TWI524816B - 色序式顯示器及其光源控制方法 - Google Patents

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Description

色序式顯示器及其光源控制方法
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種色序式顯示器及其光源控制方法。
相較於空間域進行混色，色序式顯示器是在時間域中對三原色(紅、綠、藍)進行混色。例如，色序式投影機、色序式液晶顯示器等都是色序式顯示器。投影裝置可將影像投影於一較大的螢幕上，以方便更多的人同時觀看到螢幕上所顯示的內容。因此，常應用於公司、學校等公共場合。再者，隨著家用顯示產品朝向大尺寸發展的趨勢，投影裝置也逐漸普及於一般家庭中，而成為一種在現代生活中日常的電子產品。
隨著科技的進步，各類電子產品皆朝向高速、高效能、且輕薄短小的趨勢發展。在這趨勢之下，微型投影機(pico projector，或稱mini projector)已漸漸成為未來個人數位市場的主流。一般來說，微型投影機的光源是採用發光二極體(light emitting diode)或其他固態光源，以提高微型投影機所需的流明(Lumen)，進而增加微型投影機投影出來的影像之亮度。微型投影機做成成品後，微型投影機含電池的尺寸大約與一般市面上的行動電話相近。甚至，微型投影機可整合至行動電話之中。因此，微型投影機具有可隨身攜帶且無使用場地限制的優點。
然而，傳統技術以色序法(color sequential)來顯示彩色影像時，微型投影機的光源會在三個色子畫面期間分別提供對應三原色(即紅、藍、綠)的光源，也就是在同一時間只有一種顏色的光源會發光，而其他色彩光源會被關閉(turn off)。例如，在紅色子畫面期間只有紅色光源會被開啟(turn on)而發光，藍色光源與綠色光源在紅色子畫面期間是被關閉的。在整個畫面都是單一純色的情況之下，光源的強度會因為時間的分割而減弱，以致於微型投影機的使用可能會受限於環境光的強度。
圖1A為一傳統色序式顯示器的驅動波形示意圖。請參照圖1A，傳統色序式顯示器會在畫面期間PF的紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB分別提供紅色光源、綠色光源及藍色光源。並且，在紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB中，液晶會對應顯示資料呈現透光或不透光，以使紅色光、綠色光及藍色光能顯示影像的灰階。
以整個畫面都是紅色畫面為例，圖1B為傳統色序式顯示器顯示紅色畫面的驅動波形示意圖。請參照圖1B，在顯示紅色畫面時，液晶僅會在紅色子畫面期間PR呈現透光，以使紅色光能顯示影像的灰階。液晶在綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB皆轉態為不透光狀態，以分別遮蔽綠色光源及藍色光源所發出的色光。此時，在整個畫面期間PF中，所顯示的紅色畫面只利用紅色子畫面期間PR顯現紅色光，亦即紅色畫面的實際顯示時間會等於(甚至小於)畫面期間PF的三分之一，以致於紅色畫面的亮度會大幅減弱，而影響了紅色畫面的可視度。
本發明提供一種色序式顯示器及其光源控制方法，可增加色彩光源的發光時間，以增加色序式顯示器在顯示單一色畫面時的亮度。
本發明提出一種色序式顯示器的光源控制方法，其包括下列步驟。接收畫面期間的畫面資料，其中畫面期間包含多個色子畫面期間。依據畫面資料進行資料分析，以取得畫面資料中的多個色彩的灰階分佈。依據這些色彩的灰階分佈，在畫面期間中決定是否開啟色序式顯示器的多個色彩光源的部份或全部。其中，上述開啟的色彩光源的發光時間大於這些色子畫面期間的任何一個。
本發明亦提出一種色序式顯示器，其包括顯示面板、光源模組及控制模組。光源模組提供多個色彩光源至顯示面板。控制模組接收畫面期間的畫面資料，並依據畫面資料進行資料分析，以取得畫面資料中的多個色彩的灰階分佈。控制模組依據這些色彩的灰階分佈，在畫面期間中決定是否開啟些色彩光源的部份或全部。其中，畫面期間包含多個色子畫面期間，而上述開啟的色彩光源的發光時間大於這些色子畫面期間的任何一個。
基於上述，本發明實施例的色序式顯示器及其光源控制方法，其依據三原色的灰階分佈，在取得的畫面資料為純色畫面時關閉使用較少或無使用的色彩光源，並開啟對應純色畫面的色彩光源。其中，開啟的色彩光源的發光時間會大於其中一個色子畫面期間。藉此，可增加色彩光源的發光時間，以增加光源模組的最大亮度。在一些實施例中，藉由關閉無使用的色彩光源而避免液晶漏光，因此可提高畫面的色純度。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2A為依據本發明一實施例的色序式顯示器的系統示意圖。請參照圖2A，色序式顯示器(例如投影機200)包括控制模組210、光源模組220及液晶面板230，其中液晶面板230可以為矽基液晶(Liquid Crystal On Silicon，以下稱LCOS)面板，並且投影機200可以為一微型投影機。控制模組210接收視訊信號VS，並依據視訊信號VS所傳送的畫面資料，產生顯示資料DS至液晶面板230，以及產生驅動信號SDR至光源模組220。液晶面板230依據顯示資料DS輪流顯示出對應於不同色之子畫面，並且光源模組220依據驅動信號SDR同步地提供對應色光至液晶面板230。液晶面板230藉由反射/透射光源模組220所提供的光源，將光線投射至目標物(如布幕或牆壁)以顯示影像。
在本實施例中，液晶面板230是以色序式LCOS(Color Sequential LCOS，CS-LCOS)為例，因此液晶面板230上不會形成彩色濾光片。並且，投影機200會利用色序(Color Sequential,CS)法實現時間性的混光，以顯示彩色影像。此時，光源模組220則可對應地在畫面期間PF中的多個不同時間提供不同色彩的光源(如紅色光、藍色光及綠色光)。其中，紅色光、藍色光及綠色光可以利用對應色彩的發光二極體發光來提供，亦即以紅色發光二極體、藍色發光二極體及綠色發光二極體作為紅色光源、藍色光源及綠色光源。
圖2B為圖2A的控制模組210的系統示意圖。請參照圖2A及圖2B，控制模組210包括信號處理單元211、資料分析單元213及光源控制單元215。信號處理單元211接收視訊信號VS所傳送的畫面資料，並依據視訊信號VS產生顯示資料DS。信號處理單元211可利用影像模擬技術產生顯示資料DS，其中影像模擬技術例如圖框速率控制(Frame Rate Control)法或像素擾動(dithering)法。資料分析單元213接收視訊信號VS所傳送的畫面資料及顯示資料DS，並依據畫面資料及顯示資料DS分析欲顯示的畫面，據此產生分析結果RA。
光源控制單元215依據分析結果RA產生驅動信號SDR，並且光源控制單元215會依據光源模組220所提供的色彩光源的數目提供對應數目的驅動信號SDR。換言之，在此假設光源模組220可提供紅色光、藍色光及綠色光，因此光源控制單元215會對應地產生三個驅動信號SDR，以分別控制紅色發光二極體、藍色發光二極體及綠色發光二極體發光。
進一步來說，當資料分析單元213接收到一個畫面期間的畫面資料及顯示資料DS時，資料分析單元213會進行分析以取得三原色(即紅、藍及綠)的灰階分佈作為分析結果RA。在整個畫面都是單一種色彩的情況之下，當三原色中的其一色彩的灰階分佈的灰階平均值小於或等於一臨界值時，表示該畫面幾乎沒有該色彩成分，因此光源控制單元215在顯示該畫面時(在所屬畫面期間中)可以關閉此色彩的色彩光源；反之，當此色彩的灰階分佈的灰階平均值大於臨界值時，則光源控制單元215會對應地開啟此色彩的色彩光源。
例如，當三原色中紅色的灰階分佈的灰階平均值小於或等於一臨界值時，表示該畫面幾乎沒有紅色成分，因此光源控制單元215在畫面期間PF中可以關閉此紅色光源；反之，當紅色的灰階分佈的灰階平均值大於臨界值時，則光源控制單元215會對應地開啟此紅色光源。其中，臨界值一般為較低的灰階值(例如灰階值15)，然而臨界值可依據實際電路設計及不用使用習慣而不同，在此則不以此為限。
此外，除了依據各色彩的灰階平均值來判斷是否關閉對應的色彩光源外，光源控制單元215亦可依據各色彩的灰階範圍是否座落於臨界範圍之中來判斷是否關閉對應的色彩光源。換言之，當某一色彩的灰階分佈範圍座落於臨界範圍之中時，則光源控制單元215關閉對應此色彩的色彩光源；反之，當此色彩的灰階分佈範圍超出臨界範圍時，則光源控制單元215開啟對應此色彩的色彩光源。
