专利名称：背光器件和液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光器件，其包括在液晶显示器等中以扩展液晶显示器的色彩范围，还涉及一种包括该背光器件的液晶显示器。
背景技术：
与阴极射线管(CRT)相比，液晶显示器能改进为具有更大的显示屏、更轻的重量、更薄的深度、低功耗等。因此，液晶显示器和自发射型等离子显示板(PDP)已经在电视接收机、各种显示器等中开始使用。在液晶显示器中，液晶被密封在可以为各种尺寸的两个透明基板之间。电压施加在该基板上已改变液晶分子的取向。这样，光透射率变化，从而光学地显示预定图像等。
在液晶显示器中，例如充当光源的背光单元设置在液晶面板的背部，因为液晶本身不是发光元件。该背光单元具有例如初级光源、光导板、反射膜、透镜片、散射膜等，在液晶面板的整个表面上提供显示光。该背光单元使用其中Hg(汞)或Xe(氙)密封在荧光灯管中的冷阴极荧光灯(CCFL)。
同时，对于当前的标准显示器，已经定义了根据sRGB(根据IEC的色彩空间)标准的色彩范围。然而，世界上仍然存在很多超过根据sRGB的色彩范围的色彩。一些物体色彩不能通过根据sRGB标准的显示器而显示。例如，电影、数码相机和打印机已经超过了根据sRGB的范围。
专利文件1日本专利申请延迟公开No.2004-172011。
发明内容
因此，目前需要覆盖比sRGB更宽的色彩范围的显示器。为了展宽色彩范围，具有更宽色彩范围的sYCC已经被定义为工业标准。
另一方面，已经采用NTSC(国家电视系统委员会)作为彩色TV广播系统。NTSC使用比sRGB更大的带宽。为了将sYCC投入实际使用，需要在显示屏上实现等于或大于NTSC色彩范围的色彩范围。
特别是在最近的流行方面，以液晶TV和PDP为代表的显示器已经变得更薄。许多这种显示器采用液晶系统，其要求精确的色彩重现。
色彩范围的展宽取决于用作背光的光源的CCFL所采用的各个色彩的荧光材料的波长。虽然可以通过选择合适的荧光材料而实现色彩范围的展宽，但亮度降低了。
因此，鉴于解决上述问题而提出了本发明，并希望提供能够几乎不减少亮度值而展宽液晶显示器的色彩范围的背光器件，以及具有该背光器件的液晶显示器。
根据本发明的背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮该透射彩色液晶显示面板，该液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，其具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，其散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中预定图案通过点印刷而印在所述散射板上相应于设置冷阴极荧光灯管的位置，且所述散射板设置在离开所述冷阴极荧光灯管几毫米处。
所述冷阴极荧光灯管的管壁可以涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
根据本发明的背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮该透射彩色液晶显示面板，该液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，其具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，其散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中所述冷阴极荧光灯管具有由冷阴极荧光灯管的寿命和从所述冷阴极荧光灯管发射的白光的亮度所决定的内径。
所述冷阴极荧光灯管的管壁可以涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu，Mn作为红色荧光材料。
所述冷阴极荧光灯管的内径可以是1.8mm。
根据本发明的液晶显示器具有这样的背光器件，该背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮该透射彩色液晶显示面板，该液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，其具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，其散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中预定图案通过点印刷而印在所述散射板上相应于设置冷阴极荧光灯管的位置，且所述散射板设置在离开所述冷阴极荧光灯管几毫米处。
