专利名称：彩色图像面板以及使用其显示彩色图像的装置和方法
技术领域：
本公开涉及彩色图像面板以及使用该彩色图像面板显示彩色图像的装置和方法，更具体地，涉及使用可调节光子晶体(tunable photonic crystal)的反射型彩色图像面板以及使用该反射型彩色图像面板来显示彩色图像的装置和方法。
背景技术：
显示彩色图像的彩色图像显示装置通常包括显示图像的灰度级的图像面板以及提供顔色给图像的滤色器。一般的彩色图像面板采用滤色器，其中构成图像的像素的每个的区域被分成三个固定的颜色并且光从彩色区域透射或反射。在这样的区域划分的滤色器中，当显示基色或接近基色的颜色时，从其余顔色区域透射的光被完全地阻挡，导致大量的颜色损失。·
此外，在一般彩色图像面板中通常使用的吸收型滤色器仅透射在期望顔色区域中的光并吸收在其余顔色区域中的光。因此，在一般的彩色图像面板中，当光经由吸收型滤色器透射时发生的光损失大。此外，当吸收型滤色器使用在反射型彩色图像面板吋，由于反射型彩色图像面板的特性，光通过吸收型滤色器两次，因此，在吸收型滤色器中的光损失双倍増加，更难以显示明亮的顔色。因此，作为吸收型滤色器的替代，已经研究了使用光子晶体的滤色器，其中光从对应于光子带隙的顔色区域完全反射并且在其余顔色区域中的光被透射。然而，所提出的使用光子晶体的滤色器使用三基色显示原理从而在仍能够被人所辨认的颜颜色坐标空间中显示所有的顔色。因此，仍存在由区域划分引起的问题。
发明内容
本发明提供了其中不发生一般滤色器中的问题的彩色图像面板以及使用该彩色图像面板显示彩色图像的方法和装置。额外的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地由该描述而显然，或者可以通过实践给出的实施例而习知。根据本发明的一方面，ー种彩色图像面板包括可调节光子晶体滤色器，其光子的带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从可调节光子晶体滤色器反射，在选定颜色的波长带之外的波长带中的光经由可调节光子晶体滤色器基本透射；以及白色显示单元，通过添加白光到从可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制可调节光子晶体滤色器显示的顔色的饱和度和亮度，其中可调节光子晶体滤色器和白色显示单元一一对应干与用于显示彩色图像的每个彩色像素相当的区域。白色显示单元可以包括第一快门，设置在可调节光子晶体滤色器的前侧并可调节地控制从外部入射在可调节光子晶体滤色器上的外部光的量；第二快门，设置在可调节光子晶体滤色器的后侧并可调节地控制通过可调节光子晶体滤色器的光的量；以及反射板，将通过第二快门的光反射回到第二快门。
当光子晶体的形状、体积和有效折射率中的至少ー个通过使用由控制器控制的电刺激或机械刺激而改变时，可以调节可调节光子晶体滤色器的光子带隙。例如，可调节光子晶体滤色器可以包括光子晶体层，其中带电的胶体颗粒分散在介质中；以及电极，施加电压到光子晶体层。反射板可以包括白色反射板。根据本发明的另一方面，ー种用于显示彩色图像的装置包括彩色图像面板，包括可调节光子晶体滤色器和白色显示单元，该可调节光子晶体滤色器的光子的带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从可调节光子晶体滤色器反射，在选定颜色的波长带之外的波长带中的光经由可调节光子晶体滤色器基本透射，该白色显示单元通过添加白光到从可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制可调节光子晶体滤色器显示的颜色的饱和度和亮度，其中可调节光子晶体滤色器和白色显示单元一一对应于与用于显示彩 色图像的每个彩色像素相当的区域；以及控制器，控制彩色图像面板。