CN2906675Y - 具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器 - Google Patents

具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器 Download PDF

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坎迪丝·海伦·勃朗·埃利奥特
汤玛斯·劳埃得·克莱戴尔
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Abstract

本实用新型提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，该显示器包括一个显示屏，所述显示屏本质上含有一种子像素重复组，该子像素重复组可含有若干与其他某些彩色基色子像素在一起的白色的、或未加以滤光的子像素。显示器还包括晶体管阵列和驱动电路，用以驱动所述子像素。本实用新型的优点是可以提供较高的亮度和较深的饱和度，并可降低显示器的功耗。

Description

具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器
技术领域：
本实用新型设计一些用于显示设备和显示系统的子像素布局。这样一些子像素布局可包含若干高亮度的、与其它某些彩色基色子像素在一起的白色子像素，而且还包含某些多重基色的子像素布局。
背景技术：
本实用新型为于2004年4月9日呈递、标题为《高亮度显示器用的一些新型子像素布局和排列》的美国专利申请序列第10/821,353的申请书的后续部分，于本申请书中对它的全部内容和优先权日的权利要求利益结合加以引用。
在下列权利共有的美国专利申请书中，揭示有一些新型的用来改善图像显示设备成本/性能曲线的子像素排列：
(1)2001年7月25日呈递、标题为《具有简化寻址的全彩色成像设备用的彩色像素排列》美国专利申请序列第09/916,232号专利申请书(第’232号专利申请书)；
(2)2002年10月22日呈递、标题为《彩色平显示屏子像素排列以及具有递增调制传递函数响应的子像素着色布局的改进》美国专利申请序列第10/278,353号专利申请书(第’353号专利申请书)；
(3)2002年10月22日呈递、标题《彩色平显示屏子像素排列以及具有一些拆分开蓝色子像素的子像素着色布局的改进》为美国专利申请序列第10/278,352号专利申请书(第’352号专利申请书)；
(4)2002年9月13日呈递、标题为《用于子像素着色的改进型四彩色排列和发射器》美国专利申请序列第10/243,094号专利申请书(第’094号专利申请书)；
(5)2002年10月22日呈递、标题为《减少蓝色亮度而有良好能见度的彩色平显示屏子像素排列和子像素布局的改进》美国专利申请序列第10/278,328号专利申请书(第’328号专利申请书)；
(6)2002年10月22日呈递、标题为《带有水平子像素排列和布局的彩色显示器》美国专利申请序列第10/278,393号专利申请书(第’393号专利申请书)；
(7)2003年1月16日呈递、标题为《改进型条纹显示器子像素排列及其子像素着色用的系统和方法》美国专利申请序列第01/347,001号专利申请书(第’001号专利申请书)。
上述说明书，皆于此结合本说明书加以引用。
对于某些在水平方向具有偶数个子像素的子像素重复组(sub-pixelrepeating group)，下列专利申请书中揭示有一些能使点反演变换模式(dotinversion scheme)起改进作用的系统和方法，例如一些特有的点反演变换模式和其它一些改进，皆于此结合本说明书对其全部内容加以引用：
(1)标题为《一些新型液晶显示器中的图像降级校正》的美国专利申请序列第10/456,839号专利申请书；
(2)标题为《具有一些使点反演变换起作用的渡线连接的显示屏》的美国专利申请序列第10/455,925号专利申请书；
(3)标题为《利用一些标准驱动器，和在一些新型显示屏布局上的背板来实行点反演变换的系统和方法》的美国专利申请序列第10/455,931号专利申请书；
(4)标题为《通过减低量化误差，对具有固定图案干扰的显示屏上的一些视觉效应进行补偿用的系统和方法》的美国专利申请序列第10/455,927号专利申请书；
(5)标题为《带有附加驱动器的一些新型显示屏布局上的点反演变换》的美国专利申请序列第10/455,806号专利申请书；
(6)标题为《非标准子像素排列用的一些液晶显示器背板布局和寻址》的美国专利申请序列第10/455,838号专利申请书；
(7)2003年10月28日呈递、标题为《在一些新型带有拆分开蓝色子像素的液晶显示器内的图像降级校正》的美国专利申请序列第10/969,236号专利申请书；
(8)2004年3月23日呈递、标题为《供一些含有不同尺寸子像素的液晶显示器用的改进型半导体背板》。
这些改进，当与上述那些专利申请书，以及此处结合本说明书加以引用的一些权利共有的美国专利申请书中所进一步揭示的一些子像素着色系统和方法结合起来时，其效果特别显著：
(1)2002年1月16日呈递、标题为《RGB(红绿蓝)像素格式数据转换成波形瓦式矩阵子像素数据格式》美国专利申请序列第10/051,612号专利申请书(第’612号专利申请书)；
(2)2002年5月17日呈递、标题为《带灰度调节的子像素着色用的系统和方法》美国专利申请序列第10/150,355号专利申请书(第’355号专利申请书)；
(3)2002年8月8日呈递、标题为《带自适应滤光的子像素着色用的系统和方法》美国专利申请序列第10/215,843号专利申请书(第’843号专利申请书)；
