CN100465731C - 线光源和使用其的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于显示装置的线光源和使用其的背光单元。所述线光源包括：照明杆，发射用在所达显示装置中的光，所述照明杆包括在所述照明杆的长度方向上彼此相对的端部分；所述照明杆包括荧光材料或磷光材料；以及发光二极管，设置于所述照明杆的每个端部分上，其中，所述照明杆的端部分的每个相对于所述照明杆的垂直轴以预定的倾斜角倾斜。

Description

线光源和使用其的背光单元
技术领域
本发明涉及一种用于显示图像的装置的光源和使用其的背光单元。
背景技术
用于显示图像的装置，诸如电视接收器、计算机显示器等，其被分为能够自发射的自发光显示装置和需要分开的光源的光接收显示装置。发光二极管(LED)、电致发光(EL)、真空荧光显示器(VFD)、场发射显示器(FED)和等离子体显示屏(PDP)装置等属于自发光显示装置类，而液晶显示(LCD)装置等则属于光接收显示装置类。
一般地，LCD装置包括一对在其的内表面上独立地具有电极的屏，和设置于屏之间的介电的各向异性液晶层。在LCD装置中，场产生电极之间的电压差的变化，即，由电极产生的电场强度的变化改变了透过液晶层的光的透射率，且由此通过控制电极之间的电压差从而获得期望的图像。
在LCD装置中，光可以是自然光或从LCD装置中分开使用的光源发射的人造光。
背光单元是将人造光提供给LCD装置的代表装置。发光二极管(LED)或诸如冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)的荧光灯等可以被用作背光单元的光源。
LED因为不使用汞(Hg)所以具有环保(Eco friendly)特性且由于其稳定的特性，其工作寿命大于大多数其它光源的寿命。因为至少这些原因，所以LED可以被用作下一代光源。
但是，从LED发射的光趋于被会聚到显著窄的区域。为了将这样的LED应用到表面光源，因此在该领域中需要一种能够将来自LED的光分布到更宽的区域的技术。为了这个原因，在该装置中可以进一步提供仅用于均匀地分布这样的光的空间。在直接型背光中，这样的空间可以增加背光的厚度，而且在边缘型背光中的LCD屏的两侧形成死空间(dead space)。因此，施加这样的空间与制造紧凑、薄和轻LCD装置的设计是不一致的。
发明内容
本发明的技术目的是减小利用LED作为光源的边缘型背光单元中的死空间。
为了实现该目的，本发明利用了在其端部分具有LED的照明杆。
更具体而言，根据本发明的一个方面，提供有一种线光源，包括:照明杆，在所述照明杆的长度方向上具有彼此相对的端部分；以及设置于照明杆的每个端部分的发光二极管，其中，照明杆的端部分每个相对于其垂直轴以预定的倾斜角倾斜。
在该结构中，倾斜角形成于照明杆的每个端部分的表面和照明杆的垂直轴之间，且可以通过sin-1(S/L)的等式获得，其中，L是照明杆的纵长的长度且S是照明杆的横截长度。
荧光或磷光材料可以被包括于照明杆中且遍及整个照明杆被基本均匀地分布。在另一实施例中，荧光或磷光材料可以在照明杆的中心部分更加稠密地集聚，而在远离中心部分的方向上更加稀少地集聚。
照明杆可以具有四边形柱的形状，且端部分每个可以如三角棱状耳突起。
根据本发明的另一方面，提供有一种线光源，包括:具有彼此相对的端部的照明杆；和设置于照明杆的每个端部的发光二极管，其中，荧光或磷光材料被包括于照明杆中，且在照明杆的中心部分更加稠密地集聚，而在远离中心部分的方向上更加稀少地集聚。
在该结构中，照明杆的端部可形成为相对于其垂直轴以预定的倾斜角倾斜。在此情况下，倾斜角形成于照明杆的每个端部分的表面和照明杆的垂直轴之间，且可以通过sin-1(S/L)的等式获得，其中，L是照明杆的纵长的长度且S是照明杆的横截长度。
根据本发明的又一个方面，提供有一种背光单元，包括:具有彼此相对的端部的照明杆；设置于照明杆的每个端部的发光二极管；用于容纳照明杆和发光二极管的盖；和设置相邻于照明杆的光导板，所述光导板的一侧与照明杆的一侧接触。
