KR20110038103A

KR20110038103A - 발광 장치

Info

Publication number: KR20110038103A
Application number: KR1020117002624A
Authority: KR
Inventors: 쓰토무 이치하라; 다카시 하타이
Original assignee: 파나소닉 전공 주식회사
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-04-13
Also published as: TW201021084A; WO2010005026A1; EP2306493A1; CN102089853B; TWI390586B; JP2010020981A; EP2306493A4; KR101242453B1; JP5129674B2; CN102089853A; US20110163686A1; KR20120109633A

Abstract

기밀 용기(1), 가스, 전자원(2), 애노드 전극(3), 제어 유닛(5) 및 형광체 소자(4)로 이루어지는 발광 장치에 대해 개시한다. 기밀 용기는 밀봉 속성을 가지는, 가스는 기밀 용기(1) 내에 봉입되어 있고, 전자(500)에 의해 여기되어 제1 광(501)을 방출한다. 전자원(2)은 기밀 용기(1) 내에 배치되어 있고 구동 전압이 인가되면 전자(500)를 방출하도록 구성되어 있다. 애노드 전극(3)은 기밀 용기(1) 내에 배치되어 있다. 제어 유닛(5)은 구동 전압을 전자원(2)에 인가하도록 구성되어 있다. 형광체 소자(4)는 기밀 용기(1) 내에 배치되어 있고, 제1 광(501)에 의해 여기되면 제2 광을 방출하도록 구성되어 있다. 전자원(2)은 방전 전압이 인가되면 피크 값을 가지는 에너지 분포의 전자(500)를 방출하도록 구성되어 있다. 에너지 분포의 피크 값은 가스의 여기 에너지보다 높고 가스의 이온화 에너지보다 낮다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 발광 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기밀 용기 내의 가스를 여기시켜, 제1 광으로 정의된 여기 광을 방출하고, 상기 제1 광을, 이 제1 광의 파장과 상이한 파장을 가지는 제2 광으로 전환하여 방출하도록 구성된 발광 장치에 관한 것이다.

종래부터, 수은을 이용한 형광 램프가 사용되고 있다. 그렇지만, 지구의 환경 문제에 대한 관심이 고조됨에 따라, 수은을 사용하지 않는 발광 장치에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 수은을 사용하지 않는 발광 장치가 소위 무수은 형광 램프이다. 무수은 형광 램프는 기밀 용기 및 노블 가스(noble gas)를 포함한다. 기밀 용기는 투광성을 가지고 있다. 노블 가스는 이 기밀 용기 내에 봉입되어 있다. 이 노블 가스를 희가스(xenon gas)로 예시한다.

그렇지만, 희가스 형광 램프는 종래의 수은 형광 램프의 광 효율성보다 낮은 효율성으로 광을 방출하도록 구성되어 있다. 그러므로 종래의 형광 램프의 효율성과 동등한 효율성으로 광을 방출하기 위해서는 높은 시동 전압 및 높은 구동 전압을 한 쌍의 전극에 인가해야 한다.

일본특허출원공개 No. 2002-150944A에는 전술한 것과는 다른 타입의 발광 장치가 개시되어 있다. 이 발광 장치는 기밀 용기, 희가스, 한 쌍의 방전 전극, 전자원(electron source) 및 형광체 층(phosphor layer)을 포함한다. 기밀 용기는 투광성을 가진다. 희가스는 크세논 가스로 예시한다. 희가스는 기밀 용기 내에 봉입되어 있다. 전자원은 전계 방사형 전자원이다. 형광체 층은 기밀 용기의 내면에 설치되어 있다. 기밀 용기는 한 쌍의 방전 전극과 전자원을 수납하고 있다. 전자원은 한 쌍의 구동 전극을 가진다. 발광 장치는 전자원이 전자를 방출하도록 이 전자원을 구동시키도록 구성되어 있다. 이어서, 한 쌍의 방전 전극에 전압이 인가되다. 이러한 구성의 발광 장치는 종래의 발광 장치에서 필요로 하는 시동 전압의 약 절반의 시동 전압으로 제1 광을 방출하도록 구성되어 있다. 형광체 층은 상기 제1 광을 제2 광으로 변환하도록 구성되어 있다. 상기 제2 광은 상기 제1 광의 파장보다 긴 파장을 가진다.

발광 장치로부터 광을 방출하기 위해서는, 기밀 용기 내의 크세논 가스에, 12.13 eV 이상의 이온화 에너지를 가진 전자를 공급해야만 한다. 12.13 eV의 에너지는 크세논 가스의 이온화 에너지와 등가이다. 크세논 가스를 이온화하기 위한 이온화 에너지는 크세논 가스로부터 자외선 광을 발생시키는데 필요한 여기 에너지 8.44 eV보다 크다. 그러므로 전자원의 구동 전극 사이에 고전압이 인가된다. 그러므로 이와 같은 발광 장치는 전력의 소비를 줄일 수가 없다. 그러므로 단위 입력 전력당 발광 효율을 향상시키는 것이 곤란하다. 구동 전극 사이에 고전압을 인가하면 전자원의 수명도 단축된다.

또한, 이와 같은 발광 장치에서는, 방출 플라즈마가 이온을 야기한다. 방출 플라즈마에 의해 야기된 이온은 전자원과 형광체 층과 충돌한다. 즉, 이온과 전자원 및 형광체와의 충돌로 인해 전자원과 형광체 층이 손상되어 수명이 단축된다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결한다. 본 발명의 목적은 저 전력 소모로 동작하여 효율이 높고 수명이 긴 발광 장치를 생성하는 것이다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 발광 장치는, 기밀 용기, 가스, 전자원, 애노드 전극, 제어 유닛 및 형광체를 포함한다. 기밀 용기는 투광성을 가진다.

