CN1992148B - 外部电极荧光灯以及液晶显示器件的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外部电极荧光灯以及液晶显示器件的背光单元。该外部电极荧光灯包括填充有放电气体的铁电玻璃管，以及所述铁电玻璃管的内表面上的铁电膜。

Description

外部电极荧光灯以及液晶显示器件的背光单元
技术领域
本发明的实施例涉及液晶显示器件，更具体地涉及一种外部电极荧光灯和使用该外部电极荧光灯的液晶显示器件的背光单元。虽然本发明的实施例适于很宽的应用范围，但是其尤其适于提高光效率和降低外部电极荧光灯的功耗。
背景技术
一般来讲，由于液晶显示(LCD)器件的重量轻、外形薄和功耗低的特点，其应用正在不断拓宽。例如，液晶显示器件如今被用于办公自动化设备和音频/视频设备。液晶显示器件根据经由多个排列为矩阵形的控制开关而施加的信号来控制透光率，由此在屏幕上显示期望的图像。液晶显示器件不是自发光显示器件。单独的光设备，例如背光，向液晶显示器件提供光。
根据光源相对于液晶显示板的位置将背光分为直下式或边缘式。边缘式背光具有沿液晶显示器件的边缘安装的光源，通过导光板和多个光学片向液晶显示板照射光。直下式背光具有直接设置在液晶显示器件下方的多个光源，通过漫射板和多个光学片向液晶显示板照射光。
直下式背光较之边缘式背光具有更高的亮度、更一致的光均匀性以及更高的色纯度。因此，直下式背光更多地用于诸如LCD电视的显示器件。然而，边缘式背光用于期望得到薄外形的情况，例如膝上型计算机显示器。
图1示出了现有技术的冷阴极荧光灯。冷阴极荧光灯(CCFL)通常是作为直下式背光单元中的光源使用的荧光灯。如图1所示，冷阴极荧光灯CCFL包括：玻璃管6；位于玻璃管6的两端内部的内部电极2；与内部电极2相接触并延伸到玻璃管6的两端外部的引线电极4；以及位于玻璃管6的中央部分的玻璃管6的内表面上用于发出可见光的荧光材料10。玻璃管6的内部空间9填充有汞(Hg)以及由氩(Ar)和氖(Ne)组成的放电气体。冷阴极荧光灯CCFL使用内部电极来产生光发射，该内部电极与提供电能的外部线路组件相连。
图2示出了现有技术的外部电极荧光灯。如图2所示，外部电极荧光灯使用了位于玻璃管两端的外表面上的外部电极，而不是内部电极。外部电极荧光灯(EEFL)2包括：玻璃管16；形成在玻璃管16的两端处玻璃管16的外表面上的外部电极12；以及形成在玻璃管16的中央部分的玻璃管16的内表面上用于发出可见光的荧光材料20。玻璃管16的内部空间19填充有汞(Hg)以及由氩(Ar)和氖(Ne)组成的放电气体。
在外部电极荧光灯EEFL中，汞(Hg)和放电气体被注入玻璃管16中然后在玻璃管16的两端处玻璃管16的外表面上设置外部电极12。如果在外部电极12之间施加电压，就会产生紫外光的放电，使荧光材料20发出可见光。铝带(Al带)或铝浆(Al浆)可用作外部电极荧光灯EEFL的外部电极12的材料。玻璃管16内的氩(Ar)和氖(Ne)的内部压强不低于50托(torr)，且氩(Ar)占氩(Ar)和氖(Ne)放电气体的大约10％。然而，因为现有技术外部电极荧光灯EEFL中的管内部的压强为不低于50托的高压强，所以需要高电压用于放电。因此，功耗增大且光效率降低。
发明内容
因此，本发明的实施例旨在提供一种外部电极荧光灯和液晶显示器件的背光单元，其基本上消除了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或更多个问题。
因此，本发明的实施例的目的是提供一种光效率得到提高且功耗得以降低的外部电极荧光灯。
本发明的实施例的另一个目的是提供一种光效率得到提高且功耗得以降低的背光单元。