背光单元可以还包括设置于盖的外侧的引线，用于将功率提供给发光二极管。可以将引线通过形成于盖的端部分的引线切口连接到发光二极管。
包括于照明杆中的荧光或磷光材料在照明杆的中心部分可更加稠密地集聚，而在远离中心部分的方向上更加稀少地集聚。
盖将从照明杆发射的光反射回光导板。
附图说明
参考附图，通过详细描述其示范性实施例，本发明的上述和其它的目的和优点将变得更加明显易懂。
图1是根据本发明的LCD装置的示范性实施例的方块图；
图2是示出根据本发明的LCD装置的示范性实施例的分解透视示意图；
图3是根据本发明的LCD装置的像素单元的示范性实施例的等效电路图；
图4是示出根据本发明的背光单元的示范性实施例的分解透视示意图；
图5是示出根据本发明的背光单元的另一示范性实施例的分解透视示意图；
图6是根据本发明的照明杆345的示范性实施例的横截面图。
图7是示出根据本发明的背光单元的又一示范性实施例的分解透视示意图；
图8是示出根据本发明的背光单元的又一示范性实施例的局部分解透视示意图。
具体实施方式
现将参考显示本发明的示范性实施例的附图在其后更加全面地描述本发明的示范性实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里阐释的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，且向那些本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。
在附图中，为了清晰放大了层、膜和区域的厚度。通篇相似的标记指示相似的元件。可以理解当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或还可以存在中间的元件。相反，当元件称为“直接”在另一元件“上”时，则没有中间元件存在。
其后，将参考附图详细描述根据本发明的示范性实施例的显示装置的光源装置的驱动系统。
图1是根据本发明的LCD装置的示范性实施例的方块图，图2是示出根据本发明的LCD装置的示范性实施例的分解透视示意图，且图3是根据本发明的LCD装置的像素单元的示范性实施例的等效电路图。
参考图1，根据本发明的LCD装置的示范性实施例包括:LC屏组件300、以及连接到LC屏组件300的栅极驱动器400和数据驱动器500。LCD装置还包括:连接到数据驱动器400的灰度电压产生器800、用于将光提供给LC屏组件300的光源部分910、用于控制光源部分910的光源驱动器920和用于控制栅极驱动器400和数据驱动器500的信号控制器600。
参考图2，根据本发明的示范性实施例的LCD装置包括:显示单元和背光单元340、前壳体361和用于容纳和支撑模框364的后壳体362。
显示单元包括:LC屏组件350、贴附于LC屏组件350的栅极带载封装(TCP)和数据TCP510以及单独地贴附于相应的TCP510的栅极印刷电路板(PCB)和数据PCB550。
在图2和图3显示的结构中，LC屏组件300包括彼此面对的下屏100和上屏200，以及插入其之间的LC层3。在图1和图3所示的等效电路中，LC屏组件300包括多条显示信号线G1-Gn和D1-Dm和多个连接于其且基本排列为矩阵的像素。
在下屏100上设置显示信号线G1-Gn和D1-Dm且包括用于传输栅极信号(也称作“扫描信号”)的多条栅线G1-Gn和用于传输数据信号的多条数据线D1-Dm。栅线G1-Gn基本在LC屏组件300的行方向上延伸且基本彼此平行。数据线D1-Dm基本在LC屏组件300的列方向上延伸且基本彼此平行。
在一个示范性实施例中，每个像素包括:连接到显示信号线G1-Gn和D1-Dm中相应一种的开关元件Q、LC电容器CLC和存储电容器CST。将LC和存储电容器CLC和CST电连接到开关元件Q。在替换的示范性实施例中，可以省略存储电容器CST。
开关元件Q，其可以是薄膜晶体管(TFT)，被提供在下屏100上。开关元件Q具有三端:连接到一条栅线G1-Gn的控制端；连接到一条数据线D1-Dm的输入端；和连接到LC电容器CLC及存储电容器CST的输出端。
