CN101542377B - 减色显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示器(10)，其包括由至少两个不同的颜色吸收像素(18)层(14)构成的垂直叠层。该显示器的特征在于这些层中至少两个层的像素分辨率是不同的。本发明还涉及一种包括这种显示器的显示系统(50)以及一种用于控制这种显示器的方法。

Description

减色显示器

技术领域

本发明涉及一种包括由至少两个不同的颜色吸收层组成的垂直叠层的显示器。

本发明还涉及一种包括这种显示器的显示系统以及一种用于控制这种显示器的方法。

背景技术

US2002/0171620公开了一种包括由至少两个不同的颜色吸收层组成的垂直叠层的显示器的实例。更准确地讲，US2002/0171620涉及一种结合背光的透射彩色电泳显示器。该显示器具有多个横向相邻的像素。每个像素由两个或多个单元组成，这些单元相互直接垂直堆叠。叠层中的每个单元还具有横向相邻的类似单元，它们共同构成了该显示器中的单元层。这些单元包含透光流体和能够吸收一部分可见光谱的带电颜料颗粒，其中叠层中的每个单元包含具有与该叠层中的其它单元中的颗粒不同颜色的颗粒。像素的颜色是由来自背光的、从每个单元在该叠层中来回移动的产生的累积效果中保存下来的那部分可见光谱确定的，因此称作减色显示器。适用于US2002/0171620中显示器的单元颜色包括青色(C)、品红色(M)和黄色(Y)，从而得到了三层显示器。在CMY中，品红色加上黄色产生了红色，品红色加上青色产生了蓝色，并且青色加上黄色生成了绿色。由该单元内颜料颗粒的位置和颜色来控制被每个单元透射的光的量和颜色。而通过向该单元的电极施加适当的电压来引导位置。当颜料颗粒位于光进入该单元的路径中时，这些颗粒吸收该光的选定部分，并且其余的光透过该单元。当颜料颗粒基本上从光进入该单元的路径中移除时，该光能够穿过该单元并且在没有显著的可见变化的情况下射出。因此，由观察者看到的光的颜色/光谱取决于垂直叠层中每个单元中的颗粒分布。因为该叠层中每个单元占据与像素本身相同的横向区域，所以透射效率能够比依赖于子像素的并排设置以生成颜色的解决方案的透射效率高得多。

然而，US2002/0171620中公开的显示器的问题在于，由于需要在各个单元层中精确垂直对准单独的像素并且需要使中间透光窗口的厚度最小化以避免像素之间的颜色串扰，因此这种显示器难以制造。

发明内容

本发明的目的是克服或者至少减轻上述问题，并且提供一种改进的减色显示器。

利用根据所附权利要求所述的一种显示器、一种包含这种显示器的显示系统以及一种用于控制这种显示器的方法实现了通过以下描述将变得明显的这个及其他目的。

根据第一个方面，提供了一种包括由至少两个不同的颜色吸收像素层构成的垂直叠层的显示器，其特征在于这些层中至少两个层的像素分辨率是不同的。

本发明基于以下理解：在不显著影响观察者观察到的显示输出的情况下，能够降低一些层的分辨率，这是因为人的视觉对于亮度细节比色度细节更敏感。因此，包含确定色度的(多个)颜色的层能具有比包含确定亮度的(多个)颜色的层更低的分辨率。例如，包含青色和/或黄色的层能够具有比包含品红色的层更低的分辨率。人眼对于蓝色和红色相比绿色具有更低的分辨率敏感度(更少的锥体)，蓝色和红色分别是由黄色和青色控制的，同时人眼(即柱)相对于亮度能够观察到高分辨率，这主要是由品红色控制的。能够使用较低像素分辨率的层非常有助于显示器的制造。

通过实验证实，青色像素与品红色像素的面积比可以为例如4∶1(即青色像素面积是品红色像素面积的4倍，或者换句话说，青色像素分辨率是品红色像素分辨率的1/4)，而黄色像素与品红色像素的面积比能够达到16∶1(即黄色像素的面积达到品红色像素面积的16倍，或者换句话说，黄色像素分辨率是品红色像素分辨率的1/16)。即，例如，针对一个黄色像素，存在4个青色像素和16个品红色像素。

