KR100828101B1

KR100828101B1 - 전계 방출형 램프

Info

Publication number: KR100828101B1
Application number: KR1020070029797A
Authority: KR
Inventors: 김광복; 이선희; 정세정
Original assignee: 금호전기주식회사
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 하부 기판 상에 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극 상에 형성되어 상기 애노드전극과 캐소드전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터와, 상기 애노드전극 상에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 형광체층 상에 형성되며 형광체층 후방으로 향하는 빛을 난반사시키는 난반사층과, 상기 난반사층 상에 형성되며 형광체 후방으로 향하는 빛을 램프 외부로 반사시키는 반사층을 포함하여 구성되며, 상기 난반사층에 의해 형광체층을 전자의 노출로부터 보호하여 형광체의 열화에 따른 수명 단축을 방지하고, 반사층의 평탄화를 유도하여 발광효율을 증진시키는 효과를 갖는다.

전계 방출형 램프, 애노드, 캐소드, 에미터, 형광체, 난반사층, 반사층

Description

전계 방출형 램프{Field-emission lamp}

도 1은 종래 전계 방출형 램프의 일예를 보인 단면도

도 2는 본 발명에 따른 전계 방출형 램프의 일실시예를 보인 단면도

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 상부 기판 32 : 애노드전극

34 : 형광체층 36 : 난반사층

38 : 반사층 40 : 하부 기판

42 : 캐소드전극 44 : 에미터

46 : 중간층

본 발명은 전계 방출형 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체층과 반사층 사이에 형광체의 열화를 방지하고 반사층의 평탄화를 유도하는 난반사층을 형성하여, 열화에 의한 형광체 수명 단축을 방지하고 반사층의 평탄화에 기한 발광효율 상승을 도모한 전계 방출형 형광램프에 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 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 글래스 재질의 절연체로 이루어진 상부 기판(10)과 하부 기판(20)이 상호 대향 배치되며, 상부 기판(10) 상에는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명의 애노드전극(12)이 형성되고, 하부 기판(20) 상에는 음극을 이루는 캐소드전극(22)이 형성된다. 애노드전극(12) 상면에는 형광체가 도포되어 형광체층(14)을 형성하며, 이 형광체층(14)의 상면에는 알루미늄 등의 금속막을 증착하여 반사층(16)을 형성한다. 캐소드전극(22)의 상면에는 애노드전극(12)과 캐소드전극(22) 간에 전계가 형성될 때 관체 내부에 전자를 방출하는 에미터(24)가 형성된다.

위와 같은 구조에서, 상기 반사층(16)은 형광체층(14)에서 발생된 가시광선을 관체 외부로 반사시키는 역할을 한다. 그러나 형광체층(14)의 상면에 직접 반사층(16)을 형성함으로 인해, 에미터(24)에서 방출된 전자가 반사층(16)을 통과하여 형광체층(14)에 분포된 형광체를 열화시키는 문제점이 발생된다. 즉, 종래 전계 방 출형 형광램프에서는 형광체가 전자에 직접 노출됨으로 인해, 형광체의 열화에 의한 수명 단축 현상이 발생되고 있다.

한편, 도시된 바와 같이 캐소드전극(22)의 상면에는 복수의 에미터(24)가 소정 간격 이격 배치되는데, 이로 인해 에미터(24)에서 방출된 전자가 형광체층(14)의 표면에 균일한 분포로 전달되지 못하는 현상이 발생된다. 또한, 반사층(16)이 형광체층(14)의 상면에 직접 형성됨으로 인해, 형광체층(14) 후방으로 향한 빛이 분산되기 전에 반사층(16)에 전달되며, 이로 인해 반사층(16)이 존재함에도 불구하고 형광체층(14)에서 발생된 가시광의 발광 균일도가 떨어지는 문제점이 있다. 이는 결국 백라이트유닛의 제품경쟁력을 저하시키는 원인이 된다.

나아가서, 형광체층(14)은 형광체 입자들에 의해 그 표면이 매끄럽지 못하고 거칠게 형성되는데, 이러한 형광체층(14) 위에 알루미늄 등을 증착하여 반사층(16)을 형성하게 되면, 반사층(16)의 표면 역시 불균일하게 형성된다. 이에 따라 반사층(16)의 표면에 다수의 요철이 발생되며, 이 요철에 의해 반사층(16)에 다수의 음영지역이 발생되면서 광반사 효율이 크게 저하되는 문제점이 발생된다. 이는 램프의 발광효율을 크게 저하시키는 원인으로 작용한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 형광체층과 반사층 사이에 난반사층을 형성함으로써, 형광체가 전자에 직접 노출되는 것을 방지하여 형광체의 열화에 따른 수명 단축을 방지하고, 형광체층과 반사층 사이 의 공간에서 형광체층 후방으로 향하는 빛을 난반사시켜 반사층에 전달하여 램프의 발광 균일도를 향상시키며, 반사층의 평탄화를 유도하여 발광효율을 증진시키는 새로운 구조의 전계 방출형 램프를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 난반사층과 반사층 사이에 수지 재질의 중간층을 개재하여 반사층의 평탄도를 더욱 증진시키며, 형광체층과 반사층 사이의 공간 확보를 통한 발광 균일도 상승을 꾀하는 것을 목적으로 한다.

