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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Displayeinrichtungen
wie etwa Flüssigkristalldisplayeinrichtungen
("LCD") und dergleichen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Steuern des Kontrasts für solche LCDs, insbesondere
Aktivmatrix-LCDs, bei gleichzeitigem Empfangen von Videodaten mit
einem großen
Dynamikbereich.
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Ein "Bild" ist ein Muster aus
physikalischem Licht. Eine "Bildausgabeeinrichtung" ist eine Einrichtung, die
eine ein Bild definierende Ausgabe bereitstellen kann. Ein "Display" ist eine Bildausgabeeinrichtung,
die einem Betrachter Informationen in einer sichtbaren Form liefern
kann. Ein "Flüssigkristalldisplay" ("LCD") ist eine Displayeinrichtung,
die eine Flüssigkristallzelle
mit Lichttransmissionscharakteristik enthält, die in Teilen der Zelle
durch ein Array aus Lichtsteuereinheiten gesteuert werden kann,
um die Darstellung eines Bilds zu verursachen. Eine "Flüssigkristallzelle" ist ein Gehäuse, das
ein Flüssigkristallmaterial
enthält.
Ein "Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplay" ("AMLCD") ist eine LCD, bei
der jede Lichtsteuereinheit ein nichtlineares schaltendes Element
aufweist, das die Darstellung eines Bildsegments durch Steuern einer
Lichttransmissionscharakteristik eines benachbarten Teils der Flüssigkristallzelle
verursacht. Eine LCD kann mehrere elektrisch getrennte Displaygebiete
aufweisen, wobei jedes Displaygebiet auch als eine Displayzelle
bekannt ist, oder wenn die Gebiete einen kleinen Abschnitt des Displays
bezeichnen, ist jedes Displaygebiet als ein "Pixel" bezeichnet. Jedes Pixel in einer hochdichten
Displaymatrix wie etwa für
LCDs erfordert seinen eigenen aktiven (Schaltelement) Treiber (zum
Beispiel einen Dünnfilmtransistor).
Bei den Lichtsteuereinheiten kann es sich beispielsweise um binäre Steuereinheiten
handeln.
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Aufgrund
der großen
Anforderungen an Avionikdisplays werden LCD-Einrichtungen in der
jüngsten Vergangenheit
populärer
in Avionikdisplays eingesetzt als andere massive Bilddisplayelemente,
und zwar wegen des geringen Stromverbrauchs der LCD-Elemente. Außerdem verwenden
PCs, tragbare Spielgeräte
und andere Einrichtungen, die eine visuelle Schnittstelle erfordern,
oftmals LCDs zum Anzeigen von Daten. Solche LCDs können über eine
Matrix wie etwa eine Aktivmatrix-LCD
adressiert werden, doch ist die Verwendung eines Dünnfilmtransistors
mit jedem Pixel in einer Aktivmatrix-LCD für eine hohe Auflösung erforderlich.
In jüngster
Zeit haben sich auch Farb-LCDs im allgemeinen Gebrauch durchgesetzt.
Der stärkere
Einsatz der Farb-LCDs ist teilweise auf ihre Verfügbarkeit
zurückzuführen, und
eine Farbpixeldichte von 100 pro Inch kann ohne weiteres erzielt
werden.
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LCDs
werden im allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Passivmatrix-LCDs
und Aktivmatrix-LCDs. Aktivmatrix-LCDs sind wegen ihrer ausgezeichneten
Bildqualität,
hohen Geschwindigkeit, ihrem hohen Kontrastverhältnis (d.h. Verhältnis des
größten zum
kleinsten Luminanzwert in der LCD) und der hervorragenden Farbqualität populärer als
Passivmatrix-LCDs. Obwohl die Passivmatrix-LCDs wegen ihrer einfachen
Strukturen und geringeren Herstellungskosten vorteilhafterweise
für die
hochdichte Integration verwendet werden, weisen die Passivmatrix-LCD-Elemente
ein Nebensprechen zu einer nicht ausgewählten Zelle auf, und es kann
keine Erhöhung
der Auflösung
erzielt werden, die eine Aufgabe der hochdichten Integration ist.
Im Gegensatz dazu kann bei den Aktivmatrix-LCDs ein Nebensprechen
zu einer nicht ausgewählten
Zelle ohne irgendwelche Probleme unterdrückt werden, und ein Bild mit
einer hohen Auflösung
kann erzielt werden, wodurch die Bildqualität erheblich verbessert wird.
Auf diese Weise ist in den vergangenen Jahren eine große Anzahl
von Aktivmatrix-LCDs
verwendet worden. Außerdem
arbeiten Passivmatrix- und
Aktivmatrix-LCDs mit einem Hintergrundlicht, das in der Regel eine
Leuchtstofflampe ist.
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Sowohl
die Aktivmatrix- als auch die Passivmatrix-LCDs sind eine Matrix
aus Zeilen- und Spaltenelektroden mit einem Pixel am Schnittpunkt
jeder Zeile und Spalte. Die Aktivmatrix-LCD stellt einen Transistor
am Schnittpunkt jeder Zeilen- und Spaltenelektrode bereit, um die
Spannungssteuerung jedes Pixels stark zu verbessern. Die LCD wird
angesteuert, indem die Videospannung an die Pixel jeweils einer
Zeile angelegt wird. Die LCD wird mit einer Frequenz aufgefrischt,
die das Flimmern der LCD minimiert, in der Regel über 30 Hz. Bei
einer typischen LCD-Architektur werden die Zeilenelektroden zum
Auswählen
der Zeile verwendet, die angesteuert werden soll, und die Spaltenelektrode
liefert die Treiberspannung, die zum Bestimmen der Grauschattierung
oder des Pegels des Pixels an dem Schnittpunkt der ausgewählten Zeile
und Spalte verwendet wird. Bei einer Passivmatrix-LCD bestimmt der
quadratische Mittelwert der Spannung am Pixel nach Bestimmung durch
die Auswahlleitungsspannung und die Graupegelspannung den Graupegel
des Pixels. Bei einer Aktivmatrix-LCD bestimmt die vom Transistor
am Pixel gelieferte Graupegelspannung den Graupegel.
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Beide
Kategorien von LCDs erfordern Lichtstrahlen von einem Hintergrundlicht,
um Farben zu erzeugen. Das Hintergrundlicht erzeugt eine Bildebene
aus Licht unter der LCD, die wiederum das Farbdisplay erzeugt. Sowohl
bei Passivmatrix- als auch Aktivmatrix-Systemen wird die Farbe durch
ein Array von Farbfiltern erzeugt.
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Bei
diesen LCDs jedoch entstehen die folgenden Probleme. Die Bildqualität von Aktivmatrix-LCDs
ist bei einigen Kontrasteinstellungen und Betrachtungswinkeln unter
dem Standard. Außerdem ändert sich
die Bild qualität
mit dem Kontrast. Unter dem Gesichtspunkt der Verwendbarkeit existiert
recht viel Unzufriedenheit mit der Kontrast- und Bildqualität von Aktivmatrix-LCDs.
