KR100854885B1 - 면광원 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

면광원 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

내부에 밀폐된 방전 공간을 구비한 광원 몸체와, 상기 광원 몸체에 국부적으로 방전 전압을 인가하며, 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제1전극부 및 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제2전극부와, 상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 제1전압을 인가하는 제1구동부와, 상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가하는 제2구동부, 및 상기 광원 몸체의 선택된 영역에만 방전이 일어나도록 복수의 서브 전극들에 인가되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는 면광원 장치를 제공한다. 상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 최소 방전 유지 전압 이상인 제1전압을 인가하고 상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가함으로써 피크 전압에 의한 휘도 향상과 더불어 방전 유지 전압을 상대적으로 낮출 수 있으며, 면광원 장치의 스캔 구동이 가능하여 액정표시장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
면광원, 스캔 구동, 분할 전극, 저전압 구동

Description

면광원 장치 및 그 구동 방법{SURFACE LIGHT SOURCE AND DRIVING MEHTOD THEREFOR}
본 발명은 백라이트용 면광원 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 스캔 구동이 가능하면서 인가 전압을 낮출 수 있는 새로운 면광원 장치를 제안한다.
액정표시장치는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이한다. 액정표시장치의 액정부는 스스로 빛을 발생시키지 못하는 수광 소자이기 때문에 별도로 후면 광원, 즉 백라이트를 요구한다.
후면 광원에서 공급되는 빛은 액정표시장치의 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 후면 광원의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 좌우된다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.
종래 액정표시장치의 후면 광원은 세관형 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 발광다이오드(light emitting diode; LED)가 주로 사용되었다. 냉음극형광램프는 휘도가 높고 수명이 길으며, 백열등에 비하여 매우 발열량이 매우 작은 장점이 있다. 한편, 발광다이오드는 소비 전력이 높으나 휘도 가 우수한 장점이 있다. 그러나 냉음극형광램프 또는 발광다이오드는 휘도 균일성이 취약하다. 따라서, 기존의 후면 광원은 휘도 균일성을 증가시키기 위해 도광판(light guide panel; LGP), 확산 부재(diffusion member) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 광학 부재(optical member)를 필요로 한다. 이로 인해 액정표시장치는 광학 부재에 의한 부피 및 무게가 크게 증가되는 문제점을 갖는다.
액정표시장치의 백라이트용 방전 램프의 일례로서 평판 형태의 면광원 장치(flat fluorescent lamp : FFL)가 제안된 바 있다. 도 1을 참조하면, 복수의 방전 채널을 구비하는 면광원 장치(100)의 일례를 도시하였다. 상기 면광원 장치(100)는 광원 몸체(110)와, 광원 몸체(110)의 양측 가장자리 외면에 구비된 전극부(160)를 포함한다.
상기 광원 몸체(110)는 소정 간격을 두고 대향 배치된 제1기판과 제2기판을 포함한다. 다수의 격벽부(140)들이 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어, 제1기판과 제2기판 사이의 공간을 복수의 방전 채널(120)로 구획한다. 제1기판 및 제2기판의 가장자리 사이에는 밀봉 부재(130)가 배치되어 상기 방전 채널(120)들을 외부와 격리시킨다. 상기 방전 채널(120) 내부의 방전 공간(150)에는 방전 가스가 주입된다. 상기 면광원 장치를 구동시키기 위하여 광원 몸체의 양면에는 띠 형태의 한 쌍의 전극부(160)가 형성되어 있다.
광원 몸체 표면에 형성된 전극부(160)에는 고전압이 인가되며, 면광원 장치의 대형화에 따라 요구되는 전압 수준은 더욱 커지고 있다. 면광원 장치에 고전압을 인가하기 위해서는 인버터 등의 구동부 부품이 고전압에 견디는 것이어야 하며, 고전압 부품들은 제품 가격의 상승을 초래할 뿐만 아니라 면광원 장치를 포함하는 백라이트의 부피를 크게 한다.
한편, 면광원 장치의 구동 방식은 액정표시장치의 표시 품질에 직접적인 영향을 미치므로, 새로운 구동 방식의 면광원 장치에 대한 요구가 커지고 있다. 특히, 액정표시장치의 동영상 품질을 개선하고 명암비를 향상시키기 위하여 백라이트용 광원의 기능 향상이 크게 요청되고 있다.
본 발명의 목적은 액정표시장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있는 면광원 장치 및 구동 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고전압을 이용하지 않으면서도 방전 개시가 용이하고 저전압 부품을 이용할 수 있는 면광원 장치 구동 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 내부에 밀폐된 방전 공간을 구비한 광원 몸체와, 상기 광원 몸체에 국부적으로 방전 전압을 인가하며, 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제1전극부 및 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제2전극부와, 상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 제1전압을 인가하는 제1구동부와, 상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가하는 제2구동부, 및 상기 광원 몸체의 선택된 영역에만 방전이 일어나도록 복수의 서브 전극들에 인가되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는 면광원 장치를 제공한다.
상기 제1구동부는 선택된 서브 전극에 교호적으로 제1전압을 인가하고, 상기 제2구동부는 선택된 서브 전극에 교호적으로 제2전압을 인가할 수 있다. 면광원 장치에 인가되는 방전 전압을 최소화하면서 피크 전압에 의한 휘도 향상을 위하여 상기 제1전압은 최소 방전 유지 전압 이상이고, 상기 제1 전압과 제2전압의 합은 방전 유지 전압 이상인 것이 바람직하다.
상기 광원 몸체와 스위칭부 사이에서 접지 전위와의 on/off를 제어하는 스위치를 더 포함하여, 스위칭부의 각 소자들을 저전압 부품으로 대치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 면광원 장치의 광원 몸체는 복수의 방전 채널을 포함하거나, 내부에 하나의 열린(opened) 방전 공간을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1전극부 및 제2전극부의 서브 전극은 각각 일부의 방전 채널을 커버하도록 상호 분리되어 배열될 수 있으며, 또한 방전 채널 양단에만 배치될 수도 있고 광원 몸체의 양면에 면전극 형태로 배치될 수도 있다.
본 발명은 또한, 내부에 밀폐된 방전 공간을 구비한 광원 몸체에 상호 전기적으로 분할되는 복수의 서브 전극을 포함하는 제1전극부와 상호 전기적으로 분할되는 복수의 서브 전극을 포함하는 제2전극부를 형성하고, 상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 제1전압을 인가하고, 상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 구동 방법을 제공한다.
상기 제1전극부의 선택된 서브 전극에 교호적으로 제1전압을 인가하고, 상기 제2전극부의 선택된 서브 전극에 교호적으로 제2전압을 인가할 수 있으며, 이 경우 상기 제1전압과 제2전압은 서로 부호가 다른 펄스 전압을 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면 면광원 장치를 순차적으로 스캔(scan) 구동하여 액정표시장치 등의 동영상 품질을 개선할 수 있다. 또한, 고전압을 인가하지 않으면서도 방전을 일으킬 수 있어 저전압 부품을 이용할 수 있다.
일반적으로 형광 램프는 디밍 제어를 통해 휘도를 조절할 수 있지만, 백라이트용 광원의 경우 디밍 제어만으로는 액정표시장치의 영상 구현시 잔상(motion blur)이 발생하여 선명한 화질을 구현하기 어렵다. 본 발명은 면광원 장치의 스캔 구동에 의하여 액정표시장치의 동영상 품질을 개선할 수 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 면광원 장치에 외면(또는 내면)에 형성되며 전기적으로 분할된 복수의 전극을 포함한다. 분할된 전극에는 선택적으로 또는 순차적으로 구동 전압이 인가된다. 분할 전극을 통한 면광원 장치의 영역별 선택적 구동을 위하여 각각의 전극을 스위칭 제어할 수 있다.
면광원 장치의 광원 몸체 내부 방전 공간은 분할 전극만으로 가상적으로 분할되거나 방전 공간을 구획 부재에 의하여 독립된 복수의 서브 공간으로 분할될 수 있다. 본 발명에 따른 면광원 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 방전 채널이 성형된 광원 몸체 표면에 상호 전기적으로 분할된 서브 전극(Xa, Xb, Xc, Xd)을 포함하는 제1전극부와, 상호 전기적으로 분할된 서브 전극(Ya, Yb, Yc, Yd)을 포함하는 제2전극부를 포함할 수도 있다.
도시된 바에 따르면 복수의 서브 전극에 의하여 방전 채널이 총 4개의 군으로 분할되어 있지만, 면광원 장치의 사이즈나 구동 방식에 따라 분할 수를 달리할 수 있을 것이다. 또한, 방전 채널을 중심으로 제1전극부와 제2전극부가 동일면에서 대향되어 있지만, 후술하는 바와 같이 제1전극부와 제2전극부가 광원 몸체의 양면에서 상호 대향되어 배치될 수도 있다.
상기 제1전극부 및 제2전극부를 통해 방전 전압을 인가하기 위한 회로 구성의 일례를 도 3에 도시하였다. 제1전극부 및 제2전극부의 각 서브 전극에 의하여 분할되는 방전 채널군은 각각 커패시터(L1, L2, L3, L4)로 등가시켰다. 각각의 방전 채널군에는 스위칭부(SW9, SW10, SW11, SW12)를 통해 방전 전압의 인가가 선택적으로 제어된다.
각 방전 채널군에 선택적으로 제1전압인 V1 또는 V2가 인가된다. V1과 V2는 접지 전위를 기준으로 선택된 방전 채널군에 교호적으로 인가될 수 있으며, 펄스 형태가 바람직하다. V1과 V2의 선택은 SW1 및 SW4에 의하여 제어하며, V1과 V2의 차단은 SW2로 제어한다.
V1과 V2가 펄스 전압일 경우 전압 인가후 초기에만 램프에 방전 전류가 흐른다. 면광원 장치 등의 형광 램프의 휘도는 방전 전류와 상관성이 있으며, 전압이 인가되는 시간은 휘도 증가에 큰 영향을 미치지 못한다. 따라서, 방전 전류가 흐르지 않는 나머지 구간에서 인가되는 전압은 실제로는 전류없이 전압만 존재하는 무효 전압에 해당하며, 방전에 기여하지 않으면서 소비 전력을 증가시키는 요인이 되고, 결과적으로 형광 램프의 구동 효율을 떨어뜨린다. 본 발명에서는 펄스 파형의 방전 전압에 있어서 방전 전류가 흐르는 구간에서 피크 전압을 형성함으로써 램프 방전시 방전 전류를 높게 발생시켜 위도를 향상시키며, 방전 전류 발생 이후에는 구동 전압이 낮도록 함으로써 효율을 향상시킴과 동시에 스위칭 소자, 예를 들어 MOSFET, IGBT 등에 요구되는 전압 수준을 낮춘 저전압 제품을 이용할 수 있다.
이를 위하여 제1전압과 동시에 각 방전 채널군에 선택적으로 제2전압인 V3 또는 V4를 인가된다. V3와 V4는 선택된 방전 채널군에 교호적인 펄스 형태가 바람직하다. 제1전압과 제2전압을 각각 제1전극부 및 제2전극부를 통해 분리하여 인가할 경우, 제2전압인 V3 또는 V4는 제1전압인 V1 또는 V2와 반대 부호가 되도록 인가한다. V3와 V4의 선택은 SW8 및 SW5에 의하여 제어하며, V3와 V4의 차단은 SW6로 제어한다. 다이오드 D1은 램프 구동시 전위차에 의하여 V4의 역전류가 발생되는 것을 방지한다.
이와 같은 피크 전압 형성 방법 및 스위치 제어 방법을 도 4에 도시하였다. 제1전극부(X)를 통해 V1과 V2가 교번적으로 인가되며, 제2전극부(Y)를 통해 V3와 V4가 교번적으로 인가된다. V1 및 V2는 방전을 위한 최소 전압 이상이어야 하며, V1-V3 및 V2-V4은 방전 유지 전압 이상이어야 한다. V3 및 V4은 V1 및 V2과 부호가 반대이므로 램프에 인가되는 실제 전압은 V1-(-V3), 또는 -V2-V4이며, 전압 인가 초기(즉, 방전 전류가 흐르는 구간)에 피크치가 있는 펄스 형태가 된다. 이러한 교호적인 피크형 펄스 전압이 각각의 선택된 램프(즉, 서브 전극에 의하여 분할되어 있는 방전 채널군)에 인가되어 면광원 장치를 선택적으로 또는 순차적으로 구동할 수 있다. 또한, V1과 V2의 전압은 방전 개시 전압 이하의 값이 되도록 설정하고 V1-(-V3), 또는 -V2-V4의 값이 방전 개시 전압 이상이 되도록 함으로써 전체적인 인가 전압 수준을 낮출 수 있다.
서브 전극에 의하여 분할되는 방전 채널군(L1, L2, L3, L4)에 순차적으로 인가되는 방전 전압을 도 5에 도시하였다. 최초 I 구간에서는 L1만을 선택하여 방전 전압을 인가하며, 이후의 II, III, IV 구간에서 순차적으로 L2, L3, L4에 선택적으 로 방전 전압을 인가함으로써 1 스캔 구간 동안 각 방전 채널군에 각각 방전 전압이 전달된다.
이와 같은 스캔 방식의 구동으로 액정표시장치에 (동일 시간에 대하여) 보다 많은 프레임을 포함시키는 효과를 얻을 수 있어 영상 품질을 높일 수 있으며, 특히 동영상 구현시 잔상을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 회로 구성에 있어서 (+)단과 (-)단 사이의 도통을 방지하기 위하여 적절한 위치에 스위치(pass switch)를 더 부가할 수도 있다. 예를 들어, SW1 및 SW2와 SW4 사이에, 그리고 SW5 및 SW6와 SW8 사이에 부가적으로 각각 스위치를 두어 원치않는 전기적인 도통을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 분할 전극을 면광원 장치 표면에 전면적으로 형성하기 위해서는 도 6에 도시한 바와 같이 완전 평판형 광원 몸체를 포함하는 면광원 장치(200)를 이용할 수 있다. 이 면광원 장치(200)는 광원 몸체로서 평판형 제1기판(210) 및 이와 동일 형상의 평판형 제2기판(220)을 포함한다. 상기 면광원 장치는 내부에 밀폐된 방전 공간이 있고, 표면(또는 내면)에는 복수의 서브 전극을 포함하는 전극부가 형성될 수 있다.
상기 제1기판(210)과 제2기판(220)은 미세한 간격으로 서로 대향되며, 가장자리에는 도 7에 도시한 바와 같이 프릿(frit) 등의 사이드 스페이서(230)가 삽입되어 밀폐된 내부 방전 공간(240)을 형성한다. 이와 달리 양 기판의 가장자리를 가열에 의하여 직접 융착하여 밀폐된 내부 방전 공간을 형성할 수도 있다. 광원 몸체의 내부 방전 공간(240)은 하나의 열린 공간을 형성할 수도 있지만, 제1기판 또는 제2기판에 격벽부를 형성하여 내부 공간을 복수의 서브 공간으로 구획할 수도 있다. 방전 공간이 독립된 서브 공간으로 분할되면 스캔 구동을 하는 경우 인접 공간에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
상기 면광원 장치(200)의 경우 도 8에 도시한 바와 같이 광원 몸체 표면에 복수의 서브 전극(Xa, Xb, Xc, Xd)을 형성한다. 각각의 서브 전극은 광원 몸체 표면을 실질적으로 커버하는 면전극 형태이며, 메쉬 타입 또는 스트라이프 형태로 형성할 수 있다. 광원 몸체의 양면에 도 9에 도시한 바와 같이 각각 제1전극부(X)와 제2전극부(Y)를 형성함으로써 두 대향되는 전극부에 의해 방전 공간(240)에 방전 전압을 인가할 수 있다. 방전 공간(240)은 각각의 서브 전극에 의하여 선택적으로 전압이 인가됨으로써 부분적으로 방전이 발생한다. 전압 인가 방법과 구동 회로는 앞선 실시예에서와 유사하게 적용될 수 있다.
본 발명에서는 또한 내부 스위칭 소자 등의 부품이 구동시 고전압에 대한 스트레스를 받지 않도록 추가적인 스위치를 포함할 수 있다. 도 10을 참조하면 각 램프 선택 스위칭부(A)와 분할된 램프군(L1, L2, L3, L4) 사이에 접지 전위와의 on/off 를 제어하는 선택 스위치(SW13)가 연결되어 있는 것을 볼 수 있다.
선택 스위칭부의 어느 하나의 스위치가 선택되는 경우 나머지 스위치는 off된다. 이 경우 예를 들어 SW1 및 SW3이 on 되어 고전압이 인가되는 경우, 선택되지 않은 스위치는 출력 커패시턴스에 의하여 발생되는 고전압에 견딜 수 있어야 하며, 이를 위하여 고전압 부품이 요구될 수 밖에 없다.
추가로 포함된 SW13은 off된 스위치를 접지 전위와 연결시킴으로써 출력 커 패시턴스로 인한 고전압의 영향을 감소시킨다. 각각의 스위치 등의 부품에 요구되는 전압 수준이 낮아지게 되면 각종 회로 요소들을 집적화시켜 회로 공간을 줄이고 구동부를 보다 저가로 제조할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
도 1은 면광원 장치의 일례를 보인 사시도.
도 2는 분할 전극이 형성된 면광원 장치를 보인 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면광원 장치의 구동 회로도.
도 4는 면광원 장치에 인가되는 방전 전압을 보인 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 스캔 구동 방법을 보인 그래프.
도 6은 평판형 기판으로 형성한 면광원 장치를 보인 사시도.
도 7은 도 6의 Y-Y'선 단면도.
도 8은 분할 전극이 형성된 면광원 장치를 보인 평면도.
도 9는 광원 몸체 양면에 대향되어 형성한 전극부를 보인 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 구동 회로도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
200:면광원 장치 210:제1기판
220:제2기판 240:방전 공간

Claims (11)

  1. 내부에 밀폐된 방전 공간을 구비한 광원 몸체와,
    상기 광원 몸체에 국부적으로 방전 전압을 인가하며, 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제1전극부 및 상호 전기적으로 분할되어 있는 복수의 서브 전극을 포함하는 제2전극부와,
    상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 제1전압을 인가하는 제1구동부와,
    상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가하는 제2구동부, 및
    상기 광원 몸체의 선택된 영역에만 방전이 일어나도록 복수의 서브 전극들에 인가되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는
    면광원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1구동부는 선택된 서브 전극에 교호적으로 제1전압을 인가하고, 상기 제2구동부는 선택된 서브 전극에 교호적으로 제2전압을 인가하는 면광원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1전압은 최소 방전 유지 전압 이상인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체와 스위칭부 사이에서 접지 전위와의 on/off를 제어하는 스위치를 더 포함하는 면광원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 복수의 방전 채널을 포함하며, 상기 제1전극부 및 제2전극부의 서브 전극은 각각 일부의 방전 채널을 커버하도록 배열되는 면광원 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 평판형 기판을 포함하며, 상기 제1전극부 및 제2전극부는 광원 몸체의 양면에 배치되는 면광원 장치.
  7. 내부에 밀폐된 방전 공간을 구비한 광원 몸체에 상호 전기적으로 분할되는 복수의 서브 전극을 포함하는 제1전극부와 상호 전기적으로 분할되는 복수의 서브 전극을 포함하는 제2전극부를 형성하고,
    상기 제1전극부의 서브 전극에 선택적으로 제1전압을 인가하고,
    상기 제2전극부의 서브 전극에 선택적으로 방전 전류가 발생되는 구간에만 제2전압을 인가하는 것을 특징으로 하는
    면광원 장치 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1전극부의 선택된 서브 전극에 교호적으로 제1전압을 인가하고, 상기 제2전극부의 선택된 서브 전극에 교호적으로 제2전압을 인가하 며, 상기 제1전압과 제2전압은 서로 부호가 다른 펄스 전압인 것을 특징으로 하는 면광원 장치 구동 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1전압은 최소 방전 유지 전압 이상인 것을 특징으로 하는 면광원 장치 구동 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 광원 몸체에 형성되는 제1전극부와 제2전극부의 각 서브 전극에 스위칭 제어에 의하여 순차적으로 방전 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 구동 방법.
  11. 제10항에 있어서, 스위칭 제어에 의하여 선택된 서브 전극 이외의 전극들을 접지시키는 것을 특징으로 하는 면광원 장치 구동 방법.
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