상기 기밀 용기에는 가스가 봉입되어 있다. 상기 가스가 전자에 의해 여기되면 상기 가스는 제1 광을 방출하도록 구성되어 있다. 제1 광의 파장은 진공 자외선(vacuum ultraviolet) 내지 가시광의 범위를 가진다. 전자원은 상기 기밀 용기 내에 배치되어 있다. 전자원은 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극을 가진다. 전자원은 상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극 사이에 구동 전압이 인가되면 상기 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 애노드 전극은 상기 기밀 용기 내에 배치되어 있다. 애노드 전극은 상기 전자원에 대향해서 배치되어 있다. 제어 유닛은 상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극 사이에 구동 전압을 인가한다. 제어 유닛은 상기 전자가 상기 애노드 전극 쪽으로 이동하도록 상기 전자원과 상기 애노드 전극 사이에 방출 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 형광체는 상기 기밀 용기 내에 배치되어 있다. 상기 형광체는 상기 제1 광에 의해 여기되면 파장을 가지는 제2 광을 방출하도록 구성되어 있다. 상기 제2 광의 파장은 상기 제1 광의 파장과는 상이하다. 상기 전자원은 상기 방출 전압을 수신하면 에너지 분포를 가지는 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 상기 에너지 분포는 피크 에너지를 가진다. 상기 피크 에너지는 상기 가스의 여기 에너지보다 높다. 상기 피크 에너지는 상기 가스의 이온화 에너지보다 낮다.

이 경우, 제어 유닛은 구동 전극들 사이에 인가되는 전압을 조정하도록 구성되어 있다. 결론적으로, 제어 유닛은 전자원이 피크값을 가지는 에너지 분포를 가지는 전자를 방출하게 한다. 피크값은 가스의 여기 에너지보다 크다. 피크값은 가스의 이온화 에너지보다 낮다. 결론적으로, 제어 유닛은 가스의 방전 없이 가스를 여기하도록 구성되어 있다. 여기된 가스는 제1 광으로 규정되는 여기 광을 방출한다. 형광체는 가스로부터 방출되는 제1 광을 조사한다. 결론적으로, 형광체는 상기 제1 광을, 상기 제1 광의 파장과는 상이한 파장을 가지는 제2 광으로 변환한다. 제2 광은 기밀 용기로부터 방출된다. 그러므로 상기 발광 장치는, 가스를 방전하여 형광체로부터 광을 방출하는 경우에 비해, 구동 전극들 사이에 낮은 전압을 인가함으로써 광을 방출할 수 있다. 발광 효율이 높고 전력 소비가 낮은 발광 장치를 얻을 수 있다. 또한, 방전 플라즈마의 이온이 전자원과 형광체 층에 손상을 입힐 가능성이 없다. 그러므로 수명이 긴 발광 장치를 얻을 수 있다.

상기 가스는 2 kPa 내지 20 kPa 범위의 가스 압력을 가지도록 상기 기밀 용기 내에 봉입되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 가스가 방전되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 발광 장치의 발광 효율을 높일 수 있다.

상기 가스는 희가스(noble gas)인 것이 바람직하다. 상기 가스는 미리 정해진 가스 압력을 가지도록 상기 기밀 용기 내에 봉입되어 있다. 상기 미리 정해진 가스 압력은 상기 가스가 여기되면 엑시머(excimer)를 형성하도록 설정되어 있다.

이 경우, 엑시머를 생성하는 것이 가능하다. (엑시머는 여기 상태를 가지는 분자이다) 또한, 이 경우, 형광체에서 스토크의 손실이 저감될 수 있다. 결론적으로, 발광 장치의 발광 효율이 향상될 수 있다.

상기 제어 유닛은 사각형파(rectangular wave)인 구동 전압을 상기 전자원에 인가하는 것이 바람직하다. 결론적으로, 상기 제어 유닛은 상기 전자원에 온-상태(on-state) 및 오프-상태(off-state)를 교대로 제공한다. 상기 전자원은 온-상태에 있을 때 온-기간(on-period) 동안 상기 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 상기 전자원은 오프-상태에 있을 때 오프-기간(off-period) 동안 상기 전자를 방출하는 것을 금지하도록 구성되어 있다.

이 경우, 상기 제어 유닛은 상기 전자원을 간헐적으로 구동하도록 구성되어 있다. 그러므로 이러한 구성에 의하면, 전자원이 지속적으로 구동되는 경우에 비해, 발광 장치를 저 전력으로 구동하는 것이 가능하다.

상기 가스는 잔광 기간(afterglow period) 동안 잔광을 만드는 속성을 가지고 있다. 상기 잔광 기간은 상기 전자원의 상태가 온-상태로부터 오프-상태로 전환된 때부터 개시한다. 상기 오프-기간은 상기 잔광 기간보다 짧게 설정되어 있다.

이 경우, 발광 장치는 상기 전자원이 미리 정해진 기간에 상기 전자를 공급하는 것을 중지하더라도 광을 방출하도록 구성되어 있다. 그러므로 이러한 구성에 의하면, 발광 장치의 발광 효율을 높일 수 있다.

상기 전자원은 탄도 전자면 방출형 전자원(Ballistic Electron Surface Emitting type electron source)인 것이 바람직하다. 상기 탄도 전자면 방출형 전자원은 하부 전극, 표면 전극, 및 강전계 드리프트 층(strong elecric field layer)을 포함한다. 상기 표면 전극은 상기 하부 전극에 대향해서 배치되어 있다. 상기 표면 전극은 상기 제1 구동 전극을 규정한다. 상기 하부 전극은 상기 제2 구동 전극을 규정한다. 상기 강전계 드리프트 층은 상기 표면 전극과 상기 하부 전극 사이에 배치되어 있다. 상기 강전계 드리프트 층은 복수의 반도체 미세 결정 및 복수의 절연층을 포함한다. 상기 복수의 반도체 미세 결정은 나노미터 정도의 크기를 가진다. 상기 복수의 절연층 각각은 상기 반도체 미세 결정의 표면 위에 형성된다. 상기 복수의 절연층 각각은 상기 반도체 미세 결정의 입자 크기보다 작은 두께를 가진다. 상기 제어 유닛은, 사각형파이면서 교류 전압인 구동 전압을 상기 전자원에 인가하도록 구성되어 있다.

이 경우, 상기 전자원에 제1 기간 및 제2 기간이 제공된다. 제1 기간에서, 제어 유닛은 구동 전극들 사이에 순 바이어스 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 결과적으로, 전자원은 기밀 용기 내에 전자를 공급한다. 구동 전극들 사이에 순 바이어스 전압이 인가되면, 강전계 드리프트 층에서 트랩에 의해 전자가 포획된다. 결과적으로, 제2 기간에서, 제어 유닛은 구동 전극들 사이에 역 바이어스 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 결과적으로, 강전계 드리프트 층에서 트랩에 의해 포획된 전자는 하부 전극으로 방출된다. 이 방법에서, 전자원에 제1 기간 및 제2 기간이 제공된다. 결과적으로, 강전계 드리프트 층에서 트랩에 의해 포획된 전자로 인해 전계의 완화를 방지할 수 있다. 그러므로 전자원의 수명을 길게 할 수 있다.

