背光装置及彩色液晶显示装置的制作方法

专利名称：背光装置及彩色液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色液晶显示(LCD)装置，更具体地说，涉及一种具有较宽色域以确保更可靠的色彩再现性能的彩色液晶显示装置。
背景技术：
已经研发了非常薄的TV接收器，如使用液晶显示器(LCD)或等离子显示板(PDP)的TV接收器，并已将其推向实用来取代自TV广播开始时就长期使用的阴极射线管(CRT)TV接收器。具体地说，期望使用彩色液晶显示板的彩色液晶显示装置快速地变得流行，因为其允许以低功耗驱动的且大尺寸的彩色液晶显示器已变得更便宜。
对于彩色液晶显示装置，其中利用背光装置从背侧照明透射型彩色液晶显示板以显示彩色图像的背光系统成为主流。优选用于背光装置的光源是利用荧光管发射白光的CCFL(冷阴极荧光灯)。
通常，在透射型液晶显示装置中，使用例如图1中所示的光谱特性的三色滤光器设置在彩色液晶显示板的像素之间，其中三色滤光器由蓝色滤光器CFB0(460nm)、绿色滤光器CFG0(530nm)和红色滤光器CFR0(685nm)组成，括号内的数字表示每个滤光器的透射峰值。
另一方面，三波长的CCFL发出的白光具有图2中所示的光谱，所述CCFL用作彩色液晶显示装置的背光装置的光源。也就是说，CCFL发出的白光包含波长变化的不同强度的光。
因此，通过背光装置的合并所再现的颜色在色纯度方面更差，所述背光具有用作光源且发射三种波长范围光的CCFL和上述彩色滤光器的彩色液晶显示板。
图3示出了彩色液晶显示装置的色彩再现范围，所述彩色液晶显示装置包括将上述三色CCFL用作光源的背光装置。具体地说，图3描述了由国际照明委员会(CIE)规定的XYZ彩色系统的xy色度图。
如图3所示，具有将CCFL用作光源的背光装置的彩色液晶显示装置的色彩再现范围，比彩色电视广播系统所接收的NTSC(全国电视系统委员会)标准提供的色彩再现范围窄。即，不能说第一状态的色彩再现范围能完全应对于当前的电视广播。
另一方面，存在一种担心，即在磷光灯管中包含水银的CCFL对环境具有一种有害效应。因此，对光源提出了需求，该光源可以替代用作背光装置光源的CCFL。随着蓝光发光二极管的发展，开始采用发出三原色光，即红光、绿光和蓝光的发光二极管。这样，通过使用用作背光装置光源的发光二极管，能够提高彩色液晶显示板所获得的彩色光的色纯度，并由此可期望色彩再现范围可被形成得与NTSC系统所提供的色彩再现范围一样宽或比其更宽。
可是，存在一个问题，即将发光二极管用作光源的彩色液晶显示装置的色彩再现范围还不足够宽到以满足NTDC系统提供的色彩再现范围。

发明内容
本发明要解决的问题鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种能够实现背光系统中液晶显示装置的宽色域的背光装置，以及使用该背光装置的液晶显示装置。
根据本发明的背光装置利用白光从背侧照明具有彩色滤光器的透射型彩色液晶显示板。彩色滤光器由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成。背光装置包括光源和用于混合光源发出的红光、绿光和蓝光以产生白光的色混合装置，所述光源由发射半值宽度(half-value width)hwr为15nm≤hwr≤30nm的红光的红光发光二极管、发射半值宽度hwg为25nm≤hwg≤50nm的绿光的绿光发光二极管和发射半值宽度hwb为15nm≤hwb≤30nm的蓝光的蓝光发光二极管构成。
根据本发明的彩色液晶显示装置包括透射型彩色液晶显示板，其包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器，和利用白光从背侧照明彩色液晶显示板的背光装置。背光装置包括光源和用于混合光源发出的红光、绿光和蓝光以产生白光的色混合装置，所述光源由发射半值宽度hwr为15nm≤hwr≤30nm的红光的红光发光二极管、发射半值宽度hwg为25nm≤hwg≤50nm的绿光的绿光发光二极管和发射半值宽度hwb为15nm≤hwb≤30nm的蓝光的蓝光发光二极管构成。
根据本发明的背光装置产生白光并利用该白光从背侧照明透射型彩色液晶显示板。彩色滤光器包括用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器。这样，能够提高作为光源的红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管所发出的红光、绿光和蓝光的色纯度，以提供通过混色所产生的白光的宽的色域。能够获得给出不低于100％的NTSC(全国电视系统委员会)的色彩再现范围。
另一背光装置利用白光从背侧照明透射型彩色液晶显示板。彩色液晶显示板包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器。背光装置包括由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管构成的光源。红光发光二极管发射具有由国际照明委员会(CIE)所规定的XYZ彩色系统中xy色度图中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度点的红光。绿光发光二极管发射具有xy色度图中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度点的绿光，而蓝光发光二极管发射具有xy色度图中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度点的蓝光。背光装置还包括用于混合光源发出的红光、绿光和蓝光以产生白光的色混合装置。
根据本发明的另一彩色液晶显示装置包括透射型彩色液晶显示板，和用于利用白光从背侧照明彩色液晶显示板的背光装置。透射型彩色液晶显示板包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器。背光装置包括由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管构成的光源。红光发光二极管发射具有由国际照明委员会(CIE)所规定的XYZ彩色系统中xy色度图中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度点的红光。绿光发光二极管发射具有xy色度图中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度点的绿光，和蓝光发光二极管发射具有xy色度图中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度点的蓝光。背光装置还包括用于混合光源发出的红光、绿光和蓝光以产生白光的色混合装置。
背光装置发射白光并利用从其背侧发出的这个白光照明透射型彩色液晶显示板。显示板包括用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器形成的彩色滤光器。这样，能够提高分别由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管所发出的红光、绿光和蓝光的色纯度，以提供通过混色获得的白光的宽色域。进而，能够获得对应不小于100％NTSC比率的色彩再现范围。注意到，通过优化将发光二极管用作光源的彩色液晶显示装置的色域过程中，确定了红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管所发出的每种颜色光的色度点的范围。因此，比仅确定每个发光二极管的波长来优化色域的情况能够更准确地再现最适合的色域。
根据本发明的另一彩色液晶显示装置包括具有彩色滤光器的透射型彩色液晶显示板，和用于从背侧照明彩色液晶显示板的背光光源。背光光源由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管组成。彩色液晶显示装置还包括用于混合背光光源发出的红光、绿光和蓝光的色混合装置。绿光发光二极管的光发射光谱的半值宽度处于30nm和40nm之间的范围内。
