CN104143322B - 显示装置和显示装置控制方法 - Google Patents

Abstract

显示装置和显示装置控制方法。显示装置包括液晶显示(LCD)板和耦接到LCD板的背光。LCD装置能在多个模式中操作。根据灰度范围调整图像数据的灰度值，每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值。然后通过应用比例因子来缩放第一转换图像数据，接着进行背光亮度的调整。还调整LCD装置的帧速率以实施操作模式。

Description

显示装置和显示装置控制方法

技术领域

本发明涉及显示装置和显示装置控制方法，更具体而言，涉及用于以可变帧速率模仿物理纸张的图像特性的显示装置和控制方法。

背景技术

随着近来对信息显示的兴趣和对可携带电子设备的需求的增加，已经广泛地进行轻型和薄形平板显示装置的研究和商业化。特别地，平板显示装置中的液晶显示(LCD)装置具有独特的图像特性，诸如亮度值、色温和对比度。随着极大提高的图像特性，显示器正变成用于呈现多种媒体内容的主要工具。特别地，电子书或最初在打印纸上呈现的其他基于文本的内容现在正越来越多地呈现在显示器上。然而，大量的用户仍然更熟悉在物理纸张上看书或基于文本的内容，而不是在显示屏上读它。

已经试图在使用显示装置时向用户提供愉悦的浏览体验，达到扩展的时间。在这方面，在显示器中提供多种屏幕模式，例如电影模式和游戏模式。在应用屏幕模式中，图像数据的各种参数可被调整，以使输出图像具有适于显示器上呈现的内容类型的图像特征。然而，即使使用显示装置中的多种屏幕模式，也难于提供与浏览或阅读打印在物理纸张上的内容类似的浏览体验。因此，仍需要用于模仿物理纸张的特性的屏幕模式或显示装置控制方法。

发明内容

被配置为用于模仿打印内容的特性的屏幕模式(在下文中被称为纸张模式)的图像特性不同于常规屏幕模式的图像特性。本公开的实施方式的发明者认识到：不像其他屏幕模式，在调整与图像数据相关的参数中必须考虑物理纸张的各种特性。此外，打印内容的静态和连续展现也需要在帧速率驱动的显示装置上被模仿以完全理解所进行的调整，以提供类似于浏览打印的图像内容的浏览体验的浏览体验。

因此，提供了一种控制显示装置的方法，用于模仿在物理纸张上打印的图像内容。当满足某种预定条件时，显示装置在模仿打印内容的模式中操作。预定条件可包括：从系统接收屏幕模式选择信号。预定条件也可包括：针对多个帧接收相同的图像数据。换言之，比较结果可启动或停止在该模式中的显示装置，该模式用于模仿在物理纸张上打印的图像内容。当操作在这种模式中的显示装置时，识别多个灰度(gradation)范围。多个灰度范围可包括用于红色子像素的灰度范围、用于绿色子像素的灰度范围以及用于蓝色子像素的灰度范围。每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值。帧的图像数据包括与每个子像素相关的灰度值。参考对应灰度范围的上限灰度值和下限灰度值来调整这些灰度值，用以产生第一转换图像数据。然后，由比例因子来调整第一转换图像数据。此外，由相同比例因子的反比例来调整背光亮度。显示装置的帧速率被调整以增强操作模式的效果。

在一个实施方式中，通过如下公式获取包括在第一转换图像数据中的灰度值，

$R_{\mathrm{output}}=R_{\min }+\frac{R_{\max }-R_{\min }}{2^n-1}\×R_{\mathrm{input}}$ 公式(1)

$G_{\mathrm{output}}=G_{\min }+\frac{G_{\max }-G_{\min }}{2^n-1}\×G_{\mathrm{input}}$ 公式(2)

$B_{\mathrm{output}}=B_{\min }+\frac{B_{\max }-B_{\min }}{2^n-1}\×B_{\mathrm{input}}$ 公式(3)

其中，R_input、G_input和B_input表示与红色子像素之一、绿色子像素之一和蓝色子像素之一相关的图像数据的最初灰度值；R_output、G_output和B_output表示第一转换图像数据中的灰度值；R_max、G_max和B_max表示各个灰度范围的上限；并且以及R_min、G_min和B_min表示各个灰度范围的下限。

另一方面，提供了一种显示装置，其能模仿在物理纸张上打印的图像内容。该显示装置包括液晶显示(LCD)板、耦接到LCD板的背光以及控制LCD板和背光的操作的控制器。该控制器被配置为识别多个灰度范围。多个灰度范围可包括针对红色子像素的灰度范围、针对绿色子像素的灰度范围以及针对蓝色子像素的灰度范围。每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值。帧的图像数据包括与每个子像素相关的灰度值。控制器进一步被配置为通过调整与每个子像素相关的图像数据中的灰度值而生成第一转换图像数据。参考对应的灰度范围的上限灰度值和下限灰度值来调整图像数据中的灰度值，使得经调整的灰度值被包括在第一转换图像数据中。控制器还被配置为计算比例因子并由比例因子调整第一转换图像数据中的灰度值。控制器还通过同一比例因子的反比例来调整背光的亮度。此外，控制器被配置为调整显示装置的帧速率以增强操作模式的效果。

