专利名称：包括弯曲荧光灯的背光单元以及包括背光单元的液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光单元和LCD(液晶显示)装置，特别是涉及布置在LCD板的后侧以便构成LCD装置的背光单元，并涉及包括背光单元的LCD装置。
背景技术：
近年来，LCD装置开始全面用于液晶电视机或类似装置内，同样对于安装在LCD装置内的背光单元的需要也日益增加。
背光单元分成两类边缘光类型(也称为侧光类型或光导类型)，其中光导布置在LCD板的后表面上，并且荧光灯布置在光导的边缘上；以及向下指向类型，其中多个荧光灯平行于后表面布置在LCD板的后表面上。通常，边缘光类型的背光单元有利于实现薄的主体以及发光表面上的均匀亮度，但不利于实现高亮度，并且向下指向类型的背光单元有利于实现高亮度，但不利于实现薄的主体。
因此，着重于实现高亮度的用于液晶电视机的LCD装置通常采用向下指向类型的背光单元。
向下指向类型的背光单元具有与液晶电视机的水平宽屏幕相对应的矩形反射板和包括光学扩散板的半透明板，该板相互平行布置。向下指向类型的背光单元还具有多个布置在反射板和半透明板之间的荧光灯，并使得从荧光灯发出的光朝着LCD板穿过半透明板。采用这种构造，LCD板在其后部从背光单元接收光。反射板和半透明板之间并且其中布置有荧光灯的背光单元的四侧通过侧板和类似物封闭，以便防止灰尘或类似物进入背光单元(见例如日本特开平专利申请NO.2002-241605)。
对于具有所述构造的背光单元来说，其荧光灯的形状或配置各不相同的许多类型的背光单元已经投入实际使用。这种背光单元包括其中直管荧光灯水平均匀间隔地布置在垂直方向内的背光单元(此后，该背光单元称为直管横向安装类型)；其中直管荧光灯垂直均匀间隔地布置在水平方向上的背光单元(此后该背光单元称为直管垂直安装类型，见所述日本特开平专利申请NO.2002-214605)；以及其中弯曲成字母U形的荧光灯水平均匀间隔地布置在垂直方向上的背光单元(此后，该背光单元称为弯曲管横向安装类型，吉安日本特开平专利申请NO.7-270786)。
同时，当液晶电视机变得尺寸更大并亮度较高时，每个连接到液晶电视机的LCD板上的向下指向类型的背光单元内的荧光灯的数量增加。当荧光灯数量增加时，背光单元内的温度增加。这造成背光单元内的温度分布更加不均匀。通常，具有水平宽屏幕的液晶电视机在使用时垂直直立。因此，背光单元的上部分具有较高的温度，并且下部分具有较低的温度。
在所述情况的横向安装类型的背光单元中，在布置较高位置上的荧光灯处的亮度较高，并且布置在较低位置上的荧光灯处的亮度较低。这使得荧光灯之间的亮度具有差异，并且造成总体背光单元内的亮度不均匀。在直管垂直安装类型的情况下，在灯之间几乎不出现亮度差异，但是在每个灯的较高部分的亮度较高，并且较低部分处的亮度较低。在造成总体背光单元内的亮度不均匀。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种背光单元，其中与传统背光单元相比，限制了亮度的不均匀。
本发明的第二目的在于提供一种包括这种背光单元的液晶显示装置。
第一目的通过一种背光单元实现，该背光单元包括外容器；容纳在外容器内并包括两个电极和玻璃泡的弯曲荧光灯，玻璃泡具有(i)折弯部分和(ii)从折弯部分相互平行延伸的两个直部分，并且两个电极分别连接到玻璃泡的两端上；以及可操作以便供应照亮弯曲荧光灯的电能的变换器，其中变换器布置在外容器的外部，并且弯曲荧光灯布置成使得当背光单元在使用时垂直直立时，在外容器内电极在低位置，并且折弯部分在高位置。
采用其中弯曲荧光灯布置成使得当背光单元在使用时垂直直立时电极在低位置而折弯部分在高位置的所述构造，作为主要热源的电极产生的热量在玻璃泡内向上流动，并且大多数热量用来加热通常在玻璃泡内填充的稀有气体。因此，填充背光单元的气体(空气)没有如同传统背光单元那样加热。这限制背光单元内的温度上升，并减小背光单元内垂直方向上的温度分布的不均匀。因此该结构限制由温度分布不均匀造成的背光单元的亮度不均匀。
同样，在所述构造中，作为无意义热源的变换器布置在外容器的外部。由于变换器位于外容器内，这限制温度不均匀造成的总体背光单元内的亮度不均匀。
第二目的通过液晶显示装置来实现，该装置包括液晶显示板；以及权利要求1限定的背光单元，其中外容器布置在液晶显示板的后表面上。
采用所述的构造，在液晶显示板上形成不太不均匀的图像。
结合附图、参考以下说明将明白本发明的这些和其它目的、优点和特征，附图表示本发明的特定实施例。
