LED像素器件、LED显示屏及显示方法与流程

本发明涉及LED显示技术领域，特别是涉及LED像素器件、LED显示屏及显示方法。

背景技术：

随着LED显示技术的发展，室内小点间距显示的实现，对于LED电视产品的实现也成为了可能。与LCD电视相比，LED显示有着更大的色域范围和更高的色纯度，在目前作为传媒宠儿的LED显示屏中，红绿蓝三基色的色纯度较高，形成更宽的色域范围，其色域范围可高达NTSC色域范围的120％以上。然而在在色彩显示方面还存在一些重要问题之一——LED显示屏的色彩还原度由于高清电视三基色的色度参数与LED三基色的色度参数存在差异，导致LED显示的图像存在色差失真，尤其是人体肤色偏红现象较为严重。

现有技术中可以利用色空间变换技术，对主波长的进行修正，但是这样会导致色饱和度的降低，损失色域范围，进而丧失了LED显示在色彩表达上的优势。

结合上述现有技术缺陷主要表现为：

1、LED显示屏红绿蓝三基色主波长与高清电视的主波长不匹配；

2、即使通过色空间变换实现了波长匹配，却带来LED三基色色纯度的下降，尤其是绿色LED色纯度的下降；

3、LED三基色色纯度相比于高清电视三基色色纯度无法实现均衡提升

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供LED像素器件、LED显示屏及显示方法，用于解决现有LED显示与视频信号中颜色不匹配导致的色差问题且同时不损失LED显示色域范围和色纯度的优势。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED像素器件，用于LED显示屏；所述LED像素器件包括红光LED芯片、绿光LED芯片及蓝光LED芯片；其中：红光对应的红色色度范围在CIE色度图中的R1点、R2点、R3点、及R4点所围色坐标范围内，其中，R1点坐标(0.682，0.301)，R2点坐标(0.663，0.320)，R3点坐标(0.680，0.319)，R4点坐标(0.700，299)；绿光对应的绿色色度范围在CIE色度图中的G1点、G2点、G3点、G4点所围色坐标范围内，其中，G1点坐标(0.21，0.65)，G2点坐标(0.21，0.73)，G31点坐标(0.28，0.73)，G4点坐标(0.28，0.65)；蓝光对应的蓝色色度范围在CIE色度图中的B1点、B2点、B3点、及B4点所围色坐标范围内，其中，B1点坐标(0.136，0.040)，B2点坐标(0.148，0.027)，B3点坐标(0.158，0.042)，B4点坐标(0.146，0.056)。

于本发明的一实施例中，所述红光的主波长范围为615nm～625nm，所述绿光的主波长范围为535nm～545nm，所述蓝光的主波长范围为457nm～465nm。

于本发明的一实施例中，所述的LED像素器件，包括：配色LED芯片。

于本发明的一实施例中，所述配色LED芯片的类型包括：黄色和/或青色LED芯片。

于本发明的一实施例中，所述黄色LED芯片色坐标范围在CIE1931色度图中的Y1点、Y2点、Y3点、及Y4点所围色坐标范围内，其中，Y1点坐标(0.574，0.409)，Y2点坐标(0.541，0.442)，Y3点坐标(0.551，0.448)，Y4点坐标(0.587，0.413)。于本发明的一实施例中，所述青色LED芯片的色坐标范围为x≤0.15且其色坐标与等能白光点E(0.33，0.33)的连线的延长线落入[495nm,515nm]的波长区间。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED显示屏，包括：多个所述的LED像素器件。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种显示方法，用于通过所述的显示屏以显示视频信号，所述显示方法包括：通过所述LED像素器件的三基色按预定混光比例混合来实现所述视频信号中的三基色的显示。

于本发明的一实施例中，所述通过所述LED像素器件的三基色按预定混光比例混合来实现所述视频信号中的三基色的显示，包括以下方式中的一或多种：1)通过预定亮度的红光LED芯片的红光和绿光LED芯片的绿光混合来显示视频信号中的红色；2)通过预定亮度绿光LED芯片的绿光和红光LED芯片的红光混合来显示视频信号中的绿色；3)通过预定亮度蓝光LED芯片的蓝光和绿光LED芯片的绿光混合来显示视频信号中的蓝色。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种显示方法，用于通过所述的显示屏以显示视频信号，所述显示方法包括：通过配色LED芯片的色光与所述红光、绿光和蓝光中的任何一种或多种按预定混光比例混合来实现所述视频信号中的三基色的显示。

于本发明的一实施例中，所述配色LED芯片的类型包括：黄色和/或青色LED芯片；所述通过配色LED芯片的色光与所述红光、绿光和蓝光中的任何一种或多种按预定混光比例混合来实现所述视频信号中的三基色的显示，包括以下方式中的一或多种：1)通过预定亮度的红光LED芯片的红光和黄光LED芯片的黄光混合来显示视频信号中的红色；2)通过预定亮度绿光LED芯片的绿光和黄光LED芯片的黄光混合来显示视频信号中的绿色；3)通过预定亮度蓝光LED芯片的蓝光和青光LED芯片的青光混合来显示视频信号中的蓝色。

