KR100307445B1 - 면광원장치 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치의 후방 광원 장치와 일반 조명 장치의 광원으로 사용될 수 있는 면 광원 장치로서, 가스 방전 및 형광체 발광의 원리를 이용한 면 광원 장치가 개시되어 있다.

표시 장치의 광원으로서는 균일하고 고휘도의 광원이 요구되지만, 전극의 설치 방식이나 방전 경로가 편향되게 형성되어 전체적으로 불균일한 광선 방출이 일어나며 전극이 쉽게 열화되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 복수의 와이어 또는 그물망 형태의 제1 전극과 박막층의 유전체로 절연시킨 제2전극을 사용하며, 유전층의 내측으로 형광막을 형성시키고, 주로 수은과 네온 가스를 포함하는 가스 혼하물을 충전시켜 가스 방전과 형광체 발광의 원리를 이용하여 면 광원 장치를 구성하였다. 이에 의해 경량화되고 균일한 고휘도와 고효율을 나타내며 수명이 연장된 면 장치가 달성되록 하였다.

이와 같은 면 광원 장치는 액정 표시 장치 등의 후방 광원 또는 일반 조명 장치로 사용될 수 있다.

Description

면 광원 장치

제1도는 종래 기술에 의한 면 광원 장치의 사시도,

제2도는 본 발명의 면 광원 장치의 사시도,

제3도는 본 발명의 면광원 장치의 상부 패널 및 하부 패널의 단면도,

제4도는 본 발명의 평판형 면 광원 장치의 다른 실시예를 보여 주는 단면도,

제5도에는 본 발명의 평판형 면 광원 장치의 또 다른 실시예를 보여주는 사시도, 그리고,

제6도는 가스 방전을 이용한 교류 플라즈마 디스플레이 패널의 전형적인 구조를 보여 주는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1. 밀폐 용기 2. 상부 패널

3. 하부 패널 4. 제1전극

5. 제2전극 6. 유리 유전층

7. 형광막 8. 반사막

9. 유리 격벽 10. 전극

11. 봉입공 12. 기판

13. 밀봉 유리 14. 수평 전극

15. 수직 전극 16. 산화마그네슘 층

17. 가스 혼합물

본 발명은 액정 패널의 후방 광원 또는 일반 조명용으로 사용할 수 있는 평판형 면 광원 장치에 관한 것이다.

전기 에너지를 이용하여, 빛을 얻어내는 방법에는 여러 가지가 있다. 필라멘트를 이용한 전구, 형광물질을 이용한 전구, 형광물질을 이용한 형괄등, 가스 방전을 이용한 네온 사인, 전기 루미네선스(electroluminescence)에 의한 경우, 발광 다이오드에 의한 경우 등이 전기 에너지를 변환하여 빛을 얻어내는 방법에 의한 경우에 속한다. 이들 방법에 따른 장치들은 조명을 위한 경우나 광원으로 사용되는 경우도 있지만, 광고나 영상 매체의 화상 재현을 위한 디스플레이 장치로 사용되는 경우도 있다.

면 광원 장치는 LCD 장치의 평판형 광원으로 사용되거나, 일반적인 조명을 광원으로 사용되는 것으로 상당한 광도를 가질 수 있어 적절한 조도를 나타낼 수 있어야 한다.

종래의 면 광원 장치에서는, 디스플레이 장치의 후방 광원이나 투사자아치의 광원으로 사용되는 램프로서는 치명적인 단점이 되는 것으로, 램프 면이 전체에 걸쳐 균일한 광도를 갖지 못하는 문제가 있다. 형광등과 같은 원리에 의해 작동하는 면 광원 장치에서 있어서, 이러한 문제는 주로 전극과 전극 사이에 형성되는 방전 경로가 알맞게 설계되어 있지 않기 때문에 발생된다. 왜냐 하면, 방전은 전자의 방출과 이동을 일으켜 수은 원자와 충돌하게 하는 수단으로서 필요한 것이며, 전자의 방출과 흐름이 전반적으로 균일하게 이루어질 수 있어야 바람직한 발광이 이루어질 수 있기 때문이다. 또한 일반적으로 두개의 전극으로 넓은 공간을 방전시키게 되어 있어 상대적으로 높은 전압이 전극에 가해져야 하며, 이에 따라 전극이 쉽게 열화되고 수명이 짧아지는 문제가 있다.

