JP2007171981A - バイカラー順次バックライトを備えたカラーlcd - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LCDにおいては、画像フレーム・サイクルのようなサイクルの一部の間に、赤色、緑色、及び青色LEDを有するバックライトが単色光(例えば青色)を生成するように制御される。サイクルの別の部分の間に、全てのLEDが照らされて白色光を生成する。LCDパネルにおけるカラー・フィルタは、各白色ピクセルについて、第1カラー(例えば赤色)サブピクセル・フィルタ領域と、第2カラー(例えば緑色)サブピクセル・フィルタ領域と、白色光及び単色光を通すための透明なサブピクセル領域とを備える。液晶層シャッターは、カラー画像を生成するためにそれらの関連するサブピクセルについて0−100%の光を通すように制御される。シャッターの適正な制御により、サイクルの間に各々の白色ピクセルのいずれの所望の色をも達成することができる。
【選択図】図2
Description
図1においては、LCD10は、上側のLCD層のための背面照明を与える白色光源12を含む。白色光の一般的な光源は蛍光灯である。別の白色光源は、赤色、緑色、及び青色発光ダイオード(LED)の組み合わせであり、これらの組み合わされた光が白色光をもたらす。他の白色光源も知られている。これらの白色光源は、ディスプレイの背面に実質的に均質な光を与えなければならない。
TFTアレイ16の上に液晶層20があり、液晶層20の上に、接地接続された透明な導電層22がある。液晶層20のサブピクセル領域にわたる電界によって、光がサブピクセル領域を通って、入光時の偏光に対し直角に回転された偏光をもつことになる。液晶層20のサブピクセル領域にわたる電界の欠如によって、液晶が整列され、偏光に影響を及ぼさなくなる。トランジスタに選択的に通電することによって、液晶層20にわたる局所電界が制御される。サブピクセルに関連する液晶層の各部分は、各々が入光からディスプレイの出力に至るまでの0−100%(損失のないシステムとみなす)の通過を制御可能であるため、一般にシャッターと呼ばれる。液晶層は周知であり、市販されている。
偏光フィルタ24は、偏光フィルタ14からの光出力に対し直角に偏光された光のみを通す。したがって、偏光フィルタ24は、液晶層20の通電されたサブピクセル領域によって偏光された光のみを通し、液晶層20の通電されていない部分を通る全ての光を吸収する。液晶層20にわたる電界の大きさが、個々のR、G及びB成分の明るさを制御して、表示された画像における各ピクセルのいずれかの色を生み出す。
偏光フィルタ24を通り抜ける光は、次いでRGBピクセル・フィルタ25によってフィルタされる。RGBピクセル・フィルタ25は、液晶層20の上又は下のどこかといった、スタック内の他の位置に配置することができる。RGBピクセル・フィルタ25は、赤色フィルタ層、緑色フィルタ層、及び青色フィルタ層から構成することができる。層は、薄膜として付着させることができる。例えば、赤色フィルタ層は、ディスプレイの赤色サブピクセル領域を定める赤色光フィルタ・アレイ領域を含む。同様に、緑色及び青色フィルタ層は、緑色又は青色光のみを緑色及び青色サブピクセル領域に通すことができる。したがって、RGBピクセル・フィルタ25は、ディスプレイの各R、G及びBサブピクセルのためのフィルタを与える。
バックライトにおける赤色、緑色及び青色LEDを順次通電することによってRGBフィルタをなくすことが知られており、その順序付けは、液晶層の赤色、緑色及び青色サブピクセル領域の制御と同期されている。このようにして、赤色、緑色及び青色画像が、次々に急速に表示されて、フルカラー画像が発現することになる。しかしながら、現在の当該技術分野の液晶層は、特にLCDがテレビ画面となる場合、ちらつきその他のアーチファクトを回避するのに十分なほどには速く切換えることができない。
単一の白色ピクセル内に赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル及び白色サブピクセルを有することも知られており、この白色サブピクセルはいずれのフィルタも有さない。液晶シャッターによってグレイスケールが制御される別の白色サブピクセルを設けることは、表示された彩度を制御するのに効率よく用いることができる。しかしながら、単一の白色ピクセルに関する余分なサブピクセル(すなわち3に対して4)を有することにより、表示された画像の解像度が減少し、RGBピクセルのカラー生成領域が減少することになる。さらに、液晶層が付加的な駆動回路を必要とし、結果として高価な特別仕立ての装置となる。
