專利名稱：具有多個像素的顯示裝置和用于顯示圖像的方法
具有多個像素的顯示裝置和用于顯示圖《象的方法本發(fā)明涉及一種具有多個像素的顯示裝置，該顯示裝置具有圖像信 號生成裝置，用于為多個像素生成色彩值和亮度值；與圖像信號生成裝置 耦合的光調(diào)制裝置，用于基于色彩值和亮度值對多個像素進行調(diào)制；以及 用于光調(diào)制裝置的背光照明的照明裝置。上述類型的顯示裝置，特別是純平屏幕已經(jīng)一再^L公開。這些顯示裝 置特別適合于用作計算機監(jiān)視器或作為特別平的電^的屏幕。由光源發(fā) 出的光被用于具有多個像素的調(diào)制裝置的背光照明，通常是液晶顯示器 (LCD )。通過使用圖l象信號生成裝置生成的色彩值和亮度值來驅(qū)動光調(diào) 制裝置的各像素，僅有所入射的光的一部分通過光調(diào)制裝置，使得可以生 成亮的和暗的或者不同顏色的像素，這些像素隨后為觀察者組成整個圖 像。特別是在娛樂電子設(shè)備領(lǐng)域中的顯示裝置情況下，特別高的對比度范 圍是值得期望的，因為電影常常包含具有大對比度范圍的場面，其中對比 度作為最大和最小亮度的差與最小能夠顯示的亮度分級之間的比例。因此，對于真實的成像重要的是， 一方面能夠顯示非常精細的亮度分 級，并且另一方面能夠顯示在白色像素的完全發(fā)光強度和無發(fā)光強度(即 黑色像素)之間的全部范圍。這例如出現(xiàn)在具有非常不均勻的照明的場面 中，譬如出現(xiàn)在同時顯示室內(nèi)拍攝和室外拍攝或者光亮區(qū)域和陰影區(qū)域的 情況中。市面上常見的顯示裝置通常具有明顯小于1:1000的對比度系數(shù)。然 而，對此人眼能夠分辨明顯更大的對比度范圍。因此，為了真實地再現(xiàn)影 片，具有大于1:1000的對比度范圍的顯示裝置是值得期望的。US 6,891,672 B2公開了一種具有增大的對比度范圍的屏幕。由光源 發(fā)出的光首先通過第一調(diào)制裝置并隨后通過第二調(diào)制裝置來調(diào)制。由此可 以顯示對比度非常豐富的圖像，使得例如暗的圖像區(qū)域也仍能精細地在亮 度上被分級地顯示。使用兩個光調(diào)制裝置的缺點特別是在于光調(diào)制裝置的高成本，它們顯 著影響屏幕的成本。此外，第二調(diào)制裝置和對此必需的圖《象信號生成裝置需要額外的能量。此外，兩個光調(diào)制裝置的彼此連接吸收了入射的光的較 大部分，使得必須使用功率特別強的光源，該光源在自身那方面需要更多 的能量。本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種開頭所述類型的顯示裝置，該顯示裝置具 有特別高的對比度范圍。在此，顯示裝置應當能夠成本低廉地制造并且能 耗低。該任務(wù)通過開頭所述類型的顯示裝置來解決，其中照明裝置具有用于 驅(qū)動多個光源的驅(qū)動裝置，并且驅(qū)動裝置與圖像信號生成裝置或者光調(diào)制 裝置耦合，使得被設(shè)計用于對光調(diào)制裝置部分區(qū)域背光照明的光源的預先 確定的組可以通過驅(qū)動裝置根據(jù)亮度值來驅(qū)動用以增強對比度。通過有針對性地驅(qū)動被設(shè)計用于對光調(diào)制裝置部分區(qū)域背光照明的 光源的組，可以減小特別暗的圖像區(qū)域的照明，使得所示的整個圖像的對 比度范圍增大。由于更為有效的光利用，光源的組變暗還附加地導致了能 量節(jié)省。根據(jù)本發(fā)明，可以有利地借助僅僅一個光調(diào)制器來實現(xiàn)高對比度，其 方式是照明裝置，即光源的預先確定的組，被^部分地調(diào)暗。通過該調(diào)暗， 設(shè)計為暗的顯示區(qū)域可以被更強地變暗，這導致更大的對比度。