CN100505015C - 具有光谱适应式背光照明的多原色显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明的某些实施例提供用于显示彩色图像的设备、***和方法。根据本发明的某些典型实施例，一种用于显示彩色图像的设备可包括照明源，其包括多个光产生元件(212)，所述多个光产生元件能够产生m个不同波长光谱中的每一个的光，其中m等于或大于3。该设备还包括衰减元件阵列(214)，其能够根据对应于彩色图像的灰度级别表示的衰减模式来选择性地衰减由照明源产生的光；以及彩色子象素滤光器元件阵列(216)，其能够接收来自衰减元件阵列的选择性衰减后的光，每个子象素滤光器元件能够透射n个不同原色之一的光，其中n等于或大于4。

Description

具有光谱适应式背光照明的多原色显示器
技术领域
本发明一般地涉及彩色显示设备、***和方法，尤其涉及具有改进的彩色图像再现能力的显示设备、***和方法。
背景技术
标准计算机监视器和TV显示器通常基于三个加性的原色(“primary”)，例如统称为RGB的红色、绿色和蓝色。不幸的是，这些监视器无法显示人类所感知到的许多颜色，这是因为它们被限制在了它们能够显示的颜色的范围内。图1示意性地示出了本领域已知的色度图(chromaticity diagram)。马蹄形的闭合区域表示人类可以看见的颜色的色度范围。但是，单是色度并不能完全表示所有的可见颜色变化。例如，图1的二维色度平面上的每个色度值可被以各种不同的亮度级别重现。从而完全表示可见颜色空间需要一个三维空间，其中例如包括两个表示色度的坐标和一个表示亮度的第三坐标。也可定义其他三维空间表示法。图1中的马蹄图的边界处的点通常被称为“光谱轨迹(spectrum locus)”，其对应于波长例如在400nm到780nm范围内的单色激励。在最长和最短波长处的极值单色激励之间闭合马蹄底部的直线通常称为“紫线”。由马蹄图中紫线上方的区域所表示的不同亮度级别下人眼可辨别的颜色范围通常称为眼睛的色域(colorgamut)。图1的点线三角区域表示标准RGB监视器可再现的颜色范围。
存在许多已知类型的利用各种显示技术的RGB监视器，包括但不限于CRT、发光二极管(LED)、等离子投影显示器、LCD设备及其他。在过去几年间，对彩色LCD设备的使用稳步上升。典型彩色LCD设备在图2A中示意性地示出。正如本领域中已知的那样，这种设备包括光源202、液晶(LC)元件(单元)阵列204，例如利用薄膜晶体管(TFT)有源矩阵技术的LC阵列。正如本领域中已知的那样，该设备还包括电子电路210，用于例如通过有源矩阵寻址来驱动LC阵列单元，以及与LC阵列并列的三色滤光器阵列，例如RGB滤光器阵列206。在现有LCD设备中，被显示的图像的每个全色像素由三个子像素再现，每个子像素对应于不同的原色，例如每个像素是通过驱动R、G、B子像素各自的一个集合来再现的。对于每个子像素，在LC阵列中有一个对应的单元。背光照明源202提供产生彩色图像所需的光。每个子像素的透光度基于相应像素的RGB数据输入、由施加到相应的LC单元的电压来控制。控制器208接收输入的RGB数据，将其缩放到所需的尺寸和分辨率，并基于每个像素的输入数据发送代表要被不同驱动器所递送的信号的幅度的数据。背光照明所提供的白光的强度被LC阵列空间调制，根据子像素的所需强度选择性地衰减每个子像素的光。被选择性衰减后的光经过RGB彩色滤光器阵列，其中每个LC单元与一个相应的彩色子像素配准，产生所需要的彩色子像素组合。人类视觉***对经过不同彩色子像素滤光的光进行空间积分，以感知彩色图像。
LCD被用于各种应用中。LCD尤其常见于便携式设备中，例如PDA设备、游戏控制台和移动电话的小型显示器，以及膝上型笔记本(“笔记本”)电脑的中型显示器。这些应用要求薄而小型化的设计以及低功耗。但是LCD技术也用于一般要求较大的显示尺寸的非便携式设备中，例如桌面计算机显示器和电视机。不同的LCD应用可能要求不同的LCD设计来实现最佳效果。LCD设备的更“传统”的市场，例如以电池运转的设备(例如PDA、蜂窝电话和膝上型笔记本电脑)的市场，要求具有高亮度效率的LCD，这导致了功耗的降低。在桌面计算机显示器中，高分辨率、图像质量和颜色丰富性是主要考虑因素，而低功耗只是次要考虑因素。膝上型笔记本电脑显示器既要求高分辨率又要求低功耗；但是图像质量和颜色丰富性在许多这样的设备中都被折衷了。在TV显示器应用中，图像质量和颜色丰富性一般是最重要的考虑因素；在这种设备中功耗和高分辨率是次要考虑因素。
