KR20070073223A - 디스플레이 소자용 조명 장치, 이를 포함하는 백라이트유닛 및 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판;

상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극;

상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층;

상기 하부 기판의 상면에 형성된 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극 상에 형성되는 전자 방출원; 및

상기 전자 방출원과 상기 형광체층 사이에 각각 이격되어 구비된 반사막을 포함하는 디스플레이 소자용 조명 장치에 있어서, 상기 반사막의 형광체층을 향하는 표면에 상기 형광체층으로부터 방출된 광을 확산시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치는 빛이 균일한 조도로 확산 또는 산란되도록 하기 위하여 반사막에 패턴을 형성함으로써, 휘도의 균일성을 향상시키는 효과를 가져온다.

디스플레이 소자용 조명 장치, 전자 방출원, 패턴, 반사막, 휘도 균일성

Description

디스플레이 소자용 조명 장치, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치{Illuminating device for display apparatus, backlight unit including the same and liquid crystal display using the backlight unit}

도 1은 기존의 CNT-BLU (탄소나노튜브-백라이트 유닛)을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 기존의 Al 반사막을 포함하고 있는 CNT-BLU을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 패턴이 형성된 반사막을 포함하고 있는 CNT-BLU을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4a는 기존의 확산판 패턴의 형성 방법을 도시한 것이고, 도 4b는 이에 의해 패턴이 형성된 확산판 표면 (POC사 POC20)에 대한 평면 사진이다.

도 5는 본 발명의 제작 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

10: 캐소드 전극 30: 애노드 전극

20: 형광체층 40, 50: 반사막

본 발명은 디스플레이 소자용 조명 장치, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휘도의 균일성을 높이는 디스플레이 소자용 조명 장치, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 디스플레이 (Liquid Crystal Display; LCD)와 같은 비발광형 디스플레이 소자 (Non emissive display)의 경우, 백라이트 유닛 (back light unit)과 같은 별도의 조명장치를 필요로 한다.

종래의 백라이트 유닛으로는 선광원으로서 냉음극 형광램프 (CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드 (LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 백라이트 유닛은 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고, 광원이 측면에 있어서 광의 반사와 투과에 따른 전력 소모가 큰 단점이 있다. 특히, 액정 표시장치가 대형화할수록 휘도의 균일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 상기한 문제점을 해소하기 위하여 평면발광 구조를 가진 전계방출형 (field emission type)의 백라이트 유닛이 제안되고 있다. 이러한 전계방출형 백라이트 유닛은 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 유닛에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.

상기 비교적 균일한 휘도를 얻기 위해서 종래의 액정표시장치는 광산란수단 을 구비하고 있는데, 광산란효과를 증진시키기 위해서 액정패널과의 사이에 다수의 확산판 및/또는 확산필름 등이 배치된다. 그러나, 상기 확산판 및/또는 확산필름을 사용하는 경우, 확산판 및/또는 확산필름 자체에 의한 광량 반사 및 흡수로 인하여 휘도 저하의 손실이 발생한다. 아울러, 종래의 확산판 및/또는 확산필름에 의한 얻어지는 휘도의 균일성 향상 효과보다 더욱 높은 정도의 휘도 균일성이 요구되어 지고 있다.

탄소나노튜브 (carbon nanotube: CNT)는 수 나노미터의 중공을 갖는 튜브형상으로 성장되고, 이러한 특성에 의해 탄소나노튜브라 불리운다. 탄소나노튜브는 박막형태로 제조되어 전계방출 표시소자 (FED; field effect display)용 팁소자 또는 연료전지나 2차전지의 양극으로 이용되고 있다.

도 1을 참조하면, CNT와 같은 전자 방출원으로부터 방출된 전자가 RGB 형광체를 여기시키면서 발광하게 된다. 이때, 형광체로부터 발광된 광 중에서 전면 방향의 빛만 우리 눈에 들어오게 되고 나머지 광은 손실되게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 한가지 방법으로서 도 2와 같이 형광체 하부에 Al과 같은 금속 반사막을 일정 거리를 두고 형성하여 형광체 하부 방향의 빛을 반사시켜줌으로써 손실을 줄이고자 하였다. 하지만 점 형태로 발광되는 형광체의 특성상 전체적으로 균일한 밝기의 광을 얻기가 쉽지 않았다. 따라서 역시 휘도의 불균형의 문제가 여전하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하여, 휘도의 균 일성이 개선된 디스플레이 소자용 조명 장치, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 제1 태양에서,

서로 이격되어 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판;

상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극;

상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층;

상기 하부 기판의 상면에 형성된 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극 상에 형성되는 전자 방출원; 및