종래 기술에 의한 면 광원 장치의 실례가 제1도에 도시되어 있다. 두개의 전극(10)으로 평판 내부 전체를 방전시키기 위해 유리 격벽(9)을 형성하여 방전 경로가 전체에 걸쳐 형성되도록 구성되었고, 가스 주입을 위한 봉입공(11)이 측벽에 형성되어 있다. 그러나, 일반적으로 방전은 전극(10) 간의 최단 거리를 통해 발생하므로 방전 경로에서 비교적 거리가 떨어진 모서리 부분에 불균일한 광도 즉 낮은 광도를 갖게 된다. 또한 사용되는 전극(10)에 있어서, 전극(10)의 표면적이 작기 때문에 쉽게 열화될 수 있는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광도가 균일하고 고효율로 고휘도를 갖는 평판형 면 광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전극의 수명을 연장시킴으로써 사용 수명이 연장된 평판형 면 광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 비교적 단순하여 제조 공정이 비교적 단순화된느 평판형 면 광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 면 광원 장치는 투명한 재료로 되어 있는 밀폐 용기, 상기 밀폐 용기 내부의 상하면에 부착되며 제2전극이 형성되어 있는 상부 패널 및 이에 대향하는 하부 패널, 상기 두 패널 사이의 내부 공간에 복수의 와이어 형태로 설치되는 제1전극 및 상기 내부 공간에 주입되는 가스 혼합물을 포함하여 구성되며, 상기 상부 패널은 상기 밀폐 용기의상부 내부면에 부착되는 제2전극층, 상기 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유전층 및 상기 유전층 내부면에 도포되는 형광막을 포함하여 구성되며, 상기 상부 패널은 상기 밀폐 용기의 상부 내부면에 부착되는 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유전층 및 상기 유전층 내부면에 도포되는 형광막을 포함하여 구성되며, 상기 하부 패널은 상기 밀폐 용기의 하부 내부면에 부착되는 반사막, 상기 반사마그이 내부면에 부착되는 제2전극 총, 상기 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유전층 및 상기 유전층 내부면에 도포되는 형광막을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에 의해 전극이 전면적이 걸쳐 형성되어 있으므로 상대적으로 낮은 전압에서 방전이 전반적으로 균일하게 발생되며 전체의 발광면이 균일한 휘도를 나타내게 된다. 그외에도 부수적으로 효율의 증대와 제조상의 용이성과 같은 효과를 기대할 수 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 면 광원 장치의 상부 패널 및 하부 패널의 단면도이다.

상부 패널(2)의 상부에는 제2전극(5)이 형성되며, 그 내부에 유리와 같은 투명한 재료로 된 유전층(6)이 형성되며, 그 내면에는 형광막(7)이 도포된다. 하부 패널(3)의 하부에는 반사막(8)이 형성되어 있으며, 그 상부면, 즉, 내부면에는 제2전극(5)이 형성되어 있고, 상기 제2전극(5)의 상부면에는 유리와 같은 재료로 된 유전층(6)이 형성되어 있고, 다시 상기 유전층(6)의 상부면에는 형광막(7)이 도포되어 잇다. 상기 상부 패널(2)과 하부패널(3) 사이의 공간에는 제1전극(4)이 그물망 형태 또는 복수의 와이어 형태로 설치된다. 또한 상기 내부 공간에는 가스 혼합물(17)이 주입되며, 이중에서 수은 원자는 가스 방전시 발생되는 전자와 충돌하게 되면 자외선을 발생하여 형광막(7)을 발광시키게 된다.

제2전극(5)은 투명한 도전성 재료로 이루어지며 상기 유전층(6)은 막막의 절연층으로 되어 있어 전압이 가해질 때 커패시터의 역할을 하게 된다. 따라서, 반사막(8)은 발광되는 빛이 반사되어 휘도를 향상시키기 위해 형성되며 가시광선을 반사하기 위한 일반 거울과 마찬가지로 알루미늄 또는 은과 같은 재료로 형성된다. 상기 밀폐 용기(1)의 내부에 주입되는 가스 혼합물(17)은 희가스류 즉 불활성 기체와 수은 가스이다. 가스 혼합물(17) 중의 수은 원자가 이동하는 전자와 충돌로 여기되어 차원을 발생한다.

이와 같은 구조에서 유전층(6)의 유전 강도, 사용 전압, 전극 간의 거리, 유전층(6)의 두께 등은 상호 관련되어 설계될 사항들이다. 유전층(6)에 의해 형성되는 커패시터 커패시턴스는 유전체의 유전 상수에 의해 결정되며 유전 상수가 클수록 증가된다. 유전층(6)의 두께는 유전체의 유전 강도를 고려하여 결정된다. 유전 강도는 재료가 높은 전압에서 에너지를 보유할 수 있는 능력의 척도이다. 유전 강도의 단위는 단위 길이당 전압으로 정의된다. 만일 유전체에 과도하게 높은 전압이 가해지면, 전자 또는 이온이 유전체를 통하여 흐르려 하며, 이 힘이 유전 강도를 초과하면, 유전 물질은 파괴되기 시작하며 전류가 흐르게 된다. 즉 절연 능력을 상실하게 된다.

