CN102956218B - 显示系统与显示单元控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为显示系统与显示单元控制方法，显示系统中具有多个显示像素，所述显示像素中的任一显示像素皆具有可组成色彩空间的Ｍ个子像素以及该色彩空间中的混色子像素，而该方法包含：显示系统根据颜色分量数值集合中的N个颜色分量数值来进行第一运算，进而得到代表亮度的亮度分量数值；显示系统接收所述颜色分量数值与该亮度分量数值进行第二运算而分别产生第一组色彩值与第二组色彩值，最后根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，并将该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

Description

显示系统与显示单元控制方法

【技术领域】

本发明为一种显示系统与显示单元控制方法，尤指一种应用于具有背光源的显示系统与显示单元控制方法。

【背景技术】

如图1a的所示，传统彩色液晶显示器中的每一个像素(pixel)1系由红色子像素(subpixel)11、蓝色子像素12以及绿色子像素13的三个子像素所组成。此传统方式要显示白色区块，区块中每个像素里的三色子像素都要开到最亮，反之，若要显示黑色区块，区块中每个像素里的三色子像素则需全部关闭。但是因为三色子像素所发出的色光都是透过彩色滤光片(colorfilter)所制造出来的，彩色滤光片把背板光源所发出的白光进行过滤而产生色光，观赏者看到的仅是少部分透视过来的光线，所以效率不佳。

为此，如图1b的所示，一种由红色子像素11、蓝色子像素12、绿色子像素13及亮度子像素14的四个子像素所组成RGBW彩色液晶显示器便被发展出来，而此类显示器在大部份的显示状态下皆可具有良好的影像品质，但是却无法表现出高亮度的纯色色彩。因此，如何由传统三原色影像信号中萃取出亮度的成份，使得RGBW彩色液晶显示器能有符合大部份影像显示需求的画质表现，而且有更佳的功率消耗表现，为发展本案的主要目的之一。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种显示系统，其中包含显示单元以及控制信号产生器，显示单元上具有多个显示像素，所述显示像素中的任一显示像素皆具有显示一第一颜色分量至一第Ｍ个颜色分量的Ｍ个子像素以及一混色子像素，而控制信号产生器包含亮度萃取单元以及色彩值产生单元，亮度萃取单元根据包含有第一颜色分量数值至第N个颜色分量数值的颜色分量数值集合来进行第一运算，进而得到代表亮度的亮度分量数值，其中Ｎ小于等于Ｍ。至于色彩值产生单元则接收所述颜色分量数值与该亮度分量数值进行第二运算而分别产生第一组色彩值与第二组色彩值，并根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。如此将可由传统三原色影像信号中萃取出亮度的成份，使得具有混色子像素的显示系统能有符合大部份影像显示需求的画质表现，而且有更佳的功率消耗表现。

本案的另一方面是一种显示单元控制方法，该显示单元上具有多个显示像素，所述显示像素中的任一显示像素皆具有显示一第一颜色分量至一第Ｍ个颜色分量的Ｍ个子像素以及一混色子像素，而该控制方法包含下列步骤：接收一颜色分量数值集合；根据该颜色分量数值集合中的一第一颜色分量数值至一第N个颜色分量数值来进行一第一运算，进而得到代表亮度的一亮度分量数值，其中Ｎ小于等于Ｍ；接收所述颜色分量数值与该亮度分量数值进行一第二运算而分别产生一第一组色彩值与一第二组色彩值；以及并根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，并将该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

