유자형 외부전극형광램프 및 이를 이용한백라이트어셈블리와 액정표시장치모듈 document_id A220517006386

본 발명은 U자형 외부전극형광램프 및 이를 이용한 백라이트어셈블리와 액정표시장치모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저전압, 고휘도 특성을 나타내어 액정표시장치용 백라이트어셈블리의 광원으로 활용되기에 적합한 U자형 외부전극형광램프와, 상기 U자형 외부전극형광램프를 광원으로 채택하여 저전압 고휘도를 보임과 동시에 이의 양단 가장자리를 가로질러 덮는 한 쌍의 사이드서포트로 인해 야기되는 휘도저하 및 부분적인 휘도 불균일 문제를 해결할 수 있는 백라이트어셈블리 그리고 이를 이용한 액정표시장치모듈에 관한 것이다. 근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 각종 전기적 신호정보를 시각적으로 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 장점을 띤 여러 가지 평판표시장치가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다. 이 같은 평판표시장치 중 특히 콘트라스트비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 뛰어난 특징으로 보여 노트북용 표시화면이나 모니터, TV 등에서 가장 활발하게 이용되고 있는 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 바, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열 방향이 일정하게 변화되는 분극성질을 나타낸다. 이에 액정표시장치는 서로 마주보는 면에 투명 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명기판 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel) 그리고 여기에 빛을 공급하는 백라이트어셈블리(backlight assembly)를 필수적인 구성요소로 구비하며, 액정패널의 두 전계생성전극 사이의 전기장 크기에 따라 액정분자 배열방향을 인위적으로 조절하여 투과율의 차이를 발생시키고 여기에 백라이트어셈블리로부터 출사된 빛을 통과시킴으로써 상기 투과율의 차이를 외부로 표시한다. 현재에는 특히 액정패널에 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬방식으로 배열하고 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 이용하여 이들 각 화소를 개별 제어하는 능동행렬방식(active matrix type)이 주로 이용되며, 이 경우 백라이트어셈블리에는 빛을 발생시키는 광원(光源)으로서 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL) 또는 외부전극형광램프(Exterior Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)가 구비된다. 한편, 일반적으로 액정표시장치는 형광램프의 배열구조에 따라 측광방식(side light type) 또는 직하방식(direct type)으로 구분될 수 있는데, 이중에서도 별도의 도광판을 동원하여 액정패널에 대해 그 후방의 일측 가장자리로부터 출사된 빛을 액정패널 전면을 향해 굴절 진행시키는 측광방식과 달리, 액정패널 배면에 복수개의 형광램프를 배열하여 직접적인 고휘도의 면 광원을 제공하는 직하방식이 고휘도의 특성을 나타내는 바, 첨부된 도 1은 일반적인 직하방식의 액정표시장치에 대한 분해 사시도이다. 이때 액정패널과 백라이트어셈블리는 각종 기계적 요소를 통해 일체로 모듈화 되므로 이하 이들을 총칭하여 액정표시장치모듈이라 하면, 일반적인 액정표시장치모듈은 도면에서 확인할 수 있듯이, 상하로 포개어진 액정패널(10)과 백라이트어셈블리(20) 가장자리를 테두리하는 사각테 형상의 서포트메인(support maim : 50)과, 백라이트어셈블리(20) 배면을 덮으면서 서포트메인(50)에 결합되어 광 손실을 최소화하는 바닥면 역할을 하는 커버버툼(cover bottom : 60)과, 이들 모두를 일체화하도록 액정패널(10)의 전면 가장자리를 테두리하면서 서포트메인(50)에 결합되는 탑커버(top cover : 70)를 포함한다. 