CN106205516B - 电子设备及显示图像帧的显示器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电子设备及显示图像帧的显示器。一种电子设备，包括显示器、生成在所述显示器上显示的图像帧的控制电路系统、以及评估所述图像帧以识别在所述显示器中过多的电荷积聚的风险何时存在的电荷积聚跟踪器。本公开的一个实施例所实现的一个技术效果是显示器中不期望的电荷积聚的风险得以减小。

Description

电子设备及显示图像帧的显示器
技术领域
本申请一般地涉及电子设备，具体来说涉及带有显示器的电子设备。
背景技术
电子设备常常包括显示器。例如，蜂窝电话和便携式计算机常常包括用于向用户呈现信息的显示器。
液晶显示器包含一层液晶材料。液晶显示器中的像素包含用于向液晶材料施加电场的像素电极以及薄膜晶体管。像素中电场的强度控制液晶材料的偏振状态，并由此调整该像素的亮度。
存在使液晶显示器中的离子响应于施加的电场而移动的可能性。这会导致像素上的电荷积聚。电荷积聚的另一原因是电介质极化。电荷积聚效应会在显示器上产生可见的伪像，诸如不期望有的闪烁。
为了最小化液晶显示器中的电荷积聚，可以周期性地颠倒施加于像素的电场的极性。例如，图像数据的交替的正极性帧和负极性帧可以显示在液晶显示器的像素上，以防止过多的正或负电荷积聚。虽然周期性极性颠倒可以帮助减少电荷积聚，但是电荷积聚问题仍然可能在液晶显示器中产生。电荷积聚可能在例如以下的情况下产生，即软件应用或其他内容生成器创建带有不平衡的灰度级的图像数据的负的帧和正的帧。在带有可变刷新速率的显示器中，不期望有的电荷积聚的风险可能加重。
因此，期望能够提供带有增强的电荷积聚减轻能力的显示器。
发明内容
电子设备可以生成要显示在显示器上的内容。显示器可以是具有液晶显示器像素的阵列的液晶显示器。显示器中的显示驱动器电路系统可以在像素阵列上显示图像帧。图像帧可以以正的极性和负的极性显示，以帮助减少电荷积聚效应。
电荷积聚跟踪器可以分析图像帧，以确定过多的电荷积聚的风险何时出现。电荷积聚跟踪器可以使用有关显示的图像帧中的灰度级的信息、帧持续时间信息以及帧极性信息作为输入。电荷积聚跟踪器可以基于灰度级、帧持续时间和帧极性来计算电荷积聚度量。可以对电荷积聚跟踪器的输入应用权重，该权重从查找表检索到或者使用数学表达式表示。例如，电荷积聚跟踪器可以向输入应用根据灰度级、图像帧持续时间和极性而变化的权重。
电荷积聚跟踪器可以计算整个图像帧的电荷积聚度量，或者可以分开地处理每一个帧的子区域。当分开地处理子区域时，可以通过将每一个子区域的电荷积聚度量与阈值进行比较，单独地对该子区域监视过多的电荷积聚的风险。
附图说明
图1是根据一个实施例的诸如膝上型计算机的说明性电子设备的透视图。
图2是根据一个实施例的诸如手持电子设备的说明性电子设备的透视图。
图3是根据一个实施例的诸如带有显示器的平板电脑的说明性电子设备的透视图。
图4是根据一个实施例的诸如带有显示结构的计算机或其他设备的说明性电子设备的透视图。
图5是根据一个实施例的说明性显示器的截面侧视图。
图6是根据一个实施例的显示器中的像素阵列的一部分的顶视图。
图7是根据一个实施例的示出显示器的刷新速率如何可以根据时间变化的图。
图8是根据一个实施例的示出如何计算电荷积聚度量并将其与阈值进行比较的图示。
图9是根据一个实施例的可以用于操作带有电荷积聚监视能力的显示器的说明性电路系统的图示。
图10是根据一个实施例的示出用于计算电荷积聚度量的加权因子可以如何根据灰度级而变化的图。
图11是根据一个实施例的示出用于计算电荷积聚的加权因子如何根据显示图像所达到的时间量(图像帧持续时间)而变化的图。
图12是根据一个实施例的示出基于块的电荷积聚跟踪器可以如何监视显示器的多个子区域的电荷积聚的图示。
图13是根据一个实施例的在操作带有电荷积聚监视能力的显示器时涉及的说明性步骤的流程图。
具体实施方式
本申请要求于2015年5月27日提交的美国专利申请No.14/722,620的优先权，该申请通过引用全部并入于此。
电子设备可以包括显示器。显示器可以被用来向用户显示图像。在图1、2、3以及4中示出了可以配备有显示器的说明性电子设备。
图1示出了电子设备10如何可以具有膝上型计算机的形状，该膝上型计算机具有上部壳体12A和带有诸如键盘16和触摸板18的组件的下部壳体12B。设备10可以具有铰接结构20，其使上部壳体12A在方向22中围绕旋转轴24相对于下部壳体12B旋转。显示器14可以安装在上部壳体12A中。通过围绕旋转轴24朝下部壳体12B旋转上部壳体12A，有时可简称为显示器壳体或盖子的上部壳体12A可以被置于闭合状态。
图2示出了电子设备10如何可以是诸如蜂窝电话、音乐播放器、游戏设备、导航单元、手表或其他紧凑型设备的手持式设备。在设备10的这种类型的配置中，壳体12可以具有相对的前后表面。显示器14可以安装在壳体12的前面上。如果期望的话，显示器14可以具有用于诸如按钮26的组件的开口。还可以在显示器14中形成开口，以容纳扬声器端口(参见例如，图2的扬声器端口28)。在诸如腕表设备的紧凑型设备中，可以省掉端口28和/或按钮26，并且设备10可以配备有皮带或短绳。
图3示出了电子设备10如何可以是平板电脑。在图3的电子设备10中，壳体12可以具有相对的平面的前后表面。显示器14可以安装在壳体12的前表面上。如图3所示，显示器14可以具有开口以容纳按钮26(作为示例)。
