CN111381420B - 显示设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示设备及其控制方法，显示设备包括：控制装置，用于将每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据转换为每个像素的基于四基色的像素调制数据；光源***，用于发出与四基色对应的四种基色光，其中，四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；以及光调制装置，用于根据每帧待显示图像中每个像素的基于四基色的像素调制数据对光源***发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。本发明中利用三种基色的激光进行调制图像，其中，三种基色光中的激光显示的色域能够完全覆盖由纯色激发光光源所能达到的色域，而荧光作为基色光加入能够更高效达到所需的亮度的同时减少散斑对比度。

Description

显示设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示设备及其控制方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
激光投影设备的光源分为两大类，一类是通过短波长的激光激发不同颜色的荧光粉以产生红绿蓝三基色的基色光。另一类直接利用红绿蓝三色激光作为三基色光源。
对于激光激发荧光粉的方案，因为氮化镓基底的半导体蓝光激光器具有效率高，寿命长，工作稳定的特点，利用蓝光半导体激光器激发荧光粉色轮的方案具有寿命长，效率高，***稳定，成本低的特点。但是由于荧光粉产生的荧光的频谱较宽，因而导致这种方案的色域比较窄。如图1所示，一般利用此技术的投影设备能够基本覆盖sRGB 色域，通过一些增强处理，如加入窄带的光滤波器去除绿光和红光中的黄光光谱，能够增强其色域达到DCI-P3色域。但是窄带滤波会损失相当大的光亮度，从而使得***的效率大大降低。
另一方面，直接利用红绿蓝三色激光作为三基色光源的投影***，因为RGB激光具有很好的单色性，因而具有非常宽广的色域范围。利用RGB激光的投影***能够轻易的达到REC 2020的色域标准。RGB 激光的投影***也存在诸多缺点。第一个缺点是散斑。散斑是由于激光的相干性，导致在投影平面上反射的光由于平面的起伏产生的相位差引起干涉，导致投影画面出现亮度分布的不均匀。虽然有很多发明尝试解决激光散斑的问题，但是效果都不理想。第二个缺点是RGB ***的成本高。这是由于RGB中的红和绿激光在目前的技术下还不成熟。半导体绿激光的效率目前还只能达到20％以下，远低于氮化镓衬底的蓝光激光器和三元衬底的红光激光器，且成本很高。而红激光虽然效率能做到和蓝激光差不多，但是红激光的温度稳定性差，不仅随着温度的增加其效率显著降低，而且中心波长也会发生漂移。这两点使得RGB激光***随温度变化会出现偏色。这就需要对红激光器增加恒温装置以稳定红激光器的工作状态。在高亮度投影设备中，这也意味着需要大功率的冷却装置来保证红激光的工作温度稳定，从而大大增加了RGB激光投影***的成本。
发明内容
本发明一方面提供一种显示设备，包括：
控制装置，用于将每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据转换为每个像素的基于四基色的像素调制数据；
光源***，用于发出与四基色对应的四种基色光，其中，四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；以及
光调制装置，用于根据每帧待显示图像中每个像素的基于四基色的像素调制数据对光源***发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。
本发明另一方面提供一种显示设备的控制方法，包括以下步骤：
将每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据转换为基于四基色的像素调制数据；
利用光源***发出与四基色对应的四种基色光，其中，四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；以及
光调制装置根据每帧待显示图像中每个像素的基于四基色的像素调制数据，对光源***发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。
本发明中利用三种基色的激光进行调制图像，其中，三种基色光中的激光显示的色域能够完全覆盖由纯色激发光光源所能达到的色域，而荧光作为基色光的加入能够更高效达到所需的亮度，本发明中充分利用荧光的高光效、无散斑、低成本的特性，将荧光与激光进行混光使得出射图像具有较低的散斑对比度，有利于缓解出射激光引起散斑效应，具有较好的显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例 /方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为激光荧光色域与标准色域对比图。
