CN1864188A - 具有白光发射元件的彩色显示器 - Google Patents

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Abstract

一种彩色显示器包括：发光像素阵列，每个像素具有用于发射不同颜色的光的多个彩色光发射元件和用于发射白光的至少一个附加发光元件，其中该附加发光元件的功率效率比至少一个彩色光发射元件的功率效率高；用于产生亮度控制信号的装置；和响应于亮度控制信号和彩色显示信号来产生用于驱动(多个)白光发射元件的白色显示信号的装置。

Description

具有白光发射元件的彩色显示器
技术领域
本发明涉及彩色显示器，更具体地涉及包括白光发射元件的彩色显示器。
背景技术
当外界环境亮度非常低时，光发射显示器提供了非常亮的和高对比度的图像。当环境亮度很高时，例如在阳光下，由于环境亮度从显示器反射，降低了显示器的对比度，所以显示器的对比度会低得多。
在某种程度上，例如通过使显示器变得更亮可以调节显示器上的环境亮度。用于感测环境亮度并使显示器变得更亮的技术是公知的；参见例如2001年11月20日出版的Cok等人的US 6,320,325。然而，仅仅给显示器增加功率是有问题的，尤其对于发射材料随着显示器变得更亮而更快地老化的OLED显示器来说更是如此。不管怎样，这种设计并没有满足改善效率的需求。
尽管功率效率和对比度总是所期望的，但在便携式应用中尤其希望这样，因为低效的显示限制了在电源充电之前装置的使用时间。实际上，对于特定的应用，功耗速率会比除可视性之外的任何其他显示特性更加重要。
因此需要一种具有改善的功率效率和对比度的改善的显示器。
发明内容
根据本发明通过提供一种彩色显示器来满足所述需求，所述彩色显示器包括：发光像素阵列，每个像素具有用于发射不同颜色的光的多个彩色光发射元件和用于发射白光的至少一个附加发光元件，其中该附加发光元件的功率效率比至少一个彩色光发射元件的功率效率高；用于产生亮度控制信号的装置；和响应于亮度控制信号和彩色显示信号来产生用于驱动(多个)白光发射元件的白色显示信号的装置。
优点
本发明的优点是具有改善的功率效率和对比度的彩色显示装置。
附图说明
图1是依照本发明的一个实施方案的示意图；
图2是示出依照本发明的实施方案的显示器的像素中的发光元件的排列的示意图；
图3是示出依照本发明的实施方案的显示器的像素中的发光元件的可选择排列的示意图；
图4a-c是示出依照本发明的多个实施方案的环境亮度与显示器输出之间的关系的曲线图；
图5是示出依照本发明的实施方案的显示器的像素中的发光元件的另一个可选择排列的示意图；和
图6是示出依照本发明的实施方案的显示器的像素中的发光元件的另一可选择排列的示意图。
具体实施方式
参照图1，依照本发明的发射显示装置10包括具有像素16的阵列14的显示器12，所述像素包括限定色域的彩色光发射元件和附加的白光发射元件。如这里所定义的，白光表示落入由彩色光发射元件发射的光的颜色所限定的色域内的任何颜色的光。显示器12包括用于感测入射到显示器12上的环境亮度的传感器18。传感器18给电路22供给亮度控制信号20，所述电路22响应于亮度控制信号和彩色显示信号26来产生用于驱动像素16中的白光发射元件的白色显示信号24。以常规的方式使用彩色显示信号26来驱动像素16中的彩色光发射元件。在简化的实施方案中，可以用手动控制调节装置，如旋钮或滑块来代替用于产生亮度控制信号的装置(传感器18)，用户调节所述调节装置来改变显示器的亮度。
参照图2，阵列14的每个像素16都包括限定色域的多个彩色光发射元件，例如红色30、绿色32和蓝色34元件，和具有比彩色光发射元件高的效率的附加白光发射元件36。
工作时，显示装置10响应于彩色显示信号26来驱动彩色光发射元件30、32和34，以便在显示器12上显示诸如图像的信息。传感器18探测显示器12上的环境光亮度并产生与白色显示信号产生电路22连接的亮度控制信号20。白色显示信号产生电路22产生用于驱动色域内的附加白光发射元件36的白色显示信号24。因而，随着环境亮度变得更亮，显示器的亮度增加，同时降低了显示器的饱和度。色域内的附加白光发射元件36比彩色光发射元件30-34中的至少一个的效率更高。因而，随着环境亮度的增加，显示器的亮度和整体相对效率将随着由附加发光元件36贡献的光的增加而增加。效率比彩色光发射器高的白光发射器在本领域中是公知的。
白色显示信号产生电路22可以是非常简单的电路，其将亮度控制信号20转换成适于与彩色显示信号组合的形式。例如，亮度控制信号20可以是被感测到的并被转换成与显示器12兼容的数字或模拟信号的电压或电流值。显示控制器28接收常规的彩色图像信号29，例如R、G、B彩色信号，并提供定时和控制信号，这些信号被提供给显示器12。
白色显示信号W可以例如如下形成：
W＝(R+G+B)/C*F(a)              (1)
其中C是根据经验确定的常数，F(a)是亮度控制信号的函数，并且可以简单地是亮度控制信号的常数倍，或可以采取下面所述的各种形式。这些函数可以通过本领域公知的查找表或运算放大器来实现。