图4示出了电子设备10如何可以是诸如计算机监视器的显示器、集成到计算机显示器中的计算机或者带有内置显示器的其他设备。通过这种类型的布置，设备10的壳体12可以安装在诸如支座30的支撑结构上，或者可以省掉支座30(例如，将设备10安装在墙上)。显示器14可以安装在壳体12的前面上。
图1、2、3以及4所示出的设备10的说明性配置只是说明性的。一般而言，电子设备10可以是膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或者其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备、吊挂设备、头戴式耳机或耳塞设备、或者其他可穿戴设备或微型设备)、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中带有显示器的电子装备被安装在售货亭或汽车中的系统)、实现这些设备中的两个或更多个的功能的装备、或者其他电子装备。
设备10的壳体12(有时被称作外壳)可以由诸如塑料、玻璃、陶瓷、碳纤维合成物及其他基于纤维的合成物、金属(例如，机加工的铝、不锈钢或其他金属)的材料、其他材料或这些材料的组合制成。设备10可以使用单体构造形成，其中壳体12的大部分或全部由单个结构元件(例如，一件机加工金属或一件模制塑料)形成或者可以由多个壳体结构(例如，安装到内部框架元件或其他内部壳体结构的外部壳体结构)形成。
显示器14可以是包括触摸传感器的触敏显示器或者可以对触摸不敏感。显示器14的触摸传感器可以由以下形成：电容性触摸传感器电极阵列，电阻性触摸阵列，基于声触摸、光学触摸或基于力的触摸技术的触摸传感器结构，或者其他合适的触摸传感器组件。
设备10的显示器14可以包括由液晶显示器(LCD)组件形成的像素。显示器覆盖层可以覆盖显示器14的表面，或者诸如滤色镜层之类的显示器层或显示器的其他部分可以被用作显示器14中的最外面的(或几乎最外面的)层。最外面的显示器层可以由透明玻璃片、透明塑料层或其他透明部件形成。
在图5中示出了设备10的显示器14(例如图1、图2、图3、图4的设备或其他合适的电子设备的显示器14)的说明性配置的截面侧视图。如图5所示，显示器14可包括背光结构，诸如用于产生背光44的背光单元42。在操作过程中，背光44向外传播(在图5的取向中，在维度Z中垂直向上)，并穿过显示器层46中的显示器像素结构。这照亮正由显示器像素产生的供用户观看的任何图像。例如，背光44可以照亮显示器层46上的正由观看者48在方向50中观看的图像。
显示器层46可以安装在诸如塑料底盘结构和/或金属底盘结构之类的底盘结构中，以形成用于安装在壳体12中的显示器模块，或者显示器层46可以直接安装在壳体12中(例如，通过将显示器层46层叠到壳体12中的凹陷部分中)。显示器层46可以形成液晶显示器或者可以用于形成其他类型的显示器。
显示器层46可以包括诸如液晶层52之类的液晶层。液晶层52可以夹在诸如显示器层58和56的显示器层之间。层56和58可以介于下部偏振器层60和上部偏振器层54之间。
层58和56可以由诸如玻璃或塑料的透明层之类的透明基板层形成。层58和56可以是诸如薄膜晶体管层和/或滤色镜层之类的层。可以在层58和56的基板上形成导电迹线、滤色镜元件、晶体管及其他电路和结构(例如，以形成薄膜晶体管层和/或滤色镜层)。触摸传感器电极也可以被包括到诸如层58和56之类的层中，和/或可以在其他基板上形成触摸传感器电极。
在一个说明性配置中，层58可以是薄膜晶体管层，其包括基于薄膜晶体管的像素电路和用于向液晶层52施加电场并由此在显示器14上显示图像的相关联的电极(像素电极)的阵列。层56可以是滤色镜层，其包括用于给显示器14提供显示颜色图像的能力的滤色镜元件的阵列。如果期望的话，层58可以是滤色镜层，层56可以是薄膜晶体管层。也可以使用这样的配置，即滤色镜元件与薄膜晶体管结构在显示器14的上部或下部部分中的共同基板层上组合。
在设备10中的显示器14的操作过程中，可以使用控制电路系统(例如，印刷电路上的一个或多个集成电路)来生成要被显示在显示器14上的信息(例如，显示数据)。可以使用信号路径，诸如由刚性或柔性印刷电路(诸如印刷电路64(作为示例))中的导电金属迹线形成的信号路径，将要被显示的信息传送到显示驱动器集成电路，诸如电路62A或62B。
背光结构42可包括诸如光导板78之类的光导板。光导板78可以由诸如透明玻璃或塑料之类的透明材料形成。在背光结构42的操作过程中，诸如光源72之类的光源可以生成光74。光源72可以是例如发光二极管的阵列。
来自光源72的光74可以被耦合到光导板78的边缘表面76中，并且可以由于全内反射的原理而在整个光导板78的维度X和Y中分布。光导板78可以包括光散射特征，诸如凹处或凸起。光散射特征可以位于光导板78的上部表面和/或相对的下部表面上。光源72可以位于光导板78的左侧(如图5所示)，或者可以沿着板78的右侧边缘和/或板78的其他边缘定位。
从光导板78在方向Z中向上散射的光74可以充当显示器14的背光44。向下散射的光74可以由反射器80在向上的方向中反射回来。反射器80可以由反射性材料形成，反射性材料诸如用电介质镜薄膜涂层覆盖的塑料层。
为了增强背光结构42的背光性能，背光结构42可以包括光学膜70。光学膜70可以包括用于帮助使背光44均匀并由此减少热点的扩散器层，用于增强离轴观看的补偿膜，以及用于校准背光44的亮度增强膜(有时被称为转向膜)。光学膜70可以与背光单元42中的诸如光导板78和反射器80之类的其他结构重叠。例如，如果光导板78在图5的X-Y平面中具有矩形覆盖区，则光学膜70和反射器80可以具有匹配的矩形覆盖区。如果期望的话，诸如补偿薄之类的膜可以被包括到显示器14的其他层(例如，偏振器层)中。
