專利名稱：具有雙色順序背光的彩色lcd的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及彩色液晶顯示器(LCD)，更具體地涉及采用具有發(fā)光 二極管(LED)的背光的LCD。
背景技術：
圖1顯示了典型的現(xiàn)有技術的彩色透射LCD。圖1的結構將用于指 明現(xiàn)有技術LCD的某一缺陷，該缺陷通過本發(fā)明凈皮避免。
在圖1中，LCD10包括為上面的LCD層提供背光的白色光源12。 白色光的一般來源是熒光燈。另一個白色光源是紅色，綠色和藍色發(fā) 光二極管(LED)的組合，這些光的組合形成了白色光。其他的白色光 源是公知的。這些白色光源必須為顯示器的后表面提供基本均勻的光。
偏振過濾器14對白光進行線性偏振。然后該偏振的白光被傳輸?shù)?透明的薄膜晶體管(TFT)陣列16，其對于顯示器中的每個紅色，綠色 和藍色子像素具有一個晶體管。紅色，綠色和藍色子像素的相鄰集合 被稱為白色像素，其顏色"點，，是這三個子像素的組合。如果RGB子 像素都被激勵，則該點生成白色光。TFT陣列是公知的，并且不需要進 一步的描述。
TFT陣列16之上是液晶層20，而且液晶層20之上是接地的透明 導電層22。橫跨液晶層20的子像素區(qū)域的電場使得通過該子像素區(qū)域 的光的偏振旋轉(zhuǎn)到正交于入射時的偏振。橫跨液晶層20的子像素區(qū)域 的電場的缺失導致該液晶對準且不影響光的偏振。選擇性地激勵晶體 管控制了橫跨液晶層20的局部電場。與子像素相關的液晶層的每一部 分通常被稱為光閥，因為每個光閥可以被控制來讓0-100% (假設系統(tǒng) 損失很小)的入射光通過到顯示器的輸出。液晶層是公知的并且可以 商用。
偏振過濾器24僅僅通過正交于偏振過濾器14輸出的光的偏振光。 因而，偏振過濾器24僅僅通過由液晶層20的激勵子像素區(qū)域偏振的 光并且吸收所有穿過液晶層20未激勵部分的光。橫跨液晶層20的電 場的強度控制獨立的R， G,和B部件的亮度從而為凈皮顯示圖像中的每一個像素創(chuàng)建任意顏色。
其他類型的LCD僅僅讓光通過未激勵像素。其他LCD采用不同取 向的偏振器。 一些類型的LCD使用被動導體網(wǎng)格代替TFT陣列16，其 中激勵特定行導體和列導體以激勵位于交叉點的液晶層像素區(qū)域。
穿過偏振過濾器24的光接著被RGB像素過濾器25過濾。該RGB 像素過濾器25可以位于該疊層的其他位置，比如液晶層下面或上面的 任何地方。RGB像素過濾器25可以由紅色過濾層，綠色過濾層，和藍 色過濾層組成。這些層可被沉積為薄膜。作為一個例子，紅色過濾層 包含定義了顯示器紅色子像素區(qū)域的紅光過濾器區(qū)域陣列。相似地， 綠色和藍色過濾層僅允許在綠色和藍色子像素內(nèi)通過綠光或藍光。相 應地，RGB像素過濾器25為顯示器中每一個R， G和B子像素提供了過 濾器。
RGB像素過濾器25固有地濾出所有到達它的光的至少三分之二，
因為每一個過濾器子像素區(qū)域僅僅允許三個原色之一通過。這是現(xiàn)有 技術LCD的普遍低效率的重要因素。在白色光源12之上的LCD層的總 體透射率在4-10%的量級。已知通過順序地激勵背光中的紅色，綠色， 和藍色LED來消除RGB過濾器，其中所述順序與液晶層的紅色，綠色， 和藍色子像素區(qū)域的控制同步。因此，紅色，綠色，和藍色圖像依次 快速顯示以生成全彩色圖像的顯示。然而，當前技術的液晶層不能足 夠快地切換以避免閃爍和其它偽影，特別地如果LCD是電視顯示屏。
