有源矩阵显示器中的选择性黑电平控制

技术领域

本公开涉及有源矩阵显示器的操作，特别是涉及对这种显示器中的黑电平的控制。

背景技术

有源矩阵显示器(诸如有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器)广泛用于许多设备，诸如手机、平板电脑、笔记本电脑和台式显示器。AMOLED显示器发展的趋势是增加显示器分辨率和刷新率/帧速率。例如，QHD/4k分辨率和120Hz刷新率目前在手机中使用的AMOLED显示器中很常见。这种趋势的结果是对用于驱动具有高分辨率和快速刷新率的显示器的显示器驱动电路的需求增加。例如，相比于具有7.1μs行线的行线时间的FHD(即1080x2340)60Hz显示器，对于具有120Hz刷新率的QHD(即1440x3200)分辨率显示器，列驱动器电路将灰度级电压数据传输到像素电路的可用时间(称为“行线时间”)仅为2.6μs。

随着行线时间变得非常短，列线驱动器集成电路(IC)在给定行线时间内将数据线完全充电到目标V

发明内容

公开了用于减小有源矩阵显示器中(诸如在具有高分辨率和高刷新率的显示器中)的数据线的电阻/电容负载的不期望的影响的技术。特别地，对于某些暗像素，能够略微增加黑色或接近黑色像素的灰度级，以减小寻址数据线上的相邻像素所需的数据电压的动态范围。这样的技术能够减小显示的图像帧中的不期望的视觉伪影，该伪影可能源自由于数据电压的有限上升和衰减时间而导致的像素充电不足。

通常，在第一方面中，本公开的特征在于一种方法，包括：(a)由计算系统接收与用于在显示面板上显示的图像帧相对应的初始图像帧数据，该显示面板包括电连接到计算系统的显示驱动电路的像素阵列，其中，该显示面板的每个像素在图像帧的呈现期间的亮度对应于基于初始图像帧数据中的该相应像素的灰度级而提供给像素的电压；(b)由计算系统根据初始图像帧数据来识别与图像帧中的像素相对应的暗像素，图像帧中的相应像素的灰度级处于或低于第一阈值灰度级；(c)由计算系统根据初始图像帧数据来识别与所述暗像素的子集相对应的要修改的像素，该暗像素与具有等于或超过第二阈值灰度级的灰度级的至少一个亮像素相邻；(d)由计算机系统将要修改的像素的灰度级增加增量灰度级量，以提供修改后的图像帧数据，该修改后的图像帧数据由下述部分组成：(i)与具有相对于初始图像帧数据中的灰度级已增加了增量灰度级量的灰度级的至少一个亮像素相邻的暗像素，以及(ii)来自初始图像帧数据的具有灰度级的其他像素；以及(e)使用修改后的图像帧数据在显示面板上显示图像帧。

该方法的实施方式能够包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，识别要修改的像素能够还包括将要由计算系统修改的像素识别为与不另一暗像素相邻(例如，垂直相邻)的暗像素。

该方法能够包括基于显示面板的明亮度设置来改变第一阈值灰度级、第二阈值灰度级和增量灰度级量中的至少一个。计算系统能够被配置为：对于第一明亮度设置，将增量灰度级量设置为第一值；以及对于低于第一明亮度设置的第二明亮度设置，将增量灰度级量设置为低于第一值的第二值。

要修改的像素仅是位于显示面板的边缘处或显示面板的边缘附近的像素。

显示面板能够是全色有源矩阵显示面板，并且能够根据初始图像帧数据基于每个色彩子像素的灰度级来识别暗像素。

显示面板能够是全色有源矩阵显示面板，并且能够根据初始图像帧数据基于仅一个色彩子像素的灰度级来识别暗像素。

对于具有不同长度的数据线，增量灰度级量的值能够是不同的，显示面板的每个数据线将电压输送到对应的像素列。对于第一数据线，增量灰度级量的第一值能够大于比第一数据线更短的第二数据线的增量灰度级量的第二值。

