彩—P₁，P₂和P₃—描述了组合在一起可以产生包围盒中的任何色彩的一组基色。这个步骤可以通过“计算虚拟基色”模块1832完成。这些基色可以稍后依次载入到LED中。

可以使用LED的点扩散函数来将LED背光中的虚拟基色的色彩插值到具有与输入采样点相同分辨率的图像中。这可以通过“背光插值”模块1834完成。

这些结果可以在“计算χ值模块”1840中与原始RGB色彩组合来产生通过输出伽玛模块1818运行的值，以将它们转换到显示器上可用的输出量化值。X输出值可以放到LCD显示器1824中，而虚拟基色由FSC模块1820依次显示在LED背光中。

对于具有如同框图1800所示的大致形式的、具有相互重叠的LED的点扩散函数的显示系统，稳态背光LED点扩散函数和动态虚拟基色LED点扩散函数之间存在重叠是有可能的。在这些情况下，得到的背光照明可以是稳态和场时序彩色照明的混合。每个场可以具有不同的色彩和亮度，但是不必要足够地扩展出去来包含所有使用χ值的色彩。这可能意味着χ值可能不能重构这个重叠点扩散函数中所有的色彩。在这些情况下，可能为每个场找到在色域内的X/XL和GMA值，特别是对于这样的像素，其或者比周围像素的平均更暗或者更靠近稳态的LED，因而可能表现出由于来自重叠场时序调制虚拟基色驱动LED的贡献引起的更少的扩散。

对每个场使用X/XL和GMA得到的值，可以具有减少色乱和/或闪烁的潜在可见性的优点。一些色彩可以在色域内，即，它们在使用X/XL和GMA得到的值时可以是用于一个或者多个场的OOG，并且以可以是用于值系统的OOG。在这些情况下，几个虚拟基色场的照明的平均值在计算将重构期望的色彩的X/XL和GMA得到的值中可能是有用的。换而言之，可以好像稳态照明那样使用重叠的稳态和动态虚拟基色场在时间上的和来计算覆盖的像素的X/XL和GMA值。

上面使用X/XL和GMA值代替χ值的两种方法还可以用于仅仅由虚拟基色控制的LED照明的区域。这允许显示系统仅仅使用虚拟基色，消除虚拟基色与稳态，峰值函数1804，得到的LED点扩散区域之间的重叠。在这样的系统中，试图以下列顺序重构期望的色彩可能是有利的，用于减少色乱和闪烁的可能性的用于每个虚拟基色场的X/XL和GMA得到的值，接着是用于虚拟基色场的平均色彩(和)的X/XL和GMA得到的值，或者用于每个虚拟基色场的χ得到的值。

另一个操作方法或者模式是使用“中间虚拟基色”。中间虚拟基色是由包围期望的色彩的X/XL和GMA形成的色彩集合。可以接着将该色彩集合传递到计算χ值模块。接着可以通过将X/XL和χ值乘在一起来找到用于LCD的最终值。该操作方法或者模式可以减少色乱和闪烁的潜在可见性。

还有另一种操作方法或者模式是将稳态背光的亮度集中到四个时隙中的一个来有效地成为虚拟基色场时序彩色系统的第四场。使用四个虚拟基色，可能存在期望的色彩的条件等色的可能性，以及从而存在的条件等色选择的可能性。一个可能的条件等色可能是将距离期望的色彩最远的虚拟条件等色最小化。如果该最小值为零，那么该色彩可以通过仅仅三个虚拟基色来有效地重构，并且可以通过使用上面所述的三个虚拟基色χ值计算方法计算。

将意识到，该系统是处理OOG条件的很多可能系统中的一个。这种系统的其他变形也是可能的。例如，可以类似于上面地将SPR实现/组合到该系统中。此外，很多块(例如GMA，X/XL)在图18中重复；但是其他实施例可以再次使用相同的硬件来避免重复。处理OOG条件的其他方法同样是可能的。

可以类似地意识到，其他系统可能采用不同数量的多基色背光—例如R，G，B，C LED(其中C为青色)。上面的方法的技术可以类似地扩展来根据需要计算其他色度区域(例如，四边形，三角形或者其他区域)。在图23中，使用第四色彩LED发光器扩展允许的色彩的色域。这个附加的发光器可以大致为青色的，如同之前讨论的。可以以彩色LED发光器的任何允许的条件等色组合(仅仅作为一个例子)来生成虚拟基色2330，2340，2350的任何集合。由于虚拟基色占据的色彩空间大于传统的RGB基色，可以使用包围较大的多基色色域的任何适合的基色。在另一个实施例中，这种基色的集合可以是假想的。也就是说，它们可能是数学上有用的，但是物理上不可实现的。一个这种基色集合是CIE XYZ基色。由于任何可以实现的虚拟基色可以描述为XYZ基色的线性组合，如同本领域所已知的，上面的计算中的RGB标号可以通过色彩空间之间适当的转换用XYZ标号替代。

在采用FSC技术的一个实施例中，可能期望减少FSC伪像，诸如色乱和闪烁。一个这样的解决方案可以是使得色度区域不紧密地包围每个LED点扩散函数内找到的色彩的分布。紧密包围可能引起χ值上较大的不一致—可能导致更多可见闪烁的机会。

替代地，可以选择产生按比例地大于每个LED点扩散函数中找到的色彩的分布的虚拟色域的虚拟基色。一种方法可以是将基色朝着原始RGB(或者RGBC)基色移动固定的距离或者成比例的距离。另一种方法可以是找到虚拟基色的中心，接着将虚拟基色从中心移开原始距离的某个因子。另一种方法可以是在点扩散函数内找到在图像中找到的色彩的平均值。可以将虚拟基色移开原始距离的某个因子，或者可以由某个函数移动它们，其中当它们初始较近时，将它们按比例地移开更远。进一步的改进可以是对较量色彩的加权大于暗色彩，这是由于具有较大场间χ值调制的亮色彩将更有可能引起视觉闪烁。

由于跨过几个LED点扩散函数的整个区域的纯色(Solid Color)具有零分布，因而虚拟基色叠并到相同的值。尽可能使用较少基色的期望可以通过将两个甚至三个基色设定到相同的值来实现。接着附加的逻辑将基色组合并且它们的χ值应该保持不变。这种在可能的情况下基色的组合增加了时间频率，从而减少了伪像。期望的像素色彩扩散(或者分布)越小，这种基色的叠并更有可能发生。

