CN100419539C - 背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备 - Google Patents

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Abstract

提供了LCD设备的背光单元。该背光单元包括：发光单元、导光板、反射板和光散射单元。发光单元具有产生绿光的无源发光型灯以及产生红光和蓝光的自发光型灯。导光板设置在无源发光型灯和自发光型灯之间。导光板将自发光型灯发出的红光和蓝光进行混合并将混合后的光引导到其上侧。反射板设置在自发光型灯的下方。另外，光散射单元设置在无源发光型灯的上方。

Description

背光单元和具有该背光单元的液晶显示设备
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)设备，更具体地，涉及一种提高LCD的亮度和色彩再现质量的背光单元以及具有该背光单元的LCD设备。
背景技术
通常，LCD设备包括：相互面对的薄膜晶体管(TFT)阵列基板和滤色器基板；具有形成在两个基板之间的液晶层的液晶显示板；用于驱动液晶板的驱动单元；以及用于向液晶板提供光的背光单元。
所述TFT阵列基板包括：其间具有间隔地垂直排列的多条数据线；其间具有间隔地水平排列的多条选通线；以及在数据线和选通线的各个交叉处限定的像素，从而使得像素形成为阵列形式。
所述滤色器基板包括在与像素相对应的位置处形成的红色、绿色和蓝色滤色器层。而且，该滤色器还具有用于防止滤色器之间漏光的黑底。黑底防止穿过像素的光的颜色干扰。
公共电极和像素电极分别面对滤色器基板和TFT阵列基板的内表面。公共电极和像素电极向液晶层施加电场。这里，根据各个像素将像素电极形成在TFT阵列基板上，将公共电极一体地形成在滤色器基板的表面上。可以通过控制施加到像素电极上的电压来控制液晶分子在液晶层中的排列。因此，可以通过控制施加到像素电极上的电压来个别地控制像素的透光率。
背光单元向LCD设备提供光。当从背光单元发射的光穿过液晶层时，液晶的排列控制透光率，从而显示图像。一般具有两种类型的背光单元，边缘型背光单元和直接型背光单元。背光单元的类型取决于用作光源的灯的位置。
在边缘型背光单元中，将灯设置在液晶板的一侧或两侧。利用导光板将灯产生的光投射到液晶板的屏幕上。
直接型背光单元包括多个排列成行的荧光灯，并向液晶板的表面照射光。因为液晶板的尺寸已增大到20英寸以上，所以将更多的重点放到开发直接型背光单元。直接型背光单元比边缘型背光单元更有效率。因此，直接型背光单元一般用于要求高亮度的应用中，诸如大屏幕LCD设备。
一般将CCFL(冷阴极荧光灯)、HCFL(热阴极荧光灯)、EL(电致发光器)、LED(发光二极管)等用作现有技术的背光单元中的光源。另外，在这些光源中，CCFL和LED灯是最常用的。
然而，尽管荧光灯具有一般情况下高且均匀的亮度，但是荧光灯的色彩再现差。另外，尽管LED或EL灯可以控制局部亮度并可以实现高质量色彩再现，但是在与CCFL相比较时LED和EL灯的亮度和均匀性差。
发明内容
因此，本发明致力于一种背光单元以及具有该背光单元的液晶显示设备，其基本上克服了由于现有技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供一种液晶显示(LCD)设备的背光单元，该背光单元能够实现高亮度和高质量的色彩再现。
本发明的另一优点是提供一种能够实现高亮度和高质量色彩再现的LCD设备。
本发明的其它特征和优点将在下面的描述中阐明，其部分地根据该描述而明了，或者可以通过本发明的实施而得知。通过在所写说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构，将实现并获得本发明的优点。
为了实现这些和其它优点，并根据本发明的目的，正如这里实施和广泛描述的，提供了一种LCD设备的背光单元，其包括：发光单元、导光板、反射板和光散射单元。发光单元包括产生绿光的无源发光型灯以及产生红光和蓝光的自发光型灯。导光板设置在无源发光型灯和自发光型灯之间。导光板将自发光型灯发出的红光和蓝光进行混合。另外，导光板将混合后的光引导到该导光板的上侧。反射板设置在自发光型灯的下方。光散射单元设置在无源发光型灯的上方。
为了实现以上优点，还提供了一种液晶显示(LCD)设备，其包括液晶板和向该液晶板提供光的背光单元。该背光单元包括具有产生绿光的无源发光型灯以及产生红光和蓝光的自发光型灯的发光单元。该背光单元还具有设置在无源发光型灯和自发光型灯之间的导光板。该导光板将自发光型灯发出的红光和蓝光进行混合并将混合后的光引导到该导光板的上侧。另外，背光单元具有设置在自发光型灯下方的反射板和设置在无源发光型灯上方的光散射单元。