상기 제어 유닛은 사각형파인 방출 전압을 상기 애노드 전극과 상기 전자원 사이에 인가하도록 구성되는 것이 바람직하다. 사각형파를 가지는 상기 방출 전압은 상기 구동 전압과 동기화한다.

이 구성에 의하면, 발광 장치는, 애노드 전극과 전자원 사이에 일정한 전압이 인가되는 경우에 비해, 저 전력 소비로 동작할 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 애노드 전극이 상기 전자원의 전위보다 높은 전위를 가지도록, 사각형파인 방출 전압을 상기 애노드 전극과 상기 전자원 사이에 인가하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 상기 오프-기간에서의 상기 방출 전압의 전압값은 상기 온-기간에서의 상기 방출 전압의 전압값보다 낮다.

이 경우, 전자원은 저 전력 소비로 동작할 수 있다. 또한, 오프 기간에서, 이 구성에 의하면 전자를 애노드 전극 쪽으로 당길 수 있다.

또한, 상기 전자원은 파센 최소점(Paschen minimum)보다 크게 설정되어 있는 간격으로 상기 애노드 전극으로부터 이격되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 가스의 방전을 방지할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 발광 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 발광 장치에서 사용되는 전자원의 주요부에 대한 설명도이다.
도 3a 내지 도 3c는 발광 장치의 특성에 대한 설명도이다.
도 4는 발광 장치의 특성에 대한 설명도이다.
도 5는 발광 장치의 동작에 대한 설명도이다.
도 6은 발광 장치의 특성에 대한 설명도이다.
도 7은 발광 장치의 동작에 대한 설명도이다.

본 발명의 실시예의 발광 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시예의 발광 장치의 개략도이다. 본 실시예의 발광 장치는 기밀 용기, 전자원(2), 애노드 전극(3), 형광체 층(4) 및 제어 유닛(5)을 포함한다. 기밀 용기(1)는 투광성을 가진다. 기밀 용기(1)는 기밀성(air tightness)을 가진다. 기밀 용기(1)는 가스가 봉입되어 있다. 가스가 여기되면, 가스는 여기 광(exciting light)을 방출한다. 여기 광을 제1 광으로 정의한다. 여기 광은 진공 자외선과 가시광 사이의 범위를 가지는 파장을 가진다. 가스는 크세논 가스로 예시된다. 전자원(2)의 표면 전극(27)과 전자원(25)의 하부 전극(25) 사이에 구동 전압이 인가되면, 전원은 기밀 용기의 내측에 전자를 공급한다. 이 전자는 가스를 여기시키기 위해 공급되는 것이다. 애노드 전극(3)은 ITO로 만들어지는데, 이에 의해 애노드 전극(3)은 투명 전극이다. 애노드 전극(3)은 전자원(2)에 대향하도록 배치된다. 형광체 층(4)은 제1 광을 제2 광으로 변환하도록 구성되어 있다. 제2 광은 제1 광의 파장보다 긴 파장을 가진다. 제2 광은 가시광이다. 제2 광은 투광성을 가지는 기밀 용기의 외부로 방출된다. 제어 유닛(5)은 "전자원(2)의 표면 전극(27)"과 "전자원(2)의 하부 전극(25)" 사이에 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 또한, 제어 유닛(5)은 "전자원(25)의 표면 전극(27)"과 "애노드 전극(3)" 사이에 인가되는 전압을 조정하도록 구성되어 있다. 제어 유닛(5)은 애노드 전극(3)과 전자원(2)의 표면 전극(27) 사이에 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 또한, 제어 유닛(5)은 "애노드 전극(3)"과 "전자원(2)의 표면 전극(27)" 사이에 인가되는 전압을 조정하도록 구성되어 있다. 표면 전극(27)은 하부 전극(25)과 협동해서 구동 전극을 정의한다는 것에 유의하라. 표면 전극(27)은 구동 전극을 구성한다. 하부 전극(25)은 제2 구동 전극을 구성한다.

기밀 용기(1)는 리어 플레이트(rear plate)(11), 페이스 플레이트(face plate)(12) 및 스페이서(spacer)로 이루어져 있다. 리어 플레이트(11)는 투광성을 가지는 재료로 만들어진다. 리어 플레이트(11)의 재료는 유리로 예시된다. 리어 플레이트(11)는 사각형 플레이트 형상을 가지도록 형성된다. 페이스 플레이트(12)는 투광성을 가지는 재료로 만들어진다. 페이스 플레이트(12)의 재료는 유리로 예시된다. 페이스 플레이트(12)는 사각형 플레이트 형상을 가지도록 형성된다. 스페이서(13)는 리어 플레이트(11)와 페이스 플레이트(12) 사이에 개재한다. 스페이서(13)는 사각형 프레임 형상을 가지도록 형성된다. 리어 플레이트(11)는 페이스 플레이트(12)에 대향하는 제1 표면을 구비한다. 리어 플레이트(11)의 제1 표면에는 전자원(2)이 탑재된다. 페이스 플레이트(12)는 리어 플레이트(11)에 대향하는 제1 표면을 구비한다. 페이스 플레이트의 제1 표면에는 애노드 전극이 탑재된다. 애노드 전극(3)은 리어 플레이트(11)에 대향하는 제1 표면을 구비한다. 애노드 전극(3)의 제1 표면은 형광체 층(4)을 구비한다. 기밀 용기(1)는 그 형상이 전술한 형상에 제한되지 않는다는 것은 말할 나위도 없다. 또한, 리어 플레이트(11), 페이스 플레이트(12) 및 스페이서(13)의 재료는 전술한 재료에 제한되지 않는다. 즉, 리어 플레이트(11), 페이스 플레이트(12) 및 스페이서(13)의 재료로서 투광성을 가지는 세라믹과 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 기밀 용기(1)의 전체가 투광성을 가지는 재료로 만들어져 있다. 그렇지만, 기밀 용기(1)의 전체를 반드시 투광성을 가지는 재료로 만들 필요는 없다. 즉, 기밀 용기의 적어도 일부가 투광성을 가지는 재료로 만들어져도 된다.

