CN104123917B - 基于电子墨水显示屏的电脑显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其包括：EPD显示屏，其用于显示视频画面；电源控制电路，其用于向所述EPD显示屏提供驱动电压；时序控制电路，其用于向所述电源控制电路提供用于控制所述驱动电压的产生和撤除的控制信号，并且所述时序控制电路还用于按视频画面刷新模式向所述EPD显示屏提供用于驱动所述EPD显示屏的驱动信号；微控制电路，其用于向所述时序控制电路提供视频画面刷新模式；以及视频图像转换装置，其从电脑接收视频信号，并将所述视频信号转换为适于在所述EPD显示屏上显示的具有不同灰度的画面信号，并将所述具有不同灰度的画面信号提供给所述微控制电路。
Description
技术领域
本发明涉及电脑显示器，尤其涉及基于电子墨水显示屏的电脑显示器。
背景技术
现有技术的电脑显示器(即，台式计算机显示器或笔记本计算机显示器)的显示技术多是基于CRT(阴极射线显像管技术)、LCD(液晶显示技术)、LED(发光二级管技术)。在这些显示器中，无论电子枪射击荧光涂层，还是内置灯管，抑或发光二极管自发光，对长时间凝视电脑显示器的用户来讲，基于上述技术的显示器都容易损伤视网膜。另外，现有技术的电脑显示器的普遍较低的屏幕分辨率也容易导致眼睛聚焦疲劳，从而导致电脑使用者的眼部整体疲劳，严重者甚至病变。
电子墨水技术(Electronic Paper Display，英文简称EPD)是借助环境光显示的新技术。EPD显示技术系将黑、白两色的带电颗粒封装于微胶囊结构中，由外加电场控制不同电荷黑白颗粒的升降移动，以呈现出黑白单色的显示效果，在电场的作用下，黑白两种不同的颗粒不停运动，当白色的颗粒上升到上表面时，所有的环境光照射到上表面被完全反射，这样就形成了白色的状态，也就是纸的状态。当交换电极后，两种颜色的颗粒会交换位置，这样白色的颗粒就可以到下面去了，黑色的颗粒就到上面，光被黑色的颗粒全部吸收，结果就导致黑色，也就形成了黑白显示。另外，在上表面也可以有混合的状态，两种不同的颗粒成比例的混合，这样可以形成黑白及有灰度层次的不同颜色。
由于EPD技术可呈现出高反射率、高对比的黑白显示效果，同时有记忆效果，当把外加电场取消后，即时显示当前所呈现的显示，如同一张打印好的纸所显示的内容。由于具有双稳定性，在电源电场取消之后，仍然在EPD显示屏上将图像保留几个月或者几年。该技术因为可以借助环境光实现反射式显示，类似普通纸张的印刷显示效果。所以，相对自发光的CRT、LED、LCD、OLED等传统显示屏，EPD显示屏不容易使人眼疲劳，长时间凝视不会损害视网膜。此外，EPD显示屏还具有耗电量低、节能省电的优势。目前，EPD技术一直被应用在电子书等手持电子阅读器设备上。
然而，尽管EPD显示屏已广泛应用在电子书、货架标签等小尺寸电子设备上，但是现有技术的EPD显示屏难以以适当速度实时播放连续画面。因此，现有技术的基于EPD的显示屏无法用于电脑显示器，
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电子墨水显示屏(EPD显示屏)的电脑显示器，该基于电子墨水显示屏的电脑显示器能够以适当的速度播放连续画面，每帧画面之间的切换速度大大提高，同时融入不同灰度画面模式的控制与转换，克服了现有技术的基于EPD显示屏的显示器无法用作电脑显示器的缺点。
根据本发明第一方面，提供一种基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于包括：
电子墨水显示屏，其用于显示视频画面；
电源控制电路，其用于向所述电子墨水显示屏提供驱动电压；
时序控制电路，其用于向所述电源控制电路提供用于控制所述驱动电压的产生和撤除的控制信号，并且所述时序控制电路还用于按视频画面刷新模式向所述电子墨水显示屏提供用于驱动所述电子墨水显示屏的驱动信号；
微控制电路，其用于向所述时序控制电路提供视频画面刷新模式；以及
视频图像转换装置，其从电脑接收视频信号，并将所述视频信号转换为适于在所述电子墨水显示屏上显示的具有不同灰度的画面信号，并将所述具有不同灰度的画面信号提供给所述微控制电路。
根据本发明第二方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述视频图像转换装置包括：
提取器，其用于以秒为单位来从所述视频信号中提取出特定帧数的画面信号；
缓存器，其用于缓存所述特定帧数的画面信号；
