CN105321445B - 显示控制***及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学技术领域，提供了一种显示控制***及显示装置。本发明的显示控制***，包括控制单元，用于控制光源在同一帧数据中交替的处于明场与暗场，并控制空间光调制器光阀的状态切换处于光源暗场时间内。本发明的显示装置包括本发明中的显示控制***。本发明的***和装置通过控制单元控制光源的明场和暗场，使得空间光调制器的光阀具有较长的切换时间，从而增加光阀的切换速度，降低制造空间光调制器的难度，并且提高空间光调制器对光源调制的精度。

Description

显示控制***及显示装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，更具体的说，涉及一种显示控制***及显示装置。
背景技术
空间光调制器(SLM)是显示装置中不可或缺的重要元件之一，近年来，空间光调制器方面的技术取得了显著的进步，比如，通过调节照明强度实现灰度等级差异，来实现灰度显示更平滑和更高的分辨率。
现有技术中，由于SLM中的光阀需要高速切换，给工业制造和控制均带来了极大的不便，如CN102016695的专利申请，结合图1进行说明。图像显示以一帧一帧的数据进行显示，每帧数据包括由红、绿、蓝三基色组成的图像，红、绿、蓝三色激光通过脉冲调制，来满足每一帧数据对红绿蓝三色光的颜色及亮度的需求，SLM包括大量的光阀，每个光阀通过切换来实现每帧图像中每个像素点所需要的颜色的灰阶大小。如图2所示，光阀的切换角度为±12°，切换时的三种状态分别为如图所示的01、02、03三个状态，当入射光201(包括红、绿、蓝三基色光的任一种)入射到光阀上时，光阀处于01状态时，入射光201被光阀反射后形成反射光束203，此时无光线进入镜头04，当光阀从01状态到02状态再到03状态时，进入镜头04的反射光束202逐渐增加，光阀在03状态(处于开的状态)的停留时间长短决定了某像素点灰度值的大小。通过调制图1中的激光脉冲的幅度和光阀的切换，来实现不同的对比度显示。在图1中，通过光阀的切换次数和切换停留时间(该技术方案中，即为光阀从如图2所示的01状态到03状态，再到稳定的开的状态的时间)，来实现不同的灰阶值，该技术方案，解决了图像显示的对比度的问题。但是由于光阀必须快速切换(否则光阀的停留时间变短而使得光阀对光的处理时间的误差极大)，由于光阀在开关状态切换时会有一段时间震荡，这将使得光阀在开状态或关状态的时间无法精确，同时，由于光阀的最快切换速度与光阀的停留时间之和远远高于10微秒/次，这将使得制造合格的SLM的制造非常困难等问题，并且光阀的控制也非常困难。
因此，需要一种显示控制***和显示装置，能够降低光阀的切换速度，达到SLM的高精度控制和降低SLM的制造难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示控制***和显示装置，旨在解决现有技术中由于光阀需要快速切换而导致的对光调制的精度低，同时空间光调制器的制造难度大等的问题。
一种显示控制***，包括：控制单元，用于控制光源在同一帧数据中交替的处于明场与暗场，并控制空间光调制器光阀的切换在光源暗场时间内。
优选的，所述光源处于暗场的时间等长。
优选的，所述控制单元，控制出射光为同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的时间成等比。
优选的，所述控制单元，控制出射光为同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的亮度成等比。
优选的，所述控制单元，控制空间光调制器的光阀在光源处于暗场的时间内切换或停留。
优选的，所述控制单元，控制光源的脉冲宽度和/或脉冲幅度。