优选地，具有最低分辨率的层是放置在该显示器观察侧的顶层，并且具有更高分辨率的层逐渐向下放置在该叠层中。因此，具有最高分辨率的层成为底层。这减少了像素之间的视差影响和串扰。

在该显示器的优选实施例中，顶层包括黄色，中间层包括青色并且底层包括品红色，其中底层具有比中间层更高的分辨率，而中间层具有比顶层高的分辨率。这种显示器的优点在于如上所述的制造简单并且串扰减少。可替代地，该顶层可以包括黄色和青色，由此可以省略中间层，这又减少了失准(两个层而不是三个层)和显示器厚度。能够将纯黑色添加到品红层中或者专用附加层中。

而且，至少一个层能够设有光屏蔽，以用于覆盖所述至少一个层的像素中的聚集区域。该聚集区域是当像素处于其透明状态时，该像素中容纳彩色颗粒的区域。另外，该光屏蔽用于确保聚集区域的颜色不会根据像素状态改变。该光屏蔽可以是独立的或者由该聚集区域的聚集电极形成。优选地，对于具有品红色、青色和黄色层的显示器而言，仅在品红色层中提供光屏蔽，这是因为该品红色层应当具有最高的分辨率。然而，可以在全部三个层中提供光屏蔽。

而且，像素的形状能够为正方形和六边形之一。正方形像素是一种直接的方法。然而，将六边形像素设置成蜂窝图案的布置使得显示对角线更容易，缩放的可见性可能会更差，特别是因为品红色像素能够精确地放置在每个青色和黄色像素的中心，并且任何光屏蔽的可见性可能会更差，这是因为不同层的聚集区域未像利用正方形像素的方法中那样相同程度地垂直对准。

根据本发明的显示器可以是反射或者透射型显示器。如果是后者，则该显示器优选地与背光集成。而且，根据本发明的显示器可以是电泳、电湿润或者电致变色显示器。

根据另一个方面，提供了一种包括根据以上描述的显示器的显示系统，以及适于接收视频信号、依照显示层的分辨率缩放该视频信号以及依照缩放后的图像信号控制该显示器的控制单元。这个方面与前面讨论过的本发明那些方面具有类似的优点。

缩放用于使全部颜色具有相同分辨率的典型源视频(例如RGB)信号适于具有不同分辨率的颜色吸收层的本发明的显示器。例如，通过在一组较高分辨率像素(例如品红色像素)上平均一个或多个较低分辨率像素(例如青色或黄色)的缩放特性就能够实现这种缩放。缩放特性可以是光学密度、亮度、位电平等。

根据又一个方面，提供了一种用于控制根据以上描述的显示器的方法，该方法包括接收视频信号、依照显示层的分辨率缩放该视频信号，以及依照缩放后的视频信号控制该显示器。这个方面具有与前面讨论的本发明的那些方面类似的优点。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的实例，在附图中：

图1a是根据本发明的一个实施例的具有三个颜色吸收层的显示器的侧截面图；

图1b是图1a的显示器的顶视图；

图2a-2b是图1a-1b的显示器中的示例性像素的侧截面图；

图3a是根据本发明的另一个实施例的具有两个颜色吸收层的显示器的侧截面图；

图3b是图3a的显示器的顶视图；

图4a-4b是图3a-3b的显示器中的示例性像素的侧截面图；

图5是根据本发明实施例的显示系统的原理框图；

图6a-6b是根据本发明实施例的显示器控制方法的流程图；

图7是示出可替代的像素形状和布局的顶视图。

应当注意，这些附图是示意性的并且未按比例绘制。在这些附图中，出于清楚和方便的目的，所显示的这些附图各个部分的相对尺寸和比例在尺寸上进行了放大或缩小。

具体实施方式

图1a-1b示出根据本发明实施例的减色电泳显示器10。该显示器10包括三个垂直堆叠的层14a、14b和14c。在该叠层的背面提供了元件16。在反射型显示器的情况下，该元件16优选地为反射器。在透射型显示器的情况下，该元件16优选地为诸如背光的光源。

