KR20080104606A - 면광원 장치 및 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 가시광 투과성 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체에 방전 전압을 인가하는 전극부와, 상기 광원 몸체의 적어도 일면에 형성되며, 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 색소를 함유하는 색상 보정층을 포함하는 면광원 장치를 제공한다. 상기 색상 보정층은 예를 들어 특정 파장 대역에서 최대 흡수율을 갖는 색소를 포함할 수 있다. 상기 색상 보정층은 광원 몸체의 외부 표면 또는 내면에 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있고, 특히 색재현성이 우수하여 액정표시장치의 고화질을 구현할 수 있다.

면광원, 방전 가스, 색재현성, 색상 보정

Description

면광원 장치 및 백라이트 유닛{LARGE SIZED SURFACE LIGHT SOURCE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}

도 1은 방전 채널을 구비하는 면광원 장치의 일례를 보인 사시도.

도 2는 도 1의 X-X'선 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 면광원 장치를 보인 사시도.

도 4는 도 3의 Y-Y'선 단면도.

도 5는 도 3의 다른 Y-Y'선 단면도.

도 6은 도 3의 또 다른 Y-Y'선 단면도.

도 7은 백라이트에서 발생되는 이상적인 가시광 스펙트럼을 보인 그래프.

도 8은 Xe을 사용한 면광원 장치의 가시광 스펙트럼을 보인 그래프.

도 9는 색상 보정층이 형성된 면광원 장치를 보인 단면도.

도 10은 내부에 색상 보정층이 형성된 면광원 장치를 보인 단면도.

도 11은 도 10의 A 부분 확대도.

도 12는 본 발명의 면광원 장치를 포함하는 백라이트 유닛의 전개 사시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

200:면광원 장치 210:제1기판

220:제2기판 230:사이드 스페이서

250:스페이서 300:색상 보정층

본 발명은 면광원 장치 및 백라이트 유닛에 관한 것으로, 색재현성이 향상된 면광원 장치를 제안한다.

액정표시장치는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이한다. 액정표시장치의 액정부는 스스로 빛을 발생시키지 못하는 수광 소자이기 때문에 별도로 후면 광원, 즉 백라이트를 요구한다.

후면 광원에서 공급되는 빛은 액정표시장치의 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 후면 광원의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 좌우된다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.

종래 액정표시장치의 후면 광원은 세관형 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 발광다이오드(light emitting diode; LED)가 주로 사용되었다. 냉음극형광램프는 휘도가 높고 수명이 길으며, 백열등에 비하여 매우 발열량이 매우 작은 장점이 있다. 한편, 발광다이오드는 소비 전력이 높으나 휘도가 우수한 장점이 있다. 그러나 냉음극형광램프 또는 발광다이오드는 휘도 균일성이 취약하다. 따라서, 기존의 후면 광원은 휘도 균일성을 증가시키기 위해 도광 판(light guide panel; LGP), 확산 부재(diffusion member) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 광학 부재(optical member)를 필요로 한다. 이로 인해 액정표시장치는 광학 부재에 의한 부피 및 무게가 크게 증가되는 문제점을 갖는다.

액정표시장치용 후면 광원으로서 평판 형태의 면광원 장치(flat fluorescent lamp : FFL)가 제안된 바 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 방전 채널을 구비하는 면광원 장치(100)의 일례를 도시하였다. 상기 면광원 장치(100)는 광원 몸체(110)와, 광원 몸체(110)의 양측 가장자리 외면에 구비된 전극부(160)를 포함한다.

상기 광원 몸체(110)는 소정 간격을 두고 대향 배치된 제1기판(112) 및 제2 기판(114)을 포함한다. 다수의 격벽부(140)들이 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어, 제1기판과 제2기판 사이의 공간을 복수의 방전 채널(120)로 구획한다. 제1기판(112) 및 제2기판(114)의 가장자리 사이에는 밀봉 부재(130)가 배치되어 상기 방전 채널(120)들을 외부와 격리시킨다. 상기 방전 채널(120) 내부의 방전 공간(150)에는 방전 가스가 주입된다.

