專利名稱：具有光輸出可變的發(fā)光器的lcd顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有發(fā)光器的LCD顯示器。
背景技術(shù)：
LCD顯示器正快速地代替CRT和等離子體顯示器作為所選擇的監(jiān)視器。大的高分辨率CRT顯示器比普通人能夠舒適地提起的重量要重很多。此外，CRT顯示器是電源密集型，并且如果相同的景像在屏幕上顯示長時間，則會遭受圖像殘留(burn-in)問題。CRT的光輸出也受到限制，尤其是在高分辨率的顯示器中。
大等離子體顯示器的重量比相應的CRT顯示器的重量要輕，并且能夠提供更亮的圖像。然而，等離子體顯示器也有圖像殘留的問題。而且，用在計算機中的高分辨率等離子體監(jiān)視器的可供的價格不能與LCD顯示器的價格競爭。
LCD顯示器通常由用適合的光源背光照明的LCD元件陣列構(gòu)成。每一個LCD元件可是視為使光通過或阻擋光的光快門。全色圖像通過產(chǎn)生三個彩色分量圖像，并將該分量圖像以使用者感知分量圖像為彼此疊加的方式提供給觀看者而形成。為了簡便起見，假定三個分量圖像是傳統(tǒng)的紅色、綠色和藍色圖像。即，紅色分量圖像是在光譜的紅色部分中可見的圖像等等。
普遍地用于疊加圖像的一種方法是同時地顯示圖像，但是在空間上略偏移。這是用在大多數(shù)傳統(tǒng)CRT顯示器系統(tǒng)和可購得的LCD電視機和計算機顯示器中的技術(shù)。LCD元件陣列借助于利用熒光管的白光源進行背光照明。每一個LCD元件包括從照射該元件的白光中選擇一個色彩的光的彩色濾光器。元件成組在一起，使得紅色元件毗鄰藍色元件和綠色元件。紅色元件顯示紅色分量圖像，等等。因而，三個彩色分量圖像彼此偏移一個對應于一個LCD元件的距離。如果該距離較小，則使用者視覺系統(tǒng)將不能夠?qū)碜詥蝹€LCD元件的光區(qū)別開，因而，用戶將感知分量圖像為彼此疊加。為了產(chǎn)生具有N個像素或色彩點的圖像，必須使用3N個LCD元件。
在這種類型的顯示器中，所感知的每一個LCD元件的強度通過調(diào)節(jié)快門開啟的時間段而不是通過改變通過快門的光的強度而改變。人的眼睛不能夠跟蹤在小于某最短時間的時間上發(fā)生的強度變化，該最短時間取決于眼睛的生理學。如果光源的強度在小于該最短時間的時間段期間變化，則眼睛僅僅測到在該時間段期間到達眼睛的平均光強度。因而，倘若每一個像素開啟的最長時間小于該最短時間，那么，即使離開每一個元件的實際的光強度在元件開啟的時間段期間相同，開啟時間是第二元件開啟時間兩倍的第一元件比第二元件亮兩倍。
用來照射LCD面板的光源通常由具有和LCD面板一樣大的表面的光導構(gòu)成。光導通常是由諸如熒光管或白熾燈的白光源沿其邊緣照射的薄的矩形室。光在光導內(nèi)來回反射，使得光導的上表面被均勻地照亮。照射在上表面的一些光離開該表面，而入射到LCD面板上。
發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)被建議作為傳統(tǒng)白光源的替代物。LED具有比白熾燈高的轉(zhuǎn)換效率和更長的工作壽命。此外，LED能夠用低壓電源驅(qū)動。進一步，可以預期LED的成本和優(yōu)點能夠在將來繼續(xù)得到改進。
基于LED的LCD顯示面板類似于白光照射的面板，其中，用產(chǎn)生三個色帶的光的LED源代替白光源。LED沿光導的一個或多個邊緣布置成線性陣列，該光導用作混合室，以混合來自紅色、藍色和綠色分立LED源的光。這樣，來產(chǎn)生代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熒光或白熾光源的白光源。盡管這種光源比傳統(tǒng)的光源具有優(yōu)點，但是，所獲得的顯示器未能利用半導體光源的固有的其它優(yōu)點。
例如，紅色LED元件僅僅使光譜的紅色區(qū)域中的光通過，因而，照射這些像素的任何藍色或綠色光被浪費了。此外，紅色濾光器吸收入射在濾光器上的一小部分紅色光，因而，甚至一些紅色光在紅色LCD元件中被浪費了。在其它LCD元件中相同的原因?qū)е铝祟愃频墓鈸p失。結(jié)果，即使在快門開啟的時間段期間，由光源產(chǎn)生的光的僅僅一小部分實際到達觀看者。為了補償這些光損失，LED光源必須產(chǎn)生附加的光，因而，必須利用的附加的功率和LED。這增加了光源的成本、必須耗散的熱量和由該顯示器消耗的功率。在例如膝上型計算機和手持裝置的由電池提供功率的應用中，所增加的功率尤其成問題。
幀序制顯示器已經(jīng)被建議作為基于LED的LCD顯示器的光源使用效率低的可行的解決方案。在幀序制顯示器中，紅色、藍色和綠色分量圖像在空間上疊加，但是在時間上略偏移。例如，顯示紅色圖像，然后綠色圖像，然后是藍色圖像。如果圖像顯示的時間段足夠的短，則觀看者的眼睛僅僅感知三個圖像的平均水平，因而，使用者感知圖像似乎它們是在時間上同時顯示的。單個彩色圖像通過使用相應色彩的光源而顯示，而不是以白光開始，然后濾去光譜中不需要的部分而顯示。例如，紅色圖像通過用來自一個或多個紅色LED的光照射光導而顯示。在紅色圖像顯示之后，紅光發(fā)光器關(guān)閉，光源切換至藍光發(fā)光器，顯示藍色圖像，等等。因而，在這種LCD元件中不需要彩色濾光器。此外，相同的LCD元件能夠用于每一個圖像，因而，僅僅需要N個LCD元件。
盡管幀序制顯示器可能會提供上述問題的解決方案，但是由于與LCD元件切換速度慢有關(guān)的問題，這樣的顯示器還沒有得到廣泛的接受?？紤]要在幀序制顯示器中播放的移動圖像，其中顯示器具有N個像素的分辨率。移動圖像的每一個幀必須按三個彩色分量圖像的次序顯示，這與在3N個像素圖像上的單個幀相反。因而，該幀序制顯示器的顯示時間有三倍之長。顯示圖像所需的最短時間取決于LCD元件的切換時間和所需的圖像對比度。如上所提及，每一個LCD元件的強度通過控制LCD元件使入射在該元件上的光通過的時間量而加以控制?？紤]提供256個強度值(0到255)的顯示器。幀之間的時間必須是至少256個時間段。每一個分量圖像的顯示時間分成255個時間段?？紤]具有強度為1的像素。該像素的LCD元件在顯示時間段開始時開啟，然后在第一時間段結(jié)束關(guān)閉。具有強度為2的像素在幀開始時開啟，然后在第二時間段結(jié)束時關(guān)閉等等。因而，具有256個強度等級的時間連續(xù)顯示器需要255個時間段的三倍的時間來顯示移動圖像的幀。相比之下，傳統(tǒng)的顯示器需要僅僅255個時間段。應該注意，移動圖像每秒通常需要30個幀。因而，幀序制顯示器必須利用在長度上少于50微秒的時間段。對于便宜的LCD顯示器元件來說，這是一個問題。
最短時間段由LCD元件的切換時間確定。在開啟一個時間段的像素的情況下，光強度對應于開啟LCD元件所需的像素完全開啟的時間和關(guān)閉LCD元件所需的時間。由于具有強度為1的像素的平均光強度必須是具有強度為2的像素的平均光強度的一半，像素完全開啟的時間必須比切換時間大很多，否則顯示器在低強度下將顯示顯著的非線性。因而，LCD元件的切換時間必須比上述的50微秒時間段小得多。
此外，長顯示時間導致其它色彩瑕疵。考慮以每秒30個幀工作的顯示器。每一個彩色圖像出現(xiàn)的時間是1/90秒或約10毫秒。考慮觀看者觀看顯示器中斷10至20毫秒數(shù)量級的時間段的情況。當觀看者眨眼睛時能夠發(fā)生這樣的中斷。觀看者將錯過一個或兩個彩色分量圖像，而看見該幀的其余分量圖像。這將導致圖像的感知到的色彩變換，這是由于一個或兩個色彩已經(jīng)損失。對于很多人來說，這種色彩變換是煩人的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種具有光源、LCD面板和控制器的顯示器和用于在LCD面板上顯示圖像的方法。光源包括產(chǎn)生具有大于零的第一和第二強度的第一光信號的第一發(fā)光器。第二光強度不同于第一光強度。LCD面板包括多個LCD元件，每一個LCD元件具有使光通過的第一狀態(tài)和阻擋光的第二狀態(tài)，LCD面板被第一光信號照射；控制器響應于接收要由LCD面板顯示的圖像控制LCD元件的狀態(tài)和第一光信號的強度，圖像包括第一子圖像和第二子圖像，當?shù)谝还庑盘柧哂械谝粡姸葧r控制器使第一子圖像顯示，當?shù)谝还庑盘柧哂械诙姸葧r控制器使第二子圖像顯示，第一子圖像和第二子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。