专利名称：宽色域显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色显示器。本发明可应用于计算机显示器、电视监视器等。
背景技术：
一般的液晶显示器(IXD)具有背光和在背光前方的由可变透射率的像素构成的屏幕。背光对IXD的后面进行均勻地照明。通过减少像素的透射率可以使像素成为暗的像素。通过增加像素的透射率使得来自背光的光可以通过，可以使像素成为看起来亮的像素。 通过对像素施加合适的驱动信号，从而产生由亮的和暗的区域构成的所希望的图案，可以在IXD上显示图像。在一般的彩色IXD中，每个像素由可被单独控制的红、绿、蓝元件构成。每个元件包括使对应颜色的光通过的滤光器。例如，红色元件包括红滤光器。当像素中只有红元件被设置为透光时，则光通过红滤光器，因而该像素呈现红色。通过应用引起红、绿、蓝元件的不同的透射率的组合的信号，可以使像素具有其它的颜色。背光LCD—般使用荧光灯。名称为 HIGH DYNAMIC RANGE DISPLAY DEVICES 的 PCT 公开No. W003077013A3的专利文件中披露了一种使用LED作为背光的高动态范围的显示
ο需要高效率的显示器。尤其需要能够以宽的色域表示颜色的显示器。
发明内容
本发明提供一些显示器。在按照本发明的一个示例实施例的显示器中，来自照明器的光被投射到调制器的有效区域上。所述照明器包括可被独立控制的光发射器的阵列。 所述光发射器可被控制，用于在所述调制器的有效区域上投射亮度图案。所述调制器可被控制，以便在观看位置显示所希望的图像。本发明还提供一些用于显示彩色图像的方法。本发明的一个方面提供一种显示器，其包括包含有光源的阵列的照明器。所述光源包括多种颜色的光源。布置调制器以使得其由所述照明器照明。所述调制器包括多个像素，每个像素具有多个元件。照明器驱动器电路独立地控制照明器的多个区域的每个区域中的光源的强度，并在每个区域内独立地控制多种颜色的每种颜色的强度。在照明器的多个区域的每个区域中的光源利用具有由所述照明器驱动器电路控制的颜色和强度的光对照明器的相应区域照明。调制器驱动器电路被连接成使得利用像素元件控制来自照明器的光的调制。在本发明的一些实施例中，调制器包括液晶显示板，光源包括发光二极管。在本发明的一些实施例中，不同颜色的光源具有不同的最大光输出。在这些实施例中，具有较大光输出的颜色的光源可以比具有较低的最大光输出的颜色的光源被更宽地分开。本发明的另一个方面提供一种用于在观看区域显示图像的设备。所述设备包括包含有多组可独立控制的光源的阵列。每组光源发射多种颜色中对应的一种颜色的光。所述设备包括具有包含有多个像素的有效区域的调制器。所述有效区域由所述阵列照明。每个像素可被控制，以改变被通过而到达观看区域的入射到有效区域的光的比例。所述设备还包括控制电路，其被配置用于按照控制信号驱动光源的每一组，从而在调制器的有效区域上投射亮度图案。在有效区域上关于每一组的亮度图案在强度方面具有改变。这种改变由所述控制电路控制。本发明的另一个方面提供一种用于在观看区域显示图像的方法。所述方法包括 提供包括多组可被独立控制的光源的阵列，每组的光源发射多种颜色中的对应的一种颜色的光；响应控制信号驱动所述阵列，使得每组在包括多个像素的调制器的有效区域上投射亮度图案，所述亮度图案随着由控制信号确定的有效区域上的位置而具有强度的改变；以及，控制调制器的像素，使得选择性地允许光从有效区域通过而到达观看区域。下面说明本发明的其它方面和本发明的特定实施例的特征。
在用于说明本发明的非限制性实施例的附图中，图1是具有由三色LED的阵列构成的照明器的显示器的示意图；图IA是说明用于产生照明器和调制器控制信号的方法的流程图；图2是由彩色LED组的阵列构成的照明器的示意图；图3是用于说明在显示器的照明器中LED的点分布函数的曲线；图4是用于说明沿着由图3的LED照明的调制器上的一行亮度随位置而改变的曲线.
