具有分裂蓝色子像素的子像素着色的彩色平板显示器的制作方法

专利名称：具有分裂蓝色子像素的子像素着色的彩色平板显示器的制作方法
技术领域：
本申请与显示设计的改进有关，具体而言，与彩色像素排列、显示所用寻址方法以及显示数据格式转换方法的改进有关。
背景技术：
眼睛中的全颜色感觉是由称之为“锥体”的三类颜色感光神经细胞产生的。此三类感光细胞分别敏感于不同波长的可见光长、中及短(分别对应于“红”、“绿”及“蓝”)。此三种感光细胞的相对密度彼此明显不同。红色感光细胞比绿色感光细胞稍多。与红色感光细胞或绿色感光细胞相比，蓝色感光细胞非常少。

发明内容
人类视觉系统对眼睛所检测到的信息进行处理的感觉通道包括亮度、色度及运动。运动对于成像系统设计者而言只对闪烁阈值是重要的。亮度通道只接受来自红色及绿色感光细胞的输入，因此是“色盲”的。亮度通道以可以增强边缘的对比度这样的方式处理信息。色度通道没有边缘对比度增强作用。由于亮度通道使用并增强了每一个红色及绿色感光细胞，因此亮度通道的分辨率比色度通道的分辨率高数倍。蓝色感光细胞对亮度感觉的贡献可忽略不计。因此亮度通道就如同一个分辨率带通滤光片。峰值响应出现在35周期/度(cycle/0)时。它限制了水平轴与垂直轴上在0周期/度和50周期/度时的响应。这就意味该亮度通道仅仅能够分辨视域内两个区域间的相对亮度，而无法分辨绝对亮度。另外，如果某一细节超过50周期/度，就会混合在一起。水平轴上的限度稍高于垂直轴上的。斜轴上的限度则比较低。
色度通道可进一步分为两个次通道，鉴于此我们才能看到全部色彩。这些通道完全不同于亮度通道，它们相当于两个低通滤光片。其中一个可以随时分辨物体的颜色，无论该物体在我们的视域中有多大。红色/绿色色度次通道分辨率限度是8周期/度，而黄色/蓝色色度次通道分辨率则是4周期/度。因此，对于大多数仔细观察的观众而言，由低八度的红/绿或黄/蓝色分辨率所造成的误差几乎无法注意到，就像完全没有一样，正如Xerox及NASA，Ames Research Center的实验所证实的那样(参见R.Martin，J.Gine，J.Madmer，Detectability of Reduced Blue Pixel Count inProjection Displays，SID Digest 1993)。
亮度通道通过分析空间频率傅立叶变换分量确定图像细节。借助于信号理论，任何已知信号都可以被表示为一系列不同振幅和频率的正弦波的和。从算术角度讲，这个将某已知信号的正弦波分量弄清楚的过程叫做傅立叶变换。人类视觉系统在二维图像信号上响应于这些正弦波分量。
颜色感觉受到一种称之为“同化”作用或Von Bezold混色效应的影响。这就是为什么显示器上分开的像素(或子像素或发光体)可以感觉为混合色的原因。混色效应发生于视场中的某一给定角距离范围内。由于蓝色感光细胞相对稀少，因此，对于蓝色感光细胞而言，出现混色的角距离要比红色或绿色的要大。此距离对蓝色而言约为0.25°，而对于红色或绿色而言约为0.12°。在12英寸的观察距离处，0.25°相当于显示器上的50mils(1,270μ)。因此，如果蓝色子像素间距小于混色间距的一半(625μ)，颜色便能混合且不会损失图像质量。这一混合效果与上文描述的色度次通道分辨率限度直接相关。低于分辨率限度，就可以看到分离色，高于分辨率限度，就可以看到混合色。


结合在说明书中并构成本说明书的一部分的附图介绍了各种实现形式及实施例。
图1所示为子像素发光体的一种排序方法，这些发光体由三种颜色—红、绿、蓝—分组构成。这些组生成一个较大的由8个子像素组成的直线性地重复单元组，其中蓝色子像素是“分裂”的。
图2、3、4所示分别为针对红、绿、蓝色平面的红、绿、蓝色重采样区排序的一种实施例。该排序与图1所示的子像素排列相匹配。
图5和图6所示分别为图2和图3的红色和绿色重采样区的排列，它们重叠在图1的子像素排列上。
图7所示为重叠在图1所示子像素排列上的红色、绿色重采样区之间的某一特定交互色彩平面相位关系(inter-color-plane-phase relationship)。
图8A和8B所示为图1所示的彩色发光体子像素排列的驱动器布置的两种可能的图式。
图9和图10所示为与图8A的图式相匹配的两种“点倒置”图式—通常分别被称作“2×1”和“1×1”。
图11和图13所示为另一种的蓝色平板重采样区排列，该排列可取代图4所示的排列。
图12和图14说明了图11和图13所示的相应蓝色平板重采样区是如何映射到图1所示的子像素布置上的。
图15和图16所示为与图8B所示的图式相匹配的两种“点倒置”图式—通常分别被称作“2×1”和“1×1”。
图17所示为接通两个全色彩引入数据像素的结果。
图18A和18B说明在子像素垂直位移不同时，八个一组的子像素排序的其它实施例。
图19A和19B表明子像素编组内分裂的多数子像素的位移不同时，八个一组的子像素排序的其它实施例。
图20描绘了一种含有适于驱动显示面板的子像素着色技术设备的系统，显示面板是按此处描述的各实施例制成的。
具体实施例方式
本部分详细描述了各种实现形式与实施例，

中已提到部分例子。整个说明书中将尽量采用同一参考号指代同一部件或相似部件。
图1中，在子像素发光体100的排列中，编组120里有三色发光体，这些编组生成一个较大的由8个子像素组成的线形复制单元。‘738临时申请介绍了这一设计，此处引作参考。编组120由红色子像素104、绿色子像素106和蓝色子像素102组成。不难发现，蓝色子像素102是“分裂”的---即，其沿水平轴的宽度比红色和绿色子像素都要小，而每组或每个复制单元的子像素数量却是双倍。此类“分裂”子像素可指一个有着比非分裂子像素小的区域的子像素。分裂蓝色子像素有助于驱散显示中出现的可见垂直蓝带的明显效果。编号为10/278,328的美国专利申请(‘328申请)对此有进一步的讨论。专利申请名称为“具有简化的蓝色亮度可视性良好的彩色平板显示器子像素排列与设计的改进”，2002年10月22日存档，此处引作参考。
从图1还可看出，红色和绿色子像素被放置在一个带有复制单元本身的“方格盘”上。‘328申请中还进一步讨论了，有望通过改变复制单元编组120的彩色选定在子像素位置102上有一个分裂的绿色子像素，并且留下的红色和蓝色子像素形成方格盘式样。同样，有望将红色子像素分裂，将绿色和蓝色子像素放置在方格盘上。这个发光体的另一种“方格盘”类似于编号为09/916,232的美国专利申请“具有简化标注的全色彩成像装置的彩色像素排列方法”中所公开的红色和绿色“方格盘”，该专利申请于2000年7月28日存档，此处引作参考。
需要指出的是在图1描绘了“分裂”蓝色子像素比红色和绿色子像素都要窄的同时，本发明的另一实施例采用了与红色和绿色子像素区域尺寸相同的蓝色子像素。为了在一个逻辑像素内所有子像素都打开时取得令人满意的白点，红色、绿色和蓝色发光体的相对强度可适当改变，编号为10/243,094的美国专利申请“用于子像素着色的发光体的改进的四色排列方法”对此有论述，该专利于2002年9月13日存档，此处引作参考。
如图1所示，子像素大体上呈矩形。需要指出的是子像素也可呈其它形状，并期待在本发明范围内。例如，如果能够生产出来，子像素其它众多规则和不规则的形状也是可能的。此处描述的方式可用于标注子像素着色(SPR)，但只有当该方式中有一个8个彩色子像素的组合时才行。
由于本发明范围内子像素的形状可各种各样，因此本发明范围内子像素的准确位置也可多种多样。例如，图18A和18B描绘了一个相似的8个子像素构成的编组，该组中一个或两个多数条102对于子像素104和106有位移(相对地或以另外方式)。其它的垂直位移也有可能。
