CN102243842B

CN102243842B - 色序式显示器及其光源控制方法

Info

Publication number: CN102243842B
Application number: CN 201010179993
Authority: CN
Inventors: 赖佳成; 邱明正
Original assignee: Himax Display Inc
Current assignee: Himax Display Inc
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: CN102243842A

Abstract

一种色序式显示器及其光源控制方法，其光源控制方法包括下列步骤。接收帧期间的帧数据，其中帧期间包含多个色子帧期间。依据帧数据进行数据分析，以取得帧数据中的多个色彩的灰阶分布。依据这些色彩的灰阶分布，在帧期间中决定是否开启色序式显示器的多个色彩光源的部分或全部。其中上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个。藉此，可增加色序式显示器所显示的亮度。

Description

色序式显示器及其光源控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种色序式显示器及其光源控制方法。

背景技术

相较于空间域进行混色，色序式显示器是在时间域中对三原色(红、绿、蓝)进行混色。例如，色序式投影机、色序式液晶显示器等都是色序式显示器。投影装置可将图像投影于一较大的屏幕上，以方便更多的人同时观看到屏幕上所显示的内容。因此，常应用于公司、学校等公共场合。再者，随着家用显示产品朝向大尺寸发展的趋势，投影装置也逐渐普及于一般家庭中，而成为一种在现代生活中日常的电子产品。

随着科技的进步，各类电子产品皆朝向高速、高效能、且轻薄短小的趋势发展。在这趋势之下，微型投影机(pico projector，或称mini projector)已渐渐成为未来个人数字市场的主流。一般来说，微型投影机的光源是采用发光二极管(light emitting diode)或其他固态光源，以提高微型投影机所需的流明(Lumen)，进而增加微型投影机投影出来的图像的亮度。微型投影机做成成品后，微型投影机含电池的尺寸大约与一般市面上的移动电话相近。甚至，微型投影机可整合至移动电话之中。因此，微型投影机具有可随身携带且无使用场地限制的优点。

然而，传统技术以色序法(color sequential)来显示彩色图像时，微型投影机的光源会在三个色子帧期间分别提供对应三原色(即红、蓝、绿)的光源，也就是在同一时间只有一种颜色的光源会发光，而其他色彩光源会被关闭(turn off)。例如，在红色子帧期间只有红色光源会被开启(turn on)而发光，蓝色光源与绿色光源在红色子帧期间是被关闭的。在整个帧都是单一纯色的情况之下，光源的强度会因为时间的分割而减弱，以致于微型投影机的使用可能会受限于环境光的强度。

图1A为一传统色序式显示器的驱动波形示意图。请参照图1A，传统色序式显示器会在帧期间P_F的红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B分别提供红色光源、绿色光源及蓝色光源。并且，在红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B中，液晶会对应显示数据呈现透光或不透光，以使红色光、绿色光及蓝色光能显示图像的灰阶。

以整个帧都是红色帧为例，图1B为传统色序式显示器显示红色帧的驱动波形示意图。请参照图1B，在显示红色帧时，液晶仅会在红色子帧期间P_R呈现透光，以使红色光能显示图像的灰阶。液晶在绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B皆转态为不透光状态，以分别遮蔽绿色光源及蓝色光源所发出的色光。此时，在整个帧期间P_F中，所显示的红色帧只利用红色子帧期间P_R显现红色光，亦即红色帧的实际显示时间会等于(甚至小于)帧期间P_F的三分之一，以致于红色帧的亮度会大幅减弱，而影响了红色帧的可视度。

发明内容

本发明提供一种色序式显示器及其光源控制方法，可增加色彩光源的发光时间，以增加色序式显示器在显示单一色帧时的亮度。

本发明提出一种色序式显示器的光源控制方法，其包括下列步骤。接收帧期间的帧数据，其中帧期间包含多个色子帧期间。依据帧数据进行数据分析，以取得帧数据中的多个色彩的灰阶分布。依据这些色彩的灰阶分布，在帧期间中决定是否开启色序式显示器的多个色彩光源的部分或全部。其中，上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个。