与施加到初始图像帧数据的像素的电压的动态范围相比，能够使用修改后的图像帧数据来减小当显示图像帧时施加到像素上的电压的动态范围。

显示面板能够以60Hz或更高的刷新率来刷新。

显示面板能够具有全高清分辨率或更高分辨率。

通常，在另一个方面，本发明的特征在于一种设备，该设备包括：具有像素阵列的显示面板，其中，在图像帧的呈现期间，显示面板的每个像素的亮度对应于基于初始图像帧数据中的相应像素的灰度级而提供给像素的电压；以及计算系统，该计算系统与显示面板通信，并且被配置为在设备的操作期间向像素提供电压，其中，计算机系统被配置为：(a)接收与用于在显示面板上显示的图像帧相对应的初始图像帧数据；(b)根据初始图像帧数据，识别与图像帧中的像素相对应的暗像素，图像帧中的相应像素的灰度级处于或低于第一阈值灰度级；(c)根据所述初始图像帧数据，识别与灰度级处于或超过第二阈值灰度级的至少一个亮像素相邻的暗像素的子集相对应的要修改的像素；(d)将要修改的像素的灰度级增加增量灰度级量，以提供修改后的图像帧数据，该修改后的图像帧数据由以下部分组成：(i)与具有相对于在初始图像帧数据中的灰度值已增加了增量灰度级量的灰度级的至少一个亮像素相邻的暗像素，以及(ii)来自初始图像帧数据的具有灰度级的其他像素；以及(e)使用修改后的图像帧数据在显示面板上显示图像帧。

该设备的实施例能够包括以下特征中的一个或多个。例如，计算系统能够包括列线驱动器和扫描线驱动器，该列线驱动器和该扫描线驱动器被配置为分别向显示面板的列线和扫描线同步施加电压，以使用修改后的图像帧数据在显示面板上显示图像帧。

显示面板能够是全色有源矩阵显示面板。

计算系统能够被配置为使得要修改的像素仅是位于显示面板的边缘处或显示面板的边缘附近的像素。

计算系统能够被配置为使得与针对初始图像帧数据施加到像素的电压的动态范围相比，使用修改后的图像帧数据来减小在显示图像帧时施加到像素的电压的动态范围。

显示面板能够具有全高清分辨率或更高分辨率。

显示面板能够是有机发光二极管(OLED)显示面板。

该设备能够是智能手机、平板电脑或可穿戴设备。其他优点将从说明书、附图和权利要求中变得明显。

附图说明

图1A是示例有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示面板的一部分的平面图。

图1B是包括图1A中所示的AMOLED显示面板的示例系统的示意图。

图1C是用于AMOLED显示面板的示例像素电路的电路图。

图2示出了示出用于AMOLED显示器的示例寻址方案的扫描信号和数据信号的时序的曲线图。

图3A示出了扫描信号和数据信号的曲线图，其中，对于灰度级，行线时间大于数据信号的上升时间。

图3B示出了扫描信号和数据信号的曲线图，其中，对于灰度级，行线时间短于数据信号的上升时间。

图4示出了一个单点马赛克图案。

图5A是示出AMOLED显示器的数据线电压和灰度级之间的示例关系的曲线图。

图5B是示出AMOLED显示器的像素亮度和灰度级之间的示例关系的曲线图。

图6A-6B示出了暗像素分别具有灰度级0和灰度级3的单点马赛克图案。

图7是示出用于生成包括具有修改后的灰度级的暗像素的修改后的图像帧数据的示例技术的流程图。

附图中相同的附图标记指定相同的元素。

具体实施方式

参考图1A和1B，有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示面板100包括有源区域110，有源区域110由像素112的阵列组成，每个像素具有在操作期间发光的一个或多个OLED。有源区域110由边框120包围，边框120框住有源区域110的边缘，并为用于操作显示器和/或其他设备(诸如正面传感器)的电路提供空间。显示面板100还包括各种显示驱动器电路，其包括列线驱动器130、扫描线驱动器140、时序控制器150，它们被电连接到片上系统(SOC)控制器160。SOC控制器160经由总线连接到包括存储器(例如，易失性和非易失性存储器)的一个或多个其他电子部件199，并且包括一个或更多个处理单元(例如，DPU、GPU)。SoC控制器160和一个或多个电子部件能够被安装在电连接到显示面板100的公共电路板190上。与有源区域110通信的各种电子组件共同构成计算系统。

显示面板100还包括柔性电路125，柔性电路125能够支持一个或多个集成电路芯片(例如，诸如图1A所描绘的列驱动器130)。柔性电路125能够被折叠在有源区域110后面，从而将集成电路芯片隐藏在有源区域后面。

有源区域110包括沿着显示器的长方向(即y轴或垂直轴)延伸的多个垂直列数据线131。列数据线沿着有源区域110的垂直长度延伸，并连接到在显示面板100的底部的列驱动器130。有源区域110还包括连接到扫描线驱动器140的多个水平扫描线141(沿x方向)。

