具体实施方式
下面参照表示本发明典型实施例的附图,更完整地描述本发明。
在附图中,为了清楚起见,放大了层的厚度和区域。在全文中相同的附图标记指相同的元件。应该理解,当元件例如层、薄膜、区域、基板或平板被称为“在”另一元件上时,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在插入元件。相反,当元件被称为“直接在”另一元件上时,不存在插入元件。
下面参照附图1-2描述根据本发明典型实施例的液晶显示器。
图1是根据本发明典型实施例用于LCD的背光组件的截面图,图2是图1所示的背光组件俯视图。
参照图1和图2,背光组件包括反射板10、与反射板10的表面间隔开预定距离并彼此基本平行排列的灯20、和设置在反射板10的与设置了灯20的那一侧相反侧的金属板传感单元30。但是,应该指出,金属板传感单元30可选择地位于反射板10和灯20之间。背光组件包括施加AC电压给灯20的逆变器(未示出)和控制逆变器的逆变器控制器(未示出)。
反射板10反射不朝着期望方向发射的光。被反射板10反射的光朝着期望方向改变方向,以提高光效率。
每个灯20发射可见光。例如,当充满灯20的放电气体通过施加到灯20的AC电压放电时,产生紫外光。紫外光与设置在灯内的荧光物质起反应。从而当返回到基态时,荧光物质的电子被激励并产生可见光。灯20优选外电极荧光灯(EEEL),其包括设置在每个灯20的外表面的暴露电极。但是,灯20可以包括冷阴极荧光灯(CCFL)和/或平板荧光灯(FFL)。
金属板传感单元30感测与每个灯20电压成比例的电压,并包括金属板传感器31和印刷电路板(PCB)32。在典型实施例中,金属板传感器31设置成每一个金属板传感器31大约对应于灯20之一。在PCB 32上形成将金属板传感器31感测的电压传输到控制器的信号线。在图1中,附图标记“d”表示每一个灯20和每一个相应金属板传感器31之间的距离。
下面详细描述根据本发明这个典型实施例用于LCD的背光组件的操作。
当AC电压AV施加到灯20的两端时,如图1和图2所示,灯20被接通而发光,从而每个灯20起电阻器的作用。大量电流流过每个灯20并感应金属板传感器31中的电流。在金属板传感器31中的感应电流形成称为激励电压的相应电压,其具有与AC电压AV成比例的幅度。因为灯20是使电流流过灯20的传导器,所以每一个灯20和每一个相应金属板传感器31起电容器作用。
如果灯20安装不稳定或坏了,灯20工作不正常。在这种情况下,在每一个金属板传感器31中相应于坏的或安装不稳定的灯的感应电流非常小或者不存在,从而激励电压非常小或不存在。同样,当AC电压AV不施加到灯20的两端,或灯20关断,或不正常安装或坏了时,由于寄生电容,金属板传感器31中的激励电压不存在或者是非常低的电压。因此,通过测量金属板传感器31的激励电压,可以判断灯20的工作状态。灯20的工作状态通过比较激励电压和预定参考电压来判断。
图3是根据本发明这个实施例在金属板传感器中受激励的电压的曲线图。
参照图3,参考电压Vref1定义为在整个温度范围内不变的预定量。例如,如果激励电压大于参考电压Vref1,逆变器控制器(未示出)则判断灯20正常工作。但是,如果激励电压小于参考电压Vref1,逆变器控制器则判断灯20关断。如果至少一个灯20没有关断并且激励电压小于参考电压Vref1,逆变器控制器则判断灯20不正常工作。因此,逆变器控制器关断所有灯20。
如上所述,根据本发明这个实施例,当通过给每个灯20施加AC电压AV操作灯20时,背光组件通过检测安装在每个灯20下面的金属板传感器31中的激励电压可以判断灯20的工作状态是否正常。
因此,当灯20没有正常安装或不正常工作时,施加给背光组件的AC电压AV切断,以降低在灯电极附近形成电弧的可能性和在组装过程中发生故障的可能性。
