KR100634542B1 - 전계방출형 백라이트 유닛 및 그 구동 방법과 하부 패널의제조 방법 - Google Patents

Abstract

전계방출형 백라이트 유닛 및 그 구동 방법과 하부 패널의 제조 방법이 개신된다. 개시된 전계방출형 백라이트 유닛은 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성되며, 교호적으로 평행하게 배열된 제1 전극 및 제2 전극; 상기 하부 기판과 제1 전극 사이에 개재된 에미터; 상기 하부 기판과 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 상부 기판; 상기 상부 기판의 저면에 형성된 제3 전극; 및 상기 제3 전극의 표면에 형성된 형광체층;을 구비한다.

Description

전계방출형 백라이트 유닛 및 그 구동 방법과 하부 패널의 제조 방법{Field emission type backlight unit, driving method thereof and manufacturing method of lower panel}

도 1은 종래의 전계방출형 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 부분 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널을 도시한 부분 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시한 하부 패널의 변형예를 채용한 전계방출형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 부분 단면도이다.

도 5는 도 3에 도시한 하부 패널의 변형예를 도시한 부분 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널을 도시한 부분 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널의 변형예를 도시한 부분 사시도이다.

도 8은 도 6에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동 방법을 설명하기 위한 하부 패널의 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110,210...하부 패널 111,211...하부 기판

112,212...제1 전극 114,214...제2 전극

115,215,217...에미터 형성홈 116,116',216,218...CNT 에미터

120,220...상부 패널 121,221...상부 기판

122,222...제3 전극 123,223...형광체층

241...제1 배선 242...제2 배선

본 발명은 액정 표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계방출형 백라이트 유닛에 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 백 라이트 유닛(backlight unit)가 설치되어 빛을 조사한다. 이에 따라, 어두운 곳에서도 화상을 구현할 수 있다.

종래의 백라이트 유닛으로는 선광원으로서 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 백라이트 유닛은 일반적으로 그 구성이 복잡하여 제조 비용이 높고, 광원이 측면에 있어서 광의 반사와 투과에 따른 전력 소모가 큰 단점이 있다. 특히, 액정 표시장치가 대형화 할수록 휘도의 균일성을 확보하기 힘든 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 상기한 문제점을 해소하기 위하여 평면발광 구조를 가진 전계방출형(field emission type)의 백라이트 유닛이 제안되고 있다. 이러한 전계방출형 백라이트 유닛은 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 유닛에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.

도 1에는 대한민국 공개특허공보 2002-33948호에 개시된 종래의 전계방출형 백라이트 유닛의 일 예가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상부 기판(10)의 저면에는 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층(2)과 형광체층(3)이 차례로 적층되어 있고, 하부 기판(7)의 상면에는 금속박막층(6)과 탄소나노튜브층(4)이 차례로 적층되어 있다. 그리고, 상부 기판(1)과 하부 기판(7)은 스페이서(5)를 사이에 두고 접합 밀봉되며, 하부 기판(7)에는 진공배기를 위한 유리관(8)이 설치되어 있다.

이러한 구조를 가진 백라이트 유닛에 있어서, ITO 전극층(2)과 금속박막층(6) 사이에 전압을 인가하게 되면, 탄소나노튜브층(4)에서 전자가 방출되고, 방출된 전자는 형광체층(3)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 형광체층(3) 내의 형광물질이 여기되어 가시광을 발산하게 되는 것이다.

그런데, 상기한 종래의 전계방출형 백라이트 유닛은, 상부 기판(1)에 애노드 전극으로서 ITO 전극층(2)을 배치하고 하부 기판(7)에 캐소드 전극으로서 금속박막층(6)을 배치한 다이오드 방식의 전계방출 구조를 가지고 있다. 이러한 구조에 의하면, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전자 방출을 위한 고전압이 직접 인가되므로 국부적으로 아킹이 발생하기 쉽다. 이와 같이 국부적인 아킹이 발생하게 되면, 백라이트 유닛의 전면에 걸쳐 휘도의 균일성을 보장하기 힘들 뿐만 아니라, 전극, 형광체층(3) 및 탄소나노튜브층(4)이 아킹에 의해 손상되어 백라이트 유닛의 수명이 짧아지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 애노드 필드 차폐능이 개선되고, 휘도의 균일성과 수명이 향상된 전계방출형 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 전계방출형 백라이트 유닛의 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 공정단수화로 인하여 경제성이 향상된 상기 전계방출형 백라이트 유닛의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

하부 기판;

상기 하부 기판 상에 형성되며, 교호적으로 평행하게 배열된 제1 전극 및 제2 전극;

상기 하부 기판 및 상기 제1 전극 사이에 개재된 에미터;

상기 하부 기판과 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 상부 기판;

상기 상부 기판의 저면에 형성된 제3 전극; 및

상기 제3 전극의 표면에 형성된 형광체층;을 구비하는 전계방출형 백라이트 유닛을 제공한다.

