KR20070012100A - 방전 램프 및 이를 갖는 표시장치 - Google Patents

방전 램프 및 이를 갖는 표시장치 Download PDF

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KR20070012100A
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박진혁
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삼성전자주식회사
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Abstract

산화 티타늄을 포함하는 유리로 만들어지며, 내벽면에 형광체가 도포된 방전관과 니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금으로 만들어 지며, 상기 방전관 양단에 배치되는 복수의 방전 전극을 가지는 방전 램프 및 이를 포함하는 표시장치가 개시된다. 니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금 재질의 전극은 내스퍼터성이 우수하여 램프의 수명을 연장시키며, 산화 티타늄이 포함된 유리 재질의 방전관은 자외선 차단능이 우수하여 램프 주변의 광학부재의 변색 등으로 인한 표시장치의 화질열화를 막을 수 있다.

Description

방전 램프 및 이를 갖는 표시장치 {FLOURESCENT LAMP AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 액정표시 장치용 방전 램프의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 백라이트 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 백라이트 어셈블리를 조립한 후 절단한 단면도이다.
도 4은 본 발명에 따른 광학 부재를 포함하는 표시장치의 분해 사시도이다.
본 발명은 방전 램프, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 램프의 수명을 연장시키고 자외선 차단능력이 개선된 방전 램프, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시장치(display device)는 정보처리장치에서 처리된 전기적 신호 포맷을 갖는 데이터를 영상으로 변환시킨다. 표시장치의 하나인 액정표시장치(liquid crystal display device)는 액정(liquid crystal)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시한다.
영상을 디스플레이 하기 위해 액정표시장치는 액정표시패널 및 광 공급장치를 필요로 한다. 광 공급장치에서 발생한 광은 액정표시패널의 액정을 통과하고, 이로 인해 액정표시패널로부터 영상이 표시된다.
액정표시패널에 빛을 공급하는 광원으로는 냉음극 방전관 램프(CCFL), 외부전극 방전램프(EEFL) 및 발광다이오드(LED) 등이 사용되고 있다. 이 중 냉음극 방전관 램프가 액정디스플레이의 백라이트용 광원으로 널리 사용되고 있다. 이 냉음극 방전관 램프는, 수은증기를 함유한 희(希)가스를 내부에 봉입한 가는 유리관과, 유리관의 내벽에 칠하여진 형광막과, 유리관의 관축방향에 대향하는 상태로 유리관의 양 끝단에 고정된 한 쌍의 전극을 구비하고 있다. 점등시에, 냉음극 방전관 램프의 전극사이에 전압을 인가하고, 냉(冷)상태의 한쪽의 전극(음극)으로부터 2차전자를 꺼내어 방전을 지속하고, 그 방전에 의해 다른쪽의 전극(양극)으로 끌리는 전자와 유리관내의 수은분자가 충돌함으로써 수은분자로부터 자외선이 방사되며, 이 자외선에 의해 형광막이 여기되어 가시광선이 발광된다.
냉음극 방전관이 점등되는 동안, 전극을 구성하는 금속원자가 스퍼터링에 의해 방전관내에 방출되어 방전가스에 포함되는 수은과 결합하여 수은아말감을 형성하기 때문에, 전극 자체와 방전관내의 수은이 소모하여 방전관의 수명이 줄어든다. 이와 같은 발광 원리 때문에, 니켈제의 전극은 가공성이 우수하고 가격이 저렴한 장점이 있으나, 내스퍼터성이 충분하지 않아 냉음극 방전관의 수명이 충분히 길지 못한 문제점이 있었다.
또한 통상의 유리재질로 방전관을 형성한 종래의 냉음극 방전관은 자외선 영 역의 빛을 완전히 차단하지 못하고 상당한 양을 방출하여 백라이트의 광학부품(확산판, 광학시트 등)의 손상을 야기하였으며, 이로 인하여 화상 재현 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 방전관 내 방전에 의한 스퍼터링에 대하여 향상된 내구성을 가지고, 자외선 차단능력이 개선된 방전 램프, 이를 가지는 백라이트 유닛 및 이를 가지는 표시장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의한 수광형 표시장치의 광원은, 이산화 티타늄을 포함하는 유리로 만들어지며 내벽면에 형광체가 도포된 방전관, 니켈을 포함하는 금속으로 만들어지며 방전관 양단에 배치되는 복수의 방전 전극 및 방전관 내부에 충진된 방전 가스를 포함한다.
또한 본 발명에 의한 수광형 표시장치의 광원의 방전 전극은 니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금으로 이루어질 수 있으며, 방전 전극을 구성하는 합금의 니오비윰 함유량은 중량비 6~32%인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 수광형 표시장치의 광원의 방전가스는 네온 함유량이 부피비 80~90%인 네온-아르곤 혼합가스로 이루어질 수 있으며, 방전관내 혼합가스의 압력은 55~60torr인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 수광형 표시장치의 광원의 방전관의 이산화 티타늄 함 유율은 중량비 5~20%인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 표시장치는 적어도 하나의 방전램프, 표시패널 및 광학부재를 포함한다. 상기 방전램프는 산화 티타늄을 포함하는 유리로 만들어지며, 내벽면에 형광체가 도포된 방전관, 니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금으로 만들어 지며, 상기 방전관 양단에 배치되는 복수의 방전 전극 및 상기 방전관 내부에 충진된 방전 가스를 포함한다. 상기 표시패널은 상기 방전 램프에서 조사되는 광을 이용하여 영상을 표시하기 위해 상기 복수의 램프와 대향하여 배치된다. 상기 광학부재는 상기 램프들 및 상기 표시패널의 사이에 배치된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉음극 방전관의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉음극 방전관은, 내부에 수은, 아르곤, 네온 등의 혼합가스가 충전될 공간이 형성된 유리관(10)과, 상기 유리관(10) 양단에 장착되어 상기 혼합가스가 외부로 유출되지 않도록 봉입할 봉착부(12)와, 상기 봉착부(12)를 관통하여 상기 유리관(10) 내부로 연장되는 리드선(14)과, 상기 유리관(10) 내부의 리드선 단부에 연결된 전극(16)과, 상기 유리관(10) 양단 내부의 상기 봉착부(12)에서 전극(16)까지의 리드선(14)을 감싸는 커버(18)로 구성되어 있으며, 상기 유리관(10)의 내벽에는 형광체(11)가 도포되어 있다. 상기 전극(16)의 방전면(16a)는 오목한 컵모양을 갖는다. 이때, 상기 전극(16)의 방전면(16a)이 평면형상, 요철형상 등을 가질 수도 있다. 형광체(11)는 통상의 방전관에 사용되는 발광용 형광물질이며, 일반적으로 희토류 원소(Rare Earth element) Y(이트리움), Ce(세륨), Tb(터븀) 등이 사용된다. 본 실시예에서, 상기 유리관(10)내의 상기 혼합가스는 네온-아르곤 혼합가스이며, 상기 혼합가스의 네온 함유량은 부피비 80~90%이고, 상기 혼합가스의 압력은 55~60torr이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉음극 방전관은 이산화 티타늄(TiO2)을 함유한 유리관으로 형성된다. TiO2는 유리 조성물에 노란 색채를 부여하는 착색제로서 작용하는 자외선 흡수제이다. 본 실시예에서, 상기 유기관(10)의 산화 티타늄 함유율은 중량비 5~20%이다.
본 발명에 의한 냉음극 방전관용 전극은, 중량기준에 의해, 6%∼32%의 니오비윰(Nb)와, 잔부 니켈(Ni)을 함유한다. 니켈에 소정량의 니오비윰을 첨가하여 합금화하면, 전극 표면에 석출하는 경질의 금속간 화합물이, 전극의 내스퍼터성을 향상시킬 수 있으며, 실험 결과, 6% 이상의 니오비윰을 니켈에 가하여 합금화하여 형성한 전극은, 순(純)니오비윰과 비슷한 정도의 높은 내스퍼터성(sputtering resistance)을 가짐이 확인되었다. 본 실시예에서, 상기 금속간 화합물은 니켈-니오비윰 화합물(Ni3Nb)이다. 또한, 니오비윰의 함유량이 중량비 32%를 넘으면, 내스퍼터성의 향상정도가 포화되는 한편, 경도가 지나치게 증가하여 가공성이 저하되는 단점이 생긴다.
