CN101529491A - 视频和内容控制的背光 - Google Patents

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Abstract

显示设备包括：显示面板；以及背光面板，其被设置在显示面板之下并限定多个区域。沿第一方向设置发光二极管(LED)的第一阵列，该第一阵列的每个LED被耦合至第一线。驱动器被耦合至所述第一线以驱动耦合至第一线的LED。沿第二方向设置LED的第二阵列，该第二阵列的每个LED被耦合至第二线。由背光面板限定的区域的照明状况是通过接通或关闭LED来控制的。

Description

视频和内容控制的背光
相关申请的交叉引用
本申请要求通过引用纳入于此的、2006年8月14日提交的美国临时专利申请No.60/837,710的权益。
发明背景
本发明涉及显示设备及其背光组件。
液晶显示器(“LCD”)包含背光，后者是使得LCD能够显示图像和文本的光源。显示器中的液晶充当基于由相应控制芯片递送的命令允许光通过与否的闸门。大多数LCD使用冷阴极荧光(“CCFL”)管作为光源。当LCD开启时，CCFL始终接通。被显示在LCD上的视频信号或内容、或者图像是通过控制显示面板中的液晶元件的取向来形成的。
LCD的专用玻璃面板基于该玻璃面板上膜的滤光机构来形成色彩。在大多数LCD中，由设置在玻璃面板背后——其中前侧是观察者的那一侧——的CCFL产生的光是白光。
CCFL是能量有效的。然而，由于在CCFL中使用有害材料，因此本行业正将CCFL逐步淘汰出背光应用。而且，基于CCFL的背光连续保持接通，即使没有图像被显示亦是如此。此外，接通或关闭光是迟缓的，因此难以基于图像对其进行切换。
然而，如果没有图像被显示、或者针对黑色场景或者针对黑色图像的情况，可能期望关闭背光。这将节省能量，其对于电池工作的便携式产品而言特别有益。此外，CCFL背光照明整个显示器的背部，并且难以基于要被显示的图像提供地带背光或者部分背光。即，如果在显示器的一侧，图像是黑色图像，则该侧不需要背光接通。在使用CCFL技术的情况下，难以仅仅照明所需的区域或地带，在视频图像速率(每秒30到60帧)下尤其如此，因为CCFL不能快速地接通或关闭。
替换地，本行业已接受将白色发光二极管(“LED”)用于背光。与具有CCFL灯泡不同，其使用多个LED作为光源。然而，这种解决方案比当前CCFL背光更昂贵。LED背光在能量效率方面也比CCFL光源低。而且，当前所谓“白色LED”既不发射纯白光，也不如基于CCFL的背光那样地白。即，白色并非真正光学上的白色，因此图像的合成色彩质量很差。这种LED解决方案对于用于简单电话、或者无需显示彩色图片或视频或电视(“TV”)节目的仪器的LCD而言可能是足够的。然而，对于用于彩色TV、视频显示器以及用于彩色图像的LCD，需要更佳的解决方案。
在这种需求的驱动下，本行业已依靠使用RGB LED技术，即具有红色、绿色和蓝色(类似于CRT彩色TV中的RGB概念)三种不同颜色的LED。根据色彩物理学，可针对人眼生成具有RGB组合的光谱的色彩。例如，白色是通过在期望强度下接通三种色彩——红色、绿色和蓝色——来形成的，这三种色彩随后在眼中呈现为白色。根据早期基于CRT的彩色TV或彩色美术绘画，这些技术对于本领域技术人员是众所周知的。
发明概述
本发明涉及例如LCD的使用发光二极管的显示设备。目前的LCD面板普遍使用CCFL技术。通常，此类LCD使用每像素三原色(红色、绿色和蓝色)，并且没有对亮度的准确控制。通过调节CCFL背光强度，仅可能控制整体亮度。然而，连同其它特征一起，本发明示教了LED在显示设备中的使用。这使得图像对比度能够与图像色彩和亮度分开。图像反差可完全由充当简单关-开光闸的LCD面板来控制。单个关-开LCD光闸像素可使用LEDBK控制三种色彩。更具体地，恰好位于被LED簇照亮的区域中的单个LCD光闸像素可简单地通过调节IRed Ym、IGreen Ym或IBlue Ym(参见图5)来控制红色、绿色、蓝色或任何色彩。由此与LEDBK联用的LCD面板增加了由三色控制的像素总数。另外，改变个体LED电流就改变了亮度。
通过使用LCD显示器作为每像素的简单关-开光闸，以及通过使用LEDBK来提供所需色彩，本实施例的LEDBK将LCD面板的分辨率增加到三倍。通过增大需要亮光的面板区中的LEDBK光输出，以及通过在需要低照度或黑暗的区中减小LED电流或关闭LED，增大LCD的对比度。通过仅接通需要光输出的区中的LED，提高能量效率。
在一个实施例中，显示设备包括显示面板；以及背光面板，其被设置在显示面板之下并限定多个区域。沿第一方向设置发光二极管(LED)的第一阵列，该第一阵列的每个LED被耦合至第一线。驱动器被耦合至第一线以驱动耦合至第一线的LED。沿第二方向设置LED的第二阵列，该第二阵列的每个LED被耦合至第二线。由背光面板限定的区域的照明状况是通过接通或关闭LED来控制的。多个区域限定了具有X数目的行和Y数目的列的区域矩阵。每个区域具有至少一个LED。每个区域具有至少一个LED簇。