상기 면광원 장치를 구동시키기 위하여 상기 제1기판(112) 및/또는 제2기판(114)에는 띠 형태의 한 쌍의 전극부(160)가 형성되어 있다.

이러한 면광원 장치는 한 쌍의 전극부가 서로 상당히 이격되어 있어 방전 메카니즘이 상이한 각종 방전 가스의 사용에 제한이 따른다. 또한, 채널 형성을 위하여 기판을 성형하여야 하며, 채널간 방전의 균일성이 확보되지 못할 경우 면광원 장치 전체의 휘도 균일성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 면광원 장치는 채널의 길이 방향으로 양단에서 인가된 전압이 내부의 방전 가스인 수은을 여기시켜 자외선을 발생시키는 방전 메카니즘을 갖는다. 그러나, 수은은 인체 유해성으로 인하여 친환경 제품에서 사용이 억제되기 때문에 새로운 방전 가스에 적합한 방전 메카니즘이 가능한 면광원 장치의 개발이 요구되고 있다.

최근 액정표시장치가 점점 더 대형화되면서 대면적 면광원 장치의 광특성에 대한 조건이 더욱 엄격해지고 있으며, 특히 고품질의 화질을 구현하기 위하여 높은 명암비, 색재현성의 향상 등이 강력히 요청되고 있다.

본 발명의 목적은 박형의 대면적 면광원 장치 및 백라이트를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 수은을 배제한 방전 가스에 적합한 면광원 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 색재현성이 크게 향상된 면광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 하나 이상의 가시광 투과성 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체에 방전 전압을 인가하는 전극부와, 상기 광원 몸체의 적어도 일면에 형성되며, 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 색소를 함유하는 색상 보정층을 포함하는 면광원 장치를 제공한다.

상기 색상 보정층은 예를 들어 특정 파장 대역에서 최대 흡수율을 갖는 색소를 포함할 수 있다. 상기 색상 보정층은 광원 몸체의 외부 표면 또는 내면에 형성될 수 있으며, 형성 두께는 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 색상 보정층은 고분자 물질을 사용한 베이스 필름 위에 색소를 함유하는 물질을 도포하여 이 필름을 광원 몸체 표면에 라미네이션시킬 수도 있으며, 색소 함유 물질이 포함된 수지를 광원 몸체 표면에 직접적으로 도포할 수도 있다.

본 발명은 또한, 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체에 방전 전압을 인가하는 전극부와, 상기 광원 몸체의 적어도 일면에 형성되며, 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 색소를 함유하는 색상 보정층을 포함하는 면광원 장치와; 상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및 상기 면광원 장치에 방전 전압을 인가하는 구동부를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.

본 발명에 따르면, 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있고, 특히 색재현성이 우수하여 액정표시장치의 고화질을 구현할 수 있다.

도 3은 본 발명예에 따른 평판형 면광원 장치(200)를 도시한 사시도이다. 상기 면광원 장치(200)는 광원 몸체로서 평판형 제1기판(210) 및 이와 동일 형상의 평판형 제2기판(220)을 포함한다. 상기 면광원 장치는 내부에 밀폐된 방전 공간이 있고, 일 표면(예를 들어 제1기판의 표면(210'))에는 후술하는 바와 같이 표면을 적어도 국부적으로 커버하는 면전극이 형성된다.

제1기판(210)과 제2기판(220)은 투명한 박판형 유리 기판이 바람직하며, 각각의 두께는 특별한 제한이 없지만 1 ~ 2 mm 내외, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께가 적당하다. 제1기판(210)과 제2기판(220)의 면적은 적용되는 백라이트 내지 액정표시장치의 사이즈에 따라 변경될 수 있다.

