專利名稱：視頻和內容控制的背光的制作方法
視頻和內容控制的背光
相關申請的交叉引用
本申請要求通過引用納入于此的、2006年8月14日提交的美國臨時專利 申請No. 60/837,710的權益。
背景技術：
本發(fā)明涉及顯示設備及其背光組件。
液晶顯示器("LCD")包含背光，后者是使得LCD能夠顯示圖像和文本 的光源。顯示器中的液晶充當基于由相應控制芯片遞送的命令允許光通過與否 的閘門。大多數(shù)LCD使用冷陰極熒光("CCFL")管作為光源。當LCD開啟 時，CCFL始終接通。被顯示在LCD上的視頻信號或內容、或者圖像是通過控 制顯示面板中的液晶元件的取向來形成的。
LCD的專用玻璃面板基于該玻璃面板上膜的濾光機構來形成色彩。在大 多數(shù)LCD中，由設置在玻璃面板背后——其中前側是觀察者的那一側——的 CCFL產生的光是白光。
CCFL是能量有效的。然而，由于在CCFL中使用有害材料，因此本行業(yè) 正將CCFL逐步淘汰出背光應用。而且，基于CCFL的背光連續(xù)保持接通，即 使沒有圖像被顯示亦是如此。此外，接通或關閉光是遲緩的，因此難以基于圖 像對其進行切換。
然而，如果沒有圖像被顯示、或者針對黑色場景或者針對黑色圖像的情況， 可能期望關閉背光。這將節(jié)省能量，其對于電池工作的便攜式產品而言特別有 益。此外，CCFL背光照明整個顯示器的背部，并且難以基于要被顯示的圖像 提供地帶背光或者部分背光。g卩，如果在顯示器的一側，圖像是黑色圖像，則 該側不需要背光接通。在使用CCFL技術的情況下，難以僅僅照明所需的區(qū)域 或地帶，在視頻圖像速率(每秒30到60幀)下尤其如此，因為CCFL不能快 速地接通或關閉。替換地，本行業(yè)已接受將白色發(fā)光二極管("LED")用于背光。與具有 CCFL燈泡不同，其使用多個LED作為光源。然而，這種解決方案比當前CCFL 背光更昂貴。LED背光在能量效率方面也比CCFL光源低。而且，當前所謂"白 色LED"既不發(fā)射純白光，也不如基于CCFL的背光那樣地白。EP，白色并非 真正光學上的白色，因此圖像的合成色彩質量很差。這種LED解決方案對于 用于簡單電話、或者無需顯示彩色圖片或視頻或電視("TV")節(jié)目的儀器的 LCD而言可能是足夠的。然而，對于用于彩色TV、視頻顯示器以及用于彩色 圖像的LCD，需要更佳的解決方案。
在這種需求的驅動下，本行業(yè)已依靠使用RGBLED技術，即具有紅色、 綠色和藍色(類似于CRT彩色TV中的RGB概念)三種不同顏色的LED。根 據(jù)色彩物理學，可針對人眼生成具有RGB組合的光譜的色彩。例如，白色是 通過在期望強度下接通三種色彩——紅色、綠色和藍色——來形成的，這三種 色彩隨后在眼中呈現(xiàn)為白色。根據(jù)早期基于CRT的彩色TV或彩色美術繪畫， 這些技術對于本領域技術人員是眾所周知的。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及例如LCD的使用發(fā)光二極管的顯示設備。目前的LCD面板普 遍使用CCFL技術。通常，此類LCD使用每像素三原色(紅色、綠色和藍色)， 并且沒有對亮度的準確控制。通過調節(jié)CCFL背光強度，僅可能控制整體亮度。 然而，連同其它特征一起，本發(fā)明示教了 LED在顯示設備中的使用。這使得 圖像對比度能夠與圖像色彩和亮度分開。圖像反差可完全由充當簡單關-開光 閘的LCD面板來控制。單個關-開LCD光閘像素可使用LEDBK控制三種色彩。 更具體地，恰好位于被LED簇照亮的區(qū)域中的單個LCD光閘像素可簡單地通 過調節(jié)IRedYm、 IGreen Ym或IBlue Ym (參見圖5)來控制紅色、綠色、藍 色或任何色彩。由此與LEDBK聯(lián)用的LCD面板增加了由三色控制的像素總 數(shù)。另外，改變個體LED電流就改變了亮度。
通過使用LCD顯示器作為每像素的簡單關-開光閘，以及通過使用LEDBK 來提供所需色彩，本實施例的LEDBK將LCD面板的分辨率增加到三倍。通 過增大需要亮光的面板區(qū)中的LEDBK光輸出，以及通過在需要低照度或黑暗的區(qū)中減小LED電流或關閉LED，增大LCD的對比度。通過僅接通需要光輸 出的區(qū)中的LED，提高能量效率。