실험 결과에 따르면 중량비 6%∼32% 니오비윰을 함유하는 니오비윰-니켈합금을 전극재료로서 사용하면, 가공성에 큰 문제가 없어 방전특성이 뛰어난 컵형상의 전극도 용이하게 성형가능 하며, 리드와의 용접성이 양호하여 고온에서의 산화오염의 문제도 없는 것으로 확인되었다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈-니오비윰 합금 전극의 내스퍼터성 시험 결과이다. 다양한 중량비로 니오비윰을 니켈에 배합시킨 니켈-니오비윰합금 시험편을 제작하여, 각 시험편에 대하여 스퍼터링 시험을 행한 후, 측정장치를 사용하여 밀링(milling)량을 측정하여, 냉음극 방전관용 전극조립체(14)의 전극(10)의 스퍼터링 특성을 평가하였다.
구체적으로는, 가속전압 500V, 가속전류 210mA, 감속전압 250V, 입사각도 45ㅀ, 가스 아르곤(Ar)진공도 2 ㅧ10-6torr의 조건에서 소정시간(60분 또는 30분) 아르곤이온 빔을 가속하여 시험편에 쏘고, 스퍼터링에 의해 생긴 구멍의 깊이로 밀링량을 측정하고, 밀링량에 기초하여 스퍼터링레이트(1분당의 밀링량)를 산출하였다. 기준이 되는 순니켈(100%)에 대한 스퍼터링레이트의 비율을 산출한 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112005040100880-PAT00001
표 1의 시험편번호 5∼12 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 불과 6%의 니오비윰을 니켈속에 함유시켜 합금화한 시험편번호 5에서는, 순니켈에 비교하여 순니오비 윰에 대략 필적하는 레벨까지 스퍼터링레이트가 급격히 감소하고, 32% 니오비윰 함유량의 시험편 12를 넘어서 니오비윰 함유량을 증가시켜도 스퍼터링레이트는 그다지 내려가지 않고, 니오비윰의 함유효과는 거의 포화한다. 바꾸어 말하면, 니오비윰 함유량이 32%를 넘으면, 니오비윰 함유량의 증대에 비해서는 내스퍼터성이 증가하지 않는 반면, 금속간 화합물이 많이 석출하여, 재료 자체의 경도가 높아진다. 이 때문에 가공성이 오히려 악화하여, 전극제조에 있어서의 가공이 곤란해지는 것도 알 수 있다.
이와 같이 니오비윰을 배합하여 합금화한 니켈에 의해 내스퍼터성이 향상하고, 금속간 화합물의 형성에 의한 것으로 생각되는 경도도, 니오비윰의 함유에 의한 합금화에 따라서 높아진다. 단, 6% 니오비윰의 함유에 의해, 내스퍼터성의 향상효과는 급격히 나타나고, 32%를 넘어서 더욱 니오비윰 함유량이 증가하더라도 내스퍼터성이 그다지 향상하지 않지만, 니오비윰 함유량의 증가에 따라서 경도가 높아진다.
표 2는, 니오비윰 함유량의 증가에 따라 경도가 증가하는 니오비윰 함유량과 소둔(燒鈍)후의 경도와의 관계를 나타낸다. 35%까지 니오비윰 함유량을 증가시키면, 전극제조에 있어서 프레스성형 가능한 비커스경도 한도인 400을 상회하는 비커스경도 430∼470이 된다. 실제의 전극 대량생산시에는, 230 이하의 비커스경도가 요구되기 때문에, 내스퍼터성의 향상효과와 경도의 상승을 종합하여 감안하면, 니오비윰 함유량을 6%∼32%로 할 필요가 있고, 니오비윰 함유량은, 바람직하게는 6%∼15%, 특히 바람직하게는 6%∼10%이다.