图2为本发明第一实施方式中提供的显示设备的结构示意图。
图3为图2所示的波长转换装置的俯视结构示意图。
图4为本发明第二实施方式中提供的显示设备的结构示意图。
图5为图4所示的波长转换装置的俯视结构示意图。
图6为本发明第三实施方式中提供的显示设备的结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001925802690000031
Figure BDA0001925802690000041
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图2，本发明第一实施方式提供一种显示设备100，包括光源***110、光调制装置180与控制装置190。光源***110用于发出四种基色光，其中，四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；控制装置190用于将每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据转换为基于四基色的像素调制数据，像素调制数据所基于的四基色对应光源***110发出的四种基色光的色坐标；光调制装置180，用于根据每帧待显示图像中每个像素的像素调制数据对光源***110发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。
本实施方式中，光源***110出射的四种基色光可以是RGB激光与黄色荧光，即四种基色光为红色激光、绿色激光、蓝色激光与黄色荧光。在一种实施方式中，四种基色光为品红色激光、青色激光、蓝色激光与黄色荧光，可以理解的是，四种基色光还可以是其他颜色的激光与荧光的组合，并不以此为限。
控制装置190用于读取图像源中的每帧待显示图像中的每个像素的基于三基色的原始图像数据，进一步地，本实施方式中，每帧待显示图像的各像素的原始图像数据为RGB编码格式，但是可以理解，在变更实施方式中，待显示图像的各像素的原始图像数据不限于RGB 编码格式，如也可以为YUV、XYZ编码格式等。进一步地，每帧待显示图像的各像素的原始图像数据包括基于三基色的原始图像数据，如红色原始图像数据rs、绿色原始图像数据gs及蓝色原始图像数据bs。在一种实施方式中，rs、gs、bs可以由灰阶值来表征，如其中一个像素的三基色的原始图像数据rs、gs、bs可以分别为灰阶值100、120、150。
进一步地，每帧待显示图像的每个像素的基于三基色的原始图像数据包括其所属的色域范围，并且每帧待显示图像的每个像素的原始图像数据所属的色域范围信息是已知或可以获知的。具体地，在一种实施方式中，除了各像素的三基色原始图像数据外，该帧待显示图像的各像素的原始图像数据还可以包括其所属的色域范围信息，进而控制装置190接收任意一帧待显示图像的各像素的原始图像数据后，依据其色域范围信息可以获知该帧待显示图像的各像素的原始图像数据所属的色域范围。不同色域中的基色光的色坐标不同，例如REC 2020 色域标准规定的RGB三基色在xyY坐标下分别为 (0.708,0.292,0.2627)，(0.17,0.797,0.6780)，(0.131,0.046,0.0593)。
其中，每帧待显示图像中每个像素的原始图像数据所属色域范围在xyY坐标系下的三基色光r0、g0、b0的色坐标(xr,yr,Yr)、(xg,yg,Yg)、 (xb,yg,Yg)可以利用以下公式1表示：
Figure BDA0001925802690000061
可以理解，xyY坐标系可以以CIE 1937标准定义，CIE 1937以一个三维向量定义了任意人眼可以分辨的绝对颜色和颜色的亮度，其不随色域的变换而变换。如前，每帧待显示图像的每个像素的原始图像数据所属的色域范围信息是已知或可以获知的，即每帧待显示图像中每个像素的原始图像数据所属的色域范围在xyY坐标下的三基色r0、 g0、b0的色坐标(xr,yr,Yr)、(xg,yg,Yg)、(xb,yb,Yb)是已知或可以获知的。
进一步地，依据该帧待显示图像中每个像素的原始图像数据rs、 gs、bs计算的像素的三刺激值X，Y，Z如公式2所示：
Figure BDA0001925802690000062
其中，待显示图像所属色域对应的三基色的颜色转换矩阵C与原始图像数据所属色域范围相对应，其为依据任一像素的原始图像数据及其所属的色域范围信息计算对应的三刺激值X，Y，Z所需的颜色转换矩阵，其符合以下公式3：
Figure BDA0001925802690000063
由公式3可知，颜色转换矩阵C是任一像素的原始图像数据所属的色域对应三基色r0、g0、b0范围在xyY坐标下的色坐标(xr,yr,Yr)、 (xg,yg,Yg)、(xb,yb,Yb)决定。具体地，在一种实施方式中，该帧待显示图像的原始图像数据所基属色域范围信息可以包括颜色转换矩阵 C，即除了基于三基色的原始图像数据外，该帧待显示图像的原始图像数据可以存储有基于三基色的颜色转换矩阵C作为该帧待显示图像的原始图像数据所属色域范围信息，但是在一种变更实施方式中，该帧待显示图像的原始图像数据所属色域的范围信息也可以为三基色 r0、g0、b0的色坐标(xr,yr,Yr)、(xg,yg,Yg)、(xb,yb,Yb)信息或者代表色域范围信息的特定字符或编码等，并不限于上述。