借助其中背光光源由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管组成的彩色液晶显示装置，比采用磷光管，如CCFL用作背光光源的情况能够提供更宽的彩色液晶显示装置的色彩再现范围。
而且，绿光发光二极管的光发射光谱的半值宽度为30至40nm，其比常规装置中的半值宽度更窄，并进而能够抑制绿色与其他颜色，尤其是蓝色的色混合。如此，彩色液晶显示装置的色彩再现在绿色区域比具有更宽的半值宽度的常规系统中形成得更宽。
本发明的这些目的和其他目的、特征和优势根据以下本发明优选实施例的详细描述将变得更清楚。


图1为示出了设置在常规彩色液晶显示装置上的彩色液晶显示板的彩色滤光器的光谱特征的图表。
图2为示出了设置在彩色液晶显示装置中的背光装置的光源(CCFL)光谱的图表。
图3为示出了XYZ彩色系统的xy色度图的图表，其中另外示出了将CCFL用作背光装置光源的常规彩色液晶显示装置的色彩再现范围。
图4为示出了实现本发明的彩色液晶显示装置的分解透视图。
图5为示出了构成彩色液晶显示装置的彩色液晶显示板的彩色滤光器的平面图。
图6为示出了构成彩色液晶显示装置的背光装置的透视图。
图7为用于驱动彩色液晶显示装置的驱动电路的电路框图。
图8设置在彩色液晶显示装置上的彩色液晶显示板的彩色滤光器的光谱特性的图表。
图9为说明可见度的图表。
图10为说明了测量1中所用的发光二极管和彩色滤光器的光谱特性的图表。
图11为表示XYZ彩色系统的xy色度图的图表，其中示出了将测量1中的发光二极管用作背光装置的光源的彩色液晶显示装置的色彩再现范围。
图12为说明了测量2中所用的发光二极管和彩色滤光器的光谱特性的图表。
图13为表示XYZ彩色系统的xy色度图的图表，其中示出了将测量2中的发光二极管用作背光装置的光源的彩色液晶显示装置的色彩再现范围。
图14为示出了测量2的彩色液晶显示装置的NTSC比率与绿光发光二极管发出的绿光的半值宽度的关系。
图15为示出了测量3的彩色液晶显示装置的NTSC比率与绿光发光二极管发出的绿光的半值宽度的关系。
图16为说明了测量4中所用的发光二极管和彩色滤光器的光谱特性的图表。
图17为表示XYZ彩色系统的xy色度图的图表，其中也示出了将测量4中的发光二极管用作背光装置的光源的彩色液晶显示装置的色彩再现范围。
图18为示出了测量4的彩色液晶显示装置的NTSC比率与绿光发光二极管发出的绿光的半值宽度的关系。
图19A为示出了改变红光发光二极管的峰值波长范围的情况下发光二极管发出光的光谱和彩色滤光器的光谱特性的图表。
图19B为示出了NTSC比率与波长的关系的图表。
图20A为示出了改变绿光发光二极管的峰值波长范围的情况下彩色滤光器的光谱特性和由彩色滤光器与发光二极管发出光的光谱的图表。
图20B为示出了NTSC比率与波长的关系的图表。
图21A为示出了改变蓝光发光二极管的峰值波长范围的情况下彩色滤光器的光谱特性和由发光二极管发出光的光谱的图表。
图21B为示出了NTSC比率与波长的关系的图表。
图22A为示出了XYZ彩色系统中xy色度图中所标绘的红光发光二极管的色度点的图表。
图22B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图23A为示出了XYZ彩色系统中xy色度图中所标绘的绿光发光二极管的色度点的图表。
图23B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图24A为示出了XYZ彩色系统中xy色度图中所标绘的蓝光发光二极管的色度点的图表。
图24B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图25为示出了具有相同峰值波长和不同半宽度值的红光发光二极管的光谱分布的图表。
图26为示出了具有相同峰值波长和不同半宽度值的绿光发光二极管的光谱分布的图表。
图27为示出了具有相同峰值波长和不同半宽度值的蓝光发光二极管的光谱分布的图表。
图28为说明了发光二极管和彩色滤光器的光谱特性的图表。
图29A为示出了标绘在XYZ彩色系统的xy色度图中、具有再加倍半值宽度的红光发光二极管的色度点的图表。
图29B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图30A为示出了标绘在XYZ彩色系统的xy色度图中、具有再加倍半值宽度的绿光发光二极管的色度点的图表。
图30B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图31A为示出了标绘在XYZ彩色系统的xy色度图中、具有再加倍半值宽度的蓝光发光二极管的色度点的图表。
图31B为以放大比例示出了标绘区附近的图表。
图32为示出了用于测量光谱特性的彩色亮度尺的设置的示意图。
图33为示出了彼此重叠的三个不同类型的绿光发光二极管的发射光谱的图表。
图34为以放大比例示出了xy色度图中绿色区域的图表。
图35为示出了重叠在一起的三个发光二极管的发光光谱和彩色滤光器的光谱特性。
图36为示出了使用三种不同类型的绿光发光二极管的彩色液晶显示装置的色彩再现范围的图表。
图37A为以放大比例示出了图36中所示的蓝色区域的图表。
图37B为以放大比例示出了图36中所示的绿色区域的图表。
图38为示出了绿光发光二极管的半值宽度和NTSC比率之间关系的图表。
具体实施例方式
参照附图，详细描述本发明的优选实施例。应当注意到，本发明不限于现在所说明的实施例并且在不脱离本发明的范围的情况下可任意地修改。
本发明适用于例如图4所示构造的彩色液晶显示装置100。
在该图中，透射型彩色液晶显示装置100由透射型彩色液晶显示板10和设置在该彩色液晶显示板10背面上的背光单元40所构成。该透射型彩色液晶显示装置100配有用于接收地面波或卫星波的接收单元，如模拟调谐器或数字调谐器(未示出)，用于处理由这些接收单元所接收的图像信号或音频信号的图像处理单元或音频信号处理单元(未示出)，以及用于输出音频信号处理单元处理过的音频信号的音频信号输出单元，如扬声器(未示出)。
透射型彩色液晶显示板10由玻璃等形成的两个彼此相对的透明基板(TFT基板11和对电极基板12)，和密封在两个基板之间空间内的诸如扭曲相列(TN)液晶的液晶层13构成。在TFT基板11上，形成有按照矩阵构造设置的信号线14和扫描线15，以及作为开关元件的薄膜晶体管16，以及设置在信号线14和扫描线15交叉点处的像素电极17。扫描线15顺序选择薄膜晶体管16以写入从与像素电极17中相关的信号线14所施加的图像信号。在对电极基板12的内表面上，形成有对电极18和彩色滤光器19。
现在描述彩色滤光器19。彩色滤光器19被分成多段，每段与一个像素相关联。例如，彩色滤光器被分成与三原色相关联的三段，即红色滤光器CFR、绿色滤光器CFG和蓝色滤光器CFB，如图5所示。除图5中所示的条形阵列以外，彩色滤光器的排列图案可示例为三角形阵列或方形阵列(未示出)。随后详细描述彩色滤光器19。
对于透射型彩色液晶显示装置100，透射型彩色液晶显示板10夹在一对偏振片31、32之间，并在背光单元40从其背侧照射白光时，根据有源矩阵系统被驱动，以便显示所需的全色图像。
背光单元40从其背侧照明彩色液晶显示板10。参照图4，彩色液晶显示器40的背光装置包括背光装置20，一组叠置在背光装置20的光入射表面20a上的光学片，如光散射片41、棱镜片42和偏振光转换片43。背光装置20混合光源的光以产生白光，所述白光通过来自光辐射表面20a的表面光发射被辐射。
所述组光学片由多个具有将入射光分成相互垂直偏振分量、补偿光波的相位差以确保宽的可视角、阻止着色、扩散入射光并提高亮度的功能的多个薄片所组成。设置该组光学片用于将背光装置20表面光发射所辐射的光转换成适于具有照明彩色液晶显示板10的最适合的光特性的照明光。因此，该组光学片不仅包括光散射板41、棱镜片42或偏振光转换片43，还可包括具有其他光学功能的其他光学片。
