KR100900088B1

KR100900088B1 - 면광원 장치

Info

Publication number: KR100900088B1
Application number: KR1020070046305A
Authority: KR
Inventors: 윤만순
Original assignee: 주식회사 아이노바
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-05-14
Also published as: KR20080100517A

Abstract

면광원 장치가 제공된다. 본 발명은 다수의 세라믹-유리 복합체 충방전 소자, 세라믹-유리 복합체 소자 한면은 도전체로 도포되며 세라믹-유리 복합체 충방전 소자와 소자 사이의 방전공간에서 방출되는 자외선을 가시광선으로 변환하는 형광체가 상부와 하부유리판에 도포되어 있으며, 특히 하부유리판과 형광체 사이에는 변환된 가시광선을 전면으로 반사시키는 반사면이 추가로 도포되며, 충방전 소자의 도전층이 도포된 면은 방전공간에 노출되지 않도록 하여 외부의 구동회로와 연결되며, 세라믹-유리 복합체 충방전 소자는 분말사출성형(Powder Injection Molding)이나 압출(extrusion)방식 이나 일반프레스성형방식에 의하여 속이 빈 사각 기둥이나 원통형 혹은 장방형의 직육면체형태로 제작될 수 있다. 상기 하부판과 상부판 사이에 위치하고, 상기 다수의 세라믹-유리 복합체 충방전 소자를 장착시키기 위한 프레임을 포함한다. 본 발명에 의하면 유전율이 10근방인 유리에 비하여 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 유전율이 2배이상 높으며, -50℃이상에서 유전율의 온도안정성이 우수하다는 효과가 있다.

면광원, 램프, 유전율, 전극, 상부판, 하부판, LCD, 적외선, 자외선.

Description

면광원 장치 {Flat panel display apparatus}

도 1은 종래 면광원 장치의 격벽구조를 보여주는 도면이다.

도 2는 종래 면광원 장치의 구조를 보여주는 도면이다.

도 3은 종래 면광원 장치에서 발생하는 플라즈마 수축현상을 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치에 사용되는 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 구조를 보여주는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부판의 측면도이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부판의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 프레임의 모습을 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부판과 측면 프레임이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부판의 모습을 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 사시도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 발광원리를 설명하기 위 한 도면이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 모습을 보여주는 도면이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 구조를 보여주는 도면이다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 모습을 보여주는 도면이다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부판의 모습을 보여주는 도면이다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부판의 단면도이다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부판의 평면도이다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극을 연결하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 모습을 보여주는 도면이다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원 장치의 구조를 보여주는 도면이다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹-유리 복합체 충방전소자에 대한 유전율의 온도안정성을 나타낸 그래프이다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹-유리 복합체 충방전소자에 대한 분극량을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

40 세라믹-유리 복합체 충방전소자 50 하부판

60 프레임 70 상부판

43 실버전극 51 하부유리판

52 유리실링제 55 스페이서

본 발명은 면광원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극이 구비된 램프를 포함하는 면광원 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정(LC, Liquid crystal)은 인가되는 전압에 따라서 전계 배열이 제어되는 전기적 특성과, 전계 배열에 따라서 광의 투과율이 변화되는 광학적 특성을 동시에 갖는다. 상술한 액정을 포함하는 영상 구현 장치는 상기 액정을 통과하는 광을 생성하기 위한 광원과, 복수의 화소 전극 및 공동 전극을 포함하며 상기 액정을 제어하기 위한 액정 제어 파트를 포함한다.

상기 광원은 상기 액정에 광을 공급하며, 상기 광은 화소 전극, 액정, 공동 전극을 순차적으로 통과한다. 상기 액정을 투과한 광은 영상을 형성하게 되며, 상기 영상의 화질은 광의 휘도 균일성에 의해서 좌우되며, 영상의 해상도는 화소 전 극의 수에 의해서 결정된다.

상기 광원으로는 막대 형상을 갖는 냉음극선관 방식 램프(Cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 도트(Dot) 형상을 갖는 발광 다이오드(Light emitting diode; LED)를 사용할 수 있다.

그러나, 상술한 냉음극선관 방식 램프와 도트 형상의 발광 다이오드는 휘도 균일성이 취약한 문제가 있다. 냉음극선관 방식 램프와 도트 형상의 발광 다이오드의 휘도 균일성을 향상시키기 위해서 도광판(light guide panel) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 별도의 광학 부재를 더 포함하는 구조가 제안되고 있으나, 이는 액정 영상 구현 장치의 부피 및 무게를 증가시키는 요인으로 작용한다.

