CN1854830A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以低能耗、高亮度实现显示的改进方式的显示装置。该显示装置具有：包括三种发光元件的光源装置，其发出与红、绿、蓝各色相对应的、波长区域彼此不同的光；和包括各个像素具有两种彩色过滤器的显示部的显示模块，所述彩色过滤器分别使红色和绿色、以及绿色和蓝色的光透过。当进行显示时，将图像信号的一帧分割成两部分以构成两个子帧，并且在各个子帧中能够交替发出通过两种彩色过滤器的绿光与仅通过一个彩色过滤器的红光和蓝光。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一种可广泛用于电视机、计算机显示器、便携式终端、便携式电话机、游戏机等的彩色显示的液晶显示装置，特别涉及具有可独立控制R(红)、G(绿)、B(蓝)各色发光的光源的显示装置。
背景技术
液晶显示装置包括通常位于液晶面板背面一侧的光源装置。以往作为光源装置，多用冷阴极管等的灯来作为发光单元，近年来，也开始将发光二极管等半导体元件用作发光单元(例如，参照专利文献1、2)。
另一方面，作为液晶显示装置的彩色显示方式的典型示例，公知有色彩依次显示方式(场序方式)的方法(例如，参照专利文献3、4)。该方式是，在图像显示时以任意顺序照射与R(红)、G(绿)、B(蓝)各色相对应的发光单元，与此同步，由液晶面板显示与照射颜色相对应的图像，由此进行彩色显示。例如，将作为显示一个图像所必需的最小单位的场期间分割为三个子场，例如分别与子场对应地按照R→G→B的顺序进行发光动作。由此，观察者可在显示面上观察到彩色显示的运动图像。
当将发光二极管等半导体元件用作发光单元时，期望降低显示装置的消耗功率，减少发热。另外，一直以来都知道在场序方式中存在由于发光定时的偏差等导致的色分离(color breakup)的问题。为了解决相关问题提出了下述方式，即，进一步细化帧期间，例如分割成六个子场，然后依次反复选择RGB三原色中的一种颜色进行照射(参照专利文献5)。
专利文献1：日本专利文献特开2001-92414号；
专利文献2：日本专利文献特开2001-332764号；
专利文献3：日本专利文献特开2002-287112号；
专利文献4：日本专利文献特开2002-318564号；
专利文献5：日本专利文献特开2003-280614号。
但是，一直以来并没有高效利用来自发光单元的输出光并在取得比较高的亮度的同时降低消耗功率的有效手段，因此期望进一步改进的方式。例如，在上述的分割为六个子场的方式中，液晶显示器的显示切换速度不够快，无法跟随发光单元的发光切换，因此难以实现实用的显示装置。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述课题的改进的显示装置。
本发明提供一种显示装置，该显示装置包括：三种发光元件，其被分别控制，发出与红、绿、蓝各色相对应的、波长区域彼此不同的光；和两种彩色过滤器，其分别使该三种发光元件的发光波长中的红色和绿色、以及绿色和蓝色的波长区域的光透过，并且，将图像信号的一帧分割成两部分以构成两个子帧，在各个子帧中能够交替发出通过两种彩色过滤器的绿色波长区域的光和仅通过一个彩色过滤器的红色和蓝色波长区域的光。
三种发光元件可以是发出各色的光的发光二极管元件。显示装置还包括液晶面板，两种彩色过滤器可对应液晶面板上的各个像素来设置。另外，显示装置可以包括驱动液晶面板的驱动单元和根据来自驱动单元的输出信号控制三种发光元件的发光的控制装置。
典型的，对于对应像素而设置的两种彩色过滤器，红、绿、蓝的发光颜色的面积比在一个像素内可以被设为1∶2∶1，但也可根据作为发光单元的发光二极管等的发光强度等设成其它比例。另外，特别是由发光二极管等半导体元件构成发光元件时，可通过高频调制发光信号而在子帧结束时熄灭发光元件。
发明效果
由于用于显示器显示的各色的光量相对增大，所以可在降低消耗功率、减少发热量的情况下实现明亮的显示。特别是通过增大绿色光量，能够大幅度减少发绿光的发光二极管的个数，从而可随之降低成本、降低消耗功率、以及减少发热量。或者可通过增大红、蓝、绿各种发光二极管的光量来减少各自的驱动电流，从而可在保持照明均一性的同时降低能耗、减少发热量。另外，由于能够以两种颜色共用各个像素，所以至少可将绿色图像的分辨率提高到红色和蓝色图像的两倍。
附图说明
图1是本发明显示装置的各个结构要素的简要示意图；
图2是表示本发明显示装置的显示方式的概念的示意图，(a)是显示装置的一个像素的示意图，(b)是其动作的概念示意图，(c)是跟随动作而透过像素中的过滤器的光的颜色或波长的示意图，(d)是像素的变形例的示意图；
图3是使用以往的三种RGB过滤器的显示装置的光输出示意图，(a)是一并示出各个发光二极管的发光频谱波形和各个过滤器的光透特性的示意图，(b)是通过过滤器的光的频谱波形的示意图；
图4是使用Y过滤器、C过滤器这两种过滤器的显示装置的光输出示意图，(a)是一并示出各个发光二极管的发光频谱波形和两个过滤器的光透特性的示意图，(b)是通过过滤器的光的频谱波形示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明作为本发明最佳实施方式的显示装置。
图1是本发明显示装置的各个结构要素的简要示意图。本发明的显示装置10包括由液晶显示模块23和从其背后提供背光的背光光源装置22构成的显示单元20。虽然图中未示出，但通常在液晶显示模块23的背后一侧设置导光板，来自光源装置22的光入射到该导光板上。导光板从液晶显示模块23的背后向整个显示部30提供背光。液晶显示模块23由驱动单元40驱动来实现其图像显示。虽然在图1中示出了驱动单元40与显示单元20相分离，但是驱动单元40也可作为显示单元20的一部分，例如与液晶显示模块23一体构成。
本实施方式的发光装置22包括多个发光二极管21。如图所示，多个发光二极管21在发光装置22中被布置成阵列状。准备多个发出不同波长的光的发光二极管来作为多个发光二极管21。为了背光的用途，通常是准备R(红)、G(绿)、B(蓝)三色，并将这些单色或者混合色的光提供给前述的导光板。
光源装置22中的多个发光二极管21的导通、关断及其发光强度均由背光驱动单元50控制。此时，背光驱动单元50能够以多种方法进行发光二极管21的发光控制。例如，背光驱动单元50可以分别单独控制多个发光二极管21，也可以按发出相同颜色的光的发光二极管21进行控制，也可以按并联的一部分的组来进行控制，还可以一并控制这些发光二极管。另外，图1示出了背光驱动单元50与显示单元20相分离，但背光驱动单元50也可以作为显示单元20的一部分来构成。
如图1所示，向显示装置10输入的图像信号由信号处理装置60来处理。在进行该信号处理时，界定后述的帧时间。在信号处理单元60中处理的信号被提供给显示器驱动单元40。如前所述，显示器驱动单元40向液晶显示模块23提供用于控制液晶显示的液晶驱动信号，此外，为了能够与之同步地驱动背光，还向背光驱动单元50提供预定的控制信号。
图2是表示本发明显示装置的显示方式的概念示意图。(a)是显示装置的一个像素的示意图，(b)是其动作的概念示意图，(c)是跟随动作而透过像素中的过滤器的光的颜色或波长的示意图，(d)是像素的变形例的示意图。
图2中(a)所示像素(为了方便而表示成类型A)的像素单元大致呈正方形。该像素单元在显示部30的整个面上例如排列成矩阵状。像素包括两个过滤器，即第一彩色过滤器和第二彩色过滤器。这一点与以往的同类型产品不同，在以往的同类型产品中，通常是将一个像素分割成三个子像素，并给各个子像素赋予红、绿、蓝彩色过滤器而配置的。在本发明中，两种类型的过滤器为了构成一个像素而在空间上交替排列，从而构成彩色过滤器嵌合体。
第一彩色过滤器使红色和绿色波长区域的光透过，因此对于白色光源的输入，看成是黄色的光透过。因此，第一彩色过滤器被称为黄色过滤器(或者Y过滤器)。第二彩色过滤器使绿色和蓝色波长区域的光透过，因此对于白色光源的输入，看成是青色的光透过。因此被称为青色(Cyan)过滤器(或者C过滤器)。这些过滤器的材料例如由有机材料构成，并沿液晶显示装置的玻璃基板表面印刷而成。
该像素的显示作用如图2中(b)所示。即，由发光二极管对彩色过滤器嵌合体交替进行两种类型的照明。所谓两种类型的照明是指同时有红色(R)和蓝色(B)的照明与只有绿色(G)的照明。由此，如图2中(b)所示，在前半个帧时间，来自发光二极管的红色和蓝色的光透过过滤器，另一方面，在后半个帧时间，从同一像素只有来自发光二极管的绿色的光透过过滤器。当一个帧时间结束时，为了进行图像显示，下一个帧时间连续着开始。
图2中(c)图示出在前/后半个帧时间中通过各个过滤器的光。即，在各个帧时间的前半部分，红色波长区域的光从图中左侧的黄色过滤器透过，蓝色波长区域的光从右侧的青色过滤器透过。另一方面，在帧时间的后半部分，绿色波长区域的光从两个过滤器透过。从而，可通过设定连续帧时间并对各个帧连续进行这两种照明来进行全彩显示。另外，前半个和后半个帧时间的发光颜色也可以是蓝色和红色、与绿色的互换。
以往，给构成一个像素的三个子像素分别传送与各个像素相对应的红、绿、蓝色图像。对此，根据本实施方式的彩色过滤器嵌合体，例如可预先将红、绿、蓝色图像的水平分辨率分别设为原来的1.5倍、3倍、1.5倍。当进行红色和蓝色照明时，需要传送与带有黄色过滤器的像素相对应的红色图像，和与带有青色过滤器的像素相对应的蓝色图像。另外，当进行绿色照明时，需要传送与所有像素相对应的绿色的图像信号。通过在各个帧中进行这种操作，可得到全彩图像显示。
此时，在各色所占据的面积中，红、蓝色分别占据整体的1/2，绿色占据整个面积。由于以往红、绿、蓝各色占据的面积是整体的1/3，所以在面积方面，红、蓝变成1.5倍，绿色变成3倍。另一方面，在时间上分别只占1/2。但是通过缩短显示时间可以使发光二极管的驱动电流增加相应量。从而在理论上，在红色和蓝色能够得到1.5倍的光量输出，在绿色能够得到3倍的光量输出。
另一方面，能够施加给发光二极管的电流也是有限制的，并且，当施加的电流比较大时，来自发光二极管的光量输出和输入电流之间的线性关系丧失，因此，光量输出实际上要低于以上所述。在实用方面，由于优选在红色和蓝色增大1.8倍的光量、在绿色增大1.67倍的光量，所以其结果是，与以往技术相比，可期望输出在红色和蓝色增大1.35倍，在绿色增大2.5倍。另外，在人类视觉灵敏度最高的绿色波长区域中，水平分辨率变成2倍，并且也提高了清晰感。
图2中(d)示出像素的变形例(为了方便而表示成类型B)。该像素在并列一组黄色过滤器和青色过滤器而构成这一点上与前述的像素(类型A)相同，不同之处在于，像素单元的整体形状不是正方形而是纵长的长方形。通过优化像素单元的排列，能够实现比以往产品清晰度高的显示装置。
如上所述，在本发明中，各个像素单元以包括黄色过滤器和青色过滤器的各个部分的方式来构成，并且通过交替打开红色及蓝色、与绿色的照明来提供能够提高分辨率、增加光量的显示器，并且通过适当选择过滤器材料，还能够取得提高各色的色度的效果。
即，在本发明的显示器装置中，彩色过滤器嵌合体被用作蓝红混合照明或者绿色单色照明的光源。从而，通过选择最合适的过滤器材料，使得黄色过滤器尽量不透过蓝色发光，且青色过滤器尽量不透过红色发光，能够消除在以往技术中使色度降低的原因，即，光源的频谱混叠。
图3和图4是用于说明该作用效果的图。图3是使用以往的三种RGB过滤器的显示装置的光输出示意图，(a)是一并示出各个发光二极管的发光频谱波形和各个过滤器的光透特性的示意图，(b)是通过过滤器的光的频谱波形的示意图。图4是使用Y过滤器、C过滤器这两种过滤器的显示装置的光输出示意图，(a)是一并示出各个发光二极管的发光频谱波形和两个过滤器的光透特性的示意图，(b)是通过过滤器的光的频谱波形示意图。
根据图3所示的以往的显示装置，分别对应作为光源的蓝色发光二极管(B-LED)、绿色发光二极管(G-LED)以及红色发光二极管(R-LED)准备三种过滤器。在这里，来自各个发光二极管的发光波长具有如图所示程度的宽度，由此，频谱波形的“波谷”部分产生重叠。另一方面，如图所示，R、G、B各个过滤器为了确保足够的亮度而被设定为可透过比各个发光二极管的发光波长宽的波长区域的光。其结果是，如图3中(b)所示，R、G、B各个过滤器使具有相邻波长特性的来自发光二极管的部分输出光透过，从而成为在透过光，即输出光中产生噪声，使色度降低的原因。
对此，如前所述，在图4所示的本发明的显示装置中，使蓝色及红色的组和绿色分别发光。另外，Y过滤器可使R-LED整个发光波长区域和G-LED发光波长区域中偏向长波长的主要部分中的光透过，C过滤器可使B-LED整个发光波长区域和B-LED发光波长区域中偏向短波长一侧的主要部分中的光透过。由此，在帧时间中进行蓝色及红色照明期间，如图4中(b)所示，不产生因频谱重叠而发生的噪声成分，而在进行绿色照明期间，如图4中(c)所示，几乎只有绿色波长区域中的波峰相重叠。因此本发明具有下述优点，即，不产生以往技术中色度下降的问题。
以上对作为本发明最佳实施方式的显示装置进行了详细说明，但这只是示例性说明，本领域技术人员可进行各种变形和改进。
例如，当将发光二极管元件用作光源时，对该元件的发光进行高频调制，并按每一子帧来熄灭照明光，从而可减小液晶器件的残光影响，提高运动图象品质。另外，也可应用于根据输入信号来动态调制照明光的亮度，并通常以全色调来驱动液晶器件的动态对比那样的黑色调的改进技术。

Claims (7)

1.一种显示装置，其特征在于，具有：
三种发光元件，其被分别控制并发出与红、绿、蓝各色相对应的、波长区域彼此不同的光；和
两种彩色过滤器，其分别使该三种发光元件的发光波长中的红色和绿色、以及绿色和蓝色的波长区域的光透过；
并且，将图像信号的一帧分割成两部分以构成两个子帧，在所述各个子帧中能够交替发出通过所述两种彩色过滤器的绿色波长区域的光和仅通过一个彩色过滤器的红色和蓝色波长区域的光。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述三种发光元件是发出各色的光的发光二极管元件。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括液晶面板，所述两种彩色过滤器设在所述液晶面板上。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，包括：驱动所述液晶面板的驱动单元和根据来自该驱动单元的输出信号控制所述三种发光元件的发光的控制装置。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在由所述两种彩色过滤器构成的一个像素内，红、绿、蓝的发光颜色的面积比被设为1∶2∶1。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，由所述两种彩色过滤器构成的一个像素的区域大致呈纵长的长方形形状。
7.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述三种发光元件被高频调制，并在所述子帧之后熄灭。
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