图6以透视图的方式描述了背光装置20的构造。参照图6，背光装置20将辐射红光的红光发光二极管21R、辐射绿光的绿光发光二极管21G和辐射蓝光的蓝光发光二极管21B用作光源。在以下描述中，在总称红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的情况下，每个发光二极管被简单称作发光二极管21。
参照图6，按照所需顺序沿一条线排列多个发光二极管21以形成发光二极管单元21n，其中n为自然数。在基板22上排列发光二极管的顺序使得多个绿光发光二极管21G以相互间隔相同的距离排列并且多个红光发光二极管21R和蓝光发光二极管21B在相邻的绿光发光二极管之间的间隙内交替排列。
根据适于背光单元40照明的彩色液晶显示板10的尺寸，多排发光二极管21n排列在背光外壳23内，所述背光外壳将成为背光装置的背光机壳。
发光二极管单元21n排列在背光外壳23内使得发光二极管单元21n的长度方向为水平方向，如图6所示。可选地，按照未示出的方式排列发光二极管单元21n使得发光二极管单元21n的长度方向为垂直方向，或使得发光二极管单元21n的长度方向部分为水平方向且部分为垂直方向。
排列发光二极管单元21n使其长度方向为水平方向或垂直方向的技术，与至今优选用作背光装置光源的荧光管的排列技术相同。因此，积累的设计技术知道怎样使用可减少成本或制造时间。
红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B辐射的光束在背光外壳23中混合在一起形成白光。应当注意到，例如可为每个发光二极管21设置透镜、棱镜或反射镜以便每个发光二极管21发出的红光、绿光和蓝光在背光外壳23中均匀地混合在一起以形成宽度方向的辐射光。
在背光外壳23中，设置有转向板(未示出)，其具有混合作为光源的发光二极管21所辐射的各种颜色光的色混合功能，以形成仅有少量色不均匀性的白光，以及设置有适于对于从转向板辐射的白光的表面发射进行内部光散射的散射板。
由背光外壳20的色混合所产生的白光通过上述的一组光学片从背侧照明彩色液晶显示板10。
彩色液晶显示装置100例如由图7中所示的驱动电路200所驱动。
该驱动电路200包括用于为例如彩色液晶显示板10和背光装置20提供驱动电源的电源单元110，以及用于驱动彩色液晶显示板10的X驱动器电路120和Y驱动器电路130。驱动电路还包括RGB处理器150，通过输入终端140从外侧施加图像信号或施加彩色液晶显示装置100的接收器(未示出)所接收的图像信号，并且图像信号由图像信号处理器处理。驱动电路还包括与RGB处理器150相连的图像存储器160和控制器170，和用于驱动控制背光单元40的背光装置20的背光驱动控制器180。
在该驱动电路200中，通过输入终端140输入传递的图像信号经过例如RGB处理器150进行的色度处理，并且为方便起见，在驱动彩色液晶显示板10的过程中从复合信号转换成RGB分立信号。产生的信号被传送到控制器170，同时通过图像存储器160被传送到X驱动器电路120。
控制器170以与RGB分立信号匹配的预制定时来控制X驱动器电路120和Y驱动器电路130，以便利用通过图像存储器160施加到X驱动器电路120的RGB分立信号驱动彩色液晶显示板10，进而显示对应RGB分立信号的图像。
背光驱动控制器180从电源单元110所施加的电压产生脉冲宽度调制信号(PWM信号)，以驱动作为背光装置20的光源操作的每个发光二极管21。通常，发光二极管的色温度依赖于操作电流。因此，如果在实现所需亮度时需要可靠地再现颜色(提供颜色温度系数)，必须利用PWM信号驱动发光二极管21以便抑制颜色变化。
用户界面300是用于选择由上述接收单元(未示出)所接收的通道，调节从音频输出单元(未示出)输出的音频量，以及调节适于照明彩色液晶显示板10的背光装置20发出的白光的白色平衡或亮度的界面。
例如，如果用户已经从用户界面调节了亮度，亮度控制信号通过驱动电路200的控制器170被传送到背光驱动控制器180。背光驱动控制器180响应于该亮度控制信号以改变红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的PWM信号的占空率(duty ratio)，以便实现红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的驱动控制。
按照上述构造的彩色液晶显示装置100利用优化的方式通过将设置在彩色液晶显示板10上的红色滤光器CFR、绿色滤光器CFG和蓝色滤光器CFB的特征与设置在背光装置20上的发光二极管21R、21G和21B的特性相匹配，扩大了液晶显示板10上所显示的图像的色彩再现范围。
所述彩色液晶显示装置100可包括用于接收地面波或卫星波的接收单元，如模拟调谐器或数字调谐器(未示出)，用于处理图像信号或音频信号的图像信号处理单元或音频信号处理单元(同样未示出)，以及用于输出由音频信号处理单元处理的音频信号的音频信号输出单元(同样未示出)，如扬声器。
在上述的彩色液晶显示装置100中，设置在彩色液晶显示板10上的彩色滤光器19由具有图8中所示光谱特性的红色滤光器CFR(680nm)、绿色滤光器CFG(525nm)和蓝色滤光器CFB(460nm)所构成。同时，括号内的数字表示各个彩色滤光器的峰值透射波长。
如果需要改善背光单元40照射通过彩色液晶显示板10的显示光的色纯度，或为了扩大色域，则有必要尽可能多地相互分开彩色滤光器，其中，所述彩色滤光器的透射波长范围相邻近。
例如，红色滤光器CFR的透射波长范围朝向长波长一侧移动，使得绿光发光二极管21G发出的并通过红色滤光器CFR透射的绿光量尽可能地少。另一方面，蓝色滤光器CFB的透射波长范围朝向短波长一侧移动，使得绿光发光二极管21G发出的并通过蓝色滤光器CFB透射的绿光量尽可能地少。
此外，当红色滤光器CFR的透射波长范围朝向长波长一侧移动时并且蓝色滤光器CFB的透射波长范围朝向短波长一侧移动时，红光发光二极管21R发出的红光的峰值波长以及蓝光发光二极管21B发出的蓝光的峰值波长分别朝向长波长一侧和短波长一侧移动。这样，可减少通过绿色滤光器CFG的透射波长范围所透射的蓝光和红光的比例以便抑制混色，进而提高色纯度并扩大了色域。
也就是说，为了提高色纯度和扩大色域，红色滤光器CFR、绿色滤光器CFG和蓝色滤光器CFB的透射波长范围以及红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的峰值波长变得关键。
另一方面，人眼对光的灵敏度(能见度)随波长而不同，在555nm处达到峰值，进而朝向长波长和短波长一侧变低，如图9所示。在此附图中，示出了相对能见度曲线，其中555nm处的峰值被标准化为一(1)。
因此，如果红光发光二极管21R发出的红色光的峰值波长和蓝光发光二极管21B发出的蓝色光的峰值波长分别朝向长波长侧和短波长侧移动过多，则降低了能见度。这样，需要非常高的能量来提高能见度。
由此，如果红光发光二极管21R发出的红色光的峰值波长和蓝光发光二极管21B发出的蓝色光的峰值波长分别朝向长波长侧和短波长侧移动，在功率效率没有降低的范围内，能够提高色纯度并扩大色域。
对于用作光源的发光二极管21，不仅上述的峰值而且光谱分布都是提高色纯度和扩大色域的重要因素。发光二极管21的光谱分布基本遵循高斯分布，可是，高斯分布根据制造工艺或其他因素示出了光谱分布的多种形状。因此，如果仅规定发光二极管21的峰值，则不会知道光谱分布。在此情况下，不考虑色度点上光谱分布的差别影响，结果不能规定正确的色彩再现范围的。
通过使用称作PW(脉冲宽度)50或FWHM(最大值一半处的全部宽度)的光谱分布的半值宽度粗略地规定光谱分布的形状。例如，如果发光二极管发出的每种颜色光的半值宽度窄，则彩色光的光谱分布使得彩色光未与相邻彩色滤光器的透射波长范围相重叠，从而提高了通过彩色滤光器19透射的光的色纯度并扩大了其色域。因此，为了确保所需的亮度，需要更宽或更窄的半值宽度。