画面信号灰度处理器，其用于对所述缓存器中缓存的画面信号进行灰度处理，以输出具有不同灰度的画面信号；以及
仲裁器，其根据外部输入信号来确定将哪种灰度的画面信号输出到所述微控制电路。
根据本发明第三方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述提取器每秒从所述视频信号中提取出一帧或多帧的画面信号。
根据本发明第四方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述画面信号灰度处理器输出每一像素点均为黑白2阶灰度的像素点的画面信号和每一像素点均为3阶或3阶以上灰度的像素点的画面信号。
根据本发明第五方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，当所述仲裁器确定将5阶灰度的画面信号输出到所述微控制电路时，所述微控制电路向所述时序控制电路提供以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面信号的视频画面刷新模式，所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面，
其中，当所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面时，所述时序控制电路提供用于驱动所述电子墨水显示屏的驱动信号以使得所述电子墨水显示屏无卡顿感地显示视频画面。
根据本发明第六方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，当所述电子墨水显示屏无卡顿感地显示视频画面时，所述电子墨水显示屏中的黑像素点的灰度不低于全黑像素点的灰度的70％。
根据本发明第七方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，在所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面之前，所述画面信号灰度处理器先将所述缓存器中缓存的画面信号的水平分辨率和垂直分辨率均提高一倍，并且以4个彼此相邻的黑白2阶灰度的像素点来模拟5阶灰度的画面中的一个5阶灰度的像素点。
根据本发明第八方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述仲裁器根据外部输入信号来确定将8阶或8阶以上灰度的画面信号或5阶灰度的画面信号输出到所述微控制电路，使得所述微控制电路提供的视频画面刷新模式在基于8阶或8阶以上灰度的画面信号的全屏幕刷新模式和基于5阶灰度的画面信号的黑白块刷新模式之间切换。
根据本发明第九方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述外部输入信号是通过所述电脑的鼠标输入的信号、通过所述电脑的键盘输入的信号、和通过位于所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器上的按键输入的信号中的一个或多个。
根据本发明第十方面，在所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器中，所述视频图像转换装置通过USB连接线从电脑接收视频信号，并且所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器通过所述USB连接线供电。
本发明的有益效果是：根据本发明的基于电子墨水显示屏的电脑显示器通过将从电脑接收的视频信号转为适于在电子墨水显示屏上显示的画面信号，使得电子墨水显示屏能够适合于用作电脑显示器。根据本发明的基于电子墨水显示屏的电脑显示器通过以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示画面使得电子墨水显示屏能够以适当的速度和灰度显示视频信号。根据本发明的基于电子墨水显示屏的电脑显示器允许根据用户从外部输入的信号来控制电子墨水显示屏在具有不同灰度、分辨率、刷新频率和显示速度的各种视频画面刷新模式之间切换。尤其是，本发明采用全屏幕刷新和黑白两级块刷两种模式的配合，实现屏幕的精细显示和快速响应两种模式。在精细显示模式下，采用全屏幕刷新模式。在快速响应模式下，采用黑白两级模式，同时，利用多个黑白像素点进行灰度模拟，可以在保证速度的同时，最大程度的还原图片的显示质量。根据本发明的基于电子墨水显示屏的电脑显示器方便电脑操作者，满足他们在长时间使用显示器时降低眼部疲劳的需求，特别有利于阅读较密集的图像和文字信息。根据本发明的基于电子墨水显示屏的电脑显示器还非常省电，有节能效果。
