專利名稱：背光裝置及彩色液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種彩色液晶顯示(LCD)裝置，更具體地說，涉及一種具有較寬色域以確保更可靠的色彩再現性能的彩色液晶顯示裝置。
背景技術：
已經研發(fā)了非常薄的TV接收器，如使用液晶顯示器(LCD)或等離子顯示板(PDP)的TV接收器，并已將其推向實用來取代自TV廣播開始時就長期使用的陰極射線管(CRT)TV接收器。具體地說，期望使用彩色液晶顯示板的彩色液晶顯示裝置快速地變得流行，因為其允許以低功耗驅動的且大尺寸的彩色液晶顯示器已變得更便宜。
對于彩色液晶顯示裝置，其中利用背光裝置從背側照明透射型彩色液晶顯示板以顯示彩色圖像的背光系統成為主流。優(yōu)選用于背光裝置的光源是利用熒光管發(fā)射白光的CCFL(冷陰極熒光燈)。
通常，在透射型液晶顯示裝置中，使用例如圖1中所示的光譜特性的三色濾光器設置在彩色液晶顯示板的像素之間，其中三色濾光器由藍色濾光器CFB0(460nm)、綠色濾光器CFG0(530nm)和紅色濾光器CFR0(685nm)組成，括號內的數字表示每個濾光器的透射峰值。
另一方面，三波長的CCFL發(fā)出的白光具有圖2中所示的光譜，所述CCFL用作彩色液晶顯示裝置的背光裝置的光源。也就是說，CCFL發(fā)出的白光包含波長變化的不同強度的光。
因此，通過背光裝置的合并所再現的顏色在色純度方面更差，所述背光具有用作光源且發(fā)射三種波長范圍光的CCFL和上述彩色濾光器的彩色液晶顯示板。
圖3示出了彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍，所述彩色液晶顯示裝置包括將上述三色CCFL用作光源的背光裝置。具體地說，圖3描述了由國際照明委員會(CIE)規(guī)定的XYZ彩色系統的xy色度圖。
如圖3所示，具有將CCFL用作光源的背光裝置的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍，比彩色電視廣播系統所接收的NTSC(全國電視系統委員會)標準提供的色彩再現范圍窄。即，不能說第一狀態(tài)的色彩再現范圍能完全應對于當前的電視廣播。
另一方面，存在一種擔心，即在磷光燈管中包含水銀的CCFL對環(huán)境具有一種有害效應。因此，對光源提出了需求，該光源可以替代用作背光裝置光源的CCFL。隨著藍光發(fā)光二極管的發(fā)展，開始采用發(fā)出三原色光，即紅光、綠光和藍光的發(fā)光二極管。這樣，通過使用用作背光裝置光源的發(fā)光二極管，能夠提高彩色液晶顯示板所獲得的彩色光的色純度，并由此可期望色彩再現范圍可被形成得與NTSC系統所提供的色彩再現范圍一樣寬或比其更寬。
可是，存在一個問題，即將發(fā)光二極管用作光源的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍還不足夠寬到以滿足NTDC系統提供的色彩再現范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題鑒于上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠實現背光系統中液晶顯示裝置的寬色域的背光裝置，以及使用該背光裝置的液晶顯示裝置。
根據本發(fā)明的背光裝置利用白光從背側照明具有彩色濾光器的透射型彩色液晶顯示板。彩色濾光器由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成。背光裝置包括光源和用于混合光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生白光的色混合裝置，所述光源由發(fā)射半值寬度(half-value width)hwr為15nm≤hwr≤30nm的紅光的紅光發(fā)光二極管、發(fā)射半值寬度hwg為25nm≤hwg≤50nm的綠光的綠光發(fā)光二極管和發(fā)射半值寬度hwb為15nm≤hwb≤30nm的藍光的藍光發(fā)光二極管構成。
根據本發(fā)明的彩色液晶顯示裝置包括透射型彩色液晶顯示板，其包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器，和利用白光從背側照明彩色液晶顯示板的背光裝置。背光裝置包括光源和用于混合光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生白光的色混合裝置，所述光源由發(fā)射半值寬度hwr為15nm≤hwr≤30nm的紅光的紅光發(fā)光二極管、發(fā)射半值寬度hwg為25nm≤hwg≤50nm的綠光的綠光發(fā)光二極管和發(fā)射半值寬度hwb為15nm≤hwb≤30nm的藍光的藍光發(fā)光二極管構成。
根據本發(fā)明的背光裝置產生白光并利用該白光從背側照明透射型彩色液晶顯示板。彩色濾光器包括用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器。這樣，能夠提高作為光源的紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管所發(fā)出的紅光、綠光和藍光的色純度，以提供通過混色所產生的白光的寬的色域。能夠獲得給出不低于100％的NTSC(全國電視系統委員會)的色彩再現范圍。
另一背光裝置利用白光從背側照明透射型彩色液晶顯示板。彩色液晶顯示板包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器。背光裝置包括由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管構成的光源。紅光發(fā)光二極管發(fā)射具有由國際照明委員會(CIE)所規(guī)定的XYZ彩色系統中xy色度圖中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度點的紅光。綠光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度點的綠光，而藍光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度點的藍光。背光裝置還包括用于混合光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生白光的色混合裝置。
根據本發(fā)明的另一彩色液晶顯示裝置包括透射型彩色液晶顯示板，和用于利用白光從背側照明彩色液晶顯示板的背光裝置。透射型彩色液晶顯示板包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器。背光裝置包括由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管構成的光源。紅光發(fā)光二極管發(fā)射具有由國際照明委員會(CIE)所規(guī)定的XYZ彩色系統中xy色度圖中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度點的紅光。綠光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度點的綠光，和藍光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度點的藍光。背光裝置還包括用于混合光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生白光的色混合裝置。
背光裝置發(fā)射白光并利用從其背側發(fā)出的這個白光照明透射型彩色液晶顯示板。顯示板包括用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器形成的彩色濾光器。這樣，能夠提高分別由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管所發(fā)出的紅光、綠光和藍光的色純度，以提供通過混色獲得的白光的寬色域。進而，能夠獲得對應不小于100％NTSC比率的色彩再現范圍。注意到，通過優(yōu)化將發(fā)光二極管用作光源的彩色液晶顯示裝置的色域過程中，確定了紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管所發(fā)出的每種顏色光的色度點的范圍。因此，比僅確定每個發(fā)光二極管的波長來優(yōu)化色域的情況能夠更準確地再現最適合的色域。
根據本發(fā)明的另一彩色液晶顯示裝置包括具有彩色濾光器的透射型彩色液晶顯示板，和用于從背側照明彩色液晶顯示板的背光光源。背光光源由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管組成。彩色液晶顯示裝置還包括用于混合背光光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光的色混合裝置。綠光發(fā)光二極管的光發(fā)射光譜的半值寬度處于30nm和40nm之間的范圍內。
