CN102646393A - 显示驱动的视频数据相依调整 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示用于改善显示系统中的图像质量的装置及方法。所述装置及方法基于输入图像数据而调整显示光学状态。所述装置及方法可补偿具有液晶及绝缘层的显示面板布置中因跨越所述液晶的净DC场所致的光学状态的时间变化。光学状态的所述变化可为针对零净DC场驱动波形及具有跨越所述液晶的净DC场的驱动波形所述液晶的光学轴的位置之间的变化。所述液晶的所述光学轴的所述变化可因穿过所述液晶的离子电荷移动所致。所述显示面板布置可具有所述液晶及所述绝缘层的小于在视觉上可接受的图像残留在所述显示面板上继续存在的最大时间的衰减时间常数。

Description

显示驱动的视频数据相依调整
技术领域
本发明的实施例大体来说涉及电子显示系统，且更特定来说涉及改善电子显示系统中的图像质量及光学性能。
背景技术
电子显示系统在当今社会越来越流行。常见电子显示器包含计算机监视器、膝上型显示器、电视及投影仪系统。另外，宽广范围的多功能产品具有至少一个电子显示器，包含例如手持式装置、平板计算机、蜂窝式电话、智能电话、数码静物相机及摄录像机。对于所有这些类型的电子显示器来说，制造商致力于改善其显示器的图像质量以使所述显示器更易于在各种各样的观看条件下使用并提供较佳的总体观看体验。图像质量的改善包含增加色彩深度、亮度及显示对比度。这些改善还包含减少例如“图像残留”的显示假象、运动假象或色彩假象。
多种显示器技术可用于制作电子显示器，包含但不限于液晶显示器(LCD)技术、有机发光二极管显示器(OLED)技术、等离子显示器(PDP)技术及基于微机电系统(MEMS)技术的显示器。这些技术通常使用像素电极阵列来将电压或电流驱动到允许透射、反射或发射光的材料或装置。这些显示器技术可具有多种性能限制问题。举例来说，可能难以实现从漆黑的暗状态到亮状态的高亮度的全范围光学状态。可影响各种类型显示器的另一问题是由显示器的光学输出中的滞后引起的“图像残留”。结果是在显示器上改变图像之后继续存在令人不悦的“重影”图像。
为了图解说明在特定技术中显示器性能可如何受到限制，提供对液晶显示器的基本理解，然而，将了解其它显示器技术可具有类似性能限制问题。
液晶显示器通常使用像素电极及共用电极来驱动跨越液晶层的电场。液晶层借助于液晶分子的指向矢或光学轴改变通过显示器的光的偏振。当与偏振滤光器组合时，此影响产生调制光的能力。借助于照明，透射式液晶显示器可在交叉的偏振滤光器之间具有一液晶层。液晶层可经设计使得在未施加电压时所述层的光学轴与第一偏振滤光器(通常称为“偏振器”)对准。在此状态下，来自偏振器的光在其偏振不改变的情况下通过显示器且由正交第二偏振器(通常称为“分析器”)消光。此产生暗状态。如果跨越液晶层的所施加电压场有效地使光学轴旋转使得通过偏振器的光旋转成与分析器对准，那么所述光将被透射，从而产生亮状态。反射式液晶显示器以类似方式操作但其通常仅具有一个偏振滤光器或偏振分束器，其有效地作为偏振器及分析器两者而操作。
可通过调制跨越液晶层的电压场在暗状态与亮状态之间调整光学轴来产生灰度以产生对应于所期望灰度的中间状态。替代地，可使用脉宽调制(PWM)将液晶驱动到亮状态持续与所期望亮度强度级成正比的时间周期。由于观看者的眼睛不能足够快地感知像素的PWM波形，因此观看者将看到对应于所期望亮度强度级的光输出级。
为了产生全色图像，可在子像素结构中添加滤色器，其中每一子像素通常显示红色、绿色或蓝色分量图像色彩中的一者。替代地，可使用场顺序色彩操作模式。在此模式中，在用对应红色、绿色及蓝色光同时照明下，连续地展示红色、绿色及蓝色分量色彩图像。当快速地显示这些分量图像(通常以高于标准视频帧速率的速率)时，观看者感知全色图像而非个别分量图像。对于场顺序色彩显示器，铁电液晶可因其高切换速度而为优选的。由于铁电液晶(FLC)往往偏向于切换到两种光学状态中的一者，因此通常将PWM与FLC一起使用以形成每一分量色彩的灰度。通常通过驱动跨越FLC的正与负电压场而在FLC中选择两种光学状态。
液晶显示器可能具有关于液晶层可产生的光学状态范围的限制。由液晶显示器产生的光学状态范围由包含液晶层可使传入的偏振光旋转的量的数个因素确定。在一些液晶中，此可由穿过液晶层的光学轴的扭曲确定。在FLC中，光学状态范围由液晶分子可相对于液晶层表面的平面旋转过的光学轴旋转角度确定。为了产生完全透射亮状态及完全消光暗状态，光学轴旋转角度必须足以使通过显示器的光在暗状态中旋转成完全正交于分析器且在亮状态中旋转成完全平行于所述分析器。
出于多种原因，液晶层可能不能够产生完全透射亮状态及完全消光暗状态。举例来说，FLC可具有亮状态的有效光学轴与暗状态的有效光学轴之间的光学轴旋转角度的先天限制。尽管增加驱动电压往往增加光学轴旋转角度，但如果将所述电压增加到超过某一阈值，那么FLC可受损坏。另外，增加驱动电压可能需要更大电路或更昂贵的制造工艺，此任一者均可能为太昂贵而令人却步。
液晶显示器还可能具有“图像残留”问题。特定来说，认为一种类型的图像残留是由响应于所施加电压而在液晶层的表面处积累电荷引起。甚至在移除或反转所施加电压之后，所积累电荷也会修改跨越液晶层的电压场。结果是在显示图像已改变之后继续存在且可根据几分钟到几小时的范围内的衰减时间常数衰减的残余“重影”图像。一般来说，可通过确保跨越液晶层的时间平均电场为零或“DC平衡的”来减少此类型的图像残留。对于一些类型的液晶显示器(包含铁电液晶)，此可需要在其中不照明显示器的周期期间显示图像的逆像或补像以确保跨越液晶层的电场为DC平衡的。然而，其中不照明显示器的时间周期会减小显示器的总体亮度。因此，在不降低液晶显示器的亮度的情况下减少或消除图像残留传统上已成为显示器制造商的达不到的目标。
显示器技术的前述实例及有关限制打算为说明性而非互斥性。对照此背景技术且怀着对改善现有技术的期望，已开发本发明的若干实施例。
发明内容
附图说明
在图式的参考图中图解说明本发明的实施例。打算将本文中所揭示的实施例及图视为说明性而非限制性。
图1是反射式显示系统的示意图。
图2图解说明液晶显示器。
图3展示液晶单元的横截面。
图4展示实例性经脉宽调制像素驱动波形。
图5图解说明铁电液晶单元的光学轴旋转范围。
图6图解说明铁电液晶单元的光学轴旋转范围的调整。
图7是展示动态调整的光学轴旋转范围的经正规化光学透射的曲线图。
图8展示具有对准层的铁电液晶单元的经简化电路。
图9展示具有对准层的铁电液晶单元的另一经简化等效电路。
图10a图解说明施加到铁电液晶单元的具有介于从10％到90％的范围内的工作循环的经脉宽调制驱动波形。
图10b图解说明跨越具有绝缘层的铁电液晶单元中的铁电液晶层的电压场，其对应于图10a的驱动波形。
图11a是添加及未添加离子导电率的铁电单元的亮状态与暗状态光学轴定向对驱动波形工作循环的曲线图。
图11b是添加及未添加离子导电率的铁电单元的光学轴旋转范围对驱动波形工作循环的曲线图。
图12是展示铁电液晶层的实例性像素驱动波形的时序图。
图13图解说明根据图12的驱动波形驱动的铁电液晶的光学轴旋转范围。
图14是展示动态调整的光学轴旋转范围的经正规化光学透射的曲线图。
图15是展示实例性像素驱动波形及共用窗电压的视频数据相依调整的时序图。
图16是展示实例性像素驱动波形及共用窗电压的视频数据相依调整的时序图。
图17a是输入图像的与图像亮度有关的特性与驱动场调整之间的传递函数的曲线图。
图17b图解说明铁电液晶显示器的亮状态性能的比较。
