KR20050058927A - 외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부전극과 접촉전극을 일체화하여 구조를 단순화하면서 작업성이 용이한 외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관과, 상기 유리관의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛{external electrode fluorescent lamp and back light unit fabricated with it}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 외부전극과 접촉전극을 일체화하여 구조가 단순하고 작업성을 향상시키는데 적당한 외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛(backlight unit)에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치는, 최근에 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

여기서 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

한편, 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에 LCD 패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광원, 즉 백 라이트가 반드시 필요하며, 이러한 백 라이트는 램프 유닛이 설치되는 위치에 따라 에지 방식과 직하 방식으로 구분된다.

여기서 광원으로는 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등을 사용하며, 특히 수명이 길고 소비전력이 작으며 얇게 형성할 수 있는 CCFL 방식이 대화면 컬러 TFT LCD에서 많이 사용된다.

CCFL 광원은 패닝 효과(penning effect)를 이용하기 위해 아르곤, 네온 등을 첨가한 수은 가스를 저압으로 봉입한 형광 방전관을 사용하고 있다. 관의 양단에는 전극이 형성되는데 음극은 판상으로 넓게 형성되며, 전압이 인가될 경우 스퍼터링 현상에서와 같이 방전관 내의 하전입자가 판상의 음극과 충돌하여 이차전자를 발생시키고 이는 주변 원소들을 여기시켜 플라즈마를 형성시킨다.

이 원소들은 강한 자외선을 방출하며 이 자외선이 다시 형광체를 여기시켜 형광체가 가시광선을 방출하게 한다.

이중 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로써, 램프 유닛은 빛을 발광하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발광된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.

이와 같이 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 에지방식은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용되는 것으로, 빛의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정표시장치의 박형화에 유리하다.

한편, 직하방식은 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 LCD 패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.

이러한, 직하방식은 에지 방식에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.

하지만, 직하방식이 채택된 액정표시장치의 경우는 대형 모니터나 텔레비전 등으로 사용되어 랩탑형 컴퓨터에 비해 사용하는 시간이 길어지고, 램프의 개수도 많기 때문에 에지 방식보다 직하방식에서 램프의 고장 및 수명이 다하여 점등이 되지 않는 램프가 나타날 가능성이 더 많아졌다.

직하방식에서는 화면 밑면에 램프들이 복수개 설치되기 때문에 램프의 수명 및 고장으로 인해 예를 들어, 한 개의 램프가 점등되지 않을 경우 램프가 점등되지 않는 부분이 다른 부분보다 현저하게 어두워지므로 램프가 점등되지 않는 부분이 화면상에 곧바로 나타나게 된다.

이로 인해, 직하방식에서는 램프의 교체가 빈번하게 이루어지므로, 램프 유닛을 분해하고 조립하는데 용이한 구조를 가져야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 백 라이트 유닛을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 직하방식의 백 라이트를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 내면에 형광체가 코팅되어 빛을 발산하는 복수개의 발광 램프(1)들과, 상기 발광 램프(1)들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스(3)와, 상기 발광 램프(1)와 액정 패널(도시되지 않음) 사이에 배치된 광 산란수단(5a,5b,5c)으로 구성된다.

여기서 상기 광 산란수단(5a,5b,5c)은 발광 램프(1)의 형상이 액정 패널의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖는 광원을 제공하기 위한 것으로, 광 산란 효과를 증진시키기 위해 액정 패널과의 사이에 다수의 확산 시트(diffusion sheet) 및 확산 플레이트(diffusion plate) 등이 배치되어 있다.

그리고 상기 외곽 케이스(3)의 내면에는 발광 램프(1)에서 발생된 광이 액정 패널의 표시부로 집중 조사될 수 있도록 램프 반사판(7)이 배치되어 있으며, 이는 광의 이용 효율을 최대한 좋게 하기 위해 구성한다.

도 2는 종래의 CCFL 램프를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 3은 종래의 외부전극 형광램프를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 투명한 유리관의 내벽에 형광체가 코팅되고 불활성 기체(예를 들면, Ar 또는 Ne)가 봉입되어 빛을 발광하는 형광램프와, 상기 형광램프의 양단에 전기적으로 도통시키기 위해 도전체로 형성되는 전극으로 구성되어 있다.

즉, 종래의 CCFL 형광램프는 내벽면에 형광체 피막이 형성되고, 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관(21)과, 상기 유리관(21)의 양측단으로 리드 단자가 도출되도록 봉입된 내부 전극(23)과, 상기 유리관(21)의 양측 끝단의 외부에 구성되어 상기 내부 전극(23)과 연결되는 외부 전극(22)을 포함하여 구성되어 있다.

