KR20050039924A - 형광램프 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장수명, 고발광효율을 가지는 형광램프에 관한 것이다.

이는 통상 유리관 내벽에 도포되던 형광체를 외벽에 도포함으로써 발광 면적의 극대화를 수행하는 바, 이는 구조 및 사용 특성에 따라 매우 정밀하고 박형으로 제작되는 액정표시장치에 있어서 별도 형광램프의 추가 없이 동일 공간을 활용하면서 발광 효율을 더욱 높일 수 있는 장점과, 유리관 내부에서 형광체와의 결합으로 발생되는 무효 수은의 양을 감소시키고, 아울러 내벽 공간의 확보로 인한 혼합가스의 포화 유입량을 더욱 증대시켜 전체적인 램프의 수명을 더욱 연장하는 효과가 있다.

Description

형광램프 및 이를 이용한 액정표시장치{CCFL and the liquid crystal device}

본 발명은 형광램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광효율을 높이면서 수명을 연장할 수 있는 평판표시장치용 형광램프와 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 들어 급속한 발전을 거듭하고 있는 반도체 산업의 기술 개발에 의하여 소형, 경량화 되면서 성능은 더욱 강력해진 제품들이 생산되고 있다. 지금까지 정보 디스플레이 장치에 널리 사용되고 있는 CRT(cathode ray tube)가 성능이나 가격적인 측면에서 많은 장점을 갖고 있지만, 소형화 또는 휴대성의 측면에서는 단점을 갖고 있다. 이에 반하여, 액정표시장치는 소형, 경량, 저전력소비 등의 장점을 갖고 있어 CRT의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.

액정표시장치는 액정의 특정한 분자배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.

액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하는 수광 소자이기 때문에, 액정 패널의 후면에 부착된 백라이트(Backlight)를 이용하여 액정패널을 조명한다. 액정 패널의 광 투과율은 인가된 전기적 신호에 따라 조절되며, 이에 대응되어 정지된 화상이나 움직이는 화상이 액정 패널 상에 표현된다.

상기와 같이 액정패널로 광공급을 수행하는 백라이트 유닛에서 사용되는 램프는 일반적으로 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)가 사용되고 있는데, 상기 냉음극 형광램프는 우리에게 흔히 알려진 형광램프인 열음극 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp)와 거의 동일한 원리로 점등되지만, 열음극 형광램프가 열에 의한 전자방출로 점등되는 반면, 냉음극 형광램프는 전극에 가해지는 전계에 의한 전자방출로서 점등되며 발열량이 매우 적다는 차이를 보이고 있다.

도 1은 이러한 냉음극 형광램프의 일예를 도시한 것으로서, 그 내부에 수은과 아르곤, 네온 등의 혼합가스가 충전되며 형광체(11)가 내벽에 도포된 유리관(10)과, 상기 유리관(10) 양단에 장착되어 혼합가스가 외부로 새어나가지 않도록 하는 봉착부(12)와, 상기 봉착부(12)를 관통하여 유리관(10) 외부에서 유리관(10) 내부로 연장되는 리드선(14)과, 유리관(10) 양단 내부에서 상기 리드선(14) 단부에 접속되는 전극(16)과, 유리관(10) 양단 내부의 상기 봉착부(12)에서 전극(16)까지의 리드선(14)을 감싸는 커버(18)로 이루어진다.

이와 같은 구조의 냉음극 형광램프는 유리관(10)의 직경이 수 밀리미터에 이를 정도로 매우 가는 것이 특징이며, 상기 리드선(14)을 통해 양단 전극(16)에 고압의 전류를 흘려보내면 양단 전극(16)에서 전자를 방출하여 수은과 이온화 반응이 발생되고, 상기 반응으로 수은이 여기(勵起)되면서 고주파에너지, 즉, 자외선을 발산하며, 상기 유리관(10) 내부의 형광체(11)가 상기 자외선 파장을 가시광선 파장영역까지 변환시키면서 점등된다. 이때, 상기 냉음극 형광램프의 전극(16)으로는 텅스텐이나 니켈, 알루니마(Alumina) 등이 주로 사용되며, 수은감소량이 낮으면서 단면적을 용이하게 변경시킬 수 있는 니켈이 가장 많이 사용된다.

여기서 상기 냉음극 형광램프의 형광체로는 효율이 높은 희토류 원소(Rare Earth element) Y(이트리움), Ce(세륨), Tb(터븀) 등을 주로 사용하고 있으며, 액정표시장치용에서는 적, 녹, 청 광을 방출하는 형광체가 혼합된 백색계의 3 파장 타입이 주로 사용되고 있다.

상기와 같은 구조와 특징을 가지는 냉음극형광램프는 상기 형광체(11)가 유리관(10)의 내벽에 도포되어 있어 장시간의 램프 구동시에 형광체(11)의 열화현상이 더욱 가속화될 수 있으며, 아울러 도 2와 같이, 상기 혼합가스중 수은이 상기 형광체(11)와 결합하여 이온화되지 못하고 고체화(19)하여 발광에 기여하지 못하는 현상이 유리관(10) 전체에 걸쳐 발생하게 된다. 이처럼 발광에 기여하지 못하고 형광체(11)에 트랩(trap)된 무효 수은(19)은 상기 냉음극형광램프의 수명저하와 휘도저하를 유발하는 주요 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 램프 내부에 충전된 수은의 무효화 량을 감소시키고 형광체에 의한 발광면적을 확대하여 줌으로써 보다 안정된 발광특성 및 장수명, 고효율의 액정표시장치용 냉음극형광램프를 제시하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 유리관과; 상기 유리관 외벽에 도포된 형광체와; 상기 유리관 내부에 충전된 혼합가스와; 상기 유리관 양단을 봉합하는 봉착부와; 상기 봉착부를 관통하여 상기 유리관 내부로 연장되는 리드선과; 상기 유리관 내부의 리드선 단부에 연결된 전극을 포함하는 형광램프를 제안한다.

여기서 상기 유리관 양단 내부의 상기 봉착부에서 전극까지의 리드선을 감싸는 커버를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 형광체는 이트리움(Y), 세륨(Ce), 터븀(Tb)을 포함하는 희토류 원소 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합가스는 수은, 아르곤, 네온 중 하나 이상이 혼합된 기체인 것을 특징으로 한다.

상기 유리관 외벽에 도포된 형광체를 감싸는 코팅체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 코팅체는 실리콘 계열의 물질인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 코팅제는 SiNx 또는 SiO₂ 인 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은, 공통전극이 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자와 화소전극이 형성된 제2기판을 구비하고, 상기 공통전극과 화소전극사이에 액정층이 형성된 액정패널과; 상기 액정패널 하부에 위치하는 광학시트와; 상기 광학시트 하부에 위치하는 도광판과; 상기 도광판의 측단에 위치하고, 유리관과, 상기 유리관 외벽에 도포된 형광체와, 상기 유리관 내부에 충전된 혼합가스와, 상기 유리관 양단을 봉합하는 봉착부와, 상기 봉착부를 관통하여 상기 유리관 내부로 연장되는 리드선과, 상기 유리관 내부의 리드선 단부에 연결된 전극을 구비한 형광램프를 포함하는 액정표시장치를 지시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형광램프의 구조를 도시한 도면으로서, 내부에 수은, 아르곤, 네온 등의 혼합가스가 충전될 공간이 형성된 유리관(20)과, 상기 유리관 양단에 장착되어 상기 혼합가스가 외부로 유출되지 않도록 봉입할 봉착부(22)와, 상기 봉착부(22)를 관통하여 상기 유리관(20) 내부로 연장되는 리드선24)과, 상기 유리관(20) 내부의 리드선 단부에 연결된 전극(26)과, 상기 유리관(20) 양단 내부의 상기 봉착부(22)에서 전극(26)까지의 리드선(24)을 감싸는 커버(28)로 구성되어 있으며, 상기 유리관(20)의 외벽에 형광체(21)가 도포되어 있다.

상기 형광체(21)는 통상의 형광램프에서 사용되는 발광용 형광물질이며, 일반적으로 희토류 원소(Rare Earth element) Y(이트리움), Ce(세륨), Tb(터븀) 등이 사용된다.

상기와 같은 구조적 특징을 가지는 본 발명의 형광램프는 상기 유리관 내벽에 형광체가 도포된 구조에 비해 보다 높은 발광효율을 가지는데, 도 4a의 본 발명과 도 4b의 종래 기술의 형광램프에 대한 단면 비교도를 통해 설명한다.

도 4a 및 4b에서 보듯이 종래 형광램프의 발광면적(A)과 본 발명에 따른 형광램프의 발광면적(B)을 비교하기 위해, 유리관 내벽에 형광체가 도포된 종래의 형광램프에서의 최대 발광면적을 구하기 위해 유리관의 내경 반지름 R1을 이용하고, 유리관의 외벽에 형광체가 도포된 본 발명의 형광램프에서의 발광면적을 구하기 위해 유리관의 외경 R2를 이용한다. 여기서는 상기 유리관의 외벽에 도포된 형광체의 두께는 유리관의 두께에 비해 상대적으로 매우 작으므로 고려하지 않는다.

길이가 L 인 램프 유리관에 있어서, 상기 유리관의 외경(R2)이 1.8mm이고 내경(R1)이 1.4mm일 경우 각각의 발광면적은 다음과 같은 공식으로 표현된다.

A = 2π(R1)*L = 2π*(1.4)*L

B = 2π(R2)*L = 2π*(1.8)*L

따라서 본 발명에 따른 형광램프의 발광면적과 종래의 형광램프에 대한 발광면적의 비율은 최종적으로 다음과 같다.

A : B = 1.4 : 1.8 ≒ 1 : 1.286

따라서, 기존의 유리벽 내벽에 형광체를 도포한 램프에 비해 그 발광면적이 약 28.6% 증가함을 알 수 있다. 따라서, 형광램프의 발광량과 휘도가 증가하게 된다.

이는 램프의 외벽에 형광체를 도포하여 램프 내부에서 발생되던 형광체의 열화를 감소시킬 수 있으며, 또한 형광체가 차지하던 램프 내부공간을 확보하여 포화기체의 유입량을 더욱 늘여 발광효율을 증가시키는 장점이 있다.

도 5는 본 발명에 따른 형광램프에 있어서, 유리관(20) 외벽에 형광체(21)가 도포되고 다시 상기 형광체(21)의 박리 현상을 방지하고 상기 유리관 전체에 대한 기계적인 강도를 보강할 수 있는 코팅체(29)를 도포한 형상을 단면 도시하고 있다.

여기서 상기 코팅체(29)는 투명한 물질이며, 바람직하게는 실리콘 계열의 물질로서 질화실리콘 계열(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO₂) 등이 가능할 것이다.

상기와 같이 설명한 본 발명에 따른 형광램프는 통상 유리관 내벽에 도포하던 형광체를 외벽에 도포함으로써 발광 면적의 극대화를 수행하는 바, 이는 구조 및 사용 특성에 따라 매우 정밀하고 박형으로 제작되는 액정표시장치에 있어서 별도의 공간 확보를 통한 형광램프의 추가 없이 동일 공간을 사용하면서 발광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 유리관 내부에서 형광체와의 결합으로 발생되는 무효 수은의 양을 감소시키고, 아울러 내벽 공간의 확보로 인한 혼합가스의 포화 유입량을 더욱 증대시켜 전체적인 램프의 수명을 더욱 연장하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 냉음극형광램프의 구조를 도시한 도면

도 2는 종래 형광램프의 내부에서 형광체와의 반응으로 고체화된 무효 수은을 도시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 형광램프의 구조를 도시한 도면

도 4a 및 4b는 각각 본 발명에 따른 형광램프와 종래의 형광램프와의 발광면적 비교 설명을 위한 도면

도 5는 본 발명에 따른 형광램프의 외벽에 코팅체를 더욱 부가한 구조를 도시한 도면

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

20 : 유리관 21 : 형광체

22 : 봉착부 24 : 리드선

26 : 전극 28 : 커버

29 : 코팅체

Claims (8)

1. 유리관과;

   상기 유리관 외벽에 도포된 형광체와;

   상기 유리관 내부에 충전된 혼합가스와;

   상기 유리관 양단을 봉합하는 봉착부와;

   상기 봉착부를 관통하여 상기 유리관 내부로 연장되는 리드선과;

   상기 유리관 내부의 리드선 단부에 연결된 전극

   을 포함하는 형광램프
2. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 유리관 양단 내부의 상기 봉착부에서 전극까지의 리드선을 감싸는 커버를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프
3. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체는 이트리움(Y), 세륨(Ce), 터븀(Tb)을 포함하는 희토류 원소 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 형광램프
4. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합가스는 수은, 아르곤, 네온 중 하나 이상이 혼합된 기체인 것을 특징으로 하는 형광램프
5. 청구항 제 1 항에 있어서,

   상기 유리관 외벽에 도포된 형광체를 감싸는 코팅체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프
6. 청구항 제 4 항에 있어서,

   상기 코팅체는 실리콘 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 형광램프
7. 청구항 제 4항 내지 제 6 항에 있어서,

   상기 코팅제는 SiNx 또는 SiO₂ 인 것을 특징으로 하는 형광램프
8. 공통전극이 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자와 화소전극이 형성된 제2기판을 구비하고, 상기 공통전극과 화소전극사이에 액정층이 형성된 액정패널과;

   상기 액정패널 하부에 위치하는 광학시트와;

   상기 광학시트 하부에 위치하는 도광판과;

   상기 도광판의 측단에 위치하고, 유리관과, 상기 유리관 외벽에 도포된 형광체와, 상기 유리관 내부에 충전된 혼합가스와, 상기 유리관 양단을 봉합하는 봉착부와, 상기 봉착부를 관통하여 상기 유리관 내부로 연장되는 리드선과, 상기 유리관 내부의 리드선 단부에 연결된 전극을 구비한 형광램프

   를 포함하는 액정표시장치