另一方面，提供了一种用于在显示装置上模仿打印的图像内容的控制器。控制器被配置为识别多个灰度范围。多个灰度范围可包括用于红色子像素的灰度范围、用于绿色子像素的灰度范围以及用于蓝色子像素的灰度范围。每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值。帧的图像数据包括与每个子像素相关的灰度值。控制器进一步被配置为通过调整与每个子像素相关的图像数据中的灰度值而生成第一转换图像数据。参照对应灰度范围的上限灰度值和下限灰度值调整图像数据中的灰度值，使得经调整的灰度值被包括在第一转换图像数据中。控制器还被配置为计算比例因子并由比例因子调整第一转换图像数据中的灰度值。控制器还通过同一比例因子的反比例来调整背光的亮度。此外，控制器被配置为调整显示装置的帧速率以增强操作模式的效果。

附图说明

通过参考附图详细描述其实施方式，本发明的以上和其它目的、特点和优势对于本领域技术而言将是显而易见的，其中：

图1是示出根据本公开的一个实施方式的LCD装置的概念图。

图2是示出根据本公开的一个实施方式的控制器的概念图。

图3是示出根据本公开的一个实施方式驱动LCD装置的时序图。

图4是示出在TFT关断间隔期间薄膜晶体管(TFT)的压降的时序图。

图5是示出根据本公开的另一实施方式的驱动LCD装置的时序图。

图6是以各种POL转换频率示出针对LCD装置的闪烁和功耗的识别等级的表格。

图7是示出可应用根据本公开的一个示例性实施方式的显示装置的多个设备的示意图。

图8是示出根据本公开的一个实施方式的LCD装置的显示方法的流程图。

具体实施方式

下文将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式。虽然结合其示例性实施方式示出并描述了本公开，但对本领域技术人员明显的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下可作出各种修改。

在本说明书中，相同的标号贯穿附图的描述表示相同的元件。虽然措辞第一、第二等可用于描述各种元件，但应该理解这些元件不受这些措辞的限制。这些措辞仅用于区别一个元件和另一个元件。例如，在不背离示例性实施方式的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件。

在本说明书中，本公开的各种实施方式的特征和其中的组件可部分地或全部地互相组合。组件的操作和这些组件的链接可以以本领域技术人员完全理解的技术形式进行。

在本说明书中，包括一个或多个用于执行特定逻辑功能的可实施指令的一部分模块、片段或公式可以被示出在每个块或操作中。这些块或操作可被互相独立地执行或互相关联地执行。此外应该理解，可不按顺序展示每个块或操作中描述的功能。例如，可实质上同时执行序列中所示的两个块或操作。

图1是示出根据本公开的一个实施方式的示例性LCD装置的原理图。LCD装置100包括LCD板130、电源124、背光126、背光控制器125、数据驱动器122、扫描驱动器123和控制器121。

LCD板130包括多个扫描线(SL1至SLn)、多个数据线(DL1至DLm)以及多个子像素。为了便于描述，图1中示出单个子像素。扫描线在一个方向扩展，并且数据线扩展以便与扫描线交叉。在某些情况下，扫描线和数据线可彼此平行地扩展。每个子像素包括液晶单元(Clc)、电容(Cst)以及一个或多个薄膜晶体管(TFT)，其中至少一个TFT连接扫描线和数据线。更具体而言，TFT的源极和漏极之一电连接到数据线DL1，而栅极电连接到扫描线SL1。

LCD板100所需的光从背光126发出，可用荧光灯或发光二极管实现所述背光126。背光126的亮度由从背光控制器125发送的电压控制，基于从控制器121发出的背光控制信号来确定所述电压。背光控制信号可以是脉宽调制(PWM)占空比信号，并且背光控制器125可产生电平移位了的PWM占空比信号，电平移位了的PWM占空比信号可以调整背光126的亮度。

电源124提供各种电压，用于操作LCD显示装置。例如，电源124可向LCD板130供应公共电极电压(Vcom)。电源124也可向背光控制器125提供背光驱动电压(Vbl)。此外，可从电源124提供针对数据驱动器122的伽马电压(GMA)。Vcom用于维持LCD板130的公共电极的电位电压。Vbl用于向背光126提供功率。GMA用于将数字信号(第二经转换的图像数据)转换为模拟信号。GMA的极性由极性(POL)转换信号确定。伽马电压的电平确定LCD板130的透光率。虽然未在图1中示出，但是电源124可进一步包括用于提供所需电压的DC/DC转换器。电源124可形成为单独的IC。

基于来自控制器121的多种信号，数据驱动器122对图像数据进行采样，逐行地锁存每个水平周期所采样的图像数据，并向数据线提供所锁存的图像数据。如下文将更详细描述的，数据驱动器122可被配置为通过使用GMA而将第二经转换的图像数据转换为模拟电压信号。