一入 ，图5是用于说明一种显示器的照明器中LED的点分布函数的曲线，其中不同颜色的LED具有不同的强度和不同的点分布函数；图6是用于说明沿着由图5的LED照明的调制器上的一行亮度随位置而改变的曲线.
一入 ，图7是用于说明在一种显示器的另一照明器中LED的点分布函数的曲线，其中不同颜色的LED具有不同的强度和不同的点分布函数；图8是用于说明沿着由图7的LED照明的调制器上的一行亮度随位置而改变的曲线；以及图9是说明用于校正通过宽带像素元件的光的方法的流程图，所述宽带像素元件通过两种或更多种颜色的光。
具体实施例方式在下面的整个说明中，描述了具体的细节以便提供对本发明的透彻的理解。不过， 本发明可以不用这些具体的细节来实施。在其它的例子中，未示出或详细描述熟知的元件， 以避免不必要地使本发明不清楚。因而，说明书和附图应该被认为是说明性的而不是限制性的。图1表示显示器10，其中可以是IXD板的调制器12例如由包括光发射器16的阵列14的照明器进行背光照明。在所示的实施例中，光发射器16包括发光二极管(LED)。在下面的说明中，光发射器16被称为“LED 16”，调制器12指的是IXD板。也可以使用其它合适的光源代替LED 16。可以使用其它合适的调制器代替IXD板12。LED 16包括不同颜色的光的单独的发射器，它们可被组合而形成彩色图像。在图 1的示例实施例中，LED 16包括红、绿、蓝光发射器。在替代实施例中，可以提供其它颜色的组合。光发射器可被封装在离散的封装内。在本发明的一些实施例中，两种或更多种不同颜色的发射器被封装在一个共同的封装内。每种颜色的发射器可独立于其它颜色的发射器而被控制。在阵列14中的不同位置的相同颜色的发射器可相互独立地被控制。由LED 16发射的光具有窄的带宽(一般在20nm到50nm的范围内)。LCD 12具有像素13，其分别包括红、绿、蓝元件13R，13G和13B。红、绿、蓝元件的滤色器分别具有一个通带，其通过对应于由LED 16发射的光的颜色中相应的一种颜色的光，并阻挡其它颜色的光。显示器10能够显示非常饱和的红、绿、蓝色。在本发明的一些实施例中，IXD 12的滤色器的通带是窄的(即小于150nm)。该通带例如具有30到IOOnm范围内的带宽。不需要宽的通带，因为由每个LED 16发射的光具有窄的频谱。在一些实施例中，显示器10可以以其中LED 16的亮度可被单独控制的方式来操作，例如在PCT公开No. WO 03077013A3的文件中所述的。图1示出了用于控制LED 16的强度的照明器控制信号17和用于控制由每一个像素13的元件通过的光量的调制器控制信号18。在一些实施例中，照明器控制信号17使合适的驱动电路单独地控制不同颜色的 LED 16的亮度，并在特定的颜色内，单独地控制在不同的空间位置的LED 16的亮度。这使得照明器14能够在调制器12上投射在调制器12上的不同位置具有不同颜色混和的光的图案。图1本质上是示意性的。像素13和LED 16的元件可以以任何合适的二维布置排列，而不必按照所示的布置排列。显示器可以包括控制器19，其产生照明器控制信号17和调制器控制信号18，以便显示所希望的图像。所希望的图像可以由图像数据11规定，该数据直接地或间接地规定每个像素的亮度值(并且，如果图像是彩色图像，则规定颜色值)。图像数据11可以具有任何合适的格式，并且可以使用任何合适的颜色模型规定亮度值和颜色值。例如图像数据11可以规定·每个像素的红、绿、蓝(RGB)颜色值；*YIQ值，其中每个像素由被称为亮度的值⑴以及一对被称为色度的值(I，Q)表示；
