KR101786080B1 - 씨엔티 전계방출장치와 양자점을 사용한 백라이트 유니트 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치 - Google Patents

씨엔티 전계방출장치와 양자점을 사용한 백라이트 유니트 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CNT 전계방출장치와 양자점(Quantum Dot)을 사용한 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치에 관한 것으로, 발광 소스(Source)로써 LED 혹은 CCFL 등 대신에 CNT 전계방출장치를 사용함으로써 발광에 따라 발생되는 열의 양을 줄일 수 있고 저비용으로 제작이 가능하며, 로컬 조광(Local Dimming) 기능으로 인한 명암비 향상을 이룰 수 있다. 또한, CNT 전계방출장치에 양자점(Quantum Dot)을 사용함으로써, 기존의 BLU에 비해 명암비와 색재현성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법은, (a) 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽, 게이트 전극, CNT 이미터를 형성하여 하판을 제조하는 단계와; (b) 투명전극이 패턴 된 상판 글래스 상에 양자점(Quantum Dot)이 도포된 형광물질 층을 형성하여 상판을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 하판과 상판을 조립하여 밀폐하고 내부를 진공 상태로 만드는 단계;를 포함한다.

Description

씨엔티 전계방출장치와 양자점을 사용한 백라이트 유니트 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치{Backlight Unit Using Quantum Dot and CNT Field Emission Device and Method of Manufacture Thereof, and Liquid Crystal Display Using The Same}
본 발명은 CNT(Carbon Nano Tube) 전계방출장치와 양자점(Quantum Dot)을 사용한 백라이트 유니트(Backlight Unit: BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNT 전계방출장치에 양자점(Quantum Dot)을 사용하여 명암비와 색재현성이 향상된 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치에 관한 것이다.
통상적으로, 평판 표시장치(flat panel display)는 크게 발광형과, 수광형으로 분류될 수 있다. 발광형으로는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube), 플라즈마 표시장치(PDP; Plasma Display Panel) 및 전계방출 표시장치(FED; Field Emission Display) 등이 있으며, 수광형으로는 액정 표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)가 있다. 이중에서, 액정 표시장치는 무게가 가볍고 소비전력이 적은 장점을 가지고 있으나, 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이므로, 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정 표시장치의 배면에는 백라이트 유니트(backlight unit)가 설치되어 빛을 조사한다. 이에 따라, 어두운 곳에서도 화상을 구현할 수 있다.
종래의 백라이트 유니트로는 선광원으로서 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 백라이트 유니트는 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고, 광원이 측면에 있어서 광의 반사와 투과에 따른 전력 소모가 큰 단점이 있다. 특히, 액정 표시장치가 대형화할수록 휘도의 균일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 상기한 문제점을 해소하기 위하여 평면발광 구조를 가진 전계방출형(field emission type)의 백라이트 유니트가 제안되고 있다. 이러한 전계방출형 백라이트 유니트는 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 유니트에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.
도 1은 종래의 전계방출형 백라이트 유니트의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유니트의 개략적인 평면도이다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 종래의 전계방출형 백라이트 유니트는 상호 소정 간격으로 이격된 전면기판(10)과 배면기판(20)을 구비한다. 상기 전면기판(10)의 저면에는 애노드 전극(11)이 형성되어 있으며, 상기 배면기판(20)의 상면에는 캐소드 전극(21)이 형성되어 있다. 상기 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(21)은 일반적으로 투명한 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진다. 그런데, ITO는 라인 저항이 비교적 높은 단점이 있으므로, ITO로 이루어진 캐소드 전극(21)의 라인 저항을 줄이기 위해 일반적으로 금속 박막층(22)이 캐소드 전극(21)의 상면에 형성된다. 상기 금속 박막층(22)의 상면에는 카본나노튜브(CNT; Carbo Nano Tube)로 이루어진 에미터(23)가 소정 패턴으로 형성되어 있으며, 상기 전면기판(10)에 형성된 상기 애노드 전극(11)의 표면에는 상기 에미터(23)에 상응하는 패턴으로 형광체층(12)이 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 상기 전면기판(10)과 배면기판(20)은 이들 사이의 간격을 유지시키기 위한 다수의 스페이서(31)를 사이에 두고 그 가장자리 부위를 따라 배치된 프릿 글라스(32)에 의해 상호 접합 되어 밀봉된다.