通常，向LCD设备提供背光照明的光源是冷阴极荧光灯(CCFL)。图3A示意性地示出了本领域中已知的CCFL的典型光谱。如图3A所示，光源光谱包括三个相对较窄的主要波长范围，其分别对应于红、绿和蓝。也可使用本领域中已知的其他适当的光源。例如，通过选择透射曲线大致覆盖图3A中的CCFL光谱峰的滤光器，滤光器子像素阵列中的RGB滤光器可被设计为再现一个宽色域(例如尽可能接近相应的CRT监视器的色域)，但是也使得显示效率最大化。一般而言，对于给定的源亮度，具有较窄的传统光谱的滤光器提供较宽的色域，但却提供降低的显示亮度，反之亦然。例如，在功率效率是关键考虑因素的应用中，通常可能会牺牲色域宽度。在某些TV应用中，亮度是重要的考虑因素；但暗淡的颜色也是不可接受的。
图4A示意性地示出了现有膝上型笔记本电脑显示器的典型的RGB滤光器光谱。图4B的色度图示意性地示出了与理想NTSC色域(图4B中的点线三角区域)相比，典型膝上型笔记本电脑光谱的可再现色域(图4B中的虚线三角区域)。如图4B所示，NTSC色域大大宽于典型膝上型笔记本电脑显示器的色域，因此NTSC中包括的许多颜色组合无法由典型彩色膝上型笔记本电脑显示器再现。
利用三色LED背光照明的LCD显示器在2001年SIG Digest，LP-2，702页由G.Harbers和C.Hoelen，SIG Digest所著的“Highperformance LCD backlighting using high intensity red，green andblue light emitting diodes(利用高强度红、绿、蓝发光二极管的高性能LCD背光照明)”中描述。
发明内容
人类所见的许多颜色在标准红-绿-蓝(RGB)监视器中都是不能辨别的。通过利用具有多于三个原色的显示设备，扩展了显示器的可再现色域。另外或者作为替换地，可大大增大由显示器产生的亮度级别。本发明的实施例提供用多于三个原色在显示设备上显示彩色图像的***和方法，所述显示设备例如是薄型显示设备，例如液晶显示(LCD)设备。
本发明的典型实施例提供改进后的多原色显示设备，其利用多于三个不同颜色的子像素来创建每个像素。在本发明的这一方面的实施例中，使用背光照明源，其包含具有至少四种不同颜色的至少四个诸如发光二极管(LED)这样的光产生元件的阵列，以及对每个像素使用四个或更多个不同彩色子像素，从而允许了更宽的色域和/或更高的发光效率。在某些实施例中，可优化LED的数目和/或光谱、每个像素中的子像素的数目和/或不同子像素的颜色光谱以获得所需要的充分宽的色域和/或充分高的亮度的组合。
在本发明的某些实施例中，通过允许某些原色(例如红、绿和蓝)使用相对较窄的波长范围，从而增大这些原色的饱和度，从而使用多于三个原色可以扩展显示器的可再现色域。为了补偿由于这种较窄的范围而引起的可能降低的亮度级别，在本发明的某些实施例中，除窄波长范围颜色外，还可使用宽波长范围原色，例如特别设计的黄色和/或青色，以增大显示器的整体亮度。
根据本发明的实施例，由LED阵列中的每个LED所发射的光可具有对应于所需颜色的预定的狭窄波长范围。例如，在本发明的某些实施例中，LED阵列中的不同LED可发射两个蓝色光谱、一个青色光谱、一个绿色光谱、一个黄色光谱和两个红色光谱。根据本发明的某些实施例，具有不同波长光谱的LED的组合可用于产生任何所需的波长光谱组合。与由冷阴极荧光灯(CCFL)所提供的光谱相比，由根据本发明的实施例的LED组合提供的波长光谱组合可跨越更宽范围的相关颜色。另外，与由CCFL提供的光谱相比，由根据本发明的实施例的LED提供的波长光谱组合可产生改进的波长分隔。用根据本发明的LED阵列作为背光照明源，可使得能够再现对应于一组预先选择的窄波长光谱的颜色。因此，当与适当的彩色滤光器组合结合使用时，如下所述，根据本发明的实施例的LED背光照明可允许在再现所需的色域和/或亮度级别时进行更精细的控制。