또한, 외부전극 형광램프는 도 3에서와 같이, 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관(31)과, 상기 유리관(31)의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극(32)과, 상기 외부전극(32)과 연결되는 접촉전극(33)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 접촉전극(33)은 인버터에 연결되어 외부전극 형광램프를 구동하게 된다.

상기와 같이 형광램프의 양단에 형성된 전극을 전선단자에 삽입하여 전기적으로 연결한다. 이를 통해, 전선에 걸리는 전압은 형광램프의 양단에 형성된 전극을 거쳐 형광램프 내의 전기장을 형성시킴으로써 형광램프를 발광시킨다.

따라서 종래의 CCFL은 내부 전극(23)을 이용한 램프로서 전기적인 에너지(energy)를 구현하기 위해 별도의 와이어 어셈블리(wire assembly)를 필요로 한다.

또한, 외부전극을 이용한 형광램프는 램프내에 외부전극(32) 부분을 구성하고 전기적인 에너지를 구현하기 위해 별도의 접촉 전극(33)을 필요로 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 백라이트 유닛에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 백라이트 유닛의 외부전극 램프는 램프 자체에 외부전극을 형성하고 별도의 접촉전극을 가지는 구조를 갖기 때문에 그 구조가 복잡하고 작업성이 불편하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 외부전극과 접촉전극을 일체화하여 구조를 단순화하면서 작업성이 용이한 외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 외부전극 형광램프는 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관과, 상기 유리관의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관과, 상기 유리관의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극을 포함하여 구성되는 외부전극 형광램프와, 상기 외부전극 형광램프의 하부에 구성되는 반사판과, 상기 외부전극 형광램프의 상부에 구성되는 확산판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 백라이트 유닛에서 외부전극 형광램프를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관(51)과, 상기 유리관(51)의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극(52)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 일체형 전극(52)은 종래의 외부전극과 접촉전극이 별도로 구성된 것을 본 발명에서는 외부전극과 접촉전극이 일체형으로 이루어진 일체형 전극(52)을 구성하고 있다.

한편, 상기 일체형 전극(52)은 그 하부에 구성되는 인버터(53)에 연결되어 있다.

따라서 상기 일체형 전극(52)의 양측단은 상기 인버터(53)의 접속단자(54)에 각각 연결된다.

또한, 상기 유리관(51)의 내주벽에는 형광체가 도포되어 있다. 상기 유리관(51)은 형광체가 도포된 다음에 혼합된 불활성 기체나 수은(Hg) 등으로 이루어진 방전 가스(discharge gas)가 주입된 다음에 양 단부가 밀봉되어진다.

여기서, 상기 유리관(51)의 단면은 원형뿐만 아니라, 납작한 타원형이나, 일체로 구부려서 다중 실린더형으로도 가능하다 할 것이다.

또한, 상기 유리관(51) 양끝의 직선형 외주면의 양단부에는 일체형 전극(52)이 각각 형성되어 있다.

여기서, 외부전극 형광램프의 고휘도와 고효율의 달성하기 위하여 외부 전극 부분의 캡의 길이를 충분히 확보하여야 한다.

또한, 상기 일체형 전극(52)은 도전성 재료로 형성되는데, 상기 유리관(51)의 끝을 완전히 감싸는 형태이며, 외부전극에 대응되는 유리관(51) 내부에는 형광체를 선택적으로 도포할 수 있다.

이러한 상기 일체형 전극(52)을 형성시키는 방법은 금속재료 된 캡 형태 또는 금속 테이프를 부착하는 방식이나, 상기 유리관(51)의 양 단부를 금속용액에 디핑하는 방식 등 여러 가지가 있을 수 있다.

그리고, 상기 일체형 전극(52)은 전기저항이 적은 도전성 재료인 알루미늄, 은, 구리 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극(52)은 인청동 금속, 청동에 니켈을 코팅한 금속, 구리에 니켈을 코팅한 금속 중에서 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 일체형 전극(52)의 폭은 사용되는 액정표시장치의 크기에 맞추어 적절하게 사용할 수 있다.

한편, 상기 유리관(51)에는 장수명과, 이차전자의 발생을 증대할 목적으로 상기 외부전극과 접촉전극으로 이루어진 일체형 전극(52)과 상응하는 내측으로 강유전체를 도포하거나, 유전체가 도포된 별도의 설치물을 유리관 내측 양끝에 삽입하고 밀봉하는 방식을 채용할 수 있다.

또한, 강유전체를 도포하고 보호막의 역할과 전자 방출을 용이하게 하기 위하여 산화마그네슘이나, 산화칼슘 등을 도포할 수 있다.

또한, 외부전극 형광램프의 길이 방향(longitudinal)으로 다수의 EEFL을 배치하되, 전극 부분에서의 휘도의 급격한 감소를 방지하기 위하여 전극면을 반사체로 도포하거나 전극 자체를 투명전극재료를 채용한다.

