CN109639928B

CN109639928B - 一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置

Info

Publication number: CN109639928B
Application number: CN201910007649.9A
Authority: CN
Inventors: 吕国强; 盛杰超; 赵晨; 吴磊; 诸黎明; 薛治天; 冯奇斌; 王梓
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2039-01-04
Also published as: CN109639928A

Abstract

本发明公开了一种基于层叠液晶显示屏的显示灰度提升系统，包括：层叠液晶屏装置、子图像划分算法和层叠液晶屏同步驱动电子设备。所述方法包括：将N层普通8bits液晶屏紧密贴合层叠在一起，采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，每层液晶屏分别显示对应层的子图像，所有子图像同步显示，可以实现高灰度等级图像的显示，提升了普通8bis液晶显示器的显示灰度等级，提升了图像显示的对比度。

Description

一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置。

背景技术

19世纪末，奥地利植物学家发现了液晶，即液态的晶体：一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化，从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。

与传统的CRT相比，LCD不但体积小、厚度薄、重量轻、耗能少、工作电压低且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD 从1998年开始进入台式机应用领域，近十几年来，已经全面取代了CRT显示器成为当前市场上的主流显示器。

目前市场主流液晶显示器的显示位宽为8bits，即RGB三个颜色通道均有256 个灰度等级，每个像素点的色彩显示总数为16777216个。虽然8bits液晶显示器能够满足大多数场景的显示需求，但在绘图和医疗等专业领域，对图像的显示质量和灰度等级要求较高，图像信号的位宽达到了10bits、12bits，甚至达到了14bits，虽然市场上已经有了支持10bits和12bits的专业液晶显示器，但暂无更高灰度等级的液晶显示器面世，同时高昂的价格制约了高灰度等级显示器的发展与推广。随着图像采集设备精度的提升，图像信号的位宽会进一步增加(16bits)，研发更高灰度等级的液晶面板面临着技术难度高、耗费时间大等问题。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，包括有视频源、N层层叠液晶屏、背光源和驱动层叠液晶屏的电子设备，所述的N层层叠液晶屏的第一层液晶屏与背光源贴合固定连接，所述的视频源发送视频图像给驱动层叠液晶屏的电子设备，驱动层叠液晶屏的电子设备接收视频图像并对视频图像进行解码，得到可运算的图像数据格式，并采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，将N幅子图像发送到N层层叠液晶屏上，N层层叠液晶屏分别同步显示对应层的子图像。

所述的视频源为计算机设备。

所述的N层层叠液晶屏的第一层液晶屏包括有依次顺序贴合固定连接的起偏器、TFT基板一、液晶盒一、CF基板一和检偏器一，第二层至第N层液晶屏均包括有依次顺序贴合固定连接的TFT基板二、液晶盒二、CF基板二和检偏器二，每层液晶屏与其相邻的液晶屏贴合固定连接。

所述的驱动层叠液晶屏的电子设备包括有电源模块、解码模块、处理模块、存储模块和输出信号端口，所述的电源模块分别给解码模块、处理模块和存储模块供电，所述的解码模块接收视频源发送的视频图像，并对视频图像进行解码，得到处理模块可运算的图像数据格式，处理模块采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，通过输出信号端口发送到N层层叠液晶屏的TFT基本上进行显示，所述的存储模块用于储存所述的子图像划分算法的程序和图像数据缓存。

所述的子图像划分算法为：将位宽为M bits图像信号每个像素点按照N层液晶屏进行平分，每一层分得m bits数据,平分得到的余数为k bits；

如果k等于零，则表示每层子图像分得m bits数据，即可分得N层子图像；

如果k不等于零，则将k bits平均分配到第一层至第k层子图像，即第一层至第k层子图像分别分得m+1bits数据，第k+1层至第N层子图像分别分得m bits 数据；将图像信号每个像素点按照每层子图像分得的数据位宽进行子图像划分，第1至m+1bits数据分为第一层子图像，第m+2至第2m+2bits数据分为第二层子图像，以此类推，分得N层子图像；

