CN1121111C - 彩色显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色显示器件。该彩色显示器件具有一个单独的光波导装置；分别独立地展现三原色的第一、第二、和第三光源；在光波导装置的一个端表面设置展示三原色中的两种不同颜色的第一和第二光源；在光波导装置的另一个端表面侧设置展现剩下一个主色的第三光源；设置在光波导装置的面对液晶单元的一个表面上的漫射装置；设置在光波导装置的另一个表面上的漫射盘；以及覆盖光波导装置的另一个表面的反射部件。由于光波导装置的数目只需一个，可使结构简单和微型化。因此，使从一个光源进入光波导装置的光受到另一光源的阻碍的几率减小了。因而，光损失减小，光发射量增加。

Description

彩色显示器件

技术领域

本发明涉及一种彩色显示器件。

背景技术

近来，彩色液晶显示器件用于OA(办公室自动化)设备，例如计算机、和诸如电视之类的家用电器的显示器。作为这种类型的彩色液晶显示器件，众所周知的有一种TFT系统的彩色液晶显示器件。TFT系统的彩色液晶显示器件包括对应于三原色的带有薄膜晶体管(TFT)的彩色滤光片，和具有白色光源的背照明。  在这种显示装置中，通过一个驱动电路使对应于相应彩色滤光片的液晶开启，光透过开启的液晶，从而获得基于红、绿、和蓝的组合的镶嵌的彩色混合物。

上述的TFT系统的彩色液晶显示器件可以获得一个清晰的全彩色图象。但在另一方面，对于相应的象素，需要红、绿、和蓝的小型彩色滤光片。但彩色滤光片在彩色液晶显示器件中是昂贵的元件。近来，在上述情况下，建议使用一种无彩色滤光片的彩色液晶显示器件，其中，在不使用彩色滤光片和薄膜晶体管的条件下将三原色背照明与一个单色液晶单元组合起来(例如，参见日本专利申请公开出版物NO.6-138459)。在此显示器件中，依次周期性地产生三原色光源的脉冲荧光，并且在通过这样的脉冲荧光提供彩色光的时刻相同的时刻使液晶开启。

还有，在一种公知的显示装置中，依次叠置三个光波导装置，并在每一个光波导装置中设置三原色光源之一，从而通过相应开关的通、断操作可控制每个光源的彩色分布。

然而，在上述的无滤光片彩色液晶显示器件或电装饰符号板中，虽然至今提出了许多建议，且这些建议集中在液晶单元的控制上，但对于背照明却没有那么多实际可行的建议。例如，这种类型的背照明具有三个光源。因此，它的微型化是困难的。另一方面，彩色滤光片设在光源一侧，因而可获得具有高色度的纯彩色。但这产生了与所用部件数目增加有关的特殊问题，其结果是光利用效率变差。至今，还没有任何解决这个特殊问题的实际可行的办法。

发明内容

针对上述常规技术的问题提出本发明，本发明的目的是提供一种能解决无彩色滤光片的彩色显示器件的具体问题的结构。

本发明提供一种彩色显示器件，它装配有：面对液晶单元的单独的光波导装置；分别独立地展现三原色的第一、第二、和第三光源，第一和第二光源设置在光波导装置的一个端表面侧，第三光源设置在它的另一个端表面侧；设置在光波导装置的面对液晶单元的一个表面上的漫射装置；设置在光波导装置的另一个表面的漫射盘；以及覆盖光波导装置的另一个表面的反射部件。

按照这种结构，由于光波导装置的数目只有一个，所以这种结构可以简化和微型化。还有，由于在呈现三原色的三个光源中，分别呈现两种主色的第一和第二光源设在光波导装置的一个端表面侧，并且呈现剩下的一种主色的第三光源设在光波导装置的另一个端面上，所以从一个光源进入光引导板的光受到另一个光源阻挡的几率减小了。这减少了光损失，并且增加了输出光量。同时，由于提供了漫射装置、漫射盘、和反射装置，使已进入光波导装置的光可借助于漫射过程向液晶单元前进。因而，看不见光源和点装置，其结果是可使亮度均匀。

