專利名稱：使用干涉彩色濾光片的背光顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用干涉彩色濾光片的背光顯示器。更具體地說，本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的顏色再現(xiàn)的透射顯示器。
在背光顯示器領(lǐng)域中反射彩色濾光片正在引起越來越多的興趣，這主要是由于反射濾光片在彩色濾光的處理中不吸收光的原因。因此，反射濾光片的效率可能比吸收彩色濾光片的效率高許多。
典型地，反射彩色濾光片是基于干涉效應(yīng)，該反射彩色濾光片從本質(zhì)上將是對于顏色(即波長)敏感的。然而，干涉濾光片其通常的缺陷在于該反射的顏色是取決于觀察角(入射角)。因此使用干涉彩色濾光片的顯示器的顏色再現(xiàn)是與角度相關(guān)的。事實(shí)上，基本上對于所有的斜觀察角來講顏色再現(xiàn)存在或多或少的缺陷。只有在正入射角(即0度入射角)的情況下該顏色再現(xiàn)才是最佳的。
最佳的是，觀察者是從正方向來觀察基于反射彩色濾光片的透射顯示器，并且用具有相對于該濾光片的正入射角的背光來照亮。然而，在任意實(shí)際情況下，觀察者既不是從正方向來觀察顯示器而且來自背光的入射角也不垂直于該濾光片。觀察者的觀察角度不是關(guān)鍵的問題，這是因?yàn)榭梢栽谠撏腹怙@示器的濾光片結(jié)構(gòu)的前面布置散光片以便散開朝向觀察者發(fā)射的光。然而，背光從來沒有與濾光片結(jié)構(gòu)的表面完全地垂直，這是因?yàn)樵摫彻饪偸侵辽俪尸F(xiàn)一些發(fā)散。至少部分背光總是以斜角來照射該濾光片。
盡管相比于吸收濾光片來講干涉濾光片具有一些非常有吸引力的特性，但是對于背光來講仍然存在在有限入射角的情況下使顏色再現(xiàn)失真的問題。為了使得干涉彩色濾光片在商業(yè)上獲得成功就必須解決這個(gè)問題。
當(dāng)以斜角而不是以法線角來照射干涉濾光片時(shí)，相比于正入射角的情況，斜角照射會(huì)反射不同的波長，這是由于該濾光片具有不同有效的布拉格波長。當(dāng)相對于該濾光片的入射角增加時(shí)，該濾光片的反射率峰移動(dòng)到較短的波長。對于彩色顯示器，即使是在適當(dāng)觀察角的情況下也存在一個(gè)討厭的效應(yīng)。此外，有些光可能具有大的入射角以至于在濾光片處根本沒有發(fā)生反射。這就意味著一旦背光的入射角太大時(shí)則使用干涉彩色濾光片的透射顯示器就可能發(fā)射出不希望波長的光(即顏色)。
甚至于在正入射角的情況下，來自背光的有些光可能會(huì)具有落在濾光片結(jié)構(gòu)的反射帶之外的波長。當(dāng)然，穿過該濾光片結(jié)構(gòu)的不希望波長的光破壞顏色的再現(xiàn)。
提出的一種防止不希望波長的光穿過濾光片結(jié)構(gòu)的方法是在濾光片結(jié)構(gòu)中引入吸收層，如在WO00/33129中所啟示的。然而，為了防止不希望的光在本質(zhì)上降低顯示器的效率所以要吸收光。
因此存在改進(jìn)透光顯示器的需要，對于該透光顯示器來講上面所述問題很少討論。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于提供一種彩色顯示器，它是基于干涉彩色濾光片的，對于這種顯示器來講背光在斜入射角時(shí)大大減少了上面提到的顏色再現(xiàn)失真的問題。
通過在附屬的權(quán)利要求書中給出的種類的顯示器實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)。
本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到關(guān)于這樣一種事實(shí)的問題，即設(shè)計(jì)在紅色、綠色和藍(lán)色具有分開的反射帶的干涉彩色濾光片。當(dāng)用于這種彩色濾光片的背光具有充分大的入射角時(shí)，有些光會(huì)通過該濾光片而逃逸在反射帶之間的縫隙中。事實(shí)上，這樣嚴(yán)重?fù)p壞了顏色再現(xiàn)。為了消除這種效應(yīng)，要求背光必須是高度對準(zhǔn)的。遺憾的是，高的對準(zhǔn)度通常是以犧牲亮度或者效率為代價(jià)的。
本發(fā)明提供一種在不需要背光的高對準(zhǔn)度的情況下處理上述問題的方法。