· CMY 或 CMYK 值；· YUV 值.YCbCr 值；.HSV 值；或者· HSL 值。图IA表示用于产生照明器控制信号17和调制器控制信号18的方法20。方法20 通过由图像数据11产生照明器控制信号17开始。对于阵列14中的LED 16的每种颜色， 这在块21-1，21-2和21-3中被单独地执行。在图IA的实施例中，照明器控制信号17包括信号17-1，17-2和17-3，其中的每一个控制阵列14中的LED的一种颜色。照明器控制信号17可以通过在控制器19中确定用于驱动LED16的每一个的强度以使得LED 16在IXD 12上投射所希望的亮度图案而被产生。优选地，对于每种颜色，在每个像素13处的亮度图案的亮度是这样的，其使得由图像数据11规定的该像素13的亮度在用于该像素的元件13R，13G和13B的调制范围内可被实现。即，希望使亮度L为LXTmin ^ Limage ^ LXTmax (1)其中，Tmin是像素元件的最小透射率；Tmx是像素元件的最大透射率；以及Limace是由图像数据11规定的该像素的亮度。公式(1)的关系最好对于每种颜色的LCD 12的每个像素分别成立。因为不同颜色的LED 16的相对光输出一般随IXD 12上的位置而改变，由阵列14 的发射器投射到IXD 12上的光的颜色一般随阵列12上的位置而改变。控制器19可以按照下述方式产生用于IXD 12的每个像素13的每个元件的调制器控制信号18 使得由像素数据11规定的所希望的亮度除以当照明器阵列14被照明器控制信号17驱动时由照明器阵列14提供的该元件的亮度。由照明器阵列14提供的亮度可被称为“有效亮度图案ELP”。因为每个元件13R，13G或13B只发射阵列14的一种颜色的光，ELP可以对于每种颜色被单独地计算，并且对于每种颜色可单独地进行用于确定调制器控制信号18的计算。方法20在块22-1，22-2以及22_3中计算每种颜色的光的ELP。方法20在块23_1， 23-2和23-3确定每种颜色的调制器控制信号。在图IA的实施例中，调制器控制信号18包括信号18-1，18-2和18-3，它们分别控制调制器12中的第一、第二和第三种颜色的元件。图1的布置可以以能量有效的方式被操作，这是因为可以使由阵列14在IXD 12 的任何区域上投射的照度图案具有接近于该区域中像素13的颜色的颜色。例如，在图像数据规定一个图像区域应当主要是红色的情况下，可以完全地或者几乎完全地由阵列14的红色发射器提供LCD 12的对应区域的背光照明。在该区域中的蓝色和绿色发射器可被关断或者以降低的电平被操作。图2表示具有离散的彩色LED沈的特定布置的照明器25。在照明器25中，LED 26 按组21排列。每组21包括红色LED 26R,绿色LED 26G和蓝色LED 26B (统称为LED 26)。 图2示出了分别用于红、绿、蓝LED的信号27R，27G和27B (统称为信号27)。驱动信号27 使驱动电路观控制LED沈的强度，从而在LCD 12的有效区域上提供每种颜色的所希望的
亮度图案。LED 26的均勻分布使得LED 26能够为每种颜色的LED 26提供IXD板的相对均勻的照明。图3表示对于多个LED 26的点分布函数的例子。在图3中·在每种颜色内，相邻的LED 26的点分布函数重叠。· LED沈的每一个以最大输出工作。·每个LED 26在其点分布函数的峰值产生相同强度的光(被表示为1. 0，任意单位)。·每种颜色的LED 26在照明器25中被均勻地分布。图4表示对于由图3的点分布函数表示的LED的每种颜色，作为沿着一行的位置的函数的总强度。图4的每条曲线可以通过把在每个点的一种颜色的所有发射器的点分布函数加在一起而获得。可以看出，对于每种颜色，具有一个值Imin，从而借助于合适地控制这种颜色的LED，可以使在每个点这种颜色的强度大于或等于IMIN。对于每种颜色，强度随ELP的位置的改变可以通过借助于调制器12调节光的透射来补偿。不必使所有LED沈的最大强度都相同。不同颜色的LED趋于具有不同的效率。 一般红色LED的效率(给定的电功率产生的光量)大于绿色LED的效率。一般的红色和绿色LED比一般的蓝色LED具有较大的效率。迄今为止，可以以较大的成本获得任何可得到的颜色的较亮的LED。