單個白色像素中含有紅色，綠色，藍色，和白色子像素也是公知 的，其中白色子像素沒有任何過濾器。具有單獨的白色子像素(其灰 度級由液晶光閥控制)可以有效地用于控制顯示的顏色飽和度。然而， 對于單個白色像素具有額外的子像素(即，4比3)降低了顯示圖像的 分辨率，并且減小了 RGB像素的顏色生成區(qū)域。進一步地，液晶層需 要附加的驅(qū)動電路，導致來昂貴的定制設備。
需要一種提高LCD效率的技術，并且不具有現(xiàn)有技術的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
描述了一種LCD，其中在周期(例如圖像幀周期)的一部分期間， 通過只對背光具有的紅色、綠色和藍色LED中的一個顏色進行激勵來 控制所述背光產(chǎn)生單色光。在周期的另一部分期間，所有LED發(fā)光來
生成白色光。對于每一個白色像素，LCD面板中的顏色過濾器包括第一 顏色(比如，紅色)子像素過濾器區(qū)域，第二顏色(比如，綠色)子 像素過濾器區(qū)域，和用于通過白色光和單色光的透明子像素區(qū)域?？?制液晶層光閥以對于其相關子像素通過0-100%的光從而創(chuàng)建彩色圖 像。
來自所述周期的單色部分和白色光部分的顏色的組合能為白色像 素創(chuàng)建任何顏色。通過將一個顏色過濾器區(qū)域轉(zhuǎn)換為透明區(qū)域，顯示 器的透射效率幾乎是帶有RGB過濾器的顯示器的兩倍。


圖1顯示了具有RGB過濾器的現(xiàn)有技術的LCD。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的簡化LCD的剖面?zhèn)纫晥D，與顏 色過濾器的一部分的特寫視圖。
圖3是具有受控RGB LED的背光的頂視圖。 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的LCD。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的控制LCD的方法的流程圖。 圖6顯示了順序控制背光中的藍色LED和RGB LED,
具體實施例方式
本發(fā)明的一個實施例采用帶有RGB LED的背光。LCD采用由兩個 彩色子像素和一個"白色"子像素構成的白色像素，其中沒有用于白 色子像素的顏色過濾器。通過對單個白色像素采用三個子像素，與由 RGB子像素構成的白色像素相比沒有分辨率損失。進一步地，由于沒有 用于白色子像素的過濾器，當產(chǎn)生白色圖像時，LCD的透射效率幾乎是 現(xiàn)有技術中采用RGB過濾器的LCD的兩倍。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的LCD30的剖面?zhèn)纫晥D。背光包括 裝配在帶有反射壁和開頂?shù)暮凶?4上的RGBLED的二維陣列32。該壁 可涂覆有白色涂料。在LED陣列32上是表示混色光學器件36的板。 該光學器件36可以是一個散射器，比如帶有粗糙表面的塑料板。
如圖4所示，LCD面板38包括液晶層，過濾器，偏振器，和TFT 陣列。圖2顯示了在LCD面板38中的顏色過濾器的一部分的特寫。過 濾器40可以是一種具有在每一個子像素區(qū)域形成顏色過濾器的薄膜的
塑料板或玻璃板。在顯示圖像中形成"單個"顏色點的每一個白色像 素由三個子像素構成。圖像中白色像素的數(shù)量決定了該圖像的分辨率。