[표 2]
Figure 112005040100880-PAT00002
종래의 방전 램프와 본 발명에 따른 방전 램프의 사용시간에 따른 휘도 감소 및 색좌표 편차를 비교한 시험결과를 표3 및 표4에 개시하였다.
[표 3]
Luminance 100hr 500hr
종래 Ni전극과 UV차단성분 도포 유리관 97.4% 94.3%
Ni-Nb합금전극과 TiO2 함유 유리관 97.2% 94.5%
본 발명에 의한 방전 램프는 내스퍼터성이 우수하면서도 종래의 니켈전극을 사용한 방전 램프와 비교하여도 휘도 유지성능이 저하되지 않음을 확인할 수 있다.
[표 4]
색좌표 편차(Wx/Wy) 100hr 500hr
종래 Ni전극과 UV차단성분 도포 유리관 +0.0008/+0.0019 +0.0014/+0.0026
Ni-Nb합금전극과 TiO2 함유 유리관 +0.0007/+0.0017 +0.0014/+0.0022
유리 내부에 TiO2가 함유되어 방전관을 구성하는 유리가 UV 차단 작용을 하여 주변 광학 기구의 손상이 감소하므로 종래의 UV차단성분을 방전관 내벽에 도포한 방전 램프와 비교하여 색좌표 편차가 감소하였음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 백라이트 어셈블리를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 백라이트 어셈블리를 조립한 후 절단한 단면도이다.
백라이트 어셈블리(400)는 광을 발생하기 위한 램프 어셈블리(410), 광학 특성을 향상시키기 위한 광학 부재(300), 램프 어셈블리(410)와 광학 부재(300)를 수납하기 위한 수납용기(430) 및 램프 어셈블리(410)와 수납용기(430)의 사이에 개재된 반사판(440)을 포함한다.
구체적으로, 램프 어셈블리(410)는 광을 발생하는 복수의 램프(412)들과 램프(412)들을 고정하기 위해 램프(412)들의 양 단부에 설치되는 램프 고정부재(414)들을 포함한다. 램프에 관한 상세한 설명은 앞서 기술한 바 있으므로, 생략한다.
여기서, 램프 고정부재(414)들은 복수개가 병렬로 배열된 램프(412)들을 고정하고 램프(412)들을 구동하기 위해 외부로부터 인가되는 구동전압을 램프(412)에 전달하는 전원 인가부(미도시)를 수납한다.
수납용기(430)는 바닥면(431)과 바닥면(431)으로부터 연장된 네 개의 측벽(432, 433, 434, 435)을 포함한다. 수납용기(430)는 램프 어셈블리(410) 및 광학 부재(300)를 수납한다. 램프 어셈블리(410)는 수납용기(430)의 바닥면(431)에 배치되며, 광학 부재(300)는 수납용기(430)를 매개로 램프 어셈블리(410)의 상부에 배치된다.
광학 부재(300)는 램프 어셈블리(410)의 램프(412)에서 발생한 광을 확산 및 집광한다. 광학 부재는 광학 기판(310)과 집광 패턴(327) 및 광학 기판(310)과 집광 패턴(327) 사이에 형성된 공동(330)을 포함한다.
상기 반사판(440)은 평면부(442) 및 상기 평면부(442)의 단부에 연결된 절곡부(444)를 포함한다. 상기 램프(412)에서 발생된 광의 일부는 상기 반사판(440)에서 상기 광학부재(300)쪽으로 반사된다.
도 4는 본 발명에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
표시장치(700)는 백라이트 어셈블리(400), 표시패널(500) 및 탑 새시(600)를 포함한다.
백라이트 어셈블리(400)는 다시 복수의 램프(412)들이 병렬로 배열된 램프 어셈블리(410), 램프 어셈블리(410)로부터 발생한 광의 특성을 향상시키기 위한 광학 부재(300), 램프 어셈블리(410)와 광학 부재(300)를 수납하는 수납용기(430), 수납용기(430)의 내부에 실장 되는 반사판(440)을 포함한다. 참조부호 450은 수납용기(430) 및 표시패널(500)을 상호 연결시키기 위한 미들 새시이다.
표시패널(500)은 TFT 기판(521), 컬러필터 기판(522), 데이터 인쇄회로기판(523) 및 게이트 인쇄회로기판(524)을 포함한다.
데이터 인쇄회로기판(523)과 게이트 인쇄회로기판(524)은 각각 데이터 측 TCP(525)와 게이트 측 TCP(526)를 이용하여 표시패널(500)에 연결된다.
TFT 기판(521)은 컬러필터 기판(522)과 마주보도록 배치되며, TFT 기판(521) 및 컬러필터 기판(522)의 사이에는 액정이 개재된다. 액정은 TFT 기판(521) 및 컬러필터 기판(522)의 사이에 형성된 전기장에 대응하여 배열이 변경되고, 이로 인해 액정을 통과하는 광의 투과율이 변경되어 영상을 표시한다.
탑 새시(600)는 미들 새시(450)에 고정된 표시패널(500)이 수납용기(430)로 부터 이탈되지 않도록 고정 및 취성이 약한 표시패널이 외부의 충격에 의하여 파손되는 것을 방지한다.
니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금 재질의 전극은 내스퍼터성이 우수하여 램프의 수명을 연장시키며, 산화 티타늄이 포함된 유리 재질의 방전관은 자외선 차단능이 우수하여 램프 주변의 광학부재의 변색 등으로 인한 표시장치의 화질열화를 막을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 산화 티타늄을 포함하는 유리로 만들어지며, 내벽면에 형광체가 도포된 방전관;
    니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금으로 만들어지며, 상기 방전관 양단에 배치되는 복수의 방전 전극; 및
    상기 방전관 내부에 충진된 방전 가스를 포함하는 방전 램프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합금의 니오비윰 함유량은 중량비 6~32%인 것을 특징으로 하는 방전 램프
  3. 제1항에 있어서, 상기 합금의 니오비윰 함유량은 중량비 6~10%인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방전가스는 네온-아르곤 혼합가스이며, 상기 혼합가스의 네온 함유량은부피비 80~90%인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 혼합가스의 방전관내 압력은 55~60torr인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 방전관의 산화 티타늄 함유율은 중량비 5~20%인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 합금의 비커스경도가 400이하인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방전전극의 표면에 경질의 니켈-니오비윰 화합물(Ni3Nb)이 석출되는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극은 방전면이 오목한 컵 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 방전 램프.
  10. 산화 티타늄을 포함하는 유리로 만들어지며, 내벽면에 형광체가 도포된 방전관, 니켈-니오비윰(Ni-Nb)합금으로 만들어 지며, 상기 방전관 양단에 배치되는 복수의 방전 전극 및 상기 방전관 내부에 충진된 방전 가스를 포함하는 적어도 하나의 방전 램프;
    상기 방전 램프에서 조사되는 광을 이용하여 영상을 표시하기 위해 상기 복수의 램프와 대향하여 배치된 표시패널; 및
    상기 램프들 및 상기 표시패널의 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 광학부 재를 포함하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 합금의 니오비윰 함유량은 중량비 6~32%인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 합금의 니오비윰 함유량은 중량비 6~10%인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 방전가스는 네온-아르곤 혼합가스이며, 상기 혼합가스의 네온 함유량은부피비 80~90%인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 혼합가스의 방전관내 압력은 55~60torr인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 방전관의 산화 티타늄 함유율은 중량비 5~20%인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 전극은 방전면이 오목한 컵 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 표시패널은 TFT 기판, 상기 TFT 기판에 대향하는 컬러필터 기판 및 상기 TFT기판과 상기 컬러필터기판의 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 합금의 비커스경도가 400이하인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제10항에 있어서, 상기 방전전극의 표면에 경질의 니켈-니오비윰 화합물(Ni3Nb)이 석출되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제10항에 있어서, 상기 표시패널을 따라서 서로 평행하게 배열된 복수개의 방전램프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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