驱动包括从RGB色空间转换为RGBW色空间的显示器的方法

技术领域

本发明涉及驱动包括元件阵列的显示器的方法。此外，本发明还涉及包括根据该方法操作元件阵列的显示器。本发明不仅可应用于液晶显示器(LCD)而且也能用于其它类型的显示器，例如在美国专利US5,592,188(Texas Instruments)中描述的致动镜显示器。

发明背景

目前普遍使用的彩色LCD通常包括二维阵列的显示器元件，每个元件包括使用有关滤色片的红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素。每个这种元件可显示可能的所有颜色，然而每个元件的滤色片吸收穿过它的约2/3的光。为了提高元件光学透射比，本领域技术人员已知实践以如图1所描绘的方式为每个元件增加白色子像素(W)，其中三子像素元件用10表示，包括白(W)色子像素的四子像素元件用20表示。

在元件20中，红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素每个都具有元件10中包括的相应彩色子像素的75％的面积。然而，元件20的白(W)色子像素在其中不包括滤色片并且在操作时能发射对应于通过元件20的红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素的光透射之和的大量光。因此，元件20能发射元件10的基本1.5倍以上的光。在用于电视的LCD中，在希望增加显示亮度的膝上型计算机中、在投影电视(后视和正视，LCD和DLP)中、在希望增加显示亮度的膝上型计算机中、在希望高能效率的背光显示器保存电力并由此延长每次电池充电期的使用时间的膝上型计算机中、和在LCD/DLP图形投影仪(投影机)中，这种增强的透射是有益的。然而，将白(W)色子像素引入到元件10以产生元件20会引出关于最佳驱动每个元件20中的R、G、B、W子像素以在显示器上提供彩色图像的最佳再现的技术问题。

在公开的美国专利申请US2004/0046725中描述了每个包括元件阵列的液晶显示器(LCD)，其中每个元件包括红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)子像素。此外，描述的每个显示器还包括传输栅信号到它们的子像素的栅极线，和传输数据信号到它们的子像素的数据线。描述的每个显示器还包括将栅信号提供给栅极线的栅驱动器、将数据电压提供给数据线的数据驱动器、和图像信号调节器。该图像信号调节器包括将三色图像信号转换为四色图像信号的数据转换器、使来自数据转换器的四色图像信号最优化的数据优化器和在与时钟同步期间将优化的图像信号提供给数据驱动器的数据输出单元。

驱动每个元件的四个红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)色子像素的规则是已知的。在已知的“Min-simple”规则中，这种规则代表最简单的驱动方法，将红、绿、蓝色的显示器输入信号Ri、Gi、Bi分别映射到用于驱动红(R)、绿(G)、蓝(B)色子像素的相应输出信号，该输出信号分别用Ro、Go、Bo来表示。在“Min-simple”规则中，计算每个元件的输入信号Ri、Gi、Bi的最小值以产生用于其白(W)色子像素的驱动信号Wo。在该“Min-simple”规则中，第一组等式(Eqs.1)符合：

Wo＝min(Ri，Gi，Bi)    Ro＝Ri

Go＝Gi                 Bo＝Bi    ...  Eqs.1

其中，min(x，y，z)是确定自变量x、y和z的最小值的函数。当使用第一组等式(Eqs.1)时，输入信号Ri、Gi、Bi＝240，160，120分别导致输出信号分别为Ro、Go、Bo、Wo＝240、160、120、120。然后，由元件20的全部四个子像素的总RGB光色输出变为Rt、Gt、Bt＝360、280、240。对输入信号Ri、Gi、Bi和获得的光彩色Rt、Gt、Bt进行的比较示出了增强的亮度而减小显示图像中除白色、灰色和全饱和色以外的所有的颜色饱和度；彩色再现的这种畸变表现了通过本发明处理的技术问题。

在用“Min-1”表示的另一已知规则中，改变输出信号Ro、Go、Bo以保持R、G、B之间的比不变。通过这种方法没有改变输出信号Ro、Go、Bo的最大值，而改变了非最大值成分。在“Min-1”规则中，一组等式(Eqs.2)符合：