进一步地，依据上述公式1、2、3可知，依据任一像素的三基色原始图像数据rs、gs、bs及其所属的色域范围信息，任一像素的三基色原始图像数据rs、gs、bs所属的色域范围信息即三基色光r0、g0、b0的色坐标(xr,yr,Yr)、(xg,yg,Yg)、(xb,yb,Yb)，可以计算获得任一像素的三刺激值X，Y，Z。
对于显示设备100来说，其存储有基于四基色的颜色转换矩阵C'，其中，基于四基色光的颜色转换矩阵C'与光源***110出射的四种基色光在xyY坐标系下的色坐标相关。
光源***110提供至光调制装置180的四种基色光r0'、g0'、b0'、 y0'的色坐标分别为(xr',yr',Yr')、(xg',yg',Yg')、(xb',yb',Yb')、(xy',yy', Yy')。可以理解，对于显示设备100，其光源***110发出的基色光固定不变时，利用每帧待显示图像中的像素调制数据得到的图像所属的色域范围也是已知的，即为光源***110发出的基色光所能显示的色域范围。四种基色光r0'、g0'、b0'、y0'的色坐标(xr',yr',Yr')、(xg',yg',Yg')、 (xb',yb',Yb')、(xy',yy',Yy')可以通过测量光源***110发出的基色光的色域范围来获得。
控制装置190用于根据每个像素的基于三基色的原始图像数据、每个像素的基于三基色的原始图像数据所属色域对应的三基色的颜色转换矩阵C、以及每个像素的基于三基色的原始图像数据所属色域对应的四基色的颜色转换矩阵C'，计算得到每个像素的基于四基色的调制数据r'、g'、b'、y'。在光源***110出射基色光固定不变的情况下，显示设备10基于四基色的颜色转换矩阵C'也是固定不变的，如可以在显示设备10的制造过程中预先存储颜色转换矩阵C'，使得显示设备10在正常工作时可以使用颜色转换矩阵C'产生像素调制数据。进一步地，光源***110出射的四基色光r0'、g0'、b0'、y0'的色坐标(xr',yr', Yr')、(xg',yg',Yg')、(xb',yb',Yb')、(xy',yy',Yy')可以利用以下公式4表示：
Figure BDA0001925802690000081
进一步地，依据显示设备100的利用基于四基色的像素调制数据计算像素的三刺激值X，Y，Z如公式5所示：
Figure BDA0001925802690000082
其中，每个像素的像素调制数据包括多个基色调制数据，多个基色调制数据包括第一基色调制数据、第二基色调制数据、第三基色调制数据与第四基色调制数据，分别表示为r'、g'、b'、y'，具体地，r'、 g'、b'、y'分别为调制数据所属色域范围的四种基色光的灰度值。基于原始图像数据所属色域范围的基于四基色的颜色转换矩阵C'为根据任意一个像素的像素调制数据计算对应的三刺激值X，Y，Z所需的颜色转换矩阵，其符合以下公式6：
Figure BDA0001925802690000083
由公式6可知，基于四基色的颜色转换矩阵C'是由光源***110 出射四种基色光形成图像所属色域范围决定的，即由光源***110出射的四种基色光的色坐标决定，在本发明中，原始图像数据所属色域范围与光调制装置180出射图像光的色域范围相同。由于无论任意一个像素的原始图像数据所属色域范围为何，像素的三刺激值X，Y，Z 保持不变，因此依据上述公式1-6，任意一个像素的基于三基色的原始图像数据rs、gs、bs与显示设备100的基于第四基色的像素调制数据之间的关系满足以下公式7：
Figure BDA0001925802690000091
依据上述描述可知，对于一个显示设备，需将每帧待显示图像的原始图像数据(如基于三基色的原始图像数据rs、gs、bs)转换为基于四基色的像素调制数据，每个像素的像素调制数据包括分别用于调制光源***110出射的一种基色光的四个基色调制数据r'、g'、b'、y'，进一步光调制装置180依据每个像素的四个基色调制数据r'、g'、b'、 y'对光源***110出射的对应基色光进行调制可以准确产生待显示图像的图像光。由此可知，控制装置190中存储的将接收到的任意一个像素的基于三基色的原始图像数据转换为基于四基色的像素调制数据的转换矩阵U可以符合公式8：
U＝C'-1C(公式8)。
依据上述公式7-8，控制装置190根据待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据、待显示图像所属色域对应三基色的颜色转换矩阵C，待显示图像所属色域对应四基色的颜色转换矩阵C'，即可计算得到待显示图像中每个像素的调制数据。原始图像数据rs、gs、 bs输入至控制装置190后，控制装置190依据转换矩阵U即可计算获得像素调制数据中的第一基色调制数据至第四基色调制数据r'、g'、 b'、y'。
