JP2006019260A - バックライトユニット及びこれを適用した液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度の冷陰極蛍光ランプの構造を改善して並列構造の多ランプ駆動が可能になり、ランプに流れる電流の偏差を減少させたバックライトユニット及びこれを適用した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】バックライトユニットは、複数の冷陰極蛍光ランプと、複数の冷陰極蛍光ランプに同一の電流が流れるように電気容量が制御された状態で、冷陰極蛍光ランプの両端部に取り付けられたキャパシタと、冷陰極蛍光ランプのキャパシタに連結されて高電圧を印加するインバータとを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】バックライトユニットは、複数の冷陰極蛍光ランプと、複数の冷陰極蛍光ランプに同一の電流が流れるように電気容量が制御された状態で、冷陰極蛍光ランプの両端部に取り付けられたキャパシタと、冷陰極蛍光ランプのキャパシタに連結されて高電圧を印加するインバータとを含む。
【選択図】 図１
Description
本発明は、バックライトユニットに関し、特に、高輝度の冷陰極蛍光ランプを並列に駆動し得るようにしたバックライトユニット及びこれを適用した液晶表示装置に関する。
最近の情報化社会でディスプレイは、視覚情報伝達媒体としての重要性がより強調されており、将来主要な位置を占めるためには、低消費電力化、薄型化、軽量化、高画質化などの要件を充足させるべきである。
ディスプレイは、自体発光をするブラウン管(Cathode Ray Tube: ＣＲＴ)、電界発光素子(Electro Luminescence: ＥＬ)、発光素子(Light Emitting Diode: ＬＥＤ)、真空蛍光表示装置(Vacuum Fluorescent Display: ＶＦＤ)、電界放出ディスプレイ(Field Emission Display: ＦＥＤ)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel: ＰＤＰ)などの発光型と、液晶表示装置(Liquid Crystal Display: ＬＣＤ)のように自体発光ができない非発光型と、に大別される。
液晶表示装置は、液晶の光学的異方性を利用してイメージを表現する装置であり、既存のブラウン管に比べて視認性に優れ、同一の大きさのブラウン管に比べて平均消費電力及び発熱量が少ないため、プラズマディスプレイパネル及び電界放出ディスプレイと共に次世代表示装置として注目されている。
液晶表示装置に使用される液晶は、自身が光を出す発光物質でなく、外部から入射される光の量を調節(modulation)して画面に表示する受光性物質であるため、液晶表示パネルに光を照射するための光源、即ち、ランプユニットを別途必要とする。
一般に、液晶表示装置は、マトリックス形態に配列された画素に画像情報によるデータ信号を個別的に供給し、画素の光透過率を調節することにより所望の画像を表示する表示装置である。
このために、液晶表示装置は、アレイ基板とカラーフィルター基板との間に液晶が注入されて映像を出力する液晶表示パネルと、液晶表示パネルの背面に設置されて液晶表示パネルの全面にかけて光を放出するバックライトユニットと、液晶表示パネルとバックライトユニットを固定 結合させる複数のケース部品と、から構成される。
ここで、アレイ基板とカラーフィルター基板が合着された液晶表示パネルに共通電極及び画素電極が形成されて液晶層に電界を印加し、共通電極に電圧が印加された状態で画素電極に印加されるデータ信号の電圧を制御すると、液晶層の液晶は、共通電極と画素電極間の電界に応じて誘電異方性により回転することにより、画素別に光を透過または遮断させることで、文字や画像を表示する。
一方、バックライトユニットの機能は、光源として使用される蛍光ランプから均一の明るさの平面光を作ることであり、該バックライトユニットをどれほど薄型化しつつ光利用効率を向上させるかが液晶表示装置の厚さ及び消費電力を大きく左右する。
ここで、バックライトユニットは、蛍光ランプが液晶表示パネルの背面に配置されて、光を液晶表示パネルの全面に直接透過させる直下方式と、蛍光ランプが液晶表示パネルの一側面または両側面に配置されて、光を導光板、反射シート及びシートを通じて反射、拡散及び集光することによりパネルの全面に透過させるエッジ方式と、に区分される。
エッジ方式は、製造の容易という利点を有し、直下方式は、光の均一度が高いため、大型液晶表示装置に有利であるという利点を有する。
一方、バックライトユニットで光源として使用される蛍光ランプとしては、現在冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp: ＣＣＦＬ)が主に使用されている。
一方、バックライトユニットで光源として使用される蛍光ランプとしては、現在冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp: ＣＣＦＬ)が主に使用されている。
しかしながら、冷陰極蛍光ランプは、エッジ方式のバックライトユニットに適用することは容易であるが、直下方式のバックライトユニットに適用することは容易ではないという短所がある。即ち、冷陰極蛍光ランプは、ランプ電極とランプ電線間をはんだ付けした後にその接合部をシリコンラバーによって包んで保護する方式を採択している。従って、複数のランプを備える直下方式のバックライトユニットへ適用するためには、はんだ付け及びシリコンラバーによる保護を各ランプに対して個別的に行なうへきであり、よって、長い工程時間を必要とする。さらに、冷陰極蛍光ランプには一体型のランプホルダーが適用されるため、個別的な接合部の保護が実質的に困難である。
以下、このような冷陰極蛍光ランプの駆動方式を、図面を参照して詳細に説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、一般の冷陰極蛍光ランプの構造及び駆動方式を示す概略図である。冷陰極蛍光ランプ４０Ａは、図示されたように、ランプ４０Ａの両端の電極４１に高圧をかけることで電流が導通可能な始動電圧まで増加させてからそれ以上になると安定化する構造であり、継続的に光を出すためには交流を印加させることでその状態が維持される。
図４Ａ及び図４Ｂは、一般の冷陰極蛍光ランプの構造及び駆動方式を示す概略図である。冷陰極蛍光ランプ４０Ａは、図示されたように、ランプ４０Ａの両端の電極４１に高圧をかけることで電流が導通可能な始動電圧まで増加させてからそれ以上になると安定化する構造であり、継続的に光を出すためには交流を印加させることでその状態が維持される。
その結果、ランプ４０Ａの１つのみに限定される状況になるため、直下方式のバックライトではランプ４０Ａの数だけ個別的に動作させるべきであるという難しさがある。
従って、冷陰極蛍光ランプを適用したバックライトユニットは大部分エッジ方式によって製造され、これによって、直下方式のバックライトユニットへの適用が容易な外部電極蛍光ランプ(External Electrode Fluorescent Lamp: ＥＥＦＬ)が提案された。以下、外部電極蛍光ランプを詳細に説明する。
従って、冷陰極蛍光ランプを適用したバックライトユニットは大部分エッジ方式によって製造され、これによって、直下方式のバックライトユニットへの適用が容易な外部電極蛍光ランプ(External Electrode Fluorescent Lamp: ＥＥＦＬ)が提案された。以下、外部電極蛍光ランプを詳細に説明する。
図５Ａ及び図５Ｂは、一般の外部電極蛍光ランプの構造及び駆動方式を示す概略図である。
外部電極蛍光ランプ４０Ｂは、図示されたように、ガラス管の両側端に電極が突出する冷陰極蛍光ランプの構造とは違って、電極がなく、ランプ４０Ｂの両端部に導体物質を塗って外部電極４２により分極化されたイオンがランプ４０Ｂの両端に集まってから、高圧の交流によりゼロクロシングされる瞬間にまたイオンが合わせられる過程を経て光を出す駆動方式である。
外部電極蛍光ランプ４０Ｂは、図示されたように、ガラス管の両側端に電極が突出する冷陰極蛍光ランプの構造とは違って、電極がなく、ランプ４０Ｂの両端部に導体物質を塗って外部電極４２により分極化されたイオンがランプ４０Ｂの両端に集まってから、高圧の交流によりゼロクロシングされる瞬間にまたイオンが合わせられる過程を経て光を出す駆動方式である。
ここで、電極(即ち、外部電極４２)がランプの内部に存在しないため、等価回路においては、キャパシタが両端に存在することが分かる。従って、複数のランプ４０Ｂを並列に連結して駆動することが可能になる。従って、容量が大きいインバータさえあれば、冷陰極蛍光ランプより簡単な機構的構造及びインバータによって点灯することが可能になる。
しかしながら、一般に、外部電極蛍光ランプは、数ＭＨｚの高周波駆動によって高輝度を得るため、高周波による電磁波障害(ELectro Magnetic Interference: ＥＭＩ)の問題、低効率の問題及び高周波電源供給装置の問題などがをあった。
本発明は、このような問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、高輝度の冷陰極蛍光ランプの構造を改善して並列構造の多ランプ駆動が可能になり、ランプに流れる電流の偏差を減少させたバックライトユニット及びこれを適用した液晶表示装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明によるバックライトユニットは、複数の冷陰極蛍光ランプと、複数の冷陰極蛍光ランプに同一の電流が流れるように電気容量が制御された状態で、冷陰極蛍光ランプの両端部に取り付けられたキャパシタと、冷陰極蛍光ランプのキャパシタに連結されて高電圧を印加するインバータと、を含む。
さらに、本発明による液晶表示装置は、液晶表示パネルと、液晶表示パネルに光を放出する複数の蛍光ランプと、複数の蛍光ランプを並列駆動させるために蛍光ランプの両端に取り付けられ、相対的に少ない電流が流れる蛍光ランプの両端には異なる容量を有するものが取り付けられるキャパシタと、複数の蛍光ランプの下面に位置して蛍光ランプを包んで収納するランプハウジングと、を含む。
本発明によるバックライトユニットは、冷陰極蛍光ランプの両端にキャパシタを連結することで外部電極蛍光ランプと同一の等価回路を構成することにより、既存の冷陰極蛍光ランプを並列に駆動することが可能になり、よって、高輝度を維持すると同時に冷陰極蛍光ランプを直下型に構成し得るという効果がある。
また、電気漏洩によって低い電流が流れるランプの両端に異なる容量のキャパシタを取り付けることにより並列ランプ駆動方式において輝度均一度を維持することができるという効果がある。
以下、図面を参照して本発明によるバックライトユニット及びこれを適用した液晶表示装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるバックライトユニットの構造を概略的に示す例示図である。
図１を参照すると、本実施形態のバックライトユニットは、並列に連結される複数の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮと、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮに交流型電圧を印加して駆動するための電源装置である昇圧トランス(図示せず)と、複数の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの下面に位置して冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮを包むランプハウジング１５０と、を含む。
図１は、本発明の第１の実施形態によるバックライトユニットの構造を概略的に示す例示図である。
図１を参照すると、本実施形態のバックライトユニットは、並列に連結される複数の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮと、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮに交流型電圧を印加して駆動するための電源装置である昇圧トランス(図示せず)と、複数の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの下面に位置して冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮを包むランプハウジング１５０と、を含む。
多ランプを駆動するための方法として外部電極蛍光ランプ方式が研究されているが、外部電極蛍光ランプ方式は、前述したように高周波駆動による電磁波障害及び低効率などの問題点がある。また、ＬＣ−共振型インバータを使用して外部電極蛍光ランプを駆動する場合は、輝度及び効率が極度に劣化するためバックライトの光源として採用することができないという問題点がある。
従って、本実施形態では、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの両端に高電圧のキャパシタＣＳ１、ＣＳ２を取り付けることで定性的に外部電極蛍光ランプと同一の構成にする。
即ち、外部電極蛍光ランプを特性上等価回路に描いてみると、キャパシタ＋抵抗＋キャパシタから構成されるが、これは、冷陰極蛍光ランプの等価回路とは両側にキャパシタが直列に存在することのみが異なる。
参考に、冷陰極蛍光ランプを並列に駆動すると、片方に集中される電流ゆえ均一な輝度を得ることが難しい。
参考に、冷陰極蛍光ランプを並列に駆動すると、片方に集中される電流ゆえ均一な輝度を得ることが難しい。
従って、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの両側にキャパシタＣＳ１、ＣＳ２を取り付けることで外部電極蛍光ランプと同一の等価回路を構成することによってインバータの構造が簡単になり、製品の原価が低下する。
ここで、キャパシタＣＳ１、ＣＳ２なしに駆動をすると、並列に束ねられた冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの偏差中、抵抗が小さいランプに急激に電流が流れるので、並列駆動の意義を失うようになる。
このように、本実施形態では、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮの両側にキャパシタＣＳ１、ＣＳ２を取り付けることにより多ランプを並列駆動し得るようになり、ここで、最後の冷陰極蛍光ランプ１４０ＬＮの両側には他の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮ−１の場合とは異なる容量のキャパシタＣＳ２を取り付けるようになるが、以下、この内容を詳細に説明する。
前述したように、大型液晶表示装置のバックライトユニットは、並列ランプ駆動方式を主に使用している。ここで、複数のランプを駆動するので、バックライトの輝度の均一度が重要であり、輝度の均一度を左右する主要要因の１つは、ランプに流れる電流である。