Die Kontraststeuerung funktioniert an einer CRT, und Benutzer wünschen diese
Art von Schnittstelle, da sie sich damit auskennen, und das Displaybild
ist attraktiv. Wenn bei einer CRT der Kontrast nach oben und unten
verstellt wird, sieht er gut aus, und er verstellt den Kontrast,
wie man erwarten würde.
Die Kontraststeuerung bei einer CRT ist sehr reibungslos und sehr
durchgehend. Daß die
Situation des LCD-Kontrasts
im Vergleich zur CRT schwierig zu verstellen ist, hängt direkt
mit der Tatsache zusammen, daß eine
LCD eine begrenzte Anzahl von Grauschattierungen aufweist, zum Beispiel 64
Grauschattierungen, wohingegen eine CRT im wesentlichen unendliche
analoge Schattierungen aufweist. Es besteht somit ein Bedarf daran,
eine bessere Bildqualität
und eine bessere Steuerung des LCD-Kontrasts des Videoeingangs zu
erhalten, damit sie der Qualität,
die mit einer CRT erreicht wird, wenn ihr Kontrast verstellt wird,
mehr ähnlich
sieht oder dieser entspricht. Es besteht ein Wunsch dahingehend,
diese Parodie mit einer LCD zu erzielen, wenn ihr Videokontrast
verstellt wird. Eine Erörterung
der manuellen Kontraststeuerung von CRTs findet man in den meisten
Lehrbüchern,
beispielsweise Bernard Grob, Basic Television Principles and Servicing,
S. 267-268 (4. Aufl. 1975).
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LCDs
mit den obigen Mängeln
werden nicht zufriedenstellend in Bilddisplayeinrichtungen verwendet, die
populärerweise
in Avionik- und industriellen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere
in Militärflugzeugen;
es werden Bilddisplayeinrichtungen gewünscht, die die obigen Mängel nicht
aufweisen. Bis heute haben zu einigen versuchten Lösungen für das Problem
die klassische Kontrastverstärkungsfunktion,
der digitale Kontrast zu Eingabevideo und Kontraständerungen
gezählt.
Die klassische Kontrastverstärkungsfunktion erfordert
Helligkeit als eine Videoverstellung. An LCDs wird die Helligkeit
des Videos durch Verstellen des Hintergrundlichts gesteuert. Die
Kontraständerungslösung steuert
den Kontrast durch Auswahl unter den existierenden Grauschattierungen
nach Bestimmung durch das LCD-Treibersystem.
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Die
Betrachtbarkeit eines Bilds auf einer LCD wird im allgemeinen durch
die Helligkeit und den Kontrast der LCD und das Videosignal entsprechend
dem Bild bestimmt. Die Luminanz jedes LCD-Pixels entspricht der
Amplitude des Videosignals für
das Pixel. Hohe Amplituden entsprechen in der Regel sehr hellen Pixeln,
während
niedrige Amplituden im allgemeinen dunklen Pixeln entsprechen. Der
Bereich zwischen der kleinsten und größten Amplitude und die entsprechenden
Luminanzgrade können
in eine fast unbegrenzte Anzahl von Luminanzpegeln unterteilt werden,
was die Feinheiten der Schattierung und Farbe widerspiegelt, die von
dem Videosignal dargestellt werden. Die Helligkeits- und Kontrastjustierungen
der LCD andererseits sind im wesentlichen statisch. Herkömmlicherweise
entspricht Helligkeit einem zu dem Videosignal addierten Gleichstromsignal,
so daß der
Gesamtsignalpegel angehoben wird. Dadurch wird das Gesamtdisplay
heller. Bei CRT-Displays
wird die Gleichstromkomponente zum Videosignal addiert. Bei LCDs
reagiert das Hintergrundlichtsystem auf die Helligkeitssteuerung.
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Der
Kontrast andererseits steht zur Verstärkung des Videosignals in Beziehung.
Somit werden bei zunehmendem Kontrast helle Pixel sehr hell, während relativ
dunkle Pixel nur geringfügig
heller werden. Im allgemeinen ist der Kontrast einer LCD der Grad
an Tonunterschied zwischen den hellsten und dunkelsten Bereichen.
in einer LCD; der Kontrast ist auch die subjektive Einschätzung der
Differenz im Erscheinungsbild von zwei Teilen eines Blickfelds,
die gleichzeitig oder nacheinander gesehen werden. Kontrast ist
eine Funktion der Flüssigkristall molekülausrichtung,
-treiberspannung und des -betrachtungswinkels. Der Benutzer ist
in der Lage, die Betrachtbarkeit des Bilds über die Kontraststeuerung von
Hand zu verstellen. Die Kontraststeuerung ist eine manuelle Steuerung,
die mit Bilddisplayeinrichtungen verbunden ist und die das Kontrastverhältnis des reproduzierten
Bilds auf dem Display verstellt. Die Kontraststeuerung ist normalerweise
eine Amplitudensteuerung für
das Bildsignal. Das Kontrastverhältnis
ist das Verhältnis
des größten zum
kleinsten Luminanzwert in einer LCD oder einem Abschnitt davon;
mit anderen Worten ist das Kontrastverhältnis der Bereich der Helligkeit
zwischen Spitzlichtern und Schatten des reproduzierten Bilds auf
einer LCD.
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Herkömmliche
Videodisplays wie etwa CRT-Displays weisen in der Regel auch einen
großen
Dynamikbereich (d.h. eine Reihe von verschiedenen und unterscheidbaren
Farben und Schattierungen) für
das Anzeigen jedes Pixels mit dem entsprechenden Helligkeitsgrad
gemäß dem Videosignal
und den Helligkeits- und Kontrastkriterien auf. Geringe Zunahmen
bei der Amplitude verursachen kleine Zunahmen bei der Helligkeit unabhängig davon,
ob die Zunahme auf eine Änderung
des Videosignals oder der Helligkeits- oder Kontraststeuerung zurückzuführen ist.
Folglich induzieren subtile Unterschiede bei den Videosignalen subtile
Unterschiede in dem von dem Display wiedergegebenen Bild.
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Bei
einigen Anwendungen jedoch sind subtile Unterschiede für den Benutzer
nicht offensichtlich. Beispielsweise ist bei einigen radarbasierten
Abbildungsanwendungen die Dynamikbereich- oder Spitze-zu-Spitze-Schwankung der Videosignalinformationen
relativ gering. Ein CRT-Display zeigt Schwankungen beim Videosignal
als geringfügig
unterschiedliche Schattierungen. Wenn die Schwankungen sehr gering
sind, können die
Unterschiede zwischen unterschiedlichen Schattierungen im Bild so
geringfügig
sein, daß sie
fast nicht wahrnehmbar sind.
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Verschlimmert
wird dieses Problem durch verschiedene moderne Displays, die nicht
den breiten Dynamikbereich von CRT-Displays aufweisen. Begrenzungen
beim Dynamikbereich eines Displays können die Anzeige von Feinheiten
im Bild einschränken
oder sogar negieren. Während
beispielsweise der Dynamikbereich von verschiedenen LCDs nach Art
und Hersteller variiert, weisen LCDs im allgemeinen, insbesondere
im Vergleich zu CRT-Displays, einen begrenzten Dynamikbereich auf.
Eine typische LCD weist einen Dynamikbereich auf, der auf beispielsweise
64 oder sogar 16 Grauschattierungen beschränkt ist.