根據(jù)本發(fā)明，以這種方式來設(shè)計(jì)濾光片結(jié)構(gòu)以便全部的濾光片功能基本上覆蓋了全部的可見光譜，并且優(yōu)選的是，延伸進(jìn)入電磁波譜的紅外光區(qū)域。換句話說，在定義子像素(紅色、綠色和藍(lán)色)的反射層之間沒有任意波譜“縫隙”的情況下來設(shè)計(jì)該濾光片結(jié)構(gòu)。因此，在斜入射角處由于沒有光會(huì)通過該“縫隙”逃逸的這樣的波譜“縫隙”存在，從而大大改進(jìn)了濾光片結(jié)構(gòu)的顏色再現(xiàn)。然而，可以設(shè)想的是對于最短的可見的藍(lán)光波長和在背光中的藍(lán)發(fā)射帶的短波長開始處之間的波長沒有反射。換句話說，對于波長小于由背光發(fā)射的最短波長的波長來講在濾光片結(jié)構(gòu)中不需要任何反射。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步優(yōu)選的是選擇背光以便與人眼的三基色法功能相匹配。
此外，優(yōu)選的是以這種方式來設(shè)計(jì)彩色濾光片波譜，以便每個(gè)反射帶的藍(lán)色邊緣(短波長邊緣)剛好覆蓋對應(yīng)的發(fā)射帶。采用這種方式，在沒有嚴(yán)重顏色失真的情況下允許由于斜入射角造成的最大可能的移動(dòng)。
還認(rèn)識(shí)到，當(dāng)使用波長帶窄于濾光片的反射/透射帶的光時(shí)，降低了干涉濾光片的反射/透射的角相關(guān)性的可以覺察的效應(yīng)。通過使用具有波長帶窄于干涉濾光片的對應(yīng)的反射/透射帶的光源，在沒有影響來自其他光源的光的情況下可以允許所述濾光片的選擇帶有一些移動(dòng)?；旧?，與對應(yīng)的濾光片的反射/透射帶相比光源的波長帶越窄，則濾光片的所述對應(yīng)帶會(huì)有更多的移動(dòng)，而所選擇的顏色沒有任何改變。
對于彩色濾光片來講，透射的波譜分布實(shí)際上是光源波譜和濾光片波譜的卷積。當(dāng)彩色濾光片具有比光源較窄的波譜時(shí)，則透射的波譜分布主要是由濾光片來確定。另一方面，當(dāng)光源具有較窄的波譜時(shí)，透射的波譜分布則主要是由光源的波譜來確定。因此，通過使用窄帶光源，可以顯著地降低濾光片的角相關(guān)性。在極端的情況下，光源發(fā)射單個(gè)波長的光(即一個(gè)單波長的發(fā)射光)，只要該單波長位于該濾光片的透射帶之內(nèi)，則該透射的波譜分布是完全獨(dú)立于濾光片特性的。在其他極端的情況下，當(dāng)光源是非常寬的帶時(shí)(在發(fā)射的波長范圍幾乎是平坦的)，透射的波譜分布完全是由濾光片的特性決定的。
因?yàn)閷τ谳^大的觀察角來講所選擇的干涉濾光片的顏色是向較短的波長(向藍(lán)光)移動(dòng)，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)選的設(shè)計(jì)彩色濾光片以便該濾光片剛好選擇波譜的在藍(lán)光側(cè)的所希望顏色。換句話說，彩色濾光片應(yīng)當(dāng)向較長波長(向紅光)預(yù)先移動(dòng)以便允許在斜角時(shí)的濾光片的較大的藍(lán)移。采用這種方式，在沒有發(fā)生任何顏色失真的情況下，允許濾光片波譜的較大的移動(dòng)。當(dāng)然，同樣重要的是限制濾光片的波譜以便它不會(huì)延伸超過一個(gè)光源(一條發(fā)射譜線)。
此外，如在上面提到的，優(yōu)選的是干涉彩色濾光片作為一個(gè)整體，即所有反射帶的聯(lián)合，在沒有任何波譜縫隙的情況下來覆蓋所有的可見光譜并且延伸進(jìn)入該波譜的紅外光區(qū)，即至少在濾光片的有些地方應(yīng)該反射可見光波譜的每個(gè)部分。盡管優(yōu)選的是使用窄帶光源，但是如果這些不希望波長的光存在的話則斜入射角會(huì)造成該不希望波長的光通過這些縫隙而穿過濾光片。實(shí)際上，優(yōu)選地設(shè)計(jì)該濾光片結(jié)構(gòu)而實(shí)際上在每個(gè)反射帶的濾光片功能之間使得一些波譜重疊，以便完全消除透射縫隙。
在使用膽甾醇型彩色濾光片的情況下，通過提供具有間距梯度的膽甾醇型結(jié)構(gòu)來加寬反射帶而優(yōu)選地避免了縫隙?？商鎿Q的方案是，可以在每個(gè)膽甾醇型濾光片的頂部布置兩層或者多層具有中心反射波長稍微不同的膽甾醇型濾光片。
根據(jù)本發(fā)明的顯示器包括多個(gè)像素，每個(gè)像素是由藍(lán)色、綠色和紅色子像素構(gòu)成的。在每個(gè)像素內(nèi)，以這種方式來設(shè)計(jì)子像素的組合反射波譜以便覆蓋電磁波譜的整個(gè)可見光范圍。優(yōu)選的是，該反射波譜還延伸進(jìn)入紅外光。因此，在每個(gè)像素內(nèi)，對于光的每個(gè)可見波長產(chǎn)生反射。朝著建立每個(gè)藍(lán)色、綠色和紅色子像素的端部，在像素的適當(dāng)區(qū)域布置透射區(qū)域。
