KR101898562B1 - 전계방출형 조명장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

전계방출형 조명장치 및 그 제조방법이 개시된다. 일실시예에 따른 전계방출형 조명장치는, 기판; 상기 기판의 상측에 제공되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극의 상측에 제공되고, 전계 형성 시 전자를 방출하는 에미터; 상기 에미터의 상측에 제공되는 게이트 전극; 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이의 간격을 유지시키는 열가소성 고정유닛; 및 애노드 전극과, 상기 전자와 충돌하여 발광하는 형광체를 포함하는 발광모듈을 포함하고, 상기 열가소성 고정유닛은, 가열에 의해 소성 변형이 가능한 상태로 상기 에미터 및 상기 게이트 전극을 향해 이동되고, 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극에 접한 상태에서 가압됨에 따라 또 다른 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진될 수 있다.

Description

전계방출형 조명장치 및 그 제조방법{FIELD EMISSION TYPE LIGHTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

이하의 설명은 전계방출형 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 백열등, 형광등, CFL(Compact Fluorescent Lamp), LED, 할로겐등과 같은 조명장치는 일반 가정을 비롯하여 사무실, 공장, 도로, 지하도 등에 광범위하게 설치되어 있다.

이 중에 형광등이 널리 보급되어 사용되고 있으나, 형광등은 원재료에 유해 물질이 다량 포함되어 있다는 문제가 있다. 이러한 형광등을 대체하기 위해 LED를 이용한 조명장치가 개발되고 있다. 하지만 LED 조명장치의 경우, 스펙트럼이 좁은 단색광을 발광하므로 연색성이 떨어져 색 구현에 한계가 있고, 온도 상승 시 허용 전류와 광 출력이 감소하는 등 주위 온도 및 동작온도의 변화에 민감하다. 또한, LED 조명장치는 동작 시의 발열에 의한 수명 단축 등의 각종 문제점에 노출되어 있다. 위와 같은 문제를 해소하기 위해 열처리 장치, 방열판, 전류제어장치 등이 추가적으로 구비되어야 하는데, 이는 제작 원가의 상승으로 이어진다.

최근에는 전극의 구조가 간단하고, 친환경, 고휘도, 고효율, 저소비전력 등의 특성을 보인다는 측면에서 전계방출(field emission)을 이용한 조명장치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 관련 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.

공개특허공보 제10-2011-0114811호

여기에서 설명되는 실시예들은, 전계방출형 조명장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

일실시예에 따른 전계방출형 조명장치는, 기판; 상기 기판의 상측에 제공되는 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극의 상측에 제공되고, 전계 형성 시 전자를 방출하는 에미터; 상기 에미터의 상측에 제공되는 게이트 전극; 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이의 간격을 유지시키는 열가소성 고정유닛; 및 애노드 전극과, 상기 전자와 충돌하여 발광하는 형광체를 포함하는 발광모듈을 포함하고, 상기 열가소성 고정유닛은, 가열에 의해 소성 변형이 가능한 상태로 상기 에미터 및 상기 게이트 전극을 향해 이동되고, 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극에 접한 상태에서 가압됨에 따라 또 다른 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진될 수 있다.

또한, 상기 열가소성 고정유닛은, 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진되는 제 1 부분; 상기 게이트 전극의 상면을 덮는 제 2 부분; 상기 에미터의 하면을 덮는 제 3 부분; 및 상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분 및 상기 제 3 부분 각각의 일단부와 연결되고, 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 각각의 측면에 접하는 제 4 부분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 게이트 전극은, 상기 에미터와 제 1 간격으로 이격되고, 적어도 일부가 상기 열가소성 고정유닛에 연결되는 외측부; 및 상기 에미터와 상기 제 1 간격보다 작은 제 2 간격으로 이격되는 내측부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발광모듈은 커버유닛을 더 포함하고, 상기 기판 및 상기 커버유닛은 열가소성 재질이고, 서로 열 접합될 수 있다.

또한, 상기 기판을 상하로 관통하고, 외부전원과 연결되는 제 1 전원공급유닛; 및 상기 기판 상에 제공되고, 양단부가 각각 상기 제 1 전원공급유닛 및 상기 발광모듈에 연결되는 제 2 전원공급유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 전원공급유닛은 상기 제 1 전원공급유닛에 연결되는 일단부로부터 상기 기판의 외측 방향으로 연장되고, 상기 제 2 전원공급유닛의 타단부는, 상기 기판과 상기 발광모듈이 분리된 상태에서 상기 기판과 제 1 간격으로 이격되고, 상기 기판과 상기 발광모듈이 결합된 상태에서 상기 기판과 상기 제 1 간격보다 작은 제 2 간격으로 이격되면서 상기 발광모듈에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제 2 전원공급유닛은 가요성을 가지는 회동부를 포함하고, 상기 기판과 상기 발광모듈이 분리된 상태에서, 지그가 상기 제 2 전원공급유닛의 상기 회동부 외측 부분에 상방 지지력을 가함에 따라 상기 회동부 외측 부분은 상기 회동부를 기준으로 상방 회동하고, 상기 기판과 상기 발광모듈이 결합된 상태에서, 상기 지그의 상기 상방 지지력은 해제되어 상기 회동부 외측 부분은 원위치 복귀될 수 있다.

