CN101495902B - 颜色显示设备 - Google Patents

Abstract

颜色显示设备(1)包括多个图像元件(3，4，5)，该多个图像元件具有观察侧(5)和后侧(6)。每个图像元件包括光阀(7，8，9)。该显示设备包括可切换部分(12，13)用于选择性地引导第一颜色和第二颜色的光穿过光阀从后侧到达观察侧。每个光阀均包括具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度的第一和第二可切换滤色器(17，19)，并连续地设置在光的路径上。

Description

颜色显示设备

技术领域

本发明涉及颜色显示设备以及用于操作这种显示设备的方法。 

背景技术

国际专利申请WO 2004/032523公开了一种颜色显示设备。这种已知的显示设备使用所谓的频谱连续方法来显示一幅图像。在一个实施例中透射显示面板包括两个用于每个图像元件的LCD光阀，每个阀包括一个用于发射可见光谱一部分的滤波器。该面板是通过两个具有不同的辐射光谱的可选光源而背部发光的。时间连续的光源切换加上根据待显示的图像信息来控制光阀，从而能够允许显示具有宽色域的图像。 

这种已知设备的缺点是由于每个图像元件需要使用两个光阀来实现所需的色域，从而造成相对较低的照明效率。 

本发明的一个目的是提供一种具有改进的照明效率和宽色域的颜色显示设备。 

发明内容

本发明的目的通过包含有多个图像元件的颜色显示设备来实现，该多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件包括光阀，该显示设备包括可切换部分用于选择性地引导第一颜色的光和第二颜色的光沿着光径穿过光阀从后侧到达观察侧，以及每个光阀均包括具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度的第一和第二可切换滤色器，并连续设置在光径上，第一、第二、第三和第四颜色是不同的非白色，并且所述滤色器的切换与时间顺序地引导光是独立可控的。 

每个光阀中的至少两个可切换滤色器的组合和至少两种颜色的光阀的照明提供了宽色域。本发明通过单光阀来实现宽色域，而现有技术中同样的色域则需要多个光阀。光阀数量的减少增加了照明的效率。第一、第二、第三和第四颜色是四种不同的颜色。如果它们具有不同的色调则颜色不同。色调 定义为在CIE颜色图表中从白色，较佳的是从白点D65开始的颜色方向。 

用于照明的可切换部分可以在不同的状态间切换，取决于所选的照明方法。例如，可以在两种状态间切换：第一颜色的照明和第二颜色的照明，或者在三种状态间切换：第一颜色的照明、第二颜色的照明以及第一和第二颜色的组合，或者在第一颜色、第二颜色和第三颜色之间。这三种颜色可以是红色、绿色和蓝色。这三种状态的照明增加了显示设备的色域。其给出了对所面对的颜色和亮度范围更强的控制。较佳地该滤色器在透明状态和另一个这样的状态间切换：一种颜色被发射而其他颜色被吸收。在一定时间点时光阀观察侧出现的颜色取决于照明的瞬间颜色以及在那个时刻工作的光阀中的滤色器。照明以及滤色器的切换最好比眼睛的反应时间更快，从而造成单色的感知。 

在一个较佳实施例中，每个图像元件都包括一个光阀。具有这种图像元件的显示设备不需要子象素，并具有最高的可达到的孔径比，并且不需要用于子象素光阀的空间域寻址方法，仅仅需要用于象素光阀的时域寻址方法。 

光阀可以包括液晶元件。较佳地，其包括具有作为可切换滤色器工作的流体的电润湿元件。电润湿元件具有含有孔的电润湿单元。这个孔包括第一和第二不融合流体。第一液体可以达到两种状态：第一个是液体覆盖单元的孔径，第二个是其中该孔径实质上没有流体。这种作用使得能够使用第一液体作为可切换滤色器，例如通过为该流体提供一种染色从而使得它能够发射一种颜色。每种流体都可以是液体或者气体的。在该单元的一个特殊实施例中，第一流体可以达到第一和第二状态中间的一种状态，从而允许控制穿过该单元的光的强度。电润湿单元对于形成显示设备具有这样的优点，即高透射率和相对大量容易制造。与液晶元件相比，电润湿单元不需要偏振光，从而增加光阀的效率。 