通常，每個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色子像素具有分別由青色反射區(qū)域、深紅色反射區(qū)域和黃色反射區(qū)域所定義的透射帶。換句話說，由反射青色的青色反射區(qū)域來定義紅色子像素，從而透射紅光。類似的是，由深紅色反射區(qū)域定義綠色子像素，并且由黃色反射區(qū)域來定義藍(lán)色子像素。
通過連續(xù)地布置紅色、綠色和藍(lán)色反射區(qū)域可以形成青色、深紅色和黃色反射區(qū)域。例如，通過連續(xù)地布置藍(lán)色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域可以形成青色反射區(qū)域。類似的是，通過連續(xù)地布置紅色反射區(qū)域和藍(lán)色反射區(qū)域可以形成深紅色反射區(qū)域，并且通過連續(xù)地布置紅色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域可以形成黃色反射區(qū)域。
然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，上面提到的反射區(qū)域可以采用各種方法來形成，諸如通過電截止堆疊或者膽甾醇型濾光片的分層結(jié)構(gòu)或者其他的反射濾光片來形成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該反射濾光片結(jié)構(gòu)包括兩層反射的干涉濾光片，其中每層包括用于藍(lán)光、綠光和紅光的反射區(qū)域的陣列。所述層相對于每個(gè)其他層移動(dòng)，以便由反射不同顏色的兩個(gè)反射層來定義著色的子像素/像素(即藍(lán)色、綠色和紅色區(qū)域)。例如，通過分別反射紅光和綠光的兩個(gè)反射層來定義藍(lán)色子像素，從而形成黃色反射區(qū)域。這樣，存在三種反射區(qū)域，即藍(lán)色反射區(qū)域、綠色反射區(qū)域和紅色反射區(qū)域。通過形成青色、深紅色或黃色反射區(qū)域，堆疊任意兩種不同的這些區(qū)域定義了著色的子像素。根據(jù)本發(fā)明，所述區(qū)域的反射波譜是并列的或者稍微重疊，以便組合的反射波譜覆蓋所有的可見光范圍。
在另一實(shí)施例中，每個(gè)子像素是由三個(gè)移動(dòng)的反射層定義的，每個(gè)反射層包括用于僅僅一種顏色的反射區(qū)域。在這種情況下，在沒有任何反射的情況下每個(gè)層具有開口部分。每個(gè)這樣的部分定義了著色的子像素。例如，在紅色反射層中的開口部分定義了青色反射區(qū)域并且因此定義了紅色子像素。應(yīng)當(dāng)理解的是在這個(gè)開口部分其他兩個(gè)層必須反射綠光和藍(lán)光以便適當(dāng)?shù)囟x青色反射區(qū)域。
從下述一些優(yōu)選實(shí)施例的說明中本發(fā)明的進(jìn)一步的方面和特征將顯然易見。
下面參考附圖將更詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1說明使用反射彩色綠光片的背光顯示器的部分，圖2說明用于透射顯示器的反射濾光片結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例，圖3說明用于透射顯示器的反射濾光片結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例，圖4說明用于現(xiàn)有技術(shù)顯示器的反射帶和發(fā)射帶，圖5說明用于根據(jù)本發(fā)明的顯示器的反射帶和發(fā)射帶，圖6說明(a)黃色反射濾光片區(qū)域，(b)深紅色反射濾光片區(qū)域和(c)青色反射濾光片區(qū)域的本發(fā)明的特征，這些區(qū)域基本上共同覆蓋了波譜的全部的可見光范圍。
圖7說明人眼的三基色法功能以及優(yōu)選的反射濾光片結(jié)構(gòu)和背光的發(fā)射波長，圖8說明用于現(xiàn)有技術(shù)顯示器的反射帶的角相關(guān)性，以及圖9說明用于根據(jù)本發(fā)明的顯示器的反射帶的角相關(guān)性。
