CN111487840A - 显示设备的光源控制方法及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显示设备，包括阵列光源，所述阵列光源包括多个发光模块，每个发光模块用于发出激发光，所述发光模块包括沿所述阵列光源边缘分布的多个边缘发光模块以及被所述边缘发光模块包围的多个中心发光模块，所述边缘发光模块的最大发光强度大于所述中心发光模块的最大发光强度，该显示设备有利于改善由于荧光的扩散导致的显示画面边缘失真情况。本发明还提供了一种可应用于上述显示设备的显示设备的光源控制方法，通过迭代算法逐渐增加发光模块的发光功率，直至所有发光模块的发光强度能满足待显示图像需要的显示亮度，有利于降低光耗从而达到节能的效果。

Description

显示设备的光源控制方法及显示设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示设备的光源控制方法及显示设备。
背景技术
目前单片光调制装置的投影显示技术能达到的对比度远远低于人眼的亮度分辨力，因此投影显示的画面在亮处的亮度不够亮，暗处的亮度不够暗，使显示画面的亮暗层次较差，大量细节丢失。高动态范围(High-Dynamic Range，HDR)的投影系统的目的就是提升显示的亮度范围，使得画面中的亮场和暗场部分都能显示丰富的灰阶信息，从而大大提高画面的效果和观众的观影体验。
目前，投影系统实现HDR显示的一种方法是类似以发光二极管(Light EmittingDiode，LED)为背光源的液晶显示面板采用的区域调节技术(Local Dimming)，该技术采用阵列光源作为投影设备光源，每个光源负责一个显示画面区域的主要照明，在投影显示时，根据画面各个区域的峰值亮度来动态控制光源的发光强度以实现高对比度显示，这种方法在实现了高对比度的同时避免了不必要的光能损失。
在传统技术中，利用激光激发荧光以进行光调制的投影系统中荧光被收集后经过方棒或复眼等匀光器件，照射到光调制装置上的是匀光后的均匀光场。典型的应用LocalDimming的HDR投影系统，其利用阵列蓝激光光源激发荧光轮产生具有特定亮度分布的红绿蓝三基色照明光，其中红色照明光和绿色照明光由预调制的蓝光光场激发的荧光提供，蓝色照明光则直接由预调制的蓝光光场提供。然而在应用Local Dimming的HDR投影系统中，由于激光激发荧光粉后产生的荧光光场是带有图像信息的具有特定光强分布的光场，应直接照射到光调制装置，不能经过匀光器件进行匀光。
当一束激发光照射到荧光粉上时，激发的荧光光场会出现一定程度的扩散，其扩散特性可以用点扩散函数进行表征，根据该点扩散函数可得到荧光光场在某一投射面上的光强分布情况。在投影全白场即激光器全开时，荧光光场的周围区域亮度呈现缓慢下降，即能使用的光场只有中间的均匀光场区域，四周的不均匀光场区域都得通过光阑遮挡，损失了大量的光。当激光器全开时，光调制装置上的荧光照明光场如图1所示，从中可以看出，边缘区域的亮度已经衰减为中间均匀光场区域亮度的50％左右，图中角落处的亮度甚至已经衰减为中间均匀光场区域亮度的25％左右，远远达不到DCI标准对均匀度的要求(即投影画面的边缘亮度不低于中心亮度的85％)，要达到DCI标准对均匀度的要求，只能取中间60％左右的面积的光场用于显示，此时损失的光效可高达45％。同时，由于只能利用中间的均匀光场区域，能对显示画面分区的数量也减少了，从而影响显示画面的清晰度。请参阅图2，从中可以看出，使用功率越大的激光器，荧光光场的边缘区域亮度衰减到中心区域的85％时所能使用的均匀光场面积越大，相应地系统的光效也越大。
请参阅图3-图5，在应用Local Dimming的利用激光激发荧光以进行光调制的HDR投影系统中，如果采用一般的阵列光源结构，由于荧光的扩散特性，荧光光场的边缘区域的最大显示亮度无法达到亮度要求，即使经过光调制装置的二次调制，也难以还原出原图，从而造成投影图像的失真，投影图像的角落处的图像失真度最大，以致大量细节丢失。
发明内容
本发明第一方面提供一种显示设备，包括：
阵列光源，所述阵列光源包括多个发光模块，每个发光模块用于发出激发光，所述发光模块包括沿所述阵列光源边缘分布的多个边缘发光模块以及被所述边缘发光模块包围的多个中心发光模块，所述边缘发光模块的最大发光强度大于所述中心发光模块的最大发光强度；
波长转换装置，用于将所述激发光转换为受激光；
控制装置，用于执行所述显示设备的光源控制方法以得到用于控制所述阵列光源的发光功率的功率控制信号，使所述阵列光源根据所述功率控制信号发出所述激发光，所述控制装置还用于发出光调制信号；以及
光调制装置，用于根据所述光调制信号对所述受激光进行调制，出射调制光并形成调制图像。
本发明第二方面提供一种应用于上述显示设备的光源控制方法，所述光源控制方法包括如下步骤：
对当前帧图像进行分区得到多个图像区，每个发光模块至少负责一个图像区的主要照明，每个图像区包括多个像素，所述光调制装置包括与所述图像区一一对应的多个调制区；
根据当前帧图像的图像数据，得到当前帧图像中每个图像区对应的所述光调制装置的调制区的目标光强值；
设置所有发光模块的当前发光强度为初始值；
预测每个发光模块的发光强度为当前发光强度时所述光调制装置上对应每个图像区的调制区的预测光强值；
计算每个图像区的目标光强值和与所述图像区对应的调制区的预测光强值的光强差值；以及
判断所有光强差值中的最大光强差值是否小于预设阈值，若是，则根据每个发光模块的当前发光强度确定显示当前帧图像的每个发光模块在当前帧图像下的发光功率；若否，则通过迭代算法增加每个发光模块的当前发光强度。
本发明提供的显示设备有利于提高照射至光调制装置的均匀荧光光场占据的面积比，改善由于荧光的扩散导致的显示画面边缘失真情况。本发明提供的显示设备的光源控制方法通过迭代算法逐渐增加发光模块的发光功率，直至所有发光模块的发光强度能满足待显示图像需要的显示亮度，有利于降低光耗从而达到节能的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为阵列光源中的激光器全开时，光调制装置接收到的荧光光场亮度分布示意图。
图2为使用不同功率的激光器激发的荧光光场的对角线亮度曲线图，其中横坐标为以荧光光场对角线一端为原点、对角线长度为1的对角线的相对位置坐标，纵坐标为光强值。
图3为待显示图像。
图4为采用传统的阵列光源的投影系统根据图3的待显示图像出射的投影图像。
图5为图3的待显示图像与图4的投影图像的图像亮度差值分布图。
图6为本发明实施例提供的显示设备的结构示意图。
图7为本发明一种实施例提供的阵列光源的结构示意图。
图8为本发明另一实施例提供的阵列光源的结构示意图。
图9为受激光经过中继透镜前后的受激光光场的对角线光强函数关系示意图。
图10为本发明实施例提供的显示设备的控制方法的步骤10-步骤S60的流程图。
图11为本发明实施例提供的显示设备的控制方法的步骤S621-S624的流程图。
图12为本发明实施例提供的显示设备应用本发明实施例提供的显示设备的光源控制方法时显示设备出射的投影图像。
图13为图3的待显示图像与图12的投影图像的光强差值分布图。
图14为经本发明实施例提供的显示设备的光源控制方法调节后的阵列光源的发光强度示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001958650460000051
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供的显示设备可为影院放映机、激光电视、商业教育投影机以及微型投影机等阵列光源投影系统中，本发明实施例提供的显示设备的光源控制方法可应用于影院放映机、激光电视、商业教育投影机以及微型投影机等包含阵列光源的显示设备中，本发明实施例提供的显示设备有利于增大满足均匀度要求的均匀光场区域，从而提高系统光效，本发明实施例提供的显示设备的控制方法有利于能够在保证出射的调制图像亮度达到待显示图像亮度的要求的前提下，降低发光模块的发光功率以达到节能的效果。
请参阅图6，本发明实施例提供的显示设备10包括阵列光源100、波长转换装置120、控制装置140和光调制装置130，其中阵列光源100用于发出多束激发光，波长转换装置120用于将激发光转换为受激光，控制装置140用于发出光调制信号，光调制装置130用于根据光调制信号对受激光进行调制，出射调制光并形成调制图像。
进一步地，阵列光源100包括多个发光模块110，每个发光模块110用于发出一束激发光，本实施例中，每个发光模块110发出一束蓝激光。在其它实施例中，发光模块110发出的光可为白光、红光、黄光、绿光、紫外光或其他颜色的光。
请参阅图7和图8，发光模块110包括沿阵列光源100边缘分布的多个边缘发光模块111，以及包括被边缘发光模块111包围的多个中心发光模块112。本实施例中，阵列光源100为矩形，边缘发光模块111为分布在阵列光源100最外围的发光模块110。在其他实施例中，阵列光源100还可为圆形、多边形或其他任意形状，边缘发光模块111的数量可根据实际情况调整。具体地，每个发光模块110包括至少一个激光器，边缘发光模块111的最大发光强度大于中心发光模块112的最大发光强度。
在一种实施例中，每个边缘发光模块111和每个中心发光模块112具有相同数量的激光器，边缘发光模块111的激光器的额定功率大于中心发光模块112的激光器的额定功率。请参阅图7，在一种实施例中，每个边缘发光模块111和每个中心发光模块112各具有一个激光器，边缘发光模块111的激光器的额定功率为中心发光模块112的额定功率的2倍。在其它实施例中，每个边缘发光模块111的激光器的额定功率可为每个中心发光模块112的激光器的额定功率的M倍(M为大于1的任意数值)。
在一种变更的实施例中，每个边缘发光模块111具有的激光器的数量大于每个中心发光模块112具有的激光器的数量，每个边缘发光模块111的额定功率不小于每个中心发光模块112的额定功率。具体地，请参阅图8，在一种实施例中每个边缘发光模块111具有两个激光器，所述两个激光器分别为第一激光器111a和第二激光器111b，第一激光器111a和第二激光器111b发出的激光合光后出射，每个中心发光模块112具有一个激光器。在其他实施例中，边缘发光模块111的激光器的数量可为中心发光模块112的激光器的数量的N倍(N为大于1的任意整数值)。
请再参阅图6，波长转换装置120用于将激发光转换为受激光，其中波长转换装置120包括荧光粉材料，每个发光模块110发出的激发光在波长转换装置120上转换成向四周发散的荧光。具体地，本实施例中，波长转换装置120包括红色荧光粉材料和绿色荧光粉材料，阵列光源100发出的激发光在波长转换装置上激发出红色受激光和绿色受激光。在其它实施例中，波长转换装置120上具有的荧光粉材料还可激发出黄色、橙色或其它颜色的受激光，波长转换装置120可激发出一种或多种颜色的受激光。
光调制装置130用于对受激光进行调制，出射调制光并形成调制图像。具体地，光调制装置130可为数字微反射镜(Digital Micro-mirror Device，DMD)、硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)或液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD面板)。本实施例中光调制装置130包括多个调制区，每个调制区与每个发光模块110一一对应。
可选地，本实施例提供的显示设备10还包括中继透镜150，中继透镜150用于集中自波长转换装置120出射的向四周发散的受激光，提高照射至光调制装置130的受激光光场的可用均匀光场面积。若采用传统的每个发光模块的最大发光功率一致的阵列激光光源，则此时受激光经过中继透镜150前后投射至光调制装置130的受激光光场的对角线亮度分布曲线如图9所示，受激光光场经过中继透镜150前后的光强映射关系可根据实际情况进行设计。
请再参阅图6，本实施例提供的显示设备10还包括功率控制装置160，控制装置140还用于发出功率控制信号，功率控制装置160根据功率控制信号控制发光模块110的发光功率以调节发光模块110的发光强度。
本实施例提供的阵列光源100通过设置边缘发光模块111的最大发光强度大于中心发光模块112的最大发光强度，有利于提高照射至光调制装置130的荧光光场的边缘区域的亮度，从而增加荧光光场可使用的均匀光场面积，进而提高了系统的光效，改善了荧光光场边缘变暗导致的失真情况。
本发明实施例还提供一种显示设备的光源控制方法，该显示设备的控制方法可以应用于显示设备10中，也可应用于其它包括如下结构的显示设备中：阵列光源，用于发出多束激发光；波长转换装置，用于将激发光转换成受激光；光调制装置，用于对受激光进行调制，出射调制光并形成调制图像。其中，阵列光源包括多个用于发出激发光的发光模块。
请参阅图10，本实施例提供的显示设备的光源控制方法包括如下步骤：
