本发明一般涉及能够显示高亮度和分辨率的单色、多色和全色图象的有效的显示设备。更具体地，本发明涉及一种无滤色片的液晶设备（LCD），其中LCD由背景光源照明，它是一个发射单色光或诸如三基色红、蓝、绿的多色光的电子荧光源。 LCD是应用最广泛的一种设备。然而当今多数使用的LCD是单色的。尽管已经提出了多色和全色LCD，但是一些技术难关阻碍了它们的发展。在多数提出的多色和全色LCD中，使用背部光源。然而，大多数情形下，使用的背部光源是白色光。因此，为产生不同色彩的合成图象，使用了红、蓝、绿色滤光片阵列。对于每个象素，对被导向到象素一部分的白色光进行过滤以便只允许红色光通过，并且对被导向到象素另一部分的白色光进行过滤，以便只允许蓝色光通过，以及对被导向到象素剩余部分的白色光进行过滤以便只允许绿光通过。这样只有一小部分白色光能量透过LCD传输。如果要求相对纯的红、蓝和绿色光，则所用的滤光片必须具有窄地通带，以致被利用的白光能量的百分比进一步下降。然而，如果要求较亮的显示，用户也许不得不在彩色品质上折衷，并利用通带较宽的红、蓝和绿色滤光片。
LCD单元对加到其上的电压响应缓慢。尤其是，当扫描电压首次加到LCD单元上时，单元具有低的透射率。在扫描周期中，透射率缓慢上升，以致在扫描周期中，低百分比的光透过红、蓝和绿滤色片并经过LCD单元传输。这是无源矩阵型LCD彩色显示器的显著缺陷，其中LCD单元旁边没有驱动器来驱动该单元。
为改进显示亮度，提出有源矩阵LCD单元，为每个LCD单元或象素增加至少三个薄膜晶体管，以加速单元或象素为透射不同色彩的光时的导通和断开。然而，这样的晶体管是不透光的并占用LCD单元中的较大面积。换言之，无论设计人在增大透射率时得到了什么，设计人也将失去至少部分利益，这是因为单元中实际透射光的面积减少了。
有源矩阵LCD型显示器的其他复杂性在于制造。这样如果在LCD象素或单元的某一个中的薄膜晶体管有缺陷，则整个显示器不能使用而必须报废。因为输出问题，使用了冗余晶体管。然而，增加更多薄膜晶体管进一步减少了象素的光透射部分，这是所不希望的。对于具有多个象素的显示器，减少面积是值得考虑的。例如，对于一个480×240象素的显示器，即使晶体管不冗余时必须作用480×240×3个晶体管。如果包括冗余晶体管，比如每象素的每种色彩使用2个晶体管，则必须使用480×240×3×2个晶体管。
鉴于上述原因，难于利用上述常规设计来实现有效的高亮度、优质色彩和高分辨率的彩色LCD显示器。对于大型显示器来说尤其如此。因此需要提供一种廉价的并能克服或减轻上述困难的彩色LCD显示器的替换设计。
本发明基于这样一种考虑，即利用电子荧光设备（EFD）作为背光源以取代带滤色片的白色光源，以减轻或避免常规彩色LCD的上述难点。本发明的平板彩色显示设备包括一个液晶材料层，用于寻址所述层上的位置以使所述层改变经过该层上所选定位置透射的光强的装置，以及用于向液晶层提供光的背部光源。该背部光源包括一个外壳，确定了其内的真空室，安装在该室内的多个阴极，用于使阴极发射电子的装置，以及一个室内阳极。该光源还包括室内的控制装置用于使阴极发射的电子射向选定位置的阳极，以及设置在室腔内阳极处或其附近的、响应所述电子而产生光并将之导向到液晶材料层的装置。
本发明另一方面针对于一种用于当在观看方向上观看时显示图象的图象显示设备。该图象显示设备包括一个基本上平的前端单元，它延续了单独可控的光闸阵列，每个光闸具有一个表面、前部和控制装置，控制装置用于寻址并控制光闸以控制通过前端单元中的每个光闸表面的一部分的光的通过，所述部分确定了光闸面。该设备还具有一个含有多个子部分的基本上平的后端单元，每个子部分对应于一组用于图象显示的光闸。该设备另外包括后端控制装置，用于（独立于其他子部分地）控制每个子部分以使每个子部分从其区域的至少一部分产生一种或多种彩色的光脉冲，所述部分确定了一个光发射面，这些光被导向前端单元中相应的光闸组。前、后控制装置使得来自至少一个子部分的光脉冲与通过前端单元中相应光闸组的光的通过相同步。
本发明的另一方面针对于一种用于寻址图象显示设备的方法，其中的设备包括一个基本上平的前端单元，单元中含有行和列的独立可控的并形成一个二维阵列的光闸。光闸改变透射特性以响应一个信号。光闸在对其施加一个信号后并在通过其所透射的光达到预定值之前需要一个预定响应时间周期。该设备还具有一个基本上平的后端单元，用于产生一种或多种彩色的光脉冲当从前端单元在观看方向上观看时光脉冲被导向到前端单元以显示图象。前端单元包括多个子部分，以致来自每个子部分的光被导向至预定行列值的光闸以用于图象显示。预定行列值处的光闸定义了子部分的相应光闸。本发明该方面的方法包括将扫描信号施加到阵列中光闸的行和列以改变通过本行列中的光闸的光的透射率。扫描周期定义为扫描信号被加到所有行和列的光闸一次所用的时间长度。该方法还包括这个步骤，即引起后端单元的子部分发射被周期地导向到相应光闸的光以致在扫描信号施加到所述相应光闸后的一段延时时间内光从每个子部分导向列向相应光闸，所述延时基本等于或大于光闸的响应时间周期。
