CN101681600A - 包括两个调制级的图像显示装置 - Google Patents

Abstract

装置包括：包括背光元件(DR，DG)的网络的后板(1)；包括光阀的网络的前板(2)，每个光阀可以调制单个原色的亮度。通过被添加至所述后板的背光元件的亮度调制的色度调制，根据本发明的装置使得其可以以更大的对比度和更佳的质量显示图像。具体的驱动模式使得其可以避免所述色彩“干扰”。

Description

包括两个调制级的图像显示装置

技术领域

本发明涉及具有不同原色的图像显示装置，包括：

后板，包括具有可调制亮度的背光元件的网络；

前板，包括光阀的网络，所述光阀分别能够调制单个原色的亮度并且分布为相邻光阀的基本集的形式，其中各集包括各所述原色的至少一光阀；

和光学耦合所述后板的各背光元件至背光组的装置，背光组将前板中的多个光阀的基本集类集在一起。

背景技术

各基本集对应于要被显示的图像的一像素。这样的具有两个串连的调制级的装置使得可以明显地增加图像显示对比度(高动态范围或者HDR)。通常，背光元件由发光二极管形成，并且光阀通常是液晶型的。文件US7064740和WO02/079862描述了这样的装置，如文章标题为″A high Dynamic RangeDisplay Using Low and High Resolution Modulators″(“使用低和高分辨率的调制器的高动态范围显示”)，由Helge SEETZEN和Lorne A.WHITEHEAD所发表，在SID2003会议给出的发言的概要(段落54.2，第1450至1453页)。

标题为″Self-calibrating wide colour gamut high dynamic rangedisplay″(“自校准宽色域高动态范围显示”)由Helge SEETZEN等人在″Proceedings SPIE″，vol.6792(XP002454790)中于2007年2月12日发表的文章，描述了补偿这样的显示装置的背光发光二极管的色彩漂移的工具。

发明内容

本发明具体地涉及在这样的装置的帮助下图像显示的方法。在上述文件中，仅有所述背光元件的亮度或者发射强度根据被显示的图像的内容而被调整。

本发明的一目的是与在文件US7012382 and US6608614中所描述的显示方法对比，进一步改善图像显示对比度，在文件US7012382 and US6608614中，背光元件不以网络分布并且不各自光学耦合至背光组。

在这样的显示装置中，背光元件的各发射器通常能够发射所述原色之一。如果图像用三数字原色红，绿和蓝显示，则各背光元件通常包括红发射器、绿发射器和蓝发射器。光阀的基本集，也就是说要被显示的一像素的各光阀，能够调制单个原色红、绿或者蓝。通常发生，例如能够调制原色红的光阀，不仅调制来自红发射器的光线的亮度，而且还可以部分调制来自相同的背光元件的绿发射器和/或蓝发射器的光线。以下情形出现，例如，当光阀是被提供以彩色光学滤色器的液晶单元时，提供以透射原色红的彩色光学滤色器的光阀不仅透射由红发射器发射的光线，而且还透射例如由绿发射器或者蓝发射器发射的光线的红的成份，虽然其弱。这些色彩干扰(色彩串扰)干扰了图像显示质量。本发明的一目的还是改善图像显示质量。