이때 액정패널(10)은 앞서 언급한 바와 같이 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12,14)을 포함하며, 이의 적어도 일측 가장자리를 따라서는 연성회로기판(16)을 매개로 액정패널구동회로가 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(50) 측면이나 커버버툼(60) 배면으로 적절하게 젖혀 밀착된다. 그리고 백라이트어셈블리(20)는 커버버툼(60) 내면을 따라 개재되는 백색 또는 은색의 리플렉터시트(reflector sheet : 22)와, 이의 전면에 일정하게 배열된 복수개의 형광램프(30) 및 이들을 고정시키기 위하여 상기 복수개의 형광램프(30) 양 단 가장자리를 가로질러 덮는 한 쌍의 사이드서포트(side support : 40)를 포함하며, 이들 형광램프(30)와 한 쌍의 사이드서포트(40) 상부로는 적어도 하나의 확산시트와 프리즘시트 그리고 보호시트를 포함하는 복수 매의 광학시트(24)가 개재된다. 따라서 복수개의 형광램프(30)로부터 출사된 빛은 광학시트(24)를 통과하는 동안 균일한 고품위의 면 광원으로 가공되어 액정패널(10)로 공급되고, 이를 이용하여 액정패널(10)은 비로소 고휘도 화상을 외부로 표시할 수 잇다. 한편, 상술한 내용 중에 빛을 발하는 복수개의 형광램프(30)는 각각 도면에 보이는 바와 같이 리플렉터시트(22) 일 가장자리를 향하는 중간의 밴딩부위(34)를 중심으로 양 말단이 서로 나란하게 구부러져 리플렉터시트(22) 타 가장자리를 향하는 말굽 내지는 U자 형태를 나타내는데, 편의상 U자형 형광램프(30)라 하면, 이들을 고정시키기 위한 한 쌍의 사이드서포트(40)는 각각 복수개의 U자형 형광램프(30) 양 말단과 밴딩부위(34)를 가로질러 덮도록 리플렉터시트(22) 일측과 타측에 위치된 바(bar) 형상을 나타낸다. 그리고 이들 한 쌍의 사이드서포트(40)는 각각 커버버툼(60)으로부터 리플렉터시트(22)를 관통하는 스크류에 의해 견고하게 고정된다. 보다 구체적으로, 첨부된 도 2는 상술한 일반적인 액정표시장치모듈에 있어서 임의의 U자형 형광램프(30) 그리고 이의 양단을 가로질러 덮는 한 쌍의 사이드서포트(40)를 나타낸 일부 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 결합상태에서 III-III 선에 대한 단면에 리플렉터시트(22)와 커버버툼(60)을 함께 표시한 도면으로서, 일반적인 U자형 형광램프(30)는 중간의 밴딩부위(34)를 중심으로 양 말단이 서로 나란하게 구부러진 U자형 유리관(32) 그리고 이의 양 말단부에 형성된 제 1 및 제 2 전극(36,37)으로 이루어진다. 이때 U자형 유리관(32) 내벽에는 형광물질이 칠하여지고 그 내부로는 수은(Ag)을 비롯한 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체가 충진되며, 양 말단의 제 1 및 제 2 전극(36,37)으로는 각각 수은방전을 위한 하이/로우(high/low) 전압이 인가된다. 그 결과 제 1 및 2 전극(36,37)에 의해 U자형 유리관(32) 내부로 일정이상의 전계가 형성되면 수은이 방전되어 자외선이 발생되고, 이 같은 자외선은 형광물질을 통과하면서 가시광선으로 변화된다. 이때 비록 도면상에는 제 1 및 제 2 전극(36,37)이 각각 U자형 유리관(32) 양 말단을 덮는 캡(cap) 형상의 외부전극형광램프로 표시되어 있지만, 필요에 따라서는 U자형 유리관(32)의 양 말단이 밀폐되고 그 내부에 각각 전극이 삽입되어진 냉음극형광램프가 사용될 수도 있다. 