CN104570472A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液晶显示装置，包括：包括LED组件的背光单元，其中所述LED组件包括：多个LED封装；其上彼此间隔地布置所述多个LED封装的LED？PCB；和LED驱动电路板，所述LED驱动电路板与所述LED？PCB连接并包括LED驱动电路，其中所述LED封装包括分别发射红色、绿色和蓝色之中两种色彩的第一和第二LED芯片以及发射红色、绿色和蓝色之中另一种色彩的荧光物质，其中在所述LED？PCB中形成有温度传感器，且其中根据温度变化通过所述温度传感器给所述第一或第二LED芯片提供补偿电压。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置(LCD)，尤其涉及一种使用发光二极管(LED)且对于温度变化具有出色的稳定性和色彩再现范围的LCD。
背景技术
具有显示运动图像及高对比度优点且广泛用于TV、显示器等的液晶显示装置(LCD)使用液晶的光学各向异性和偏振来显示图像。
LCD使用液晶面板，该液晶面板具有彼此相对的两个基板以及位于两个基板之间的作为主要成分的液晶层，通过液晶面板中的电场改变液晶分子的排列方向来实现透射率的不同。
然而，因为液晶面板不具有自发光元件且需要光源，所以为此在液晶面板下方设置具有光源的背光单元。
根据灯的排列结构，背光单元分为直下型和边缘型。
边缘型背光单元具有至少一个光源设置于导光板的一侧或两侧的结构。直下型背光单元具有光源设置于液晶面板下方的结构。
直下型背光单元在薄外形方面存在限制，因而主要用于认为亮度比厚度更加重要的LCD。边缘型背光单元能够具有薄外形，因而主要用于认为厚度比较重要的便携式或台式计算机的显示器的LCD。
近年来，积极研究了薄外形LCD，因而边缘型背光单元也得到了积极研究。
特别是，因为LED封装具有小尺寸、低功耗和高可靠性的优点，所以LED封装被广泛用作边缘型背光单元的光源。
图1是图解现有技术的包括使用LED封装的边缘型背光单元的LCD的剖面图，图2是图解其上安装有LED封装的LED PCB的视图，图3是图解现有技术的LED封装的剖面图，图4是现有技术的LED驱动电路板的驱动电路的示意性框图。
参照图1和图2，LCD 1包括液晶面板10、背光单元20、主支撑体30、底盖50和顶盖40。
液晶面板10包括彼此结合且在之间具有液晶层的第一和第二基板12和14。偏振片19a和19b分别设置于第一和第二基板12和14的外表面上。
背光单元20位于液晶面板10下方。
背光单元20包括：包括LED PCB(印刷电路板)75和安装于LED PCB75上的LED封装72的LED组件70、位于底盖50上的反射片25、位于底盖50上的导光板23和位于导光板23上的多个光学片21。
液晶面板10和背光单元20被矩形框架形的主支撑体30围绕并与顶盖40和底盖50结合，由此制成LCD 1。
驱动LED封装72的LED驱动电路板79设置于底盖50下方，并通过配线与LED PCB 75电连接。为了保护LED驱动电路板79，对应于LED驱动电路板79设置保护盖90。
在LED组件70中，LED封装72彼此间隔地安装于LED PCB 75上并用作光源。
参照图3，LED封装72包括分别发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的LED芯片74a，74b和74c、其上安装LED芯片74a，74b和74c的引线框76、在引线框76上具有侧壁并反射从LED芯片74a，74b和74c发射的光的封装壳体77、以及填充由封装壳体77包围的空间的透明有机层78。
因此，包括LED芯片74a，74b和74c的LED封装72通过红色、绿色和蓝色光的混合最终发射白光W。白光W通过导光板23的光入射表面进入导光板23，然后向着液晶面板10折射，之后和被反射片25反射的光一起在穿过光学片21的同时被处理成高质量平面光，然后被提供给液晶面板10。
LED驱动电路板78包括驱动LED封装72的驱动电路。
