KR100795312B1 - 격벽 통로 방전 방식의 평판 형광 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상판과 하판 사이에 격벽 구조를 갖는 평판 형광 램프에 있어서, 격벽에 일정한 간격으로 설치된 돌출부가 지지대 기능을 하고, 상기 돌출부 사이의 격벽이 방전 통로의 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 격벽이 방전 통로의 기능을 하기 위하여 격벽 사이의 하판에 격벽의 길이 방향으로 다중의 전극들을 설치하고, 상기 격벽 양측의 이웃하는 전극 간의 방전으로 격벽 위의 공간에 플라즈마가 형성된다. 그리고, 상기 격벽이 금속재인 경우 상기 금속 격벽은 플로팅 전극의 역할을 한다.

또한, 본 발명은 대면적 평판 램프를 다수의 영역으로 나누고 각 영역별로 개별 디밍을 용이하게 실현하며, 본 발명의 평판램프는 구동 전압이 낮기 때문에 트랜스포머를 채용 않는 인버터에 의한 구동도 가능하다.

평판 형광 램프, 플라즈마 채널링, 금속 격벽, 디밍, 액정 디스플레이, 백라이트

Description

격벽 통로 방전 방식의 평판 형광 램프 {Flat Panel Fluorescent Lamp Discharging Across the Barrier Rib}

도 1은 본 발명에 따른 격벽 구조를 갖는 평판 형광 램프를 도시한 사시도.

도 2(a)는 상기 도 1을 X-Y 방향으로 격벽이 없는 부분을 자른 단면도.

도 2(b)는 상기 도 1을 X-Y 방향으로 격벽이 있는 부분을 자른 단면도.

도 2(c)는 상기 도 1을 X'-Y' 방향으로 자른 단면도.

도 2(d)는 상기 도 1의 격벽과 하판 전극의 형태를 도시한 평면도.

도 3(a)는 상기 도 1의 격벽과 하판 전극에 의한 방전 형태를 도시한 확대 단면도.

도 3(b)는 상기 도 1의 격벽과 하판 전극에 의한 방전 형태를 도시한 평면도.

도 4는 상기 도 1의 다중 전극을 하판 내부전극으로 설치한 X'-Y' 방향으로 자른 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 격벽 구조를 갖는 평판 형광 램프의 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 6은 상기 도 5의 격벽과 하판 전극에 의한 방전 형태를 도시한 도면.

도 7(a)는 본 발명의 평판 형광 램프를 복수 개의 영역으로 나누어 영역별로 전극을 나누어 구동 및 디밍을 실현하기 위한 영역별 분리도.

도 7(b)는 디밍 방식의 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 하판 유리 11 : 상판 유리

20 : 격벽 21 : 돌출부

22 : 방전 통로 30 : 평판 형광 램프

41 : 형광층 42 : 유전층

31 : 하판 외부전극 32 : 하판 내부전극

51, 51' : 전원 80 : 플라즈마

본 발명은 방전관 내부에서의 플라즈마의 쏠림 현상인 플라즈마 채널링(plasma channeling) 현상을 방지하고, 구동 전압이 낮은 평판 형광 램프 및 구동 방법에 관한 것이다.

평판 형광 램프는 통상 LCD TV나 모니터와 같은 LCD 패널의 백라이트(backlight) 광원으로 사용되고 있는데, 최근의 LCD 패널의 대형화에 따라 백라이트 광원으로서의 평판 형광 램프의 중요성이 커지고 있다.

이와 같은 평판 형광 램프의 대면적화에 따른 문제점은 평판 전체에 대한 방전의 불균일성과 방전 전압의 상승이다.

또한 평판 형광 램프는 통상 상판 유리와 하판 유리로 구성되는데, 기체의 압력이 작은 램프 내부 공간에 상판과 하판을 지지해 주는 지지대로서 격벽을 설치한 구성을 채택하고 있다.

