KR101319209B1

KR101319209B1 - 액정표시장치의 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR101319209B1
Application number: KR1020060116949A
Authority: KR
Inventors: 문제영; 한상호
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2013-10-16
Also published as: US8212464B2; KR20080047070A; US20080123024A1

Abstract

본 발명은 순수한 색 구현이 가능함과 아울러 색재현 범위가 넓은 냉음극 형광램프를 이용한 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서, 620nm에서 주 파장을 가지는 제1 적색 형광체, 658nm에서 주 파장을 가지는 제2 적색 형광체, 515nm에서 주 파장을 가지는 녹색 형광체 및 447nm에서 주 파장을 가지는 청색 형광체를 포함하는 형광체가 형성된 적어도 하나의 램프; 상기 램프가 배치되는 버텀 커버; 및 상기 램프의 위에 배치되는 광학 부재를 구비한다.

Description

액정표시장치의 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 일반적인 냉음극 형광램프의 단면도.

도 2는 냉음극 형광램프에 도포되는 형광체의 파장과, 액정표시패널의 컬러필터 기판에 형성된 컬러필터의 파장을 나타내는 스펙트럼.

도 3은 3파장 냉음극 형광램프의 색재현 범위가 도시된 색도도.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 채택한 액정표시장치를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 냉음극 형광램프에 도포되는 형광체의 파장을 나타내는 스펙트럼.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

2 : 유리관 4 : 전극

6 : 리드선 8 : 형광체

10 : 내부 공간 52 : 액정표시패널

54 : 패널 가이드 56 : 탑 케이스

58 : 램프 60 : 사이드 서포트

62 : 버텀 커버 64 : 확산판

66 : 광학시트 68 : 게이트 드라이브 집적회로

70 : 게이트 테이프 캐리어 패키지 72 : 게이트 인쇄회로기판

74 : 데이터 드라이브 집적회로 76 : 데이터 테이프 캐리어 패키지

78 : 소스 인쇄회로기판

본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 순수한 색 구현이 가능함과 아울러 색재현 범위가 넓은 냉음극 형광램프를 이용한 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.

액정표시장치는 사무기기의 표시소자부터 컴퓨터의 모니터, 나아가 최근의 공정기술과 구동기술의 발전에 힘입어 대화면의 텔레비전(Television)에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있는 평판 표시장치이다. 이러한 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열된 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동하기 위한 구동 회로를 구비한다.

일반적인 액정표시패널은 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 어레이가 형성된 컬러필터 기판이 액정 층을 사이에 두고 합착되어 형성된다.

액정표시패널의 박막 트랜지스터 기판에는 m개의 데이터라인들과 n개의 게이트라인들이 상호 직교되어 배치되고, 이에 따라 m×n개의 액정셀들이 매트릭스 타입으로 배열된다. 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부 각각에는 박박 트랜지스터가 접속되어, 게이트라인의 스캔 펄스에 응답하여 데이터라인을 통해 공급된 데이터 전압을 액정셀의 화소 전극에 공급하게 된다.

컬러필터 기판에는 블랙 매트릭스, 컬러필터 및 공통 전극 등이 형성된다. 이에 따라, 액정셀은 화소 전극에 공급된 데이터 전압과, 공통 전극에 공급된 공통 전압과의 전위차에 의해 유전 이방성을 갖는 액정이 회전하여 광 투과율을 조절하게 된다.

액정표시패널의 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 상에는 광축이 직교하는 편광판이 부착되고, 액정 층과 접하는 내측면 상에는 액정의 프리틸트각을 결정하는 배향막이 더 형성된다. 또한, 액정셀 각각에는 스토리지 캐패시터가 더 형성된다. 스토리지 캐패시터는 화소 전극과 전단 게이트라인 사이에 형성되거나, 화소 전극과 공통 라인 사이에 형성되어 액정셀에 충전된 데이터 전압을 일정하게 유지시킨다.

