CN101632115B

CN101632115B - 用于在显示设备中调节亮度的方法和该显示设备

Info

Publication number: CN101632115B
Application number: CN2008800036608A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·D·波拉克; 庄志明
Original assignee: Motorola Mobility LLC
Current assignee: Motorola Mobility LLC; Google Technology Holdings LLC
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: KR20090096545A; US8933972B2; US20080186322A1; CN101632115A; WO2008094861A1; KR101134269B1; EP2126889A1

Abstract

一种用于在显示设备中调节亮度的方法和系统。该方法包括显示具有饱和色的图像(304)。该方法进一步包括调节子像素的亮度设置(310)，使得全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比处于只包括红、绿和蓝子像素的等同显示设备中的全白色与相同全饱和色之间的参考相对亮度比的约25％之内。

Description

用于在显示设备中调节亮度的方法和该显示设备

技术领域

本发明一般涉及显示设备，并且更具体地，涉及用于调节显示设备亮度的方法和系统。

背景技术

显示设备提供了以各种形式获取、存储或传输的包括文本在内的图像的可视表示。显示设备的示例包括，但不限于计算机显示器、视频监视器、示波器、电视显示器以及便携式电子设备上的显示面板。显示设备包括显示屏幕，该显示屏幕包括像素阵列及用于将图像在屏幕上呈现的关联电路。每个像素可以包括多个子像素，例如红(R)、绿(G)、蓝(B)子像素，这些子像素的一个或多个可以被相邻像素共享或处于相邻像素之间。具有R、G、B像素的显示器被称为RGB显示器。

这些子像素呈现诸如显示设备的颜色、亮度(luminance)、饱和度、色调、明亮度(brightness)及其他图像属性的显示特性和特征。显示明亮度随显示设备在其中被观看的周围环境而变化。为了显示清楚的图像，被显示图像的明亮度必须高于周围光。可以通过增大施加到显示器上的功率来增加显示明亮度。还可以通过向每个像素添加白子像素来增加显示明亮度。

在RGB显示器中，当所有基色(RGB)设置都处于最大值时，产生白色。例如，当所有三基色子像素被设置成最大值255时，以8位颜色设置的RGB显示器显示白色。具有除R、G、B子像素外还具有白子像素的像素的显示设备被称作RGBW显示器。白子像素的添加增大了具有不饱和色的图像的明亮度。具有全饱色和或接近全饱和色的图像会受到白子像素存在的影响。由于白子像素不能提高饱和色的明亮度，因此具有饱和色的图像区域将显得暗(或暗淡)。

饱和色是这样一种颜色，即其中一种或两种基色设置接近于零。例如，在RGB显示器内，如果只有红(R)子像素具有非零明亮度，那么该像素就是所述的显示饱和红色。应当理解，具有不饱和色的图像从统计上讲要比具有饱和色的图像更普遍。然而，许多便携式产品，诸如蜂窝式电话的图形用户界面或显示器通常使用全饱和色或接近全饱和色。添加白子像素一般地将降低功耗，并增加整体的显示明亮度。然而，在存在白子像素的情况下，需要解决看起来较暗(或暗淡)的饱和色的问题，以较好地显现图像的全光谱。

另一种方法包括对子像素的颜色信息的控制。通过调节子像素的颜色饱和度来改变子像素的颜色信息，以获得较好的亮度。然而，颜色信息的变化会改变图像的原始颜色。期望在具有白子像素配置的显示设备内保持图像的预期颜色与亮度平衡。

附图说明

所附附图与下面的详细描述一起被并入说明书并构成说明书的一部分，用来进一步说明本公开的各个实施例并解释本公开的各种原理和优点，在整个附图中，相同的附图标记指相同或功能类似的元件。

图1示出像素栅格；

图2示出像素的相对亮度与颜色饱和度之间的图形关系；

图3示出调节亮度的流程图；

图4示出调节亮度的系统的框图；

图5示出光强度与电压信号之间的图形关系。

具体实施方式

本发明公开的各个实施例涉及调节具有多个像素的RGBW显示设备的亮度，其中每个像素包括至少两个子像素。在一个实施例中，显示具有饱和色的图像。子像素的亮度设置被调节成使得全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比约是等同的RGB显示设备中的全白色与相同的全饱和色之间的参考相对亮度比的25％。

另一个实施例包括RGBW显示设备，该显示设备包括多个像素，其中每个像素包括至少两个子像素。该显示设备产生具有饱和色的图像。该显示设备还包括显示控制器，该显示控制器具有耦合到多个像素的控制器输出，其中该显示控制器被配置用于调节子像素的亮度设置。这些子像素的亮度设置被调节成使得全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比在等同的RGB显示设备中的全白色与相同的全饱和色之间的参考相对亮度比的25％之内。

在详细描述依照各个实施例的、用于调节亮度设置的具体方法和系统之前，应当注意到，本发明公开主要在于与调节显示设备的亮度设置有关的方法步骤和装置部件的组合。因而，在附图中适当的地方用常用符号表示了这些装置部件和方法步骤，仅示出那些与理解本发明公开有关的具体细节，从而不会使那些对具有这里的描述的益处的所属领域技术人员显而易见的细节混淆本发明公开。

图1示出包括多个像素的像素栅格100。该像素栅格对应于显示设备的显示面板/屏幕。显示设备的示例包括计算机显示器、视频监视器、示波器、电视显示器、移动电话显示面板等。显示设备的显示面板/屏幕的示例可以包括发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示器、阴极射线管(CRT)显示器、场发射显示器(FED)等。

像素可以被看作最小的可寻址成像单元或显示点。多个像素中的若干个像素组合在一起构成图像。另外，像素栅格100中的多个像素的每一个都包括至少两个子像素。这些子像素可以有各种颜色组合。出于描述的目的，像素栅格100被示出具有四个子像素。每个像素包括显示三基色的三个子像素及白子像素。换句话说，像素栅格100的每个像素包括红(R)子像素、绿(G)子像素、蓝(B)子像素以及白(W)子像素，从而形成RGBW显示。举例来说，像素栅格100的像素102包括红子像素104、绿子像素106、蓝子像素108及白子像素110。然而，只具有三基色子像素，诸如RGB的显示器被称作RGB显示器。

可以按多种顺序和几何形状布置这些子像素，诸如矩形、六边形、三角形、条纹、斜纹等。这些子像素将诸如亮度、颜色饱和度、色调、明亮度等的显示特征呈递到通过显示设备显示的图像的可视表示。每个子像素的这些显示特征的各种组合和设置可以被控制以产生不同显示质量的图像。可以改变子像素的显示设置及诸如亮度和颜色饱和度这样的显示特征的变化，以通过像素栅格获得图像和文本的可视表示的期望显示质量。亮度被定义为从表面发出或穿过表面的光的量。因此，可以认为亮度即表面看起来将有多明亮。一个子像素的亮度会受其他子像素的亮度影响。例如，在像素102内，红子像素104的亮度可能会由于白子像素110的存在或缺少而受到影响。举例来说，在白子像素存在的情况下，显示全饱和红色的红子像素可能看起来较暗或暗淡。

RGB显示器只包括三基色子像素，例如，红子像素、绿子像素和蓝子像素。在RGB显示器或RGBW显示器内，只有当三基色子像素中的一个或两个的亮度基本接近于零时，才认为该像素显示饱和色。例如，当绿子像素和蓝子像素的亮度低于它们最大值的25％时，认为该像素显示饱和红色。

在一个实施例中，如果一个或两个子像素被设置成最大亮度(在8位设置中为255)，而另一个子像素的亮度约为零时，该像素才被认为显示全饱和色。全饱和色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，至少一种基色设置低于其最大值的约25％，而该像素的所有其他基色设置高于它们最大值的75％。为了显示全白色，RGB子像素显示器中的所有三种基色都要被设置成最高亮度(在8位设置下是255)。