전자원(2)은 탄도 전자면 방출형 전자원(Ballistic Electron Surface Emitting type electron source: BSD)으로 실현된다. 탄도 전자면 방출형 전자원은 하부 전극(25), 표면 전자(27), 및 강전계 드리프트 층(strong electric field drift layer)으로 이루어진다. 강전계 드리프트 층(26)은 하부 전극(25)과 표면 전극(27) 사이에 개재한다. 하부 전극(25)은 텅스텐과 같은 재료로 만들어진 금속막으로 실현된다. 표면 전극(27)은 Au와 같은 재료로 만들어진 도전성 박막으로 실현된다. 표면 전극(27)의 두께는 약 10nm 내지 15 nm이다. 그렇지만, 하부 전극(25)의 재료 및 표면 전극(27)의 재료는 전술한 재료에 제한되지 않는다. 또한, 하부 전극(25)의 재료 및 표면 전극(27) 각각은 단층으로 될 수도 있고 다층으로 될 수도 있다.

도 2는 강전계 드리프트 층(26)을 도시하고 있다. 강전계 드리프트 층(26)은 그레인(환언하면, 반도체 결정)(261), 실리콘 이산화 막(262), 실리콘 미세 결정(263), 및 실리콘 이산화 막(264)으로 이루어진다. 그레인(261), 실리콘 이산화 막(262), 실리콘 미세 결정(263), 및 실리콘 이산화 막(264)은 하부 전극(25)과 표면 전극(27) 사이에 위치한다. 그레인(261)은 다결정 실리콘으로 만들어진다. 그레인(261)은 하부 전극(25)의 표면상에 배치되는데, 각각의 그레인(261)이 컬럼 구조(column structure)로 배열되어 있다. 그레인(261)의 표면에는 이산화 실리콘 막(262)이 설치되어 있다. 이러한 그레인들 사이에는 나노미터 정도 크기의 복수의 실리콘 미세 결정(263)이 위치한다. 각각의 실리콘 미세 결정(263)의 표면에는 복수의 실리콘 이산화 막(264)을 구비한다. 실리콘 이산화 막(264)은 실리콘 미세 결정(263)의 결정 직경보다 작은 두께를 가지는 절연막이다. 각각의 그레인(261)은 하부 전극의 두께 방향으로 연장한다. 환언하면, 각각의 그레인(261)은 리어 플레이트(11)의 두께 방향으로 연장한다.

전자원(2)으로부터 전자를 방출하기 위해, 제어 수단(5a)이 구동 전원 Vps를 제어하도록 구성된다. 이어서, 표면 전극(27)이 하부 전극의 전위보다 높은 전위를 가지도록 구동 전원 Vps은 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 구동 전압을 인가한다. 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 구동 전압이 인가되면, 하부 전극(25)으로부터 강전계 드리프트 층(26)으로 전자가 공급된다. 이어서, 강전계 드리프트 층(26)에 공급되는 전자가 드리프트되어 전자가 표면 전극(27)을 통해 방출된다.

구동 전원 Vps가 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 약 10V 내지 20V 정도의 저전압을 인가하면, 전자원(2)으로부터 전자를 방출할 수 있다는 것에 유의하라. 또한, 본 실시예에서 전자원(2)은 방전 특성의 진공 의존도가 낮다. 또한, 본 실시예의 전자원(2)은 포핑 현상을 발생시키지 않으면서 높은 전자 방출 효율로 전자를 안정하게 방출하도록 구성되어 있다.

상기 전자원은 후술되는 바와 같이 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 즉, 표면 전극(27)이 하부 전극(25)보다 높은 전위를 가지도록 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 전압이 인가된다. 하부 전극(25)에 전압이 인가되면, 하부 전극(25)은 전자 e-를 공급한다. 강전계 드리프트 층(26)에서 발생되는 전계의 대부분이 실리콘 이산화 막(264)에 공급된다. 그러므로 공급된 전자 e-는, 실리콘 이산화 막(264)에서 발생되는 강전계에 의해 야기되는 힘을 얻게 된다. 강전계에 의해 야기되는 힘의 방향은 도 2에서 화살표로 표시되어 있다. 전술한 화살표로 향하는 힘을 얻게 되는 전자 e-는 강전계 드리프트 층의 그레인(261)들 사이의 영역을 통해 화살표로 표시되는 방향을 따라 표면 쪽으로 드리프트된다. 드리프트되는 전자 e-는 표면 전극(27)을 통과하고 이에 의해 드리프트되는 전자 e-가 방출된다. 이 방법에서, 강전계 드리프트 층(26)에서는, 하부 전극(26)으로부터 공급되는 전자 e-는 실리콘 이산화 막(264)에서 발생된 전계에 의해 가속되고 드리프트된다. 이때, 하부 전극(25)으로부터 공급되는 전자 e-는 잘 산란되지 않는다. 이어서, 전자 e-는 표면 전극(27)을 통해 방출된다. 이것이 소위 탄도 전자면 방출 현상(Ballistic Electron Emitting phenomenon)이다. 또한, 강전계 드리프트 층(26)에서 발생된 열은 그레인(261)을 통해 방출된다. 그러므로 전자원은 전자를 방출할 때 포핑 현상을 일으키지 않는다. 결과적으로, 전자원은 전자를 안정하게 방출한다.

또한, 전술한 강전계 드리프트 층(26)에서, 실리콘 이산화 막(264)은 또한 절연막을 구성한다. 이 절연막은 산화 프로세스로 형성된다. 그렇지만, 산화 프로세스 대신 질화 프로세스로 절연막을 형성할 수도 있다. 질화 프로세스에 따르면, 실리콘 이산화 막(262) 및 실리콘 이산화 막(264) 대신, 실리콘 질화막이 절연막으로서 구성된다. 또한, 산화 프로세스 대신, 산질화 프로세스(oxynitride process)를 사용하여 절연막을 형성할 수도 있다. 산질화 프로세스에 따르면, 실리콘 이산화 막(262) 및 실리콘 이산화 막(264) 대신, 실리콘 산질화 막이 구성된다. 또한, 본 실시예에서, 전자원(2)은, 유리 기판으로 만들어진 리어 플레이트(11)의 한 표면 위에 직접 배치되어 있다. 그렇지만, 실리콘 기판 및 이 실리콘 기판의 리어 표면 위에 배치된 오믹 전극으로 구성되는 전자원을 사용하는 것도 가능하다. 전술한 전자원은 또한 리어 플레이트(11)의 한 표면 위에 배치된다.