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Bei
Displays mit einem begrenzten Dynamikbereich ist das effektive Anzeigen
und Betrachten von geringen Schwankungen beim Daten- oder Informationsgehalt
schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.
Bei begrenztem Dynamikbereich werden geringfügige Schwankungen beim Videosignal üblicherweise
in die gleiche Schattierung zusammengefaßt. Infolgedessen können Schwankungen
im Videosignal das wiedergegebene Bild überhaupt nicht beeinflussen,
wodurch wichtige Informationen potentiell verschleiert werden. Es
wäre somit
vorteilhaft, ein System bereitzustellen für die Ausnutzung des verfügbaren Dynamikbereichs
eines Displays, um die Präsentation
von Daten zu verbessern.
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Angesichts
des oben gesagten existiert ein Bedarf an einer Displayarchitektur,
die in der Lage ist, den Displaykontrast über einen großen Dynamikbereich
von Videodaten hinweg bei Hochauflösungsdisplayraten für die Übertragung
zu den Aktivmatrix-LCDs zu steuern.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert
bereit.
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Das
Verfahren kann die Merkmale eines beliebigen einzelnen oder mehrerer
der abhängigen
Ansprüche
2 und 3 enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem
eine Vorrichtung wie in Anspruch 4 definiert bereit.
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Die
Vorrichtung kann die Merkmale eines beliebigen oder mehrerer der
abhängigen
Ansprüche
5 und 6 enthalten.
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Ein
Verfahren zum Steuern des Kontrasts einer Flüssigkristalldisplayeinrichtung
(„LCD") (entweder Passivmatrix
oder Aktivmatrix), bei dem eine Grauskala verwendet wird, während ein
großer
Dynamikbereich an Videodaten zur Anzeige durch die LCD-Einrichtung
empfangen wird, wobei die Grauskala eine begrenzte Anzahl von Grauschattierungen
aufweist, wobei die LCD-Einrichtung
gekennzeichnet ist durch eine Übertragungsfunktion,
wobei die LCD-Einrichtung eine Kontraststeuereinrichtung zur Eingabe
durch einen Benutzer aufweist, wobei die LCD-Einrichtung mit einem
Treiberspannungsgenerator in Verbindung steht, der Treiberspannungen
V an die LCD-Einrichtung liefert, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfaßt:
Bereitstellen mehrerer Nachschlagetabellen, wobei die mehreren Nachschlagetabellen
mehrere Kontrasteinstellungen der LCD-Einrichtung darstellen; und Wählen einer
einzelnen Nachschlagetabelle aus den mehreren Nachschlagetabellen
als Reaktion auf die vom Benutzer durch die Kontraststeuereinrichtung
gewählte
Kontraststeuereinstellung, um die Übertragungsfunktion der LCD-Einrichtung
zu beeinflussen, wobei die einzelne Nachschlagetabelle alle Grauschattierungen
enthält,
die auf der Grauskala mit jeder Kontrasteinstellung zur Verfügung stehen.
Die Werte der Ansteuerspannungen, so daß alle Grauschattierungen mit
jeder Kontrasteinstellung zur Verfügung stehen. Die Übertragungsfunktion
ist nichtlinear und wird definiert durch die Übertragung T als Funktion von
Ansteuerspannungen V, wobei die Übertragungsfunktion mehrere
dynamische Mengen von Ansteuerspannungen V umfaßt und nicht auf eine einzelne
Verteilung der Grauskala fixiert ist. Die Kontrasteinstellung ist
eine Funktion von Signalen, die die auf der LCD-Einrichtung anzuzeigenden
Videodaten darstellen, zu denen digitale Signale, analoge Signale
und modulierte Signale gehören
(z.B. impulsbreiten-, amplitudenmodulierte usw.).
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Außerdem wird
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung
implementiert und eine Speichereinrichtung enthält, die mehrere Nachschlagetabellen
enthält,
wobei die mehreren Nachschlagetabellen mehrere Kontrasteinstellungen
der LCD-Einrichtung darstellen; und Mittel zum Zugreifen auf die
Speichereinrichtung zum Lesen oder Durchsuchen der mehreren Nachschlagetabellen
und zum Wählen
einer einzelnen Nachschlagetabelle unter den mehreren Nachschlagetabellen
als Reaktion auf die vom Benutzer durch die Kontraststeuereinrichtung
gewählte
Kontrasteinstellung, um die Übertragungsfunktion
der LCD-Einrichtung zu beeinflussen, wobei die einzelne Nachschlagetabelle alle
Grauschattierungen enthält,
die auf der Grauskala mit jeder Kontrasteinstellung zur Verfügung stehen.
Das Mittel zum Zugreifen enthält
unter anderem einen Prozessor, einen Zähler, eine programmierbare
Logikeinrichtung, ein frei programmierbares Gatearray, einen Schalter,
in den ein Zähler
eingebaut ist, entweder Dreh- oder Kippschalter usw.
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Die
neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem
Fachmann bei Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung oder können durch die Ausübung der
vorliegenden Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Es versteht
sich jedoch, daß die
ausführliche
Beschreibung der Erfindung und die vorgelegten spezifischen Beispiele
zwar bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung angeben, jedoch nur zu Veranschaulichungszwecken
vorgesehen sind, weil sich verschiedene Änderungen und Modifikationen
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung dem Fachmann anhand der
ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und Ansprüche, die folgen, ergeben. Die
jeweiligen Werte und Konfigurationen, die in dieser nicht beschränkenden
Diskussion erörtert
werden, können
variiert werden und sind lediglich dafür aufgeführt, um eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen und sollen nicht
den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Figuren, in denen sich gleiche Bezugszahlen auf identische
oder von der Funktion her ähnliche
Elemente in den verschiedenen Ansichten beziehen und die in die
Spezifikation eingearbeitet sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen
näher die
vorliegende Erfindung und dienen zusammen mit der ausführlichen
Beschreibung der Erfindung dazu, die Grundlagen der vorliegenden
Erfindung zu erläutern.
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1 ist
ein Übertragungscharakteristikblockschaltbild
eines herkömmlichen
LCD-Videoverarbeitungssystems 100 auf hoher Ebene.
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2 ist
ein Übertragungscharakteristikblockschaltbild
einer Ausführungsform
des LCD-Videoverarbeitungssystems 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf hoher Ebene.
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3 ist
eine graphische Darstellung, die eine beispielhafte Beziehung zwischen
normalisierter LCD-Lichttransmission
als Funktion der Treiberspannung (angelegtes elektrisches Feld)
bei verschiedenen beispielhaften vertikalen Betrachtungswinkeln
veranschaulicht.
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4 ist
ein Diagramm von beispielhaften Nachschlagetabellen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Beschränkung zeigt,
die in herkömmlichen
LCD-Systemen existiert, die 16 Graupegel verwenden.
