CN101989413A

CN101989413A - 校正数据的方法和使用该方法的液晶显示器

Info

Publication number: CN101989413A
Application number: CN2009102057944A
Authority: CN
Inventors: 李敦珪; 朴宣芽; 郑湖永
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-03-23
Also published as: US8581925B2; US20110025721A1; KR101356370B1; KR20110012685A

Abstract

校正数据的方法和使用该方法的液晶显示器。本发明公开了根据周围条件实现最佳画面质量的数据校正方法。所述数据校正方法包括以下步骤：将所述输入数据转换为XYZ色彩空间数据；通过将基准照明度参数应用到CIECAM02前向算法，来将所述XYZ色彩空间数据转换为JCh色彩空间数据；通过将不同于所述基准照明度的多个照明度参数顺序地应用到CIECAM02后向算法，来利用所述照明度将所述JCh色彩空间数据相反地转换为所述XYZ色彩空间数据；将被相反地转换过的XYZ色彩空间数据相反地转换为RGB色彩空间，以产生各个照明度的校正数据；以及通过将所产生的各个照明度的校正数据映射到所述输入数据来构造查找表。

Description

校正数据的方法和使用该方法的液晶显示器

技术领域

本发明涉及能够根据周围条件实现最佳画面质量的数据校正方法以及使用该方法的液晶显示器。

背景技术

本非临时申请要求2009年7月31日提交的韩国专利申请No.10-2009-0070509的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容。

液晶显示器(LCD)通过根据视频信号相应地控制通过施加到液晶层的场的液晶层的透光率来显示图像。这种LCD，即具有小、薄和耗能少的优点的平板显示设备，用于例如笔记本型计算机的移动计算机或PC机，办公自动化设备，音频/视频播放器等等。具体的，具有在液晶单元上形成的开关元件的有源矩阵型LCD对于通过有源地控制开关元件来实现视频是有利的。

图1中所示的薄膜晶体管(TFT)一般作为用于有源矩阵型LCD的开关元件来使用。参考图1，在有源矩阵型LCD中，数字视频数据被转化为基于伽马基准电压的模拟数据电压并被提供给数据线DL，并且同时，将扫描脉冲提供给选通线GL以在液晶单元Clc中充入数据电压。为此，将TFT的栅极连接到选通线GL，将TFT的源极连接到数据线DL，并且将TFT的漏极连接到液晶单元Clc的像素电极和存储电容器(Cst)的一个电极。将公共电压Vcom提供给液晶单元Clc的公共电极。存储电容器Cst用于当TFT导通时充入施加到数据线DL的数据电压，并且一致地保持液晶单元Clc的电压。当将扫描脉冲施加到选通线GL时，TFT被导通以在源极和漏极之间形成沟道来将数据线DL的电压提供到液晶单元Clc的像素电极。此时，由于像素电极和公共电极之间的场，液晶单元的液晶分子的排列被改变以调节入射光。

通过各种技术的发展，LCD向前发展以在宽广的色域(wide gamut)内提高显示器屏幕图像的画面质量。然而，尽管物理显示器屏幕图像具有宽广的色域，在设备周围环境中的改变(例如照明度)阻碍彩色图像用它原本的亮度和色觉被真实地再现。

彩色图像的画面质量一般取决于明度(lightness)、色度和色彩角这三种色彩属性。色彩角代表红、黄、绿和蓝这四种基色如何接近，或者如何接近通过以能看到给定的颜色的特定比例混合相邻的两种基色而获得的颜色。明度是亮度的相对概念，代表给定物体发出的光是如何强烈。也就是说，当白色物体和特定物体以相似的方式被照明时，明度可以被定义为针对于白色物体(或类白色物体)的亮度，特定物体的相对亮度。色度是色彩度(colorfulness)的相对概念，代表以给定的颜色在其外观由色调属性表示的程度。也就是，当特定物体和白色物体以相似的方式被照明时，色度可以被定义为白色物体(或类白色物体)的亮度与给定的特定物体的色彩度的相对比。

例如明度、色度和色彩角这些色彩属性敏感地响应于周围照明度的改变，所以当周围照明度改变时，观察者肯定会以不同方式接收相同的色彩。例如，观察者接收相同的彩色图像，与低照明度状态相比，在高照明度状态下该彩色图像会更明亮或更清晰。

近来，公开号为No.2005-0040296的韩国特开专利公报已经提出了根据周围的照明度来调节背光亮度的技术。然而，该技术仅根据周围的照明度来简单地调整亮度的改变，而不考虑照明度的改变所导致的色彩角的改变。结果，该相关技术并不能在周围的照明度环境中根据人(例如，用户)的视觉灵敏度来适当地改变图像以具有最佳的明度、色度和色彩角，所以不能提高画面质量。