所述冷阴极荧光灯管的管壁可以涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
根据本发明的液晶显示器具有这样的背光器件，该背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮该透射彩色液晶显示面板，该液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，其具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，其散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中所述冷阴极荧光灯管具有由冷阴极荧光灯管的寿命和从所述冷阴极荧光灯管发射的白光的亮度所决定的内径。
所述冷阴极荧光灯管的管壁可以涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
所述冷阴极荧光灯管的内径可以是1.8mm。
在本发明中，背光器件由荧光灯管组成，该荧光灯管的管壁涂覆有用于宽色彩范围的荧光材料，且散射板设置在离荧光灯管预定距离处。所述背光器件用来自透射彩色液晶显示器面板背侧的白光照射通过液晶分子显示预定视频图像的透射彩色液晶显示器面板。因此，色彩范围展宽了。此外，荧光灯管与散射板之间的距离设为十几毫米。结果，可以不引起亮度的不均匀而保持高亮度。此外，通过在散射板上印刷预定点图案，荧光灯管与散射板之间的距离可以减少到几毫米，从而管与板可以彼此更接近。这样，整个器件可以更薄。作为选择，通过将荧光灯管的内径尺寸Φ缩小到由荧光灯管的亮度和寿命所决定的内径Φ而保持高亮度。
图1是描述作为用于实施本发明的优选实施例的透射液晶显示面板的分解透视图；图2是彩色滤光片的说明图；图3是示出彩色滤光片光谱特性的图；图4是使用荧光灯管作为光源的背光盒的主视图，且图4B是其截面图；图5是用于描述荧光灯管原理的图；图6是基于CIE(国际照明委员会)所定义的色度图，比较涂覆有常规荧光材料的荧光灯管的色饱和再现率与涂覆有本发明所采用的荧光材料的荧光灯管的色饱和再现率的图；图7是示出涂覆有常规荧光材料的荧光灯管与涂覆有本发明所采用的荧光材料的荧光灯管之间各种特性的对比的表；图8是对比从涂覆有常规荧光材料的荧光灯管所发射的白光的光谱与涂覆有本发明所采用的荧光材料的荧光灯管所发射的白光的光谱的图；图9是根据本发明的透射液晶显示器面板的截面图；图10是示出亮度相应于散射板与荧光灯管之间的距离的关系的图；图11是示出管上亮度与管间亮度之间的亮度比的图；图12是示出荧光灯管的内径Φ与荧光灯管的亮度之间的关系的图；且图13是示出荧光灯管的内径Φ、荧光灯管的寿命盒荧光灯管的亮度之间的关系的表。
具体实施例方式
下面将详细描述作为本发明的实施例而在附图中示出的透射液晶显示器面板1。透射液晶显示器面板1用作例如在电视接收机中的显示面板。如图1所示，透射液晶显示器面板1具有透射彩色液晶显示器面板10，和设置在所述透射材料液晶显示器面板10的背侧的背光盒4。
透射彩色液晶显示器面板10具有其中由玻璃等制成的透明基板(例如TFT基板11和对置基板12)彼此相对的结构。在这些基板之间的间隙中，例如，设置其中密封有扭曲向列(TN)液晶的液晶层13。信号线14、扫描线15、薄膜晶体管16和像素电极17形成在TFT基板11上。信号线14和扫描线15设置成类似矩阵。薄膜晶体管16在信号线14与扫描线15之间的交点处分别设置为开关元件。薄膜晶体管16被扫描线15依次选择，并把通过信号线14供应的视频信号写入相应的像素电极17。在另一侧，对置电极18和彩色滤光片19形成在对置电极基板12的内表面上。
接着将描述彩色滤光片19。彩色滤光片19被分成分别相应于像素的多个部分。例如，如图2所示，彩色滤光片19被分成用于三原色的红色滤光片CFR、绿色滤光片CFG和蓝色滤光片CFB的三部分。作为彩色滤光片的阵列图案，除了图2所示的条纹阵列外，还可以是三角(Δ)阵列、方阵列等。彩色滤光片19具有如图3所示的预定光谱特性。