另一个实施例可以是计算在慢响应的液晶显示器从一个状态到另一个状态来实现期望的FSC调制并调节虚拟基色来补偿的时候容易发生的χ值误差。在这种情况下，可以使得较亮的基色更亮而使较暗的基色更暗。

【其他FSC技术】

FSC系统可以采用脉冲宽度调制(PWM)方案来驱动包括例如LED的背光。图19A和图19B显示了FSC系统处理OOG条件的单个脉冲宽度调制(PWM)周期的一个实施例。在图19的例子中，假定期望展现轻微地不饱和的大致红色—因而稍微地打开绿色和蓝色LED。此外在此例子中，假定要展现的红色是OOG(例如在此例子中大约2X，如同图19A中的区域A1描述的)。红色LED不能变得足够明亮来显示它。图19B显示了处于工作中的虚拟基色系统—代替在PWM周期的三个时隙中显示R，G和B，它正在显示基色P1(红色)，P2(红色-橙色)以及P3(暗洋红色)。应当指出，附加的区域—A2和A3—近似等于OOG红色区域A1的量。因此，图19B中的红色曲线现在包括图19A的红色输入值的所有能量，色彩不再是OOG。

在又一个实施例中，图20A显示了通过依次打开到大致相同的量的红色，绿色和蓝色LED在LED背光中产生大致白色区域的FSC波形。图20B显示了如何通过以三分之一亮度打开LED三倍于在每个周期中的时长来产生相同的白色值。这就像三个虚拟基色P1，P2和P3都设置到相同的灰色的阴影。图像为黑，白，灰阶(Grey Scaled)或者具有没有色彩的大区域是常见的。检测这些区域并使用如同图20B的单色虚拟基色将是有利的，因为这个波形将没有可见的闪烁而图20A的波形可能具有可见的闪烁。然而，可能不期望生成图20B的波形。替代地，可以使用图20C的波形，以LED与PWM方案成比例的打开来在单个FSC周期产生期望的平均亮度。图20C可以试图具有显著减少的闪烁，因为该闪烁频率是图20A的三倍并且超过了人眼视觉系统可以检测到它的范围。

【具有不滤光的LCD显示器的动态虚拟基色系统】

本发明另一个实施例示于图21A，其中在上面的LCD2160的像素图案2162中没有色彩滤光器。这个系统仅仅以如上所述的“虚拟基色场时序彩色”工作。在操作中，R^*G^*B^*知觉地编码的数据由“输入伽玛”模块2105线性化。可选的输入过滤2110可以从图像中去除噪声。“包围盒”模块2130确定要显示在每个LED的点扩散函数中的色彩的色域图。该数据用于在“计算虚拟基色”模块2132中计算虚拟基色。这些虚拟基色由“FSC”模块2125显示在LED背光阵列2120上。“背光插值”模块2134通过合适的插值和LED的已知点扩散函数确定LED 2160的每个像素(即，不滤光的子像素)后面可用的实际色彩。“计算χ值”模块2140将这些值与RGB图像数据组合来算χ值。χ值由“输出伽玛”模块2115伽玛量化到在LCD 2160上可用的等级。

继续参考图21A和21B，对于每个模块描述了一些示例算法。下面的讨论假定背光的一些简化特性来简化描述。例如，可以配置LED背光来具有矩形布局中的红色，绿色和蓝色LED的三元组，每个三元组足够靠近从而认为是出于单个点上。假定每个LED具有矩形点扩散函数。为了仅仅说明单个实施例的目的，假定将实施例构造成，使得8个LCD像素在每个LED之间并且在LCD矩阵的边缘存在“额外”的一行LED。将意识到的是，这些假定对于落入本申请的范围的构造的其他系统将会变化。

输入图像中的噪声(诸如斑点)可以引起下列步骤来减少显示器的动态范围或者增加LED背光中的功耗。由于这个原因，在输入伽玛模块2105之后增加可选的输入过滤2110来去除该噪声是有好处的。文献中描述了很多图像噪声减少滤光器。一个实施例可以是在诸如YCCrCb或者CIELAB的适当的色彩空间中对色度分量进行滤光。这趋向于减少色度噪声。真实的图像通常包含人眼视觉系统不能感知的信息。如果发现这种信息处于高的空间-色度频率，这种信息可能引起虚拟基色比严格要求的更加分开。这种色度噪声通常在图像的低光(暗)区域找到。过滤掉这种色度噪声可以允许(χ值中的变化较少的)更紧密、更小的基色色域，减少可见伪像的可能性。

由于上面的等式11和13在矩阵中具有零和一，因此可以很大地简化用于这些平面的相交的公式。计算一个色彩平面和输入色彩点之间的实际角度可能在计算上困难，但是存在较容易计算并且按照与角度相同的顺序分类的其他矩阵。下面的三个等式获取输入色彩(r，g，b)并计算一个这样的矩阵：

rangle＝2＊r＊MAXCOL/(2＊r+g+b)

gangle＝2＊g＊MAXCOL/(r+2＊g+b)

bangle＝2＊b＊MAXCOL/(r+g+2＊b)

其中，MAXCOL为输入色彩在模块2105中的输入伽玛转换之后的最大整数值。这些公式足够简单，从而它们可以测量LED实际的点扩散函数内所有的输入点。在包围盒模块2130中，将LED的点扩散函数内所有的输入像素转换为类似这个的伪角度，并且可以找到这些伪角度到每个轴的最小值(或者最大值)。可以测量每个LED2 ^*8^*2^*8或者256输入像素之间的8个LCD像素来找到一个背光LED的最小角度。通过将中间结果存储在线缓存器或者帧缓存器中可以明显节省计算。

一旦找到了最小角度，这些最小角度可以用于计算虚拟基色模块2132。如上面所讨论的，等式11中两个平面和等式13的对角平面相交会得到一种虚拟基色。当将平面相交公式扩展为代数符号时，得到相对简单的计算。下面是对于相当接近绿色轴的虚拟基色的计算：

Rp1＝MAXCOL＊rmin/(2＊MAXCOL-rmin)

Gp1＝MAXCOL＊gmin/(2＊MAXCOL-gmin)