根據(jù)本發(fā)明的背光彩色顯示器包括許多具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的反射濾光片的透射顯示器的特征。更具體地說，并且參考附圖1，顯示器1具有用于提供背光的光源10；一個(gè)圓形偏振鏡(沒有示出)，用于偏振來自光源10的光；控制裝置(沒有示出)，用于控制每個(gè)各個(gè)像素的亮度；在光源10的觀察側(cè)上的反射濾光片結(jié)構(gòu)12，用于濾出(即傳輸)來自背光的所希望的波長；在濾光片結(jié)構(gòu)12的觀察側(cè)上的散光片14；以及任選的在光源10的背面上的常規(guī)反射鏡(沒有示出)，用于再循環(huán)由濾光片結(jié)構(gòu)12所反射的光。所有這些對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講都是常識(shí)。
優(yōu)選的濾光片結(jié)構(gòu)是由反射區(qū)域的分層的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。這些反射區(qū)域以這種方式來排序，以便它們定義三種類型的子像素，即紅色子像素、綠色子像素和藍(lán)色子像素，這些子像素一起形成顯示器的彩色像素。優(yōu)選濾光片結(jié)構(gòu)的每個(gè)子像素是由至少兩個(gè)反射區(qū)域來定義的，每個(gè)反射區(qū)域是可操作地反射不希望的兩種基本顏色的分別其中一個(gè)。更具體地說是，紅色子像素是由綠色反射區(qū)域和藍(lán)色反射區(qū)域(一起形成青色反射區(qū)域)來定義的；綠色子像素是由紅色反射區(qū)域和藍(lán)色反射區(qū)域(形成深紅色反射區(qū)域)來定義的；藍(lán)色子像素是由紅色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域(形成黃色反射區(qū)域)來定義的。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，只要所述單個(gè)反射區(qū)域構(gòu)成青色、深紅色或者黃色反射區(qū)域則單個(gè)反射區(qū)域可以單獨(dú)定義子像素。
在圖2中示出了反射濾光片的第一實(shí)施例。在這種情況下，濾光片結(jié)構(gòu)是由兩層反射材料21、22構(gòu)成的，其中每層包括用于反射紅光(R)、綠光(G)和藍(lán)光(B)的區(qū)域。該兩層互相橫向地移動(dòng)，以便定義著色的子像素。每個(gè)著色的子像素是由反射不同顏色范圍的兩個(gè)反射層來定義的。例如，如在圖2中所示的，藍(lán)色子像素是由紅色反射(R)層和綠色反射(G)層來定義的，所述兩層一起形成黃色反射層。類似的是，綠色子像素是由藍(lán)色反射(B)層和紅色反射(R)層來定義的，一起形成深紅色反射層，紅色子像素是由藍(lán)色反射(B)層和綠色反射(G)層來定義的，一起形成青色反射層。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)層中的濾光片一起即共同覆蓋了波譜的全部的可見光范圍。這就意味著，藍(lán)色濾光片部分的長波長截止基本上是與綠色濾光片部分的短波長截止是一致的，綠色濾光片部分的長波長截止基本上是與紅色濾光片部分的短波長截止是一致的。事實(shí)上，濾光片部分的反射帶將實(shí)際上會(huì)稍微重疊。此外，紅色濾光片部分的長波長截止優(yōu)選地延伸進(jìn)入紅外光區(qū)域，以便進(jìn)一步增強(qiáng)對于背光在斜入射角處的濾光片結(jié)構(gòu)的性能。電磁波譜的可見光部分通常定義為從大約400nm到大約700nm的范圍。波長大于700nm的光被稱為是紅外光。一般來講，應(yīng)當(dāng)理解的是連續(xù)的藍(lán)色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域定義了青色反射區(qū)域，從而形成紅色子像素。類似的情況適用于在上面提到的綠色和藍(lán)色子像素。