이러한 구조를 가진 백라이트 유니트에 있어서, 캐소드 전극(21)과 애노드 전극(11) 사이에 전압을 인가하게 되면, 에미터(23)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 형광체층(12)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 형광체층(12) 내의 형광물질이 여기되어 가시광을 발산하게 되는 것이다.
이때, 상기 전면기판(10)과 배면기판(20) 사이의 공간은 전자들이 에너지 손실 없이 이동될 수 있도록 고진공 상태가 유지되어야 한다. 이를 위해, 상기 배면기판(20)의 발광 영역(40) 바깥쪽에는 상기 전면기판(10)과 배면기판(20) 사이의 가스를 배출시키기 위한 배기관(33)이 설치되어 있다. 또한, 백라이트 유니트 내부의 진공도를 높이기 위해, 상기 전면기판(10)과 배면기판(20) 사이의 잔류 가스를 흡착하는 게터(getter, 35)가 들어 있는 게터 챔버(34)가 배면기판(20)의 발광 영역(40) 바깥쪽에 설치되어 있다. 상기 게터(35)는 비증발성 게터 물질이 금속 표면에 도포된 상태의 띠 형상 또는 펠릿(pellet) 형상을 가지고 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 종래의 LCD 백라이트 유니트(BLU)는 FL(CCFL, FFL 등) 또는 LED를 발광 소스로 하여 구성되었다. 1세대 BLU가 FL이라면 LED는 2세대 BLU라고 할 수 있을 것이다. 이 둘을 비교해 보면, 소비전력, 휘도, 균일도 측면에서는 FL계열 BLU가 우수하나, 색재현성, 수명, 친환경성 등에서는 LED가 우수하다. 이로 인해, 최근에는 LED 백라이트 유니트(BLU)의 적용이 기하급수적으로 늘어나고 있으나, LED BLU는 소비전력이 높고, 열이 발생이 많으며, 가격이 비싼 단점이 있다.
따라서, 최근에는 명암비를 향상시키기 위해 로컬 조광(Local Dimming)이 가능한 CNT BLU가 대두 되고 있다. 하지만, CNT BLU는 LED BLU보다 소비전력이 낮은 장점은 있으나 색순도가 높지 않아 색재현성이 LED BLU보다 낮은 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CNT 전계방출장치에 양자점(Quantum Dot)을 사용하여 명암비와 색재현성이 향상된 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 발광 소스(Source)로써 LED 혹은 CCFL 등 대신에 CNT 전계방출장치를 사용함으로써 발광에 따라 발생되는 열의 양을 줄일 수 있고 저비용으로 제작 가능한 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 로컬 조광(Local Dimming) 기능으로 인한 명암비 향상을 이룰 수 있는 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 양자점(Quantum Dot)을 YAG 등의 형광체 대체용으로 활용함으로써 색순도를 높여 색재현성을 증가시킬 수 있는 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 기존의 BLU에 비해 명암비와 색재현성을 향상시킬 수 있는 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법은, (a) 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽, 게이트 전극, CNT 이미터를 형성하여 하판을 제조하는 단계와; (b) 투명전극이 패턴 된 상판 글래스 상에 양자점(Quantum Dot)이 도포된 형광물질 층을 형성하여 상판을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 하판과 상판을 조립하여 밀폐하고 내부를 진공 상태로 만드는 단계;를 포함하고 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 백라이트 유니트(BLU)는, 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽과 게이트 전극이 형성되고, 상기 격벽과 격벽 사이의 투명전극 상에 CNT 이미터가 형성된 하판과, 투명전극이 패턴 된 상판 글래스 상에 양자점(Quantum Dot)이 도포된 형광물질 층이 형성된 상판을 포함한다.
여기서, 상기 형광물질 층은 상기 양자점(Quantum Dot)이 공기 중에 노출되지 않도록 상기 형광물질 층 상에 보호막을 형성한다. 이때, 상기 보호막은 고분자 수지를 이용하여 형성하는 바람직하다.
또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 액정 표시장치는 상기 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법을 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광 소스(Source)로써 LED 혹은 CCFL 등 대신에 CNT 전계방출장치를 사용함으로써 발광에 따라 발생되는 열의 양을 줄일 수 있고 저비용으로 제작이 가능하며, 로컬 조광(Local Dimming) 기능으로 인한 명암비 향상을 이룰 수 있다.
또한, CNT 전계방출장치에 양자점(Quantum Dot)을 사용함으로써, 기존의 BLU에 비해 명암비와 색재현성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술의 실시 형태에 따른 전계방출형 백라이트 유니트(BLU)의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유니트(BLU)의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 하판 제조 공정 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 상판 제조 공정 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
하판 제조 방법의 실시 예
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 하판 제조 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 하판 글래스(100) 상에 투명전극(110) 패턴을 형성한다. 이때, 상기 투명전극(110)은 전기전 도성을 가진 투명 도전막(ITO: Indium Tin Oxide)으로 형성하는 것이 바람직하며, 이외에 CNT, ZnO 등으로도 형성할 수 있다. 상기 ITO는 인듐과 산화주석의 화합물(In2O3, SnO2)로 된 막으로 주로 스파터링 방법으로 형성한다.
이후, 도 3b와 같이, 상기 투명전극(110) 패턴이 형성된 하판 글래스(100) 상에 격벽재를 스크린 인쇄법으로 도포하여 격벽 층(120)을 형성한다.
이어서, 도 3c와 같이, 상기 격벽 층(120)을 경화시킨 후, 그 위에 게이트 전극 물질을 증착 또는 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 도포하여 게이트 금속층(130)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극 물질은 Cu, Ag, Ni, Mo, Au, Al, Cr, Ru, Re, Pb, Cr, Sn, In, Zn을 포함하는 전도성 물질의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다.
이후, 도 3d 및 도 3e와 같이, 상기 게이트 금속층(130) 상에 DFR(Dry Film Photoresist) 층(140)을 패터닝한 후 노광 및 에칭을 통해 게이트 전극(131) 패턴을 형성한다. 여기서, 상기 DFR 층(140)은 네거티브 포토레지스트(Negative Photo Resist)이다.
계속해서, 상기 격벽 층(120)을 노광 및 에칭하여 도 4f와 같은 격벽(Insulator)(121)을 형성한다.
이후, 상기 구조물 상에 CNT(Carbon Nano Tube) 슬러리를 도포하고, 노광 및 에칭을 통해 CNT 이미터(Emitter)를 형성하여 하판을 제조한다.
상판 제조 방법의 실시 예
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 상판 제조 공정 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면, 상판 글래스(200) 상에 투명전극(ITO)(210)을 형성한 후 노광 및 에칭을 통해 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 형성될 영역을 패터닝 한다. 이어서, 상기 투명전극(210)이 형성된 상판 글래스(200) 상에 블랙 매트릭스(Black Matrix)(220)를 형성한다.
이후, 도 4c와 같이, 상기 투명전극(210) 상에 형광물질을 도포한다. 이때, 상기 형광물질은 양자점(Quantum Dot)(230)을 사용하여 형성한다.
이후, 도 4d와 같이, 상기 양자점(Quantum Dot)(230)이 공기 중에 노출되지 않도록 상기 양자점(Quantum Dot)(230) 상에 보호막(240)을 형성하여 상판을 제조한다. 이때, 상기 보호막(240)은 고분자 수지를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 고분자 수지의 일실시예로는 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르설폰, 폴리부타디엔 및 폴리에테르케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 수지를 사용할 수 있다.
백라이트 유니트(BLU) 제조 방법의 실시 예
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유니트(BLU)의 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 도 3f에서 제조된 하판 위에 스페이서(Spacer)를 삽입한 후, 도 5d에서 제조된 상판과 하판을 정밀하게 조립한다. 이어서, 글래스 프릿(Glass Frit) 페이스트를 이용하여 상기 상판과 하판 사이를 밀폐하여 백라이트 유니트(BLU)를 조립한다.
이후, 상기 상판에 이미 형성되어 있는 팁을 이용하여 조립된 백라이트 유니트(BLU)의 내부를 진공 상태로 만든 후 상기 팁을 막아서 백라이트 유니트(BLU) 제조를 완성한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 백라이트 유니트(BLU) 및 그의 제조 방법과 이를 사용한 액정 표시장치는 CNT 전계방출장치에 양자점(Quantum Dot)을 사용하여 명암비와 색재현성을 향상시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
상술한 실시 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시 예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 하판 글래스 110 : 투명전극
120 : 격벽층 121 : 격벽
130 : 게이트 금속층 131 : 게이트 전극
140 : DFR(Dry Film Photoresist)층 150 : CNT 이미터(Emitter)
200 : 상판 글래스 210 : 투명전극
220 : 블랙 매트릭스(Black Matrix: 광차단막)
230 : 형광물질 또는 양자점(Quantum Dot)
240 : 보호막 300 : 스페이서(Spacer)

Claims (9)

  1. (a) 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽, 게이트 전극, CNT 이미터를 형성하여 하판을 제조하는 단계와;
    (b) 투명전극이 패턴 된 상판 글래스 상에 블랙 매트릭스(Black Matrix), 복수 개의 양자점(Quantum Dot)층들을 형성하여 상판을 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 하판과 상판 사이에 스페이서를 형성하고 조립하여 밀폐하고 내부를 진공 상태로 만드는 단계를 포함하고,
    상기 하판의 투명전극의 적어도 일부는 상기 격벽에 의해 이격 배치되고,
    상기 격벽의 적어도 일부는 상기 하판 글래스 상면, 상기 하판의 투명전극의 측면 및 상면에 직접 접촉하며,
    상기 상판의 투명전극은 상기 블랙 매트릭스에 의해 이격 배치되고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 상판 글래스의 하면과 상기 상판의 투명전극의 측면과 직접 접촉하며,
    상기 양자점층은 상기 상판과 이격되어 상기 투명 전극과 직접 접촉하며 배치되고,
    상기 복수 개의 양자점층들은 서로 이격하여 배치되고,
    상기 상판은 상기 복수 개의 양자점층들 및 상기 상판의 투명전극 패턴 상에 보호막이 형성된 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은:
    고분자 수지를 이용하여 형성하는 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하판의 제조 방법은:
    상기 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽재를 도포한 후 경화시켜 격벽 층을 형성하는 단계와;
    상기 격벽 층 상에 게이트 전극 물질을 도포한 후 노광 및 에칭을 통해 게이트 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 격벽 층을 에칭하여 격벽을 형성한 후 CNT 슬러리를 도포하고, 노광 및 에칭을 통해 상기 투명전극 상에 CNT 이미터를 형성하는 단계;
    를 포함하는 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 투명전극이 패턴 된 하판 글래스 상에 격벽과 게이트 전극이 형성되고, 상기 격벽과 격벽 사이의 투명전극 상에 CNT 이미터가 형성된 하판;
    투명전극이 패턴 된 상판 글래스 상에 블랙 매트릭스(Black Matrix)와 복수 개의 양자점(Quantum Dot)층들이 형성된 상판; 및
    상기 상판 및 하판 사이에 배치된 스페이서를 포함하고,
    상기 하판의 투명전극의 적어도 일부는 상기 격벽에 의해 이격 배치되고,
    상기 격벽의 적어도 일부는 상기 하판 글래스 상면, 상기 하판의 투명전극의 측면 및 상면에 직접 접촉하며,
    상기 상판의 투명전극은 상기 블랙 매트릭스에 의해 이격 배치되고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 상판 글래스의 하면과 상기 상판의 투명전극의 측면과 직접 접촉하며,
    상기 양자점층은 상기 상판과 이격되어 상기 투명 전극과 직접 접촉하며 배치되고,
    상기 복수 개의 양자점층들은 서로 이격하여 배치되고,
    상기 상판은 상기 복수 개의 양자점층들 및 상기 상판의 투명전극 패턴 상에 보호막이 형성된 백라이트 유니트(BLU).
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 보호막은:
    고분자 수지를 이용하여 형성된 백라이트 유니트(BLU).
  9. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 백라이트 유니트(BLU)의 제조 방법을 사용하여 제조된 액정 표시장치.
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