KR20090087403A - 표시 장치용 방전 램프와 이를 사용한 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표시 장치용 방전 램프와 이를 사용한 백라이트 장치에 관한 것으로, 적어도 2 이상의 직선부(211), 직선부(211) 사이에 형성된 굴곡부(212)를 갖는 유리관(21)과, 유리관(21)의 내벽면에 형성된, 형광체(221)를 포함하는 발광층(22)과, 유리관(21)에 배치된 방전 전극(24)을 구비하고, 굴곡부(212)는 그 단면이 거의 타원 형상이고, 장축 외부 직경을 R’, 단축 외부 직경을 R로 했을 때, R/R’≤0.8이도록 하여 방전 램프(2)를 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

표시 장치용 방전 램프와 이를 사용한 백라이트 장치{DISCHARGE LAMP FOR DISPLAY DEVICE AND BACKLIGHT DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 액정 디스플레이 장치 등에 사용되는 백라이트 장치, 또는 소형 표시 기기 등의 표시 장치의 광원으로서 사용되는 방전 램프에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치의 백라이트용 광원 등으로서 사용되는 방전 램프는 유리관의 내면에 형광체가 도포된 발광관에 전극으로서 원통이나 판 형상의 방전 전극을 설치하고, 수은 및 네온/아르곤 등의 희가스를 봉입하여, 상기 방전 전극으로부터의 방전에 의해 발광관의 내부에서 발생한 자외선에 의해 형광체를 여기하여 가시광을 얻도록 구성되어 있다(일본 공개특허공보 평8-17397호).

또한, 상술한 바와 같은 백라이트용 광원 등으로서 사용되는 경우에는 통상 복수의 방전 램프를 사용하지만, 사용하는 램프수를 감소시킬 목적으로 단일한 유리관을 U자형, L자형 또는 W자형으로 굴곡시켜, 보다 적은 수의 유리관으로 단위 면적 당 유리관의 수를 실질적으로 증대시키도록 하는 시도도 이루어지고 있다(일본 공개특허공보 평8-17397호, 일본 공개실용신안공보 평5-6520호).

한편, 상술한 바와 같이 단일한 유리관을 굴곡시켜 U자 등의 굴곡형의 방전 램프로 하는 경우, 굴곡부를 발광 영역 내에 배치하는 것이 요망된다. 이것은 굴곡부의 광의 유효 이용, 협액연화(狹額緣化) 등의 목적 때문이다. 그러나, 상기와 같은 구성으로 한 경우, 상기 발광 영역 내 전체에서의 휘도가 안정되지 않고, 휘도 불균일이 발생하여 안정된 발광 특성을 나타낼 수 없었다.

본 발명은 굴곡부가 개구부 내에 위치하도록 램프를 배치해도, 표시 장치의 발광 영역에서의 휘도 불균일을 억제할 수 있는 표시 장치용 방전 램프 및 이를 사용한 백라이트 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는 적어도 2 이상의 직선부, 상기 직선부 사이에 형성된 굴곡부를 갖는 유리관과, 상기 유리관의 내벽면에 형성된, 형광체를 포함하는 발광층과, 상기 유리관에 배치된 방전 전극을 구비하고, 상기 굴곡부는 그 단면이 거의 타원 형상이고, 장축 외부 직경을 R’, 단축 외부 직경을 R로 했을 때, R/R’≤0.8인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 방전 램프에 관한 것이다.

상기 실시 형태에 의하면 굴곡부가 개구부 내에 위치하도록 램프를 배치해도, 표시 장치의 발광 영역에서의 휘도 불균일을 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 백라이트 장치의 일례를 도시한 개략 구성도, 도 2는 본 발명의 방전 램프의 일례를 도시한 개략 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 표시 장치의 일례인 본 예의 백라이트 장치는 케 이스(1), 복수의 방전 램프(2), 광학면재(3)를 구비하고 있다.

케이스(1)는 예를 들어 백색 플라스틱으로 이루어지고, 프론트 케이스(11)와 백 케이스(12)로 구성되어 있다. 프론트 케이스(11)는 케이스(1)의 덮개를 구성하는 부분이고, 그 주면(主面)에는 본 백라이트 장치에서 발광 영역이 되는 개구부(111)가 형성되어 있다. 백케이스(12)는 케이스(1)의 상자를 구성하는 부분이고, 바닥이 있는 개구 형상을 하고 있다. 그 내벽면은 반사 시트나 은 증착 등에 의해 고반사성을 갖고 있다.