可以在光波导装置的一个端表面和另一个端表面上设置反射装置，用于把光从光源引向光波导装置。

按照这一结构，通过反射装置可有效地把来自光源的光会聚到光波导板的一个端面和另一个端面。因此，增加了光波导装置的亮度。

可以使光源与驱动液晶单元的液晶的驱动时间同步地产生它们的脉冲荧光。

按照这种结构，通过依次周期性地产生主色光源的脉冲荧光，并且在与产生这种脉冲荧光的时刻相同的时刻开启液晶，可获得基于红、绿、和蓝色的组合的剩余颜色混合。

可以使用一个漫射板来构成漫射装置。按照这一结构，可借助于一个可自由拆卸的板状部件来构造漫射装置。因此，在显影时间转动漫射装置的操作变得容易完成。这导致显影成本的降低，国而这变成可使制造成本降低的一个因素。

第一光源可由一透明彩色显影管构成，并且和光波导装置相比，可定位在第二光源附近。

按照这一结构，来自第二光源的光的全部或其一部分穿过第一光源进入光波导装置。在这时，由于第一光源是一透明的彩色显影管，并且在未被点亮的条件下是透明的，所以来自第二光源的光可充分穿过第一光源并进入光波导装置。出于这种理由，把由于存在光源的结果引起的来自第二光源的光损失抑制到很小，结果使光发射量增加。

透明的彩色显影管可由其内部密封有氖气的一个透明的玻璃管构成。

按此结构，透明的彩色显影管在未点亮时是透明的，在点亮时为红色，因此能和其它光源一道构成三原色。

可以使用呈蓝色的冷阴极管构成第二光源。

按此结构，发射蓝色光的第二光源距光波导装置比第一光源更远些。因而，蓝色(第二光源)的白色平衡亮度大于距反射部件更近的红色和绿色(第一和第三光源)中的每一个的白色平衡亮度。因而，三原色光的发射落入所谓的“白色区”。

漫射盘可以包括着色成光源之一的互补色的互补色点。

按照这一结构，即使在因为相应光源的入射条件之间有差别而产生不均匀平面荧光的情况下，由于强的颜色被互补色点吸收，并且被转换成弱的颜色，所以抑制了颜色不均匀性的发生。为此，使亮度更加均匀。

互补色点的位置可以对应于在它从光源之一接收光时其颜色变亮的反射部分。

按照这种结构，在只有例如蓝色光源点亮、并且在漫射板的蓝色中或多或少发生明和暗相间的情况下，在对应于光反射部件的位置形成一个互补色点，该互补色点的颜色是黄色，而黄色是蓝色的互补色。由于蓝色被互补色点吸收，所以漫射板具有均匀的蓝色，从而使亮度变得均匀。利用紫色作为绿色的互补色，并且利用浅蓝色作为红色的互补色。

附图说明

图1是说明用于按本发明第一实施例的一个彩色液晶显示器件的背照明的一个剖面图；

图2是说明图1的背照明的分解的透视图；以及

图3表示在按本发明的第二实施例在光波导装置的表面上形成的一个图案。

具体实施方案

现在，说明本发明的一个优选实施例。要注意，附图中标号G代表绿色，B代表蓝色，R代表红色。

如图1所示，用于按照本发明第一实例的彩色液晶显示器件的背照明包括：形成液晶板的一个象素的液晶单元1、背照明2、高速液晶驱动电路3、和反相器4、5、6。

液晶1包括两个玻璃基片7、液晶8(STN)、和透明的导电膜(ITO膜)9。在玻璃基片7之间密封液晶8。透明导电膜(ITO膜)9每一个都按矩阵形式设在玻璃基片7和液晶8之间。通过透明的导电膜(ITO膜)9使液晶8“通”或“断”。液晶单元1用于单色，所以不需要使用彩色滤光片和薄膜晶体管，因此它的结构简单。

液晶单元1的透明导电膜(ITO膜)9连接到高速液晶驱动电路3。高速液晶驱动电路3有3个对应于三原色(红、绿、和蓝)的终端。红色光源12的终端通过控制电路19连接到反相器6。蓝色光源11和绿色光源10的终端分别连接到反相器4和5。控制电路19控制红色光源12的温度特性。反相器4、5、6的输出端连接到在背照明2的相应光源10、11、和12的一侧的端部，它们的另一侧的端部接地。