根据本发明的某些实施例，不同彩色LED的数目m可高于原色的数目n。根据这些实施例，为了观看目的，来自两个或更多个不同彩色LED的聚集的照明可以基本上等同于给定的原色。从而本发明的实施例使得能够再现任何所需的原色，例如某种深浅的蓝，而这可能不容易由单个LED所再现，这例如是由于某些波长的LED的不可用性或效率低下所引起的。
根据本发明的实施例的多于三原色LED设备的色域和其他属性可通过控制LED背光照明的组合以及设备所使用的不同原色子像素滤光器的光谱透射特性来控制。为根据本发明的多于三原色的LCD设备选择LED组合和原色子像素滤光器元件可基于各种标准，例如建立所需色度的充分覆盖、最大化显示器可产生的亮度级别和/或根据所需的色度标准来调整原色的相对强度。
附图说明
在说明书的结论部分中特别指出了本发明的主题并清楚要求了它的保护范围。但是，通过结合附图参考以下详细描述，可最佳地理解本发明的组织和操作方法，及其目的、特征和优点，附图中：
图1是表示本领域中已知的现有技术RGB色域的色度图，其中叠加了人类视觉***的色域的色度图；
图2A是示出现有技术3原色LCD***的示意性框图；
图2B是示出根据本发明的一个实施例的具有发光二极管(LCD)背光照明的n原色LCD***的示意性框图；
图3A是示出现有技术冷阴极荧光灯(CCFL)源的典型光谱的示意图；
图3B是示出根据本发明的典型实施例可用作背光照明源的一组七个LED的归一化光谱的示意图；
图3C是示出根据本发明的一个典型实施例的六原色滤光器阵列的透射曲线的示意图；
图4A是示出现有技术膝上型笔记本电脑显示器的典型RGB滤光器光谱的示意图；
图4B是表示由图4A的RGB滤光器我谱再现的色域的色度图，其中叠加了理想现有技术NTSC色度；
图5是根据本发明的典型实施例用于选择LED阵列和滤光器阵列的方法的示意性框图；
图6A是示出现有技术背光照明源的光谱的示意图，该背光照明源包括蓝LED、绿LED和红LED的LED组合；
图6B是表示由图6A的LED组合再现的色域的色度图的示意图；
图7A是示出根据本发明的典型实施例的包括六个LED的LED组合的背光照明源的光谱的示意图；
图7B是示出根据本发明的一个实施例与图7A的LED组合使用以提供五原色显示的滤光器阵列的透射曲线的示意图；
图7C是示出由图7A的LED组合结合图7B的滤光器阵列所获得的五原色RGBCY的子像素光谱的示意图；
图7D是表示由图7A的LED组合结合图7B的滤光器阵列所再现的色域的色度图的示意图。
应该理解，为了描述的简明，附图中示出的元件可能不一定是精确地或按比例绘出的。例如，为了清楚，某些元件的尺寸相对于其他元件可能被夸大，或者几个物理组件被包括在一个功能块或元件中。另外，在适当时附图中标号可能有重复，以指示对应或相似的元件。此外，附图中示出的某些块可被组合成为单个功能。
具体实施方式
在以下描述中，参考提供对本发明的完全理解的特定实施例描述了本发明的各种这方面；但是，对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明不限于这里所描述的特定实施例和示例。另外，在这里所描述的设备、***和方法的某些细节与彩色显示设备、***和方法的已知方面相关的情况下，为了清楚起见，这种细节可能被省略或简化。
根据本发明的典型实施例的具有多于三个原色的监视器和显示设备的实施例在2002年6月11日提交、2002年12月19日作为PCT公布WO02/101644公布的题为“Device，System and Method For ColorDisplay(彩色显示的设备、***和方法)”的国际申请PCT/IL02/00452以及2003年4月13日提交、2003年10月23日作为PCT公布WO03/088203公布的题为“Color Display Devices and Methods withEnhanced Attributes(具有增强属性的彩色显示设备和方法)”的国际申请PCT/IL03/00307中描述，这里通过引用将这些申请和公布所公开的内容全部包含进来。
