진공 형광 표시장치{Vacuum Fluorescent Display}

본 발명은 전자 충돌시에 광을 방출하는 형광체를 갖는 진공 형광 표시장치에 관한 것이다.

종래의 이와 같은 타입의 진공 형광 표시장치는 적어도 일부가 광 투과성을 가진 표시면을 구성하는 외위용기(envelope)를 포함하고 있다. 형광층은 이 외위용기의 표시면 내측에 형광체를 도포함으로써 형성된다. 형광층으로 전자를 방출하기 위한 캐소드 전극, 캐소드 전극으로부터 전자를 인출하기 위한 그리드 전극, 그리고 캐소드 전극으로부터 인출되는 전자를 가속하기 위한 애노드 전극이 외위용기 내의 진공 공간에 배치되어 있다.

그리드 전극에 의해 캐소드 전극으로부터 인출되는 전자는 애노드 전극에 의해 가속되어 형광층에 충돌한다. 그래서, 형광층을 형성하는 형광체가 전자의 충격에 의하여 여기되어서 형광층은 여기된 형광체에 상응하는 색으로 광을 방출한다.

형광층으로부터 방출되는 광은 광학 필름을 통하여 표시면으로 출사한다.

이 때에, 고전압이 애노드 전극에 인가되면, 높은 속도로 가속된 전자는 형광층에 충돌하여 휘도를 증가시킨다. 그러나, 전자가 충돌할 때 형광층의 온도가 급격하게 증가하여 휘도가 급격하게 감소한다. 충돌전자가 높은 에너지를 가지기 때문에 형광층에 의해 발생되는 X선의 량이 증가하고 X선은 표시면으로부터 외측으로 원치않게 누설한다.

형광층의 이와 같은 급격한 온도상승과 X선의 누설발생을 억제하기 위하여, 종래에는 애노드 전극에 인가되는 전압이 낮게 억제되어 있다. 그러나, 애노드에 인가되는 전압이 감소할 때 고 휘도 광이 얻어질 수 없다. 일부의 투사형 음극선관에서는 두꺼운 진공 외위용기로 X선의 누설을 방지하기 위한 대책과 냉각액 기구로 형광층의 과열을 방지하기 위한 대책이 별도로 취해지고 있다. 이 경우에, 음극선관이 크기가 크게되고 무거워져서, 소형의 진공 형광 표시장치에 채용될 수 없다. X선 누설을 방지하기 위하여 외위용기의 표시면(형광 스크린 플레이트)이 납글라스(lead glass)로 만들어 질 수 있다. 그러나, 이 경우에, 흑화 현상이 열에 의하여 발생하기 때문에 외위용기의 표시면이 납글라스로 만들어질 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 X선의 누설과 형광층의 과열이 간단한 구조로 방지되는 진공 형광 표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 고 휘도광이 얻어질 수 있도록 애노드 전극에 인가되는 전압이 증가되는 진공 형광 표시장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진공 형광 표시장치의 개략적인 형태를 나타낸 단면도,

도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 캡이 3색 표시장치에 적용되는 예를 각각 나타내는 정면도 및 평면도,

도 3a는 주상 그래파이트의 단면 사시도,

도 3b는 도 3a에 도시된 주상 그래파이트를 구성하는 카본 나노튜브의 확대 정면도,

도 3c는 도 3b에 도시된 카본 나노튜브의 선단에 대한 확대 정면도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원 튜브의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 외위용기 1-1 : 원통형 글라스 벌브

1-2 : 원형 형광 스크린 플레이트(표시면)