圖3A至圖3H為依據本發明一實施例的不同純色畫面的驅動波形示意圖。請參照圖2B及圖3A，在此假設畫面期間PF分為紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB。信號處理單元211會依據視訊信號VS產生含有紅色子畫面資料、綠色子畫面資料及藍色子畫面資料的顯示資料DS給顯示面板230，其中顯示面板230會在紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG與藍色子畫面期間PB分別顯示對應的紅色子畫面資料、綠色子畫面資料以及藍色子畫面資料。若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全紅色畫面的畫面資料，則資料分析單元213會在在對視訊信號VS及/或顯示資料DS進行分析後，將三原色的灰階分佈傳送至光源控制單元215。
在紅色畫面中，藍色及綠色的參雜較少或沒有參雜，以至於藍色及綠色的灰階平均值會小於或等於臨界值，或者藍色及綠色的灰階分佈範圍會座落於臨界範圍之中。換言之，紅色的灰階平均值會大於臨界值，或者紅色的灰階分佈範圍會超出臨界範圍。因此，光源控制單元215會關閉對應藍色子畫面期間PB的藍色光源及對應綠色子畫面期間PG的綠色光源，而只開啟對應紅色子畫面期間PR的紅色光源。
此外，紅色光源的發光時間會大於所對應的子畫面期間PR。在本實施例中，紅色光源的發光時間為整個畫面期間PF。此時，液晶會對應的保持於透光的狀態，以使紅色光能顯示影像的灰階。由於紅色光在畫面期間PF中持續提供的緣故，使得紅色光源的使用率可以增加，進而提升液晶面板230顯示全紅色畫面時的最大亮度。
相類似地，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全綠色畫面的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220的綠色光源在畫面期間PF中持續提供綠色光，而紅色光源及藍色光源會被關閉，其驅動波形如圖3B所示。若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全藍色畫面的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220的綠色光源在畫面期間PF中持續提供藍色光，而紅色光源及綠色光源會被關閉，其驅動波形如圖3C所示。
另一方面，上述紅色光源、綠色光源及藍色光源的發光時間並不侷限於等於畫面期間PF，而是可以小於畫面期間PF，但仍會大於所對應的色子畫面期間。針對另一些純色畫面(例如黃色、青色(cyan)、品紅色(magenta)等純色畫面)，光源控制單元215可以控制光源模組220於紅色光源、綠色光源及藍色光源中同時開啟多種色光源。上述紅色光源、綠色光源及藍色光源的發光時間亦可等於畫面期間PF或小於畫面期間PF，但仍會大於紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB的其中之一。
請參照圖3D，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全黃色畫面(即紅色與綠色的混色)的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220在畫面期間PF中關閉藍色光源，並且紅色光源及綠色光源會被開啟而發光。其中，紅色光源及綠色光源會在紅色子畫面期間PR及綠色子畫面期間PG中同時發光，亦即紅色光源及綠色光源的發光時間會相同，並且紅色光源及綠色光源的發光時間會等於紅色子畫面期間PR及綠色子畫面期間PG的總和。由於藍色光源會被關閉，因此顯示面板230不會在藍色子畫面期間PB中漏出藍色光。所以，本實施例可以改善色純度的問題，並提升黃色畫面的整體亮度。
相類似地，請參照圖3E，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全青色畫面(即綠色與藍色的混色)的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220在畫面期間PF中關閉紅色光源，而綠色光源及藍色光源會被開啟而發光。並且，綠色光源及藍色光源會在綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB中同時發光。