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6 ist
eine graphische Darstellung, die eine beispielhafte Schwankung der
LCD-Grauskala als Funktion der Schwankung des vertikalen Betrachtungswinkels
veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dem
Fachmann ist die allgemeine Architektur einer Aktivmatrix-LCD-Einrichtung,
wie etwa der, die in Block 180 von 1 gezeigt
ist, wohlbekannt, und ein Beispiel dafür findet sich in dem an Kazuhiro
Noda et al. erteilten US-Patent Nr. 5,585,951, Active Matrix Substrate,
in dem Abschnitt Allgemeiner Stand der Technik, wird aber zur leichteren
Einführung
der vorliegenden Erfindung kurz erörtert. Allgemein umfaßt die Architektur einer
Aktivmatrix-LCD-Einrichtung beispielsweise des lichtdurchlässigen Typs
eine Flüssigkristallzusammensetzung,
die zwischen einem Arraysubstrat und einem Gegensubstrat durch Orientierungsfilme
gehalten wird. Das Arraysubstrat umfaßt mehrere Signalleitungen
und mehrere Scanleitungen, die auf Matrixweise auf einem Glassubstrat
angeordnet sind, wobei Bildelementelektroden durch Dünnfilmtransistoren
(„TFT") angeordnet sind,
die als Schaltelemente in der Nähe
der jeweiligen Verbindungen vorgesehen sind. Bei einigen Implementierungen
sind auch zusätzliche
Kondensatorleitungen im wesentlichen parallel zu den Scanleitungen
auf dem Glassubstrat angeordnet, und ein Isolierfilm ist zwischen
der zusätzlichen
Kondensatorleitung und der Bildelementelektrode angeordnet, um einen
zusätzlichen
Kondensator (Cs) zwischen der zusätzlichen Kondensatorleitung
und Bildelementelektrode bereitzustellen. Bei anderen Implementierungen
sind zusätzliche
Kondensatorleitungen nicht erforderlich und können die Gateleitung verwenden.
Zudem sind bei einigen Implementierungen die jeweiligen Signalleitungen
und Scanleitungen des Arraysubstrats elektrisch an eine Treiberschaltungsplatine
durch eine Leiterplatte („PCB") angeschlossen,
umfassend ein Polyimid oder anderes flexibles Substrat und darauf
ausgebildete Metallverdrahtungen oder ein automatisches Folienbondverfahren
(„TAB"), umfassend eine
Leiterplatte, die Treiberelemente darauf trägt. In einigen Implementierungen
ist zudem die Gegenelektrode des Gegensubstrats elektrisch an das
Arraysubstrat über
eine Übertragung
angeschlossen, umfassend eine Dispersion von elektrisch leitenden
Teilchen. Die Gegenelektrode ist weiterhin beispielsweise durch
das TAB elektrisch an die Treiberschaltungsplatine angeschlossen.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird ein Übertragungscharakteristikblockschaltbild
eines herkömmlichen
LCD-Videoverarbeitungssystems 100 auf
hoher Ebene gezeigt. System 100 ist typisch für eine Implementierung
als PC-Notebook
oder ein robustes Avionikdisplay. Das System 100 arbeitet
unter einem einzelnen festgelegten Satz von LCD-Treiberspannungen,
die durch einen LCD-Treiberspannungsgenerator 170 geliefert
werden. Die LCD 180 weist eine Übertragungsfunktionscharakteristik,
optische oder Lichttransmission T als Funktion von Treiberspannungen
V auf, die auf eine einzelne Verteilung der Grauskala fixiert ist,
und keine benutzergesteuerten Betrachtungswinkel- oder Kontrastjustierungen
sind vorgesehen. Die Übertragungsfunktion
der LCD, die optimiert wird, ist in einem allgemeinen Sinne eine
Videoeingabe zur Bildausgabe (d.h. das aus der LCD heraus emittierte
Licht). Die LCD 180 umfaßt geeigneterweise Komponenten,
die in der Regel mit einem Displaysystem verbunden sind, wie etwa
eine beliebige erforderliche Stromversorgung, Hintergrundlicht,
Steuer- und Treiberschaltungen, Speicheranforderungen und dergleichen.
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Eine
Automatikverstärkungssteuerungs-Nachschlagetabelle
(„AGC-LUT") 130 (falls
aktiviert, was vom Benutzer bestimmt wird) erhält variable Eingangssignale 110,
die Videoeingangspegel und Videoinhalt enthalten (zum Beispiel mittlerer
Videopegel, Schwarzpegel). Außerdem
erhält
die AGC-LUT 130 digitalisierte Signale 124 vom
Videodigitalisierer 120. Die AGC-LUT 130 multipliziert
die digitalisierten Signale 124 mit der Kontrastfunktion,
d.h. Kontrast ist eine Funktion der Verstärkung, was einer Multiplikation
entspricht. Wenn ein analoges Acht-Bit-Videosignal mit einer Acht-Bit-Kontrastverstärkungsfunktion
in der AGC-LUT 150 multipliziert wird, erhält man eine
Sechzehn-Bit-Antwort. Einige LCDs können leider nur sechs Bit an
Informationen anzeigen, weshalb einige der Videoinformationen infolge
des Rundungs- und Abschneidungsprozesses verlorengehen. Wie oben
erörtert
weisen LCDs einen begrenzten Dynamikbereich auf. Wenn beispielsweise
ein ankommendes Videosignal auf 256 Schattierungen quantisiert wird
und die LCD auf 64 Grauschattierungen beschränkt ist, gehen bei typischen
Displays viele der Informationen in dem Videosignal verloren oder
sie lassen sich zumindest nicht mehr wahrnehmen. Dementsprechend
analysiert die unten erörterte
vorliegende Erfindung den Informationsgehalt und verwendet das Videosignal
derart, daß die
Informationen über
einen größeren Teil
des verfügbaren
Dynamikbereichs verteilt werden. Das Verteilen oder Verstärken des
Informationsgehalts des Videosignals gemäß der vorliegenden Erfindung
reduziert auf geeignete Weise den Informationsverlust, der sich
ergeben würde,
wenn die Informationen über
nur einige wenige Grauschattierungen angezeigt werden würden (einen
kleinen Abschnitt des Dynamikbereichs).
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Der
Videodigitalisierer 120 erhält Videodaten von einer Signalquelle
(nicht gezeigt, aber unten ausführlicher
beschrieben) und verarbeitet die Daten auf eine dem Fachmann wohlbekannte
Weise, um digitalisierte Video signale 124 zu erzeugen.
Der Videodigitalisierer 120 erhält separate Datenströme von der
Signalquelle (nicht gezeigt), die beispielsweise drei Primärfarbkomponenten
entsprechen, wie etwa rote, grüne
und blaue („RGB") Farbvideosignale 122.
Die Videosignale 122 werden vom Videodigitalisierer 120 in
digitale Signale 124 konvertiert und an die AGC-LUT 130 geliefert.
Digitale Signale 124 sind herkömmlicherweise Acht-Bit-Wörter pro
LCD-Farbe bei Farb-LCDs. Die Anzahl der Bit pro Wort kann je nach
der Anwendung variieren. Eine Kontrast-LUT 150 erhält Ausgangssignale 132 als
Eingaben. Ausgangssignale 132 von der AGC-LUT 130 sind
herkömmlicherweise
Acht-Bit-Wörter
pro LCD-Primärfarbe
bei Farb-LCDs. Außerdem
erhält
die Kontrast-LUT 150 variable Eingangssignale 140.
