具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器的制作方法

專利名稱：具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器的制作方法
技術領域：
本實用新型設計一些用于顯示設備和顯示系統的子像素布局。這樣一些子像素布局可包含若干高亮度的、與其它某些彩色基色子像素在一起的白色子像素，而且還包含某些多重基色的子像素布局。
背景技術：
本實用新型為于2004年4月9日呈遞、標題為《高亮度顯示器用的一些新型子像素布局和排列》的美國專利申請序列第10/821,353的申請書的后續部分，于本申請書中對它的全部內容和優先權日的權利要求利益結合加以引用。
在下列權利共有的美國專利申請書中，揭示有一些新型的用來改善圖像顯示設備成本/性能曲線的子像素排列(1)2001年7月25日呈遞、標題為《具有簡化尋址的全彩色成像設備用的彩色像素排列》美國專利申請序列第09/916,232號專利申請書(第’232號專利申請書)；(2)2002年10月22日呈遞、標題為《彩色平顯示屏子像素排列以及具有遞增調制傳遞函數響應的子像素著色布局的改進》美國專利申請序列第10/278,353號專利申請書(第’353號專利申請書)；(3)2002年10月22日呈遞、標題《彩色平顯示屏子像素排列以及具有一些拆分開藍色子像素的子像素著色布局的改進》為美國專利申請序列第10/278,352號專利申請書(第’352號專利申請書)；(4)2002年9月13日呈遞、標題為《用于子像素著色的改進型四彩色排列和發射器》美國專利申請序列第10/243,094號專利申請書(第’094號專利申請書)；(5)2002年10月22日呈遞、標題為《減少藍色亮度而有良好能見度的彩色平顯示屏子像素排列和子像素布局的改進》美國專利申請序列第10/278,328號專利申請書(第’328號專利申請書)；(6)2002年10月22日呈遞、標題為《帶有水平子像素排列和布局的彩色顯示器》美國專利申請序列第10/278,393號專利申請書(第’393號專利申請書)；
(7)2003年1月16日呈遞、標題為《改進型條紋顯示器子像素排列及其子像素著色用的系統和方法》美國專利申請序列第01/347,001號專利申請書(第’001號專利申請書)。
上述說明書，皆于此結合本說明書加以引用。
對于某些在水平方向具有偶數個子像素的子像素重復組(sub-pixelrepeating group)，下列專利申請書中揭示有一些能使點反演變換模式(dotinversion scheme)起改進作用的系統和方法，例如一些特有的點反演變換模式和其它一些改進，皆于此結合本說明書對其全部內容加以引用(1)標題為《一些新型液晶顯示器中的圖像降級校正》的美國專利申請序列第10/456,839號專利申請書；(2)標題為《具有一些使點反演變換起作用的渡線連接的顯示屏》的美國專利申請序列第10/455,925號專利申請書；(3)標題為《利用一些標準驅動器，和在一些新型顯示屏布局上的背板來實行點反演變換的系統和方法》的美國專利申請序列第10/455,931號專利申請書；(4)標題為《通過減低量化誤差，對具有固定圖案干擾的顯示屏上的一些視覺效應進行補償用的系統和方法》的美國專利申請序列第10/455,927號專利申請書；(5)標題為《帶有附加驅動器的一些新型顯示屏布局上的點反演變換》的美國專利申請序列第10/455,806號專利申請書；(6)標題為《非標準子像素排列用的一些液晶顯示器背板布局和尋址》的美國專利申請序列第10/455,838號專利申請書；(7)2003年10月28日呈遞、標題為《在一些新型帶有拆分開藍色子像素的液晶顯示器內的圖像降級校正》的美國專利申請序列第10/969,236號專利申請書；(8)2004年3月23日呈遞、標題為《供一些含有不同尺寸子像素的液晶顯示器用的改進型半導體背板》。
這些改進，當與上述那些專利申請書，以及此處結合本說明書加以引用的一些權利共有的美國專利申請書中所進一步揭示的一些子像素著色系統和方法結合起來時，其效果特別顯著(1)2002年1月16日呈遞、標題為《RGB(紅綠藍)像素格式數據轉換成波形瓦式矩陣子像素數據格式》美國專利申請序列第10/051,612號專利申請書(第’612號專利申請書)；(2)2002年5月17日呈遞、標題為《帶灰度調節的子像素著色用的系統和方法》美國專利申請序列第10/150,355號專利申請書(第’355號專利申請書)；(3)2002年8月8日呈遞、標題為《帶自適應濾光的子像素著色用的系統和方法》美國專利申請序列第10/215,843號專利申請書(第’843號專利申請書)；(4)2003年3月4日呈遞、標題為《圖像數據瞬時子像素著色用的系統和方法》美國專利申請序列第10/379,767號專利申請書；(5)2003年3月4日呈遞、標題為《運動自適應濾光用的系統和方法》美國專利申請序列第10/379,765號專利申請書；(6)2002年3月4日呈遞、標題為《改進型顯示視角用的子像素著色系統和方法》美國專利申請序列第10/379,766號專利申請書；(7)2002年4月7日呈遞、標題為《帶有嵌入式預子像素著色圖像的圖像數據集》美國專利申請序列第10/409,413號專利申請書。
上述這些說明書，皆于此結合本說明書對其全部內容加以引用。