상기 전자 방출원과 상기 형광체층 사이에 각각 이격되어 구비된 반사막을 포함하는 디스플레이 소자용 조명 장치에 있어서, 상기 반사막의 형광체층을 향하는 표면에 상기 형광체층으로부터 방출된 광을 확산시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 다른 목적을 달성하기 위한 제2 태양에서, 상기 디스플레이 소자용 조명 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 제3 태양에서, 상기 백라이트 유닛을 구비하고 있는 액정표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 상기 형광체층으로부터 방출된 광을 확산시키기 위한 패턴이 형성된 반사막을 구비하고 있는 디스플레이 소자용 조명 장치는 반사막의 사용에 의해 발광 효율을 제고시키고, 광 산란을 유도하는 패턴에 의해 휘도의 균일도가 향상된 효과를 가져오며, 그에 따라 확산 필름을 사용하지 않게 됨으로써 확산 필름에 의한 광량 반사 및 흡수 손실을 제거한 효과를 갖는다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판; 상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층; 상기 하부 기판의 상면에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성되는 전자 방출원; 및 상기 전자 방출원과 상기 형광체층 사이에 각각 이격되어 구비된 반사막을 포함하는 디스플레이 소자용 조명 장치에 있어서, 상기 반사막의 형광체층을 향하는 표면에 상기 형광체층으로부터 방출된 광을 확산시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치를 제공한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상부 기판 및 하부 기판 (미도시)이 소정의 간격을 두고 배치된다. 상기 하부 기판 상에는 캐소드 전극 (10)이 설치되어 있으며, 캐소드 전극 (10) 상에는 전자 방출원 (미도시)이 형성되어 있다. 상기 상부 기판의 하면에는 애노드 전극 (30)이 형성되어 있으며, 애노드 전극 (30) 상에는 형광체층 (20)이 형성되어 있다. 상기 전자 방출원과 상기 형광체층 (20) 사이에는 패턴이 형성된 반사막 (50)이 구비되어 있다. 상기 반사막 (50)은 도 2의 반사막 (40)에서와 같이 소정의 간격의 틈이 균일하게 배열되어 있는 형태이다.

상기 캐소드 전극 (10) 및 애노드 전극 (30)에 소정의 전압을 인가하면, 전자 방출원 (미도시)으로부터 전자가 방출되어서 애노드 (30)쪽을 향해서 반사막의 균일하게 배열된 틈 사이를 통과하여 형광체층으로 유도된다. 즉, 상기 캐소드 (10) 상의 전자 방출원으로부터 방출된 전자들은 전자빔화하여 상기 형광체층 (20)으로 유도되어 상기 형광체층 (20)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 상기 형광체층 (20)의 R, G, B 형광물질들이 여기되어 백색의 가시광을 발산하게 되는 것이다. 상기 형광체층 (20)으로부터 발산된 광 중 하부 기판 쪽으로 향하는 광은 반사막에서 반사되어 전면, 즉, 상부 기판 쪽으로 향하게 되는데, 이때 반사판에 형성된 패턴에 의해 일정한 확산각으로 펼쳐줌으로써, 패턴이 형성되지 않은 반사막을 사용한 경우보다 휘도의 균일성이 향상되는 효과를 가져온다. 통상적으로 Al 반사막은 CRT 등에서 휘도를 향상시키는 목적으로 사용됨에 반하여, 본 발명에서는 상기 반사막에 패턴을 형성함으로써, 휘도의 균일성을 향상시키는 데에 그 주요 목적이 있다는 점에 차이가 있다.

상기 반사막의 패턴은 일반적인 확산판, 도광판에 적용되는 패턴이 적용될 수 있는데, 다시 말해서, 규칙 및/또는 불규칙한 요철 패턴일 수 있다.

상기 요철 패턴은 구조화된 표면을 가지는 미세 패턴일 수 있다. 이러한 미세 패턴은 반구형, 사각형, 삼각형, 타원형 등의 모양의 양각이나 음각 패턴일 수 있다. 상기 요철 패턴은 반복 패턴을 거의 빈틈 없이 좌우 상하로 주기적으로 배열할 수 있다. 또한, 랜덤한 형상이나 치수를 갖는 볼록부를 랜덤하게 배치시켜서 반복 패턴을 구성할 수도 있다.

이러한 패턴은 사출 성형하거나, 혹은 이미 제작된 시트 형태의 기판에 열프레스 가공, 보다 구체적으로는 스탬핑 방식을 이용할 수 있으며, 이외에도 열 혹은 자외선 경화성 아크릴 혹은 기판과 동일한 소재의 재료를 사용하여 인쇄방법으로 부착시킨 후 경화하여 얻을 수도 있으며, 전체 영역에 대한 비균일한 샌드블라스터 가공에 의해서도 얻을 수 있다.

