CN1957392A - 彩色显示器 - Google Patents

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A·J·S·M·德瓦安
P·C·R·蒂尤文
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Abstract

本发明通过有利于亮度能力而牺牲彩色再现能力，节省了彩色显示系统(200)中的功率。系统(200)包括多个光发射器(202、204、206)。给这些发射器馈送各自的初始电功率输入，这些输入总计为第一总电功率输入，由此每个光发射器分别提供初始第一彩色强度、第二彩色强度和第三彩色强度，这些强度组合起来使人眼感觉为初始总亮度。然后通过分别给每个光发射器馈送各自的第二电功率输入而使功率输入减少到第二总功率输入，由此获得小于所述第一总功率输入的第二总功率输入。

Description

彩色显示器
本发明涉及一种彩色显示系统和这种系统的操作方法。
如今，在电子器件如便携式计算机、移动电话、PDA和数字照相机等领域中，消费者的需求在这些器件的彩色显示器方面有着严格的要求，要求这些显示器在能够呈现明亮和鲜艳图像的同时呈现更少的彩色原信息(colorful textual information)。
此外，还有进一步提高这种器件的便携性的要求，包括关于紧凑型和轻重量设计的要求。然而，关于轻重量的要求经常与电池容量的要求冲突，导致对器件的更严格的能量消耗要求以便于保持长的电池操作时间。
目前的显示系统，例如LCD面板，利用荧光管用全可见波长光谱照射显示器。彩色信息是通过在显示面板中集吸收型滤色器来吸收用于像素组的错误颜色而实现的，从而可以通过这些单独的像素组获得红、绿和蓝色图像。
为了提高这些类型器件的电池操作寿命，背光系统通常被配置为当该器件是用电池操作时可以将其设置为低功率模式，并在该产品连接到电源上时将其设置为高功率模式。
因此，在利用使用荧光管的照明方法的当前技术中，背光系统的不同功率设置是可行的唯一一种方式，其是通过给荧光管提供较少功率，这导致显示器的低亮度问题。
US6,262,710介绍了一种用于聚合物显示器的功率节约方案。采用涉及不同彩色空间的效果的计算来找到导致低功率消耗的方案，同时保持器件的彩色再现能力。这种计算是复杂的，因此需要操作显示器所需的控制电路的复杂设计。
因此，本发明的目的是克服关于现有技术彩色显示系统的功耗的缺陷。
该目的是通过一种彩色显示系统和这种系统的操作方法来实现的，所述系统至少包括第一彩色光发射器、第二彩色光发射器、和第三彩色光发射器。分别给这些发射器馈送初始电功率输入PC1，0、PC2，0和PC3，0，其总计为第一总电功率输入，由此每个光发射器分别提供初始第一彩色强度、第二彩色强度和第三彩色强度，它们组合起来使人眼感觉为初始总亮度。然后通过分别给每个光发射器馈送第二电功率输入PC1，1、PC2，1和PC3，1而使功率输入减少到第二总功率输入，由此获得小于所述第一总功率输入的第二总功率输入，其中功率比为PC3，1/PC3，0＜PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜PC2，0/PC2，1。
减少功率输入之后，光发射器的组合强度优选使人眼感觉到基本上与减少功率输入之前的初始总亮度相同的总亮度。
还优选增加输入给第二彩色光发射器的功率，使其产生第二彩色强度，这个强度与第一彩色强度和第三彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
在优选实施例中，每个第一彩色光发射器和第三彩色光发射器的功率输入基本上是零。
该系统还可包括至少第四彩色光发射器，将功率输入给所述第四彩色光发射器，由此第四彩色光发射器产生第四彩色强度，其与第二彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
在优选实施例中，功率输入彼此之间的关系如下：PC3，1/PC3，0＜0.7*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.7*PC2，0/PC2，1。