Max＝max(Ri，Gi，Bi)    Min＝min(Ri，Gi，Bi)    Wo＝Min

Ro＝[Ri*(Wo+Max)/Max]-Wo

Go＝[Gi*(Wo+Max)/Max]-Wo

Bo＝[Bi*(Wo+Max)/Max]-Wo   ...    Eqs.2

例如，输入信号Ri、Gi、Bi＝240，160，120分别导致输出信号分别为Ro、Go、Bo、Wo＝240、120、60、120，所述输出信号分别导致总的颜色输出分别为Rt、Gt、Bt＝360、240、180。该“Min-1”规则提供了增强的亮度同时又恰当地保持了颜色之间的比，从而色饱和度没有改变。因此，与前述的“Min-simple”规则相比，该“Min-1”规则可提供更高的满意度。

在该“Min-1”规则中，白(W)色子像素的输出Wo的值仅仅得自于输入信号Ri、Gi、Bi的最小值。已知的“Min-2”和“Min-3”规则与该“Min-1”规则类似，只是白(W)色子像素的输出Wo由等式3(Eqs.3)和等式4(Eqs.4)分别计算：

Wo＝255(Min/255)²            ...    Eqs.3

Wo＝-Min³/255+Min²/255+Min    ...    Eqs.4

该“Min-2”规则能增强在相应LCD上显示的彩色图像的辉亮部分，然而“Min-3”规则能增强在LCD上显示的图像的中间色调。

可选地，在得自于前述“Min-1”规则的“MaxW”规则中，驱动白(W)色子像素的输出Wo的值得自于在等式5(Eqs.5)中定义的条件：

Wo＝(Min*Max)/(Max-Min)    当Min/Max＜＝0.5时

Wo＝Max      当Min/Max＞0.5时    ...    Eqs.5

例如，当使用“MaxW”规则时，具有的值分别为Ri、Gi、Bi＝240、160、120的输入信号会导致输出分别为Ro、Go、Bo、Wo＝240、80、0、240，从而总的观测到的颜色比分别为Rt、Gt、Bt＝480、320、240；换句话说，增强了亮度且保持色饱和度。

在由韩国三星电子公司的Baek-woon Lee等人在Society forInformation Display2003-Digest of Teehnical papers，第1212-1215页公开的文章“TFT-LCD with RGBW Color System”中，描述了关于前述的MaxW规则的一种可替换的规则；在公开的可替换规则中，没有定义白(W)色子像素的输出且直接由输入信号Ri、Gi、Bi依照等式6(Eqs.6)分别确定总的色彩输出Rt、Gt、Bt，该等式6(Eqs.6)如下：

Gain＝1+Min/(Max-Min)    以将Gain限于值2

Rt＝Ro+Wo＝Gain*Ri

Gt＝Go+Wo＝Gain*Gi

Bt＝Bo+Wo＝Gain*Bi    ...    Eqs.6

对于通过元件20显示的总颜色，虽然没有明确地提供对输出Ro、Go、Bo和Wo之间的驱动进行具体划分，但Rt、Gt、Bt颜色值与由该前述MaxW运算法则得到的值是相等的。等式6(Eqs.6)中的公式假定了元件20中R、G、B、W子像素相同的面积。如果参数w是元件20中的白(W)色子像素区域与它的红(R)，绿(G)，蓝(B)色子像素区域的比，那么考虑到参数w的等式6(Eqs.6)变为下面的等式7(Eqs.7)：

Gain＝1+Min/(Max-Min)    以将Gain限于值1+w

Rt＝Ro+w*Wo＝Gain*Ri

Gt＝Go+w*Wo＝Gain*Gi

Bt＝Bo+w*Wo＝Gain*Bi    ...    Eqs.7

在由三星公司使用的规则中，将意识到，例如，对于用分别等于255、0、0的输入信号Ri、Gi、Bi来描述显示图像的红色(R)区，该规则不能提供显示增强。然而，例如用分别为128、0、0的输入信号Ri、Gi、Bi表示的淡红色区，即使在这样的情况下没有被增强，其也可能容易被增强。

本发明人已意识到，即使在元件20中包含白(W)色子像素能增强相应的显示亮度，为了得到增强亮度和最佳色彩再现之间的最佳折衷，驱动元件20的四色子像素的多种已知规则遭受到整个图像色彩再现的技术问题。因此，本发明人已设计了驱动元件20中子像素的可替代的方法，以便至少部分地处理这些技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动显示器元件的可替代方法，以获得元件亮度和元件色彩再现之间的改良折衷。