在本發(fā)明的一個實施例中，第一光信號包括第一波長帶的第一光，光源進一步包括第二發(fā)光器，第二發(fā)光器產(chǎn)生具有大于零的第三和第四強度的第二光信號，第三強度不同于第四強度，第二光信號包括不同于第一波長帶的第二波長帶的光，所接收的圖像進一步包括第三子圖像和第四子圖像，當?shù)诙庑盘柧哂械谌龔姸葧r控制器使第三子圖像顯示，當?shù)诙庑盘柧哂械谒膹姸葧r，控制器使第四子信號顯示，第一子圖像、第二子圖像、第三子圖像和第四子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。在一個實施例中，第一子圖像首先顯示，第三圖像在第二子圖像之前顯示。
在一個實施例中，第一光源包括光管，光管包括透明材料層，透明材料層具有頂面、底面和第一邊緣表面，光管定位成通過第一邊緣表面接收來自第一發(fā)光器的光，使得光完全從是頂面反射，光管包括若干構(gòu)造，這些構(gòu)造能夠使一些光改變方向而使改變了方向的一些光從頂面射出，LCD面板在頂面上。
根據(jù)本發(fā)明的用于顯示圖像的方法包括從圖像產(chǎn)生第一子圖像和第二子圖像；通過使用來自具有第一輸出光譜特點的第一光源的第一光強度的光照射面板在LCD面板上顯示第一子圖像，通過使用來第一光源的第二光強度的光照射面板在LCD面板上顯示第二子圖像。第一子圖像和第二子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
在一個實施例中，從圖像產(chǎn)生第三子圖像和第四子圖像；通過使用來自第二光源的第三光強度的光照射面板在LCD面板上顯示第三子圖像，第二光源特征在于在第三光強度下的第二輸出光譜，第二輸出光譜不同于第一輸出光譜，第三強度不同于第四強度，第三和第四強度大于零；通過使用來自第二光源的第四光強度的光照射面板在LCD面板上顯示第四子圖像。第一子圖像、第二子圖像、第三子圖像和第四子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。


圖1是示出用于照射LCD顯示器的現(xiàn)有技術(shù)光箱布置的光源10的俯視圖；圖2是通過圖1中的線2-2的光源10的剖視圖；圖3是通過一部分光導和由來自光導的光照射的三個像素的簡化剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的顯示器70的簡化剖視圖；圖5示出現(xiàn)有技術(shù)的線性光源；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的LCD顯示器的俯視圖。
具體實施例方式
參照圖1和圖2，能夠更容易地理解本發(fā)明帶來優(yōu)點的方式。圖1和圖2示出用于照射LCD顯示器16的現(xiàn)有技術(shù)的光箱布置。圖1是光源10的俯視圖，圖2是光源10通過圖1的所示的線2-2的剖視圖。光源10利用LED陣列11照射光管12。LED安裝在電路板13上，電路板13安裝在第二板15上。電路板13向LED提供功率。LED定位成使得離開每一個LED頂部的光照射光管12的一端。進入光管12的光以相對于表面21的小于臨界角的角度在光管12內(nèi)來回反射直到光被表面17上的顆粒吸收或散射。以大于臨界角照射表面21的散射光從光管離開，然后照射LCD顯示器16的背面。光管的底面覆蓋有反射性材料；因而，照射底面的任何光向上反射。
通常選定LED以適合的強度比率發(fā)射紅光、藍光和綠光以提供白光源?？拷麹ED陣列的區(qū)域25用作混合區(qū)。因而，顯示器安裝在偏離LED的位置以允許與單個LED有關(guān)的“熱斑”均勻化，因而提供均勻強度和色彩的光源。
參照圖3，圖3是通過一部分光導50和被來自光導的光照射的三個像素51-53的簡化剖視圖。由于LCD陣列的細節(jié)對現(xiàn)有技術(shù)是公知的，在這里不對它們進行詳細的描述。出于本論述的目的，注意每一個像素包括快門和從白光源中選擇特定波長帶的帶通濾光器就足夠了。對應于像素51-53的快門分別在61-63處示出，帶通濾光器分別在64-66處示出。進入快門的光必須以預定的方向偏振。因而，也包括偏振濾波器67。
