CN101589422A - 颜色控制的背光式显示设备 - Google Patents

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Abstract

描述了用于颜色控制的背光式显示设备(100)的设备和方法，所述设备和方法采用了反馈检测的颜色值，该颜色值经过处理以便等于显示器的输出光。所述设备包括：多个光源(103)；光输出单元(101)，其包括显示元件(106)、第一颜色再现光学元件(105)；颜色控制单元(104)；第一光混合设备(102)；以及光检测单元(107)，其包括颜色传感器(108)。所述颜色控制单元根据标称预定义颜色值和检测的颜色值控制通过所述光源产生的光，其中该产生的光由所述第一光混合设备混合并且穿过所述光输出单元。该经过混合的产生的光的小部分由所述光检测单元检测，其产生反馈给所述颜色控制单元的所述检测的颜色值。所述光检测单元还包括第二颜色再现光学元件(109)，其用于处理进入所述颜色传感器的光以便等于离开所述光输出单元的光。

Description

颜色控制的背光式显示设备
技术领域
本发明总体上涉及用于LCD显示器或其他电子显示器的背光系统，更特别地，涉及颜色控制的背光式显示设备。
背景技术
未来的液晶显示器(LCD)背光系统将很可能基于饱和的基色以便扩大下一代LCD显示器的色域。发光二极管(LED)对于这种类型的背光照明是有利的，这部分是因为它们的低功耗和低电源电压，但更重要的是因为产生的光的相对较窄的色谱(在非白色时)。
存在几种已知的利用LED产生背光的思想。一种是直接的转换，其中将来自多个单色LED(RGB、RGBA和RGCBA，其中R代表红色、G代表绿色、B代表蓝色、A代表琥珀色并且C代表青色)的光混合，得到白色光。另一种思想是磷光体转换，其中利用磷光体涂敷蓝色或紫外(UV)芯片以便发射白色光。该磷光体转换方法最常见的是基于蓝色LED。当与黄色磷光体(通常为掺杂了铈的钇铝石榴石或YAG:Ce)相结合时，光在人眼看来呈现白色。另一种方法使用在光谱的近UV范围发射的LED，所述近UV光用来激发多色磷光体以产生白色光。
这些思想中的每一种都有其特定的优点和缺陷。由于LED的颜色随着例如面元(bin)、温度和电流而变化，因而所有的思想都要求精确的颜色控制。
现有技术公开了若干颜色控制系统。US7002546B1公开了一种颜色控制的背光式显示设备，其具有背光式LCD显示元件以及根据亮度和色度的颜色值控制产生的光的颜色控制单元。来自LED的产生的光利用内部检测器来检测，该内部检测器位于和LED相同的印刷板上并且连接到处理器和控制单元。在光穿过混合设备并且然后进一步被引导到LCD光输出设备之前，控制单元针对亮度和色度调节该产生的光。通过将光检测器置于显示设备内，所产生的光的检测的颜色值仅包含有关内部变化参数(例如LED温度和电流)的信息。没有有关LCD光输出设备的实际输出光的信息反馈到控制单元。因此，这使得所述控制单元的调节是盲目的，没有考虑到因为例如LCD光输出设备的老化而改变产生的光。
发明内容
本发明的目的是至少部分地缓解现有技术的上述缺陷。
这个目的是通过如权利要求1所限定的依照本发明的颜色控制的显示设备以及通过如权利要求9所限定的控制背光式彩色显示设备中的光产生的方法来实现的。
因此，依照本发明的第一方面，颜色控制的背光式显示设备包括：光输出单元，其包括显示元件和第一颜色再现光学元件；多个光源；颜色控制单元；第一光混合设备；以及包括颜色传感器的光检测单元。颜色控制单元根据标称预定义颜色值和检测的颜色值控制通过所述多个光源产生的光。该产生的光由第一光混合设备混合并且穿过光输出单元。该经过混合的产生的光由光检测单元检测，其产生所述检测的颜色值。光检测单元还包括第二颜色再现光学元件，其用于处理进入颜色传感器的光以便等于离开光输出单元的光。
通过处理部分产生的光以便等于离开光输出单元的光，颜色控制单元接收由观察者看到的所产生的光的真实感(realistic)颜色值。这提供了如下的优点，即不仅例如产生光的光源的温度和电流的变化和/或面元划分效应(binning effect)引起的颜色变化包含在反馈给颜色控制单元的所产生的光的检测的颜色值中，而且光输出单元的颜色再现光学元件造成的颜色值改变效应的预测也包含于其中。现有技术中忽略的事实在于，光输出单元中的颜色再现光学元件将由于例如这些光学元件的老化、这些光学元件与光源之间的相互作用等而影响显示器的输出光。
应当指出的是，在本申请中，所述颜色值是与输出光的颜色或颜色特性有关的任何种类的有用的值。本领域技术人员应当能够确定什么种类的值是有用的，但一些实例是所产生的光的色温、R、G和B滤波强度值等等。
