CN1062076C - 彩色液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种用多层无机薄膜结构提高滤色片白色平衡并使液晶元免受着色的彩色液晶显示器。
其光谱传输特性是G(绿色)滤色片的发射波长区域变窄。对于具有四个像素为一组的像素阵列，G滤色片的两个像素成对角线排列，余下两个像素由R(红色)和B(蓝色)构成。

Description

彩色液晶显示器
本发明涉及一种彩色液晶显示器，更确切地说，涉及一种滤色片。
通过在液晶显示器上形成一滤色片来进行全色显示，通常，采用一种颜色分配法(pigment distribution method)、一种染色方法(chromosomal method)或一种干涉滤光片方法(interference filtermethod)作为一种技术来制作滤色器。这些方法中，使用无机薄膜的干涉滤光片法具有极佳的光阻特性(light resistance)、热阻特性(heat resistance)以及光谱传播特性。为此，曾经有一段时间在开发和附诸实施这一干涉滤光片方法上做了大量工作。将采用无机薄膜的干涉滤光片用于液晶板，见例如日本专利申请公开号为54-59957的专利文献中所公开的内容。
在一种像素阵列的情况下，例如一种由多层层叠无机薄膜制作的干涉滤光片形成三个像素为一组的三角阵列(delta array)，如图5所示，必须大大加大薄膜的厚度来获取具有极佳色再现性的光谱传播特性。图6是图5中的b-b′处的截面图。每一符号如下所述：11a和11b为透明衬底；12为阻光薄膜；13为滤色片；14a和14b为透明光导薄膜，15a和15b为取向薄膜；16为液晶层；17a和17b为偏振片。这里，为获得具有极佳色再现性的光谱传播特性，例如，如图7所示，R滤色片中的29层叠层的厚度必须是1.91μm，G滤色片中的50层叠层的厚度必须是3.73μm，B滤色片中的29层叠层的厚度必须是2.46μm。因此，三种颜色中各级的差异将增加到最大为1.82μm；这就产生了一个问题，使透明光导薄膜7b级分离特性或取向薄膜的粘附性能下降。另外，三种颜色之间d△n值(这里，d：液晶层的厚度，△n：液晶的双折射系数)的差异将增大。在使用TN液晶的显示器中，因为光电转换特性取决于d△n值，所以这将是一个重大问题。另外，在这一多层薄膜结构中形成薄膜时，从技术和成本两个方面看，很难形成一精确图案。再有，在三角阵列中的缺点是，数据总线将重叠在一起而变得复杂起来，液晶板的数字孔径变得更小，这是由于四个像素组成元素且G滤片成对角线排列的缘故。剩下两种颜色R和B(图3)的阵列布线变得简单起来，所以其优点是数字孔径可以做得较大。
另外，特别是在上述薄膜结构中形成有干涉滤光片以及四个像素为组成元素、G滤色片成对角线排列(图3)的情况下，其趋势是，尽管光穿透率比三角阵列的大，但G滤色片大大影响了白色平衡，而将其拉至G侧，如图8所示。(图8：与上述三角阵列相同的薄膜结构中，四像素阵列的CIE色度)。这样，就产生这样一个问题，液晶元(liguid crystal cell)被着色，使显示质量下降。
本发明的一目的在于，通过提供具有四个像素为一组的像素阵列来解决上述现有技术存在的问题，并提供一种具有高穿透率和极佳色再现性的彩色液晶显示器。
本发明的另一个目的在于提供一种通过使G滤色片的透射波长范围变窄、能够提高白色平衡、并且能够防止液晶元被着色的彩色液晶显示器。
本发明的又一个目的在于提供一种能够减少三色干涉滤光片的级差、消除透明光导薄膜的级分离、并改进取向薄膜粘附性的彩色液晶显示器。
本发明的再一个目的在于，提供一种能够使数据总线简单，并通过使四种像素为组成元素，使G滤色片排列在对角线处，R滤色片和B滤色片作为其剩余两种颜色来使数字孔径变大的彩色液晶显示器。
为了实现上述目的，本发明的液晶显示器中，采用了三色(R：红色；G：绿色；B：蓝色)干涉滤色片，每一种薄膜元件滤色片通过具有四个像素为一组的像素阵列在光学上处于最佳状态。另外，光谱传播特性中G滤色片的透射光谱半值宽度为400nm或更低，最好为30nm或更低。
另外，在本发明的液晶显示器中，采用三色(R、G和B)滤色片，并通过制作一种四个像素为一组的像素阵列使每一滤色片的薄膜结构处于光学最佳状态，在灯中加入一M(深红色)滤色片作为背景光或投射光源。
另外，本发明的液晶显示器中，采用三色(R、G和B)滤色片，并通过制作一种四个像素为一组的像素阵列使每一滤色片的薄膜结构处于最佳光学状态，灯内光源发射光谱中G滤色片的透射波长范围内的能量减少一半，并将该灯用作背景光或投射光源。
另外，本发明的液晶显示器中，采用了三块单色板。液晶投射器的这三块板，每一块对应于用上述方法制备的R，G和B干涉滤色片，对应于G板的G滤色片的透射光谱半值宽度为40nm或更低，最好为30nm或更低。