전술한 제어 유닛(5)은 구동 전원 Vps, 애노드 전극용 전원 Va 및 제어 수단(5a)으로 이루어진다. 구동 전원 Vps는 전자원(2)의 표면 전극(27)과 전자원(2)의 하부 전극(25) 사이에 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 애노드 전극요 전원 Va는 "애노드 전극(3)"과 "전자원(2)의 표면 전극(27)" 사이에 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 제어 수단(5a)은 마이크로컴퓨터로 실현된다. 마이크로컴퓨터는 구동 전원 Vps 뿐만 아니라 애노드 전극용 전원 Va도 제어하도록 구성되어 있다. 제어 전극(5a)은 구동 전원 Vps가 전원(2)에 구동 전압을 인가하도록 구동 전원 Vps를 제어하도록 구성되어 있다. 결과적으로, 전원(2)은 피크 에너지를 가지는 에너지 분포를 가지는 전자를 방출한다. 제어 수단(5a)은 애노드 전극용 전원 Va가 애노드 전극(3)과 전원(2) 사이에 방출 전압을 인가하도록 애노드 전극용 전원 Va를 제어하도록 구성되어 있다. 구동 전압 및 방출 전압은 전자의 에너지 분포의 피크 에너지가 기밀 용기(1) 내의 크세논 가스의 여기 에너지보다 높도록 설정된다. 또한, 구동 전압 및 방출 전압은 전자의 에너지 분포의 피크 에너지가 크세논 가스의 이온화 에너지보다 낮도록 설정된다. 즉, 구동 전압은 전자의 에너지 분포의 피크 에너지가 크세논 가스의 여기 에너지보다 높도록 설정된다. 구동 전압은 전자의 에너지 분포의 피크 에너지가 크세논 가스의 이온화 에너지보다 높도록 설정된다. 제어 수단(5a)은 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 인가되는 전압을 조정하도록 구동 전원 Vps를 제어하도록 구성되어 있다. 결과적으로, 가스는 방전하지 않고 여기된다.

본 실시예의 발광 장치에서, 제어 유닛(5)은 구동 전원 Vps를 제어하도록 구성되어 있다. 이어서, 구동 전원 Vps는 표면 전극(27)이 하부 전극(25)의 전위보다 높은 전위를 가지도록 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 구동 전압을 인가한다. 또한, 제어 유닛(5)은 애노드 전극용 전원 Va를 제어하도록 구성되어 있다. 이어서, 애노드 전극용 전원 Va는 애노드 전극(3)이 전원의 표면 전극(27)의 전위보다 높은 전위를 가지도록 "애노드 전극"과 "전원(2)의 표면 전극(27)" t이에 방출 전압을 인가한다. 그러므로 전원(2)으로부터 방출되는 전자 e-는 애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이의 전계에 의해 야기되는 힘을 얻게 된다. 전자 e-가 힘을 얻게 되면, 전자 e-는 애노드 전극(3) 쪽으로 이동한다. 이어서, 전자 e-는 애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이에 위치하는 크세논 원자와 충돌한다.

전원(2)으로부터 방출되는 전자는 애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이에서 발생되는 전계로부터 에너지를 얻는다. 전자가 전원(2)으로부터 얻는 에너지는 "애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이의 전계 강도" 및 "가스 내의 전자의 평균 자유 행정(mean free path of travel)"의 적(product)에 의존한다. 전계 강도는 "애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이에 인가되는 전압" 및 "애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이의 거리"에 좌우된다. "평균 자유 행정"은 "기밀 용기(1) 내의 가스의 타입" 및 "가스 압력"에 의존한다. 본 실시예에서, 가스 압력은 5 kPa로 설정된다. 전자의 평균 자유 행정은 짧다. 그러므로 전원(2)이 전자를 방출하면, 전자가 애노드 전극(3)과 표면 전극(27) 사이에서 발생되는 전계로부터 수신하는 에너지는 전원으로부터 방출되는 전자의 에너지 분포의 피크 에너지보다 작다. 그러므로 전원(2)으로부터 방출되는 전자의 에너지 분포는 가스와 충돌하는 전자의 에너지 분포로부터 고에너지 측으로 약간 시프트된다. 또한, 전원(2)의 표면 전극(27)과 전원(2)의 하부 전극(25) 사이에 20볼트의 전압이 인가된다. 이어서, 표면 전극(27)은 하부 전극(25)의 전위보다 높은 전위를 가진다. 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 20볼트의 전압이 인가되면, 전원은 전자를 방출한다. 이 전자는 에너지 분포의 피크 에너지를 가진다. 전자의 피크 에너지는 크세논 가스의 여기 에너지보다 크다. 또한, 전자의 피크 에너지는 크세논 가스의 이온화 에너지보다 작은 피크 에너지를 가진다. 전원으로부터 방출되는 전자는 10eV의 에너지 분포의 피크 에너지를 가진다.

전술한 바로부터 이해되는 바와 같이, 본 실시예에서의 발광 장치는 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 전압을 인가하도록 구성된 제어 유닛(5)을 포함한다. 전원이 전압을 수신하면, 전원은 에너지 분포의 피크 에너지를 가지는 전자를 방출한다. 전자의 피크 에너지는 가스의 여기 에너지보다 크고, 가스의 이온화 에너지보다 작다. 전자는 도 1에서 화살표 500으로 표시되어 있다. 전자가 방출되면, 전자는 방전하지 않으면서 기밀 용기(1) 내의 가스를 여기한다. 가스가 여기되면, 그 여기된 가스는 여기 광을 방출한다. 여기 광을 제1 광으로 정의한다. 제1 광은 도 1에서 화살표 501로 표시되어 있다. 제1 광이 방출되면, 형광체 층(4)은 제1 광을 제2 광으로 변환한다. 제2 광은 제1 광보다 긴 파장을 가진다. 제2 광은 형광체 층(4)으로부터 방출된다. 전술한 구성의 발광 장치에서는, 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 낮은 전압이 인가되면, 제2 발광 장치가 제2 광을 방출한다. 그러므로 전술한 구성의 발광 장치는, 가스를 방전함으로써 광을 방출하도록 구성된 발광 장치에서 필요로 하는 전력에 비해, 낮은 전력으로 광을 방출하도록 구성되어 있다. 그러므로 이 구성에 의해 전력을 덜 소비하고 발광 효율이 높은 발광 장치를 생성할 수 있다. 또한, 전자원(2) 및 형광체 층(2)은 방전 플라즈마에 의해 손상을 입지 않는다. 그러므로 이 구성에 의해 수명이 긴 발광 장치를 제공할 수 있다.