发明内容

本发明的一方面是提供一种数据校正方法以及使用该方法的液晶显示器(LCD)，该数据校正方法能够根据周围的照明度来最佳地改变图像的明度、色度和色彩角以适应视觉灵敏度，由此提高画面质量。

一方面，一种用于校正输入数据以显示图像的方法包括以下步骤：将所述输入数据转换为XYZ色彩空间数据；通过将基准照明度参数应用到CIECAM02前向算法，来将所述XYZ色彩空间数据转换为JCh色彩空间数据；通过将不同于所述基准照明度的多个照明度参数顺序地应用到CIECAM02后向算法，来利用所述照明度将所述JCh色彩空间数据相反地转换为所述XYZ色彩空间数据；将被相反地转换过的XYZ色彩空间数据相反地转换为RGB色彩空间，以产生各个照明度的校正数据；以及通过将所产生的各个照明度的校正数据映射到所述输入数据来构造查找表。

可以确定所述校正数据，使得减少了关于基准照明度环境和不同照明度环境之间的图像的视觉灵敏度区别。

所述视觉灵敏度区别可以包括关于图像的明度、色度和色彩角的视觉灵敏度区别。

在另一方面，一种液晶显示(LCD)设备包括：液晶面板，其包括照明度传感器并且显示图像；存储器，其被构造为存储多个先前构造的查找表，该查找表包括通过CIECAM02算法而产生的各个照明度的校正数据；数据处理单元，其被构造为基于来自所述照明度传感器的照明度信息来选择相关的查找表，并且通过使用所选择的查找表的校正数据来校正输入数据；以及显示面板驱动电路，其被构造为在所述液晶面板上显示所述校正数据。

该LCD还包括：定时控制器，其被构造为控制所述显示面板驱动电路的操作定时，其中所述存储器和所述数据处理单元安装在所述定时控制器中。

附图说明

附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1是普通液晶显示器(LCD)的等效电路图。

图2是例示了根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法的顺序处理的流程图。

图3是根据本发明的示例性实施方式的LCD的示意性框图。

图4例示了存储器和定时控制器之间的信号流。

图5是用于根据照明度条件对用户的观看欣赏区别(viewappreciation difference)进行实验的设备的示意图。

图6和图7是根据照明度条件显示实验结果的示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考图2到图7来描述本发明的示例性实施方式。

参考图2，在根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法中，接收RGB(红、绿和蓝)数据并通过使用如下示出的由方程式1表示的标准化算法将其转换为CIEXYZ色彩空间(S1)：

[方程式1]

C_{linear} = \{\begin{matrix} \frac{C_{srgb}}{12.92} : & C_{srgb} \leq 0.04045 \\ {(\frac{G_{srgb} + 0.055}{1 + 0.055})}^{2.4} : & C_{srgb} > 0.04045 \end{matrix}

这里，“C_srgb”是通过将RGB数据标准化在0和1之间而获得的值。

通过到CIEXYZ空间的转换，RGB数据被改变为独立于例如外部照明度的观看条件的人类的感知属性(perceptual attribute)。换句话说，RGB数据被转换为独立于观看条件的CIEXYZ色度坐标值(XYZ)。

接下来，在根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法中，通过将与下表1中所示的标准环境相对应的照明度参数应用到CIECAM02前向算法，来将CIEXYZ色度坐标值(XYZ)转换为CIEJCh色彩空间(S2)。

[表1]

观看条件	c	Nc	F
				标准环境	0.69	1.0	1.0
昏暗环境	0.59	0.9	0.9
				黑暗环境	0.525	0.8	0.8

在表1中，“c”，“Nc”，“F”是包括在CIECAM02算法中的常量参数，其中每一个参数根据观看条件而具有不同的值。随着外部照明度降低，也就是随着标准环境改变为黑暗环境时，常量参数的大小减少。表1例示了针对于三种类型的照明度条件的常量参数，并且照明度条件和它们的常量参数可以被进一步分割为更大的数字。

