CN102216837B - 一种显示器和用于显示器的图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种显示器及方法。背光的光源被配置成定制从集簇发射的光的形状。将集簇激活为单元，以及按照亮度调制集簇，但是集簇具有定制的形状。所有的集簇可具有类似的定制PSF，或者每个集簇的定制可实时地变化。集簇的PSF的实时改变可基于例如要使用集簇显示的图像或者图像的区域。

Description

一种显示器和用于显示器的图像显示方法
交叉引用 
本申请请求2008年11月14日提交的美国临时专利申请第61/114,548号的优先权，其整体通过参考合并到本文中。 
技术领域
本发明涉及显示设备。 
背景技术
用于发光二极管(LED)背光的现有解决方案使用单独控制的LED，或者使用被控制为单个单元的LED集簇。在每种情况下，向每个LED提供与每个其它LED实质上相同的电压和电流。 
各个LED的发射模式本质上预先确定了漫射光输出或点扩散函数(PSF)。如图1所示，单个LED 100产生固定的光发射模式(LED光)110。LED光例如入射到光膜120上，导致产生整形后的光输出或PSF 130(漫射光的模式)。PSF 130本质上是恒定的，但是在强度方面可根据对LED通电的亮度级或调制而变化。 
当使用光源集簇时，发生类似的结果。图2是导致PSF 250的LED集簇200的示例。此处，PSF 250由来自LED集簇200的光的聚合构成。PSF 250具有不同的形状，但是本质上还是随变化的强度而保持恒定不变。 
发明内容
本发明人已经认识到生成经济可行的、单独调制的LED背光的重大障碍，是从LED发射以及照射到LCD面板背部的光的形状。本发明提供了节省成本的对背光所发射的光进行整形的方式。 
概括而言，本发明提供了生成任意形状的PSF。在一个实施例中，本发明包括LED集簇，该LED集簇包括利用电压和/或电流的模式对LED 通电以产生定制PSF的LED的阵列。阵列能够对齐到矩形点上，或对齐到其它任意布置，例如三角形或六边形。集簇可被控制为例如单个单元。 
在一个实施例中，本发明包括显示器，该显示器包括背光，该背光包括布置成集簇的光源的阵列，其中，集簇被配置成发射具有定制PSF的光模式。PSF包括例如经由以下中的至少之一的应用来实现定制：集簇的光源之间的可变间隔，施加到集簇内的光源的不同量的通电，施加到集簇的光源的不同类型的通电，集簇的不同光源尺寸。光源例如是LED。 
在一个实施例中，可通过从可能的通电的组中选择的通电来确定定制PSF光模式，其中，该可能的通电的组中的每个提供不同的定制PSF。例如，可通过从可能的通电的组中选择的通电来确定定制PSF光模式，以及基于最接近地对应于集簇的图像的区域中的图像数据为每个集簇选择定制PSF光模式，其中，该可能的通电的组中的每个提供不同的定制PSF。 
在一个实施例中，显示器还包括布置成以便被集簇照射的光调制器，其中，光调制器的调制数据包括基于照射各个像素的至少一个定制PSF而要被应用到各个像素的伪影减少(artifact reduction)。例如，然后用大致等于或接近于期望图像的低分辨率版本的光等级(light level)对光集簇通电，以及光调制器还调制从集簇发射的光，使得光接近于期望图像。另一调制包括例如，以使用定制PSF生成的伪影为目标的伪影减少技术。 
以上实施例可包括例如，被配置成接收图像数据以及将可变通电模式应用到每个集簇内所选择的光源组以实现基于接收到的图像数据选择的定制PSF的处理器。例如为过渡到暗的图像区域选择的所选择的定制PSF包括窄的PSF，而为对应于亮区域的图像区域选择的所选择的定制PSF包括平的PSF。 
本发明可被实施为一种方法，包括步骤：接收图像数据，评估图像数据的区域以确定图像区域的质量(quality)，以及将定制PSF应用到对应于每个区域的光源的集簇，其中，定制光源最适于照射对应于区域的光调制器的范围。在一个实施例中，最适合的光源包括用于暗过渡区域的窄的PSF，和用于更亮区域的平的PSF。在另一实施例中，所选择的定制PSF是从定制PSF的组中选择的。 
在各个实施例中，该方法还包括为集簇照射的空间调制器确定调制的步骤，其中，所确定的调制包括基于照射调制器的集簇的PSF而选择的伪影减少技术。 
