控制反光式显示器干涉调光器的方法与系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关专利的交叉引用
[0002] 本专利申请要求于2013年7月8日申请的61/843, 491临时专利的权利。
技术领域
[0003] 本发明涉及反光式彩色显示器，尤其是控制反光式显示器中干涉调光器的系统和 方法，用于获得高亮度、宽色域的彩色图像。
【背景技术】
[0004] 已经有通过研究墨水和纸张的特性的各种显示技术，以及透射式液晶显示器 ("IXD显示器"），反射式液晶显示器，电致发光显示器，有机发光二极管（0LED)，电泳显示 器及和许多其他显示技术。反光式显示器是一种最近开发的显示器，在市场上越来越受到 重视，已被广泛用于电子图书阅读器。与需要内置光源的常规平板LCD显示器相比，反射式 显示器利用环境光来显示图像。反射式显示器可以实现类似于传统油墨印刷在纸上的图 像。由于利用环境光显示图像，反光式显示器与传统的显示器相比耗能低很多，并可在明亮 的环境中观看图像。目前的反光式显示器显示黑白图像特别有效。然而，现有的反光式彩 色显示器图像颜色昏暗，亮度低，且只能显示整个可见颜色，或"色域"中的部分颜色。
【发明内容】
[0005] 本发明公开用于处理标准的视频信号数据和图像数据的系统和方法，通过控制反 光式显示平板来显示明亮和宽色域的彩色视频及图像。在某些范例中，标准格式的输入视 频/图像信号的编码，如基于RGB色彩模型的格式，首先从RGB编码变换成基于新的颜色系 统，其编码的颜色使用一个或多个编码光谱色和黑白色作为颜色分量。反光式彩色显示面 板由一系列矩阵形状排列的自平行干涉式调光器（"SPHte"）组成。图像里的每个像素与 一个包含多个电极的底板层、固定的顶板层、以及二者之间形成的空腔中可移动的平板所 形成的spna目关联。给电极施加适当的电压可以改变SP頂的空腔厚度，使得该SIPM反射 出特定波长的颜色，黑色、或白色。在一个实例中，时序混色用于按顺序抖动颜色分量，以产 生具有所需的饱和度和亮度的期望颜色。
【附图说明】
[0006] 图1所示一个典型的数字编码的图像。
[0007] 图2所示RGB颜色模型的一个版本。
[0008] 图3所示一个不同的颜色模型，S卩"色调-饱和度-亮度"（"HSL"）颜色模型。
[0009] 图4所示红，绿和蓝颜色匹配函数。
[0010] 图5所示CIE1931XYZ颜色匹配函数。
[0011] 图6所示CIEXYZ颜色模型。
[0012] 图7所示CIE1931色度图。
[0013] 图8A所示反光式显示器上通过RGB子像素显示白色的像素。
[0014] 图8B所示在反光式显示上通过RGB子像素显示饱和红色的像素。
[0015] 图9A所示反光式显示上利用时间颜色抖动显示白色的像素。
[0016] 图9B所示反光式显示上利用时间颜色抖动显示饱和红色的像素。
[0017] 图10所示法布里-珀罗干涉仪的侧视图
[0018] 图11A所示自平行干涉式调光器的等轴侧室视图（"spnn
[0019] 图11B所示SP頂的部件分解图。
[0020] 图11C所示SP頂应用实例中的TFT截面图。
[0021] 图12A所示可动板未被驱动状态下的SP頂横截面视图。
[0022] 图12B所示可动版驱动状态下的SP頂横截面视图。
[0023] 图13A所示像素的24位RGB值和新色彩模型中像素的32位值。
[0024] 图13B所示完全饱和红色从24位RGB值转换为新色彩模型的32位值。
[0025] 图14所示一个示意性颜色查询表。
[0026] 图15A所示以HSL颜色模型为例来描述从RGB系统转换为新的颜色系统。
[0027] 图15B所示一个示意性波长色调的光谱色查询表。
[0028] 图15C所示非光谱色调的示意性百分比-色调查找表。
[0029] 图16所示一个以HSL模型为例的准备颜色查找表的流程图。
[0030] 图17所示一个像素分成4个子像素的空间抖动方案。
[0031] 图18所示显示图像帧的示意图。
[0032] 图19所示反光式显示面板信号处理的电路系统图。
[0033] 图20所示使用当前专利公开的反光式颜色显示技术处理视频/图像的控制流程 图。
【具体实施方式】
[0034] 数字编码的图像和颜色樽铟概沐
[0035] 图1所示一个典型的数码图像。编码图像包括像素102的二维阵列。在图1中， 每个小正方形，如正方形104,表示一个像素，通常定义为在数字编码中数值指定的图像中 的最小单元。每个像素是一个点，通常为一对数值表示，分别对应于正交的X轴106和y轴 108。例如，像素104具有x，y坐标（39,0)，而像素112具有坐标（0,0)。在数字编码中，像 素由数值表示，这些数值描述了与像素对应的图片区域如何呈现在画面上，展示在电脑显 示屏或者其它显示器上。通常，对于黑白图像，0-255每个数值被用于表示每个像素呈现的 相应的灰度等级，"0"表示黑色和"255"表示白色。对于彩色图像，任何数值在不同颜色指 定集合都可以使用。在一种常用的颜色模型，如图1中，每个像素与三个值，或者坐标（r， g，b)有关，坐标（r，g，b)分别表示被显示的像素的红，绿和蓝颜色分量。
[0036] 图2表示RGB颜色模型的一个版本。正如上面讨论的图1 一样，颜色的整个光谱 由三原色坐标（r，g，b)表示。这个颜色模型由三条正交轴线定义的三维彩色空间组成单位 立方体202中的点对应：（l)r204 ;(2)g206 ;和（3)b208。因此，各个颜色坐标沿着三条颜色 轴从0到1变动。例如，最饱和的纯蓝色对应于b轴的点210,坐标为（0,0,1)。白色对应 点512,坐标为（1，1，1)，黑色对应点214,坐标系的原点，坐标为（0,0,0)。
[0037] 图3示所示一个不同的颜色模型，S卩"色调-饱和度-亮度"（"HSL"）颜色模型。 在这个颜色模型中，颜色包含在一个立体双锥棱镜300中，这个棱镜有一个六边形截面。色 调（h)与人眼可感知的光辐射的主波长有关。色调的取值范围是0°到360°，从0°即红 色302开始，经过120°即绿色304, 240°即蓝色306以及过渡的其他中间颜色，以360°即 红色302为终点。饱和度（s)的取值范围是0到1，与黑色、白色和一个特定波长或色调的 混合量成反比。例如，纯红色302是完全饱和，饱和度s= 1. 0,粉红色的饱和度小于1大于 0,白色308则是完全不饱和，饱和度s= 0. 0,黑色310也是完全不饱和，s= 0. 0。完全饱 和的颜色位于中间六边形的边界上，如点302, 304和306。灰度从黑色310沿着中心垂直轴 线312向白色308延伸，最终达到完全不饱和的颜色，既没有色调，但黑白的比例不同，即亮 度的概念。例如，黑色310包含100 %的黑，而没有白，白色308包含100 %的白而没有黑， 原点313黑白各占50%。亮度（1)由中心轴312表示，代表明亮程度，取值范围是0(黑色 310，1 = 0. 0)到1(白色308，1 = 1.0)。对任意颜色，如图3中的314,色调为Θ316, 一个 向量是从原点313指向点302,另一个向量是从原点313指向点320,垂线322过点314与平 面324相交，原点313,点302, 304, 306均在平面324上。饱和度为点314到中心轴312的 距离cT与过点320的线上从原点313到双椎体棱镜300表面的长度d的比值。亮度是点 314到黑色310的垂直距离。在HSL颜色模型中，一个特定颜色的坐标（h，s，1)，可由RGB 颜色模型的坐标（r，g，b)转换得到，如下所示：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 其中r，g，b分别表示红，绿，蓝的强度变量，取值范围均为[0,1] ;C_表示r，g，b 规范化的最大值，C_表示r，g，b规范化的最小值；Δ为C_-C_。
[0042] 图4所示红，绿和蓝颜色匹配函数。纵坐标408表示三色刺激值，横坐标410表示 光谱波长λ，单位为nm。三色刺激值是指匹配一个人眼可感知的光谱色所需要基色的相对 强度。众所周知，在一定亮度条件下，特定的RGB组合可以匹配出人眼可见的大多数单色颜 色。一个给宙_色,C可由=饵矢量公式夹衷示：
[0043]
[0044] g分别代表红，绿，蓝三单位矢量，R，G，B主要用于匹配给定的颜色C对应 的亮度或相对强度。亮度或相对强度R，G，B是指三色刺激值红，绿，蓝方向的数值。然而， 波长在435. 8nm-546.lnm范围内的颜色是不能通过RGB叠加来表示的。相反，为了覆盖所 有可感知的颜色，需要减去一些红色。
[0045] 图5所示CIE1931XYZ颜色匹配函数502-506。纵坐标508表示CIE-1931xyz颜 色匹配函数502-506的三色值，横坐标510表示波长λ，单位为nm。"CIE"是"Commission InternationaledeUEclairage"首字母的缩写。1931年，CIE定义了基于人眼对颜色 的生理感知的颜色表示标准。CIE系统建立在一组3个CIE颜色匹配函数，f502,歹504,艺 506上，统称为"标准观察者"，与人眼的红，绿，蓝视锥细胞相关。与图4所示的RGB颜色匹 配函数相似，f代表三基元单位矢量，三色刺激值X，Y，Z是给定颜色每个方向上的 相对强度。颜色匹配函数?· 504表示颜色的亮度，这个亮度是光源或入射到视网膜，胶卷或 电荷耦合器件的光产生的能量。
[0046] 图6所示CIEΧΥΖ颜色匹配模型。图6所示的CIEΧΥΖ颜色模型是目前使用较多 的CIE颜色模型，该模型基于图5所示的f502，f504,茇506颜色匹配函数。CIEΧΥΖ颜色 模型中的X轴，Y轴，Z轴分别表示上面讨论的X，Y，Z三色刺激值。不同于上述讨论的RGB 颜色模型，CIEΧΥΖ颜色模型不依赖于设备，而是适应人类对颜色的感知。原点602表示黑 色。锥形CIEΧΥΖ颜色模型的曲线边界604表示饱和单色的三色刺激值。在CIEΧΥΖ颜色 模型中，特定颜色的坐标（Χ，Υ，Ζ)可由RGB颜色模型的坐标（r，g，b)转化得到，如下所示：
[0047] X=0·412453*r+0. 35758*g+0. 180423*b; (4)
[0048] Y= 0· 212671*r+0. 71516*g+0. 072169*b; (5)
[0049] Z= 0·019334*r+0. 119193*g+0. 950227*b; (6)
[0050] 图7是CIE1931色度图。色度图700是图6所示