如果背光组件或灯20的温度升高,施加给灯20的AC电压AV则趋于降低。因此,激励电压降低。如果由于在组装背光组件过程中出现的故障,每个灯20和相应每一个金属板传感器31之间的距离不规则,或者由于在金属板传感器31中的缺陷,各个金属板传感器31的灵敏度彼此不同,激励电压则趋于降低。如图3所示,激励电压随着温度升高而降低。但是,即使在正常工作期间,在曲线所示激励电压附近的上限和下限之间会出现激励电压的变化。因此,在图3中用部分“C”表示,尽管灯20正常工作,但激励电压可以小于参考电压Vref1,从而造成逆变器控制器错误地判断灯20的工作状态为不正常。灯20的工作状态的错误判断是由参考电压Vref1被确定不变的特性造成的。
为了解决由于增加温度带来的相应问题,下面将描述根据本发明另一典型实施例的背光组件。
图4是根据本发明典型实施例的背光组件框图。此外,图5是图4的正常发光判断器的框图,图6是图5所示的正常发光判断器的电路图。
如图4到6所示,根据本发明这个实施例的背光组件包括逆变器200和电连接到灯L1-Ln的电流传感单元300,电连接到电流传感单元300的正常发光判断器400,电连接到正常发光判断器400和逆变器200的逆变器控制器500。
逆变器200根据来自逆变器控制器500的逆变器控制信号ICS,将逆变器工作电压VIN,其为DC电压,转换成AC电压。然后,逆变器200将AC电压施加给灯L1-Ln。响应于AC电压,控制每一个灯L1-Ln接通或关断和灯L1-Ln的亮度。
电流传感单元300响应于与来自灯L1-Ln的感应电流有关的激励电压产生传感信号VS。电流传感单元300将传感信号VS施加给正常发光判断器400。如图5所示,电流传感单元300包括金属板传感器M1-Mn和印刷电路板(PBC)320。金属板传感器M1-Mn响应于由于灯L1-Ln中的电流在金属板传感器M1-Mn中的感应电流产生激励电压。PCB 320包括传输来自金属板传感器M1-Mn的激励电压的信号线。每一个灯L1-Ln和每一个金属板传感器M1-Mn彼此间隔开距离“d”,如图1所示。
正常发光判断器400接收传感信号VS,通过比较传感信号VS和根据温度变化的参考电压,判断灯L1-Ln的工作状态是否正常,并产生判断信号DS施加给逆变器控制器500。
如图5和6所示,正常发光判断器400包括分压单元410、电连接到分压单元410的加法器420、DC电源440、电连接到加法器420和DC电源440的最大值选择器430、和电连接到最大值选择器430的与非(NAND)门电路450。
如图6所示,分压单元410包括基准电阻器R2和分压器DV1-DVn,分压器DV1-DVn连接到各个相应的金属板传感器M1-Mn并且每一个都具有电阻器R1。每一个分压器DV1-DVn利用电阻器R1和接地的基准电阻器R2,划分来自电流传感单元300的传感电压VS。
加法器420将来自分压单元410的电压相加。如图6所示,加法器420包括输入电阻器R3、反馈电容器C1、输出电容器C2和与反馈电容器C1并行电连接的反馈电阻器R4。电阻器R3和输出电容器C2接到地电压。加法器420还包括具有同相端(+)和反相端(-)、以及具有通过反馈电容器C1和反馈电阻器R4的负反馈连接的运算放大器AMP。
运算放大器AMP接收分压单元410的输出作为同相端(+)的同相输入,并在接地电压和偏压Vbias(偏压Vbias的幅度例如可以是大约12V)之间加偏压。因为加法器420的运算操作基本上与普通加法器相同,这里将省略加法器420的运算操作。
当来自加法器420的输出电压大于参考电压时,最大值选择器430将来自加法器420的输出电压施加到与非门电路450,用作与非门电路450的电源电压。如图6所示,最大值选择器430包括彼此并行电连接的二极管D1和D2。二极管D1和D2的输入端分别电连接到加法器420的输出电压和DC电源440,二极管D1和D2的输出端彼此连接。