일실시예에 따른 전계방출형 조명장치 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상측에 캐소드 전극을 제공하는 단계; 상기 캐소드 전극의 상측에 전계 형성 시 전자를 방출하는 에미터를 제공하는 단계; 상기 에미터의 상측에 게이트 전극을 제공하는 단계; 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이의 간격을 조정하는 단계; 열가소성 고정유닛을 가열하는 단계; 가열되어 소성 변형이 가능한 상태인 상기 열가소성 고정유닛을 상기 에미터 및 상기 게이트 전극을 향해 이동시키는 단계; 및 상기 열가소성 고정유닛의 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극에 접한 상태에서 상기 열가소성 고정유닛을 가압하여 상기 열가소성 고정유닛의 또 다른 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판은 열가소성 재질이고, 적어도 일부가 열가소성 재질이고, 애노드 전극 및 상기 전자와 충돌하여 발광하는 형광체를 포함하는 발광모듈을 제공하는 단계; 및 상기 기판과 상기 발광모듈을 열 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 발광모듈을 제공하는 단계; 및 상기 발광모듈 및 상기 기판을 결합하는 단계를 더 포함하고, 상기 발광모듈을 제공하는 단계는, 커버유닛을 제공하는 단계; 상기 커버유닛의 내주면에 형광체를 도포하는 단계; 및 상기 형광체 위에 애노드 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 외부전원과 연결되는 제 1 전원공급유닛을 상기 기판에 상하로 관통시키는 단계; 가요성을 가지는 회동부를 포함하는 제 2 전원공급유닛을 상기 기판 상에 제공하고, 상기 제 2 전원공급유닛의 일단부를 상기 제 1 전원공급유닛에 연결하는 단계; 상기 제 2 전원공급유닛의 상기 회동부 외측 부분에 상방 지지력을 가하여 상기 회동부 외측 부분을 상기 회동부를 기준으로 상방 회동시키는 단계; 발광모듈을 제공하는 단계; 상기 발광모듈과 상기 기판을 결합하는 단계; 및 상기 상방 지지력을 해제하여 상기 회동부 외측 부분을 원위치 복귀시킴으로써 상기 제 2 전원공급유닛의 타단부가 상기 발광모듈에 연결되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기에서 설명되는 실시예들에 따르면, 전계방출형 조명장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 전계방출형 조명장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전계방출형 조명장치에서 발광모듈을 생략 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 전계방출형 조명장치에서 배기튜브를 생략 도시한 단면도이다.
도 4는 에미터와 게이트 전극 사이의 간격이 조정되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 열가소성 고정유닛의 이동 및 가압에 따라 에미터와 게이트 전극 사이의 간격이 유지되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 발광모듈과 기판의 결합 전후에 따라 달라지는 제 2 전원공급유닛의 모습을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 공지 기능에 대한 구체적인 설명이 상기 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.

한편, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수만을 가리키는 것이 아닌 한 복수의 표현을 포함한다. 그리고 특정 부분이 특정 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 상기 특정 부분은 상기 특정 구성 외의 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 상기 다른 구성을 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 1은 일실시예에 따른 전계방출형 조명장치(100)의 사시도, 도 2는 발광모듈(160)을 생략 도시한 사시도, 도 3은 배기튜브(180)를 생략 도시한 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 전계방출형 조명장치(100)를 설명하기로 한다.

기판(110) 상에는 후술할 캐소드 전극(120), 에미터(130), 게이트 전극(140) 등의 구성이 제공될 수 있다. 그리고 기판(110)에는 복수의 제 1 전원공급유닛(171)이 구비될 수 있는데, 제 1 전원공급유닛(171)은 기판(110)을 상하로 관통할 수 있다. 또한, 기판(110)의 중앙부에는 배기포트(115)가 형성될 수 있다. 후술할 배기튜브(180)는 상기 배기포트(115)에 연결될 수 있다.