在另一个优选实施例中，功率输入彼此之间的关系如下：PC3，1/PC3，0＜0.5*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.5*PC2，0/PC2，1。
第一、第二和第三颜色优选分别是红、绿和蓝，并且第四颜色是包括蓝绿色、黄色和琥珀色(amber)的组中的任何一种颜色。
通过使用用于产生红、绿和蓝光的单独的光发射器，例如LED背光LCD显示器，可以为单独的使用模式进行颜色平衡最佳化，即适合于关于彩色再现能力的不同要求，从而可以改进功率使用以及电池工作寿命。由于人眼在光谱的绿色部分内具有最大灵敏度，因此通过将白色向绿色移动的同时减少馈送给光发射器的功率，可以保持显示器的相同亮度。
在典型的彩色显示系统中，当产生全白色图像时，绿、红和蓝光对感觉到的亮度分别贡献60％、30％和10％。因此当根据本发明的显示系统安装在PC中时，在例如只需要文字编辑的情况下，红和蓝光发射器(例如LED)可以完全被切断，而绿光发射器则升高66％。结果，感觉的亮度没有变化，而同时显示系统的功率消耗被减小了50％。这种情况下的缺陷是只能观察到绿色图像，并且所有字符同样显示为绿色。
尽管添加第四光发射器装置增加了复杂性，但是LED形式的蓝绿色或琥珀色光发射器非常有效并对节省功率的整个优点有贡献，同时仍然可以实现大量有吸引力的颜色，并提供设计自由度以研制终端用户所需的产品。而且，蓝绿色LED具有比例如蓝色LED更长的寿命。因此器件的更长寿命可以补偿任何额外的复杂性。
该方法在其中通过单独光发射元件产生红、绿和蓝光的产品例如LED-背光LCD产品、聚-LED显示器、基于激光的显示器等中是特别有用的。
本发明的这些和其它方面从下面所述的实施例可以明显看出并且将参照下述实施例进行说明。
附图中：
图1a是表示人眼对于不同波长的光的相对灵敏度的示意图。
图1b是CIE 1931色度图。
图2是根据本发明第一实施例的系统的方框图。
图3是根据本发明第二实施例的系统的方框图。
图4是根据本发明第三实施例的系统的方框图。
下面将参照具有在RGB颜色空间中的性能的光发射器的例子介绍本发明。首先将介绍在背光LCD、聚-LED和扫描激光系统中的应用的定性(qualitative)例子，然后描述定量实验和模拟。
人眼对于不同波长的光是灵敏的，如图1a所示。作为波长的函数以纳米为单位绘制相对灵敏度的图形。点式曲线101表示柱形的相对灵敏度，即主要只在亮度上灵敏的眼睛元素。实线曲线102表示锥形的相对灵敏度，即，对于不同颜色是灵敏的眼睛元素。图1a中还表示了颜色红(R)、绿(G)和蓝(B)。在以下优选实施例的说明中，将参照人眼能感觉到的光谱中的光。这种光谱范围从大约400纳米到大约700纳米。
图1b表示公知的CIE 1931色度图，表示以下将讨论的限定在实验和模拟中使用的色域的红色R、绿色G、蓝色B、蓝绿色C和琥珀色A的位置。
图2表示以用于LCD的所谓背光系统形式的根据本发明的彩色显示系统200。系统200可以形成例如便携式计算机、PDA、移动电话、数字照相机或任何其他类型需要节能显示系统的电子器件的一部分。尽管没有详细示出，但是这种电子器件，在图2中用参考标记220表示，具有其正常操作所需的所有功能，如提供数据以便由彩色显示系统200显示以及操作彩色显示系统200所需的任何其它信号。对于本领域技术人员来说这是显而易见的，为了清楚起见，没有详细描述电子器件220的功能。
彩色显示系统200包括控制电路212，其控制输入给发光二极管(LED)形式的大量光发射器的功率：红LED 202、绿LED 204和蓝LED 206。用于LED的电源用在系统200中连接到控制电路212的电池214示意性地表示。彩色显示系统200通常包括多个LED，即，大于图2中所示的三个的LED。
当由控制电路212控制时，输入给LED202、204和206的功率使每个LED发射光，如图2所示，它们分别向光学扩散器208发射红光203、绿光205和蓝光207。本领域技术人员显然都明白，扩散器产生从光发射器202、204和206发射的光的“混合”并发射光，其形成白光209的或多或少的连续光谱。白光209入射到LCD单元210上，而LCD单元210被控制电路212控制并结合来自电子器件220的电路的控制信号而产生彩色图像。