特别地，绿光的能见度非常高，这可从图9中所示的相对能见度的曲线看出。因此，绿光发光二极管21G所发出的绿色光的半值宽度必须比其他颜色的宽。为此，绿色光的半值宽度通常是红色光或蓝色光的两倍。
这样，对于每种颜色光的半值宽度，能够粗略地规定光谱分布的形状，如果单独考虑峰值波长，则不能限定光谱形状。因此，半值宽度是确定用于提高色纯度和扩大色域的优化色度点范围的重要参数。由此，通过现在说明的测量1至4，发现红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B分别发出的红色光、绿色光和蓝色光的半值宽度的优化范围，进而提高色纯度并扩大了色域。
首先，利用红光发光二极管21R(具有峰值波长λpr＝640nm)、绿光发光二极管21G(具有峰值波长λpg＝525nm)和蓝光发光二极管21B(具有峰值波长λpb＝450nm)测量色度点，以便找出半值宽度的优化范围。应当注意到，这些峰值波长是优化的，以便与图8中所示的彩色滤光器19相匹配。进而发现NTSC(国家电视系统委员会)比率。
如果红色光的半值宽度hwr、绿色光的半值宽度hwg和蓝色光的半值宽度hwb分别为22nm、37nm和25nm，则彩色滤光器19和发光二极管21的光谱特性如图10中所示。在具有所示特性的发光二极管21发射光的情况下测量色度点，并将其标绘在由国际照明委员会(CIE)规定的XYZ彩色系统的xy色度图中。由此发现的彩色液晶显示装置100的色彩再现范围图11中示出。还可以看出，通过彩色液晶显示板10透射后的NTSC为105.3％，超出了100％的NTSC比率值。
同时，作为参考，在除NTSC系统的色彩再现范围之外，图11中也示出了由IEC(国际电工技术委员会)规定的以及根据适于计算机显示的标准彩色间隔的RGB标准的色彩再现范围。
在以下的测量中，分别发射具有图10中所示的光谱分布的红色光、绿色光和蓝色光的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B将成为参考发光二极管21。下面的表格1示出了这些参考发光二极管21的峰值波长λp和半值宽度hw之间的关系。
表格1

根据绿色光的峰值波长值与蓝色光的峰值波长值之间的分隔(separation)变窄以提供更强的混色效果的情况，提供具有不同半值宽度绿色光的这些种类的绿光发光二极管21G。进而发现绿色光的半值宽度的优化范围。
从图10中可以看出，绿色光的峰值波长与蓝色光的峰值波长之间的分隔，其实现100％或更高的NTSC比率(峰值波长间隔)，要比红色光和绿色光之间的峰值波长间隔窄。
这暗示了在绿色光的半值宽度形成得更宽以便确保亮度时，通过蓝色滤光器CFB的透射波长范围所透射的绿光比例增加，导致发生混色，从而降低了色纯度并使色域变窄。由此，通过发现甚至在绿色光的峰值波长被拉近蓝色光的峰值波长的情况下也能给出100％或更高NTSC比率的绿色光的半值宽度，能够发现绿色光的半宽度值的上限。
特别地，绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的峰值波长分别从图10中所示的参考峰值波长朝向短波长一侧和长波长一侧移动5nm，使得绿色光的峰值波长λpg和蓝色光的峰值波长λpb分别为520nm和455nm，以便使绿色光和蓝色光的峰值波长之间的分隔变窄。选择红光发光二极管21R以使其发射具有与测量1中峰值波长相同的峰值波长λpr，即640nm。半值宽度设置与测量1相同，即红色光的半值宽度hwr被设定且规定在22nm，而蓝色光的λ半值宽度hwb被设定且规定在25nm。提供三种类型的绿光发光二极管21G，即，具有37nm、43nm和74nm半值宽度的发光二极管。上述适于发光二极管21的条件按照以下表格2中所示被简化。利用具有如表格中所示的峰值波长λp和半值宽度hw的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B实行测量2。
在图12中示出了根据这种情况的彩色滤光器19和发光二极管21的光谱特性。同样，在绿色光的半值宽度改变时发光二极管21发射光的情况下，利用色度点进行测量。进而，所测量的色度点被标绘在由国际照明委员会(CIE)规定的XYZ彩色系统的xy色度图中。图13示出了彩色液晶显示装置100根据这种情况的色彩再现范围。在图13中，也示出了图11中所示的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B作为参考的色彩再现范围。图13示出绿色光的半值宽度越宽，绿色光和蓝色光的混色变得更严重，进而色域会变得越窄。
表格2

图14示出了根据对通过彩色液晶显示板10透射的光所测量的，NTSC比率对绿色光的半值宽度的依赖性。从图14可以看出，绿色光的半值宽度越宽，NTSC比率变得越低且色域变得越窄。具体地说，如果需要维持NTSC比率等于100％，则需要绿色光的半值宽度hwg为50nm或更少。也就是说，如果绿色光的半值宽度hwg变得比50nm宽，则不能获得100％的NTSC比率。
这样，在测量2中，绿色光的半值宽度hwg在最坏的情况中变化，在所述情况中绿色光的峰值波长λpg和蓝色光的峰值波长λpb中间的分隔变窄。可以看出，为了提高色纯度并获得对应于不低于100％的NTSC比率宽的色域，必须将绿色光的半值宽度hwg设置成50nm或更少。
在下面的测量3中，为了验证蓝色光的峰值波长和绿色光的峰值波长之间分隔所引起的效果，新提供具有450nm、455nm和460nm峰值波长的三种蓝光发光二极管21B。在测量2中是使用的具有37nm、43nm和74nm半值宽度的绿光发光二极管与这些蓝光发光二极管21B中的每一个结合，以给出适用于背光装置20的光源，并且发现适于每个光源的NTSC比率。这样，基于绿色光的峰值波长和蓝色光的峰值波长之间的分隔差异，能够发现绿色光的优化半值宽度的上限。使用能够发射具有640nm峰值波长λpr和22nm半值宽度hwr的红光的红光发光二极管21R。蓝光发光二极管21B发出的蓝色光的半值宽度hwb被固定在25nm。
上述适于发光二极管21的条件简化表示在表格3(λpb＝450nm)和表格4(λpb＝460nm)中。在以下的测量3中，具有如表格中所示的峰值波长λp和半值宽度的hw的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B用于测量。λpb＝455nm的条件与之前所述以及表格2中所示的测量2的条件相同，因此为简便起见省略了说明或列表。
表格3

表格4

图15示出了在绿色光的半值宽度(hwg37nm，43nm，74nm)关于蓝色光的每个峰值波长(λpb450nm，455nm，460nm)变化的情况下，通过彩色液晶显示板10的透射光的NTSC比率是如何变化的。从图16中可以看出，如果蓝光发光二极管21B发出的蓝色光的峰值波长λpb为455nm或更少，则对于半值宽度hwg等于50nm或更少的绿色光可获得100％或更高的NTSC，所述绿色光由绿光发光二极管21G发出。还可以看出，如果蓝色光的峰值波长λpb为460nm，则不能获得100％的NTSC，除非蓝色光的半值宽度hwg被设定为43nm或更少。
对于发射各种颜色光的发光二极管21的半值宽度，如果按照之前所述规定绿色光的半值宽度hwg，其必须被设定成比红色光或蓝色光的半值宽度宽，则能将色纯度提高到能够获得100％或更高NTSC的程度，进而提供宽的色域。可是，因为绿色光的峰值波长和蓝色光的峰值波长之间的分隔窄，根据蓝色光的半值宽度，通过绿色滤光器CFG的透射波长范围所透射的蓝色光的比例增加，进而如上所述可能引起混色以及降低色纯度。因此，在测量4中，验证了蓝色光的半值宽度所产生的效果。特别地，提供蓝光发光二极管21B，其中蓝色光的半值宽度从测量1至3中的固定值25nm增加5nm至30nm，并且其中，峰值波长λpb被设为455nm。还使用具有37nm、43nm和74nm半值宽度且也在测量2中使用的绿光发光二极管21G。对于LED的每种条件，测量彩色液晶显示装置100的色彩再现范围以发现NTSC比率。至于红光发光二极管21R，使用具有640nm峰值波长λpr和22nm半值宽度的红光发光二极管。