图18a展示图像亮度的特性随时间的曲线图。
图18b展示随时间由图像亮度的特性的传递函数产生的实例性窗阶跃电压。
图19是微显示面板的框图。
具体实施方式
现在将参考附图，其辅助图解说明本发明的实施例的各种相关特征。虽然现在将主要结合反射式铁电液晶(FLC)微显示器来描述本发明的实施例，但应明确理解，本发明可适用于其它液晶显示器技术，包含向列型液晶显示器及其它显示器技术，例如等离子显示面板(PDP)、微机电系统(MEMS)显示器、有机LED(OLED)显示面板及微显示器，及/或适用于其中期望增加显示亮度及显示对比度且减少令人不悦的显示假象的其它应用。在这点上，出于图解说明及描述的目的呈现反射式FLC微显示器的以下描述。此外，所述描述并非打算将本发明限制于本文中所揭示的形式。因此，与以下教示内容及相关技术的技能与知识相称的变化及修改也在本发明的实施例的范围内。本文中所描述的实施例进一步打算解释且使得所属领域的技术人员能够利用所描述的实施例或具有本发明的实施例的特定应用或用途所需的各种修改的其它实施例。
图1图解说明根据本发明的实施例的反射式微显示系统100。反射式微显示系统100可包含照明源110、反射式微显示面板120、偏振分束器130及透镜系统140。反射式微显示系统100可为其中观看者150向透镜系统140中窥视以观看所显示图像的近眼式系统或其中通过透镜系统140将所显示图像投影到外部表面上的投影系统。
反射式微显示面板120可为反射式液晶微显示面板。图2图解说明根据本发明的各种实施例的反射式液晶微显示面板120。反射式液晶微显示面板120可由各种层构成，包含衬底210、形成于衬底210的顶部上或衬底210的平面中的像素电极阵列211(为清晰起见仅展示所述像素电极阵列的子集)、窗玻璃层230及介于衬底210与窗玻璃230之间的液晶层。确定反射式液晶显示器的电光性质的各种层可通常称为液晶单元220。
图3更详细地图解说明液晶单元220的实例的一般结构。液晶单元220包含液晶层330、对准层340-1及340-2、共用窗电极350及窗玻璃230。衬底210与窗玻璃230大体界定给液晶层330限界的平行表面，其中共用窗电极350安置于窗玻璃230的内表面上。液晶单元220可包含一个或一个以上对准层340-1及340-2以用于形成所期望的液晶指向矢或光学轴对准。衬底210可具有制作于衬底210上或衬底210内的包含像素电极321及322的像素电极阵列以及晶体管及其它电路元件，所述像素电极阵列以及晶体管及其它电路元件寻址像素电路、存储图像数据、确定像素切换并将电压驱动到所述像素电极阵列。
液晶层330可为FLC层。如其它液晶，FLC由可偏向于使自身沿一个方向(称为FLC的指向矢或光学轴)大体彼此平行地对准的细长电偶极子分子构成。当将FLC放置于平行衬底内时，所述FLC可形成平行分子层，其中每一层的边界由FLC分子的末端界定。所述层可在平行衬底内经定向使得所述层的平面正交于衬底的平面。FLC指向矢相对于层法线的角度可受FLC混合物的分子性质以及对准层的组合物与表面处理约束。此角度一般称作倾斜角。施加到FLC层的电场向FLC分子的电偶极子施加扭矩，从而允许所述分子围绕圆锥体旋转，其中层法线作为轴且锥角由所述倾斜角界定。以此方式，可通过施加跨越FLC层的电场使FLC层的光学轴旋转经过圆锥体表面上的若干位置。
FLC通常展现使FLC分子处于其中FLC的指向矢大体平行于衬底表面的两个较稳定状态中的一者中的偏向。尽管这些状态比FLC圆锥体上的其它位置稳定，但存在FLC光学轴位置相对于衬底的定向的一定程度的模拟响应。因此，尽管跨越FLC层的正电压场将往往使FLC分子切换到圆锥体上的两个稳定状态中的由倾斜角界定的一者，但确切的光学轴位置稍微随着所施加电压而变化。
跨越FLC层的电场由像素电极阵列及共用窗电极350的电压确定。像素电极可在低像素电压VPIXL与高像素电压VPIXH之间切换，而共用窗电极350处于中间电压VWIN。举例来说，VPIXL可为0V，而VPIXH可为5V且VWIN可为2.5V。在此实例中，当像素电极321处于VPIXL时，FLC层330具有从像素电极321到共用窗电极350为-2.5V的电场VFLCL。当像素电极321处于VPIXH时，FLC层330具有从像素电极321到共用窗电极350为+2.5V的电场VFLCH。跨越FLC层330的正及负电场使FLC分子大体从FLC圆锥体的一侧切换到另一侧。
与其它液晶一样，FLC展现光学双折射，此引起平行于光学轴偏振的光经历不同于垂直于光学轴偏振的光的折射率。平行于光学轴偏振的光将在其偏振方向不变的情况下通过FLC层。然而，与光学轴成一角度偏振而通过FLC层的光将使其偏振旋转相位延迟。如果FLC层为适当厚度，那么通过FLC的光的偏振将旋转光学轴与入射光的角度(Θ)的两倍。与第一偏振滤光器或“偏振器”及第二偏振滤光器或“分析器”组合，FLC层可调制光。借助交叉的偏振器及分析器，此在液晶的光学轴平行于偏振器的轴时形成暗光学状态且在液晶的光学轴与偏振器的轴成一角度时形成亮光学状态。为了实现可能最亮的亮状态，FLC光学轴将与偏振器成45度角且诱发90度偏振旋转，此将允许分析器完全透射通过偏振器的所有光。在反射式微显示系统100中，偏振分束器130作为偏振器及分析器两者而操作，从而形成交叉的偏振器系统。
微显示系统100可显示作为输入图像数据接收的为灰度图像或全色图像的输入图像。由于FLC为快速切换液晶且具有两个主要稳定状态，因此最常使用脉宽调制(PWM)来产生灰度。可使用场顺序色彩(FSC)或在子像素上方针对个别色彩使用滤色器来实现色彩。图4图解说明用于使用FSC产生色彩且使用PWM产生灰度以显示全色输入图像的实例性像素驱动波形。将帧周期400分成色彩场周期410、411、420、421、430及431。可在场周期410期间用红色光、在场周期420期间用绿色光且在场周期430期间用蓝色光照明反射式FLC显示器。波形440图解说明使用PWM的10％亮度级，而波形450图解说明使用PWM的50％亮度级，且460图解说明使用PWM的90％亮度级。波形440、450及460中的像素电极在高像素电压VPIXH与低像素电压VPIXL之间切换。将共用窗电极驱动到VPIXH与VPIXL之间的电压VWIN，如波形480所图解说明。
FLC传统上已需要具有零时间平均DC场的驱动波形。在称为平衡周期的场周期411、421及431期间，可将像素驱动到VPIXH持续与在之前的照明时间周期将像素驱动到VPIXH的时间互补的时间。举例来说，在平衡时间周期411期间，将像素波形440驱动到VPIXH持续一时间周期，所述时间周期相对于tFIELD与在照明周期410期间将像素波形驱动到VPIXH的时间周期相对于tFIELD为互补的。此波形在帧时间400内维持跨越FLC层的零时间平均DC电场。此驱动方案(称为dc补偿或dc平衡)防止FLC-对准层界面处的电荷积累。
出于多种原因，在特定显示面板配置中使FLC光学轴从暗状态光学轴旋转经过45度角到亮状态光学轴可能为不可能的。举例来说，可施加到特定显示器技术的像素电极的最大电压可受在有源像素驱动电路中使用的晶体管的击穿电压限制。此受限电压范围可能不借助FLC电压场VFLCL及VFLCH使光学轴完全经过最优45度角而切换。图5图解说明FLC层330，其具有FLC圆锥体上的主要稳定FLC光学轴位置到平行于面板表面的平面上的投影，从而界定光学轴旋转范围(ΔΘ)。暗状态光学轴522与亮状态光学轴524之间的光学轴旋转范围520小于最优45度光学轴旋转范围510。如果使偏振器与轴512对准且使分析器与所述偏振器交叉，那么具有光学轴旋转范围520的FLC层将产生不完全消光的暗状态及不完全透射的亮状态。当FLC层330经切换而具有暗状态光学轴522时，将经由FLC层330使沿着轴512偏振的光旋转到为轴512与暗状态光学轴522之间的角度的两倍的轴。由于此经旋转光将具有平行于分析器的分量，因此其将不被完全消光。当FLC层330经切换而具有亮状态光学轴524时，将使通过偏振器的光在到达分析器之前旋转轴512与亮状态光学轴524之间的角度的两倍。由于此光具有正交于分析器的分量，因此其将不被完全透射。