在第一操作模式中，显示系统200用以下方式工作：光发射器202、204和206分别被提供初始红、绿和蓝发射器功率输入。这些单独的功率值总计为第一总功率输入。通过将该功率输入转换成光，每个光发射器202、204和206分别初始地产生红、绿和蓝强度，其例如与从扩散器208发射的“混合”光209组合，可以使人眼感觉为第一总亮度。
在第二操作模式中，减少到红202和蓝206光发射器的功率输入。由此获得小于第一总功率输入的第二总功率输入，并且每个光发射器202、204和206分别产生红、绿和蓝光强度，它们组合起来使人眼感觉基本上为第一总亮度。
在替换实施例中，图2中所示的系统可以包括激光灯(而不是LED)形式的光发射器。
优选采用以下方式控制给光发射器的功率：红光亮度比绿光亮度小33％，蓝光亮度比绿光亮度小12％。或者，通过使红和蓝光亮度为零的方式控制给光发射器的功率。
本领域技术人员显然都明白，上述操作优选通过将控制器212中的逻辑电路与电子器件220中的软件指令相结合来实施。
图3表示以所谓聚-LED系统形式的根据本发明的彩色显示系统300。系统300可以形成例如便携式计算机、PDA、移动电话、数字照相机或任何其他类型需要节能显示系统的电子器件的一部分。尽管没有详细示出，但是这种电子器件，在图3中用参考标记320表示，具有其正常操作所需的所有功能，如提供数据以便由彩色显示系统300显示以及操作彩色显示系统300所需的任何其它信号。这对于本领域技术人员来说是显而易见的，为了清楚起见，没有详细描述电子器件320的功能。
彩色显示系统300包括控制电路312，其通过X驱动器电路306和Y驱动器电路308控制给发光二极管(LED)302形式的光发射器310矩阵的功率输入。在矩阵310中，除了红、绿和蓝LED之外(分别用R、G和B表示)，还存在蓝绿色LED 304。用于该LED矩阵310的电源由系统300中连接到控制电路312的电池314示意性地表示。
当由控制电路312和由结合显示系统320的器件320的电路控制时，给LED矩阵310的功率输入导致每个LED发射光，从而在LED矩阵310上产生彩色图像。产生的图像将含有由矩阵310中的LED的特性限定的色域。
在第一操作模式中，显示系统300用以下方式工作：矩阵310的光发射器分别被提供初始红、绿、蓝和蓝绿色发射器功率输入。这些单独的功率值总计为第一总功率输入。通过将功率输入转换成光，矩阵310中的每个光发射器分别初始地产生红、绿、蓝和蓝绿色强度，它们被人眼感觉为第一总亮度。
在第二操作模式中，减少给矩阵310的红和蓝光发射器的功率输入。由此获得小于第一总功率输入的第二总功率输入，并且矩阵310的每个光发射器分别产生红、绿、蓝、蓝绿色强度，它们组合起来使人眼感觉基本上为第一总亮度。
优选采用以下方式控制给光发射器的功率：红光亮度比绿光亮度小33％，蓝光亮度比绿光亮度小12％。或者，通过使红和蓝光亮度为零的方式控制给光发射器的功率。
本领域技术人员显然都明白，上述操作优选通过在控制器212中逻辑电路与电子器件220中的软件指令相结合来实施。
此外，使用琥珀色LED代替蓝绿色LED；或者可以使用含有5种颜色(例如，红、绿、蓝、蓝绿色和琥珀色)的聚-LED显示器。
图4表示以所谓扫描激光系统形式的根据本发明的彩色显示系统400。系统400可以形成例如便携式图像投影系统或任何其他类型需要节能显示系统的电子器件的一部分。与前面参照图2和3所述的实施例相似，彩色显示系统400受这种器件的控制。
彩色显示系统400包括控制电路412，其控制输入给发光激光器形式的光发射器的功率：红色激光器402、绿色激光器404、蓝色激光器406和蓝绿色激光器408。用于激光器402、404和406的电源用在系统400中连接到控制电路412的电池414示意性地表示。
当由控制电路412和由电路控制时，给激光器402、404和406、408的功率输入使每个激光器分别发射激光束403、405、407和409形式的光。激光束403、405、407和409经过折叠平面镜420和二向色平面镜422的系统传播以便形成复合光束411，该光束411在扫描平面镜426反射，受到扫描单元427控制，从而形成由参考标记428表示的图像。因为扫描单元427对本领域技术人员来说是公知的，因此不再介绍其操作。
产生的图像427将包含由激光402、404、406和408的特性限定的色域。