如图6所示，显示器14可以包括诸如像素阵列92之类的像素90的阵列。可以使用由显示驱动器电路系统产生的控制信号来控制像素阵列92。显示驱动器电路系统可以使用一个或多个集成电路(IC)和/或薄膜晶体管或其他电路系统来实现。
在设备10的操作过程中，设备10中的诸如存储器电路、微处理器之类的控制电路系统以及其他存储和处理电路系统可以向显示驱动器电路系统提供数据。显示驱动器电路系统可以将数据转换为用于控制像素阵列92的像素90的信号。
像素阵列92可以包含像素90的行和列。可以使用诸如数据线D上的数据线信号和栅极线G上的栅极线信号之类的信号来控制像素阵列92的电路系统(即，像素90的像素电路的行和列)。数据线D和栅极线G是垂直的。例如，数据线D可以垂直地延伸，栅线G可以水平地延伸(即，垂直于数据线D)。
像素阵列92中的像素90可以包含薄膜晶体管电路系统(例如，多晶硅晶体管电路系统、非晶硅晶体管电路系统、诸如InGaZnO晶体管电路系统的半导体氧化物晶体管电路系统、其他硅或半导体氧化物晶体管电路系统，等等)以及相关联的结构，用于跨显示器14中的液晶层52产生电场。每一个液晶显示器像素都可以具有一个或多个薄膜晶体管。例如，每一个像素都可以具有相应的薄膜晶体管，诸如薄膜晶体管94，以控制电场向液晶层52的相应的像素大小的部分52'的施加。
用于形成像素90的薄膜晶体管结构可以位于薄膜晶体管基板(诸如玻璃层)上。薄膜晶体管基板以及在薄膜晶体管基板的表面上形成的显示器像素90的结构共同地形成薄膜晶体管层58(图5)。
栅极驱动器电路系统可以被用来在栅极线G上生成栅极信号。栅极驱动器电路系统可以由薄膜晶体管层上的薄膜晶体管形成，或者可以在分开的集成电路中实现。像素阵列92中的数据线D上的数据线信号携带模拟图像数据(例如，带有表示像素亮度级别的大小的电压)。在在显示器14上显示图像的过程期间，显示驱动器集成电路或其他电路系统可以从控制电路系统接收数字数据，并可以产生对应的模拟数据信号。模拟数据信号可以被解复用，并提供给数据线D。
数据线D上的数据线信号被分布到像素阵列92中的显示器像素90的列。栅极线G上的栅极线信号由相关联的栅极驱动器电路系统提供到像素阵列92中的像素90的行。
显示器14的电路系统可以由导电结构(例如，金属线和/或由诸如氧化铟锡之类的透明导电材料形成的结构)形成，并且可以包括在显示器14的薄膜晶体管基板层上制造的晶体管，诸如图6的晶体管94。薄膜晶体管可以是例如硅薄膜晶体管或半导体氧化物薄膜晶体管。
如图6所示，诸如像素90的像素可以位于阵列92中的每一栅极线G和数据线D的交叉点处。每一数据线D上的数据信号都可以从数据线D中的一个提供给端子96。薄膜晶体管94(例如，薄膜多晶硅晶体管、非晶硅晶体管或氧化物晶体管，氧化物晶体管诸如由诸如氧化铟镓锌的半导体氧化物形成的晶体管)可以具有接收栅极线G上的栅极线控制信号的诸如栅极98的栅极端子。当栅极线控制信号被断言时，晶体管94将被打开，端子96上的数据信号将传递到节点100作为像素电压Vp。显示器14的数据可以以帧显示。在每一行中的栅极线信号被断言以将数据信号传递到该行的像素之后，可以将栅极线信号解除断言。在随后的显示帧中，每一行的栅极线信号可以再次被断言以打开晶体管94并捕捉Vp的新的值。
像素90可以具有诸如电容器102的信号存储元件或其他电荷存储元件。存储电容器102可以被用来帮助在各帧之间(即，在连续的栅极信号的断言之间的时间段中)将信号Vp存储在像素90中。
显示器14可以具有耦合到节点104的公共电极。公共电极(有时被称为公共电压电极、Vcom电极或Vcom端子)可以被用来将诸如公共电极电压Vcom的公共电极电压分布到阵列92的每一像素90中的诸如节点104的节点。如图6的说明性电极图案104'所示，Vcom电极104可以使用透明导电材料(诸如氧化铟锡、氧化铟锌、其他透明导电氧化物材料和/或充分薄以致于透明的金属层)的覆盖膜来实现(例如，电极104可以由覆盖阵列92中的所有像素90的氧化铟锡层或其他透明导电层形成)。
在每一像素90中，电容器102可以耦合在节点100和104之间。由于像素90中的用于控制通过像素的液晶材料(液晶材料52')的电场的电极结构，跨节点100和104产生并联电容。如图6所示，电极结构106(例如，带有多个指状体的显示器像素电极或用于向液晶材料52'施加电场的其他显示器像素电极)可以耦合到节点100(或者可以在节点104处形成多指状体显示器像素电极)。在操作过程中，电极结构106可以被用来跨像素90中的像素大小的液晶材料52'施加受控制的电场(即，具有与Vp-Vcom成比例的大小的电场)。由于存储电容器102和由像素90的像素结构形成的并联电容的存在，可以在帧的持续时间内，跨节点106和104保持Vp的值(以及因此跨液晶材料52'的相关联的电场)。
跨液晶材料52'产生的电场导致液晶材料52'中的液晶的取向的变化。这改变穿过液晶材料52'的光的偏振。偏振的变化可以和图5的偏振器60和54一起，用于控制透过显示器14的阵列92中的每一像素90的光44的量，使得图像帧可以显示在显示器14上。