到CIEJCh色彩空间的转换使CIEXYZ色度坐标值XYZ转换为人类的感知属性。人类的感知属性可以理解为不考虑各种观看条件的色貌属性，所述观看条件例如白点、发光强度、周围照明度等等。CIE在1997年提出了CIECAM97，即一种临时的色貌模型。CIECAM97模型用于估计相应的色貌以获得色貌属性。由CIE在2002年修订的CIECAM02与CIECAM97相比，具有改进的预测色貌的性能以及更简单的算法结构。在本发明的示例性实施方式中，可使用CIECAM02算法来将CIEXYZ色度坐标值XYZ转换为与人类的感知属性相对应的CIEJCh色度坐标值JCh。这里，“J”是识别明度成分，“C”是识别色度成分，以及“h”是识别色彩角成分。CIECAM02算法包括将CIEXYZ色彩空间转换为CIEJCh色彩空间的前向模型，以及相反地将CIEJCh色彩空间转换为CIEXYZ色彩空间的后向模型。在本发明中使用的CIECAM02的具体算法在MarkD.Fairchild所写的“Color Apprearance Model(色貌模型)”中进行了完整描述，或者在由Sigma Press Co.于2007年6月29日出版的它的韩文翻译版本中进行了完整描述。在本发明中包括这些书中所提出的算法。

随后，在根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法中，除了表1中的标准环境之外，通过顺序地将照明度参数应用到CIECAM02后向算法，将CIEJCh值(JCh)相反地转换为CIEXYZ色彩空间(S3)。

通过CIECAM02后向算法被相反地转换的各个照明度的CIEXYZ色度坐标值(X’Y’Z’)包括各个相应照明度中的最佳的明度、色度、色彩角成分。

此后，在根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法中，通过使用以下所示的方程式2所表示的标准化算法，将各个照明度的CIEXYZ色度坐标值(X’Y’Z’)相反地转换成RGB色彩空间(S4)：

[方程式2]

[\begin{matrix} R_{linear} \\ G_{linear} \\ B_{linear} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 3.2410 & - 1.5374 & - 0.4986 \\ 0.9692 & 1.8760 & 0.0416 \\ 0.0556 & - 0.2040 & 1.0570 \end{matrix}] [\begin{matrix} X \\ Y \\ Z \end{matrix}]

C_{srgb} = \{\begin{matrix} 12.92 C_{linear} : & C_{linear} \leq 0.0031308 \\ (1 + 0.055) C_{linear}^{1 / 2.4} - 0.055 : & C_{linear} > 0.0031308 \end{matrix}

通过相反地转换为RGB色彩空间而计算出的R’G’B’数据是已经被校正为具有适应相应的照明度条件下用户的视觉灵敏度的最佳明度、色度和色彩角的校正数据。

并且随后，在根据本发明的示例性实施方式的数据校正方法中，通过使用经过步骤S1到S4而确定的各个照明度的RGB-R’G’B’数据之间的输入/输出映射关系来构造查找表(S5)。

CIECAM02由于其复杂性要花费许多时间来处理数据，因此不能直接地由显示设备的数据处理单元(例如定时控制器)来处理。此外，由于其过于庞大，CIECAM02应当使用大量存储器以进行存储，并且因此，实际上CIECAM02没有被应用于显示设备的数据处理。在本发明中，为了应用CIECAM02算法，基于预先的照明度条件通过各种实验来产生CIECAM02算法执行结果数据，并且将其置入查找表。CIECAM02算法可以通过查找表而被显著地简化，并且可以被容易地安装在显示设备中已有的存储器中，而不必额外地安装存储器。存储在存储器中的CIECAM02执行结果数据可以通过ROM写入器由数据校正/更新来调整。

图3是根据本发明的示例性实施方式的液晶显示器(LCD)的示意性框图，并且图4例示了存储器和定时控制器之间的信号流。

参考图3，根据本发明的示例性实施方式的LCD包括存储器10，定时控制器11，数据驱动电路12，选通驱动电路13，系统板14，模块电源单元15，液晶面板16，以及背光单元17。所述数据驱动电路12和所述选通驱动电路13构成显示面板驱动电路。

如图4所示，存储器10存储定义了上述步骤S1到S4中所确定的各个照明度的RGB-R’G’B’数据之间的输入/输出映射关系的多个查找表LUT#1到LUT#n。查找表LUT#1到LUT#n与先前设置的不同照明度条件相对应。存储器10可以实现为电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，并安装在定时控制器11上。

定时控制器11包括数据处理器11a和控制信号产生器(没有示出)。

数据处理器11a基于从液晶面板16的照明度传感器18输入的照明度信息(I)，选择与相关的照明度条件相对应的查找表。然后，数据处理器11a通过使用所选择的查找表，将输入的RGB数据校正为R’G’B’数据(在下文中称为“校正数据(R’G’B’)”)。校正数据(R’G’B’)最优化关于在相应的照明度条件下的所有明度、色度和色彩角的用户的视觉灵敏度特性。数据处理器11a按照小型低压差分信令(LVDS)接口标准，将校正数据(R’G’B’)提供到数据驱动电路12。

