JP2005158732A

JP2005158732A - プラズマ平板ランプ

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Publication number: JP2005158732A
Application number: JP2004328331A
Authority: JP
Inventors: Seung-Hyun Son; 承賢孫; H-Bin Park; 亨彬朴; Ki-Young Kim; 起永金; Kyung-Min Chung; 景民鄭; Young-Mo Kim; 永模金; Sang-Hun Jang; ▲尚▼ 勳藏; Seong-Eui Lee; 聖儀李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US7256544B2; US20050116639A1; KR20050051204A

Abstract

【課題】プラズマ平板ランプを提供する。
【解決手段】放電容器内の放電空間内に収容される放電ガスと、放電空間内にガス放電を起こす少なくとも２枚の放電電極１１、１２と、電極間の放電経路上に位置して放電時に発生したガスイオンが衝突する低仕事関数物質層１５と、前記放電容器の内で前記放電時に発生する紫外線により可視光線を発生させる蛍光体層１４とを含むプラズマ平板ランプである。イオンが衝突する低仕事関数物質層１５により駆動電圧が下げられ、低仕事関数物質層１５による紫外線の吸収を構造的に抑制することによって発光効率が高い。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマ平板ランプに係り、さらに詳細には輝度と発光効率とが高く、輝度分布が均一化されたプラズマ平板ランプに関する。

主に、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のバックライトとして開発されている平板ランプは、従来、冷陰極蛍光ランプを利用したエッジライト方式またはダイレクトライト方式が主流であったが、発光効率、発光輝度の均一度などの優れた、発光面下部全体が放電空間になる面放電型または対面放電型プラズマランプの形態にシフトしてきている。

特許文献１にはさまざまな形態の放電構造の問題点およびこれを改善するための方法が開示されている。プラズマランプの発光効率の向上と低電力駆動技術の開発は性能向上と製品コスト節減のための重要な課題である。一般に、面放電型プラズマランプは対面放電型に比べて放電特性が安定しているという利点を有しているが、全体的な輝度は対面放電型に比べて低い。発光効率を高めるための一般的な方法は放電間隔を拡大することである。このような放電間隔の拡大は放電空間の大きさにより制限される。発光効率向上のための他の方案として、放電ガス（例えばＮｅ−Ｘｅ）の全体圧力を高めたり、Ｘｅの分圧を高めたりすることが考えられる。しかし、全体圧力やＸｅの分圧を高めるには、高い放電電圧が必要となる。このような放電電圧の上昇はランプの寿命を短縮させるだけではなく、ランプを駆動するドライバの製作コストを上昇させる。
米国特許出願公開第２００３／００９８６４３号（US-2003-0098643-A1）明細書

本発明の解決しようとする課題は、発光効率が高く、動作電圧の低いプラズマ平板ランプを提供することである。従って、本発明は、寿命が長く、製作コストを低く抑えることができるプラズマ平板ランプを提供することがを目的とする。

本発明の一類型によれば、所定間隔を保持して放電空間を形成する第１板と第２板とを備える放電容器と、前記放電容器内の放電空間内に収容される放電ガスと、前記放電容器に形成され、前記放電空間内にガス放電を起こす少なくとも２枚の電極と、前記放電容器の内で前記ガス放電時に発生する紫外線により可視光線を発生させる蛍光体層と、前記電極間の放電経路上に位置して放電時に発生したガスイオンが衝突する低仕事関数物質層とを含むプラズマ平板ランプが提供される。

本発明の他の類型によれば、所定間隔を保持して放電空間を形成する第１板と第２板と、前記放電空間内に収容される放電ガスと、前記第１板の内面に形成される少なくとも２枚の電極と、前記第１板の内面に形成されて前記電極を覆う誘電体層と、前記誘電体層上で少なくとも前記電極に対応する部位に形成される低仕事関数物質層と、少なくとも前記誘電体層上の、前記低仕事関数物質層が形成されていない部分に、前記低仕事関数物質層が前記放電空間に露出するように、形成される蛍光体層と、を含むプラズマ平板ランプが提供される。

前記第二類型のランプにおいて、前記蛍光体層は前記誘電体層と前記低仕事関数物質層間の領域に拡張されるか、または前記低仕事関数物質層は前記誘電体層上に全面的に形成される。

本発明のさらに他の類型によれば、所定間隔を保持して放電ガスが収容される放電空間を形成する第１板と第２板と、前記放電空間内に収容される放電ガスと、前記第１板の内面に形成される少なくとも２枚の電極と、前記第１板の内面に形成されて前記電極を覆う誘電体層と、前記誘電体層の上部に形成される蛍光体層と、前記誘電体層上に８０ないし２００Åの厚さに形成される低仕事関数物質層とを含むプラズマ平板ランプが提供される。

本発明の具体的な実施例によれば、前記電極は前記容器の内面または外面に形成され、さらに具体的には前記容器の部品の第１板と第２板のうち少なくともいずれか１つの内面または外面に形成される。

本発明の具体的な他の実施例によれば、前記低仕事関数物質層は前記蛍光体層の底部または上部に設けられ、望ましくは前記蛍光体層は前記放電経路に対応する部分を外れた部分に形成される。

本発明によるプラズマ平板ランプは従来の平板ランプに比べて駆動電圧が低い。このような低放電電圧に寄与する低仕事関数物質層による紫外線（特に真空紫外線）の吸収を防止または抑制するために放電経路から外れた部分では低仕事関数物質が蛍光体層を隠さないようにして蛍光体層に紫外線を直接入射させる。そして、蛍光体層上に低仕事関数物質層が存在する場合、この厚さを最適値に調節してこれによる紫外線の損失を最小限に抑制する。

以下、添付された図面を参照しつつ本発明によるプラズマ平板ランプの実施例を詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の第１実施例によるプラズマ平板ランプについて説明する。図１に示すように、第１実施例の平板ランプでは、平板ランプの容器（放電容器）の１部品である第１板１０ａ上に駆動電源１６に連結される２放電電極１１，１２が形成され、前記２放電電極１１，１２上には誘電体層１３が形成されている。そして、誘電体層１３上に蛍光体層１４および低仕事関数物質層１５が形成されている。ここで、ＭｇＯのような低仕事関数物質層１５は２放電電極１１，１２間の放電経路上で放電時にイオンの衝突により二次電子が発生するように配置される。そして、この時に低仕事関数物質層１５による紫外線の吸収を抑制して蛍光体層１４に対する紫外線入射量が減少しないように蛍光体層１４が配置される。従って、前記低仕事関数物質層１５は２放電電極１１，１２上の部分にだけ形成され、蛍光体層１４はその残りの部分に形成される。一方、前記第１板１０ａから所定間隔を保持して設けられている第２板１０ｂの内面にも蛍光体層１４が形成されている。

前記のような構造によれば、２放電電極１１，１２間でガス放電が起こる時にイオンが２放電電極１１，１２上の低仕事関数物質層１５に衝突するようになり、ここから二次電子が発生することによって放電電圧の低下が可能になる。一方、このような構造においては、質量の大きいイオンの衝突が蛍光体層１４に対しては起こらないので、イオンの衝撃から蛍光体層１４が保護される。

図２を参照して、本発明の第２実施例によるプラズマ平板ランプについて説明する。図２に示すように、第２実施例の平板ランプでは、第１板１０ａ上に駆動電源１６に連結される２放電電極１１，１２が形成され、前記２放電電極１１，１２上には誘電体層１３が形成されている。そして、誘電体層１３上に蛍光体層１４が全面的に形成されており、蛍光体層１４上に低仕事関数物質層１５が部分的に形成されている。ここで、ＭｇＯのような低仕事関数物質層１５は２放電電極１１，１２間の放電経路上で放電時にイオンの衝突により二次電子が発生するように２放電電極１１，１２上にだけ形成される。そして、この時に低仕事関数物質層１５による紫外線の吸収を抑制し、蛍光体層１４に対する紫外線の入射量減少を防止するために、低仕事関数物質層１５は、２放電電極１１，１２を外れた部分には形成されない。前記第１板１０ａから所定間隔を保持して配設されている第２板１０ｂの内面にも蛍光体層１４が形成されている。

前記のような構造によれば、２放電電極１１，１２間でガス放電が起こる時にイオンが２放電電極１１，１２上の低仕事関数物質層１５に衝突するようになり、ここから二次電子が発生することによって放電電圧の低下が可能になる。一方、このような構造はやはり質量の大きいイオンの衝突が蛍光体層１４に対しては起こらないので、イオンの衝撃から蛍光体層１４が保護される。