액정표시장치의 구동회로는 데이터 구동회로와 게이트 구동회로를 포함한다. 데이터 구동회로는 데이터라인들에 데이터 전압을 공급하고, 게이트 구동회로는 게이트라인들에 스캔 펄스를 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 공급될 액정셀의 수 평 라인을 선택한다.

이와 같은 액정표시장치는 자발광 표시장치가 아니기 때문에 백라이트(Backlight)와 같은 별도의 광원이 필요하다.

백라이트로 사용되는 램프의 종류에는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : "CCFL"), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : "EEFL") 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode : "LED") 등이 있다.

도 1은 상기 램프들 중, 일반적인 CCFL의 단면을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, CCFL은 유리관(2), 유리관(2) 내부의 양단에 위치하는 전극(4) 및 전극(4)에 외부로부터의 전압을 공급하는 리드선(6)을 포함한다. 또한, 유리관(2)의 내부 표면에는 형광체(8)가 도포되고, 유리관(2)의 내부 공간(10)에는 수은, 아르곤, 네온 등의 혼합 가스가 주입된다.

우선, 리드선(6)을 통해 양 전극(4)에 전압이 공급되면, 내부 공간(10)의 전자가 전극(4)에 이끌려 고속으로 이동하여 전극(4)에 충돌함으로써 2차 전자가 방출된다. 방출된 2차 전자는 내부 공간(10)의 수은 원자와 충돌하게 됨으로써 자외선을 발산시키고, 이 자외선은 형광체(8)에 의해 가시광선으로 변환되어 유리관을 통해 발광하게 된다.

이때, 형광체(8)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 형광체를 포함하며, 이 R, G, B 형광체의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.

액정표시장치는 이러한 R, G, B 형광체의 조합으로 발생된 백색광이 액정의 투과율 제어에 따라 컬러필터에 조사됨으로써 원하는 색을 구현하게 된다.

도 2는 종래 CCFL에 도포되는 형광체의 파장과, 액정표시패널의 컬러필터 기판에 형성된 컬러필터의 파장을 나타내는 스펙트럼이다. 여기서, 실선은 R, G, B 컬러필터 각각의 파장을 나타내고, 점선은 형광체의 파장을 나타낸다. 또한, 가로축은 파장(Wavelength)을 나타내고, 세로축은 각 파장에 따른 투과율(Transmittance)을 나타낸다. 이때, 투과율의 수치는 형광체 내의 파장이 가지는 최대 투과율을 100%로 보았을 때, 그에 대비하는 비율을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 형광체는 612nm에서 주 파장을 가지는 R 형광체, 545nm에서 주 파장을 가지는 G 형광체, 450nm에서 주 파장을 가지는 B 형광체를 포함한다. 이 R, G, B 형광체들에서 발생되는 광들은 백색광으로 혼합되어 상술한 바와 같이 액정에 의해 투과율이 제어되고, R, G, B 컬러필터에 의해 각각 적색광, 녹색광, 청색광으로 발산된다.

이처럼 각각 하나의 주 파장을 가지는 R, G, B 형광체를 이용한 CCFL을 3파장 CCFL이라 한다.

도 3은 3파장 CCFL의 색재현 범위가 도시된 색도도이다.

미국 텔레비전 방송규격 심의회(National Television System Committe)에서 제정한 컬러 텔레비전 방식인 NTSC 방식에 따른 색재현 범위를 100%라 하였을 때, 종래의 3파장 CCFL은 NTSC 방식 대비 약 72%의 색재현율을 가진다. CCFL은 형광체의 색재현 범위가 넓을수록 다양한 색을 구현할 수 있게 되는데, 종래의 3파장 CCFL은 NTSC 방식에서 요구되는 색재현 범위를 만족하지 못하여 다양한 색을 구현하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 종래의 3파장 CCFL은 도 2에 도시된 바와 같이 B 컬러필터와 G 컬러필터의 파장 중첩 영역과 G 컬러필터와 R 컬러필터의 파장 중첩 영역에 각각 형광체의 파장이 위치하기 때문에 순수한 청색 및 녹색의 구현이 어려우며, R 형광체의 주 파장이 612nm로써 612nm보다 더 긴 파장에서 구현되는 진한 적색이 구현되기 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 순수한 색 구현이 가능함과 아울러 색재현 범위가 넓은 냉음극 형광램프를 이용한 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서, 620nm에서 주 파장을 가지는 제1 적색 형광체, 658nm에서 주 파장을 가지는 제2 적색 형광체, 515nm에서 주 파장을 가지는 녹색 형광체 및 447nm에서 주 파장을 가지는 청색 형광체를 포함하는 형광체가 형성된 적어도 하나의 램프; 상기 램프가 배치되는 버텀 커버; 및 상기 램프의 위에 배치되는 광학 부재를 구비한다.

