专利名称：冷阴极荧光管型灯及其液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷阴极荧光管型灯和使用该灯的液晶显示装置，更具体地，涉及一种具有最小功耗和用以以最多的光显示图像的优异的亮度均匀性的冷阴极荧光管型灯，以及使用这种灯的液晶显示装置。
背景技术：
通常，冷阴极荧光管型灯是用以产生光的光设备。在冷阴极荧光管型灯中，在不加热阴极的情况下，借助使阴极发射的电子与荧光材料碰撞而产生光。
具体地，在阴极和阳极之间产生非常大的电场，以在不加热冷阴极荧光管型灯的阴极的情况下发射电子。此时，阴极和阳极之间的电场借助放电电压产生。从阴极由放电电压发射的电子移动到阳极上。从阴极上发射的电子与冷阴极荧光管型灯的灯管内的放电气体碰撞，然后放电气体离解而形成包括放电气体原子、中子和电子的等离子体。光在放电气体离解而形成等离子体时产生，该光借助荧光材料转变成可见光。
图1A是说明传统冷阴极荧光管型灯的工作的示意性横截面图，图1B是显示图1A的传统冷阴极荧光管型灯的示意性电路图。
图1A中，附图标记1表示灯管。灯管1具有端部密封的透明管形状。荧光材料3涂覆在灯管1内壁上。荧光材料3将等离子体产生的光转变成可见光。此外，放电气体5被注入灯管1内，且如上所述，放电气体5通过与电子碰撞而离解。
同时，第一电极7和第二电极9位于密封的灯管1内。第一电极7对应于第二电极9。在此情况下，第一电极7是阴极，而第二电极9是阳极。
冷阴极荧光管型灯10具有一些优点，如低的发热值、良好的光效率和长的寿命。因为这些优点，冷阴极荧光管型灯10被广泛用作液晶显示装置的光供给装置。
然而，虽然在仅一个冷阴极荧光管型灯安装在液晶显示装置中时，冷阴极荧光管型灯10具有上述优点，但是当两个或多个冷阴极荧光管型灯并联连接至一个电压加载装置上时，这些冷阴极荧光管型灯可能不再具有其优点。
具体地，当液晶显示装置内安装有一个连接至一电压加载装置上的冷阴极荧光管型灯时，从一个冷阴极荧光管型灯可产生具有高质量的光。
另一方面，在液晶显示装置内安装有至少两个连接至一电压加载装置上的冷阴极荧光管型灯的情况下，在冷阴极荧光管型灯之间可能产生严重的光学问题。
这些光学问题主要由冷阴极荧光管型灯的内阻导致，该内阻反比于外界供给的电流，如图1B所示。即，因为在灯管1内产生等离子体，所以冷阴极荧光管型灯的内阻随外界供给的电流增加而降低，同时，冷阴极荧光管型灯的内阻根据外界供给的电流的降低而增加。
此外，光学问题还可以由于分别具有不同电流特性的冷阴极荧光管型灯的电特性的不同而产生。
考虑到冷阴极荧光管型灯的光学问题，根据冷阴极荧光管型灯的对应于外界供给的电流的逐渐增加而内阻逐渐降低，具有良好电流特性的冷阴极荧光管型灯的亮度逐渐增加。另一方面，具有低劣电流特性的冷阴极荧光管型灯的内阻对应于外界供给的电流的减小而相对增加。当液晶显示装置包括这种冷阴极荧光管型灯时，液晶显示装置屏幕上显示的图像可能局部不可见，虽然图像局部在屏幕上可以辨识。
发明内容
进行本发明以解决前述问题，因而，本发明的第一目的是提供一种冷阴极荧光管型灯，该灯以良好的最小功耗产生显示图像所需的光，并具有用以显示高质量图像的良好的亮度均匀性和高的光效率。
本发明的第二目的是提供一种显示高质量图像的液晶显示装置，该装置根据屏幕尺寸的增加具有至少一个冷阴极荧光管型灯，当该液晶显示装置中安装有多个冷阴极荧光管型灯时，该屏幕上的图像可以显示，而没有冷阴极荧光管型灯的亮度的非均匀性、光效率的降低和功耗的增加。
为了实现本发明的第一目的，提供一种冷阴极荧光管型灯，该灯包括容纳放电气体的管体、涂覆在管体内侧的荧光材料层、设置在管体的第一端部表面上的第一电极和设置在管体的第二端部的第二电极，其中，第二电极与第一电极隔开。
此外，为了实现本发明的第二目的，提供一种液晶显示装置，该装置包括灯总成，以及通过外界施加的信号调制第一光并显示包括图像的第二光的液晶显示板总成。该灯总成包括a)产生第一光的冷阴极荧光管型灯，该灯包括i)容纳放电气体的管体、ii)涂覆在管体内侧的荧光材料层、iii)设置在管体的第一端部表面上的第一电极，以及iv)设置在管体的第二端部的第二电极，其中，第二电极与第一电极隔开；以及b)将驱动电压通过第一电极加载到冷阴极荧光管型灯上的电压加载装置。
根据本发明，本发明的冷阴极荧光管型灯的功耗可以减至最小，同时本发明的冷阴极荧光管型灯的光效率可以增至最大。另外，本发明的冷阴极荧光管型灯的亮度均匀性在应用多个冷阴极荧光管型灯时可以提高。
当结合附图考虑时，本发明的以上及其它目的和优点通过参照以下详细描述将变得容易理解，其中图1A是说明传统冷阴极荧光管型灯的工作的示意性横截面视图；图1B是显示图1A的传统冷阴极荧光管型灯的示意性电路图；图2是说明根据本发明一实施例的冷阴极荧光管型灯的透视图；图3是自图2的线III-III截取的说明冷阴极荧光管型灯的横截面视图；图4是显示图3的‘A’的放大横截面视图；图5是说明根据本发明另一实施例的冷阴极荧光管型灯的透视图；图6是自图5的线VII-VII截取的说明冷阴极荧光管型灯的横截面视图；图7是说明根据本发明另一实施例的冷阴极荧光管型灯和电压加载装置之间的连接的示意性平面图；图8是说明根据本发明再一实施例的冷阴极荧光管型灯和电压加载装置之间的连接的示意性平面视图；图9是说明根据本发明再一实施例的多个冷阴极荧光管型灯和电压加载装置之间的连接的示意性平面图；图10是显示根据本发明一实施例的液晶显示装置的示意性横截面图；以及图11是说明图10的液晶显示板总成的分解透视图。
具体实施例方式
以下，将参照附图详细说明根据本发明优选实施例的冷阴极荧光管型灯和液晶显示装置。
图2是显示根据本发明一实施例的冷阴极荧光管型灯的透视图，图3是自图2的III-III线截取的说明冷阴极荧光管型灯的横截面视图。
参照图2和3，冷阴极荧光管型灯200包括管体212、荧光材料层216、第一电极222和第二电极224。
管体212具有图4详细显示的用于密封放电气体214的相应形状。具体地，管体212具有端部封闭的圆柱形状。
管体212还具有圆周部分212a、第一端部212b和第二端部212c。
放电气体214注入到具有上述结构的管体212内。荧光材料涂覆在管体212圆周部分212a内侧，以形成具有薄厚度的荧光材料层216。
为了通过管体212内的放电气体214而从形成在管体212内侧上的荧光材料层216产生可见光，第一电极222安装在管体212上，第二电极224设置在管体212内。
在此情况下，根据第一和第二电极222和224的位置和布置，冷阴极荧光管型灯200的功耗、光效率和亮度均匀性受到极大影响。
即，冷阴极荧光管型灯200的光效率可以借助第一和第二电极222和224的位置和布置来改变。此外，冷阴极荧光管型灯200的亮度均匀性可以根据第一和第二电极222和224的位置和布置而增加或减少。
在管体212的基础上有三种类型的第一和第二电极222和224的位置和布置。
第一类型是，第一和第二电极222和224设置并布置在管体212内侧，而在第二类型中，第一和第二电极222和224设置并布置在管体212外侧。此外，在第三种类型中，第一和第二电极222和224中的一个设置在管体212内侧，而第一和第二电极222和224中的另一个设置在管体212外侧。
在第一和第二电极222和224的三种类型的位置和布置中，第三种类型具有最好的光效率和亮度均匀性。
在具有第一和第二电极222和224的第一种类型的位置和布置的冷阴极荧光管型灯中，当多个冷阴极荧光管型灯并联连接至一个电源上时，冷阴极荧光管型灯的亮度均匀性会严重降低。
当冷阴极荧光管型灯具有第一和第二电极222和224的第二种类型的位置和布置时，因为电极222和224会比具有第一和第二电极222和224的第三种类型的位置和布置的冷阴极荧光管型灯遮挡更多的光，所以该冷阴极荧光管型灯的光效率会降低。
另一方面，具有第三类型的冷阴极荧光管型灯具有优于具有第一和第二电极222和224的第二种类型位置和布置的冷阴极荧光管型灯的功耗。
在具有第一和第二电极222和224的第二种类型位置和布置的冷阴极荧光管型灯中，会因设置在管体212外侧上的两个电极222和224而在导体电极222和224与导体密封管(即介电管体212)之间通过等离子体产生电容。
于是，具有第二种类型的冷阴极荧光管型灯的等效电路结构类似于电容、电阻(放电电阻)和电容逐个串联连接的电路。在此情形中，具有第二种类型的冷阴极荧光管型灯的功耗被称为第一功耗。
然而，在具有第三种类型的冷阴极荧光管型灯中，两个电极222和224中的仅一个电极222设置在管体212的外侧，如图2所示，从而具有第三种类型的冷阴极荧光管型灯的等效电路结构类似于电容和电阻彼此串联的电路结构。因此，具有第三种类型的冷阴极荧光管型灯的电容大于具有第二种类型的冷阴极荧光管型灯的电容。此时，因为放电电压随电容的增加降低，所以自变压器输出的电压也降低，从而降低了变压器中的功耗。
因而，当具有第三类型的冷阴极荧光管型灯的功耗被称为第二功耗时，第二功耗低于第一功耗。
在具有第二类型的冷阴极荧光管型灯中，光比具有第三类型的冷阴极荧光管型灯的光遮挡更多，因为在具有第二类型的冷阴极荧光管型灯中，两个电极均形成在管体外侧，在具有第三类型的该冷阴极荧光管型灯中，仅两个电极中的一个设置在管体外侧上。因此，具有第二类型的冷阴极荧光管型灯的光效率低于具有第三类型的冷阴极荧光管型灯的光效率。
考虑到上述问题，在根据本发明一优选实施例的冷阴极荧光管型灯200中，一个电极设置在管体外侧，另一个电极形成在管体内侧，如图2所示。
以下，将描述具有第三类型的冷阴极荧光管型灯200的第一和第二电极222和224的位置和布置，该灯具有优异的功耗、良好的光效率和较高的亮度均匀性。
在本发明中，第二电极224设置在管体212内侧，且电极222形成在管体212外侧。第一电极222形成在管体212一端部，第二电极设置在管体212的另一端部附近。此时，第一电极222以一预定间隔面对第二电极224。
具体地，第一电极222接触管体212的第一端面212b，同时接触管体212的第一圆周部分212a。即，第一电极222覆盖管体212的一侧面部分。
同时，与设置在管体212内侧中的第一电极222相比，图2和3中的冷阴极荧光管型灯200具有较低的光效率，因为第一电极覆盖了管体212的侧面部分。
图5是显示根据本发明另一实施例的冷阴极荧光管型灯的透视图，图6是说明该冷阴极荧光管型灯的自图5中的线VII-VII截取的横截面视图。
如图5和6所示，根据本发明另一实施例的冷阴极荧光管型灯具有优异的光效率，虽然第一电极225形成在管体212外侧，而第二电极224设置在管体212内侧。
参照图6，第一电极225部分切开，以形成开口225a。在此情形中，第一电极225的开口225a使管体212供给的光能向管体外侧发射光，而不由第一电极225遮蔽光。
同时，参照图2和3，电子应当从第一和第二电极222和224中的一个上发出，并且应当在管体212内移动，以便自冷阴极荧光管型灯200产生光。
在此情形下，在第一和第二电极222和224上施加非常高的放电电压，以从第一和第二电极222和224中的一个上发射电子。
然而，难以将高放电电压直接施加到电极222和224上，所以通常将约一至几十伏特的低压升高至几千伏特的高放电电压以加载到电极222和224上。
于是，电压加载装置300连接至冷阴极荧光管型灯200的第一和第二电极222和224上，如图7和8所示。电压加载装置300自电源供给装置300接收低压直流电源，然后将低压直流电压转变成高压交流电压。电压加载装置300包括一个逆变器和一个变压器。此时，逆变器控制变压器中升高的电压。
升高至几千伏特的交流电压从电压加载装置300的输出端310加载到冷阴极荧光管型灯200上。在此情形下，在交流电压从电压加载装置300的输出端310输出后，该交流电压被加载至第一电极222上，如图7所示。