虽然，在本发明的实施例中，可使用上述专利申请中公开的方法和***，例如将源数据转化为原始数据的方法或创建原色素材或滤光器的方法；但是在替换实施例中，本发明的***和方法可与任何其他适当的用诸如m个发光二极管(LED)这样的光产生元件作为背光照明源的n原色显示设备一起使用，其中n等于或大于4，m等于或大于3。这些申请中描述的某些实施例基于背面投影或正面投影设备、LCD设备或其他类型的显示设备。虽然以下描述主要集中于根据本发明的典型实施例的利用LED阵列作为背光照明源的n原色平板显示设备，但是应该理解在替换实施例中，本发明的***、方法和设备也可结合其他类型的显示和调制技术使用。例如，本发明的***、方法和/或设备例如可与2001年6月7日提交、作为PCT公布WO 01/95544公布的题为“Device，System and Method for Electronic True ColorDisplay(电子真彩色显示的设备、***和方法)”的国际申请PCT/IL01/00527中描述的n原色投影显示设备结合使用，这里通过引用将该申请公开的内容全部包含进来。
图2B示意性地示出了根据本发明的一个实施例的多于三原色彩色显示***。该***可包括背光照明源，该背光照明源包括光产生元件的阵列，例如包括m个不同彩色LED的LED组合的LED 212，其中m等于或大于3。该***还可包括光导光学单元222，该单元例如可包括散射器和/或一个或多个光学元件，例如光导、透镜和/或反射镜，以及任何其他元件，用于LED 212提供均匀的背光照明，正如本领域中已知的那样。根据本发明的某些典型实施例，LED可被同时激活，以产生包括m个不同波长光谱的聚集光，如下所述。正如本领域中已知的那样，该***还可包括液晶(LC)元件(单元)阵列214，例如利用薄膜晶体管(TFT)有源矩阵技术的LC阵列。正如本领域中已知的那样，该设备还包括电子电路220，用于例如通过有源矩阵寻址来驱动LC阵列单元，以及与LC阵列并列的包括n个不同彩色子像素滤光器的n原色彩色滤光器阵列216，其中n大于3。
在本发明的某些实施例中，不同彩色LED的数目m可等于原色的数目n。在这些实施例中，m个彩色LED中的每一个以及相应的彩色子像素滤光器元件可具有相同的窄光谱，其基本上对应于n个原色中的一个，如下所述。
在某发明的其他实施例中，不同彩色LED的数目m可大于原色的数目n。根据这些实施例，两个或多个不同彩色LED可用来提供对应于一个原色的聚集照明。这可提供从效果上而言等同于所需的原色的背光照明，所述所需的原色(例如特定深浅的蓝色)的波长范围可能由于某些波长的LED的不可用性或效率低下而不易被单类LED所产生。在这些实施例中，m个彩色LED的覆盖所需原色的光谱附近的略微不同的范围的两个或多个窄发射光谱，可以都被包含在n个彩色滤波器之一的透射光谱中，如下所述。
在本发明的LCD设备的典型实施例中，被显示的图像的每个全色像素被多于三个子像素所再现，每个子像素对应于一个不同的原色，例如每个像素是通过驱动四个或更多个子像素的相应的集合来再现的。对于每个子像素，在LC阵列214中有一个相应的单元。LED阵列212提供产生彩色图像所需的光。光导光学单元222根据LED阵列212的组合光谱，组合LED阵列212的每个LED所发射的不同光谱并使其一致，以在LC阵列214上提供基本上均匀、基本上是白光的聚集的照明。LED可按这样一种安排方式被安排在LED阵列中，该安排方式提供基本上均匀的颜色分布以及具有亮度基本上均匀的聚集光。例如，可以以这样一种安排方式来安排LED，该安排方式使得每个彩色LED和所有其他颜色的最接近的LED之间的距离变化最小。每个子像素的透光度基于相应像素的图像数据输入，由施加到阵列214的相应LC单元的电压控制。n原色控制器218接收例如RGB或YCC格式的输入数据，可选地将数据缩放到所需的尺寸和分辨率，并基于每个像素的输入数据，发送代表要由不同驱动器递送的信号的幅度的数据。由光导光学单元222提供的聚集的感知为白的照明的强度可被LC阵列的元件空间调制，该LC阵列根据子像素的图像数据选择性地控制每个子像素的照明。每个子像素的被选择性衰减后的光经过彩色滤波器阵列216的相应的彩色滤光器，从而产生所需的彩色子像素组合。人类视觉***对经过不同彩色子像素滤光的光进行空间积分，以感知彩色图像。
根据本发明的实施例的LCD设备的色域和其他属性可由多个参数控制。这些参数可包括LED 212的光谱和效率、LC阵列中的LC单元的光谱透射，以及彩色滤光器的光谱透射。根据本发明的实施例，LED 212和/或彩色滤波器216可被选择为提供这些参数中的每一个的所需级别，如下所述。
