[0002] 本申请要求于2014年12月21日提交的且名称为“LARGE-FORMAT DISPLAY SYSTEMS HAVING COLOR PIXELS AND WHITE PIXELS”的
专利申请序列号为62/095,038的美国临时专利申请的优先权利益，其通过引用以其整体并入本文。
发明领域
[0003] 本公开涉及显示器，且特别涉及具有彩色像素和白色像素的大幅面显示系统。
[0004] 背景
[0005] 例如LCD显示器和LED显示器的现代显示器使用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光发射器来产生彩色显示图像。某些类型的显示器(包括大显示器)使用封装在一起的R、G和B光发射器(例如
二极管)来限定全色像素，其中这样的像素的阵列限定显示器。R、G和B光发射器被称为“子像素”，因为它们共同限定通常被称为“RGB”像素的全色(“彩色”)像素。
[0006] 使用RGB像素的显示器使用RGB
颜色模型，其中R、G和B颜色被以不同的量添加以产生各种各样的颜色。所使用的特定R、G和B
波长限定
色域，其是可由光发射器产生的颜色空间的表示。色域用于为显示器执行颜色管理。
[0007] 虽然R、G和B光可用于产生宽范围的颜色，但是实际上它不是对所有应用最有效的布置。结果证明将白色(W)子像素添加到R、G和B子像素以形成RGBW像素具有一些优点。例如，W子像素可用于提供增强的
亮度，这允许减少R、G和B子像素的使用，这转而增加像素的寿命并且因此增加显示器的寿命。此外，因为花费一定量的R、G和B光来产生白光，所以只使用W子像素产生所需量的白光更有效。此外，它也使所
感知的图片
质量增强的使用变得可能。这可以是例如在被称为“白色加强”的事物的形式下，其中额外的白色被添加到RGB以添加额外的伽
马(gamma)。这模仿常规CRT显示器的行为。
[0008] 不幸的是，RGBW像素具有一些缺点(特别是对于具有以英尺测量的尺寸的大幅面显示器)。一个缺点是，白色子像素的尺寸需要与R、G和B子像素的尺寸大约相同，使得RGBW像素尺寸是相对大的。另一缺点是，与单独的RGB LED比较白色LED光发射器具有更大的亮度
稳定性的常规假设实际上是不正确的，以及白色LED的颜色稳定性可能成问题的。与亮度差异比较，人眼对色差的感知更敏锐得多。因此，使用白色子像素来增强亮度可恶化有害的颜色稳定性问题。
[0009] 另一缺点与在RGBW像素显示器上显示视频信息和所涉及的
信号处理的量有关。现代电视机和视频摄像机将光学信息转换成
电信号。
电子信号然后被数字化、处理和封包化。数字化步骤导致不受噪声和其它问题影响的清晰图像。对于具有RGBW像素的显示器，
数字信号通过例如SDI(串行数字
接口)的数字接口传输到RGBW像素显示器需要相当多的视频处理。SDI标准限定未压缩视频的同轴
电缆连接，并且也限定视频格式，其中数据以8或10位字的数字格式被发送以描述数字图像。不同的
分辨率图像以不同的
数据速率运行，但视频图像的概念在不同的速度当中是相同的。字被以连续方式经过接口发送，直到整个图像被发送为止(以经典扫描方式来创建图像)。在每像素
基础上经过SDI接口发送的信息利用以
色度子
采样格式体现的发光度和色差方法。特别是，三个字Y、Cb和Cr被每像素发送，其中Y＝发光度，Cb＝蓝色差＝B–Y，以及Cr＝红色差R–Y。各种色度子采样格式被表示为Y：Cb：Cr(例如4:2:2)，并强调优于颜色信息的亮度信息的传输。
[0010] 接收设备接受来自SDI接口的信息流，且需要处理该信息并
修改数据以能够创建视觉显示器。因为大部分显示器具有RGB像素来创建图像，所以显示(视频)处理器必须获取所发送的信息并将它转变成RGB信息。因此，对于每个RGBW像素，W子像素的白光的量基于每三个字Y、Cb和Cr由R、G和B子像素发射的光的量的计算。在名称为“Adding a White Subpixel”的Candice H.Brown Elliott等人的文章(Information Display,2005年5月,第26-31页)中描述了这种类型的计算的例子。