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 하부 기판 상에 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극 상에 형성되어 상기 애노드전극과 캐소드전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터와, 상기 애노드전극 상에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 형광체층 상에 형성되며 형광체층 후방으로 향하는 빛을 난반사시키는 난반사층과, 상기 난반사층 상에 형성되며 형광체 후방으로 향하는 빛을 램프 외부로 반사시키는 반사층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.

바람직하게는, 상기 난반사층을 구성하는 물질은 Si, Al, Mg, Y, In, W, Sn을 포함하는 그룹 중 적어도 하나 이상을 함유한 금속산화물이며, 이 금속산화물의 입자 직경은 10nm 내지 5um이다.

또한, 상기 형광체층에서 난반사층 까지의 두께는 형광체층을 구성하는 최대 형광체 입자 직경의 2.5배 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 난반사층과 반사층 사이에는 반사층의 평탄도 증진을 위해 0%초과 내지 10% 이하의 에틸셀룰로우즈 수지 조성물로 이루어진 중간층이 더 형성된다.

본 발명에서 상기 형광체층에서 반사층까지의 두께는 형광체층을 구성하는 최대 형광체 입자 직경의 3배 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

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

본 발명은 애노드전극(32) 상면의 적층 구조에 있어, 형광체의 열화를 방지하고 반사층(38)의 평탄화를 유도하기 위해 형광체층(34)과 반사층(38) 사이에 난반사층(36)을 형성한 전계 방출형 램프에 관한 것으로서, 이하의 설명에서는 전계 방출형 램프의 전극 구조에 관하여 중점적으로 설명하겠으며, 전원공급장치, 상,하부 기판(30, 40)간 접합구조 등 통상의 전계 방출형 램프와 다름없는 부분에 대하 여는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전계 방출형 램프를 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 전계 방출형 램프는 글래스 등과 같은 투명 절연체로 이루어진 상부 기판(30)과 하부 기판(40)을 그 양단에서 상호 접합하고, 상부 기판(30) 상에는 ITO 등과 같은 투명 전도성 물질을 이용하여 애노드전극(32)을 형성하며, 하부 기판(40) 상에는 전도성 금속 페이스트를 이용하여 캐소드전극(42)을 형성하여 이루어진다. 애노드전극(32)과 캐소드전극(42)에는 각각 별도의 전원장치를 이용하여 양전위 및 음전위가 인가된다.

상기 캐소드전극(42) 상에는 애노드전극(32)과 캐소드전극(42) 사이에 형성되는 전계에 의해 관체 내부에 전자를 방출하는 에미터(44)가 형성된다. 에미터(44)는 캐소드전극(42) 상면에 고르게 분포될 수 있으나, 바람직하게는 전자 방출효율을 높이기 위하여 다수의 에미터(44)가 소정 간격 이격 배치되도록 형성된다. 또한, 에미터(44)의 전자 방출성능을 증진시키기 위해, 각각의 에미터(44)는 탄소계 나노물질로 형성된다.

상기 애노드전극(32) 상에는 형광체층(34)이 형성된다. 형광체층(34)은 R, G, B 각각의 색상 또는 혼합된 색상을 구현하는 형광체를 애노드전극(32) 상면에 도포하는 것으로 형성된다. 이러한 형광체층(34)은 형광체 입자의 모양에 의해, 그 표면이 불균일하게 형성될 것이다. 형광체층(34)의 상면에는 난반사층(36)이 형성되며, 이 난반사층(36)의 상면에는 반사층(38)이 형성된다. 먼저, 반사층(38)은 형광체층(34)에서 발생된 가시광 중 관체 내부로 향하는 빛을 관체 외부로 반사시키 는 것으로서, 알루미늄 등의 금속막을 증착하여 형성된다.

상기 난반사층(36)은 형광체층(34)이 전자에 직접 노출되는 것을 방지하는 보호층으로서 역할하며, 또한 반사층(38)의 평탄화를 유도하는 역할을 하는 것으로서, 형광체층(34)에서 관체 내부로 향하는 빛 일부를 관체 외부로 반사하고, 나머지는 난반사시켜 반사층(38)에 전달한다. 이러한 난반사층(36)은 바람직하게 Si, Al, Mg, Y, In, W, Sn 중 최소 하나의 금속을 함유한 금속산화물을 스핀코팅법, 프린팅법, 침강법, 증착법 등 다양한 형성방법으로 형성할 수 있다. 난반사층(36)은 반사층(38)의 광반사 효율을 높이기 위해, 형광체층(34)과 반사층(38) 사이에 소정의 공간을 형성하며, 이를 위하여, 난반사층(36)을 구성하는 금속산화물의 입자 직경은 바람직하게 10nm~5um이다. 또한, 난반사층(36)은 광손실을 최소화하기 위해 형광체층(34) 두께를 포함하여 형광체층(34)을 구성하는 최대 형광체 입자 직경의 2.5배 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 최대 형광체 입자는 복수개로 선정될 수 있으며, 이때에는 형광체층(34)에서 난반사층(36)까지의 두께가 최대 형광체들의 평균 입자 직경의 2.5배 이내로 선택될 것이다.

