KR20070070951A - 면광원 장치의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

면광원 장치의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

면광원 장치의 제조 방법에 따르면, 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형한다. 이어서, 방전 공간 내의 불순물을 제거한다. 그런 다음, 수은 가스를 방전 공간들 내로 확산시킨다. 이어서, 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 광원 몸체를 급냉시킨다. 따라서, 수은 가스가 액화되는 온도 범위에서 머무르게 되는 시간이 크게 단축됨으로써, 액화된 수은이 방전 공간 내에서 온도가 낮은 영역으로 이동하는 현상이 억제된다.

Description

면광원 장치의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 장치{METHOD OF MANUFACTURING A SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 면광원 제조 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용해서 제조된 격벽 분리형 광원 몸체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 장치를 이용해서 제조된 격벽 일체형 광원 몸체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 장치를 이용해서 면광원을 제조하기 위한 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 종래 방법에 따라 제조된 면광원 장치의 휘도를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 방법에 따라 제조된 면광원 장치의 휘도를 나타낸 사진이다.
도 7은 도 6의 면광원 장치 내의 수은 분포를 나타낸 사진이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
310 : 성형부　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　320 : 배기부
330 : 확산부　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　340 : 급냉부
본 발명은 면광원 장치의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면 형태로 광을 출사하는 면광원 장치를 제조하는 방법과, 이러한 방법을 수행하기에 적합한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정(liquid crystal; LC)은 전기적 특성 및 광학적 특성을 함께 갖는다. 액정은 전기적 특성에 의해 전계의 방향에 대응하여 배열이 변경되고,　 광학적 특성에 의해 배열에 대응하여 광의 투과율을 변경시킨다.
액정표시장치는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이한다. 액정표시장치는 CRT 등에 비하여 부피가 매우 작고 무게가 가벼운 장점을 갖고, 이 결과 휴대용 컴퓨터, 통신 기기, 액정 TV(liquid crystal television receiver) 및 우주 항공 산업 등에 널리 사용되고 있다.
액정을 제어하기 위해, 액정표시장치는 액정을 제어하는 액정 제어 파트(liquid crystal controlling part) 및 액정에 광을 공급하는 광 공급 파트(light supplying part)를 필요로 한다.
액정 제어 파트는 제1기판에 배치된 화소전극(pixel electrode), 제2기판에 배치된 공통전극(common electrode) 및 화소전극과 공통전극의 사이에 개재된 액정을 포함한다. 화소전극은 해상도에 대응하여 다수개로 이루어지고, 공통전극은 화소전극과 대향하며 1개로 이루어진다. 각 화소전극에는 서로 다른 레벨을 갖는 화 소전압(pixel voltage)을 인가하기 위해 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)가 연결되고, 공통전극에는 동일한 레벨의 레퍼런스 전압(reference voltage)이 인가된다. 화소 전극 및 공통전극은 도전성을 갖는 투명한 물질로 이루어진다.
광 공급 파트는 액정 제어 파트의 액정에 광을 공급한다. 광은 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 광 공급 파트의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 좌우된다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.
종래 액정표시장치의 광 공급 파트는 막대 형상을 갖는 냉음극선관 방식 램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 도트 형상을 갖는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)가 주로 사용된다. 냉음극선관 방식 램프는 휘도가 높고 수명이 길으며, 백열등에 비하여 매우 작은 발열량을 갖는 장점을 갖는다. 한편, 발광 다이오드는 휘도가 높다는 장점을 갖는다. 그러나 종래 냉음극선관 방식 램프 또는 발광 다이오드는 휘도 균일성이 취약한 단점을 갖는다.
따라서, 냉음극선관 방식 램프 또는 발광 다이오드를 광원으로 갖는 광 공급 파트는 휘도 균일성을 증가시키기 위해 도광판(light guide panel; LGP), 확산 부재(diffusion member) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 광학 부재(optical member)를 포함한다. 이로 인해 냉음극선관 방식 램프 또는 발광 다이오드를 사용하는 액정표시장치는 광학 부재에 의한 부피 및 무게가 크게 증가되는 문제점을 갖는다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 평판 형태의 면광원 장치가 제시되었다. 종 래의 면광원 장치는 격벽 분리형과 격벽 일체형으로 구분할 수 있다.
