CN100399160C - 背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备 - Google Patents

背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备 Download PDF

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Abstract

用于液晶显示设备的背光单元，包括：具有第一无源发光灯和第二无源发光灯的第一发光单元；具有多个自发光灯的第二发光单元；以及置于第一发光单元和第二发光单元之间的导光板，其将来自第二发光单元的入射光导向第一发光单元。

Description

背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)设备，更具体地，涉及一种用于LCD设备的背光单元。
背景技术
通常，LCD设备包括薄膜晶体管(TFT)阵列基板、滤色器基板、液晶显示面板、用于驱动液晶显示面板的驱动单元以及用于向液晶显示面板提供照明的背光单元。薄膜晶体管(TFT)阵列基板和滤色器基板彼此面对。液晶显示面板包括第一基板、第二基板以及在第一基板和第二基板之间形成的液晶层。
TFT阵列基板包括多个数据线，它们与多个选通线交叉以形成矩阵。这些数据线纵向排列，其间具有指定间隔。这些选通线横向排列，其间具有指定间隔。数据线和选通线的各个交叉限定像素区。
滤色器基板包括在对应于像素区的位置处形成的红色、绿色和蓝色滤色器层。在滤色器基板上设置有黑底。黑底防止滤色器层之间的漏光并防止穿过像素区的光的色彩干扰。
在滤色器基板和TFT阵列基板的相对的内表面上分别形成有公共电极和像素电极。在TFT阵列基板上形成有像素电极以对应于各像素区。在滤色器基板的整个表面上一体地形成有公共电极。
背光单元向自身不能发光的LCD设备提供照明。当背光单元发出的光穿过液晶层传播时，透光率取决于液晶层中液晶分子的排布。通过在公共电极与像素电极之间施加电压差以在其间的液晶层中产生电场，从而控制液晶分子的透光率。为了显示希望的图像，可以通过控制像素电极与公共电极之间施加的电压差来改变液晶层中液晶分子的排布，从而控制各个像素区的透光率。
背光单元需要灯作为光源。根据灯的位置，背光单元分为端缘式背光单元或直下式背光单元。在端缘式背光单元中，灯位于液晶面板的一侧或两侧。灯产生的光被导光板投射到液晶面板的整个表面上。
已经积极地开发出直下式背光单元以应对液晶面板尺寸的增大(该尺寸已大过20英寸)。在直下式背光单元中，多个荧光灯排列成一排，并且直接向液晶面板的整个表面照射光。直下式背光单元在光的利用率方面比端缘式背光单元更有效，并且常用来为大屏幕LCD设备提供高亮度。
背光单元可以使用冷阴极荧光灯(CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)、电致发光(EL)、发光二极管(LED)等作为光源。常用CCFL和LED等。然而，虽然荧光灯可以提供高亮度和改善亮度均匀性，但是它们并不具有高色彩再现性。此外，虽然LED或EL灯可以用于高色彩再现性，但是它们与CCFL相比亮度低且亮度均匀性低。
发明内容
因此，本发明意在基本避免了由于现有技术的局限和不足引起的一个或更多个问题的背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备。
本发明的一个目的是提供一种用于LCD设备的、具有高亮度和高色彩再现的背光单元。
本发明的另一个目的是提供一种具有高亮度和高色彩再现能力的LCD设备。
为了实现这些及其它优点，并根据本发明目的，如本文具体描述和广义说明的，一种用于液晶显示设备的背光单元包括：具有第一无源发光灯和第二无源发光灯的第一发光单元；具有多个自发光灯的第二发光单元；以及于导光装置，该导光装置将来自所述第二发光单元的入射光导向所述第一发光单元。
另一方面，一种用于LCD设备的背光单元包括：具有多个无源发光灯的第一发光单元；设置在第一发光单元第一侧并具有多个自发光灯的第二发光单元；插入所述第一发光单元与第二发光单元之间的导光板，该导光板用于将从所述第二发光单元入射的光导向所述第一发光单元；设置在所述第二发光单元第一侧的反射板；以及设置在所述第一发光单元的第二侧的光散射单元。
另一方面，提供了一种液晶显示设备，包括液晶面板和用于向该液晶面板提供照明的背光单元，其中背光单元包括：具有多个无源发光灯的第一发光单元；设置在所述第一发光单元的第一侧并具有多个自发光灯的第二发光单元；插入所述第一发光单元与第二发光单元之间的导光板，其用于将从第二发光单元入射的光导向所述第一发光单元；设置在所述第二发光单元的第一侧的反射板；以及设置在所述第一发光单元的第二侧的光散射单元。
