CN103629603A - 高亮度宽色域直下式背光模块及应用该模块的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高亮度宽色域直下式背光模块及应用该模块的液晶显示器，包括光学膜组、背光灯板和设置于背光灯板上的多个混合搭配的彩灯和白灯；所述光学膜组由上而下依次为偏振型亮度增强膜、亮度增强膜和扩散膜，背光灯板位于光学膜组之下，所述彩灯和白灯的混光距离：同一种灯的间距为1.1～1.2:1，所述混光距离为灯的上表面到扩散膜下表面的距离。本发明通过理论分析和试验，得出液晶显示器色域提升的最佳RGB灯，并运用彩灯和白灯混合搭配的方法，改善全彩灯的混光缺陷，同时降低混光距离。通过对背光进行优化，使得液晶显示模块在保持高亮度、宽色域的同时下，实现优异的显示品质和光学品味，降低全彩灯直下式背光腔的厚度。

Description

高亮度宽色域直下式背光模块及应用该模块的液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶显示模块，尤其涉及的是一种高亮度宽色域直下式背光模块及应用该模块的液晶显示器。

背景技术

典型的液晶显示模块由背光和液晶屏组成，位于背光前面的液晶屏内含有透过率能够改变的像素。背光从液晶屏后面将其照亮。像素的透过率能够减小至像素全黑，也能够增加至像素最亮。通过提供适当的驱动信号给像素，造成想要的亮区和暗区，这样图像能够显示在液晶显示模块上。

在典型的彩色液晶显示模块中，每个像素由单独可控的红色、绿色和蓝色单元组成。每个单元包含了能够透过对应颜色的滤光片。例如：红色单元包含了红色的滤光片，仅仅当红色单元被设置成透光时，光线才能通过红色滤光片，像素看起来呈红色。通过提供信号，组合不同透过率的红绿蓝单元，像素能够显示各种其他颜色。

典型的高亮度彩色液晶显示模块中，背光灯通常为LED白灯。LED白灯光效高，但是LED白灯的二波段光谱和液晶屏的三种色谱匹配不能够完全匹配，使得液晶显示模块难以达到高色域。而普通的高色域彩色液晶显示模块，需要用合适的背光和液晶屏的光谱进行匹配，我们可以将这种匹配的方法分为时序上和空间上的色彩匹配。

在时序上进行色彩匹配，Wei-Ping Lin等在美国发明Method of increasing color gamutof a color display（增加彩色显示器色域的方法），US7995014B2中提到，采用RGB的背光灯，在需要显示某颜色的区域打开某颜色背光灯，再打开对应的像素单元，可以提升显示模块的色域。这个方法存在两个问题：1、现有的工业技术，很难以做到液晶的响应时间快到能够匹配此色彩混合；2、多色彩LED背光的色彩控制非常困难。

而进行空间上的色彩匹配，Hul Chu Ke等在美国发明Multi-Primary Color Display（多基色彩色显示器），US7771098B2中提到，可以增加液晶屏单个像素中子像素的个数，但现有主流的液晶屏的像素依旧为RGB像素。Chih-Li Chang等在美国发明Backlight Module ofA Liquid Crystal Display,Display Device,Method of Improving Color Gamut of A DisplayDevice（液晶显示器背光模组，液晶显示器以及提升液晶显示器设备色域的方法），US7486354B2中提到采用在背光中增加滤光片的方法，提升模块的色域，但是这样色域获得很大提升时，模块亮度也会大大降低。现有主流电脑厂商，采用调整白灯荧光粉的特性或者改变芯片的发光特性，提升液晶显示模块的色域。但是这种白灯定制方法也存在周期较长、需要反复试验等困难，对于小厂家来说难以实施。

通过采用高光效且主波长合适的RGB三色灯，可以实现液晶显示模块的高亮度和宽色域，但是，采用这种方法的全彩灯直下式背光的混光距离比较大，模块厚度也较厚。如果采用导光器件压缩混光距离进行导光，会增加设计和成本上的压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高亮度宽色域直下式背光模块及应用该模块的液晶显示器，够实现高亮度的直下式背光，没有显示缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括光学膜组、背光灯板和设置于背光灯板上的多个混合搭配的彩灯和白灯；所述光学膜组由上而下依次为偏振型亮度增强膜、亮度增强膜和扩散膜，背光灯板位于光学膜组之下，所述彩灯和白灯的混光距离：同一种灯的间距为1.1～1.2:1，所述混光距离为灯的上表面到扩散膜下表面的距离。

作为本发明的优选方式之一，所述相邻的白灯和彩灯的间距：同一种灯的间距为0.5～0.707：1。

作为本发明的优选方式之一，所述彩灯与白灯的数量比例为1:1。

一种高亮度宽色域直下式背光模块的液晶显示器。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过理论分析和试验，得出液晶显示器色域提升的最佳RGB灯，并运用彩灯和白灯混合搭配的方法，改善全彩灯的混光缺陷，同时降低混光距离。通过对背光进行优化，使得液晶显示模块在保持高亮度、宽色域的同时下，实现优异的显示品质和光学品味，降低全彩灯直下式背光腔的厚度。

附图说明

图1为液晶屏RGB彩色滤光片的透过率谱线；

图2为白色LED灯的光谱功率密度分布；

图3为红绿蓝三色LED灯的光谱功率密度分布；

图4为液晶屏匹配不同主波长的RGB彩灯得到的色域；

图5为液晶屏彩色滤光片和LED灯功率光谱分布匹配后的红、绿和蓝单色场的色坐标；

图6为实施例1全彩灯直下式背光灯板示意图布局示意图；

图7为实施例2全白灯直下式背光灯板示意图布局示意图；

图8为实施例3彩灯和白灯混合搭配的直下式背光灯板布局示意图；

图9为实施例4彩灯和白灯混合搭配的直下式背光灯板布局示意图；

图10为实施例5彩灯和白灯混合搭配的直下式背光灯板布局示意图；

图11为采用本发明背光模块的背光腔示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，红色、绿色和蓝色滤光片相应的谱线在图中分别标明为红、绿、蓝。红色和绿色，以及绿色和蓝色谱线间都有很大的重叠部分。

将背光灯的光谱和液晶屏RGB彩色滤光片的透过率谱线进行匹配时，模块的色域可以采用以下方法进行计算。

上式中，

为LED的光谱功率密度，k为玻璃和背光膜系的综合透过率，ρ(λ)为液晶屏的透过率谱线。

通过三刺激值可以得到对应的色坐标:

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}$

液晶屏红、绿和蓝场对应的(x,y)所围成的面积比即为液晶显示模块的色域。

图2为白光LED灯的光谱功率密度分布。其在380～780纳米的可见光范围内都有光谱，因此在使用RGB彩色滤光片的液晶屏后面使用该类型的背光时，模块的色域会比较低。

在本发明中，背光中采用了RGB三色芯片在同一包装内的彩灯作为背光灯之一。如图3所示，RGB LED灯的光谱功率密度分布中，红、绿和蓝单色芯片分别发出红色、绿色和蓝色光线，单色光谱的半高宽都在20～30纳米之间。

图4反映了使用RGB彩灯为背光和RGB滤光片的液晶屏匹配后的模块色域，当液晶屏彩色滤光片谱线和RGB三色彩灯中两种芯片发出光线的主波长固定，改变另一种芯片发出光线主波长时，模块的色域会变化。由于液晶屏绿色滤光片的透过谱和红色、蓝色滤光片的透过谱都有重叠，因此当绿灯主波长在一特定值时模块色域最高，这个值与液晶屏的绿色滤光片有关。当绿灯主波长大于或者小于这个值，液晶显示器的色域都会下降。而红灯的主波长增加或蓝灯主波长减小时，模块的色域增加，并渐渐随着波长变化趋向于稳定。根据此方法，可以确定最合适的三合一彩灯。

从理论上，采用R、G和B单色彩灯匹配液晶屏，可以更好地增加模块的色域，进行背光设计时的选择会更加多。在图5中，本发明比较了同一款液晶屏和不同背光进行匹配时红场、绿场和蓝场的色坐标图，边角为圆点的曲线代表背光灯为普通二波段白灯；边角为三角的曲线代表背光灯为某一种任意RGB三色彩灯；边角为方框的曲线代表和液晶屏匹配的RGB彩灯。

但是R、G和B单色彩灯发光时，由于它们的芯片距离过大，会导致出现显示上的缺陷；即使采用R、G和B三色芯片在同一封装内的彩灯作为背光灯，也容易产生显示上的缺陷。在同一背光中，将单芯片白灯换成三芯片彩灯，产生的显示缺陷需要用扩散膜进行遮盖或者增加混光比（混光距离/灯间距）。扩散膜会带来光学膜组透过率的下降。增加混光比去达到相应的显示质量时，混光比会从全白灯的1:1增加到全彩灯的1.3:1。本发明提供了一种新的方法，运用白灯和彩灯混合搭配，改善全彩灯直下式背光的显示缺陷，并使混光比从1.3:1减小到(1.1～～1.2):1。与彩灯的多芯片不同，白灯采用一种芯片。在液晶显示模块的厚度和其他性能参数无法改变情况下，本发明可以实现背光混光比和其他性能参数的综合实现。实施例1

本实施例如图6所示，图6为全彩灯的直下式背光灯板2布局示意图，其中圆圈代表彩灯。

以10.4寸背光灯板2为例，灯的封装为3.5mm×2.8mm×2.0mm，且灯的半亮度角都为60°。灯间距a为10mm。

图11为使用本发明的背光模块的背光腔示意图，其中光学膜组1从上至下依次为偏振型亮度增强膜、亮度增强膜和扩散膜，背光灯板2位于光学膜组1之下。偏振型亮度增强膜为3M公司的DBEF-D400，亮度增强膜为3M公司的BEFⅢ90/50-10T，扩散膜的雾度为96%，一次全光线透过率为55%，其中，近轴(小于或者等于5°)透过率为2%，扩散(大于5°)透过率为53%。

实施例2

本实施例如图7所示，图7为全白灯的直下式背光灯板2布局示意图，其中正方形代表白灯。

其他实施方式和实施例1相同。

实施例3

本实施例如图8所示，圆形代表彩灯，正方形代表白灯。其他实施方式和实施例1相同。

实施例4

本实施例如图9所示，圆形代表彩灯，正方形代表白灯。其他实施方式和实施例1相同。

实施例5

本实施例如图10所示，圆形代表彩灯，正方形代表白灯。其他实施方式和实施例1相同。

比较实施例1～5，如表1所示，表1中分别描述了同一款低色域液晶屏匹配不同背光灯板2的背光腔构造和显示效果。

表1不同背光灯板2的构造和效果

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						同一种灯之间间距a	10mm	10mm	10mm	10mm	10mm
彩灯数量	352	0	176	176	192
						白灯数量	0	352	176	180	192
灯的总数量	352	352	352	356	384
						白灯和彩灯间距	--	--	0.707a	0.707a	0.5a
混光距离b	13mm	10mm	11～12mm	11～12mm	11～12mm
						色域	70%	40%	65%～67%	65%～67%	65%～67%

实施例1中的全彩灯背光可以实现1000nit的高亮度和70%的宽色域。混光距离b（灯的上表面到扩射膜下表面的距离）为灯间距1.3倍或者更大时，显示质量优异。否则，液晶显示器在白场时的色度均匀性较差。此时混光距离最小为13mm。

实施例2中的全白灯背光可以实现1000nit的高亮度，混光距离b为10mm，比全彩灯小，但是色域无法调节，仅为40%。

实施例3～5的背光灯板2与实施例1相比，不仅可以实现同样的高亮度和显示质量，而且混光距离b可以减小，减小范围与白灯和彩灯相对位置、白灯发出的光通量所占总光通量比例有关。但是色域也变化为65%～67%。即控制混光距离b和同一种灯之间间距a的比例b:a=1.1～1.2：1时，可以实现高亮度宽色域的要求。

实施例3～5中的背光灯板2与实施例2相比，色域可以从40%增加到65%以上。

Claims (4)

1.一种高亮度宽色域直下式背光模块，其特征在于，包括光学膜组（1）、背光灯板（2）和设置于背光灯板（2）上的多个混合搭配的彩灯和白灯；所述光学膜组（1）由上而下依次为偏振型亮度增强膜、亮度增强膜和扩散膜，背光灯板（2）位于光学膜组（1）之下，所述彩灯和白灯的混光距离：同一种灯的间距为1.1～1.2:1，所述混光距离为灯的上表面到扩散膜下表面的距离。

2.根据权利要求1所述的高亮度宽色域直下式背光模块，其特征在于，所述相邻的白灯和彩灯的间距：同一种灯的间距为0.5～0.707：1。

3.根据权利要求1所述的高亮度宽色域直下式背光模块，其特征在于，所述彩灯与白灯的数量比例为1:1。

4.一种应用权利要求1～3任一项所述高亮度宽色域直下式背光模块的液晶显示器。

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