KR100983508B1 - 외부 전극형 형광램프 및 이를 갖는 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

외부 전극형 형광램프는 방전 가스가 봉입된 발광관을 포함한다. 발광관의 양단 외주면에 외부 전극이 설치된다. 외부 전극이 배치된 발광관의 양단 내부에 내부 전극이 배치되어, 내부 전극으로부터 발광관의 양단 내부로 충분한 양의 이차 전자가 공급된다. 액정표시장치는 내부 전극을 갖는 외부 전극형 형광램프를 광원을 갖는다. 내부 전극으로부터 발광관의 비발광 영역에 충분한 양의 이차 전자가 공급될 수가 있게 되므로, 비발광 영역에서의 에너지 손실이 줄어들게 되어, 발광 영역의 휘도가 크게 향상된다.

Description

외부 전극형 형광램프 및 이를 갖는 액정표시장치{EXTERNAL ELECTRODE FLUORESCENT LAMP AND LCD DEVICE HAVING THE SAME}

도 1은 종래의 외부 전극형 형광램프를 나타낸 정면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 전극형 형광램프를 나타낸 부분 단면도이다.

도 4는 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 상세 단면도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 전극을 확대해서 나타낸 사시도이다.

도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 전극을 확대해서 나타낸 사시도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 전극형 형광램프를 나타낸 부분 단면도이다.

도 8은 도 3의 외부 전극형 형광 램프를 광원으로 갖는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 9는 종래의 형광램프와 본 발명의 형광램프간의 전력 대비 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

도 10은 종래의 형광램프와 본 발명의 형광램프간의 전력 대비 휘도 특성을 나타낸 그래프이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 발광관 20 : 외부 전극

30 : 내부 전극 50 : 산화물

본 발명은 외부 전극형 형광 램프 및 이를 갖는 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전 전압을 인가하는 전극이 외부에 배치된 형광 램프와, 이러한 형광램프를 광원으로 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정(Liquid Crystal, LC)은 전기적 특성 및 광학적 특성을 함께 갖는다. 액정은 전기적 특성에 의해 전계의 방향에 대응하여 배열이 변경되고, 광학적 특성에 의해 배열에 대응하여 광의 투과율을 변경시킨다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display device, LCD)는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이 한다. 액정표시장치는 CRT 등에 비하여 부피가 매우 작고 무게가 가벼운 장점을 갖고, 이 결과 휴대용 컴퓨터, 통신 기기, 액정 TV(liquid crystal television receiver) 및 우주 항공 산업 등에 널리 사용되고 있다.

액정을 제어하기 위해, 액정표시장치는 액정을 제어하는 액정 제어 파트(liquid crystal controlling part) 및 액정에 광을 공급하는 광공급 파트(light supplying part)를 필요로 한다.

액정 제어 파트는 제 1 기판에 배치된 화소전극(pixel electrode), 제 2 기판에 배치된 공통전극(common electrode) 및 화소전극과 공통전극의 사이에 개재된 액정을 포함한다. 화소전극은 해상도에 대응하여 복수개로 이루어지고, 공통전극은 화소전극과 대향하며 1개로 이루어진다. 각 화소전극에는 서로 다른 레벨을 갖는 화소전압(pixel voltage)을 인가하기 위해 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)가 연결되고, 공통전극에는 동일한 레벨의 레퍼런스 전압(reference voltage)이 인가된다. 화소 전극 및 공통전극은 투명한 도전성인 물질로 이루어진다.

광공급 파트는 액정 제어 파트의 액정에 광을 공급한다. 광은 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 광공급 파트의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 영향 받는다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.

액정표시장치의 광공급 파트는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)나 외부 전극형 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)가 주로 사용된다. 냉음극 형광램프는 형광램프의 유리관 내에 설치된 전극을 갖는다. 전극으로부터 다량의 전자가 유리관 내부로 방출되어, 낮은 전압에서 고전류 및 고휘도 특성을 나타낼 수가 있다.

그러나, 최근 들어 액정화면이 대형화되면서, 형광램프의 수가 늘어나고 있 다. 이에 따라, 냉음극 형광램프 구동에 요구되는 인버터의 수 또한 증가하게 되어, 액정표시장치의 원가 상승을 초래한다. 또한, 유리관 내에 배치된 전극에서 스퍼터링이 발생하게 되므로, 전극의 수명이 단축되는 문제점도 있다.

따라서, 최근에는 하나의 인버터만으로 복수개의 형광 램프를 구동시킬 수 있으면서 내부 스퍼터링 문제도 해결할 수 있는 외부 전극형 형광램프가 액정표시장치의 광원으로 많이 사용되고 있는 추세이다.