為了提供能夠顯示具有任一色彩點的景像的彩色顯示器，每一個點通過混合適合強度的三個色彩的光構(gòu)成。通常，三個像素用來表示在該景像中的每一個點。三個像素具有不同彩色濾光器，因而，能夠提供所需色彩的光；然而，由于光源的強度是固定的，該點的分量色彩的強度不能通過改變進入每一個像素的光的強度而設(shè)定。這個問題在現(xiàn)有技術(shù)中通過使用人眼的視網(wǎng)膜在相對長的時間間隔上平均化每一點的光的強度的觀察結(jié)果而得到解決。即，眼睛僅僅看見這些時間間隔上的平均光強度。用T表示移動圖像的幀顯示的時間，用t表示快門開啟(例如，使光通過)的時間段。假設(shè)T足夠的短，像素的觀看者看見具有與t/T成比例的視在強度的恒定強度的色彩點。
在現(xiàn)有技術(shù)的顯示器中，強度被設(shè)定為數(shù)字值。因而，最小非零的強度與1/T成比例，最大強度值與M/T成比例，其中M＝2k-1，且k是所設(shè)計的顯示器的色彩強度的位數(shù)。M也是對比度比。通常，商用LCD顯示器的對比度比是500∶1。即，k是9。
本發(fā)明是基于如下的觀察彩色圖像能夠通過在足夠短的時間里將紅色、藍色和綠色分量圖像提供給觀看者而產(chǎn)生，而不是如在現(xiàn)有技術(shù)那樣同時提供所有的三個圖像而產(chǎn)生。應該注意，上述現(xiàn)有技術(shù)的光源能夠視為三個單獨的分量光源，其中每一個分量光源產(chǎn)生一個分量圖像的色彩。即，當紅色圖像產(chǎn)生時，僅僅紅色LED開啟。結(jié)果，能夠取消上述的色帶通濾光器。進一步，由于每一個LCD元件用來針對對應的點產(chǎn)生所有的圖像的三個色彩，現(xiàn)在需要僅僅N個LCD元件來產(chǎn)生圖像。因而，能夠以與現(xiàn)有的顯示器的成本可比的成本提供更高分辨率的顯示器。最后，如在下面更詳細地說明，通過控制由LED在每一個分量圖像期間產(chǎn)生的光強度，能夠獲得高得多的對比度比和/或更短的顯示時間。
現(xiàn)在參照圖4，圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的顯示器70的簡化剖視圖。顯示器70具有LCD快門陣列79。示例性快門在71-74處示出。偏振濾光器67確保進入快門的光具有適合的偏振態(tài)。LCD快門陣列被離開光導75的光照射，光導75以類似于上述的方式起作用。光導75被三個LED線性陣列照射。為了簡化附圖和本論述，LED陣列示出在76-78處垂直地彼此堆疊。每一個陣列在垂直于附圖平面的方向上延伸。每一個陣列產(chǎn)生特定色彩的光。處于本討論的目的，假定陣列76產(chǎn)生紅色的光；陣列77產(chǎn)生綠色的光，陣列78產(chǎn)生藍色的光。控制器81控制由LED產(chǎn)生的光的強度和快門的狀態(tài)。
現(xiàn)在更詳細地論述分量圖像產(chǎn)生的方式。分量圖像由所論述的色彩的圖像的N個像素的N個強度值組成。對于每一個色彩有這樣一個分量圖像。每一個強度值控制快門中相應的快門處于透光狀態(tài)的時間。假定要產(chǎn)生紅色圖像。紅色圖像將在幀周期T上產(chǎn)生。在下面論述中，從幀開始的時間將用t表示。為了簡化討論，假定t是整數(shù)，并且t＝M對應于時間T。用也是整數(shù)的Ij表示要在像素j顯示的強度。在幀開頭，所有的快門關(guān)閉，所有的光源關(guān)閉。在幀開始時，或剛剛在幀開始之前，紅色光源開啟。在t＝0，Ij＞0的所有快門開啟，紅色光源76打開。在時間t，對應于具有Ij＝t的像素的所有快門關(guān)閉，并且在幀的期間保持關(guān)閉。在t＝T，紅色光源關(guān)閉。該程序接著重復綠色光源和藍色光源。
如上提及，T有上限。由于圖像連續(xù)地提供給使用者，上述實施例中T的最大值是T0/3，其中T0是T在同時產(chǎn)生圖像的現(xiàn)有技術(shù)方案中的最大值。因而，這種類型的幀序制顯示器需要具有更低的對比度比或更快的切換LCD元件。