应当理解上述的概括说明和下述的具体说明都是示例性和解释性的，意在提供对权利要求所要求的发明的进一步解释。
附图说明
包括附图以提供本发明的进一步理解，并且附图被并入和构成本说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1示出根据本发明实施例的液晶显示设备的示例性截面图。
图2示出根据本发明实施例的背光单元的示例性第一发光单元的示意图。
图3示出用于图2的第一发光单元的示例性无源发光灯。
图4示出根据本发明实施例的第一发光单元和第二发光单元中的无源发光灯和自发光灯的示例性排布的顶视图。
图5示出根据本发明另一实施例的液晶显示设备的示例性截面图。
图6示出根据本发明又一实施例的液晶显示设备的示例性截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明实施例的液晶显示设备的示例性截面图。参照图1，LCD设备包括液晶面板110和用于向该液晶面板110提供照明的背光单元150。液晶面板110包括彼此接合的薄膜晶体管(TFT)阵列基板110a和滤色器基板110b。在TFT阵列基板110a与滤色器基板110b之间设有液晶层(未示出)。
选通线(未示出)沿第一方向布置在TFT阵列基板110a上。数据线与选通线垂直相交以在TFT阵列基板110a上限定像素区的矩阵。在各个像素区都设有开关器件。在滤色器基板上形成有红色、绿色和蓝色滤色器层(也未示出)以与像素区相对应。还设有黑底(未示出)以防止滤色器层之间的漏光和防止穿过像素区的光线的色彩干扰。
在TFT阵列基板和滤色器基板的内表面处分别形成有像素电极(未示出)和公共电极(未示出)，用于向液晶层施加电场。通过控制公共电极与像素电极之间的电压差来改变液晶层中液晶分子的排列状态，从而分别控制各个像素区中的透光率。
背光单元150包括第一发光单元120和第二发光单元130。第一发光单元120包括作为光源的一个或更多个无源发光灯128。第一发光单元120的无源发光灯128可以包括诸如冷阴极荧光灯(CCFL)或热阴极荧光灯(HCFL)的荧光灯。第二发光单元130包括作为光源的一个或更多个自发光灯138。第二发光单元130的自发光灯138可以包括LED灯或者EL灯。
图2示出根据本发明实施例的背光单元的示例性第一发光单元的示意图。参照图2，第一发光单元120(图1中所示)包括设在外壳129中的无源发光灯128。相邻的无源发光灯128彼此隔开指定间隔。相邻的无源发光灯128之间的间隔可以是固定的。另选地，一对相邻的无源发光灯128之间的间隔可以与下一对的不同。
可以在外壳129的左侧和右侧设置孔129a用于保持无源发光灯128。各个无源发光灯128的左端和右端可以分别与外壳129的左侧和右侧处形成的孔129a接合。无源发光灯128可被排布为将光直接照射在液晶显示面板上以形成直下式背光单元。
图3示出根据本发明实施例的、用于图2的第一发光单元的示例性无源发光灯。参照图3，无源发光灯128包括填充有带电气体的玻璃管128b。在玻璃管128b的左端和右端设有电极128c，用于向玻璃管128b内部的带电气体施加外部电能(未示出)。在玻璃管128b的左端和右端分别设置引线128a。引线128a将对应的电极128c电连接到用于驱动发光灯128的驱动单元(未示出)上，诸如逆变器。
当向玻璃管128b的左端和右端处的引线128a施加电压时，玻璃管128b中的电子运动到灯128的阳极，并与氩原子碰撞，从而激发玻璃管128内部的氩气。因此，带电气体内的正离子的数量增加。带电气体中的正离子与灯128的阴极碰撞以产生二次电子。然后，所产生的二次电子流入玻璃管内，并与汞蒸气碰撞以产生电离气体，该电离气体发出紫外线和可见光。所发射的紫外线激发在灯的内壁上涂覆的荧光材料以发出可见光线，从而产生光。
回到图1，第一发光单元120包括光散射单元121，用于增强传到液晶面板110的光的均匀性。光散射单元121大致形成在无源发光灯128的上方。光散射单元121包括散射板123、第一和第二棱镜片125a和125b以及保护片127。第一和第二棱镜片125a和125b以及保护片127分别大致形成在散射板123的上方。第二棱镜片125a具有平整的第二表面和在内/外方向上褶皱的第一表面。第一棱镜片126b具有平整的第二表面和水平褶皱的第一表面。
