TWI392922B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

Description

液晶顯示裝置

本發明係有關於一種液晶顯示裝置，尤指一種提高NTSC以及符合Adobe RGB規範之液晶顯示裝置。

按，隨著網際網路與無線電通訊技術的急遽發展，資訊化漸漸普及於個人，因此可攜式資訊產品，如筆記型電腦、行動電話、數位相機、及個人數位助理等，均快速發展與成長。由於液晶顯示器具有薄型化、輕量化、低耗電量、無輻射污染、且能與半導體製程技術相容等優點，並順應著這股網際網路數位資訊化市場的興起，使其在短短三十年間，產品之應用更呈飛躍性的成長。由早期的簡易手錶、計算機等低資訊容量顯示產品的應用，漸漸擴及精細化的監視器或可攜式資訊產品。其技術涵蓋材料、設備、製程、產品特性等諸多層面的開發，真可謂是一日千里。時至今日，更以驚人的氣勢持續成長，儼然成為下一代平面顯示器件市場的主流。

就目前數位顯示設備(如電腦投影機、背投影電視、電漿電視、液晶顯示器及液晶電視)而言，市面上的產品琳瑯滿目。包含國內及歐、美、日大廠，無不積極在市場上爭取一席之地。然而在各個大型賣場，我們可以看到各廠家的電視一字排開，影像品質馬上表現出來。讓消費者比較彼此之間影像品質的表現(如亮度、對比度、色彩再現能力及偏色狀況)，做一番比較，再加以選購。其中色彩的再現，對影像品質的影響非常之大，將會影響消費者對產品的選擇。

色彩再現是係於液晶顯示領域常提起之技術。然而什麼樣的色彩是對的，往往見人見智。然而此領域，隨著全世界高畫質數位電視的陸續開播，在越來重視影像品質的時代下，開始為人們所重視。

色彩之三色相加為白色。色光加色法描述如下：紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)三色，是混和產生其他色光的基本成分，三色光各自獨立，且其中任一種色光都不能由其他兩種色光混合產 生。RGB三色光以不同比例混合，可以產生自然界大部分顏色。RGB三原色(三主色色彩)以等比例相加可得白色光。混和的光越多，亮度越高，彩度越低。使用於電腦銀幕、電視及投影機等有互補色，W(白)=R+G+B。三原色光任意兩色相加，可得出互補色。

色彩是人眼眼觀察所產生的的訊息，傳到大腦得到五彩繽紛的感覺。可將色彩值由X，Y，Z來推導計算出來，由下列公式可將色彩值計算出來，並將之由XYZ轉換過的x，y值繪成CIE 1931。

S(λ)：Relative spectral power distribution of the illuminant

(λ),(λ),(λ)：Color-matching functions for CIE 2^． Standard Observer(1931)

R(λ)：Spectral reflectance of specimen

x+y+z=1

NTSC色域是一個標準。由於有此標準，顯示器廠商便可以此來定出顯示器的色域表現能力，如一般的液晶顯示器有的標示75%NTSC，及代表其擁有75% NTSC色域大小之顯色能力。色域顯色能力和一般電腦銀幕規格之色彩顯示能力(如1.67百萬個色彩)是不同的。高畫質數位電視(高畫質電 視)由於必須顯示多種規格，故其色域表現能力，是相當重要的。比如某顯示器色域面積比為72% NTSC，表示該顯示器可以顯示的顏色範圍為NTSC規定的百分之七十二。72% NTSC大約為目前傳統電視機(CRT)的標準。上文所說三原色色域面積是將已知三原色色度座標，利用Heron定理來求得其面積，如下所示，a、b、c分別表示RGB三色座標之個別邊長，△表示三角形的面積即為NTSC。

s=a+b+c/2

△=s(s-a)(s-b)(s-c)

目前顯示器之色彩再現，依投射影像的更新頻率不同有三種：NTSC制、PAL制和SECAM制。NTSC彩色電視制式是1952年美國國家電視標準委員會定義的彩色電視廣播標準，稱為正交平衡調幅制。PAL稱為逐行倒相正交平衡調幅制，是1962年德國制定的彩色電視廣播標準，中國使用這種制式。SECAM為法國制定的彩色電視廣播標準，稱為順序傳送彩色與存儲制。這三種電視制式都是相容制制式。PAL彩色電視制式規定，一幀圖像的總行數為625，隔行掃瞄。行掃瞄頻率是15625 Hz，週期為64μs；場掃瞄頻率是50Hz，幀頻是25Hz。在送出電視信號時，每一行中傳送圖像的時間是52.2μs，其餘的11.8μs是行掃瞄的逆程時間，不傳送圖像。每一場的掃瞄行數為625/2=312.5行，其中25行作場回掃，不傳送圖像，因此每幀只有575行有圖像。顏色模型採用YUV。圖像的水準清晰度線數應該是圖像上實際能分清的黑白垂直條數除以寬高比系數。

電視的水準清晰度的計算公式為：水準清晰度TVL/PH=有效行時間(μs)×2×頻頻寬度(MHz)÷寬高比系數

以PAL彩色電視標準，一幀電視畫面由625行掃瞄線組成，也就是共有625條圖元行，電視畫面的寬高之比是4：3，由此可計算出每行應有833個圖元。實際上，每幀圖像的有效行數為575行.因此我國現行電視標準的垂直清晰度為575×0.7=403 TVL/PH。應該指出的是，電視的垂直清晰度是由電視制式決定的，與電視信號的傳輸和視訊頻寬無關。PAL電視標準規定行週期為64μs，有效行時間為52.2μs，標稱視訊頻寬為6 MHz，所 以現行電視標準的水準清晰度為：水準清晰度(SDTV)=52(μs)×2×6(MHz)÷(4/3)=468 TVL/PH

早在上世紀80年代，國際無線電諮詢委員會(CCIR)就制定了彩色電視圖像數字化標準，稱為CCIR 601標準，現改為ITU-R BT.601標準。該標準規定了彩色電視圖像轉換成數字圖像時使用的採樣頻率，RGB和YCbCr兩個彩色空間之間的轉換關係等。CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規定了共同的電視圖像採樣頻率。

色彩空間(ColorSpace)，又稱為色域空間，它表示的是一個彩色影像所能夠表現的色彩範圍。CMYK和RGB是兩種不同的色彩空間，CMYK是印刷機和印表機等輸出設備上常用的色彩空間；而RGB則又被細分為：AdobeRGB、Apple RGB、ColorMatch RGB、CIE RGB以及sRGB等多種不同的色彩空間。其中，Apple RGB是蘋果公司的蘋果顯示器默認的色彩空間，普遍應用於平面設計以及印刷的照排；CIE RGB是國際色彩組織制定的色彩空間標準。以Adobe RGB和sRGB這兩種色彩空間最為常見，相對的sRGB的色域範圍相對狹窄，已經無法滿足更高端的專業色彩需求，請參閱圖1，Adobe RGB為A’，sRGB為B’。也因此，愈來愈多之顯示器支援Adobe RGB這個更寬廣的色域空間；其實，目前顯示器、印表機或者印刷機支援Adobe RGB仍不夠普遍。

目前市面上看到可支援Adobe RGB的顯示器主要是利用RGB LED高演色性的特性來達成，同樣的彩色濾光片搭配高演色性的CCFL雖然可以達到NTSC95%以上的高色飽和度，卻無法完全顯示Adobe RGB所含蓋的色域範圍，尤其是在綠色的部分。

有鑑於上述問題，本發明提供一種液晶顯示裝置，以提升NTSC以及更寬廣之色域。

本發明之主要目的，係在於提供一種液晶顯示裝置，提高綠色之色座標，藉此以提高液晶顯示裝置之NTSC以及符合Adobe RGB之色域規範。

本發明之次要目的，係在於提供一種液晶顯示裝置，由於背光模組之綠色光源之色座標值已提高，為使綠色發光頻譜可以穿透液晶模組，以搭配光源之綠色發光頻譜之可穿透之彩色濾光片。