图1是说明本发明实施例的无源矩阵电子荧光LCD的一部分的剖面图。
图2是为说明本发明而向图1的设备施加各种电压和信号的电子控制系统的框图。
图3是有源矩阵常规LCD器件的一部分的示意图。
图4是说明本发明实施例的有源矩阵电子荧光LCD器件的一部分的示意图。
图5是进一步说明本发明特性的电子荧光LCD器件的剖面图。
图6是一个示意图，显示了在EFD的栅电极之间的用于寻址对应于M个象素阵列的不同荧光条的电连接，以说明本发明的原理。
图7是说明本发明另一实施例的应用锥形场电子发射阴极结构的电子荧光LCD器件的一部分的剖面图。
图8是图7的电荧光LCD器件的阴极输出器符合线路的上表面及阴极尖部的透视图。
图9是图7和图8的电子荧光LCD器件的一部分的剖面图。
图10为说明本发明而图示了由诸如图2的寻址和控制系统向模拟灰度电荧光LCD器件施加的寻址和控制信号的时序图。
图11是说明本发明的用于操作模拟灰度级电子荧光LCD的控制系统的框图。
图12是说明本发明的数字灰度级电子荧光LCD的控制信号和LCD透射率的时序图。
图13是用于电子荧光LCD器件的控制信号的时序图，用以更详细地说明图12中产生数字灰度值的方案。
图14是实现数字在灰度值的图12和13中的另一方案的控制信号的时序图。
图15是说明用于产生图12和13的控制信号的控制电路的原理电路图。
图16是说明本发明一个方面的用于降低相互干扰的电子荧光LCD器件一部分的示意图。
图17是说明在降低相互干扰中提前关闭到电子荧光器件的数据脉冲的效果的原理图。
图18是说明镶嵌型显示器的电子荧光LCD的剖面图。
图19是说明本发明的EFLCD设备的透视图。
图20是说明图19中设备的操作的时序图。
图1是说明本发明实施例的电子荧光LCD（EFLCD）的一部分的剖面图，其中的LCD器件是无源型的，没有邻接于LCD象素或单元的器件来驱动单元。如图1所示，EFLCD30包括无源矩阵LCD32以及一个电子荧光器件（EFD）34。LCD32是一个没有彩色滤光片的黑/白LCD，EFD34作为背部光源发射基本上单色的或者不同彩色的光。用于寻址和控制LCD32和EFD34的寻址和控制系统被同步，以致当EFD发射不同色的光时，设备32和34的组合将原始黑/白LCD32转变为高亮度、高效率的多色或全色的优质色彩显示器。在最佳实施例中，EFD34发射诸如红、蓝和绿的多色光，应当明白，EFD34也可为单色的。
图1中，LCD32可以是黑白数字LCD，或者是单阵列或多阵列无源LCD，或者是带薄膜晶体管（TFT）的有源阵列LCD，然而也可以是数字调制成或模拟调制LCD。当与电子荧光背部光源34结合后，可实现多种不同的显示功能。
LCD32包括偏振器42和44，面板46和背板48，以及两组最好分别互相垂直的x、y电极，一个液晶材料56层，以及边密封壁58。如在常规LCD中，行或x电极被拉长形成一个基本共面阵列，其中电极最好基本上相互平行。y或列电极52同样被拉长并形成一个最好是基本平行电极的基本共面阵列。这样，每列电极与每行电极重叠，其中行电极和列电极重叠的正方形或矩形面确定了EFLCD30的LCD32的一个象素。这样，EFLCD的象素形成了一个与行电极54的排列相平行且对直的象素直线行的阵列。参照图1的上述说明中，行电极54是扫描电极，应当理解到，列电极52也可用于扫描，这种情形下，相应象素的阵列是逐列扫描的。所有这样的变形都在本发明范围之内。如下所详述，扫描信号施加到行电极54，数据信号施加到列电极52，并且扫描信号和数据信号共同控制光所通过其内的每个象素的透射率。LCD32的上述结构和操作是属于无源的、简单阵列型常规LCD的。
在图1的实施例中，EFD34是全色电子荧光背部光源（EFBL），它提供红、绿和蓝色发光。EFD34包括一块背板72和面板74，位于背板72内表面之上的阳极76，以及在阳极上延伸的红、绿和蓝基色荧光条78。背板72、面板74和侧板82形成一个外壳，其内形成一个封闭的真空室84。第一组栅电极86、第二组栅电极88和阴极90设置在室84内。
阴极90的灯丝可以是具有直热或氧化物覆层的那种。在图1实施例中，当灯丝90利用额定加热电压加热时，灯丝发射电子。阴极90和阳极76之间施加电位差，使得阴极发射的电子向阳极移动。当这些电子碰撞荧光条78时，荧光条通过产生红、绿或蓝光来响应。阳极正对LCD32的表面是高光反射的以提高器件效率。
利用了三种类型的荧光条：第一种类型产生红光、第二种类型产生绿光，第三种类型产生蓝光以响应电子。荧光条78产生的光穿过室84通过面板74传输至LCD32。当选定的LCD32的象素变成光透射的时，荧光条78发射的光将经过这些象素被透射以显示所要求色彩的图象。为达到均匀的背景光强，最好使用较密集的窄的荧光条78的阵列，其中每个条的宽度比LCD的电极52或54的宽度小。外表面和/或内表面（即，离真空室84较近的并邻接真空室84的表面）为漫射表面以增加背部光强的均匀性。
为向面板74和背板72提供支持以抵抗大气压，利用衬垫92向EFD34的外壳提供足够的机械强度以致即使当面板和背板具有大的表面面积时它们也能做得相当薄。利用这种方式，提供一种平板彩色电子荧光LCD30，其中器件30的总厚度可小于2cm。
为减少显示屏上可视的黑暗区域，隔离器92最好为细长且具有楔形剖面的部件，如图1所示，朝向LCD32的一侧92a较薄。两个斜侧表面92b是高反射的漫射表面，以便将射到其上的光反射到LCD32，进而减少透过LCD32可视的任何黑暗区域，并达到均匀强度的背部光。如图1所示，层94最好是在面板74内表面上的透明的导电膜;导电膜94减少了外部电场和磁场对EFBL34的任何影响。
LCD器件32以常规方式寻址。一般地，行电极54和相应的象素行一次一个地顺序扫描，例如，从第一行到最后一行，直到到达最后一行，此时重复从头到尾的扫描过程。同时，数据信号施加到列电极52，其中加到行电极54的扫描信号和加到列电极52的数据信号共同确定任一特定的象素是否表现为光透射或者同时也确定象素的透射率，这是本领域熟练的技术人员共知的。因此，LCD30的详细工作和机制将不再赘述。因为LCD30一般一次扫描一个行电极或一个列电极，为提高效率，需要只向LCD被扫描的部分提供背部光。因此，最好是与被扫描的电极阵列平行地安装细长的荧光条78;在图1的情形下，条78平行于行电极54的阵列而安装，这些行电极从上到下一次扫描一个。例如图1中，在器件工作期间，将器件30的左边转为上表面，以致最左边的行电极54成为最上边的电极，从最上边的电极向下开始扫描。
为提高效率，在扫描最上边的4或5个行电极54（即，邻近侧壁58的或8个电极，全部示于图1中）时，只需要利用侧板82和隔离器92之间的阴极90和栅电极来产生背部光。这样，可以在室84内设置多个衬垫92以便将该室分为多个子室。然后利用以下详细说明的控制装置向阴极和栅电极施加不同电压，以使每个子室中的阴极和栅电极产生电子以致只有在子室内的荧光条通过正在同时扫描的行电极54发射光。利用这种方式，器件30的工作变得更为有效。另外，如图所示，荧光条以重复的顺序轮流地相间安装（例如红、绿、蓝、红、绿、蓝、…）。
图2是说明本发明EFLD器件的寻址和控制系统的实施例的框图。为简便起见，本申请不同图中的同一部件用相同标号表示。可以用模拟信号控制LCD32，其中扫描到的象素行中的多个选定的象素的透射率与模拟输入信号的幅度成正比。这种情形下，LCD列驱动器102直接由模拟输入控制以产生施加到LCD32的列电极的模拟数据信号。此时，EFBL34与LCD寻址同步简单地提供恒幅和固定宽度的红、绿和蓝光脉冲以提供不同灰色调的红、绿和蓝光，这些光通过LCD32传输。下面参照图10和11详细说明这样的模拟寻址。
另一种方法，每个扫描周期可以分为3、6、9、12，…，（以3的整数倍增长）个片段，并且在扫描周期的每段中，所扫描的象素行中的每个象素或者完全关闭光透射或者完全开通最大的光透射。与其同步，显示控制单元104产生固定的顺序模式的电压脉冲并将之施加到EFBL34以产生固定模式的可变强度的红、绿和蓝光脉冲。LCD32的扫描周期的每段相应于每个红、绿和蓝光脉冲。通过在扫描周期的每段中选择传送或不传送每个这样的脉冲，实现了通过LCD32的不同灰度的红、绿和蓝光传输。这一数字操作将在以后参照图12-15加以说明。
参照图2，显示控制单元104产生驱动LCD行驱动器106用的扫描脉冲，行驱动器又产生用于扫描LCD32行电极的扫描脉冲。显示控制单元104还产生RGB数据信号，这些信号经过RGB扫描单元110供给EFBL驱动器108。因为扫描周期分为多个扫描片段，在101处供给的输入信号由A/D转换器转换为位序列以控制所扫描的象素行中哪个象素通或断。这样的位序列存贮在视频存储器114中，然后提供到LCD列驱动器102，以控制LCD32中所扫描的象素行中象素的接通和断开。A/D转换器112和存贮器114的操作由显示控制单元104控制。显示控制单元104也产生到RGB扫描单元110和EFBL驱动器108的数字信号流，用以产生施加到EFBL34的阴极和栅电极的固定模式的电压信号，以产生多个固定模式的红、绿和蓝光信号中选定的某一个。
在图1实施例中，LCD32是无源阵列器件，没有有源器件安装到LCD层36旁边以驱动LCD象素。如上所述，无源阵列LCD器件速度慢。鉴于该原因，提供了诸如图3所示的有源阵列LCD器件。如图3所示，150是常规有源阵列LCD一部分的示意图，其中薄膜晶体管152邻近象素安装，用以驱动象素。从图3可以看出，因为常规彩色LCD器件使用了滤光片，只允许红、绿、或蓝光中的一种通过，这些滤光片不能相互重叠，以致每单个象素必须包括子象素，指定每一子象素只传输红、绿或蓝光。因此，为产生全波带多色或全色图象，每个象素必须含有至少三个子象素154。这些子象素一般以相对高的频率一次一行地寻址以致对观察者的眼睛而言全部三种颜色都稳定地显示。因为子象素足够小，所以红、绿和蓝子象素看起来汇合到一起以给出具有灰度的特定色彩的均匀色。
图3中，x总线载有扫描子象素的扫描信号，y总线载有数据信号，扫描信号与数据信号共同改变每象素的透射率。由图3可看出，为分别寻址每象素的三个子象素，x和y总线占据了显示区域的显著的部分。如果使用了诸如晶体管152的薄膜晶体管以加速LCD，则这些晶体管将占用LCD显示屏的更多区域，因而进一步降低了能透射光的显示屏的百分比。如上所指出的，因为所产生问题，对每个子象素使用两个薄膜晶体管;在这种情况下遮光电路元件占用了LCD显示屏面积的更大的百分比。鉴于上述原因，常规彩色LCD不能提供优质亮度的图象，且效率低。
图4是说明本发明的有源阵列彩色LCD器件一部分的示意图。与常规器件150相比，在本发明的器件170中，未使用彩色滤光片，每象素用于传输背部光源的所有色彩。这样，如果背部光源发射红、绿和蓝光，则诸如象素172的每个象素将都透过它们的整个面透射红、绿和蓝光。可以使背部光源以足够高的频率顺序发射红、绿和蓝光，以致对于观察者而言能观察到多色或全色图象。为达到与常规器件150相同的分辩率，每个象素172可以是器件150的子象素154的三倍，以致器件150的象素大体与象素172大小一样。然而，与器件150相比，器件170花费在x和y总线上的面积的百分比器件150要少得多，因为为了寻址每个象素172只用一组线就足够了，而不像器件150那样需要三组。另一种方法，如果将象素172做成与器件150的子象素154大小相同，则花费在x和y总线以及薄膜晶体管上的总开销相同时，器件170的分辩率是150的三倍。
图5是说明本发明最佳实施例的适用于本发明的EFLD的EFD200一部分的剖面图。如上所述，产生电子并控制它们向荧光条的流动使荧光条顺序地产生红、绿和蓝光，但并非同时产生所有光。因此，希望将产生的电子只导向到产生红、绿和蓝光之一的荧光条，并非同时导向到产生其他两种光的荧光条。如图1和5所示，只产生红光的荧光条标以R，只产生绿光的标以G，只产生蓝光的标以B。这样，由来自单元104并经过EFBL驱动器108的额定加热电压加热阴极90以产生电子202。
将要产生红光时，适当电压则被加到图5的第一组栅电极204，因而使电子202只导向荧光条R，而不导向荧光条G、B。在由EFD200发射绿光的时间间隙内，加到栅极204的电压应是这样的以致电子只被导向到标以G的荧光条。在产生蓝光的时间间隙内是一样的，即在其内电子只被导向到标以B的荧光条。一般地，这是可以这样实现的：向第一组电极204中相应于适当的荧光条组并与之对准的栅电极施加较大的正电压并向第一组电极中的其余栅电极施加较大的负电压。这样，如图5所示，每个荧光条都与之对准并与之相对应，第一组204中有三个栅电极，其中三个相应的电极由电导线206连在一起，以致当适当的电压加到三个栅电极之一时，所有三个栅电极处于相同的电位。这样的连接使电压在相应于一个荧光条的三个栅电极间保持一致并改进了EFD200光发射的均匀性，因此改进了使用EFD的显示器的总体质量。所以将三个相应的栅电极与其相应的荧光条对准并施加适当电压减少了导向到其他荧光条的电子数量，也降低了无意中产生的其他色光的强度。因此这样的特征减少了相邻荧光条间的相互干扰，并减少了其他不需要色彩的额外光。
