KR101760606B1 - 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치 - Google Patents

Abstract

전계방출 발광소자가 개시된다. 개시된 전계방출 발광소자는 서로 상하 이격 형성되며, 사이공간에 진공상태를 형성하는 상부기판과 하부기판; 상기 상부기판과 상기 하부기판을 서로 연결하도록 수직되고, 소정간격 이격 설치되어, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이간격을 유지하는 복수의 애노드전극; 상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체; 상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 하부기판에 설치되는 선형형태의 캐소드전극; 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며, 상기 에미터로부터 방출된 전자빔이 상기 형광체를 여기시켜 발광하는 것을 특징으로 한다.

Description

전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치 {FIELD EMISSION LIGHT DEVICE AND ILLUMINATION HAVING THIS SAME}

본 발명은 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것으로서, 기존 FED의 복잡한 구조를 개선하여 구조를 단순화한 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것이다.

FED(Field Emission Display)는 냉음극 전자원 (cold cathode electron source)인 전계 방출 에미터 어레이(Field emitter array)를 행렬로 선택하여 CRT와 같은 전자선(electron beam)으로 형광체(phosphor)를 여기시켜 음극발광(cathodoluminescent)을 내게 하는 원리를 이용하는 디스플레이이다. 전압에 대한 전류의 비선형 관계는 높은 명도 대비를 주어서 색을 포함하는 많은 정보량을 지닌 화면을 행렬 구동으로 표시하는 것을 가능하게 해준다.

이러한 FED는 상하 소정간격 이격된 상부기판 및 하부기판과, 이 하부기판의 상면에 형성되는 캐소드(cathod) 전극이 설치되고, 캐소드전극에 에미터(Emitter)가 설치되어 있으며, 상부기판의 하면에는 애노드(anode) 전극이 설치되고, 애노드 전극의 하면에는 형광체(phosphor)가 코팅된 구조로 이루어져, 에미터에서 방출된 전자빔(electron beam)이 형광체를 여기시켜 발광하게 된다.

FED는 상부기판 및 하부기판의 사이공간이 진공상태를 유지하여야 하며, 이를 위해 상부기판 및 하부기판의 테두리에는 프릿(frit)과 같은 밀봉재가 형성되게 되며, 또한, 상부기판과 하부기판 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상부기판과 하부기판 사이에는 스페이서가 수직하게 세워지도록 구성된다.

이와 같은 종래의 FED는 구조가 복잡하고 부품수가 많아 제조가 어려워서 제조단가가 상승하는 단점이 있었다.

아울러, 기존의 종래의 FED는 캐소드전극과 애노드전극이 상하로 수평되게 적층배열된 구조로서, 캐소드전극과 애노드전극의 간격조절이 어려운 단점이 있었다.

특히, 상부기판과 하부기판의 간격유지를 위해 사용되는 스페이서는 그 형상이나 재료에 따라 전자빔의 궤적을 방해하여 전계의 왜곡을 발생시켜 발광휘도를 저하시키는 문제를 가지고 있었다.

한편, 어두운 장소를 밝히기 위한 조명장치로서, 형광등, LED등이 있으며, 형광등은 진공으로 된 유리관에 수은과 아르곤 가스를 넣고 안쪽 벽에 형광도료를 칠하여 수은의 방전으로 생긴 자외선을 가시광선으로 바꾸어 조명하는 장치이며, LED등은 갈륨비소등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자인 LED모듈을 이용하는 조명장치이다.

LED등은 형광등에 비해 발광휘도가 대단히 높고, 저전력으로 전기료가 절감되는 등 성능면에서도 월등히 좋으나, 가격면에서 매우 비싼 단점을 가지고 있다.

