KR102345744B1 - Wavelength tunable UV emission device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는, 전자를 방출시키는 전자 방출 소자; 전자 방출 소자와 이격되게 마련되며, 전자 방출 소자에서 방출되어 그 일면으로 입사된 전자를 그 타면으로 공급하는 전극; 및 전극의 타면 방향으로 서로 적층되게 마련되고, 서로 다른 밴드 갭을 가지며, 전극에서 공급되는 전자를 이용하여 자신의 밴드 갭에 따라 서로 다른 파장의 자외선을 방출시키는 다수의 자외선 방출층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention comprises: an electron emitting device for emitting electrons; an electrode provided to be spaced apart from the electron-emitting device and supplying electrons emitted from the electron-emitting device and incident on one surface thereof to the other surface; and a plurality of ultraviolet emitting layers provided to be stacked on each other in the direction of the other surface of the electrode, having different band gaps, and emitting ultraviolet rays of different wavelengths according to their own band gaps using electrons supplied from the electrodes; characterized in that
Description
본 발명은 자외선 방출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방출되는 자외선의 파장을 조절할 수 있는 자외선 방출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultraviolet ray emitting device, and more particularly, to an ultraviolet ray emitting device capable of adjusting the wavelength of the emitted ultraviolet ray.
자외선(Ultraviolet rays; UV)은 가시광선보다는 파장이 짧고 X선보다는 파장이 긴 전자기파로서, 통상적으로 100㎚ 내지 400㎚의 파장을 가진다. 이러한 자외선은 인체에 노출되면 해로운 것으로 알려져 있지만, 각종 산업 분야에서는 오히려 다양한 용도로 유용하게 사용되고 있다. 예를 들어, 자외선은 벌레 유인용으로 사용되거나, 포토 리소그래피(photo lithography) 공정, 큐어(cure) 공정 등과 같은 반도체/디스플레이 제조 공정에 사용되거나, 식수의 소독용으로 사용되거나, 공기청정기로 사용되거나, 각종 기구의 살균용으로 사용될 수 있다.Ultraviolet rays (UV) are electromagnetic waves having a shorter wavelength than visible light and longer than X-rays, and typically have a wavelength of 100 nm to 400 nm. Although it is known that these ultraviolet rays are harmful when exposed to the human body, they are usefully used for various purposes in various industrial fields. For example, ultraviolet rays are used to attract insects, are used in semiconductor/display manufacturing processes such as photo lithography processes, cure processes, etc., are used for disinfection of drinking water, are used as air purifiers, It can be used for sterilization of various instruments.
한편, 각종 산업 분야에서 사용되는 자외선은 그 용도에 따라 그 파장이 서로 다른 것이 사용된다. 하지만, 종래의 자외선 방출 장치는 특정 파장의 자외선만을 방출하도록 단순하게 구현되어 있다. 따라서, 종래의 자외선 방출 장치를 이용할 경우, 각 용도에 따라 그 파장이 다른 자외선 방출 장치를 별도로 구비해야 하는 문제점이 있었다.On the other hand, ultraviolet rays used in various industrial fields have different wavelengths depending on their use. However, the conventional ultraviolet emitting device is simply implemented to emit only ultraviolet rays of a specific wavelength. Therefore, when using the conventional UV emitting device, there is a problem in that it is necessary to separately provide a UV emitting device having a different wavelength according to each use.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 방출되는 자외선의 파장 조절이 가능한 자외선 방출 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide an ultraviolet emitting device capable of controlling the wavelength of emitted ultraviolet rays.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는, (1) 전자를 방출시키는 전자 방출 소자, (2) 상기 전자 방출 소자와 이격되게 마련되며, 상기 전자 방출 소자에서 방출되어 그 일면으로 입사된 전자를 그 타면으로 공급하는 전극 및 (3) 상기 전극의 타면 방향으로 서로 적층되게 마련되고, 서로 다른 밴드 갭을 가지며, 상기 전극에서 공급되는 전자를 이용하여 자신의 밴드 갭에 따라 서로 다른 파장의 자외선을 방출시키는 다수의 자외선 방출층을 포함한다.A wavelength-controlled ultraviolet emission device according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, (1) an electron emission device for emitting electrons, (2) is provided to be spaced apart from the electron emission device, and the electron emission device (3) an electrode that is emitted from the device and supplies electrons incident on one surface to the other surface; It includes a plurality of ultraviolet emitting layers that emit ultraviolet rays of different wavelengths according to the band gap of the.
