KR0163482B1 - Backlight for liquid crystal display for using field emission element - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전계 방출 소자를 이용한 액정 표시 소자(LCD)용 배면광원은 종래의 선형광원의 형광램프를 사용하여 면광원화하는 대신 평면 초박형의 전계 방출형 발광소자를 사용한 배면광원으로써, 종래 기술의 면광원화 과정이 불필요하게 되고, 대면적화가 용이해지며, 광이용율과 휘도의 균일도가 개선된 배면 광원을 제공한다.The back light source for liquid crystal display device (LCD) using the field emission device according to the present invention is a back light source using a planar ultra-thin field emission light emitting device instead of the surface light source using a fluorescent lamp of a conventional linear light source, It provides a rear light source that eliminates the need for surface light source processing, facilitates large area, and improves light utilization and luminance uniformity.
Description
제1a도는 종래의 배면광원의 구조를 나타낸 정단면도.1A is a front sectional view showing the structure of a conventional rear light source.
제1b도는 종래 배면광원의 구조에서 확산판을 잘라 드러낸 모양의 사시도.1B is a perspective view of a shape in which a diffuser plate is cut out of a structure of a conventional back light source.
제2a도는 본 발명에 따른 전계방출 소자를 이용한 배면광원의 구조를 나타낸 사시도.Figure 2a is a perspective view showing the structure of the back light source using the field emission device according to the present invention.
제2b도는 상기 제2a도에서 점선으로 이루어진 □ABCD를 확대하여 나타낸 부분확대도.FIG. 2B is a partially enlarged view of an □ ABCD enlarged by dotted lines in FIG. 2A.
제2c도는 상기 제2a도에서 점선으로 이루어진 □EFGH를 확대하여 나타낸 부분확대도.FIG. 2c is a partially enlarged view showing an enlarged □ EFGH composed of dotted lines in FIG. 2a.
제3도는 본 발명에 따른 전계 방출 소자를 이용한 배면광원의 조절전극과 하부전극에 전압을 인가했을 때를 나타낸 정단면도.3 is a front sectional view showing a voltage applied to the control electrode and the lower electrode of the back light source using the field emission device according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 전계 방출 소자를 이용한 배면광원에 부가적으로 반사판을 갖는 배면광원을 나타낸 정단면도.Figure 4 is a front sectional view showing a back light source having a reflector in addition to the back light source using the field emission device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 형광램프 2 : 반사판1: fluorescent lamp 2: reflector
3 : 도광판 4 : 확산판3: light guide plate 4: diffuser plate
5 : 기판 6 : 하부전극5 substrate 6 lower electrode
7 : 에미터 8 : 형광체7: emitter 8: phosphor
9 : 조절전극 10 : 투명판9: control electrode 10: transparent plate
11 : 스페이서 12 : 전원공급장치11 spacer 12 power supply
본 발명은 평판 냉음극 소자로서 전계 방출소자를 이용한 액정 표시소자(LCD)용 배면광원에 관한 것으로, 특히 종래의 선형 형광램프를 대신하여 평면초박형의 전계 방출형 발광소자를 사용한 배면광원에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rear light source for a liquid crystal display device (LCD) using a field emission device as a flat plate cold cathode device, and more particularly to a rear light source using a planar ultra thin field emission light emitting device instead of a conventional linear fluorescent lamp. .
종래의 박막 트랜지스터 액정 표시소자(TFT LCD)는 액정 셀 내부에 색필터를 배치하고 배면광원 유니트로 부터 필터를 통하여 선택된 적색, 청색, 녹색광의 투과율을 제어함으로써 색을 재현시켰다. 이때의 색도는 배면광원의 스펙트럼에 의존하며 유니트의 균일한 휘도분포가 요구된다. 따라서 종래의 배면광원에서는 직경 수㎜의 직관, U자관, W자관의 형광램프를 사용하여 기존 노트북 컴퓨터나 액정 TV등 박막 트랜지스터 액정 표시소자(TFT LCD) 탑재 표시 장치에 대응할 수 있도록 면광원화하고 있다. 이러한 선형 광원의 형광램프를 사용하여 면광원화하는 종래 기술중의 하나로서 도광판(light pipe)을 이용한 방식이 있다.Conventional thin film transistor liquid crystal display devices (TFT LCDs) reproduce colors by disposing a color filter inside a liquid crystal cell and controlling the transmittance of selected red, blue, and green light through the filter from the back light source unit. The chromaticity at this time depends on the spectrum of the back light source and a uniform luminance distribution of the unit is required. Therefore, the conventional back light source uses a fluorescent lamp of a straight tube, a U tube, and a W tube with a diameter of several millimeters to make a surface light source to cope with a display device equipped with a thin film transistor liquid crystal display device (TFT LCD) such as a notebook computer or a liquid crystal TV. have. One of the related arts for surface light source using a fluorescent lamp of such a linear light source is a method using a light pipe.
상기 도광판 방식의 배면광원의 구조는 도광판 가장자리에 선형의 형광램프가 위치하고, 도광판 하부에는 반사판이 위치하고, 도광판 상부에는 확산판이 배치되어 있다. 상기 선형의 형광램프에서 방사된 빛의 일부는 상기 도광판을 따라서 도광되어 면광원을 형성한다. 이때 상기 도광판 표면의 한쪽 혹은 양쪽에서는 점 형태의 패턴이 형성되어 있어 광원에서 부터의 거리에 따라 변화하는 광량을 일부보상하는 기능을 하게되며, 상기 도광판 상부의 확산판에 의해 휘도를 보다 균일화하게 된다.In the structure of the light guide plate type back light source, a linear fluorescent lamp is positioned at the edge of the light guide plate, a reflecting plate is positioned below the light guide plate, and a diffuser plate is disposed above the light guide plate. A portion of the light emitted from the linear fluorescent lamp is guided along the light guide plate to form a surface light source. In this case, a dot pattern is formed on one or both surfaces of the light guide plate to partially compensate for the amount of light that changes according to the distance from the light source, and the luminance of the light guide plate is more uniform. .
그러나, 상기 종래의 도광판 방식의 배면광원에서는 선광원을 면광원화하는 과정에서 본질적으로 광 손실이 크며, 휘도의 균일도가 낮다는 문제점이 있다. 또한 두께나 중량을 감소시키는데 구조적인 한계가 있다는 문제점도 있다.However, in the conventional light guide plate back light source, there is a problem in that the light loss is inherently large and the luminance uniformity is low in the process of converting the line light source into a surface light source. In addition, there is a problem that there is a structural limit to reducing the thickness or weight.
따라서, 본 발명에서는 전계 방출 표시 소자를 이용하여 액정 표시소자의 배면광원을 제조함으로써 휘도의 균일성을 높이고, 광손실을 줄이며, 휘도의 균일성과 광 이용율의 손해없이 박막화 및 대면적화를 용이하게 하고 구조를 간단히 하고자 하는데 그 목적이 있다.Accordingly, in the present invention, the back light source of the liquid crystal display device is manufactured by using the field emission display device to increase the uniformity of the brightness, reduce the light loss, and facilitate the thinning and the large area without the loss of the brightness uniformity and the light utilization rate. The purpose is to simplify the structure.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 종래의 선형 형광램프를 대신하여 평면초박형의 전계 방출형 발광소자를 사용한 배면광원으로써, 투명판 일부분 이상의 상부에 배치된 조절전극과, 상기 조절전극 일부분 이상의 상부에 배치된 형광체로 이루어진 애노드와, 기판상의 일부분 이상의 상부 혹은 기판의 표면을 포함하는 기판의 소정부분에 형성된 하부전극과, 상기 하부전극의 일부분 이상의 상부에 형성되어 상기 하부전극과 조절전극에 전압을 인가했을때 일부분 이상의 상부에서 전자를 방출시키는 에미터로 이루어진 캐소드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 캐소드 기판의 소정부분과 애노드 투명판의 소정 부분 사이에, 상기 캐소드와 애노드 간의 거리를 일정하게 유지시켜주는 스페이서를 부가적으로 배치하는 것을 또 하나의 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a rear light source using a planar ultra-thin field emission type light emitting device instead of a conventional linear fluorescent lamp, and includes a control electrode disposed on a portion of a transparent plate and an upper portion of the control electrode. A lower electrode formed on a predetermined portion of the substrate including an anode formed of a phosphor, an upper portion of the substrate or a surface of the substrate, and a voltage applied to the lower electrode and the control electrode formed on the upper portion of the lower electrode; It characterized in that it comprises a cathode consisting of an emitter that emits electrons from the upper part or more. In addition, it is another feature that a spacer is additionally arranged between the predetermined portion of the cathode substrate and the predetermined portion of the anode transparent plate to keep the distance between the cathode and the anode constant.
이하 첨부된 도면으로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
제1a도 내지 제1b도는 종래의 도광판 방식의 배면광원을 나타낸 것으로써 제1a도는 도광판(3)의 가장자리에 형광램프(1)가 위치하고, 상기 도광판(3) 하부에는 반사판(2)이 위치하며, 상기 도광판(3) 상부에는 확산판(4)이 배치되어 있는것을 나타낸 정단면도이고, 제1b도는 상기 제1도에 도시된 확산판(4)을 절단하여 약간 들어낸것을 나타낸 사시도이다. 상기의 도광판 방식의 배면광원은 선형의 형광램프(1)에서 방사된 빛의 일부가 도광판(3)을 따라서 도광되어 면광원을 형성하고, 도광판(3)의 표면 한쪽 혹은 양쪽에는 점 형태의 패턴(보이지 않음)이 형성되어 있어 광원에서 부터의 거리에 따라 변화하는 광량을 보상하게 되며, 상기 도광판(3) 상부의 확산판(4)은 휘도를 보다 균일화하게 한다.1A to 1B illustrate a back light source of a conventional light guide plate. In FIG. 1A, a fluorescent lamp 1 is positioned at an edge of the light guide plate 3, and a reflecting plate 2 is positioned below the light guide plate 3. 3 is a front sectional view showing that the diffusion plate 4 is disposed on the light guide plate 3, and FIG. 1b is a perspective view showing a slight removal of the diffusion plate 4 shown in FIG. In the light guide plate type back light source, a part of the light emitted from the linear fluorescent lamp 1 is guided along the light guide plate 3 to form a surface light source, and a dot-shaped pattern is formed on one or both surfaces of the light guide plate 3. (Not shown) is formed to compensate for the amount of light that changes with distance from the light source, and the diffuser plate 4 on the light guide plate 3 makes the luminance more uniform.
다음으로 제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 전계 방출소자를 이용한 배면광원의 구조를 나타낸 것으로써, 제2a도는 전계 방출 소자를 이용한 배면광원의 구조를 나타낸 사시도이다. 상기 배면광원의 구조는 캐소드(cathode) 부분과 애노드(anode) 부분으로 나뉘어 진다. 캐소드 부분은 기판(5) 상부에 배치된 하부전극(6)과 에미터(7)로 구성되며, 애노드 부분은 투명판(10) 상부에 배치된 조절전극(9)과 형광체(8)로 구성되어 있다.Next, FIGS. 2A to 2C show the structure of the back light source using the field emission device according to the present invention, and FIG. 2A is a perspective view showing the structure of the back light source using the field emission device. The structure of the back light source is divided into a cathode portion and an anode portion. The cathode portion is composed of the lower electrode 6 and the emitter 7 disposed on the substrate 5, and the anode portion is composed of the control electrode 9 and the phosphor 8 disposed on the transparent plate 10. It is.
상기 캐소드와 애노드는 서로 대면하여 수 내지 수백 ㎛ 정도의 간격을 형성하게 된다.The cathode and the anode face each other to form a spacing of several to several hundred micrometers.
또한 상기 애노드와 상기 캐소드 간에 일정한 거리를 유지하기 위하여 애노드의 투명판(10)의 소정부위와 캐소드의 기판 상의 소정부분 사이에 부가적으로 스페이서(11, spacer)를 배치한 것을 나타낸 것이다. 상기의 스페이서의 재료로써 금속 혹은 폴리이미드 등을 사용한다.In addition, the spacer 11 is additionally disposed between a predetermined portion of the transparent plate 10 of the anode and a predetermined portion on the substrate of the cathode in order to maintain a constant distance between the anode and the cathode. Metal or polyimide etc. are used as a material of the said spacer.
또한, 상기 하부전극(6)의 재료로서 두께 수천 Å의 금속이 사용될수 있으며, 이 금속 박막은 스퍼터링 혹은 진공증착에 의해 형성된다. 상기 에미터(7)의 재료로는 부(-)의 전자친화력 혹은 낮은 일함수를 나타내는 재료가 본 발명의 목적에 타당하며, 본 발명에 따른 에미터 재료의 한 예는 다이아몬드 박막이다. 여기서 다이아몬드 박막이라 함은 플라즈마 CVD등의 화학증착법, 스퍼터링이나 이온빔 증착등의 물리증착법 및 레이져 어블레이션 방법 등에 의해 합성된 다이아몬드 박막이나 다이아몬드상 탄소(Diamondlike Carbon)를 총칭하는 것으로 미세구조는 다결정(Polycrystal)이나 비정질(amorphous), 혹은 이들 결정질과 비정질이 혼재된 혼합물 일수도 있다. 또한 여기서 다이아몬드 박막이라 함은 그 구성원소가 순수한 탄소만으로 구성된 것을 의미하는 것이 아니라 탄소를 주성분으로 하고 수소나 금속 혹은 반금속이 함유될수 있다. 일반적으로 순수한 다이아몬드는 sp3결합 구조로 표시할 수 있으며 절연성인 반면에, 순수한 흑연은 sp2결합구조로 표시되며 분리전자(delocalized electron)를 갖기 때문에 전도성을 갖게 된다. 그러나 여기서 다이아몬드 박막이라 함은 탄소 간의 결합이 순수한 sp3하이브리드 결합에 의한 것만을 의미하는 것이 아니며 sp2, sp1등의 결합이 혼합되어 있는 것을 나타낸다. 또한 상기 다이아몬드의 구성원소들의 성분비가 원자 %로 다음의 식: Cx-Hy-Mz (단, C는 탄소, H는 수소, M은 Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf 등의 천이금속중의 적어도 하나이고, 60≤X≤100, 0≤Y≤40, 0≤Z≤40이고, X+Y+Z=100 임)으로 구성된다.In addition, as a material of the lower electrode 6, a metal having a thickness of several thousand microns can be used, and this metal thin film is formed by sputtering or vacuum deposition. As the material of the emitter 7, a material having a negative electron affinity or a low work function is suitable for the purpose of the present invention. An example of the emitter material according to the present invention is a diamond thin film. Here, diamond thin film refers to a diamond thin film or diamondlike carbon synthesized by chemical vapor deposition such as plasma CVD, physical vapor deposition such as sputtering or ion beam deposition, and laser ablation. ) Or amorphous, or a mixture of these crystalline and amorphous forms. In addition, the diamond thin film here does not mean that the element is composed only of pure carbon, but mainly carbon and may contain hydrogen, metal or semimetal. In general, pure diamond is represented by sp 3 bond structure and is insulated, while pure graphite is represented by sp 2 bond structure and has conductivity because it has delocalized electrons. However, the diamond thin film here does not mean that the bonds between carbons are pure pure sp 3 hybrid bonds, but the sp 2 , sp 1 and the like are mixed. In addition, the component ratio of the elements of the diamond is the atomic% in the following formula: Cx-Hy-Mz (where C is carbon, H is hydrogen, M is Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, At least one of transition metals such as Hf, and 60 ≦ X ≦ 100, 0 ≦ Y ≦ 40, 0 ≦ Z ≦ 40, and X + Y + Z = 100.
또한, 상기 조절전극(9) 재료로서는 가시광선 영역에서 투명한 ITO 박막이며, 이 ITO 박막은 역시 투명한 유리 등과 같은 투명판 위에 형성되어 있다. 조절전극 상에는 형광체가 배치되어 있다.The control electrode 9 is made of a transparent ITO thin film in the visible light region, which is also formed on a transparent plate such as transparent glass. The phosphor is disposed on the control electrode.
다음으로 제2b도는 상기 제2a도 측면의 표시된 □ABCD를 확대하여 나타낸 것으로, 애노드 부분과 캐소드 부분을 확대하여 나타낸 것이고, 제2c도는 상기 제2a도의 에미터에 표시된 □EFGH를 확대하여 나타낸 것으로 애노드와 캐소드사이에 놓일 스페이서(11)의 위치를 나타낸 확대도이다.Next, FIG. 2B is an enlarged view of the □ ABCD displayed on the side of FIG. 2A, and is an enlarged view of the anode portion and the cathode portion, and FIG. 2C is an enlarged view of the □ EFGH displayed on the emitter of FIG. 2A. Is an enlarged view showing the position of the spacer 11 to be placed between and the cathode.
다음으로 제3도는 상기 제2b도에 도시된 상기 캐소드의 하부전극(6)과, 캐소드의 조절전극(9) 사이에 전원공급장치(12)로 부터 전압을 인가하여, 에미터(7)의 표면에서 다량의 전자가 방출되는 것을 나타낸 것이다. 상기 에미터(7)에서 방출된 전자는 조절전극(9)을 향하여 가속되고, 가속된 전자는 형광체(8)와 충돌하여 형광체(8)를 여기시켜 빛을 방출하게 된다. 이때 방출된 빛은 휘도가 균일한 평면 광원이 된다.Next, FIG. 3 shows a voltage applied from the power supply device 12 between the lower electrode 6 of the cathode and the control electrode 9 of the cathode shown in FIG. It shows that a large amount of electrons are emitted from the surface. Electrons emitted from the emitter 7 are accelerated toward the control electrode 9, and the accelerated electrons collide with the phosphor 8 to excite the phosphor 8 to emit light. At this time, the emitted light becomes a planar light source with uniform luminance.
다음으로 제4도는 본 발명에 따른 제2a도에 도시된 배면광원에 부가적으로 반사판(2)을 형성한 것을 나타낸 것으로 이 반사판은 휘도를 향상 시킬수 있고, 상기 반사판의 재료로는 알루미늄(Al)막등을 사용한다.Next, FIG. 4 shows that the reflecting plate 2 is additionally formed in the back light source shown in FIG. 2a according to the present invention. The reflecting plate can improve the brightness, and the material of the reflecting plate is aluminum (Al). Use membranes.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 전계 방출 소자를 이용한 액정 표시 소자(LCD)용 배면광원은 종래의 기술에 비해 휘도의 균일성이 높고, 광손실이 적으며, 휘도의 균일성과 광이용율의 손해없이 박막화 및 대면적화가 용이하고, 구조가 간단하다.As described above, the back light source for the liquid crystal display device (LCD) using the field emission device according to the present invention has higher luminance uniformity, less light loss, and no luminance uniformity and no loss of light utilization. Thinning and large area are easy and the structure is simple.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20020906 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |