包括多个层叠显示器件的液晶显示单元和系统及驱动电路的制作方法
专利名称：包括多个层叠显示器件的液晶显示单元和系统及驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示(LCD)单元和LCD系统，尤其涉及一 种包括层叠LCD器件的LCD单元和系统。本发明还涉及一种用于驱 动这种LCD单元或LCD系统的驱动电路。
背景技术：
LCD单元具有低电力消耗和高分辨率的优点，因而从便携式蜂窝 电话到大屏幕监视器TV都使用它。在暗环境中，LCD器件或LCD单 元中单单LCD面板的对比度最高大约为1000: 1，因而比CRT(阴极 射线管)或放电型显示面板如PDP (等离子体显示面板)、FED (场发 射型显示器)和SED (表面导电电子发射极显示器)的对比度差。例 如，类似于LCD单元一般用作监视器TV的PDP具有3000: 1的对比 度。因而，LCD单元具有下述问题，即当使用在暗部分中具有充分表 现能力的视频源如电影来在LCD单元上显示图像时，在现场存在不充 分的感觉。为了解决上述问题，提出了一种技术，该技术不提高LCD单元本 身的对比度，该技术根据将要显示的图像来控制LCD单元的背光的强 度，从而整体提高LCD.单元的对比度c然而，在具有面发射光源的LCD 单元中， 一般使用具有较窄动态范围的亮度的冷阴极管作为背光源。 即使根据将要显示的图像来控制背光单元的光强度，这种较窄的动态 范围将LCD单元的对比度最多限制在2000: l到3000: l的范围中。
此外，因为冷阴极管是棒形或圆柱形的，所以如果图像在相同屏幕上 同时包含较高亮度部分和较低亮度部分，则就不能控制光强度。这限 制了通过背光的亮度控制来提高对比度。更具体地说，如果考虑到较 低亮度部分的再现性而特别地控制具有较高和较低亮度部分的图像， 则就会降低有效对比度。为了不招致上述问题， 一般需要强烈升高LCD单元中LCD面板 本身的对比度。然而，如前面所述，即使提高LCD面板本身的对比度， LCD面板本身的对比度也最多大约为1000 : 1 。专利公开 No.JP-1989-102233A和JP-1984-189625A描述了一种不必显著提高 LCD面板本身对比度来大大提高LCD单元对比度的技术。在该技术中， 多个LCD面板或LCD器件被叠置在LCD单元中，由此减小暗亮度， 从而提高了 LCD单元的整体对比度。图12显示了包括叠置的两个LCD面板(LCD器件)的LCD单元 的结构。从光入射侧看时，LCD单元900包括偏振膜901、 LCD面板 941、偏振膜902、 LCD面板942和偏振膜903。 LCD面板941包括扭 曲向列模式(TN模式)液晶(LC)层931、和每个都在靠近LCD层 931的透明基板表面上具有透明电极921以及922的一对透明基板911 和912。 LCD面板942包括TN模式LC层932、和每个都在靠近LCD 层932的透明基板表面上具有透明电极923以及924的一对透明基板 913和914。透明电极921和923是从驱动电路951供给驱动信号的像 素电极，而透明电极922和924是共用电极。LCD单元的该结构将对 比度从大约10: 1或15: 1提高到大约100: 1。包含三个具有类似结 构的LCD面板的LCD单元具有大约1000: 1的对比度。简言之，具 有多个LCD面板的LCD单元具有超过由单个LCD面板获得的对比度 极限的对比度。在JP-1989-10223A中描述的LCD单元中，通过使用从单个视频 源供给的相同驱动信号驱动两个LCD面板941和942，从而获得较高
的对比度。在该结构中，当在从倾斜于LCD面板的垂线的倾斜方向上 观看显示单元时，在厚度方向上看到的LCD面板931与LCD面板932 之间的距离在它们之间提供了位置偏差。由于反常图像和双线图像， 位置偏差导致了在倾斜方向上观看LCD单元的观看者的不舒服的感 觉。此外，还存在下述情形，其中光在倾斜方向上在不同位置或不同 滤色器处穿过两个LCD面板，由此减小了亮度，降低了观看者观看图 像的可视性。发明内容鉴于常规技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种LCD单元 和LCD系统，其包括叠置的多个LCD面板，并且向在倾斜观看方向 上观看LCD单元的观看者提供了提高的可视性。本发明的另一个目的是提供一种用于驱动本发明的LCD单元或 LCD系统的驱动电路。在第一个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元； 和图像数据处理单元，用于根据输入数据来产生图像数据以驱动所述 LCD单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板；和不 包含滤色器层的第二 LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输 入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二 LCD面板输出单色图 像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像 素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一 灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指定的第二像 素的原始灰度级；以及彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单
色图像数据产生彩色图像数据从而将该彩色图像数据输出到第一 LCD面板。在第二个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)器件，包 括LCD单元，显示彩色图像并包含至少一个LCD面板和由点矩阵驱 动方案驱动的光源；以及图像数据处理单元，接收输入图像数据从而 产生用于驱动LCD单元的输出图像数据，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图 像数据来产生单色图像数据从而将单色图像数据输出到光源，该单色 图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射， 对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第 一灰度级对应于在输入图像数据中确定的所述第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据来产 生彩色图像数据，从而将彩色图像数据输出到LCD面板，光源根据单 色图像数据来控制LCD面板中每个像素点的亮度。在第三个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括包含叠置的多个LCD面板的LCD单元；和图像数据处理单元， 用于根据输入数据来产生图像数据以驱动LCD单元，多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一LCD面板和第二 LCD面板，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而将单色图像数据输出到第二LCD面板，该 单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据来产生彩
色图像数据，从而将彩色图像数据输出到第一LCD面板。在第四个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括包含叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；用于根据图像源 产生中间图像数据的图像源单元；以及图像数据处理单元，用于根据 中间图像数据产生图像数据从而驱动LCD单元的，该多个LCD面板包括包含滤色器层的第一LCD面板和不包含 滤色器层的第二LCD面板。图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据中间图像数 据来产生单色图像数据，从而将单色图像数据输出到第二LCD面板， 该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全 透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级， 该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据中间图像数据和单色图像数据来产 生彩色图像数据的，从而将彩色图像数据输出给第一 LCD面板。在第五个方面中，本发明提供了一种用于驱动液晶显示(LCD) 单元的驱动电路，该液晶显示单元包括从LCD单元的光发射侧按下述 顺序设置的第一LCD器件、第二LCD器件和光源，该第一LCD器件 包括夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，该第二 LCD器件包 括夹在一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板，靠近第二 LCD面板的 一个第一偏振膜和靠近第一 LCD面板的一个第二偏振膜具有彼此平行 的光轴，或者由共用的偏振膜构成，其中该驱动电路包括用于接收穿过其中的输入图像数据的单个输入 端口组；图像数据处理单元，用于通过使用不同的图像处理运算来产 生两组输出图像数据；和两个输出端口组，用于传送穿过其中的分别 用于驱动第一和第二LCD器件的两组输出图像数据。 参照附图，本发明上述和其他的目的、特征和优点将从下面的描 述更加显而易见。
图1是按照本发明第一个示例性实施例的LCD系统的方块图； 图2是屈1的LCD系统中的LCD单元的示意性截面图； 图3是显示图2的LCD单元和在LCD单元内传播的光的解释性 截面图；图4A和4B是分别显示在两个LCD面板和单个LCD面板的情形中色度与透射率之间的关系的曲线；图5是设置在图1的LCD系统中的信号处理器的功能性方块图； 图6是按照本发明第二个示例性实施例的LCD系统中的LCD单元的截面图；图7是从第一个示例性实施例的LCD单元修改而得到的LCD单 元的方块图；图8A和8B分别显示了在屏幕上平均处理的明亮区域和范围。 图9是通过加权平均处理而获得的屏幕上的图像的一个例子； 图IOA到IOC每个都显示了屏幕上的明亮区域的图像，其中图10A显示了原始图像的亮度，图10B显示了通过使用服从高斯分布的加权系数进行加权平均而获得的亮度，图10C显示了通过加权平均和随后的直方图裁减及放大而获得的亮度；图11显示了原始亮度分布和通过对原始亮度进行平均处理而获得的亮度分布的曲线；图12是包括两个LCD面板的常规LCD单元的示意性截面图。具体实施例现在，将参照附图描述本发明的示例性实施例。图1显示了按照本发明第一个示例性实施例的LCD系统。 一般由 数字100表示的LCD系统包括通过信号电缆120到122连接在一起的
图像源单元117、图像数据处理单元105和LCD单元116。图像源117包括图像源101和发射器102。发射器102将从图像 源101供给的图像数据转换或变换为适于发射的视频信号，并将其传 输到图像数据处理单元105。发射器102例如由Xilinc公司提供的 THC63DV164 (商标)构成。发射器102将从图像源101输出的并行数 据转换为串行信号，并通过通讯电缆将该串行信号传输到图像数据处 理单元105。发射器120可以是任何类型的接口，如用于个人计算机的接口， 只要发射器能传送一般的DVI输出就行。图像源单元117可以是提供 DVI输出的个人计算机。信号传输可以使用除DVI格式之外的其他任 何格式，如模拟或数字信号格式，只要其能在发射器102和接收器103 之间交换就行。图像数据处理单元105包括接收器103、局部存储器104、缓冲存 储器106和109、发射器107和108、定时控制器IIO和信号处理器118。 LCD单元116包括两个或多个LCD面板和光源115。图像数据处理单 元105对从图像源单元117传送的图像信号进行转换，从而产生用于 驱动LCD单元116中的LCD面板113和114的驱动信号。由图像数 据处理单元105产生的信号分别通过信号电缆121和122传送到LCD 器件113和114中的驱动电缆111、 112。图像数据处理单元105可以是Xilinc公司提供的Spartan-3E (商 标)显示方案板(display solution board)，其与构成接收器103的DVI 1/F板连接。图像数据处理单元105的其他方块由Spartaii-3E显示方案 板构成，其中通过设置在该板中的FPGA芯片(Spartan-3E)构成图像 处理器118。从发射器107和108传送的信号例如是LCD面板的LVDS 格式的。之后将讨论图像数据处理单元105中进行的图像处理的细节。LCD单元116包括叠置的第一LCD器件113和第二LCD器件114、 和设置在远离观看者的LCD单元116后侧上的背光源115。第一 LCD 器件113包括彩色LCD面板，第二LCD器件114包括单色LCD面板。 图像数据处理单元105给第一 LCD器件113的驱动电路111和第二 LCD器件114的驱动电路112提供不同的视频信号。这些器件113、 114分别由输入到驱动电路111、 112的驱动信号驱动。图2显示了 LCD单元116的截面结构。LCD单元116包括从LCD 单元116的光发射侧或前侧按下述顺序设置的偏振膜201、透明基板211、 滤色器层251、取向膜221、 LC层231、取向膜222、透明基板212、 偏振膜202、偏振膜203、透明基板213、取向膜223、 LC层232、 取向膜224、透明基板214、和偏振膜204。在下文中，为了描述简便， 透明基板211、滤色器层251、取向膜221、 LC层231、取向膜222和 透明基板212的组合被称作第一 LCD面板261，而与LCD面板261相 关联的LCD面板261、偏振膜201和偏振膜202的组合被称作第一 LCD 器件113。类似地，透明基板213、取向膜223、 LC层232、取向膜224 和透明基板214的组合被称作第二 LCD面板262，而与LCD面板262 相关联的LCD面板262、偏振膜203和偏振膜204的组合被称作第二 LCD器件114。图2中所示的面发射光源241对应于图1中的光源115。面发射 光源241照射第一 LCD器件113和第二 LCD器件114的后侧。从面 发射光源241发射的光穿过第二LCD器件114和第一LCD器件113， 从而被LCD单元116前侧的观看者观看到。对第一和第二 LCD器件 113、 114上的光透射率进行控制使得观看者在LCD单元116的屏幕上 观看到图像。在透明基板212靠近LCD层231的表面上，与各个三端控制器件 如TFT相关联地形成电极阵列。像素电极和相应的TFT —起构成像素。 LCD器件是横向电场模式如面内切换(IPS)模式的，其中每个像素都 包括用于在LC层中产生横向电场的梳齿状像素电极和梳齿状共用电 极。在滤色器层251中，条形的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B) 滤色器如此设置，即单个像素都包括含有R、 G和B条的三个子像素 (点)。在下文中将描述用于制造LCD器件的工序。在上面设置有电极阵 列的透明基板211的表面上形成取向膜221，而在上面形成有滤色器层 251的透明基板212的表面上形成取向膜222。然后取向膜221、 222 经过取向处理如摩擦处理。如此组装透明基板211、 212，从而使得形 成在透明基板上的取向膜彼此相对并且彼此之间具有间隙，且取向处 理的方向彼此平行。然后用Merck公司提供的ZLI4792 (商标)的液晶 填充上述间隙，由此获得了第一 LCD面板261。将使用从NittoDenko 公司提供的SEG1224 (商标)的偏振膜201和偏振膜202附着到LCD 面板261上，从而在它们之间夹入LCD面板261，由此获得了第一 LCD 器件113。在该步骤中，偏振膜201、 202如此设置，从而使得它们的 光透射轴或吸收轴彼此垂直，且其中一个偏振膜的光透射轴或吸收轴 平行于LC层的取向方向。除了透明基板213不包括滤色器层之外，与第一 LCD面板261类 似地制造第二 LCD面板262。在透明基板214靠近LC层232的一侧 上与各个TFT相关联地形成电极阵列。此外，由于在第二 LCD面板 262上没有滤色器层，所以第二 LCD面板262的像素不包括子像素。 可选择地，第二 LCD面板262具有尺寸对应于第一 LCD面板261中 的子像素尺寸的像素。第二 LCD面板262被夹在偏振膜203、 204之 间，其设置类似于第一LCD器件113，从而获得了第二LCD器件114。然后将如此制造的第一LCD器件113和第二LCD器件114叠置， 从而获得LCD单元116。在该步骤中，面发射光源241被设置在LCD 单元116的后侧上，并且LCD器件113、 114的取向方向彼此平行或 垂直。此外，偏振膜202、 203的光透射轴或吸收轴彼此大致平行，从
而穿过偏振膜203的光尽可能多地穿过偏振膜202。在两个LCD器件113、114中，LCD单元116包括单个偏振膜251， 由此在倾斜观看方向上观察的观看者不会看到双色层，因而不会感觉 到依赖于观看方向而产生的不同亮度。在本实施例中，如上面所述， 两个LCD器件由不同的驱动信号驱动。如果LCD器件由相同的驱动 信号驱动，则由于LCD器件间的视差，所以LCD器件之间的距离会 导致不舒服的感觉。图3示意性地显示了在对比技术中产生视差的情况，其中为了简 化仅图示了透明基板和LC层。图3中的LCD器件301、 302分别对应 于图2中的LCD器件113、 114，透明基板321到324分别对应于透明 基板211到214，并且LC层325、 326分别对应于LC层231、 232。当观看者311观看时，在与屏幕表面垂直的方向上观看第一 LCD 器件301和第二 LCD器件302会使第一 LCD器件301的LC层325上 的点P与第二 LCD器件302的LC层326上的点a在观看线331上彼此 重叠。更具体地说，垂直方向上的观看不会导致给观看者带来不舒服 感觉的任何视差。另一方面，由于在这些点之间的厚度方向上的距离"d"，在相对 于屏幕表面的垂线成e角的倾斜方向上观看会使点ot和点(3彼此偏离。观 看者在观看线332上观看到点a，而观看者312在观看线333上观看到 了点P。更具体地说，倾斜方向上的观看导致点a和p在不同位置处被观 看到，由此在屏幕上观看的图像的边缘为双线。在根据折射率差且基于斯涅耳定律在传播方向上进行反射的同 时，穿过第一 LCD器件301和第二 LCD器件302的光离开透明基板 321而达到空气。假定e、 ())、 "ng"和"na"分别是光从透明基板321 的外表面的出射角、光在透明基板321的外表面上的入射角、透明基
板321的折射率和空气的折射率，斯涅耳定律提供了下面的关系 naxsin6 = ngxsin())上述表达式的变形提供了下面的关系 ()):siir1 ( (na/ng) xsin0)根据内错角(alternate-interior angle)的关系，从点(H专播到透明 基板321外表面的光与外表面的垂线之间的角度也是())。类似地，从点 oc传播到透明基板外表面的光与垂线之间的角度也是小。以视角e进行观 看时，第二 LCD器件301中的点a与第一 LCD器件上的点(3之间的偏 离"r"由下面的公式表示tan<|)= (r/d)r=dxtan(()=dxtan (sin-1 ( (na/ng) xsinQ) ) (1)为了消除以角度e在倾斜方向上观看时的视差感觉，理论上将在点卩上显示的数据的位置移动距离r到达位置y是足够的。因而，信号处理 器118将数据散射高达距离r，从而对屏幕上的整个像素数据进行平均 处理。这可减小视差感觉并减小观看者不舒服的感觉。对第一和第二 LCD器件每一个的数据都进行平均处理。在消除视差感觉这一点上， 不管在第一 LCD器件还是对第二 LCD器件即具有或不具有滤色器层 的器件的数据上进行平均处理，平均处理的效果都是相当的。类似地， 不管是在前方LCD器件还是对后方LCD器件上进行平均处理，平均 处理的效果都是相当的。如果对后方LCD器件的数据进行平均处理，则可在前方LCD器 件与后方LCD器件之间夹入具有光学色散特性的光学组件，如光学色 散膜，由此增加平均处理的视距"r'"。在这种情形中距离"r，"通过 下面的公式获得r，= (d，xtanc|)) + ( (d—d，) xtan (小+ri))，其中d'和T!是色散膜距第二 LCD层326的距离和光学色散膜的半 值色散角(half-value dispersion angle)。因而提供光学色散膜增加了平 均处理的有效距离r，。该事实应当被认为是为了在图像数据处理单元105中进行平均处理。本发明人分析了包含叠置LCD器件的LCD单元的驱动方案，并 发现通过对不具有滤色器层的第二 LCD器件302的数据进行平均处 理、并且在第一 LCD器件301上进行彩色显示并将第一和第二 LCD 器件层叠在一起可获得出色的图像。通过对第二 LCD器件的数据进行 平均处理而获得出色图像的原因是，对第一LCD器件301 (113)的数 据进行处理会导致昏暗的颜色并使色度的再现范围变窄。图4A和4B显示了亮度和色度(a*)范围，其表示在HSV色坐 标系统中，即由CIE1976限定的色空间中，该范围是在LCD单元上获 得的。图4A显示了由包含两个LCD器件的LCD单元表示的范围，而 图4B显示了由单个LCD器件表示的范围。纵坐标表示利用显示为100 的最大透射率标准化的透射系数(透射率)，而横坐标表示色度，即 色质。对比图4A和图4B，应当理解在较高亮度范围和/或较高色度范围 中，单个LCD器件也获得了出色的色度再现性。该较高亮度范围在纵 坐标上用较大的数字表示，而较高的色度范围在横坐标上用较大的绝 对值表示。因而，在较高亮度(或色度)范围中以下是足够的仅使 用第一 LCD器件113来显示原始图像数据，而第二 LCD器件114保 持为不显示任何图像的最大透射率状态。另一方面，在较低亮度范围 中，必须控制第二 LCD器件114使其显示对应于原始图像数据的灰度 级的灰度级，且与第二LCD器件114相关联地使用显示彩色图像的第 一LCD器件113来显示原始图像数据。该技术在较高亮度范围(或较 高色度范围)和较低亮度范围中提供了出色的色度再现性。在上面的例子中，第二LCD器件114的透射系数在较高亮度或色 度范围中保持为最大；然而第二LCD器件114不必严格保持为全透射 状态或对所有像素为最大透射系数。例如，将第二LCD器件114保持