由于通过使用施加的单个极性的电压Vp-Vcom跨液晶材料52'反复施加电场，可能产生电荷积聚问题。因此，可以使电场的极性周期性地交替。作为示例，在奇数帧中，可以跨材料52'施加正的电压Vp-Vcom，而在偶数帧中，可以跨材料52'施加负的电压Vp-Vcom。为了确保不存在电荷积聚效应(甚至在周期性地颠倒图像帧的极性时)，设备10可以包括电荷积聚监视功能。例如，可以在设备10中实现电荷积聚跟踪器，其对显示器监视过多的电荷积聚状况。如果满足合适的准则(即，如果对于显示器14的全部或一部分，计算出的电荷积聚水平超出预定的电荷积聚阈值)，则可以采取合适的补救动作。
当显示非黑色内容时，产生电荷积聚效应。黑色内容及其他带有低灰度级的内容不会涉及向显示器14施加大的电场，因此不会导致显著的电荷积聚。然而，带有大灰度级的内容(例如，白色内容)与跨层52的大的电场相关联，并因此具有导致电荷积聚的可能性。除取决于所显示的图像帧的灰度级之外，电荷积聚效应还取决于对于每一极性显示白色内容(高灰度级内容)的时间量。
当显示在显示器14上的图像不包含在正的和负的帧之间均匀地划分的内容时，电荷积聚可以变得过多。例如，当在正的帧期间比在负的帧期间显示更多的白色内容时，可能会产生过多的电荷积聚状况。在实现可变刷新速率方案的显示器中，可能会加剧将产生过多的电荷积聚状况的可能性。在使用可变刷新速率方案的情况下，显示器14有时以相对高的帧速率操作，有时以相对低的帧速率操作。高的帧速率可以被用来显示快速地移动的内容。当内容改变不太快时，可以使用低的帧速率来节省功率。
图7中示出了在显示器14具有可变刷新速率能力的说明性配置中，作为时间的函数绘制了帧速率FR的图。如图7所示，当期望在显示器14上显示快速地移动的内容(例如，视频)时，显示器14可以以提高的帧速率FRH操作。帧速率FRH可以是例如60Hz、30Hz或其他相对高的帧速率。在图7的示例中，显示器14在t0和t1之间的时间使用帧速率FRH。在时间t1，不再需要提高的帧速率FRH，如此，设备10将显示器14的帧速率FR降低到减小的帧速率FRL(例如，对于t1和t2之间的时间，在帧速率FR返回到高的帧速率FRH之前)。帧速率FRL可以是例如1Hz和10Hz之间的速率、小于10Hz或低于帧速率FRH的其他帧速率。由于帧速率被降低，因此在显示器14内可以降低在时间t1和t2之间的时间的功率消耗。
在操作具有可变刷新速率能力的显示器时所涉及的降低的帧速率与具有潜在的长持续时间(例如，1s等)的帧相关联。特别是在显示器14以长的帧操作的场景下，存在正被显示在显示器14上的内容的图案和帧的极性之间的不期望的相互作用的可能性，这种相互作用会导致过多的电荷积聚。
为了确保设备10和显示器14令人满意地操作，可以实现电荷积聚跟踪器，该电荷积聚跟踪器监视可能与过多的电荷积聚相关联的状况的出现。当检测到电荷积聚时，可以采取补救动作。例如，在带有可变刷新速率能力的显示器中，可变刷新操作可以被中止(例如，通过对于给定的时间段将设备10返回到高刷新速率FRH，或者通过对于给定的时间段至少将显示器14的帧速率提高到高于所期望的低速率FRL)。作为另一个示例，正被显示在显示器14上的图像数据的帧的极性可以被翻转(例如，通过在正的帧和负的帧之间插入额外的正的帧)。
电荷积聚跟踪器可以是在空间上敏感的。例如，显示器14可以被分成多个子区域(例如，矩形块)，可以分开地监视其中每一个块以确定是否存在过多的电荷积聚。电荷积聚跟踪器还可以考虑所显示的内容的灰度级，给较高的灰度级(较白的内容)比较低的灰度级(较暗的内容)提供更大的权重。还可以考虑正的帧和负的帧的持续时间(这影响以每一极性显示内容的时间长度)。基于这些输入和/或其他信息，电荷积聚跟踪器可以确定是否需要补救动作。
如果期望的话，电荷积聚跟踪器可以确定每一帧的平均灰度级(即，这种类型的布置中的电荷积聚跟踪器将不把显示器14分为较小块的阵列，并且因此将不是在空间上敏感的)。每一帧中的平均灰度级可以是例如帧中的像素的平均灰度级，或者可以是帧中的像素的中值灰度级。电荷积聚跟踪器也可以使用这样的场景，即电荷积聚跟踪器使用每一帧的平均灰度级的固定估计(例如，通过假设帧包括最坏情况的灰度级255或者包括平均灰度级127或其他合适的固定值)。可以对计算出的平均灰度级应用加权因子，以帮助确定合适的电荷积聚度量(接着可以将该度量与预先确定的阈值进行比较，以确定是否电荷积聚过多并且需要补救)。作为示例，可以使用灰度级加权来给带有较高平均灰度级的帧比带有较低平均灰度级的帧提供更大的权重，和/或可以使用基于时间的加权来通过它们的相应的持续时间加权正的帧和负的帧(作为考虑它们的平均灰度级的附加)。
作为示例，考虑图8的场景。在图8的示例中，在正使用电荷积聚跟踪器来评估每一帧的灰度级和每一帧的持续时间(即，在此示例中，灰度级加权和帧持续时间加权是线性的)的同时，帧(F1…F7)正按顺序显示在显示器14上。当图像数据的每一帧显示在显示器14上时，电荷积聚跟踪器计算电荷积聚度量COUNT的更新的值。将COUNT的值与阈值水平(例如，在此示例中是20,000的阈值水平TL)进行比较。只要COUNT不超出TL，图像数据的帧就可以正常地显示在显示器14上(例如，使用可变刷新速率方案，与交替正的和负的帧极性P和N相结合，如图8的示例)。然而，如果电荷积聚跟踪器确定COUNT的值超出了阈值TL，则可以采取合适的补救动作以降低电荷积聚。