이와 같은 구성에서는, 전원(2)과 애노드 전극(3) 사이에 1센티미터 이상의 간격을 마련해 두는 것이 바람직하다. 1센티미터 이상의 간격은 파센 최소점(Paschen minimum)에 대응한다. 전원(2)과 애노드 전극(3) 사이의 간격이 파센 최소점보다 크게 설정되는 구성에서는 가스가 잘 방전하지 않는다. 전원(2)과 애노드 전극(3) 사이의 간격이 1센티미터에 제한되지 않는다는 것은 말한 나위도 없다.

또한, 본 실시예에서의 발광 장치는 전자원(2)으로서 탄도 전자면-방출형 전자원을 포함한다. 탄도 전자면-방출형 전자원은 가스 내에 배치되어 있는 경우라도 안정하게 동작할 수 있다. 또한, 탄도 전자면-방출형 전자원은 크세논 가스의 여기 에너지에 대응하는 8.44 eV 이상의 초기 에너지를 가지는 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 즉, 탄도 전자면-방출형 전자원으로부터 방출되는 전자의 초기 에너지는 전자원으로서 작동하는 스핀트형 전자원(spindt type electron source)으로부터 방출되는 전자의 초기 에너지보다 높다. 그러므로 탄도 전자면-방출형 전자원을 전자원으로서 포함하는 발광 장치는 스핀트형 전자원을 전자원으로서 포함하는 발광 장치에 비해 낮은 전압으로 동작하도록 구성된다. 결과적으로, 전력을 덜 소비하는 발광 장치를 얻을 수 있다.

그런데 본 실시예에서의 발광 장에서는 기밀 용기(1)에 크세논 가스가 밀봉되어 있다. 크세논 가스는 5kPa의 가스 압력을 가지도록 설정되어 있다. 그렇지만, 크세논 가스의 가스 압력은 5 kPa에 제한되지 않는다. 도 3a 내지 도 3c는 다양한 가스 압력을 가지는 크세논 가스가 밀봉되어 있는 발광 장치로부터 방출되는 자외선 광의 방출 세기(emission strength)를 도시하고 있다. 방출 세기는 광전자 증배관(photomultiplier)에 의해 측정된다. 본 실시예에서, 방출 장치는 기밀 용기(1), 가스, 전자원(2), 애노드 전극(3), 및 제어 유닛(5)으로 구성되어 있다. 환언하면, 본 실시예에서의 발광 장치는 형광체 층(4)을 포함하지 않는다. 이러한 발광 장치에서는, 제어 유닛(5)이 애노드 전극(4)과 표면 전극(27) 사이에 100볼트의 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 또한, 제어 유닛(5)은 표면 전극(27)이 하부 전극(25)의 전위보다 높은 전위를 가지도록 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 20볼트의 펄스 전압을 인가한다. 도 3a 내지 도 3c로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 기밀 용기에는 2 kPa 내지 20 kPa의 크세논 가스 압력을 가지는 가스가 밀봉되어 있다. 이러한 경우, 크세논 가스가 방전하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 발광 효율도 높일 수 있다. 대조적으로, 100 Pa 내지 1 kPa의 가스 압력을 가지는 가스가 밀봉되어 있는 기밀 용기에서는 방전이 야기된다. 그러므로 광전자 증배관에 의한 측정은 수행되지 않는다.

대조적으로, 도 4는 광전자 증배관에 의한 자외선 광의 방출 세기의 측정 결과의 다른 예를 도시하고 있다. 도 4에서, 애노드 전극(3)은 표면 전극(27)으로부터 1cm만큼 떨어져 있다. 기밀 용기 내에는 5 kPa의 가스 압력을 가지는 크세논 가스가 밀봉되어 있다. 애노드 전극이 0 볼트 내지 180 볼트의 전압을 가지는 경우에는, 방전이 야기되지 않는다. 즉, 변환 전계(conversion electric field)를 0 내지 3.6 V/mPa에 설정함으로써 방전을 방지할 수 있다. 변환 전계는 "E/p"로서 다음과 같이 규정된다: E: "애노드 전극(3)"과 "전자원(20의 표면 전극(27)" 사이에 생기는 전계 강도, p: 가스 압력(Pa). 또한, 도 4는 애노드 전극의 전압의 증가에 따른 자외선 광의 방출 강도의 증가를 도시하고 있다. 애노드 전극의 전압이 증가하면, 전자의 에너지 분포의 피크 에너지가 고 에너지 측으로 시프트된다. 이에 따르면, 크세논 가스의 여기 확률이 증가하게 된다. 자외선 광의 방출 강도가 증가함에 따라 크세논 가스의 여기 확률이 증가할 것으로 추정된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 크세논 원자를 이온화하여 방전시키기 위해서는 12.13 eV의 에너지를 공급해야 한다. 대조적으로, 크세논 원자를 여기시키고 이 크세논 원자로부터 147 nm의 파장을 가지는 자외선 광을 방출시키기 위해서는, 단지 8.44 eV의 여기 에너지를 공급하면 된다. 또한, 여기 상태를 가지는 크세논 원자에 의해 규정되는 엑시머(excimer)가 생성되고, 147 nm의 파장보다 긴 172 nm의 파장을 가지는 광이 방출된다. 하향 화살표의 수치 값은 발광 파장을 나타낸다는 것에 유의하라.