附图中图1是该实施例中的背光单元的平面图(其中省略了光导或类似物)；图2A是沿着图1线A-A截取的截面图；图2B是连接到冷阴极荧光灯的套筒的透视图；图3A和3B表示传统荧光灯横向安装类型的背光单元；图4A表示传统直管垂直安装类型的背光单元；图4B表示本发明实施例中的弯曲管垂直安装类型的背光单元；图5表示玻璃泡表面温度测量实验的实验模型；图6表示实验模型内温度测量点的位置；图7表示当实验模型在背光单元外侧照亮时的温度测量结果；图8表示当实验模型在背光单元内侧照亮时的温度测量结果；图9A-9C表示变型1中的背光单元的部分。
图10表示变型2中的背光单元的部分。
图11A和11B是主要填充氖和氩混合气体的冷阴极荧光灯的数据曲线，其中氖和氩混合比例相对于起始电压的曲线，并且图11B是氖和氩之间的混合比例相对于灯效率的曲线；图12A和12B是用于实验的冷阴极荧光灯的纵向截面图；图13表示对于填充具有预定混合比例的氖气体和氩气体的混合气体的冷阴极荧光灯中的变化混合气体压力来说环境温度各自为0℃和25℃时测量的起始电压值；图14表示对于填充具有预定混合比例的氖气体、氩气体以及氪气体的混合气体的冷阴极荧光灯中的变化混合气体压力来说环境温度各自为0℃和25℃时测量的起始电压值；图15表示对于填充具有预定混合比例的氖气体和氪气体的混合气体的冷阴极荧光灯中的变化混合气体压力来说环境温度各自为0℃和25℃时测量的起始电压值；图16表示在填充具有不同于图15的混合比例的混合气体的冷阴极荧光灯中在与图15相同条件下测量的相同项目的结果；图17表示在填充具有不同于图15的混合比例的混合气体的冷阴极荧光灯中在与图15相同条件下测量的相同项目的结果；图18表示在填充具有不同于图15的混合比例的混合气体的冷阴极荧光灯中在与图15相同条件下测量的相同项目的结果；图19是对于具有不同混合比例的不同类型的稀有气体来说在环境温度为0℃时气体压力相对于起始电压的曲线；图20是对于具有不同混合比例的不同类型的稀有气体来说在环境温度为25℃时气体压力相对于起始电压的曲线；图21表示对于填充具有预定混合比例的氖气体和氪气体的混合气体的冷阴极荧光灯中的变化混合气体压力来说环境温度各自为0℃和25℃时测量的起始电压值；图22是对于具有不同混合比例的不同类型的稀有气体来说在环境温度为0℃时气体压力相对于起始电压的曲线；图23是对于具有不同混合比例的不同类型的稀有气体来说在环境温度为25℃时气体压力相对于起始电压的曲线；图24是环境温度相对于灯效率的曲线；以及图25表示其中使用该实施例的背光单元的液晶电视机的外形。
具体实施例方式
图1是实施例1中的向下指向类型的背光单元2的平面图。图2A是沿着图1线A-A截取的截面图。应该注意到在图1中省略了半透明板12和连接有半透明板12的连接框架，这将在以后说明。背光单元2布置在LCD(液晶显示)板(未示出)的后部以便用于并构成作为液晶电视机的显示单元的LCD装置。
背光单元2的构造将参考图1和2A描述。
背光单元2包括平盒形状的外容器4和容纳在外容器4内的多个冷阴极荧光灯6(此后只称为“荧光灯”6)。当背光单元2构成液晶电视机或类似物时，图1的X轴线表示水平方向，Y轴线表示垂直方向。在本申请的以下描述中，X轴方向表示横向或水平方向，并且Y轴线方向表示垂直方向。
外容器4基本包括水平宽矩形形状的反射板8、布置在反射板8边缘处的侧板10和平行于反射板8布置的半透明板12。这里，假设在平面图内似乎是矩形框架的侧板10的侧部各自指的是上部分14、下部分16、左部分18和右部分20，如图1所示。半透明板12安装在连接到侧板10上的连接框架22上。连接框架22由不透光的材料制成。因此，从荧光灯6发出的光只从与半透明板12相对应的区域引出，也就是说，该区域通过图1的双点划线围绕。
半透明板12是从反射板8(从荧光灯6)以如下顺序布置的光学扩散板24、光学扩散片26和透镜片28的层叠件。
反射板8通过粘接其上的金属板30的加强。
多对凸肋16A和16B形成在侧板10的下部分16内侧，以便在水平方向上以均匀间隔向内垂直伸出。凸肋16A和16B设置成在其端部支承荧光灯6，这将在下面描述。
以下描述荧光灯6的构造。
每个荧光灯6包括玻璃泡32。玻璃泡32具有在具有圆形截面的玻璃管处折弯的折弯部分34。玻璃泡32还具有从折弯部分34的两个端部相互平行延伸的直部分110和112。直部分110和112的端部进行密封。
玻璃泡32是字母U的形状，如图1所示。玻璃泡32由硅酸硼玻璃制成。玻璃泡32的端部用导线40密封，如图2A所示。