光阀可以包括两个依次设置在光径上的电润湿元件，每个单元具有一个滤色器。那样，多个光阀将形成两层电润湿单元。较佳的，光阀包括具有两种独立地作为可切换滤色器工作的液体。在这样的较佳实施例中单元的孔具 有第一、第二和第三液体，第一和第三液体与第二液体是不相融合的。第一和第三层可以独立地作为滤色器而工作。 

可切换部分较佳地包括用于产生第一颜色的光和第二颜色的光的照明单元。该照明单元包括至少一个第一光源和第二光源分别用于发射第一颜色的光和第二颜色的光，这些光源分别是独立可选的。这些光源可以是传统光源。照明单元可以选择性地包括宽带光源和可切换滤色器用于传递第一颜色的光和第二颜色的光给光阀。可切换滤色器可以是具有两种独立地作为滤色器工作的液体的电润湿单元。第一和第二颜色光的照明的切换可以通过控制单元来实现，其提供用于光源的功率。当光阀和可切换滤色器二者都包括电润湿单元时，显示设备包括两或者三层电润湿单元，取决于光阀内的电润湿单元的数目是一还是二。 

在一个较佳实施例中，照明单元被设置在多个光阀的后侧。光现在仅一次穿过光阀，提供相对大的透射率。光阀可以使用设置在所述多个图像元件的后侧的碟状光导来照明，该光导具有两个较大的表面以及四个较小的表面。该光源可以设置在其中一个较小的表面上。光导可以配备有一个设置在较大表面上远离面对图像元件的反射体。该反射体可以辅助引导出自光源穿过光导的光，并可以反射通过图像元件进入显示设备的侧面光。第一种应用是用于背光模式下显示设备的工作，第二种应用则是用于反射模式下的工作。 

在另一个较佳实施例中，照明单元被设置在多个光阀的观察侧，并且反射体被设置在多个光阀的后侧。可以通过使用入射光以及当入射光级别太低通过光源比如灯或LED来使用前向照明从而使用该实施例。 

较佳地，所述可切换部分包括具有可在所述第一颜色和所述第二颜色之间选择反射系数的并设置在所述多个光阀的所述后侧的可控反射体。显示设备的这个实施例作为可以使用入射光用于照明的反射显示设备而工作。第一颜色和第二颜色的反射之间的切换将可选择性地引导第一和第二颜色的光穿过光阀从后侧到达观察侧。该反射体可以为一个光阀或者多个光阀而工作。 

较佳地，可控反射体包括具有可在所述第一颜色和所述第二颜色之间选 择透射率的滤色器。其允许使用传统的可控滤色器。该可控反射体也可以是以电润湿单元形式工作的反射体。 

当可切换部分包括多个可控反射体，每个可控反射体被设置在所述光阀的每一个的所述后侧，该反射体可以以与光阀相同的方式进行构图。 

多个反射体的每一个的反射系数是独立可控的。这就可以控制第一和第二颜色的选择以用于特殊的光阀，取决于在该光阀的观察侧必须是可见的颜色。该控制可以包括第一和第二颜色的不同持续时间以及与所有可控反射体的所共有的参考信号相比的选择时段。 

较佳地，上面四种颜色是不同的颜色，尤其较佳地，这四种颜色被选择为使得色域最大化。较佳地，选择这些颜色使得两种颜色的组合提供一种不同的颜色。这种不同的颜色一般是原色或者是白色。在较佳地实施例中，第一颜色和第二颜色是互补的，例如当使用两种光源时。这种选择使得允许产生白色图像元素。第三颜色和第四颜色可以是互补的。在一个特殊实施例中，显示设备中使用的颜色中的两种颜色的所有选择相对于白色都是互补的。尤其地，第一颜色和第三颜色是互补的，第二颜色和第四颜色也是互补的。当第一和第二可切换滤色器的颜色，即第三和第四颜色，是互补的，比如绿色和品红色，或者红色和青色，可以产生黑色图像元素。较佳地，第三和第四颜色是原色。第三颜色和第四颜色为不同于白色的颜色。较佳地，可切换部分的颜色的组合以及滤色器，在比色图表中横跨规则多边形从而获得宽色域。 