为了该目的，本发明的主题是一种具有各原色的显示图像的装置，包括：

后板，包括具有可调制亮度的背光元件的网络；

前板，包括光阀的网络，所述光阀分别能够调制单个原色的亮度并且分布为相邻光阀的基本集的形式，其中各集包括各所述原色的至少一光阀；

和光学耦合所述后板的各背光元件至背光组的装置，背光组将前板中的多个光阀的基本集类集在一起，

其中所述背光元件相似地具有可以调制的色度。

通过各光阀的给定色彩的亮度(或明度)的调制使得其可以改进该色彩的外观，无论其暗淡、黑还是明亮。也可以以延伸的含义相似地采用术语“亮度”。

通过色度调制，根据本发明的装置使得可以以更大的对比度和更佳的质量显示图像，色度调整可以被添加至后板的背光元件的亮度调制。

优选，背光元件具有至少在由所述原色所划界的整个色彩的范围中可以调制的色度。

优选，各背光元件包括至少一各所述原色的发射器。优选，各发射器可以发射一所述原色。

优选，所述发射器是发光二极管。

优选，各光阀包括该阀的所述亮度调制的液晶单元，和能够透射该原色的彩色光学滤色器，该阀能够调制该原色的亮度。

优选，所述光学耦合工具包括光扩散器板，所述光扩散器板其自身包括后扩散层、前扩散层、和插入于后扩散层和前扩散层之间的透明厚层。

本发明的主题是，具体地，在根据本发明的装置的帮助下至少一图像的显示方法，其中要被显示的该图像的各像素对应于所述前板的光阀的基本集，在其方法中所述后板的每个背光元件的亮度和色度两者都根据对应于属于被光学耦合至所述背光元件的所述前板的相同的背光组的基本集的所述图像的像素的显示数据而被调制。通过不仅如现有技术中调制亮度，而且还调制背光元件的色度，以这种方式进行图像的显示，背光元件的网络被有益得多地被利用，并且此外对比度，和最重要的，图像的显示质量被改善。

优选，对于图像显示，背光组的各光阀的亮度相似地根据对应于该阀所属的基本集的像素的显示数据而被调制。

根据本发明，该显示数据不仅考虑了原色，该阀能够调制该原色的亮度，而且还考虑了其它原色。

优选所述背光组的各光阀的亮度不仅根据对应于该阀所属的基本集的像素的显示数据而被调制，而且根据对应于相同背光组的其它基本集的像素的显示数据而被调制。精确而言，背光元件的背光组的各光阀的背光亮度和色度取决于对应于属于相同背光组的所有基本集的像素的显示数据，不仅取决于对应于该光阀所属的基本集的像素的显示数据。为了控制各光阀，已知考虑其背光是恰当的，这就是说，这里，间接地，对应于属于相同背光组的所有基本集的像素的显示数据作为该光阀。这避免了干扰图像显示质量的色彩干扰。

优选，

各背光元件包括各所述原色的至少一发射器，并且各发射器与一发射频谱相关，

各光阀包括该光阀的所述亮度调制的液晶单元，和能够透射原色的彩色光学滤色器，该光阀能够调制该原色的亮度，各彩色光学滤色器与一透射频谱相关，

各光阀与所述原色的至少一发射器相关，所述光阀能够调制所述原色的亮度，

并且所述光阀的所述彩色滤色器的透射频谱不仅覆盖所述发射器的发射频谱，而且还至少部分覆盖至少一其它原色的所述相同的背光元件的至少一其它的发射器的发射频谱，

所述背光组的各光阀的亮度相似地不仅根据与该光阀相关的所述至少一发射器的调制而被调制，而且还根据所述相同背光元件的所述至少一其它的发射器的调制而被调制。

通常，各背光元件的发射器能够发射所述原色之一。如果图像在三原色红、绿和蓝的帮助下被显示，则各背光元件通常包括原色红的发射器，原色绿的发射器和原色蓝的发射器。这些发射器通常相互独立地可控制，以便获得该背光元件的亮度和色度两者的调制。光学耦合至该背光元件的背光组的各光阀，根据对应于该阀所属的基本集的像素的显示数据，调制显示原色之一的亮度：透射原色红的提供以色彩光学滤色器的光阀不仅透射由背光元件的原色红的发射器所发射的光线，而且还，例如透射由相同背光元件的原色绿的发射器发射的光线的红成份，尽管弱；如果尤其该光阀的色彩滤色器的透射频谱覆盖原色绿的该发射器的发射频谱。

因而不可避免地该光阀将不仅调制由原色红的发射器所发射的光线，而且，通常以较小的比例，还调制由原色绿的发射器所发射的光线。根据本发明，不仅原色红的发射器的调制的发射水平被考虑，而且原色绿的发射器的被调制的发射水平也被考虑。这避免了干扰图像显示质量的干扰。

根据变体，发射器之一可以发射二原色：例如，如果图像在三原色红、绿和蓝的帮助下被显示，则各背光元件可以包括原色红的发射器、原色绿的发射器、原色蓝的发射器和原色红和原色绿两者的黄发射器。

优选，对于对应于像素的各基本集，其显示数据由色彩向量 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 表达，该基本集的各光阀(V_R，V_G，V_B)的亮度调制因子 $\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]$ 符合方程：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\underset{3\×N}{\mathrm{xyz}}\·({{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{LED}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right].*{{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{Mod}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]),$