散射板123散射来自灯128的入射光以避免由于光的局部集中而产生污点。此外，散射板123使传向第二棱镜片125a的光朝向与第二棱镜片125a的表面垂直的方向。第二棱镜片125a会聚沿着向内/向外方向朝向第一棱镜片125b传播的光。第一棱镜片125b会聚沿着水平方向朝向保护片127传播的光。由此，使得从散射板123向保护片127传播的光导向与与漫射板127垂直的方向。因此，穿过第一和第二棱镜片125a和125b传播的光可以沿着与保护片127的表面垂直的方向传播，以均匀地散布在保护片127的整个表面上，从而提高了液晶面板的亮度。
图4是示出根据本发明实施例的、在第一和第二发光单元中的无源发光灯和自发光灯的示例性排列的顶视图。参照图4，自发光灯138设置在相邻的无源发光灯128之间。自发光灯138可以分别包括红(R)灯138a、绿(G)灯138b和蓝(B)灯138c。连续的R灯138a、G灯138b和B灯138c以重复的形式排布，以在相邻的无源发光灯128之间形成一排自发光灯138。例如，自发光灯138a、138b和138c可以按照重复的R-G-B的形式设置以在一对相邻无源发光灯128之间形成一行自发光灯138。在本发明的其他实施例中，可以以其他形式形成，例如G-R-B和G-B-R。因此，分别从R灯138a、G灯138b和B灯138c发出的单色光被混合以产生白光。通过在无源发光灯128之间设置自发光灯138，防止了现有技术LED背光的缺点，诸如由于不均匀和LED劣化导致的亮度降低。
回到图1，可以在金属芯印刷电路板(MCPCB)131上形成自发光灯138。可以在自发光灯138的第二侧设置反射板133。可将反射板133设置在自发光灯138与MCPCB 131之间。反射板133将从自发光灯138入射的光反射向位于液晶显示设备上部的液晶面板110。反射板133可由具有优良反射性能的铝(Al)制成。
与诸如CCFL和HCFL的荧光灯相比，自发光灯138，尤其是LED灯，具有很好的亮度和色彩再现性。然而，当LED灯内部的温度升高时，LED灯138的输出亮度降低。因此，在MCPCB 131的第二表面设置散热板137以吸收来自灯138的热量并向外散热，以防止内部温度升高。由LED灯138产生的热量被反射板133吸收并被传递给MCPCB 131。传递给MCPCB 131的热量被外部的散热板137吸收并向外释放。
如图1中所示，在第一发光单元120与第二发光单元130之间设有导光板135。导光板135传输从自发光灯138向其入射的大部分光。导光板135由透明材料制成，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃基板和聚碳酸酯(PC)。
在自发光灯138的第一侧设有一个或更多个转向器(diverter)139。转向器139可以在与各个自发光灯138相对应的位置处形成。转向器139将从自发光灯138垂直入射的光横向散射，以改善进入导光单元135的光的均匀性。被转向器139散射的光的一部分被反射板133反射，以通过散射板123传输。转向器139可由例如PET或PC树脂制成。
如图1中所示，在本发明的实施例中，转向器139形成在导光板135的第二表面上。由于这种布置，自发光灯138与转向器139隔开一隔离距离，以隔离转向器139和自发光灯。因此，在导光板135与自发光灯138之间提供了更大的间距。
图5示出根据本发明另一实施例的液晶显示设备的示例性截面图。参照图5，转向器139可形成在导光板135的第一表面上。通过这种布置，消除了自发光灯138和转向器之间的隔离距离。因此，可以减小导光板135与自发光灯138之间的间隔。通过减小自发光灯138与导光板135之间的距离，可以减小背光单元的总厚度。
图6示出根据本发明又一实施例的液晶显示设备的示例性截面图。参照图6，在导光板135的第二表面上设置转向器139a。还在导光板135的第一表面上设置转向器139b。通过分别在导光板135的第二表面和第一表面上设置转向器139a和139b，可以进一步提高背光单元150的光效率。
根据本发明的各种实施例，背光单元包括第一和第二发光单元。第一发光单元包括诸如CCFL或HCFL的无源发光灯。第二发光单元包括诸如EL和LED的自发光单元。因此，由于第一发光单元而可以实现更高更均匀的亮度，并且由于第二发光单元而可以实现亮度的控制和高的色彩再现性。
根据本发明的各种实施例，背光单元既包括诸如CCFL或HCFL的无源发光灯，又包括诸如EL或LED的自发光灯。因此，LCD设备由于所实现的高且均匀的亮度以及高的色彩再现能力，可以提供高的图像质量。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备进行的各种修改和变型。因此，本发明意在覆盖此发明的修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等价物的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于液晶显示设备的背光单元，包括：