한편, 기판(110)은 열가소성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 유리 재질일 수 있다. 후술할 발광모듈(160)은 기판(110)과 결합하는데, 발광모듈(160) 역시 열가소성을 갖는 재질로 형성된 부분을 포함할 수 있고, 따라서 발광모듈(160)과 기판(110)은 서로 열 접합(용융 접합)될 수 있다. 본 실시예에서는 발광모듈(160)이 유리 재질인 커버유닛(161)을 포함하는 것으로 설명하는바, 커버유닛(161)과 기판(110)은 글라스멜팅(glass melting) 접합으로 서로 결합될 수 있다.

기판(110)의 상측에는 아래에서 위의 순서로 캐소드 전극(120), 에미터(130), 게이트 전극(140)이 제공될 수 있다. 캐소드 전극(120)에는 하방 연장되는 복수의 지지부(121)가 구비될 수 있다. 복수의 지지부(121)는 제 1 전원공급유닛(171a)과 연결되어 있는바 캐소드 전극(120)은 외부로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 에미터(130)는 캐소드 전극(120)의 상면에 안치될 수 있다. 게이트 전극(140)은 에미터(130)로부터 상방 이격될 수 있고, 에미터(130)와의 간격은 후술할 열가소성 고정유닛(150)에 의해 유지될 수 있다. 게이트 전극(140)은 제 1 전원공급유닛(171b)과 연결되어 있어 외부로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 본 실시예에서는 제 3 전원공급유닛(173)이 게이트 전극(140)과 제 1 전원공급유닛(171b) 사이에 개재되어 양자를 전기적으로 연결시키는 것으로 예시한다.

캐소드 전극(120)과 게이트 전극(140)에 전압이 인가되면, 전계가 형성되고, 전자방출원인 에미터(130)로부터 전자가 방출될 수 있다. 전계 형성의 원리, 전자 방출의 원리 등 전계방출에 관한 기본적인 사항은 잘 알려져 있으므로 여기에서는 자세한 설명은 생략한다.

한편, 에미터(130)에는 탄소나노튜브(CNT)가 실장될 수 있다. 탄소나노튜브는 직경에 대한 길이의 비가 크고, 기계적으로 강하며, 화학적으로도 안정하여 비교적 낮은 진공도에서도 전자방출 특성이 우수하다. 탄소나노튜브는 작은 직경을 갖기 때문에 기존의 마이크로팁형 전계방출 팁에 비해 전계강화효과가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 입계 전계(turn-on field)에서 이루어질 수 있게 되므로, 소비전력 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

탄소나노튜브는 스크린 프린팅되어 형성되거나 화학기상증착법 등으로 성장시킬 수 있다. 또는, 감광성 페이스트 상태로 사용하여 후면 노광하는 방법이 이용될 수도 있다.

에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격은 열가소성 고정유닛(150)에 의해 유지될 수 있다. 도시된 바와 같이, 열가소성 고정유닛(150)의 일부는 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이에 위치하고, 다른 일부는 게이트 전극(140)의 상면 및 캐소드 전극(120)의 하면(에미터(130)의 하면 포함)을 덮을 수 있다. 이에 따라, 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격이 유지됨은 물론, 캐소드 전극(120), 에미터(130) 및 게이트 전극(140)의 상대적 위치가 고정될 수 있다.

열가소성 고정유닛(150)은 예를 들어 유리 재질일 수 있다. 따라서 가열이 되는 것에 의하여 소성 변형이 가능한 상태에 있을 수 있고, 외력의 작용에 의해 그 형태가 변할 수 있으며, 냉각이 완료되면 변화된 형태대로 경화될 수 있다. 참고로, 도 2 및 도 3에 도시된 열가소성 고정유닛(150)은 냉각이 완료되었을 때의 형태를 도시한 것이다. 열가소성 고정유닛(150)에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.

발광모듈(160)은 궁극적으로 빛이 발생되는 부분으로, 외측에서 내측의 순서로 커버유닛(161), 형광체(162), 애노드 전극(163) 및 제 4 전원공급유닛(164)을 포함할 수 있다.

커버유닛(161)은 발광모듈(160)의 가장 외측에 제공될 수 있고, 형광체(162)에서 발생되는 빛의 통과를 위하여 투명 재질일 수 있다. 본 실시예에서는 커버유닛(161)이 유리 재질인 것으로 설명한다. 커버유닛(161)은 기판(110)과 결합될 수 있는데, 커버유닛(161)과 기판(110) 모두가 열가소성을 갖는 유리 재질인 본 실시예의 경우에는 커버유닛(161)과 기판(110)은 열 접합될 수 있다.

형광체(162)는 커버유닛(161)의 내주면에 균일하게 도포될 수 있다. 에미터(130)에서 방출된 전자는 형광체(162)에 충돌하게 되고, 이에 의해 형광체(162)는 발광될 수 있다.

애노드 전극(163)은 형광체(162) 상에 형성될 수 있다. 애노드 전극(163)은 예를 들어 Al 등을 포함하는 금속 재질일 수 있다. 애노드 전극(163)은 외부로부터 전압을 인가 받을 수 있는데, 본 실시예에서는 제 1 전원공급유닛(171c)이 제 2 전원공급유닛(172)에 연결되고, 제 2 전원공급유닛(172)이 제 4 전원공급유닛(164)에 연결되며, 제 4 전원공급유닛(164)이 애노드 전극(163)에 연결되는 것으로 예시한다. 에미터(130)에서 방출된 전자는 애노드 전극(163)으로 가속될 수 있다.

제 4 전원공급유닛(164)은 상술한 바와 같이, 양측이 각각 애노드 전극(163) 및 제 2 전원공급유닛(172)에 연결될 수 있다. 빛의 확산성을 위해 발광모듈(160)이 전체적으로 돔 형태인 본 실시예에 있어서, 제 4 전원공급유닛(164)은 전체적으로 링 형태일 수 있다. 그리고, 도시된 바와 같이, 제 4 전원공급유닛(164)의 상부는 애노드 전극(163)의 하단부를 감쌀 수 있다. 다시 말해, 애노드 전극(163)의 하단부는 제 4 전원공급유닛(164)의 상단부에 삽입될 수 있다.

후술하겠지만, 제 2 전원공급유닛(172)은 발광모듈(160)과 기판(110)의 분리/결합 여부에 따라 그 자세를 달리 할 수 있다. 구체적으로, 제 2 전원공급유닛(172)은 발광모듈(160)에 연결되지 않다가 특정 지점을 기준으로 회동하여 발광모듈(160)에 연결될 수 있는데, 제 2 전원공급유닛(172)이 애노드 전극(163)에 직접적으로 연결되면 애노드 전극(163) 표면에 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 애노드 전극(163)보다 비교적 높은 경도를 가지는 금속으로 형성되는 제 4 전원공급유닛(164)이 애노드 전극(163)과 제 2 전원공급유닛(172)의 사이에 개재될 수 있다.

상술한 바와 같이, 기판(110)에는 복수의 제 1 전원공급유닛(171)이 구비될 수 있다. 제 1 전원공급유닛(171)은 기판(110)을 상하로 관통할 수 있고, 그 하단부는 도시하지 않은 외부전원과 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 총 8개의 제 1 전원공급유닛(171)이 마련된 것으로 예시하였다. 그 중 일부의 제 1 전원공급유닛(171a)은 캐소드 전극(120)의 지지부(121)에 연결되어 캐소드 전극(120)에 전압을 인가할 수 있다. 다른 일부의 제 1 전원공급유닛(171b)은 제 3 전원공급유닛(173)을 통해 게이트 전극(140)에 연결되어 게이트 전극(140)에 전압을 인가할 수 있다. 또 다른 일부의 제 1 전원공급유닛(171c)은 제 2 전원공급유닛(172) 및 제 4 전원공급유닛(164)을 통하여 애노드 전극(163)에 연결됨으로써 애노드 전극(163)에 전압을 인가할 수 있다. 이처럼, 각 전극(120, 130, 140)에 전압을 인가하기 위한 전기적 통로가 하부의 제 1 전원공급유닛(171)으로 일원화되어 있기 때문에 제조 시 작업성이 확보되며 안전사고의 가능성이 감소될 수 있다. 특히, 본 실시예의 경우에는 애노드 전극(163)에 전압을 인가하기 위하여 발광모듈(160)의 측면에 별도의 전원공급유닛을 삽입할 필요가 없을 수 있다.

제 2 전원공급유닛(172) 역시 기판(110) 상에 제공될 수 있고, 본 실시예에서는 전체적으로 날개의 형태를 갖는 것으로 예시한다. 예를 들어, 제 2 전원공급유닛(172)은, 본체(172a), 일단부(172b), 타단부(172c) 및 회동부(172d)를 포함할 수 있다. 일단부(172b)는 제 1 전원공급유닛(171c)과 연결되는 부분을 의미할 수 있고, 타단부(172c)는 제 4 전원공급유닛(164)과 연결되는 부분을 의미할 수 있다. 본체(172a)는 일단부(172b)로부터 기판(110)의 외측 방향으로 연장되는 부분을 의미할 수 있다. 본 실시예에서, 본체(172a)는 일단부(172b)로부터 멀어질수록 기판(110)으로부터의 거리도 멀어지는 것으로 예시한다.

한편, 제 2 전원공급유닛(172)의 적어도 일부분은 가요성(flexibility)을 가질 수 있다. 따라서 그 일부분은 외력이 작용함에 의해 그 형태가 변할 수 있다. 본 실시예에서는 회동부(172d)가 가요성을 갖는 것으로 설명하며, 회동부(172d)는 본체(172a)와 일단부(172b)의 경계 부분을 가리키는 것으로 예시한다. 후술하겠지만, 회동부(172d) 외측 부분, 예를 들어 본체(172a)에 상방 지지력이 가해지면 회동부(172d)의 형태는 변할 수 있고 회동부(172d)의 외측 부분인 본체(172a) 및 타단부(172c)는 회동부(172d)를 기준으로 상방 회전할 수 있다. 이에 대하여는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.

배기튜브(180)의 일단부는 기판(110)의 배기포트(115)에 연결될 수 있고 타단부는 도시하지 않은 진공펌프에 연결될 수 있다. 진공펌프의 작동에 따라 전계방출형 조명장치(100) 내부의 공기는 외부로 배출될 수 있고, 이러한 방식으로 내부의 진공도가 조정될 수 있다.

도 4는 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격이 조정되는 모습을 나타내는 도면이다. 전계방출형 조명장치(100)의 세부 사양에 따라 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격은 다양할 수 있다. 또한, 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격에 따라 전자가 방출되는 전압 및 전류에 차이가 발생되고 이는 소비전력과 직결되므로, 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격은 효율적인 전자 방출 측면에서 중요한 의미를 가질 수 있다. 따라서 상기 간격을 조정할 필요가 있는데, 본 실시예에서는 캐소드 전극(120) 및 에미터(130)의 위치는 고정되어 있고 별도의 그리퍼를 이용하여 게이트(140)의 상하 위치를 변경시킬 수 있는 것으로 예시한다. 또한, 참고로, 도 4에 도시된 열가소성 고정유닛(150)은 가열되지 않은 상태일 수 있고, 그 형태는 도 2 및 도 3에서의 형태와 다름을 확인할 수 있다. 이에 대하여는 도 5와 관련하여 자세히 설명한다.

도 5는 열가소성 고정유닛(150)의 이동 및 가압에 따라 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격이 유지되는 모습을 나타내는 도면이다. 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격이 조정되면, 측방에 위치하는 열가소성 고정유닛(150)은 가열되어 소성 변형이 가능한 상태가 될 수 있다. 그리퍼 등의 별도 구성에 의해 열가소성 고정유닛(150)은 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 측으로 이동될 수 있다. 열가소성 고정유닛(150)의 일부가 에미터(130) 및 게이트 전극(140)의 측면에 접한 상태에서 열가소성 고정유닛(150)이 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 측으로 지속적으로 가압되면, 또 다른 일부는 도시된 바와 같이 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이에 충진될 수 있다. 이후, 열가소성 고정유닛(150)이 냉각되어 경화되면 상기 또 다른 일부는 게이트 전극(140) 및 에미터(130)를 위아래로 지지하는바, 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격은 설정되었던 대로 유지될 수 있다. 참고로, 열가소성 고정유닛(150)의 냉각 및 경화가 완료되기 전까지는 게이트 전극(140)은 그리퍼 등에 의해 그 위치가 유지될 수 있다.

열가소성 고정유닛(150)의 냉각 및 경화가 완료되면, 열가소성 고정유닛(150)은 전체적으로 E 자 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 열가소성 고정유닛(150)은, 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이에 위치하는 제 1 부분(151), 게이트 전극(140)의 상면을 덮는 제 2 부분(152), 캐소드 전극(120)의 하면(에미터(130)의 하면 포함)을 덮는 제 3 부분(153), 그리고 상기 제 1 내지 3 부분(151, 152, 153) 각각의 일단부와 연결되며 에미터(130) 및 게이트 전극(140)의 측면과 접하는 제 4 부분(154)을 포함할 수 있다.

에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이의 간격을 유지하는데 있어서, 기존의 고정적 두께의 스페이서를 사용하는 것으로부터 탈피하여 본 실시예에서와 같이 열가소성 고정유닛(150)을 이용하면, 스페이서의 배제로 인한 자재비 절감의 효과와 더불어 두께별 다수의 스페이서를 보관 및 관리할 필요성이 사라질 수 있다. 단순히 그리퍼 등으로 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이의 간격을 조정한 후 열가소성 고정유닛(150)을 적용하면 되기 때문이다. 또한, 캐소드 전극(120)과 에미터(130)의 재질이 다른 경우, 기존에는 별도의 접착제를 이용하여 캐소드 전극(120)과 에미터(130)를 밀착시키거나 캐소드 전극(120) 및 에미터(130)에 열적 또는 화학적 가공을 하였으나, 본 실시예의 경우에는 열가소성 고정유닛(150)을 가압함에 따라 제 1 부분(151)과 제 3 부분(153)이 캐소드 전극(120)과 에미터(130)를 물리적으로 밀착시키기 때문에 별도의 접착제, 내지는 열적 또는 화학적 가공이 요구되지 않을 수 있다.

한편, 본 실시예에 있어서, 게이트 전극(140)은 외측부(141)와 내측부(142)를 포함할 수 있다. 외측부(141)의 적어도 일부는 도시된 바와 같이 열가소성 고정유닛(150)에 연결될 수 있다. 그리고, 외측부(141)와 에미터(130) 사이의 제 1 간격(h1)보다 내측부(142)와 에미터(130) 사이의 제 2 간격(h2)은 작을 수 있다. 다시 말해, 게이트 전극(140)은 내측부(142)가 외측부(141)보다 함몰된 형태를 가질 수 있다. 이로 인해, 에미터(130)와 게이트 전극(140)의 홀 사이의 간격은 작게 유지하여 원하는 전자 방출 효과를 얻으면서도 열가소성 고정유닛(150)에 연결되는 외측부(141)와 에미터(130) 간의 간격은 충분히 확보함으로써 전기적 안정성을 높일 수 있다. 종래의 게이트 전극은 평판 형태를 가지기 때문에, 원하는 전자 방출 효과를 얻기 위해서는 에미터와 게이트 전극 사이의 간격이 게이트 전극의 전범위에 걸쳐서 작게 설정되어야 했다. 따라서 진동 등 환경조건에 따라 스페이서의 표면을 통해 전류가 누설되는 경우가 존재하였다. 또한, 위와 같은 게이트 전극(140)의 형태는 열가소성 고정유닛(150)의 용이한 적용과도 관계될 수 있다. 에미터(130)와 게이트 전극(140)의 홀 사이의 간격은 작게 유지하여 원하는 전자 방출 효과를 얻으면서도 외측부(141)와 에미터(130) 사이의 비교적 큰 간격으로 열가소성 고정유닛(150)의 일부는 용이하게 충진될 수 있다.

도 6 및 도 7은 발광모듈(160)과 기판(110)의 결합 전후에 따라 달라지는 제 2 전원공급유닛(172)의 모습을 설명하기 위한 도면이다. 먼저 도 6을 참조하면, 발광모듈(160)과 기판(110)이 분리되어 있는 상태에서는, 제 2 전원공급유닛(172)의 타단부(172c)와 기판(110)은 제 1 간격(h1)만큼 이격될 수 있다. 만약 제 2 전원공급유닛(172)이 지속적으로 도 6과 같은 상태를 가진다면 발광모듈(160)과 기판(110)이 결합을 한 후에도 제 2 전원공급유닛(172)은 발광모듈(160) 내측의 제 4 전원공급유닛(164)과 연결될 수 없을 것이다. 그러나, 도 7에 도시한 것처럼, 발광모듈(160)과 기판(110)의 결합이 완료되면, 제 2 전원공급유닛(172)에서 회동부(172d) 외측 부분, 즉 본체(172a) 및 타단부(172c)는 회동부(172d)를 기준으로 하방 회동하면서 타단부(172c)가 기판(110)으로부터 제 1 간격(h1) 보다 작은 제 2 간격(h2)을 가짐과 동시에 제 4 전원공급유닛(164)에 연결될 수 있다.

이러한 제 2 전원공급유닛(172)의 동작을 설명하면, 도 6과 같이 발광모듈(160)과 기판(110)이 분리되어 있는 상태에서는 도시하지 않은 지그가 예를 들어 본체(172a)에 상방 지지력을 가할 수 있다. 이 때문에 회동부(172d) 외측 부분, 즉 본체(172a) 및 타단부(172c)는 회동부(172d)를 기준으로 상방 회동할 수 있고, 도 6과 같은 상태를 가질 수 있다. 이후, 지그의 상방 지지력이 해제되면, 회동부(172d)의 복원력에 의하여 회동부(172d) 외측 부분, 즉 본체(172a) 및 타단부(172c)는 회동부(172d)를 기준으로 하방 회동하여 도 7과 같은 상태를 가질 수 있는 것이다(원위치 복귀). 도시하지는 않았으나, 기판(110)에는 지그가 출입 가능한 홀이 형성될 수 있다.

발광모듈(160)이 기판(110)과 결합하는 과정에서 제 2 전원공급유닛(172)은 도 6에 도시된 것과 같은 자세를 가지기 때문에, 발광모듈(160)과 기판(110)의 결합 시 제 2 전원공급유닛(172)이 결합을 간섭하거나 발광모듈(160) 또는 제 2 전원공급유닛(172)에 손상이 발생되는 것이 사전에 방지될 수 있다.