此外，公开了一种液晶显示(LCD)设备。该LCD设备包括液晶板；背光单元，包括：具有无源发光型灯的第一发光单元；以及具有自发光型灯的第二发光单元；介于第一发光单元和第二发光单元之间的导光板；位于自发光型灯下方的反射板；以及换向器，其设置在自发光型灯的上方，并将从自发光型灯垂直入射的光向侧部散射。
应该理解，上述的概述说明和以下的详细说明都是示例性和解释性的，旨在提供对所要保护的本发明的进一步的理解。
附图说明
包含附图以提供对本发明的进一步的理解，将其并入并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的示例并与说明一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1示出了根据本发明的液晶显示(LCD)设备；
图2示出了根据本发明的背光单元的第一发光单元的第一灯；
图3示出了图1中的LCD的第一灯和第二灯的位置；
图4示出了根据本发明的另选实施例的灯排列；
图5是根据现有技术的产生白光的荧光灯的光谱的曲线图；以及
图6是根据本发明的背光的光谱的曲线图。
具体实施方式
下面将详细参照本发明的实施例，在附图中示出了其示例。
图1示出了根据本发明的液晶显示(LCD)设备。图2示出了根据本发明的背光单元的第一发光单元的第一灯。图3示出了图1中的LCD的第一灯和第二灯的位置。
首先，如图1所示，根据本发明的LCD设备100可包括具有薄膜晶体管(TFT)阵列基板110a、滤色器基板110b以及形成在薄膜晶体管(TFT)阵列基板110a和滤色器基板110b之间的液晶层(未示出)的液晶板110。另外，LCD设备100包括用于向液晶板110提供光的背光单元150。
尽管未示出，但是在TFT阵列基板110a上形成有沿第一方向排列的多条选通线和与选通线垂直交叉以限定按阵列形式排列的多个像素区域的多条数据线。此外，TFT阵列基板包括用于开关各个像素的开关器件。
在滤色器基板110b上对应于像素的位置处形成有红色、绿色和蓝色滤色器层。滤色器基板110b还包括黑底，用于防止滤色器之间的漏光和穿过像素的光的颜色干扰。
用于向液晶层施加电场的像素电极和公共电极分别形成在TFT阵列基板110a和滤色器基板110b的内表面上。通过改变液晶层中的液晶分子的排列来个别地控制像素的透光率。通过在公共电极和像素电极之间施加电压来控制液晶分子的排列。
背光单元150可包括具有无源发光型第一灯128的第一发光单元120和具有自发光型第二灯138的第二发光单元130。可以将第一发光单元120的无源发光型第一灯128形成为CCFL(冷阴极荧光灯)或HCFL(热阴极荧光灯)。如图2所示，在直接法(direct method)中，无源发光型第一灯128包括在充满放电气体的玻璃管151的两端处形成的外置电极152a和152b。外置电极152a和152b施加外部电能。外置电极152a和152b通常与逆变器153相连。
当通过外置电极152a和152b施加电压时，玻璃管151中的电子向阳极(未示出)运动并与氩碰撞以将其激发。激发时，正离子量增加并与阴极碰撞，从而放出二次电子。当被释放的二次电子开始在玻璃管中放电时，电子与汞蒸气碰撞，从而导致发出紫外线和可见光的电离作用。所发出的紫外线对涂覆在灯内壁上的荧光材料进行激发以发出可见光线，从而产生绿光。
尽管未示出，但是无源发光型第一灯128是以特定间隔设置的，且其两端被固定在形成在外壳两侧处的孔中。无源发光型第一灯128包括在充满放电气体的玻璃管的两端处的、施加外部电能(未示出)的电极。无源发光型第一灯128还包括与该电极相连的引线。因为该引线与逆变器(未示出)(其使得该引线与驱动电路相连)相连，所以每个灯都需要逆变器。
将参照图1来说明第一发光单元120。在无源发光型第一灯128的上部形成有用于提高透射到液晶板110的光的均匀性的光散射单元140。光散射单元140包括漫射板123、分别形成在漫射板123的上部的第一棱镜片125a、第二棱镜片125b、和保护片127。
在无源发光型第一灯128的上部形成的漫射板123对从无源发光型第一灯128入射的光进行散射，使得不会产生由于局部聚光所导致的模糊、斑点等。另外，漫射板123改变朝第一棱镜片125a传播的光的方向，使得光沿着与棱镜片125a垂直的方向传播。第一棱镜片125a具有平坦的下表面和折痕(crease)沿第一方向的褶皱表面(pleated surface)，该折痕相对于第一棱镜片125a上下延伸。第二棱镜片125b具有平坦的下表面和折痕沿第二方向的褶皱表面，该折痕相对于第二棱镜片125b左右延伸，其中第一和第二方向相互垂直。第一棱镜片125a对沿上下方向朝第二棱镜片125b传播的光进行收集，第二棱镜片125b对沿左右方向朝保护片127传播的光进行收集，使得从漫射板123向保护片127传播的光改变为沿着相对于保护片127垂直的方向传播。因此，穿过第一棱镜片125a和第二棱镜片125b的光沿着相对于保护片127垂直的方向传播，使得光均匀地分布到保护片127的表面上，从而提高整体亮度。