종래의 격벽 분리형 면광원 장치는 제 1 기판, 제 1 기판 상에 배치된 제 2 기판, 및 제 1 및 제 2 기판의 가장자리 사이에 배치되어 내부 공간을 한정하는 밀봉부재를 포함한다. 격벽들이 내부 공간에 배열되어, 내부 공간을 수은 가스를 포함하는 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들로 구획한다. 제 1 및 제 2 기판의 내면들에는 형광층이 형성된다. 방전 가스로 전압을 인가하기 위한 전극이 제 1 및 제 2 기판의 양측 가장자리 외면을 따라 형성된다.
한편, 종래의 격벽 일체형 면광원 장치는 제 1 기판과, 제 1 기판 상에 배치된 제 2 기판을 포함한다. 제 2 기판은 복수개의 격벽부를 일체로 갖는다. 격벽부들이 제 1 기판에 맞대어져서, 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들이 형성된다. 최외곽 격벽부들은 실링용 프릿을 매개로 제 1 기판에 접합된다. 제 1 및 제 2 기판의 내면들에 형광층이 형성된다. 방전 가스로 전압을 인가하기 위한 전극은 제 1 및 제 2 기판의 외주면을 둘러싼다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 격벽 분리형 면광원 장치를 제조하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 밀봉 부재를 제 1 기판의 가장자리 상에 형성한다. 격벽들을 제 1 기판의 중앙부 상에 형성한다. 그런 다음, 제 2 기판을 밀봉부재와 격벽들 상에 접합하여, 광원 몸체를 완성한다. 이때, 광원 몸체는 배기공과 수은 주입공을 갖는다.
배기공을 통해서 광원 몸체 내부를 배기시킴과 아울러 광원 몸체를 가열하여, 광원 몸체 내의 불순물을 제거한다. 이어서, 수은 주입공을 통해서 수은 게터 를 광원 몸체 내로 투입시킨다. 광원 몸체를 250℃ 이상으로 가열하여, 수은 게터를 활성화시킨다. 가열된 수은 게터로부터 수은 가스가 방출됨으로써, 수은 가스가 광원 몸체 내부에서 확산된다.
마지막으로, 전극을 제 1 기판과 제 2 기판의 양측 가장자리 외주면에 형성한다. 전극은 도전성 테이프를 부착하는 방식 또는 도전성 페이스트를 도포하는 방식으로 형성할 수 있다.
그런데, 종래의 면광원 장치의 제조 방법에서는, 수은 가스를 광원 몸체 내에서 확산시킨 후, 상온까지 광원 몸체를 서냉시킨다. 즉, 종래에는, 광원 몸체를 상온까지 천천히 냉각시킨다. 여기서, 액화된 수은은 온도에 매우 민감한 특성을 갖는다. 즉, 상대적으로 온도가 낮은 부분으로 액화 수은이 쏠리게 된다. 한편, 면광원 장치에 요구되는 수은의 질량을 고려하였을 때, 방전 공간 내의 수은 가스는 150℃ 내지 250℃에서 액화되기 시작한다.
이로 인하여, 광원 몸체가 250℃에서 상온까지 서냉되는 동안, 150℃ 내지 250℃ 구간에서 수은 가스가 액화된다. 액화된 수은은 광원 몸체 내부의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 영역에 집중됨으로써, 수은이 광원 몸체 내에 균일하게 분포할 수가 없게 된다. 수은이 부족한 광원 몸체 내의 영역은 암부 또는 핑키 영역이 되므로, 결과적으로 면광원 장치의 휘도 균일도가 크게 저하된다.