显示器的设计者可以根据多个因素例如最大光输出、电功率要求和成本来选择合适的LED。当前通常发现提供具有3 5 1的通量比的红、绿、蓝LED具有最佳的成本效率，利用这种通量比，红色LED亮度是蓝色LED的3倍，绿色LED的亮度是蓝色 LED的5倍。图5表示在本发明的实施例中关于几个LED的点分布函数的例子，其中绿色LED 比发射相同强度的光的红色以及蓝色LED发射较大强度的光。在图5中，红色LED比蓝色 LED具有较宽的点分布函数，绿色LED比蓝色LED具有较宽的点分布函数。点分布函数的宽度可以取作半个最大值下的整个宽度(FWHM)。图6表示对于由图5的点分布函数表示的LED的每种颜色，作为沿着调制器(例如IXD 1 上的一行的位置的函数的总强度。可以看出，Imin由绿色LED确定。在沿着测量图6的曲线的一行的任何位置，来自蓝色和红色LED的光可以达到超过Imin的强度。在照明器阵列中不同颜色的LED的最大强度、点分布函数和间距可被调节以达到 Imin所希望的值而不过多地浪费功率。在本发明的一些实施例中，当所有的LED沈处于最大输出时，调制器12被每种颜色的光十分均勻地照明，每种颜色的光平均强度基本上等于 (即在士 10%或士 15%之内)其它颜色的每种颜色的光的平均强度。在一些实施例中，阵列14包括具有第一宽度的点分布函数的第一光源和具有第二宽度的点分布函数的第二光源。第一和第二光源发射不同颜色的光。第一和第二光源的每一个在阵列14中基本上均勻地分布。在显示器中第一光源中的相邻光源被分开的距离与第二光源中的相邻光源被分开的距离之比，在第一和第二宽度的宽度比的一个阈值量之内，例如15%。在本发明的一些实施例中，在照明器25中每种颜色的LED的数量至少近似地和 LED的通量比成反比。例如，当照明器具有通量比为3 5 1的三种颜色的LED时，则在照明器中三种颜色的每一种的LED的数量可以是5 3 15。在调制器上每种颜色的LED 基本上被均勻地分布。在一些实施例中，LED的点分布函数具有随LED之间的间距而增加的宽度。一种颜色的LED的点分布函数可以具有和这种颜色的LED之间的间距成正比的宽度。图6表示一个示例组的LED的点分布函数。在图6中，绿色LED比红色或蓝色LED 具有更高的强度、更宽的间距和更宽的点分布函数。红色LED具有居于绿色和蓝色LED的相应参量中间的最大强度、间距和点分布函数宽度。图7表示对于由图6的点分布函数表示的LED的每种颜色，作为沿着调制器(例如LCD 12)上的一行的位置的函数的总的强度。本发明的一些实施例提供具有三种颜色以上的可被独立控制的光发射器的照明器。例如，除红、绿、蓝光发射器之外，还可以提供黄色或青色光发射器。调制器12的每个像素可以具有对应于由照明器14发射的每种颜色的光的元件。例如，当照明器包括红、绿、 蓝和黄色光发射器时，调制器12的每个像素可以具有发射红色光的元件、发射绿色光的元件、发射蓝色光的元件和发射黄色光的元件。在本发明的一些实施例中，调制器12的像素包括至少部分地通过由照明器14发射的两种或更多种颜色的光。通过两种或更多种颜色的光的元件可被称为“宽带元件”。例如，可以得到包括红、绿、蓝和白色元件的RGBW IXD板。在这种板中，白色元件没有滤光器， 因此将通过任何颜色的光。这种白色元件可被称为“宽带元件”。宽带元件可用于增加像素的亮度。因为可以使通过照明器14投射到调制器12上的光的颜色接近于像素的颜色，通过借助于宽带元件(最好是“白色宽带元件”)增加光的透射可以增加像素的亮度而不会显著地降低像素的色彩饱和度。在一些实施例中，像素中的宽带元件被用于控制附加的基色。例如，像素中的白色元件可用于通过由照明器提供的一种颜色的光，而像素中的其它元件都具有滤光器，其通过由照明器提供的一种其它的颜色。例如，RGBW LCD板可以由产生基本颜色的光例如红、 绿、蓝光以及附加颜色的光例如黄光的光发射器的阵列进行背后照明。