CN106597751A - 一种具有宽广色域的液晶显示器及其色温调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有宽广色域的液晶显示器及其色温调节方法，该显示器包括：背光模组在液晶显示器面板的背面；背光驱动器驱动背光模组；背光模组包含：导光板、发光二极管灯条、围绕在发光二极管灯条周围的反光膜，该反光膜同时包围一部分导光板；发光二极管灯条在背光模组的右端，光学薄膜在导光板前面和反光膜在导光板后面；发光二极管光条包括：三种并列红光、绿光和蓝光的发光二极管。该色温调节方法包括：改变在背光中的红光发光二极管、绿光发光二极管、蓝光发光二极管的亮度来改变液晶显示器屏幕上的色温。通过本发明提高液晶显示器色域调节的水平、提高液晶显示器色温调节的水平，降低成本，得到多种不同的颜色。

Description

一种具有宽广色域的液晶显示器及其色温调节方法

技术领域

本发明涉及液晶显示器领域，尤其涉及一种具有宽广色域的液晶显示器及其色温调节方法。

背景技术

在1931年,CIE(国际照明委员会)设定了一个方法来描述人类对光的视觉感应。它使用Y(照度),以及x,y(色度)来描述光的亮度和颜色。例如,在描述色度方面,白色的色度值是邻近(x,y)＝(0.333,0.333)，对于红色,x值接近0.6，对于绿色,y值接近0.5。对于蓝色,x和y的值均约为0.15，这被称为CIE1931色彩空间。

然后在1953年,NTSC(国家电视系统委员会)发布了一个彩色电视上显示的红,绿,蓝三原色的标准，这就是所谓的NTSC色域的标准。使用CIE1931色彩空间,该标准的三原色的色度值列出如下:

红原色(x,y)＝(0.67,0.33)，绿原色(x,y)＝(0.21,0.71)，蓝原色(x,y)＝(0.14,0.08)。

根据这个标准,在电视上显示的图像将具有很好的颜色质量。当然,在当时,用于电视的CRT(阴极射线管)不能满足这种NTSC色域的标准。

液晶显示器的一个主要问题是色域，当液晶显示器背光使用白色发光二极管来取代CCFL(冷阴极荧光灯)后,这个问题变得更严重，在一般情况下,市场上的液晶显示器可以提供一个色域到NTSC标准的70％左右，其结果是，在屏幕上显示图像的色彩饱和度不是很好，这个问题的基本原因是用来照亮液晶显示器背光的颜色光谱，目前，白色发光二极管被用作液晶显示器背光的光源。

为了改善液晶显示器的色域,最近已经引入了一种使用量子点技术的新光学材料，此材料含有纳米晶体的荧光粉，可以将光谱转换成所需要的光谱。

最近这种使用新的光学膜的液晶显示器已经引入市场，使用这种液晶显示器的电视机的颜色质量显著提高，其结果使得量子点技术成为在显示器行业中当前的热项目。

但是,调整色温仍然使用降低原色的灰度等级的技术进行，其结果是,量子点不能解决色温调节时降低图像质量的问题，另外,使用量子点改善液晶颜色的技术有两个次要缺点，首先，量子点膜的成本相当高，特别是使用于大尺寸电视机的液晶显示器上,这种额外的成本会增加大尺寸电视机的价格；第二，量子点膜会降低屏幕的亮度，因此,需要一个更亮的背光以达到所需的液晶屏幕的亮度。

在高端专业应用的彩色显示器(例如,电影编辑和图形设计),显示的色温可以调节,使得在屏幕上的图像可以提供真实场景的色彩，在液晶显示器之前,使用CRT(阴极射线管)的显示器可以有“色彩校准”的功能，然而,当液晶显示器替代CRT后,显示器的色彩校准功能变得更难以提供。

液晶显示器的每个像素具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三个子像素。大多数商业液晶显示器的每个子像素具有8位元的灰度，所以可以提供256个灰度等級(从0到255)，当灰度等级在255时子像素的亮度是最高的，当灰度等级在0时子像素的亮度是全黑的，这样，当红、绿、蓝三个子像素的灰度级都在255时，这样的像素显示了白色；当三个子像素的灰度级都在0时黑色出现了，因此，通过控制红、绿、蓝子像素的灰度级，这个像素可以显示256x256x256＝16,777，216种不同的颜色和灰度级。