优选的，所述控制单元，控制光源脉冲幅度的改变输出光的亮度。
为了更好的实现本发明的目的，本发明还包括一种显示装置，其包括上述任一技术方案所述的显示控制***；至少一光源；至少一空间光调制器，用于接收并处理图像信号，并接收和调制光源发出的光；所述空间光调制器包括多个光阀。
优选的，所述光源为可调制光源。
优选的，所述光源包括一固态发光元件和一色轮；所述固态发光元件发射激发光；所述色轮包括设置有波长转换材料的基板，设有波长转换材料的基板沿预定路径进行运动，使得激发光时序的照射在波长转换材料的不同位置。
优选的，所述光源包括至少三个固态发光元件；所述至少三个固态发光元件发射红、绿、蓝三色光的任一颜色。
优选的，光源包括一色轮和至少两个固态发光元件；所述一固态发光元件用于产生激发光，所述色轮位于该激发光的光路上，该色轮用于接收激发光产生受激光；所述至少一固态发光元件产生的光经空间光调制器调制。
优选的，所述空间光调制器为一个；所述显示控制***控制光源产生红、绿、蓝三色光，并控制空间光调制器对红、绿、蓝三色光依序进行调制。
优选的，所述空间光调制器为三个；所述显示控制***控制光源发射宽谱光或者基色光，所述基色光或者宽谱光经分光形成的基色光分别到达不同的空间光调制器；所述空间光调制器根据每帧数据中基色光的灰度值对接收的基色光进行调制。
上述任一技术方案中，所述固态发光元件包括LD、LED中的一种或两种的组合。
本发明的上述技术方案，通过控制单元控制光源的明场和暗场，使得空间光调制器的光阀具有较长的切换时间，从而减小光阀的切换速度，降低制造空间光调制器的难度，并且提高空间光调制器对光源调制的精度。
附图说明
图1是背景技术中激光调制的时序图。
图2是背景技术中光阀切换的示意图。
图3是本发明第一实施例中显示控制***控制光源和空间光调制器的示意图。
图4是本发明第一实施例中显示控制***控制光源脉冲的示意图。
图5是本发明第一实施例中显示控制***控制光源脉冲的另一示意图。
图6是本发明第二实施例中显示控制***控制多个光源和空间光调制器的示意图。
图7是本发明第三实施例中显示装置的结构示意图。
图8是本发明第三实施例中显示装置的另一结构示意图。
具体实施方式
本发明中的光源处于明场是指光源处于开的状态，光源处于暗场是指光源处于关的状态。本发明中的空间光调制器可以包括液晶显示元件也可以包括DMD。
为了使得说明更清楚，更容易理解以下结合附图，对本发明的方案进行详细说明。以下实施例中仅以空间光调制器包括DMD为例，空间光调制器包括液晶显示元件的参照下述实施例中关于DMD的实施例。
本发明提出第一实施例，以下结合图3进行说明。显示控制***包括控制单元，该控制单元控制光源交替处于明场与暗场，并控制空间光调制器。其中，光源处于暗场的时间可以等长或者不等长。优选的，光源处于暗场的时间等长。以下结合图3详细说明，光源在控制单元的控制下，交替进行开和关；空间光调制器包括一个DMD为例，图3中示出的是DMD的其中一个光阀的切换情况。一帧数据(或者称“一帧图像”或者称“一帧图像数据”)内(一帧数据可以是图3中包括红、绿、蓝三基色数据的时长或者是图6中一种颜色数据的时长)，光源依序出射包含红、绿、蓝三基色光，DMD在控制单元的控制下，依序调制到达DMD的包含红、绿、蓝三基色光。在光源发射红色光时，控制单元控制光源在t1、t3、t5、t7时间内处于关的状态，t2、t4、t6、t8时间内处于开的状态，其中，光源在t1、t3、t5、t7处于关的状态的时间等长，也即光源处于暗场的时间等长，DMD的光阀可以在t1、t3、t5、t7的时间段内进行切换，如t1对应的时间内，DMD的光阀从关的状态切换到开的状态，其中暗场时间的长短无特殊限制，当暗场时间越长时，DMD的光阀的切换速度可以越慢，但是光源的利用率会降低。(其中，图3中所示的一帧数据中的绿、蓝光的调制不再进行赘述)。本技术方案中，DMD的光阀的切换可以是匀速也可以不是匀速，DMD的光阀的切换时间可以小于光源处于暗场的时间(如在t5时间段内)，也可以等于光源处于暗场的时间，在此无特殊限制。相比传统的DMD的光阀的切换时间与停留时间之和最小仅为t8时间长，本实施例的技术方案中，DMD的光阀可以在光源处于暗场的时间内切换，当光源处于明场时，DMD的光阀已经处于稳定的状态，这使得DMD对光的调制精度更高，另外，DMD的切换速度显著下降，这也大幅降低了空间光调制器的制造难度。
