CN1343346B - 具有高亮度的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RGBW型LCD，其中，依照用解码器的预定计算显示出适当的明亮图像，在所述解码器中嵌有某些预定的计算公式。此外，通过预定的控制信号可不仅使用RGBW图像显示而且可以使用RGB图像显示。

Description

具有高亮度的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及能进行彩色显示的液晶显示设备。

背景技术

近年来，能进行彩色显示的液晶显示设备被广泛地用作例如计算机、摄像机和汽车导航系统的显示设备。

日本专利申请公开第10998/1998中提出了其中除通常RGB型滤光片以外还设置有透明滤光片(W)的RGBW型的液晶显示设备(以下称为RGBW型液晶显示设备)，上述专利公开涉及用于提高这种液晶显示设备的液晶面板的象素亮度的方法。

但是，即使试图通过仅增加透明滤光片来提高液晶面板的亮度，但如果不以独立的方式适当地控制透明滤光片的一部分象素的亮度，白色也会混合在所有的显示色彩中，因此，会使色彩的纯度(饱和度)下降，并且，会显示出不同于原始图像的具有非指定色彩的图像。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是提供一种RGBW型液晶显示设备，它能在形成液晶面板的亮度时通过按预定的计算来以独立的方式适当地控制透明滤光片的象素亮度而适当地提高输出自液晶面板的图像的亮度。

依照权利要求1的液晶显示设备，在将亮度加强象素的数字值限定为W且将红色输入子象素、绿色输入子象素和蓝色输入子象素的数字值的Ymin和Ymax分别限定为最大值和最小值的情况下，由数据计算装置所进行的上述预定计算能通过W＝f(Ymin，Ymax)的函数而获得用于驱动上述亮度加强子象素的数字值，在主象素单元中的亮度因亮度加强子象素而增强。由此而达到本发明的上述第一目的。

依照权利要求2的液晶显示设备，函数W＝f(Ymin，Ymax)是指这样的函数，它在上述Ymin值或Ymax值变大时单调地增加，从而能达到上述第一目的。

依照权利要求3的液晶显示设备，函数W＝f(Ymin，Ymax)是指这样的函数，其中，Ymin是可变值且Ymax是恒定值，并且，函数W＝f(Ymin，Ymax)是指这样的函数，它在上述Ymin值变大时单调地增加，从而能达到上述第一目的。

依照权利要求1和4任何一个的液晶显示设备，在所述红色输入子象素、绿色输入子象素和蓝色输入子象素任何一个的数字值涉及零值的情况下，所述W的值涉及零值，从而能达到上述第一目的。

依照权利要求6的液晶显示设备，所述设备包括：

存储装置，用于存储多种由上述函数W＝f(Ymin，Ymax)所表示的函数；以及

选择装置，用于选择上述存储装置存储的多种由函数W＝f(Ymin，Ymax)所表示的函数，从而能达到上述第一目的。

依照权利要求7的液晶显示设备，其中，在不使用用于亮度的子象素情况下，所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素被形成为主象素单元，从而能用作可进行彩色显示的液晶显示设备，从而能达到第二目的.

依照权利要求8的液晶显示设备，其中，能进行这样的图像显示，在这种图像显示中，在不使用用于亮度的子象素情况下，所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素被形成为主象素单元，同时，能进行这样的图像显示，在这种图像显示中，在使用用于亮度的子象素情况下，所述红色输出子象素、绿色输出子象素和兰色输出子象素被形成为主象素单元，从而能达到第二目的。

参照下述实施例可以看出并说明本发明的上述与其它方面。

附图说明

图1是示出了本发明最佳实施例的液晶显示器100的结构的框图；

图2是用于说明图1所示的液晶面板1的子象素、栅极总线和源极总线的结构的顶视平面图；

图3是概略地表示图1所示的源极驱动器3和解码器6的框图；

图4是用于说明数学公式2的色度光圈；

图5是用数学公式3获得的计算结果的曲线图；

图6是示出了图2所示实施例的一种改进形式的顶视平面图；

图7是示出了图2所示实施例的一种改进形式的顶视平面图；以及

图8是表示图3所示实施例的一种改进形式的框图。

具体实施方式

图1是示出了本发明第一实施例的液晶显示器100的结构的框图。液晶显示器100配备有一液晶面板1。图2是概略示出了液晶面板1的顶视平面图。如图2所示，液晶面板1配备有行状栅极总线G1至Gm(m为自然数)和列状源极总线S1至Sn(n为自然数)。而且，栅极总线G1至Gm与栅极驱动器2相连，并且，源极总线S1至Sn与源极驱动器3相连。