在一个示范性实施例中，LC电容器CLC包括设置于下屏100上的像素电极190和设置于上屏200上的公共电极270，作为两个端子。插入两个电极190和270之间的LC层3充当LC电容器CLC的介电体。将像素电极190连接到开关元件Q，且将公共电压提供给公共电极270，且公共电极270可以覆盖上屏200的整个表面。在可替换的示范性实施例中，在下屏100上可设置公共电极270。在该例中，像素电极190和公共电极270的至少之一可以具有杆或条等形状。
存储电容器CST是LC电容器CLC的辅助电容器。当设置于下屏100上的像素电极190和分开的信号线(未显示)彼此重叠时，将绝缘体插入其之间，重叠的部分则形成存储电容器CST。分开的信号线可以被提供有诸如公共电压的预定的电压。或者，可以通过重叠像素电极190与直接放置在像素电极190前的在前的栅线且在其之间插入绝缘体从而形成存储电容器CST。
在一个示范性实施例中，对于彩色显示器，每个像素可以独特地表现三原色之一(即，空间分割)或根据时间轮流顺序表现三原色(即，时间分割)，使得原色的空间或时间总和被认为期望的颜色。图3显示了空间分割的实例，其中每个像素包括用于在相应于像素电极190的上屏200的区域中表现三原色之一的彩色滤光片230。在可替换的示范性实施例中，可以将彩色滤光片230设置于下屏100的像素电极190之上或之下。
参考图2，将背光单元340安装于LC屏组件350之下。背光单元340包括设置于杆状照明杆345的每个端部的发光二极管(LED)344、用于容纳照明杆345和在其中的LED344的盖346来保护它们，以及设置于LC屏组件350下的光导板342和多个光学片343，用于将从照明杆345发射的光散射到LC屏组件350。照明杆345具有端部分，且可以将一个或多个LED安装于照明杆345的端部分的至少一个上。在该示范性实施例中，将LED安装于照明杆345的两端部分。
背光单元340可以还包括设置于光导板342下的反射板341，反射向下、从光导板342偏离的光返回向LC屏组件350。背光单元340还可以包括:用于容纳光导板342的模框364、在其上具有LED344的照明杆345和盖346。
在一个示范性实施例中，LED344可以发射各种类型的光，所述光包括但不限于紫外光、蓝光、红光或其混合光。在可替换的实施例中，LED344可以为白LED，所述白LED通过在发射紫外光、蓝光、红光或其混合光的任意之一的LED芯片上涂布相应于三原色的荧光材料从而显示白光。
在一个示范性实施例中，照明杆345可以通过将荧光材料分布在用于保持均匀的形状的诸如固态树脂的透明材料中来形成。照明杆345将从LED344发射的紫外光等转化为白光且然后发射它。
偏振片(未显示)可以被设置于两个屏100和200的外表面，用于使光源单元发射的光偏振。
参考图1和图2，灰度电压产生器800被包括于数据PCB550中，且产生两组与像素的透射率相关的多个灰度电压。灰度电压的一组可以具有相对于公共电压的正极性，而另一组则可以具有相对于公共电压的负极性。
栅极驱动器400被单独地安装于每个栅极TCP上，具有集成电路(IC)芯片的形状，且被单独地连接到LC屏组件350的栅线G1-Gn，用于将来自外部器件的包括栅极开电压Von和栅极关电压Voff的组合的栅极信号传输到栅极信号线G1-Gn。
数据驱动器500被单独地安装于每个数据TCP510上，具有IC芯片的形状，且被单独地连接到LC屏组件350的数据线D1-Dm，用于将从由灰度电压产生器800提供的灰度电压选择的数据电压传输到数据信号线D1-Dm。
在本发明的另一示范性实施例中，栅极驱动器400和数据驱动器500的任一或两者可以被直接安装于具有IC芯片的形状的下屏100上。在本发明的又一示范性实施例中，栅极驱动器400和/或数据驱动器500的任一或两者可以与其它元件一起被集成入下屏100。在以上的情况中，可以省略栅极PCB450或栅极TCP或两者。
可以将信号控制器600包括于用于控制栅极驱动器400或数据驱动器500的操作的数据PCB550或栅极PCB。
其后，将进一步详细描述上述的LCD装置的操作。
