经配置以用于图像子帧的选择性照明的显示设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案
[0002] 本专利申请案主张2013年4月14日申请且转让给本案受让人，并特此以引用 的方式明确地并入本文中的标题为"DISPLAY APPARATUS CONFI⑶RED FOR SELECTIVE ILLUMINATION OF IMAGE SUBFRAMES (经配置以用于图像子帧的选择性照明的显示设备）" 的第13/828, 211号美国实用新型申请案的优先权。
技术领域
[0003] 本发明涉及显示器领域，且明确地说，涉及显示器所使用的图像形成过程。
【背景技术】
[0004] 许多显示器架构部分地依靠时分方案来提供灰度图像。在此类方案中，将一图像 帧分为一组子帧，其在分配给图像帧的显示的时间量内，循序地向观看者显示。一般来说， 显示器在所分配的时间内可显示的子帧越多，所述显示器能够产生的灰度级的数目越大。 也可使用额外子帧来帮助减轻图像假影，例如动态假轮廓（DFC)。还使用场序色彩（FSC)形 成方案的显示器可产生且分别显示更多的子帧来负责显示器主要使用的每一色彩。
[0005] 但是，使用额外的子帧降低了显示器的能量效率。随着显示器用来显示给定图像 帧的子帧的数目增加，其光源的工作周期通常减小。由此，为了维持充分的亮度，显示器必 须在光源接通的较短持续时间期间以较高的强度来操作其光源。此较高强度发射导致电力 效率较低。此外，显示器必须花费能量来将每一子帧加载到显示器中。因此，迫使许多显示 器在电力效率与图像品质之间取得折衷。对于电池寿命非常宝贵的移动装置，此折衷通常 导致降低的图像品质。
【发明内容】
[0006] 本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，无单个创新方面单独负责本 文所揭示的合意属性。
[0007] 本发明中所描述的标的物的一个创新方面可在一种设备中实施，所述设备包括输 入、子域导出逻辑、子域产生逻辑、暗子帧检测逻辑以及输出逻辑。所述输入经配置以接收 与图像帧相关联的图像数据。
[0008] 子域导出逻辑经配置以针对接收到的图像帧导出至少一个色彩子域。所述至少一 个色彩子域中的每一者识别相对于显示器中用于所述接收到的图像帧的多个光调制器中 的每一者的色彩强度值。在一些实施方案中，子域导出逻辑经配置以针对每一接收到的图 像帧导出至少三个色彩子域。
[0009] 子帧产生逻辑经配置以针对至少一个所导出的色彩子域中的每一者产生多个子 帧。每一所产生的子帧指示显示器中的多个光调制器中的每一者的状态。
[0010] 暗子帧检测逻辑经配置以识别暗子帧。在一些实施方案中，暗子帧是识别显示器 中的至少实质上所有光调制器均处于非透射状态。在一些实施方案中，识别暗子帧包括识 别其中显示器中的所有光调制器均处于非透射状态的子帧。在一些其它实施方案中，识别 暗子帧包括识别其中显示器中小于阈值数目个光调制器处于非透射状态的子帧。
[0011] 输出逻辑经配置以控制将所产生的子帧输出到多个光调制器的时序，且控制针对 输出子帧中的每一者输出到显不器光源的光源照明信号的时序。在一些实施方案中，显不 器光源包括背光灯。响应于暗子帧检测逻辑对暗子帧的识别，输出逻辑经配置以抑制暗子 帧的输出，且基于与所识别的暗子帧相关联的时序值，来修改与至少一个其它子帧相关联 的显示参数。在一些实施方案中，抑制暗子帧的显示包括省略将暗子帧加载到多个光调制 器中。
[0012] 在一些实施方案中，输出逻辑经配置以通过基于时序值增加显示至少一个其它子 帧的时间量来修改显示参数。在一些此类实施方案中，所述至少一个其它子帧包括针对与 那些被识别为暗子帧的子帧不同的接收到的图像帧而产生的所有子帧。在一些其它实施方 案中，修改显示参数还包括基于显示至少一个其它子帧的时间量的增加，降低与至少一个 其它子帧的显示相关联的光源强度值。
[0013] 在一些实施方案中，修改显示参数包括分配额外的时间来显示与所识别的暗子帧 的色彩不同的色彩的至少一个子帧。在一些其它实施方案中，修改显示参数包括分配额外 时间来显示多个色彩的至少一个子帧，且此额外时间不成比例地分配给选定色彩的至少一 个子帧。
[0014] 在一些实施方案中，修改显示参数包含分配额外时间来显示选定色彩的至少一个 子帧，而不管所识别的暗子帧的色彩如何。在一些实施方案中，选定色彩为绿色，且分配额 外时间可包含增加显示绿色子帧的次数。在一些其它实施方案中，选定色彩为合成色彩，且 分配额外时间可包含增加显示合成色彩子帧的次数，或显示原本将尚未显示的合成色彩子 帧。