图1A还示出了显示器的区域135，其涵盖其中列数据线131从列驱动器130延伸到有源区域110的部分。对于所图示的几何形状，列驱动器130位于离有源区域110的多个垂直边缘大约等距离的位置，尽管其他布置也是可能的(例如，列IC驱动器可以位于比其他边缘更靠近一个边缘的位置)。因为列驱动器130具有比有源区域110更窄的宽度，所以这意味着靠近有源区域110的垂直边缘延伸的列数据线的长度比更靠近有源区域的中心的列数据线的长度更长。长度差的示例是靠近有源区域110的左垂直边缘延伸的第一列数据线131'和靠近中心延伸的第二列数据线131”。下面将讨论这种数据线长度差的潜在意义。

显示面板100具有与面板中的像素112的数量相对应的分辨率。在一些实施例中，面板100具有高分辨率(例如，超过一百万像素)。例如，面板100可以是FHD显示面板(即1080x2340像素)、QHD显示面板(例如1440x3200像素)、4K UHD(即2160x3840像素)等。各种纵横比(即长宽比)是可能的，例如包括16:9、4:3和21:9。

通常，在AMOLED显示器中，每个像素112包括具有多个晶体管、一个或多个电容器和有机发光二极管OLED的像素电路。图1C示出了包括两个晶体管T1和T2以及一个电容器C

由每个像素112针对给定图像帧发射的光量取决于该帧期间该像素的灰度级电压V

参考图2，在典型的有源矩阵寻址方案中，扫描信号由扫描线驱动器140顺序地输送到显示器的每个扫描线141。扫描信号的脉冲长度被称为行线时间。图2中图示了三个顺序扫描线的扫描信号的相对时序。时序控制器150同步经由列线驱动器130向每个数据线131输送灰度级电压数据，使得适当的灰度级电压电压数据V

据信，随着行线时间变得非常短，列线驱动器IC变得越来越难在给定行线时间内将数据线完全充电到目标V

在任何一种情况下，由于数据线的寄生电容和固有电阻，数据线上的任何电压变化是由有限的上升时间t

通过分别比较图3A和图3B中的V

相反，图3B中描绘的行线时间相对较短，比图3A中从基线到相同目标电平的V

结果，当显示某些图像时，由于AMOLED显示器中的高RC(电阻、电容)和短线时间导致的V

这种不均匀性可能特别明显的示例是图4所示的“单点马赛克图案”，其由白色像素(即最高亮度水平)和黑色像素(即最低亮度水平)的棋盘图案组成。对于包含该图案的图像帧，V

该行业的高屏幕与机身比率趋势能够加剧这一问题，因为底部边框较小会使得面板底部区域的线长差异更大。结果，亮度/色彩偏移能够更容易地发生在显示器的边缘，这是继而亮度/色彩不均匀性倾向于更明显的地方。

能够通过减小某些像素之间的V

灰度级和V

图5B示出了从灰度级0到灰度级255的像素亮度(以尼特为单位)。该曲线从0到255单调但非线性地增加。梯度在灰度级0处最低，并且在灰度级255处增加到其最陡。具体地，从0到1的灰度级步长将亮度增加小于0.02尼特，而从254到255的灰度级步长将亮度增加超过3尼特。

值得重复的是，图5A和5B中所示的曲线仅仅是示例。其他显示器能够展现不同的关系和/或值但是相似形状的曲线。

基于该行为，可能调整黑色或接近黑色像素的灰度级值，以在比图像数据值稍高的灰度级下操作。当黑色或接近黑色的像素与一个或多个相对亮的像素相邻(例如，垂直相邻，由同一列数据线寻址)时，与升高的灰度级相关联的增加的明亮度几乎是不可察觉的。例如，对于8位色彩图像(例如，其中，每个RGB子像素能够具有从0至255的灰度级)，当像素相邻(例如，垂直相邻)具有例如200或更大的灰度级的像素时，具有4或更低灰度级的像素能够使其灰度级增加，例如增加1-5个灰度级。

作为另外的示例，当图像由单点马赛克组成以在具有400尼特明亮度设置的显示器上显示时，原始显示明亮度是200尼特(因为只有一半的像素与图像图案一致)。向黑色像素增加三个灰度级将亮度增加变为200.007尼特，即增加0.007尼特。然而，随着黑色像素的灰度级增加三，数据线中的V

因此，随着电压摆动范围降低，能够减轻来自缓慢像素充电的亮度/色彩变化。

根据这种方法，灰度级偏移仅在亮像素相邻(例如，垂直相邻)时发生，因此它不损害暗像素，并且不使图像中大的暗区域的图像质量退化，从而保持AMOLED显示器的高对比度。

对于单点马赛克图案，这种效果在图6A和6B中图示，图6A和图6B分别示出了灰度级为零(图6A)和灰度级为三(图6B)的单点马赛克图案。在这两种情况下，白色像素的灰度级都是255(即，最大值)。

在一些实施方式中，能够根据图7中所示的流程图700来执行有源矩阵显示器中的选择性黑电平控制。能够通过显示驱动器集成电路或在图形或中央处理单元中实现该方法，该图形或中央处理单元是结合显示面板的设备的一部分。最初，系统为“暗”像素指定阈值灰度级(711)，为“亮”像素指定阈值灰度级(712)。例如，对于8位色彩图像，“暗”像素能够是灰度级为6或更小(例如，5或更小、4或更小、3或更小、2或更小、1或零)的像素。“亮”像素能够是灰度级为200或更大(例如，210或更大、220或更大、230或更大，240或更大、250或更大)的像素。对于色彩显示器，这些阈值每个分别应用于一个子像素灰度级。例如，“暗”像素能够对应于RGB每个灰度级均低于阈值的像素。对应地，“亮”像素可以对应于每个RGB灰度级均超过阈值的像素。在一些实施例中，能够为每种色彩建立不同的阈值。例如，绿色子像素灰度级能够具有与蓝色或红色不同(例如，对于暗像素更低和/或对于亮像素更高)的阈值灰度级。

该系统还指定了一个(或多个)增量灰度级步骤713。该一个或多个值是指灰度级的增量增加，该增量增加将被应用于与亮像素相邻(例如，垂直相邻)的暗像素，以减轻数据信号中的大V

通常，阈值711和712以及一个(或多个)增量灰度级步骤613被选择使得它们导致V

阈值和灰度级阶跃值能够被编程到显示器的固件中，或者稍后由显示器的积分器建立，例如，被编程到移动设备或最终用户中。在一些实施例中，这些阈值是在显示器的校准过程中建立的。

图像帧数据710通常从帧缓冲器提供给显示驱动器，并且对于每个帧，由每个子像素的灰度级组成。在步骤715中，数据处理单元接收帧数据710，并且在过程720中，基于暗像素阈值711来识别图像帧中的每个像素是否是暗像素。

对于处于或低于暗像素阈值的那些像素，即，被识别为暗像素的像素，在过程725中，算法确定暗像素是否在垂直方向(y轴)上与亮像素相邻并且不与暗像素相邻。能够通过检查与暗像素相邻的每个像素是否满足或超过亮像素阈值712来进行该确定。

对于与亮像素相邻而不与另一个暗像素相邻的暗像素，在过程730中将灰度级增加增量713。这些像素中的每一个都能够被增加相同的增量，而不管它们的灰度级，或者能够取决于灰度级使用不同的增量。替代地或附加地，增量能够取决于相邻亮像素的灰度级而变化。例如，在亮的相邻像素显著超过阈值量712的情况下，能够使用更大的增量。

非暗像素或不与亮像素相邻的暗像素的灰度级保持不变(过程735)。

最后，该算法将修改后的暗像素与未改变的像素相结合，以提供由修改后的灰度级组成的图像数据，并用显示器显示图像(过程740)。

其他因素也能够被用于确定对暗像素灰度级的修改。例如，根据整个图像帧的明亮度调整对暗像素灰度级的增量改变。例如，较亮的图像能够利用对暗像素比更暗的图像更高的增量变化。这能够在逐帧的基础上建立，或者能够经由设备的操作系统基于显示设置被修改。例如，如果用户增加显示器的明亮度，或者如果基于环境光传感器测量值自动地增加显示器明亮度，则设备能够自动地调整对于暗像素的增量变化。例如，如果显示器的明亮度被设置为400尼特，则暗像素阈值能够被设置为灰度级4，亮像素阈值能够被设置为200，并且增量变化能够被设置成3。替代地或附加地，对于100尼特的显示明亮度设置，暗像素阈值能够被设置为灰度级2，并且亮像素阈值能够被设置为250。此场景的增量灰度级变化能够被设置为1。在非常低的明亮度设置(例如，20尼特或更低)下，能够关闭图像数据修改。