또한, 본 실시예에서는, 가스로서 희가스의 일종인 크세논 가스가 사용되고 있다. 또한, 기밀 용기(1)에는 엑시머를 생성할 수 있도록 5 kPa의 가스 압력을 가지는 가스가 밀봉되어 있다. 그러므로 전자원(2)이 기밀 용기의 내부에 전자를 공급하면, 이 기밀 용기 내에 엑시머가 생성된다. (엑시머는 여기 상태를 가지는 분자이다.) 즉, 형광체 층(4)의 형광체에 의해 스토크 손실(loss of Stokes)이 저감된다. 결과적으로, 발광 효율이 향상된 발광 장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예의 제어 수단(5a)은 구동 전원 Vps에 제어 신호를 전송하도록 구성되어 있다. 구동 전원 Vps가 제어 신호를 수신하면, 구동 전원 Vps는 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 사각형파를 가지는 구동 전압을 인가한다. 결과적으로, 표면 전극(27)은 하부 전극(27)의 전위보다 높은 전위를 가진다. 즉, 구동 전원 Vps가 제어 신호를 수신하면, 구동 전원 Vps는 사각형파를 가지는 구동 전압을 전자원(2)에 공급한다. 결과적으로, 구동 전원 Vps는 전자원(2)에 온-상태 및 오프-상태를 교대로 제공한다. 구동 전원 Vps가 전자원에 온-상태를 제공할 때 전자원(2)은 기밀 용기(1) 내부에 전자를 공급하도록 구성되어 있다. 구동 전원 Vps는 전자원에 오프-상태를 제공하여, 전자원(2)이 기밀 용기(1) 내에 전자를 공급하는 것을 금지시키도록 구성되어 있다. 그러므로 전자원(2)이 사각형파를 가지는 구동 전압을 수신하면, 전자원(2)은 기밀 용기(1)에 전자를 주기적으로 공급한다. 이 방법에서, 제어 유닛(5)은 표면 전극(27)이 하부 전극(25)의 전위보다 높은 전위를 가지도록 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 사각형파 전압을 공급한다. 그 결과, 전자원(2)은 기밀 용기(1) 내에 전자를 주기적으로 공급한다. 결과적으로, 본 실시예의 발광 장치에서는, 제어 유닛(5)이 전자원(2)을 주기적으로 구동하도록 구성되어 있다. 그러므로 본 구성에 의하면 제어 유닛이 전자원(2)을 계속적으로 구동시키도록 구성되어 있는 발광 장치에 비해 저 전력 소비로 발광 장치를 구동시킬 수 있다.

도 6은 발광 장치로부터 방출되는 자외선 광의 시종속 변화(time-dependent change)의 측정 결과를 도시하고 있다. 본 측정은 기밀 용기(1), 크세논 가스, 전자원(2), 애노드 전극(3), 제어 유닛(5)을 포함하는 발광 장치를 사용해서 실시된다. 즉, 발광 장치는 형광체 층(4)을 포함하지 않는다. 또한, 제어 유닛(5)은 표면 전극(27)이 하부 전극(25)의 전위보다 높은 전위를 가지도록 표면 전극(27)과 하부 전극(25)에 20 볼트의 펄스 전압을 공급하도록 구성되어 있다. 도 6에서, "ON"은 전자원(2)이 펄스 전압을 수신하는 온-주기를 나타낸다. 도 6에서, "OFF"는 전자원(2)이 펄스 전압을 수신하지 않는 오프-주기를 나타낸다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자원(20)에 펄스 전압을 인가하는 것이 정지된 후부터 20 마이크로초 동안 잔광(afterglow)이 생긴다. 즉, 잔광의 주기가 20 마이크로초인 것을 알 수 있다.

그러므로 제어 유닛(5)으로부터 출력되는 사각형파에서는, 전자원의 오프 상태의 미리 정해진 기간이 잔광의 기간보다 짧게 설정된다. 도 7은 "전술한 사각형파 전압의 주파수" 및 "듀티 사이클에서의 오프의 기간"이 변하는 경우의 오프-기간(off-period)을 도시하고 있다. (즉, 오프 기간) 도 7에서, 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 오프 기간을 나타낸다. "A"는 듀티 사이클을 1%로 설정한 경우의 주파수와 오프 기간 간의 관계를 나타낸다. "B"는 듀티 사이클을 10%로 설정한 경우의 주파수와 오프 기간 간의 관계를 나타낸다. "C"는 듀티 사이클을 50%로 설정한 경우의 주파수와 오프 기간 간의 관계를 나타낸다.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 발광 장치에서는, 전자원(2)이 오프 기간에 있을 때 전자원(2)이 전자를 공급하도록 구성되어 있다. 그러므로 기밀 용기(1) 내의 가스는 오프 기간에 있을 때 전자에 의해 여기된다. 결론적으로, 전자원이 오프 기간 하에 있을 때라도, 자외선 광의 여기가 유지된다. 그러므로 발광 효율이 개선된 발광 장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 전자원(2)이 탄도 전자면 방출형 전자원(Ballistic Electron Surface Emitting type electron source: BSD)으로 실현된다. 탄도 전자면 방출형 전자원은 하부 전극(25), 하부 전극에 대향해서 배치되는 표면 전극(27), 및 하부 전극(25)과 표면 전극(27) 사이에 개재된 강전계 드리프트 층(26)으로 이루어져 있다. 그러므로 전자원(2)은 제어 유닛(5)으로부터 순 바이어스 전압 및 역 바이어스 전압을 수신한다. 역 바이어스 전압은 순 바이어스 전압의 전위에 반대인 전위를 가진다. 즉, 제어 유닛(5)은 표면 전극(27)과 하부 전극(25) 사이에 역 바이어스 전압 및 순 바이어스 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 전자원(2)이 순 바이어스 전압을 수신하면, 전자원(2)은 기밀 용기(1) 내에 전자를 공급한다. 전자원(2)이 역 바이어스 전압을 수신하면, 전자원은 강전계 드리프트 층(26)에서 트랩(trap)에 의해 포획된다. 결과적으로, 전자원이 역 바이어스 전압을 수신하면, 트랩에 의해 포획된 전자가 하부 전극으로 방출된다. 이 방법에서, 제어 유닛(5)은 "순 바이어스 전압을 인가하는 순 기간" 및 "역 바이어스 전압을 인가하는 역 기간"을 전자원(2)에 교대로 제공하도록 구성되어 있다. 결과적으로, 트랩에 의해 포획된 전자로 인해 전계가 완화되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 전자원(2)의 동작 수명을 길게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 발광 장치에서는, 애노드 전극(3)과 전자원(2) 사이에 방출 전압을 인가하도록 구성되어 있는 제어 유닛(5)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 방출 전압은 사각형파이다. 이 방출 전압은 사각형파를 가지는 구동 전압과 동기화된다. 이 구성에 따르면, 애노드 전극(3)과 전자원(2) 사이에 일정한 전압을 인가하도록 구성된 발광 장치에 비해 저 전력 소비로 동작하도록 구성되는 발광 장치를 얻을 수 있다.

