CN100529914C - 具有一致的lc层的lcd设备 - Google Patents

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Abstract

一种LCD设备包括LC面板以及具有背光源和发光强度控制单元的背光单元。该背光源在对应于红色、绿色和蓝色的每个波长范围中具有峰值发光强度。发光强度控制单元控制LCD单元的较低灰度级的与蓝色相对应的波长范围的峰值发光强度，使其低于较高灰度级的峰值发光强度，以由此防止屏幕上的色度向蓝色偏移。

Description

具有一致的LC层的LCD设备
技术领域
本发明涉及一种具有一致(homogeneously)配向的LC层的液晶显示设备(LCD)。
背景技术
通常，LCD设备包括液晶(LC)面板和将LC面板夹在之间的一对偏振膜，液晶面板中包括LC分子的LC层夹在一对基板之间。通过控制LC分子的长轴的倾斜角，LCD设备在其屏幕上呈现图像。例如，平面内切换模式(IPS模式)LCD设备包括一致配向的LC层和一对偏振膜，布置该对偏振膜使得其偏振轴彼此垂直。为了显示图像，将平行于基板表面的电场施加到LC层，以旋转平行于基板表面的LC分子。
已知在LCD设备中，在LCD设备的屏幕上呈现的灰度级包括从初始颜色的颜色变化。图8示出了在改变灰度级时，屏幕上的颜色变化、或者色度偏移。在该例子中，使用256个灰度级来表示每种颜色的亮度。如果屏幕上的颜色从黑色变化到白色，即从(R，G，B)＝(0，0，0)到(R，G，B)＝(255，255，255)，则人眼观看到的色度沿着连接图8中的方点的线在X-Y色度坐标上偏移。在图8中，为了参考，还用曲线(a)绘出了黑体辐射轨迹。从图8中可以看出，较低灰度级引起了观看到的色度向蓝色偏移。这被认为是由于具有彼此垂直布置的偏振轴的偏振膜的透射因数在较低波长范围中比在较高波长范围中高。随着灰度级变化的色度偏移降低了色度的再现性，由此引起了LCD设备的图像质量恶化。
在Y.Utsumi的题为“LC Technique wherein a luminance change doesnot change chromaticity，“Authentic Color IPS””，Electronic MaterialJune，2002，Separate Volume的第一文献中，描述了用于抑制随着灰度级变化的色度偏移的技术。在该技术中，根据亮度，使用查询表来降低三基色RGB中的蓝色(B)的透射水平，以由此抑制向蓝色的色度偏移；例如，为了抑制蓝色，将表示初始颜色的(128，128，128)改变到(128，128，92)。
在题为“Color reproducibility characteristic and reproduction of thestandard color in an LCD panel”in Sharp technical report，Vol.80，August 2001，P43-46的第二文献中，描述了用于抑制色度偏移的另一种技术。在该技术中，降低了LC层的迟滞以降低通过LC层的光的峰值波长偏移，由此降低色度偏移。
发明内容
(a)本发明解决的问题
注意，在本发明中，如第一文献中提出的，随着灰度级的变化的蓝色的透射水平的降低不能很好地降低向蓝色的色度偏移量。还应该注意，如在第二文献中采用的，LC层的迟滞的降低需要降低LC层的厚度，这会伴随各种技术问题。
鉴于现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种LCD设备，其能够抑制较高灰度级和较低灰度级之间的色度偏移。
(b)解决这些问题的手段