여기에서, 상기 에미터는 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제1 전극과 제2 전극 각각은 전도성 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 에미터는 상기 제1 전극에만 배치됨으로써, 상기 제1 전극이 캐소드 전극으로서의 역할을 하고, 상기 제2 전극은 게이트 전극, 상기 제3 전극은 애노드 전극으로서의 역할을 하게 된다.

이 경우, 상기 에미터는 상기 제1 전극의 양측 가장자리를 따라 소정 간격을 두고 다수개가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극의 양측 가장자리 부위에는 다수의 에미터 형성홈이 형성되고, 상기 다수의 에미터 형성홈의 내측 및 외측의 저면에 걸쳐 상기 에미터가 형성된 것이 바람직하다.

이와 다르게는, 상기 에미터는 상기 제1 전극의 양측 가장자리를 따라 평행하게 배치되는 것도 가능하다. 이 경우, 상술한 에미터 형성홈은 형성되지 않고, 단순한 직선 형태로 상기 제1 전극의 가장자리의 저면에 걸쳐 상기 에미터가 형성 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 에미터는 상기 제1 전극과 제2 전극 각각에 배치됨으로써, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 캐소드 전극과 게이트 전극으로서의 역할을 교대로 수행하고, 상기 제3 전극은 애노드 전극으로서의 역할을 하게 된다.

이 경우, 상기 에미터는 상기 제1 전극과 제2 전극 각각의 양측 가장자리를 따라 소정 간격을 두고 다수개가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극에 배치된 에미터와 상기 제2 전극에 배치된 에미터는 서로 어긋나도록 배열된 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극과 제2 전극 각각의 양측 가장자리 부위에는 다수의 에미터 형성홈이 형성되고, 상기 다수의 에미터 형성홈의 내측 및 외측에 걸쳐 상기 에미터가 형성된 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 구동 방법은,

제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 각각에 배치된 에미터를 가진 하부 패널과, 제3 전극을 가진 상부 패널을 구비한 3극관 방식의 전계방출형 백라이트 유닛의 구동 방법에 있어서,

(가) 상기 제1 전극에는 캐소드 전압, 상기 제2 전극에는 게이트 전압, 상기 제3 전극에는 애노드 전압을 인가하여 상기 제1 전극의 저면에 배치된 에미터로부터 전자를 방출시키는 단계;

(나) 상기 제1 전극에는 게이트 전압, 상기 제2 전극에는 캐소드 전압, 상기 제3 전극에는 애노드 전압을 인가하여 상기 제2 전극의 저면에 배치된 에미터로부터 전자를 방출시키는 단계; 및

(다) 상기 (가) 단계와 (나) 단계를 반복하여 수행하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널 제조 방법은,

(가) 투명 기판 상에 패턴화된 카본나노튜브층을 스크린 인쇄법으로 형성하는 단계;

(나) 상기 카본나노튜브층을 건조 또는 소성하는 단계;

(다) 전도성 후막을 복수의 평행한 라인 형태로 패터닝하여 교호적으로 배열된 제1 전극 및 제2 전극을 스크린 인쇄법을 통해 형성하면서, 적어도 상기 제1 전극의 양측 가장자리가 상기 카본나노튜브층의 일부와 중첩되도록 형성하는 단계;

(라) 상기 전도성 후막을 건조한 후 가열 소성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브층의 패턴으로서는 복수의 평행한 라인 형태, 혹은 길이방향을 따라 소정 간격으로 단락된 복수의 라인 형태가 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제1 전극은 그 양측 가장자리를 따라 에미터 형성홈이 형성되며, 상기 에미터 형성홈의 내측 및 외측이 상기 패턴화된 탄소나노튜브층과 중첩되도록 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 그 양측 가장자 리를 따라 에미터 형성홈이 형성되며, 상기 에미터 형성홈의 내측 및 외측이 상기 패턴화된 탄소나노튜브층과 중첩되도록 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 부분 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널을 도시한 부분 사시도이다.