본 발명의 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 난반사층(36)과 반사층(38) 사이에는 중간층(46)이 더 형성될 수 있다. 중간층(46)은 수지 재질로 형성되는 것으로서, 반사층(38)의 증착공정시 증착효율을 높이는 동시에 반사층(38)의 평탄도를 더욱 증진시키는 목적으로 이용된다. 이러한 중간층(46)은 바람직하게 0%초과 내지 10% 이하의 에틸셀룰로우즈 수지 조성물로 구성된다.

위와 같은 애노드전극(32) 상의 적층구조가 형광체층(34)의 두께 또는 형광 체 입자의 직경에 비해 지나치게 두꺼우면 광손실이 커질 위험성이 있다. 따라서 형광체층(34)에서부터 반사층(38)에 이르는 두께는 형광체층(34)을 구성하는 최대 형광체 입자 직경에 비해 3배 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 위와 마찬가지로, 최대 형광체가 복수개 선택될 때에는 형광체층(34)에서 반사층(38) 까지의 두께가 최대 형광체들의 평균 입자 직경에 비해 3배 이하로 선택된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 전계 방출형 램프는 형광체층(34)과 반사층(38) 사이에 난반사층(36)을 형성한다. 난반사층(36)은 에미터(44)에서 방출된 전자에 형광체층(34)이 직접 노출되는 것을 차단하며, 이에 따라 형광체가 열화에 의해 조기에 수명이 단축되는 것을 방지한다.

통상 에미터(44)의 전자 방출 효율을 높이기 위하여 도시된 바와 같이 다수 에미터(44)를 이격 배치할 때 전자 분포가 고르지 못하는 문제점이 발생될 수 있으며, 이는 형광체층(34)에서 발생된 가시광의 발광 균일도를 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 난반사층(36)은 형광체층(34)에서 램프 내부로 향하는 빛 일부를 램프 외부로 1차적으로 반사하여 발광 균일도를 상승시킨다. 또한, 램프 내부로 향하는 불균일한 광이 반사층(38)에 전달되기까지 충분한 공간을 확보하여 분산 전달되도록 하는 동시에, 광을 난반사시켜 반사층(38)에 전달함으로써, 전체적으로 램프의 발광 균일도를 크게 상승시킬 수 있다.

무엇보다, 난반사층(36)은 알루미늄 등이 금속 재질로 이루어지는 반사층(38)의 평탄화를 유도한다. 종래 반사층(38)이 거친 표면의 형광체층(34) 위에 직접 증착되던 것에 비해, 난반사층(36)을 적용함으로써 반사층(38)은 평탄한 단면 을 갖게 된다. 따라서 제품 설계시 목적했던 바와 같이 반사층(38)이 온전히 제역할을 수행하며, 종래 반사층(38)의 요철에 의해 발광효율이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

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 형광체층과 반사층 사이에 난반사층을 형성함으로써, 형광체를 전자의 직접적인 노출로부터 보호하여 형광체의 열화에 따른 수명 단축을 방지하고, 램프 내부로 향하는 빛을 1차적으로 반사시키고 반사층으로 향하는 빛은 난반사시킴으로써 램프의 발광 균일도를 크게 향상시키며, 반사층의 평탄화를 유도하여 발광효율을 개선시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과들은 본 발명의 전계 방출형 램프가 백라이느유닛 또는 독립 조명장치에 적용될 때 제품 경쟁력을 확보하도록 할 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 난반사층과 반사층 사이에 중간층을 개재함으로써, 반사층의 평탄도를 더욱 증진시키는 효과를 갖는다.

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 하부 기판 상에 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극 상에 형성되어 상기 애노드전극과 캐소드전극 간에 형성되는 전계에 의해 상기 내부 공간으로 전자를 방출하는 에미터와, 상기 애노드전극 상에 형광체를 도포하여 형성되는 형광체층과, 상기 형광체층 상에 형성되며 형광체층 후방으로 향하는 빛을 난반사시키는 난반사층과, 상기 난반사층 상에 형성되며 형광체 후방으로 향하는 빛을 램프 외부로 반사시키는 반사층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항에 있어서,

상기 난반사층을 구성하는 물질은 Si, Al, Mg, Y, In, W, Sn을 포함하는 그룹 중 적어도 하나 이상을 함유한 금속산화물인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 2항에 있어서,

상기 금속산화물의 입자 직경은 10nm 내지 5um인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항에 있어서,

상기 형광체층에서 난반사층 까지의 두께는 상기 형광체층을 구성하는 최대 형광체 입자 직경의 2.5배 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항에 있어서,

상기 난반사층과 반사층 사이에는 반사층의 평탄도 증진을 위한 중간층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 5항에 있어서,

상기 중간층을 구성하는 물질은 0%초과 내지 10% 이하의 에틸셀룰로우즈 수지 조성물인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.
제 1항 또는 제5항에 있어서,

상기 형광체층에서 반사층까지의 두께는 형광체층을 구성하는 최대 형광체 입자 직경의 3배 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 램프.