在下列權利共有且等待審批的美國專利申請書中，揭示有在色域轉換和映射(gamut conversion and mapping)方面的一些改進(1)2003年10月21日呈遞、標題為《色調角的計算系統和一些方法》的美國專利申請序列第10/691,200號專利申請書；(2)2003年10月21日呈遞、標題為《從源色彩空間到RGBW(紅綠藍白)目標色彩空間轉換用的方法和設備》的美國專利申請序列第10/691,377號專利申請書；(3)2003年10月21日呈遞、標題為《從源色彩空間到目標色彩空間轉換用的方法和設備》的美國專利申請序列第10/691,396號專利申請書；(4)2003年10月21日呈遞、標題為《色域轉換的系統和一些方法》的美國專利申請序列第10/690,716號專利申請書。
上述這些說明書，皆于此結合本申請書對其全部內容加以引用。
另外的一些優越性，在下列一些專利申請書中曾加以敘述(1)2003年10月28日呈遞、標題為《具有供來自多重輸入源格式的顯示圖像數據用改進型的多重模式的顯示系統》的美國專利申請序列第10/969,235號專利申請書，以及
(2)2003年10月28日呈遞、標題為《實現圖像重建和子像素著色以對多重模式顯示器產生縮放的系統和方法》的美國專利申請序列第10/969,026號專利申請書。
另外，以下所有這些權利共有的、且一起等待審批的專利申請書皆于此結合對其全部內容加以引用(1)2004年4月9日呈遞、標題為《改進非條紋顯示系統內圖像數據子像素著色用的系統和方法》的美國專利申請序列第10/821,387號專利申請書；(2)2004年4月9日呈遞、標題為《對一些圖像顯示器選擇白色點用的一些系統和方法》的美國專利申請序列第10/821,386號專利申請書；(3)2004年4月9日呈遞、標題為《從一個圖像數據集到另一個圖像數據集的改進型色域映射用的一些系統和方法》的美國專利申請序列第10/821,306號專利申請書；(4)2004年4月9日呈遞、標題為《一些高亮度子像素布局用的若干改進型子像素著色濾光器》的美國專利申請序列第10/821,388號專利申請書。在本說明書內所述及的所有這些專利申請書，特此結合對它們的全部內容加以引用。

發明內容
本實用新型提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，該顯示器包括一個顯示屏，所述顯示屏含有一種子像素重復組，所述子像素重復組含有一個第一組，所述第一組含有按如下排列的子像素W G W B W C W B W C W MW R W G， W R W G，W R W G；W R W G W B R B GR B G WW G W B W R G W R， G W R B，W B W R W G，R G B W R B GR G B WR G WB W R G， G W R， B W R G， B R G，以及
W W W WR G C BW W W WC B R G其內W基本上是白色，G基本上是綠色，R基本上是紅色，B基本上是藍色，C基本上是青色，而M基本上是絳紅色；還包括晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
本實用新型還提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，包括一個顯示屏，所述顯示屏含有一種子像素重復組，所述的子像素重復組含有一個第一組，所述的第一組含有按如下排列的子像素W G W B W C W B W C W MW R W G，W R W G， W R W G，W R W G W BW G W B W RW B W R W G，R B G WW G B RG W R W， B R W GR G B WW B G RB W R GG R W B以及R G WB R GW M W CW B W CW G W R W G W RW C W M W C W BW R W G，W C W B以及W W W WW W W W
R G C BC B C BW W W WW W W WC B R GR G R G其內W實質上是白色，G實質上是綠色，R實質上是紅色，B實質上是藍色，C實質上是青色，而M實質上是絳紅色；還包括晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
本實用新型還提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組W G W BW R W G，而且所述顯示器還含有背照，其內所述顯示器，通過所有子像素充分顯露，而含有一個平衡的白色點；還包括晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
本實用新型還提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組W C W BW R W G，而且所述顯示器還含有背照，其特征在于其內所述顯示器，通過所有子像素全部充分顯露，而含有平衡的白色點；還包括晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
本實用新型還提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組，所述重復組進一步含有白色子像素和許多彩色子像素；所述顯示器還含有背照，從而，當所有子像素充分顯露時，所述顯示器含有平衡的白色點；進一步，其內，彩色子像素中至少一個含有比所述白色子像素實質上更大的區域；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
本實用新型還提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，包括一個顯示屏，所述顯示屏包含一種子像素重復組，所述子像素重復組含有8個位于一個4×2兩維網格上的子像素，所述網格的一些方向中的一個第一方向含有4條線(line)第一條線和第三條線含有一組互相交替的綠色和白色的子像素，而第二條線和第四條線含有一組互相交替的紅色和藍色的子像素；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
和現有技術相比，本實用新型的優點是可以提供較高的亮度和較深的飽和度，并可降低顯示器的功耗。


構成本說明書的一部分而結合在本說明書內的一些附圖，是用來解說本實用新型的一些示范性的具體實現和實施方案，這些圖連同有關敘述則用來解釋本實用新型的一些原理。
圖1到圖4為根據本實用新型的一些原理所做成的幾個高亮度布局的實施方案。
圖5A和圖5B分別是常規的RGB條紋布局與旁邊的本實用新型一個實施方案的并列對比。
圖6A和圖6B分別是常規的RGB條紋布局與旁邊的本實用新型另一個實施方案的并列對比。
圖7A和7B分別是常規的RGB條紋布局與旁邊的本實用新型又一個實施方案的并列對比。
圖8到圖11A-C是根據本實用新型的一些原理所做成的另幾個高亮度布局的實施方案。
圖12是將一些旋轉位移區域相對于高亮度和其它布局用的黑色矩陣進行定位的一個實施方案。
圖13是一種高亮度三角形三元組的子像素布局的一個實施方案。
圖14和圖15是類似于圖2和圖3的另外一些實施方案，其中彩色子像素位于六元組網格上。
圖16是類似于圖4的另一個實施方案，其中彩色子像素是沿一不同的斜線而形成。
圖17是類似于圖11A的另一個實施方案，但其中彩色平面置于正方形網格上。
圖18和到圖24是另外的一些實施方案，其中白色子像素被作了置換。
圖25到圖28是前面一些實施例的另一些實施方案，但以鏡像圖像予以示出。
具體實施方式
現在可對具體實現和實施方案作詳細的參考，它們的實例在附圖中說明。無論何處，只要可能，將在所有附圖中采用同一的參考號來指稱同一或同樣的零部件。
RGBW(紅綠藍白)彩色液晶顯示器和天然彩色圖像“現實世界”是一個減色系統(subtractive color system)。除去一些相對比較少見的輻射光源，例如發光兩極管和激光器之外，日常生活里，每個人的經歷當中，由人的視覺系統所看到的現實世界景象里，是找不到高亮度飽和色彩的。在日常經驗中，彩色的形成是由于相對明亮的白色光投射到有顏色的物體上，而這些物體把該白色光的某些部分吸收掉，把其余的部分反射出來。由于有選擇地把光譜的某一部分吸收掉，并把光譜的另一部分反射回來，這樣就形成了彩色。一些非彩色飽和的物體，例如白色或淺淡顏色的物體，可以把光的絕大部分充分地反射回來，從而它在輻射計量上和視覺上比一些飽和彩色物體更明亮。相反，形成飽和彩色的物體會把光的極大部分吸收掉，而僅把投射到其上光的全光譜中的某一狹窄譜帶(紫色或絳紅色情況是幾個譜帶)反射回來。與非飽和的彩色物體相比，這減少了飽和彩色物體的亮度。這個事實對于位于紅、綠、藍色彩三角形頂角處的那些飽和彩色來說尤為明顯，為獲得這些色彩，必須是非常狹頻帶的光。此外，在一些物體的表面會產生鏡像反射，這些物體實際上幾乎不改變投射其上的光的頻譜，所以給于非彩色飽和的反射加亮，甚至在朗伯(lambertian)反射情況觀察起來為高彩色飽和的某些物體也是如此。這些加亮是許多自然景象最亮的部分(例如頂燈光在一個鮮艷彩色臺球上像鏡子一樣的反射，它的反光是白色，而不是彩色的)。因此，根據它們的本性，現實世界的景象乃是明亮的非彩色飽和物體和較深色的彩色飽和物體有些自然圖像具有若干高飽和的彩色。在這些圖像中，最亮的紅色、綠色和藍色都比自然圖像中看到的白色要暗得多。即使是由紅色和綠色混合成的黃色，也沒有像白色那樣的明亮。其它的一些圖像——典型的是室內物體的照相(例如面容)——則更可能沒有如此明亮的彩色物體。考察高飽和彩色和非飽和彩色出現的統計情況，人們發現在天然圖像中飽和彩色相對較少。飽和彩色出現時，它們也是相當暗。更進一步的是，考慮到天然景象中色彩組成的減色本性，明亮的飽和彩色幾乎是不存在的。
對于電子顯示器對天然景物的著色來說，最好能夠產生非常明亮的非飽和彩色和較暗的高飽和彩色。根據對常規的RGB(紅綠藍)三基色系統性能的檢驗，人們注意到它是一個加色系統，其非飽和彩色的亮度受所添加的部分飽和彩色的限定。通常RGB系統的亮度/飽和度的色域可包含一些比較明亮的非飽和彩色，但不能重現非常明亮的非飽和彩色。
在非飽和彩色的亮度和經過濾光的背照顯示器的彩色飽和度色域之間，存在著某種折衷。彩色濾光器飽和度越深，則加到非飽和彩色亮度上的經過濾光的顏色越少。這產生了亮度/飽和度壓縮，就是，非飽和彩色在亮度方面減少，而飽和彩色則被壓縮，飽和度降低，以適用于該折衷系統的限定范圍內。因此需要另一種能更好顯示天然圖像的彩色形成系統。
RGBW液晶顯示器提供了另外一種基色白色。這些白色子像素顯著地比那些紅色、綠色和藍色子像素明亮，這是因為白色的形成采用透明的濾光器，光幾乎全部通過，而另三種基色的形成是濾掉大部，只剩某一狹窄的譜帶。由于這樣一些濾光器不是理想的通頻帶濾光器，即使在所需要的通頻帶波長范圍內，其透射率也小于100％，這就使得子像素更暗。白色子像素的亮度可能高達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，顯著地增加了顯示屏在顯示一些非飽和彩色時的亮度。
如果顯示屏的四分之一面積用于白色子像素，那么其余的紅色、綠色和藍色子像素的亮度則降低四分之一。不過，非飽和彩色的形成也有了明亮的白色子像素的貢獻，有了大大增強的亮度。結果使得顯示屏具有的亮度/彩色色域的包跡形狀更接近“現實世界”的情況。考慮到對天然圖像的統計結果，飽和彩色的亮度損失是一個可接受的折衷。然而，由于選擇常規的紅、綠、藍基色是所需要的一些基色的飽和度和一些非飽和彩色的亮度之間的一種折衷，所以白色子像素的引入提供了一種新的優化點。
由于非飽和彩色的亮度大多數是由白色子像素所提供，紅、綠、藍基色的飽和度可因一些非飽和彩色亮度僅僅小量減少而增加。對于某些(例如小型)顯示屏，該非飽和彩色的亮度減少，與一些常規RGB條紋顯示器中所能發現的1∶3寬高比的子像素相比較，因其水平方向子像素密度的減低，可部分地為1∶2寬高比的子像素的圖像寬高比增加而抵消。與常規的RGB顯示器相比，這可造成RGBW顯示器在每個點處的亮度與飽和度包跡兩者都有所增加。與RGB系統相比，一些全飽和的彩色在優化的RGBW系統上可能比較暗，但在RGB系統的一些飽和度最大的彩色點處，RGBW系統的亮度可與之相同或較高。因此，彩色亮度實際不會損失。
由于這樣的RGBW系統提供較高的亮度和較深飽的和度，所以它更接近“現實世界”天然圖像的包跡和統計結果。對于一些顯示器，本實用新型揭示了許多種高亮度的布局。這些布局本身也可被各種色域映射算法(GMA)——先有技術中的或如許多于此結合的專利申請書中所揭示的色域映射算法——所驅動。另外，通過利用于此結合的一些專利申請書中所揭示的一些子像素著色(SPR)算法，這樣的顯示器在減少成本和提高對比度的同時，還可保持彩色的精確度。
如于此結合的一些專利申請書中所揭示的，SPR算法的一個實施方案把白色子像素作為另一種基色來處理。從彩色理論基礎出發，該實施方案利用線性矩陣乘法運算來對一些輸入的RGB數值進行變換。這結果形成一種可保持所有彩色的色調和飽和度的變換。
由RGB到RGBW的亮度增加可以是線性的，對于RGBW亮度/飽和度色域的包跡內的所有彩色都是一個恒定的增量因子。圖像中的一種明亮而飽和的彩色可超出RGBW亮度/飽和度色域的包跡這種未必有的情況下，一個實施方案以顯示器可以進行著色的相同的色調和飽和度，把彩色映射為最明亮的彩色。這是一個合理的折衷，因為人的視覺系統不能量度絕對亮度，而只能量度相對亮度。另外，非常明亮的高飽和的彩色，在天然圖像中并不經常出現。因此，減低一個高飽和彩色的峰值雖使圖像發生稍許失真，但并不嚴重；然而，彩色的飽和度和色調發生失真，通常很容易被發覺和引起注意。
顯示器用的一些高亮度布局高亮度布局(例如RGBW)的一些優點和折衷已經過討論，現在將揭示這樣一些布局的幾個實施方案。圖1描述布局100的一個實施方案。布局100本質上是由許多子像素重復組102所組成，而每個重復組還含有若干白色子像素(例如無彩色濾光器)104、綠色子像素106、紅色子像素108和藍色子像素110。如可所見所有子像素中占大多數的是白色子像素，而且這些白色子像素，可任選地具有比其它一些彩色子像素小的尺寸和/或面積。安置大量細小的白色子像素的價值，在于它能提供超乎尋常的調制傳遞函數(MTF)的深度。與紅色、藍色子像素相比，它還對一些較多出現的綠色子像素賦予同樣的效果。
為了這種顯示器的子像素著色，這些白色子像素可一對一地與某一進入的常規數據集(例如RGB或任何其它適當數據格式)進行映射。從而這些彩色能以于此結合引用的一些專利申請書中所述的方式對一些子像素進行著色、濾光，以去掉色度混淆來保持正常的顏色。此外，這些平面的相位可以根據需要而調節得或者與進入的數據集一致，或者與白色子像素調整為180°相位差。第一種情況適合于文本或其它一些無頻帶限制的圖像。第二種情況適合于圖片或者文本、圖示符等的超級抽樣子像素著色。彩色子像素的位置還可以從一些頻帶限制圖像的正常數字圖像重建用的插補/子像素著色那里得到利益。
應當指出背照彩色的溫度可被調節得比通常RGB液晶顯示器具有更多絳紅色(magenta)、紅色和藍色能量，而給予一個平衡白色。另一替代方案，是把綠色子像素向著CIE 1931彩色表上的上部綠色點調節，減少其亮度，但增加其彩色飽和度，以給出較好的彩色色域和恰當的白色平衡。還有一個替代方案，是把以上兩個實施方案的效果相結合。還應當指出這個布局在所有方向的白色子像素的尼奎斯特極限(Nyquist limit)處具有一個調制傳遞函數極限(MTFL)。MTFL可看成最高數目的黑色和白色線條，它們能同時被著色，而沒有色度混淆。
將可察覺本實用新型對于圖1以及對于本申請書內所揭示的全部附圖，包含了重復子像素組的所有鏡像圖像和其它可能的對稱性。此外，在不脫離本實用新型的范圍內，彩色子像素的位置指定也可經受改變。例如，在本實用新型的范圍內，圖1內的紅色和藍色子像素的位置被改變或置換。一些綠色子像素的位置，在本實用新型的范圍內，也可隨紅色和藍色子像素而改變。
用于本實用新型的另一組實施方案還包括對于于此所說明的每一個具有一個“白色”子像素的子像素布局，另一個實施方案可以用“黃色”、“灰色”或“藍-灰色”(例如無色而全透射的)來替換某些或全部“白色”子像素。黃色、灰色或藍-灰色沒有像白色能做到的同樣透射性，可是，黃色、灰色或藍-灰色呈現出高的透射性，也提供“高”亮度性能。對于采用紅色、綠色、藍色、白色和青色的一些子像素布局，也許希望用粉紅色來替代部分或全部的白色。
圖2和圖3中示出高亮度布局的另兩個實施方案。像用圖1所示的那樣，多數子像素是白色子像素，且可任選地使它們具有減小了的尺寸或尺度。這給出高調制傳遞函數極限性能。圖2中的重復組模式202含有紅色、綠色和藍色子像素——以及一個青色子像素204(用比這些圖中標明藍色子像素更為細密的水平陰影線標明)。這或許使藍色分辨率比所需要的更高，但該排列對于制造和子像素著色更簡單易行。對于白色平衡，該背照可能比RGB液晶顯示器通常的背照具有更多的紅色能量，以抑制所增加的青色透射。另一替代方案是，綠色和青色較暗，更純，朝CIE 1931彩色表的綠色峰頂上移，結果形成一個高彩色溫度顯示器。這種排列使得一個明亮、高調制傳遞函數極限、高子像素著色干擾波紋極限(SPR MoiréLimit)、高彩色色域的顯示器成為可能。已知白色子像素可增加系統的亮度，而且青色的使用有利于給出一個寬廣的彩色色域，這對于把少數像素的彩色點設置為深飽和度，結果形成一個寬廣的彩色色域，是有好處的。
圖3描述用于5-彩色系統，RGMCW(紅、綠、絳紅、青、白)系統的替代方案，它使得在損失深藍色性能的代價下，取得更高的調制傳遞函數極限性能。重復子像素組302由紅色、綠色、青色(204)和絳紅色(304)子像素所組成。在另一個實施方案中，可能對多數白色子像素在少數子像素的的網格上進行垂直地180°移置，使得子像素著色干擾波紋極限擴展為全圓。由于這些布局具有白色子像素的正方形網格，從而單色調制傳遞函數極限被顯示為一個正方形的、與常規的RGB條紋系統相匹配的調制傳遞函數極限周界。
圖4是高亮度布局400的另一個實施方案。它的重復子像素組是一個3×6的子像素組402，包含紅色、綠色和藍色子像素，構成馬賽克圖案。這里，白色子像素仍為多數子像素，且任選地使它比其它彩色子像素狹窄。這些紅、綠、藍彩色子像素在數目上和尺寸上都相同。當所有的子像素數的值都充分顯露時，該顯示器可具有使用常規背照彩色及具備最大亮度純白色的功效。這種顯示屏也可以避免在制造時因屏框偏移而造成的彩色偏移。
該顯示屏往往是容許超出高亮度調制傳遞函數極限而進入色彩三角形的頂角，并具有一個延展的子像素著色干擾波紋極限。然而它可以像經典的馬賽克圖案那樣，具有一個高度非對稱的亮度調制傳遞函數極限。當三分之一顯示屏面積為高亮度白色時，其亮度可望顯著高于使用一些同樣彩色濾光點的傳統RGB顯示屏。如前所述，利用較高飽和度而較低透射率的彩色濾光器，白色所增加的亮度可被用來替換為普通電視或高清晰度電視產品的彩色色域增加而致的亮度增益。
作為一個替代方案，子像素的寬度比可根據對白色/彩色亮度折衷的需要而改變。例如，一種方案可把白色和彩色子像素的寬度尺寸設置相等，給出一個較亮的白色數值，但較低的飽和彩色亮度。當寬高比為一比二(1∶2)——或者另一種，一比三(1∶3)——時，利用同樣大小的子像素，這個例子可有額外的好處，使得根據本實用新型的一些設計準則進行設計和制造非常容易。另一個實施方案，可把一些紅色、綠色和藍色子像素安放在垂直或水平的條紋內。
在共同等待審批的第’094號專利申請書中，圖5B的布局曾建議布局內像素尺寸具有2∶3的寬高比(寬度∶高度)。與相同的分辨率的RGB條紋布局相比，結果使得像素的可視度增加。因此，圖5B示出一個帶有紅色、綠色、藍色子像素和白色子像素重復組502的類似布局；而圖5A中示出，寬高比為一比三(1∶3)的常規RGB條紋布局，以作對比。一個好處是該布局可以使用現有的RGB條紋薄膜晶體管(TFT)陣列。
應當指出像素的尺寸相同，但彩色的次序有改變。每2×3個像素循環一次。一些白色像素有次序地示于一個行內，但它們對于其它的實施方案也能夠加以改變。與RGB條紋相比，這種設計的分辨率，沿水平軸應為2×，沿垂直軸應為1×。子像素著色能被調節得在水平方向實行縮放，或某一視頻芯片能用來沿水平軸以2×率對數據進行抽樣。無論哪種情況，液晶顯示器的性能得到改善，有更小的波紋干擾(Moirénoise)和較高的調制傳遞函數(MTF)，并且對于25％的彩色濾光透射率的亮度增益應為((5/6)*25+(1/6)*100)/25＝1.5。
圖6B是具有重復組602的另一個實施方案(示于圖6A的RGB條紋屏旁)，它具有重復組602。在該實施方案中，子像素實際上尺寸等同，以保持白色平衡。重復組602有2×4個子像素。應當注意彩色的數目在一個重復組(紅色、綠色、藍色、白色)內是相同的。其結果應形成與現有的一些背照相平衡的白色。此情況中，水平方向和垂直方向的分辨率應與RGB條紋相同，但列驅動器和薄膜晶體管的數目減少1/3。亮度增益與濾光器的透射率有關；假定彩色濾光器透射率為25％(典型值)，白色濾光器透射率為100％，那么白色屏幕的透射率為(3/4)*25+(1/4)*100＝175/4＝43.75％，亮度增益約為43.75/25＝1.75。
圖7B為圖6B的一個變種(示于圖7A的RGB條紋布局旁，以便對比)。此情況中，子像素重復組702和子像素重復組602相同，但寬高比為1∶3。此情況中，沿水平方向的分辨率可增加1.5×。該設計采用了一些現有的薄膜晶體管陣列和電子驅動設備，雖不節省成本，但分辨率和亮度則都趨向增加。亮度增益則與上述者相似。
結果，利用此處所揭示的一些新型高亮度布局，現在亮度可以在便攜式設備(例如移動電話)應用和電視設備市場中造成影響。就典型的RGB條紋液晶顯示器使用的情況而言，因彩色濾光器和偏振器的透射率，以及薄膜晶體管陣列的“寬高比”不同，液晶顯示器的透射率通常為5-10％。因此為了達到500燭光/平方米(cd/m2)的亮度輸出，需從背照輸出的亮度高達5000-10000燭光/平方米。這會提高成本和增加電視設備的發熱。在可便攜式設備應用中，會減少電池壽命。
利用此處所揭示的新型高亮度布局，背照的亮度可以降低為基本上具有相同的分辨率的常規的RGB條紋系統所需要的一半。背照亮度的這種降低，可能是由于以下的原因造成(a)利用這些新型布局使得寬高比增加，以及(b)由于增加了白色子像素而使得系統的透射率增加。在這些實施方案中，系統的亮度可以提高到1.75×，或者，也可以使功耗降低超過40％。對于家用液晶電視機來說，這可能意味著在保持平均亮度的情況下，使家里的電燈從16盞改少到10盞，大大節省了電能、開支和熱耗。
對于所有這些亮度布局，討論一種“品質因數(Figure of Merit)”可能有助于將這些布局的性能加以比較。一種簡化的FOM(品質因數)為沿每一軸線的調制傳遞函數極限與子像素數目之比所表達的像素數目，并記為一個百分數。
例如，常規的RGBW“四元”模式，它具有一個呈正方形模式的重復組G BR W對于大型廣告牌，該四元模式用四盞白熾燈，排列成一個正方形圖案重復單元來實現。彩色基色用燈泡上涂顏料來形成。亮度的損失巨大，因此大量所需要的亮度由不濾光的白色燈提供。該四元模式通常作為一個正方形像素來處理。四元模式雖然可以施加子像素著色(因而得到改進)，但它不如此處所揭示的一些新型布局那樣優越——因為該四元模式沿任何軸線都需要兩根由子像素所構成的線條，來勾畫出一根白色線條。由于它取四個子像素等于一個像素，所以FOM數值為25％。
圖8是又一個實施方案，它實質上由子像素重復組802所組成，其子像素的寬高比為1∶2。該布局具有少數引發一些液晶旋錯的邊緣周界，因而比基于RGBW四元(即四基色)，甚至RGB條紋的液晶顯示器有更高的對比度。類似于上述的四元模式，該布局具有25％的白色區域，因此在相同的分辨率的情況下，它具有比RGB條紋顯示屏約高75％到100％的亮度。應當指出每種彩色都位于正方形網格的45°上。該布局只需要一行子像素來勾畫出一根白色線條，而子像素列仍需要兩列。其FOM數值因此為50％。
圖9又是另一個實施方案，它實質上由重復組902所組成。它對于分辨率非常高(300+點/英寸)的移動電話很有用。由于該布局內藍色的分辨率降低，所以最好用一個高彩色溫度的背光，以保證在所有子像素被轉為全值時有足夠的藍色光，來保持顯示屏處于所需的白色。由于白色的面積只占17％，亮度增加約為50％。子像素的寬高比為二比三(2∶3)(或選為1∶3)。對于圖9的布局，可以見到這個布局的FOM為66％。
圖10是具有重復組1002的再一個實施方案。由于子像素保持著一比三(1∶3)的寬高比，它可以容易地把現有的一些背板用于該布局。從而該布局沿水平軸上具有比由其所替代的常規GRB布局更高的調制傳遞函數極限。而且它的亮度將高出約75％。額外的水平分辨率將進一步減少波紋扭曲。如果輸入信號具有較高的分辨率，例如對720p的高清晰度電視的液晶顯示器減縮為一個1080i的信號，或在720p的普通電視設備上減縮為480i。該顯示屏可示出的水平方向分辨率，比常規RGB條紋顯示屏高出50％。從而充分顯示出較高分辨率格式的水平方向的分辨率。
圖11A是具有4×8子像素重復組1102的高亮度布局的再另一個實施方案。如所見，這些子像素具有不同于傳統的長方形的形狀。在此方案中，白色子像素(未用陰影線來示出)是多數子像素，且可選為如由紅色、綠色、藍色和青色構成的彩色子像素那樣較小的尺寸大小。如所見，這些白色子像素可以在那些彩色子像素的間隙里(例如移置180度)。如所見，子像素重復組1102的尺寸大于其它一些附圖中所示的其它子像素重復組，這是因為彩色子像素被放置在六元網格上。六元網格的一個可能好處是，它可以把傅立葉能量在較多的方向和點上發散。這對于因藍色子像素所引起的暗亮度陷阱(luminance well)尤其有用。另一個可能的好處是，每行都包含了白色子像素及所有四種彩色，使得水平線黑白分明，十分清晰，沒有色度混淆。將可察覺，于本申請書內所示的全部附圖中的所有子像素重復組，也都可用相似的樣式放置到六元網格上，并且在本實用新型的范圍內作過仔細考量。
圖11B是高亮度布局的又另一個實施方案，該布局內多數白色子像素自少數子像素垂直向置換。這有助于把子像素著色干擾波紋極限(SPR Moire Limit)擴展到一個全圓。如果這些布局具有一個白色子像素的正方形網格，則所顯示的單色調制傳遞函數極限(MTF Limit)為一個正方形的調制傳遞函數周界，與常規RGB條紋系統的調制傳遞函數的周界相符。將可察覺于此所揭示的所有這些布局，皆可被做得具有如此垂直地置換而來的白色子像素，并且本實用新型的范圍包含了這些可選項。圖11C是高亮度布局的再一個實施方案，該布局內一個白色子像素以三角形三元模式來置換一個藍色子像素。雖然在圖11C中子像素表示為點狀，它們當然可根據需要，被實現為長方形子像素——或其它許多形狀。
如上所述，液晶顯示器的對比度由許多參數來設定，包括從一些旋錯(disclinations)處的光泄漏，或子像素邊緣附近的其他液晶失真。為了消除光從這些區域的泄出，可以把黑色矩陣放大，而蓋住這個區域。這樣可能會減少光的透射，但也改善了對比度。圖12示出一個可能的實施方案。把與彩色濾光器1202毗鄰的黑色矩陣放大，從而有助于掩蓋1206下面的旋錯區域。
