KR101040796B1 - 전계방출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애노드 패널과 캐소드 패널 사이에 공간을 확보하기 위한 스페이서가 게이트 절연체와 일체로 형성되어 구조를 간단히 하고, 공정을 단순화시킬 수 있으며, 제품의 불량률을 감소시킬 수 있도록 하는 백라이트 유닛용 전계방출장치에 관한 것으로, 본 발명의 전계방출장치는 상부기판 하면에 애노드 전극과 형광체층, 반사층이 형성되는 애노드 패널과, 하부기판 상면에 캐소드 전극과 에미터가 형성되는 캐소드 패널이 실링 부재에 의해 밀봉 합지되고, 애노드 패널과 캐소드 패널 사이의 공간에 게이트 패널과 스페이서가 구비되는 전계방출소자에 있어서, 상기 스페이서는 애노드 패널과 게이트 패널 사이에 공간을 확보하면서 상기 애노드 패널을 지지하는 상부 지지부와 상기 상부 스페이서의 직경보다 큰 직경으로 게이트 패널을 캐소드 패널로부터 절연시키면서 상기 게이트 패널을 지지하는 하부 지지부가 일체형으로 형성되고, 상기 게이트 패널은 상기 스페이서의 상부 지지부 단면과 동일한 형상의 삽입구가 형성되어, 상기 삽입구를 통하여 상기 스페이서의 상부 지지부가 삽입되면서 체결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, 백라이트, 전계방출소자, FED, 스페이서

Description

전계방출장치{Field electron emission device}
본 발명은 전계방출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 애노드 패널, 게이트 패널 및 캐소드 패널 사이에 공간을 확보하기 위한 스페이서가 일체형으로 형성되어 구조를 간단히 하고, 공정을 단순화시킬 수 있으며, 제품의 불량률을 감소시킬 수 있도록 하는 전계방출장치에 관한 것이다.
통상적으로 평판 표시장치(flat panel display)는 크게 발광형 표시장치와 수광형 표시장치로 분류될 수 있다. 발광형 표시장치로는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube), 플라즈마 표시장치(PDP; Plasma Display Panel) 및 전계방출 표시장치(FED; Field Emission Display) 등이 있으며, 수광형 표시장치로는 액정 표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)가 있다.
액정 표시장치는 무게가 가볍고 소비전력이 적은 장점을 가지고 있으나, 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이므로, 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정 표시 장치의 배면에는 백라이트 유닛(backlight unit)이 설치된다.
종래 백라이트 유닛으로는 선광원으로서 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 백라이트 유닛은 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고 전력 소모가 큰 단점이 있으며, 특히 액정 표시장치가 대형화할수록 휘도의 균일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 상기 문제점을 해소하기 위하여 평면발광 구조를 가진 전계방출형(field emission type) 발광 장치가 개발되고 있다. 이러한 전계방출장치를 이용한 백라이트 유닛은 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 유닛에 비해 전력 소모가 적고, 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다. 또한, 전계방출장치는 백라이트 유닛의 광원뿐만 아니라 일반적인 조명용으로도 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 전계방출장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 게이트 전극과 스페이서의 체결 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20)이 이격되어 서로 대향되게 배치된다. 상기 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20)은 실링 부재(sealing member,50)에 의해 그 내부 공간이 밀폐되고, 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20) 사이에는 전자 방출을 자극하기 위한 게이트 패널(30)과 각 패널을 지지하면서 그 사이에 일정한 공간을 확보하기 위한 스페이서(spacer,40)가 구비된다.
여기서, 상기 애노드 패널(10)은 상부기판(11)과 상기 상부기판(11)의 하면 에 형성되는 애노드 전극(12)과 상기 애노드 전극(12)의 하면에 도포되는 형광체층(13), 상기 형광체층(13) 하면에 형성되는 반사층(14)을 포함한다.
그리고, 상기 캐소드 패널(20)은 하부기판(21)과 상기 하부기판(21)의 상면에 형성되는 캐소드 전극(22)과 상기 캐소드 전극(22)의 상면에 전계 발생에 의해 전자를 방출하는 다수개의 에미터(23)를 포함한다.
또한, 상기 게이트 패널(30)에는 상기 에미터(23)에서 방출되는 전자가 통과하기 위한 개구부(31)가 다수개 형성된다.