背照明2包括：用作光波引导装置的单个光波导板13，用作反射装置的反光镜14、18，分别提供具有三原色的光的3个光源10、11、12，用作漫射装置的漫射板15，漫射盘(光点图案)16，和用作反射件的反射板17。

作为光波导板13，使用其六个面光滑并且透明的模注部件，或者透明的树脂板。适用的透明树脂是丙烯、聚酯、乙烯、氯化物等树脂。光波导板13的一个端表面(光入射表面)13a和另一个端表面光(入射表面)13b中的每个端表面的截面面积(光波导板13的厚度)对于从光源10、11、和12有效引入光是一个重要因素。较大数量的光被引入光波导板13。然而，当光波导板13过厚时，它占据了较大的空间。这不利于重量减小、尺寸减小，并导致光损耗。在该实施例的背照明2仅需使用单个的光波导板13，因此结构简单，并且有利于背照明2的尺寸减小和厚度减小，并因而有利于成本下降，这是因为所用的部件(如反射件、光波导板等)的数目少的缘故。

反光镜14固定到光波导板13的一个端表面13a上。反光镜14有一个向光波导板13的一个端表面13a开通的弧形结构部分。在由反光镜14确定的空间内部形成一个高反射率的银表面镜。银表面镜把光从光源11和12高效率地引入光波导板13，不会把光泄漏到它的外部。

反光镜18固定到光波导板13的另一个端表面13b。反光镜18有一个向光波导板13的另一端表面13b开通的弧形结构部分。在由反光镜18确定的空间内部，形成一个具有高效率的银表面镜。该银表面镜高效率地把光从光源11和12引入光波导板13，并且不会把光泄漏到它的外面。

光源10是一个冷阴极管，它能提供绿色的光。光源11是一个冷阴极管，它能提供蓝色的光。通过涂在冷阴极管内表面的磷光体本身的荧光，表现出来自光源10和11的纯绿色光和纯蓝色光，这就不要求必须使用彩色滤光片。

使用一个透明的彩色显影管(所谓氖管)作为光源12，该彩色显影管通过在透明的玻璃管内密封氖(Ne)气制成，并提供红色光。氖管易于制作，可把它的直径做成和冷阴极管直径大致相同，并且能很容易地放入反光镜14中。光源10、11、和12按照脉冲周期连续点亮，每个脉冲周期都与驱动液晶的时刻同步，因此不要求使用彩色片或类似物。

光源12面对光引导板13的一个端表面13a。光源11的设置方式，应使光源11和光源12一起设置在光波导板13的相对侧。光源10面对光波导板13的另一个端表面13b反光镜14覆盖光源11和12的周围，反光镜18覆盖光源10的周围。

通过反相器4、5、和6调节三原色(红、绿、和蓝)的亮度(借助于观察实验，通过确定人眼感受到的三原色的相应亮度的比例而获得的值)，使其比例为1.5∶3.5∶1。绿色光源10的亮度在调节时最迫切需要的，所使从三原色获得的白色位于CIE(Commission Internationalde Leclairage-国际照明委员会)采用的所谓“白色区”的中央部分，因此它的设置位置最靠近光波导板13b一侧。

漫射盘16设在光波导板1的后表面(光波导板13一侧上的该表面和液晶单元1面对的一侧相对)。漫射盘16由诸如点或线、棱形之类的打印图案、雕刻图案组成。来自光源10、11、和12的光通过漫射盘16被散射。在打印图案情况下，按点的形式打印一种油墨，该油墨是通过把高折射率的一种填充物混合进一种有机树脂中而制备出来的。漫射盘16距光源10、11、和12越远(漫射盘16越靠近中央位置)，其表面密度增加的越多。这有利于亮度均匀。