在另一实施例中，发光二极管(LED)的阵列包括在显示设备的背光面板中沿第一方向设置的发光二极管(LED)的第一阵列，该第一阵列的每个LED被耦合至第一线；耦合至第一线的驱动器，用于驱动耦合至第一线的LED；以及沿第二方向设置的LED的第二阵列，该第二阵列的每个LED被耦合至第二线，其中LED被编组在至少三个LED的簇中。
附图简要说明
图1和2图解了根据本发明的一个实施例的基于LED的背光面板和液晶面板。
图3出于例示简便的目的图解了LEDBK的一部分。
图4图解了根据本发明的一个实施例的具有导光面板的LEDBK。
图5图解了根据本发明的一个实施例的矩阵配置中的12个LED簇(Xn-2，Ym-1)到(Xn+1，Ym+1)的阵列。
图6图解了根据本发明的一个实施例的图5中矩阵配置的一部分。
图7图解了根据本发明的一个实施例的与驱动图5中12个LED簇相关联的波形。
图8图解了根据本发明的一个实施例的用于在显示面板上生成图像的信号。
图9示出了用于形成图6中所示的信号的解码器电路300的框图。
具体实施方式
本发明涉及LED在例如LCD的显示设备中的使用。在一个实施例中，LED阵列模块或簇被用作LCD的背光。这些模块或簇的每一个包括多个适于生成白光的RGB LED。在一个实现中，模块或簇包括RGBB(簇中的额外蓝色LED)、或RGBYC(除红色绿色或蓝色以外还具有黄色或青色LED)、或者RGBXYZ，其中X是簇中的附加颜色LED，Y是簇中的附加颜色LED，而Z是簇中的附加颜色LED。基于显示器针对TV或静物摄像或艺术品显示的特定应用、或者特定使用，可在簇中选择任何LED组合。出于解释简明起见，在不限于所讨论的示例的情况下，使用RGB LED簇来描述本发明。
图1和2图解了根据本发明的一个实施例的基于LED的背光面板80和液晶面板90。LC面板90被分成多个区域，例如9×5。类似地，与LC面板90相对应的LED背光面板90(“LEDBK”)被分成多个区域，例如9×5。RGB LED簇82被设置在LEDBK 80的每个区域中。在一种实现中，白色LED可被用来代替每个区域的LED簇。在另一种实现中，LED簇不被放置在每个区域处，而被放置在选定位置处。
每个区域用X-Y坐标来指示。左上区域84用X-Y坐标指示为A1。LEDBK中的区域Al对应于LC面板中的区域Al。类似地，对LEDBK中的每个区域分配与LC面板中的相应区域相同的坐标。显示面板是通过将LC面板90放在LED背光面板80之上——由此形成一个LCD——来形成的。
在本实施例中，LEDBK 90包括每区域一个RGB LED簇。然而，LC面板的每个区域可包括一个或多个像素。每个LCD像素元件由相对应的LCD驱动器元件来驱动。驱动器元件是与作为LC面板的一部分的晶体管相耦合的芯片。由于一个RGB LED簇具有3个LED，因此需要针对每个区域驱动这3个LED。
电子电路被相应地设计。电子电路包括用于LCD的驱动器和用于LEDBK的驱动器。用于LCD的驱动器包含在LC面板上形成期望图像所需的画面信息。LEDBK的驱动器需要相应信息的子集来照亮区域中的相应LED。
本实施例的显示设备可被看作LCD TV，其中LC面板90是LCD TV的屏幕，而LEDBK面板80是其相对应的背光面板。如果TV画面的一部分——例如区域A1——是蓝天，则区域A1的簇内的蓝色LED被接通。在相同的场景中，如果区域B3需要显示绿地，则区域B3的簇内的绿色LED被接通。另一区域中的所有3个LED也可被接通以提供白光，从而提供更复杂的图像。类似地，在逐帧的TV图像中，LEDBK面板80的区域中的LED可被逐帧驱动。
如果没有帧形式的图像，则LEDBK LED被关闭。在本实施例中，根据需要在不同区域处选择性地接通或关闭背光，由此与现有技术相比，节省了能量。相应地，LCD类的工作寿命可被延长，且还可降低LCD TV的温度。
对于蜂窝电话应用，如果仅电话号码被显示——例如面板90的区域Al和A2——则这些区域中的LED可被接通，而其它区域中的LED被关闭。
对于TV应用，其中帧典型地以每秒30帧被刷新，LED通常以相对应的速率被关闭和接通。然而，如果在某些帧中图像的视频的一部分不改变，则这些区域中的LED可保持接通或关闭，这导致进一步的能量节省。
在19英寸TV的LCD TV应用中，可使用由12行和16列构成的192个区域来制作显示面板。这可能要求总共192个RGB簇，或576个LED。在较大的LCD TV中，比如大小为40英寸，显示面板可被分成20000个区域，即100行和200列。在本实施例中，此面板将使用60000个LED，这与现有技术的40英寸LCD TV相比，将实现显著的画面质量改善。
在一个实施例中，LED簇可具有不同于RGB的配置，例如簇中具有4个LED的RGBB，或者每个簇具有5个LED的RGBCY(具有附加的青色和黄色LED)。任何其它色彩组合的LED可被布置在簇中以针对人眼形成期望色彩效果。
尽管背光面板各处都是用相同LED簇来构造的(在本文中称为“一致LEDBK”)，但是面板可具有非一致LEDBK，其中不同LED组合的簇可被放置在LEDBK的不同区域中以形成期望色彩、分辨率、对比度或亮度效果。例如，人眼通常不集中在LCD的边缘上——在观看大屏幕TV时尤其如此，在这些边缘区域中，LEDBK的LED簇可仅由单个白色LED构成。另一方面，RGB LED簇可被设置在屏幕的中心视区的区域处。替换地，LEDBK的外围或边缘区域可配有RGB LED簇，并且中心视区配有更多色彩的RGBB或RGBCYLED簇。可根据应用来使用LED的其它组合。
图3出于例示简便的目的图解了LEDBK 80的部分100。部分100具有12个区域，即4列(1到4)和3行(A到C)。由玻璃或聚合物构成的光扩散层被放在LED阵列之上并作为LEDBK面板的一部分。在一种实现中，每个区域具有单个RGB LED簇，由此提供矩阵形式的LED。如前所述，图像或者是TV应用中的画面或视频、或者是典型移动电话或PDA应用中的数据或电话号码或者画面或视频。
根据本发明的实施例，还可设计具有其中图像可由LEDBK LED形成而无需LC面板的图像形成的模式的显示器。这在没有图像要由视频信号呈现的图像或者没有LC面板的任何图像时是有效的。即，PC面板是在透明模式下，并让背光通过。这可被用于文本、指令或数据呈现，其中LEDBK的LED形成图像。这往往是较低分辨率的图像但是非常亮。
在一个实施例中，一个、两个、三个或四个阵列的LED配置被用于减少LEDBK中LED的数目并节省制造成本。阵列可以是垂直阵列或水平阵列或者其组合。在3×4矩阵中，矩阵配置中将需要12个LED簇。然而，在一种类型的阵列配置中，使用总共7个LED簇。三个LED簇AL、BL和CL被设置在阵列左侧的一列中。四个LED簇1L、2L、3L和4L被设置成顶部阵列。在一个实施例中，单个LED可被用来替代LED簇。
三个LED簇AL、BL和CL沿大致水平方向进行照明，如箭头123、124和125所示的。LED簇1L、2L、3L和4L垂直向下照明，如箭头126、127、128和129所示的。LED照射到由玻璃、或透镜聚合物、塑料等制成的光导或光扩散器121中。光导散布光并在面板上将其扩展。LED簇的放置和及其强度可被修改以在面板中获得更大的光均匀性。例如，LED簇DL、EL和FL的阵列可被添加在垂直右侧，和/或LED簇5L、6L、7L和8L的阵列可被添加在水平底侧。为了使区域A1和区域B2处的光强度保持大致相等，对LED AL和LED 1L的驱动可以是相应地经修改的LED BL和LED 2L。
图4图解了根据本发明的一个实施例的具有导光面板130的LEDBK 150。导光面板130的边缘可被形成为类似发散透镜140和141以将来自LED的光扩展到光导中。如果仅使用7个LED簇，在与LED簇的位置相对应的区中形成透镜光聚集和散布形状。镀层反射镜130和131被设置在LED的相对侧，以使得光可被反射回光导面板，如箭头132和133所示的。
根据本发明的示教，可针对使用7个LED的LEDBK的12个区域控制不同的光亮度和不同的色彩。在较大的显示器中，使用阵列配置的LED的优点将更显著。例如，限定10行和15列的显示器在矩阵配置下将需要150个LED簇。然而，在如上所述的阵列配置下可使用少至25个LED簇。如果LED簇被添加到右底侧，则将仅需要50个LED簇，这是在矩阵配置下所需的LED簇的1/3。
图5图解了根据本发明的一个实施例的矩阵配置的12个LED簇(Xn-2，Ym-1)到(Xn+1，Ym+1)的阵列。为LEDBK面板上限定的12个区域设置这12个LED簇。每个区域具有RGB LED。每个LED被连接到与其坐标相对应的列线和行线。
图6图解了根据本发明的一个实施例的图5中矩阵配置的一部分200。为每条线设置驱动器以提供电流/电压。例如，分别为线Xn-2、Xn-1和Xn设置行驱动器202、204和206。
图7图解了根据本发明的一个实施例的与驱动图5中12个LED簇相关联的波形。如图所示，按顺序首先对LED簇(Xn-2，Ym)、之后对(Xn-2，Ym-1)、随后对(Xn-2，Ym)、以及随后对(Xn-2，Ym+1)供电。行驱动器202将连接到线Xn-2的所有LED簇阳极驱动至VMAX，以实现全部三种色彩。一旦被实现，施加于IRed Ym、IBlue Ym或IGreen Ym的电流就将接通簇中的各个LED。LED的实际光输出与相应Ym的陷获的电流成比例。
图8图解了根据本发明的一个实施例的用于在显示面板上生成图像的信号。在本实施例中，LCD面板的相同合成视频信号被用于形成LEDBK所需的驱动信号。LCD面板控制电路可利用LEDBK的可变光输出能级和色彩来改善观测到的对比度、色彩亮度并且还减小整体背光功耗。