根据本发明的另一方面，提供ー种使用彩色图像面板显示彩色图像的方法，该彩色图像面板包括可调节光子晶体滤色器和白色显示单元，该可调节光子晶体滤色器的光子的带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从可调节光子晶体滤色器反射，在选定颜色的波长带之外的波长带中的光经由可调节光子晶体滤色器基本透射，该白色显示单元通过添加白光到从可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制可调节光子晶体滤色器显示的顔色的饱和度和亮度，其中可调节光子晶体滤色器和白色显示单元一一对应于与用于显示彩色图像的每个彩色像素相当的区域，所述方法包括控制可调节光子晶体滤色器以控制构成彩色图像的彩色像素的顔色；以及控制白色显示单元以控制构成彩色图像的彩色像素的饱和度和亮度。在根据本发明的彩色图像面板以及使用该彩色图像面板来显示彩色图像的装置和方法中，可以表现出不能由一般滤色器表现的明亮顔色，可以防止在吸收型滤色器中双倍増加的光损失，并可以防止在利用区域划分的一般彩色显示方法中的光损失。
这些和/或其他的方面将从以下结合附图对实施例的描述而变得显然并更易于理解，附图中图I示意地示出根据本发明实施例的用于显示彩色图像的装置的结构；图2示出在图I所示的用于显示彩色图像的装置中使用的可调节光子晶体滤色器的示例；图3示出图2所示的可调节光子晶体滤色器的操作；图4是曲线图，示出从图2所示的可调节光子晶体滤色器反射的光的顔色根据施加的电压来调节的情形；图5是曲线图，示出从图2所示的可调节光子晶体滤色器反射的光的顔色被示出在顔色坐标空间中的情形；图6是曲线图，示出由图I所示的用于显示彩色图像的装置显示的顔色的合成；图7示出由根据比较示例的用于显示彩色图像的反射型装置进行的顔色合成的
原理；
图8示出根据本发明实施例的由图1所示的用于显示彩色图像的装置进行的顔色合成的原理；以及图9是示出图1所示的用于显示彩色图像的装置的亮度特性的曲线图。
具体实施例方式现在将详细參照实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指代相似的元件，为了清晰，元件的尺寸或厚度可以被夸大。在这点上，呈现的实施例可以具有不同的形式，而不应解释为限于这里阐述的描述。因而，以下通过參照附图仅描述了实施例，用于解释本说明书的各方面。这里使用吋，术语“和/或”包括ー个或多个所列相关项目的任意和所有組合。诸如"...的至少ー个〃的表述，当在一系列元件之前时，修饰元件的整个列表，而不修饰该列表的单个元件。图1示意地示出根据本发明实施例的用于显示彩色图像的装置的结构。參照图 1，根据当前实施例的用于显示彩色图像的装置包括彩色图像面板100以及控制彩色图像面板100的控制器200。彩色图像面板100包括第一光子快门10、可调节光子晶体滤色器20、第二光子快门30和反射板40。在图1中，为了示出的清晰，图1所示的彩色图像面板在对应于一个像素的区域中包括第一光子快门10、可调节光子晶体滤色器20、第二光子快门30。第一光子快门10通过在0至1的范围内调节入射的外部光Li的透射率而可调节地控制光的量。第二光子快门30设置在可调节光子晶体滤色器2的后侧并可调节地控制通过可调节光子晶体滤色器20的光(图3的L2)的量。第一和第二光子快门10和30可以是已知的光子快门(photonic shutter)。例如,第一和第二光子快门10和30可以是聚合物分散型液晶面板，其包括聚合物分散型液晶11和31以及施加电压到聚合物分散型(polymerdispersion type)液晶 11 和 31 的电极 12、13、32、33。反射板40将通过第二光子快门30的光反射回到第二光子快门30。反射板40可以是可反射可见光光谱中的光的白色反射板。如果需要，反射板40可以是仅反射预定颜色的反射板。可调节光子晶体滤色器20是实时地调制来自外部光Li的被反射板40反射的光的顔色的可调节滤色器。可调节光子晶体滤色器20可以是以下的可调节光子晶体器件当光子晶体的形状、体积和有效折射率中的至少ー个通过使用由控制器200控制的电或机械刺激而改变时，该可调节光子晶体器件的光子带隙可以被控制。