KR100773152B1

KR100773152B1 - 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프

Info

Publication number: KR100773152B1
Application number: KR1020060030984A
Authority: KR
Inventors: 김광복
Original assignee: 금호전기주식회사
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-11-02
Also published as: KR20070099789A

Abstract

본 발명에 따른 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프는 글라스튜브의 내주면에 투명전극과 형광체가 순차로 형성되고, 상기 글라스튜브의 내부로는 투명전극을 향해 전자를 방출하는 음극선이 관통 배치되어 구성되는 전계방출램프에 있어서, 상기 음극선의 표면에는 탄소나노계 물질이 성장되어 형성된 에미터가 구비되고, 상기 글라스튜브의 외주면에는 글라스튜브에서 발산되는 광을 확산시키는 확산층이 형성되어 구성되며, 상기 에미터에 의해 글라스튜브에서 발산되는 도트 타입의 광원을 상기 확산층에서 확산시킴으로써, 램프가 전체적으로 고르게 발광되도록 하여, 별도의 독립 조명장치로 그 활용의 폭을 넓히는 효과를 갖는다.

확산층, 확산튜브, 탄소나노계 물질, 에미터, 전계방출램프

Description

탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프{Field-emission lamp using CN-based material}

도 1은 종래 실시예를 보인 단면도이다.

도 2는 금속와이어 상에 에미터가 형성된 음극선의 예시도

도 3은 본 발명의 실시예를 보인 단면도이다.

도 4는 본 발명에서 확산튜브의 사용을 보인 사시도이다.

도 5는 도 4의 확산튜브가 결합된 상태를 보인 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 글라스튜브 52 : 투명전극

54 : 형광체 60 : 음극선

62 : 금속와이어 64 : 에미터

70 : 확산층 80 : 램프본체

90 : 확산튜브

본 발명은 음극선의 표면에 탄소나노계 물질을 성장하여 에미터를 형성한 전계방출램프에 있어서, 에미터에 의해 발산되는 도트 타입의 광원을 램프의 표면에서 확산시켜 램프의 발광균일도를 높임으로써, 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 용도를 넘어 별도의 독립 조명장치로 그 활용의 폭을 넓힌 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프에 관한 것이다.

일반적으로, LCD나 PDP 등과 같은 디스플레이장치에는 시인성을 향상시키기 위하여 백라이트 유닛이 장착된다. 백라이트 유닛의 광원으로는 CCFL과 같은 선형광원과, 평면 기판 상에 전계발광소자를 구비한 면광원이 주로 사용되고 있다. 이 중 CCFL과 같은 선형광원이 백라이트 유닛에 적용될 경우, 디스플레이장치가 고르게 발광되도록 하기 위하여, 디스플레이장치의 배면에 확산층이 구비된 도광판이 장치된다. 그리고, 도광판의 두께면에 CCFL이 장착되어, 이 CCFL이 도광판의 두께면을 조사하면, 도광판이 발광하면서 발광된 빛이 확산층에 의해 확산되어 디스플레이장치를 조명한다.

그러나, 선형광원이 면광원으로 변환되면서 휘도가 저하되며, CCFL의 높은 구동전압이 디스플레이장치의 저전력, 경량화를 방해하는 문제점이 발생되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방책으로서, 최근 들어 음극선의 표면에 탄소나노튜브를 성장하여 전계방출 특성을 높인 직관형 전계방출램프의 연구, 개발이 이루어지고 있다.

도 1은 탄소나노튜브를 이용한 직관형 전계방출램프의 일예를 보인 단면도이다. 이를 참조하면, 글라스튜브(10)의 내주면에는 양극을 구성하는 투명전극(12)이 형성되고, 이 투명전극(12) 위에는 형광체(14)가 도포된다. 글라스튜브(10)의 내부로는 상기 투명전극(12)으로 전계전자를 방출하는 음극선(20)이 관통 배치된다. 음극선(20)은 금속와이어(22)의 외주면에 탄소나노튜브를 성장하여 전자총 형태의 에미터(24)를 형성하는 것으로 구성된다. 이러한 구성에서, 음극선(20)과 투명전극(12)에 각각 외부전원(30)을 인가하면, 음극선(20) 외주의 에미터(24)에서 전계전자가 방출되고, 방출된 전자가 투명전극(12)에 의해 가속화되면서 형광체(14)에 충돌하여 글라스튜브(10)가 발광한다.

상술한 전계방출램프는 매우 우수한 전자방출 특성을 가지며, 저전압에서도 고휘도로 발광되어, 향후 디스플레이장치의 백라이트 유닛에서 중요한 역할을 차지할 것이 예상된다.

하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 에미터(24)는 금속와이어(22)의 표면에 뾰족한 핀 형태로 형성됨으로 인해, 이처럼 뾰족한 부위가 투명전극(12)과의 간격이 상대적으로 작게 되며, 위 부위에서 상대적으로 높은 전계가 걸리게 된다. 이에 따라 글라스튜브(10)가 균일한 광을 발산하지 못하고 도트 타입으로 발광되는 문제점이 발생되고 있다. 이는 도광판이 이용되는 CCFL, EEFL등의 선형램프를 이용한 백라이트 유닛에서는 크게 문제되지 않지만, 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프가 저전력으로도 우수한 전계발광효과를 갖는 것에 반해, 그 활용 폭을 좁히는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 탄소나노계 물질을 이용한 전계발광램프가 우수한 전계발광 특성을 가짐에도 불구하고, 도트 타입으로 발광되는 기술적 한계에 의해, 그 활용 폭이 제한되던 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 글라스튜브의 외주면에 확산층을 형성하여 글라스튜브의 발광균일도를 개선함으로써, 별도의 독립된 조명장치로 그 활용 폭을 넓힌 탄소나노계 물질을 이용한 전계발광램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 램프의 외주에 확산튜브를 끼움 결합하는 간단한 조립작업을 통해 발광균일도를 크게 개선할 수 있으며, 사용자가 필요에 따라 선택적으로 확산튜브의 사용을 선택할 수 있도록 된 탄소나노계 물질을 이용한 전계발광램프를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프는 글라스튜브의 내주면에 투명전극과 형광체가 순차로 형성되고, 상기 글라스튜브의 내부로는 투명전극을 향해 전자를 방출하는 음극선이 관통 배치되어 구성되는 전계방출램프에 있어서, 상기 음극선의 표면에는 탄소나노계 물질이 성장되어 형성된 에미터가 구비되고, 상기 글라스튜브의 외주면에는 글라스튜브에서 발산되는 광을 확산시키는 확산층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 확산층은 Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂를 포함하는 산화물 그룹에서 선택된 산화물을 글라스튜브의 표면에 코팅하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 확산층은 PC계 또는 PMMA계 고분자 수지에 광확산제가 첨가되어 형성된 확산시트가 글라스튜브의 외주면에 투명 접착물을 매개로 접착되어 형성될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프는 글라스튜브의 내주면에 투명전극과 형광체가 순차로 형성되고, 상기 글라스튜브의 내부로는 투명전극을 향해 전자를 방출하는 음극선이 관통 배치되며, 상기 음극선의 표면에는 탄소나노계 물질이 성장되어 형성된 에미터가 구비되는 램프본체; 및 상기 램프본체의 외주면에 끼움 결합되며 램프본체에서 발산되는 광을 확산시키는 확산튜브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 확산튜브는 PC(Poly Carbonate)계 또는 PMMA(Poly Methyl Methacrylate)계 고분자 수지에 광확산제를 첨가하고, 이를 압출 성형하여 형성된다.

또한, 상기 글라스튜브의 양단에 결합되어 상기 확산튜브를 글라스튜브의 외주면에 고정시키는 클램핑 수단이 더 구비될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예를 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에서 확산튜브의 사용을 보인 사시도이고, 도 5는 도 4의 확산튜브가 결합된 상태를 보인 사시도이다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 설명하면, 글라스튜브(50)의 내벽을 따라 ITO(Indium tin Oxide)가 도포되어 투명전극(52)이 형성된다. 그리고, 이 투명전극(52) 위에는 형광체(54)가 도포된다. 글라스튜브(50)의 내부로는 음극선(60)이 관통 배치되는데, 이 음극선(60)은 전기전도도가 우수한 금속와이어(62)와, 이 금속와이어(62)의 외주면에 탄소나노계 물질을 성장하여 형성된 에미터(64)로 구성된다. 금속와이어(62)에 성장되는 탄소나노계 물질은 CNT(Carbon Nano Tube), CNW(CN Wall), CNF(CN Fiber), CNB(CN Ball), CNH(CN Horn), 및 DLC(Diamond like Carbon)를 포함하는 탄소나노계 물질 중에서 선택된 어느 하나이며, 전기영동법, 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition) 등 통상의 성장방법에 의해 금속와이어(62)의 표면 상에 전기도금되거나 증착된다. 이러한 구성에 전원(65)이 연결되어, 상기 투명전극(52)은 양전위를 인가하며, 상기 음극선(60)은 음전위를 인가한다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 글라스튜브(50)의 외주면에는 글라스튜브(50)에서 발산되는 광을 확산시키는 확산층(70)이 형성된다. 확산층(70)은 에미터(64)에 의해 글라스튜브(50) 외부로 발산되는 도트 타입의 광원을 고르게 확산시키는 역할을 하는 것으로서, 코팅, 접착 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예컨대, 확산층(70)은 글라스튜브(50)의 외주면에 Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂ 등의 산화물을 코팅하는 것으로 형성될 수 있다. 확산층(70)을 코팅 형성하는 일예로서, 먼저, 5㎛ 이하 크기의 Y₂O₃ 5-10wt%를 PC계 또는 PMMA계 투명가소성 고분자 수지, 폐놀계 분산제 소량, 알파터피네올 등의 희석제와 잘 혼합한다. 이후, 글라스튜브(50)의 표면에 위 혼합물을 스프레이 방식, 딥 코팅 방식, 롤링 방식 등의 코팅법으로 코팅하여 80℃에서 건조한다. 그리고, 글라스튜브(50)를 N₂ 또는 Ar 분위기에서 200-250℃ 사이의 고온으로 열처리하면, 글라스튜브(50) 외주면에 확산층(70)이 형성된다. 이와 같이 형성된 확산층(70)은 전계방출로부터 나온 가시광선이 글라스튜브(50)에서 발산되면, 이 가시광선이 확산층(70)에 코팅된 산화물의 입자 표면에 부딪쳐 산란되면서 도트 타입의 광원을 고르게 확산 분포시킨다.

한편, 글라스튜브(50) 외주면에 투명 접착제를 도포하고, 그 위에 확산시트를 접착시키는 것으로도 확산층(70)을 형성할 수 있으며, 이 경우, 확산시트는 PC계 또는 PMMA계 투명가소성 고분자 수지에 확산제를 첨가하고, 이를 압출롤러에 의해 시트 형태로 성형하여 제작될 수 있다. 이때 사용되는 확산제로는 상술한 Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂를 포함하는 산화물이나 유리 또는 탈크(Talc)와 같은 투명 또는 백색의 광물 입자 등이 선택된다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프는 도 3에 도시된 바와 같이, 글라스튜브(50) 내벽에 투명전극(52), 형광체(54)가 형성되고, 글라스튜브(50) 내부로 금속와이어(62)의 표면에 에미터(64)가 형성된 음극선(60)이 관통 배치되어 램프본체(80)를 형성하고, 이 램프본체(80)의 외주에 확산튜브(90)가 끼움 결합되어 구성된다. 상기 램프본체(80)의 양 단부에는 내부에 봉입된 가스의 누출을 방지하도록 밀봉 말단처리되고, 각 말단부에서 전원선(85)이 인출된다. 그리고, 램프본체(80)의 외주면에는 길이방향을 따라 확산튜브(90)가 끼움 결합되는데, 이 확산튜브(90)는 램프의 제조공정에서 글라스튜브(50)의 외주면에 밀착되도록 끼움 결합되고, 확산튜브(90)를 포함한 램프본체(80)의 양 말단이 밀봉 처리된다. 확산튜브(90)는 PC계 또는 PMMA계 투명가소성 고분자 수지에 확산제를 첨가하고, 이를 관 형상으로 압출 성형하는 것으로 제작될 수 있다. 이때 사용되는 확산제로는 상술한 Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂를 포함하는 산화물이나 유리 또는 탈크(Talc)와 같은 투명 또는 백색의 광물 입자 등이 선택된다.