为大致全透射状态或大致最大明亮状态如90%的透射系数就足够了。在下文中，在其中仅使用第一LCD器件113来显示图像的第一范围与 其中使用第一和第二 LCD器件113、 114来显示理想图像的第二范围 之间的边界称作阈值。第一和第二LCD器件的这种控制，在驱动第一 LCD器件113过程中的灰度级变化以及在驱动第二 LCD器件114过程 中的灰度级变化的至少一个中提供了适当的中断。图5显示了功能方块图中的信号处理器118的结构。信号处理器 118包括单色图像产生部501、运算处理部(平均处理部)502、定时 控制器503、和彩色图像产生部504。信号处理器118从图1中所示的 接收器103接收例如每一个基色都包含8位信号由此每个像素总共为 24位的图像数据。该图像信号通过两条通路传送， 一条将分开的图像 信号传送到单色图像产生部501，另一条将分开的图像信号传送到定时 控制器503。单色图像产生部501从分开的图像信号产生单色灰度级信 号(亮度信号)，而定时控制器503按照基于输入侧的定时信号接收 的各个信号的顺序，根据输出侧的定时信号来读出分开的图像信号。单色图像产生部501根据输入的24位彩色图像信号的亮度数据来 产生例如8位单色图像信号。通过检查像素的每个基色R、 G和B的 灰度级，选择三个基色中具有最大灰度级的三个基色之一，并将选定 基色的灰度级确定为像素的灰度，由此产生单色图像信号。可选择地， 在进行了包含亮度、色度和色调转换的HSV转换之后，从那里提取出 亮度数据并将其转换为单色图像数据。进一步可选择地，选择R、 G和 B输入图像数据之一并将其转换为单色信号。代替地可选择R、 G和B 输入图像数据中的两个并使其信号转换为单色信号。应当注意，较高 灰度级或较高透射系数的区域对应于较高亮度或较高色度的区域。在转换为单色图像之后，单色图像产生部501将具有特定灰度级 或以上的像素的透射系数变为全透射状态，并将具有低于该特定灰度 级的灰度级的像素的透射系数保持为原始彩色图像的透射系数。在该
处理中，将进行单色转换的数据的灰度级与预定阈值比较，例如，如 果灰度级高于阈值，则像素的透射系数就被转换为全透射系数的水平。 另一方面，如果进行单色转换的数据的灰度级低于阈值时，则灰度级 就被再指定在对应于全透射状态的最大值与对应于全关状态的最小值 之间。灰度级的转换处理不限于上述的处理。例如，使单色图像经过伽玛曲线转换，Y值设为大约4.0，并将具有特定值的伽玛转换透射系数的区域变为全透射状态。可选择地，使透射系数经过直方图调整或直方 图转换，并可以使得具有特定值的透射系数变为全透射状态。在单色图像产生部501中，将较高透射系数的区域变为大致全透射状态就足 够了 ，因而可使用其他技术来产生单色图像数据或将具有较高透射系 数的区域的透射系数转换为全透射状态。运算处理部502对单色图像产生部501产生的单色图像进行平均 处理。在平均处理中，可使用专利申请2006-114523中描述的技术。在 该技术中，使位于距受关注像素距离"r"(图3)内的多个像素的图 像数据经过平均处理或均衡处理，其中使多个像素的灰度级经过加权 平均处理。加权平均处理是这样的，即在使用像素距受关注像素的距 离作为将要平均的灰度级的加权系数的同时，将多个像素的灰度级进 行平均。使用高斯分布作为加权分布。平均处理使图像的边缘或轮廓 变得模糊或不明显。经过平均处理的单色图像通过缓冲存储器109和 发射器108 (图l)从运算处理部502传送到第二LCD器件114。彩色图像产生部504产生基于对于每个RGB颜色来说都包含8位 的24位图像数据的并通过定时控制器503传送的彩色图像，以及产生 在运算处理部502中进行平均处理的单色图像数据。彩色图像数据被 传送到第一LCD器件113，从而在其上进行显示。为了消减产生单色 图像的时间延迟的目的，设置定时控制器503。如果使用图1中的局部 存储器104有效地消减时间延迟，或者如果本身不必定时调整，则可
移除定时控制器503。因为LCD单元116的观看者观看到穿过第一 LCD器件113和第 二LCD器件114的光，所以亮度即观看者观看到的图像的总透射系数 为两个LCD面板的透射系数的乘积。彩色图像产生部504根据第二 LCD器件114的图像数据来修改将要在第一 LCD器件113上显示的彩 色图像，从而补偿第二LCD器件114中的亮度变化或亮度下降。这阻 止了观看者看到的亮度从原始图像数据的亮度发生变化。彩色图像产生部504根据从运算处理部502输出的单色图像数据 进行24位彩色图像数据的处理，从而产生彩色图像信号。更具体地说， 彩色图像产生部504将彩色图像数据的图像信号除以单色图像的亮度 信号，从而产生亮度校正的校正彩色图像信号，只要亮度不为零就行。 如果单色图像的亮度为零，则单色图像的亮度就改变特定值，避免被 零除。当彩色图像处理部504产生彩色图像信号时，原始图像信号经 受另外图像校正处理。由彩色图像产生部504产生的彩色图像经由缓 冲存储器106和发射器107被传送到第一LCD器件113。在LCD单元116中，如上所述，第一LCD器件113由在彩色图 像产生部504中产生的彩色图像数据驱动，而第二 LCD器件114由在 运算处理部502中经过平均处理的单色图像数据驱动。如果观看者仅 观看第二 LCD器件114上的显示，则具有较高亮度的区域处于全透射 状态中，其他区域由于平均处理而具有模糊图像。另一方面，如果观 看者仅观看第一 LCD器件11，则在其中第二 LCD器件114没有处于 全透射状态的区域中观看到的图像是加重的图像。这里的"加重的图 像"是指，图像中的亮度和色度被加重，该"加重的图像"根据第二 LCD器件114上的亮度通过校正第一LCD器件113的亮度来获得。在下文中分析通过单色图像产生部501设定用于转换的阈值。如 果在运算处理部502中的平均处理之后，相对于第二 LCD器件114的 原始图像来说亮度的变化率超过20%，则色度和色调的变化量较大，即使彩色图像产生部504调整第一LCD器件113的亮度信号，也会导 致不舒服的感觉。为了阻止这种情况，转换为单色图像的阈值优选设 定在输入图像数据的20%和80%之间的范围中，由此显示图像使得即 使在输入图像数据中发生大约20%的波动也不会有不舒服的感觉。此 外，因为仅通过第一LCD器件113显示较高亮度或色度的区域，如上 参照图4所述的，所以阈值上限(80%)优选降低为60%，由此增加 第二LCD器件114中全透射的区域。这提供了令人满意的情形，其中 仅通过单个LCD器件显示的区域可仅通过第一 LCD器件113尽可能 地显示。此外，设定在30%和50X之间的范围中的阈值可使第一LCD 器件113尽可能有效地显示图像，由此提供了基本没有不舒服感觉的 图像。为了验证本实施例的优点，将经过上述图像处理的图像信号输入 到图像显示系统100的第一 LCD器件113和第二 LCD器件114，用于 显示图像。在该情形中，获得了与仅在第一LCD器件113上显示的情 形中相当的适宜的图像亮度和色度。此外，对于对比度来说，获得了 高达500,000: 1的对比度。由于进行平均处理，在倾斜观看方向上的 观看提供了出色的显示质量，而几乎不受视差的影响。尽管该实验中 使用的LCD单元具有700: l的对比度，但如果LCD单元包括具有较 高独立对比度的LCD器件或具有类似独立对比度的三个或多个LCD 器件，则本实施例可进一步提供较高的对比度。尽管图像源单元117、图像数据处理单元105、和LCD单元116 在图1中显示为彼此分开，但这些单元可通过单个硬件构造或者容纳 在单个框架中。在一个例子中，图像源单元117和图像数据处理单元 105被容纳在单个框架中，而LCD单元被容纳在分离的框架中。可使 用硬件图像处理器件进行或者使用在CPU上运行的软件进行图像数据 处理单元105中的图像处理。
可在图像数据处理单元105外部进行平均处理，并可使用在CPU 上运行的软件或者使用如由MPEG记录器代表的图像芯片，在图像源 117中进行平均处理。在该情形中，在图像源单元117与图像数据处理 单元105之间设置有两组信号电缆120(图1中所示)，由此将在第一 LCD器件113上显示的图像与在第二LCD器件114上显示的图像分开 地输出。尽管在上面的实施例中信号处理器118中的单色图像产生部501 和彩色图像产生部504通过进行信号处理来产生图像信号，但本发明 并不限于此。例如，在单色图像产生部501中可使用列有输入信号和 相应输出信号的查看表。查看表可以是根据RGB输入图像信号的每个 灰度级提供单色灰度级的三维表。彩色图像产生部504可以通过使用4 维査看表来产生彩色图像，该4维查看表根据输入图像数据的每个灰 度级和单色图像数据的灰度级来提供彩色图像的灰度级。在该典型的实施例中，第一LCD器件113包括滤色器层251;然 而，滤色器层不是通过显示平均的图像数据来消除视差感觉的必不可 少的元件。更具体地说，第一和第二LCD器件113和114可以是单色 LCD器件以获得单色LCD单元。在上述示例性实施例中，单个像素包括对应于滤色器层中三个基 色的三个子像素；然而，滤色器层可包括其他多个颜色的组合，如 RGBYMC。在这种情形中，单个像素包括数量对应于滤色器层的颜色 的子像素。可选择地，单个像素可包括对应于RGGB颜色或对应于RGB 颜色和不具有颜色的区域也就是RGBW的四个子像素区域。本发明可用于除IPS模式LCD器件之外的其他器件。本发明的 LCD器件可以是任何模式的，包括垂直取向模式(VA模式)、扭曲向 列模式(TN模式)、光学弯曲补偿模式(OBC模式)。图2显示了不 包括延迟补偿层的LCD单元的结构；然而，LCD单元可在LCD面板 261、 262与偏振膜之间包括延迟补偿层，用于改进视角特性。根据LC 层231、 232的模式，选择延迟补偿层的光学特性。例如，如果将延迟补偿层设置在偏振膜201、 202与由IPS模式驱 动的第一 LCD器件113之间，则延迟补偿层优选具有nx》ny〉nz的特 性，其中nx、 ny和nz分别是延迟补偿层的平行于基板表面的折射率、 垂直于nx的方向并平行于基板表面的方向上的折射率、和垂直于nx 和ny的方向的方向上的折射率，nx的方向平行于偏振膜201、 202的 光学吸收轴或者光学透射轴。具有这种特性的延迟补偿层改进了第一 LCD器件113的视角特性。延迟补偿层可以包括组合起来具有这种整 体特性的多个膜。对于由VA模式驱动的第一 LCD器件113来说，具有ndiy〉nz 特性的延迟补偿层如此设置，从而使得nx的方向平行于偏振膜201、 202的光学吸收轴或光学透射轴，以改进第一 LCD器件113的视角特 性。如果第一LCD器件113通过TN模式或0CB模式驱动，则延迟补 偿层可以是由具有负延迟的圆盘状(discotheque) LC层构成的WV膜， 其中圆盘状LC层的轴方向在其厚度方向上连续变化，用于提高视角特 性。延迟补偿层可设置在LCD面板261、 262的一侧上，或者设置在 两侧上。延迟补偿层可设置在LC层231、 232与偏振膜201 — 204的相 邻一个之间的任何间隙中。代替单个延迟补偿层可设置多个延迟补偿 层。应当注意，具有阈值以上灰度级的第二LCD器件114中的像素的 全透射可以具有一些变化范围，只要其大致恒定就行，即可以是比固 定值高或低百分之几。图6显示了在按照本发明第二个示例性实施例的LCD系统中的 LCD单元的截面结构。在第一个实施例中，如图2中所示，在第一 LCD 面板261和第二 LCD面板262之间设置有两个偏振膜，其中偏振膜202 设置在第一 LCD器件113中，偏振膜203设置在第二 LCD器件114 中。在本实施例的LCD单元中，两个偏振膜之一被省略，而另一个偏 振膜由第一 LCD面板601和第二 LCD面板602共享。其他结构类似 于第一个实施例。在第一个实施例中，夹在LCD面板261和LCD面板262之间的 两个偏振膜202和203如此设置，使得其光学透射轴或光学吸收轴彼 此平行，从而将在LCD单元中的光吸收最小化。然而，设置两个偏振 膜将光学透射系数降低了大约20%。鉴于此，本实施例在LCD面板 601与602之间使用单个偏振膜603。如果设置了 n个LCD面板，其 中n为不小于2的整数，则本实施例将亮度比第一个实施例提高了大 约1/ (0.8n")。下文中将描述按照本发明第三个示例性实施例的LCD系统。上述 每个实施例都使用白光源，如CCFL和LED。在本实施例中，LCD系 统包括以时分模式发射RGB光的三色光源。叠置的LCD器件以时分 模式以场顺序方案显示对应于RGB颜色的图像。用于产生驱动第一和 第二LCD面板的图像数据的方法类似于第一个实施例中的。本实施例 获得了类似于第一和第二个实施例的优点。在下文中将描述按照本发明第四个实施方案的LCD系统。第四个 实施方案使用下述驱动方案，在该方案中，通过施加的电压，例如以 TN模式来改变LC分子相对于基板表面的角度。在该驱动方案中，常 规的技术导致了由于观看者的视角而发生的视角特性降低的问题。降 低的视角特性由LC层的双折射特性导致，其中根据观看者的视角，LC 分子看起来具有不同的形状。包含具有这种降低视角特性的多个LCD 器件的LCD单元将具有依赖于叠加的LCD器件的数量的降低的协同 效果。在该实施例中，每相邻的两个LCD器件都具有相反的视角特性， 用于消除彼此的视角依赖性。这提高了本实施方案的LCD系统的视角 特性。
下文中将描述按照本发明第五个实施例的LCD系统。本实施例的 LCD系统是这样的，即从图1中所示的第一个实施例的LCD单元省略 显示单色图像的第二LCD器件114。此外，LCD系统包括控制点强度 的光源。更具体地说，光源包括以矩阵方式设置的多个LED，其中控 制每个LED的发射强度。在典型的情形中，光源包括480x640个LED， 每个都由白色髙亮度LED构成并对应于第二 LCD器件114的每个像 素，在光源前方设置有光色散片。代替第二LCD器件114，由运算处理部502 (图5)平均的、用于 驱动图1中的第二LCD器件114的单色图像数据以点矩阵驱动方案驱 动光源。就是说，本实施例中的背光源的发射图案对应于通过组合第 一个实施例中的光源115和第二LCD器件114所获得的图像。在该结 构中，由点矩阵方案驱动的光源具有图1中所示的光源115和第二LCD 器件114的功能，由此对应于图1中的LCD器件113的本实施例中的 LCD器件接收与由图1中第一LCD器件113接收的光相似的光。因而， 本实施方案的LCD单元通过使用单个LCD器件而具有外在较高的对 比度。在第五个实施例中，单个LCD面板和由点矩阵驱动方案驱动的光 源的组合具有类似于包含两个LCD器件的LCD单元的功能。可选择 地，可对其设置单色图像驱动电路和附加LCD器件。除了保持与原始 图像相当的色度和色调之外，通过使用第一个实施例中所述的单色图 像数据驱动单色LCD面板和包括点光源矩阵的光源还提供了较高的对 比度。在上面的实施例中，使用TFT作为用于驱动LCD面板的驱动元件。 TFT可以用薄膜二极管(TFD)代替。此外，如果LCD器件具有相对 较低的分辨率，LCD器件可以以无源矩阵驱动方案驱动。上面实施例的LCD面板获得了较高的对比度，因而优选被用作需
要较高对比度图像显示的医疗成像器件、用在广播站中的监视器TV、或在暗区域如电影院中提供图片图像的LCD单元。在图1中，图像数据处理部105产生用于第一和第二 LCD器件 113、 114的图像数据。然而，图像处理部105可被划分为对应于设置 在LCD单元116中的LCD器件的多个处理部。图7显示了第一个实施例的修改例，其中LCD系统100a包括设 置在图像数据处理单元105a中的多个处理部130-1到130-n，其对应于 设置在LCD单元116a中的多个LCD器件520-1到520-n。从图像源单元117供给的图像数据通过分布单元131被分布到每 个图像处理单元130。每个图像处理单元130都产生将要在相应LCD 面板520上显示的图像数据。由此产生的图像数据经由信号电缆123-1 到123-n被输入到LCD单元116a。定时控制器110设置在处理部130-1 到130-n之一中，用于控制下述定时，利用该定时控制处理部130-1到 130-n，使LCD面板420上的图像彼此同步。在图7中，LCD面板520-1是彩色LCD面板，而其他LCD面板 520-2到520-n是单色LCD面板。图像数据处理部130-2到130-n中的 运算处理单元包括单色图像产生部501和平均处理部502 (图5)，并 经由信号电缆123-2到123-n向LCD面板520-2到520-n输出平均的单 色图像。图像处理单元130-1包括彩色图像产生部504，并经由信号电 缆123-1向第一 LCD面板520-1输出图像数据。本修改例的LCD系统 lOOa获得了类似于第一个实施方案中的优点。在图5中，对于每个RGB颜色，彩色图像产生部504从8位图像 数据产生24位彩色图像信号。然而，输入数据和输出数据的位数并不 限于该例子。例如，假定每个LCD器件的灰度级数为m，则在包含n 个LCD面板的LCD单元上显示的最大灰度级数为nxm个。因而，通
过使用具有m到1112个灰度级数的输入图像数据，彩色图像产生部504 可产生具有m个灰度级的彩色图像数据。在第五个实施例中，例示的光源包括矩阵设置的并由点矩阵驱动 方案驱动的LED。本发明并不限于该例子。光源可包括由点矩阵驱动 方案驱动的电灯泡、有机电致发光(EL)器件、无机EL器件、FED 禾口PDP。叠置的LCD面板不必由公用图像源驱动，例如对于每个LCD 面板，可以通过包含图像显示和加重数据的单独的驱动数据来驱动。本发明的LCD系统可用在电子设备、图像数据调整器件、图像切 换器件、医疗成像器件中。本实施例可被用于其中安装并固定有本发 明的LCD单元和音响器件的建筑物中。在下文中将描述本发明的第六个实施例。图5中所示的第一个实 施例的运算处理部502通过使用高斯分布进行平均处理。本实施例中 的运算处理部使用不同的加权平均技术，其在实验中提供了出色的结 果。本实施例假定在屏幕上的暗背景中存在明亮区域，明亮区域具有 100的亮度并包括中心像素，并且明亮区域由在i方向(例如行方向) 上靠近中心像素的士P个像素和在j方向(例如列方向)上靠近中心像 素的土Q个像素来限定。图8A显示了上述假定情形的一个例子，其中 明亮区域的中心像素表示为C0，为了简化的目的，确定限定明亮区域 的数量P和Q被设为P=l， Q=l。图8B显示了加权平均处理的范围，包括主像素和在i方向和j方 向上分别位于离开主像素土M个像素和士N个像素处的临近像素。在该 例子中，M和N设为M二1， N=l，主像素和靠近主像素的临近8个 像素的加权系数为"1"。