当连接第一和第二颜色的线与连接第三和第四颜色的线在CIE1931比色图表的白色点交叉时，图像元素将具有所有颜色的色域。 

显示设备的特殊实施例中，可切换部分被设置用于选择性地引导进一步颜色的光和/或所述光阀包括具有用于进一步的颜色的透光度的进一步的可切换滤色器。光的进一步的颜色和可切换滤色器的进一步的颜色可以是互补色。显示设备的可能的实施例包括用于引导三种不同的颜色的可切换部分，例如，以三种不同光源的形式，并且，每个光阀包括两个可切换滤色器。进一步的颜色增加了显示的色域。 

本发明还涉及一种包括多个图像元件的颜色显示设备，所述多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件包括光阀，该显示设备包括照明单元用于选择性地产生第一颜色的光和第二颜色的光并引导该光沿着光径穿过光阀从后侧到达观察侧，并且每个光阀包括第一和第二可切换滤色器，其具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度，并连续地设置在光径上。照明源包括一个或多个用于产生第一和第二颜色的光的光源。当照明单元被设置在显示设备的观察侧时，照明单元包括在后侧上的反射体。 

本发明还涉及一种包括多个图像元件的颜色显示设备，所述多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件包括光阀，该显示设备包括具有可在所述第一颜色和所述第二颜色之间选择的反射系数的并设置在所述多个光阀的所述后侧的可控反射体。并且每个光阀包括第一和第二可切换滤色器，其具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度，并连续地设置在光径上。该实施例适用于通过入射光的照明和/或通过光源比如灯或LED的前向照明。当入射光级别太低时使用前向照明。 

颜色显示设备的第一个提到的实施例的所有附加特征都等同地有利地独立使用或者结合颜色显示设备的上述两个实施例来应用。 

本发明还涉及一种用于使用多个图像元件来形成颜色图像的方法，所述多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件含有光阀，该方法包括以下步骤：时间顺序地引导第一颜色的光和第二颜色的光穿过所述光阀从所述后侧到达所述观察侧，以及通过所述光阀中的第一和第二可切换滤色器对所述光进行滤波，该第一和第二滤色器具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度，并连续地设置在所述光径上，滤色器的切换与时间顺序地引导所述第一颜色的光和所述第二颜色的光相同步，并且所述滤色器的切换与时间顺序地引导光是独立可控的。 

通过下文作为示例给出的较佳实施例的阐述以及参阅相关附图，本发明的进一步的特点和优点将变得更加明显。 

附图说明

图1示出了显示设备的第一实施例的部分的概略的剖面图； 

图2示出了显示设备的第二实施例的部分的概略的剖面图；以及 

图3示出了显示设备的第三实施例的部分的概略的剖面图。 

具体实施方式

图1示出了根据本发明的颜色显示设备1的第一透射实施例的部分的概略的剖面图。该图示出了覆盖颜色显示设备图像区域的多个图像元件中的三个图像元件2、3、4。通过四条虚线在图中示出了这三个图像元件的侧面。图像元件的剖面在垂直于图的平面上可以具有任意形状，例如方形或者圆形。该多个图像元件具有观察侧5和后侧6。每个图像元件包含有光阀7、8和9。在本实施例中光阀与图像元件相符合。光穿过每个光阀从后侧6到达观察侧5。由来自多个图像元件的光形成的图像可以从箭头10所指示的观察方向来观察。 

照明单元11附着在多个光阀的后侧6上来提供光阀的背光。该照明单元包括第一光源12和第二光源13分别用于产生第一颜色的光和第二颜色的光。光源可以是传统的光源，比如荧光灯或LED。在本实施例中第一颜色是黄色的，第二颜色是蓝色的。通过控制每个光源的电输入功率，可以控制黄光和蓝光的量，从而以时间函数的方式改变这些量。黄色和蓝色光被引导通过光阀到达观察侧5。照明单元可以是传统的结构，比如在国际专利申请WO 2006/011101中所公开的。 

