CN1806272A - 包含通过滚动相应面板片段照明的分段照明方案的lcd显示面板 - Google Patents

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Abstract

使用可调制/可控制的光源实现LC显示器件的步进式滚动。LC显示器被分段，寻址每个片段，且每一个都与其它片段的每一个同时地被顺序照明。除了其它优点之外，本发明还提供性能优点，同时基本上消除了机械移动部件。

Description

包含通过滚动相应面板片段照明的分段照明方案的LCD显示面板
液晶技术已经应用在用于投影电视、计算机监视器、销售点显示器和电子影院的投影显示中，这里只提及了一部分应用。
最近更多的LC器件应用是硅基板上的反射型LC显示器，通常称作硅上(LCOS)型液晶。一般地，液晶是扭曲向列液晶(TNLC)器件。基于硅的反射型LC显示器通常包括互补的金属-氧化物-半导体(CMOS)晶体管/开关的有源矩阵，其用于选择性地旋转液晶分子的轴。
在一些LC显示器件中，通过选择性地改变LC器件(面板)的LC分子的取向而在显示器上构筑图像，然后选择性地用光照明面板。该LC分子选择性的取向称作寻址或“准备”(preparing)面板。为此，用特定图像准备面板，使得通过给各个图像元素(像素)施加适宜的电压而与照明同步。通常通过场顺序彩色照明(FSC)来实现该过程，其中准备LC器件的每一行用于以顺序的方式进行照明。该过程要求完全寻址每个像素的时间，以及最后行在照明前到达稳定状态的任何滞后时间。
在LC每行的像素都被寻址(准备)后，发生照明，重复该过程以在滚动(scrolling)过程中产生图像。在很多应用中，使用原色，红色(R)、蓝色(B)和绿色(G)来实现照明。照明时间相对于全色帧时间(即R，G&B)被定义为占空因数。可以理解到，为了给观察者提供适宜的亮度，将照明占空因数最大化是有用的。因此，将面板像素行的顺序准备时间和最后行达到稳定状态的滞后时间最小化是有益的。
增加照明占空因数的一种公知的方法涉及每个像素使用两个基于晶体管的存储元件。根据该公知的技术，每个像素都包括提供用于当前图像的晶体取向的操作晶体管-电容器对，和另外的对，其用下一图像/FSC的适宜电压充电。这样，当显示下一图像时，就没有明显延迟/滞后，因为全部像素同时而不是顺序准备(寻址)。
尽管参考的方法提供了提高的占空因数，但其并没有实用性。具体地，如果每个像素都要求元件的冗余，就不能达到较小或不怎么昂贵的面板的要求。
因此，所需要的是一种照明使用LC器件的显示器的方法和设备，其具有提高的占空因数并至少克服了公知方法和设备的缺点。
依照一个示例性实施例，在LCD中照明显示器的方法包括准备用于至少一种颜色光的照明的LC面板片段，照明所述片段，和基本上同时准备用于随后照明的LC面板的至少一个其它片段。示意性地，每个片段都包括至少两行像素。
依照另一个示例性实施例，LCD设备包括第一离散发光器件阵列，其用第一颜色的光照明液晶(LC)面板的第一片段；第二离散发光器件阵列，其用第二颜色照明LC面板的第二片段；和至少一个附加的离散发光器件阵列，其中所述至少一个附加阵列的每一个都用不同颜色的光照明LC面板的各自片段，其中每个各自的片段都仅用来自所述至少一个附加阵列的相应一个的光照明，且其中第一、第二和所述各自片段的每一个都同时被照明第一特定时间周期。
当结合附图阅读时，从下面详细的描述可更好的理解本发明。值得强调的是，各个特征不必按比例画出。实际上，为了讨论清楚，尺寸被任意增大或减小了。
图1是依照本发明示例性实施例的步进式滚动(step-wisescrolling)发光器件色条(color bar)照明设备的示意图。
图2是依照示例性实施例的发光二极管(LED)阵列的透视图，每一个二极管都耦合到校准光学元件。
图3是依照示例性实施例的包含N行像素的LC面板的概念图。