本发明的实施例的其他特征和优点将在以下说明书中阐述，部分地通过阅读说明书而变得明了，或者可以通过实践本发明的实施例而获知。本发明的实施例的这些目的和其他优点将通过文字说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其他优点并根据本发明实施例的目的，如具体实施和广义描述的，一种外部电极荧光灯包括：填充有放电气体的铁电玻璃管；该铁电玻璃管的内表面上的且分别位于所述铁电玻璃管的端部的铁电膜；以及所述铁电玻璃管的外表面上的与所述铁电膜相交叠的外部电极。
另一方面，一种液晶显示器件的背光单元包括：多个外部电极荧光灯，用于产生提供给液晶显示板的光；漫射板，用于使外部电极荧光灯所产生的光分散；以及位于漫射板和液晶显示板之间用于使漫散的光改向至液晶显示板的多个光学片，其中所述外部电极荧光灯包括填充有放电气体的铁电玻璃管；该铁电玻璃管的内表面上的且分别位于所述铁电玻璃管的端部的铁电膜；以及所述铁电玻璃管的外表面上的与所述铁电膜相交叠的外部电极。
应该理解，以上概括说明和以下详细说明都是示例性和说明性的，旨在为所要求保护的本发明的实施例提供进一步的说明。
所包括的附图用于提供对本发明实施例的进一步理解，其并入并构成了本说明书一部分，示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明实施例的原理。
附图说明
附图中：
图1示出了现有技术的冷阴极荧光灯；
图2示出了现有技术的外部电极荧光灯；
图3示出了根据本发明实施例的外部电极荧光灯；
图4是沿图3的线II-II’截取的示出了该外部电极荧光灯的剖面图；
图5示出了根据本发明实施例的液晶显示器件的背光单元；
图6A和6B分别示出了对于典型玻璃管的情况和带铁电膜的铁电玻璃管的情况的电荷量；
图7示出了形成图3和图4的外部电极的工艺；而
图8用于说明帕邢定律(Paschen’s law)。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的优选实施例，附图中示出了它们的示例。然而，本发明可以按照许多不同形式来实施，并且不应认为是局限于此处阐述的实施例；提供这些实施例实际上是为了使公开彻底和完整，可以将本发明的概念完全传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，层和区域的厚度被放大。附图中的类似标号指代类似的要素。
图3示出了根据本发明实施例的外部电极荧光灯。图4是沿图3的线II-II’截取的示出了该外部电极荧光灯的剖面图。图5示出了根据本发明实施例的液晶显示器件的背光单元。更具体地说，图5示出了使用图3和图4的外部电极荧光灯(EEFL)作为光源的液晶显示器件的背光单元。图5所示的液晶显示器件包括用于显示图像的液晶显示板150和用于向液晶显示板150照射光的背光单元160。
在液晶显示板150上彼此交叉地布置有多条数据线和多条选通线，以便在上基板和下基板之间限定出排列为有源矩阵形的多个液晶单元。此外，在液晶显示板150中形成有用于向各个液晶单元施加电场的像素电极和公共电极。在数据线与选通线彼此交叉处形成有薄膜晶体管(TFT)。薄膜晶体管(TFT)响应于扫描信号将数据电压切换至像素电极。
如图5所示，背光单元160包括多个外部电极荧光灯(EEFL)155、底盖162、漫射板164和多个光学片166。底盖162被成形为，使得多个外部电极荧光灯(EEFL)155容纳在内部空间中，并且内部空间的底面和侧面上形成有反射板。外部电极荧光灯(EEFL)155响应于来自逆变器(未示出)的高AC电压而发光。漫射板164装配在底盖162上，使来自外部电极荧光灯(EEFL)155的光漫射。将多个光学片166定位为接收漫射的光并将漫射的光引导至液晶显示板150。
漫射板164包括多个珠(bead)(未示出)。这些珠使来自外部电极荧光灯(EEFL)155的光漫射，从而在液晶显示板150的显示表面上不存在亮度差。这些珠散布在具有与这些珠相同的折射率的介质(未示出)中，从而漫射的光不会聚集。