上述每个像素点包括红、绿和蓝三个子像素点。

该系统包括N层紧密贴合8bits液晶显示屏装置、子图像划分算法和一种层叠液晶屏的显示驱动的电子设备。N层液晶屏层叠可以实现N*8bits的图像信号显示，该系统提升了普通8bits液晶屏的显示灰度等级，同时还提升了图像信号显示的对比度。

第一方面，本发明提供了一种层叠液晶屏装置，包括：N层层叠的液晶显示屏，其中，靠近背光模组的为第一层液晶显示屏，远离背光模组的为第N层液晶显示屏；

所述的N层层叠液晶屏大小相等，参数相同，紧密贴合在一起，N层液晶屏四周严格对齐；

所述的层叠液晶屏包括高亮mini LED背光源模组，用于提供高亮度均匀背光；

所述的第一层液晶显示屏包括起偏器、检偏器、液晶盒与阵列基板，用于显示高灰度图像中的第一层子图像；

所述的第二层至第N层液晶屏包括检偏器、液晶盒与阵列基板，用于显示高灰度图像中的第二至第N层子图像。

第二方面，本发明提供了一种高灰度图像的子图像划分算法，所述方法适用于上述第一方面所述的层叠液晶屏，包括：

将位宽为M bits图像信号每个像素点按照液晶屏数N进行平分，每一层分得mbits数据,平分得到的余数为k bits,即M＝N*m+k；

如果k不等于零，则将k bits平均分配到第一层至第k层子图像，即第一层至第k层子图像分别分得m+1bits数据，第k+1层至第N层子图像分别分得m bits 数据；将图像信号每个像素点按照每层子图像分得的数据位宽进行子图像划分，第1至m+1bits数据分为第一层子图像，第m+2至第2m+2bits数据分为第二层子图像，以此类推，分得N层子图像，N层子图像的分辨率与原图像分辨率相同；

上述每个像素点包括红、绿和蓝三个子像素点。

第三方面，本发明提供了一种层叠液晶屏同步驱动电子设备，包括：电源模块、处理模块、存储模块和图像信号解码模块和图像输出端口；

电源模块为电子设备中的所有模块供应稳定电源，图像解码器对输入的图像信号进行解码，得到处理器可运算的图像数据格式，存储器中存储能实现上述第二方面所述的子图像划分算法的程序，处理器执行所述程序实现上述的子图像划分算法和层叠液晶屏的同步驱动。

本发明的工作原理为：

本发明提供一种层叠液晶屏装置，将N层普通8bits液晶屏层叠在一起，采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，每层液晶屏分别显示对应层的子图像，所有子图像同步显示，可以实现高灰度等级图像的显示，提升了普通8bis液晶显示器的显示灰度等级。

本发明的优点是：1、采用8bits液晶屏进行层叠，成本低廉，实现简单。

2、能显示位宽最高为N*8bits的图像信号，同时向下兼容所有位宽的图像信号，实现了显示灰度等级的提升。

3、提高图像显示的对比度。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

图2是本发明第一层液晶屏和第二层液晶屏展开示意图。

图3是本发明子图像划分算法的流程示意图。

图4是本发明层叠液晶屏同步驱动电子设备的结构示意图。

图5为层叠液晶屏同步驱动电子设备的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，包括有视频源 1、N层层叠液晶屏2、背光源3和驱动层叠液晶屏的电子设备4，所述的N层层叠液晶屏2的第一层液晶屏21与背光源3贴合固定连接，所述的视频源1发送视频图像给驱动层叠液晶屏的电子设备4，驱动层叠液晶屏的电子设备4接收视频图像并对视频图像进行解码，得到可运算的图像数据格式，并采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，将N幅子图像发送到N层层叠液晶屏 2上，N层层叠液晶屏2分别同步显示对应层的子图像。

所述的视频源1为计算机设备。

所述的N层层叠液晶屏1的第一层液晶屏21包括有依次顺序贴合固定连接的起偏器211、TFT基板一212、液晶盒一213、CF基板一214和检偏器一215，第二层至第N层液晶屏22均包括有依次顺序贴合固定连接的TFT基板二221、液晶盒二222、CF基板二223和检偏器二224，每层液晶屏与其相邻的液晶屏贴合固定连接。

所述的驱动层叠液晶屏的电子设备4包括有电源模块41、解码模块42、处理模块43、存储模块44和输出信号端口45，所述的电源模块41分别给解码模块42、处理模块43和存储模块44供电，所述的解码模块42接收视频源发送的视频图像，并对视频图像进行解码，得到处理模块43可运算的图像数据格式，处理模块采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，通过输出信号端口发送到N层层叠液晶屏的TFT基本上进行显示，所述的存储模块44用于储存所述的子图像划分算法的程序和图像数据缓存。

如图1所示，一种基于层叠液晶屏的显示灰度提升系统，包括视频源1，驱动层叠液晶屏的电子设备4，高亮度mini LED背光源3，N层层叠液晶屏2。

视频源1包括但不仅限于台式计算机设备，用于提供图像源；

驱动层叠液晶屏的电子设备4接收视频源，实现数据解码功能；

在处理器中运行软件程序，实现子图像的划分，同时驱动高亮度mini LED背光源3工作，驱动N层层叠液晶屏显示N幅子图像，观看者于层叠液晶屏前看到N 幅叠加的子图像同时显示，相对于普通8bits液晶显示器，该层叠显示器系统显著提升了显示灰度等级。

图2所示为本发明实施例提供的一种层叠液晶屏的结构展开示意图，这里将N 层液晶屏简化为两层液晶屏，包括：第一层液晶屏21，第二层液晶屏22，高亮度均匀背光23；

靠近背光模组的为第一层液晶屏21，远离背光模组的为第二层液晶屏22，两层液晶屏将显示灰度等级最高提升至16bits；

第一层液晶屏21包括起偏器一211、TFT基板一212、液晶一213、CF基板一 214和检偏器一215，第二层液晶屏包括TFT基板二221、液晶二222、CF基板二223 和检偏器二224，同理，针对N层层叠液晶显示屏，第二层至第N层液晶屏包括 TFT基板二、液晶二、CF基板二和检偏器；

第一层液晶屏21和第二层液晶屏22的大小相等，参数相同，紧密的贴合在一起。层叠液晶屏显示分辨率由组成层叠液晶屏的单层8bits液晶屏的分辨率决定，分辨率范围从640*480至8K。

图3是本发明实施例提供的一种高灰度等级图像的子图像划分算法的流程示意图，将位宽为M bits图像信号每个像素点按照N层液晶屏进行平分，每一层分得m bits数据,平分得到的余数为k bits；

判断余数k是否为零，如果为零，则表示每层子图像分得m bits数据，判断 m是否为8，如果不为8，则将子图像的每个像素点高位补0至8bits数据，即得到N层子图像；

余数k不为零，将k bits平均分配到第一层至第k层子图像，即第一层至第 k层子图像分别分得m+1bits数据，第k+1层至第N层子图像分别分得m bits数据，判断m+1是否为8，如果不为8，则将子图像的每个像素点高位补0至8bits 数据，即得到N层子图像；

上述每个像素点包括红、绿和蓝三个子像素点。

图4、5所示，电子设备包括电源模块、解码模块、存储模块、处理模块和输出信号端口共5个部分，各模块通过数据总线的方式进行通信；

电源模块由一块或者多块电源芯片组成，构成整个层叠液晶屏同步驱动电子设备的电源网络，本发明实施例中可采用linear公司设计的LTC3605和LTC3608 两种电源芯片来搭建驱动电子设备的电源网络，采用两片LTC3605来实现12V 至1.1V、2.5V的电源转换，采用两片LTC3608来实现12V至3.3V、1.8V的电源转换；

存储模块包含两个部分，一部分为存储能实现上述子图像划分算法的程序，该部分存储器为非易失性存储器，包括但不限于EEPROM、EPROM和FLASH等存储器件，本发明实施例可采用ALTERA公司设计生产的EPCQ系列芯片作为程序存储器件；另一部分为图像数据缓存存储器，包括但不限于DDR、DRR2和 DDR3等易失性存储器件，本发明实施例可采用micron公司设计生产的 MT47H64M16系列DDR2芯片作为数据缓存器件；

解码模块用于对输入的图像信号进行解码，解码得到处理模块可以进行运算处理的信号格式，解码模块可对VGA、DVI、HDMI和DP等各种端口的图像信号进行解码；

处理模块是整个电子设备的大脑，通过运行存储器中的程序实现子图像划分、解码模块的控制和输出信号的编码与同步，处理模块可以为MCU、ASIC和 FPGA等运算处理器，本发明实施例可采用ALTERA公司设计生产的5CEFA9系列 FPGA芯片作为处理模块的中央处理器；

输出信号端口的形式应与编码数据的格式相匹配，输出信号端口的个数与层叠液晶屏的层数相同，本发明实施例可采用LVDS编码格式对输出信号进行编码，端口为DF14-30P-1.25H。

通过以上具体实施方式的介绍，本领域技术人员可以认识到本发明的技术手段及实现方式。上述仅为本发明的一部分实施例，对本领域技术人员来说，在没有做出创造性劳动前提下，仅靠简单的调整与替换所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，其特征在于：包括有视频源、N层层叠液晶屏、背光源和驱动层叠液晶屏的电子设备，所述的N层层叠液晶屏的第一层液晶屏与背光源贴合固定连接，所述的视频源发送视频图像给驱动层叠液晶屏的电子设备，驱动层叠液晶屏的电子设备接收视频图像并对视频图像进行解码，得到可运算的图像数据格式，并采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，将N幅子图像发送到N层层叠液晶屏上，N层层叠液晶屏分别同步显示对应层的子图像；

所述的子图像划分算法为：将位宽为Mbits图像信号每个像素点按照N层液晶屏进行平分，每一层分得mbits数据,平分得到的余数为kbits；如果k等于零，则表示每层子图像分得mbits数据，即可分得N层子图像；如果k不等于零，则将kbits平均分配到第一层至第k层子图像，即第一层至第k层子图像分别分得m+1bits数据，第k+1层至第N层子图像分别分得mbits数据；将图像信号每个像素点按照每层子图像分得的数据位宽进行子图像划分，第1至m+1bits数据分为第一层子图像，第m+2至第2m+2bits数据分为第二层子图像，以此类推，分得N层子图像；上述每个像素点包括红、绿和蓝三个子像素点；

判断每层分得的数据的位宽m bits或者 m+1 bits是否等于8，如果等于8，则将子图像直接输出到对应的液晶显示屏显示，如果不等于8，则将子图像每个像素点的数据高位补0至8 bits，将子图像输出到对应的液晶显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，其特征在于：所述的视频源为计算机设备。

3.根据权利要求1所述的一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，其特征在于：所述的N层层叠液晶屏的第一层液晶屏包括有依次顺序贴合固定连接的起偏器、TFT基板一、液晶盒一、CF基板一和检偏器一，第二层至第N层液晶屏均包括有依次顺序贴合固定连接的TFT基板二、液晶盒二、CF基板二和检偏器二，每层液晶屏与其相邻的液晶屏贴合固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于层叠液晶屏的液晶显示灰度提升装置，其特征在于：所述的驱动层叠液晶屏的电子设备包括有电源模块、解码模块、处理模块、存储模块和输出信号端口，所述的电源模块分别给解码模块、处理模块和存储模块供电，所述的解码模块接收视频源发送的视频图像，并对视频图像进行解码，得到处理模块可运算的图像数据格式，处理模块采用子图像划分算法将高灰度图像划分为N幅子图像，通过输出信号端口发送到N层层叠液晶屏的TFT基板上进行显示，所述的存储模块用于储存所述的子图像划分算法的程序和图像数据缓存。