[0012] 附图被包括以提供进一步的理解并被合并在本
说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方式，且连同详细描述一起用来解释各种实施方式的原理和操作。同样地，从结合附图进行的下面的详细描述中，本公开将变得被更充分地理解，在附图中：
[0013] 图1是根据本公开的方面的示例大幅面显示系统的示意图；
[0014] 图2示出根据本发明的方面的大幅面显示系统的大幅面显示器的
正面前视图和由此形成的彩色显示图像，连同包括面板和模
块的大幅面显示器的示例配置并示出构成每个模块的像素阵列的RGB像素和W像素；
[0015] 图3A和3B是示出执行在来自大幅面显示器的直接视觉彩色图像和大幅面显示器的摄像机彩色图像之间的颜色匹配的示例方法的
流程图；以及
[0016] 图4是图3B的示例颜色匹配方法的示例流程图，其中流程图包括与不同的方法步骤相关的各种
光谱。
[0017] 详细描述
[0018] 现在详细参考本公开的各种实施方式，其例子在附图中示出。只要有可能，相同或相似的参考数字和符号就在全部附图中用于表示相同或相似的部件。附图不必按比例绘制，且本领域中的技术人员将认识到附图哪些地方被简化以示出本公开的关键方面。
[0019] 在下面的讨论中，红色、绿色和蓝色原色连同白色一起用于描述本公开的方面。本公开的教导并不严格地限于这些颜色，且本领域中的技术人员理解，其它颜色可用于实现相同的效果。例如，桔色可代替白色来使用，尽管一般有较小的效率。品红色、黄色和青绿色也可用于有色光发射器，尽管一般有较小的效率。
[0020] 图1是根据本公开的示例大幅面显示(LFD)系统10的示意图。LFD系统10包括具有发射彩色显示图像26的前表面22的LFD 20，彩色显示图像26被示为由至少一个观看者V观看。观看者V的眼睛和大脑构造视觉系统，其接收并处理彩色显示图像26以产生观看者所感知的实际彩色显示图像。
[0021] LFD系统10还包括视频摄像机40和视频处理器50。在例子中，视频摄像机40被用电缆的第一节段60A电连接到视频处理器50，且视频处理器由电缆的第二节段60B电连接到LFD 20。电缆节段60A和60B的示例电缆是标准同轴电缆(例如801同轴电缆)。在各种例子中，使
用例如串行数字接口(SDI)、高清晰度SDI(HDSDI)、数字视频接口(DVI)或
高清晰度多媒体接口(HDMI)的数字接口来配置LFD系统10的电连接。视频摄像机40被示为捕获场景64的图像。视频摄像机40将场景64的被捕获的图像转换成数字
视频信号SD。数字视频信号DS然后由如在下面更详细讨论的视频处理器50处理以形成经处理的数字视频信号SD’。经处理的数字视频信号SD’然后被发送到LFD 20，其作为响应形成彩色显示图像26。在例子中，LFD 20包括显示电子单元28，其接收经处理的数字视频信号SD’并使用体现在其中的信息以管理在LFD上的光发射器(下面讨论的)的激活以创建彩色显示图像。在例子中，显示电子单元28不进一步处理经处理的数字视频信号SD’。
[0022] 图2示出LFD 20的正面视图和由LFD(由于专利附图的限制而以黑色和白色示出)形成的彩色显示图像26。LFD 20被示为包括多个
显示面板(“面板”)70，尽管应当注意的是，6x 5阵列的面板被仅仅通过示例的方式来示出，且可使用其它配置。每个面板70可具有尺寸d1x x d1y。在例子中，尺寸d1x范围可从450mm到500mm，而尺寸d1y范围可从250mm到