光学片166包括一个或更多个漫射片以及一个或更多个棱镜片，从而使来自漫射板164的漫射的光改向至整个液晶显示板150。更具体地说，光学片166使沿垂直方向的漫射的光朝向液晶显示板150的显示表面弯曲。因此，光学片166的作用是对漫射的光进行聚集，然后从液晶显示板150的前表面射出。
再次参照图3和图4，本发明实施例的外部电极荧光灯(EEFL)155包括：由玻璃制成的铁电玻璃管116；在铁电玻璃管116的端部包围铁电玻璃管116的圆筒形金属管114；在铁电玻璃管116的端部包围圆筒形金属管114的外部电极112；在铁电玻璃管116的中部涂覆在铁电玻璃管116的内表面上用于产生可见光的荧光材料120；以及在玻璃管116的端部涂覆在铁电玻璃管116的内表面上的铁电膜122。铁电玻璃管116的内部空间119填充有汞(Hg)以及由氩(Ar)组成的放电气体。
铁电玻璃管116是由诸如Li2O、Na2O、K2O和BaO的钠钙玻璃组(soda lime group)材料制成的。铁电玻璃管116的钠钙玻璃组材料可具有大约10～20的介电常数。
铁电涂覆膜122位于玻璃管116的内表面上并与外部电极112相交叠，而铁电玻璃管116位于其间。此外，铁电膜122并未与荧光材料120相交叠，荧光材料120位于铁电玻璃管116的中央部分的玻璃管116的内表面上。铁电膜122由介电常数大约4～20的铁电材料形成。铁电涂覆膜122由下表1中所示的铁电材料之一形成。
[表1]
 
材料名称 化学式
钛酸钡 BaTi<sub>3</sub>
铌酸锂 LiNbO<sub>3</sub>
钼酸钆 Gd<sub>2</sub>(MoO4)<sub>3</sub>
碘硫化锑 SbSI
亚硝酸钠 NaNO<sub>2</sub>
亚磷酸二氢钾 KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>
氘化三甘氨硫酸酯 (NH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>COOH)<sub>3</sub>H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
酒石酸钾钠 NaKC<sub>4</sub>H<sub>4</sub>O<sub>6</sub>·4H<sub>2</sub>O
通过使用上述铁电玻璃管116和铁电膜122，外部电极荧光灯(EEFL)可以在相对的低电压下产生放电，因为铁电玻璃管116上的电荷量在较低电压下较大。结果增大了光效率并降低了功耗。
图6A和6B分别示出了对于典型玻璃管的情况和带铁电膜的铁电玻璃管的情况的电荷量。可以通过以下数学公式来确定使用铁电玻璃管116和铁电膜122的情况下的电荷量。
[数学公式1]
C＝ε(A/d)
(C是电容，ε是介电常数，A是电极面积，d是电极间距)
[数学公式2]
Q＝CV
电荷量的确定基于以下事实：电容C与介电常数ε成正比(如数学公式1所示)，且电容C与电荷量Q成正比(如数学公式2所示)。换句话说，电容C随着介电常数ε变大而变大，而电荷量Q随着电容C变大而变大。
电容C由于铁电玻璃管116和铁电膜122而增大，从而电荷量Q增大。电荷量Q可以增大，使得即使在该荧光灯的两端之间施加了与现有技术相同的放电电压V，也可以在铁电玻璃管116中累积比现有技术玻璃管多得多的电荷。累积电荷的增多提高了光效率并降低了功耗。
金属管114是由诸如青铜的材料制成的。每个金属管114都分别包围着铁电玻璃管116，并分别位于铁电玻璃管116的端部。如果在外部电极112的端部之间施加高电压来产生放电，就可能产生影响并损坏外部电极112的火花。金属管114直接与外部电极112相接触，并被定位为用于防止由于火花而引起的外部电极112的损坏，所述火花可能由于对外部电极112施加高电压而产生，这种损坏会造成外部电极荧光灯无法工作。更具体地说，金属管114使得外部电极荧光灯在火花事件之后也可以工作(原本火花事件会使外部电极荧光灯无法工作)。