步骤S10：对当前帧图像进行分区得到多个图像区I0，每个发光模块至少负责一个图像区I0的主要照明，每个图像区I0包括多个像素，所述光调制装置包括与图像区I0一一对应的多个调制区M0。本实施例中，每个发光模块负责一个图像区I0的主要照明，每个发光模块与其负责主要照明的每个图像区I0对应的调制区M0一一对应。
步骤S20：根据当前帧图像的图像数据，得到当前帧图像中每个图像区I0对应的所述光调制装置的调制区M0的目标光强值P0。本实施例中，所述光调制装置的每个调制区M0的目标光强值P0为当前帧图像中对应的每个图像区I0中所有像素的亮度值中的最大值。
步骤S30：设置所有发光模块的当前发光强度P为初始值。具体地，本实施例中所有发光模块的当前发光强度P的初始值设置为零。
步骤S40：预测每个发光模块的发光强度为当前发光强度P时所述光调制装置上对应每个图像区I0的调制区M0的预测光强值P1。
步骤S50：计算每个图像区I0的目标光强值P0和与图像区I0对应的调制区M0的预测光强值P1的光强差值ΔP。
步骤S60：判断所有光强差值ΔP中的最大光强差值ΔPmax是否小于预设阈值ΔP0。本步骤中，步骤S60还包括步骤S61和步骤S62，其中步骤S61为：若步骤S60的结果为是，则根据每个发光模块的当前发光强度P确定显示当前帧图像的每个发光模块的发光功率。步骤S62为：若步骤S60的结果为否，则通过迭代算法增加每个发光模块的当前发光强度P。
进一步地，请参阅图11，在步骤S62中，步骤S62还包括步骤步骤S621、步骤S622、步骤S623和步骤S624，其中步骤S621包括：根据所述每个发光模块的当前发光强度P、所述光强差值ΔP和预设优化参数T，计算并得到迭代后的每个发光模块的当前发光强度P。其中，每个发光模块的当前发光强度P的增加量由所述预设优化参数T和所述光强差值ΔP确定。具体地，本实施例中，迭代后的每个发光模块的发光强度为每个调制区M0对应的光强差值ΔP与预设优化参数T的乘积与每个发光模块的当前发光强度P的和，即迭代后的每个发光模块的发光强度为P+ΔP×T。本实施例中，预设优化参数T可为0.01、0.1、0.2等数值，具体可根据实际情况进行调整，其中预设优化参数T越小，发光模块的当前发光强度P迭代一次的增加量越少，发光模块的发光强度调整得越精细，但迭代的次数会增加。步骤S622包括：判断迭代后的发光模块的当前发光强度P是否大于所述发光模块的最大发光强度PMAX。
步骤S623包括：若步骤S622的结果为否，则将通过迭代算法迭代后的每个发光模块的发光强度设置为每个发光模块的当前发光强度P。步骤S624包括：若步骤S622的结果为是，则以所述发光模块为参考发光模块，设置所述参考发光模块的当前发光强度P为所述参考发光模块的最大发光强度PMAX，并增加所述参考发光模块的相邻发光模块的发光强度，以增大与所述参考发光模块所负责主要照明的所述图像区I0相对应的调制区M0的预测光强值P1。具体地，所述相邻发光模块的发光强度的增加量与所述相邻发光模块至所述参考发光模块的距离X成反比。本实施例中，迭代后的相邻发光模块的发光强度可为
Figure BDA0001958650460000101
步骤S623执行完毕后，执行步骤S624。步骤S62执行完毕后，重新执行步骤S40、步骤S50和步骤S60。
本实施例中，步骤S40中每个调制区M0的预测光强值P1不仅包括了与该调制区M0对应的发光模块对该调制区M0产生的光强，还包括了阵列光源中其它发光模块对该调制区M0的产生的光强，因此在降低该调制区M0对应的发光模块的发光功率时该调制区M0的预测光强值P1也能接近对应的图像区I0的目标光强值P0，从而达到节能的效果。
本实施例提供的显示设备的光源控制方法使发光模块在发光功率为零的初始状态下，通过迭代算法逐渐增加发光模块的发光功率，直至发光模块的发光强度能满足每个发光模块所负责的待显示图像的每个图像区I0需要的显示亮度，对比传统技术中所有发光模块的发光功率开启至最大发光功率再根据待显示图像的图像数据对激发光进行调制的方式，本实施例提供的显示设备的光源控制方法能够在保证出射的调制图像亮度达到待显示图像亮度的要求的前提下，降低发光模块的发光功率以达到节能的效果。
当本发明实施例提供的显示设备的光源控制方法应用于显示设备10时，通过步骤S61确定显示当前帧图像的每个发光模块110的发光功率后，所述控制装置140根据显示当前帧图像的每个发光模块110的当前发光功率发出功率控制信号，功率控制装置160根据功率控制信号实时调节每个发光模块110的发光强度。另外，控制装置140还根据显示当前帧图像的每个发光模块110的当前发光功率所对应的光强差值ΔP，计算光调制装置130的光补偿量，控制装置140根据所述光补偿量发出光调制信号，光调制装置130根据所述光调制信号对受激光进行调制。