單個白色像素中的子像素是紅色子像素42，綠色子像素43，和藍色/ 白色子像素44。在紅色子像素42區(qū)域中的過濾器40僅僅理想地通過 來自背光中的紅色LED的紅光。在綠色子像素43區(qū)域中的過濾器40 僅僅理想地通過來自背光中的綠色LED的綠光。藍色/白色子像素44 區(qū)域中的過濾器40通過由背光產(chǎn)生的所有光，因為那部分過濾器40 是透明的。
實際的紅色和綠色過濾器是不完美的，并且讓少量的其他顏色的 光通過。然而，被紅色光過濾器過濾的光對觀察者顯示紅色，以及被 綠色過濾器過濾的光對觀察者顯示綠色。
正像下面描述的，LCD/LED控制器46處理輸入的顯示信號，比如 電視信號，并且控制LCD面板38和LED。
圖3分別示出了背光盒34和陣列32內(nèi)的RGB LED48， 49， 50的 頂視圖。每個顏色的LED的相對數(shù)量取決于特定LED的效率和期望的 白色點。在一個實施例中，該比例為1R， 2G， 1B。在圖3中，為簡化 起見該比例是1R, 1G, 1B。與圖3所顯示的相比，可能有更多或更少 的LED，這取決于顯示器的尺寸。
圖4更詳細地顯示了圖2的顯示器。與圖l相同的元件被標以相 同的數(shù)字，并且不再討論。不同于圖1顯示的RGB過濾器，在該實施 例中僅采用RG過濾器40。該RG過濾器40可以是具有薄膜過濾器區(qū)域 的單個板，或者該過濾器40可以是兩個或更多個板，每一個具有不同 組的過濾器區(qū)域。優(yōu)選的LCD包括RG過濾器40，偏振過濾器24，和 在前玻璃板一側(cè)上的導電層。單個背面玻璃板已經(jīng)在其表面形成了 TFT16陣列和偏振過濾器14,并且液晶材料被夾入兩個玻璃板之間。
在圖4中，背光被顯示為RGB LED白色光源52和混合光學器件36。
如下控制LCD。圖5是基本控制方法的流程圖。
在步驟60中，LCD/LED控制器46接收相應于待顯示圖像中每個像 素的RGB元件的亮度水平的顯示信號。該信號可以是電視信號，其中 每個圖像都是一個幀。每秒可以有30幀，其中每一幀被顯示兩次以避 免閃爍。各幀之間的變化被感覺為運動。輸入的信號可以是任何格式 的，或模擬或數(shù)字，并且可以采用任何編碼方案。
在步驟62中，LCD/LED控制器46 (比如一個或多個編程處理器) 處理輸入信號以確定合適的控制，同時處理尋址信號以應用到TFT陣 列16從而控制液晶層20上子像素光閥。該光閥可以立刻以螺旋形的 方式被逐行控制，或以其他的方式進行控制。
LCD/LED控制器46還確定在單個幀周期中僅僅背光內(nèi)的藍色 LED50的工作時間(如圖6中的TO到Tl )。在這個工作時間期間，紅 色和綠色LED是不工作的。藍色LED50的工作時間是基于該圖像所有 像素中的藍色峰值進行計算，因為由藍色/白色子像素44提供的以上 像素中的任何藍色值僅僅通過藍色LED單獨工作時間內(nèi)的藍色貢獻來 獲得。所有生成的藍色光未被過濾地通過過濾器40的透明部分，該過 濾器的透明部分在圖2中被標識為藍色/白色子像素44。
LCD/LED控制器46還確定了在單個幀周期期間背光內(nèi)所有RGB LED 的工作時間(如圖6中的Tl到T2)。該所有LED的工作時間可以發(fā)生 在藍色LED工作時間之前或之后。當所有LED都在工作時，紅色過濾 器區(qū)域僅僅通過紅色光，綠色過濾器區(qū)域僅僅通過綠色光，以及藍色/ 白色過濾器區(qū)域通過組合的RGB白色光。
