专利名称：三维显示系统用液晶显示器及具该显示器的三维显示系统的制作方法
三维显示系统用液晶显示器及具该显示器的三维显示系统
技术领域：
本发明是关于一种三维显示系统用液晶显示器及具有该显示器的三维显示系统。背景技术：
目前三维显示已经成为影像显示业界商品的当红主流，从电影院中的立体电影到逐渐进入家庭的三维IXD TV，在在吸引消费者目光，并且成为讨论焦点。从最早期的立体显示电影开始，其影像资料是藉由分别针对左眼与右眼的红色影像与绿色影像，经过戴在眼前的红色镜片与绿色镜片分别过滤不属于该眼的影像资讯，并且整合两眼所接收的影像资料而成。由于两眼所接收的画面，一者是过滤长波长的红光而仅余蓝绿光，另一眼则是仅余红光，因此任何一眼所接收到的影像资料都不是全彩。由于人眼原本就具有三种针对不同波长光源敏感的视锥细胞(Cone Cell)，分别用以感测红、绿、蓝三色，使得人类所能接收到的彩色资料，可以涵盖如图I所示的一个色彩范围，且在色坐标中，单一波长的纯色光将被标示于图I的图形的外缘。任何影像资料来源所能发出的影像资料，能在上述可见色彩范围内占有越大的面积，代表该影像资料来源的演色性越佳。由此，上述早期的三维立体影像，由于每一眼所能看到的影像都偏重一侧，其影像的演色性甚差，较敏感者甚至会因为两眼的影像资料色彩问题而感到头痛，因此该种立体电影除掀起一阵讨论风潮外，并没有获得实质的支持与广泛的采用。随后，在电影院等大银幕上所演出的电影，逐渐改由两种较为普遍的主流技术主导其一是如图2所示利用光的偏极化，将影像资料中的水平偏极化光与垂直偏极化光分别用来呈现左眼影像与右眼影像，并且让观赏者利用彼此垂直设置的两片偏光镜(polarizer)91、92来区分左、右影像。第二种技术则是改良早期的红、绿眼镜的所谓”干涉滤镜式三维影像”技术，该技术由德国 Infitec GmbH 公司于 2003 年所发表，” INFITEC, a newstereoscopic visualization tool by wave length multiplex imaging”，by H. Jorke andM. Fritz,Proceeding Electronic Displays, September, 2003 且于美国申请专利中，US PatentApplication, Jun 17 2010,，，System for Reproduction Stereograpliclmages”，US20100149635A1。该技术利用干涉式滤镜(Interference filter)来分离左、右两组互相不重叠的波段的影像。其中各组波段如图3所示，具有红、绿、蓝三个不同的波段，以形成相当良好的色彩。不像以往红、绿眼镜式中，左右影像的色彩及亮度落差相当大。观赏者则如图4所示，配戴与各组波段对应的滤光片眼镜，例如左镜片91’供R1、G1、B1波段光束通过，而右镜片92’则供R2、G2、B2波段光束通过，以分离左、右两眼的影像资料，由于其眼镜为被动式，且利用Fabry-Perot干涉技术制成，因此左、右影像具有非常好的分离效果。该技术中，各左右影像波段至少必须具有隶属于红、绿、蓝附近的三个基本原色，以形成所需要的色域及亮度。由于可见光范围为400nm 700nm，但真正较亮的范围以420nm 660nm为主，其总波段范围约为240nm，如果划分为6个波段，扣除中间各波段间的 安全范围10nm，则各个波段只有不到30nm的波宽可用。因此在该技术中，为得到左右影像的6个波段的光源，必须利用波宽较广的白光，再利用所对应波段的光滤波器来得到所需的窄波段(Narrow-band)光源。上述技术在演进至家用电视的范围，产生部分改变，在偏极化技术方面，除以原本的偏光镜制作眼镜，亦可利用液晶显示器本身的偏极化特性，直接让观赏者配戴具有光阀开关效果的shuttle-glass来观赏，IXDTV本身则利用双倍的影像资料，轮流显示左眼影像资料与右眼影像资料，眼镜本身亦以双倍速度切换显示左、右影像。其困难处在于；一方面，此技术中所采用LCD TV的液晶必须有更快的反应速度，因而电视造价偏高；另方面，电视机必须发射同步信号给shuttle-glass作为切换左、右影像的依据,而且shuttle-glass为必需具有无线接收功能的主动式眼镜，不仅造成各种不便，而且眼镜造价亦偏高，使得该技术的市场接受度偏低。第二种方法则较接近电影院中的线性偏光(linear-polarizer)分离技术,而所采用的眼镜也是彼此方向垂直的偏光镜，这是属于被动式眼镜，价格较低，亦没有同步问题。但是，为因应同时发出水平偏极化影像资料与垂直偏极化影像资料，LCD TV本身的制程，必须将奇偶扫描线配置有不同方向的偏光膜，不仅结构成本偏高，尤其制造成品率奇低，非常不易量产，因而造成该种LCD TV造价出奇地高昂，此外，由于整幅画面被区分为左眼影像资料与右眼影像资料，在空间方面所能显示的像素数目骤减一半，使其三维影像解析度降为一半，造成影像品质不够理想。