当二极管D1没有被加法器420的输出电压接通时,DC电源440提供电源电压给与非门电路450。因此,与非门电路450以最小电源电压工作,即,DC电源440的电源电压。DC电压源440包括具有在电源电压Vdd和接地电压之间串行连接的第一电阻器R5和第二电阻器R6的分压器。在本典型实施例中,电源电压Vdd的幅度大约是5V,尽管电源电压Vdd的幅度不限于某个具体的值。
与非门电路450被在接地电压和最大值选择器430的输出电压之间加偏压,并产生来自每一个金属板传感器M1-Mn的输出电压的反相逻辑乘积,以作为判断信号DS输出。与非门电路450可以是CMOS逻辑门电路,另外,与非门电路450可以用另一种逻辑门电路例如与(AND)门电路来代替。
图4中的逆变器控制器500响应于来自正常发光判断器400的判断信号DS判断灯L1-Ln是接通还是关断。而且,逆变器控制器500对来自外部装置的调光控制电压Vdim进行脉冲宽度调制,以控制灯L1-Ln的接通和关断持续时间。此外,逆变器控制器500接收与来自逆变器200的输出电压有关的反馈信号VFB并产生控制逆变器200的逆变器控制信号ICS,从而使施加到灯L1-Ln上的总电流不变。
现在将详细描述根据本发明这个实施例的背光组件的操作。
首先,逆变器200响应于逆变器控制信号ICS将逆变器工作电压VIN转换成AC电压,以将AC电压施加到灯L1-Ln。灯L1-Ln通过AC电压接通,并且在每一个灯L1-Ln中的放电气体放电产生可见光。
电流传感单元300响应于每一个灯L1-Ln的电流而感测与金属板传感器M1-Mn中的感应电流有关的激励电压。如果灯L1-Ln正常工作,激励电压的幅度大于预定电压,从而激励电压的状态在高电平。在灯L1-Ln正常工作的时间内,激励电压的幅度例如是大约4.5V。如果灯L1-Ln工作不正常,例如,灯L1-Ln关断,激励电压的幅度小于预定电压,从而激励电压的状态在低电平。在灯L1-Ln工作不正常的时间内,激励电压的幅度例如大约是1.15V。结果,电流传感单元300将激励电压作为传感信号VS输出到正常发光判断器400。
当每一个灯L1-Ln正常发光时,正常发光判断器400的分压器410对来自电流传感单元300的电压进行分压,通过产生分压减少电压幅度。
所述的分压被施加给加法器420。加法器420将分压Vi(I=1,2,…n)相加,并且相加得到的电压表示加法器的输出电压Vo并且大约是 加法器420的输出电压Vo是每个分压器DV1-DVn输出电压的平均值,其中,例如,分压器的数量是n。在正常工作期间,加法器420的输出电压Vo是在高电平,并且提供给最大值选择器430。
最大值选择器430从DC电源440的输出电压和加法器420的输出电压Vo的两个值中选择较大值。例如,如果加法器420的输出电压Vo大于DC电源440的输出电压,那么最大值选择器430输出加法器420的输出电压Vo作为供给与非门电路450的电压。因为与非门电路450消耗的电流非常小,所以有可能通过施加从最大值选择器430输出的低电压驱动与非门电路450。
同时,当背光组件没有施加外部电源的电源电压时,金属板传感器M1-Mn的输出电压全为“0V”,从而加法器420的输出电压是0V。因此,最大值选择器430将DC电源440的电源电压施加给与非门电路450。在加法器420的输出电压Vo为0V的时间内,DC电源440的电源电压为大约2.5V到大约4.0V,作为由第一电阻器R5和第二电阻器R6限定的电压。但是,电源电压不限于2.5V和4V之间的值,可以改变。
当至少一个灯L1-Ln坏了或没有接通时,相应于金属板传感器M1-Mn的输出电压与正常状态相比变得很小。如上所述,如果灯L1-Ln正常工作,则金属板传感器M1-Mn的输出电压例如为大约4.5V,如果一个灯L1-Ln不正常工作,金属板传感器M1-Mn的输出电压则大约为1.15V。换言之,如果灯L1-Ln中的一个工作不正常,则金属板传感器M1-Mn的输出电压降低到相应于灯L1-Ln正常工作情况下的值的大约1/4。