在透射液晶显示器面板1中，具有上述结构的透射彩色液晶显示器面板10被夹在两个偏振片31和32之间。采用由背光盒40从背侧发射的白光，透射液晶显示器面板1根据有源矩阵系统而被驱动，因此显示期望的全彩色视频图像。
背光盒40通过来自背侧的平面光发射来照射透射彩色液晶显示器面板10。如图1所示，背光盒40具有盒部20和位于盒部20的开口部分20a上面的散射板41，该盒部20设置有开口部分20a以把从下述荧光灯管发射的光向外辐射。
散射板41散射从开口部分20a发射的光，以通过色彩混合获得均匀的白光，从而在平面光发射中不引起亮度和色彩的不均匀。在散射板41上，堆叠包括散射片42、棱镜片43和偏振转换片44的光学片组45。该光学片组45用于通过在散射板41的法线方向引导从散射板41发射出的白光而增加平面光发射的亮度。
接着，将参照图4A和4B描述盒部20的示意性结构。盒部20是采用荧光灯管21作为光源的背光器件。图4A是盒部20的前视图。图4B是盒部20沿图4A所示的XX线剖开的截面图。图4B所示的散射板41从图4A中省略以示出荧光灯管21的布置状态。
盒部20具有多个彼此平行设置在外壳中的荧光灯管21，如图4A和4B所示。内部散射并反射从荧光灯管21发射的白光的反射面22形成在外壳的内表面上(例如内部侧表面和内部底表面)。
下面将描述荧光灯管21。如图5所示，荧光灯管21是冷阴极荧光灯(CCFL)。电极形成在荧光灯管21的两侧，且预定荧光材料涂覆在内壁上。例如Hg(汞)和Xe(氙)的惰性气体密封在灯管中。荧光灯管21的发光原理如下。当电流流过电极23时，热电子e从灯丝24释放进管中，开始放电。热电子e与Hg原子在管中相撞并因此被激发，释放紫外线UV。当Hg原子释放紫外线UV时，Hg原子达到基态。涂覆在管壁上的荧光材料25被照射紫外线UV。紫外线被荧光材料25吸收，且白光L发射到外部。假设荧光材料25由用作蓝光发射光材料的BaMgAl10O17:Eu、用作绿光发射材料的BaMgAl10O17:Eu、Mg和用作红光发射材料的YVO4:Eu组成。
同时，本发明的目的是实现色彩范围的展宽而同时基本上不减小亮度值，如前面在本发明内容中所述。
色彩范围的展宽取决于在荧光灯管21中使用的各个色彩的荧光材料的波长。虽然色彩范围可以通过选择实现色彩范围展宽的合适的荧光材料而展宽，但存在亮度降低的问题。因此，通过选择实现色彩范围展宽的合适的荧光材料、将散射板41设置得接近荧光灯管21以及减小荧光灯管21的内径Φ，本发明实现了展宽的色彩范围、保持了高亮度、同时减薄器件。
现在将描述通过选择荧光材料而展宽色彩范围。图6是由CIE定义的XYZ色彩系统的xy色度图。如图6所示，在常规荧光材料(例如由BaMgAl10O17:Eu作为蓝光发射材料，LaPO4:Tb作为绿光发射材料和Y2O3:Eu作为红光发射材料所构成)涂覆在内壁上的情况中，彩色再现范围比根据彩色电视广播系统中所采用的NTSC(国家电视系统委员会)标准所定义的其他色彩再现范围要窄(约74.5％)。另一方面，在本发明所采用的荧光材料25涂覆在内壁上的情况中，与NTSC系统相比，色彩再现范围达到了有竞争力的水平(NTSC系统的约93.1％)。
图7示出了涂覆有常规荧光材料的荧光灯管21与涂覆有本发明所采用的荧光材料的荧光灯管21之间的LCD亮度、LCD色度、管电流和功耗的对比。从图7中可以看到，两种材料导致了基本相同的LCD色度、管电流和功耗。然而，在后一种材料的情况中，LCD亮度降低了24％。克服LCD亮度的降低的对策将在下面描述。
图8示出了从涂覆有常规荧光材料的荧光灯管所发射的白光的光谱与涂覆有本发明所采用的荧光材料的荧光灯管所发射的白光的光谱之间的对比。图8还示出了图3所示的彩色滤光片19的光谱特性。
根据在本发明中所采用的荧光材料25，绿色峰值波长可以为514mm和546nm，且红色峰值波长可以是619nm。在涂覆有常规荧光材料的荧光灯管的情况中，绿色峰值波长包括在蓝色滤光片CFB与绿色滤光片CFG的曲线之间的交点a1附近，导致低的色彩纯度特性。然而，在涂覆有本发明中所采用的荧光材料25的荧光灯管21的情况中，在交点a1附近没有绿色峰值波长存在，因此导致改善的色彩纯度特性。
人眼对光的灵敏度随着波长而变化，且峰值几乎在555nm附近。当波长移动到长波侧或短波侧时，灵敏度降低。
