KR20040029231A - 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광램프를 입사면과 반사면으로 나눔으로써 도광판의 입광면으로 입사되는 입사광량을 증가시키어 광 효율을 향상시키도록 한 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 입사면과 반사면으로 구분되는 투명관과, 상기 투명관의 내측에 도포된 형광물질과, 상기 투명관내에 방전가스가 주입된 방전공간과, 상기 투명관의 반사면에 코팅된 반사물질을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛{Fluorescent Lamp And Baklight Device With The Same}

본 발명은 액정표시장치의 백라이트에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시키는데 적당한 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시소자(LCD)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치는, 최근에 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

여기서 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

한편, 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에 LCD 패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광원, 즉 백 라이트가 반드시 필요하며, 이러한 백 라이트는 램프 유닛이 설치되는 위치에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.

여기서 광원으로는 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등을 사용하며, 특히 수명이 길고 소비전력이 작으며 얇게 형성할 수 있는 CCFL 방식이 대화면 컬러 TFT LCD에서 많이 사용된다.

CCFL 광원은 패닝 효과(penning effect)를 이용하기 위해 아르곤, 네온 등을첨가한 수은 가스를 저압으로 봉입한 형광 방전관을 사용하고 있다. 관의 양단에는 전극이 형성되는데 음극은 판상으로 넓게 형성되며, 전압이 인가될 경우 스퍼터링 현상에서와 같이 방전관 내의 하전입자가 판상의 음극과 충돌하여 이차전자를 발생시키고 이는 주변 원소들을 여기시켜 플라즈마를 형성시킨다.

이 원소들은 강한 자외선을 방출하며 이 자외선이 다시 형광체를 여기시켜 형광체가 가시광선을 방출하게 한다.

이중 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로써, 램프 유닛은 빛을 발광하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서발광된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.

이와 같이 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 에지방식은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용되는 것으로, 빛의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정표시장치의 박형화에 유리하다.

한편, 직하방식은 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 LCD 패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.

이러한, 직하방식은 에지방식에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.

하지만, 직하방식이 채택된 액정표시장치의 경우는 대형 모니터나 텔레비전등으로 사용되어 랩탑형 컴퓨터에 비해 사용하는 시간이 길어지고, 램프의 개수도 많기 때문에 에지방식보다 직하방식에서 램프의 고장 및 수명이 다하여 점등이 되지 않는 램프가 나타날 가능성이 더 많아졌다.

직하방식에서는 화면 밑면에 램프들이 복수개 설치되기 때문에 램프의 수명 및 고장으로 인해 예를 들어, 한 개의 램프가 점등되지 않을 경우 램프가 점등되지 않는 부분이 다른 부분보다 현저하게 어두워지므로 램프가 점등되지 않는 부분이 화면상에 곧바로 나타나게 된다.

이로 인해, 직하방식에서는 램프의 교체가 빈번하게 이루어지므로, 램프 유닛을 분해하고 조립하는데 용이한 구조를 가져야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 광을 발생시키는 형광램프(11)와, 상기 형광램프(11)를 감싸는 형태로 설치되어 한 방향으로 광을 집속시키는 램프 하우징(12)과, 상기 형광램프(11)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하여 액정패널로 공급해 주는 도광판(13)과, 상기 도광판(13)의 하부에 위치하여 도광판(13)의 하면 및 측면으로 새어나오는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판(14)과, 상기 도광판(13)의 상부에 위치하여 상기 도광판(13)을 경유한 광을 균일하게 확산시키는 확산판(15)과, 상기 확산판(15) 상부에 위치하여 상기 확산판(15)에서 확산시킨 광을 집광시켜 액정패널로 전달하는 프리즘 시트(16)와,상기 구성 요소들을 수납하여 고정시켜주는 메인 지지대(17)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 형광램프(11)로는 주로 냉음극 형광램프가 사용되고 있으며, 상기 형광램프(11)에서 발생되는 광은 도광판(13)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(13)에 입사된다.

이어, 상기 램프 하우징(12)은 내면에 반사면이 있어 형광램프(11)로부터의 광을 도광판(13)의 입사면 쪽으로 반사시키고, 상기 도광판(13)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다.

그리고 상기 반사판(14)은 도광판(13)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(13) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다.

상기 형광램프(11)로부터의 광이 도광판(13)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(13)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판(14)에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다.

상기 도광판(13)을 경유한 광은 확산판(15)에 의해 전영역으로 확산되게 된다. 한편, 액정패널(도시되지 않음)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다.

이를 위해, 도광판(13)에서 출사된 광의 진행각도를 액정패널과 수직을 이루도록 프리즘 시트(16)를 2매 적층하는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1에 도시된 형광램프를 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 냉음극 형광램프(11)는 원통형의 튜브형 유리관(11a)과, 상기 유리관(11a) 내벽에 도포된 형광물질(11b)과, 상기 유리관(11a)내에 불활성기체(예를 들면, Ar 및 Ne) 등이 채워져 있는 원통형의 방전공간(11c)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 원통형의 유리관(11a) 내부에 주입되는 불활성기체들은 네온(Ne)과 아르곤(Ar)이 일정비율 혼합되며 수은(Hg)이 소량 함유된다.

한편, 상기 형광램프(11)의 양단에 구성되는 전극(도시되지 않음)에 전압을 인가하면, 방전공간(11c)에 존재하는 전자가 전극에 이끌려 충돌하게 되어 2차 전자가 방출됨으로써 방전이 개시된다.

그리고 상기 방전에 의해 유동되는 전자는 방전공간(11c)의 또 다른 전자 일례로, 수은 전자와 충돌하여 자외선을 발생시키고, 자외선은 형광물질(11b)을 여기시켜 가시광선을 발광하게 된다.

상기와 같이 발광된 빛은 도광판(13)의 입광면에 집광되어 도광판(13)을 거쳐 확산판(15)과 프리즘 시트(16)를 차례로 거쳐 액정패널을 조명하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 형광램프 유리관의 내측면 및 외측단면은 모두 원형으로서 전사방으로 분사되는 광을 도광판의 입광면에 집속시키기가 어려웠다.

따라서 램프 하우징의 모양을 다양하게 변화시켜 상기 문제점을 보완하는데,이는 입사광량을 증가시키기 위한 램프 하우징의 설계는 부피를 크게 하는 단점이 있어 실용화되기가 어려웠고 그 효율도 높지 않았다.

또한, 최근 고집광, 고효율, 초경량 백라이트를 요구하고 있으나 램프 구조가 원형으로 고정되어 있어 램프 하우징의 모양을 변경하는데 그 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 형광램프를 입사면과 반사면으로 나눔으로써 도광판의 입광면으로 입사되는 입사광량을 증가시키어 광 효율을 향상시키도록 한 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 2는 도 1에 도시된 형광램프를 나타내는 단면도

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b의 백라이트 유닛에 적용된 형광램프의 여러 형태를 나타낸 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 형광램프 22 : 도광판

23 : 반사판 24 : 확산판

25 : 프리즘 시트 26 : 지지대

27 : 반사물질

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 형광램프는 입사면과 반사면으로 구분되는 투명관과, 상기 투명관의 내측에 도포된 형광물질과, 상기 투명관내에 방전가스가 주입된 방전공간과, 상기 투명관의 반사면에 코팅된 반사물질을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사물질은 니켈을 이용하고, 상기 반사물질이 코팅된 투명관의 표면이 평면이다.

상기 투명관은 원형, 타원형, 사각형 중에서 어느 하나의 형태이다.

또한, 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 입광면과 반사면을 갖고 광을 발광하는 형광램프와, 상기 형광램프의 입광면으로부터 발광된 광을 받아 평면광원으로 변환하여 액정패널로 공급해 주는 도광판과, 상기 도광판의 하부에 위치하여 도광판의 하면 및 측면으로 새어나오는 광을 반사시키는 반사판과, 상기 도광판의 상부에 위치하여 상기 도광판을 경유한 광을 균일하게 확산시키는 확산판과, 상기 확산판 상부에 위치하여 상기 확산판에서 확산시킨 광을 집광시켜 액정패널로 전달하는 프리즘 시트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사면에는 반사물질이 코팅되어 있고, 상기 반사물질은 니켈이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 광을 발광하는 입광면과 반사면을 갖는 형광램프(21)와, 상기 형광램프(21)의 입광면으로부터 발광된 광을 받아 평면광원으로 변환하여 액정패널로 공급해 주는 도광판(22)과, 상기 도광판(22)의 하부에 위치하여 도광판(22)의 하면 및 측면으로 새어나오는 광을 반사시키는 반사판(23)과, 상기 도광판(22)의 상부에 위치하여 상기 도광판(22)을 경유한 광을 균일하게 확산시키는 확산판(24)과, 상기 확산판(24) 상부에 위치하여 상기 확산판(24)에서 확산시킨 광을 집광시켜 액정패널로 전달하는 프리즘 시트(25)와, 상기 구성 요소들을 수납하여 고정시켜주는 메인 지지대(26)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 형광램프(21)로는 주로 냉음극 형광램프가 사용되고 있으며, 상기 형광램프(21)의 입광면에서 발광되는 광은 도광판(22)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(22)에 입사된다.

한편, 상기 형광램프(21)의 반사면은 니켈 등의 반사물질(27)이 코팅되어 있어 형광램프(21)로부터의 광을 도광판(22)의 입사면 쪽으로 반사시키고, 상기 도광판(22)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다.

그리고 상기 반사판(23)은 도광판(22)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(22)의 입사면에만 광을 조사함으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다.

즉, 종래와 같이 램프 하우징을 구성을 필요로 하지 않기 때문에 전체적인 구성 간략화 및 백라이트의 크기를 줄일 수 있다.

상기 형광램프(21)로부터의 광이 도광판(22)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(22)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판(23)에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다.

상기 도광판(22)을 경유한 광은 확산판(24)에 의해 전영역으로 확산되게 된다. 한편, 액정패널(도시되지 않음)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다.

이를 위해, 도광판(22)에서 출사된 광의 진행각도를 액정패널과 수직을 이루도록 프리즘 시트(25)를 2매 적층하는 것이 바람직하다.

도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b의 백라이트 유닛에 적용된 형광램프의 여러 형태를 나타낸 단면도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 냉음극 형광램프(21)는 원통형의 튜브형 유리관(21a)과, 상기 유리관(21a) 내벽에 도포된 형광물질(21b)과, 상기 유리관(21a)내에 불활성기체(예를 들면, Ar 및 Ne) 등이 채워져 있는 원통형의 방전공간(21c)으로 구성되어 있고, 상기 형광램프(21)의 반사면에는 반사물질(예를 들면, 니켈(Ni)(27)이 코팅되어 있다.

여기서, 상기 원통형의 유리관(21a) 내부에 주입되는 불활성기체들은 네온(Ne)과 아르곤(Ar)이 일정비율 혼합되며 수은(Hg)이 소량 함유된다.

한편, 상기 형광램프(21)의 양단에 구성되는 전극(도시되지 않음)에 전압을 인가하면, 방전공간(21c)에 존재하는 전자가 전극에 이끌려 충돌하게 되어 2차 전자가 방출됨으로써 방전이 개시된다.

그리고 상기 방전에 의해 유동되는 전자는 방전공간(21c)의 또 다른 전자 일례로, 수은 전자와 충돌하여 자외선을 발생시키고, 자외선은 형광물질(21b)을 여기시켜 가시광선을 발광하게 된다.

상기와 같이 발광된 빛은 도광판(22)의 입광면에 집광되어 도광판(22)을 거쳐 확산판(24)과 프리즘 시트(25)를 차례로 거쳐 액정패널을 조명하게 된다.

또한, 도 4b에 도시한 바와 같이, 형광램프(21)의 반사면을 평면으로 제작하고, 상기 반사면을 감싸도록 니켈 등의 반사물질(27)을 코팅함으로써 형광램프(21) 자체에 반사면을 두어 도광판(22)의 입광부로 광을 전달하는 구조로서 램프 입광면의 광효율을 증가시킬 수 있다.

여기서, 상기 형광램프(21)를 구성하는 유리관(21a)의 모양은 볼록렌즈 또는 오목렌즈 효과를 갖도록 원형, 타원형, 사각형 모양을 다 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 형광램프는 종래의 백라이트에서는 내, 외측 단면에 모두 원형인 형광램프로부터 발광하는 광을 도광판의 입광면에 집속하여 입사시키기 위해 램프 하우징의 모양을 다양하게 변형해 왔지만, 본 발명에서는 형광램프 자체에 반사물질(27)을 코팅하여 도광판(22)의 입광부로 광을 전달한다.

여기서 상기 타원형의 형광램프(21)는 원형의 형광램프를 제작한 후 450℃의 열을 가하여 반사면에 해당하는 부분을 평면의 형상을 가지는 평판 재질의 금속으로 밀어서 평면 형상을 제작한 후, 전기도금, 스퍼터링(sputtering), 써멀(thermal) 등을 이용하여 니켈 등의 반사물질(27)을 코팅한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 형광램프의 반사면에 반사물질을 코팅함으로써 형광램프 자체에 반사면을 두고 도광판의 입광부로 광을 전달함으로써 광효율 및 광반사율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 입사면과 반사면으로 구분되는 투명관과,

   상기 투명관의 내측에 도포된 형광물질과,

   상기 투명관내에 방전가스가 주입된 방전공간과,

   상기 투명관의 반사면에 코팅된 반사물질을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 형광램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사물질은 니켈을 이용하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 투명관의 반사면이 평면인 것을 특징으로 하는 형광램프.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반사물질은 반사면을 감싸도록 구성됨을 특징으로 하는 형광램프.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 투명관은 원형, 타원형, 사각형 중에서 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 형광램프.
6. 입광면과 반사면을 갖고 광을 발광하는 형광램프와,

   상기 형광램프의 입광면으로부터 발광된 광을 받아 평면광원으로 변환하여 액정패널로 공급해 주는 도광판과,

   상기 도광판의 하부에 위치하여 도광판의 하면 및 측면으로 새어나오는 광을 반사시키는 반사판과,

   상기 도광판의 상부에 위치하여 상기 도광판을 경유한 광을 균일하게 확산시키는 확산판과,

   상기 확산판 상부에 위치하여 상기 확산판에서 확산시킨 광을 집광시켜 액정패널로 전달하는 프리즘 시트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 반사면에는 반사물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 반사물질은 니켈인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.