請參照圖3F，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全品紅色畫面(即紅色與藍色的混色)的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220在畫面期間PF中關閉綠色光源，而紅色光源及藍色光源會被開啟而發光。並且，紅色光源及藍色光源會在紅色子畫面期間PR及藍色子畫面期間PB中同時發光。在某些實施例中，除了紅色子畫面期間PR及藍色子畫面期間PB外，紅色光源及藍色光源更在綠色子畫面期間PG發光，而液晶面板230亦對應地在綠色子畫面期間PG呈現透光狀態。
相類似地，請參照圖3G，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全白色畫面(即紅色、綠色與藍色的混色)的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220在畫面期間PF中開啟紅色光源、綠色光源及藍色光源而同時發光。請參照圖3H，若視訊信號VS顯示在畫面期間PF中具有全黑色畫面的畫面資料，則光源控制單元215控制光源模組220在畫面期間PF中關閉紅色光源、綠色光源及藍色光源，以至於紅色光源、綠色光源及藍色光源會在畫面期間PF無法發光。
依據上述，若資料分析單元213接收到純色畫面(例如純紅色、純綠、純藍、純黃、純品紅、純青或純黑)或接近純色的畫面時，則資料分析單元213透過光源控制單元215開啟紅色光源、綠色光源及藍色光源中的部份或全部，並關閉其餘色彩光源。並且，在開啟的色彩光源所對應的子畫面期間中或畫面期間PF中，被開啟的色彩光源會持續發光。由於每個色彩光源的發光時間增加，因此可以增加純色畫面的最大亮度，並且可以關閉不使用的色彩光源，以降低光源模組220的電力消耗。
依據上述，可彙整為一色序式顯示器的光源控制方法。圖4為依據本發明一實施例色序式顯示器的光源控制方法的流程圖。請參照圖4，首先，於一畫面期間中接收一畫面資料(步驟S410)，其中畫面期間包含多個色子畫面期間(例如紅色子畫面期間PR、綠色子畫面期間PG及藍色子畫面期間PB)。並且，依據此畫面資料進行資料分析，以取得畫面資料中的三原色的灰階分佈(步驟S420)。接著，依據三原色的灰階分佈，在此畫面期間中決定是否開啟色序式顯示器的光源模組所提供的多個色彩光源的部份或全部(步驟S430)，其中上述開啟的色彩光源的發光時間大於這些色子畫面期間的任何一個。而各步驟的細節可參照上述說明得知，在此則不再贅述。
綜上所述，本發明實施例的色序式顯示器及其光源控制方法，其依據三原色的灰階分佈，在取得的畫面資料為純色畫面時關閉使用較少或無使用的色彩光源，並開啟對應純色畫面的色彩光源。在多個色子畫面期間中或整個畫面期間中，被開啟的色彩光源會持續發光。藉由增加色彩光源於畫面期間PF中的發光時間，本發明實施例可以增加純色畫面的最大亮度。藉由關閉未被使用的色光源，本發明實施例可以改善漏光問題，提高畫面的色純度。再者，藉由關閉不使用的色彩光源，本發明實施例可以降低光源模組的電力消耗。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200．．．投影機
210．．．控制模組
211．．．信號處理單元
213．．．資料分析單元
215．．．光源控制單元
220．．．光源模組
230．．．液晶面板
VS．．．視訊信號
SDR．．．驅動信號
RA．．．分析結果
DS．．．顯示資料
PF．．．畫面期間
PR、PG、PB．．．色子畫面期間
S410、S420、S430．．．步驟
圖1A為一傳統色序式顯示器的驅動波形示意圖。
圖1B為傳統色序式顯示器顯示紅色畫面的驅動波形示意圖。
圖2A為依據本發明一實施例的色序式顯示器的系統示意圖。
圖2B為圖2A的控制模組的系統示意圖。
圖3A至圖3H為依據本發明一實施例的不同純色畫面的驅動波形示意圖。
圖4為依據本發明一實施例的光源控制方法的流程圖。
S410、S420、S430．．．步驟

Claims (15)