Bp1＝MAXCOL＊

(4＊MAXCOL^2-4＊MAXCOL＊gmin-4＊rmin＊MAXCOL+3＊gmin＊rmin)/

(rmin＊gmin-2＊rmin＊MAXCOL-2＊MAXCOL＊gmin+4＊MAXCOL^2)

其中，rmin，gmin和bmin是通过用上面的伪角度公式测量周边输入色彩值发现的最小值。这个的结果是虚拟基色P1的RGB坐标。类似的等式可以计算虚拟基色P2的RGB坐标：

Rp2＝MAXCOL＊

(4＊MAXCOL^2-4＊MAXCOL＊bmin-4＊MAXCOL＊gmin+3＊gmin＊bmin)/

(4＊MAXCOL^2-2＊MAXCOL＊bmin-2＊MAXCOL＊gmin+gmin＊bmin)

Gp2＝MAXCOL＊gmin/(2＊MAXCOL-gmin)

Bp2＝MAXCOL＊bmin/(2＊MAXCOL-bmin)

第三的，另一组类似的等式计算虚拟基色P3的RGB坐标：

Rp3＝MAXCOL＊rmin/(2＊MAXCOL-rmin)

Gp3＝MAXCOL＊

(4＊MAXCOL^2-4＊MAXCOL＊bmin-4＊MAXCOL＊rmin+3＊rmin＊bmin)/

(4＊MAXCOL^2-2＊MAXCOL＊bmin-2＊MAXCOL＊rmin+rmin＊bmin)

Bp3＝MAXCOL＊bmin/(2＊MAXCOL-bmin)

如上所述，可以按比例缩放三个虚拟基色直到它们碰到用于最大亮度显示的色域的边缘。替代地，可以将它们按比例缩放到LED的点扩散函数内的输入色彩的最大亮度。如果包围盒向下采样模块2130计算最大亮度，同时测量最小角度并将它存储在变量Lmax中，则用于进行按比例缩放的等式可能采取下面的形式：

Rp1＝Rp1＊Lmax/max(Rp1，Gp1，Bp1)

Gp1＝Gp1＊Lmax/max(Rp1，Gp1，Bp1)

Bp1＝Bp1＊Lmax/max(Rp1，Gp1，Bp1)

Rp2＝Rp2＊Lmax/max(Rp2，Gp2，Bp2)

Gp2＝Gp2＊Lmax/max(Rp2，Gp2，Bp2)

Bp2＝Bp2＊Lmax/max(Rp2，Gp2，Bp2)

Rp3＝Rp3＊Lmax/max(Rp3，Gp3，Bp3)

Gp3＝Gp3＊Lmax/max(Rp3，Gp3，Bp3)

Bp3＝Bp3＊Lmax/max(Rp3，Gp3，Bp3)

也如上所述，可能期望限制每个LED的总功耗。在这个具有三个虚拟基色的例子中，把在所有三个中红色的和限制到允许的最大色彩值将可能导致1/3的占空比。这对于绿色和蓝色LED也是一样。如果在所有三个虚拟基色中红色值的和已经小于MAXCO，则可以不需要该计算。从而伪码可以采取下列形式：

Div＝math.max(Rp1+Rp2+Rp3，Gp1+Gp2+Gp3，Bp1+Bp2+Bp3)

if Div>MAXCOL then

  Rp1＝Rp1＊MAXCOL/Div

  Gp1＝Gp1＊MAXCOL/Div

  Bp1＝Bp1＊MAXCOL/Div

  Rp2＝Rp2＊MAXCOL/Div

  Gp2＝Gp2＊MAXCOL/Div

  Bp2＝Bp2＊MAXCOL/Div

  Rp3＝Rp3＊MAXCOL/Div

  Gp3＝Gp3＊MAXCOL/Div

  Bp3＝Bp3＊MAXCOL/Div

end

当显示器的区域基本上是单色的时候，虚拟基色在色度图上可能紧紧靠在一起并且可能具有大致相同的值。上面的计算可能得到这三个虚拟基色，这三个虚拟基色具有在每个场中它们最大值的1/3附近但是在整个帧中加起来为100％的值。然而，当图像的区域具有高色度空间频率时，虚拟基色可能分开非常远。在此情况下，上面等式可以允许每个虚拟基色自身的大部分功率处于一个场内，因为在同一帧的其他场内它将关闭或者功率很低。

当LED的点扩散函数内的像素为大致单色时，功率减少计算可能工作良好，但是在高空间频率的情况下可能找不到最低功耗。减少LED后台缓存(backbuffer)中的功耗的另一个实施例可以是测量每个LED的点扩散函数内的最大χ值。该最大χ值可以接着用于将LED按比例缩小到最低可能值。然而，χ值可能不能计算直到稍后在计算χ值模块2140中。一个实施例可以是使得计算虚拟基色模块2132内部具有复制的背光模块和复制的计算χ值模块2140。这显示在图21B中。第一LED近似模块2135将进行上面对于计算虚拟基色模块2132描述的计算。复制模块2134和2140将计算χ值的第一近似。接着可以通过测量最大χ值来分析这些χ值从而找到每个LED的点扩散函数内的最大值。接着可以通过缩放LED值模块2152计算每个LED的最终值。这最后两个步骤可以使用下面的伪码来实施：

for j＝0，15 do    --survey the max xhi value in the point spread function(PSF)

    for i＝0，15 do    --loop for all pixels in PSF

      local xhi＝spr.fetch(＂LCD＂，x＊8+i-8，y＊8+j-8，xbuf)  --fetch the xhi value

maxhi＝math.max(maxhi，xhi)                  --find the maximum one

    end--pixels in PSF

end--lines in PSF

local r，g，b＝spr.fetch(ledbuf，x，y)  --read in LED buffer values

maxhi＝math.max(MAXCOL，maxhi+floor)  --prevent zero valued determinants D

r＝r＊maxhi/MAXCOL      --Scale LED Values

g＝g＊maxhi/MAXCOL

b＝b＊maxhi/MAXCOL

spr.store(ledbuf，x，y，r，g，b)  --store them back in LED buffer

可以为三个场的每个场中的每个LED三元组重复该算法。该LED值的第二近似可以具有充分减少的值和减少的功耗。

上面的实施例产生了一帧的所有三个场内单个LED的虚拟基色的计算。在图21A中，将上面的这些LED值传送到FSC模块2125，FSC模块2125可以包括小的LED帧缓存器来存储这些LED值。