在一個實施例中，顯示設備包括顯示面板；以及背光面板，其被設置在顯 示面板之下并限定多個區(qū)域。沿第一方向設置發(fā)光二極管(LED)的第一陣列， 該第一陣列的每個LED被耦合至第一線。驅動器被耦合至第一線以驅動耦合 至第一線的LED。沿第二方向設置LED的第二陣列，該第二陣列的每個LED 被耦合至第二線。由背光面板限定的區(qū)域的照明狀況是通過接通或關閉LED 來控制的。多個區(qū)域限定了具有X數(shù)目的行和Y數(shù)目的列的區(qū)域矩陣。每個 區(qū)域具有至少一個LED。每個區(qū)域具有至少一個LED簇。
在另一實施例中，發(fā)光二極管(LED)的陣列包括在顯示設備的背光面板 中沿第一方向設置的發(fā)光二極管(LED)的第一陣列，該第一陣列的每個LED 被耦合至第一線；耦合至第一線的驅動器，用于驅動耦合至第一線的LED;以 及沿第二方向設置的LED的第二陣列，該第二陣列的每個LED被耦合至第二 線，其中LED被編組在至少三個LED的簇中。
附圖簡要說明


圖1和2圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于LED的背光面板和液晶 面板。
圖3出于例示簡便的目的圖解了 LEDBK的一部分。
圖4圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有導光面板的LEDBK。
圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的矩陣配置中的12個LED簇
(Xn-2,Ym-l)到(Xn+l， Ym+1)的陣列。
圖6圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖5中矩陣配置的一部分。
圖7圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與驅動圖5中12個LED簇相關聯(lián)
的波形。
圖8圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在顯示面板上生成圖像的信號。
圖9示出了用于形成圖6中所示的信號的解碼器電路300的框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及LED在例如LCD的顯示設備中的使用。在一個實施例中，LED 陣列模塊或簇被用作LCD的背光。這些模塊或簇的每一個包括多個適于生成 白光的RGB LED 。在一個實現(xiàn)中，模塊或簇包括RGBB(簇中的額外藍色LED)、 或RGBYC (除紅色綠色或藍色以外還具有黃色或青色LED)、或者RGBXYZ， 其中X是簇中的附加顏色LED， Y是簇中的附加顏色LED，而Z是簇中的附 加顏色LED。基于顯示器針對TV或靜物攝像或藝術品顯示的特定應用、或者 特定使用，可在簇中選擇任何LED組合。出于解釋簡明起見，在不限于所討 論的示例的情況下，使用RGB LED簇來描述本發(fā)明。
圖1和2圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于LED的背光面板80和液 晶面板90。 LC面板90被分成多個區(qū)域，例如9x5。類似地，與LC面板90 相對應的LED背光面板90 ("LEDBK")被分成多個區(qū)域，例如9x5。 RGB LED 簇82被設置在LEDBK80的每個區(qū)域中。在一種實現(xiàn)中，白色LED可被用來 代替每個區(qū)域的LED簇。在另一種實現(xiàn)中，LED簇不被放置在每個區(qū)域處， 而被放置在選定位置處。
每個區(qū)域用X-Y坐標來指示。左上區(qū)域84用X-Y坐標指示為Al 。LEDBK 中的區(qū)域A1對應于LC面板中的區(qū)域A1。類似地，對LEDBK中的每個區(qū)域 分配與LC面板中的相應區(qū)域相同的坐標。顯示面板是通過將LC面板90放在 LED背光面板80之上——由此形成一個LCD——來形成的。
在本實施例中，LEDBK卯包括每區(qū)域一個RGB LED簇。然而，LC面板 的每個區(qū)域可包括一個或多個像素。每個LCD像素元件由相對應的LCD驅動 器元件來驅動。驅動器元件是與作為LC面板的一部分的晶體管相耦合的芯片。 由于一個RGB LED簇具有3個LED,因此需要針對每個區(qū)域驅動這3個LED。