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展方案中，多個光源中的每個光源都可以單 獨地通過驅(qū)動裝置來驅(qū)動。通過這種方式，也可以單獨地使小的圖像區(qū)域 變暗。根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置有利地按照一種用于在具有多個像素的顯示裝置上顯示圖l^的方法來工作，所述方法具有以下步驟—接收多個像素的具有色彩值和亮度值的圖像信號，—為像素的不同的預先確定的組中的多個組計算亮度特征，其中要顯示 的圖像由這些像素組成，—基于色彩值和亮度值通過光調(diào)制裝置對像素進行調(diào)制，-分別通過一個光源或者光源的預先確定的組4艮據(jù)為1象素的相應預先確 定的組所計算的亮度特征對像素的不同的預先確定的組進行照明。在該方法的一種有利的擴展方案中，基于所接收到的圖像信號的色彩 值和亮度值在考慮到所計算的亮度特征的情況下來計算校正后的色彩值 和亮度值，用于調(diào)制《象素的預先確定的組。通過借助所計算的亮度特征校正用于光調(diào)制的色彩值和亮度值，在調(diào) 制時可以考慮到<象素的預先確定的組的較弱的背光照明，^f吏得例如可以特 別好地顯示在變暗的圖^f象區(qū)域中的細節(jié)。本發(fā)明的其他有利的細節(jié)和擴展方案以及改進方案在從屬權(quán)利要求 中說明。其他的優(yōu)點、有利的擴展方案和改進方案由以下結(jié)合附圖進一步闡述的實施例中得到。其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的屏幕的示意性構(gòu)造，圖2示出了一種用于顯示圖像的方法的流程圖，圖3A示出了示例性的要顯示的亮度值，圖3B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實際顯示的亮度值，圖3C示出了針對所述示例性亮度值的亮度特征，圖3D示出了校正后的亮度值，以及圖3E示出了根據(jù)本發(fā)明的一種擴展方案的實際顯示的亮度值。圖1以示意性的形式示出了才艮據(jù)本發(fā)明的一個擴展方案的、在純平屏 幕的實施例中的顯示裝置1的構(gòu)造的橫截面。屏幕1具有圖像信號生成裝置2、光調(diào)制裝置3以及照明裝置4。在 照明裝置4和光調(diào)制裝置3之間可選地設(shè)置有擴散器5,其使得照明裝置 4的光散布，用于光調(diào)制裝置3的背光照明。在光調(diào)制裝置3之前附加地 i殳置有毛玻璃6，其將透射過光調(diào)制裝置3的光^:射并且同時保護光調(diào)制 裝置3免受觸碰。毛玻璃6或者擴散器5也可以用于選出預先確定的偏振 方向的光。圖像信號生成裝置2具有圖像信號解碼器7、圖像存儲器8、 處理單元9以及選擇裝置10。照明裝置4具有驅(qū)動裝置11以及多個光源 12 (在該實施例中為發(fā)光二極管)。光調(diào)制裝置3包括多個像素13，它們 適合于調(diào)制入射光。在此，各像素13由子像素14組成，例如分別由針對 三原色紅、綠和藍的子像素14組成，這些子像素通it^目應的過濾器僅僅 讓相應原色的光通過。照明裝置4的驅(qū)動裝置11被設(shè)計用于單獨驅(qū)動各光源12，使得空間 上與各光源12關(guān)聯(lián)的像素的組15A、 15B和15C可被不同強度地背光照 明。調(diào)制器5具有三個彼此隔開的區(qū)域，使得光源12的光分別僅僅對像素的一個組15A、 15B或15C進行背光照明。替代地，鄰接的組15A、 15B 或15C的照明也可以由處理單元9來負責。在實踐中，顯示裝置l自然也具有比圖1中可以示出的明顯更多的像 素13以及用于其照亮的光源12。例如，為了照亮具有數(shù)十萬^f象素13的 32，，屏幕可以使用具有大約200個發(fā)光二極管的照明裝置4作為光源12。 在此，光源12例如條形或者瓷磚狀地設(shè)置。