KR100830991B1 - 발광 장치 및 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 장치의 발열과 이에 따른 액정 패널 조립체의 열 변형을 억제하기 위하여 개선된 구조를 가지는 발광 장치와 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 액정 표시장치를 제공한다. 본 발명에 따른 발광 장치는 서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 전면 기판 및 후면 기판과, 전면 기판의 일면에 형성되는 제1 전극들과, 절연층을 사이에 두고 제1 전극들 상부에서 제1 전극들과 교차하는 방향을 따라 형성되는 제2 전극들과, 제1 전극들과 제2 전극들 중 어느 한 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과, 후면 기판의 일면에 형성되는 광 반사막과, 광 반사막 위에 형성되는 형광층을 포함한다. 이때 제1 전극들과 제2 전극들 및 절연층은 투명 물질로 형성된다.

전자방출부, 캐소드전극, 게이트전극, 형광층, 광반사막, 애노드전극, 액정패널조립체

Description

발광 장치 및 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 액정 표시장치 {LIGHT EMITTING DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH THE LIGHT EMITTING DEVICE AS BACK LIGHT UNIT}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 전면 기판과 전자 방출 유닛의 확대 사시도로서 상하 방향을 바꾸어 도시하였다.

도 3은 전자 방출 유닛의 변형예를 설명하기 위해 도시한 전면 기판과 전자 방출 유닛의 확대 사시도로서 상하 방향을 바꾸어 도시하였다.

도 4는 발광 유닛의 변형예를 설명하기 위해 도시한 후면 기판과 발광 유닛의 부분 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치를 구동하는 구성의 블록도이다.

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전계에 의한 전 자 방출 특성을 이용하여 빛을 내는 발광 장치와, 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 액정 표시장치에 관한 것이다.

최근들어 평판 표시장치의 한 종류인 액정 표시장치가 음극선관을 대체하여 널리 사용되고 있다. 액정 표시장치는 인가 전압에 따라 비틀림각이 변화하는 액정의 유전 이방성을 이용하여 픽셀별로 광 투과량을 변화시키는 특징을 가진다.

이러한 액정 표시장치는 기본적으로 액정 패널 조립체와, 액정 패널 조립체로 빛을 제공하는 백 라이트 유닛을 포함하며, 액정 패널 조립체가 백 라이트 유닛에서 방출되는 빛을 제공받아 이 빛을 액정층의 작용으로 투과 또는 차단시킴으로써 소정의 화상을 구현한다.

백 라이트 유닛은 광원의 종류에 따라 구분할 수 있는데, 그 중 하나로 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL, 이하 'CCFL'이라 한다) 방식이 공지되어 있다. CCFL은 선 광원이므로 CCFL에서 발생된 빛을 확산 시트와 확산판 및 프리즘 시트와 같은 광학 부재를 통해 액정 패널 조립체를 향해 고르게 분산시킨다.

그러나 CCFL 방식에서는 CCFL에서 발생된 빛이 광학 부재를 거치게 되므로 상당한 광 손실이 발생하며, 이러한 광 손실을 고려하여 CCFL에서 강한 세기의 빛을 방출해야 하므로 소비 전력이 큰 단점이 있다. 또한 CCFL 방식은 구조상 대면적화가 어렵기 때문에 30인치 이상의 대형 표시장치에 적용이 어려운 한계가 있다.

그리고 종래의 백 라이트 유닛으로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED, 이하 'LED'라 한다) 방식이 공지되어 있다. LED는 점 광원으로서 통상 복수개로 구비되며, 반사 시트, 도광판, 확산 시트, 확산판 및 프리즘 시트 등의 광학 부재와 조합되어 백 라이트 유닛을 구성한다. 이러한 LED 방식은 응답 속도가 빠르고 색재현성이 우수한 장점이 있으나, 가격이 높고 두께가 큰 단점이 있다.