電子電路被相應地設計。電子電路包括用于LCD的驅動器和用于LEDBK 的驅動器。用于LCD的驅動器包含在LC面板上形成期望圖像所需的畫面信息。 LEDBK的驅動器需要相應信息的子集來照亮區(qū)域中的相應LED。
本實施例的顯示設備可被看作LCD TV，其中LC面板90是LCD TV的 屏幕，而LEDBK面板80是其相對應的背光面板。如果TV畫面的一部分—— 例如區(qū)域A1——是藍天，則區(qū)域A1的簇內的藍色LED被接通。在相同的場景中，如果區(qū)域B3需要顯示綠地，則區(qū)域B3的簇內的綠色LED被接通。另 一區(qū)域中的所有3個LED也可被接通以提供白光，從而提供更復雜的圖像。 類似地，在逐幀的TV圖像中，LEDBK面板80的區(qū)域中的LED可被逐幀驅動。
如果沒有幀形式的圖像，則LEDBKLED被關閉。在本實施例中，根據(jù)需 要在不同區(qū)域處選擇性地接通或關閉背光，由此與現(xiàn)有技術相比，節(jié)省了能量。 相應地，LCD類的工作壽命可被延長，且還可降低LCDTV的溫度。
對于蜂窩電話應用，如果僅電話號碼被顯示——例如面板90的區(qū)域Al 和A2——則這些區(qū)域中的LED可被接通，而其它區(qū)域中的LED被關閉。
對于TV應用，其中幀典型地以每秒30幀被刷新，LED通常以相對應的 速率被關閉和接通。然而，如果在某些幀中圖像的視頻的一部分不改變，則這 些區(qū)域中的LED可保持接通或關閉，這導致進一步的能量節(jié)省。
在19英寸TV的LCD TV應用中，可使用由12行和16列構成的192個 區(qū)域來制作顯示面板。這可能要求總共192個RGB簇，或576個LED。在較 大的LCDTV中，比如大小為40英寸，顯示面板可被分成20000個區(qū)域，即 100行和200列。在本實施例中，此面板將使用60000個LED，這與現(xiàn)有技術 的40英寸LCDTV相比，將實現(xiàn)顯著的畫面質量改善。
在一個實施例中，LED簇可具有不同于RGB的配置，例如簇中具有4個 LED的RGBB，或者每個簇具有5個LED的RGBCY (具有附加的青色和黃 色LED)。任何其它色彩組合的LED可被布置在簇中以針對人眼形成期望色 彩效果。
盡管背光面板各處都是用相同LED簇來構造的(在本文中稱為"一致 LEDBK")，但是面板可具有非一致LEDBK，其中不同LED組合的簇可被放 置在LEDBK的不同區(qū)域中以形成期望色彩、分辨率、對比度或亮度效果。例 如，人眼通常不集中在LCD的邊緣上——在觀看大屏幕TV時尤其如此，在 這些邊緣區(qū)域中，LEDBK的LED簇可僅由單個白色LED構成。另一方面， RGBLED簇可被設置在屏幕的中心視區(qū)的區(qū)域處。替換地，LEDBK的外圍或 邊緣區(qū)域可配有RGB LED簇，并且中心視區(qū)配有更多色彩的RGBB或RGBCY LED簇?？筛鶕?jù)應用來使用LED的其它組合。圖3出于例示簡便的目的圖解了 LEDBK 80的部分100。部分100具有12 個區(qū)域，即4列(1到4)和3行(A到C)。由玻璃或聚合物構成的光擴散 層被放在LED陣列之上并作為LEDBK面板的一部分。在一種實現(xiàn)中，每個區(qū) 域具有單個RGBLED簇，由此提供矩陣形式的LED。如前所述，圖像或者是 TV應用中的畫面或視頻、或者是典型移動電話或PDA應用中的數(shù)據(jù)或電話號 碼或者畫面或視頻。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可設計具有其中圖像可由LEDBKLED形成而無 需LC面板的圖像形成的模式的顯示器。這在沒有圖像要由視頻信號呈現(xiàn)的圖 像或者沒有LC面板的任何圖像時是有效的。g卩，PC面板是在透明模式下，并 讓背光通過。這可被用于文本、指令或數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，其中LEDBK的LED形成圖 像。這往往是較低分辨率的圖像但是非常亮。
在一個實施例中， 一個、兩個、三個或四個陣列的LED配置被用于減少 LEDBK中LED的數(shù)目并節(jié)省制造成本。陣列可以是垂直陣列或水平陣列或者 其組合。在3x4矩陣中，矩陣配置中將需要12個LED簇。然而，在一種類型 的陣列配置中，使用總共7個LED簇。三個LED簇Al、 bl和qj皮設置在陣 列左側的一列中。四個LED簇k、 2l、 3l和4t被設置成頂部陣列。在一個實 施例中，單個LED可被用來替代LED簇。