1-3 : 원형 글라스 스템 2 : 형광 스크린

3 : 세라믹 기판 4 : 캐소드 전극

4-1 : 전극 4-2 : 주상 그래파이트

4-2a : 카본 나노튜브 5 : 그리드 전극

5-1 : 메쉬부 6 : 애노드 전극

7-1 ~ 7-3 : 리드 핀 8 : 갭

9 : 캡 9-1 : 광 출사면

9-2 : 원통부 10 : 광학 필름

11 : 실리콘 접착제 12 : 냉각액

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전자를 방출하기 위한 캐소드 전극, 캐소드 전극으로부터 전자를 인출하기 위한 그리드 전극, 캐소드 전극으로부터 인출된 전자를 가속하기 위한 애노드 전극, 진공 공간내에 캐소드 전극, 그리드 전극 및 애노드 전극을 수용하고 광 투과성을 가지는 표시부, 외위용기의 표시부 내측면 상에 형성되고 애노드 전극에 의해 가속되는 전자 충돌시에 광을 방출하는 형광층, X선 차폐물질로 만들어지고 갭을 개재하여 외위용기의 표시부를 둘러싸도록 외위용기 외측에서 지지되며 형광층으로부터 방출된 광이 외위용기의 표시부를 통하여 출사하는 광 출사면을 가지는 캡을 포함하는 적어도 하나의 외위용기를 구비하는 진공 형광 표시장치가 제공된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전계방출형 램프인 제 1 실시예에 따른 진공 형광 표시장치를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 외위용기(1)의 내부공간은 진공으로 유지되어 있다. 외위용기(1)는 원통형 글라스 벌브(bulb)(1-1), 글라스 벌브(1-1)의 전면측 개구에 접착에 의해 고정된 원형 형광 스크린 플레이트(표시면)(1-2), 그리고 글라스 벌브(1-1)의 후면측 개구에 접착에 의해 고정된 원형 글라스 스템(1-3)으로 구성되어 있다. 글라스 벌브(1-1)는 2mm의 두께를 가진다. 형광 스크린 플레이트(1-2)는 광 투과성을 가지는 4-mm두께의 백색 글라스로 만들어져 있다. 외위용기(1), 예를들어 글라스 벌브(1-1)는 약 5㎝의 직경과 약 10㎝의 길이를 가진다.

형광체가 형광층으로 형성되는 형광 스크린(2)을 형성하도록 형광 스크린 플레이트(1-2)의 내측면에 도포되어 있다.

외위용기(1)에서, 세라믹 기판(3)이 글라스 스템(1-3)에 근접하여 배치되어 있고, 캐소드 전극(4)이 세라믹 기판(3)의 형광 스크린(2)측에 장착되어 있다. 캐소드 전극(4)은 전극(4-1)과 도전성 접착제로 전극(4-1)에 고정된 많은 주상 그래파이트(graphite columm)(4-2)로 구성되어 있다. 각각의 주상 그래파이트(4-2)는 카본 나노튜브의 집합재로 만들어져 있고 수 ㎛내지 수 ㎜의 길이를 가진 바늘 형상으로 되어 있다. 메쉬부(5-1)가 형성된 그리드 전극(5)은 주상 그래파이트(4-2)를 덮도록 캐소드 전극(4)과 형광 스크린(2) 사이에 배치되어 있다. 애노드 전극(6)이 형광 스크린(2)에 근접하여, 형광 스크린(2)과 그리드 전극(5) 사이에 배치되어 있다.

캐소드 전극(4)의 구조는 본 출원인에 의하여 출원된 USP NO. 6,239,547(인용1)과 일본 특허공개공보 NO. 2000-149765(인용2)에 상세히 개시되어 있다.

인용 1 및 2에 개시되어 있는 주상 그래파이트(4-2)는 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 카본 나노튜브(4-2a)가 거의 동일한 방향으로 집합한 구조체로 되어 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 각 카본나노튜브(4-2a)는 완전히 흑연화되고 원통상으로 되어 있으며 약 4㎚ 내지 50㎚의 직경과 1㎛ 정도의 길이를 가지고 있다. 도 3c는 카본 나노튜브의 선단을 확대하여 나타낸 것이다.

DC 아크방전이 약 1㎜ 내지 2㎜ 만큼 서로로부터 떨어져 있는 2개의 카본 전극 사이의 헬륨 가스에서 일어나게 될 때, 애노드의 카본이 증발되고 캐소드측 카본 전극의 선단에 퇴적물을 형성하도록 응집되며, 카본 나노튜브(4-2a)가 형성된다. 다시 말하면, 안정한 아크방전이 헬륨 가스내에 약 1㎜로 유지되는 카본 전극 사이의 갭에서 유지될 때, 애노드의 카본 전극의 것과 거의 동일한 직경을 가지는 원주상(columnar)의 퇴적물이 캐소드의 선단에서 형성된다.

원주상 퇴적물은 예를들면 외측의 단단한 껍질과 내측의 약한 검은 심(core)의 2개 영역으로 형성된다.

내부 심은 퇴적물 기둥의 길이 방향으로 연장하는 섬유상의 조직을 가진 주상 그래파이트로 구성된다. 퇴적물 기둥이 절단될 때 주상 그래파이트(4-2)가 얻어질수 있다. 외측의 단단한 껍질은 그래파이트 다결정으로 만들어진다.

