KR100784710B1 - 장파장 자외선을 방출하는 기체 방전을 이용한 백 라이트유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장파장 영역의 진공 자외선(vacuum UV)을 방출하도록 하기 위해 질소를 함유한 가스를 방전 가스로 사용하며, 장파장 영역의 진공 자외선 영역에서 높은 양자 효율(quantum efficiency)을 가지도록 제조한 형광체를 사용하여 효율을 향상시킨 백 라이트 유닛에 관한 것이다. 본 발명의 백 라이트 유닛은, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되며, 서로 결합되어 플라즈마를 형성하기 위한 방전 공간을 형성하는 상판 및 하판; 상판과 하판의 사이에 형성되는 방전 공간에 봉입되며, 질소를 포함하는 방전 시 250nm-400nm 사이의 장파장 자외선을 방출하는 가스가 혼합된 방전 가스; 및 상판 및/또는 하판의 방전 공간을 향하는 면에 형성되며, 250nm-400nm 사이의 장파장 자외선 영역에서 최대 양자 효율을 가지며, 영역의 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 포함한다.

Description

장파장 자외선을 방출하는 기체 방전을 이용한 백 라이트 유닛{BACK LIGHT UNIT USING DISCHARGE GAS EMITTING LONG WAVE LENGTH UV}

도 1은 종래 기술의 백 라이트 유닛의 한 예를 나타낸다.

도 2는 도 1의 예에서의 개개 냉 음극관의 구조를 나타낸다.

도 3은 종래 기술의 백 라이트 유닛의 다른 한 예를 나타낸다.

도 4는 종래 기술의 백 라이트 유닛의 또 다른 한 예를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 백 라이트 유닛의 한 실시 형태를 예시한다.

도 6은 본 발명의 백 라이트 유닛의 다른 한 실시 형태를 예시한다.

도 7은 본 발명의 백 라이트 유닛의 또 다른 한 실시 형태를 예시한다.

도 8은 본 발명의 백 라이트 유닛의 또 다른 한 실시 형태를 예시한다.

도 9는 일반적인 백 라이트 유닛에 사용되는 형광체의 양자 효율을 나타낸다.

도 10은 본 발명에서 필요로 하는 형광체의 양자 효율을 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 하부 기판 12 : 투명 전극

13: 전극 15 : 유전체

16: 투명 유전체 17 : 보호막

18: 방전 가스 19 : 스페이서

21: 형광체 23: 상부 기판

28: 첨가 가스 29: 주 가스

본 발명은 장파장 자외선을 방출하는 기체 방전을 이용한 백 라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장파장 영역의 진공 자외선(vacuum UV)을 방출하도록 하기 위해 질소를 함유한 가스를 방전 가스로 사용하며, 상기 장파장 영역의 진공 자외선 영역에서 높은 양자 효율(quantum efficiency)을 가지도록 제조한 형광체를 사용하여 효율을 향상시킨 백 라이트 유닛에 관한 것이다.

통상적으로, 평판 표시 장치(flat panel display)는 발광형과, 수광형으로 분류하고 있다. 발광형으로는 전계 발광 소자(electro luminescence: EL), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display: PDP) 등이 있고, 수광형으로는 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD)가 있다.

액정 디스플레이는 그 자체가 발광을 하지 못하여 화상을 형성할 수 없다. 이에 따라, 별도의 광원인, 예컨대 백 라이트 유닛(back light unit)을 설치하여 화상을 관찰하는 것이 가능하다. 백 라이트 유닛에는 냉 음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp: CCFL)를 확산기(diffuser)와 함께 사용하는 방식이 널 리 사용되어 왔으나 이 방법을 사용한 장치는 대형 화면에 사용될 경우 균일한 밝기를 얻기가 어려운 문제점을 가지고 있다.

이를 극복하기 위하여 종래 기술의 대안으로는 도 1과 같이 냉 음극 형광 램프를 여러 개 배치하여 넓은 면적에 걸쳐 균일한 휘도를 얻도록 하는 방식이 제안되어 있다.