图4是依照示例性实施例的LC面板的第一和第N行像素随时间的行驱动电压的图形视图。
图5a和5b是公知的全显示寻址和照明方法以及一个示例性实施例的子显示(棒)寻址和照明方法的照明时间的概念图。
在下面的详细描述中，为了解释而不是限制的目的，列出了披露具体细节的示例性实施例，从而提供对本发明的彻底理解。然而，对于已经获得本说明书利益的本领域中具有普通技术的人员应当明白，本发明可以在脱离这里公开的具体细节的其它实施例中应用。此外，省略了对公知器件、方法和材料的描述，以不使本发明变得模糊。
依照至少一个示例性实施例，使用可调制的/可控制的光源实现LC显示器件的步进式滚动。其提供了下述的性能优点，同时基本消除了机械移动部件。
图1显示了使用LC器件101在显示器(没有示出)上产生图像的照明设备100的示例性实施例，LC器件示意性地为LCOS器件。设备100包括发光元件阵列102，103和104，其分别提供红光、蓝光和绿光。发光器件示意性地为发光二极管(LED)，其具有各个参考颜色的发射波长。这些LED可以是各种类型之一。可替换地，在该容量(capacity)中可使用其它类型的离散的、可寻址的发光器件。这些器件包括，但并不限于此，公知的光源，如白炽灯泡、有机发光二极管(OLED)和激光二极管，假设它们符合特定的可寻址能力、可调制能力、响应时间和流明输出的要求。这样，可使用符合这些要求的器件。
在本示例性实施例中，每个LED阵列都耦合到光学校准器105，每个光学校准器都耦合到各自的光学积分器105。积分器105的输出被输入到二色性合成器106，其将单个颜色(波长)的光合成为输出颜色。这些元件在将更加均匀的光源提供到LC器件101方面是有用的。
二色性合成器106的光输出被透镜107和偏振分束器(PBS)108成像到LC器件101上。PBS 108提供公知的偏振选择性以及暗态光选择性，由此在图像中提供对比度。从PBS 108反射的光入射到LC器件101上，然后选择性地到达投影光学器件109。此外，使用设置在110处的传感器探测照明的均匀度，并且LED阵列的反馈回路提供所需的校正和调整。
图2显示了依照示例性实施例的LED阵列201。LED阵列201是每一个原色的阵列，并且可以是图1的阵列102，103和104任意之一，其取决于阵列201的LED的输出波长。每个LED阵列201都设置在电路板或相似的连接方案上，以能够选择寻址阵列201的单个LED。依照这里描述的示例性实施例，考虑到三原色中的一个或多个以顺序/滚动方式照明LC器件，这相当有利。
校准光学元件202示意性地为复合抛物状反射器，其有利地保持光的聚光本领(etendue)。使用积分器，如厚板光导203使光均匀。使用二色性合成器204或类似的元件将来自阵列(如阵列102，103，104)的各种颜色合成。
注意到，厚板光导203的每个玻璃截面都将来自其对应行LED的光进行引导。通过具有支持光导203内内部全反射(TIR)205的折射率的适宜胶水、液体或其它适宜材料(未示出)来分离玻璃行截面。由此，光从LED阵列201的特定行被引导向照明单元相应的出射行。这基本上有利阻止了行之间的光学串扰。
通过装配在互连线上的电流源驱动器，如场效应晶体管(FET)电路电流源或类似器件选择性地寻址阵列201的LED。这在通过在这里描述的顺序照明来影响步进式滚动方面特别有用。注意到，LED阵列耦合到视频信号，以增强特定图像。例如，在显示器上产生亮或暗的区域来提高对比度。
进一步注意到，在实现图1和2所示的实施例中使用的各种元件仅仅是示意性的。实际上，对于依照本示例性实施例的步进式滚动色条照明，可以使用其它元件和排列来提供可寻址的离散光源的阵列。
依照示例性实施例，通过顺序照明LC器件101的片段来获得图像的步进式滚动。示意性地，每个片段都包括至少两行像素。目前更加完整地描述这个和其它的实施例。
