图1显示了典型的现有技术的彩色透射LCD。图1的结构将用于指明现有技术LCD的某一缺陷，该缺陷通过本发明被避免。
在图1中，LCD10包括为上面的LCD层提供背光的白色光源12。白色光的一般来源是荧光灯。另一个白色光源是红色，绿色和蓝色发光二极管(LED)的组合，这些光的组合形成了白色光。其他的白色光源是公知的。这些白色光源必须为显示器的后表面提供基本均匀的光。
偏振过滤器14对白光进行线性偏振。然后该偏振的白光被传输到透明的薄膜晶体管(TFT)阵列16，其对于显示器中的每个红色，绿色和蓝色子像素具有一个晶体管。红色，绿色和蓝色子像素的相邻集合被称为白色像素，其颜色“点”是这三个子像素的组合。如果RGB子像素都被激励，则该点生成白色光。TFT阵列是公知的，并且不需要进一步的描述。
TFT阵列16之上是液晶层20，而且液晶层20之上是接地的透明导电层22。横跨液晶层20的子像素区域的电场使得通过该子像素区域的光的偏振旋转到正交于入射时的偏振。横跨液晶层20的子像素区域的电场的缺失导致该液晶对准且不影响光的偏振。选择性地激励晶体管控制了横跨液晶层20的局部电场。与子像素相关的液晶层的每一部分通常被称为光阀，因为每个光阀可以被控制来让0-100％(假设系统损失很小)的入射光通过到显示器的输出。液晶层是公知的并且可以商用。
偏振过滤器24仅仅通过正交于偏振过滤器14输出的光的偏振光。因而，偏振过滤器24仅仅通过由液晶层20的激励子像素区域偏振的光并且吸收所有穿过液晶层20未激励部分的光。横跨液晶层20的电场的强度控制独立的R，G，和B部件的亮度从而为被显示图像中的每一个像素创建任意颜色。
其他类型的LCD仅仅让光通过未激励像素。其他LCD采用不同取向的偏振器。一些类型的LCD使用被动导体网格代替TFT阵列16，其中激励特定行导体和列导体以激励位于交叉点的液晶层像素区域。
穿过偏振过滤器24的光接着被RGB像素过滤器25过滤。该RGB像素过滤器25可以位于该叠层的其他位置，比如液晶层下面或上面的任何地方。RGB像素过滤器25可以由红色过滤层，绿色过滤层，和蓝色过滤层组成。这些层可被沉积为薄膜。作为一个例子，红色过滤层包含定义了显示器红色子像素区域的红光过滤器区域阵列。相似地，绿色和蓝色过滤层仅允许在绿色和蓝色子像素内通过绿光或蓝光。相应地，RGB像素过滤器25为显示器中每一个R，G和B子像素提供了过滤器。
RGB像素过滤器25固有地滤出所有到达它的光的至少三分之二，因为每一个过滤器子像素区域仅仅允许三个原色之一通过。这是现有技术LCD的普遍低效率的重要因素。在白色光源12之上的LCD层的总体透射率在4-10％的量级。已知通过顺序地激励背光中的红色，绿色，和蓝色LED来消除RGB过滤器，其中所述顺序与液晶层的红色，绿色，和蓝色子像素区域的控制同步。因此，红色，绿色，和蓝色图像依次快速显示以生成全彩色图像的显示。然而，当前技术的液晶层不能足够快地切换以避免闪烁和其它伪影，特别地如果LCD是电视显示屏。
单个白色像素中含有红色，绿色，蓝色，和白色子像素也是公知的，其中白色子像素没有任何过滤器。具有单独的白色子像素(其灰度级由液晶光阀控制)可以有效地用于控制显示的颜色饱和度。然而，对于单个白色像素具有额外的子像素(即，4比3)降低了显示图像的分辨率，并且减小了RGB像素的颜色生成区域。进一步地，液晶层需要附加的驱动电路，导致来昂贵的定制设备。
需要一种提高LCD效率的技术，并且不具有现有技术的缺陷。

描述了一种LCD，其中在周期(例如图像帧周期)的一部分期间，通过只对背光具有的红色、绿色和蓝色LED中的一个颜色进行激励来控制所述背光产生单色光。在周期的另一部分期间，所有LED发光来生成白色光。对于每一个白色像素，LCD面板中的颜色过滤器包括第一颜色(比如，红色)子像素过滤器区域，第二颜色(比如，绿色)子像素过滤器区域，和用于通过白色光和单色光的透明子像素区域。控制液晶层光阀以对于其相关子像素通过0-100％的光从而创建彩色图像。
来自所述周期的单色部分和白色光部分的颜色的组合能为白色像素创建任何颜色。通过将一个颜色过滤器区域转换为透明区域，显示器的透射效率几乎是带有RGB过滤器的显示器的两倍。
附图说明
图1显示了具有RGB过滤器的现有技术的LCD。
图2是根据本发明的一个实施例的简化LCD的剖面侧视图，与颜色过滤器的一部分的特写视图。
图3是具有受控RGB LED的背光的顶视图。
图4显示了根据本发明一个实施例的LCD。
图5是示出了根据本发明一个实施例的控制LCD的方法的流程图。
图6显示了顺序控制背光中的蓝色LED和RGB LED。

本发明的一个实施例采用带有RGB LED的背光。LCD采用由两个彩色子像素和一个“白色”子像素构成的白色像素，其中没有用于白色子像素的颜色过滤器。通过对单个白色像素采用三个子像素，与由RGB子像素构成的白色像素相比没有分辨率损失。进一步地，由于没有用于白色子像素的过滤器，当产生白色图像时，LCD的透射效率几乎是现有技术中采用RGB过滤器的LCD的两倍。
图2是根据本发明一个实施例的LCD 30的剖面侧视图。背光包括装配在带有反射壁和开顶的盒子34上的RGB LED的二维阵列32。该壁可涂覆有白色涂料。在LED阵列32上是表示混色光学器件36的板。该光学器件36可以是一个散射器，比如带有粗糙表面的塑料板。
如图4所示，LCD面板38包括液晶层，过滤器，偏振器，和TFT阵列。图2显示了在LCD面板38中的颜色过滤器的一部分的特写。过滤器40可以是一种具有在每一个子像素区域形成颜色过滤器的薄膜的塑料板或玻璃板。在显示图像中形成“单个”颜色点的每一个白色像素由三个子像素构成。图像中白色像素的数量决定了该图像的分辨率。单个白色像素中的子像素是红色子像素42，绿色子像素43，和蓝色/白色子像素44。在红色子像素42区域中的过滤器40仅仅理想地通过来自背光中的红色LED的红光。在绿色子像素43区域中的过滤器40仅仅理想地通过来自背光中的绿色LED的绿光。蓝色/白色子像素44区域中的过滤器40通过由背光产生的所有光，因为那部分过滤器40是透明的。
实际的红色和绿色过滤器是不完美的，并且让少量的其他颜色的光通过。然而，被红色光过滤器过滤的光对观察者显示红色，以及被绿色过滤器过滤的光对观察者显示绿色。
正像下面描述的，LCD/LED控制器46处理输入的显示信号，比如电视信号，并且控制LCD面板38和LED。
图3分别示出了背光盒34和阵列32内的RGB LED48，49，50的顶视图。每个颜色的LED的相对数量取决于特定LED的效率和期望的白色点。在一个实施例中，该比例为1R，2G，1B。在图3中，为简化起见该比例是1R，1G，1B。与图3所显示的相比，可能有更多或更少的LED，这取决于显示器的尺寸。
图4更详细地显示了图2的显示器。与图1相同的元件被标以相同的数字，并且不再讨论。不同于图1显示的RGB过滤器，在该实施例中仅采用RG过滤器40。该RG过滤器40可以是具有薄膜过滤器区域的单个板，或者该过滤器40可以是两个或更多个板，每一个具有不同组的过滤器区域。优选的LCD包括RG过滤器40，偏振过滤器24，和在前玻璃板一侧上的导电层。单个背面玻璃板已经在其表面形成了TFT16阵列和偏振过滤器14，并且液晶材料被夹入两个玻璃板之间。
在图4中，背光被显示为RGB LED白色光源52和混合光学器件36。
如下控制LCD。图5是基本控制方法的流程图。
在步骤60中，LCD/LED控制器46接收相应于待显示图像中每个像素的RGB元件的亮度水平的显示信号。该信号可以是电视信号，其中每个图像都是一个帧。每秒可以有30帧，其中每一帧被显示两次以避免闪烁。各帧之间的变化被感觉为运动。输入的信号可以是任何格式的，或模拟或数字，并且可以采用任何编码方案。
在步骤62中，LCD/LED控制器46(比如一个或多个编程处理器)处理输入信号以确定合适的控制，同时处理寻址信号以应用到TFT阵列16从而控制液晶层20上子像素光阀。该光阀可以立刻以螺旋形的方式被逐行控制，或以其他的方式进行控制。
LCD/LED控制器46还确定在单个帧周期中仅仅背光内的蓝色LED50的工作时间(如图6中的T0到T1)。在这个工作时间期间，红色和绿色LED是不工作的。蓝色LED50的工作时间是基于该图像所有像素中的蓝色峰值进行计算，因为由蓝色/白色子像素44提供的以上像素中的任何蓝色值仅仅通过蓝色LED单独工作时间内的蓝色贡献来获得。所有生成的蓝色光未被过滤地通过过滤器40的透明部分，该过滤器的透明部分在图2中被标识为蓝色/白色子像素44。
LCD/LED控制器46还确定了在单个帧周期期间背光内所有RGB LED的工作时间(如图6中的T1到T2)。该所有LED的工作时间可以发生在蓝色LED工作时间之前或之后。当所有LED都在工作时，红色过滤器区域仅仅通过红色光，绿色过滤器区域仅仅通过绿色光，以及蓝色/白色过滤器区域通过组合的RGB白色光。
在步骤64和66中，利用LCD/LED控制器46执行了计算的控制方案。在步骤64中，对于所计算的时间T0到T1，控制器46激励背光中的所有蓝色LED50，如图6所示。在这个时间期间，显示器的红色和绿色子像素区域是暗的，因为蓝色光被红色和绿色子像素区域的过滤器40阻断。进一步地，红色和绿色子像素区域内的液晶光阀可以处于阻断状态。根据待显示的图像，液晶层20中的蓝色/白色子像素光阀被控制以通过0-100％的蓝色光。控制所述光阀控制了在帧周期的这个部分期间将要贡献于白色像素的蓝色光的百分比。为了LCD的最大效率，具有蓝色峰值的像素应该理想地在蓝色LED的工作时间100％地打开它们的光阀。在T0-T1时间期间，光阀将被控制以使得在时间T0-T1期间蓝色光的贡献和在时间T1-T2期间白色光的蓝色成分将在帧周期期间产生像素的正确的蓝光含量。一般地，最好是蓝色LED工作较短的时间并且让光阀通过较多的蓝色光，而不是蓝色LED工作较长的时间并且让光阀通过较少的蓝色光。
对于低效的器件，但是低计算强度的器件，周期中蓝色光部分的占空比能固定用于“最坏情形”蓝色图像。相似地，对于低效器件，周期的RGB部分也可以是固定的占空比。
如图6所显示，在步骤66中，对于所计算的时间T1-T2，控制器46激励背光中所有的RGB LED48-50。在这个期间，控制液晶层20使得每个子像素光阀通过子像素的各自颜色的0-100％，以创建要显示的图像。控制液晶层20的蓝色/白色子像素光阀从而为红色和绿色子像素光贡献白色光所所需的部分以对于每个白色像素获得所期望的整体颜色。蓝色/白色子像素光阀在这个周期期间的控制受到了在时间T0-T1期间贡献给白色像素的蓝色光数量的影响。
在另一个实施例中，时间段T0-T1只可以创建图像的一部分，比如图像像素的子集，并且附加的一个或多个周期用于在显示屏上创建完整的图像。
正如本领域技术人员所知，采用上述技术可以由显示器生成任何彩色图像。根据人类颜色感知的特点，在单个帧周期中每个白色像素的子像素颜色被混合在一起以创建单个颜色的无闪烁的白色像素。人类观测者不能感知控制周期的所述分离的部分。编程LCD/LED控制器46所需的软件也为彩色LCD领域的普通技术人员所熟知。
应当理解，LCD/LED控制器46可以表示多个处理器，比如用于计算液晶层20和LED的控制的处理器和用于执行所计算的控制的另一个处理器。或者控制器46可以表示用于控制背光的处理器和用于控制液晶层的另一个处理器。具有处理电视信号和控制本发明的LCD所需功能的处理器在商业上有销售。
在以上例子中，过滤器40仅有红色和绿色过滤器，且蓝色过滤器已被去除。去除蓝色过滤器是有吸引力的，因为它是LCD面板中颜色均匀性误差的最大来源，并且蓝色过滤器的特点是对过滤器的厚度变化最敏感。所以，去除蓝色过滤器提高了过滤器的收益。进一步地，蓝色LED具有最高的效率，甚至在高电流密度的条件下也是这样，因此对某个占空比仅仅激励蓝色LED提高了背光的效率。而且，饱和的蓝色是一种在自然中不会频繁出现并主要用于平衡红色和绿色以得到显示器的期望白色点的颜色。
在其他实施例中，过滤器可以包括红色，绿色，和蓝色过滤器的任意两个的组合，且第三个子像素没有过滤器。产生没有任何过滤的颜色的LED将通过与上述蓝色LED相同的方式被控制。
考虑到颜色过滤器75％-87％的透射效率和其他因素，蓝色过滤器(或任何其它单色过滤器)的去除能够导致当显示白色光时显示器的透射效率几乎是包含RGB过滤器的类似显示器的两倍。增加透射效率降低了背光的成本，允许使用更少的LED，以及减少能量消耗。在一个例子中，RBG LED的比例能从采用现有技术方法的1R，2G，1B改变为采用本发明的1R，1G，1B，这将改进颜色均匀性，并且减少所需LED的数量。
非RGB的LED颜色也可以用于本发明以生成白色光。
图2和图4的LCD可以是诸如对角线60英寸以上的超大屏幕电视机，或者例如在手机上，在小电视上，或在带有彩色显示器的任意便携设备上的小屏显示器。LCD可用于创建运动画面，静止画面，或任何其他信息。
本发明已经显示和描述了具体的实施例，很明显，本领域的技术人员可以做出更宽范围的改变和修正而不背离本发明，因此，附加的权利要求在其范围内包括了所有这些落入在本发明真正精神和范围的改变和修正。