또는, 스크린 인쇄로서 광산란 잉크 패턴을 형성시키는 방법, 사출시 전사필름을 사용하거나, 금형에 직접 요철면을 가공하여 사출하는 방법, 사출된 반사막에 직접 광산란 패턴을 가공하는 방법 등이 있다.

이러한 구조화 표면을 가지는 미세 패턴이 있는 반사막은 마스터와 필름모재를 가열하고 압착시켜 미세 패턴을 형성하는 핫 엠보싱방법과, 마스터 상에 자외선경화도료 (포토폴리머)를 코팅한 다음 필름모재의 표면을 압착시킨 후 자외선을 조사하여 미세 패턴을 필름모재로 전사하는 자외선 경화형 엠보싱 방법 등을 통해 제조될 수 있다.

특히 대량생산을 위해서는 롤-투-롤 (Roll To Roll) 타입의 엠보싱 방법이 많이 이용되고 있으며, 여기서, 롤타입 자외선 경화형 엠보싱은, 필름 모재의 표면에 자외선 경화도료인 포토폴리머를 코팅하고 패턴이 형성된 마스터롤로서 필름 모재의 표면을 압착시킴과 동시에 자외선 경화기로 경화시키는 방법이며, 롤-투-롤 경우의 핫 엠보싱은 히터가 내장되어 자체 발열되며 표면에 미세 패턴이 형성된 롤러 스탬퍼와 가압롤러를 대접되게 설치하고 두 롤러 사이로 필름 모재를 통과시킴으로써 열가압에 의해 필름 모재의 표면에 패턴을 형성하는 방법이다.

또한, 상기 요철 패턴은 홀로그래픽 패턴일 수 있다. 홀로그래픽 패턴은 다음과 같은 홀로그래픽 확산판의 일반적인 제조 공정에 따라 형성될 수 있다.

먼저 원판을 형성해야하는데, 유리판 상부에 포토레지스트를 형성하고, 포토레지스트 상부에 일정한 두께의 스페이서를 형성한 다음, 상부 전면에 간 유리판을 형성하고, 레이저를 이용하여 스페이서가 형성되지 않은 영역의 포토레지스트를 감광시킨다. 상기 간 유리판과 스페이서가 제거된 유리판과 포토레지스트 구조물을 현상액에서 현상한다. 이러한 현상에 의해 포토레지스트의 감광된 영역이 현상되어 랜덤한 요철을 갖는 원판이 형성된다.

다음으로, 홀로그래픽 패턴을 만드는 공정을 설명하면, 상기 원판 상에 은 (silver)막을 얇게 입힌 다음 전기도금 방식으로 형성하여 원판과 요철의 형상이 동일한 니켈판을 형성한다. 상기 은판을 분리한 다음, 니켈판 상에 다시 니켈을 전기도금 방식으로 형성하여 원판과 요철의 형상이 반대인 니켈스탬퍼 (stamper)를 형성한다. 이후, 니켈판을 분리한다. 히터 상에 유리판과 자외선 경화 수지층이 적층된 구조물을 형성하고, 수지층 상부에 상기 니켈스탬퍼를 올려놓고, 수지층의 유리전이온도보다 높은 온도에서 롤러로 눌러 찍는다. 상기 히터 상부에 니켈스템퍼가 위치하도록 위집은 다음 자외선 램프로부터 유리판을 투과하도록 자외선을 인가하여 수지층을 경화시켜 랜덤한 요철 형상의 원판을 재현한다. 이후 니켈스탬퍼를 분리한다. 상기 스탬퍼가 분리된 결과물의 상부 전면에 상기 수지층과 굴절률이 다른 자외선 경화 수지층을 형성하여 평탄화한 다음 자외선 램프로부터 자외선을 인가하여 수지층을 경화시킨다. 이때, 수지층이 수지층에 비해 큰 굴절률을 갖 도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 4a는 기존의 확산판 패턴의 형성 방법을 도시한 것이고, 도 4b는 이에 의해 패턴이 형성된 확산판 표면에 대한 평면 사진 (POC사 POC20)으로서, 확산판에 형성된 홀로그래픽 확산 패턴을 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명의 일 구현예에 의한 패턴이 형성된 반사막의 제조 방법을 나타낸다. 도 5에서의 패턴은 도 4의 홀로그래픽 확산 패턴의 제조에서와 같이 홀로그래픽 확산 패턴 형성 방법을 이용하여 적절한 확산 각을 갖도록 포토레지스트를 이용하여 마스터를 제작한 것이고, 이를 이용하여 제조한 것이다. 형광체층 (20) 상부로부터 소정의 거리를 이격하여 반사막 (50)을 형성시키기 위해서, 형광체층 (20) 상부에 중간막 (70)을 형성하고, 상기 중간막 (70) 표면에 상기 확산판 마스터 패턴 (60)을 압착 등의 방법으로 표면 요철 형태로 만들어 준 후, 알루미늄 등을 증착함으로써 본 발명의 구조를 형성하게 된다. 이때, 중각막은 소성하여 휘발시킴으로써 제거한다.

