用于彩色显示的设备、系统和方法
专利名称：用于彩色显示的设备、系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及彩色显示设备、系统和方法，更具体来讲，涉及具有改善的彩色图像再现能力的显示设备、系统和方法。
背景技术：
标准计算机监视器和电视显示器通常基于三个相加的基色(“原色”)的再现，例如红色、绿色和蓝色，它们合起来被称为RGB。令人遗憾的是，这些监视器无法显示许多由人类感知的色彩，因为它们受到所能显示的色彩范围的限制。图1A示意性地示出了现有技术中公知的一种色度图。马掌形的封闭区域表示能够由人类看到的色彩的色度范围。然而，色度自身是无法完全地表示所有可见色彩变化的。例如，可以按各种不同的亮度级再现图1A中二维色度平面上的每一个色度值。因此，可见彩色空间的完全表示要求一种三维空间，所述三维空间包括有例如两个表示色度的坐标和一个表示亮度的坐标。也可以定义其他三维空间表示。图1A中的马掌形图的边缘上的点与波长范围处的单色激感(monochromatic excitation)相对应，例如从400纳米至780纳米的波长范围，所述边缘上的点被称为“光谱轨迹”。在马掌形底部的、在最长和最短波长的极端单色激感之间的直线“闭合线”，通常被称为“紫色线”。由所述紫色线上方的马掌形图形区域表示的、可被人眼辨别的色彩范围通常被称为眼睛的色域。图1A中用虚线表示的三角形区域表示可由标准RGB监视器再现的色彩范围。
现有许多公知类型的RGB监视器，它们使用各种显示技术，包括但不限于CRT、LED、等离子体、投影显示、LCD设备等等。在过去几年中，已经与日俱增地使用彩色LCD设备。图2A中示意性地示出了一种典型的彩色LCD设备。
这样一种设备包括光源202，液晶(LC)元件(单元)204，例如使用薄膜晶体管(TFT)主动式矩阵技术的LC阵列，这在现有技术中是公知的。所述设备进一步包括用于驱动LC阵列单元的电子电路210以及与所述LC阵列并置的三滤色器阵列，所述电子电路210例如是通过主动式矩阵寻址驱动所述LC阵列单元的，所述三滤色器阵列例如是RGB滤色器阵列206。在现有LCD设备中，显示图像的每一个全彩色象素是通过三个子象素再现的，每一个子象素对应于一种不同的基色，例如，每一象素是通过驱动相应的R、G和B子象素的组合来再现的。对于每一个子象素，在LC阵列中有一个对应的单元。背光源202提供产生彩色图像所需要的光线。基于为对应象素输入的RGB数据，通过施加于对应的LC单元的电压来控制每一子象素的透射率。控制器208接收输入的RGB数据，将其调节至所要求的规格和分辩率，并基于所述为每一象素输入的数据，对被递交给不同驱动器的信号数值进行调节。由背光源提供的白光强度被LC阵列空间调制，根据所要求的子象素强度有选择地为每一子象素衰减光线。所述被有选择地衰减的光线经过所述RGB彩色滤色器阵列，其中每一LC单元与一个对应的彩色子象素一起登记，以产生所期望的彩色子象素组合。人类视觉系统将经由不同彩色子象素滤色过的光线空间合成起来，从而感知一个彩色图像。
第4,800,375号美国专利(“375专利”)说明了一种LCD设备，该LCD设备包括一个LC元件阵列，并与滤色器阵列相关联地并置，该专利的公开内容在此全部结合作为参考。所述滤色器阵列包括三原色子象素滤色器，例如RGB彩色滤色器，这些滤色器与第四类型的滤色器交织，以形成预定的重复顺序。由所述“375专利”说明的各种重复象素结构，例如重复的16象素序列，旨在简化象素结构以及改善显示设备再现某些图像图案的能力，例如更对称的线条图案。除了控制象素的几何结构之外，所述“375专利”没有说明或者建议在重复序列中的所述三原色和第四色彩之间的任何视觉交互作用。
LCD用于各种应用场合。LCD尤其常见于便携式设备中，例如PDA设备、游戏控制板和移动电话的小尺寸显示器，以及膝上型(“笔记本”)计算机的中等尺寸显示器。这些应用要求薄而小型化的设计以及低电耗。然而，LCD技术也用于一般来讲要求较大显示尺寸的非便携式设备，例如台式计算机显示器和电视机。不同的LCD应用可能要求不同的LCD设计，以便实现最佳的结果。LCD设备的更“传统的”市场、例如电池供电设备的市场(例如，PDA，移动电话和膝上型计算机)要求LCD具有大亮度效能，这要求降低功率消耗。在台式计算机显示器中，首要的考虑事项是高分辨率、图像质量和色彩丰富度，而低电耗仅仅是次要考虑事项。膝上型计算机显示器同时要求高分辨率和低电耗两者；然而，在许多此类设备中牺牲了图像质量和色彩丰富度。在电视显示器应用中，一般来讲，图像质量和色彩丰富度是最重要的考虑事项；在此类设备中，功率消耗和高分辨率是次要的考虑事项。
典型情况下，为LCD设备提供背光的光源是冷阴极荧光灯(CCFL)。图3示意性地示出了一种CCFL的典型光谱，这在现有技术中公知的。正如图3中所示出的，光源光谱包括三个相对狭窄的主波长范围，分别对应于红色、绿色和蓝色光线。可以选择使用在现有技术公知的其他适当光源。滤色器子象素阵列中的RGB滤色器通常被设计为再现足够宽的色域(例如，尽可能地靠近相应CRT监视器的色域)，并且还将显示效能最佳化，例如通过选择透射曲线大略与图3中的CCFL光谱峰重叠的滤色器。一般说来，对于特定源亮度，具有狭窄透射谱的滤色器提供较宽的色域但是降低的显示亮度，反之亦然。例如，在功率效率是主要考虑事项的应用中，往往牺牲色域宽度。在某些电视应用中，亮度是重要因素；然而晦暗的色彩是不可接受的。
图4A示意性地示出了现有膝上型计算机显示器中的典型RGB滤色器光谱。图4B示意性地示出了一种色度图，该色度图表示典型的膝上型光谱中的可再现色域(在图4B中用长划线表示的三角形区域)，与理想的NTSC色域(在图4B中用点线表示的)相比较。如图4B中所示，NTSC色域显著地比典型膝上型计算机显示器的色域宽，NTSC色域中包括的许多彩色组合无法被典型彩色膝上型计算机显示器再现出来。
发明内容
被人类看到的许多色彩无法在标准红-绿-蓝(RGB)监视器上被辨别出来。通过使用具有超过三种基色的显示设备，扩展了显示器的可再现色域。另外地或者可替换地，可以显著地增加由显示器产生的亮度电平。本发明的实施例提供了使用三种以上基色、在显示设备上显示彩色图像的系统和方法，例如，在诸如液晶显示(LCD)设备之类的薄型显示设备上。
本发明的一个方面提供了改善的多种基色显示设备，使用超过三种的不同色彩子象素来创建每一象素。在本发明该方面的实施例中，为每一象素使用四至六种(或更多)不同色彩的子象素，由此实现了较宽的色域和较高的发光效率。在一些实施例中，每一象素的子象素数目以及不同子象素的色谱可以被最佳化，以求获得充分宽的色域、充分大的亮度和充分高的对比度的期望组合。
在本发明的一些实施例中，对三种以上基色的使用，通过能够为一些基色、例如红色、绿色和蓝色使用相对狭窄的波长范围，可以扩展显示器的可再现色域，从而增加那些基色的饱和度。为了补偿由这种更狭窄的范围引起的潜在减少的亮度电平，在本发明的一些实施例中，除所述狭窄波长范围的色彩之外，还可以使用宽波长范围的基色，例如具体设计中的黄色和/或青色，从而增加显示器的总体亮度。在本发明的进一步的实施例中，可以使用另外的基色(例如，品红色)和/或不同的基色光谱，来改善显示图像的各个其他方面。根据本发明的实施例，通过设计特定的基色和子象素结构，能够实现色域宽度和总体显示亮度的最优组合，以符合特定系统的技术要求。
可以通过控制由根据本发明实施例的三种以上基色LCD设备使用的不同基色子象素滤色器元件的光谱透射特性，控制该设备的色域及其他属性。根据本发明的一个方面，使用四种或更多种不同基色子象素，以分别产生四种或更多种相应的基色，例如，RGB和黄色(Y)。在本发明的进一步的实施例中，使用了至少五种不同基色的子象素滤色器，例如，RGB，Y和青色(C)滤色器。在本发明的另外的实施例中，使用了至少六种不同基色的子象素滤色器，例如，RGB，Y，C和品红色(M)滤色器。
可以根据各种准则为根据本发明的三种以上基色LCD设备选择基色子象素滤色器，例如用来建立期望色域的足够覆盖范围，用来将该显示器能够产生的亮度电平最佳化，和/或用来根据期望色度标准调节基色的相对强度。
本发明的另一实施例提供了使用三种以上基色、顺序彩色显示设备、系统和方法，例如顺序彩色LCD设备。在此类设备中，彩色图像是这样产生的使用四种或更多种预先选定的基色对液晶(LC)单元阵列进行背光照射，分别产生四个或更多个相应基色图像的周期序列，所述基色图像的周期序列被观看者的视觉系统在时间上合成为一个全色图像。在一些实施例中，通过令光线顺序地经由四个或更多相应的滤色器滤色，来产生具有四个或更多基色的连续背光。在其他实施例中，将多色彩光源、例如若干发光二极管(LED)激活，以便顺序地产生不同的基色背光，其中所述多色彩光源能够单独地产生四种或更多种基色中的任何一种。
根据本发明的一个方面的实施例，因而提供了一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于使用至少四个不同的基色显示彩色图像，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路系统，该驱动电路系统用于接收对应于彩色图像的输入，并用于有选择地激活LC阵列的LC元件，以便产生对应于该彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及彩色子象素滤色器元件阵列，该阵列与所述LC元件阵列并置，并与LC元件相关联，以致每一彩色子象素滤色器元件与LC元件之一相关联，其中所述彩色子象素滤色器元件阵列至少包括四种类型的彩色子象素滤色器元件，这四种彩色子象素滤色器元件分别透射所述至少四种基色的光线。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于显示一个时间合成的彩色图像，所述时间合成的彩色图像包括至少四个基色图像的序列，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路系统，该驱动电路系统用于接收对应于至少四个基色图像中的每一个的输入，并用于用于接收对应于彩色图像的输入，并用于有选择地激活LC阵列的LC元件，以便产生对应于该彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及照明系统，用于使用至少四种不同基色的光线顺序地对LC阵列进行背光照明，以便顺序地产生至少四种相应的基色图像，其中所述驱动电路系统和所述照明系统是同步的，以便使用对应于相应基色图像的基色光线对每一衰减图案进行照明。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述照明系统包括具有输出路径的光源；滤色器切换机构，其在光源的输出路径中顺序地插入至少四个不同的基色滤色器，以便分别产生至少四种不同基色的光线；光学装置，其将所述至少四种不同基色的光线从所述滤色器切换机构引导至LC阵列，借此对LC阵列背光照明。在本发明的该方面的其他实施例中，所述照明系统包括发光二极管(LED)阵列；照明控制电路系统，用于有选择地激活若干LED，以便产生分别与至少四种不同基色的光线相对应的四个光照图案的序列；光学装置，其令所述由LED阵列产生的至少四个光照图案，利用所述至少四种相应基色的大略空间均匀的光线，对LC阵列进行背光照明。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种彩色显示设备，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述彩色显示设备具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括至少四种不同基色中的每一种的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每个超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四种不同基色的每一种有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述至少四种基色包括至少五种基色，以及所述超象素结构包括基本为矩形的结构，所述基本为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一序列包括五种基色中的四种的子象素元件的不同组合。在本发明的该方面的其他实施例中，所述至少四种基色包括至少六种基色，以及所述超象素结构包括基本为矩形的结构，所述基本为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一序列包括六种基色中的四种的子象素元件的不同组合。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种用于在一个n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于3，所述n基色显示器具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每个超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分，所述方法包括接收表示包括若干三成分象素并具有第一分辩率的三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的输入，调节所述三成分彩色图像数据，以便产生具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率的已调节三成分彩色图像数据，将所述已调节三成分彩色图像数据转换为对应的、表示n基色图像的n基色象素数据，以及产生对应于所述n基色象素数据的n基色输入信号。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述方法包括在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据，并将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一段表示每一超象素中的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括为每一子象素产生灰度级值。
根据本发明的又一方面的实施例，提供了一种用于在具有彩色子象素元件阵列的n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于或等于6，所述彩色子象素元件阵列包括均至少具有6个不同的基色、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6个不同的基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6个不同基色中的每一个的一个彩色子象素元件，所述方法包括接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括具有第一组基色中的每一个的一个子象素；将图像数据分离为包括第一组象素的第一图像成分、和包括第二组象素的第二图像成分，其中第一组中的每一象素基本上邻近于第二组中的相应象素；将所述第二组中的象素转换为相应的转换象素，每一象素包括具有第二组基色中的每一个的一个子象素；以及产生n基色输入信号，所述信号表示与所述第二组中的转换彩色象素中的每一个相对应的、以及与所述第一组中的相应的、基本上相邻的象素相对应的数据。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述方法包括在产生所述n基色输入信号以前，将第二组中的每一转换象素与第一组中对应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少6个基色中的每一个的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括产生表示与n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
进一步来讲，在本发明的该方面的一些实施例中，所述图像输入包括表示三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的彩色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像的每一彩色象素是通过所述第一或者第二组三基色再现的。在本发明的该方面的其他实施例中，所述图像输入包括黑-白图像输入，所述黑-白图像输入表示包括若干黑-白象素的黑-白图像数据。所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且可以通过所述第一或者第二组基色产生所述n基色图像的每一黑-白象素。作为选择，所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且可以通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
根据本发明更进一步的方面的实施例，提供了一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于或等于6，其具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一个、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6个不同基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6个不同基色中的每一个的一个彩色子象素元件，其中所述周期重复结构中的每一子象素与至少一个具有互补基色的子象素相邻。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述周期重复结构包括具有第一组基色中的每一个的子象素元件的第一序列，以及具有第二组基色中的每一个的子象素元件的第二序列，其中第一序列中的每一子象素元件与第二序列中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
根据本发明的再一方面的实施例，提供了一种系统，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述系统包括具有彩色子象素元件阵列的n基色显示设备，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定的数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分，用于接收表示三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的输入的装置，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素并具有第一分辩率，换算电路，其调节所述三成分彩色图像数据，以便产生具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率的已调节三成分彩色图像数据，转换器，其将已调节三成分彩色图像转换为对应的、表示所述n基色图像的n基色象素数据，并且用于产生与所述n基色象素数据相对应的n基色输入信号。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述系统进一步包括收集部件，该收集部件在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据，以及分布部件，该分布部件将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一段表示每一超象素中的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置为每一子象素产生灰度级值。
根据本发明的再一方面的实施例，提供了一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于或等于6，所述系统包括具有彩色子象素元件阵列的n基色显示设备，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一个、被布置为周期重复结构的彩色子象素元件，所述至少6个不同的基色包括至少第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构包括具有至少6个不同基色的至少一个彩色子象素元件，图像收集器，该图像收集器接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括具有第一组基色中的每一个的一个子象素，用于将所述彩色图像数据分离为包括第一组象素的第一图像成分、和包括第二组象素的第二图像成分的装置，其中第一组中的每一象素基本上邻近于第二组中的相应象素，用于将第二组中的象素转换为对应的转换象素的装置，其中每一象素包括具有第二组基色中的每一个的一个子象素，以及用于产生n基色输入信号的装置，所述n基色输入信号表示与第二组中的每一转换彩色象素、以及第一组中的相应的、基本上相邻的象素相对应的数据。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述系统进一步包括，象素组合器，该象素组合器在产生所述n基色输入信号以前，将第二组中的每一转换象素与第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少6个基色中的每一个的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置产生表示与n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