至于将所有光源区分为6个彼此相异波段，在电影院中由于所采用的光源是高压放电灯，其发光波长涵盖范围广，要从其中过滤出6个彼此相异波段不难。然而，放在家用LCD TV中，若利用冷阴极管(CCFL)或白光LED来作为光源，一方面所发光能多半被滤除，遗留下来显示影像的光能使用率将非常低，使得影像亮度偏低；并且也不符合环保要求。但如果要以红、绿、蓝三色LED作为光源直接使用，以目前量产LED中，红色LED波宽约20nm，其主波长偏异量约10nm，绿色LED波宽约40nm，主波长偏异量约20nm，蓝色LED波宽约30nm，主波长偏异量约10nm，黄色LED波宽约20nm，主波长偏异量约20nm，青色LED波宽约30nm，主波长偏异量约10nm，由以数据可看出要以30nm为一个波道，则各波道之间将有相当多波长的重叠，造成左右影像的鬼影(cross-talk)问题。更进一步探讨，要利用6个波段的技术，光源中必需涵盖420 450nm及450 480nm两组蓝光LED ;然而，420nm 450nm属于靛蓝光(De印Blue)，不仅发光效率低、产量少，而且价格昂贵，若要强将其纳入光源中，不仅使得该眼影像资料亮度不易提升，更使产品价格大幅暴增，完全不适合在IXD TV背光使用。由此，前述电影院中所采用的三维立体影像技术，完全无法在家用电视市场中顺利推广。也使得现今成为主流的以LED为背光源的LCD TV中，没有办法真正实现符合商业化需求的三维立体显示技术。
发明内容本发明的一个目的，在于提供一种可以利用两种波段LED光源，替代原本需三色 光源共同构成的彩色显示器。本发明的另一目的，在于提供一种可以利用两种波段LED光源，配合液晶阀而建构出全彩的彩色显示器。
本发明的又一目的，在于提供一种可善用现有LED元件作为光源，分别建立彼此波段可区别及分离的双眼影像资料，使可以显示立体影像的三维显示系统用液晶显示器成为可行。本发明的再一目的，在于提供一种可以充分商业化生产的三维显示系统用液晶显示器。本发明的又另一目的，在于提供一种可以架构出两组分别可以白平衡的光源的三维显示系统用液晶显示器。本发明的又再一目的，在于提供一种简便且可商业化生产的三维显示系统。本发明的更一目的，在于提供一种眼镜配戴方便，让观赏者拥有良好操作方便性的三维显示系统。
本发明揭示有一种双色光源的彩色显示器，包括—液晶显示模组,包括复数晶胞组,每一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞；其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分；一光源，该光源系由两组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；其中，至少上述两个中心波长之一，具有一个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长；一组依照一幅显示资料，驱动该光源发光二极管元件发光；及驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置。将此种彩色显示器与另一组彼此发光波段可区别的三色光源结合，并且让影像资料轮流显示，则可获得本发明所揭露的一种三维显示系统用液晶显示器，包括—液晶显示模组,包括复数晶胞组,每一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞；其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分；—光源，该光源是由五组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；且前述发光二极管元件是被区分为第一及第二子光源，其中该第一子光源是包括前述中心波长中波长最长两者之一、及中心波长最短两者之一的发光二极管元件，及该第二子光源是包括该剩余中心波长的发光二极管元件；其中，至少该第一子光源上述两个中心波长之一，具有一个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长；藉由上述形成该交集部分的该二滤光片的容许通透比率差异，使该中心波长光束在通透该二分色晶胞后，呈现两组相异于该光束、且彼此相异的调制后中心波长；及一组分别依照两幅彼此对应的显示资料，轮流驱动该第一子光源及该第二子光源发光二极管元件发光、并驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置。