(4)2003年3月4日呈递、标题为《图像数据瞬时子像素着色用的系统和方法》美国专利申请序列第10/379,767号专利申请书；
(5)2003年3月4日呈递、标题为《运动自适应滤光用的系统和方法》美国专利申请序列第10/379,765号专利申请书；
(6)2002年3月4日呈递、标题为《改进型显示视角用的子像素着色系统和方法》美国专利申请序列第10/379,766号专利申请书；
(7)2002年4月7日呈递、标题为《带有嵌入式预子像素着色图像的图像数据集》美国专利申请序列第10/409,413号专利申请书。
上述这些说明书，皆于此结合本说明书对其全部内容加以引用。
在下列权利共有且等待审批的美国专利申请书中，揭示有在色域转换和映射(gamut conversion and mapping)方面的一些改进：
(1)2003年10月21日呈递、标题为《色调角的计算系统和一些方法》的美国专利申请序列第10/691,200号专利申请书；
(2)2003年10月21日呈递、标题为《从源色彩空间到RGBW(红绿蓝白)目标色彩空间转换用的方法和设备》的美国专利申请序列第10/691,377号专利申请书；
(3)2003年10月21日呈递、标题为《从源色彩空间到目标色彩空间转换用的方法和设备》的美国专利申请序列第10/691,396号专利申请书；
(4)2003年10月21日呈递、标题为《色域转换的系统和一些方法》的美国专利申请序列第10/690,716号专利申请书。
上述这些说明书，皆于此结合本申请书对其全部内容加以引用。
另外的一些优越性，在下列一些专利申请书中曾加以叙述：
(1)2003年10月28日呈递、标题为《具有供来自多重输入源格式的显示图像数据用改进型的多重模式的显示系统》的美国专利申请序列第10/969,235号专利申请书，以及
(2)2003年10月28日呈递、标题为《实现图像重建和子像素着色以对多重模式显示器产生缩放的系统和方法》的美国专利申请序列第10/969,026号专利申请书。
另外，以下所有这些权利共有的、且一起等待审批的专利申请书皆于此结合对其全部内容加以引用：
(1)2004年4月9日呈递、标题为《改进非条纹显示系统内图像数据子像素着色用的系统和方法》的美国专利申请序列第10/821,387号专利申请书；
(2)2004年4月9日呈递、标题为《对一些图像显示器选择白色点用的一些系统和方法》的美国专利申请序列第10/821,386号专利申请书；
(3)2004年4月9日呈递、标题为《从一个图像数据集到另一个图像数据集的改进型色域映射用的一些系统和方法》的美国专利申请序列第10/821,306号专利申请书；
(4)2004年4月9日呈递、标题为《一些高亮度子像素布局用的若干改进型子像素着色滤光器》的美国专利申请序列第10/821,388号专利申请书。在本说明书内所述及的所有这些专利申请书，特此结合对它们的全部内容加以引用。
发明内容：
本实用新型提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，该显示器包括：一个显示屏，所述显示屏含有一种子像素重复组，所述子像素重复组含有一个第一组，所述第一组含有按如下排列的子像素：
W G W B           W C W B      W C W M
W R W G，      W R W G，    W R W G；
W R W G W B           R B G    R B G W
W G W B W R           G W R，  G W R B，
W B W R W G，
R G B W   R B G    R G B W    R G W
B W R G， G W R，  B W R G，  B R G，以及
W W W W
R G C B
W W W W
C B R G
其内W基本上是白色，G基本上是绿色，R基本上是红色，B基本上是蓝色，C基本上是青色，而M基本上是绛红色；
还包括晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
本实用新型还提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，包括：一个显示屏，所述显示屏含有一种子像素重复组，所述的子像素重复组含有一个第一组，所述的第一组含有按如下排列的子像素：
W G W B         W C W  B      W C W  M
W R W G，    W R W G，      W R W G，
W R W G W B
W G W B W R
W B W R W G，
R B G W    W G B R
G W R W，  B R W G
R G B W    W B G R
B W R G    G R W B    以及
R G W
B R G
W M W C    W B W C
W G W R      W G W R
W C W M      W C W B
W R W G，    W C W B    以及
W W W W    W W W W
R G C B    C B C B
W W W W    W W W W
C B R G    R G R G
其内W实质上是白色，G实质上是绿色，R实质上是红色，B实质上是蓝色，C实质上是青色，而M实质上是绛红色；
还包括晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
本实用新型还提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，包括：一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组：
