KR100828104B1

KR100828104B1 - 전계 방출형 램프

Info

Publication number: KR100828104B1
Application number: KR1020070029881A
Authority: KR
Inventors: 김광복; 박재홍
Original assignee: 금호전기주식회사; 박재홍
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

본 발명은 글래스 재질의 상부 기판과 하부 기판이 상호 접합되고 그 내부 공간에 전계를 형성하여 발광하는 전계 방출형 램프에 관한 것으로서, 상기 상부 기판 상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상면에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 하부 기판 상면의 동일 레이어 상에 상호 교호 배치되는 캐소드전극 및 게이트전극과, 상기 캐소드전극 및 게이트전극 상면에 형성되며 상기 애노드전극과 캐소드전극 또는 게이트전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터를 포함하여 구성되며, 상기 캐소드전극과 게이트전극이 동일 레이어 상에 설계되어 램프의 콤팩트한 설계가 용이하고, 캐소드전극과 게이트전극을 상호 교호로 배치하여 3극 구동 또는 2극 구동함으로써 소비전력을 줄이면서도 휘도레벨을 상승시킬 수 있으며, 국부적인 디밍 제어가 용이하여 LCD의 잔상 현상을 해소하는 효과를 갖는다.

전계 방출형 램프, 애노드, 캐소드, 게이트, 에미터, 단위음극영역

Description

전계 방출형 램프{Field-emission lamp}

도 1은 종래 전계 방출형 램프의 일예를 개략적으로 보인 분해 사시도

도 2는 종래 전계 방출형 램프의 일예를 보인 단면도

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출형 램프를 개략적으로 보인 단면도

도 4a 및 4b는 본 발명의 음극에 구동펄스가 인가되는 것을 개념적으로 보인 도면

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 배치를 보인 평면도

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 배치를 보인 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 상부 기판 52 : 애노드전극

54 : 형광체층 60 : 하부 기판

62 : 캐소드전극 64 : 게이트전극

66 : 에미터 70, 72 : 메인라인

74, 76 : 분기라인 78 : 단위음극영역

본 발명은 전계 방출형 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콤팩트한 설계가 용이하고, 소비전력을 줄이면서도 휘도레벨을 상승시켜 고화질 LCD의 백라이트유닛으로 적합하며, 국부적인 디밍 제어가 용이하여 백라이트유닛에서 LCD의 잔상 현상을 해소할 수 있도록 한 전계 방출형 램프에 관한 것이다.

일반적으로, 전계 방출형 램프는 양단 전극 간에 전계를 형성하고, 이 전계에 의해 가속화된 전자가 애노드 상의 형광체를 여기시켜 점등되는 램프이다. 이러한 전계 방출형 램프는 평판형 설계가 용이하여, 최근 디스플레이 시장을 주도하는 LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트유닛으로 많이 활용되며, 그 외에도 미래형 독립 조명장치로서 각광받고 있다.

도 1은 종래 전계 방출형 램프의 일예를 개략적으로 보인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성을 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 글래스 재질의 절연체로 이루어진 상부 기판(10)과 하부 기판(20)이 스페이서(30)에 의해 이격되도록 상호 대향 배치되며, 상부 기판(10) 상에는 양극을 이루는 투명의 애노드전극(12)이 형성되고, 이 애노드전극(12)의 상면에는 형광체가 도포되어 형광체층(14)이 형성된다. 상기 하부 기판(20) 상에는 음극을 형성하는 캐소드전극(22)이 형성된다. 이때, 전계 방출 성능을 높이기 위하여, 도시된 바와 같이 캐소드전극(22)의 상면에 절연층(24)을 매개로 하여 게이트전극(26)이 더 형성될 수 있다. 캐소드전극(22)과 게이트전극(26)은 바이폴라 구동펄스에 의해 3극 구동되거나, 유니폴라 구동펄스에 의해 2극 구동된다. 한편, 도시하지 않았으나 캐소드전극(22)과 게이트전극(26)의 상면에는 CNT(Carbon Nano Tube)나 CNF(Carbon Nano Fiber)와 같은 탄소 나노계 물질을 형성하여 전자 방출을 위한 에미터층이 형성된다.

위와 같이 음극을 캐소드전극(22)과 게이트전극(26)의 2극 구조로 구성하는 전계 방출형 램프는 전계 방출 성능면에서 우수한 특성을 보이는 이점이 있으나, 캐소드전극(22)과 게이트전극(26)간 절연을 위하여 절연층(24)을 필요로 하며, 캐소드전극(22)과 게이트전극(26)이 서로 다른 레이어상에 설계됨으로 인해 램프의 두께가 두꺼워지는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점은 LCD의 소형 경량 설계를 방해하는 요인으로 작용한다.

또한, 최근 들어 풀 HD(High Definition) TV와 같이 고화질의 LCD가 개발되고 있는데, 이러한 고 해상도의 화질을 구현하기 위해서는 백라이트유닛이 높은 휘도레벨로 점등될 필요가 있다. 이로 인해 백라이트유닛이 점차 대형화되고 소비전력이 증가하는 추세에 있으나, 장치구조가 대형화되는 것은 바람직하지 않은 설계 방법이며, 소비전력의 증가는 이용자들에게 전력사용량에 대한 부담으로 작용하여 제품경쟁력을 떨어뜨리는 원인이 된다.