상기 각 자외선 방출층은 전극에서 멀리 위치할수록 더 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.Each of the UV-emitting layers may have a larger band gap as it is positioned farther from the electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 가장 큰 밴드 갭을 가지는 상기 자외선 방출층의 타면에 마련된 기판을 더 포함할 수 있다.The wavelength-controlled UV emitting device according to an embodiment of the present invention may further include a substrate provided on the other surface of the UV emitting layer having the largest band gap.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 음극이 상기 전자 방출 소자와 연결되고, 양극이 상기 전극과 연결되어 전압을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하며, 상기 전원 공급부는 공급하는 전압을 조절하는 전압제어부를 포함할 수 있다.The wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention further includes a power supply having a cathode connected to the electron emitting device, and an anode connected to the electrode to supply a voltage, wherein the power supply receives the voltage supplied It may include a voltage control unit to adjust.
상기 전압제어부는 사용자의 조정에 의하여 상기 전원제어부의 선택 전압이 결정되는 전압조절장치를 포함하며, 상기 전압조절장치는 상기 각 자외선 방출층을 선택할 수 있는 인덱스; 및 상기 각 자외선 방출층 사이의 계면을 선택할 수 있는 인덱스를 포함할 수 있다.The voltage control unit includes a voltage control unit for determining the voltage selected by the power control unit by a user's adjustment, wherein the voltage control unit includes an index for selecting each UV emitting layer; and an index capable of selecting an interface between the respective UV-emitting layers.
상기 전원 공급부는 전압의 공급 시간을 컨트롤하는 시간제어부를 포함할 수 있다.The power supply unit may include a time control unit for controlling the supply time of the voltage.
상기 전원 공급부는 상기 전압제어부 및 상기 시간제어부를 종합적으로 제어하는 통합관리부를 포함하며, 상기 통합관리부는 상기 전압제어부 및 상기 시간제어부를 제어하여 상기 각 자외선 방출층에 해당되는 전압의 크기가 방출되는 시간을 컨트롤할 수 있다.The power supply unit includes an integrated management unit that comprehensively controls the voltage control unit and the time control unit, and the integrated management unit controls the voltage control unit and the time control unit to emit a voltage corresponding to each UV emitting layer. You can control time.
상기 다수의 자외선 방출층 중에서 적어도 하나가 양자 우물 구조를 가질 수 있다.At least one of the plurality of UV-emitting layers may have a quantum well structure.
상기 전자 방출 소자는 냉음극형 또는 광음극형인 것일 수 있다.The electron emission device may be of a cold cathode type or a photocathode type.
상기 전극은 광 반사층을 더 포함할 수 있다.The electrode may further include a light reflective layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 상기 전자 방출 소자와 상기 전극 사이에 마련된 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.The wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention may further include a gate electrode provided between the electron emitting device and the electrode.
상기 게이트 전극은 다수의 개구부를 구비한 메쉬 구조를 포함할 수 있다.The gate electrode may include a mesh structure having a plurality of openings.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 방출되는 자외선의 파장 조절이 가능하므로 각 산업에 필요한 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 동시에 둘 이상의 용도로 사용할 수 있는 이점이 있다. The wavelength control UV emitting device according to an embodiment of the present invention configured as described above can be used for various purposes required for each industry because it is possible to control the wavelength of the emitted UV rays, and there is an advantage that it can be used for two or more purposes at the same time .
다수의 자외선 방출층 중에 자외선을 방출할 자외선 방출층을 선택하기 위해 전압만 조절하면 되는 간단한 구조이므로, 제작 비용이 저렴할 뿐 아니라, 소형화가 가능한 이점이 있다.Since it is a simple structure that only needs to adjust the voltage in order to select an ultraviolet emitting layer that will emit ultraviolet rays from among a plurality of ultraviolet emitting layers, there is an advantage in that the manufacturing cost is low and miniaturization is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치를 나타낸다.
도 2는 2개의 방출층(3a, 3b)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서 제1 방출층(3a)이 자외선을 방출하는 것을 나타낸다.
도 3은 2개의 방출층(3a, 3b)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서 제2 방출층(3b)이 자외선이 방출하는 것을 나타낸다.
도 4는 2개의 방출층(3a, 3b)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서 제1 방출층(3a) 및 제2 방출층(3b)이 자외선이 방출하는 것을 나타낸다.
도 5는 게이트 전극(13)을 더 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치를 나타낸다.1 shows a wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows that the
FIG. 3 shows that the
4 is a first emission layer (3a) and a second emission layer (3b) in the wavelength control ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention having two emission layers (3a, 3b) to emit ultraviolet rays indicates.