방전 램프(2)는 도 2에 도시한 바와 같이, 열음극 형광 램프이고, 소다석회유리 등의 연질 유리로 이루어진 유리관(21)을 주요부로서 갖고 있다. 유리관(21)은 직선부(211)와 굴곡부(212)와 핀치 시일부(213)로 구성되어 있고, 전체로서 U자형을 나타내고 있다. 이와 같은 방전 램프(2)가 도 3에 도시한 바와 같이 굴곡부(212)가 개구부(111) 내에 위치하도록, 케이스(1) 내에 지그재그 형상, 즉 인접하는 굴곡부(212)의 위치가 번갈아 상하 역방향이 되도록 병렬 배치되어 있다. 또한, 본 예에서는 램프(2)의 수는 4개로 하고 있지만, 그 수에 대해서는 한정되지 않고, 필요에 따라서 임의의 수로 할 수 있다.

직선부(211)는 유리관(21)에서 거의 직선 형상으로 연재하는 부분이다. 본 예에서는 각 유리관(21)에서 2개의 직선부(211)가 평행으로 위치하고 있고, 그 외부 직경(r)은 6.0㎜~30㎜이다. 거의 직선 형상이라는 것은 직선부(211)의 외관이 직선 형상을 나타내고 있다는 의미이고, 국소적으로 곡부(曲部) 또는 요철을 포함하고 있어도 좋다. 일반적으로는 직선부(211)는 소관(素管)인 상태이다. 굴곡 부(212)는 직선부(211) 사이에 연속적으로 형성된 굴곡 부분이다. 본 예에서는 굴곡부(212)는 180도의 굴곡이다. 또한, 굴곡부(212)는 도 4에 도시한 바와 같이, 단면이 장축과 단축을 갖는 거의 타원 형상으로 되어 있고, 그 장축 외부 직경을 R’, 단축 외부 직경을 R로 했을 때, R/R’≤0.8이 되는 관계를 만족하고 있다. 즉, 장축 외부 직경(R’)은 일반적으로는 직선부(211)의 외부 직경(r)과 거의 동일한 길이이다.

유리관(21)의 내부에는 주로 RGB의 3파장 형광체로 구성된 형광층(22)이 도포되어 있다. 본 실시 형태에서는 직선부(211)와 굴곡부(212)에서, 발광층(22)의 상태를 변화시키고 있다. 그 상세한 내용을 도 5에 도시한다. 도 5는 각부의 유리관벽 부근의 SEM(전자 현미경)에 의한 단면 사진이고, 촬영 부분은 도 5의 (a)는 도 1에 도시한 직선부(211)의 X지점, 도 5의 (b)는 굴곡부(212)의 Y지점이다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 직선부(211)에서는 형광체(221)가 뿔뿔히 흩어져 있는 상태이지만, 굴곡부(212)에서는 형광체(221)가 응집되고, 응집 형광체(221’)가 몇 개 형성된 상태로 되어 있다. 단, 모두가 응집 형광체(221’)가 되어 있는 것은 아니고, 응집되어 있지 않은 단체의 형광체(221)도 존재하고 있다. 그리고, 직선부(211)의 형광체(221)의 중심 입자 직경을 T, 굴곡부(212)의 응집 형광체(211’)의 중심 입자 직경을 T’로 했을 때, T’/T≥2.0이 되는 관계를 만족하고 있다. 여기에서, 「응집 형광체」라는 것은 2 이상의 형광체가 응집되어 하나의 덩어리와 같은 상태가 된 형광체를 의미한다.

이와 같은 응집 형광체(221’)는 예를 들어 (Ca, Ba, Sr) 0, B₂O₄ 등의 붕소계의 결착제인 보레이트계의 결착제(222)를 발광층(22)에 함유시킴으로써, 비교적 용이하게 형성할 수 있다. 이는 보레이트계의 결착제(222)는 용융 온도가 낮다는 특성을 이용한 것이다. 예를 들어, 본 예의 유리관(21)은 800℃ 정도에서 연화되지만, 보레이트계의 결착제는 그보다도 낮은 온도, 예를 들어 700℃ 이하에서 용융된다. 즉, 보레이트계의 결착제(222)를 사용하면, 굴곡부(212)를 형성하기 위해 유리관(21)을 가열 연화시켰을 때 결착제(222)도 용융되고, 이에 의해 형광체 입자끼리를 결착·응집시키므로, 굴곡부(212)에 응집 형광체(221’)를 형성할 수 있다.