図2は、本発明の一実施形態に係るLCD30の切取側面図である。バックライトは、反射壁及び開口上部を備えるボックス34に設置されたRGB LEDの二次元アレイ32を有する。壁は、白色塗料で被覆することができる。LEDアレイ32の上には、色混合光学系36を表すシートがある。光学系36は、粗面を備えるプラスチック板のようなディフューザとすることができる。
実際の赤色及び緑色フィルタは、完全ではなく、幾らかの僅かな割合の他の色の光を通す。しかしながら、赤色光フィルタによってフィルタされた光は、見る人には赤く見え、緑色フィルタによってフィルタされた光は、見る人には緑に見えることになる。
LCD/LEDコントローラ46は、テレビジョン信号のような、入ってきた表示信号を処理し、後述するようにLCDパネル38及びLEDを制御する。
図4は、図2のディスプレイをより詳細に示す。図1と同じ要素は、同じ番号が振られており、再度説明しない。この実施形態においては、図1に示されたRGBフィルタの代わりに、RGフィルタ40のみが用いられる。RGフィルタ40は、薄膜フィルタ領域を備えた単一のシートとすることができ、又は、フィルタ40は、各々がフィルタ領域の異なる組を有する2つ又はそれ以上のシートとすることができる。好ましいLCDは、RGフィルタ40、偏光フィルタ24、及び正面ガラス板の片側の導体層を含む。単一の背面ガラス板の表面上にTFTアレイ16と偏光フィルタ14が形成され、2つのガラス板の間に液晶材料が挟み込まれる。
図4においては、バックライトは、RGB LED白色光源52及び混合光学系36として示される。
ステップ60において、LCD/LEDコントローラ46は、表示される画像における各ピクセルのRGB成分の明るさレベルに対応する表示信号を受信する。信号は、テレビジョン信号とすることができ、各画像はフレームである。1秒当たり30のフレームが存在し、各フレームはちらつきを回避するために二度表示される。フレーム間の変化は移動として知覚される。入ってくる信号は、アナログ又はデジタルのいずれかの形式とすることができ、いずれかのエンコーディング方式を使用する。
ステップ62において、LCD/LEDコントローラ46(例えば、1つ又はそれ以上のプログラムされたプロセッサは、液晶層20におけるサブピクセル・シャッターを制御するために、入ってくる信号を処理して適切な制御を決定し、信号をアドレッシングしてTFTアレイ16に適用する。シャッターは、蛇行様式で、列毎に、一度に、又はいずれかの他の方法で制御することができる。
LCD/LEDコントローラ46はまた、単一のフレーム・サイクルの間のバックライトにおける全てのRGB LEDのオン時間(図6のT1からT2)を決定する。この全てのLEDのオン時間は、青色LEDのオン時間の前又は後に発生する。全てのLEDがオンのときには、赤色フィルタ領域が赤色光のみを通し、緑色フィルタ領域が緑色光のみを通し、青色/白色フィルタ領域が組み合わされたRGB白色光を通す。
効率は劣るが計算が煩雑でないデバイスについては、サイクルの青色光部分のデューティ・サイクルは、「最悪の」青色画像に固定されることがある。同様に、効率の劣るデバイスについては、サイクルのRGB部分はまた、固定のデューティ・サイクルとされることもある。
別の実施形態においては、時間期間T0−T2は、画像ピクセルのサブセットのような画像の一部のみを形成することができ、表示画面上に全画像を形成するために付加的な1つ又はそれ以上のサイクルが用いられる。
理解されるように、LCD/LEDコントローラ46は、液晶層20及びLEDの制御を計算するためのプロセッサと、計算された制御を実行するための別のプロセッサといった、多数のプロセッサを表す。すなわち、コントローラ46は、バックライトを制御するための1つのプロセッサと、液晶層を制御するための別のプロセッサとを表すことができる。テレビジョン信号を処理し本発明のLCDを制御するために要求される機能をもつプロセッサは、市販されている。