玻璃泡32的内表面涂覆荧光物质膜42。荧光物质膜42包括三种稀土荧光物质红荧光物质[Y2O3:EU3+]；绿荧光物质[LaPO4:Ce3+，Tb3+]；和蓝荧光物质[BaMg2Al16O27:Eu2+]。为了改善彩色再现，这些荧光物质可以用较纯光谱彩色荧光物质来代替。在这种情况下，用较纯光谱彩色荧光物质来代替绿荧光物质在改善彩色再现中产生最好效果。较纯光谱绿荧光物质可选自[BaMgAl11O19:Tb3+，Mn2+]，[Ce(Mg，Zn)Al11O19:Eu2+，Mn2+]以及[CeMgAl11O19:Tb3+，Mn2+]。为了进一步改善彩色再现，可以使用红荧光物质和较纯光谱红荧光物质。较纯光谱红荧光物质可选自[Y(P，V)O4:Eu3+]以及[Y2O2S:Eu3+]。同样，可以使用较纯光盘蓝荧光物质。较纯光谱蓝荧光物质可以例如是[CaMgSi2O8:Eu2+]。
玻璃泡32包括大致3mg的汞(未示出)和92％的氖(Ne)和余量包括氩(Ar)和氪(Kr)的混合气体。包括在混合气体内的稀有气体以及混合比例或类似情况不局限于所述情况，而可以从以下描述的选择中选出。
导线40通过将由钨制成的内导线40A和由镍制成的外导线40B连接而形成。玻璃泡32通过内导线40A密封。内导线40A和外导线40B两者是圆形截面。
内导线40A通过玻璃泡32的端部支承。电极44通过激光焊接和位于玻璃泡32内侧的内导线40A的端部连接。电极44是具有底部的圆柱形形状的所谓中空类型。电极44由铌棒制成。电极44采用中空类型的原因在于中空类型在灯照亮时有效地抑制放电造成的电极溅射(详细内容见例如日本特开平专利申请NO.2002-289138)。
套筒46安装在每个荧光灯6的两端的每端上。如图2A的截面图所示，从作为功率回路单元的变换器204(图2A未示出，见图25)连线的覆盖导体48连接到导线40上。覆盖导体48和导线40之间的连接通过使用焊料50将覆盖导体48的导线48A和外导线40B连接而形成，同时导线48A围绕外导线40B卷绕。覆盖导体48经由连续孔60拉出背光单元之外，孔连续穿过反射板8和金属板60。
图2B是已经连接到荧光灯6上的套筒46的透视图。如图2B所示，多个凸肋46A从套筒46的外表面伸出。荧光灯6的两端的每个端部经由套筒46连接到外容器4上。更特别是，如图1所示，套筒46压入外容器4的一对凸肋16A和16B之间的空间，造成弹性套筒46变形。套筒46接着通过其变形部分的恢复力牢固地固定在凸肋16A和16B上。虽然套筒46连接到外容器4上，只有凸肋46A的顶部与凸肋16A和16B、下部分16和反射板8接触。在以上说明中，设置多个凸肋46A(在所述实例中是六个)。但是，不局限于此，可以设置任何数量的凸肋46A。下面说明为何形成凸肋46A的原因。
每个荧光灯6通过连接到上部分14的折弯部分支承构件62支承在折弯部分34上，如图1和2A所示。折弯部分支承构件62由PET树脂制成。折弯部分支承构件62具有截面为字母C形的部分，并且圆形截面的玻璃泡32(折弯部分34)安装在折弯部分支承构件62的C形部分内，如图2A所示。折弯部分34通过C形部分的弹性变形牢固地支承。
反射片64和隔热片66插入折弯部分支承构件62和折弯部分34之间。反射片64在玻璃泡32的直部分110和112延伸的方向上反射来自折弯部分34的光，也就是说，它向下反射光。采用此结构，可以从折弯部分34直接引导光离开背光单元，而不是由于连接框架22的存在来直接引出。这有助于改善背光单元的亮度。布置在折弯部分34和折弯部分支承构件62之间的隔热片66完全起着隔热构件的作用。作为隔热构件的材料，可以使用特富龙(商标)。但是，不局限于此，可以使用其导热性比填充背光单元的气体(即空气)低的任何材料。下面将说明为何设置隔热构件(隔热片66)的原因。隔热片66和反射片64粘接到折弯部分支承构件62上以作为一个单元。
如上所述，在其垂直直立时弯曲荧光灯6的电极44定位低而折弯部分34定位高的背光单元中(此后，背光单元称为弯曲管垂直安装类型)，与传统背光单元相比，改善了整个背光单元的亮度不均匀性(半透明板12的表面上的亮度)。
参考图3A、3B、4A和4B，下面描述由背光单元造成的亮度不均匀的原因，以及在本实施例的背光单元中改善亮度不均匀的原因。
图3A和3B表示横向安装类型的背光单元。在荧光灯中，热量等离子和电极通过产生。与等离子产生的热量相比，电极产生的热量造成温度升得更高。荧光灯内的主要热源是电极。电极产生的热量向上扩散。在横向安装类型中，电极产生的热量经由玻璃泡扩散到玻璃泡外部，对于图3A和3B所示每个电极来说如三个箭头所示，并且在背光单元内加热空气。因此，由电极产生的大多数热量用来在背光单元内加热空气。这造成背光单元内的温度过度增加，并且造成背光单元内的温度不均匀。当出现这种情况时，水平放置并在垂直方向上对准的荧光灯具有不同程度的亮度，在整个背光单元上观察到不均匀亮度。同样，尽管这里省略详细数据，本申请的发明人已经发现对于水平放置的弯曲荧光灯来说，亮度差异不仅出现在多个灯之间，而且出现在荧光灯内的上部直部分和下部直部分之间。