W G W B
W R W G，
而且所述显示器还含有背照，其内所述显示器，通过所有子像素充分显露，而含有一个平衡的白色点；还包括晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
本实用新型还提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，包括：一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组：
W C W B
W R W G，
而且所述显示器还含有背照，其特征在于其内所述显示器，通过所有子像素全部充分显露，而含有平衡的白色点；还包括晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
本实用新型还提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，包括：一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组，所述重复组进一步含有白色子像素和许多彩色子像素；所述显示器还含有背照，从而，当所有子像素充分显露时，所述显示器含有平衡的白色点；进一步，其内，彩色子像素中至少一个含有比所述白色子像素实质上更大的区域；晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
本实用新型还提供了一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，包括：一个显示屏，所述显示屏包含一种子像素重复组，所述子像素重复组含有8个位于一个4×2两维网格上的子像素，所述网格的一些方向中的一个第一方向含有4条线(line)第一条线和第三条线含有一组互相交替的绿色和白色的子像素，而第二条线和第四条线含有一组互相交替的红色和蓝色的子像素；晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
和现有技术相比，本实用新型的优点是可以提供较高的亮度和较深的饱和度，并可降低显示器的功耗。
附图说明：
构成本说明书的一部分而结合在本说明书内的一些附图，是用来解说本实用新型的一些示范性的具体实现和实施方案，这些图连同有关叙述则用来解释本实用新型的一些原理。
图1到图4为根据本实用新型的一些原理所做成的几个高亮度布局的实施方案。
图5A和图5B分别是常规的RGB条纹布局与旁边的本实用新型一个实施方案的并列对比。
图6A和图6B分别是常规的RGB条纹布局与旁边的本实用新型另一个实施方案的并列对比。
图7A和7B分别是常规的RGB条纹布局与旁边的本实用新型又一个实施方案的并列对比。
图8到图11A-C是根据本实用新型的一些原理所做成的另几个高亮度布局的实施方案。
图12是将一些旋转位移区域相对于高亮度和其它布局用的黑色矩阵进行定位的一个实施方案。
图13是一种高亮度三角形三元组的子像素布局的一个实施方案。
图14和图15是类似于图2和图3的另外一些实施方案，其中彩色子像素位于六元组网格上。
图16是类似于图4的另一个实施方案，其中彩色子像素是沿一不同的斜线而形成。
图17是类似于图11A的另一个实施方案，但其中彩色平面置于正方形网格上。
图18和到图24是另外的一些实施方案，其中白色子像素被作了置换。
图25到图28是前面一些实施例的另一些实施方案，但以镜像图像予以示出。
具体实施方式：
现在可对具体实现和实施方案作详细的参考，它们的实例在附图中说明。无论何处，只要可能，将在所有附图中采用同一的参考号来指称同一或同样的零部件。
RGBW(红绿蓝白)彩色液晶显示器和天然彩色图像
“现实世界”是一个减色系统(subtractive color system)。除去一些相对比较少见的辐射光源，例如发光两极管和激光器之外，日常生活里，每个人的经历当中，由人的视觉系统所看到的现实世界景象里，是找不到高亮度饱和色彩的。在日常经验中，彩色的形成是由于相对明亮的白色光投射到有颜色的物体上，而这些物体把该白色光的某些部分吸收掉，把其余的部分反射出来。由于有选择地把光譜的某一部分吸收掉，并把光譜的另一部分反射回来，这样就形成了彩色。一些非彩色饱和的物体，例如白色或浅淡颜色的物体，可以把光的绝大部分充分地反射回来，从而它在辐射计量上和视觉上比一些饱和彩色物体更明亮。相反，形成饱和彩色的物体会把光的极大部分吸收掉，而仅把投射到其上光的全光譜中的某一狭窄譜带(紫色或绛红色情况是几个譜带)反射回来。与非饱和的彩色物体相比，这减少了饱和彩色物体的亮度。这个事实对于位于红、绿、蓝色彩三角形顶角处的那些饱和彩色来说尤为明显，为获得这些色彩，必须是非常狭频带的光。此外，在一些物体的表面会产生镜像反射，这些物体实际上几乎不改变投射其上的光的频谱，所以给于非彩色饱和的反射加亮，甚至在朗伯(lambertian)反射情况观察起来为高彩色饱和的某些物体也是如此。这些加亮是许多自然景象最亮的部分(例如顶灯光在一个鲜艳彩色台球上像镜子一样的反射，它的反光是白色，而不是彩色的)。因此，根据它们的本性，现实世界的景象乃是明亮的非
彩色饱和物体和较深色的彩色饱和物体
有些自然图像具有若干高饱和的彩色。在这些图像中，最亮的红色、绿色和蓝色都比自然图像中看到的白色要暗得多。即使是由红色和绿色混合成的黄色，也没有像白色那样的明亮。其它的一些图像——典型的是室内物体的照相(例如面容)——则更可能没有如此明亮的彩色物体。考察高饱和彩色和非饱和彩色出现的统计情况，人们发现在天然图像中饱和彩色相对较少。饱和彩色出现时，它们也是相当暗。更进一步的是，考虑到天然景象中色彩组成的减色本性，明亮的饱和彩色几乎是不存在的。