其中 $\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]$ 表示光学耦合至所述基本集所属的背光组的背光元件的亮度和色度调制因子，

其中

表示当该元件的所有调制因子除了一个之外都是零时，所述背光元件的发射频谱，

其中

表示所述现有基本集的不同的原色的各阀(V_R，V_G，V_B)的色彩滤色器的透射频谱。

色度函数被称作色彩匹配函数矩阵。依靠本发明，各光阀考虑了由其被耦合的背光元件所发射的原色的集，而不仅是与其相关的特定原色。这避免了原本会形成相同背光元件的各二极管的发射频谱和相同背光组的光阀的色彩光学滤色器的透射频谱之间的“干扰”。该特定的控制模式因而使得其可以避免干扰图像显示质量的色彩干扰的“干扰”。

附图说明

从阅读通过非限制示例的方式给出的下列描述，并且参考附图本发明将被更加清楚地理解，其中：

图1给出了在图3中示出的根据本发明的实施例的显示装置的背光元件的各二极管的发射频谱；

图2给出了根据在图3中示出的实施例的基本显示集的各种光阀的彩色滤色器的透射频谱；

图3示出了根据本发明的显示装置的实施例。

具体实施方式

参考图3，现将描述根据本发明的实施例的具有三原色P_R、P_G、P_B的图像的显示的装置。该装置包括：

包括具有能够调制的亮度和色度的背光元件的网络的后板1；各背光元件包括三种发光二极管D_R、D_G、D_B(在图3中D_B未被示出)，这里各原色P_R、P_G、P_B的二极管，例如，如在文件EP1717633中所描述的；参考图1，根据波长的这些发光二极管D_R、D_G、D_B的发射频谱由

表示，其中N是这些频谱的波长取样步的数量；R_LED，G_LED，B_LFD指的是二极管Dx、D_G、D_B的对应的调制希望值，使得它可以获得背光元件的亮度和色度两者的调制；

包括光阀(在图1中未被示出)的网络的前板2；各光阀包括液晶单元，使得它可以在该阀的输出调制亮度并且彩色光学滤色器被定位于该阀的输入；这些光阀以相邻光阀的基本集的形式被分布，使得各基本显示集包括各原色P_R、P_G、P_B的光阀V_R、V_G、V_B；参考图2，相同基本显示集各阀V_R、V_G、V_B的对应的彩色滤色器F_R、F_G、F_B的透射频谱由

，表示，其中N是这些频谱的波长取样步的数量；R_LED，G_LED，B_LED指的是相同基本显示基的值V_R、V_G、V_B的对应的调制希望值，使得它可以仅获得通过滤色器F_R、F_G、F_B的色彩过滤的亮度的调制；

光学耦合后板l的各背光元件至前板2的背光组的装置3，包括多个光阀的基本集；这样的耦合装置被描述，例如，在文件WO03/077013中，使用由具有形成后板1和前板2之间的“蜂房”结构的反射壁的圆柱波导；以及如在不同的申请的文件US5839823中所描述的，使用圆锥光波导31。

光学耦合装置在此相似地包括包括后扩散层41，前扩散层42和透明厚层43。透明厚层43通常是玻璃板，被插入于扩散层41和42之间。后扩散层41用于形成在各光导31的末端的第二光源。依靠前扩散层42，由装置所显示的图像的观众看到的发射表面将有利地出现于非常接近于光阀的前板，这对于显示质量是有益的。最后，依靠被插入的透明厚层43，由相同背光元件的各二极管所发射的辐照的混合被改善，由此改善了背光的均匀性。

刚才描述的显示装置的各种器件以本身被熟知的方式被制造和安装。该显示装置的一优点是，各背光元件可以具有至少在由该元件的二极管的发射色彩所界定的整个色彩范围中被调制的其色度。

如对比图1和2可以看出的，各彩色光学滤色器的透射频谱覆盖与不同原色相关的至少两个发光二极管的发射频谱。正是这些覆盖对于本发明所要解决的显示方法的色彩干扰问题负责。

现将描述根据本发明的实施例的在已经描述的图像显示装置的帮助下的图像的显示方法。

要被显示的图像的每个像素对应于前板的一基本显示集，如上面所描述的，该基本集将不同的原色的相邻的光阀V_R、V_G、V_B类集在一起，根据希望的值R_Mod、G_Mod、B_Mod可以分别调制不同的原色。