如图8所示，帧F1的平均灰度级(AGL)是100，帧F1的持续时间是13mS。电荷积聚跟踪器可以计算平均灰度级和帧持续时间的乘积，以产生COUNT的初始计数值等于1300(13*100)。帧F2具有负极性N(即，与正的帧F1的极性相反的极性)，如此，在当显示帧F2时更新COUNT时，电荷积聚跟踪器可以从帧F1之后的COUNT的值减去帧F2的平均灰度级(110)和帧F2的持续时间(13mS)的乘积。在帧F2之后结果得到的更新的COUNT值是-130。帧F3具有160的平均灰度级、13mS的持续时间和正极性P，这使得COUNT的值高达1950。帧F4具有140的平均灰度级、13mS的持续时间以及负极性。因此，电荷积聚跟踪器更新COUNT以在帧F4具有值130。
在图8示例中，显示器14是可变刷新速率显示器。对于帧F5和随后的帧F6和F7，显示器14的刷新速率(帧速率)减小为10Hz。结果，每一帧都具有100mS的持续时间。当更新COUNT时，由电荷积聚跟踪器考虑每一帧的延长的值。如图8所示，说明性的帧F5具有150的平均灰度级、100mS的持续时间和正极性，如此，COUNT在帧F5上升到15,130。15,130的值小于阈值20,000，如此，在帧F5不存在过多的电荷积聚。图8的帧F6具有50的平均灰度级。帧F6具有100mS的持续时间和负极性，如此，在帧F6，COUNT的更新的值变为10,130(也低于阈值TL)。图8的帧F7具有150的平均灰度级、100mS的持续时间和正极性。当电荷积聚跟踪器计算在帧F7的COUNT时，COUNT的更新的值是25,130，这超出了阈值TL。由于阈值TL被超出，因此电荷积聚跟踪器识别出存在在显示器14内有过多的电荷积聚的可能性，并采取合适的补救动作。如此示例所示，电荷积聚跟踪器可以通过考虑诸如每一帧的平均(均值或中值)灰度级、帧持续时间以及帧极性之类的因素、并计算对应的电荷积聚度量(诸如参数COUNT)的值(可以将该值与预先确定的阈值TL进行比较)来确定是否发生了过多的电荷积聚。如果期望的话，可以使用查找表、数学函数或其他布置来向电荷积聚跟踪器的输入应用权重。加权函数可以是线性或非线性的。
图9是可以在实现显示器14以及用于监视显示器14的电荷积聚状况的电荷积聚跟踪器时使用的设备10中的说明性电路系统的示意图。如图9所示，设备10可以具有控制电路系统110。控制电路系统110可以包括用于支持设备10的操作的存储和处理电路系统。存储和处理电路系统可以包括诸如硬盘驱动存储装置、非易失性存储器(例如，闪存或被配置成形成固态驱动的其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等之类的存储装置。控制电路系统110中的处理电路系统可以被用来控制设备10的操作。处理电路系统可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。
控制电路系统110可以包括诸如图形处理单元116的图形处理单元。图形处理单元116可以从内容生成器114接收帧缓冲器120(例如，帧缓冲器120A)的图像帧。内容生成器114可以是在控制电路系统110上运行的应用，诸如游戏、媒体播放应用、向用户呈现文本的应用、操作系统功能、或在控制电路系统110上运行的生成要被显示在显示器14上的图像数据的其他代码。
控制电路系统110可以耦合到诸如输入-输出设备112的输入-输出电路系统。可以使用输入-输出设备112以允许数据被提供给设备10并允许数据从设备10提供到外部设备。输入-输出设备112可以包括按钮、游戏杆、滚动轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音调生成器、振动器、相机、传感器、发光二极管及其他状态指示器、数据端口等。用户可以通过经由输入-输出设备112提供命令来控制设备10的操作，并可以使用输入-输出设备112的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
可以使用控制电路系统110来在设备10上运行诸如操作系统代码以及应用之类的软件。在设备10的操作过程中，在控制电路系统110上运行的软件(例如，内容生成器114)可以使用像素阵列92的像素90来在显示器14上显示图像。显示器14可以包括从图形处理单元116接收图像数据的显示驱动器电路系统，诸如显示驱动器电路系统122(参见例如，图5的电路系统62A和62B)。显示器14的显示驱动器电路系统可以包括一个或多个显示驱动器集成电路(例如，定时控制器集成电路或其他显示驱动器电路系统，诸如图9的显示驱动器电路系统122)和栅极驱动器电路系统124。栅极驱动器电路系统124可以使用显示器基板上的薄膜晶体管电路系统来实现，和/或可以使用一个或多个集成电路来实现。阵列92可以具有位于阵列92的左侧和右侧边缘上的、位于阵列92的仅左侧边缘或仅右侧边缘上的、或者位于显示器14中的别处的显示驱动器电路系统，诸如电路系统124。
要由显示驱动器电路系统显示在阵列92上的图像帧可以存储在帧缓冲器120(例如，帧缓冲器120B)中。电荷积聚跟踪器118可以使用图形处理单元116中的资源来实现(参见例如，电荷积聚跟踪器118A)，和/或使用显示器14的显示驱动器电路系统中的资源来实现(参见例如，电荷积聚跟踪器118B)。在为显示在显示器14的像素上的图像帧评估电荷积聚度量的值时，电荷积聚跟踪器118可以使用有关帧持续时间(例如，帧缓冲器电路系统120中的图像帧显示在阵列92上所达到的持续时间)的信息。在其中帧持续时间信息在图形处理单元116中不可用的布置中，帧持续时间信息可以由显示驱动器电路系统122提供(例如，电荷积聚跟踪器118可以在电路系统122上实现，如图9的跟踪器118B所示)。电荷积聚跟踪器118可以通过处理缓冲器电路系统120中的图像帧来分析正显示在阵列92上的内容中的灰度级。可以整体地处理图像帧(例如，以计算每一帧的平均灰度级)，或者可以将图像帧分解为多个子区域(例如，以计算与每一单独子区域的电荷积聚相关的平均灰度级或其他图像参数)。
