CN102713740A - 具有改善型色域的反射式显示系统 - Google Patents

Abstract

一种显示系统，其包括反射式显示面板和光源，所述光源经过调整以改善所述系统的色域。所述面板可为胆甾型液晶显示面板，所述面板包括反射式像素的阵列，每个像素包括具有不同的第一、第二和第三颜色的第一、第二和第三亚像素。所述光源通过光源光对所述显示面板的正面进行照明，以使观看者能够观察到面板形成的图像。所述光源包括灯和增强元件。所述灯可为金属卤化物灯，所述灯发射包括所述第一、第二和第三颜色的灯光。所述增强元件可为光学滤光器、补充LED光源或其他光源，或者两者。所述增强元件改善系统色域，例如方法是，相对于单独使用所述灯的照明，增大色域的区域。

Description

具有改善型色域的反射式显示系统

技术领域

本发明一般来说涉及显示系统，尤其应用于从前面对显示器进行照明的反射式显示系统。本发明还涉及相关的制品、系统和方法。

背景技术

已知各种显示系统。许多此类系统使用这样一种显示面板，即，所述显示面板必须通过大尺寸背光源从背后照亮，以便用户能感知显示面板生成的图像。此类系统在膝上型计算机、移动通信装置和类似电子装置的显示屏幕中十分受欢迎。背光源可包括一个或多个扩散膜、反射膜、棱镜膜、光导和光源，例如，所述背光源在与显示面板大小基本上相同的输出区域内发射白光。例如液晶（LC）显示面板等显示面板具有可独立寻址的元素（称为像元或“像素”）形成的矩阵，电子控制单元可控制这些元素以使从每个像素透射出红光、绿光和/或蓝光。在许多情况下，平面图中给定像素的区域细分为三个较小的独立可寻址区域，一个用于调节红光，一个用于调节绿光，一个用于调节蓝光，这些区域称为亚像素。但是，在一些显示技术中，亚像素与相关像素共延，即，它们的面积不比相关像素小。

基于反射光而非透射光来操作的显示系统不如透射型显示器常见。部分原因可能在于，选择外部光源很复杂、相对于显示面板和观察者放置外部光源很复杂，且在提供足够亮度方面具有挑战性。在一些情况下，周围的日光可用作外部光源。在其他情况下，可使用用电提供能量的光源并将其安装在特定位置，所述位置通过设计以提供最佳观察。

金属卤化物灯在商业、住宅和工业照明应用中已越来越受欢迎。例如，金属卤化物灯用于对运动场馆和其他体育设施进行照明。这些灯受欢迎的一个原因在于，它们相对于白炽灯、荧光灯和汞蒸汽灯而言具有相对较高的运行效率，且能够在许多应用中提供具有合适色温和显色指数（CRI）的白光。

发明内容

我们已发现，反射式显示系统的性能在某些方面可能会令人失望，具体取决于针对各种系统功能选择的部件的组合。例如，根据所选外部光源的类型以及所选反射式显示面板的类型，给定反射式显示系统可显现出可能的输出颜色的范围（通常称为系统的“色域”，将在下文进一步论述），其相对于其他类型的显示系统而言受到限制。我们已发现，例如，即使在将发射白光的金属卤化物灯用作外部光源时，情况也是如此。

我们已研究出几种技术，用来改善此类反射式显示系统的色域。在一些情况下，我们选择性地过滤标称的白色光源。在一些情况下，我们向原有光源添加补充光源，以增强所选波长处的输出。在一些情况下，我们同时执行这两项操作，即，添加补充光源和选择性地过滤光源。

因此，本专利申请尤其公开一种显示系统，其包括反射式显示面板和光源，所述光源经过调整以改善所述系统的色域。所述面板可为胆甾型液晶显示面板，所述面板可包括反射式像素的阵列，每个像素包括，例如，具有不同的第一、第二和第三颜色的第一、第二和第三亚像素。所述光源通过光源光对所述显示面板的正面进行照明，以使观看者能够观察到面板形成的图像。所述光源包括灯和增强元件。灯可为金属卤化物灯或其他合适的气体放电灯或蒸汽灯，所述灯发射包括所述第一、第二和第三颜色的灯光。所述增强元件可为光学滤光器、补充LED光源或其他光源，或者两者。所述增强元件改善系统色域，例如方法是，相对于单独使用灯的照明，增大色域的区域和/或增强亮度。

我们也公开一种显示系统，所述显示系统包括显示面板和光源，所述光源被配置为通过光源光对显示面板进行照明。所述显示面板可具有前表面和背表面，且也可包括电子可寻址的反射式像素，每个像素包括多个不同颜色的亚像素，例如，分别具有不同的第一、第二和第三颜色的第一、第二和第三亚像素。所述光源被配置成通过光源光对显示面板的前表面进行照明，使所述像素选择性地反射光源光，从而向位于显示面板前面的观看者提供彩色图像。所述光源可包括发射第一灯光的第一灯，所述第一灯光包括具有第一、第二和第三颜色的光分量。例如，如果第一、第二和第三颜色分别包括红色、绿色和蓝色，则灯光可包括光谱的红光、绿光和蓝光区中的大部分发射，因此灯光是标称白色的。第一灯光和显示面板的组合可提供第一色域，且光源光和显示面板的组合可提供第二色域。值得注意的是，光源包括第一增强元件，以使第二色域的区域大于第一色域的区域。