상기 램프는 냉음극 형광램프이다.

상기 형광체의 분광 스펙트럼 면적 중에서, 상기 제1 적색 형광체는 15~20%의 면적을 가지고, 상기 제2 적색 형광체는 30~40%의 면적을 가지고, 상기 녹색 형광체는 20~30%의 면적을 가지고, 상기 청색 형광체는 20~25%의 면적을 가진다.

상기 제1 적색 형광체는 YVO4 형광체로 형성되고, 상기 제2 적색 형광체는 Ge 형광체로 형성되고, 상기 녹색 형광체는 BAM 계열 형광체에 망간이 첨가되어 형성되고, 상기 청색 형광체는 SCA 계열의 청색 형광체로 형성된다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 채택한 액정표시장치를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 채택한 액정표시장치는 액정표시패널(52), 액정표시패널(52)이 내부에 적층되는 패널 가이드(Panel Guide)(54), 액정표시패널(52)의 가장자리를 감싸는 탑 케이스(Top Case)(56) 및 액정표시패널(56)에 광을 조사하는 백라이트 유닛을 구비한다.

액정표시패널(52)은 컬러필터 기판(52a) 및 박막 트랜지스터 기판(52b)을 구비한다. 이 컬러필터 기판(52a) 및 박막 트랜지스터 기판(52b) 사이에는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열되어 형성된다.

박막 트랜지스터 기판(52b) 상에는 다수의 데이터 라인들과 다수의 게이트 라인들이 교차되게 배열되고 그 교차부마다 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : "TFT")가 형성된다. TFT는 게이트 라인으로부터의 스캔 펄스에 응답하여 데이터 라인으로부터의 데이터를 액정셀에 공급하게 된다. 이를 위하여, TFT 의 게이트 전극은 게이트 라인에 접속되며, 소스 전극은 데이터 라인에 접속된다. 그리고, TFT의 드레인 전극은 액정셀의 화소 전극에 접속된다. 또한, 박막 트랜지스터 기판(52b)에는 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 캐패시터(Storage Capacitor)가 형성된다. 스토리지 캐패시터는 액정셀과 전단 게이트 라인 사이에 형성될 수도 있으며, 액정셀과 별도의 공통 라인 사이에 형성될 수 있다.

컬러필터 기판(52a)에는 컬러필터, 공통 전극 및 블랙 매트릭스 등이 형성된다. 컬러필터는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 컬러필터로 구성되어 백라이트 유닛에서 공급된 광으로부터 원하는 색을 추출하게 된다.

컬러필터 기판(52a)과 박막 트랜지스터 기판(52b) 각각에는 선편광을 필터링하기 위한 편광판 및 액정 분자의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 액정셀의 액정 분자들은 컬러필터 기판(52a)의 공통 전극과 박막 트랜지스터 기판(52b)의 화소 전극 사이의 전계에 따라 구동되어 편광판을 통해 백라이트 유닛으로부터 입사되는 광을 변조한다.

이러한 액정표시패널(52)의 박막 트랜지스터 기판(52b) 상에는 게이트 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : "PCB")(72)로부터 신호를 공급받아 게이트 신호를 생성하는 게이트 집적회로(68)가 실장된 게이트 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package : "TCP")(70)와, 소스 PCB(78)로부터 신호를 공급받아 데이터 신호를 생성하는 데이터 집적회로(74)가 실장된 데이터 TCP(76)가 부착되어, 게이트 라인과 데이터 라인에 신호를 공급하게 된다.

패널 가이드(54)는 몰드물로서 그 내부의 측벽면이 계단형 단턱면으로 성형 된다. 이러한 패널 가이드(54)의 내부에는 액정표시패널(52)이 장착된다.

탑 케이스(56)는 직각으로 절곡된 평면부와 측면부를 가지는 사각띠 형태로 제작된다. 이러한 탑 케이스(56)는 액정표시패널(52)과 패널 가이드(54)의 가장자리를 감싸도록 형성된다.

백라이트 유닛은 액정표시패널(52)의 아래에 배치되는 다수의 램프들(58), 램프(58)가 장착되는 사이드 서포트(Side Support)(60), 사이드 서포트(60)와 체결되는 버텀 커버(Bottom Cover)(62), 램프(58)의 상부에 위치하는 확산판(64), 및 확산판(64)의 상부에 위치하는 다수의 광학시트들(66)을 포함한다.

확산판(64)은 다수의 비드들(Beads)을 포함하고 그 비드들을 이용하여 램프들(58)을 경유하여 입사되는 광을 산란시켜 액정표시패널(52)의 표시면에서 램프들(58)의 위치와 램프들(58) 사이의 위치에서 휘도 차이가 나지 않게 한다. 이러한 확산판(64)은 동일한 굴절률을 가지는 매질 속에 비드들이 산포된 구조로 제작되기 때문에 광을 집광할 수는 없다.

광학시트들(66)은 1매 이상의 확산시트와 1매 이상의 프리즘시트를 포함하여 확산판(64)으로부터 입사되는 광을 액정표시패널(52) 전체에 균일하게 조사하고 표시면에 대하여 수직인 방향으로 광의 진행경로를 꺾어 표시면 전면으로 광을 집광하는 역할을 한다.

램프(58)는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : "CCFL")로써 도 1에 도시된 종래의 CCFL과 동일한 구조와 작동 원리를 가진다. 하지만, 종래 백라이트 유닛의 CCFL이 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 형광체가 각각 하나의 주 파장 을 가지는 3파장 CCFL이었던 것과는 달리 본 발명에 따른 램프(58)는 G, B 형광체는 하나의 주 파장을 가지지만, 두 개의 R 형광체를 사용함으로써 총 4개의 주 파장을 가지는 4파장 CCFL이다.

도 5는 본 발명에 따른 CCFL에 도포되는 형광체의 파장을 나타내는 스펙트럼이다. 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 영역은 컬러필터에 의해 각각 적색, 녹색, 청색으로 구현되는 형광체의 파장대를 나타낸다. 또한, 가로축은 파장(Wavelength)를 나타내고, 세로축은 각 파장에 따른 투과율(Transmittance)을 나타낸다. 이때, 투과율의 수치는 형광체 내의 파장이 가지는 최대 투과율을 100%로 보았을 때, 그에 대비하는 비율을 나타낸다. 여기서, R, G, B 형광체 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체의 주 파장이라 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 CCFL의 형광체는 620nm에서 주 파장을 가지는 제1 R 형광체, 658nm에서 주 파장을 가지는 제2 R 형광체, 515nm에서 주 파장을 가지는 G 형광체 및 447nm에서 주 파장을 가지는 B 형광체를 포함한다. 상기 제1, 2 R 형광체, G 형광체 및 B 형광체의 주 파장에서의 투과율 값은 제2 R 형광체에서 가장 큰 100%의 투과율을 갖고, B 형광체에서 가장 작은 대략 40%의 투과율을 갖는 것을 볼 수 있다. 또한, G 형광체의 주파장의 투과율 값은 B 형광체의 주파장의 투과율보다 크고, 제1 R 형광체의 주파장의 투과율 값은 G 형광체의 주파장의 투과율 값보다 크다. 또한, 제2 형광체의 주파장의 투과율 값은 제1 형광체의 주파장의 투과율 값보다 크다.

종래의 R 형광체는 612nm에서 주 파장을 가졌지만, 본 발명의 R 형광체는 620nm와 658nm의 두 부분에서 주 파장을 가진다. 즉, 본 발명에 따른 CCFL은 제1 R 형광체가 종래의 R 형광체의 주 파장인 612nm보다 긴 파장인 620nm의 주 파장을 가짐으로써 종래에 비해 표현할 수 있는 색범위가 넓어진다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 CCFL의 형광체는 658nm(도 5의 A부분)에서 주 파장을 가지는 제2 R 형광체를 더 포함함으로써, 진한 적색 구현이 가능하여 더 넓은 색재현 범위를 가진다. 이때, 제1 R 형광체는 YVO4 형광체로 형성되고, 제2 R 형광체는 Ge 형광체로 형성 된다.

또한, G 형광체와 B 형광체는 주 파장이 각각 515nm, 447nm로 옮겨지면서 R 형광체 및 G 형광체와의 색분리가 명확해짐으로써 종래에 비해 순수한 녹색 및 청색의 구현이 가능하도록 한다. G 형광체는 BAM 계열의 형광체에 망간(Mn)이 첨가되어 형성되고, B 형광체는 SCA 계열의 청색(Blue) 형광체로 형성된다.

이러한 형광체 전체의 분광 스펙트럼에서 제1 R 형광체는 15~20%, 제2 R 형광체는 30~40%, G 형광체는 20~30%, B 형광체는 20~25%의 면적을 각각 차지하게 된다.

도 5에서 R, G, B 형광체들의 주 파장을 제외한 부분에 위치하는 파장들은 각 형광체가 가지는 보조 파장들로써, 주 파장에 비해 색 구현에 미치는 영향이 미미하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 CCFL은 형광체의 파장이 각 색 영역에 따라 명확히 분리됨으로써 순수한 색의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 장파장대에 주 파장을 가지는 R 형광체를 더 구비함으로써 색재현 범위가 NTSC 방식에서 요구되는 색재현 범위 대비 100% 이상 확보된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 620nm에서 주 파장을 가지는 제1 적색 형광체, 658nm에서 주 파장을 가지는 제2 적색 형광체, 515nm에서 주 파장을 가지는 녹색 형광체 및 447nm에서 주 파장을 가지는 청색 형광체가 형성된 냉음극 형광램프를 구비한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 발생되는 색영역의 분리가 명확하여 순수한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 장파장을 가지는 적색 형광체에 의해 색재현 범위가 넓어진다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서,

620nm에서 주 파장을 가지는 제1 적색 형광체, 658nm에서 주 파장을 가지는 제2 적색 형광체, 515nm에서 주 파장을 가지는 녹색 형광체 및 447nm에서 주 파장을 가지는 청색 형광체를 포함하는 형광체가 형성된 적어도 하나의 램프;

상기 램프가 배치되는 버텀 커버; 및

상기 램프의 위에 배치되는 광학 부재를 구비하고,

상기 제2 적색 형광체의 주파장에서의 투과율은 상기 제1 적색 형광체의 주파장에서의 투과율보다 크며,

상기 제1 적색 형광체의 주파장에서의 투과율은 상기 녹색 형광체의 주파장에서의 투과율보다 크고,

상기 녹색 형광체의 주파장에서의 투과율은 상기 청색 형광체의 주파장에서의 투과율보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 램프는 냉음극 형광램프인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 형광체의 분광 스펙트럼 면적 중에서,

상기 제1 적색 형광체는 15~20%의 면적을 가지고,

상기 제2 적색 형광체는 30~40%의 면적을 가지고,

상기 녹색 형광체는 20~30%의 면적을 가지고,

상기 청색 형광체는 20~25%의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장 치의 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 적색 형광체는 YVO4 형광체로 형성되고,

상기 제2 적색 형광체는 Ge 형광체로 형성되고,

상기 녹색 형광체는 BAM 계열 형광체에 망간이 첨가되어 형성되고,

상기 청색 형광체는 SCA 계열의 청색 형광체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.