5 shows a wavelength-controlled UV-emitting device according to an embodiment of the present invention further including a
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The above object and means of the present invention and its effects will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily understand the technical idea of the present invention. will be able to carry out In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, the terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form as the case may be, unless otherwise specified in the phrase. As used herein, terms such as “include”, “provide”, “provide” or “have” do not exclude the presence or addition of one or more other components other than the mentioned components.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.In this specification, expressions such as “or” and “at least one” may indicate one of the words listed together, or a combination of two or more. For example, “or B” and “at least one of B” may include only one of A or B, or both A and B.
본 명세서에서, “예를 들어”와 같은 표현에 따르는 설명의 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있다. 또한, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.In this specification, information presented such as a recited characteristic, variable, or value of a description according to an expression such as “for example” may not exactly match. In addition, the embodiments of the present invention according to various embodiments of the present invention should not be limited by effects such as variations including tolerances, measurement errors, limits of measurement accuracy, and other commonly known factors.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.In this specification, when a component is referred to as 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but another component is intervening It should be understood that there may be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is 'directly connected' or 'directly connected' to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein may be used with meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in general used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치를 나타낸다. 1 shows a wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 방출되는 자외선의 파장 조절이 가능한, 즉 방출되는 자외선의 파장(λ)을 선택할 수 있는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 방출 소자(1), 애노드 전극(anode electrode)(2) 및 자외선 방출층(3)을 포함한다. 이때, 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2)은 서로 이격되게 마련되며, 애노드 전극(2)과 자외선 방출층(3)은 서로 접하도록 마련된다.The wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention is a device capable of controlling the wavelength of the emitted ultraviolet ray, that is, selecting the wavelength (λ) of the emitted ultraviolet ray. As shown in FIG. 1 , the electron emitting device (1), an anode electrode (2) and an ultraviolet emitting layer (3). In this case, the
전자 방출 소자(1)는 전자(e)를 방출시키는 구성이다. 이때, 전자 방출 소자(1)는 그 구성이 특별히 제한되는 것이 아니다. 다만, 전자빔의 집중 또는 확산의 용이함과 보다 빠른 구동을 위하여, 냉음극 재료를 적용한 냉음극형 또는 광음극형으로 이루어질 수 있다. 즉, 전자 방출 소자(1)는 전자를 공급받는 캐소드 전극(cathode electrode, 11)과, 캐소드 전극(11)의 일면에 돌출되게 형성되어 전자를 방출시키는 에미터(emitter, 12)를 포함할 수 있다. 각 에미터(12)는 캐소드 전극(11)의 타면 상에서 서로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 이때, 캐소드 전극(11)과 에미터(12)는 그 재질이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 에미터(12)는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 산화아연(Zinc oxide) 나노와이어, 탄소나노파이버, 나노그래핀 및 마이크로팁 중에 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.The electron-
애노드 전극(2)은 전자 방출 소자(1)에서 방출되어 그 일면으로 입사된 전자(e)를 그 타면으로 공급받는 애노드 전극(anode electrode)으로서, 전자 방출 소자(1)와 이격되게 마련된다. 이때, 애노드 전극(2)은 그 재질이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전자가 잘 침투할 수 있는 연성의 재질이 보다 유리할 수 있다.The
자외선 방출층(3)은 자외선을 방출시키는 구성으로서, 복수개가 구비된다. 즉, 각 자외선 방출층(3)은 애노드 전극(2)의 타면 방향으로 서로 적층되게 마련된다. 이때, 각 자외선 방출층(3)은 서로 다른 밴드 갭(band gap, BG)을 갖는 반도체 재질로 이루어지며, 애노드 전극(2)으로부터 공급받은 전자를 이용하여 자신의 밴드 갭(BG)에 따라 서로 다른 파장(λ)의 자외선을 방출시킨다. 이때, 각 자외선 방출층(3)에서 방출되는 자외선은 자신을 방출시키는 자외선 방출층(3)의 밴드 갭(BG)이 클수록 짧은 파장(λ)을 가진다.The
구체적으로, 자외선이 방출되는 원리는 다음과 같다. 즉, 애노드 전극(2)에 입사된 전자(e)가 자외선 방출층(3)에 흡수되면서 그 에너지에 의해 자외선 방출층(3) 내의 가전도대(Valence band) 내의 전자(e)를 전도대(Conduction band)로 여기시킨다. 이후, 여기된 전자는 원래의 가전도대로 전이가 일어나고, 이때 가전도대 내의 홀(hole)과 기저 상태로 돌아가는 전자가 결합을 하게 되면서 잔여 에너지를 방출한다. 이와 같이 방출된 잔여 에너지는 자외선 방출층의 광학적 밴드갭에 따라 일정한 파장을 가지게 되면서 자외선을 방출하게 된다. 일부의 여기된 전자는 밴드갭 내의 불순물 상태(defect state)에 트랩(trap)되며, 이 트랩 상에서 기저 상태로 전이가 일어날 수도 있다. 이때, 방출되는 자외선은 원래 물질이 가지고 있던 밴드갭 보다는 큰 파장을 가진다. 즉, 방출되는 자외선의 파장(λ)은 밴드 갭(BG)에 반비례한다.Specifically, the principle of emitting ultraviolet rays is as follows. That is, as the electron (e) incident on the anode electrode (2) is absorbed by the ultraviolet emission layer (3), the electron (e) in the valence band in the ultraviolet emission layer (3) is transferred to the conduction band ( excitation with a conduction band). Thereafter, the excited electrons transition to the original valence band, and at this time, the holes in the valence band and the electrons returning to the ground state combine to release residual energy. The residual energy emitted in this way has a constant wavelength according to the optical band gap of the ultraviolet emitting layer and emits ultraviolet rays. Some excited electrons are trapped in a defect state in the bandgap, and a transition to the ground state may occur on this trap. At this time, the emitted ultraviolet rays have a wavelength larger than the band gap of the original material. That is, the wavelength (λ) of the emitted ultraviolet light is inversely proportional to the band gap (BG).