如上文所描述，FLC层330可具有某一模拟响应以针对亮状态及暗状态光学轴位置增加跨越FLC的电压场。然而，高像素电压VPIXH可由电路拓扑或制造工艺约束于某一电压范围内。在此范围内，电场VFLCL＝VPIXL-VWIN及VFLCH＝VPIXH-VWIN(其中VWIN＝1/2(VPIXH-VPIXL))可能不使FLC层330的分子旋转到最优45度光学轴旋转范围510。
增加驱动电压需要能够驱动较高电压的电路。为了以小像素间距制造反射式FLC微显示器，使用标准集成电路工艺可为有利的。可用于标准集成电路工艺的电压范围可受工艺中的技术及晶体管的大小限制。举例来说，在0.25微米CMOS工艺中，设计晶体管所针对的标准电压电平可为2.5V。可通过将晶体管级联来增加可用电压范围，然而，级联式晶体管的多个电平会增加电路复杂性且因此增加电路及像素大小。还可将较高电压的特殊晶体管用于像素电路，然而，此也会增加电路及像素大小或因添加特殊处理步骤而增加处理成本，或两者都增加。因此，增加像素电压将可能增加像素间距或制造工艺成本，此两者均会增加微显示面板的最终成本。将所施加电压增加到超过某一点还可在不断施加所增加电压的情况下损坏液晶。
具有减小的光学轴旋转范围的FLC层的一般解决方案是使光学轴旋转范围520旋转使得暗状态光学轴沿着轴512与偏振器对准。此将产生完全消光的暗状态。完全消光的暗状态为重要的，因为显示器的对比度是亮状态的光学通量与暗状态的光学通量的比率。由于暗状态是对比度中的分母，因此使暗状态暗某一量对显示器对比具有比将亮状态增加相同量大得多的影响。然而，使光学轴旋转范围520的暗状态光学轴与偏振器轴512对准进一步减小显示器的最大亮度，因为也将使亮状态光学轴524朝向轴512旋转，从而减小亮状态中的光学通量。
记住这些问题，将描述用于修改光学轴旋转范围以改善FLC层330的光学性能的显示驱动视频数据相依调整。图6图解说明其中通过取决于输入图像数据调整显示驱动而使FLC的光学状态旋转的FLC层。如果输入图像数据为实质上暗的，那么调整显示驱动场使得暗状态光学轴622与偏振器轴512对准且FLC层具有光学轴旋转范围620。此产生经改善的暗状态及更高的显示对比度，但减小实质上暗图像的亮度。实质上暗图像为低于其就期望使暗状态中的光输出最小化的输入图像亮度级。举例来说，实质上暗图像可为其中图像数据值的平均值小于最大亮度的5％的输入图像。如果输入图像数据为实质上亮的，那么调整驱动场使得FLC层的亮状态光学轴朝向偏振器轴512移动或以45度角与偏振器轴512对准(由光学轴旋转范围630所图解说明)。此产生亮状态中的更高光学通量但暗状态中的更大光通量。实质上亮图像为高于其就期望亮状态的最大亮度的输入图像亮度级。举例来说，实质上亮图像可为其中图像数据值的平均值大于最大亮度的95％的输入图像。对于在实质上暗图像与实质上亮图像中间的输入图像亮度级，可调整显示驱动场以使光学轴旋转范围旋转到中间位置。虽然5％亮度及95％亮度用作实质上暗及亮图像的实例，但可使用其它适合值，例如10％与90％、20％与80％等等。此外，所述值不必为彼此的镜像，举例来说，实质上暗图像可为小于25％亮度的图像，而实质上亮图像为高于85％亮度的图像。
图7图解说明显示驱动的视频数据相依调整关于显示面板的光学通量的优点。经正规化光学透射曲线710描绘光学通量与相对于偏振器轴512的光学轴角度之间的关系。对于其中使偏振光旋转偏振器与光学轴之间的入射角(Θ)的两倍的FLC层，曲线710描述根据方程式T＝sin2(2Θ)的光学透射。曲线710上的由静态光学轴旋转范围720描述的点展示大约38度的光学轴旋转范围的光学状态。使用显示驱动的视频数据相依调整，针对实质上暗图像使光学状态动态地旋转到动态暗光学轴旋转范围730，从而产生完全消光的暗状态。对于实质上亮图像，使光学状态动态地旋转到动态亮光学轴旋转范围740，从而产生更亮且可能完全透射的亮状态。
显示驱动的视频数据相依调整利用观看者的眼睛对特定图像的总体亮度的响应。对于实质上暗图像，减小的亮状态对于观看者可能并不明显，因为观看者的眼睛将调整到图像的总体亮度，从而使实质上暗图像的亮部分看起来更亮。对于实质上亮图像，观看者的眼睛调整到图像的亮度且对于观看者来说，将更难以感知图像的暗部分已变得更亮。举例来说，完全暗适应眼睛可具有比适应亮条件的眼睛低若干数量级的对灰度级的敏感度阈值。因此，显示驱动的视频数据相依调整在较高亮度为最重要时产生较量图像且在产生较暗暗状态较重要时产生较暗图像。
可通过改变共用窗电极的电压VWIN来实现显示驱动的视频数据相依调整。在此实施例中，显示驱动的调整可与像素驱动电压无关。举例来说，可使用高像素电压VPIXH与低像素电压VPIXL之间的与输入图像的图像数据值成正比的PWM波形来产生显示器中的像素阵列在照明周期期间的灰度。可通过提供相对于照明周期具有逆PWM波形的非照明平衡周期来对像素驱动波形进行dc补偿。对于实质上暗图像，可在照明周期期间将VWIN增加到高于1/2(VPIXH-VPIXL)，此使VPIXL成为更负的电压且施加在暗状态中朝向偏振器轴512驱动FLC分子的更大电场。对于实质上亮图像，可在照明周期期间将VWIN降低到低于1/2(VPIXH-VPIXL)，此使VPIXH成为更正的电压且施加在亮状态中驱动FLC分子远离偏振器轴512旋转的更大电场。可在平衡周期期间沿与照明周期期间的调整相反的方向调整共用窗电极电压VWIN。此调整维持dc补偿同时提供照明周期期间的动态旋转的光学轴旋转范围的益处。
在借助驱动电路技术与工艺可能的情况下，还可通过改变VPIXH及VPIXL来实现显示驱动的视频数据相依调整。对于实质上暗图像，可减小VPIXL以针对实质上暗像素形成跨越FLC层的较负电压。对于实质上亮图像，可增加VPIXH以针对实质上亮像素形成跨越FLC层的较正电压。另外，可借助VWIN、VPIXH与VPIXL的调整的组合来实现显示驱动的视频数据相依调整。同样，在此实施例中，电压VPIXH与VPIXL之间的根据像素数据值提供像素的灰度的像素PWM波形可保持不变。
可通过确定与输入图像的亮度有关的特性来实现显示驱动的视频数据相依调整。举例来说，可根据输入图像的图像数据值来确定所述特性。所述特性可包含但不限于例如输入图像的图像数据值的平均值、最小值、最大值、分布、直方图或标准偏差的参数。可根据输入图像的所有图像数据值或图像数据值的子集计算所述特性。所述特性可相等地给所有分量色彩的参数加权或对一个分量色彩赋予大于其它分量色彩的权重。
标准视频源按光栅次序针对图像中的每一像素提供所有分量色彩，例如红色、绿色及蓝色(RGB)。然而，为了在场顺序色彩模式中显示图像，一次一个地显示输入图像的分量色彩。因此，使用场顺序色彩的显示器通常必须在显示输入图像之前存储所述整个图像。使用所存储数据，此显示器可能够使用输入图像数据的较高级处理来确定特性。举例来说，可根据输入图像的大于给定大小的最暗区域的平均亮度来确定所述特性。可能有根据所存储输入图像数据确定特性的考虑到输入图像对于观看者的视在亮度的其它方式。举例来说，可根据超过特定阈值或大于总图像面积的1/2、1/4或1/8的区域中的图像数据值的平均值的图像数据值的数目来确定特性。
