CN1321912A - 场顺序式彩色液晶显示器件 - Google Patents

Abstract

一种场顺序式彩色液晶显示器件,它由背光源和单色液晶显示屏所构成,背光源由N组子条形背光源组成,每组子条形背光源由红、绿、蓝各一个子条形背光源组成,红、绿、蓝子条形背光源分别由红、绿、蓝色LED或EL及其相应的共用子导光系统组成。通过红、绿、蓝子条形背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色液晶显示屏中像素调制作用进行场顺序式全色显示。它具有高分辨率、高亮度和低成本等优点,可广泛应用于各种显示装置中。

Description

场顺序式彩色液晶显示器件

本发明是关于场顺序式彩色液晶显示器件。

液晶显示器件(LCD)作为最重要的平板显示器件，发展迅速，用途日益广泛。LCD具有重量轻、外形薄、功耗小、电压低、IC驱动容易、图像稳定、无闪烁、无辐射和寿命长等特点。采用有彩色滤光膜(CF)的彩色无源液晶显示器件(PMLCD)，可实现彩色显示。采用有CF的彩色有源液晶显示器件(AMLCD)和增加矩阵结构精细度，可获得亮度高、对比度好、分辨率高和色纯好的彩色显示。彩色薄膜晶体管液晶显示器件(TFT-LCD)已成为最重要的彩色AMLCD。彩色TFT-LCD已大量用于笔记本电脑、投影显示装置中，并已逐渐用于台式电脑用监视器、微显示器件中。但是由于采用CF和TFT，使彩色TFT-LCD制造过程变得相当复杂，导致成品率下降，成本大幅上升，亮度显著降低，分辨率继续提高受到限制，其性能受到了较大影响。

本发明的目的在于解决现有彩色TFT-LCD中存在的上述缺点。本发明者提出一种结构不同的彩色TFT-LCD，用N组子背光源替换一个平面状的背光源，每组子背光源由红、绿、蓝色各一个子背光源或某基色及其补色各一个子背光源组成。单色子背光源由单色发光元件及其相应的共用子导光系统组成。通过红、绿、蓝色子背光源或某基色及其补色子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对液晶显示屏中像素的调制作用进行场顺序式全色显示，可实现这一目的。

下面进行详细说明。

为了进行彩色显示，彩色LCD一般都采用CF，背光源为具有红、绿、蓝色发射光谱的白色光源，白色光源包括荧光灯(冷阴极荧光灯，即CCFL)、LED和EL等。当使用CCFL、LED作背光源时，对于直下式照明方式，只需在光源前方放置一块漫射板，就可构成平面状背光源，保证照明均匀性。而对于侧光式照明方式，另外需要增加一块导光板，其下面再放置一块反射板。当使用EL作背光源时，则采用直下式照明方式，因EL是均匀发光的平面光源，可将它直接放置在液晶显示屏后面，不需要漫射板。在液晶屏内有大量具有光闸作用的液晶单元，每个液晶单元上有一个CF，它们组成一个子像素。红、绿、蓝三个子像素组成一个像素。当显示某一基色时，与该基色CF对应的液晶单元开通为亮态，而与另外两个基色CF对应的液晶单元为暗态。如果三个液晶单元都开通，但是开断时间不同时，就可显示各种颜色。TFT-LCD可显著提高对比度，降低响应时间。TFT-LCD显示屏制作过程大致如下：首先在一块玻璃基板上形成互相绝缘的行电极和列电极，再在其交点上采用薄膜技术和光刻技术制作TFT。TFT的栅极、源极和漏极分别引线，连接到行电极、列电极和显示单元。在另一块玻璃基板上形成为所有显示单元共用的公共电极，与显示单元相对应，形成红、绿、蓝三类CF，液晶材料注入两块玻璃基板之间，构成液晶盒。在两块玻璃基板外侧各有一片中性偏振片。当液晶盒处于“off”状态时，它可使入射偏振光的偏振方向从液晶盒中出射时旋转90°。而当液晶盒处于“on”状态时，入射偏振光的偏振方向通过液晶盒而不受影响。通过改变液晶盒工作状态和采用红、绿、蓝CF，就能进行彩色显示。由于彩色TFT-LCD制造过程十分复杂，在玻璃基板上需要形成与红、绿、蓝子像素总数相等和结构精细的TFT，因此成品率低，随着像素增加，成品率还将下降，继续提高分辨率将更困难。另外CF透过率一般小于30％，开口率一般40-60％，加上偏振片等影响，TFT-LCD的光利用率一般仅5％左右甚至更小，因此亮度较低。

根据本发明，如果将彩色TFT-LCD中一个平面状的背光源替换成N组子背光源，每组子背光源由红、绿、蓝各一个子背光源组成，红、绿、蓝子背光源分别由红、绿、蓝发光元件及其相应的共用子导光系统组成，则通过红、绿、蓝子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对液晶显示屏中像素的调制作用，可进行场顺序式全色显示。通常采用N组子条形背光源(有时仍简称子背光源)，每组子条形背光源由红、绿、蓝各一个子条形背光源组成。

例如本发明的彩色TFT-LCD中背光源由64组沿水平方向排列的子条形背光源构成，它们分别以S1、S2……S63、S64表示，每组子背光源由沿水平方向排列的红、绿、蓝各一个子条形背光源构成，它们分别以S1r、S1g、S1b、S2r、S2g、S2b……S63r、S63g、S63b、S64r、S64g、S64b表示，所有子背光源都独立工作，各组子背光源发出的光互不干扰。在液晶屏内有大量液晶单元，每个液晶单元即一个像素，像素上没有CF，液晶单元仍起光闸作用。在液晶屏内像素沿水平方向分为64个区域A1、A2……A63和A64，它们分别与各组子背光源对应。其工作原理如下：在显示红色图像时，使S1r、S2r……S63r、S64r依次开亮，发出红光，照射在液晶屏上，A1、A2、……A63和A64中像素依次受到红色信号调制，产生红色图像。在显示绿色图像前，A1区域中红色图像显示完毕，此时S1r关闭，S1g发光，A1区域中像素重新受到绿色信号调制(至S1b开通前关闭S1g)，接着A2区域中红色图像显示完毕，此时S2r关闭，S2g发光，A2区域中像素重新受到绿色信号的调制(至S2b开通前关闭S2g)……最后A64区域中红色图像显示完毕，至此一帧红色图像全部显示完毕，同时S64r关闭，S64g发光，A64区域中像素重新受到绿色信号调制(至S64b开通前关闭S64g)……依次类推，一帧绿色图像和一帧蓝色图像各分64个区域全部顺序显示完毕。如果帧速足够快，则红、绿、蓝三帧单色图像形成一帧全色图像。

按同样原理，如果每组子条形背光源不是由红、绿、蓝三个条形子背光源组成，而由某基色及其补色两个子条形背光源组成，并且在液晶屏内每个像素由两个子像素构成，在每个子像素中有CF，通过该基色及其补色子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对液晶显示屏中子像素的调制作用，仍然可进行场顺序式全色显示。同样地，两个子背光源分别由该基色及其补色发光元件和相应的共用子导光系统组成，发光元件是该基色及其补色LED或EL或FED或VFD。

例如背光源由64组沿水平方向排列的子条形背光源构成，分别以S1、S2……S63、S64表示，每组子条形背光源由水平方向排列的绿、品红色子背光源构成，它们分别以S1g、S1m、S2g、S2m……S63g、S63m、S64g、S64m表示，所有子背光源都独立工作。背光源中漫射板仍然分成64个沿水平方向排列的子漫射板。在液晶屏内每个像素由黄、青色两个子像素构成，在黄、青色子像素中分别有黄、青色CF，液晶屏也沿水平方向分为64个区域A1、A2……A63和A64，它们仍分别与各组子背光源对应。在显示绿色图像时，黄、青色子像素同时受绿色信号调制，在显示红、蓝色图像时，黄、青色子像素分别受红、蓝色信号调制。其工作原理如下：在显示绿色图像时，使S1g、S2g……S63g、S64g依次接通，发出绿光，照射在液晶屏上，A1、A2……A63和A64区域中黄、青色子像素同时依次受到绿色信号调制，产生绿色图像。在显示红、蓝色图像前，A1区域中绿色图像显示完毕，此时S1g关闭，S1m发光，A1区域中黄、青色子像素分别重新受到红色、蓝色信号调制(至S1g开通前关闭S1m)，接着A2区域中绿色图像显示完毕，此时S2g关闭，S2m发光，A2区域中黄、青色子像素分别重新受到红色、蓝色信号调制(至S2g开通前关闭S2m)……最后A64区域中绿色图像显示完毕，至此一帧绿色图像显示完毕，同时S64g关闭，S64m发光，A64区域中黄、青色子像素分别重新受到红色、蓝色信号调制，(至S64g开通前关闭S64m)……依次类推，一帧红色图像、一帧蓝色图像分别分成64个区域显示完毕。如果帧速足够快，则红、绿、蓝三帧单色图像形成一帧全色图像。