可在通用计算机、或网络化计算机上以编程方式来传统地实现设备中的部分和方法中的部分，以及可将结果显示在连接到通用计算机、网络化计算中的任一个的输出设备上，或者将结果传送到用于输出或显示的远程设备。另外，以计算机程序、数据序列和/或控制信号呈现的本发明的任何组件可被实施为用任何媒介以任何频率广播(或发送)的电子信号广播，其中，该电子信号广播包括但不限于无线广播、以及在铜线、光纤光缆和同轴电缆上的传送等。 
附图说明
通过与附图有关地进行考虑时参考下面的详细说明，随着本发明及其许多伴随的优点变得更好理解，将容易获得对本发明及其许多伴随的优点的更完整的理解，在附图中： 
图1描绘单个LED PSF； 
图2描绘LED集簇PSF； 
图3是根据本发明实施例的集簇中的LED的布置的示意图； 
图4是根据本发明实施例的LED集簇和PSF的示意图； 
图5是另外根据本发明的各个实施例可被利用或定制的若干替换PSF的图； 
图6是根据本发明实施例的实现具有变化大小和可变调制的各个光源的集簇的示意图； 
图7是根据本发明实施例的不同定制PSF所照射的LCD屏上的图像的图； 
图8是根据本发明实施例的过程的流程图； 
图9是根据本发明实施例的系统。 
具体实施方式
再次参考附图，其中，相同的附图标记指示相同的部分或对应的部分，以及更具体地参考附图中的图3，描绘了根据本发明实施例的集簇300中的LED的布置的示意图。集簇300是根据本发明实施例的例示性集簇，并且集簇300包括3×5阵列的LED(例如，位于阵列对角处的LED R1、 C1和LED R3、C5)。在其它实施例中，具体的行和列可不明显，而且集簇可呈现除行列阵列以外的形状。 
可以以可变等级对集簇内的LED通电。例如，在示例性实施例中，LED R2、C2/C3/C4/C5各自被示为以Vf＝x2V，I＝j2mA充电；而包括R1、C1的剩余LED被示为根据大约Vf＝x1V，I＝YmA充电。此处，“x1”和“x2”表示施加到LED的不同电压。“j1”和“j2”表示驱动各LED的电流。所提供的不同电压和电流的数量仅受集簇中的LED的数量约束。 
替选地或附加地，任意的LED对或LED组(例如行、列或子集簇)之间的间隔不必恒定不变，以允许另外的光整形可能性。在描绘的示例性阵列实施例中，LED可包括例如行的可变间隔和列的可变间隔。利用LED之间的可变间隔、或行之间的指示可变间隔和/或列之间的指示可变间隔来定制从集簇中最终投射的PSF。 
该灵活配置的目标是为了增加背光的光整形能力。通电等级的不同或另外本质上相同的LED的可变间隔导致产生了不同的PSF。在这种情况下，内部的LED和中间的LED具有较小的强度，并且会趋向于使PSF变平。 
图4是根据本发明实施例的包含LED L1、L2、L3和L4以及产生PSF 450的LED集簇400的图。如所描绘的，以比LED L2和L3(例如以Vf2、I2对LED L2和L3通电，其中，I2＜I1)更高的等级(Vf1、I1)对LED L1和L4通电。由于不同的通电等级，LED L2和L3产生比LED L1和L4更少的光。结果为具有定制形状的漫射的PSF。 
图5是另外根据本发明各实施例的可被利用或定制的若干可替换PSF的图。例如，通过集簇中LED的可变间隔、集簇内LED的可变通电、集簇内可变的LED尺寸、集簇内可变的LED属性、或使所发出的PSF发生改变或变化的背光的任意其它变型，可创建所描绘的PSF。 
例如，减少集簇的中央处的LED的电压或电流能够产生在顶部具有更平的照明轮廓、在边缘具有相对更急剧的下降的PSF。可替选地，能够比边缘更剧烈地驱动集簇的中央，以创建在集簇的中央上方具有比通常亮度更高的PSF。调整集簇内部LED的间隔能用于实现通过修改LED之间的亮度交叠的量而实现的相似效果。 
可想到以上变型和其它变型的所有组合。例如，LED集簇发出定制PSF，其中，集簇内的LED具有不同属性，这些属性包括LED之间的可 变间隔、不同的通电(例如，电流、电压、调制差异中的任一个或全部)、不同的自然发光度、不同的自然颜色、不同的尺寸、不同类型的LED。 
更具体地，可与表1中所指定的一样来生成所描绘的和示例性的定制PSF中的每个： 
表1 
变型1和变型2示例描绘了本发明的另一特征，其中，集簇中的一个或更多个相对更亮的光源能改变位置。通过对确定为相对更亮或更暗的集簇的光源进行识别的电子交换，可实现这样的实施例。在变型2 PSF 530的情况下，将所选择的相对更亮的光源向左“位移”(从集簇535的R2C3到集簇535的R2C2，使PSF 530的波峰向左位移(位移后的PSF 532))。结果为可被电子地位移的波峰。 