可应用所述特性与显示驱动场的调整之间的传递函数。举例来说，可针对FLC单元应用所述特性与共用窗电极VWIN的调整之间的传递函数。传递函数可为特性与驱动场调整之间的线性传递函数。替代地，传递函数可补偿因驱动场的改变所致的光学状态的非线性响应。举例来说，暗状态光学轴及亮状态光学轴对液晶驱动场的改变的响应可为非线性的。另外，如图7中的光学透射曲线710所图解说明，具有交叉的偏振器的液晶显示器的光学响应根据光学轴的sin2x函数而变化。因此，传递函数可补偿光学轴对显示驱动场的非线性响应及液晶显示器对光学轴位置的非线性光学响应两者，从而提供基于所述特性的线性光学响应。
传递函数可计及观看者对不同亮度级的感知响应。举例来说，可通过用实验测量观看者感知平均亮度变化的图像的灰度改变的能力来确定感知响应曲线。在本发明的实施例中，传递函数补偿相对于驱动场的光学响应的非线性性质且调整驱动场使得所述光学响应根据感知响应曲线基于特性而变化。在此实施例中，根据基于感知的模型来调整显示驱动场。
传递函数可计及输入图像的多个特性以产生驱动场调整。举例来说，传递函数可接受输入图像的最小、平均及最大亮度以确定驱动场调整。传递函数可在确定驱动场调整时对输入图像的多个特性应用相等权重或比其它特性更重地给一个特性加权。
传递函数还可基于多个输入图像的特性而调整光学状态。对于观看者的眼睛来说，从实质上亮图像调整到实质上暗图像可花费若干秒。因此，传递函数可对来自视频源的多个图像的特性应用时间滤波器。所述滤波器可具有与观看者的眼睛调整到输入图像的相对亮度的速度有关的脉冲响应。所述滤波器可具有不同于从较亮图像到较暗图像的转变脉冲响应时间的从较暗图像到较亮图像的转变脉冲响应时间。
如上文所描述，FLC通常需要零时间平均DC场来防止在FLC-对准层界面处的促成图像残留的电荷积累。关于引起图像残留的电荷积累，用于电荷积累及衰减的时间常数可在几分钟到几小时的范围内。使用经dc补偿PWM波形通过确保不存在跨越FLC的净DC场来防止电荷积累。然而，dc补偿驱动波形通常需要用于每一照明周期的平衡周期，在所述平衡周期期间，用互补波形驱动FLC。由于在平衡周期期间关断照明源，因此照明源的所得工作循环为大约50％。此低工作循环减小显示器的总体亮度。
本发明的实施例涵盖液晶材料的使用，例如已用碱型FLC形成的FLC，其中添加离子以对所述碱型FLC进行掺杂来调整其导电率(电阻率)，如其全部内容以引用的方式并入本文中的第12/794,267号及第13/007,297号共同待决美国专利申请案中所描述。在那些申请案中，揭示包含FLC层及对准层的FLC单元，其中所述对准层可充当绝缘层。另外，描述用于调整FLC的导电率的方法及组合物，包含将可离子化化合物添加到碱型FLC或将电阻性元素添加到FLC。
图8展示在两个对准层之间具有FLC层的FLC单元(例如图3中所展示的FLC单元220)的经简化等效电路820。将每一对准层340-1、340-2表示为并联连接的电阻RA及电容CA。类似地，可将FLC层330表示为与非线性历史相依电阻器并联的电容CF。对FLC的导电率的支配性贡献为离子电荷载流子的运动(由RI表示)及FLC的极化电荷的流动(由RP表示)。对FLC的电阻的离子电荷流贡献受块体中的离子化与重组速率、表面的离子粘附/释放的动力学及FLC层的厚度内的时间相依空间上变化的离子/源密度的影响。离子电荷流的这些机制及其相对重要性可随温度而强烈地变化。
用于对准层的材料及用于FLC的材料可经选择使得对准层电阻比FLC的电阻大得多。在此些情况下，可在等效电路820中将对准层的电阻RA设定为RA＝∞，此有效地提供可从等效电路820省略电阻RA。与FLC相比，对准层通常为薄的。举例来说，对准层的厚度可通常为20nm，而FLC的厚度可为800nm。可使用其它厚度。在此些厚度差异的情况下，对准层的电容CA比FLC的电容CF大大约一到两个数量级。此外，在其中偏振切换电流接近零的FLC切换事件之后，FLC的导电率由离子电荷载流子的运动支配，所述导电率在等效电路中由RI表示。
图9展示基于所使用材料以及用于FLC及对准层的层的结构特性的选择而从图8的等效电路820导出的另一经简化等效电路920。由于CA＞＞CF、RA≈∞且RI＜＜RP，所关注电时间常数的第一近似值为1/2RICA。或者，两个对准层可具有不同电容，其中C1A是指一个个别对准层的电容，且C2A是指另一个别对准层的电容。在这些电容显著大于CF、CA的情况下，于时间常数1/2RICA中，参考CA＝2/(1/C1A+1/C2A)。可通过FLC及对准层的材料的选择、这些层的结构特性(例如厚度)的选择或这些选择的组合来调整时间常数1/2RICA。在实例性实施例中，可通过将可离子化化合物添加到选定碱型FLC以便与所述选定碱型FLC的离子清洁版本的RI相比降低RI来调整1/2RICA。
在本发明的实施例中，可用无dc补偿的PWM波形驱动经离子掺杂的FLC单元。对准层有效地充当电高通滤波器，从而阻挡波形的DC分量且使驱动波形的高频分量通过而到达FLC。图10a图解说明可在像素电极与共用窗电极之间施加到FLC单元的无dc补偿的PWM波形，其介于从10％到90％工作循环的范围内。对于这些PWM波形，所述工作循环对应于像素的所期望灰度亮度级。图10b图解说明在DC分量由对准层移除的情况下施加到FLC层的图10a PWM波形。如果在不同灰度亮度级与对应PWM波形之间切换像素，那么跨越FLC层的DC电压短暂地变为非零，但根据时间常数1/2RICA而衰减回到零。可通过以下方式来调整此时间常数：选择RI及CA使得在对准层上积累的电荷(表示“残留”图像)比图像残留对于观看者可为明显的时间更快地衰减。举例来说，可将1/2RICA设定为小于1/30秒。
可通过使用选定厚度的选定材料作为对准层来设定衰减时间常数1/2RICA。举例来说，可选择给定厚度的通用聚酰亚胺层。可通过操纵FLC的掺杂以实现所期望RI来设定衰减时间常数。替代地，对于具有给定RI的给定FLC，可通过选择CA的值来调整衰减时间常数以产生所期望的衰减常数。举例来说，可通过选择用于对准层的特定材料或操纵例如对准层厚度的结构特性以实现给定CA值来获得CA的所期望值。
对FLC及对准层的特性的选择的另一考虑包含选择衰减时间常数1/2RICA使得其比使液晶在显示状态之间切换(例如，亮到暗，包括实质上对比鲜明的光学状态)的时间tSW实质上长。否则，FLC可能不完全切换且可能不显示图像。组合适当衰减时间的这两个因素，可使用条件tSW＜1/2RICA＜tVISION来选择FLC及对准层的材料及大小。FLC的切换时间可约为50到1000μs。优选地，FLC的切换时间比场时间短。因此，可将衰减时间常数1/2RICA的最小时间设定为大于场时间，举例来说，帧时间的1/3、1/6、1/9或1/12。举例来说，取决于可具有每秒24、30、50或60个帧的视频源，帧时间可介于1/24秒与1/60秒之间。因此，场时间可约为1/720秒到1/72秒。
在实例性实施例中，期望衰减时间在范围tSW＜1/2RICA＜tVISION内，其中tVISION为可接受的图像残留衰减时间。可使用具有～20nm的厚度及～4的介电常数的通用聚酰亚胺对准层，其具有大约200nF/cm2的电容CA。使用大于1/720s及tVISON＝1/30s的最小衰减常数时间，针对1cm2的单元面积将RI的值设定为范围14kΩ＜RI＜0.3MΩ。对于其厚度约为1μm的典型FLC层，离子电荷载流子的电阻率ρI应对应地在范围140MΩ·cm＜ρI＜3GΩ·cm内。实际上，tVISION的上限1/30s可能为过分严格的，即，图像残留继续存在一秒的更大分数或多秒可为在视觉上可接受的，因此更高电阻率可为可接受的。