图2示出像素的相对亮度与颜色饱和度之间的图形关系200。用沿纵轴(Y轴)的相对亮度(L)和沿横轴(X轴)的颜色饱和度来描绘这种图形关系。

例如图1中像素栅格100的像素栅格中的每个像素接收与分配给像素中每个子像素的指定显示设置和特征有关的数据。在RGBW显示器中，像素所接收的数据包括R、G、B、W子像素的颜色饱和度、色调及亮度信息的各个值。对于像素的各子像素的一组给定数据将生成该像素唯一的一组颜色饱和度和相对亮度比(L)。特定颜色的颜色饱和度可以是其纯度和强度百分比的度量。相对亮度比(L)可以是像素的总透射率。相对亮度是显示全白色的像素的亮度(Lω)与显示全饱和色的亮度谱的像素的亮度(Lf)的比。换句话说，Lω是当像素的所有三基色子像素的颜色设置都被设置成最大时，即在8位系统中R、G、B子像素具有255的颜色设置时像素的亮度，并且Lf是子像素的三种基色设置的一种或两种为零、而该像素的子像素的其他基色设置为其最大值时像素的亮度。相对亮度比(L)是与显示全白色的像素相比时像素亮度的度量。

相对亮度比(L)：

L = \frac{Lf}{Lw}

等式(1)

图形关系200包括在基色的相对亮度比与颜色饱和度之间描绘的曲线A-B。该曲线A-B描述了像素的相对亮度比与颜色饱和度的多种组合的边界。针对具有8位颜色设置的RGB显示器描绘了曲线A-B。对于RGB显示器，两种基色子像素的颜色设置被固定以匹配恒定值(G＝B＝恒定值(K)，绿子像素和蓝子像素的颜色设置固定)。因而，存在占据曲线A-B下方区域的相对亮度比与颜色饱和度的256的2次幂 (256²)个组合。对于基色，例如红色(R)，曲线A-B下方的区域包括相对亮度比(L)和颜色饱和度的一组值。对于RGBW显示器，由于在像素中添加了白子像素，因此RGB显示器的曲线A-B在“C”点偏离，并沿着属于RGBW显示器的新曲线A-C-D。因而，将存在这样一组像素，该组像素显示饱和色或接近饱和的颜色，填充由于偏离而切掉的区域C-D-B。由于添加了白子像素，例如图1中的白子像素110，因此这组像素不能被显示。因此，白子像素的添加可能导致显示器中的其他像素看起来暗淡或看起来较暗。

为了帮助更好的理解，考虑这样一种情景，其中由于曲线A-B的偏离，因此曲线A-B下方的且在区域C-D-B中的显示点P(x，y)不能被显示。为了显示该显示点P(x，y)并保持色平衡，可以调节子像素的诸如亮度这样的显示属性，使得显示该显示点的像素的相对亮度比处于参考相对亮度比的25％之内。该参考相对亮度比是RGB显示器中的全白色的亮度(Lωr)与显示相同全饱和色的亮度谱的像素的亮度(Lfr)的比。该参考相对亮度比基于显示该显示点P(x，y)的像素的相对亮度中产生的差。由于曲线A-B的偏离而产生该差。由于存在白子像素及曲线A-B的偏离，从而显示点P(x，y)的y坐标出现变化。因此，为了显示该显示点P(x，y)，将显示点P(x，y)的y坐标改变为y’。为了适用这种变化并保持色平衡，基于显示点P(x，y)的y坐标的变化，减小RGBW显示器中白子像素(例如图1中示出的白子像素110)的亮度。在说明性示例中，任何子像素组合的亮度都可以被调节，以适用这种变化并保持色平衡。在另一个说明性示例中，显示设备的输出功率被调节以保持色平衡。