상술한 바와 같은 광원의 문제점을 해결하기 위해서 평판 형태의 면광원 장치가 광원으로 제안되고 있다. 면광원 장치는 크게 격벽 독립형과 격벽 일체형으로 구분할 수 있다.

이러한 면광원 장치는 차세대광원으로 주목받으면서 지난 수년간 꾸준히 연구되어왔다. 면광원 기술은 기존의 CCFL, EEFL, HCFL과 같은 선형램프를 이차원의 면광원으로 전환하여 기존의 백라이트에서 사용하는 시트수를 감소시키고, 이로 인하여 광속이 증가되어 소비전력을 절감하고, 고휘도 및 고화질의 특성을 나타낸다. 보통 면광원을 구현하기 위해서는 진공유지 및 방전공간확보를 위한 스페이스 또는 격벽구조가 요구된다.

도 1은 종래 면광원 장치의 격벽구조를 보여주는 도면이다.

도 1 (a)는 하부 유리에 격벽이 병렬로 설치된 구조이다. 도 1 (a)와 같은 구조는 면광원 기술분야에서 초기에 사용되던 격벽설치방법으로서, 구체적인 설치방법으로는 유전체물질을 스크린 프린팅하는 방법, 디스펜서를 이용하여 설치하는 방법, 유리접착제를 이용하여 유리막대 또는 유리관을 상하판에 고정시키는 방법, 두꺼운 유리를 원하는 형상의 방전공간으로 연마하거나 샌드브라스팅하는 방법 등이 있다.

도 1 (b)는 사행형(serpentine)의 격벽구조를 보여준다. 도 1 (b)의 사행형 격벽구조를 자세히 나타낸 도면이 도 2 (a)에 도시되어 있다. 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, 사행형 격벽구조는 사행구조로 설정된 방전공간과 격벽으로 구성되어 있으며 전극(1, 2)은 양 끝에 위치한다. 이러한 구조는 전체 방전길이가 길기 때문에 양단에 위치한 전극(1, 2)에서 고압의 전원이 발생되어야 하며, 이에 따라 전극(1, 2)의 스퍼터링(sputtering) 손상에 의한 내구성 저하가 발생하는 치명적인 문제점이 있다.

도 1 (c)는 오스람에서 사용되는 구조로서, 이에 대한 상세한 구조가 도 2 (b)에 도시되어 있다. 도 2 (b)에서 보는 바와 같이, 이 구조는 하부유리(3)에 반사판(9)을 설치하고 양극전극(5)와 음극전극(6)을 교차하여 위치시키고, 전극 위에 스퍼터공정에 의하여 산화마그네슘(MgO)과 같은 2차전자방출계수가 높은 유전체를 입힌다. 상부유리(7)와 하부유리(3) 사이에는 프레임(8)에 의하여 일정간격이 유지되도록 하고, 상부유리(7) 하단에 형광체를 도포한다. 또한, 진공작업시 유리의 변형을 방지하기 위하여 스페이서(4)를 설치한다. 이런 방식으로 제작된 최종모양은 도 1 (c)에 도시된 바와 같다. 그러나, 도 3에서 보는 바와 같이, 이러한 구조는 방전시 전극(5, 6) 사이에서 플라즈마 수축이 발생하여 발광의 불균일성이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 산화마그네슘(MgO)를 입히기 위한 장비가 고가이기 때문에 생산비용이 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세라믹 -유리 복합체를 다양한 형상으로 제조하여 기존에 사용하는 산화마그네슘에 비하여 월등히 높은2차 전자 방출계수를 갖으며 충방전 양을 2배이상 증가시키고, 스퍼터링공정에 의한 전극 및 산화 마그네슘 박막공정을 제거하여 휘도특성과 내구성을 증진시킴과 동시에 및 공정특성을 대폭 개량하는 면광원 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세히는 세라믹-유리 복합체 분말을 사출 성형 또는 압출성형 또는 일반건식프레스 방식으로 하여 다양한 형상으로 제조한 후 진공방전관 내의 프라즈마 이온이나 수은이온(혹은 제논이온), 전자 등을 세라믹-유리 복합체의 향상된 충방전 효과와 충돌 시 발생하는 2차전자의 방출량을 극대화하여 기존 면광원에 비하여 높은 휘도를 발생시키는 면광원에 관한 것으로 병렬구동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 면광원 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방전공간 내에서 발생하는 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 형광체를 상부 판 하부와 하부 판 상부에 도포한 후 하부 판은 뒷면으로 방사되는 가시광선을 전면으로 반사하기 위한 반사 층을 하부 판 상면과 하부 판 상면에 도포된 형광체 사이에 형성한 후, 방전공간에 노출되지 않도록 한 면에만 전극이 형성된 다수의 세라믹-유리 복합체 충방전소자를 면광원 하부 판에 다양한 방법으로 설치하고 전극이 도포된 다른 한 면으로부터 구동회로와 연결되는 배선을 구성하고 상부판과 하부판을 접합시키기 위한 프레임으로 구성된다.