若再增添对应于上述光源的眼镜，则可建立本发明所揭露的一种三维显示系统，包括—个液晶显示器,包括一液晶显示模组,包括复数晶胞组，每一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞；其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分；一光源，该光源是由五组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；且前述发光二极管元件是被区分为第一及第二子光源，其中该第一子光源是包括前述中心波长中波长最长两者之一、及中心波长最短两者之一的发光二极管元件，及该第二子光源是包括该剩余中心波长的发光二极管元件；其中，至少该第一子光源上述两个中心波长之一，具有一个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长；藉由上述形成该交集部分的该二滤光片的容许通透比率差异，使该中心波长光束在通透该二分色晶胞后，呈现两组相异于该光束、且彼此相异的调制后中心波长；及一组分别依照两幅彼此对应的显示资料，轮流驱动该第一子光源及该第二子光源发光二极管元件发光、并驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置；及一组眼镜，包括一片对应该第一子光源各发光二极管元件中心波长的第一镜片；及一片对应该第二子光源各发光二极管元件中心波长的第二镜片。 藉由本发明所揭示的两波段LED光源，其中至少有一个的中心波长恰与三个滤光片中的的两者的容许通透波长带波长交集部分对应；因此，这个LED所发光束，在经过两个不同滤光片时，将会被分别呈现出可区别的相异波段，让单一 LED元件所发光，分别作为两个基本色的成分。进一步，让这两个彼此发光亮度相依的基本色，透过可以独立调制其透光率的液晶晶胞后，就可以制造出彼此线性独立的三个基本色，从而架构出原本需三色光源共同构成的彩色显示器。若将此种两波段LED元件与另一组波长与其明显可区别的三色LED元件分别担负作为一组子光源，便可建立出两个相互独立的子光源，藉以提供两眼不同影像资料轮流播放。且由于实际上的中心波段仅有至多五个，可以在可见光的有限波长范围内，顺利选择现有可用的LED元件，让可以显示立体影像的三维显示系统用液晶显示器不仅确实可行，还可以跨出实验室而被正式商业量产。并且由于提供两眼影像资料的两组子光源都分别具有三个基本色，且个别所围绕出的三角形演色范围都可涵盖色坐标上的白色中心区域，使得两组子光源可以分别调整至白平衡，让个别眼的画面都没有色彩偏移，提供观赏者良好的感官体验。加以，搭配本发明此种液晶显示器的眼镜仍为被动式的滤光片，结构简单易于制造，也不需额外电源驱动，让观赏者佩戴方便，使得本发明所揭示的三维显示系统不仅结构简便而利于商业化生产；并且在使用过程中对于观赏者的舒适性提供良好照应，从而达到所有上述目的。图式简单说明图I是绘示人类视觉色彩范围分布图。图2是一种公知立体显示系统中，光行进路线、电磁场偏极化方向、与偏光片偏极化方向关系不意图。图3是另一公知六波段光源的波段波长分布示意图。图4是应用图3光源的立体显示系统示意图。图5是常用液晶显示器背光的各LED元件发光主波长的色坐标示意图。
图6是滤光片的透射率与波长关系示意图。图7是图6实施例中，橙黄色LED元件所发光的发光亮度与红色滤光片光透射率的波长分布关系示意图。图8是图7的橙黄色LED元件所发光行经红色滤光片后，主波长偏移示意图。图9是图6实施例中，橙黄色LED元件所发光的发光亮度与绿色滤光片光透射率的波长分布关系示意图。
图10是图9的橙黄色LED元件所发光行经绿色滤光片后，主波长偏移示意图。图11是图5实施例中，橙黄色与青色LED元件所发光经三色滤光片后，所组合出三个基本色的色坐标示意图。
图12是第一较佳实施例中的第一子光源与第二子光源波段分布示意图。图13是应用图12的第一子光源与第二子光源所组合的液晶显示器演色性色坐标示意图。图14是本案三维显示系统第一较佳实施例的结构示意图。图15是本案三维显示系统用液晶显示器第二较佳实施例的第一及第二子光源发光波段分布不意图。图16是搭配图15实施例的子光源的第一与第二镜片可通透波段分布示意图。图17是图15实施例的第一子光源与第二子光源所组合的液晶显示器演色性色坐标示意图。图18是本案三维显示系统用液晶显示器的结构方块图。主要元件符号说明1、2子光源3液晶显示模组41、42、91’、92’ 镜片5 控制装置51驱动器52处理器6光感测装置91、92偏光镜a、a，、a”、b、b，、b”、C、C，、C”、D、D0> Dr、Dg、E、E0> Eg、Eb、k、k，、W 点R1、G1、B1、R2、G2、B2、入 I、入 2、入 3、入 4、入 5、入 ’ I、入 ’ 2、入 ’ 3、入 ’ 4、入 ’ 5 波段Ra、Rb、Re、Ga、Gb、Ge、Ba、Bb、Be、区RU)、GU)、BU)透光率函数Ad、入 ’ d、入”d、d、e 波长P线D(入)、D’(入)频谱
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。如图5所示，在色坐标中，一般是采用例如红、绿、蓝波段的光作为基本色(primary color),在此以a、b、c三点作为其个别中心波长的代表，并利用可以发出这三个颜色中心波长的LED元件组合作为光源，如此，可以在色坐标中围绕出一个三角形Aabc (称为「色域」)，也就是此光源可以调制呈现的所有色彩。一般衡量影像品质，一方面是计算色域大小，色域愈大，则称为演色性愈佳；另方面，对于所呈现的白色，一般要求其色坐标位于Plank’s radiation IocusP线上,其位置以色温大小表不，例如标准A光源色温,标准B光原色温,6500K, 8500K,...等,一般称为白平衡点。由图中可看出，以红、绿、蓝a、b、c所组成的色域Aabc，其范围包含了 P线，因此只要调整该三组红、绿、蓝LED的亮度大小，一定可以达到需要的白色色温点，例如色温8500K处。但是，若一组光源只有两个发光波段，例如主波长标示为D的波段及标示为E的波段。其中点D所代表的主波长为介于点a的红色与点b的绿色之间的一波长，其可为橙色、黄色、黄绿色等。而主波长标示为E的波段为介于绿色点b与蓝色点c之间，其可为绿偏蓝或蓝偏绿，称之为青色。依照光学理论中的混色原理，如果利用主波长为D与E的两色光混合，其合成色的色坐标必介于点D与点E的色坐标连线线段上，即图中的DE线段上。如果选择适当的D点与E点，则该DE线段恰可以与P线相交；也就是说，选择到特殊主波长的黄色及青色LED，仍然可以有达成白平衡的机会。但是，一方面考虑现实状况，目前可以量产的商业化黄色LED元件，主波长约在590nm ;而商业化生产的青色LED元件，主 波长约在490nm。如此搭配，其DE线与P线交点约在5000K以下的暖色范围，无法满足LCDTV所要求一般需8000K以上的色温。更糟的是，利用主波长为D与E所组成的色域范围只限于在DE线段上，没有三角形面积范围的色域可供呈现，因此可以说呈现彩色影像的色域范围为零，完全不具备作为液晶显示器光源的能力。即使勉强使用上述光源，不仅白平衡点不易重叠；更因为左右影像色域偏差太大，一眼仅有极为狭窄的黄-青渐层色彩可供接收，容易造成不平衡感，眼睛容易疲劳不舒适。如图6所示，一般IXD面板的彩色滤光片(color filter)有三个颜色，分别为红色、绿色、及蓝色滤光片，其透光率或透光率函数(Transmittance)分别为R(入)、G(入)、B(A)0以图中的红色滤光片为例，可被进一步区分为Ra区、Rb区、及Re区，其中Ra区几乎为不透光区，Rb区为渐变区，Re为透光区。一般而言，选择LED为背光，其红色LED的主波长即选择在Re透光区，该区为一对波长透射的平坦区，因此LED的颜色经过滤光片后几乎不受影响。但是如果LED主波长落在Rb渐变区，则经过滤光片后，其颜色将会产生往红色偏移。其原理如下所述在图7中，D(A)代表该LED的原来光谱，RU)代表红色滤光片的透光率函数，当LED的光谱D(A)经过滤光片RU)后，其透射出的光谱D’ (A) = D(A) RU)，如图8中所示，由于D(A)的主波长Ad位于Rb渐变区上，因此D’ (A)的左右并不对称，且右边值大于左边值，因此D’ (A)的对应色坐标的主波长X \会向右移，因而产生红色偏移的效果。如果LED的原来入d = 590nm的橙黄色，波宽为40nm，经过红色滤光片后，可以产生约IOnm的红色偏移量，因此该LED的颜色相当于主波长为600nm的橘红色效果。同样地，绿色滤光片G(X)也有三个区，Ga区Gb区及Ge区，其中Ga区及Ge区为渐变区，Gb区为透光区。而Ge区与Rb区的交界点d，其波长约在590nm附近，同样地，如图9与图10所示，若选择D波段的主波长为d点590nm时，其透过绿色滤光片后，亦可使透出的主波长X ”d产生偏绿色的色偏移效果。藉此，该光源LED既可透过红色滤光片而作为红色使用，也可以透过绿色滤光片而作为绿色使用。当作为红色使用时，经过红色滤光片后，即产生偏红的效果。同理，当作为绿色光源使用时，经过绿色滤光片后，即产生偏绿的效果。因为Ge区与Rb区的交界点为波长d，恰为红色滤光片及绿色滤光片透光率约50%之处，因此当该LED作为红光、绿光使用时，其发光使用率几乎相同。因此，选择波长d为橙黄色波段的中心波长有其双重意义(一)可以当红光或绿光使用。(二)可以达到红绿使用效率几乎相同的目的。同理，利用G(A)与B(A)的交界点为波长e，选择青色波段的中心波长e为490nm,当该光源经过滤光片后，也可以产生绿色偏移，使其相当于500nm的蓝绿色光。当经过蓝色滤光片后，也会产生蓝色偏移，使其相当于入”6 = 480nm的蓝色光。因此，本案第一较佳实施例的双色光源的彩色显示器，如图11所示，选择一波段的主波长D为d点波长590nm,在色坐标上标不为Dtl,且另一波段的主波长E为e点波长490nm，在色坐标上标示为Ec^发光主波长为D之波段的橙黄色LED元件所发光束，在经过红色滤光片后，出光Dr被偏移成相当于主波长为600nm的橘红色光；恰可作为本组光源的红色基本色。相对地，发光主波长为E的波段的青色LED元件所发光束，在经过蓝色滤光片后，出光Eb被偏移成相当于主波长为480nm的蓝色光；恰可作为本组光源的蓝色基本色。