在一个示范性实施例中，信号控制器600接收输入图像信号R、G和B且输入控制信号包括但不限于垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟MCLK、数据使能信号DE等。输入控制信号可以从外部图形控制器(未显示)接收。响应输入图像信号R、G和B和输入控制信号，信号控制器600处理适于LC屏组件300的操作的图像信号R、G和B且产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2。信号控制器600将栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2分别输出到栅极驱动器400和数据驱动器500。
栅极控制信号CONT1包括但不限于用于告知帧开始的垂直同步起始信号STV、用于控制栅极开电压Von的输出时间的栅极时钟信号CPV以及用于界定栅极开电压Von的持续时间的输出使能信号OE。
数据控制信号CONT2包括但不限于用于告知数据传输开始的水平同步起始信号STH、用于指示将数据电压施加到数据线D1-Dm的载入信号LOAD、用于反转相对于公共电压的数据电压的极性的反转信号RVS、以及数据时钟信号HCLK。
响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2，数据驱动器500接收来自信号控制器600的一行像素的图像数据DAT，将图像数据DAT移位且转换为从来自灰度电压产生器800的灰度电压选择的模拟数据电压，且然后将数据电压施加到数据线D1-Dm。
栅极驱动器400响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1将栅极开电压Von施加到栅线G1-Gn，由此打开开关元件Q。施加到数据线G1-Gn的数据电压通过激活的开关元件Q被施加到相应的像素。
施加到像素的数据电压和公共电压之间的差异被表现为跨过LC电容器CLC的电压，称为像素电压。LC电容器CLC中的LC分子具有根据像素电压的大小的取向。LCD装置通过将电压施加到场产生电极来在LC层中产生电场从而显示图像，所述电场决定了LC层中LC分子的取向来调整入射光的偏振。
光源驱动器920控制施加到光源部分910的电流，用于开关光源部分910的LED344。光源驱动器920可以还控制从LED344发射的光的亮度。
当从LED344发射的光透过LC层3时，根据LC分子的取向改变了光的偏振。偏振片将光偏振的差异转化为光透射率的差异。
通过以单位水平周期(其由“1H”表示且等于水平同步信号Hsync、数据使能信号DE和栅极时钟CPV的一个周期)来重复该过程，在一帧期间，所有的栅线G1-Gn被顺序地用栅极开电压Von供给，由此将数据电压施加到所有的像素。当在完成一帧之后下一帧开始时，控制施加到数据驱动器500的反转控制信号RVS使得数据电压的极性相对于前帧的极性被反转(其称为“帧反转”)。反转控制信号RVS也可以被控制使得在一帧中沿数据线流动的数据电压的极性被反转(例如，行倒转和点倒转)，和在一个包中的数据电压的极性被反转(例如，列倒转和点倒转)。
其后，将参考图4详细描述根据本发明的实施例的光源部分910。
图4是示出根据本发明的背光单元的示范性实施例的分解透视示意图。
参考图4，背光单元包括:四边形柱状照明杆345，其两端从杆345突起类似三角棱状耳3451；光导板342，在其一侧设置照明杆345；两个LED344，每个贴附于照明杆345的各自的端部分；和覆盖贴附两个LED344的照明杆345的盖346，来保护它且将照明杆345与光导板342组合。
在一个示范性实施例中，LED344可以发射紫外光、蓝光、红光和其组合的光的只一种。
可以用透明介电体和均匀地分布于其的荧光和磷光材料形成照明杆345。响应从LED344发射的光的类型，荧光和磷光材料可以改变。当从LED344发射的光为紫外光时，可以使用所有的RGB荧光材料和RGB磷光材料。但是，在另一示范性实施例种，当从LED344发射的光是蓝光时，只可以使用黄色的荧光材料或磷光材料。可以使用荧光或磷光材料来将从LED344发射的光转化为白光。
可以形成照明杆345的两个端部分来相对于照明杆345的垂直轴稍微地倾斜。在示范性实施例中，可以以一种方式倾斜端部分，即端部分之间的距离变得更短，所述距离在接近光导板342的一点被测量。在这样的结构中，许多从贴附于照明杆345的端部分的LED344发射的光被引导向盖346的两侧。因此，在照明杆345中的光前进路径变得更长且光可以具有与照明杆345内的荧光材料碰撞的更高的几率。这可以导致照明杆345的荧光材料被更有效地和均匀地利用。
在上述的结构中，设置照明杆345使得在其一端和其垂直轴之间形成的倾斜角满足sin-1(S/L)的等式，其中，L是照明杆345的纵长的长度且S是其横截长度。
在一个示范性实施例中，照明杆345的耳状突起3451可以与光导板342的部分切开的角部结合且用作扩展用于在照明杆345的两端部分贴附LED344的空间。在可替换的实施例中，可以省略耳状突起3451。
当从LED344发射的光在照明杆345内传输且与分布于其中的荧光材料碰撞时，照明杆345发射白光。白光被均匀地从整个照明杆345发射且可以被用作线光源，诸如CCFL和EEFL。因此，在该实施例的结构中没有产生仅用于在直接排列的LED结构中均匀的光分布的空间(所谓的死空间)。
在一个示范性实施例中，盖346可以具有反射内表面。该反射表面将从照明杆345发射的光反射向光导板342且使照明杆345与光导板342一体化。盖346的每端提供有引线切口3461，用于将功率提供引线连接到LED344。光导板342将从照明杆345发射的线性光转化为平面光。
图5是示出根据本发明的背光单元的另一示范性实施例的分解透视示意图。
与图4所示的示范性实施例相比，该背光单元具有不同的照明杆345。
设置图5的照明杆345使得荧光材料被大多数稠密地集聚到其中心部分，而在远离中心部分的方向上被稀少地集聚。如此的设置使得照明杆445中的光的强度均匀，因为一般地中心部分具有较小量的光而端部分具有较大量的光。
可以设置照明杆445使得其一端和其垂直轴之间的倾斜角满足sin-1(S/L)的等式，其中，L是照明杆445的纵长的长度且S是其横截长度。这将参考图6在以下进一步详细描述。
图6是根据本发明的照明杆的示范性实施例的横截面图。图6的照明杆可以是图4或图5中的任意一个。
在图6中，L是照明杆345的纵长长度，S是其端部分的长度，A1是照明杆345的端部分的表面和其垂直轴之间的倾斜角，且A2是照明杆345的端部分的表面和水平轴之间的角度。
LED344被单独地设置于照明杆345的两个端部分的中心部分上。当从LED344发射的光透过照明杆345时，刺激其中的荧光材料的光的最佳入射方向是使得从LED344发射的光射到盖346的纵长侧的中心部分(图5)。如果倾斜角A1过大，从LED344发射的光被反射到多个方向，产生光损失和光缺乏部分。与此类似，如果倾斜角A1过小，从LED344发射的光不到达两端部分的附近。
现在继续参考图6，通过以下的等式计算倾斜角A1。
(L/2)sinA1＝S/2
→Al＝sin-1(S/L)
参考图7和8，在以下描述了用于将功率提供给LED的引线的排列。
图7是示出根据本发明的背光单元的又一示范性实施例的分解透视示意图，且图8是示出根据本发明的背光单元的又一示范性实施例的局部分解透视示意图。
在图7所示的示范性实施例中，用于将功率提供给LED344的引线347设置于照明杆345的侧面上。如此设置引线347使得当将照明杆345和盖346一体化时，引线347被放置在盖346内。在可替换的示范性实施例中，可以使用柔性印刷电路板(FPC)作为引线347。
在图8所示的示范性实施例中，用于将功率提供给LED344的引线347被放置在盖346的外侧。在该情况中，将引线347通过两个分别形成于盖346的两端部的引线切口3461连接到两个LED。可以使用柔性印刷电路板(FPC)作为引线347。
根据本发明的示范性实施例，获得了利用LED的线光源。在线光源装置中，没有产生仅用于均匀分布从作为点光源的LED发射的光的空间，即死空间，促进了紧凑、薄和轻LCD的制造。
本发明不应被限制于上述的特定实施例，而是应被理解为覆盖如权利要求书中清楚地阐述的本发明的所有的方面。在考虑特例时，各种修改、等同过程，以及本发明可以被应用的许多结构将对于本发明涉及的领域的技术人员是明显易懂的。
本申请要求于2004年10月12日提交的韩国专利申请No.10-2004-81338的优先权，其全部内容引入于此作为参考。

Claims (18)

1、一种用于显示装置的线光源，包括:
照明杆，在所述显示装置中使用来发光，所述照明杆包括在所述照明杆的长度方向上彼此相对的端部分；所述照明杆包括照明材料；以及
发光二极管，设置于所述照明杆的每个端部分上，
其中，所述照明杆的端部分的每个相对于所述照明杆的垂直轴以预定的倾斜角倾斜，并且
所述照明材料随着距所述发光二极管的距离增加更加稠密地集聚，而在靠近所述发光二极管的部分更加稀少地集聚。
2、如权利要求1所述的线光源，其中，所述照明材料包括荧光材料。
3、如权利要求1所述的线光源，其中，所述照明材料包括磷光材料。
4、如权利要求1所述的线光源，其中，所述照明杆的每个端部分的表面和所述照明杆的垂直轴之间的倾斜角通过sin-1(S/L)的等式获得，其中，L是所述照明杆的长度且S是所述照明杆的横截长度。
5、如权利要求1所述的线光源，其中，所述照明材料在所述照明杆的中心部分更加稠密地集聚，而在远离所述中心部分的方向上更加稀少地集聚。
6、如权利要求1所述的线光源，其中，照明杆具有四边形柱的形状，所述端部分每个突起以具有三角棱状的耳。
7、一种线光源，包括:
照明杆，包括在所述照明杆的长度方向上彼此相对的端部，所述照明杆包括荧光材料或磷光材料；以及
发光二极管，设置于所述照明杆的每个端部上，
其中，所述荧光或磷光材料随着距所述发光二极管的距离增加更加稠密地集聚，而在靠近所述发光二极管的部分更加稀少地集聚。
8、如权利要求7所述的线光源，其中，所述照明杆的端部分每个相对于所述照明杆的垂直轴以预定的倾斜角倾斜。
9、如权利要求8所述的线光源，其中，所述倾斜角形成于所述照明杆的每个端部分的表面和所述照明杆的垂直轴之间，且通过sin-1(S/L)的等式获得，其中，L是所述照明杆的纵长的长度且S是所述照明杆的横截长度。
10、一种背光单元，包括:
照明杆，包括在所述照明杆的长度方向上彼此相对的端部，所述照明杆包括荧光材料或磷光材料；
发光二极管，设置于所述照明杆的每个端部上；
盖，用于容纳所述照明杆；以及
光导板，设置相邻于所述照明杆，所述光导板的一侧与所述照明杆的一侧接触，
其中，所述荧光或磷光材料随着距所述发光二极管的距离增加更加稠密地集聚，而在靠近所述发光二极管的部分更加稀少地集聚。
11、如权利要求10所述的背光单元，还包括设置于所述盖的外侧的引线，用于将功率提供给所述发光二极管。
12、如权利要求11所述的背光单元，其中，所述盖包括至少一个形成于所述盖的端部分处的引线切口，所述引线通过所述引线切口放置。
13、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述照明杆的端部分每个相对于所述照明杆的垂直轴以预定的倾斜角倾斜。
14、如权利要求13所述的背光单元，其中，所述倾斜角形成于所述照明杆的每个端部分的表面和所述照明杆的垂直轴之间，且通过sin-1(S/L)的等式获得，其中，L是所述照明杆的纵长的长度且S是所述照明杆的横截长度。
15、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述荧光或磷光材料在所述照明杆的中心部分更加稠密地集聚，而在远离所述中心部分的方向上更加稀少地集聚。
16、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述盖将从所述照明杆发射的光反射回所述光导板。
17、如权利要求10所述的背光单元，其中，所述发光二极管被容纳于所述盖内。
18、如权利要求10所述的背光单元，还包括用于将功率提供给所述发光二极管的引线，该引线设置于所述盖内。
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