為了達到上述之目的，本發明係揭示一種液晶顯示裝置，提供一背光模組之綠色發光頻譜，以及提供搭配可使綠色發光頻譜穿透之一液晶模組之彩色濾光片，其中該綠色發光頻譜包含一第一波峰之480~500nm波長、一第二波峰之505~525nm波長與一第三波峰之535~555nm波長，再者，該彩色濾光片必須搭配該背光模組之綠色發光頻譜，於彩色濾光片包含複數黑色矩陣、複數個紅色畫素區、複數綠色畫素區與複數藍色畫素區，該些綠色畫素區之在CIE標準C光源下，於CIE 1931色度座標上的y座標為Gy，其中Gy≧0.635，以提高於CIE 1931之綠色之色座標值，可增加液晶顯示裝置之NTSC以及符合寬色域之Adobe RGB之相關規範。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：由於液晶顯示器是以液晶分子材料為基本要素，將這白濁的液晶分子夾在經過配向處理的兩片玻璃板之間，即可組合成目前熱門而且與我們日常生活息息相關的液晶顯示器件。

這個介於固態與液態之間的中間態分子，不但具有液體易受外力作用而流動的特性，亦具有晶體特有的光學異方向性質，所以能夠利用外加電場來驅使液晶的排列狀態改變至其他指向，造成光線穿透液晶層時的光學特性發生改變，此即是利用外加的電場來產生光的調變現象，我們稱之為液晶的光電效應。利用此效應可製作出各式的液晶顯示器，如扭轉向列型液晶顯示器、超扭轉向列型液晶顯示器、及薄膜電晶體液晶顯示器等。

以扭轉向列型液晶顯示器的構造來加以說明。扭轉向列型液晶顯示器的基本構造為：上下兩片導電玻璃基板，在導電膜上塗布一層經由摩擦而形成極細溝紋的配向膜，當向列型液晶灌注入上下兩片玻璃之間隙時，由 於液晶分子具有液體的流動特性，因此很容易順著溝紋方向排列。在接近基板溝紋位置時，液晶分子所受的束縛力較大，所以會沿著上下基板溝紋方向排列，而中間部分的液晶分子束縛力較小，在液晶盒內會形成扭轉排列。因為在液晶盒內的向列型液晶分子共扭轉90度，故稱此工作模式為扭轉向列型。另外，上下基板外側各加上一片偏光板。

再者，進一步說明此顯示器的明暗對比顯示動作原理。首先，由白色背面光源所射出的光通過第一偏光板後，自然光即被偏極化為線偏極光，在不施加電壓時，則此線偏極光進入液晶盒內，逐漸隨著液晶分子扭轉方向前進，因上下兩片偏光板的穿透軸和配向膜同向，即兩偏光板的穿透軸互相垂直，故光可通過第二片偏光板而形成亮的狀態。相反地，若施加電壓時，液晶分子傾向於與施加電場方向呈平行，因此液晶分子一一垂直於玻璃基板表面，則線偏極光直接通過液晶盒到達第二片偏光板，這時光會被偏光板所吸收而無法通過，形成暗的狀態。因此，利用適當驅動電壓即可得到亮暗對比顯示的效果，此顯示畫面即為一白底黑字的模式。

請參閱圖2，在LCD顯示系統中，液晶分子不像其他自發光源(如OLED)，其本身是不會發光的，LCD是作光偏振的調制，因此必須搭配polarizer及，來負責光線明暗的調制，因此在LCD應用上皆需要一個背光模組10來作為螢幕的光源。背光模組10除了必須提供足夠的亮度輸出，強度分佈的均勻性、色彩均勻性，以及演色性等，也是背光模組10在設計上重要的課題。背光模組10包含至少一個光源12，從光源12(100%)進入Light Pipe(穿透率60%)，通過Polarizer(穿透率40%)、Liquid Crystal(傳透率95%)、彩色濾光片(穿透率30%)、Analyser(穿透率95%)，最後加外層表面反射(穿透率90%)，因此從光源開始到螢幕之外，出光只剩下5%不到。光源12之冷陰極管具有寬廣頻譜之特性，但在紅、綠、藍光區有相對峰值，但所造成之LCD之色域約有70%NTSC，因此用以作為LCD背光源在色彩的輸出是有鮮豔真實的表現彩色濾光片技術彩色液晶顯示器是利用空間混色技術來得到全彩化的顯示功能，也就是在彩色濾光片30每 個畫素中安排複數紅、綠、藍三個畫素區32、34、36的濾光膜及複數黑色矩陣33。