由白色平衡置换而产生的液晶光着色问题可以通过上述结构得到解决。这样，本发明在很大程度上影响着彩色液晶显示器显示质量的改进。
在结合附图对本发明的较佳实施例作了描述以后，本发明的其他目的和优点就清楚了。
图1是R、G和B滤色片的每一种滤色片的光谱透射特性图。
图2是本发明彩色液晶显示器某一单元的截面图。
图3描绘的是本发明的R、G和B滤色片的每一种滤色片的阵列。
图4是本发明一种实施例的CIE色度。
图5描绘的是每一R、G和B滤色片的三角阵列。
图6是普通彩色液晶显示器某一单元的截面图。
图7是每一普通R、G和B滤色片的光谱透射特性图。
图8描绘的是用与三角阵列相同的薄膜结构制作的四像素阵列干涉滤色片的CIE色度。
图9描绘的是四像素阵列中一行或一列有三种色彩情况时的阵列方法。
首先，结合图2描述采用本发明干涉滤色片制造彩色液晶显示器的方法。图2描绘了一种按照本发明制作的滤色片以及图3中沿a-a′线的截面图。每一附号说明如下：11a和11b为透明衬底；12为阻光膜；13是一滤光片；14a和14b为透明光导薄膜；15a和15b是取向薄膜；16为一液晶层；17a和17b为偏振片。
制造方法如下所述：
首先，用一种金属(如Al，Cu，Cr或Ni)在玻璃或石英透明衬底11b上形成阻光膜12。然后，在其上面形成一滤色片13。滤色片13是用真空蒸发技术形成交替多层薄膜而制成的三色(R，G和B)干涉滤色片。采用化学性能和机械性能稳定的TiO2/SiO2作为薄膜材料。一方面，G滤色片层的膜层数从50层减小到27层，薄膜的厚度从3.73μm减小到2.11μm，从而使G滤色片的透射波长范围(前端/尾端截止设计波长)变窄。另一方面，因为R滤色片的29层层叠的薄膜厚度为1.91μm，B滤色片29层层叠的薄膜厚度为2.46μm，所以三色之间的级差从最大的1.82μm减小到0.55μm。如果级差为这一水平，则可以容易地进行平整，即使在SiO2层叠的情况下。对于滤色片13，图案是通过对每一R，G和B滤色片剥离(lift-off)或干蚀刻(dry etching)来进行的。在本实施例中，在图13所示的具有四个(2×2)像素为一组的像素阵列中，图案是通过将G滤色片的两个像素排列在一条对角线上，把R和B滤色片的另两个像素排列在另一对角方向形成的。另外，二种颜色(G和R或G和B)在一列或一行中交替重复排列。
然后，在这样形成的滤色片13的顶面形成一透明光导薄膜14b(如ITO)，然后在其上面形成一取向薄膜15b。用旋转机或印刷方法涂抹一有机材料(如聚酰亚胺或聚乙烯醇)，作为取向薄膜。然后，磨平其表面待用。因为本发明减小了滤色片的级差，所以级差所引起的分离不会出现在透明光导薄膜中。取向薄膜的粘附性不会由于极差而变差。另外，在另一块透明衬底2a上用同样方法也形成透明光导薄膜14a和取向膜15a。把两块透明衬底层叠在一起，再把液晶16密封在里面。
偏振片17a和17b的排列方向与取向薄膜的研磨方向平行或者垂直，使其偏振轴互相平行。
本发明采用干涉滤色片的彩色液晶显示器是用上述方法制作的。另外，对于如本实施例的具有四个像素为一组的彩色滤色片结构以及沿一条对角线方向排列两个G像素，沿另一对角线方向排列两个R和B像素，有两种不同的阵列方法：一种是如图3所示，在一列和一行中用两种颜色，另一种是如图9所示，一列或一行中用三种颜色。然而，在后一种方法中，R和B的密度均匀性不够，并且B图案在一条对角线方向相互靠近。由此，B图案比R和G图案暗，看上去像是连接在对角线方向，从而降低了B图案的分辨率。由此，第一种方法优于第二种方法。另外，因为第二种方法在一行里有三种(R，G和B)颜色，而第一种方法在一行里只有两种颜色(G和R或G和B)，所以第一种方法有一个优点，就是其外部色彩转换电路较简单。
图1和图4描绘的是用于本实施例的干涉滤色片的光谱透射特性和CIE色度。对于G滤色片的光谱透射特性来说，薄膜层的层数和薄膜厚度均被减小，从而使透射波长范围变窄。G的透射光谱的半值宽度在常规技术中为55nm(图7)，现在被减至40nm或更小，从而不会有白色平衡的问题。另外，半值宽度减小至30nm或更低，使得可以获得出色的白色平衡(图1(a)和图4(2))。另外，能够减小三色之间的级差，防止出现透明光导薄膜的级分离(图1(b)和图4(b))。再有，取向薄膜的粘附性不会变差。还有，可以使d△n值取所要求的值。本实施例中，采用了一种干涉滤色片，但可以用类似的方法考虑几种不同的实施例。例如，即使在使用颜色分配法或染色法的滤色片中，也可以用类似方法改善白色平衡。即使在这种滤色片中，也假定像素是以如图3所示的方式排列的。在G滤色片的透射光谱半值宽度较宽，为40nm或更大的情况下，白色平衡被拉向G侧，液晶元被着色。因此，即使应用了这些滤色片，也可以通过将G滤色片的透射光谱的半值宽度降低至40nm或更低，最好为30nm或更低，也能实现具有极佳色再现性16的彩色液晶显示器。