在步驟64和66中，利用LCD/LED控制器"執(zhí)行了計算的控制方 案。在步驟64中，對于所計算的時間TO到Tl，控制器46激勵背光中 的所有藍色LED50，如圖6所示。在這個時間期間，顯示器的紅色和綠 色子像素區(qū)域是暗的，因為藍色光被紅色和綠色子像素區(qū)域的過濾器 40阻斷。進一步地，紅色和綠色子像素區(qū)域內(nèi)的液晶光閥可以處于阻 斷狀態(tài)。根據(jù)待顯示的圖像，液晶層20中的藍色/白色子像素光閥被 控制以通過0-100%的藍色光?？刂扑龉鈱刂屏嗽趲芷诘倪@個部 分期間將要貢獻于白色像素的藍色光的百分比。為了 LCD的最大效率， 具有藍色峰值的像素應該理想地在藍色LED的工作時間100%地打開它 們的光閥。在T0-T1時間期間，光閥將被控制以使得在時間T0-T1期 間藍色光的貢獻和在時間T1-T2期間白色光的藍色成分將在幀周期期 間產(chǎn)生像素的正確的藍光含量。 一般地，最好是藍色LED工作較短的 時間并且讓光閥通過較多的藍色光，而不是藍色LED工作較長的時間 并且讓光閥通過較少的藍色光。
對于低效的器件，但是低計算強度的器件，周期中藍色光部分的 占空比能固定用于"最壞情形"藍色圖像。相似地，對于低效器件，周期的RGB部分也可以是固定的占空比。
如圖6所顯示，在步驟66中，對于所計算的時間T1-T2,控制器 46激勵背光中所有的RGB LED48-50。在這個期間，控制液晶層20使 得每個子像素光閥通過子像素的各自顏色的0-100%,以創(chuàng)建要顯示的 圖像?？刂埔壕?0的藍色/白色子像素光閥從而為紅色和綠色子像 素光貢獻白色光所所需的部分以對于每個白色像素獲得所期望的整體 顏色。藍色/白色子像素光閥在這個周期期間的控制受到了在時間 T0-T1期間貢獻給白色像素的藍色光數(shù)量的影響。
在另一個實施例中，時間段T0-T1只可以創(chuàng)建圖像的一部分，比 如圖像像素的子集，并且附加的一個或多個周期用于在顯示屏上創(chuàng)建 完整的圖像。
正如本領域技術人員所知，采用上述技術可以由顯示器生成任何 彩色圖像。根據(jù)人類顏色感知的特點，在單個幀周期中每個白色像素 的子像素顏色被混合在一起以創(chuàng)建單個顏色的無閃爍的白色像素。人 類觀測者不能感知控制周期的所述分離的部分。編程LCD/LED控制器 46所需的軟件也為彩色LCD領域的普通技術人員所熟知。
應當理解，LCD/LED控制器46可以表示多個處理器，比如用于計 算液晶層20和LED的控制的處理器和用于執(zhí)行所計算的控制的另一個 處理器?；蛘呖刂破?6可以表示用于控制背光的處理器和用于控制液 晶層的另一個處理器。具有處理電視信號和控制本發(fā)明的LCD所需功 能的處理器在商業(yè)上有銷售。
在以上例子中，過濾器40僅有紅色和綠色過濾器，且藍色過濾器 已被去除。去除藍色過濾器是有吸引力的，因為它是LCD面板中顏色 均勻性誤差的最大來源，并且藍色過濾器的特點是對過濾器的厚度變 化最敏感。所以，去除藍色過濾器提高了過濾器的收益。進一步地， 藍色LED具有最高的效率，甚至在高電流密度的條件下也是這樣，因 此對某個占空比僅僅激勵藍色LED提高了背光的效率。而且，飽和的
藍色是一種在自然中不會頻繁出現(xiàn)并主要用于平衡紅色和綠色以得到 顯示器的期望白色點的顏色。