도 2와 도 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출형 백라이트 유닛은, 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 하부 패널(120)과 상부 패널(120)로 이루어지며, 상기 하부 패널(110)과 상부 패널(120)에는 3극관(triode) 방식의 전계방출을 이룰 수 있는 구성이 마련된다.

구체적으로, 상기 하부 패널(110)은, 투명 기판, 예컨대 글라스 기판으로 이루어진 하부 기판(111)과, 상기 하부 기판(111) 상에 형성되어 각각 캐소드 전극과 게이트 전극으로서의 역할을 하는 제1 전극(112) 및 제2 전극(114)과, 상기 제1 전극(112)의 하부에 배치된 에미터(116)를 구비한다.

그리고, 상기 상부 패널(120)은, 투명 기판, 예컨대 글라스 기판으로 이루어진 상부 기판(121)과, 상기 상부 기판(121)의 저면에 형성되어 애노드 전극으로서의 역할을 하는 제3 전극(122)과, 상기 제3 전극(122)의 표면에 형성된 형광체층(123)을 구비한다.

상기한 바와 같이 구성된 하부 패널(110)과 상부 패널(120)은 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되며, 그 둘레에 도포되는 실링 물질(미도시)에 의해 서로 봉착된다. 이 때, 상기 하부 패널(110)과 상부 패널(120) 사이에는 이들 사이의 간격을 유지시켜주기 위한 스페이서(130)가 설치된다.

상세하게 설명하면, 하부 패널(110)의 하부 기판(111)의 상면에는 다수의 평행한 라인 형태로 배열되어 캐소드 전극으로서의 역할을 하는 제1 전극(112)과, 역시 다수의 평행한 라인 형태로 배열되어 게이트 전극으로서의 역할을 하는 제2 전극(114)이 형성된다. 그리고, 상기 다수의 제1 전극(112)과 다수의 제2 전극(114)은 동일한 평면 상에서 하나씩 교대로 배열된다.

이러한 제1 전극들(112) 및/또는 제2 전극들(114)에는 에미터(116)가 배치되는 바, 이와 같은 에미터(116)는 상기 제1 전극들(112)의 양측 가장자리와 기판 사이에 개재되는 형태로 형성되며, 특히 상기 전극들(112, 114)의 저면과 상기 에미터(116)의 일부가 중첩되도록 형성된다. 즉, 상기 에미터(116)의 일부는 상기 전극들(112, 114)의 저면에 매립되고, 나머지 일부는 외부에 노출된 상태로 형성된다.

그에 따라 상기 제1 전극들(112)과 제2 전극들(114)은 상기 에미터(116)보다 더 높게 형성되며, 후막의 형태를 갖게 된다. 이와 같은 제1 전극(112) 및 제2 전극(114)으로서는 예를 들어 은 페이스트와 같은 전도성 물질을 약 3 내지 30㎛의 두께로 형성한 것을 사용할 수 있다. 상기 두께가 3㎛ 미만인 경우는 상기 에미터(116)을 충분히 매립할 수 없으며, 30㎛을 초과하는 경우에는 에미터의 활성 화 및 구조 유지가 곤란하다는 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 에미터(116)를 기판 상에 미리 형성한 후, 그 위에 다수의 제1 전극(112)과 다수의 제2 전극(114)이 동일한 물질로 동일한 평면 상에 형성된다. 따라서, 후술하는 제조 공정에서 설명하는 바와 같이, 제1 전극들(112)과 제2 전극들(114)을 동시에 형성할 수 있게 되어 그 제조 공정이 단순화되고 제조 비용도 저감되는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 캐소드 전극으로서의 역할을 하는 제1 전극들(112)의 저면에는 에미터(116)가 형성되며, 상기 에미터(116)는 제1 전극(112)과 제2 전극(114)에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전계에 따라 전자를 방출하는 역할을 하는 것으로, 탄소나노튜브(CNT; Carbon Nano Tube)로 이루어진다. 탄소나노튜브(CNT)는 비교적 낮은 구동 전압에서도 전자 방출을 원활히 이룰 수 있는 장점이 있다. 또한, 후술하는 제조 공정에서 설명되는 바와 같이, 페이스트 형태의 CNT, 혹은 기능성 CNT를 사용하게 되면 넓은 기판에 CNT 에미터(116)를 용이하게 형성할 수 있으므로, 대면적의 백라이트 유닛의 제작이 가능한 장점이 있다. 더욱이 상기 제1 전극(112) 및 제2 전극(114)를 종래와 같이 박막이 아닌 후막으로 형성하게 되므로 대면적 백라이트 유닛의 제작이 더욱 용이해지며, 경제성도 현저해진다.