外部电极112的成分可以如表2所示。
[表2]
  锡(Sn)   铋(Bi)   锌(Zn)   铟(In)   锑(Sb)   铝(Al)
  60～70％   22～28％   3～6％   1～2％   0.2～0.7％   0.05～0.15％
例如，外部电极112可以为67.9％的锡(Sn)、25％的铋(Bi)、5％的锌(Zn)、1.5％的铟(In)、0.5％的锑(Sb)和0.1％的铝。图7示出了形成图3和图4的外部电极的工艺。如图7所示，可以通过浸渍法(dipping method)来形成具有这种成分的外部电极112。更具体地说，将两端带有金属管114的铁电玻璃管116的两个端部分别浸渍在成分如表2所示的无Pb焊料112A的容器176中。然后，使无Pb焊料112A硬化从而形成外部电极112，如图3和图4所示，外部电极112分别在铁电玻璃管116的端部包围着金属管114。此外，外部电极112甚至可以形成在金属管114与铁电玻璃管116之间的狭小间隙中。通过这种方法形成的外部电极112可以由铝(Al)制成，铝对于铁电玻璃管116具有良好的粘合特性。
在铁电玻璃管116内的内部空间119中填充汞(Hg)和放电气体。铁电玻璃管116内的压强P为大约5～45托，这低于现有技术玻璃管内的压强(不小于50托)。此外，较之现有技术的氩(Ar)和氖(Ne)的放电气体，该放电气体仅由氩(Ar)构成。可以利用相对压强较低的单种气体而非压强较高的两种气体的组合来更加有效地产生光。换句话说，本发明实施例的压强较低的单种元素放电气体EEFL较之现有技术的压强较高的两种元素的放电气体EEFL，可以在更低的放电电压下产生更多的光。本发明的实施例仅使用100％的氩(Ar)作为放电气体，这使得可以在铁电玻璃管116的内部空间119中使用较低的压强。根据帕邢定律，较低的压强使得可以在相对较低的电压下产生光。
图8用于说明帕邢定律。如图8所示，如果对阴极和阳极施加放电电压来产生光，则阴极中的电子就会和放电气体的分子发生碰撞。结果，气体分子进入等离子态，在该状态下，气体分子被分割为电子和离子，电子172向阳极移动而离子174向阴极移动。代表用于产生电子172和离子174的放电电压Vf、气体的压强P以及电极间距d之间的关系的定律就是帕邢定律。
图8的关系表达式(1)中所示的帕邢定律可以近似为关系表达式(2)。换句话说，帕邢定律表明，放电电压Vf与气体的压强P以及电极间距d成正比。因此，如果电极间距d固定并且如果气体的压强P降低，则放电电压Vf可以降低。因此，可以使用比现有技术更低的放电电压Vf来产生光，从而提高了光效率并降低了功耗。
由于气体分子的密度随着压强P的降低而减小，所以溅射发生率增大，从而玻璃管116的内表面可能受损。铁电涂覆膜122形成在溅射集中的铁电玻璃管116的两端处铁电玻璃管116的内表面上。铁电涂覆膜122防止了由于较低压强下的溅射增加而造成的铁电玻璃管116的任何损坏。
根据本发明实施例的外部电极荧光灯EEFL155采用铁电玻璃管116和铁电涂覆膜122来增大电荷的累积量。因此，较之现有技术，相同放电电压下的光产生率增大，从而提高了光效率并降低了功耗。此外，仅使用氩(Ar)作为填充在铁电玻璃管116的内部空间119中的放电气体，并且/或者将内部空间119的气体压强保持在大约5～45托。即使在较之现有技术更低的压强状态下，也可以在较之现有技术(具有较高压强下的放电气体)相对更低的电压下产生光，从而提高了光效率并降低了功耗。
通过使用以外部电极荧光灯(EEFL)155产生光的背光单元160，可以在现有技术所使用的相同放电电压下向液晶显示板150提供更多的光，其中所述外部电极荧光灯(EEFL)155具有压强较低的单种元素放电气体。因此，有可能降低用于提供相同光的放电电压，从而降低功耗。