图3显示了一个示例性实施例的LC器件(如LC器件101)的显示区域300。显示区域300包括N行像素301，其中每一行都具有M个像素；并且N，M≥2。依照示例性实施例，M×N像素阵列被细分为L个片段，其形成了整个的LC器件。在每个片段中的行的总数等于N/L。
依照示例性实施例，该显示区域300被分段为三条(片段)，每条都具有240(720/3)行。该器件可实施在高清晰度TV(HDTV)显示器中，该显示器具有1280(M列)比720(N行)的总分辨率。这仅仅是示意性的，很多其它的显示器也可以从本示例性实施例得到益处。最后，注意到，片段的单个像素可以逐行地从顶部到底部地来寻址/准备，或逐列地来寻址，或同时以行和列的组来寻址。在极端情况下，整个片段可以同时寻址。
如前面参考的，通过选择性地施加特定大小的电压来准备/寻址像素，以便当光穿过LC器件时定向液晶分子。通过调制在像素阵列上的偏振来形成图像，其基本上被PBS选择性地分离。依照示例性实施例，对于入射到各个部分上的颜色，LC面板的全部显示区域300根据希望的输入视频信息调制入射到其上的光。该被调制的光从显示器反射，且当所有的L片段自始至终滚动时，完成图像。
依照示例性实施例，所有三种颜色都入射到显示区域300上，每个颜色都入射到N/3行上。就是说，每个颜色都入射到为显示区域300的总区域的1/3的片段上。在随后的照明中，通过不同颜色照明每个片段，提供期望的步进式滚动。连续重复该过程。最后，注意到，使用三种颜色仅仅是示意性的，可以使用额外的颜色或颜色的其它组合，结果需要进一步的分段。例如如果使用四种颜色，每个颜色都入射到N/4行(四个片段)上。
在视频信号施加到整个片段上后，来自LED阵列的光入射到显示区域300的片段上，且总图像的每个部分都投射到显示器上。通过同时(例如并行地)寻址每个片段来实现显示区域300的寻址，随后每个片段同时照明。
因此可以理解到，不像前面所述的全显示照明技术，本示例性实施例提供了提高每行像素照明时间并由此改善显示亮度的分段的准备和照明。不同地，不是等待视频信号和LC器件所有像素的对准，本示例性的方法和设备仅仅延迟了子显示(片段)的寻址时间和LC响应时间。这提高了照明占空因数，并由此提高了显示亮度。
图4图解了示例性实施例的另一个有利的方面。第一曲线401显示了行1的像素的行驱动电压对时间，第二曲线402显示了第N行像素的行驱动电压。因为顺序地施加电压，所以延迟了最初施加的第N行驱动电压。为了确保更均匀的照明，第N行像素的行驱动电压比第一行像素的要大，以补偿液晶的有限行寻址和响应速度。这就导致了在所述曲线下相同的区域，因而对于每行相等的场通量，其提供了更加均匀的行的整个片段的投射图像。注意到该技术可应用于每个片段。在该情形中，最后行是N/3，在下一个片段中重复该过程，片段的第N/3行的施加电压大于片段的第一行。
LC器件的分段提供了同时照亮L片段中每一个的能力，并仅仅被片段的寻址时间和LC响应时间所限制。这对于公知的全场技术是明显的对比，公知的全场技术要求将照明延迟直到准备了整个LC器件以及直到最后行的滞后到达稳定状态。可以理解到，示例性实施例的分段技术允许较长的占空因数和更长的照明时间。
图5a和5b分别显示了公知的全显示寻址和照明，与示例性实施例的分段显示照明和寻址的对比。
在图5a中，LC器件501要求所有的行都适当地取向，并处于在稳定状态中，所以总照明时间由下式给出：
It＝T(色)-T(LC)-LAT×N
其中It是照明时间，T(色)是色帧时间，T(LC)是LC响应时间，LAT是线寻址时间，N是行数。
相反，分段的LC显示器502如上所述并行地寻址并照明每个片段503，504和505。在该布置中，照明的总时间It由下式给出：
It＝T(色)-T(LC)-LAT×N/3
因此，增加了总照明时间。这样，由本实施例减小了显示寻址时间。