그리고, 본 제1 실시예에 있어서, 상기 CNT 에미터(116)는 제1 전극(112)의 양측 가장자리의 하부를 따라 그 길이 방향으로 소정 간격을 두고 다수개가 배치된다. 구체적으로, 제1 전극(112)의 양측 가장자리 부위에는 그 길이 방향으로 소정 간격을 두고 다수의 에미터 형성홈(115)이 형성되고, 이 형성홈(115)의 내측 및 외 측의 하부에는 상기 에미터 형성홈의 크기에 맞도록, 길이방향으로 소정 간격으로 단락된 형태의 CNT 에미터(116)를 미리 형성한 후, 그 상부에 상기 제1 전극의 에미터 형성홈(115)의 내측 및 외측의 하부가 중첩되도록 함으로써 본 발명에 따른 구조를 만족하게 된다.

상기 하부 패널의 변형예를 도 4 및 도 5에 도시한 바, 여기서 상기 CNT 에미터(116)는 제1 전극(112)의 양측 가장자리의 하부를 따라 평행한 라인 형태로 배치되며, 그 상부에 놓이는 제1 전극(112) 의 경우도 상술한 에미터 형성홈(115) 없이 단순히 평행한 라인 형태로 이루어지게 된다. 이 경우도 마찬가지로 본 발명에 따른 에미터(116)는 그 일부가 상기 제1 전극(112)의 양측 가장자리를 따라 그 하부에 일부 매립되며, 나머지 일부는 외부로 노출된 형태를 갖게 된다.

그리고, 상기한 에미터들(116, 116') 및 전극들(112, 114)은 각각 CNT 페이스트 혹은 전도성 물질 페이스트를 사용한 스크린 인쇄법을 사용하는 간단하고 경제적인 공정에 따라 형성할 수 있는 바, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

다시 도 2와 도 3을 함께 참조하면, 상기 상부 기판(121)의 저면에 형성되는 상기 제3 전극(122)은 애노드 전극으로서의 역할을 하는 것으로, 상기 형광체층(123)으로부터 발산되는 가시광이 투과될 수 있도록 투명한 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진다. 이러한 제3 전극(122)은 상부 기판(121)의 저면 전체에 박막 형태로 형성될 수도 있고, 또는 상부 기판(121)의 저면에 소정의 패턴, 예컨대 스트라이프 패턴으로 형성될 수도 있다.

상기 형광체층(123)은 상기 제3 전극(122)의 저면에 형성되며, R, G, B 형광 물질들로 이루어진다. 이 때, R, G, B 형광물질들이 각각 제3 전극(122)의 저면에 소정의 패턴으로 도포되어 상기 형광체층(123)을 구성할 수도 있고, 또는 R, G, B 형광물질들이 혼합된 상태로 제3 전극(122)의 저면 전체에 도포되어 상기 형광체층(123)을 구성할 수도 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 작동을 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛에 있어서, 상기 제1 전극(112), 제2 전극(114) 및 제3 전극(122) 각각에 소정의 전압이 인가되면, 상기 전극들(112, 114, 122) 사이에 전계가 형성되면서 상기 CNT 에미터(116)로부터 전자들이 방출된다. 이 때, 상기 제1 전극(112)에는 0 ~ 수십 볼트의 캐소드 전압, 상기 제2 전극(114)에는 수 ~ 수백 볼트의 게이트 전압, 상기 제3 전극(122)에는 수백 ~ 수천 볼트의 애노드 전압이 인가된다. 상기 에미터(116)로부터 방출된 전자들은 전자빔화하여 상기 형광체층(123)으로 유도되어 상기 형광체층(123)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 상기 형광체층(123)의 R, G, B 형광물질들이 여기되어 백색의 가시광을 발산하게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출형 백라이트 유닛은 3극관 방식의 전계방출 구조를 가짐으로써, 2극관 방식의 전계방출 구조를 가진 종래의 백라이트 유닛에 비해 안정적인 전계방출을 이룰 수 있는 장점이 있다. 특히 에미터(116)를 제1 전극(112) 및/또는 제2 전극(114)보다 낮게 설치함으로써 제3 전극(133)인 애노드 전압에 인가되는 수백 내지 수천 볼트의 애노드 전압으로 인해 발생하는 에미터 부근의 애노드 필드를 보다 효율적으로 차폐하여, 그에 따라 애노드 필드에 의한 다이오드 에미션을 방지, 게이트 전극의 효율적인 에미션 조절과 같은 이점을 제공한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 부분 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널을 도시한 부분 사시도이다.

도 6과 도 7을 함께 참조하면, 본 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛도 스페이서(230)에 의해 소정 간격이 유지되는 하부 패널(210)과 상부 패널(220)을 구비한다. 상기 하부 패널(210)은 하부 기판(211)과, 하부 기판(211) 상에 형성된 제1 전극(212) 및 제2 전극(214)과, 상기 제1 및 제2 전극(212, 214)의 하부에 배치된 CNT 에미터(216, 218)를 구비한다.

상기 제2 실시예에 있어서, 상기 제1 전극(212)과 제2 전극(214)은 전술한 제1 실시예서와 동일한 형태로 배열되며, 또한 제1 실시예에서와 같이 3 내지 30㎛의 두께를 갖는 전도성 후막층으로 이루어질 수 있다.

다만, 본 실시예에 있어서는, 제1 전극(212)과 제2 전극(214)은 캐소드 전극과 게이트 전극으로서의 역할을 교대로 수행하며, 이를 위해 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각에 CNT 에미터(216, 218)가 형성된다. 상기 CNT 에미터(216, 218)는 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각의 양측 가장자리의 저면을 따라 그 길이 방향으로 소정 간격을 두고 다수개가 배치된다. 그리고, 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각의 양측 가장자리 부위에는 다수의 에미터 형성홈(215, 216)이 형성 되고, 이 에미터 형성홈(215, 216)의 내측 및 외측의 저면에는 CNT 에미터(216, 218)가 배치된다. 특히, 제1 전극(212)에 배치되는 CNT 에미터(216)와 제2 전극(214)에 배치되는 CNT 에미터(218)는 서로 어긋나도록 배열되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 전극(212)에 형성된 CNT 에미터(216)와 제2 전극(214)이 서로 마주 보게 되고, 제2 전극(214)에 형성된 CNT 에미터(218)와 제1 전극(212)이 서로 마주 보게 됨으로써, CNT 에미터(216, 218)로부터 전자의 방출이 보다 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 있어서도 도 4 및 도 5에 도시된 변형예가 적용될 수 있다.

상기 상부 패널(220)은, 상부 기판(221)과, 상부 기판(221)의 저면에 형성되어 애노드 전극으로서의 역할을 하는 제3 전극(222)과, 상기 제3 전극(222)의 표면에 형성된 형광체층(223)을 구비한다. 이러한 상부 패널(220)의 상세한 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 도 8를 참조하며 상기한 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동 방법을 설명하기로 한다.

도 9를 참조하면, 상기한 바와 같이 하부 기판(210) 상에 형성된 다수의 제1 전극(212)은 전압의 인가를 위해 하나의 제1 배선(241)에 연결되고, 다수의 제1 전극(212)과 교대로 배열된 다수의 제2 전극(214)도 전압의 인가를 위해 하나의 제2 배선(242)에 연결된다. 이러한 제1 전극(212)과 제2 전극(214)은 전술한 바와 같이 캐소드 전극과 게이트 전극으로서의 역할을 교대로 수행하게 된다.

상세하게 설명하면, 도 6에 도시된 상부 기판(221)에 형성된 제3 전극(222)에 대략 수백 ~ 수천 볼트의 애노드 전압을 인가함과 동시에, 상기 제1 배선(241)을 통해 제1 전극(212)에 대략 0 ~ -수십 볼트의 캐소드 전압을 인가하고, 상기 제2 배선(242)을 통해 제2 전극(214)에 대략 수 ~ 수백 볼트의 게이트 전압을 인가하면, 상기 제1 전극(212)이 캐소드 전극의 역할을 하여 제1 전극(212)에 형성된 CNT 에미터(216)로부터 전자들이 방출된다. 다음에는, 상기 제1 배선(241)을 통해 제1 전극(212)에 게이트 전압을 인가하고, 상기 제2 배선(242)을 통해 상기 제2 전극(214)에 캐소드 전압을 인가하면, 상기 제2 전극(214)이 캐소드 전극의 역할을 하여 제2 전극(214)에 형성된 CNT 에미터(218)로부터 전자들이 방출된다. 그리고, 이러한 과정을 반복하면, 제1 전극(212)에 형성된 CNT 에미터(216)와 제2 전극(214)에 형성된 CNT 에미터(218)로부터 전자들이 교대로 방출된다. 이와 같이 방출된 전자들은 전자빔화하여 도 6에 도시된 상부 기판(221)에 형성된 형광체층(223)으로 유도되어 상기 형광체층(223)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 상기 형광체층(223)의 형광물질이 여기되어 백색의 가시광을 발산하게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동 방법에 의하면, 제1 전극(212)에 형성된 CNT 에미터(216)와 제2 전극(214)에 형성된 CNT 에미터(218)로부터 전자들이 교대로 방출되므로, CNT 에미터(216, 218)의 수명이 전술한 제1 실시예에 비해 늘어날 수 있다. 즉, 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각에 인가되는 게이트 전압의 시간 간격을 전술한 제1 실시예에 비해 두 배로 증가시키게 되면, CNT 에미터(216, 218)에 가해지는 부하가 줄어 들어 그 수명은 그 만큼 늘어나게 되면서도, 전술한 제1 실시예에서와 동일한 휘도를 얻을 수 있는 것이다. 한편, 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각에 인가되는 게이트 전압의 시간 간격을 전술한 제1 실시예에서와 동일하게 유지하는 경우에는, CNT 에미터(216, 218)의 수명은 전술한 제1 실시예에서와 동일하지만, 동일한 시간 내에 방출되는 전자들이 증가하여 휘도는 보다 향상될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구동 방법에 의하면, 제1 전극(212)과 제2 전극(214) 각각에 인가되는 게이트 전압의 시간 간격을 조절함으로써, CNT 에미터(216, 218)의 수명과 휘도를 적정하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널의 바람직한 제조 방법을 단계적으로 설명하기로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 있어서의 하부 패널들은 거의 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널에 있어서는 제1 전극에만 CNT 에미터가 형성되는데 반해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널에 있어서는 제1 전극과 제2 전극 모두에 CNT 에미터가 형성되는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 이하의 제조 방법은 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널을 기준으로 설명하고, 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널에 대해서는 상기한 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

먼저 하부 기판(111)으로서 소정 두께를 가진 투명 기판, 예컨대 글라스 기판을 준비한다. 이어서, 준비된 하부 기판(111) 상에 에미터(116)를 형성한다. 이와 같은 에미터(116)는 예를 들어 CNT 페이스트 혹은 기능성 CNT를 예를 들어 스크린 인쇄법으로 형성할 수 있다. 이와 같은 스크린 인쇄법은 종래의 박막 공정에서 요구되던 포토레지스트 공정 등이 불필요하게 되므로 절차적으로 보다 간단하고, 경제적으로도 바람직한 이점을 갖게 된다. 특히 종래의 박막 공정은 노광 공정 등이 요구되므로 상기 CNT 페이스트로서 감광성 재료만을 사용했던 것과 달리 본 발명에서는 노광 공정 등이 필요없어 비감광성 재료도 사용할 수 있다는 이점도 제공하게 된다. 특히 감광성 소재 없이 비감광성 소재를 사용하는 경우 잔류 물질에 의한 에미터의 열화를 감소시켜 수명을 향상시키는 이점도 제공하게 된다.

상기 에미터(116)는 특별히 한정되는 것은 아니나 1 내지 3㎛ 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 1㎛ 미만이면 전자 방출 효과가 감소할 수 있으며, 3㎛을 초과하는 경우 에미터의 활성화 및 구조 유지가 곤란하다는 문제가 있어 바람직하지 않다.

한편 상기 에미터(116)는 패턴화된 형태로 형성되는 바, 복수개의 라인 형태, 혹은 길이방향을 따라 소정 간격으로 단락된 복수개의 라인 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 스크린 인쇄 공정 후에는 건조 또는 소성에 의해 상기 CNT층을 경화시키게 된다. 이를 위해서는 약 50 내지 100℃의 온도에서 약 5분 내지 1시간 정도 가열처리하는 것이 바람직하다.

