CN100390636C - 液晶显示器件的背光单元 - Google Patents
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Abstract
一种背光单元包括:多个彼此并联连接的冷阴极荧光灯;分别连接到各冷阴极荧光灯的两端的多个电容,这些电容具有各自的阻抗,通过选择该阻抗使相同量的电流流过各个冷阴极荧光灯;以及连接到冷阴极荧光灯的电容的逆变器,其中将所述多个冷阴极荧光灯垂直设置,并且将具有高于其它电容的电容量的第一组电容连接到最下面的冷阴极荧光灯的两端。
Description
技术领域
本发明涉及一种背光单元(BLU),特别是涉及一种包括冷阴极荧光灯的液晶显示器件的背光单元。
背景技术
目前,显示器件用作十分重要的视觉信息传递介质。显示器件必须重量轻、外形薄并且体积小以在未来应用中扮演重要角色。显示器件可以分为不同类型。一种类型是其自身产生光的发光类型,例如阴极射线管(CRT)器件,电致发光(EL)显示器,发光二极管(LED)器件,真空荧光显示(VFD)器件,场发光显示(FED)器件,以及等离子显示板(PDP)器件。另外一种类型是其自身不能产生光的不发光类型,例如液晶显示(LCD)器件。
LCD器件作为下一代显示器件的一种与PDP器件和EL显示器一起引起广泛的关注。通过利用液晶的光学各向异性和背光在LCD器件上显示图像。所以,液晶显示器与具有同样尺寸屏幕的现有阴极射线管(CRT)相比,可以具有高水平的可见度和低平均能耗并且仅释放少量的热。
在LCD器件中,液晶不发光,但其接收、调节并传输通过显示板的光。更具体地说,根据图像信息的数据信号单独提供到在LCD板上以矩阵结构排列的像素,以便控制像素的光透射率以显示期望的图像。因此,LCD器件需要例如背光单元的光源,以将光照射到LCD板上。
LCD器件具有用于提供图像的液晶显示板,其包括阵列基板、滤色片基板、以及注入到两个基板之间的液晶。安装在LCD板后面的背光单元将光发出到LCD板的整个前面。多个壳元件(case element)将LCD板连接到背光单元。在LCD板中,形成位于阵列基板上的像素电极和位于滤色片基板上的公共电极以提供贯穿液晶层的电场。如果控制提供到像素电极的数据信号的电压使该电压穿过液晶层施加到公共电极,液晶层的液晶由于介电各向异性沿公共电极与像素电极之间的电场旋转。因而,光根据液晶的旋转被各像素透射或阻挡,从而显示符号或图像。
背光单元20用于从用作光源的荧光灯43提供具有均匀亮度的平面光。LCD器件的厚度和能耗取决于背光单元20的外形厚度和光效率。通常,有两种类型的背光单元。第一种背光是直下型背光,其中荧光灯设置在LCD板的后面将光直接传输到LCD板。第二种背光是侧光型背光,其中荧光灯设置在LCD板的一侧或两侧并且光被导光板、反射片和其他的片反射、散射并聚集,以将光传输到LCD板。
可以容易地制造侧光型背光。此外,侧光型背光的特点是具有比直下型背光薄的外形。然而,在大型LCD器件中使用直下型可以使光更容易地分散。
冷阴极荧光灯(CCFL)通常用作背光单元中的光源。CCFL可以容易地用于侧光型背光中但是不能用于直下型背光单元中。这是因为CCFL是用在灯电极与灯导线之间进行焊接并且设置硅橡胶涂层以包围焊接部分的方法来安装的。当CCFL用作装有几个灯的直下型背光单元时,通过焊接和硅橡胶涂覆来进行灯的几个单独安装要花费很长的时间。换句话说,由于完整型灯座通常用于直下型背光单元,CCFL的单独焊接是不实际的。
现在将参照图1A、图1B、图2A和图2B详细描述现有技术CCFL及其驱动方法。
图1A和图1B示出了现有技术CCFL及其驱动方法的示意图。如图1A和图1B所示,高电压经由设置在CCFL 40A的两端的内部电极41施加在CCFL 40A上,并且电压上升到能使电流流过CCFL 40A的起始电压。当电压超过起始电压时,在CCFL 40A中发生发光。然后,通过将交流电(AC)施加到CCFL 40A来保持持续发光。
在侧光型背光中,仅对一个CCFL 40A进行操作。在直下型背光单元中,必须与CCFL的数量一样频繁地单独进行操作。因此,使用CCFL的背光单元通常仅制造为侧光型。外部电极荧光灯(EFFL)通常用作直下型背光单元。
图2A和图2B示出了现有技术的外部电极荧光灯及其驱动方法的示意图。与CCFL不同,EEFL 40B没有内部电极或在玻璃管两端向内突出的电极。导电材料施加到EEFL 40B的两端上。EEFL 40B通过离子根据其极性聚集在两端并随后在高电压AC的作用下在零交叉点复合的驱动方法而发光,其中该离子是由外部电极42产生的电场变化所极化的。
因为EEFL的电极是外部的,一组EEFL的等效电路是一组并联电容。因此,几个EEFL 40B可以并联驱动。一旦将有充足容量的电压逆变器提供给EEFL的并联组,EEFL就可以用与驱动CCFL组所需的结构和逆变器相比更简单的结构和更简单的逆变器来发光。然而,EEFL通过至少几MHz的高频驱动才能获得充分高的亮度级。EEFL的高频驱动导致例如由高频引起的电磁干扰,低效率等问题,以及与高频电源单元相关的缺点。
发明内容
因此,本发明涉及一种液晶显示器件的背光单元,能够基本上克服因现有技术的局限和缺点带来的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种背光单元以及使用该背光单元并可以并联驱动多个灯的LCD器件。
本发明的另一个目的是提供一种背光单元以及使用该背光单元并能减少流过并联灯组的电流量变化的LCD器件。
本发明的附加优点和特征将在后面的描述中得以阐明,通过以下描述,将使它们对于本领域普通技术人员在某种程度上显而易见,或者可通过实践本发明来认识它们。本发明的这些和其他优点可通过书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和得到。
为了实现这些和其它优点,按照本发明的目的,作为具体和广义的描述,提供的一种背光单元包括:多个彼此并联连接的冷阴极荧光灯;分别连接到各冷阴极荧光灯的两端的多个电容,其中电容具有各自的阻抗,通过选择该阻抗使相同量的电流流过各个冷阴极荧光灯;以及连接到冷阴极荧光灯的电容的逆变器,其中将所述多个冷阴极荧光灯垂直设置,并且将具有高于其它电容的电容量的第一组电容连接到最下面的冷阴极荧光灯的两端。
在另一个方面,一种液晶显示器件包括:液晶显示板;用于将光发出到液晶显示板的多个彼此并联连接的荧光灯;分别连接到各荧光灯的两端的多个电容;以及设置在多个荧光灯后面用于包围和容纳荧光灯的灯罩,其中将所述多个冷阴极荧光灯垂直设置,并且将具有高于其它电容的电容量的第一组电容连接到最下面的冷阴极荧光灯的两端。
应该理解,上面的概括性描述和下面的详细描述都是示意性和解释性的,意欲对本发明的权利要求提供进一步的解释。
附图说明
本申请所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解,并且包括在该申请中并且作为本申请的一部分,示出了本发明的实施方式并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A和图1B示出了现有技术的冷阴极荧光灯及其驱动方法的示意图;
图2A和图2B示出了现有技术的外部电极荧光灯及其驱动方法的示意图;
图3示出了根据本发明第一示例性实施方式的背光单元的示意图;
图4示出了图3所示的背光单元沿III-III’线切割的截面的截面图;以及
图5示出了根据本发明第二示例性实施方式的背光单元的示意图。
具体实施方式
现在要详细说明本发明的最佳实施方式,所述实施方式的实施例示于附图中。
图3示出了根据本发明第一示例性实施方式的背光单元的示意图。如图所示,根据本发明实施方式的背光单元包括互相并联连接的多个冷阴极荧光灯(CCFL)140L1至140LN,升压变压器(voltage-boosting transformer),其作为将AC电压施加到CCFL 140L1至140LN以驱动它们的电源器件,以及设置在多个CCFL 140L1至140LN下面并包围它们的灯罩150。
在本发明的第一示例性实施方式中,已经研究外部电极荧光灯(EEFL)的排列来解决前述如高驱动频率导致的电磁干扰,低效率等问题。此外,已经研究EEFL的排列来解决当用LC共振逆变器驱动EEFL时的低亮度和低效率的问题。在本发明的示例性实施方式中,至少两种高电压电容CS1和CS2分别连接到CCFL的两端,以便连同电容一起的CCFL具有与EEFL性质上相似的等效电路结构。
即,如果将EEFL绘制为等效电路,可以看出EEFL具有电容+电阻+电容的结构。这种结构与仅具有电阻的现有技术CCFL的等效电路的结构不同。换句话说,EEFL的等效电路中,在EEFL的两端都串联设置电容,而CCFL的等效电路没有任何电容。如果CCFL并联驱动,由于CCFL中的电流密度分布不一致而难以获得均匀亮度。因此,将电容连接到CCFL的两端以形成与EEFL性质上相似的等效电路。连同电容一起的上述CCFL可以使用简化的逆变器,生产成本也较低。
如果不用电容CS1和CS2驱动CCFL,更多电流快速流向并联连接的CCFL140L1至140LN中任一电阻相对较低的灯上,这不期望地抵消了并联驱动CCFL的效果。如上所述,在本发明的上述示例性实施方式中,电容CS1或CS2分别连接到各CCFL 140L1至140LN的两端,以便多个灯可以并联驱动。电容CS2具有与连接到CCFL 140L1至140LN-1的其他电容CS1不同的电容量。电容CS2连接到最后一个CCFL 140LN的两端。下面将更详细地描述这个方面。
在本发明的第一示例性实施方式中,大LCD器件的背光单元具有多个并联驱动的荧光灯。因为多个灯一起驱动,背光亮度的均匀性主要受流过灯的电流影响。例如,在30英寸背光单元中并联设置十六个灯。灯的数量随背光单元的尺寸(英寸)增加而增加。
图4示出了图3所示的背光单元沿III-III’线切割的截面的截面图。当测量流动通过各CCFL 140L1至140LN的电流时,可以看出最少量的电流流过最下面的CCFL 140LN。最少量的电流流动通过CCFL 140LN,是由于在灯系统与灯罩150之间存在寄生电容CP1至CP3。灯系统与灯罩150之间形成电场,并且由于电场而泄漏的电能的密度是μ=ε0E2/2。而且,随着CCFL 140L1至140LN与灯罩150之间的距离变短,CCFL 140L1至140LN与灯罩150之间的寄生电容CP1至CP3增加,从而增加了泄漏效应。因而,如图4所示,因为在设置在灯罩两侧的CCFL 140L1和140LN处的寄生电容CP2和CP3相对较大,泄漏效应使得流过各CCFL 140L1和140LN的电流量相对较少。
因为LCD器件通常以垂直向上的方向驱动,背光单元内上部的温度比下部的温度相对要高。因而,在少量的电流仍会流过设置在下部的CCFL 140LN的时,设置在上部的CCFL 140L1的电流可以被一定程度地补偿。即,由于寄生电容(CP2)设置在上部的CCFL 140L1仍有电流泄漏,但是通过具有因灯系统内的热对流而减小的阻抗的上部的较高温度对这种泄漏做出了补偿。
寄生电容导致背光亮度的均匀性的问题。为了避免这种问题,具有与CCFL140L1至140LN-1不同的电容量的电容CS2分别连接到设置在下部的CCFL 140LN的两端。电容CS2的电容量大于电容CS1的电容量。
现在将描述根据本发明第二示例性实施方式使用这种背光单元的LCD器件的一个例子。图5示出了本发明的第二实施方式。图5中,提供20个灯240L1至240L20并且电容CS串联连接到灯240L1至240L20的各端。在这个实施方式中,电容CS分为四个组CS1、CS2、CS3和CS4。电容CS4连接到最下面的灯240L20,电容CS3连接到倒数第二个灯240L19,电容CS2连接到倒数第三个灯240L18和倒数第四个灯240L17以及最上面的灯240L1,电容CS1连接到其他灯。
在第二实施方式和第一实施方式中,考虑灯与灯罩150之间的寄生电容以及灯系统中的温度对流来选择电容CS的电容量。即,具有大的寄生电容的灯需要较大的电容CS的电容量,位于较高温度下的灯也需要较大的电容CS的电容量。
所以,电容CS的电容量的关系是CS4>CS3>CS2>CS1。这种关系使得与第一实施方式原理相同的各灯的电流量相同,从而实现背光的均匀亮度。
LCD器件包括像素设置在矩阵结构中的LCD板,分别连接到LCD板的侧表面的栅驱动电路单元和数据驱动电路单元,以及设置在LCD板后面的背光单元。LCD板包括粘接在一起彼此相对、其间具有均匀盒间隙的阵列基板和滤色片基板。液晶层形成在阵列基板与滤色片基板之间。
滤色片基板上的公共电极和阵列基板上的像素电极将电场施加到液晶层。如果控制提供到像素电极的数据信号的电压使该电压提供到公共电极,液晶层的液晶通过介电各向异性沿公共电极与像素电极之间的电场旋转。因而,光根据液晶的旋转被各像素透射或阻挡,从而在LCD板上显示符号或图像。
为了通过各像素控制提供到像素电极的数据信号的电压,各像素装有开关器件,例如薄膜晶体管(TFT)。栅驱动电路单元和数据驱动电路单元连接在LCD板上。栅驱动电路单元将扫描信号提供到多条栅线上,数据驱动电路单元将图像信息提供到形成于LCD板上的多条数据线上,从而驱动LCD板的像素。
背光单元包括顺序叠置并容纳于模架(mold frame)内的反射片,导光板,光学片以及灯组件。LCD板和背光单元由设置在背光单元后面的底盖支撑。底盖可以用例如螺丝连接在模架上。
在出于快速组装操作的目的的选择中,底盖和模架可以钩合装配(hook-fitted)。更具体地说,底盖和模架可以通过将形成在模架上的钩插入到形成在底盖中的插入槽中而连接在一起。在另一个选择中,钩可以形成在底盖上而插入槽可以形成在模架中。
顶盖被按压粘接在连接到底盖的模架上表面的边缘上,并且顶壳可以用例如螺丝或钩连接到模架。
在根据本发明示例性实施方式的背光单元中,电容连接到各CCFL的两端使连同电容一起的CCFL的等效电路图与EEFL的等效电路图相似。因此,连同电容一起的CCFL可以并联驱动以获得高亮度并使得在直下型背光中可以采用CCFL。而且,将具有与其他电阻不同电容量的电容连接到特定灯的两端以补偿电流泄漏,从而获得亮度均匀性。
应当注意到,当在第一和第二实施方式中使用16个或20个灯时,灯的数目可以改变。即使灯的数目改变,如果考虑灯与灯罩150之间的寄生电容以及灯系统中的温度对流来选择电容CS的电容量,仍然可以实现如上所述的优点。因而,本发明的保护范围涵盖具有不同数目的灯的其他实施方式。
可以清楚地理解,对于本领域的普通技术人员来说,本发明具有各种变型和改进。因而,本发明意欲覆盖所有落入所附权利要求以及等效物所限定的范围内的变型和改进。
Claims (5)
1.一种背光单元,包括:
多个彼此并联连接的冷阴极荧光灯;
分别连接到所述各冷阴极荧光灯的两端的多个电容,所述电容具有各自的阻抗,通过选择该阻抗使相同量的电流流过各个冷阴极荧光灯;以及
连接到所述冷阴极荧光灯的电容的逆变器,
其中将所述多个冷阴极荧光灯垂直设置,并且将具有高于其它电容的电容量的第一组电容连接到最下面的冷阴极荧光灯的两端。
2.根据权利要求1所述的背光单元,其特征在于,还进一步包括设置在多个所述冷阴极荧光灯后面用于包围和容纳所述冷阴极荧光灯的灯罩。
3.一种液晶显示器件,包括:
液晶显示板;
用于将光发出到所述液晶显示板的多个彼此并联连接的荧光灯;
分别连接到各荧光灯的两端的多个电容;以及
设置在所述多个荧光灯后面用于包围和容纳所述荧光灯的灯罩,
其中将所述多个荧光灯垂直设置,并且将具有高于其它电容的电容量的第一组电容连接到最下面的荧光灯的两端。
4.根据权利要求3所述的器件,其特征在于,还包括连接到所述荧光灯的电容的逆变器。
5.根据权利要求3所述的器件,其特征在于,所述多个荧光灯是冷阴极荧光灯。
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