Die Eingangssignale 140 enthalten Variablen wie etwa die
Einstellung für
die Kontraststeuerung. Die LCD 180 erhält Signale 134 von
der Kontrast-LUT 150. Die Signale 134 sind herkömmlicherweise
Vier-Bit- bis Sechs-Bit-Wörter
pro LCD-Farbe je nach der Konfiguration der Kontrast-LUT 150.
Der Fachmann erkennt natürlich,
daß N-Bit
pro Farbe möglich
sind, wobei N eine unendliche Zahl ist. Beispielsweise können die
Einrichtungstreiber der Kontrast-LUT 150 ein Abschneiden
des Acht-Bit-Worts auf weniger als ein Acht-Bit-Wort erzwingen,
wie etwa ein Sechs-Bit-Wort wie gezeigt, wodurch ein Teil der Grauskaleninformationen
verlorengeht. Durch Abschneiden der Informationen auf ein Sechs-Bit-Wort
erhält
man eine sehr grobe Justierung, die suboptimal ist. Außerdem erhält die LCD 180 Signale 184 vom
LCD-Treiberspannungsgenerator 170. Der LCD-Treiberspannungsgenerator 170 erhält variable Signale 160,
die die Transmission T als Funktion der Spannung (z.B. Munsell,
lineare Funktion, eine Ableitung der linearen Funktion usw.), des
Betrachtungswinkels oder der Temperatur enthalten. Die Signale 184 vom LCD-Treiberspannungsgenerator 170 werden
durch eine Adressiervorrichtung, die normalerweise in einer derartigen
LCD-Einrichtung enthalten ist, an den entsprechenden Abschnitt der
LCD 180 angelegt. Die LCD 180 erhält Signale 134 und
gibt auf der Basis der empfangenen Daten ein betrachtbares Bild
wieder. Die LCD 180 emittiert Ausgangssignale 182 als
Licht, um dem Betrachter ein Bild anzuzeigen.
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Die
oben erörterte
Signalquelle (nicht gezeigt) liefert RGB-Signale 122, und
es handelt sich bei ihr um eine beliebige Signalquelle (nicht gezeigt),
die in der Lage ist, ein Signal zu erzeugen oder zu übertragen,
wie etwa eine Videokamera, ein Mikroprozessor, ein Radarsystem,
ein Infrarotscansystem und/oder dergleichen, das in ein Videosignal
konvertiert werden kann. Die Signalquelle sollte in der Lage sein,
jede Art von Signal zu erzeugen, beispielsweise ein digitales, analoges
oder moduliertes Signal, das für
die auf der LCD anzuzeigenden Daten repräsentativ ist. Weiterhin erzeugt
die Signalquelle geeigneterweise ein Signal, das sich unabhängig von
dem Charakters der ursprünglichen
Daten für
die Konvertierung in betrachtbare Daten eignet, einschließlich erfaßtes Licht
oder erfaßte
Wärme,
Pixeldaten, die in einem Computerspeicher gespeichert sind, usw.
Herkömmliche
Videosignale 122 enthalten in der Regel ein Synchronisationssignal,
das in einigen Displayschaltungen zum Bestimmen des Übertragungsverlusts
verwendet wird. In der Regel weist das Synchronisationssignal eine
spezifizierte Größe von etwa
0,286 Volt auf. Es sei angemerkt, daß einige einzelne Signalquellen
einem Grauskalendisplay mit einem einzelnen Datenstrom entsprechen.
Die vorliegende Erfindung läßt sich
leicht auf ein Farbdisplaysystem anwenden, indem drei separate Datenströme von der
Signalquelle verwendet werden (entsprechend beispielsweise den drei
Primärfarbkomponenten
wie etwa Rot, Grün
und Blau) und die Ströme
zur Darstellung an der LCD verknüpft
werden.
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Die
der LCD gelieferten Videosignale könnten einen Dynamikbereich
(der von 0 Volt bis ganz eingeschaltet reicht) aufweisen, der klein
ist, was einem sehr kleinen Kontrastsignal entsprechen würde. Beispielsweise
könnte
ein klares Bild von einem Militärpanzer
erzeugt werden, der sich über
eine Wüste
bewegt, der nicht viel heißer
oder kühler
ist als die Wüstentemperatur,
unabhängig
von der Richtung, in der sich die Temperatur bewegt. Die gleichen
Informationen, zum Beispiel die gleiche Farbe auf einem LCD, würde dem
Betrachter mit Ausnahme einer kleinen Differenz in dem Gesamtbild
an der Stelle des Panzers angezeigt werden, auf diesem klaren Bild
geringfügig
kühler
oder geringfügig
heißer.
Dadurch würde
ein Videosignal mit einem sehr geringen Dynamikbereich erzeugt werden.
Die niedrigsten und höchsten
Punkte des Videosignals liegen sehr nahe beieinander. Ein weiteres
Beispiel für
ein Videosignal mit einem Dynamikbereich sieht man mit einem grauen
Schiff auf dem Ozean. Das graue Schiff vor dem blauen Ozean ist
nicht immer sehr gut sichtbar, weshalb der Dynamikbereich auch dieser
beiden Signale sehr eng ist. Der typische Bereich geht von Null
(kein Licht) bis zu einem Maximum an angezeigtem Licht, das im wesentlichen
unendlich ist. Es ist somit wünschenswert,
den Kontrast zu justieren, um den kleinsten Punkt vom größten Punkt
zu trennen, damit der Panzer oder das Schiff vor dem Hintergrund
der Wüste
bzw. des Ozeans deutlicher wird. Die vorliegende Erfindung löst diese
Aufgabe durch Erhalten der Videosignale und Steuern des Kontrasts.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird ein Übertragungscharakteristikblockschaltbild
einer Ausführungsform
des LCD-Videoverarbeitungssystems 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf hoher Ebene gezeigt. Die oben vorgelegte Erörterung
bezüglich 1 gilt
mit einigen strukturellen und funktionellen Unterschieden für 2,
d.h. wo verschiedene Bezugszahlen zwischen 1 und 2 verwendet
worden sind. Jene Elemente, die beide 1 und 2 gemeinsam
haben, werden nicht wieder erörtert,
nur wenn sie sich auf die Unterschiede bei den 1 und 2 beziehen.
Unter anderen strukturellen und funktionellen Unterschieden ist
ein Hauptunterschied bei der in 1 gezeigten
herkömmlichen
Implementierung und der in 2 gezeigten
Implementierung der vorliegenden Erfindung die Weglassung der Kontrast-LUT 150.
Außerdem
werden die variablen Eingangssignale 240 von 2,
die eine Betrachtungswinkelsteuerung zusätzlich zu Eingangssignalen 140 von 1 enthalten,
direkt an den LCD-Treiberspannungsgenerator 270 statt
als Eingabe in die Kontrast-LUT 150 wie in 1 geliefert.
Weil der LCD-Treiberspannungsgenerator 270 andere Eingänge als solche
aufweist, die bezüglich
des Spannungsgenerators 170 von 1 gezeigt
sind, besteht ein Bedarf für zusätzliche
Adreßleitungen
für den
LCD-Treiberspannungsgenerator 270, wenn die vorliegende
Erfindung implementiert wird. Außerdem sind die Signale 234 und 282 verschieden
von ihren entsprechenden Signalen 134 und 182,
weshalb durch die vorliegende Erfindung ein signifikant anderer
LCD-Treiberspannungsgenerator 270 und LCD 280 erzeugt
wird.
