KR101196266B1 - 액정표시장치용 형광램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 백라이트의 형광램프에 관한 것이다.

본 발명은 형광램프의 외벽에 투명전극과 금속전극이 적층된 한쌍의 유지전극을 형성함으로써, 전극수명연장 및 자유로운 베젤 설계가 가능하며, 낮은 유지전압으로 높은 방전효과를 얻을 수 있다.

또한, 유리관의 길이 또는 둘레변화에 따른 초기시동전압의 편차를 최소화 할 수 있으며, 형광램프의 병렬 다등 구동 효과를 가져온다.

Description

액정표시장치용 형광램프{An fluorescent lamp for liquid crystal display device}

도 1a ~ 1b는 일반적인 냉음극형광램프 구조의 개략적인 단면도 및 등가회로.

도 2a ~ 2b는 일반적인 외부전극형광램프 구조의 개략적인 단면도 및 등가회로.

도 3은 일반적인 형광램프의 전기장 형성경로를 개략적으로 도시한 단면도.

도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 등가회로.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 전기장 형성경로를 개략적으로 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 구동방식을 개략적으로 도시한 단면도.

도 8은 도 7의 형광램프의 구동방식과 대응되는 신호도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

111 : 유리관 113 : 투명전극

115 : 금속전극 117 : (투명전극+금속전극)유지전극

본 발명은 액정표시장치용 형광램프에 관한 것으로, 특히 형광램프의 유리관 외벽에 2중층의 유지전극을 형성하는 것에 관한 것이다.

액정표시장치는 박형화, 경량화, 저소비 전력 및 구동회로와의 정합성 등의 이유로 그 사용범위가 점차 확대되어 가고 있다. 이러한 액정표시장치는 별도 광원의 사용 유무에 따라 투과형과 반사형으로 구분되며, 통상적으로 사용되고 있는 투과형 액정표시장치는 광원으로서 형광램프를 갖는 백라이트 유닛(Backlight unit)을 구비한다.

상기 백라이트 유닛은 광원인 형광램프와, 상기 램프를 둘러싸는 램프 반사체와, 상기 램프의 측부 또는 상부에 배치되는 도광판과, 상기 도광판의 하부면 및 상부면 각각에 배치되는 반사판 및 확산판과, 상기 확산판 상에 차례로 배치되는 한쌍의 프리즘 필름 및 보호막으로 구성되며, 그 조명 방식에 따라, 에지형(Edge type)과 직하형(Direct type)으로 구분된다.

상기 에지형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부와 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 상기 직하형은 수개의 램프가 도광판의 하부에 배치된 구조를 가지는 것으로 상기 에지형은 제작이 용이한 이점을 갖는 반면, 상기 직하형은 빛의 균일도가 높은 것과 관련하여 대형 액정표시장치에 상대적으로 유리한 이점을 갖는다.

상기 백라이트에 사용되는 형광램프는 양끝 전극이 관내에 설치된 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)와, 양끝 전극이 관외에 형성된 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL) 및 전극을 형성하지 않는 무전극 형광램프 등으로 구분된다.

도 1a는 일반적인 냉음극형광램프의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 냉음극관형광램프(5)는 혼합된 불활성기체나 수은(Hg)등으로 이루어진 불활성방전가스(discharge gas)(미도시)를 포함하고 있는 유리관(1)과, 상기 유리관(1) 내의 양단에 이격하고 전원으로부터 전원을 인가받기 위한 제 1 전극 및 제 2 전극(3a, 3b)을 포함하여 구성된다.

이때, 도시하지는 않았지만, 상기 유리관(1) 안쪽에는 형광물질(미도시)이 도포되어 있다.

도 1b에는 냉음극형광램프의 등가회로를 도시하였다.

이때, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극(도 1a의 3a, 3b)에는 교류전압을 인가한다.

도시한 바와 같이, 냉음극형광램프(도 1a의 5)의 저항(R)은 램프이고 커패시터(C)는 배선에서 소비되는 용량성부하를 나타낸다.

상기 냉음극형광램프(도 1a의 5)의 구동은 상기 제 1 전극 및 제 2 전극(도 1a의 3a, 3b) 간에 고전압을 인가하면, 상기 두 전극 중 하나의 전극에서 인가된 전자가 다른 한쪽의 전극으로 이동하는 과정에서, 상기 전자가 유리관 내부에 형성되어 있는 수은과 충돌하게 된다. 이 과정에서 2차 전자가 방출되고, 상기 수은 분자는 여기된다.

이로 인해, 여기된 수은 분자가 안정된 상태로 환원하는 과정에서 자외선이 발생되고, 상기 자외선은 형광물질에 흡수되어 가시광선을 발광하게 된다.

도 2a는 외부전극형광램프의 간략한 형상을 도시한 도면이다.