한편, LCD에서 구현되는 영상이 빠르게 변화되는 경우, 영상이 끌리는 현상(Motion Blur)이 발생되는데, 이러한 잔상 현상은 LCD 패널 자체의 특성 개선으로 일부 개선이 가능하지만, 백라이트유닛에서 응답시간이 길고 디밍 제어에 한계를 보임으로써, 잔상 현상을 해소하는데 한계를 보이고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 하부 기판 상면의 동일 레이어 상에 캐소드전극과 게이트전극을 상호 교호로 배치하여 램프의 콤팩트한 설계를 용이하게 하며, 캐소드전극과 게이트전극을 상호 교호 배치되는 복수의 라인 형태로 제공하여 소비전력을 줄이면서도 휘도레벨을 상승시키도록 하며, 복수의 단위음극영역이 매트릭스 형태로 배열되도록 하여 국부적인 디밍 제어를 가능하게 하는 전계 방출형 램프를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계 방출형 램프는, 글래스 재질의 상부 기판과 하부 기판이 상호 접합되고 그 내부 공간에 전계를 형성하여 발광하는 전계 방출형 램프에 있어서, 상기 상부 기판 상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상면에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 하부 기판 상면의 동일 레이어 상에 상호 교호 배치되는 캐소드전극 및 게이트전극과, 상기 캐소드전극 및 게이트전극 상면에 형성되며 상기 애노드전극과 캐소드전극 또는 게이트전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캐소드전극과 게이트전극은 각기 메인라인과, 이 메인라 인으로부터 분기되는 다수의 분기라인으로 구성되며, 상기 캐소드전극의 분기라인과 게이트전극의 분기라인이 상호 교호 배치된다.

보다 바람직하게는, 상기 캐소드전극의 분기라인과 게이트전극의 분기라인이 상호 교호 배치되어 단위음극영역을 형성하며, 상기 하부기판 상에서 복수의 단위음극영역이 매트릭스 형태로 배열된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 양극을 이루는 애노드전극과, 음극을 이루는 캐소드전극 및 게이트전극의 3극관형 전계 방출형 램프에 관한 것으로서, 캐소드전극과 게이트전극이 동일 레이어 상에서 상호 교호 배치되는 것을 특징으로 하며, 이하의 설명에서는 양극과 음극에 전원을 인가하는 전원공급장치 등 통상의 전계 방출형 램프와 다름없는 구성에 대하여는 자세한 설명을 생략하겠으며, 음극의 배열 구조에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 방출형 램프를 개략적으로 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 글래스 등과 같은 투명 절연체로 이루어진 상부 기판(50)과 하부 기판(60)은 스페이서(미도시) 등에 의해 상호 이격 배치된다. 상부 기판(50)의 상면에는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 물질을 이용하여 애노드전극(52)을 형성하며, 이 애노드전극(52)의 상면에는 형광체를 도포하여 형광체층(54)을 형 성한다.

상기 하부 기판(60)의 상면에는 동일 레이어 상에 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)이 상호 교호로 배치되도록 형성된다. 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)은 모두 음극을 형성하는 것으로서, 하부 기판(40) 상에 전도성 금속 페이스트를 이용하여 형성된다. 캐소드전극(62) 및 게이트전극(64) 각각의 상면에는 관체 내부 공간에 전자를 방출하기 위한 에미터(66)가 형성된다. 바람직하게, 에미터(66)는 CNT 등과 같은 탄소 나노계 물질을 프린팅법, 증착법 등 다양한 방법을 이용하여 형성된다. 상부 기판(50)과 하부 기판(60) 사이의 내부 공간은 진공 처리되며, 양극인 애노드전극(52)과 음극인 캐소드전극(62) 또는 게이트전극(64)간에 형성되는 전계에 의해, 에미터(66)에서 진공인 관체 내부 공간으로 전자를 방출하며, 이에 따라 발생된 자외선이 형광체층(54)을 여기시켜 램프가 점등된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 음극(62, 64)에 구동펄스가 인가되는 것을 개념적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 동일 레이어 상에 상호 교호 배치되는 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)에는 바이폴라 구동펄스가 인가되거나 유니폴라 구동펄스가 인가될 수 있다. 예컨대, 도 4a에서와 같이 바이폴라 구동펄스가 인가될 경우, 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)에는 교호로 음극이 인가된다. 따라서, 캐소드전극(62)에 음극이 인가될 때 게이트전극(64)은 휴지기를 갖게 되며, 펄스가 진행하면서 양 음극은 반대로 작동된다. 이 경우, 소비전력을 최소로 줄이면서 3극관형 전계 방출형 램프의 장점을 살릴 수 있다. 다른 예로서, 도 4b에서와 같이 유니폴라 구동펄스가 인가될 경우, 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)에는 동시에 음극 이 인가되고, 동시에 휴지기를 갖도록 작동될 수 있다. 이 경우, 램프의 밝기를 최대로 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 인가전압의 파형은 사인파 및 구형파 모두 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 음극 배열 구조의 일실시예를 보인 평면도이다. 도 5를 참조하면, 상술한 바와 같이 동일 레이어 상에 배열되는 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)은 각기 메인라인(70, 72)과 이 메인라인(70, 72)에서 분기되는 복수의 분기라인(74, 76)을 갖는다. 메인라인(70, 72)은 도시하지 않은 전원공급장치에 연결되는 것으로서, 판넬 상에서 세로 방향을 따라 배열된다. 분기라인(72)은 메인라인(70)에서 복수개 분기되어 수평 방향을 따라 배열된다. 이때, 캐소드전극(62)의 분기라인(74)과 게이트전극(64)의 분기라인(76)은 상호 교호로 배치된다.