本发明亦提出一种色序式显示器，其包括显示面板、光源模块及控制模块。光源模块提供多个色彩光源至显示面板。控制模块接收帧期间的帧数据，并依据帧数据进行数据分析，以取得帧数据中的多个色彩的灰阶分布。控制模块依据这些色彩的灰阶分布，在帧期间中决定是否开启些色彩光源的部分或全部。其中，帧期间包含多个色子帧期间，而上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个。

基于上述，本发明实施例的色序式显示器及其光源控制方法，其依据三原色的灰阶分布，在取得的帧数据为纯色帧时关闭使用较少或无使用的色彩光源，并开启对应纯色帧的色彩光源。其中，开启的色彩光源的发光时间会大于其中一个色子帧期间。藉此，可增加色彩光源的发光时间，以增加光源模块的最大亮度。在一些实施例中，通过关闭无使用的色彩光源而避免液晶漏光，因此可提高帧的色纯度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为一传统色序式显示器的驱动波形示意图。

图1B为传统色序式显示器显示红色帧的驱动波形示意图。

图2A为依据本发明一实施例的色序式显示器的系统示意图。

图2B为图2A的控制模块的系统示意图。

图3A至图3H为依据本发明一实施例的不同纯色帧的驱动波形示意图。

图4为依据本发明一实施例的光源控制方法的流程图。

【主要元件符号说明】

200：投影机

210：控制模块

211：信号处理单元

213：数据分析单元

215：光源控制单元

220：光源模块

230：液晶面板

VS：视频信号

SDR：驱动信号

RA：分析结果

DS：显示数据

P_F：帧期间

P_R、P_G、P_B：色子帧期间

S410、S420、S430：步骤

具体实施方式

图2A为依据本发明一实施例的色序式显示器的系统示意图。请参照图2A，色序式显示器(例如投影机200)包括控制模块210、光源模块220及液晶面板230，其中液晶面板230可以为硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，以下称LCOS)面板，并且投影机200可以为一微型投影机。控制模块210接收视频信号VS，并依据视频信号VS所传送的帧数据，产生显示数据DS至液晶面板230，以及产生驱动信号SDR至光源模块220。液晶面板230依据显示数据DS轮流显示出对应于不同色的子帧，并且光源模块220依据驱动信号SDR同步地提供对应色光至液晶面板230。液晶面板230通过反射/透射光源模块220所提供的光源，将光线投射至目标物(如布幕或墙壁)以显示图像。

在本实施例中，液晶面板230是以色序式LCOS(Color SequentialLCOS，CS-LCOS)为例，因此液晶面板230上不会形成彩色滤光片。并且，投影机200会利用色序(Color Sequential，CS)法实现时间性的混光，以显示彩色图像。此时，光源模块220则可对应地在帧期间P_F中的多个不同时间提供不同色彩的光源(如红色光、蓝色光及绿色光)。其中，红色光、蓝色光及绿色光可以利用对应色彩的发光二极管发光来提供，亦即以红色发光二极管、蓝色发光二极管及绿色发光二极管作为红色光源、蓝色光源及绿色光源。

图2B为图2A的控制模块210的系统示意图。请参照图2A及图2B，控制模块210包括信号处理单元211、数据分析单元213及光源控制单元215。信号处理单元211接收视频信号VS所传送的帧数据，并依据视频信号VS产生显示数据DS。信号处理单元211可利用图像模拟技术产生显示数据DS，其中图像模拟技术例如帧速率控制(Frame Rate Control)法或像素扰动(dithering)法。数据分析单元213接收视频信号VS所传送的帧数据及显示数据DS，并依据帧数据及显示数据DS分析欲显示的帧，据此产生分析结果RA。

光源控制单元215依据分析结果RA产生驱动信号SDR，并且光源控制单元215会依据光源模块220所提供的色彩光源的数目提供对应数目的驱动信号SDR。换句话说，在此假设光源模块220可提供红色光、蓝色光及绿色光，因此光源控制单元215会对应地产生三个驱动信号SDR，以分别控制红色发光二极管、蓝色发光二极管及绿色发光二极管发光。