参照图4，LED驱动电路板78的驱动电路包括：单独向红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c提供DC(直流)电力的DC-DC模块E1、控制DC-DC模块E1的输出电流的PWM(脉宽调制)控制IC(集成电路)E2和色彩控制器E3。
驱动电路通过LED PCB 76与红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c连接并还与色彩传感器84连接。
色彩控制器E3感测从LED封装72发射的白光的色坐标，计算相对于目标色坐标的误差和输出补偿量，并将输出补偿量传输给PWM控制IC E2。
在现有技术的LCD 1中采用色彩传感器84和色彩控制器E3是为了防止随着时间流逝而造成的白光的色温变化，因为红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c具有不同的色温特性。
此外，每个LED封装72都具有红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c，且LED芯片被单独驱动。参照图5，其是图解根据温度升高，红色、绿色和蓝色LED芯片的光强度的图表，其显示出红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c根据温度升高具有不同的光强度，这意味着红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c对温度具有不同的依赖性。
因此，考虑到LED芯片74a，74b和74c之间对温度的不同依赖性，为了即使在温度变化时仍发射色坐标不会变化的恒定白光，需要色彩控制器E3，从而具有复杂的电路构造。
换句话说，色彩传感器84实时测量从每个LED封装72发射的白光的色彩变化，更确切地说是从各个LED芯片74a，74b和74c发射的红色、绿色和蓝色的变化，色彩控制器E3将红色、绿色和蓝色的混合形式的白光的目标色坐标与由色彩传感器84测量的色彩信息值进行比较，并计算目标值与测量值之间的差。
色彩控制器E3计算PWM控制IC E2的输出补偿值，以补偿目标值与测量值之间的差，并将补偿值传输给PWM控制IC，然后PWM控制IC E2将输出补偿值传输给DC-DC模块E1，之后DC-DC模块E1分别向红色、绿色和蓝色LED芯片74a，74b和74c施加对应于目标值和测量值之间的差的电流值。因此，即使发生温度变化，仍能实现恒定色坐标的白光。
因此，因为总是需要对红色、绿色和蓝色每一个进行色坐标变化的色彩控制，所以LED驱动电路板79的LED驱动电路的构造非常复杂。此外，因为在每个LED封装72中全部安装分别发射红色、绿色和蓝色光的三个LED芯片74a，74b和74c，且必然需要测量红色、绿色和蓝色光的强度变化的色彩传感器84，所以LCD 1的制造成本增加。
发明内容
本发明涉及一种液晶显示装置(LCD)，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点所带了的一种或多种问题。
本发明的一个方面是提供一种能够抑制由于温度变化导致的白光的色温变化、通过简化LED驱动电路降低制造成本并具有出色的色再现范围的LCD。
在下面的描述中将列出本发明其他的特征和优点，这些特征和优点的一部分通过下面的描述将是显而易见的，或者可从本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些和其他优点。
为了获得这些和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体和概括描述的，一种液晶显示装置，包括：包括LED组件的背光单元，其中所述LED组件包括：多个LED封装；其上彼此间隔地布置所述多个LED封装的LEDPCB；和LED驱动电路板，所述LED驱动电路板与所述LED PCB连接并包括LED驱动电路，其中所述LED封装包括分别发射红色、绿色和蓝色之中两个色彩的第一和第二LED芯片以及发射红色、绿色和蓝色之中另一个色彩的荧光物质，其中在所述LED PCB中形成有温度传感器，且其中根据温度变化，通过所述温度传感器向所述第一或第二LED芯片提供补偿电压。
附图说明
附图提供对本发明的进一步理解并且并入说明书而组成说明书的一部分。所述附图示出本发明的实施方式，并且与说明书文字一起用于解释本发明的原理。。在附图中：
图1是图解根据现有技术的包括使用LED封装的边缘型背光单元的LCD的剖面图；
图2是图解其上安装有LED封装的LED PCB的视图；
图3是图解现有技术的LED封装的剖面图；
图4是现有技术的LED驱动电路板的驱动电路的示意性框图；
图5是图解根据温度升高，红色、绿色和蓝色LED芯片的光强度的曲线；
图6是图解根据本发明实施方式的LCD的剖面图；
图7是图解根据本发明实施方式的LCD的LED PCB的视图；
图8是图解根据本发明实施方式的LED封装的剖面图；
图9是图解在色坐标系统上绿色荧光物质的所需特性的曲线；和
图10是根据本发明实施方式的LED驱动电路板180的LED驱动电路的示意图。
具体实施方式
现在将参照典型实施方式进行描述，附图中图解了这些实施方式的一些例子。
图6是图解根据本发明实施方式的LCD的剖面图，图7是图解根据本发明实施方式的LCD的LED PCB的视图，图8是图解根据本发明实施方式的LED封装的剖面图。
参照图6和7，LCD 101包括液晶面板110、背光单元120、主支撑体130、底盖150、顶盖140、LED驱动电路板179和保护盖190。
液晶面板110包括第一基板112和第二基板114以及位于第一基板112和第二基板114之间的液晶层。
第一基板112可被称为下基板或阵列基板。在第一基板112的内表面上彼此交叉多条栅线和多条数据线，从而以矩阵形式界定多个像素区域。
在每个像素区域中形成有薄膜晶体管且薄膜晶体管与相应的栅线和数据线连接。在每个像素区域中形成有像素电极且像素电极与薄膜晶体管连接。
与第一基板112相对的第二基板114可被称为上基板或滤色器基板。在第二基板114的内表面上形成有包括对应于各个像素区域的红色、绿色和蓝色滤色器图案的滤色器层。黑矩阵围绕每个滤色器图案并对应于栅线、数据线和薄膜晶体管。
公共电极覆盖滤色器层和黑矩阵。
上述液晶面板110是TN(扭曲向列)模式的例子。
然而，液晶面板可具有其他构造。例如，公共电极可与像素电极一起形成在第一基板112上。换句话说，公共电极可与像素电极形成在同一层并在像素区域中与像素电极交替，在该情形中，以共平面开关模式驱动液晶面板。
可选择地，公共电极可形成在第一基板上并与像素电极重叠，其中在公共电极与像素电极之间具有绝缘层。在该情形中，公共电极和像素电极中的一个位于另一个上方的那个电极具有多个开口，以边缘场开关模式驱动具有该构造的液晶面板。
第一和第二偏振片119a和119b分别贴附到第一和第二基板112和114的外表面上。
PCB通过诸如FPCB(柔性印刷电路板)或TCP(载带封装)这样的连接部件与液晶面板110的至少一侧连接。在模块化工艺中，通过弯曲该连接部件，将PCB设置于主支撑体130的侧表面或底盖150的底表面。
当通过栅极驱动电路依次选择栅线时，与所选择的栅线相连接的薄膜晶体管被栅极信号导通，然后从数据驱动电路输出的数据电压通过数据线和薄膜晶体管传输到像素电极，之后通过像素电极与公共电极之间产生的电场改变液晶分子的排列方向。
背光单元120包括LED组件170、白色或银色的反射片125、位于反射片125上的导光板123、位于导光板123上的多个光学片121以及与LED PCB175连接的LED驱动电路板180。
LED组件170位于与导光板123的光入射表面相面对的导光板123的一侧。LED组件170包括多个LED封装172以及其上彼此间隔地安装有LED封装172的LED PCB 175。此外，在LED PCB 175上形成有至少一个温度传感器185且该至少一个温度传感器185设置于LED封装172之间的分隔区域处。
LED组件170包括安装于底盖150的底表面上的LED驱动电路板180。
LED组件170是顶视型，即从LED封装172发射的光垂直于LED PCB175的平面。
参照图8，为了提高发光效率和亮度特性并降低制造成本，每个LED封装172包括红色和蓝色LED芯片174R和174B，不包括绿色LED芯片。
换句话说，在每个LED封装172中，红色LED芯片174R和蓝色LED芯片174B彼此间隔地安装于引线框176上，LED壳体177包括侧壁并包围红色LED芯片174R和蓝色LED芯片174B。此外，为了发射白光，产生绿色荧光的绿色荧光物质179形成在红色和蓝色LED芯片174R和174B上并填充由LED壳体177的侧壁包围的空间。
可选择地，在每个LED封装172中形成发射红色、绿色和蓝色之中两种色彩的其他LED芯片，例如蓝色LED芯片和绿色LED芯片，并形成发射红色、绿色和蓝色之中另一种色彩的荧光物质。
参照图5，蓝色LED芯片几乎不受温度变化影响，红色LED芯片对温度变化最敏感并具有极大的光强度变化。
因此，在LED封装172中安装了红色、绿色和蓝色LED芯片之中几乎不依赖温度变化的蓝色LED芯片174B、以及红色和绿色LED芯片之中的一个LED芯片，并且形成荧光物质以发射没有被选择的LED芯片的剩余色彩的情形中，当对除蓝色LED芯片之外的红色LED芯片和绿色LED芯片之一进行感测并补偿由于温度依赖性导致的光强度变化时，可在温度变化时稳定地获得白光。这是因为荧光物质在温度依赖性方面几乎不存在问题。
然而，在LED封装包括蓝色和绿色LED芯片以及红色荧光物质的情形中，温度依赖性，即基于温度变化的色温变化与现有技术相比有所改善，但实验显示出该情形具有减小的色再现范围。
因此，考虑到抑制基于温度变化的色温变化以及高的色再现范围，更优选LED封装172配置成包括红色和蓝色LED芯片174R和174B以及绿色荧光物质179，如图6-8中所示。
如上所述，因为从荧光物质179发射绿色，所以绿色荧光物质自身的特性是重要的因素。
当单色荧光物质发光时，半高全宽(FWHM)是与色再现范围的特性有关的重要因素。FWHM是发射光的波长谱的半宽度值(即半峰值)。
参照图9，其是显示在色坐标系统(X-Y坐标系统)上绿色荧光物质的特性的曲线，当绿色峰值波长Wp增加时，绿色坐标点在色坐标系统上向右移动，当FWHM减小时，绿色坐标点向着从白色原点变得更深的方向移动。
因此，显示出绿色荧光物质179的FWHM优选为70nm或更小，以获得满足显示国际彩色标准，例如NTSC，BT709，DCI和Adobe RGB的绿色坐标点。
因为红色和蓝色LED芯片174R和174B被单独驱动，所以红色和蓝色LED芯片174R和174B的特性根据温度变化而表现相同，以保持恒定色彩。
因此，如果不根据温度变化进行LED芯片174R和174B的光输出补偿，则因为红色和蓝色LED芯片174R和174B根据温度变化具有不同的特性，即根据LED芯片174R和174B每一个的温度升高，色坐标上白光的变化量增大，因而当温度相对于室温(一般为20摄氏度到25摄氏度)升高时，白光的色温下降，由此不会获得均匀的白光。
由蓝色LED芯片174B和红色LED芯片174R的光能泵送的绿色荧光物质的发光特性比红色LED芯片174R具有小得多的温度依赖性，因而可忽略不计。
因此，在本实施例的LCD封装172中，当红色LED芯片174R的温度依赖性被补偿时，不管温度变化如何都可获得白光的均匀性。
参照图5，红色LED芯片174R具有温度依赖性，从而从红色LED芯片174R输出的红色光与温度的升高近似成比例地变小。因此，使用LED感测部的温度传感器185，例如热敏电阻，通过根据温度变化而变化的热敏电阻的电阻值补偿红色LED芯片174R的输出。
例如，可进行输出补偿，使得当测量的温度较高时，红色LED芯片174R的驱动电流具有较大的值。
因此，在本实施例的LCD 101中，因为LED封装172使用蓝色和红色LED芯片174B和174R，所以通过感测并补偿红色LED芯片174R的光强度的变化，可获得在色坐标系统上对应于目标坐标值的恒定白光。因而，不必使用现有技术的感测红色、绿色和蓝色的色彩变化的相对昂贵的色彩传感器，可使用相对便宜的感测温度变化的温度传感器，从而根据温度变化进行红色LED芯片174R的光强度的补偿。
温度传感器185优选设置于其上安装有LED封装172的LED PCB 175上。这是因为温度传感器185邻近LED封装172设置并更精确地感测LED封装172的温度变化。
在使用温度传感器185代替现有技术的相对昂贵的色彩传感器的情形中，参照图10，其是根据本发明实施方式的LED驱动电路板180的LED驱动电路的示意图，LED驱动电路也被简化。
在现有技术的LCD中，因为使用色彩传感器(图1的84)感测从红色、绿色和蓝色LED芯片(图3的74a，74b和74c)产生的由于温度变化导致的光强度变化并相对于目标值进行补偿，所以图4的LED驱动电路额外需要控制器(图4的E3)。
然而，在本实施例的LCD 101中，由于LED封装172自身的特性，红色LED芯片174R的补偿就足够了。因此，代替具有复杂电路构造的控制器(图4的E3)，在LED输出感测部E13中特别形成可变电阻作为温度传感器185，通过感测温度变化的温度传感器185，电阻值变化反映出红色LED芯片174R自身根据温度变化的光强度变化，并通过温度传感器185将红色LED芯片174R的输出电压反馈给PWM控制IC E11。因而，能够从每个LED封装172发射对于温度变化具有恒定色坐标的白光。
因此，LED驱动电路板180的LED驱动电路可以配置成包括PWM控制IC E11、DC-DC模块E12、LED输出感测部E13和与LED输出感测部E13连接的温度传感器185。因而，LED驱动电路比现有技术的简单，因而可降低LED驱动电路的制造成本。
温度传感器185为热敏电阻，热敏电阻是根据温度线性变化的电阻。
LED输出感测部E13的蓝色LED芯片感测部E14直接与PWM控制ICE11连接而没有温度传感器185，而红色LED芯片感测部E15与温度传感器185连接。
这是因为蓝色LED芯片174B由于其自身特性而具有非常低的温度依赖性，蓝色光强度几乎不受温度变化影响，不需要对于温度变化的补偿。
下面解释LED驱动电路的组件的功能和操作。
DC-DC模块E12用于单独向红色和蓝色LED芯片174R和174B提供DC电力，PWM控制IC E11用于控制DC-DC模块E12的输出电流。
LED输出感测部E13用于感测来自红色和蓝色LED芯片174R和174B的输出电流并包括多个电阻183。
对于LED驱动电路的操作，将基准电压Vref与红色和蓝色LED芯片174R和174B的输出感测电压进行比较，以确定PWM控制IC E11中的PWM输出信号的宽度，与基准电压Vref和输出感测电压之间的差成比例地确定PWM输出信号的宽度。确定从DC-DC模块E12到每个LED芯片174R和174B的输出电流。
因为蓝色LED芯片174B具有非常低的温度依赖性，所以输出至蓝色LED芯片174B的电流值基本上恒定。然而，对于红色LED芯片174R，因为温度传感器，例如热敏电阻与输出反馈电阻电路连接，所以红色LED芯片174R的输出反馈信号的电压电平根据温度变化自动变化，因而可根据温度变化补偿红色LED芯片174R的输出。
因此，向红色LED芯片174R的输出电流施加基于温度变化的补偿电路，因而基于温度变化的色坐标的变化量保持恒定，因而最终发射的白光保持恒定色彩。
参照图6，反射片125设置于导光板123下方，将从导光板123的底表面出射的光反射到液晶面板110，因而可提高光亮度。
导光板123可由透明材料，例如诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这样的亚克力基透明树脂、或者聚碳酸酯(PC)基材料制成并以平板方式形成。
导光板123可在其底表面上具有特定图案，以提供均匀的平面光，所述图案例如可以是椭圆形图案、多边形图案、全息图案等各种。
光学片121可具有扩散片和至少一个聚光片，用于扩散和/或汇聚来自导光板123的光并向液晶面板110提供更加均匀的平面光。
液晶面板110和背光单元120使用顶盖140、主支撑体130和底盖150被模块化。
顶盖140具有在剖面上弯曲的矩形框架形状并覆盖液晶面板110的边缘部分。顶盖140遮蔽液晶面板110的非显示区域并具有对应于液晶面板110的显示区域的开口，以显示来自液晶面板110的图像。
底盖150包括靠近背光单元120的底表面的水平表面以及从水平表面弯曲的侧表面。液晶面板110和背光单元120设置于底盖150上。
主支撑体130围绕液晶面板110和背光单元120的侧面并具有矩形框架形状。主支撑体130与顶盖140和底盖150结合。
顶盖140可被称为壳顶或顶壳，主支撑体130可被称为支撑主体、引导板或模制框架，底盖150可被称为盖底或下盖。
LED驱动电路板180设置于底盖150下方并通过配线与LED PCB 175连接。LED驱动电路板180包括单独驱动红色和蓝色LED芯片174R和174B的LED驱动电路。保护盖190覆盖LED驱动电路板180，以保护LED驱动电路板180。
如上所述，在本实施例的LCD 101中，形成在LED PCB 175上的LED封装172配置成具有安装在其中的两个LED芯片(即红色和蓝色LED芯片174R和174B)以及绿色荧光物质179，且靠近LED封装172形成温度传感器185。通过感测LED封装172的热量并向对温度变化敏感的红色LED芯片174R施加基于温度变化的补偿电压，即使发生温度变化，仍可获得具有恒定色彩特性的白光，因而可实现较高的显示质量和较高的色再现范围。
此外，形成在LED驱动电路板180中的LED驱动电路比较简单且不需要色彩传感器和色彩控制器，在每个LED封装172中红色和蓝色LED芯片174R和174B就足够了。因而，与在每个LED封装中使用红色、绿色和蓝色LED芯片的现有技术相比，可降低制造成本。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明的显示装置中可进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求范围及其等同范围内的本发明的修改和变化。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，包括：
包括发光二极管组件的背光单元；
其中所述发光二极管组件包括：
多个发光二极管封装；
其上彼此间隔地布置所述多个发光二极管封装的发光二极管印刷电路板；和
发光二极管驱动电路板，所述发光二极管驱动电路板与所述发光二极管印刷电路板连接并包括发光二极管驱动电路，
其中所述发光二极管封装包括分别发射红色、绿色和蓝色之中两种色彩的第一和第二发光二极管芯片以及发射红色、绿色和蓝色之中另一种色彩的荧光物质，
其中在所述发光二极管印刷电路板中形成有温度传感器，且
其中根据温度变化通过所述温度传感器向第一或第二发光二极管芯片提供补偿电压。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述第一发光二极管芯片发射蓝色，所述第二发光二极管芯片发射红色，以及所述荧光物质发射绿色。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中所述荧光物质的发射光的半高全宽(FWHM)为约70nm或更小。
4.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中所述发光二极管驱动电路包括脉宽调制控制集成电路、直流-直流模块和发光二极管感测部，
其中所述发光二极管感测部包括第一和第二发光二极管感测部，所述第一和第二发光二极管感测部各包括多个电阻并分别与所述第一和第二发光二极管芯片连接，且
其中所述温度传感器与所述第二发光二极管感测部连接。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述第二发光二极管感测部所述包括多个电阻和所述温度传感器，且
所述温度传感器的电阻值与测量的温度成比例地变化。
6.根据权利要求4所述的液晶显示装置，其中所述直流-直流模块单独向所述第一和第二发光二极管芯片提供直流电力，
其中所述脉宽调制控制集成电路控制所述直流-直流模块的输出电流，且
其中所述发光二极管感测部给所述脉宽调制控制集成电路反馈所述第一和第二发光二极管芯片的输出电压。
7.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中所述温度传感器的电阻值与所述第一或第二发光二极管芯片的温度变化成比例地变化。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其中当所述温度传感器的测量温度较高时，提供给所述第一或第二发光二极管芯片的驱动电压升高。
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