이에 따라, LED등에 비해 가격이 저렴하면서도 형광등에 비해 발광휘도가 우수하고 소비전력이 낮은 형태를 갖는 새로운 조명장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 10-0147961 대한민국 공개특허 10-2005-0030435 대한민국 공개특허 특2002-0046341

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 기존 FED에 비해 구성품수가 줄어들어 구조가 간단할 뿐 아니라, 발광휘도가 향상될 수 있는 개선된 구조를 갖는 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전계방출 발광소자는 서로 상하 이격 형성되며, 사이공간에 진공상태를 형성하는 상부기판과 하부기판; 상기 상부기판과 상기 하부기판을 서로 연결하도록 수직되고, 소정간격 이격 설치되어, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이간격을 유지하는 복수의 애노드전극; 상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체; 상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 하부기판에 설치되는 선형형태의 캐소드전극; 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며, 상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전계방출 발광소자는 고진공상태를 유지하는 진공캡; 상기 진공캡 내부의 진공환경에 놓인 기판; 상기 기판 상부에 수직되고 소정간격 이격 설치되는 복수의 애노드전극; 상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체; 상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 기판 상부에 설치되는 선형형태의 캐소드전극; 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며, 상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 전계방출 발광소자는 하부가 개방된 형태의 진공캡; 상기 진공캡이 밀봉결합되어 상기 진공캡과의 사이공간에 진공상태를 형성하는 기판; 상기 기판 상부에 수직되고 소정간격 이격 설치되는 복수의 애노드전극; 상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체; 상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 기판 상부에 설치되는 선형형태의 캐소드전극; 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며, 상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 애노드전극은 직사각형을 갖는 리브형태로 형성되어 단축단과 장축단을 갖으며, 상기 단축단이 수직형태로 배치되도록 구성할 수 있다.

상기 에미터는 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 연속적으로 배열되거나, 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 소정간격 이격되게 배치되도록 구성할 수 있다.

상기 형광체는 상기 애노드전극의 양면을 덮도록 도포된 형태로 이루어지도록 구성할 수 있다.

상기 애노드전극에 연결되는 (+) 전선과, 상기 캐소드전극에 연결되는 (-) 전선이 추가하여 연결되도록 구성할 수 있다.

상기 복수의 애노드전극 중 이웃하는 두 애노드전극의 상단측면을 연결하며, 상기 상부기판의 하면에 접하도록 수평되게 설치되는 투명 애노드전극;을 더 포함하며, 상기 형광체는 상기 복수의 애노드전극의 마주하는 두 면과, 상기 두 면을 연결하는 상기 투명 애노드전극의 하면에 도포되어 단면이 "

" 형태로 코팅되어지도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 전계방출 발광소자는 상기에서 언급한 전계방출 발광소자를 복수개 연결하여 구성될 수 있다.