进一步来说，当数据分析单元213接收到一个帧期间的帧数据及显示数据DS时，数据分析单元213会进行分析以取得三原色(即红、蓝及绿)的灰阶分布作为分析结果RA。在整个帧都是单一种色彩的情况之下，当三原色中的其中一个色彩的灰阶分布的灰阶平均值小于或等于一临界值时，表示该帧几乎没有该色彩成分，因此光源控制单元215在显示该帧时(在所属帧期间中)可以关闭此色彩的色彩光源；反之，当此色彩的灰阶分布的灰阶平均值大于临界值时，则光源控制单元215会对应地开启此色彩的色彩光源。

例如，当三原色中红色的灰阶分布的灰阶平均值小于或等于一临界值时，表示该帧几乎没有红色成分，因此光源控制单元215在帧期间P_F中可以关闭此红色光源；反之，当红色的灰阶分布的灰阶平均值大于临界值时，则光源控制单元215会对应地开启此红色光源。其中，临界值一般为较低的灰阶值(例如灰阶值15)，然而临界值可依据实际电路设计及不用使用习惯而不同，在此则不以此为限。

此外，除了依据各色彩的灰阶平均值来判断是否关闭对应的色彩光源外，光源控制单元215也可依据各色彩的灰阶范围是否座落于临界范围之中来判断是否关闭对应的色彩光源。换句话说，当某一色彩的灰阶分布范围座落于临界范围之中时，则光源控制单元215关闭对应此色彩的色彩光源；反之，当此色彩的灰阶分布范围超出临界范围时，则光源控制单元215开启对应此色彩的色彩光源。

图3A至图3H为依据本发明一实施例的不同纯色帧的驱动波形示意图。请参照图2B及图3A，在此假设帧期间P_F分为红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B。信号处理单元211会依据视频信号VS产生含有红色子帧数据、绿色子帧数据及蓝色子帧数据的显示数据DS给显示面板230，其中显示面板230会在红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G与蓝色子帧期间P_B分别显示对应的红色子帧数据、绿色子帧数据以及蓝色子帧数据。如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全红色帧的帧数据，则数据分析单元213会在在对视频信号VS和/或显示数据DS进行分析后，将三原色的灰阶分布传送至光源控制单元215。

在红色帧中，蓝色及绿色的参杂较少或没有参杂，以至于蓝色及绿色的灰阶平均值会小于或等于临界值，或者蓝色及绿色的灰阶分布范围会座落于临界范围之中。换句话说，红色的灰阶平均值会大于临界值，或者红色的灰阶分布范围会超出临界范围。因此，光源控制单元215会关闭对应蓝色子帧期间P_B的蓝色光源及对应绿色子帧期间P_G的绿色光源，而只开启对应红色子帧期间P_R的红色光源。

此外，红色光源的发光时间会大于所对应的子帧期间P_R。在本实施例中，红色光源的发光时间为整个帧期间P_F。此时，液晶会对应的保持于透光的状态，以使红色光能显示图像的灰阶。由于红色光在帧期间P_F中持续提供的缘故，使得红色光源的使用率可以增加，进而提升液晶面板230显示全红色帧时的最大亮度。

相类似地，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全绿色帧的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220的绿色光源在帧期间P_F中持续提供绿色光，而红色光源及蓝色光源会被关闭，其驱动波形如图3B所示。如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全蓝色帧的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220的绿色光源在帧期间P_F中持续提供蓝色光，而红色光源及绿色光源会被关闭，其驱动波形如图3C所示。

另一方面，上述红色光源、绿色光源及蓝色光源的发光时间并不局限于等于帧期间P_F，而是可以小于帧期间P_F，但仍会大于所对应的色子帧期间。针对另一些纯色帧(例如黄色、青色(cyan)、品红色(magenta)等纯色帧)，光源控制单元215可以控制光源模块220于红色光源、绿色光源及蓝色光源中同时开启多种色光源。上述红色光源、绿色光源及蓝色光源的发光时间也可等于帧期间P_F或小于帧期间P_F，但仍会大于红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B的其中之一。