図３を参照して、本発明の第３実施例によるプラズマ平板ランプについて説明する。図３に示すように、第３実施例の平板ランプでは、平板ランプの容器の１部品である第１板１０ａ上に駆動電源１６に連結される２放電電極１１，１２が形成され、前記２放電電極１１，１２上には誘電体層１３と低仕事関数物質層１５とが順次に積層されている。そして、低仕事関数物質層１５の上には蛍光体層１４が形成され、２放電電極１１，１２の上の部分には蛍光体層１４は形成されない。これは２放電電極１１，１２間の放電経路上で放電時に発生するイオンが前記低仕事関数物質層１５に衝突して二次電子を発生させるためである。一方、前記第１板１０ａから所定間隔を保持して配設されている第２板１０ｂの内面にも蛍光体層１４が形成されている。

前記のような構造によれば、２放電電極１１，１２間でガス放電が起こる時にイオンが２放電電極１１，１２上の低仕事関数物質層１５に衝突するようになり、ここから二次電子が発生することによって放電電圧の低下が可能になる。一方、このような構造は質量の大きいイオンの衝突が蛍光体層１４に対しては起こらないので、イオンの衝撃から蛍光体層１４が保護される。

図４を参照して、本発明の第４実施例によるプラズマ平板ランプについて説明する。図４に示すように、第４実施例の平板ランプでは、第１板１０ａ上に駆動電源に連結される２放電電極１１，１２が形成され、前記２放電電極１１，１２上には誘電体層１３が形成されている。そして、誘電体層１３上には蛍光体層１４が形成されており、蛍光体層１４上に低仕事関数物質層１５が形成されている。ここで、蛍光体層１４上で、前記低仕事関数物質層１５は２放電電極１１，１２間の放電時にイオン衝突が起きる２放電電極１１，１２上にだけではなく、他の部分の上にも形成されている。このように、蛍光体層１４上の全ての部分に低仕事関数物質層が形成される構造では、二次電子発生により駆動電圧の低下は誘導されるが、蛍光体層１４上で前記低仕事関数物質層１５が紫外線を吸収して蛍光体層１４に対する紫外線の入射量を減少させてしまう。このような低仕事関数物質層１５による紫外線吸収を最小化するために、本発明では、蛍光体層１４上で前記低仕事関数物質層１５は８０Åないし２００Åの厚さに形成される。

一方、前述した誘電体層１３の機能を前記第１板１０ａが行うよう構成してもよい。これは、第１板１０ａの一側面に２放電電極１１，１２を形成し、他側面に蛍光体層１４および低仕事関数物質層１５を形成する構造とすることにより達成される。

図５ないし図７は、第１板１０ａがランプの容器の１部品としてだけではなく、ＡＣ駆動のための誘電体として作用するよう構成した場合の、変形例（第５実施例〜第７実施例）を図示する。

図５を参照して本発明の第５実施例を説明すれば、第５実施例のプラズマ平板ランプでは、第１板１０ａの底面に２放電電極１１，１２が形成され、その反対側上面に蛍光体層１４と低仕事関数物質層１５とが形成されている。低仕事関数物質層１５は２放電電極１１，１２の上に対応するように形成され、蛍光体層１４はその残り部分に対応するように形成される。

図６を参照して本発明の第６実施例を説明すれば、第６実施例のプラズマ平板ランプでは、第１板１０ａの底面に２放電電極１１，１２が形成され、その反対側の上面に低仕事関数物質層１５が全面的に形成されている。そして、低仕事関数物質層１５上には蛍光体層１４が形成されているが、前記２放電電極１１，１２の上に対応する部分には蛍光体層１４は形成されておらず、従って低仕事関数物質層１５が前記２放電電極１１，１２に対応する位置で露出している。

図７を参照して本発明の第７実施例を説明すれば、第７実施例のプラズマ平板ランプでは、第１板１０ａの底面に２放電電極１１，１２が形成され、その反対側の上面に蛍光体層１４が全面的に形成されている。そして、蛍光体層１４上で前記２放電電極１１，１２に対応する部分に低仕事関数物質層１５が形成されている。従って、蛍光体層１４は前記２放電電極１１，１２に対応しない部分で露出する。

図８Ａおよび図８Ｂは、図７に図示された形態の放電構造を応用した本発明の望ましい実施例による平板ランプを示す。図８Ａおよび図８Ｂを参照すれば、第１板１０ａと第２板１０ｂとが壁体１０ｃにより所定間隔に保持され、放電ガスが充填される放電空間１０ｄを形成する。

第１板１０ａの内面に低仕事関数物質層１５が形成されており、そして前記第１板１０ａの外側面に２放電電極１１ａ，１１ｂが形成されている。一方、前記第１板１０ａの内面および第２板１０ｂの内面に蛍光体層１４が形成されている。この時、第１板１０ａで前記２放電電極１１ａ，１１ｂに対応する部位には蛍光体層１４が形成されていない。従って、前記２放電電極１１ａ，１１ｂ間に放電が起これば、２放電電極１１ａ，１１ｂに対応する部位で放電空間１０ｄに露出している低仕事関数物質層１５にイオンが衝突する。

図９Ａおよび図９Ｂは、図７に図示された形態の放電構造を応用した本発明の望ましい他の実施例による平板ランプを示す。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、第１板１０ａと第２板１０ｂとが壁体１０ｃにより所定間隔に保持され、放電ガスが充填される放電空間１０ｄを形成する。

第１板１０ａの内面に低仕事関数物質層１５が形成されており、そして前記第１板１０ａと第２板１０ｂの外側面に放電電極対１１ａ，１１ｂがそれぞれ形成されている。一方、前記第１板１０ａの内面および第２板１０ｂの内面に蛍光体層１４が形成されている。この時、第１板１０ａで前記２放電電極１１ａ，１１ｂに対応する部位には蛍光体層１４が形成されていない。

前記第１板１０ａおよび第２板１０ｂに形成された各電極対の２放電電極１１ａ，１１ｂは放電空間１０ｄを挟んで相互に対向するように位置し、互いに対向する第１板１０ａ側の放電電極１１ａと第２板１０ｂ側の放電電極１１ａとは互いに同電位を保持するように電気的に連結されているので、それら間には放電が誘導されない。同様に互いに対向する第１板１０ａ側の放電電極１１ｂおよび第２板１０ｂ側の放電電極１１ｂも同電位を保持することにより相互間に放電が誘導されないよう構成される。

図１０は図９Ａおよび９Ｂに示すように、第１板１０ａおよび第２板１０ｂに対称的な構造の電極対１１ａ，１１ｂが設けられる構造を有する、本発明の望ましいさらに他の実施例によるランプの概略的断面図である。本実施例のランプは、図１０に示すように、第１板１０ａと第２板１０ｂの内面に蛍光体層１４が形成され、蛍光体層１４上に前記電極対１１ａ，１１ｂに対応する低仕事関数物質層１５が局部的に形成された構造を有する。

前記のような本発明によるランプの性能を検討するための実験が実施された。Ｎｅ−Ｘｅを放電ガスとして利用し、ガス圧力は１５２ｍｂａｒに調節し、駆動周波数は２０ｋＨｚ、デューティは２０％に設定され、５，０００ÅのＭｇＯを蛍光体層１４上に形成されたサンプルとＭｇＯが形成されていないサンプルとを実験した結果、蛍光体層１４にＭｇＯが形成されていないランプの放電開始電圧が２．７６ｋＶであったが、本発明によるランプは２．１２ｋＶであり、ＭｇＯを蛍光体層１４上に形成した時にそうでない場合に比べて約６４０ｋＷの放電開始電圧の低下を示した。また、放電保持電圧は１．７２ｋＶから１．１０ｋＶと約６２０Ｖの放電保持電圧の低下を示した。

ここで、前記のように放電経路を外れた領域に低仕事関数物質層１５が形成された場合、これによる紫外線の吸収が懸念される。そこで、図１ないし図３に図示したように、放電経路上にだけ低仕事関数物質層１５を形成または露出させ、その残りの部分で蛍光体層１４を露出させることが望ましい。一方、図４に図示した実施例のように、低仕事関数物質層１５による紫外線吸収を最小化するために、前記のように低仕事関数物質層１５の厚さを８０ないし２００Å範囲に調節することが望ましい。このような低仕事関数物質層１５の厚さは吸収係数が０．３であるＭｇＯ膜に対して紫外線（特に１４７ｎｍ波長のＶＵＶ（真空紫外線））の透過率を８０％に設定した場合の値である。

前記低仕事関数物質層１５は前述のようにＭｇＯより形成される。本発明に用いることができる低仕事関数物質層１５は、ＭｇＯ以外にＭｇＦ₂、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ₂およびＬａ₂Ｏ₃からなるグループから選択された少なくともいずれか１つの物質より形成することができる。

以上、本願発明の理解を助けるためにいくつかの典型的な実施例が説明されて、添付された図面に図示されたが、これらの実施例は単に例示にすぎず、本発明の範囲を制限するものではないと理解されねばならない。したがって、本発明は図示されて説明された構造と配列とに限定されず、当該技術分野の当業者であれば多様な変更が可能である。

本発明によれば、駆動電圧が低くかつ発光効率の高いプラズマ平板ランプを得られる。かかる平板ランプは光源装置、例えばＬＣＤ用バックライト装置として好適である。

本発明の第１実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。本発明の第２実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。本発明の第３実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。本発明の第４実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。基板を誘電体層に利用する本発明の第５実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。基板を誘電体層に利用する本発明の第６実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。基板を誘電体層に利用する本発明の第７実施例によるプラズマ平板ランプの概略的断面図である。図７に図示された実施例の具体的な構造を示す斜視図である。図７に図示された実施例の具体的な構造を示す断面図である。図８Ａおよび図８Ｂに図示されたランプの応用例であり、両基板に対称的構造の電極が形成されたプラズマ平板ランプの概略的斜視図である。図８Ａおよび図８Ｂに図示されたランプの応用例であり、両基板に対称的構造の電極が形成されたプラズマ平板ランプの概略的断面図である。両基板に対称的構造の電極が形成されたプラズマ平板ランプの他の応用例の概略的断面図である。

符号の説明

１０ａ第１板
１０ｂ第２板
１１、１２放電電極
１３誘電体層
１４蛍光体層
１５低仕事関数物質層
１６駆動電源

Claims

所定間隔を保持して放電空間を形成する第１板と第２板とを備える放電容器と、
前記放電容器内の放電空間内に収容される放電ガスと、
前記放電容器に形成されて前記放電空間内にガス放電を起こす少なくとも２枚の電極と、
前記電極間の放電経路上に位置して放電時に発生したガスイオンが衝突する低仕事関数物質層と、
前記放電容器の内で前記放電時に発生する紫外線により可視光線を発生させる蛍光体層と、を含むことを特徴とするプラズマ平板ランプ。
前記低仕事関数物質層は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ₂およびＬａ₂Ｏ₃より構成されるグループから選択された少なくともいずれか１つの物質より形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ平板ランプ。
所定間隔を保持して放電空間を形成する第１板と第２板と、
前記放電空間内に収容される放電ガスと、
前記第１板の内面に形成される少なくとも２枚の電極と、
前記第１板の内面に形成されて前記電極を覆う誘電体層と、
前記誘電体層上で少なくとも前記電極に対応する部位に形成される低仕事関数物質層と、
少なくとも前記誘電体層上の、前記低仕事関数物質層が形成されていない部分に、前記低仕事関数物質層が前記放電空間に露出するように、形成される蛍光体層と、を含むことを特徴とするプラズマ平板ランプ。
前記低仕事関数物質層は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ₂およびＬａ₂Ｏ₃より構成されるグループから選択された少なくともいずれか１つの物質より形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ平板ランプ。
前記蛍光体層は前記誘電体層と前記低仕事関数物質層間の領域に拡張されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ平板ランプ。
前記低仕事関数物質層は前記誘電体層上に全面的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ平板ランプ。
所定間隔を保持して放電空間を形成する第１板と第２板と、
前記放電空間内に収容される放電ガスと、
前記第１板の内面に形成される少なくとも２枚の電極と、
前記第１板の内面に形成されて前記電極を覆う誘電体層と、
前記誘電体層の上部に形成される蛍光体層と、
前記誘電体層上に８０ないし２００Åの厚さに形成される低仕事関数物質層と、を含むことを特徴とするプラズマ平板ランプ。
前記低仕事関数物質層は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ₂およびＬａ₂Ｏ₃より構成されるグループから選択された少なくともいずれか１つの物質より形成されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ平板ランプ。