红、绿、蓝光由LCD 板中的对应的红、绿、蓝元件调制。黄光由LCD板中的白色元件调制。在本发明的这种实施例中，对于对应于照明器的一组光发射器的图像区域，具有3 种基本图像情形。它们是·图像区域没有饱和的黄色。在这种情形下，图像可以不考虑白色像素而被再现。 白色像素可被关闭。在替换方案中，白色像素可以被打开以允许更多的RGB光合适地通过。 照明器的黄色LED被截止或者只导通到使得其支持白色区域中的RGB颜色亮度的程度。 在图像区域中的像素的颜色主要是饱和的黄色。在这种情形下，对应于该区域的红、绿、蓝LED基本上截止或变暗，并且黄色LED在亮的水平上导通。现在主要使用白色子像素调制来自黄色LED的黄色光。·图像区域包括多种像素的混和，其中一些像素显示饱和的黄色，而其它的像素则具有显著的红、绿或蓝色分量。在这种情形下，照明器利用全部4种LED颜色的光对该区域的像素照明。调制器的白色像素元件可被打开以允许黄色光分量通过。白色像素元件也将允许红、绿、蓝光通过。结果将是一个合适的黄色区域，其被通过白色滤光器的RGB光稍微去饱和。通过减少应当是黄色的通过像素的红、绿、蓝元件的光，可以使这种去饱和最小化。 这种轻度的去饱和一般是可以接受的，因为区域的黄色部分是小的(或者这将是第二种情形的一个例子)。通过提供可以用比红、绿、蓝光分量稍亮一些的黄色光对调制器照明的黄色LED，可以进一步减少去饱和。
在一些实施例中，控制器19校正用于对应于基本颜色的元件的调制器控制信号， 以补偿基本颜色光通过宽带元件的这个事实。图8表示一种可应用于提供这种补偿的方法 60。在块62中，方法60确定用于多种基本颜色的照明器值63-1，63-2，63-3，以及用于额外的颜色的照明器值63-4。这些照明器值可以用任何合适的方式获得。这些照明器值规定照明器14中的光源的亮度。在块64中，方法60确定对于所有颜色的ELP。块66确定对于宽带像素元件的调制器值67。额外像素调制器值67被选择成使得允许所希望量的额外颜色通过每个像素。块68分别确定对于对应于基本颜色的像素元件的调制器值69-1，69-2和69_3。 这些基本颜色调制器值可以按照下述方式对于每个像素和每种基本颜色被确定·由图像数据11确定应当通过用于该像素的调制器的所希望的基本颜色的光的量；·减去将由宽带像素通过的该基本颜色的光的量(这个量可以由该基本颜色的 ELP和额外颜色调制器值67确定)；以及选择用于该基本颜色的元件的调制器值，以便通过使得在该像素中被通过的基本颜色的光的总量等于所希望的量而需要的该基本颜色(如果有的话)的附加光。本发明的某些实现包括计算机处理器，其执行使处理器执行本发明的方法的软件指令。例如，在控制器19中的一个或多个处理器通过执行在可被处理器访问的程序存储器中的软件指令，可以实现图IA和/或8的方法。本发明还可以以程序产品的形式提供。所述程序产品可以包括任何介质，其承载包括指令的一组计算机可读信号，所述指令当被计算机处理器执行时，使数据处理器执行本发明的方法。按照本发明的程序产品可以呈各种不同形式中的任何形式。所述程序产品例如可以包括物理介质，例如磁数据存储介质(包括软盘、硬盘驱动器)、光学数据存储介质(包括CD ROM、DVD)、电子数据存储介质(包括 ROM、闪速RAM等)、或者传输型介质(例如数字或模拟通信链路)。当在上面提到元件(例如软件模块、处理器、组件、器件、电路等)时，除非另有说明，指的是该元件(包括所称的“装置”)应当被解释为包括作为所述元件的等同物的、执行所述元件的功能的任何元件(即在功能上等同)，包括在结构上与所披露的执行在本发明的示例实施例中所述的功能的结构不等同的元件。显然，根据上面的说明，对于本领域的技术人员，不脱离本发明的范围和构思，可以作出各种改变和改型。例如 在按照本发明的显示器中的照明器内的光源不必是LED，而可以是任何其它类型的光源。·在按照本发明的显示器中的照明器内的光源不必是红绿蓝光源，而可以是任何其它颜色的光源。 在按照本发明的显示器中的照明器内的光源可以由一个以上的光发射器构成。 照明器可以包括多于或少于3种不同颜色的光源(虽然如果要实现全色域，一般至少需要3种颜色)。·在来自一个块的结果不为开始按顺序所示的下一个块的操作所需时，图IA和9 的方法的方块的操作可以部分地或全部地按不同的顺序执行。例如，直到图9的块68，不需要关于基本颜色的ELP。关于基本颜色的ELP可以在块62和68之间的任何时间确定。
