CN1766711A - 发光二极管背光单元以及采用该背光单元的液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管背光单元以及具有该背光单元的液晶显示器件。该发光二极管通过将发光二极管和驱动元件安装到同一印刷电路板上提高背光单元效率以及生产率。该发光二极管(LED)背光单元包括印刷电路板和安装在印刷电路板上的多个发光二极管，安装在印刷电路板上并驱动所述发光二极管的多个驱动元件以及有效连接到印刷电路板上并用于控制所述的驱动元件的控制单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管背光单元，并尤其涉及通过多个发光二极管(LED)向液晶显示面板提供光的发光二极管背光单元以及采用该背光单元的液晶显示(LCD)器件。
背景技术
通常，LCD器件为通过单独地向以矩阵形式排列的像素提供对应于图像信息的数据信号并控制像素的透光率来显示所需图像的显示器件。
因此，该LCD器件既包括其上像素以矩阵形式排列的LCD面板又包括用于驱动像素的驱动单元。
该LCD面板包括彼此相对并粘结使得他们具有均匀的盒间隙的薄膜晶体管阵列基板和滤色片基板以及位于盒间隙中的液晶层。
在阵列基板和滤色片基板彼此粘结的LCD面板上形成公共电极和像素电极以将电场施加给液晶层。
在控制施加给像素电极的数据信号的电压并给公共电极施加电压时，液晶层中的液晶由于介电各向异性的作用根据在公共电极和像素电极之间形成的电场旋转。因此，在各像素中光被透射或阻挡从而显示字符或图像。
LCD器件自身不能发光以及通过控制透光率显示图像。因而，需要用于向LCD面板照射光的诸如背光单元的补充单元。
存在侧光型和直下型两种背光单元。在侧光型背光单元中，将灯设置于一侧或者两侧并且光通过导光板、反射器以及光学片进行反射、散射和聚集然后发送给LCD面板的前面板。在直下型的背光单元中，灯设置于LCD面板的背面使得光可以直接照射到LCD面板的前面板上。
图1所示为侧光型背光单元的透视图。该侧光型背光单元包括由透明材料形成并设置于LCD面板(未示出)背面的导光板5，设置于导光板5侧面的灯20，设置于导光板5背面的反射器30，用于将灯20固定到导光板5侧面并且将灯20发出的光反射到导光板5侧面的灯反射器25以及用于向灯20提供电源的导线26。
产生于灯20的光照射到导光板5的侧面。置于导光板5背面的反射器30将发射给导光板5背面的的光反射向导光板5的上表面从而减少光损失并改善均匀性。
因此，导光板5和反射器30一起将产生于灯20的光发射给上表面。
图2所示为直下型背光单元的示意性透视图。该直下型背光单元包括设置于LCD面板(未示出)背面的发射器30，多个设置于反射器30上部的灯20，该反射器30使光照射到整个LCD的背面，覆盖灯20并散射由灯20产生的光的散射板40以及用于向灯20提供电源的导线26。
通常，冷阴极荧光灯(CCFL)具有与LCD面板侧面之间的距离相对应的长度的管状形状。CCFL用作侧光型背光单元或者直下型背光单元的光源。在通过两端的导线26提供电源时CCFL发出白光。
然而，用于CCFL中作为荧光材料的水银对人体是有害的，因此，随着环保规则逐渐严格CCFL不能满足环保要求。
此外，近来在采用时分方法的LCD器件的研发方面已经取得了很大进步，其中该方法为将图像的一帧时分为多个子帧并且将红、绿和蓝光依次施加给多个子帧以改善透射率和LCD器件的显色性能。然而，在LCD器件中使用CCFL限制了时分方法的应用。
近来，已经将发光二极管(LED)用作LCD器件的背光单元。LED具有比CCFL更长的使用寿命并且工作电源为5V。因此，LED不需要额外的逆变器。
高亮度的LED具有比现有技术的CCFL更长的使用寿命并且耗能仅为以前提供应用所需的功率的20％。由于不需要诸如逆变器的附加设备，高亮度的LED的优点在于采用该类型LED的产品更薄而且具有更有效的内部区域。此外，高亮度的LED相对于CCF1具有更好的色彩产生性能。而且，水银控制即将生效，因此提高了对于发光二极管背光单元的需求。
发光二极管为和以前提供的光源比具有更高能量效率并可以半永久性使用的新型光源，其已经用于诸如蜂窝式电话、数码相机、个人数字助理(PDA)等移动器件的主要光源。
图3所示为典型发光二极管背光单元和采用该发光二极管的直下型发光二极管背光单元的结构示图。