  1. 一種色序式顯示器的光源控制方法，包括：接收一畫面期間的一畫面資料，其中該畫面期間包含多個色子畫面期間；依據該畫面資料進行資料分析，以取得該畫面資料中的多個色彩的灰階分佈；以及依據該些色彩的灰階分佈，在該畫面期間中決定是否開啟該色序式顯示器的多個色彩光源的部份或全部，其中上述開啟的色彩光源的發光時間大於該些色子畫面期間的任何一個，並且上述未開啟的色彩光源於該畫面期間中不發光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中“依據該些色彩的灰階分佈，在該畫面期間中決定是否開啟該色序式顯示器的多個色彩光源的部份或全部”的步驟包括：當該些色彩的一第一色彩的一灰階平均值大於一臨界值時，開啟該些色彩光源中對應該第一色彩的一第一色彩光源；以及當該灰階平均值小於或等於該臨界值時，關閉該第一色彩光源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中“依據該些色彩的灰階分佈，在該畫面期間中決定是否開啟該色序式顯示器的多個色彩光源的部份或全部”的步驟包括： 當該些色彩的一第一色彩的灰階分佈範圍超出一臨界範圍時，開啟該些色彩光源中對應該第一色彩的一第一色彩光源；以及當該第一色彩的灰階分佈範圍座落於該臨界範圍之中時，關閉該第一色彩光源。
  4. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中當開啟的色彩光源為多個時，該些開啟的色彩光源的發光時間為彼此相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中當開啟的色彩光源為多個時，該些開啟的色彩光源的發光時間等於該些色子畫面期間的部份或全部之總和。
  6. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中上述開啟的色彩光源的發光時間等於該畫面期間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述色序式顯示器的光源控制方法，其中上述開啟的色彩光源同時發光。
  8. 一種色序式顯示器，包括：一顯示面板；一光源模組，提供多個色彩光源至該顯示面板；以及一控制模組，接收一畫面期間的一畫面資料，該控制模組依據該畫面資料進行資料分析，以取得該畫面資料中的多個色彩的灰階分佈，並且該控制模組依據該些色彩的灰階分佈，在該畫面期間中決定是否開啟該些色彩光源的 部份或全部，其中該畫面期間包含多個色子畫面期間，而上述開啟的色彩光源的發光時間大於該些色子畫面期間的任何一個，並且上述未開啟的色彩光源於該畫面期間中不發光。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中該控制模組包括：一信號處理單元，接收該畫面資料，以依據該畫面資料產生多個顯示資料至該顯示面板；一資料分析單元，接收該畫面資料及該些顯示資料，並對該畫面資料及該些顯示資料進行資料分析，以取得該些色彩的灰階分佈作為一分析結果；以及一光源控制單元，接收該分析結果，以決定是否開啟該些色彩光源的部份或全部。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中該控制模組於該些色彩的一第一色彩的一灰階平均值大於一臨界值時開啟該光源模組的該些色彩光源中對應該第一色彩的一第一色彩光源，並且該控制模組於該灰階平均值小於或等於該臨界值時關閉該光源模組的該第一色彩光源。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中該控制模組於該些色彩的一第一色彩的灰階分佈範圍超出一臨界範圍時開啟該光源模組的該些色彩光源中對應該第一色彩的一第一色彩光源，並且該控制模組於該第一色彩的灰階分佈範圍座落於該臨界範圍之中時關閉該光源模 組的該第一色彩光源。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中當開啟的色彩光源為多個時，該些開啟的色彩光源的發光時間為彼此相同。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中當開啟的色彩光源為多個時，該些開啟的色彩光源的發光時間等於該些色子畫面期間的部份或全部之總和。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中上述開啟的色彩光源的發光時間等於該畫面期間。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之色序式顯示器，其中上述開啟的色彩光源同時發光。
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