尽管对FLC层进行离子掺杂及使用对准层作为绝缘层可减少FLC单元中图像残留的继续存在，但其可对FLC层的光学轴旋转范围(ΔΘ)具有影响。如图10b中所展示，在接近工作循环的极限(例如，小于10％或大于90％)时，在切换周期的一部分期间在移除dc的情况下跨越FLC的电压接近零。举例来说，图10a的PWM波形1010图解说明施加到FLC单元的10％工作循环PWM波形。如在衰减时间常数1/2RICA之后跨越FLC层的对应电压中所展示(由图10b的波形1011展示)，在将像素电极驱动到低状态VPIXL时跨越FLC层的电压接近零。在减小跨越FLC层的电压时，FLC层对电压场的模拟响应将影响光学轴位置。
图11a及11b图解说明在添加离子及未添加离子的情况下对FLC单元的FLC光学轴的切换的影响。如在图11a中所展示，对于工作循环的极限，添加有离子的FLC单元中的光学轴可能不能有效地切换到所期望状态。因此，尽管减小FLC单元的衰减时间常数可减小图像残留的可感知性，但添加有离子的FLC在工作循环的极限处具有减小的光学轴旋转范围(ΔΘ)。尽管对光学轴旋转范围(ΔΘ)的最大影响是在工作循环的极限处，但图11b展示甚至对于0.2或0.8的工作循环，也可大大地减小FLC(包含添加有离子以减小图像残留的可感知性的那些FLC)的光学轴旋转范围(ΔΘ)。举例来说，图11b展示当跨越FLC单元的PWM驱动波形的工作循环为0.5时，添加有离子的FLC的光学轴旋转范围(ΔΘ)可为大约42度。在工作循环为0.2的情况下，FLC的光学轴旋转范围(ΔΘ)可减小到大约37度。
在各种实施例中，可用未经完全dc补偿的场顺序色彩PWM灰度波形驱动添加有离子使得衰减时间为tSW＜1/2RICA＜tVISION的FLC单元。举例来说，图12图解说明分成四个相等场周期1210、1220、1230及1240的帧周期1200。对于此实例，场周期1210、1220及1230为其中由照明源分别用分量色彩红色、绿色及蓝色照明面板的照明周期。场周期1240为不照明的平衡周期。像素1驱动波形1250展示用于具有10％灰度亮度的像素的介于高像素电压VPIXH与低像素电压VPIXL之间的PWM波形。在平衡周期1240期间将像素1驱动到VPIXH持续时间1251，时间1251与在场周期1210、1220及1230期间将像素驱动到VPIXH的聚合时间成反比。像素2驱动波形1260展示用于具有90％灰度亮度的像素的PWM波形。在平衡周期1240期间将像素2驱动到VPIXH持续时间1261，时间1261与在场周期1210、1220及1230期间将像素驱动到VPIXH的聚合时间成反比。波形1280展示在整个帧周期1200中将共用窗电极电压VWIN驱动到中间电压1/2(VPIXH-VPIXL)。然而，在此实例中，将像素1驱动到VPIXH的时间周期1251不完全使在场周期1210、1220及1230期间将像素1驱动到VPIXL的总时间平衡。类似地，将像素2驱动到VPIXH的时间周期1261不完全使在时间周期1210、1220及1230期间将像素2驱动到VPIXL的总时间平衡。
图13图解说明对用图12的波形驱动的FLC层的光学状态的影响。光学轴旋转范围510展示借助与轴512对准的偏振器产生完全消光暗状态及完全透射亮状态的理想45度光学轴旋转范围。光学轴旋转范围1320展示经离子掺杂FLC单元的借助50％工作循环PWM波形旋转以实现最佳消光的光学状态范围。光学轴旋转范围1330展示根据图12中的波形1250驱动的像素1的均衡光学状态。像素1的均衡暗状态光学轴已因对准层中的电荷积累而朝向亮状态漂移。另外，像素1的均衡亮状态光学轴也已朝向完全透射光学轴状态漂移。光学轴范围1340展示根据图12中的波形1260驱动的像素2的均衡光学轴旋转范围。像素2的均衡暗状态光学轴已从最佳消光轴512漂移，且像素2的均衡亮状态光学轴已朝向暗状态漂移。因此，尽管用离子掺杂FLC以减小衰减时间常数1/2RICA会减小由穿过单元的离子迁移引起的图像残留的可感知性，但将未经平衡驱动波形与经掺杂FLC一起使用在PWM工作循环的极限处引起对FLC的光学轴旋转范围的不期望的影响。
根据本发明的实施例，可使用显示驱动的视频数据相依调整以使用用未经完全dc补偿的PWM波形驱动的经掺杂FLC来改善FLC显示器的图像质量。具体来说，可取决于输入图像数据中的像素数据值而调整FLC的光学状态。如果输入图像数据为实质上暗的，那么修改显示驱动使得光学轴旋转范围(ΔΘ)将旋转到暗像素的均衡光学轴旋转范围(ΔΘD)，使得暗像素的均衡暗状态经旋转以实现经改善的消光。如果输入图像数据为实质上亮的，那么修改显示驱动使得光学轴旋转范围(ΔΘ)将旋转到亮像素的均衡光学轴旋转范围(ΔΘB)，使得亮像素的均衡亮状态经旋转以实现经改善的透射。
图14图解说明根据各种实施例显示驱动的视频数据相依调整关于显示面板的光学通量的优点。经正规化光学透射曲线1400描绘光学通量与相对于偏振器定向的光学轴角度(Θ)之间的关系。在无显示驱动的数据相依调整的情况下，光学轴旋转范围1410展示根据图12中的驱动波形1250驱动的暗像素的光学状态。光学轴旋转范围1420展示根据图12中的驱动波形1260驱动的亮像素的光学状态。如果输入图像为实质上暗的，那么可通过将暗像素的光学轴旋转范围旋转到动态调整的光学轴旋转范围1411来调整光学状态。对应地，将亮像素的光学状态旋转到动态调整的光学轴旋转范围1421。此以亮像素的亮度损失为代价而动态地产生暗像素的经改善消光。如果输入为实质上亮的，那么可通过将亮像素的光学状态旋转到动态调整的光学轴旋转范围1422来调整光学状态。对应地，将暗像素的光学状态旋转到动态调整的光学轴旋转范围1412。此以暗像素的光通量较大为代价而动态地产生亮像素的更高亮度。
可通过改变共用窗电极的电压VWIN来实现经掺杂FLC的显示驱动的视频数据相依调整。在此实施例中，调整共用窗电压VWIN以调整光学轴旋转范围可与像素驱动波形无关。图15展示针对实质上暗图像使用共用窗电极电压VWIN的显示驱动视频数据相依调整。如同在图12中，未完全对用于像素1(实质上暗)及像素2(实质上亮)的驱动波形1250及1260进行dc补偿。在照明场周期1210、1220及1230期间将VWIN驱动波形1580调整到窗照明阶跃电压VWSI(1581)，使得VWIN大于1/2(VPIXH-VPIXL)。在平衡周期1240期间，通过与照明场周期期间的调整相反的调整将VWIN驱动波形1580调整到窗平衡阶跃电压VWSB(1582)。由窗阶跃电压VWSI及VWSB展示的显示驱动视频数据相依调整动态地调整光学轴旋转范围，使得暗像素的暗状态光学轴具有经改善消光。
图16展示针对实质上亮图像使用共用窗电极电压VWIN的显示驱动视频数据相依调整。在照明场周期1210、1220及1230期间将VWIN驱动波形1680调整到窗阶跃电压VWSI(1681)，使得VWIN小于1/2(VPIXH-VPIXL)。在平衡周期1240期间，通过与照明周期期间的调整相反的调整将VWIN驱动波形1680调整到窗阶跃电压VWSB(1682)。由窗阶跃电压VWSI及VWSB展示的显示驱动视频数据相依调整动态地调整光学轴旋转范围使得亮像素的亮状态光学轴具有经改善透射。