圖2表明了 一種用于在對應于本發(fā)明的一種構(gòu)型的顯示裝置1上顯示 圖像的方法。在該實施例中，在第一步驟21中，首先通過圖1象信號解碼器7接收 圖像信號，例如電視信號，該圖像信號解碼器包舍沒置于其中的用于像素 13的色彩值和亮度值Is。u。被解碼的色彩值和亮度值Is。n被存儲在圖^^ 儲器8中用于進一步的處理。在第二步驟22中，借助存儲在圖像存儲器8中的色彩值和亮度值Is。u 為像素的預先確定的組15計算亮度特征Ichar。在圖1中簡化地示出的實 施例中，屏幕1具有《象素的三個組15A、 15B和15C。在此，上部的、中 間的和下部的組15A、 15B和15C分別與光源12之一關(guān)聯(lián)，并且通過這 些光源照明。在該實施例中，在第二步驟22中通過處理單元9認識到，與4象素的 下部的組15C對應的下部屏幕區(qū)域顯示特別暗的圖像區(qū)域。該信息隨后 ^L存儲在針對組15C生成的亮度特征Ichar中。在第三步驟23中，多個像素13通過光調(diào)制裝置3在考慮到被解碼的 色彩值和亮度值Is。u的情況下被調(diào)制。例如，可以通過將不同的電壓施加 到光調(diào)制裝置3的各像素13上來影響像素13或各顏色的子〗象素14的穿 透性，使得為觀察者形成整個圖像。通常，為此通過生成電場而將液晶顯 示器的晶體偏轉(zhuǎn)，使得其偏振方向改變?yōu)槭沟妙A先確定偏振的光透射或者 被吸收。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展方案中，在像素13的實際當前調(diào)制時，處理單元9考慮事先計算的亮度特征Uar。為此，在考慮到所計算的亮度 特征Iehar的情況下，由所接收的色彩值和亮度值IS。U來計算校正后的色彩 值和亮度值Ik。W這些色彩值和亮度值Ik^用于調(diào)制光調(diào)制裝置3的像素13。并行地在第四步驟24中，借助關(guān)聯(lián)的驅(qū)動裝置11通過處理裝置9驅(qū)動照明裝置4，使得像素的各組15A、 15B和15C的照明對應于事先確定 的亮度特征U『為此，在給出的、其中屏幕l的下部圖像區(qū)域包含特別 暗的圖像部分的例子中，像素的組15C可以通過將關(guān)聯(lián)的下部光源12變 暗而被變暗。根據(jù)要顯示的圖像的圖像重復率，在預先確定的時間之后重復所描述 的過程，使得持續(xù)地根據(jù)各當前的圖像信號的要求來驅(qū)動光調(diào)制裝置3 的像素13以及照明裝置4的光源12。圖3A示出了每個像素13的、應通過屏幕1顯示的亮度值Is。u。出于 簡單起見，在圖3A中以;5L在以下的圖中僅僅考慮亮度值Is。u，而不考慮 色彩信息。在實踐中，對每個單個的所示色彩，例如紅、綠和藍，執(zhí)行下 面所描述的計算。在所示的例子中，像素的第一組15A的三個第一像素13應當顯示非 常亮的圖像區(qū)域。接下來的〗象素的第二組15B的三個像素13顯示中等亮 的圖像區(qū)域。最后的組15C的最后三個像素13顯示非常暗的圖像區(qū)域。 在圖3A中，在此以百分比分別說明了對于每個要顯示的像素13的亮度值IsoU。圖3B示出了屏幕1的、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、具有示例性的對比度系數(shù) l:10的實際顯示的亮度強度IsdT。在該示例情況中，光調(diào)制裝置3僅能顯 示十個不同的亮度等級。在圖3A中示出的亮度值僅可以在像素的第一和第二組15A和15B 的區(qū)域中被正確地顯示。在像素的第三組15C的區(qū)域中的非常低的亮度 不再允許忠實于信號的并且由此真實的顯示。在圖3B中，該圖像區(qū)域被 完全變暗，使得其中包含的細節(jié)不再被顯示。在圖3C中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種擴展方案確定的亮度特征Ichar。在所示的例子中，使用像素的組15A、 15B或15C的相應最大值作為亮度 特征。相應地，在該例子中，第一組15A的第一光源12用可能功率的 100%來驅(qū)動，第二光源12用可能功率的60%來驅(qū)動，而第三光源12僅 僅用可能功率的1%來驅(qū)動。因為該實施例中用作光源12的發(fā)光二極管 的發(fā)光強M本上線性地隨著工作電流增大，所以各光源12例如可以通 過電流控制裝置按要求地被驅(qū)動。圖3D示出了用于驅(qū)動調(diào)制裝置3的被校正的亮度值Ik ,這些亮度值例如通過處理單元9來計算。在該實施例中，通過將圖3A的要顯示的亮度值IS。U除以圖3B的計算后的亮度特征Iehar得到校正后的亮度值Ik。rr。在圖3E中示出了觀察者在毛玻璃6上看見的亮度值Iist。因為在毛玻 璃6上可以看到的亮度值Iist基本上通過將與圖3C中示出的亮度特征Ichar 對應的照明強度乘以圖3D的用于調(diào)制的、校正后的亮度值Ik。rr而得到， 所以對于每個單個的像素13，根據(jù)該實施例所示出的亮度值Iist',對應 于圖像信號中所包含的亮度值Is。U。由此，圖像信號的逼真的再現(xiàn)是可能 的。根據(jù)本發(fā)明的另 一擴展方案，單個的圖像區(qū)域也可以借助選擇裝置 10被有目的地變暗或者變亮。例如可能的是，通過用戶的預先給定來將具有像素13的組15的圖像區(qū)域變亮或變暗，例如以4吏得譬如在下部圖像區(qū)域中插入的字幕更加清晰易讀，或者將其通過變暗來漸隱。如果例如在電影的下部圖像區(qū)域中，白色的字a插入到黑色的背景上，在該黑色背景中不包含圖像信息，則可以通過將像素的組15C的關(guān) 聯(lián)的光源12向下調(diào)節(jié)或者關(guān)斷，來防止干擾的字幕顯示在毛玻璃6上。雖然在所示的實施例中，使用一個屏幕1來顯示圖像信號，樹艮據(jù)本 發(fā)明的方法自然也可以使用在其他顯示方法和裝置中，例如使用在譬如通 過視頻投影機或所謂的數(shù)據(jù)投影儀(Datenbeamer)的投影或者背投中。 在這種情況下也可能的是，代替過濾的光調(diào)制裝置3如液晶顯示器，而使 用反射的調(diào)制裝置9，譬如可控的鏡(數(shù)字鏡裝置DMD)的矩陣。同樣，代替在該實施例中所使用的發(fā)光二極管也可以使用其他特別是 小面積的光源12，這些光源適合于對像素的各個組15進行照明。在此有 利的是，光源12被構(gòu)建為使得其發(fā)光面積或者輻射特性可以在空間上分 配給要背光照明的像素13。例如，也可以使用具有小于5mii^的發(fā)光面 積的、有機的、面發(fā)射的發(fā)光二極管(OLED)。參考標號表1 屏《^2 圖像生成裝置3 光調(diào)制裝置4 照明裝置5 擴散器6 毛玻璃7 圖像信號解碼器8 圖傳存儲器9 處理單元10 選擇裝置11 驅(qū)動裝置12 光源13 像素14 子像素15 像素的組21至24方法步驟Is。h 要顯示的亮度值ISdT 顯示的亮度值(現(xiàn)有技術(shù))lchar 亮度特征ik。 校正后的亮度值list 顯示的亮度值(根據(jù)本發(fā)明)10
權(quán)利要求
1.一種具有多個像素(13)的顯示裝置(1)，該顯示裝置具有-圖像信號生成裝置(2)，用于為多個像素(13)生成色彩值和亮度值(Isoll)；-與圖像信號生成裝置(2)耦合的光調(diào)制裝置(3)，用于基于所述色彩值和亮度值(Isoll)對所述多個像素(13)進行調(diào)制；以及-用于光調(diào)制裝置(3)的背光照明的照明裝置(4)；其特征在于，-照明裝置(4)具有用于驅(qū)動多個光源(12)、特別是發(fā)光二極管的驅(qū)動裝置(11)，并且-驅(qū)動裝置(11)與圖像信號生成裝置(2)或者光調(diào)制裝置(3)耦合，使得被設(shè)計用于光調(diào)制裝置(3)的部分區(qū)域背光照明的光源的預先確定的組能夠通過驅(qū)動裝置(11)根據(jù)亮度值(Isoll)被驅(qū)動，用于增強對比度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置(1 )，其特征在于，—在照明裝置(4)和光調(diào)制裝置(3 )之間設(shè)置有擴散器(5 )，該擴 散器使得光源(12)的預先確定的組的光分布到光調(diào)制裝置(3)的部分區(qū) 域的像素(13)的預先確定的組(15)上，以及—圖像信號生成裝置(2)計算像素的組(15)的亮度特征(Ichar)， 使得光源的組能夠根據(jù)要求通過驅(qū)動裝置(11)來驅(qū)動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯示裝置(1 )，其特征在于，—所述多個光源(12 )的每個光源(12 )都能夠單獨地通過驅(qū)動裝置 (11)來驅(qū)動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的顯示裝置(1),其特征在于， -光源(12)是面發(fā)射的光源，特別是有機發(fā)光二極管。
5. —種用于在具有多個像素(13)的顯示裝置(1)上顯示圖像的方 法，具有以下步驟-接收所述多個像素(13)的具有色彩值和亮度值(Is。u)的圖像信號，—為像素(13)的不同的預先確定的組(15)中的多個組計算亮度特征a旨)，其中要顯示的圖像由這些像素組成，-基于色彩值和亮度值(Is。u),通過光調(diào)制裝置(3)對像素(13)進#^制，以及-分別通過一個光源(12)或者光源(12)的預先確定的組根據(jù)為像 素的相應預先確定的組(15)所計算的亮度特征(Iehar)對《象素的不同的 預先確定的組(15)進行照明。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，-基于所接收到的圖像信號的色彩值和亮度值(Is。u)在考慮到所計算的亮度特征(Uar)情況下計算校正后的色彩值和亮度值(Ik。rr),用于調(diào)制〗象素(13)的預先確定的組。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，—基于與像素的預先確定的組(15)關(guān)聯(lián)的亮度值(Is。 )的最小值、 平均值或最大值來計算亮度特征(Iehar)。
全文摘要
具有多個像素的顯示裝置和用于顯示圖像的方法。本發(fā)明涉及一種具有多個像素(13)的顯示裝置(1)，該顯示裝置具有圖像信號生成裝置(2)，用于為多個像素(13)生成色彩值和亮度值；與圖像信號生成裝置(2)耦合的光調(diào)制裝置(3)，用于基于所述色彩值和亮度值對所述多個像素(13)進行調(diào)制；以及用于光調(diào)制裝置(3)的背光照明的照明裝置(4)；其特征在于，照明裝置(4)具有用于驅(qū)動多個光源(12)的驅(qū)動裝置(11)，并且驅(qū)動裝置(11)與圖像信號生成裝置(2)或者光調(diào)制裝置(3)耦合，使得被設(shè)計用于光調(diào)制裝置(3)的部分區(qū)域背光照明的光源(12)的預先確定的組可以通過驅(qū)動裝置(11)根據(jù)亮度值被驅(qū)動用于增強對比度。本發(fā)明此外還涉及一種用于在具有多個像素(13)的顯示裝置(1)上顯示圖像的方法。
文檔編號G09G3/34GK101326565SQ200680046719
公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者奧斯卡·沙爾莫澤, 安德烈亞斯·胡貝爾, 彼得·尼德邁爾 申請人:奧斯蘭姆有限公司