在如图4A所示的直管垂直安装类型的情况下，由下电极产生的大多数热量在玻璃泡内向上运动，并加热玻璃泡和玻璃泡内填充的气体，并且由上电极产生的大多数热量扩散到玻璃泡外部并加热背光单元内的空气。因此，对于横向安装类型的情况，造成背光单元内的温度不均匀，这会造成每个荧光灯的上部分和下部分之间的亮度差异，造成整个背光单元的亮度不均匀。
与所述的背光单元相比，在图4B所示的弯曲管垂直安装类型中，由电极产生的热量在玻璃泡中向上运动，并用来加热玻璃泡和玻璃泡内填充的气体。也就是说，与传统类型(直管横向安装类型、弯曲管横向安装类型和直管垂直安装类型)相比，弯曲管垂直安装类型可更好地限制背光单元内的温度增加。这不仅造成荧光灯之间差异程度减小，而且造成荧光灯各部分之间差异程度减小。因此，与传统类型相比，其中荧光灯如图4B布置的弯曲管垂直安装类型的背光单元可更好地限制整个背光单元的亮度不均匀。
本申请的发明人通过实验(指的是第一实验)发现弯曲管垂直安装类型在荧光灯各部分之间的亮度差异程度比传统类型小。本申请的发明人还进行另一单独实验(指的是第二实验)以便测量在荧光灯垂直设置在宽的空间内而不是在背光单元内的情况下荧光灯玻璃泡表面上的温度。
从中，将首先说明第二实验。
图5表示第二实验的实验模型。如图5所示，弯曲冷阴极荧光灯通过连接到其折弯部分上的细绳垂直悬置。接着，灯照亮并且在测量点1-17测量温度。图6表示测量点的位置。
图6所示的测量位置通过沿着Y轴线方向离开玻璃泡底部的距离(mm)来表示。在设置成25±1℃的环境温度下进行实验。
图7表示实验结果。
如图7所示，排除作为电极位置的测量点1和17，沿着直部分的测量点2-8和10-16几乎没有温度差别。这自然是由于灯在宽空间内照亮，而不是在例如背光单元内的窄空间内照亮。同样，从图7可发现折弯部分(测量点9)的温度低于任何其它的测量位置。
图8表示第一实验的结果。
在第一实验中，如同第二实验的情况，弯曲冷阴极荧光灯通过连接到其折弯部分上的细绳垂直悬置在背光单元内。从图8可以理解，与第二实验的情况相比，直部分温度(测量点2-8和10-16)上升大约10℃。这表示尽管背光单元内的温度上升小于弯曲管垂直安装类型，温度仍然上升足够小的数量以便防止出现亮度不均匀的情况。但是观察到直部分沿着垂直方向的测量点2-8和10-16中几乎不出现温度和亮度差别。如图8所示，发现尽管背光单元内沿着垂直方向的测量点几乎不出现温度差别，在背光单元内向上运动的热量部分保留在背光单元内部的顶部。这是为何折弯部分的温度上升大约20℃的原因，这比第二实验的情况中上升温度高大约10℃。排除与电极相对应的测量点1和17，这造成在所有测量点2-26上的温度均匀。
如上所述，在第二实验中，观察到图7所示折弯部分(测量点9)处是最冷点，并且由于最冷点远远低于适当温度，没有获得最佳汞蒸气压力。相比之下，在第一实验中，折弯部分(测量点9)的温度与直部分其它位置(2-8和10-16)的温度大致相同。这改善了最佳汞蒸气压力的获得。
同时，在传统弯曲管横向安装类型的背光单元中，折弯部分如图2A支承。但是采用此方法，折弯部分处的热量经由支承构件逃逸，并且将其温度减小到最冷点，防止获得最佳汞蒸汽压力。这是为何在所述实施例中隔热构件(隔热片66，见图2A)插入折弯部分支承构件62和玻璃泡32之间以便防止折弯部分处温度降低的原因。
同样，下面是为何凸肋46A形成在套筒46上的原因。弯曲管垂直安装类型如上所述提供的有利效果在于扩散到背光单元内部空间内的由电极产生的热量小于任何其它类型的背光单元产生的热量。除此之外，弯曲管垂直安装类型提供的有利效果在于电极产生的热量将填充气体加热到汞蒸气压力增加到最佳压力的程度。也就是说，电极产生的热量有利地用来加热填充气体，由此以少量功率获得最佳汞蒸汽压力。形成在套筒46上的凸肋46A还有助于此。也就是说，凸肋46A减小套筒46和侧板10(下部分16)以及下部分16的凸肋16A和16B之间的接触区域，这减小从电极逃逸到外容器4的热量。该构造增加了有助于加热填充气体的热量在电极产生热量中的百分比。
同样，如果所述较纯光谱彩色荧光物质用作构成荧光物质膜的荧光物质，可以获得所需程度的亮度，而不过度增加供应到荧光灯的功率。较纯光谱彩色荧光物质具有的有利效果在于增加色品图内NTSC色三角，但与其它类型的荧光物质相比，提供较低程度的亮度。因此，为了较纯光谱彩色荧光物质获得与其它类型的荧光物质相同程度的亮度，供应到荧光灯的功率需要增加。相比之下，按照如上所述的本实施例，只需要少量功率以获得最佳汞蒸气压力。因此本实施例获得所需程度的亮度，而不过度增加供应到荧光灯的功率。