상기한 바에 따르면, 본 발명의 발광소자는 기존의 캐소드전극 상부에 수평되게 배치되던 애노드전극을 수직으로 복수개 배열한 구조로서, 애노드전극이 애노드기능을 할 뿐 아니라, 상부기판과 하부기판을 이격거리를 유지시켜주는 기존의 스페이서기능을 겸하기 때문에 기존에 비해 부품수가 줄고 구조가 매우 간단하게 되어, 제조공정이 간단해지고 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 스페이서의 구성을 삭제하고, 애노드전극이 애노드기능과 더불어 스페이서의 기능까지 함께 하는 구조로서, 에미터에서 방출된 전자빔의 왜곡을 발생시키지 않아 발광휘도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명 발광소자는 스페이서에 의해 상부기판과 하부기판이 상호 이격된 기존의 FED에 비해 캐소드전극과 애노드전극간의 간격조절이 용이해짐으로써, 고전압형, 저전압형 등의 전자방출 특성이 양호해지도록 용이하게 구조를 설계하는 것이 가능해지고, 전자적인 제어도 양호하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 발광소자를 적용한 조명장치는 기존의 LED등에 비해서는 현저히 가격이 저렴하면서도 LED등에 준하는 성능을 발휘하며, 형광등에 비해서는 약간 가격은 비싸지만 발광휘도, 수명은 대단히 탁월함으로써 가격대 성능비가 월등한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 발광소자는 기존의 캐소드전극 상부에 수평되게 배치되던 애노드전극을 수직으로 복수개 배열한 구조로서 애노드전극과 이에 코팅된 형광체가 기존 투명전극과 형광체를 포함한 상부기판의 역할을 하게되어 상부기판의 삭제가 가능해지고, 기존의 상부기판과 하부기판의 전계 발광특성을 위해 일정거리를 이격하는 지지체로, 고진공을 유지하는 역할을 하였던 스페이서 또한 본 발명의 진공캡이 그 역할을 대신하여 불필요해 지기 때문에 이를 삭제하여 구조 및 제조공정이 간단해지고 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이고,
도 2는 도 1에서 상부기판을 제외한 상태의 발광소자를 나타낸 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 발광소자에서 CNT 에미터의 다른 형태를 나타낸 사시도이고,
도 4는 본 발명의 전계방출 발광소자를 적용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이고,
도 8은 도 7에서 진공캡을 제외한 상태의 발광소자를 나타낸 사시도이고,
도 9는 도 8에 도시된 발광소자에서 CNT 에미터의 다른 형태를 나타낸 사시도이고,
도 10은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 적용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이고,
도 12는 하부(밑면)가 개방된 진공캡이 기판과 밀착하여 밀봉된 형태로 이루어진 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 전계방출 발광소자를 나타낸 단면도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(1)에 대해 설명한다.

본 발명은 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것으로서, 기존의 FED의 스페이서 구성을 삭제하고, 애노드전극을 기존 스페이서기능을 겸하도록 구성한 것이다.

구체적으로, 본 발명의 전계방출 발광소자(1)는 상부기판(10), 하부기판(20), 애노드전극(30), 형광체(40), 캐소드전극(50), 에미터(60)를 포함한다.

상부기판(10)과 하부기판(20)은 상하로 소정간격 이격되게 형성된다. 여기서 상부기판(10)은 외부로 빛이 투과한 유리판으로 구성될 수 있고, 하부기판(20)은 유리 또는 실리콘 등의 반도체기판으로 구성될 수 있다.

상부기판(10)과 하부기판(20) 사이공간은 진공상태를 이루도록 상부기판(10)과 하부기판(20)의 테두리에 플릿 등의 밀봉재(미도시)가 구비될 수 있다.

애노드전극(30)은 소정길이를 갖는 리브형태로 구성되며, 상부기판(10)과 하부기판(20)을 연결하도록 수직되게 설치된다. 애노드전극은 복수개로 구성되며, 서로 소정간격을 이루도록 병렬되게 설치된다. 이러한 애노드전극(30)은 상부기판(10)과 하부기판(20)을 지지하여 상부기판(10)과 하부기판(20)의 간격을 유지하게 된다. 즉, 애노드전극이(30)은 상부기판(10)과 하부기판(20)의 이격간격을 유지하는 스페이서 기능을 겸하게 된다. 또한, 애노드전극(30)은 (+) 전선과 연결되도록 구성된다.

본 발명에서 애노드전극(30)은 상부기판(10)과 하부기판(20)의 사이의 고진공상태에서 상부기판(10)과 하부기판(20)의 이격간격을 유지해야 하므로, 우수한 전기전도성과 더불어 높은 강도를 모두 만족시키는 소재들로 구성될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 애노드전극(30)은 구리합금, 알루미늄합금, 텅스텐이나 다이아몬드와 같이 전기전도성을 가지면서도 기계적 강도가 높은 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 고진공상태를 이루는 상부기판(10)과 하부기판(20)의 이격간격을 유지하는 기계적 강도를 만족하면서도 우수한 전기전도성을 가지는 소재이면 어떠한 소재로 구성되어도 무방하다.

