專利名稱：顯示裝置及用于該顯示裝置的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括光閥顯示面板和照明系統(tǒng)的顯示裝置。本發(fā)明尤其涉及這樣一種顯示裝置，該顯示裝置包括有包含光透明材料的光波導(dǎo)的照明系統(tǒng)，所述光波導(dǎo)具有一個面向所述顯示面板的出射面。
現(xiàn)今，已經(jīng)普遍使用采用光閥或光閘技術(shù)的顯示器。這種顯示器的典型實(shí)例就是液晶顯示器。光閥或者光閘顯示器的基本機(jī)能在于顯示器或者其像素模式可以透光(白色像素)或阻光(黑色像素)，但是顯示器本身并不產(chǎn)生光。因此，需要照明背光。這種背光均勻照亮液晶顯示器整個表面，并以亮光照亮顯示器以使背光發(fā)射出的光穿過低透射液晶顯示器之后(例如，由于顯示器中布置了起偏器和濾色器，因此液晶顯示器只能透射很小百分比，典型地在5％-10％之間)，由于有充足的光而使白色像素被感知。專利文件WO 02/21042中公開了這種顯示裝置的實(shí)例。
但是，上文意味著由背光照亮的液晶顯示器的白色像素的亮度并不依賴圖像內(nèi)容，這與現(xiàn)有技術(shù)陰極射線管中圖片內(nèi)容影響白色像素的亮度相反。這是由于這樣的事實(shí)在陰極射線管中，平均射束電流受到限制，因此如果僅有很少白色像素時，白色像素就變得更亮。這種現(xiàn)象會引起被顯示圖像的“閃爍”現(xiàn)象。
此外，不同顯示器應(yīng)用之間存在一些根本的差異。當(dāng)顯示器用作監(jiān)視器時(例如，用作計(jì)算機(jī)監(jiān)視器時)，通常許多像素處于較亮的狀態(tài)，因此在這種應(yīng)用中液晶顯示器的性能是優(yōu)越的，也就是即使大多數(shù)像素處于“白色”狀態(tài)或打開狀態(tài)(on-state)，圖像仍然持續(xù)處于亮狀態(tài)。但是對于電視應(yīng)用，性能就不同了。在典型的電視圖像中，通常僅有一小部分像素非常亮。在這種情況下，陰極射線管可以得到一個并不能與液晶顯示器匹配的亮度。在液晶顯示器的背光中，首先必須產(chǎn)生大量的光，由于屏幕大部分為黑色，因此產(chǎn)生的大部分光將再次被吸收。這導(dǎo)致了功率浪費(fèi)，也限制了屏前性能，該屏前性能目前被認(rèn)為是液晶電視應(yīng)用的一個最重要的問題。
此外，通過被稱為“顯亮”(LightFrame，飛利浦監(jiān)視器的一個商標(biāo))的監(jiān)視器特征，陰極射線管的特殊特性已經(jīng)被進(jìn)一步開發(fā)。通過使屏幕的大部分區(qū)域微暗，使小部分(例如顯示照片或電影的部分)可以得到增強(qiáng)。對于液晶顯示器有望得到類似功能。
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)用于液晶顯示器中的峰值亮度得到改善的背光。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)黑電平得到改善的液晶顯示器，本發(fā)明的再一個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對比度得到提高的液晶顯示器。除此之外，本發(fā)明的一個目標(biāo)是改善對比度和色域方面的液晶顯示器的屏前性能，并提高背光的效率。
根據(jù)權(quán)利要求1中所定義的發(fā)明，至少可以部分實(shí)現(xiàn)上述和其它目標(biāo)。因此，本發(fā)明教導(dǎo)了這樣一種顯示裝置，該顯示裝置包括顯示面板和照明系統(tǒng)，所述顯示面板包括電光材料層、在像素區(qū)域配備有以行和列排列的電極的第一光透射基板、第二光透射基板，所述電光材料層夾在所述第一和第二層之間，所述照明系統(tǒng)被布置在第二基板上遠(yuǎn)離所述電光材料層的一側(cè)，該照明系統(tǒng)包括光透明材料的光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)具有面向所述顯示面板的出射面，其特征在于所述照明系統(tǒng)還包括矩陣可尋址光處理部件，諸如像矩陣可尋址輸出耦合部件。這樣，光源產(chǎn)生的光就能夠以更有效的方式分布在顯示面板上。因此，顯示器的對比度可以得到提高，并可以實(shí)現(xiàn)照明裝置的局部增強(qiáng)和局部減弱。適合地，所述矩陣可尋址光處理部件包括液晶材料層、列電極層和行電極層，所述液晶材料層夾在所述行電極層和所述列電極層之間，優(yōu)選所述液晶材料層由液晶凝膠材料構(gòu)成。術(shù)語“液晶凝膠材料”在本文中應(yīng)當(dāng)理解為這樣一種材料，該材料是在施加電壓使得單體聚合物從透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呱⑸錉顟B(tài)之后，在光引發(fā)劑存在的情況下通過液晶和多官能團(tuán)液晶單體的光聚合而形成的材料。優(yōu)選所述照明系統(tǒng)還包括一個光源，所述光源被布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件的至少一邊，如所述顯示裝置的觀察者看到的，布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件的背側(cè)，或如所述顯示裝置的觀察者看到的，布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件的前側(cè)。