为了确定对RGBW显示器中白子像素的亮度的改变，y坐标的最大差值。举例来说，用于显示该显示点P(x，y)的白子像素的亮度的减小为：max(δ/L)，其中δ是显示点P(x，y)的相对亮度比(y坐标)的变化。因而，用δ＝y-y’定义δ，其中y和y’分别是显示点P(x，y)和P(x，y’)的Y轴坐标。L是显示点P(x，y)的相对亮度比。

为了显示P(x，y)，应当减小显示点P(x，y)的y轴坐标，使得P(x，y)改变为P(x，y’)，并且为了保持色平衡，将RGBW显示器中的白子像素的亮度减小因子(δ/L)。

然而，这将降低显示设备的总的明亮度。因此，为了保持显示设备的总的明亮度，可以如图3中进一步描述的那样，将背光明亮度增加系数(δ/L)。

图3示出用于调节显示设备的亮度的流程图。在步骤302，启动该方法。在步骤304，显示具有饱和色的图像。借助于其中三种基色设置中的一种或两种基色设置约接近于0的像素来显示该具有饱和色的图像。在步骤306，确定是否存在具有这样显示点的像素：该显示点落在属于RGBW显示器的相对亮度比与颜色饱和度之间描绘的曲线A-C-D之外。例如，落在曲线A-B下方的显示点P(x，y)被显示在RGB显示器上。由于白子像素，例如白子像素110的添加，因此在相对亮度比和颜色饱和度之间描绘的曲线A-B中的点“C”处存在偏离。在点“C”处，曲线A-B偏离，并且在属于RGBW显示器的相对亮度比和颜色饱和度之间描绘出新曲线A-C-D。由于曲线中的偏离，因此显示点P(x，y)落在新曲线A-C-D之外，而不显示在RGBW显示器上。在步骤306，确定填充区域C-B-D(如图2所示)的这些显示点。然而，如果确定不存在具有落在新曲线A-C-D之外的显示点的像素，那么该过程终止。

在图3中，在步骤308，如果在步骤306确定存在具有落在新曲线A-C-D之外的显示点的像素，那么将相对亮度比的最大偏离确定为max(δ/L)。该最大偏离是显示点的相对亮度比从新曲线A-C-D的偏离的度量。该最大偏离是由于添加白子像素而引起的相对亮度比的变化量与落入如参考图2所述的区域C-B-D内的显示点的相对亮度的比。

在图3中，在步骤310，调节白子像素的亮度，使得该像素的相对亮度比处于参考相对亮度比的25％之间。白子像素的亮度变化基于因子δ/L。为了呈现落在新曲线A-C-D之外的显示点，将像素栅格，例如图1的像素栅格100，中的白子像素的亮度减小因子δ/L。该因子δ/L是落在新曲线A-C-D之外的显示点的最大偏离。

在步骤312，调节显示设备的显示面板/屏幕的输出功率，以保持色平衡。通常，为了在显示面板/屏幕上显示图像，显示面板/屏幕的明亮度必须高于周围漫射光。可以通过调节显示设备的输出功率来改变显示面板/屏幕的明亮度。调节输出功率使得全白色的亮度处于在调节白子像素或子像素的任何组合的亮度设置之前全白色亮度的25％之内。可以通过调节发射型显示设备的输入电流来调节输出功率。发射型显示设备的示例包括但不限于发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示器、阴极射线管(CRT)显示器、场发射显示器(FED)等。

还可以通过调节显示面板/屏幕，例如液晶显示器(LCD)的背光明亮度来调节输出功率。背光可以包括多种向显示设备的显示面板/屏幕提供光的光源。在步骤310，白子像素的亮度降低会导致所显示图像的明亮度的减小。因此，为了避免明亮度减小，将背光明亮度增大因子δ/L。随后，该方法在步骤314终止。