当评估每一图像帧的子区域时，可以检测到只影响显示器14的一部分的电荷积聚场景。例如，如果显示器14很小的一部分对于所有正的帧是白的、对于所有负的帧是黑的，而显示器的其余部分跨正的和负的帧具有相对恒定的低灰度级，则存在结合图7的全局COUNT值的计算所描述的类型的全局灰度级评估技术可能不会识别出显示器14的受影响的小部分中的电荷积聚风险的风险。相对照地，评估显示器14的子区域(例如，带有3-8mm长、多于1mm长、小于1cm长或其他合适的尺寸的边缘的块)的电荷积聚跟踪器可以识别局部电荷积聚问题，并可以在观看者发现显示器闪烁及其他可见伪像之前采取合适的补救动作。
当使用电荷积聚跟踪器118来评估显示器14的子区域中的(或整个图像帧的)电荷积聚风险时，电荷积聚跟踪器可以使用查找表或数学公式来向诸如测量到的平均灰度级和图像帧持续时间之类的输入应用加权函数。图10的图形的曲线126表示可以对在图像帧的部分(或整个图像帧)中测量到的灰度级应用的说明性非线性的加权函数。图11的图形的曲线128表示可以基于帧(或帧的部分)的持续时间对图像帧的全部或一部分应用的说明性非线性的加权函数。曲线126和128对于正的和负的极性可以相同，或者可以不同。可以根据对样本显示器的经验测量值(即，评估对于各种时间量、以各种灰度级和帧极性所产生的电荷积聚量的测量值)确定加权函数，和/或可以理论地建模加权函数。
在图12中示出了带有其中电荷积聚跟踪器118以逐块为基础评估图像帧的配置(即，其中电荷积聚跟踪器118是基于块的电荷积聚跟踪器)的显示器的操作。在图12的示例中，显示器14正在显示图像帧FA、FB、FC、FD以及FE。在图12示例中，有显示器14的四个子区域(有时被称为块或子区域)。这些块(块B1、B2、B3以及B4)中每一块都具有变化的灰度级。包含块的图像帧具有正极性P或负极性N。图12场景中的所有帧都具有相同的持续时间(例如，13mS或其他合适的值)。随着块的灰度级从帧到帧变化，电荷积聚跟踪器118计算块B1的电荷积聚度量C1、块B2的C2、块B3的C3以及块B4的C4。如果这些度量中的任何一个(C1、C2、C3或C4)的值超出预先确定的阈值TH(在此示例中是15)，则有电荷积聚的过多的风险并且可以采取补救动作。
帧FA是正的帧，如此，电荷积聚参数C1、C2、C3以及C4分别获取块B1、B2、B3以及B4中的灰度级的值。帧FB是负的帧，如此，从帧FA的C1中减去帧FB中的B1的值，等等。同样，将帧FC中的每一块的灰度级与相应的参数C1、C2、C3以及C4相加，从参数C1、C2、C3以及C4中减去帧FD中的每一块的灰度级。在内容从内容生成器114正被提供给显示器14时，存在块B1、B2、B3以及B4的灰度级在图案中的帧之间显著变化的可能性，这在至少一个块中引起电荷积聚。这通过正的帧FE示出，其中由电荷积聚跟踪器118为帧FE中的块B3计算出的电荷积聚度量C3的值超出阈值TH。当电荷积聚跟踪器118为块中的给定一个产生超出阈值TH的电荷积聚参数值时，电荷积聚跟踪器118可以断定，对于显示器14的至少该一个子区域存在过多的电荷积聚的风险，并且可以采取合适的补救动作。
在图13中示出了在使用电荷积聚跟踪器118来监视显示器14中的电荷积聚状况的发生时涉及的说明性操作的流程图。在图13的电荷积聚操作过程中，电荷积聚跟踪器118可以全局性地监视图像帧(例如，通过整体地计算每一帧的平均灰度值)或者可以监视诸如图12的块B1、B2、B3以及B4的多个子区域中的每一个中的电荷积聚。有时作为示例描述了其中逐块地评估电荷积聚的配置。
在步骤130中，在内容生成器114给电荷积聚跟踪器118提供图像数据以显示在显示器14的阵列92上时(例如，在图像帧被提供到帧缓冲器电路系统时)，电荷积聚跟踪器118计算显示器14中的感兴趣的每一子区域的电荷积聚度量(例如，C1…C4，等)的值。显示器14可以有由跟踪器118评估的任何合适的数量的区域(例如，一个区域、两个区域、四个或更多区域、10个或更多区域、10-100个区域、100-10000个区域、少于1000个区域、少于100个区域、或其他合适数量的子区域)。在计算电荷积聚度量值时，跟踪器118可以使用存储在查找表中的数据或其他存储的数据，诸如加权数据(基于灰度级、持续时间、极性等)，和/或可以使用数学加权函数来加权原始图像数据。可以将每一子区域中的计算出的电荷积聚度量值与合适的阈值进行比较，以确定在该子区域是否存在过多的电荷积聚的风险。
只要计算出的电荷积聚值不超出电荷积聚阈值，就不需要采取补救动作，处理可以循环回到步骤130，使得电荷积聚跟踪器118可以继续评估正显示在显示器14上的图像数据的帧。
如果为显示器14的子区域中的任何一个计算出的电荷积聚度量超出电荷积聚阈值，则跟踪器118可以启动合适的补救动作(步骤134)。接着，处理可以循环回到步骤130，如由线136所指示的。