在本发明的实施例中，选择至少四种基色的、或者在某些实施例中的至少五种或者六种基色的波长范围，以便提供最佳的显示图像总体亮度。另外地或者替换地，选择至少四种基色的波长范围，以便提供最佳的显示图像色域宽度。
根据本发明的又一方面的实施例，提供了一种彩色显示设备，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述设备具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中每一超象素结构中的子象素元件被布置为矩形子阵列，该矩形子阵列具有充分接近于一的平均长宽比。
将根据以下结合附图的、对本发明的实施例的详细说明，对本发明进行更充分地理解和评价，其中图1A是表示现有技术RGB彩色色域的色度图的简图，附加有人类视觉系统的色域的色度图，这些在现有技术中是公知的。
图1B是表示根据本发明示例性实施例的宽色域的色度图的简图，附加了图1A中的色度图；图2A是示出现有技术的3基色LCD系统的示意性框图；图2B是示出根据本发明的实施例的n基色LCD系统的示意性框图；图3是示出现有技术冷阴极荧光灯(CCFL)源的典型光谱的示意性图表；图4A是示出现有技术膝上型计算机显示器的典型RGB滤色器光谱的示意性图表；图4B是表示通过图4A中的现有技术RGB滤色器光谱再现的色域的色度图的简图，附加了理想的现有技术NTSC色域；图5A是示出根据本发明的一个实施例的五基色显示设备的一个示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；
图5B是表示图5A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图6A是示出根据本发明的实施例的五基色显示设备的另一示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；图6B是表示图6A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图7A是示出根据本发明的实施例的六基色显示设备的示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；图7B是表示图7A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图8是在根据本发明的实施例的四基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图；图9是在根据本发明的实施例的五基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图，所述子象素结构包括超象素结构；图10是在根据本发明的实施例的六基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图，所述子象素结构包括超象素结构；图11是示出在根据本发明的实施例的n基色显示系统的诸部分中的数据流的示意性方框图；图12A是描述根据本发明的实施例的六基色显示设备的一个实例性的象素结构的简图；图12B是描述根据本发明的实施例的六基色显示设备的另一示例性的象素结构的简图；图13A是根据本发明的实施例的六基色显示设备的示例性色域的简图；图13B是示出在根据本发明的示例性实施例的六基色显示系统的数据流方案的示意性框图；图14是根据本发明的示例性实施例的顺序n基色彩色LCD设备的简图；以及图15是被分成若干彩色子色域区域的人类视觉色域的色度图的简图。
具体实施例方式
在下列说明中，参照特定实施例说明了本发明的各方面，所述特定实施例提供了对本发明的彻底了解；然而，对于本领域中的普通技术人员显而易见的是，本发明不局限于此处所述的特定实施例和举例。进一步来讲，对于此处所述的设备、系统和方法的某些细节涉及到彩色显示设备、系统和方法的已知特征的情况，则可能为了清晰起见，省略了或者简化了这样的细节。
图1B示意性地说明根据本发明的实施例的三种以上基色的显示器的色域，该色域在色度平面上被表示人眼的可感知色域的马掌形图形所包围。图1B中的六边形表示根据本发明示例性实施例的六基色显示器的色域。该色域显著地比在图1B中以点线三角形表示的、典型的RGB色域更宽。在2000年11月14日申请的、名称为“Device，System And Method For Electronic True Color Display”的第09/710,895号美国专利申请中，在2001年6月7日申请的、名称为“Device，System和Method For Electronic True Color Display”、以及于2001年12月13日公开为PCT公开文本WO 01/95544的国际申请PCT/IL01/00527中，在2001年12月18日申请的、名称为“Spectrally Matched Digital Print Proofer”的第10/017,546号美国专利申请中，在2002年5月23日申请的、名称为“System andmethod of data conversion for wide gamut displays”的国际申请PCT/IL02/00410中，公开了与本发明示例性实施例相符的、具有三种以上基色的监视器和显示设备的实施例，所有这些申请和公开文本的公开内容在此结合作为参考。
虽然，在本发明的实施例中，可能使用了在上述参考的专利申请中公开的方法和系统，例如将源数据转换至基色数据的方法，或者创建基色材料或者滤色器的方法；但是在替代的实施例中，可能利用任何其他适当的n基色显示技术来使用本发明的系统和方法，其中n大于3。在这些申请中说明的某些实施例是基于背面或者正面投影设备、CRT设备或者其他类型显示设备的。虽然以下的说明主要集中于根据本发明的示例性实施例的、最好使用LCD的n基色平面显示设备，其中n大于3，但是应该理解的是，在替代实施例中，还可以与其他类型的显示器及其他类型的光源和调制技术相结合地使用本发明的系统、方法和设备。例如，所属技术领域的专业人员将理解的是，可以在阴极射线管显示器、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器和场致发射显示(FED)设备或者此类显示设备的任何混合组合中，利用适当的改变，容易地实现本发明，这些显示器在现有技术中是公知的。
图2B示意性地示出根据本发明的一个实施例的三种以上基色的显示系统。所述系统包括光源212，液晶(LC)元件(单元)阵列214，例如使用薄膜晶体管(TFT)主动式矩阵技术的LC阵列，这些在现有技术中是公知的。所述设备进一步包括用于驱动LC阵列单元的电子电路220以及与所述LC阵列并置的n基色滤色器阵列216，其中n大于3，所述电子电路220例如是通过主动式矩阵寻址来驱动所述LC阵列单元的。在根据本发明实施例的LCD设备的实施例中，显示图像的每一个全彩色象素是通过三个以上的子象素再现的，每一个子象素对应于一种不同的基色，例如，是通过驱动四个或更多子象素的对应组合来再现每一象素的。对于每一个子象素来说，在LC阵列214中存在一个对应的单元。背光源212提供产生彩色图像所需要的光线。基于为对应的象素输入的图像数据，通过施加于对应的LC单元的电压来控制每一子象素的透射率。n基色控制器218接收输入数据，例如是RGB或者YCC格式的输入数据，选择性地将其调节至所要求的规格和分辩率，并基于为每一象素输入的数据，对被递交给不同驱动器的信号数值进行调节。由背光源212提供的白光强度被LC阵列的元件空间调制，根据用于子象素的图像数据，有选择地控制每一子象素的照明。所述每一子象素的、被有选择地衰减的光线经过滤色器阵列216中的对应滤色器，借此产生期望的彩色子象素组合。人类视觉系统将经由不同彩色子象素滤色过的光线空间合成起来，从而感知一个彩色图像。
可以通过若干参数控制根据本发明实施例的LCD设备的色域及其他属性。这些参数包括背光元件(光源)的光谱，例如冷阴极荧光灯(CCFL)；LC阵列中的LC单元的光谱透射率；滤色器的光谱透射率在三基色显示器中，开头两个参数，也就是光源的光谱和LC单元的光谱透射率，通常是通过系统约束条件来决定的，因此，可以直接地选择滤色器的色彩，以便提供所要求的比色值，该比色值位于期望RGB三角形的“边角”处，如图1A中所示。为了将三基色LCD设备的效能最佳化，滤色器的光谱透射率被设计成基本上与光源的波长顶点重叠至可允许的程度。三基色LCD设备中的滤色器选择可能主要基于将总体亮度效率最佳化。在此环境下，应被注意的是，选择具有较狭窄的光谱透射率曲线的滤色器、从而引起更饱和的基色，总体上降低显示器的总体亮度电平。
对于根据本发明的实施例的、具有超过三种基色的多基色显示器来说，能够选择无穷多种的滤色器组合，来基本上覆盖所要求的色域。本发明的滤色器选择方法可以包括根据以下必要条件将滤色器选择最佳化，即建立对所期望的二维色域的足够覆盖范围，例如，用于宽色域应用的NTSC标准色域，以及用于较高亮度应用的“常规”三色LCD色域；将平衡白色点的亮度电平最佳化，所述平衡白色点能够通过组合所有基色来获得；以及根据期望照明标准、例如高清晰度电视(HDTV)系统的D65白色点色度标准，调节基色的相对强度。
本发明的实施例提供了使用三种以上基色、在显示设备上显示彩色图像的系统和方法，例如，在诸如液晶显示(LCD)设备之类的薄型显示设备上。在此，是在具有三种以上基色的LCD设备的背景下来说明本发明许多的实施例的；其中为每一象素使用的滤色器的数目大于3。该结构与传统RGB显示设备相比，具有若干优点。首先，根据本发明的n基色显示设备能够扩展由显示器覆盖的色域。第二，根据本发明的设备能够在显示器的发光效率方面有显著的增加；在某些情况下，正如下文中所论及的，可以实现大约50％或者更高的增加。本发明的该特征对于便携式(例如，用电池作电源的)显示设备特别有帮助，因为增加的发光效率延长了电池寿命，减少了此类设备的总重量。第三，根据本发明的设备能够通过有效利用本发明的子象素呈现技术，改善图形分辨率，正如在下文中参照本发明的特定实施例详细说明的那样。
在根据本发明实施例的一些多基色显示设备中，使用3个以上具有不同彩色的子象素来创建每一象素。-在本发明该方面的实施例中，为每一象素使用四至六个(或更多)不同色彩的子象素实现了较宽的色域和较高的发光效率。在一些实施例中，每一象素的子象素数目以及不同子象素的透射谱可以被最佳化，以求获得充分宽的色域、充分大的亮度和充分高的对比度的期望组合。
例如，根据本发明的实施例，对3种以上基色的使用可以允许通过允许使用具有用于R、G和B滤色器的较狭窄透射曲线(例如，较狭窄的有效透射范围)的滤色器、并从而增加R、G和B子象素的饱和度，来扩展可再现色域。为了补偿这种较狭窄的范围，在本发明的一些实施例中，可以在RGB饱和色之外使用较宽波段的子象素滤色器，从而增加显示器的总体亮度。根据本发明的实施例，通过适当地设计n基色显示器的子象素滤色器以及所述滤色器的结构，能够实现色域宽度和总体图像亮度的最优组合，以符合特定系统的技术要求。
图5A和6A示意性地示出分别用于根据本发明实施例的五基色显示设备的两种替换设计方案的透射曲线，其中所使用的五个基色是红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)，青色(C)和黄色(Y)，由RGBCY合起来表示出。图5B和6B分别示意性地示出图5A和6A的滤色器设计的结果色域。应该理解的是，两种设计方案都产生了比对应的传统三色LCD设备更宽的色域覆盖范围和/或更高的亮度电平，正如下面详细论及的。作为现有技术中公知内容，传统三色LCD的标准化总体亮度电平可以如下计算
Y(3-色)＝(Y(色1)+Y(色2)+Y(色3))/3类似地，根据本发明实施例的五色LCD设备的标准化亮度电平可以如下计算Y(5-色)＝(Y(色1)+Y(色2)+Y(色3)+Y(色4)+Y(色5))/5其中Y(色i)表示第i个基色的亮度电平，而Y(n色)表示n基色显示器的总体的、标准化的亮度电平。
尽管图5B中示出的色域可与对应的3色LCD设备(图4B)的色域相比，但是使用图5A中的滤色器设计所能获得的亮度电平比相应3色LCD的那些亮度电平高出大约50％。在该实施例中获得的较高的亮度电平归功于黄色(Y)和青色(C)色子象素的添加，它们被具体设计为具有宽透射区域，从而比RGB滤色器透射更多的背光。这种新的滤色器选择准则在概念上不同于基色滤色器的传统选择准则，所述基色滤色器的传统选择准则通常被设计成具有狭窄的透射范围。对于该实施例，使用公知技术中的公知方法、根据透射谱和背光光谱计算出的白色点色度座标，是x＝0.318；y＝0.352。
如图6B中所示，图6A中的滤色器设计方案的色域比对应的传统三色LCD(图4B)的色域显著地更宽些，甚至比对应的NTSC色域更宽，所述NTSC色域是彩色CRT设备的理想参考色域，并且图6A中的滤色器设计方案还具有大略等于传统三色LCD的亮度电平。在该实施例中，五色LCD设备的总体亮度电平与具有狭窄得多的色域的三色LCD设备相似。对于该实施例、使用公知技术中的公知方法根据透射谱和背光光谱计算出的白色点素坐标，是x＝0.310；y＝0.343。可以在本发明的实施例中使用其他设计，包括使用不同的基色和/或另外的基色(例如，六色显示器)，以求产生更高或者更低的亮度电平，更宽的或者更狭窄的色域，或者亮度电平和色域的任何期望组合，这可适用于专门应用。
图7A示意性地示出根据本发明实施例的六基色显示器的滤色器透射曲线，其中所述六个基色是红色，绿色，蓝色青色，品红色(M)和黄色，用RGBCMY合起来指示出。图7B示意性地示出图7A中滤色器设计方案的结果色域。图7A和7B的滤色器设计方案与图5A和5B中的滤色器设计方案大致相似，除了为每一象素添加了品红色(M)滤色器子象素之外。用于该示例性的六基色显示器的白色点坐标是x＝0.319和y＝0.321，并且亮度增益等于1。
图15示意性地示出可由人类辨别的色域的色度图，它被分成六个子色域区域，也就是红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)，黄色(Y)，品红色(M)和青色(C)子色域区域，这可以被用来根据本发明的实施例选择有效的滤色器光谱。在一些实施例中，可以选择三个以上的基色滤色器、例如在图5A和6A的实施例中的五个滤色器或者图7A的实施例中的六个滤色器，来产生图15中的相应子色域区域内的色度值。可以根据特定的系统要求、例如色度平面中的期望色域宽度和期望的图像亮度，确定为相应子色域区域内的特定基色选择的精确色度位置。如上面详细讨论的，所述系统要求取决于特定的设备应用，例如某些应用优先考虑色域大小，而其他应用优先考虑图像亮度。图15中的子色域区域表示出近似的边界，根据本发明的实施例，可以根据这些边界选择基色，以求提供大色域覆盖范围和/或高亮度电平，同时保持期望的白平衡。对于特定滤色器光谱选择和公知的背光光谱，正如现有技术中公知的，能够使用直接的数学计算、计算出在图15的子色域区域内的基色色度值的位置，以便确定是否获得了用于特定滤色器光谱选择的期望色域。
在本发明的一个实施例中，可以结合如上所述的示例性的六基色设计方案来使用在下文中将详细说明的子象素呈现技术，以求显著地增加显示器的分辩率。在本发明的替代实施例中，根据特定的显示应用，不同的基色以及基色光谱设计可被用于产生期望的结果。
在本发明的设备、系统和方法的一些实施例中，能够使用与传统三个子象素的显示格式兼容的格式来显示三种以上基色。如现有技术中公知的，传统的基于RGB的LCD设备中的每一象素由三个子象素组成，也就是红色，绿色和蓝色。通常，每一子象素具有大约1∶3的长宽比，借此，作为结果而产生的象素长宽比大约是1∶1。图像的长宽比被定义为一行中象素的数目与一列中象素的数目的比率。典型的全屏幕LCD显示器的图像长宽比大约是4∶3。显示器分辩率是由象素的总数确定的，假定象素大略是正方形的，并且是以4∶3的长宽比配置来布置的。当在具有另一分辩率的窗口(例如，显示器象素结构)中显示具有特定分辩率的视频或者图形图像的时候，可能需要调节函数。所述调节函数可以包括插补或者抽选原始图像象素数据，以便产生适用于所要求的显示器分辨率的特定屏幕尺寸的象素的正确数目和结构。对于大部分应用而言，需要大约为1∶1的总体象素长宽比。对于一般的视频和电视应用，再现精确的长宽比不是关键性的。在其他应用中，特别是在要求几何精确度的应用中，例如在显示用于诸如Adobe PhotoShop之类的图形软件应用的图像时，可以另外使用软件呈现方法来补偿象素大小“失真”。
如下所述，根据本发明的实施例，有许多用于布置三种以上基色设备的子象素的可行方式，由此保持大约1∶1的象素长宽比。在硬件级，例如按照在所述设备的LC阵列中的LC单元的数目，大略地确定LCD设备的总体分辩率和长宽比。尽管可以改变已有LCD设备的几何设计，例如设计具有除了1∶3之外的子象素长宽比的新子象素布局，但是此类设计更改可能是昂贵的，因而是不受欢迎的。因此，在本发明的一些实施例中，可以通过按照如下所述的高效结构布置子象素，以便保持传统的子象素长宽比1∶3。这种结构可以具有尽可能靠近1∶1的长宽比，并且该结构可以包括能够通过在标准RGB显示器中使用的LC阵列的对应单元照明的、超过三个子象素的滤色器的周期模式，而不再需要设计新类型的显示器，例如新的TFT主动式矩阵设计。可以选择将本发明的特征集成到已有显示器设计中，这是本发明实施例的重要优势，因为重新设计基本显示部件，特别是设计新类型的TFT主动式矩阵，可能极其复杂，并且费用高昂。
上述的周期性的子象素图案，以下简称“超象素”结构，它可以包含若干彩色子象素，例如用于三种以上基色中的每一种的至少一个子象素。如上所述，为了避免重新设计基本显示部件，所述超象素结构可以被设计成符合现有RGB子象素阵列格式。根据本发明的一些实施例，假定一种矩形的超象素结构，每一超象素可以包括m×k个子象素，借此所述超象素结构中的n基色象素(n>3)的数目等于(m×k)/n。因为“超象素”结构中的n基色象素的数目还等于按n基色象素单位计算的NL×NW，其中NL和NW是超象素的长度和宽度，所以保持了以下等式NL×NW＝(m×k)/n超象素结构的长度是NL×L，它等于m/3，而超象素的宽度是NW×W，它等于k，其中L和W分别是按三单元象素单位计算的n基色象素的平均长度和平均宽度。因此，n基色象素的平均长宽比通过下式给出L/W＝m/(3k)×NW/NL＝m2/(3n)NL-2为了确定满足上述必要条件的最小超象素结构，在每一超象素中的n基色象素纵向的或者横向的数目被设置成值为1，例如，NL＝1，借此多基色象素的长宽比通过m2/3n给出。因此，因m2除以3n而得到的值m尽可能接近1，从而将获得最小超象素结构。
例如，用于4基色显示器的、例如根据本发明的RGBY(红绿蓝+黄色)显示系统的简明结构，可以包括按照保持总体图像长宽比4∶3的结构并排地布置子象素，如图8中示意性地示出的那样。该结构产生m＝4的值。在该结构中，例如，使用为具有1024×768的3基色象素分辨率的XGA显示器设计的LC阵列，在如上所述的4基色多象素结构中产生768×768的有效分辩率。类似地，根据本发明的实施例，可以采用具有1280×1024的3基色象素分辨率的SXGA面板，再现分辩率为960×1024象素的4基色图像。应该理解的是，根据本实施例的4基色象素形状是矩形的，而不是正方形的，因此当应用数据比例缩放的时候该图像长宽比保持不变。在图8的实施例中，4基色象素的长宽比是4∶3。因此，举例来说，根据本发明的这一实施例的XGA屏幕可以具有纵向和横向数目相等的n基色象素，因而，用于这种XGA屏幕的图像长宽比保持4∶3。然而，这样一种屏幕的水平(行)分辩率与对应的3基色XGA屏幕相比将更低。在本发明的一个实施例中，为了保持该4基色显示器的正确图像几何形状，按比例地减少原始输入数据的水平分辨率，从用于XGA屏幕的1024减少到用于XGA屏幕的768。所属技术领域的专业人员将理解的是，其他显示格式可以要求不同的调整。举例来说，分辩率为1280∶1024的SXGA屏幕在3基色格式中具有5∶4的长宽比，而不是4∶3。
图9示意性地示出在根据本发明实施例的五基色显示系统中的超象素结构的另一实例。在该五基色结构中，举例来说，其中基色是RGB，青色(C)和黄色(Y)，m＝4的值产生长宽比为16∶15的五基色象素。在图9中的超象素结构中，对于每一象素，举例来说，可以跨越两个连续的行来划分五个子象素，并且所述超象素结构包括四组五基色象素。每一超象素的长宽比是15∶4，因而，单个五基色象素的有效长宽比是16∶15。在该结构中，例如，为具有1024×768的三基色象素分辨率的XGA显示器设计的LC阵列，产生768×614的有效五基色象素分辨率。类似地，根据本发明的实施例，可以采用具有1280×1024的三基色象素分辨率的SXGA面板，以再现960×819的五基色象素分辨率图像。
应被注意的是，在上述实例中，可以水平和/或纵向移动多基色象素的有效的(彩色加权的)中心。当输入数据被内插、以便匹配象素结构的时候，应该考虑这一点。如上所述的超象素配置的周期性结构允许相对简单的内插法，如下。可以首先计算每一超象素的数据，作为超象素的矩形栅格上的位置；然后，在每一超象素内部分布所述数据。因为超象素的内部结构是固定的，例如所有超象素具有相同的子象素结构，所以内部的分布阶段也是固定的，例如内部的分布是以与每一超象素在显示器上的位置无关的相同方式来分布的。因而，可以在简单的矩形栅格上执行内插法，并将与内部超象素结构相关联的复杂分布简化为固定的、重复的操作。也可以与本发明结合地使用其他适当的内插法。