其它PSF的位移属性或改变属性能采取PSF的动态(on-the-fly)的另外位移或再整形的形式(例如，可用于在观看使用PSF所显示的图像期间改变PSF)。除了由能够对PSF的波峰进行位移所提供的灵活性之外，这样的位移还可用于更接近地以过渡区域为目标，其能够受益于通过将波峰更精确地移动到过渡处的位置中而具有剧烈的尖顶的PSF，或受益于通过跟随视频帧之间的移动过渡而具有剧烈的尖顶的PSF。 
其它可替选的构造可采用例如较小的光源，其中，构造要求光源之间较大的间隔和/或强度减小的光源。图5还指示了集簇535的示例性物理构造(例如，变型2具有被相对较低亮度的光源的边界环绕的2个较高亮度的光源)。并且再次，可采用间隔、驱动强度或光源尺寸的任意数量的组合来创建相同或相似的效果。 
图6是根据本发明实施例的具有变化尺寸和可变调制的各个光源的集簇600的实现的示意图。光源近似于均匀地间隔，但是具有不同的尺寸和发光度。在该示例中，中央光源610为相对大尺寸的LED，而周围的相对较小的光源为相对较小的LED。另外，优选地被控制为单元的集簇可以可选地包括调制装置650，该调制装置650使集簇的调制发生变化，从而生成使整体强度发生变化的PSF。 
在该示例中，调制装置650提供了用于驱动LED的调制后的电源。可采用不同类型的调制，在该示例中，调制装置650为脉宽调制(PWM)装置。在一个实施例中，不是被严格地控制为单元，而是可采用多个调制装置。例如，通过提供第二调制装置(未示出)，一个调制装置能被配置成对作为组的较小LED通电，而其它调制装置能被配置为对较大尺寸的中央光源610通电。与光源尺寸、间隔、发光度等的不同一样，集簇中各种光源之间的调制的不同能以产生所期望的PSF的方式来影响集簇的PSF。 
在一个实施例中，通过提供根据本发明的一个或更多个实施例类似地定制的一系列集簇，来产生根据本发明的显示器。类似地定制的集簇被布置为例如双调制、高动态范围显示器中的背光。PSF的定制例如被选择为最适合于要被显示的整个图像的所有区域的PSF。例如，通过对要被显示的图像的范围或区域进行平均、并且选择满足每个范围或区域的预定要求集的PSF，来确定最适合的PSF。 
可替选地，双调制显示器中的背光可被配置有一系列的集簇，其中，每个集簇为动态可定制的。在一个实施例中，所有的集簇都是动态定制的。例如，通过按一个或更多个实时可变的PSF定制属性而变化，例如使集簇内的LED的预定集合的发光度发生变化，来执行动态定制。可对LED集簇的直接的行列阵列执行这样的实时定制，或者可对具有例如各种“固定”定制(例如，LED间隔、尺寸或其它通常不可调的质量)的集簇执行这样的实时定制。在一个实施例中，每个集簇包括可编程开关，该可编程开关使PSF以例如从强烈对比PSF到低平顶PSF的可变程度发生变化。 然后针对整个PSF的期望的亮度或发光度将定制的PSF通电为单元。 
图7是根据本发明实施例的不同定制PSF所照射的LCD屏700上的图像的图。显示的图像包括被适度亮区域或过渡区域分开的亮区域710和暗区域730。如所示的，在直接照射亮区域710的集簇中采用“变平的”PSF 720(例如，类似于510/520)。用呈现更“尖顶的”PSF 740(例如，类似于上述的变型2530)的背光集簇来照射过渡区域、尤其是靠近暗区域730的过渡区域。以这种方式，正被生成的图像的每个部分可使用特别有利于该部分的图像质量的背光集簇。 
图8是根据本发明实施例的过程800的流程图。过程800基于接收到的图像实现动态定制的PSF。在步骤810，接收图像。图像例如是HDTV无线电广播的一部分，从电缆或卫星接收到的视频/图像数据的一部分，来自DVD/蓝光播放器、i-pod、硬盘驱动器(HDD)、存储棒或其它存储装置的视频/图像内容的一部分，和/或从蜂窝电话、网络、或高速互联网或内联网接收到的视频/图像的一部分。视频/图像数据可与例如诸如杜比数字或其它音频格式的音频数据相耦合，以用于音频媒体的同时呈现。 
在步骤820，对图像数据进行切分和评估。图像的部分例如大概对应于每个集簇大体上照射的图像的范围或区域。评估包括例如对各部分内的图像的发光度、颜色、或其它属性进行平均。评估可包括例如过渡评估，以识别在图像的亮部分或适度部分与暗部分之间的过渡区域。 