为了减少不同区域之间不同颜色光线的相互影响，在接通S64r时，可以同时关闭S1r，依次类推，即S1g接通时，S2r关闭；S2g接通时，S3r关闭；……S63g接通时，S64r关闭；S64g接通时，S1g关闭……另外液晶盒中下面一块基板可以采用塑料基板，将它分成N个子基板，其间用黑色层相互隔开。

子条形背光源组数取20-80。如果组数大于80，则背光源将变得复杂，成本上升。如果组数小于20，在像素开口率不变时，会造成发光不均匀。在这种情况下，可采取变像素开口率方式，使液晶屏中像素开口率逐渐变化，即在扫描每个区域时，第一行的开口率最小，随着行数增加开口率逐渐增大，至最后一行达到最大值。例如对于800×600像素的LCD，如果条形背光源组数取为5组，相应地液晶屏中像素也分为5个区域，每个区域有800×120像素，即120行，如果最后一行开口率为C，则第N行开口率为[80％+(100-80)％÷(120-1)×(n-1)]C。由此可算出第一行开口率为80％C，第二行开口率为80.17％C，第三行开口率为80.33％……最后一行开口率为100％C。这样可使亮度保持均匀一致。

子背光源可采取侧光式和直下式，在侧光式中导光板和漫射板都要分成N个子导光板和子漫射板，子导光系统由子导光板和子漫射板等构成。在背照式中仅漫射板分成N个子漫射板，子导光子系统由子漫射板等构成。

总之，本发明的彩色显示器件由背光源和单色显示器件构成，背光源由N组子背光源组成，而每组子背光源由红、绿、蓝色各一个子背光源组成，通过红、绿、蓝色子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色显示器件中像素的调制作用进行场顺序式全色显示。彩色显示器件可以是彩色液晶显示器件，它由背光源和单色液晶显示屏构成，其分为两类：(1)在第一类彩色液晶显示器件中背光源由N组子背光源组成，每组子背光源由红、绿、蓝各一个子背光源组成，通过红、绿和蓝色子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色液晶显示屏中像素的调制作用进行场顺序式全色显示。通常背光源由N组子条形背光源组成，每组子条形背光源由红、绿、蓝色各一个子条形背光源组成。红、绿、蓝色子条形背光源分别由红、绿、蓝色LED或EL或FED或VFD及其相应的共用子导光系统组成。(2)在第二类彩色液晶显示器件中背光源由N组子条形背光源组成，每组子条形背光源由某基色及其补色各一个子条形背光源组成，通过该基色及其补色子条形背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色液晶显示屏中像素调制作用进行场顺序式全色显示。某基色及其补色子条形背光源分别由该基色及其补色LED或EL或FED或VFD及其相应的共用子导光系统组成。

本发明的彩色液晶显示器件是一种场顺序式全色显示器件，不需要CF，光利用率大为提高，可达20％以上，因此亮度显著增加，功耗显著下降。与现有的彩色LCD相比，在分辨率相同的情况下，TFT数量可减少三分之二，成品率显著增加，成本显著降低。在像素节距相同的情况下，分辨率可显著提高。

在图1和图2中R、G、B分别是红、绿、蓝色LED或EL条，Si是子背光源组，Di是子漫射板，B1、B6是中性偏振片，B2、B5是玻璃基板，B4是共用透明电极。在图1中B3是像素电极，在图2中B3-1、B3-2分别是黄、青子像素电极，CF-1、CF-2分别是黄、青CF，G、M分别是绿、品红色LED，BM是黑底。

下面以实例具体说明。

实例1

在图1中R、G、B分别是红、绿、蓝LED，Si是子背光源组，Di是子漫射板，B1、B6是中性偏振片，B2、B5是基板，B3是像素电极，B4是共用透明电极，B7是液晶层。LCD是15英寸单色TFT-LCD，其像素数为1024×768，其结构与一般单色TFT-LCD相同。背光源采用直下式，它由64组沿水平方向排列的LED组成，每组LED由红、绿、蓝各1、2、1个LED组成，各组LED之间发光互不干扰。漫射板分为64个沿水平方向的子漫射板，子漫射板之间用黑色层相互隔开。一组LED及其相应的子漫射板构成一组子条形背光源，它们分别以S1、S3……S63、S64表示，一组同色LED及其相应的共用子漫射板构成一个子条形背光源，它们分别以S1r、S1g、S1b、S2r、S2g、S2b……S63r、S63g、S63b、S64r、S64g和S64b表示。TFT-LCD屏中像素沿水平方向分为64个区域A1、A2……A63和A64，它们分别与各组条形背光源S1、S2……S63、S64相对应。红、绿、蓝子条形背光源工作过程如下表：

区域	时刻	红色	时刻	红色	绿色	时刻	绿色	蓝色	时刻	蓝色	红色
												A1	0t	S1r通	64t	S1r断	S1g通	128t	S1g断	S1b通	192t	S1b断	S1r通
A2	1t	S2r通	65t	S2r断	S2g通	129t	S2g断	S2b通	193t	S2b断	S2r通
												A3	2t	S3r通	66t	S3r断	S3g通	130t	S3g断	S3b通	194t	S3b断	S3r通
……	……	……	……	……	……	……	……	……	……	……	……
												A63	62t	S63r通	126t	S63r断	S63g通	190t	S63g断	S63b通	254t	S63b断	S63r通
A64	63t	S64r通	127t	S64r断	S64g通	191t	S64g断	S64b通	255t	S64b断	S64r通

全色显示的过程如下：在显示红色图像时，S1r、S2r……S63r、S64r依次开亮，发出红光，各自照射在液晶屏区域A1、A2……A63和A64，各区域中像素受到红色信号调制而依次产生红色图像。在显示绿色图像前，A1区域中红色图像显示完毕，此时S1r关闭，S1g开亮，发出绿光，A1区域中像素重新受到绿色信号调制(至S1b开通前关闭S1g)，接着A2区域中红色图像显示完毕，此时S2r关闭，S2g开亮，发出绿光，A2区域中像素重新受到绿色信号调制(至S2b开通前关闭S2g)……最后A64区域中红色图像显示完毕，至此一帧红色图像全部显示完毕，此时S64r关闭，S64g开亮，发出绿光，A64区域中像素重新受到绿色信号的调制(至S64b开通前关闭S64g)……依次类推，一帧绿色图像、一帧蓝色图像各分成64个区域顺序显示完毕。如果帧速足够快，则红、绿、蓝三帧单色图像形成一帧全色图像。

实例2

在图1中R、G、B分别表示红、绿、蓝色EL条。背光源采用直下式，它由64组沿水平方向排列的子EL条组成，每组子EL条由水平方向排列的红、绿、蓝各一个子EL条组成。漫射板分为64个沿水平方向的子漫射板，子漫射板之间有黑色层隔开。一组子EL条及其相应的共用子漫射板构成一组子条形背光源，它们分别以S1、S2……S63、S64表示，一个子EL条及其相应的共用子漫射板构成子条形背光源，它们分别以S1r、S1g、S1b、S2r、S2g、S2b……S63r、S63g、S63b、S64r、S64g和S64b表示。TFT-LCD屏中像素分为64个沿水平方向的区域A1、A2……A63和A64表示，它们分别与背光源S1、S2……S63、S64相对应。其余同实例1。红、绿、蓝子条形背光源工作过程如下表：

区域	时刻	红色	时刻	红色	绿色	时刻	绿色	蓝色	时刻	蓝色	红色
												A1	0t	S1r通	64t	S2r断	S1g通	128t	S2g断	S1b通	192t	S2b断	S1r通
A2	1t	S2r通	65t	S3r断	S2g通	129t	S3g断	S2b通	193t	S3b断	S2r通
												A3	2t	S3r通	66t	S4r断	S3g通	130t	S4g断	S3b通	194t	S4b断	S3r通
……	……	……	……	……	……	……	……	……	……	……	……
												A63	62t	S63r通	126t	S64r断	S63g通	190t	S64g断	S63b通	254t	S64b断	S63r通
A64	63t	S64r通S1r断	127t		S64g通S1g断	191t		S64b通S1b断	255t		S64r通S1r断

全色显示过程类似实例1，如下：在显示红色图像时，S1r、S2r……S63r、S64r依次开通(S64r开通前关闭S1r)，发出红光，各自照射在液晶屏区域A1、A2……A63和A64，各区域中像素受到红色信号调制而依次产生红色图像。在显示绿色图像前，A1区域中红色图像显示完毕，此时S2r关闭，S1g开亮，发出绿光，A1区域中像素重新受到绿色信号的调制(至S64g开通前关闭S1g)，接着A2区域中红色图像显示完毕，S3r关闭，S2g开亮，发出绿光，A2区域中像素重新受到绿色信号调制(至S1b开通前关闭S2g)……最后A64区域中红色图像显示完毕，至此一帧红色图像全部显示完毕，S1g关闭，S64g开亮，发出绿光，A64区域中像素重新受到绿色信号调制(至S63b开通前关闭S64g)……依次类推，一帧绿色图像和一帧蓝色图像各分成64个区域顺序显示完毕。如果帧速足够快，则红、绿、蓝三帧单色图像形成一帧全色图像。

实例3

在图2中G、M分别表示绿、品红LED，B3-1、B3-2分别表示黄、青色子像素电极，CF-1、CF-2分别表示黄、青色CF，BM表示黑底。背光源由48组沿水平方向排列的LED组成，每组LED由绿、品红色各二、四个LED组成。漫射板分为48个沿水平方向的子漫射板，子漫射板间用黑色层隔开。一组LED及其相应的共用子漫射板构成一组子条形背光源，它们分别以S1、S2……S47、S48表示，一组同色LED及其相应的共用子漫射板构成一个子条形背光源，它们分别以S1g、S1m、S2g、S2m……S47g、S47m、S48g和S48m表示。LCD是17英寸单色TFT-LCD，其像素数为1024×768，每个像素由黄、青色各一个子像素构成，其中分别有黄、青色CF，TFT-LCD屏中像素沿水平方向分成48个区域A1、A2……A47和A48，它们分别与条形背光源S1、S2……S47、S48相对应。其余同实例1。绿、品红子条形背光源工作过程如下表：

区域	时刻	绿色	时刻	绿色	品红色	时刻	品红色	绿色
									A1	0t	S1g通	48t	S2g断	S1m通	96t	S2m断	S1g通
A2	1t	S2g通	49t	S3g断	S2m通	97t	S3m断	S2g通
									……	……	……	……	……	……	……	……	……
A47	46t	S47g通	94t	S48g断	S47m通	142t	S48m断	S47g通
									A48	47t	S48g通S1g断	95t		S48m通S1m断	143t		S48g通S1g断

全色显示的过程如下：在显示绿色图像时，S1g、S2g……S47g、S48g依次开亮(S48g开通前关闭S1g)，发出绿光，各自照射在液晶屏区域A1、A2……A47和A48，各区域中黄、青色子像素同时受到绿色信号调制而依次产生绿色图像。在显示红、蓝色图像前，A1区域中绿色图像显示完毕，S2g关闭，S1m开亮，发出品红光，A1区域中黄、青色子像素分别重新受到红、蓝色信号调制(至S48m开通前关闭S1m)，接着A2区域中绿色图像显示完毕，S3g关闭，S2m开亮，发出品红光，A2区域中黄、青色子像素分别重新受到红、蓝色信号调制(至S1g开通前关闭S2m)……最后A48区域中绿色图像显示完毕，至此一帧绿色图像显示完毕，S1m关闭，S48m开亮，发出品红光，A48区域中黄、青色子像素分别重新受到红、蓝色信号调制(至S47g开通前关闭S48m)……依次类推，一帧红色图像、一帧蓝色图像分别各分成48个区域顺序显示完毕。如果帧速足够快，则红、绿、蓝三帧单色图像形成一帧全色图像。

Claims (7)

1.一种彩色显示器件，其特征是它由背光源和单色显示器件所构成，背光源由N组子背光源组成，每组子背光源由红、绿、蓝色各一个子背光源组成，通过红、绿、蓝色子背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色显示器件中像素的调制作用进行场顺序式全色显示。

2.根据权利要求1的彩色显示器件，其特征是它是彩色液晶显示器件，它由背光源和单色液晶显示屏构成。

3.根据权利要求2的彩色液晶显示器件，其特征是背光源由N组子条形背光源组成，每组子条形背光源由红、绿、蓝色各一个子条形背光源组成，通过红、绿、蓝色子条形背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色液晶显示屏中像素的调制作用进行场顺序式全色显示。

4.根据权利要求3的彩色液晶显示器件，其特征是每组子条形背光源中红、绿、蓝色子条形背光源分别由红、绿、蓝色LED或EL或FED或VFD及其相应的共用子导光系统组成。

5.根据权利要求2的彩色液晶显示器件，其特征是背光源由N组子条形背光源组成，每组子条形背光源由某基色及其补色各一个子条形背光源组成，通过该基色及其补色子条形背光源顺序发光和红、绿、蓝信号对单色液晶显示屏中像素的调制作用进行场顺序式全色显示。

6.根据权利要求5的彩色液晶显示器件，其特征是每组子条形背光源中某基色及其补色子条形背光源分别由该基色及其补色LED或EL或FED或VFD及其相应的共用子导光系统组成。

7.根据权利要求1、3和5的彩色显示器件，其特征是子条形背光源组数为20-80，当组数小于20时，采取变像素开口率方式。

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