三個LED簇AL、 Bl和cl沿大致水平方向進行照明，如箭頭123、 124 和125所示的。LED簇1l、 2l、 3l和4l垂直向下照明，如箭頭126、 127、 128 和129所示的。LED照射到由玻璃、或透鏡聚合物、塑料等制成的光導或光擴 散器121中。光導散布光并在面板上將其擴展。LED簇的放置和及其強度可被 修改以在面板中獲得更大的光均勻性。例如，LED簇D^、 E^和Fl的降列可被 添加在垂直右側，和/或LED簇5l、 6l、 7!^和8L的陣列可被添加在水平底側。 為了使區(qū)域A1和區(qū)域B2處的光強度保持大致相等，對LED Al和LED 1^的 驅動可以是相應地經修改的LED Bl和LED 2l。
圖4圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有導光面板130的LEDBK 150。 導光面板130的邊緣可被形成為類似發(fā)散透鏡140和141以將來自LED的光 擴展到光導中。如果僅使用7個LED簇，在與LED簇的位置相對應的區(qū)中形 成透鏡光聚集和散布形狀。鍍層反射鏡130和131被設置在LED的相對側，以使得光可被反射回光導面板，如箭頭132和133所示的。
根據(jù)本發(fā)明的示教，可針對使用7個LED的LEDBK的12個區(qū)域控制不 同的光亮度和不同的色彩。在較大的顯示器中，使用陣列配置的LED的優(yōu)點 將更顯著。例如，限定10行和15列的顯示器在矩陣配置下將需要150個LED 簇。然而，在如上所述的陣列配置下可使用少至25個LED簇。如果LED簇 被添加到右底側，則將僅需要50個LED簇，這是在矩陣配置下所需的LED 簇的1/3。
圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的矩陣配置的12個LED簇 (Xn-2,Ym-l)到(Xn+l,Ym+l)的陣列。為LEDBK面板上限定的12個區(qū)域設置這 12個LED簇。每個區(qū)域具有RGB LED。每個LED被連接到與其坐標相對應 的列線和行線。
圖6圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖5中矩陣配置的一部分200。為 每條線設置驅動器以提供電流/電壓。例如，分別為線Xn-2、 Xn-l和Xn設置 行驅動器202、 204和206。
圖7圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與驅動圖5中12個LED簇相關 聯(lián)的波形。如圖所示，按順序首先對LED簇(Xn-2， Ym)、之后對(Xn-2，Ym-l)、 隨后對(Xn-2， Ym)、以及隨后對(Xn- 2，Ym+1)供電。行驅動器202將連接到線 Xn-2的所有LED簇陽極驅動至VMAX，以實現(xiàn)全部三種色彩。 一旦被實現(xiàn)， 施加于IRed Ym、 IBlue Ym或IGreen Ym的電流就將接通簇中的各個LED。 LED的實際光輸出與相應Ym的陷獲的電流成比例。
圖8圖解了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在顯示面板上生成圖像的信 號。在本實施例中，LCD面板的相同合成視頻信號被用于形成LEDBK所需的 驅動信號。LCD面板控制電路可利用LEDBK的可變光輸出能級和色彩來改善 觀測到的對比度、色彩亮度并且還減小整體背光功耗。
圖9示出了用于形成圖6中所示的信號的解碼器電路300的框圖。Xn掃 描變換器302形成與在LCD面板上顯示的圖像相對應的行定時信號，以使得 LCD所需的亮度和色彩信息與正確的LED簇相匹配。紅色、綠色和藍色視頻 輸入信號被提供給Xn掃描變換器302 。紅色視頻輸入信號被提供給處理器304 ， 處理器304將電流輸出到紅色LED。綠色視頻輸入信號被提供給處理器306，處理器306將電流輸出到綠色LED。藍色視頻輸入信號被提供給處理器308， 處理器308將電流輸出到藍色LED。相應的紅色、綠色和藍色LED列的可變 電流輸出不僅提供亮度還提供由觀看者感知的色彩。在最簡單的實現(xiàn)中，LED 背光與LCD面板之間可存在一一對應。在更加節(jié)省成本的解決方案中，其可 表明可通過利用人眼所具有的對光敏感的桿狀細胞比對色彩敏感的錐狀細胞 多大致10倍以上這個事實來針對給定LCD像素的數(shù)目將LED簇的數(shù)目減少 10倍。