该叠层的每个层14包括在该层中并排设置的多个像素18。图2a-2b中更详细地示出示例性像素18。该像素18包括至少一个可寻址电极，这里由聚集电极20示出。该电极20例如能够设置在像素18的上角处，如图2a-2b所示。可替代地，该电极20能够沿着像素的侧壁设置。该像素18还具有可以在该像素18内移动的带电颜色吸收颗粒24的悬浮液。通过适当地改变电极20的电压，该像素18能够在分布或吸收状态(图2a)与聚集或透明状态(图2b)以及几个中间状态之间切换。在分布状态下，未向电极20施加电压，并且颗粒24能够在覆盖了该像素18大部分水平区域的观察区域26中大体均匀地分布在整个像素18内。根据像素18中颗粒24的颜色，可以吸收该状态下穿过该像素18的部分光。例如，在品红色颗粒并且入射白光的情况下，吸收白光的波长，使得来自该像素18的光向观察者呈现品红色。另一方面，在聚集状态下，向电极20施加电压(例如，对正颗粒24施加负电压或者对负颗粒24施加正电压)，由此电极20将颗粒24吸引到覆盖该像素18水平区域的有限部分的聚集区域28。在这种状态下，像素18基本上是透明的，并且照射到像素18上的任何光将实际上未改变地穿过该像素。此时，电极20起到覆盖聚集区域28的光屏蔽的作用，从而使得所观察到的该聚集区域28的颜色不会根据像素状态改变。为此，电极20优选地是黑色的。可替代地，可以提供专用的光屏蔽。在中间状态(未示出)下，聚集部分颗粒24并且分散部分颗粒24。为了避免在像素中施加的电压不会在其它像素中产生干扰场线，应当适当选择该像素的衬底、电极、悬浮液或者其它元件的介电常数和导电率。而且，可以提供附加的电极来增强颗粒的可控性。

返回到图1a-1b，显示器10的底层14a包括品红色，即层14a中的像素18a包括品红色颗粒。而且，该中间层14b包括青色，并且位于显示器10观察侧的顶层14c包括黄色。通过适当地切换不同层14a、14b和14c中的像素20的状态，能够获得被观察者察觉的各种输出颜色。即，像素18某个叠层的颜色是由从穿过每个层14的累积效果中存留的输入光的可见光谱部分决定的(减色显示器)。

以下的表1中列出了基于白光的输入并且取决于层14a、14b和14c的不同状态的各种输出颜色。在表1中，“-”表示透明状态，“X”表示吸收状态，“W”表示白色，“M”表示品红色，“C”表示青色，“Y”表示黄色，“B”表示蓝色，“R”表示红色，“G”表示绿色，并且“K”表示黑色。表1中列出的方案通常称作CMYK颜色模型，其中C是青色、M是品红色、Y是黄色并且K是黑色。

表1

黄色层14c

-

-

-

X

-

X

X

X

青色层14b

-

-

X

-

X

-

X

X

品红色层14a

-

X

-

X

X

X

-

X

输出颜色

W

M

C

Y

B

R

G

K

根据本发明，不同的层14a、14b和14c具有不同的像素分辨率。在图1的实施例中，青色像素18b与品红色像素18a的面积比为4∶1，而黄色像素18c与品红色像素18a的面积比为16∶1。即，对于一个黄色像素18c而言，存在4个青色像素18b以及16个品红色像素18a。在图1b中，用点状线示了品红色像素18a，用虚线表示了青色像素18b，以及用实线表示了黄色像素18c。

尽管青色和黄色分辨率较低，但是如上所述，显示器10具有与其中所有层具有相同分辨率的常规显示器类似的性能。能够使用具有较低像素分辨率的层非常有助于显示器10的制造。