在图11中示意性地示出执行如上所述内插法的系统。由图像调节部件1102接收处于原始分辩率的输入数据(例如，采用YCC或者RGB格式)，所述图像调节部件1102将图像分辨率调节至显示器的分辩率，所述图像分辨率是通过图像中的象素数目定义的。所述调节可以类似于在个人计算机(PC)上利用改变显示器分辩率来执行的调节，而这在现有技术中是公知的。数据可以被反调节至极高分辨率，然后被重新采样为显示器分辩率，举例来说，正如在2001年的LLH Technology Publishing的第3版中、由Keith Jack所撰写的“Video Demystified”中所解释的。选择性地，在所述反调节之后，可以分两个阶段执行重新采样，以便简化计算，如下。在第一阶段中，数据被分配给每一超象素。在第二阶段中，基于超象素的已知结构，在超象素级执行重新采样。在数据被重新采样为n基色象素栅格之后，可以通过n基色转换器1104为每一n基色象素分别计算一组n基色系数，所述n基色象素栅格例如可以通过每一n基色象素的彩色加权中心来定义。通过超象素收集器1106对用于所有n基色象素的、例如m个n基色象素的n基色数据进行组合，所述n基色象素构成每一超象素，并通过分布器1108接收采集的数据，所述分布器1108根据定义的内部结构，将m个n基色象素的m×n个系数分布给子象素。
在根据本发明一个实施例的六基色显示系统中，一种可允许的结构可以包括这样的超象素结构，该超象素结构基本类似于上文中参照图9说明的六基色超象素结构的，但具有适当的改变，例如为该超象素结构中的每一象素增加一个品红色子象素元素。用于根据该实施例产生6基色图像的系统、以及在这样一种系统中的数据流程，可以基本上如参照图11所说明的那样。正如图10中示意性地示出的那样，n＝6并且m＝4的超象素结构具有3基色象素的4/3长度，并且具有3象素的宽度。从而，正如通过图10中的阴影区示意性地示出的那样，超象素结构中的子象素总数目是4/3×3×3＝12，借此通过每一超象素调节两个6基色象素。该6基色象素的平均长度是4/3，其宽度是3/2，因此本实施例中的超象素长宽比是8∶9，其比较接近于所期望的比率1∶1。
也可以根据本发明的实施例使用其他配置；例如，可以在每一行均具有3个子象素的两行中布置六个子象素。在这种两行结构中，被用于以根据本发明的六基色模式工作的标准XGA显示器的分辩率，被减少到1024×384象素，并且以六基色模式工作的标准SXGA显示器的分辩率被减少为1280×512。这样一种象素结构，可能对电视和视频应用有用，如下所述。
上述实例演示了增加不同滤色器的数目，例如4-6种不同彩色而不是3种，可以减少显示器的可见分辨率，而无需对LC阵列作适当改进。然而，对于电视和视频应用来讲，可见分辨率方面的这种减少可能不是关键性的。标准定义NTSC电视系统在60赫兹的隔行扫描场速率(30赫兹的帧速率)时具有480线的分辩率(使用空白线时525线有效)。当被数字化时，NTSC制的分辩率在960×480至352×480范围内变化。PAL制具有在50赫兹隔行扫描场速率(25赫兹的帧速率)时的576电视扫描线的分辩率。在数字形式中，基于长宽比(例如，4∶3或者16∶9)以及象素的形状(例如，矩形或者正方形)，PAL制的分辩率在1024×576至480×576范围内变化。因此，根据本发明的实施例，如上所述，现有SXGA显示器可以被转换为在没有图像分辩率方面的任何退化的情况下显示标准定义电视图像的四、五或者六基色显示系统，因为这种转换后的设备的被减少的分辩率依旧比标准电视图像数据的分辩率高。应注意的是，在如上所述的、水平地减少分辩率的所有情况中，以及在垂直地减少分辩率的、五和六种基色的情况中，根据本发明的实施例的、被转换后的显示系统的分辩率与NTSC制的分辩率(480线)一致(或者超过)，并且至少非常接近于PAL制的分辩率(576线)。在将XGA显示器转换为四-六种基色显示器的方式操作的某些情况下，可能损失一些分辨率；然而，如下所述的、每一象素内的子象素的改进结构可用于补偿这种被稍微降低了的分辩率。因此，对于所属技术领域的专业人员显而易见的是，根据本发明的实施例，许多现有型式的三色LCD设备可以被转换为超过三种基色的显示器，所述超过三种基色的显示器能够显示电视标准图像，而不会在分辩率方面产生显著的减少。可以根据本发明的实施例使用其他分辩率、基色数目和象素结构。
在各种应用中，特别是在混合视频和计算机图形学应用中，应该最好避免任何分辨率损失。对于如上所述的、以两行布置六个子象素的象素而言，可以实施不同子象素色彩的空间结构，以便改善显示分辩率。图12A中示出这种结构的实例。在该结构中，每一象素中的子象素是以两行布置的，每一行包括三个子象素。行A包含“饱和的”RGB象素，并且行B包含“明亮的”CMY象素。所述CMY象素组合还可以产生较少饱和的RGB彩色，例如在通过C、M和Y的色度值定义的三角形色域中包括的色彩。通过分析这种直排式结构，每一垂直子象素对可以如下地单独再现白色(例如非彩色)色度R+C；G+M；或者B+Y。这是通过布置子象素、以致每一基色子象素被放置在与一个互补基色子象素垂直相邻的位置而实现的。因此，使用这种方法，可以将用于绘图应用的水平黑/白分辩率增加到三倍。
图12B描述了根据本发明实施例的另一种显示象素的示例性结构。尽管在图12A的结构中，行A仅仅包含RGB子象素，而行B仅仅包含CMY子象素，但是在图12B中的替换结构中，在每一行中同时包括RGB和CMY象素。更具体地说，如图12B中所示，行A包含第一象素的RGB子象素，其后是第二象素的CMY子象素，而行B包含所述第一象素的CMY子象素，继之以第二象素的RGB象素。应该理解的是，各种其他象素结构可能也适合于设计根据本发明的实施例的超象素结构；例如，在一些实施例中，在基色的三元组内的基色顺序可能不同于附图中所示的顺序。
如上所述的六基色结构允许根据本发明的六基色显示器的至少三种操作模式。图13A在色度平面上示意性地示出这种六基色显示器的色域。纯色色域是由连接六个基色的点线表示的。RGB基色的色域由长划线三角形单独表示，而CMY基色的色域覆盖了实线三角形。图13A中的阴影六角形区域表示CMY和RGB基色组的交集色域。该显示器的第一操作模式是高分辨率、“有限色域”模式，其尤其适用于绘图应用。在该模式中，分辩率可以与对应的三基色显示器的分辩率相同(例如用于SXGA显示器的1280×1024象素；用于XGA显示器的1024×768等等}可以通过RGB和CMY三元组(子结构)两者产生用于这类结构的彩色组合，借此，通过CMY色域和RGB彩色色域的交集定义显示器的色域，例如，图13A中的阴影六边形。在该操作模式中，色彩是在三子象素级被处理的，例如，适用于驱动三基色显示器的数据被递交给每一象素，例如，RGB或者CMY，而不管分配给该象素的基色组如何。RGB和CMY象素之间的差异存在于矩阵中，所述矩阵将输入数据转换为子象素的系数。更多精心制作的数据流也是可允许的，并将在下文中呈现。
根据本发明实施例的6基色显示器的第二操作模式是中分辨率、超宽色域模式，其例如是为要求丰富色彩和改善的彩色图像质量的视频及其他显示应用所设计的。在该模式中，分辩率可以从正常的、适用于以完全系统分辨率(例如，用于SXGA显示器的1280×1024)显示的“非饱和色对象”的分辩率，逐渐减少到用于具有极端彩色的“非常饱和色对象”的分辩率，这时分辩率减少到二分之一(1280×512象素)。在该模式中，是在六基色象素级处理色彩的，因此可以减少显示分辩率。然而，如果待呈现的色彩不是饱和的，例如，如果被显示的色彩包括在图13A中的阴影六边形中，可以或者通过RGB象素、或者通过CMY象素完全地再现这种色彩，因此可以恢复原始的分辩率。对于图13A中阴影外部的饱和色，分辩率被减少到二分之一(1280×512)；然而，对于高度饱和的色彩通常不要求完全分辩率，因为人类视觉系统对亮度的空间变化比对色彩的空间变化更加敏感。
根据本发明的实施例的六基色显示器的第三操作模式是超高分辩率模式，可以例如利用SXGA显示器将其应用于黑-白图形，产生3840×1024象素的有效分辩率，而不是原始的1280×1024分辩率。对于该操作模式，象素的结构和处理可以如同在如上所述的高分辨率、“有限色域”模式中的那样。根据本发明的实施例，附加的操作模式也是可允许的；可以根据特定的显示技术要求设计此类附加的模式。
图13B示意性地示出用于根据本发明的示例性实施例的六基色显示系统的、使用如上所述的RGB-CMY基色组的可行数据流方案。在该实例中，输入数据的分辩率假定为显示器的原始分辩率；否则，如上所述，可以要求适当的调节。象素收集器1302对应于一对三基色象素、也就是一个RGB象素和一个CMY象素来收集图像数据，所述一对三基色象素共同构成单个6基色象素。可以以任何在现有技术中已知的、适当的格式提供原始图像数据，例如RGB或者YCC格式。通过使用矩阵乘法单元1304和1306、以及随后的n基色组合器1308，所述两个三色象素的采集数据被转换为用于不同子象素的灰度值。如果两个象素的色值属于图13A中的阴影六角形区域，例如，如果所有子象素具有正灰度值，那么用于驱动相应LC子象素的灰度级无变化。
参见图13A，当输入数据超出CMY三角形的范围、但是在RGB三角形内的时候，可以根据专门应用，以许多不同的方式处理该数据。在一个实施例中数据仅仅由RGB子象素成分表示，而CMY成分被设置为零亮度。在另一实施例中，输入数据由RGB成分表示，而CMY成分表示最接近期望色彩的色彩组合。对本发明的该实施例来说，可以依据亮度、色度、或者简单地通过将任何负的子象素值设定为零来定义所述“最接近的”彩色组合。在进一步的实施例中，CMY成分表示尽可能接近期望色彩的彩色组合，通过所述RGB成分校正与期望色彩之间的任何差异、以及CMY表示。上述讨论到三个不同的实施例主要在呈现饱和色的方法方面不同。在第一实施例中，从比色角度看，饱和色被精确地再现，但是处于比较低的亮度电平。在第二实施例中，亮度电平是最佳化的，但是饱和度减少了。在第三实施例中，饱和度和亮度电平属于所述第一和第二实施例中的最大和最小级之间的范围。应该理解的是，通过在上述中分析分别变换对CMY和RGB的引用，可以对这样一种情况进行同样的分析输入数据超出RGB三角形的范围，但是在图13A中的CMY三角形内。
应注意的是，参见图13A，可以仅仅通过完全的六基色象素表示，精确地再现位于在由RGB色域和CMY色域的组合三角形区域构成的“大卫王之星”形状之外的六色色域(周围的点线六边形)之内的任何彩色组合。在本发明的一个实施例中，如在申请人于2002年5月23日申请的、名称为“System and method of dataconversion for wide gamut displays”的未审国际申请PCT/IL02/00410中所描述的、使用二维查找表(“LUT”)的算法，可以被应用于为所有六个基色实时导出正确的子象素值，所述申请的公开内容在此结合作为参考。在本发明的该实施例中，可以计算RGB和CMY组合的平均色彩，可以例如使用六基色转换器对结果色彩进行变换，以便产生对应于n基色象素的子象素系数。
如上所述的系统和方法适合于通过由人类视觉系统对子象素进行空间合成来感知色彩的显示设备。然而，还可以在时间上执行由人类视觉系统进行的色彩合成，因此本发明的实施例也使用超过三种基色提供顺序显示设备、系统和方法，例如，顺序彩色LCD设备。这一概念在申请人于2001年6月7日申请的、名称为“Device，Systemand Method For Electronic True Color Display”的、并且于2001年12月13日作为WO 01/95544公开的国际申请PCT/IL01/00527中有关顺序制n基色图像投影设备的上下文中进行了详细说明，所述国际申请的公开内容在此结合作为参考。在顺序投影彩色显示设备中，四个或更多不同的彩色场被顺序地投影，每一个彩色场对应于一个短时间周期，并且以充分高的频率、周期地重复该处理，借此人类视觉系统将不同的彩色场时间合成为一个全色图像。
根据本发明的实施例，基于顺序彩色表示的LCD设备的优点在于，此类设备可以按照可与能够显示三基色、例如RGB图像的相同设备所用分辨率相比的分辨率，显示超过三种基色的图像。顺序LCD显示设备不要求与LC阵列相关联的彩色子象素滤色器矩阵。代之以，每一LC元件为一个特定象素控制所有基色的强度，每一基色是在指定的时隙期间控制的，借此以其完全分辩率使用所述LC阵列。彩色组合是通过以不同的基色顺序地对LC阵列进行背光照明来创建的，这与顺序制投影设备类似。然而，与通常要求显著的物理空间来包含投影光学器件的投影设备不同，所述投影光学器件也就是将缩影空间调光器投射在屏幕上的光学机构，本发明的顺序LCD设备不要求投影光学器件，因此可以以平面结构来实现。
根据本发明的实施例的平面n基色显示器的结构包括具有期望尺寸和分辩率的LC阵列(面板)。例如，在现有技术中公知的便携式计算机中使用这种液晶显示面板。然而，在本发明的顺序LCD设备中，可以在没有彩色子象素滤色器的相邻阵列的情况下使用LC面板，借此所述LC阵列可以作为单色灰度级设备来工作。所述LC阵列的单元被有选择地衰减，以便产生一序列超过三种基色的灰度级模式，每一模式对应于显示图像的超过三种基色成分中的一种。使用对应基色的光线对每一灰度级模式进行背光照明。在不同背光色彩之中的切换是与由LC阵列产生的灰度级模式序列同步，借此，序列中的每一灰度级模式是使用正确的基色光线照明的。所期望的背光光线可以通过经由预先选择的滤色器对白光(或者其他颜色的光线)进行滤色来产生，每一滤色器对应于所述超过三种的基色中的一种。以充分高的频率、并与由LC阵列产生的模式周期序列同步地重复所述背光色彩序列，借此观看者通过如上所述的时间合成感知全色图像。
在图14中示意性地示出了根据本发明一个实施例的顺序LCD设备的部件。应该理解的是，此处所述的顺序彩色LCD设备仅仅举例说明了本发明的一个示例性的实施例。在本发明的替代的实施例中，可以使用其他系统和方法创建背光光线的不同色彩。另外地或者替换地，在本发明的一些实施例中，没有使用如上所述的LC阵列，而代之以使用现有技术中已知的其他方法顺序地产生对应于不同基色成分的灰度级模式。
在图14中的示意性地示出的本发明的一个实施例中，使用单个光源或者一组光源、例如白光源1410，通过经由一系列不同的滤色器1413顺序地对白光滤色，顺序地产生不同亮度的色彩。所述滤色器可以被置于旋转滤色轮1412上。为了获得所期望的背光，可以例如使用透镜1414将穿过滤色轮1412上的滤色器1413之一的彩色光聚焦到光导管1416里。如现有技术中已知的那样，光导管将滤光后的光线引导到与LC阵列1420并列的背光结构1422，由此基本上均匀地对LC阵列照明。在该实施例的一些变型中，所述背光结构和光导管与在背光便携式计算机、例如膝上型计算机中、或者在光桌设备中使用的那些相似。在一些此类设备中，来自荧光灯泡的光线被反射镜/散光器的结构反射，以便获得基本上均匀的照明。作为选择，如图14中示意性地示出的那样，光导管1416可以包括多个光出口1418，这些光出口1418与背光照明装置1422中的反射镜/散光器结合使用，以获得均匀照明。在替代性的实施例中，可以使用其他结构提供不同基色的背光。在本发明的替代性实施例中，通过发光二极管(LED)阵列产生背光，每一LED能够选择性地产生具有一种波长范围的光线，所述波长范围是超过三种的不同波长范围中的一种。顺序地激活不同色彩的LED发射，并且所述色彩序列与由LC阵列产生的灰度级模式序列同步。在使用LED背光的三基色、例如RGB设备中，为了获得充分宽的色域，通常将红色、绿色和蓝色LED发射设计成具有狭窄的相应光谱。具体来讲，这种设备的发射分布的峰值通常是在对于红色发射的630-680纳米、对于绿色发射的500-540纳米、以及对于蓝色发射的400-480纳米的范围内。令人遗憾的是，现有三色设备不使用540-570纳米的亮度高效的波长范围，这部分波长范围是作为橙黄色光线感知的，人眼在该波长范围是最敏感的。因此，根据本发明的实施例，增加在540-570纳米的范围内的第四LED发射能够显著地改善亮度效率。假定所有二极管的量子效率基本上是相同的，则对于每一安培，黄色LED将产生更多的视觉亮度。为了利用这种效率，在本发明的一些实施例中，通过激活如上所述的四个LED发射范围，使用至少四个基色，也就是红色，绿色，蓝色和橙黄色。
在本发明的一个替代的实施例中，没有使用第四发射范围，可以代之以根据一个激活序列激活标准RGB LED阵列，产生所期望背光序列的更高强度。本发明的某些实施例没有使用R-G-B-R-G-B的标准激活序列，而代之以使用混合的周期性激活序列，例如R-G-B-RG-BG-RB，来产生所期望的背光序列。RGB LED发射的其他激活序列也是可行的，例如包含有按照不同顺序排列的相同发射成分(例如，R，G，B，RG，BG和RB)的序列，其中省略了某些“混合”成分(例如，RG，BG或者RB)的序列，包含有附加的成分(例如完整的RGB发射成分)的序列，或者能够产生期望背光序列的“纯的”和/或“混合的”LED发射的任何其他适当组合。应该理解的是，通过示例性的激活序列R-G-B-RG-BG-RB产生的、通过总和3R+3G+3B确定的总体亮度，与通过对应的标准R-G-B-R-G-B序列产生的、通过求和2R+2G+2B确定的平均亮度相比，大约高出百分之五十。
以充分高的频率激活根据本发明实施例的顺序LCD设备，以便允许观看者将n基色图像序列时间合成为全色图像。另外地，为了产生视频图像，以充分高的速率激活根据本发明的实施例的顺序LCD设备，以便允许再现所要求的每秒帧数。在Ken ichiTakatori、Hiroshi Imai、Hideki Asada和Masao Imai撰写的“Field-Sequential Smectic LCD with TFT Pixel Amplifier”(FunctionalDevices Research Labs，NEC Corp.，Kawasaki，Kanagawa 216-8555，Japan，SID 01 Digest)中说明了一种顺序彩色LCD设备，该LCD设备以充分高的速率工作，使用三种基色、也就是红、绿、蓝色光线进行背光照明，该文章在此结合作为参考。在本发明的一个实施例中，这种三色设备的一种变型适于产生n基色图像，其中n大于3。在这种适用于n基色的顺序照明设备中，通过(最好是)白光源产生的光线被n个被顺序插入的滤色器滤色，以便产生所期望的n基色背光序列。滤色器切换机构可被用于在背光光程中顺序地插入不同的滤色器，举例来说，所述滤色器切换机构是包括3个以上不同滤色器的旋转滤色轮，例如在上文中参照图14说明的滤色轮。可以使用与在现有膝上型计算机中使用的结构相似的结构，对滤色后的光线进行引导和散射，以便照明LC阵列。在一些实施例中，所述光源和滤色器切换机构(或者作为替换，如上所述的LED阵列)被设在一外部设备内，并且如上文参照图14中实施例所述的那样，光导管被用来将彩色光线引导到LCD设备的背光装置中。
所属技术领域的专业人员将理解的是，本发明没有被在上文中参照附图所具体示出和说明的内容所限制。更确切的说，本发明仅仅由以下的权利要求书限制。
权利要求
1.一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于使用至少四种不同的基色显示彩色图像，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路，该驱动电路用于接收对应于所述彩色图像的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列中的LC元件，以产生对应于所述彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及彩色子象素滤色器元件阵列，所述彩色子象素滤色器元件阵列与所述LC元件阵列并置，并与之相关联，以致每一彩色子象素滤色器元件与所述LC元件之一相关联，其中所述彩色子象素滤色器元件阵列至少包括四种类型的彩色子象素滤光器元件，这四种彩色子象素滤光器元件分别透射所述至少四种基色的光。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少四种基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述至少四种基色包括至少五种基色，并且其中所述至少四种类型的彩色子象素滤色器元件包括至少五种类型的彩色子象素滤色器元件，其分别透射所述至少五种基色的光线。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述至少五种基色包括至少六种基色，并且其中所述至少五种类型的彩色子象素滤色器元件包括至少六种类型的彩色子象素滤色器元件，其分别透射所述至少六种基色的光线。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