상기 면광원은 진공배기 후 가스가 주입되는 내부공간이 마련된 몸체와, 상기 몸체의 양단에 위치하여 진공배기 후 가스가 주입된 후에 끝부분을 밀봉처리하기 위한 밀봉부재를 포함할 수 있다.

세라믹-유리 복합체 충방전소자는 유전율이 10근방인 유리나 산화마그네슘에 비하여 유전율이 2배이상 높으며, -50℃이상에서 유전율의 온도안정성이 우수하며, -50℃이상에서 유리실링제가 열처리 봉합되는 1000℃까지 상전이 현상이 발생하지 않고, 동일전계에서 분극량이 유리나 산화마그네슘에 비하여 2배 이상 크며, 세라믹-유리 복합체 중에 유리첨가제의 조성을 변경함으로써 열팽창계수를 용이하게 조절하여, 면광원을 구성하는 유리판과 세라믹-유리 복합체 충방전소자 재료을 유리 실링재로 열처리 봉합 시 열팽창계수의 차이에 의한 파괴를 방지할 수 있으며, 상기 몸체는 중공이 형성된 관형, 각형의 형태나 판상구조를 가질 수 있다.

상기 면광원내에 주입되는 가스는 네온(Ne), 아르곤(Ar), 수은 가스를 포함하며, 수은가스를 대체한 제논(Xe) 가스를 포함할 수 있다.

상기 하부판은 배기시에 상부판과의 간격을 유지하도록 하기 위해 소정간격 마다 위치하는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 스페이서는 상부판과 하부판의 간격과 같은 높이를 가질 수 있다.

상기 프레임은 세라믹-유리 복합체 충방전소자가 장착될 수 있도록 개방된 공간이 마련되어 있는 제1프레임과, 개방된 공간이 없는 제2프레임을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 프레임은 진공상태를 만들고, 가스를 일정 압력까지 주입하기 위한 배기부를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치에 사용되는 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 구조를 보여주는 도면이다. 본 발명에서 사용되는 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 구조는 장방형의 판형 구조로서 사용되는 세라믹-유리 복합체를 성형하여 소결한 후 가공하여 제작 되어지며 한면(41)은 경면으로 가공되어 방전공간에서 발생하는 이온과 전자들을 외부에서 인가되는 교류전계에 따라 충방전시키는 면이며, 다른 한 면(42)은 실버전극(43)이 도4의 (b)와 같이 도포 되어있다. 좁은 폭의 세로방향의 측면(44)까지 도4의 (b)와 같이 전극을 도포하는 것은 면광원 제조 후 외부회로와의 연결을 위해서이다. 또한 실버전극(43)이 세라믹-유리 복합체의 폭보다 작게 형성되어 있는 것은 방전시 방전이온 및 전자와 실버전극(43)의 접촉을 피하기 위하여 세라믹-유리 복합체보다 약간 작은 폭으로 도포 되어진다. 상기와 같이 준비된 다수의 세라믹-유리 복합체 충방전 소자(40)는 차후 실버전극(43)이 하부판으로 향하게 하여 하부판위에 유리실링재에 의하여 접합된다. 상기 세라믹-유리 복합체 충방전소자를 장착한 하부판(50)을 도5에 나타내었다. 면광원 장치는 다수의 세라믹-유리 복합체 충방전소자 (40), 하부판(50), 프레임(60), 상부판(70)을 포함하여 이루어진다.