在一些情况下，第一灯可为或可包括金属卤化物灯。在一些情况下，显示面板可为或可包括反射式液晶（LC）显示面板，例如，尤其是胆甾型液晶显示（ChLCD）面板，或者，电泳型显示器。

在1931 CIE色度图上，第二色域的区域比第一色域大至少10%、或20%、或30%。

第一增强元件可为或可包括第一滤光器，其设置为过滤第一灯光。光源可包括滤光器组件，所述滤光器组件至少部分包围第一灯，且第一滤光器可置于滤光器组件上。第一滤光器可为或可包括多层光学干涉滤光器和/或吸收式滤光器。第一滤光器可选择性地阻挡例如从560nm到600nm之间的光。

光源也可包括第二增强元件，例如，一个或多个发光二极管（LED）。在一些情况下，一个或多个LED可发射峰值波长大于600nm的可见光。或者，此类补充LED可在省去第一滤光器的实施例中用作第一增强元件。

本文还讨论了相关方法、系统和制品。

本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。

附图说明

图1为反射式显示系统的透视图；

图2为像素化显示面板的一部分的示意性特写平面图；

图3为可在反射式显示系统中使用的光源的示意性侧视图或截面图；

图4为反射式显示面板的一个像素的示意透视图；

图5为图示某些反射式亚像素的光谱反射率和在构建反射式像素时使用的某些滤光器的光谱透射率的组合图；

图6为图示图5所示亚像素的光谱反射率和典型金属卤化物灯的光谱强度的组合图；

图7为典型金属卤化物灯的光谱强度和从胆甾型液晶显示（ChLCD）面板的红色、绿色和蓝色亚像素反射时此类灯的反射强度或辐射亮度的组合图；

图8为图示反射式显示系统的色域的CIE色度图，其中所述反射式显示系统包含图7中的金属卤化物灯和胆甾型液晶显示（ChLCD）亚像素；

图9为典型金属卤化物灯的光谱强度和可用作光源的滤光器的示例性多层光学干涉滤光器的光谱透射率的组合图；

图10a到图10c为从胆甾型液晶显示（ChLCD）面板的红色、绿色和蓝色亚像素反射时且被图9中的滤光器过滤时金属卤化物灯的光谱强度或辐射亮度的图；

图11为图示可通过图9中的滤光器实现的色域改善的CIE色度图；

图12a为包括灯和滤光器组件的光源的一部分的示意性侧视图或截面图；

图12b为图12a中光源的替代光源的示意性侧视图或截面图；

图13为典型金属卤化物灯的光谱强度和可在光源中使用的示例性吸收式滤光器的光谱透射率的组合图；

图14a到图14c为从胆甾型液晶显示（ChLCD）面板的红色、绿色和蓝色亚像素反射时且被图13中的一个滤光器过滤时金属卤化物灯的光谱强度或辐射亮度的图；

图15为图示可通过图14a到图14c中使用的相同滤光器实现的色域改善的CIE色度图；

图16为从胆甾型液晶显示（ChLCD）面板的红色亚像素反射时金属卤化物灯的光谱强度或辐射亮度的图，且其中金属卤化物灯用源自红光LED的光补充；

图17为典型金属卤化物灯的光谱强度和滤光器的光谱透射率的组合图，其中所述滤光器可适合用于包含红光LED补充光源的系统中；以及

图18a到图18c为从胆甾型液晶显示（ChLCD）面板的红色、绿色和蓝色亚像素反射时已用图17中的滤光器过滤和用红光LED光补充的金属卤化物灯的光谱强度或辐射亮度的图。

在这些附图中，相同参考标号指代类似元件。

具体实施方式

在以下具体描述中，除其他方面外，我们还描述提高反射式显示器的光学性能的显示器照明系统。反射式显示器的外观，例如亮度、对比度和色域，可通过光源的照明光谱和显示媒体的反射光谱的乘积确定。理想的情况是，照明光谱与显示器反射光谱匹配以获得最佳性能。由金属卤化物灯以及可能由其他类型的灯和光源发射的一些光的波长不宜落在显示系统的不同颜色的亚像素的响应曲线之间，或者与上述响应曲线重叠。这样会导致系统的色域不佳我们提议一个或多个可选择性地滤除此类不可取的光谱分量的滤光器，以显著改善色域。此外，有利的是，光源中显示媒体的原色（例如，红色、绿色和蓝色）具有足够强度，以最大化显示器的可及视觉色域。此目标可使用单一发光体实现，但使用结合两种或两种以上照明技术的优势的混合照明系统将更加可行。这样可提高光学性能，且最大化整个系统的成本效益（成本/流明）。

在图1中，反射式显示系统110以透视图进行图示。所述系统被描述为用于户外环境的相对较大尺寸的显示器。因此，所述系统可使用适合在户外显示应用中使用的材料和部件。或者，显示系统可用于室内，或者可被制成适合移动应用的较小规格，这样用户可以随处携带该显示系统。

系统110包括反射式显示面板112，以及一些外部光源114a、114b，这些外部光源合称为光源114。显示面板可包括或可耦接到电子控制器（未示出），所述电子控制器对面板112上显示的图像进行控制。此控制通过以下方式实现，对面板112扩大的有效区域或输出表面112a上以有序阵列排列的大量像素的反射状态进行控制。可通过控制任何给定像素，以反射例如红色、绿色或蓝色等特定原色的光，或者反射这些颜色中的一些或所有颜色，或者完全不反射这些颜色，从而涵盖从纯黑（不反射）到纯白（基本上反射整个可见光谱）以及二者间的许多颜色，包括每种原色本身。当用白色光源进行照明时，每个像素反射可见光谱的合适部分，以便阵列中的所有像素共同形成全色的所需图像。形成图像的反射光被通常位于显示面板112前面的观看者116感知到。

