CN105304026A - 具有背光源的显示设备 - Google Patents

Abstract

一种显示器包括：背光源部，其具有至少一个广谱发射器(例如白色)和至少一个窄谱发射器(例如红色、绿色和蓝色)；液晶面板，其用于通过空间光调制来显示图像；以及控制电子器件，其配置为接收输入图像数据并且向所述背光源部和所述液晶面板二者输出控制信号。所述控制电子器件配置为，在每个发射器类型分别照射下，利用所述液晶面板的颜色渲染能力来计算显示所述输入图像数据所需的来自每个发射器类型的发射的最小功率组合。所述控制电子器件进一步配置为，根据计算出的发射器功率的最小功率组合修改所述输入图像数据，使得即使改变照射条件，也保持所述图像数据中颜色的所得显示。

Description

具有背光源的显示设备

技术领域

本发明涉及显示设备，尤其涉及这样一种显示设备，其包括背光源发射器的组合、用于以不同水平对每个背光源选择性地供电的装置以及用于修改输入到显示器的图像数据以在可能的不同背光源发射器水平维持正确的颜色外观的装置。

背景技术

在有源矩阵液晶显示器(LCD)中，通过控制离散图像元素(子像素)的二维阵列的透光率产生图像。通过将由图像的每个子像素的数据值构成的数字图像数据转换为具有取决于该数据的值的模拟电压进行控制，并利用源极数据线、栅极线和薄膜晶体管(TFT)开关元件的有源矩阵将这些电压引导到该阵列中每个像素电极。

一组三个子像素称为像素。每个子像素与彩色滤光片(通常为红色、绿色和蓝色)相关联，并且通过控制透射过这三个颜色通道的光量，可以产生红色、绿色和蓝色的任意所得的线性组合。在一个或多个颜色通道处于“断开”状态的情况下，即，以没有光透射过液晶的方式对液晶供能，则该颜色被称为“饱和”，因为该颜色是该显示器所可能达到最鲜艳的颜色。即使只有一个颜色通道处于导通状态，一些LCD也能够产生非常鲜艳的饱和颜色，而一些LCD只能够产生浅淡的颜色。颜色的鲜艳度与其光谱相关。具有非常宽的光谱的光显得浅淡，而窄谱光显得鲜艳。单色光(即，只有一个波长的光，通常由激光产生)是所可能的最鲜艳的光。

在传统的LCD中，由背光源发射广谱光，并且每个彩色滤光片只透射特定范围的波长。窄范围会产生更鲜艳的颜色，但是由于更多的光被滤光片吸收，所以屏幕亮度下降。另外，具有广谱发射的LED通常比具有较窄发射窗的LED更节能。

已经有若干种方法尝试提升高彩屏幕的能量效率。在Akiyama的US7106276(2006年9月12日公布)中，发明人利用各具有窄谱发射的三个分立LED以三基色补充白色LED(WLED)。然而，这种配置的功率需求很大，并且超过高彩显示的优点。Bergquist的US20080150864号公开文献(2008年6月26日出版)指出只使用红色、绿色和蓝色LED(RGBLED)，对于每个基色，如果图像内容允许，则可以使对应的LED暗淡，并且改变图像数据。这样，可以减小功率需求，同时保持颜色鲜艳度。然而，即使对于浅淡的颜色，也仍需要使用RGBLED，这比使用WLED低效。

VanBeek等的US20090160756(2009年6月25日出版)尝试通过结合RGBLED和WLED并且每次选择性地选择使用哪些LED来解决该问题。该发明人计算每个可独立控制的R,G,BLED所需的驱动电流，然后对利用一般的W电流代替R,G,B的特定电流的可能性进行假设。这样，他们降低了背光源设备的功率消耗，但是他们也限制了要显示的图像数据的鲜艳度。具体来说，如果他们的算法推断出红色、绿色和蓝色LED都应当以最大电流驱动，那么他们将用以全电流驱动的白色LED来代替它，并且根本不驱动RGBLED。即使图像内容可能需要高饱和水平，这也会明显降低面板能够产生的颜色的鲜艳度。更一般地，对于在白色LED的色域内适合的任何颜色，代替使用WLED提供所有需要的光并且不使用RGBLED的更有效方法，该方法将使WLED暗淡到三个颜色的最小程度，并且用RGBLED补充它。

Langendijk等的US8300069(2012年10月30日公布)公开了用于平衡不同背光源的另一种方法。所述发明人不使用WLED，而是使用第四(白色)子像素。他们控制流向红色LED和流向绿色和蓝色LED的电流。为了避免“色度依赖”，即，绿色光透射过蓝色滤光片，反之亦然，G:B电流比保持恒定。对于浅淡的像素，能够以像素表现非常亮的方式打开白色子像素；对于鲜艳像素，白色将被关闭并且只有期望的基色是可透射的。以此方式，在浅淡区域可以增加面板的表观亮度，使得整体亮度表现得更亮；或者可以按比例降低背光源功率，以减小由于具有RGBLED而必需的功率增加。然而，这导致与标准化的色彩空间相比亮度分布不均匀。