最特殊的，是橙黄色LED元件与青色LED元件所发光束，在共同经过绿色滤光片后，将会分别偏移成为Dg与Eg的580nm与500nm色光，因此其合成的绿色光将由Dg与Eg的色坐标决定，标示为图11中K点位置，也就是本组光源的绿色基本色坐标。经由上述偏移后，由k点、Dr点、Eb点三个基本色的坐标点所组成的色域范围，同样可以全部包含Plank’sradiation Locus P线,而且其色域范围也扩大,在本例中，可达到NTSC的70%左右。利用混色原理，在色域k、Dr、Eb三角形内任一点的色坐标，皆可以利用该三点基本色的亮度比值调整来达到，例如白平衡要调整到色温P点8500K点，则必需调整K点、Dr、Eb的亮度比为AEbPDr : AkPEb A kPDr三角形面积比，因此需要三个可调的参数。但是目前仅有橙黄色波段LED与青色波段LED的发光强度两个线性独立的参数可调(亮度大小)，并不能满足上述的三个可调参数之需求。因而我们需要利用LCD面板的信号转换达到所需要的三个可调参数的需求。由于在色坐标位置Dr的基本色光的亮度大小IDp是由橙黄色波段LED的亮度大小Dtl及其频谱函数D ( X )，透过红色滤光片之透光率函数R(X)及红色液晶阀所开的最大比例Vr(0 I)的积分，其表示式为 IDr = / D0D (入)(入) Vrd 入=D0Vr / D(入)R(入)d 入......(I)因此利用DtlVr可组成第一个可调参数。同理，在色坐标位置Dg的亮度大小IDg是由该波段LED的亮度大小Dtl及频谱函数D(入)，透过绿色滤光片的透光率函数G(X)及绿色液晶阀所开的最大比例Vg(0 I)的积分，其表示式为IDg = / D0D (入).GU) Vgd 入=D0Vg f D (入)G (入)d 入......(2)但是当绿色液晶阀打开时，青色波段的LED也会部分穿透，因此其在色坐标Eg的亮度大小IEg之表示式为IEg = E0 Vg / E(入)G(入)d 入........(3)因此k点的亮度大小为IDg+IEg，其比例于(WlDc^WZEtl)Vg,其组成第二个可调整参数(其中 Wl =/DU)GU )cU，W2 = / EU)GU )d入)。
同理，在色坐标Eb的位置的原色光的亮度大小IEb为青色波段LED亮度大小Etl及频谱函数E(X)，透过蓝色滤光片的透光率函数B(X)及蓝色液晶阀所开的最大比例Vb (0 I)的积分,其表不式为IEb = / E0E ( A ) B ( A ) Vbd A = E0Vb / E (入)B (入)cU.......(4)因此利用EtlVb组成第三个可调整参数。利用以上分析可知，利用调整DQVr，(WlD0+W2E0)Vg, EtlVb三个参数，可以达到白平衡所需的点。因此只要Dtl与Etl为已知即可决定三个颜色液晶阀的Vr，，Vg, Vb的最大开阀值，因此，原本要在显示器上显示的一幅画面的显示资料，是被区分为r、g、b三个原始分色子画面资料，分别供驱动光源中的红、绿、蓝LED发光、以及分别驱动对应红、绿、蓝滤光片的各晶胞的液晶阀改变光通透状态。此时，则由控制装置中的例如一个处理器将该三幅原始分色子画面资料、及该等调制后中心波长分布，依照下式调整前述原始分色子画面资料，使得输出的调制后分色子画面资料中，液晶阀值(即本例中新的影像信号大小)可以转换调整为 r，= r. Vr ;g’ = g. Vg ;b’ = b. Vb.....(5)式(5)中(r，g，b)为三个原始分色子画面资料的各色晶胞液晶阀值，(r’，g’，b’ )即为经过调制的三幅调制后分色子画面资料的各色晶胞液晶阀值。当处理器输出调制后的分色子画面资料(r’，g’，b’)到液晶面板控制器后，其在主波长D与E的LED背光源照射下，将提供k、W、Eb三点所组成的色域范围，且其所组合出白光(当r = l、g = l、b = I时)的白平衡点将完全符合原先设定采用红、绿、蓝LED作为光源、以色坐标上a、b、c位置作为基本色时的白平衡点。进一步，在本例中的控制装置更包括一组供分别输出电能、各别驱动橙黄色LED元件与青色LED元件发光的驱动器，以分别控制色坐标Dtl与Etl处的发光亮度；甚至，可藉由该驱动器的运作，进行区域亮度调控(Local Dimming)，以增加显示器的动态变化范围。经由上述揭露，本案可以利用两种波段LED光源，配合液晶阀而替代原本需三色光源建构出全彩的彩色显示器。如前所述，一个立体影像是由左右两个不同时序的影像所组成，因此，本案第一较佳实施例的三维显示系统用液晶显示器如图12所示，其中第一子光源I的LED背光，其由主波长分别为X I、X 2、X 3的红、绿、蓝三个光波段LED所构成，当控制装置驱动该子光源I发光时，同步地驱动IXD面板上的液晶阀，依照对应于左影像资料的原始三色子画面资料改变个别的透光率，产生左眼所需的影像；其色域范围如图5中所示的Aabc三角形色域，其所需白平衡点为W。