在第一操作模式中，显示系统400用以下方式工作：光发射器402、404、406和408分别被提供初始红、绿、蓝和蓝绿色功率。这些单独的功率值总计为第一总功率输入。通过将功率输入转换成光，每个光发射器402、404、406和408分别初始地产生红、绿、蓝和蓝绿色强度，其使人眼感觉为第一总亮度。
在第二操作模式中，减少给红和蓝光发射器402和406的功率输入。由此获得小于第一总功率输入的第二总功率输入，并且每个光发射器分别产生红、绿、蓝、蓝绿色强度，它们组合起来使人眼感觉基本上为第一总亮度。
优选采用以下方式控制给光发射器402、404、406和408的功率：红光亮度比绿光亮度小33％，蓝光亮度比绿光亮度小12％。或者，通过使红和蓝光亮度为零的方式控制给光发射器的功率。
此外，可以使用黄色激光器代替蓝绿色激光器；或者可以采用包括5种颜色(例如，红、绿、蓝、蓝绿色和黄色)的扫描激光器投影系统。
使用常规固体状态LED的实验产生如下结果。表1a表示关于LED的特性的有关信息。
 LED颜色   x   y   性能(流明/瓦)
 红   0.700   0.299   44
 绿   0.207   0.709   30
 蓝   0.152   0.026   10
                     表1a
在表1a中，x和y值表示在图1b中示意性地示出的CIE-1931色度图中的各个颜色的位置。
表1b中表示出了使用表1a的LED的实验结果。
  LED颜色   初始功率(瓦)   减少的功率(瓦)
  红   0.22   0.93
  绿   1.00   0.0
  蓝   0.13   0.0
  总功率：   1.35   0.93
  总通量(流明)：   41   41
  x颜色：   0.313   0.700
  y颜色：   0.329   0.299
                         表1b
如从表1b中的结果看到的，在减少到绿色和蓝色LED的功率输入和增加到红色LED的功率之后，获得总减少功率和初始功率之间的比69％(即0.93/1.35)，同时保持来自LED的组合光的41流明的总输出。表1b还示出了在CIE色度图即图1b中的x和y点，用于LED输出和功率减少之后的输出的初始组合。从靠近图的中心(即白色)部分的点(x，y)＝(0.313，0.329)到更靠近图的红色部分的点(x，y)＝(0.700，0.299)存在偏差(shift)。
现在在表2a和2b中示出了使用用于LED的理论性能值的模拟。假设通过以下方式提高了LED效率：用于该模拟的LED数据将短暂地处于本领域的状态。关于LED效率的评估的讨论可以在以下文章中找到：Nordhaus，W.D.in“The economics of new goods”，Breshnahan，T.F.etal.，eds.，pp.29-70，The University of Chicago Press，1997，as wellas in Bergh，A.et al.，“SSL-LED Roadmap 2002”，Physics Today 54，pp 42-47，December 2001。
表2a与表1a相似，并表示用于琥珀色LCD和蓝绿色LCD的数据。
 LED颜色   x   y   性能(流明/瓦)
 红   0.700   0.299   50
 绿   0.207   0.709   170
 蓝   0.152   0.026   10
 琥珀色   0.563   0.435   120
蓝绿色 0.084 0.413 50
                       表2a
表2b表示使用表2a的LED的模拟结果。注意到，该表中还存在功率比和通量比(分别表示为“功率％”和“通量％”)，表示可以获得从39％到52％范围内的功率比，并同时保持实质通量。
还应该注意到，在不同模拟中用于组合光的色度图中的x和y点趋于偏向图的绿色部分。
实际设计的产品可以采用各种方法来使用本发明。例如，在安装了电子照片/视频识别电路的产品中，显示器的白点设置(和到单独彩色光源的功率驱动)被自动地调整到被显示的图像内容。
可以在节能模式中选择实际选择的颜色，从而获得视觉上吸引人的产品(一种在机械外壳的颜色方面具有吸引人的显示颜色的产品)，而不是最有效的颜色(具有最高亮度效率的光源的颜色)。