하부판(50)은 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 실버전극(43)이 형성된 면을 하부유리판(51)을 향하게 하여 유리실링제(52)로 접합하고 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 경면가공된 상부면(41)사이에서 발생하는 수은이나 제논가스의 여기천이과정중에 발생하는 자외선을 가시광선으로 변환하는 형광체(53)가 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)가 접합되는 부위를 제외하여 도포되고 형광체(53)와 하부유리판(51)사이에 형광체에 의하여 가시광선으로 변환된 것을 전면으로 반사시키기 위한 반사코팅(54)이 형성되어 있다. 또한, 상부판과의 방전공간을 일정하게 유지하고 조립후 진공배기시 상하부판의 파괴를 방지할 목적으로 스페이서(55)가 충방전소자(40)와 같이 유리실링제(52)를 이용하여 접합설치된다. 이렇게 하여 설치된 하부판(50)의 입체형태를 도5의 (b)에 나타내었다. 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)에 도4의 43과 같이 형성된 실버전극(43)이 도 5의 43과 같이 측면(44)으로 노출되어 있으며, 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)는 유리실링제(52)에 의하여 하부유리판(51)에 접합되며, 실버전극(43)이 방전공간내부에 노출되는 것을 방지하도록 접합되고, 하부유리판(51)에 490^oC온도로 소성하여 접합한 후 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 경면가공된 면(41)을 제외한 영역에 반사코팅(54)과 형광체(53)를 도포한다. 한편, 상하판의 테두리를 형성하는 측면프레임(60)에 대하여 도6에 나타내었다. 측면프레임(60)가운데 제1프레임 (61)에 홀(62)와 같은 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 측면(44)전극이 노출되도록 사각형 형상의 홀(62)이 형성되어 있으며, 마주보는 프레임(63)과 나머지 좌우프레임(64,65)은 프레임(61)과 같은 사각형의 홀(62)이 형성되지 않으며, 프레임(63)에 진공 및 가스주입구(66)가 설치된다. 또한 프레임내부는 하부판과 동일한 반사코팅(54)과 형광체 코팅(53)이 내벽에 형성되어 있다.

이와 같이 형성된 하부판(50)과 측면프레임(60)을 유리실링재를 이용하여 접합한 입체도면을 도 7에 나타내었다.

상부판(70)의 형상을 도8에 나타내었다. 상부유리판(71) 하부에 방전공간내에서 방출되는 자외선을 가시광선으로 변환시키기 위한 형광물질(72) 이 도포되어 있다.

이제 도면을 참조하여 면광원 장치를 제작하는 방법을 도9의 단면도를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 5의 (a), (b)와 같이 구성된 하부판(50)위 에 도6과 같은 하부판과 동일한 반사판(54)와 형광체(53)가 도포된 측면 프레임(60)을 유리실링제(52)를 이용하여 접합한 후 형광체(72)만 도포된 상부판(70)을 유리실링제(52)를 이용하여 접합한다. 또한, 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 측면44가 측면프레임61의 홀 (62)에 노출되도록 한 후 경계면도 유리실링제를 이용하여 접합한다. 이렇게 접합된 상태에서 유리실링제의 열처리 온도인 500^oC근처로 30분간 열처리하면 배기구(66)만 열려진 상태로 완전 밀봉되어 진다. 접합이 완료된 후 배기구(66)를 통하여 내부에 진공을 형성한 후 네온, 아르곤 가스와 수은가스를 주입한다. 이때 수은 방전이 아닌 경우 네온-아르곤과 제논가스만을 주입할 수있다. 가스주입이 완료된 후 용접기를 이용하여 배기구(66)를 용접한다. 이와 같은 공정을 거친후 완성된 면광원 장치를 도10에 나타내었으며. 노출된 측면전극(43)을 이용하여 구동회로(80)와 도선(81)을 이용하여 연결한 상태를 나타내었다. 이때, 발생하는 발광 원리를 도11를 이용하여 설명한다.