基于评估来选择定制PSF，以及在步骤830，对背光集簇进行定制以生成所选择的PSF。在步骤840，计算第二调制值(例如LCD调制值)。可以以当被具有定制PSF的集簇背光时导致正显示所期望的图像的任意方式来计算LCD调制值，包括例如用背光集簇发出的光模式与期望图像之间的不同来对LCD进行调制。在一个实施例中，用期望图像的数据对LCD进行调制。 
但是，取决于所选择的PSF，可产生更多或更少的伪像(artifact)。所以，基于所选择的PSF模式及其实现，本发明包括伪像减少处理的定制，该伪像减少处理为所选择的PSF照射的像素产生用于控制LCD像素的优化值。以及例如，由于相比于在显示器的不同部分上的LCD像素，在显示器的一部分上的LCD像素潜在地被不同PSF的背光集簇照射，所以通过采用不同集合的伪像减少技术的处理来产生不同集合的像素值。例如，可从Harrison等于2008年1月9日提交的名称为“Mitigation Of LCD Flare”的美国临时专利申请第61/020,104号中所描述的那些中选择这样 的伪像减少技术。 
将针对每个潜在类型的PSF测试每个这样的技术，并且将最好的技术或技术集存储在数据库或表中，其中，从数据库或表中能选择最好的技术或技术集。可替选地，可将数据库保持在根据本发明运行的设备的编程或代码中。 
图9是根据本发明实施例的系统。处理器910从多个源中的任一个接收图像。处理器包括例如提供这样的指令的存储器915或其它的计算机可读存储器：当将这样的指令加载到处理器的CPU或其它计算机构中时，使处理器执行本文中描述的过程的步骤。在某些实施例中，存储器915还包括例如用于PSF数据库的存储器，并且通过对处理器910进行指令的编程来采用该存储器915。 
对图像数据进行处理(包括对从图像数据的广播格式或传输格式(例如，ATSC、PAL、MPEG、MPEG-4、AVC和其它格式)中提取图像数据所需要的任何处理)。处理还包括图像切分和评估、如上所述的PSF的选择、以及用于以产生所选择的定制PSF的方式来对背光进行通电的控制信号920的产生。将控制信号920传送到背光925。 
部分地基于所选择的PSF还产生用于控制LCD像素的调制信号930，并且该调制信号930包括如上所述的任意的所选择的伪像减少技术，以及将该调制信号930传送到LCD 935。背光产生的定制PSF与LCD调制的组合在HDTV或监视装置940上提供图像，以及观看者950观看该图像。 
尽管本文中在某种程度上可交换地使用LED和光源，已经参考用于创建背光集簇的LED描述了本发明。但是，应当理解的是，可将其替换为其它类型的光源。另外，本发明描述了主要将LCD面板用作第二调制器的双调制，但是应当理解的是，可将其替换为其它类型的调制器(例如空间光调制器)。另外，可用本文中描述的技术和过程对其它类型的显示系统或投影系统进行修改或适配，其对本领域普通技术人员来说在考虑到本公开的情况下是能够想到的。 
在描述附图中所描述的本发明的优选实施例中，为了清楚而采用了特定的术语。但是，本发明不旨在限于如此选择的特定术语，并且应该理解的是，每个特定的部件包括所有的技术等同物(包括法律原则相关的等同物以及本领域技术人员将理解为等同物的那些)。例如，当描述集簇时，无论是否列于本文中，可将其替换为任何其它等同装置，例如一串并行或 串行的灯，荧光光源，电光源，基于纳米管的光发射装置，或其它源的灯，或具有等同功能或能力的其它装置。另外，发明人认识到还可将描述的部分替换为目前未知的新开发的技术，而且仍然不偏离本发明的范围。所有其它描述的项目，包括但不限于本发明的部分和过程，还应该根据任何和全部的可获得的等同物来考虑。 
如计算机领域的技术人员所能够想到的，使用根据本公开的教导所编程的传统通用目的的计算机或微处理器、或专用的计算机或微处理器，可方便地实现本发明的部分。 
如软件领域的技术人员所能够想到的，编程技术人员基于本公开的教导能容易地准备适合的软件编码。如本领域技术人员基于本公开将能容易想到的，还可以通过准备特定用途集成电路、或通过使传统元件电路的适当网络互相连接来实现本发明。 