【附图说明】

图1a是传统彩色液晶显示器中由红色子像素、蓝色子像素以及绿色子像素所组成的像素示意图。

图1b是由红色子像素、蓝色子像素、绿色子像素及亮度子像素的四个子像素所组成的RGBW像素示意图。

图2是本案提出的显示系统功能方块示意图。

图3a是本案提出关于控制信号产生器的第一实施例的功能方块示意图。

图3b是本案提出关于控制信号产生器的第二实施例的功能方块示意图。

图3c是本案提出关于控制信号产生器的第三实施例的功能方块示意图。

图4是本案提出关于显示单元控制方法的步骤流程图。

【主要元件符号说明】

显示单元2            显示像素20

红色子像素11         绿色子像素13

蓝色子像素12         亮度子像素14

红色子像素201        绿色子像素202

蓝色子像素203        亮度子像素204

控制信号产生器21     亮度萃取单元210

色彩值产生单元211    伽玛校正查找表2100

多工器212            转换电路213

背光电源控制器214    显示单元3

背光电源控制器314    第一判断器41

第二判断器42         系数产生器43

乘法器44             亮度分量数值W

颜色分量数值集合S1   控制信号C

第一组色彩值CV1      背光电源控制信号BLC

第二组色彩值CV2

数字色彩值数据(dRi，dGi，dBi)

经伽玛校正后的数字色彩值数据(Ri，Gi，Bi)

RGB背光电源控制信号BLCR、BLCG、BLCB

【具体实施方式】

请参见图2，是本案为改善习用手段缺失所发展出来的显示系统功能方块示意图，其中主要包含有显示单元2，显示单元2中具有多个显示像素(图中未示出全部)，例如是具有1920*1080个显示像素的液晶显示面板。而所述显示像素中的任一显示像素20皆具有显示第一颜色分量至第M个颜色分量的M个子像素以及一个混色子像素，以M=3的常见配置为例，显示像素20具有分别显示三种颜色的第一子像素201、第二子像素202、第三子像素203以及不同于上述三种颜色但为其混色的一第四子像素204。常见的例子是红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素以及用以提升或补偿亮度的亮度子像素，例如白色子像素或是其它高亮度的混色子像素。而为说明方便，以下皆以红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素以及亮度子像素为例进行说明。

而本案的显示系统更设有控制信号产生器21，电性连接至显示单元2，用以产生控制显示单元2所需的控制信号，控制信号产生器21主要包含有亮度萃取单元210与色彩值产生单元211，亮度萃取单元210可根据包含有第一颜色分量数值至第N个颜色分量数值的颜色分量数值集合S1来进行第一运算，进而得到代表亮度的亮度分量数值W，其中N小于等于M。例如，可选用从外部接收到的红色分量数值R、绿色分量数值G、蓝色分量数值B中任一、任二或三个颜色分量数值来进行第一运算，进而得到代表混色强度的一混色分量数值，而本例以代表亮度的亮度分量数值W来进行说明。至于色彩值产生单元211则接收所述颜色分量数值与该亮度分量数值W进行第二运算而分别产生一第一组色彩值CV1与一第二组色彩值CV2，而控制信号产生器21便可从该第一组色彩值CV1或该第二组色彩值CV2中择一来产生该控制信号C，该控制信号C输出至该显示单元2用以分别控制所述显示像素进行显示。

而可完成上述控制信号产生器21的多种实施例如下列所述，为能方便说明，以下实施例皆以控制包含有第一子像素201、第二子像素202、第三子像素203以及第四子像素204的一显示像素为例来进行说明，而且第一子像素201、第二子像素202、第三子像素203以及第四子像素204的面积比例为1:1:1:n，最常见为1:1:1:1，例如是第一子像素、第二子像素以及第三子像素的面积总和与第四子像素的面积比例为3:1。常见的第一子像素201、第二子像素202、第三子像素203以及第四子像素204的组合为红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素以及白色子像素，但实际应用则不在此限，且面积比例可为任意比例。