背光插值模块2134可以使用来自LED帧缓存器的这些值来计算LCD矩阵2160中每个像素2162下的有效背光色彩。可以在显示像素的时候即时地进行该计算，或者可能期望预先计算所有的有效背光色彩并将它们存储在另一个帧缓存器中。如果这样，可以使用三个帧缓存器来存储用于单个帧的所有三个场的有效背光色彩。在此示例结构中，可以从最多4个周边像素计算每个这些缓存器中的每个位置。下面的等式可以使用称为spread的存储在查找表中的点扩散函数。在此例子中，该表中的值为八个12比特整数，4096是直接在LED上的亮度的编码。下面的等式计算一个场中的一个位置(x，y)的一个有效背光色彩(rs，gs，bs)。

xb＝x/8

yb＝y/8        --position of a nearby LED

xd＝mod(x，7)

yd＝mod(y，7)      --distance to a nearby LED center

Rp，Gp，Bp＝fetch(xb，yb)      --get upper left LED color

psf＝spread[xd]＊spread[yd]/4096  --look up point spread function

rs＝Rp＊psf               --sum upper left LED

gs＝Gp＊psf

bs＝b＊psf

  Rp，Gp，Bp＝fetch(xb+1，yb)     --color of upper right LED

  psf＝spread[7-xd]＊spread[yd]/4096--PSF for this led and pixel

  rs＝rs+Rp＊psf            --sum upper left LED

  gs＝gs+Gp＊psf

  bs＝bs+Bp＊psf

  Rp，Gp，Bp＝spr.fetch(ledbuf，xb，yb+1)--color of lower left LED

  psf spread[xd]＊spread[7-yd]/4096   --PSF for this led and pixel

  rs＝rs+Rp＊psf             --sum upper left LED

gs＝gs+Gp＊psf

bs＝bs+Bp＊psf

Rp，Gp，Bp＝fetch(xb+1，yb+1) --color of lower right LED

psf＝spread[7-xd]＊spread[7-yd]/4096--PSF for this led and pixel

rs＝rs+Rp＊psf           --sum upper left LED

gs＝gs+Gp＊psf

bs＝bs+Bp＊psf

rs＝rs/4096     --sum was 12-bit precision

gs＝gs/4096     --colapse them back to pixel precision

bs＝bs/4096

可以对帧的每个场中的每个像素进行类似于上面的伪码的计算。得到的值可以由计算χ值模块2140使用。该模块可以使用来自上面的扩展的等式10来计算所有三个场中每个LCD像素的χ值。这些等式涉及矩阵求逆，然而，不是每个矩阵都可以求逆。因而首先可以计算并测试矩阵的行列式来确保它不是零。如果它不是，可以几乎不变地使用等式10。在实际使用中，像素值为0和最大可能值MAXCOL之间的整数，因而在每次计算中要求额外的MAXCOL的因子。在下面的伪码中，值(R1，G1，B1)是来自单个位置处的第一场的有效背光色彩，值(R2，G2，B2)和(R3，G2，B3)是来自帧的第二和第三场的有效背光色彩。而(R，G，B)是在输入伽玛模块2105之后显示器中该位置处的输入色彩。

D＝R1＊G2＊B3-R1＊B2＊G3-R2＊G1＊B3+R2＊B1＊G3+R3＊G1＊B2-R3＊B1＊G2

if D！＝0 then

      x1＝((G2＊B3-B2＊G3)＊R+(R3＊B2-R2＊B3)＊G+

            (G3＊R2-R3＊G2)＊B)＊MAXCOL/D

      x2＝((B1＊G3-G1＊B3)＊R+(R1＊B3-B1＊R3)＊G+

            (R3＊G1-R1＊G3)＊B)＊MAXCOL/D

      x3＝((G1＊B2-B1＊G2)＊R+(B1＊R2-R1＊B2)＊G+

            (R1＊G2-G1＊R2)＊B)＊MAXCOL/D

end

这些计算可以允许基本上单色的显示器的区域在帧的所有三个场中显示相同的值，从而减少闪烁。这对于黑白图像或者为任何色彩的单色这样的图像区域可能有效。作为这个的一个例子，考虑红色的斜坡，或者在暗室中的红光下拍摄的图片。具有一些彩色区域而其他部分单色的图像在足够远离彩色区域(超过LED的点扩散函数)的单色区域内趋向于切换到该低闪烁模式。可以对每个输入像素值进行上面的计算并传送每个在帧中它们自身的场中的χ1，χ2和χ3值到输出伽玛模块2115，接着到LED矩阵2160。

图21A中的系统允许单独地控制背光阵列2120。在一些实施例中，可能不单独地空间地控制LED或者其他彩色光源，而仅仅是其整体的强度。在这种情况下，点扩散函数变成全局一致的函数。背光插值函数2134变得多余。由于大部分要显示的图像希望具有比背光阵列2120的色彩基色的完全色域范围相对小的色域图，这种系统仍然显示出减少的场时序色彩伪像。该实施例在彩色投影机中可能是有用的，在彩色投影机中，在时序场中对来自诸如LED或者激光泵浦的频率转换器(非线性光器件)的可控制源的彩色光进行强度调制。

在本申请内的讨论中，描述了如果包含背光并进一步包含控制电路就可以满足的动态场时序显示器设备，其中，背光能够发出多种色彩和所述色彩的多个强度，其中所述色彩和所述色彩的强度在形成背光的一组区域上是独立地可再现的；所述控制电路用于动态地选择给定区域处背光的色彩和强度。该选择可以进一步取决于给定区域处的输入色彩值。如同可以意识到的，传统的场时序显示器设备不趋向于具有在任何给定时间点上、在图像的区域的色彩和强度两者上的独立控制，并且这种控制不取决于时间点上的输入色彩值，并且没有对特定的操作标准优化。

【分段的背光(Segmented Backlight)】

已经对于具有新型背光排列的显示系统以及操作这些显示系统的方法揭示了各种实施例，现在将描述扩展上述系统和操作方法的、具有新型背光(例如分段的)的显示系统。由于这种系统可以采用数量减少的光元件来达到动态对比度方面类似的改进和与这种显示系统的阵列版本相关的其他好处，这些新型背光可能还趋向于降低用于这种新型显示器的背光的成本。