该设计具有实现起来非常简单的优点。环境亮度传感器18可以在显示器12的外部，或者它可以与像素16集成在公共基板上。白色显示信号产生电路22也可以集成在相同的基板上。或者，白色显示信号产生电路22可以与显示控制器28一起集成在单独的电路中。将像素元件、传感器和电路系统集成到公共基板上是显示器工业中公知能力。
在反馈信号20和用于驱动附加发光元件36的信号24之间可以设计多种关系。简单的单调关系是最适宜的，但其不必是线性的。例如，对于与150cd/m2以下的环境条件对应的所有环境反馈信号，用于驱动附加发光元件36的信号24可以非常低。这在较暗的状态下提供了最佳的色饱和度。随着环境亮度增加超过该点，显示器亮度变成更加重要的因素，且来自附加发光信号的显示贡献会增长地快得多，以提供更亮的显示。参照图4a，示出了环境亮度和附加发光元件亮度之间的线性关系。图4b示出了如上所述的非线性函数。这种概念可延伸到如图4c中所示的多个相位，其中随着入射到显示器上的环境亮度的增加，来自附加发光信号的附加贡献在保持相对恒定后快速地增加。
可以考虑各种像素布局和形状，且都在本发明的范围内。例如，图2示出了二乘二或“四元”排列。或者，发光元件30-36可以排列成条形，这在本领域中是公知的并在图3中示出。除了如图5中所示的矩形之外也可以使用其他发光元件形状。不同的发光元件还可以具有不同的尺寸，如图6中所示。众所周知，各种不同的有色光发射器的效率和老化特性是不同的。这可导致显示效率和颜色随着显示器的使用时间而变化。通过使用不同尺寸的发光元件30-36，这些问题可以得到一定程度的克服。
随着饱和度下降，显示器的白点保持恒定也是很重要的。这通过确保白光发射元件36在与显示器的白点相同的白点处发射光而很容易实现。
依照本发明，附加的白光发射元件可以提供比红色或蓝色元件更大的亮度贡献。众所周知，绿色元件也提供比红色或蓝色元件更大的亮度贡献。因此，通过以空间均匀的方式将附加元件和绿色元件设置在像素内以及整个显示器上，提高了图像质量。
本发明可以用在大多数OLED和在每个像素包括四个OLED的背光LCD装置结构中。与更复杂的装置相比，这些包括非常简单的结构，所述结构在每个OLED中都包括分开的阳极和阴极，所述更复杂的装置为例如具有形成像素的阳极和阴极的正交阵列的无源矩阵显示器，和例如用薄膜晶体管(TFT)单独控制每个像素的有源矩阵显示器。本发明还可以用在现有技术中公知类型的顶部或底部发射OLED装置中。
可以由用于提供白光发射元件阵列的OLED材料的均匀白光发射层和与白光发射元件交叠的滤色器阵列来提供不同颜色的光发射元件，以便提供本发明的彩色光发射元件。在该实施方式中，如果在附加元件上方不提供滤波器或提供宽光谱滤波器，则该附加元件的效率将高于限定色域的元件的效率。尽管使用了单个OLED材料，但元件使用的变化可导致元件老化的变化。
或者，可以使用被掺杂成提供多种颜色的几种不同的OLED材料来构造不同颜色的光发射元件。例如，红色30、绿色32、蓝色34和白色36 OLED可以包括被掺杂成产生不同颜色OLED的不同OLED材料。在该可选择的方案中，由被掺杂以产生不同颜色的材料形成的OLED可以具有大大不同的发光效率，因此希望选择这样的白色OLED，其色度坐标偏向具有最低功率效率的OLED的色度坐标。通过以这种方式选择白色OLED的色度坐标，以移动显示器的白点为代价，总功率用量会下降，因为饱和度下降且白色OLED的贡献增加，。
在上面描述的实施方案中，注意到因为附加元件比至少一个色域元件效率高得多，所以驱动附加元件所需的电流密度或功率远远低于该至少一个(多个)色域元件，这是很重要的。注意到用于产生发光元件的材料的随着时间的亮度稳定性一般与通过非线性程度很高的函数来驱动元件的电流密度有关，其中当驱动到较高的电流密度时，该材料的随着时间的亮度稳定性更加差。
为了优化用于各种应用的显示装置，可以使用不同尺寸的元件。本发明人进行的研究表明，在图像或图形应用中很少发现饱和色。因此，通过使用附加元件代替限定色域的元件，可改善显示器的效率。此外，在典型应用中附加元件的使用可以如此之高，以致为了减小附加元件中的电流密度，增加附加元件的尺寸是有用的。现在使用的典型的OLED材料对于附加元件和绿色元件具有相对较高的效率，而对于红色和蓝色元件具有相对较低的效率。因此，依照本发明的优化显示器可以具有相对较大的红色、蓝色和附加元件，以及相对较小的绿色元件。例如，在黑色和白色使用占优势的应用中，附加的白色OLED元件将比任何的色域限定元件更加频繁被使用，因此可以增加尺寸来减小电流密度，并由此减少该附加元件的老化。基于文本和图形的应用一般是这种类型。
图6中示出了上述这种排列的例子，其中绿光发射元件32与附加元件36相比相对较小，而红色和蓝色元件30和34与附加元件相比相对较大。在典型应用中，红色和蓝色元件30和34是最大的以补偿它们的相对较低的效率，而附加元件36比绿色元件32大，以适应不饱和色的较大用量。可以调整附加元件相对于红色和蓝色元件的相对尺寸，以补偿它们的相对效率和预期使用。
部件列表
10显示装置
12显示器
14阵列
16像素
18传感器
20亮度控制信号
22电路
24白色显示信号
26彩色显示信号
28显示控制器
29彩色图像信号
30红光发射元件
32绿光发射元件
34蓝光发射元件
36白光发射元件