依照如权利要求2所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，第一光混合设备被延展以便将经过混合的产生的光引导到第二颜色再现光学元件。因此，可以以有利的方式定位包括第二颜色再现光学元件的内部光检测器单元。因此，降低了检测由于光检测单元的不当定位而引起的所产生的混合光的错误表示的风险。
依照如权利要求3所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，第一和第二颜色再现光学元件是相同的。这确保了处理部分产生的光的操作导致显示设备的光输出的真实感预测。“相同”在这里应当被理解为意味着这些颜色再现元件以相同的方式处理光，并且典型地具有相同类型的部分。然而，本领域技术人员应当清楚的是，其典型地并不意味着第二颜色再现元件的尺寸等于第一颜色再现元件的尺寸。相反地，第二颜色再现元件的尺寸典型地只是第一颜色再现元件的尺寸的小部分。
依照如权利要求4所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，所述颜色传感器是内部真彩色RGB传感器和内部XYZ传感器之一。
依照如权利要求5所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，所述颜色传感器是具有显著分辨率的光学分光计。
依照如权利要求6所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，进一步处理以便使得到达所述颜色传感器的光类似于观察者看到的来自该显示设备的实际光输出是借助于第二光混合设备实现的。所述第二颜色再现光学元件和所述颜色传感器设置在该第二光混合设备的相对侧。
依照如权利要求7所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，第一和第二颜色再现光学元件是颜色滤波器。
依照如权利要求8所限定的颜色控制的背光式显示设备的实施例，第一和第二颜色再现光学元件是磷光板。
依照本发明的第二方面，如权利要求9所限定的控制背光式彩色显示设备中的光产生的方法包括步骤：
-产生彩色光，
-混合所产生的光，
-在第一光路中对该经过混合的产生的光的主要部分进行颜色再现处理并且输出该处理的光作为输出光，以及
-根据标称预定义颜色值和检测的颜色值控制所述彩色光的产生，
其中所述控制步骤包括重复地：
-在第二光路中对所述经过混合的产生的光的小部分进行颜色再现处理以便等于所述输出光，
-检测在所述第二光路中的该处理的经过混合的产生的光，以及
-产生检测的颜色值，
-将该检测的颜色值与所述标称预定义颜色值进行比较，并且如果该检测的颜色值和所述预定义颜色值不匹配，那么：
-调节所产生的彩色光以便使该检测的颜色值与所述标称预定义颜色值匹配。
通过执行依照本发明这个方面的方法的步骤，于是可以以一定的方式管理显示设备的颜色控制，在该方式中，在内部处理所产生的光的一部分以便等于来自该显示设备的输出光，从而考虑到该显示设备的光输出单元对所产生的光的影响。
上面的以及另外的目的、优点和特征根据以下描述的实施例是清楚明白的并且将参照这些实施例进行阐述。
附图说明
下面将参照示意性附图更详细地描述本发明以及它的许多优点，所述附图出于说明的目的示出了一些非限制性实施例，并且其中：
图1为依照本发明的显示设备的框图；
图2为根据依照本发明的显示设备的实施例的LCD背光设备的截面；
图3为依照所述显示设备的另一实施例的远磷光体(remote-phosphor)LCD背光设备的截面；
图4为依照本发明的控制背光式彩色显示设备中的光产生的方法的简化流程图。
所有附图都是高度示意性的并且不一定按比例绘制。它们仅仅示出阐述本发明所需的部分，而其他部分则被忽略或者仅仅给出暗示。
具体实施方式
图1示出了依照本发明的颜色控制的背光式显示设备的总体结构。显示设备100包括多个光源103以及连接到光源103以便根据预定义的标称颜色值和检测的颜色值控制发射的光的颜色控制单元104。颜色控制单元104包括用于单独地驱动光源103的装置。
显示设备100还包括置于光源103之前的光混合设备102，其用于混合产生的光并且用于将产生的光引导到光输出单元101。
光输出单元101包括第一颜色再现光学元件105和显示元件106，这些元件(即105和106)可以被设置成或者颜色再现元件105面向光混合设备102，或者显示元件106面向光混合设备102，这取决于显示设备100中采用了何种特定的光产生思想。