此外，適合地，顯示裝置包括一個驅(qū)動單元，設(shè)置該驅(qū)動單元使其分析要在所述顯示面板上顯示的圖像的亮和暗部分，據(jù)此確定將被所述顯示裝置顯示的照明模式，并同時產(chǎn)生適合的驅(qū)動信號給所述顯示面板以補(bǔ)償因照明模式而產(chǎn)生的照明或色彩中不期望的跳變。適合地，設(shè)置所述驅(qū)動單元使其把尋址選擇脈沖提供給照明系統(tǒng)電極的基本連續(xù)的尋址帶，藉此使得所述選擇脈沖的選擇時間比除以尋址帶數(shù)量的幀時間長，從而使順序?qū)ぶ穾У倪x擇脈沖重疊。因此，可提高照明系統(tǒng)的亮度?？梢蕴娲鼗蛘呖勺鳛檠a(bǔ)充地，設(shè)置所述驅(qū)動單元使其同時提供尋址選擇脈沖給照明系統(tǒng)電極的兩個或多個尋址帶。這一點(diǎn)可通過使用不同諧波或?qū)Σ煌瑤?例如行)使用更多的正交信號實(shí)現(xiàn)。因此，可以選擇多條帶以使它們在足夠長的時間內(nèi)保持打開狀態(tài)，而不用批評對于每個像素都需要單獨(dú)設(shè)置亮度電平的能力。
適合地，顯示裝置還包括一個偏置電平調(diào)制器，該偏置電平調(diào)制器被設(shè)置成控制照明系統(tǒng)的偏置電平。因此，根據(jù)被顯示圖像的視頻內(nèi)容，可得到照明的局部增強(qiáng)。
另外，所述顯示裝置可適當(dāng)包括用于調(diào)制照明系統(tǒng)光源功率的光源功率調(diào)制器，該調(diào)制依賴于由所述照明裝置顯示的照明模式。因此，能夠進(jìn)一步提高顯示器對比度、提高亮度，并得到更好的色彩性能。適合地，所述被調(diào)制的光源包括冷陰極熒光燈、熱陰極熒光燈、白色發(fā)光二級管或彩色發(fā)光二級管組合中的一種。
通過上述驅(qū)動顯示裝置的方法，可至少部分實(shí)現(xiàn)上述和其它目標(biāo)，所述方法包括以下步驟分析將被顯示面板顯示的圖像的亮和暗部分；將關(guān)于被分析圖像的亮和暗部分的信息轉(zhuǎn)換成適合于所述照明裝置的分辨率；將關(guān)于被分析圖像的信息傳送給照明裝置；將關(guān)于所述照明裝置的驅(qū)動信息轉(zhuǎn)換成適合所述顯示面板的分辨率，以補(bǔ)償由照明模式導(dǎo)致的色彩或亮度的不期望跳變并且通過所述已被轉(zhuǎn)換的信息驅(qū)動所述照明裝置。
在下文中，通過本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，結(jié)合附圖，將更加詳細(xì)的介紹本發(fā)明。


圖1示出了同本發(fā)明一起使用的顯示面板的示意圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的示意圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的示意圖。
圖4示出了實(shí)例照明系統(tǒng)的電光響應(yīng)圖。
圖5示出了代表所述照明系統(tǒng)無源矩陣尋址的一組圖表。
圖6公開了一種用于根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的變型的尋址方案。
圖7公開了另一種用于根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的變型的尋址方案。
圖8公開了本發(fā)明顯示裝置的可替代實(shí)施例的橫截面示意圖。
圖9示出了根據(jù)圖8的顯示裝置的示意圖。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一可替代實(shí)施例的橫截面示意圖。
圖11示出了變型的顯示裝置的示意圖。
圖12示出了圖11中公開的變型的顯示裝置的示意圖。
圖13示出了照明系統(tǒng)另一實(shí)施例的示意圖。
在下文中，將結(jié)合圖1、圖2和圖3，描述本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。
顯示裝置1基本包括顯示面板2和照明系統(tǒng)3。
如圖1所示，顯示面板2基本包括電光有源材料(諸如液晶材料)層4。在為液晶層的情況下，所述層的工作基于例如扭轉(zhuǎn)向列(TN)、超扭轉(zhuǎn)向列(STN)、垂直排列向列(VAN)、光補(bǔ)償雙折射(OCB)、板內(nèi)切換向列(IPS)或用于調(diào)制其上光入射極化方向的鐵電效應(yīng)。所述電光有源層4夾在第一和第二基板5、6之間。此外，所述顯示面板被多個前、后電極(7、8)(例如，分別布置在所述第一基板5和第二基板6上的矩陣像素式樣中的電極)細(xì)分為像素模式，所述電極基本上透明。這種情況下優(yōu)選使用有源矩陣驅(qū)動。第一基板5和第二基板6由光透射材料制成，同上所述，電極7也是光透射的并可以由例如氧化銦錫(ITO)制成。通過連接線9、10，電極7、8連接至驅(qū)動單元11以在所述電極7、8上提供一個電驅(qū)動電壓，所述驅(qū)動電壓由所述驅(qū)動單元11控制。此外，顯示面板通常還以本身已知方式包括起偏器12和分析器13。