当前的液晶显示器允许用户选择两个到三个预先确定的色温设置，例如5000K,6500K,和9300K，这些数字表示显示在屏幕上“白色”的色温(以热力学温标K做单位)，当色温调到更高的数目时,在屏幕上显示的“白色”朝蓝色的方向偏移。

液晶显示器用以调节色温的技术是基于限制一个或两个原色的灰度，如果红色的灰度限制为从0到150，在显示白色时红、绿、蓝子像素的灰度级是150，255，255。由于红原色不是处于其最高的水平，显示的白色会偏移向淡蓝色，增加了现实的色温度之后，在屏幕上显示的颜色数量减少到151x256x256＝9，895，936，不再是原有的16，777，216，这可能会降低图像的品质。当一些原色的灰度级降低到64级或以下的情况，显示器上现示的两个相邻的灰度级中会出现一些线条，这会严重影响图像的品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是由于目前的技术采用的量子点膜，其使用的成本高，色域宽度较小，同时屏幕亮度被降低。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，该显示器包括：背光模组、背光驱动器、液晶显示器面板；背光模组在液晶显示器面板的背面；背光驱动器驱动背光模组；背光模组包含导光板、发光二极管灯条、围绕在发光二极管灯条周围的反光膜，该反光膜同时包围一部分导光板；导光板摄于光学薄膜和反光膜之间；发光二极管光条包括三种并列的红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管。

本发明的有益效果是：本发明的液晶显示器可以具有非常宽的色域，并可以超过现有的NTSC色域标准，适用于具有卓越颜色质量的电视机以及专业的液晶显示屏，利用本发明还可以调整白色的色温而并不影响显示图像的品质，所以适合专业应用的需求，通过调节背光的颜色液晶显示的图像可以有特殊的色彩，并随时间改变，可以应用与一些广告和游戏，提供特殊效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管并列成三个独立的组合，并且每个组合有独立的连接线，所述的连接线与各自对应的颜色发光二极管驱动电路连接。

进一步，所述背光驱动器包括至少2个发光二极管驱动电路，每个驱动电路驱动一组颜色的发光二极管。

采用上述进一步方案的有益效果是：使发出的红光、绿光和蓝光能够以各种比例混合，得到各种不同的颜色。

进一步，所述背光驱动器还包括：至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号，所述的至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号用于独立地调节控制每种颜色发光二极管发出的光量。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够自动控制，不受各路的发光二极管影响，同时可以分别调节从红光、绿光和蓝光的发光二极管发出的亮度。

一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器的色温调节方法，该方法包括：

改变在背光中的红光发光二极管,绿光发光二极管,和蓝光发光二极管的亮度来改变液晶显示器屏幕上的色温。

进一步，该方法还包括：在调整色温后,若液晶显示器屏幕亮度需要降低,先设置红光发光二极管的最大亮度与它原来的最大亮度比值为a,绿光发光二极管的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1,蓝光发光二极管的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1；当液晶显示器的最大亮度降低为原来的C倍,则红色发光二极管的亮度调降到原来最大亮度的比值为ac,而绿光发光二极管调降到原来最大亮度的比值c，蓝光发光二极管调降到原来最大亮度的比值c，以保持调整好的色温。

本发明的另一個有益效果是：用很低的成本，通过调节背光的顏龟來创造出屏幕上特殊的色彩效果。

附图说明

图1为本发明液晶显示器的结构示意图；

图2为本发明背光模组的结构示意图；

图3为第一种发光二极管光条的示意图；

图4为第二种发光二极管光条的示意图；

图5为现有液晶显示器的彩色滤光片的透射光谱和红光、绿光、蓝光发光二极管的颜色光谱的示意图；

图6为改进彩色滤光片的透射光谱以提高色域到超过NTSC的标准的示意图；

附图：

1、光学薄膜，2、反光膜，3、导光板，4、发光二极管灯条，5、绿光发光二极管，6、红光发光二极管，7、蓝光发光二极管，8、发光二极管共同连接点，9、蓝色滤光片，10、绿色滤光片，11、红色滤光片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，该显示器包括：背光模组、背光驱动器、液晶显示器面板；背光模组在液晶显示器面板的背面；背光驱动器驱动背光模组；背光模组包含导光板3、发光二极管灯条4、围绕在发光二极管灯条4周围的反光膜2，该反光膜2同时包围一部分导光板3；发光二极管灯条4在背光模组的右端，光学薄膜1在导光板3前面和反光膜2在导光板3后面；发光二极管光条包括三种并列红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7。

所述红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7并列成三个独立的组合，并且每个组合有独立的连接线，所述的连接线与各自对应颜色的发光二极管驱动电路连接。

背光驱动器包括至少2个发光二极管驱动电路，每个驱动电路驱动一组颜色的发光二极管。

背光驱动器还包括：至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号，所述的至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号用于独立地调节控制每种颜色发光二极管发出的光量。

一种液晶显示器的色温调节方法，该方法包括：

改变在背光中的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的亮度来改变液晶显示器屏幕上的色温。

在调整色温后,若液晶显示器屏幕亮度需要降低,先设置红光发光二极管6的最大亮度与它原来的最大亮度比值为a,绿光发光二极管5的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1,蓝光发光二极管7的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1；当液晶显示器的最大亮度降低为原来的C倍,则红色发光二极管的亮度调降到原来最大亮度的比值为ac,而绿光发光二极管5调降到原来最大亮度的比值c，蓝光发光二极管7调降到原来最大亮度的比值c，以保持调整好的色温。

如图1显示，本发明液晶显示器的系统架构，它具有一个标准的液晶显示器面板，其中每个像素包含红色,绿色,和蓝色的子像素。在液晶显示器后面是背光模组,作为背光光源的发光二极管光条具有一组红色的发光二极管,一组绿色的发光二极管,和一组蓝色的发光二极管，背光驱动器有三个发光二极管驱动渠道，每个驱动渠道驱动一组颜色的发光二极管。此外,这个背光驱动器有三个亮度控制(或调光)电路及三个输入信号来独立的调控每个颜色发光二极管发出的光量，使用这些特殊的功能,从该发光二极管光条发射出的光是红光,绿光,和蓝光以各种比例的混合。例如,如果来自绿色和蓝色发光二极管发出的光被调暗,发光二极管光条发射的光中红光的比例增加，其结果是,在液晶显示器上显示的白色变得偏红，同时显示的色温降低；如果绿色和蓝色光的亮度下调到零亮度(或全黑),在液晶显示器上显示的图像是完全的红色，同时,图像中的绿色和蓝色部分显示成黑色。

背光的结构

如图2所示的背光模组的结构，它具有导光板3,发光二极管光条4,和一些光学膜2，这结构与标准液晶显示器中使用的背光模组相同，主要的区别是在发光二极管光条,它使用发射红光、绿光和蓝光的发光二极管,而不是发射白光的发光二极管，此外,红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7连接成三个独立的组合，每个组合有它自己的连接线，连接到发光二极管驱动电路。

这个特殊的发光二极管光条有好几种设计方法，如图3显示，一种设计方式，它使用单独的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7，从左侧起,第一个发光二极管是红色的,第二个发光二极管是绿色的,第三个发光二极管是蓝色的。之后的发光二极管使用相同的序列安排，由于红色、绿色和蓝色发光二极管连接成三个独立的组合,在发光二极管光条电路板的左侧有三个铜焊点以连接至背光驱动器的三个驱动渠道。

如图4所示的，一个不同的发光二极管光条设计，这里使用的发光二极管内有3个芯片，一个芯片发射红光,第二个芯片发射绿光,而第三个芯片发出蓝光，每个发光二极管具有6个焊脚,用于连接内部三个发光二极管芯片的阳极及阴极。

在发光二极管光条电路板左侧,有用于连接到背光驱动器的三个驱动渠道的三个铜焊点，在光条电路板的右侧,有一个发光二极管的共同连接点8，以一条在电路板背面的铜线连接至发光二极管驱动电路的发光二极管共同连接点8。

由于有内部3个发光二极管芯片,所述发光二极管封装件的尺寸较大,这就需要一个比较厚的导光板3，其结果是,这种类型的发光二极管光条大多用于大尺寸液晶显示器的背光模组。

还有其他的设计方法来安排光条上的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7，然而,图3和图4显示出使用于此发明的液晶显示器中的发光二极管光条的基本设计方法。

背光驱动器

在系统结构中所显示的背光驱动器具有三个发光二极管驱动渠道以分别驱动红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7，每个驱动渠道有它自己的调光控制,可以分别调节从红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7发出的光亮度，此外，这驱动器还有一些其它电路,可以实现在“本发明液晶显示器的优点”中描述的一些特殊功能。

调光控制的输入信号可以是一个直流电压或PWM(脉冲宽度调制)波形，此外,经由一些设定的调光信号输入,可以执行液晶显示器色温的调节。

在此发明液晶显示器被用来代替标准液晶显示器的情况下,这三个调光控制可以连接在一起以使同一个调光信号输入，因此,本发明的液晶显示器可以与标准的液晶显示器完全兼容，然而,在转换到这一发明的液晶显示器后,显示影像的色域会显著改善。

实施例1

本发明的液晶显示器的色域可以提高到NTSC标准的100％水平，事实上,从一些我们已经做过的实验,其色域可以超过NTSC标准。

与使用量子点增强膜(QDEF)来改进背光的颜色光谱比较,颜色光谱在570至620纳米的区域显著更好，其结果是,本发明的液晶显示器应该比使用QDEF的液晶显示器有一个更好的色域。

如图5所示，现有液晶显示器的彩色滤光片的透射率光谱和目前市面上現有的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7发射光的颜色光谱。比较从白色发光二极管发射光的颜色光谱,绿色和红色的光谱具有相当窄的波长范围。此外,在光谱的最高点的波长与液晶显示器蓝色滤光片9绿色滤光片10和红色滤光片11的透光率波长范围相配的很好，图5中横轴代表波长，纵轴代表滤光片的透射率及发光二极管发光功率密度光谱的百分比，图中的蓝色滤光片9的透射率与蓝色发光二极管7的发光功率密度光谱位於同一纳米波長范围内。所以蓝色滤光片的透射率與蓝色发光二极管的发光功率密度光譜相配的十分好。绿色滤光片10的透射率与绿色发光二极管5的发光功率密度光谱大部份位於同一纳米波長范围内。所以绿色滤光片的透射率與绿色发光二极管的发光功率密度光譜相配的很好。至於红光发光二极管6的发光功率密度光谱完全在红色滤光片11的最高透射率波长范围内。

在测试第一个使用具有红、绿和蓝色发光二极管背光模组的原型液晶显示器中,我们量得了以下红、绿、蓝三原色的色度:

红原色(x,y)＝(0.663,0.317)

绿原色(x,y)＝(0.218,0.732)

蓝原色(x,y)＝(0.142,0.061)

相较于NTSC色域标准,红原色的色度与标准色度几乎相同，同时,绿原色与蓝原色的色度略为超过NTSC的标准。

其实有可能将三原色的色度值提高到超越以上所示的水平，例如,在红色滤光片11的透射光谱能通过从570纳米以上的绿色发光二极管5发射的光，这会影响在液晶显示器屏幕上显示的红原色的饱和度。由于从红色发光二极管发射的光的光谱从620纳米开始,我们可以将红色滤光片11的透射光谱移向从600nm处开始以减少通过红色滤光片绿光的量。

如图6所示，横轴代表波长，纵轴代表滤光片的透射率及发光二极管发光功率密度光谱的百分比，因红色滤光片11的透射光谱开始于600纳米，这显著地减少了通过红色滤光片11的绿光的量，其结果,在液晶显示器上显示的红原色将有更好的饱和色度。图中的蓝色滤光片9的透射率光谱与蓝色发光二极管7的发光功率密度光谱位於同一纳米波長范围内。所以蓝色滤光片的透射率與蓝色发光二极管的发光功率密度光譜相配的十分好。绿色滤光片10的透光率与绿色发光二极管5的发光功率密度光谱大部份位於同一纳米波長范围内。所以绿色滤光片的透光率與绿色发光二极管的发光功率密度光譜相配的很好。

从红光发光二极管6发出的光开始于615纳米附近并在640纳米时达到最高点，640纳米波长的红色光的色度值大约是(x,y)＝(0.73,0.28)，事实上,即使在615纳米,其色度值是(x,y)＝(0.67,0.33),这与NTSC红原色的色度标准大约相同。结论是,从红光发光二极管6发射的所有光的总和的色度值能超越NTSC红原色的色度标准色度值。

由于通过此红色滤光片11的绿色光的量非常少,在液晶显示器上显示的红原色的色度值将超越NTSC的红色色度标准。

实施例2

使用本发明的液晶显示器,在屏幕上显示的“白色”的色温可通过改变在背光中的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的最大亮度来调整。例如如果色温需要进行调整到6500K附近,将红色发光二极管发出光的最大亮度调低,使得从背光源发出的光具有较多的绿光和蓝光，所以在屏幕上白色的色温上升至6500K附近。同时,所有红色、绿色和蓝色子像素的灰度水平仍然保有256个灰阶，结果是,液晶显示器的色温调整不会影响屏幕上显示的图像的质量。