通过根据分辨率对该叠层中的各层14进行分类实现了其它优点，其中最低的分辨率(此处为黄色层14c)位于顶部并且具有最高分辨率的层(此处为品红色14a)位于底部。这减少了像素之间的视差效应和串扰。即，在所有层具有相同分辨率的常规显示器中，“倾斜”光束非常有可能来回地穿过不同的像素(在反射显示器中)，从而导致视差效应和像素串扰。然而，在本发明的显示器中，因为顶部像素比底部像素大，所以减小了光束来回地穿过不同像素的可能性。这由示例性光线轨迹32表示，其来回穿过相同的黄色像素18c。

优选地仅在品红色层14a中提供上述专用的光屏蔽，这是因为品红色层14a具有最高的分辨率。然而，可以在全部三个层14a-c中提供光屏蔽。

图3a-3b示出根据本发明另一个实施例的减色电泳显示器10。与图1a-1b的显示器相反，该显示器仅包括两个层14，其中顶层14bc包括黄色和青色，而底层14a包括品红色。这在层14bc中产生了不同的像素设计。图4a-4d中更详细地描述示例性像素18bc。该像素18bc包括两个可寻址聚集电极20b和20c。电极20b和20c优选放置在像素18bc的上部相对角落处。可替代地，它们可以沿着像素18bc的相对侧壁22放置。除了在至少一个其它属性中不同的颜色之外，像素18bc的悬浮液还包括青色和黄色颗粒24b和24c。在这个实例中，青色颗粒24b具有正电荷和高移动性，而黄色颗粒24c具有负电荷和低移动性。通过适当改变电极20b和20c的电压Vb、Vc(电压电平、持续时间等)，该像素18bc能够在至少四种状态之间切换。在第一状态下(图4a)，Vb＝-V并且Vc＝+V，由此电极20b将青色颗粒24b吸引到聚集区域28b，并且电极20c将黄色颗粒24c吸引到聚集区域28c。在这种状态下，像素18bc基本上是透明的，并且照射到该像素18bc上的任意光将实际上未改变地穿过它。然后，场反转。如果脉冲短，则观察区域26将被仅仅沿着基本上平面内方向朝电极20c移动的快速青色颗粒24b占据(图4b)，同时较慢的黄色颗粒24c仍然位于聚集区域24c或者接近该聚集区域24c。在这种第二状态下，如果输入白光，则像素18bc将向观察者呈现青色(参见以上的表1)。另一方面，如果脉冲长，则快速的青色颗粒24b将在聚集区域24c处聚集(图4c)，同时观察区域26将仅被较慢的黄色颗粒24b占据。因此，在这种第三状态下，该像素18bc将向观察者呈现黄色。最后，通过应用中间脉冲连同AC“振动”或者其它手段来促进颗粒的布朗运动(防止粘连)，可以获得混合状态，其中所有颗粒24b和24c在观察区域26中分布在整个像素18bc中。在这种第四状态下，像素18bc将向观察者呈现绿色。可选地，每个电极20可以设有如上所述的光屏蔽(未示出)。为了避免像素中施加的电压未在其它像素中产生干扰场线，应当适当选择该像素的衬底、电极、悬浮液或者其它元件的介电常数和导电率。而且，除了极性和移动性之外能够用于控制每个单元中不同颜色颗粒的其它属性包括电荷量级、阈场、双稳态或者其组合。而且，可以提供附加的电极来增强不同颜色颗粒的可控性。

返回图3a-3b，根据本发明，顶部青色和黄色层14bc具有比品红色层14a更低的像素分辨率。在示例性显示器中，青色和黄色像素18bc与品红色像素18a的面积比是4∶1。换句话说，对于一个青色和黄色像素18bc而言，存在四个品红色像素18a。因此，图3a-3b中的黄色像素与品红色像素的面积比小于图2a-2b中的面积比(4∶1相对于16∶1)。在图3b中，用点状线示出品红色像素18a，并且用实线示出青色和黄色像素18bc。如上所述，尽管分辨率降低，但是显示器性能是完全。