本发明包括计算机程序产品，该计算机程序产品为具有存储于其上/中的指令的存储介质(媒介)，其中，指令能用于控制或使计算机执行本发明的过程中的任一个。存储介质能包括但不限于任意类型的盘，包括软盘、微型硬盘(MD)、光盘、DVD、HD-DVD、蓝光、CD-ROM、CD或DVD RW+/-、微驱动器、以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储装置(包括闪速卡、存储棒)、磁卡或光卡、SIM卡、MEMS、纳米系统(包括分子存储IC)、RAID装置、远程数据存储/存档/入库、或适合于存储指令和/或数据的任意类型的媒介或装置。 
本发明包括存储在计算机可读介质(媒介)中的任意一个上的用于控制通用目的/专用计算机或微处理器的硬件的软件、以及用于使计算机或微处理器能够与人类用户或采用本发明结果的其它机构进行交互的软件。这样的软件可包括但不限于装置驱动程序、操作系统、以及用户应用程序。最后，如以上所描述的，这样的计算机可读媒介还包括用于执行本发明的软件。 
用于实现本发明的教导的软件模块包括在通用/专用计算机或微处理器的编程(软件)中，软件模块包括但不限于：接收图像数据，对图像数据进行解包(unpack)，切分图像数据，选择定制PSF，准备调制信号，该调制信号包括具有所应用的伪像减少的LCD调制信号，基于所选择的背光集簇的定制PSF来选择伪像减少，以及显示、存储或传送根据本发明的过程的结果。 
本发明可适合地包括元件(本发明的各部分或特征)及其等同物中的任一个，由元件(本发明的各部分或特征)及其等同物中的任一个组成，或基本上由元件(本发明的各部分或特征)及其等同物中的任一个组成。另外，无论本文中是否具体地公开，可在没有任意元件的情况下实行本文中说明性地公开的本发明。明显地，根据以上教导，对本发明的众多修改和变型是可能的。所以应当理解的是，在将被包括在随后提交的发明专利申请中的权利要求书的范围之内，可与本文中具体描述的不同地实行本发明。 

Claims (8)

1.一种显示器，包括背光，所述背光包括布置成集簇的光源的阵列，
其中，所述集簇被配置成发射具有定制点扩散函数的光模式，以及
其中，所述显示器被配置成从可能的不同定制点扩散函数组中选择所述定制点扩散函数，其中，基于最接近地对应于所述集簇的图像的区域中的图像数据，为每个集簇选择所述定制点扩散函数，
所述显示器还包括处理器，所述处理器被配制成接收图像数据以及将可变的通电模式应用到每个集簇内选定的光源组，以实现基于所接收的图像数据选择的定制点扩散函数，并且
所述显示器还包括布置成被所述集簇照射的光调制器，其中，配置所述显示器使得所述光调制器的调制数据包括要被应用到各个像素的伪像减少，所述伪像减少为根据基于照射所述各个像素的至少一个定制点扩散函数选择的至少一个伪像减少技术。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，经由应用以下中的至少之一来定制所述点扩散函数：集簇的光源之间的可变间隔、施加到集簇内的光源的不同量的通电、施加到集簇的光源的不同类型的通电、集簇的不同光源尺寸。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述光源包括LED。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中，配置所述显示器以便通过从可能的通电的组中选择的通电来确定所述定制点扩散函数光模式，其中，所述可能的通电均提供不同的定制点扩散函数。
5.根据权利要求1所述的显示器，其中，为过渡到暗的图像区域选择的所选择的定制点扩散函数包括窄的点扩散函数，而为对应于亮区域的图像区域选择的所选择的定制点扩散函数包括平的点扩散函数。
6.一种用于显示器的图像显示方法，包括步骤：
接收图像数据；
评估所述图像数据的区域以确定所述图像区域的质量；
将定制点扩散函数应用到对应于每个区域的光源的集簇；以及
为所述集簇照射的空间调制器确定调制，
其中，所述集簇被配置成发射具有定制点扩散函数的光模式，
其中，基于对应于所述集簇的图像数据的区域，为每个集簇选择所述定制点扩散函数，并且
其中，所确定的调制包括基于照射所述调制器的所述集簇的所述点扩散函数而选择的伪像减少技术。
7.根据权利要求6所述的图像显示方法，其中，所选择的定制点扩散函数包括用于暗过渡区域的窄的点扩散函数，以及用于更亮区域的平的点扩散函数。
8.根据权利要求6所述的图像显示方法，其中，从定制点扩散函数的组中选择所应用的定制点扩散函数。
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