在其他實施例中，過濾器可以包括紅色，綠色，和藍色過濾器的 任意兩個的組合，且第三個子像素沒有過濾器。產(chǎn)生沒有任何過濾的 顏色的LED將通過與上述藍色LED相同的方式被控制?？紤]到顏色過濾器75%-87%的透射效率和其他因素，藍色過濾器 (或任何其它單色過濾器)的去除能夠?qū)е庐旓@示白色光時顯示器的 透射效率幾乎是包含RGB過濾器的類似顯示器的兩倍。增加透射效率 降低了背光的成本，允許使用更少的LED，以及減少能量消耗。在一個 例子中，RBG LED的比例能從采用現(xiàn)有技術方法的1R， 2G, 1B改變?yōu)?采用本發(fā)明的1R， 1G， 1B,這將改進顏色均勻性，并且減少所需LED 的數(shù)量。
非RGB的LED顏色也可以用于本發(fā)明以生成白色光。 圖2和圖4的LCD可以是諸如對角線60英寸以上的超大屏幕電視 機，或者例如在手機上，在小電視上，或在帶有彩色顯示器的任意便 攜設備上的小屏顯示器。LCD可用于創(chuàng)建運動畫面，靜止畫面，或任何 其他信息。
本發(fā)明已經(jīng)顯示和描迷了具體的實施例，很明顯，本領域的技術 人員可以做出更寬范圍的改變和修正而不背離本發(fā)明，因此，附加的 權利要求在其范圍內(nèi)包括了所有這些落入在本發(fā)明真正精神和范圍的 改變和修正。
權利要求
1.液晶顯示器(LCD)，包括背光，該背光包括至少三個顏色的發(fā)光二極管(LED)，該LED包括一個或多個第一顏色LED，一個或多個第二顏色LED，和一個或多個第三顏色LED；液晶(LC)層，該LC層通過控制透過子像素的光從而控制來自所述背光的光透過到LCD的輸出；和顏色過濾器，該過濾器具有子像素區(qū)域，該子像素區(qū)域包括用于主要通過第一顏色的光的第一子像素區(qū)域，用于主要通過第二顏色的光的第二子像素區(qū)域，和用于通過背光產(chǎn)生的所有光的第三子像素區(qū)域，LCD中每個單獨的像素僅僅由單個第一子像素區(qū)域，單個第二子像素區(qū)域，和單個第三子像素區(qū)域組成，每個單獨的像素產(chǎn)生一個顏色，其是來自單個第一子像素區(qū)域，單個第二子像素區(qū)域，和單個第三子像素區(qū)域的光的組合。
2. 權利要求1的LCD,進一步包括偏振器，該偏振器和顏色過濾器 形成在單個板上。
3. 權利要求1的LCD,其中LC層位于背光和過濾器之間。
4. 權利要求1的LCD，進一步包括第一控制器，用于在第一時間周 期僅使背光中的第三顏色LED發(fā)光，和在第二時間周期使背光中的所 有LED發(fā)光。
5. 權利要求4的LCD,進一步包括第二控制器，用于控制LC層以選 擇性地使光通過子像素區(qū)域，第二控制器與第一控制器同步。
6. 權利要求5的LCD，其中第二控制器與第一控制器同步，以使得 在第一時間周期和第二時間周期通過子像素的光組合起來為LCD中的 每個像素生成單個可感知的顏色。
7. 權利要求6的LCD,其中第一時間周期出現(xiàn)在第二時間周期之前。
8. 權利要求6的LCD,其中第一時間周期出現(xiàn)在第二時間周期之后。
9. 權利要求6的LCD，其中基于顯示圖像中的第三顏色的峰值來調(diào)節(jié)第一時間周期。
10. 權利要求4的LCD，其中第一控制器和第二控制器是單個處理器。
11. 權利要求1的LCD,其中第一顏色是紅色，第二顏色是綠色，以 及第三顏色是藍色。
12. 權利要求1的LCD,其中該LCD是電視。
13. 權利要求1的LCD,進一步包括第一偏振器，薄膜晶體管陣列， 和第二偏振器，該第一偏振器和薄膜晶體管陣列位于LC層的笫一側(cè)， 第二偏振器和顏色過濾器位于LC層的第二側(cè)。