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因而，本发明的范围应当按照由下面的权利要求限定的实质给予解释。
权利要求
1.一种显示器，其包括照明器，包括光源的阵列，所述光源包括多种颜色的光源；调制器，被布置成由所述照明器照明，所述调制器包括多个像素，每个像素具有多个元件；照明器驱动器电路，所述照明器驱动器电路独立地控制照明器的多个区域中每个区域中的光源的强度，并且在所述多个区域中的每个区域内独立地控制所述多种颜色中每种颜色的强度，其中在照明器的所述多个区域中每个区域中的光源利用具有由所述照明器驱动器电路控制的颜色和强度的光对所述调制器的相应的区域进行照明；以及调制器驱动器电路，连接成控制由所述像素的元件对来自照明器的光的调制，其中，调制器的像素的元件包括与所述多种颜色中的各颜色对应的多个基本元件以及至少一个宽带元件，其中，各基本元件具有滤色器，所述滤色器可以通过对应颜色的光而阻挡所述多种颜色中其它颜色的光，其中所述宽带元件能够通过所述多种颜色中两种或更多种颜色的光，以及其中，所述调制器驱动器电路被配置用于控制像素的元件以补偿所述多种颜色中的两种或更多种颜色的光通过宽带元件的事实。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述调制器驱动器电路被配置用于对于各像素以及对于所述多种颜色中的每一种颜色从图像数据确定应当通过用于该像素的调制器的该颜色的光的所希望的量；从所希望的量减去要由所述宽带元件通过的颜色的光的量，以确定附加光量；以及选择用于对应于该颜色的基本元件的调制器值，以使得使该像素中通过的该颜色的光的总量等于所希望的量所需要的附加光量通过。
3.如权利要求2所述的显示器，其中，所述调制器驱动器电路被配置用于由用于该颜色的有效亮度图案以及用于宽带元件的调制器值，确定将由所述宽带元件通过的该颜色的光的量。
4.如权利要求1所述的显示器，其中调制器包括液晶显示板。
5.如权利要求1所述的显示器，其中光源包括发光二极管。
6.如权利要求1-5中任一项所述的显示器，其中照明器包括发射第一种颜色的光的第一光源和发射第二种颜色的光的第二光源，其中第一光源中的每一个具有比第二光源大的光输出。
7.如权利要求6所述的显示器，其中与第二光源相比，第一光源在阵列中相互之间具有更宽的间距。
8.如权利要求7所述的显示器，其中第一光源具有比第二光源更宽的点分布函数。
9.如权利要求8所述的显示器，其中第一光源的间距与第二光源的间距之比在第一光源的点分布函数的宽度与第二光源的点分布函数的宽度之比的15%以内。
10.如权利要求1-5中任一项所述的显示器，其中在最大光输出时，每种不同颜色的光源以在每种其它颜色的光的平均强度的15%之内的平均强度对调制器照明。
全文摘要
本申请公开了宽色域显示器。一种显示器具有由包括光源阵列的照明器照明的调制器。所述阵列包括多种颜色的光源。不同颜色的光源可被独立地控制。在每种颜色内，对调制器上的不同区域照明的光源可被独立控制。这种显示器可以提供高的动态范围和宽的色域。
文档编号G09G3/34GK102360540SQ20111027058
公开日2012年2月22日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月23日
发明者海尔基·斯特泽恩 申请人:杜比实验室特许公司