如前面提到的，隔离器92将室84分隔成多个子室，以致荧光条发射的光只经过象素行中的象素透射，并且不发射向相应于不同子室中的荧光条的象素。这样，通过扫描象素行中象素的光可以从同一子室中的数个不同荧光条产生。为进一步改进显示的均匀性，希望向产生相同色光的子室中的每个荧光条相应的并对准的子室中的栅电极提供基本相同的电压。图6是尤其利于实现这一目的的连接方案的示意图。如图6所示，第一组栅电极204分为数个子组，每子组中有三个栅电极，其中每个子组相应于并对准一个荧光条，其中相应于产生红光的荧光条的子组标以“R”。与产生绿光的荧光条对准并与之相应的子组标以“G”，以及与产生蓝光的荧光条对准并与它相应的子组标以“B”。每个子室含有数个荧光条及相应的数个每三个成一子组的栅电极子组。如图6所示，所有标以“R”的子组都由电导线212连在一起并连到接线端R1。所有标以“G”的子组都由电线214连在一起至接线端G1。所有标以“B”的子组都由电导线216连在一起至接线端B1。因此，通过向三个接线端R1、G1，B1施加适当的电压，则连接到适当接线端的子组都处于相同电压，这改进了由相同子室内相同色的荧光条产生的光强的均匀性。
如图6所示，EFLCD有总共M个象素阵列，相应于LCD中的M个行或列电极。因此M个行或列电极对应于M个象素阵列。这M个行或列电极分为P组，每组有n个行或列，其中荧光条（图6中未示出）也分为P组，每组对准并相应于P组行或列电极中的一组，用于控制电子导向到P组中每一个的栅电极通过施加到相应的三个接线端的信号控制，接线端属于下列端子的集合：R1，G1，B1;R2，G1，B2…;Rp，Gp，Bp。例如，仍如图6所示，对于相应于象素阵列下一组或从（n+1）至（2n+1）的行或列电极相应的栅电极的子组，同样，与发射相同色光的荧光条相应的栅电极的所有子组由电导线连接至相同的接线端R2，G2，B2。对于相应于P组荧光条的栅电极的其他子组也是这样。这样，当寻址P组中第一组的一个行或列电极相应的一个象素阵列时，顺序地向接线端R1、G1和B1施加适当电压，以产生所要求的背部光，用于显示单色、多色或全色图象。当导址P组中不同组的行或列电极相应的一个象素阵列时，用于寻址这样的特定组的行和列电极的栅电极子组所连接的接线端以同样方式被寻址，以提供适当的背部光。
上述用于产生电子的系统使用了热灯丝。已知的其他类型的用于产生电子的系统是场致发射阴极或冷阴极，比如Spindt在《应用物理》期刊Vol。47，No.12，P.5248中首次介绍的微极尖（Mirotip）结构。有关材料还有于彩光显示器公司（Coloray Display Corp.）的《技术评论》（Techn ical Note）1，Oct.1990，题为“场致发射显示技术回顾”。EFBL器件250的剖面图示于图7。如图7所示，取代了使用细长的被加热的热灯丝，Microtip冷阴极结构是锥形结构252，其尖峰252a发射电子，电子由阴极和阳极之间的电位差加速，并由栅结构254控制。锥形阴极可以设置在导电基片256上，并且锥结构252可以设置在电绝缘层262的孔260内。
图8是栅电极254和阴极极尖252a的透视图。其中用于将电子导向到发射红光的荧光条的栅电极标以R′，等等。图9是使用图7的EFD250的EFLCD的剖面图。为简便起见，某些层从图9中省略掉了，可以理解出现这种被省略的层是可以用来改时器件性能的。栅电极254的表面是高光反射的，以便将光反射到LCD32以提高器件效率。
如图1和5所示，使用了第二组栅电极88。大致相同的电压被加到第二组的88中的所有栅电极上，使阴极90产生的电子在隔离器92和侧板82之间的子室的整个横向范围内均匀分布。这样改善了显示器的均匀性。但应该明白，如果需要，尤其是如果需要减小EFD的厚度，该第二组88栅电极可以被去掉。但在图9中，由于第二组电极88′离荧光条78比离电极254更近，所以用组88′代替组254以控制电子的通路，并引导电子在任一个特定的时刻仅到那些希望发光的荧光条去。
图10和11示出了LCD的透射率与模似输入信号与比例的一个模拟EFLCD。参阅图2，10和11，显示控制单元104在图10中的tn1，tn2和tn3时刻提供脉冲301，每个脉冲包括一个复位部分和一个周期性扫描部分。这些复位和扫描脉冲301被由单元104控制的LCD行控制器106加到LCD32上。为了响应模拟输入101，LCD列驱动器102提供在图10中标号为32的三个时序脉冲tRm，tGm和tRm。为同步脉冲301、302的时间，一个同步信号SYNC被加到单元104上。作为脉冲301、302的响应，由脉冲301、302寻址的选中象素的透射率由图10中的曲线304所示。如图10所示，曲线304中的稳定透射率如在a，b，c处的平直部分与脉冲302的幅度成比例。在同步处，在选中的象素的透射率大致为常数的时间段，EFBL34产生恒定宽度和幅度的红、绿和蓝脉冲。
