KR20050080273A - 전계방출소자 및 그를 구비한 백라이트 장치 - Google Patents
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Abstract
전계방출소자 및 그를 구비한 백라이트 장치에 관해 개시된다. 개시된 전계방출소자는, 기판 위에 서로 교번적으로 형성된 스트라이프 형상의 캐소드 전극 및 게이트 전극과, 상기 캐소드 전극 상에 형성된 CNT 촉매금속층과, 상기 CNT 촉매금속층에서 수직으로 성장된 CNT를 구비한다.
Description
본 발명은 전계방출소자 및 그를 이용한 백라이트 장치에 관한 것으로 특히 카본 나노 튜브(carbon nano tube, CNT))를 이용한 전계방출소자 및 백라이트 장치에 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 장치(backlight device)가 설치된다.
종래의 백라이트 장치로는 선광원으로서 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)와, 점광원으로서 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 백라이트 장치는 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) 백라이트 장치가 제안되고 있다. 이러한 전계방출형 백라이트 장치는 기존의 냉음극 형광램프 등을 이용한 백라이트 장치에 비해 전력 소모가 적고, 또한 넓은 범위의 발광 영역에서도 비교적 균일한 휘도를 나타내는 장점이 있다.
도 1은 종래 전계 방출형 백라이트 장치의 일부 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상부 기판(20)과 하부 기판(10)이 일정간격을 두고 서로 대향되게 배치되어 있다. 그리고, 상기 상부 기판(20)의 내면에는 애노드(anode) 전극(22)과 형광체층(24)이 차례로 형성되어 있으며, 상기 하부 기판(10)의 상면에는 캐소드(cathode) 전극(12)이 형성되어 있다. 상기 캐소드 전극(12) 상에는 소정의 관통홀(14a)이 형성된 게이트 절연층(14)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연층(14) 상에는 상기 관통홀(14a)에 대응되는 게이트홀(16a)이 형성된 게이트전극(16)이 형성되어 있다. 상기 관통홀(14a)로 노출된 상기 캐소드 전극(12) 상에는 CNT 에미터(30)가 형성되어 있다.
이러한 구조를 가진 전계 방출형 백라이트 장치에 있어서, 애노드 전극(22)에 수 kv 전압을 인가하고, 게이트전극(16)에 수십 v 전압을 인가하면, CNT 에미터(30)로부터 전자가 방출되어서 애노드전극(22)에 충돌한다. 이때 이 전자들은 형광층(24)을 여기하여 가시광(26)을 방출하게 한다.
상기 CNT 에미터(30)는 CNT가 포함된 페이스트를 게이트 홀(16a)에 노출된 캐소드 전극(12) 상을 스크린 프린팅한 후, 식각과정을 통하여 얻어질 수 있다.
그러나, 스크린 프린팅으로 얻어지는 CNT 에미터(30)에서 CNT 함량이 수 십 % 이내이므로 CNT의 양이 제한을 받으며, 따라서 고휘도의 전계방출소자를 얻는 데 문제가 있다.
또한, 종래의 적층 구조의 전계방출소자를 얻기 위해서는 패터닝 과정이 반복되며, 이는 전계방출소자의 제조원가 상승의 주요 요인이 된다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, CNT 에미터의 CNT 밀도를 증가시킨 전계방출소자 및 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 평면 상에 캐소드 전극 및 게이트 전극을 형성함으로써 제조공정을 단순화한 전계방출 소자 및 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출소자는:
기판 위에 서로 교번적으로 형성된 스트라이프 형상의 캐소드 전극 및 게이트 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성된 CNT 촉매금속층; 및
상기 CNT 촉매금속층에서 수직으로 성장된 CNT;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 단속적으로 형성될 수 있다.
또한, CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 CNT 촉매금속층은, Ni,Co,Fe,인바로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 백라이트 장치는:
소정 간격으로 나란하게 배치된 상부기판 및 하부기판;
상기 상부기판에 형성된 애노드 전극;
상기 애노드 전극 상에 소정 두께로 형성된 형광층;
상기 하부기판 상에 서로 교번적으로 형성된 스트라이프 형상의 캐소드 전극 및 게이트 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성된 CNT 촉매금속층;
상기 CNT 촉매금속층에서 수직으로 성장된 CNT;를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전계방출소자 및 전계방출 표시소자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 장치의 개략적 단면도이며, 도 3은 도 2의 전계방출소자의 개략적 평면도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 상부 기판(120)과 하부 기판(110)이 일정간격을 두고 서로 대향되게 배치되어 있다. 상기 상부 기판(120)의 내면에는 애노드 전극(122)과 형광체층(124)이 차례로 형성되어 있으며, 상기 하부 기판(120)의 상면에는 전계방출소자가 형성되어 있다.