许多传统设备(例如，Nakano等的US7333165(2008年2月19日公布)、Keh等的US20070103934(2007年5月10日)以及Morishita的US20120242564(2012年9月27日出版)使用不同背光源的组合，但是所使用的每个背光源的比例取决于各种不同系统条件。例如，环境光、期望亮度或者所使用的显示模式(例如，鲜艳、低功率)都能够影响平衡。

发明内容

在传统显示设备中，不存在如下显示器，其包括可独立控制的R,G,B和W发光器件，并且还具有用于选择背光源中每个发射器的最佳驱动电流，使得能够以最小功率需求在预期的标准色彩空间或者在显示器的最大可实现色域忠实显示图像内容的方法。本发明提供一种完整的系统，其中针对显示器上要显示的每个图像，分析图像数据，计算并应用最佳背光条件，并且转换图像数据，以根据从背光源发射的新的光谱准确显示该图像数据。

为了实现上述及相关目的，本发明包括下文充分描述并且在权利要求中具体给出的特征。以下描述和附图详细给出本发明的特定示例性实施例。然而，这些实施例仅说明了可以在其中采用本发明的原则的多种方式中的一部分。通过结合附图考虑以下对本发明的详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得明显。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相同的部分或特征：

图1是示出传统显示设备的示意图。

图2是示出根据本发明的实施例的控制电子器件的示意图。

图3是WLED的穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线1是穿过蓝色滤光片的WLED的透射，曲线2是穿过绿色滤光片的WLED的透射，曲线3是穿过红色滤光片的WLED的透射。

图4是RGBLED每次接通一个的情况下穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线4是穿过蓝色滤光片的BLED的透射，曲线5是穿过绿色滤光片的GLED的透射，曲线6是穿过红色滤光片的BLED的透射。

图5是RGBLED全部一起接通的情况下穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线7是穿过蓝色滤光片的RGBLED的透射，曲线8是穿过绿色滤光片的RGBLED的透射，曲线9是穿过红色滤光片的RGBLED的透射。

图6是RGBLED全部接通和只有GLED接通两种情况下穿过绿色滤光片的光谱透射的图，其中曲线10是穿过绿色滤光片的RGBLED的透射，曲线11是穿过绿色滤光片的GLED的透射。

图7是在CIE1931xy色度图中不同LED类型的R,G,B子像素的色度的图，其中形状12是包围所有可见颜色的色域，形状13是WLED可实现的色域，形状14是RGBLED可实现的色域。

图8是在CIE1931xy色度图中RGBLED的R,G,B子像素的色度的图，其中形状12是包围所有可见颜色的色域，形状15是RGBLED每次接通一个时可实现的色域，形状16是RGBLED一起接通时可实现的色域。

附图标记说明

1.穿过蓝色滤光片的WLED透射

2.穿过绿色滤光片的WLED透射

3.穿过红色滤光片的WLED透射

4.穿过蓝色滤光片的BLED透射

5.穿过绿色滤光片的BLED透射

6.穿过红色滤光片的BLED透射

7.穿过蓝色滤光片的RGBLED透射

8.穿过绿色滤光片的RGBLED透射

9.穿过红色滤光片的RGBLED透射

10.穿过绿色滤光片的RGBLED透射

11.穿过绿色滤光片的GLED透射

12.包围所有可见颜色的色域

13.WLED可实现的色域

14.RGBLED可实现的色域

15.RGBLED每次接通一个时可实现的色域

16.RGBLED一起接通时可实现的色域

30.控制电子器件

32.控制ASIC

34.DC/DC转换器

36.源极驱动器IC

38.栅极驱动器IC

40.逆变器

42.背光源灯

44.LCD显示像素

50.LCD设备

52.图像分析部件

54.图像转换部件

56.控制ASIC

58.栅极驱动器IC

60.源极驱动器IC

62.背光源

64.WLED

66.红色LED

68.绿色LED

70.蓝色LED

72.背光源控制器

74.LCD显示像素

具体实施方式

在第一实施例中，显示设备包括具有改进的控制电子器件和背光源发射器的LC显示器。LCD显示器通常具有若干个组成部分，包括：

1.背光源单元(背光源部)，用于向面板提供均匀、宽角度照射。

2.控制电子器件，用于接收数字图像数据和输出每个像素的模拟信号电压以及定时脉冲和所有像素的对电极的共用电压。图1中示出LCD控制电子器件的示意性标准布局(改编自IliasPappas、StylianosSiskos和CharalambosA.Dimitriadis(2009)Active-MatrixLiquidCrystalDisplays-Operation,ElectronicsandAnalogCircuitsDesign,NewDevelopmentsinLiquidCrystals,GeorgiyVTkachenko(Ed.),ISBN:978-953-307-015-5,InTech,DOI:10.5772/9686)。