下面是例如背光单元2和荧光灯6的测量。本发明的背光单元可用作具有14-52英寸屏幕的液晶电视机的部件。在这种情况下，包括在背光单元内的荧光灯的数量对于“4∶3”比例来说是6到20，对于“16∶9”的比例来说是6到23。同样，如图1所示，荧光灯的总体长度L1是130-600mm。折弯部分的长度W1(即直部分36和38之间的距离)最好是15-35mm。为何该范围的下限设置成15mm的原因在于如果比此长度更短，将难以在制造过程中稳定折弯玻璃管。为何该范围的上限设置成35mm的原因在于如果折弯部分长于该值，折弯部分中心聚积的汞只有少量扩散到直部分。当出现这种情况时，荧光灯6的直部分的亮度减小。因此，稳定折弯玻璃管并防止亮度减小的折弯部分长度W1的最佳范围表示为“W1＝15-35mm”。
变型1图9A是变型1的背光单元70的局部平面图。图9B是沿着图9A的线B-B截取的放大截面图。
除了另外包括散热构件72之外，变型1的背光单元70基本上具有与所述实施例的背光单元2相同的构造。因此，具有与背光单元2相同构造的背光单元70的构件具有相同的参考标号，并且这里省略其说明。以下描述着重于散热构件72。
散热构件72完全起着散热构件的作用，并有效地从荧光灯6释放由荧光灯6产生的热量。散热构件72还用作在背光单元内支承荧光灯6的支承构件，如图9B所示。
每个散热构件72由白PET树脂制成，并且其截面是字母C的形状，面向半透明板12的侧部开放(见图2A)。每个散热构件72连接成其内表面与玻璃泡32的外表面接触。散热构件72从与其接触的玻璃泡32的表面部分吸收热量并将其冷却。散热构件72设置用来在电极附近稳定地形成最冷点，增加电极附近汞分布密度，并延长电极和荧光灯的寿命。
为了实现散热构件72的所述目的，最好是每个散热构件72连接在玻璃泡32的下端和玻璃泡32的直部分长度中心之间的位置上(该位置可以通过玻璃泡32的下端和散热构件72的上端之间在Y方向上距离L2表示)，如图9A所示。散热构件72的位置与总体灯长度L1的关系表示为L2≤L1/2。更优选的是散热构件72连接在表示为L2≤L1/3的位置上，并且更优选的是散热构件72连接到离开电极的上端50mm内的位置上。
如上所述隔热构件的主要目的是释放热量。散热构件因此不能用来支承玻璃泡，如同散热构件72那样。例如，散热构件可以是图9C所示的散热构件74，它作为从中去除底部72A之后隔热构件72的剩余部分。
同样，隔热构件的材料不局限于PET树脂，但可以是例如半透明硅。也就是说，隔热构件可以由任何材料制成，该材料的导热性比填充背光单元的气体(空气)高。
变型2图10是变型2中的背光单元80的局部平面图。除了各自包括一对支承构件82A和82B的直部分支承构件82来代替折弯部分支承构件62(见图9A)之外，变型2中的背光单元80基本具有与变型1的背光单元70相同的构造。因此，具有与背光单元70相同构造的背光单元80的构件具有相同的参考标号，并且这里省略其描述。以下描述着重于不同之处。
如上所述，在背光单元80中，当直部分36和38通过直部分支承构件82支承时折弯部分34间接受到支承。采用此构造，与折弯部分34通过折弯部分支承构件62直接支承的情况相比，改善荧光灯6在水平方向上位置的精度。沿着图10的线C-C大致截取的支承构件的放大截面图与图9B所示的散热构件72的放大截面图类似。直部分支承构件82由与散热构件72的相同材料制成白PET树脂。这里，最好是每个直部分支承构件82连接在折弯部分34和玻璃泡32的直部分长度中心之间的位置上(可以通过玻璃泡32的上端和直部分支承构件82的下端之间在Y方向上距离L3表示)，如图10所示。这是由于直部分支承构件82设置用来支承荧光灯6的上部分。直部分支承构件82的位置与总体灯长度L1的关系表示为L3≤L1/2。
热量在某种程度上从荧光灯6经由直部分支承构件82逃逸。因此需要防止最冷点形成在与直部分支承构件82接触的荧光灯6的部分上。因此，在变型2中，支承构件82A和82B在垂直方向(Y方向)上的长度L4设置成比散热构件72在垂直方向(Y方向)上的长度L5短。也就是说，在与玻璃泡32接触区域内直部分支承构件82和散热构件72之间形成差别，使得在由荧光灯6照亮时产生的热量中，与穿过直部分支承构件82的热量相比，更多热量从散热构件72逃逸。在所述实例中，直部分支承构件82和散热构件72由相同材料制成(PET树脂)。但是这些构件在它们是相同形状时可以由不同材料制成。例如，直部分支承构件82可以由丙烯酸树脂，并且同时散热构件72可以由半透明硅制成，硅的导热性比丙烯酸树脂高。
填充气体通过设计玻璃泡内填充的混合气体的成分，本申请的发明人继续开发一种与现有技术相比具有改进灯效率和起始电压的冷阴极荧光灯。
如上所述，冷阴极荧光灯的玻璃泡填充稀有气体和少量汞。封闭稀有气体主要用来减小跳火电压。通常，只有氩作为稀有气体进行封闭。
但是，由于包括背光单元的LCD装置越来越紧凑，增加了更加紧凑的功率单元以便驱动冷阴极荧光灯的需要。并且因此，需要进一步减小跳火电压。为了满足这些需要，开发一种主要填充氖和氩作为稀有气体的冷阴极荧光灯。
本发明的发明人还针对封闭氖和氩之间具有不同质量比的情况下的起始电压特性进行实验。图11A表示实验的结果。图11A是到右侧的氖(Ne)和氩(Ar)之间质量比(％)相对于垂直方向上起始电压的曲线。这里应该注意到图11A只表示起始电压相对于稀有气体混合比例的变化趋势，并例如不表示绝对值。
如图11A所示，在开始时只有氩(100％)并且氖比例增加的情况下(即氩的比例减小)，起始电压逐渐减小。从图11A理解到为了只改善电压，最好是封闭的稀有气体接近只有氖(100％)。
但是，已经通过实验证明如果封闭的稀有气体接近只有氖(1005)，灯效率减小。图11B是到右侧的氖和氩之间混合比例相对于垂直方向的灯效率的曲线。从图11B可以理解，当氩比例减小时，灯效率逐渐增加直到氩3-10％(氖90-97％)时的峰值，并减小。这是由于当混合比例是氖90-97％和氩3-10％时，玻璃泡表面温度Ts变成60℃，在该温度下可以获得最佳汞蒸气压力。
因此认为最佳混合比例是氖90-97％和氩3-10％，由于采用这样的混合比例，与只有氩的情况相比，改善起始电压并改善灯效率。
同时，当液晶电视机尺寸更大并且亮度更高时，连接到与这种液晶电视机的LCD板连接的每个向下指向类型的背光单元上的冷阴极荧光灯的数量增加。当冷阴极荧光灯的数量增加时，背光单元内的温度同样上升接近70℃。超过获得最佳汞蒸气压力的60℃。这造成灯效率减小到不能获得所需亮度的程度。
为了防止灯效率由于背光单元内的温度增加而降低，氩的比例可增加到大于5％，以便减小玻璃泡表面温度。采用此配置可以将背光单元内温度减小到接近60℃。但是，从图11A可理解到，这造成起始电压增加。这种高起始电压对于使用液晶电视机的温度范围形成问题，特别是在汞蒸气压力变得很低的低温下(例如0℃)。
本申请的发明人进行不同的实验以便开发一种与主要使用氖和氩的混合稀有气体的荧光灯相比改善其灯效率和起始电压(特别是低温的起始电压)的冷阴极荧光灯。
图12A是沿着进行实验的冷阴极荧光灯100(此后只称为灯100)的长度截取的纵向截面图，表示出其外部构造。应该注意到尽管使用直管类型灯进行实验，实验结果可适用于弯曲管类型灯。
灯100包括大致圆形横向截面的玻璃泡106，并通过导线102和104在其两端密封。玻璃泡106由硬硼硅酸盐玻璃制成，其总体长度是450mm、外直径是4.0mm以及内直径是3.0mm。
在玻璃泡106的内表面上形成荧光膜108。荧光膜108包括三种稀土荧光物质红荧光物质[Y2O3:EU3+]；绿荧光物质[LaPO4:Ce3+，Tb3+]；和蓝荧光物质[BaMg2Al16O27:Eu2+]。
玻璃泡106填充大约3mg的汞(未示出)和多种稀有气体的混合气体。包括在混合气体内的气体和混合比例将在下面详细描述。
导线102通过将由钨制成的内导线102A和由镍制成的外导线102B连接而形成，并且导线104通过将由钨制成的内导线104A和由镍制成的外导线104B连接而形成。玻璃泡通过其两端上的内导线102A和104A密封。内导线102A和104A以及外导线102B和104B分别是圆形横向截面。内导线102A和104A的直径是1mm，其总体长度分别是3mm。外导线102B和104B直径是0.8mm，其总体长度分别是10mm。
内导线102A和104A通过玻璃泡106的端部支承。电极110通过激光焊接和位于玻璃泡106内侧的内导线102A的端部连接。电极112通过激光焊接和位于玻璃泡106内侧的内导线102A的端部连接。电极110和112是具有底部的圆柱形形状的所谓中空类型。电极110和112由铌棒制成。
电极110和112具有相同的形状。图12B所示部分的测量如下进行电极长度L2＝5.2MM；外直径p2＝2.7mm；以及厚度t1＝0.2mm(内直径p3＝2.3mm)。电极110和112布置成使得其中心是玻璃泡106的管轴线。从所述测量值中理解到电极110和112外表面和玻璃泡106内表面之间的距离是大约0.15mm。这种小距离设置成防止灯电流流入电极110和112的外表面和玻璃泡106的内表面之间的空间。换言之，采用此配置，当灯照亮时，只在中空电极110和112内部出现放电(在圆柱形电极的内侧和底部表面出现)。
本发明的发明人针对所述构造的冷阴极荧光灯进行起始电压或类似参数的实验，以便将具有氖(Ne)+氩(Ar)+氪(Kr)以及氖(Ne)+氪(Kr)的混合气体的每个样品和具封闭在玻璃泡内氖(Ne)+氩(Ar)的传统混合气体进行比较。以下描述实验条件和每种混合气体的结果。
氖(Ne)+氩(Ar)+氪(Kr)
对于起始电压进行实验以便将具有氖(Ne)+氩(Ar)+氪(Kr)的混合气体(此后称为“B类型”)和具有氖(Ne)95％和氩(Ar)5％)的传统混合气体(此后称为“A类型”)进行比较。这里应该注意到在此实施例中，混合气体的混合比例(％)通过质量比来表示。对于B类型，制备使用三种稀有气体的五种不同混合比例。五种类型通过符号B-1、B-2、...、B-5来表示。详细的混合比例将在下面说明。
对于每种A类型和B-1到B-5类型来说，针对每种气体压力40托(5320帕)、50托(6650帕)以及60托(7980帕)制备五种样品。在环境温度0℃和环境温度25℃下测量每种样品的起始电压。
图13-18表示测量结果。
图19表示根据图13-18所示的环境温度0℃的测量结果数据制成的图表。B-1到B-5类型的混合比例表示图19的左上角内。这里应该注意到在图19中，为了方便起见使用五种测量结果值(NO.1-5)的算术平均值，而不是表示所有的五个值。
如图19所示，在环境温度为0℃以及任何气体压力的环境下，B-1到B-5类型灯起始电压低于传统A类型灯的起始电压。也就是说，可以发现使用通过将氪添加到氖和氩的传统A类型的混合气体中而形成的氖、氩和氪的混合气体时低温(0℃)下的起始电压减小。
图20表示根据图13-18所示的环境温度25℃的测量结果数据制成的图表。
如图20所示，除了在60托的气体压力下B-1类型灯的起始电压低于传统A类型灯的起始电压之外，B类型灯的起始电压等于或高于传统A类型灯的起始电压。但是，B类型灯的起始电压在最高时是大约1250伏，该电压是B-5类型灯在60托的气体压力下的电压。值1250伏低于传统A类型灯在环境温度0℃下的最低起始电压的大约1300伏(见图19)。也就是说，可以发现对于液晶显示装置在恶劣温度环境下的操作来说，使用B类型的混合气体改善了起始电压。这有助于实现小型功率回路。
氖(Ne)+氪(Kr)对于起始电压进行实验以便将具有氖(Ne)95％+氪(Kr)5％的混合气体(此后称为“C类型”)和传统A类型混合气体进行比较。实验在与B类型混合气体所述实验的相同条件下进行。
图21表示实验测量结果。
图22表示根据图13和21所示环境温度0℃的测量结果数据制成的图表。图23表示根据图13和21所示环境温度25℃的测量结果数据制成的图表。这里应该注意到在图22和23中，表示出测量结果值(NO.1-5)的所有五个值。
如图22和23所示，在任何条件下，C类型灯的起始电压低于传统A类型灯的起始电压。这表示通过使用氖和氪混合气体来代替氖和氩的混合气体，改善(降低)起始电压。
灯效率本发明的发明人还进行实验，以便比较在变化环境温度(℃)下传统A类型灯的灯效率(1m/W)和B类型和C类型灯的灯效率。这里省略环境温度和灯效率的详细数据，而只有所述类型之间关系的趋势表示在图24中。
图24是到右侧的环境温度相对于垂直方向的灯效率的曲线。在图24中，虚线表示A类型灯，并且实线表示B类型和C类型灯。
对于各自A类型和B、C类型灯来说具有最佳温度，在该温度下灯效率值最大。A类型的最佳温度是大约60℃，B、C类型的最佳温度是大约70℃。同样，如图24所示，B、C类型灯效率的最大值略微大于A类型的值。
近年来的趋势，LCD装置变得更大，并且由于向下指向类型的背光单元中的灯数量同样增加。因此，当背光单元照亮时，背光单元内的温度上升到大约70℃。这表示传统A类型灯在照明期间不能具有灯效率的最大值，这是由于它只在60℃附近具有大效率的最大值，并且相比之下，当背光单元照亮并到达内部最高温度时，B、C类型具有灯效率的最大值。
如上所述，与主要使用氖和氩混合气体的现有技术相比，本发明的冷阴极荧光灯在0℃附近具有较低的起始电压。这有助于减小功率单元或类似装置的尺寸。另外，在布置有本发明冷阴极荧光灯的单元内所述温度下获得最高灯效率。
下面描述背光单元2(见图1、2A和2B)用于液晶电视机的液晶显示装置内的实例。