즉, 결착제에는 보레이트계 이외에 Ca₂P₂O₇ 등의 파이로계 등도 있지만, 이와 같은 결착제를 사용한 경우에는 굴곡부의 형성시에 응집 형광체를 형성할 수는 없다. 또한, 보레이트계의 결착제(222)는 직선부(211)에서는 도 5의 (a)와 같이 유리관(21)의 관벽 주변에, 굴곡부(212)에서는 그 다수가 응집 형광체(221’)의 내부에 존재하고 있다.

또한, 유리관(21)에는 그 내부에 수은 및 네온/아르곤 등의 희가스가 봉입되어 있다. 또한, 그 양단에는 유리관(11)의 안팎에 도출된 리드선(23)이 봉착되어 있고, 그 리드선(14)의 선단에는 예를 들어 텅스텐으로 이루어진 방전 전극(24)이 유지되어 있다.

여기에서, 본 예의 방전 램프(2)의 한 제조 방법을 설명한다.

우선, 직관(直管) 형상의 유리관(21)의 내벽면에 발광층(22)을 형성한다. 그 후, 유리관(21)의 굴곡부(212)의 형성 예정 부분을 버너에 의해 가열 연화시키고, 유리관(21) 내에 질소를 불어 넣으면서 180° 굴곡시켜 굴곡부(212)를 형성한다. 그 때, 굴곡부(212)의 내주 중심(O)을 외주 중심(O’)보다도 굴곡부(212)측으로 이동하고, 직선부(211)의 외부 직경(r)에 대한 굴곡부(212)의 외부 직경(R)을 0.3~0.7배가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이는 굴곡부(212)의 외주가 너무 길어져 당해 부분의 두께가 얇아짐에 의한 강도 저하를 억제하기 위함이다. 또한, 굴곡부(212)의 외주측의 두께는 0.3㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 양단을 핀치 시일하고, 핀치 시일부 부근에 형성된 배기관(도시하지 않음)을 통하여, 램프 내부의 탈가스·가스 봉입을 실시한 후, 배기관을 팁(tip)함으로써 방전 램프(2)를 제조할 수 있다.

여기에서, 장축 외부 직경(R’)과 단축 외부 직경(R)의 관계 R/R’는 내주 중심(O)과 외주 중심(O’)의 관계나 굴곡부(212)의 가열 조건, 질소 송풍 조건 등을 변경하여, R의 값을 변경시킴으로써 조정하는 것이 가능하다. 또한, 형광체(221)의 중심 입자 직경(T)과 응집 형광체(221’)의 중심 입자 직경(T’)의 관계(T’/T)는 결착제(222)의 첨가량이나 굴곡부(212)의 가열 조건 등의 조건을 변경하여, 응집 형광체(221’)의 입자 직경을 변화시킴으로써 조정하는 것이 가능하다.

개구부(111)에는 광학면재(3)가 배치된다. 광학면재(3)는 투명 재료(유리, 수지 등)으로 이루어진 판이나, 확산판 등을 사용할 수 있다. 또한 광학면재(3) 상에, 추가로 확산 시트, 프리즘 시트, 편광 시트 등의 각종 광학 시트를 설치해도 좋다.

이하에, 본 예의 방전 램프의 일 실시예를 나타낸다. 또한, 직선부(211)와 굴곡부(212)의 형광체의 중심 입자 직경은 입자도 분포계에 의해 측정한 것이다.

(굴곡부)

장축 외부 직경(R’)=15.5㎜, 단축 외부 직경=9.3㎜,

∴R/R’=0.6,

(형광체)

적색 형광체=Y₂O₃:Eu³⁺(YOX), 중심 입자 직경=5.3㎛, 녹색 형광체=LaPO₄:Ce³⁺, Tb³⁺(LAP), 중심 입자 직경=8.4㎛, 청색 형광체=BaMg₂Al₁₀O₁₇:Eu²⁺(BAM), 중심 입자 직경=6.0㎛, 형광체 비율=YOX:LAP:BAM=2:3:4, 직선부(211)의 형광체(221)의 중심 입자 직경(T)=6.64㎛, 굴곡부(212)의 응집 형광체(221’)의 중심 입자 직경(T’)=20㎛,

∴T’/T=3.01.

본 실시예의 램프에 대해서 휘도 분포를 측정한 결과를 도 6에 도시한다. 또한, 휘도 분포는 유리관 표면의 관축 방향을 분광 방사 휘도계에 의해 측정함으로써 얻은 것이다.