再请参见图3a，是本案提出关于控制信号产生器21的第一实施例的功能方块示意图，其中伽玛校正查找表(Gamma correction Look-Up-Table)2100用以将接收到的代表三原色的数字色彩值数据(dRi，dGi，dBi)，进一步转换成经伽玛校正后的数字色彩值数据(Ri，Gi，Bi)，然后从经伽玛校正后的数字色彩值数据(Ri，Gi，Bi)中取用一个到三个颜色分量来组成如图2所示的颜色分量数值集合S1。而该亮度萃取单元210利用颜色分量数值集合S1来进行第一运算而得出亮度分量数值W。而第一运算可包含下列步骤：根据该颜色分量数值集合S1来决定出一亮度初始值Wi，而决定的条件可为该亮度初始值Wi的范围需限制在该颜色分量数值集合中S1的最大值与最小值之间，也就是从N个颜色分量数值中最大值与最小值间的范围间选出一数值来作为该亮度初始值Wi，然后再将该亮度初始值Wi乘上1/(1+n)来得到该亮度分量数值W。

至于色彩值产生单元211用以接收所述颜色分量数值Ri、Gi、Bi与该亮度分量数值W来进行第二运算，该第二运算可利用以硬体或韧体完成的乘法器、减法器与加法器来执行如图4所示的步骤流程图：将所述颜色分量数值Ri、Gi、Bi分别乘上一系数，此系数实质上皆相同于n，而后减去该亮度分量数值W而得到一第一组调整色彩值(步骤41)，再将该第一组调整色彩值与该亮度分量数值W组合成该第一组色彩值CV1(步骤42)。另外，从该第一组调整色彩值中选出一最小值与该亮度分量数值W相加而得到一调整后亮度分量数值(步骤43)，以及将该第一组调整色彩值再减去该最小值而得到一第二组调整色彩值(步骤44)，再将该第二组调整色彩值与该调整后亮度分量数值组合成该第二组色彩值CV2(步骤45)，进而分别产生一第一组色彩值CV1与一第二组色彩值CV2，并可从该第一组色彩值CV1或该第二组色彩值CV2中择一来产生该控制信号C(步骤46)，最后将该控制信号C输出至该显示单元2以分别控制所述显示像素进行显示(步骤47)。

而由上述说明可知，本案可以得出至少两组的色彩值，也就是说，控制亮度子像素204的亮度分量数值W可以有多种选取方式，而从多组色彩值中选择亮度分量数值W中较大值的该组色彩值来进行显示时，相对其它组色彩值而言，可以得到较低的功率消耗，因此，若以功率消耗为前提来考量，可选择亮度分量数值中较大值的该组色彩值来进行显示。而上述该系数n可广义地定义为该亮度分量数值W与该颜色分量数值集合平均值的比值，但以常见的红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素以及亮度子像素的面积比例1:1:1:n为例，上述该系数便为n/((1+1+1)/3)=n。于是，可接着利用多工器212来接收该第一组色彩值CV1与该第二组色彩值CV2，用以选择其中一组色彩值，而电性连接于该多工器212与该显示单元2间的转换电路213，用以将该多工器212输出的该第一组色彩值CV1或该第二组色彩值CV2转换成该控制信号C输出至该显示单元2以分别控制所述显示像素进行显示。

但是，使用较大的该亮度分量数值W虽然可以得到较低的功率消耗，但是却有可能让色彩值中的其它分量运算成负数而无法在显示器上显示，因此需要有一个负数侦测机制，同样可以用硬体或韧体的方式来完成。当负数侦测机制发现色彩值中的其它分量为负数时(其判断方式可为该第一组调整色彩值中的最小值小于一预定值”0”)，便将原先减去的值加回而得到适当可实现的一组色彩值。以上述第一组色彩值CV1与第二组色彩值CV2为例，若是第二组色彩值CV2中有任一分量为负数时，便将减去的值(例如上述第一组调整色彩值中所选出的最小值)加回，而于本例中即是刚好还原成第一组色彩值CV1来实现。因此，负数侦测机制所得结果可用来控制多工器212，而且此处的色彩值分量可使用二的补数为数字系统，方便进行正负数的表达。