如上所述，本发明的LED像素器件、LED显示屏及显示方法，所述LED像素器件用于LED显示屏；所述LED像素器件包括红光LED芯片、绿光LED芯片及蓝光LED芯片；所述红光LED芯片的红光、绿光LED芯片的蓝光及蓝光LED芯片的蓝光均位于CIE色度图上的预定色坐标范围内，以令LED像素器件三基色的主波长与视频信号中的色光主波长匹配且提升色纯度，进而，通过LED像素器件三基色的预定混光比例的混合来实现视频信号中的三基色以均衡提升三基色色纯度；进而实现在解决LED显示与视频信号中颜色不匹配导致的色差问题的同时不损失LED显示色域范围和色纯度的优势。

附图说明

图1显示为三基色的波长-波长差人眼敏感阈值的关系示意图。

图2为显示现有LED显示屏所显示的三基色和标准视频信号三基色间差异的色度图。

图3为显示应用本发明一实施例中LED显示屏所显示的调整色度区域后的三基色和标准视频信号三基色间差异的色度图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的技术方案应用于LED显示技术领域，通过对LED显示技术的改进来消除LED显示屏和标准视频信号之间三基色(R(红)G(绿)B(蓝))存在的偏差，来避免现有技术的问题。

具体的，本发明是关于LED像素器件及其所应用的LED显示屏的改进，每个LED像素器件作为一个LED显示屏上的像素点，其包括红光LED芯片、绿光LED芯片、及蓝光LED芯片。所述LED显示屏可以用于例如电视、电脑等，举例来说，所述视频信号可以是来自高清电视例如对国家广播电影电视总局颁布的行业标准GY/T155-2000《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》以及显示屏用LED三基色芯片色度性能的研究对比发现，在CIE1931色度图中两者的色坐标间偏差如下表1所示：

表1

需说明的是，为了方便描述，本申请文件中CIE色度图统一采用由国际照明委员会(CIE)所制定CIE1931色度图来对光源色坐标的进行表述和限定，其用CIE色度坐标x和y绘出的两维图。x为水平轴，y为垂直轴。可见光的外边界是由光谱所在点所定义的，拱形的曲线由纯的380到770nm的光谱色所组成。CIE1931与其他系列的色度图，例如CIE1960和CIE1976，之间的坐标变换方式是本领域公知的手段，本申请中的xy坐标系也可以换算成uv坐标系进行表述和限定，此为现有技术，故不对此加以展开赘述。

对表1经过进一步分析比对得到下表2：

表2

从表2中可见，不仅LED显示的三基色与视频信号中的三基色主波长存在差异，并且在色纯度上也存在差异，因此，视频信号由LED显示屏进行显示就会出现色差；参考图1可知，根据波长差人眼敏感阈值图，人眼对红色部分波长偏差最为敏感，因此通常会感觉LED显示图像中人物肤色偏红。

请一并参考图2所示，其中A、B、C三点为标准视频信号中三基色的色坐标，其围成的三角形是其信号能记载的颜色范围(色域范围)，A′、B′、C′为现有的LED显示屏的三基色的色坐标，其围成的三角形是其能显示的颜色范围，O点为白色的色坐标点。可以看出，将视频信号中的三基色的信号在LED显示屏上进行显示会产生色差，且部分颜色无法表示，只能表现为偏色，这样的色彩还原效果并不好。通过色空间变换可以将LED显示屏绿色的波长调整到与视频信号中的绿色波长一致，如图中所示，显示屏中的绿色LED芯片和红色LED芯片能够混合出D′的颜色，虽然D′点的波长与A点的波长相同(同为548nm)，但D′点与A点相比其色纯度明显下降，不但缩小了色域范围，同时引起新的色彩失真。

由于LED是半导体光源，其发光受半导体材料的生长工艺和掺杂工艺影响，每一种基色的波长分布呈现正态分布(通常有20nm左右，但主要集中分布在10nm范围内)，出于成本考量，不可能只选用符合视频信号中颜色标准的器件来精确匹配视频信号中的波长等参数。

基于上述，本发明的改进思想在于改变业内传统的LED三基色芯片色坐标区域(即对主波长中心值及色纯度进行调整)，并通过色空间变换技术，不仅可以使LED三基色的主波长与高清电视三基色主波长匹配，而且可使LED三基色色纯度相比于高清电视三基色色纯度得到提升，同时实现LED三基色色纯度相比于高清电视三基色色纯度的均衡提升。从而使LED显示屏即获得良好的色彩还原又保有较宽的色域范围。

具体来讲，于本发明的一实施例中，对LED显示屏用三基色LED的色度区域做如下调整，新的发光像素R(红)G(绿)B(蓝)三基色色坐标区域选择如下：

红光LED芯片的红色色度范围四个色坐标为：R1(x:0.682，y:0.301)，R2(x:0.663,y:0.320),R3(x:0.680，y:0.319)，R4(x:0.700，y:299)，可从中获得其对应的主波长范围为615nm～625nm，四个色度坐标的中心值为(x:0.681，y:0.310)，主波长中心值为620nm，色纯度中心值为97.35％。该色度区域与当今业态相比LED像素器件相比，主波长中心值短移了5nm而更接近标准视频信号，色纯度则基本相当。