도 1에 종래의 외부 전극형 형광램프의 정면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조로, 방전 가스가 봉입된 유리 재질의 긴 발광관(1)의 양단 외주면을 외부 전극(2)이 둘러싼다. 외부 전극(2)은 무전해 니켈 등과 같은 금속을 발광관(1)의 양단 외주면에 도금하는 방식으로 형성된다.

도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단한 단면도인 도 2에 유리관(1) 단부의 내부 구조가 도시되어 있다. 도 2를 참조로, 발광관(1)의 외주면에 외부 전극(2)이 둘러싸고 있고, 형광체(3)가 발광관(1)의 내주면에 배치된다. 형광체(3) 안쪽인 발광관(1)의 내부가 방전 가스가 봉입된 방전 공간이 된다.

이러한 외부 전극형 형광램프는 수십 킬로(kHz) 내지 수 메가(MHz)에 해당하는 고주파를 외부 전극(2)에 인가하는 것에 의해 방전 가스가 방전을 일으킴으로써 빛을 발하게 된다.

그러나, 종래의 외부 전극형 형광램프는 외부 전극(2)이 위치한 발광관(1)의 양단 내부, 즉 비발광 영역에 충분한 양의 이차 전자를 공급할 수가 없다. 이로 인하여, 비발광 영역에서 이온 충돌에 의한 음극 강하 현상에 따른 에너지 손실이 크 고, 결과적으로 발광관(1)의 중앙 내부인 발광 영역으로 에너지 전달 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 제 1 목적은 발광관의 비발광 영역에 충분한 양의 이차 전자가 공급될 수 있도록 하여, 비발광 영역에서의 음극 강하 현상을 줄임으로써 발광 영역에서의 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 외부 전극형 형광램프를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 상기된 외부 전극형 형광램프를 광원으로 갖는 액정표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 따른 외부 전극형 형광램프는 방전 가스가 봉입된 발광관을 포함한다. 발광관의 양단 외주면에 외부 전극이 설치된다. 외부 전극이 배치된 발광관의 양단 내부에 내부 전극이 배치되어, 내부 전극으로부터 발광관의 양단 내부로 충분한 양의 이차 전자가 공급된다.

본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치는 상기된 외부 전극형 형광램프와, 외부 전극형 형광램프로부터 발한 가시광을 액정을 이용하여 이미지광으로 변경시키는 액정표시패널을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 전극형 형광램프를 나타낸 부분 단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ 부위를 확대해서 나타낸 상세 단면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조로, 본 발명에 따른 외부 전극형 형광 램프는 방전 가스가 봉입된 유리 재질의 발광관(10)을 포함한다. 무전해 니켈 등과 같은 재질로 이루어진 2개의 외부 전극(20)이 발광관(10)의 양단 외주면, 즉 형광램프의 비발광 영역 외주면을 둘러싼다. 즉, 본 실시예에서의 외부 전극(20)은 양단이 개구된 실린더 형상을 갖는다. 이러한 형상의 외부 전극(20)은 발광관(10)의 양단 외주면에 금속 물질을 도금하는 것에 의해 형성될 수 있다.

내부 전극(30)이 형광램프의 비발광 영역 내부에 배치된다. 즉, 내부 전극(30)은 발광관(10)의 양단 내부에 배치된다. 보다 구체적으로, 내부 전극(30)은 발광관(10)의 양단 내주면에 설치되어, 발광관(10)을 중심으로 외부 전극(20)과 대향하게 된다. 내부 전극(30)의 재질로는 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo) 등을 사용할 수 있다. 또한, 낮은 전압에서도 이차 전자의 방출이 용이하도록 하기 위해, 내부 전극(30)의 표면에 산화물(50)을 코팅할 수도 있다. 산화물(50)로는 산화바륨(BaO₂)이나 산화스트론튬(SrO₂)등을 사용할 수 있다.

내부 전극(30)은 도 6a에 상세하게 도시된 바와 같이, 일단이 막히고 타단은 개구된 실린더 형상을 갖는다. 즉, 내부 전극(30)은 원통부(31)와, 원통부(31)의 일단을 막는 원판부(32)로 이루어진다. 원통부(31)의 외주면이 발광관(10)의 내주면에 맞대어지고, 원판부(32)가 발광관(10)의 양단 내측면에 맞대어진다.

내부 전극의 형상은 도 6a에 도시된 형상으로 국한되지 않는다. 예를 들어 서, 도 6b를 참조로, 내부 전극(30a)은 양단이 개구된 실린더 형상을 가질 수도 있다. 이러한 형상의 내부 전극(30a)은 산화물을 발광관(10)의 내주면에 도금하는 방법에 의해 형성될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 형광체(40)는 발광 영역에 해당하는 발광관(10)의 내주면에 형성된다. 따라서, 형광체(40)의 양측 단부는 내부 전극(30)과 맞대어지게 된다.

외부 전극(20)으로부터 발광관(10) 내의 방전 가스에 전압이 인가되면, 방전 가스가 여기되어 플라즈마가 형성된다. 한편, 플라즈마 이온들은 내부 전극(30)에 충돌하게 됨으로써, 내부 전극(30)으로부터 이차 전자들이 비발광 영역으로 공급된다. 따라서, 비발광 영역에서의 에너지 손실이 줄어들게 되고, 결과적으로 발광 영역으로의 에너지 전달 효율이 증가된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 전극형 형광 램프를 나타낸 부분 단면도이다. 도 7을 참조로, 본 실시예에 따른 외부 전극형 형광 램프는 외부 전극의 구조를 제외하고 다른 구성요소는 도 3의 외부 전극형 형광 램프와 동일하다. 따라서, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 외부 전극(20a)은 일단이 막힌 실린더 형상을 갖는다. 이러한 형상의 외부 전극(20a)은 발광관(10)의 양단에 씌워져서, 외부 전극(20a)의 내주면 전체와 발광관(10)의 양단 외측면이 접하게 된다.

또한, 도 7에서는 내부 전극(30)이 일단이 막히고 타단은 개구된 실린더 형 상으로 도시되었지만, 도 6b에 도시된 양단이 개구된 실린더 형상의 내부 전극(30a)이 본 실시예에 따른 외부 전극형 형광램프에 채용될 수 있다.

도 8은 본 발명에 의한 액정표시장치의 일실시예를 도시한 분해 사시도이다.

도 8을 참조하면, 액정표시장치(800)는 백라이트 어셈블리(500), 액정표시패널(600)을 포함한다. 액정표시장치(800)는 샤시(700)를 더 포함할 수 있다.

백라이트 어셈블리(500)는 램프 어셈블리(200), 램프 구동 장치(300), 수납용기(400), 반사판(미도시) 및 광학 플레이트(490)를 포함한다.

램프 어셈블리(200)는 램프(100) 및 전원 인가 모듈(160)로 이루어진다. 램프(200)에 대한 설명은 전술된 실시예들에서 상세하게 설명하였음으로 중복된 설명은 생략하기로 한다.

수납용기(400)는 램프 어셈블리(200)를 수납한다. 수납용기(400)의 바닥면(410)에는 램프 어셈블리(200)의 각 램프(100)에 대응하는 위치에 개구(415)가 형성된다. 개구(415)는 램프(100)로부터 발생한 자기력선 또는 광을 감지하기에 충분한 면적을 갖는다.

수납용기(400)의 바닥면(410)의 바깥쪽에는 램프 구동 장치(300)가 실장된다. 램프 구동 장치(300)는 베이스 기판(310), 베이스 기판(310) 중 수납용기(400)의 개구(415)와 마주보는 제 1 면에 형성된 감지 센서(330), 베이스 기판(310)의 제 1 면과 마주보는 제 2 면에 배치되어 램프 구동 전압을 출력하는 램프 구동 모듈(320) 및 감지 센서(330)로부터 출력된 감지 신호 레벨을 기 설정된 레퍼런스 신호 레벨과 비교하여 램프 구동 전압을 공급 또는 차단하는 전압 차단 모듈(340)을 포함한다.

감지 센서(330)는 램프(100)로부터 발생한 자기력선을 감지하여 감지 신호를 출력한다. 이를 구현하기 위해 감지 센서(330)는 자기력선을 전류로 바꾸는 도전편이 사용된다. 이외에도 감지 센서는 램프(100)에서 발생한 광을 전류를 변경시키는 광 전류 유도편 또는 램프(100)에서 발생한 광에 의하여 전류를 발생시키는 광전 소자가 사용될 수 있다.

램프 구동 장치(300)는 모든 감지 센서(330)에서 기 설정된 레퍼런스 신호 보다 큰 레벨의 신호가 출력되면, 전압 차단 모듈(340)은 전압 인가 신호를 램프 구동 모듈(320)로 인가하여 램프 구동 전압을 램프 어셈블리(200)의 전원 인가 모듈(160)로 인가하여 램프가 계속 점등 상태를 유지하도록 한다.

반면, 어느 하나 이상의 감지 센서(330)에서 기 설정된 레퍼런스 신호 보다 작은 레벨의 신호가 출력되면, 전압 차단 모듈(340)은 전압 차단 신호를 램프 구동 모듈(320)로 인가하고, 램프 구동 모듈(320)은 램프 어셈블리(200)의 전원 인가 모듈(160)로 인가되는 램프 구동 전압을 차단하여 모든 램프가 소등되도록 한다.

한편, 수납용기(400)의 바닥면(410)과 램프 어셈블리(200)의 사이에는 반사판이 설치될 수 있다. 반사판은 램프(100)에서 발생한 광 중 수납용기(400)의 바닥면(410)을 향하는 광을 액정표시패널(600)을 향하는 방향으로 반사시켜 디스플레이 휘도를 향상시킨다.

수납용기(400)에는 다시 액정표시패널(600)이 설치된다. 액정표시패널(600)은 램프 어셈블리(200)에서 발생한 광을 정보가 포함된 이미지광으로 변경시킨다.

이를 구현하기 위해서, 액정표시패널(600)은 TFT 기판(610), 액정(620) 및 컬러필터 기판(630)으로 구성된다.

TFT 기판(610)은 제 1 투명 기판에 매트릭스 형상으로 박막 트랜지스터를 배치하고, 각 박막 트랜지스터마다 화소 전극을 배치하여 이루어진다.

컬러필터 기판(630)은 TFT 기판(610)과 마주보도록 배치되며, 제 2 투명 기판에 형성된 공통 전극 및 컬러필터를 포함한다. 공통 전극은 제 2 투명 기판의 전면적에 걸쳐 형성되며, 화소 전극과 마주보도록 배치된다. 컬러필터는 공통 전극과 제 2 투명 기판의 사이에 배치되며, 각 화소 전극에 대응하는 위치마다 형성된다.

액정(620)은 TFT 기판(610) 및 컬러필터 기판(630)의 사이에 배치되어 화소 전극 및 공통 전극 사이의 전계차에 의하여 램프 어셈블리(200)로부터 발생한 광의 광량을 조절한다. 액정(620)을 통과한 광은 컬러필터를 통과하여 사용자는 원하는 영상을 인식할 수 있게 된다.

실험예

도 1에 도시된 종래의 외부 전극형 형광램프와 도 3에 도시된 본 발명의 복합형 형광램프에 동일한 전압을 인가하였을 경우의 전류 특성과 휘도 특성을 실험하였다. 도 1 및 도 3의 형광램프의 각 외부 전극의 재질로는 니켈을 사용하였고, 도 3의 형광램프의 내부 전극의 재질로는 텅스텐을 사용하였다. 또한, 텅스텐 재질의 내부 전극의 표면에 산화바륨을 코팅하였다.

도 9는 종래의 형광램프와 본 발명의 형광램프간의 전력 대비 전류 특성을 나타낸 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 동일한 전력값에 대해서 본 발명의 형광램프가 나타내는 전류량이 종래의 형광램프에서 나타나는 전류량에 비해서 상당히 높다는 것을 알 수가 있었다.

결과적으로, 종래의 형광램프와 본 발명의 형광램프간의 전력 대비 휘도 특성을 나타낸 그래프인 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 형광램프를 갖는 액정표시장치가 종래의 형광램프를 갖는 액정표시장치보다 조도가 상당히 향상되었다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 형광램프가 내부 전극을 갖게 되므로, 내부 전극으로부터 형광램프의 비발광 영역에 충분한 양의 이차 전자가 공급될 수가 있게 된다. 따라서, 비발광 영역에서의 에너지 손실이 줄어들게 되고, 이에 따라 발광 영역으로의 에너지 전달 효율이 상승되어, 액정표시장치의 휘도가 향상된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 방전 가스가 봉입된 발광관;

   상기 발광관의 비발광 영역의 외주면과 접하게 배치되어, 상기 방전 가스로 방전 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 외부 전극; 및

   상기 발광관의 상기 비발광 영역의 내주면과 접하게 배치되어, 상기 플라즈마로 이차 전자를 공급하는 내부 전극을 포함하는 외부 전극형 형광램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비발광 영역은 상기 발광관의 양측 단부인 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 전극은 일단이 막히고 타단은 개구된 실린더 형상을 가져서 상기 발광관의 양단에 씌워진 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 발광관의 발광영역의 내주면에 형성된 형광체를 더 포함하며,

   상기 내부 전극은 상기 형광체의 양측 단부와 접하게 형성된 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 내부 전극의 표면에 산화물이 코팅된 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 산화물은 BaO₂ 또는 SrO₂인 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 전극의 재질은 텅스텐, 탄탈륨, 몰리브덴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 외부 전극형 형광램프.
8. 방전 가스가 봉입된 발광관, 상기 발광관의 비발광 영역의 외주면과 접하게 배치되어 상기 방전 가스로 방전 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 외부 전극 및 상기 발광관의 상기 비발광 영역의 내주면에 접하게 배치되어 상기 플라즈마로 이차 전자를 공급하는 내부 전극을 포함하는 외부 전극형 형광램프; 및

   상기 외부 전극형 형광램프에서 발한 가시광을 액정을 이용하여 이미지광으로 변경시키는 액정표시패널을 포함하는 액정표시장치.

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