至于背光电源控制器214，则可根据该多工器212输出的该第一组色彩值CV1或该第二组色彩值CV中多个色彩值分量中的最大值来产生一背光电源控制信号BLC输出至该显示单元2。如此一来，该显示单元2可持续运作在可符合显示需求的最小背光亮度，进而达到省电的功效。

另外，由于显示器的一个完整画面中包含有许多像素，因此将画面中全部像素都纳进来进行最大值的选择，可以在省电的考量下可以得到最佳的对比度。但是也可以透过设定来决定只需纳进某个有效像素比例(例如90%)的像素来进行最大值的选择，而在不影响画面品质(picture quality，PQ)的状况下来减少样本数。

另外，于上述第一运算中根据该颜色分量数值集合S1来决定出亮度初始值Wi的条件可根据需求而有所改变，例如，若是使用亮度分量数值W中的最大值来显示，很可能会在显示单元2上产生点状噪声信号，因此可将决定出亮度初始值Wi的条件定为该颜色分量数值集合S1中最大值与最小值之间的任意值，便可避免在显示单元2上产生点状噪声信号，而亮度初始值Wi的较佳者可选用最小值的平方，可避免产生点状噪声信号。

而本案架构除了可运用于上述四种子像素显示单元2外，也可应用于仅有红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素三种子像素的显示单元，只要将N设为0并将亮度分量数值W的输出予以忽略，如此便可直接转用到仅有三原色子像素的显示单元。另外，如图3b所示，是本案提出关于控制信号产生器21的第二实施例的功能方块示意图，主要是将显示单元3中的背光光源由常见发白光的冷阴极管(CCFL)与白色发光二极管改换成三原色发光二极管来组成时，此例中的背光电源控制器314，则用以根据该多工器212输出的该第一组色彩值CV1或该第二组色彩值CV中RGB三原色分量的个别最大值来产生分别对应RGB背光电源控制信号BLCR、BLCG、BLCB输出至该显示单元3，用以分别控制三原色发光二极管的亮度，进而达到动态对比技术(DynamicContrast Ratio，DCR)的效果。如此一来，假如显示单元3中RGB三原色发光二极管的波长频段与该显示单元3中彩色滤片的频段相符，本实施例则可让RGB三原色发光二极管持续运作在可符合显示需求的最小发光亮度，进而达到省电的功效。

再者，若是将该显示单元3中彩色滤片移除，而将该控制信号C中三原色数据搭配RGB背光电源控制信号中的BLCR、BLCG、BLCB信号改成循序输出，不但可大幅增加出光效率，而且对于降低功率消耗也有助益。

又或者可将RGBW系统改成其它色彩空间系统，例如将蓝色信号独立于混色处理时，便可实现RGBY(黄，YELLOW)系统，而将红色信号独立于混色处理时，则实现RGBC(青，CYAN)系统，而将绿色信号独立于混色处理时，便可实现RGBM(洋红，MAGENTA)系统等时，本案架构也可直接转用而不需大幅修改，因此本案架构具有相当大的应用弹性。

再请参见图3c，是本案提出关于控制信号产生器21的第三实施例的功能方块示意图，其中增设的第一判断器41与第二判断器42，分别用以将颜色分量数值集合S1(Ri，Gi，Bi)中的最大值MAX1及多工器212输出的色彩值CV中色彩值分量的最大值MAX2予以取出，然后利用系数产生器43将两者相除得到系数(MAX1/MAX2)，并将多工器212输出的色彩值CV利用乘法器44乘上系数(MAX1/MAX2)后再输出至转换电路213与背光电源控制器214，如此可将强调对比的演算法一并整合本案架构中，乘上系数(MAX1/MAX2)后的本案架构，仍可求出每一个画面的最大值来进行动态对比技术(Dynamic ContrastRatio，DCR)。而且本案若要切换不同的对比喜好色域，可不需变换公式，只要变换亮度萃取单元210中决定出亮度初始值Wi的条件即可。另外，若是将乘上的系数由(MAX1/MAX2)改回1，就可以切换回原始的色彩喜好模式。再者，图3b与图3c也可整合在一起，进而完成可兼顾对比喜好色域的不同色彩空间系统。