이때, 방출하는 자외선의 파장(λ) 선택이 가능하도록 각 자외선 방출층(3)이 구현되어야 한다. 즉, 각 자외선 방출층(3)은 일정 이상의 밴드 갭(BG)을 가져야 하며, 애노드 전극(2)에서 멀리 위치할수록, 즉 애노드 전극(2)의 타면에서 멀리 위치할수록 더 큰 밴드 갭(BGa<…<BGn)을 가져야 한다. 이와 반대로, 낮은 밴드갭의 자외선 방출층(3)이 애노드 전극(2)에서 더 멀리 배치될 경우, 방출된 자외선은 낮은 밴드갭 물질에 의하여 흡수되면서 광효율이 떨어지게 된다. At this time, each
각 자외선 방출증(3)이 가져야 할 밴드갭은 3.0eV 이상이어야 하며, 3.1eV의 밴드갭을 가진 물질은 400㎚의 자외선을 방출할 수 있다. 예를 들어, 방출되는 자외선은 A, B 및 C로 분류할 수 있으며, A는 400㎚ ~ 315㎚, B는 315㎚ ~ 280㎚, C는 280㎚ ~ 200㎚ 범위를 가진다. 이때, 100㎚ ~ 200㎚ 범위는 '진공 자외선'으로 지칭된다. 각 방출층(3)은 A 내지 C, 또는 진공자외선 중에서 선택된 어느 하나의 파장 범위의 자외선을 방출하기 위한 밴드갭을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.The band gap that each
전자(e)는 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 인가된 전압에 따라 최종 도달하는 위치(이하, "최종 도달 위치"라 지칭함)가 달라진다. 즉, 더 큰 전압이 인가될수록, 애노드 전극(2)의 타면에서 더 멀리 배치된 자외선 방출층(3)이 전자(e)의 최종 도달 위치가 된다. 이때, 애노드 전극(2)의 타면에서 더 멀리 배치된 자외선 방출층(3)일수록 밴드 갭(BG)이 커야 자외선 방출이 가능하며, 반대의 경우 자외선 방출 효율이 매우 떨어진다.The electron (e) finally arrives at a position (hereinafter, referred to as “final arrival position”) depending on the voltage applied between the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 애노드 전극(2) 및 자외선 방출층(3)을 지지하기 위한 기판(4)을 더 포함할 수 있다. 즉, 기판(4)은 가장 큰 밴드 갭(BGn)을 가지는 자외선 방출층(3)의 타면에 마련되거나, 가장 큰 밴드 갭을 가지는 재질로 이루어질 수 있으며, 발광 파장과 발열 특성에 따라 밴드갭이 조절될 수 있다. 이때, 기판(4)은 자외선 방출층(3)에서 방출되는 자외선이 투과할 수 있도록 투명 기판인 것이 바람직하나, 그 재질이 한정되는 것은 아니다. 즉, 자외선 방출층(3)에서 방출된 자외선은 기판(4)를 투과하면서 기판(4)의 타면으로 출력될 수 있다. 예를 들어, 기판(4)은 유리 또는 플라스틱의 재질로 이루어질 수 있다. On the other hand, the wavelength control UV emitting device according to an embodiment of the present invention may further include a
도 2 내지 도 4는 2개의 자외선 방출층(3)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서 자외선이 방출되는 모습을 나타낸다. 즉, 도 2는 제1 방출층(3a)이, 도 3은 제2 방출층(3b)이, 도 4는 제1 방출층(3a) 및 제2 방출층(3b)이 자외선을 방출하는 것을 각각 나타낸다.2 to 4 show a state in which ultraviolet rays are emitted from the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention having two ultraviolet emitting layers 3 . That is, FIG. 2 shows that the first emitting
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서 방출되는 자외선의 파장(λ)이 조절되는 것에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 4, the wavelength (λ) of the ultraviolet rays emitted from the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 방출되는 자외선의 파장(λ) 조절을 위해 전원 공급부(5)를 더 포함한다.The wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention further includes a
전원 공급부(5)는 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 전압을 공급하되 공급하는 전압(V)의 크기, 전압(V) 공급 시간 등을 조절하는 구성으로서, 그 음극이 전자 방출 소자(1)와 연결되고, 양극이 애노드 전극(2)과 연결된다.The