本發(fā)明主要涉及的照明系統(tǒng)3(見圖2)，基本包括光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14，并適合地包括四端面(end face)16，所述光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14具有被設(shè)置成面向所述顯示面板2的出射面15。光源17(諸如像棒型熒光燈)被布置在所述端面16的至少一面上，通過所述端面16所述光源發(fā)射的光被設(shè)置成耦合至波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14?？山o除了輸入耦合(incoupling)端面16和出射面15之外的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14所有的面配備反射膜等，以防止光從不期望的位置射出波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14基本上包括液晶材料層18，該液晶材料層夾在第一波導(dǎo)基板19和第二波導(dǎo)基板20之間。通過在所述液晶層18上施加電壓，可在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間調(diào)制液晶材料。此外，通過多個前和后波導(dǎo)電極21和22所述波導(dǎo)被細(xì)分為像素模式，所述前和后波導(dǎo)電極21和22被布置在所述第一波導(dǎo)基板19和所述第二波導(dǎo)基板20上的矩陣像素式樣中。因此，上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成了矩陣可尋址光處理部件，并通過尋址電極21、22使液晶材料層19的像素在透射狀態(tài)和散射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，當(dāng)處于所述透射狀態(tài)時，像素僅透射隨后在波導(dǎo)14中被內(nèi)部反射的光，而處于散射狀態(tài)時，光被像素散射，因此允許穿過波導(dǎo)14的出射面15朝顯示面板2方向透射光。在本實(shí)例中，矩陣可尋址光處理部件為輸出耦合部件。但是，所述照明裝置包括多個光處理部件，諸如本發(fā)明可以使用的輸出耦合部件、反射、散射和重定向部件。波導(dǎo)像素模式的分辨率可優(yōu)選比顯示面板2相應(yīng)像素模式的分辨率大或者大的多。波導(dǎo)電極21和22通過連接線23和24連接至驅(qū)動單元11以在所述電極21和22上提供一個電驅(qū)動電壓，該驅(qū)動電壓由所述驅(qū)動單元11控制?？商娲姆桨甘牵商峁┮粋€單獨(dú)的驅(qū)動單元以驅(qū)動所述矩陣波導(dǎo)。優(yōu)選波導(dǎo)電極21和22為帶狀電極，因此可分別被稱作列電極和行電極。通過將行和列電極包含在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中并控制施加在電極上的電壓，可改變散射液晶凝膠層在照明裝置表面區(qū)域上的散射次數(shù)，并使波導(dǎo)將光投射至需要的位置。因此，通過在顯示裝置中包括一個這樣的照明裝置，大量的光可以射入顯示裝置的將顯示顯示器屏幕上的亮部分的區(qū)域，小量光(或沒有光)射入顯示裝置的將顯示顯示器屏幕上的暗部分的區(qū)域。因此，可以提高顯示器最大亮度和黑電平(因而提高對比度)。此外，同現(xiàn)有技術(shù)液晶顯示器相比，由于幾乎沒有光被顯示器的暗部分吸收，因此可減少功率消耗。
上述的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14可被膠合或者通過其它方式被固定成為一個更厚的光導(dǎo)，為進(jìn)一步增強(qiáng)背光的亮度，如上所述，可在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的背側(cè)布置反射器或者反射涂層，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前側(cè)布置重定向金屬薄片。