300mm。在以第一特写插图I1中示出的例子中，每个面板70可由多个显示组件或“模块”80(例如所示的3x 4阵列的显示模块)构成。每个模块80可具有尺寸d2x x d2y。在例子中，尺寸d2x范围可从100mm到300mm，而尺寸d2y范围可从80mm到300mm。在例子中，颜色像素110C与白色像素110W分离(有在从0.25mm到3.5mm的范围内的中心间距)。示例性间距是
0.625mm。在例子中，LFD 20可具有范围从一个模块80的尺寸一直到几十或数十英尺的范围的尺寸。
[0023] 在第二特写插图I2中所示的例子中，每个模块80包括由彩色(或RGB)像素110C和白色像素110W构成的像素阵列120。彩色像素110C每个包括红色子像素110R、绿色子像素110G和蓝色子像素110B。在例子中，红色、绿色和蓝色子像素110R、110G和110B分别由红色、绿色和蓝色
发光二极管(LED)限定，且白色像素110W由至少一个白色LED限定。在一个例子中，白色像素110W由一个白色LED或多个白色LED组成。在特写插图I3中所示的另一例子中，可使用红色子像素112R、绿色子像素112G和白色子像素112W来限定白色像素110W。在红色和绿色添加到白色的情况下，我们可调节总的已发射白光的
色温并因此调节白色差。此外在这个例子中，不仅白色可被调节，而且在例子中，额外的绿色和红色也可显示额外的显示信息，从而增加LFD 20的分辨率。
[0024] 彩色像素110C和白色像素110W可以是独立可寻址的像素，且白色像素不需要是彩色像素110C的子像素。LFD 20也可被称为“RGB+W彩色LFD”。在例子中，LFD 20具有高清晰度分辨率(例如具有1280x 720总像素或1920x 1080总像素)。
[0025] 在示例实施方式中，彩色像素110C每个具有面积A1，而白色像素110W每个具有面积A2，其中A2≥A1。也就是说，白色像素110W至少与彩色像素110C一样大，其可以是相同的尺寸或更大的尺寸。在例子中，白色像素110W实质上与彩色像素110C尺寸相同。在例子中，彩色像素110C和白色像素110W具有在从0.4mm到5mm的范围内的尺寸(例如宽度)。基于特定的应用，较大的尺寸也是可能的。在例子中，彩色像素110C和白色像素110W每个是正方形的，而在另一例子中，每个是矩形的，尽管可使用正方形、矩形和/或其它形状的各种其它组合。
[0026] 在例子中，彩色像素和白色像素110C和110W被布置在m行和n列(即m x n)的组或像素组合120中，其中m和n是等于2或大于2的整数。在图2中所示的例子中，像素组合120具有4x 2配置。其它配置包括2x 2、3x 2等。像素组合120具有彩色像素110C和白色像素110W的交替或棋盘格配置。
[0027] 单独的白色像素110W的使用实质上有助于省电。下面是基于具有如在表1中阐述的一般规范的标准可用LED的功率消耗计算，其中mcd＝毫坎德拉。也注意，下面使用的亮度的单位是“尼特”，其中1尼特＝1cd/m2。
[0028]
[0029] 在上面的例子中，白色的颜色被取为非常暖的。这是因为在3200K到9300K显示白色的范围内，功率消耗总是在+/-20％的同一范围内(红色否则将变成限制因素)。也注意到，对于这个例子，白色亮度(输出)有意低于绿色。在一般计算中，白色通常更有效，且因此与绿色比较具有更大的光输出。然而，相对低的白色亮度在本文用于提供保守的估计。
[0030] 在1400尼特下对D65白色所需的LED(5V)的总功率对于RGB是77.53W，而在1400尼特下对D65白色所需的LED(5V)的总功率对于RGBW是64.77W。因此，功率节省的保守估计是16％；当白色像素100W的输出更大时，可预期甚至更大的功率节省。减小的功率消耗导致额外的节省，因为用于运走由LED产生的热量的冷却系统可以较不复杂且因此较不昂贵。