본 발명은 수은을 광원 몸체 내에 균일하게 분포시킬 수 있는 면광원 장치의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법을 수행하기에 적합한 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 면광원 장치의 제조 방법에 따르면, 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형한다. 이어서, 방전 공간 내의 불순물을 제거한다. 그런 다음, 수은 가스를 방전 공간들로 확산시킨다. 이어서, 수은 가스가 액화되는 온도 범위에서 머무르게 되는 시간을 단축시키기 위해서, 방전 공간 내에서 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 광원 몸체를 급냉시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수은을 방출시키는 수은 게터를 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상의 의 온도로 가열한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원 몸체를 수은이 기체로 존재하는 온도까지 서냉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광원 몸체로 냉각 가스를 분사하여 광원 몸체를 급냉시킬 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 면광원 제조 장치는 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형하기 위한 성형부를 포함한다. 배기부가 방전 공간 내의 불순물을 제거한다. 확산부가 수은 게터를 가열하여, 수은 게터로부터 수은 가스를 방전 공간들로 방출시킨다. 급냉부가 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 광원 몸체를 급냉시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 급냉부는 광원 몸체로 냉각 가스를 분사하는 노즐을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 수은 가스를 광원 몸체 내에서 확산시킨 후, 방전 공간 내의 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 광원 몸체를 강제적으로 급냉시키게 된다. 따라서, 수은 가스가 액화되는 온도 범위에서 머무르게 되는 시간이 크게 단축됨으로써, 액화된 수은이 방전 공간 내에서 온도가 낮은 영역으로 이동하는 현상이 억제된다. 결과적으로, 수은은 방전 공간 내에 균일하게 분포할 수가 있게 되어, 면광원 장치가 향상된 휘도 균일도를 갖게 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.
면광원 제조 장치
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면광원 제조 장치를 나타낸 블럭도이고, 도 2는 도 1의 면광원 제조 장치를 이용해서 제조된 격벽 분리형 광원 몸체를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 면광원 제조 장치를 이용해서 제조된 격벽 일체형 광원 몸체를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 면광원 제조 장치(300)는 성형부(310), 배기부(320), 확산부(330) 및 급냉부(340)를 포함한다.
성형부(310)는 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형한다. 예를 들어서, 성형부(310)는 도 2에 도시된 격벽 분리형 광원 몸체(100)를 성형하거나 또는 도 3에 도시된 격벽 일체형 광원 몸체(200)를 성형한다.
배기부(320)는 광원 몸체에 형성된 배기공을 통해서 진공을 인가함으로써, 광원 몸체 내의 불순물들을 제거한다. 따라서, 배기부(320)는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
확산부(330)는 광원 몸체에 형성된 수은 주입공을 통해서 광원 몸체 내로 투입된 수은 게터를 가열하여, 수은 게터로부터 수은 가스를 방전 공간들로 방출시킨다. 여기서, 확산부(330)는 수은 게터를 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상의 온도로 가열한다.
급냉부(340)는 광원 몸체를 방전 공간 내의 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 급냉시킨다. 방전 공간 내로 투입된 수은의 양에 따라 액화되는 온도가 달라질 수 있지만, 면광원 장치에 필요한 수은의 질량을 고려하였을 때, 수은 가스가 액화되기 시작하는 온도는 대략 150℃ 내지 250℃ 정도이다. 따라서, 급냉을 시작하는 온도는 대략 150℃ 이상이면 된다. 즉, 급냉부(340)는 방전 공간 내의 수은 가스가 기체로 존재하는 온도부터 상온까지 광원 몸체를 강제적으로 빠른 시간 내에 냉각시킴으로써, 수은이 액화된 상태로 머무르게 되는 시간을 최대한 단축한다. 따라서, 액화된 수은이 방전 공간 내의 낮은 온도를 갖는 영역으로 서서히 이동하는 현상이 억제된다. 결과적으로, 수은은 방전 공간 내에 균일하게 분포될 수가 있다.
이러한 기능을 하는 급냉부(340)는 냉각 가스를 광원 몸체로 분사하는 노즐(345)를 포함할 수 있다. 냉각 가스로는 냉각 에어를 예로 들 수 있다. 또는, 급냉부(340)는 냉각수가 순환되는 라인을 포함하여, 냉각수를 이용해서 광원 몸체를 급 냉시킬 수도 있을 것이다.