由于公式7中，已知该帧待显示图像中任意一像素的基于三基色原始图像数据rs、gs、bs，求解该任意一像素的基于四基色的基色调制数据r'、g'、b'、y'，由于只有三个方程求解四个未知数，有无穷多个解。在一种实施方式中，随机指定其中一个基色调制数据，再求其他三个基色调制数据。一般地，四个基色调制数据的取值范围为[0，1]，随机选取的一个值作为一个基色调制数据可能使得求解到的其余三个基色调制数据超出取值范围。另一种实施方式中，利用增加预设条件来求解像素调制数据中的各个基色调制数据。比如，预设条件为：光源***110出射的四种基色光中的三种基色的激光的亮度平方和最小，求解min(r'2+g'2+b'2)，从而得到四个基色调制数据r'、g'、b'、y'。将公式5变换为：
Figure BDA0001925802690000101
其中，
Figure BDA0001925802690000102
Figure BDA0001925802690000103
即矩阵A与B均由光源***110出射的四种基色光的色坐标及对应像素的三刺激值X、Y、Z决定，其中，四基色的色坐标为已知或可获知，对应像素的三刺激值X、Y、Z可以通过公式2求得，即矩阵A 与矩阵B均可以通过计算得到。
将公式10-11带入公式9，从而得到公式12：
Figure BDA0001925802690000106
其中，
Figure BDA0001925802690000104
t11、t12、t21、t22、t31、t32均可以根据矩阵A与矩阵B计算得到。
为求解min(r'2+g'2+b'2)，定义函数：
Figure BDA0001925802690000105
将公式12代入函数f(r',g',b')，在函数f(r',g',b')取得最小值时，满足条件
Figure BDA0001925802690000112
从而得到公式14：
D[y']＝d(公式14)，
其中，
Figure BDA0001925802690000111
d＝[t11t12+t21t22+t31t32]。
由于矩阵D及d均可由矩阵T中的元素计算得出，从而可以根据公式12及公式14求得像素调制数据中的各个基色调制数据r'、g'、 b'及y'。
控制装置190还用于根据计算得到的每个像素的像素调制数据中的四个基色调制数据，统计每帧待显示图像中的四种基色的基色调制数据最大值，即统计每帧待显示图像中的每种基色光的亮度最大值，并根据每种基色的基色调制信号最大值控制光源***110出射的每种基色光的亮度。其中，控制装置190用于判断每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值是否大于1，若是，则设置对应基色的基色调制数据最大值为1，此时光源***110达到最大功率。
光调制装置180用于时序调制光源***110出射的四种基色光，光调制装置180调制每帧待显示图像的时间段为调制时段，每个调制时段包括多个子时段，光调制装置180分别在每个子时段中调制四种基色光中的一种基色光。具体地，每个调制时段包括的多个子时段包括第一子时段、第二子时段、第三子时段与第四子时段，光调制装置 180用于在第一子时段根据每个像素的第一基色调制数据r'调制第一基色光，在第二子时段根据每个像素的第二基色调制数据调制第二基色光g'，在第三子时段根据每个像素的第三基色调制数据调制第三基色光b'，在第四子时段根据每个像素的第四基色调制数据调制第四基色光y'；；控制装置190用于在出射任一基色光的子时段中，根据每种基色的基色调制数据最大值控制光源***110的功率。
具体地，光源***110包括第一发光体111、第二发光体112、第三发光体113与波长转换装置115。其中，第一发光体111、第二发光体112、第三发光体113分别用于发出激光作为第一基色光、第二基色光与第三基色光，波长转换装置115用于在激发光的激发下产生荧光作为第四基色光。
在本实施方式中，第一基色光为红色激光，第二基色光为绿色激光，第三基色光为蓝色激光，激发光为第三色激光，第四基色光为黄色荧光。在其他实施方式中，第一发光体111、第二发光体112与第三发光体113还可以是其他颜色的激光器，具体第一发光体111、第二发光体112与第三发光体113包括激光器的数量可以根据需要进行选择。
请一并参阅图2-图3，波长转换装置115包括驱动单元115a与基板115b，其中，基板115b呈圆形，驱动单元115a设置于基板115b 的底部，用于带动基板115b做周期性运动，本实施方式中，基板115b 呈圆盘状，驱动单元115a用于带动基板115b做周期性旋转，在其他实施方式中，基板115b呈条形，驱动单元115a用于带动基板115b做往复运动。
基板115设置有转换区Y、反射区115c以及透射区115d，在驱动单元115a的带动下，转换区Y、反射区115c以及透射区115d时序位于激发光的光路上。在本实施方式中，转换区Y、反射区115c以及透射区115d时序地位于激发光的光路上。