上述适于发光二极管21的条件简化在下面的表格5中示出。
表格5

彩色滤光器19和发光二极管21的光谱特性在图16中示出。另一方面，在图17中示出了通过按照所测量的在xy色度图中标绘色度点而获得的彩色液晶显示装置100的色彩再现范围。
在图18中示出了NTSC比率与绿色光的半值宽度的关系，其中，根据彩色液晶显示板10透射的光获得所述绿色光。在该图中，也示出了在表格2中的蓝色光的半值宽度被设为25nm的情况下，NTSC比率与绿色光的半值宽度的关系。从图18中还可看出，如果蓝色光的半值宽度hwb增加至30nm，但绿色光的半值宽度hwg为45nm或更少，能够获得对应于100％或更高的NTSC的色域。进而，能够看出为实现对应100％或更高NTSC的色域，允许将蓝色光的半值宽度hwb增加至30nm。
同时，红色光的峰值波长和绿色光的峰值波长之间的分隔比绿色光的峰值波长与蓝色光的峰值波长之间的分隔宽，红光发光二极管21R发出的红色光的半值宽度范围增加至大约30nm是允许的。如上所述，较小半值宽度的每个颜色光应对混色更有效。根据制造方面的限制，最小的半值宽度被设定为最大值的一半。
因此，将分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的半值宽度分别设定为15nm≤hwr≤30nm，25nm≤hwg≤50nm和15nm≤hwb≤30nm。
这样，不仅考虑每种颜色光的峰值波长范围而且要考虑每种颜色光的光谱分布中的差别，因此彩色液晶显示装置100的色彩再现范围可以是能够高度准确地获得等于或高于100％的NTSC。
在用背光装置20照明设置有彩色滤光器19的彩色液晶显示板10时，需要适当地选择用作光源的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的波长范围，以及彩色滤光器19的彩色滤光器部分的透射波长范围，否则色纯度降低进而使得色域变窄，如结合现有技术已经解释的CCFL的情况。
现在说明这样一个实例，其中当用作背光装置20光源的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的峰值波长移动时，也就是说当波长范围改变时，确定在不降低功效的情况下能够给出具有高色纯度和宽色域的白光的优化峰值波长范围。
具体地说，三种发光二极管中的两种的峰值波长被固定，且提供具有不同峰值波长的其余发光二极管的几个实例，并以交换的方式使用。随后发现适于所得到的每组三种发光二极管的NTSC(国家电视系统委员会)。当NTSC比率超过100％时，所采用的三种发光二极管的波长范围为红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出光的优化峰值范围。应当注意到，设定红色光和蓝色光的峰值波长以不允许由于上述能见度确定的功效的降低。
首先，固定蓝光发光二极管21B和绿光发光二极管21G的峰值波长，并利用具有不同峰值波长的红光发光二极管21R的样品，与蓝光和绿光发光二极管一起测量NTSC比率，以便发现红光发光二极管21R的优化峰值波长范围。
图19A描绘了在图8中示出的彩色滤光器19的光谱特性的图表，以及分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的波长光谱。提供具有(600+10N)nm峰值波长的红光发光二极管21RN的10个样品，其中N为从0至9的自然数。所用的绿光发光二极管21G具有525nm的峰值波长并且所用的蓝光发光二极管21B具有450nm的峰值波长。
图19B的图表示出了根据使用具有(600+10N)nm峰值波长的红光发光二极管21RN的情况NTSC比率的测量结果。从19B可以看出，在红光发光二极管21RN的峰值波长λpr为625nm≤λpr≤685nm的情况下，NTSC变得等于或高于100％。
因此，红光发光二极管21R的优化峰值范围为625nm≤λpr≤685nm。
分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的光谱的半值宽度hwr、hwg和hwb被设定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
接着，固定红光发光二极管21R和蓝光发光二极管21B的峰值波长，并利用几个具有不同峰值波长的绿光发光二极管21G的样品，与红光和蓝光发光二极管一起测量NTSC比率，以便发现绿光发光二极管21G的优化峰值波长范围。
图20A描绘了在图8中示出的彩色滤光器19的光谱特性的图表，以及分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的波长光谱。提供具有(495+10N)nm峰值波长的绿光发光二极管21GN的7个样品，其中N为从0至6的自然数。所用的红光发光二极管21R具有640nm的峰值波长并且所用的蓝光发光二极管21B具有450nm的峰值波长。
图20B的图表示出了根据使用具有(495+10N)nm峰值波长的绿光发光二极管21GN的情况NTSC比率的测量结果。从20B可以看出，在绿光发光二极管21GN的峰值波长λpg为505nm≤λpg≤535nm的情况下，NTSC变得等于或高于100％。
因此，绿光发光二极管21G的优化峰值范围为505nm≤λpg≤535nm。
分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的光谱的半值宽度hwr、hwg和hwb被设定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
接着，固定红光发光二极管21R和绿光发光二极管21G的峰值波长，并利用具有不同峰值波长的几个蓝光发光二极管21B，与红光和绿光发光二极管一起测量NTSC比率，以便发现蓝光发光二极管21B的优化峰值波长范围。
图21A描绘了在图8中示出的彩色滤光器19的光谱特性的图表，以及分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的波长光谱。提供具有(410+10N)nm峰值波长的蓝光发光二极管21BN的8个样品，其中N为从0至7的自然数。所用的红光发光二极管21R具有640nm的峰值波长并且所用的绿光发光二极管21G具有525nm的峰值波长。
图21B的图表示出了根据使用具有(410+10N)nm峰值波长的蓝光发光二极管21BN的情况NTSC比率的测量结果。从21B可以看出，在蓝光发光二极管21BN的峰值波长λpb为420nm≤λpb≤465nm的情况下，NTSC变得等于或高于100％。
因此，蓝光发光二极管21B的优化峰值范围为420nm≤λpb≤465nm。
分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B发出的红色光、绿色光和蓝色光的光谱的半值宽度hwr、hwg和hwb被设定成hwr＝22nm、hwg＝40nm和hwb＝25nm。
因此，通过将分别由红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B所发出的红色光、蓝色光和蓝色光的峰值波长设定为上述限定范围，能够提高背光装置20发出白光的色纯度，并提供比使用如现有技术所指示的用作光源的CCFL的情况更宽的色域。进而，能够提供非常宽的色彩再现范围的彩色液晶显示装置100。
(Re色度点)如上所述，能够发现给出等于或高于100％的NTSC比率的发光二极管21的优化峰值波长范围。可是，应当注意到，不仅发光二极管的峰值波长而且其光谱分布在提高色纯度和扩大色域中也是重要的因素。尽管发光二极管21的光谱分布基本遵循高斯分布，但根据制造工艺或其他因素，发光二极管示出了光谱分布的多种形状。因此，如果仅限定发光二极管的峰值波长，则不会知道光谱分布。在此情况中，由于不能规定正确色彩再现范围，故不关注光谱分布关于色度点影响的差异。