图3B是示出根据本发明的一个典型实施例的一组七个LED的归一化光谱的示意图，所述七信LED例如是可从Lumileds Lighting Ltd，USA获得的LuxeonTM发射器蓝色、品蓝色、青色、绿色、琥珀色、橙红色和红色LED。
根据本发明的实施例，由LED阵列212中的每个LED发射的光可具有与图3B所示的预定波长相对应的预定窄光谱。例如，LED光谱301至307分别对应于两个蓝色光谱、一个青色光谱、一个绿色光谱、一个黄色光谱和两个红色光谱的波长。根据本发明的某些实施例，具有不同波长光谱的LED的组合可用于产生任何所需的波长光谱组合。与例如由图3A所示的CCFL所提供的光谱相比，由LED组合提供的波长光谱组合可包括例如图3B所示的对应于更宽范围的颜色的更宽范围的相关波长。与CCFL提供的光谱相比，由根据本发明的实施例的LED组合提供的波长光谱组合还可包括改进的波长分隔。因此，根据本发明的一个实施例，利用LED阵列212(图2B)作为背光照明源，可使得能够产生对应于一组预先选择的窄波长光谱的光谱组合。从而，当与相应的彩色滤光器阵列216(图2B)结合使用时，正如下文详细描述的，LED阵列212(图2B)可使得能够在再现所需的色域和/或亮度级别时进行更精细的控制。图3C示意性地示出了根据本发明的一个典型实施例的六原色滤光器的透射曲线。正如下文所详细描述的，根据本发明的实施例，滤光器阵列216(图2B)可与LED阵列212结合使用，以提供一组子像素，其中每个子像素对应于所需的不同的原色。
对于具有多于三个原色的多原色显示，根据本发明的实施例，无限数目的LED和/或滤光器组合可被选择为基本上覆盖所需的色域。因此，本发明的LED和/或滤光器选择方法可包括根据以下要求中的至少一个来优化LED和/或滤光器选择：建立对所需的诸如NTSC标准色域(例如对于宽色域应用)这样的二维色域和/或“传统”3色LCD色域(例如对于较高亮度的应用)的充分覆盖；最大化可由组合所有原色而获得的平衡的白色点的亮度级别；根据所需的照明标准调整原色的相对亮度，所述照明标准例如是高清晰度电视(HDTV)***的D65白色点色度标准。
本发明的实施例提供了利用产生m个不同波长的LED阵列作为背光照明源以及提供n个原色的滤光器阵列，来在显示设备上显示彩色图像的***和方法，所述显示设备例如是薄型显示设备，例如液晶显示(LCD)设备，其中m等于或大于3，n大于3。例如与利用仅包括三个RGB LED的背光照明源的显示设备相比，此配置具有几个优点。首先，根据本发明的包括m个彩色LED的阵列作为背光元件的n原色显示设备使得能够扩展显示器所覆盖的色域，如下所述。第二，可实现LED的光谱和滤光器的光谱之间的更好的匹配，如下所述。在此情况下，最大级别的发射自每个LED发射出的光可被有效地经过相应的彩色滤光器传送。从而，例如与利用覆盖类似的色域的RGB
LED背光照明源的显示器相比，根据本发明的设备使得能够大大增加显示器的发光效率。本发明的这一特征对于便携式(用电池运转的)显示设备尤其有利，这是因为增大的发光效率可延长每次充电后电池的可用时间，和/或通过使用较轻的电池而降低设备的整体重量。
在根据本发明的实施例的某些多原色显示设备中，多于三个不同颜色的子像素被用于创建每个像素。在本发明的实施例中，对每个像素使用多于三个不同颜色的子像素允许了较宽的色域和/或较高的发光效率。在某些实施例中，可优化每个像素的子像素数目；LED阵列中的每个LED的数目和波长光谱；以及不同子像素滤光器的透射光谱，以获得所需要的充分宽的色域和/或充分高的亮度的组合，如下所述。
例如，根据本发明的一个实施例，使用LED阵列作为背光照明源与使用多于三个原色滤光器相结合，可通过为R、G、B彩色滤光器使用具有较窄透射曲线(较窄的有效透射范围)的滤光器，从而增大R、G、B子像素的饱和度，从而使得能够扩展可再现的色域。为了补偿这种较窄的范围，在本发明的某些实施例中，除RGB饱和颜色外，还可使用较宽波长光谱的子像素滤光器，从而增大显示器的整体亮度。根据本发明的实施例，如上所述，使用LED阵列作为背光照明源，可允许更有效地使用彩色滤光器属性，从而允许较宽的色域和/或较高的亮度级别。根据本发明的实施例，通过适当地选择LED和彩色滤光器，可实现色域宽度和整体图像亮度的最佳组合，以符合给定***的要求。根据这些实施例中的某些，所述选择可包括对应于一个彩色滤光器的至少两个不同彩色LED，以便基本上提供一个原色。这些LED和彩色滤光器可被选择为使得两个或更多个LED的组合波长提供所看到的从效果上来看对应于所需的原色的颜色。相应的彩色滤光器的透射光谱可被设计为适应两个或更多个LED的波长。