제1기판(210)과 제2기판(220)의 내면에는 형광층(미도시)이 도포되며, 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에는 반사막(미도시)이 더 형성될 수 있다. 제1기판(210)과 제2기판(220)은 소정 간격으로 서로 대향되며, 가장자리에는 도 4에 도시한 바와 같이 프릿(frit) 등의 측면 스페이서(230)가 삽입되어 밀폐된 내부 방전 공간(240)을 형성한다. 이와 달리 도 5에 도시한 바와 같이 양 기판의 가장자리를 가열에 의하여 직접 융착하여 밀폐된 내부 방전 공간(240)을 형성할 수도 있다.

상기 제1기판(210)과 제2기판(220)에 의하여 정의되는 내부는 하나의 열린 구조의 방전 공간(240)을 형성하며, 도 6에 도시한 바와 같이 스페이서(250)에 의하여 제1기판(210)과 제2기판(220)이 물리적으로 지지되고 있다. 상기 스페이서는 두 기판 사이에 별도로 배치시킬 수도 있고, 두 기판 중 일면을 부분적으로 돌출되도록 성형하여 형성할 수도 있다.

도시되지는 않았으나 상기 제1기판(210) 및/또는 제2기판(220)의 표면, 또는 내면에는 메쉬 타입 또는 스트라이프 타입의 전극부가 형성될 수 있으며, 표면 전체를 실질적으로 커버하는 면전극(surface electrode)이 형성될 수도 있다.

제1기판(210)과 제2기판(220) 사이의 간격은 기판 전체 면적과 대비할 때 매우 작아 내부 방전 공간의 진공 배기 및 방전 가스의 주입이 매우 용이하다. 뿐만 아니라, 방전 가스로서 수은 이외의 가스, 예를 들어 제논, 아르곤, 네온, 기타 불활성 가스 또는 이들의 혼합가스 등을 사용하여 가스 방전을 일으킬 수 있으며, 다라서 환경 친화적인 면광원 장치를 구성하는데 적합하다.

그런데, 제논, 네온 등의 방전 가스를 사용하여 플라즈마방전을 일으키게 되면, 방전에 의하여 발생되는 자외선 영역의 빛이 면광원 장치 내부에 형성된 형광층을 여기시켜 최종적으로 발생되는 가시광의 색상에 불완전성이 존재한다. 즉, 방전에 의하여 발생된 자외선이 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체를 균등하게 여기시켜 도 7의 이상적인 스펙트럼에서 볼 수 있는 바와 같이 적색, 녹색, 청색이 균등하게 조합된 화이트톤의 빛을 만들어내어야 하지만, 실제로는 특정 색상이 제대로 발현되지 못하여 완벽한 화이트톤의 가시광을 구현하지 못할 수 있다.

실제로, 광원 몸체 내부의 방전 가스로서 인체에 유해한 수은 대신 Xe을 사용하여 친환경적인 제품을 제조할 경우에 Xe의 플라즈마 방전시 오렌지색 계열의 빛이 발생될 수 있다. 이러한 오렌지색 계열의 빛은 다른 방전 가스를 사용하는 경우에도 부분적으로 발생된다.

이러한 오렌지색의 발현 원인은 도 8의 스펙트럼 그래프에서 알 수 있는데, 방전 가스의 플라즈마방전으로 발생되는 자외선(172nm)이 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 가시광을 균등하게 발생시키지 못하고, 적색 영역의 일부 파장과 녹색 영역의 일부 파장이 뒤섞인 네온광(N)에 유사한 빛을 생성하기 때문이다.

이 오렌지색 계열의 빛은 적색의 색순도를 떨어뜨리며, 전체적인 면광원의 색재현 범위를 축소시키게 된다. 본 발명자들이 확인한 바에 의하면 색재현성이 약 60 ~ 70% 정도로 CRT의 색재현성이 약 72%인 것과 비교할 때 상당히 낮다고 할 수 있다.

색재현성(color reproduction)은 디스플레이에서 색을 표현할 수 있는 능력에 해당하며, 일반적으로 CIE 색좌표에 R(적색), G(녹색), B(청색) 꼭지점을 표시하고 그 점을 이은 삼각형의 면적을 계산해 기준 면적(통상 NTSC 사용) 대비 퍼센트로 나타낼 수 있다. 색재현성이 높다는 것은 더 많은 색상을 표현할 수 있고, 많은 색상을 표현한다는 것은 더욱 사실에 가까운 색을 낸다는 뜻하기 때문에 높은 색재현성은 고화질 영상을 재현하는데 직접적으로 연관된다고 할 수 있다.

면광원 장치 내지 백라이트의 색재현성이 낮게 되면, 후면 광원으로부터 빛을 전달받아 영상을 표시하는 액정표시장치의 표시 품질이 매우 저하되며, 특히 적색 계열의 색상 구현이 매우 어렵다.

따라서, 면광원 장치에서 발생되는 빛의 색도를 제어하여 색재현성을 높이는 것이 대면적 백라이트에 요구되는 매우 중요한 조건이라고 할 수 있다. 본 발명에서는 앞서 상술한 대면적 면광원 장치(200)의 표면에 특정 파장 대역의 빛, 예를 들어 550 ~ 620nm 파장 대역의 빛(오렌지 광)을 인위적으로 낮출 수 있도록 도 9에 도시한 바와 같이 색상 보정층(300)을 형성한다.

상기 색상 보정층은 예를 들어 광원 몸체 표면에 특정 파장 대역에서 최대 흡수율을 갖는 색소를 함유한 수지층을 도포하여 형성할 수 있다. 이러한 색상 보정층이 특정 파장 대역의 빛을 흡수함으로써 방전 공간에서 발생되는 빛 중 해당 파장 대역의 빛이 외부로 투과되는 것을 방지한다.

따라서, 면광원 장치로부터 출사되는 전체적인 빛은 특정 대역에서 빛의 겹침에 따른 비정상 색상이 외부로 발현되지 않으며 색재현성이 매우 상승하게 된다. 본 발명자들이 확인한 바에 의하면 약 80 ~ 90%의 색재현성을 유지할 수 있었다. .

상기 색상 보정층은 예를 들어, PET와 같은 고분자 필름에 색소를 함유하는 도료를 준비하여 도포하고, 이 필름을 광원 몸체 표면에 라미네이션하여 일체화시킬 수 있다. 또한, 색소를 함유하는 도료를 준비한 후 광원 몸체 표면에 직접 코팅할 수도 있다.

색상 보정층에 사용되는 색소로는 목적하는 바에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 오렌지광을 차단하기 위해서는 시아닌계 색소로서, 카보시아닌 화합물, 디카보시아닌 화합물, 이들의 금속알킬레이트화물, 프탈로시안(phthalocyanine) 또는 이들의 혼합물을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 광원 몸체에 색상 보정층을 직접 도포하기 위하여 사용되는 수지로는 열경화성 수지, 상온 경화성 수지, 자외선 경화성 수지 등 통상적으로 사용되는 모든 수지가 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 색상 보정층은 도 9에 도시한 바와 같이 광원 몸체를 구성하는 기판(210)의 외면에 형성할 수도 있지만, 이와 달리 도 10에 도시한 것 처럼 기판(210)의 내면에도 형성될 수 있다. 기판의 내면에 형성되는 경우 색상 보정층과 형광층의 배치가 중요하다. 도 11을 참조하면, 빛의 출사 방향이 제2기판(220)에서 제1기판(210) 방향이라고 할 때, 제1기판(210) 내면에 형성된 형광층(270) 보다 안쪽에 즉, 빛의 출사 방향으로 형광층 보다 바깥쪽에 색상 보정 층(300)이 배치되어야 효과적인 색상 보정 효과를 얻을 수 있다. 기판 내면에 형성되는 색상 보정층은 일종의 내부 필터로 볼 수 있을 것이다.

상기 색상 보정층의 두께는 휘도 저하가 억제되고 램프 두께의 상승을 방지하기 위하여 최대한 얇은 것이 바람직하며, 최대 100 ㎛, 바람직하게는 30 ~ 50 ㎛ 정도의 두께가 적당하다.

이러한 색상 보정층은 도 3의 실시예에 따른 평판형 면광원 장치에 적용될 수 있으며, 앞서 도 1에 도시한 복수의 채널이 형성된 면광원 장치(100)에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 면광원 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 나타낸 분해 사시도이다. 도시된 바에 따르면, 백라이트 유닛은 면광원(200), 상부 및 하부 케이스(1100, 1200), 광학 시트(900) 및 인버터(1300)를 포함한다. 상기 하부 케이스(1200)는 면광원(100)을 수납하기 위하여 바닥부(1210) 및 바닥부(1210)의 가장자리로부터 수납 공간을 형성하기 위해 연장된 복수의 측벽부(1220)로 이루어진다. 상기 면광원(100)은 하부 케이스(1200)의 수납 공간에 수납된다. 면광원(100) 하부에는 추가로 반사판(미도시)이 배치될 수도 있고, 반사판을 채용하지 않을 수도 있다.

상기 인버터(1300)는 하부 케이스(1200)의 배면에 배치되며, 면광원(200)을 구동하기 위한 방전 전압을 발생시킨다. 인버터(1300)로부터 발생된 방전 전압은 제 1 및 제 2 전원선(1352, 1354)을 통해 면광원(200)의 전극에 각각 인가된다.

상기 광학 시트(900)는 면광원(200)으로부터 출사되는 광을 균일하게 확산시 키기 위한 확산판과, 확산된 광에 직진성을 부여하기 위한 프리즘 시트 등으로 이루어질 수 있다. 상부 케이스(1100)는 하부 케이스(1200)에 결합되어 면광원(200)과 광학 시트(900)를 지지한다. 상부 케이스(1100)는 면광원(200)이 하부 케이스(1200)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

도시된 바와는 달리, 상기 상부 케이스(1100) 및 하부 케이스(1200)는 하나의 일체형 케이스로 형성될 수도 있다. 한편, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 면광원 장치의 휘도 및 휘도 균일도가 우수하므로 광학 시트(900)를 포함하지 않을 수도 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있고, 특히 색재현성이 우수하여 액정표시장치의 고화질을 구현할 수 있다.

Claims (12)

1. 하나 이상의 가시광 투과성 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와,

   상기 광원 몸체에 방전 전압을 인가하는 전극부와,

   상기 광원 몸체의 적어도 일면에 형성되며, 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 색소를 함유하는 색상 보정층을 포함하는

   면광원 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 색상 보정층은 550 ~ 680nm 파장 대역에서 최대 흡수율을 갖는 면광원 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 색상 보정층은 시아닌계 색소 또는 프탈로시안(phthalocyanine)을 함유하는 면광원 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 색상 보정층은 광원 몸체의 외부 표면 또는 내면에 형성되는 면광원 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 색상 보정층은 광원 몸체의 내면과 형광층 사이에 형성되는 면광원 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 색상 보정층은 100㎛ 이하의 두께를 갖는 면광원 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 색상 보정층은 고분자 베이스 필름과, 이 필름 위에 도포된 색소 함유 도류를 포함하는 면광원 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 색상 보정층은 색소 함유 물질이 함유된 수지 필름인 면광원 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 두 개의 평판형 기판으로 형성되는 면광원 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 두 개의 기판으로 구성되며, 적어도 하나의 기판에는 복수의 방전 채널이 성형되어 있는 면광원 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체 내부의 공간에 주입되는 방전 가스는 제논, 아르곤, 네온, 및 이들의 혼합가스 중에서 선택되는 어느 하나인 면광원 장치.
12. 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광 원 몸체와, 상기 광원 몸체에 방전 전압을 인가하는 전극부와, 상기 광원 몸체의 적어도 일면에 형성되며, 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 색소를 함유하는 색상 보정층을 포함하는 면광원 장치와;

    상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및

    상기 면광원 장치에 방전 전압을 인가하는 구동부를 포함하는 백라이트 유닛.

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