カラー・フィルタの75%−87%の透過効率及びその他のファクタを考慮すると、青色カラー・フィルタ(又はいずれかの他の単一カラー・フィルタ)の削除は、結果として、白色光を表示するときのディスプレイの透過効率を、RGBフィルタを含む同様のディスプレイのほぼ2倍にする。透過効率を増加させることにより、バックライトのコストが下がり、より少ないLEDの使用が可能となり、エネルギー消費が減少する。1つの例においては、RGB LEDの比率は、従来技術の方法を用いる1R、2G、1Bから本発明を用いる1R、1G、1Bに変化させることができ、これは、色均一性を改善すると共に、必要なLEDの数を減少させる。
図2及び図4のLCDは、60インチまでのような大画面テレビであってもよいし、又は、携帯電話、小型TV又はカラー・ディスプレイを備えるいずれかの持ち運び式装置といった小画面ディスプレイであってもよい。LCDは、動画、静止画像、又はいずれかの他の情報を生成するのに用いることができる。
本発明の特定の実施形態が図示され説明されてきたが、本発明のその広範な態様から逸脱することなく変更及び修正を加えることができ、従って、特許請求の範囲の請求項は、全てのそうした変更及び修正を本発明の真の精神及び範囲内に含まれるものとしてそれらの範囲内に包含することが、当業者には明らかであろう。
32:LEDアレイ
34:ボックス
36:色混合光学系
38:LCDパネル
40:カラー・フィルタ
42:赤色サブピクセル
43:緑色サブピクセル
44:青色/白色サブピクセル
46:LCD/LEDコントローラ
Claims (21)
- 液晶ディスプレイ(LCD)であって、
1つ又はそれ以上の第1カラーLED、1つ又はそれ以上の第2カラーLED、及び1つ又はそれ以上の第3カラーLEDからなる少なくとも三色の発光ダイオード(LED)を含むバックライトと、
サブピクセルの光の透過を制御することによって前記バックライトからLCDの出力への光の通過を制御する液晶(LC)層と、
主に第1カラーの光を通すための第1サブピクセル領域、主に第2カラーの光を通すための第2サブピクセル領域、及び前記バックライトによって生成された全ての光を通すための第3サブピクセル領域からなるサブピクセル領域を有するカラー・フィルタと、
を備え、前記LCDにおける各々の単一ピクセルは、単一の第1サブピクセル領域、単一の第2サブピクセル領域、及び単一の第3サブピクセル領域のみのグループからなり、各々の単一ピクセルは、前記単一の第1サブピクセル領域、前記単一の第2サブピクセル領域、及び前記単一の第3サブピクセル領域からの光の組み合わせである色を生成することを特徴とするLCD。 - 偏光子をさらに備え、前記偏光子及び前記カラー・フィルタが単一のシート上に形成されることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 前記LC層が、前記バックライトと前記フィルタとの間に配置されることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 第1の時間期間にわたって前記バックライトにおける前記第3カラーLEDのみに照射し、第2の時間期間にわたって前記バックライトにおける全てのLEDに照射するための第1コントローラをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 光を前記サブピクセル領域に選択的に通すように前記LC層を制御するための第2コントローラをさらに備え、前記第2コントローラは前記第1コントローラと同期されていることを特徴とする請求項4に記載のLCD。
- 前記第1時間期間及び前記第2時間期間にわたって前記サブピクセルを通る光が組み合わされて、前記LCDにおける各ピクセルについての単一の知覚される色を生成するように、前記第2コントローラが前記第1コントローラと同期されることを特徴とする請求項5に記載のLCD。
- 前記第2時間期間の前に前記第1時間期間が生じることを特徴とする請求項6に記載のLCD。
- 前記第2時間期間の後に前記第1時間期間が生じることを特徴とする請求項6に記載のLCD。
- 表示された画像における前記第3カラーのピーク値に基づいて前記第1時間期間が調整されることを特徴とする請求項6に記載のLCD。
- 前記第1コントローラ及び前記第2コントローラが単一のプロセッサであることを特徴とする請求項4に記載のLCD。