借助其中背光光源由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管組成的彩色液晶顯示裝置，比采用磷光管，如CCFL用作背光光源的情況能夠提供更寬的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。
而且，綠光發(fā)光二極管的光發(fā)射光譜的半值寬度為30至40nm，其比常規(guī)裝置中的半值寬度更窄，并進而能夠抑制綠色與其他顏色，尤其是藍色的色混合。如此，彩色液晶顯示裝置的色彩再現在綠色區(qū)域比具有更寬的半值寬度的常規(guī)系統中形成得更寬。
本發(fā)明的這些目的和其他目的、特征和優(yōu)勢根據以下本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述將變得更清楚。


圖1為示出了設置在常規(guī)彩色液晶顯示裝置上的彩色液晶顯示板的彩色濾光器的光譜特征的圖表。
圖2為示出了設置在彩色液晶顯示裝置中的背光裝置的光源(CCFL)光譜的圖表。
圖3為示出了XYZ彩色系統的xy色度圖的圖表，其中另外示出了將CCFL用作背光裝置光源的常規(guī)彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。
圖4為示出了實現本發(fā)明的彩色液晶顯示裝置的分解透視圖。
圖5為示出了構成彩色液晶顯示裝置的彩色液晶顯示板的彩色濾光器的平面圖。
圖6為示出了構成彩色液晶顯示裝置的背光裝置的透視圖。
圖7為用于驅動彩色液晶顯示裝置的驅動電路的電路框圖。
圖8設置在彩色液晶顯示裝置上的彩色液晶顯示板的彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖9為說明可見度的圖表。
圖10為說明了測量1中所用的發(fā)光二極管和彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖11為表示XYZ彩色系統的xy色度圖的圖表，其中示出了將測量1中的發(fā)光二極管用作背光裝置的光源的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。
圖12為說明了測量2中所用的發(fā)光二極管和彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖13為表示XYZ彩色系統的xy色度圖的圖表，其中示出了將測量2中的發(fā)光二極管用作背光裝置的光源的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。
圖14為示出了測量2的彩色液晶顯示裝置的NTSC比率與綠光發(fā)光二極管發(fā)出的綠光的半值寬度的關系。
圖15為示出了測量3的彩色液晶顯示裝置的NTSC比率與綠光發(fā)光二極管發(fā)出的綠光的半值寬度的關系。
圖16為說明了測量4中所用的發(fā)光二極管和彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖17為表示XYZ彩色系統的xy色度圖的圖表，其中也示出了將測量4中的發(fā)光二極管用作背光裝置的光源的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。
圖18為示出了測量4的彩色液晶顯示裝置的NTSC比率與綠光發(fā)光二極管發(fā)出的綠光的半值寬度的關系。
圖19A為示出了改變紅光發(fā)光二極管的峰值波長范圍的情況下發(fā)光二極管發(fā)出光的光譜和彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖19B為示出了NTSC比率與波長的關系的圖表。
圖20A為示出了改變綠光發(fā)光二極管的峰值波長范圍的情況下彩色濾光器的光譜特性和由彩色濾光器與發(fā)光二極管發(fā)出光的光譜的圖表。
圖20B為示出了NTSC比率與波長的關系的圖表。
圖21A為示出了改變藍光發(fā)光二極管的峰值波長范圍的情況下彩色濾光器的光譜特性和由發(fā)光二極管發(fā)出光的光譜的圖表。
圖21B為示出了NTSC比率與波長的關系的圖表。
圖22A為示出了XYZ彩色系統中xy色度圖中所標繪的紅光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖22B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖23A為示出了XYZ彩色系統中xy色度圖中所標繪的綠光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖23B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖24A為示出了XYZ彩色系統中xy色度圖中所標繪的藍光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖24B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖25為示出了具有相同峰值波長和不同半寬度值的紅光發(fā)光二極管的光譜分布的圖表。
圖26為示出了具有相同峰值波長和不同半寬度值的綠光發(fā)光二極管的光譜分布的圖表。
圖27為示出了具有相同峰值波長和不同半寬度值的藍光發(fā)光二極管的光譜分布的圖表。
圖28為說明了發(fā)光二極管和彩色濾光器的光譜特性的圖表。
圖29A為示出了標繪在XYZ彩色系統的xy色度圖中、具有再加倍半值寬度的紅光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖29B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖30A為示出了標繪在XYZ彩色系統的xy色度圖中、具有再加倍半值寬度的綠光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖30B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖31A為示出了標繪在XYZ彩色系統的xy色度圖中、具有再加倍半值寬度的藍光發(fā)光二極管的色度點的圖表。
圖31B為以放大比例示出了標繪區(qū)附近的圖表。
圖32為示出了用于測量光譜特性的彩色亮度尺的設置的示意圖。
圖33為示出了彼此重疊的三個不同類型的綠光發(fā)光二極管的發(fā)射光譜的圖表。
圖34為以放大比例示出了xy色度圖中綠色區(qū)域的圖表。
圖35為示出了重疊在一起的三個發(fā)光二極管的發(fā)光光譜和彩色濾光器的光譜特性。
圖36為示出了使用三種不同類型的綠光發(fā)光二極管的彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍的圖表。
圖37A為以放大比例示出了圖36中所示的藍色區(qū)域的圖表。
圖37B為以放大比例示出了圖36中所示的綠色區(qū)域的圖表。
圖38為示出了綠光發(fā)光二極管的半值寬度和NTSC比率之間關系的圖表。
具體實施例方式
參照附圖，詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當注意到，本發(fā)明不限于現在所說明的實施例并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可任意地修改。
本發(fā)明適用于例如圖4所示構造的彩色液晶顯示裝置100。
在該圖中，透射型彩色液晶顯示裝置100由透射型彩色液晶顯示板10和設置在該彩色液晶顯示板10背面上的背光單元40所構成。該透射型彩色液晶顯示裝置100配有用于接收地面波或衛(wèi)星波的接收單元，如模擬調諧器或數字調諧器(未示出)，用于處理由這些接收單元所接收的圖像信號或音頻信號的圖像處理單元或音頻信號處理單元(未示出)，以及用于輸出音頻信號處理單元處理過的音頻信號的音頻信號輸出單元，如揚聲器(未示出)。
透射型彩色液晶顯示板10由玻璃等形成的兩個彼此相對的透明基板(TFT基板11和對電極基板12)，和密封在兩個基板之間空間內的諸如扭曲相列(TN)液晶的液晶層13構成。在TFT基板11上，形成有按照矩陣構造設置的信號線14和掃描線15，以及作為開關元件的薄膜晶體管16，以及設置在信號線14和掃描線15交叉點處的像素電極17。掃描線15順序選擇薄膜晶體管16以寫入從與像素電極17中相關的信號線14所施加的圖像信號。在對電極基板12的內表面上，形成有對電極18和彩色濾光器19。