8个一组的编组的其它表现形式同样是可能的。图19A和19B描绘了一种多数子像素102散布在由子像素104和106构成的方格盘上的8个一组编组。此类方格盘内多数子像素位置的其它排列方式也是可能的，并在本发明范围内。
图19A和19B可以有柱形电极呈Z字形穿过该显示器。与有相同分辨率的RGB条纹系统相比，柱形驱动器节省应为1/3，子像素的数量大约为RGB条纹系统的子像素数量的2/3。
本发明的其它实施例也是可能的。例如，整个8个一组的子像素编组可以被旋转90度反转连接到该组的行和列驱动器的作用。名为“具有水平子像素排列和设计的彩色显示器”的同时待审的申请公开了此类子像素水平排列方法，此处引作参考。
另一种发光体“方格盘”与编号为09/916,232(‘232申请)的同时待审和普通转让美国专利申请中公开的红色和绿色“方格盘”相似。该专利申请名为“用于具有简化寻址的全色彩成像装置的彩色像素的排列”，2001年7月25日存档，此处引作参考。
由于显示器实质上是由有分裂为子像素102的蓝色子像素的复制单元120构成，有可能采用区域重采样技术在该显示器上实现子像素着色。编号为10/150,355的美国专利申请公开了该技术，专利申请名为“采用伽吗调整的子像素着色的方法和系统”，2002年5月17日存档，此处被引作参考，它由本申请的同一受让方共同所有。图2至7说明了区域重采样的一个实施例。
图2、3和4所示为分别针对红色、绿色和蓝色平面的红色200、绿色300和蓝色400重采样区排列。需要指出的是每一个彩色重采样区排列200、300和400都由重采样区206、306和404组成，每个重采样区分别有相关的重采样点202、302和402。每个彩色平面内，重采样点202、302和402分别与红色104、绿色106和蓝色102子像素位置相匹配，其准确的交互彩色平面相位关系则不是必要的。相位关系的数目是任意的，大量的相位关系有在已知数据格式转换中有用的特性。
图5和6所示为重叠在图1所示的子像素排列100上的图2和图3的红色和绿色重采样区排列。图7说明了重叠在子像素排序100上的红色和绿色重采样区之间的一种特定交互彩色平面相位关系。这一特定关系描绘了转变传统的被完全汇合的正方形格子红、绿、蓝色RGB格式，这一格式将与正方形蓝色102子像素格子“一对一”显示。在该交互彩色平面相位关系中，绿色300、蓝色400和红色200重采样区排列被确定为使红色202和绿色302重采样点与蓝色402采样点重合。这就使蓝色子像素102如同位于红色104和绿色106子像素方格盘的顶部或与其密切相关。
图11和13所示为另一种蓝色平面重采样区排列方法，该排列方法可取代图4所示的方法。图12和图14说明这些蓝色平面重采样区是如何分别映射到图1所示的子像素布置上的。图11和13描绘了针对有所示相位移动的蓝色的重采样区406的两个不同的实施例。需要指出的是其它相位移动也能满足本发明的意图。另外，在本发明范围内，也可使用针对蓝色像素数据的其它重采样区。
这些图表仅仅是解释性的，只是协助理解该实施例中重采样点、重构点、重采样区同子像素位置之间的关系。
‘355专利申请中描述的子像素着色技术可用于将引入数据格式转化为适合于该显示器的格式。方法如下(1)确定引入三色像素数据的每个数据点的暗含采样区；(2)确定显示器中每个彩色子像素的重采样区；(3)得出每个重采样区的系数，该系数由分数构成，分数的分母是重采样区的函数，分子是上述每个暗含采样区的面积的函数，暗含采样区可能与重采样区部分重合；(4)将每个暗含采样区的引入像素数据与系数相乘得到积；(5)将各个积相加得到每个重采样区的亮度值。
同样可以按此处公开的各种子像素排列方式采用其它子像素着色技术。例如，已知的“自适应滤波”技术即可用于此种方式，编号为10/215,843美国专利申请“具有自适应滤波的子像素着色的方法及系统”中对此有描述，该专利2002年8月8日存档，此处被引作参考，并由本申请的同一受让方共同所有。采用自适应滤波就不要求输入数据的采样达到3×3，使用两行记忆的最小值。该测验可以使用输入数据较小的采样，如1×3或1×2的矩阵。输入数据被采样用于对垂直线或斜线、点、边或其它高对比度细节进行测验，然后依照测验结构采取措施。
可以使用检验模板，并与图像数据比较以检查边缘是否被检测到；如果能检测到，对红色和/或蓝色数据采取适当行动---如采用伽吗或采用一个新值或不同的滤光器系数。否则，如果没有检测到任何特征，则不必采取措施。
图17说明接入两个全色彩输入数据像素的结果。两个像素被转化成以不同的幅度接入的两群子像素，称作“逻辑像素”。左边的逻辑像素位于绿色子像素106的中心或靠近它。右边的子像素位于红色子像素104的中心或靠近它。这两个逻辑像素中，接入不同的子像素到合适的亮度，以便能形成令人满意的白色，并位于绿色或红色子像素的中心。
图8A和8B所示为图1所示的彩色发光体子像素排列的驱动器布置800的两种可能的图式。图8A表示显示器中列驱动器与列的一对一的对应关系；然而，有了分裂的蓝色子像素，可以通过联结物820来联结分裂蓝色子像素的相邻列。如图8B所示，该图形有利于节省列驱动器的数量。
为方便起见，所举例子有与图1所示的数量相同的子像素。由于部件810可代表一个或几个电子元件，这些驱动排列方式可用于大量的显示技术中。它们可代表用于无源编址液晶显示器(LCD)或电致发光显示器(EL)的电容显示元件。还可以代表等离子体显示板(PDP)内的气态放电元件，无源无机发光二极管或有机发光二极管显示器的半导体二极管元件，有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的晶体管、蓄电器以及电容元件，还可代表有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)的多晶体管、蓄电器和发光元件。总体而言，可以代表其它已知或有待发明的显示器技术中的彩色子像素及其相关的电子元件。
已知的驱动计时及方法可用于上述的NXM驱动矩阵。不过，需要根据具体的色彩选定，特别是要根据穿过平板的方格盘或单独一列内的色彩变化进行调整。例如，可以改进业内已知的技术如无源液晶显示中的“多行寻址”或“多线寻址”以使行的编组限制在奇数和偶数的行组合内。这将减少潜在的色彩串色干扰，因为在一个有两个交互色彩子像素的列内，每次只有一种颜色被标注。
倒置图式可用于上述独特的子像素排列中，该图式转换显示器单元两端的电场极性从而提供单元两端的一个时间平均值为零的纯场和离子电流。图9和图10(与图8A的图式相匹配)与图15和图16(与图8B的图式相匹配)所示是两种“点倒置”图式---分别指有源矩阵液晶显示器上的“2×1”和“1×1”，这两种图式都可取得良好的效果。当正负极之间发生光发射的失衡时，尤其是当眼睛追踪屏幕上显示的图画的运动时，图9和图15所示的图表效果更好。每幅图表都显示了一半显示器标注场的极性，另一半场的极性相反，这些场交替出现，就会得出纯的零电流(零直流偏压)，业内人士都熟知这一点。
图20描绘了一个系统2000，在该系统中，根据本说明中公开的各种实施例制成的显示器由一种子像素着色技术2004来驱动，该技术可保存在物理装置2002上。一输入图象数据流2008可输入到子像素着色技术2004并以此处公开的方式转化。一输出图象数据流2010被发送到显示器装置2006以驱动各种子像素进而形成图象。正如此处所引的几处参考中指出的，子像素着色(SPR)技术2004可由硬件和/或软件，或是二者的结合体实现。例如，子像素着色技术2004可作为逻辑(硬件或是软件)保存在显示器上，或保存在图表控制芯片或是插件板上。