如图1中所示，控制电子器件30包括控制ASIC32，控制ASIC32接收来自数据线的数据信号。控制ASIC32配置有DC/DC转换器34，以向源极驱动器IC36和栅极驱动器IC38提供输入信号。经由逆变器40供电，逆变器40还给背光源灯42供电。源极和栅极驱动器IC向形成LCD显示器的像素44提供驱动信号。

3.液晶(LC)面板，用于通过空间光调制显示图像，包括两个相对的玻璃基板，其中一个基板上设置有像素电极阵列和有源矩阵阵列，以将从控制电子器件接收到的电子信号引导到像素电极。在另一个基板上通常设置有统一的共用电极和彩色滤光片阵列膜。在玻璃基板之间包含给定厚度的液晶层，厚度通常为2-6μm，可以通过在玻璃基板的内表面上存在对准层来使液晶层对准。玻璃基板通常位于交叉极化膜和其他光学补偿膜之间，以使LC层的每个像素区内的电致对准变化对来自背光源单元和周围环境的光产生期望的光学调制，并由此产生图像。

参考图2，本发明的实施例在背光源结构和控制电子器件方面不同于标准LCD。在图2中所示的LCD设备50的示例性实施例中，图像数据从该设备上别处的处理器传送到控制ASIC电子器件56，并且由图像分析部件52分析该数据，如果需要的话，通过图像转换部件54改变该图像。然后将该数据发送到栅极驱动器IC58和源极驱动器IC60，以通过像素74显示在面板上。另外，基于图像分析改变背光源状态。背光源62包括具有不同光谱发射的不同类型的光源，使得在一个实施例中，一种类型的光源唯一接通会产生与一不同类型的光源唯一接通的情况不同的显示图像。具体来说，优选情况包含一个具有白色外观的广谱LED(广谱发射器)64类型，和分别以红66、绿68、蓝70波长发射的三个窄谱LED(窄谱发射器)类型，它们在组合时给出白色外观。这三种LED类型(RGBLED)可通过背光源控制器72独立控制。

该实施例配置为WLED与彩色滤光片透射窗组合以使该显示器能够再现给定的颜色色域。RGBLED具有比WLED更窄的发射谱，使得当与相同的彩色滤光片组合使用时，它们产生更大的色域。然而，显示包括可只由WLED实现的颜色内的颜色的图像的最低功率装置通常是只使用WLED，因为它们的效率较高，因此控制电子器件目标在于尽可能使用WLED，并且当输入图像数据指定只用WLED可实现的色域以外的所得颜色时，只将来自WLED的发射换成来自RGBLED的发射。从而，本实施例的系统针对背光源中的每个LED选择最佳驱动电流，使得能够以最小功率需求，以可超过只能由宽带发射器实现的颜色色域，根据图像标准或显示器规格忠实显示图像内容。

在图像数据已经到达控制电子器件之后，分析该图像数据从而针对每个像素计算出每个LED类型的最佳电流或占空比。给出几个例子：在像素具有图像数据(红色＝255，绿色＝0，蓝色＝0)的情况下，LED的占空比可被计算为(红色＝100％，绿色＝3％，蓝色＝2％，白色＝0％)。因为例如来自绿色和蓝色LED的光通过红色滤光片泄漏，可能需要考虑存在的额外颜色。在另一个例子中，(红色＝120，绿色＝150，蓝色＝70)的含量可导致(红色＝0％，绿色＝0％，蓝色＝0％，白色＝32％)的LED占空比，因为目标点在可由白色LED再现的色彩空间内，并且它不需要是最亮来显示该颜色点。如果白色LED的占空比相对于其他LED的占空比太高，则由于来自不同LED类型的发射的组合产生的光谱太宽，不能产生鲜艳的颜色，而不能够显示饱和颜色。

图3、4、5和6中示出透射过彩色滤光片的光的光谱。图3是WLED的穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线1是穿过蓝色滤光片的WLED的透射，曲线2是穿过绿色滤光片的WLED的透射，曲线3是穿过红色滤光片的WLED的透射。图4是RGBLED每次接通一个的情况下穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线4是穿过蓝色滤光片的BLED的透射，曲线5是穿过绿色滤光片的GLED的透射，曲线6是穿过红色滤光片的RLED的透射。图5是RGBLED全部一起接通的情况下穿过彩色滤光片的光谱透射的图，其中曲线7是穿过蓝色滤光片的RGBLED的透射，曲线8是穿过绿色滤光片的RGBLED的透射，曲线9是穿过红色滤光片的RGBLED的透射。图6是RGBLED全部接通和只有GLED接通两种情况下穿过绿色滤光片的光谱透射的图，其中曲线10是穿过绿色滤光片的RGBLED的透射，曲线11是穿过绿色滤光片的GLED的透射。

图7和图8中示出对应的颜色色域。图7是在CIE1931x_y色度图中不同LED类型的R,G,B子像素的色度的图，其中形状12是包围所有可见颜色的色域，形状13是WLED可实现的色域，形状14是RGBLED可实现的色域。图8是在CIE1931xy色度图中RGBLED的R,G,B子像素的色度的图，其中形状12是包围所有可见颜色的色域，形状15是RGBLED每次接通一个时可实现的色域，形状14是如前的RGBLED一起接通时可实现的色域。

在一示例性实施例中，针对每个像素，按下述计算这些LED的占空比：

-计算只有WLED接通的情况下，每个彩色滤光片所需的LC透射。

-如果任何透射都是负的，则该颜色在W色域外：

○通过确定该透射所能够达到的最负值，计算该颜色在该色域外多远。

○作为例子，如果该像素具有(R,G,B)数据(255,40,30)，那么这导致(100％,3％,-4％)的透射。现在计算点(255,40,0)的透射水平，其透射水平可能是(100％,2.5％,-16％)。这意味着该颜色超出色域-4/_-16＝25％。

○因此，WLED必须贡献不超过75％的所需光。

-通过假定所有LC都是全透射并且计算所需XYZ颜色，来计算WLED占空比。这是通过如等式8中所示将RGB像素数据乘以目标XYZ矩阵而完成的。

-然后，使用针对来自全白状态的XYZ颜色存储的数据，利用简单的除法确定WLED可被暗淡多少。

-作为最后步骤，如果任何透射水平都是负的，则最终的WLED占空比是该暗淡水平的一给定比例。

-可以看出，我们现在已经计算出最佳WLED占空比，使得图像点可被充分示出，并且使得不会不必要地使用RGBLED；这样，功率需求被最小化。

-如果该像素数据在WLED色域内，则可以对下一个像素进行该处理。然而，如果不是，则需要计算需要多少来自RGBLED的补充光。为此，该系统按下述操作：

○如前确定所需XYZ颜色，确定由(暗淡后的)WLED提供的XYZ颜色，并因此计算从RGBLED还需要多少。

○一般来说，电子器件已经将所有LC透射情况下由不同LED状态产生的XYZ颜色存储在其存储器中，如下所述：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& X_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\begin{array}{cc}R& LED\end{array}\\ \begin{array}{cc}g& LED\end{array}\\ \begin{array}{cc}b& LED\end{array}\end{array}\right)$

○因此，通过将该矩阵反转，可以容易计算出RGB占空比。

○最后，存储RGB:WLED占空比的比率，作为一个约束，因为如果所确定的WLED占空比相对于任何RGB都太高，那么图像中的一些像素将被显示得太浅淡。

因此，控制电子器件针对每个像素存储RGBLED占空比与WLED占空比的最小所需比率。还存储每个基色的亮度。

在下一步中，在已经分析了每个像素之后(或者在另一个实施例中，已经分析了某一子组的像素之后)，已经计算出六个变量：

Y_c代表颜色通道c的所需亮度，

S_c代表颜色通道cLED占空比与白色LED占空比的所需比率。

这些变量通过以下六个等式相关联：

D_r≥S_rD_w(1)

D_g≥S_gD_w(2)

D_b≥S_bD_w(3)

也就是说，每个颜色的占空比D必须大于或等于白色的占空比乘以先前计算出的针对该颜色的最小比率S。

L_rD_r+L_rwD_w≥Y_r(4)

L_gD_g+L_gwD_w≥Y_g(5)

L_bD_b+L_bwD_w≥Y_b(6)

也就是说，每个颜色的占空比D乘以全占空比时该LED的亮度L加上白色LED穿过该颜色的彩色滤光片的贡献亮度必须大于或等于该颜色所需的亮度Y。

最后，运算该算法使背光源的总功率需求P_t最小化，从而最终等式构造为：

P_t＝D_rP_r+D_gP_g+D_bP_b+D_wP_w(7)

也就是说，总功率P_t等于每个LED类型的各LED功率的总和，各LED功率等于它在全占空比时的功率需求P乘以其占空比D。

每个颜色的占空比必须大于或等于零，并且小于或等于1。下一步是根据这些约束和上述约束1-6使P_t最小化。这是线性编程问题，可以使用标准方法如单纯形算法来解决。

该最小化的结果是背光源中每个LED的最佳占空比。该信息将被发送到背光源控制IC，背光源控制IC相应地使所需LED暗淡。在一示例性实施例中，这是在高频通过脉冲宽度调制来完成的，但是这明显不是使LED暗淡的唯一方法。