第二发光单元130的自发光型第二灯138可以为LED灯或EL灯。如图3所示，自发光型第二灯138设置在无源发光型第一灯128之间。
自发光型第二灯138包括以连续的、其间具有间隔的方式成直线地设置的R(红色)灯138a和B(蓝色)灯138b灯。
交替地设置自发光型第二灯138和无源发光型第一灯128。当自发光型第二灯138发出的光与无源发光型第一灯128发出的光混合时，形成白光。即，分别从R灯138a和B灯138b发出的红光和蓝光与无源发光型第一灯128发出的绿光混合，从而向液晶板110提供白光。
如图4所示，一个第二灯238可以设置在两个第一灯228之间。更具体地，可以针对每个第二灯238提供两个第一灯228，其中第二灯238的R灯238a和B灯238B相互对齐成为一行，如图4所示。
当第二灯238具有两个与其相关联的第一灯228时，绿光的强度增加并且整体亮度增加。此外，这里，第二灯238发出的红光和蓝光与第一灯228发出的绿光混合，从而向液晶板提供白光。
将参照图1来说明第二发光单元130。
在金属芯印刷电路板(MCPCB)131上形成自发光型第二灯138。另外，反射板133位于自发光型第二灯138和MCPCB 131之间。反射板133将在反射板133的底部散射的光反射到反射板133的上部。在本发明的实施例中，反射板133可由铝(Al)或其它任何具有反射特性的材料制成。
与荧光灯(CCFL和HCFL)相比，诸如LED灯的自发光型灯具有更好的亮度和色彩再现属性。然而，随着LED灯的内部温度的升高，其输出亮度降低。因此，可以在MCPCB 131的下表面设置散热板137以将热量从灯138导走，从而使灯138的内部温度的上升最小。即，当LED灯产生光时而在LED内部产生的热量导向了反射板133和MCPCB 131。由MCPCB131吸收的热量随后导向外部散热板137，热量从该外部散热板137释放。
导光板135设置在第一发光单元120和第二发光单元130之间。导光板135使从自发光型第二灯138入射的光透射而穿过导光板135。在一个实施例中，导光板135可由诸如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃基板或PC(聚碳酸酯)的透明材料制成。
换向器(diverter)139设置在自发光型第二灯138的上侧。换向器139散射垂直入射到该侧的光，从而改善光的均匀性。反射板133对经换向器139散射的一部分光进行反射，从而使光透射通过漫射板123。换向器139与各个自发光型第二灯138对准。此外，将换向器139设置在导光板135的下表面。另选地，可以将换向器139设置在导光板135的上表面上。
当换向器130形成在导光板135的上表面上时，可减少导光板135和自发光型第二灯138之间的间隔。具体地，自发光型第二灯138和换向器139可分开一间隔，并且如图1所示，如果将换向器139设置在自发光型第二灯138的正上部，则获得自发光型第二灯138和换向器139之间的距离。
其间，如果换向器139设置在导光板135的上表面上，则导光板135使自发光型第二灯138和换向器139隔离。因此，可以减小导光板135与自发光型第二灯138之间的距离。
上述LCD设备结构在无源发光型第一灯128产生绿光的情况下促进了高亮度和分子亮度均匀性。此外，因为自发光型第二灯138产生红光和蓝光，所以上述LCD设备结构能得到高质量的色彩再现。
产生白光的荧光灯在绿色波段中具有最高的色彩再现。因此，可以使用产生绿光的无源发光型第一灯128。
图5示出了根据现有技术的产生白光的荧光灯的光谱的曲线图。
如曲线图所示，从荧光灯产生的白光划分成R、G和B波段。G波段(530nm～560nm)具有单峰值，而R波段(580nm～630nm)和B波段(400nm～480nm)具有多峰值。在G波段的峰值的一半大小的点处的半最大值全宽度(FWHM)值不超过约10nm，而R和B波段的FWHM值是30nm或更大，所以G波段具有最大清晰度。这里，具有单峰值和小FWHM值表示高质量的色彩再现。此外，G波段的波形具有与LED或EL的波形相似的FWHM值。
因此，在本发明中，使用了产生在R、G和B波段中具有最大锐度(即清晰度)的绿光的荧光灯，并将其与产生红光和蓝光的自发光型灯组合。因此，针对R、G和B色，根据本发明的荧光灯具有高色彩再现特性。
例如，如图6所示，曲线示出了根据从无源发光型第一灯128和第二灯(R和B灯)产生的光的波长的强度和FWHM，从无源发光型第一灯128产生的“G”波段、从R灯138a产生的R波段、以及从第二灯的B灯138b产生的B波段的这些所有波段都具有20nm或更小的FWHM值。
因此，因为R、G和B波段是锐利的(清晰的)，所以可以实现高质量的色彩再现，并可通过荧光灯(第一灯)来控制整体亮度。
因此，本发明提供了一种具有高亮度、高色彩再现质量和高图像质量的LCD设备。
本领域的技术人员显然可以在不违背本发明的精神或范围的情况下对本发明进行各种改进和变型。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对于本发明的所有改进和变型。

Claims (17)

1. 一种液晶显示设备的背光单元，其包括：
发光单元，其包括：
产生绿光的无源发光型灯；以及
产生红光和蓝光的自发光型灯；
设置在无源发光型灯和自发光型灯之间的导光板，该导光板将从自发光型灯发出的红光和蓝光进行混合，并将混合后的光引导到该导光板的上侧；
设置在自发光型灯下方的反射板；以及
设置在无源发光型灯上方的光散射单元。
2. 根据权利要求1所述的背光单元，其中无源发光型灯为冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯。
3. 根据权利要求1所述的背光单元，其中自发光型灯为电致发光灯或发光二极管。
4. 根据权利要求1所述的背光单元，还包括：
换向器，其设置在自发光型灯的上方，并将从自发光型灯垂直入射的光向侧部散射。
5. 根据权利要求4所述的背光单元，其中换向器设置在导光板的背面，并与自发光型灯对准。
6. 根据权利要求1所述的背光单元，其中光散射单元包括：
漫射板，用于使无源发光型灯和自发光型灯入射的光分散；
棱镜片，用于提高被透射到漫射板的上部的光的前侧亮度；以及
设置在棱镜片的上部的保护片。
7. 一种液晶显示设备，包括：
液晶板；以及
背光单元，用于向液晶板提供光，背光单元包括：
发光单元，其包括产生绿光的无源发光型灯以及产生红光和蓝光的自发光型灯；
设置在无源发光型灯和自发光型灯之间的导光板，该导光板将从自发光型灯发出的红光和蓝光进行混合，并将混合后的光引导到该导光板的上侧；
设置在自发光型灯下方的反射板；以及
设置在无源发光型灯上方的光散射单元。
8. 根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中无源发光型灯为冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯。
9. 根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中自发光型灯为电致发光灯或发光二极管。
10. 根据权利要求7所述的液晶显示设备，还包括：
换向器，其设置在自发光型灯的上方，并将从自发光型灯垂直入射的光向侧部散射。
11. 根据权利要求10所述的液晶显示设备，其中换向器设置在导光板的背面，并与自发光型灯对准。
12. 根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中光散射单元包括：
漫射板，用于使无源发光型灯和自发光型灯入射的光分散；
棱镜片，用于提高被透射到漫射板的上部的光的前侧亮度；以及
设置在棱镜片的上部的保护片。
13. 一种液晶显示设备，其包括：
液晶板；
背光单元，包括：
具有无源发光型灯的第一发光单元；以及
具有自发光型灯的第二发光单元；
介于第一发光单元和第二发光单元之间的导光板；
位于自发光型灯下方的反射板；以及
换向器，其设置在自发光型灯的上方，并将从自发光型灯垂直入射的光向侧部散射。
14. 根据权利要求13所述的液晶显示设备，其中无源发光型灯为冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯。
15. 根据权利要求13所述的液晶显示设备，其中自发光型灯为电致发光灯或发光二极管。
16. 根据权利要求13所述的液晶显示设备，其中换向器设置在导光板的背面，并与自发光型灯对准。
17. 根据权利要求13所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括设置在所述无源发光型灯上方的光散射单元，其中所述光散射单元包括：
漫射板，用于使从第一和第二发光单元入射的光分散；
棱镜片，用于在光被透射到漫射板的上部之后，提高被反射的光的前侧亮度；以及
设置在棱镜片的上部的保护片。
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