도 1의 백 라이트 유닛은 복수(도 1에서는 8개)의 등 간격으로 배치된 선 모양의 광원(35)과, 이 광원(35)에서의 광을 액정 디스플레이 패널의 방향으로 조사시키기 위한 반사판(36)으로 구성되어 있다. 이들 광원(35)의 각각은 그 방전관(35a)의 주위에 다수 개의 전극(35c, 35d)이 배치되어 구성될 수 있으며, 이들 각 전극(35c, 35d)은 그 방전관(35a)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 여기서, 각 전극은 예컨대 링 모양을 이루는 알루미늄박으로 구성될 수 있으며, 그들 전극의 링 내에 방전관(35a)이 삽입되어 있는 구성으로 되어 있다. 각 광원(35)에 있어서, 각각 대응하는 전극끼리는 서로 접속되며, 방전을 위한 소정의 전원이 공급되도록 되어 있다.

도 2a는 위의 방전관(35a)의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A선에서의 단면도이다. 양단이 폐쇄된 원통형의 유리관(35p)(예컨대 외부지름 2.6㎜, 내부지름 2.0㎜, 길이 390㎜)의 내벽 면에 형광체(35p)가 도포되어 있음과 동시에, 예룰 들어 가스 압력 60Torr 정도의 Ne+Ar(5%)의 혼합가스 및 수은이 봉입되는 구조로 되어 있다.

그러나, 위와 같은 구조의 냉 음극관을 평면상에 배치하는 구조는 액정 디스 플레이 패널의 두께가 두꺼워지며 냉 음극관의 제어를 위한 부가 회로를 필요로 하게되는 문제점이 있고, 최근 무수은 램프 등이 개발되고는 있으나, 수은을 봉입한 냉음극관을 사용하여야 하는 문제가 있다. 또한, 균일하게 냉 음극관을 배열한다고는 하지만 평면상에서 균일한 휘도를 얻는 데에는 어느 정도 한계가 있게 된다.

이를 극복하기 위하여 평판형 형광 방전 램프를 사용한 백 라이트 유닛이 개발되었는데, 도 3은 평판형 형광 방전 램프를 사용한 백 라이트 유닛의 기본적인 구성을 나타내는 개략도이다. 그 구성을 보면 하부 유리 기판(11)에 다수의 전극(13)이 함께 형성되어 면 방전 방식을 채택하고 있으며, 전극 위로 절연체 막(15)과 주로 산화마그네슘(MgO)을 사용하는 보호막(17)이 적층되어 있으며, 상부 유리 기판(23)의 내면에는 형광체(21)가 적층되어 있다. 상판과 하판은 스페이서(19)를 통해 일정 간격을 유지하고 있다.

여기서는 위의 수은 냉 음극관과 동일하게 글로우(glow) 방전을 이용하고 있는데 방전전압이 인가되면 봉입된 방전 가스(18)가 이온화되면서 플라즈마(26) 상태가 되며, 플라즈마 중의 여기된 입자로부터 나오는 진공 자외선이 방전관 표면의 형광체를 여기시켜 가시광선을 내게 된다. 이와 같은 백 라이트 유닛에는 직류 전류형이나 대향 전극형 등의 다양한 형태가 있으며 이들도 액정 디스플레이 패널의 백 라이트 유닛으로 채택될 수 있음은 물론이다.

도 4에서는 대향 전극형의 평판형 형광 방전 램프를 사용한 백 라이트 유닛의 개략도를 나타내었다. 이는 도 3에서 나타낸 백 라이트 유닛과는 달리, 투명 전극(12)을 상부 유리 기판(23)에 설치하여 상부 투명 전극(12)과 하부 전극(13)의 사이에 방전을 일으켜 플라즈마(26)를 형성하고, 상부 기판(23)의 하부 면 및 하부 기판(11)의 상부 면에 형광체(21)를 도포하여 상기 플라즈마(26)로부터 방출되는 진공 자외선에 의해 여기시켜 가시 광선을 내는 구조로 되어 있다.

이와 같은 종래 기술의 백 라이트 유닛은 위에서 예시한 형태뿐만이 아니라 전극 구조에 따라 다양한 변형이 있을 수 있다. 평판형 형광 방전 램프를 사용하는 백 라이트 유닛은 대형 액정 디스플레이를 위하여 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다는 큰 장점이 있으나 위의 냉 음극관을 사용하는 구조에 비하여 소비 전력이 크다는 문제점이 있다. 이는 평판형 형광 방전 램프가 상대적으로 휘도 효율이 낮기 때문이다.

일반적으로 사용되는 평판형 형광 방전 램프에는 방전 가스(18)로서 네온(29)또는 헬륨을 주성분으로 하며 크세논(28)이 소량 섞인 가스를 사용하고 있다. 이것은 크세논 단분자(Xe) 또는 이분자(Xe2)가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어 질 때 발생하는 147 nm 와 173 nm 의 진공 자외선을 사용하고 이 두 자외선에 최적 반응하도록 제조된 형광체가 사용되고 있기 때문이다. 그러나 이와 같은 단파장의 자외선을 사용하는 종래 기술의 경우, 전체적인 휘도 효율(luminous efficiency)이 낮아 이를 개선하고자 하는 많은 연구가 수행되고 있다. 휘도 효율의 개선은 현재의 형광 방전 램프를 사용한 백 라이트 유닛에서 문제가 되고 있는 높은 전력 소모의 문제를 개선할 수 있도록 하기 때문이다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 질소 기체를 포함한 불활성 기체와의 혼합 기체 방전을 이용하여 250 nm - 400 nm 사이의 장파장 자외선을 발생시키고 이 대역의 자외선에 대하여 높은 양자 효율을 가지는 형광체를 여기시켜 빛을 내도록 한 새로운 구조의 고 휘도 효율의 백 라이트 유닛을 제안한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백 라이트 유닛은, 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되는 하판; 상기 하판과 간격을 두고 결합되어 방전 공간을 형성하는 상판; 상기 방전 공간에 봉입되며, 250nm-400nm 범위의 장파장 자외선을 방출하는 질소 기체를 포함하는 방전 가스; 및 상기 상판의 양면 중 상기 방전공간에 접하는 면에 형성되며, 상기 250nm-400nm 범위의 장파장 자외선 영역에서 최대 양자효율을 갖고 상기 영역의 자외선에 의해 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체를 포함한다.

바람직하게는 본 발명의 백 라이트 유닛에서의, 상기 방전 가스는, 질소; 및 He, Ne, Ar, Xe, Kr 중 적어도 한 가스를 포함하며, 상기 질소는 상기 방전 가스에서 0%초과 50%이하의 농도로 첨가된다.

바람직하게는 본 발명의 백 라이트 유닛에서의. 상기 형광체는 특히 300nm에서 360nm에서 최대의 양자 효율을 가진다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 5에서는 본 발명의 백 라이트 유닛의 바람직한 한 실시 형태의 개략적인 단면도를 나타내었다.

본 발명의 바람직한 실시 형태의 백 라이트 유닛은, 하부 유리 기판(11)에 다수의 전극(13)이 함께 형성되어 면 방전 형식을 채택하고 있으며, 전극 위로 절연체 막(15)과 주로 산화마그네슘(MgO)을 사용하는 보호막(17)이 적층되어 있으며, 상부 유리 기판(23)의 내면에는 형광체(21)가 적층되어 있다. 상판과 하판은 스페이서(19)를 통해 일정 간격을 유지하고 있다. 종래 기술에 따른 백 라이트 유닛에 있어서, 네온(29) 또는 헬륨을 주성분으로 하며 크세논(28)이 소량 섞인 방전가스를 사용한 것과 달리, 본 발명의 백 라이트 유닛은 불활성 기체(헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤 등)의 단일 가스에 질소 기체(28-1)을 첨가하거나, 불활성 기체 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(29, 도면에서는 네온으로 예시됨)에 질소 기체(28-1)을 첨가한 혼합기체를 방전가스로 사용할 수 있다.

이와 같이 불활성 가스에 질소를 첨가할 경우, 300nm에서 360nm 대역을 가지는 장파장의 진공 자외선이 방출되어 종래 기술의 경우와는 사용하는 파장 대역이 달라지게 된다.

일반적으로 형광체는 다양한 조성 및 제조 방법에 의하여 제조될 수 있는데, 흔히 사용되는 형광체의 예는 적색을 방출하는 (Y, Gd)BO3 : Eu 또는 Y2O3 : Eu, 녹색을 방출하는 Zn2SiO4 : Mn 또는 BaAl12O19 : Mn, 청색을 방출하는 BaMgAl14O23 : Eu 등이다. 이와 같은 형광체는 호스트(host) 재료 및 활성제(activator)를 혼합한 조성을 가지는 재료로서, 호스트 재료는 진공 자외선을 받아들여 그 에너지를 활성제에 전달하게 되며 활성제의 여기(excitation)에 의하여 가시 광선이 방출되게 된다.