可以看出，此时已经计算出全部四个LED类型的最佳占空比。因此，可以开始该算法的下一阶段。

本实施例的设备还将由在不同的LED和彩色滤光片条件产生的颜色存储在其存储器中。具体来说，该颜色是在一个LED类型以全占空唯一接通并且一个彩色滤光片全透射时由LCD产生的颜色。该颜色可以反映在独立于设备的色彩空间中，如CIEXYZ。由于与例如对LED亮度具有非线性影响的减小电流相反，利用基于占空比的方法使LED暗淡是线性操作，所以通过简单的相加，可以准确地确定针对LED的任何状态穿过每个彩色滤光片产生的颜色。以此方式，可以如下所述，构造矩阵变换：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& X_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)---\left(8\right)$

在此情况下，R,G,B代表R,G,B彩色滤光片的透射。这可以表达为总的X分量等于由全透射的红色滤光片产生的X分量乘以其透射，对绿色和蓝色也是如此。

在下一步，控制电子器件改变每个像素，使其以新的背光源状态正确显示。为此，如等式8所示，将RGB格式的输入图像数据转换到独立于设备的色彩空间中，如CIEXYZ。

能够以多种方式选择该矩阵变换的系数。例如，它们可以选自限定的色彩空间，如sRGB或者AdobeRGB或者其他色彩空间。它们也可被定义为利用LED可获得的最大色域，或者之间的某处，使得实现颜色改善而又降低功率需求的增加。针对每个LED类型准备该3×3矩阵，并且通常由M_r,M_g,M_b,M_w表示该矩阵。因此，在已经确定占空比之后，可以计算由每个LC颜色类型的给定透射产生的XYZ颜色：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=(M_r{D}_r+M_g{D}_g+M_b{D}_b+M_w{D}_w)\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)---\left(9\right)$

通过结合等式8和9的两个矩阵，可以产生3×3变换矩阵，从而都在RGB空间中从输入图像数据转换到输出图像数据。这通过结合这两个矩阵并且将等式9中的矩阵反转来实现：

针对每一帧可以只计算一次该矩阵，并且将得到的矩阵应用于每个像素，以给出新的R,G,B值，该R,G,B值被发送到源极和栅极IC，以在面板上示出。在一些情况下，所产生的R,G,B值在可允许的范围之外(例如，对于穿过该彩色滤光片的小于0％的透射或者大于100％的透射)。这特别地但非唯一地出现在以存在一些可允许的质量损失的方式计算先前计算出的六个主要系数时。例如，如果存在一些可允许的峰值亮度的损失，使得一些像素没有按它们被规定的那么亮示出，则由等式12产生的RGB数据将示出大于100％的LC透射。在另一个例子中，如果存在一些可允许的鲜艳度损失，则将规定低于0％的LC透射。在不可允许的透射水平的情况下，可以简单地修剪该数据，直到其可实现，或者可以改变其他颜色以维持像素的色调，或者可以使用其他方法。

因此在本示例性实施例中，扫描图像数据并且针对每个像素计算六个关键变量(三个绝对亮度，三个比率)。然后通过查看所有被扫描的像素的值确定每六个的最小可允许值，并且由此计算每个LED的最佳(在功率消耗方面)占空比。最后，处理图像数据以返回针对新背光条件的最佳RGB数据。因此，可以看出，本实施例使用已知的使用不同的背光源发射器的显示器的颜色渲染能力，准确且有效地计算出使该显示器能够产生输入图像数据想要的颜色所需的最小功率背光条件，然后根据计算出的背光条件修改输入图像数据，以确保那些想要的颜色被确实产生，并且即使在随后的帧中输入图像数据和背光条件改变也保持外观恒定。这是本发明优于传统结构的显著优点。

本发明进一步的显著优点是，使用不同背光源发射器的显示器在独立于设备的色彩空间中的已知的颜色渲染能力的使用，允许考虑到不同类型的发射器穿过不同彩色滤光片窗的交叉泄漏。例如，增加BLED的占空比会增加穿过显示器的蓝色子像素的光透射，但是也可增加穿过绿色子像素的低波长偏蓝色光的透射。等式9-12允许考虑该泄漏，使得示出在随后的帧中变化的主要具有绿色LED照射的绿色图像内容的显示器在该图像中也包括一些蓝色区域，因此需要来自蓝色LED的一些发射，即使透射过绿色子像素的光的色度会改变，也不会导致绿色区域的颜色改变。图6示出在GLED完全接通和G与BLED一起完全接通两种情况下穿过绿色滤光片的光谱透射。