주상 그래파이트(4-2)에서, 복수의 카본 나노튜브 뿐만아니라 카본의 다면체 미립자(nanopolyhedrons)가 집합체를 형성하고 있다. 카본 나노튜브는 도 3c에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 그래파이트의 단일층이 원통상으로 폐쇄 있는 구조로된 것들과 복수의 그래파이트층이 차례차례 집어넣어져 포개지는 구조로 적층하여 원통상으로 폐쇄되는 동축 다층구조의 것들로 분류되어 있다. 각 구조의 중심부는 공동으로 되어 있다.

리드 핀(7-1, 7-2)을 통하여 캐소드 전극(4)과 그리드 전극(5)에 걸쳐 전압이 인가될 때, 높은 전계가 전극(4-1)상에 고정된 주상 그래파이트(4-2)의 카본 나노튜브(4-2a)의 선단에 집중된다. 따라서, 전자가 카본 나노튜브(4-2a)의 선단으로부터 인출되어 메쉬부(5-1)로부터 방출된다.

그리드 전극(5)의 전위보다 더 높은 전압이 리드 핀(7-3)을 통하여 그리드전극(5)보다 형광 스크린(2)에 더 근접하여 배치된 애노드 전극(6)에 인가된다. 메쉬부(5-1)에 의해 방출되는 캐소드 전극으로부터의 전자가 애노드 전극(6)에 의해 가속되어 형광 스크린(2)에 충돌한다.

그래서, 형광 스크린(2)을 형성하는 형광체는 전자충격에 의하여 여기되고, 형광 스크린(2)은 여기된 형광체에 상응하는 색으로 광을 방출한다. 형광 스크린(2)에 의해 방출된 광은 형광 스크린 플레이트(1-2)를 통하여 투과된다.

납 글라스로 만들어진 하부 원통 캡(9)은 형광 스크린 플레이트(1-2)를 둘러싸도록 갭(8)을 통하여 외위용기(1)의 정면측에 부착되어 있다. 더욱 구체적으로는 형광 스크린 플레이트(1-2)와 형광 스크린 플레이트(1-2)에 이어지는 글라스 벌브(1-1)를 둘러싸는 영역의 거의 1/3이 캡(9)에 의하여 피복되어 있다. 캡(9)은 두께가 3-㎜이다. 캡(9)의 하부로써 광 출사부(9-1)는 편평한 내측면과 외측면(광출사면)을 가진다. 형광 스크린(2)으로부터 방출되어 형광 스크린 플레이트(1-2)를 통하여 투과되는 광은 광출사부(9-1)의 광출사면으로부터 출사된다. 출사광의 색순도를 증가시키기 위한 광학 필름(10)이 광 출사부(9-1)의 광 출사면에 접착되어 있다.

갭(G1)은 광 출사부(9-1)와 형광 스크린 플레이트(1-2) 사이에 형성되어 있으며, 갭(G2)은 캡(9)의 원통부(9-2)의 내측표면과 글라스 벌브(1-1)의 외측표면 사이에 형성되어 있다. 갭(8)은 갭(G1, G2)으로 구성되어있다. 물과 같은 투명 냉각액(12)이 갭(8)내에 밀봉되어 있다. 냉각액(12)은 캡(9)의 원통부(9-2)의 선단 내측부와 글라스 벌브(1-1)의 외측표면 사이부분을 링 형상으로 실리콘접착제(11)로 폐쇄함으로서 갭(8)내에 밀봉된다. 갭(G1, G2)은 각각 폭이 2mm이다.

형광 스크린(2)으로부터 방출된 광은 형광 스크린 플레이트(1-2)를 통하여 투과된 후 갭(8)(냉각액12)→캡(9)의 광 출사부(9-1)→광학필름(10)을 통하여 외측으로 출사된다. 형광 스크린(2)의 열은 갭(8)내의 냉각액(12)에 의하여 흡수된다. 그래서, 형광 스크린(2)의 급격한 온도증가가 방지되어서 고 휘도 광이 애노드 전극(6)에 인가되어지는 전압을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다. 형광 스크린 플레이트(1-2)의 두께가 감소될 때, 형광 스크린(2)의 냉각효과가 더욱 증가된다.

본 실시예의 표시장치는 캡(9)을 가지지 않는 종래의 전계 방출형 램프와 비교되었다. 본 실시예에 따르면, 휘도가 형광 스크린(2)의 온도 증가에 기인하여 높았을 때 휘도 감소율은 종래의 전계 방출형 앰프의 것의 1/10이었다. 형광 스크린(2)이 갭(8)내의 냉각액(12)에 의하여 냉각되기 때문에, 캡(9)의 온도 증가에 의해 발생되는 납 글라스로 만들어진 캡(9)의 흑화 현상이 방지된다. 광학 필름(10)의 열 열화가 역시 방지되기 때문에 고 휘도와 안정한 광 방출이 높은 색 순도로 얻어질 수 있다.

형광 스크린(2)에 의하여 발생된 X선은 갭(8) (냉각액(12))을 통하여 투과된 후 캡(9)의 광 출사부(9-1)를 통하여 외측으로 누설되는 경향이 있다. 캡(9)이 납 글라스로 만들어져 있기 때문에, X선은 캡(9)에 의하여 차폐된다. 글라스 벌브(1-1)로부터 누설하는 경향이 있는 X선은 역시 캡(9)의 원통부(9-2)에 의하여 차폐된다. 그래서 외측으로 누설되는 X선의 전체량은 매우 적다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 X선 누설 방지와 형광 스크린의 과열 방지가 납 글라스로 만들어진 캡(9)이 외위용기(1)의 정면에 부착되고 냉각액(12)이 캡(9)과 외위용기(1) 사이의 갭(8)에 밀봉되어 있는 간단한 구조로 얻어질 수 있다. 그 결과로, 애노드 전극(6)에 인가되는 전압이 증가되므로 고 휘도 광이 얻어질 수 있다.

갭(8)내에서 밀봉되어지는 냉각액의 량은 냉각액(12)의 열팽창을 감안하여 결정된다. 갭(8)의 체적은 갭(G1, G2)의 크기를 변경함으로써, 자유로이 조정될 수 있다. 보다 구체적으로는 냉각액(12)의 량과 갭(8)의 체적은 자유로이 설정될 수 있다. 냉각액(12)의 열팽창으로 인해 증가하는 갭(8)내의 압력이 갭(8)을 밀봉하는 연 실리콘 접착제에 의하여 흡수된다. 실리콘 접착제(11) 대신 형광 고무패킹도 사용될 수 있다.

상기 실시예에서 냉각액(12)이 갭(8)내에 밀봉되어 있지만, 냉각액(12)은 반드시 필요한 것은 아니다. 냉각액(12)이 밀봉되지 않을 때, 형광 스크린(2)의 열은 외위용기(1)의 형광 스크린 플레이트(1-2)와 캡(9) 사이의 갭(8)을 통하여 캡(9)으로부터 방산된다. 이 경우에 과열을 방지하기 위하여 형광 스크린(2)은 물에의할뿐만 아니라 공기에 의하여 냉각된다. 이때에 갭(8)은 완전히 실리콘 접착제(11)에 의하여 밀봉될 필요가 없으므로 갭(8)과 외측은 서로 통할수 있다.

상기 실시예에서, 캡(9)은 납 글라스로 만들어져 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 캡(9)은 X선 차폐물질로 만들어질 수도 있다. 냉각액(12)은 물로만 제한되지 않는다. 예를들면, 에틸렌글리콜과 디에틸렌글리콜의혼합액도 채용될 수 있다. 캐소드 전극(4)은 카본 나노튜브를 사용하는 전극으로되어 있다. 그러나 캐소드(4)는 카본 나노튜브를 사용하는 전극에만 한정되는 것이 아니다.

상기 실시예에서, 본 발명은 한 가지색의 광을 방출하는 표시장치에 적용되어 있다. 그러나, 본 발명은 3가지색의 광을 방출하는 표시장치에도 적용될 수 있다. 도 2a와 도 2b는 본 발명이 3색 표시장치에 적용되는 경우를 개략적으로 나타내고 있다. 도 2a에서 공통의 캡(9')은 3가지 색에 상응하는 3개의 진공 형광 표시장치 튜브의 외위용기(1a, 1b, 1c)의 정면상에 형성되어 있다.

보다 구체적으로는, 캡(9)은 각각으로 외위용기(1a, 1b, 1c)에 제공되지 않고 하나의 캡(9')으로 외위용기(1a, 1b, 1c)의 형광 스크린 플레이트(1a-2, 1b-2, 1c-2)를 떠 맡도록 하고 있다. 광학 필름(10')은 캡(9')의 광 출사면에 부착되어 있다. 캡(9')은 상자 형상으로 납 글라스로 형성되고 직사각형의 광출사면을 가진다. 냉각액은 캡(9')과 외위용기(1a, 1b, 1c) 사이의 갭내에 실리콘 접착제를 사용하여 밀봉되어 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.