附图说明
图1是根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器的示意性框图。
图2是根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器中的视频图像转换装置的示意性框图。
图3是电子墨水显示屏在进行黑白块刷新时其显示状态相对于刷新时间的曲线图。
图4是电子墨水显示屏显示不同灰度百分比的“测试文字”时的灰度显示效果的一个示例。
图5是采用全屏刷新方式在电子墨水显示屏上以16阶灰度显示画面的一个示例。
图6是采用黑白块刷新方式在电子墨水显示屏上显示图5所示的16阶灰度显示画面的一个示例。
图7是在根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器中、通过采用4个相邻的2阶灰度的黑白像素点来模拟1个5阶灰度的像素点并且采用块刷新方式在电子墨水显示屏上显示图5所示的16阶灰度显示画面的一个示例。
图8是示出在根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器中采用4个相邻的2阶灰度的黑白像素点来模拟1个5阶灰度的像素点的方式的示意图。
图9是示出根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器在黑白块刷新模式和全屏幕刷新模式之间切换的示意图。
图10是根据本发明具体实施方式的基于电子墨水显示屏的电脑显示器中的画面信号灰度处理器和仲裁器的操作流程的一个示例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器的示意性框图。
如图1所示，基于EPD显示屏的电脑显示器10与电脑(主机)(以下简称电脑)20相连接。当电脑20是台式计算机时，基于EPD显示屏的电脑显示器10优选地通过USB连接线与电脑(主机)20连接。USB连接线不仅在电脑显示器10和USB连接线与电脑20之间传递数据，还能够从电脑20向电脑显示器10供电。在本发明中，由于EPD显示屏的耗电量很低，当采用USB连接线时，基于EPD显示屏的电脑显示器10无需外接电源线即可正常工作。可选地，还可以在电脑20处安装包含监视器和USB驱动程序的软件。该软件从台式机的显卡处采集显示信号，并且通过驱动程序让电脑20将USB设备(显示器10)识别为显示器，以确保能够实现完整的显示器功能，主要包括屏幕的复制和扩展功能。
另外，基于EPD显示屏的电脑显示器10还可以通过其他有线或无线连接方式与电脑20连接，例如，VGA接口、HDMI接口、RJ45接口、WLAN、蓝牙等。需要注意的是，当有线或无线连接方式不能在进行数据传送时为电脑显示器10供电的情况下，电脑显示器10需要通过外接电源供电。
图1所示的基于EPD显示屏的电脑显示器10包括：电子墨水(EPD)显示屏101，其用于显示视频画面；电源控制电路103，其用于向EPD显示屏提供驱动电压；时序控制电路102，其用于向电源控制电103路提供用于控制驱动电压的产生和撤除的控制信号，并且时序控制电路102还用于按视频画面刷新模式向EPD显示屏提供用于驱动EPD显示屏的驱动信号；微控制电路104，其用于向时序控制电路102提供视频画面刷新模式；以及视频图像转换装置105，其从电脑20接收视频信号，并将视频信号转换为适于在EPD显示屏101上显示的具有不同灰度的画面信号，并将具有不同灰度的画面信号提供给微控制电路104。
现有技术的EPD显示屏的一般驱动流程为：首先，向EPD显示屏的电源部分(例如，图1所示)施加驱动电压；其次，向EPD显示屏的选通/源(Gate/Source)驱动器(例如，图1所示)提供选通/源驱动信号，此时，电子墨水进行迁移，即，实现了图像显示；最后，撤除提供给EPD显示屏的电源部分的驱动电压。虽然本发明中的基于EPD显示屏的电脑显示器10也采用该一般驱动流程，但是需要注意的是，本发明关注地是如何将电脑的视频信号转换为适于在EPD显示屏上显示的画面并进行显示。为了克服现有技术的基于EPD显示屏的显示器无法用作电脑显示器的缺点，根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器10通过视频图像转换装置105来将电脑20提供的视频信号转换为适于在EPD显示屏101上显示的画面信号。而且，微控制电路104根据视频图像转换装置105提供的画面信号来确定采用哪种视频画面刷新模式，并进一步对时序控制电路102进行控制。