在步骤134执行的补救动作可以使用图形处理单元116和/或诸如显示驱动器电路系统122之类的显示驱动器电路系统来执行。这些动作可以包括例如临时中止可变刷新速率操作(例如，通过将显示器14的帧速率恢复到相对高的速率，诸如30Hz或60Hz或其他非减小的刷新速率，而不是允许使用1-10Hz的减小的速率)，翻转正被显示的图像帧的极性(例如，通过从其中奇数帧是正的、偶数帧是负的的方案改变为奇数帧负的、偶数帧是正的的方案)，延长特定帧的持续时间(例如，当需要更多正极性操作以减少电荷积聚时，该特定帧是正的帧，等等)，通过插入带有减少电荷积聚的持续时间和极性的补救帧，或其他合适的动作。
根据一个实施例，提供了电子设备，所述电子设备包括显示器、生成显示在所述显示器上的图像帧的控制电路系统以及评估所述图像帧以识别在所述显示器中过多的电荷积聚的风险何时存在的电荷积聚跟踪器。
根据另一个实施例，其中，所述控制电路系统被配置成响应于由所述电荷积聚跟踪器检测到过多的电荷积聚的风险而采取补救动作。
根据另一个实施例，所述图像帧以正的极性和负的极性显示在所述显示器上，所述补救动作包括调整所述图像帧的帧极性。
根据另一个实施例，图像帧以可变的刷新速率显示，所述补救动作包括调整所述刷新速率。
根据另一个实施例，调整所述刷新速率包括响应于由所述电荷积聚跟踪器检测到过多的电荷积聚的风险而提高所述刷新速率。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器计算每一图像帧的平均灰度级。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器将所述平均灰度级与阈值进行比较，以确定是否有过多的电荷积聚的风险。
根据另一个实施例，计算出的平均灰度级包括图像帧中的所有像素的均值平均灰度级。
根据另一个实施例，计算出的平均灰度级包括图像帧中的所有像素的中值平均灰度级。
根据另一个实施例，每一图像帧都包括多个子区域，所述电荷积聚跟踪器通过确定在所述子区域中的任何一个中是否有过多的电荷积聚的风险，对于显示器确定是否有过多的电荷积聚的风险。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器计算所述子区域中的每一子区域的电荷积聚度量，并将计算出的每一子区域的电荷积聚度量与阈值进行比较以确定在子区域中的任何一个中是否有过多的电荷积聚的风险。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器接收每一子区域中的像素的灰度级值、包含所述子区域的图像帧的帧持续时间信息以及包含所述子区域的图像帧的帧极性信息作为输入，所述电荷积聚跟踪器基于所述输入计算每一子区域的电荷积聚度量。
根据另一个实施例，当计算所述电荷积聚度量时，所述电荷积聚度量对所述输入进行加权。
根据另一个实施例，当对输入进行加权时，电荷积聚跟踪器使用灰度级加权。
根据另一个实施例，当对输入进行加权时，电荷积聚跟踪器使用帧持续时间加权。
根据一个实施例，提供了显示图像帧的显示器，所述显示器包括显示图像帧的液晶显示器像素的阵列和实现电荷积聚跟踪器的显示驱动器电路系统，所述电荷积聚跟踪器分析所述图像帧以识别在所述阵列中过多的电荷积聚的风险何时存在。
根据另一个实施例，图像帧包括多个子区域，所述电荷积聚跟踪器接收每一子区域中的液晶显示器像素的灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息作为输入，所述电荷积聚跟踪器基于所述灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息计算每一子区域的电荷积聚度量。
根据另一个实施例，所述显示驱动器电路系统被配置成响应于在所述子区域中的至少一个中检测到过多的电荷积聚的风险而调整所述图像帧的刷新速率。
根据一个实施例，提供了显示图像帧的显示器，所述显示器包括显示图像帧的液晶显示器像素的阵列和实现电荷积聚跟踪器的显示驱动器电路系统，所述图像帧中的每一图像帧都包括多个子区域，所述电荷积聚跟踪器分开地分析所述图像帧的子区域中的每一子区域，以识别在所述阵列中过多的电荷积聚的风险何时存在。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器接收每一子区域中的液晶显示器像素的灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息作为输入，所述电荷积聚跟踪器基于所述灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息计算每一子区域的电荷积聚度量。
根据另一个实施例，所述电荷积聚跟踪器将计算出的每一子区域的电荷积聚度量与阈值进行比较，以确定在子区域中的任何一个中是否有过多的电荷积聚的风险，所述显示驱动器电路系统被配置成响应于在子区域中的任何一个中检测到过多的电荷积聚的风险而采取补救动作。
前述的内容只是说明性的，在不偏离所描述的各实施例的范围和精神的情况下，所属领域的技术人员可以作出各种修改。前面的各实施例可以单独地或以任何组合来实现。

Claims (18)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示器；
生成在所述显示器上显示的图像帧的控制电路系统；以及
评估所述图像帧以识别在所述显示器中过多的电荷积聚的风险何时存在的电荷积聚跟踪器，其中所述电荷积聚跟踪器计算所述图像帧中的给定图像帧中所有像素的中值灰度级并基于包括中值灰度级的输入计算所述图像帧中的所述给定图像帧的电荷积聚度量，并且其中所述电荷积聚跟踪器在计算电荷积聚度量时向中值灰度级应用加权函数。