국부적인 차폐 구조에서는 고전압이 인가되는 경우, 스파크가 발생하고 안정한 동작이 곤란한 경우가 있다. 리드 핀이 차폐되지 않기 때문에 고전압이 인가될 때 핀들사이에서 방전이 일어날때가 있다. 또한 예를들면, 표시장치가 외부 전계로부터 차폐되어 있지 않는 경우, 고전압 구동은 수행되기가 어렵다. 제 2 실시예에 따른 광원 튜브는 카본 나노튜브나 또는 카본 나노파이버로 형성되는 전자원을가지고 있으며 X선 차폐기구 및 냉각기구가 설치되어 있다.

X선 차폐 기구는 전극부를 제외한 외유용기(1)를 덮는 원통상의 X선 차단재(19-1)와 납 글라스로 만들어지고 광원 튜브의 광 출사면에 상응하는 X선 차단재(19-1)의 한 개구에 끼워져 있는 정면 글라스 부재(19-2)를 가지는 캡(19)으로 형성되어 있다. 또한, X-선 차단재(19-1)는 납 글라스나 또는 어떤 광 투과성도 가지지 않는 X선 차폐 물질로 만들어져 있다. 캡(19)은 외위용기(1)와 같이 갭(8)을 형성하도록 배치되어 있다.

냉각기구는 외위용기(1)와 캡(19) 사이에 형성된 갭(8)과, 갭(8)내에 밀봉된 예를들면 오일과 같은 냉각액(12)으로 구성되어 있다. 이와 같은 구성으로 전체의 광원 튜브는 냉각액(12)으로 덮어져 있다.

따라서 광원 튜브는 외부 전계로부터 차폐된다. 고전압이 인가되는 경우에도, 광원 튜브는 안정한 전자빔 구동 동작을 수행할 수 있다. 30kV~40kV의 고전압이 애노드에 인가될 수 있고 광원 튜브의 정면(형광 스크린)이 냉각되므로 고 휘도가 얻어질 수 있다.

냉각액(12)은 실리콘 고무와 같은 절연 물질로 만들어지는 밀봉 부재(스템)(13)에 의해 밀봉되어 있다. 밀봉 부재(13)의 외측 직경은 외위용기(1)의 직경 보다 약간 더 크다. 냉각액(12)이 절연성 실리콘 고무로 밀봉되어 있는 경우, 광원 튜브와 캡(19)은 광원 튜브의 외위용기(1)를 피복하는 캡(9)(차폐 글라스 튜브)의 외부 형상에 악영향을 주지않고 서로 고정 될 수 있고, 냉각액(12)은 광원 튜브의 외위용기(1)와 캡(19) 사이의 갭에 밀봉 될 수 있다.

여러 가지의 리드 핀(7-1~7-3)이 밀봉 부재(13)내에 매입되고 고정되어 있다. 여러 가지의 리드 핀(7-1~7-3)이 이와 같은 방식으로 매입되고 절연성 밀봉 부재로 고정되어 있을 때, 리드 핀(7-1~7-3)간의 방전이 방지될 수 있고 리드와이어가 고전압 상태하에서도 안정하게 연장 될 수 있다.

또한 갭(8)에 통하여 있는 액체 저장용기(14)가 밀봉 부재(13)내에 형성될 수 있다. 이것은 냉각액(12)의 열 팽창에 의해 발생되는 체적의 변화를 흡수할 수 있다. 그와 같은 액체 저장 용기(14)가 밀봉 부재(13)내에 형성되어 있을 때, 밀봉 부재는 바람직스럽게 탄력성을 가진다.

본 실시예에, X선 차폐기구를 구성하는 정면 글라스 부재(19-2)는 편평한 글라스 부재에만 한정되는 것이 아니며 우묵하게 들어가거나 또는 나온 표면을 형성할 수 있다. X선 차폐기구의 정면 글라스 부재(19-2)와 광원 튜브의 정면 글라스부재(형광 스크린 플레이트) 사이의 거리는 임의로 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 광 투과성을 가지며 X선 차폐 물질로 만들어진 캡이 외위용기와 갭을 형성하면서 표시면을 둘러싸도록 외위용기 외측에 배치되어 있다. 따라서, X선 누설 방지 및 형광 스크린의 과열 방지가 간단한 구조로 얻어질 수 있다. 동시에, 고 휘도광이 애노드 전극에 인가되어지는 전압을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다.

냉각액이 갭내에 밀봉되어 있기 때문에, 형광 스크린의 과열방지 효과가 증가될 수 있다. 캡이 납 글라스로 형성되기 때문에 X선을 방지하는 효과가 증가될수 있다.