전원 공급부(5)는 공급 전압 크기를 조절하는 전압제어부(미도시, VC)를 포함할 수 있다. 전압제어부(VC)는 전원 공급부(5)가 공급하는 전압의 크기를 조절한다. 전자 방출 소자(1)로부터 방출된 전자(e)가 최종 도달하는 자외선 방출층(3) 내의 위치는 전원 공급부(5)로부터 공급되는 전압의 크기에 의하여 조절될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 전원 공급부(5)의 전압제어부(VC)를 컨트롤하여 전원 공급부(5)로부터 공급되는 전압의 크기를 조절함으로써 전자(e)가 최종 도달하는 자외선 방출층(3) 내의 위치 즉 원하는 특정 파장의 자외선을 방출할 자외선 방출층(3)을 선택할 수 있다. 이때, 전원 공급부(5)가 공급하는 전압의 크기가 클수록 전자(e)의 최종 도달 위치도 멀어진다.The
전압제어부(VC)는 전압조절장치(미도시, VA)를 포함할 수 있다. 전압조절장치(VA)는 전압제어부(VC)가 공급하는 전압의 크기를 결정하는 장치로서, 예를 들어 탭 체인저(Tap Changer)와 같이 사용자 또는 별도의 제어프로그램 등에 의하여 탭을 조정하여 공급되는 전압의 크기를 조정하는 장치일 수 있다. 전압조절장치(VA)는 원하는 특정 자외선 방출층(3)을 사용자가 눈으로 확인하여 선택할 수 있는 눈금자 등의 인덱스(ID)를 포함할 수 있다. 인덱스(ID)는 각각의 자외선 방출층(3)이 지정되도록 제공될 수 있다.The voltage controller VC may include a voltage adjusting device (not shown, VA). The voltage regulator VA is a device that determines the magnitude of the voltage supplied by the voltage controller VC, and the voltage supplied by adjusting the tap by a user or a separate control program, such as a tap changer, for example. It may be a device for adjusting the size of The voltage regulating device VA may include an index ID such as a ruler that the user can select by visually checking the desired specific
도 2를 참조하면, 2개의 자외선 방출층(3)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서, 전원 공급부(5)는 전자(e)의 최종 도달 위치가 제1 방출층(3a)이 될 정도의 제1 전압(VA)을 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 공급할 수 있다. 이에 따라, 제1 방출층(3a)은 자신의 밴드 갭(BGa)에 따른 제1 파장(λA)을 갖는 자외선을 방출한다. 제1 방출층(3a)의 선택은 전압조절장치(VA)의 해당 인덱스(ID)를 선택함으로써 달성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , in the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention having two
도 3을 참조하면, 2개의 자외선 방출층(3)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서, 전원 공급부(5)는 전자(e)의 최종 도달 위치가 제2 방출층(3b)이 될 정도의 제2 전압(VB)을 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 공급할 수 있다. 이때, 제2 전압(VB)은 제1 전압(VA) 보다 크다. 이 경우, 제2 방출층(3b)이 자신의 밴드 갭(BGb)에 따른 제2 파장(λB)을 갖는 자외선을 방출한다. 이때, 제2 파장(λB)은 제1 파장(λA) 보다 파장이 짧다. 제1 방출층(3a)의 선택과 마찬가지로 제2 방출층(3b)의 선택도 전압조절장치(VA)의 해당 인덱스(ID)를 선택함으로써 달성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , in the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention having two
도 4를 참조하면, 2개의 자외선 방출층(3)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치에서, 전원 공급부(5)는 전자(e)의 최종 도달 위치가 제1 방출층(3a)과 제2 방출층(3b)의 계면이 될 정도의 제3 전압(VC)을 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 공급할 수 있다. 전압조절장치(VA)는 제1 방출층(3a)과 제2 방출층(3b)의 계면을 선택할 수 있는 인덱스(ID)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 방출층(3a)과 제2 방출층(3b)의 계면에 해당하는 인덱스(ID)를 선택함으로써 공급되는 제3 전압(VC)은 제1 전압(VA) 보다 크고 제2 전압(VB) 보다 작다. 이 경우, 제1 방출층(3a)이 자신의 밴드 갭(BGa)에 따른 제1 파장(λA)을 갖는 자외선을 방출한다. 이와 동시에 제2 방출층(3b)도 자신의 밴드 갭(BGb)에 따른 제2 파장(λB)을 갖는 자외선을 방출한다.Referring to FIG. 4 , in the wavelength-controlled UV emitting device according to an embodiment of the present invention having two