現在描述彩色濾光器19。彩色濾光器19被分成多段，每段與一個像素相關聯。例如，彩色濾光器被分成與三原色相關聯的三段，即紅色濾光器CFR、綠色濾光器CFG和藍色濾光器CFB，如圖5所示。除圖5中所示的條形陣列以外，彩色濾光器的排列圖案可示例為三角形陣列或方形陣列(未示出)。隨后詳細描述彩色濾光器19。
對于透射型彩色液晶顯示裝置100，透射型彩色液晶顯示板10夾在一對偏振片31、32之間，并在背光單元40從其背側照射白光時，根據有源矩陣系統被驅動，以便顯示所需的全色圖像。
背光單元40從其背側照明彩色液晶顯示板10。參照圖4，彩色液晶顯示器40的背光裝置包括背光裝置20，一組疊置在背光裝置20的光入射表面20a上的光學片，如光散射片41、棱鏡片42和偏振光轉換片43。背光裝置20混合光源的光以產生白光，所述白光通過來自光輻射表面20a的表面光發(fā)射被輻射。
所述組光學片由多個具有將入射光分成相互垂直偏振分量、補償光波的相位差以確保寬的可視角、阻止著色、擴散入射光并提高亮度的功能的多個薄片所組成。設置該組光學片用于將背光裝置20表面光發(fā)射所輻射的光轉換成適于具有照明彩色液晶顯示板10的最適合的光特性的照明光。因此，該組光學片不僅包括光散射板41、棱鏡片42或偏振光轉換片43，還可包括具有其他光學功能的其他光學片。
圖6以透視圖的方式描述了背光裝置20的構造。參照圖6，背光裝置20將輻射紅光的紅光發(fā)光二極管21R、輻射綠光的綠光發(fā)光二極管21G和輻射藍光的藍光發(fā)光二極管21B用作光源。在以下描述中，在總稱紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的情況下，每個發(fā)光二極管被簡單稱作發(fā)光二極管21。
參照圖6，按照所需順序沿一條線排列多個發(fā)光二極管21以形成發(fā)光二極管單元21n，其中n為自然數。在基板22上排列發(fā)光二極管的順序使得多個綠光發(fā)光二極管21G以相互間隔相同的距離排列并且多個紅光發(fā)光二極管21R和藍光發(fā)光二極管21B在相鄰的綠光發(fā)光二極管之間的間隙內交替排列。
根據適于背光單元40照明的彩色液晶顯示板10的尺寸，多排發(fā)光二極管21n排列在背光外殼23內，所述背光外殼將成為背光裝置的背光機殼。
發(fā)光二極管單元21n排列在背光外殼23內使得發(fā)光二極管單元21n的長度方向為水平方向，如圖6所示。可選地，按照未示出的方式排列發(fā)光二極管單元21n使得發(fā)光二極管單元21n的長度方向為垂直方向，或使得發(fā)光二極管單元21n的長度方向部分為水平方向且部分為垂直方向。
排列發(fā)光二極管單元21n使其長度方向為水平方向或垂直方向的技術，與至今優(yōu)選用作背光裝置光源的熒光管的排列技術相同。因此，積累的設計技術知道怎樣使用可減少成本或制造時間。
紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B輻射的光束在背光外殼23中混合在一起形成白光。應當注意到，例如可為每個發(fā)光二極管21設置透鏡、棱鏡或反射鏡以便每個發(fā)光二極管21發(fā)出的紅光、綠光和藍光在背光外殼23中均勻地混合在一起以形成寬度方向的輻射光。
在背光外殼23中，設置有轉向板(未示出)，其具有混合作為光源的發(fā)光二極管21所輻射的各種顏色光的色混合功能，以形成僅有少量色不均勻性的白光，以及設置有適于對于從轉向板輻射的白光的表面發(fā)射進行內部光散射的散射板。
由背光外殼20的色混合所產生的白光通過上述的一組光學片從背側照明彩色液晶顯示板10。
彩色液晶顯示裝置100例如由圖7中所示的驅動電路200所驅動。
該驅動電路200包括用于為例如彩色液晶顯示板10和背光裝置20提供驅動電源的電源單元110，以及用于驅動彩色液晶顯示板10的X驅動器電路120和Y驅動器電路130。驅動電路還包括RGB處理器150，通過輸入終端140從外側施加圖像信號或施加彩色液晶顯示裝置100的接收器(未示出)所接收的圖像信號，并且圖像信號由圖像信號處理器處理。驅動電路還包括與RGB處理器150相連的圖像存儲器160和控制器170，和用于驅動控制背光單元40的背光裝置20的背光驅動控制器180。
在該驅動電路200中，通過輸入終端140輸入傳遞的圖像信號經過例如RGB處理器150進行的色度處理，并且為方便起見，在驅動彩色液晶顯示板10的過程中從復合信號轉換成RGB分立信號。產生的信號被傳送到控制器170，同時通過圖像存儲器160被傳送到X驅動器電路120。
控制器170以與RGB分立信號匹配的預制定時來控制X驅動器電路120和Y驅動器電路130，以便利用通過圖像存儲器160施加到X驅動器電路120的RGB分立信號驅動彩色液晶顯示板10，進而顯示對應RGB分立信號的圖像。
背光驅動控制器180從電源單元110所施加的電壓產生脈沖寬度調制信號(PWM信號)，以驅動作為背光裝置20的光源操作的每個發(fā)光二極管21。通常，發(fā)光二極管的色溫度依賴于操作電流。因此，如果在實現所需亮度時需要可靠地再現顏色(提供顏色溫度系數)，必須利用PWM信號驅動發(fā)光二極管21以便抑制顏色變化。
用戶界面300是用于選擇由上述接收單元(未示出)所接收的通道，調節(jié)從音頻輸出單元(未示出)輸出的音頻量，以及調節(jié)適于照明彩色液晶顯示板10的背光裝置20發(fā)出的白光的白色平衡或亮度的界面。
例如，如果用戶已經從用戶界面調節(jié)了亮度，亮度控制信號通過驅動電路200的控制器170被傳送到背光驅動控制器180。背光驅動控制器180響應于該亮度控制信號以改變紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的PWM信號的占空率(duty ratio)，以便實現紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的驅動控制。
按照上述構造的彩色液晶顯示裝置100利用優(yōu)化的方式通過將設置在彩色液晶顯示板10上的紅色濾光器CFR、綠色濾光器CFG和藍色濾光器CFB的特征與設置在背光裝置20上的發(fā)光二極管21R、21G和21B的特性相匹配，擴大了液晶顯示板10上所顯示的圖像的色彩再現范圍。
所述彩色液晶顯示裝置100可包括用于接收地面波或衛(wèi)星波的接收單元，如模擬調諧器或數字調諧器(未示出)，用于處理圖像信號或音頻信號的圖像信號處理單元或音頻信號處理單元(同樣未示出)，以及用于輸出由音頻信號處理單元處理的音頻信號的音頻信號輸出單元(同樣未示出)，如揚聲器。
在上述的彩色液晶顯示裝置100中，設置在彩色液晶顯示板10上的彩色濾光器19由具有圖8中所示光譜特性的紅色濾光器CFR(680nm)、綠色濾光器CFG(525nm)和藍色濾光器CFB(460nm)所構成。同時，括號內的數字表示各個彩色濾光器的峰值透射波長。
如果需要改善背光單元40照射通過彩色液晶顯示板10的顯示光的色純度，或為了擴大色域，則有必要盡可能多地相互分開彩色濾光器，其中，所述彩色濾光器的透射波長范圍相鄰近。
例如，紅色濾光器CFR的透射波長范圍朝向長波長一側移動，使得綠光發(fā)光二極管21G發(fā)出的并通過紅色濾光器CFR透射的綠光量盡可能地少。另一方面，藍色濾光器CFB的透射波長范圍朝向短波長一側移動，使得綠光發(fā)光二極管21G發(fā)出的并通過藍色濾光器CFB透射的綠光量盡可能地少。
此外，當紅色濾光器CFR的透射波長范圍朝向長波長一側移動時并且藍色濾光器CFB的透射波長范圍朝向短波長一側移動時，紅光發(fā)光二極管21R發(fā)出的紅光的峰值波長以及藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的藍光的峰值波長分別朝向長波長一側和短波長一側移動。這樣，可減少通過綠色濾光器CFG的透射波長范圍所透射的藍光和紅光的比例以便抑制混色，進而提高色純度并擴大了色域。
也就是說，為了提高色純度和擴大色域，紅色濾光器CFR、綠色濾光器CFG和藍色濾光器CFB的透射波長范圍以及紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的峰值波長變得關鍵。
另一方面，人眼對光的靈敏度(能見度)隨波長而不同，在555nm處達到峰值，進而朝向長波長和短波長一側變低，如圖9所示。在此附圖中，示出了相對能見度曲線，其中555nm處的峰值被標準化為一(1)。
因此，如果紅光發(fā)光二極管21R發(fā)出的紅色光的峰值波長和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的藍色光的峰值波長分別朝向長波長側和短波長側移動過多，則降低了能見度。這樣，需要非常高的能量來提高能見度。
由此，如果紅光發(fā)光二極管21R發(fā)出的紅色光的峰值波長和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的藍色光的峰值波長分別朝向長波長側和短波長側移動，在功率效率沒有降低的范圍內，能夠提高色純度并擴大色域。