使用显示驱动的视频数据相依调整对共用窗电极电压VWIN的其它调整也可提供若干优点。举例来说，可仅在照明周期1210、1220及1230中的一者或一者以上期间将共用电极电压VWIN调整到由阶跃电压1581或1681展示的窗照明阶跃电压VWSI。相反地，可仅在一个或一个以上平衡周期1240期间将共用电极电压VWIN调整到由阶跃电压1582或1682展示的窗平衡阶跃电压VWSB。另外，窗阶跃电压VWSI与VWSB的调整不需要相等。举例来说，对VWSB的调整可大于对VWSI的调整。
在借助驱动电路技术与工艺可能的情况下，还可通过改变VPIXH及VPIXL来实现显示驱动的视频数据相依调整。对于实质上暗图像，可减小VPIXL以针对实质上暗像素形成跨越FLC层的较负电压。对于实质上亮图像，可增加VPIXH以针对实质上亮像素形成跨越FLC层的较正电压。另外，可借助VWIN、VPIXH与VPIXL的调整的组合来实现显示驱动的视频数据相依调整。
在其它实施例中，显示驱动的视频数据相依调整涵盖在逐像素基础上与其它像素无关地改变驱动场。使用通过在像素本地的电路确定或通过在像素阵列外部的电路确定且传送到像素的像素调整值以基于像素状态对所述像素的光学轴旋转范围的影响而修改所述像素的光学状态。举例来说，特定像素可基于像素调整值而从像素电压范围中选择高驱动电压VSELPIXH及低驱动电压VSELPIXL。以此方式，在像素驱动波形接近工作循环的极限时，像素调整值通过调整像素的驱动场而针对特定像素补偿FLC的光学状态改变。
可通过确定与输入图像的亮度有关的特性来实现显示驱动的视频数据相依调整。举例来说，可根据输入图像的像素数据值来确定所述特性。所述特性可包含但不限于例如输入图像的像素数据值的平均值、最小值、最大值、分布、直方图或标准偏差的参数。所述特性可基于输入图像的所有像素数据值或像素数据值的子集的参数。所述特性可相等地给所有分量色彩的参数加权或对一个分量色彩赋予大于其它分量色彩的权重。
标准视频源按光栅次序针对图像中的每一像素提供所有分量色彩，例如红色、绿色及蓝色(RGB)。然而，为了在场顺序色彩模式中显示图像，一次一个地显示输入图像的分量色彩。因此，使用场顺序色彩的显示器通常必须在显示输入图像之前存储所述整个图像。使用所存储数据，此显示器可能够使用输入图像数据的较高级处理来确定特性。举例来说，可根据输入图像的大于给定大小的最暗区域的平均亮度来确定所述特性。可能有根据所存储输入图像数据确定特性的考虑到输入图像对于观看者的视在亮度的其它方式。
可应用所述特性与显示器的像素驱动场的调整之间的传递函数。举例来说，可针对FLC单元应用所述特性与共用窗电极VWIN的调整之间的传递函数。图17a展示指示输入图像亮度的特性与像素驱动场的调整之间的传递函数的实例。所述传递函数可产生用于照明周期的调整及用于平衡周期的调整。举例来说，传递函数可包含输入图像亮度与照明周期期间的VWIN调整之间的照明窗阶跃函数1711及输入图像亮度与平衡周期期间的VWIN调整之间的平衡窗阶跃函数1712。
传递函数可为特性与驱动场调整之间的线性传递函数，如由照明窗阶跃函数1711及平衡窗阶跃函数1712所展示。替代地，传递函数可补偿因驱动场的改变所致的光学状态的非线性响应。举例来说，暗状态光学轴及亮状态光学轴对液晶驱动场的改变的响应可为非线性的。另外，如图7中的光学透射曲线710所图解说明，具有交叉的偏振器的液晶显示器的光学响应根据光学轴的sin2x函数而变化。因此，传递函数可补偿光学轴对显示驱动场的非线性响应及液晶显示器对光学轴位置的非线性光学响应两者，从而提供基于所述特性的线性光学响应。
传递函数可计及观看者对不同亮度级的感知响应。举例来说，可通过用实验测量观看者感知平均亮度变化的图像的灰度改变的能力来确定感知响应曲线。在本发明的实施例中，传递函数补偿光学状态对显示驱动场的非线性响应且调整驱动场使得所述光学状态根据感知响应曲线基于特性而变化。实例性非线性照明窗阶跃函数1721及平衡窗阶跃函数1722可补偿因驱动场的改变所致的光学状态的非线性响应及观看者的非线性感知响应。将了解，一旦确定感知响应曲线及关于驱动场的非线性光学响应，就可计算传递函数以提供所期望的感知响应曲线。在此实施例中，根据基于感知的模型来调整显示驱动场。
通过结合图12、15及16考虑图17a的照明窗阶跃函数1711及平衡窗阶跃函数1712来图解说明根据本发明的实施例将窗电压VWIN与经掺杂FLC一起使用的显示驱动视频数据相依调整的操作。对于此实例，VPIXH＝5V，VPIXL＝0V，且在无显示驱动视频数据相依调整的情况下的标称VWIN电压1280为2.5V。此外，对于此实例，平衡时间周期1240在时间上等于照明周期1210、1220及1230中的每一者。在图12的波形1250中展示的10％亮度像素的FLC层将具有-1V的DC偏移。因此，针对这些条件当将像素驱动为低时跨越FLC层的场将减小到-1.5V。对于具有指示实质上暗图像的特性的输入图像，例如具有小于128的平均亮度(对于八位图像(每色彩))的图像，调整驱动场以改善消光。举例来说，对于具有平均亮度零的全暗图像，照明窗阶跃函数1711在照明周期内将窗阶跃电压VWSI调整+1V。平衡窗阶跃函数1712在平衡周期内将窗阶跃电压VWSB调整-1V。10％亮度像素1250现在具有由像素驱动波形1250与VWIN驱动波形1280之间的平均DC偏移确定的等于-1.325V的稍微更负DC偏移。然而，当像素波形1250为低时，驱动场为3.5V且跨越FLC层的对应场将为-2.175V。使用显示驱动的视频数据相依调整的较负驱动场将使光学轴旋转范围旋转以实现10％像素(及其它实质上暗像素)的较佳消光。对应地，当输入图像为实质上亮时，举例来说，当平均输入图像亮度大于128(对于八位图像(每色彩))时，可使用显示驱动的视频数据相依调整来使光学轴旋转范围旋转以实现较佳透射。对于具有介于例如平均亮度为零的全暗特性与例如平均亮度为255(对于八位图像(每色彩))的全亮特性之间的亮度特性的输入图像，窗电压VWIN的调整可为根据照明窗阶跃函数1711及平衡窗阶跃函数1712的中间值。对于具有50％亮度的特性的图像，不根据函数1711及1712做出窗阶跃电压VWSI及VWSB的调整。因此，对于具有50％亮度特性的输入图像，窗电压VWIN将具有对应于图12的波形1280的波形。
将了解，传递函数的零交叉点可取决于FLC单元相对于偏振器的旋转。举例来说，图5图解说明在与偏振器轴512的45度角内居中的光学轴旋转范围520。出于多种原因，使光学轴旋转范围居中使得暗状态光学轴与偏振器轴512实质上对准可为有利的。对于此配置，传递函数的零交叉点可不同于50％亮度特性。举例来说，照明窗阶跃函数1731及平衡窗阶跃函数1732可图解说明经对准使得50％亮度像素的暗状态光学轴与偏振器轴512实质上对准的FLC单元的传递函数。
图18a及18b更详细地图解说明传递函数如何随时间修改图15及16中所展示的窗阶跃电压VWSI及VWSB。根据各种实施例构造实例性FLC单元，其中经dc平衡像素的暗状态光学轴与偏振器轴512实质上对准。可用VPIXH＝3.4V及VPIXL＝0V的像素电压驱动FLC单元。可根据图15及16用未经平衡驱动波形来驱动FLC单元，其中聚合照明周期时间与聚合平衡周期时间的各种比率包含6-6、9-3、10-2或其它未经平衡驱动比率的比率。根据分别由图17a中的窗照明阶跃函数1731及窗平衡阶跃函数1732图解说明的传递函数来调整窗阶跃电压VWSI及VWSB。图18a图解说明输入视频串流的1000个帧的样本序列的平均亮度波形1810。图18b根据图18a的帧序列的此配置展示FLC单元的VWSI(1861)及VWSB(1862)的曲线图。