상기 외부전극형광램프(15)는 유리관(10)의 양끝단으로 전극이 돌출되는 냉음극관형광램프(도 1a의 5)와는 달리 유리관(10)의 양측 외면에 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극(13a, 13b))이 형성된 구조이다.

그러나, 유리관(10)의 내부에는 냉음극형광램프(도 1a의 5)와 마찬가지로 혼합된 불활성기체 및 수은 분자(미도시)가 충진되어 있으며, 유리관(10)의 내부에 형광물질(미도시)이 도포되어 있다.

도 2b는 외부전극형광램프의 등가회로를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 외부전극형광램프(도 2a의 15)의 저항(R)은 램프이고, 각 커패시터(C)는 배선의 기생용량과 외부전극의 용량성부하를 나타낸다.

상기 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극(도 2a의 13a, 13b)에 고전압이 걸릴 경우, 상기 유리관 내부에 전기장을 생성시켜, 상기 냉음극형광램프(도 1a의 5)와 같은 방법으로 가시광선을 방출시켜 형광램프를 발광시킬 수 있다.

그런데 전술한 구성에서, 상기 냉음극형광램프(도 1a의 5)의 수명은 잦은 점등 시 줄어들 수 있다. 이는, 수은 분자에 노출된 제 1 전극 및 제 2 전극(도 1a의 3a, 3b)의 손상을 가져오기 때문이다.

또한, 에지형에서는 냉음극형광램프(도 1a의 5) 자체는 고휘도의 발광을 하지만 패널의 휘도는 낮아 대형 화면용 패널에 부적합하며, 직하형에서는 냉음극관형광램프(도 1a의 5)는 전압강하 등의 수하특성 때문에 단일 인버터로 병렬구동이 난해한 단점이 있다.

상기 외부전극형광램프(도 2a의 15)는 냉음극형광램프(도 1a의 5)에 비해 고휘도와 고효율을 보장하면서 이와 동시에 장수명과 경량화를 가져올 수 있지만, 좌우 양단에 형성된 제 1 외부전극 및 제 2 외부전극(도 2a의 13a, 13b)이 전자를 여기 시킬 수 있는 최소 에너지를 유지 할 수 있는 길이를 가져야 하기 때문에 최소한의 베젤(Narrow Bezel) 설계가 불가능 한 단점이 있다.

또한 도 3에 도시한 바와 같이, 냉음극형광램프(도 1a의 5) 및 외부전극형광램프(도 2a의 15)는 제 1 전극 및 제 2 전극이 램프의 양끝단에 위치하고 있어 전기장 형성경로(A)가 길기 때문에 이로 인해, 형광램프 구동 시 높은 초기시동전압을 인가해야 하며, 유리관의 길이 및 둘레 변화에 따른 초기 시동전압 편차가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극수명연장을 제 1 목적으로 한다.

또한, 낮은 유지전압으로 높은 방전 효과를 얻는 것과, 유리관의 둘레 및 유리관의 길이 변화에 따른 시동전압의 편차를 최소화하는 것을 제 2 목적으로 한다.

또한, 자유로운 베젤 설계 및 형광램프의 병렬 다등 구동이 가능하도록 하는 것을 제 3 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 불활성가스 및 수은 분자가 충진된 유리관과; 상기 유리관 내부에 도포된 형광물질과; 상기 유리관의 외벽에 형성되며, 유리관의 길이 방향을 따라 구성되고, 다층구조인 한쌍의 유지전극을 포함하며, 상기 유지전극은 투명전극 상에 금속전극이 적층된 다층구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 형광램프를 제공한다.
이때, 상기 유지전극의 금속전극은 단일박막, 또는 2중박막 이상으로 크롬(Cr), 구리(Cu) 을 포함하는 저항이 낮은 금속을 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 유지전극의 투명전극은 산화인듐(indium tin oxide) 또는 산화주석(tin oxide)을 포함하는 도전성 투명금속그룹 중 선택된 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유지전극의 금속전극은 투명전극의 폭보다 좁게 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기 한쌍의 유지전극은 전극의 중심점이 동일선상에 있도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유지전극은 유지전극의 중심점을 기준으로 45°를 넘지 않는 폭으로 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기 유지전극은 형광램프의 유리관의 길이보다 작거나 같은 길이로 구성하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 구조를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 형광램프(120)는 혼합된 불활성기체 및 수은 분자(미도시)를 포함하며, 유리관(111)의 내벽에 형광물질(미도시)과 같은 발광물질을 도포한다.

또한, 유리관(111)의 외벽에는 투명전극(113)과, 상기 투명전극(113) 상에 금속전극(115)이 형성된 한쌍의 유지전극(117)을 유리관(111)의 길이 방향에 따라 형성한다.

상기 유지전극(117)의 길이는 유리관(111)의 길이 보다 작거나 같은 길이로 형성한다.