如果灯L1-Ln中的一个关断,加法器420的输出电压Vo为 V是当所有灯L1-Ln正常接通时加法器420的输出电压。当灯L1-Ln的总数大于10时,来自加法器420的输出电压Vo的变化相对于输出电压V讲小于10%。
如果灯L1-Ln的总数大于10,则加法器420的输出电压Vo提供与非门电路450的电源电压,并且电源电压的半值,即,加法器420的输出电压Vo的一半,是与非门电路450的阈值电压。因此,当加法器420的输出电压Vo降低10%时,阈值电压降低5%。因此,加法器420的输出电压Vo变化不明显。换言之,尽管一个灯L1-Ln关断,与非门电路450也会正常工作。但是,与非门电路450接收每一个金属板传感器M1-Mn的输出电压作为输入电压。因此,当至少一个灯L1-Ln关断时,与非门电路450输出“0”或低电平的输出电压,以作为判断信号DS施加给逆变器控制器500。响应于判断信号DS,逆变器控制器500将控制信号传输给逆变器200,用于关断所有的灯L1-Ln。逆变器200通过接收低电平的判断信号DS来关断灯L1-Ln。
图7是根据本发明的本实施例在金属板传感器中受激励的电压和温度之间关系的曲线图。
如图7所示,响应于由于环境条件而使每一个灯L1-Ln或背光组件的温度升高,金属板传感器M1-Mn的输出电压与正常状态相比趋于降低。因此,如上所述,加法器420的输出电压Vo降低,从而造成通过最大值选择器430给与非门电路450的电源电压相应降低。结果,由于与非门电路450的阈值电压(或参考电压Vref2)降低,如由图7中用Vref2标记的曲线所表示的,没有发生由于温度上升而使所有灯L1-Ln关断的现象。
在组装背光组件的过程中,如果灯L1-Ln和金属板传感器M1-Mn之间的距离大于预定距离,可以应用上述实施例。此外,如果每一个金属板传感器M1-Mn的灵敏度彼此不同,也可以应用上述实施例。
图8是根据本发明典型实施例的LCD装置的框图。图9是根据本发明典型实施例的LCD装置的分解透视图。图10是图9所示的LCD装置的像素的等效电路图。
根据本发明典型实施例的LCD装置包括基本上与图4-7所示结构相同的背光组件。因此,进行与图4-7相同工作的元件用相同的附图标记表示,在此省略其详细描述。
参照图8,根据本发明这个实施例的LCD装置包括液晶(LC)板组件600、栅极驱动器700、电连接到LC板组件600的数据驱动器800、电连接到数据驱动器800的灰度电压发生器900、朝着LC板组件600发光的灯L1-Ln、连接到灯L1-Ln的逆变器200、感测相应于每一个灯L1-Ln的激励电压的电流传感单元300、连接到电流传感单元300的正常发光判断器400、电连接到正常发光判断器400和逆变器200的逆变器控制器500、以及控制上述元件的信号控制器1000。
参照图9,LCD装置还包括显示模块350,其包括显示单元1010和背光单元1020,和包含显示模块350的前壳1210和后壳1220。
显示单元1010包括LC板组件600、多个栅极带载式封装(tape carrierpackages,TCPs)或膜片上芯片(chip-on-film,COF)封装610和附接到LC板组件600的多个数据TCP 620,以及分别连接到栅极TCP 610和数据TCP 620的栅极印刷电路板(PCB)630和数据PCB 640。