基于来自控制器121的多种信号，扫描驱动器123向扫描线顺序地供应扫描电压，使得来自数据驱动器122的输出信号被提供到TFT的每个子像素。扫描驱动器123包括：移位寄存器，用于顺序生成扫描脉冲；以及电平转换器，用于将扫描脉冲的电压转换到用于切换对应的TFT的电压电平。

控制器121(有时被称为处理器、定时控制器或图像处理单元)可接收多种信号格式的图像数据，诸如低压差分信号(LVDS)、移动行业处理器接口(MIPI)、RGB等。此外，控制器121可被配置为接收多个控制信号，诸如来自系统(未示出)的水平同步信号(Hsync)、垂直同步信号(Vsync)、数据使能信号(DE)、时钟信号(CLK)和屏幕模式选择信号(SCsel)。下文中为了便于描述，假设SCsel可以激活纸张模式。

根据上述信号，控制器121生成针对数据驱动器122的各种数据驱动器控制信号(DDC)，并生成针对源驱动器123的扫描驱动器控制信号(SDC)。DDC和SDC是指用于分别控制数据驱动器122和扫描驱动器123的多个控制信号的一般术语。DDC可包括图像数据信号、源输出使能(SOE)和POL反转信号。SOE用于控制来自数据驱动器122的锁存的图像数据信号的输出时序。当纸张模式被激活时，SOE可被调制用于控制LCD板130的帧速率。POL反转信号用于控制GMA的极性。SDC可包括选通起始脉冲(GSP)信号和提供到扫描驱动器123的其他信号。控制器121也可向背光126提供背光控制信号以调整其亮度。

图2是示出根据本公开的一个实施方式的控制器121的基本操作的原理图。当在纸张模式下操作LCD显示装置时，通过模仿在物理纸张上打印的图像内容来显示LCD装置100上的图像内容。

具体地，可通过考虑例如表面反射、色温和对比度这样的物理纸张的属性来确定纸张模式中的图像内容的图像参数。物理纸张的表面反射指期望从纸张反射的光的量。物理纸张的色温表示纸张的白色度。具有高色温的纸张将具有带蓝色的白色，而具有低色温的纸张将具有带红色的白色。物理纸张的对比度是指在环境光下在纸张上表现的最亮的颜色(例如，物理纸张的背景)与最暗的颜色(例如，模拟为在特定物理纸张上打印的内容)的比率。也就是说，物理纸张的对比度是从物理纸张的空白区域(即，背景)反射的光的亮度与从物理纸张的内容区域(即，打印区域)反射的光的亮度之间的比例。

在本公开中，LCD装置100的图像参数可包括最大亮度、色温和对比度。假设全白图像内容显示在LCD装置100上，LCD装置100可具有400nit的最大亮度值、8000K的色温和1500:1的对比度。当在正常模式下操作时，这可以是LCD装置100的限制。

当控制器121接收SCsel以激活纸张模式时，控制器121重置LCD装置100的图像参数，使得它们反映物理纸张的对应属性。也就是说，LCD装置100的最大亮度值、色温值和对比度值将根据物理纸张的表面反射、色温和对比度进行调整。当参数被控制器121重置时，LCD装置100例如可被调整为针对相同的全白图像内容的6500K的色温、190nit的最大亮度值和32:1的对比度。

使用调整图像参数值作为参考，可以获取R、G和B的上限灰度值和下限灰度值。例如，上限灰度值和下限灰度值可以如下：

[R_max＝245,G_max＝250以及B_max＝230]

[R_min＝45,G_min＝51以及B_min＝52]

当在纸张模式下操作LCD装置100时，这些值设置针对每个像素的图像数据流的R、G和B的灰度范围。换言之，对于每个像素，将参照以上获取的灰度范围来调整图像数据的灰度值。这些值可取决于LCD装置100的规格(例如，色域)而有所不同。

所确定的上限灰度范围值和下限灰度范围值可应用于公式1、公式2和公式3。

$R_{\mathrm{output}}=R_{\min }+\frac{R_{\max }-R_{\min }}{2^n-1}\×R_{\mathrm{input}}$ 公式(1)

$G_{\mathrm{output}}=G_{\min }+\frac{G_{\max }-G_{\min }}{2^n-1}\×G_{\mathrm{input}}$ 公式(2)

$B_{\mathrm{output}}=B_{\min }+\frac{B_{\max }-B_{\min }}{2^n-1}\×B_{\mathrm{input}}$ 公式(3)

针对与子像素相关的图像数据的R的灰度值表示公式1中的“R_input”。针对与子像素相关的图像数据的G的灰度值表示公式2中的“G_input”。针对与子像素相关的图像数据的B的灰度值表示公式3中的“B_input”。灰度范围R_max、G_max和B_max的确定的上限值应用于公式1、公式2和公式3中。灰度范围R_min、G_min和B_min的确定的下限值应用于公式1、公式2和公式3。公式1、公式2和公式3的输出灰度值R_output、G_output和B_output表示在纸张模式中操作LCD装置100时将要使用的经调整的灰度值。由输出灰度值R_output、G_output和B_output所定义的图像数据可在下文被称为第一转换图像数据。应该注意：针对具有图像数据的每个像素的每帧计算输出灰度值R_output、G_output和B_output。