또한, 상기 스페이서(40)는 상기 애노드 패널(10)과 게이트 패널(30) 사이에 마련되는 상부 지지부(40a)와 상기 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20) 사이에 마련되는 하부 지지부(40b)를 포함한다. 상기 상부 지지부(40a)에 의해 상기 애노드 패널(10)과 게이트 패널(30) 사이에 일정한 간격이 유지되고, 상기 하부 지지부(40b)에 의해 상기 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20) 사이에 일정한 간격이 유지되면서 동시에 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20)의 절연 상태가 유지된다.
한편, 상기와 같은 구조의 전계방출장치(FED)는 에미터(23)에서 방출된 전자가 형광체층(13)에 충돌하는 것에 의해 발광하게 되는데, 전자의 이동을 자유롭게 하기 위하여 내부 공간은 높은 진공도가 요구된다. 이러한 고진공 상태에서 발생하는 내부와 외부의 압력 차이에 의해 애노드 패널(10)과 게이트 패널(30), 캐소드 패널(20)이 휘어져 맞닿게 되거나 심지어 패널이 파손되는 문제점이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 각 패널이 일정 간격을 유지하도록 상부 지지부(40a)와 하부 지지부(40b)로 분리되는 다수개의 스페이서(40)가 애노드 패널(10)과 게이트 패 널(30) 사이, 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20) 사이에서 각각 구비된다.
그러나, 전계방출장치는 패키징시 도 2에 도시된 바와 같이 상부 지지부(40a)와 하부 지지부(40b)의 중심축(Y)을 일치시켜야 하는데, 종래의 기술에 따른 전계방출장치는 스페이서(40)가 상부 지지부(40a)와 하부 지지부(40b)로 별개로 구성되어 중심축(Y)을 일치시키기가 어려운 점이 있다. 즉, 상부 지지부(40a)와 하부 지지부(40b)의 배치 위치에 따라 중심축(Y)이 쉽게 틀어질 수 있으며, 이 경우 진공 작업에 의해 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20), 게이트 패널(30)이 휘어지져 맞닿게 되거나 파손되는 등 심각한 문제점이 발생할 수 있다.
종래의 기술에 따른 전계방출장치는 애노드 패널과 게이트 패널, 캐소드 패널 사이에 일정한 간격을 유지하고, 게이트 패널과 캐소드 패널 사이의 절연을 위한 스페이서가 상부 지지부와 하부 지지부로 별개로 구성되어, 패키징시 스페이서의 중심축을 일치시키기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 스페이서의 중심축 불일치에 의하여 제품의 불량을 초래하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 각 패널 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서가 일체형으로 형성되고, 게이트 패널에는 상기 일체형 스페이서가 삽입되어 체결되기 위한 삽입구가 형성되어, 구조가 간단하면서 전계방출장치의 패키징을 용이하게 하고, 제품의 불량률을 감소시킬 수 있는 구조의 전계방출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출장치는 상부기판 하면에 애노드 전극과 형광체층, 반사층이 형성되는 애노드 패널과, 하부기판 상면에 캐소드 전극과 에미터가 형성되는 캐소드 패널이 실링 부재에 의해 밀봉 합지되고, 애노드 패널과 캐소드 패널 사이의 공간에 게이트 패널과 스페이서가 구비되는 전계방출소자에 있어서, 상기 스페이서는 애노드 패널과 게이트 패널 사이에 공간을 확보하면서 상기 애노드 패널을 지지하는 상부 지지부와 상기 상부 스페이서의 직경보다 큰 직경으로 게이트 패널을 캐소드 패널로부터 절연시키면서 상기 게이트 패널을 지지하는 하부 지지부가 일체형으로 형성되고, 상기 게이트 패널은 상기 스페이서의 상부 지지부 단면과 동일한 형상의 삽입구가 형성되어, 상기 삽입구를 통하여 상기 스페이서의 상부 지지부가 삽입되면서 체결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 스페이서는 절연 재질의 유리 또는 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 게이트 패널은 무기물의 평판형 패널에 전도성의 금속 물질이 도포되거나 금속물의 평판형 패널로 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 스페이서는 단면이 원형, 정사각형, 직사각형 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 상부 지지부는 높이가 10mm 이내로 형성되고, 단면의 직경이 1.5mm 이내로 형성되며, 상기 하부 지지부는 높이가 200㎛ 이내로 형성되고, 단면의 직경이 5mm 이내로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 전계방출장치의 구조가 간단해질 수 있고, 전계방출장치의 패키징 작업을 용이하게 할 수 있으며, 스페이서 중심축의 불일치에 의하여 발생하는 제품의 불량 문제를 해결할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들 은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 전극과 스페이서의 체결 상태를 나타낸 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전계방출장치는 상부의 애노드 패널(10)과 하부에서 상기 애노드 패널(10)과 대향되게 배치되는 캐소드 패널(20), 상기 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20) 사이에서 전자 방출을 자극하기 위한 게이트 패널(30), 상기 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20) 사이에 일정한 공간을 확보하기 위한 스페이서(40)를 포함한다.
이를 더욱 구체적로 살펴보면, 전술한 애노드(anode) 패널(10)은 상부기판(11)과 상기 상부기판(11)의 하면에 애노드 전극(12), 형광체층(13), 반사층(14)이 형성되어 구성된다.
상기 상부기판(11)은 일반적으로 투명 재질의 유리 기판이나 플라스틱 기판이 사용되며, 상기 애노드 전극(11)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 그리고 상기 형광체층(13)은 후술하는 에미터(23)에서 방출되는 전자에 의하여 여기되어 가시광을 방출하는 구성으로, 상기 애노드 전극(13)의 하면 전체에 형성되며, 적색, 녹색 및 청색의 형광 물질로 이루어진다. 또한, 상기 반사층(14)은 상기 형광체층(13)에서 방출되는 가시광을 상측으로 반사시키며, 전자의 충돌에 의해 형광체층(13)이 마모되는 것을 방지하기 위한 구성으로, 알루미나(Aluminum oxide)와 같은 물질로 이루어진다.
전술한 캐소드(cathode) 패널(20)은 하부기판(21)과 상기 하부기판(21)의 상면에 캐소드 전극(22)과 에미터(emitter,23)가 형성되어 구성된다.
상기 하부기판(21)은 상부기판(11)과 마찬가지로 투명 재질의 유리 기판 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있으며, 상면에는 금속 물질이나 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 도전성 물질을 이용한 캐소드 전극(22)이 스트라이프(stripe) 등의 패턴 형상으로 형성되거나, 전체면에 대하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 캐소드 전극(22)의 상면에는 전자방출원인 에미터(23)가 다수개 형성된다. 상기 에미터(23)는 상기 애노드 전극(13)과 캐소드 전극(22) 사이에서 발생되는 전계(electric field)에 의하여 전자를 방출시키기 위한 구성으로, 몰리브덴과 같은 금속이나 전자 방출 특성이 우수한 탄소나노튜브(CNT;carbon nanotubes) 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성의 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20)은 소정의 간격으로 서로 이격되어 대향되도록 배치되며, 가장자리에 구비되어 그 내부 공간을 밀폐시키기 위한 실링 부재(50)에 의해 합지된다. 또한, 애노드 패널(10)과 캐소드 패널(20) 사이의 내부 공간에는 상기 에미터(23)의 전자 방출을 자극하기 위한 게이트(gate) 패널(30)과, 각 패널을 지지하여 일정한 간격을 유지하기 위한 스페이서(spacer,40)가 구비된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 스페이서(40)는 고진공 환경에 따른 강한 압력에 대하여 상기 애노드 패널(10)을 지지하기 위한 상부 지지부(40a)와 상기 게이트 패널(30)을 지지하면서 동시에 캐소드 패널(20)로부터 절연시키기 위한 하부 지지부(40b)가 일체형으로 형성된다. 즉, 상기 상부 지지부(40a)는 상기 애노드 패널(10)을 지지하여 애노드 패널(10)과 게이트 패널(30) 사이에 일정한 간격을 유지하고, 상기 하부 지지부(40b)는 상기 게이트 패널(30)을 지지하여 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20) 사이에 일정한 간격을 유지하면서 동시에 게이트 패널(30)과 캐소드 패널(20)을 절연시키게 된다.
여기서 상기 일체형 스페이서(40)는 절연 재질로 이루어져야 하는 것으로, 기계적인 가공이나 사출 가공성이 우수한 유리나 세라믹 등이 이용될 수 있으며, 하부 지지부(40b)는 상기 게이트 패널(30)을 하부에서 지지하기 위하여 상부 지지부(40a) 보다 큰 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 게이트 패널(30)은 상기 에미터(23)의 전자 방출을 자극 및 제어하고, 에미터(23)를 보호하기 위한 구성으로, 상기 에미터(23)에서 방출된 전자가 통과되기 위하여 다수개의 개구부(31)가 형성되고, 상기 일체형 스페이서(40)의 상부 지지부(40a)가 삽입되기 위한 다수개의 삽입구(32)가 형성된다. 이러한 게이트 패널(30)은 무기물의 평판형 패널에 전도성의 금속 물질이 도포되거나 금속물의 평판형 패널로 구성된다.