[0031] 单独的白色像素110W的使用也导致对LFD 20的相当大的成本节省。例如，在图2的插图I2中所示的4x 2像素配置中，只使用总共16个LED(管芯)而不是总共24个LED，这表示在LED成本中的33％减少。这也导致在产生被提供到LED的PWM(脉冲宽度调制)信号的恒定
电流驱动器的成本中的相应减少。假定通过使用单独的白色像素110W在LFD 20的分辨率上的减小是仅仅大约5％，成本节省益处是可观的。此外，白色到色谱内的添加导致更好的颜色
渲染。
[0032] 在很多(如果不是大部分)类型的照明设备和显示设备中，有在白色上的相对严格的容限(即它必须在非常窄的容器中)，以便避免看到单独的色差。可以借助于通过将正确数量的颜色(例如红色、绿色或蓝色)添加到特定的白色以得到期望的色点来将所有颜色校准到固定点来在LFD系统10中避免这个问题。LFD 20的校准的这个扩展具有增加的益处，因为不是聚焦于完美的白色，在白色的容限可减小，使得白色LED的成本可甚至低于在常规灯中使用的标准白色LED配置。
[0033] 在本领域中已知白色是显示器的所感知的分辨率的90％。这是为什么电视和视频的传输格式优先于例如在前面提到的色度子采样格式(例如4:2:2格式)中的颜色分量强调亮度(黑色和白色)的主要原因，其中亮度或发光度分量是色度或颜色分量的两倍。
[0034] 再次参考图1和2，在LFD系统10的操作中，视频摄像机40捕获场景64的彩色图像并产生表示所捕获的图像的数字视频信号SD。来自视频摄像机40的数字视频信号SD行进到视频处理器50。在例子中，数字视频信号SD包括颜色信息以及“白色”或亮度信息。已知信号格式或协议(例如4:2:2、4:4:4、4:1:1和4:2:0)中的任一个可用于数字视频信号。
[0035] 如上面讨论的，常规方法将要求视频处理器50处理数字视频信号SD，使得白色像素110W的输出被从彩色像素110C的R、G和B子像素110R、110G和110B的颜色信息方面来定义以合并或组合彩色像素和白色像素以有助于对观看者V的视觉上更可接受的显示。这个过程在本文被称为“W到RGB转换”。这也可被称为“白色到彩色转换”。
[0036] 在LFD系统10中，视频处理器50可对彩色像素110C执行RGB颜色的通常处理，但当形成经处理的数字视频信号SD’时不执行W到RGB转换。白色像素110W的信息因此直接转到一个或多个模块80并到由此支持的白色像素。作为结果，LFD 20没有所合并或组合的彩色像素100C和白色像素100W。这意味着LFD严格地说没有特别好的显示质量，即物理LFD 20显示器未被优化，因为LFD具有RGB+W像素的棋盘格，其将通常在实践中被认为是有问题的。
[0037] 然而，LFD系统10依赖于观看者V的视觉系统来执行通常将在视频处理器50中发生的W到RGB转换。由观看者V执行的这个转换依赖于眼睛的非线性响应以从单独的彩色像素110C和白色像素110W形成组合的RGBW像素。通过将W到RGB转换移转到观看者V的视觉系统，数字视频信号的处理通常被简化。特别是，与将这个信息转换成RGB信息相比，有更少的白色像素信息(当这个信息被直接发送到LFD 20时)。
[0038] 在LFD系统10的操作的另一例子中，视频摄像机40捕获场景64的彩色图像并产生表示所捕获的图像的数字视频信号SD，其中数字视频信号不包括单独的白色信息，例如它只包括R、G和B信息。在这种情况下，视频处理器50或显示电子单元28可配置成执行“RGB到W转换”以单独地定义在经处理的数字视频信号SD’中的白色信息。这个经处理的数字视频信号SD’然后用于根据本文公开的方法形成显示图像26。
[0039] 相对大的白色像素110W的使用允许LFD 20用作照明装置或提供视频能
力和照明装置能力两者。例如，视频能力可用于产生视觉效果，而照明装置能力可用于光照、摄影和其它照明效果和相似的功能。因此，在例子中，白色像素110W不需要通过视频通道来激活，但可以被在用于光照、照明效果和相似功能的完全分离的通道中激活。换句话说，白色像素110W可用于经由非视频通道来执行非基于视频的光照效果。
[0040] 在例子中，白色像素110W用于执行前面提到的“白色加强”以将额外的白色峰值添加到LFD系统10。通过不从R、G和B颜色减去白色公共因子来执行白色加强。这提高所感知的视觉图片质量。
[0041] 在另一例子中，原始R、G和B颜色基于从这些颜色减去白色而“
变形”。在示例方法中，假设白色保持在全强度下的白色，以及颜色可以不通过白色的添加而减小
饱和度，使得颜色关系被维持。
[0042] 在例子中，基于例如8位空间引入在单独颜色之间的“距离”d(d具有0到255标度)。如果在颜色之间的距离d个别地为0，则意味着R＝G＝B＝W。在这种情况下，可以不从原始R、G和B分量减去白色。如果距离d是255，则在颜色上有饱和度(即至少一种颜色没有显示)，在这种情况下白色因子可被从原始R、G和B分量中完全减去。
[0043] 在距离d 0和255之间的所有空间基于公式(RGB)M＝(RGB)O–A·(W)而“变形”，其中(RGB)M代表变形的RGB颜色，(RGB)O代表原始RGB颜色，以及A是基于距离d的乘法因子。如果最大距离是0，则A必须是零，且如果最大距离是255，则A必须是1；因此，A＝d/255。可在视频处理器50(其在例子中可包括现场可编程
门阵列或FPGA)中执行变形计算而不引入相当大的延迟或困难的时钟分频。
[0044] 在另一例子中，与常规显示器比较，LFD系统10用于提供提高的颜色渲染(即提供相对高的颜色渲染指数或CRI)。CRI是在0和100之间的值，其中100指示完美的照明器(例如太阳)。RGB照亮可用于形成具有大约75的CRI的显示器。白色的添加允许颜
色调谐，使得显示器的CRI可增加到大约95。提高CRI使LFD系统10能够用作高质量光照设备。
[0045] 在例子中，LFD系统10被配置成(如果不是最佳地)实质上使人视觉系统的颜色渲染(“视觉颜色渲染”)匹配例如TV摄像机或视频摄像机的图像捕获设备的颜色渲染(“摄像机颜色渲染”)。这样的匹配在下列情况中是合乎需要的：其中LFD显示器20由摄像机成像并被接着观看或其中显示器被直接观看以及被作为摄像机图像的部分观看。当LFD显示器20在电影布景的背景中或是电视播送或记录的事件的场景的部分时，这些情况出现。摄像机灵敏度不与常规RGB显示器很好地匹配，使得与显示器的实际视觉外观比较，显示器在被示为摄像机或视频图像时看起来非常不同。在很多实例中，在视觉颜色渲染和摄像机颜色渲染中的差异不仅是引人注目的，而且也可能是极其令人分心的。为了抵消在颜色渲染中的这个不和谐，RGB显示器通常被改变，使得它在摄像机上的外观是可接受的(即使它的实际视觉外观在由人视觉系统现场观看时是不可接受的)。
[0046] 本文公开的LFD系统10解决了这个问题，而不必使显示器颜色变得无吸引力。与R、G和B像素110R、110G和110B结合的单独的白色像素110W的使用允许颜色与摄像机响应和人视觉系统响应两者实质上或最佳地匹配。
[0047] 在RGB色域中的特定颜色由被表示为(R,G,B)的其RGB值定义。例如，在具有在0和255之间的颜色值或乘法因子(R,G,B)的8位RGB颜色系统中，颜色红色由(255,0,0)定义，而白色由(255,255,255)定义。白色像素110W的添加增加另一
自由度，使得RGBW颜色系统由四个颜色值(R,G,B,W)定义。在这个RGBW颜色系统中，白色可由(0,0,0,255)、(255,255,255,
0)、(255,255,255,255)或(127,127,127,127)定义。通常，R、G、B和W的不同组合可用于定义给定颜色。
[0048] 为了优化视觉颜色渲染和摄像机颜色渲染两者，颜色值被选择成使得视觉颜色渲染和摄像机颜色渲染实质上匹配(例如在这两种颜色渲染之间的差异被最小化)。这涉及知道或测量摄像机颜色响应CR。人视觉响应(HVR)是已知的。在视觉颜色渲染和摄像机颜色渲染中的差异可由色差ΔE来表征，色差ΔE是在颜色空间中的两种颜色之间的差异的量度。可针对给定的一组颜色来计算ΔE值。