在某些实施方式中，R_max、G_max、B_max、R_min、G_min和B_min值以及上述公式可存储在LCD装置100的组件(例如，控制器121)中，以使得转换处理更快。

当在纸张模式下操作LCD装置100时，为了模仿物理纸张上打印的图像内容，控制器121进一步被配置为调整背光126的亮度。背光126的亮度可以被调整为与LCD装置100的图像参数保持同样多。也就是说，即使当调整背光126的亮度时，最大亮度、色温和对比度仍将保持相同。

为了这样实现，与每个像素相关的第一转换图像数据的灰度值必须由比例因子来调整。控制器121识别在给定的帧中的与每个像素相关的第一转换图像数据的灰度值中的最高级的灰度值。最高级的灰度值可以是针对红、绿或蓝子像素中的任何一个的灰度值。此外，第一转换图像的多个子像素可具有相同的灰度值，其可以是给定帧中的最高灰度值。

通过将最大灰度值除以由控制器121识别的最高灰度值来确定比例因子。这里，最大灰度值指最高灰度值，其可以以给定的图像数据格式来表示。换言之，最大灰度值由图像数据格式的数字比特来设置。例如，当图像数据是8比特格式时，有范围从0到255的2⁸个灰度值。因此，针对8比特格式图像数据，最大灰度值是255。

比例因子可由如下公式4表示。

由于为每个帧的每个像素执行第一转换处理，所以还必须针对第一转换图像数据逐帧地计算比例因子。使用该比例因子，控制器121执行第二转换处理，其中，与每个子像素相关的第一转换图像数据被乘以比例因子。通过这样做，给定帧中的第一转换图像数据的最高灰度值扩大为最大灰度值(例如，255)。类似地，第一转换图像数据的其他子像素与比例因子成比例地扩大。通过使用比例因子扩大的第一转换图像数据在下文中被称为第二转换图像数据。

除了将第一转换图像数据缩放为第二转换图像数据以外，背光126的亮度还被比例因子所调整。也就是说，背光亮度可以被比例因子的反比例所调整。如上所述，PWM占空比(即，高/低信号比)设置背光126的亮度。因此，控制器121可以通过比例因子的反比例来调整PWM。随着PWM占空比中高信号的比例将增加，背光126的亮度增大。相反，随着PWM占空比中高信号持续时间的比例降低，背光126的亮度将降低。

因为LCD板130的透光率由图像数据的灰度值所确定，所以LCD板130的透光率可以随着第二转换图像数据的使用而增加，第二转换图像数据由比例因子所调整。同时，背光126的亮度根据相同的比例因子而变暗，因此维持在纸张模式下操作的LCD装置100的图像参数。

例如，假设比例因子2用于第二转换处理，LCD板130的透光率将增加50％，并且背光的占空比将降低50％。即使背光126的亮度降低一半，由于LCD板130的加倍的透光率等级，也可以提供相同的亮度、色温和对比度。除了模仿物理纸张的属性以外，以这种方式操作LCD装置100也可降低功耗。

图3是示出根据本公开的一个实施方式的LCD装置100的示例性操作的时序图。如上简要描述，物理纸张提供连续的浏览体验。换言之，物理纸张显示静态的打印的图像。然而，LCD板130根据帧速率为每帧刷新图像，并且用户可识别图像刷新。因此，用户可以感觉不同于物理纸张的浏览体验。

因此，以更低的帧速率操作LCD装置100可提供更类似于浏览在物理纸张上打印的图像内容的浏览体验的浏览体验。控制器121被配置为调整LCD板130的帧速率，使得LCD板130以更低的帧速率操作。

参照图3，图3的时序图示出在A部分和B部分期间向扫描线#0001至#1280施加的GSP和SOE。A部分表示帧速率调整之前的时序图，并且B部分表示帧速率调整之后以在LCD装置100上提供类似纸张的感觉的时序图。在该示例中，LCD板130操作的60Hz的帧速率被调整为1Hz。然而，这仅是示例性的。这样，LCD装置100可以以120Hz、240Hz等帧速率操作。此外，LCD装置100的降低的帧速率可以优选地在从59Hz到30Hz的范围内，更优选地从30Hz到10Hz，以及更优选地从10Hz到1Hz。LCD装置100可用的最低帧速率可基于POL反转信号和LCD材料的类型而变化。

假设LCD板130包括1280×960×3个子像素，可以有针对R、G和B子像素的960×3个数据线以及1280×3个扫描线。然而，LCD板130的子像素的数目、LCD板130的数据线的数目以及LCD板130的扫描线的数目没有限制。

在A部分中，GSP被施加于扫描驱动器123，使得连接到#0001至#1280扫描线的多个TFT以60Hz帧速率在一个帧周期(即，16.6ms)内顺序地接通。SOE可与各个GSP的高边沿同步，使得第二转换图像数据被施加于像素电极。在A部分中，GSP每隔16.6ms被提供到扫描驱动器123，即每秒60次。在A部分中，SOE在每个16.6ms中被1280次提供到数据驱动器122。因此，LCD板130以60Hz操作。表示第二转换图像数据的数据电压(模拟信号)从数据驱动器122输出。数据电压在TFT的接通时间期间被施加到子像素。