Claims (36)

1.一种彩色显示器，包括：
a)发光像素阵列，每个像素具有用于发射不同颜色的光的多个彩色光发射元件和用于发射白光的至少一个附加发光元件，其中该附加发光元件的功率效率比至少一个彩色光发射元件的功率效率高；
b)用于产生亮度控制信号的装置；和
c)响应于亮度控制信号和彩色显示信号来产生用于驱动白光发射元件的白色显示信号的装置。
2.根据权利要求1所述的彩色显示器，其中用于产生亮度控制信号的装置包括设置用来感测环境亮度的光敏器件。
3.根据权利要求1所述的彩色显示器，其中用于产生亮度控制信号的装置包括操作员控制的输入装置。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中用于产生白色显示信号的装置包括一个或多个查找表。
5.根据权利要求1所述的显示器，其中彩色光发射元件产生红色、绿色、和蓝色光。
6.根据权利要求1所述的显示器，其中附加的白光发射元件比任何彩色光发射元件都大。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中每个像素包括三个彩色光发射元件和一个白光发射元件。
8.根据权利要求7所述的显示器，其中发光元件形成条形或二乘二的矩阵图案。
9.根据权利要求2所述的显示器，其中光敏器件和发光元件形成在公共基板上。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中用于产生白色显示信号的装置也形成在该公共基板上。
11.根据权利要求1所述的显示器，其中该显示器是项部发射的OLED装置。
12.根据权利要求1所述的显示器，其中该显示器是底部发射的OLED装置。
13.根据权利要求1所述的显示器，其中该显示器是有源矩阵装置。
14.根据权利要求1所述的显示器，其中该显示器是无源矩阵装置。
15.根据权利要求1所述的显示器，其中该显示装置是LCD显示装置。
16.根据权利要求1所述的显示器，其中发光元件具有不同的尺寸。
17.根据权利要求1所述的显示器，其中发光元件具有不同的形状。
18.根据权利要求1所述的显示器，其中白光发射元件具有与该显示器的白点相同的白点。
19.一种显示彩色图像的方法，包括：
a)提供发光像素阵列，每个像素具有用于发射不同颜色的光的多个彩色光发射元件和用于发射白光的至少一个附加发光元件，其中该附加发光元件的功率效率比至少一个彩色光发射元件的功率效率高；
b)产生亮度控制信号；
c)响应于亮度控制信号和彩色显示信号产生白色显示信号；以及
d)用白色显示信号驱动白光发射元件，并且用彩色显示信号驱动彩色光发射元件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中产生亮度控制信号的步骤包括使用光敏器件来感测环境亮度。
21.根据权利要求19所述的方法，其中用于产生亮度控制信号的装置包括操作员控制的输入装置。
22.根据权利要求19所述的方法，其中产生白色显示信号的步骤包括使用一个或多个查找表。
23.根据权利要求19所述的方法，其中彩色光发射元件产生红色、绿色、和蓝色光。
24.根据权利要求19所述的方法，其中附加的白光发射元件比任何彩色光发射元件都大。
25.根据权利要求19所述的方法，其中每个像素包括三个彩色光发射元件和一个白光发射元件。
26.根据权利要求25所述的方法，其中发光元件形成条形或二乘二的矩阵图案。
27.根据权利要求20所述的方法，其中光敏器件和发光元件形成在公共基板上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中产生白色显示信号的步骤使用也形成在该公共基板上的电路。
29.根据权利要求19所述的方法，其中所述显示器是顶部发射的OLED装置。
30.根据权利要求19所述的方法，其中所述显示器是底部发射的OLED装置。
31.根据权利要求19所述的方法，其中所述显示器是有源矩阵装置。
32.根据权利要求19所述的方法，其中所述显示器是无源矩阵装置。
33.根据权利要求19所述的方法，其中该显示装置是LCD显示装置。
34.根据权利要求19所述的方法，其中发光元件具有不同的尺寸。
35.根据权利要求19所述的方法，其中发光元件具有不同的形状。
36.根据权利要求19所述的方法，其中白光发射元件具有与该显示器的白点相同的白点。
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