图25是其前部分剖去的液晶电视机200的剖视图。图25所示的液晶电视机200例如是32英寸液晶电视机，并包括液晶显示板202和背光单元2。这里应该注意到图25所示的变换器是背光单元2的部件。
液晶显示板202包括滤色器衬底、液晶和TFT衬底。液晶显示板202按照从外部接收的图像信号通过驱动模块(未示出)驱动，并形成彩色图像。
背光单元2布置在液晶显示板202的后部，并操作液晶显示板202发光。如图25所示，构成背光单元2的平的外容器4在使用时垂直直立。在外容器4内，当在使用时垂直直立时，荧光灯6布置成使得在外容器中电极44在低位置，并且折弯部分34在高位置(见图1)。
变换器204供应高频电能到构成背光单元2的每个荧光灯6(见图1)，以便造成每个荧光灯6发光。变换器204布置在外容器4外部的和液晶电视机200的壳体206内的空间内。当液晶电视机200操作时，背光单元2的每个荧光灯6发光，变换器204变成达到很高温度的热源。如果这种热源布置在外容器4内，增加外容器4内的温度不均匀。并且这将增加整个背光单元2内的亮度不均匀。因此最好是容器4尽可能少地包括这种无意义的热源。这为何转换器204布置在外容器4外部的原因。
迄今为止，本发明以实施例的形式进行描述。但是，不局限于这种实施例，本发明例如可以下面的形式实施。
(1)在所述实施例中，荧光灯6布置成水平对准，其中每个灯的两个直部分水平对准，如图1所示。但是，不局限于此，荧光灯6可布置成例如水平对准，其中每个灯的两个直部分在垂直于图1纸张平面的方向上对准。
(2)在所述实施例中，具有底部的圆柱形形状的中空类型的电极用作冷阴极荧光灯的电极(冷阴极)。但是，电极的形状不局限于中空类型的电极。特别是在灯通过低电流照亮时，可以不需要使用中空类型的电极。例如，电极可以具有圆柱形或矩形板的形状。同样，电极可以由镍、钼和钽而不铌制成。同时，由于关心环境问题限制使用汞。与使用镍作为电极材料的情况相比，当铌、钼或钽用作电极材料时，减小的电极的消耗。因此最好是使用这种材料，这是由于它以少量汞延长了灯的寿命。
尽管通过实例并参考附图详细描述了本发明，本领域普通技术人员将注意到可以进行多种改型和变型。因此，除非这些改型和变型偏离本发明的范围，它们应该认为是包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种背光单元，包括外容器；包括在外容器内的弯曲荧光灯，弯曲荧光灯包括两个电极和玻璃泡，玻璃泡具有(i)折弯部分和(ii)从折弯部分相互平行延伸的两个直部分，并且两个电极分别连接到玻璃泡的两端上；以及可操作以便供应照亮弯曲荧光灯的电能的变换器，其中变换器布置在外容器的外部，以及弯曲荧光灯布置成使得当背光单元在使用中垂直直立时，在外容器内电极在低位置，并且折弯部分在高位置。
2.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，还包括在外容器内支承折弯部分的折弯部分支承构件；以及插入折弯部分和折弯部分支承构件之间的隔热构件。
3.如权利要求2所述的背光单元，其特征在于，还包括连接到隔热构件上并且在直部分延伸的方向上反射来自折弯部分的光的反射构件。
4.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，还包括在两端和直部分长度中心之间的位置上各自连接到玻璃泡的外表面上的一对散热构件，散热构件由其导热性高于填充外容器的气体导热性的材料制成。
5.如权利要求1所述的背光单元，其特征在于，还包括在容器内折弯部分和直部分长度中心之间的位置上各自支承直部分的一对直部分支承构件；以及在两端和直部分长度中心之间的位置上各自连接到玻璃泡的外表面上的一对散热构件，使得在照明期间散热构件散发弯曲荧光灯产生的热量大于通过直部分支承构件逃逸的热量。
6.一种液晶显示装置，包括液晶显示板；以及如权利要求1限定的背光单元，其中外容器布置在液晶显示板的后表面上。
全文摘要
一种背光单元，包括外容器；包括在外容器内的弯曲荧光灯，弯曲荧光灯包括两个电极和玻璃泡，玻璃泡具有(i)折弯部分和(ii)从折弯部分相互平行延伸的两个直部分，并且两个电极分别连接到玻璃泡的两端上；以及可操作以便供应照亮弯曲荧光灯的电能的变换器，其中变换器布置在外容器的外部，以及弯曲荧光灯布置成使得当背光单元在使用中垂直直立时，在外容器内电极在低位置，并且折弯部分在高位置。
文档编号G02F1/1335GK1690806SQ20051006746
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月23日
发明者山下博文, 寺田年宏, 马庭隆司, 森裕介 申请人:松下电器产业株式会社