因本发明的阐述参考了示范性的实施例，技术娴熟的业内人士不难理解可在本发明范围内对此做各种变化，可用同类物取代其中的元件。另外，也可在不偏离本发明范围内，做大量的调整以使某一特定情况或材料适应主旨。例如，上述的一些实施例可实现在其他显示器技术上，如有机发光二极管(OLED)、电致发光显示器(EL)、电泳显示器、有源矩阵液晶显示器(AMLCD)、无源矩阵液晶显示器(PMLCD)、白炽显示器、固态发光二极管(LED)、等离子体面板显示器(PDP)和闪光显示器。因此，本发明不应局限于被公开的作为针对本发明的最佳模式的某一特定实施例，而包括附带权利要求书范围内的所有实施例。
权利要求
1.显示器由大量的子像素组构成；所述子像素组由8个子像素构成；其中所述每个子像素是指红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素中的一个；其中所述子像素组是由4个所述蓝色子像素、2个所述红色子像素和2个所述绿色子像素构成；其中所述红色和绿色子像素大体上形成方格盘式样。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述蓝色子像素包括的区域比所述红色和绿色子像素的小。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述的子像素组进一步包含两行和四列子像素；并且其中的第一组两个非邻近列包括四个所述的蓝色子像素，第二组两个非邻近列包括两个所述的红色子像素和两个所述的绿色子像素。
4.如权利要求3所述的显示器，其中包含四个所述的蓝色子像素的所述的两个非邻近列对于包含两个所述红色和子像素和两个所述绿色子像素的所述两个非邻近列有垂直位移。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述的蓝色子像素散布在上述的由所述的红色和绿色子像素形成的所述方格盘式样内。
6.如权利要求1所述的显示器，其中所述的显示器是一个有源矩阵液晶显示器。
7.如权利要求6所述的显示器，其中所述的显示器采用点倒置图式来驱动每个子像素组的子像素。
8.如权利要求7所述的显示器，其中所述的点倒置图式是1xl点倒置。
9.如权利要求7所述的显示器，其中所述的点倒置图式是2x1点倒置。
10.在一个显示器中，所述的显示器包含大量的子像素组；所述的子像素组进一步包含8个子像素；其中每个所述子像素是指蓝色子像素、红色子像素和绿色子像素中的一个；其中所述的子像素组进一步包括四个所述的蓝色子像素、两个所述的红色子像素和两个所述的绿色子像素；其中所述的红色子像素和所述绿色子像素大体上构成一个方格盘式样；一种将着色的最初格式的源像素数据转化到所述的显示器上的方法包括确定引入三色像素数据的每个数据点的暗含采样区；确定显示器中每个彩色子像素的重采样区；得出每个重采样区的一组系数，所述系数由分数构成，分数的分母是重采样区的函数，分子是每个暗含采样区的面积的函数，暗含采样区可能与重采样区部分重合；将每个暗含采样区的引入像素数据与系数相乘得到积；将各个积相加得到每个重采样区的亮度值。
11.如权利要求10所述的方法，其中确定重采样区进一步包括确定每个彩色子像素的重采样区之间的相位关系。
12.如权利要求11所述的方法，其中确定相位关系进一步包括确定每个所述彩色重采样区的重采样点的位置，以使所述红色和所述绿色重采样点能大体上覆盖所述蓝色的重采样点。
13.在一个显示器中，所述的显示器包含大量的子像素组；所述的子像素组进一步包含8个子像素；其中每个所述子像素是蓝色子像素、红色子像素和绿色子像素中的一个；其中所述的子像素组进一步包括四个所述的蓝色子像素、两个所述的红色子像素和两个所述的绿色子像素；其中所述的红色子像素和所述绿色子像素大体构成一个方格盘式样；一种将着色的最初格式的源像素数据转化到所述的显示器上的方法包括输入一组彩色图象数据；在众多条件下检验输入数据；以及对所述输入数据的检验的结果采取适当措施。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述的一组彩色图象输入数据包含输入数据的一个1x3矩阵的样品。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述的一组彩色图象输入数据包含输入数据的一个1x2矩阵的样品。
16.如权利要求13所述的方法，其中在众多条件下检验输入数据进一步包括对输入数据中的高对比度特征进行检测。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述的高比度特征包括一组中的一个，所述的组包括边缘、线和点。
18.如权利要求13所述的方法，其中对输入数据的所述检验结果采取适当措施进一步包括用一个新的彩色数据值取代当前的彩色数据值。
19.如权利要求13所述的方法，其中对输入数据的所述检验结果采取适当措施进一步包括对当前的彩色数据值应用伽吗修正。
20.如权利要求13所述的方法，其中对输入数据的所述检验结果采取适当措施进一步包括对输入数据应用新的子像素着色滤光系数。
21.一个系统包括一个显示器，所述的显示器包含大量的子像素组；所述的子像素组进一步包含8个子像素；其中每个所述子像素是蓝色子像素、红色子像素和绿色子像素中的一个；其中所述的子像素组进一步包括四个所述的蓝色子像素、两个所述的红色子像素和两个所述的绿色子像素；其中所述的红色子像素和所述绿色子像素大体上构成一个方格盘式样；以及子像素着色输入图象数据的方法。
22.如权利要求21所述的系统，其中对子像素着色输入数据的所述装置进一步包括输入一组彩色图象数据的装置；在众多条件下检测输入数据的装置；以及对输入数据的所述检验的结果采取适当措施的装置。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述的一组彩色图象输入数据包括输入数据的一个1x3矩阵的样品。
24.如权利要求22所述的系统，其中所述的一组彩色图象输入数据包括输入数据的一个1x2矩阵的样品。
25.如权利要求22所述的系统，其中所述的在众多条件下检验输入数据的装置进一步包括对输入数据中的高对比度特征进行检测的装置。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述的高对比度特征包括一组中的一个，所述的组包括边缘、线和点。
27.如权利要求22所述的系统，其中所述的对输入数据的所述检验的结果采取适当措施的装置进一步包括用一个新的彩色数据值取代当前的彩色数据值的装置。
28.如权利要求22所述的系统，其中所述的对输入数据的所述检验的结果采取适当措施的装置进一步包括对当前的彩色数据值应用伽吗修正的装置。
29.如权利要求22所述的系统，其中所述的对输入数据的所述检验的结果采取适当措施的方法进一步包括对输入数据应用新的子像素着色滤光系数的装置。
30.如权利要求21所述的系统，其中所述的子像素着色输入数据的装置进一步包括确定引入三色像素数据的每个数据点的暗含采样区的装置；确定显示器中每个彩色子像素的重采样区的装置；得出所述每个重采样区的一组系数的装置，所述系数由分数构成，分数的分母是重采样区的函数，分子是每个暗含采样区的面积的函数，暗含采样区可能与重采样区部分重合；将每个暗含采样区的引入像素数据与系数相乘得到积的装置；将各个积相加得到每个重采样区的亮度值的装置。
全文摘要
本发明公开了一个八子像素编组的各种实施例，八子像素编组可由带有一个已上色蓝色子像素的三色(红、绿、蓝)子像素构成。在八子像素编组中，该已上色蓝色子像素的数量是红色子像素和绿色子像素的两倍。本发明还公开了对子像素编组实施子像素着色的各种实施例。
文档编号G02F1/1335GK1998041SQ02826864
公开日2007年7月11日 申请日期2002年12月13日 优先权日2002年1月7日
发明者托马斯·莱奥蒂·克雷德尔 申请人:美商克莱佛扬实验室公司