这种交叉泄漏的一个结果是，该显示器能够在只输入绿色图像内容并因此只需要绿色LED发射时，比在(例如)输入图像中存在都充分饱和的绿色和蓝色部分并因此需要蓝色和绿色LED二者都发射时，呈现更饱和的绿色(或者任何其他颜色)，降低了绿色和/或蓝色子像素的有效饱和度。图8中针对具有高蓝绿泄漏的特定设备示出这一点。如果与完全饱和的输入数据相关的目标颜色位置位于在红色、绿色和蓝色发射器都接通时显示器可实现的色域内，则本实施例的方法即使照射条件变化也可以使用等式9-12的处理使诸如纯绿色的颜色色度保持恒定，并因此可显示基色色度。然而，可以看出，这会限制对于包括仅一个或两个基色的图像内容可显示的最大饱和度。在进一步的实施例中，完全并且高度饱和的输入数据在独立于设备的空间中的目标颜色根据该输入图像数据中存在哪个其他高度饱和颜色而变化。因此，可以以显示器能够达到的最大鲜艳度显示例如全绿的图像数据，并且当输入图像数据包含例如绿色和其他颜色时，绿色区域的色度降低。显示器能够以渐进的方式实现这一点，使得意图保持恒定的图像区域的颜色不会发生突兀的变化。

在其他实施例中，可以优选地独立于图像数据处理进行图像扫描。例如，可以每(例如)五帧分析一次图像，并且将最近的占空比用于每次图像处理操作。作为选择，在图像分析比图像处理步骤花更多时间的情况下，或者在图像分析是不需要一直运行的耗能步骤的情况下，在完成一图像一段时间之后，可以选择性地暂停图像处理。

在另一个实施例中，在计算理想的R,G,B占空比时，可以优选地消耗较少的处理功率。为此有大量的更简单的算法。可能适当的具体方法包含如前所述的针对每个像素计算白色水平，使得能够以节能的方式实现所需的饱和度和亮度。并非在XYZ空间(或者任何其他独立于设备的色彩空间)中工作以计算所需的RGB占空比，该算法通过从WLED减去对每个颜色通道按比例的贡献来简单地计算R,G,B水平。在该方法中，可以看出，对于三基色中的每一色，仍可以具有最佳饱和度。

在进一步的实施例中，可以优选地使用查找表方法来计算每个像素的最佳LED占空比。为了降低操作的数学复杂性，可以将每个像素组合或者每个像素组合的给定子组的最佳占空比存储在设备的存储器中，以后如果需要的话，可以进行插补。此外，查找表可以基于图像数据的变换，如使用HSV空间而不是RGB或者任何其他的。

在进一步的实施例中，控制电子器件可以考虑前一帧中计算出的占空比，并且在某些情况下可以限制帧间LED占空比的变化。该方法的一个优点是补偿更新LC层和更新背光源之间的任何定时问题。

在另一个实施例中，不使用计算最佳占空比的该算法的前半部分。而是，当控制电子器件转换用以前一帧的光照条件要显示的图像数据时，该电子器件分析多少个像素在可由前一帧的背光条件产生的可利用色域之外，以及只可以实现多少个像素。在此过程中，可以递增改变占空比，以允许更鲜艳的颜色、更亮的像素，或者通过降低LED占空比或用RGB占空比代替W占空比作为更有效的背光源状态来节省功率。

在另一个实施例中，可以将RGB数据值转换到不同的依赖于设备的色彩空间，如HSV。这可以例如简化计算，因为相同色调的颜色可能需要相同比率的LED占空比。在该方法中，一个方法包括准备查找表，该查找表包含针对某些色调角度的饱和水平，仅使用宽带发射器不能再以该饱和水平显示该颜色。该查找表还包含某一饱和水平所需的LED状态，使得当分析每个像素时，通过将其转换到HSV空间，如果需要的话，可以快速确定需要窄带发射器的程度。

在另一个实施例中，控制电子器件将多个不同背光源状态的转换矩阵存储在其存储器中。例如，从RGB空间中的图像数据转换到用于新背光源状态的RGB空间，其中可利用的背光源状态可以包括WLED完全接通的状态、RGBLED完全接通的状态、R,WLED完全接通的状态等。可以存在许多中间步骤，并且一个LED完全打开是根本没有必要的。然后，当有新图像数据要分析时，该算法循环遍及每个背光源状态，优选从最低功率需求开始，直到发现能够适当地显示当前图像的状态。然后，选择该背光源状态，并且如前所述，转换该图像，用于准确显示。

在另一个实施例中，以能够计算出仅包围所有数据点的凸包的方式在3D图表中描绘图像内容。然后，该算法计算需要最小功率消耗的LED占空比，使得由这些LED状态产生的3D色域完全包围该凸包。