根据本发明的第一方面，提供了驱动包括显示器元件阵列的显示器的方法，每个元件包括红、绿、蓝和白色子像素，所述方法包括如下步骤：

(a)接收控制显示器每个元件的红、绿和蓝色的输入信号；

(b)处理输入信号以产生用于每个元件的红、绿、蓝和白色子像素的相应红、绿、蓝和白色输出驱动信号，所述输出驱动信号根据增益系数增强，用于通过选择性减少所述元件中的一个或多个的色饱和度来增加受制于在被处理的所述一个或多个元件中出现的可能色饱和度的元件发光度；和

(c)将所述输出驱动信号施加给显示器每个元件的各个子像素。

本发明是有利的，因为在增加元件的亮度的同时也提供令人满意的色彩再现。

任选地，在该方法中，步骤(b)中的处理包括如下步骤：

(d)计算穿过每个元件的最大可能的光透射；

(e)根据步骤(b)中计算的穿过的最大光透射缩放每个元件的输入信号；

(f)计算步骤(e)的被缩放输入信号的最小值；

(g)对于每个元件计算步骤(e)的被缩放输入信号相对于步骤(f)的最小值的中间信号；

(h)对于每个元件计算步骤(g)计算的中间信号的最大值；

(i)对于每个元件计算步骤(g)相对于步骤(h)的最大值的剩余；

(j)计算步骤(i)所计算的剩余相对于步骤(g)的中间信号之间的差，以产生每个元件的红、绿和蓝色子像素的输出驱动信号；

(k)从步骤(i)缩放计算的剩余和步骤(f)的最小值来计算亮度值；和

(l)应用步骤(k)的亮度值以产生控制白色子像素光输出的白色输出驱动信号，和应用步骤(j)的输出驱动信号来控制每个元件的红、绿和蓝色子像素的光输出。

对于每个元件的红、绿、蓝和白色子像素产生相应的红、绿、蓝和白色输出驱动信号的处理输入信号的这种方法是有益的，因为提供了颜色信息的适当缩放比例同时能增加子像素的发光度。

任选地，在该方法中，自适应地响应于发生色减饱和作用的那些元件的数目将获得步骤(b)中的增益系数。实现这种自适应响应使显示器能够处理高色彩饱和度同时在要显示图像中具有高亮度。更任选地，在该方法中，在显示器上显示的逐帧图像上自适应地改变步骤(b)中的增益系数。

任选地，当在该方法实现增益系数的自适应控制时，增益系数将以递增或递减的方式自适应地改变。这种递增/递减的方法避免了显示图像序列中的明显色彩饱和度的突然改变，不然电视观众将容易察觉到其变化。

更任选地，在该方法中，利用滞后现象使增益系数递增或递减。这种滞后避免了色彩饱和度明显改变(例如闪烁)的其它任何一种危险，以提供发光度和色彩再现之间的改进折衷。

任选地，该方法包括另一步骤，其将输入信号从伽马γ域转换为线性域用于在步骤(b)进行处理和将输出驱动信号从线性域转换为伽马γ域用于驱动每个元件子的像素。这种附加的步骤使该方法能够处理在驱动信号和子像素的相应光学性质之间提供非线性转换的显示器。