LC板组件600包括下板601、上板602、和设置在下板601和上板602之间的液晶层603,如图10所示。如图8所示,LC板组件600包括显示信号线G1-Gn和D1-Dm,电连接到显示信号线G1-Gn和D1—Dm并且基本上是矩阵排列的多个像素。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm设置在下板601上,并包括传输栅极信号(也称为“扫描信号”)的栅极线G1-Gn和传输数据信号的数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn基本上沿行方向延伸并基本上彼此平行,而数据线基本上沿列方向延伸并基本上彼此平行。
每个像素包括连接到显示信号线G1-Gn和D1-Dm的开关元件Q,以及连接到开关元件Q的LC电容器CLC和存储电容器CST。如果不需要,存储电容器CST可以省略。
开关元件Q可以用设置在下板601上的薄膜晶体管TFT来实现。开关元件Q具有三个端:连接到栅极线G1-Gn之一的控制端;连接到数据线D1-Dm之一的输入端;和连接到LC电容器CLC和存储电容器CST的输出端。
LC电容器CLC包括设置在下板601上的像素电极604和设置在上板602上的公共电极605,作为其两个端子。设置在像素电极604和公共电极605之间的LC层603起LC电容器CLC的电介质的作用。像素电极604连接到开关元件Q,公共电极605被提供公共电压Vcom并覆盖上板602的整个表面。在图10所示的可替换实施例中,公共电极605可以设置在下板601上,两个电极604和605可以为棒形或条形。
存储电容器CST是LC电容器CLC的辅助电容器。存储电容器CST包括像素电极604和一个单独的信号线,该线号线设置在下板601上,经绝缘体重叠在像素电极604上,并提供预定电压诸如公共电压Vcom。另外,存储电容器CST包括像素电极604和称为预先栅极线的相邻栅极线,其经过绝缘体重叠在像素电极604上。
对于彩色显示器,每个像素仅表示一种原色(即,空间分量)或每个像素依次连续表示各原色(即,时间分量),使得原色的空间和时间的总和被识别为期望的颜色。一组原色的示例包括红色、绿色和蓝色。图10示出空间分量的实例,其中每个像素包括表示在上板602面对像素电极604的区域中的一种原色的彩色滤光片606。可替代地,彩色滤光片606可以设置在下板601上的像素电极604之上或之下。
一块或多块偏光片(未示出)安装在下板601和上板602的至少一个上。
灰度电压发生器900设置在数据PCB640上并产生两组与像素透射率有关的灰度电压。第一组灰度电压相对公共电压Vcom为正极性,而第二组灰度电压相对公共电压Vcom为负极性。
栅极驱动器700包括安装在各个栅极TCP 610上的多个集成电路(IC)芯片。栅极驱动器700电连接到LC板组件600的栅极线G1-Gn,并合成来自外部装置的一栅极接通电压Von和一栅极关断电压Voff,以产生施加给栅极线G1-Gn的栅极信号。
数据驱动器800包括安装在各个数据TCP 620上的多个IC芯片。数据驱动器800电连接到LC板组件600的数据线D1-Dm,并且将选自从灰度电压发生器900提供的灰度电压的数据电压施加给数据线D1-Dm。
根据本发明典型实施例,栅极驱动器700或数据驱动器800的IC芯片安装在下板601上。根据另一典型实施例,驱动器700和800中的一个或两个与其它元件一起结合到下板601。在这样的一些实施例中可以省略栅极PCB630和/或栅极TCP 610。
背光单元1020设置在LC板组件600的下面,并包括散射板1021和至少一个设置在灯L1-Ln下面的光学薄片1022。散射板1021将灯L1-Ln的光引导和漫射到LC板组件600,而光学薄片1022将漫射的光引导向灯L1-Ln。背光单元还包括设置在灯L1-Ln下面并将灯L1-Ln的光朝LC板组件600反射的反射器1023。背光单元还包括固定显示模块350的上框架1024和下框架1025。