여기서, 상기 외부전극 형광램프의 전극 부위가 겹쳐지는 부분의 휘도 저하를 보상하기 위하여 패널 중간에 세로 방향으로 전극 부분이 엇갈리게 병렬로 배치한다. 패널의 중간에 위치한 금속재료의 전극 표면에 반사체를 추가로 도포하거나 중간에 위치한 전극을 도전성 투명전극재료를 사용하여 휘도 저하를 최소화한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 외부전극과 접촉전극이 일체형 전극으로 이루어진 형광램프에 확산판 및 반사판을 부착한 상태를 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 반사판을 더 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 상기 반사판의 윗면에는 외부전극 형광램프(EEFL)가 설치되어 있다. 상기 형광램프는 상술한 바와 같이 그 내주면에 형광체가 도포되고, 외주면의 양 단부에 도전재료로 된 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극으로 이루어진 외부전극 형광램프이다. 상기 외부전극 형광램프는 휘도의 균일성을 유지하기 위하여 반사판의 윗면에 일정 간격으로 상호 밀접하게 접촉된 상태에서 다수개 배치되어 있다.

그리고, 상기 외부전극 형광램프는 이들을 전기적으로 접속시키기 위하여 상기 일체형 전극이 상호 통전이 가능하고, 최외곽 일체형 전극으로부터는 각각 전극연결선이 연결되어 있다. 이로 인하여 상기 외부전극 형광램프는 교류형 전원이 인가시 병렬방식으로 공히 구동이 가능하다.

또한, 상기 외부전극 형광램프의 상부에는 상기 반사판과 대향되게 확산판이 설치되어 있다. 상기 확산판은 상기 외부전극 형광램프의 상(image)이 나타나는 것을 방지하기 위하여 상기 외부전극 형광램프로부터 적절한 간격을 유지하는 것이 휘도의 균일성을 높이는데 유리하다고 할 수 있다.

또한, 상기 반사판의 상부에는 도 5b에서와 같이, 일정한 간격을 갖고 삼각대가 형성되고, 상기 각 삼각대 사이에 외부전극 형광램프가 삽입되어 있다.

또한, 상기 반사판이 도 5c에서와 같이, 요철을 갖고 형성된 후, 요(凹)부에 외부전극 형광램프가 삽입되어 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 외부전극 형광램프를 나타낸 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 외부전극 형광램프는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극(52)으로 이루어진 복수개의 외부전극 형광램프를 일정한 간격을 갖도록 다수개 설치하고, 이들을 병렬 연결하여 인버터(53)와 상기 인버터(53)의 양측에 형성된 접속단자(54)에 상기 일체형 전극(52)을 연결함으로써 하나의 인버터를 통해 다수개의 외부전극 형광램프를 구동할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 및 이를 이요한 백라이트 유닛은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 외부전극과 접촉전극을 일체형으로 구성함으로써 백라이트 유닛 전체의 구조가 단순하고 코스트다운(cost down)을 할 수 있다.

도 1은 일반적인 직하방식의 백 라이트를 나타낸 사시도

도 2는 종래의 CCFL 램프를 나타낸 개략적인 구성도

도 3은 종래의 외부전극 형광램프를 나타낸 개략적인 구성도

도 4는 본 발명에 의한 백라이트 유닛에서 외부전극 형광램프를 나타낸 개략적인 구성도

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 외부전극 일체형 접촉전극을 구비한 형광램프에 확산판 및 반사판을 부착한 상태를 나타낸 개략적인 단면도

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51 : 유리관 52 : 일체형 전극

53 : 인버터 54 : 접속단자

Claims (9)

1. 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관과,

   상기 유리관의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 전극은 전기저항이 적은 도전성 재료인 알루미늄, 은, 구리 등을 사용하는 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 전극은 인버터에 연결되는 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 전극은 인청동 금속, 청동에 니켈을 코팅한 금속, 구리에 니켈을 코팅한 금속 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유리관에는 상기 일체형 전극과 상응하는 내측으로 강유전체가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 유리관에는 상기 일체형 전극과 상응하는 내측으로 유전체가 도포된 별도의 설치물을 유리관 내측 양끝에 삽입하는 것을 특징으로 하는 외부전극 형광램프.
7. 내벽면에 형광체 피막이 형성되고 그 내부에 불활성 기체가 봉입된 유리관과, 상기 유리관의 양측 끝단을 감싸고 형성되는 외부전극과 접촉전극의 일체형 전극으로 이루어진 외부전극 형광램프와,

   상기 외부전극 형광램프의 하부에 구성되는 반사판과,

   상기 외부전극 형광램프의 상부에 구성되는 확산판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 반사판의 상면에 일정한 간격을 갖고 복수개의 삼각대가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 반사판은 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.