다음으로 이 같은 U자형 형광램프(30)를 고정시키기 위한 한 쌍의 사이드서포트(40)는 각각 U자형 형광램프(30)의 밴딩부위(34)와 제 1 및 제 2 전극(36,37)을 가로질러 덮는 바 형상을 나타내는 바, 구체적으로는 서로 마주보는 방향의 비스듬한 제 1 측면(42)과 그 반대편의 직립된 제 2 측면(44) 그리고 상하면(46,48)으로 이루어진다. 그 결과 사이드서포트(40) 길이방향에 수직한 단면의 형상은 리플렉터시트(22)와의 사이에 끼인각이 일정한 예각(R)을 이루도록 비스듬하게 상승된 안쪽의 제 1 측면(42)과 수직한 바깥쪽의 제 2 측면(44) 그리고 상하면(46,48)으로 이루어지고, 실질적으로 하면의 폭이 더 넓은 상협하광(上狹下廣) 형태를 나타낸다. 이때 도 3의 A와 B는 각각 일반적인 사이드서포트(40)의 상하면 (46,48)폭을 나타내고, H는 높이를 나타낸다. 이때 사이드서포트(40)가 상술한 형상을 갖는 이유는, U자형 형광램프(30) 제 1 및 제 2 전극(36,37)을 가로질러 덮는 경우, 이의 하면(48)으로 U자형 형광램프(30)의 비발광부분인 제 1 및 제 2 전극(36,37)을 완전히 가려 외부에 노출되지 않도록 함과 동시에 상면(46)은 가급적 표시화면의 면적을 확대하도록 하기 위한 것이며, U자형 형광램프(30)의 밴딩부위(34)를 가로질러 덮는 경우, 이의 하면(48)으로 밴딩부위(34)를 완전히 가려 U자형 형광램프(30)의 직선 부분만을 노출시킴으로써 휘도 불균일을 방지함과 동시에 이의 상면(46)은 앞서와 마찬가지로 가급적이면 표시화면의 면적을 확대하기 위한 것이다. 따라서 상기한 형태의 사이드서포트(40)를 이용하면 액정패널(도 1의 10 참조) 가장자리를 비롯한 탑커버(도 1의 70 참조)를 덮어 테두리하는 베젤(bezel)의 폭이 줄어들 수 있어 이른바 좁은베젤(narrow bezel) 방식이라 불린다. 하지만, 상기의 U자형 형광램프(30) 및 이를 고정시키게 위한 한 쌍의 사이드서포트(40)를 구비한 기존의 액정표시장치모듈은 몇 가지 문제점을 나타내고 있다. 먼저 U자형 형광램프(30)로 인한 문제점을 들어보면, U자형 형광램프(30)의 길이가 임의의 한 전극(36 또는 37)으로부터 밴딩부위(34)까지라는 전제 하에, 동일한 길이의 일자형 형광램프와 비교하여 유리관이 U자 형상을 나타내는 관계로 실질적인 내부 부피가 두 배 이상 증가되었음에도 불구하고, 수은방전을 위해 그 내부에 형성되는 전계는 양 말단에 각각 마련된 제 1 및 제 2 전극(36,37)의 하이/로우 전압에 의존하는 바, 동일 길이의 일자형 형광램프 대비 동일 휘도를 구현하기 위해서 제 1 및 제 2 전극(36,37)으로 인가되는 로우/하이 전위차가 보다 커야 하며, 그 결과 필수적으로 관전압이 증가하게 된다. 그리고 이 같은 관전압 증가는 형광램프의 수명을 단축시키는 직접적인 원인이 된다. 다음은 사이드서포트(40)에 의한 문제점으로서, U자형 형광램프(30)의 밴딩부위(34)와 제 1 및 제 2 전극(36,37)을 충분히 가려줄 수 있도록 하면(48)의 폭이 상대적으로 큰 반면 표시화면의 면적을 확대하도록 상면(46)의 폭이 작은 관계로 서로 마주보는 안쪽의 제 1 측면(42)이 서로 멀어지는 방향으로 비스듬하게 상승됨은 앞서 언급한 바 있지만, 이 같은 제 1 측면(42)의 일정한 경사각에 의해 반사 가능한 빛의 양이 제한되고, 그 결과 전체적인 휘도저하와 함께 해당 부분이 상대적으로 어두워지는 휘도 불균일 현상이 나타난다. 즉, 이에 대하여 도 3에 표시된 빛의 진행경로를 참조하면, U자형 형광램프(30) 임의의 일 지점으로부터 출사된 빛 중에서 사이드서포트(40) 제 1 측면(42)에 의해 반사되어 전면으로 진행되는 빛은 상기 제 1 측면(42)과 리플렉터시트(22) 사이의 끼인각(R)보다 작은 각도로 입사되는 빛에 한정됨을 알 수 있으며, 상기 제 1 측면(42)과 리플렉터시트(22) 사이의 끼인각(R)보다 큰 각도를 보이는 빛은 L1과 같이 화면표시에 기여하지 못하고 손실되는 바, 이에 따른 휘도 저하는 물론 사이드서포트(40) 제 1 측면(42)에 대응되는 부분이 여타의 부분에 비해 휘도가 떨어지는 현상이 나타나고 있다.