在另一个实施例中，本发明可应用于没有彩色滤光片，而是改为按时间顺序显示R,G,B,W颜色成分(component)以产生所需复合色的显示器。所要求保护的本发明可以分析图像内容，并且在一个或多个颜色不完全饱和的图像中，可以将白色LED与其他LED相结合，使得功率需求减小而图像又不损失饱和度。本发明对于这种彩色时序显示器尤其有利，因为它允许仅在一个或两个颜色周期中使用较低功率的W发射器，并且保持其他彩色场的最大饱和度，而不像主实施例的空间彩色显示器中那样，来自WLED的任何发射都会使所有彩色分量的饱和度一起降低。

在另一个实施例中，颜色坐标从RGB空间到诸如CIEXYZ的独立于设备的色彩空间的转换不是使用3×3矩阵的线形变换。而是开发一种作为两个不同空间的结合的新色彩空间。众所周知，具有大色域的显示器能够以不是想要被示出的方式增加颜色的鲜艳度。这对于已经鲜艳的颜色是可接受的，但是对于诸如肤色等浅淡的颜色，这会迁移颜色，使得这些颜色被感受到的外观显著不同于它们的真实外观，这对观察者来说通常是不优选的。因此提出，对于浅淡的颜色使用浅淡的色彩空间，其最大鲜艳度相对较低，而对于鲜艳的颜色使用较鲜艳的色彩空间。这可以是定义的标准，如AdobeRGB，或者可以简单地是显示器所能产生的最大量，或者其他选择。然后，根据每个像素的饱和度水平，使用两个色彩空间的混合，以确定期望的XYZ水平。在计算最佳LED占空比时以及之后转换图像以新的背光源状态显示的处理流程中使用该XYZ水平。

在本文公开中已经指出，尽管不是每一处都提到，但是当计算四种LED类型的理想占空比时，优选地可以要求图像中的每个像素被忠实地显示，但是更优选地可以例如减小设备的功率消耗，允许一定量的像素不被准确地显示。

尽管已经关于特定或多个实施例示出并描述了本发明，但是在阅读并理解了本说明书和附图之后，本领域的其它技术人员可以想到等同替换或修改。具体来说，对于上述要素(部件、组件、设备、构成等)进行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这种要素的术语意图对应于进行所描述的要素的规定功能的(即，功能等同的)任何要素，尽管在结构上不等同于在本发明的这方面的示例性实施例中进行该功能的公开结构。另外，尽管上文已经关于若干个实施例中的仅一个或多个描述了本发明的具体特征，但是这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相结合，因为这对于任何给定的或具体的应用可能是理想的和有利的。

因此，本发明的一方面是显示器。在示例性实施例中，该显示器包括：背光部，其具有至少一个广谱发射器和至少一个窄谱发射器，其中所述广谱发射器比所述窄谱发射器发射更宽光谱的光；图像面板，其用于通过空间光调制来显示图像；以及控制电子器件，其配置为接收输入图像数据并且向所述背光部和所述图像面板二者输出控制信号。所述控制电子器件配置为，在每个发射器类型分别照射下，利用所述图像面板的颜色渲染能力来计算显示所述输入图像数据所需的来自每个发射器类型的发射的最小功率组合。所述控制电子器件进一步配置为，根据计算出的发射器功率的最小功率组合来修改所述输入图像数据，使得即使改变照射条件，也保持所述图像数据中颜色的所得显示。

在该显示器的一示例性实施例中，所述广谱发射器是白色发射器，并且所述窄谱发射器是红色、绿色和蓝色光谱发射器中的至少一个。

在该显示器的一示例性实施例中，所述图像面板没有彩色滤光片而是利用所述背光源操作来按多个子帧给出时间序列色场，并且所述广谱发射器在任意所述子帧期间与一个或多个所述窄谱发射器同时使用或者在附加子帧中使用，以根据所述输入图像数据，独立地以一个或多个颜色成分的过度颜色饱和度为代价，增加所述显示器的亮度或功率效率。