在上述情形中，如果靠近明亮区域的角落的像素C9被选择作为主 像素，则像素C9的加权平均亮度YC9由下面的公式表示YC9= (Yclxl+YC2xl+YC3xl+YC8xl+ YC9xl+ Yci0xl+ Ycl5xl + Ycl6xl+Ycl7xl) +9这里，因为YC1=YC2 = YC3 = YC8 = YC9 = YC10 =YC15 = YC16 = 0， YC17=100，所以上述公式得到YC9=11.1类似地，计算像素C13的YC13、像素C35的Yc35和像素C40的 YC4Q，从而具有11.1的加权平均亮度。类似地获得其他加权平均的亮度Ycn，其中Ycio、 Yci2、 Yci6、 YC20、 Yc29、 Yc33、 Yc37禾O Yc39为22,2，Ycu禾口 Yc32为44.4， YC18、 YC24、 YC25和YC21为66.6， Yco为lOO。图 9中显示了这种显现在屏幕上的加权平均的亮度分布。在该例子中，包含主像素和临近像素的九个像素具有相同的加权 系数(=1)。在该情形中，如果平均处理使用大量靠近主像素的临近 像素，则可获得较强的平均效果。然而，如果在其中临近像素使用任 意加权系数分布的情形中对平均处理使用大量临近像素，则与图9中 所示的例子相比，会降低亮度。在上述情形中，如果在平均处理中靠近主像素的像素数小于图8B 的情形，即如果平均处理的范围数M和N较小，则通过平均处理获得 的亮度就较低。简言之，明亮区域中的像素数和/或平均处理中的像素 范围提供了不同的平均效果。在图8A、 8B和9的例子中，在平均处理中对于主像素和临近像 素，加权系数固定为"1"。下文中将参照图IOA到IOC描述其中加权 系数服从高斯分布的不同情形，其显示了屏幕上亮度的不同情形。图10A显示了在平均处理之前具有100的亮度的原始明亮区域的 一个例子，该明亮区域在一侧距位于原点Po的像素为P宽度。图10B 显示了在通过使用服从高斯分布的加权系数对图10A的亮度进行加权平均处理之后屏幕上的亮度，图10C显示了通过对亮度进行变化而从 图10A修改得到的亮度，同时没有降低原始亮度。图10B中所示的亮度低于图10A的原始亮度，并且还低于图IOC 所示的亮度。这表明在平均处理之后，服从高斯分布的加权系数可以 降低原始亮度，这是不希望的。图11显示了分别沿图IOA、 10B和10C中所示的线A-B、 A，-B， 和A"-B"的亮度分布。纵坐标表示标准化的灰度级，横坐标表示像素 相对于原点Po的像素的距离。显示图IOA的亮度分布的曲线(i)在原 点Po以及到离Po为土P的像素具有100的亮度，在离Po为土P的像素 之外的亮度为零。显示通过使用服从高斯分布的加权系数获得的图10B 的亮度分布的曲线(ii)在曲线(i)的100和0之间的边界附近具有小 于IOO的亮度，因而与曲线(i)相比具有较低的亮度。这是因为，在 图10B的情形中，与平均处理之前的原始亮度相比，较小的明亮区域 和/或用于平均处理的较大范围的像素提供了较低的亮度。如果平均处理的范围为零，即仅使用中心像素进行平均处理，则 在平均处理之后亮度不会变化。 一般地，如果平均处理使用大范围的 靠近主像素的临近像素，则可获得较高的平均效果。然而，具有100 亮度的中心像素在平均处理之后减小了原始亮度。简言之，使用服从 加权系数分布的加权系数的平均处理不可避免地使具有高亮度的像素 丧失其原始亮度。因而，尽管平均处理本身减轻了主要视差，但用于限制在叠置的多个LCD面板之间的视差的平均处理降低了较窄亮度区 域中的像素亮度。鉴于上述这一点，在本实施例中使用不同的平均处理来获得图 10C的亮度分布。图IOC中所示的亮度提供了由图11中所示的曲线(iii) 表示的平均亮度分布，其在士P范围中保持曲线(i)的亮度100，并在 100的亮度和零亮度之间的边界附近，在土P范围之外具有亮度变化。 图11中所示的曲线(iv)显示了平均亮度分布的另一个例子，其类似 于曲线(iii)的平均亮度分布。曲线(iii)和(iv)的这些亮度分布是 这样的，即在原始亮度分布中提供了亮度变化，而没有降低原始亮度。在第一个实施例中，输出使用服从高斯分布的加权系数的平均处 理的结果，用于第一LCD面板。在本实施例中，对像素的亮度(灰度 级)直方图进行直方图裁减处理和直方图放大处理。更具体地说，在 通过平均处理获得的像素灰度级直方图的阈值处进行裁减处理，从而 移除在阈值之上的灰度直方图的高亮度部分，然后在高达全透射的灰 度级的灰度级的方向上作为整体放大或延伸整个裁减的直方图，由此 延伸或放大最小灰度级与阈值之间的灰度直方图，从而具有在最小灰 度级与全透射的灰度级之间的范围。可对灰度级或亮度本身进行直方 图的裁减和放大。此外，在裁减处理之前或之后，转变用于定义灰度 级-亮度特性的伽玛特性，从而进一步减小视差。这里假定位于坐标(i，j)处的主像素具有f (i,j)的灰度级，由对 主像素的亮度进行平均处理而得到的灰度级为g (i，j)，且平均处理的 范围为在i方向上的士M个像素以及在j方向上的土N个像素。在这种情 形中，加权平均灰度级g (i,j)被表示为其中G (i，j) ， Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。应当注意，i方向和j方向不必彼此垂直。更具体地说， 可使用三角阵列。在该情形中，加权系数G (i,j)服从高斯分布，然而 G (i，j)可以是服从其他分布的矩阵。不使用加权系数分布，使用通过简单平均处理获得的直方图的裁 减和放大来应用其他平均处理。这种处理被表示为<formula>formula see original document page 38</formula>进一步可选择地，对通过使用i方向上的士M个像素和j方向上的 土N个像素的加权平均处理获得的主像素的平均亮度与主像素的原始亮 度进行简单平均，然后经过直方图裁减和放大。该处理由下面的公式 表示<formula>formula see original document page 38</formula>通过使用这些处理，可将像素的图像转换为平均亮度，而没有降 低像素的原始亮度。矩阵G (i，j)可以是下面的其他矩阵 、00 0_<formula>formula see original document page 38</formula>其中m二l， 2...， n=l， 2，...，因为该矩阵仅仅改变亮度，而没 有进行加权平均。在第一到第六个实施例中描述的图像数据处理单元105中的信号 处理器118—般由FPGA构成，用于实现图像处理的运算。然而，图5 中所示的信号处理器118可由多个分离的部分501到504构成。图像 处理器118可由包含定时控制器110和局部存储器104的单个芯片构 成，或者由包含缓冲存储器106、 109和用于传送两组图像数据的发射 器107、 108的单个芯片构成。可选择地，图像数据处理单元105可由单个芯片或多个芯片模块 构成。图像数据处理单元105从图像源单元117接收用于图像数据信号以进行信号处理，其可以包括查看表并产生多个图像数据组。该多个图像数据组驱动LCD单元116中叠置的多个LCD器件。这获得了 较高的对比度，这是单个LCD器件不能获得的。此外，尽管图1中的图像源单元117与图像数据处理单元105之 间的信号传输通过单个发射器102和单个接收器103的组合来实现。 然而，根据设计选择，为了这种信号传输，LCD系统可使用多个发射 器和多个接收器。如前面所述，本发明具有下面的结构。在第一个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 用于显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元； 和图像数据处理单元，用于根据输入数据产生图像数据以驱动所述 LCD单元，多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板；和不包含 滤色器层的第二LCD面板，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，以向第二LCD面板输出单色图像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射， 对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级；彩色 图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数 据，以向第一LCD面板输出彩色图像数据。在第一个方面的一个实施例中，彩色图像数据对于第一像素指定 与在输入图像数据中指定的第一像素的原始灰度级对应的第二灰度 级，并对于第二像素指定第三灰度级，该第三灰度级是从输入图像数 据中指定的第二像素的原始灰度级修改一定的量所获得的，该量对应 于在全透射与第一灰度级的透射之间的透射系数的差。在另一个实施例中，彩色图像数据可指定，由观看到穿过第一和第二 LCD面板的光的观看者所看到的每个像素的颜色为在输入图像数据中指定的每个像素的原始颜色。在另一个实施例中，单色图像产生部可将输入图像数据转换为第 一单色图像数据，并对第一单色图像数据进行直方图裁减和放大，从 而计算第一灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在所有基色中选择在输入图像数据中具有最大灰度级的基色， 并将选定基色的灰度级确定作为第一单色图像数据中的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之后，可将输入图像数据转换为HSV彩色坐标系统，从而提取亮度分量， 并根据提取的亮度分量确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在输入图像数据中选择一个基色，并根据所选择的一个基色的 灰度级确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在输入图像数据中选择两个基色，并通过对选择的两个基色进 行灰度处理而确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的20%和80 %之间的范围内。
在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的20%和60 %之间的范围内。在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的30%和50 %之间的范围内。在另一个实施例中，除第一 LCD面板之外的多个LCD面板的每 一个可以都不包括滤色器层。在另一个实施例中，第一和第二LCD面板可以具有共同的像素分 辨率。在另一个实施例中，第一LCD面板可以包括含有三个子像素的像 素，而滤色器层可以包括RGB滤色器。在另一个实施例中，第一LCD面板可以包括含有四个到七个子像 素的像素，而滤色器层可以包括RGB滤色器和黄色、洋红色、青色和 透明滤色器中的至少一个。在另一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括运算处理部， 用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平均处理，从而向 第二 LCD面板和彩色图像产生部输出得到的平均图像数据。在另一个实施例中，在使用依赖于临近像素与主像素之间距离的 加权系数的同时，运算处理部通过对位于距主像素特定距离内的临近 像素的灰度级进行加权平均而进行平均处理。在另一个实施例中，加权系数可以服从高斯分布。
在另一个实施例中，运算处理部可以给单色图像数据提供亮度变 化，而没有降低单色图像数据的原始亮度。在另一个实施例中，在i方向和j方向上分别距主像素特定距离的 ±M个像素和士N个像素的范围中，运算处理部使用加权系数分布进行 加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进行裁减和放大，由 此提供亮度变化，而没有降低单色图像数据的原始亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式，对具有灰 度级f (i，j)的主像素(i，j)进行加权平均处理，从而产生加权平均的 灰度级g (i，j):<formula>formula see original document page 42</formula>其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。在另一个实施例中，在i方向和j方向上分别距主像素特定距离的±M个像素和士N个像素的范围中，运算处理部分别地使用加权系数进 行加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进行裁减和放大， 由此提供亮度变化，而没有降低其亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式对具有灰度 级f (ij)的主像素(i，j)进行平均处理，从而产生加权平均的灰度g(i,j):<formula>formula see original document page 42</formula>其中G (i,j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。在另一个实施例中，运算处理部进行下述处理在i方向和j方向 上分别距主像素土M个像素和土N个像素的范围中，使用加权系数进行 平均处理，从而产生加权平均的亮度；对加权平均亮度和主像素的亮 度进行简单平均处理；以及对得到的平均亮度获得的直方图进行裁减 和放大，由此改变像素的亮度，而没有降低其亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式对具有灰度 级f (i，j)的主像素(i，j)进行平均处理，从而产生加权平均的灰度级g (i，j):(2^蕴)其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。在另一个实施例中，LCD面板每个都具有多个(m个)灰度级， 且LCD单元具有不小于m且不大于mn的灰度级数。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致平行于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱 动在平行于LCD面板的方向上取向的LC分子。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致垂直于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱 动在垂直于LCD面板的方向上取向的LC分子。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致垂直于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱
动LC层中的LC分子，LC分子在平行于LCD面板的方向上取向并在 LC层内从一个表面到其内部旋转90度。在第二个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，包括 LCD单元，显示彩色图像并包含至少一个LCD面板和由点矩阵驱动方 案驱动的光源；以及图像数据处理单元，接收输入图像数据从而产生 用于驱动LCD单元的输出图像数据。图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而向光源输出单色图像数据，该单色图像数 据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，对于具 有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该第一灰度级 对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级；以及彩色图 像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数据， 从而向LCD面板输出彩色图像数据，该光源根据单色图像数据控制 LCD面板中的每个像素点的亮度。在第二个方面的一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括运 算处理部，用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平均处 理，从而向光源和图像数据产生部输出平均的图像数据。在另一个实施例中，光源可以包括电灯泡、发光二极管(LED)、 有机电致发光(EL)、无机EL、场发射型显示器(FED)和等离子体 显示面板(PDP)中的至少一个。在第三个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 包含叠置的多个LCD面板的LCD单元；和图像数据处理单元，用于 根据输入图像数据来产生图像数据以驱动该LCD单元，多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一 LCD面板和第二 LCD面板，
图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而向第二LCD面板输出单色图像数据，该单 色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数据，从而向第一LCD面板输出彩色图像数据。在另一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括用于对由单色 图像产生部产生的单色图像数据进行平均处理的运算处理部，从而向第二 LCD面板和彩色图像产生部输出平均的图像数据。一种电子设备，可以包括根据本发明第一到第三个方面的LCD系统。一种图像源转移/调整单元，可以包括根据本发明第一到第三个方 面的LCD系统。一种图像数据切换单元，可以包括根据本发明第一到第三个方面 的LCD系统。一种图像诊断系统，可以包括根据本发明第一到第三个方面的 LCD系统。在第四个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 包含叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；图像源单元，用于根 据图像源产生中间图像数据；以及图像数据处理单元，用于根据中间 图像数据产生图像数据从而驱动LCD单元，多个LCD面板，包括包含滤色器层的第一LCD面板和不包含 滤色器层的第二LCD面板，
图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据中间图像数 据产生单色图像数据，从而向第二LCD面板输出单色图像数据，该单 色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 和彩色图像产生部，用于根据中间图像数据和单色图像数据来产生彩 色图像数据，从而向第一LCD面板输出彩色图像数据。在第四个方面的一个实施例中，图像源单元包括信号发射器，用 于将图像源转换为适于在发射器和图像数据处理单元之间进行信号传 输的中间图像数据。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括定时控制器，用 于控制向彩色图像产生部输入中间图像数据和单色图像数据之间的定 时。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括其中存储从彩色 图像产生部输出的彩色图像数据的第一缓冲存储器和用于从第一缓冲 存储器读取彩色图像数据以向第一LCD面板输出彩色图像数据的第一发射器、第二缓冲存储器，其中存储所述单色图像数据、和用于读取单色图像数据以向第二LCD面板输出单色图像数据的第二发射器。在第五个方面的一个实施例中，图像数据处理单元可以进一步包 括运算处理部，用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平 均处理，从而向第二LCD面板和彩色图像产生部输出平均的图像数据。在另一个实施例中，单色图像产生部从中间图像数据提取亮度数 据，并根据提取的亮度数据产生单色图像数据。在另一个实施例中，单色图像产生部可以选择每个像素的多个彩
色图像数据中的一个，该一个彩色图像数据在中间图像数据中的每个 像素的彩色图像数据中具有最高的灰度级，从而根据该最高的灰度级 确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部可以进行直方图裁减处理、 伽玛曲线转换处理和直方图放大处理中的至少一个。在另一个实施例中，单色图像产生部参考查看表产生单色图像数据。在另一个实施例中，査看表可以是三维表，其列出了与要在中间图像数据中指定的每个RGB颜色的灰度级相关联的灰度级。在另一个实施例中，彩色图像产生部基于中间图像数据和单色图 像数据参考査看表来产生彩色图像数据。在另一个实施例中，查看表可以是四维查看表，其列出了与每个 RGB颜色的灰度级和单色图像数据的灰度级相关联的第一LCD面板的 彩色图像数据的灰度级。在另一个实施例中，彩色图像产生部可以将中间图像数据的亮度 分量除以单色图像数据的亮度，从而产生彩色图像数据。在另一个实施例中，在除之前，彩色图像产生部可以向单色图像 数据的亮度增加不小于一的整数。在另一个实施例中，单色图像产生部和彩色图像产生部的至少一 个可由软件实现。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括对应于n个LCD
面板的n个子部。在另一个实施例中，n个LCD面板每个可以包括三端非线性器件 的阵列，其以伪静态有源矩阵驱动方案驱动相应的一个LCD面板。在另一个实施例中，n个LCD面板每个都可以包括两端非线性器 件的阵列，其以有源矩阵驱动方案驱动相应的一个LCD面板。在第五个方面中，本发明涉及一种用于驱动液晶显示(LCD)单 元的驱动电路，该液晶显示单元包括从LCD单元的光发射侧按下述顺 序设置的第一LCD器件、第二LCD器件和光源，第一LCD器件包括 夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，第二 LCD器件包括夹在 一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板。靠近第二 LCD面板的一个第 一偏振膜和靠近第一 LCD面板的一个第二偏振膜具有彼此平行的光 轴，或者由共用的偏振膜构成，其中驱动电路包括用于在其中接收输入图像数据的单个输入端口组； 图像数据处理单元，用于通过使用不同的图像处理算法来产生两组输 出图像数据；和两个输出端口组，用于在其中传送分别用于驱动第一 和第二 LCD器件的两组输出图像数据。在第五个方面的一个实施例中，驱动电路可在单个IC芯片或多个 IC芯片上实现，从而构成单个图像数据控制芯片或多个图像数据控制 芯片。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括定时控制器，用 于控制输出到第一和第二LCD面板的两组输出图像数据之间的定时。在另一个实施例中，图像数据处理单元包括单色图像产生部， 用于根据输入图像数据产生单色图像数据，从而向第二 LCD面板输出 单色图像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的