采用类似构思的另一种实施例如下所述。
作为另一种实施例，它不会降低滤色片的级差，但可以通过在用作背景光或投射光源的灯中加如-M(深红色)滤色片而降低光源自身靠近G的能谱，来控制白色平衡。另外，在G滤色片的透射光谱半值宽度变窄的滤色片上使用这种M滤色片，调整了G的透射率，从而使白色平衡得到改善。
另外，作为又一种实施例，用一个灯(例如一个荧光灯)作为背景光或投射光源，G滤色片的透射波长范围中的能量减小到一半，从而可以调节白色平衡。
再有，作为又一种实施例，在采用三种单色板的液晶投射器中，用上述方法制作的R、G和B干涉滤色片与三板中的每一板对应，用作G的滤色片的透射光谱半值宽度降低到40nm或更低，最好为30nm或更低，从而可以实施具有极佳白色平衡和色再现性的液晶投射器。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以构成本发明的各种实施例，应该理解的是，本说明中描述的特定实施例并非是对本发明的限制，本发明的限定以后文的权利要求书为准。

Claims (16)

1．一种用滤色片进行彩色显示的液晶显示器，其特征在于，它包含：
发射光谱的光源装置，
具有四个像素相互靠近在一起作为一个组分的滤色片，所述四个像素由两个沿一条对角线方向排列的绿色滤色片和沿另一对角线方向排列的两个红色和蓝色滤色片构成，并且有一个绿色和红色或者绿色和蓝色滤色片在一行或一列中交替排列而形成的阵列，
所述缘色滤色片有一个透射光谱，其中，半值宽度位于白色平衡调整的预定范围中。
2．如权利要求1所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述彩色滤色片由多层无机薄膜构成。
3．如权利要求2所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为40nm或更低。
4．如权利要求2所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为30nm或更低。
5．如权利要求2所述的彩色液晶显示器，其特征在于，它还包含具有深红色滤色片的光源装置，所述深红色滤色片减少投射到绿色滤色片上透射波长范围的能量。
6．如权利要求2所述的彩色液晶显示器，其特征在于，它还包含具有一发射光谱的光源装置，在所述发射光谱中，投射到绿色滤色片上发射波长范围的能量几乎为投射到另一色彩的滤色片上发射波长范围的能量的一半。
7．如权利要求1所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述滤色片是用颜色分配法或者染色法制作的。
8．如权利要求7所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为40nm或更低。
9．如权利要求7所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为30nm或更低。
10．如权利要求7所述的彩色液晶显示器，其特征在于，它还包含具有深红色滤色片的光源装置，所述深红色滤色片减少投射到绿色滤色片上发射波长范围内的能量。
11．如权利要求7所述的彩色液晶显示器，其特征在于，它还包含具有一发射光谱的光源装置，所述发射光谱中，投射到绿色滤色片上的发射波长范围内的能量几乎是投射到另一色彩的滤色片发射波长范围内能量的一半。
12．一种投射器彩色液晶显示器，其特征在于，它包含：
一投射光源装置；
三个单色板，所述三个单色板位于所述投射光源装置的投射路径上；以及
相应于位于所述投射光源装置的投射路径上的三个单色板的红、绿和蓝滤色片，
其中，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度位于调整白色平衡的预定范围内。
13．如权利要求12所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为40nm或更低。
14．如权利要求12所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述绿色滤色片的透射光谱半值宽度为30nm或更低。
15．如权利要求12所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述投射光源装置配备有一个深红色滤色片，所述深红色滤色片减低投射到绿色滤色片上发射波长范围内的能量。
16．如权利要求12所述的彩色液晶显示器，其特征在于，所述投射光源装置的发射光谱中，投射到绿色液色片上透射波长范围内的能量几乎是投射到另一色彩的滤色片的透射波长范围内能量的一半。
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