在本发明的第一方面中，本发明提供一种液晶显示(LCD)设备，其包括一对透明基板、一致配向的液晶(LC)层以及向LC层提供背光的背光单元，该液晶层夹在该对透明基板之间并且包括具有平行于透明基板的表面配向的长轴的LC分子，其中背光单元包括：背光源，其分别在380到490nm、490到590nm以及590到800nm的第一到第三波长范围的每一个中具有峰值发光强度；以及发光强度控制单元，用于控制背光源的发光强度，以控制LCD设备的灰度级；并且发光强度控制单元控制第一灰度级的第一波长范围的峰值发光强度，使其低于第二灰度级的第一波长范围的峰值发光强度，其中第二灰度级高于第一灰度级。
在本发明的第二方面中，本发明提供一种液晶显示(LCD)设备，其包括一对透明基板、一致配向的液晶(LC)层以及向LC层提供背光的背光单元，该液晶层夹在该对透明基板之间并且包括具有平行于透明基板的表面配向的长轴的LC分子，其中背光单元包括：背光源，其分别在380到490nm、490到590nm以及590到800nm的第一到第三波长范围的每一个中具有峰值发光强度；以及发光强度控制单元，用于控制背光源的发光强度，以控制LCD设备的多个划分的屏幕区域的每一个中的LCD设备的灰度级；并且在表示第一灰度级的第一屏幕区域中，发光强度控制单元控制第一波长范围的峰值发光强度，使其低于表示第二灰度级的第二屏幕区域中的第一波长范围的峰值发光强度，其中第二灰度级高于第一灰度级。
根据本发明的LCD设备，在第一灰度级比在第二灰度级低的第一波长范围的特定峰值发光强度防止了背光向蓝色的色度偏移，由此降低了在不同灰度级观看到的颜色之间或者在屏幕的不同划分区域中观看到的颜色之间的色度差，以改善LCD设备的图像质量。
参考附图，本发明的上述和其他特点、特征和优点将更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明实施例的LCD设备的剖面图。
图2是示出了背光单元的发光光谱图的图表。
图3是示出了当背光中蓝色的发光强度变化时色度偏移的图表。
图4是示出了通过模拟获得的LCD设备的灰度级中强度为6级和20级时蓝色的发光强度和色度偏移之间的关系的图表。
图5是示出了由模拟获得的LCD设备的灰度级中从0级到99的色度偏移的图表。
图6是示出了由模拟获得的LCD设备的蓝色的发光强度和对比度之间的关系的图表。
图7是具有被分成4个子区域的屏幕的LC面板的透视图。
图8是示出了LC面板的灰度级变化时的色度偏移的图表。
图9是示出了一对偏振膜的透射率-波长特性的图表，该对偏振膜布置为偏振轴彼此垂直。
具体实施方式
现在，参考附图更具体地来说明本发明。图1示出了根据本发明实施例的LCD设备。通常用标号100表示的LCD设备包括背光单元120、LC面板121、以及控制电路122。LC面板121包括光入射侧偏振膜101、晶体管阵列(TFT)基板102、取向膜111、LC层103、取向膜113、滤色器(CF)基板104、以及光发射侧偏振膜105，它们以此顺序沿着光透射的方向排列。
LC层103在其中包括一致配向的LC分子112。偏振膜101、105每个都具有使如下的光通过其中的功能，该光具有与偏振膜101、105的偏振轴一致的偏振。布置偏振膜101、105，使得其透射轴彼此垂直。TFT基板102包括玻璃基板体106、绝缘膜107、TFT 108、像素电极109以及对向电极110。TFT 108控制施加到像素电极109的电压。CF基板104包括着色层114、遮光膜115和玻璃基板体116。着色层114使通过LC层103的光着色以呈现出三基色RGB之一。遮光膜115为TFT 108、数据线(未示出)等遮光。在LCD设备100中，为了显示彩色图像，施加在像素电极109和对向电极110之间的电压将横向电场施加到LC层103中的LC分子。