現在３０インチ以上のバックライトユニットには、１６個のランプが並列に実装されており、インチが増加ほど、ランプの数は増加する。
図２は、図１のバックライトユニットのIII−III'線の断面を示す例示図で、それぞれの冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮに流れる電流を測定すると、最下部の冷陰極蛍光ランプ１４０ＬＮに流れる電流が少ないことが分かる。
その理由は、ランプシステムとランプハウジング１５０との寄生電気容量(ＣＰ１〜ＣＰ３)が存在するためである。これによって、ランプハウジング１５０との電気場が形成され、これによる電気エネルギー密度はμ＝ε０Ｅ２／２で漏電される。また、冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮと金属ハウジング１５０との距離が近いほど両者間の寄生電気容量(ＣＰ１〜ＣＰ３)が大きくなるため、電気漏電現象も大きくなる。従って、図示されたように、両側部に位置した冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１、１４０ＬＮは、寄生電気容量(ＣＰ２、ＣＰ３)が相対的に大きいため、電気漏電現象によって冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１、１４０ＬＮに流れる電流が相対的に小さい。
さらに、一般に、液晶表示装置は立てて駆動させることになり、このとき、バックライトユニットの内部温度は上部の温度が下部の温度より相対的に高いので、上部側の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１の電流はある程度補償されるが、下部側の冷陰極蛍光ランプ１４０ＬＮに流れる電流は依然として小さい。即ち、上部側の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１にも同様に寄生電気容量(ＣＰ２)による電気漏電現象が発生するが、ランプシステム内部の温度対流による上部高温により補償される。
このように寄生電気容量によりバックライトの輝度の均一度に問題が発生する。本発明では、これを補償するために、下部側に位置した冷陰極蛍光ランプ１４０ＬＮの両端に他の冷陰極蛍光ランプ１４０Ｌ１〜１４０ＬＮ−１とは異なる容量のキャパシタＣＳ２を取り付ける。具体的には、ＣＳ２の容量はＣＳ１の容量よりも大きい。
図３は本発明の第２の実施形態を示す図である。図３において、２０本の冷陰極蛍光ランプ２４０Ｌ１−Ｌ２０が具備され、キャパシタＣＳがランプ２４０Ｌ１−Ｌ２０各々の両端に直列に接続される。本実施形態において、キャパシタＣＳは、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の４つのグループに分けられる。キャパシタＣＳ４は最も下側に位置するランプ２４０Ｌ２０に接続され、キャパシタＣＳ３は下から２番目に位置するランプ２４０Ｌ１９に接続され、キャパシタＣＳ２は下から３番目及び４番目に位置するランプ２４０Ｌ１８及びＬ１７並びに最も上側に位置するランプ２４０Ｌ１に接続され、キャパシタＣＳ１は残りの他のランプに接続される。
第１の実施形態と同様に本実施形態においても、キャパシタＣＳの容量はランプとランプハウジング１５０との寄生容量及びランプシステム内の温度対流を考慮に入れて選定される。即ち、キャパシタＣＳの容量について、寄生容量が大きいほど、より大きい容量が必要となり、また、高温部に位置するランプほど大きい容量が必要となる。
結果として、キャパシタＣＳの容量は、ＣＳ４＞ＣＳ３＞ＣＳ２＞ＣＳ１となる。この関係によって、第１の実施形態と同様の原理で同じ電流が各ランプに流れ、バックライトの輝度が均一になる。
以下、前述したような本発明のバックライトユニットを適用した液晶表示装置を説明する。
液晶表示装置は、画素がマトリックス形態に配列される液晶表示パネルと、液晶表示パネルの側面にそれぞれ接続されたゲート駆動回路部と、データ駆動部と、液晶表示パネルの背面に配置されたバックライトユニットと、から構成される。
液晶表示装置は、画素がマトリックス形態に配列される液晶表示パネルと、液晶表示パネルの側面にそれぞれ接続されたゲート駆動回路部と、データ駆動部と、液晶表示パネルの背面に配置されたバックライトユニットと、から構成される。
ここで、液晶表示パネルは、相互対向して均一のセルギャップを保持して合着されたアレイ基板と、カラーフィルター基板と、アレイ基板とカラーフィルター基板間に形成された液晶層と、からなる。
また、アレイ基板とカラーフィルター基板が合着された液晶表示パネルには共通電極及び画素電極が形成されて液晶層に電界を印加し、共通電極に電圧が印加された状態で画素電極に印加されるデータ信号の電圧を制御すると、液晶層の液晶は、共通電極と画素電極間の電界に応じて誘電異方性により回転することにより、画素別に光を透過または遮断させることで、文字や画像を表示する。
ここで、画素電極に印加されるデータ信号の電圧を画素別に制御するために薄膜トランジスター(Thin Film Transistor: ＴＦＴ)のようなスイッチング素子が画素に個別的に備えられる。
一方、ゲート駆動回路部及びデータ駆動回路部は、液晶表示パネルと多様な形態に結合されて液晶表示パネルに形成された複数のゲートライン及びデータラインに走査信号及び画像情報を供給することによって、液晶表示パネルの画素を駆動させる。
一方、バックライトユニット、即ち、反射シート、導光板、光学シート及びランプアセンブリは、モールドフレームにより順次に積層されて収納される。
ここで、液晶表示パネル及びバックライトユニットは、バックライトユニットの背面に配置された下部カバーにより支持され、下部カバーは、モールドフレームとねじにより結合されることができる。
ここで、液晶表示パネル及びバックライトユニットは、バックライトユニットの背面に配置された下部カバーにより支持され、下部カバーは、モールドフレームとねじにより結合されることができる。
一方、下部カバーとモールドフレームは、組み立ての迅速性のためにフック方式により結合されることができる。即ち、下部カバーには挿入溝を形成し、モールドフレームにはフックを形成して下部カバーの挿入溝にモールドフレームのフックを挿入する方式により下部カバーとモールドフレームが結合されることができ、ここで、下部カバーにフックが形成され、モールドフレームに挿入溝が形成されることもできる。
また、下部カバーと結合されたモールドフレームの上面の縁は、トップケースにより圧着され、トップケースは、モールドフレームとねじまたはフック方式により結合されることができる。
なお、第１及び第２の実施形態においては１６本及び２０本のランプを用いたが、ランプの本数は変更可能である。ランプの本数が異なっていても、キャパシタＣＳの容量がランプとランプハウジング１５０との寄生容量及びランプシステム内の温度対流を考慮に入れて選定されれば、上記と同様の効果が得られる。従って、異なるランプ数の実施形態は本発明の範疇に含まれるものである。
１４０．冷陰極蛍光ランプ
１５０．ランプハウジング
２４０．冷陰極蛍光ランプ
１５０．ランプハウジング
２４０．冷陰極蛍光ランプ
Claims (9)
- バックライトユニットであって、
並列に電流を供給される複数の冷陰極蛍光ランプ、
前記各冷陰極蛍光ランプの両端に直列接続されたキャパシタであって、該複数の冷陰極蛍光ランプに同一の電流が流れるように選定された電気容量を有するキャパシタ、及び
該冷陰極ランプに接続された該キャパシタに接続され、高電圧を印加するインバータ
からなることを特徴とするバックライトユニット。 - 請求項１記載のバックライトユニットにおいて、該冷陰極蛍光ランプが、接続された該キャパシタを介して並列に駆動されることを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項１記載のバックライトユニットにおいて、該冷陰極ランプが外部電極蛍光ランプと等価な回路構成となるように、該キャパシタが各冷陰極ランプの両端に接続されたことを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項１記載のバックライトユニットであって、さらに、前記複数の冷陰極蛍光ランプの下面に位置して前記冷陰極蛍光ランプを包んで収納するランプハウジングからなることを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項４記載のバックライトユニットにおいて、他のいずれのキャパシタよりも大きな容量のキャパシタが最も下側に位置する冷陰極ランプの両端に接続されたことを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項５記載のバックライトユニットにおいて、２番目に大きい容量のキャパシタが下から２番目に位置する冷陰極ランプの両端に接続されたことを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項６記載のバックライトユニットにおいて、３番目に大きい容量のキャパシタが、少なくとも最も上側に位置する冷陰極ランプを含む冷陰極ランプのセットにおける各冷陰極ランプの両端に接続されたことを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項６記載のバックライトユニットにおいて、３番目に大きい容量のキャパシタが、少なくとも下から３番目に位置する冷陰極ランプを含む冷陰極ランプのセットにおける各冷陰極ランプの両端に接続されたことを特徴とするバックライトユニット。
- 液晶表示装置であって、
液晶表示パネル、
該液晶表示パネルに光を放出する複数の蛍光ランプ、
請求項１から請求項８いずれか一項に記載のバックライトユニット、及び
該複数の冷陰極蛍光ランプの下面に位置して該冷陰極蛍光ランプを包んで収納するランプハウジング
からなることを特徴とする液晶表示装置。
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