버퍼가스인 네온-아르곤과 함께 장입된 Xe가스는 우주선등에 의하여 방전공간 내에 도입된 씨앗전자(91)와 음극(92)에 연결된 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)의 표면(41)으로부터 양극(93)에 연결된 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)로 인가된 전계에 의하여 화살표방향으로 가속되며 가속된 전자는 아래 화학식(1)에 의하여 제논가스(94)와 탄성충돌하여 충돌에너지에 의하여 제논 가스(94)는 여기 상태(Xe^*)로 된다. 여기된 제논가스(Xe^*)는 전기적으로 중성상태에서 약간의 양의 극성을 띈 상태로 되며, 음극(92)에 연결된 충방전소자(40)로 전계에 의하여 가 속되어 중성상태의 제논가스(Xe)와 충돌하여 화학식(2)와 같은 준안정상태의 Xe₂ ^*분자를 형성한다. 이러한 준안정상태의 Xe₂ ^*분자는 불안정하여 172nm의 자외선을 hυ만큼의 에너지로 방출하면서 재차 안정상태인 중성의 제논가스(94)상태로 돌아간다. 이때, 발생한 자외선(95)은 형광체(72)에 의하여 가시광선(96)으로 전환되어 외부로 방출되어진다. 한편, 측면프레임과 하부판의 상부에 도포된 형광체에 의하여 가시광선으로 전환된 빛은 반사판에 의하여 상부판으로 향하여 휘도를 증가시키는 역할을 한다.

Xe + e -> Xe^* + e

Xe^* + 2Xe -> Xe^* ₂+ Xe

Xe^* ₂ -> 2Xe + hυ

충방전 효과를 증가시키기 위한 또 다른 형태의 실시예의 전극구조를 도 12에 단면도를 이용하여 도시하였다. 이때 사용한 세라믹-유리 복합체 충방전소자(40)중에 하부판(50)에 설치된 충방전소자(40)는 동일하며, 측면 프레임중에 64, 65부분을 제거하고, 분말사출성형에 의하여 제조된 L자형 충방전소자(40')을 사용하여 충반전효율을 증가시킨 경우이다. L자형 충방전소자(40')를 도13에 자세히 도시하였다. L자형 세라믹-유리 복합체 충방전소자를 도13의 (a)와 같이 분말사출성형하여 소성한 후 제작하였다. L자 구조를 갖게 한 이유는 상하판사이의 충방전 공 간이 2~3mm정도로 좁은 경우 정전용량값이 작아지므로 하부판(50)의 여유공간을 활용하여 표면적을 증가 시키기 위한 것이다. 이와 같은 L자형 충방전소자(40')와 장방형의 충방전소자(40)과 하부판(50)을 일체화한 도면을 도14에 나타내었다. 한편 면광원의 바깥쪽으로 향하는 면에는 도13의 43과 같은 실버전극을 부착하였으며 하부판(50)에 고정된 충방전소자(40)과 구동회로 연결을 용이하게 하기 위해서이다. 이때 구동회로(80)과 배선(81)을 도 12에 나타내었다.

이제 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 도 15와 같이 상기 구조와는 다른 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)를 이용한 면광원 장치를 제안하고자 한다. 본 발명에서 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)는 복잡한 입체구조로 형성될 수 있다.

도 15의 실시예에서 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)는 하부판(50)과 결합하기 위한 턱(401)이 형성되어 있는 육면체의 구조로 되어 있다. 즉, 본 발명에서는 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)는 턱(401) 부분에 유리 실링재를 도포하여 하부판(50)에 결합시킬 수 있다. 또한 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)의 내부는 실버전극이 도포될수 있는 공간이 402와 같이 마련되어 있다.

도 16에서 하부판(50)에 사각형 형태의 홀(501)이 형성된 모습이 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 하부판(50)에는 상부판(60)과의 간격을 유지하기 위해 스페이서(미도시)가 구비될 수 있다.

세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)는 하부판(50)의 다수의 홀(501)에 삽입되는 구조로 형성되어 있고, 상부판(60)은 형광물질을 구비하고 있다.

도 15에서 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)의 내부는 실버전극이 도포되어 있는 공간(402)이 마련되어 있어서, 구동회로(80)와 하부판(50)의 바닥면에서 배선(81)이 이루어진다. 상기와 같은 형태의 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)가 이 하부판(50)에 삽입된 모습의 단면도와 평면도를 도 17과 18에 도시되어 있다.

도 17은 단면을 보여주는 도면이다. 도 17에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)의 턱(401) 부분을 이용하여 유리실링재(403)을 이용하여 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)이 하부판(50)에 결합된다. 또한, 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)의 내부의 공간(402)은 실버전극(404)가 도포되어 차후 구동회로와 연결된다.

도 18은 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)이 하부판(50)에 결합된 상태를 평면도로 나타낸 결과이다.

도 19에서는 본 발명에 따른 전극을 연결하는 예를 보여주고 있다. 즉, 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)에 형성된 실버 전극(404)을 통하여 세로방향으로 세라믹-유리 복합체 충방전소자(400)을 도선(81)으로 연결하고, 이렇게 연결된 부분을 병렬 연결하여 구동회로(80)에 연결할 수 있다. 이렇게 함으로써, 하나의 구동회로(80)를 이용하여 면광원 장치를 구동시킬 수 있게 된다.

또 다른 형태의 세라믹-유리 복합체 충방전소자(200)의 입체형태를 도20의 (a)에 나타내었으며, 절단면을 도20의 (b)에 나타내었다. 도20에서 나타난 바와 같이 세라믹-유리 복합체 충방전소자(200)가 점선과 같은 중공(201)형태를 가지고 있 으며, 내부면(202)에는 실버전극으로 도포되어 있다. 이와 같이 형성된 세라믹-유리 복합체 충방전소자(200)는 도21과 같이 측면(203)이 측면프레임(61)의 홀에 노출되도록하여 접합되는 형태를 갖는다. 또한, 이러한 형태는 다면체이거나 원통형일수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서 세라믹-유리 복합체 충방전소자는 다음 화학식을 만족하는 조성물을 포함할 수 있다.

(CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂)+글래스 프릿(glass frit) (1)
상기 CaO, MgO, SrO, ZrO₂, TiO₂ 는 0mol 이상 1mol 이하로 조성될 수 있으며 이때, CaO+MgO+SrO=1mol, ZrO₂+TiO₂=1mol 로 조성 될 수 있다.
상기 실시 예에서 사용된 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 조성별 상기 화학식 (1)에 다음과 같은 조성비를 선택하여 상온에서의 유전율과 유전손실 값을 구하여 표1에 나타내었다.

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표1

	성분					유전율	유전손실
	CaO	MgO	SrO	ZrO₂	TiO₂	유전율	유전손실
EC1	0.7	0.05	0.3	0.97	0.03	32.3	0.19
EC2	0.7	0.05	0.3	0.9	0.1	38.2	0.1
EC3	0.7	0.05	0.3	0.8	0.2	51.1	0.12
EC4	0.7	0.05	0.3	0.7	0.3	66.2	0.15
EC5	0.7	0.05	0.3	0.6	0.4	84.8	0.12
EC6	0.7	0.05	0.3	0.5	0.5	105.1	0.25

이때 사용한 글래스 프릿은, 램프 관으로 사용되는 무연 유리 SF-44를 사용하였으며 열팽창계수가　　 95×10^-7/K이므로, 열팽창계수를 맞추기 위하여 SiO₂ 1mol에 BaO 0.6mol CaO 0.4mol를 첨가하거나 무연유리와 같은 조성의 유리질을 첨가하여 1100^oC에서 합성한 후 전조성에 0.3~10wt%를 첨가하였으며, 첨가제로 MnO와 Al₂O₃를 사용하였다. 표1에서 보듯이 TiO₂양이 증가할수록 유전율은 증가하였다. 형광램프 제조 시 전극으로 사용되는 본 조성의 세라믹-유리복합체는 1000Vrms이상의 교류전계가 가해지며, 이때 유전손실이 낮을수록 발열현상이 감소하므로, MnO와 Al₂O₃의 첨가에 의하여 유전손실을 0.1%근처로 낮추었다. 한편 상기 첨가제에는 Cr₂O₃, Fe₂O₃ 가 포함될 수 있으며, 상기 첨가제는 0wt% 이상 3wt% 이하로 첨가 될 수 있다. 또한 형광램프의 온도변화에 안정성을 증가시키기 위하여 세라믹-유리 복합체의 유전율의 온도안정성이 높아야하므로, 각각의 조성에서 유전율의 온도안정성을 구한 결과를 도 22에 나타내었다. 도22에서 보듯이 -30~250^oC까지 모든 조성에서 온도변화에 따른 유전율의 변화는　안정적인 상태를 나타내는 것을 알 수 있으며, 유전율이 낮을수록 온도안정성이 증가되는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터 본 특허의 실시예로 사용된 조성은 유리보다 유전율이 크며, 유전율의 온도 안정성이 우수한 것을 알 수 있다. 상기 실시예의 휘도 증가의 원인을 좀더 상세히 관찰하기 위하여, 표1에 나타낸 각조성에 대하여 인가전계에 따른 분극 량을 조사하여 도23에 나타내었다.

도23에서 보듯이 유전율이 증가할수록 동일전계에서 단위면적당 분극량(polarization)값이 2배 이상 증가하였으며, 이러한 현상은 세라믹-유리 복합체전극이 유리로만으로 이루어진 기존의 외부전극램프에 비하여 동일전계 인가 시 형광램프내벽에 존재하는 이온이나 전자들을 최소 2배 이상 충방전 시킬 수 있음을 나타낸다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 유전율이 10근방인 유리에 비하여 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 유전율이 2배이상 높으며, -50℃이상에서 유전율의 온도안정성이 우수하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 -50℃이상에서 유리실링제가 열처리 봉합되는 1000℃까지 상전이 현상이 발생하지 않고, 동일전계에서 분극량이 유리에 비하여 2배 이상 크며, 세라믹-유리 복합체 중에 유리첨가제의 조성을 변경함으로써 열팽창계수를 용이하게 조절가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 상하측면 유리판과 세라믹-유리 복합체 충방전소자를 유리실링재로 열처리접합시 열팽창계수의 차이에 의한 파괴를 방지할 수 있으며, 기존의 박막으로 제조된 충방전용 MgO유전체 장벽에 비하여, 방전시 스퍼터링현상에 의한 손상을 최소로 할 수 있으며, 휘도를 2배 이상 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 세라믹-유리 복합체 충방전소자를 이용하여 고휘도 특성을 갖는 면광원 장치를 용이하게 제작할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

다수의 홀이 형성되어 있는 하부판;

후면에 형광물질이 도포되어 있는 상부판;

상기 하부판의 다수의 홀에 삽입되는 구조로 형성되어 있고, 상기 상부판의 형광물질과 방전현상을 일으키는 유전체를 구비하는 세라믹-유리 복합체 충방전소자;

상기 세라믹-유리 복합체 충방전 소자는 외부에서 전계가 인가되는 실버전극이 한면에 도포되어 있으며 (CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂)+글래스 프릿(glass frit) 의 조건식을 만족하는 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 하부판의 홀은 사각형 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제2항에 있어서,

상기 세라믹-유리 복합체 충방전소자는 상기 홀에 삽입가능한 입체구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제3항에 있어서,

상기 입체구조는 하부판과 결합하기 위한 턱이 밑면에 형성되어 있는 육면체의 구조인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제4항에 있어서,

상기 세라믹-유리 복합체 충방전소자의 내부는 유전체가 도포되어 있는 공간이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 하부판의 측면에 구비되어 세라믹-유리 복합체 충방전소자와 대항방전을 일으키기 위한 측면 세라믹-유리 복합체 충방전 소자를 더 포함하는 면광원 장치.
제6항에 있어서,

상기 측면 세라믹-유리 복합체 충방전소자는 L자 형태인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
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제1항에 있어서,

상기 세라믹-유리 복합체 충방전소자는 유전손실이 0.25%이내인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
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제1항에 있어서,

상기 CaO는 0≤CaO≤1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제12항에 있어서,

상기 MgO는 0≤MgO≤1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제13항에 있어서,

상기 SrO는 0≤SrO≤1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제14항에 있어서,

상기 CaO+MgO+SrO=1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 ZrO₂는 0≤ZrO₂≤1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제16항에 있어서,

상기 TiO₂는 0≤TiO₂≤1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제17항에 있어서,

상기 ZrO₂+TiO₂=1mol 인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 세라믹-유리 복합체 충방전소자는 상기 조성물에 MnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃ 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 첨가제를 첨가한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제19항에 있어서,

상기 첨가제는 상기 조성물 기준으로 0≤첨가제≤3wt%의 조건을 만족하도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 글래스 프릿은 SiO₂, BaO, CaO 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제21항에 있어서,

상기 글래스 프릿은 SiO₂ 1mol, BaO 0.6mol, CaO 0.4mol 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항에 있어서,

상기 글래스 프릿은 무연 유리성분을 1100℃에서 합성한 후 전조성에 0.3wt% 이상 10wt% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.