LCD是相对较慢的器件，台图10所示，LCD在加上脉冲301、302之后，且在其透射率达到某一个恒定值之前需要一定的时间长度。由于这个原因，希望在加上脉冲301、302之后在选中时刻tL使EFBL34发出适当颜色的光，以使仅当选中象素的透射率达到最大值时，产生背部光。这样就提高了EFLCD的效率。在一个实施例中，从相应的栅电极的子组中发出的指向荧光条的电子，直至选中象素的透射率达到50%时，才被导向到荧光条上。由于对任何LCD来说，tL是一个常数，所以所用的任何LCD32都能被检测以确定时刻tL，并且施加电压的时序也可以调节，因此，通过单元104就可调节红、绿和蓝光脉冲303的时序。
图11是详细说明产生脉冲302的电路的原理图。显示控制单元104产生扫描脉冲301以响应同步信号SYNC。LCD到驱动器102驱动数据脉冲302以响应图11所示的参考脉冲312，所述参数脉冲与扫描脉冲301同步。首先，参考脉冲被一个延迟装置314延迟一个时间长度Td，该时间Td应与图10中所示的TL相同。然后，脉冲发生器316产生一个相应的脉冲318，该脉冲形状与脉冲312相同，但时间上相对脉冲312延迟一个Td时间（即，tL）。这样的脉冲318被加到与门320，322，324上。颜色选择信号R，G，B也被加到与门的其余输入端，因此，当需要特定的颜色时，相应的与门被开启。被开启的与门输出驱动相应的三个放大器330，332，334中的一个。放大器的增益由加到FET336的栅极上的增益控制信号控制。放大器330，332，334的输出是脉冲302。增益控制信号像以一个传统的方式那样来自于由图2所示的列驱动器102，因此这里不再赘述。在图10中可以看到，脉冲303在下一个扫描脉冲之前的时间长度tF中被关断。这就以下面将要描述的方法减小了相互干扰。
图12-15说明了本发明的另一个实施例中产生各种红、绿和蓝的灰色调以在EFLCD上形成多色或全色显示的另一种寻址和控制方法的结构图。参见图2和13，图2的显示控制单元104产生如图13所示的固定模式的红、绿和蓝脉冲。如图13所示，脉冲352包括一个红光脉冲，接下来是两倍宽度的红光脉冲，然后是与第一红光脉冲宽度相同的绿光脉冲和另一个两倍于第一绿光脉冲宽度的绿光脉冲，其中最后一个绿光脉冲后面是宽度与较短的红光和绿光脉冲相同的蓝光脉冲以其后的两倍于该蓝光脉冲的又一个蓝光脉冲。这种模式然后无限地重复。显示控制单元104用加在适当栅电极组（86，204，88′）上的适当电压实现上述模式。
但是，光脉冲352通过LCD32是看不见的，除非被扫描的特定的象素确定透射光。图13中，每个扫描周期被分成六段，在每段中，选中的象素或是完全关闭的，因此它是不透光的，或是完全打开，以便以最大程度透射光。每一段在时序上对应六个脉冲352中的一个。因皮根据是否处开扫描周期的这种段期间，来确定被扫描的象素是否变成光透射状态，确定相应的光脉冲352是被透射或是被阻断。
在图13中，在扫描周期的第一、第三和第六段，选中象素变成光透射状态，以透射三个光脉冲（1R，1，玫2B），从而透射颜色R∶G∶B的比率是1∶1∶2的光（暗蓝灰色）（blue-sheded gray））。因此靠选择是否透射六个脉冲中的每一个，就能够产生多种颜色和复合颜色。
因此在图13中，在扫描周期的第一、第三和第六段期间，存储在LCD电极上的数据是“1”，而在第二、第四和第五段期间，存在LCD电极上的数据是“0”，中图13中的方波信号354所示，这个信号由列驱动器102产生，响应于通过转换器112和存储器114的数字化的输入信号，并被加到LCD32上。根据数据354的LCD的透射率的曲线356也示于图13中。通过LCD32被传输的光脉冲由脉冲358说明。
从根据图13的以上说明中，可以注意到红、绿和蓝色中的每一个可以四种不同的亮度强度选择（0-3）。换句话说，每种颜色的灰度可由两位来表示。为给每种颜色提供3位灰度，EFBL颜色脉冲光352应包括9个脉冲（1R，2R，4R;1G，2G，4G;1B，2B，4B）。扫描周期应被分成9段，而不是6段。如果想得到4位灰度，EFBL彩色脉冲光352应包括12个脉冲（1R，2R，4R，8R;1G，2G，4G，8G;1B，2B，4B，8B）的无限重复，且扫描脉冲周期应被分成12部分。因此总的来说，脉冲的数目和扫描周期所分的段的数目应为所要的灰度值位的三倍。
图14示出了与图13基本相同的寻址和控制系统的另一种结构。在图13中脉冲352的灰度值是由变化光脉冲的宽度而得到，在此脉冲的幅度为不变的。替代改变脉冲宽度的方案，光脉冲幅度可由图14所示的脉冲360来改变。因此，脉冲360有固定的宽度;但其幅度变化。所以，使之以提供上述那样的脉冲354，显示控制单元104，RGB扫描110，和EFBL驱动器108也可使EFBL34发射光脉冲360，同时根据图13的上述说明仍可提供红、绿、蓝的各种灰度的产生。