图9示出了用于形成图6中所示的信号的解码器电路300的框图。Xn扫描变换器302形成与在LCD面板上显示的图像相对应的行定时信号，以使得LCD所需的亮度和色彩信息与正确的LED簇相匹配。红色、绿色和蓝色视频输入信号被提供给Xn扫描变换器302。红色视频输入信号被提供给处理器304，处理器304将电流输出到红色LED。绿色视频输入信号被提供给处理器306，处理器306将电流输出到绿色LED。蓝色视频输入信号被提供给处理器308，处理器308将电流输出到蓝色LED。相应的红色、绿色和蓝色LED列的可变电流输出不仅提供亮度还提供由观看者感知的色彩。在最简单的实现中，LED背光与LCD面板之间可存在一一对应。在更加节省成本的解决方案中，其可表明可通过利用人眼所具有的对光敏感的杆状细胞比对色彩敏感的锥状细胞多大致10倍以上这个事实来针对给定LCD像素的数目将LED簇的数目减少10倍。
已根据特定实施例描述了本发明。如本领域技术人员将理解的，以上所描述的实施例可被修改或改变而不背离本发明的范围。

Claims (16)

1.一种显示设备，包括：
显示面板；
背光面板，其被设置在所述显示面板之下并限定多个区域；
沿第一方向设置的发光二极管(LED)的第一阵列，所述第一阵列的每个LED被耦合至第一线；
耦合至所述第一线的驱动器，用于驱动耦合至所述第一线的所述LED；以及
沿第二方向设置的LED的第二阵列，所述第二阵列的每个LED被耦合至第二线，
其中由所述背光面板限定的所述区域的照明状况是通过接通或关闭所述LED来控制的。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个区域限定了具有X数目的行和Y数目的列的区域矩阵。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个区域具有至少一个LED。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个区域具有至少一个LED簇。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，每个LED簇包括红色、绿色和蓝色LED。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，至少一个LED簇具有RGBB或RGBYC。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，至少一个LED簇具有四个或更多LED。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，至少一个LED簇具有五个或更多LED。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个区域具有至少一个LED，其中多个区域包括设置在外围的第一区域和设置在靠近所述背光面板的中心的第二区域，其中所述第一区域和所述第二区域具有不同的LED配置。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二区域被设置成比所述第一区域每区域有多个LED。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
导光面板，其被形成为扩展由与所述第一阵列相关联的所述LED发射的光。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光导面板在与设置所述第一阵列相对的侧面上具有反射表面。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述光导面板和所述背光面板是相同的。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
沿所述第一方向设置的LED的第三阵列，其中所述第一阵列邻近所述背光面板的第一侧来设置，而所述第三阵列邻近述背光面板的第二侧来设置，所述第二侧在与所述第一侧的相对侧上。
15.一种发光二极管(LED)的阵列，所述阵列包括：
沿显示设备的背光面板的第一方向设置的发光二极管(LED)的第一阵列，所述第一阵列的每个LED被耦合至第一线；
耦合至所述第一线的驱动器，用于驱动耦合至所述第一线的所述LED；以及
沿第二方向设置的LED的第二阵列，所述第二阵列的每个LED被耦合至第二线，
其中所述LED被编组在至少三个LED的簇中。
16.如权利要求15所述的阵列，其特征在于，所述至少三个LED包括红色、绿色和蓝色LED。
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