现参见图5，该图示意性地示出了根据本发明的典型实施例的用于选择LED阵列和滤光器阵列的反复试验方法的框图。
根据本发明的实施例，LED阵列可包括多个LED，例如Im个LED，其中每一个的颜色是m个不同LED颜色中的一个。LED可按这样一种安排方式位于该阵列中，该安排方式提供基本上白色光的基本上均匀的聚集照明。
根据这些实施例，图5的反复试验方法可用于选择每个颜色的LED的最佳数目Im，以及与LED结合使用的滤光器阵列中的滤光器元件的最佳选择和安排，以实现所需的显示属性，例如所需的色域和/或白色点。
根据本发明的实施例，图5的方法可包括为每个LED颜色计算绝对发光光谱输出sm，如块502所示。这例如可通过使用LED规格，例如每单位供应电功率(例如瓦特)的归一化光谱和输出(例如以流明为单位)，以及假设每个LED被供应了基本上相等的电功率(瓦特)，从而来执行。
该方法还可包括选择包括具有各自不同颜色m的Im个LED的组合以及兼容的滤光器元件阵列，如块504所示。
如块506所示，LED阵列的总输出光谱Ts例如可由以下方程来计算：
T s = Σ m ( l m Σ m l m s m ) - - - ( 1 )
如块508所示，每个原色的彩色点例如可用Ts和滤光器阵列透射光谱来计算。计算出的彩色点可用于定义使用这些参数能再现的相应的色域。
如块510所示，可再现的白色点光谱和可再现的白色坐标可被计算，例如按本领域中已知的方式。
如块512所示，可再现的白色点光谱和坐标以及可再现的色域可分别与所需的色域和所需的白色点光谱和坐标相比较。
如果可再现值基本上与块512的所需值不同，则该方法可包括在相应调整Im的条目之后返回块506。例如，如果可再现光谱“太蓝”，则可减小蓝色LED的数目和/或增大黄色LED的数目，如块514处所示。
如果可再现值基本上匹配所需值，则该方法可包括计算显示效率Deff，如块516处所示。
图6A示意性地示出现有技术背光照明源的有效光谱，该背光照明源包括蓝色、绿色和红色LED的组合，这些LED的分别具有光谱301、304和307(图3B)。图6A的LED组合可用于提供图6B中示意性示出的色域。
图7A是根据本发明的典型实施例的背光照明源的组合光谱的示意图，该背光照明源具有包括两种深浅的蓝色LED、青色LED、绿色LED、黄色LED和红色光谱的LED的LED组合，这些LED分别具有波长光谱301、302、303、304、305和307(图3B)。
图7B是示出根据本发明的一个典型实施例的滤光器阵列的透射曲线的示意图，该滤光器阵列与图7A的LED组合结合使用，以提供五原色显示；根据本发明的一个实施例，图7A的LED组合可与图7B的滤光器阵列结合使用，以产生五原色RGBCY显示。根据本发明的实施例，图7A的背光照明可与图7B的滤光器阵列结合使用，以产生图7C中示意性示出的子像素光谱。图7C所示的子像素光谱可包括蓝色子像素光谱701、青色子像素光谱702、绿色子像素光谱703、黄色子像素光谱704和红色子像素光谱705。
根据本发明的一个实施例，图7A的LED组合与图7B的滤光器阵列相结合，可提供图7D中示意性示出的色域。正如本领域中已知的，传统3色LCD的规一化整体亮度级别可按如下方式计算：
Y(3-colors)＝(Y(color1)+Y(color2)+Y(color3))/3            (2)
类似地，根据本发明的一个实施例的5色LCD设备的规一化亮度级别可按如下方式计算：
Y(5-colors)＝(Y(color1)+Y(color2)+Y(color3)+Y(color4)+Y(color5))/5    (3)
其中Y(colori)表示，例如根据LED制造商的规格，对于恒定输入电功率(例如恒定电流)第i个原色的亮度级别，Y(n-colors)表示n原色显示的整体规一化亮度级别。