在EPD显示屏中，选通/源驱动信号主要由时序控制电路根据微控制电路发出的指令完成。驱动电压的产生和撤除的功能主要由微控制电路或者时序控制电路控制电源控制电路完成。时序控制电路主要是根据微控制电路发出的指令，产生EPD的驱动信号以及电源控制的指令。与LCD类似，EPD显示屏也需要通过专门的电路来管理图形和文本的显示。时序控制电路的主要功能是提供接口分别连接微控制电路和EPD显示屏，提供显存管理、功耗管理、刷新模式控制，并根据微控制电路发出的指令，产生EPD显示屏的驱动信号等，减轻微控制电路的负载。通常的时序控制电路可以采用EPSON的EPD控制芯片来搭建，如S1D13521。另外，freescale的MX.508系列SoC已经将时序控制电路集成在其中。EPD显示屏在接受驱动信号之前，需要施加多个电压信号，且多个电压信号之间拥有严格的时序关系。这一系列电压信号的产生与撤除由电源控制电路实现。电源控制电路的实现方式多种多样：本发明中可以采用EPD显示屏专用的PMIC，如max17135。通过修改阻容电路的参数，可以改变其输出的电压值。通过I2C接口编程，可以修改各个电压产生的时序关系。产生和撤除电压的控制信号可以由时序控制电路提供。
EPD显示屏具有独特的显示刷新机制，不同于CRT和TFT等显示屏的动态主动刷新方式，EPD显示屏只有当数据更新时才会刷新，相对而言是一种静态被动刷新。现有技术的EPD显示屏的刷新模式如以下表1所示。
表1
EPD显示屏在初始化刷新时无残影，但是屏幕高度闪烁，且刷新时间为2000毫秒(ms)。EPD显示屏在以黑白块刷新(简称为“黑白两级块刷”)方式刷新时残影度较低，屏幕无闪烁，刷新时间为260ms。EPD显示屏在以灰度块刷新(简称为“多级灰度块刷”)方式刷新时残影度中等，屏幕低度闪烁，刷新时间为800ms。EPD显示屏在以全屏幕刷新(简称为“全刷”)方式刷新时残影度较低，屏幕高度闪烁，刷新时间为500ms。具体而言，EPD显示屏的部分矩形区域的块刷新可分为多级灰度块刷和黑白两级块刷，其中黑白两级块刷具有更高的响应速度。即，在以上4种刷新模式中，使用黑白块刷模式，可以获得最高的刷新频率，260ms每帧。
图3是EPD显示屏在进行黑白块刷新时其显示状态相对于刷新时间的曲线图。
如图3所示，在EPD显示屏进行黑白块刷新时，EPD显示屏中的微胶囊结构从全白状态变成全黑状态需要260ms。即，在EPD显示屏进行黑白块刷新时，从微胶囊结构中的仅全部白色带电颗粒位于表面到仅全部黑色颗粒位于表面所需的时间为260ms。此时，EPD显示屏的颜色改变相对于刷新时间的波形完成，即达到100％的全黑状态。
但是，在发明人对EPD显示屏进行研究时发现，在EPD显示屏进行黑白块刷新时，EPD显示屏的微胶囊结构从全白状态变成75％的全黑状态仅需要50ms。在50ms每帧的刷新速度下，每秒显示20帧。进一步地，在EPD显示屏进行黑白块刷新时，EPD显示屏的微胶囊结构从全白状态变成70％的全黑状态仅需要40ms。在40ms每帧的刷新速度下，每秒显示25帧。经发明人进行详细测试后发现，即使微胶囊结构仅达到70％的全黑状态，EPD显示屏的显示效果也足以满足人眼的感知需求。即，在观看进行黑白块刷新的EPD显示屏的画面时，人们并不会感受到微胶囊结构的70％的全黑状态和微胶囊结构的100％的全黑状态之间的差别。而且，每秒10帧至25帧的显示速度已经足以使人眼感受到足够的画面流畅度。
另外，随着当前EPD显示屏的进一步发展，EPD显示屏的黑白块刷新速度进一步提高。在保证足够灰度的情况下，画面显示速度可以达到30帧每秒或更快。
图4是EPD显示屏显示不同灰度百分比的“测试文字”时的灰度显示效果的一个示例。
从图4可见，以70％的全黑状态时的灰度在EPD显示屏上显示的“测试文字”足以满足人眼的感知需求。
另外，从图3可知，在观看进行黑白块刷新的EPD显示屏的画面时，50ms的刷新时间已经足以使人眼完成感知。以下的表2示出了在对EPD显示屏进行黑白块刷新时发明人测得的EPD显示屏的不同刷新时间对应的灰度、每秒所显示的帧数和画面的流畅度。
表2