图3a-3b的显示器还具有与上述图1a-1b的显示器相似的优点，即制造简单、视差减小以及串扰减少。此外，图3a-3b的显示器能够被制作得更薄，因为省略了一个层。而且，仅需堆叠和对准两个层而不是三个层，这减少了失准的风险。

在以上所示的两个显示器实施例中，能够添加纯黑色。希望添加纯黑色的一个原因是青色、品红色和黄色颜料的混合物不会生成纯黑色，而是暗黑色。添加纯黑色的简单方法是包括具有包含黑色颗粒的像素的附加层。在另一种方法中，在结合图4a-4d所公开的类型的像素中引入带有不同电荷的品红色和黑色颗粒。这种像素的层可以用于以上所示的两个显示器实施例中。因为黑色决定亮度，所以其应当具有高分辨率，优选具有与以上的品红色相同的分辨率。

如图5所示，有利的是在显示系统50中包含本发明的显示器10，除了显示器10之外该显示系统还包括与该显示器相连的显示控制单元52。将结合图6a和6b描述用于CMY显示器10的控制单元52的示例性操作。

图6a是用于控制显示器10的第一方法的流程图，有利的是由显示控制单元52来执行该方法。在步骤54a中，接收常规的数字红色、绿色和蓝色(RGB)视频信号，该视频信号表示将要显示在显示器10上的图像。在常规的数字RGB视频信号中，所有颜色典型地具有相同的分辨率。在步骤56a中，将伽马函数应用于接收到的RGB信号，从而在亮度域中产生R、G和B分量。然后在步骤58a中，将R、G和B分量转变为C、M和Y信号。例如，该转换可以是C＝1-R，M＝1-G，Y＝1-B。可替代地，能够使用查询表或者其它已知的转换方法。然后，在步骤60a中应用缩放函数，其中根据相应层的分辨率缩放C、M和Y信号，从而生成信号C’、M’和Y’。应当注意，因为品红色一般具有最高的分辨率，所以其通常不会由于缩放而变化，在这种情况下M’＝M。对于缩放，可以使用任何已知的适当方法，例如平均、低通滤波或者拉格朗日内插法。而且，适当的方法可以使用整个视频图像的较小或较大的子集。然后基于C’、M’和Y’信号计算驱动信号VC、VM、VY(步骤62a)。用于计算驱动信号的各种方法本身是已知的，并且能够在本发明中应用。驱动信号例如可以由(电压或者电流)脉冲高度、脉冲持续时间、占空比、频率或其组合表示，这取决于该显示器的驱动方法。最后，在步骤64a中，根据算得的驱动信号VC、VM、VY控制显示器10.

图6b是用于控制显示器10的第二方法的流程图，有利的是由显示控制单元52执行该方法。在步骤54b中，接收常规的数字红色、绿色和蓝色(RGB)视频信号。在步骤56b中，应用伽马函数，从而在线性亮度域中生成R、G和B分量。然后在步骤57b中将该R、G和B分量转换到光学密度域。通常由ODX＝-log(x)给出该光学密度OD，其中X是线性亮度域中的值。然后，例如利用矩阵运算或者查询表，将R、G和B的光学密度转换为C、M和Y的光学密度(ODC、ODM、ODY)(步骤58b)。然后，在步骤60b中应用缩放函数，其中根据相应层的分辨率缩放C、M和Y的光学密度，从而生成ODC’、ODM’、ODY’。如上所述，ODM’通常等于ODM。在示例性缩放运算中，通过将原始视频图像中的16个像素的黄色光学密度平均化，获得黄色像素的光学密度，该黄色像素比品红色像素大16倍。因此，驱动信号VC、VM、VY是基于缩放后的C、M和Y光学密度的所计算而得的信号(步骤62b)。最后，在步骤64b中，根据算得的驱动信号VC、VM、VY控制该显示器10.