另外，本案也可以显示单元控制方法的形式运作于各式显示系统中，主要系接收颜色分量数值集合后，根据该颜色分量数值集合中的第一颜色分量数值至第N个颜色分量数值来进行第一运算，进而得到代表亮度的亮度分量数值，其中Ｎ小于等于Ｍ，然后接收所述颜色分量数值与该亮度分量数值进行第二运算而分别产生第一组色彩值与第二组色彩值，最后根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，并将该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

如此一来，本案方法与装置皆可由传统三原色影像信号中萃取出亮度(W)或是色度(CMY)的成份，使得RGBW彩色液晶显示装置或是其它类似的平面显示器，例如电浆显示器、有机发光二极管显示器或是设置有各式平面显示器的电子产品等，都能有符合大部份影像显示需求的画质表现，而且有更佳的功率消耗表现，进而达成发展本案的目的。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (19)

1.一种显示系统，其中包含：

一显示单元，其上具有多个显示像素，所述显示像素中的任一显示像素皆具有显示一第一颜色分量至一第M个颜色分量的M个子像素以及一混色子像素，所述M个子像素包括第一、第二、第三和第四子像素；以及

一控制信号产生器，电性连接至该显示单元，用以产生控制该显示单元所需的一控制信号，该控制信号产生器包含：

一混色萃取单元，根据包含有一第一颜色分量数值至一第N个颜色分量数值的一颜色分量数值集合来进行一第一运算，进而得到代表混色强度的一混色分量数值，其中N小于等于M；以及

一色彩值产生单元，接收所述颜色分量数值与该混色分量数值进行一第二运算而分别产生一第一组色彩值与一第二组色彩值，并根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示；

其中，该混色子像素为一亮度子像素，该混色萃取单元为一亮度萃取单元，且该混色分量数值为一亮度分量数值，而所述显示像素中的任一显示像素皆包含有该第一颜色分量至该第M个颜色分量的M个子像素与该亮度子像素，而该亮度萃取单元根据包含有该第一颜色分量数值至该第N个颜色分量数值的该颜色分量数值集合来进行该第一运算，且该亮度分量数值与该颜色分量数值集合平均值的比值为n，其中该比值n是该第四子像素的面积与该第一子像素、该第二子像素以及该第三子像素的面积平均值的比值。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，该亮度萃取单元所进行的该第一运算包含下列步骤：

根据该颜色分量数值集合决定一亮度初始值，该亮度初始值的范围为该颜色分量数值集合中的最大值与最小值之间；以及

将该亮度初始值乘上1/(1+n)来产生该亮度分量数值。

3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，该色彩值产生单元进行的该第二运算包含下列步骤：

将所述颜色分量数值分别乘上一系数后减去该亮度分量数值而得到一第一组调整色彩值；

将该第一组调整色彩值与该亮度分量数值组合成该第一组色彩值；

从该第一组调整色彩值中选出一最小值与该亮度分量数值相加而得到一调整后亮度分量数值；以及

将该第一组调整色彩值再减去该最小值而得到一第二组调整色彩值，再将该第二组调整色彩值与该调整后亮度分量数值组合成该第二组色彩值。

4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，该系数为该亮度分量数值与该颜色分量数值集合平均值的比值。

5.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，该系数为0。

6.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，该系数为1。

7.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，该控制信号产生器更包含：

一多工器，接收该第一组色彩值与该第二组色彩值，当该第一组调整色彩值中选出的该最小值小于一预定值时，选择输出该第二组色彩值，当该第一组调整色彩值中选出的该最小值大于等于该预定值时，选择输出该第一组色彩值；以及