从表2中可见，在EPD显示屏进行黑白块刷新时，从40ms的刷新时间到70ms的刷新时间，画面都是流畅的。在刷新时间为40ms时，每秒的显示帧数达到25帧，灰度为全黑的70％。在刷新时间为70ms时，每秒的显示帧数为14帧，灰度为全黑的84％。但是，在刷新时间为83ms到100ms时，每秒的显示帧数为10至12帧，灰度为全黑的88％至90％，画面无卡顿感。在刷新时间为150ms时，每秒的显示帧数为6至7帧，灰度为全黑的97％，画面有卡顿感。而且，在刷新时间为200ms到260ms时，每秒的显示帧数为4至5帧，灰度为全黑的99％至100％，画面不流畅。因此，如果需要播放视频(例如，电影)，最好还是采用70ms或更短的刷新时间。但是，如果是使用某些软件，例如，进行文字编辑或播放电子幻灯片，那么100ms以上的刷新时间所带来的较低的流畅度是不会影响用户使用的。优选地，本发明中可以采用100ms每帧的刷新速度。另外，表2中的数值仅仅是示例，根据图4和表2中所展示的内容，本领域技术人员可以对EPD显示屏进行黑白块刷新时间、像素点的灰度、画面的速度和流畅度进行综合考虑，设定所需的的值。
当本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器10进行显示时，为了满足不同应用场景的需要，能够通过视频图像转换装置105将从电脑20输出的视频信号转换为为适于在EPD显示屏上显示的具有不同灰度的画面信号。例如，当需要在基于EPD显示屏的电脑显示器10播放电影时，需要以黑白块刷新的方式来刷新显示屏，并且刷新时间优选地为50ms，这样就能够达到20帧每秒的显示速度，画面流畅。例如，此时的画面为可以为5阶灰度。当需要在基于EPD显示屏的电脑显示器10上进行文字编辑时，由于对画面流畅度没有要求，因此，无论以260ms的刷新时间进行黑白块刷新的方式还是以500ms的刷新时间进行全屏幕刷新都是可行的。例如，当进行全屏幕刷新时，画面的灰度可以为8阶或8阶以上灰度，例如，16阶灰度、32阶灰度、64阶灰度等。尤其是，即使是在以50ms的刷新时间进行黑白块刷新(例如，5阶灰度)的方式播放电影时，如果观众想定格画面，看清楚更多细节，他/她也可以将刷新方式切换为以500ms的刷新时间进行全屏幕刷新(例如，16阶灰度)的方式。因此，本发明提供了具有如下的视频图像转换装置的基于EPD显示屏的电脑显示器。
图2是根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器中的视频图像转换装置的示意性框图。
如图2所示，视频图像转换装置105包括：提取器1051，其用于以秒为单位来从视频信号中提取出特定帧数的画面信号；缓存器1052，其用于缓存所述特定帧数的画面信号；画面信号灰度处理器1053，其用于对缓存器1052中缓存的画面信号进行灰度处理，以输出具有不同灰度的画面信号；以及仲裁器1054，其根据外部输入信号来确定将哪种灰度的画面信号输出到微控制电路104。
优选地，提取器1051每秒可以从视频信号中提取出一帧或多帧的画面信号。例如，如表2所示，提取器1051每秒可以从视频信号中提取出4帧、5帧、6帧、7帧、10帧、12帧、14帧、16帧、17帧、20帧和25帧。本领域技术人员可以理解，提取器1051每秒可以从视频信号中提取出更少的帧，例如，1帧，还可以从视频信号中提取出更多帧，例如，24帧。当然，每秒提取24帧也并非上限，根据EPD技术的发展，每秒中可以提取出更多帧(例如，30帧)而不会导致画面的灰度下降的过多。
需要注意的是，本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器10对于从所述视频信号中提取出的一帧或多帧的画面信号，采取的刷新方式可以不同。例如，针对20帧每秒的画面信号，可以采取50ms的刷新时间的黑白块刷新，而对于1帧每秒的画面信号，可以采取500ms的刷新时间的全屏刷新。另外，的基于EPD显示屏的电脑显示器10在具有不同刷新频率时，所显示的画面的灰度也可以是不同的。例如，低速画面的灰度阶数更高，而高速画面的灰度阶数更低。即，可以根据所需的灰度来确定黑白块刷新的速度，也可以根据所需要的黑白块刷新的速度来确定画面的灰度。
在本发明的一个示例性实施方式中，画面信号灰度处理器1053输出每一像素点均为黑白2阶灰度的像素点的画面信号和每一像素点均为3阶或3阶以上灰度的像素点的画面信号。例如，画面信号灰度处理器1053输出8阶或8阶以上灰度(例如，16阶灰度)的画面信号和5阶灰度的画面信号，其中，当仲裁器1054确定将5阶灰度的画面信号输出到微控制电路104时，微控制电路104向时序控制电路102提供以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面信号的视频画面刷新模式，EPD显示屏101按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面。