请参照图3D，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全黄色帧(即红色与绿色的混色)的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220在帧期间P_F中关闭蓝色光源，并且红色光源及绿色光源会被开启而发光。其中，红色光源及绿色光源会在红色子帧期间P_R及绿色子帧期间P_G中同时发光，亦即红色光源及绿色光源的发光时间会相同，并且红色光源及绿色光源的发光时间会等于红色子帧期间P_R及绿色子帧期间P_G的总和。由于蓝色光源会被关闭，因此显示面板230不会在蓝色子帧期间P_B中漏出蓝色光。所以，本实施例可以改善色纯度的问题，并提升黄色帧的整体亮度。

相类似地，请参照图3E，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全青色帧(即绿色与蓝色的混色)的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220在帧期间P_F中关闭红色光源，而绿色光源及蓝色光源会被开启而发光。并且，绿色光源及蓝色光源会在绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B中同时发光。

请参照图3F，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全品红色帧(即红色与蓝色的混色)的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220在帧期间P_F中关闭绿色光源，而红色光源及蓝色光源会被开启而发光。并且，红色光源及蓝色光源会在红色子帧期间P_R及蓝色子帧期间P_B中同时发光。在某些实施例中，除了红色子帧期间P_R及蓝色子帧期间P_B外，红色光源及蓝色光源更在绿色子帧期间P_G发光，而液晶面板230亦对应地在绿色子帧期间P_G呈现透光状态。

相类似地，请参照图3G，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全白色帧(即红色、绿色与蓝色的混色)的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220在帧期间P_F中开启红色光源、绿色光源及蓝色光源而同时发光。请参照图3H，如果视频信号VS显示在帧期间P_F中具有全黑色帧的帧数据，则光源控制单元215控制光源模块220在帧期间P_F中关闭红色光源、绿色光源及蓝色光源，以至于红色光源、绿色光源及蓝色光源会在帧期间P_F无法发光。

依据上述，如果数据分析单元213接收到纯色帧(例如纯红色、纯绿、纯蓝、纯黄、纯品红、纯青或纯黑)或接近纯色的帧时，则数据分析单元213通过光源控制单元215开启红色光源、绿色光源及蓝色光源中的部分或全部，并关闭其余色彩光源。并且，在开启的色彩光源所对应的子帧期间中或帧期间P_F中，被开启的色彩光源会持续发光。由于每个色彩光源的发光时间增加，因此可以增加纯色帧的最大亮度，并且可以关闭不使用的色彩光源，以降低光源模块220的电力消耗。

依据上述，可汇整为一色序式显示器的光源控制方法。图4为依据本发明一实施例色序式显示器的光源控制方法的流程图。请参照图4，首先，在一帧期间中接收一帧数据(步骤S410)，其中帧期间包含多个色子帧期间(例如红色子帧期间P_R、绿色子帧期间P_G及蓝色子帧期间P_B)。并且，依据此帧数据进行数据分析，以取得帧数据中的三原色的灰阶分布(步骤S420)。接着，依据三原色的灰阶分布，在此帧期间中决定是否开启色序式显示器的光源模块所提供的多个色彩光源的部分或全部(步骤S430)，其中上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个。而各步骤的细节可参照上述说明得知，在此则不再赘述。

综上所述，本发明实施例的色序式显示器及其光源控制方法，其依据三原色的灰阶分布，在取得的帧数据为纯色帧时关闭使用较少或无使用的色彩光源，并开启对应纯色帧的色彩光源。在多个色子帧期间中或整个帧期间中，被开启的色彩光源会持续发光。通过增加色彩光源于帧期间P_F中的发光时间，本发明实施例可以增加纯色帧的最大亮度。通过关闭未被使用的色光源，本发明实施例可以改善漏光问题，提高帧的色纯度。再者，通过关闭不使用的色彩光源，本发明实施例可以降低光源模块的电力消耗。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种色序式显示器的光源控制方法，包括：