对于电子显示器对天然景物的着色来说，最好能够产生非常明亮的非饱和彩色和较暗的高饱和彩色。根据对常规的RGB(红绿蓝)三基色系统性能的检验，人们注意到它是一个加色系统，其非饱和彩色的亮度受所添加的部分饱和彩色的限定。通常RGB系统的亮度/饱和度的色域可包含一些比较明亮的非饱和彩色，但不能重现非常明亮的非饱和彩色。
在非饱和彩色的亮度和经过滤光的背照显示器的彩色饱和度色域之间，存在着某种折衷。彩色滤光器饱和度越深，则加到非饱和彩色亮度上的经过滤光的颜色越少。这产生了亮度/饱和度压缩，就是，非饱和彩色在亮度方面减少，而饱和彩色则被压缩，饱和度降低，以适用于该折衷系统的限定范围内。因此需要另一种能更好显示天然图像的彩色形成系统。
RGBW液晶显示器提供了另外一种基色：白色。这些白色子像素显著地比那些红色、绿色和蓝色子像素明亮，这是因为白色的形成采用透明的滤光器，光几乎全部通过，而另三种基色的形成是滤掉大部，只剩某一狭窄的谱带。由于这样一些滤光器不是理想的通频带滤光器，即使在所需要的通频带波长范围内，其透射率也小于100％，这就使得子像素更暗。白色子像素的亮度可能高达一些彩色子像素亮度的4倍或更多。因此白色子像素的采用，显著地增加了显示屏在显示一些非饱和彩色时的亮度。
如果显示屏的四分之一面积用于白色子像素，那么其余的红色、绿色和蓝色子像素的亮度则降低四分之一。不过，非饱和彩色的形成也有了明亮的白色子像素的贡献，有了大大增强的亮度。结果使得显示屏具有的亮度/彩色色域的包迹形状更接近“现实世界”的情况。考虑到对天然图像的统计结果，饱和彩色的亮度损失是一个可接受的折衷。然而，由于选择常规的红、绿、蓝基色是所需要的一些基色的饱和度和一些非饱和彩色的亮度之间的一种折衷，所以白色子像素的引入提供了一种新的优化点。
由于非饱和彩色的亮度大多数是由白色子像素所提供，红、绿、蓝基色的饱和度可因一些非饱和彩色亮度仅仅小量减少而增加。对于某些(例如小型)显示屏，该非饱和彩色的亮度减少，与一些常规RGB条纹显示器中所能发现的1∶3宽高比的子像素相比较，因其水平方向子像素密度的减低，可部分地为1∶2宽高比的子像素的图像宽高比增加而抵消。与常规的RGB显示器相比，这可造成RGBW显示器在每个点处的亮度与饱和度包迹两者都有所增加。与RGB系统相比，一些全饱和的彩色在优化的RGBW系统上可能比较暗，但在RGB系统的一些饱和度最大的彩色点处，RGBW系统的亮度可与之相同或较高。因此，彩色亮度实际不会损失。
由于这样的RGBW系统提供较高的亮度和较深饱的和度，所以它更接近“现实世界”天然图像的包迹和统计结果。对于一些显示器，本实用新型揭示了许多种高亮度的布局。这些布局本身也可被各种色域映射算法(GMA)——先有技术中的或如许多于此结合的专利申请书中所揭示的色域映射算法——所驱动。另外，通过利用于此结合的一些专利申请书中所揭示的一些子像素着色(SPR)算法，这样的显示器在减少成本和提高对比度的同时，还可保持彩色的精确度。
如于此结合的一些专利申请书中所揭示的，SPR算法的一个实施方案把白色子像素作为另一种基色来处理。从彩色理论基础出发，该实施方案利用线性矩阵乘法运算来对一些输入的RGB数值进行变换。这结果形成一种可保持所有彩色的色调和饱和度的变换。
由RGB到RGBW的亮度增加可以是线性的，对于RGBW亮度/饱和度色域的包迹内的所有彩色都是一个恒定的增量因子。图像中的一种明亮而饱和的彩色可超出RGBW亮度/饱和度色域的包迹这种未必有的情况下，一个实施方案以显示器可以进行着色的相同的色调和饱和度，把彩色映射为最明亮的彩色。这是一个合理的折衷，因为人的视觉系统不能量度绝对亮度，而只能量度相对亮度。另外，非常明亮的高饱和的彩色，在天然图像中并不经常出现。因此，减低一个高饱和彩色的峰值虽使图像发生稍许失真，但并不严重；然而，彩色的饱和度和色调发生失真，通常很容易被发觉和引起注意。
显示器用的一些高亮度布局
高亮度布局(例如RGBW)的一些优点和折衷已经过讨论，现在将揭示这样一些布局的几个实施方案。图1描述布局100的一个实施方案。布局100本质上是由许多子像素重复组102所组成，而每个重复组还含有若干白色子像素(例如无彩色滤光器)104、绿色子像素106、红色子像素108和蓝色子像素110。如可所见：所有子像素中占大多数的是白色子像素，而且这些白色子像素，可任选地具有比其它一些彩色子像素小的尺寸和/或面积。安置大量细小的白色子像素的价值，在于它能提供超乎寻常的调制传递函数(MTF)的深度。与红色、蓝色子像素相比，它还对一些较多出现的绿色子像素赋予同样的效果。
为了这种显示器的子像素着色，这些白色子像素可一对一地与某一进入的常规数据集(例如：RGB或任何其它适当数据格式)进行映射。从而这些彩色能以于此结合引用的一些专利申请书中所述的方式对一些子像素进行着色、滤光，以去掉色度混淆来保持正常的颜色。此外，这些平面的相位可以根据需要而调节得或者与进入的数据集一致，或者与白色子像素调整为180°相位差。第一种情况适合于文本或其它一些无频带限制的图像。第二种情况适合于图片或者文本、图示符等的超级抽样子像素着色。彩色子像素的位置还可以从一些频带限制图像的正常数字图像重建用的插补/子像素着色那里得到利益。
应当指出：背照彩色的温度可被调节得比通常RGB液晶显示器具有更多绛红色(magenta)、红色和蓝色能量，而给予一个平衡白色。另一替代方案，是把绿色子像素向着CIE 1931彩色表上的上部绿色点调节，减少其亮度，但增加其彩色饱和度，以给出较好的彩色色域和恰当的白色平衡。还有一个替代方案，是把以上两个实施方案的效果相结合。还应当指出：这个布局在所有方向的白色子像素的尼奎斯特极限(Nyquist limit)处具有一个调制传递函数极限(MTFL)。MTFL可看成最高数目的黑色和白色线条，它们能同时被着色，而没有色度混淆。