显示器的传递函数可为可编程的。举例来说，可将传递函数作为查找表(LUT)存储于显示系统的非易失性存储器中。可在LUT的设定点之间内插传递函数。可在LUT的设定点之间线性地内插传递函数。替代地，可将传递函数作为多项式函数或其它类型的函数存储于显示系统。显示器可根据所述函数及输入图像的特性计算驱动场调整。
传递函数可计及输入图像的多个特性以产生光学状态调整。举例来说，传递函数可接受输入图像的最小、平均及最大亮度以确定驱动场调整。传递函数可在确定驱动场调整时对输入图像的多个特性应用相等权重或比其它特性更重地给一个特性加权。
传递函数还可基于多个输入图像的特性而调整光学状态。举例来说，传递函数可对来自视频源的多个图像的特性应用时间滤波器。对于观看者的眼睛来说，从实质上亮图像调整到实质上暗图像可花费若干秒。因此，所述滤波器可具有与观看者的眼睛调整到输入图像的相对亮度的速度有关的脉冲响应。所述滤波器可具有不同于从较亮图像到较暗图像的转变脉冲响应时间的从较暗图像到较亮图像的转变脉冲响应时间。
所述滤波器可具有与FLC的衰减时间常数有关的脉冲响应。举例来说，传递函数可应用具有等于FLC的衰减时间常数的脉冲响应的滤波器。在此实例中，如果将FLC的衰减时间常数设定为等于tVISION(其中tVISION＝1/30s)且视频帧速率为每秒60帧，那么传递函数将经设定以具有等于两个帧的脉冲响应。此可借助简单二阶有限脉冲响应滤波器来实现。根据各种实施例，传递函数可计及来自多个图像的多个特性。
将了解，可将帧周期划分成照明周期与平衡周期的许多组合。出于多种原因，具有大于3×帧速率的色彩场速率可为有利的。还将了解，照明周期不必为等效于平衡周期的时间周期。举例来说，可将帧周期分解成照明周期与平衡周期的组合，其分别产生为6-6、9-3或10-2的聚合照明时间与聚合平衡时间的比率。另外，可将平衡周期定位于帧周期内的任何地方，举例来说，平衡周期可出现在照明周期之前、照明周期之间或照明周期之后。
图17b展示根据本发明的各种实施例经掺杂FLC单元的亮度改善。亮度级条1730针对特定经掺杂FLC混合物展示聚合照明时间与聚合平衡时间的比率为6-6的经完全dc补偿PWM像素驱动波形的亮度。条1740展示聚合照明时间与聚合平衡时间的比率为9-3的PWM像素驱动波形的经正规化亮度。条1750展示聚合照明时间与聚合平衡时间的比率为10-2的PWM像素驱动波形的经正规化亮度。条1760展示根据本发明的实施例使用显示驱动的视频数据相依调整的聚合照明时间与聚合平衡时间的比率为10-2的PWM像素驱动波形的经正规化亮度。
图19图解说明根据本发明的各种实施例的显示面板。显示面板底板1900包含像素阵列1910、控制电路块1920、存储器缓冲器1930及窗电极驱动器1950。图像数据1905包含输入图像或视频数据串流中的输入图像串的图像数据值。控制电路块1920含有逻辑与存储器电路以控制显示面板底板1900中的若干块的操作。控制电路块1920可处理图像数据1905中的图像数据值以基于图像数据值而产生像素阵列的像素驱动状态。控制电路块1920可在产生像素阵列的像素驱动状态之前将图像数据暂时存储于存储器缓冲器1930中。所述像素驱动状态可基于图像数据值中的一者或一者以上。所述像素驱动状态可包含灰度值。所述像素驱动状态可包含每一分量色彩(包含红色灰度分量、绿色灰度分量及蓝色灰度分量)的灰度值。像素可根据由像素驱动状态确定的PWM波形在低像素电平与高像素电平之间切换。
控制电路块1920可包含图像处理块1921及驱动场控制块1922。驱动场控制块1922处理图像数据以确定与图像数据值的亮度有关的特性。驱动场控制块1922还可包含使用窗电极驱动器1950调整窗电极电压1955的传递函数，窗电极驱动器1950可为用以将驱动场控制块1922的数字输出转换为窗电极电压1955的数/模转换器(DAC)。窗电极电压1955借助于来自显示面板的直接连接或经由印刷电路板或显示面板的其它封装的连接耦合到FLC单元的共用窗电极。
可根据在标题为“数字显示器(DIGITAL DISPLAY)”的第11/969,734号美国专利申请案及/或标题为“单个芯片上的微显示器与接口(MICRODISPLAY ANDINTERFACE ON SINGLE CHIP)”的美国专利7,283,105中描述的微显示器架构来设计显示面板底板1900，所述申请案及专利描述具有能够接受标准光栅次序视频信号且在色彩顺序模式中显示的集成帧缓冲器的微显示器底板。替代地，可以接受输入图像数据并使用像素电极施加驱动场的不同架构来设计显示面板底板1900。根据本发明实施例的显示系统可具有包含显示面板底板1900的各种电路块的若干部分的外部显示控制器芯片。
本发明的另一实施例在逐装置基础上设定显示驱动的视频数据相依调整的调整参数。举例来说，可根据本发明的实施例制造具有经掺杂FLC层的反射式微显示装置。可用未经平衡PWM波形(如先前关于图12所描述的那些波形)来驱动FLC。可接着使用用于测量光强度或偏振的测量设备来测量FLC的光学通量或均衡光学轴。可接着记录实现所期望光学状态所需的光学状态偏移。可根据光学状态偏移来确定显示驱动偏移，且可将显示驱动偏移编程于显示器本地的非易失性存储器中。可使用所述显示驱动偏移来根据图17设定传递函数的最大及最小驱动场调整。所述非易失性存储器可为E2PROM存储器。所述非易失性存储器可在显示装置的耦合到显示器衬底的单独组件上，或在其它实施例中，所述非易失性存储器可在显示器衬底自身上。替代地，可通过重复地设定显示驱动的调整并测量结果来确定光学状态偏移。当实现所期望的经调整均衡光学状态时，将显示驱动校正的量编程到特定显示装置的非易失性存储器中。可针对多种不同PWM波形测量光学状态偏移。以此方式，可使用输入图像亮度特性对显示驱动调整的查找表来编程传递函数。可在查找表的设定点之间内插传递函数。可在查找表的设定点之间线性地内插传递函数。
将了解，显示驱动的视频数据相依调整可为其它液晶显示器技术提供图像质量上的优点，包含增加的亮度及/或对比度。举例来说，显示驱动的视频数据相依调整可与其中通过液晶层的光的偏振旋转在暗状态中小于完全消光及/或在亮状态中小于完全透射的任何液晶显示器技术一起使用。另外，显示驱动的视频数据相依调整可应用于其中液晶材料具有受显示驱动波形的时间相依分量影响的光学状态的应用。特定来说，显示驱动的视频数据相依调整可与为减小图像残留的衰减时间常数而掺杂有离子化合物的其它液晶一起使用。
另外，将了解，显示驱动的视频数据相依调整可应用于其它显示器技术。举例来说，显示驱动的视频数据相依调整可应用于其中光学状态切换受制造或工艺参数约束使得在标准驱动条件下暗状态并非全暗或亮状态并非最优地亮的任何显示器技术。
已出于图解说明及描述的目的呈现前文描述。此外，所述描述并非打算将本发明的实施例限制于本文中所揭示的形式。尽管上文已论述若干个示范性方面及实施例，但所属领域的技术人员将认识到某些变化、修改、排列、添加及其子组合。

Claims (26)

1.一种操作显示装置以显示输入图像的方法，所述输入图像包含图像数据值，其中所述显示装置包含像素阵列，所述像素阵列中的每一像素可操作以根据所述图像数据值中的一者或一者以上在多个像素驱动场之间切换，所述多个像素驱动场对应于多个光学状态，所述多个光学状态包含高强度光学状态及低强度光学状态，所述方法包括：