图3示出的仅是其中一种方案之一，在此不限制光源出射的光的颜色种类和出射的光的时序。比如光源出射的光还可包括除三基色光之外的其他颜色的光，如光源依序出射红、蓝、黄、绿，或者红、绿、蓝、青等颜色的光。当光源的出射光还包括三基色之外的其他颜色的光时，可以使得图像显示的色域和图像显示的亮度同时增加。
本实施例中，控制单元控制同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的时间成等比。假定灰度为4位，图像可显示的灰度值为24。如图3所示，在同一帧数据中，在光源发射红光时，光源处于明场的时间依次为：23*(t/3-4t1)/15、22*(t/3-4t1)/15、21*(t/3-4t1)/15、20*(t/3-4t1)/15，也即在光源为二进制时，t2、t4、t6、t8的时间公比为2也即t2、t4、t6、t8时的光源的脉冲宽度为公比为2，当然t2、t4、t6、t8的时序顺序可调，比如t2、t8、t4、t6，经排序后脉冲宽度依然成等比。
本实施例中，控制单元控制出射光为同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的亮度成等比。其中，控制单元对光源的控制的波形包括但不限于矩形波、三角波、正弦波。光源处于明场的亮度正比于波形的面积。在此，仅以波形为矩形波为例：光源处于明场的亮度＝光源的脉冲宽度*光源的脉冲幅度。如图5中所示，本实施例中以灰度为4位为例，同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的亮度为：P1*t8、P2*t6、P3*t4、P4*t2。其中，P1*t8＝21*P2*t6＝22*P3*t4＝23*P4*t2。图5仅仅是较佳的实施方式，其中，同一帧数据中同一基色光处于明场的亮度的先后顺序可换，比如先后时序依次为：t6、t2、t8、t4等，在同一帧数据中同一基色光处于明场的亮度经排序之后依旧成等比。
其中，图3和图5仅示出了灰度为4位时的DMD切换与光源控制的示意图，在本发明中，灰度的位数无特殊限制，由于本实施例的DMD的光阀的切换速度显著降低，例如：灰度可以为8位、10位、16位、32位等等。其中，灰度越高，可显示的灰度值越大，图像显示越清晰。也即本发明可通过降低DMD的光阀切换的速度，来提高灰度的位数，从而提高图像显示的清晰的。本实施例中的光源为可调制的光源，也即光源的脉冲宽度和/或脉冲幅度可调制，优选是调制频率至少可以达到1000Hz的光源。现有的这种光源可以为固态发光元件，控制单元能够控制固态发光元件在开/关之间迅速切换。所述固态发光元件优选为LD或LED或LD与LED的组合。当然，随着技术的发展，也可以是满足调制频率的其他光源。本实施例中，由于光源为固态发光元件，控制单元可以通过控制光源的脉冲来降低DMD光阀的切换速度，降低了DMD制造的工艺难度。
其中，光源的亮度由光源的脉冲宽度决定，当光源的亮度(利用率)不同时，DMD光阀的切换时间也有差异。以下给出本实施例中光源的利用率不同时，DMD光阀的切换时间。以灰度为8位为例，单位时间内的刷新频率为60，光源的利用率为x％，DMD的切换时间为：(1-x％)*(1/(60*3*8)。
方案 光源利用率 DMD切换时间(μs)
现有技术 100％ ＜5
本发明方案1 90％ ＜69.4
本发明方案2 80％ ＜138.9
本发明方案3 70％ ＜208.3
由上表可知，控制单元通过控制光源处于明场时间的长短，可实现DMD的切换速度不同，不过不论本技术方案中光源的输出光功率的多少，本发明的DMD的切换速度均远远低于现有技术中DMD的切换速度。
上述技术方案中，光源的利用率未达到100％，为了保证光源输出的亮度，本实施例中，控制单元还用于控制光源的脉冲幅度和/或脉冲宽度，以满足不同需求时的光源的输出光功率或者亮度。当控制单元控制光源的脉冲宽度变宽时，DMD的切换速度变快，当控制单元控制光源的脉冲宽度变窄时，DMD的切换速度变慢。也即可以通过控制单元来实现DMD的切换速度的改变，从而改变DMD的制造工艺的难度。如图4所示，当控制单元控制光源的脉冲宽度时，光源的脉冲宽度为m1时的光源输出的亮度明显低于光源脉冲宽度为m2时的光源输出的亮度(m2＞m1)，因为光源的脉冲宽度为m1时，在同一帧数据中，光源处于明场的时间短于光源的脉冲宽度为m2时光源处于明场的时间，且处于暗场的时间长于光源的脉冲宽度为m2时光源处于暗场的时间，DMD的切换时间可长于光源的脉冲宽度为m2时DMD的切换时间。当控制单元对光源的脉冲幅度进行控制时，如图4所示，在脉冲宽度不变的情况下，光源脉冲幅度为P1的光源输出的亮度低于光源脉冲幅度为P2的光源输出的亮度(p2＞p1)，也即光源脉冲幅度为P1的光源输出的亮度是光源脉冲幅度为P2的光源输出的亮度p1/p2倍。本技术方案可以在保证DMD切换速度降低的情况下，使得光源输出的亮度不变或更高，这不仅使得制造工艺简单，也使得显示装置的品质提高。
本发明提出第二实施例，以下结合图6进行说明。第二实施例与第一实施例的区别仅在于：控制单元控制光源同时出射至少包括红、绿、蓝三色光，空间光调制器包括三个DMD，控制单元控制三个DMD同时工作。以下对控制单元对光源和空间光调制器的控制进行具体说明。当然，光源发射的光可以包括除红、绿、蓝三色光之外的其他颜色光，如青光、黄光，用来提高色域的范围。
如图6所示，光源分别发射红、绿、蓝三色光，三个DMD对应调制红、绿、蓝三色光。控制单元同时控制三色光均交替处于明场和暗场状态，并控制三色光脉冲宽度和/或脉冲幅度。其中，该三色光的脉冲宽度和脉冲幅度可相同或不同，当某一颜色光的输出光亮度不足时，控制单元可以对该颜色光进行脉冲宽度和脉冲幅度进行控制，另外两色光不用调制，这样可以获得更理想的图像显示。图6仅给出了三色光的脉冲宽度和脉冲幅度均相同的情况，且灰度为4位时，三色光处于暗场的时间t7、t5、t3、t1的时间相等，t8＝21*t6＝22*t4＝23*t2，灰度的位数不同，且脉冲宽度和脉冲幅度不同均可参照一个DMD对应的技术方案，在此不再详述。本实施例中，DMD-红处理光源-红发射的红色光，DMD-绿处理光源-绿发射的绿色光，DMD-蓝处理光源-蓝发射的蓝色光。图6中的DMD-红、DMD-绿、DMD-蓝仅仅示出的是DMD中的一个光阀调制红、绿、蓝三色光。其中，DMD-红的一个光阀在光源-红处于暗场的t7时间内切换，在光源-红处于明场t8时间内停留(光阀处于开的状态)，而后在光源-红处于暗场t5时间内切换后在t6时间内停留(光阀处于关的状态)，继而再在处于暗场t3时间内切换后在t4时间内停留(光阀处于开的状态)，然后再在处于暗场t1时间内切换后在t2时间内停留(光阀处于关的状态)；DMD-绿和DMD-蓝的某个光阀的切换见图6，在此不再详述。
本实施例中，以灰度为10位为例，单位时间内的刷新频率为60，光源的利用率为x％，DMD的切换时间为：(1-x％)*(1/(60*10)。
方案 光源利用率 DMD切换时间(μs)
现有技术 100％ ＜10
本发明方案1 90％ ＜208
本发明方案2 80％ ＜417
本发明方案3 70％ ＜625
其中，DMD的光阀可以在光源处于暗场的时候切换，也可以在光源处于暗场的时候不切换，也即灰度为N位时，DMD的每个光阀的切换次数最多N次。本发明的显示控制***可以控制图像显示的灰度为M位，M为正整数，如：4、5、6、7、8……。相较传统技术，该技术方案大幅降低了DMD的光阀的切换速度，提高了DMD对光源的调制精度并使得DMD的制造工艺难度急剧降低，同时可以提高空间光调制器调制图像的灰度的位数。也即本技术方案的DMD的切换速度大幅降低，可以通过实现更高位的灰度显示，使灰度显示的位数提高数倍，DMD的切换速度也比传统技术中的DMD的切换速度慢，这样可以在提高图像显示质量的同时降低DMD的制造难度。
下述实施例中的光源为可调制的光源，下述实施例仅仅以光源为固态发光元件为例，在此并不用来限制本发明的保护范围。
本发明提出第三实施例，如图7和8所示，一种显示装置包括：光源2、显示控制***1和空间光调制器3。
(1)光源2用于产生不同颜色的光，如红、绿、蓝、黄、青、品红等颜色的光。该光源2的个数无特殊限制，根据显示装置需要产生的颜色的种类的多少来决定光源的个数。
如图7，光源2包括一固态发光元件21和一色轮22。其中，固态发光元件21可以包括LD或LED中的一种或两种的组合，可以是单个LD或LED，也可以是LD阵列或LED阵列或LD与LED组合的阵列。该固态发光元件21发射激发光，该激发光达到分区设置有波长转换材料的色轮22上，色轮按照预定的路径运动，使得激发光照射到色轮的不同分区，而产生不同颜色的受激光。
本发明中，为了配合可调制光源的工作，波长转换材料应为具有较快响应速度的材料，现有的荧光粉材料通常能符合本发明的要求。当然，波长转换材料也可以是除荧光粉以外的材料，只要其波长转换的响应时间小于可调制光源的开关切换时间。例如，黄色荧光粉受激发能在几十至上百纳秒时间内产生黄光，相应地，可调制光源可以选择LED或者LD。
如图8，光源2包括固态发光元件21和固态发光元件23。其中，固态发光元件21产生的激发光到达分区设置有波长转换材料的色轮22上，色轮22按照预定的路径运动，使得激发光照射到色轮的不同分区，而产生不同颜色的受激光。固态发光元件23产生不同于受激光的光用于补充图像显示的色域；或者产生与受激光中的某一颜色的光相同的光，来对某一颜色的光进行补光，使得图像显示的颜色饱和度更好。
当然，固态发光元件可以包括一个或多个，在此无特殊限制，固态发光元件发出的光也无特殊限制，可以是蓝光、UV光、红光、绿光等。
本技术方案中，空间光调制器调制的光可以为固态发光元件直接发出的光，也可以为固态发光元件激发波长转换材料产生的受激光。受激光可以包含三基色光(红、绿、蓝)颜色中的一种或多种，还可以包含宽谱光(黄、青、品红)，该宽谱光可以经过分光合光装置4进行分光后到达不同的空间光调制器。
(2)显示控制***1用于控制光源和空间光调制器3。该显示控制***1为第一实施例和第二实施例显示控制***，在此不再详述。其中，本实施例中的显示控制***1控制本实施例中的固态发光元件在同一帧数据中交替的处于明场与暗场。
(3)空间光调制器3，用于对光源产生的光进行调制，并将调制后的光投影到投影镜头上。本实施例中的空间光调制器3可以包括一个、两个或三个，在此无特殊限制。
如图7所示，空间光调制器为1个，空间光调制器3依序处理由色轮产生的时序光，这样使得光源的结构更简单，并且使得显示控制***1的控制更简单。当空间光调制器为1个，空间光调制器3也可以依序调制固态发光元件发出的光或者固态发光元件发出的光与色轮发出的受激光，其中显示控制***1依序轮流控制固态发光元件，该方案可以增加色域，提高图像显示的质量。