第一像素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指 定第一灰度级，该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像 素的原始灰度级；和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色 图像数据产生彩色图像数据，从而向第一 LCD器件输出彩色图像数据。尽管参照示例性实施例及其修改例特别显示和描述了本发明，但 本发明并不限于这些实施方案和修改例。本领域普通技术人员应当理 解，在不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可在形 式和细节上进行各种变化。
权利要求
1.一种液晶显示LCD系统，包括显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；和根据输入数据产生图像数据以驱动所述LCD单元的图像数据处理单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一LCD面板；和不包含滤色器层的第二LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二LCD面板输出所述单色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，而对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第一灰度对应于在所述输入图像数据中指定的所述第二像素的原始灰度级；彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数据和所述单色图像数据来产生彩色图像数据，从而向所述第一LCD面板输出所述彩色图像数据。
2. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述彩色图像数据对 于所述第一像素指定与在所述输入图像数据中指定的所述第一像素的 原始灰度级对应的第二灰度级，并且对于所述第二像素指定第三灰度 级，所述第三灰度级是对在所述输入图像数据中指定的所述第二像素 的所述原始灰度级校正对应于在所述全透射与所述第一灰度级的透射 之间的透射系数的差的量所获得的。
3. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述彩色图像数据指 定由观看到穿过所述第一和第二LCD面板的光的观看者所看到的每 个像素的颜色为在所述输入图像数据中指定的所述每个像素的原始颜 色。
4. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部将所述输入图像数据转换为第一单色图像数据，并对所述第一单色 图像数据进行直方图裁减和放大，从而计算所述第一灰度级。
5. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，在所有基色中选择在所述输入 图像数据中具有最大灰度级的基色，并将所述选定基色的灰度级确定 作为所述第一单色图像数据中的灰度级。
6. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，将所述输入图像数据转换为 HSV彩色坐标系统，从而提取亮度分量，并根据所述提取的亮度分量 来确定每个像素的灰度级。
7. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中所述单色图像产生部 在产生所述第一单色图像数据之后，在所述输入图像数据中选择一个 基色，并根据所选择的一个所述基色的灰度级来确定每个像素的灰度 级。
8. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，在所述输入图像数据中选择两 个基色，并通过对所选择的所述两个基色进行灰度处理而确定每个像 素的灰度级。
9. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的20%和80%之间的范围内。
10. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的20%和600%之间的范围内。
11. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的30%和50%之间的范围内。
12. 根据权利要求1所述的LCD系统，除所述第一 LCD面板之外 的所述多个LCD面板的每一个都不包括滤色器层。
13. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述第一和第二LCD 面板具有共用的像素分辨率。
14. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述第一 LCD面板包 括含有三个子像素的像素，并且所述滤色器层包括RGB滤色器。
15. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述第一LCD面板 包括含有四个到七个子像素的像素，并且所述滤色器层包括RGB滤色 器和黄色、洋红色、青色和透明滤色器中的至少一个。
16. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述图像数据处理 单元进一步包括对由所述单色图像产生部产生的所述单色图像数据进 行平均处理的运算处理部，从而向所述第二LCD面板和所述彩色图像 产生部输出得到的平均图像数据。
17. 根据权利要求16所述的LCD系统，其中，在使用依赖于距 所述主像素特定距离内的临近像素与所述主像素之间距离的加权系数 的同时，所述运算处理部通过对位于所述临近像素的灰度级进行加权 平均来进行所述平均处理。
18. 根据权利要求17所述的LCD系统，其中，所述加权系数服 从高斯分布。
19. 根据权利要求16所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 向所述单色图像数据提供亮度变化，而没有降低所述单色图像数据的 原始亮度。
20. 根据权利要求19所述的LCD系统，其中在i方向和j方向上 分别距主像素特定距离的土M个像素和土N个像素的范围中，所述运算 处理部使用加权系数分布进行加权平均处理，并对得到的平均灰度级 的直方图进行裁减和放大，由此提供所述亮度变化，而没有降低所述 单色图像数据的原始亮度。
21. 根据权利要求20所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 过使用下面的公式对具有灰度级f (i,j)的主像素(i，j)进行加权平均 处理，从而通产生加权平均的灰度级g :<formula>formula see original document page 5</formula>其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。
22. 根据权利要求19所述的LCD系统，其中在i方向和j方向上 分别距所述主像素士M个像素和土N个像素的范围中，所述运算处理部 使用加权系数进行加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进 行裁减和放大，由此改变像素的亮度，而没有降低所述像素的亮度。
23. 根据权利要求22所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 通过使用下面的公式对具有灰度级f (i，j)的主像素(i,j)进行平均处 理，从而产生加权平均的灰度级g (i，j):<formula>formula see original document page 5</formula>其中G (i，j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。(2M + l)(2iV + l)
24.根据权利要求19所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 进行下述处理在i方向和j方向上分别距所述主像素土M个像素和士N 个像素的范围中，使用加权系数进行所述平均处理，从而产生加权平 均亮度；对所述加权平均亮度和所述主像素的亮度进行简单平均处理； 以及对得到的平均亮度的获得的直方图进行裁减和放大，由此改变像 素的亮度，而没有降低所述像素的亮度。
25.根据权利要求24所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 通过使用下面的公式对具有灰度级f (i,j)的主像素(i，j)进行平均处 理，从而产生加权平均的灰度级g (i,j):<formula>formula see original document page 6</formula>其中G (i，j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。
26.根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述LCD面板每个 都具有m个灰度级，且所述LCD单元具有不小于m且不大于m11的灰 度级数。
27.根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致平行于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动在平行于所述LCD面板的方向上取向的LC分子的驱动模式 驱动。
28.根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致垂直于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动在垂直于所述LCD面板的方向上取向的LC分子的驱动模式 驱动。
29. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致垂直于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动LC层中的LC分子的驱动模式驱动，所述LC分子在平行于 所述LCD面板的方向上取向并在所述LC层内从一个表面到其内部旋 转90度。
30. —种液晶显示LCD系统，包括LCD单元，显示彩色图像并 包含由点矩阵驱动方案驱动的光源和至少一个LCD面板；以及图像数 据处理单元，接收输入图像数据从而产生用于驱动LCD单元的输出图 像数据，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输 入图像数据产生单色图像数据，从而向所述光源输出所述单色图像数 据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素 指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第 一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指定的所述 第二像素的原始灰度级；彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数 据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述LCD面板输出 所述彩色图像数据，所述光源根据所述单色图像数据来控制所述LCD面板中每个像素点的亮度。
31. 根据权利要求30所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述光源和所述图像产生部输 出平均的图像数据。
32. 根据权利要求30所述的LCD系统，其中所述光源包括电灯 泡、发光二极管、有机电致发光、无机电致发光、场发射型显示器和 等离子体显示面板中的至少一个。
33. —种液晶显示LCD系统，包括LCD单元，包含叠置的多个 LCD面板；和图像数据处理单元，用于根据输入图像数据产生图像数据以驱动所述LCD单元，所述多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一 LCD面板和 第二 LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二 LCD面板输出所述单 色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的 第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像 素指定第一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指 定的所述第二像素的原始灰度级；以及彩色图像产生部，用于根据所 述输入图像数据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述 第一 LCD面板输出所述彩色图像数据。
34. 根据权利要求31所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述第二 LCD面板和所述彩色 图像产生部输出平均的图像数据。
35. —种电子设备，包括根据权利要求l、 30和33任意一个所述 的LCD系统。
36. —种图像源转移/调整单元，包括根据权利要求l、 30和33任 意一个所述的LCD系统。
37. —种图像数据切换单元，包括根据权利要求l、 30和33任意 一个所述的LCD系统。
38. —种图像诊断系统，包括根据权利要求l、 30和33任意一个 所述的LCD系统。
39. —种液晶显示LCD系统，包括包含叠置的多个(n个)LCD 面板的LCD单元；用于根据图像源产生中间图像数据的图像源单元； 以及图像数据处理单元，用于根据所述中间图像数据产生图像数据从 而驱动所述LCD单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板和不包 含滤色器层的第二LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述中 间图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二LCD面板输出所述单 色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的 第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像 素指定第一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指 定的所述第二像素的原始灰度级；和彩色图像产生部，用于根据所述 中间图像数据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述第 一 LCD面板输出所述彩色图像数据。
40. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像源单元包 括信号发射器，用于将所述图像源转换为适于在所述发射器和所述图 像数据处理单元之间进行信号传输的所述中间图像数据。
41. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括定时控制器，用于控制向所述彩色图像产生部输入所述中间 图像数据与输入所述单色图像数据之间的定时。
42. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括其中存储从所述彩色图像产生部输出的所述彩色图像数据 的第一缓冲存储器；和用于从所述第一缓冲存储器读取所述彩色图像 数据以向所述第一 LCD面板输出所述彩色图像数据的第一发射器；第 二缓冲存储器，其中存储所述单色图像数据；和用于读取所述单色图 像数据以向所述第二 LCD面板输出所述单色图像数据的第二发射器。
43. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述第二 LCD面板和所述彩色 图像产生部输出平均的图像数据。
44. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部从所述中间图像数据提取亮度数据，并根据所述提取的亮度数据来 产生所述单色图像数据。
45. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部选择每个像素的多个彩色图像数据中的一个，所述一个彩色图像数 据在所述中间图像数据中的所述每个像素的所述彩色图像数据中具有 最高的灰度级，从而根据所述最高的灰度级来确定所述每个像素的灰 度级。
46. 根据权利要求44所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部进行直方图裁减处理、伽玛曲线转换处理和直方图放大处理中的至 少一个。
47. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部参考査看表来产生所述单色图像数据。
48. 根据权利要求47所述的LCD系统，其中所述査看表是三维 表，其列出了与在所述中间图像数据中指定的每个RGB颜色的灰度级 相关联的灰度级。
49. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述彩色图像产生 部基于所述中间图像数据和所述单色图像数据参考査看表来产生所述 彩色图像数据。
50. 根据权利要求49所述的LCD系统，其中所述查看表是四维 查看表，其列出了与每个RGB颜色的灰度级和所述单色图像数据的灰 度级相关联的所述第一LCD面板的所述彩色图像数据的灰度级。
51. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述彩色图像产生 部将所述中间图像数据的亮度分量除以所述单色图像数据的亮度，从 而产生所述彩色图像数据。
52. 根据权利要求51所述的LCD系统，其中在除之前，所述彩 色图像产生部向所述单色图像数据的所述亮度增加不小于一的整数。
53. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部和所述彩色图像产生部中的至少一个由软件实现。
54. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括对应于n个LCD面板的n个子部。
55. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述n个LCD面板 每个都包括三端非线性器件的阵列，其以伪静态有源矩阵驱动方案来 驱动相应的一个所述LCD面板。
56. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述n个LCD面板 每个都包括两端非线性器件的阵列，其以有源矩阵驱动方案来驱动相 应的一个所述LCD面板。
57. —种用于驱动液晶显示LCD单元的驱动电路，该LCD单元包 括从所述LCD单元的光发射侧按顺序设置的第一 LCD器件，第二 LCD 器件和光源，所述第一LCD器件包括夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，所述第二 LCD器件包括夹在一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板，靠近所述第二 LCD面板的一个所述第一偏振膜和靠近所述 第一 LCD面板的一个所述第二偏振膜具有彼此平行的光轴，或者由共用的偏振膜构成，其中所述驱动电路包括单个输入端口组，用于接收通过所述单个输 入端口组的输入图像数据；图像数据处理单元，用于通过使用不同的 图像处理算法来产生两组输出图像数据；和两个输出端口组，用于通 过所述两个输出端口组传送分别用于驱动所述第一和第二LCD器件的 两组输出图像数据。
58. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述驱动电路实现在 单个IC芯片或多个IC芯片上，从而构成单个图像数据控制芯片或多 个图像数据控制芯片。
59. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述图像数据处理单 元包括定时控制器，用于控制输出到所述第一和第二 LCD面板的所述 两组输出图像数据之间的定时。
60. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述图像数据处理单 元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数据产生单色图像数据， 从而向所述第二 LCD面板输出所述单色图像数据，所述单色图像数据 对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第一灰 度级对应于在所述输入图像数据中指定的所述第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数据和所述单色图像 数据产生彩色图像数据，从而向所述第一 LCD器件输出所述彩色图像 数据。
全文摘要