在B部分中，GSP被应用于扫描驱动器123，使得连接到#0001至#1280扫描线的多个TFT在一个帧周期(即，16.6ms)内顺序地接通，并且SOE可与各个GSP的高边沿同步。然而，与A部分不同，在剩余时段(即，983.4ms)期间不施加GSP和SOE。因此，在一秒时段内仅在一帧(16.6ms)期间从控制器121提供GSP和SOE信号，允许LCD板130以1Hz操作。

虽然在图3的示例中SOE和GSP两者被控制以调整帧速率，但应该理解，本公开中的实施方式的帧速率调整可通过控制SOE和GSP中的仅一个来实现。例如，可通过仅仅降低SOE的频率而不改变GSP的时序来调整LCD装置100的帧速率。

在纸张模式中LCD装置100的操作期间要使用的帧速率可由控制器121来确定。控制器121可基于序列中两个或多个图像帧的比较来改变帧速率。更具体地，控制器121可确定两个相邻帧的第二转换图像数据是否是相同的。当两个相邻帧的第二转换图像数据针对预定的时间段相同时，将要显示在LCD装置100上的图像内容可被确定为静止图像。在这种情况下，控制器121可降低帧速率。该图像数据比较可由控制器121周期地执行，并且当检测到两个帧的第二转换图像数据之间的变化时，控制器121可将帧速率增加回到正常。

在空白周期期间，除了GSP以外，可以不施加时钟信号(Clk)、开始信号和复位信号中的至少一个或全部。控制器121可在空白周期期间停止供应除了Vcom和VGL以外的所有驱动功率。也就是说，控制器121可停止供应除了用于维持像素电极和公共电极之间的电势的功率以外的所有功率。通过在空白周期期间减少从控制器121提供的信号数目，可以减少LCD装置100的功耗。当隔行扫描用于LCD装置100时，其中，奇数选通线和偶数选通线被交替地扫描，信号数目可以被进一步减少，从而最小化功耗。

当减少LCD装置100的帧速率时，使用由具有改进的电压保持率的TFT实施的背板可以是特别有帮助的，因为它允许针对更长的时段维持向存储电容器(Cst)和/或像素电极施加的数据电压。用于有源层的材料的TFT关断电流(off-current)特性确定泄露电流的量。泄露电流越高，闪烁就越明显和频繁。在某些实施方式中，LCD板130中使用的TFT具有1×10^-13A或更少的TFT关断状态电流特性，并且优选地，1×10^-15A或更少。可提供这种关断状态电流特性的TFT的非限制示例包括具有由氧化物半导体材料形成的有源层的TFT。通常，氧化物半导体比其他类型的半导体材料(诸如，a-硅或多晶硅)提供更高的电压保持率。

关于氧化物半导体有源层的构成材料例如可包括基于氧化铟锡镓锌(InSnGaZnO)的材料(其是四元金属氧化物)、基于氧化铟镓锌(InGaZnO)的材料(其是三元金属氧化物)、基于氧化铟锡锌(InSnZnO)的材料、基于氧化铟铝锌(InAlZnO)的材料、基于氧化铝镓锌(AlGaZnO)的材料、基于氧化锡铝锌(SnAlZnO)的材料、基于氧化铟锌(InZnO)的材料(其是二元金属氧化物)、基于氧化锡锌(SnZnO)的材料、基于氧化铝锌(AlZnO)的材料、基于氧化锌镁(ZnMgO)的材料、基于氧化锡镁(SnMgO)的材料、基于氧化铟(InO)的材料、基于氧化铟镓(InGaO)的材料、基于氧化铟(InO)的材料、基于氧化锡(SnO)的材料、基于氧化锌(ZnO)的材料，等等。上述氧化物半导体材料的每种中包括的每个元素的组成比例并不是特别限定的，可以各种方式调整。此外，氧化物半导体层的带隙可以是2eV或更多，并且氧化物半导体的载流子浓度可降低到接近零。

减少泄漏电流导致在关断时间间隔(即图4中的Toff)期间较低的电压降。在关断时间间隔期间最小化电压降提供更长的时段，其中对像素电极充电的电压和/或充入存储电容的电压维持在可用水平。这使得更容易操作具有更低帧速率的LCD装置100。即使当LCD装置100以1Hz或更低的帧速率操作时，由于低TFT关断状态电流，电压降在关断间隔期间被最小化，并因此可以提供稳定的图像内容。

帧速率的变化有利于LCD装置100模仿物理纸张。但是，存在与以较低的帧速率操作LCD装置100相关联的少数问题。当帧速率降低时，根据每个子像素中TFT的关闭电流特性，施加到存储电容(Cst)或像素电极的数据电压也会由于漏电流而减少。利用降低的帧速率，用于TFT维持数据电压的时间变得更长。随着子像素中累积漏电流的量增加，变得更难维持均匀的亮度。