在一个实施例中，显示系统包括根据第一控制信号输出光的背光，所述背光包括：多个N+M导光板，其中N个导光板设置在第一方向而M个导光板设置在第二方向，所述导光板重叠并且形成N x M组光学地传送的交点；多个N+M单独地可寻址的发光器单元，所述N+M发光器单元中的每个发光器单元分别与所述N+M导光板中的一个导光板相关并且光学地连接到该导光板，每个发光器单元能够产生多个色彩中的一个的宽频谱光；用于显示输出色彩图像的空间光调制器，所述空间光调制器从所述背光接收光并根据第二控制信号调制所述光；以及用于提供所述第一信号和所述第二信号的控制电路，所述控制电路接收输入色彩图像数据并确定所述第一和所述第二控制信号并输出所述第一信号到所述多个可单独寻址的发光器单元，输出所述第二控制信号到所述空间光调制器从而来自所述背光的所述光和所述空间光调制器的调制的组合产生基于所述输入色彩图像数据的输出图像。

【包括多段背光的显示系统】

如上所述，很多实施例的背光可以包括作为低分辨率成像设备(与覆盖在其上的较高分辨率LCD卷积(convolved))操作的发光器阵列(例如图1A的背光120)。为了实现给定的N x M背光分辨率，在阵列类型结构中需要N x M个发光器122(或者为了色彩或者增加的亮度的发光器群)。相反，参考显示了本发明一个实施例的图25，新型背光2500通过使用大约N+M数量的发光器2512和2522达到大约N x M的分辨率。下面将说明可以实现这种方式以及可以用来操作新型背光2500的方法。

考虑图26所示的现有技术背光2600。它包括平面导光板2610以及两个发光器2612。平面导光板2610包括至少一个表面特征上的特征来阻止全内反射，重新导向光使其朝着上面的空间调制器。发光器2612可以是如同本领域中通常使用的冷阴极荧光灯(CCFL)或者诸如发光二极管(LED)的其他适合的发光器。

如同颁发给Fergason的标题为“Variable Intensity High Contrast PassiveDisplay”的美国专利第5,717,422号(通过引用包括在这里)中教导的，可以控制发光器2612的亮度从而响应于亮度低于完全亮度的图像来使得背光2600变暗，同时调节上面的空间光调制器(例如LCD)来允许更多的光透过。降低的背光2600亮度与空间光调制器的增加的透射的卷积可以保持期望的图像亮度，同时减少发光器2612功率要求，并且伴随地增加空间光调制器的对比度。然而，即使输入图像中的单个像素处于完全亮度，如果要以完全的保真度再现图像，背光发光器2612必须也处于完全亮度。

在图27中描绘了改进的背光的一个实施例。如同可以看到的，背光2700分为两个(或者可能更多)光学上分开的导光板2720和2721，导光板2720和2721分别耦合到发光器2722和2723。这可以允许发光器2722和2723在同时具有不同的亮度等级。从而，如果在一半图像中的一个像素处于完全亮度，但是图像的另一半处于较低亮度，则至少图像的这一半可以允许较低发光器亮度。统计地，这种结构可以允许较低的整体平均发光器亮度和功率消耗，带来潜在的伴随的图像改进。

可以进一步对背光进行分段处理来增加统计上的改进。图28显示了由平面导光板2810和四个发光器2812构成的现有技术背光2800排列。同之前一样，发光器可以是CCFL或者LED。图29中显示的新型背光2900包括四个光学地分开的导光板2910，2914，2920和2924。接着可以将发光器2912，2916，2922和2926分别专有地耦合到导光板2910，2914，2920和2924。例如，沿着水平轴分开一对导光板2920和2924，允许通过独立地控制并且专有地耦合的发光器2922和2926分开下半部和上半部亮度等级。另一对导光板2910和2914可以或者在发光器对2922和2926之下或者之上。沿着垂直轴分开这对导光板2910和2914，允许通过独立地控制并且专有地耦合的发光器2912和2916分开右半部和左半部亮度等级。这可以允许所有四个发光器2912，2916，2922和2926具有不同的亮度等级。

在操作中，如果处于图像的四分之一(例如2930)中的一个像素处于完全亮度，但是图像的其他三个四分之一处于较低亮度，则图像的至少那部分允许较低的发光器亮度。例如，假定图像仅在它的一个角落具有以完全亮度打开的多个像素，并且它的其他部分处于非常低的亮度。假定图像完全亮的部分发生在右上角。上部发光器2922和右手发光器2912将打开到完全亮度而下部发光器2926和左手发光器2916将设置在非常低的亮度。上部右手四分之一象限2930将以完全亮度照亮。上部左手四分之一象限2932和下部右手四分之一象限2934将以中间亮度照亮。而下部左手四分之一象限2936将以非常低的亮度照亮。统计地，这种配置可以允许比图28中的背光2800更低的整体平均发光器2912，2916，2922和2926亮度和功耗，带来相对于图27中的背光2700具有潜在的伴随图像改进。

类似地，可以进一步进行分段处理来增加功率和图像质量的统计改进。如图30所示，背光3000可以从重叠导光板的矩阵形成。在本发明的该示例中，每个四分之一象限是导光板的一独立矩阵。具有专有连接的发光器3022的一些数量的导光板3020可以主要设置在列中而具有专有连接的发光器3012的一些数量的导光板3010可以主要设置在行中。

在此实施例中，为了近似实现N x M低分辨率背光，在图30中可以看到这可以通过使用2 x(N+M)个导光板和多个发光器实现，该多个发光器具有两列(例如在背光3000的右侧和左侧)和两行(例如在背光3000的上部和下部)发光器。在又一个实施例中，可以使用N+M个导光板和多个发光器来实现类似的N x M低分辨率背光。这通过仅使用一列(例如在背光的左侧或者右侧)和一行(例如在背光3000的上部或下部)发光器以及每行和每列发光器各自的一个导光板来实现。这种实施例在行和列交点处具有相同数量的跨矩阵连接，可以是较低成本选项。然而，它可能失去图30的背光的一点统计优点以及功耗上的相当的收益。此外，如同之前指出的，发光器3022可以或者是白色发光器或者一个或者多个彩色发光器的组合。使用这些原理的其他实施例当然也是可能的并且预期在本申请的范围内。