對于用作光源的發(fā)光二極管21，不僅上述的峰值而且光譜分布都是提高色純度和擴大色域的重要因素。發(fā)光二極管21的光譜分布基本遵循高斯分布，可是，高斯分布根據制造工藝或其他因素示出了光譜分布的多種形狀。因此，如果僅規(guī)定發(fā)光二極管21的峰值，則不會知道光譜分布。在此情況下，不考慮色度點上光譜分布的差別影響，結果不能規(guī)定正確的色彩再現范圍的。
通過使用稱作PW(脈沖寬度)50或FWHM(最大值一半處的全部寬度)的光譜分布的半值寬度粗略地規(guī)定光譜分布的形狀。例如，如果發(fā)光二極管發(fā)出的每種顏色光的半值寬度窄，則彩色光的光譜分布使得彩色光未與相鄰彩色濾光器的透射波長范圍相重疊，從而提高了通過彩色濾光器19透射的光的色純度并擴大了其色域。因此，為了確保所需的亮度，需要更寬或更窄的半值寬度。
特別地，綠光的能見度非常高，這可從圖9中所示的相對能見度的曲線看出。因此，綠光發(fā)光二極管21G所發(fā)出的綠色光的半值寬度必須比其他顏色的寬。為此，綠色光的半值寬度通常是紅色光或藍色光的兩倍。
這樣，對于每種顏色光的半值寬度，能夠粗略地規(guī)定光譜分布的形狀，如果單獨考慮峰值波長，則不能限定光譜形狀。因此，半值寬度是確定用于提高色純度和擴大色域的優(yōu)化色度點范圍的重要參數。由此，通過現在說明的測量1至4，發(fā)現紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B分別發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的半值寬度的優(yōu)化范圍，進而提高色純度并擴大了色域。
首先，利用紅光發(fā)光二極管21R(具有峰值波長λpr＝640nm)、綠光發(fā)光二極管21G(具有峰值波長λpg＝525nm)和藍光發(fā)光二極管21B(具有峰值波長λpb＝450nm)測量色度點，以便找出半值寬度的優(yōu)化范圍。應當注意到，這些峰值波長是優(yōu)化的，以便與圖8中所示的彩色濾光器19相匹配。進而發(fā)現NTSC(國家電視系統委員會)比率。
如果紅色光的半值寬度hwr、綠色光的半值寬度hwg和藍色光的半值寬度hwb分別為22nm、37nm和25nm，則彩色濾光器19和發(fā)光二極管21的光譜特性如圖10中所示。在具有所示特性的發(fā)光二極管21發(fā)射光的情況下測量色度點，并將其標繪在由國際照明委員會(CIE)規(guī)定的XYZ彩色系統的xy色度圖中。由此發(fā)現的彩色液晶顯示裝置100的色彩再現范圍圖11中示出。還可以看出，通過彩色液晶顯示板10透射后的NTSC為105.3％，超出了100％的NTSC比率值。
同時，作為參考，在除NTSC系統的色彩再現范圍之外，圖11中也示出了由IEC(國際電工技術委員會)規(guī)定的以及根據適于計算機顯示的標準彩色間隔的RGB標準的色彩再現范圍。
在以下的測量中，分別發(fā)射具有圖10中所示的光譜分布的紅色光、綠色光和藍色光的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B將成為參考發(fā)光二極管21。下面的表格1示出了這些參考發(fā)光二極管21的峰值波長λp和半值寬度hw之間的關系。
表格1

根據綠色光的峰值波長值與藍色光的峰值波長值之間的分隔(separation)變窄以提供更強的混色效果的情況，提供具有不同半值寬度綠色光的這些種類的綠光發(fā)光二極管21G。進而發(fā)現綠色光的半值寬度的優(yōu)化范圍。
從圖10中可以看出，綠色光的峰值波長與藍色光的峰值波長之間的分隔，其實現100％或更高的NTSC比率(峰值波長間隔)，要比紅色光和綠色光之間的峰值波長間隔窄。
這暗示了在綠色光的半值寬度形成得更寬以便確保亮度時，通過藍色濾光器CFB的透射波長范圍所透射的綠光比例增加，導致發(fā)生混色，從而降低了色純度并使色域變窄。由此，通過發(fā)現甚至在綠色光的峰值波長被拉近藍色光的峰值波長的情況下也能給出100％或更高NTSC比率的綠色光的半值寬度，能夠發(fā)現綠色光的半寬度值的上限。
特別地，綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的峰值波長分別從圖10中所示的參考峰值波長朝向短波長一側和長波長一側移動5nm，使得綠色光的峰值波長λpg和藍色光的峰值波長λpb分別為520nm和455nm，以便使綠色光和藍色光的峰值波長之間的分隔變窄。選擇紅光發(fā)光二極管21R以使其發(fā)射具有與測量1中峰值波長相同的峰值波長λpr，即640nm。半值寬度設置與測量1相同，即紅色光的半值寬度hwr被設定且規(guī)定在22nm，而藍色光的λ半值寬度hwb被設定且規(guī)定在25nm。提供三種類型的綠光發(fā)光二極管21G，即，具有37nm、43nm和74nm半值寬度的發(fā)光二極管。上述適于發(fā)光二極管21的條件按照以下表格2中所示被簡化。利用具有如表格中所示的峰值波長λp和半值寬度hw的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B實行測量2。
在圖12中示出了根據這種情況的彩色濾光器19和發(fā)光二極管21的光譜特性。同樣，在綠色光的半值寬度改變時發(fā)光二極管21發(fā)射光的情況下，利用色度點進行測量。進而，所測量的色度點被標繪在由國際照明委員會(CIE)規(guī)定的XYZ彩色系統的xy色度圖中。圖13示出了彩色液晶顯示裝置100根據這種情況的色彩再現范圍。在圖13中，也示出了圖11中所示的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B作為參考的色彩再現范圍。圖13示出綠色光的半值寬度越寬，綠色光和藍色光的混色變得更嚴重，進而色域會變得越窄。
表格2

圖14示出了根據對通過彩色液晶顯示板10透射的光所測量的，NTSC比率對綠色光的半值寬度的依賴性。從圖14可以看出，綠色光的半值寬度越寬，NTSC比率變得越低且色域變得越窄。具體地說，如果需要維持NTSC比率等于100％，則需要綠色光的半值寬度hwg為50nm或更少。也就是說，如果綠色光的半值寬度hwg變得比50nm寬，則不能獲得100％的NTSC比率。
這樣，在測量2中，綠色光的半值寬度hwg在最壞的情況中變化，在所述情況中綠色光的峰值波長λpg和藍色光的峰值波長λpb中間的分隔變窄?？梢钥闯?，為了提高色純度并獲得對應于不低于100％的NTSC比率寬的色域，必須將綠色光的半值寬度hwg設置成50nm或更少。
在下面的測量3中，為了驗證藍色光的峰值波長和綠色光的峰值波長之間分隔所引起的效果，新提供具有450nm、455nm和460nm峰值波長的三種藍光發(fā)光二極管21B。在測量2中是使用的具有37nm、43nm和74nm半值寬度的綠光發(fā)光二極管與這些藍光發(fā)光二極管21B中的每一個結合，以給出適用于背光裝置20的光源，并且發(fā)現適于每個光源的NTSC比率。這樣，基于綠色光的峰值波長和藍色光的峰值波長之間的分隔差異，能夠發(fā)現綠色光的優(yōu)化半值寬度的上限。使用能夠發(fā)射具有640nm峰值波長λpr和22nm半值寬度hwr的紅光的紅光發(fā)光二極管21R。藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的藍色光的半值寬度hwb被固定在25nm。
上述適于發(fā)光二極管21的條件簡化表示在表格3(λpb＝450nm)和表格4(λpb＝460nm)中。在以下的測量3中，具有如表格中所示的峰值波長λp和半值寬度的hw的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B用于測量。λpb＝455nm的條件與之前所述以及表格2中所示的測量2的條件相同，因此為簡便起見省略了說明或列表。
表格3

表格4

圖15示出了在綠色光的半值寬度(hwg37nm，43nm，74nm)關于藍色光的每個峰值波長(λpb450nm，455nm，460nm)變化的情況下，通過彩色液晶顯示板10的透射光的NTSC比率是如何變化的。從圖16中可以看出，如果藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的藍色光的峰值波長λpb為455nm或更少，則對于半值寬度hwg等于50nm或更少的綠色光可獲得100％或更高的NTSC，所述綠色光由綠光發(fā)光二極管21G發(fā)出。還可以看出，如果藍色光的峰值波長λpb為460nm，則不能獲得100％的NTSC，除非藍色光的半值寬度hwg被設定為43nm或更少。
對于發(fā)射各種顏色光的發(fā)光二極管21的半值寬度，如果按照之前所述規(guī)定綠色光的半值寬度hwg，其必須被設定成比紅色光或藍色光的半值寬度寬，則能將色純度提高到能夠獲得100％或更高NTSC的程度，進而提供寬的色域?？墒?，因為綠色光的峰值波長和藍色光的峰值波長之間的分隔窄，根據藍色光的半值寬度，通過綠色濾光器CFG的透射波長范圍所透射的藍色光的比例增加，進而如上所述可能引起混色以及降低色純度。因此，在測量4中，驗證了藍色光的半值寬度所產生的效果。特別地，提供藍光發(fā)光二極管21B，其中藍色光的半值寬度從測量1至3中的固定值25nm增加5nm至30nm，并且其中，峰值波長λpb被設為455nm。還使用具有37nm、43nm和74nm半值寬度且也在測量2中使用的綠光發(fā)光二極管21G。對于LED的每種條件，測量彩色液晶顯示裝置100的色彩再現范圍以發(fā)現NTSC比率。至于紅光發(fā)光二極管21R，使用具有640nm峰值波長λpr和22nm半值寬度的紅光發(fā)光二極管。
上述適于發(fā)光二極管21的條件簡化在下面的表格5中示出。
表格5

彩色濾光器19和發(fā)光二極管21的光譜特性在圖16中示出。另一方面，在圖17中示出了通過按照所測量的在xy色度圖中標繪色度點而獲得的彩色液晶顯示裝置100的色彩再現范圍。
在圖18中示出了NTSC比率與綠色光的半值寬度的關系，其中，根據彩色液晶顯示板10透射的光獲得所述綠色光。在該圖中，也示出了在表格2中的藍色光的半值寬度被設為25nm的情況下，NTSC比率與綠色光的半值寬度的關系。從圖18中還可看出，如果藍色光的半值寬度hwb增加至30nm，但綠色光的半值寬度hwg為45nm或更少，能夠獲得對應于100％或更高的NTSC的色域。進而，能夠看出為實現對應100％或更高NTSC的色域，允許將藍色光的半值寬度hwb增加至30nm。
同時，紅色光的峰值波長和綠色光的峰值波長之間的分隔比綠色光的峰值波長與藍色光的峰值波長之間的分隔寬，紅光發(fā)光二極管21R發(fā)出的紅色光的半值寬度范圍增加至大約30nm是允許的。如上所述，較小半值寬度的每個顏色光應對混色更有效。根據制造方面的限制，最小的半值寬度被設定為最大值的一半。
因此，將分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的半值寬度分別設定為15nm≤hwr≤30nm，25nm≤hwg≤50nm和15nm≤hwb≤30nm。
這樣，不僅考慮每種顏色光的峰值波長范圍而且要考慮每種顏色光的光譜分布中的差別，因此彩色液晶顯示裝置100的色彩再現范圍可以是能夠高度準確地獲得等于或高于100％的NTSC。
在用背光裝置20照明設置有彩色濾光器19的彩色液晶顯示板10時，需要適當地選擇用作光源的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的波長范圍，以及彩色濾光器19的彩色濾光器部分的透射波長范圍，否則色純度降低進而使得色域變窄，如結合現有技術已經解釋的CCFL的情況。
現在說明這樣一個實例，其中當用作背光裝置20光源的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的峰值波長移動時，也就是說當波長范圍改變時，確定在不降低功效的情況下能夠給出具有高色純度和寬色域的白光的優(yōu)化峰值波長范圍。
具體地說，三種發(fā)光二極管中的兩種的峰值波長被固定，且提供具有不同峰值波長的其余發(fā)光二極管的幾個實例，并以交換的方式使用。隨后發(fā)現適于所得到的每組三種發(fā)光二極管的NTSC(國家電視系統委員會)。當NTSC比率超過100％時，所采用的三種發(fā)光二極管的波長范圍為紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出光的優(yōu)化峰值范圍。應當注意到，設定紅色光和藍色光的峰值波長以不允許由于上述能見度確定的功效的降低。
首先，固定藍光發(fā)光二極管21B和綠光發(fā)光二極管21G的峰值波長，并利用具有不同峰值波長的紅光發(fā)光二極管21R的樣品，與藍光和綠光發(fā)光二極管一起測量NTSC比率，以便發(fā)現紅光發(fā)光二極管21R的優(yōu)化峰值波長范圍。
圖19A描繪了在圖8中示出的彩色濾光器19的光譜特性的圖表，以及分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的波長光譜。提供具有(600+10N)nm峰值波長的紅光發(fā)光二極管21RN的10個樣品，其中N為從0至9的自然數。所用的綠光發(fā)光二極管21G具有525nm的峰值波長并且所用的藍光發(fā)光二極管21B具有450nm的峰值波長。
圖19B的圖表示出了根據使用具有(600+10N)nm峰值波長的紅光發(fā)光二極管21RN的情況NTSC比率的測量結果。從19B可以看出，在紅光發(fā)光二極管21RN的峰值波長λpr為625nm≤λpr≤685nm的情況下，NTSC變得等于或高于100％。
因此，紅光發(fā)光二極管21R的優(yōu)化峰值范圍為625nm≤λpr≤685nm。
分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的光譜的半值寬度hwr、hwg和hwb被設定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
接著，固定紅光發(fā)光二極管21R和藍光發(fā)光二極管21B的峰值波長，并利用幾個具有不同峰值波長的綠光發(fā)光二極管21G的樣品，與紅光和藍光發(fā)光二極管一起測量NTSC比率，以便發(fā)現綠光發(fā)光二極管21G的優(yōu)化峰值波長范圍。
圖20A描繪了在圖8中示出的彩色濾光器19的光譜特性的圖表，以及分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的波長光譜。提供具有(495+10N)nm峰值波長的綠光發(fā)光二極管21GN的7個樣品，其中N為從0至6的自然數。所用的紅光發(fā)光二極管21R具有640nm的峰值波長并且所用的藍光發(fā)光二極管21B具有450nm的峰值波長。
圖20B的圖表示出了根據使用具有(495+10N)nm峰值波長的綠光發(fā)光二極管21GN的情況NTSC比率的測量結果。從20B可以看出，在綠光發(fā)光二極管21GN的峰值波長λpg為505nm≤λpg≤535nm的情況下，NTSC變得等于或高于100％。
因此，綠光發(fā)光二極管21G的優(yōu)化峰值范圍為505nm≤λpg≤535nm。
分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的光譜的半值寬度hwr、hwg和hwb被設定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
接著，固定紅光發(fā)光二極管21R和綠光發(fā)光二極管21G的峰值波長，并利用具有不同峰值波長的幾個藍光發(fā)光二極管21B，與紅光和綠光發(fā)光二極管一起測量NTSC比率，以便發(fā)現藍光發(fā)光二極管21B的優(yōu)化峰值波長范圍。
圖21A描繪了在圖8中示出的彩色濾光器19的光譜特性的圖表，以及分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的波長光譜。提供具有(410+10N)nm峰值波長的藍光發(fā)光二極管21BN的8個樣品，其中N為從0至7的自然數。所用的紅光發(fā)光二極管21R具有640nm的峰值波長并且所用的綠光發(fā)光二極管21G具有525nm的峰值波長。
圖21B的圖表示出了根據使用具有(410+10N)nm峰值波長的藍光發(fā)光二極管21BN的情況NTSC比率的測量結果。從21B可以看出，在藍光發(fā)光二極管21BN的峰值波長λpb為420nm≤λpb≤465nm的情況下，NTSC變得等于或高于100％。
因此，藍光發(fā)光二極管21B的優(yōu)化峰值范圍為420nm≤λpb≤465nm。
分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的光譜的半值寬度hwr、hwg和hwb被設定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
因此，通過將分別由紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B所發(fā)出的紅色光、藍色光和藍色光的峰值波長設定為上述限定范圍，能夠提高背光裝置20發(fā)出白光的色純度，并提供比使用如現有技術所指示的用作光源的CCFL的情況更寬的色域。進而，能夠提供非常寬的色彩再現范圍的彩色液晶顯示裝置100。
(Re色度點)如上所述，能夠發(fā)現給出等于或高于100％的NTSC比率的發(fā)光二極管21的優(yōu)化峰值波長范圍?？墒?，應當注意到，不僅發(fā)光二極管的峰值波長而且其光譜分布在提高色純度和擴大色域中也是重要的因素。盡管發(fā)光二極管21的光譜分布基本遵循高斯分布，但根據制造工藝或其他因素，發(fā)光二極管示出了光譜分布的多種形狀。因此，如果僅限定發(fā)光二極管的峰值波長，則不會知道光譜分布。在此情況中，由于不能規(guī)定正確色彩再現范圍，故不關注光譜分布關于色度點影響的差異。