请一并参阅图12-图14，以边缘发光模块111的最大发光强度Pmax为中心发光模块112最大发光强度Pmax的2倍为例进行说明，为了使光调制装置130接收到的受激光光场的边缘的亮度达到待显示图像需要的显示亮度，该显示设备的光源控制方法使得阵列光源100中边缘发光模块111的发光强度普遍大于中心发光模块112的发光亮度，从而有效改善了光调制装置130接收到的受激光光场边缘变暗导致的失真情况。
需要说明的是，在本发明的精神范围或基本特征内，各个实施方式中的显示设备的具体技术方案可以相互适用，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种显示设备，其特征在于，包括：
阵列光源，所述阵列光源包括多个发光模块，每个发光模块用于发出激发光，所述发光模块包括沿所述阵列光源边缘分布的多个边缘发光模块以及被所述边缘发光模块包围的多个中心发光模块，所述边缘发光模块的最大发光强度大于所述中心发光模块的最大发光强度；
波长转换装置，用于将所述激发光转换为受激光；
控制装置，用于发出光调制信号；以及
光调制装置，用于根据所述光调制信号对所述受激光进行调制，出射调制光并形成调制图像。
2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备还包括功率控制装置，所述功率控制装置根据所述控制装置发出的功率控制信号调节所述发光模块的发光功率。
3.如权利要求1或2所述的显示设备，其特征在于，每个边缘发光模块与每个中心发光模块均包括相同数量的激光器，且每个边缘发光模块中的激光器的额定功率大于每个中心发光模块中的激光器的额定功率。
4.如权利要求1或2所述的显示设备，其特征在于，每个边缘发光模块包括两个或两个以上激光器，每个中心发光模块包括的激光器数量少于所述边缘发光模块包括的激光器的数量，每个边缘发光模块中的激光器的额定功率不小于所述每个中心发光模块中的激光器的额定功率。
5.一种应用于如权利要求1-4任意一项所述的显示设备的光源控制方法，其特征在于，包括：对当前帧图像进行分区得到多个图像区，每个发光模块至少负责一个图像区的主要照明，每个图像区包括多个像素，所述光调制装置包括与所述图像区一一对应的多个调制区；
根据当前帧图像的图像数据，得到当前帧图像中每个图像区对应的所述光调制装置的调制区的目标光强值；
设置所有发光模块的当前发光强度为初始值；
预测每个发光模块的发光强度为当前发光强度时所述光调制装置上对应每个图像区的调制区的预测光强值；
计算每个图像区的目标光强值和与所述图像区对应的调制区的预测光强值的光强差值；以及
判断所有光强差值中的最大光强差值是否小于预设阈值，若是，则根据每个发光模块的当前发光强度确定显示当前帧图像的每个发光模块的发光功率；若否，则通过迭代算法增加每个发光模块的当前发光强度。
6.如权利要求5所述的显示设备的光源控制方法，其特征在于，所述根据当前帧图像的图像数据，得到当前帧图像中每个图像区对应的所述光调制装置的调制区的目标光强值，包括：
所述光调制装置的每个调制区的目标光强值为当前帧图像中对应的每个图像区中所有像素的亮度值中的最大值。
7.如权利要求5所述的显示设备的光源控制方法，其特征在于，所述迭代算法包括：
根据所述每个发光模块的当前发光强度、所述光强差值和预设优化参数，计算并得到迭代后的每个发光模块的当前发光强度，其中每个发光模块的当前发光强度的增加量由所述预设优化参数和所述光强差值确定。
8.如权利要求7所述的显示设备的光源控制方法，其特征在于，若迭代后的发光模块的当前发光强度大于所述发光模块的最大发光强度，则以所述发光模块为参考发光模块，设置所述参考发光模块的当前发光强度为所述参考发光模块的最大发光强度，并增加所述参考发光模块的相邻发光模块的发光强度。
9.如权利要求8所述的显示设备的光源控制方法，其特征在于，所述增加所述参考发光模块的相邻发光模块的发光强度，包括：
所述相邻发光模块的发光强度的增加量与所述相邻发光模块至所述参考发光模块的距离成反比。
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