根据所述输入图像的多个所述图像数据值确定特性，其中所述特性与所述输入图像的亮度有关；及
基于所述特性而调整所述多个像素驱动场中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述特性指示实质上暗图像的情况下，调整所述多个像素驱动场使得所述低强度光学状态较暗。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述特性指示实质上亮图像的情况下，调整所述多个像素驱动场使得所述高强度光学状态较亮。
4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述特性而线性地调整所述多个像素驱动场。
5.根据权利要求1所述的方法，其中根据像素数据值的平均亮度、亮度直方图、最大亮度或最小亮度中的至少一者确定所述特性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中根据基于感知的模型来调整所述多个像素驱动场。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示装置为液晶显示器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述像素阵列中的每一像素包含一像素电极，所述像素阵列将所述像素电极驱动到多个像素电压，且其中调整所述多个像素驱动场与所述多个像素电压无关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述像素阵列中的每一像素包含一像素电极，且所述多个像素驱动场由所述像素阵列中的所述像素电极之间的电场电位及共用电位确定，且其中调整所述多个像素驱动场包含调整所述共用电位。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示装置为液晶显示器，且所述多个光学状态由所述液晶显示器的液晶材料的光学轴旋转范围确定，所述光学轴旋转范围小于40度。
11.一种操作显示装置以显示输入图像的方法，所述输入图像包含图像数据值，其中所述显示装置包含像素阵列，所述阵列像素中的每一像素可操作以根据所述图像数据值中的一者或一者以上在多个像素驱动场之间切换，所述多个像素驱动场对应于多个光学状态，所述方法包括：
针对所述像素阵列中的一个或一个以上像素，确定因所述像素阵列中的所述一个或一个以上像素的像素驱动场的时间DC偏移所致的对所述多个光学状态的影响；
根据所述输入图像的多个所述图像数据值确定特性；及
基于所述特性而调整所述多个像素驱动场。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述显示装置为液晶显示器，所述像素驱动场被施加到所述液晶显示器的液晶层，且其中所述多个光学状态由所述液晶层的光学轴确定，且所述时间DC偏移使所述液晶层的所述光学轴移位。
13.根据权利要求12所述的方法，其中调整所述像素驱动场包括调整施加到所述像素阵列的共用电极的共用电压。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括根据待依序显示的多个输入图像确定所述特性。
15.一种用于显示输入图像的液晶显示装置，所述输入图像包含图像数据值，所述液晶显示装置包括：
像素电极阵列，所述像素电极阵列可在多个电压状态之间切换；
共用电极，其由共用电压驱动；及
液晶材料层，其介于所述像素电极阵列与所述共用电极之间，所述液晶材料层具有光学轴，所述光学轴由所述像素电极阵列与所述共用电极之间的电压场确定，
其中所述显示装置经配置以根据多个所述图像数据值确定与所述输入图像的亮度有关的特性，且基于所述特性而调整所述共用电压。
16.一种用于显示输入图像的液晶显示装置，所述输入图像包含图像数据值，所述显示装置包括：
第一衬底，其包含像素阵列，所述像素阵列中的每一像素包含一像素电极，所述像素阵列可操作以将所述像素电极驱动到包含高像素电压及低像素电压的多个像素电压；
第二衬底，其平行于所述第一衬底，包括被驱动到共用电压的共用电极；及
液晶材料层，其介于所述第一衬底与所述第二衬底之间，用于所述像素阵列中的像素的所述液晶材料的光学轴由所述像素电极与所述共用电极之间的像素电压场及因所述像素电压场的时间DC偏移所致的偏移电压场确定，
其中所述显示装置经配置以基于根据多个所述图像数据值确定的特性而调整所述共用电压，以补偿所述像素电压场的所述时间DC偏移对所述光学轴的影响。
17.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其中所述显示装置进一步经配置以基于所述特性而调整所述多个像素电压。
18.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其进一步包括用以用分量色彩依序照明所述显示装置的照明源，其中所述显示装置经配置以在帧周期期间显示所述输入图像，所述帧周期进一步被划分成依序显示的多个照明周期及平衡周期，且其中在对应于所述输入图像的分量色彩且由所述照明源用所述分量色彩照明的照明周期期间，所述像素选择所述高像素电压或所述低像素电压中的一者持续与所述输入图像的所述分量色彩的所述图像数据值成正比的第一时间周期，且在平衡周期期间，所述像素选择所述高像素电压或所述低像素电压中的一者持续与所述输入图像的所述分量色彩中的一者或一者以上的所述图像数据值成反比的第二时间周期，且进一步其中所述共用电压在所述平衡周期期间的调整与在所述照明周期期间的调整相反。
19.根据权利要求18所述的方法，其中照明周期的数目大于平衡周期的数目。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述照明周期在帧周期期间的总时间周期大于所述平衡周期在所述帧周期期间的总时间周期。
21.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其中所述液晶材料为铁电液晶。
22.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其中所述液晶材料掺杂有离子。
23.根据权利要求22所述的液晶显示装置，其进一步包括在所述液晶的表面处的绝缘材料，所述偏移电压场跨越所述绝缘材料，其中所述偏移电压场具有取决于掺杂有离子的所述液晶材料的电阻及所述绝缘材料的电容的衰减时间常数，所述衰减时间常数小于或等于在视觉上可接受的图像残留的最大时间。
24.根据权利要求23所述的液晶显示装置，其中所述液晶掺杂有离子，使得所述衰减时间常数小于100毫秒。
25.一种操作显示装置以显示输入图像的方法，所述输入图像包含图像数据值，其中所述显示装置包含像素阵列，所述像素阵列可操作以通过将所述像素阵列驱动到对应多个像素驱动场而在多个光学状态之间切换，所述方法包括：
针对所述像素阵列中的一个或一个以上像素，确定因所述像素驱动场中的时间DC偏移所致的对所述多个光学状态的影响；及
调整所述像素阵列中的所述一个或一个以上像素的所述像素驱动场中的至少一者，以与所述像素阵列中的其它像素的所述像素驱动场无关地补偿对所述多个光学状态的所述影响。
26.根据权利要求25所述的方法，其中调整所述像素驱动场包含由所述像素阵列中的所述一个或一个以上像素至少部分地基于所述时间DC偏移对所述多个光学状态的所述影响而选择像素驱动电压。
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