이와 같이, 캐소드전극(62)과 게이트전극(64)을 동일 레이어 상에 배열함으로써, 램프의 콤팩트한 설계를 가능하게 하며, 종래 판형으로 형성되던 것을 라인 형태로 형성함으로써, 하부 기판(60) 상에 보다 많은 음극을 배치할 수 있어 소비전력을 극소화시키는 동시에 램프를 높은 휘도레벨로 점등시킬 수 있게 된다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 음극 배열 구조의 바람직한 실시예를 보인 평면도로서, 이를 참조하면, 캐소드전극(62)의 분기라인(74)과 게이트전극(64)의 분기라인(76)이 상호 교호로 배치되어 단위음극영역(78)을 형성하고, 하부 기판(60) 상에서 복수의 단위음극영역(78)이 매트릭스 형태로 배열될 수도 있다. 이 경우, 각 단위음극영역(78)으로부터 캐소드전극(62)의 메인라인(70)과 게이트전극(64)의 메인라인(72)이 인출되며, 각 메인라인(70, 72)은 전원공급장치에 연결된다. 단위 음극영역(78) 내에서는 전술한 바와 같이 각 메인라인(70, 72)에서 분기된 각 음극의 분기라인(74, 76)이 상호 교호로 배치된다. 각각의 단위음극영역(78)은 전원공급장치에 의해 동시에 작동될 수도 있으나, 바람직하게는 개별적으로 제어되어 작동된다.

따라서, 본 발명이 LCD의 백라이트유닛에 적용될 경우, 각 단위음극영역(78)을 국부적으로 디밍 제어하여 LCD에서 발생되는 잔상 현상을 해소할 수 있도록 한다. 예컨대, 각 단위음극영역(78)에 공급되는 구동펄스의 폭을 조절하거나 특정 단위음극영역(78)의 구동펄스 공급을 차단하는 등으로 매트릭스 상에서 행별, 열별, 또는 국부적으로 단위음극영역(78)들을 디밍 제어할 수 있을 것이다.

이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 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 따른 전계 방출형 램프는 하부 기판 상면의 동일 레이어 상에 캐소드전극과 게이트전극을 상호 교호로 배치함으로써, 램프의 두께를 콤팩트하게 설계할 수 있으며, 이에 따라 LCD 또는 독립 조명장치의 소형 경량화 설계를 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 캐소드전극과 게이트전극을 라인 형태로 제공함으 로써, 단위 면적당 보다 많은 음극을 배치할 수 있어 소비전력을 극소화시키면서 높은 휘도레벨로 점등될 수 있으며, 따라서 풀 HD TV와 같은 고화질 LCD의 백라이트유닛으로 적합한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 캐소드전극의 분기라인과 게이트전극의 분기라인이 상호 교호 배치되어 단위음극영역을 형성하고, 이 단위음극영역을 매트릭스 형태로 배열하여 각 단위음극영역을 개별적으로 제어함으로써, 국부적인 디밍 제어가 용이하고, LCD의 백라이트유닛으로 적용할 때 LCD의 잔상 현상을 상당부분 해소할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

글래스 재질의 상부 기판과 하부 기판이 상호 접합되고 그 내부 공간에 전계를 형성하여 발광하는 전계 방출형 램프에 있어서,

상기 상부 기판 상에 형성되는 애노드전극과, 상기 애노드전극 상면에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 하부 기판 상면의 동일 레이어 상에 상호 교호 배치되는 캐소드전극 및 게이트전극과, 상기 캐소드전극 및 게이트전극 상면에 형성되며 상기 애노드전극과 캐소드전극 또는 게이트전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터를 포함하고,

상기 캐소드전극과 게이트전극은 각기 메인라인과, 이 메인라인으로부터 분기되는 다수의 분기라인으로 구성되며, 상기 캐소드전극의 분기라인과 게이트전극의 분기라인이 상호 교호 배치되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 캐소드전극의 분기라인과 게이트전극의 분기라인이 상호 교호 배치되어 단위음극영역을 형성하며, 상기 하부기판 상에서 복수의 단위음극영역이 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 캐소드전극과 게이트전극에는 바이폴라 구동펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 캐소드전극과 게이트전극에는 유니폴라 구동펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 3항에 있어서,

상기 단위음극영역은 개별적으로 제어되어 점등되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.