背光单元120生成背光，以入射到LC面板121上。背光单元120是直接发射型的，并且在其中包括散射板后面的LED，每个LED对应于RGB三基色之一。图2示出了背光的发光光谱和波长之间的关系，其中示出了背光单元中的蓝色的发光强度，其被控制为从峰值(Lb)到较低发光强度0.4×Lb。如图所示，背光单元120在对应于红色(590到800nm)、绿色(490到590nm)和蓝色(380到490nm)的每个波长范围中具有发光强度的峰值。背光单元120由控制电路122对至少在蓝色的峰值处的其发光强度进行控制。
图3示出了改变背光的蓝色的发光强度时的色度偏移。在该图中，曲线(a)表示黑体辐射轨迹。本发明人进行了模拟，通过仅逐步改变背光中的蓝色的发光强度，而固定红色和绿色的发光强度，如图2所示，来对于背光的各种发光强度测量显示黑色时的色度。在该模拟中，从白色到黑色的灰度级在强度上被分成100个灰度级，假设黑色和白色的灰度级分别是0级和99级。在图2和图3中，符号Lb表示显示白色即灰度级为99时黑色的发光强度。显示黑色时蓝色的发光强度以逐步的形式从Lb变为0.3×Lb。在背光单元120中的蓝色的发光强度从99级变化到较低级期间，色度随蓝色的发光强度如图3所示变化。由(b)表示的范围示出了人眼几乎看不到色度偏移的区域。
图4示出了通过对于灰度级为6和20的情况下，蓝色的发光强度和色度差之间的关系的模拟而获得的结果。在图4中，背光单元120的蓝色的发光强度以相对于99级的蓝色的发光强度的比率的形式绘制在横轴上。通过在灰度级(0，0，0)和灰度级(25，25，25)之间的范围内改变背光的蓝色的发光强度时，确定蓝色的每一发光强度的X-Y色度，并通过使用下面的公式将确定的X-Y色度转换为u’v’色度，而获得了色度差：
Δ u ′ v ′ = ( u ′ 1 - u ′ 0 ) 2 + ( v ′ 1 - V ′ 0 ) 2
其中99级的色度(u’，V’)用(u’，v’)＝(u’0，v’0)表示。在图4中示出了灰度级为6和20的蓝色的发光强度和色度差Δu’v’之间的关系，如代表性图示。
通常，如文献“NIKKEI MICRODEVICES MAY 2004”，p34中所引用的，如果色度差在0.02之内，则LCD设备的观看者几乎不能察觉色度偏移。因而，通过模拟确定了蓝色的发光强度的范围，其在每个灰度级实现了0.02或更低的色度差。通过模拟获得的蓝色的发光强度(L.I.)的范围如下：
对于0和15之间的LCD设备的灰度级的范围，
0.5×Lb≤L.I.≤0.85×Lb  以及
对于16和25之间的LCD设备的灰度级的范围，
0.7×Lb≤L.I.≤1×Lb。
图5示出了另一个模拟的结果，表示灰度级从0到99变化的情况下，X-Y色度坐标上的色度偏移。在该模拟中，对于0和15之间的灰度级，背光中的蓝色的发光强度被设置在0.65×Lb，对于16和25之间的灰度级，其被设置在0.85×Lb，对于26和99之间的灰度级，其被设置在1.0×Lb。从图5可以看出，在这种情况下，从较低灰度级到较高灰度级几乎不出现色度偏移。
如前所述，在现有LCD设备中存在的问题是，在显示较低灰度级时，色度朝向蓝色偏移。在本实施例中，在背光单元中，蓝色的发光强度随着显示在LC设备的屏幕上的灰度级而变化，从而蓝色的发光强度在较低灰度级时比在较高灰度级时更低。通过控制背光单元120中的蓝色的发光强度，防止了朝向蓝色的色度偏移，由此，获得了如下LCD设备，其在LCD设备的较低灰度级和较高灰度级之间具有较低色度偏移。