在圖3中示出另一優(yōu)選的濾光片結(jié)構(gòu)。在圖3所示的情況下，濾光片是由反射區(qū)域的三層31、32、33構(gòu)成的。與在圖2中所示的情況對照，每層僅僅包括用于三個(gè)基色之一的反射部分。在這種情況下，在每層中布置沒有反射性的開口區(qū)域以便提供用于每個(gè)子像素的適當(dāng)顏色的透射。每層中的該開口區(qū)域相對于其他的層是偏離的或者移動(dòng)的。更具體地說，存在包括紅色反射區(qū)域(R)的層中的開口區(qū)域的區(qū)域是由兩個(gè)其他層中的綠色和藍(lán)色反射區(qū)域(G，B)覆蓋的。采用這種方式，紅色子像素是由紅色反射層中的開口區(qū)域和每個(gè)綠色以及藍(lán)色反射區(qū)域等中的反射區(qū)域來定義的，以便形成紅色、綠色和藍(lán)色子像素。在圖3中所示的結(jié)構(gòu)可能是優(yōu)選的，這是由于相比于在圖2中所示的結(jié)構(gòu)，圖3中的結(jié)構(gòu)制作過程簡單一些。如在上面說明的，應(yīng)當(dāng)理解的是連續(xù)的藍(lán)色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域定義了青色反射區(qū)域，從而形成紅色子像素。類似的情況同樣適用于在上面提到的綠色和藍(lán)色子像素。
現(xiàn)在參考圖4和5，將詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的顯示器的性能。作為參考，在圖4中示出現(xiàn)有技術(shù)的濾光片的特征。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的濾光片的特征。
通常，透射的膽甾醇型彩色濾光片例如具有大約60nm寬的反射帶。在傳統(tǒng)的顯示器中，其中具有三種類型的反射區(qū)域(分別用于紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B))，這就意味著在反射帶之間存在波譜縫隙41。在圖4中示出了這樣的情況。對于任意類型的子像素，落入在任意這樣縫隙41內(nèi)的波長的光在正入射角處將被濾光片透射。對于較大的入射角，在正入射處甚至于波長超出所述縫隙的光也可以被透射，這是由于濾光片作用的藍(lán)移造成的。
根據(jù)本發(fā)明，加寬濾光片的反射帶以便不存在波譜縫隙，如在圖5中說明的。實(shí)際上，這就意味著反射帶實(shí)際稍微重疊。例如通過在材料的手性結(jié)構(gòu)中引入間距梯度可以獲得膽甾醇型濾光片的加寬的反射帶?？商鎿Q的方案是，通過分層多個(gè)反射區(qū)域可以加寬有效的反射帶，每個(gè)反射區(qū)域具有稍微不同的間距(并且因此中心反射波長會(huì)稍微不同)。因此，通過適當(dāng)著色的子像素，光可以僅僅通過該濾光片結(jié)構(gòu)。
盡管本發(fā)明的濾光片結(jié)構(gòu)對于顯示器的再現(xiàn)顏色提供了相當(dāng)大的改進(jìn)，甚至于當(dāng)使用寬帶背光的時(shí)候也提供了相當(dāng)大的改進(jìn)，但是優(yōu)選的是使用具有較窄發(fā)射波譜的背光。在圖4和5中通過虛線示出了背光的發(fā)射波譜。此外，通過以這種方式來設(shè)計(jì)顯示器以便背光的發(fā)射峰波長剛好在對應(yīng)的反射區(qū)域的反射帶內(nèi)，在這種意義上即對應(yīng)于反射帶的短波長截止基本上是與背光的發(fā)射帶的短波長側(cè)面一致的，而實(shí)現(xiàn)了再現(xiàn)顏色的進(jìn)一步的改進(jìn)。對于這種改進(jìn)的原因在于背光的發(fā)射波長越靠近對應(yīng)的反射帶的短波長側(cè)面，則在顏色開始衰減之前更多的所述反射帶可能會(huì)朝著較短的波長移動(dòng)(由于背光不是正入射)。
在圖6示出黃色、深紅色和青色反射濾光片區(qū)域的發(fā)明特征，這些區(qū)域基本上共同覆蓋了波譜的整個(gè)可見光范圍。
示出了用于(a)黃色，(b)深紅色和(c)青色的反射帶。如所見的，黃色反射區(qū)域(a)透射波譜的藍(lán)色區(qū)域內(nèi)的光，這樣定義了藍(lán)色的子像素；深紅色反射區(qū)域(b)透射波譜的綠色區(qū)域內(nèi)的光，這樣定義了用于綠色子像素的透射帶；青色反射區(qū)域(c)透射波譜的紅色區(qū)域內(nèi)的光，這樣定義了用于紅色子像素的透射帶。在該圖中，表明的是任意兩個(gè)不同的這種成對的區(qū)域基本上覆蓋了波譜的全部可見光范圍。換句話說，所述區(qū)域的反射帶是這樣的，以便電磁波譜的全部的可見光范圍，從大約400nm到大約700nm，基本上被任意兩種不同的這種反射區(qū)域的組合覆蓋。可能的是，任意具有波長小于來自背光的最短發(fā)射波長的光可以保持不被覆蓋，這只不過是由于在這個(gè)區(qū)域中根本沒有光發(fā)射。此外，優(yōu)選的是使得黃色和深紅色反射區(qū)域的長波長截止延伸進(jìn)入波譜的紅外區(qū)域，以便允許濾光器作用的較大的藍(lán)移。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利的是選擇背光的發(fā)射波長以使得與人眼的三基色法功能適當(dāng)重疊。參考圖7將描述用于背光的優(yōu)先選擇的反射帶和發(fā)射波長。