14. 一種控制液晶顯示器(LCD)的方法，該LCD包括背光，該背 光包括至少三個顏色的發(fā)光二極管(LED)的顏色，該LED包括一個或 多個第一顏色LED， 一個或多個第二顏色LED,和一個或多個第三顏色 LED,該LCD進一步包括液晶(LC)層，該LC層通過控制透過子像素 的光從而控制來自所述背光的光透過到LCD的輸出，該LCD進一步包 括顏色過濾器，該過濾器具有子像素區(qū)域，該子像素區(qū)域包括用于主 要通過第一顏色的光的第一子像素區(qū)域，用于主要通過第二顏色的光 的第二子像素區(qū)域，和用于通過背光產(chǎn)生的所有光的第三子像素區(qū)域， LCD中每一個單獨的像素包括第一子像素區(qū)域，第二子像素區(qū)域，和第 三子像素區(qū)域，每一個單獨的像素產(chǎn)生一個顏色，其是來自第一子像 素區(qū)域，第二子像素區(qū)域，和第三子像素區(qū)域的光的組合，該方法包 括在第 一時間周期僅僅激勵背光中的第三顏色LED;控制LC層以在第 一時間周期期間選擇性地使光通過第三子像素區(qū)域；在第二時間周期激勵背光中的所有LED;和控制LC層以在第二時間周期期間選擇性地使光通過笫一，第二， 和第三子像素區(qū)域，在第一時間周期和笫二時間周期期間控制LC層以生成圖像像素， 每個圖像像素在第一和第二時間周期期間生成了來自第一，第二，和 第三子像素的光的組合，從而在第一和第二時間周期生成了組合的顏 色。
15. 權利要求14的方法，其中由LCD在第一和第二時間周期創(chuàng)建的圖像是靜止圖像。
16. 權利要求14的方法，其中由LCD創(chuàng)建的圖像是幀，其中多個幀創(chuàng)建由LCD顯示的運動圖像，第一時間周期和笫二時間周期構成了 完整的幀或幀的一部分。
17. 權利要求14的方法，進一步包括確定被創(chuàng)建圖像中第三顏色 的峰值，其中在第一時間周期只激勵背光中的笫三顏色LED包括基于 被創(chuàng)建圖像中第三顏色的峰值，在第一時間周期只激勵背光中的第三 顏色LED。
18. 權利要求14的方法，其中第一時間周期出現(xiàn)在第二時間周期 之前。
19. 權利要求14的方法，其中第一時間周期出現(xiàn)在第二時間周期 之后。
20. 權利要求14的方法，其中第一顏色是紅色，第二顏色是綠色， 以及第三顏色是藍色。
21. 權利要求14的方法，進一步包括 接收電視信號；和處理電視信號來控制背光和LC層以在LCD上創(chuàng)建電視圖像。
全文摘要
在LCD中，在周期(例如，圖像幀周期)的一部分期間，控制具有紅色，綠色和藍色LED的背光(32)以產(chǎn)生單色光(例如，藍色)。在周期的另一部分期間，所有LED被照亮以生成白光。對于每個白色像素，LCD面板中的顏色過濾器包括，第一顏色(例如，紅色)子像素過濾器(42)，第二顏色(例如，綠色)子像素過濾器(43)，和通過白光和單色光的透明子像素區(qū)(44)?？刂埔壕庸忾y以對它們的相關子像素通過0-100％的光以生成彩色圖像。通過適當控制光閥，在該周期中可以獲得每個白色像素的任何想要的顏色。通過將一個彩色過濾器轉(zhuǎn)換為透明的區(qū)域，顯示器的傳輸效率大大增加。
文檔編號G09G3/34GK101341526SQ200680047924
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權日2005年12月19日
發(fā)明者G·哈伯斯, M·普格, S·J·A·比爾休詹 申請人:飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司