한편, 사용자가 확산튜브(90)의 사용을 선택하도록 제공될 수도 있다. 이 경우, 램프본체(80)와 확산튜브(90)는 별도로 제공되고, 확산튜브(90)를 램프본체(80)의 외주면에 고정시키 위해, 램프본체(80) 양단에는 클램핑 수단(95)이 끼움 결합된다. 클램핑 수단(95)은 도 5에 도시된 바와 같이 램프본체(80)의 양 말단에 억지 끼움 결합되거나, 램프본체(80)의 가장자리에 밴드 타입으로 체결되는 체결구로 제공될 수 있다. 이와 같이, 간단한 조립작업에 의해, 램프본체(80)에 확산튜브(90)를 끼움 결합 또는 해제할 수 있도록 함으로써, 사용자는 확산튜브(90)의 사용을 선택할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 전계발광램프가 네온사인이나 간판 등의 조명장치로 이용될 경우, 광투과성 판넬 안에 램프가 설치될 수 있을 것이다. 이때, 사용자는 확산튜브(90)를 끼워 발광균일도를 높이거나, 확산튜브(90)를 벗겨서 휘도를 높이는 선택을 할 수 있다. 또한, 확산튜브(90)는 여러 가지 색상의 제품으로 제공되고, 사용자가 원하는 색상의 확산튜브(90)를 선택하여 조립하여, 조명장치의 장식적 효과를 높일 수도 있음은 물론이다.

전술한 본 발명은 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프를 별도의 독립 조명장치로 사용하는 것을 주목적으로 하지만, 본 발명은 디스플레이장치의 백라이트 유닛에도 적용될 수 있으며, 이 경우 백라이트 유닛의 확산 효과를 크게 향상시킬 수 있게 될 것이다. 이와 같이, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노계 물질을 이용한 전계 발광램프는 글라스튜브의 외주면에 확산층을 형성함으로써, 종래 탄소나노계 물질에 의해 형성된 에미터가 높은 전계발광 특성을 나타내는 반면 도트 타입의 광을 발산함으로써 그 활용 폭에 제한을 받던 문제점을 해결하고, 램프의 발광균일도를 크게 향상시켜 별도의 독립 조명장치로 활용의 폭을 넓히는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 램프본체의 외주에 확산튜브를 끼움 결합하는 간단한 제조공정을 추가하는 것으로 발광균일도가 개선된 독립 조명장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 사용자가 간단한 조립작업으로 확산튜브의 사용을 선택할 수 있도록 함으로써, 네온사인이나 간판 등에서 원하는 발광균일도, 휘도, 색상 등을 적절히 선택하여 장식적 효과를 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

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글라스튜브의 내주면에 투명전극과 형광체가 순차로 형성되고, 상기 글라스튜브의 내부로는 투명전극을 향해 전자를 방출하는 음극선이 관통 배치되어 구성되는 전계방출램프에 있어서,

상기 음극선의 표면에는 탄소나노계 물질이 성장되어 형성된 에미터가 구비되고, 상기 글라스튜브의 외주면에는 글라스튜브에서 발산되는 광을 확산시키는 확산층이 형성되며, 상기 확산층은 PC계 또는 PMMA계 고분자 수지에 광확산제가 첨가되어 형성된 확산시트가 글라스튜브의 외주면에 투명 접착물을 매개로 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프.
글라스튜브의 내주면에 투명전극과 형광체가 순차로 형성되고, 상기 글라스튜브의 내부로는 투명전극을 향해 전자를 방출하는 음극선이 관통 배치되며, 상기 음극선의 표면에는 탄소나노계 물질이 성장되어 형성된 에미터가 구비되는 램프본체; 및

상기 램프본체의 외주면에 끼움 결합되며 램프본체에서 발산되는 광을 확산시키는 확산튜브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프.
제4항에 있어서,

상기 확산튜브는 PC계 또는 PMMA계 고분자 수지에 광확산제를 첨가하고, 이를 압출 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프.
제4항에 있어서,

상기 글라스튜브의 양단에 결합되어 상기 확산튜브를 글라스튜브의 외주면에 고정시키는 클램핑 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소나노계 물질을 이용한 전계방출램프.