而且，R(红)、G(绿)、B(蓝)或W(白(用于增强亮度))的子象素Lij设置在栅总线Gi和G1+1(i＝1至m)以及源总线Sj和Sj+1(j＝1至n)构成的网格内。

而且，TFT(薄膜三极管)Qij设置在栅极总线Gi与源极总线Sj相交叉部分的附近。还有，栅极总线Gi与TFTQij的栅极相连，源极总线Sj与TFTQij的源极相连，各子象素Lij的显示电极与TFTQij的漏极相连。而且，与各子象素Lij的显示电极相反的电极是一共用电极，该共用电极与供电电路(未示出)相连。

而且，在如图2所示那样按纵向条状形式设置子象素时，按下列方式为各子象素Lij设置用于RGBW的彩色滤光片，且一个象素由四个RGBW子象素构成。

R：Lij(i＝1，2，3...，m-1，j＝1，5，9，...，n-3)

G：Lij(i＝1，2，3...，m，j＝2，6，10，...，n-2)

B：Lij(i＝1，2，3...，m，j＝3，7，11，...，n-1)

W：Lij(I＝1，2，3...，m-1，j＝4，8，12，...，n)

在这种液晶面板1中，所述子象素构成了纵向条状结构。

而且，未示出的其上形成有子象素电极的TFT基层、其上形成有共用电极的彩色滤光片基层以及玻璃基层或类似基层均沿与液晶面板1的面板表面相垂直的方向设置，并按夹在这些基层之间的方式填充有液晶。在上述彩色滤光片基层中，尽管红、绿和蓝半透明彩色滤光片分别设置在与上述子象素RGB相对应的部分处，但该彩色滤光片不设置在与子象素W相对应的部分处，或者，设置透明滤光片。

参照图1，继续对液晶显示设备100的说明。栅极驱动器2和八个源极驱动器3设置在液晶面板1的周围。未示出的放大器、DAC(DA转换器)以及锁存器设置在各源极驱动器3内。而且，液晶显示设备100具有信号控制部4。信号控制部4提供电源电压并将控制信号提供给栅极驱动器2、源极驱动器3、图像数据保持部5和解码器6。解码器6与各源极驱动器3相连。而且，图像数据保持部5与解码器6相连，在图像数据保持部5中保存有各子象素输入数据Ri、Gi和Bj，而各子象素输入数据Ri、Gi和Bi则具有以数字化形式获得的八位红、绿和蓝图像颜色。

而且，液晶显示设备100包括一基准电位生成电路(未示出)，以便根据预定的时钟频率将基准电位提供给各源驱动器3。

以下说明图1所示的液晶显示设备100的操作。

将控制信号从信号控制部4提供给栅极驱动器2和各源极驱动器3。栅极驱动器2根据上述控制信号将用于使TFTQij处于开启状态的信号传给各栅极总线(参照图2)。

而且，在将控制信号提供给各源极驱动器3时，根据控制信号将八位的子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo锁存在各源极驱动器3的锁存部(未示出)。

而且，可因解码器6对构成了保存在图像数据保持部5内的数字图像的子象素输入数据Ri、Gi和Bi执行预定计算(以下将予以说明)而获得上述八位的子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo。

锁存在上述锁存部分的子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo按顺序输出并输入给DAC部(未示出)。而且，控制电源4输出一极性控制信号，该信号用于控制DAC部是否从由基准电位生成电路生成的正极性基准电位中选择电位或者是否从负极性基准电位中选择电位，并且，将这一极性控制信号输入给DAC部。DAC部从基准电位生成电路根据输入极性控制信号和子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo生成的电势中选择与W子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo相对应的电位。

在DAC部选出电位时，DAC部按阻抗分割法将选定电位的电压适当地分成若干级，以便获得预定的等级。被区分的电压由放大器来作电流放大并传给源极总线S1至Sn中的相应一个(参照图2)。在TFT因传给栅极总线G1至Gm的信号而开启时，就通过TFT将这种传给源极总线的电位的信号传给各子象素电极。

依照这种操作，将与子象素输出亮度数据相对应的电位增加给各子象素电极。所以，将电压提供给夹在共用电极与各子象素电极之间的液晶层，并且，根据增加给各子象素电极的电位来驱动液晶层，因此，图像会因叠加彩色混合原理显示在液晶面板1上。

以下参照图3更详细地说明与上述解码器6的计算处理过程有关的最佳实施例。解码器6从图像数据保持部5中获得各个有八位的红、绿和蓝颜色的输入子象素数字数据Ri、Gi和Bi，以便将RGBW子象素输出亮度数据Ro、Go、Bo和Wo从Ri、Gi和Bi输出给源极驱动器3，如图3所示。

另一方面，需要以下过程以便获得W子象素输出亮度数据Wo。

解码器6配备有比较器7和查找表8。比较器7在比较了如上所述获得的输入子象素数字数据Ri、Gi和Bi的值之后将该值转换成多维亮度数据，以便选定这些Ri、Gi和Bi值的最小值Ymin。

然后，查找表8将比较器7选定和转换的Ymin值转换成W子象素输出亮度数据Wo。

可很容易地用PROM来实现上述Ymin值到W子象素输出亮度数据Wo的转换，在所述PROM中，就从零至255变化(在256级等级的情况下)的各个Ymin值而言，将以后予以说明的数学公式1的计算结果存储在Ymin地址内。此外，如果电路结构仅用于此目的，则不需要从信号控制部4到解码器6或其中存储有数据的存储器或类似装置的控制信号。

但是，由于在将输入子象素数据Ri、Gi和Bi输入进解码器6之后比较器和查找表输出W子象素输出亮度数据Wo的同时会导致有某些时钟数的延迟，故会需要长的时间。这时，需要输出RGB子象素输出亮度数据Ro、Go和Bo，以便使它们在解码器6中以与W子象素输出亮度数据Wo的输出相同步的方式延迟。

如上所述，解码器6确定来自从输入原始图像中获得的输入子象素数据Ri、Gi和Bi的W子象素输出亮度数据Wo。

此外，说明上述数学公式1。数学公式1是一可选函数，当就各红色输入象素、绿色输入象素和蓝色色输入象素而言分别将W子象素输出亮度数据看作为Wo、将最小值看作为数字值的Ymin、将最大值看作为数字值的Ymax时，上述函数可由Wo＝f(Ymin，Ymax)来表示。

可将在Ymin值和Ymax值变大时单调增加的函数用作由数学公式1所表示的函数。例如，该函数是函数Wo＝(Ymax*Ymin)/MAX2。这里，MAX是输入亮度数据Ri、Gi和Bi的值中可取的最大值。

此外，作为数学公式1的其它最佳实例，给出Wo＝MAX*{(MINRGB+α)/(MAX+β)}n(以下将该数学公式简称为数学公式2)。以下详细说明数学公式2。数学公式2是这样的函数，其中，将在解码器6中输出的RGB子象素输入亮度数据的最小值限定为变量，以便确定W子象素输出亮度数据Wo。

在数学公式2中，Wo是用于W子象素的输出亮度数据，MAX是如上所述那样Ri、Gi和Bi的输入亮度数据值的可取的最大值，MINRGB是Ri、Gi和Bi的输入亮度数据值的可取的最小值。而且，α、β和n是可选的实数。

α、β和n的值取决于诸如亮度之类的被设定为液晶显示设备100的目标的光学特征。例如，当Ri、Gi和Bi的输入亮度数据的最小值MINRGB(Ymin)为MAX时，可从使Wo变成MAX的条件即从将最大亮度给予液晶显示器100的液晶面板1的条件中导出获得β＝0的条件。

而且，可从不恶化对比度的条件中导出获得α＝0和β＝0的条件，这是液晶显示器100所固有的，因为，在输入亮度数据Ri、Gi和Bi的最小值MINRGB(Ymin)为零时使Wo为零的条件以及在输入亮度数据Ri、Gi和Bi的最小值MINRGB(Ymin)为MAX时获得Wo＝MAX的条件均属于这一条件。

可选的是，在液晶显示设备100所显示的色彩为256级等级时，MAX值是MAX＝255.

还可用如上所述包括在解码器6中的查找表(LUT)来实现数学公式2所进行的计算。这种查找表可很容易地是解码器6的ASIC并且可很容易地用PROM和EEPROM来加以实现，在各RGBW的输入和亮度数据为8位时，所述PROM和EEPROM具有256字节的存储容量。事先根据液晶显示设备中预定的光学特征(亮度)设置查找表中的上述α和β值。

以下参照图4中色度光圈来补充说明确定数学公式2时形成的理论。

当Ri、Gi和Bi以及图4中色度光圈上R、G、B和W中的各个点有如下关系时即在满足Ri＝MAX且G＝B＝O时对应于点R、G＝MAX且R＝B＝0时对应于点G、B＝MAX且R＝G＝0时对应于点B以及Ri＝MAX且R＝G＝B时对应于点W的关系时，可以得出以下结论。“当R、G和B中的每一个大于零时，色度在图4的三角形RGB内”，“也就是说，色彩配备有白(灰)-彩色分量，接近点W”。

此外，从上述结论中，就W而言可获得以下结论。

(1)“在R＝G＝B的情况下，尽管向色度增加了W，但在不改变色度的情况下可仅提高亮度。”

(2)“由于三角形RGB表示液晶显示设备能表现出的色彩的范围，故在R、G、B的至少任何一个为零时，设置成W＝0，以便不使上述范围变窄。”

(3)“当R、G、B的最小值变大时，其中R、G、B之一是较大的色度接近于点W”。“也就是说，R、G、B的最小值表示颜色为何是白色的”。“所以，如果将W给定为R、G、B的最小值的函数，则可在不连续大量改变其中一个象素是由三个子象素R、G、B构成的色度的情况下增加亮度。”

因此，可根椐上述(1)、(2)和(3)项结论推导出将W给定为R、G、B的最小值(MINRGB)的函数的数学公式2。

以下参照图5中的数字公式2的曲线图说明解码器6用数学公式2确定Wo的某些实施例(实例1至3)。

图5是数学公式2的曲线图，其中，在显示图像的象素的最大等级数为256级等级时，上述由解码器6确定的MINRGB值被看作是X轴的变量，通过将MINRGB替换进数学公式2而确定的Wo值看作是Y轴的变量。

作为实例1，将说明Ri、Gi和Bi的亮度数据值中的任何一个为零的情况。在这种情况下，由于MINRGB＝0，故可根据数学公式2(在图5曲线图的X轴上)的计算而获得Wo＝0。也就是说，可设计成实现Wo＝0，从而不会在这种情况下减少颜色纯度(饱和度)。

作为实例2，将说明在数学公式2中设置成α＝β＝0和n＝1的情况。在这种情况下，由于数学公式2被变换成Wo＝MINRGB，故可以获得由图5中直线所表示的结果(实例2)。所以，可在这种情况下保持原始图像在输入进图像数据保持部5之前的伽玛(γ)特征。而且，所要增加的电路的结构是简单的，并且，构成这种电路的结构的比例还需要处于小尺寸。

作为实例3，将说明在数学公式2中将“n”值设置成大于数字值“1”的情况。在实例3中，设置成n＝2和α＝β＝0。而且，设置成MAX＝255。从这种设置中，用Wo＝255*(MINRGB/255)n(以下将这一数学公式称为“数学公式3”)表示数学公式2，并且，用图5的曲线图来表示数学公式3(实现3)。

正如从曲线图(实例3)看到的那样，当MINRGB值较大时，Wo值突然变大。也就是说，依照数学公式2的计算处理，与其它显示颜色相比会按刺眼的方式实现约100％的白色显示，因为，当M1NRGB值接近等级的最大级别时，W子象素的亮度(Wo)会突然变高。结果，能显示出以往仅能用CRT实现的用阳光照射的白云的明亮度以及显示出金属表面的闪光光泽。

而且，正如从曲线图(实例3)中看出的那样，在MINRGB值可取的中间值的可变区域内，Wo的曲线图在向下突出(单调增加)的弯曲形状中是明显的。结果，可例如按诸如MINRGB＝64至192之类的半色调来抑制W子象素的亮度(Wo)，并且，可在显示图像中保持半色调下的原始色度(饱和度)。

如上所述，依照上述实施例，通过按需限定数学公式2的常量而使多种图像成为可能。可以设计成选定为能通过存储诸如上述实例1至3之类的函数以便在事先设置在解码器6内的查找表中以多段的方式确定Wo，从而从外部获得用户需要的图像。

如上所述，依照上述实施例，可响应要通过由解码器6根据数学公式1进行计算处理而加以显示的图像来确定适当的W子象素输出亮度。而且，可通过设定事先设置在解码器6内的查找表中的多种函数来提供液晶显示设备100中预定的各种亮度的光学特征。

如上所述，以下将参照图6中的框图说明将液晶面板100用作RGBW型液晶显示器并用作RGB型液晶显示器的结构，在图6的框图中，作为另一个实施例，将图3的框图的结构标记为主要部分。

除输入信号Ri、Gi和Bi以外还增加有起转换控制信号的另外一位的作用的控制信号Ci，以便获得另一个实施例，如图6所示。Ci信号与上述输入信号Ri、Gi和Bi的时钟频相同步，并且，当Ci信号为HIGH(高)时，图6中所有执行显示RGBW功能的电路都是有效的。另一个方面，跳过CMP 7和LUT 8，设置Wo＝0，并且，在Ci信号为LOW(低)时，将输入信号Ri、Gi和Bi照原样输出为输出信号Ro、Go和Bo。

依照这种操作，通过转换Ci信号的HIGH和LOW而能够显示出RGB显示或RGBW显示中的一个。而且，在希望进行RGB显示时，可以设计成仅在LUT8中设置Wo＝0。

可通过配备有液晶显示设备100的PC用软件来进行Ci信号的转换，或者，所述转换可设计成在按下PC键盘上的快捷键或类似键时进行。

依照这种操作，可用作RGB型液晶显示设备，因为，特别是在办公室工作中准备文本时，不需要加亮白颜色，另一方面，在要加亮雪景、用腊充分抛光了的汽车的亮度以及云彩或诸如广告用自动反射式幻灯机之类的白色文本时，可用作RGBW型液晶显示设备。

通过用PC屏幕的窗口，液晶显示设备的一个部分可显示出用于RGBW的屏幕，另一部分可显示出用于RGB的屏幕。在这种情况下，液晶显示设备是这样构成的即：依照Ci信号的象素通过各象素单位给出了依照输入信号Ri、Gi和Bi的象素的特征，也就是说，例如，Ci信号可在窗口屏幕中的HIGH象素处显示出RGBW显示，并且，Ci信号可在窗口屏幕中的LOW象素处显示出RGB显示。依照这种结构，例如，可通过在销售办公室和广告用汽车展示处的PC上设置本发明的液晶显示设备，在右侧一半的窗口屏幕处显示出加亮从汽车金属表面获得的光泽的屏幕，在左侧一半的窗口屏幕处显示出写有汽车简介或类似内容的文本文件。可通过弱化白色而在另一侧显示出文本文件并使得观看者易于阅读，而不是太多加亮白色(亮度)，同时，能利用包括在RGBW屏幕中的优点。

而且，在RGBW型液晶显示器中，在从略微有距离的位置处观察屏幕时，可识别出与RGB型液晶显示器相比时白色的亮度方面的明显不同，从而，在观察者在拥挤的展览上从远距离位置处观察到诸如带有RGBW型液晶显示设备的自动反射式幻灯机之类的白色字符的情况下以及在观察者从远距离位置处不可避免地应观察设置在建筑物的墙面或类似位置上的RGBW型液晶显示器的情况或类似情况下，本发明的RGBW型液晶显示设备可表现出引人注目的效果。