형광체(40)는 애노드전극(30)의 양면에 도포되어 코팅된 형태로 이루어진다. 형광체(40)는 에미터(60)에서 방출된 전자빔에 의해 충격되어 빛을 발생한다.

형광체(40, Phosphor)는 SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)2O4:Mn, Y3(Al, Ga)5O12:Tb, Y2SiO5:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y2SiO5:Ce, ZnGa2O4, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체 등 고진공하에서 전자빔의 충격으로 빛을 발생하는 통상의 모든 형광체가 적용되어도 무방하며, CF,CCM으로 컬러를 제어할 수 있다.

캐소드전극(50)은 와이어와 같은 선형 형태로 이루어지며, (-)전선과 연결되도록 구성된다.

캐소드전극(50)은 하부기판(20) 상에 설치되되, 복수개로 구성되의 복수의 애노드전극(30) 사이에 병렬로 배치되도록 설치된다.

에미터(60)는 CNT(탄소나노튜브)형 에미터로 이루어져 도 2와 같이, 캐소드전극(50)의 길이방향을 따라 소정간격 이격되는 형태로 설치되거나, 도 3과 같이, 캐소드전극(50)의 길이방향을 따라 연속적으로 설치될 수 있다.

애노드전극(30)과 캐소드전극(50)에 (-),(+)전류를 인가하면, 에미터(60)를 통해 전자빔이 방출되고, 방출된 전자빔이 형광체(40)를 충격하여 빛이 발생된다. 이러한 발광원리는 기존FED 구동원리와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

본 발명은 애노드전극(30)이 리브형태로 형성되어 상부기판(10)과 하부기판(20)의 이격거리를 유지하는 스페이서 기능을 겸함으로써, 기존 스페이서부재를 생략할 수 있으므로, 구성의 수를 줄여 구조가 간단해지고 제조공정이 단순화되어 제조단가를 낮출 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 기존의 스페이서부재를 설치할 필요가 없기 때문에 기존 스페이서부재에 의한 전계왜곡현상이 발생하지 않아, 발광휘도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수직배치된 애노드전극(30)과 선형의 캐소드전극(50)이 하부기판(20) 상에 교번되게 배치되는 구조이므로, 애노드전극(30)과 캐소드전극(50)의 배치간격을 용이하게 조절하는 것이 가능하여, 고전압형, 저전압형 등의 전자방출특성이 양호해지도록 용이하게 구조를 설계하는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명의 전계방출 발광소자(1)는 상부기판(10)에 애노드전극(30)을 설치하고, 애노드전극(30)에 형광체(40)를 코팅형성하며, 하부기판(20)에 캐소드전극(50)과 에미터(60)를 설치한 상태에서, 애노드전극(30)의 하단이 하부기판(20)의 상단에 접하도록 상부기판(10)을 하부기판(20)에 적층하여 테두리를 밀봉재(미도시)로 밀봉하는 제조공정을 통해 제작될 수 있다.

반면, 본 발명의 전계방출 발광소자(1)는 하부기판(20)에 애노드전극(30), 캐소드전극(50), 에미터(60)를 설치하고, 형광체(40)를 애노드전극(30)에 코팅형성한 상태에서, 상부기판(10)의 하면에 애노드전극(30)의 상단이 접하도록 상부기판(10)을 하부기판(20)에 적층하고 밀봉재(미도시)로 밀봉하는 제조공정을 통해 제작될 수도 있다.

한편, 형광체(40)는 애노드전극(30)을 상부기판(10)이나 하부기판(20)에 설치한 상태에서 코팅형성될 수도 있고, 형광체(40)를 애노드전극(30)에 코팅한 후, 형광체(40)가 코팅된 애노드전극(30)을 상부기판(10)이나 하부기판(20)에 설치할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 전계방출 발광소자(1)의 제조공정에 대해 간략하게 설명하였으나, 상기에서 설명한 제조공정 이외에도 다양한 제조공정을 통해 본 발명의 전계방출 발광소자(1)를 제조할 수 있음은 물론이다

상기에서 설명한 본 발명의 전계방출 발광소자(1)는 디스플레이장치(DSP), 백라이트유닛(BLU), 조명장치로서 다양하게 적용할 수 있다.