도 6으로부터 밝혀진 바와 같이 실시예의 램프에서는 도 1의 직선부(211)인 ① 및 ③과 굴곡부(212)인 ②에서, 상당한 휘도차가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 직선부(211)의 휘도에 대한 굴곡부(212)의 상대 휘도가 낮아 80% 정도이다.

여기에서, 램프 그 자체가 노출 상태로 조명을 이루는, 예를 들어 전기 스탠드와 같은 용도에서는 굴곡부(212)의 휘도도 높은 편이 바람직하고, 이와 같은 휘도 분포는 바람직하지 않다고 되어 있었지만, 백라이트 장치 등의 용도에서는 오히려 이와 같은 휘도 분포인 편이 바람직한 것을 알 수 있었다. 즉, 실시예의 휘도 분포의 램프이면, 개구부(111) 내에 굴곡부(212)가 위치하도록 램프를 배치해도, 백라이트 장치의 발광 영역에서 직선부(211)와 굴곡부(212)의 휘도의 차가 적어지고, 휘도 불균일이 억제된 백라이트 장치를 실현할 수 있다.

다음에, 굴곡부(212)의 장축 외부 직경(R’)과 단축 외부 직경(R)의 관계 R/R’와, 형광체(221)의 중심 입자 직경(T)과 응집 형광체(221’)의 중심 입자 직경(T’)의 관계 T/T’를 변화시켰을 때의 백라이트 장치의 발광 영역의 휘도 불균일을 측정하는 시험을 실시했다. 결과를 도 7에 도시한다. 여기에서, 도면 중의 판정은 점등 중의 백라이트 장치의 발광 영역을 눈으로 관찰함으로써 판단한 것으로, ×는 굴곡부가 분명히 휘도 불균일로서 보이는 상태, △는 ×보다는 개선되었지만 아직 휘도 불균일로서 보이는 상태, ○은 굴곡부가 휘도 불균일로 느껴지지 않는 상태, ◎는 휘도 불균일이 거의 없는 상태를 의미한다.

결과로부터, R/R’은 작을수록 불균일이 개선되는 것을 알 수 있다. 이는 R/R’가 작아질수록, 굴곡부(212)의 장축 외부 직경측으로부터 출사되는 광이 감소(반대로, 단축 외부 직경측으로부터 출사되는 광은 증가)했기 때문이라고 생각된다. 한편, T’/T는 클수록 불균일이 개선되는 것을 알 수 있다. 이는, 응집 형광 체(221’)의 총 표면적이 응집전의 각각의 형광체(221)의 총평면적과 비교하여 감소됨으로써, 굴곡부(212)에서의 가시광의 생성량이 감소되었기 때문이라고 생각된다.

또한, 결과로부터 백라이트 장치의 발광 영역의 불균일을 없애는 데에는 R/R’를 바람직한 범위로 하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.8 이하인 것이 바람직하고, 또한 0.7 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 단, R/R’가 너무 작으면, 점등 중, 굴곡부 내부의 양광주(陽光柱)가 수축되고, 시동 전압이 높아지는 등의 문제가 발생하므로, R/R’≥0.4인 것이 바람직하다.

또한, T’/T는 2.0 이상, 또한 2.5 이상을 만족하는 것이 바람직하다. R/R’≤0.7의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 단, T’/T를 너무 크게 하면, 형광체 벗겨짐 등의 문제가 발생하므로, 직선부의 형광체의 중심 입자 직경에 대해서 4.0배 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, 양자의 구성 모두 불균일에 대해서 효과적일수록 제조상이나 특성상의 문제가 발생하기 쉬워지므로, R/R’과 T’/T를 잘 조합하여, 불균일이 발생하기 어렵고, 또한 그 불합리한 문제가 없는 범위에서 실시하는 것이 최적이다. 따라서, 본 예에서는 굴곡부(212)는 그 단면이 거의 타원 형상이고, 장축 외부 직경을 R’, 단축 외부 직경을 R로 했을 때, R/R’≤0.8이므로, 백라이트 장치의 개구부(111) 내에 굴곡부(211)가 위치하도록 방전 램프(2)를 배치해도, 발광 영역에서 휘도 불균일이 눈에 띄지 않을 정도로, 직선부(211)에 대한 굴곡부(212)의 상대 휘도를 저하시키는 것이 가능한 표시 장치용 방전 램프를 제공할 수 있다.

또한, 굴곡부(212)에는 형광체(221)가 응집하여 이루어진 응집 형광체(221’)가 형성되어 있고, 직선부(211)의 형광체(221)의 중심 입자 직경을 T, 굴곡부(212)의 응집 형광체(221’)의 중심 입자 직경을 T’로 했을 때 T’/T≥2.0이므로, 상기와 동일하게 발광 영역에서 휘도 불균일을 눈에 띄지 않게 할 수 있고 또한 상기 구성과의 조합에 의해 문제가 발생하기 어려운 범위에서 그 효과를 얻을 수 있다.

또한, 발광층(22)은 보레이트계의 결착제(222)를 함유하고 있어 굴곡부(212)의 응집 형광체(221’)를 굴곡부(212)의 가열 연화 공정시에 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 방전 램프(2)와 광학면재(3)의 거리가 10㎜ 이하와 같은, 발광 영역에서 방전 램프(2)에 의한 명암이 발생하기 쉬운 박형의 표시 장치에서 특히 효과가 높은 발명이다.

이상, 본 발명을 상기 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 소위 변형이나 변경이 가능하다.

본 예에서는 방전 램프(2)로서 열 음극 형광 램프를 사용하고 있지만, 냉음극 형광 램프, 외부면 전극 형광 램프 등의 램프이어도 좋다.

또한, 방전 램프(2)는 직선부(211)를 2개 갖는 U자관이지만, 직선부(211)를 3개 갖는 コ형상관이나 S자관, 4개 갖는 W자관이나 스퀘어관 등이어도 좋다.

또한, 굴곡부(212)의 굴곡은 180도에 한정되지 않고 45도, 90도 등이어도 좋 다. 또한, 본 예에서는 U자의 방전 램프(2)를 4개의 지그재그 형상으로 병렬 설치하는 구성을 나타내고 있지만, 설치수나 설치 방향은 필요에 따라서 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어, 방전 램프(2)를 단독으로 사용하거나, 5개 이상 사용하거나, 전부 동일한 방향으로 설치해도 좋다.

도 1은 본 발명의 백라이트 장치의 일례를 도시한 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 방전 램프의 일례를 도시한 개략 구성도,

도 3은 도 1에 도시한 백라이트 장치의 상평면도,

도 4는 도 1에 도시한 방전 램프의 굴곡부의 단면을 확대하여 도시한 도면,

도 5는 각부의 유리관벽 부근의 SEM(전자 현미경)에 의한 단면도,

도 6은 방전 램프의 각 부위의 휘도를 상대적으로 도시한 도면, 및

도 7은 굴곡부의 장축 외부 직경과 단축 외부 직경의 비 R/R’과 직선부의 형광체의 중심 입자 직경에 대한 굴곡부의 응집 형광체의 중심 입자 직경을 변화시켰을 때의 백라이트 장치의 발광 영역에서의 휘도 불균일에 대해 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 케이스 2: 방전 램프

3: 광학면재 11: 프론트 케이스

12: 백케이스 21: 유리관

22: 발광층 24: 방전 전극

211: 직선부 212: 굴곡부

213: 핀치 시일부 221: 형광체

221’: 응집 형광체 222: 결착제

Claims (5)

1. 적어도 2 이상의 직선부, 상기 직선부 사이에 형성된 굴곡부를 갖는 유리관과,

   상기 유리관의 내벽면에 형성된, 형광체를 포함하는 발광층과,

   상기 유리관에 배치된 방전 전극을 구비하고,

   상기 굴곡부는 그 단면이 거의 타원 형상이고, 장축 외부 직경을 R’, 단축 외부 직경을 R로 했을 때, R/R’≤0.8인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 굴곡부에는 상기 형광체가 응집하여 이루어진 응집 형광체가 형성되어 있고, 상기 직선부의 상기 형광체의 중심 입자 직경을 T, 상기 굴곡부의 상기 응집 형광체의 중심 입자 직경을 T’라고 했을 때, T’/T≥2.0인 것을 특징으로 하는 표시 장치용 방전 램프.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 발광층은 보레이트계의 결착제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 방전 램프.
4. 개구부가 형성된 하우징,

   상기 개구부 내에 상기 굴곡부가 포함되도록 배치된 청구항 1에 기재된 방전 램프, 및

   상기 개구부에 배치된 광학면재를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 방전 램프의 상기 굴곡부의 휘도가 상기 직선부의 휘도보다도 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.

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