由可调节光子晶体滤色器20控制的光子带隙的基本単元一一对应于显示彩色图像的彩色像素。可调节光子晶体滤色器20的示例在图2中示出。參照图2，可调节光子晶体滤色器20可以包括可调节光子晶体层21，可以通过使用电刺激来控制光子带隙；以及电极22和23，施加电压V到可调节光子晶体层21。可调节光子晶体层21可以包括带电的胶体颗粒211以及胶体颗粒211分散在其中的介质212。胶体颗粒211由于电动学现象规则地分布并具有光子晶体结构。可调节光子晶体层21的光子带隙决定将被反射的光所在的波长带，并取决于胶体颗粒211的尺寸和胶体颗粒211之间的距离。因此，胶体颗粒211的尺寸可以根据要被反射的波长带而适当地选择。例如，胶体颗粒211可以具有在大约几十nm至几百nm的范围内的尺寸。例如，胶体颗粒211可以具有几百nm的尺寸，例如大约300nm，从而显示在可见光带中的颜色。作为另ー示例，可调节光子晶体滤色器20可以包括这样的光子晶体其中具有高折射率的电介质材料的纳米颗粒以晶体形状分布在周边环境中，在该环境中电介质材料的纳米颗粒由于通过由电压引起的可逆氧化还原反应导致的电解质的滲透而膨胀/退膨胀。此外，可调节光子晶体滤色器20可以包括封闭在聚合物基质内的光子晶体，其中格子间距通过物理压缩/拉伸来调节，或者可包括封闭在聚合物基质内的光子晶体，其中光子晶体由于温度、湿度、化学刺激或生物刺激而膨胀/退膨胀。可以理解，第一光子快门10、可调节光子晶体滤色器20和第二光子快门30可以是显示构成彩色图像的彩色像素之一的単元。也就是，可以理解，第一光子快门10、可调节光子晶体滤色器20和第二光子快门30是被控制器200独立地控制的ー个单元，多个单元布置为ニ维矩阵，彩色图像显示在多个单元中。同时， 第一光子快门10、可调节光子晶体滤色器20和第二光子快门30的一部分电极12、13、22、23、和32、33可以被共同使用。如以下将描述的，可以理解，可调节光子晶体滤色器20通过使用彩色像素来显示颜色，第一光子快门10、第二光子快门30和反射板40被包括在表现彩色像素的饱和度和亮度的白色显示单元中。接着，将參照图2和图3来描述可调节光子晶体滤色器20的操作原理。胶体颗粒211由于静电排斥カ而分散在介质212中。当电压V施加到电极22和23时，电场E形成在介质212中，具有双电层的胶体颗粒211沿ー个方向在介质212中移动并与静电排斥力平衡，构成其中胶体颗粒211均匀地分散并以其间的预定格子间距D排列的晶格结构。具有晶格结构的可调节光子晶体层21具有一光子带隙，在该光子带隙，具有预定波长的光可以由于折射率的周期性分布而被阻挡或者可以被透射。根据布拉格定律，具有由以下公式I表示的预定波长\的光不能透射通过可调节光子晶体层21并从其反射公式Im A =2nD sin 9其中\为被衍射或反射的光的波长，n为可调节光子晶体层21的有效折射率，D为可调节光子晶体层21的胶体颗粒211之间的格子间距，m为整数。当施加到电极22和23的电压V的大小改变时，胶体颗粒211与静电排斥カ之间的平衡状态被移动，胶体颗粒211之间的格子间距D改变。因此，被反射的光LI的波长入可以通过控制施加到电极22和23的电压V来控制。图4是曲线图，示出从图2所示的可调节光子晶体滤色器21反射的光LI的波长带的峰值位置根据施加的电压而调节的情形。參照图4，随着施加的电压V増大，从可调节光子晶体层21反射的光LI的波长带移动到较短的波长带并包括在可见光带中的所有波长。根据所施加的电压V调节的反射光LI的顔色可以表示为构成顔色坐标空间中的顔色表现曲线的点，该颜色表现曲线包括中央点A的周边的至少一部分，如图5所示。当施加的电压V连续变化时，反射光LI的颜色将在颜色坐标空间中连续地移动。在图5中，位于颜色坐标空间的中央的中央点A表示白色。图5所示的顔色表现曲线可以根据图I所示的用于显示彩色图像的装置的特性而改变，诸如可调节光子晶体层21的胶体颗粒211的尺寸或其间的格子间距D ;然而，本发明不限于此。
接着，将參照图1至图6描述图1所示的用于显示彩色图像的装置的操作。第一光子快门10控制从外部入射并通过第一光子快门10的外部光Li的量。可调节光子晶体滤色器20选择性地允许在从通过第一光子快门10的外部光Li中选出的波长带中的第一光L1从可调节光子晶体滤色器20反射，并允许在其余波长带中的第二光L2经由可调节光子晶体滤色器20透射。从可调节光子晶体滤色器20反射的第一光L1再次通过第一光子快门10并发射到彩色图像面板100的外部。通过可调节光子晶体滤色器20的第二光L2经由第二光子快门30从反射板40反射并再次顺序地通过第二光子快门30、可调节光子晶体滤色器20和第一光子快门10。入射在彩色图像面板100上的光Li以此方式沿两条路径朝向第一光L1和第二光L2的方向行进并发射到彩色图像面板100外部。发射到彩色图像面板100的外部的第一光L1具有当第一光L1通过第一光子快门10时被控制的光量L，发射到彩色图像面板100的外部的第二光L2具有当第二光L2通过第一和第二光子快门10和30两者时被控制的光量12。由于第一和第二光子快门10和30 被独立地控制，所以第一光L1的光量^和第二光L2的光量12可以被独立地控制。当第一光L1的波长带和第二光L2的波长带被添加到彼此时，全部的可见光带被包括在第一光L1和第二光L2的相加波长带中。因此，当第一光L1和第二光L2彼此合成时，具有光量的白光存在于可见光带中。同时，对应于第一光し1的波长带的颜色的光具有另外的光量13。也就是，彩色图像面板100显示通过将具有光量13的顔色光和具有光量エ2的白光合成而获得的光。光量13对应于光量ら与光量ら之间的差异。由于与第一光L1相比，第二光L2额外地通过第二光子快门30,第二光L2的光量12等于或小于第一光L1的光量し因此，顔色光的光量13等于零或具有正值。參照图5,具有光量13的颜色光对应于处于颜色表现曲线中的点B,具有光量12的白光对应于中央点A。因此，在彩色图像面板100上表现的颜色对应于将中央点A与颜色表现曲线中的点B连接的线段的一点。也就是，对应于将表现白色的中央点A与颜色表现曲线中的点B连接的线段中的任意点的颜色的饱和度可以显示为对应于点A的白色和对应于点B的顔色的混合。因此，通过图1所示的显示彩色图像的装置显示的顔色可以由可调节光子晶体滤色器20决定，所显示颜色的饱和度可以由光量レ与光量13的混合比例決定。所显示颜色的亮度可以主要由具有光量12的白光決定。当第一和第二光子快门10和30以及可调节光子晶体滤色器20都透明时，可以显示白色。可调节光子晶体滤色器20可以通过将反射带移动到可见光频带之外(例如红外频带或紫外(UV)频带)而相对于可见光频带是透明的。此外，当第一光子快门10完全地阻挡光时，可以显示黒色。或者，当第一光子快门10和可调节光子晶体滤色器20为透明的并且第二光子快门10完全阻挡光吋，也可以显示
■任当可调节光子晶体滤色器20对可见光透明并且第一和/或第二光子快门10和30的光透射率被控制时，可以显示白色和黒色之间的灰色。控制器200基于颜色信息来控制输入的彩色图像的每个彩色像素中的可调节光子晶体滤色器20并基于亮度信息控制第一和第二光子快门10和30，使得彩色图像面板100可以表现彩色像素的顔色和亮度。图7示出根据比较示例的显示彩色图像的反射型装置中关于ー个像素的滤色器，并示出顔色合成的原理；图8示出根据本发明实施例的图I所示的显示彩色图像的装置的关于ー个像素的可调节光子晶体滤色器20，并示出顔色合成的原理。參照图7，在采用吸收型滤色器的用于显示彩色图像的反射型装置中，吸收型滤色器具有其中一个像素的区域被划分成红色区域R、緑色区域G和蓝色区域B的结构。因此，外部光Li是在通过红色区域R、緑色区域G和蓝色区域B的每个之后合成并在ー个像素中显示颜色的光し因此，当显示基色或与基色相近的顔色(例如，红、绿或蓝)时，通过其余颜色区域的光被完全阻挡，其颜色损失大。此外，当一般的吸收型滤色器使用在用于显示彩色图像的反射型装置中时，光L’通过吸收型滤色器两次，吸收型滤色器中的损失率被平方，在表现明亮的颜色上存在限制。另ー方面，參照图8，在当前实施例中，由于ー个像素中的顔色利用从ー个可调节光子晶体滤色器20反射的顔色光LI来显示，而没有划分ー个像素的区域，可以解决与在一般的区域划分彩色显示中发生的光损失相关的问题。此外，由于通过可调节光子晶体滤色器20的光L2被再次反射并被添加到顔色光LI，所以不能被一般滤色器容易地表现的明亮·顔色可以被表现。图9是示出图I所示的用于显示彩色图像的装置的亮度特性的曲线图。如图9所示，与一般的三颜色划分方法相比，在根据当前实施例的采用可调节光子晶体滤色器的单个像素可调节方法中，通过可调节光子晶体滤色器20的光L2 (在图8中)用于表现明亮光，使得顔色的亮度可以保证达到理论的极限值。如上所述，根据本发明以上一个或多个实施例的用于显示彩色图像的装置可以表现从不能使用一般的区域划分方法表现的理想明亮白色直到理想的黒色。因此，可以实现与一般的区域划分法相比得到极大改善的接近自然顔色和打印材料的亮度、对比度和顔色表现能力。此外，通过使用一般的区域划分法表现混合的顔色需要用于结合基色的算法，而根据当前实施例的用于显示彩色图像的装置表现混合色为纯色和白色的混合，因此其算法被极大地简化。上述用于显示彩色图像的装置利用外部光来显示彩色图像，因此可以使用在显示装置中，诸如室外环境中的电子书或汽车导航装置，或者作为具有低功耗的显示装置，诸如室内或室外的广告牌。应当理解，这里描述的示范性实施例应当仅以描述性的含义来理解，而不是为了限制的目的。在每个实施例中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他实施例中的其他相似特征或方面。
权利要求
1.ー种彩色图像面板，包括 可调节光子晶体滤色器，其光子带隙通过使用刺激来控制，使得选定颜色的波长带中的光从所述可调节光子晶体滤色器反射，且选定顔色的波长带之外的波长带中的光经由所述可调节光子晶体滤色器透射；和 白色显示单元，通过添加白光到从所述可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制所述可调节光子晶体滤色器显示的顔色的饱和度和亮度， 其中所述可调节光子晶体滤色器和所述白色显示单元一一对应于与用于显示彩色图像的每个彩色像素相当的区域。
2.如权利要求I所述的彩色图像面板，其中所述白色显示单元包括 第一快门，设置在所述可调节光子晶体滤色器的前侧并可调节地控制从外部入射在所述可调节光子晶体滤色器上的外部光的量； 第二快门，设置在所述可调节光子晶体滤色器的后侧并可调节地控制通过所述可调节光子晶体滤色器的光的量；以及 反射板，将通过所述第二快门的光反射回到所述第二快门。
3.如权利要求I所述的彩色图像面板，其中当光子晶体的形状、体积和有效折射率中的至少ー个通过使用由控制器控制的电刺激或机械刺激而改变时，所述可调节光子晶体滤色器的光子带隙被调节。
4.如权利要求3所述的彩色图像面板，其中所述可调节光子晶体滤色器包括光子晶体层，其中带电的胶体颗粒分散在介质中；以及电极，施加电压到所述光子晶体层。
5.如权利要求2所述的彩色图像面板，其中所述反射板包括白色反射板。
6.ー种用于显示彩色图像的装置，该装置包括 彩色图像面板，包括可调节光子晶体滤色器和白色显示单元，该可调节光子晶体滤色器的光子带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从所述可调节光子晶体滤色器反射，在所述选定顔色的波长带之外的波长带中的光经由所述可调节光子晶体滤色器透射，该白色显示单元通过添加白光到从所述可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制所述可调节光子晶体滤色器显示的顔色的饱和度和亮度，其中所述可调节光子晶体滤色器和所述白色显示单元一一对应于与用于显示彩色图像的每个彩色像素相当的区域；以及 控制器，控制所述彩色图像面板。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述白色显示单元包括 第一快门，设置在所述可调节光子晶体滤色器的前侧并可调节地控制从外部入射在所述可调节光子晶体滤色器上的外部光的量； 第二快门，设置在所述可调节光子晶体滤色器的后侧并可调节地控制通过所述可调节光子晶体滤色器的光的量；以及 反射板，将通过所述第二快门的光反射回到所述第二快门。