일예로 도 4를 참조하면, 본 발명의 전계방출 발광소자(1)를 적용하여 조명장치(100)를 구성할 수 있다.

이러한 조명장치(100)는 본체케이스(101)에 본 발명의 전계방출 발광소자(1)를 복수개 배열하여 구성된 것으로서, 가정이나, 사무실 등의 천장에 배치하여, 조명등으로서 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 전계방출 발광소자(1)를 적용한 조명장치(100)는 기존의 LED등의 발광휘도나 수명에 준하는 성능을 발휘하면서도 LED등에 비해 가격면에서 현저히 낮은 가격으로 제조가 가능하며, 형광등에 비해서는 약간 가격은 비싸지만, 발광휘도 및 수명 등이 대단히 탁월함으로써 가격대 성능비가 월등한 이점이 있게 된다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(1')에 대해 설명한다.

제 2 실시 예의 전계방출 발광소자는 제 1 실시 예의 전계방출 발광소자에 비해 투명 애노드전극(35)과, 이 투명 애노드전극(35) 하면에 형광체(35)에 코팅형성된다는 점에서만 차이가 있을 뿐, 나머지 구성에 대해서는 동일하므로 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 설명은 생략하며 차이가 나는 구성에 대해서만 설명하도록 한다.

제 2 실시 예의 전계방출 소자는 투명 애노드전극(35)과 형광체(35)를 더 포함한다.

투명 애노드전극(35)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등 투명전극재질로 구성되며, 수직배열된 애노드전극(30)의 상단측면을 연결하고, 상부기판(10)의 하면에 접하도록 수평되게 구성된다.

또한, 형광체(35)는 투명애노드전극(35)의 하면에 도포된 형태로 코팅된다. 이 경우, 본 실시 예의 형광체(30,35)는 복수의 애노드전극(30)의 마주하는 두면과, 이 두면을 연결하도록 투명 애노드전극(35)의 하면에 도포되어 단면이 "

" 형태로 형성된다.

상기한 구성으로, 에미터(60)에서 방출된 전자빔은 형광체(30,35)를충격하여 빛을 발생하게 된다. 이처럼, 본 발명은 수직배열된 애노드전극(30)과 더불어 투명 애노드전극(35)에 코팅된 형광체(30,35)를 통해 빛이 발생하므로 기존 FED에 비해 발광면적을 대폭 증가하는 것이 가능하게 되어 발광휘도가 향상되게 된다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(1'')에 대해 설명한다.

제 3 실시 예의 전계방출 발광소자(1'')는 제 1 실시 예의 전계방출 발광소자(1)에 비해 게터(70, Getter)가 추가된다는 점에서만 차이가 있고 나머지 구성에 대해서는 동일하므로 게터(70)의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

게터(70)는 진공장치 안에 남아 있는 기체를 흡수하여 그 기체와 화합물을 만드는 물질로 구성되며, 하부기판(20) 상에 설치된다.

상부기판(10)과 하부기판(20)의 사이공간은 고진공 상태를 유지하여야 양호한 발광휘도를 유지할 수 있으나, 전자빔이 형광체(40)를 충격하여 빛이 발생하는 과정에서 기체가 발생하여 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이의 진공도가 낮아지게 됨으로써 발광휘도가 낮아질 수 있다. 하지만, 본 발명은 하부기판(20) 상에 게터(70)를 설치하여 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이공간에서 발생된 기체를 흡수해 줌으로써 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이공간의 진공도를 고진공상태로 유지해 줄 수 있어 발광휘도를 양호하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 전계방출 발광소자의 수명을 늘려줄 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 도시하지는 않았지만, 형광체(30,35)에 전도성막이 코팅됨으로써, 형광체(30,35)의 전도성과 형광체(30,35)로부터 발생된 광 반사율을 향상시켜 발광휘도를 향상시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(2)에 대해 설명한다.