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Wie
man bei Betrachtung von 1 sehen kann, ist die Kontraststeuerung
(Kontrast-LUT 150) im System 100 in dem Videoweg
implementiert, der sich ergibt durch Abbilden von Videograuschattierungen
oder -pegeln auf LCD-Transmissionscharakteristiken, was zu reduzierten
Grauskalenpegeln führt.
Die Reduzierung bei den Grauskalenpegeln ist auf das Abschneiden
der Acht-Bit-Wörter 132 zurückzuführen, das
eine Funktion der Hardwarekonfiguration ist. Somit geht ein Teil
der Informationen bei der Übertragung
zwischen AGC-LUT 130 und Kontrast-LUT 150 verloren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht mit diesem Problem behaftet.
Stattdessen können
die Signale 234 beispielsweise Vier-Bit- bis Acht-Bit-Wörter pro
Farbe sein (das Maximum, das alle Videodaten darstellt), je nach
der gewünschten
Genauigkeitshöhe
im Gegensatz zu der Anzahl der Bit in den Signalen 134.
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Die
vorliegende Erfindung liefert einen Weg für benutzergesteuerte Justierung
des Betrachtungswinkels (in den Signalen 160 gezeigt),
wie in 2 gezeigt (Signale 240). Die vorliegende
Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren bereit zum Verstärken
von Videosignalen durch nichtlineare Übertragungsfunktionen (T über V) ohne
die Hilfe der AGC-LUT 130, was die Kontraststeuerung in 1 nicht
ohne den Verlust von Grauskalenleistung verwendet. Die vorliegende
Erfindung liefert die gleichen Verstärkungsfunktionen der AGC-LUT 130 von 1,
muß aber
vom Benutzer von Hand ausgewählt
werden (Benutzer im Verstärkungsregelkreis).
Im Gegensatz zum System 100, das in 1 gezeigt
ist, erfordert das System 200 nicht die AGC-LUT 130 zum
Steuern der Verstärkung
oder Multiplizieren der digitalisierten Signale 124 durch
die Kontrastfunktion in der Kontrast-LUT 150, d.h. die
Funktion der Kontrast-LUT 150 ist aus dem Videoweg entfernt. Die
vorliegende Erfindung implementiert die Kontraststeuerung ohne Begrenzung
der Grauskalenverfügbarkeit;
die LCD-Treiberspannungen werden wieder als Funktion der Kontraststeuerung
abgebildet. Die vorliegende Erfindung vergrößert und verstärkt die
AGC-LUT-Funktion durch Bereitstellen von benutzerjustierbaren Verstärkungscharakteristiken,
die von der AGC-LUT-Funktion unabhängig sind.
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Gemäß verschiedenen
Aspekten dieser Ausführungsform
ist eine endliche Anzahl von Nachschlagetabellen im LCD-Treiberspannungsgenerator 170 enthalten
(es gibt eine endliche Anzahl von Grauschattierungen in heutigen
LCDs). Der LCD-Treiberspannungsgenerator 170 umfaßt geeigneterweise
einen programmierbaren Festwertspeicher („PROM"), obwohl jede Art von Speicher (z.B.
RAM, ROM, Flash-Speicher usw.) ausreicht, wie dem Fachmann klar
ist, der mindestens eine Nachschlagetabelle speichert und geeigneterweise Nachschlagetabellen
enthält,
die angewendet werden sollen, um den Kontrast der LCD zu justieren.
Beispielsweise werden die in 3 dargestellten
Funktionen (entsprechend Nachschlagetabellen) im Speicher im LCD-Treiberspannungsgenerator 170 gespeichert,
um beim Justieren des Kontrasts der LCD verwendet zu werden. Die
im LCD-Treiberspannungsgenerator 170 gespeicherten
Nachschlagetabellen können
geeigneterweise auf der Basis des gewünschten Kontrasts ausgewählt werden,
wie durch den Bediener bestimmt. Der LCD-Treiberspannungsgenerator 270 wählt die
gewünschte
Nachschlagetabelle aus dem Speicher aus, geeigneterweise durch dynamisches
Maximieren des Kontrasts der LCD-Einrichtung über den Dynamikbereich des
Videos. Die LCD 280 weist eine Übertragungsfunktioncharakteristik,
optische oder Lichttransmission T als Funktion von Treiberspannungen
V auf, die mehrere dynamische Sätze
von (für
Betrachtungswinkel und Grauskalenleistung optimierten) LCD-Treiberspannungen
umfaßt
und nicht auf eine einzelne Verteilung der Grauskala fixiert ist
(siehe 4 und ihre Erörterung).
Zu dem Mittel zum Zugreifen auf den Speicher zählen beispielsweise ein Prozessor,
ein Zähler,
eine programmierbare Logikeinrichtung, ein frei programmierbares Gatearray,
ein Schalter, in den ein Zähler
eingebaut ist, entweder Dreh- oder Kippschalter, oder irgendeine
Einrichtung, die auf die gespeicherten Tabellen zugreifen und sie
verwenden kann, usw. Die LCD 280 umfaßt geeigneterweise Komponenten,
die in der Regel mit einem Displaysystem verbunden sind, wie etwa
eine beliebige erforderliche Stromversorgung, Hintergrundlicht,
Steuer- und Treiberschaltungen, Speicheranforderungen und dergleichen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 kann man aus der graphischen
Darstellung 300 erkennen, daß die Anregung (Treiberspannung)
für eine
ausgewählte
Transmission von Licht auf einer Nachschlagetabelle eine andere
Transmission von Licht im Vergleich zu einer anderen Nachschlagetabelle
und umgekehrt liefert. 3 veranschaulicht sieben Tabellen
als Beispiel, d.h. sieben Tabellen, die vertikale Betrachtungswinkel
0, 5, 10, 15, 20, 25 und 30 darstellen. Wie man aus 3 sehen
kann, sind die Grauskalencharakteristiken der LCD mit Ausnahme eines
begrenzten Gebiets im mittleren Transmissionsbereich nichtlinear.
Der Bediener wird in der Regel ein Eingangssignal aus Einstellungen
für einen
Schalter oder eine ähnliche
Vorrichtung bereitzustellen wünschen,
die eine lineare Skala liefern. Die Konvertierung von einem linearen
Eingangssignal zu einem Signal, das eine lineare Transmission der
LCD liefert, wird in der Regel als die Gammakorrektur am Eingangssignal
bezeichnet.