具有第一无源发光灯和第二无源发光灯的第一发光单元；
具有多个自发光灯的第二发光单元；以及
置于所述第一发光单元与第二发光单元之间的导光装置，其将来自所述第二发光单元的大部分入射光通过所述导光装置的整个表面传输至所述第一发光单元，从而将来自所述第一发光单元和所述第二发光单元的光提供给所述液晶显示设备的整个表面。
2.根据权利要求1所述的背光单元，其中所述自发光灯置于所述第一无源发光灯与第二无源发光灯之间。
3.根据权利要求2所述的背光单元，还包括置于各个自发光灯的第一侧处的转向器，该转向器用于横向散射从所述自发光灯入射的光。
4.根据权利要求3所述的背光单元，还包括置于所述自发光灯的第二侧处的反射器，该反射器用于将从所述自发光灯入射的光反射向所述导光装置。
5.根据权利要求4所述的背光单元，还包括设置在所述第一无源发光灯和第二无源发光灯上方的光散射部分。
6.根据权利要求5所述的背光单元，其中所述第一无源发光灯和第二无源发光灯均包括冷阴极荧光灯。
7.根据权利要求5所述的背光单元，其中所述第一无源发光灯和第二无源发光灯均包括热阴极荧光灯。
8.根据权利要求5所述的背光单元，其中各个所述自发光灯均包括电致发光灯。
9.根据权利要求5所述的背光单元，其中各个所述自发光灯均包括发光二极管。
10.根据权利要求3所述的背光单元，其中所述转向器置于所述导光装置的第二表面上。
11.根据权利要求3所述的背光单元，其中所述转向器置于所述导光装置的第一表面上。
12.根据权利要求3所述的背光单元，其中所述转向器包括置于所述导光装置的第二表面上的第二转向器和置于所述导光装置的第一表面上的第一转向器。
13.一种用于液晶显示设备的背光单元，包括：
具有多个无源发光灯的第一发光单元；
设置在所述第一发光单元下侧并具有多个自发光灯的第二发光单元；
插入所述第一发光单元与第二发光单元之间的导光板，该导光板用于将来自所述第二发光单元的大部分入射光通过所述导光板的整个表面传输至所述第一发光单元，从而将来自所述第一发光单元和所述第二发光单元的光提供给所述液晶显示设备的整个表面；
设置在所述第二发光单元下侧的反射板；以及
设置在所述第一发光单元的第二侧的光散射单元。
14.根据权利要求13所述的背光单元，其中各个所述无源发光灯均包括冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯之一。
15.根据权利要求13所述的背光单元，其中各个所述自发光灯均包括电致发光灯或发光二极管之一。
16.根据权利要求13所述的背光单元，还包括多个转向器，各个转向器置于对应一个所述自发光灯的第一部分处，这些转向器用于将垂直入射的光横向散射向所述导光板。
17.根据权利要求16所述的背光单元，其中在所述导光板的第一表面上形成有所述转向器。
18.根据权利要求16所述的背光单元，其中在所述导光板的第二表面上形成有所述转向器。
19.根据权利要求16所述的背光单元，其中在所述导光板的第一表面和第二表面上形成有转向器。
20.根据权利要求13所述的背光单元，其中所述导光板由聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃基板或聚碳酸酯中的一种制成。
21.根据权利要求13所述的背光单元，其中所述光散射单元包括：
散射板，用于散布从所述第一发光单元和第二发光单元入射的光；
棱镜片，用于增加在被传到所述散射板的第一部分之后而反射的光的前表面亮度；以及
置于所述棱镜片的第一部分上的保护片。
22.一种液晶显示设备，包括液晶面板和用于向该液晶面板提供照明的背光单元，其中该背光单元包括：
具有多个无源发光灯的第一发光单元；
设置在所述第一发光单元的第一侧并具有多个自发光灯的第二发光单元；
插入所述第一发光单元与第二发光单元之间的导光板，该导光板用于将来自第二发光单元的大部分入射光通过所述导光板的整个表面传输至所述第一发光单元，从而将来自所述第一发光单元和所述第二发光单元的光提供给所述液晶显示设备的整个表面；
设置在所述第二发光单元的第一侧的反射板；以及
设置在所述第一发光单元的第二侧的光散射单元。
23.根据权利要求22所述的液晶显示设备，其中各个所述无源发光灯均包括冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯之一。
24.根据权利要求22所述的液晶显示设备，其中各个所述自发光灯包括电致发光灯或发光二极管之一。
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