이에 따라, 최근들어 CCFL 방식과 LED 방식을 대체할 백 라이트 유닛으로서 전계에 의한 전자 방출 특성을 이용하여 빛을 내는 전계 방출형(field emission type) 백 라이트 유닛이 제안되고 있다. 전계 방출형 백 라이트 유닛은 면 광원으로서 소비 전력이 작고 대형화에 유리하며 복잡한 광학 부재를 필요로 하지 않는 장점이 있다.

통상의 전계 방출형 백 라이트 유닛은 전면 기판과 후면 기판 및 밀봉 부재로 구성되는 진공 용기와, 후면 기판의 일면에 제공되는 캐소드 전극들 및 전자 방출부들과, 전면 기판의 일면에 제공되는 형광층과 애노드 전극을 포함한다. 전자 방출부는 캐소드 전극과 애노드 전극의 전압 차에 의해 형성된 전계에 의해 전자들을 방출시키고, 방출된 전자들이 대응하는 부위의 형광층에 충돌하여 이를 발광시킨다.

그런데 종래의 전계 방출형 백 라이트 유닛에서는 발열량이 큰 발광 유닛이 액정 패널 조립체와 마주하는 전면 기판에 제공되기 때문에 냉각이 용이하지 않은 단점이 있다. 그 결과 발열에 의해 백 라이트 유닛이 파손되거나 액정 패널 조립체가 변형될 가능성이 크며, 형광층이 장시간 고온에 노출됨에 따라 발광 효율이 낮아지는 문제가 있다.

이처럼 종래의 백 라이트 유닛은 광원의 종류에 따라 각자의 문제점을 가지고 있다. 또한 종래의 백 라이트 유닛은 액정 표시장치 구동시 화면 전체가 일정한 밝기로 항상 켜져 있으므로 액정 표시장치에 요구되는 화질 개선에 부합하기 어려운 문제가 있다.

일례로 액정 패널 조립체가 영상 신호에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 포함하는 임의의 화면을 표시하는 경우, 백 라이트 유닛이 밝은 부분을 표시하는 영역과 어두운 부분을 표시하는 영역에 서로 다른 세기의 빛을 제공한다면 동적 대비비(dynamic contrast)가 우수한 화면을 표시할 수 있을 것이다.

그러나 지금까지의 백 라이트 유닛으로는 전술한 기능을 구현할 수 없으므로 종래의 액정 표시장치는 화면의 동적 대비비를 높이는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구동시 발생하는 열을 신속하게 외부로 방출시켜 발열에 의한 파손과 액정 패널 조립체의 열 변형을 억제할 수 있는 발광 장치 및 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 액정 표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 화면을 복수개 영역으로 분할하고 분할된 영역별로 발광 세기를 독립적으로 제어할 수 있는 발광 장치 및 이 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하여 화면의 동적 대비비를 높일 수 있는 액정 표시장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 대향 배치되며 진공 용기를 구성하는 전면 기판 및 후면 기판과, 전면 기판의 일면에 형성되는 제1 전극들과, 절연층을 사이에 두고 제1 전극들 상부에서 제1 전극들과 교차하는 방향을 따라 형성되는 제2 전극들과, 제1 전극들과 제2 전극들 중 어느 한 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들과, 후면 기판의 일면에 형성되는 광 반사막과, 광 반사막 위에 형성되는 형광층을 포함하며, 제1 전극들과 제2 전극들 및 절연층이 투명 물질로 형성되는 발광 장치를 제공한다.

상기 제1 전극들과 제2 전극들은 ITO(Indium Tin Oxide)와 IZO(Indium Zinc Oxide) 중 어느 하나의 투명 전극으로 형성되며, 금속으로 형성되는 불투명한 보조 전극을 더욱 포함할 수 있다.

상기 전자 방출부는 탄소계 물질과 나노미터 사이즈 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 광 반사막은 0.5 내지 3㎛ 두께로 형성될 수 있으며, 진공 용기 외부에 위치하는 애노드 리드부와 연결되어 애노드 전극으로 기능할 수 있다.