在于此所揭示的許多實施方案中(以及于此結合引用的許多專利申請書中)，這些布局所使用的一些子像素皆寬于正常的RGB條紋布局的子像素，取決于像素的密度不同，其寬高比可增加10-100％不等。黑色矩陣可保持為常量，而光透射率增加。但也可能需要“放棄”一些光透射增益，而來增加黑色矩陣的寬度，以便更多地把像素邊緣的旋錯區域遮蓋住。這可通過減少液晶顯示器暗狀態的亮度，來改善整體的對比度。明亮狀態的亮度，由于透射率增加而可能更高，因此對比度將得到改善。另外，對不同的彩色區域、子像素，黑色矩陣可作不同的調節，以致較亮的子像素，例如白色、綠色，乃至青色子像素，其周邊有更多的區域被黑色矩陣遮蓋住，使旋錯處出來的光泄漏減少，從而增加了對比度，而使較深的顏色，如紅色和藍色的飽和亮度保持在某種程度上。每個彩色子像素都可根據需要被獨立地進行調節。例如，把白色的大部分面積可用黑色矩陣遮蓋住，從而最大程度影響圖像的對比度。
盡管旋錯被描述為造成像素邊緣周圍光泄漏的根源，但本實用新型并不僅僅限于這種現象。在其它一些設計中，光泄漏可能是由于一些電極的邊緣所引起的某些場效應而造成的，例如像MVA或ISP一些設計中的人字(chevron)形圖案。被放大的黑色矩陣也有助于把這些光泄漏源遮蓋掉。應當知曉這個概念同樣可很好地應用到三基色(即只用紅色、綠色和藍色作為子像素)或其它一些多基色(即不用白色作為子像素)——以及任何RGBW設計上。
雖然這些布局，如于此所描述的，適合于液晶顯示器的顯示，尚可發現，這些布局同樣能應用到基于白熾燈的顯示器、基于發光兩極管(有機的或無機的)的顯示器、等離子顯示屏，以及其它各類顯示技術。
圖13為一種三角形三元子像素布局的一個實施方案，它基本上與圖11C中彩色的指定相對應。當然，本實用新型也包含這個特定實施方案的鏡像圖像和其它對稱性。
圖14和圖15是類似于圖2和圖3的另外一些實施方案，其中個別的一些子像素被放置在六元網格上，以與正方形網格對比。
圖16是類似于圖4的另一個實施方案，但其中的彩色子像素形成一種不同于圖4中的斜線條紋模式。
圖17是類似于圖11A的另一個實施方案，但其中有單一顏色的平面被放置在正方形網格上，以與六元網格對比。
圖18和到圖24是本申請書內前面所示的其它一些附圖的實施方案——但如圖所示，置換了白色子像素。
圖25、圖26、圖27和圖28是本申請書內前面所示的幾個附圖的實施方案——但用鏡像圖像描繪。
雖然本實用新型引用示范性實施方案加以說明，但熟練本技術的人士應當懂得，按照本實用新型的啟示在不脫離本實用新型范圍下，可作不同的改變，關于它的基本元素可以用等價物替代。另外，在不脫離本實用新型實質范圍下，可作出許多更改，以適應具體的情況。因此，意圖是，本實用新型不僅僅局限于所揭示的、僅考慮作為實現本實用新型的最佳模式的特定實施方案，而是本實用新型將包括落在所附權利要求范疇內的全部實施方案。
權利要求1.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏含有一種子像素重復組，所述子像素重復組含有一個第一組，所述第一組含有按如下排列的子像素W G W B W C W B W C W MW R W G， W R W G，W R W G；W R W G W B R B GR B G WW G W B W R G W R， G W R B，W B W R W G，R G B W R B GR G B WR G WB W R G， G W R， B W R G， B R G， 以及W W W WR G C BW W W WC B R G其內W基本上是白色，G基本上是綠色，R基本上是紅色，B基本上是藍色，C基本上是青色，而M基本上是絳紅色；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
2.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏含有一種子像素重復組，所述的子像素重復組含有一個第一組，所述的第一組含有按如下排列的子像素W G W B W C W B W C W MW R W G，W R W G，W R W G，W R W G W BW G W B W RW B W R W G，R B G WW G B RG W R W， B R W GR G B WW B G RB W R GG R W B 以及R G WB R GW M W C W B W CW G W R W G W RW C W M W C W BW R W G， W C W B 以及W W W WW W W WR G C BC B C BW W W WW W W WC B R GR G R G其內W實質上是白色，G實質上是綠色，R實質上是紅色，B實質上是藍色，C實質上是青色，而M實質上是絳紅色；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
3.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內白色子像素實質上還比其它彩色子像素尺寸小。
4.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內所述彩色子像素實質上含有一個第一寬高比，所述白色子像素實質上含有一個第二寬高比。
5.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內所述彩色子像素和所述白色子像素含有實質上相同的寬高比。
6.如權利要求4的顯示器，其特征在于其內所述第一寬高比為1∶2，而所述第二寬高比為1∶3。
7.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內所述子像素實質上是長方形形狀。
8.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內所述顯示器為液晶顯示器，而黑色矩陣實質上位于旋錯區域的上方。
9.如權利要求8的顯示器，其特征在于其內黑色矩陣對于較亮的子像素，在旋錯區域上方包含不同程度的多個區域。
10.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內包括彩色濾光器，所述彩色濾光器中至少有一個被選擇為窄頻帶濾光器。
11.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內所述白色子像素，相對于彩色子像素被實質上垂直向移置180°。
12.根據權利要求1或2所述的顯示器，其特征在于其內許多W子像素含有一組彩色中的一種，所述彩色組包含白色、黃色、灰色、藍-灰色、和粉紅色。
13.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組W G W BW R W G，而且所述顯示器還含有背照，其內所述顯示器，通過所有子像素充分顯露，而含有一個平衡的白色點；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
14.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組W C W BW R W G，而且所述顯示器還含有背照，其特征在于其內所述顯示器，通過所有子像素全部充分顯露，而含有平衡的白色點；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
15.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏包含重復子像素組，所述重復組進一步含有白色子像素和許多彩色子像素；所述顯示器還含有背照，從而，當所有子像素充分顯露時，所述顯示器含有平衡的白色點；進一步，其內，彩色子像素中至少一個含有比所述白色子像素實質上更大的區域；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
16.如權利要求15的顯示器，其特征在于其內所述顯示器還含有黑色矩陣材料，所述黑色矩陣材料實質上由位于子像素旋錯區域上方的某一面積所組成。
17.如權利要求16的顯示器，其特征在于其內所述黑色矩陣材料在明亮子像素上面，面積不同程度更大。
18.如權利要求15的顯示器，其特征在于其內所述子像素重復組包含彩色子像素的六元網格。
19.一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，其特征在于包括一個顯示屏，所述顯示屏包含一種子像素重復組，所述子像素重復組含有8個位于一個4×2兩維網格上的子像素，所述網格的一些方向中的一個第一方向含有4條線，第一條線和第三條線含有一組互相交替的綠色和白色的子像素，而第二條線和第四條線含有一組互相交替的紅色和藍色的子像素；晶體管陣列和驅動電路，用于驅動前述子像素。
20.如權利要求19的顯示器，其特征在于其中所述第一條線和所述第三條線的那些所述綠色子像素和所述白色子像素基本形成一個綠色和白色的棋盤狀圖案。
21.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述第二條線和所述第四條線的那些所述紅色子像素和所述藍色的子像素基本形成一個紅色和藍色的棋盤狀圖案。
22.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述白色子像素主要由一種帶黃色子像素所替代。
23.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述第一網格方向主要含有若干條縱列線。
24.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述第一網格方向主要含有若干條橫行線。
25.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述的一些子像素的寬高比大致為1∶2。
26.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述的一些子像素的寬高比大致為1∶3。
27.如權利要求20的顯示器，其特征在于其中所述的一些子像素的寬高比大致為2∶3。
專利摘要本實用新型提供了一種具有新型子像素布局和排列的高亮度顯示器，該顯示器包括一個顯示屏，所述顯示屏本質上含有一種子像素重復組，該子像素重復組可含有若干與其他某些彩色基色子像素在一起的白色的、或未加以濾光的子像素。顯示器還包括晶體管陣列和驅動電路，用以驅動所述子像素。本實用新型的優點是可以提供較高的亮度和較深的飽和度，并可降低顯示器的功耗。
文檔編號G02F1/1335GK2906675SQ200520012289
公開日2007年5月30日 申請日期2005年3月30日 優先權日2004年4月9日
發明者坎迪絲·海倫·勃朗·埃利奧特, 湯瑪斯·勞埃得·克萊戴爾 申請人:克雷沃耶提實驗室有限公司