作为定量的例子，考虑具有100Hz显示刷新频率的器件，颜色刷新为三倍，或300Hz，或色帧时间为3.3ms。假定寻址线时间T(LAT)为1μs，液晶响应时间为1ms，则在1024行器件中，对于图5a和5b两种情形的LED照明时间分别为1.3ms和2.0ms。很明显，本示例性实施例器件的照明时间大于图5a的公知器件50％以上。这也分别图表地显示在图5a和5b的曲线506和507中。清楚地，图5b实施例的照明时间显著大于图5a公知技术的照明时间。
步进式滚动的示例性实施例也显示在图5b中。每个片段503-505都同时经过了用各自第一颜色的第一照明。然后在随后的照明中，用各自第二颜色再次同时照明每个片段。重复该过程，以实现滚动，并与公知的技术形成对比，在公知的技术中，在单个时间用第一颜色照明全部显示器，并顺序用其它颜色照明全部显示器。
由此描述了本发明，很清楚，了解到本说明书益处的本领域普通技术人员可以以很多方式改变本发明。这种改变不能认为脱离了本发明的精神和范围，对于本领域熟练技术人员来说显而易见的这些修改将包括在下述权利要求及其等价物的范围内。

Claims (16)

1.一种在LCD中照明显示器的方法，所述方法包括：
基本上同时准备用于照明的LC面板的至少两个片段；和
用不同颜色的光基本上同时照明每一个所述片段，其中每一个片段都包括至少两行像素。
2.权利要求1所述的方法，其中所述至少两个片段包括三个片段。
3.权利要求1所述的方法，其中连续重复所述过程，并且对于每次重复，改变照明每个片段的光的颜色。
4.权利要求2所述的方法，其中用红光照明三个片段中的第一个，用蓝光照明三个片段中的第二个，用绿光照明三个片段中的第三个。
5.权利要求4所述的方法，其中连续重复所述过程，并且对于每次重复，照明所述第一、第二和第三片段的颜色不同于最后的照明。
6.权利要求1所述的方法，其中片段的数量等于照明显示器的光的颜色数量。
7.权利要求1所述的方法，其中每个片段的照明时间由下式给出：
It＝T(色)-T(LC)-LAT×N/C
其中It是照明时间，T(色)是色帧时间，T(LC)是LC响应时间，LAT是线寻址时间，C是照明LC器件的颜色数，N是行数。
8.权利要求1所述的方法，其中所述方法包括给第一行中的像素施加电压，该电压小于施加到所述至少两个片段中每一个的最后行的像素的电压。
9.一种LCD设备，包括：
第一离散发光器件阵列，其用第一颜色的光照明液晶(LC)面板的第一片段；
第二离散发光器件阵列，其用第二颜色照明LC面板的第二片段；和
至少一个附加的离散发光器件阵列，其中所述至少一个附加阵列的每一个都用不同颜色的光照明LC面板的各自片段，其中每个各自的片段都仅用来自所述至少一个附加阵列的相应一个阵列的光照明，且其中第一、第二和所述各自片段的每一个都同时被照明第一特定时间周期。
10.权利要求9所述的LCD设备，其中所述至少一个附加阵列是第三阵列，其用第三颜色的光照明第三片段，并同时具有第一和第二阵列。
11.权利要求9所述的LCD设备，其中在所述第一特定时间周期之后，第一、第二和所述至少一个附加阵列的每一个都以第二特定时间周期照明不同于第一特定时间周期期间被照明的片段的各自其它片段。
12.权利要求11所述的LCD设备，其中在所述第二特定时间周期之后，第一、第二和所述至少一个附加阵列的每一个都以第三特定时间周期照明不同于第二特定时间周期期间被照明的片段的各自其它片段。
13.权利要求12所述的LCD设备，其中连续实现从一个片段到另一个片段的每个阵列的滚动，并且在每个滚动步骤之后实现同时照明。
14.权利要求9所述的LCD设备，其中，在照明第一、第二和所述至少一个附加片段之前，同时准备每个片段，以用施加到所述片段的多个像素的每一个的选择性电压来照明。
15.权利要求9所述的LCD设备，其中选择性地寻址每一个阵列，以发射不同于来自其它阵列的光的颜色的特定颜色的光。
16.权利要求10所述的LCD设备，其中第一颜色是红色，第二颜色是绿色，第三颜色是蓝色。
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