상기 평판램프의 격벽은 상판 유리의 하중을 지지하는 기둥(spacer) 역할을 수행함과 동시에 격벽 사이에 개별적인 방전 공간이 형성되도록 하여 플라즈마 채널링을 방지하는 역할도 수행한다.

이러한 평판 형광 램프는 통상 상판과 하판 유리의 양단부에 전극을 형성하고, 이러한 전극에 고전압을 인가하여, 격벽 사이의 방전 공간에 격벽의 길이 방향으로 플라즈마를 발생시키고, 이러한 플라즈마로부터 발생되는 자외선이 상하판 유리 및 격벽에 도포된 형광층을 여기시킴으로써 빛을 발생시킨다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 평판 형광 램프의 구동 방식은 상판과 하판의 양단부에 형성된 전극에 하나의 전원을 연결하여 램프의 길이 방향의 방전에 의한 플라즈마를 생성하는 방식으로, 이러한 방식으로 대면적의 평판일수록 방전 전압이 1 kV 이상 높아지므로 고효율이면서도 고휘도인 형광 램프를 구현하기 어려운 문제가 있었다. 특히, 상기와 같은 평판 형광 램프에서 무수은 방전을 채용하는 경우에 고휘도를 얻기 위하여 약 2 kV의 고전압이 요구되므로, 무수은 평판램프의 실현이 불가능하다.

또한, 금속 격벽 평판 램프는 본원 출원인의 대한민국 특허출원 제 10-2004-0062524호에 개시된 것으로서, 상기 금속 격벽 평판 램프는 격벽의 설치가 매우 용이하다는 장점이 있다. 그러나 방전의 방식이 격벽의 길이 방향으로 플라즈마가 발 생하며, 대면적일수록 여전히 방전 전압이 높다.

일반적으로 형광램프의 방전 전압의 상승은 저효율의 원인이 될 뿐만이 아니라 구동 방법에도 많은 제약을 초래하며, 결과적으로 방전 전압이 높으면 고휘도와 고효율이 어렵다.

따라서, 본 발명은 평판 형광 램프의 방전 공간 내에서 플라즈마의 쏠림에 따른 불균일성을 방지하고, 동시에 방전 전압을 낮추어 고휘도 및 고효율인 평판 형광 램프의 구현과 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평판 형광 램프 및 구동 방법은, 격벽 양측의 하판에 설치된 전극에 전원이 인가되어, 격벽 위에 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 평판램프의 격벽은 금속재가 바람직하며, 상기 금속 격벽이 상판과 하판사이의 지지대, 방전 통로, 플로팅 전극의 3중의 기능을 갖는다.

또한, 본 발명의 LCD 백라이트용 평판 형광 램프를 복수의 영역으로 나누어서, LCD 화면의 영역별 밝기에 따라서 영역별 디밍을 실현한다.

또한, 본 발명의 평판 형광 램프는 구동 전압이 1 kV 이하를 실현하고, 작게는 400 V의 구동이 가능하므로, 종래의 인버터에서 채용하는 트랜스를 사용하지 않을 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 평판 형광 램프 및 구동 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 격벽 통로 방전 방식의 평판 형광 램프를 도시한 사시도이다. 하판 유리(10)와 상판 유리(11) 사이에는 격벽(20)에 의하여 다수개의 공간이 형성되고, 상기 격벽(20)에는 돌출부(21)와 방전 통로(22)가 설치되며, 격벽을 포함한 방전 공간 내부 전체에 형광층(41)이 형성된다. 상판과 하판 사이의 방전 공간에는 불활성 기체를 주로 주입하여 봉합하되, 수은을 사용하거나 무수은 램프로 제작될 수 있다. 본 발명의 평판 형광램프의 내부 기체의 압력은 수 10 Torr의 저 압력에서 수 100 Torr의 고 압력도 용이하다.