至今，指定發(fā)光二極管21的峰值波長以提供優(yōu)化的色域。根據本發(fā)明，當實現NTSC等于或高于100％的色彩再現范圍時，測量發(fā)光二極管21的色度點，并且使用由色度點的測量范圍所規(guī)定的發(fā)光二極管21，以便提供優(yōu)化的色域。
因此，測量紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的色度點，如上所述，所述發(fā)光二極管具有給出不小于100％NTSC比率的峰值波長范圍。具體地說，使用與彩色液晶顯示板10分離的背光裝置20，并且當發(fā)光二極管21發(fā)射每種顏色光時，利用色度計測量色度。
紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的色度點被標繪在由國際照明委員會(CIE)規(guī)定的XYZ彩色系統的xy色度圖中，所述發(fā)光二極管具有給出不小于100％NTSC比率的峰值波長范圍。在圖22A、22B、23A、23B、24A和24B中示出了上述結果。為了標繪色度點，選擇并在背光裝置20中排列分別具有紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的三個樣品，所述發(fā)光二極管給出按照前述發(fā)現的峰值波長范圍。隨后，在沒有彩色液晶顯示板10的中間體的情況下，利用這些發(fā)光二極管發(fā)出的彩色光進行測量。
{紅光發(fā)光二極管21R的色度點}在圖22A中，具有630nm、640nm和670nm峰值波長的三個紅光發(fā)光二極管21R的色度點被標繪在xy色度圖中，并且圖22B以放大的比例示出了標繪的色度點。因此，考慮到上述已經發(fā)現的根據紅光發(fā)光二極管21R的625nm≤λpr≤685nm的優(yōu)化峰值波長范圍，標繪在xy色度圖中的紅光發(fā)光二極管21R的峰值波長為630nm、640nm和670nm的事實，紅光發(fā)光二極管21R的優(yōu)化色度點的范圍為圖22B中矩形內限定的范圍RF，并可規(guī)定為0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33。
{綠光發(fā)光二極管21G的色度點}在圖23A中，具有510nm、525nm和535nm峰值波長的三個綠光發(fā)光二極管21G的色度點被標繪在xy色度圖中，并且圖23B以放大的比例示出了標繪的色度點。因此，考慮到上述已經發(fā)現的根據綠光發(fā)光二極管21G的505nm≤λpg≤535nm的優(yōu)化峰值波長范圍，標繪在xy色度圖中的綠光發(fā)光二極管21G的峰值波長為510nm、525nm和535nm的事實，綠光發(fā)光二極管21G的優(yōu)化色度點的范圍為圖23B中矩形內限定的范圍GF，并可規(guī)定為0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76。
{藍光發(fā)光二極管21G的色度點}在圖24A中，具有420nm、450nm和460nm峰值波長的三個藍光發(fā)光二極管21B的色度點被標繪在xy色度圖中，并且圖24B以放大的比例示出了標繪的色度點。因此，考慮到上述已經發(fā)現的根據藍光發(fā)光二極管21B的420nm≤λpb≤465nm的優(yōu)化峰值波長范圍，標繪在xy色度圖中的藍光發(fā)光二極管21B的峰值波長為420nm、450nm和460nm的事實，藍光發(fā)光二極管21B的優(yōu)化色度點的范圍為圖24B中矩形內限定的范圍BF，并可規(guī)定為0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06。
上述情況可簡化在表格6中示出。

{由于光譜分布不同引起的色度點差異的驗證}現在驗證色度點在即使峰值波長相同而色度分布不同的情況下會按如上所述變化。例如，在發(fā)射給定峰值波長的彩色光的發(fā)光二極管的光譜分布變寬的情況下，通過鄰近彩色濾光器19的波長段的濾光器部分透射的光與通過彩色液晶顯示板10透射的全部光的比例增加，由此產生混色進而使得色域變窄，其中所述濾光器19設置在彩色液晶顯示板10上。
圖25至27根據每種彩色光示出了具有相同峰值波長但具有不同光譜分布的兩種類型的發(fā)光二極管21的光譜特性。具體地說，圖25示出了具有630nm的相同峰值波長λpr但各自具有22nm和44nm的不同半值寬度hwr的兩個不同紅光發(fā)光二極管21R的光譜特性。圖26示出了具有525nm的相同峰值波長λpg但各自具有40nm和80nm的不同半值寬度hwg的兩個不同綠光發(fā)光二極管21G的光譜特性，而圖27示出了具有460nm的相同峰值波長λpb但各自具有25nm和50nm的不同半值寬度hwb的兩個不同藍光發(fā)光二極管21B的光譜特性。
圖28示出了重疊在一起的圖25至27中所示的光譜特性以及圖8中所示的彩色濾光器的光譜特性。從圖28可以看出，具有再加倍半值寬度的光譜分布的彩色光以增加的體積透射通過鄰近的彩色濾光器部分，進而引起更高的混色可能性。圖28中圓形標記中限定的位置表示每種顏色光的光譜分布與鄰近彩色濾光器部分的透射波長段相交的交叉點。應當注意到，如果光譜分布沿著增加半值寬度的方向改變，則交叉點升高，如箭頭所示，進而增加混色的速率。
因為色域受不同的光譜分布的影響，因此可以假定，為了提供照明彩色液晶顯示板10的白光的高色純度和寬色域，如上所述，如果僅限定如圖19B，20B和21B發(fā)現的峰值波長范圍是不夠的。為了驗證這一點，根據這樣的情況進行彩色液晶顯示裝置100的NTSC比率的測量，在所述情況中圖19B、20B和21B中所示的提供不小于100％NTSC的峰值波長范圍相會合(meet)，并且同時半值寬度被設定成圖19A、20A和21A中所示光譜分布的兩倍，即紅色光的半值寬度hwr、綠色光的半值寬度hwg和藍色光的半值寬度hwb分別為44nm、80nm和50nm。如果在這樣的情況中NTSC比率沒有超過100％，光譜分布改變的影響，也就是不同于峰值波長的影響不會作用于色域。
在上述適于發(fā)光二極管21的條件下，將NTSC比率測量的結果表示在下面對應每種顏色光的表格7至9中。對于測量結果的比較，從圖19B、20B和21B中提取在設定每種顏色光的再加倍半值寬度之前的NTSC比率值并將其表示在表格7至9中。
表格7

表格8

表格9


表格7示出了具有44nm半值寬度hwr和630nm、640nm和670nm峰值波長λpr的紅光發(fā)光二極管21R的NTSC比率。參照表格7，根據該半值寬度，對應630nm峰值波長λpr和640nm峰值波長λpr的NTSC比率為89.6％和95.5％，其分別都比100％低。當然，利用一半的22nm半值寬度能夠實現不小于100％的NTSC比率。
表格8示出了具有510nm、525nm和535nm峰值波長λpg以及全部都是80nm的半值寬度的綠光發(fā)光二極管21G的NTSC比率。參照表格8，根據該半值寬度，對于所有的峰值波長，NTSC比率都比100％低。當然，利用一半的40nm半值寬度能夠實現不小于100％的NTSC比率。
表格9示出了具有50nm半值寬度hwb和420nm、450nm和460nm峰值波長λpb的藍光發(fā)光二極管21B的NTSC比率。參照圖20，根據該半值寬度，對應460nm峰值波長λpb的NTSC比率為89.6％和95.5％，其分低于100％。當然，利用一半的25nm半值寬度能夠實現不小于100％的NTSC比率。
當發(fā)光二極管21發(fā)射每種顏色光時，利用色度計測量與彩色液晶顯示板10分離的背光裝置20上的紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B的色度點，所述發(fā)光二極管具有表格7至9中所示的相同的峰值波長以及再加倍的半值寬度。
進而，所測量的紅光發(fā)光二極管21R、藍光發(fā)光二極管21B和藍光發(fā)光二極管21B的色度點被標繪在由國際照明委員會(CIE)所規(guī)定的XYZ彩色系統中xy色度圖上。圖29A、29B、30A、30B、31A和31B中示出了上述結果。
{具有再加倍半值寬度的紅光發(fā)光二極管21R的色度點}圖29A示出了紅光發(fā)光二極管21R標繪在xy色度圖上的三個色度點，所述紅光發(fā)光二極管具有44nm的半值寬度hwr和630nm、640nm和670nm的峰值波長λpr。圖29B以放大的比例示出了這樣標繪的色度點。從這些附圖中可以看出，具有630nm和640nm峰值波長λpr的紅光發(fā)光二極管21R的色度點，以及對應未實現等于或高于100％NTSC比率的色度點在區(qū)域RF之外，所述區(qū)域參照圖22B所確定，是適于紅光發(fā)光二極管21R的優(yōu)化色度點區(qū)域。