控制信号产生器接收定时信号，例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、点时钟CLK等等。定时控制器11通过使用定时信号Vsync、Hsync、DE和CLK，来产生用于控制数据驱动电路12的操作定时的数据控制信号SDC，以及用于控制选通驱动电路13的操作定时的选通控制信号GDC。定时控制器11可以将选通控制信号GDC的频率和数据控制信号SDC的频率与60xiHz相乘，使得以60Hz的帧率输入的数据可以用60xi的帧率(I是2或者更大的正整数)在液晶面板16的像素阵列中显示。

数据控制信号SDC包括源起始脉冲(SSP)，源采样时钟(SSC)，源输出使能(SOE)，极性控制信号(POL)等等。SSP控制数据驱动电路12的数据采样起始点。SSC是用于基于上升沿或下降沿控制数据驱动电路12的源驱动IC内的数据的采样操作的时钟信号。POL以N(N是正整数)个水平间隔的周期反转从数据驱动电路12输出的数据电压的极性。SOE控制数据驱动电路12的输出定时。当提供给数据线D1～Dm的数据电压的极性改变时，各个源驱动IC响应于SOE的脉冲，将电荷共享电压或公共电压Vcom提供到数据线D1～Dm，并且在SOE的低逻辑间隔期间将数据电压提供到数据线D1～Dm。电荷共享电压是提供有相反极性的数据电压的相邻数据线的平均电压。

GDC包括选通启动脉冲(GSP)、选通移位时钟(GSC)、选通输出使能信号(GOE)等等。GSP控制第一选通脉冲的定时。GSC是用于使GSP移位的时钟信号。GOE控制选通驱动电路13的输出定时。

系统板14连接到广播接收电路和外部视频源接口电路，以通过低压差分信令(LVDS)接口或最小化传输差分信令(TMD)接口传输电路，将从源电路输入的RGB数据传输到定时控制器11。而且，系统板14将例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、点时钟CLK等等的定时信号传输到定时控制器11。系统板14包括图形处理电路，例如用于适当地根据液晶面板的分辨率插入从广播接收电路或外部视频源输入的RGB视频数据的分辨率，并且在其上执行信号插入的定标器，以及用于产生要提供给模块电源单元15的电压Vin的电源电路。

数据驱动电路12包括多个源驱动IC。响应于来自定时控制器11的数据控制信号SDC，各个源驱动IC对从定时控制器11输入的校正数据R’G’B’进行采样和锁存，以将其转换为并行数据格式的数据。通过使用从模块电源单元15传输的正极性/负极性伽马基准电压V_GMA1～V_GMA10，各个源驱动IC将已经转换为并行数据传输格式的校正数据R’G’B’转换为模拟伽马补偿电压，以产生要充入液晶单元中的正极性/负极性视频数据电压。当在定时控制器11的控制下反转正极性/负极性模拟视频数据电压时，各个源驱动IC将数据电压提供到数据线D1～Dm。

选通驱动电路13包括多个选通驱动IC。各个选通驱动IC包括用于响应于来自定时控制器11的选通控制信号GDC顺序地移位选通驱动电压的移位寄存器，并且顺序地将选通脉冲(或扫描脉冲)提供到选通线。

液晶面板16包括相对的上和下玻璃基板，液晶层夹在两基板之间。液晶面板16包括显示视频数据的像素阵列。像素阵列包括形成在数据线D1～Dm和选通线G1～Gn的各个交叉处的薄膜晶体管(TFT)以及连接到TFT的像素电极1。像素阵列包括多个像素，各个像素包括R、G和B液晶单元。液晶单元Clc由通过TFT充入数据电压的像素电极1与提供有公共电压Vcom的公共电极2之间的电压差来驱动，以调整从背光单元17入射的光的透射量，由此显示视频数据的图像。

黑底、滤色器和公共电极形成在液晶面板16的上玻璃基板上。在例如TN模式或VA模式的垂直场驱动方案中，公共电极2形成在上玻璃基板上，而在例如IPS模式或FFS模式的水平场(即，共面场)驱动方案中，公共电极2与像素电极1一起形成在下玻璃基板上。

偏振器附接到液晶面板16的上和下玻璃基板中的每一个上，并且配向膜形成在其上以设置液晶的预倾角。

包括一个或多个光学传感器的照明度传感器18感应其中设置了液晶面板16的外部环境的照明度，以产生照明度信息(I)。构成照明度传感器18的光学传感器可以被附接到液晶面板16的外侧以显露出来，或者可以通过TFT工序安装在液晶面板16的一侧上。