한편, 전원 공급부(5)는 시간제어부(미도시, TC)를 포함할 수 있다. 시간제어부(TC)는 전원 공급부(5)가 공급하는 전압의 공급 시간(시간길이, 전압공급시작시간, 전압공급종료시간 등)을 컨터롤한다. 시간제어부(TC)는 시간조절장치(TA)를 포함할 수 있다. 시간조절장치(TA)는 사용자의 조정에 의하여 시간제어부(TC)의 전압 공급 시간의 길이가 결정되는 장치로서, 예를 들어 탭 체인저(Tap Changer)와 같이 탭을 조정하여 전압 공급 시간의 길이를 조정하는 장치일 수 있으며, 전압공급시작시간과 전압공급종료시간 등을 설정하는 장치일 수 있다.Meanwhile, the
시간제어부(TC)에 의해 전원 공급부(5)는 전압을 공급하는 시간을 조절할 수 있으며 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 각 자외선 방출층(3)이 자외선을 방출하는 시간의 선택이 가능하다.By the time control unit (TC), the
전원 공급부(5)는 통합관리부(GC)를 포함할 수 있다. 통합관리부(GC)는 전압제어부(VC)와 시간제어부(TC)를 종합적으로 제어할 수 있다. 통합관리부(GC)는 전압제어부(VC)와 시간제어부(TC)를 동시에 및/또는 순차적으로 제어함으로써 각 자외선 방출층(3)에 해당되는 전압의 크기가 방출되는 시간의 길이를 컨트롤할 수 있다. 상기와 같이 통합관리부(GC)는 각 자외선 방출층(3)에 해당되는 전압의 크기가 방출되는 시간의 길이를 컨트롤함으로써 각 자외선 방출층(3)이 자외선을 방출하는 순서 및 시간을 선택할 수 있다. 즉, 자외선을 중심으로 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 통합관리부(GC)에 의하여 파장 별로 자외선 방출 시간의 선택이 가능하며, 동시에 파장 별로 자외선 방출 순서 및 시간의 선택이 가능하다. 예를 들어, 3개의 자외선 방출층(3a, 3b, 3c)이 구비된 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 전원 공급부(5)의 전압 크기 및 시간을 조절함으로써, 제1 방출층(3a) 10초 → 제2 방출층(3b) 20초 → 제3 방출층(3c) 5초의 순서로, 또는 그 순서의 순환으로 자외선을 방출하는 자외선 방출층(3)을 선택할 수 있다. 이에 따라, 제1 파장(λA)의 자외선 10초 → 제2 파장(λB)의 자외선 20초 → 제3 파장(λC)의 자외선 5초의 순서로, 또는 그 순서의 순환으로 자외선이 방출될 수 있다.The
또한, 다수의 자외선 방출층(3) 중에서 적어도 하나는 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 이때, 양자 우물 구조를 가지는 자외선 방출층(3)은 더 높은 광효율로 자외선을 방출할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 높은 성능으로 자외선을 방출하는 양자 우물 구조를 가지는 고급형의 자외선 방출층(3)과 일반 성능으로 자외선을 방출하는 양자 우물 구조를 미구비한 보급형의 자외선 방출층(3)을 함께 구성할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 그 용도에 따라 고급형 또는 보급형의 자외선 방출층(3)을 선택할 수 있는 이점이 있다.In addition, at least one of the plurality of
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 광 반사층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 광 반사층은 자외선 방출층(3)에서 방출된 자외선을 반사시키기 위한 구성으로서, 애노드 전극(2) 자체를 광 반사층으로 이용하거나, 애노드 전극(2) 외의 추가 구성으로 구비될 수 있다. 이때, 추가 구성으로 구비되는 경우, 광 반사층은 애노드 전극(2)의 내부에 구비된 층이거나, 애노드 전극(2)의 일면에 구비된 층이거나, 애노드 전극(2)의 타면과 자외선 방출층(3) 사이에 구비된 층일 수 있으며, 자외선 반사 효율이 높은 100㎚ 이하의 얇은 두께를 가질 수 있다.Meanwhile, the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention may further include a light reflective layer (not shown). In this case, the light reflective layer is a configuration for reflecting the UV light emitted from the
이에 따라, 자외선 방출층(3)에서 방출된 자외선은 광 반사층에서 반사되므로, 최종적으로 투명한 기판(4)을 통해서만 출력되도록 그 방향성이 조절될 수 있다. 동시에, 최종 출력되는 자외선의 광 효율도 향상될 수 있다.Accordingly, since the ultraviolet rays emitted from the
도 5는 게이트 전극(13)을 더 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치를 나타낸다.5 shows a wavelength-controlled UV-emitting device according to an embodiment of the present invention further including a
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 전자 방출 소자(1)와 애노드 전극(2) 사이에 마련된 게이트 전극(gate electode)(13)과, 게이트 전극(13)에 전압을 인가하는 제2 전원 공급부(14)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, in the wavelength-controlled ultraviolet emission device according to an embodiment of the present invention, a voltage is applied to the
게이트 전극(13)은 입력되는 전압에 따라 에미터(12)에서 방출되는 전자의 흐름을 조절하는 구성이다. 게이트 전극(13)은 다수의 개구부를 구비한 메쉬 구조(mesh)를 포함할 수 있다. 이때, 각 에미터(12)는 개구부의 상부에 위치하며, 이에 따라 게이트 전극(13)은 에미터(12)에서 방출된 전자를 확산시켜 전자가 골고루 방출되게 하는 역할을 할 수 있다. 게이트 전극(13)은 도전성 물질로 이루어지며, 예를 들어, Au, Ni, Ti, Cr 등의 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide) 등의 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 그래핀 등의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 메쉬 구조의 평면은 원형으로 형성될 수 있다.The
게이트 전극(13)을 구비할 경우, 낮은 전압 조건에서도 빠르고 균일하며 정밀한 전자 방출량(전류)의 조절, 전류 안정도 증가, 용이한 출력 광량 조절 등이 가능한 이점이 있다.When the
게이트 전극(13)은 애노드 전극(2)과 연동하여 방출되는 자외선의 출력을 다르게(예를 들어, A는 출력이 작게, B는 출력이 높게 등) 조절할 수 있다. 또한, 게이트 전극(13)을 구비함에 따라, 애노드 전극(2) 및 캐소드 전극(11) 사이의 간격에 상관없이 전류량을 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 게이트 전극(13)은 펄스형 자외선광 생성 등과 같이 짧은 자외선 조사 시간이 필요한 경우에 더 적합할 수 있다. The
또한, 게이트 전극(13)을 구비함에 따라, 애노드 전극(2) 및 캐소드 전극(11)의 간격을 증대시켜 방출되는 자외선의 발광 면적 및 발광 양을 증대시킬 수도 있다. 즉, 애노드 전극(2) 및 캐소드 전극(11)의 간격이 증대한 비율만큼 전자(e)의 자외선 방출층(3) 도달 범위가 넓어져 방출되는 자외선 면적을 증대시킬 수 있을 뿐 아니라, 동시에 게이트 전극(13)에 인가되는 전압을 증대시킴으로써 발광되는 자외선의 양을 증대시킬 수 있다.In addition, as the
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 방출되는 자외선의 파장 조절이 가능하므로 각 산업에 필요한 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 동시에 둘 이상의 용도로 사용할 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 조절 자외선 방출 장치는 방출되는 서로 다른 파장의 자외선을 이용하여 살균과 표면처리 기능을 동시에 수행할 수 있다.The wavelength control UV emitting device according to an embodiment of the present invention configured as described above can be used for various purposes required for each industry because the wavelength of the emitted UV light can be controlled, and has the advantage of being used for two or more purposes at the same time. have. For example, the wavelength-controlled ultraviolet emitting device according to an embodiment of the present invention may simultaneously perform sterilization and surface treatment functions by using ultraviolet rays of different wavelengths to be emitted.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention, although specific embodiments have been described, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the claims described below and equivalents to the claims.