如图所示，将产生红(R)、绿(G)和蓝(B)色的多个发光二极管20A到20C安装到发光单元印刷电路板(PCB)50上。此外，在发光二极管背光单元外侧以另一PCB形式构造其上安装有用于驱动LED的驱动元件(未示出)的驱动单元印刷电路板。
而且，输出控制驱动元件的信号的控制单元印刷电路板70电连接到驱动单元PCB60上。
附图标记10表示发光单元PCB50所在的发光二极管背光单元。
在具有该构造的典型发光二极管结构中，需要用于在发光二极管和驱动单元PCB之间传输信号的长信号线。在LED背光单元中长信号线会产生严重的电压降。该LED的亮度会随着电流而改变。因此，该电压降使LED的发光效率减小。此外，由于需要诸如设计附加驱动单元PCB以及连接发光印刷电路板等附加工序，因此会降低生产率。
发明内容
因此，本发明主要提出一种发光二极管背光单元以及采用该背光单元的液晶显示器件，其基本上可以消除由于现有技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题。
本发明另外的优点，目的和特征将在下面的描述中列出，部分内容从说明书中显而易见，或通过实践本发明了解到。可以通过说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构实现和获得本发明的这些和其它的优点。
为了实现这些和其他的优点并根据本发明的目的，作为广义和具体的描述，本发明提供一种包括印刷电路板和安装在印刷电路板上的多个发光二极管的发光二极管背光单元。所述LED背光单元还具有安装在印刷电路板上并驱动所述发光二极管的多个驱动元件以及有效连接到印刷电路板上并用于控制所述的驱动元件的控制单元。
为了实现这些和其他的优点并根据本发明的目的，作为广义和具体的描述，本发明提供了包括第一印刷电路板和安装在第一印刷电路板上的多个发光二极管的发光二极管背光单元。此外，所述LED背光单元包括通过连接器连接到第一印刷电路板上的第二印刷电路板。所述第二印刷电路板上安装有用于驱动LED的多个驱动元件。所述LED背光单元还具有有效连接到第二印刷电路板并控制驱动元件的控制单元。
为了实现这些和其他的优点并根据本发明的目的，作为具体和广义的描述，本发明提供了包括液晶显示(LCD)面板和安装于LCD面板背面或者侧面并将光照射到LCD面板上的发光二极管背光单元。所述发光二极管背光单元具有印刷电路板、安装于印刷电路板上的多个发光二极管、以及多个驱动发光二极管的驱动元件。在该实施方式中，在所述印刷电路板上安装多个驱动元件。所述液晶显示器件还具有用于使LCD面板和背光单元彼此连接的壳。
可以理解上述的概括性描述和以下的详细说明均为示例性的和解释性的并旨在提供进一步如权利要求所述的本发明的解释。
附图说明
包含用来提供本发明进一步理解并结合进来组成本申请一部分的附图示出了本发明的实施方式，并和说明书一起用于解释本发明的原理。在图中：
图1所示为现有技术的侧光型背光单元的透视图；
图2所示为现有技术的直下型背光单元的示意性透视图；
图3所示为现有技术的发光二极管背光单元的示图；
图4所示为根据本发明第一实施方式的发光二极管背光单元示图；
图5A和图5B所示为发光二极管电流-电压特性的曲线图；
图6A和图6B所示为发光二极管电流-亮度特性的曲线图；以及
图7所示为根据本发明第一实施方式的发光二极管背光单元示图。
具体实施方式
以下，将结合附图详细说明根据本发明的发光二极管背光单元以及采用该背光单元的液晶显示器件。
图4所示为根据本发明第一实施方式的发光二极管背光单元示图。
这里，图中所示为直下型发光二极管背光单元的实施例，但是本发明不限于此。本发明还可以应用于侧光型背光单元结构。
如图所示，在发光二极管印刷电路板(PCB)150上安装产生红、绿和蓝色的多个发光二极管120以及用于驱动LED120的多个驱动元件180。该LED120和驱动元件180一起安装到发光单元PCB150上并设置于发光二极管100中。
这里，本实施方式的LED120具有一个产生红、绿和蓝色的发光二极管器件以灯或者芯片的形成嵌入到发光二极管灯中的结构。
以下，说明嵌入一个发光二极管灯中的一个发光二极管器件。但是，应该注意本发明不限于该说明。在分别产生红、绿和蓝色的所有LED器件嵌入一个发光二极管灯的情况也可以应用本发明。