이 경우, 애노드 전극(3)의 전위가 전자원(2)의 전위보다 높도록 애노드 전극(3)과 전자원(2) 사이에 사각형파의 방출 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 전술한 바에 따르면, 온 기간에서의 방출 전압의 전압값을 오프 기간에서의 방출 전압의 전압값보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 저 전력 소비로 전자원(2)을 구동시킬 수 있다. 또한, 오프 기간 중에는, 애노드 전극(3)에 전자를 계속해서 이동시킬 수 있다.

본 실시예에서는 기밀 용기(1) 내에 크세논 가스가 봉입되어 있다는 것에 유의하라. 그렇지만, 기밀 용기(1) 내에 봉입되는 가스가 크세논 가스로 제한되는 것은 아니다. 즉, 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 질소 가스를 사용할 수도 있다. 또한, 전술한 가스들의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 구성은 무작위로 조합된다.

Claims

발광 장치에 있어서,
투광성을 가지는 기밀 용기;
상기 기밀 용기에 봉입되어 있고, 전자에 의해 여기되면 진공 자외선(vacuum ultraviolet) 내지 가시광의 범위를 가지는 파장을 가지는 제1 광을 방출하도록 구성되어 있는 가스;
상기 기밀 용기 내에 배치되어 있고, 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극을 가지며, 상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극 사이에 구동 전압이 인가되면 상기 전자를 방출하도록 구성되어 있는 전자원;
상기 기밀 용기 내에 배치되어 있고 상기 전자원에 대향해서 배치되는 애노드 전극;
상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극 사이에 구동 전압을 인가하며, 상기 전자가 상기 애노드 전극 쪽으로 이동하도록 상기 전자원과 상기 애노드 전극 사이에 방출 전압을 인가하도록 구성된 제어 유닛; 및
상기 기밀 용기 내에 배치되어 있는 형광체
를 포함하며,
상기 형광체는 상기 제1 광에 의해 여기되면 상기 제1 광의 파장과는 상이한 파장을 가지는 제2 광을 방출하도록 구성되어 있으며,
상기 전자원은 상기 방출 전압을 수신하면 피크 에너지를 가진 에너지 분포를 가지는 전자를 방출하도록 구성되어 있으며,
상기 피크 에너지는 상기 가스의 여기 에너지보다는 높고 상기 가스의 이온화 에너지보다는 낮은, 발광 장치.
제1항에 있어서,
상기 가스는 2 kPa 이상 20 kPa 이하의 범위의 가스 압력을 가지도록 상기 기밀 용기 내에 봉입되어 있는, 발광 장치.
제2항에 있어서,
상기 가스는 희가스(noble gas)이고, 미리 정해진 가스 압력을 가지도록 상기 기밀 용기 내에 봉입되어 있으며,
상기 미리 정해진 가스 압력은 상기 가스가 여기되면 엑시머(excimer)를 형성하도록 설정되어 있는, 발광 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은 사각형파(rectangular wave)인 구동 전압을 상기 전자원에 인가하고, 이에 의해 상기 제어 유닛은 상기 전자원에 온-상태(on-state) 및 오프-상태(off-state)를 교대로 제공하도록 구성되어 있으며,
상기 전자원은 온-상태에 있을 때 온-기간(on-period) 동안 상기 전자를 방출하고, 오프-상태에 있을 때 오프-기간(off-period) 동안 상기 전자를 방출하는 것을 중지하도록 구성되어 있는, 발광 장치.
제4항에 있어서,
상기 가스는 잔광 기간(afterglow period) 동안 잔광을 만드는 속성을 가지고 있으며,
상기 잔광 기간은 상기 전자원의 상태가 온-상태로부터 오프-상태로 전환된 때부터 개시하며,
상기 오프-기간은 상기 잔광 기간보다 짧게 설정되어 있는, 발광 장치.
제4항에 있어서,
상기 전자원은 탄도 전자면 방출형 전자원(Ballistic Electron Surface Emitting type electron source)이며,
상기 탄도 전자면 방출형 전자원은 하부 전극, 표면 전극, 및 강전계 드리프트 층(strong elecric field layer)을 포함하며,
상기 표면 전극은 상기 하부 전극에 대향해서 배치되고, 상기 제1 구동 전극을 구성하며,
상기 하부 전극은 상기 제2 구동 전극을 구성하며,
상기 강전계 드리프트 층은 상기 표면 전극과 상기 하부 전극 사이에 배치되며,
상기 강전계 드리프트 층은 복수의 반도체 미세 결정 및 복수의 절연층을 포함하며,
상기 복수의 반도체 미세 결정은 나노미터 오더(nanometer order)의 크기를 가지며,
상기 복수의 절연층 각각은 상기 반도체 미세 결정의 표면 위에 형성되고 상기 반도체 미세 결정의 입자 크기보다 작은 두께를 가지며,
상기 제어 유닛은, 사각형파이면서 교류 전압인 구동 전압을 상기 전자원에 인가하도록 구성되어 있는, 발광 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 유닛은 사각형파인 방출 전압을 상기 애노드 전극과 상기 전자원 사이에 인가하도록 구성되어 있으며,
상기 방출 전압은 상기 구동 전압과 동기되는, 발광 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 애노드 전극이 상기 전자원의 전위보다 높은 전위를 가지도록, 사각형파인 방출 전압을 상기 애노드 전극과 상기 전자원 사이에 인가하도록 구성되어 있으며,
상기 오프-기간에서의 상기 방출 전압의 전압값은 상기 온-기간에서의 상기 방출 전압의 전압값보다 낮은, 발광 장치.
제1항에 있어서,
상기 전자원은 파센 최소점(Paschen minimum)보다 크게 설정되어 있는 간격으로 상기 애노드 전극으로부터 이격되어 있는, 발광 장치.
제1항에 있어서,
상기 가스는 크세논 가스이며,
상기 전자원은 피크 에너지를 가지는 에너지 분포를 가지는 전자를 방출하도록 구성되어 있으며,
상기 피크 에너지는 8.44 eV 이상이고 12.13 eV 이하인, 발광 장치.