7.一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于显示时间合成的彩色图像，所述时间合成的彩色图像包括至少四个基色图像的序列，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路，该驱动电路用于接收相应于所述至少四个基色图像中的每一个的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列中的LC元件，以便产生衰减图案，该衰减图案分别相应于所述至少四个基色图像中的每一个的灰度级表示；以及照明系统，用于使用至少四种不同基色的光线、顺序地对所述LC阵列进行背光照明，以便顺序地产生至少四个相应的基色图像，其中所述驱动电路和所述照明系统是同步的，以便使用对应于相应基色图像的基色光线对每一个所述衰减图案进行照明。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，和黄色图像。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色图像。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色图像。
11.如权利要求7-10中任一权利要求所述的设备，其中所述照明系统包括具有输出路径的光源；滤色器切换机构，其在所述光源的输出路径中顺序地插入至少四种不同的基色滤色器，以便分别产生所述至少四种不同基色的光线；光学装置，其将所述至少四种不同基色的光线从所述滤色器切换机构引导至所述LC阵列，借此对所述LC阵列背光照明。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述光源包括基本上为白色的光源。
13.如权利要求7-10中任一权利要求所述的设备，其中所述照明系统包括发光二极管(LED)阵列；照明控制电路，用于有选择地激活所述若干LED，以便产生分别与至少四种不同基色的光线相对应的四个光照图案的序列；光学装置，其令由所述LED阵列产生的至少四个光照图案，利用所述至少四种相应的基色的大略空间均匀的光线，对所述LC阵列进行背光照明。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述LED阵列至少包括三种不同色彩的LED。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述至少三种不同色彩的LED包括红色、绿色和蓝色LED。
16.如权利要求14或者权利要求15所述的设备，其中所述至少四个不同的光照图案中的至少一个对应于一种除所述至少三种不同色彩的LED以外的基色。
17.如权利要求15或者16所述的设备，其中所述至少四个不同的光照图案中的至少一个，是通过同时地激活所述至少三种不同色彩的LED中的至少两种来产生的。
18.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于3，所述系统包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同的基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像。
19.如权利要求18所述的彩色显示设备，包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
20.如权利要求18或者权利要求19所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
21.如权利要求18-20中任一权利要求所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
23.如权利要求21或者权利要求22所述的设备，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
24.如权利要求21或者权利要求22所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
25.如权利要求24所述的设备，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
26.如权利要求24或者权利要求25所述的设备，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
27.一种用于在n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于3，所述n基色显示器包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素元件，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述方法包括接收表示三成分彩色图像数据的输入，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素、并具有第一分辩率；调节所述三成分彩色图像数据，以便产生调节后的三成分彩色图像数据，该调节后的三成分彩色图像数据具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率；将所述调节后的三成分彩色图像数据转换为表示所述n基色图像的对应的n基色象素数据；以及相应于所述n基色象素数据产生n基色输入信号。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据；以及将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一数据段表示每一个所述超象素中的一个子象素，其中产生所述n基色输入信号包括为每一个所述子象素产生灰度级值。
29.如权利要求27或者权利要求28所述的方法，其中所述n基色显示器包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
30.如权利要求27-29中任一权利要求所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
31.如权利要求27-30中任一权利要求所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
33.如权利要求31或者权利要求32所述的方法，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
36.如权利要求34或者权利要求35所述的方法，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
37.一种在n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于或等于6，所述n基色显示器包括彩色子象素元件阵列，该彩色子象素元件阵列包括均具有至少六种不同基色的彩色子象素元件，所述至少六种不同的基色至少包括第一组基色和第二组基色，这些彩色子象素元件被布置为周期重复结构，所述周期重复结构至少包括一个彩色子象素元件，该彩色子象素元件具有所述六种不同基色的中的每一个，所述方法包括接收表示包括若干象素的图像数据的图像输入，每一象素包括一个子象素，其具有所述第一组基色中的每一个；将所述图像数据分离为包括第一组所述象素的第一图像成分、以及包括第二组所述象素的第二图像成分，其中所述第一组中的每一象素基本上邻近于所述第二组中的相应象素；将所述第二组中的象素转换为相应的转换象素，每一象素包括具有一个所述第二组基色中的每一个的子象素；以及产生n基色输入信号，其表示与在所述第二组中的所述转换后彩色象素中的每一个相对应的数据，以及在所述第一组中的相应的、基本上相邻的象素。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述至少六种基色包括红色、绿色、蓝色、黄色、青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色、绿色和蓝色，并且其中所述第二组基色包括黄色、青色和品红色。
39.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，包括在产生所述n基色输入信号以前，将所述第二组中的每一所述转换象素与所述第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少六种基色中的每一种的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括产生表示与所述n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
40.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，其中所述图像输入包括表示三成分彩色图像数据的彩色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像中的每一个彩色象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组三基色再现的。
41.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，其中所述图像输入包括表示黑-白图像数据的黑-白图像输入，所述黑-白图像数据包括若干黑-白象素。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且其中所述n基色图像的每一个黑-白象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组基色产生的。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
44.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于或等于6，包括彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一种、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6种不同基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6种不同基色中的每一种的一个彩色子象素元件，其中所述周期重复结构中的每一子象素与至少一个具有互补基色的子象素相邻。
45.如权利要求44所述的设备，其中所述至少6种不同的基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色，绿色和蓝色，其中第二组基色包括黄色，青色和品红色，其中每一个红色子象素元件与至少一个青色子象素元件相邻，其中每一个绿色子象素元件与至少一个品红色色子象素元件相邻，并且其中每一个蓝色子象素元件与至少一个黄色子象素元件相邻。
46.如权利要求44或者权利要求45所述的设备，其中所述周期重复结构包括具有所述第一组基色中的每一种的子象素元件的第一序列，以及具有所述第二组基色中的每一种的子象素元件的第二序列，其中第一序列中的每一子象素元件与第二序列中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
47.如权利要求46所述的设备，其中所述周期重复结构包括第一和第二相邻行的子象素元件，所述第一行包括一个子象素元件，该子象素元件具有所述第一组基色中的每一种，所述第二行包括一个子象素元件，该子象素元件具有所述第二组基色中的每一种，并且其中在所述第一行中的每一子象素元件与所述第二行中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
48.如权利要求44-47中任一权利要求所述的设备，其中每一行所述子象素元件阵列仅仅包括所述第一组基色的子象素。
49.如权利要求44-47中任一权利要求所述的设备，其中每一行所述子象素元件阵列包括同时具有所述第一和第二组基色的子象素。
50.一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于3，所述系统包括n基色显示设备，该设备包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件具有至少四种不同基色中的每一个，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n-基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像；用于接收表示三成分彩色图像数据的输入的装置，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素、并具有第一分辩率；调节部件，其调节所述三成分彩色图像数据，以便产生调节后的三成分彩色图像数据，该调节后的三成分彩色图像数据具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率；转换器，其将所述调节后的三成分彩色图像数据转换为表示所述n基色图像的对应的n基色象素数据；以及用于相应于所述n基色象素数据产生n基色输入信号的装置。
51.如权利要求50所述的系统，进一步包括收集部件，其收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据；以及分布部件，其将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一数据段表示每一个所述超象素中的一个子象素，其中所述用于产生所述n基色输入信号的装置为每一个所述子象素产生灰度级值。
52.如权利要求50或者权利要求51所述的系统，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
53.如权利要求50-52中任一权利要求所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
54.如权利要求50-53中任一权利要求所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
55.如权利要求54所述的系统，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
56.如权利要求54或者权利要求55所述的系统，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
57.如权利要求54所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
58.如权利要求57所述的系统，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
59.如权利要求57或者权利要求58所述的系统，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
60.一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于或等于6，所述系统包括n基色显示设备，该设备包括彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一种、被布置为周期重复结构的彩色子象素元件，所述至少6种不同的基色包括至少第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构包括具有所述至少6种不同基色的至少中的每一种的至少一个彩色子象素元件；图像收集器，该图像收集器接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括第一组基色中的每一个的一个子象素；用于将所述彩色图像数据分离为包括第一组所述象素的第一图像成分和包括第二组所述象素的第二图像成分，其中所述第一组中的每一象素基本上邻近于所述第二组中的相应象素；用于将所述第二组中的象素转换为相应的转换后的象素的装置，每一象素包括具有所述第二组基色中的每一种的一个子象素；以及用于产生n基色输入信号的装置，该n基色输入信号表示相应于所述第二组中的所述转换后的彩色象素中的每一个、以及所述第一组中的相应的基本上相邻的象素的数据。
61.如权利要求60所述的系统，其中所述至少六种基色包括红色、绿色、蓝色、黄色、青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色、绿色和蓝色，并且其特征在于所述第二组基色包括黄色、青色和品红色。
62.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，进一步包括象素组合器，其将所述第二组中的每一所述转换象素与所述第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少六种基色中的每一种的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置产生表示与所述n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
63.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，其中所述图像输入包括表示三成分基色图像数据的基色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像中的每一个基色象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组三基色再现的。
64.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，其中所述图像输入包括表示黑-白图像数据的黑-白图像输入，所述黑-白图像数据包括若干黑-白象素。
65.如权利要求64所述的系统，其中所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且生所述n基色图像的每一个黑-白象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组基色产生的。
66.如权利要求64所述的系统，其中所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
67.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
68.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
69.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
70.如权利要求1-26中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
71.如权利要求1-26中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
72.如权利要求27-36中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
73.如权利要求27-36中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
74.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
75.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
76.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
77.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
78.如权利要求50-59中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
79.如权利要求50-59中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
80.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
81.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
82.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于3，所述系统包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中每一个超象素结构中的所述子象素元件已经布置为矩形子阵列，所述矩形子阵列已经充分接近于1的平均长宽比。
全文摘要
一种用于使用至少四种不同基色显示彩色图像的彩色液晶显示(LCD)设备，该设备包括液晶(LC)元件阵列(214)，驱动电路(218)，用于接收相应于所述彩色图像的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列的LC元件(214)，以便产生与所述彩色图像的灰度级表示相对应的衰减图案，彩色子象素滤色器元件阵列(216)，与所述LC元件阵列(214)并置，并与之相关联，其中，所述彩色子象素滤色器元件阵列包括至少四种类型的彩色子象素滤色器元件，分别透射至少四种基色的光线。
文档编号G09G5/02GK1539128SQ02815277
公开日2004年10月20日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者伊兰·本-戴维, 什姆埃尔·罗斯, 莫什·本-科林, 伊兰 本-戴维, 尔 罗斯, 本-科林 申请人:格诺技术有限公司
技术领域：
本发明总体上涉及彩色显示设备、系统和方法，更具体来讲，涉及具有改善的彩色图像再现能力的显示设备、系统和方法。
背景技术：
标准计算机监视器和电视显示器通常基于三个相加的基色(“原色”)的再现，例如红色、绿色和蓝色，它们合起来被称为RGB。令人遗憾的是，这些监视器无法显示许多由人类感知的色彩，因为它们受到所能显示的色彩范围的限制。图1A示意性地示出了现有技术中公知的一种色度图。马掌形的封闭区域表示能够由人类看到的色彩的色度范围。然而，色度自身是无法完全地表示所有可见色彩变化的。例如，可以按各种不同的亮度级再现图1A中二维色度平面上的每一个色度值。因此，可见彩色空间的完全表示要求一种三维空间，所述三维空间包括有例如两个表示色度的坐标和一个表示亮度的坐标。也可以定义其他三维空间表示。图1A中的马掌形图的边缘上的点与波长范围处的单色激感(monochromatic excitation)相对应，例如从400纳米至780纳米的波长范围，所述边缘上的点被称为“光谱轨迹”。在马掌形底部的、在最长和最短波长的极端单色激感之间的直线“闭合线”，通常被称为“紫色线”。由所述紫色线上方的马掌形图形区域表示的、可被人眼辨别的色彩范围通常被称为眼睛的色域。图1A中用虚线表示的三角形区域表示可由标准RGB监视器再现的色彩范围。
现有许多公知类型的RGB监视器，它们使用各种显示技术，包括但不限于CRT、LED、等离子体、投影显示、LCD设备等等。在过去几年中，已经与日俱增地使用彩色LCD设备。图2A中示意性地示出了一种典型的彩色LCD设备。
这样一种设备包括光源202，液晶(LC)元件(单元)204，例如使用薄膜晶体管(TFT)主动式矩阵技术的LC阵列，这在现有技术中是公知的。所述设备进一步包括用于驱动LC阵列单元的电子电路210以及与所述LC阵列并置的三滤色器阵列，所述电子电路210例如是通过主动式矩阵寻址驱动所述LC阵列单元的，所述三滤色器阵列例如是RGB滤色器阵列206。在现有LCD设备中，显示图像的每一个全彩色象素是通过三个子象素再现的，每一个子象素对应于一种不同的基色，例如，每一象素是通过驱动相应的R、G和B子象素的组合来再现的。对于每一个子象素，在LC阵列中有一个对应的单元。背光源202提供产生彩色图像所需要的光线。基于为对应象素输入的RGB数据，通过施加于对应的LC单元的电压来控制每一子象素的透射率。控制器208接收输入的RGB数据，将其调节至所要求的规格和分辩率，并基于所述为每一象素输入的数据，对被递交给不同驱动器的信号数值进行调节。由背光源提供的白光强度被LC阵列空间调制，根据所要求的子象素强度有选择地为每一子象素衰减光线。所述被有选择地衰减的光线经过所述RGB彩色滤色器阵列，其中每一LC单元与一个对应的彩色子象素一起登记，以产生所期望的彩色子象素组合。人类视觉系统将经由不同彩色子象素滤色过的光线空间合成起来，从而感知一个彩色图像。
第4,800,375号美国专利(“375专利”)说明了一种LCD设备，该LCD设备包括一个LC元件阵列，并与滤色器阵列相关联地并置，该专利的公开内容在此全部结合作为参考。所述滤色器阵列包括三原色子象素滤色器，例如RGB彩色滤色器，这些滤色器与第四类型的滤色器交织，以形成预定的重复顺序。由所述“375专利”说明的各种重复象素结构，例如重复的16象素序列，旨在简化象素结构以及改善显示设备再现某些图像图案的能力，例如更对称的线条图案。除了控制象素的几何结构之外，所述“375专利”没有说明或者建议在重复序列中的所述三原色和第四色彩之间的任何视觉交互作用。
LCD用于各种应用场合。LCD尤其常见于便携式设备中，例如PDA设备、游戏控制板和移动电话的小尺寸显示器，以及膝上型(“笔记本”)计算机的中等尺寸显示器。这些应用要求薄而小型化的设计以及低电耗。然而，LCD技术也用于一般来讲要求较大显示尺寸的非便携式设备，例如台式计算机显示器和电视机。不同的LCD应用可能要求不同的LCD设计，以便实现最佳的结果。LCD设备的更“传统的”市场、例如电池供电设备的市场(例如，PDA，移动电话和膝上型计算机)要求LCD具有大亮度效能，这要求降低功率消耗。在台式计算机显示器中，首要的考虑事项是高分辨率、图像质量和色彩丰富度，而低电耗仅仅是次要考虑事项。膝上型计算机显示器同时要求高分辨率和低电耗两者；然而，在许多此类设备中牺牲了图像质量和色彩丰富度。在电视显示器应用中，一般来讲，图像质量和色彩丰富度是最重要的考虑事项；在此类设备中，功率消耗和高分辨率是次要的考虑事项。
典型情况下，为LCD设备提供背光的光源是冷阴极荧光灯(CCFL)。图3示意性地示出了一种CCFL的典型光谱，这在现有技术中公知的。正如图3中所示出的，光源光谱包括三个相对狭窄的主波长范围，分别对应于红色、绿色和蓝色光线。可以选择使用在现有技术公知的其他适当光源。滤色器子象素阵列中的RGB滤色器通常被设计为再现足够宽的色域(例如，尽可能地靠近相应CRT监视器的色域)，并且还将显示效能最佳化，例如通过选择透射曲线大略与图3中的CCFL光谱峰重叠的滤色器。一般说来，对于特定源亮度，具有狭窄透射谱的滤色器提供较宽的色域但是降低的显示亮度，反之亦然。例如，在功率效率是主要考虑事项的应用中，往往牺牲色域宽度。在某些电视应用中，亮度是重要因素；然而晦暗的色彩是不可接受的。
图4A示意性地示出了现有膝上型计算机显示器中的典型RGB滤色器光谱。图4B示意性地示出了一种色度图，该色度图表示典型的膝上型光谱中的可再现色域(在图4B中用长划线表示的三角形区域)，与理想的NTSC色域(在图4B中用点线表示的)相比较。如图4B中所示，NTSC色域显著地比典型膝上型计算机显示器的色域宽，NTSC色域中包括的许多彩色组合无法被典型彩色膝上型计算机显示器再现出来。
发明内容
被人类看到的许多色彩无法在标准红-绿-蓝(RGB)监视器上被辨别出来。通过使用具有超过三种基色的显示设备，扩展了显示器的可再现色域。另外地或者可替换地，可以显著地增加由显示器产生的亮度电平。本发明的实施例提供了使用三种以上基色、在显示设备上显示彩色图像的系统和方法，例如，在诸如液晶显示(LCD)设备之类的薄型显示设备上。
本发明的一个方面提供了改善的多种基色显示设备，使用超过三种的不同色彩子象素来创建每一象素。在本发明该方面的实施例中，为每一象素使用四至六种(或更多)不同色彩的子象素，由此实现了较宽的色域和较高的发光效率。在一些实施例中，每一象素的子象素数目以及不同子象素的色谱可以被最佳化，以求获得充分宽的色域、充分大的亮度和充分高的对比度的期望组合。
在本发明的一些实施例中，对三种以上基色的使用，通过能够为一些基色、例如红色、绿色和蓝色使用相对狭窄的波长范围，可以扩展显示器的可再现色域，从而增加那些基色的饱和度。为了补偿由这种更狭窄的范围引起的潜在减少的亮度电平，在本发明的一些实施例中，除所述狭窄波长范围的色彩之外，还可以使用宽波长范围的基色，例如具体设计中的黄色和/或青色，从而增加显示器的总体亮度。在本发明的进一步的实施例中，可以使用另外的基色(例如，品红色)和/或不同的基色光谱，来改善显示图像的各个其他方面。根据本发明的实施例，通过设计特定的基色和子象素结构，能够实现色域宽度和总体显示亮度的最优组合，以符合特定系统的技术要求。
可以通过控制由根据本发明实施例的三种以上基色LCD设备使用的不同基色子象素滤色器元件的光谱透射特性，控制该设备的色域及其他属性。根据本发明的一个方面，使用四种或更多种不同基色子象素，以分别产生四种或更多种相应的基色，例如，RGB和黄色(Y)。在本发明的进一步的实施例中，使用了至少五种不同基色的子象素滤色器，例如，RGB，Y和青色(C)滤色器。在本发明的另外的实施例中，使用了至少六种不同基色的子象素滤色器，例如，RGB，Y，C和品红色(M)滤色器。
可以根据各种准则为根据本发明的三种以上基色LCD设备选择基色子象素滤色器，例如用来建立期望色域的足够覆盖范围，用来将该显示器能够产生的亮度电平最佳化，和/或用来根据期望色度标准调节基色的相对强度。
本发明的另一实施例提供了使用三种以上基色、顺序彩色显示设备、系统和方法，例如顺序彩色LCD设备。在此类设备中，彩色图像是这样产生的使用四种或更多种预先选定的基色对液晶(LC)单元阵列进行背光照射，分别产生四个或更多个相应基色图像的周期序列，所述基色图像的周期序列被观看者的视觉系统在时间上合成为一个全色图像。在一些实施例中，通过令光线顺序地经由四个或更多相应的滤色器滤色，来产生具有四个或更多基色的连续背光。在其他实施例中，将多色彩光源、例如若干发光二极管(LED)激活，以便顺序地产生不同的基色背光，其中所述多色彩光源能够单独地产生四种或更多种基色中的任何一种。
根据本发明的一个方面的实施例，因而提供了一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于使用至少四个不同的基色显示彩色图像，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路系统，该驱动电路系统用于接收对应于彩色图像的输入，并用于有选择地激活LC阵列的LC元件，以便产生对应于该彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及彩色子象素滤色器元件阵列，该阵列与所述LC元件阵列并置，并与LC元件相关联，以致每一彩色子象素滤色器元件与LC元件之一相关联，其中所述彩色子象素滤色器元件阵列至少包括四种类型的彩色子象素滤色器元件，这四种彩色子象素滤色器元件分别透射所述至少四种基色的光线。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于显示一个时间合成的彩色图像，所述时间合成的彩色图像包括至少四个基色图像的序列，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路系统，该驱动电路系统用于接收对应于至少四个基色图像中的每一个的输入，并用于用于接收对应于彩色图像的输入，并用于有选择地激活LC阵列的LC元件，以便产生对应于该彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及照明系统，用于使用至少四种不同基色的光线顺序地对LC阵列进行背光照明，以便顺序地产生至少四种相应的基色图像，其中所述驱动电路系统和所述照明系统是同步的，以便使用对应于相应基色图像的基色光线对每一衰减图案进行照明。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述照明系统包括具有输出路径的光源；滤色器切换机构，其在光源的输出路径中顺序地插入至少四个不同的基色滤色器，以便分别产生至少四种不同基色的光线；光学装置，其将所述至少四种不同基色的光线从所述滤色器切换机构引导至LC阵列，借此对LC阵列背光照明。在本发明的该方面的其他实施例中，所述照明系统包括发光二极管(LED)阵列；照明控制电路系统，用于有选择地激活若干LED，以便产生分别与至少四种不同基色的光线相对应的四个光照图案的序列；光学装置，其令所述由LED阵列产生的至少四个光照图案，利用所述至少四种相应基色的大略空间均匀的光线，对LC阵列进行背光照明。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种彩色显示设备，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述彩色显示设备具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括至少四种不同基色中的每一种的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每个超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四种不同基色的每一种有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述至少四种基色包括至少五种基色，以及所述超象素结构包括基本为矩形的结构，所述基本为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一序列包括五种基色中的四种的子象素元件的不同组合。在本发明的该方面的其他实施例中，所述至少四种基色包括至少六种基色，以及所述超象素结构包括基本为矩形的结构，所述基本为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一序列包括六种基色中的四种的子象素元件的不同组合。
根据本发明的另一方面的实施例，提供了一种用于在一个n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于3，所述n基色显示器具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每个超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分，所述方法包括接收表示包括若干三成分象素并具有第一分辩率的三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的输入，调节所述三成分彩色图像数据，以便产生具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率的已调节三成分彩色图像数据，将所述已调节三成分彩色图像数据转换为对应的、表示n基色图像的n基色象素数据，以及产生对应于所述n基色象素数据的n基色输入信号。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述方法包括在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据，并将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一段表示每一超象素中的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括为每一子象素产生灰度级值。
根据本发明的又一方面的实施例，提供了一种用于在具有彩色子象素元件阵列的n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于或等于6，所述彩色子象素元件阵列包括均至少具有6个不同的基色、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6个不同的基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6个不同基色中的每一个的一个彩色子象素元件，所述方法包括接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括具有第一组基色中的每一个的一个子象素；将图像数据分离为包括第一组象素的第一图像成分、和包括第二组象素的第二图像成分，其中第一组中的每一象素基本上邻近于第二组中的相应象素；将所述第二组中的象素转换为相应的转换象素，每一象素包括具有第二组基色中的每一个的一个子象素；以及产生n基色输入信号，所述信号表示与所述第二组中的转换彩色象素中的每一个相对应的、以及与所述第一组中的相应的、基本上相邻的象素相对应的数据。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述方法包括在产生所述n基色输入信号以前，将第二组中的每一转换象素与第一组中对应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少6个基色中的每一个的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括产生表示与n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
进一步来讲，在本发明的该方面的一些实施例中，所述图像输入包括表示三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的彩色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像的每一彩色象素是通过所述第一或者第二组三基色再现的。在本发明的该方面的其他实施例中，所述图像输入包括黑-白图像输入，所述黑-白图像输入表示包括若干黑-白象素的黑-白图像数据。所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且可以通过所述第一或者第二组基色产生所述n基色图像的每一黑-白象素。作为选择，所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且可以通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
根据本发明更进一步的方面的实施例，提供了一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于或等于6，其具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一个、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6个不同基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6个不同基色中的每一个的一个彩色子象素元件，其中所述周期重复结构中的每一子象素与至少一个具有互补基色的子象素相邻。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述周期重复结构包括具有第一组基色中的每一个的子象素元件的第一序列，以及具有第二组基色中的每一个的子象素元件的第二序列，其中第一序列中的每一子象素元件与第二序列中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
根据本发明的再一方面的实施例，提供了一种系统，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述系统包括具有彩色子象素元件阵列的n基色显示设备，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定的数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中能够周期性地重复n基色象素的非固定组合，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述n基色象素的非固定组合仅仅覆盖所述超象素结构的一部分，用于接收表示三成分彩色图像数据、例如RGB或者YCC数据的输入的装置，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素并具有第一分辩率，换算电路，其调节所述三成分彩色图像数据，以便产生具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率的已调节三成分彩色图像数据，转换器，其将已调节三成分彩色图像转换为对应的、表示所述n基色图像的n基色象素数据，并且用于产生与所述n基色象素数据相对应的n基色输入信号。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述系统进一步包括收集部件，该收集部件在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据，以及分布部件，该分布部件将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一段表示每一超象素中的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置为每一子象素产生灰度级值。
根据本发明的再一方面的实施例，提供了一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于或等于6，所述系统包括具有彩色子象素元件阵列的n基色显示设备，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一个、被布置为周期重复结构的彩色子象素元件，所述至少6个不同的基色包括至少第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构包括具有至少6个不同基色的至少一个彩色子象素元件，图像收集器，该图像收集器接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括具有第一组基色中的每一个的一个子象素，用于将所述彩色图像数据分离为包括第一组象素的第一图像成分、和包括第二组象素的第二图像成分的装置，其中第一组中的每一象素基本上邻近于第二组中的相应象素，用于将第二组中的象素转换为对应的转换象素的装置，其中每一象素包括具有第二组基色中的每一个的一个子象素，以及用于产生n基色输入信号的装置，所述n基色输入信号表示与第二组中的每一转换彩色象素、以及第一组中的相应的、基本上相邻的象素相对应的数据。
在本发明的该方面的一些实施例中，所述系统进一步包括，象素组合器，该象素组合器在产生所述n基色输入信号以前，将第二组中的每一转换象素与第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少6个基色中的每一个的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置产生表示与n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
在本发明的实施例中，选择至少四种基色的、或者在某些实施例中的至少五种或者六种基色的波长范围，以便提供最佳的显示图像总体亮度。另外地或者替换地，选择至少四种基色的波长范围，以便提供最佳的显示图像色域宽度。
根据本发明的又一方面的实施例，提供了一种彩色显示设备，用于显示n基色图像，其中n大于3，所述设备具有彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少四个不同基色中的每一个的子象素元件，这些子象素元件被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括与至少四个不同基色的每一个有关的一个彩色子象素元件，其中每一超象素结构中的子象素元件被布置为矩形子阵列，该矩形子阵列具有充分接近于一的平均长宽比。
将根据以下结合附图的、对本发明的实施例的详细说明，对本发明进行更充分地理解和评价，其中图1A是表示现有技术RGB彩色色域的色度图的简图，附加有人类视觉系统的色域的色度图，这些在现有技术中是公知的。
图1B是表示根据本发明示例性实施例的宽色域的色度图的简图，附加了图1A中的色度图；图2A是示出现有技术的3基色LCD系统的示意性框图；图2B是示出根据本发明的实施例的n基色LCD系统的示意性框图；图3是示出现有技术冷阴极荧光灯(CCFL)源的典型光谱的示意性图表；图4A是示出现有技术膝上型计算机显示器的典型RGB滤色器光谱的示意性图表；图4B是表示通过图4A中的现有技术RGB滤色器光谱再现的色域的色度图的简图，附加了理想的现有技术NTSC色域；图5A是示出根据本发明的一个实施例的五基色显示设备的一个示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；
图5B是表示图5A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图6A是示出根据本发明的实施例的五基色显示设备的另一示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；图6B是表示图6A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图7A是示出根据本发明的实施例的六基色显示设备的示例性滤色器设计的透射曲线的示意性图表；图7B是表示图7A中滤色器设计的色域的色度图的简图，附加了两个示例性的现有技术色域表示；图8是在根据本发明的实施例的四基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图；图9是在根据本发明的实施例的五基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图，所述子象素结构包括超象素结构；图10是在根据本发明的实施例的六基色显示设备中的示例性的子象素结构的简图，所述子象素结构包括超象素结构；图11是示出在根据本发明的实施例的n基色显示系统的诸部分中的数据流的示意性方框图；图12A是描述根据本发明的实施例的六基色显示设备的一个实例性的象素结构的简图；图12B是描述根据本发明的实施例的六基色显示设备的另一示例性的象素结构的简图；图13A是根据本发明的实施例的六基色显示设备的示例性色域的简图；图13B是示出在根据本发明的示例性实施例的六基色显示系统的数据流方案的示意性框图；图14是根据本发明的示例性实施例的顺序n基色彩色LCD设备的简图；以及图15是被分成若干彩色子色域区域的人类视觉色域的色度图的简图。
具体实施例方式
在下列说明中，参照特定实施例说明了本发明的各方面，所述特定实施例提供了对本发明的彻底了解；然而，对于本领域中的普通技术人员显而易见的是，本发明不局限于此处所述的特定实施例和举例。进一步来讲，对于此处所述的设备、系统和方法的某些细节涉及到彩色显示设备、系统和方法的已知特征的情况，则可能为了清晰起见，省略了或者简化了这样的细节。
图1B示意性地说明根据本发明的实施例的三种以上基色的显示器的色域，该色域在色度平面上被表示人眼的可感知色域的马掌形图形所包围。图1B中的六边形表示根据本发明示例性实施例的六基色显示器的色域。该色域显著地比在图1B中以点线三角形表示的、典型的RGB色域更宽。在2000年11月14日申请的、名称为“Device，System And Method For Electronic True Color Display”的第09/710,895号美国专利申请中，在2001年6月7日申请的、名称为“Device，System和Method For Electronic True Color Display”、以及于2001年12月13日公开为PCT公开文本WO 01/95544的国际申请PCT/IL01/00527中，在2001年12月18日申请的、名称为“Spectrally Matched Digital Print Proofer”的第10/017,546号美国专利申请中，在2002年5月23日申请的、名称为“System andmethod of data conversion for wide gamut displays”的国际申请PCT/IL02/00410中，公开了与本发明示例性实施例相符的、具有三种以上基色的监视器和显示设备的实施例，所有这些申请和公开文本的公开内容在此结合作为参考。
虽然，在本发明的实施例中，可能使用了在上述参考的专利申请中公开的方法和系统，例如将源数据转换至基色数据的方法，或者创建基色材料或者滤色器的方法；但是在替代的实施例中，可能利用任何其他适当的n基色显示技术来使用本发明的系统和方法，其中n大于3。在这些申请中说明的某些实施例是基于背面或者正面投影设备、CRT设备或者其他类型显示设备的。虽然以下的说明主要集中于根据本发明的示例性实施例的、最好使用LCD的n基色平面显示设备，其中n大于3，但是应该理解的是，在替代实施例中，还可以与其他类型的显示器及其他类型的光源和调制技术相结合地使用本发明的系统、方法和设备。例如，所属技术领域的专业人员将理解的是，可以在阴极射线管显示器、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器和场致发射显示(FED)设备或者此类显示设备的任何混合组合中，利用适当的改变，容易地实现本发明，这些显示器在现有技术中是公知的。
图2B示意性地示出根据本发明的一个实施例的三种以上基色的显示系统。所述系统包括光源212，液晶(LC)元件(单元)阵列214，例如使用薄膜晶体管(TFT)主动式矩阵技术的LC阵列，这些在现有技术中是公知的。所述设备进一步包括用于驱动LC阵列单元的电子电路220以及与所述LC阵列并置的n基色滤色器阵列216，其中n大于3，所述电子电路220例如是通过主动式矩阵寻址来驱动所述LC阵列单元的。在根据本发明实施例的LCD设备的实施例中，显示图像的每一个全彩色象素是通过三个以上的子象素再现的，每一个子象素对应于一种不同的基色，例如，是通过驱动四个或更多子象素的对应组合来再现每一象素的。对于每一个子象素来说，在LC阵列214中存在一个对应的单元。背光源212提供产生彩色图像所需要的光线。基于为对应的象素输入的图像数据，通过施加于对应的LC单元的电压来控制每一子象素的透射率。n基色控制器218接收输入数据，例如是RGB或者YCC格式的输入数据，选择性地将其调节至所要求的规格和分辩率，并基于为每一象素输入的数据，对被递交给不同驱动器的信号数值进行调节。由背光源212提供的白光强度被LC阵列的元件空间调制，根据用于子象素的图像数据，有选择地控制每一子象素的照明。所述每一子象素的、被有选择地衰减的光线经过滤色器阵列216中的对应滤色器，借此产生期望的彩色子象素组合。人类视觉系统将经由不同彩色子象素滤色过的光线空间合成起来，从而感知一个彩色图像。
可以通过若干参数控制根据本发明实施例的LCD设备的色域及其他属性。这些参数包括背光元件(光源)的光谱，例如冷阴极荧光灯(CCFL)；LC阵列中的LC单元的光谱透射率；滤色器的光谱透射率在三基色显示器中，开头两个参数，也就是光源的光谱和LC单元的光谱透射率，通常是通过系统约束条件来决定的，因此，可以直接地选择滤色器的色彩，以便提供所要求的比色值，该比色值位于期望RGB三角形的“边角”处，如图1A中所示。为了将三基色LCD设备的效能最佳化，滤色器的光谱透射率被设计成基本上与光源的波长顶点重叠至可允许的程度。三基色LCD设备中的滤色器选择可能主要基于将总体亮度效率最佳化。在此环境下，应被注意的是，选择具有较狭窄的光谱透射率曲线的滤色器、从而引起更饱和的基色，总体上降低显示器的总体亮度电平。
对于根据本发明的实施例的、具有超过三种基色的多基色显示器来说，能够选择无穷多种的滤色器组合，来基本上覆盖所要求的色域。本发明的滤色器选择方法可以包括根据以下必要条件将滤色器选择最佳化，即建立对所期望的二维色域的足够覆盖范围，例如，用于宽色域应用的NTSC标准色域，以及用于较高亮度应用的“常规”三色LCD色域；将平衡白色点的亮度电平最佳化，所述平衡白色点能够通过组合所有基色来获得；以及根据期望照明标准、例如高清晰度电视(HDTV)系统的D65白色点色度标准，调节基色的相对强度。
本发明的实施例提供了使用三种以上基色、在显示设备上显示彩色图像的系统和方法，例如，在诸如液晶显示(LCD)设备之类的薄型显示设备上。在此，是在具有三种以上基色的LCD设备的背景下来说明本发明许多的实施例的；其中为每一象素使用的滤色器的数目大于3。该结构与传统RGB显示设备相比，具有若干优点。首先，根据本发明的n基色显示设备能够扩展由显示器覆盖的色域。第二，根据本发明的设备能够在显示器的发光效率方面有显著的增加；在某些情况下，正如下文中所论及的，可以实现大约50％或者更高的增加。本发明的该特征对于便携式(例如，用电池作电源的)显示设备特别有帮助，因为增加的发光效率延长了电池寿命，减少了此类设备的总重量。第三，根据本发明的设备能够通过有效利用本发明的子象素呈现技术，改善图形分辨率，正如在下文中参照本发明的特定实施例详细说明的那样。
在根据本发明实施例的一些多基色显示设备中，使用3个以上具有不同彩色的子象素来创建每一象素。-在本发明该方面的实施例中，为每一象素使用四至六个(或更多)不同色彩的子象素实现了较宽的色域和较高的发光效率。在一些实施例中，每一象素的子象素数目以及不同子象素的透射谱可以被最佳化，以求获得充分宽的色域、充分大的亮度和充分高的对比度的期望组合。
例如，根据本发明的实施例，对3种以上基色的使用可以允许通过允许使用具有用于R、G和B滤色器的较狭窄透射曲线(例如，较狭窄的有效透射范围)的滤色器、并从而增加R、G和B子象素的饱和度，来扩展可再现色域。为了补偿这种较狭窄的范围，在本发明的一些实施例中，可以在RGB饱和色之外使用较宽波段的子象素滤色器，从而增加显示器的总体亮度。根据本发明的实施例，通过适当地设计n基色显示器的子象素滤色器以及所述滤色器的结构，能够实现色域宽度和总体图像亮度的最优组合，以符合特定系统的技术要求。
图5A和6A示意性地示出分别用于根据本发明实施例的五基色显示设备的两种替换设计方案的透射曲线，其中所使用的五个基色是红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)，青色(C)和黄色(Y)，由RGBCY合起来表示出。图5B和6B分别示意性地示出图5A和6A的滤色器设计的结果色域。应该理解的是，两种设计方案都产生了比对应的传统三色LCD设备更宽的色域覆盖范围和/或更高的亮度电平，正如下面详细论及的。作为现有技术中公知内容，传统三色LCD的标准化总体亮度电平可以如下计算
Y(3-色)＝(Y(色1)+Y(色2)+Y(色3))/3类似地，根据本发明实施例的五色LCD设备的标准化亮度电平可以如下计算Y(5-色)＝(Y(色1)+Y(色2)+Y(色3)+Y(色4)+Y(色5))/5其中Y(色i)表示第i个基色的亮度电平，而Y(n色)表示n基色显示器的总体的、标准化的亮度电平。
尽管图5B中示出的色域可与对应的3色LCD设备(图4B)的色域相比，但是使用图5A中的滤色器设计所能获得的亮度电平比相应3色LCD的那些亮度电平高出大约50％。在该实施例中获得的较高的亮度电平归功于黄色(Y)和青色(C)色子象素的添加，它们被具体设计为具有宽透射区域，从而比RGB滤色器透射更多的背光。这种新的滤色器选择准则在概念上不同于基色滤色器的传统选择准则，所述基色滤色器的传统选择准则通常被设计成具有狭窄的透射范围。对于该实施例，使用公知技术中的公知方法、根据透射谱和背光光谱计算出的白色点色度座标，是x＝0.318；y＝0.352。
如图6B中所示，图6A中的滤色器设计方案的色域比对应的传统三色LCD(图4B)的色域显著地更宽些，甚至比对应的NTSC色域更宽，所述NTSC色域是彩色CRT设备的理想参考色域，并且图6A中的滤色器设计方案还具有大略等于传统三色LCD的亮度电平。在该实施例中，五色LCD设备的总体亮度电平与具有狭窄得多的色域的三色LCD设备相似。对于该实施例、使用公知技术中的公知方法根据透射谱和背光光谱计算出的白色点素坐标，是x＝0.310；y＝0.343。可以在本发明的实施例中使用其他设计，包括使用不同的基色和/或另外的基色(例如，六色显示器)，以求产生更高或者更低的亮度电平，更宽的或者更狭窄的色域，或者亮度电平和色域的任何期望组合，这可适用于专门应用。
图7A示意性地示出根据本发明实施例的六基色显示器的滤色器透射曲线，其中所述六个基色是红色，绿色，蓝色青色，品红色(M)和黄色，用RGBCMY合起来指示出。图7B示意性地示出图7A中滤色器设计方案的结果色域。图7A和7B的滤色器设计方案与图5A和5B中的滤色器设计方案大致相似，除了为每一象素添加了品红色(M)滤色器子象素之外。用于该示例性的六基色显示器的白色点坐标是x＝0.319和y＝0.321，并且亮度增益等于1。
图15示意性地示出可由人类辨别的色域的色度图，它被分成六个子色域区域，也就是红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)，黄色(Y)，品红色(M)和青色(C)子色域区域，这可以被用来根据本发明的实施例选择有效的滤色器光谱。在一些实施例中，可以选择三个以上的基色滤色器、例如在图5A和6A的实施例中的五个滤色器或者图7A的实施例中的六个滤色器，来产生图15中的相应子色域区域内的色度值。可以根据特定的系统要求、例如色度平面中的期望色域宽度和期望的图像亮度，确定为相应子色域区域内的特定基色选择的精确色度位置。如上面详细讨论的，所述系统要求取决于特定的设备应用，例如某些应用优先考虑色域大小，而其他应用优先考虑图像亮度。图15中的子色域区域表示出近似的边界，根据本发明的实施例，可以根据这些边界选择基色，以求提供大色域覆盖范围和/或高亮度电平，同时保持期望的白平衡。对于特定滤色器光谱选择和公知的背光光谱，正如现有技术中公知的，能够使用直接的数学计算、计算出在图15的子色域区域内的基色色度值的位置，以便确定是否获得了用于特定滤色器光谱选择的期望色域。
在本发明的一个实施例中，可以结合如上所述的示例性的六基色设计方案来使用在下文中将详细说明的子象素呈现技术，以求显著地增加显示器的分辩率。在本发明的替代实施例中，根据特定的显示应用，不同的基色以及基色光谱设计可被用于产生期望的结果。
在本发明的设备、系统和方法的一些实施例中，能够使用与传统三个子象素的显示格式兼容的格式来显示三种以上基色。如现有技术中公知的，传统的基于RGB的LCD设备中的每一象素由三个子象素组成，也就是红色，绿色和蓝色。通常，每一子象素具有大约1∶3的长宽比，借此，作为结果而产生的象素长宽比大约是1∶1。图像的长宽比被定义为一行中象素的数目与一列中象素的数目的比率。典型的全屏幕LCD显示器的图像长宽比大约是4∶3。显示器分辩率是由象素的总数确定的，假定象素大略是正方形的，并且是以4∶3的长宽比配置来布置的。当在具有另一分辩率的窗口(例如，显示器象素结构)中显示具有特定分辩率的视频或者图形图像的时候，可能需要调节函数。所述调节函数可以包括插补或者抽选原始图像象素数据，以便产生适用于所要求的显示器分辨率的特定屏幕尺寸的象素的正确数目和结构。对于大部分应用而言，需要大约为1∶1的总体象素长宽比。对于一般的视频和电视应用，再现精确的长宽比不是关键性的。在其他应用中，特别是在要求几何精确度的应用中，例如在显示用于诸如Adobe PhotoShop之类的图形软件应用的图像时，可以另外使用软件呈现方法来补偿象素大小“失真”。
如下所述，根据本发明的实施例，有许多用于布置三种以上基色设备的子象素的可行方式，由此保持大约1∶1的象素长宽比。在硬件级，例如按照在所述设备的LC阵列中的LC单元的数目，大略地确定LCD设备的总体分辩率和长宽比。尽管可以改变已有LCD设备的几何设计，例如设计具有除了1∶3之外的子象素长宽比的新子象素布局，但是此类设计更改可能是昂贵的，因而是不受欢迎的。因此，在本发明的一些实施例中，可以通过按照如下所述的高效结构布置子象素，以便保持传统的子象素长宽比1∶3。这种结构可以具有尽可能靠近1∶1的长宽比，并且该结构可以包括能够通过在标准RGB显示器中使用的LC阵列的对应单元照明的、超过三个子象素的滤色器的周期模式，而不再需要设计新类型的显示器，例如新的TFT主动式矩阵设计。可以选择将本发明的特征集成到已有显示器设计中，这是本发明实施例的重要优势，因为重新设计基本显示部件，特别是设计新类型的TFT主动式矩阵，可能极其复杂，并且费用高昂。
上述的周期性的子象素图案，以下简称“超象素”结构，它可以包含若干彩色子象素，例如用于三种以上基色中的每一种的至少一个子象素。如上所述，为了避免重新设计基本显示部件，所述超象素结构可以被设计成符合现有RGB子象素阵列格式。根据本发明的一些实施例，假定一种矩形的超象素结构，每一超象素可以包括m×k个子象素，借此所述超象素结构中的n基色象素(n>3)的数目等于(m×k)/n。因为“超象素”结构中的n基色象素的数目还等于按n基色象素单位计算的NL×NW，其中NL和NW是超象素的长度和宽度，所以保持了以下等式NL×NW＝(m×k)/n超象素结构的长度是NL×L，它等于m/3，而超象素的宽度是NW×W，它等于k，其中L和W分别是按三单元象素单位计算的n基色象素的平均长度和平均宽度。因此，n基色象素的平均长宽比通过下式给出L/W＝m/(3k)×NW/NL＝m2/(3n)NL-2为了确定满足上述必要条件的最小超象素结构，在每一超象素中的n基色象素纵向的或者横向的数目被设置成值为1，例如，NL＝1，借此多基色象素的长宽比通过m2/3n给出。因此，因m2除以3n而得到的值m尽可能接近1，从而将获得最小超象素结构。
例如，用于4基色显示器的、例如根据本发明的RGBY(红绿蓝+黄色)显示系统的简明结构，可以包括按照保持总体图像长宽比4∶3的结构并排地布置子象素，如图8中示意性地示出的那样。该结构产生m＝4的值。在该结构中，例如，使用为具有1024×768的3基色象素分辨率的XGA显示器设计的LC阵列，在如上所述的4基色多象素结构中产生768×768的有效分辩率。类似地，根据本发明的实施例，可以采用具有1280×1024的3基色象素分辨率的SXGA面板，再现分辩率为960×1024象素的4基色图像。应该理解的是，根据本实施例的4基色象素形状是矩形的，而不是正方形的，因此当应用数据比例缩放的时候该图像长宽比保持不变。在图8的实施例中，4基色象素的长宽比是4∶3。因此，举例来说，根据本发明的这一实施例的XGA屏幕可以具有纵向和横向数目相等的n基色象素，因而，用于这种XGA屏幕的图像长宽比保持4∶3。然而，这样一种屏幕的水平(行)分辩率与对应的3基色XGA屏幕相比将更低。在本发明的一个实施例中，为了保持该4基色显示器的正确图像几何形状，按比例地减少原始输入数据的水平分辨率，从用于XGA屏幕的1024减少到用于XGA屏幕的768。所属技术领域的专业人员将理解的是，其他显示格式可以要求不同的调整。举例来说，分辩率为1280∶1024的SXGA屏幕在3基色格式中具有5∶4的长宽比，而不是4∶3。
图9示意性地示出在根据本发明实施例的五基色显示系统中的超象素结构的另一实例。在该五基色结构中，举例来说，其中基色是RGB，青色(C)和黄色(Y)，m＝4的值产生长宽比为16∶15的五基色象素。在图9中的超象素结构中，对于每一象素，举例来说，可以跨越两个连续的行来划分五个子象素，并且所述超象素结构包括四组五基色象素。每一超象素的长宽比是15∶4，因而，单个五基色象素的有效长宽比是16∶15。在该结构中，例如，为具有1024×768的三基色象素分辨率的XGA显示器设计的LC阵列，产生768×614的有效五基色象素分辨率。类似地，根据本发明的实施例，可以采用具有1280×1024的三基色象素分辨率的SXGA面板，以再现960×819的五基色象素分辨率图像。
应被注意的是，在上述实例中，可以水平和/或纵向移动多基色象素的有效的(彩色加权的)中心。当输入数据被内插、以便匹配象素结构的时候，应该考虑这一点。如上所述的超象素配置的周期性结构允许相对简单的内插法，如下。可以首先计算每一超象素的数据，作为超象素的矩形栅格上的位置；然后，在每一超象素内部分布所述数据。因为超象素的内部结构是固定的，例如所有超象素具有相同的子象素结构，所以内部的分布阶段也是固定的，例如内部的分布是以与每一超象素在显示器上的位置无关的相同方式来分布的。因而，可以在简单的矩形栅格上执行内插法，并将与内部超象素结构相关联的复杂分布简化为固定的、重复的操作。也可以与本发明结合地使用其他适当的内插法。
在图11中示意性地示出执行如上所述内插法的系统。由图像调节部件1102接收处于原始分辩率的输入数据(例如，采用YCC或者RGB格式)，所述图像调节部件1102将图像分辨率调节至显示器的分辩率，所述图像分辨率是通过图像中的象素数目定义的。所述调节可以类似于在个人计算机(PC)上利用改变显示器分辩率来执行的调节，而这在现有技术中是公知的。数据可以被反调节至极高分辨率，然后被重新采样为显示器分辩率，举例来说，正如在2001年的LLH Technology Publishing的第3版中、由Keith Jack所撰写的“Video Demystified”中所解释的。选择性地，在所述反调节之后，可以分两个阶段执行重新采样，以便简化计算，如下。在第一阶段中，数据被分配给每一超象素。在第二阶段中，基于超象素的已知结构，在超象素级执行重新采样。在数据被重新采样为n基色象素栅格之后，可以通过n基色转换器1104为每一n基色象素分别计算一组n基色系数，所述n基色象素栅格例如可以通过每一n基色象素的彩色加权中心来定义。通过超象素收集器1106对用于所有n基色象素的、例如m个n基色象素的n基色数据进行组合，所述n基色象素构成每一超象素，并通过分布器1108接收采集的数据，所述分布器1108根据定义的内部结构，将m个n基色象素的m×n个系数分布给子象素。
在根据本发明一个实施例的六基色显示系统中，一种可允许的结构可以包括这样的超象素结构，该超象素结构基本类似于上文中参照图9说明的六基色超象素结构的，但具有适当的改变，例如为该超象素结构中的每一象素增加一个品红色子象素元素。用于根据该实施例产生6基色图像的系统、以及在这样一种系统中的数据流程，可以基本上如参照图11所说明的那样。正如图10中示意性地示出的那样，n＝6并且m＝4的超象素结构具有3基色象素的4/3长度，并且具有3象素的宽度。从而，正如通过图10中的阴影区示意性地示出的那样，超象素结构中的子象素总数目是4/3×3×3＝12，借此通过每一超象素调节两个6基色象素。该6基色象素的平均长度是4/3，其宽度是3/2，因此本实施例中的超象素长宽比是8∶9，其比较接近于所期望的比率1∶1。
也可以根据本发明的实施例使用其他配置；例如，可以在每一行均具有3个子象素的两行中布置六个子象素。在这种两行结构中，被用于以根据本发明的六基色模式工作的标准XGA显示器的分辩率，被减少到1024×384象素，并且以六基色模式工作的标准SXGA显示器的分辩率被减少为1280×512。这样一种象素结构，可能对电视和视频应用有用，如下所述。
上述实例演示了增加不同滤色器的数目，例如4-6种不同彩色而不是3种，可以减少显示器的可见分辨率，而无需对LC阵列作适当改进。然而，对于电视和视频应用来讲，可见分辨率方面的这种减少可能不是关键性的。标准定义NTSC电视系统在60赫兹的隔行扫描场速率(30赫兹的帧速率)时具有480线的分辩率(使用空白线时525线有效)。当被数字化时，NTSC制的分辩率在960×480至352×480范围内变化。PAL制具有在50赫兹隔行扫描场速率(25赫兹的帧速率)时的576电视扫描线的分辩率。在数字形式中，基于长宽比(例如，4∶3或者16∶9)以及象素的形状(例如，矩形或者正方形)，PAL制的分辩率在1024×576至480×576范围内变化。因此，根据本发明的实施例，如上所述，现有SXGA显示器可以被转换为在没有图像分辩率方面的任何退化的情况下显示标准定义电视图像的四、五或者六基色显示系统，因为这种转换后的设备的被减少的分辩率依旧比标准电视图像数据的分辩率高。应注意的是，在如上所述的、水平地减少分辩率的所有情况中，以及在垂直地减少分辩率的、五和六种基色的情况中，根据本发明的实施例的、被转换后的显示系统的分辩率与NTSC制的分辩率(480线)一致(或者超过)，并且至少非常接近于PAL制的分辩率(576线)。在将XGA显示器转换为四-六种基色显示器的方式操作的某些情况下，可能损失一些分辨率；然而，如下所述的、每一象素内的子象素的改进结构可用于补偿这种被稍微降低了的分辩率。因此，对于所属技术领域的专业人员显而易见的是，根据本发明的实施例，许多现有型式的三色LCD设备可以被转换为超过三种基色的显示器，所述超过三种基色的显示器能够显示电视标准图像，而不会在分辩率方面产生显著的减少。可以根据本发明的实施例使用其他分辩率、基色数目和象素结构。
在各种应用中，特别是在混合视频和计算机图形学应用中，应该最好避免任何分辨率损失。对于如上所述的、以两行布置六个子象素的象素而言，可以实施不同子象素色彩的空间结构，以便改善显示分辩率。图12A中示出这种结构的实例。在该结构中，每一象素中的子象素是以两行布置的，每一行包括三个子象素。行A包含“饱和的”RGB象素，并且行B包含“明亮的”CMY象素。所述CMY象素组合还可以产生较少饱和的RGB彩色，例如在通过C、M和Y的色度值定义的三角形色域中包括的色彩。通过分析这种直排式结构，每一垂直子象素对可以如下地单独再现白色(例如非彩色)色度R+C；G+M；或者B+Y。这是通过布置子象素、以致每一基色子象素被放置在与一个互补基色子象素垂直相邻的位置而实现的。因此，使用这种方法，可以将用于绘图应用的水平黑/白分辩率增加到三倍。
图12B描述了根据本发明实施例的另一种显示象素的示例性结构。尽管在图12A的结构中，行A仅仅包含RGB子象素，而行B仅仅包含CMY子象素，但是在图12B中的替换结构中，在每一行中同时包括RGB和CMY象素。更具体地说，如图12B中所示，行A包含第一象素的RGB子象素，其后是第二象素的CMY子象素，而行B包含所述第一象素的CMY子象素，继之以第二象素的RGB象素。应该理解的是，各种其他象素结构可能也适合于设计根据本发明的实施例的超象素结构；例如，在一些实施例中，在基色的三元组内的基色顺序可能不同于附图中所示的顺序。
如上所述的六基色结构允许根据本发明的六基色显示器的至少三种操作模式。图13A在色度平面上示意性地示出这种六基色显示器的色域。纯色色域是由连接六个基色的点线表示的。RGB基色的色域由长划线三角形单独表示，而CMY基色的色域覆盖了实线三角形。图13A中的阴影六角形区域表示CMY和RGB基色组的交集色域。该显示器的第一操作模式是高分辨率、“有限色域”模式，其尤其适用于绘图应用。在该模式中，分辩率可以与对应的三基色显示器的分辩率相同(例如用于SXGA显示器的1280×1024象素；用于XGA显示器的1024×768等等}可以通过RGB和CMY三元组(子结构)两者产生用于这类结构的彩色组合，借此，通过CMY色域和RGB彩色色域的交集定义显示器的色域，例如，图13A中的阴影六边形。在该操作模式中，色彩是在三子象素级被处理的，例如，适用于驱动三基色显示器的数据被递交给每一象素，例如，RGB或者CMY，而不管分配给该象素的基色组如何。RGB和CMY象素之间的差异存在于矩阵中，所述矩阵将输入数据转换为子象素的系数。更多精心制作的数据流也是可允许的，并将在下文中呈现。
根据本发明实施例的6基色显示器的第二操作模式是中分辨率、超宽色域模式，其例如是为要求丰富色彩和改善的彩色图像质量的视频及其他显示应用所设计的。在该模式中，分辩率可以从正常的、适用于以完全系统分辨率(例如，用于SXGA显示器的1280×1024)显示的“非饱和色对象”的分辩率，逐渐减少到用于具有极端彩色的“非常饱和色对象”的分辩率，这时分辩率减少到二分之一(1280×512象素)。在该模式中，是在六基色象素级处理色彩的，因此可以减少显示分辩率。然而，如果待呈现的色彩不是饱和的，例如，如果被显示的色彩包括在图13A中的阴影六边形中，可以或者通过RGB象素、或者通过CMY象素完全地再现这种色彩，因此可以恢复原始的分辩率。对于图13A中阴影外部的饱和色，分辩率被减少到二分之一(1280×512)；然而，对于高度饱和的色彩通常不要求完全分辩率，因为人类视觉系统对亮度的空间变化比对色彩的空间变化更加敏感。
根据本发明的实施例的六基色显示器的第三操作模式是超高分辩率模式，可以例如利用SXGA显示器将其应用于黑-白图形，产生3840×1024象素的有效分辩率，而不是原始的1280×1024分辩率。对于该操作模式，象素的结构和处理可以如同在如上所述的高分辨率、“有限色域”模式中的那样。根据本发明的实施例，附加的操作模式也是可允许的；可以根据特定的显示技术要求设计此类附加的模式。
图13B示意性地示出用于根据本发明的示例性实施例的六基色显示系统的、使用如上所述的RGB-CMY基色组的可行数据流方案。在该实例中，输入数据的分辩率假定为显示器的原始分辩率；否则，如上所述，可以要求适当的调节。象素收集器1302对应于一对三基色象素、也就是一个RGB象素和一个CMY象素来收集图像数据，所述一对三基色象素共同构成单个6基色象素。可以以任何在现有技术中已知的、适当的格式提供原始图像数据，例如RGB或者YCC格式。通过使用矩阵乘法单元1304和1306、以及随后的n基色组合器1308，所述两个三色象素的采集数据被转换为用于不同子象素的灰度值。如果两个象素的色值属于图13A中的阴影六角形区域，例如，如果所有子象素具有正灰度值，那么用于驱动相应LC子象素的灰度级无变化。
参见图13A，当输入数据超出CMY三角形的范围、但是在RGB三角形内的时候，可以根据专门应用，以许多不同的方式处理该数据。在一个实施例中数据仅仅由RGB子象素成分表示，而CMY成分被设置为零亮度。在另一实施例中，输入数据由RGB成分表示，而CMY成分表示最接近期望色彩的色彩组合。对本发明的该实施例来说，可以依据亮度、色度、或者简单地通过将任何负的子象素值设定为零来定义所述“最接近的”彩色组合。在进一步的实施例中，CMY成分表示尽可能接近期望色彩的彩色组合，通过所述RGB成分校正与期望色彩之间的任何差异、以及CMY表示。上述讨论到三个不同的实施例主要在呈现饱和色的方法方面不同。在第一实施例中，从比色角度看，饱和色被精确地再现，但是处于比较低的亮度电平。在第二实施例中，亮度电平是最佳化的，但是饱和度减少了。在第三实施例中，饱和度和亮度电平属于所述第一和第二实施例中的最大和最小级之间的范围。应该理解的是，通过在上述中分析分别变换对CMY和RGB的引用，可以对这样一种情况进行同样的分析输入数据超出RGB三角形的范围，但是在图13A中的CMY三角形内。
应注意的是，参见图13A，可以仅仅通过完全的六基色象素表示，精确地再现位于在由RGB色域和CMY色域的组合三角形区域构成的“大卫王之星”形状之外的六色色域(周围的点线六边形)之内的任何彩色组合。在本发明的一个实施例中，如在申请人于2002年5月23日申请的、名称为“System and method of dataconversion for wide gamut displays”的未审国际申请PCT/IL02/00410中所描述的、使用二维查找表(“LUT”)的算法，可以被应用于为所有六个基色实时导出正确的子象素值，所述申请的公开内容在此结合作为参考。在本发明的该实施例中，可以计算RGB和CMY组合的平均色彩，可以例如使用六基色转换器对结果色彩进行变换，以便产生对应于n基色象素的子象素系数。
如上所述的系统和方法适合于通过由人类视觉系统对子象素进行空间合成来感知色彩的显示设备。然而，还可以在时间上执行由人类视觉系统进行的色彩合成，因此本发明的实施例也使用超过三种基色提供顺序显示设备、系统和方法，例如，顺序彩色LCD设备。这一概念在申请人于2001年6月7日申请的、名称为“Device，Systemand Method For Electronic True Color Display”的、并且于2001年12月13日作为WO 01/95544公开的国际申请PCT/IL01/00527中有关顺序制n基色图像投影设备的上下文中进行了详细说明，所述国际申请的公开内容在此结合作为参考。在顺序投影彩色显示设备中，四个或更多不同的彩色场被顺序地投影，每一个彩色场对应于一个短时间周期，并且以充分高的频率、周期地重复该处理，借此人类视觉系统将不同的彩色场时间合成为一个全色图像。
根据本发明的实施例，基于顺序彩色表示的LCD设备的优点在于，此类设备可以按照可与能够显示三基色、例如RGB图像的相同设备所用分辨率相比的分辨率，显示超过三种基色的图像。顺序LCD显示设备不要求与LC阵列相关联的彩色子象素滤色器矩阵。代之以，每一LC元件为一个特定象素控制所有基色的强度，每一基色是在指定的时隙期间控制的，借此以其完全分辩率使用所述LC阵列。彩色组合是通过以不同的基色顺序地对LC阵列进行背光照明来创建的，这与顺序制投影设备类似。然而，与通常要求显著的物理空间来包含投影光学器件的投影设备不同，所述投影光学器件也就是将缩影空间调光器投射在屏幕上的光学机构，本发明的顺序LCD设备不要求投影光学器件，因此可以以平面结构来实现。
根据本发明的实施例的平面n基色显示器的结构包括具有期望尺寸和分辩率的LC阵列(面板)。例如，在现有技术中公知的便携式计算机中使用这种液晶显示面板。然而，在本发明的顺序LCD设备中，可以在没有彩色子象素滤色器的相邻阵列的情况下使用LC面板，借此所述LC阵列可以作为单色灰度级设备来工作。所述LC阵列的单元被有选择地衰减，以便产生一序列超过三种基色的灰度级模式，每一模式对应于显示图像的超过三种基色成分中的一种。使用对应基色的光线对每一灰度级模式进行背光照明。在不同背光色彩之中的切换是与由LC阵列产生的灰度级模式序列同步，借此，序列中的每一灰度级模式是使用正确的基色光线照明的。所期望的背光光线可以通过经由预先选择的滤色器对白光(或者其他颜色的光线)进行滤色来产生，每一滤色器对应于所述超过三种的基色中的一种。以充分高的频率、并与由LC阵列产生的模式周期序列同步地重复所述背光色彩序列，借此观看者通过如上所述的时间合成感知全色图像。
在图14中示意性地示出了根据本发明一个实施例的顺序LCD设备的部件。应该理解的是，此处所述的顺序彩色LCD设备仅仅举例说明了本发明的一个示例性的实施例。在本发明的替代的实施例中，可以使用其他系统和方法创建背光光线的不同色彩。另外地或者替换地，在本发明的一些实施例中，没有使用如上所述的LC阵列，而代之以使用现有技术中已知的其他方法顺序地产生对应于不同基色成分的灰度级模式。
在图14中的示意性地示出的本发明的一个实施例中，使用单个光源或者一组光源、例如白光源1410，通过经由一系列不同的滤色器1413顺序地对白光滤色，顺序地产生不同亮度的色彩。所述滤色器可以被置于旋转滤色轮1412上。为了获得所期望的背光，可以例如使用透镜1414将穿过滤色轮1412上的滤色器1413之一的彩色光聚焦到光导管1416里。如现有技术中已知的那样，光导管将滤光后的光线引导到与LC阵列1420并列的背光结构1422，由此基本上均匀地对LC阵列照明。在该实施例的一些变型中，所述背光结构和光导管与在背光便携式计算机、例如膝上型计算机中、或者在光桌设备中使用的那些相似。在一些此类设备中，来自荧光灯泡的光线被反射镜/散光器的结构反射，以便获得基本上均匀的照明。作为选择，如图14中示意性地示出的那样，光导管1416可以包括多个光出口1418，这些光出口1418与背光照明装置1422中的反射镜/散光器结合使用，以获得均匀照明。在替代性的实施例中，可以使用其他结构提供不同基色的背光。在本发明的替代性实施例中，通过发光二极管(LED)阵列产生背光，每一LED能够选择性地产生具有一种波长范围的光线，所述波长范围是超过三种的不同波长范围中的一种。顺序地激活不同色彩的LED发射，并且所述色彩序列与由LC阵列产生的灰度级模式序列同步。在使用LED背光的三基色、例如RGB设备中，为了获得充分宽的色域，通常将红色、绿色和蓝色LED发射设计成具有狭窄的相应光谱。具体来讲，这种设备的发射分布的峰值通常是在对于红色发射的630-680纳米、对于绿色发射的500-540纳米、以及对于蓝色发射的400-480纳米的范围内。令人遗憾的是，现有三色设备不使用540-570纳米的亮度高效的波长范围，这部分波长范围是作为橙黄色光线感知的，人眼在该波长范围是最敏感的。因此，根据本发明的实施例，增加在540-570纳米的范围内的第四LED发射能够显著地改善亮度效率。假定所有二极管的量子效率基本上是相同的，则对于每一安培，黄色LED将产生更多的视觉亮度。为了利用这种效率，在本发明的一些实施例中，通过激活如上所述的四个LED发射范围，使用至少四个基色，也就是红色，绿色，蓝色和橙黄色。
在本发明的一个替代的实施例中，没有使用第四发射范围，可以代之以根据一个激活序列激活标准RGB LED阵列，产生所期望背光序列的更高强度。本发明的某些实施例没有使用R-G-B-R-G-B的标准激活序列，而代之以使用混合的周期性激活序列，例如R-G-B-RG-BG-RB，来产生所期望的背光序列。RGB LED发射的其他激活序列也是可行的，例如包含有按照不同顺序排列的相同发射成分(例如，R，G，B，RG，BG和RB)的序列，其中省略了某些“混合”成分(例如，RG，BG或者RB)的序列，包含有附加的成分(例如完整的RGB发射成分)的序列，或者能够产生期望背光序列的“纯的”和/或“混合的”LED发射的任何其他适当组合。应该理解的是，通过示例性的激活序列R-G-B-RG-BG-RB产生的、通过总和3R+3G+3B确定的总体亮度，与通过对应的标准R-G-B-R-G-B序列产生的、通过求和2R+2G+2B确定的平均亮度相比，大约高出百分之五十。
以充分高的频率激活根据本发明实施例的顺序LCD设备，以便允许观看者将n基色图像序列时间合成为全色图像。另外地，为了产生视频图像，以充分高的速率激活根据本发明的实施例的顺序LCD设备，以便允许再现所要求的每秒帧数。在Ken ichiTakatori、Hiroshi Imai、Hideki Asada和Masao Imai撰写的“Field-Sequential Smectic LCD with TFT Pixel Amplifier”(FunctionalDevices Research Labs，NEC Corp.，Kawasaki，Kanagawa 216-8555，Japan，SID 01 Digest)中说明了一种顺序彩色LCD设备，该LCD设备以充分高的速率工作，使用三种基色、也就是红、绿、蓝色光线进行背光照明，该文章在此结合作为参考。在本发明的一个实施例中，这种三色设备的一种变型适于产生n基色图像，其中n大于3。在这种适用于n基色的顺序照明设备中，通过(最好是)白光源产生的光线被n个被顺序插入的滤色器滤色，以便产生所期望的n基色背光序列。滤色器切换机构可被用于在背光光程中顺序地插入不同的滤色器，举例来说，所述滤色器切换机构是包括3个以上不同滤色器的旋转滤色轮，例如在上文中参照图14说明的滤色轮。可以使用与在现有膝上型计算机中使用的结构相似的结构，对滤色后的光线进行引导和散射，以便照明LC阵列。在一些实施例中，所述光源和滤色器切换机构(或者作为替换，如上所述的LED阵列)被设在一外部设备内，并且如上文参照图14中实施例所述的那样，光导管被用来将彩色光线引导到LCD设备的背光装置中。
所属技术领域的专业人员将理解的是，本发明没有被在上文中参照附图所具体示出和说明的内容所限制。更确切的说，本发明仅仅由以下的权利要求书限制。
权利要求
1.一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于使用至少四种不同的基色显示彩色图像，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路，该驱动电路用于接收对应于所述彩色图像的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列中的LC元件，以产生对应于所述彩色图像的灰度级表示的衰减图案；以及彩色子象素滤色器元件阵列，所述彩色子象素滤色器元件阵列与所述LC元件阵列并置，并与之相关联，以致每一彩色子象素滤色器元件与所述LC元件之一相关联，其中所述彩色子象素滤色器元件阵列至少包括四种类型的彩色子象素滤光器元件，这四种彩色子象素滤光器元件分别透射所述至少四种基色的光。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少四种基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述至少四种基色包括至少五种基色，并且其中所述至少四种类型的彩色子象素滤色器元件包括至少五种类型的彩色子象素滤色器元件，其分别透射所述至少五种基色的光线。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述至少五种基色包括至少六种基色，并且其中所述至少五种类型的彩色子象素滤色器元件包括至少六种类型的彩色子象素滤色器元件，其分别透射所述至少六种基色的光线。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
7.一种彩色液晶显示(LCD)设备，用于显示时间合成的彩色图像，所述时间合成的彩色图像包括至少四个基色图像的序列，该设备包括液晶(LC)元件阵列；驱动电路，该驱动电路用于接收相应于所述至少四个基色图像中的每一个的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列中的LC元件，以便产生衰减图案，该衰减图案分别相应于所述至少四个基色图像中的每一个的灰度级表示；以及照明系统，用于使用至少四种不同基色的光线、顺序地对所述LC阵列进行背光照明，以便顺序地产生至少四个相应的基色图像，其中所述驱动电路和所述照明系统是同步的，以便使用对应于相应基色图像的基色光线对每一个所述衰减图案进行照明。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，和黄色图像。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色图像。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述至少四个基色图像包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色图像。
11.如权利要求7-10中任一权利要求所述的设备，其中所述照明系统包括具有输出路径的光源；滤色器切换机构，其在所述光源的输出路径中顺序地插入至少四种不同的基色滤色器，以便分别产生所述至少四种不同基色的光线；光学装置，其将所述至少四种不同基色的光线从所述滤色器切换机构引导至所述LC阵列，借此对所述LC阵列背光照明。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述光源包括基本上为白色的光源。
13.如权利要求7-10中任一权利要求所述的设备，其中所述照明系统包括发光二极管(LED)阵列；照明控制电路，用于有选择地激活所述若干LED，以便产生分别与至少四种不同基色的光线相对应的四个光照图案的序列；光学装置，其令由所述LED阵列产生的至少四个光照图案，利用所述至少四种相应的基色的大略空间均匀的光线，对所述LC阵列进行背光照明。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述LED阵列至少包括三种不同色彩的LED。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述至少三种不同色彩的LED包括红色、绿色和蓝色LED。
16.如权利要求14或者权利要求15所述的设备，其中所述至少四个不同的光照图案中的至少一个对应于一种除所述至少三种不同色彩的LED以外的基色。
17.如权利要求15或者16所述的设备，其中所述至少四个不同的光照图案中的至少一个，是通过同时地激活所述至少三种不同色彩的LED中的至少两种来产生的。
18.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于3，所述系统包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同的基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像。
19.如权利要求18所述的彩色显示设备，包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
20.如权利要求18或者权利要求19所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
21.如权利要求18-20中任一权利要求所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
23.如权利要求21或者权利要求22所述的设备，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
24.如权利要求21或者权利要求22所述的设备，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
25.如权利要求24所述的设备，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
26.如权利要求24或者权利要求25所述的设备，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
27.一种用于在n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于3，所述n基色显示器包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素元件，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像，所述方法包括接收表示三成分彩色图像数据的输入，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素、并具有第一分辩率；调节所述三成分彩色图像数据，以便产生调节后的三成分彩色图像数据，该调节后的三成分彩色图像数据具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率；将所述调节后的三成分彩色图像数据转换为表示所述n基色图像的对应的n基色象素数据；以及相应于所述n基色象素数据产生n基色输入信号。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括在产生所述n基色输入信号以前，收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据；以及将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一数据段表示每一个所述超象素中的一个子象素，其中产生所述n基色输入信号包括为每一个所述子象素产生灰度级值。
29.如权利要求27或者权利要求28所述的方法，其中所述n基色显示器包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
30.如权利要求27-29中任一权利要求所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
31.如权利要求27-30中任一权利要求所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
33.如权利要求31或者权利要求32所述的方法，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
36.如权利要求34或者权利要求35所述的方法，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
37.一种在n基色显示器上显示n基色图像的方法，其中n大于或等于6，所述n基色显示器包括彩色子象素元件阵列，该彩色子象素元件阵列包括均具有至少六种不同基色的彩色子象素元件，所述至少六种不同的基色至少包括第一组基色和第二组基色，这些彩色子象素元件被布置为周期重复结构，所述周期重复结构至少包括一个彩色子象素元件，该彩色子象素元件具有所述六种不同基色的中的每一个，所述方法包括接收表示包括若干象素的图像数据的图像输入，每一象素包括一个子象素，其具有所述第一组基色中的每一个；将所述图像数据分离为包括第一组所述象素的第一图像成分、以及包括第二组所述象素的第二图像成分，其中所述第一组中的每一象素基本上邻近于所述第二组中的相应象素；将所述第二组中的象素转换为相应的转换象素，每一象素包括具有一个所述第二组基色中的每一个的子象素；以及产生n基色输入信号，其表示与在所述第二组中的所述转换后彩色象素中的每一个相对应的数据，以及在所述第一组中的相应的、基本上相邻的象素。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述至少六种基色包括红色、绿色、蓝色、黄色、青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色、绿色和蓝色，并且其中所述第二组基色包括黄色、青色和品红色。
39.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，包括在产生所述n基色输入信号以前，将所述第二组中的每一所述转换象素与所述第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少六种基色中的每一种的一个子象素，其中产生n基色输入信号包括产生表示与所述n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
40.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，其中所述图像输入包括表示三成分彩色图像数据的彩色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像中的每一个彩色象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组三基色再现的。
41.如权利要求37或者权利要求38所述的方法，其中所述图像输入包括表示黑-白图像数据的黑-白图像输入，所述黑-白图像数据包括若干黑-白象素。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且其中所述n基色图像的每一个黑-白象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组基色产生的。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
44.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于或等于6，包括彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一种、以周期重复结构布置的彩色子象素元件，所述6种不同基色至少包括第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构至少包括具有至少6种不同基色中的每一种的一个彩色子象素元件，其中所述周期重复结构中的每一子象素与至少一个具有互补基色的子象素相邻。
45.如权利要求44所述的设备，其中所述至少6种不同的基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色，绿色和蓝色，其中第二组基色包括黄色，青色和品红色，其中每一个红色子象素元件与至少一个青色子象素元件相邻，其中每一个绿色子象素元件与至少一个品红色色子象素元件相邻，并且其中每一个蓝色子象素元件与至少一个黄色子象素元件相邻。
46.如权利要求44或者权利要求45所述的设备，其中所述周期重复结构包括具有所述第一组基色中的每一种的子象素元件的第一序列，以及具有所述第二组基色中的每一种的子象素元件的第二序列，其中第一序列中的每一子象素元件与第二序列中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
47.如权利要求46所述的设备，其中所述周期重复结构包括第一和第二相邻行的子象素元件，所述第一行包括一个子象素元件，该子象素元件具有所述第一组基色中的每一种，所述第二行包括一个子象素元件，该子象素元件具有所述第二组基色中的每一种，并且其中在所述第一行中的每一子象素元件与所述第二行中的、具有互补基色的子象素元件相邻。
48.如权利要求44-47中任一权利要求所述的设备，其中每一行所述子象素元件阵列仅仅包括所述第一组基色的子象素。
49.如权利要求44-47中任一权利要求所述的设备，其中每一行所述子象素元件阵列包括同时具有所述第一和第二组基色的子象素。
50.一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于3，所述系统包括n基色显示设备，该设备包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件具有至少四种不同基色中的每一个，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n-基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中仅仅覆盖所述超象素结构中的一部分的n基色象素的非固定组合被周期地重复，以便基本上覆盖整个n基色图像；用于接收表示三成分彩色图像数据的输入的装置，所述三成分彩色图像数据包括若干三成分象素、并具有第一分辩率；调节部件，其调节所述三成分彩色图像数据，以便产生调节后的三成分彩色图像数据，该调节后的三成分彩色图像数据具有不同于所述第一分辩率的第二分辩率；转换器，其将所述调节后的三成分彩色图像数据转换为表示所述n基色图像的对应的n基色象素数据；以及用于相应于所述n基色象素数据产生n基色输入信号的装置。
51.如权利要求50所述的系统，进一步包括收集部件，其收集每一超象素中所有n基色象素的n基色象素数据；以及分布部件，其将所收集的、表示每一超象素结构的数据分布到若干子象素数据段中，每一数据段表示每一个所述超象素中的一个子象素，其中所述用于产生所述n基色输入信号的装置为每一个所述子象素产生灰度级值。
52.如权利要求50或者权利要求51所述的系统，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，并且其中每一个超象素的每一个n基色象素包括一个彩色子象素滤色器元件，用于透射所述至少四种不同基色中的每一个的光线。
53.如权利要求50-52中任一权利要求所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括红色，绿色，蓝色和黄色。
54.如权利要求50-53中任一权利要求所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括至少五种不同的基色。
55.如权利要求54所述的系统，其中所述至少五种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色和青色。
56.如权利要求54或者权利要求55所述的系统，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的五个序列，每一个序列包括具有所述五种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
57.如权利要求54所述的系统，其中所述至少四种不同基色包括至少六种不同的基色。
58.如权利要求57所述的系统，其中所述至少六种基色包括红色，绿色，蓝色，黄色，青色和品红色。
59.如权利要求57或者权利要求58所述的系统，其中所述超象素结构包括基本为矩形的结构，该基本上为矩形的结构包括四个子象素元件的三个序列，每一个序列包括具有所述六种基色中的四种基色的子象素元件的不同组合。
60.一种用于显示n基色图像的系统，其中n大于或等于6，所述系统包括n基色显示设备，该设备包括彩色子象素元件阵列，所述彩色子象素元件阵列包括具有至少6个不同基色中的每一种、被布置为周期重复结构的彩色子象素元件，所述至少6种不同的基色包括至少第一组基色和第二组基色，所述周期重复结构包括具有所述至少6种不同基色的至少中的每一种的至少一个彩色子象素元件；图像收集器，该图像收集器接收表示图像数据的图像输入，所述图像数据包括若干象素，每一象素包括第一组基色中的每一个的一个子象素；用于将所述彩色图像数据分离为包括第一组所述象素的第一图像成分和包括第二组所述象素的第二图像成分，其中所述第一组中的每一象素基本上邻近于所述第二组中的相应象素；用于将所述第二组中的象素转换为相应的转换后的象素的装置，每一象素包括具有所述第二组基色中的每一种的一个子象素；以及用于产生n基色输入信号的装置，该n基色输入信号表示相应于所述第二组中的所述转换后的彩色象素中的每一个、以及所述第一组中的相应的基本上相邻的象素的数据。
61.如权利要求60所述的系统，其中所述至少六种基色包括红色、绿色、蓝色、黄色、青色和品红色，其中所述第一组基色包括红色、绿色和蓝色，并且其特征在于所述第二组基色包括黄色、青色和品红色。
62.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，进一步包括象素组合器，其将所述第二组中的每一所述转换象素与所述第一组中相应的、基本上相邻的象素组合起来，以产生对应的n基色象素，所述n基色象素包括具有至少六种基色中的每一种的一个子象素，其中所述用于产生n基色输入信号的装置产生表示与所述n基色象素中的每一个相对应的数据的信号。
63.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，其中所述图像输入包括表示三成分基色图像数据的基色图像输入，其中所述至少第一和第二组基色包括第一和第二组三基色，并且其中所述n基色图像中的每一个基色象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组三基色再现的。
64.如权利要求60或者权利要求61所述的系统，其中所述图像输入包括表示黑-白图像数据的黑-白图像输入，所述黑-白图像数据包括若干黑-白象素。
65.如权利要求64所述的系统，其中所述至少第一和第二组基色可以包括第一和第二组的三互补基色，并且生所述n基色图像的每一个黑-白象素是通过或者所述第一组、或者所述第二组基色产生的。
66.如权利要求64所述的系统，其中所述至少第一和第二组基色包括第一、第二以及第三对的互补基色，并且通过所述第一、第二和第三对基色中的一个产生所述n基色图像的每一黑-白象素。
67.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
68.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
69.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中所述n基色显示设备包括n基色液晶显示(LCD)设备，并且其中所述彩色子象素元件阵列包括彩色子象素滤色器阵列，所述彩色子象素滤色器元件包括滤色器元件，用于透射所述至少6种不同基色中的每一种的光线。
70.如权利要求1-26中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
71.如权利要求1-26中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
72.如权利要求27-36中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
73.如权利要求27-36中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
74.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
75.如权利要求37-43中任一权利要求所述的方法，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
76.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
77.如权利要求44-49中任一权利要求所述的设备，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
78.如权利要求50-59中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
79.如权利要求50-59中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少四种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
80.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的显示图像总体亮度。
81.如权利要求60-66中任一权利要求所述的系统，其中选择所述至少6种基色的波长范围，以提供最佳的色域宽度。
82.一种用于显示n基色图像的彩色显示设备，其中n大于3，所述系统包括具有子象素元件的彩色子象素元件阵列，所述子象素元件均具有至少四种不同基色，被布置为周期重复的超象素结构的阵列，基本上覆盖整个n基色图像，每一超象素结构包括预定的、固定数目的n基色象素，每一个n基色象素包括具有所述至少四种不同基色的每一种的一个彩色子象素元素，其中每一个超象素结构中的所述子象素元件已经布置为矩形子阵列，所述矩形子阵列已经充分接近于1的平均长宽比。
全文摘要
一种用于使用至少四种不同基色显示彩色图像的彩色液晶显示(LCD)设备，该设备包括液晶(LC)元件阵列(214)，驱动电路(218)，用于接收相应于所述彩色图像的输入，并用于有选择地激活所述LC阵列的LC元件(214)，以便产生与所述彩色图像的灰度级表示相对应的衰减图案，彩色子象素滤色器元件阵列(216)，与所述LC元件阵列(214)并置，并与之相关联，其中，所述彩色子象素滤色器元件阵列包括至少四种类型的彩色子象素滤色器元件，分别透射至少四种基色的光线。
文档编号G09G5/02GK1539128SQ02815277
公开日2004年10月20日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者伊兰·本-戴维, 什姆埃尔·罗斯, 莫什·本-科林, 伊兰 本-戴维, 尔 罗斯, 本-科林 申请人:格诺技术有限公司
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