在EPD显示屏101按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面之前，画面信号灰度处理器1053先将缓存器1052中缓存的画面信号的水平分辨率和垂直分辨率均提高一倍，并且以4个彼此相邻的黑白2阶灰度的像素点来模拟5阶灰度的画面中的一个5阶灰度的像素点。
图8是示出在根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器中采用4个相邻的2阶灰度的黑白像素点来模拟1个5阶灰度的像素点的方式的示意图。
如图8所示，当用4个彼此相邻的黑白2阶灰度的像素点来模拟5阶灰度的画面中的一个5阶灰度的像素点时，当4个彼此相邻的2阶灰度像素点均为白色像素点时，此4个像素点模拟了1个灰度值为0的(5阶灰度)像素点(白色)。当4个彼此相邻的2阶灰度像素点中有1个黑色像素点时，此4个像素点模拟了1个灰度值为1的(5阶灰度)像素点。当4个彼此相邻的2阶灰度像素点中有2个黑色像素点时，此4个像素点模拟了1个灰度值为2的(5阶灰度)像素点。当4个彼此相邻的2阶灰度像素点中有3个黑色像素点时，此4个像素点模拟了1个灰度值为3的(5阶灰度)像素点。当4个彼此相邻的2阶灰度像素点中全部为黑色像素点时，此4个像素点模拟了1个灰度值为4的(5阶灰度)像素点(黑色)。
以下参照图5至图7描述在EPD显示屏上采用不同的刷新方式以不同灰度显示画面的示例。
图5是采用全屏刷新方式在EPD显示屏上以16阶灰度显示画面的一个示例。
图6是采用黑白块刷新方式在EPD显示屏上显示图5所示的16阶灰度显示画面的一个示例。
图7是在根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器中，通过采用4个相邻的2阶灰度的黑白像素点来模拟1个5阶灰度的像素点并且采用块刷新方式在EPD显示屏上显示图5所示的16阶灰度显示画面的一个示例。
图5所示的画面分辨率很高，16阶灰度的画面效果很好。图6所示画面显得分辨率一般，2阶灰度的画面效果不佳。图7所示的画面分辨率很高，5阶灰度的画面效果很好。由此可见，虽然图7中的5阶灰度的画面是用2阶灰度的像素点模拟的，但是其显示效果很好，足以满足观众的需求。而且，由于此5阶灰度的画面实际是以2阶灰度像素点模拟的，在EPD显示屏进行黑白块刷时，刷新频率可以保持得很快，例如50ms一次或40ms一次。
因此，在根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器10中，当EPD显示屏101按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面时，时序控制电路102提供用于驱动EPD显示屏101的驱动信号以使得EPD显示屏101的刷新频率为每50ms或40ms刷新一次。而且，当EPD显示屏10的刷新频率为每50ms刷新一次时，EPD显示屏10中的黑像素点的灰度为全黑像素点的灰度的75％。当EPD显示屏10的刷新频率为每40ms刷新一次时，EPD显示屏10中的黑像素点的灰度为全黑像素点的灰度的70％。
即，当EPD显示屏101按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面时，时序控制电路102提供用于驱动EPD显示屏101的驱动信号以使得EPD显示屏101无卡顿感地显示视频画面。而且，当EPD显示屏无卡顿感地显示视频画面时，EPD显示屏中的黑像素点的灰度不低于全黑像素点的灰度的70％。
例如，如图2所示，在根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器10中的视频图像转换装置105中，仲裁器1054根据外部输入信号来确定将8阶或8阶以上灰度的画面信号或5阶灰度的画面信号输出到微控制电路104，使得微控制电路104提供的视频画面刷新模式在基于8阶或8阶以上灰度的画面信号的全屏幕刷新模式和基于5阶灰度的画面信号的黑白块刷新模式之间切换。
图9是示出根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器在黑白块刷新模式和全屏幕刷新模式之间切换的示意图。