在调整色温后,如果液晶显示器屏幕亮度需要降低,送到红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的调光信号必须进行调整以保持调整好的色温度。例如,如果红色发光二极管的最大亮度降低至80％来设置所要的色温。然后,屏幕亮度需要调降五倍以便于在黑暗的环境中观看,所以绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的亮度调降至它们最大亮度的20％。同时,红光发光二极管6的亮度调降到最大亮度的16％。这样一来,设定的色温度可以保持。由于这个须要,在“背光驱动器”一节中所描述的发光二极管背光驱动器具有一些特殊电路以提供这种调光功能来保持设定的色温度。

当设置了发光二极管的色温调节比例后，红色：绿色：蓝色：80％：100％：100％；则当液晶显示器的亮度调降至它们最大亮度的20％，则

红光发光二极管：80％×0.2＝16％

绿光发光二极管：100％×0.2＝20％

蓝光发光二极管：100％×0.2＝20％

实施例3

对于一些液晶显示器的应用(例如广告,玩游戏等),显示的颜色可以按照一定的序列来创造能吸引用户的特殊景点，在目前的显示设备中,这可以通过使用一些特制的视频内容来达成，这种方法类似于一般用于电影的特殊效果的方法，但是,制造一个特殊的视频内容需要专业技能，也可能需要很长的时间来完成，因此成本会相当高，其结果是,只有主要的广告或流行的应用程序可以实现这些特殊颜色的效果。

使用这个发明的液晶显示器,可以通过改变背光源的颜色非常容易地创造一些特殊的色彩效果，这是通过使用3个不同的调光输入信号来控制背光源的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的亮度来完成。

调光信号可以从一个使用低成本CPU(中央处理单元)加上其他电路(包括一些存储电路)的小型装置来提供。此设备可以使用一些设定的软件来控制背光中的红光发光二极管6、绿光发光二极管5和蓝光发光二极管7的亮度以产生显示器上的特殊颜色效果，此外,用户可以下载新的软件或固件来更新广告或游戏应用的特殊色彩效果。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，其特征在于，该显示器包括：背光模组、背光驱动器、液晶显示器面板；背光模组在液晶显示器面板的背面；背光驱动器驱动背光模组；背光模组包含导光板(3)、发光二极管灯条(4)、围绕在发光二极管灯条(4)周围的反光膜(2)，该反光膜(2)同时包围一部分导光板(3)；发光二极管灯条(4)在背光模组的右端，导光板(3)摄于光学薄膜(1)和反光膜(2)之间；发光二极管光条包括：三种并列的红光发光二极管(6)、绿光发光二极管(5)和蓝光发光二极管(7)。

2.根据权利要求1所述的一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，其特征在于，所述发射红光发光二极管(6)、绿光发光二极管(5)和蓝光发光二极管(7)并列成三个独立的组合，并且每个组合有独立的连接线，所述的连接线与各自对应颜色的发光二极管驱动电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，其特征在于，所述背光驱动器包括至少2个发光二极管驱动电路，每个驱动电路驱动一组颜色的发光二极管。

4.根据权利要求3所述的一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器，其特征在于，所述背光驱动器还包括：至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号，所述的至少2个亮度控制电路以及至少2个输入信号用于独立地调节控制每种颜色发光二极管发出的光量。

5.一种利用权利要求1至4中任一权利要求所述的液晶显示器的色温调节方法，其特征在于，该方法为：

改变在背光中的红光发光二极管(6)、绿光发光二极管(5)、蓝光发光二极管(7)的亮度来改变液晶显示器屏幕上的色温。

6.根据权利要求5所述的一种具有宽广色域和可调颜色的液晶显示器的色温调节方法，其特征在于，该方法还包括：

在调整色温后,若液晶显示器屏幕亮度需要降低,先设置红光发光二极管(6)的最大亮度与它原来的最大亮度比值为a,绿光发光二极管(5)的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1,蓝光发光二极管(7)的最大亮度与它原来的最大亮度比值为1；当液晶显示器的最大亮度降低为原来的C倍,则红色发光二极管(6)的亮度调降到原来最大亮度的比值为ac,而绿光发光二极管(5)调降到原来最大亮度的比值c，蓝光发光二极管(7)调降到原来最大亮度的比值c，以保持调整好的色温。