传统上，各像素以色彩向量 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 的形式在给定的色彩空间XYZ中被编码；该空间的基准基的色度频谱函数以矩阵的形式被类集在一起，其中N是这些函数的波长取样步的数量。

如果显示数据仅能为被称为“RGB”的传统格式，则这些数据可以传统地被转换为独立于任何装置的被称为“XYZ”的格式，根据传统公式：

$\left[\begin{array}{c}{X}_C\\ Y_C\\ Z_C\end{array}\right]={M_{\mathrm{XYZ}}}^{-1}\left[\begin{array}{c}{R}_C\\ G_C\\ B_C\end{array}\right],$

其中 $M_{\mathrm{XYZ}}=\left\{\begin{array}{ccc}3.240479& -1.537150& -0.498535\\ -0.969256& 1.875992& 0.041556\\ 0.055648& -0.204043& 1.057311\end{array}\right\}$ 并且其中白是传统光源D65。

根据本发明，为了显示各图像，通过对于后板的各背光元件的二极管D_R、D_G、D_B分别施加调制希望值R_LED、G_LED、B_LED，后板的各背光元件的亮度和色度两者都根据对应于基本显示集的该图像的像素的色彩向量 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 而被调制，所述基本显示集属于被光学耦合至该背光元件的前板的相同的背光组。为了获得决定由各背光元件发出的色彩的调制希望值R_LED、G_LED、B_LED，典型地进行下列操作：

要被显示的图像的低通空间过滤；

以对应于背光元件的尺寸的分辨率的图像的再采样；

可选地空间去卷积，以便限制可归于二极管的“晕轮”效应。

同时，通过对于该相同背光组的各基本显示集的阀V_R、V_G、V_B施加对应的调制希望值R_LED、G_LED、B_LED，仅由被该背光元件发射并且被该基本显示集的阀V_R、V_G、V_B的滤色器F_R、F_G、F_B所滤色的色彩的亮度被调制。

如在下面更加详细地描述的，图像的显示被确保，使得对于对应于一像素的每个基本显示集，该像素的图像数据由色彩向量 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 表达，该基本显示集的各光阀(V_R，V_G，V_B)的亮度调制因子 $\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]$ 符合方程：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\underset{3\×N}{\mathrm{xyz}}\·({{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{LED}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right].*{{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{Mod}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]).$

为了解该方程并且确定R_Mod、G_Mod、B_Mod的值，进行下列过程，例如采用连续迭代：

1)采用初始值 $\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]:=\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right];$

2)随后计算 $\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]=\underset{3\×N}{\mathrm{xyz}}\·({{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{LED}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right].*{{\underset{3\×N}{\mathrm{rgb}}}_{\mathrm{Mod}}}^T\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]),$

3)由此推导偏差 $\mathrm{\Δ}=\mathrm{Abs}(\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]),$

并且有采用新值返回上面的步骤1)

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right]:=\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{Mod}}\\ G_{\mathrm{Mod}}\\ B_{\mathrm{Mod}}\end{array}\right].*(\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]./\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]).$

操作1)至3)被重复，直至偏差Δ低于预定的阈值。

通过如在现有技术中调制亮度，并且还调制背光元件的色度两者，通过以这种方式而进行图像的显示，后板1的背光元件的网络被更加多地有益地被利用，并且对比度，和最重要的，图像的显示质量也被改善。

显示质量被改善，因为，具体地，各阀的调制不仅考虑了原色；该阀能够调制原色的亮度，而且还考虑的其它原色，因而使得可以避免色彩干扰。

已经参考基于发光二极管的后背光板描述了本发明；但是对于本领域中的技术人员显见它可以应用于其它类型的发射器，而不偏离所附权利要求的范围。

已经参考基于液晶的光阀的前板描述了本发明；但是对于本领域中的技术人员显见它可以应用于其它类型的光阀，而不偏离所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.借助于装置且具有不同原色的至少一图像的显示方法，

所述装置包括：

后板(1)，包括背光元件(D_R，D_G)的网络，背光元件分别可调制亮度和色度；

前板(2)，包括多个光阀的网络，所述光阀分别可能够调制单个原色的亮度并且分布为相邻光阀的基本集的形式，其中各基本集包括各所述原色的至少一光阀；和

光学耦合所述后板(1)的各背光元件至背光组的装置(3，4)，所述背光组将所述前板(2)的多个光阀的基本集类集在一起，

其中要被显示的该图像的各像素对应于所述前板的光阀的基本集，

在所述方法中：

所述后板的各背光元件的亮度和色度两者都根据对应于基本集的所述图像的像素的所述显示数据而被调制，所述基本集属于被光学耦合至所述背光元件的所述前板的所述相同的背光组，

所述背光组的各光阀的亮度根据对应于该光阀所属的基本集的像素的所述显示数据而被调制。

2.根据权利要求1的显示方法，其特征在于所述背光组的各光阀的亮度根据对应于相同背光组的其它基本集的像素的所述显示数据而被调制。

3.根据权利要求1或2的显示方法，其特征在于

各背光元件包括各所述原色的至少一发射器，并且各发射器与一发射频谱相关，

各光阀包括该光阀的所述亮度调制的液晶单元，和能够透射原色的彩色光学滤色器，该光阀能够调制该原色的亮度，各彩色光学滤色器与一透射频谱相关，

各光阀与所述原色的至少一发射器相关，所述光阀能够调制所述原色的亮度，

并且所述光阀的所述彩色滤色器的透射频谱不仅覆盖所述发射器的发射频谱，而且还至少部分覆盖至少一其它原色的所述相同的背光元件的至少一其它的发射器的发射频谱，

所述背光组的各光阀的亮度相似地不仅根据与该光阀相关的所述至少一发射器的调制而被调制，而且还根据所述相同背光元件的所述至少一其它的发射器的调制而被调制。

4.根据权利要求1的图像显示方法，其特征在于：

各背光元件，包括至少一各所述原色的发射器，

各光阀，包括该光阀的所述亮度调制的液晶单元，和能够透射所述原色的彩色光学滤色器，该光阀能够调制所述原色的亮度，对于对应于一像素的各基本集，其显示数据由色彩向量

表示，该基本集的各光阀(V_R，V_G，V_B)的亮度调制因子

符合方程：

)，

其中

代表光学耦合至所述基本集所属的背光组的背光元件的亮度和色度调制因子，

其中

代表其中表达色彩向量的色彩空间的基准原色的色度函数的矩阵，

其中

代表当该元件的所有调制因子除了一个之外都是零时，所述背光元件的发射频谱，

其中代表所述相同的基本集的不同的原色的各阀(V_R，V_G，V_B)的彩色滤色器的透射频谱。

5.可以被用于进行根据前述权利要求任一项的方法的图像显示装置，包括：

后板(1)，包括背光元件(D_R，D_G)的网络，背光元件分别可调制亮度和色度；

前板(2)，包括多个光阀的网络，所述光阀分别可能够调制单个原色的亮度并且分布为相邻光阀的基本集的形式，其中各基本集包括各所述原色的至少一光阀；和

光学耦合所述后板(1)的各背光元件至背光组的装置(3，4)，所述背光组将所述前板(2)的多个光阀的基本集类集在一起，

其特征在于各背光元件包括至少一各所述原色的发射器，各发射器与一发射频谱相关。

6.根据权利要求5的显示装置，其特征在于各光阀包括该阀的所述亮度调制的液晶单元，和能够透射所述原色的彩色光学滤色器；该阀能够调制所述原色的亮度，各彩色光学滤色器与一透射频谱相关。

7.根据权利要求6的显示装置，其特征在于各光阀与所述原色的至少一发射器相关，所述光阀能够调制所述原色的亮度，并且其中所述光阀的彩色滤色器的透射频谱不仅覆盖所述发射器的发射频谱，而且，至少部分覆盖至少一其它原色的所述相同的背光元件的至少一其它发射器的发射频谱。

8.根据前述权利要求5至7任一项的显示装置，其特征在于所述发射器是发光二极管。

9.根据权利要求5至8任一项的显示装置，其特征在于所述背光元件至少在被所述原色所划界的整个颜色范围中具有可调制的色度。

10.根据权利要求5至9任一项的显示装置，其特征在于所述光学耦合装置包括其自身包括后扩散层(41)、前扩散层(42)、和插入于所述后扩散层(41)和所述前扩散层(42)之间的透明厚层(43)的光扩散板(4)。

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