一转换电路，电性连接该多工器与该该显示单元，用以将该多工器输出的该第一组色彩值或该第二组色彩值转换成该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

8.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，该控制信号产生器更包含一背光电源控制器，用以根据该多工器输出的该第一组色彩值或该第二组色彩值中的最大值来产生一背光电源控制信号输出至该显示单元。

9.根据权利要求8所述的显示系统，其特征在于，该背光电源控制器选择出该显示单元中所述显示像素的一有效像素比例，并且根据该有效像素比例的所述显示像素所对应的该第一组色彩值或该第二组色彩值中的该最大值来产生该背光电源控制信号输出至该显示单元。

10.一种显示单元控制方法，该显示单元上具有多个显示像素，所述显示像素中的任一显示像素皆具有显示一第一颜色分量至一第M个颜色分量的M个子像素以及用以显示不同于第一颜色分量至第M个颜色的一混色子像素，而该控制方法包含下列步骤：

接收一颜色分量数值集合；

根据该颜色分量数值集合中的一第一颜色分量数值至一第N个颜色分量数值来进行一第一运算，进而得到代表混色强度的一混色分量数值，其中N小于等于M；

根据所述颜色分量数值与该混色分量数值进行一第二运算而分别产生一第一组色彩值与一第二组色彩值；以及

根据该第一组色彩值或该第二组色彩值而产生该控制信号，并将该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

11.根据权利要求10所述的显示单元控制方法，其特征在于，该混色子像素为一亮度子像素，而该亮度分量数值与该颜色分量数值集合平均值的比值为n，其中该比值n是该第四子像素的面积与该第一子像素、该第二子像素以及该第三子像素的面积平均值的比值。

12.根据权利要求11所述的显示单元控制方法，其特征在于，该第一运算包含下列步骤：

根据该颜色分量数值集合决定出一亮度初始值，该亮度初始值的范围为该颜色分量数值集合中的最大值与最小值之间；以及

将该亮度初始值乘上1/(1+n)来产生该亮度分量数值。

13.根据权利要求11所述的显示单元控制方法，其特征在于，该第二运算包含下列步骤：

将所述颜色分量数值分别乘上一系数后减去该亮度分量数值而得到一第一组调整色彩值；

再将该第一组调整色彩值与该亮度分量数值组合成该第一组色彩值；

从该第一组调整色彩值中选出一最小值与该亮度分量数值相加而得到一调整后亮度分量数值；以及

将该第一组调整色彩值再减去该最小值而得到一第二组调整色彩值，再将该第二组调整色彩值与该调整后亮度分量数值组合成该第二组色彩值。

14.根据权利要求13所述的显示单元控制方法，其特征在于，该系数为该亮度分量数值与该颜色分量数值集合平均值的比值。

15.根据权利要求13所述的显示单元控制方法，其特征在于，该系数为0。

16.根据权利要求13所述的显示单元控制方法，其特征在于，该系数为1。

17.根据权利要求13所述的显示单元控制方法，其特征在于，包含下列步骤：

接收该第一组色彩值与该第二组色彩值，当该第一组调整色彩值中选出的该最小值小于一预定值时，选择将该第二组色彩值转换成该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示；以及

当该第一组调整色彩值中选出的该最小值大于等于该预定值时，选择将该第一组色彩值转换成该控制信号输出至该显示单元以分别控制所述显示像素进行显示。

18.根据权利要求10所述的显示单元控制方法，其特征在于，更包含下列步骤：根据该第一组色彩值或该第二组色彩值中的最大值来产生一背光电源控制信号输出至该显示单元。

19.根据权利要求18所述的显示单元控制方法，其特征在于，更包含下列步骤：选择出该显示单元中所述显示像素的一有效像素比例，并且根据该有效像素比例的所述显示像素所对应的该第一组色彩值或该第二组色彩值中的最大值来产生该背光电源控制信号输出至该显示单元。