이와 같이 패턴화된 에미터(116)를 형성한 후에는, 그 상부에 제1 전극(112)를 형성하게 되는 바, 이를 위해서는 패턴화된 전도성 물질을 스크린 인쇄법을 사용하여 형성하게 된다. 이때 상기 전극들(112)의 두께로서는 3 내지 30㎛이 바람직하며, 전도성물질로서는 예를 들어 은 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제1 전극(112) 은 상기 에미터(116)가 형성된 패턴에 따라서 그 형태가 달라질 수 있다. 즉 상기 에미터(116)가 단순한 라인(띠) 형태인 경우 상기 제1 전극(112)도 특별한 에미터 형성홈이 없이 가장자리가 직선 형태로 패터닝된다. 이 경우 상기 전극들(112)은 상기 에미터(116)의 일부와 중첩되어 형성된다. 즉 에미터(116)의 일부는 상기 전극들(112, 114)의 저면에 매립되고, 나머지 일부는 외부에 노출된다. 이와 달리 상기 에미터(116)가 길이방향을 따라 소정 간격으로 단락된 라인 형태를 갖는 경우, 상기 전극들(112, 114)도 양측 가장자리를 따라 소정 간격으로 에미터 형성홈(115)이 형성되며, 이와 같은 홈은 상기 에미터(116)의 위치와 일치하도록 형성된다. 그 결과 상기 에미터 형성홈(115)의 내측 및 외측의 저면에 상기 에미터(116)가 위치하게 된다. 이와 같이 에미터(116)의 일부를 상기 전극들(112)이 피복하게 되어 에미터(116)보다 상기 전극(112)의 위치가 더 높게 형성되는 경우 애노드 전압으로 인하여 발생하는 에미터 주변의 애노드 필드를 보다 효과적으로 차폐할 수 있게 된다. 이 외에도, 상기 전극들(112)에 매립된 에미터(116)의 일부, 즉 상기 에미터 형성홈(115)의 내측 하부에 위치한 에미터(116)의 일부는 저항층의 역할도 동시에 수행하게 된다. 이는 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 보다 개선시키는 이점을 제공하게 된다.

상기 제1 전극(112)을 구성하는 전도성 물질을 스크린 인쇄법으로 형성한 후에는 이를 건조 후 소성하는 과정을 거치게 되는 바, 상기 소성 공정은 1 내지 10시간 정도로 약 300 내지 600℃의 온도에서 저온 소성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 소성 공정을 통해 유기물 및 바인더가 제거될 수 있다.

상술한 제조방법은 본 발명에 따른 제1 실시예에 관한 것이며, 이와 달리 제2 실시예의 경우는 상술한 제1 전극(212) 뿐만 아니라, 제2 전극(214)에도 에미터(216)가 형성된다는 차이가 있게 된다. 따라서 기판 상에 패턴화된 에미터(216)를 형성하는 경우 제2 전극(214)의 하부에도 상기 제1 전극(212)과 동일한 형태인 길이방향으로 소정 간격으로 단락된 복수개의 라인 형태로 형성하고, 그 상부에는 제1 전극(212)과 마찬가지로 에미터 형성홈(217)을 형성하게 된다. 단지 제2 전극의 에미터 형성홈(217)은 제1 전극(212)의 에미터 형성홈(215)과 엇갈리도록 형성하게 된다.

도 9 내지 도 11에는 본 발명에 따른 제조방법으로 형성된 하부 패널의 상부 및 단면을 촬영한 SEM 사진을 도시하였다. 도 9는 제1 전극(112)의 상단부를 도시하며, 중심부의 좌우로 볼록한 부분으로 에미터(116)가 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 도 10 및 도 11은 상기 에미터(116) 형성 부분의 단면을 나타내는 것으로 중심부의 오목한 형태로 상기 에미터가 형성되어 있음을 알 수 있다.

본 발명은 개시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 하부 패널 및 그의 제조 공정을 통해서, 후막을 이용한 대면적 백라이트 유닛의 제조가 가능해지고, 애노드 전압으로 인하여 발생하는 에미터 부근의 애노드 필드를 보다 효율적으로 차폐할 수 있으며, 에미터와 전극의 중첩 부분이 저항층 역할을 하여 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 보다 강화할 수 있고, PR 공정 혹은 노광 공정 등의 복잡한 공정 없이 단순히 스크린 인쇄법만을 사용하는 공정을 채택함으로써 경제성이 보다 강화되며, 감광성 소재를 사용하지 않아도 되어 잔류 물질에 의한 에미터 및 전극의 열화를 감소시켜 수명을 향상시키는 것도 가능해진다.