图31显示了背光3100的横截面，具有主要设置在行中的导光板3110，位于设置在列中的多个导光板3120之下。在背光3100的横截面中，光束3130由全内反射限制在导光板3110中，直到通过导光板的一个表面上的特征3140使光束3135的部分散射、偏转到可以逃脱的高角度。这些逃脱的光束3135可以透过上面的列导光板3120。类似地，光还可以由上面的导光板3120限制并且接着散射。在两个导光板都以完全亮度照亮的操作中，来自两个导光板3110和3120的散射光将合在一起到完全亮度。在两个都不照亮的情况下，在它们的交点处看不到任何光。在一个导光板照亮而另一个没有照亮的情况下，光合在一起到等于来自照亮的导光板的贡献的较低值。从而根据这里揭示的原理制成的背光(例如背光200)可以通过类推认为是具有行和列中的非常高的串扰(crosstalk)的N x M显示器。

这种具有非常高串扰的分段的背光对于各种显示系统可能是有利的。例如，图32A和32B分别是两个可能采用这种背光的显示系统的框图，一个具有单色前面板，另一个具有彩色子像素前面板。图32A描绘了使用分段背光3220来照亮诸如单色LCD的透射空间光调制器3260的显示系统3200的框图。通常，空间光调制器将比背光3220的分辨率高，但是也可以是相同或者更低。

在操作中，系统3200可以接收诸如例如感知地、伽玛、数字地量化的R^*G^*B^*图像的输入图像数据流。这种数据可以由伽玛函数3205线性化。这个线性RGB信号可以由峰值函数3210测量来找到映射到、或者位于矩阵背光3220的行和列照亮的区域内的像素的峰值亮度值。在一个实施例中，发光器3222可以是宽频谱的，例如，白色光源。在这种情况下，可以测量RGB值来找到映射到每个给定列和每个给定行的最大的红色、绿色或者蓝色值。

在另一个实施例中，发光器3222可以由可独立地控制的色彩基色构成，诸如红色，绿色和蓝色。在这种情况下，可以测量RGB值来找到独立地映射到每个给定列和每个给定行的最大的红色、绿色或者蓝色值。当在分配强度值给单个彩色发光器之前分析给定帧中要着色的图像时，存在可以考虑的某种自由度和限制条件。仅仅作为一个例子，如果在行M中图像要求的跨过行M的红色的最大值是中等范围强度值，并且这种最大值局部化到例如正交的导光板的一个特定交点(例如在(M，S)处，其中S为该交点的列编号)，那么该红色强度可以在行M的红色发光器和列S的红色发光器之间分开。

该强度值的一种可能的分配将是足够地设置列S和行M的红色发光器从而每个红色发光器将独立地贡献交点(M，S)处要求的红色强度值—并且允许前面板将红光的量限制到适当的要求的等级。然而，这种选择从功耗节约的观点看可能不是最优的。另一个实施例将是分配来自一个红色发光器(行或者列，如果可能)的所有红光并减少另一个发光器中的量。在这种实施例中，第二阶统计(Second Order Statistics)的使用可能提供改进。例如，如果是(M，S)处的红色中等范围强度值也是跨过列S的局部最大值，那么两个红色发光器的红色强度的选择可能受到对于列M和行S要求的下一个最高红色强度值的影响。色彩滤光器的红色强度值的选择将根据很多可能的优化方案(以对很多可能的度量(例如功耗节约等)进行优化的算法)进行选择。

除了分配强度值的空间考虑之外，也可以使用时间考虑—或者单独地或者与空间考虑组合。例如，另一种操作模式可以是以期望的亮度扫描行或者列。例如，除了一次照亮一列很短的时间以外，列可以保持在很暗。这可以按顺序或者随机的方式进行。这可以以有序的顺序从顶部到底部或者从底部到顶部进行。类似地，可以以顺序的或者随机的方式扫描行。这可以以有序的顺序从右到左或者从左到右进行。这个扫描可以与背光照亮的空间光调制器的地址扫描协调或者同步，从而它允许诸如LCD像素的调制器在照亮之前达到期望的透射值。

继续参考图32，峰值函数3210的输出可以是矩阵编码的向下采样的图像的形式，由向下箭头表示。接着可以将峰值发送到背光控制器3212并接着到背光3220的发光器3222。峰值还可以发送到背光插值块3205，背光插值块3205可以计算当前处于将在空间光调制器3260上着色的图像的每个像素下的照度。这种计算可以根据基于图像数据值的照度理论模型来完成。替代地，该计算可以基于根据施加的图像数据值测量的照度的经验数据。

背光插值模块3205的输出可以是向上箭头表示的向上采样图像，代表背光3220照度X_L。接着可以在X/X_L块3236中将线性RGB图像值X除以插值的背光照度值X_L。接着可以在伽玛校正(γ^-1)块3215中对X/X_L图像进行伽玛校正量化来匹配显示器的伽玛。背光3220照度X_L与X/X_L图像在空间光调制器3260上卷积时，接着可以重构期望的图像X。

矩阵背光也可以改进子像素着色的RGBW或者其他多基色显示系统。图32B描绘了使用分段的背光3220来照亮透射多基色(例如RGBW，RGBC，RGBY等)色彩滤光器3265空间光调制器3260的显示系统的框图，空间光调制器3260诸如使用上面提到的权利共有的几个专利申请中教导的布局中的一个。感知地，伽玛，数字地量化的输入R^*G^*B^*图像由伽玛函数3205线性化。这个线性RGB信号由峰值函数3210测量来找到映射到、或者位于矩阵背光3220的行和列照亮的区域内的像素的峰值亮度值。对于例如是白色光源的宽频谱的发光器3222，可以测量RGB值来找到以(新的背光控制申请中)教导的方式映射到每个给定列和每个给定行的最大的红色，绿色或者蓝色值。对于由诸如红色，绿色和蓝色的可独立地控制的色彩基色构成的发光器3222，可以测量RGB值来找到独立地映射到每个给定列和每个给定行的最大的红色，绿色或者蓝色值。峰值函数3210的输出可以是矩阵编码的向下采样的图像的形式，由向下箭头表示。接着可以将峰值发送到背光控制器3212并接着到背光3220的发光器3222。峰值还可以发送到背光插值块3205，背光插值块3205可以计算当前处于将在空间光调制器3260上着色的图像的每个像素下的照度。