产生的光穿过光输出单元101并且得到显示设备100之前的观察者看到的输出光。显示设备100还包括内部光检测单元107，其设置在显示设备100的内部，与光混合单元102连接，用于检测来自光混合设备102的部分混合光。
光检测单元107连接到颜色控制单元104。
为了检测如观察者所看见的产生的输出光的真实度量，检测单元107包括颜色传感器108以及用于处理进入颜色传感器108的光以便等于输出光的第二颜色再现光学元件109。光检测单元107产生所述检测的颜色值，并且该检测的颜色值随后作为所述产生的混合光的反馈颜色值提供给颜色控制单元104。
颜色控制单元104包括用于比较所述检测的颜色值和所述预定义标称颜色值的装置，所述装置例如是比较器电路110。如果所述标称颜色值和检测的颜色值不相符，那么颜色控制单元104将相应地调节光源103的驱动信号以便消除该差异。
依照如图2所示的颜色控制的背光式显示设备200的第一实施例，其中仅示出了该显示设备的截面的下部，该显示设备200利用了基于RGB滤波器以及多个作为光源的磷光体转换LED(pcLED)203a-203x的光产生思想。产生的光在置于光源203与光输出单元201之间的光混合光导(即漫射光导202)中混合并且均匀化。该混合光的主要部分穿过光输出单元201。在这个实施例中，光输出单元的显示元件是LCD像素矩阵205并且颜色再现光学元件211包括RGB滤波器206。
所述产生的混合光的一部分输入到光检测单元207以便向颜色控制单元104(其未在图2中示出)提供反馈值。在这个实施例中，漫射光导202被延展，以便将产生的混合光的一部分引导到光检测单元207。延展的形式针对光检测单元的特定定位而被定制。
在这个实施例中，光检测单元207包括真彩色RGB传感器208、作为第二颜色再现光学元件的RGB滤波器209以及第二光混合设备，即第二漫射光导210。RGB滤波器209和真彩色RGB传感器208设置在第二光混合设备210的相对侧。在一个可替换的实施例中，将第二光混合设备210实现为半透明块。如果需要的话，在RGB滤波器209的设计中考虑到达颜色传感器208的光的预定义方向性。该RGB传感器的窄束要求可以通过置于该真彩色RGB传感器之前的附加准直器结构来实现。
在如图2所示的显示设备的实施例中，将第二颜色再现元件(即RGB滤波器209)选择成与第一颜色再现元件211(即RGB滤波器206)相同。更特别地，第一和第二颜色再现元件211、209的相应部分具有相同的类型，而第二颜色再现元件209的尺寸只是第一颜色再现元件211的尺寸的小部分。其目的是处理所述产生的混合光的检测的颜色值以便等于来自所述显示设备的输出光。
在如图3所示的颜色控制的背光式显示设备300的第二实施例中，其中仅示出了该显示设备的截面的下部，该显示设备利用了基于远磷光体技术的光产生思想。该设备中的所述多个光源303包括蓝色LED303a-303x。产生的光然后在置于LED 303a-303x与光输出单元301之间的光混合光导(即漫射光导302)中混合并且均匀化。该混合光的主要部分然后穿过光输出单元301。在这个实施例中，光输出单元301的显示元件是LCD像素矩阵305并且第一颜色再现光学元件311包括RG磷光板306和透明窗口312。
所述产生的混合光的一部分被提供给光检测单元307以便产生反馈给颜色控制单元104(其未在图3中示出)的检测值。如上所述，这有利地通过延展的光导302来完成。
在这个实施例中，光检测单元307包括真彩色RGB传感器308、作为第二颜色再现光学元件的与透明窗口313结合的RG磷光板309以及第二光混合设备，即第二漫射光导310。与透明窗口311结合的RG磷光板309和真彩色RGB传感器308设置在第二光混合设备310的相对侧。
依照本发明的另一个实施例，所述颜色传感器通过使用XYZ传感器来实现。应当理解的是，使用其他类型的等效颜色传感器的本发明的实施例落入本发明的范围内。
在图3所示的实施例中，将第二颜色再现元件(即与透明窗口313结合的RG磷光板309)选择成与第一颜色再现元件311(即RG磷光体306和透明窗口312)相同。其目的是处理所述产生的混合光的检测的颜色值以便等于来自所述显示设备的输出光。
不同于RGB滤波器和RG磷光板的颜色再现元件的类型是可能的并且落入本发明的范围内。
本发明的另一方面是如图4所示的控制颜色控制的显示设备中的光产生的方法。在对如上所述的背光式彩色显示设备100(图1)进行颜色控制的方法的实施例中，该方法包括下面参照图4所描述的步骤。