如图8所示，空间光调制器为3个，空间光调制器3处理色轮产生的激发光和固态发光元件23发出光。其中，空间光调制器31、空间光调制器32和空间光调制器33可以同时对光进行调制，也可以时序的对光进行调制，同一空间光调制器可以调制同一颜色的光也可以调制不同颜色的光。当采用3个空间光调制器对光源发出的光进行处理时，由于显示控制***1对光源的进行控制，在一帧图像的刷新频率不变的情况下，3个空间光调制器同时对光进行处理，这使得某一颜色光的调制时间相对于1个空间光调制器来说时间变长，也即光源处于暗场的时间增加，光阀的切换速度降低。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者直接、间接运用在其他相关的技术领域，均视为包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种显示控制***，其特征在于，包括：
控制单元，用于控制光源在同一帧数据中交替的处于明场与暗场，并控制空间光调制器光阀的状态切换处于光源暗场时间内；
所述控制单元，控制出射光为同一基色光的光源在同一帧数据中处于明场的时间和/或亮度成等比。
2.根据权利要求1所述的显示控制***，其特征在于，
所述光源处于暗场的时间等长。
3.根据权利要求1所述的显示控制***，其特征在于，
所述控制单元，控制空间光调制器的光阀在光源处于暗场的时间内切换或停留。
4.根据权利要求1至3所述的显示控制***，其特征在于，
所述控制单元，控制光源的脉冲宽度和/或脉冲幅度。
5.根据权利要求4所述的显示控制***，其特征在于，
所述控制单元，控制光源脉冲幅度以改变输出光的亮度。
6.一种显示装置，其特征在于，包括：
包括权利要求1至5中任一项所述的显示控制***；
至少一光源；
至少一空间光调制器，用于接收并处理图像信号，并接收和调制光源发出的光；所述空间光调制器包括多个光阀。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，
所述光源为可调制光源。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
所述光源包括一固态发光元件和一色轮；
所述固态发光元件发射激发光；
所述色轮包括设置有波长转换材料的基板，设有波长转换材料的基板沿预定路径进行运动，使得激发光时序的照射在波长转换材料的不同位置。
9.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
所述光源包括至少三个固态发光元件；
所述至少三个固态发光元件发射红、绿、蓝三色光的任一颜色。
10.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
光源包括一色轮和至少两个固态发光元件；
所述一固态发光元件用于产生激发光，所述色轮位于该激发光的光路上，该色轮用于接收激发光产生受激光；
所述至少一固态发光元件产生的光经空间光调制器调制。
11.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
所述空间光调制器为一个；
所述显示控制***控制光源产生包括红、绿、蓝三色光，并控制空间光调制器对包括红、绿、蓝三色光依序进行调制。
12.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
所述空间光调制器为三个；
所述显示控制***控制光源发射宽谱光或者基色光，所述基色光或者宽谱光经分光形成的基色光分别到达不同的空间光调制器；
所述空间光调制器根据每帧数据中基色光的灰度值对接收的基色光进行调制。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述固态发光元件包括LD、LED中的一种或两种的组合。
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