在圖7中示出人眼的三基色法功能(實(shí)線)。應(yīng)當(dāng)注意的是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)眼睛的最高靈敏度為對于藍(lán)色大約為440nm，對于綠色大約為550nm，對于紅色大約為600nm。在圖中通過垂直的箭頭示出用于優(yōu)選背光的所選擇的峰發(fā)射波長。設(shè)置藍(lán)色背光以使得峰發(fā)射波長在460nm，綠色背光的峰發(fā)射波長在540nm，對于紅色背光的峰發(fā)射波長在612nm。一般來講，背光的各個(gè)峰發(fā)射波長應(yīng)當(dāng)優(yōu)選是在450-470nm，530-550nm，和600-620nm的范圍。同時(shí)，如下所述來選擇濾光片結(jié)構(gòu)的反射帶。藍(lán)色反射帶(B)接近于從大約400nm到大約530nm，綠色反射帶(G)大約從530nm到大約605nm，紅色反射帶(R)大約從605nm到大約800nm。在圖中通過垂直的虛線示出這些反射帶之間的界線。應(yīng)當(dāng)指出這些選擇的某些重要特征。第一，在反射帶之間沒有“縫隙”；這些反射帶共同覆蓋了電磁波譜的全部的可見光范圍。事實(shí)上，甚至于在大約530nm(藍(lán)色和綠色反射帶)以及大約605nm(綠色和紅色反射帶)反射帶只是稍微重疊。第二，紅色反射帶的長波長截止延伸進(jìn)入波譜的紅外區(qū)域以便允許用于背光的斜入射角所造成的濾光片的最大可能的藍(lán)移。第三，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)背光的每個(gè)發(fā)射波長是相對接近于對應(yīng)反射帶的短波長截止；再一個(gè)原因是允許用于背光的在斜入射角處的用于濾光片的最大可能的藍(lán)移。
通過使用發(fā)光二極管容易獲得用于背光的窄發(fā)射帶。然而，即使使用具有較寬發(fā)射帶的背光，相比于現(xiàn)有技術(shù)來講通過選擇根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的反射帶和峰發(fā)射波長仍獲得了相當(dāng)大的改進(jìn)。
使用窄帶背光和選擇濾光片的反射帶的優(yōu)點(diǎn)在于使得對應(yīng)的發(fā)射帶接近于短波長截止，將參考圖8和9來進(jìn)一步描述這些優(yōu)點(diǎn)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，寬帶光源是與反射的干涉濾光片一起使用的。在那種情況下，在感興趣的波譜區(qū)域光源的波譜分布SD幾乎是平坦的。在圖8中示出了這樣的情況。在斜入射角處，當(dāng)濾光片的選擇的波長區(qū)域朝著藍(lán)光移動(dòng)時(shí)，透射光的中心波長也將朝著藍(lán)光移動(dòng)，這是由于光源是寬帶的原因。事實(shí)上，將會(huì)發(fā)覺大的顏色失真。在正觀察角處，透射所希望的波長范圍，例如在圖中用實(shí)線示出波長在λ1和λ2之間的光。在斜觀察角處，濾光片的透射是朝著較短的波長移動(dòng)，并且透射與所希望的波長范圍的光有很大不同的λ1’和λ2’之間的光。在圖中用虛線示出在斜入射角時(shí)的情況，在這種情況下該透射帶朝著藍(lán)光移動(dòng)。
通過使用窄帶光源，可以大幅度減少上述的問題。參考圖9將描述這些效應(yīng)背后的一般的原理。
在圖9中，使用在每個(gè)基色(紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B))中發(fā)射三種尖銳譜線的光源。同樣可以使用三個(gè)單獨(dú)的光源(例如LED)，每個(gè)光源發(fā)射各個(gè)所述基色中的一種基色。該圖示出在正入射角處(實(shí)線)和斜入射角處(虛線)的用于綠顏色的透射帶。應(yīng)當(dāng)注意的是，來自光源的紅色發(fā)射和藍(lán)色發(fā)射始終是位于綠色透射帶之外；因此通過這種濾光片將既不會(huì)透射紅光也不會(huì)透射藍(lán)光。