본 발명은 전계방출 발광소자 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것으로서, 기존의 FED의 스페이서 및 (음극 이미터와 평행하도록 배열된 투명 애노드 전극과 형광층을 포함하는) 상부기판의 구성을 삭제하고, (고진공 유지의 목적의) 진공캡(?), 수직형태의 애노드전극을 구성한 것이다.

본 발명의 전계방출 발광소자(2)는 진공캡(12), 기판(22), 애노드전극(32), 형광체(42), 캐소드전극(52), 에미터(62)를 포함한다.

진공캡(12)과 기판(22)은 기판(10)이 진공이 유지되는 환경에 놓일 수 있도록 전방위로 밀폐된 진공캡(12) 내부에 기판(22)이 형성된다. 진공캡(12)은 외부로 빛이 투과한 유리판으로 구성될 수 있고, 기판(22)은 유리 또는 실리콘 등의 반도체기판으로 구성될 수 있다.

본 발명에서 진공캡(12)이란, 전방위로 밀폐된 구조로 터널링을 위해 고진공상태를 유지해주는 고투과성 진공관을 칭하며, 이때 진공캡의 형태는 원통형태, 반원형태, 모서리가 둥근 직사각형 형태, 타원형태 등의 이용목적과 편의에 따라 어떤 형태로든 제조 가능함은 물론이다.

애노드전극(32)은 소정길이를 갖는 리브형태로 구성되며, 기판(22) 상부에 수직되게 설치된다. 애노드전극(32)은 복수개로 구성되며, 서로 소정간격을 이루도록 병렬되게 설치된다. 또한, 애노드전극(32)은 (+) 전선과 연결되도록 구성된다.

본 발명에서 애노드전극(32)은 진공캡 내부의 고진공상태에 놓이므로 우수한 전기전도성과 더불어 높은 강도를 모두 만족시키는 소재들로 구성될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 애노드전극(32)은 구리합금, 알루미늄합금, 텅스텐이나 다이아몬드와 같이 전기전도성을 가지면서도 기계적 강도가 높은 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기계적 강도를 만족하면서도 우수한 전기전도성을 가지는 소재이면 어떠한 소재로 구성되어도 무방하다.

형광체(42)는 애노드전극(32)의 양면 또는, 양면과 상면에 도포되어 코팅된 형태로 이루어진다. 형광체(42)는 에미터(62)에서 방출된 전자빔에 의해 충격되어 빛을 발생한다.

형광체(42, Phosphor)는 SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)2O4:Mn, Y3(Al, Ga)5O12:Tb, Y2SiO5:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y2SiO5:Ce, ZnGa2O4, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체 및 Al(N,O)Eu²⁺ 등 고진공하에서 전자빔의 충격으로 빛을 발생하는 통상의 모든 형광체가 적용되어도 무방하며 CF, CCM으로 컬러를 제어할 수 있다.

캐소드전극(52)은 와이어와 같은 선형 형태로 이루어지며, (-)전선과 연결되도록 구성된다.

캐소드전극(52)은 기판(22) 상에 설치되되, 복수개로 구성되의 복수의 애노드전극(32) 사이에 병렬로 배치되도록 설치된다.

에미터(62)는 CNT(탄소나노튜브)형 에미터로 이루어져 도 8과 같이, 캐소드전극(52)의 길이방향을 따라 소정간격 이격되 형태로 설치되거나, 도 9와 같이, 캐소드전극(52)의 길이방향을 따라 연속적으로 설치될 수 있다.