在一个实施例中，调节显示设备的亮度包括调节显示设备的伽马设置。调节伽马设置使得在RGBW显示器中白色与任何灰色之间的相对亮度比处于在调节子像素的亮度设置之前、在RGB显示器中白色与任何灰色之间的相对亮度比的约50％之内。对伽马设置的调节包括校正由显示设备产生的光的强度。结合图4和图5进一步描述了伽马校正。

图4示出用于调节像素的亮度的系统400的框图。该系统400包括多个像素402和显示控制器404。该多个像素可以对应于显示面板/ 屏幕。该多个像素402中的每一个像素包括R、G、B、和W子像素。该多个像素402在显示设备上产生具有饱和色的图像。显示控制器404具有耦合到多个像素402的控制器输出。该显示控制器被配置成控制该多个像素的子像素的显示特征。该显示控制器还被配置成调节该多个像素的子像素的亮度，使得在RGBW显示器中全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比处于只包括红、绿、蓝子像素的等同显示设备(RGB显示器)中的全白色与相同全饱和色之间的参考相对亮度比的约25％之内。另外，该显示控制器能够确定从参考相对亮度的最大偏离。在一个实施例中，该显示控制器从存储器单元(未示出)中检索参考相对亮度比的值。该存储器单元的示例可以包括数据库、查找表、调色板等。该显示控制器被配置成将相对亮度比与参考相对亮度比进行比较，以确定亮度的偏离。

另外，在图4中，显示控制器被配置用于调节白子像素的亮度设置，使得相对亮度比的偏离处于参考相对亮度比的25％之内。该显示控制器还被配置用于调节任何子像素组合的亮度。此外，该显示控制器可以通过调节背光的强度来调节显示设备的输出功率。这确保了穿过多个像素的光的均匀散布，以实现更好的显示。

此外，在一个说明性示例中，为了调节显示设备的亮度，该显示控制器能够调节显示设备的伽马设置。伽马设置可以被定义为由物理设备产生的光强度的调节。光的强度(I)是施加在用于显示的子像素上的电压信号(V)的非线性函数，如图5所述。例如，强度(I)可以用下面等式给出：

I = V^{\frac{22}{10}}

等式(2)

为了获得正确的强度(Ic)，这种非线性必须得到补偿。通过变换所施加的信号来实现这种强度调节：

Ic = I^{\frac{22}{10}} = V

等式(3)

因此，对电压信号进行调节以提高强度。调节伽马设置使得在RGBW显示器中的白色与任何灰色之间的相对亮度比处于在调节子像素的亮度设备之前、在RGB显示器中的白色与任何灰色之间的相对亮度比的约50％之内。当子像素的所有三种基色设置相同并且小于最大值时，该像素被认为显示灰色。

图5示出光强度随变化的电压信号而改变的图形关系500。该图形关系500在Y轴上表示光强度，在X轴上表示0～700毫伏的电压信号。该曲线示出光强度(I)相对所施加的电压(V)的非线性性质。该曲线具有大约等于2.2的指数值。

本发明的各个实施例保证了显示所有颜色的所有显示点和像素的较好显示。采用用于调节亮度的上述方法和系统的显示设备保证了在RGBW显示器内具有正确亮度的清晰图片。另外，调节亮度还将允许颜色看起来像预期的那样。而且，调节输出功率、背光和伽马设置还将由于亮度调节引起的图像变化最小化。

预期的是，本领域的普通技术人员虽然可能例如在可用时间、当前技术及经济考虑的驱动下付出巨大努力并有许多设计选择，但在这里公开的概念和原理的指导下，将很容易能够用最小的实验产生这些软件指令和程序以及IC。

虽然以建立所有权和使所属领域技术人员能够制造和使用本发明的方式描述了本发明公开及其最佳模式，但是应当理解和了解，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，存在这里公开的示例性实施例的等同物，并且可以对本发明公开做出改变和变化，本发明的范围和精神不受这些示例性实施例的限制，而由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种在显示设备中调节亮度的方法，所述显示设备包括多个像素，每个像素包括红、绿、蓝及白子像素，所述方法包括：