如上所述，根据本发明的一个实施例，包括在LED阵列212(图2)中的LED元件中的每一个可具有窄的波长光谱。因此，每个第i子像素的亮度级别Y(colori)基本上正比于LED的强度I(LED)，其波长被透射经过用于再现第i子像素的滤光器元件。
因此，具有图6A的LED阵列背光的三色RGB LCD的规一化亮度级别可按如下方式计算：
Y(3LED)＝[I(LEDred)+I(LEDgreen)+I(LEDblue)]/3    (4)
根据本发明的一个实施例，当使用图7A和7B中所示的组合时，青色滤光器可完全透射蓝色、青色和绿色LED，而黄色滤光器可完全透射红色和黄色LED并部分透射绿色LED。因此，包含图7A的LED组合和图7B的滤光器阵列的LCD设备的规一化亮度级别可按如下方式计算：
Y(5LED)＝[2*I(LEDred)+2.5*I(LEDgreen)+2*I(LEDblue)++I(LEDcyan)+I(LEDyellow)]/5              (5)
根据本发明的典型实施例，LED阵列的亮度级别例如可通过将LED阵列中包含的LED的制造商规格值代入到方程(5)中来计算。虽然在某些实施例中，图7D所示的色域可与图6B的相应3色LED背光LCD设备的色域相比拟，但是结合使用图7A的LED组合和图7B的滤光器阵列所获得的亮度级别比相应的3色LED背光LCD的要高40％。此实施例中所实现的较高的亮度级别例如可归因于红色(Y)和青色(C)子像素的添加，这些子像素被特别设计为具有较宽的透射范围，从而比起RGB滤光器来会透射更多的LED阵列背光照明。

Claims (28)

1.一种用于显示彩色图像的设备，包括：
照明源，其包括多个光产生元件，所述多个光产生元件能够产生m个不同波长光谱中的每一个的光，其中m等于或大于3；
衰减元件阵列，其能够根据对应于所述彩色图像的灰度级别表示的衰减模式，来选择性地衰减由所述照明源产生的光；以及
彩色子像素滤光器元件阵列，其能够接收来自所述衰减元件阵列的选择性衰减后的光，每个子像素滤光器元件能够透射n个不同原色之一的光，其中n等于或大于4；
其中产生至少两个相应波长光谱的所述光产生元件中的至少两个的组合被用于提供聚集的照明，所述聚集的照明对应于所述n个不同原色中的一个；以及
其中对应于所述n个不同原色中的所述一个的子像素滤光器元件能够透射在所述至少两个波长光谱中的每一个内的光的至少大部分。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述滤光器元件阵列与所述衰减元件阵列并列并配准，以便每个彩色子像素滤光器元件能够接收来自所述衰减元件之一的光。
3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，包括驱动电路，其适合于接收所述输入并选择性地激活所述衰减元件，以产生所述衰减模式。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述衰减元件阵列包括液晶(LC)元件阵列。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述n个不同原色中的两个的子像素滤光器元件能够基本上完全透射所述m个波长光谱中的至少一个的整个光谱。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述n个原色中的至少一个能够由所述m个波长光谱中的两个或更多个的组合所再现。
7.如权利要求1所述的设备，其中m等于6。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述m个波长光谱包括两个蓝色光谱、一个青色光谱、一个绿色光谱、一个黄色光谱和一个红色光谱。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述n个原色包括红色、绿色、蓝色和黄色。
10.如权利要求1所述的设备，其中n等于5。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述n个原色包括红色、绿色、蓝色、青色和黄色。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述多个光产生元件包括一个或多个发光二极管。