此外，以下说明以产生红、绿和蓝色的发光二极管器件作为实施例。但是，发光二极管120包括产生白光或具有多种颜色以及红、绿和蓝色光的发光二极管器件。此外，该发光二极管120包括多个产生不同颜色的LED器件。该发光二极管120还可以分为产生按照多个组变化的颜色的不同组。
发光单元PCBl50包括在其下表面压有铝层使得可以将由发光二极管120产生的热量散发到外界的金属芯印刷电路板(MCPCB)。
此外，将发光单元PCB150电连接到控制单元印刷电路板170以输出控制驱动元件180的信号。
如上所述，在现有的LED背光结构中，将LED安装到发光单元PCB上并位于背光单元中，将用于驱动LED的驱动元件安装到位于LED背光单元外的驱动单元PCB上。但是，在本实施方式中，将发光二极管120和LED驱动元件180一起安装到MCPCB150上，即，安装在同一印刷电路板上。因此，实现生产效率最大化并且由于通常由在发光二极管120和驱动元件180之间的信号线电阻引起电压减少为最少从而改善了背光单元的效率。
此外，在所述结构中，用于控制LED120的脉宽调制(PWM)信号从用于PWM信号的控制和输出的控制单元PCB170发送给LED驱动元件180，从而占空比控制LED120的电流。
同样，使用通过占空比控制(duty control)控制整个屏幕亮度的方法以及采用串联驱动发光二极管阵列的方法。但是串联驱动的方法很难局部地控制大LCD器件的亮度。
通过向红、绿和蓝发光二极管或白色发光二极管施加电源(Vcc)并对每个发光二极管执行开/关控制，本实施方式可以应用于能够独立驱动发光二极管的结构中。即，将不同的信号从PWM控制单元施加给每个分离的区域并将单独受控电流施加给各发光二极管，从而控制亮度。此外，，单独驱动红、绿和蓝发光二极管可以实现控制色温和色坐标特性。
如上所述，发光二极管的光输出依赖于发光二极管的电流并且发光二极管的电流依赖于施加给发光二极管的电压。
图5A和图5B所示为发光二极管电流-电压特性的曲线图。图6A和图6B所示为发光二极管电流-亮度特性的曲线图。
这里，图中示出1W的发光二极管电流-电压和电流-亮度特性。图5A和图6A示出绿色和蓝色发光二极管的电光特性并且图5B和图6B示出红色发光二极管的电光特性。
此外，图5A和图5B的曲线示出该发光二极管对照于正向电压(V)的平均正向电流(mA)。图6A和图6B示出该发光二极管相对于正向电流(mA)的标准化反应光通量(normalized reactive luminous flux)。
参照附图，电流随着施加给发光二极管的电压而改变。电流的改变产生发光二极管亮度的变化。
由连接发光二极管和驱动元件的信号线中的电阻引起的电压降影响发光二极管的光输出。因此，电阻的增加会降低发光二极管背光单元光输出的均匀性和效率。但是，根据本发明，由于驱动元件和发光二极管均安装于驱动PCB上，因此可以最小化在发光二极管和LED驱动元件之间信号线的电阻，从而解决上述的问题。
通常，发光二极管的发光效率较低，CCFL发光效率的典型值为30％-50％。从而，当在背光单元中采用发光二极管时，会产生附加的热量。因此，当根据本发明的第一实施方式发光二极管和驱动元件安装于同一印刷电路板上时，该驱动元件可能会受到由发光二极管散发的热量的影响。参照附图详细说明处理该问题的第二实施方式。
图7所示为根据本发明第一实施方式的发光二极管背光单元示图。
如图所示，单独设置用于在发光二极管背光单元200中安装发光二极管220的多个第一印刷电路板250A和用于安装发光二极管驱动元件280的多个第二印刷电路板250B。该第一印刷电路板250A和第二印刷电路板250B通过多个连接器290彼此连接。发光二极管220和发光二极管驱动元件280的分离最小化发光二极管220产生的热量对于发光二极管驱动元件280的影响。
与现有技术所示的发光二极管驱动元件安装于与发光二极管背光单元分离的印刷电路板上的结构比较，在印刷电路板250A和印刷电路板250B上安装发光二极管220和发光二极管驱动元件280，可以提高执行操作的灵活性。
附图标记270表示电连接到第二印刷电路板250B的控制单元印刷电路板。该控制单元印刷电路板270向安装在第二印刷电路板250B上的LED驱动元件280施加控制信号。
根据本发明的LED背光单元替代对人体有害并且不能满足现行环保规定的冷阴极荧光灯。该根据本发明的LED背光单元还可以用于向平板显示器件以及液晶显示器件提供光。