至今，指定发光二极管21的峰值波长以提供优化的色域。根据本发明，当实现NTSC等于或高于100％的色彩再现范围时，测量发光二极管21的色度点，并且使用由色度点的测量范围所规定的发光二极管21，以便提供优化的色域。
因此，测量红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的色度点，如上所述，所述发光二极管具有给出不小于100％NTSC比率的峰值波长范围。具体地说，使用与彩色液晶显示板10分离的背光装置20，并且当发光二极管21发射每种颜色光时，利用色度计测量色度。
红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的色度点被标绘在由国际照明委员会(CIE)规定的XYZ彩色系统的xy色度图中，所述发光二极管具有给出不小于100％NTSC比率的峰值波长范围。在图22A、22B、23A、23B、24A和24B中示出了上述结果。为了标绘色度点，选择并在背光装置20中排列分别具有红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的三个样品，所述发光二极管给出按照前述发现的峰值波长范围。随后，在没有彩色液晶显示板10的中间体的情况下，利用这些发光二极管发出的彩色光进行测量。
{红光发光二极管21R的色度点}在图22A中，具有630nm、640nm和670nm峰值波长的三个红光发光二极管21R的色度点被标绘在xy色度图中，并且图22B以放大的比例示出了标绘的色度点。因此，考虑到上述已经发现的根据红光发光二极管21R的625nm≤λpr≤685nm的优化峰值波长范围，标绘在xy色度图中的红光发光二极管21R的峰值波长为630nm、640nm和670nm的事实，红光发光二极管21R的优化色度点的范围为图22B中矩形内限定的范围RF，并可规定为0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33。
{绿光发光二极管21G的色度点}在图23A中，具有510nm、525nm和535nm峰值波长的三个绿光发光二极管21G的色度点被标绘在xy色度图中，并且图23B以放大的比例示出了标绘的色度点。因此，考虑到上述已经发现的根据绿光发光二极管21G的505nm≤λpg≤535nm的优化峰值波长范围，标绘在xy色度图中的绿光发光二极管21G的峰值波长为510nm、525nm和535nm的事实，绿光发光二极管21G的优化色度点的范围为图23B中矩形内限定的范围GF，并可规定为0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76。
{蓝光发光二极管21G的色度点}在图24A中，具有420nm、450nm和460nm峰值波长的三个蓝光发光二极管21B的色度点被标绘在xy色度图中，并且图24B以放大的比例示出了标绘的色度点。因此，考虑到上述已经发现的根据蓝光发光二极管21B的420nm≤λpb≤465nm的优化峰值波长范围，标绘在xy色度图中的蓝光发光二极管21B的峰值波长为420nm、450nm和460nm的事实，蓝光发光二极管21B的优化色度点的范围为图24B中矩形内限定的范围BF，并可规定为0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06。
上述情况可简化在表格6中示出。

{由于光谱分布不同引起的色度点差异的验证}现在验证色度点在即使峰值波长相同而色度分布不同的情况下会按如上所述变化。例如，在发射给定峰值波长的彩色光的发光二极管的光谱分布变宽的情况下，通过邻近彩色滤光器19的波长段的滤光器部分透射的光与通过彩色液晶显示板10透射的全部光的比例增加，由此产生混色进而使得色域变窄，其中所述滤光器19设置在彩色液晶显示板10上。
图25至27根据每种彩色光示出了具有相同峰值波长但具有不同光谱分布的两种类型的发光二极管21的光谱特性。具体地说，图25示出了具有630nm的相同峰值波长λpr但各自具有22nm和44nm的不同半值宽度hwr的两个不同红光发光二极管21R的光谱特性。图26示出了具有525nm的相同峰值波长λpg但各自具有40nm和80nm的不同半值宽度hwg的两个不同绿光发光二极管21G的光谱特性，而图27示出了具有460nm的相同峰值波长λpb但各自具有25nm和50nm的不同半值宽度hwb的两个不同蓝光发光二极管21B的光谱特性。
图28示出了重叠在一起的图25至27中所示的光谱特性以及图8中所示的彩色滤光器的光谱特性。从图28可以看出，具有再加倍半值宽度的光谱分布的彩色光以增加的体积透射通过邻近的彩色滤光器部分，进而引起更高的混色可能性。图28中圆形标记中限定的位置表示每种颜色光的光谱分布与邻近彩色滤光器部分的透射波长段相交的交叉点。应当注意到，如果光谱分布沿着增加半值宽度的方向改变，则交叉点升高，如箭头所示，进而增加混色的速率。
因为色域受不同的光谱分布的影响，因此可以假定，为了提供照明彩色液晶显示板10的白光的高色纯度和宽色域，如上所述，如果仅限定如图19B，20B和21B发现的峰值波长范围是不够的。为了验证这一点，根据这样的情况进行彩色液晶显示装置100的NTSC比率的测量，在所述情况中图19B、20B和21B中所示的提供不小于100％NTSC的峰值波长范围相会合(meet)，并且同时半值宽度被设定成图19A、20A和21A中所示光谱分布的两倍，即红色光的半值宽度hwr、绿色光的半值宽度hwg和蓝色光的半值宽度hwb分别为44nm、80nm和50nm。如果在这样的情况中NTSC比率没有超过100％，光谱分布改变的影响，也就是不同于峰值波长的影响不会作用于色域。
在上述适于发光二极管21的条件下，将NTSC比率测量的结果表示在下面对应每种颜色光的表格7至9中。对于测量结果的比较，从图19B、20B和21B中提取在设定每种颜色光的再加倍半值宽度之前的NTSC比率值并将其表示在表格7至9中。
表格7

表格8

表格9


表格7示出了具有44nm半值宽度hwr和630nm、640nm和670nm峰值波长λpr的红光发光二极管21R的NTSC比率。参照表格7，根据该半值宽度，对应630nm峰值波长λpr和640nm峰值波长λpr的NTSC比率为89.6％和95.5％，其分别都比100％低。当然，利用一半的22nm半值宽度能够实现不小于100％的NTSC比率。
表格8示出了具有510nm、525nm和535nm峰值波长λpg以及全部都是80nm的半值宽度的绿光发光二极管21G的NTSC比率。参照表格8，根据该半值宽度，对于所有的峰值波长，NTSC比率都比100％低。当然，利用一半的40nm半值宽度能够实现不小于100％的NTSC比率。
表格9示出了具有50nm半值宽度hwb和420nm、450nm和460nm峰值波长λpb的蓝光发光二极管21B的NTSC比率。参照图20，根据该半值宽度，对应460nm峰值波长λpb的NTSC比率为89.6％和95.5％，其分低于100％。当然，利用一半的25nm半值宽度能够实现不小于100％的NTSC比率。
当发光二极管21发射每种颜色光时，利用色度计测量与彩色液晶显示板10分离的背光装置20上的红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B的色度点，所述发光二极管具有表格7至9中所示的相同的峰值波长以及再加倍的半值宽度。
进而，所测量的红光发光二极管21R、蓝光发光二极管21B和蓝光发光二极管21B的色度点被标绘在由国际照明委员会(CIE)所规定的XYZ彩色系统中xy色度图上。图29A、29B、30A、30B、31A和31B中示出了上述结果。
{具有再加倍半值宽度的红光发光二极管21R的色度点}图29A示出了红光发光二极管21R标绘在xy色度图上的三个色度点，所述红光发光二极管具有44nm的半值宽度hwr和630nm、640nm和670nm的峰值波长λpr。图29B以放大的比例示出了这样标绘的色度点。从这些附图中可以看出，具有630nm和640nm峰值波长λpr的红光发光二极管21R的色度点，以及对应未实现等于或高于100％NTSC比率的色度点在区域RF之外，所述区域参照图22B所确定，是适于红光发光二极管21R的优化色度点区域。
{具有再加倍半值宽度的绿光发光二极管21G的色度点}图30A示出了绿光发光二极管21G标绘在xy色度图上的三个色度点，所述绿光发光二极管具有80nm的半值宽度hwg和510nm、525nm和535nm的峰值波长。图30B以放大的比例示出了这样标绘的色度点。从这些附图中可以看出，具有510nm、525nm和535nm峰值波长λpg的绿光发光二极管21G的色度点，以及对应未实现等于或高于100％NTSC比率的色度点在区域GF之外，所述区域参照图23B所确定，是适于绿光发光二极管21G的优化色度点区域。
{具有再加倍半值宽度的蓝光发光二极管21B的色度点}图31A示出了蓝光发光二极管21B标绘在xy色度图上的三个色度点，所述蓝光发光二极管具有50nm的半值宽度hwb和420nm、450nm和460nm的峰值波长hwb。图31B以放大的比例示出了这样标绘的色度点。从这些附图中可以看出，具有460nm峰值波长λpb的蓝光发光二极管21B的色度点，以及对应未实现等于或高于100％NTSC比率的色度点在区域BF之外，所述区域参照图24B所确定，是适于蓝光发光二极管21B的优化色度点区域。
从以上可以看出，如果仅仅已经规定了峰值波长范围的发光二极管21简单地用于实现等于或高于100％的NTSC比率，则不考虑光谱分布的影响，进而能够接受发光二极管21，其不能给出，如表格7至9中所示。根据单独发光所测量的色度范围确定这些发光二极管21，使得这些发光二极管可省略为不能给出不小于100％NTSC的发光二极管21，如图29B、30B和3 1B所示。
因此，在红光发光二极管21R、绿光发光二极管21G和蓝光发光二极管21B所发出的红色光、绿色光和蓝色光的色度范围按照图13中所示予以规定的情况下，可正确地实现彩色液晶显示装置100的色彩再现范围，所述色彩再现范围实现等于或高于100％的NTSC。
在前述的描述中，规定以使彩色液晶显示装置100能够实现不低于100％NTSC比率的色彩再现范围的发光二极管21的色度，被描绘在国际照明委员会(CIE)提供的XYZ彩色系统的xy色度图上。可是，也可以是使用CIE提供的u′v′色度图，其利用测绘等式u′＝4x/(-2x+12y+3)，v′＝9y/(-2x+12y+3)进行设置。也就是说，本发明并不受色度图的差别所限制并可用于允许测绘的任何色彩系统或任何色度图。
使用上述彩色液晶显示装置的背光系统，其中发光二极管用作背光源，色纯度比使用CCFL要高很多，使其能够明显扩大色彩再现范围。
可是，在发光二极管所发出光的光谱的半值宽度较宽的情况下，色纯度由于混色而降低，进而不能充分扩大色彩再现范围。
特别地，绿光发光二极管的光谱分布宽于蓝光发光二极管或红光发光二极管的光谱分布，并具有接近蓝光发光二极管或红光发光二极管的半值宽度两倍的半值宽度。因此，绿光发光二极管发出光的光谱覆盖蓝色滤光器的透射波长范围进而由于色渗漏而引起绿光和蓝光的混色，从而不能提供色彩再现范围中足够宽的绿色区域。
半值宽度是指对应光谱的峰值高度(强度)正好一半强度值的光谱中的波长宽度。
利用根据本发明的彩色液晶显示装置100，由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管构成的光源用作背光装置的光源。此外，规定了发光二极管的半值宽度。通过规定半值宽度，能够抑制相邻彩色滤光器部分引起的混色影响，进而确保足够宽的色域。
在本发明的实施例中，规定了绿光发光二极管的半值宽度，所述绿光发光二极管的光谱分布比其他发光二极管的宽。这样，能够将绿色对其他颜色的影响，尤其是对蓝色的影响，如由于色渗漏引起的混色抑制到最小值，其能够提供色彩再现范围中绿色的更宽区域。
为了使绿光发光二极管发出光的光谱的半值宽度变窄，绿光发光二极管例如可以按照以下进行构造至于用作绿光发光二极管的晶体，使用II族至IV族元素化合物的半导体，如ZnSe，或III族至V族元素化合物的半导体，如GaN。通过使用由分子束外延(MBE)方法或有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法所代表的外延生长技术的晶体生长方法，能够获得高质量的晶体。
如果能够获得纯度高于至今所能得到的晶体，也就是说，如果能够提高构成绿光发光二极管的晶体的纯度，则能够使光发射光谱的半值宽度变窄。这可由以下事实得出，当纯度提高时，可降低带隙能量和光发射泄漏能量之间的差别。
因此，如果通过适当的方法能够生长高纯度的晶体，能够构造具有光发射光谱的较窄的半值宽度的绿光发光二极管。
优选地，构造绿光发光二极管使得绿色的色度点(颜色点)处于XYZ色彩系统的xy色度图中的预定范围内。具体地说，在以放大的比例示出了xy色度图中绿色区域的图34中，绿光发光二极管被构造以使得绿色点处于虚线矩形所限定的范围内。也就是，绿色色度点(颜色点)处于0.16≤x≤0.21和0.70≤y≤0.76的范围内。
利用上述范围内的色度点，能够扩大液晶显示装置在绿色区域中的色彩再现范围，以便完全覆盖RGB标准的区域并将NTSC比率设定为超过100％的更大值。此外，能够与前述YCC标准的范围相匹配。
绿光发光二极管的光发射光谱的半值宽度FWHM优选为尽可能窄，可是从制造方面而言，目前很难提供小于30nm的半值宽度。也担心如果光发射光谱的半值宽度过窄，则降低了光谱能量，进而导致亮度的变差。
如果通过制造技术的提高能够提供小于30nm的光发射光谱的半值宽度，从加宽色域的方面而言，半值宽度不应限制在30nm或更大。
在本发明的实施例中，至今广泛使用的彩色滤光器，也就是原色(红色、绿色和蓝色)的滤光器，或互补色，如青色、品红色或黄色的滤光器，可用作彩色滤光器。
尽管所用的发光二极管的彩色合成可以是随意的，但利用三原色的发光二极管，即红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管基本可再现白色或其他各种颜色。
利用不同于三原色发光二极管的二极管也可构造背光装置的光源。
每个发光二极管的光束在背光装置内混合而产生白光。
同时，在本实施例中的彩色液晶显示装置100中，背光装置20的绿光发光二极管21G被设计成使得光发射光谱的半值宽度FWHM具有从30nm到40nm相对窄的范围。
通过将绿光发光二极管21G的半值宽度FWHM设定为30至40nm，绿光发光二极管21G的光发射光谱的边缘部分可变得更短，以便减少与其他彩色滤光器部分，如蓝色滤光器CFB的透射波长带的重叠。这样能够抑制绿色与其他颜色，如蓝色的混色。
实际制造彩色液晶显示装置以研究(check into)其特性。如图32示意性所示，彩色亮度尺300被放置在彩色液晶显示装置100的彩色滤光器19的顶面上以测量光谱特性。光谱特性也被标绘在XYZ彩色系统的色度图中并从XYZ彩色系统的该色度图发现NTSC比率。
所用的背光装置的光源为三原色的发光二极管，所述发光二极管中的绿光发光二极管具有不同的半值宽度(FWHM)。所用的彩色滤光器是常规使用的滤光器。通过背光源的使用，制造了多个彩色液晶显示装置并通过上述测量方法进行光谱特性的测量。
具体地说，利用三原色的发光二极管，尤其是具有450nm光发射峰值波长和25nm半值宽度FWHM的蓝光发光二极管(LED-B)，绿光发光二极管(LED-G)和具有640nm光发射峰值波长和22nm半值宽度FWHM的红光发光二极管(LED-R)构造背光装置的光源。该背光源与常规使用的三色滤光器(CFR、CFG和CFB)结合以构成彩色液晶显示装置。
至于绿光发光二极管(LED-G)，提供三种不同类型的绿光发光二极管，即具有525nm光发射峰值波长和40nm半值宽度FWHM的类型，具有525nm光发射峰值波长和35nm半值宽度FWHM的类型和具有525nm光发射峰值波长和30nm半值宽度FWHM的类型，以制造彩色液晶显示装置。
同时，当其光谱强度变化时，调节三种类型的绿光发光二极管(LED-G)，保持半值宽度FWHM的改变，以便实现白色平衡的匹配。特别地，调节绿光发光二极管的光谱强度，以使基于混合三种颜色发光二极管的颜色所获得的白光色度坐标(x，y)为(x，y)＝(0.288，0.274)。
在图33中彼此重叠地示出了三种绿光发光二极管的光发射光谱。从图33可以看出，半值宽度FWHM越窄，峰值强度越高，且峰值边缘变得越短。
在图34中示出了以上所述的三种绿光发光二极管的色度点。从图34可以看出，所有绿光发光二极管的色度点都处于虚线矩形所围绕的区域内。
在图35中一起重叠地示出了每种颜色(红、蓝和绿色)光的发射光谱以及彩色滤光器的光谱特性。对于绿光发光二极管，一起重叠地示出了图33中所示的三种类型的光发射光谱。
通过示出测量的结果，在图36中XYZ彩色系统的色度图中重叠地示出了各个彩色液晶显示装置的色彩再现范围。从图36可以看出，当绿光发光二极管LED-G的半值宽度FWHM变得更窄时，色彩再现范围向上扩展。这可能由以下事实引起，所述事实是绿光发光二极管LED-G的半值宽度FWHM越窄，由于彩色滤光器中蓝色滤光器CFB引起的混色度变得更小。
根据图36中示出的测量结果，发现各个彩色液晶显示装置的每个色彩再现范围的NTSC比率。对应绿光发光二极管LED-G的40nm、35nm和30nm半值宽度的NTSC值分别为105％、108％和111％。
图36的蓝色区域和绿色区域分别被放大地在图37A和37B中示出。
从图37A可以看出，在绿光发光二极管LED-G的半值宽度FWHM改变时，几乎观察不到蓝色区域中色度点的变化。另一方面，从图37B中可以看出，在绿色区域中，当绿光发光二极管LED-G的半值宽度FWHM变窄时，y值增加，绿色区域的色域变得更宽。
图38示出了绿光发光二极管LED-G的半值宽度FWHM与NTSC比率之间的关系。
从图38可以看出，在半值宽度和色域(NTSC比率)之间存在相关性。从这个相关性可以看出，如果需要将NTSC维持在高于105％，半值宽度FWHM必须不大于40nm，并且如果超过该值，则不能获得105％的NTSC比率。
还可以看出，为了提供显示的宽色域，不仅优化发光二极管的光发射波长，而且使光发射光谱的半值宽度变窄都是必需的。
利用本实例的上述彩色液晶显示装置100，其中背光装置20的光源由发光二极管21R、21G和21B构成并且绿光发光二极管21G具有30nm至40nm的半值宽度FWHM，能够抑制绿色与其他颜色的混色并提供绿色区域的较宽色彩再现范围。以此方式能够获得100％或更高的NTSC比率或实现与YCC标准的区域的匹配。
本发明不限于参照附图描述的上述实施例的具体构造。应当理解，本发明包含诸如本领域技术人员在本发明的范围和原理之内很容易实现的各种变化或修正。
权利要求
1.一种用于从背侧以白光照明具有彩色滤光器的透射型彩色液晶显示板的背光装置，所述彩色滤光器由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成，所述背光装置包括光源，其由发射半值宽度hwr为15nm≤hwr≤30nm的红光的红光发光二极管、发射半值宽度hwg为25nm≤hwg≤50nm的绿光的绿光发光二极管和发射半值宽度hwb为15nm≤hwb≤30nm的蓝光的蓝光发光二极管构成；以及用于混合所述光源发出的红光、绿光和蓝光以产生所述白光的色混合装置。
2.根据权利要求1所述的背光装置，其中，在所述蓝光发光二极管发出的所述蓝光的峰值波长λpb为λpb≥460nm时，则所述绿光发光二极管发出的所述绿光的半值宽度hwg为25nm≤hwg≤43nm。
3.一种包括透射型彩色液晶显示板和从背侧以白光照明所彩色液晶显示板的背光装置的彩色液晶显示装置，所述显示板包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器，所述背光装置包括光源，其由发射半值宽度hwr为15nm≤hwr≤30nm的红光的红光发光二极管、发射半值宽度hwg为25nm≤hwg≤50nm的绿光的绿光发光二极管和发射半值宽度hwb为15nm≤hwb≤30nm的蓝光的蓝光发光二极管构成；和用于混合由所述光源发出的红光、绿光和蓝光以产生所述白光的色混合装置。
4.根据权利要求3所述的背光装置，其中，在用作所述背光装置的所述光源的蓝光发光二极管发出的所述蓝光的峰值波长λpb为λpb≥460nm时，所述绿光发光二极管发出的所述绿光的半值宽度hwg为25nm≤hwg≤43nm。
5.一种用于从背侧以白光照明具有彩色滤光器的透射型彩色液晶显示板的背光装置，所述彩色液晶显示板包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器，所述背光装置包括光源，其由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管构成，所述红光发光二极管发射具有由国际照明委员会CIE所规定的XYZ彩色系统中xy色度图中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度点的红光，所述绿光发光二极管发射具有xy色度图中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度点的绿光，和所述蓝光发光二极管发射具有xy色度图中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度点的蓝光；和用于混合所述光源发出的红光、绿光和蓝光以产生所述白光的色混合装置。
6.一种包括透射型彩色液晶显示板和用于从背侧以白光照明所述彩色液晶显示板的背光装置的彩色液晶显示装置，所述透射型彩色液晶显示板包括由用于波长选择并透射红光、绿光和蓝光的三色滤光器构成的彩色滤光器，所述背光装置包括光源，其由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管构成，所述红光发光二极管发射具有由国际照明委员会CIE所规定的XYZ彩色系统中xy色度图中0.65≤x≤0.75和0.27≤y≤0.33的色度点的红光，所述绿光发光二极管发射具有xy色度图中0.12≤x≤0.28和0.64≤y≤0.76的色度点的绿光，和所述蓝光发光二极管发射具有xy色度图中0.14≤x≤0.17和0.01≤y≤0.06的色度点的蓝光；和用于混合所述光源发出的红光、绿光和蓝光以产生所述白光的色混合装置。
7.一种彩色液晶显示装置，其包括具有彩色滤光器的透射型彩色液晶显示板；用于从背侧照明所述彩色液晶显示板的背光光源，所述背光光源由红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管组成；和用于混合由所述背光光源发出的红光、绿光和蓝光的色混合装置；所述绿光发光二极管的光发射光谱的半值宽度处于30nm和40nm之间的范围内。
8.根据权利要求7所述的彩色液晶显示装置，其中所述绿光发光二极管在XYZ彩色系统中的xy色度图中的色度点颜色点处于0.16≤x≤0.21和0.70≤y≤0.76的范围内。
全文摘要
本发明提供一种在彩色液晶显示装置(LCD)中使用的背光装置。背光装置通过混合光源发出的红光、绿光和蓝光而产生白光，所述光源包括发射半值宽度hwr为15nm≤hwr≤30nm的红色光的红光发光二极管(21R)、发射半值宽度hwg为25nm≤hwg≤50nm的绿色光的绿光发光二极管(21G)和发射半值宽度hwb为15nm≤hwb≤30nm的蓝色光的蓝光发光二极管(21B)。从透射型彩色液晶显示板(10)的背侧施加白光，所述液晶显示板包括具有用于波长选择地透射红色光、绿色光和蓝色光的三原色滤光器的彩色滤光器(19)。
文档编号G02F1/1335GK101031843SQ20058003326
公开日2007年9月5日 申请日期2005年8月9日 优先权日2004年8月18日
发明者芳贺秀一, 柿沼孝一郎, 中枝武弘, 松本达彦, 田川康弘, 太田温, 奥贵司, 新井健雄 申请人:索尼株式会社