背光插值模块3205的输出可以是由向上箭头表示的向上采样图像，代表背光3220照度X_L。可以在X/X_L块3236中将线性RGB图像值X除以插值的背光照度值X_L。接着可以在色域映射算法(GMA)块3240中使用任何适当的GMA方法将RGB X/X_L图像转换到RGBW X/X_L图像。接着可能使用这里描述的任何适当的方法对RGBW X/X_L图像进行子像素着色。接着可以在伽玛校正(γ^-1)块3215中将RGBW X/X_L图像伽玛校正量化来匹配显示器的伽玛。背光3220照度X_L与子像素着色的RGBW X/X_L图像在空间光调制器3260上卷积时，可以重构期望的图像X。

矩阵背光还可以改进场时序色彩系统。考虑使用分段的背光3320来照亮透射空间光调制器3360的显示系统的框图3300。感知地，伽玛，数字地量化的输入R^*G^*B^*图像可以由伽玛函数3305线性化。该线性RGB信号可以由包围盒块3330测量来找到最小盒，该最小盒包围映射到，或者位于矩阵背光3320的行和列照亮的区域内的像素的色彩和亮度值。来自包围盒3330的值可以用于在计算虚拟基色块3332中计算一组虚拟基色。这些虚拟基色可以接着由FSC用于在分段的背光3320中控制发光器3322的场时序色彩亮度值。需要指出的是，在这个或者这里提到的任何实施例中，这些发光器可以包括红色，绿色，蓝色LED或者红色，绿色，蓝色和青色(或者翠绿色)LED。发光器3320的色彩和亮度还可以发送到背光插值块3334，背光插值块3334计算当前处于将在空间光调制器3360上着色的图像的每个像素下的照度。

背光插值模块3334的输出可以是由向上箭头表示的向上采样图像。计算χ值块3340使用插值的照度和要着色的线性RGB值找到χ值。这些χ值是相对的透射值，当与每个色彩场的背光照度值卷积时可以大致上加在一起到要在显示器上着色的期望的色彩。χ值可以由输出伽玛块3315伽玛校正并量化来匹配透射空间光调制器3360的量化电光转换函数。

考虑这样的情况是有教导性的：TV上播放黑白影片，在角落处有一个彩色台标。矩阵光背光3320的大部分列和行将具有叠并到灰色的变化等级的虚拟基色。在图标处相交的列和行可能具有虚拟基色，该虚拟基色具有大的色域。在此交点处，该色域可以是基本完全可用的。与灰色等级照亮的列和行相交的每个列和行的那些部分可能以大致线性的方式与宽色域虚拟基色混合来形成具有减少的色域分布的轻淡色彩的虚拟基色。背光插值块3334将注意到这个并且计算χ值模块3340将相应地补偿。最终结果可以是在角落具有基本全色的图标的黑白图像，可能在着色的图像中具有(如果有的话)非常少的可见的色乱。

尽管已经参考范例实施例描述了本发明，本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离本发明的范围可以进行各种修改并且可以用等价物替换其中的元件。此外，在不偏离其中的基本范围下，可以进行很多修改来将特定的条件或者材料适应到教导中。因此，这里揭示的特定的实施例、具体实施和技术(其中的一些指出了用于执行这些实施例、具体实施和技术的最佳模式)，意图不是限制所附的权利要求的范围。

Claims (37)

1.一种显示系统，包括：

空间光调制器，用于显示从输入图像色彩数据形成的输出色彩图像，空间光调制器实质上包括子像素重复组，子像素重复组包括多种基色的子像素；

多个可单独寻址的彩色发光器，其设置作为背光，以提供用于在空间光调制器上形成输出色彩图像的光，每个发光器产生多种色彩中的一种色彩的光；以及

控制电路，用于控制来自多个可单独寻址的彩色发光器的光，控制电路使用输入图像色彩数据来确定用于每个可单独寻址的彩色发光器的值，从而空间光调制器的一个子像素中的输出图像色彩取决于来自发光器的光的色彩。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，多个可单独寻址的彩色发光器产生子像素重复组的多种基色的光。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，多个可单独寻址的彩色发光器产生子像素重复组的饱和基色的光。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，对产生子像素重复组的至少一种饱和基色的光的多个可单独寻址的彩色发光器进行调整，从而产生具有该饱和基色的特定波长范围的光。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，多个可单独寻址的彩色发光器产生红色、绿色、蓝色和青色的光。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，子像素重复组包括作为多种基色中的一种基色的空白子像素，并且其中，控制电路控制来自发光器的光的色彩，从而空白子像素作为背光控制的基色工作来产生输出色彩图像。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，控制电路控制来自发光器的光的色彩，从而空白子像素作为输出色彩图像的第一区域中第一背光控制的基色工作并且作为输出色彩图像的第二区域中第二背光控制的基色工作。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，控制电路进行峰值函数操作，使用输入图像色彩数据来为第一色彩的每个发光器产生与该发光器的点扩散函数支持的局部区域对应的输入图像色彩数据的区域中的第一色彩的峰值。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，控制电路进一步使用用于每个可单独寻址的彩色发光器的值来产生输入图像色彩数据的低分辨率版本。

10.根据权利要求1所述的系统，其中空间光调制器是液晶显示器面板。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，多个可单独寻址的彩色发光器包括发光二极管阵列。

12.根据权利要求1所述的系统，其中输入图像色彩数据指定为红色、绿色和蓝色值，红色、绿色、蓝色和青色值，红色、绿色、蓝色和翠绿色值，以及YCbCr色彩值中的一种。

13.一种显示系统，包括：

多基色空间光调制器，用于显示从输入信号形成的输出色彩图像，输入信号包括色彩输入值的帧，帧具有第一图像分辨率，空间光调制器实质上包括子像素重复组，子像素重复组包括至少四种基色的子像素；

多个可单独寻址的彩色发光器，其设置作为背光，以提供用于在空间光调制器上形成输出色彩图像的光，每个发光器产生至少四种基色中的一种基色的光；

第一色域映射操作，用于将每个色彩输入值转换到多个可单独寻址的彩色发光器的色彩空间中的第一多基色信号，第一色域映射操作产生经过转换的色彩值的帧；

控制电路，用于对经过转换的色彩值的帧进行滤光，从而产生经过滤光的色彩值的帧，经过滤光的色彩值的帧具有比色彩输入值的帧低的第二分辨率，可单独寻址的彩色发光器显示经过滤光的色彩值的帧；