이하에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 일실시예에 따른 전계방출형 조명장치(100)의 제조방법을 설명한다.

기판(110) 상에 아래에서 위의 순서로 캐소드 전극(120), 에미터(130) 및 게이트 전극(140)이 제공될 수 있다. 이후, 구체적인 사양에 따라 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격이 그리퍼 등의 별도 구성에 의하여 조정될 수 있다. 에미터(130)와 게이트 전극(140) 사이의 간격 조정이 완료되면, 가열되어 소성 변형이 가능한 상태의 열가소성 고정유닛(150)은 그리퍼 등의 별도 구성에 의하여 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 측으로 이동될 수 있고, 열가소성 고정유닛(150)의 일부가 에미터(130) 및 게이트 전극(140)의 측면에 접한 상태에서 열가소성 고정유닛(150)을 지속적으로 가압함에 따라 열가소성 고정 유닛(150)의 또 다른 일부는 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이에 충진될 수 있다. 열가소성 고정 유닛(150)이 냉각되어 경화가 완료되면 에미터(130) 및 게이트 전극(140) 사이의 간격은 열가소성 고정 유닛(150)에 의해 유지될 수 있다.

발광모듈(160)을 설명하면, 커버유닛(161)의 내주면에 형광체(162)를 균일하게 도포한 후 상기 형광체(162) 층 위에 애노드 전극(163)을 형성할 수 있다. 더 나아가, 애노드 전극(163)의 하부에는 제 4 전원공급유닛(164)이 제공될 수 있다.

위와 같이 준비된 발광모듈(160)을 기판(110)과 결합시킬 수 있다. 본 실시예에서는 발광모듈(160)의 커버유닛(161)과 기판(110)이 모두 유리 재질인 것으로 예시하였으므로, 커버유닛(161)과 기판(110)은 열 접합에 의해 서로 결합될 수 있다.

한편, 발광모듈(160)과 기판(110)의 결합 전, 외부전원과 연결되는 제 1 전원공급유닛(171)이 기판(110)을 상하로 관통하도록 할 수 있고, 기판(110) 상에 제공되며 가요성을 가지는 회동부(172d)를 포함하는 제 2 전원공급유닛(172)을 제 1 전원공급유닛(171)에 연결할 수 있다. 발광모듈(160)과 기판(110)의 분리 상태 내지는 결합 과정에 있어서, 지그를 이용하여 회동부(172d) 외측 부분에 상방 지지력을 가할 수 있고, 이에 의해 제 2 전원공급유닛(171)은 회동부(172d)를 기준으로 상방 회동하여 전체적으로 기판(110)의 중심 측으로 이동할 수 있다. 발광모듈(160)과 기판(110)의 결합이 완료되면 지그의 상방 지지력은 해제되며, 회동부(172d)의 복원력에 의해 회동부(172d) 외측 부분은 다시 하방 회동하면서 제 2 전원공급유닛(172)의 타단부(172c)는 제 4 전원공급유닛(164)에 연결될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서 함께 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 분산되어 실시될 수 있고, 서로 다른 실시예 각각에서 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 결합된 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로, 각 청구항에 기재된 구성들 내지는 특징들도 서로 분산되어 실시되거나 결합되어 실시될 수 있다. 그리고 위와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: 전계방출형 조명장치 110: 기판
120: 캐소드 전극 130: 에미터
140: 게이트 전극 150: 열가소성 고정유닛
160: 발광모듈

Claims (11)