在正入射角時(shí)，綠色透射窗口的長波長截止應(yīng)當(dāng)優(yōu)選的是小于紅色發(fā)射譜線的短波長的尾部，以便沒有或者至少是非常少的紅色譜線是通過該綠色窗口來透射的。另外綠色發(fā)光譜線優(yōu)選的是靠近短波長截止以便在沒有損失綠色譜線的透射的情況下允許透射窗口的大的移動(dòng)。
類似的是，對于背光當(dāng)由于斜入射角使得透射窗口朝著藍(lán)色移動(dòng)時(shí)，該透射窗口的短波長截止將優(yōu)選的是高于藍(lán)色發(fā)射譜線的長波長尾部。
結(jié)論是，根據(jù)本發(fā)明的濾光片結(jié)構(gòu)是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即對于背光顯示器應(yīng)當(dāng)提供基本上用于所有可見光波長的反射，而不管背光的波譜特性。本發(fā)明的濾光片結(jié)構(gòu)包括青色、深紅色和黃色反射區(qū)域，這些區(qū)域具有這樣的反射帶以至波譜的全部可見光范圍基本上被兩種這些不同區(qū)域的任意組合來覆蓋。采用這樣的方式，對于濾光片結(jié)構(gòu)上的背光由于非正的入射角使得大幅度降低了顏色失真。此外通過組合本發(fā)明的濾光片與窄帶背光獲得了顏色再現(xiàn)的進(jìn)一步的增強(qiáng)。
應(yīng)當(dāng)理解的是上面的詳細(xì)說明是說明性的目的并且本發(fā)明的范圍是在附屬的權(quán)利要求書中來進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種背光彩色顯示器，包括一種光源，可操作地發(fā)射電磁波譜的可見光范圍內(nèi)的光，以及一種布置在所述光源的觀察側(cè)上的濾光片結(jié)構(gòu)，所述濾光片結(jié)構(gòu)是可操作地來光譜濾出由所述光源發(fā)射的光，以便提供彩色像素，每個(gè)彩色像素包括紅色、綠色和藍(lán)色子像素，其中濾光片結(jié)構(gòu)具有定義用于紅色子像素的透射帶的青色反射區(qū)域，定義用于綠色子像素的透射帶的深紅色反射區(qū)域，和定義用于藍(lán)色子像素的透射帶的黃色反射區(qū)域，其特征在于所述青色、深紅色和黃色反射區(qū)域具有這樣的反射帶以便電磁波譜的全部的可見光范圍基本上是由兩個(gè)這樣的不同的反射區(qū)域的任意組合來覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示器，其中用于子像素的波譜透射帶，基本上是沒有重疊的并且基本上一起覆蓋波譜的整個(gè)可見光范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的顯示器，其中每個(gè)青色反射區(qū)域是由來自背光的在觀察方向中連續(xù)設(shè)置的藍(lán)色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域來定義的，每個(gè)深紅色反射區(qū)域是由在所述觀察方向中連續(xù)設(shè)置的紅色反射區(qū)域和藍(lán)色反射區(qū)域來定義的，每個(gè)黃色反射區(qū)域是由在所述觀察方向中連續(xù)布置的紅色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域來定義的。
4.根據(jù)任一上述權(quán)利要求中的顯示器，其中濾光片結(jié)構(gòu)包括從膽甾醇型彩色濾光片、全息彩色濾光片和干涉堆疊彩色濾光片構(gòu)成的濾光片的組中選擇的干涉彩色濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的顯示器，其中紅色反射區(qū)域的短波長截止和綠色反射區(qū)域的長波長截止發(fā)生在近似相同的波長處，以及綠色反射區(qū)域的短波長截止和藍(lán)色反射區(qū)域的長波長截止發(fā)生在近似相同的波長處。
6.根據(jù)任一上述權(quán)利要求中的顯示器，其中深紅色和黃色反射區(qū)域的長波長截止發(fā)生在電磁波譜的紅外光范圍。
7.根據(jù)任一上述權(quán)利要求中的顯示器，其中光源是可操作地發(fā)射位于至少三種限定的發(fā)射帶內(nèi)的光，每種光的峰波長落入紅色子像素、綠色子像素和藍(lán)色子像素的各個(gè)透射帶之一中，每個(gè)所述發(fā)射帶比對應(yīng)的透射帶還要窄。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的顯示器，其中發(fā)射帶對于藍(lán)色具有450和470nm之間的峰發(fā)射波長，對于綠色具有530和550nm之間的峰發(fā)射波長，對于紅色具有600和620nm之間的峰發(fā)射波長，以便這些發(fā)射帶是與人眼的三基色法功能重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的顯示器，其中每個(gè)發(fā)射帶的峰波長是指向?qū)?yīng)的透射帶的短波長截止。