绿光LED芯片的绿色色度范围四个色坐标为：G1(x:0.21，y:0.65)，G2(x:0.21，y:0.73)，G3(x:0.28，y:0.73)，G4(x:0.28，y:0.65)，其对应的主波长为535nm～545nm；四个色度坐标的中心值为(x:0.245，y:0.69)，主波长中心值为540nm，色纯度中心值为84.62％。该色度区域与当今业态相比主波长中心值长移了20nm而更接近标准视频信号，色纯度中心值则提升了13.3％。

蓝光LED芯片的蓝色色度范围四个色坐标为：B1(x:0.136,y:0.040)，B2(x:0.148，y:0.027)，B3(x:0.158,y:0.042)，B4(x:0.146,y:0.056)，其对应的主波长为457nm～465nm；四个色度坐标的中心值为(x:0.147，y:0.041)，主波长中心值为461nm，色纯度中心值为97％。该色度区域与当今业态相比，主波长中心值短移了9nm而更接近标准视频信，色纯度则基本相当。

从下表3可得到调整后的LED颜色显示同标准视频信号间的对比情况：

表3

对比表2和表3以及图3可知，调整了色度区域后的LED像素器件及其所应用的LED显示屏使其三基色的色坐标处于利用色空间变换调节后依然能够完全表现视频信号中的色域范围的位置，使得在进行显示时在匹配标准视频信号的波长后，在没有损失色域范围的情况下消除了色差，亦提升了色纯度。

再请参照图3，图中显示的是根据上述新的LED三基色色度坐标中心值：红色为C′(x:0.68，y:0.3042)，绿色为A′(0.245,0.69)，蓝色为B′(x:0.147，y:0.041)时的情况，由图中可看出，选择该色度坐标，并通过色空间变换技术，使红绿蓝三基色的波长分别为612nm、548nm、465nm。可实现LED显示屏与高清电视相比其三基色波长匹配，色纯度提升以及色纯度基本均衡提升。

优选的，在此基础上还可以采用其他基色的LED芯片进行配色，来获得更佳的色域范围和色纯度，例如可以包括黄色和/或青色LED芯片，所述黄色LED芯片色坐标范围在CIE1931色度图中的Y1点、Y2点、Y3点、及Y4点所围色坐标范围内，其中，Y1点坐标(0.574，0.409)，Y2点坐标(0.541，0.442)，Y3点坐标(0.551，0.448)，Y4点坐标(0.587，0.413)。，青色LED芯片色坐标范围为x≤0.15且其色坐标与等能白光点E(0.33，0.33)的连线的延长线落入[495nm,515nm]的波长区间；在加入黄色LED芯片时，红色LED芯片与黄色LED芯片混合出主波长为612nm的红光，绿色LED芯片与黄色LED芯片混合出主波长为548nm的绿光，蓝色LED芯片与青色LED芯片混合出主波长为465nm的蓝光。

这样的方案能在获得更大色域和更高色纯度的情况下获得优秀的色彩还原度。

进一步的，本发明还可提供基于上述LED像素器件及LED显示屏的显示方法，其具体包括：

S1：根据前述LED芯片基色，确定视频信号中三基色波长对应LED芯片的混光比例。

例如，R、G、B表示视频信号中三基色，R′、G′、B′表示像素器件的三基色，假设本实施例中亮度a的红色芯片与亮度b的绿色芯片混合出对应视频信号中红色基色的波长和亮度，亮度m的绿色芯片和亮度n的红色芯片混合出视频信号中的绿色基色的波长和亮度，亮度p的蓝色芯片和亮度q的绿色芯片混合出视频信号中的蓝色基色的波长和亮度，则R＝aR′+bG′；G＝mG′+nR′；B＝pB′+qG′。

S2：将视频信号中的三基色由显示器的基色换算表示。

承上所述，则视频信号中颜色C＝xR+yG+zB用显示屏中的基色表示为C＝(xa+yn)R′+(xb+ym+zq)G′+zpB′。在加入了青色或黄色的四基色或五基色的方案中也同样在前一步骤中确认视频信号的三基色对应于像素中基色的混色比例，即可用同样的方式将视频信号中的颜色用显示器像素器件中的基色芯片进行表示。

S3：根据换算结果，每个像素器件中基色芯片进行每个像素点的颜色显示。

承上所述，则显示器对应的三基色芯片分别以(xa+yn)亮度的红光、(xb+ym+zq)的绿光以及zp亮度的蓝光进行显示，每个像素点进行对应显示这一帧画面对应的像素的颜色。

本发明进行了通过选择合适色坐标范围的LED芯片，然后进行色空间变换，实现以下三层境界效果：第一层境界“波长匹配”；第二层境界“色纯度更高”；第三层境界“三基色色纯度均衡提升”，进而解决LED显示与视频信号中颜色不匹配导致的色差问题的同时不损失LED显示色域范围和色纯度的优势。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。