背光模組10所發射出來的光源12，經過彩色濾光片30之複數紅、綠、藍畫素區32、34、36後，可視為三個新的色彩光源，此和傳統映射管-陰極射線管的紅、綠、藍三槍的色彩性能相同。通常藉由外加驅動電壓在液晶顯示器板上，驅使液晶模組20之液晶盒內的分子改變排列狀態，進而改變光偏振狀態與光透過率。就好像在每一畫素中，利用三個不同電壓來直接調變子畫素紅、綠、藍的光強度一樣。隨著偏光角度的改變，各個不同強度的光經彩色濾光膜的紅、綠、藍子畫素區32、34、36後再混色加成，就會顯現出不同顏色及亮度的畫素，經由各畫素即可組成一幅色彩繽紛的圖案或影像。

請參閱圖3，其係為本發明之一較佳實施例之光源之頻譜圖；如圖所示，本發明之背光模組光源所提供之綠色頻譜係包含一第一波峰110之波長於480~500nm、一第二波峰120之波長於505~525nm與一第三波峰130之波長於535~555nm，且，於第一波峰110係具有489nm之最大峰值、該第二波峰120係具有517nm之最大峰值及該第三波峰130係具有545nm之最大峰值；本發明之燈源內之螢光粉配方係包含一第一螢光粉，係選自於LaPO₄ ：Ce,Tb及LaPO₄ ：Eu所組成群組之其中之一或任意組合者，及/或一第二螢光粉，係選自於Zn₂ SiO₄ ：Mn及BAM：Eu,Mn所組成群組之其中之一或任意組合者。

再者，該燈源係包含紅色螢光粉為波長的峰值在580nm以上，其係選自Y₂ O₃ ：Eu系、Y(P,V)O₄ ：Eu系及xMgO.(4-x)MgF₂ .CeO₂ 系所組成群組之其中之一或任意組合者；以及包含藍色螢光粉為波長的峰值在480nm以下，其係選自BAM：Eu系和Sr₃ (PO₄ )₃ Cl：Eu系所組成群組之其中之一或任意組合者。

而彩色濾光片的基本構造中，在玻璃基板間配置有紅、綠、藍微細彩色畫素區，且在紅、綠、藍之間分別夾有黑色矩陣33，黑色矩陣33具有提升對比度及防止色材混色等作用。因為「對比」乃是亮態與暗態時的光穿 透率比值，當對比值愈大時，則所看到的影像愈清晰，故為了能使對比提升，在外加電壓驅使液晶動作時(即暗態，光被遮斷)，被驅動的畫素一定要呈現非常黑暗。因此，要有效地適用黑色矩陣33來防止漏光現象。

同時，為防止紅、綠、藍色材間的混色，彩色濾光片中的紅、綠、藍畫素區32、34、36不能互相接觸，所以在各色材之間必須配設無色材、不透光的遮光膜，以提供「避免漏光」和「三原色混色」之效果。另外，在最外層塗覆一層保護膜，以保護紅、綠、藍濾光膜，避免它們在後續的製程中遭到不必要損傷，同時也兼具著避免它們色材膜與遮光層間的落差，使其平坦化。紅、綠、藍色材膜的白色光穿透率約為25%。

為搭配本發明之背光模組燈源之綠色頻譜，該彩色濾光片之該些綠色畫素區在CIE標準C光源下之CIE色度Gy>0.635，最佳為Gx=0.261，Gy=0.642；且，請一併參閱圖4，其係為本發明之一較佳實施例之彩色濾光片之綠色畫素區之頻譜圖；如圖所示，綠色畫素區穿透頻譜之半高波寬≦90nm。