一種適合的、優(yōu)選的并可以在高透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的液晶材料是這樣一種液晶凝膠，該液晶凝膠通過非反應(yīng)液晶、液晶單體和光引發(fā)劑的混合物的光聚合形成，所述非反應(yīng)液晶本身可包含幾種成分。在光聚合之前，混合物排列在表面排列層，該混合物是透明的。光聚合之后，通過UV光照射，聚合體網(wǎng)狀微觀相分離，此處聚合體網(wǎng)狀分子具有相同的排列并優(yōu)選具有相同光學(xué)特性，即具有相等的普通和非常折射率。這種所謂的液晶凝膠依然透明。只有在施加電場之后，非反應(yīng)性液晶通過適應(yīng)除網(wǎng)狀分子外的其它平均取向來響應(yīng)電場。在由于網(wǎng)狀存在而得到增強(qiáng)的非反應(yīng)液晶區(qū)域中形成多象限(multi-domains)的幫助下，所得到的折射率變化導(dǎo)致了該材料散射。零電壓排列可平面平行于在波導(dǎo)中傳播的波、平面垂直于在波導(dǎo)中傳播的波或同電極表面垂直。在后者的情況下，必須選擇具有純負(fù)(net negative)介電各向異性的特殊的液晶混合物以使分子排列垂直于電力線(electrical field line)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，散射液晶包括有被稱之為聚合物分散液晶(PDLC)的液晶。在本技術(shù)領(lǐng)域?qū)DLC系統(tǒng)非常熟悉，其特征在于在沒有電場作用(field-off)狀態(tài)，PDLC系統(tǒng)呈現(xiàn)散射，而一旦施加電場就變?yōu)橥该?。所述的LC凝膠以及PDLC系統(tǒng)的優(yōu)勢在于所述透明狀態(tài)更加清晰，即幾乎不會呈現(xiàn)散射，因此對于波導(dǎo)射線呈現(xiàn)出更高的透射。所述LC凝膠的第二個優(yōu)勢在于它對電場的響應(yīng)迅速的多，極有可能得到毫秒級的轉(zhuǎn)換速度，而PDLC系統(tǒng)典型的轉(zhuǎn)換在十幾毫秒以內(nèi)。
在下文中，將對上述公開顯示裝置的驅(qū)動進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。圖3示出了所述驅(qū)動的布置示意圖。
首先，由圖像內(nèi)容提供器60提供將在顯示面板2上顯示的圖像。將圖像內(nèi)容傳送給圖像分析裝置61，在所述圖像分析裝置61中，分析所述圖像內(nèi)容以找出圖像哪部分亮、哪部分暗。使用該信息，控制所述照明裝置3以及顯示面板2。因此，已被分析的圖像內(nèi)容被傳送至顯示面板控制單元62，設(shè)置該顯示面板控制單元62使其控制施加到顯示面板電極7、8上的信號。已被分析的圖像內(nèi)容同樣被傳送至照明系統(tǒng)控制單元63，在該照明系統(tǒng)控制單元63中，圖像內(nèi)容被處理并可能被轉(zhuǎn)換成照明系統(tǒng)像素形式，隨后被傳送至照明系統(tǒng)3的相應(yīng)的電極21、22以控制其散射。但是，相對其它區(qū)域改變某一區(qū)域中照明系統(tǒng)的背光強(qiáng)度意味著，將在顯示面板2顯示的圖像的灰度值也需要改變，所述灰度值的改變可通過顯示面板控制單元62實(shí)現(xiàn)。
正如像在WO 02/21042中公開的，根據(jù)本發(fā)明照明裝置3可將加亮同掃描背光的功能結(jié)合在一起。例如假設(shè)每次點(diǎn)亮一行，就可以實(shí)現(xiàn)上述的功能結(jié)合。由于液晶凝膠材料比普通LC材料響應(yīng)快得多，因此使用標(biāo)準(zhǔn)無源矩陣尋址即可實(shí)現(xiàn)行掃描。行僅在行尋址時間內(nèi)處于打開(on)的狀態(tài)，而不是對信號的均方根值(RMS)進(jìn)行響應(yīng)。由于行被順序?qū)ぶ?，因此每次可點(diǎn)亮一行。
所述驅(qū)動布置同材料特性以及散射液晶凝膠材料的處理細(xì)節(jié)相關(guān)，下面將更加詳細(xì)介紹。圖4示出了所述照明裝置或背光的典型的電光響應(yīng)曲線。所述液晶凝膠材料響應(yīng)于驅(qū)動單元11施加的行和列電勢之間電壓差的絕對值。液晶凝膠材料具有1ms級的響應(yīng)時間。正如圖4可以看出的，存在一個閾值電壓，低于該閾值電壓時材料基本透明，并且照明裝置3的光輸出低。同普通無源矩陣尋址一樣，該閾值可用于選擇行。在這種情況下，可以使用60V的行選擇電壓，而列信號可在-30V至+30V之間的范圍內(nèi)變化(-30時處于打開(on)的狀態(tài)，+30時處于關(guān)閉狀態(tài))。如果沒有行被選擇，則像素偏壓最大為30V，而當(dāng)選擇行時，像素偏壓可在30V至90V之間變化。圖5示意性地示出了這種驅(qū)動方法。
現(xiàn)有技術(shù)中使用的普通無源矩陣驅(qū)動與本發(fā)明使用的無源矩陣驅(qū)動之間存在一個主要區(qū)別，即散射層18的液晶凝膠的響應(yīng)速度。普通無源矩陣驅(qū)動使用對偏差電壓的RMS值響應(yīng)的慢性液晶材料，所述偏差電壓的RMS在相對較長的時間內(nèi)(大于1幀)被平均化。在這種情況下，為了能夠驅(qū)動大量的行，就需要一個非常陡的電壓-透射曲線。但是，在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)中使用的液晶凝膠材料非?？?，幾乎同時響應(yīng)。因而產(chǎn)生短脈沖，且行的數(shù)目不受V-T曲線限制。
一種典型的LC凝膠材料(可在根據(jù)本發(fā)明的層中使用)由以下成分構(gòu)成1.液晶混合物。為此可選擇商業(yè)LC混合物，優(yōu)選具有純負(fù)介電各向異性并具有大雙折射的LC混合物以增強(qiáng)散射。一個液晶混合物實(shí)例即為由Merck銷售的BL109。