插值操作，用于从经过滤光的色彩值的帧计算在输入色彩值的帧的每个位置处的亮度值和色彩值；

第二色域映射操作，用于使用插值装置计算的亮度值和色彩值，将每个色彩输入值转换到空间光调制器的色彩空间中的第二多基色信号；

子像素着色操作，用于过滤第二多基色信号，以便在可单独寻址的彩色发光器显示经过过滤的色彩值的帧的同时在空间光调制器上显示。

14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，根据一组输入基色指定色彩输入值，并且其中，第一色域映射操作将每个色彩输入值从输入基色的色彩空间转换到多个可单独寻址的彩色发光器的色彩空间中的第一多基色信号。

15.根据权利要求13所述的显示系统，其中，控制电路使用最大亮度函数对经过转换的色彩值的帧进行过滤，该最大亮度函数计算在多个可单独寻址的彩色发光器中第一个彩色发光器之上的输入色彩值的帧的区域中的最大亮度。

16.根据权利要求13所述的显示系统，其中，控制电路使用sync函数或者带窗口的sync函数中的一个函数对经过转换的色彩值的帧进行过滤。

17.根据权利要求13所述的显示系统，其中，第一色域映射操作包括用于选择第一基色信号的条件等色的条件等色选择函数。

18.根据权利要求13所述的显示系统，其中，插值操作使用多个可单独寻址的彩色发光器中一个彩色发光器的点扩散函数，来从经过滤光的色彩值的帧计算在输入色彩值的帧的每个位置处的亮度值和色彩值。

19.根据权利要求13所述的显示系统，其中，空间光调制器的子像素重复组包括作为至少四种基色的一种基色的白色(空白)子像素，并且包括至少三个饱和基色，并且其中，子像素重复组使用白色子像素作为饱和基色的额外的重构点。

20.一种显示系统，包括：

空间光调制器，用于显示从包括一组色彩输入值的输入信号形成的输出色彩图像，空间光调制器实质上包括一组可单独控制的透射元件；

多个可单独寻址的彩色发光器，设置作为背光，以提供用于在空间光调制器上形成色彩图像的光，每个发光器产生多种基色中的一种基色的光；

对于多个区域，所述区域包括一组所述发光器的一组点扩散函数，用于选择每个所述区域内包围每个色彩输入值的一组虚拟基色的第一映射操作，所述虚拟基色包括所述点扩散函数组内所述多个所述发光器的多个强度；

场时序控制电路，用于控制所述基色在一组场上的持续时间和照度，以将中间色彩图像形成到所述空间光调制器上，所述一组场包括由每个所述区域中的所述发光器形成的中间色彩信号；以及

用于控制每个所述区域内所述透射元件的组来调制所述中间色彩图像以产生所述输出色彩图像的电路。

21.根据权利要求20所述的显示系统，其中，所述多个区域中的一个区域进一步包括一组发光器的一组点扩散函数范围内所述空间光调制器上的一个透射元件。

22.根据权利要求20所述的显示系统，其中，所述多个区域中的一个区域是所述空间光调制器上的整组透射元件。

23.根据权利要求20所述的显示系统，其中，所述虚拟基色的组被选择来根据一组操作标准优化所述显示系统的性能。

24.根据权利要求23所述的显示系统，其中，所述操作标准的组包括一个集合中的一个，所述集合包括：减少闪烁，减少功耗，减少色乱，增加动态范围，以及减少量化误差。

25.根据权利要求23所述的显示系统，其中，所述虚拟基色的组被选择来将所述虚拟基色的亮度差异最小化。

26.根据权利要求23所述的显示系统，其中，所述场时序控制电路控制所述虚拟基色的持续时间和照度，来根据一组操作标准优化所述显示系统的性能。

27.根据权利要求26所述的显示系统，其中，所述操作标准的组包括一个集合中的一个，所述集合包括：减少色域外条件以及减少功耗。

28.根据权利要求20所述的显示系统，其中，所述用于控制所述透射元件的组的电路进一步包括选择用于每个透射元件的一组系数值来对虚拟基色被照亮的每个场控制所述中间色彩图像的调制。

29.一种动态场时序显示设备，包括：

背光，所述背光能够照亮多种色彩和所述色彩的多个强度，所述色彩的所述色彩和强度跨过形成背光的一组区域是可以独立地再现的；

控制电路，用于动态地选择背光在给定区域的色彩和强度，所述选择取决于所述区域内的输入色彩值。

30.根据权利要求29所述的动态场时序显示设备，其中，所述多种色彩进一步包括一组虚拟基色，所述虚拟基色是根据所述输入色彩值选择的，用于根据一组操作标准优化所述显示系统的性能。

31.根据权利要求30所述的显示系统，其中，所述操作标准的组包括一个集合中的一个，所述集合包括：减少闪烁，减少功耗，减少色乱，增加动态范围，减少量化误差，以及减少色域外条件。

32.一种显示系统，包括：

背光，根据第一控制信号输出光，所述背光包括：

多个N+M导光板，其中，N个导光板设置在第一方向而M个导光板设置在第二方向，所述导光板重叠并且形成N x M组光学地传送交点；

多个N+M单独地可寻址的发光器单元，所述N+M发光器单元中的每个发光器单元分别与所述N+M导光板中的一个导光板相关并且光学地连接到该导光板，每个发光器单元能够产生多种类色彩中的一种色彩的宽频谱光；

空间光调制器，用于显示输出色彩图像，所述空间光调制器从所述背光接收光并根据第二控制信号调制所述光；以及

控制电路，用于提供所述第一信号和所述第二信号，所述控制电路接收输入色彩图像数据，确定所述第一和所述第二控制信号并输出所述第一信号到所述多个可单独寻址的发光器单元，输出所述第二控制信号到所述空间光调制器，从而来自所述背光的所述光和所述空间光调制器的调制的组合产生基于所述输入色彩图像数据的输出图像。

33.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述发光器单元包括宽频谱CCFL管。

34.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述发光器单元包括宽频谱LED发光器。

35.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述发光器单元包括一组可单独寻址的彩色LED发光器，所述组能够发射宽频谱光。

36.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述空间光调制器包括单色LCD显示器。

37.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述空间光调制器包括多基色LCD显示器，所述多基色LCD显示器进一步实质上包括子像素重复组，所述组进一步包括一组彩色子像素。

Images