  LED颜色   初始功率(W)   减少的功率(W)   减少的功率(W)   减少的功率(W)
  红   1.00   0.00   0.00   0.00
  绿   0.90   1.23   0.70   1.00
  蓝   0.68   0.00   0.00   0.00
  琥珀色   0.00   0.00   0.30   0.00
  蓝绿色   0.00   0.00   0.30   0.00
  总功率：   2.58   1.23   1.30   1.00
  总通量：   210   209   170   170
  x颜色：   0.313   0.207   0.294   0.207
  y颜色：   0.325   0.709   0.592   709
  通量％   1.00   0.81   0.81
  功率％   0.48   0.50   0.39
                          表2b
 LED颜色   初始功率(W)   减少的功率(W)   减少的功率(W)   减少的功率(W)
 红   1.00   0.33   0.33   0.15
 绿   0.90   0.90   0.74   1.00
 蓝   0.68   0.23   0.23   0.15
 琥珀色   0.0   0.00   0.00   0.00
 蓝绿色   0.0   0.00   0.00   0.00
 总功率：   2.58   1.46   1.30   1.30
 总通量(L)：   210   172   145   179
 x颜色：   0.313   0.269   0.277   0.236
 y颜色：   0.325   0.478   0.450   0.555
  通量％   0.82   0.69   0.85
  功率％   0.57   0.50   0.50
                     表2b(连续的)
  LED颜色  初始功率(W)   减少的功率(W)   减少的功率(W)
  红   1.00   0.00   0.15
  绿   0.90   1.00   0.90
  蓝   0.68   0.25   0.10
  琥珀色   0.0   0.00   0.00
  蓝绿色   0.0   0.00   0.20
  总功率：   2.58   1.25   1.35
  总通量(L)：   210   173   172
  x颜色：   0.313   0.191   0.231
  y颜色：   0.325   0.514   0.565
  通量％   0.82   0.82
  功率％   0.48   0.52
                      表2b(连续的)
总之，通过有利于亮度能力而牺牲彩色再现能力在彩色显示系统中节省了功率。该系统包括多个光发射器。给发射器馈送总计为第一总电功率输入的各个初始电功率输入，由此每个光发射器分别提供初始第一颜色强度、第二颜色强度和第三颜色强度，而这些颜色强度组合起来被人眼感觉为初始的总亮度。然后通过给每个光发射器馈送各自的第二电功率输入，将功率输入减少到第二总功率输入，由此获得小于所述第一总功率输入的第二总功率输入。

Claims (21)

1、一种操作彩色显示系统(200、300、400)的方法，所述彩色显示系统至少包括第一彩色光发射器(202、402)、第二彩色光发射器(204、404)和第三彩色光发射器(206、406)，其中分别给每个光发射器馈送初始电功率输入PC1，0、PC2，0和PC3，0，其总计为第一总电功率输入P0，由此每个光发射器分别提供初始第一彩色强度、第二彩色强度和第三彩色强度，它们组合起来使人眼感觉为初始总亮度，该方法的特征在于：通过分别给每个光发射器馈送第二电功率输入PC1，1、PC2，1和PC3，1而使功率输入减少到第二总功率输入P1，由此获得小于所述第一总功率输入P0的第二总功率输入P1，并且其中功率比为PC3，1/PC3，0＜PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜PC2，0/PC2，1。
2、根据权利要求1的方法，其中，在减少功率输入之后，光发射器的组合强度使人眼感觉到基本上与减少功率输入之前的初始总亮度相同的总亮度。