本發(fā)明利用以下觀察結(jié)論在分量圖像產(chǎn)生過程中通過改變分量光源的強度，能夠構(gòu)成高得多的對比度比和/或縮短了的幀顯示時間。如以上提及，眼睛僅僅測到在每一個像素產(chǎn)生的光的平均強度。因而，倘若時間段足夠的短，一個單位強度的光信號開啟10個時間段被感知為具有與10個單位強度僅僅開啟一個時間段的源相同的強度。
假定每一個強度值表示為K位整數(shù)。此處，K＝logM，其中M是分量圖像的最大強度值?？紤]具有K個單獨強度等級的光源，Ik＝I02k，其中I0是常數(shù)。每一個幀顯示時間分成對應于從1到K的k的K個間隔。在幀開始時，光源處于最大強度，即，I02K，所有的快門關(guān)閉?？紤]正顯示的分量圖像的第j個像素，并且用n1、n2、.......、nK表示其所需強度值的位，其中每一個n值是1或者0，并且n1是強度值最大的位。在間隔k，強度設(shè)定為如上所限定的Ik，設(shè)定快門的控制器針對每一個像素快門檢查每一個強度值的第k位。如果nk＝1，對應的快門開啟。如果nk＝0，對應的快門關(guān)閉。
因而，僅僅需要logM時間間隔來產(chǎn)生具有最大對比度比M∶1的顯示。如上提及，通常的對比度比是500數(shù)量級。因而，具有K為9的本發(fā)明的實施例能夠在9個時間間隔上提供與利用500個時間間隔的傳統(tǒng)LCD相同的對比度比。因而，即使在增加了三倍的顯示時間使得分量圖像能夠連續(xù)的顯示之后，本發(fā)明能夠以少得多的時間完成幀。所節(jié)省的時間能夠用來提供甚至更大的對比度值或更快的幀速率。更短的顯示時間還減少上述的色彩的瑕疵。
上述的二進位的強度方案對于任何給定最大對比度比提供最短的幀顯示時間；然而，其需要光源有最大的動態(tài)范圍。為了獲得512∶1的對比度比，光源必須具有256∶1的動態(tài)范圍。然而，基于相同原理的非二進制的方案能夠構(gòu)成，使幀顯示時間針對光源的動態(tài)范圍進行折衷。例如，考慮具有兩個強度值(最大強度RI0和最小強度I0)的光源。假定R是整數(shù)。考慮具有M-1對比度比的顯示，即每一個像素的強度值是0到M-1之間的數(shù)字。如上提及，用該對比度比顯示分量圖像的時間是M-1個時間間隔，而沒有使用本發(fā)明的可變光強度系統(tǒng)。
在本發(fā)明的這個實施例中，分量圖像的顯示間隔分成兩個子間隔。第一子間隔賦予用N1表示的時間段的數(shù)字。第二子間隔賦予N2時間段。N1是(M-1)/R的商的整數(shù)部分，并且N2＝R-1。給定每一個分量圖像中一個像素的像素強度值m，對應的LCD元件將在第一子間隔期間保持開啟m1個時間段，在第二子間隔期間保持開啟m2個時間段，其中m1是m/R商的整數(shù)部分，且m2＝m-m1R。例如，如果R＝8，且M＝501(即，500的對比度比)，則第一子間隔具有62個時間間隔，第二子間隔具有7個時間間隔。因而，分量圖像以62個時間段顯示，而不是恒定強度的光源所需要的500個時間段顯示。
應該注意，上述可變光強度方案還能夠應用到非幀序制顯示器以增加顯示器的動態(tài)范圍而不增加幀的顯示時間?？紤]具有顯示在空間上而不是在時間上變換的分量圖像的3N個LCD元件的顯示器。在這個情況下，所有的三個圖像同時顯示，因而，所有的三個光源如上述同時打開。假定光源由LED或者能夠如上述改變光源強度的激光器構(gòu)成。在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，能夠產(chǎn)生的最大對比度比取決于當在顯示器上提供移動圖像時顯示圖像來防止移動瑕疵的可獲得的時間量和LCD元件的最小切換時間間隔。如果最短時間段是T，那么最大對比度比是用于能夠產(chǎn)生該圖像的一秒的小部分的1/T倍。這通常是一秒的1/30th。然而，如果顯示間隔如上所述分成兩個子間隔，產(chǎn)生對比度比M的時間顯著地減少了。例如，在上述R＝8的示例中，能夠在僅僅69個的時間段而不是500個的時間段提供500的對比度比。相反地，如果利用所有的500個時間段，則能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎40000的對比度比。