下面将描述对策，其将涂覆有本发明所采用的荧光材料25的荧光灯管21的LCD亮度保持在基本等于涂覆有常规荧光材料的荧光灯管21的LCD亮度，即高的LCD亮度。
例如，可以通过将荧光灯管21与散射板41设置得彼此更接近而保持LCD亮度高。然而，如果荧光灯管21与散射板41之间的距离太短，则会引起亮度的不规则。否则，如果荧光灯管21与散射板41之间的距离太长，则亮度降低。因此，下面将描述荧光灯管21与散射板41之间的最佳距离d。
图9是透射液晶显示器面板1的截面图。图10还示出了在直接位于荧光灯管21上面的位置B处的亮度(此后称为管上亮度)与位于相邻的荧光灯管21之间的中间位置C处的亮度(此后称为管间亮度)之间的关系。如图10中所示，管上亮度是单调函数，且管间亮度是在特定位置具有峰值的函数。图11还示出了管上亮度与管间亮度的亮度比。在亮度比稍低于1.01的位置处存在不发生亮度的视觉不规则的临界点。因此，从图11发现的临界点在约13mm的距离。因此，荧光灯管21与散射板41之间的最佳距离接近13mm。
此外，通过在散射板41上通过点印刷而印刷点图案，最佳距离d可以进一步缩短。下面将描述散射板41和点印刷。散射板41是具有预定板厚(例如90到99％的混浊值(haze value)和约2mm的膜厚)的乳白色板，并散射入射光。更具体地，进入散射板41的光引起波纹(moiré)形成灯图像，取决于荧光灯管21的位置。然而，用于调制光的点图案通过具有期望特性的墨水印刷在散射板41的前表面或后表面。因此，其上不出现波纹形成灯图像。
印刷在散射板41上的光调制点图案通过墨水的反射而反射入射光。而且，光调制图案通过添加到墨水的光遮挡材料的光遮挡性质以及通过散射材料的散射而有效地散射并反射入射光。在没有印刷光调制点图案的散射板41的另一部分，入射光没有被反射但被引导到散射板41中。此时，进入到散射板41中的光在散射板41中内部散射。其上印刷有光调制点图案的散射板41抑制了在从线光源发射的光进行平面光发射时引起问题的灯图像。这样，在整个平面上的亮度可以是均匀的。光调制点图案的细节将在本申请人先前申请的日本专利申请No.2004-238853中描述。
如上所述，从管上位置B到管间位置C逐渐变薄的预定点图案印刷在散射板41上。由此荧光灯管21与散射板41之间最佳距离d可以设定为7mm。因此，整个透射液晶显示器面板1可以减薄，同时减少荧光灯管21的亮度不规则性。点印刷采用其中管上位置B处的亮度减小到与另一管间位置C处的亮度匹配的方法，因此消除亮度的不规则。
保持LCD亮度高的另一方法是通过减小荧光灯管21的内径Φ的尺寸。图12示出了内径与亮度的关系。如图12所示，随着内径Φ的尺寸减小，亮度增加。然而，存在寿命随着内径Φ的尺寸减小而缩短的问题(图13)。因此，根据本发明，考虑到亮度和寿命，内径Φ设为1.8mm。通过设置1.8mm的内径，效率可以增加约10到30％。
如上构成的透射液晶显示器面板1具有由荧光灯管21和散射板41构成的背光盒40。荧光灯管21具有涂覆有用于宽色彩范围的荧光材料的管壁。散射板41设置在距离荧光灯管21的预定距离处。通过背光盒40，通过液晶分子而显示预定视频图像的透射彩色液晶显示器面板10被来自面板10背侧的白光照射。因此，色彩范围可以展宽。此外，荧光灯管21与散射板41之间的距离设为13mm。结果，可以保持高亮度而不引起亮度的不规则。此外，通过在散射板41上印刷预定点图案，荧光灯管21与散射板41之间的距离可以减小到7mm，使得管21与板41可以彼此接近。这样，透射液晶显示器面板1可以减薄。作为选择，通过减小荧光灯管21的内径Φ的尺寸(减小至Φ＝1.8mm)，可以保持高亮度。
本领域的技术人员应该理解，可以随着设计要求和其他因素而进行各种改进、组合、子组合和变化，只要它们在所附权利要求或其等同物所限定的精神内。
权利要求
1.一种背光器件，其通过来自透射彩色液晶显示器面板背侧的白光而照亮所述透射彩色液晶显示器面板，所述液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，所述冷阴极荧光灯管具有涂覆有宽色彩范围的荧光材料的管壁；和散射板，所述散射板散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中预定图案通过点印刷而印在所述散射板上相应于设置冷阴极荧光灯管的位置，且所述散射板设置在离开所述冷阴极荧光灯管几毫米处。