13.如权利要求1所述的设备，还包括光学单元，用于组合所述光产生元件的光，以在所述衰减元件阵列上形成所述n个原色的光的基本上均匀的照明。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述光产生元件的数目、所述光产生元件的安排方式、以及所述波长光谱中的一个或多个中的至少一种是基于至少一个所需的显示属性来选择的，所述至少一个所需的显示属性从包括以下属性的列表中选择出：亮度级别、色域以及所述原色的相对强度。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述光产生元件的安排方式被选择为，提供由所述照明源产生的所述m个光谱的照明的在空间上基本上均匀的分布。
16.如权利要求1所述的设备，其中所述m个不同波长光谱中的每一个的光产生元件基本上同时产生光。
17.一种用于显示彩色图像的方法，包括：
同时激活多个光产生元件，所述多个光产生元件中的每一个能够产生m个不同波长光谱之一的光，其中m等于或大于4；
空间上选择性地调制由所述光产生元件所产生的光的强度，以产生对应于所述彩色图像的灰度级别表示的光衰减模式；
根据n个不同原色的预定的空间子像素组合，对所述光衰减模式进行滤光，以产生对应于所述彩色图像的光模式，其中n等于或大于4；
组合产生了至少两个相应波长光谱的所述光产生元件中的至少两个，以提供对应于所述n个不同原色中的一个的聚集的照明，其中对应于所述n个不同原色中的所述一个的子像素滤光器元件能够透射在所述至少两个波长光谱中的每一个内的光的至少大部分。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述滤光包括使所述衰减后的光经过彩色子像素滤光器元件阵列，每个彩色子像素滤光器元件能够透射所述n个不同原色之一的光。
19.一种用于显示彩色图像的***，包括：
照明源，其包括多个光产生元件，所述多个光产生元件能够产生m个不同波长光谱中的每一个的光，其中m等于或大于3；
转换器，用于将表示所述彩色图像的三原色输入数据转换成表示按照n个原色的所述彩色图像的转换后的图像数据；
衰减元件阵列，其能够根据对应于所述转换后的图像数据的灰度级别表示的衰减模式，来选择性地衰减由所述照明源产生的光；以及
彩色子像素滤光器元件阵列，其能够接收来自所述衰减元件阵列的选择性衰减后的光，每个子像素滤光器元件能够透射n个不同原色之一的光，其中n等于或大于4；
其中产生至少两个相应波长光谱的所述光产生元件中的至少两个的组合被用于提供聚集的照明，所述聚集的照明对应于所述n个不同原色中的一个；以及
其中对应于所述n个不同原色中的所述一个的子像素滤光器元件能够透射在所述至少两个波长光谱中的每一个内的光的至少大部分。
20.如权利要求19所述的***，其中所述滤光器元件阵列与所述衰减元件阵列并列并配准，以便每个彩色子像素滤光器元件能够接收来自所述衰减元件之一的光。
21.如权利要求19或权利要求20所述的***，包括驱动电路，其适合于接收所述转换后的图像数据并选择性地激活所述衰减元件，以产生所述衰减模式。
22.如权利要求19所述的***，其中所述衰减元件阵列包括液晶(LC)元件阵列。
23.如权利要求19所述的***，其中所述n个不同原色中的两个的子像素滤光器元件能够基本上完全透射所述m个波长光谱中的至少一个的整个光谱。
24.如权利要求19所述的***，其中所述多个光产生元件包括一个或多个发光二极管。
25.如权利要求19所述的***，还包括光学单元，用于组合所述光产生元件的光，以在所述衰减元件阵列上形成所述n个原色的光的基本上均匀的照明。
26.如权利要求19所述的***，其中所述光产生元件的数目、所述光产生元件的安排方式、以及所述波长光谱中的一个或多个中的至少一种是基于至少一个所需的显示属性来选择的，所述至少一个显示属性从包括以下属性的列表中选择出：亮度级别、色域以及所述原色的相对强度。
27.如权利要求26所述的***，其中所述光产生元件的安排方式被选择为，提供由所述照明源产生的所述m个光谱的照明在空间上基本上均匀的分布。
28.如权利要求19所述的***，其中所述m个不同波长光谱中的每一个的光产生元件基本上同时产生光。
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