위에서 예시한 형광체는 일반적으로 사용되는 장파장 대역의 진공 자외선에서 높은 양자 효율을 가지는 형광체로서 첨부된 도 8과 같은 양자 효율을 가지는 것이 알려져 있다. 도 10은 본 발명의 플라즈마 디스플레이에 적합한 형광체의 양자 효율을 예시하고 있는 도면으로서 도 9의 종래 기술의 형광체는 147nm 부근의 진공 자외선 대역에 걸쳐서 높은 양자 효율을 가지는 반면 여기서는 250-400nm의 진공 자외선 대역에 걸쳐서 높은 양자 효율을 가지게 된다. 특히, 질소에서 방출되는 장파장 대역의 진공 자외선에 민감하여야 하기 때문에 300nm에서 360nm 사이에서 최대 양자 효율을 가지는 것이 바람직하다. 다양한 형광체의 조성 및 그에 따른 물성은 이미 널리 알려져 있으며 본 발명은 이와 같은 형광체 자체나 그 제조 방법과 관련된 것은 아니므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 다른 한 실시 형태로서 대향형 전극 구조의 백라이트 유닛의 단면도를 예시하였다. 이러한 대향형 전극 구조에서도 본 발명을 적용하여, 불활성 가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(29, 도면에서는 네온으로 예시됨)에 질소 가스(28-1)를 첨가하거나, 불활성 가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(29)에 할로겐 가스(불소, 염소, 요오드, 브롬)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(28-1)를 첨가하여 사용함으로써 장파장 대역의 자외선을 방출하여 형광체(21)를 여기시키도록 할 수 있다.

도 5 및 도 6에서는 네온(29)을 주성분으로 하고 질소(28)를 혼합한 경우를 예시하였는데 이는 단지 예시일 뿐이며 위의 네온(29) 뿐만 아니라 다른 불활성 가스의 단일 또는 2 이상의 혼합 가스를 주성분으로 하여 질소(28)를 혼합할 수도 있으며 이러한 경우도 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있음이 자명하다.
또한, 불활성 가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(29)에 할로겐 가스(불소, 염소, 요오드, 브롬)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스를 첨가한 혼합가스를 본 발명에 따른 백 라이트 유닛의 방전가스로서 사용할 수도 있다.

도 7 및 도 8에서는 위의 실시 형태들과 동일한 전극 구조에서 방전 가스로써 불활성 가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(29, 도면에서는 네온으로 예시됨)에 할로겐 가스(불소, 염소, 요오드, 브롬)의 단일 가스나 또는 이들 중 두 가지 이상을 혼합한 가스(28-2, 도면에서는 염소로 예시됨)를 첨가하여 사용하는 경우의 한 예를 나타내고 있다. 이와 같이 할로겐 가스를 첨가하는 방전의 경우도 장파장의 진공 자외선이 방출되어 형광체를 여기시키도록 함으로써 높은 휘도 효율을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어 전극 구조는 도면에 예시된 단면 구조들과 달라질 수 있으며, 전극은 평면상에서도 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명의 장파장 자외선을 방출하는 방전 가스를 이용한 백 라이트 유닛에 의하여, 백 라이트 유닛의 휘도 효율을 개선할 수 있으며, 그에 따라 전력 소모를 낮출 수 있어, 백 라이트 유닛의 사용 범위를 확대함으로써 대 면적 디스플레이 상에서 균일한 휘도 분포를 구현할 수 있다.

Claims (4)

1. 방전을 발생시키기 위한 하나 이상의 전극이 형성되는 하판;

   상기 하판과 간격을 두고 결합되어 방전 공간을 형성하는 상판;

   상기 방전 공간에 봉입되며, 250nm-400nm 범위의 장파장 자외선을 방출하는 질소 기체를 포함하는 방전 가스; 및

   상기 상판의 양면 중 상기 방전공간에 접하는 면에 형성되며, 상기 250nm-400nm 범위의 장파장 자외선 영역에서 최대 양자효율을 갖고 상기 영역의 자외선에 의해 여기되어 가시광선을 방출하는 형광체

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방전 가스는

   상기 질소; 및

   He, Ne, Ar, Xe, Kr 중 적어도 한 가스를 포함하며,

   상기 질소는 0%초과 50%이하의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 형광체는 300nm에서 360nm에서 최대 양자 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
4. [삭제]

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