图12示出了LCD扫描或参考脉冲312，EFBL脉冲352，和LCD356透射率的相对时序。在图10所示的模拟LCD的情况下，希望延迟EFBL光脉冲352的产生，直至LCD356的透射率达到其最大值的时刻为止。本发明的EFD器件34和250产生亮度大约100，000cd/m2以上的背部光脉冲，所以，即使宽度和扫描周期相比很小的窄脉冲也能产生足够亮度的图象。由于这个原因，显示器的效率可由提供来自EFLCD的光仅通过扫描周期的很小部分而大幅度提高。
在图12中，t′是一个扫描周期结束的时刻，因而下一个扫描周期将扫描下一行象素。从曲线356的形状可以看出，脉冲352a最好被延迟直到几乎扫描周期的结束处，此处恰好位于时刻t′之前，在此时刻LCD的透射率最大。但是这样做会引起当前正被访问的象素行和在紧接t′时刻之前已被访问的相邻象素行之间的不希望的相互干扰，这样颜色和亮度强度在t′时刻都会发生改变。在图16和17中说明了这一方面。
图16是EFD34的子室380的示意图。如上所述，隔离器92能有效地减小或甚至是阻止一个子室中的荧光条产生的光与相应于另一个不同子室的LCD象素之间的相互干扰。图16，17所示的本发明的特点还可减小与同一子室中的荧光条相应的象素行之间的相互干扰。另外，共有M行电极对应M行象素，其中这M个象素行被分成每组有n个象素行的P个组，每组在一个子室里。图16中所示的子室380是这类子室中的一个。如图16所示，n个象素行中的每一由标有数字1，2，3，…，i-1，i，i+1，i+2，…，n中的一个的方框来表示。扫描方向是从1到n。
图12中的量Td是图16中第i行扫描脉冲与发出由EFBL产生的脉冲光的时刻之间的延时，用以通过第i行传输光。在以第i行扫描脉冲为开始的一个扫描场周期中，数据将按顺序馈入第i+1行…，第n行，第1行，…第i-1行，即向着场周期的结束，第i-1行也已被馈入数据，以打开这样的行中选中的象素。因此，在图16所示的极端情况中，此时第1行到第i-1行正载有颜色B的数据，第i行到第n行正载有颜色A的数据，如果EFBL脉冲光的发射延迟到场周期的结束，则脉冲光将通过一个或多个以前曾访问过的行i-1，i-2，…被传输，被影响的行的数目取决于液晶材料的观测角度和EFLCD中LCD层与荧光层之间的空间。这样，为了减小这种相互干扰，EFBL需要在场周期结束前至少TL的时间完成光脉冲的发射（光强度的下降沿），TL由kd·tanθ给出，其中d是LCD层和荧光层之间的间隙，θ是液晶材料的观测角度，k是在EFLCD中和LCD的扫描速度成比例的一个预定常数。这样的配置示于图7D的示意图中。
上述EFLCD装置可用在许多应用场合，例如，可以用于产生字母数字数码显示，以显示数字、语言字符或字母、以及图形，也可用于发射不同颜色的光，作为输入信号，比如速度的幅度的函数。例如，EFLCD用于速度计时，当速度较低时显示蓝光。当速度增加时，由EFLCD发出的光的颜色从蓝变到蓝绿到绿，接着至黄绿再到黄。当需要警告用户或司机所要求的速度时光变成桔红色。当速度到达危险区时，EFLCD发出的光的颜色将变为红色，它可以是连续闪烁的红光以警告用户、司机或其它观察者。上述结构尤其适用于有很多仪器面板显示的控制中心。这样，如果控制中心控制的大量系统运行正常，显示板上的EFLCD装置将显示绿光。如果一个特定系统脱离正常操作，显示板上控制这一系统的EFLCD将显示桔红红色。如果异常达到危险区，这一系统的显示板的EFLCD将显示红光。因此，如果许多子系统中的一个不能正常，通过在许多绿光显示中有桔红或红光显示，不正常的系统就能很容易地被发现，并可以进行测量和处理这一情况。上述这种特定的序列用软件控制是很容易实现的，无论用上述提到的模似还是用数字方式。这样的实施对本领域技术从员来说是很容易完成的，这里不再赘述。显然，在上述颜色的转换中，不是所有的序列都需要，并且如果需要的话并且一些颜色，比如蓝、蓝绿或黄绿都是可以删去的。也可简单地根据当今世界上公认的交通红绿色规则的颜色的选择，绿灯常常表示前方安全，黄色是警告信号，红色意味着危险。
图18是设置在平镶嵌式彩色显示设备的阵的多个板中的一个的截面图的一部分。每一块这种板在结构上和上述EFLCD器件基本相同。上述EFLCD器件中的LCD可采用扫描，例如，限制在隔离器之间或隔离器与侧墙之间的子室中的每组栅电极，相对于其它组栅电极都可以独立地被扫描。由于这个原因，所用的LCD不需用高的转换速率去显示高分辨率的视频图象。如上面指出的，正对LCD阳极76的表面可由高反射系数的材料构成，例如铝膜。