Claims (23)

1. 하부 기판;

   상기 하부 기판 상에 형성되며, 교호적으로 평행하게 배열된 제1 전극 및 제2 전극;

   상기 하부 기판과 제1 전극 사이에 개재된 에미터;

   상기 하부 기판과 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 상부 기판;

   상기 상부 기판의 저면에 형성된 제3 전극; 및

   상기 제3 전극의 표면에 형성된 형광체층;을 구비하는 전계방출형 백라이트 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 에미터가 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 전도성 물질을 포함하는 후막인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 두께가 3 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
5. 제1항에 있어서, 상기 에미터의 두께가 1 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극의 양측 가장자리에 소정 간격으로 복수의 에미터 형성홈이 형성되고, 상기 복수의 에미터 형성홈의 내측 및 외측의 저면에 걸쳐 상기 에미터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극의 양측 가장자리의 저면에 걸쳐 상기 에미터의 일부가 매립되고, 나머지 일부는 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
8. 하부 기판;

   상기 하부 기판 상에 형성되며, 교호적으로 평행하게 배열된 제1 전극 및 제2 전극;

   상기 하부 기판과 제1 전극 사이, 및 상기 하부기판과 제2 전극 사이에 각각 개재된 에미터;

   상기 하부 기판과 소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 상부 기판;

   상기 상부 기판의 저면에 형성된 제3 전극; 및

   상기 제3 전극의 표면에 형성된 형광체층;을 구비하는 전계방출형 백라이트 유닛.
9. 제8항에 있어서, 상기 에미터가 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 전도성 물질을 포함하는 후막인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
11. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 두께가 3 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
12. 제8항에 있어서, 상기 에미터의 두께가 1 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
13. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 양측 가장자리에 소정 간격으로 복수의 에미터 형성홈이 형성되고, 상기 복수의 에미터 형성홈의 내측 및 외측의 저면에 걸쳐 상기 에미터가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 전극에 배치된 에미터와 상기 제2 전극에 배치된 에미터가 서로 어긋나도록 배열된 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
15. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 양측 가장자리의 저면에 걸쳐 상기 에미터의 일부가 매립되고, 나머지 일부는 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
16. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 캐소드 전극과 게이트 전극의 역할을 교대로 수행하고, 상기 제3 전극이 애노드 전극으로서의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛.
17. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 각각에 배치된 에미터를 가진 하부 패널과, 제3 전극을 가진 상부 패널을 구비한 3극관 방식의 전계방출형 백라이트 유닛의 구동 방법에 있어서,

    (가) 상기 제1 전극에는 캐소드 전압, 상기 제2 전극에는 게이트 전압, 상기 제3 전극에는 애노드 전압을 인가하여 상기 제1 전극의 저면에 배치된 에미터로부터 전자를 방출시키는 단계;

    (나) 상기 제1 전극에는 게이트 전압, 상기 제2 전극에는 캐소드 전압, 상기 제3 전극에는 애노드 전압을 인가하여 상기 제2 전극의 저면에 배치된 에미터로부터 전자를 방출시키는 단계; 및

    (다) 상기 (가) 단계와 (나) 단계를 반복하여 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 구동 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 양측 가장자리에 소정 간격으로 복수의 에미터 형성홈이 형성되고, 상기 복수의 에미터 형성홈의 내측 및 외측의 저면에 걸쳐 상기 에미터가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 구동방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 전극에 배치된 에미터와 상기 제2 전극에 배치된 에미터가 서로 어긋나도록 배열된 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 구동방법.
20. (가) 투명 기판 상에 패턴화된 카본나노튜브층을 스크린 인쇄법으로 형성하는 단계;

    (나) 상기 카본나노튜브층을 건조 또는 소성하는 단계;

    (다) 전도성 후막을 복수의 평행한 라인 형태로 패터닝하여 교호적으로 배열된 제1 전극 및 제2 전극을 스크린 인쇄법을 통해 형성하면서, 적어도 상기 제1 전극의 양측 가장자리가 상기 카본나노튜브층의 일부와 중첩되도록 형성하는 단계; 및

    (라) 상기 전도성 후막을 건조한 후 가열 소성하는 단계;를 포함하는 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널 제조 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 카본나노튜브층이 복수의 평행한 라인 형태, 혹은 길이방향을 따라 소정 간격으로 단락된 복수의 라인 형태인 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널 제조방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 제1 전극이 그 양측 가장자리를 따라 에미터 형성홈이 형성되며, 상기 에미터 형성홈의 내측 및 외측의 저면이 상기 패턴화된 탄소나노튜브층과 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널 제조방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 그 양측 가장자리를 따라 에미터 형성홈이 형성되며, 상기 에미터 형성홈의 내측 및 외측이 상기 패턴화된 탄소나노튜브층과 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 유닛의 하부 패널 제조방법.

Images