按原理，漫射盘16为白色。在点亮所有光源10、11、和12的情况下，按理论上应呈现“白色”。但在实际上，例如当来自蓝色光源11的光具有高亮度时，整个变为“浅蓝色”的。在这种情况下，部分白色漫射盘16的颜色变为“黄色”，它是蓝色的互补色。在漫射盘16的整个区域以一个合适的百分数完成“黄色”的着色。结果使“蓝色”削弱，其结果是，在不调节反相器4、5、和6的条件下就可抑制彩色不均匀性的发生。另一方面，在漫射盘16部分地变为“浅蓝色”的情况下，以一个适当的百分数，并在对应这个“部分的”浅蓝色部分的一个范围内，使白色漫射盘16着色成“黄色”(它是蓝色的互补色)。其结果是，蓝色削弱了，并且抑制了彩色不均匀性的发生。

漫射板15具有梨树状的不规则性，并且在这里散射并通过已穿过光波导板13的光。

反射板17由一薄膜构成，该膜由合成树脂制造(如PET)。反射板17的光谱反射率约为95％。要注意，该反射板可与包含背照明2在内的图1中没有表示出来的一个外壳整体式地制作出来。当整体式形成反射板时，虽然光谱反射率略有下降，但成本降低了。按照申请人的理解，在整体式形成反射板的情况下，如果光谱反射率为70％或者70％以上，则按照性能来说不会产生不便之处。

下面，说明该彩色液晶显示器件的功能。

从高速液晶驱动电路3输出与驱动液晶的时刻同步的脉冲波形。对于红色光源12的脉冲波形进行调节，使其占空比为1/3。这是为了防止红色形式与其它颜色同时点亮并发生混合。就绿色光源10和蓝色光源11而论，按以下方式引起脉冲产生：它们的两个1/3周期是依次从红色光源12的1/3周期平移出来的。这里，占空比意味着是基于每个脉冲的一个周期的作用时间长度(即，脉冲保持上升的时间长度)的比例。

反相器4、5、和6由这些脉冲波形驱动，这些脉冲波形加到相应的光源10、11、和12。但如果由于光源10、11、和1 2的相应的冷阴极管按照绿、蓝、和红色荧光的效率在提供的光量方面彼此有所不同而使脉冲高度彼此有所不同，相应的光源10、11、和12也能被相同的脉冲波形点亮。

光源10提供的彩色光从光波导板13的一个端表面13a或直接进入这个光波导板内，或者借助于反光镜14反射进入板13内。光源11和12提供的彩色光从光波导板13的另一个表面13b或者直接进入这个板13，或者通过反射镜18的反射进入这个板13中。已经进入光波导板13的光入射到光波导板13的内表面上，并且反复地完全反射出去。这些光的一部分入射到位于反向表面上的光点图案16上，并且输向液晶单元1散射出去。已经入射到光点图案16上的部分光在光波导板13内部反射，然后入射在反射板17上，并且被引导到液晶单元1一侧。

从光波导板13进入液晶单元1的光穿过漫射板15。穿过漫射板15的光由于其表面的微小的不规则性和梨树状结构而变为散射光线。为此，不能直接看见光源10、11、和12本身以及光点图案16的状态，其结果是，获得了整个表面的亮度均匀的效果。

虽然如以前所述，在背照明2中的光源10、11、和12正在以高速依次产生它们的脉冲荧光，但液晶单元1中的液晶8的开启时间与在高速液晶驱动电路3的控制下产生彩色荧光的时间相同。对应于液晶8开启的时间的彩色光穿过液晶单元1，并且显示这种颜色。通过在和另一种颜色的时刻对应的时刻开启液晶8，就可完成一种颜色与另一种颜色的混合。例如，在对应于红色光源12和绿色光源10的两个时刻开启液晶8，则显示黄色，黄色是红色和绿色的混合颜色。还有，通过在保持液晶8开启时混合红、绿、和蓝色这三种颜色，可显示白色。这是一种剩余图象的颜色混合，其产生的原因是，对应于光源10、11、和12的脉冲的上升时间长度充分短于人眼的剩余图象时间长度。应该注意的是，通过调节反相器4、5、和6的输出电流来调节相应的光源10、11、和12中的光量(亮度)比，从而可完成对于白色的调节。