如图9所示，当电脑显示器的EPD显示屏处于全屏幕刷新模式中时，当仲裁器1054接收到第一外部输入信号时，刷新模式切换到黑白块刷新模式。当电脑显示器的EPD显示屏处于黑白块刷新模式中时，当仲裁器1054接收到第二外部输入信号时，刷新模式切换到全屏幕刷新模式。优选地，所述外部输入信号是通过电脑20的鼠标输入的信号、通过电脑20的键盘输入的信号、和通过位于基于EPD显示屏的电脑显示器10上的按键输入的信号中的一个或多个。第一外部输入信号和第二外部输入信号可以是相同的信号，也可以是不同的信号。还优选的是，在黑白块刷新模式中，屏幕的画面显示速度是10帧/秒至25帧/秒，更优选的是，14帧/秒至25帧/秒。
图10是根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器中的画面信号灰度处理器和仲裁器的操作流程的一个示例。
如图10所示，在步骤S1001中，画面信号灰度处理器1053对缓存器1052中缓存的画面信号进行灰度处理。在步骤S1002中，画面信号灰度处理器1053在进行灰度处理后得到了8阶或8阶以上灰度的画面信号。在步骤S1003中，画面信号灰度处理器1053在进行灰度处理后得到了5阶灰度的画面信号。在步骤S1004中，画面信号灰度处理器1053以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面。在步骤S1005中，仲裁器1054根据外部输入信号来确定将哪种灰度的画面信号输出到微控制电路104。
而且，根据本发明具体实施方式的基于EPD显示屏的电脑显示器10优选地将黑白块刷新模式作为默认刷新模式，当仲裁器1054接收到第二外部输入信号时，切换到全屏幕刷新模式。还优选的是，全屏幕刷新模式下的屏幕的画面显示速度可以是1帧/秒。因此，例如，当需要在基于EPD显示屏的电脑显示器10播放电影时，需要以黑白块刷新的方式来刷新显示屏，并且刷新频率优选地为50ms一次或40ms一次，这样就能够达到20帧每秒或25帧每秒的显示速度，画面流畅。而且，此时的画面可以为5阶灰度。另外，当需要在基于EPD显示屏的电脑显示器10上进行文字编辑时，由于对画面流畅度没有要求，因此，无论以260ms的刷新时间进行黑白块刷新的方式还是以500ms的刷新时间进行全屏幕刷新都是可行的。例如，当进行全屏幕刷新时，画面的灰度可以根据外部输入信号而被设定为8阶或8阶以上灰度的画面信号。尤其是，即使是在以50ms或40ms的刷新时间进行黑白块刷新(例如，5阶灰度)的方式播放电影时，如果观众想定格画面，看清楚更多细节，他/她也可以将刷新方式切换为以500ms的刷新时间进行全屏幕刷新(例如，16阶灰度)的方式。
本发明的有益效果是：根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器通过将从电脑接收的视频信号转为适于在EPD显示屏上显示的画面信号，使得EPD显示屏能够适合于用作电脑显示器。根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器通过以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示画面使得EPD显示屏能够以适当的速度和灰度显示视频信号。根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器允许根据用户从外部输入的信号来控制EPD显示屏在具有不同灰度、分辨率、刷新频率和显示速度的各种视频画面刷新模式之间切换。尤其是，本发明采用全屏幕刷新和黑白两级块刷两种模式的配合，实现屏幕的精细显示和快速响应两种模式。在精细显示模式下，采用全屏幕刷新模式。在快速响应模式下，采用黑白两级模式，同时，利用多个黑白像素点进行灰度模拟，可以在保证速度的同时，最大程度的还原图片的显示质量。根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器方便电脑操作者，满足他们在长时间使用显示器时降低眼部疲劳的需求，特别有利于阅读较密集的图像和文字信息。根据本发明的基于EPD显示屏的电脑显示器还非常省电，有节能效果。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施方式列出的各种说明性逻辑块，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性，上述的各种说明性部件，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施方式保护的范围。