在该显示器的一示例性实施例中，所述图像面板是具有红色、绿色和蓝色滤光片的液晶面板。

在该显示器的一示例性实施例中，所述液晶面板还具有白色滤光片。

在该显示器的一示例性实施例中，所述控制电子器件在独立于设备的色彩空间中处理所述图像数据，以计算发射器功率的功率组合。

在该显示器的一示例性实施例中，使用所述液晶面板的像素在宽带发射器可实现的色域外部的程度确定所述窄谱发射器和所述广谱发射器之间的平衡，来计算发射器功率。

在该显示器的一示例性实施例中，计算所述发射器功率以通过解决由所需亮度和所需饱和度的约束造成的线性编程问题来使所述背光源的功率需求最小化。

在该显示器的一示例性实施例中，所述输入图像数据的显示颜色由已知的颜色标准来规定，并且所述输入图像数据修正用于在不同的发射器功率组合下保持所有输入颜色恒定。

在该显示器的一示例性实施例中，当图像的其他区域变化时，所述控制电子器件连续控制具有恒定输入图像数据的图像区域的变化的颜色外观。

在该显示器的一示例性实施例中，所述输入图像数据的显示颜色是所有所述窄谱发射器同时接通时所述显示器可实现的最大色域。

在该显示器的一示例性实施例中，所述输入图像数据的显示颜色是所述窄谱发射器分别接通时所述显示器可实现的最大色域。

在该显示器的一示例性实施例中，计算每个发射器水平需要增加或减少的量度，并且发射器功率水平在由计算出的每个发射器水平的增加或减少需求指定的方向上递增。

在该显示器的一示例性实施例中，针对输入到所述显示器的输入图像数据的每一帧计算所述发射器功率值。

在该显示器的一示例性实施例中，所述发射器功率值计算是与所述控制电子器件的其他部分不同步地进行的，并且所述图像转换使用最近计算出并应用的发射器功率。

在该显示器的一示例性实施例中，考虑先前的发射器功率计算结果，并且限制发射器功率到下一个输出组合的变化，从而使显示器背光源照射的突然变化变得平滑。

在该显示器的一示例性实施例中，所述输入图像数据的显示颜色基于RGB数据的非线性变换，或者以颜色饱和度水平为基础的多个色彩空间的混合组合。

产业上的应用

本发明可应用于至少对于一些潜在的图像内容或者使用场景需要宽的色域并且考虑功率消耗的任何彩色透射型显示器。

Claims (17)

1.一种显示器，包括：

背光源部，其包括至少一个广谱发射器和至少一个窄谱发射器，其中所述广谱发射器比所述窄谱发射器发射更宽光谱的光；

图像面板，其用于通过空间光调制来显示图像；以及

控制电子器件，其配置为接收输入图像数据并且向所述背光源部和所述图像面板二者输出控制信号；

其中所述控制电子器件配置为，在每个发射器类型分别照射下，利用所述图像面板的颜色渲染能力来计算显示所述输入图像数据所需的来自每个发射器类型的发射的最小功率组合，并且

所述控制电子器件进一步配置为，根据计算出的发射器功率的最小功率组合来修改所述输入图像数据，使得即使改变照射条件，也保持所述图像数据中颜色的所得显示。

2.根据权利要求1所述的显示器，其中所述广谱发射器是白色发射器，并且所述窄谱发射器是红色、绿色和蓝色光谱发射器中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的显示器，其中所述图像面板没有彩色滤光片而是利用所述背光源操作来按多个子帧给出时间序列色场，并且所述广谱发射器在任意所述子帧期间与一个或多个所述窄谱发射器同时使用或者在附加子帧中使用，以根据所述输入图像数据，独立地以一个或多个颜色成分的过度颜色饱和度为代价，增加所述显示器的亮度或功率效率。

4.根据权利要求1或2所述的显示器，其中所述图像面板是具有红色、绿色和蓝色滤光片的液晶面板。

5.根据权利要求4所述的显示器，其中所述液晶面板还具有白色滤光片。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的显示器，其中所述控制电子器件在独立于设备的色彩空间中处理所述图像数据，以计算发射器功率的功率组合。

7.根据权利要求6所述的显示器，其中使用所述液晶面板的像素在宽带发射器可实现的色域外部的程度确定所述窄谱发射器和所述广谱发射器之间的平衡，来计算发射器功率。

8.根据权利要求7所述的显示器，其中计算所述发射器功率以通过解决由所需亮度和所需饱和度的约束造成的线性编程问题来使所述背光源的功率需求最小化。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的显示器，其中所述输入图像数据的显示颜色由已知的颜色标准来规定，并且所述输入图像数据修正用于在不同的发射器功率组合下保持所有输入颜色恒定。

10.根据权利要求9所述的显示器，其中当图像的其他区域变化时，所述控制电子器件连续控制具有恒定输入图像数据的图像区域的变化的颜色外观。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的显示器，其中所述输入图像数据的显示颜色是所有所述窄谱发射器同时接通时所述显示器可实现的最大色域。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的显示器，其中所述输入图像数据的显示颜色是所述窄谱发射器分别接通时所述显示器可实现的最大色域。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的显示器，其中计算每个发射器水平需要增加或减少的量度，并且发射器功率水平在由计算出的每个发射器水平的增加或减少需求指定的方向上递增。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的显示器，其中针对输入到所述显示器的输入图像数据的每一帧计算所述发射器功率值。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的显示器，其中所述发射器功率值计算是与所述控制电子器件的其他部分不同步地进行的，并且所述图像转换使用最近计算出并应用的发射器功率。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的显示器，其中考虑先前的发射器功率计算结果，并且限制发射器功率到下一个输出组合的变化，从而使显示器背光源照射的突然变化变得平滑。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的显示器，其中所述输入图像数据的显示颜色基于RGB数据的非线性变换，或者以颜色饱和水平为基础的多个色彩空间的混合组合。