[0049] 图3A是示出确定将在视觉颜色渲染和摄像机颜色渲染之间的差异最小化到在
阈值量δ内的最佳颜色值CO＝(RO,GO,BO,WO)的示例方法的流程图200。在步骤202中，提供了输入颜色Ci＝(Ri,Gi,Bi,Wi)的初始集合。在步骤204-V中，输入颜色Ci被用与直接观看LFD系统10相关的“视觉”响应来处理以确定(计算)与直接观看LFD 20相关的一组视觉响应值CV＝(RV,GV,BV,WV)。视觉响应颜色CV也可被称为“显示响应颜色”，指颜色是观看者在直接观看显示器时而不是经由摄像机40看到的事物的事实。
[0050] 同时，在步骤204-CR中，这组输入颜色Ci被使用已知或所测量的摄像机响应CR处理以确定(计算)与通过摄像机40观看LFD 20相关的一组摄像机响应颜色CCR＝(RCR,GCR,BCR,WCR)。在下一步骤206中，视觉响应颜色CV和摄像机响应颜色CCR然后用于计算一组色差ΔE。这个过程被表示为ΔE(CV,CCR)。
[0051] 在步骤208，这组色差ΔE(CV,CCR)与表示在视觉颜色渲染与摄像机颜色渲染之间的差异的前面提到的阈值量δ比较。在这里注意，阈值量δ可基于被比较的特定颜色而改变，因为可能是在实现令人满意的颜色匹配时某些颜色比其它颜色更重要。
[0052] 如果这组色差ΔE(CV,CCR)不小于阈值量δ，则该方法继续前进到步骤210，其改变输入颜色Ci。如上所述的方法步骤202到208然后以改变的输入颜色Ci重复。如果在步骤208中的比较指示这组色差ΔE(CV,CCR)小于阈值量δ，则该方法继续前进到步骤212，其中导致在步骤208中的肯定(“是”)结果的输入颜色Ci被识别为用于执行颜色匹配(即用于具有在视觉颜色渲染与摄像机颜色渲染之间的可接受的(和可选地最小)差异)的颜色。特别是，使用步骤212的颜色匹配的颜色Ci来配置LFD系统10。可使用发光体C或CRI彩色基准来执行该方法。
[0053] 图3B是类似于图3A的流程图并示出一个例子，其中摄像机响应颜色CCR被基于视觉响应颜色CV确定。图4是图3B的颜色匹配方法的示例流程图。图4的流程图包括与不同的方法步骤相关的各种光谱；特别是，分别示出LFD系统10和摄像机40的响应图300-1和300-2。在示例方法中，例如来自MacBeth的色卡 比色图表或相似的比
色图表的彩色基准304用于建立ΔE数据。曲线图310包括基于使用来自LFD20的光照亮彩色基准的彩色基准304的单独颜色的(标准化)光谱反射值。曲线图310的光谱响应表示显示或视觉响应颜色CV。这些光谱响应由摄像机响应(直接或经由基于已知摄像机响应的计算)处理以得到摄像机响应颜色CCR。此时，ΔE(CV,CCR)被计算，然后通过运算∑ΔEi＝min被最小化。从最小化运算产生的颜色Ci用于LFD系统10。因而产生的颜色匹配分别在LFD系统10和摄像机40的曲线图320-1和320-2中示出，且颜色匹配的质量反映在这两个曲线图的相似性中。
[0054] 可做出各种修改和添加而不偏离本发明的精神和范围。上面所述的各种实施方式中的每个的特征可视情况与其它所述的实施方式的特征组合，以便在相关新实施方式中提供多个特征组合。此外，虽然前文描述了多个单独的实施方式，但是在本文所述的内容仅仅说明本发明的原理的应用。此外，尽管本文的特定方法可被示出和/或描述为被以特定的顺序执行，但是该顺序在普通技能范围内是高度可变的以实现本公开的方面。因此，这个描述旨在仅仅通过示例的方式来进行，并且不旨在以其它方式限定本发明的范围。
[0055] 在上面公开并在附图中示出示例性实施方式。本领域中的技术人员将理解，可对在本文特别公开的内容做出各种变化、省略和添加而不偏离本发明的精神和范围。