图4是示出在TFT关断间隔期间一个示例性的TFT的电压降的时序图。图4表示在TFT关断间隔期间由于TFT的关断状态泄漏电流，电压降随时间出现在像素电极电压中的状态。

基于图4所示的选通脉冲，单个帧可以被划分为接通(Ton)间隔和关断(Toff)间隔。这里，选通脉冲在接通间隔中维持高(VGH)，并在关断间隔中维持低(VGL)。关断间隔的开始和结束之间的电压差被表示为A，关断间隔结束的电压被表示为基于VCOM的B。此外，假设数据电压的反转在每一个帧发生。

像素电极电压由接通间隔中的正数据信号(未示出)充入，并在关断间隔中微小的电压降之后逐渐减小。像素电极电压在随后帧的接通(Ton)间隔的开始处用负数据信号充电。当在随后帧的开始处施加反转的POL反转信号(未示出)时，该电压的极性也反转。在随后帧的关断间隔的开始处的电压被表示为C，并且电压B和电压C之间的差异对应于帧之间的亮度差(或LCD板的透光率)。该亮度差引起不需要的闪烁，当在纸张模式中操作LCD装置100时更容易识别不需要的闪烁。

为此，上述的闪烁现象可以通过调制POL反转信号而被缓解。因此，在实施方式中，控制器121可被配置为如图5所示地调制POL反转信号。通过减少POL反转信号的反转频率，可为多个帧提供相同极性的像素电极电压，这可以使闪烁的识别最小化。

该POL反转信号是用于控制像素电极电压的极性和用于抑制LCD板的残留图像的信号。换句话说，POL反转信号用于防止LCD装置的老化现象。通常，在每一个帧中根据POL反转信号的极性常规地反转像素电极电压的极性。然而，在本实施方式中，POL反转信号的极性在每两个或更多的帧中被反转，而不是在每一帧中被反转。

因此，第二转换图像数据在一秒周期中仅在10帧期间(每帧即16.6ms)被充至LCD装置100的像素电极，允许LCD板130以10Hz操作。应当指出的是，本文所使用的帧速率仅是示例性的，并且LCD装置100可以工作在各种其它帧速率。在每个帧之间存在83.4ms的空白周期。假设LCD装置100包括1280×960个像素，在16.6ms的第一周期期间将GSP顺序地施加到1280个线，并没有在83.4ms的第二周期期间输入GSP。像素电极电压可以施加到液晶，而不是在空白周期期间用新的像素电极电压重新充电。

在图5中所示的示例中，POL反转信号的极性维持1000ms。因此，正极性的像素电极电压施加于前10帧，而负极性的像素电极电压施加于接下来的10帧。虽然使用POL反转信号的1000ms的反转周期，但反转周期可被调整，以提供具有减小的帧速率的LCD装置100的稳定操作。例如，应当考虑LCD装置100的闪烁和老化现象的权衡关系而确定POL反转周期。因此，POL反转周期的范围可以从1000ms到500ms，更优选为500ms到300ms，更优选为300ms到200ms，更优选为100ms到32ms。

调整帧速率的另一个问题在于暂时的闪烁可发生在早期的帧中。例如，当应用纸张模式时，用户可以容易地识别突然的变化。这是因为LCD装置100的帧速率和图像参数被立即改变。虽然暂时的闪烁可以被限制为从正常模式到纸张模式的过渡的前几个帧，但变化率对某些用户会是不希望的快。

减少控制器121执行帧速率调整的速率可以缓解这个问题。因此，在某些实施方式中，控制器121可以以图6所示的步进方式执行帧速率调整。

在到达LCD装置100的纸张模式操作中所使用的期望的帧速率时，其帧速率可被调整一小部分。例如，只有十分之一的总调整量可以以某一间隔执行10次。帧速率可以在足够长的时段改变，使得用户在操作模式的过渡期间不识别暂时的闪烁。然而，调整帧速率的过长时期会阻止使用纸张模式的目的。理想情况下，期望调制帧速率达十分之一以充分抑制暂时的闪烁识别，但必要时可以以任何其他分数调制。

在图6中，x坐标表示时间，y坐标表示目标帧速率的调整率(％)。目标帧速率是LCD装置100的纸张模式操作中使用的帧速率，它由控制器121确定。例如，正常模式中的LCD装置100的帧速率可以是60Hz，并且由控制器121确定的它的目标帧速率可以是1Hz。

目标帧速率的调整率示出在A、B、C、D和E部分中。图6的A部分，调整率是0％，因此LCD装置100以100Hz的帧速率操作。在B部分中，调整率以递增的方式增加直到达到目标帧速率。在B部分的第一间隔，控制器121调整帧速率达20％的调整率。这导致LCD装置100的帧速率为80Hz。在若干帧(即，B部分的第二间隔)之后，控制器121调整帧速率达40％的调整率，因此，帧速率被调整为60Hz。同样地，在另外的多个帧之后，帧速率被调整达60％的调整率，之后跟随有达80％的调整率，导致跟随有20Hz的40Hz的帧速率。在B部分的末尾，帧速率被调整达100％的调整率，使得帧速率达到目标帧速率1Hz。在本示例中使用的每个间隔的间隔数和调整率仅是示例性的。控制器121可以被配置为以改变调整率的程度的其他各种间隔调整LCD装置100的帧速率。