将可察觉：本实用新型对于图1以及对于本申请书内所揭示的全部附图，包含了重复子像素组的所有镜像图像和其它可能的对称性。此外，在不脱离本实用新型的范围内，彩色子像素的位置指定也可经受改变。例如，在本实用新型的范围内，图1内的红色和蓝色子像素的位置被改变或置换。一些绿色子像素的位置，在本实用新型的范围内，也可随红色和蓝色子像素而改变。
用于本实用新型的另一组实施方案还包括：对于于此所说明的每一个具有一个“白色”子像素的子像素布局，另一个实施方案可以用“黄色”、“灰色”或“蓝-灰色”(例如无色而全透射的)来替换某些或全部“白色”子像素。黄色、灰色或蓝-灰色没有像白色能做到的同样透射性，可是，黄色、灰色或蓝-灰色呈现出高的透射性，也提供“高”亮度性能。对于采用红色、绿色、蓝色、白色和青色的一些子像素布局，也许希望用粉红色来替代部分或全部的白色。
图2和图3中示出高亮度布局的另两个实施方案。像用图1所示的那样，多数子像素是白色子像素，且可任选地使它们具有减小了的尺寸或尺度。这给出高调制传递函数极限性能。图2中的重复组模式202含有红色、绿色和蓝色子像素——以及一个青色子像素204(用比这些图中标明蓝色子像素更为细密的水平阴影线标明)。这或许使蓝色分辨率比所需要的更高，但该排列对于制造和子像素着色更简单易行。对于白色平衡，该背照可能比RGB液晶显示器通常的背照具有更多的红色能量，以抑制所增加的青色透射。另一替代方案是，绿色和青色较暗，更纯，朝CIE 1931彩色表的绿色峰顶上移，结果形成一个高彩色温度显示器。这种排列使得一个明亮、高调制传递函数极限、高子像素着色干扰波纹极限(SPR MoiréLimit)、高彩色色域的显示器成为可能。已知白色子像素可增加系统的亮度，而且青色的使用有利于给出一个宽广的彩色色域，这对于把少数像素的彩色点设置为深饱和度，结果形成一个宽广的彩色色域，是有好处的。
图3描述用于5-彩色系统，RGMCW(红、绿、绛红、青、白)系统的替代方案，它使得在损失深蓝色性能的代价下，取得更高的调制传递函数极限性能。重复子像素组302由红色、绿色、青色(204)和绛红色(304)子像素所组成。在另一个实施方案中，可能对多数白色子像素在少数子像素的的网格上进行垂直地180°移置，使得子像素着色干扰波纹极限扩展为全圆。由于这些布局具有白色子像素的正方形网格，从而单色调制传递函数极限被显示为一个正方形的、与常规的RGB条纹系统相匹配的调制传递函数极限周界。
图4是高亮度布局400的另一个实施方案。它的重复子像素组是一个3×6的子像素组402，包含红色、绿色和蓝色子像素，构成马赛克图案。这里，白色子像素仍为多数子像素，且任选地使它比其它彩色子像素狭窄。这些红、绿、蓝彩色子像素在数目上和尺寸上都相同。当所有的子像素数的值都充分显露时，该显示器可具有使用常规背照彩色及具备最大亮度纯白色的功效。这种显示屏也可以避免在制造时因屏框偏移而造成的彩色偏移。
该显示屏往往是容许超出高亮度调制传递函数极限而进入色彩三角形的顶角，并具有一个延展的子像素着色干扰波纹极限。然而它可以像经典的马赛克图案那样，具有一个高度非对称的亮度调制传递函数极限。当三分之一显示屏面积为高亮度白色时，其亮度可望显著高于使用一些同样彩色滤光点的传统RGB显示屏。如前所述，利用较高饱和度而较低透射率的彩色滤光器，白色所增加的亮度可被用来替换为普通电视或高清晰度电视产品的彩色色域增加而致的亮度增益。
作为一个替代方案，子像素的宽度比可根据对白色/彩色亮度折衷的需要而改变。例如，一种方案可把白色和彩色子像素的宽度尺寸设置相等，给出一个较亮的白色数值，但较低的饱和彩色亮度。当宽高比为一比二(1∶2)——或者另一种，一比三(1∶3)——时，利用同样大小的子像素，这个例子可有额外的好处，使得根据本实用新型的一些设计准则进行设计和制造非常容易。另一个实施方案，可把一些红色、绿色和蓝色子像素安放在垂直或水平的条纹内。
在共同等待审批的第’094号专利申请书中，图5B的布局曾建议布局内像素尺寸具有2∶3的宽高比(宽度∶高度)。与相同的分辨率的RGB条纹布局相比，结果使得像素的可视度增加。因此，图5B示出一个带有红色、绿色、蓝色子像素和白色子像素重复组502的类似布局；而图5A中示出，宽高比为一比三(1∶3)的常规RGB条纹布局，以作对比。一个好处是该布局可以使用现有的RGB条纹薄膜晶体管(TFT)阵列。
应当指出：像素的尺寸相同，但彩色的次序有改变。每2×3个像素循环一次。一些白色像素有次序地示于一个行内，但它们对于其它的实施方案也能够加以改变。与RGB条纹相比，这种设计的分辨率，沿水平轴应为2×，沿垂直轴应为1×。子像素着色能被调节得在水平方向实行缩放，或某一视频芯片能用来沿水平轴以2×率对数据进行抽样。无论哪种情况，液晶显示器的性能得到改善，有更小的波纹干扰(Moirénoise)和较高的调制传递函数(MTF)，并且对于25％的彩色滤光透射率的亮度增益应为((5/6)*25+(1/6)*100)/25＝1.5。
图6B是具有重复组602的另一个实施方案(示于图6A的RGB条纹屏旁)，它具有重复组602。在该实施方案中，子像素实际上尺寸等同，以保持白色平衡。重复组602有2×4个子像素。应当注意：彩色的数目在一个重复组(红色、绿色、蓝色、白色)内是相同的。其结果应形成与现有的一些背照相平衡的白色。此情况中，水平方向和垂直方向的分辨率应与RGB条纹相同，但列驱动器和薄膜晶体管的数目减少1/3。亮度增益与滤光器的透射率有关；假定彩色滤光器透射率为25％(典型值)，白色滤光器透射率为100％，那么白色屏幕的透射率为(3/4)*25+(1/4)*100＝175/4＝43.75％，亮度增益约为43.75/25＝1.75。
图7B为图6B的一个变种(示于图7A的RGB条纹布局旁，以便对比)。此情况中，子像素重复组702和子像素重复组602相同，但宽高比为1∶3。此情况中，沿水平方向的分辨率可增加1.5×。该设计采用了一些现有的薄膜晶体管阵列和电子驱动设备，虽不节省成本，但分辨率和亮度则都趋向增加。亮度增益则与上述者相似。
结果，利用此处所揭示的一些新型高亮度布局，现在亮度可以在便携式设备(例如移动电话)应用和电视设备市场中造成影响。就典型的RGB条纹液晶显示器使用的情况而言，因彩色滤光器和偏振器的透射率，以及薄膜晶体管阵列的“宽高比”不同，液晶显示器的透射率通常为5-10％。因此为了达到500烛光/平方米(cd/m2)的亮度输出，需从背照输出的亮度高达5000-10000烛光/平方米。这会提高成本和增加电视设备的发热。在可便携式设备应用中，会减少电池寿命。
利用此处所揭示的新型高亮度布局，背照的亮度可以降低为基本上具有相同的分辨率的常规的RGB条纹系统所需要的一半。背照亮度的这种降低，可能是由于以下的原因造成：(a)利用这些新型布局使得宽高比增加，以及(b)由于增加了白色子像素而使得系统的透射率增加。在这些实施方案中，系统的亮度可以提高到1.75×，或者，也可以使功耗降低超过40％。对于家用液晶电视机来说，这可能意味着在保持平均亮度的情况下，使家里的电灯从16盏改少到10盏，大大节省了电能、开支和热耗。
对于所有这些亮度布局，讨论一种“品质因数(Figure of Merit)”可能有助于将这些布局的性能加以比较。一种简化的FOM(品质因数)为沿每一轴线的调制传递函数极限与子像素数目之比所表达的像素数目，并记为一个百分数。
例如，常规的RGBW“四元”模式，它具有一个呈正方形模式的重复组：
                         G  B
                         R  W
对于大型广告牌，该四元模式用四盏白熾灯，排列成一个正方形图案重复单元来实现。彩色基色用灯泡上涂颜料来形成。亮度的损失巨大，因此大量所需要的亮度由不滤光的白色灯提供。该四元模式通常作为一个正方形像素来处理。四元模式虽然可以施加子像素着色(因而得到改进)，但它不如此处所揭示的一些新型布局那样优越——因为该四元模式沿任何轴线都需要两根由子像素所构成的线条，来勾画出一根白色线条。由于它取四个子像素等于一个像素，所以FOM数值为25％。
图8是又一个实施方案，它实质上由子像素重复组802所组成，其子像素的宽高比为1∶2。该布局具有少数引发一些液晶旋错的边缘周界，因而比基于RGBW四元(即四基色)，甚至RGB条纹的液晶显示器有更高的对比度。类似于上述的四元模式，该布局具有25％的白色区域，因此在相同的分辨率的情况下，它具有比RGB条纹显示屏约高75％到100％的亮度。应当指出：每种彩色都位于正方形网格的45°上。该布局只需要一行子像素来勾画出一根白色线条，而子像素列仍需要两列。其FOM数值因此为50％。
图9又是另一个实施方案，它实质上由重复组902所组成。它对于分辨率非常高(300+点/英寸)的移动电话很有用。由于该布局内蓝色的分辨率降低，所以最好用一个高彩色温度的背光，以保证在所有子像素被转为全值时有足够的蓝色光，来保持显示屏处于所需的白色。由于白色的面积只占17％，亮度增加约为50％。子像素的宽高比为二比三(2∶3)(或选为1∶3)。对于图9的布局，可以见到这个布局的FOM为66％。
图10是具有重复组1002的再一个实施方案。由于子像素保持着一比三(1∶3)的宽高比，它可以容易地把现有的一些背板用于该布局。从而该布局沿水平轴上具有比由其所替代的常规GRB布局更高的调制传递函数极限。而且它的亮度将高出约75％。额外的水平分辨率将进一步减少波纹扭曲。如果输入信号具有较高的分辨率，例如对720p的高清晰度电视的液晶显示器减缩为一个1080i的信号，或在720p的普通电视设备上减缩为480i。该显示屏可示出的水平方向分辨率，比常规RGB条纹显示屏高出50％。从而充分显示出较高分辨率格式的水平方向的分辨率。
图11A是具有4×8子像素重复组1102的高亮度布局的再另一个实施方案。如所见，这些子像素具有不同于传统的长方形的形状。在此方案中，白色子像素(未用阴影线来示出)是多数子像素，且可选为如由红色、绿色、蓝色和青色构成的彩色子像素那样较小的尺寸大小。如所见，这些白色子像素可以在那些彩色子像素的间隙里(例如移置180度)。如所见，子像素重复组1102的尺寸大于其它一些附图中所示的其它子像素重复组，这是因为彩色子像素被放置在六元网格上。六元网格的一个可能好处是，它可以把傅立叶能量在较多的方向和点上发散。这对于因蓝色子像素所引起的暗亮度陷阱(luminance well)尤其有用。另一个可能的好处是，每行都包含了白色子像素及所有四种彩色，使得水平线黑白分明，十分清晰，没有色度混淆。将可察觉，于本申请书内所示的全部附图中的所有子像素重复组，也都可用相似的样式放置到六元网格上，并且在本实用新型的范围内作过仔细考量。
图11B是高亮度布局的又另一个实施方案，该布局内多数白色子像素自少数子像素垂直向置换。这有助于把子像素着色干扰波纹极限(SPR Moire Limit)扩展到一个全圆。如果这些布局具有一个白色子像素的正方形网格，则所显示的单色调制传递函数极限(MTF Limit)为一个正方形的调制传递函数周界，与常规RGB条纹系统的调制传递函数的周界相符。将可察觉：于此所揭示的所有这些布局，皆可被做得具有如此垂直地置换而来的白色子像素，并且本实用新型的范围包含了这些可选项。图11C是高亮度布局的再一个实施方案，该布局内一个白色子像素以三角形三元模式来置换一个蓝色子像素。虽然在图11C中子像素表示为点状，它们当然可根据需要，被实现为长方形子像素——或其它许多形状。
如上所述，液晶显示器的对比度由许多参数来设定，包括从一些旋错(disclinations)处的光泄漏，或子像素边缘附近的其他液晶失真。为了消除光从这些区域的泄出，可以把黑色矩阵放大，而盖住这个区域。这样可能会减少光的透射，但也改善了对比度。图12示出一个可能的实施方案。把与彩色滤光器1202毗邻的黑色矩阵放大，从而有助于掩盖1206下面的旋错区域。
在于此所揭示的许多实施方案中(以及于此结合引用的许多专利申请书中)，这些布局所使用的一些子像素皆宽于正常的RGB条纹布局的子像素，取决于像素的密度不同，其宽高比可增加10-100％不等。黑色矩阵可保持为常量，而光透射率增加。但也可能需要“放弃”一些光透射增益，而来增加黑色矩阵的宽度，以便更多地把像素边缘的旋错区域遮盖住。这可通过减少液晶显示器暗状态的亮度，来改善整体的对比度。明亮状态的亮度，由于透射率增加而可能更高，因此对比度将得到改善。另外，对不同的彩色区域、子像素，黑色矩阵可作不同的调节，以致较亮的子像素，例如白色、绿色，乃至青色子像素，其周边有更多的区域被黑色矩阵遮盖住，使旋错处出来的光泄漏减少，从而增加了对比度，而使较深的颜色，如红色和蓝色的饱和亮度保持在某种程度上。每个彩色子像素都可根据需要被独立地进行调节。例如，把白色的大部分面积可用黑色矩阵遮盖住，从而最大程度影响图像的对比度。
尽管旋错被描述为造成像素边缘周围光泄漏的根源，但本实用新型并不仅仅限于这种现象。在其它一些设计中，光泄漏可能是由于一些电极的边缘所引起的某些场效应而造成的，例如像MVA或ISP一些设计中的人字(chevron)形图案。被放大的黑色矩阵也有助于把这些光泄漏源遮盖掉。应当知晓：这个概念同样可很好地应用到三基色(即只用红色、绿色和蓝色作为子像素)或其它一些多基色(即不用白色作为子像素)——以及任何RGBW设计上。
虽然这些布局，如于此所描述的，适合于液晶显示器的显示，尚可发现，这些布局同样能应用到基于白炽灯的显示器、基于发光两极管(有机的或无机的)的显示器、等离子显示屏，以及其它各类显示技术。
图13为一种三角形三元子像素布局的一个实施方案，它基本上与图11C中彩色的指定相对应。当然，本实用新型也包含这个特定实施方案的镜像图像和其它对称性。
图14和图15是类似于图2和图3的另外一些实施方案，其中个别的一些子像素被放置在六元网格上，以与正方形网格对比。
图16是类似于图4的另一个实施方案，但其中的彩色子像素形成一种不同于图4中的斜线条纹模式。
图17是类似于图11A的另一个实施方案，但其中有单一颜色的平面被放置在正方形网格上，以与六元网格对比。
图18和到图24是本申请书内前面所示的其它一些附图的实施方案——但如图所示，置换了白色子像素。
图25、图26、图27和图28是本申请书内前面所示的几个附图的实施方案——但用镜像图像描绘。
虽然本实用新型引用示范性实施方案加以说明，但熟练本技术的人士应当懂得，按照本实用新型的启示在不脱离本实用新型范围下，可作不同的改变，关于它的基本元素可以用等价物替代。另外，在不脱离本实用新型实质范围下，可作出许多更改，以适应具体的情况。因此，意图是，本实用新型不仅仅局限于所揭示的、仅考虑作为实现本实用新型的最佳模式的特定实施方案，而是本实用新型将包括落在所附权利要求范畴内的全部实施方案。

Claims (27)

1.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏含有一种子像素重复组，所述子像素重复组含有一个第一组，所述第一组含有按如下排列的子像素：
W G W B      W C W B      W C W  M
W R W G， W R W G，    W R W G；
W R W G W B       R B G    R B G W
W G W B W R       G W R，  G W R B，
W B W R W G，
R G B W   R B G    R G B W    R G W
B W R G， G W R，  B W R G，  B R G，  以及
W W W W
R G C B
W W W W
C B R G
其内W基本上是白色，G基本上是绿色，R基本上是红色，B基本上是蓝色，C基本上是青色，而M基本上是绛红色；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
2.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏含有一种子像素重复组，所述的子像素重复组含有一个第一组，所述的第一组含有按如下排列的子像素：
W G W B         W C W B      W C W M
W R W G，    W R W G，    W R W G，
W R W G W B
W G W B W R
W  B  W  R  W  G，
R B G W    W G B R
G W R W，  B R W G
R G B W    W B G R
B W R G    G R W B  以及
R G W
B R G
W M W C  W B W C
W G W R     W G W R
W C W M     W C W B
W R W G，   W C W B  以及
W W W W    W W W W
R G C B    C B C B
W W W W    W W W W
C B R G    R G R G