다른 한편으로, 상기 발광 유닛은 광 반사막과 형광층 사이에 위치하는 투명한 애노드 전극을 더욱 포함할 수 있다.

상기 전면 기판과 후면 기판은 5 내지 20mm의 간격을 두고 위치할 수 있으며, 상기 발광 장치는 광 반사막 또는 애노드 전극에 10kV 이상의 직류 전압을 인가하는 애노드 전압 인가부를 더욱 포함할 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

전술한 구성의 발광 장치와, 발광 장치의 전방에 위치하여 발광 장치로부터 방출된 빛을 제공받아 화상을 표시하는 액정 패널 조립체를 포함하는 액정 표시장치를 제공한다.

상기 액정 패널 조립체는 행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 형성하며, 발광 장치는 행 방향과 열 방향을 따라 액정 패널 조립체보다 작은 수의 픽셀들을 형성한다.

상기 액정 패널 조립체는 행 방향을 따라 M개의 픽셀들과 열 방향을 따라 N개의 픽셀들을 형성하며, 이때 M과 N은 240 이상의 정수로 설정될 수 있다.

상기 발광 장치는 행 방향을 따라 M'개의 픽셀들과 열 방향을 따라 N'개의 픽셀들을 형성하며, 이때 M'와 N'는 2 내지 99 가운데 어느 하나의 정수로 설정될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전면 기판과 전자 방출 유닛의 확대 사시도로서 상하 방향을 바꾸어 도시하였다.

먼저 도 1을 참고하면, 본 실시예의 발광 장치(10)는 소정의 간격을 두고 평행하게 대향 배치되는 전면 기판(12)과 후면 기판(14)을 포함한다. 전면 기판(12)과 후면 기판(14)의 가장자리에는 밀봉 부재(16)가 배치되어 두 기판을 접합시키며, 내부 공간이 대략 10^-6 Torr의 진공도로 배기되어 전면 기판(12)과 후면 기 판(14) 및 밀봉 부재(16)가 진공 용기를 구성한다.

전면 기판(12)과 후면 기판(14)은 밀봉 부재(16) 내측에서 실제 가시광 방출에 기여하는 유효 영역과, 유효 영역을 둘러싸는 비유효 영역을 구비한다. 전면 기판(12)의 유효 영역에는 전자 방출을 위한 전자 방출 유닛(18)이 제공되고, 후면 기판(14)의 유효 영역에는 가시광 방출을 위한 발광 유닛(20)이 제공된다.

전자 방출 유닛(18)은 서로 교차하는 방향을 따라 형성되는 제1 전극들 및 제2 전극들과, 제1 전극들과 제2 전극들 중 어느 한 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들을 포함한다. 제1 전극들과 제2 전극들은 구동 전극들로서 인가 신호에 따라 주사 전극과 데이터 전극 중 어느 하나의 전극으로 기능한다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에서 전자 방출 유닛(18)은 전면 기판(12)의 일 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 캐소드 전극들(22)과, 절연층(24)을 사이에 두고 캐소드 전극들(22) 위에서 캐소드 전극(22)과 교차하는 방향을 따라 스트라이프 패턴으로 형성되는 게이트 전극들(26)과, 캐소드 전극(22)에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들(28)을 포함한다.

캐소드 전극들(22)과 게이트 전극들(26)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극으로 형성되고, 절연층(24)은 투명한 절연 물질로 형성된다. 이로써 후면 기판(14)에 제공된 발광 유닛(20)에서 가시광이 방출될 때, 이 가시광은 투명한 게이트 전극들(26)과 절연층(24) 및 캐소드 전극들(22)을 투과하여 전면 기판(12) 외측에 부착된 액정 패널 조립체(도시하지 않음)에 제공된다.

이때 ITO 또는 IZO와 같은 투명 전극은 금속 전극에 비해 전기 저항이 크기 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)은 일부 영역에 금속으로 이루어진 불투명한 보조 전극(30, 32)을 형성할 수 있다. 보조 전극(30, 32)은 전자 방출 유닛(18')의 가시광 투과율에 실질적인 영향을 미치지 않도록 미세 폭으로 형성한다.

게이트 전극들(26)은 전면 기판(12)의 행 방향을 따라 나란히 배치될 수 있으며, 주사 구동 전압을 인가받아 주사 전극으로 기능할 수 있다. 캐소드 전극들(22)은 전면 기판(12)의 열 방향을 따라 나란히 배치될 수 있으며, 데이터 구동 전압을 인가받아 데이터 전극으로 기능할 수 있다.

캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)의 교차 영역마다 게이트 전극(26)과 절연층(24)에 개구부(261, 241)가 형성되어 캐소드 전극(22)의 표면 일부를 노출시키며, 절연층 개구부(241) 내측으로 캐소드 전극(22) 위에 전자 방출부(28)가 위치한다.

전자 방출부(28)는 진공 중에서 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 탄소계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질로 이루어질 수 있다. 전자 방출부(28)는 일례로 탄소 나노튜브, 흑연, 흑연 나노파이버, 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소, C₆₀, 실리콘 나노와이어 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 그 제조법으로 스크린 인쇄, 직접 성장, 화학기상증착 또는 스퍼터링 등을 적용할 수 있다.

다른 한편으로, 전자 방출부는 몰리브덴(Mo) 또는 실리콘(Si) 등을 주 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁 구조물로 이루어질 수 있다.

전술한 구조에서 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)의 교차 영역 하나가 발광 장치(10)의 한 픽셀 영역에 대응하거나, 2개 이상의 교차 영역이 발광 장치(10)의 한 픽셀 영역에 대응할 수 있다. 두번째 경우 하나의 픽셀 영역에 대응하는 2개 이상의 캐소드 전극들(22) 및/또는 2개 이상의 게이트 전극들(26)은 서로 전기적으로 연결되어 동일한 구동 전압을 인가받는다.

도 1을 참고하면, 발광 유닛(20)은 후면 기판(14) 위에 형성되는 광 반사막(34)과, 광 반사막(34) 위에 형성되는 형광층(36)을 포함한다. 형광층(36)은 백색 형광층으로 이루어지거나, 적색과 녹색 및 청색 형광층들이 조합된 구성으로 이루어질 수 있다.

백색 형광층은 후면 기판(14) 전체에 형성되거나, 픽셀 영역마다 하나의 백색 형광층이 위치하도록 소정의 패턴으로 구분되어 위치할 수 있다. 적색과 녹색 및 청색 형광층들은 하나의 픽셀 영역 안에서 소정의 패턴으로 구분되어 위치한다. 도면에서는 후면 기판(14) 전체에 백색 형광층이 위치하는 경우를 도시하였다.

광 반사막(34)은 광 반사율이 우수한 금속으로 형성되며, 대표적으로 알루미늄막으로 이루어진다. 본 실시예에서 광 반사막(34)은 전자 투과도를 고려하지 않아도 되므로 대략 0.5 내지 3㎛ 두께로 치밀하게 형성될 수 있으며, 높은 광 반사율로 인해 형광층(36)의 발광 효율을 높인다.

광 반사막(34)은 그 일부가 진공 용기 외부로 인출되어 애노드 리드부(38)를 형성하고, 이를 통해 애노드 전압을 인가받아 애노드 전극으로 기능할 수 있다. 애노드 전극은 전자빔을 끌어당기는 가속 전극으로서 수 내지 수십 킬로볼트(kV)의 고전압을 인가받아 형광층(36)을 고전위 상태로 유지시킨다.

다른 한편으로, 도 4에 도시한 바와 같이 발광 유닛(20')은 광 반사막(34)과 형광층(36) 사이에 별도의 애노드 전극(40)을 추가로 형성할 수 있다. 애노드 전극(40)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명 전극으로 형성되며, 그 일부가 진공 용기 외부로 인출되어 애노드 리드부(38')를 형성한다. 이때 광 반사막(34)은 진공 용기 내부에만 형성된다.

다시 도 1을 참고하면, 전면 기판(12)과 후면 기판(14) 사이에는 진공 용기에 가해지는 압축력을 지지하고 두 기판의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서들(42)이 배치된다. 스페이서들(42)은 게이트 전극들(26) 사이로 픽셀 영역 외곽에 위치한다. 도면에서는 편의상 하나의 스페이서를 도시하였다.

전술한 구성의 발광 장치(10)는 진공 용기 외부로부터 캐소드 전극들(22)과 게이트 전극들(26) 및 광 반사막(34)에 소정의 전압을 공급하여 구동한다.

즉 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)이 소정의 구동 전압을 인가받으면, 캐소드 전극(22)과 게이트 전극(26)의 전압 차가 임계치 이상인 픽셀 영역에서 전자 방출부(28) 주위에 전계가 형성되어 이로부터 전자들(도 1에서 e^-로 표시)이 방출된다. 방출된 전자들은 광 반사막(34)에 인가된 고전압에 이끌려 대응하는 형광층(36) 부위에 충돌함으로써 이를 발광시킨다.

형광층(36)에서 방사된 가시광(도 1에서 vl로 표시)은 투명한 게이트 전극들(26), 절연층(24), 캐소드 전극들(22) 및 전면 기판(12)을 투과하여 전면 기판(12) 외측에 위치하는 액정 패널 조립체(도시하지 않음)로 제공된다. 이 과정에서 광 반사막(34)이 형광층(36)에서 방사된 가시광 중 후면 기판(14)을 향해 방사된 가시광을 전면 기판(12) 측으로 반사시켜 형광층(36)의 발광 효율을 높인다.

또한 본 실시예에서 전면 기판(12)과 후면 기판(14)은 5 내지 20mm, 바람직하게 10 내지 20mm 간격을 두고 위치하며, 광 반사막(34)에 10kV 이상의 고전압을 인가한다. 따라서 본 실시예의 발광 장치(10)는 단위 면적당 5㎂/cm² 이상의 전자 방출량을 얻을 수 있으며, 유효 영역 중앙부에서 대략 10,000cd/m² 또는 그 이상의 휘도를 구현할 수 있다. 도 1에서 부호 44가 애노드 리드부(38)에 애노드 전압을 인가하는 애노드 전압 인가부를 나타낸다.

이와 같이 본 실시예의 발광 장치(10)는 전자 방출 유닛(18)을 전면 기판(12)에 배치하고 발광 유닛(20)을 후면 기판(14)에 배치함에 따라, 전자빔 방출 방향과 가시광 방사 방향을 서로 반대 방향으로 설정하고 있으며, 전술한 구성에 따라 다음과 같은 효과를 구현한다.

본 실시예의 발광 장치(10)에서는 발열량이 큰 발광 유닛(20)이 후면 기판(14)에 제공되므로 발광 장치(10)의 냉각을 용이하게 할 수 있으며, 그 결과 후면 기판(14)에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 방출시켜 열에 의한 발광 장치(10)의 파손을 억제할 수 있다. 또한 발광 장치(10)의 발열에 의한 액정 패널 조 립체의 열 변형을 효과적으로 억제할 수 있고, 형광층(36)의 온도를 낮추어 형광층(36)의 발광 효율을 높게 유지할 수 있다.

발광 유닛이 전면 기판에 제공된 종래의 발광 장치에서는 구동시 형광층 온도가 대략 70℃ 정도이나, 본 실시예에 의한 발광 장치(10)에서는 구동시 형광층(36) 온도가 대략 40℃ 정도인 것으로 확인되었다.

도 5는 전술한 구성의 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 분해 사시도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예의 액정 표시장치(50)는 행 방향과 열 방향을 따라 임의의 픽셀을 가지는 액정 패널 조립체(52)와, 액정 패널 조립체(52) 후방에 위치하여 액정 패널 조립체(52)로 빛을 제공하는 발광 장치(10)를 포함한다. 액정 패널 조립체(52)로는 공지된 모든 액정 패널 조립체가 적용될 수 있으며, 전술한 실시예의 발광 장치(10)가 백 라이트 유닛으로 기능한다.

액정 패널 조립체(52)와 발광 장치(10) 사이에는 필요에 따라 확산판 또는 확산 시트와 같은 도시하지 않은 광학 부재가 배치될 수 있다.

여기서 행 방향은 액정 표시장치(50)의 일 방향, 일례로 액정 표시장치(50)가 구현하는 화면의 수평 방향으로 정의할 수 있고, 열 방향은 액정 표시장치(50)의 다른 일 방향, 일례로 액정 표시장치(50)가 구현하는 화면의 수직 방향으로 정의할 수 있다.

특히 본 실시예에서 발광 장치(10)는 행 방향과 열 방향을 따라 액정 패널 조립체(52)보다 작은 수의 픽셀을 형성하여 발광 장치(10)의 한 픽셀이 2개 이상의 액정 패널 조립체(52) 픽셀들에 대응하도록 한다.

즉, 행 방향에 따른 액정 패널 조립체(52)의 픽셀 수와 열 방향에 따른 액정 패널 조립체(52)의 픽셀 수를 각각 M과 N이라 하면, M과 N은 240 이상의 정수로 정의할 수 있다. 그리고 행 방향에 따른 발광 장치(10)의 픽셀 수와 열 방향에 따른 발광 장치(10)의 픽셀 수를 각각 M'와 N'라 하면, M'와 N'는 2 내지 99 가운데 어느 하나의 정수로 정의할 수 있다.

전술한 구성에 의해 발광 장치(10)는 픽셀별로 이에 대응하는 액정 패널 조립체(52) 픽셀군(群)에 서로 다른 세기의 광을 제공하여 화면의 동적 대비비(dynamic contrast)를 향상시킨다.

도 6은 액정 표시장치를 구동하는 구성의 블록도이다.

도 6을 참고하면, 본 실시예의 액정 표시장치는 액정 패널 조립체(52)와, 액정 패널 조립체(52)에 연결되는 게이트 구동부(102) 및 데이터 구동부(104)와, 데이터 구동부(104)에 연결되는 계조 전압 생성부(106)와, 발광 장치(10) 및 이들을 제어하는 신호 제어부(108)를 포함한다.

액정 패널 조립체(52)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)과, 이 신호선에 연결되며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 한다)를 전달하는 복수의 게이트 라인(G₁-G_n)과, 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인(D₁-D_m)을 포함한다.

각 화소(PX), 예를 들면 i번째(i=1,2,...n) 게이트 라인(G_i)과 j번째(j=1,2,...m) 데이터 라인(D_j)에 연결된 화소(54)는 신호선(G_i,D_j)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

스위칭 소자(Q)는 액정 패널 조립체(52)의 하부 기판(도시하지 않음)에 구비되는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트 라인(G_i)에 연결되고, 입력 단자는 데이터 라인(D_j)에 연결되며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다.

계조 전압 생성부(106)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 두 벌의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지며, 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.

게이트 구동부(102)는 액정 패널 조립체(52)의 게이트 라인(G₁-G_n)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트 라인(G₁-G_n)에 인가한다.

데이터 구동부(104)는 액정 패널 조립체(52)의 데이터 라인(D₁-D_m)에 연결되며, 계조 전압 생성부(106)로부터 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 신호로서 데이터 라인(D₁-D_m)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(106)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우 에, 데이터 구동부(104)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 신호를 선택한다.

신호 제어부(108)는 게이트 구동부(102), 데이터 구동부(104) 및 발광 장치 제어부(110) 등을 제어한다. 신호 제어부(108)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다.

입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며, 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=2¹⁰), 256(=2⁸) 또는 64(=2⁶)개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.

신호 제어부(108)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 패널 조립체(52)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(102)로 내보내고, 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(104)에 내보낸다. 또한, 신호 제어부(108)는 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 처리한 영상 신호(DAT)를 발광 장치 제어부(110)로 전달한다.

발광 장치(10)는 발광 장치 제어부(110), 컬럼 구동부(112), 주사 구동부(114) 및 표시부(116)를 포함한다.

표시부(116)는 주사 신호를 전달하는 복수의 주사 라인(S₁-S_p)과, 컬럼 신호를 전달하는 복수의 컬럼 라인(C₁-C_q) 및 복수의 발광 픽셀(EPX)을 포함한다. 복수의 발광 픽셀(EPX) 각각은 주사 라인(S₁-S_p)과 주사 라인에 교차하는 컬럼 라인(C₁-C_q)에 의해 정의되는 영역에 위치한다. 주사 라인(S₁-S_p)은 주사 구동부(114)에 연결되고, 컬럼 라인(C₁-C_q)은 컬럼 구동부(112)에 연결된다. 그리고 주사 구동부(114)와 컬럼 구동부(112)는 발광 장치 제어부(110)에 연결되어 발광 장치 제어부(110)의 제어 신호에 따라 동작한다.

상기에서 복수의 주사 라인(S₁-S_p)은 전술한 발광 장치의 주사 전극들이고, 컬럼 라인(C₁-C_q)은 데이터 전극들이다.

발광 장치 제어부(110)는 게이트 제어 신호(CONT1)를 이용하여 주사 구동부(114)를 제어하는 주사 구동부 제어신호(CS)를 생성하여 전달한다. 그리고 데이터 제어 신호를 이용하여 컬럼 구동부 제어신호(CC)를 생성하고, 영상 신호(DAT)에 대응하는 컬럼 신호(CLS)를 생성한다. 생성된 컬럼 구동부 제어신호(CS) 및 컬럼 신호(CLS)는 컬럼 구동부(112)로 전달된다. 발광 장치 제어부(110)는 한 프레임의 영상 신호(DAT)로부터 발광 장치(10)의 픽셀별 휘도 정보를 생성하고, 생성된 휘도 정보에 따라 컬럼 신호(CLS)를 생성한다.

주사 구동부(114)는 입력받은 주사 구동부 제어 신호에 기초하여 소정의 펄스를 갖는 주사 신호를 순차적으로 주사 라인(S₁-S_p)에 인가한다. 컬럼 구동부(112) 는 입력받은 컬럼 구동부 제어 신호에 따라, 컬러 신호에 대응하는 구동 전압을 각 컬럼 라인(C₁-C_q)에 인가한다.

전술한 구성에 의해, 발광 장치(10)의 표시부(116)는 영상 신호와 동기된 구동 신호를 인가받아 각 픽셀별 휘도 정보에 따라 적정한 세기의 광을 방출시키고, 이를 액정 패널 조립체(52)에 제공한다. 발광 장치 표시부(116)의 각 발광 픽셀(EPX)은 2 내지 8 비트(bit)의 계조 표현을 할 수 있도록 구동하는 것이 바람직하다.

이로써 액정 패널 조립체(52)가 위치별로 서로 다른 밝기의 화면을 표시할 때, 발광 장치(10)는 밝은 부분을 표시하는 액정 패널 조립체(52)의 픽셀군에 강한 빛을 제공하고, 어두운 부분을 표시하는 액정 패널 조립체(52)의 픽셀군에 약한 빛을 제공할 수 있다. 또한 흑색을 표시하는 액정 패널 조립체(52) 픽셀군에 대응하는 발광 장치(10)의 발광 픽셀은 턴 오프될 수 있다.

그 결과 본 실시예의 액정 표시장치(50)는 전술한 과정을 통해 화면의 동적 대비비(dynamic contrast)를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 액정 표시장치(50)는 전술한 구성의 발광 장치(10)를 백 라이트 유닛으로 사용함에 따라, 종래의 냉음극 형광램프(이하 'CCFL'이라 한다) 방식 및 발광 다이오드(이하 'LED'라 한다) 방식의 백 라이트 유닛과 비교할 때 하기의 장점을 가진다.

본 실시예의 발광 장치(10)는 면 광원이므로 CCFL 방식의 백 라이트 유닛과 LED 방식의 백 라이트 유닛에 사용되는 다수의 광학 부재를 필요로 하지 않는다. 따라서 본 실시예의 발광 장치(10)에서는 광학 부재를 거치면서 발생하는 광 손실이 거의 없으며, 광 손실을 고려하여 발광 장치(10)에서 과도한 세기의 광을 방출하지 않아도 되므로 낮은 소비 전력으로 우수한 효율을 얻을 수 있다.

또한 본 실시예의 발광 장치(10)는 기본적으로 CCFL 방식의 백 라이트 유닛보다 소비 전력이 낮고, 광학 부재를 사용하지 않음에 따라 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, LED 방식의 백 라이트 유닛보다 제조 비용이 낮다. 뿐만 아니라 본 실시예의 발광 장치(10)는 대형화가 용이하므로 30인치 이상의 대형 액정 표시장치에 용이하게 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명에 의한 발광 장치는 발열량이 큰 발광 유닛을 후면 기판에 배치함에 따라 발광 장치의 냉각을 용이하게 할 수 있다. 따라서 발열에 의한 발광 장치의 파손과 액정 패널 조립체의 열 변형을 억제할 수 있으며, 구동시 형광층의 온도를 낮추어 형광층의 발광 효율을 높이고, 형광층 열화를 억제할 수 있다.

또한 전술한 발광 장치를 백 라이트 유닛으로 사용하는 본 발명에 의한 액정 표시장치는 화면의 동적 대비비를 높여 표시 품질을 향상시키고, 백 라이트 유닛의 소비 전력을 줄여 전체 소비 전력을 낮출 수 있으며, 30인치 이상의 대형 표시장치로 용이하게 제작될 수 있다.

Claims (13)

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10. 행 방향과 열 방향을 따라 복수의 픽셀들을 형성하는 액정 패널 조립체; 및

    상기 액정 패널 조립체의 후방에 위치하여 상기 액정 패널 조립체로 빛을 제공하는 발광 장치

    를 포함하며,

    상기 발광 장치가,

    서로 대향 배치되고 진공 용기를 구성하는 전면 기판 및 후면 기판;

    상기 전면 기판의 일면에 형성되고, 투명 도전막 및 상기 투명 도전막의 일면에 위치하며 금속으로 형성되는 불투명한 보조 전극을 포함하는 제1 전극들;

    투명한 절연 물질로 형성된 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극들의 상부에서 상기 제1 전극들과 교차하는 방향을 따라 형성되고, 투명 도전막 및 상기 투명 도전막의 일면에 위치하며 금속으로 형성되는 불투명한 보조 전극을 포함하는 제2 전극들;

    상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 중 어느 한 전극들에 전기적으로 연결되는 전자 방출부들;

    상기 후면 기판의 일면에 형성되는 광 반사막; 및

    상기 광 반사막 위에 형성되는 형광층

    을 포함하며,

    상기 발광 장치가 상기 행 방향과 상기 열 방향을 따라 상기 액정 패널 조립체보다 적은 수의 픽셀들을 형성하고, 상기 발광 장치의 각 픽셀이 대응하는 상기 액정 패널 조립체 픽셀들의 계조에 대응하여 독립적으로 발광하는 액정 표시장치.
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12. 제10항에 있어서,

    상기 액정 패널 조립체가 상기 행 방향을 따라 M개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N개의 픽셀들을 형성하며,

    상기 M과 N이 각각 240 이상의 정수인 액정 표시장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 발광 장치가 상기 행 방향을 따라 M'개의 픽셀들과 상기 열 방향을 따라 N'개의 픽셀들을 형성하며,

    상기 M'와 N'가 각각 2 내지 99 가운데 어느 하나의 정수인 액정 표시장치.

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