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Die
tatsächliche
Justierung des Kontrasts erfolgt durch Zugriff auf verschiedene
Spannungsnachschlagetabellen, die vorbestimmt oder im voraus für jede gewünschte Kontrasteinstellung
erzeugt wurden. Die Spannungsnachschlagetabellen werden durch Messen,
Auftragen und Speichern der Charakteristiken der LCD erzeugt. Eine
beispielhafte graphische Darstellung der Spannungsnachschlagetabellen
ist in 3 gezeigt. Die LCD kann entweder eine im Handel
erhältliche
oder speziell bestellte LCD sein. Die Messungen können entweder
durch den Hersteller des LCD-Glases wie etwa Optical Imaging Systems
(„OIS") (RTM) oder vom
Fachmann in einer Laborumgebung durchgeführt werden. Die der Transmission
entsprechenden Daten als Funktion der Treiberspannung (und des Winkels)
können
durch verschiedene Verfahren erhalten werden, unter anderem beispielsweise:
(1) von Hand mit einem Photometer und einem Winkelmesser; (2) mechanisiertes
System mit automatischer Datensammlung (z.B. ein Goniometer von
Honeywell Inc., das auch von OIS und Westar zum Verkauf angeboten
wird); oder (3) unter Verwendung eines optischen Systems, das von
ELDIM (RTM) in Frankreich hergestellt wird. Die Daten können über ein
beliebiges dieser Verfahren erfaßt werden.
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Gegenwärtig gibt
es keine Quelle für
die für
die Nachschlagetabellen benötigten
Daten. In der Praxis benötigte
die Implementierung der vorliegenden Erfindung somit mehrere Wochen
an Erfassen und Zusammenstellen der Rohdaten, um die optimale Kontrastfunktion
zu erhalten. Bei einer Ausführungsform
gab es 32 Tabellen entsprechend 32 Grauschattierungen, was 32 verschiedene
Videoeingangssignale erforderte, um den Kontrast der LCD auszuprobieren
und zu optimieren.
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Der
Betrachter steuert den Kontrast durch Justieren einer Kontraststeuereingabeeinrichtung,
wie etwa einem Helligkeits- oder Kontrastknopf (z.B. im Uhrzeigersinn
oder entgegen dem Uhrzeigersinn) oder einem Kippschalter (z.B. hoch
oder runter). Durch Justieren des Kontrasts über einen Kippschalter beispielsweise wählt das
Steuersystem eine Nachschlagetabelle aus, die für den Betrachter transparent
ist. Für
die Anzahl der Nachschlagetabellen, die implementiert werden können, gibt
es keine reale Grenze. Die einzige Begrenzung ist der zum Speichern
der Nachschlagetabellen verfügbare
Speicherplatz, was keine Begrenzung ist, über die man sich angesichts
des Zustands der Speichertechnologie Gedanken machen müßte. In
der Praxis reicht der Bereich zwischen 32 und 256 für die Anzahl
der Nachschlagetabellen (entsprechend der Anzahlen von Grauschattierungen)
aus, kann aber gewiß diese
Zahlen gemäß der vorliegenden
Erfindung überschreiten;
jenseits dieses Bereichs erhält
man durch die Kontrastjustierung für die meisten Anwendungen keine
bemerkbare Differenz beim LCD-Kontrast. Beispielsweise können 32
verschiedene Nachschlagetabellen. verwendet werden, um den Kontrast
in einigen Anwendungen zu justieren, und diese Anzahl von Tabellen
ist wahrscheinlich angemessen.
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Die
vorliegende Erfindung erhält
einen großen
Video-Dynamikbereich
(d.h. eine Anzahl von verschiedenen und unterscheidbaren Farben
und Schattierungen) und steuert die Kontrasteinstellungen einer
Aktivmatrix-LCD durch Wählen
einer einzelnen Nachschlagetabelle aus den verschiedenen und mehreren
Nachschlagetabellen, die vorbestimmt sind, anstatt die Kontrasteinstellung
einer Aktivmatrix-LCD zu verwenden, um verschiedene Werte aus einer
einzelnen Nachschlagetabelle auszuwählen, wie dies bei herkömmlichen Anwendungen
der Fall ist. Vor der vorliegenden Erfindung wurde der Kontrast
in diskreten Werteänderungen entlang
einer einzelnen Tabelle gesteuert, die absolute Werte für die Spannung
als Funktion von Grauschattierungen darstellte. Bei der vorliegenden
Erfindung wird die einzelne Nachschlagetabelle ausgewählt nach dem
Finden eines geeigneten Kontrasts in einer einzelnen Tabelle von
Treiberspannungen als eine Funktion von Grauschattierungen (siehe
z.B. 3). Die vorliegende Erfindung ändert den Wert der Referenzspannungen
der Aktivmatrix-LCD so ab; daß alle
Grauschattierungen mit jeder Kontrastwahl verfügbar sind. In dem in 3 gezeigten
Beispiel gibt es 64 Grauschattierungen pro aufgetragener Primärfarbe,
wobei die Primärfarben
Rot, Grün
und Blau sind („RGB"). Dies ermöglicht es,
eine Aktivmatrix-LCD-Einrichtung
herzustellen, die hohe Bildqualität und einen hohen Kontrast
aufweist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird eine beispielhafte Architektur
von Nachschlagetabellen gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Wie man aus der Figur sehen kann, werden zum
Speichern von mehreren Variablen mehrere Tabellen 400 bis
zu einer Anzahl „n" von Tabellen verwendet.
Diese Tabellen 400 können
Variablen wie etwa die mehreren Betrachtungswinkel enthalten, die
in 410 und 420 gezeigt sind und die verschiedenen
LCD-Arbeitstemperaturen
entsprechen. Die einer ersten Temperatur 440 entsprechende
Nachschlagetabelle 410 enthält beispielsweise Betrachtungswinkel
als eine Funktion der linearen Übertragung 410.
Die der ersten Temperatur 440 entsprechende Nachschlagetabelle 420 enthält beispielsweise
Betrachtungswinkel als Funktion der Quadratwurzel der Übertragung.
Die einer ersten Temperatur 440 entsprechende Nachschlagetabelle 430 enthält beispielsweise
Betrachtungswinkel als Funktion von Munsell, usw. Analog kann die
einer zweiten Temperatur 450 entsprechende Nachschlagetabelle 460 andere
LCD-Variablen enthalten usw. Die Tabellen setzen sich bis zu n Tabellen
fort, wobei n eine unendliche Zahl ist. Andere Variablen wie etwa
Treiberspannungen als Funktion von Graupegeln und Gammakorrekturfunktionen
können
in den Nachschlagetabellen gespeichert werden. Die in den Nachschlagetabellen
gespeicherten Daten werden dann dazu verwendet, dem Benutzer benutzerauswählbare oder
programmierbare Wahlvorschläge
zum Steuern der LCD zu liefern.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird eine graphische Darstellung 500 gezeigt,
die ein Beispiel für
die Begrenzung veranschaulicht, die in einem herkömmlichen
LCD-Systemen existiert,
die 16 Graupegel mit normierter Luminanz als Funktion von Graupegeln
verwenden. Wie man bei Betrachtung von 5 und der
entsprechenden Tabelle 1 erkennen kann, können wegen den festgelegten Übertragungscharakteristiken 520 nur 13
der gewünschten
16 Graupegel realisiert werden. Die Funktion der Kontrast-LUT 150 besteht
darin, die gewünschten Übertragungscharakteristiken 540 in
die verfügbaren
(Ausgleichs-)Graupegel der LCD abzubilden. Die nachstehende Referenztabelle
1 veranschaulicht die Tatsache, daß der gewünschte Graupegel von dem Ausgleichsgraupegel
differiert, was zu einer unerwünschten
Kontraststeuerung führt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht mit dieser Begrenzung behaftet.
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Referenztabelle
1. Gewünschter
Graupegel gegenüber
Ausgleichsgraupegel.
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Unter
Bezugnahme auf 6 wird eine graphische Darstellung 600 gezeigt,
die eine beispielhafte LCD-Grauskalenschwankung
als Funktion der Schwankung beim vertikalen Betrachtungswinkel darstellt. 6 veranschaulicht
fünf Tabellen
als Beispiel, d.h. fünf
Tabellen, die Graupegel bei einem horizontalen Betrachtungswinkel
von Null mit vier entsprechenden vertikalen Betrachtungswinkeln
0° (Kurve 610),
10° (Kurve 620),
20° (Kurve 630),
30° (Kurve 640)
und eine gewünschte Übertragungscharakteristik
(Kurve 650) darstellen. 6 zeigt,
daß zwar
die Leistung der LCD bei einem horizontalen Betrachtungswinkel von
Null und einem vertikalen Betrachtungswinkel von 10° (Kurve 620)
der gewünschten Übertragungscharakteristik 650 sehr gut
entspricht, das Display aber bei Betrachtung unter anderen Winkeln
nicht die ordnungsgemäße Übertragungscharakteristik
widerspiegelt. Dies zeigt die Notwendigkeit für die vorliegende Erfindung.
Wenn die Erfindung implementiert wird, kann die gewünschte Übertragungscharakteristik
bei jedem der Betrachtungswinkel bereitgestellt werden, wie etwa
den gezeigten.
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Es
ist wichtig anzumerken, daß nicht
alle Designs von LCDs mit ausreichenden Daten hinsichtlich LCD-Übertragungsfunktionscharakteristiken
versehen sind, was erforderlich ist, damit die vorliegende Erfindung
implementiert werden kann. Eine sehr signifikante Datenmenge hinsichtlich
der LCD-Übertragungscharakteristiken
muß über verschiedene
Temperaturen erfaßt
werden, um die vorliegende Erfindung zu implementieren. Außerdem muß eine sehr
signifikante Datenmenge erfaßt
werden, damit eine Ausgleichsanalyse der Kurven auf die gewünschten Übertragungscharakteristiken
angewendet werden kann, wie in 6 beispielhaft
gezeigt. Ein detailliertes Wissen über die LCD, die Treiber und
die Endverwendung der LCD werden benötigt, um die vorliegende Erfindung
zu implementieren.
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Zu
den Vorteilen der vorliegenden Erfindung zählen: der ganze Dynamikbereich
des Videos kann angezeigt werden, indem der Kontrast verwendet wird,
um verschiedene Nachschlagetabellen auszuwählen; Beibehaltung der optimalen
Bildqualität
für alle
Kontrasteinstellungen durch Auswählen
einer anderen Menge von Nachschlagetabellen anstelle der Verwendung
einer Teilmenge einer existierenden einzelnen Nachschlagetabelle;
Maximieren der Verwendung von mehreren Nachschlagetabellen, die
bereits zum Steuern der Temperatur verwendet werden; und Gestatten,
daß die
Anzahl der Teile reduziert wird, indem die Kontraststeuerung (d.h.
Kontrast-LUT 150 in 1) auf der
Videoseite entfällt.
Alle die obigen Vorteile entsprechen niedrigeren Kosten, niedrigerer Leistung
und einer höheren
Zuverlässigkeit
der Aktivmatrix-LCDs. Durch die vorliegende Erfindung erhält man eine
sehr offensichtliche Verbesserung beim Kontrast einer LCD, der man
sich zuvor nicht erfreuen konnte.
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Obwohl
die vorausgegangene Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf eine Aktivmatrix-LCD-Einrichtung
vom lichtdurchlässigen
Typ bereitgestellt worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht
auf diese bestimmte Art von Display beschränkt. Der Fachmann erkennt,
daß die
vorliegende Erfindung nicht auf Aktivmatrix-LCD-Einrichtungen mit
irgendeiner bestimmten Auflösung
(z.B. Auflösung 640 mal 480) begrenzt
ist. In dieser Hinsicht kann jede LCD mit einer geeigneten Auflösung mit
der entsprechenden Skalierung der verschiedenen offenbarten Muster
und Schaltungen verwendet werden. Es besteht außerdem keine Begrenzung hinsichtlich
der Verwendung von Aktivmatrix-Einrichtungen.
In dieser Hinsicht kann die vorliegende Erfindung auch mit jeder
Form von Passivmatrix-Einrichtungen verwendet werden, die sich für Tastverhältnis-Farbschattierungstechniken
eignen, sowie mit mehreren oder gestapelten Plattenanordnungen der Farbstreifenplatte.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit LCD-Einrichtungen mit Treiberanordnungen
verwendet werden, vorausgesetzt die Treiberanordnungen sind in der
Lage, substantiell moduliert zu werden, um Farbschattierungen zu
erzeugen.
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Um
die vorliegende Erfindung beispielsweise in einer Passivmatrix-LCD
zu implementieren, würde
der Fachmann eine umfangreiche Datenmenge bezüglich Passivmatrix-LCDs, Betrachtungswinkeln
und Temperaturcharakteristiken zu erfassen haben. Die Treiberverfahren
für Passivmatrix-LCDs
unterscheiden sich ausreichend von der vorliegenden Erfindung im
Konzept läßt sich
in der Praxis auf Aktivmatrix-LCDs anwenden, was bei der Implementierung
zu berücksichtigen
sein würde.
Außerdem haben
es die Passivmatrix-LCDs sehr schwer mit Videoraten. Um „fast Videoraten" zu erhalten, wird
ein als „aktive
Adressierung" bekanntes
Verfahren verwendet, das von Terry J. Scheffer entwickelt wurde
(siehe z.B. B. Clifton, D. Prince, B. Leybold, T.J. Scheffer et
al., Optimum Row Functions and Algorithms for Active Addressing,
SID 93 DIGEST of Technical Papers, 89-92, Band XXIV, 1993; US-Patent
Nr. 5,585,816, Displaying Gray Shades on Display Panel Implemented
with Active Addressing Technique). Die Treiberspannungen für eine Passivmatrix-LCD
werden über einen
vollständig
anderen Ansatz hergeleitet, und die Transmission als eine Funktion
der Spannung ist unterschiedlich.
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Andere
Variationen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung ergeben
sich dem Fachmann, und die beigefügten Ansprüche sollen derartige Variationen
und Modifikationen abdecken. Die bestimmten Werte und Konfigurationen,
die oben erörtert
wurden, können
abgewandelt werden und sind lediglich aufgeführt, um eine bestimmte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, und sie sollen den
Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Es wird in Betracht gezogen,
daß die
Verwendung der vorliegenden Erfindung Komponenten mit anderen Charakteristiken
beinhalten kann, solange das Prinzip, die Präsentation eines Auswählens einer
einzelnen Nachschlagetabelle aus mehreren Nachschlagetabellen zum
Verarbeiten von Video und Steuern von Kontrast in LCDs befolgt wird.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung soll durch die hier
angefügten
Ansprüche
definiert sein.