此外，根据本发明的LED背光单元可以以时分方法施加给液晶显示器件，其中该方法为将图像的一帧时分为多个子帧以改善透射率和显色性能并且在多个子帧中顺序激活红、绿和蓝光以显示图像。
以下，将描述具有本发明发光二极管背光单元的LCD器件。
LCD器件包括像素以矩阵形式排列的LCD面板，分别连接到LCD面板侧面的栅驱动电路单元。该LCD器件还具有安装于LCD面板背面或者侧面的背光单元。
该LCD面板包括彼此相对并粘结以在其中间保持均匀盒间隙的阵列基板和滤色片基板。此外，在盒间隙中形成有液晶层。
在阵列基板和滤色片基板彼此粘结的LCD面板上形成有公共电极和像素电极以向液晶层施加电场。如果控制施加给像素电极的数据信号的电压同时向公共电极施加电压，由于介电各向异性液晶层中的液晶根据在公共电极和像素电极之间形成的电场旋转。因此，在各像素中光被透射或阻挡从而显示字符或图像。为了逐像素地控制施加给像素电极的数据信号的电压，在每个像素设置诸如薄膜晶体管(TFT)的开关器件。
栅驱动电路单元和数据驱动电路单元以不同的形式连接到LCD面板并向多条栅线和数据线提供扫描信号和图像信息，从而驱动LCD面板的各像素。
在LCD面板的背面或侧面安装根据本发明的一体式LED背光单元。在该一体式LED背光单元中，将用于驱动发光二极管的驱动元件安装到安装有发光二极管的印刷电路板上，从而提高了LED背光单元的效率并且同时通过简化LCD器件的制造工序提高生产率。
通过设置在背光单元背面的底盖支撑LCD面板和背光单元并彼此连接。该底盖可以通过螺丝与模框(mold frame)连接。
通过用于加速安装工序的钩法(hook method)将底盖和模框彼此连接。即，通过在底盖上形成插入槽并在模框上形成钩，将模框的钩插入到插入槽中，该底盖和模组结构即可彼此连接在一起。这里，可以在底盖上形成钩并在模框上形成插入槽。
此外，通过上盖压紧与底盖连接的模框的上表面的边缘。该上盖可以通过螺丝或者钩法与模框连接。
显然，对于本领域熟练技术人员在不脱离本发明精神和范围的情况下，可在本发明中做各种改进和变型。因而，本发明意在覆盖落入由所附权利要求及其等效物限定的本发明中改进和变型。
Claims (9)
1、一种发光二极管背光单元，包括：
印刷电路板；
安装在印刷电路板上的多个发光二极管；
安装在印刷电路板上并驱动所述发光二极管的多个驱动元件；以及有效连接到所述印刷电路板上并用于控制所述的驱动元件的控制单元。
2.根据权利要求1所述的发光二极管背光单元，其特征在于，所述多个发光二极管其中之一产生红、绿和蓝中至少一种颜色。
3.根据权利要求1所述的发光二极管背光单元，其特征在于，所述多个发光二极管其中之一产生白光。
4.根据权利要求1所述的发光二极管背光单元，其特征在于，所述多个发光二极管其中之一嵌入一个灯中从而产生红、绿、蓝和白色中至少一种颜色。
5.根据权利要求1所述的发光二极管背光单元，其特征在于，所述产生红、绿和蓝色的发光二极管全部嵌入一个灯中。
6.根据权利要求1所述的发光二极管背光单元，其特征在于，所述印刷电路板构造为下表面压有铝层的金属芯印刷电路板。
7.一种发光二极管背光单元，包括：
第一印刷电路板；
安装于所述第一印刷电路板上的多个发光二极管；
通过连接器连接到所述第一印刷电路板上的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板上安装有用于驱动发光二极管的多个驱动元件；以及
连接到所述第二印刷电路板并控制驱动元件的控制单元。
8.一种液晶显示器件，包括：
液晶显示面板；
安装于液晶显示面板背面或者侧面并将光照射到液晶显示面板上的发光二极管背光单元，包括；
印刷电路板；
安装于所述印刷电路板上的多个发光二极管；以及
多个用于驱动所述发光二极管的驱动元件，所述驱动元件安装在所述印刷电路板上；
用于液晶显示面板和背光单元彼此连接的壳。
9.根据权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，所述驱动元件安装在安装有所述发光二极管的所述印刷电路板上从而最小化向发光二极管提供信号的信号线的电阻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |