液晶显示器的闪烁式等离子背光系统 【技术领域】
本发明有关于一种液晶显示器(liquid crystal display，LCD)，特别是有关于一种应用于LCD的闪烁式等离子背光系统。
背景技术
液晶显示器具有由液晶单元所构成的多个图像单元(picture element)，或称像素，液晶单元根据施加的电压而改变极化方向。通过控制施加至液晶单元的电压，能够改变由液晶显示器所发出的光线强度。众多液晶显示器驱动方法中，有源矩阵式(active matrix)液晶显示器的各像素具有切换单元(例如薄膜晶体管)，用以控制提供至液晶的电压，因其具有较佳的质量，故已经加强开发并逐渐广泛使用中。
另外，液晶显示面板具有上玻璃基板以及下玻璃基板，其间具有液晶层，通过上玻璃基板以及下玻璃基板，能够控制由液晶显示器所发出的光线强度。液晶显示器首先必须具有设置在液晶显示面板下方的背光组件以提供可见光源。传统的背光源由冷阴极荧光管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)所产生。闪烁的CCFL背光源能够改善移动画面的质量。
然而，冷阴极荧光管的闪烁工作导致10％以上的亮度损耗，总亮度损失量视所使用的冷阴极荧光管数目而定。再者，由于冷阴极荧光管需要较长地反应时间(约五毫秒(ms))，因此造成改善移动画面质量的阻碍。再者，管理由邻接的冷阴极荧光管所发出的重迭光线是相当困难的，而各冷阴极荧光管皆须独立的反向器以逐行操作，更提高了液晶显示面板的制造成本。
【发明内容】
有鉴于此，为了解决所述问题，本发明主要目的在于提供一种应用于LCD的闪烁式等离子背光系统。
为获致所述的目的，本发明提出一种应用于液晶显示器的闪烁式等离子背光系统，包括一第一基板；与第一基板平行设置且分离的第二基板；在第一基板与第二基板之间所形成的气体放电空间；设置在第二基板朝向于第一基板的内面的至少一电极对，其中所述电极对具有彼此平行的第一电极以及第二电极；耦接于所述电极对的控制单元，用以周期性提供能量以激发位于第一基板与第二基板之间的气体放电；设置在第二基板朝向于第一基板的内面且覆盖所述电极对的介电层；以及设置在第一基板朝向于第二基板的内面的第一荧光层。
【附图说明】
为使本发明的所述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：
图1表示根据本发明实施例所述闪烁式等离子背光系统的斜视平面图。
图2表示具有4电极对的第二基板的顶视图。
图3表示图2中，具有较多电极的第二基板的顶视图。
图4表示根据本发明实施例所述的由控制单元提供至图2所示的电极对的维持脉冲波形。
图5表示根据本发明实施例所述的液晶透射率、闪烁式等离子背光输出以及LCD的亮度输出的关系图。
图6表示根据本发明实施例所述的维持脉冲周期性切换输出与闪烁式等离子背光输出的关系图。
图7表示根据本发明实施例所述的液晶透射率、维持脉冲周期性切换输出、以及闪烁式等离子背光输出的关系图。
符号说明：
100～闪烁式等离子背光系统
110～第一基板
120～第二基板
130、210、220、230、240～电极对
140、212、222、232、242、310、X1、X2、X3、X4、X5～第一电极
145、214、224、234、244～第二电极
150～控制单元
160～介电层
170、180～荧光层
190～间隔物
260～维持脉冲产生器
510、520、530、540～液晶透射率转换状态
610～维持脉冲关断时期
620～维持脉冲输出时期
630～等离子背光关断时期
640～等离子背光输出时期
X～端子
Y1、Y2、Y3、Y4～端子
S1、S2、S3、S4～开关
T～画面
T1～关断时期
T2～点亮时期
【具体实施方式】
本发明实施例伴随着图示的描述。在实施例的描述中，有关电连接的描述，例如耦接以及电连接，除非特别说明以外，取决于信号或能量直接或间接由一组件传送至另一组件。
如图1所示，根据本发明实施例所述的液晶显示器的闪烁式等离子背光系统100，包括第一基板110、第二基板120、设置在第二基板120朝向第一基板110面的至少一电极对130、耦接于电极对130的控制单元150、设置在第二基板120朝向于第一基板110面且覆盖电极对130的介电层160、以及设置在第一基板110朝向于第二基板120面的荧光层170。第二基板120上与第一基板110平行设置，并在第二基板120与第一基板110之间形成一气体放电空间。电极对130包含彼此平行的第一电极140以及第二电极145。控制单元150提供适当的能量以激发第一基板110与第二基板120之间的气体放电，例如通过提供周期性的维持脉冲。
第一基板110与第二基板120的材料可为玻璃或塑料，其形状与尺寸取决于LCD与其所使用的闪烁式等离子背光系统。以17英寸的LCD面板为例，第一基板110与第二基板120的形状为长约36公分以及宽约27公分的矩形。第一基板110与第二基板120的距离范围约为1厘米至5厘米。在一些实施例中，在第一基板110与第二基板120之间设置至少一间隔物190以保持第一基板110与第二基板120的距离。间隔物190的材料可为玻璃或塑料。在其它实施例中，也可使用阻隔壁(Barrier Rib)以分离第一基板110与第二基板120。氙气(xenon)、氖气与氙气的混合气体(neon-xenon)、氦气与氙气的混合气体(helium-xenon)或氩气与氙气的混合气体(argon-xenon)填充在第一基板110与第二基板120之间的空间。
电极对130的材料为导电材料，例如银金属、铜金属或多层金属结构如三层金属结构铬/铜/铬。电极对130的宽度与厚度取决于气体放电时的电流强度。
介电层160的材料可为二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)或氧化铅(PbO)。在本实施例中，介电层160的厚度可为40微米(μm)。介电层160通过印刷(printing)、物理汽相沉积(physical vapor deposition，PVD)或化学汽相沉积(chemical vapor deposition，CVD)等方式形成在第二基板120相对于第一基板110面并覆盖电极对130。
第一荧光层170设置在第一基板110相对于第二基板面120的内面，其材料为磷光剂。通过第一荧光层170，可将真空的紫外线(vacuumultraviolet)转换为可见光，例如红光、蓝光、绿光或其综合光线，以产生LCD的背光源。在其它实施例中，第二荧光层180设置在第二基板120相对于第一基板110的内面并覆盖介电层160，用以提高闪烁式等离子背光系统的输出强度。
如图2所示的另一实施例，四电极对210、220、230与240设置在第二基板120相对于第一基板110的内面并耦接至控制单元250。四电极对210、220、230与240上彼此并列设置。四电极对的第一电极(X1，212)、(X2，222)、(X3，232)、(X4，242)共同耦接至控制单元250的端子X。四电极对的第二电极214、224、234与244分别耦接至控制单元250的端子Y1、Y2、Y3与Y4。
图2中，控制单元250包括开关S1、S2、S3与S4，分别耦接至控制单元250的端子Y1、Y2、Y3与Y4。控制单元250还包括维持脉冲产生器260以提供气体放电的能量。所述开关可由电装置所制成。维持脉冲由维持脉冲产生器260产生，通过控制单元250的端子X提供给第一电极212、222、232与242，通过控制单元250的端子Y1、Y2、Y3、Y4提供给第二电极214、224、234与244，其中提供给第一电极与第二电极的维持脉冲其相位差为180°。当开关S1导通时，电极X1与X2之间的气体通过第一电极与第二电极间的维持脉冲而放电，并导致对应区域发出光线。电极X1与X2之间的区域为等离子闪烁区。同样的，当开关S2导通时，电极X2与X3之间的气体发生放电的操作；当开关S3导通时，电极X3与X4之间的气体发生放电的操作；当开关S4导通时，电极X4与Y4之间的气体发生放电的操作。因此，当开关S4导通时电极X4与Y4之间的等离子闪烁区宽度会比当开关S1导通时电极X1与X2之间的等离子闪烁区宽度窄。图3所显示的另一实施例更增设了另一电极(X5，310)。因此，位于电极(X4，242)与(X5，310)之间的等离子闪烁区宽度会与位于电极(X1，212)与(X2，222)之间的等离子闪烁区宽度相同。