任选地，当执行该方法时，实际上依据计算实施步骤(b)中所述处理，该计算包括：

(m)将红、绿和蓝色的各个输入信号RI、GI、BI由伽马γ域分别转换为线性域的各个相应参数Ri，Gi，Bi，其依据以下计算：

Ri＝(RI/Q)^γ；Gi＝(GI/Q)^γ；Bi＝(BI/Q)^γ；

其中Q是使用的量化步骤的数目；

(n)乘以步骤(b)中的增益参数以产生信号Rg、Gg、Bg：

Max＝max(Ri，Gi，Bi)  其中max返回它的自变量之中的最大值；

Min＝min(Ri，Gi，Bi)  其中min返回它的自变量之中的最小值；

GN＝HS*Max/(Max-Min)，

其中HS是步骤(b)中的增益系数，且GN限于值1+A，其中GN＜1+A，其中参数A是白色子像素相对于红、蓝和绿色子像素之和的相对光透射

Rg＝GN*Ri  Gg＝GN*Gi  Bg＝GN*Bi；

(o)计算公共信号CM并由此计算红、绿和蓝色的各个信号Rs、Gs、Bs：

CM＝min(Rg，Gg，Bg，A)  其中min返回它的自变量的最小值；

Rs＝Rg-CM    Gs＝Gg-CM    Bs＝Bg-CM；

(p)计算最大剩余值和执行步骤(m)的剩余信号的减法以产生红、绿和蓝色各个信号Rp、Gp、Bp；

Maxs＝max(Rs，Gs，Bs)

Surplus＝Max-1，其中如果计算出的Surplus小于零，则将其设为零

Rsurplus＝Rs*(Surplus/Maxs)

Gsurplus＝Gs*(Surplus/Maxs)

Bsurplus＝Bs*(Surplus/Maxs)

Rp      =Rs-Rsurplus    Gp＝Rs-Gsurplus    Bp＝Rs-Bsurplus；

(q)依据下面等式计算Ysurplus信号：

Ysurplus＝KR*Rsurplus+KG*Gsurplus+KB*Bsurplus

其中KR、KG和KB分别是红、绿、和蓝色的乘数；

(r)计算控制白色子像素亮度的信号Wp：

Wp＝(CM+Ysurplus)/A；和

(s)计算分别控制红、绿、蓝和白色子像素的光学性能的输出驱动信号RP、GP、BP、WP，所述输出驱动信号为伽马γ域，其依据下面等式：

RP＝Q*Rp^1/γ  GP＝Q*Gp^1/γ  BP＝Q*Bp^1/γ  WP＝Q*Wp^1/γ。

参数Rsurplus、Gsurplus、Bsurplus是表示关于参数Rs、Gs、Bs的剩余的剩余信号，该参数Rs、Gs、Bs不能响应于红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素。此外，伽马修正的输出驱动信号RP、GP、BP和WP被提供有标准伽马预修正。便利地，步骤(s)能与从标准伽马预修正信号到特定的LCD伽马系数的映射结合起来。

更任选地，在该方法中，乘数KP、KG、KB具有基本上分别对应0.2125，0.7154和0.0721的数值，且量化步骤Q的数目基本上等于255。

任选地，该方法适合处理输入信号用于驱动液晶显示器(LCD)和数字微镜装置(DMD)的至少之一。

根据本发明的第二方面，提供了一种驱动包括显示器元件阵列的显示器的设备，每个元件包括红、绿、蓝和白色子像素，所述设备包括可如下操作处理器：

(a)接收控制显示器每个元件红、绿和蓝色的输入信号；

(b)处理输入信号以产生用于每个元件的红、绿、蓝和白色子像素的相应红、绿、蓝和白色输出驱动信号，所述输出驱动信号根据增益系数增强，用于通过选择性减少所述元件中的一个或多个的色饱和度来增加受制于在被处理的所述一个或多个元件中出现的可能色饱和度的元件发光度；和

(c)将所述输出驱动信号施加给显示器每个元件的各个子像素。

任选地，在该设备中，将显示器实施为液晶显示器(LCD)或数字镜显示器(DMD)。

根据本发明的第三方面，提供了在用于实施该方法的设备的处理器上可执行的软件，所述设备和方法分别依据本发明的第一和第二方面。

将意识到，本发明的特征在不偏离本发明的范围下可被以任何组合方式结合。

附图说明

参考下面的图，现在将仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是像素显示器元件的示意图，一个元件的实例仅包括红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素，与包括红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)色子像素的另一元件实例形成对比；

图2是表示为处理显示器每个元件的红(R)、绿(G)、蓝(B)输入信号来产生元件的合适的驱动信号的方法步骤的流程图，所述元件包括红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)色子像素；

图3是配置来使用图2中描述的方法驱动图像显示器的元件的设备的示意图；

图4是在图3描述的设备中执行处理步骤的示意图；和

图5是用于提供相应于元件色彩饱和度产生数目的自适应增益的设备的可选附加部分的示意图。