KR20090048783A - 면광원 장치 및 이를 구비하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20090048783A
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이원주
최용원
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삼성코닝 주식회사
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Abstract

본 발명은 방전공간을 형성하도록 서로 대향되게 배치되는 제1 및 제2기판과, 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 전극으로 구성된다. 전극은 기판의 표면에 서로 마주보게 배치되는 다수의 제1 및 제2메인전극과, 제1메인전극 및 제2메인전극 중 적어도 하나의 메인전극에서 분기되어 다수의 방전패스를 형성하는 가지전극으로 구성되어 다중방전이 일어나게 하여 휘도를 향상시키고 발광효율을 향상시킬 수 있는 면광원 장치 및 백라이트 유닛을 제공한다.

Description

면광원 장치 및 이를 구비하는 백라이트 유닛{SURFACE LIGHT SOURCE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}
본 발명은 다중방전이 일어나는 전극을 갖는 면광원 장치와 이를 구비하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
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 휘도 가 우수한 장점이 있다. 그러나 냉음극형광램프 또는 발광다이오드는 휘도 균일성이 취약하다. 따라서, 기존의 후면 광원은 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 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.
종래의 면광원장치는 광원몸체와 전극을 포함하여 이루어진다.
광원몸체는 그 내부에 방전가스가 주입되는 방전공간을 갖는다. 광원몸체는 제1기판과 제2기판을 구비한다. 제1기판과 제2기판은 그 가장자리가 밀봉되어 제1기판과 제2기판의 사이에 방전공간을 갖고, 이 방전공간에는 다수의 스페이서가 설치되어 제1기판과 제2기판 사이의 간격을 유지시킨다.
전극은 제1기판과 제2기판 중 적어도 한 기판의 일면에 설치되는 제1전극과 제2전극으로 구성되어 방전가스에 방전 전압을 인가한다. 전극을 통하여 방전가스에 방전전압을 인가하면, 가시광이 발생되고, 발생된 가시광은 기판을 투과하여 출사된다.
이러한 종래의 면광원 장치는 제1전극과 제2전극의 최단 거리에서 한 번의 방전만 일어나기 때문에 주변 전극이 없는 영역에서는 방전이 일어나지 못하여 휘도가 떨어지고 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 대면적화에 적합한 새로운 면광원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 다중 방전이 일어나도록 전극 구조를 개선하여 휘도를 향상시키고 발광효율을 향상시킬 수 있는 면광원 장치 및 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치는 방전공간을 형성하는 광원몸체와, 광원몸체에 형성되는 전극으로 구성되고, 전극은 광원몸체의 표면에 서로 마주보게 배치되는 다수의 제1 및 제2메인전극과, 상기 제1메인전극 및 제2메인전극 중 적어도 하나의 메인전극에서 분기되어 다중 방전을 발생시키도록 다수의 방전패스를 형성하는 가지전극을 포함한다.
제1메인전극과 제2메인전극은 서로 엇갈리게 배치되고, 가지전극은 제1메인전극에서 분기되는 제1가지전극과 제2메인전극에서 분기되고 제1가지전극과 서로 마주보게 배치되는 제2가지전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 방전공간을 형성하는 광원몸체와, 광원몸체에 형성되는 전극으로 구성되고, 전극은 광원몸체의 표면에 일정 간격을 두고 배치되는 다수의 제1 및 제2메인전극과, 제1메인전극 및 제2메인전극 중 적어도 하나의 메인전극에서 분기되어 다중 방전을 발생시키도록 다수의 방전패스를 형성하는 가지전극을 포함하는 면광원 장치와, 면광원 장치를 수납하는 케이스 와, 전극에 전압을 인가하는 인버터를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 면광원 장치는 제1메인전극과 제2메인전극에서 가지전극을 분기시켜 다수의 방전패스를 형성하도록 함으로써, 다중방전이 일어나도록 하여 휘도를 향상시키고 발광효율을 향상시킨다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 사시이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
도 1에 도시된 면광원 장치(100)는 방전가스가 주입된 방전공간을 형성하는 광원몸체(110)와, 방전가스에 방전전압을 인가하는 전극(200)으로 구성된다.
광원몸체(110)는 제1기판(120) 및 제2기판(130)을 구비한다. 제1기판(120) 및 제2기판(130)은 투명한 평판형 유리 기판으로 형성되는 것이 바람직하다.
제1기판(120) 및 제2기판(130)은 소정 간격을 두고 상호 대향되게 배치되며, 그 가장자리에 밀봉부재(140)가 개재되어 내부에 밀폐된 방전공간(160)을 형성한다.
밀봉부재(140)는 제1기판(120) 및 제2기판(130)과는 별도의 부재로 구성되어 제1기판(120)과 제2기판(130) 사이에 접착 또는 융착될 수 있고, 제1기판(120) 또는 제2기판(130) 중 어느 하나의 가장자리에 일체로 형성되어 다른 하나의 가장자리에 접착 또는 융착될 수 있다.
제1기판(120) 또는 제2기판(130))의 내면에는 형광층이 도포되고, 이와 대향하는 제2기판(130) 또는 제1기판(120))의 내면에는 반사층이 형성되고, 그 반사층 상에 형광층이 형성된다.
방전공간(160) 내부에는 스페이서(150)가 개재되어, 방전공간(160)의 간격을 유지한다. 스페이서(150)는 제1기판(120) 및 제2기판(130)에 접합 또는 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 예컨대 제1기판(120)을 성형하여 스페이서(150)를 제1기판(120)에 일체로 형성하는 실시예도 가능하다.
스페이서(150)는 바람직하게는 가시광에 대하여 투과성을 가지는 재료로 제작된다.
스페이서(150)는 섬 형태로 존재한다. 따라서 제1기판(120)과 제2기판(130)에 의하여 한정되는 내부는, 하나의 열린 구조의 단일 방전공간(160)을 형성한다. 제1기판(120)과 제2기판(130) 사이의 간격은 기판 면적과 대비할 때 매우 작고, 단일 공간으로 형성되어, 진공 배기 및 방전가스의 주입이 용이하다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 실시예에 따라서는 광원몸체(100)의 내부 공간이 격벽에 의하여 복수의 방전공간으로 구획될 수도 있다.
광원몸체(110)의 방전공간(160)에는 방전가스가 주입된다.
방전가스로는 다종의 방전가스가 선택될 수 있으나, 바람직하게는 수은을 배제한 가스, 예컨대 제논, 아르곤, 네온, 기타 불활성 가스 또는 이들의 혼합 가스 등을 사용한다.
특히 수은을 배제한 방전가스가 사용되는 경우, 친환경적인 이점을 제공할 뿐만 아니라, 저온에서 구동시에도 휘도 안정화 시간을 단축할 수 있다. 또한 수은의 온도 민감성으로 인하여, 온도 편차에 따라 면광원장치의 휘도 균일도가 떨어지는 문제점을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.
전극(200)은 제1기판(120)과 제2기판(130) 중 적어도 하나의 일면에 형성되어 방전가스에 방전전압을 인가한다. 방전가스에 방전전압이 인가되면, 방전가스의 방전에 의하여 자외선이 발생된다. 발생된 자외선은 형광층을 여기시켜 가시광을 발생시키고, 발생된 가시광은 기판을 투과하여 전방으로 출사된다.
적어도, 가시광의 출사측 기판(120)에 전극이 형성될 경우, 이 전극은 광원몸체(110)로부터 방전에 의하여 출사되는 광의 투과도를 높이기 위하여, 기판을 노출시키는 개구율(open ratio)이 60% 이상인 것이 바람직하다.
전극(200)은 투명 전극(예컨대, ITO)을 사용할 수도 있으며, 기타 전도성 물질을 사용할 수 있고, 바람직한 재질로는 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈, 크롬, ITO, 탄소계 전도성 물질, 전도성 고분자, 또는 이들을 복합한 재질 중에서 선택되는 어느 하나의 물질이 사용될 수 있다.
전극(200)은 광원몸체(110)의 표면에 전극패턴을 직접 인쇄 등의 방법으로 형성할 수도 있고, 이와 달리 절연성 재질의 필름에 전극 패턴을 부착하여 다층 필름을 형성한 후, 다층 필름을 광원몸체(100)의 표면에 부착할 수도 있다.
전극(200)은 광원몸체(110)의 일면에 형성되어 면방전을 일으키는 면방전형 전극이 사용될 수 있다.
이러한 면방전형 전극(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 광원몸체(110)의 표 면에 일정 간격을 두고 교대로 배열되는 다수의 제1메인전극(210) 및 제2메인전극(220)과, 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 중 적어도 어느 하나의 메인전극에서 분기되어 다수의 방전패스를 만들어 확산방전을 일으키도록 하는 가지전극(230,240)을 포함한다.
이러한 메인전극(210,220)은 전극의 한 면만 서로 대향되게 배치되도록 두 개씩 배열되는 제1메인전극(210) 사이에 두 개의 제2메인전극(220)이 배치되어 전체적으로는 깍지낀 엇갈린(interdigitated) 구조로 형성된다.
다수의 제1메인전극(210)은 기판(120)의 가장자리에 형성되는 제1인출부(250)에 제1인출부(250)의 길이방향을 따라 각각 일정 간격으로 두고 연결되고, 다수의 제2메인전극(220)은 제1인출부(250)가 형성되는 가장자리의 반대쪽 가장자리에 형성되는 제2인출부(260)에 제2인출부(260)의 길이방향을 따라 각각 일정 간격을 두고 연결된다.
제1 및 제2인출부(250,260)는 외부 장치(예를 들어 구동회로)와 전기적으로 접속되어 복수의 메인전극에 동시에 방전전압을 인가할 수 있도록 한다.
메인전극에 방전전압을 인가하는 구조는 상기에서 설명한 동시에 인가하는 구조 이외에 각각의 메인전극에 개별적으로 전압을 인가하는 구조도 적용이 가능하다.
가지전극(230,240)은 제1메인전극(210)에서 등 간격을 두고 분기되어 제1메인전극(210)과 수평하게 배치되는 다수의 제1가지전극(230)과, 제2메인전극(220)에서 분기되어 제2메인전극(220)과 등 간격을 두고 수평하게 배치되며 제1가지전 극(230)과 서로 마주보게 배치되는 제2가지전극(240)을 포함한다.
제1가지전극(230) 및 제2가지전극(240)은 "T" 자 형태로 형성되어 그 끝부분이 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220)에 각각 연결되고 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수로 형성된다.
제1가지전극(230)과 제2가지전극(240)은 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 사이에서 서로 마주보게 배치된다. 따라서, 제1가지전극(230)과 제2가지전극(240) 사이의 간격은 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 사이의 간격에 비해 가깝게 배치되므로 개시전압을 낮게 할 수 있다.
이와 같이, 제1가지전극(230)과 제2가지전극(240)은 각각 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220)에서 "T" 자 형태로 분기되기 때문에 다수의 방전패스를 만들게 된다.
그리고, 방전공간이 격벽에 의해 구획되어 복수의 셀 형태로 형성될 경우 각 셀 공간에 제1가지전극(230)과 제2가지전극(240)이 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 일 실시예에 따른 면광원 장치의 작용을 다음에서 설명한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극에서 일어나는 다중 방전을 나타낸 작동 상태도들이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 방전전압이 인출부를 통해 다수의 메인전극(210,220)에 동시에 인가되면, 제1메인전극(210)에서 분기된 제1가지전극(230)과 제2메인전극(220)에서 분기된 제2가지전극(240) 사이에서 1차 방전(A)이 일어난다. 즉, 제1가지전극(230)과 제2가지전극(240) 사이의 간격이 가장 가깝기 때문에 1차 방전(A)이 제1가지전극(230)과 제2가지전극(240) 사이에서 일어난다.
그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 메인전극(210,220)과 가지전극(230,240) 사이에서 2차 방전(B) 및 3차 방전(C)이 일어난다. 즉, 메인전극과 가지전극 사이의 간격이 가지전극들 사이의 간격 다음으로 가깝기 때문에 메인전극과 가지전극 사이에서 2차 방전(B) 및 3차 방전(C)이 일어난다.
일예로, 제1메인전극(210)과 제2가지전극(240) 사이에서 2차 방전(B)이 일어나면, 제1가지전극(230)과 제2메인전극(220) 사이에서 3차 방전(C)이 일어난다. 그리고 이와 반대로 제1가지전극(230)과 제2메인전극(220) 사이에서 2차 방전(B)이 일어나면, 제1메인전극(210)과 제2가지전극(240) 사이에서 3차 방전(C)이 일어난다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 사이에서 4차 방전이 일어난다. 즉, 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 사이의 거리가 가장 멀기 때문에 제일 늦게 방전이 일어난다.
이와 같이, 메인전극에 가지전극을 분기시켜 방전패스가 많아짐에 따라 휘도가 상승되고 동일한 소비전력을 인가할 경우 기존 면광원 장치 대비 높은 휘도를 발생시킬 수 있어 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극구조를 나타낸 평면도이다.
제2실시예에 따른 전극(200)은 광원몸체(110)의 표면에 일정 간격을 두고 교대로 배열되는 다수의 제1메인전극(210) 및 제2메인전극(220)과, 제1메인전극(210) 에서 등 간격을 두고 분기되어 제1메인전극(210)과 수평하게 배치되는 다수의 제1가지전극(310)과, 제2메인전극(220)에서 분기되어 제2메인전극(220)과 등 간격을 두고 수평하게 배치되며 제1가지전극(310)과 서로 마주보게 배치되는 제2가지전극(320)을 포함한다.
제1가지전극(310)과 제2가지전극(320)은 "T" 자 형태로 형성되는 다수의 전극들이 순차적으로 연결된 구조를 갖는다. 즉, 제1가지전극(310)은 제1메인전극(210)에서 가장 먼 거리에 위치되는 1차 방전부(330)과 1차 방전부(330)에서 일정 거리를 두고 위치되는 2차 방전부(340)로 구성된다. 그리고, 제2가지전극(320)은 제2메인전극(220)에서 가장 먼거리에 위치되고 제1가지전극(310)의 1차 방전부(330)와 서로 마주보게 위치되는 1차 방전부(350)와, 1차 방전부(350)에서 일정 거리를 두고 위치되는 2차 방전부(360)으로 구성된다.
그리고, 경우에 따라서는 3차 방전부, 4차 방전부 등 다수로 형성될 수 있다.
이와 같은 제2실시예에 따른 전극의 작용을 살펴보면, 도 9에 도시된 바와 같이, 최단거리에 위치되는 1차 방전부(330,350) 사이에서 1차 방전(a)이 일어나고, 도 10에 도시된 바와 같이, 1차 방전부(330,350)과 일정 간격을 두고 배치되는 제2차 방전부(340,360) 사이에서 2차 방전(b)이 일어나고, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1메인전극(210)과 제2메인전극(220) 사이에서 3차 방전(c)이 일어난다.
이외에, 일 실시예에서 설명한 바와 같은 가지전극과 메인전극 사이에서도 방전이 발생되어 다수의 확산방전이 일어날 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 관련된 백라이트유닛을 보여주는 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트유닛은 상기에서 설명한 면광원장치(100)와, 바텀샤시(600), 고정프레임(700) 및 인버터(800)를 포함하여 구성된다.
바텀샤시(600)는 면광원장치(100)를 수납한다. 면광원장치(100)는 일 실시예 및 제2실시예에서 설명한 면광원 장치 중 어느 하나가 사용된다.
면광원 장치(100)의 상면에 광학시트(400)가 배치된다. 이 광학시트(400)는 확산시트와 프리즘 시트로 구성될 수 있다.
고정프레임(700)은 바텀샤시(600)와 결합되어 광학시트(400)가 면광원 장치(100)의 상면에 배치되도록 고정시킨다.
액정표시장치에서는 고정프레임(700)의 전방에 액정 패널이 위치된다.
인버터(800)는 제1전극(120)과 전선(810)에 의해 전기적으로 연결되고, 제2전극(130)과 전선(820)에 전기적으로 연결되어 고전위의 방전 전압을 발생시켜 전극(170)에 공급함으로써 면광원장치(100)를 구동한다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 전극 구조를 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 방전구조를 나타낸 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극 구조를 나타낸 평면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극의 방전구조를 나타낸 작동 상태도이다.
도 12는 본 발명의 일예에 관련된 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.

Claims (10)

  1. 방전공간을 형성하는 광원몸체와, 상기 광원몸체의 적어도 일면에 형성되는 전극을 포함하여 구성되고,
    상기 전극은 기판의 표면에 서로 대향되게 배치되는 다수의 제1 및 제2메인전극과, 상기 제1메인전극 및 제2메인전극 중 적어도 하나의 메인전극에서 분기되어 다중 방전을 발생시키는 가지전극을 포함하는 면광원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1메인전극과 제2메인전극은 한 쌍씩 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가지전극은 제1메인전극에서 분기되는 제1가지전극과 제2메인전극에서 분기되고 제1가지전극과 서로 마주보게 배치되는 제2가지전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1가지전극과 제2가지전극은 제1메인전극과 제2메인전극의 상호 대향되는 면에서 각각 분기되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가지전극은 "T" 자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하 는 면광원 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1가지전극과 제2가지전극 사이의 간격은 제1메인전극과 제2메인전극 사이의 간격에 비해 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가지전극은 "T" 자 형태가 다수로 연결된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  8. 제7항에 있어서, 가지전극은 메인전극에서 가장 먼 거리에 배치되어 1차 방전을 일으키는 1차 방전부과, 상기 1차 방전부에서 일정 거리를 두고 배치되어 2차 방전을 일으키는 2차 방전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 방전공간을 형성하는 광원몸체와, 상기 광원몸체에 형성되는 전극을 포함하고, 상기 전극은 기판의 표면에 일정 간격을 두고 배치되는 다수의 제1 및 제2메인전극과, 상기 제1메인전극 및 제2메인전극 중 적어도 하나의 메인전극에서 분기되어 다중 방전을 발생시키는 가지전극을 포함하는 면광원 장치와;
    상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및
    상기 전극에 전압을 인가하는 인버터를 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1메인전극과 제2메인전극은 서로 엇갈리게 배치되고, 상기 가지전극은 제1메인전극에서 분기되는 제1가지전극과, 제2메인전극에서 분기되고 제1가지전극과 서로 마주보게 배치되는 제2가지전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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