己根據(jù)特定實施例描述了本發(fā)明。如本領域技術人員將理解的，以上所描 述的實施例可被修改或改變而不背離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種顯示設備，包括顯示面板；背光面板，其被設置在所述顯示面板之下并限定多個區(qū)域；沿第一方向設置的發(fā)光二極管(LED)的第一陣列，所述第一陣列的每個LED被耦合至第一線；耦合至所述第一線的驅動器，用于驅動耦合至所述第一線的所述LED；以及沿第二方向設置的LED的第二陣列，所述第二陣列的每個LED被耦合至第二線，其中由所述背光面板限定的所述區(qū)域的照明狀況是通過接通或關閉所述LED來控制的。
2. 如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述多個區(qū)域限定了具有X 數(shù)目的行和Y數(shù)目的列的區(qū)域矩陣。
3. 如權利要求2所述的設備，其特征在于，每個區(qū)域具有至少一個LED。
4. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，每個區(qū)域具有至少一個LED簇。
5. 如權利要求4所述的設備，其特征在于，每個LED簇包括紅色、綠色 和藍色LED。
6. 如權利要求5所述的設備，其特征在于，至少一個LED簇具有RGBB 或RGBYC。
7. 如權利要求6所述的設備，其特征在于，至少一個LED簇具有四個或 更多LED。
8. 如權利要求6所述的設備，其特征在于，至少一個LED簇具有五個或 更多LED。
9. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，每個區(qū)域具有至少一個LED， 其中多個區(qū)域包括設置在外圍的第一區(qū)域和設置在靠近所述背光面板的中心 的第二區(qū)域，其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域具有不同的LED配置。
10. 如權利要求6所述的設備，其特征在于，所述第二區(qū)域被設置成比所 述第一區(qū)域每區(qū)域有多個LED。
11. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，還包括導光面板，其被形成為擴展由與所述第一陣列相關聯(lián)的所述LED發(fā)射的光。
12. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述光導面板在與設置所述 第一陣列相對的側面上具有反射表面。
13. 如權利要求12所述的設備，其特征在于，所述光導面板和所述背光 面板是相同的。
14. 如權利要求l所述的設備，.其特征在于，還包括 沿所述第一方向設置的LED的第三陣列，其中所述第一陣列鄰近所述背光面板的第一側來設置，而所述第三陣列鄰近述背光面板的第二側來設置，所 述第二側在與所述第一側的相對側上。
15. —種發(fā)光二極管(LED)的陣列，所述陣列包括 沿顯示設備的背光面板的第一方向設置的發(fā)光二極管(LED)的第一陣列，所述第一陣列的每個LED被耦合至第一線；耦合至所述第一線的驅動器，用于驅動耦合至所述第一線的所述LED;以及沿第二方向設置的LED的第二陣列，所述第二陣列的每個LED被耦合至 第二線，其中所述LED被編組在至少三個LED的簇中。
16. 如權利要求15所述的陣列，其特征在于，所述至少三個LED包括紅 色、綠色和藍色LED。
全文摘要
顯示設備包括顯示面板；以及背光面板，其被設置在顯示面板之下并限定多個區(qū)域。沿第一方向設置發(fā)光二極管(LED)的第一陣列，該第一陣列的每個LED被耦合至第一線。驅動器被耦合至所述第一線以驅動耦合至第一線的LED。沿第二方向設置LED的第二陣列，該第二陣列的每個LED被耦合至第二線。由背光面板限定的區(qū)域的照明狀況是通過接通或關閉LED來控制的。
文檔編號G09G3/36GK101529491SQ200780030013
公開日2009年9月9日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權日2006年8月14日
發(fā)明者N·佐梅爾, S·奧奇 申請人:伊克西斯股份有限公司