在步骤400中，具有预定义标称颜色值Cnom的颜色控制单元104根据Cnom产生用于彩色光源103的驱动电压。然后，在步骤401中，产生的光在光混合单元102中混合并且该混合光的主要部分随后穿过光输出101，得到输出光，而在步骤402中，所述混合的产生的光的一部分在单独的光路中经过颜色再现处理，以便等于来自所述显示设备的输出光。该处理操作由颜色再现光学元件109实现。
在步骤403中，颜色传感器108产生所处理的光的检测的颜色值Cdet，该检测的值被提供给颜色控制单元104。
步骤404包括将检测的颜色值Cdet与所述标称预定义颜色值Cnom进行比较并且由颜色控制单元104执行。如果Cdet等于Cnom，那么所述方法返回到步骤400并且重复以上所述的步骤400-404，否则，如果Cdet不与Cnom匹配，那么在步骤405中调节这些彩色源的驱动以产生彩色光，以便使检测的颜色值Cdet与预定义标称颜色值Cnom匹配。随后，所述方法返回到步骤401并且通过如上所述的步骤401-404而继续。
如本领域技术人员所已知的，检测的颜色值Cdet与预定义标称颜色值Cnom的匹配典型地将仅在一定的公差内是可能的。
依照本发明的颜色控制技术适用于各种光产生思想，例如基于例如RGB、RGBA和RGCBA LED的直接转换、与直接蓝色LED结合的远磷光体RG、与直接蓝色LED结合的磷光体转换的RG、与直接RGB LED结合的磷光体白色以及UV或红外泵浦的磷光体系统。
不同于LED的光源在所述光产生思想中是可能的并且落入本发明的范围内。
本发明的颜色控制技术也适用于普通照明，例如商店、家庭等中的大面积光瓦和平面光源。
尽管已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离下面的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以设想出若干修改。
应当指出的是，对于本申请的目的而言并且特别是在所附的权利要求方面，动词“包括”及其变体的使用并没有排除其他的元件或步骤，并且冠词“一”并没有排除多个元件或步骤，这本身对于本领域技术人员应当是显然的。

Claims (9)

1.一种颜色控制的背光式显示设备(100)，包括：
-光输出单元(101)，其包括显示元件(106)和第一颜色再现光学元件(105)；
-多个光源(103)；
-颜色控制单元(104)；
-第一光混合设备(102)；以及
-包括颜色传感器(108)的光检测单元(107)；
其中所述颜色控制单元根据标称预定义颜色值和检测的颜色值控制通过所述多个光源产生的光，其中该产生的光由所述第一光混合设备混合并且穿过所述光输出单元，并且其中该经过混合的产生的光由所述光检测单元检测，其产生所述检测的颜色值；
其特征在于，
所述光检测单元还包括第二颜色再现光学元件(109)，其用于处理进入所述颜色传感器的光以便等于离开所述光输出单元的光。
2.依照权利要求1的设备，其中所述第一光混合设备被延展以便将所述经过混合的产生的光引导到所述第二颜色再现光学元件。
3.依照权利要求1和2的设备，其中所述第一和所述第二颜色再现光学元件是相同的。
4.依照权利要求1-3的设备，其中所述颜色传感器是内部真彩色RGB传感器(208)或内部XYZ传感器之一。
5.依照权利要求1-4的设备，其中所述颜色传感器是具有显著分辨率的光学分光计。
6.依照前面的权利要求中任何一项的设备，还包括第二光混合设备(210，310)，其中所述第二颜色再现光学元件和所述颜色传感器设置在所述第二光混合设备的相对侧。
7.依照权利要求1的设备，其中所述第一和所述第二颜色再现光学元件是颜色滤波器。
8.依照权利要求1的设备，其中所述第一和所述第二颜色再现光学元件是磷光板。
9.一种控制背光式彩色显示设备中的光产生的方法，该方法包括步骤：
-产生彩色光(400)，
-混合所产生的光(401)，
-在第一光路中对该经过混合的产生的光的主要部分进行颜色再现处理并且输出该处理的光作为输出光；以及
-根据标称预定义颜色值和检测的颜色值控制所述彩色光的产生；
其中所述控制步骤重复地包括：
-在第二光路中对所述经过混合的产生的光的小部分进行颜色再现处理以便等于所述输出光(402)；
-检测在所述第二光路中的该处理的经过混合的产生的光，并且产生检测的颜色值(403)；
-将该检测的颜色值与所述标称预定义颜色值进行比较(404)；并且如果该检测的颜色值和所述预定义颜色值不匹配，那么：
-调节所产生的彩色光以便使所述检测的颜色值与所述标称预定义颜色值匹配。
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