2.液晶單體。在D.J.Broer等，Makromol.Chem.190，3201-3215(1989)中和D.J.Broer，光引發(fā)的光聚合及液晶系統(tǒng)的交鍵(Photoinitiated polymerization and crosslinking ofliquid-crystalline systems).Radiation Curing Polym.Sci.Technol(ed.Fouassier，Jean-Pierre；Rabek，J.)-Vol3.，383-443(1993)中描述了這種適合的材料。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，使用的是液晶diacrlylate，其具有以下化學(xué)結(jié)構(gòu) 優(yōu)選的濃度在6-12Wt％之間。
3.光引發(fā)劑。典型的光引發(fā)劑是商業(yè)可獲得的商標(biāo)名為Irgacure 651(Ciba Geigy)的光引發(fā)劑。通常數(shù)量大約在根據(jù)反應(yīng)單體的數(shù)量計(jì)算的1wt％左右。
此外，典型地，該層的膜厚度(即盒間隙)在6至18微米之間。根據(jù)盒間隙(cell gap)，轉(zhuǎn)換電壓大約在60至120伏特之間。
但是，為從所述照明裝置獲得充足的光輸出，可要求使光發(fā)射周期足夠長。由于這意味著行選擇時間應(yīng)該足夠長，所以在一幀的時間內(nèi)僅能選擇有限行。因此，仍然限制了照明裝置的分辨率，但是同現(xiàn)有技術(shù)中使用的普通無源矩陣面板相比是以不同方式限制了分辨率。
下文將描述用于上述公開顯示裝置的一種變型的尋址方案。通過增加行選擇時間可使所述照明裝置3的光輸出增加。通過重疊連續(xù)行的選擇脈沖可實(shí)現(xiàn)行選擇時間的增加，而并未減小矩陣結(jié)構(gòu)的分辨率，見圖6。但是，這樣做還是有一些后果。由于在某一時刻及時選擇了多于一行的行，因此不再可能給每個像素任意期望的值。如果如上所述使用相同的列或數(shù)據(jù)驅(qū)動，則照明裝置或背光上示出的光模式將會沿著列方向拖尾(smear)。拖尾的數(shù)目取決于同時選擇的行的數(shù)目。但是，由于這種情況只是影響到照明裝置，并沒有整個影響顯示裝置，因此考慮到亮度增益這種拖尾情況還是可以接受的。此外，通過預(yù)處理(例如，通過沿列方向的高通濾波)照明裝置照明模式，可以在一定程度上抵消沿列方向的拖尾。
理想地，希望選擇多行以保持其在充足的時間內(nèi)處于打開狀態(tài)，而不削弱獨(dú)立設(shè)置每個像素亮度電平的能力。正如現(xiàn)有技術(shù)普通液晶顯示面板的多行尋址中已公知的，這一點(diǎn)可以通過對不同的行使用不同的諧波或更多通常正交信號來實(shí)現(xiàn)。圖7示出了該方法。所述列信號為不同正交函數(shù)的重疊。符號確定了像素處于打開或關(guān)閉。對于這種工作方式，諧波頻率應(yīng)該足夠高以使所述液晶凝膠能夠僅對驅(qū)動電壓的均方根值響應(yīng)。換言之，液晶凝膠相對于多行尋址功能的頻率應(yīng)該較慢，同時又應(yīng)該足夠快以使液晶凝膠能夠在一幀時間內(nèi)在打開和關(guān)閉之間轉(zhuǎn)換?？梢砸赃@種方式被多路復(fù)用的行的最大數(shù)目取決于電光響應(yīng)(圖4)的陡度和期望對比度(當(dāng)更多行被多路復(fù)用時，打開狀態(tài)的最大電壓減小)。以圖4的T-V曲線為例，在V_ON＝60V，V_OFF＝30V處，使用最大對比度時可以同時尋址的最大行數(shù)目等于3。
在下文中將參考圖8和圖9描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。
顯示裝置31基本上包括顯示面板32和照明系統(tǒng)33。
所述顯示面板32同上述實(shí)例中的顯示面板基本相同，因而此處不再做詳細(xì)描述。
照明系統(tǒng)33基本包括背光25和背光調(diào)制器26。所述背光25可為產(chǎn)生恒定偏光電平(bias light level)的標(biāo)準(zhǔn)型。所述背光調(diào)制器26布置在所述背光25和顯示面板32之間。在這種情況下，所述背光調(diào)制器26基本上包括電光有源層34(見圖8，諸如液晶層)，該電光有源層34通過上文已詳述的前和后電極被尋址。具有相應(yīng)尋址裝置的所述電光有源層夾在第一和第二反射起偏器35，36之間。上述結(jié)構(gòu)包括矩陣可尋址光處理部件。因此，所述背光調(diào)制器26的電光有源層34被設(shè)置成調(diào)制由標(biāo)準(zhǔn)型背光25射出的光，而所述反射起偏器35、36用于重復(fù)利用具有不需要偏振的光或被發(fā)射至將被顯示裝置顯示的圖像的“暗，，部分的光，如圖8所示。這樣，可以提高背光的效率。圖9示意地示出了該類型顯示裝置的驅(qū)動。此處，在所述顯示裝置上顯示圖像。例如，通過來自圖像內(nèi)容提供器60的視頻信號等接受將被顯示的關(guān)于圖像的信息(即圖像內(nèi)容)。其后，圖像內(nèi)容被傳送給圖像分析裝置61，用于分析圖像的亮和/或暗部分的圖像內(nèi)容。其后利用該圖像分析信息形成已處理圖像信號，該已處理圖像信號被傳送給顯示面板2，該圖像分析信息被設(shè)置成控制顯示面板2的圖像顯示。此外，還利用圖像分析信息形成照明系統(tǒng)控制單元62中的2D背光信息信號，設(shè)置該2D背光信息信號使其根據(jù)要顯示的關(guān)于圖像的亮和/或暗部分的信息控制背光調(diào)制器的透射。此外，該2D背光信息信號還被傳送至用于調(diào)制偏置電平信號的偏置電平調(diào)制器64，設(shè)置該偏置電平調(diào)制器64使其控制標(biāo)準(zhǔn)型背光25的偏置電平。
圖10公開了一個可替代實(shí)施例。此處，所述顯示裝置41基本包括顯示面板42和照明系統(tǒng)43。
所述顯示面板42與上述實(shí)施例中的顯示面板基本相同，因而此處將不作詳細(xì)描述。
照明系統(tǒng)43基本包括用于偏置電平照明的基本標(biāo)準(zhǔn)型背光45和基本同背光45分開的散射調(diào)制器面板44。所述背光45基本上夾在所述液晶面板42和調(diào)制器面板44之間。
所述背光45，基本上包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46，所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46具有第一出射面47、第二出射面48，并適合地包括四端面49，布置所述第一出射面47面向所述顯示面板42，布置所述第二出射面48面向所述調(diào)制器面板44。沿著所述端面49的至少一個端面布置光源50(諸如像棒型熒光燈)，設(shè)置由所述光源發(fā)射的光使其通過所述端面49耦合至波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46。除輸入耦合端面49、出射面47、48外的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46的所有面都可配備反射涂層等，以阻止光從不期望的位置射出波導(dǎo)。所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46可具有一個錐形形狀，也可配備反射控制溝槽57等以獲得用于波導(dǎo)的適合的反射模式。
構(gòu)成矩陣可尋址光處理部件的散射調(diào)制器面板44，基本上包括夾在第一基板52和第二基板53之間的液晶凝膠材料層51。此外，所述散射調(diào)制器面板44通過多個前和后電極(未示出)，諸如帶狀電極被再細(xì)分為像素模式，所述多個前和后電極布置成所述第一基板52和第二基板53上的矩陣像素式樣。同上，所述散射調(diào)制器面板像素模式的分辨率比顯示面板42相應(yīng)的分辨率小或者小得多。此外，所述照明系統(tǒng)還配備有反射鏡56，布置該反射鏡56使調(diào)制器面板44夾在所述反射鏡56和背光45之間。
下文將介紹本實(shí)施例的功能。光由光源50發(fā)射，穿過透射端面49進(jìn)入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46。在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)46內(nèi)部，光通過錐形結(jié)構(gòu)和反射控制溝槽57被內(nèi)反射以使光基本上僅穿過面向調(diào)制器面板44的第二出射面48射出。如上控制調(diào)制器面板44以根據(jù)將被顯示面板42顯示的圖像使一些像素處于透明模式，一些像素處于散射模式。因此，進(jìn)入透明像素的光將穿過透明像素被透射，然后通過反射鏡56被反射，回到波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中。另一方面，進(jìn)入散射像素的光將沿著波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方向被散射而不被鏡56反射。
因此，同上述實(shí)施例中相同，根據(jù)本實(shí)施例，不將調(diào)制器布置在波導(dǎo)內(nèi)部。從而，防止了例如ITO或者其它薄層相關(guān)的吸收損失。但是，同本發(fā)明開始描述的實(shí)施例相比，ON/OFF亮度比將小的多。
下文中將參考圖11、圖12和圖13描述本發(fā)明的另一有利的變型。所述變型的目標(biāo)是在對比度和色域方面提高上述液晶顯示面板的屏前性能，提高背光的效率。為了這個目的，建議調(diào)制所述照明系統(tǒng)的光源功率使其同掃描或高亮背光的卷形散射帶同步。這樣，可以使背光亮的部分更亮，暗的部分更暗。由于光可以更高效的傳送至需要的位置，因此使得背光更加有效，閃爍圖像更加明亮。通過對不同的色彩(諸如紅、綠、藍(lán)色光源)分別應(yīng)用相同的技術(shù)，可在屏幕上變化背光的色彩。這種做法有效地得到了更大的可用色域。