接收一帧期间的一帧数据，其中该帧期间包含多个色子帧期间；

依据该帧数据进行数据分析，以取得该帧数据中的多个色彩的灰阶分布；以及

依据这些色彩的灰阶分布，在该帧期间中决定是否开启该色序式显示器的多个色彩光源的部分或全部，其中上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个，并且在该帧期间中，上述开启的色彩光源会同时发光，以及上述开启的色彩光源的发光时间会相同。

2.如权利要求1所述色序式显示器的光源控制方法，其中“依据这些色彩的灰阶分布，在该帧期间中决定是否开启该色序式显示器的多个色彩光源的部分或全部”的步骤包括：

当这些色彩的一第一色彩的一灰阶平均值大于一临界值时，开启这些色彩光源中对应该第一色彩的一第一色彩光源；以及

当该灰阶平均值小于或等于该临界值时，关闭该第一色彩光源。

3.如权利要求1所述色序式显示器的光源控制方法，其中“依据这些色彩的灰阶分布，在该帧期间中决定是否开启该色序式显示器的多个色彩光源的部分或全部”的步骤包括：

当这些色彩的一第一色彩的灰阶分布范围超出一临界范围时，开启这些色彩光源中对应该第一色彩的一第一色彩光源；以及

当该第一色彩的灰阶分布范围座落于该临界范围之中时，关闭该第一色彩光源。

4.如权利要求1所述色序式显示器的光源控制方法，其中当开启的色彩光源为多个时，这些开启的色彩光源的发光时间为彼此相同。

5.如权利要求1所述色序式显示器的光源控制方法，其中当开启的色彩光源为多个时，这些开启的色彩光源的发光时间等于这些色子帧期间的部分或全部的总和。

6.如权利要求1所述色序式显示器的光源控制方法，其中上述开启的色彩光源的发光时间等于该帧期间。

7.一种色序式显示器，包括：

一显示面板；

一光源模块，提供多个色彩光源至该显示面板；以及

一控制模块，接收一帧期间的一帧数据，该控制模块依据该帧数据进行数据分析，以取得该帧数据中的多个色彩的灰阶分布，并且该控制模块依据这些色彩的灰阶分布，在该帧期间中决定是否开启这些色彩光源的部分或全部，其中该帧期间包含多个色子帧期间，而上述开启的色彩光源的发光时间大于这些色子帧期间的任何一个，并且在该帧期间中，上述开启的色彩光源会同时发光，以及上述开启的色彩光源的发光时间会相同。

8.如权利要求7所述的色序式显示器，其中该控制模块包括：

一信号处理单元，接收该帧数据，以依据该帧数据产生多个显示数据至该显示面板；

一数据分析单元，接收该帧数据及这些显示数据，并对该帧数据及这些显示数据进行数据分析，以取得这些色彩的灰阶分布作为一分析结果；以及

一光源控制单元，接收该分析结果，以决定是否开启这些色彩光源的部分或全部。

9.如权利要求7所述的色序式显示器，其中该控制模块于这些色彩的一第一色彩的一灰阶平均值大于一临界值时开启该光源模块的这些色彩光源中对应该第一色彩的一第一色彩光源，并且该控制模块于该灰阶平均值小于或等于该临界值时关闭该光源模块的该第一色彩光源。

10.如权利要求7所述的色序式显示器，其中该控制模块于这些色彩的一第一色彩的灰阶分布范围超出一临界范围时开启该光源模块的这些色彩光源中对应该第一色彩的一第一色彩光源，并且该控制模块于该第一色彩的灰阶分布范围座落于该临界范围之中时关闭该光源模块的该第一色彩光源。

11.如权利要求7所述的色序式显示器，其中当开启的色彩光源为多个时，这些开启的色彩光源的发光时间为彼此相同。

12.如权利要求7所述的色序式显示器，其中当开启的色彩光源为多个时，这些开启的色彩光源的发光时间等于这些色子帧期间的部分或全部的总和。

13.如权利要求7所述的色序式显示器，其中上述开启的色彩光源的发光时间等于该帧期间。