10.根據(jù)任一上述權(quán)利要求中的顯示器，其中光源包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管。
11.根據(jù)任一上述權(quán)利要求中的顯示器，其中濾光片結(jié)構(gòu)包括膽甾醇型材料，在這種材料中通過提供具有間距梯度的材料來加寬反射帶。
12.根據(jù)任一上述權(quán)利要求1-10中的顯示器，其中濾光片結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或者多個(gè)反射層，這些反射層具有稍微不同的中心反射波長，以共同形成具有加寬反射帶的反射區(qū)域。
13.一種用于背光彩色顯示器的濾光片結(jié)構(gòu)，所述濾光片結(jié)構(gòu)具有用于紅色子像素的定義透射帶的青色反射區(qū)域；用于綠色子像素的定義透射帶的深紅色反射區(qū)域；用于藍(lán)色子像素的定義透射帶的黃色反射區(qū)域，其特征在于，所述青色、深紅色和黃色反射區(qū)域具有反射帶，以便兩種這些不同反射區(qū)域的任意組合來提供位于波長范圍從大約450nm到大約700nm內(nèi)的任意波長的光的反射，而在所述波長范圍內(nèi)沒有呈現(xiàn)任意的波譜反射縫隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的濾光片結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)青色反射區(qū)域是由在觀察方向連續(xù)布置的藍(lán)色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域來定義的；每個(gè)深紅色反射區(qū)域是由在所述觀察方向連續(xù)設(shè)置的紅色反射區(qū)域和藍(lán)色反射區(qū)域來定義的；每個(gè)黃色反射區(qū)域是由在所述觀察方向連續(xù)設(shè)置的紅色反射區(qū)域和綠色反射區(qū)域來定義的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的濾光片結(jié)構(gòu)，包括從膽甾醇型彩色濾光片、全息彩色濾光片和干涉堆疊彩色濾光片構(gòu)成的濾光片的組中選擇的濾光片。
16.根據(jù)任一權(quán)利要求13-15中的濾光片結(jié)構(gòu)，其中深紅色和黃色反射區(qū)域的長波長截止發(fā)生在電磁波譜的紅外光區(qū)域。
17.根據(jù)任一權(quán)利要求13-16中的濾光片結(jié)構(gòu)，包括膽甾醇型材料的反射區(qū)域，通過提供具有間距梯度的材料已經(jīng)加寬其反射帶。
18.根據(jù)任一權(quán)利要求13-16中的濾光片結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)或者多個(gè)反射層，這些反射層具有稍微不同的中心反射波長，以共同形成具有加寬反射帶的反射區(qū)域。
全文摘要
公開了一種背光彩色顯示器，其中通過布置在背光的觀察側(cè)上的反射濾光片結(jié)構(gòu)來濾出來自背光的光。反射濾光片結(jié)構(gòu)定義具有紅色、綠色和藍(lán)色的子像素的像素。根據(jù)本發(fā)明，濾光片結(jié)構(gòu)包括具有共同覆蓋波譜的全部可見光范圍的反射帶的反射區(qū)域，以便在反射帶之間不存在縫隙。優(yōu)選的是，來自背光的發(fā)射是窄帶并且是以這種方式選擇的即峰發(fā)射波長是位于對應(yīng)的反射帶之內(nèi)，但是接近其中的短波長截止。此外優(yōu)選地選擇來自背光的發(fā)射以使得與人眼的三基色法功能適當(dāng)?shù)刂丿B。
文檔編號(hào)G02B5/32GK1582410SQ02821826
公開日2005年2月16日 申請日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者T·M·H·克里梅斯, H·J·科內(nèi)里森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司