在图6的部分C中，LCD装置100以1Hz的目标帧速率操作。当将LCD装置100的操作模式改变回正常模式时，帧速率被调整回到其正常速率。在D部分中，以与B部分相反的方式，调整率以步进方式从100％减少到0％。例如，LCD装置100的帧速率以增量方式从1Hz(100％)、20Hz(80％)、40Hz(60％)、60Hz(40％)、80Hz(20％)调整为100Hz(0％)。虽然图6所示的例子示出了D部分中的调整率对称于B部分中的调整率，但用于B部分和D的调整率可能彼此不同。在部分E中，帧速率维持在100Hz。

图7是示出根据本公开的一个示例性实施方式的可应用显示装置的多个设备的示意图。

图7的部分(a)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置用作显示设备710的情况。

图7的部分(b)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置722是移动通信设备720的情况。

图7的部分(c)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置732用作平板PC730的情况。

图7的部分(d)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置742用作笔记本电脑740的情况。

图7的部分(e)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置752用作柔性显示器设备750的情况。

图7的部分(f)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置762用作电子书设备760的情况。

图7的部分(g)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置772用作数码相机770的情况。

图7的部分(h)示出了其中根据本公开的各种实施方式的显示装置782用作车辆的导航设备780的情况。

图8是示出了根据本公开的一个实施方式的LCD装置100的显示方法的流程图。为了便于描述，下文将参考LCD装置100的控制器描述显示方法。

在S810中，LCD装置100的控制器121基于用于LCD装置100的屏幕模式来确定图像数据的灰度范围和帧速率。屏幕模式可以是模仿在物理纸张(即，纸张模式)上打印的图像内容的屏幕模式。灰度范围包括上限灰度值和下限灰度值。灰度范围在LCD装置100的可实施的灰度范围中。

在S820中，LCD装置100的控制器121首先参考上限灰度值和下限灰度值之间的灰度范围来转换与每帧(在纸张模式期间)的每个子像素相关的图像数据的灰度值。在调整灰度值时，控制器121使用上述公式1、2和3。

在S830中，LCD装置100的控制器121其次通过比例因子来转换与针对每帧的每个子像素相关的第一转换图像数据的灰度值。通过使用与给定的帧中的子像素相关的第一转换图像数据(即，灰度值)中的最大灰度值和最高灰度值来计算比例因子。可通过使用公式4为图像数据的每个帧确定该比例因子。接着该比例因子应用到第一转换图像数据的所有像素，以按比例扩大第一转换图像数据的最高灰度值，以达到最大灰度上限。

在S840中，LCD装置100的控制器121通过该比例因子的反比来调整背光126的亮度。通过应用相反的比例因子，背光126的亮度可减小。然而，由于LCD板130的透光率水平增加达成比例的(scaled)灰度值，所以LCD装置100的图像参数被维持。

在S850中，LCD装置100的控制器121调整LCD装置100的帧速率。

本发明的实施方式提供改进的视觉体验，如同图像内容被打印在物理纸张上。另外，LCD装置100的功耗可以降低。LCD装置100的功耗取决于背光功耗和LCD板功耗。背光功耗基于背光126的亮度而不同。在LCD装置100的纸张模式操作期间减少背光126的亮度降低了背光功耗。

此外，可以通过在LCD装置100的纸张模式操作期间减小帧速率而降低LCD板功耗。LCD板功耗可由下面的公式确定。

p∝C×V²×f

在上面所示的公式中，P表示LCD板的功率，C代表LCD板130的寄生电容，V表示向LCD板130输入的信号的电平，以及f表示向LCD板130输入的信号的频率。因此，当频率降低时，LCD板130的功耗可以降低。

在伴随的框图中的框的组合和流程图中操作的组合可通过由固件、软件或硬件组成的算法或计算机程序指令执行。用于执行计算机或其他可编程数据处理设备的指令可以提供操作，用于执行在框图中每个框或流程图中每个操作中所述的功能。

结合本说明书中公开的示例性实施方式描述的方法或算法的操作可以使用硬件模块、软件模块或由处理器执行的硬件模块和软件模块的组合而直接实施。软件模块可以永久地安装在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可拆卸磁盘、CD-ROM或相关技术中已知的任何其他类型的存储介质上。示例性的存储介质可耦合到处理器，使得该处理器可以从存储介质中读取信息及将信息写入到存储介质中。对于可替换示例，存储介质可与处理器形成一体。在这种情况下，处理器和存储介质可以永久地安装在专用集成电路(ASIC)中。该ASIC也可以被永久地安装在用户终端中。对于可替换示例，处理器和存储介质可以被永久地安装为用户终端中单独的组件。