本发明实施方式中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
本发明实施方式中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于包括：
电子墨水显示屏，其用于显示视频画面；
电源控制电路，其用于向所述电子墨水显示屏提供驱动电压；
时序控制电路，其用于向所述电源控制电路提供用于控制所述驱动电压的产生和撤除的控制信号，并且所述时序控制电路还用于按视频画面刷新模式向所述电子墨水显示屏提供用于驱动所述电子墨水显示屏的驱动信号；
微控制电路，其用于向所述时序控制电路提供视频画面刷新模式；以及
视频图像转换装置，其从电脑接收视频信号，并将所述视频信号转换为适于在所述电子墨水显示屏上显示的具有不同灰度的画面信号，并将所述具有不同灰度的画面信号提供给所述微控制电路；
所述视频图像转换装置包括：
提取器，其用于以秒为单位来从所述视频信号中提取出特定帧数的画面信号；
缓存器，其用于缓存所述特定帧数的画面信号；
画面信号灰度处理器，其用于对所述缓存器中缓存的画面信号进行灰度处理，以输出具有不同灰度的画面信号；以及
仲裁器，其根据外部输入信号来确定将哪种灰度的画面信号输出到所述微控制电路。
2.根据权利要求1所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，所述提取器每秒从所述视频信号中提取出一帧或多帧的画面信号。
3.根据权利要求1所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，所述画面信号灰度处理器输出每一像素点均为黑白2阶灰度的像素点的画面信号和每一像素点均为3阶或3阶以上灰度的像素点的画面信号。
4.根据权利要求3所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，当所述仲裁器确定将5阶灰度的画面信号输出到所述微控制电路时，所述微控制电路向所述时序控制电路提供以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面信号的视频画面刷新模式，所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面，
其中，当所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面时，所述时序控制电路提供用于驱动所述电子墨水显示屏的驱动信号以使得所述电子墨水显示屏无卡顿感地显示视频画面。
5.根据权利要求4所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，当所述电子墨水显示屏无卡顿感地显示视频画面时，所述电子墨水显示屏中的黑像素点的灰度不低于全黑像素点的灰度的70％。
6.根据权利要求4所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，在所述电子墨水显示屏按以黑白2阶灰度的像素点模拟5阶灰度的画面的方式来显示视频画面之前，所述画面信号灰度处理器先将所述缓存器中缓存的画面信号的水平分辨率和垂直分辨率均提高一倍，并且以4个彼此相邻的黑白2阶灰度的像素点来模拟5阶灰度的画面中的一个5阶灰度的像素点。
7.根据权利要求4所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，所述仲裁器根据外部输入信号来确定将8阶或8阶以上灰度的画面信号或5阶灰度的画面信号输出到所述微控制电路，使得所述微控制电路提供的视频画面刷新模式在基于8阶或8阶以上灰度的画面信号的全屏幕刷新模式和基于5阶灰度的画面信号的黑白块刷新模式之间切换。
8.根据权利要求1所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，所述外部输入信号是通过所述电脑的鼠标输入的信号、通过所述电脑的键盘输入的信号、和通过位于所述基于电子墨水显示屏的电脑显示器上的按键输入的信号中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器，其特征在于，所述视频图像转换装置通过USB连接线从电脑接收视频信号，并且所述的基于电子墨水显示屏的电脑显示器通过所述USB连接线供电。
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