상기 격벽(20)의 재료는 절연재 혹은 도전재가 모두 가능하다. 절연재는 소성 방식(예를 들면, PDP의 격벽 형성 방식)으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 격벽(20)의 재료가 유리일 경우, 상기 격벽(20)은 상기 유리판을 직접 가공하여 형성하거나, 상기 격벽(20)은 유리재를 이용한 주조방식으로 제작할 수 있다. 도전재는 금속재, 예로써 가볍고 가공성이 좋은 알루미늄재를 밀링 가공하거나 금형에 의한 사출 및 주조 방식으로 형성하는 것이 바람직하다. 또는 금속 분말(주로 Ag-분말)을 액상으로 제작하여 도포 방식으로 형성할 수도 있는데, 이는 PDP의 전극형성에 사용되는 Ag-패이스트를 사용한다. 특히, 상기와 같은 도전재 격벽은 유전층을 추가로 도포하여 사용할 수도 있으며, 이때 상기 유전층은 PDP 전극 형성 이후의 유전재인 산화연(PbO) 등이 사용 가능하다. 금속재로서 알루미늄의 경우는 알루마이트(Al2O3)층을 형성할 수 있다. 알루마이트층은 주로 양극 산화 방식을 채용한다.

본 발명에서 격벽(20)의 역할은 상하판 유리의 지지대(spacer), 방전 통로, 그리고 금속 격벽의 경우는 프로팅(floating) 전극의 역할을 한다. 격벽에 일정 간 격으로 돌출부(21)를 설치하고, 일정 간격의 돌출부와 방전 통로(22)가 형성된다. 돌출부는 지지대 기능을 하며, 돌출부 사이의 방전 통로에는 플라즈마가 발생한다. 격벽과 격벽의 설치 간격은 수 mm에서 수 cm, 격벽의 높이는 수 mm, 격벽의 하판쪽의 폭은 수 mm이며, 상판 쪽은 다소 작게 하여 사다리꼴이나 삼각 형태가 바람직하다. 격벽상의 돌출부(21)의 돌출 높이와 돌출부 간의 간격을 포함하여 격벽의 크기와 형태는 실험을 통하여 최적 조건이 결정된다. 또한, 격벽의 구조물은 일체형으로 제작하거나, 부분별로 격벽을 제작하여 하판에 조립 방식으로 설치할 수 있다.

도 2는 상기 도 1의 평판 형광램프(30)의 단면도 및 하판의 외부전극(31)의 형태를 도시한 것으로서, 도 2(a)는 격벽이 없는 공간의 X-Y 방향으로 자른 단면도이다. 평판 램프(30)의 하판(10)과 상판(11)의 내부 전체에 형광층(41)이 형성되고, 하판(10) 외부의 격벽과 격벽 사이에는 외부전극(31)이 설치되어 교류 전원(51)이 인가된다.

도 2(b)는 격벽 위의 X-Y 방향으로 자른 단면도이고, 도 2(c)는 X'-Y' 방향의 단면도이다. 격벽(20)의 형태는 상판과 맞닿는 돌출부(21)와 방전 통로(22)가 설치되는데, 도 2(c)에서와 같이 하판 외부에 설치되는 다중의 외부전극(31)들의 이웃하는 전극에 극성이 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다. 상기 극성이 다른 전압에 의하여 격벽 위의 방전 통로(22) 위에 플라즈마가 발생된다. 도 2(d)는 하판에 설치된 외부전극(31)의 형태의 일예이다. 격벽(20)의 방전 통로(22)에 방전을 용이하게 유도할 목적으로, 외부전극(31)은 격벽(20)와 마주하는 측면에 배치되며, 상기 방전 통로(22)와 대향하는 돌기부(31a)를 포함한다. 따라서, 상기 격벽(20)을 사이에 두고 이웃한 두 외부전극(31)들은 상기 격벽(20)을 중심으로 서로 대칭하게 배치된다. 도 2(d)의 도시 이외에 여러 형태가 가능하다.

도 3은 방전의 형태를 도시한 것으로서, 도 3(a)는 격벽 부분을 확대한 단면도이다. 격벽(20)은 유전층(42)이 도포되고, 유전층(42) 위에 형광체(41)가 도포된다. 이때, 격벽을 중심으로 하판에 설치된 이웃하는 외부전극(31)에 극성이 다른 전압(51, 51′)이 인가되어 격벽 위의 방전 통로(22)를 가로지르는 방향으로 플라즈마(80)가 발생한다. 또한, 도 3(b)는 하판의 외부전극(31)과 격벽(20)을 도시한 평면도로서, 격벽을 가로지르는 방향으로 양단의 전극 사이에 플라즈마(80)가 발생한다.

도 4는 방전 공간 내부의 하판(10)에 내부 전극(32)의 형태로 설치하고, 내부 전극(32) 위에 유전층(34)을 도포함으로써 격벽 사이의 하판의 내부 전극(32)에 의하여 격벽 통로(22)에 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 도 4의 내부전극(32)을 갖는 평판램프는 상기 도 2의 외부전극(31)을 갖는 평판램프와 동일한 방전 방식을 갖는다.

도 5는 본 발명에 따른 격벽 구조를 갖는 평판 형광 램프의 다른 실시예를 도시한 사시도이다. 상기 도 1에서와 달리 하판 유리(10)와 상판 유리(11) 사이의 XY 방향 제 1 격벽(20)은 도전체에 유전층을 도포하여 형성되고, X'Y' 방향의 제 2 격벽(23)은 절연재로 형성된다. 상기 제 1 및 제 2 격벽들(20, 23)에 의해 형성된 다수개의 공간에는 각각 방전 통로(22)가 설치되며, 상기 제 1 및 제 2 격벽들(20, 23)을 포함한 방전 공간 내부 전체에 형광층(41)이 형성된다.
상기 방전 통로(22)는 상기 제 1 격벽(20)의 양측에 각각 배치된 제 3 격벽(21)에 의해서 형성할 수 있다. 이때, 상기 제 3 격벽(21)은 상기 제 1 격벽(20)의 두께보다 작은 두께를 갖는다. 즉, 상기 제 1 격벽(20)은 상기 상판 유리(11)와 접촉하게 되고, 상기 제 3 격벽(21)은 상기 상판 유리(11)와 이격되어 방전 통로(22)를 형성한다. 이때, 상기 방전 통로는 상기 제 1 격벽(20)과 평행하는 방향을 갖는다.
상판(10)과 하판(11) 사이의 방전 공간에는 불활성 기체를 주로 주입하여 봉합하되, 수은을 사용하거나 무수은 램프로 제작될 수 있다. 본 발명의 평판 형광램프의 내부 기체의 압력은 수 10 Torr의 저 압력에서 수 100 Torr의 고 압력도 용이하다. 또한, 상기 격벽(20)의 기능, 재질 및 그 제작 방식은 도 1에서와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

도 6은 상기 도 5의 격벽과 하판 전극에 의한 방전 형태를 도시한 도면으로서, 상측의 그림은 격벽 부분을 확대한 단면도이고 하측의 그림은 하판의 외부전극과 격벽(20)을 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이 금속재 격벽(20)에 유전층(24)이 도포되고, 유전층(24) 위에 형광체(41)가 도포된다. 이때, 격벽을 중심으로 하판에 설치된 이웃하는 외부전극에 극성이 다른 전압(51, 51′)이 인가되어 제 3 격벽(21) 위의 방전 통로(22)를 가로지르는 방향으로 플라즈마가 발생한다.

본 발명에서 상기 대면적 평판램프의 경우는, 평판램프의 가로와 세로 방향으로 몇 개의 영역으로 나누어서 각 영역별로 개별 디밍(Dimming:휘도 조절)을 용이하게 실현하는 것이 특징이다. 도 7(a)는 일예로써 6개의 영역으로 나누어 각 영역별로 하판(10)의 외부전극(31)을 각각 형성하여 각 영역의 개별 디밍이 용이하도록 한 것이다. 상기 방식은 액정디스플레이(LCD)용 백라이트에 사용하는 평판램프에 적용하는 경우, 영역별 액정 화면의 밝기에 따라서 백라이트의 밝기가 동시에 조정된다. 상기 분할 영역별 디밍은 백라이트의 소모 전력을 30% 이상 줄이는 효과가 있다. 특히, 본 발명의 평판램프는 하판에 외부전극(31)이 설치되므로 영역별 분할과 영역별 구동이 용이하다.

도 7(b)는 디밍 방식의 일예이다. 일반적인 디밍 방식은 LCD 화면의 밝기에 따른 전류 신호와 램프 시스템의 백라이트 출력단의 전류를 비교기(220)에서 비교하여 입력단을 제어한다. 상기 디밍 방식은 본원 출원인의 대한민국 특허출원 제 10-2002-0061585호에 개시되어 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명에 따른 평판 형광 램프 구동 장치에 구비되는 전원의 구동 주파수는 수십 kHz 대역에서부터 수 MHz의 고주파 대역의 주파수도 사용이 가능하다.
상세한 설명에서 설명되지 않고 도면에 기재된 210은 평판램프의 전류량을 감지하여 전압신호로 교환하는 전류 감지 회로이다.

삭제

이상과 같은 본 발명에 따른 평판 형광 램프 및 구동 방법에 따르면, 격벽의 가로 방향으로 방전을 유도하여, 플라즈마 발생의 균일도를 실현하고, 동시에 저 전압 구동을 실현한다. 특히, 본 발명의 형광램프는 고효율의 무수은 램프로서 개발되고, 영역별 디밍과 트랜스 없는 인버터의 실현이 가능하므로 LCD-TV용 백라이트에 적용이 용이하다.

Claims (20)

1. 하판 유리:

   상기 하판 유리상에 배치되어 양쪽에 각각 방전공간들을 형성하며, 상기 양쪽 방전 공간을 연결하는 방전 통로를 갖는 격벽;

   상기 격벽의 양측에 각각 배치되며 서로 극성이 다른 교류 전압이 인가되어상기 격벽을 가로지르는 방향으로 플라즈마를 발생시키는 전극들; 및

   상기 하판유리와 대향하는 상판 유리를 포함하는 평판 형광 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽은,

   절연재인 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽은,

   유리 계열의 절연재인 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽은,

   도전성 금속재인 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 격벽은,

   알루미늄인 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 격벽은,

   알루마이트(Al2O3)층이 형성된 알루미늄인 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽은,

   도전재 금속에 유전층을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽은,

   액상의 금속 분말을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 격벽은,

   액상의 Ag-패이스트를 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극들은 상기 하판의 외측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극들은 상기 하판의 내측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 전극들은 영역별로 분할 설치하고, 각 영역별로 디밍하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 격벽상에 배치되며 상기 하판유리와 접촉하여 상기 방전통로를 형성하는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 전극은 상기 격벽과 마주하는 측면에 배치되며 상기 격벽을 향해 돌출된 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 돌기부는 상기 방전통로와 대향하는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 격벽을 사이에 두고 이웃한 두 전극들은 상기 격벽을 중심으로 서로 대칭하게 배치되는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
17. 하판 유리:

    상기 하판 유리상에 배치된 제 1 격벽;

    상기 제 1 격벽과 교차하여 방전공간을 형성하는 제 2 격벽;

    상기 제 1 격벽의 양측에 각각 배치되어 상기 방전공간상에 상기 제 1 격벽과 평행하는 방향을 갖는 방전 통로를 형성하는 제 3 격벽들;

    상기 제 1 격벽 및 상기 3 격벽사이에 각각 배치되며, 상기 방전공간에서 상기 방전 통로를 가로지르는 방향으로 플라즈마를 발생시키는 전극들; 및

    상기 하판유리와 대향하는 상판 유리를 포함하는 평판 형광 램프.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 3 격벽들은 상기 제 1 격벽의 두께보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 격벽은 도전체와 상기 도전체를 덮는 유전층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 2 격벽은 절연재로 형성된 것을 특징으로 하는 평판 형광 램프.

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