转换区Y用于将激发光转换为第四基色光，并用于反射第四基色光，本实施方式中，第四基色光为黄色荧光，故转换区Y设置有黄色波长转换材料，比如荧光粉、量子点或磷光材料，有利于充分利用黄色波长转换材料的高光效和稳定性。反射区115c用于反射第三基色光，在一种实施方式中，反射区115c用于对反射区115c的入射光进行漫反射，以缓解第三基色光产生的散斑现象。透射区115d用于透射第一发光体111与第二发光体112出射的第一基色光与第二基色光，可以理解的是，透射区115d在一种实施方式中还对透射区115d的入射光进行散射，以缓解第一基色光与第二基色光产生的散斑现象。
波长转换装置115用于在第一子时段出射红色激光、在第二子时段出射绿色激光、第三子时段出射蓝色激光、第四子时段出射黄色荧光。故在第一子时段与第二子时段中，波长转换装置115的透射区115d 位于激发光的光路上，在第三子时段中，反射区115c位于激发光的光路上，在第四子时段，转换区Y位于激发光的光路上。
波长转换装置115时序出射的第一基色光至第四基色光沿同一光路入射至光调制装置180进行调制得到待显示图像的图像光。具体地，第一发光体111与第二发光体112设置于基板115b邻近驱动单元115a 的一侧，第三发光体设置于基板115b背离驱动单元115a的一侧，第一发光体111与第二发光体112经过第一引导元件114后入射至基板 115b。第一引导元件114可以包括但不限于反红透绿二向色片。光源***110还包括邻近波长转换装置115设置的收集透镜组116，用于对入射至基板115b上的光进行会聚，并对基板115b出射的光进行准直。收集透镜组116出射的各种基色光依次经过第二引导元件117、中继透镜118以及匀光器件119后从光源***110出射。其中，第二引导元件117可以包括但不限于区域膜片，第二引导元件117的一部分区域用于透射蓝色激光，第二引导元件117的其他区域用于反射光。匀光器件119可以为光学积分棒或复眼透镜，用于对匀光器件119的入射光进行匀光。光源***110出射的各种基色光经过TIR棱镜181 后入射至光调制装置180，光调制装置180出射的图像光经过TIR棱镜181与镜头装置192之后从显示设备100出射。
光调制装置180用于在第一子时段、第二子时段与第三子时段中分别调制第一基色光、第二基色光以及第三基色光，另外，控制装置 190还用于在第一子时段、第二子时段与第三子时段中，分别发出用于控制第一发光体111、第二发光体112与第三发光体113功率的第一控制信号、第二控制信号与第三控制信号。具体地，控制装置190 用于在第一子时段、第二子时段与第三子时段中，分别根据每帧待显示图像中第一基色调制数据r'、第二基色调制数据g'与第三基色调制数据b'的最大值，基色光的亮度与对应发光体的功率之间的关系，计算得到对应发光体的功率，并发出第一控制信号、第二控制信号与第三控制信号。比如，控制装置190用于在第一子时段中，根据每帧待显示图像中的第一基色调制数据r'的最大值，第一基色光的亮度与第一发光体111的功率的关系，计算得到第一发光体111的功率，并发出第一控制信号以控制第一发光体111的功率，并得到亮度与第一基色调制数据最大值对应的第一基色光。光调制装置180在第一子时段中根据第一基色调制数据r'调制的第一基色光，使得红色图像光形成的显示图像中的不同像素可以对应不同的第一基色光的亮度。可以理解的是，控制装置190通过与发出第一控制信号相同的方法发出第二控制信号与第三控制信号，光调制装置180时序调制第一基色光、第二基色光与第三基色光。
光调制装置180还用于在第四子时段调制第四基色光，控制装置 190根据每帧待显示图像中的第四基色的基色调制数据最大值、波长转换装置115出射的第四基色光的亮度与发出激发光的发光体(本实施方式中为第三发光体113)的功率之间的关系，计算得到发出激发光的发光体的功率，并发出用于控制发出激发光的发光体的功率的第四控制信号，得到亮度与第四基色调制数据最大值相对应的第四基色光。可以理解，发出激发光的发光体的功率越大，第四基色光的亮度越高。光调制装置180对第四基色光进行调制，使得黄色图像光形成的显示图像的不同像素能够具有不同的第四基色光的亮度，由此可使得每一帧显示图像中的每一个像素具有与像素调制数据对应的四基色亮度。
在本实施方式中，控制装置190根据探测获得波长转换装置115 的转动位置，即获得当前位于激发光光路上的区段信息。在不同的子时段，点亮对应颜色的发光体，即为对应颜色的发光体提供相应的驱动电流，其他发光体关闭。比如，在第一子时段，控制装置190发出第一控制信号点亮第一发光体111，并控制其他发光体不发光。并且，第三发光体在第三子时段与第四子时段的驱动电流可能不相等。
可以理解的是，显示设备100中还可以设置其他必要的光学引导元件，比如分光元件、合光元件、反射元件、中继***等等，在这里不做赘述。
本发明中利用三种基色的激光进行调制图像，其中，三种基色光中的激光显示的色域能够完全覆盖由纯色激发光光源所能达到的色域，而荧光作为基色光的加入能够更高效达到所需的亮度，本发明中充分利用荧光的高光效、无散斑、低成本的特性，将荧光与激光进行混光使得出射图像具有较低的散斑对比度，有利于缓解出射激光引起散斑效应，具有较好的显示效果。
请参阅图4-图5，本发明第二实施方式提供的显示设备200与显示设备100的主要区别在于，显示设备200的光源***210中，第一发光体211、第二发光体212与第三发光体213均设置于波长转换装置215中基板215b背离驱动单元215a的一侧，相应地，基板215b 上设置有转换区Y与反射区215c，并省略设置透射区，波长转换装置 215的结构得到的简化，降低了制作工艺与生产难度。反射区215c用于反射第一基色光、第二基色光与第三基色光，即在第一子时段中，波长转换装置215反射第一基色光，第二子时段中，波长转换装置215反射第二基色光。进一步地，第一发光体211、第二发光体212、第三发光体213与波长转换装置215之间还设置有第一引导元件214与第二引导元件217，以引导第一基色光、第二基色光与第三基色光以相同光路入射至基板215b。
请参阅图6，本发明第三实施方式提供的显示设备300与显示设备100相比，主要区别在于，显示设备300的光源***310中，还包括用于发出激发光的第四发光体313a，第一基色光、第二基色光与第三基色光不经过波长转换装置315，而是经过第一引导元件314与第二引导元件317的引导沿相同光路入射至光调制装置380。相应地，波长转换装置315省略设置反射区与透射区，第四发光体313a发出的激发光用于经过波长转换装置315的转换区(图未示)产生第四基色光，可以理解的是，基板315b用于出射第四基色光并且不用于出射其他颜色光，不需要在用于出射不同颜色光的两个区段的连接处关闭第四发光体313a，有利于避免多段式波长转换装置出现的轮辐现象，有利于提高***光效。第四发光体313a可以用于发出蓝色激光作为激发光，激发光与第三基色光的光谱曲线可以相同也可以不同。在变更实施方式中，波长转换装置315还可以是固定的荧光粉片。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，上述显示设备的各个实施方式中的各具体方案可以相互适用，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
本发明还提供一种应用于上述实施方式中的显示设备的控制方法，应用于各个显示设备中的具体技术方案与显示设备的控制方法中的具体技术方案可以相互适用。显示设备的控制方法具体包括以下步骤：
S101：将每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据转换为基于四基色的像素调制数据。
具体地，控制装置根据每个像素的基于三基色的原始图像数据、每个像素的基于三基色的原始图像数据所属色域对应的三基色的颜色转换矩阵、以及每个像素的基于三基色的原始图像数据所属色域对应的四基色的颜色转换矩阵，根据公式1-14计算得到每个像素的基于四基色的像素调制数据。在求解像素调制数据的过程中，利用三个方程求解像素调制数据中的四个基色调制数据，有无穷多个解。四个基色调制数据的取值范围为[0，1]，随机选取的一个值作为一个基色调制数据可能使得求解到的其余三个基色调制数据超出取值范围。另一种求解方法是，控制装置根据预设条件计算得到每个像素的基于四基色的像素调制数据，预设条件为：四种基色光中的三种基色的激光的亮度平方和最小，也即是各种基色的激光的基色调制数据平方和最小。
S102：利用光源***发出与上述四基色对应的四种基色光，其中，四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光。
控制装置还根据每个像素的每个基色调制数据，统计每帧待显示图像的每个像素的像素调制数据中每种基色的基色调制数据最大值，并根据每种基色的基色调制数据最大值控制光源***出射的对应颜色基色光的亮度。控制装置用于判断每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值是否大于1，若是，则设置对应基色光的亮度最大值为1。
光源***包括：分别用于发出激光作为第一基色光、第二基色光与第三基色光的第一发光体、第二发光体与第三发光体，以及用于在激发光的激发下产生荧光作为第四基色光的波长转换装置。光调制装置用于调制每帧待显示图像的时间段为调制时段，每个调制时段包括第一子时段、第二子时段、第三子时段与第四子时段，第一子时段、第二子时段、第三子时段与第四子时段分别用于调制第一基色光、第二基色光、第三基色光与第四基色光。
在第一子时段、第二子时段与第三子时段中，分别根据每帧待显示图像中的第一基色调制数据最大值、第二基色调制数据最大值与第三基色调制数据最大值，基色光的亮度与对应发光体的功率之间的关系，计算得到并控制对应发光体的功率；在第四子时段，根据每帧待显示图像中的第四基色调制数据最大值、波长转换装置出射的第四基色光的亮度与发出激发光的发光体的功率之间的关系，计算得到并控制发出激发光的发光体的功率。
S 103：根据每帧待显示图像中每个像素的像素调制数据，利用光调制装置对光源***发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。由于像素调制数据是基于原始图像数据所属色域对应的四基色的颜色转换矩阵计算得到，光调制装置调制后的图像光形成的图像的所属色域即为原始图像数据的所属色域，光调制装置出射图像光的所属色域范围与原始图像数据所属色域范围一致。