면광원 장치의 제조 방법
도 4는 도 2의 장치를 이용해서 면광원 장치를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 단계 S401에서, 성형부(310)가 도 2의 격벽 분리형 광원 몸체(100) 또는 도 3의 격벽 일체형 광원 몸체(200)를 성형한다.
도 2의 격벽 분리형 광원 몸체(100)를 성형하는 방법은 다음과 같다. 제 1 기판(111)의 가장자리 상에 밀봉부재(130)를 형성한다. 제 1 기판(111)의 중앙부 상에 제 1 방향을 따라 복수개의 격벽(120)들을 형성한다. 격벽(120)들은 사행 구조로 배열되어, 방전 가스의 이동 통로를 제공한다. 또는, 격벽(120)들에 연통공들을 형성할 수도 있다. 여기서, 격벽(120)들을 밀봉부재(130)보다 먼저 형성할 수도 있다. 제 2 기판(112)을 밀봉부재와 격벽들 상에 접합하여, 복수개의 방전 공간(140)들을 형성한다. 제 1 및 제 2 기판(111, 112)의 양측 외주면에 전극(150)을 형성하여, 격벽 분리형 광원 몸체(100)를 완성한다. 여기서, 전극(150)은 도전성 페이스를 도포하거나 도전성 테이프를 부착하는 방법을 통해 형성할 수 있다.
도 3의 격벽 일체형 광원 몸체(200)를 형성하는 방법에서는, 제 2 기판(212)의 격벽부(220)들을 제 1 기판(211) 상에 접합하여, 제 1 및 제 2 기판(211, 212) 사이에 복수개의 방전 공간(240)들을 형성한다. 제 2 기판(212)에는 사선형 통로(225)가 형성된다. 전극(250)을 제 1 및 제 2 기판(211, 212)의 양측 외주면에 형 성하여, 격벽 일체형 광원 몸체(200)를 완성한다. 여기서, 전극(250)은 도전성 페이스를 도포하거나 도전성 테이프를 부착하는 방법을 통해 형성할 수 있다.
단계 S403에서, 배기부(320)가 광원 몸체의 배기공을 통해서 진공을 인가하여, 광원 몸체 내의 불순물들을 제거한다. 불순물 제거가 완료되면, 배기공을 밀봉한다.
단계 S405에서, 광원 몸체의 수은 주입공을 통해서 수은 게터를 광원 몸체 내로 투입한다.
단계 S407에서, 확산부(330)가 수은 게터를 350℃ 이상, 바람직하게는 400℃ 이상의 온도로 가열한다. 그러면, 수은 게터로부터 수은 가스가 방전 공간들로 방출된다. 방출된 수은 가스는 방전 공간들 내에서 확산되어, 방전 공간들 내에 균일하게 분포된다.
단계 S409에서, 광원 몸체를 수은 가스의 액화 온도 전까지 서냉시킨다. 즉, 광원 몸체를 250℃ 또는 150℃ 이상의 온도까지 천천히 냉각시킨다. 광원 몸체를 수은 가스의 액화 온도 전까지 서냉시키므로, 가스 상태인 수은이 방전 공간 내의 낮은 온도를 갖는 영역으로 서서히 이동하지는 않는다.
단계 S411에서, 급냉부(340)가 노즐(345)로부터 냉각 가스를 광원 몸체로 분사하여, 광원 몸체를 방전 공간 내의 수은이 기체로 존재하는 온도부터 상온까지 급냉시킨다. 따라서, 수은 가스는 액화 온도 이후부터 액체 상태로 상변이된다. 여기서, 액체 상태의 수은이 액화 온도 이후부터 장시간 동안 머무르게 되면, 액화 수은은 방전 공간 내의 낮은 온도를 갖는 영역으로 서서히 이동하게 된다. 반면에, 본 발명과 같이, 광원 몸체를 수은 가스의 액화 온도로부터 상온까지 빠르게 냉각시키면, 액화 수은에게는 방전 공간 내의 낮은 온도를 갖는 영역으로 이동할 시간적 여유가 충분히 주어지지 않는다. 따라서, 액화 수은은 방전 공간 내에서 균일하게 분포된 상태로 유지된다.