[0015] 在一些其它实施方案中，修改显示参数包含增加显示至少一个其它子帧的次数。 在又一些其它实施方案中，修改显示参数包含联合寻址具有至少一个其它子帧的显示器， 降低驱动器的转换速率。在一些其它实施方案中，修改显示参数包含显示原本将尚未显示 的子帧。
[0016] 在一些实施方案中，所述设备进一步包含显示器、处理器和存储器装置。所述处理 器可经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据。所述存储器装置可 经配置以与所述处理器通信。在一些实施方案中，所述处理器包含子域导出逻辑、子帧产生 逻辑、暗子帧检测逻辑和输出逻辑中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述显示器包 含控制逻辑，其包括子域导出逻辑、子帧产生逻辑、暗子帧检测逻辑和输出逻辑中的至少一 者。在一些实施方案中，所述控制逻辑包含微处理器和专用集成电路（ASIC)，且子域导出逻 辑、子帧产生逻辑、暗子帧检测逻辑和输出逻辑中的至少一者包含处理器可执行指令，其经 配置以供微处理器执行。
[0017] 在一些实施方案中，所述设备还包含驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发 送到显示器。在此类实施方案中，所述处理器可经配置以将图像数据的至少一部分发送到 驱动器电路。在一些实施方案中，所述设备还可包含图像源模块，其经配置以将图像数据发 送到处理器。所述图像源模块可为或包含接收器、收发器和发射器中的至少一者。在一些 实施方案中，所述设备还包含输入装置，其经配置以接收输入数据，且将输入数据传送到处 理器。
[0018] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含输 入、子域导出装置、子帧产生装置、暗子帧检测装置和输出控制装置。所述输入经配置以接 收与图像帧相关联的图像数据。
[0019] 所述子域导出装置是用于为接收到的图像帧导出至少一个色彩子域。所述至少一 个色彩子域中的每一者识别相对于显示器中用于所述接收到的图像帧的多个光调制器中 的每一者的色彩强度值。
[0020] 所述子帧产生装置是用于为至少一个所导出的色彩子域中的每一者产生多个子 帧。每一所产生的子帧指示显示器中的多个光调制器中的每一者的状态。
[0021] 所述暗子帧检测装置是用于识别暗子帧。在一些实施方案中，暗子帧是指示显示 器中的至少实质上所有光调制器均处于非透射状态的子帧。在一些实施方案中，识别暗子 帧包括识别其中显示器中的所有光调制器均处于非透射状态的子帧。在一些其它实施方案 中，识别暗子帧包括识别其中显示器中小于阈值数目个光调制器处于非透射状态的子帧。
[0022] 所述输出控制装置是用于控制将所产生的子帧输出到多个光调制器的时序，且用 于控制针对输出子帧中的每一者输出到显示器光源的光源照明信号的时序。在一些实施方 案中，显示器光源包含背光灯。响应于暗子帧检测装置对暗子帧的识别，输出控制装置也用 于抑制暗子帧的输出，且用于基于与所识别的暗子帧相关联的时序值，来修改与至少一个 其它子帧相关联的显示参数。
[0023] 在一些实施方案中，修改显示参数包含基于时序值增加显示至少一个其它子帧的 时间量。在一些此类实施方案中，所述至少一个其它子帧包括针对与那些被识别为暗子帧 的子帧不同的接收到的图像帧而产生的所有子帧。在一些实施方案中，修改显示参数还包 括基于显示至少一个其它子帧的时间量的增加，降低与至少一个其它子帧的显示相关联的 光源强度值。
[0024] 在一些其它实施方案中，修改显示参数可包含以下各项中的一者或一者以上：增 加显示至少一个其它子帧的次数；显示原本将尚未显示的子帧；以及联合寻址具有至少一 个其它子帧的显示器，降低驱动器的转换速率。