而且，各权利要求项中所述的发明应不局限于上述各实施例，在以下各权利要求项中所述的范围内，可采用多种改进形式。

以下说明某些改进形式。

(1)改进形式1：尽管在一个最佳实施例中子象素RGBW按如图2所示的纵向条结构的形式对齐，但该子象素也可以按如图6所示的马赛克形状对齐。

(2)改进形式2：尽管在上述改进形式1中由源极总线和栅极总线来形成网络的网格且各子象素如图7所示那样逐一设置在网络的网格内，但栅极总线也可用每两个子象素级别用一个部件来连接，源极总线用子象素的一级之间的两个部件来连接，如图7所示。依照这种结构，栅极总线的数量与先有RGB型的相同，并且，可如先有技术那样保持TFT的连接特征。而且，依照上述结构，在源极驱动器3中每一列中不必对源极信号分类，因为，与源极总线相连的子象素的色彩是一种。

(3)改进形式3：尽管在上述最佳实施例中如图3所示那样将解码器6和源极驱动器3形成为独立的主体，但是，它们也可以通过将解码器设置在源极驱动器的内侧的入口部分而设置为由解码器和源极驱动器构成的整体结构，如图9所示。依照这种结构，可在印刷电路板中数据连线数量方面避免按与W子象素的亮度数据相对应的增量。

如上所述，依照本发明的液晶显示设备，可适当地提高用液晶面板显示的图像的亮度。

Claims (7)

1.一种配备有晶体面板的能进行彩色显示的液晶显示设备，所述晶体面板在每个象素单元上均具有红色输出子象素、绿色输出子象素、蓝色输出子象素以及亮度加强子象素，所述液晶显示设备包括：

数据计算装置，用于通过分别对从输入图像中获得的红色输入子象素、绿色输入子象素、蓝色输入子象素的数字值进行预定的计算处理来获得用于驱动亮度加强子象素的数字值，

其中，所述液晶显示设备用上述由所述数据计算装置和所述红、绿、蓝输入子象素的所述数字值获得的用于驱动亮度加强子象素的数字值来驱动亮度加强子象素、红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素，

由所述数据计算装置进行的所述预定计算处理通过使用函数W＝f(Ymin，Ymax)来获得用于驱动上述亮度加强子象素的数字值，在所述的函数中，将亮度加强象素的数字值定义为W，将红色输入子象素、绿色输入子象素和蓝色输入子象素的所述数字值的最小值和最大值分别定义为Ymin和Ymax，和

将所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素设置为主象素单元，在主象素单元中的亮度因亮度加强子象素而增强。

2.如权利要求1的液晶显示设备，其中，函数W＝f(Ymin，Ymax)是在上述Ymin值或Ymax值变大时单调地增加的函数。

3.如权利要求1的液晶显示设备，其特征在于，函数W＝f(Ymin，Ymax)是指这样的函数，其中，所述Ymin是可变值且所述Ymax是恒定值，并且，函数W＝f(Ymin，Ymax)是在上述Ymin值变大时单调地增加的函数。

4.依照权利要求1至3任何一个的液晶显示设备，其特征在于，在所述红色输入子象素、绿色输入子象素和蓝色输入子象素任何一个的数字值为零值时，所述W的值为零值。

5.如权利要求1至4任何一个的液晶显示设备，其特征在于，所述设备包括：

存储装置，用于存储多种由上述函数W＝f(Ymin，Ymax)所表示的函数；以及

选择装置，用于选择上述存储装置存储的多种由所述函数W＝f(Ymin，Ymax)所表示的函数。

6.如权利要求1至5任何一个的液晶显示设备，其中，在不使用所述亮度加强子象素情况下，依照预定的控制信号，所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素被形成为主象素单元，从而能将所述设备用作可进行彩色显示的液晶显示设备。

7.如权利要求1至5任何一个的液晶显示设备，其中，能根据预定的控制信号进行这样的图像显示，在这种图像显示中，在不使用所述亮度加强子象素情况下，所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素被设置成主象素单元，同时，能进行这样的图像显示，在这种图像显示中，在使用所述亮度加强子象素的情况下，将所述红色输出子象素、绿色输出子象素和蓝色输出子象素设置为主象素单元。

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