도 4b는 도 4a의 A-A를 자른 도면이다.

도시한 바와 같이, 형광램프(도 4a의 120)의 유리관(111) 외벽에는 대칭되는 한쌍의 유지전극(117)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.

이때, 상기 유지전극은 투명전극과 금속전극이 순차 구성된 다층구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 금속전극(115)은 전기저항이 적은 도전성 재료인 크롬(Cr), 구리(Cu)등 을 단일박막으로 형성하거나, 저항이 낮은 크롬(Cr)에 저항이 높은 구리(Cu)를 합착시킨 크롬(Cr) - 구리(Cu) - 크롬(Cr)으로 구성된 다층박막으로도 구성 할 수 있다.

상기 투명전극(113)은 산화인듐(Indium tin oxide)과 산화주석(tin oxide)으로 구성된 투명도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 이용하여 형성한다.

전술한 다층 구성 중 투명전극(113)을 유리관(111)의 표면에 먼저 형성하는 것은 상기 금속전극(115)을 형성하기 위한 버퍼(Buffer)로서의 역할을 필요로 하기 때문이다.

상세히 설명하면, 상기 유리관(111)의 외벽에 직접 금속전극(115)을 형성하게 되면 상기 금속전극(115)과 유리관(111) 표면 사이의 접촉 문제 등으로 벗겨짐과 같은 불량이 발생할 수 있기 때문에 바람직하게는 상기 금속전극(115)을 형성하기 전 투명전극(113)을 형성하는 것이 좋다.

상기 한쌍의 유지전극(117)은 전극의 중심점이 동일선상에 있도록 형성하며, 유지전극(117)은 유리관(111)의 외벽에 형성된 유지전극(117)의 중심점을 기준으로 유지전극(117)의 폭이 45°를 넘지 않도록 형성한다. 이는, 형광램프(120)의 발광시 광효율을 높이기 위함이다.

상기 유리관(111)의 금속전극(115)은 투명전극(113)의 폭보다 작은 폭으로 형성하는데, 이역시 형광램프(도 4a의 120)의 광투과율을 높이기 위함이다.
그러나, 금속전극(115)의 폭이 너무 좁으면 방전이 일어나지 않기 때문에 적절한 폭을 유지해야 한다.

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도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 등가회로를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 한쌍의 유지전극(117)은 교류전원으로 각각 연결되어 있다.

상기 형광램프(도 4a의 120)는 전원으로부터 저항 및 각 커패시터를 직렬로 연결하여 구성하는데 이때, 저항은 램프이고, 각 커패시터는 배선의 기생용량과 유지전극의 용량성부하를 나타낸다.

상기 형광램프(도 4a의 120)는 용량결합방전(Capacitively Coupled Discharge)을 사용하여, 상기 한쌍의 유지전극(117)에 교류전압을 인가하여, 전극사이에 형성되는 전계에 의해 유리관(111) 내부의 기체가 전리되고, 방전이 유지되게 된다.

이때, 전압은 초기 방전을 위해 인가되는 시동전압 인가 후에 보다 낮은 유지전압만 인가하여도 방전이 지속된다.

또한, 유지전압만으로도 초기시동전압을 인가하였을 경우의 높은 방전효과가 발생되는데, 이는 유리관(111)을 통해 내부의 가스를 방전함에 있어, 유리관(111) 내부에 모이는 벽전하가 더해져 전압이득으로 인해, 초기시동전압에 비해 작은 유지전압을 인가하여도 방전전압은 초기시동전압과 같은 전압치를 같게 되기 때문이다.

즉, 상기 형광램프(도 4a의 120)의 유지전극(117) 양단에 교류전압을 인가하면 투명전극(113)은 금속전극(115)에 인가된 방전전압을 전달받아 반대편의 투명전 극(113)과의 사이에서 방전을 일으킨다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 전기장 형성경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 유지전극(117)이 유리관(111)의 길이방향으로 형성되어 있으므로, 전기장 형성경로가 도 3의 종래의 형광램프의 전기장 형성경로(A)에 비해 짧아 진 전기장 형성경로(B)를 볼 수 있다.

상기 형광램프(도 4a의 120)는 음극과 양극에 전압을 인가하여 방전을 일으켜 전기장을 생성시키는데, 이때, 양극과 음극 사이의 거리가 멀거나, 유리관(111)의 둘레가 두꺼울수록 더 높은 초기시동전압을 인가해야 하듯이, 초기시동전압의 편차가 발생한다.

그러나, 상기 형광램프(도 4a의 120)의 유리관(111)의 길이방향을 따라 한쌍의 유지전극(117)을 형성함으로써, 전기장 형성경로(B)가 줄어들어, 유리관(111)의 길이 및 둘레 조건이 달라지더라도 초기시동전압의 편차가 최소화 된다.