面板112的输出表面112a可与面板的前表面相对应，所述面板的背表面或后表面位于所述面板的下方或后方。与观看者能看到图像完全依赖于背光源（置于显示面板的背表面后方）的许多显示系统相反，系统110不需要包括此类背光源就能使图像可见。实际上，如果需要，所述系统可只依赖于一个或多个外部光源，例如光源114，其对面板的前表面而非背表面进行照明。

图2为像素化显示面板212的一部分的示意性特写平面图，所述显示面板可与图1所示反射式面板112相同或类似。图2所示视图可为面板212的前视图。面板212包括可独立寻址的像素215的有序阵列，可控制所述像素中的每个像素以如上所述般反射特定原色的光，或者反射此类颜色中的一些或所有颜色，或者完全不反射此类颜色，从而涵盖了从黑到白以及两者间的许多颜色。在图2所示的实施例中，每个像素的亚像素未独立图示，因为它们被假设为基本上与其相应像素共延。因此，例如，对于每个像素215，可能有一个独立红色、绿色和蓝色亚像素，其中每个亚像素具有与像素215相同的尺寸，且排列成夹层构造，下文结合图4进一步讨论。

显示面板像素的选择性可控制的反射率依赖于宽带（例如“白”）光的光源，所述宽带光因此可被选择性地反射。图3为可为实现此目的而用于反射式显示系统中的示例性光源310的示意性侧视图或截面图。光源310包括灯312、灯罩314、反射器316、滤光板318和小透镜盖320，所有这些元件都位于合适的光源夹具322上。应注意，并非所有这些元件都是需要的，其他合适光源设计可能省去图3所示实施例中所示的至少一些元件，且可能包括图3中未示出的其他元件。下文将讨论滤光器，所述滤光器可置于滤光板内或上，或者置于灯312、灯罩314、反射器316和/或小透镜盖320上，或者置于光源中的其他位置。

灯312通常是用电提供能量，并将电转换成发射光，在本文中，发射光称为灯输出光或者简称为灯光（如图中箭头324简要图示）。灯光324优选为宽带的，例如发射光的波长至少在大致整个可见光谱上延伸，尤其包括亚像素元素反射的原色。但是，宽带灯光324不需要，且通常也不是，均匀分布在可见光谱上。相反，包括但不限于金属卤化物灯的示例性灯312的发射光为窄线或窄带的，所述窄线或窄带不规则地分散在可见光谱上，具体取决于灯的组成。在本文所述的示例性显示系统中，不规则灯光324的特征使得，如果只使用灯312以通过灯光324对反射式显示器进行照明，则可获得的感知颜色的范围通过第一色域来表征。但是，如果如本文中其他部分所述，光源中包括增强元件，则光源提供光源输出光，或者简称为光源光（图中箭头326简要图示），其光谱组成基本上不同于灯光324的光谱组成。当用此光源光326对反射式显示器进行照明时，可获得的感知颜色的范围通过第二色域来表征，相对于第一色域而言，所述第二色域得到改善。例如，第二色域的区域可比第一色域的区域大至少10%、或20%、或30%，如CIE色度图所示。光源光326的光谱组成可采用以下方式而不同于灯光324的光谱组成：减光法，即过滤所选波长的灯光；或者加光法，即用LED光源或其他合适光源发射的光补充灯光；或者减光法和加光法两者。

备受关注的一种反射式显示技术，但非本文所涵盖的唯一反射式显示技术，称为胆甾型液晶（ChLC）显示器。ChLC显示器通常包括向列型液晶和手性添加剂，其混合在一起以自发形成具有明确限定的螺距的螺旋结构。此螺距确定了反射光的波长，且因此确定了材料的颜色。该颜色可通过改变向列型液晶和手性组分的比率来调整。ChLC显示器中的像素可通过施加合适的驱动信号，在平面反射（有色）状态和半透明焦锥状态之间切换。

与常规的基于向列型液晶（NLC）的显示器不同，ChLC显示器不需要偏振器或者滤色器，从而使装置构造更简单，成本可能更低。在全色NLC显示器中，RGB亚像素并列排列。因此，给定原色的给定亚像素组只占用了约三分之一的观察区域。相比之下，ChLC显示器中的每个亚像素反射单一原色，同时透射其他原色。全色ChLC显示器可以通过叠堆一组RGB面板来构造，其中各个RGB亚像素彼此叠置并且反射不同光谱范围。

图4所示的示意性透视图中图示了全色ChLC像素410的一项实施例。像素410具有前表面410a和背表面410b。源自外部光源的光源光照射到前表面410a上。在图中，参考标号具有以下含义：

412、424：透光基片；

414：蓝光反射ChLC层；

416：黄光透射滤光器层；

418：绿光反射ChLC层；

420：红光透射滤光器层；

422：红光反射ChLC层；

426：黑色吸收层；以及

430a到430f：用于控制相应ChLC层的反射率的电极层。

每个亚像素可基本由夹于两个透明电极之间的合适ChLC混合物组成，所述电极可包括例如铟锡氧化物（ITO）。因此，层414、430a、430b可包括蓝光反射亚像素，层418、430c、430d可包括绿光反射亚像素，且层422、430e、430f可包括红光反射亚像素。所示构造可包括四个基片（层412、416、420、424），其中两个内部基片（层416、420）的两侧都涂覆有ITO，而两个外部基片（层412、424）只有一侧涂覆有ITO。入射光通过前表面410a进入，且各个亚像素反射红色、绿色和蓝色（R、G和B）原色或光谱范围。任何剩余光被叠堆结构背面的黑色吸收器吸收。各个亚像素可使用合适驱动信号，不断地在反射平面状态和半透明焦锥状态之间切换，从而实现全色显示。

ChLC型反射式显示器的一个缺陷在于，各个亚像素的反射光谱相对较宽，这样会导致光谱响应重叠和色饱和度较差。色饱和度可通过在构造中引入红色和黄色滤色器（如在图1所示的构造中分别由层420和层416提供）而在一定程度上得到改善。这些滤色器用于滤除或阻挡红光和绿光反射ChLC反射光谱的短波长边缘。就这一点而言，图5提供图示示例性红光、绿光和蓝光反射ChLC亚像素的光谱反射率的组合图，所述红光、绿光和蓝光反射ChLC亚像素的光谱反射率分别用曲线510、512、514表示。这些曲线的中心在约660、540和480nm处，并且这些曲线是根据该图左侧的归一化反射率比例按比例绘制的。这些曲线上叠加有曲线516和518，其分别表示例如层416、层418等示例性黄光透射滤光器层和红光透射滤光器层的已测量（单程）透射率。曲线516、518是根据该图右侧的百分比透射率比例按比例绘制的。通过使所观察的反射光谱变窄，例如416、418等滤色器可显著增强基于ChLC的反射式显示系统的色域。

作为ChLC技术的替代技术，其他合适的反射式显示器可包括电泳型显示器。

如上所述，反射式显示器的外观很大程度上也取决于照明光源的特征。一类备受关注的照明光源是那类所谓的“金属卤化物”灯。此类灯通过使电流通过气体/蒸汽混合物来产生光。在当前可用的典型金属卤化物灯中，由熔融的二氧化硅或其他合适材料制成的密封透明管包括高压下的惰性气体，例如氩。所述管也包括汞，以及钪、钠、铊、铟、钠、镝、锡、钬、铥、镓和/或铅等金属的各种金属卤化物（通常为碘化物或溴化物）。当最初打开灯时，电弧在延伸到所述管中的两个电极之间透过惰性气体而产生。然后，电弧生成的热量使汞和金属卤化物缓慢蒸发，从而当管中的压力和温度进一步增加到稳态运行水平时，发射出光。管中使用的金属混合物控制或确定灯光的输出光谱。通常，输出光谱包括多条锐线，其不均匀地分布在可见光谱上。上述说明并非限制性的，且术语“金属卤化物”灯或光源希望涵盖可能在本专利申请提交之后出现的金属卤化物灯的任何发展。

图6为图示图5所示亚像素的光谱反射率和典型金属卤化物灯的光谱强度的组合图。因为亚像素的反射率与图5所示反射率相同，所以相同参考标号510、512、514用于红光、绿光和蓝光反射ChLC亚像素。这些曲线是根据该图左侧的归一化反射率比例，按比例绘制的。这些曲线上叠加有曲线610，其表示示例性金属卤化物灯的灯输出。曲线610是根据该图右侧的强度比例（以任意单位），按比例绘制的。重要光谱线用小数标出，所述小数表示以纳米为单位的峰值波长，所述小数括在圆括号中，以与一般参考标号区分开来。

理想光源要具有强度足够的窄光谱特征，其集中在显示器的亚像素的R、G和B原色处，以提供可接受的系统亮度和色域。如果使用图6所示的金属卤化物光源，则约474nm处的光谱特征，以及从约535nm到550nm之间的光谱特征满足此标准。另一方面，约510nm处的蓝-绿线位于显示器蓝绿原色（曲线514、512）之间。这样会向蓝色亚像素反射的光中添加了绿色调，并向绿色亚像素反射的光中添加了蓝色调，从而使色饱和度和色域降级。合适的黄色滤色器（参见图4和图5）可用于部分阻挡此光谱线。例如，可从美国首诺公司（Solutia Inc.）的子公司，美国首诺科特公司（CPFilms）获得合适的染色薄膜，以用作黄光透射和红光透射滤色器。从约570nm到约592nm之间的灯发射特征位于显示器绿红原色（曲线512、510）之间。特别关注的是约592nm处的特征。这条线存在于多数金属卤化物光源中。由于这条线的光谱位置和高强度，会向绿色亚像素反射的光中添加黄色调，并降低了红色亚像素反射的光的饱和度。金属卤化物灯包含决定灯发射光谱中存在的光谱特征的物质的混合物。一个可能的解决方案是，除去产生不需要的光谱特征的物质。但是，这样就需要设计一种定制灯。

灯输出曲线610与亚像素反射率曲线510、512、514中的每条曲线的乘积（即，相乘的结果）得出光谱信息，所述光谱信息表示当使用金属卤化物灯作为照明光源时，每个ChLC亚像素反射的光的强度或辐射亮度。或者，可通过分光光度计或其他合适装置来设置反射式显示系统，并对系统中各点处的光进行分析。这通过将金属卤化物灯用作光源，并将特定ChLC面板用作反射式显示面板完成的，所述特定ChLC面板在下文中称为“RGB ChLC面板”。RBG ChLC面板的结构类似于图4所示结构，所述结构中具有红色、绿色和蓝色亚像素，具有红光透射滤光器（层420），但不包括黄光透射滤光器（层416）。此面板由施加到各电极上的合适电信号控制，以在测试过程中，根据需要只启动红色亚像素，或者只启动绿色亚像素，或者只启动蓝色亚像素。然后，在这些条件中的每个条件下分析从面板反射的光。完成上述分析，并在图7中图示所得曲线，标为710、712、714，这些曲线分别表示RBG ChLC面板在红光反射状态、绿光反射状态和黄光反射状态下反射的光。曲线710、712、714是根据该图右侧的辐射亮度比例按比例绘制的。这些曲线上叠加有设置时使用的金属卤化物灯的已测量光谱输出716。输出716是根据该图右侧的强度比例（以任意单位），按比例绘制的。

图7中所看到的曲线710、712、714的锐利特征类似于金属卤化物灯的光中存在的锐利特征，包括所述锐利特征仅供参考（曲线716）。虽然启动时，每个原色亚像素突出显示集中于其相应反射峰处的灯的那些光谱特征，但在一定程度上，有关整个照明光谱的特征也存在于每条亚像素曲线中。这是因为ChLC亚像素的反射光谱较宽，且尾部较长，以致从反射峰的两侧延伸出很远，如图5和图6所示。宽带前表面和叠堆结构中的界面反射（菲涅耳（Fresnel）反射）也有助于产生此效果。

净效应是降低亚像素反射的原色的色饱和度，以及限制显示系统的色域。图8中图示了上述显示系统的色域，所述显示系统也将具有图7所示灯输出的金属卤化物灯用作照明光源，并将RGB ChLC面板用作反射式显示面板。此图利用由Commission International de l'Eclairage（国际照明委员会）或“CIE”发表的著名的1931CIE色度图。本领域内的技术人员将熟悉CIE色度图，并将其视为用于对感知颜色进行表征和量化的方便工具或标准。使用CIE 1931标准色度系统，可通过以CIE色度图上的一个或多个色度坐标(x,y)表示的点或区来精确测量或指定光源或制品的颜色（或“色度”或“色度坐标”）。此色度图如图8所示。对于彩色显示器，显示器可生成的所有可能颜色的集合由色度图上的区、带或区域表示，所述区、带或区域被称为显示器的“色域”。对于基于三色的显示器（即，只使用例如红色、绿色和蓝色等三种不同亚像素颜色的显示器），色域为三角形的，其中三角形的每个角对应于当只有一种亚像素颜色是“开启”时所感知的显示颜色。可通过比较色度图上不同显示器的相应区域来比较不同显示器的色域。

因此，在图8中，三角形810表示上述反射式显示系统的色域。三角形810具有端点810a、810b、810c，其表示（分别）只“开启”或启动红光反射亚像素、绿光反射亚像素和蓝光反射亚像素时系统的颜色。

当前金属卤化物光源的另一个缺点是，光谱的红光区内缺乏足够的强度，例如，如图7所示。尽管具有这些问题，但与例如LED和卤钨光源等替代性光源相比，金属卤化物光源仍具有显著优势。金属卤化物光源通常功率效率较高（光源消耗每瓦特的显示器亮度）、重量较小（光源重量/显示器亮度）且成本较低（例如，流明/美元）。因此，金属卤化物光源在用于例如户外乙烯基告示板等大尺寸照明应用的许多领域中十分受欢迎。

如上所述，建议两种独立但可结合的技术，以克服金属卤化物光源在用作反射式显示系统中的光源时所具有的缺陷。在减光技术中，建议在一个或多个选择性光谱区中过滤金属卤化物光源产生的灯光。在加光技术中，建议用例如特定颜色的LED光源等一个或多个额外光源来补充灯光。

本文先讨论过滤技术。

灯光中不需要的光谱线可通过如下方式滤除：使用选择性地阻挡此（些）线的滤光器，以及将滤光器放在从灯到反射式显示器的光路中的合适位置，以拦截不需要的光。此类滤光器可为或可包括具有合适设计的干涉滤光器。例如，干涉滤光器可包括基片，所述基片上面交替涂覆有许多层高折射率和低折射率无机材料，例如TiO₂和MgF₂或其他合适材料。总层数以及层的厚度分布或者光学重复单元（通常为一对相邻的层）的厚度分布可经过调整以反射给定波长带。或者，滤光器可为聚合物构造，具有数十、数百或数千个光学聚合物薄层，其组合起来，以根据需要选择性地反射光。同样，总层数和层的厚度分布可经过调整以根据需要选择性地反射光。参看例如由共挤出、浇铸和取向（伸展）工艺制成的多层光学薄膜中的任一光学薄膜，这些工艺在以下专利案中进行描述：第5,882,774号美国专利案（乔瑟（Jonza）等人）“光学薄膜（Optical Film）”；第6,531,230号专利案（韦伯（Weber）等人）“色移膜（Color ShiftingFilm）”；以及第6,783,349号美国专利案（尼文（Neavin）等人）“用于制造多层光学薄膜的设备（Apparatus for Making Multilayer OpticalFilms）”。可使用具有至少一组双折射层的聚合物多层光学薄膜，以及只具有各向同性层的此类薄膜（虽然较不可取）。

组合图图9中图示了适合用作滤光器的、具有无机构造的此类多层光学干涉滤光器（欧米茄光学公司（Omega Optical），型号589RB35）的透射光谱（曲线910），以及典型金属卤化物灯（型号Ushio MHR-100D，由曲线912表示）的光谱强度。严格地说，曲线910表示用于垂直入射光的滤光器的透射率。在该图中，灯的重要光谱线也用小数标出，所述小数表示以纳米为单位的峰值波长，这些小数也括在圆括号中。

曲线910的滤光器阻挡约570nm到590nm之间不需要的光谱线，但在其他光谱区中具有相对较高的透射率。使用此滤光器过滤曲线912的灯光得到的光源光在从上述RGB ChLC面板反射时（或者，通过独立启动红色、绿色和蓝色ChLC亚像素，控制RGB ChLC面板来反射红光、绿光和蓝光时），得到反射光在面板的红光反射状态、绿光反射状态和蓝光反射状态下的辐射亮度或强度，分别由图10a、图10b和图10c进行图示。因此，在图10a中，曲线1010图示了在不使用曲线910干涉滤光器的情况下，源自启动红色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1012图示了在使用干涉滤光器的情况下的反射强度。在图10b中，曲线1020图示了在不使用曲线910干涉滤光器的情况下，源自启动绿色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1022图示了在使用干涉滤光器的情况下的反射强度。在图10c中，曲线1030图示了在不使用曲线910干涉滤光器的情况下，源自启动蓝色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1032图示了在使用干涉滤光器的情况下的反射强度。

因此，曲线910的滤光器可被视为基本上滤除约570nm和590nm处的不需要的发射线。滤除这些线也有利于系统的色域。图11为图示（基线）显示系统的色域1110的CIE色度图，其中所述显示系统将金属卤化物灯和RGB ChLC面板用作反射式显示器，此图所示色域类似于图8所示色域810。当具有曲线910的透射率的滤光器添加到基线系统时，得到色域1112，相对于色域1110而言，色域1112基本上更大，且因此有所改善。事实上，色域1112的区域比色域1110的区域大30%左右。通过比较色域1110、1112，可看出，在添加阻挡滤光器后，绿色亚像素（由每个三角形中最上方的角表示）的色饱和度改善最大。

已知干涉滤光器的光谱特征随入射角而变。例如，当入射角从垂直入射角变为斜角时，反射带（和透射带）往往朝较短的波长偏移。因此，例如，对于小于15度的入射角，由图9所示垂直入射角透射曲线910表示的滤光器将有效地阻挡570nm和590nm金属卤化物发射线，但对于较大入射角，对这些线（尤其是590nm线）的阻挡将较弱，且最终可能变得无法接受。为增强干涉滤光器对不需要的发射线的阻挡，光源可包括滤光器组件，其至少部分包围金属卤化物灯，以限制以无法接受的斜角照射在干涉滤光器上的光的量。滤光器组件可由透明的刚性材料（或者至少自支撑材料）构成，所述干涉滤光器可粘合、涂敷或以其他方式附接或耦接到所述材料。或者，如果干涉滤光器是自支撑式的，则干涉滤光器本身可形成滤光器组件。滤光器组件的几何形状可使得穿过滤光器组件的灯光以垂直或近似垂直的入射角照射到滤光器组件上，例如以小于约15度的角照射。因此，涂敷到此滤光器组件的滤光器可更有效地阻挡源自灯的不需要的发射线。图12a和图12b中以示意性侧视图或截面图图示了包括例如此滤光器组件等合适滤光器组件的光源。在那些图中的每个图中，灯1210都被图示为位于中心或安装在中心。在此灯周围，可设有合适形状的滤光器组件，其中此灯可为金属卤化物灯或其他合适的宽带灯。在图12a中，使用球形滤光器组件1212；在图12b中，使用近似球形的小平面化滤光器组件1214。在每个图中，箭头用于表示灯1210发出的代表性光线。在图12b中，一个小平面所对着的角1216可对干涉滤光器的接受角进行表征。

对于图12a所示球形几何形状（球体），源自灯的所有光线基本上垂直入射于滤光器组件上，且干涉滤光器（其可附接到滤光器组件的内表面或外表面）可有效阻挡不需要的发射线。在图12b所示的小平面化几何形状中，光线基本上都在干涉滤光器的预定接受角内。在小平面化构造中，滤光器的较小平坦部分可安装在光源周围的框架（例如，类似足球的构造）上，以形成滤光器组件。图12a和图12b图示完全包围灯1210的滤光器组件，但在替代性实施例中，滤光器组件可仅部分包围灯，例如在半球体或其他部分球体的情况下。

作为对干涉滤光器的代替，或者除干涉滤光器之外，一个或多个吸收式滤光器也可用于选择性地阻挡不需要的发射线。吸收式滤光器的过滤特性对光的入射角变化的敏感性远远低于干涉滤光器。图13为可在光源中使用的示例性吸收式滤光器的光谱透射率的组合图，图上叠加有典型金属卤化物灯的光谱强度。曲线1310、1312、1314表示各种吸收式滤光器的光谱透射率（随波长而变的百分比透射率），且这些曲线是根据该图左侧的百分比透射率比例，按比例绘制的。曲线1316表示常规金属卤化物灯的光谱输出，所述曲线是根据该图右侧的强度比例（以任意单位），按比例绘制的。

图13所示吸收式滤光器都呈玻璃板或玻璃层的形式，所述玻璃板或玻璃层已掺杂有稀土材料，即钕和镨。这些滤光器选择性地吸收从约570nm到590nm的光。可通过控制滤光器的厚度、稀土材料的掺杂程度或者二者来调整吸收程度。例如，曲线1310的滤光器（日本豪雅株式会社（HoyaCorporation），型号V-30）的厚度为2.5mm，曲线1312的滤光器（日本豪雅株式会社，型号V-10）的厚度为1.0mm，且曲线1314的滤光器（日本豪雅株式会社，型号V-10）的厚度为2.5mm。通过适当地调整吸收式滤光器的厚度和掺杂程度，可使吸收作用足以阻挡不需要的发射线，同时在其他光谱区中保持可接受的透射率。

图14a到图14c中图示向使用上述RGB ChLC面板的显示系统中的光源添加曲线1312的吸收式滤光器的效果，所述光源也包括金属卤化物灯。在图14a中，曲线1410图示了在不使用吸收式滤光器的情况下，源自启动红色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1412图示了在使用吸收式滤光器的情况下的反射强度。在图14b中，曲线1420图示了在不使用吸收式滤光器的情况下，源自启动绿色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1422图示了在使用吸收式滤光器的情况下的反射强度。在图14c中，曲线1430图示了在不使用吸收式滤光器的情况下，源自启动蓝色的ChLC面板的反射强度或辐射亮度，且曲线1432图示了在使用吸收式滤光器的情况下的反射强度。从图中可看出，吸收式滤光器很大程度上滤除了不需要的570nm和590nm发射线，同时在所需光谱区中保持较高透射率。这使色域得到显著改善，如图15所示。

图15为图示通过使用特定光源可实现的色域改善的CIE色度图，所述特定光源将金属卤化物灯与图14a到图14c中使用的吸收式滤光器组合。曲线1510表示使用金属卤化物灯和RGB ChLC面板的（基线）显示系统的色域，所述色域类似于图11所示色域1110和图8所示色域810。当具有曲线1312的透射率的吸收式滤光器添加到基线系统时，得到色域1512，相对于色域1510而言，色域1512基本上更大，且因此有所改善。事实上，色域1512的区域比色域1510的区域大30%以上。

虽然在某些情况下，吸收式滤光器提供的阻挡程度不如干涉滤光器提供的阻挡程度高，但吸收式滤光器具有显著优势。与干涉滤光器相比，吸收式滤光器由于是依赖于吸收作用的，所以几乎不受任何角度影响。与基于多层干涉的滤光器相比，吸收式滤光器的成本也相对较低。

无论光源中使用一个或多个干涉滤光器、一个或多个吸收式滤光器，或者二者，滤光器都可置于光源夹具中各个位置中的任何一个或多个位置上。干涉滤光器由于易受角度的影响，所以可优选地涂敷到灯罩上，例如图3所示灯罩314。结合图12a和图12b所述的滤光器组件或其改进版也可用作一种灯罩314（参见图3），和/或用作一种滤光板318（参见图3），和/或用作一种小透镜盖320（参见图3）。吸收式滤光器可并入灯罩中，和/或用作滤光板，和/或安装在例如反射器316（参见图3）等反射器上。在某些情况下，用于使灯聚焦到显示器上的前侧小透镜结构可由吸收式滤光器材料构成。吸收式滤光器和/或干涉滤光器也可并入于例如反射器316（参见图3）等反射器中的光源中。

上文已论述了用于克服金属卤化物光源的缺陷的减光或过滤技术，现在接着论述加光或补充光源技术。

金属卤化物光源以及可能的其他宽带发光灯的一个缺点在于，红光光谱区中缺少足够强度（例如，参见图6）。已发现可通过以下方式克服此缺点：用红光亮度较高的至少一个副光源或辅助光源对灯进行补充。

可用于实现此目的的一类有前景的光源是可见LED光源。就这一点而言，可见“发光二极管”或“LED”可指发射可见光的二极管。它包括作为“LED”销售的无内聚性包装或包封的半导体装置，可以是常规或超辐射类型，也可以是前发光或侧发光类型。LED最初可发射例如紫外光等不可见光，但所述LED可经过包装以包括有机或无机荧光体（或者所述LED可对放在远处的荧光体进行照明），从而将波长较短的光转换成波长较长的可见光。“LED晶粒”是LED最基本的形态，即经半导体加工方法制成的单个元件或芯片的形态。例如，LED晶粒通常由一种或多种III族元素和一种或多种V族元素的组合物形成（III-V半导体）。可配置LED晶粒使之可以进行表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装配置。

因此，在至少一些实施例中，建议改进光源，使其包括金属卤化物灯等宽带发光灯，以及适当地安装在光源夹具中的一个或多个红光发射LED，这样灯光和LED红光都对反射式显示面板的正面进行照明。图16中的曲线1610和1612分别图示仅在金属卤化物灯照明下，以及在金属卤化物灯与补充红光LED（飞利浦/彩色动力技术公司（Philips/ColorKinetics），ColorReach）一起照明下，启动红色的RGB ChLC面板的反射强度或辐射亮度。使用补充红光LED可使红光反射波峰的峰值亮度增加近5倍。此外，因为红光LED的发射波峰相对较窄，所以ChLC红色亚像素的色饱和度与仅使用金属卤化物的照明相比也有所改善。在此类混合系统（即，包括宽带灯和补充光源的系统）中，大部分照明（流明）仍可由宽带灯提供。因此，基本上仍可保持此类灯的亮度、重量和成本优势。