其内W实质上是白色，G实质上是绿色，R实质上是红色，B实质上是蓝色，C实质上是青色，而M实质上是绛红色；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
3.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内白色子像素实质上还比其它彩色子像素尺寸小。
4.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内所述彩色子像素实质上含有一个第一宽高比，所述白色子像素实质上含有一个第二宽高比。
5.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内所述彩色子像素和所述白色子像素含有实质上相同的宽高比。
6.如权利要求4的显示器，其特征在于其内所述第一宽高比为1∶2，而所述第二宽高比为1∶3。
7.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内所述子像素实质上是长方形形状。
8.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内所述显示器为液晶显示器，而黑色矩阵实质上位于旋错区域的上方。
9.如权利要求8的显示器，其特征在于其内黑色矩阵对于较亮的子像素，在旋错区域上方包含不同程度的多个区域。
10.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内包括彩色滤光器，所述彩色滤光器中至少有一个被选择为窄频带滤光器。
11.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内所述白色子像素，相对于彩色子像素被实质上垂直向移置180°。
12.根据权利要求1或2所述的显示器，其特征在于其内许多W子像素含有一组彩色中的一种，所述彩色组包含：白色、黄色、灰色、蓝-灰色、和粉红色。
13.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组：
W G W B
W R W G，
而且所述显示器还含有背照，其内所述显示器，通过所有子像素充分显露，而含有一个平衡的白色点；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
14.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组：
W C W B
W R W G，
而且所述显示器还含有背照，其特征在于其内所述显示器，通过所有子像素全部充分显露，而含有平衡的白色点；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
15.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏包含重复子像素组，所述重复组进一步含有白色子像素和许多彩色子像素；
所述显示器还含有背照，从而，当所有子像素充分显露时，所述显示器含有平衡的白色点；
进一步，其内，彩色子像素中至少一个含有比所述白色子像素实质上更大的区域；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
16.如权利要求15的显示器，其特征在于其内所述显示器还含有黑色矩阵材料，所述黑色矩阵材料实质上由位于子像素旋错区域上方的某一面积所组成。
17.如权利要求16的显示器，其特征在于其内所述黑色矩阵材料在明亮子像素上面，面积不同程度更大。
18、如权利要求15的显示器，其特征在于其内所述子像素重复组包含彩色子像素的六元网格。
19.一种具有新型子像素布局和排列的高亮度显示器，其特征在于包括：
一个显示屏，所述显示屏包含一种子像素重复组，所述子像素重复组含有8个位于一个4×2两维网格上的子像素，所述网格的一些方向中的一个第一方向含有4条线，第一条线和第三条线含有一组互相交替的绿色和白色的子像素，而第二条线和第四条线含有一组互相交替的红色和蓝色的子像素；
晶体管阵列和驱动电路，用于驱动前述子像素。
20.如权利要求19的显示器，其特征在于其中所述第一条线和所述第三条线的那些所述绿色子像素和所述白色子像素基本形成一个绿色和白色的棋盘状图案。
21.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述第二条线和所述第四条线的那些所述红色子像素和所述蓝色的子像素基本形成一个红色和蓝色的棋盘状图案。
22.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述白色子像素主要由一种带黄色子像素所替代。
23.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述第一网格方向主要含有若干条纵列线。
24.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述第一网格方向主要含有若干条横行线。
25.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述的一些子像素的宽高比大致为1∶2。
26.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述的一些子像素的宽高比大致为1∶3。
27.如权利要求20的显示器，其特征在于其中所述的一些子像素的宽高比大致为2∶3。
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