镶嵌型显示器的一个共同的问题是构成镶嵌型显示器的板阵列中相邻板之间的暗线或暗区。为了减弱这种暗线或暗区，可以在向EFD器件34′的背板72延伸的板400侧面的外表面上使用电导体402，用以将例如图2系统中的一个控制系统如系统100连到板400。侧壁404、406比图1中的EFLCD30的侧壁薄。除了这些差异外，LCD32′和EFD34′基本上和图1中LCD32及EFD34相同。利用这种结构，侧壁404，406和导体402引起的暗区将被最小化。侧壁404的厚度大约小于5mm。在器件30中，EFD34′所用的侧壁和隔离器是倾斜的或园锥形的，且正时LCD32′有一个漫射表面，进一步减弱操作板之间的任何暗区。这种结构可提供高分辨率的，镶嵌型平板单色、多色或全色的高效显示板。
图20示出了各种信号的简化的时序序列和波形。这种序列和波形是由图19中的控制电路CC′和CC″产生的。图20中，假设一个TFT-LCD板用作前端单元，背面光单元假定有四个子部分：如图19中所示的1，2，3，4。标有“TFT-门”的线指的是LCD板中控制TFT波形的门。标有“L.C.”的那些线指的是液晶单元根据存储在TFT-LCD每个象素电极中的数据电压的光学响应。那些标有“B.L.”的线指的是不同颜色的背部光脉冲的时序。
LCD转换处理和背部光的脉冲产生时序是同步的。该时序关系表明当一些子部分的LCD单元根据存储在象素中的数据被设定好时，来自其它子部分的背景光开始向那些已设定好的LCD单元的其他部分发光。
图19中，在t0时刻，一个扫描脉冲5被加到子部分1的TFT-门。t0时刻之后、下一个扫描周期的开始时刻t1之前，类似的扫描脉冲5′，5″，5′″加到子部分2，3，4的TFT-门。在t1时刻，另一个扫描脉冲加到子部分1的TFT门。加到一个子部分的TFT门的扫描脉冲将引起光闸（本例中是LCD）改变其透射率特性。t0到t1之间的时间长度定义一个扫描周期，在此期间扫描信号一次加到相应子部分的光闸的所有的行和列上。LCD单元有一个较慢的响应时间。如图10所示，在子部分1中LCD单元的响应时间直到扫描周期t0和t1的中点才全部打开。为了使显示的亮度最大，子部分1的背部光脉冲15基本上到第一个扫描周期结束时才被加上，其该脉冲为绿（G）光脉冲。如图10所示，产生的绿光脉冲被导向子部分1的LCD单元，此时该子部分LCD单元达到最大的光透射率程度。在t0时刻加到子部分1的TFT门的扫描脉冲和t1时刻稍前施加的背部光绿色脉冲之间的时序关系，在图1中用两个脉冲间的箭头10来表示。
把子部分中后端单元的栅电极分组，使4个子部分可以分别被控制，这样如下面说明所需的减小时间延迟是可能的。
如上所述，绿光脉冲15和扫描脉冲5以一个预定的时序关系发生联系，使显示的亮度最大。类似地，在扫描脉冲5′″在扫描周期后部的某一时刻，该时刻与t0相比更接近t1，加到子部分4的TFT门之后，子部分4的LCD单元直到下一个扫描周期t1和t2的中间时才能达到其最大值透射率。这意味着为了使亮度达到最大，引入子部分4的LCD单元的背部光脉冲应当在t1和t2时刻之间的中值之后才能产生。
如果所有4个子部分的背部光脉冲同时产生。为了达到最大显示亮度，到子部分1的LCD单元的背面光脉冲直到下个周期t1到t2的中点之后，或直到所有子部分包括子部分4中的LCD单元都达到其最大透射率程度时才会产生。如果是在这种情况下，则到子部分1的TFT门的下一个扫描脉冲应被延迟，使子部分1的LCD单元保持其最大透射率，这时所有4个子部分的背部光都被产生。换句话说，所需的寻址时间大体上等于扫描周期和LCD单元响应时间的总和。
通过把后端单元分成子部分并以如图20所示的时序关系寻址不同的子部分（即，在4个不同时刻产生被导向4个子部分中的LCD单元的背部光脉冲，每个背部光脉冲根据相应的子部分的扫描脉冲而被延迟），寻址时间被减少至扫描周期和LCD单元响应时间中的较大的一个。虽然背部光脉冲的延迟时间基本上等于LCD单或其它光闸的响应时间时就足够了，但背部光脉冲的延迟时间也可长于其它光闸的响应时间，这也属于本发明范围。显然，当背部光延迟更长的时间时，将导致器件的寻址变墁。
通过将LCD设定处理过程和上述背部光脉冲重叠，具有快于5ms的响应时间的LCD前端单元可用于产生具有60Hz或更快的刷新速度的高质量的全彩色（红/绿/蓝）图象。这种重叠操作可通过子部分由G1、G2电极的子部分控制和阴极元件CE来完成。
尽管本发明是参照各种实施例描述的，应该清楚不脱离本发明范围的各种修正也在本发明权利要求保护的范围内。