在另一方面，在交流电压从电压加载装置300的输出端310输出后，交流电压可以施加到第二电极224上，如图8所示。在此情形下，冷阴极荧光管型灯200的功耗和发热值随自电压加载装置300的输出端310输出的交流电压被加载到第一电极222或第二电极224上而变化。冷阴极荧光管型灯200的发热值影响安装有该冷阴极荧光管型灯200的液晶显示装置的液晶。以下将通过拟合结果说明电压加载装置300和冷阴极荧光管型灯200的配置。
这些拟合关于包括形成在管体212外侧上的第一电极222和设置在管体212内侧中的第二电极的冷阴极荧光管型灯而进行。此时，管体212中的电流约为4mA，驱动频率约为60kHz。此外，管体212的长度约为378mm，管体212的直径约为2.6mm，第一电极222的长度约为17mm。
对于具有上述尺寸的冷阴极荧光管型灯，当升高的高压交流电压自电压加载装置300的输出端310输出，并加载至冷阴极荧光管型灯200的第二电极224上时，如图8所示，功耗约为4.83W，第一电极222和第二电极224之间的温度差约25℃。
另一方面，当升高的高交流电压自电压加载装置300的输出端310输出，然后加载至冷阴极荧光管型灯200的第一电极222上时，如图7所示，功耗约为4.33W，第一电极222和第二电极224之间的温度差约10℃。
根据拟合结果，当自电压加载装置300的输出端310输出的交流电压加载到第一电极222或第二电极224上时，光可以从冷阴极荧光管型灯200产生。然而，功耗和加热值根据输出端310与电极222或224之间的连接而变化。
在本发明的一优选实施例中，冷阴极荧光管型灯200包括形成在管体212外侧上的第一电极222和设置在管体212内侧的第二电极，交流电压加载到冷阴极荧光管型灯200的第一电极222上，以降低功耗和第一电极222与第二电极224之间的温度差。
同时，根据本发明另一实施例，多个冷阴极荧光管型灯200并联连接至一个电压加载装置300，如图9所示。因此，可获得冷阴极荧光管型灯200的亮度均匀性，尽管冷阴极荧光管型灯200分别具有不同的电流特性。
根据本发明再一实施例，冷阴极荧光管型灯200可以安装在液晶显示装置中，如图10所示，从而实现液晶显示装置的高质量显示。
图10是说明根据本发明再一实施例的液晶显示装置的示意性横截面视图，图11是显示图10的液晶显示板总成的分解透视图。
参照图10，液晶显示装置400一般包括至少一个冷阴极荧光管型灯200和液晶显示板总成430。
液晶显示装置400还包括散射板410、安放容器420和外壳440、442和444，用以高质量显示。
同时，液晶显示板总成430具有滤色板431、液晶432、薄膜晶体管(TFT)基板433和驱动模块434，如图11所示。
滤色板431包括红·绿·蓝(R·G·B)像素和公共电极。
在此情形下，R·G·B像素形成在滤色板431的一面上。这些R·G·B像素通过薄膜技术布置成矩阵形式。具有矩阵形式的R·G·B像素将经过R·G·B像素的白色光过滤成红色光、绿色光和蓝色光。
同时，由氧化铟锡(ITO)制成的公共电极形成在形成有R·G·B像素的滤色板431的整个表面上。此时，公共电极可以用其它透明导电材料制成。
TFT基板433包括薄膜晶体管433a、像素电极433b和信号加载线433c和433d，如图11所示。
具体地，多个薄膜晶体管433a通过半导体技术形成在TFT基板433的一面上。这些薄膜晶体管433a设置成矩阵形式。在此情形中，薄膜晶体管433a的数量等于R·G·B像素的数量。
薄膜晶体管433a分别包括栅电极G、源电极S、漏电极D和沟道区C。
具体地，在沟道区中，薄膜晶体管433a的电性能从导体变成非导体，或从非导体变成导体。根据本发明一实施例，沟道区C形成在TFT基板433上。栅电极G形成在TFT基板433上，并与沟道区C绝缘。此外，源电极S电连接至以栅电极G为中心的沟道区C的一部分上。同时，漏电极D电连接至以栅电极G为中心的沟道区C的另一部分上。
栅极线433c连接至布置成矩阵形式的薄膜晶体管433a的所有栅电极G上，数据线433d连接至薄膜晶体管433a的所有源电极S上。
驱动模块434连接至栅极线433c和数据线433d，以将驱动信号加载至薄膜晶体管433a。
同时，由诸如ITO的透明导电材料制成的像素电极433b形成在薄膜晶体管433a的所有漏电极D上。此时，像素电极像素电极对应于滤色板431的R·G·B像素。
液晶432被注入到TFT基板433与滤色板431之间，形成液晶层。液晶层的光透射性随公共电极与像素电极433b之间产生的电场而改变。
从至少一个冷阴极荧光管型灯200产生的光提供给具有上述结构的液晶显示板总成430。此时，冷阴极荧光管型灯200的一个电极设置在管内侧，且冷阴极荧光管型灯200的另一电极设置在管外侧。
所有的冷阴极荧光管型灯200并联设置，并接收来自电压加载装置的用以显示的电压，如图10所示。
冷阴极荧光管型灯200固定在安放容器420底面上。从固定在安放容器420底面上的冷阴极荧光管型灯200产生的光具有周期性重复的部分高的亮度和部分低的亮度，使得光具有非常规律的亮度分布。
为了解决光的亮度非均匀性，散射光的散射板410安装在冷阴极荧光管型灯200与液晶显示板总成430之间。
在此情形下，散射板410用安放容器420安装。同时，液晶显示板总成430安装在安装在安放容器420上的散射板410上。
如上所述，本发明的冷阴极荧光管型灯的功耗可以减至最少，同时本发明的冷阴极荧光管型灯的光效率可以增至最大。
此外，当应用多个冷阴极荧光管型灯时，本发明的冷阴极荧光管型灯的亮度均匀性可以得以提高。
虽然本发明的优选实施例已得以说明，但是应当理解的是，本发明不应当限于这些优选实施例，相反，本领域的技术人员可以在本发明的如权利要求所述的实质和范围内作出各种变化和修改。
权利要求
1.一种冷阴极荧光管型灯，包括管体，用以容纳放电气体；荧光材料层，涂覆在所述管体内侧；第一电极，设置在所述管体第一端部的表面上；以及第二电极，设置在所述管体的第二端部内侧，其中，所述第二电极与所述第一电极隔离。
2.如权利要求1所述的冷阴极荧光管型灯，其中，所述第一电极覆盖所述管体的第一端部，和邻近所述管体第一端部的所述管体的外部。
3.如权利要求2所述的冷阴极荧光管型灯，其中，穿过所述第一电极沿光发射方向形成开口。
4.如权利要求2所述的冷阴极荧光管型灯，其中，所述第一电极以距所述管体的第一端部相同的距离覆盖所述管体的外部。
5.如权利要求1所述的冷阴极荧光管型灯，其中，在所述第一电极上加载交流电。
6.一种液晶显示装置，包括灯总成，该灯总成包括a)用以产生第一光的冷阴极荧光管型灯，该灯包括i)用以容纳放电气体的管体、ii)涂覆在所述管体内侧的荧光材料层、iii)设置在所述管体第一端部的表面上的第一电极、以及iv)设置在所述管体的第二端部内侧的第二电极，其中所述第二电极与所述第一电极隔离；以及b)电压加载装置，用以将驱动电压经所述第一电极加载到所述冷阴极荧光管型灯上；以及液晶显示板总成，用以通过从外界加载的信号调制第一光，并用以显示包括图像的第二光。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其中，并联设置多个所述的冷阴极荧光管型灯，且驱动电压是交流电压。
8.如权利要求6所述的液晶显示装置，其中，所述电压加载装置具有逆变器和用以通过所述逆变器产生的控制信号升高电压的变压器。
全文摘要
本发明公开了一种冷阴极荧光管型灯和使用这种灯的液晶显示装置。两个电极中的一个设置在灯管内侧，另一电极形成在灯管外侧。放电气体和荧光材料注入灯管内。于是，由灯产生光的功耗大幅降低。此外，若干灯之间的亮度非均匀性被降低。
文档编号G02F1/13GK1421730SQ0210729
公开日2003年6月4日 申请日期2002年3月29日 优先权日2001年11月30日
发明者俞炯硕, 吴元植, 姜圣哲 申请人:三星电子株式会社