由于本实施例的彩色显示器件不使用彩色滤光片，所以和使用彩色滤光片的常规彩色液晶显示器件相比，该液晶单元易于制作。还有，对于背照明2来说，虽然TFT型(薄膜晶体管型)只需要使用单个白色光源，但本实施例要求使用三个光源10、11、和12。因此，从使装置微型化和超薄形的观点出发，该实施例本来是不利的。然而，如上边所述，光波导板13的数量仅有一个，并且其结构是属于把光源10、11、和12装在反射镜14内的类型。因而，背照明2的微型化和超薄形化是可能的。还有，出于相同的理由，由于所用部件的数目减小，所以可实现成本降低。

此外，虽然在该实施例中，加到对应的光源10、11、和12上的脉冲的占空比被设定到最大值1/3，但按照与液晶单元1的关系，还可以把占空比设定到小于1/3的值。还有，反光镜14和18每一个都是一个反射元件，是通过把白色材料混合进入一种合成树脂(如，PET)中制造出来的。

还有，在光源10、11、和12中，其中的两个光源11和12设置在光波导板13的一个端表面13a的对面，其余的一个光源10设在光波导板13的另一个端表面13b的对面。出于这种理由，在光进入光波导板13中时，该光受到另一光源阻碍的几率减小了，其结果是，光的损失减小到这个程度。因此，光发射的数量增加了。

下面说明有关光发射量增加的模拟实验。实验条件如下。每个光源10、11、和12的直径是2mm；光波导板13的厚度是5mm；光源10、12的中心和一个端表面13a及另一个表面13b之间的距离是1mm；光源11和12的中心至中心距离的是4mm；以及，反光镜14和光源11的中心至中心的距离是2.5mm。还有，使用一个不透明的管作为光源12。模拟的结果表明，假定从光源12入射到光波导板13上的入射效率是100％，则从光源11入射到光波导板13上的入射效率变为79％，和从光源12入射的效率相比没有低得太多。其原因在于，尽管来自光源11的光受到光源12的阻挡，但反光镜的位置靠近这个光源11。另一方面，光源10的位置接近光波导板13的另一端表面13b和反光镜18。出于这一理由，从光源10入射到光波导板13上的效率变为196％，因此，光源10的光亮度约为光源12的光亮度的2倍。

还有，蓝色光源11设在红色光源12和反射板14之间，不在光波导板13的一个端表面13a的对面；红色光源12设在光波导板13的一个端表面13a的对面，并且被保持在非点亮状态；来自光源11的光穿过红色光源12，进入光波导板13的一个端表面13a。这时，由于保持在其非点亮状态的红色光源12是透明的，所以允许通过足够多的光。因此，光损失减小，其结果是光发射量加大。

下面说明的模拟实验是关于在使用其中密封有氖气的透明玻璃管作为光源12时的光发射量。诸如光源10、11、和12的直径、光波导板13的厚度、以及反光镜14、18和光源10、11之间的相对设置关系之类的实验条件都和上述的前一个模拟实验的实验条件相同。这个模拟实验的结果表明，虽然从光源12入射到光波导板13的效率在使用冷阴极管作为光源12的前一个模拟实验中是100％，但在使用其中密封有氖气的透明玻璃管的这个模拟实验中这个效率变为161％，呈现明显的增加。其理由是，在光源12点亮的时刻，光源12本身吸收的光量的百分数减小了。从光源11入射到光波导板13的效率是89％，这表明和使用冷阴极管的前一个模拟实验相比有10％的增加。其原因是，保持点亮的透明玻璃管的透明度比冷阴极管更优秀，因此受光源12的影响较小。从光源10入射到光波导板13的另一个端部13b上的效率呈现一个很高的数值196％，像前一个模拟实验的情况一样。

这就是说，由于红色光源12在没有点亮时保持透明，它不妨碍光通过。因此，在点亮时，红色光源12发出红色光，从而和其它两种光源10和11一起构成了三原色。而在红色光源非点亮时，它不会妨碍光从光源11入射到光波导板13上。

蓝色光源11的设置位置远离光波导板13的一个端表面13a。但蓝光源11的位置靠近反光镜14，因此具有高的反射亮度。此外，蓝色光源11和其它的红色光源11和绿色光源10相比，具有高的白色平衡亮度。出于这个理由，三原色光的发射将产生一个所谓的“白色区”，这是极好的。