用于照射光導的優(yōu)選的光源是具有平行于光源一個邊緣的軸線的線性光源?，F(xiàn)有技術(shù)基于LED的光源試圖通過提供毗鄰的LED發(fā)出不同的色彩的LED線性陣列而近似線性白光源。即，紅色、藍色和綠色LED線性陣列通過在適合的襯底上沿一直線循環(huán)地布置紅色、藍色和綠色LED而構(gòu)成。這樣的布置在圖5中示出，圖5示出現(xiàn)有技術(shù)的光源。線性光源90通過將LED三個一組地安裝在襯底92上而構(gòu)成。典型的三個一組在91處示出。該布置具有一些缺點。首先，如果使用預封裝的LED，毗鄰LED之間的距離很大。光源在與單個LED之間的距離相比是很大的距離處才能夠僅僅良好地近似于線性光源。因而，更大LED分隔需要上述類型的更大混合區(qū)域。即使光源通過將未封裝的裸芯安裝在襯底上而構(gòu)成，這種分隔仍然是很大的。此外，制造時間會很長，這是由于大量的單個LED必須以每次一個裸芯地附著于襯底。
相比之下，本發(fā)明能夠由三個分立的LED線性陣列構(gòu)成。由于LED是相同的，晶片能夠切成提供附著于襯底的長線性帶條LED。由于LED以與在晶片上的間隔相同的間隔而隔開，光源比如上所述單個安裝的LED更好地近似于線性光源。此外，由于對于光源僅僅需要一些這樣的帶條，制造時間大大減少了。
還應該注意，大量的小緊密封裝的點光源在光源的強度在如上所述的幀產(chǎn)生過程中變化的實施例中是優(yōu)選的。如果LED足夠靠近在一起，光源強度能夠通過關(guān)閉所選定的LED而改變。例如，如果僅僅每隔一個開啟LED，則光源的強度將減少兩倍。如果每隔四個開啟LED，則光源強度將減少四倍，等等。
在參照圖4的上述實施例中，單個線性陣列一個位于一個上方。然而，能夠利用其它布置。現(xiàn)在參照圖6，圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的LCD顯示器俯視圖。LCD顯示器100利用安裝在光導110的不同邊緣的線性光源。LCD面板101位于光導110的內(nèi)部區(qū)域，以提供各種LED陣列之間足夠的空間以沿光源的長度平均化任何強度的波動。在這個示例中，使用了四個不同的LED。光源在102-105處示出。第四光源將在下面更詳細地討論。
應該注意，光源可以是不同長度和強度，而不與顯示器的操作干涉。如果特定的線性光源比其它光源更亮，則用在相應的分量圖像的顯示上的時間段的長度能夠得到減少。例如，藍色光源103顯著地比紅色光源長，因而如果光源在發(fā)光度上相等則會產(chǎn)生更多的光。類似地，如果該光源比其它光源更弱，能夠利用的更長時間段來補償。
如以上提及，在圖6中所示的實施例利用在105處所示的第四光源?；谒膫€色彩的彩色重顯方案在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因而，在這里不詳細地論述。處于本論述的目的，注意包括第四色彩增加能夠顯示的彩色范圍就足夠了。此外，某些應用能夠?qū)τ谔囟ㄉ实闹仫@尤其提出高要求。例如，TV圖像中的肉色色調(diào)對人類觀看者尤其重要，因而，距正確的色調(diào)的小偏差也是不容許的。增加另一個彩色圖像能夠提供用于更精確地重顯所需要的色調(diào)的手段。
應該注意，本發(fā)明尤其很適合于構(gòu)造利用不同分量圖像或不同數(shù)量的分量圖像的定制彩色系統(tǒng)。由于該色彩由光源而不是作為LCD陣列一部分的一組濾光器確定，僅僅需要基于新的彩色方案改變光源和顯示運算法則就會產(chǎn)生顯示。
上述實施例將每一個分量圖像的顯示間隔分成多個子間隔，其中，來自光源的光的強度隨著處理中的子間隔而改變。在幀序制實施例中，給定彩色分量圖像的所有的子間隔在進行到下一個彩色分量圖像之前顯示。然而，還能夠構(gòu)造子圖像的顯示是非連續(xù)的實施例，來進一步減少關(guān)于幀序制顯示的移動瑕疵。
考慮每一個彩色分量圖像分成N個子圖像的系統(tǒng)，且每一個子圖像在單獨的時間子間隔中顯示。在上述的實施例中，紅色光源開啟，并且設(shè)定為關(guān)于第一子間隔的強度，接著第一子圖像通過開啟LCD元件適合時間段而顯示。紅色光源接著設(shè)定為關(guān)于第二子間隔的強度，第二子圖像顯示，等等。在所有N個紅色子圖像已經(jīng)顯示之后，藍色子圖像以類似的方式使用藍色光源而顯示。最后，使用綠光光源顯示綠色子圖像。