本发明中利用三种基色的激光进行调制图像，其中，三种基色光中的激光显示的色域能够完全覆盖由纯色激发光光源所能达到的色域，而荧光作为基色光的加入能够更高效达到所需的亮度，本发明中充分利用荧光的高光效、无散斑、低成本的特性，将荧光与激光进行混光使得出射图像具有较低的散斑对比度，有利于缓解出射激光引起散斑效应，具有较好的显示效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或***通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (20)

1.一种显示设备，其特征在于，包括：
控制装置，用于根据每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据、所述每个像素的原始图像数据所属色域对应三基色的颜色转换矩阵、以及所述每个像素的原始图像数据所属色域对应四基色的颜色转换矩阵，计算得到所述每个像素的基于四基色的像素调制数据；
光源***，用于发出与所述四基色对应的四种基色光，其中，所述四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；以及
光调制装置，用于根据所述每帧待显示图像中每个像素的基于四基色的像素调制数据对所述光源***发出的所述四种基色光进行调制，从而得到所述待显示图像的图像光。
2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述控制装置还用于根据预设条件计算得到所述每个像素的基于四基色的像素调制数据，所述预设条件为：所述四种基色光中的三种基色的激光的亮度平方和最小。
3.如权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述每个像素的像素调制数据包括分别用于调制所述四种基色光的四个基色调制数据，所述控制装置还用于统计所述每帧待显示图像中每个像素的每个基色调制数据，得到所述每帧待显示图像中每种基色的基色调制数据最大值，并根据所述每种基色的基色调制数据最大值控制由所述光源***出射的所述每种基色光的功率。
4.如权利要求3所述的显示设备，其特征在于，所述控制装置还用于分别判断所述每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值是否大于1，若是，则设置所述大于1的基色调制数据最大值为1。
5.如权利要求3所述的显示设备，其特征在于，所述光调制装置调制所述每帧待显示图像的时间段为调制时段，所述调制时段包括多个子时段，所述光调制装置分别在每个子时段中调制所述四种基色光中的一种基色光；
所述控制装置用于在任一子时段中，根据所述每帧待显示图像中每种基色的基色调制数据最大值控制所述光源***的功率。
6.如权利要求5所述的显示设备，其特征在于，所述光源***包括：
第一发光体、第二发光体与第三发光体，分别用于发出第一基色光、第二基色光与第三基色光；以及
波长转换装置，用于在激发光的激发下发出第四基色光。
7.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，第一基色光、第二基色光和第三基色光分别为红色激光、绿色激光和蓝色激光，所述第四基色光为黄色荧光。
8.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，
所述调制时段中的多个子时段包括第一子时段、第二子时段、第三子时段与第四子时段；
所述每个像素的像素调制数据的多个基色调制数据包括第一基色调制数据、第二基色调制数据、第三基色调制数据与第四基色调制数据；
所述每帧待显示图像中的所述第一基色的基色调制数据最大值为第一基色调制数据最大值，所述第二基色的基色调制数据最大值为第二基色调制数据最大值，所述第三基色的基色调制数据最大值为第三基色调制数据最大值，所述第四基色的基色调制数据最大值为第四基色调制数据最大值；
所述光调制装置用于在所述第一子时段根据所述每个像素的第一基色调制数据调制所述第一基色光，在所述第二子时段根据所述每个像素的第二基色调制数据调制所述第二基色光，在所述第三子时段根据所述每个像素的第三基色调制数据调制所述第三基色光，在所述第四子时段根据所述每个像素的第四基色调制数据调制所述第四基色光；
所述控制装置用于在所述第一子时段、所述第二子时段与所述第三子时段中，分别根据所述每帧待显示图像中的所述第一基色调制数据最大值、所述第二基色调制数据最大值与所述第三基色调制数据最大值，基色光的亮度与功率对应发光体的功率之间的关系，计算得到对应发光体的功率，并发出分别用于控制所述第一发光体、所述第二发光体与所述第三发光体功率的第一控制信号、第二控制信号与第三控制信号；
所述控制装置还用于在所述第四子时段，根据每帧待显示图像中的所述第四基色调制数据最大值、所述波长转换装置出射的第四基色光的亮度与发出所述激发光的发光体的功率之间的关系，计算得到用于发出所述激发光的发光体的功率，并发出用于控制发出所述激发光的发光体的功率的第四控制信号；
所述光源***用于在根据所述第一控制信号至所述第四控制信号在对应子时段以对应功率出射对应基色光。