1. 기판;
   상기 기판의 상측에 제공되는 캐소드 전극;
   상기 캐소드 전극의 상측에 제공되고, 전계 형성 시 전자를 방출하는 에미터;
   상기 에미터의 상측에 제공되는 게이트 전극;
   상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이의 간격을 유지시키는 열가소성 고정유닛; 및
   애노드 전극과, 상기 전자와 충돌하여 발광하는 형광체를 포함하는 발광모듈을 포함하고,
   상기 열가소성 고정유닛은, 가열에 의해 소성 변형이 가능한 상태로 상기 에미터 및 상기 게이트 전극을 향해 이동되고, 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극에 접한 상태에서 가압됨에 따라 또 다른 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진되는 전계방출형 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열가소성 고정유닛은,
   상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진되는 제 1 부분;
   상기 게이트 전극의 상면을 덮는 제 2 부분;
   상기 에미터의 하면을 덮는 제 3 부분; 및
   상기 제 1 부분, 상기 제 2 부분 및 상기 제 3 부분 각각의 일단부와 연결되고, 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 각각의 측면에 접하는 제 4 부분을 포함하는 전계방출형 조명장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 게이트 전극은,
   상기 에미터와 제 1 간격으로 이격되고, 적어도 일부가 상기 열가소성 고정유닛에 연결되는 외측부; 및
   상기 에미터와 상기 제 1 간격보다 작은 제 2 간격으로 이격되는 내측부를 포함하는 전계방출형 조명장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 발광모듈은 커버유닛을 더 포함하고,
   상기 기판 및 상기 커버유닛은 열가소성 재질이고, 서로 열 접합되는 전계방출형 조명장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판을 상하로 관통하고, 외부전원과 연결되는 제 1 전원공급유닛; 및
   상기 기판 상에 제공되고, 양단부가 각각 상기 제 1 전원공급유닛 및 상기 발광모듈에 연결되는 제 2 전원공급유닛을 더 포함하는 전계방출형 조명장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 전원공급유닛은 상기 제 1 전원공급유닛에 연결되는 일단부로부터 상기 기판의 외측 방향으로 연장되고,
   상기 제 2 전원공급유닛의 타단부는, 상기 기판과 상기 발광모듈이 분리된 상태에서 상기 기판과 제 1 간격으로 이격되고, 상기 기판과 상기 발광모듈이 결합된 상태에서 상기 기판과 상기 제 1 간격보다 작은 제 2 간격으로 이격되면서 상기 발광모듈에 연결되는 전계방출형 조명장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 2 전원공급유닛은 가요성을 가지는 회동부를 포함하고,
   상기 기판과 상기 발광모듈이 분리된 상태에서, 지그가 상기 제 2 전원공급유닛의 상기 회동부 외측 부분에 상방 지지력을 가함에 따라 상기 회동부 외측 부분은 상기 회동부를 기준으로 상방 회동하고,
   상기 기판과 상기 발광모듈이 결합된 상태에서, 상기 지그의 상기 상방 지지력은 해제되어 상기 회동부 외측 부분은 원위치 복귀되는 전계방출형 조명장치.
8. 기판을 제공하는 단계;
   상기 기판의 상측에 캐소드 전극을 제공하는 단계;
   상기 캐소드 전극의 상측에 전계 형성 시 전자를 방출하는 에미터를 제공하는 단계;
   상기 에미터의 상측에 게이트 전극을 제공하는 단계;
   상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이의 간격을 조정하는 단계;
   열가소성 고정유닛을 가열하는 단계;
   가열되어 소성 변형이 가능한 상태인 상기 열가소성 고정유닛을 상기 에미터 및 상기 게이트 전극을 향해 이동시키는 단계; 및
   상기 열가소성 고정유닛의 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극에 접한 상태에서 상기 열가소성 고정유닛을 가압하여 상기 열가소성 고정유닛의 또 다른 일부가 상기 에미터 및 상기 게이트 전극 사이에 충진되도록 하는 단계를 포함하는 전계방출형 조명장치 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기판은 열가소성 재질이고,
   적어도 일부가 열가소성 재질이고, 애노드 전극 및 상기 전자와 충돌하여 발광하는 형광체를 포함하는 발광모듈을 제공하는 단계; 및
   상기 기판과 상기 발광모듈을 열 접합하는 단계를 더 포함하는 전계방출형 조명장치 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,
    발광모듈을 제공하는 단계; 및
    상기 발광모듈 및 상기 기판을 결합하는 단계를 더 포함하고,
    상기 발광모듈을 제공하는 단계는,
    커버유닛을 제공하는 단계;
    상기 커버유닛의 내주면에 형광체를 도포하는 단계; 및
    상기 형광체 위에 애노드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계방출형 조명장치 제조방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    외부전원과 연결되는 제 1 전원공급유닛을 상기 기판에 상하로 관통시키는 단계;
    가요성을 가지는 회동부를 포함하는 제 2 전원공급유닛을 상기 기판 상에 제공하고, 상기 제 2 전원공급유닛의 일단부를 상기 제 1 전원공급유닛에 연결하는 단계;
    상기 제 2 전원공급유닛의 상기 회동부 외측 부분에 상방 지지력을 가하여 상기 회동부 외측 부분을 상기 회동부를 기준으로 상방 회동시키는 단계;
    발광모듈을 제공하는 단계;
    상기 발광모듈과 상기 기판을 결합하는 단계; 및
    상기 상방 지지력을 해제하여 상기 회동부 외측 부분을 원위치 복귀시킴으로써 상기 제 2 전원공급유닛의 타단부가 상기 발광모듈에 연결되도록 하는 단계를 더 포함하는 전계방출형 조명장치 제조방법.
    

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