상기와 같은 구성의 애노드 패널(10), 캐소드 패널(20) 및 게이트 패널(30)은 가장자리의 실링 부재(50)에 의해 밀봉 결합되며, 게이트 패널(30)의 개구 부(31) 하측에 상기 에미터(23)가 배치되도록 결합된다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 게이트 패널(30)의 삽입구(32)는 상기 스페이서(40)의 상부 지지부(40a) 외주면에 일치하는 동일한 형상으로 형성되며, 상부 지지부(40a)가 상기 삽입구(32)를 통하여 하측에서 삽입 체결되어 상부 지지부(40a)의 상단부는 애노드 패널(10)에 접촉되고, 하부 지지부(40b)의 하단부는 캐소드 패널(20)에 접촉되도록 체결된다. 이때, 상부 지지부(40a)가 게이트 패널(30)의 삽입구(32)에 끼워지면서 하부 지지부(40b)의 상단부는 게이트 패널(30)을 지지하게 된다.
상기와 같은 일체형의 스페이서에 의하여 구조가 간단하면서도 패키징 공정에서 중심축을 일치시켜야 하는 까다로운 공정이 제거될 수 있으며, 제품의 불량률을 개선시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스페이서를 나타낸 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스페이서를 상세히 나타낸 정면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 스페이서는 도 5에 도시된 바와 같이 단면의 형상이 원형(가), 정사각형(나), 직사각형(다) 또는 사다리꼴 형상(미도시)과 같이 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 게이트 패널(30)에 형성되는 삽입구(32)도 스페이서의 단면 형상과 동일한 형상으로 형성되어야 하고, 스페이서(40)의 상부 지지부(40a)와 하부 지지부(40b)의 높이나 직경은 적용되는 전계방출장치에 따라 적절히 변경될 수 있다. 일반적으로 전계방출장치는 애노드 패널과 게이트 패널, 캐소드 패널 사이의 간격이 좁을수록 저전력에 의해 우수한 발광 특성을 나타내기 때문에 스페이서가 파손되거나 각 패널이 맞닿지 않는 한도에서 스페이서의 직경이 작고 높이가 낮을수록 전력과 발광에 있어서 유리한 특성을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 전계발광장치는 상기와 같은 특성을 고려하여 스페이서(40)의 높이과 직경은 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 지지부(40a)의 높이(H1)는 10mm 이내로 형성되고, 단면의 직경(L1)은 1.5mm 이내로 형성되며, 하부 지지부(40b)의 높이(H2)는 200㎛ 이내로 형성되고, 단면의 직경(L2)은 5mm 이내로 형성된다. 이때 하부 지지부(40b)는 게이트 패널(30)을 지지할 수 있도록 상부 지지부(40a)의 직경(L1) 보다 크게 형성되어야 한다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 전계방출장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 기술에 따른 게이트 전극과 스페이서의 체결 상태를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 전극과 스페이서의 체결 상태를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스페이서를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스페이서를 나타낸 정면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 애노드 패널 11 : 상부기판
12 : 애노드 전극 13 : 형광체층
14 : 반사층
20 : 캐소드 패널 21 : 하부기판
22 : 캐소드 전극 23 : 에미터
30 : 게이트 패널 32 : 삽입구
40: 스페이서 40a : 상부 지지부
40b : 하부 지지부

Claims (5)

  1. 애노드 패널과 캐소드 패널 사이의 공간에 게이트 패널이 배치되고, 각 패널 사이의 공간을 확보하기 위하여 스페이서가 개입되는 전계방출소자에 있어서,
    상기 스페이서는 애노드 패널과 게이트 패널 사이에 공간을 확보하면서 상기 애노드 패널을 지지하는 상부 지지부와 상기 상부 스페이서의 직경보다 큰 직경으로 게이트 패널을 캐소드 패널로부터 절연시키면서 상기 게이트 패널을 지지하는 하부 지지부가 일체형으로 형성되고,
    상기 게이트 패널은 평판 형상으로, 상기 스페이서의 상부 지지부 단면과 동일한 형상의 삽입구가 형성되어,
    상기 삽입구를 통하여 상기 스페이서의 상부 지지부가 삽입되면서 체결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 절연 재질의 유리 또는 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 패널은 무기물의 평판형 패널에 전도성의 금속 물질이 도포되거나 금속물의 평판형 패널로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 단면이 원형, 정사각형, 직사각형 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 지지부는 높이가 10mm 이내로 형성되고, 단면의 직경이 1.5mm 이내로 형성되며,
    상기 하부 지지부는 높이가 200㎛ 이내로 형성되고, 단면의 직경이 5mm 이내로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
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