对应于右眼的第二组子光源2之LED背光，则由上述两个主波长分别为入4、入5橙黄色及青色波段LED所组成，当控制装置关闭第一子光源I并点亮第二子光源2时，配合输出调制后分色子画面资料(r’，g’，b’)至IXD面板的个别晶胞组的液晶阀后，即产生右眼的影像，其色域范围如前所述，将涵盖k、D,、Eb所组成的范围，其白平衡点亦已调整为W点。不过，一个立体影像是由左影像与右影像综合后产生的立体影像，因此其色域的范围是由左、右影像的各别基本色混合后平均而定。如图13所示，例如红色基本色是由a点与比点的平均效应而定。如果其发光亮度相当，则其合成红色基本色为其a点与比点中心位置，标示为a’。同理其合成立体影像的绿色基本色为标示b’位置，合成蓝色基本色为标示c’位置，因此该立体影像的色域范围为A a，h^ c^的色域范围。因此如上所述，利用五个波段的LED背光，可以产生左右两个彩色的影像，其中如果左眼影像具有红绿蓝三个非常饱和的色域影像，而右眼影像为青色与橙色为主色的较不饱和色彩。但在经过上述彩色滤光片之后，青色及橙黄色会产生色偏移，如此可以构成较大的色域范围。以一般LED的色彩而言，左眼影像的色域可以达到NTSC(1987)标准色域的160%左右，但是右眼影像只可以达到NTSC(1987)的70%而已。而其综合的立体影像色域约可达到120%左右，仍然可以提供良好的演色性。藉此，本案可善用现有LED元件作为光源，分别建立彼此波段可区别及分离的双眼影像资料，使可以显示立体影像的三维显示系统用液晶显示器成为可行；尤其是该等LED元件制造技术与价格都在可接受范围，因此本案的产品已经跳脱实验室的象牙塔，达到商业量产的价值；并且经由上述调制，此种三维显示系统用液晶显示器，在左右两眼所呈现影像资料分别可以调校至色坐标上相同的白平衡位置，使得观赏者可以获得舒适的视觉感受。故如图14所示，观赏者可以佩戴一组对应于上述液晶显示器的眼镜，在本实施例中，背光源如上述，分别包括主波长为入1、入2、入3的第一子光源I及主波长为入4、入5 的第二子光源2。相对地，左眼的第一镜片41是对应容许第一子光源的红、绿、蓝LED元件中心波长光束通过；右眼的第二镜片42则是对应容许第二子光源的橙黄色与青色LED元件中心波长光束通过。藉由此种眼镜的搭配，与上述液晶显示器共同构成一组三维显示系统。故点亮第一子光源I并依照左眼影像资料的各分色子画面，驱动液晶显示模组3中各晶胞组的各分色晶胞改变光通透状态，从而呈现左眼画面，由观赏者左眼透过左眼镜片41接收该影像。随后点亮第二子光源2，并依照右眼影像资料的各调制后分色子画面，驱动液晶显示模组3中各晶胞组的各分色晶胞改变光通透状态，从而呈现右眼画面，由观赏者右眼透过右眼镜片42接收该影像。藉此，让左右眼的影像轮流呈现给观赏者，而由观赏者大脑自行组合出立体影像资料。同样地，由于眼镜本身是以被动形式运作过滤光束，对于观赏者没有额外携带电源的限制与负担，提供观赏者良好的操作便利性；加以，本例的光源如前述可以完全利用目前既有的LED技术，可以轻易商业运转，造就良好市场性。并且在本例中额外增加有一个光感测装置6，藉以分别感测第一子光源I与第二子光源2中，各波段发光的强度，一旦任何一个波段的发光强度衰减，便可藉由例如提高驱动电流的方式加以补偿，以确保背光的亮度与白平衡。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，第一与第二子光源的波段分布，并不局限于上述实施例，以前述五个不同波段的LED元件为例，也可以将例如橙黄、绿、蓝三个波段为一组子光源，另外红与青色为另一组子光源，其波段分布如图15中所示。其中左影像的子光源由主波长入’ I的蓝光LED、主波长入’2的绿光LED、及主波长入’3的橙黄色LED组成，而右影像子光源由主波长入’ 4的青色LED及主波长入’ 5的红色LED组成。由于绿色LED发光波段及黄色LED发光波段在光谱分布上彼此相邻，因此其相对应的『干涉式滤镜』的左右眼镜片的透光率如图16中所示，左眼镜只需两个波段的透光通道即可，而其右眼镜也只需两个波段，如此的『干涉式滤镜』较容易制作。当然，利用图15所示的波段组合，其色域范围也与前述实施例不同。其色域范围将如图17所示,其中点a代表红色LED元件主波长的色坐标,点Eci代表青色LED元件主波长的原始色坐标，点Eg代表青色LED元件主波长经过绿色滤光片后产生向绿偏移的色坐标，点Eb代表青色LED元件主波长经过蓝色滤光片后产生向蓝偏移的色坐标。因为右影像只由红色及青色LED所发的光组成，因此点a、点Eg及点Eb三点组成的三角形，即为右眼影像的色域范围。由图可看出，该范围已比前面图13中所述的右眼影像色域更大。一般可达NTSC (1987)的 110%左右。而点Dci表示橙黄色LED主波长的原始色坐标，点Dr表示橙黄色LED发光经过红色滤光片的向红偏移的位置，点Dg表示其经过绿色滤光片后向绿偏移的位置，点b表示绿色LED元件所发主波长的色坐标，点c代表蓝色LED元件主波长的色坐标，点k’代表点Dg与点b的平均后所得到绿色基本色的坐标。因此左眼影像的色域范围由点Dr、点k’与点c三点所组成。一般可达NTSC(1987)的120%左右。由图中可看出，左右两个影像色域皆已包含P线，因此白平衡点可以达到任何色温的要求。利用这种波段组合，其左右影像的色域更接近，对眼睛疲劳有所改善。而左右影像的综合立体影像的色域范围为点a”，点b”，点c”所组成的三角形色域，其涵盖范围可达NTSC(1987)的130%左右。