将对本领域技术人员显而易见的是：可在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本发明的上述示例性实施方式进行各种修改。因此，本公开旨在涵盖所附权利要求和其等价物范围内提供的所有这样的修改。

本申请请求于2013年5月10日提交的韩国专利申请第2013-0053362号的优先权和权益，本文通过引用将其公开全部并入。

Claims (20)

1.一种控制显示装置的方法，该方法用于模仿在物理纸张上打印的图像内容使得所述图像内容反映出所述物理纸张的特性，所述方法包括以下步骤：

确定用于在一种或多种预定条件下操作所述显示装置的灰度范围，每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值；

调整与帧内的每个子像素相关的图像数据的灰度值以生成针对所述帧的第一转换图像数据，使得所述显示装置操作在模仿在所述物理纸张上打印的内容的模式中，其中参照对应的灰度范围的所述上限灰度值和所述下限灰度值来调整所述图像数据的灰度值；

用比例因子来调整所述第一转换图像数据；

用所述比例因子的反比例来调整背光的亮度；以及

调整所述显示装置的帧速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一转换图像数据包括与由如下公式调整的多个红色子像素、多个绿色子像素和多个蓝色子像素相关的灰度值：

其中，R_input、G_input和B_input表示与红色子像素之一、绿色子像素之一和蓝色子像素之一相关的所述图像数据的最初灰度值；R_output、G_output和B_output表示所述第一转换图像数据中的灰度值；R_max、G_max和B_max表示各个灰度范围的上限；并且R_min、G_min和B_min表示所述各个灰度范围的下限。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，由如下公式计算所述比例因子，

其中，所述最大灰度值是由所述图像内容的图像数据格式的数字比特来设置的最高灰度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，针对多个帧执行所述第一转换图像数据的生成和所述比例因子的计算。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，根据多个帧的所述图像数据之间的比较结果来调整所述帧速率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过降低源输出使能SOE信号的频率来降低所述显示装置的所述帧速率。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括调整所述显示装置的极性POL反转周期。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述POL反转周期至少比一个帧的周期长两倍。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述POL反转周期在100ms到500ms之间。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，以步进方式调整所述显示装置的所述帧速率。

11.一种能够模仿在物理纸张上打印的图像内容使得所述图像内容反映出所述物理纸张的特性的显示装置，所述显示装置包括：

液晶显示LCD板；

耦接到所述LCD板的背光；以及

控制器，所述控制器被配置为：

确定用于在一种或多种预定条件下操作所述显示装置的灰度范围，每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值；

调整与帧内的每个子像素相关的图像数据的灰度值以生成针对所述帧的第一转换图像数据，使得所述显示装置操作在模仿在所述物理纸张上打印的内容的模式中，其中参照对应的灰度范围的所述上限灰度值和所述下限灰度值来调整所述图像数据的灰度值；

用比例因子来调整所述第一转换图像数据；

用所述比例因子的反比例来调整背光的亮度；以及

调整所述显示装置的帧速率。

12.根据权利要求11所述显示装置，其中，针对多个帧执行所述第一转换图像数据的生成和所述比例因子的计算。

13.根据权利要求11所述显示装置，其中，通过降低源输出使能SOE信号的频率来降低所述显示装置的所述帧速率。

14.根据权利要求11所述显示装置，其中，所述LCD板包括具有关断状态电流是1×10^{- 15}A或更少的半导体层的薄膜晶体管。

15.根据权利要求11所述显示装置，所述显示装置进一步包括调整所述显示装置的极性POL反转周期。

16.根据权利要求15所述显示装置，其中，所述POL反转周期至少比一个帧的周期长两倍。

17.根据权利要求11所述显示装置，其中，以步进方式调整所述显示装置的所述帧速率。

18.一种用于在显示装置上模仿打印的图像内容使得所述图像内容反映出物理纸张的特性的控制器，其中，所述控制器能够

确定用于在一种或多种预定条件下操作所述显示装置的灰度范围，每个灰度范围具有上限灰度值和下限灰度值；

调整与帧内的每个子像素相关的图像数据的灰度值以生成针对所述帧的第一转换图像数据，使得所述显示装置操作在模仿在物理纸张上打印的内容的模式中，其中参照对应的灰度范围的所述上限灰度值和所述下限灰度值来调整所述图像数据的灰度值；

用比例因子来调整所述第一转换图像数据；

用所述比例因子的反比例来调整背光的亮度；以及

调整所述显示装置的帧速率。

19.根据权利要求18所述的控制器，其中，所述第一转换图像数据包括与由如下公式调整的多个红色子像素、多个绿色子像素和多个蓝色子像素相关的灰度值：

其中，R_input、G_input和B_input表示与红色子像素之一、绿色子像素之一和蓝色子像素之一相关的所述图像数据的最初灰度值；R_output、G_output和B_output表示所述第一转换图像数据中的灰度值；R_max、G_max和B_max表示各个灰度范围的上限；并且R_min、G_min和B_min表示所述各个灰度范围的下限。

20.根据权利要求18所述的控制器，其中，针对多个帧执行所述第一转换图像数据的生成和所述比例因子的计算。