2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述控制电路系统被配置成响应于由所述电荷积聚跟踪器检测到过多的电荷积聚的风险而采取补救动作。
3.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述图像帧以正的极性和负的极性在所述显示器上显示，并且所述补救动作包括调整所述图像帧的帧极性。
4.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述图像帧以可变的刷新速率显示，并且所述补救动作包括调整所述刷新速率。
5.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，调整所述刷新速率包括响应于由所述电荷积聚跟踪器检测到过多的电荷积聚的风险而提高所述刷新速率。
6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器计算所述图像帧中的每一图像帧的中值灰度级。
7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器将所述电荷积聚度量与阈值进行比较以确定是否存在过多的电荷积聚的风险。
8.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，每一图像帧都包括多个子区域，并且其中，所述电荷积聚跟踪器通过确定在子区域中的任何一个中是否存在过多的电荷积聚的风险而对于显示器确定是否存在过多的电荷积聚的风险。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器计算子区域中的每一子区域的相应电荷积聚度量，并且将计算出的每一子区域的相应电荷积聚度量与阈值进行比较，以确定在子区域中的任何一个中是否存在过多的电荷积聚的风险。
10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器接收每一子区域中的像素的灰度级值、包含子区域的图像帧的帧持续时间信息、包含子区域的图像帧的帧极性信息作为进一步输入，并且所述电荷积聚跟踪器基于所述进一步输入来计算每一子区域的相应电荷积聚度量。
11.如权利要求10所述的电子设备，其特征在于，当计算每一子区域的相应电荷积聚度量时，所述电荷积聚跟踪器向每一子区域中的像素的灰度级值应用加权函数。
12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，加权函数是线性加权函数或非线性加权函数之一；或者
加权函数是第一非线性加权函数，并且第一非线性加权函数给带有较高平均灰度级的帧比带有较低平均灰度级的帧提供更大的权重。
13.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述加权函数是第一加权函数，并且其中当计算每一子区域的相应电荷积聚度量时，所述电荷积聚跟踪器向帧持续时间信息应用第二加权函数。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，第二加权函数是线性加权函数或非线性加权函数之一；或者
第二加权函数是第二非线性加权函数，并且第二非线性加权函数给带有较长帧持续时间的帧比带有较短帧持续时间的帧提供更大的权重。
15.一种显示图像帧的显示器，其特征在于，包括：
显示图像帧的液晶显示器像素的阵列，其中所述图像帧包括多个子区域；以及
实现电荷积聚跟踪器的显示驱动器电路系统，其中电荷积聚跟踪器接收帧持续时间信息和每一子区域中的液晶显示器像素的灰度级值作为输入，其中电荷积聚跟踪器将每一子区域的电荷积聚度量计算为帧持续时间信息和子区域中的液晶显示器像素的灰度级值的乘积，其中所述电荷积聚跟踪器分析所述图像帧以识别在任一子区域中过多的电荷积聚的风险何时存在，并且其中显示驱动器电路系统被配置为响应于在任一子区域中检测到过多的电荷积聚的风险而调整图像帧的刷新速率。
16.如权利要求15所述的显示器，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器基于帧极性信息计算每一子区域的电荷积聚度量。
17.一种显示图像帧的显示器，其特征在于，包括：
显示图像帧的液晶显示器像素的阵列；以及
实现电荷积聚跟踪器的显示驱动器电路系统，其中，所述图像帧各自都包括多个子区域，其中，所述电荷积聚跟踪器分开地分析所述图像帧的子区域中的每一子区域以识别在所述阵列中过多的电荷积聚的风险何时存在，其中电荷积聚跟踪器接收每一子区域中的液晶显示器像素的灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息作为输入，并且其中电荷积聚跟踪器计算每一子区域的平均灰度级并且基于平均灰度级值、帧持续时间信息以及帧极性信息计算每一子区域的电荷积聚度量。
18.如权利要求17所述的显示器，其特征在于，所述电荷积聚跟踪器将计算出的每一子区域的电荷积聚度量与阈值进行比较以确定在所述子区域中的任何一个中是否存在过多的电荷积聚的风险，并且其中所述显示驱动器电路系统被配置成响应于在子区域中的任何一个中检测到过多的电荷积聚的风险而采取补救动作。
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