下面，将说明本发明的第二实施例。

在第二实施例中，提供漫射盘20代替第一实施例的漫射盘16，第二实施例的其它结构均与第一实施例相同。因此，用相同的标号标记除漫射盘20以外的它的其它结构，并且省去了有关的说明。

漫射盘20印制在光波导板13的反向表面上(该表面在与液晶单元1一侧相对的那一侧上)。具体来说，通过混合具有高折射率的填充物进入有机树脂来制备油墨，并以点的形式把油墨印制出来。作为这样作的结果，可通过漫射盘20来散射来自光源10、11、和12的光。

如图3所示，漫射盘20由第一、第二、第三互补色点20a、20b、和20c组成；第一互补色点20a着色成紫色(即，蓝色和红色的混合色)，它是绿色的互补色；第二互补色点20b着色成黄色，它是蓝色的互补色；第三互补色点20c着色成浅蓝绿色(即，蓝色和绿色的混合色)，它是红色的互补色。颜色的明和暗的不均匀性强度及其发生位置都对应于光源10、11、和12的设置位置。出于这种理由，要确定第一、第二、和第三互补色点20a、20b、和20c的对应的光点图案，以使在不存在漫射盘20的情况下，在确定哪一种颜色中发生了明和暗的不均匀性时，能根据这样确定的结果极好地抑制明和黑的不均匀性的发生。

从光波导板13进入液晶单元1的光穿过漫射板15。穿过漫射板15的光由于其表面的微小不规则性和梨树皮状结构的作用而变为散射光线，其结果是不能直接看见光源10、11、和12本身以及漫射盘20的图案，因此它的表面作为一个整体均匀发光。这时，由于漫射盘20具有预先得到的适合的颜色，即把具有合适的光点图案的第一、第二、和第三色点20a、20b、和20c加到光波导板13的反向表面上，从而在漫射板15上不可能发生任何颜色不均匀性，所以获得了均匀的亮度。

光波导装置不限于以上实施例的光波导板13。光波导装置可以做成中空的，并且包括一个反射层，该反射层通过沉积铝形成，并且设在和液晶单元1一侧相对的一侧的表面上，以及液晶单元1一侧的一个棱形表面上。另外，每个反光镜14和18的结构不限于向光波导板13的一个端表面13a和另一个端表面13b中的对应的一个端表面开通的弯曲结构部分，而可以是从其上部、下部夹紧光源10、11、或12的一种结构。在这种情况下，在和光源10、11、和12相对的表面上形成具有高反射率的银反光镜表面足矣！此外，反光镜14和18可以是粘结到光源10、11、和12的周边表面上的高反射率的银反光镜表面。

Claims (9)

1、一种彩色显示器件，包括：

面对液晶单元的单独的光波导装置；

第一、第二、和第三光源，它们分别独立地展现三原色，第一和第二光源设置在光波导装置的一个端表面侧，第三光源设置在它的另一个端表面侧；

漫射装置，它设在光波导装置的一个表面上，所说的一个表面面对液晶单元；

设在光波导装置的另一个表面的漫射盘；以及

覆盖光波导装置的另一个表面的反射部件。

2、按照权利要求1的彩色显示器件，进一步还包括：

设在光波导装置的一个端表面侧上以及另一个端表面侧上的反射装置，该反射装置把光从光源引导向光波导装置。

3、按照权利要求1的彩色显示器件，其中：光源使它们的脉冲荧光与驱动液晶单元的液晶的时刻同步。

4、按照权利要求1的彩色显示器件，其中：漫射装置是一个漫射板。

5、按照权利要求1的彩色显示器件，其中：

第一光源包括一个透明的彩色显影管，第一光源比第二光源更加靠近光波导装置。

6、按照权利要求5的彩色显示器件，其中：

透明的彩色显影管是其中密封有氖气的一个透明的玻璃管。

7、按照权利要求5的彩色显示器件，其中：

第二光源是呈现蓝色的冷阴极管。

8、按照权利要求1的彩色显示器件，其中：

漫射盘包括对应于光源之一的互补色。

9、按照权利要求8的彩色显示器件，其中：

互补色点位置对应于使所说光源之一的颜色发亮的反射部分。

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