- 前記第1カラーが赤色であり、前記第2カラーが緑色であり、前記第3カラーが青色であることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 前記LCDがテレビであることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 第1偏光子、薄膜トランジスタ・アレイ、及び第2偏光子をさらに備え、前記第1偏光子及び薄膜トランジスタ・アレイが前記LC層の第1側に配置され、前記第2偏光子及びカラー・フィルタが前記LC層の第2側に配置されることを特徴とする請求項1に記載のLCD。
- 液晶ディスプレイ(LCD)を制御するための方法であって、前記LCDがバックライトを備え、前記バックライトは少なくとも三色の発光ダイオード(LED)を備え、前記LEDは、1つ又はそれ以上の第1カラーLEDと、1つ又はそれ以上の第2カラーLEDと、1つ又はそれ以上の第3カラーLEDとを含み、前記LCDはさらに液晶(LC)層を備え、前記LC層は、サブピクセルの光の透過を制御することによって、前記バックライトから前記LCDの出力への光の通過を制御し、前記LCDはさらにカラー・フィルタを備え、前記フィルタはサブピクセル領域を有し、前記サブピクセル領域は、主に第1カラーの光を通すための第1サブピクセル領域、主に第2カラーの光を通すための第2サブピクセル領域、及び前記バックライトによって生成された全ての光を通すための第3サブピクセル領域を含み、前記LCDにおける各々の単一ピクセルは、第1サブピクセル領域、第2サブピクセル領域、及び第3サブピクセル領域を含み、各々の単一ピクセルは、前記第1サブピクセル領域、前記第2サブピクセル領域、及び前記第3サブピクセル領域からの光の組み合わせである色を生成し、前記方法が、
第1時間期間にわたって前記バックライトにおける前記第3カラーLEDのみに通電し、
前記第1時間期間の間、光を前記第3サブピクセル領域に選択的に通すように前記LC層を制御し、
第2時間期間にわたって前記バックライトにおける全てのLEDに通電し、
前記第2時間期間の間、光を前記第1、前記第2、及び前記第3サブピクセル領域に選択的に通すように前記LC層を制御する、
ことを含み、前記第1時間期間及び前記第2時間期間の間の前記LC層の制御によって画像ピクセルが生成され、各々の画像ピクセルが、前記第1及び第2時間期間の間に前記第1、前記第2及び前記第3サブピクセルからの光の組み合わせを生成して、前記第1及び第2時間期間にわたって組み合わされた色を生成することを特徴とする方法。 - 前記第1及び第2時間期間にわたって前記LCDによって生成された画像が静止画像であることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記LCDによって作成された画像がフレームであり、多数のフレームが前記LCDによって表示される動画を生成し、前記第1時間期間及び前記第2時間期間がフレームの全て又はフレームの一部を構成することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 生成される画像における前記第3カラーのピーク値を求めることをさらに含み、第1時間期間にわたって前記バックライトにおける前記第3カラーLEDのみに通電することが、生成される画像における前記第3カラーのピーク値に基づいて、第1時間期間にわたって前記バックライトにおける前記第3カラーLEDのみに通電することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記第1時間期間が前記第2時間期間の前に発生することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記第1時間期間が前記第2時間期間の後に発生することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記第1カラーが赤色であり、前記第2カラーが緑色であり、前記第3カラーが青色であることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- テレビジョン信号を受信し、
前記バックライト及び前記LC層を制御して前記LCD上にテレビジョン信号を生成するために、前記テレビジョン信号を処理する、
ことをさらに含む、請求項14に記載の方法。
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