圖11的實(shí)施例基本上對應(yīng)于圖3中公開的實(shí)施例，因而此處將不再重復(fù)顯示器的基本功能。但是根據(jù)本實(shí)施例，所述顯示器還包括燈驅(qū)動器/光源功率調(diào)制器29。為通過燈驅(qū)動器29調(diào)制背光3的燈的功率，必須產(chǎn)生所需要的信號。分析要被顯示面板顯示的圖像，并由此得出背光的強(qiáng)度電平。隨后所述強(qiáng)度電平被照明系統(tǒng)控制單元63分為調(diào)制背光中LC凝膠的散射功率的調(diào)制信號和光源功率調(diào)制。為了充分準(zhǔn)確，可要求包括反饋環(huán)，該反饋環(huán)包括一個或多個測量實(shí)際燈輸出并同所需要的輸出進(jìn)行比較的光傳感器28。圖11示意性地示出了所述過程。設(shè)置光傳感器28檢測到的信號將其反饋給所述燈驅(qū)動器29，所述燈驅(qū)動器29也被連接以接收來自照明系統(tǒng)控制單元63的信息。因此，提供給像素的功率將根據(jù)被像素顯示的圖像內(nèi)容而變化。因此，通過分段背光正被尋址時改變光源功率，可提高顯示器的對比度。當(dāng)段i正被尋址時(即正在散射)功率源將具有功率pi，而當(dāng)段j正在散射時功率源具有功率pj。根據(jù)段I所需要的亮度調(diào)節(jié)功率pi，背光3的燈的平均功率應(yīng)為恒定值。通過本實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)具有對比度提高、峰值亮度提高、色彩性能更好的顯示裝置。
優(yōu)選地，背光光源由光發(fā)射裝置(LED)構(gòu)成，這種裝置可通過有效方式較容易地改變功率。此外，LED能夠非常迅速地轉(zhuǎn)換，并受到平均功率的限制，因此使得短脈沖非常明亮。可以替代地，所述背光光源可以由具有不同熒光物質(zhì)或熒光物質(zhì)混合物的冷陰極熒光燈構(gòu)成。
此外，使用LED的優(yōu)勢在于，對于不同的波長來講LED在商業(yè)上是可以獲得的，因此尤其適合于功率和色彩調(diào)制的結(jié)合。因此，本發(fā)明的理念可延伸到例如獨(dú)立改變彩色顯示器R，G，B光源。圖12中示出了所述的延伸變化。通過這種方式，一起改變光的功率和色彩。盡管這種方式并沒有增加原色三角形(color triangle)的大小，但是它引起了原色三角形的移位。該移位可對每個尋址段單獨(dú)設(shè)置。盡管在一個段內(nèi)只可使用“正”原色三角形，但是增加了整個屏幕的色彩范圍。
結(jié)合色域的時間序列調(diào)整，可得到附加增強(qiáng)。例如，當(dāng)圖像分析局部需要更高亮度而剩余區(qū)域的色域更為重要時，可通過同時接通所有在該彩色區(qū)域發(fā)射的光源來填充濾色器帶寬使得亮度額外增強(qiáng)。在另一實(shí)施例中(見圖13)，已調(diào)制的掃描背光的光輸出耦合基于電尋址折射率原理工作，所述電尋址折射率在分界面處區(qū)分了全反射(無輸出耦合)和透射?？墒顾稣凵渎收{(diào)制方向相關(guān)。這種方式意味著通過堆疊兩個折射率轉(zhuǎn)換層，所述第一層將調(diào)制來自一個方向的R，G，B，而第二層將調(diào)制來自正交方向略微移位的R’、G’、B’顏色(見圖13)。這種方式的優(yōu)勢在于兩組光源R，G，B和R’，G’，B’可以連續(xù)接通。如果使用兩組熒光燈而非快速轉(zhuǎn)換LED將更有利。也可能使散射部件方向相關(guān)。
本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于示出的實(shí)施例。本發(fā)明存在于每個新穎的特性中以及這些特性特征的每一個結(jié)合中。此外，不能認(rèn)為權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
應(yīng)當(dāng)注意的是，上述發(fā)明的理念可以用于電光有源顯示面板的不同類型中，諸如液晶顯示面板中或光閥或光閘系統(tǒng)的其它類型中。此外，還應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明并不僅限于單色和RGB顯示器，事實(shí)上可應(yīng)用于與色彩無關(guān)的任何顯示器中。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置(1)，包括-顯示面板(2)，所述顯示面板(2)具有電光材料層(4)；在像素區(qū)域配備有以行和列排列的電極(7)的第一光透射基板(5)；第二光透射基板(6)，所述電光材料層(4)夾在所述第一和第二基板(5，6)之間，和-照明系統(tǒng)(3)，所述照明系統(tǒng)(3)被布置在第二基板(6)上遠(yuǎn)離所述電光材料層(4)的一側(cè)，所述照明系統(tǒng)包括光透明材料的光波導(dǎo)(14)，所述光波導(dǎo)(14)具有面向所述顯示面板(2)的出射面(15)，其特征在于，所述照明系統(tǒng)(3)還包括矩陣可尋址光處理部件(27)。