当等离子闪烁区对应的电极接收到用以气体放电的维持脉冲时，等离子闪烁区的作用类似于传统的冷阴极荧光管。根据LCD特定的尺寸，闪烁式等离子背光系统能够提供相对于传统使用冷阴极荧光管的背光系统较多的等离子闪烁区，因此能够减少闪烁操作所损失的光线量。意即，根据本发明实施例所述的闪烁式等离子背光系统相对于传统使用冷阴极荧光管的背光系统能够提供较高的亮度。以17英寸的LCD为例，闪烁式等离子背光系统具有8个等离子闪烁区，而传统背光系统仅使用2管冷阴极荧光管。在此实施例中，对应电极延长为长36cm，宽1mm，而高度约为5微米(μm)。
如图4所示，为了保持等离子背光持续输出，维持脉冲410与420周期性激发气体放电。在此实施例中，控制单元250产生约1600伏特以及频率约200kHz的维持脉冲。维持脉冲的正负脉冲占空比(duty)为50％，而维持脉冲分别提供至第一电极与第二电极的波形的相位差为180°。维持脉冲的电压Vs必须大于点火电压Vf以造成气体放电。点火电压Vf的大小与使用的放电气体以及电极对的第一电极与第二电极的距离有关。例如，当使用氙气作为放电气体时，点火电压Vf约为1600伏特。维持脉冲的频率取决于所需的峰值亮度以及电力损耗限制。在此，越高的维持脉冲频率得到越高的峰值亮度。
再者，气体放电的反应时间较传统冷阴极荧光管短，因此更适合作为LCD的背光源。氙气原子通过维持脉冲激发并点亮。氙气原子及离子由激发状态回到稳态时将发射波长约为147nm、152nm以及173nm的真空紫外光(vacuumultraviolet，VUV)。根据本发明一实施例，氙气放电的反应时间约为5微秒(μs)。
等离子背光系统以与液晶的反应速度有关的方式闪烁，并减少移动画面的模糊现象(blurring phenomena)。模糊现象产生的原因在于当对应区域的液晶在透射率转换状态时，如图5的标号510、520、530以及540所示，背光仍继续提供并穿过尚未切换完成的液晶而造成残影现象。因此，当液晶在透射率转换状态时关断对应的光源，能够消除或减少残影现象的发生。如图6所示，一个画面T的时间约为16.6ms，包括关断时期T1以及点亮时期T2。在关断时期T1时，液晶根据电压改变而变换其透光率，此时维持脉冲在对应时期610关断而闪烁式等离子背光在对应时期630的输出同样也关断。而在点亮时期T2时，维持脉冲在对应时期620输出而闪烁式等离子背光在对应时期640同样的保持输出。因此，维持脉冲周期性的开关输出导致等离子背光系统闪烁。
以具有8个等离子闪烁区域，1280×768分辨率的17英寸LCD为例，各等离子闪烁区域对应于约160条扫描线。如图7所示，当依序寻址(address)扫描线1至扫描线160时，位于扫描线1至扫描线160之间区域的液晶开始变换其透光率。在此期间，开关S1截止，端子Y1停止输出扫描脉冲。因此，对应于位于电极X1与X2之间的等离子闪烁区域停止输出光线。当位于扫描线1至扫描线160之间区域的液晶透射率状态转换完成时，开关S1导通，端子Y1开始输出扫描脉冲，且位于电极X1与X2之间的等离子闪烁区域也开始输出光线。同样，当位于扫描线161至扫描线320之间区域的液晶开始变换其透光率时，开关S2截止，端子Y2停止输出扫描脉冲。因此，对应于位于电极X2与X3之间的等离子闪烁区域停止输出光线。当位于扫描线161至扫描线320之间区域的液晶透射率状态转换完成时，开关S2导通，端子Y2开始输出扫描脉冲，且位于电极X2与X3之间的等离子闪烁区域也开始输出光线。因为根据本发明实施例所述的闪烁式等离子背光系统闪烁的方式与液晶状态的转换有关，可以减少画面的模糊现象(blurring phenomena)。因此，有效改善移动画面的质量。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。