3、根据权利要求1的方法，其中，增加给第二彩色光发射器的功率输入，使其产生第二彩色强度，这个强度与第一彩色强度和第三彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
4、根据权利要求3的方法，其中，每个第一彩色光发射器和第三彩色光发射器的功率输入基本上是零。
5、根据权利要求4的方法，其中，该系统还包括至少第四彩色光发射器(304，408)，将功率输入给所述第四彩色光发射器，由此第四彩色光发射器产生第四彩色强度，其与第二彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
6、根据权利要求1的方法，其中，PC3，1/PC3，0＜0.7*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.7*PC2，0/PC2，1。
7、根据权利要求1的方法，其中，PC3，1/PC3，0＜0.5*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.5*PC2，0/PC2，1。
8、根据权利要求1-7中任一项的方法，其中，所述第一、所述第二和所述第三颜色分别是红、绿和蓝。
9、根据权利要求5的方法，其中，所述第四颜色是包括蓝绿色、黄色和琥珀色的组中的任何一种颜色。
10、一种彩色显示系统(200、300、400)，该系统至少包括第一彩色光发射器(202、402)、第二彩色光发射器(204、404)、第三彩色光发射器(206、406)和控制电路(212、312、412)，其被设置成分别给每个光发射器馈送初始电功率输入PC1，0、PC2，0和PC3，0，其总计为第一总电功率输入P0，由此每个光发射器分别提供初始第一彩色强度、第二彩色强度和第三彩色强度，这些强度组合起来使人眼感觉为初始总亮度，该系统的特征在于：控制电路被设置成通过分别给每个光发射器馈送第二电功率输入PC1，1、PC2，1和PC3，1而使功率输入减少为第二总功率输入P1，由此获得小于所述第一总功率输入P0的第二总功率输入P1，并且其中功率比为PC3，1/PC3，0＜PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜PC2，0/PC2，1。
11、根据权利要求10的系统，其中，控制电路设置成在减少功率输入之后，光发射器的组合强度作为总亮度可以被人眼感觉到，而总亮度与减少功率输入之前的初始总亮度基本上相同。
12、根据权利要求10或11的系统，其中，控制电路设置成增加给第二彩色光发射器的功率输入，使得其产生第二彩色强度，这个强度与第一彩色强度和第三彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
13、根据权利要求12的系统，其中，控制电路设置成将每个第一彩色光发射器和第三彩色光发射器的功率输入减少到零。
14、根据权利要求13的系统，其中，该系统还包括至少第四彩色光发射器(304、408)，并且控制电路设置成将功率输入给所述第四彩色光发射器，由此第四彩色光发射器产生第四彩色强度，其与第二彩色强度组合并使人眼感觉基本上为所述第一总亮度。
15、根据权利要求10的系统，其中，PC3，1/PC3，0＜0.7*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.7*PC2，0/PC2，1。
16、根据权利要求10的系统，其中，PC3，1/PC3，0＜0.5*PC2，0/PC2，1，和PC1，1/PC1，0＜0.5*PC2，0/PC2，1。
17、根据权利要求10的系统，其中，所述第一、所述第二和所述第三颜色分别是红、绿和蓝。
18、根据权利要求14-17中任一项的系统，其中，所述第四颜色是包括蓝绿色、黄色和琥珀色的组中的任何一种颜色。
19、一种电子器件，包括权利要求10所述的彩色显示系统。
20、根据权利要求19的器件，其中，所述器件是电池供电的。
21、根据权利要求19或20的器件，其包括根据图像信号内容调节给光发射器的功率电平的电子电路。
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