애노드전극(32)과 캐소드전극(52)에 (-),(+)전류를 인가하면, 에미터(62)를 통해 전자빔이 방출되고, 방출된 전자빔이 형광체(42)를 충격하여 빛이 발생된다. 이러한 발광원리는 기존FED 구동원리와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

본 발명은 애노드전극(32)이 리브형태로 기존 스페이서부재 및 상부기판을 생략할 수 있으므로, 구성의 수를 줄여 구조가 간단해지고 제조공정이 단순되어 제조단가를 낮출 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 기존의 스페이서부재을 설치할 필요가 없기 때문에 기존 스페이서부재에 의한 전계왜곡현상이 발생하지 않아, 발광휘도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수직배치된 애노드전극(32)과 선형의 캐소드전극(52)이 기판(22)상에 교번되게 배치되는 구조이므로, 애노드전극(32)과 캐소드전극(52)의 배치간격을 용이하게 조절하는 것이 가능하여, 고전압형, 저전압형 등의 전자방출특성이 양호해지도록 용이하게 구조를 설계하는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명의 전계방출 발광소자(2)는 기판(22)에 애노드전극(32), 캐소드전극(52), 에미터(62)를 설치하고, 형광체(42)를 애노드전극(32)에 코팅형성한 상태에서, 진공캡(12)의 진공환경 내에 기판(22)을 두고 밀봉재(미도시)로 밀봉하는 제조공정을 통해 제작될 수도 있다.

한편, 형광체(42)는 애노드전극(32)을 기판(22)에 설치한 상태에서 코팅형성될 수도 있고, 형광체(42)를 애노드전극(32)에 코팅한 후, 형광체(42)가 코팅된 애노드전극(32)을 기판(22)에 설치할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 전계방출 발광소자(2)의 제조공정에 대해 간략하게 설명하였으나, 상기에서 설명한 제조공정 이외에도 다양한 제조공정을 통해 본 발명의 전계방출 발광소자(2)를 제조할 수 있음은 물론이다

상기에서 설명한 본 발명의 전계방출 발광소자(2)는 디스플레이장치(DSP), 백라이트유닛(BLU), 조명장치로서 다양하게 적용할 수 있다.

일예로 도 4를 참조하면, 본 발명의 전계방출 발광소자(2)를 적용하여 조명장치(200)를 구성할 수 있다.

이러한 조명장치(200)는 본체케이스(201)에 본 발명의 전계방출 발광소자(2)를 복수개 배열하여 구성된 것으로서, 가정이나, 사무실 등의 천장에 배치하여, 조명등으로서 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 전계방출 발광소자(2)를 적용한 조명장치(200)는 기존의 LED등의 발광휘도나 수명에 준하는 성능을 발휘하면서도 LED등에 비해 가격면에서 현저히 낮은 가격으로 제조가 가능하며, 형광등에 비해서는 약간 가격은 비싸지만, 발광휘도 및 수명 등이 대단히 탁월함으로써 가격대 성능비가 월등한 이점이 있게 된다.

이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(2')에 대해 설명한다.

제 2 실시 예의 전계방출 발광소자(2')는 제 4 실시 예의 전계방출 발광소자(2)에 비해 게터(72, Getter)가 추가된다는 점에서만 차이가 있고 나머지 구성에 대해서는 동일하므로 게터(72)의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

게터(72)는 진공장치 안에 남아 있는 기체를 흡수하여 그 기체와 화합물을 만드는 물질로 구성되며, 기판(22) 상에 설치된다.

진공캡(12) 내부의 공간은 고진공 상태를 유지하여야 양호한 발광휘도를 유지할 수 있으나, 전자빔이 형광체(42)를 충격하여 빛이 발생하는 과정에서 기체가 발생하여 내부의 진공도가 낮아지게 됨으로써 발광휘도가 낮아질 수 있다. 하지만, 본 발명은 기판(22) 상에 게터(72)를 설치하여 내부에 발생된 기체를 흡수해 줌으로써 진공도를 고진공상태로 유지해 줄 수 있어 발광휘도를 양호하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 전계방출 발광소자의 수명을 늘려줄 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 도시하지는 않았지만, 형광체(32)에 전도성막이 코팅됨으로써, 형광체(32)의 전도성과 형광체(32)로부터 발생된 광 반사율을 향상시켜 발광휘도를 향상시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 전계방출 발광소자(2'')에 대해 설명한다.

