KR20060014270A - 백라이트용 외부전극형 형광램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백라이트용 외부전극형 형광램프에 관한 것으로, 특히, 실린더형 유리관 양단에서 외주면을 감싸는 외부전극상에 개구영역을 형성함으로써, 형광램프의 단위 길이당 고휘도와 고효율을 획득할 수 있는 외부전극형 형광램프에 관한 것이다.

외부전극, 형광램프, 개구영역

Description

백라이트용 외부전극형 형광램프{EXTERNAL ELECTRODE FLUORESCENT LAMP FOR BACKLIGHT}

도 1a 및 1b는 종래 외부전극형 형광램프를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극형 형광램프를 나타내는 사시도.

도 3은 도 2의 I-I'선에서 바라본 단면도.

도 4는 외부전극의 개구율과 휘도의 관계를 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부전극형 형광램프를 나타내는 사시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100, 200 : 외부전극형 형광램프 103, 203 : 외부전극

103a, 203a : 말단전극 103b, 203b : 보조전극

103c, 203c : 개구영역 203d : 링전극

본 발명은 백라이트용 외부전극형 형광램프에 관한 것으로서, 특히 유리관 양단에서 외주면을 감싸는 불투명 외부전극에 개구영역이 형성된 외부전극형 형광 램프에 관한 것이다.

일반적으로, 평판표시장치(Flat Panel Display)는 발광형과 수광형으로 분류될 수 있는데, 발광형에는 평판음극선관, 플라즈마 디스플레이 패널, 전자발광소자, 형광표시장치, 발광 다이오드 등이 있으며, 수광형에는 대표적으로 액정표시장치가 있다.

수광형 평판표시장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 입사되는 빛을 통해 화상을 형성하므로, 배면에 백라이트(backlight)를 설치하여, 어두운 곳에서도 화상을 표현할 수 있게 한다.

백라이트의 일반적인 요구사양은 고휘도, 고효율, 휘도의 균일성, 장수명, 박형, 저중량, 저가격 등으로, 노트북 컴퓨터의 경우 소모전력을 낮추기 위해 고효율의 장수명 램프가 요구되며, 모니터와 텔레비젼용의 백라이트는 고휘도가 요구된다.

일반적으로 백라이트는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp ; CCFL)를 광원으로 사용하며, 표시면에 대한 광원의 배치에 따라서 도광판(plastic light guide)을 사용하는 에지(edge light)방식과, 평면에 배열하는 직하(direct light)방식으로 분류될 수 있다.

그런데, 종래의 백라이트 광원용 냉음극 형광램프는 30,000cd/m² 정도의 고휘도로 작동하며 램프의 수명이 짧다는 문제점이 있었다. 특히 냉음극 형광램프를 가장자리 발광방식에 적용할 경우, 고휘도의 발광에 비하여 패널 전체의 휘도가 실 질적으로 낮아 대형 화면용 패널에 부적합했다. 또한, 직하형 백라이트에 적용하여 병렬 연결할 경우, 패널의 적정 휘도 유지를 위한 램프간 간격이 크게 요구되어 특별한 구조의 반사판을 필요로 하고, 동시에 확산판과 램프와의 거리가 멀어지게 되어 패널의 전체적인 두께가 두꺼워지는 문제가 있었다.

따라서, 대화면 액정표시장치의 고휘도와 고효율을 보장하면서, 이와 동시에 장수명과 경량화를 가져다 줄 수 있는 백라이트 개발의 요구에 따라, 외부전극형 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp ; EEFL)가 등장하였다.

외부전극형 형광램프는 실린더형 무전극 유리관의 내면에 형광물질을 도포하고, 내부에 방전가스 등을 주입하고 봉입한 후, 양단부에 외부전극을 형성한 것으로, 상기 외부전극에 연속적인 고주파전압이나, 펄스적인 고주파전압을 인가하여 점등시킨다.

한쌍의 외부전극에 인가되는 고주파 전압은 상기 외부전극에 끼워진 유리관의 내부공간에 방전을 발생시켜며, 이 방전으로 발생한 자외선은 유리관 내면에 도포된 형광물질을 발광시키게 되고, 이에 상기 방전에 의해 발생된 광이 유리관 외부로 방사되어, 광이 피조사체에 조사되는 것이다.

한편, 외부전극형 형광램프는 외부전극의 형태에 따라 벨트(belt)형 전극구조 또는 엔드-캡(end-cap)형 전극구조로 분류될 수 있는데, 도 1a 및 도 1b에 상기 벨트형 전극구조와 엔드-캡형 전극구조를 각각 도시하였다.

우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, 벨트형 외부전극은 유리관(11)의 외주면을 따라 복수의 쌍으로 된 벨트전극(13a)을 설치하는 것을 특징으로 한다. 그런데, 이 와 같은 경우 유리관(11)의 길이가 길게 되면, 유리관(11) 중간 부위에 벨트형 전극(13b)이 추가로 요구되어, 표시패널의 영역에 따라 상기 추가의 전극으로 인한 부분적 휘도 저하 문제가 발생할 수 있다.

한편, 엔드-캡형 방식은 도 1b에 도시된 바와 같이, 양말단에 도전성 금속의 캡슐형 외부전극(23)을 접합한 형태인데, 상기 외부전극(23)이 유리관(21) 양끝의 가장자리면을 포함하여 원통면을 감싸기 때문에, 단순히 원통면만을 씌우는 벨트형에 비하여 유리관과의 유효 접촉면적이 넓어지고, 이에 따라 고휘도와 고효율의 실현이 유리해지게 된다.

실질적으로, 외부전극형 형광램프는 유리관 벽면 전하(wall-charge)를 이용한 방법으로서, 외부전극의 커패시턴스(capacitance)가 유리관과 외부전극의 접촉면적에 비례하고 유리관의 두께에 반비례하므로, 유리관의 외주면을 따라 감싸는 외부전극의 길이를 길게 형성할수록 고휘도를 얻을 수 있다.

즉, 표시패널 내에서 고휘도 및 고효율을 구현하기 위해서는 비발광영역인 외부전극이 일정 부분 이상의 영역을 차지하여야 하는 것이다.

그러나, 외부전극의 길이가 길어지면 형광램프 내 유효발광면이 상대적으로 줄어들게 되고, 비발광영역이 증가하게 되어, 이를 실질적으로 백라이트에 채용하는 경우, 상기 외부전극의 비발광영역이 대응되는 표시패널의 가장자리 영역, 즉 화상표시영역 주위를 둘러싸는 사각틀채 형상의 베젤(bezel)영역이 넓어지게 된다.

결국, 외부전극형 형광램프를 채용한 디스플레이장치를 종래 냉음극 형광램프 모델과 동일한 사이즈의 화상표시영역으로 구성하기 위해서는, 비표시영역인 베 젤영역의 외곽 치수를 증가시켜야하는 단점이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 특히 유리관 양단부에 위치하여 표시패널의 화면표시부를 마주할 외부전극의 영역상에 개구영역을 형성함으로써, 외부전극으로 인한 비발광영역을 최소화하고, 형광램프의 길이를 최적화하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 외부전극형 형광램프는 내주벽에 형광층이 도포되고 방전가스가 충진되는 유리관과, 표면에 적어도 하나의 개구영역을 갖고 상기 유리관의 양단부에 대칭형으로 설치되는 외부전극을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 외부전극의 개구영역은 슬릿이나 홈 등의 형태로 형성되며, 상기 개구영역을 통해 유리관 상단으로 빛이 발생하도록 한다.

외부전극형 형광램프는 실질적으로 유리관 내부의 벽면 전하(wall-charge)를 이용하는 방식으로서, 직접적인 전자 이동의 원리를 이용한 냉음극 형광램프와 구별된다. 따라서, 상기 외부전극형 형광램프에서는 백라이트로서의 고휘도와 고효율을 달성하기 위하여 외부전극과 유리관의 충분한 접촉면적을 필요로 한다. 또한 동일한 이유로, 외부전극의 커패시턴스는 유리관의 두께에 반비례하는 관계를 보이게 되는데, 이를 단일식으로 표현하면, 다음과 같다.

여기서, C는 전극의 커패시턴스, A는 유리관과 외부전극의 실질적인 접촉 면적, 그리고 B는 유리관의 관벽 두께를 나타낸다.

상기 식은 결국, 종래 외부전극형 형광램프에서 램프 구동을 위한 최소한의 커패시턴스를 확보하기 위해서는 유리관 상부에서 외부전극이 일정 수준 이상의 면적을 차지하여야 함을 의미한다.

하지만, 이미 상술한 바와 같이, 외부전극은 형광램프 내에서 비발광영역을 구성하므로, 실제로 표시패널 내에 채용될 경우, 상기 외부전극이 차지하는 공간으로 인한 비표시영역을 최소화하기 위해서는 외부전극의 크기 및 형태가 조절되어야만 하는 것이다.

결국, 본 발명은 표시패널의 화면표시부에 대응되는 위치의 외부전극에 슬릿이나 홈 등의 개구영역을 형성하여, 빛을 발생시키게 함으로써, 전체적인 전극 커패시턴스는 유지시키되, 휘도는 향상시킬 수 있는 외부전극형 형광램프를 형성한다.

이하, 첨부한 도면들을 참고로 하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 외부전극형 형광램프(100)를 나타낸 사시도 및 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 형광램프(100)는 실린더형의 유리관(101)과 상기 유리관(101)의 양말단을 감싸는 외부전극(103)을 포함하 여 구성된다.

이때, 상기 외부전극(103)은 상기 밀봉된 유리관(101) 양단부 상에서 개구영역(103)을 포함하는 형태로, 상기 유리관(101) 양단부의 외주면을 감싸며 형성되어, 유리관(101)에 전압을 인가한다. 이때 상기 외부전극(103)으로부터 유리관(101)에 인가된 전압은 상기 유리관(101)의 내주벽에 도포되어 있는 형광체(105)가 빛을 발생시키도록 한다.

상기 외부전극(103)은 상기 유리관(101)의 양단부 상에서, 빛의 방전시에 하전입자를 가두는 역할을 하는 말단전극(103a) 부분과 상기 말단전극(103a)으로부터 상기 유리관(101)의 외주면을 따라 상기 유리관(101)의 길이방향으로 이어지는 반원형태의 보조전극(103b)부분으로 나뉘어진다. 이때, 형광램프(100) 상에서 상기 보조전극(103b)이 형성되어 있는 영역과 양 말단전극(103a)의 일부 영역은 표시패널의 화면표시영역 하부에 위치하여 유효화면을 구성하게 되고, 상기 양 말단전극(103a)의 외곽부는 표시패널 가장자리인 베젤영역의 하부에 위치하게 된다. 여기서, 도면의 화살표 방향(↑)은 표시패널의 화면표시부 방향을 나타낸다.

도 3은 도 2의 I-I'선에서 바라본 단면도로서, 상기 유리관(101)의 내주벽에는 형광체(105)가 도포되어 있으며, 상기 형광체(105)가 도포된 유리관(101)의 내부에 불활성 기체 혼합물이나 수은(Hg) 등으로 이루어진 방전 가스(discharge gas)가 주입된 후 양 단부가 밀봉되어진다.

이때, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 유리관의 단면은 원형 뿐만 아니라, 납작한 타원형이나, 일체로 구부러진 다중 실린더형으로도 가능하다.

상기 반원형태의 보조전극(103b) 상부, 즉 표시패널의 화면표시부를 마주보는 전극의 상부면에는 도면에 도시된 것과 같은 개구영역(103c)이 형성되어, 상기 개구영역(103c)을 통해 빛을 투과시키게 된다.

다시 말해, 상기 유리관(101)을 길이방향으로 이등분하였을 때, 화면표시부를 마주볼 유리관(101)의 상부 영역상에 개구영역을 위치시키고, 유리관(101) 상단으로 빛을 발생시켜, 표시패널의 유효화면을 구현한다. 이때, 개구영역(103c)의 하부에 위치하는 보조전극(103b)은 상기 개구영역(103c)으로 인해 감소된 외부전극(103)의 면적을 보상하는 기능을 수행하게 된다.

이는 결국 전면적이 비발광영역이었던 종래 외부전극(103)의 일부 영역을 개구영역(103c)으로 형성함으로써, 외부전극형 형광램프(100)에서 실질적인 발광영역을 증가시킨 것이다.

한편, 본 발명에 따른 외부전극의 개구영역(103c)은 화면표시부 하부에 위치하여, 유효화면을 구성하는 외부전극의 총면적 중 40%이상이 되도록 형성하는데, 이에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 화면표시영역 하부에서 유효화면을 구성하는 외부전극의 개구율과 상기 외부전극이 대응되는 화면표시부 상에서의 휘도의 관계를 도시한 그래프로서, 외부전극의 개구율 변화에 따른 휘도 변화를 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 휘도는 개구율의 초기 증가에 대해서는 매우 급격한 증가율을 보여 개구율이 약 40%에 도달할 때 휘도는 이미 80%를 약간 넘어서는 수치를 보이게 된다. 반면, 개구율이 40% 이상에서는 개구율의 변화에 따른 휘도의 변화율이 매우 완만해져, 개구율의 변화에 따른 휘도의 변화가 더이상 크게 나타나지 않는다.

한편, 통산적으로, 표시패널 화상표시부의 평균 휘도를 100%로 놓았을 때, 육안으로 휘도의 저하가 인지되는 휘도의 기준 수치는 약 85%로서, 이 수치 이상의 휘도에서는 휘도의 저하를 인지하기 어렵다.

따라서, 본 발명에 따른 개구영역은 상기한 점들을 감안하여, 전극의 커패시턴스를 최대한 확보하면서, 80% 이상의 고휘도를 구현할 수 있도록, 40% 가량 혹은 40%를 웃도는 수치의 개구율로 형성한다.

한편, 상기 외부전극(103)은 상기 유리관(101)의 양단부에 액상 금속재를 도포한 후 소정의 열처리 과정을 통해 전극을 형성하거나, 유리관(101)의 양단부에 구리나 알루미늄 등의 접착식 금속 테이프를 붙이는 금속 테이핑(taping) 방식 또는 유리관(101)의 양단부에 금속을 도금하는 금속도금방식을 통하여 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 상기 제1실시예의 보조전극(203b) 상부에 반원의 링 형태로 형성되는 링전극(203d)을 구비한 외부전극형 형광램프(200)를 도시한 것이다.

이는 상기한 제1실시예에서 설명한 외부전극의 형태에 하나 이상의 링전극(203d)을 추가로 설치한 것으로서, 여기서, 상기 링전극(203d)의 두께는 화면표시부 하부에 위치하는 외부전극의 개구영역(203c) 면적이 40%이상이 될 수 있도록 형성한다.

이때, 가능하면 링전극(203d)의 두께를 얇게 형성하여, 비발광영역인 링전극(203d)으로 인해 화면표시부에서 휘도의 불균일성이 나타나지 않도록 한다.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 링전극은(203d)은 유리관의 길이방향을 기준으로 0도에서 90도 사이의 소정의 경사각을 갖고 형성할 수 도 있다.

본 발명의 요지는 백라이트용 외부전극형 형광램프에서 화면표시부를 마주보는 외부전극의 상부영역에 개구영역을 형성함으로써, 백라이트의 고휘도와 고효율을 유지하면서도, 화면표시부 하부에서 유효화면을 구현하는 외부전극의 길이를 충분히 길게 형성하고자 하는 것으로, 상기 개구영역은 상기 명세서 상에 예시된 형태에만 국한되지 않으며, 엔드-캡형 외부전극이나 벨트형 외부전극에 적용되는 등 다양한 형태를 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서상에서는 상기 외부전극형 형광램프가 액정표시장치용 백라이트에 이용되는 경우를 언급하였지만, 이는 그 용용범위를 액정표시장치에만 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 화면표시부를 마주보는 외부전극의 상부영역에 개구영역을 형성하여 형광램프의 비발광영역을 상대적으로 감소시킴으로써, 형광램프의 단위길이당 고휘도와 고효율을 획득할 수 있을 뿐 아니라, 표시패널의 비표시영역을 차지하는 베젤영역의 치수를 줄일 수 있다

Claims (11)

1. 내주벽에 형광체층이 도포되고, 내부에 방전기체가 주입된 후 양단이 봉입된 실린더형 유리관; 및

   상기 유리관의 양단부상에서 소정의 개구영역을 갖고 대칭형으로 설치되어 상기 유리관에 전압을 인가하고, 빛을 발생시키는 외부전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부전극은,

   상기 유리관의 양단부를 감싸는 형태로 형성되는 말단전극; 및

   상기 말단전극으로부터 상기 유리관의 외주면을 따라 길이 방향으로 반원형태로 길이되는 보조전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조전극은,

   그 상부에 반원형태를 갖는 적어도 하나의 링전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 링전극은,

   상기 유리관의 길이 방향을 기준으로 수직으로 형성됨을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 링전극은,

   상기 유리관의 길이 방향을 기준으로 일정각도의 경사각을 갖고 형성됨을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 경사각은,

   0도에서 90도 사이의 각도임을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 외부전극은,

   엔드-캡(end-cap)형 외부전극임을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 외부전극은,

   벨트(belt)형 외부전극임을 특징으로 하는 외부전극형 형광램프.
9. 내주벽에 형광체층이 도포되고, 내부에 방전기체가 주입된 후 양단이 봉입된 실린더형 유리관; 및

   상기 유리관의 양단부상에서 소정의 개구영역을 갖고 대칭형으로 설치되어 상기 유리관에 전압을 인가하고, 빛을 발생시키는 외부전극을 포함하여 구성되며,

   상기 개구영역은 화면표시영역 하부에 위치하는 외부전극의 영역 상에서 40%이상의 개구율을 갖음을 특징으로 하는 백라이트로부터 빛을 인가받아 화상을 표시 하는 표시패널.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 개구영역은,

    상기 표시패널의 화면표시부를 마주보는 상기 외부전극의 영역 상에 형성됨을 특징으로 하는 표시패널.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 표시패널은,

    제 1 기판 상에 교차 배치되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인;

    상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차영역에 형성되는 스위칭소자;

    상기 화소영역에서 전계를 발생시키는 적어도 하나의 공통전극 및 화소전극과;

    제 2 기판상에 형성된 칼라필터층; 및

    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 액정패널임을 특징으로 하는 표시패널.

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