灯L1-Ln优选包括具有暴露在灯L1-Ln的外表面上的电极的外电极荧光灯(EEFL)。但是,灯L1-Ln可以包括冷阴极荧光灯(CCFL)和平板荧光灯(FFL)。灯L1-Ln的数量取决于对期望的LCD装置工作特性的考虑。
逆变器200、电流传感单元300、正常发光判断器400和逆变器控制器500可以安装在分开的逆变器PCB(未示出)上或设置在栅极PCB 630或数据PCB 640上。
信号控制器1000控制栅极驱动器700和数据驱动器800,并设置在数据PCB 640或栅极PCB 630上。信号控制器1000产生控制信号,以控制栅极驱动器700和数据驱动器800。
现在,参照图8-10来详细描述LCD装置的操作。
参照图8,信号控制器1000被提供输入图像信号R、G和B和输入控制信号,以控制LCD装置的显示。输入控制信号例如包括来自外部图形控制器(未示出)的垂直同步信号Vsync、水平同步信号Vsync、主时钟MCLK和数据使能信号DE。在产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2,并响应于输入控制信号和输入图像信号R、G和B处理适于板组件600的操作的输入图像信号R、G和B之后,信号控制器1000提供用于栅极驱动器700的栅极控制信号CONT1、以有用于数据驱动器800的已处理图像信号DAT和数据控制信号CONT2。
栅极控制信号CONT1包括用于指令栅极驱动器700启动扫描的扫描启动信号STV和至少一个用于控制栅极接通电压Von的输出时间的时钟信号。栅极控制信号CONT1还包括用于限定栅极接通电压Von的持续时间的输出使能信号OE。
数据控制信号CONT2包括用于告知数据驱动器800启动像素组数据传输的水平同步启动信号STH,用于指令数据驱动器800将数据电压施加给数据线D1-Dm的加载信号LOAD,和数据时钟信号HCLK。数据控制信号CONT2还包括用于逆转数据电压(相对公共电压Vcom)极性的逆转信号RVS。
响应于信号控制器1000的数据控制信号CONT2,数据驱动器800接收来自信号控制器1000的用于像素组的已处理图像信号DAT的信息包,将已处理图像信息DAT转换成选自从灰度电压发生器900提供的灰度电压的模拟数据电压,并将该数据电压施加到数据线D1-Dm。
响应于信号控制器1000的栅极控制信号CONT1,栅极控制器700将栅极接通电压Von施加给栅极线G1-Gn,从而接通连接到栅极线G1-Gn的开关元件Q。施加给数据线D1-Dm的数据电压通过被接通的开关元件Q提供给像素。
施加给像素的数据电压和公共电压Vcom之间的差被表示为LC电容器CLC的充电电压,即,像素电压。液晶分子具有取决于像素电压幅度的取向,并且其取向决定通过LC层603的光的偏振。偏振变化通过偏振片转换成光透射率的变化。
以每个水平周期单元(其用“1H”表示,等于水平同步信号Hsync和数据使能信号DE的一个周期)重复上述过程,在帧期间所有栅极线G1-Gn被顺序提供栅极接通电压Von,从而顺序将数据电压施加给所有像素。当结束一帧后启动下一帧时,控制施加给数据驱动器800的逆变控制信号RVS,使得数据电压的极性逆转(其称为“帧逆转”)。也可以控制逆转控制信号RVS,使得流经一帧数据线的数据电压极性反转(例如,行逆转和点逆转),或使得一个信息包的数据电压极性反转(例如,列逆转和点逆转)。
根据本发明的典型实施例,因为彼此并行连接的灯的极性由一个逆变器控制,所以相关的成本降低,且背光组件的体积和重量减小。因此,与背光组件相关的产品总的体积和重量也减小。
另外,彼此并行连接并且由一个逆变器控制的灯可以设置成最接近感测灯工作状态的金属板传感器,并允许响应于工作状态控制灯的操作。
尽管参照典型实施例详细描述了本发明,但应该理解,本发明不限于公开的实施例,相反,涵盖了在附加权利要求的精神和范围内所包括的各种变型和等效装置。