当然，由于本实施例中的第一子光源与第二子光源的基本色都偏离一般常见的基本色，因此，都需要如图18所示，由控制装置5中的处理器52接收影像资料后，依照前述方式调整原始分色子画面资料，改为调制后分色子画面资料，才能正确驱动液晶显示模组3中的各分色晶胞。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，例如公知的区域亮度调控等技术、以及前述光感测装置6的感测资料，也可以由处理器52 —并进行运算后，将相关修正补偿资料提供给光源的驱动器51，从而改变第一子光源I及第二子光源2的发光亮度。更进一步，所谓双色光源，并非局限于彼此独立的两颗LED元件，在既有技术中，亦存在有晶粒本身发出主波长为490nm青色光，并且在元件中封装有黄色荧光粉，使得荧光粉吸收该青色光而发出主波长590nm黄光的白光LED，此种形式的白光LED元件，亦符合本案所界定的双色光源，而可顺利应用于本案技术并受本案权利范围的涵盖，并无任何窒碍难行之处。综合上述，当一个LED的原始波长如果落在红色滤光片R(X)与绿色滤光片G(入)的交界点附近、或绿色滤光片G(X)与蓝色滤光片B(X)的交界点附近时，经过不同滤光片将产生彼此相异的色偏移，且其偏移量将与其波宽大小有关，其波宽愈大，偏移量也愈大。相对地，由于人类可见光波长范围有限，当本案技术不需要将可见光范围区分为六个波段，则可以接受发光波长范围较广的LED元件，无须排除其适用，甚至反而可以由其发光波长范围较宽，而获得更佳的演色性，使所能呈现的色彩愈加丰富。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，SP凡依本发明权利要求书范围及发明说明书内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种双色光源彩色显示器，其特征在于，包括 一液晶显示模组，包括 复数晶胞组，姆一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及 三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞； 其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分； 一光源，该光源是由两组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；其中，至少上述两个中心波长之一，具有ー个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长； 一组依照一幅显示资料，驱动该光源发光二极管元件发光；及驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置。
2.如权利要求I所述的彩色显示器，其特征在于，其中前述中心波长中波长较长者，具有ー个与上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者、与容许通透波长最长者，交集部分对应的中心波长，使得具有该组较长中心波长的该光束，是可被前述各晶胞组中对应该容许通透波长带波长较长、及对应该容许通透波长带波长居中的各分色晶胞所通透，且经由该ニ滤光片的容许通透比率差异，使该组发光二极管所发光束在通透该二分色晶胞后，呈现两组相异于该所发光束、且彼此相异的调制后中心波长。
3.如权利要求I所述的彩色显示器，其特征在于，其中前述中心波长中波长较短者，具有ー个与上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者、与容许通透波长最短者，交集部分对应的中心波长，使得具有该组较短中心波长的该光束，是可被前述各晶胞组中对应该容许通透波长带波长较短、及对应该容许通透波长带波长居中的各分色晶胞所通透，且经由该ニ滤光片的容许通透比率差异，使该组发光二极管所发光束在通透该二分色晶胞后，呈现两组相异于该所发光束、且彼此相异的调制后中心波长。
4.如权利要求2或3所述的彩色显示器，其特征在于，其中该显示资料包括分别对应前述各晶胞组的该三分色晶胞的三幅原始分色子画面资料，且该控制装置更具有ー个依照该三幅原始分色子画面资料、及该等调制后中心波长分布而调整前述原始分色子画面资料，并输出调制后分色子画面资料以驱动前述各分色晶胞改变光通透状态的处理器。
5.如权利要求4所述的彩色显示器，其特征在于，其中该控制装置更包括ー组供分别输出电能、各别驱动该光源的前述各发光二极管元件发光的驱动器。