[0025] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可在一种在显示器上形成图像的方法 中实施。所述方法包含：接收与图像帧相关联的图像数据；以及为接收到的图像帧导出至 少一个色彩子域。所述至少一个色彩子域中的每一者识别显示器中用于所述接收到的图像 帧的多个光调制器中的每一者，识别色彩强度值。所述方法还包含针对至少一个所导出的 色彩子域中的每一者产生多个子帧。每一所产生的子帧指示显示器中的多个光调制器中的 每一者的状态。另外，所述方法包含识别暗子帧。暗子帧是指示显示器中的至少实质上所 有光调制器均处于非透射状态的子帧。在一些实施方案中，识别暗子帧包含识别其中显示 器中的所有光调制器均处于非透射状态的子帧。在一些其它实施方案中，识别暗子帧包含 识别其中显示器中小于阈值数目的光调制器将处于非透射状态的子帧。控制将所产生的子 帧输出到多个光调制器的时序。还控制针对输出子帧中的每一者，光源照明信号到显示器 光源的时序。在一些实施方案中，显不器光源包含背光灯。响应于暗子帧的识别，抑制暗子 帧的输出。另外，基于与所识别的暗子帧相关联的时序值，来修改与至少一个其它子帧相关 联的显示参数。
[0026] 在各种实施方案中，修改显示参数可包含以下各项中的一者或一者以上：基于时 序值增加显示至少一个其它子帧的时间量；基于显示至少一个其它子帧的时间量的增加， 降低与至少一个其它子帧的显示相关联的光源强度值；增加显示所述至少一个其它子帧的 次数；显示原本将尚未显示的子帧；以及联合寻址具有至少一个其它子帧的显示器，降低 驱动器的转换速率。
[0027] 在附图和下文的描述中陈述本说明书中所描述的标的物的一个或一个以上实施 方案的细节。尽管此概述中所提供的实例主要依据基于MEMS的显示器来描述，但本文所提 供的概念可适用于其它类型的显示器，例如液晶显示器（LCD)、有机发光二极管（OLED)显 示器、电泳显示器和场发射显示器，以及其它非显示器MEMS装置，例如MEMS麦克风、传感器 和光学开关。其它特征、方面和优点将从描述、图式和所附权利要求书变得明显。注意，以 下各图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。
【附图说明】
[0028] 图IA展不实例直视基于微机电系统（MEMS)的显不设备的不意图。
[0029] 图IB展示实例主机装置的框图。
[0030] 图2A展示实例基于快门的光调制器的透视图。
[0031] 图2B展示实例基于滚动致动器快门的光调制器的横截面图。
[0032] 图2C展示实例非基于快门的MEMS光调制器的横截面图。
[0033] 图2D展示实例基于电润湿的光调制阵列的横截面图。
[0034] 图3A展示实例控制矩阵的示意图。
[0035] 图3B展示连接到图3A的控制矩阵的实例基于快门的光调制器阵列的透视图。
[0036] 图4A和4B展示实力双致动器快门组合件的视图。
[0037] 图5展示并入有基于快门的光调制器的实例显示设备的横截面图。
[0038] 图6展示用于显示器的MEMS向下配置中的实例光调制器衬底和实例光圈板的横 截面图。
[0039] 图7展示实例显示设备的框图。
[0040] 图8展示适合用于图7中所示的显示设备中的实例控制逻辑的框图。
[0041] 图9展示用于在显示器上产生图像的实例方法的流程图。
[0042] 图10展示用于识别暗子帧的实例方法的流程图。
[0043] 图11到14展示说明用于利用从暗子帧收获的时间的实例技术的时序图。
[0044] 图15和16展示包含多个显示元件的实例显示装置的系统框图。
[0045] 各个图式中的相同参考编号和表示指示相同元件。
【具体实施方式】
[0046] 以下描述是针对用于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属 领域的普通技术人员将容易认识到，可以大量不同方式来应用本文的教示。所描述的实施 方案可在可经配置以显示图像的任何装置、设备或系统中实施，不管是以运动（例如视频） 还是静止（例如静止图像）的形式，且不管是文本、图形还是图片。更明确地说，预期所描述 的实施方案可包含在多种电子装置中或与多种电子装置相关联，例如但不限于：移动电话、 具有多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、Sluetootb? 装置、个人数据助理（PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本 型计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、全球定位系统（GPS)接 收器/导航仪、相机、数字媒体播放器（例如MP3播放器）、摄录像机、游戏控制台、腕表、 时钟、计算机、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置（例如，电子阅读器）、计算机监视 器、汽车显示器（包括里程表和速度计显示器等）、座舱控件和/或显示器、相机视野显示 器（例如交通工具中的后视相机的显示器）、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结 构、微波、冰箱、立体声系统、盒式录音带记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线 电、便携式存储器芯片、洗涤剂、干燥机、洗涤剂/干燥机、停车仪、包装（例如在机电系统 (EMS)应用中，包括微机电系统（MEMS)应用，以及非EMS应用）、美学结构（例如图像在一 件珠宝或衣服上的显示），以及多种EMS装置。本文的教示也可用于非显示器应用中，例如 但不限于电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于 消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方 案、制造工艺以及电子测试设备。因此，教示无意限于图中单独描绘的实施方案，而是具有 较广的适用性，如所属领域的普通技术人员将容易明白。
[0047] 通过识别不需要显示来忠实再现图像帧的子帧，且接着将原本用来显示此类子帧 的时间分配给其它目的，可改进显示器能量效率，同时仍提供改进的图像品质。明确地说， 显示器无需显示其中包含在显示器中的所有光调制器均将处于非透射状态的子帧。此类子 帧在本文中称为"暗子帧"。在一些实施方案中，暗子帧也可包含其中显示器中的实质上所 有光调制器均将处于非透射状态的子帧。无法显示此类暗子帧不会实质上降低品质，且事 实上可增加显示器的对比率。
[0048] 可以若干方式来使用所收获的时间。在一些实施方案中，可使用所收获的时间来 增加显示器光源（例如背光灯或前光灯）照明一个或一个以上子帧的时间量，从而降低光 源需要以之照明的强度。在一些其它实施方案中，可使用所收获的时间来在为图像帧分配 的显示时间期间显示子帧一次以上。在一些其它实施方案中，可使用所收获的时间来显示 否则完全尚未显示的子帧。在又一些其它实施方案中，可使用所述时间来允许显示器驱动 器使用较低转换速率来操作，以降低电力消耗。
[0049] 可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案来实现以下潜在优点中的一者 或一者以上。跳过将暗子帧加载到显示器中且照明此类暗子帧改进了显示器的能量效率和 图像品质。通过收获原本将花在加载和照明暗子帧中的时间，且将此时间用来显示剩余的 子帧，或在一些实施方案中，显示额外子帧，可获得额外的能量效率和/或图像品质增益。 举例来说，重新分配所收获的时间来在较长持续时间内显示其它子帧允许显示器光源以较 低强度、以其功率曲线上的较高效点来操作。使用所收获的时间来在为显示图像帧分配的 时间中多次显示经较高加权的子帧可减少闪烁假影，且在一些情况下，还减少色裂（CBU) 假影。将所收获的时间分配给否则完全尚未显示的经较低加权的子帧使显示器能够在其为 图像帧产生的色彩中提供较大的粒度。将额外时间分配给数据驱动器来以较低转换速率寻 址用于一个或一个以上子帧的显示器可提供降低的驱动器电力消耗。
[0050] 图IA展示实例直视基于MEMS的显示设备100的示意图。显示设备100包含排列 成行和列的多个光调制器l〇2a到102d(通常"光调制器102"）。在显示设备100中，光调 制器102a和102d处于打开状态，允许光通过。光调制器102b和102c处于关闭状态，阻碍 光的通过。通过选择性地设置光调制器102a到102d的状态，可利用显示设备100来形成 用于背光显示的图像1〇4(如果由一灯或若干灯105照明）。在另一实施方案中，设备100 可通过反射源自设备前面的周围光来形成图像。在另一实施方案中，设备100可通过反射 来自位于显示器前面的一灯或若干灯的光，即通过使用前面光来形成图像。
[0051] 在一些实施方案中，每一光调制器102对应于图像104中的一像素106。在一些 其它实施方案中，显示设备100可利用多个光调制器来形成图像104中的像素106。举例 来说，显示设备100可包含三个色彩特定光调制器102。通过选择性地打开对应于特定像 素106的色彩特定光调制器102中的一者或一者以上，显示设备100可产生图像104中的 色彩像素106。在另一实例中，显示设备100针对每像素106包含两个或两个以上光调制器 102,以提供图像104中的亮度等级。相对于图像，"像素"对应于图像的分辨率所界定的最 小图片元素。相对于显示设备100的结构组件，术语"像素"指代用来调制形成图像的单个 像素的光的组