{具有再加倍半值寬度的綠光發(fā)光二極管21G的色度點}圖30A示出了綠光發(fā)光二極管21G標繪在xy色度圖上的三個色度點，所述綠光發(fā)光二極管具有80nm的半值寬度hwg和510nm、525nm和535nm的峰值波長。圖30B以放大的比例示出了這樣標繪的色度點。從這些附圖中可以看出，具有510nm、525nm和535nm峰值波長λpg的綠光發(fā)光二極管21G的色度點，以及對應未實現等于或高于100％NTSC比率的色度點在區(qū)域GF之外，所述區(qū)域參照圖23B所確定，是適于綠光發(fā)光二極管21G的優(yōu)化色度點區(qū)域。
{具有再加倍半值寬度的藍光發(fā)光二極管21B的色度點}圖31A示出了藍光發(fā)光二極管21B標繪在xy色度圖上的三個色度點，所述藍光發(fā)光二極管具有50nm的半值寬度hwb和420nm、450nm和460nm的峰值波長hwb。圖31B以放大的比例示出了這樣標繪的色度點。從這些附圖中可以看出，具有460nm峰值波長λpb的藍光發(fā)光二極管21B的色度點，以及對應未實現等于或高于100％NTSC比率的色度點在區(qū)域BF之外，所述區(qū)域參照圖24B所確定，是適于藍光發(fā)光二極管21B的優(yōu)化色度點區(qū)域。
從以上可以看出，如果僅僅已經規(guī)定了峰值波長范圍的發(fā)光二極管21簡單地用于實現等于或高于100％的NTSC比率，則不考慮光譜分布的影響，進而能夠接受發(fā)光二極管21，其不能給出，如表格7至9中所示。根據單獨發(fā)光所測量的色度范圍確定這些發(fā)光二極管21，使得這些發(fā)光二極管可省略為不能給出不小于100％NTSC的發(fā)光二極管21，如圖29B、30B和3 1B所示。
因此，在紅光發(fā)光二極管21R、綠光發(fā)光二極管21G和藍光發(fā)光二極管21B所發(fā)出的紅色光、綠色光和藍色光的色度范圍按照圖13中所示予以規(guī)定的情況下，可正確地實現彩色液晶顯示裝置100的色彩再現范圍，所述色彩再現范圍實現等于或高于100％的NTSC。
在前述的描述中，規(guī)定以使彩色液晶顯示裝置100能夠實現不低于100％NTSC比率的色彩再現范圍的發(fā)光二極管21的色度，被描繪在國際照明委員會(CIE)提供的XYZ彩色系統的xy色度圖上。可是，也可以是使用CIE提供的u′v′色度圖，其利用測繪等式u′＝4x/(-2x+12y+3)，v′＝9y/(-2x+12y+3)進行設置。也就是說，本發(fā)明并不受色度圖的差別所限制并可用于允許測繪的任何色彩系統或任何色度圖。
使用上述彩色液晶顯示裝置的背光系統，其中發(fā)光二極管用作背光源，色純度比使用CCFL要高很多，使其能夠明顯擴大色彩再現范圍。
可是，在發(fā)光二極管所發(fā)出光的光譜的半值寬度較寬的情況下，色純度由于混色而降低，進而不能充分擴大色彩再現范圍。
特別地，綠光發(fā)光二極管的光譜分布寬于藍光發(fā)光二極管或紅光發(fā)光二極管的光譜分布，并具有接近藍光發(fā)光二極管或紅光發(fā)光二極管的半值寬度兩倍的半值寬度。因此，綠光發(fā)光二極管發(fā)出光的光譜覆蓋藍色濾光器的透射波長范圍進而由于色滲漏而引起綠光和藍光的混色，從而不能提供色彩再現范圍中足夠寬的綠色區(qū)域。
半值寬度是指對應光譜的峰值高度(強度)正好一半強度值的光譜中的波長寬度。
利用根據本發(fā)明的彩色液晶顯示裝置100，由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管構成的光源用作背光裝置的光源。此外，規(guī)定了發(fā)光二極管的半值寬度。通過規(guī)定半值寬度，能夠抑制相鄰彩色濾光器部分引起的混色影響，進而確保足夠寬的色域。
在本發(fā)明的實施例中，規(guī)定了綠光發(fā)光二極管的半值寬度，所述綠光發(fā)光二極管的光譜分布比其他發(fā)光二極管的寬。這樣，能夠將綠色對其他顏色的影響，尤其是對藍色的影響，如由于色滲漏引起的混色抑制到最小值，其能夠提供色彩再現范圍中綠色的更寬區(qū)域。
為了使綠光發(fā)光二極管發(fā)出光的光譜的半值寬度變窄，綠光發(fā)光二極管例如可以按照以下進行構造至于用作綠光發(fā)光二極管的晶體，使用II族至IV族元素化合物的半導體，如ZnSe，或III族至V族元素化合物的半導體，如GaN。通過使用由分子束外延(MBE)方法或有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法所代表的外延生長技術的晶體生長方法，能夠獲得高質量的晶體。
如果能夠獲得純度高于至今所能得到的晶體，也就是說，如果能夠提高構成綠光發(fā)光二極管的晶體的純度，則能夠使光發(fā)射光譜的半值寬度變窄。這可由以下事實得出，當純度提高時，可降低帶隙能量和光發(fā)射泄漏能量之間的差別。
因此，如果通過適當的方法能夠生長高純度的晶體，能夠構造具有光發(fā)射光譜的較窄的半值寬度的綠光發(fā)光二極管。
優(yōu)選地，構造綠光發(fā)光二極管使得綠色的色度點(顏色點)處于XYZ色彩系統的xy色度圖中的預定范圍內。具體地說，在以放大的比例示出了xy色度圖中綠色區(qū)域的圖34中，綠光發(fā)光二極管被構造以使得綠色點處于虛線矩形所限定的范圍內。也就是，綠色色度點(顏色點)處于0.16≤x≤0.21和0.70≤y≤0.76的范圍內。
利用上述范圍內的色度點，能夠擴大液晶顯示裝置在綠色區(qū)域中的色彩再現范圍，以便完全覆蓋RGB標準的區(qū)域并將NTSC比率設定為超過100％的更大值。此外，能夠與前述YCC標準的范圍相匹配。
綠光發(fā)光二極管的光發(fā)射光譜的半值寬度FWHM優(yōu)選為盡可能窄，可是從制造方面而言，目前很難提供小于30nm的半值寬度。也擔心如果光發(fā)射光譜的半值寬度過窄，則降低了光譜能量，進而導致亮度的變差。
如果通過制造技術的提高能夠提供小于30nm的光發(fā)射光譜的半值寬度，從加寬色域的方面而言，半值寬度不應限制在30nm或更大。
在本發(fā)明的實施例中，至今廣泛使用的彩色濾光器，也就是原色(紅色、綠色和藍色)的濾光器，或互補色，如青色、品紅色或黃色的濾光器，可用作彩色濾光器。
盡管所用的發(fā)光二極管的彩色合成可以是隨意的，但利用三原色的發(fā)光二極管，即紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管基本可再現白色或其他各種顏色。
利用不同于三原色發(fā)光二極管的二極管也可構造背光裝置的光源。
每個發(fā)光二極管的光束在背光裝置內混合而產生白光。
同時，在本實施例中的彩色液晶顯示裝置100中，背光裝置20的綠光發(fā)光二極管21G被設計成使得光發(fā)射光譜的半值寬度FWHM具有從30nm到40nm相對窄的范圍。
通過將綠光發(fā)光二極管21G的半值寬度FWHM設定為30至40nm，綠光發(fā)光二極管21G的光發(fā)射光譜的邊緣部分可變得更短，以便減少與其他彩色濾光器部分，如藍色濾光器CFB的透射波長帶的重疊。這樣能夠抑制綠色與其他顏色，如藍色的混色。
實際制造彩色液晶顯示裝置以研究(check into)其特性。如圖32示意性所示，彩色亮度尺300被放置在彩色液晶顯示裝置100的彩色濾光器19的頂面上以測量光譜特性。光譜特性也被標繪在XYZ彩色系統的色度圖中并從XYZ彩色系統的該色度圖發(fā)現NTSC比率。
所用的背光裝置的光源為三原色的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管中的綠光發(fā)光二極管具有不同的半值寬度(FWHM)。所用的彩色濾光器是常規(guī)使用的濾光器。通過背光源的使用，制造了多個彩色液晶顯示裝置并通過上述測量方法進行光譜特性的測量。
具體地說，利用三原色的發(fā)光二極管，尤其是具有450nm光發(fā)射峰值波長和25nm半值寬度FWHM的藍光發(fā)光二極管(LED-B)，綠光發(fā)光二極管(LED-G)和具有640nm光發(fā)射峰值波長和22nm半值寬度FWHM的紅光發(fā)光二極管(LED-R)構造背光裝置的光源。該背光源與常規(guī)使用的三色濾光器(CFR、CFG和CFB)結合以構成彩色液晶顯示裝置。
至于綠光發(fā)光二極管(LED-G)，提供三種不同類型的綠光發(fā)光二極管，即具有525nm光發(fā)射峰值波長和40nm半值寬度FWHM的類型，具有525nm光發(fā)射峰值波長和35nm半值寬度FWHM的類型和具有525nm光發(fā)射峰值波長和30nm半值寬度FWHM的類型，以制造彩色液晶顯示裝置。
同時，當其光譜強度變化時，調節(jié)三種類型的綠光發(fā)光二極管(LED-G)，保持半值寬度FWHM的改變，以便實現白色平衡的匹配。特別地，調節(jié)綠光發(fā)光二極管的光譜強度，以使基于混合三種顏色發(fā)光二極管的顏色所獲得的白光色度坐標(x，y)為(x，y)＝(0.288，0.274)。