2.權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中所述矩陣可尋址光處理部件為包括液晶材料層(18)、列電極層(21)和行電極層(22)的輸出耦合部件(27)，所述液晶材料層(18)夾在所述列電極層(21)和所述行電極層(22)之間。
3.權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中所述液晶材料層(18)由液晶凝膠材料構(gòu)成。
4.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的顯示裝置，其中照明系統(tǒng)(3)還包括光源(17)，所述光源(17)被布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件(27)的至少一邊，如所述顯示裝置的觀察者看到的，布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件(27)的背側(cè)，或如所述顯示裝置的觀察者看到的，布置在所述矩陣可尋址輸出耦合部件(27)的前側(cè)。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的顯示裝置，還包括驅(qū)動單元(11)，設(shè)置該驅(qū)動單元(11)使其分析要在所述顯示面板上顯示的圖像的亮和暗部分，據(jù)此確定將被所述顯示裝置顯示的照明模式，并基本同時產(chǎn)生適合的驅(qū)動信號給所述顯示面板(2)以補(bǔ)償因照明模式而產(chǎn)生的照明或色彩中不期望的跳變。
6.權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其中所述驅(qū)動單元(11)被設(shè)置成將尋址選擇脈沖提供給照明系統(tǒng)電極的基本連續(xù)的尋址帶，為此使得所述選擇脈沖的選擇時間比除以尋址帶數(shù)量的幀時間長，從而將使順序?qū)ぶ穾У倪x擇脈沖重疊。
7.權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其中所述驅(qū)動單元(11)被設(shè)置成同時提供尋址選擇脈沖給所述照明系統(tǒng)電極的兩個或多個尋址帶。
8.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的顯示裝置，還包括被設(shè)置成控制所述照明系統(tǒng)的偏置電平的偏置電平調(diào)制器(64)。
9.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的顯示裝置，還包括用于調(diào)制所述照明系統(tǒng)(3)的光源功率的光源功率調(diào)制器(29)，該調(diào)制依賴于所述照明裝置所顯示的照明模式。
10.權(quán)利要求9所述的顯示裝置，其中所述將被調(diào)制的光源包括冷陰極熒光燈、熱陰極熒光燈、白色發(fā)光二級管或彩色發(fā)光二級管組合中的一種。
11.前述權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)適用于前述權(quán)利權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的顯示裝置。
12.前述權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的驅(qū)動顯示裝置的方法，包括以下步驟-分析將被顯示面板(2)顯示的圖像的亮和暗部分，-將關(guān)于被分析圖像的亮和暗部分的信息轉(zhuǎn)換成適合于所述照明裝置(3)的分辨率，-將關(guān)于被分析圖像的信息傳送給照明裝置(3)，-將關(guān)于所述照明裝置(3)的驅(qū)動信息轉(zhuǎn)換成適合所述顯示面板(2)的分辨率，以補(bǔ)償由照明模式導(dǎo)致的色彩和亮度之一的不期望跳變，和-通過所述已被轉(zhuǎn)換的信息驅(qū)動照明裝置(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示裝置(1)，包括顯示面板(2)和照明系統(tǒng)(3)，所述顯示面板(2)包括電光材料層(4)、在像素區(qū)域配備有以行和列排列的電極(7)的第一光透射基板(5)和第二光透射基板(6)，所述電光材料層(4)夾在所述第一和第二層之間(5，6)之間，所述照明系統(tǒng)(3)被布置在第二基板(6)上遠(yuǎn)離所述電光材料層(4)的一側(cè)，該照明系統(tǒng)包括光透明材料的光波導(dǎo)(14)，所述光波導(dǎo)(14)具有面向所述顯示面板(2)的出射面(15)。根據(jù)本發(fā)明，所述照明系統(tǒng)(3)還包括矩陣可尋址光處理部件(27)。
文檔編號G02F1/1347GK1756988SQ200480005873
公開日2006年4月5日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者M·J·J·賈克, H·J·科內(nèi)里斯森, H·德康寧, D·J·布羅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司