본 발명의 면 광원 장치의 발광 원리는 제1전극(4)과 제2전극(5)에 고주파 또는 펄스 전압을 가하면 전체가 형성되며, 가스 혼합물(17) 속에 일부 포함될 수 있는 전자가 가속되면서 가스 혼합물(17) 중의 네온 원자와 충돌하면 네온 원자를 이온화시키면서, 전자가 방출된다. 전자들은 그 개수가 증가하면서 네온 원자외 수은 원자를 여기시키게 된다. 이때 네온 원자에서는 광자가 방출되며 수은 원자에서는 자외선이 방출된다. 전극이 그물망 형태일 경우 제1전극(4)의 개구부 또는 전극이 와이어 형태일 경우 각각의 와이어 사이에서 방전이 일어나며 전자가 방출된다. 이때에도 가속된 전자에 의해 수은 가스가 여기되면 자외선이 방사된다. 이와 같이 방사되는 자외선에 의해 형광체가 여기된다. 여기된 형광체는 가시광선을 발산하게 된다. 이것은 공지된 바와 같이 일반적으로 형광체가 높은 에너지의 짧은 파장의 파를 흡수하고 낮은 에너지의 긴 파장의 빛을 방출하는 성질에 의한 것이다.

또한, 본 발명에서는 교류를 사용하고 유전체로 절연된 전극을 사용함으로써, 제1전극(4)과 제2전극(5) 간에 직접 방전은 발생시키지 않지만, 전압을 가할 경우에 가스 혼합물(17) 중의 네온 및 아르곤의 이온화가 발생되며, 이때 형성되는 전자들이 교류에 의한 전계 형성 방향에 따라 이동하면서 수은 원자와 충돌할 수 있게 하였다. 이와 같은 현상은 가스 방전의 원리에 따라 발생하게 된다. 다시 말해서, 본 발명은 가스 방전에 의한 전자 방출의 원리와 형광 물질에 의한 발광 원리를 결합하여 면 광원 장치를 형성한 것이다. 따라서, 일부의 광선은 가스 방전의 결과로서 방사된 것으로 보아야 한다.

유전체에 의해 전극을 절연시킴으로써, 전기 에너지를 저장하는 커패시터가 형성되는 것과 동시에 가해지는 전압에 의한 전계 형성이 균일하게 이루어질 수 있게 하였다. 즉 내부 공간에서의 가스의 이온화와 방전이 균일하게 발생하고 전자의 흐름이 균일하게 발생하게 하였다. 물론 사용 전원으로 고주파를 사용하므로 전자들의 흐름은 내부 공간에서 진동하는 형태로 이루어지며 수은 원자를 여기시키게 된다.

가스 방전과 관련하여, 가스 방전을 이용한 플라즈마 디스플레이 패널의 전형적인 구조를 보여 주는 단면도가 제6도에 도시되어 있다. 제6도를 참조하여, 플라즈마 디스플레이와 관련하여 일반적인 가스 방전의 원리와 가스 방전을 위한 구조를 간단히 설명한다.

가스 방전 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다. 가스를 통해 전계가 형성되면 가스 내에 존재하는 전자가 전계에 의해 가소되며 이동하면서 네온 원자와 충돌을 하게 되면 네온 원자는 전자를 방출하며 양의 네온 이온으로 바귀어 진다. 이와 같은 과정이 반복되면서 전자의 수는 증가하게 된다. 충분히 여기된 네온 네온 원자는 광자를 방출하게 된다.

가스 방전 디스플레이에서 직류 디스플레이와 교유 디스플레이의 주요한 차이는 전자의 경우에는 가스와 직접 접촉을 하며, 후자의 경우에는 전극 가스와 절연되어 있다. 또한 전자의 경우에는 전류를 제한하는 외부 저항이 필요하며 후자의 경우에는 유전체에 전압이 형성됨으로써 전류를 제한하므로 외부 저항이 필요하지 않다. 물론, 직류 방식에는 교류 전압을 사용할 수도 있다. 교류 플라즈마 디스플레이 장치의 일례로서, 가스 방전이 발생되는 내부 공간의 간격은 100㎛이고, 전극과 이를 절연시키는 유리 유전층(6)의 두께는 25㎛로 얇은 필름의 형상이며, 네온과 0.1%의 아르곤의 혼합물이 방전 가스로 사용되었다. 또한 내화 물질인 산화마그네슘(MgO) 층(16)이 수명을 연장시키기 위해 200nm 두께의 박막 형태로 형성되어 있다. 그런데, 산화마그네슘은 가스 혼합물(17)에 수은이 사용되는 경우에는 같은 효ㅘ를 거둘 수 없다. 띠 형상의 수평 전극(14) 및 수직 전극(15)과 각각의 유리 유전층(6)을 지지하기 위한 기판(12)으로는 두개의 유리판이 사용되고, 두개의 유전층(6) 사이는 솔더(solder) 유리가 밀봉 유리(13)로 사용되어 밀봉되었다.

제4도는 본 발명의 평판형 면 광원 장치의다른 실시에를 보여준다. 이 실시예에서는 형광막(7) 도포의 용이성을 위해 평광막(7)을 별도의 유리판, 또는 밀폐 용기(1)의 상부 내면에 형광막(7)을 도포하였다. 이와 같은 형태에서 전자에 의해 여기도니 수은 원자에서 방사되는 자외선을 박막 형상의 상부 패널(2)을 투과하여 형광막(7)에 도달된다. 일반적으로 자외선은 유리에 의해 대체로 차단된다.제5도에는 본 발명의 평탄형 면 광원 장치의 또 다른 실시예를 보여준다. 여기서는 제1전극(4)을 메쉬(mesh) 형상으로 설치하여 가스 방전이 더 효율적으로 발생하도록 하였다. 전극의 형상이 다르나는 점 외에는 제3도의 경우와 마찬가지이며, 같은 원리로 발광이 이루어진다. 전술한 실시예들에서 패널이나 전극을 설치할 때, 도시되어 있지는 않지만 필요에 따라 유리와 같은 투명한 절연 재료에 의한 간격 부재가 형성되어질 수 있다.

상기에서 성명한 바와 같이 구성된 본 발명의 면 광원 장치에 의해 고효율과 지휘도를 실현할 수 있는 면 광원 장치가 제공된다. 또한 광원의 전체 면에 걸쳐 균일한 휘도를 나타내며, 전극의 수명이 연장되고 이에 따라 면 광원 장치의 수명도 연장되다. 구조가 간단하며, 박형화가 가능한 면 광원 장치가 제공된다. 따라서, LCD 표시 장치의 후방 과원으로 사용되어, 표시 장치을 경량화시킬 수 있을 뿐만 아니라 고휘도의 균일한 표시가 가능하게 한다.

Claims (4)

1. 평판형 면 광원 장치에 있어서, 투명한 재료로 되어 잇는 밀폐 용기, 상기 밀폐 용기 내부의 상하면에 부착되며 제2전극이 형성되어 있는 상부 패널 및 이에 대향하는 하부 패널 상기 ㅜ패널 사이의 내부 공간에 복수의 와이어 형태로 설치되는 제1전극 및 상기 내부 공간에 주입되는 가스 혼합물을 포함하여 구성되며, 상기 상부 패널은 상기 밀폐 용기의 상부 내부면에 부착되는 제2전극층, 상기 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유전층 및 상기 유전면에 도포되는 형광막을 포함하여 구성되며,상기 하부 패널은 상기 밀폐 용기의 하부 내부면에 부착되는 반사막, 상기 반사마그이 내부변에 부착되는 제2전극 총, 상기 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유전층 및 상기 유전층 내부면에 도포되는 형광막을 포함하여 구성되는 면 광원 장치.
2. 제항에 있어서, 상기 제1전극이 그물망 형태인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
3. 평판형 면 광원 장치에 있어서, 투명한 재료로 되어 있으며 상부 내부변에 형광막이 도포되어 있는 밀폐 용기 내부의 상하부에 설치되며 제2전극이 형성되어 있는 상부 패널 및 이에 대향하는 하부 패널, 상기 두 패널 사이의 내부 공간에 복수의 와이어 형태로 설치되는 제1전극 및 상기 내부 공간에 주입되는 가스 혼합물을 포함하여 구성되며, 상기 상부 패널은 상기 밀폐 용기의 상부 내부면에 부착되는 제2전극 층 및 사익 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유리와 같은 재료로 형성된 유전층 포함하여 구성되며,

   상기 하부 패널은 아직 밀폐 용기의 하부 내부면에 부착되는 반사막, 상기 반사막의 내부면에 부착되는 제2전극 층 및 상기 제2전극 층의 내부면에 형성되는 유리와 같은 재료로 형성된 유전층을 포함하여 구성되는 면 광원 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1전극이 그물망 형태인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.