在圖33中彼此重疊地示出了三種綠光發(fā)光二極管的光發(fā)射光譜。從圖33可以看出，半值寬度FWHM越窄，峰值強度越高，且峰值邊緣變得越短。
在圖34中示出了以上所述的三種綠光發(fā)光二極管的色度點。從圖34可以看出，所有綠光發(fā)光二極管的色度點都處于虛線矩形所圍繞的區(qū)域內。
在圖35中一起重疊地示出了每種顏色(紅、藍和綠色)光的發(fā)射光譜以及彩色濾光器的光譜特性。對于綠光發(fā)光二極管，一起重疊地示出了圖33中所示的三種類型的光發(fā)射光譜。
通過示出測量的結果，在圖36中XYZ彩色系統的色度圖中重疊地示出了各個彩色液晶顯示裝置的色彩再現范圍。從圖36可以看出，當綠光發(fā)光二極管LED-G的半值寬度FWHM變得更窄時，色彩再現范圍向上擴展。這可能由以下事實引起，所述事實是綠光發(fā)光二極管LED-G的半值寬度FWHM越窄，由于彩色濾光器中藍色濾光器CFB引起的混色度變得更小。
根據圖36中示出的測量結果，發(fā)現各個彩色液晶顯示裝置的每個色彩再現范圍的NTSC比率。對應綠光發(fā)光二極管LED-G的40nm、35nm和30nm半值寬度的NTSC值分別為105％、108％和111％。
圖36的藍色區(qū)域和綠色區(qū)域分別被放大地在圖37A和37B中示出。
從圖37A可以看出，在綠光發(fā)光二極管LED-G的半值寬度FWHM改變時，幾乎觀察不到藍色區(qū)域中色度點的變化。另一方面，從圖37B中可以看出，在綠色區(qū)域中，當綠光發(fā)光二極管LED-G的半值寬度FWHM變窄時，y值增加，綠色區(qū)域的色域變得更寬。
圖38示出了綠光發(fā)光二極管LED-G的半值寬度FWHM與NTSC比率之間的關系。
從圖38可以看出，在半值寬度和色域(NTSC比率)之間存在相關性。從這個相關性可以看出，如果需要將NTSC維持在高于105％，半值寬度FWHM必須不大于40nm，并且如果超過該值，則不能獲得105％的NTSC比率。
還可以看出，為了提供顯示的寬色域，不僅優(yōu)化發(fā)光二極管的光發(fā)射波長，而且使光發(fā)射光譜的半值寬度變窄都是必需的。
利用本實例的上述彩色液晶顯示裝置100，其中背光裝置20的光源由發(fā)光二極管21R、21G和21B構成并且綠光發(fā)光二極管21G具有30nm至40nm的半值寬度FWHM，能夠抑制綠色與其他顏色的混色并提供綠色區(qū)域的較寬色彩再現范圍。以此方式能夠獲得100％或更高的NTSC比率或實現與YCC標準的區(qū)域的匹配。
本發(fā)明不限于參照附圖描述的上述實施例的具體構造。應當理解，本發(fā)明包含諸如本領域技術人員在本發(fā)明的范圍和原理之內很容易實現的各種變化或修正。
權利要求
1.一種用于從背側以白光照明具有彩色濾光器的透射型彩色液晶顯示板的背光裝置，所述彩色濾光器由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成，所述背光裝置包括光源，其由發(fā)射半值寬度hwr為15nm≤hwr≤30nm的紅光的紅光發(fā)光二極管、發(fā)射半值寬度hwg為25nm≤hwg≤50nm的綠光的綠光發(fā)光二極管和發(fā)射半值寬度hwb為15nm≤hwb≤30nm的藍光的藍光發(fā)光二極管構成；以及用于混合所述光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生所述白光的色混合裝置。
2.根據權利要求1所述的背光裝置，其中，在所述藍光發(fā)光二極管發(fā)出的所述藍光的峰值波長λpb為λpb≥460nm時，則所述綠光發(fā)光二極管發(fā)出的所述綠光的半值寬度hwg為25nm≤hwg≤43nm。
3.一種包括透射型彩色液晶顯示板和從背側以白光照明所彩色液晶顯示板的背光裝置的彩色液晶顯示裝置，所述顯示板包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器，所述背光裝置包括光源，其由發(fā)射半值寬度hwr為15nm≤hwr≤30nm的紅光的紅光發(fā)光二極管、發(fā)射半值寬度hwg為25nm≤hwg≤50nm的綠光的綠光發(fā)光二極管和發(fā)射半值寬度hwb為15nm≤hwb≤30nm的藍光的藍光發(fā)光二極管構成；和用于混合由所述光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生所述白光的色混合裝置。
4.根據權利要求3所述的背光裝置，其中，在用作所述背光裝置的所述光源的藍光發(fā)光二極管發(fā)出的所述藍光的峰值波長λpb為λpb≥460nm時，所述綠光發(fā)光二極管發(fā)出的所述綠光的半值寬度hwg為25nm≤hwg≤43nm。
5.一種用于從背側以白光照明具有彩色濾光器的透射型彩色液晶顯示板的背光裝置，所述彩色液晶顯示板包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器，所述背光裝置包括光源，其由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管構成，所述紅光發(fā)光二極管發(fā)射具有由國際照明委員會CIE所規(guī)定的XYZ彩色系統中xy色度圖中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度點的紅光，所述綠光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度點的綠光，和所述藍光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度點的藍光；和用于混合所述光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生所述白光的色混合裝置。
6.一種包括透射型彩色液晶顯示板和用于從背側以白光照明所述彩色液晶顯示板的背光裝置的彩色液晶顯示裝置，所述透射型彩色液晶顯示板包括由用于波長選擇并透射紅光、綠光和藍光的三色濾光器構成的彩色濾光器，所述背光裝置包括光源，其由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管構成，所述紅光發(fā)光二極管發(fā)射具有由國際照明委員會CIE所規(guī)定的XYZ彩色系統中xy色度圖中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度點的紅光，所述綠光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度點的綠光，和所述藍光發(fā)光二極管發(fā)射具有xy色度圖中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度點的藍光；和用于混合所述光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光以產生所述白光的色混合裝置。
7.一種彩色液晶顯示裝置，其包括具有彩色濾光器的透射型彩色液晶顯示板；用于從背側照明所述彩色液晶顯示板的背光光源，所述背光光源由紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管和藍光發(fā)光二極管組成；和用于混合由所述背光光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光的色混合裝置；所述綠光發(fā)光二極管的光發(fā)射光譜的半值寬度處于30nm和40nm之間的范圍內。
8.根據權利要求7所述的彩色液晶顯示裝置，其中所述綠光發(fā)光二極管在XYZ彩色系統中的xy色度圖中的色度點顏色點處于0.16≤x≤0.21和0.70≤y≤0.76的范圍內。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在彩色液晶顯示裝置(LCD)中使用的背光裝置。背光裝置通過混合光源發(fā)出的紅光、綠光和藍光而產生白光，所述光源包括發(fā)射半值寬度hwr為15nm≤hwr≤30nm的紅色光的紅光發(fā)光二極管(21R)、發(fā)射半值寬度hwg為25nm≤hwg≤50nm的綠色光的綠光發(fā)光二極管(21G)和發(fā)射半值寬度hwb為15nm≤hwb≤30nm的藍色光的藍光發(fā)光二極管(21B)。從透射型彩色液晶顯示板(10)的背側施加白光，所述液晶顯示板包括具有用于波長選擇地透射紅色光、綠色光和藍色光的三原色濾光器的彩色濾光器(19)。
文檔編號G02F1/1335GK101031843SQ20058003326
公開日2007年9月5日 申請日期2005年8月9日 優(yōu)先權日2004年8月18日
發(fā)明者芳賀秀一, 柿沼孝一郎, 中枝武弘, 松本達彥, 田川康弘, 太田溫, 奧貴司, 新井健雄 申請人:索尼株式會社