在其他情况下，图像数据修改也能够被关闭(自动地关闭或由用户关闭)。例如，当显示HDR(高动态范围)内容时，或者在可期望非常低的黑电平亮度的其他场景中，图像数据修改能够被关闭。

在一些实施例中，在全色显示器中只能够处理单个色彩通道。例如，在一些实施方式中，三个色彩通道中的一个或两个可能更容易受到上述慢充电效应的影响。在这种情况下，本文中描述的图像数据修改技术能够仅应用于那些色彩通道。将处理限制为仅一个或两个色彩通道能够减小实现该技术所需的数据处理资源。

替代地或附加地，图像数据修改技术能够仅应用于显示面板的某些区域(诸如在显示器的长边缘处)的图像数据。在显示器的中心处或附近的列线(例如，列的中间50％)的灰度级能够保持不变、改变较小的增量、或者基于较低的暗像素阈值和/或较高的亮像素阈值，而显示器左侧和右侧(例如最靠近每个边的25％的列)的像素的灰度级能够被更大程度地修改。

在一些实施方式中，暗像素阈值和亮像素阈值和/或增量修改能够取决于数据线的长度而变化。较长的数据线能够具有比相对较短的数据线更高的暗像素阈值。较长的数据线能够具有比相对较短的数据线更低的亮像素阈值。替代地或附加地，较长的数据线能够具有比相对较短的数据线更大的增量灰度级增加。

虽然上面公开了示例实施例，但是其他实施方式也是可能的。例如，虽然在图1A中描绘了列驱动器130相对于显示器有源区域110的特定布置，但是其他几何形状也是可能的。例如，列驱动器能够位于比其他边缘更靠近显示器的一个边缘的位置，而不是在垂直边缘之间近似等距，从而导致在像素有源区域的一个边缘处的数据线相对较短，并且线朝向相反边缘变得越来越长。

通常，以上公开的技术能够被用于各种形式因素的AMOLED面板中，诸如移动电话、平板电脑、膝上型计算机、台式显示器和电视。还考虑在可穿戴设备中的使用，诸如智能手表和头戴式显示器(例如，用于AR或VR应用)。还考虑在汽车显示器中使用该技术。

此外，虽然前述示例涉及AMOLED显示面板，但更一般地，本文中所公开的技术能够被应用于其它类型的主动寻址显示面板，诸如有源矩阵LCD显示面板和有源矩阵microLED显示面板。

通常，本文中公开的技术的各方面可以以硬件、软件、固件或其任意组合实现。在实现为软件的情况下，方法步骤、动作或操作可以被编程或编码为计算机可读指令，并且以电子、磁性或光学方式记录在非瞬态计算机可读介质、计算机可读存储器、机器可读存储器或计算机程序产品上。换言之，计算机可读存储器或计算机可读介质包括代码中的指令，当这些指令被加载到存储器中并在计算设备的处理器上执行时，使得计算设备执行一个或多个前述方法。在软件实施方式中，软件组件和模块可以使用标准编程语言实现，标准编程语言包括但不限于面向对象语言(例如Java、C++、C#、Smalltalk等)、函数语言(例如ML、Lisp、Scheme等)、过程语言(例如C、Pascal、Ada、Modula等)、脚本语言(例如Perl、Ruby、Python、JavaScript、VBScript等)、声明性语言(例如SQL、Prolog等)或任何其他合适的编程语言、版本、扩展或其组合。

非临时性计算机可读介质能够是包含、存储、传送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的任何手段。计算机可读介质可以是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或任何半导体系统或设备。例如，用于执行本文中公开的方法的计算机可执行代码可以有形地记录在计算机可读介质上，该计算机可读介质包括但不限于软盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、EPROM、闪存或任何合适的存储卡等。

该方法也可以在硬件中实现。硬件实现能够采用具有用于在数据信号上实现逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当组合逻辑门的专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵(FPGA)等。硬件能够是包括执行存储在存储器中的计算机可执行程序指令的一个或多个计算机处理器的计算系统。例如，一个或多个计算机处理器能够是微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)。计算机处理器还可以包括PLC、可编程中断控制器(PIC)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程序只读存储器(PROM)、电子可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)或其他类似器件。

已经描述了许多实施方式。其他实施例在所附权利要求中。