根据本发明的示例性实施方式，液晶面板16能够以任何液晶模式实现，以及以TN模式、VA模式、IPS模式和FFS模式实现。此外，根据本发明的示例性实施方式的LCD能够以透射式LCD、透射反射式LCD、反射式LCD等等的任何方式实现。透射式LCD和透射反射式LCD需要背光单元17。背光单元17可以实现为直下式背光单元或侧光式背光单元。

通过调整从系统板14的电源电路输入的电压Vin，模式电源单元15产生液晶面板16的驱动电压。液晶面板16的驱动电压可以包括8V或更低的高电势电源电压Vdd、大约3.3V的逻辑电源电压Vcc、15V或更高的选通高电压(VGH)、-3V或更低的选通低电压(VGL)、从7V到8V变化的公共电压、以及正极性/负极性伽马基准电压V_GMA1～V_GMA10等等。

图5是用于根据照明度条件对用户的观看欣赏区别进行实验的设备的示意图。

如图5所示，具有两个不同的照明度区域的隔间(booth)150安装在黑暗房间100中。当在放置在不同照明度区域内的两个LCD(A和B)上显示相同的图像(P)时，观察者可以感受在LCD(A和B)上显示的相同图像(P)上的区别。

例如，如图6所示，在明亮照明度被应用到其中设置了LCD(A)的隔间150的区域，并且没有照明度应用到其中设置了LCD(B)的隔间150的区域的状态下，当相同的图像(P)在LCD(A和B)两者上显示时，关于相同图像(P)的观察者的识别分值大体上与大约3一样低。这里，识别分值表示在不同的照明度下同样的图像感受相同的程度。同时，当执行使用上述的CIECAM02算法(应用黑暗环境的照明度参数)的数据校正处理时，关于相同图像(P)的观察者的识别分值被提高为约3.5到4。

此外，如图7所示，在明亮照明度被应用到其中设置了LCD(A)的隔间150的区域，并且昏暗照明度被应用到其中设置了LCD(B)的隔间150的区域的状态下，当相同的图像(P)在LCD(A和B)两者上显示时，关于相同图像(P)的观察者的识别分值大体上与约3到3.5一样低。同时，当执行使用上述的CIECAM02算法(应用昏暗环境的照明度参数)的数据校正处理时，关于相同图像(P)的观察者的识别分值被提高到约3.5到4。

如上所述，根据本发明示例性实施方式的数据校正方法和使用该方法的LCD具有如下优点：图像的明度、色度和色彩角可以根据周围的照明度进行最佳的改变，以适应视觉灵敏度，由此提高画面质量。

此外，通过使用CIECAM02算法执行结果来构造查找表，不会导致任何额外的用于实现算法的组件开销。

对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可以在本发明中做出各种修改和变型。因而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims

1.一种用于校正输入数据以显示图像的方法，该方法包括以下步骤：

将所述输入数据转换为XYZ色彩空间数据；

通过将基准照明度参数应用到CIECAM02前向算法，来将所述XYZ色彩空间数据转换为JCh色彩空间数据；

通过将不同于所述基准照明度的多个照明度参数顺序地应用到CIECAM02后向算法，来利用所述照明度将所述JCh色彩空间数据相反地转换为所述XYZ色彩空间数据；

将被相反地转换过的XYZ色彩空间数据相反地转换为RGB色彩空间，以产生各个照明度的校正数据；以及

通过将所产生的各个照明度的校正数据映射到所述输入数据来构造查找表。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述校正数据，使得减少了关于基准照明度环境和不同照明度环境之间的图像的视觉灵敏度区别。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述视觉灵敏度区别包括关于图像的明度、色度和色彩角的视觉灵敏度区别。

4.一种液晶显示(LCD)设备，该液晶显示设备包括：

液晶面板，其包括照明度传感器并且显示图像；

存储器，其被构造为存储多个先前构造的查找表，该查找表包括通过CIECAM02算法而产生的各个照明度的校正数据；

数据处理单元，其被构造为基于来自所述照明度传感器的照明度信息来选择相关的查找表，并且通过使用所选择的查找表的校正数据来校正输入数据；以及

显示面板驱动电路，其被构造为在所述液晶面板上显示所述校正数据。

5.根据权利要求4所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括：

定时控制器，其被构造为控制所述显示面板驱动电路的操作定时，

其中所述存储器和所述数据处理单元安装在所述定时控制器中。

6.根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中确定所述校正数据，使得减少了关于基准照明度环境和不同照明度环境之间的图像的视觉灵敏度区别。

7.根据权利要求6所述的液晶显示设备，其中所述视觉灵敏度区别包括关于图像的明度、色度和色彩角的视觉灵敏度区别。