LC单元包括叠置的第一和第二LCD面板。图像数据处理单元将单色图像数据输出到第二LCD面板，并且将彩色图像数据输出到第一LCD面板。该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度的像素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度的像素指定原始灰度级。根据单色图像数据和输入图像数据产生彩色图像数据。
文档编号G09G3/36GK101165767SQ20071018233
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者八代高士, 池野英德 申请人:Nec液晶技术株式会社
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示(LCD)单元和LCD系统，尤其涉及一 种包括层叠LCD器件的LCD单元和系统。本发明还涉及一种用于驱 动这种LCD单元或LCD系统的驱动电路。
背景技术：
LCD单元具有低电力消耗和高分辨率的优点，因而从便携式蜂窝 电话到大屏幕监视器TV都使用它。在暗环境中，LCD器件或LCD单 元中单单LCD面板的对比度最高大约为1000: 1，因而比CRT(阴极 射线管)或放电型显示面板如PDP (等离子体显示面板)、FED (场发 射型显示器)和SED (表面导电电子发射极显示器)的对比度差。例 如，类似于LCD单元一般用作监视器TV的PDP具有3000: 1的对比 度。因而，LCD单元具有下述问题，即当使用在暗部分中具有充分表 现能力的视频源如电影来在LCD单元上显示图像时，在现场存在不充 分的感觉。为了解决上述问题，提出了一种技术，该技术不提高LCD单元本 身的对比度，该技术根据将要显示的图像来控制LCD单元的背光的强 度，从而整体提高LCD.单元的对比度c然而，在具有面发射光源的LCD 单元中， 一般使用具有较窄动态范围的亮度的冷阴极管作为背光源。 即使根据将要显示的图像来控制背光单元的光强度，这种较窄的动态 范围将LCD单元的对比度最多限制在2000: l到3000: l的范围中。
此外，因为冷阴极管是棒形或圆柱形的，所以如果图像在相同屏幕上 同时包含较高亮度部分和较低亮度部分，则就不能控制光强度。这限 制了通过背光的亮度控制来提高对比度。更具体地说，如果考虑到较 低亮度部分的再现性而特别地控制具有较高和较低亮度部分的图像， 则就会降低有效对比度。为了不招致上述问题， 一般需要强烈升高LCD单元中LCD面板 本身的对比度。然而，如前面所述，即使提高LCD面板本身的对比度， LCD面板本身的对比度也最多大约为1000 : 1 。专利公开 No.JP-1989-102233A和JP-1984-189625A描述了一种不必显著提高 LCD面板本身对比度来大大提高LCD单元对比度的技术。在该技术中， 多个LCD面板或LCD器件被叠置在LCD单元中，由此减小暗亮度， 从而提高了 LCD单元的整体对比度。图12显示了包括叠置的两个LCD面板(LCD器件)的LCD单元 的结构。从光入射侧看时，LCD单元900包括偏振膜901、 LCD面板 941、偏振膜902、 LCD面板942和偏振膜903。 LCD面板941包括扭 曲向列模式(TN模式)液晶(LC)层931、和每个都在靠近LCD层 931的透明基板表面上具有透明电极921以及922的一对透明基板911 和912。 LCD面板942包括TN模式LC层932、和每个都在靠近LCD 层932的透明基板表面上具有透明电极923以及924的一对透明基板 913和914。透明电极921和923是从驱动电路951供给驱动信号的像 素电极，而透明电极922和924是共用电极。LCD单元的该结构将对 比度从大约10: 1或15: 1提高到大约100: 1。包含三个具有类似结 构的LCD面板的LCD单元具有大约1000: 1的对比度。简言之，具 有多个LCD面板的LCD单元具有超过由单个LCD面板获得的对比度 极限的对比度。在JP-1989-10223A中描述的LCD单元中，通过使用从单个视频 源供给的相同驱动信号驱动两个LCD面板941和942，从而获得较高
的对比度。在该结构中，当在从倾斜于LCD面板的垂线的倾斜方向上 观看显示单元时，在厚度方向上看到的LCD面板931与LCD面板932 之间的距离在它们之间提供了位置偏差。由于反常图像和双线图像， 位置偏差导致了在倾斜方向上观看LCD单元的观看者的不舒服的感 觉。此外，还存在下述情形，其中光在倾斜方向上在不同位置或不同 滤色器处穿过两个LCD面板，由此减小了亮度，降低了观看者观看图 像的可视性。发明内容鉴于常规技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种LCD单元 和LCD系统，其包括叠置的多个LCD面板，并且向在倾斜观看方向 上观看LCD单元的观看者提供了提高的可视性。本发明的另一个目的是提供一种用于驱动本发明的LCD单元或 LCD系统的驱动电路。在第一个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元； 和图像数据处理单元，用于根据输入数据来产生图像数据以驱动所述 LCD单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板；和不 包含滤色器层的第二 LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输 入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二 LCD面板输出单色图 像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像 素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一 灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指定的第二像 素的原始灰度级；以及彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单
色图像数据产生彩色图像数据从而将该彩色图像数据输出到第一 LCD面板。在第二个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)器件，包 括LCD单元，显示彩色图像并包含至少一个LCD面板和由点矩阵驱 动方案驱动的光源；以及图像数据处理单元，接收输入图像数据从而 产生用于驱动LCD单元的输出图像数据，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图 像数据来产生单色图像数据从而将单色图像数据输出到光源，该单色 图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射， 对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第 一灰度级对应于在输入图像数据中确定的所述第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据来产 生彩色图像数据，从而将彩色图像数据输出到LCD面板，光源根据单 色图像数据来控制LCD面板中每个像素点的亮度。在第三个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括包含叠置的多个LCD面板的LCD单元；和图像数据处理单元， 用于根据输入数据来产生图像数据以驱动LCD单元，多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一LCD面板和第二 LCD面板，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而将单色图像数据输出到第二LCD面板，该 单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据来产生彩
色图像数据，从而将彩色图像数据输出到第一LCD面板。在第四个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)系统，包 括包含叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；用于根据图像源 产生中间图像数据的图像源单元；以及图像数据处理单元，用于根据 中间图像数据产生图像数据从而驱动LCD单元的，该多个LCD面板包括包含滤色器层的第一LCD面板和不包含 滤色器层的第二LCD面板。图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据中间图像数 据来产生单色图像数据，从而将单色图像数据输出到第二LCD面板， 该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全 透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级， 该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据中间图像数据和单色图像数据来产 生彩色图像数据的，从而将彩色图像数据输出给第一 LCD面板。在第五个方面中，本发明提供了一种用于驱动液晶显示(LCD) 单元的驱动电路，该液晶显示单元包括从LCD单元的光发射侧按下述 顺序设置的第一LCD器件、第二LCD器件和光源，该第一LCD器件 包括夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，该第二 LCD器件包 括夹在一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板，靠近第二 LCD面板的 一个第一偏振膜和靠近第一 LCD面板的一个第二偏振膜具有彼此平行 的光轴，或者由共用的偏振膜构成，其中该驱动电路包括用于接收穿过其中的输入图像数据的单个输入 端口组；图像数据处理单元，用于通过使用不同的图像处理运算来产 生两组输出图像数据；和两个输出端口组，用于传送穿过其中的分别 用于驱动第一和第二LCD器件的两组输出图像数据。 参照附图，本发明上述和其他的目的、特征和优点将从下面的描 述更加显而易见。
图1是按照本发明第一个示例性实施例的LCD系统的方块图； 图2是屈1的LCD系统中的LCD单元的示意性截面图； 图3是显示图2的LCD单元和在LCD单元内传播的光的解释性 截面图；图4A和4B是分别显示在两个LCD面板和单个LCD面板的情形中色度与透射率之间的关系的曲线；图5是设置在图1的LCD系统中的信号处理器的功能性方块图； 图6是按照本发明第二个示例性实施例的LCD系统中的LCD单元的截面图；图7是从第一个示例性实施例的LCD单元修改而得到的LCD单 元的方块图；图8A和8B分别显示了在屏幕上平均处理的明亮区域和范围。 图9是通过加权平均处理而获得的屏幕上的图像的一个例子； 图IOA到IOC每个都显示了屏幕上的明亮区域的图像，其中图10A显示了原始图像的亮度，图10B显示了通过使用服从高斯分布的加权系数进行加权平均而获得的亮度，图10C显示了通过加权平均和随后的直方图裁减及放大而获得的亮度；图11显示了原始亮度分布和通过对原始亮度进行平均处理而获得的亮度分布的曲线；图12是包括两个LCD面板的常规LCD单元的示意性截面图。具体实施例现在，将参照附图描述本发明的示例性实施例。图1显示了按照本发明第一个示例性实施例的LCD系统。 一般由 数字100表示的LCD系统包括通过信号电缆120到122连接在一起的
图像源单元117、图像数据处理单元105和LCD单元116。图像源117包括图像源101和发射器102。发射器102将从图像 源101供给的图像数据转换或变换为适于发射的视频信号，并将其传 输到图像数据处理单元105。发射器102例如由Xilinc公司提供的 THC63DV164 (商标)构成。发射器102将从图像源101输出的并行数 据转换为串行信号，并通过通讯电缆将该串行信号传输到图像数据处 理单元105。发射器120可以是任何类型的接口，如用于个人计算机的接口， 只要发射器能传送一般的DVI输出就行。图像源单元117可以是提供 DVI输出的个人计算机。信号传输可以使用除DVI格式之外的其他任 何格式，如模拟或数字信号格式，只要其能在发射器102和接收器103 之间交换就行。图像数据处理单元105包括接收器103、局部存储器104、缓冲存 储器106和109、发射器107和108、定时控制器IIO和信号处理器118。 LCD单元116包括两个或多个LCD面板和光源115。图像数据处理单 元105对从图像源单元117传送的图像信号进行转换，从而产生用于 驱动LCD单元116中的LCD面板113和114的驱动信号。由图像数 据处理单元105产生的信号分别通过信号电缆121和122传送到LCD 器件113和114中的驱动电缆111、 112。图像数据处理单元105可以是Xilinc公司提供的Spartan-3E (商 标)显示方案板(display solution board)，其与构成接收器103的DVI 1/F板连接。图像数据处理单元105的其他方块由Spartaii-3E显示方案 板构成，其中通过设置在该板中的FPGA芯片(Spartan-3E)构成图像 处理器118。从发射器107和108传送的信号例如是LCD面板的LVDS 格式的。之后将讨论图像数据处理单元105中进行的图像处理的细节。LCD单元116包括叠置的第一LCD器件113和第二LCD器件114、 和设置在远离观看者的LCD单元116后侧上的背光源115。第一 LCD 器件113包括彩色LCD面板，第二LCD器件114包括单色LCD面板。 图像数据处理单元105给第一 LCD器件113的驱动电路111和第二 LCD器件114的驱动电路112提供不同的视频信号。这些器件113、 114分别由输入到驱动电路111、 112的驱动信号驱动。图2显示了 LCD单元116的截面结构。LCD单元116包括从LCD 单元116的光发射侧或前侧按下述顺序设置的偏振膜201、透明基板211、 滤色器层251、取向膜221、 LC层231、取向膜222、透明基板212、 偏振膜202、偏振膜203、透明基板213、取向膜223、 LC层232、 取向膜224、透明基板214、和偏振膜204。在下文中，为了描述简便， 透明基板211、滤色器层251、取向膜221、 LC层231、取向膜222和 透明基板212的组合被称作第一 LCD面板261，而与LCD面板261相 关联的LCD面板261、偏振膜201和偏振膜202的组合被称作第一 LCD 器件113。类似地，透明基板213、取向膜223、 LC层232、取向膜224 和透明基板214的组合被称作第二 LCD面板262，而与LCD面板262 相关联的LCD面板262、偏振膜203和偏振膜204的组合被称作第二 LCD器件114。图2中所示的面发射光源241对应于图1中的光源115。面发射 光源241照射第一 LCD器件113和第二 LCD器件114的后侧。从面 发射光源241发射的光穿过第二LCD器件114和第一LCD器件113， 从而被LCD单元116前侧的观看者观看到。对第一和第二 LCD器件 113、 114上的光透射率进行控制使得观看者在LCD单元116的屏幕上 观看到图像。在透明基板212靠近LCD层231的表面上，与各个三端控制器件 如TFT相关联地形成电极阵列。像素电极和相应的TFT —起构成像素。 LCD器件是横向电场模式如面内切换(IPS)模式的，其中每个像素都 包括用于在LC层中产生横向电场的梳齿状像素电极和梳齿状共用电 极。在滤色器层251中，条形的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B) 滤色器如此设置，即单个像素都包括含有R、 G和B条的三个子像素 (点)。在下文中将描述用于制造LCD器件的工序。在上面设置有电极阵 列的透明基板211的表面上形成取向膜221，而在上面形成有滤色器层 251的透明基板212的表面上形成取向膜222。然后取向膜221、 222 经过取向处理如摩擦处理。如此组装透明基板211、 212，从而使得形 成在透明基板上的取向膜彼此相对并且彼此之间具有间隙，且取向处 理的方向彼此平行。然后用Merck公司提供的ZLI4792 (商标)的液晶 填充上述间隙，由此获得了第一 LCD面板261。将使用从NittoDenko 公司提供的SEG1224 (商标)的偏振膜201和偏振膜202附着到LCD 面板261上，从而在它们之间夹入LCD面板261，由此获得了第一 LCD 器件113。在该步骤中，偏振膜201、 202如此设置，从而使得它们的 光透射轴或吸收轴彼此垂直，且其中一个偏振膜的光透射轴或吸收轴 平行于LC层的取向方向。除了透明基板213不包括滤色器层之外，与第一 LCD面板261类 似地制造第二 LCD面板262。在透明基板214靠近LC层232的一侧 上与各个TFT相关联地形成电极阵列。此外，由于在第二 LCD面板 262上没有滤色器层，所以第二 LCD面板262的像素不包括子像素。 可选择地，第二 LCD面板262具有尺寸对应于第一 LCD面板261中 的子像素尺寸的像素。第二 LCD面板262被夹在偏振膜203、 204之 间，其设置类似于第一LCD器件113，从而获得了第二LCD器件114。然后将如此制造的第一LCD器件113和第二LCD器件114叠置， 从而获得LCD单元116。在该步骤中，面发射光源241被设置在LCD 单元116的后侧上，并且LCD器件113、 114的取向方向彼此平行或 垂直。此外，偏振膜202、 203的光透射轴或吸收轴彼此大致平行，从
而穿过偏振膜203的光尽可能多地穿过偏振膜202。在两个LCD器件113、114中，LCD单元116包括单个偏振膜251， 由此在倾斜观看方向上观察的观看者不会看到双色层，因而不会感觉 到依赖于观看方向而产生的不同亮度。在本实施例中，如上面所述， 两个LCD器件由不同的驱动信号驱动。如果LCD器件由相同的驱动 信号驱动，则由于LCD器件间的视差，所以LCD器件之间的距离会 导致不舒服的感觉。图3示意性地显示了在对比技术中产生视差的情况，其中为了简 化仅图示了透明基板和LC层。图3中的LCD器件301、 302分别对应 于图2中的LCD器件113、 114，透明基板321到324分别对应于透明 基板211到214，并且LC层325、 326分别对应于LC层231、 232。当观看者311观看时，在与屏幕表面垂直的方向上观看第一 LCD 器件301和第二 LCD器件302会使第一 LCD器件301的LC层325上 的点P与第二 LCD器件302的LC层326上的点a在观看线331上彼此 重叠。更具体地说，垂直方向上的观看不会导致给观看者带来不舒服 感觉的任何视差。另一方面，由于在这些点之间的厚度方向上的距离"d"，在相对 于屏幕表面的垂线成e角的倾斜方向上观看会使点ot和点(3彼此偏离。观 看者在观看线332上观看到点a，而观看者312在观看线333上观看到 了点P。更具体地说，倾斜方向上的观看导致点a和p在不同位置处被观 看到，由此在屏幕上观看的图像的边缘为双线。在根据折射率差且基于斯涅耳定律在传播方向上进行反射的同 时，穿过第一 LCD器件301和第二 LCD器件302的光离开透明基板 321而达到空气。假定e、 ())、 "ng"和"na"分别是光从透明基板321 的外表面的出射角、光在透明基板321的外表面上的入射角、透明基
板321的折射率和空气的折射率，斯涅耳定律提供了下面的关系 naxsin6 = ngxsin())上述表达式的变形提供了下面的关系 ()):siir1 ( (na/ng) xsin0)根据内错角(alternate-interior angle)的关系，从点(H专播到透明 基板321外表面的光与外表面的垂线之间的角度也是())。类似地，从点 oc传播到透明基板外表面的光与垂线之间的角度也是小。以视角e进行观 看时，第二 LCD器件301中的点a与第一 LCD器件上的点(3之间的偏 离"r"由下面的公式表示tan<|)= (r/d)r=dxtan(()=dxtan (sin-1 ( (na/ng) xsinQ) ) (1)为了消除以角度e在倾斜方向上观看时的视差感觉，理论上将在点卩上显示的数据的位置移动距离r到达位置y是足够的。因而，信号处理 器118将数据散射高达距离r，从而对屏幕上的整个像素数据进行平均 处理。这可减小视差感觉并减小观看者不舒服的感觉。对第一和第二 LCD器件每一个的数据都进行平均处理。在消除视差感觉这一点上， 不管在第一 LCD器件还是对第二 LCD器件即具有或不具有滤色器层 的器件的数据上进行平均处理，平均处理的效果都是相当的。类似地， 不管是在前方LCD器件还是对后方LCD器件上进行平均处理，平均 处理的效果都是相当的。如果对后方LCD器件的数据进行平均处理，则可在前方LCD器 件与后方LCD器件之间夹入具有光学色散特性的光学组件，如光学色 散膜，由此增加平均处理的视距"r'"。在这种情形中距离"r，"通过 下面的公式获得r，= (d，xtanc|)) + ( (d—d，) xtan (小+ri))，其中d'和T!是色散膜距第二 LCD层326的距离和光学色散膜的半 值色散角(half-value dispersion angle)。因而提供光学色散膜增加了平 均处理的有效距离r，。该事实应当被认为是为了在图像数据处理单元105中进行平均处理。本发明人分析了包含叠置LCD器件的LCD单元的驱动方案，并 发现通过对不具有滤色器层的第二 LCD器件302的数据进行平均处 理、并且在第一 LCD器件301上进行彩色显示并将第一和第二 LCD 器件层叠在一起可获得出色的图像。通过对第二 LCD器件的数据进行 平均处理而获得出色图像的原因是，对第一LCD器件301 (113)的数 据进行处理会导致昏暗的颜色并使色度的再现范围变窄。图4A和4B显示了亮度和色度(a*)范围，其表示在HSV色坐 标系统中，即由CIE1976限定的色空间中，该范围是在LCD单元上获 得的。图4A显示了由包含两个LCD器件的LCD单元表示的范围，而 图4B显示了由单个LCD器件表示的范围。纵坐标表示利用显示为100 的最大透射率标准化的透射系数(透射率)，而横坐标表示色度，即 色质。对比图4A和图4B，应当理解在较高亮度范围和/或较高色度范围 中，单个LCD器件也获得了出色的色度再现性。该较高亮度范围在纵 坐标上用较大的数字表示，而较高的色度范围在横坐标上用较大的绝 对值表示。因而，在较高亮度(或色度)范围中以下是足够的仅使 用第一 LCD器件113来显示原始图像数据，而第二 LCD器件114保 持为不显示任何图像的最大透射率状态。另一方面，在较低亮度范围 中，必须控制第二 LCD器件114使其显示对应于原始图像数据的灰度 级的灰度级，且与第二LCD器件114相关联地使用显示彩色图像的第 一LCD器件113来显示原始图像数据。该技术在较高亮度范围(或较 高色度范围)和较低亮度范围中提供了出色的色度再现性。在上面的例子中，第二LCD器件114的透射系数在较高亮度或色 度范围中保持为最大；然而第二LCD器件114不必严格保持为全透射 状态或对所有像素为最大透射系数。例如，将第二LCD器件114保持