8.如权利要求6所述的装置，其中当光子晶体的形状、体积和有效折射率中的至少ー个通过使用由所述控制器控制的电刺激或机械刺激而改变时，所述可调节光子晶体滤色器的光子带隙被调节。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述可调节光子晶体滤色器包括光子晶体层，其中带电的胶体颗粒分散在介质中；以及电极，施加电压到所述光子晶体层。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述反射板包括白色反射板。
11.ー种利用彩色图像面板显示彩色图像的方法，该彩色图像面板包括可调节光子晶体滤色器和白色显示单元，该可调节光子晶体滤色器的光子带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从所述可调节光子晶体滤色器反射，在选定颜色的波长带之外的波长带中的光经由所述可调节光子晶体滤色器透射，所述白色显示单元通过添加白光到从所述可调节光子晶体滤色器反射的顔色光来控制所述可调节光子晶体滤色器显示的颜色的饱和度和亮度，其中所述可调节光子晶体滤色器和所述白色显示单元一一对应于与用于显示彩色图像的每个彩色像素相当的区域，所述方法包括 控制所述可调节光子晶体滤色器以控制构成彩色图像的彩色像素的顔色；以及 控制所述白色显示单元以控制构成所述彩色图像的彩色像素的饱和度和亮度。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述白色显示单元包括设置在所述可调节光子晶体滤色器的前侧的第一快门、设置在所述可调节光子晶体滤色器的后侧的第二快门以及反射板， 所述方法还包括 控制所述第一快门以可调节地控制从外部入射在所述可调节光子晶体滤色器上的外部光的量； 控制所述第二快门以可调节地控制通过所述可调节光子晶体滤色器的光的量；以及 利用所述反射板将通过所述第二快门的光反射回到所述第二快门。
13.如权利要求11所述的方法，其中当光子晶体的形状、体积和有效折射率中的至少一个通过使用由所述控制器控制的电刺激或机械刺激而改变时，所述可调节光子晶体滤色器的光子带隙被调节。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述可调节光子晶体滤色器包括光子晶体层，其中带电的胶体颗粒分散在介质中；以及电极，施加电压到所述光子晶体层。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述反射板包括白色反射板。
全文摘要
本发明提供了一种彩色图像面板以及使用该彩色图像面板显示彩色图像的装置和方法，该彩色图像面板包括可调节光子晶体滤色器，其光子带隙通过使用刺激来控制使得在选定颜色的波长带中的光从可调节光子晶体滤色器反射，在选定颜色的波长带之外的波长带中的光经由可调节光子晶体滤色器基本透射；和白色显示单元，通过添加白光到从可调节光子晶体滤色器反射的颜色光来控制可调节光子晶体滤色器显示的颜色的饱和度和亮度，其中可调节光子晶体滤色器和白色显示单元一一对应于与用于显示彩色图像的每个彩色像素相应的区域。
文档编号G02F1/155GK102955315SQ201210300940
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月22日 优先权日2011年8月24日
发明者申昶均, 韩文奎, 沈洪植, 全锡珍 申请人:三星电子株式会社