도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 구동 방식과 이에 대응하는 신호도를 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, (a)는 유전체 역할을 하는 유리관(111)과, 유리관(111) 외벽에 형성된 유지전극(117)으로 일정량의 유지전압(V_s(t))이 흐르고 있는 상태를 도시한 도면이다.

(b)는 상기 형광램프에 초기시동전압(V_f)을 인가한 상태의 모습을 도시한 도면 이다.

도시한 바와 같이, 유리관(111)의 외벽에 형성된 유지전극(117)으로 초기시동전압(V_f)이 인가되어, 유리관(111) 내부에 형성되어 있던 플라즈마의 음전하(-) 및 양전하(+)가 각각의 반대 성질의 전하가 인가된 유지전극(117)으로 유도되는 모습을 볼 수 있다.

이로 인해 전기장이 생성되고, 상기 전기장에서 형성된 전자가 수은 분자와 충돌하여 2차 전자를 만들어 수은 분자를 여기 시킨다.

또한, 여기된 수은 분자는 안정화 되면서 자외선을 방출하고, 상기 자외선이 유리관(111) 내벽에 형성된 형광물질(미도시)에 흡수되어 가시광선이 발광하여, 상기 형광램프가 발광하게 된다.

이때, 인가되는 초기시동전압(V_f)은 유지전압보다 높은 전압이며, 이러한 초기시동전압(V_f)으로 인해 램프의 휘도(도 8의 발광강도)가 순간 높아지는 현상이 발생한다.

(c)는 (b)에서 유지전극(117)으로 유도된 플라즈마의 음전하(-) 및 양전하(+)의 방전에 의해 음(-) 또는 양(+)전하의 벽 전하가 유리관의 내벽에 생성된 모습을 도시한 도면으로, 이때, 벽 전하는 유지전극(117)에 인가된 전극과 반대 성질을 띤 전하들로 이루어진다.

(d)는 상기 유지전극(117)으로 반대의 전압이 인가된 모습을 도시한 도면으로, 도시한 바와 같이, 유리관(111) 외벽의 유지전극(117)으로 인가된 유지전압 (V_s(t))은 (c)에서 생성된 벽 전하의 성질과 동일한 성질의 전하가 인가되므로 전압 이득이 발생하여, 초기시동전압(V_f)에 비해 작은 유지전압(V_s(t))을 인가하여도 방전전압은 초기방전전압(V_f)과 같은 전압치를 같게 된다.

이때, 벽 전하에 의한 벽 전압(V_w(t))은 유지전극으로 인가된 전극과 다른 성질의 전극이 유리관 내벽에 발생되며, 형광램프는 (b)에서와 같이 짧은 순간 더 밝아진다.

(e)는 (d)로 인하여, 다시 벽 전하가 형성된 모습이다.

앞서 전술한 바와 같이, 형광램프의 유리관의 외벽에 투명전극 및 금속전극의 다층 구조를 형성함으로써, 종래의 냉음극형광램프에 비해 전극수명을 연장할 수 있으며, 병렬 다등 구동을 할 수 있다.

또한, 종래의 외부전극형광램프에 비해 최소화의 베젤 설계가 가능하며, 낮은 유지전압으로 높은 방전 효과를 발생 시킬 수 있다.

또한, 형광램프의 전기장 형성경로를 줄여, 유리관의 길이 및 둘레의 변화에 따라 달라지는 초기시동전압의 편차를 줄일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 형광램프의 유리관 외벽에 2중층의 유지전극을 형성함으로써, 전극수명연장의 효과와 병렬다등의 효과와 낮은 유지전압으로 높은 방전 효과가 있다.

또한, 자유로운 베젤 설계가 가능하며, 유리관의 길이 및 둘레의 변화에 따른 초기시동전압의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 불활성가스 및 수은 분자가 충진된 유리관과;

   상기 유리관 내부에 도포된 형광물질과;

   상기 유리관의 외벽에 형성되며, 유리관의 길이 방향을 따라 구성되고, 다층구조인 한쌍의 유지전극을 포함하며, 상기 유지전극은 투명전극 상에 금속전극이 적층된 다층구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지전극의 금속전극은 단일박막, 또는 2중박막 이상으로 크롬(Cr), 구리(Cu) 을 포함하는 저항이 낮은 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지전극의 투명전극은 산화인듐(indium tin oxide) 또는 산화주석(tin oxide)을 포함하는 도전성 투명금속그룹 중 선택된 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지전극의 금속전극은 투명전극의 폭보다 좁게 구성하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 한쌍의 유지전극은 전극의 중심점이 동일선상에 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지전극은 유지전극의 중심점을 기준으로 45°를 넘지 않는 폭으로 구성하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지전극은 형광램프의 유리관의 길이보다 작거나 같은 길이로 구성하는 것을 특징으로 하는 형광램프.

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