以上方法的变化包括省略伽马函数(步骤56)、在缩放之后从RGB转换为CMY、在CIELab域或者其它类似的适当域中缩放(并且在缩放之前和/或之后进行相应的转换)等。在其它变化中，可以不同于RGB地对源视频信号进行编码，例如编码为亮度/色度码(例如YUV)或者直接编码为CMY。在后一种情况下，能够省略以上的RGB到CMY的转换，并且能够在CMY域(位电平、线性亮度或者光学密度)中的一个域中直接进行缩放。

取代如图1b和3b所示的使用具有正方形水平横截面的像素的简单方法，有利的是可以使用具有设置为蜂窝图案的六边形像素18的布置，如图7所示。与利用正方形像素的方法相比，这种设计在制造上可能稍有些困难，但是其必然使得显示对角线更加容易。而且，缩放可能是不容易看见的，特别是因为品红色像素18a能够精确放置在每个青色像素18b和黄色像素18c的中心。而且，任何光屏蔽可能是不容易看见的，因为不同层的聚集区域未以与如利用正方形像素的方法中相同程度而垂直对准。

本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求范围内，许多修改和改变都是可能的。例如，尽管已经描述了电泳显示器，但是利用具有不同像素分辨率的不同层的本发明方案同样能应用于其它显示器，例如电湿润或者电致变色显示器。这些显示器本身是已知的。而且，尽管已经描述了CMY/CMYK显示器，但是利用具有不同像素分辨率的不同层的本发明方案同样能够用于具有不同原色的显示器，例如青色-黄色-黑色显示器或者青色-橙色-黑色显示器，其中决定亮度的黑色应当具有比青色和黄色/橙色更高的分辨率。

尽管在附图和前面的描述中已经详细阐释和描述了本发明，但是这些阐释和说明被认为是说明性或者示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。在实践所要求保护的发明的过程中，本领域技术人员通过研究附图、公开和所附权利要求，能够理解并实现对所公开的实施例的改变。在权利要求中，文字“包括”不排除其它元件，且不定冠词“一”或不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述了某些措施，这个起码的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种显示器(10)，包括至少两个不同的颜色吸收像素(18)层(14)的垂直叠层，其中所述至少两个不同的颜色吸收像素(18)层(14)的垂直叠层包括：

包含黄色的层，其为设置在该显示器观察侧的顶层(14c)，

包含青色的层，其为中间层(14b)，以及

包含品红色的层，其为设置在该叠层相对侧的底层(14a)，

其中该底层具有比中间层更高的分辨率，并且中间层具有比顶层更高的分辨率。

2.一种显示器(10)，包括至少两个不同的颜色吸收像素(18)层(14)的垂直叠层，其中所述至少两个不同的颜色吸收像素(18)层(14)的垂直叠层包括：

包括黄色和青色的顶层(14bc)，以及

包括品红色的底层(14a)，其设置在该显示器观察侧，

其中该底层具有比顶层更高的分辨率。

3.根据权利要求1或2所述的显示器，其中具有最低分辨率的层是设置在该显示器观察侧的顶层，同时具有更高分辨率的层逐渐向下放置在该叠层中。

4.根据权利要求1或2所述的显示器，其中至少一个层设有用于覆盖所述至少一个层的像素中的聚集区域的光屏蔽。

5.根据权利要求4所述的显示器，其中仅在该包括品红色的层(14a)中提供光屏蔽。

6.根据权利要求1或2所述的显示器，其中像素形状是正方形和六边形之一。

7.根据权利要求1或2所述的显示器，其中该显示器是电泳、电湿润或者电致变色显示器。

8.一种显示系统(50)，包括：根据权利要求1-7中任一项所述的显示器(10)；以及控制单元(52)，其适用于接收视频信号、根据显示层的分辨率缩放视频信号以及根据缩放后的输入视频信号来控制显示器。

9.根据权利要求8所述的显示系统，其中该控制单元适于通过在一组较高分辨率像素上将一个或多个相应的较低分辨率像素的缩放特 性平均化来缩放视频信号。

10.根据权利要求9所述的显示系统，其中该缩放特性是光学密度、亮度和位电平之一。