最後，請參閱圖5，其係為本發明之一較佳實施例之液晶顯示裝置之於CIE 1931之色座標示意圖；如圖所示，本發明之使用包含該第一頻譜、第二頻譜與該第三頻譜之背光模組之光源以穿透該液晶模組(並搭配可穿透該第一頻譜、第二頻譜與該第三頻譜之該彩色濾光片之綠色畫素區)，於CIE 1931色度座標上的x座標為Gx，y座標為Gy，其中Gx≧(-1.13)*Gy+1且Gx≦0.1*Gy+0.15，且Gy≧0.71；而紅色於CIE 1931色度座標上的x座標為Gx，其中Rx≧0.64；而藍色於CIE 1931色度座標上的y座標為By，其中Bv≦0.06，其最佳色座標為下表所示：

由上表及圖式可知，本發明所提供之液晶顯示裝置可以符合Adobe RGB之寬色域規範，C’為本發明之液晶顯示裝置，以解決習知技術之高演色性的燈源雖然可以達到NTSC95%以上的高色飽和度，卻無法完全顯示Adobe RGB所含蓋的色域範圍，尤其是在綠色的部分。

綜上所述，本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧背光模組

12‧‧‧燈源

20‧‧‧液晶模組

30‧‧‧彩色濾光片

32‧‧‧紅色畫素區

34‧‧‧紅色畫素區

36‧‧‧紅色畫素區

A’‧‧‧Adobe RGB

B’‧‧‧sRGB

C’‧‧‧本發明之液晶顯示裝置

33‧‧‧黑色矩陣

圖1：其係為習知技術之Adobe RGB與sRGB之於CIE 1931之色座標示意圖；圖2：其係為本發明之一較佳實施例之液晶顯示裝置之結構示意圖；圖3：其係為本發明之一較佳實施例之光源之頻譜圖；圖4：其係為本發明之一較佳實施例之光源之彩色濾光片之綠色畫素區之穿透頻譜圖；及圖5：其係為本發明之一較佳實施例之液晶顯示裝置之於CIE 1931之色座標示意圖。

110‧‧‧第一波峰

120‧‧‧第二波峰

130‧‧‧第三波峰

Claims (12)

1. 一種液晶顯示裝置，包含：一液晶模組，包含一彩色濾光片，該彩色濾光片包含複數紅色畫素區、複數綠色畫素區與複數藍色畫素區；以及一背光模組，其中該背光模組之光源係包含一第一波峰之波長於480~500nm、一第二波峰之波長於505~525nm與一第三波峰之波長於535~555nm，該些綠色畫素區於該背光模組之光源下CIE 1931色度座標上之x座標為Gx，y座標為Gy，其中Gx≧(-1.13)^＊ Gy+1且Gx≦0.1^＊ Gy+0.15，且Gy≧0.71。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第一波峰係具有489nm之最大峰值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第二波峰係具有517nm之最大峰值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第三波峰係具有545nm之最大峰值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該液晶顯示裝置係包含至少一燈管，該燈管係包含一第一螢光粉，係選自於LaPO₄ ：Ce,Tb及LaPO₄ ：Eu所組成群組之其中之一或任意組合者。
6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示裝置，其中該燈管係包含一第二螢光粉，係選自於Zn₂ SiO₄ ：Mn及BAM：Eu,Mn所組成群組之其中之一或任意組合者。
7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該該彩色濾光片更包含複數黑色矩陣，其中該些綠色畫素區之穿透頻譜為480~555nm。
8. 如申請專利範圍第7項所述之液晶顯示裝置，其中該些綠色畫素區之穿透頻譜之半高波寬≦90nm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該彩色濾光片更包含複數黑色矩陣，其中該些綠色畫素區在C光源下於CIE 1931色度座標上的y座標為Gy，其中Gy≧0.635。
10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示裝置，其中該些綠色畫素區之穿透頻譜之半高波寬≦90nm。
11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該液晶顯示裝置係包含至少一燈管，該燈管係包含一第一螢光粉，係選自於LaPO₄ ：Ce,Tb及LaPO₄ ：Eu所組成群組之其中之一或任意組合者。
12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶顯示裝置，其中該燈管係包含一第二螢光粉，係選自於Zn₂ SiO₄ ：Mn及BAM：Eu,Mn所組成群組之其中之一或任意組合者。