每个光阀包括一个电润湿单元。在附图所示的实施例中，电润湿单元与光阀相符合。电润湿单元7包括两个透明基板或者支持板14、15，是多个电润湿单元所共有的。基板之间的孔填充有三种液体：第一液体16、第二液体17和第三液体18。第一和第三液体与第二液体是不相融合的。第一和第三液体是非导电的，并且可以比如是烷烃如十六烷或者(硅树脂)油。第二液体是导电的或者极性的，并且可以是水或者盐溶液，比如是混有水和普通酒精的KCl溶液。较佳地，第二液体是透明的。面对着孔的基板表面是疏水性制成的，比如通过使用无定形聚合体层14’、15’，比如AF1600。疏水特性造成第一和第三液体分别较佳地粘着基板14、15。 

每个电润湿单元包括设置在基板14上的电极19和设置在基板15上的电极20。这些电极通过绝缘体而与液体分离，该绝缘体可以是含氟聚合物层。第三电极21与导电的第二液体17相连接。该电极可以是共享第二液体的没有被壁所分离的一系列电润湿单元所共有的。每个基板上的电极可以与基板上的电气端子通过印刷电路矩阵相连接。较佳的，电极和电路是透明的，并且是由例如铟锡氧化物构成。该矩阵可以包括开关元件比如晶体管；这种情况下该矩阵叫做有源矩阵。 

第一液体16和第三液体18的侧面被一电润湿单元的截面之后的壁22和23限制在该电润湿单元中。在国际专利申请WO2005/098797的其他部分公开了电润湿单元的进一步的细节以及其制造。 

当非零电压被施加到电极19和21之间时，第二液体17将把第一液体16从电极19的区域排斥向环绕电极区域的壁22。该动作把第一液体从光自后侧6穿过电润湿单元到达观察侧5的光径上移开。当电压回到零时，第一液体回流来覆盖孔的上部的疏水区域。同样的动作可以通过控制电极20和21之间的电压独立地施加到第三液体18上。 

第一和第三液体是着色的，例如通过添加视觉活性粒子到油上或者在油中消融染色材料。第一和第三液体具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度，从而允许它们作为可切换滤色器工作。当电极之间的电压是零，滤波器则处于电润湿单元的光径上，以及当这个电压是非零时，滤波器则不在光径上。第一液体17和第三液体19分别作为第一和第二可切换滤色器工作。 

在该实施例中所示出的第一滤色器具有用于绿色的透光度和第二滤色器具有用于品红色的透光度。在电润湿单元7的观察侧5发射的光的颜色取决于所选择的滤色器，以及取决于选择的光源。表1示出了可能的颜色。 

光源	滤色器	观察侧颜色
			黄色	无	黄色
黄色	绿色	绿色
			黄色	品红色	红色
黄色	绿色和品红色	黑色
			蓝色	无	蓝色
蓝色	绿色	黑色
			蓝色	品红色	蓝色
蓝色	绿色和品红色	黑色
			黄色和蓝色	无	白色
黄色和蓝色	绿色	绿色
			黄色和蓝色	品红色	品红色
黄色和蓝色	绿色和品红色	黑色
			无	无	黑色
无	绿色	黑色
			无	品红色	黑色
无	绿色和品红色	黑色

表1用于显示的色表 

在电润湿单元的以上说明中，第一液体全部覆盖电极19的区域，或者全部从电极19移开。国际专利申请WO2003/071346公开了允许第一液体仅部分地覆盖电极19的区域从而实现所谓的灰色值的方法。当第一和第二滤色器产生灰色值时，显示设备可以也发射具有表中所述的颜色之间的颜色的光，并可以改变颜色的强度。 

颜色显示设备通过控制单元来控制，图中未示出。控制单元可以选择性地传递电能给第一和第二光源。控制单元也可以提供电信号来控制显示设备 的每个光阀中第一和第二滤色器。 

在一种工作模式下，控制单元在两种状态之间切换。在每种状态下以光源形式存在的可切换部分和滤色器都设置在所需的模式下。在第一状态下，第一光源照明所述光阀，在第二状态下第二光源照明所述光阀。这些状态相互交替并具有相等的持续时间。较佳地，状态的持续时间是图像刷新周期持续时间的一半。如果图像刷新速率或者帧速率是60Hz，则光源以120Hz进行切换。在每个状态期间，每个光阀中的第一和第二滤色器根据在特殊状态下所选择的光源和所需的图像元件的颜色进行切换。对于60Hz的图像刷新速率，滤色器也可以以120Hz进行切换。图像刷新速率也可以高于60Hz，比如100Hz，或者更低。在后一种情形中，可以达到降低的功率消耗。不过，可能需要采取避免闪烁的措施。 

图2示出了颜色显示设备的第二实施例，其中照明单元30被设置在显示设备的观察侧5。照明单元需要提供光阀的均匀照明。国际专利申请WO2004/097512公开了几个这种前向发光照明单元的实施例。反射体31安置在支持板15上，比如铝层。图示出了与所述多个光阀分离的反射体和支持板，仅为了清楚起见；在实际的显示设备中，该支持板通常直接与光阀相邻。较佳地，该反射体具有宽带反射系数，覆盖由光源和滤波器所确定的色域，并且可以是镜面的，或者，较佳地，散射的。该反射体可以是单个反射体元件，覆盖显示设备的所有光阀或者是多个反射体元件，每个元件都为单个光阀工作。光阀7、8和9的构成与图1所示的相同。光阀中的可切换滤色器是透射类型。 

光源12和13所发射的光被引导到光阀7、8和9。反射到反射体31上之后，光从观察侧5退出光阀，并在穿过照明单元30之后可用于观测。由于光两次通过滤色器，滤色器的透光度应相应地调整；例如滤波器的颜色应该轻度饱和以用于透射用。光源和滤波器的工作与图1中实施例的相同。 

尽管显示设备的上述实施例包括两个光源和两个滤色器，照明单元可以包括三个光源和/或者光阀包括三个滤色器，从而增加显示的色域。三个光源 的颜色可以是例如红色、绿色和蓝色。 

图3示出了颜色显示设备的第三实施例。多个光阀7、8和9，其中再次仅仅示出了三个，设置在两个支持板14和15之间。支持板15配备有可控反射体35。可控反射体可以是由使用可切换双折射的液晶材料或者可寻址光敏聚合物制成。可控反射体可以包括一个或者多个包含有两种液体的电润湿单元，一种液体反射第一颜色，另一种液体反射第二种颜色。反射体配置有电极并被连接到控制单元。其允许在第一状态和第二状态中选择反射系数，其中第一状态中第一颜色被反射，第二状态中第二颜色被反射。在一实施例中第一颜色是黄色的，第二颜色是蓝色的。 

来自观察侧5的入射光将会被可控反射体反射并返向观察侧。所要反射的光谱范围取决于可控反射体的状态。每个光阀中的可切换滤色器与可控反射体决定向观察者所发射的入射光的光谱范围。可控反射体可以是在宽带反射体之前的可控滤波器形式，其中滤波器透射的光谱范围可以在两种颜色之间切换。该滤波器可以基于电泳双铬的，基于MEMS的双铬的，双铬反射LC型(TN，胆甾，PDLC，Bi-Nem)，电润湿或者其他反射技术。 

显示设备的第三实施例的工作与第一和第二实施例的相类似。不是在每个状态选择光源，而是选择反射体的光谱范围。 

图3的显示设备被设计用于操作入射光。显示设备可以配备有与图2示出的单元31相类似的照明单元，但是具有单个白色光源而不是两个可选颜色光源12和13。当入射光的量足够形成具有所需的亮度水平的图像时，白光源可以关掉。当入射光水平低于一定值，白光源可以打开来辅助提供亮图像。 

显示设备的特殊实施例包括多个可控反射体，一个可控反射体用于一个光阀。这些反射体可以同时地由同样的控制信号来控制，从而使其作为单个可控反射体而工作。作为备选地，每个可控反射体可以独立地被控制。那种情形下，可以根据待显示的颜色来改变用于每个光阀的第一和第二阶段的持续时间。这可以增加显示亮度。在这个实施例中，反射体可以包括电润湿单元。那种情形下，显示设备可以包括形成光阀的一层电润湿单元和形成反射 体的第二层电润湿单元。 

上述实施例应当理解为本发明的示范性示例。本发明的进一步的实施例是可以想到的。需要理解的是，在任意一个实施例中所描述的技术特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征相组合使用，以及可以结合任意其他实施例的一个或多个技术特征以及结合任意其他实施例的技术特征的组合而使用。进一步的，可以使用上文未描述的任意等价例和修改例而并不偏离于本发明的范围，其在随附的权利要求书中所定义。 

Claims (17)

1.颜色显示设备具有多个图像元件，所述多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件包括一个光阀，

所述显示设备包括可切换部分，用于选择性地引导第一颜色的光和第二颜色的光沿着光径穿过所述光阀从所述后侧到达所述观察侧，以及

每个光阀均包括具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度的第一和第二可切换滤色器，并连续设置在所述光径上，所述第一、第二、第三和第四颜色是不同的非白色，并且所述可切换部分和每个光阀是独立可控的。

2.如权利要求1所述的颜色显示设备，其中每个光阀包括具有作为可切换滤色器工作的流体的电润湿元件。

3.如权利要求2所述的颜色显示设备，其中所述电润湿元件包括具有两种独立地作为可切换滤色器工作的流体的电润湿单元。

4.如前述任意一项权利要求所述的颜色显示设备，其中所述可切换部分包括用于产生所述第一颜色的光和所述第二颜色的光的照明单元。

5.如权利要求4所述的颜色显示设备，其中所述照明单元设置在所述多个光阀的所述后侧。

6.如权利要求4所述的颜色显示设备，其中所述照明单元设置在所述多个光阀的所述观察侧，并且反射体设置在所述多个光阀的所述后侧。

7.如权利要求1所述的颜色显示设备，其中所述可切换部分包括具有可在所述第一颜色和所述第二颜色之间选择的反射系数的并设置在所述多个光阀的所述后侧的可控反射体。

8.如权利要求7所述的颜色显示设备，其中所述可控反射体包括具有可在所述第一颜色和所述第二颜色之间选择的透射率的滤色器。

9.如权利要求7或8所述的颜色显示设备，其中所述可切换部分包括多个可控反射体，每个可控反射体被设置在所述光阀的每一个的所述后侧。

10.如权利要求9所述的颜色显示设备，其中所述反射体的每一个的所述反射系数是独立可控的。

11.如权利要求1至3、7或8中任意一项所述的颜色显示设备，其中所述第一颜色和所述第三颜色是互补的，并且所述第二颜色和所述第四颜色是互补的。

12.如权利要求1至3、7或8中任意一项所述的颜色显示设备，其中所述可切换部分被设置用于选择性地引导进一步的颜色的光和/或所述光阀包括具有用于进一步的颜色的透光度的进一步的可切换滤色器。

13.使用多个图像元件来形成颜色图像的方法，所述多个图像元件具有观察侧和后侧，每个图像元件包括一个光阀，所述方法包括以下步骤：

时间顺序地引导第一颜色的光和第二颜色的光沿着光径穿过所述光阀从所述后侧到达所述观察侧；以及

通过所述光阀中的第一和第二可切换滤色器对所述光进行滤波，所述第一和第二滤色器具有分别用于第三颜色和第四颜色的透光度，并连续地设置在所述光径上，

所述滤色器的切换与时间顺序地引导所述第一颜色的光和所述第二颜色的光相同步，

所述第一、第二、第三和第四颜色是不同的非白色，并且所述滤色器的切换与时间顺序地引导光是独立可控的。

14.如权利要求13所述的方法，包括在照明单元中产生所述第一颜色的光和所述第二颜色的光。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述照明单元设置在所述多个光阀的所述后侧。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述照明单元设置在所述多个光阀的所述观察侧。

17.如权利要求13或16所述的方法，所述方法包括传递从所述观察侧进入并经由设置在所述多个光阀的所述后侧的反射体而两次穿过所述光阀的光的步骤。

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