상기 전계방출소자는, 하부 기판(120) 위에서 스트라이프 상으로 서로 평행하게 교대로 형성된 캐소드전극들(112) 및 게이트 전극들(116)이 배치되어 있다. 상기 캐소드전극들(112) 및 게이트전극들(116)은 하부 기판(110) 상에 Cr 또는 ITO 전극들을 증착한 후, 이들 전극들을 패터닝하여 얻어질 수 있다.
상기 게이트 전극(116)은 그들 사이의 캐소드 전극(112) 상의 CNT 에미터(130)로부터 전자를 추출한다. 게이트 전극(116)에는 수십 볼트 전압, 예컨대 40 V 전압이 인가된다.
상기 캐소드 전극(112) 상에는 금속박막(113)이 형성되어 있다. 상기 금속박막(113)은 CNT 촉매 금속층으로서 Ni, Co, Fe, 인바(invar) 중 적어도 어느 하나로 제조된다. 금속박막(113)은 대략 1 ㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속박막(113)은 도 3에서 상기 캐소드 전극 상에서 불연속적으로 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 캐소드 전극(112) 상에서 도 4에 도시된 것과 같이 연속적으로 형성되어도 된다. 이는 칩 마운팅과 같은 표면실장(surface mounting) 기술로 제조시에는 소정 크기로 불연속적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속박막(113)은 열전사 방법을 사용하여 연속적으로 형성될 수도 있다.
상기 금속박막(113) 상에는 CNT 에미터(130)가 형성되어 있다. 상기 CNT 에미터(130)는 금속박막(113)이 형성된 기판을 소정 온도, 예컨대 750 ℃ 로 유지한 챔버에 배치한 상태에서 탄소를 함유한 개스를 상기 챔버내로 주입하면, 금속박막(113)의 표면으로부터 카본나노튜브(130)가 성장된다. 상기 탄소를 함유한 개스로는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4
), 에탄(C2H6), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 등을 사용할 수 있다.
상기 CNT 에미터(130)는 상기 탄소를 흡착시키는 시간에 따라서, 상기 금속박막 상에 고밀도로 형성될 수 있다.
상기 백라이트 장치의 작용을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 게이트 전극(116)에 40 V 펄스전압을 인가하고, 애노드 전극(122)에 2 kV 전압을 인가하면, CNT 에미터(130)로부터 전자가 방출된다. 이렇게 방출된 전자는 애노드 전극(122)을 향하여 진행되며, 형광층(124)에 충돌한다. 이때 형광층(124)으로부터 가시광선(126)이 배출되며, 이 가시광선(126)은 상부 기판(120)을 통과한다.
본 발명에 따른 전계방출소자는 캐소드전극 상에 형성된 CNT 에미터의 CNT 밀도가 증가되므로 CNT 에미터의 전자방출능력이 향상된다. 이러한 전계방출소자를 사용하는 백라이트 장치는 고휘도 특성을 가질 수 있다.
또한, 평면 상에 게이트전극을 캐소드 전극과 함께 형성하기 때문에 게이트전극을 형성하는 제조공정이 단순화되며, 따라서 삼극구조(triode)를 가지는 전계방출형 백라이트 장치를 저가로 생산할 수 있게 된다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 전계 방출형 백라이트 장치의 일부 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 장치의 개략적 단면도이다. 도 3은 도 2의 전계방출소자의 개략적 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전계방출소자의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
110: 하부 기판 112: 캐소드 전극
113: 금속박막 116: 게이트 전극
120: 상부기판 122: 애노드 전극
124: 형광층 130: CNT 에미터
Claims (8)
- 기판 위에 서로 교번적으로 형성된 스트라이프 형상의 캐소드 전극 및 게이트 전극;상기 캐소드 전극 상에 형성된 CNT 촉매금속층;상기 CNT 촉매금속층에서 수직으로 성장된 CNT;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 단속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, Ni,Co,Fe,인바로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출소자.
- 소정 간격으로 나란하게 배치된 상부기판 및 하부기판;상기 상부기판에 형성된 애노드 전극;상기 애노드 전극 상에 소정 두께로 형성된 형광층;상기 하부기판 상에 서로 교번적으로 형성된 스트라이프 형상의 캐소드 전극 및 게이트 전극;상기 캐소드 전극 상에 형성된 CNT 촉매금속층;상기 CNT 촉매금속층에서 수직으로 성장된 CNT;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 단속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, 상기 캐소드 전극 상에서 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 CNT 촉매금속층은, Ni,Co,Fe,인바로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출형 백라이트 장치.
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