제 4 실시 예에서는 진공캡(12) 자체가 고진공상태를 유지하고, 이 진공캡(12) 내에 기판(22)이 설치되는 구조였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제 6 실시 예에서는 하부가 개방된 진공캡(12')이 기판(22)의 바닥에 결합되어 사이공간이 고진공상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 진공캡(12')과 기판(22) 사이공간은 진공상태를 이루도록 진공캡(12')과 기판(22)의 테두리에 플릿 등의 밀봉재(미도시)가 구비될 수 있다. 본 발명에서 진공캡(12')은 하부(밑면)가 개방된 진공캡(12')이 기판과 밀착하여 밀봉된 구조로, 터널링을 위해 고진공상태를 유지해주는 구조이다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

10...상부기판
12...진공캡
20...하부기판
22...기판
30,32...애노드전극
40,42...형광체
50,52...캐소드전극
60,62...CNT 에미터
70...게터

Claims (9)

1. 서로 상하 이격 형성되며, 사이공간에 진공상태를 형성하는 상부기판과 하부기판;
   상기 상부기판과 상기 하부기판을 서로 연결하도록 수직되고, 소정간격 이격 설치되어, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이간격을 유지하는 복수의 애노드전극;
   상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체;
   상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 하부기판에 설치되는 선형형태의 캐소드전극;
   상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며,
   상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
2. 고진공상태를 유지하는 진공캡;
   상기 진공캡 내부의 진공환경에 놓인 기판;
   상기 기판 상부에 수직되고 소정간격 이격 설치되는 복수의 애노드전극;
   상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체;
   상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 기판 상부에 설치되는 선형형태의 캐소드전극;
   상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며,
   상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
3. 하부가 개방된 형태의 진공캡;
   상기 진공캡이 밀봉결합되어 상기 진공캡과의 사이공간에 진공상태를 형성하는 기판;
   상기 기판 상부에 수직되고 소정간격 이격 설치되는 복수의 애노드전극;
   상기 복수의 애노드전극 각각에 코팅형성되는 형광체;
   상기 복수의 애노드전극 사이에 병렬 배치되도록 상기 기판 상부에 설치되는 선형형태의 캐소드전극;
   상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 형성되는 CNT타입 에미터;를 포함하며,
   상기 에미터로부터 방출된 전자는 상기 형광체를 여기시켜 발광하는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 애노드전극은 직사각형을 갖는 리브형태로 형성되어 단축단과 장축단을 갖으며, 상기 단축단이 수직형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 에미터는 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 연속적으로 배열되거나, 상기 캐소드전극의 길이방향을 따라 소정간격 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
6. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 형광체는 상기 애노드전극의 양면을 덮도록 도포된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
7. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 애노드전극에 연결되는 (+) 전선과, 상기 캐소드전극에 연결되는 (-) 전선이 추가하여 연결된 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자
   
8. .제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 애노드전극 중 이웃하는 두 애노드전극의 상단측면을 연결하며, 상기 상부기판의 하면에 접하도록 수평되게 설치되는 투명 애노드전극;을 더 포함하며,
   상기 형광체는 상기 복수의 애노드전극의 마주하는 두 면과, 상기 두 면을 연결하는 상기 투명 애노드전극의 하면에 도포되어 단면이 "

   

   " 형태로 코팅되어진 것을 특징으로 하는 전계방출 발광소자.
   
9. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 기재된 전계방출 발광소자를 복수개 연결하여 구성된 전계방출 발광소자를 구비한 조명장치.
   
   

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