如上所述，根据本发明实施例的外部电极荧光灯(EFFL)和使用该外部电极荧光灯(EFFL)的液晶显示器件的背光单元使用带有铁电膜的铁电玻璃管来增大电荷的累积量。因此，放电发生率得以提高。此外，铁电玻璃管内部空间中的放电气体仅包括气体压强大约5～45托的氩(Ar)，从而能够在低驱动电压下产生光。结果，提高了提供给液晶显示板的光的效率，并降低了用于提供光的能量。
本领域的技术人员很清楚，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明实施例的外部电极荧光灯和液晶显示器件的背光单元进行各种修改和变型。因而，如果这些修改和变型落入所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明的实施例亦涵盖这些修改和变型。
本申请要求2005年12月30日提交的韩国专利申请P05-0135025的优先权，此处通过引用并入其全部内容。

Claims (16)

1.一种外部电极荧光灯，该外部电极荧光灯包括：
填充有放电气体的铁电玻璃管；
所述铁电玻璃管的内表面上的且分别位于所述铁电玻璃管的端部的铁电膜；以及
所述铁电玻璃管的外表面上的与所述铁电膜相交叠的外部电极。
2.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中所述铁电玻璃管的介电常数为10～20。
3.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中所述铁电玻璃管包括Li2O、Na2O、K2O和BaO中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中所述铁电膜的介电常数为4～20。
5.根据权利要求4所述的外部电极荧光灯，其中所述铁电膜包括以下中的至少一种：钛酸钡、铌酸锂、钼酸钆、碘硫化锑、亚硝酸钠、亚磷酸二氢钾、氘化三甘氨硫酸酯和酒石酸钾钠。
6.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中所述放电气体为氩(Ar)。
7.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中所述放电气体的压强为5～45托。
8.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，该外部电极荧光灯还包括：
所述铁电玻璃管的端部处所述铁电玻璃管的外表面上的金属管。
9.根据权利要求8所述的外部电极荧光灯，其中所述金属管由青铜制成。
10.根据权利要求1所述的外部电极荧光灯，其中外部电极由67.9wt％的锡(Sn)、25wt％的铋(Bi)、5wt％的锌(Zn)、1.5wt％的铟(In)、0.5wt％的锑(Sb)和0.1wt％的铝(Al)制成。
11.一种液晶显示器件的背光单元，该背光单元包括：
多个外部电极荧光灯，用于产生提供给液晶显示板的光；
漫射板，用于使所述外部电极荧光灯所产生的光漫射；以及
光学片，位于所述漫射板和所述液晶显示板之间用于使漫射的光改向至所述液晶显示板，
其中所述外部电极荧光灯包括：
填充有放电气体的铁电玻璃管；
所述铁电玻璃管的内表面上的且分别位于所述铁电玻璃管的端部的铁电膜；以及
所述铁电玻璃管的外表面上的与所述铁电膜相交叠的外部电极。
12.根据权利要求11所述的背光单元，其中所述铁电玻璃管的介电常数为10～20。
13.根据权利要求11所述的背光单元，其中所述铁电玻璃管由Li2O、Na2O、K2O和BaO中的至少一种制成。
14.根据权利要求11所述的背光单元，其中所述铁电膜的介电常数为4～20。
15.根据权利要求11所述的背光单元，其中所述铁电玻璃管内的放电气体的内部压强为5～45托。
16.根据权利要求11所述的背光单元，该背光单元还包括：
所述铁电玻璃管的端部处的金属管。
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