图6示出了通过模拟获得的LCD设备的蓝色的发光强度和对比度之间的关系。在该图中，每个对比度用显示黑色时的蓝色的发光强度等于显示白色时的蓝色的发光强度相等时的对比度来归一化。如果显示黑色时背光中的蓝色的发光强度低于显示白色时的蓝色的发光强度，则背光120的整体发光强度低于显示白色时背光单元120的整体发光强度。因而，显示黑色时的泄漏光的强度低于蓝色的发光强度没有降低时的泄漏光的强度。因此，如图6所示，对比度随着蓝色的发光强度的降低而降低。在本实施例中，与蓝色的发光强度没有降低的情况相比，与显示白色时的蓝色的发光强度相比显示黑色时的蓝色的较低发光强度提供了较高的对比度。
图7示出了根据本发明第二实施例的LCD设备中的背光单元的区域划分。在本实施例中，LCD设备的屏幕表面被分成多个子区域，背光120的区域也被分成与屏幕表面的子区域相对应的多个子区域。在背光单元120的每个子区域中，独立于其他子区域地控制蓝色的发光强度。更具体地，根据屏幕表面的子区域的灰度级来控制背光单元120的每个子区域中的蓝色的发光强度。
在图7中，如果与背光单元的子区域A相对应的屏幕子区域具有0到15的灰度级，则在子区域A中的蓝色的发光强度被控制在0.5×Lb和0.85×Lb之间的范围内。如果与子区域B相对应的屏幕子区域具有16到25的灰度级，则在子区域B中的蓝色的发光强度被控制在0.7×Lb和1×Lb之间的范围内。通过将屏幕表面划分成多个子区域并根据子区域的灰度级来控制子区域中的背光的蓝色分量，与简单地根据屏幕表面的灰度级作为整体来控制背光的蓝色分量相比，能够改善LCD设备的显示质量。
在上述实施例中，与三基色相对应的LED被示范性地用作背光单元。但是，只要蓝色的发光强度是可控制的，则背光单元不限于LED。例如，可以用彩色显象管(three-color tube)来代替LED。背光单元也不限于直接发射型，而是可以为具有光导板的间接发射型。不需要同时发射RGB颜色，而是可以以诸如顺序馈送(feed-sequential)方案的时间分割方案来发射。尽管本实施例是参考IPS模式LCD设备来描述的，但本发明可以应用于例如其中在较低灰度级范围内发生色度偏移的其他模式的LCD。
在上述实施例中，仅对于蓝色的发光强度来控制背光单元120，而红色和绿色的发光强度被固定。在可选例中，根据灰度级，可以整体地控制光的发光强度，而固定红色、绿色和蓝色的发光强度之间的比率。
例如，假设Lwr、Lwg和Lwb分别表示显示白色时的红色、绿色和蓝色的发光强度，背光单元120降低每种颜色的发光强度，同时对于0和15之间的灰度级在Lwr∶Lwg∶0.5×Lwb和Lwr∶Lwg∶0.85×Lwb之间改变三基色之间的比率。背光单元还整体地降低光的发光强度，同时对于16和25之间的灰度级在Lwr∶Lwg∶0.7×Lwb和Lwr∶Lwg∶Lwb之间改变比率。
该结构提供了LCD设备的对比度的进一步改善，在该结构中背光单元在较低灰度级显示时降低了入射到LC面板上的光的整体发光强度，并增加了入射到LC面板上的光的整体发光强度。
由于上述实施例仅是举例说明，所以本发明不限于上述实施例，并且本领域技术人员能够从其中容易地进行各种修改或变化，而不会偏离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种液晶显示(LCD)设备，其包括一对透明基板、一致配向的液晶(LC)层以及向所述LC层提供背光的背光单元，该液晶层夹在该对透明基板之间并且包括具有平行于所述透明基板的表面配向的长轴的LC分子，其中：
所述背光单元包括：背光源，其分别在380到490nm、490到590nm以及590到800nm的第一到第三波长范围的每一个中具有峰值发光强度；以及发光强度控制单元，用于控制所述背光源的发光强度，以控制所述LCD设备的灰度级；以及
所述发光强度控制单元控制第一灰度级的所述第一波长范围的所述峰值发光强度，使其低于第二灰度级的所述第一波长范围的所述峰值发光强度，其中第二灰度级高于所述第一灰度级。
2.根据权利要求1的LCD设备，其中所述第二灰度级是所述LCD设备的最高灰度级。