2.如权利要求1所述的背光器件，其中所述冷阴极荧光灯管的管壁涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
3.一种背光器件，其通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮所述透射彩色液晶显示面板，所述液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，所述冷阴极荧光灯管具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，所述散射板散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中所述冷阴极荧光灯管具有由冷阴极荧光灯管的寿命和从所述冷阴极荧光灯管发射的白光的亮度所决定的内径。
4.如权利要求3所述的背光器件，其中所述冷阴极荧光灯管的管壁涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
5.如权利要求3所述的背光器件，其中所述冷阴极荧光灯管的内径是1.8mm。
6.一种具有这样的背光器件的液晶显示器，所述背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮所述透射彩色液晶显示面板，所述液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，所述冷阴极荧光灯管具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，所述散射板散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中预定图案通过点印刷而印在所述散射板上相应于设置冷阴极荧光灯管的位置，且所述散射板设置在离开所述冷阴极荧光灯管几毫米处。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其中所述冷阴极荧光灯管的管壁涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
8.一种具有这样的背光器件的液晶显示器，所述背光器件通过来自透射彩色液晶显示面板背侧的白光而照亮所述透射彩色液晶显示面板，所述液晶显示面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，所述冷阴极荧光灯管具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，所述散射板散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中所述冷阴极荧光灯管具有由冷阴极荧光灯管的寿命和从所述冷阴极荧光灯管发射的白光的亮度所决定的内径。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中所述冷阴极荧光灯管的管壁涂覆有BaMgAl10O17:Eu作为蓝色荧光材料，BaMgAl10O17:Eu，Mn作为绿色荧光材料，且YVO4:Eu作为红色荧光材料。
10.如权利要求8所述的液晶显示器，其中所述冷阴极荧光灯管的内径是1.8mm。
全文摘要
本发明的背光器件实现了高亮度同时展宽了色彩范围。本发明提供了一种背光器件，其通过来自透射彩色液晶显示器面板背侧的白光而照亮该透射彩色液晶显示面板，该液晶显示器面板具有由选择性地透过具有红光、绿光和蓝光波长的光的三原色滤光片制成的彩色滤光片，所述背光器件包括多个冷阴极荧光灯管，其具有涂覆有宽彩色范围的荧光材料的管壁；和散射板，其散射从所述冷阴极荧光灯管发射的白光、用所述散射的白光照射所述彩色液晶显示器面板、并设置在距离所述冷阴极荧光灯管的预定距离处，其中预定图案通过点印刷而印在所述散射板上相应于设置冷阴极荧光灯管的位置，且所述散射板设置在离开所述冷阴极荧光灯管几毫米处。
文档编号G02B5/23GK1804703SQ20061000611
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月16日 优先权日2005年1月14日
发明者奥贵司, 山崎芳则, 楠木常夫, 大野胜利, 五十岚崇裕 申请人:索尼株式会社