为大致全透射状态或大致最大明亮状态如90%的透射系数就足够了。在下文中，在其中仅使用第一LCD器件113来显示图像的第一范围与 其中使用第一和第二 LCD器件113、 114来显示理想图像的第二范围 之间的边界称作阈值。第一和第二LCD器件的这种控制，在驱动第一 LCD器件113过程中的灰度级变化以及在驱动第二 LCD器件114过程 中的灰度级变化的至少一个中提供了适当的中断。图5显示了功能方块图中的信号处理器118的结构。信号处理器 118包括单色图像产生部501、运算处理部(平均处理部)502、定时 控制器503、和彩色图像产生部504。信号处理器118从图1中所示的 接收器103接收例如每一个基色都包含8位信号由此每个像素总共为 24位的图像数据。该图像信号通过两条通路传送， 一条将分开的图像 信号传送到单色图像产生部501，另一条将分开的图像信号传送到定时 控制器503。单色图像产生部501从分开的图像信号产生单色灰度级信 号(亮度信号)，而定时控制器503按照基于输入侧的定时信号接收 的各个信号的顺序，根据输出侧的定时信号来读出分开的图像信号。单色图像产生部501根据输入的24位彩色图像信号的亮度数据来 产生例如8位单色图像信号。通过检查像素的每个基色R、 G和B的 灰度级，选择三个基色中具有最大灰度级的三个基色之一，并将选定 基色的灰度级确定为像素的灰度，由此产生单色图像信号。可选择地， 在进行了包含亮度、色度和色调转换的HSV转换之后，从那里提取出 亮度数据并将其转换为单色图像数据。进一步可选择地，选择R、 G和 B输入图像数据之一并将其转换为单色信号。代替地可选择R、 G和B 输入图像数据中的两个并使其信号转换为单色信号。应当注意，较高 灰度级或较高透射系数的区域对应于较高亮度或较高色度的区域。在转换为单色图像之后，单色图像产生部501将具有特定灰度级 或以上的像素的透射系数变为全透射状态，并将具有低于该特定灰度 级的灰度级的像素的透射系数保持为原始彩色图像的透射系数。在该
处理中，将进行单色转换的数据的灰度级与预定阈值比较，例如，如 果灰度级高于阈值，则像素的透射系数就被转换为全透射系数的水平。 另一方面，如果进行单色转换的数据的灰度级低于阈值时，则灰度级 就被再指定在对应于全透射状态的最大值与对应于全关状态的最小值 之间。灰度级的转换处理不限于上述的处理。例如，使单色图像经过伽玛曲线转换，Y值设为大约4.0，并将具有特定值的伽玛转换透射系数的区域变为全透射状态。可选择地，使透射系数经过直方图调整或直方 图转换，并可以使得具有特定值的透射系数变为全透射状态。在单色图像产生部501中，将较高透射系数的区域变为大致全透射状态就足 够了 ，因而可使用其他技术来产生单色图像数据或将具有较高透射系 数的区域的透射系数转换为全透射状态。运算处理部502对单色图像产生部501产生的单色图像进行平均 处理。在平均处理中，可使用专利申请2006-114523中描述的技术。在 该技术中，使位于距受关注像素距离"r"(图3)内的多个像素的图 像数据经过平均处理或均衡处理，其中使多个像素的灰度级经过加权 平均处理。加权平均处理是这样的，即在使用像素距受关注像素的距 离作为将要平均的灰度级的加权系数的同时，将多个像素的灰度级进 行平均。使用高斯分布作为加权分布。平均处理使图像的边缘或轮廓 变得模糊或不明显。经过平均处理的单色图像通过缓冲存储器109和 发射器108 (图l)从运算处理部502传送到第二LCD器件114。彩色图像产生部504产生基于对于每个RGB颜色来说都包含8位 的24位图像数据的并通过定时控制器503传送的彩色图像，以及产生 在运算处理部502中进行平均处理的单色图像数据。彩色图像数据被 传送到第一LCD器件113，从而在其上进行显示。为了消减产生单色 图像的时间延迟的目的，设置定时控制器503。如果使用图1中的局部 存储器104有效地消减时间延迟，或者如果本身不必定时调整，则可
移除定时控制器503。因为LCD单元116的观看者观看到穿过第一 LCD器件113和第 二LCD器件114的光，所以亮度即观看者观看到的图像的总透射系数 为两个LCD面板的透射系数的乘积。彩色图像产生部504根据第二 LCD器件114的图像数据来修改将要在第一 LCD器件113上显示的彩 色图像，从而补偿第二LCD器件114中的亮度变化或亮度下降。这阻 止了观看者看到的亮度从原始图像数据的亮度发生变化。彩色图像产生部504根据从运算处理部502输出的单色图像数据 进行24位彩色图像数据的处理，从而产生彩色图像信号。更具体地说， 彩色图像产生部504将彩色图像数据的图像信号除以单色图像的亮度 信号，从而产生亮度校正的校正彩色图像信号，只要亮度不为零就行。 如果单色图像的亮度为零，则单色图像的亮度就改变特定值，避免被 零除。当彩色图像处理部504产生彩色图像信号时，原始图像信号经 受另外图像校正处理。由彩色图像产生部504产生的彩色图像经由缓 冲存储器106和发射器107被传送到第一LCD器件113。在LCD单元116中，如上所述，第一LCD器件113由在彩色图 像产生部504中产生的彩色图像数据驱动，而第二 LCD器件114由在 运算处理部502中经过平均处理的单色图像数据驱动。如果观看者仅 观看第二 LCD器件114上的显示，则具有较高亮度的区域处于全透射 状态中，其他区域由于平均处理而具有模糊图像。另一方面，如果观 看者仅观看第一 LCD器件11，则在其中第二 LCD器件114没有处于 全透射状态的区域中观看到的图像是加重的图像。这里的"加重的图 像"是指，图像中的亮度和色度被加重，该"加重的图像"根据第二 LCD器件114上的亮度通过校正第一LCD器件113的亮度来获得。在下文中分析通过单色图像产生部501设定用于转换的阈值。如 果在运算处理部502中的平均处理之后，相对于第二 LCD器件114的 原始图像来说亮度的变化率超过20%，则色度和色调的变化量较大，即使彩色图像产生部504调整第一LCD器件113的亮度信号，也会导 致不舒服的感觉。为了阻止这种情况，转换为单色图像的阈值优选设 定在输入图像数据的20%和80%之间的范围中，由此显示图像使得即 使在输入图像数据中发生大约20%的波动也不会有不舒服的感觉。此 外，因为仅通过第一LCD器件113显示较高亮度或色度的区域，如上 参照图4所述的，所以阈值上限(80%)优选降低为60%，由此增加 第二LCD器件114中全透射的区域。这提供了令人满意的情形，其中 仅通过单个LCD器件显示的区域可仅通过第一 LCD器件113尽可能 地显示。此外，设定在30%和50X之间的范围中的阈值可使第一LCD 器件113尽可能有效地显示图像，由此提供了基本没有不舒服感觉的 图像。为了验证本实施例的优点，将经过上述图像处理的图像信号输入 到图像显示系统100的第一 LCD器件113和第二 LCD器件114，用于 显示图像。在该情形中，获得了与仅在第一LCD器件113上显示的情 形中相当的适宜的图像亮度和色度。此外，对于对比度来说，获得了 高达500,000: 1的对比度。由于进行平均处理，在倾斜观看方向上的 观看提供了出色的显示质量，而几乎不受视差的影响。尽管该实验中 使用的LCD单元具有700: l的对比度，但如果LCD单元包括具有较 高独立对比度的LCD器件或具有类似独立对比度的三个或多个LCD 器件，则本实施例可进一步提供较高的对比度。尽管图像源单元117、图像数据处理单元105、和LCD单元116 在图1中显示为彼此分开，但这些单元可通过单个硬件构造或者容纳 在单个框架中。在一个例子中，图像源单元117和图像数据处理单元 105被容纳在单个框架中，而LCD单元被容纳在分离的框架中。可使 用硬件图像处理器件进行或者使用在CPU上运行的软件进行图像数据 处理单元105中的图像处理。
可在图像数据处理单元105外部进行平均处理，并可使用在CPU 上运行的软件或者使用如由MPEG记录器代表的图像芯片，在图像源 117中进行平均处理。在该情形中，在图像源单元117与图像数据处理 单元105之间设置有两组信号电缆120(图1中所示)，由此将在第一 LCD器件113上显示的图像与在第二LCD器件114上显示的图像分开 地输出。尽管在上面的实施例中信号处理器118中的单色图像产生部501 和彩色图像产生部504通过进行信号处理来产生图像信号，但本发明 并不限于此。例如，在单色图像产生部501中可使用列有输入信号和 相应输出信号的查看表。查看表可以是根据RGB输入图像信号的每个 灰度级提供单色灰度级的三维表。彩色图像产生部504可以通过使用4 维査看表来产生彩色图像，该4维查看表根据输入图像数据的每个灰 度级和单色图像数据的灰度级来提供彩色图像的灰度级。在该典型的实施例中，第一LCD器件113包括滤色器层251;然 而，滤色器层不是通过显示平均的图像数据来消除视差感觉的必不可 少的元件。更具体地说，第一和第二LCD器件113和114可以是单色 LCD器件以获得单色LCD单元。在上述示例性实施例中，单个像素包括对应于滤色器层中三个基 色的三个子像素；然而，滤色器层可包括其他多个颜色的组合，如 RGBYMC。在这种情形中，单个像素包括数量对应于滤色器层的颜色 的子像素。可选择地，单个像素可包括对应于RGGB颜色或对应于RGB 颜色和不具有颜色的区域也就是RGBW的四个子像素区域。本发明可用于除IPS模式LCD器件之外的其他器件。本发明的 LCD器件可以是任何模式的，包括垂直取向模式(VA模式)、扭曲向 列模式(TN模式)、光学弯曲补偿模式(OBC模式)。图2显示了不 包括延迟补偿层的LCD单元的结构；然而，LCD单元可在LCD面板 261、 262与偏振膜之间包括延迟补偿层，用于改进视角特性。根据LC 层231、 232的模式，选择延迟补偿层的光学特性。例如，如果将延迟补偿层设置在偏振膜201、 202与由IPS模式驱 动的第一 LCD器件113之间，则延迟补偿层优选具有nx》ny〉nz的特 性，其中nx、 ny和nz分别是延迟补偿层的平行于基板表面的折射率、 垂直于nx的方向并平行于基板表面的方向上的折射率、和垂直于nx 和ny的方向的方向上的折射率，nx的方向平行于偏振膜201、 202的 光学吸收轴或者光学透射轴。具有这种特性的延迟补偿层改进了第一 LCD器件113的视角特性。延迟补偿层可以包括组合起来具有这种整 体特性的多个膜。对于由VA模式驱动的第一 LCD器件113来说，具有ndiy〉nz 特性的延迟补偿层如此设置，从而使得nx的方向平行于偏振膜201、 202的光学吸收轴或光学透射轴，以改进第一 LCD器件113的视角特 性。如果第一LCD器件113通过TN模式或0CB模式驱动，则延迟补 偿层可以是由具有负延迟的圆盘状(discotheque) LC层构成的WV膜， 其中圆盘状LC层的轴方向在其厚度方向上连续变化，用于提高视角特 性。延迟补偿层可设置在LCD面板261、 262的一侧上，或者设置在 两侧上。延迟补偿层可设置在LC层231、 232与偏振膜201 — 204的相 邻一个之间的任何间隙中。代替单个延迟补偿层可设置多个延迟补偿 层。应当注意，具有阈值以上灰度级的第二LCD器件114中的像素的 全透射可以具有一些变化范围，只要其大致恒定就行，即可以是比固 定值高或低百分之几。图6显示了在按照本发明第二个示例性实施例的LCD系统中的 LCD单元的截面结构。在第一个实施例中，如图2中所示，在第一 LCD 面板261和第二 LCD面板262之间设置有两个偏振膜，其中偏振膜202 设置在第一 LCD器件113中，偏振膜203设置在第二 LCD器件114 中。在本实施例的LCD单元中，两个偏振膜之一被省略，而另一个偏 振膜由第一 LCD面板601和第二 LCD面板602共享。其他结构类似 于第一个实施例。在第一个实施例中，夹在LCD面板261和LCD面板262之间的 两个偏振膜202和203如此设置，使得其光学透射轴或光学吸收轴彼 此平行，从而将在LCD单元中的光吸收最小化。然而，设置两个偏振 膜将光学透射系数降低了大约20%。鉴于此，本实施例在LCD面板 601与602之间使用单个偏振膜603。如果设置了 n个LCD面板，其 中n为不小于2的整数，则本实施例将亮度比第一个实施例提高了大 约1/ (0.8n")。下文中将描述按照本发明第三个示例性实施例的LCD系统。上述 每个实施例都使用白光源，如CCFL和LED。在本实施例中，LCD系 统包括以时分模式发射RGB光的三色光源。叠置的LCD器件以时分 模式以场顺序方案显示对应于RGB颜色的图像。用于产生驱动第一和 第二LCD面板的图像数据的方法类似于第一个实施例中的。本实施例 获得了类似于第一和第二个实施例的优点。在下文中将描述按照本发明第四个实施方案的LCD系统。第四个 实施方案使用下述驱动方案，在该方案中，通过施加的电压，例如以 TN模式来改变LC分子相对于基板表面的角度。在该驱动方案中，常 规的技术导致了由于观看者的视角而发生的视角特性降低的问题。降 低的视角特性由LC层的双折射特性导致，其中根据观看者的视角，LC 分子看起来具有不同的形状。包含具有这种降低视角特性的多个LCD 器件的LCD单元将具有依赖于叠加的LCD器件的数量的降低的协同 效果。在该实施例中，每相邻的两个LCD器件都具有相反的视角特性， 用于消除彼此的视角依赖性。这提高了本实施方案的LCD系统的视角 特性。
下文中将描述按照本发明第五个实施例的LCD系统。本实施例的 LCD系统是这样的，即从图1中所示的第一个实施例的LCD单元省略 显示单色图像的第二LCD器件114。此外，LCD系统包括控制点强度 的光源。更具体地说，光源包括以矩阵方式设置的多个LED，其中控 制每个LED的发射强度。在典型的情形中，光源包括480x640个LED， 每个都由白色髙亮度LED构成并对应于第二 LCD器件114的每个像 素，在光源前方设置有光色散片。代替第二LCD器件114，由运算处理部502 (图5)平均的、用于 驱动图1中的第二LCD器件114的单色图像数据以点矩阵驱动方案驱 动光源。就是说，本实施例中的背光源的发射图案对应于通过组合第 一个实施例中的光源115和第二LCD器件114所获得的图像。在该结 构中，由点矩阵方案驱动的光源具有图1中所示的光源115和第二LCD 器件114的功能，由此对应于图1中的LCD器件113的本实施例中的 LCD器件接收与由图1中第一LCD器件113接收的光相似的光。因而， 本实施方案的LCD单元通过使用单个LCD器件而具有外在较高的对 比度。在第五个实施例中，单个LCD面板和由点矩阵驱动方案驱动的光 源的组合具有类似于包含两个LCD器件的LCD单元的功能。可选择 地，可对其设置单色图像驱动电路和附加LCD器件。除了保持与原始 图像相当的色度和色调之外，通过使用第一个实施例中所述的单色图 像数据驱动单色LCD面板和包括点光源矩阵的光源还提供了较高的对 比度。在上面的实施例中，使用TFT作为用于驱动LCD面板的驱动元件。 TFT可以用薄膜二极管(TFD)代替。此外，如果LCD器件具有相对 较低的分辨率，LCD器件可以以无源矩阵驱动方案驱动。上面实施例的LCD面板获得了较高的对比度，因而优选被用作需
要较高对比度图像显示的医疗成像器件、用在广播站中的监视器TV、或在暗区域如电影院中提供图片图像的LCD单元。在图1中，图像数据处理部105产生用于第一和第二 LCD器件 113、 114的图像数据。然而，图像处理部105可被划分为对应于设置 在LCD单元116中的LCD器件的多个处理部。图7显示了第一个实施例的修改例，其中LCD系统100a包括设 置在图像数据处理单元105a中的多个处理部130-1到130-n，其对应于 设置在LCD单元116a中的多个LCD器件520-1到520-n。从图像源单元117供给的图像数据通过分布单元131被分布到每 个图像处理单元130。每个图像处理单元130都产生将要在相应LCD 面板520上显示的图像数据。由此产生的图像数据经由信号电缆123-1 到123-n被输入到LCD单元116a。定时控制器110设置在处理部130-1 到130-n之一中，用于控制下述定时，利用该定时控制处理部130-1到 130-n，使LCD面板420上的图像彼此同步。在图7中，LCD面板520-1是彩色LCD面板，而其他LCD面板 520-2到520-n是单色LCD面板。图像数据处理部130-2到130-n中的 运算处理单元包括单色图像产生部501和平均处理部502 (图5)，并 经由信号电缆123-2到123-n向LCD面板520-2到520-n输出平均的单 色图像。图像处理单元130-1包括彩色图像产生部504，并经由信号电 缆123-1向第一 LCD面板520-1输出图像数据。本修改例的LCD系统 lOOa获得了类似于第一个实施方案中的优点。在图5中，对于每个RGB颜色，彩色图像产生部504从8位图像 数据产生24位彩色图像信号。然而，输入数据和输出数据的位数并不 限于该例子。例如，假定每个LCD器件的灰度级数为m，则在包含n 个LCD面板的LCD单元上显示的最大灰度级数为nxm个。因而，通
过使用具有m到1112个灰度级数的输入图像数据，彩色图像产生部504 可产生具有m个灰度级的彩色图像数据。在第五个实施例中，例示的光源包括矩阵设置的并由点矩阵驱动 方案驱动的LED。本发明并不限于该例子。光源可包括由点矩阵驱动 方案驱动的电灯泡、有机电致发光(EL)器件、无机EL器件、FED 禾口PDP。叠置的LCD面板不必由公用图像源驱动，例如对于每个LCD 面板，可以通过包含图像显示和加重数据的单独的驱动数据来驱动。本发明的LCD系统可用在电子设备、图像数据调整器件、图像切 换器件、医疗成像器件中。本实施例可被用于其中安装并固定有本发 明的LCD单元和音响器件的建筑物中。在下文中将描述本发明的第六个实施例。图5中所示的第一个实 施例的运算处理部502通过使用高斯分布进行平均处理。本实施例中 的运算处理部使用不同的加权平均技术，其在实验中提供了出色的结 果。本实施例假定在屏幕上的暗背景中存在明亮区域，明亮区域具有 100的亮度并包括中心像素，并且明亮区域由在i方向(例如行方向) 上靠近中心像素的士P个像素和在j方向(例如列方向)上靠近中心像 素的土Q个像素来限定。图8A显示了上述假定情形的一个例子，其中 明亮区域的中心像素表示为C0，为了简化的目的，确定限定明亮区域 的数量P和Q被设为P=l， Q=l。图8B显示了加权平均处理的范围，包括主像素和在i方向和j方 向上分别位于离开主像素土M个像素和士N个像素处的临近像素。在该 例子中，M和N设为M二1， N=l，主像素和靠近主像素的临近8个 像素的加权系数为"1"。