3.根据权利要求1的LCD设备，其中所述第一灰度级是所述LCD设备的最低灰度级。
4.根据权利要求1的LCD设备，其中，假设Lwb是在所述LCD设备中显示白色时所述第一波长范围的峰值发光强度，并且所述灰度级被分成100级，在强度上黑色为0级而白色为99级，
所述发光强度控制单元控制所述背光源，从而在0级和15级之间的灰度级，所述第一波长范围的所述发光强度采用0.5×Lwb到0.85×Lwb，在16级和25级之间的灰度级，采用0.7×Lwb到1.0×Lwb。
5.根据权利要求1的LCD设备，其中，假设在所述LCD设备中显示白色时，所述第一到第三波长范围的所述峰值发光强度分别是Lwb、Lwg和Lwr，并且所述LCD的所述灰度级被分成100级，在强度上黑色为0级而白色为99级，
所述发光强度控制单元控制所述背光源，从而在0级和15级之间的灰度级，所述第一到第三波长范围的所述峰值发光强度之间的比率采用0.5×Lwb到0.85×Lwb：Lwg：Lwr，在16级和25级之间的灰度级，采用0.7×Lwb到1.0×Lwb：Lwg：Lwr。
6.根据权利要求1的LCD设备，其中所述发光强度控制单元控制所述第一灰度级的所述第一波长范围的整体发光强度，使其低于所述第二灰度级的所述第一波长范围的整体发光强度。
7.一种液晶显示(LCD)设备，其包括一对透明基板、一致配向的液晶(LC)层以及向所述LC层提供背光的背光单元，该液晶层夹在该对透明基板之间并且包括具有平行于所述透明基板的表面配向的长轴的LC分子，其中：
所述背光单元包括：背光源，其分别在380到490nm、490到590nm以及590到800nm的第一到第三波长范围的每一个中具有峰值发光强度；以及发光强度控制单元，用于控制所述背光源的发光强度，以控制所述LCD设备的多个划分的屏幕区域的每一个中的所述LCD设备的灰度级；以及
在表示第一灰度级的第一屏幕区域中，所述发光强度控制单元控制所述第一波长范围的所述峰值发光强度，使其低于表示第二灰度级的第二屏幕区域中的所述第一波长范围的所述峰值发光强度，其中第二灰度级高于所述第一灰度级。
8.根据权利要求7的LCD设备，其中所述第二灰度级是所述LCD设备的最高灰度级。
9.根据权利要求7的LCD设备，其中所述第一灰度级是所述LCD设备的最低灰度级。
10.根据权利要求7的LCD设备，其中，假设Lwb是在所述LCD设备中显示白色时所述第一波长范围的峰值发光强度，并且所述LCD设备的所述灰度级被分成100级，在强度上黑色为0级而白色为99级，
所述发光强度控制单元控制所述背光源，从而在0级和15级之间的灰度级，所述划分的屏幕区域的每一个中的所述第一波长范围的所述发光强度采用0.5×Lwb到0.85×Lwb，在16级和25级之间的灰度级，采用0.7×Lwb到1.0×Lwb。
11.根据权利要求7的LCD设备，其中，假设在所述LCD设备中显示白色时，所述第一到第三波长范围的所述峰值发光强度分别是Lwb、Lwg和Lwr，并且所述LCD的所述灰度级被分成100级，在强度上黑色为0级而白色为99级，
所述发光强度控制单元控制所述背光源，从而在0级和15级之间的灰度级，每个所述划分的屏幕区域中的所述第一到第三波长范围的峰值发光强度之间的比率采用0.5×Lwb到0.85×Lwb：Lwg：Lwr，在16级和25级之间的灰度级，采用0.7×Lwb到1.0×Lwb：Lwg：Lwr。
12.根据权利要求7的LCD设备，其中在每个划分的屏幕区域中，所述发光强度控制单元控制所述第一灰度级的所述第一波长范围的整体发光强度，使其低于所述第二灰度级的所述第一波长范围的整体发光强度。
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