應該注意，各種子圖像彼此獨立，因而，只要整組子圖像在短的時間間隔內(nèi)顯示，使得眼睛感知圖像同時產(chǎn)生，能夠以任何次序顯示。例如，在上述的連續(xù)實施例中，第一個紅色子圖像顯示后，跟著為第一藍色子圖像，跟著為第一綠色子圖像。第二紅色、藍色和綠色子圖像接著顯示，等等。這種類型的交叉混合子圖像顯示更能阻止上述類型的移動瑕疵，這是由于每一個子圖像的各種彩色的顯示在更短的時間內(nèi)完成。結(jié)果，移動瑕疵感知為強度的變化，而不是色彩變化。由于當觀看者眨眼睛時，能夠想到強度的變化，所以，這些瑕疵不那么討厭。
本發(fā)明的上述實施例利用基于LED或激光器的半導體光源。這樣的光源是優(yōu)選的，這是因為來自光源的光的強度能夠在分配到每一個子圖像的一小部分時間中改變。然而，能夠在足夠短的切換時間提供所需要的強度等級的任何光源都能夠得到利用。例如，由熒光和電快門構(gòu)成的光源能夠利用來提供快速切換光源。通過使用多個光源或通過使用一些形式的光學衰減器來實現(xiàn)不同的強度等級。
本發(fā)明的上述實施例已經(jīng)談及了彩色顯示器。然而，通過用所需的光源代替上述的彩色光源本發(fā)明能夠用來構(gòu)造具有增加的動態(tài)范圍的單色顯示器。
本發(fā)明的上述實施例假定每一個光源的光譜的輸出在用于顯示分量圖像的每一個強度下是相同的。為了論述的目的，光源的光譜輸出定義為作為光譜可見部分中的波長的函數(shù)的光源相對強度。如果通過將第一光譜的每一個點乘以獨立于波長的常數(shù)，第一光源的光譜能夠與第一光源的光譜相同，則兩個光源定義為具有相同的光譜。
應該注意，能夠容許光源的光譜輸出的稍微變換。這樣的變換將使其中一個子圖像的感知的色彩稍微變換。然而，由于所感知的色彩是子圖像的強度的加權(quán)和，希望這種變換小，因為具有最高強度的子圖像趨于占主導地位。還應該注意，在具有三個以上色彩的色彩方案中，能夠調(diào)節(jié)附加色彩和用于對各種色彩進行強度賦值的映射圖來校正光譜的變換。
從前述的描述和附圖中，本發(fā)明的各種變形對于本技術(shù)領(lǐng)域的人員將變得明顯。因而，本發(fā)明的范圍僅僅由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種顯示器，包括光源，包括第一發(fā)光器，所述第一發(fā)光器發(fā)出第一光信號，第一光信號具有大于零的第一強度和第二強度，所述第二光強度不同于所述第一光強度；LCD面板，包括多個LCD元件，每一個LCD元件具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)，LCD元件使光通過，在所述第二狀態(tài)，LCD元件阻擋光，所述LCD面板被所述第一光信號照射；控制器，響應于接收到要由所述LCD面板顯示的圖像，控制所述LCD元件的狀態(tài)和所述第一光信號的所述強度，所述圖像包括第一子圖像和第二子圖像，所述控制器當所述第一光信號具有第一強度時使所述第一子圖像顯示，當所述第一光信號具有所述第二強度時使所述第二子圖像顯示，所述第一子圖像和第二子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，所述第一光信號包括第一波長帶中的光，其中，所述光源進一步包括第二發(fā)光器，所述第二發(fā)光器產(chǎn)生第二光信號，所述第二光信號具有大于零的第三強度和第四強度，所述第三強度不同于所述第四強度，所述第二光信號包括第二波長帶中的光，所述第二波長帶不同于所述第一波長帶，其中，所接收的圖像包括第三子圖像和第四子圖像，所述控制器當所述第二光信號具有所述第三強度時使所述第三子圖像顯示，當所述第二光信號具有所述第四強度時，使所述第四子信號顯示，所述第一子圖像、第二子圖像、第三子圖像和第四子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示器，其中，所述第一子圖像首先顯示，所述第三圖像在所述第二子圖像之前顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，所述第一發(fā)光器包括LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述是顯示器，其中，所述第一發(fā)光器包括半導體激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，所述第一光源包括光管，所述光管包括透明材料層，所述透明材料層具有頂面、底面和第一邊緣表面，所述光管定位成通過所述第一邊緣表面接收來自所述第一發(fā)光器的光，使得所述光完全從是頂面反射，所述光管包括改變一些所述光的方向使得一些改變了方向的光射出所述頂面的構(gòu)造，所述LCD面板在所述頂面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯示器，其中，所述第一發(fā)光器包括布置成線性陣列的多個半導體發(fā)光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯示器，其中，所述透明材料層包括第二邊緣表面，其中，所述光源進一步包括第二發(fā)光器，所述第二發(fā)光器產(chǎn)生第二光信號，所述第二光信號具有大于零的第三強度和第四強度，所述第三強度不同于所述第四強度，所述第二光信號包括第二波長帶中的光，所述第二波長帶不同于所述第一波長帶，其中，所述第二發(fā)光器定位成使得來自所述第二發(fā)光器的光通過所述第二邊緣表面進入所述透明材料層。
9.一種用于顯示圖像的方法，包括從所述的圖像產(chǎn)生第一子圖像和第二子圖像；通過使用來自第一光源的第一光強度的光照射所述面板，在LCD面板上顯示所述第一子圖像，所述LCD面板包括多個LCD元件，每一個LCD元件具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)，LCD元件使光通過，在所述第二狀態(tài)，LCD元件阻擋光，所述第一光源由所述強度下的第一輸出光譜來表征，其中，所述第一強度不同于所述第二強度，所述第一強度和第二強度都大于零；通過使用來自所述第一光源的第二光強度的光照射所述面板，在所述LCD面板上顯示所述第二子圖像，其中，所述第一子圖像和第二子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括從所述圖像產(chǎn)生第三子圖像和第四子圖像；通過使用來自所述第二光源的第三光強度的光照射所述面板，在所述LCD面板上顯示所述第三子圖像，所述第二光源由所述第三光強度下的第二輸出光譜進行表征，所述第二輸出光譜不同于所述第一輸出光譜，所述第三強度不同于所述第四強度，所述第三強度和第四強度大于零；通過使用來自所述第二光源的第四光強度的光照射所述面板，在所述LCD面板上顯示所述第四子圖像，其中，所述第一子圖像、第二子圖像、第三子圖像和第四子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一強度下的所述第一光譜輸出與在所述第二強度下的所述第一光譜輸出相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述圖像分成所述第一子圖像和所述第二子圖像取決于所述第一強度下和所述第二強度下的所述第一輸出光譜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有光源、LCD面板和控制器的顯示器和用于在LCD面板上顯示圖像的方法。光源包括產(chǎn)生具有第一、二強度的第一光信號的第一發(fā)光器。LCD面板被第一光信號照射?？刂破黜憫诮邮沼蒐CD面板顯示的圖像，控制LCD元件的狀態(tài)和第一光信號的強度。該圖像包括第一子圖像和第二子圖像，當?shù)谝还庑盘柧哂械谝粡姸葧r控制器使第一子圖像顯示，當?shù)谝还庑盘柧哂械诙姸葧r，控制器使第二子圖像顯示。第一子圖像和第二子圖像在小于0.03秒的時間段內(nèi)顯示。
文檔編號G02F1/133GK1955811SQ200610149889
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者加爾文·B·沃德 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司