바람직하게는, 상기 전자 방출원으로서 탄소나노튜브 (CNT)를 사용한다. 탄소나노튜브는 비교적 낮은 구동 전압에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있는 장점이 있다. 또한, 페이스트 형태의 CNT, 혹은 기능성 CNT를 사용하게 되면 넓은 기판에 CNT 에미터를 용이하게 형성할 수 있으므로, 대면적의 백라이트 유닛의 제작이 가능한 장점이 있다. 더욱이 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극을 종래와 같은 박막이 아닌 후막으로 형성하게 되므로 대면적 백라이트 유닛의 제작이 더욱 용이해지며, 경제성도 현저해진다.

바람직하게는 상기 반사막은 형광체층으로부터 0.5 내지 1 ㎛ 이격되어 위치한다. 상기 반사막이 0.5 ㎛ 미만으로 이격된 경우 휘도가 감소하고, 1 ㎛ 초과하여 이격된 경우 형광체로부터 들떠 있게 되어 전자에 의한 아킹 (arcing)이 발생할 수 있다.

바람직하게는, 상기 반사막은 Al 일 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치는 확산판 또는 확산필름을 사용하지 않음으로써, 확산판 또는 확산 필름에 의한 광량 반사 및 흡수 손실을 없앨 수 있게 되어, 결과적으로 패턴이 형성되지 않은 반사막을 사용한 경우의 디스플레이 소자용 조명 장치에 비해서 휘도의 향상의 효과도 얻을 수 있을 뿐 아니라, 백라이트 유닛의 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제2 태양은, 본 발명에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.

본 발명의 제3 태양은, 상기 백라이트 유닛을 구비하고 있는 액정표시장치를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 상술한 액정표시장치 뿐만 아니라, 백라이트 유닛이 구비되어야 하는 다양한 전자기기, 예컨대, 노트북 컴퓨터, 전자계산기 또는 디지털 캠코더 등에서 전반적으로 유용한 효과를 나타낸다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

포토레지스트를 기록원판에 도포한 후 약 13 mJ/cm²의 강도로 노광하였다. 이를 현상, 세정하여 패턴이 형성된 마스터를 제작하였다. 형광체층 상부로부터 소정의 거리를 이격하여 중간막을 형성하였다. 상기 중간막 표면에 상기 확산판 마스터 패턴 (60)을 압착하여 표면 요철 형태로 만들어 준 후, 알루미늄 등을 증착함으로써 패턴이 형성된 반사막을 형성하였다. 이후 450 ℃의 온도에서 30 분 동안 소성하여 중간막을 휘발시켜 제거하였다.

본 발명에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치는 빛이 균일한 조도로 확산 또는 산란되도록 하기 위하여 반사막에 패턴을 형성함으로써, 휘도의 균일성을 향상시키는 효과를 가져온다.

Claims (9)

1. 서로 이격되어 대향되게 배치되는 상부 기판 및 하부 기판;

   상기 상부 기판의 하면에 형성되는 애노드 전극;

   상기 애노드 전극의 하면에 형성되는 형광체층;

   상기 하부 기판의 상면에 형성된 캐소드 전극;

   상기 캐소드 전극 상에 형성되는 전자 방출원; 및

   상기 전자 방출원과 상기 형광체층 사이에 각각 이격되어 구비된 반사막을 포함하는 디스플레이 소자용 조명 장치에 있어서, 상기 반사막의 형광체층을 향하는 표면에 상기 형광체층으로부터 방출된 광을 확산시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 요철 패턴인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 패턴은 미세 패턴으로서, 반구형, 사각형, 삼각형 및 타원형으로 이루어진 군으로부터 선택된 모양의 패턴인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 패턴은 홀로그래픽 패턴인 것을 특징으로 하는 디스플 레이 소자용 조명 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전자 방출원이 탄소나노튜브 (CNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 반사막은 형광체층으로부터 0.5 내지 1 ㎛ 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 반사막은 Al인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 소자용 조명 장치를 포함하는 백라이트 유닛.
9. 제8항에 따른 백라이트 유닛을 구비하고 있는 액정표시장치.

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