6.ー种三维显示系统用液晶显示器，其特征在于，包括 一液晶显示模组，包括 复数晶胞组，姆一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及 三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞； 其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分； 一光源，该光源是由五组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；且前述发光二极管元件是被区分为第一及第ニ子光源，其中该第一子光源是包括前述中心波长中波长最长两者之一、及中心波长最短两者之ー的发光二极管元件，及该第ニ子光源是包括该剩余中心波长的发光二极管元件；其中，至少该第一子光源上述两个中心波长之一，具有ー个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长；藉由上述形成该交集部分的该ニ滤光片的容许通透比率差异，使该中心波长光束在通透该ニ分色晶胞后，呈现两组相异于该光束、且彼此相异的调制后中心波长；及 一组分别依照两幅彼此对应的显示资料，轮流驱动该第一子光源及该第二子光源发光ニ极管元件发光、并驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其特征在于，其中该两幅显示资料分别包括第一组及第ニ组分别对应前述第一及第ニ子光源的三幅原始分色子画面资料，且该控制装置更具有ー个依照该第一组原始分色子画面资料、及该第一子光源调制后中心波长分布而调整该第一组原始分色子画面资料，并输出一组调制后第一组分色子画面资料以驱动前述各分色晶胞改变光通透状态的处理器。
8.如权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，其中该控制装置更包括ー组供分别输出电能、各别驱动该光源的前述各发光二极管元件发光的驱动器。
9.如权利要求6、7、或8所述的液晶显示器，其特征在于，更包括一组用以感测该第一 及第ニ子光源发光状态、并输出感测资料至该控制装置的光感测装置。
10.如权利要求6、7、或8所述的液晶显示器，其特征在于，其中该光源的前述发光二极管元件中，至少ー组具有一个大于40nm的半波宽。
11.ー种三维显示系统，其特征在于，包括 ー个液晶显示器，包括 一液晶显示模组，包括 复数晶胞组，姆一前述晶胞组分别包括至少三个分色晶胞；及 三个容许通透波长带彼此相异的滤光片，分别对应上述各晶胞组中的各分色晶胞； 其中，上述三个滤光片的容许通透波长带中，容许通透波长带波长居中者，与另两者的容许通透波长带分别具有一个交集部分； 一光源，该光源是由五组中心波长位于可见光范围且彼此波长相异的发光二极管元件所组成；且前述发光二极管元件是被区分为第一及第ニ子光源，其中该第一子光源是包括前述中心波长中波长最长两者之一、及中心波长最短两者之ー的发光二极管元件，及该第ニ子光源是包括该剩余中心波长的发光二极管元件；其中，至少该第一子光源上述两个中心波长之一，具有ー个对应于前述滤光片容许通透波长带的两个交集部分之一的波长；藉由上述形成该交集部分的该ニ滤光片的容许通透比率差异，使该中心波长光束在通透该ニ分色晶胞后，呈现两组相异于该光束、且彼此相异的调制后中心波长；及 一组分别依照两幅彼此对应的显示资料，轮流驱动该第一子光源及该第二子光源发光ニ极管元件发光、并驱动前述各晶胞改变光通透状态的控制装置；及 一组眼镜，包括一片对应该第一子光源各发光二极管元件中心波长的第一镜片；及一片对应该第二子光源各发光二极管元件中心波长的第二镜片。
12.如权利要求11所述的三维显示系统，其特征在于，其中该两幅显示资料分别包括第一组及第二组分别对应前述第一及第ニ子光源的三幅原始分色子画面资料，且该控制装置更具有ー个依照该第一组原始分色子画面资料、及该第一子光源调制后中心波长分布而调整该第一组原始分色子画面资料，并输出一组调制后第一组分色子画面资料以驱动前述各分色晶胞改变光通透状态的处理器。
13.如权利要求12所述的三维显示系统，其特征在于，其中该控制装置更包括ー组供分别输出电能、各别驱动该光源的前述各发光二极管元件发光的驱动器。
全文摘要
本发明是一种三维显示系统及其所用的液晶显示器，藉由具有两个波段的LED子光源，其中至少有一个的中心波长恰与三个滤光片中的两者的容许通透波长带波长交集部分对应；使该子光源所发光束经过交集的两滤光片时，将分别呈现出可区别的相异中心波段，使其可分别作为两个基本色的成分；从而让原本两个波段的子光源可提供三个基本色，构成一组显示器背光。由此，采用可见光范围内所可容纳现有的五个波段LED，即可共同架构出分别提供左、右眼影像资料的三维显示系统。
文档编号G02B27/22GK102681252SQ20111005412
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者吴景钧, 杨嘉梁, 王遵义 申请人:光远科技股份有限公司