在上述情形中，如果靠近明亮区域的角落的像素C9被选择作为主 像素，则像素C9的加权平均亮度YC9由下面的公式表示YC9= (Yclxl+YC2xl+YC3xl+YC8xl+ YC9xl+ Yci0xl+ Ycl5xl + Ycl6xl+Ycl7xl) +9这里，因为YC1=YC2 = YC3 = YC8 = YC9 = YC10 =YC15 = YC16 = 0， YC17=100，所以上述公式得到YC9=11.1类似地，计算像素C13的YC13、像素C35的Yc35和像素C40的 YC4Q，从而具有11.1的加权平均亮度。类似地获得其他加权平均的亮度Ycn，其中Ycio、 Yci2、 Yci6、 YC20、 Yc29、 Yc33、 Yc37禾O Yc39为22,2，Ycu禾口 Yc32为44.4， YC18、 YC24、 YC25和YC21为66.6， Yco为lOO。图 9中显示了这种显现在屏幕上的加权平均的亮度分布。在该例子中，包含主像素和临近像素的九个像素具有相同的加权 系数(=1)。在该情形中，如果平均处理使用大量靠近主像素的临近 像素，则可获得较强的平均效果。然而，如果在其中临近像素使用任 意加权系数分布的情形中对平均处理使用大量临近像素，则与图9中 所示的例子相比，会降低亮度。在上述情形中，如果在平均处理中靠近主像素的像素数小于图8B 的情形，即如果平均处理的范围数M和N较小，则通过平均处理获得 的亮度就较低。简言之，明亮区域中的像素数和/或平均处理中的像素 范围提供了不同的平均效果。在图8A、 8B和9的例子中，在平均处理中对于主像素和临近像 素，加权系数固定为"1"。下文中将参照图IOA到IOC描述其中加权 系数服从高斯分布的不同情形，其显示了屏幕上亮度的不同情形。图10A显示了在平均处理之前具有100的亮度的原始明亮区域的 一个例子，该明亮区域在一侧距位于原点Po的像素为P宽度。图10B 显示了在通过使用服从高斯分布的加权系数对图10A的亮度进行加权平均处理之后屏幕上的亮度，图10C显示了通过对亮度进行变化而从 图10A修改得到的亮度，同时没有降低原始亮度。图10B中所示的亮度低于图10A的原始亮度，并且还低于图IOC 所示的亮度。这表明在平均处理之后，服从高斯分布的加权系数可以 降低原始亮度，这是不希望的。图11显示了分别沿图IOA、 10B和10C中所示的线A-B、 A，-B， 和A"-B"的亮度分布。纵坐标表示标准化的灰度级，横坐标表示像素 相对于原点Po的像素的距离。显示图IOA的亮度分布的曲线(i)在原 点Po以及到离Po为土P的像素具有100的亮度，在离Po为土P的像素 之外的亮度为零。显示通过使用服从高斯分布的加权系数获得的图10B 的亮度分布的曲线(ii)在曲线(i)的100和0之间的边界附近具有小 于IOO的亮度，因而与曲线(i)相比具有较低的亮度。这是因为，在 图10B的情形中，与平均处理之前的原始亮度相比，较小的明亮区域 和/或用于平均处理的较大范围的像素提供了较低的亮度。如果平均处理的范围为零，即仅使用中心像素进行平均处理，则 在平均处理之后亮度不会变化。 一般地，如果平均处理使用大范围的 靠近主像素的临近像素，则可获得较高的平均效果。然而，具有100 亮度的中心像素在平均处理之后减小了原始亮度。简言之，使用服从 加权系数分布的加权系数的平均处理不可避免地使具有高亮度的像素 丧失其原始亮度。因而，尽管平均处理本身减轻了主要视差，但用于限制在叠置的多个LCD面板之间的视差的平均处理降低了较窄亮度区 域中的像素亮度。鉴于上述这一点，在本实施例中使用不同的平均处理来获得图 10C的亮度分布。图IOC中所示的亮度提供了由图11中所示的曲线(iii) 表示的平均亮度分布，其在士P范围中保持曲线(i)的亮度100，并在 100的亮度和零亮度之间的边界附近，在土P范围之外具有亮度变化。 图11中所示的曲线(iv)显示了平均亮度分布的另一个例子，其类似 于曲线(iii)的平均亮度分布。曲线(iii)和(iv)的这些亮度分布是 这样的，即在原始亮度分布中提供了亮度变化，而没有降低原始亮度。在第一个实施例中，输出使用服从高斯分布的加权系数的平均处 理的结果，用于第一LCD面板。在本实施例中，对像素的亮度(灰度 级)直方图进行直方图裁减处理和直方图放大处理。更具体地说，在 通过平均处理获得的像素灰度级直方图的阈值处进行裁减处理，从而 移除在阈值之上的灰度直方图的高亮度部分，然后在高达全透射的灰 度级的灰度级的方向上作为整体放大或延伸整个裁减的直方图，由此 延伸或放大最小灰度级与阈值之间的灰度直方图，从而具有在最小灰 度级与全透射的灰度级之间的范围。可对灰度级或亮度本身进行直方 图的裁减和放大。此外，在裁减处理之前或之后，转变用于定义灰度 级-亮度特性的伽玛特性，从而进一步减小视差。这里假定位于坐标(i，j)处的主像素具有f (i,j)的灰度级，由对 主像素的亮度进行平均处理而得到的灰度级为g (i，j)，且平均处理的 范围为在i方向上的士M个像素以及在j方向上的土N个像素。在这种情 形中，加权平均灰度级g (i,j)被表示为其中G (i，j) ， Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。应当注意，i方向和j方向不必彼此垂直。更具体地说， 可使用三角阵列。在该情形中，加权系数G (i,j)服从高斯分布，然而 G (i，j)可以是服从其他分布的矩阵。不使用加权系数分布，使用通过简单平均处理获得的直方图的裁 减和放大来应用其他平均处理。这种处理被表示为<formula>formula see original document page 38</formula>进一步可选择地，对通过使用i方向上的士M个像素和j方向上的 土N个像素的加权平均处理获得的主像素的平均亮度与主像素的原始亮 度进行简单平均，然后经过直方图裁减和放大。该处理由下面的公式 表示<formula>formula see original document page 38</formula>通过使用这些处理，可将像素的图像转换为平均亮度，而没有降 低像素的原始亮度。矩阵G (i，j)可以是下面的其他矩阵 、00 0_<formula>formula see original document page 38</formula>其中m二l， 2...， n=l， 2，...，因为该矩阵仅仅改变亮度，而没 有进行加权平均。在第一到第六个实施例中描述的图像数据处理单元105中的信号 处理器118—般由FPGA构成，用于实现图像处理的运算。然而，图5 中所示的信号处理器118可由多个分离的部分501到504构成。图像 处理器118可由包含定时控制器110和局部存储器104的单个芯片构 成，或者由包含缓冲存储器106、 109和用于传送两组图像数据的发射 器107、 108的单个芯片构成。可选择地，图像数据处理单元105可由单个芯片或多个芯片模块 构成。图像数据处理单元105从图像源单元117接收用于图像数据信号以进行信号处理，其可以包括查看表并产生多个图像数据组。该多个图像数据组驱动LCD单元116中叠置的多个LCD器件。这获得了 较高的对比度，这是单个LCD器件不能获得的。此外，尽管图1中的图像源单元117与图像数据处理单元105之 间的信号传输通过单个发射器102和单个接收器103的组合来实现。 然而，根据设计选择，为了这种信号传输，LCD系统可使用多个发射 器和多个接收器。如前面所述，本发明具有下面的结构。在第一个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 用于显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元； 和图像数据处理单元，用于根据输入数据产生图像数据以驱动所述 LCD单元，多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板；和不包含 滤色器层的第二LCD面板，图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，以向第二LCD面板输出单色图像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射， 对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级；彩色 图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数 据，以向第一LCD面板输出彩色图像数据。在第一个方面的一个实施例中，彩色图像数据对于第一像素指定 与在输入图像数据中指定的第一像素的原始灰度级对应的第二灰度 级，并对于第二像素指定第三灰度级，该第三灰度级是从输入图像数 据中指定的第二像素的原始灰度级修改一定的量所获得的，该量对应 于在全透射与第一灰度级的透射之间的透射系数的差。在另一个实施例中，彩色图像数据可指定，由观看到穿过第一和第二 LCD面板的光的观看者所看到的每个像素的颜色为在输入图像数据中指定的每个像素的原始颜色。在另一个实施例中，单色图像产生部可将输入图像数据转换为第 一单色图像数据，并对第一单色图像数据进行直方图裁减和放大，从 而计算第一灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在所有基色中选择在输入图像数据中具有最大灰度级的基色， 并将选定基色的灰度级确定作为第一单色图像数据中的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之后，可将输入图像数据转换为HSV彩色坐标系统，从而提取亮度分量， 并根据提取的亮度分量确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在输入图像数据中选择一个基色，并根据所选择的一个基色的 灰度级确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部在产生第一单色图像数据之 后，可在输入图像数据中选择两个基色，并通过对选择的两个基色进 行灰度处理而确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的20%和80 %之间的范围内。
在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的20%和60 %之间的范围内。在另一个实施例中，阈值可以在全透射的透射系数的30%和50 %之间的范围内。在另一个实施例中，除第一 LCD面板之外的多个LCD面板的每 一个可以都不包括滤色器层。在另一个实施例中，第一和第二LCD面板可以具有共同的像素分 辨率。在另一个实施例中，第一LCD面板可以包括含有三个子像素的像 素，而滤色器层可以包括RGB滤色器。在另一个实施例中，第一LCD面板可以包括含有四个到七个子像 素的像素，而滤色器层可以包括RGB滤色器和黄色、洋红色、青色和 透明滤色器中的至少一个。在另一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括运算处理部， 用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平均处理，从而向 第二 LCD面板和彩色图像产生部输出得到的平均图像数据。在另一个实施例中，在使用依赖于临近像素与主像素之间距离的 加权系数的同时，运算处理部通过对位于距主像素特定距离内的临近 像素的灰度级进行加权平均而进行平均处理。在另一个实施例中，加权系数可以服从高斯分布。
在另一个实施例中，运算处理部可以给单色图像数据提供亮度变 化，而没有降低单色图像数据的原始亮度。在另一个实施例中，在i方向和j方向上分别距主像素特定距离的 ±M个像素和士N个像素的范围中，运算处理部使用加权系数分布进行 加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进行裁减和放大，由 此提供亮度变化，而没有降低单色图像数据的原始亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式，对具有灰 度级f (i，j)的主像素(i，j)进行加权平均处理，从而产生加权平均的 灰度级g (i，j):<formula>formula see original document page 42</formula>其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。在另一个实施例中，在i方向和j方向上分别距主像素特定距离的±M个像素和士N个像素的范围中，运算处理部分别地使用加权系数进 行加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进行裁减和放大， 由此提供亮度变化，而没有降低其亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式对具有灰度 级f (ij)的主像素(i，j)进行平均处理，从而产生加权平均的灰度g(i,j):<formula>formula see original document page 42</formula>其中G (i,j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。在另一个实施例中，运算处理部进行下述处理在i方向和j方向 上分别距主像素土M个像素和土N个像素的范围中，使用加权系数进行 平均处理，从而产生加权平均的亮度；对加权平均亮度和主像素的亮 度进行简单平均处理；以及对得到的平均亮度获得的直方图进行裁减 和放大，由此改变像素的亮度，而没有降低其亮度。在另一个实施例中，运算处理部通过使用下面的公式对具有灰度 级f (i，j)的主像素(i，j)进行平均处理，从而产生加权平均的灰度级g (i，j):(2^蕴)其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。在另一个实施例中，LCD面板每个都具有多个(m个)灰度级， 且LCD单元具有不小于m且不大于mn的灰度级数。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致平行于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱 动在平行于LCD面板的方向上取向的LC分子。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致垂直于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱 动在垂直于LCD面板的方向上取向的LC分子。在另一个实施例中，LCD面板可通过下述驱动模式驱动，从而使 得通过大致垂直于LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态之间驱
动LC层中的LC分子，LC分子在平行于LCD面板的方向上取向并在 LC层内从一个表面到其内部旋转90度。在第二个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，包括 LCD单元，显示彩色图像并包含至少一个LCD面板和由点矩阵驱动方 案驱动的光源；以及图像数据处理单元，接收输入图像数据从而产生 用于驱动LCD单元的输出图像数据。图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而向光源输出单色图像数据，该单色图像数 据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，对于具 有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该第一灰度级 对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级；以及彩色图 像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数据， 从而向LCD面板输出彩色图像数据，该光源根据单色图像数据控制 LCD面板中的每个像素点的亮度。在第二个方面的一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括运 算处理部，用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平均处 理，从而向光源和图像数据产生部输出平均的图像数据。在另一个实施例中，光源可以包括电灯泡、发光二极管(LED)、 有机电致发光(EL)、无机EL、场发射型显示器(FED)和等离子体 显示面板(PDP)中的至少一个。在第三个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 包含叠置的多个LCD面板的LCD单元；和图像数据处理单元，用于 根据输入图像数据来产生图像数据以驱动该LCD单元，多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一 LCD面板和第二 LCD面板，
图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数 据产生单色图像数据，从而向第二LCD面板输出单色图像数据，该单 色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色图像数据产生彩色图像数据，从而向第一LCD面板输出彩色图像数据。在另一个实施例中，图像数据处理单元进一步包括用于对由单色 图像产生部产生的单色图像数据进行平均处理的运算处理部，从而向第二 LCD面板和彩色图像产生部输出平均的图像数据。一种电子设备，可以包括根据本发明第一到第三个方面的LCD系统。一种图像源转移/调整单元，可以包括根据本发明第一到第三个方 面的LCD系统。一种图像数据切换单元，可以包括根据本发明第一到第三个方面 的LCD系统。一种图像诊断系统，可以包括根据本发明第一到第三个方面的 LCD系统。在第四个方面中，本发明涉及一种液晶显示(LCD)系统，包括 包含叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；图像源单元，用于根 据图像源产生中间图像数据；以及图像数据处理单元，用于根据中间 图像数据产生图像数据从而驱动LCD单元，多个LCD面板，包括包含滤色器层的第一LCD面板和不包含 滤色器层的第二LCD面板，
图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据中间图像数 据产生单色图像数据，从而向第二LCD面板输出单色图像数据，该单 色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透 射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，该 第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像素的原始灰度级； 和彩色图像产生部，用于根据中间图像数据和单色图像数据来产生彩 色图像数据，从而向第一LCD面板输出彩色图像数据。在第四个方面的一个实施例中，图像源单元包括信号发射器，用 于将图像源转换为适于在发射器和图像数据处理单元之间进行信号传 输的中间图像数据。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括定时控制器，用 于控制向彩色图像产生部输入中间图像数据和单色图像数据之间的定 时。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括其中存储从彩色 图像产生部输出的彩色图像数据的第一缓冲存储器和用于从第一缓冲 存储器读取彩色图像数据以向第一LCD面板输出彩色图像数据的第一发射器、第二缓冲存储器，其中存储所述单色图像数据、和用于读取单色图像数据以向第二LCD面板输出单色图像数据的第二发射器。在第五个方面的一个实施例中，图像数据处理单元可以进一步包 括运算处理部，用于对由单色图像产生部产生的单色图像数据进行平 均处理，从而向第二LCD面板和彩色图像产生部输出平均的图像数据。在另一个实施例中，单色图像产生部从中间图像数据提取亮度数 据，并根据提取的亮度数据产生单色图像数据。在另一个实施例中，单色图像产生部可以选择每个像素的多个彩
色图像数据中的一个，该一个彩色图像数据在中间图像数据中的每个 像素的彩色图像数据中具有最高的灰度级，从而根据该最高的灰度级 确定每个像素的灰度级。在另一个实施例中，单色图像产生部可以进行直方图裁减处理、 伽玛曲线转换处理和直方图放大处理中的至少一个。在另一个实施例中，单色图像产生部参考查看表产生单色图像数据。在另一个实施例中，査看表可以是三维表，其列出了与要在中间图像数据中指定的每个RGB颜色的灰度级相关联的灰度级。在另一个实施例中，彩色图像产生部基于中间图像数据和单色图 像数据参考査看表来产生彩色图像数据。在另一个实施例中，查看表可以是四维查看表，其列出了与每个 RGB颜色的灰度级和单色图像数据的灰度级相关联的第一LCD面板的 彩色图像数据的灰度级。在另一个实施例中，彩色图像产生部可以将中间图像数据的亮度 分量除以单色图像数据的亮度，从而产生彩色图像数据。在另一个实施例中，在除之前，彩色图像产生部可以向单色图像 数据的亮度增加不小于一的整数。在另一个实施例中，单色图像产生部和彩色图像产生部的至少一 个可由软件实现。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括对应于n个LCD
面板的n个子部。在另一个实施例中，n个LCD面板每个可以包括三端非线性器件 的阵列，其以伪静态有源矩阵驱动方案驱动相应的一个LCD面板。在另一个实施例中，n个LCD面板每个都可以包括两端非线性器 件的阵列，其以有源矩阵驱动方案驱动相应的一个LCD面板。在第五个方面中，本发明涉及一种用于驱动液晶显示(LCD)单 元的驱动电路，该液晶显示单元包括从LCD单元的光发射侧按下述顺 序设置的第一LCD器件、第二LCD器件和光源，第一LCD器件包括 夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，第二 LCD器件包括夹在 一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板。靠近第二 LCD面板的一个第 一偏振膜和靠近第一 LCD面板的一个第二偏振膜具有彼此平行的光 轴，或者由共用的偏振膜构成，其中驱动电路包括用于在其中接收输入图像数据的单个输入端口组； 图像数据处理单元，用于通过使用不同的图像处理算法来产生两组输 出图像数据；和两个输出端口组，用于在其中传送分别用于驱动第一 和第二 LCD器件的两组输出图像数据。在第五个方面的一个实施例中，驱动电路可在单个IC芯片或多个 IC芯片上实现，从而构成单个图像数据控制芯片或多个图像数据控制 芯片。在另一个实施例中，图像数据处理单元可以包括定时控制器，用 于控制输出到第一和第二LCD面板的两组输出图像数据之间的定时。在另一个实施例中，图像数据处理单元包括单色图像产生部， 用于根据输入图像数据产生单色图像数据，从而向第二 LCD面板输出 单色图像数据，该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的
第一像素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度或色度的第二像素指 定第一灰度级，该第一灰度级对应于在输入图像数据中指定的第二像 素的原始灰度级；和彩色图像产生部，用于根据输入图像数据和单色 图像数据产生彩色图像数据，从而向第一 LCD器件输出彩色图像数据。尽管参照示例性实施例及其修改例特别显示和描述了本发明，但 本发明并不限于这些实施方案和修改例。本领域普通技术人员应当理 解，在不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可在形 式和细节上进行各种变化。
权利要求
1.一种液晶显示LCD系统，包括显示彩色图像并包括叠置的多个(n个)LCD面板的LCD单元；和根据输入数据产生图像数据以驱动所述LCD单元的图像数据处理单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一LCD面板；和不包含滤色器层的第二LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二LCD面板输出所述单色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，而对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第一灰度对应于在所述输入图像数据中指定的所述第二像素的原始灰度级；彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数据和所述单色图像数据来产生彩色图像数据，从而向所述第一LCD面板输出所述彩色图像数据。
2. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述彩色图像数据对 于所述第一像素指定与在所述输入图像数据中指定的所述第一像素的 原始灰度级对应的第二灰度级，并且对于所述第二像素指定第三灰度 级，所述第三灰度级是对在所述输入图像数据中指定的所述第二像素 的所述原始灰度级校正对应于在所述全透射与所述第一灰度级的透射 之间的透射系数的差的量所获得的。
3. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述彩色图像数据指 定由观看到穿过所述第一和第二LCD面板的光的观看者所看到的每 个像素的颜色为在所述输入图像数据中指定的所述每个像素的原始颜 色。
4. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部将所述输入图像数据转换为第一单色图像数据，并对所述第一单色 图像数据进行直方图裁减和放大，从而计算所述第一灰度级。
5. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，在所有基色中选择在所述输入 图像数据中具有最大灰度级的基色，并将所述选定基色的灰度级确定 作为所述第一单色图像数据中的灰度级。
6. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，将所述输入图像数据转换为 HSV彩色坐标系统，从而提取亮度分量，并根据所述提取的亮度分量 来确定每个像素的灰度级。
7. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中所述单色图像产生部 在产生所述第一单色图像数据之后，在所述输入图像数据中选择一个 基色，并根据所选择的一个所述基色的灰度级来确定每个像素的灰度 级。
8. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述单色图像产生 部在产生所述第一单色图像数据之后，在所述输入图像数据中选择两 个基色，并通过对所选择的所述两个基色进行灰度处理而确定每个像 素的灰度级。
9. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的20%和80%之间的范围内。
10. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的20%和600%之间的范围内。
11. 根据权利要求4所述的LCD系统，其中，所述阈值在所述全 透射的透射系数的30%和50%之间的范围内。
12. 根据权利要求1所述的LCD系统，除所述第一 LCD面板之外 的所述多个LCD面板的每一个都不包括滤色器层。
13. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述第一和第二LCD 面板具有共用的像素分辨率。
14. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述第一 LCD面板包 括含有三个子像素的像素，并且所述滤色器层包括RGB滤色器。
15. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述第一LCD面板 包括含有四个到七个子像素的像素，并且所述滤色器层包括RGB滤色 器和黄色、洋红色、青色和透明滤色器中的至少一个。
16. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述图像数据处理 单元进一步包括对由所述单色图像产生部产生的所述单色图像数据进 行平均处理的运算处理部，从而向所述第二LCD面板和所述彩色图像 产生部输出得到的平均图像数据。
17. 根据权利要求16所述的LCD系统，其中，在使用依赖于距 所述主像素特定距离内的临近像素与所述主像素之间距离的加权系数 的同时，所述运算处理部通过对位于所述临近像素的灰度级进行加权 平均来进行所述平均处理。
18. 根据权利要求17所述的LCD系统，其中，所述加权系数服 从高斯分布。
19. 根据权利要求16所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 向所述单色图像数据提供亮度变化，而没有降低所述单色图像数据的 原始亮度。
20. 根据权利要求19所述的LCD系统，其中在i方向和j方向上 分别距主像素特定距离的土M个像素和土N个像素的范围中，所述运算 处理部使用加权系数分布进行加权平均处理，并对得到的平均灰度级 的直方图进行裁减和放大，由此提供所述亮度变化，而没有降低所述 单色图像数据的原始亮度。
21. 根据权利要求20所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 过使用下面的公式对具有灰度级f (i,j)的主像素(i，j)进行加权平均 处理，从而通产生加权平均的灰度级g :<formula>formula see original document page 5</formula>其中G (ij) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。
22. 根据权利要求19所述的LCD系统，其中在i方向和j方向上 分别距所述主像素士M个像素和土N个像素的范围中，所述运算处理部 使用加权系数进行加权平均处理，并对得到的平均灰度级的直方图进 行裁减和放大，由此改变像素的亮度，而没有降低所述像素的亮度。
23. 根据权利要求22所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 通过使用下面的公式对具有灰度级f (i，j)的主像素(i,j)进行平均处 理，从而产生加权平均的灰度级g (i，j):<formula>formula see original document page 5</formula>其中G (i，j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值和最大灰度级。(2M + l)(2iV + l)
24.根据权利要求19所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 进行下述处理在i方向和j方向上分别距所述主像素土M个像素和士N 个像素的范围中，使用加权系数进行所述平均处理，从而产生加权平 均亮度；对所述加权平均亮度和所述主像素的亮度进行简单平均处理； 以及对得到的平均亮度的获得的直方图进行裁减和放大，由此改变像 素的亮度，而没有降低所述像素的亮度。
25.根据权利要求24所述的LCD系统，其中，所述运算处理部 通过使用下面的公式对具有灰度级f (i,j)的主像素(i，j)进行平均处 理，从而产生加权平均的灰度级g (i,j):<formula>formula see original document page 6</formula>其中G (i，j) 、 Y和SMAX分别表示任意加权系数分布矩阵、伽玛值 和最大灰度级。
26.根据权利要求1所述的LCD系统，其中，所述LCD面板每个 都具有m个灰度级，且所述LCD单元具有不小于m且不大于m11的灰 度级数。
27.根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致平行于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动在平行于所述LCD面板的方向上取向的LC分子的驱动模式 驱动。
28.根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致垂直于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动在垂直于所述LCD面板的方向上取向的LC分子的驱动模式 驱动。
29. 根据权利要求1所述的LCD系统，其中所述LCD面板可通过 使得通过大致垂直于所述LCD面板的电场在光透射状态与光阻断状态 之间驱动LC层中的LC分子的驱动模式驱动，所述LC分子在平行于 所述LCD面板的方向上取向并在所述LC层内从一个表面到其内部旋 转90度。
30. —种液晶显示LCD系统，包括LCD单元，显示彩色图像并 包含由点矩阵驱动方案驱动的光源和至少一个LCD面板；以及图像数 据处理单元，接收输入图像数据从而产生用于驱动LCD单元的输出图 像数据，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输 入图像数据产生单色图像数据，从而向所述光源输出所述单色图像数 据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素 指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第 一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指定的所述 第二像素的原始灰度级；彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数 据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述LCD面板输出 所述彩色图像数据，所述光源根据所述单色图像数据来控制所述LCD面板中每个像素点的亮度。
31. 根据权利要求30所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述光源和所述图像产生部输 出平均的图像数据。
32. 根据权利要求30所述的LCD系统，其中所述光源包括电灯 泡、发光二极管、有机电致发光、无机电致发光、场发射型显示器和 等离子体显示面板中的至少一个。
33. —种液晶显示LCD系统，包括LCD单元，包含叠置的多个 LCD面板；和图像数据处理单元，用于根据输入图像数据产生图像数据以驱动所述LCD单元，所述多个LCD面板包括都不包含滤色器层的第一 LCD面板和 第二 LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述输入图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二 LCD面板输出所述单 色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的 第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像 素指定第一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指 定的所述第二像素的原始灰度级；以及彩色图像产生部，用于根据所 述输入图像数据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述 第一 LCD面板输出所述彩色图像数据。
34. 根据权利要求31所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述第二 LCD面板和所述彩色 图像产生部输出平均的图像数据。
35. —种电子设备，包括根据权利要求l、 30和33任意一个所述 的LCD系统。
36. —种图像源转移/调整单元，包括根据权利要求l、 30和33任 意一个所述的LCD系统。
37. —种图像数据切换单元，包括根据权利要求l、 30和33任意 一个所述的LCD系统。
38. —种图像诊断系统，包括根据权利要求l、 30和33任意一个 所述的LCD系统。
39. —种液晶显示LCD系统，包括包含叠置的多个(n个)LCD 面板的LCD单元；用于根据图像源产生中间图像数据的图像源单元； 以及图像数据处理单元，用于根据所述中间图像数据产生图像数据从 而驱动所述LCD单元，所述多个LCD面板包括包含滤色器层的第一 LCD面板和不包 含滤色器层的第二LCD面板，所述图像数据处理单元包括单色图像产生部，用于根据所述中 间图像数据产生单色图像数据，从而向所述第二LCD面板输出所述单 色图像数据，所述单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度或色度的 第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像 素指定第一灰度级，所述第一灰度级对应于在所述输入图像数据中指 定的所述第二像素的原始灰度级；和彩色图像产生部，用于根据所述 中间图像数据和所述单色图像数据产生彩色图像数据，从而向所述第 一 LCD面板输出所述彩色图像数据。
40. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像源单元包 括信号发射器，用于将所述图像源转换为适于在所述发射器和所述图 像数据处理单元之间进行信号传输的所述中间图像数据。
41. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括定时控制器，用于控制向所述彩色图像产生部输入所述中间 图像数据与输入所述单色图像数据之间的定时。
42. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括其中存储从所述彩色图像产生部输出的所述彩色图像数据 的第一缓冲存储器；和用于从所述第一缓冲存储器读取所述彩色图像 数据以向所述第一 LCD面板输出所述彩色图像数据的第一发射器；第 二缓冲存储器，其中存储所述单色图像数据；和用于读取所述单色图 像数据以向所述第二 LCD面板输出所述单色图像数据的第二发射器。
43. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元进一步包括运算处理部，用于对由所述单色图像产生部产生的所 述单色图像数据进行平均处理，从而向所述第二 LCD面板和所述彩色 图像产生部输出平均的图像数据。
44. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部从所述中间图像数据提取亮度数据，并根据所述提取的亮度数据来 产生所述单色图像数据。
45. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部选择每个像素的多个彩色图像数据中的一个，所述一个彩色图像数 据在所述中间图像数据中的所述每个像素的所述彩色图像数据中具有 最高的灰度级，从而根据所述最高的灰度级来确定所述每个像素的灰 度级。
46. 根据权利要求44所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部进行直方图裁减处理、伽玛曲线转换处理和直方图放大处理中的至 少一个。
47. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部参考査看表来产生所述单色图像数据。
48. 根据权利要求47所述的LCD系统，其中所述査看表是三维 表，其列出了与在所述中间图像数据中指定的每个RGB颜色的灰度级 相关联的灰度级。
49. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述彩色图像产生 部基于所述中间图像数据和所述单色图像数据参考査看表来产生所述 彩色图像数据。
50. 根据权利要求49所述的LCD系统，其中所述查看表是四维 查看表，其列出了与每个RGB颜色的灰度级和所述单色图像数据的灰 度级相关联的所述第一LCD面板的所述彩色图像数据的灰度级。
51. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述彩色图像产生 部将所述中间图像数据的亮度分量除以所述单色图像数据的亮度，从 而产生所述彩色图像数据。
52. 根据权利要求51所述的LCD系统，其中在除之前，所述彩 色图像产生部向所述单色图像数据的所述亮度增加不小于一的整数。
53. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述单色图像产生 部和所述彩色图像产生部中的至少一个由软件实现。
54. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述图像数据处理 单元包括对应于n个LCD面板的n个子部。
55. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述n个LCD面板 每个都包括三端非线性器件的阵列，其以伪静态有源矩阵驱动方案来 驱动相应的一个所述LCD面板。
56. 根据权利要求39所述的LCD系统，其中所述n个LCD面板 每个都包括两端非线性器件的阵列，其以有源矩阵驱动方案来驱动相 应的一个所述LCD面板。
57. —种用于驱动液晶显示LCD单元的驱动电路，该LCD单元包 括从所述LCD单元的光发射侧按顺序设置的第一 LCD器件，第二 LCD 器件和光源，所述第一LCD器件包括夹在一对第一偏振膜之间的第一 LCD面板，所述第二 LCD器件包括夹在一对第二偏振膜之间的第二 LCD面板，靠近所述第二 LCD面板的一个所述第一偏振膜和靠近所述 第一 LCD面板的一个所述第二偏振膜具有彼此平行的光轴，或者由共用的偏振膜构成，其中所述驱动电路包括单个输入端口组，用于接收通过所述单个输 入端口组的输入图像数据；图像数据处理单元，用于通过使用不同的 图像处理算法来产生两组输出图像数据；和两个输出端口组，用于通 过所述两个输出端口组传送分别用于驱动所述第一和第二LCD器件的 两组输出图像数据。
58. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述驱动电路实现在 单个IC芯片或多个IC芯片上，从而构成单个图像数据控制芯片或多 个图像数据控制芯片。
59. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述图像数据处理单 元包括定时控制器，用于控制输出到所述第一和第二 LCD面板的所述 两组输出图像数据之间的定时。
60. 根据权利要求57所述的驱动电路，其中所述图像数据处理单 元包括单色图像产生部，用于根据输入图像数据产生单色图像数据， 从而向所述第二 LCD面板输出所述单色图像数据，所述单色图像数据 对于具有不小于阈值的亮度或色度的第一像素指定全透射，对于具有小于所述阈值的亮度或色度的第二像素指定第一灰度级，所述第一灰 度级对应于在所述输入图像数据中指定的所述第二像素的原始灰度 级；和彩色图像产生部，用于根据所述输入图像数据和所述单色图像 数据产生彩色图像数据，从而向所述第一 LCD器件输出所述彩色图像 数据。
全文摘要
LC单元包括叠置的第一和第二LCD面板。图像数据处理单元将单色图像数据输出到第二LCD面板，并且将彩色图像数据输出到第一LCD面板。该单色图像数据对于具有不小于阈值的亮度的像素指定全透射，对于具有小于阈值的亮度的像素指定原始灰度级。根据单色图像数据和输入图像数据产生彩色图像数据。
文档编号G09G3/36GK101165767SQ20071018233
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者八代高士, 池野英德 申请人:Nec液晶技术株式会社
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