显示具有饱和色的图像；其中，饱和色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，至少一种基色设置低于其最大值的约25％，并且至少一种基色设置高于其最大值的约25％，以及

调节子像素的亮度设置，使得全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比处于只包括红、绿和蓝子像素的等同显示器中的所述全白色与相同全饱和色之间的参考相对亮度比的约25％之内，其中所述全白色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，所有三种基色设置处于最大值，其中，全饱和色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，至少一种基色设置处于其最大值的约25％之内，而该像素的所有其他基色设置高于它们最大值的75％；

其中，所述等同显示器的红、绿和蓝子像素的亮度谱处于包括白子像素的所述显示设备中的红、绿和蓝子像素的亮度谱的约25％之内。

2.如权利要求1所述的方法，调节所述亮度设置包括只调节所述白子像素的亮度设置。

3.如权利要求1所述的方法，调节所述亮度设置包括调节所述子像素的任何组合的亮度设置。

4.如权利要求1所述的方法，调节所述显示设备的输出功率，使得所述全白色的亮度处于在调节所述子像素的亮度设置之前所述全白色亮度的约25％之内。

5.如权利要求4所述的方法，调节所述输出功率包括调节所述显示设备的背光明亮度。

6.如权利要求4所述的方法，调节所述显示设备的输出功率包括调节发射型显示设备的输入电流。

7.如权利要求1所述的方法，调节所述显示设备的伽马设置，使得在全白色与任何灰色之间的相对亮度比处于在调节所述子像素的亮度设置之前所述全白色与所述灰色之间的相对亮度比的约50％之内，其中灰色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，子像素的所有三种基色设置都相同并且小于最大值。

8.一种显示设备，包括：

多个像素，每个像素包括红、绿、蓝及白子像素；

在所述显示设备上产生的图像，所述图像具有饱和色；其中，饱和色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，至少一种基色设置低于其最大值的约25％，并且至少一种基色设置高于其最大值的约25％，

具有耦合到所述多个像素的控制器输出的显示控制器；

所述显示控制器调节子像素的亮度设置，使得全白色与任何全饱和色之间的相对亮度比处于只包括红、绿和蓝子像素的等同显示器中的所述全白色与相同的全饱和色之间的参考相对亮度比的约25％之内；其中所述全白色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，所有三种基色设置处于最大值，其中，全饱和色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，至少一种基色设置处于其最大值的约25％之内，而该像素的所有其他基色设置高于它们最大值的75％，并且

其中所述等同显示器的红、绿和蓝子像素的亮度谱处于包括白子像素的所述显示设备中的红、绿和蓝子像素的亮度谱的约25％之内。

9.如权利要求8所述的显示设备，所述显示控制器通过只调节所述白子像素的亮度设置来调节亮度设置。

10.如权利要求8所述的显示设备，所述显示控制器通过调节子像素的任何组合的亮度设置来调节所述亮度设置。

11.如权利要求8所述的显示设备，所述显示控制器调节所述显示设备的输出功率，使得所述全白色的亮度处于在调节所述子像素的亮度设置之前的所述全白色亮度的约25％之内。

12.如权利要求11所述的显示设备，包括背光，所述显示控制器通过调节所述背光的明亮度来调节所述设备的输出功率。

13.如权利要求11所述的显示设备，是发射型显示设备，所述显示控制器通过调节所述发射型显示设备的输入电流来调节所述输出功率。

14.如权利要求8所述的显示设备，所述显示控制器调节所述显示设备的伽马设置，使得在所述全白色与任何灰色之间的相对亮度比处于在调节所述子像素的亮度设置之前所述全白色与所述灰色之间的相对亮度比的约50％之内；其中灰色是由这样的像素产生的颜色：在该像素中，子像素的所有三种基色设置都相同并且小于最大值。