1: 전자 방출 소자 2: 애노드 전극
3: 자외선 방출층 4: 기판
5: 전원 공급부 11: 캐소드 전극
12: 에미터 14: 제2 전원 공급부
e: 전자 BG: 밴드 갭
V: 전압 λ: 파장1: electron emission element 2: anode electrode
3: UV emitting layer 4: Substrate
5: power supply 11: cathode electrode
12: emitter 14: second power supply
e: e BG: band gap
V: Voltage λ: Wavelength
Claims (12)
상기 전자 방출 소자와 이격되게 마련되며, 상기 전자 방출 소자에서 방출되어 그 일면으로 입사된 전자를 그 타면으로 공급하는 전극,
상기 전극의 타면 방향으로 서로 적층되게 마련되고, 서로 다른 밴드 갭을 가지며, 상기 전극에서 공급되는 전자를 이용하여 자신의 밴드 갭에 따라 서로 다른 파장의 자외선을 방출시키는 다수의 자외선 방출층, 및
음극이 상기 전자 방출 소자와 연결되고, 양극이 상기 전극과 연결되어 전압을 공급하는 전원 공급부
를 포함하고,
상기 전원 공급부는,
공급하는 전압을 조절하는 전압제어부, 및
상기 전압의 공급 시간을 컨트롤하는 시간제어부
를 포함하며,
상기 전압제어부는
공급하는 전압의 크기를 결정하는 전압조절장치를 포함하며,
상기 전압조절장치는
상기 각 자외선 방출층을 선택할 수 있는 인덱스; 및
각 방출층 사이의 계면을 선택할 수 있는 인덱스를 포함하고,
상기 전원 공급부는
상기 전압제어부 및 상기 시간제어부를 종합적으로 제어하는 통합관리부를 포함하며,
상기 통합관리부는
상기 전압제어부 및 상기 시간제어부를 제어하여
상기 각 자외선 방출층에 해당되는 전압의 크기가 방출되는 시간을 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 자외선 방출 장치.an electron-emitting device that emits electrons;
An electrode provided to be spaced apart from the electron-emitting device and supplying electrons emitted from the electron-emitting device and incident on one surface to the other surface;
A plurality of ultraviolet emitting layers provided to be stacked on each other in the direction of the other surface of the electrode, having different band gaps, and emitting ultraviolet rays of different wavelengths according to their band gaps using electrons supplied from the electrodes, and
A power supply having a cathode connected to the electron emission device and a cathode connected to the electrode to supply a voltage
including,
The power supply unit,
A voltage control unit for regulating the voltage supplied, and
A time control unit for controlling the supply time of the voltage
includes,
The voltage control unit
It includes a voltage regulator that determines the magnitude of the voltage to be supplied,
The voltage regulator
an index for selecting each of the UV-emitting layers; and
including an index to select the interface between each emissive layer;
The power supply is
An integrated management unit for comprehensively controlling the voltage control unit and the time control unit,
The integrated management unit
By controlling the voltage control unit and the time control unit
Wavelength-controlled ultraviolet emitting device, characterized in that for controlling the emission time of the magnitude of the voltage corresponding to each of the ultraviolet emitting layers.
상기 각 자외선 방출층은 전극에서 멀리 위치할수록 더 큰 밴드 갭을 가지는 것을 특징으로 하는 파장 조절 자외선 방출 장치.According to claim 1,
The wavelength-controlled UV-emitting device, characterized in that each of the UV-emitting layers has a larger band gap as it is positioned farther from the electrode.
가장 큰 밴드 갭을 가지는 상기 자외선 방출층의 타면에 마련된 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 조절 자외선 방출 장치.3. The method of claim 2,
Wavelength-controlled UV-emitting device, characterized in that it further comprises a substrate provided on the other surface of the UV-emitting layer having the largest band gap.
상기 다수의 자외선 방출층 중에서 적어도 하나가 양자 우물 구조를 가지는
파장 조절 자외선 방출 장치.According to claim 1,
At least one of the plurality of UV-emitting layers has a quantum well structure.
Wavelength-controlled UV-emitting device.
상기 전자 방출 소자는 냉음극형 또는 광음극형인 것을 특징으로 하는
파장 조절 자외선 방출 장치.According to claim 1,
The electron-emitting device, characterized in that the cold cathode type or photocathode type
Wavelength-controlled UV-emitting device.
상기 전극은 광 반사층을 더 포함하는
파장 조절 자외선 방출 장치.According to claim 1,
The electrode further comprises a light reflective layer
Wavelength-controlled UV-emitting device.
상기 전자 방출 소자와 상기 전극 사이에 마련된 게이트 전극을 더 포함하는
파장 조절 자외선 방출 장치.According to claim 1,
Further comprising a gate electrode provided between the electron emission device and the electrode
Wavelength-controlled UV-emitting device.
상기 게이트 전극은
다수의 개구부를 구비한 메쉬 구조를 포함하는
파장 조절 자외선 방출 장치.12. The method of claim 11,
The gate electrode is
Including a mesh structure having a plurality of openings
Wavelength-controlled UV-emitting device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190008910A KR102345744B1 (en) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | Wavelength tunable UV emission device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190008910A KR102345744B1 (en) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | Wavelength tunable UV emission device |
Publications (2)
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