결과적으로, 수은이 방전 공간 내에 균일하게 분포됨으로써, 면광원 장치에서 암부 영역이나 핑키 영역이 줄어들게 된다. 즉, 본 발명의 방법에 따라 제조된 면광원 장치는 향상된 휘도 균일도를 갖게 된다.
수은 투입량 대비 기화온도 관계
기화온도 (OC) 수은증기압 P (Torr) 램프 내 원자수 N 몰수 질량 (mg)
16 0.001 1.3x1016 2.1x10-8 0.0040
80 0.1 1.1x1018 1.8x10-6 0.35
125 1 0.94x1019 1.5x10-5 3.1
185 10 0.82x1020 1.4x10-4 26
250 74 5.3x1020 8.8x10-4 176
광원장치를 이루기 위한 적합한 수은의 양을 10mg이상이라고 하였을 때 수은이 액화되는 온도는 약 150 OC이하라고 할 수 있다.
면광원 장치들의 휘도 균일도 평가
250℃의 온도에서 70mg의 수은을 확산시킨 후, 광원 몸체를 상온까지 서냉시켰다. 그런 다음, 광원 몸체에 전압을 인가하여, 광원 몸체의 휘도를 관찰하였다. 도 5는 나타난 바와 같이, 광원 몸체에 암부 영역과 핑키 영역이 국부적으로 나타 나고 있음을 알 수 있다. 이는, 서냉된 광원 몸체 내에서 액화 수은이 낮은 온도를 갖는 영역으로 서서히 이동하여, 수은이 불균일하게 분포된 것에 기인한 것으로 예측할 수 있다.
한편, 400℃의 온도에서 수은을 확산시킨 후, 200℃의 온도로부터 상온까지 광원 몸체를 급냉시켰다. 그런 다음, 광원 몸체에 전압을 인가하여, 광원 몸체의 휘도를 관찰하였다. 도 6에 나타난 바와 같이, 광원 몸체에는 암부 영역과 핑키 영역이 도 5의 광원 몸체와 비교해서 상당히 감소하였음을 알 수 있다. 즉, 도 7에 나타난 바와 같이, 액화 수은이 광원 몸체 내에 균일하게 분포하였음을 알 수 있다. 이는, 광원 몸체가 급속도로 냉각됨으로써, 액화 수은이 온도가 낮은 영역으로 이동할 시간이 충분하지 않은 것으로 파악된다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 수은을 확산시킨 후, 광원 몸체를 상온까지 급냉시킴으로써, 액화 수은이 낮은 온도를 갖는 영역으로 이동하는 현상을 억제한다. 따라서, 수은이 광원 몸체 내에 균일하게 분포될 수가 있게 되어, 면광원 장치가 향상된 휘도 균일도를 갖게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형하는 단계;
    상기 방전 공간 내의 불순물을 제거하는 단계;
    상기 방전 공간들 내로 수은 가스를 확산시키는 단계; 및
    상기 방전 공간 내의 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 상기 광원 몸체를 급냉시키는 단계를 포함하는 면광원 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수은 가스를 확산시키는 단계는
    상기 방전 공간들 내로 수은 게터를 투입하는 단계; 및
    상기 수은 게터를350℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수은 게터를 400℃ 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원 몸체를 상기 수은 가스가 기체로 존재하는 온도까지 서냉시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광원 몸체를 급냉시키는 단계는 150℃ 이상의 온도로부터 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광원 몸체를 급냉시키는 단계는 상기 광원 몸체로 냉각 가스를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 방전 가스가 주입되는 복수개의 방전 공간들을 갖는 광원 몸체를 성형하기 위한 성형부;
    상기 방전 공간 내의 불순물을 제거하기 위한 배기부;
    상기 방전 공간들로 수은 가스를 확산시키기 위한 확산부; 및
    상기 수은 가스가 기체로 존재하는 온도로부터 상온까지 상기 광원 몸체를 급냉시키기 위한 급냉부를 포함하는 면광원 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 급냉부는 상기 광원 몸체로 냉각 가스를 분사하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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