9.如权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述激发光为所述第三基色光。
10.如权利要求9所述的显示设备，其特征在于，所述波长转换装置包括：
转换区，用于将所述第三基色光转换为所述第四基色光，并反射所述第四基色光；以及
反射区，与所述转换区时序地位于所述第三基色光的光路上，用于反射所述第三基色光；
所述波长转换装置出射的光被引导至所述光调制装置。
11.如权利要求10所述的显示设备，其特征在于，所述反射区还用于反射所述第一基色光与所述第二基色光。
12.如权利要求10或11所述的显示设备，其特征在于，所述反射区用于对入射于所述反射区的光进行漫反射。
13.如权利要求10所述的显示设备，其特征在于，所述波长转换装置还包括用于透射所述第一基色光与所述第二基色光的透射区，所述透射区、所述转换区与所述反射区时序地位于所述激发光的光路上。
14.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，所述透射区还用于对入射于所述透射区的光进行散射。
15.如权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述光源***还包括用于发出所述激发光的第四发光体。
16.一种显示设备的控制方法，包括以下步骤：
根据每帧待显示图像中每个像素的基于三基色的原始图像数据、所述每个像素的原始图像数据所属色域对应三基色的颜色转换矩阵、以及所述每个像素的原始图像数据所属色域对应四基色的颜色转换矩阵，计算得到所述每个像素的基于四基色的像素调制数据；
利用光源***发出与所述四基色对应的四种基色光，其中，所述四种基色光包括三种基色的激光和一种基色的荧光；以及
光调制装置根据所述每帧待显示图像中每个像素的基于四基色的像素调制数据，对所述光源***发出的四种基色光进行调制，从而得到待显示图像的图像光。
17.如权利要求16所述的显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
根据预设条件计算得到所述每个像素的基于所述四基色的像素调制数据，所述预设条件为：所述四种基色光中的三种基色的激光的亮度平方和最小。
18.如权利要求17所述的显示设备的控制方法，其特征在于，所述每个像素的像素调制数据包括分别用于调制所述四种基色光的四个基色调制数据，所述利用光源***发出与所述四基色对应的四种基色光的步骤包括：
统计所述每帧待显示图像中每个像素的每个基色调制数据，得到所述每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值，并根据所述每帧待显示图像中每种基色的基色调制数据最大值控制由所述光源***出射的所述每种基色光的功率。
19.如权利要求18所述的显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
分别判断所述每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值是否大于1，若是，则设置所述大于1的基色调制数据最大值为1。
20.如权利要求18所述的显示设备的控制方法，其特征在于，
所述光源***包括：
第一发光体、第二发光体与第三发光体，分别用于发出第一基色光、第二基色光与第三基色光；以及
波长转换装置，用于在激发光的激发下发出第四基色光；
所述光调制装置用于调制所述每帧待显示图像的时间段为调制 时段，所述调制时段包括多个子时段，所述光调制装置分别在每个子时段中调制所述四种基色光中的一种基色光，所述多个子时段包括第一子时段、第二子时段、第三子时段与第四子时段；所述每个像素的像素调制数据的多个基色调制数据包括第一基色调制数据、第二基色调制数据、第三基色调制数据与第四基色调制数据；所述光调制装置用于在所述第一子时段根据所述每个像素的第一基色调制数据调制所述第一基色光，在所述第二子时段根据所述每个像素的第二基色调制数据调制所述第二基色光，在所述第三子时段根据所述每个像素的第三基色调制数据调制所述第三基色光，在所述第四子时段根据所述每个像素的第四基色调制数据调制所述第四基色光；
所述统计所述每帧待显示图像中每个像素的每个基色调制数据，得到所述每帧待显示图像中的每种基色的基色调制数据最大值，并根据所述每帧待显示图像中每种基色的基色调制数据最大值控制有所述光源***出射的所述每种基色光的亮度的步骤包括：
在所述第一子时段、所述第二子时段与所述第三子时段中，分别根据所述每帧待显示图像中的所述第一基色的基色调制数据最大值、所述第二基色的基色调制数据最大值与所述第三基色的基色调制数据最大值，基色光的亮度与功率对应发光体的功率之间的关系，计算得到并控制对应发光体的功率；
在所述第四子时段，根据所述每帧待显示图像中的所述第四基色的基色调制数据最大值、所述波长转换装置出射的第四基色光的亮度与发出所述激发光的发光体的功率之间的关系，计算得到并控制发出所述激发光的发光体的功率。
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