混合系统或所谓的加光技术可与上文结合滤光器论述的减光技术结合。因此，滤光器可用于阻挡宽带灯光中不需要的发射线，且补充光源（例如，一个或多个红光LED）可用于在选定光谱区中对灯进行补充。在一些实施例中，仅透射蓝色和绿色灯发射线的滤光器可与一个或多个红光LED一起使用，所述一个或多个红光LED随后提供基本上所有的红光照明。与设计成只选择性地阻挡某些光谱线且基本上使这些光谱线两侧（较长波长和较短波长）的光透射的滤光器相比，此类滤光器更易于制造。与阻挡区较窄的滤光器相比，设计较简单的干涉滤光器的接受角较大。为使接受角较大，可使用较少小平面来更简易地构造图12b所示滤光器组件。图17所示为一个此类干涉滤光器的透射光谱。

因此，图17为典型金属卤化物灯的光谱强度1710和干涉滤光器的光谱透射率1712的组合图，其中所述干涉滤光器可适合用于包含红光LED补充光源的系统中。光谱强度1710是根据该图左侧的强度比例（以任意单位）按比例绘制的；光谱透射率1712是根据该图右侧的百分比透射率比例，按比例绘制的。干涉滤光器在约425nm到575nm之间具有较高透射率，且有效阻挡所有其他波长。

当此干涉滤光器用于同时包括金属卤化物灯和补充红光LED的光源中时，图18a、图18b、图18c中分别图示的曲线1812、1822和1832图示了（当独立控制RGB ChLC面板以通过红色、绿色和蓝色ChLC亚像素反射红光、绿光和蓝光时）RGB ChLC面板反射的光的辐射亮度或强度。应注意的是，这些曲线是通过所布置的干涉滤光器过滤金属卤化物灯得到的，而不是过滤红光LED得到的。同样在这些图中，曲线1810、1820和1830描绘了同一反射式显示系统的反射辐射亮度，不同之处在于，干涉滤光器和补充LED从光源移除（即，光源基本上由金属卤化物灯组成）。

从图18a到图18c所示系统反射的红光、绿光和蓝光能够实现的系统色域的区域比对照基线系统的区域大40%以上。

本文已说明，减光技术和/或加光技术可用于提高反射式显示系统的性能。在ChLC显示面板用作反射式显示器的情况下，我们相信，通过在ChLC显示面板中并入黄光透射滤光器（参见层416，图4）和红光透射滤光器（参见层420，图4），可获得比上述性能更好的性能。

请紧记，可对本文所公开的测量装置、系统和方法进行许多改变，且所有此类改变应被视为在本发明范围内。例如，本文所公开的技术可在反射式显示器上进行实践，所述反射式显示器具有亚像素颜色的任何所需组合，且并不限于具有红、绿、蓝原色亚像素颜色的显示器。也可使用其他数目的亚像素和其他亚像素颜色。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数值都应当理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。每一个数值参数并不旨在限制等同原则在权利要求书范围内的应用，至少应该根据所报告的有效位数和通过应用惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。虽然本发明中列出大致范围的数值范围和参数是近似值，但就任何数值都是在本文所述具体实例中列出来说，它们都应在合适的情况下尽可能地精确。然而，任何数值可以适当地包含与测试或测量限制相关的误差。

在不偏离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的各种修改和更改对于本领域内的技术人员来说应是显而易见的，而且应该理解本发明不限于本文所列出的示例性实施例。例如，除非另外指明，否则读者应当假设，所公开的一个实施例的特征也可应用于所公开的所有其他实施例。还应理解，本文引用的所有美国专利、专利申请公开案和其他专利和非专利文档通过引用的方式并入，而不与上述公开内容抵触。

Claims (18)

1.一种显示系统，包括：

显示面板，其具有前表面和背表面，所述显示面板还包括电子可寻址的反射式像素，每个像素包括分别具有不同的第一、第二和第三颜色的第一、第二和第三亚像素；以及

光源，其被配置成通过光源光对所述显示面板的所述前表面进行照明，使所述像素选择性地反射所述光源光，从而向位于所述显示面板前面的观看者提供彩色图像；

其中，所述光源包括发射第一灯光的第一灯，所述第一灯光包括具有所述第一、第二和第三颜色的光分量；

其中，所述第一灯光和所述显示面板的组合提供第一色域；

其中，所述光源光和所述显示面板的组合提供第二色域；且

其中，所述光源包括第一增强元件，以使所述第二色域的区域大于所述第一色域的区域。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一灯包括金属卤化物灯。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示面板包括液晶（LC）显示面板。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示面板包括胆甾型液晶显示（ChLCD）面板。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二色域的区域比所述第一色域的区域大至少10%。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二色域的区域比所述第一色域的区域大至少20%。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二色域的区域比所述第一色域的区域大至少30%。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一增强元件包括第一滤光器，所述第一滤光器设置为过滤所述第一灯光。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述光源包括滤光器组件，所述滤光器组件至少部分包围所述第一灯，且所述第一滤光器置于所述滤光器组件上。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述滤光器组件具有小平面化构造，所述小平面化构造使入射角限制在所述第一滤光器的接受角内。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述滤光器组件具有弯曲构造，所述弯曲构造使入射角限制在所述第一滤光器的接受角内。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一滤光器包括多层光学干涉滤光器。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一滤光器包括吸收式滤光器。

14.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一滤光器选择性地阻挡从560nm到600nm之间的光。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述光源还包括第二增强元件，所述第二增强元件包括一个或多个发光二极管（LED）。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述一个或多个LED发射峰值波长大于600nm的可见光。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一增强元件包括一个或多个发光二极管（LED）。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述一个或多个LED发射峰值波长大于600nm的可见光。

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