KR20060035214A - 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한냉열관 형광광원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원에 관한 것으로, 특히 전계에 의한 전자방출방식으로 열이 없는 냉열관 형광광원에 있어서 실제적인 전자방출이 이루어지는 전극의 표면을 일함수가 매우 낮은 탄소나노튜브로 구성함으로써 광원의 광효율을 증대하고, 나머지 광원의 특성은 그대로 유지하기 위한 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원에 관한 것이다.

탄소나노튜브, 냉열관 형광광원, 전극

Description

냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원 {CARBON NANO TUBE ELECTRODE FOR COLD FLUORESCENT LAMP AND COLD FLUORESCENT LAMP USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극에 대한 일 실시예의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극을 적용한 냉열관 형광광원에 대한 일 실시예의 모식도이다.

도 3은 본 발명의 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극에 대한 다른 실시예를 적용한 냉열관 형광광원에 대한 일 실시예의 모식도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 모재 전극 20 : 탄소나노튜브 코팅층

30 : 방전관 40 : 기밀부

본 발명은 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원에 관한 것으로, 특히 전계에 의한 전자방출방식으로 열이 없는 냉열관 형광 광원에 있어서 실제적인 전자방출이 이루어지는 전극의 표면을 일함수가 매우 낮은 탄소나노튜브로 구성함으로써 광원의 광효율을 증대하고, 나머지 광원의 특성은 그대로 유지하기 위한 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원에 관한 것이다.

형광광원 중에서 냉음극 시동방식을 이용한 냉열관 형광광원은 냉음극형광광원(CCFL), 외부전극형광광원(EEFL), 전계방출 디스플레이(FED) 등을 포함하는 것으로 저 소비전력, 고휘도 및 우수한 연색성 등으로 Full color화에 대응이 가능한 측면에서 LCD의 백라이트 광원장치, 사무용 기기, 각종 표시장치 등에서 사용되고 있으며, 정보화기기의 보급과 더불어 날로 수요가 증가되고 있다. 또한 광원의 관경이 슬림하여 라이트 패널의 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 광고용 라이트 패널의 광원으로도 사용된다.

상기 냉열관 형광광원은 우리에게 흔히 형광등으로 잘 알려진 형광광원인 열음극 형광광원과 거의 동일한 원리로 점등되지만, 열음극 형광광원이 열에 의한 전자방출로 점등되는 반면, 냉열관 형광광원은 전극에 가해지는 전계에 의한 전자방출로서 점등된다는 차이가 있다.

따라서 동일한 전계에서 더 많은 2차 전자가 방출될수록 또한, 더 높은 에너지를 가지는 2차 전자가 방출될수록 광원의 광효율이 증대된다. 이와 같은 요구를 만족시키기 위하여 상기 냉열관 형광광원의 전극으로는 텅스텐이나, 니켈, 알루미나등이 주로 사용되며, 그중 수은감소량이 낮으면서 단면적을 용이하게 변경시킬 수 있는 니켈이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 전극은 단면적이 커질수 록 전자방출량이 증가하여 휘도가 높아짐은 물론, 수은 감소량이 적어져 수명을 연장시키는 요소로 작용됨으로 인하여, 최근에는 중공부를 가진 컵형상의 전극을 구비한 광원이 상용화되고 있다. 또한, 상기 기술한 광원 광효율 증대를 위해 기존의 니켈에서 Mo, Nb, Ta, W과 같은 일함수가 낮은 금속을 전극에 적용하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있으나 획기적인 개선을 이루고 있지 못하는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기존의 냉열관 형광광원의 구조를 그대로 적용하면서, 기존의 형광광원보다 광원 광효율을 획기적으로 개선할 수 있는 냉열관 형광광원용 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

모재 전극; 및

상기 모재 전극의 표면에 바인더를 통하여 결합되어지는 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극을 제공한다.

또한 본 발명은

상기 냉열관 형광광원용 전극을 포함하는 냉열관 형광광원을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 냉열관 형광광원용 전극은 모재 전극(10) 및 상기 모재 전극의 표 면에 바인더를 통하여 결합되어지는 탄소나노튜브(CNT) 코팅층(20)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 전극으로 작용하는 모재 전극(10)에 2차 전자방출이 용이하도록 일함수가 매우 낮은 탄소나노튜브를 코팅하여 상기 탄소나노튜브가 2차 전자 방출의 역할을 수행하도록 하여 형광광원의 광효율을 증대시키도록 하는 것이다.

상기 모재 전극(10)으로는 공지의 다양한 전도성 금속재질 또는 세라믹 재질이 이에 사용될 수 있으며 이에는 상기 기술한 바와 같은 Ni 또는 이의 합금이 사용되는 것이 바람직하며, 이외에도 일함수가 낮은 Mo 또는 이의 합금, Nb 또는 이의 합금, Ta 또는 이의 합금, W 또는 이의 합금, 알루미나 등이 사용되는 것이 바람직하다. 또한 상기 모재 전극(10)의 형상은 상기 기술한 바와 같이 일반적인 형상이외에 도 1에 도시한 바와 같이 컵 모양의 형상 등 다양한 형상이 이에 적용될 수 있다.

상기 바인더는 탄소나노튜브(CNT)를 모재 전극(10)의 코팅표면에 고착시키는 작용을 한다.

상기 바인더는 통상의 유기계 바인더 또는 무기계 바인더가 사용될 수 있음은 물론이며, 구체적으로 니트로셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 유기계 바인더를 사용할 경우에는 코팅공정시 접착력 향상에 있어 좋으며, LF-200(불소계 수지), MS-51(메틸 실리케이트), TEOS, MTMS, MTES, HMDS 등의 실리카계 무기계 바인더를 사용할 경우에는 코팅완료후의 접착력 향상에 있어 좋으며, 특히 상 기 유기계 바인더와 무기계 바인더를 혼합하여 사용하는 것이 코팅 공정시와 코팅완료후의 접착력 향상에 있어 더욱 좋다. 이때, 상기 유기계 바인더와 무기계 바인더는 탄소나노튜브 코팅용 조성물 총중량의 0.1 중량% 내지 10 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.

또한 상기 탄소나노튜브(CNT)는 공지의 전도성이 우수한 단일벽, 이중벽, 다중벽 구조의 탄소나노튜브, 다발형의 탄소나노튜브 또는 그 혼합물이 사용될 수 있고, 그 크기는 전극의 용도에 따라 다양하게 선택하여 사용할 수 있으며, 바인더 내에 분산이 용이하도록 하기 위하여 볼 밀(ball mill) 등을 통하여 단일 가닥별로 분리되거나 엉킴 정도를 낮추도록 분쇄하여 사용될 수 있다. 또한, 탄소나노튜브로는 CNT(Single wall),CNT(Multi wall), CNF(Carbon nano fiber), CNP(Carbon nano powder)등 모두 사용 가능하나, 대량생산의 용이성, 작업성, 경제성, 생산의 용이성, 전극의 특성 및 구입 용이성 등을 고려할 때 바람직하게는 5 ㎚ 내지 1000 ㎚의 길이를 가지고, 0.1 ㎚ 내지 50 ㎚의 직경을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다. 또한 더욱 바람직하게는 단일벽 탄소나노튜브(Single wall CNT)를 사용하고 5 ㎚ 내지 20 ㎚의 길이를 가지고, 0.1 ㎚ 내지 5 ㎚의 직경을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 바인더와 탄소나노튜브의 혼합물은 이와 같은 단순 구성으로 탄소나노튜브 코팅용 조성물을 구성할 수도 있고, 상기 바인더와 탄소나노튜브 이외에 적정농도조절을 위한 분산용매를 더 포함한 형태의 탄소나노튜브 코팅용 조성물로도 구성될 수 있으며, 이외에 여기에 공지의 분산제 등을 더 포함하여 구성될 수도 있 다. 상기 분산제 및 분산용매는 바인더의 타입 또는 접착성 등을 고려하여 공지의 다양한 분산제와 분산용매가 사용될 수 있다.

따라서 상기 분산용매를 더 포함한 형태의 탄소나노튜브 코팅용 조성물의 경우에는 상기 모재 전극상에 결합하는 탄소나노튜브 코팅층(20)의 적정한 결합력 유지를 위해서 상기 바인더는 상기 탄소나노튜브 코팅용 조성물에 0.1 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 탄소나노튜브는 적정한 전도성 및 방전을 위하여 상기 탄소나노튜브 코팅용 조성물에 0.01 내지 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 탄소나노튜브 코팅용 조성물은 스프레이, 도포, 침적, 스크린 인쇄, Dip Coating 등의 공지의 다양한 코팅방법을 통하여 상기 모재 전극상에 코팅되어질 수 있으며, 이후에 열풍건조, 상온건조 등의 공지의 다양한 건조방법 또는 큐어링 방법을 통하여 결합을 완료하고 코팅층(20)을 형성할 수 있다.

바람직하게는 상기 탄소나노튜브는 이방성을 가지므로 모재전극(10)상에 똑바로 선 형태로 탄소나노튜브가 정렬하는 것이 좋다. 즉 상기 탄소나노튜브의 축방향이 전계 방향으로 정렬하는 것이 전극특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 코팅방법 중에서 Dip Coating 방법을 적용하는 경우에 상기 정렬형태를 얻을 수 있다. 특히, 컵(Cup) 형태 또는 봉 형태의 모재전극을 이용하여 CNT 코팅조성물에 Dip Coating 한 후 CNT의 정렬을 원하는 일정방향(또는 Dipping 방향)으로 그대로 유지하면서 건조하는 경우에는 탄소나노튜브가 Dipping 및 건조과정에서 일방향성을 가진다. 상기 Dip Coating은 하나의 전극을 전체로 Dip Coating 할 수도 있고, 바람직하게는 상기 전체 모재 전극에 해당하는 쪼개어진 다수의 모재전극을 각각 상기 Dip Coating을 통하여 제작하고 이를 묶어서 하나의 다발로 전극으로 구성하는 것이 상기 일방향성을 확보하기 위하여 더욱 좋다.

이와 같이 결합이 완료된 상기 탄소나노튜브 코팅층(20)의 두께는 적용되는 광원의 사양에 따라 다양하게 구성할 수 있으며, 2차 전자의 방전이 원활하게 이루어지도록 하기 위해서는 적정한 두께인 것이 좋고, 고가의 탄소나노튜브를 유효하게 사용하여 생산비용을 절감하기 위해서는 얇은 것이 좋으므로 이를 모두 만족하기 위해서는 10 ㎚ 내지 100 ㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한 상기 탄소나노튜브의 코팅층은 도 1에 도시한 바와 같이 모재 전극의 표면상의 모두에 형성할 수도 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 상대편전극과 대향하는 전계가 형성되는 표면에만 코팅을 실시할 수도 있다.

이상과 같은 냉열관 형광광원용 전극은 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원에 적용될 수 있으며, 이외에도 본 발명의 구성을 가지는 전극은 다양한 응용분야의 전극에 활용될 수 있다. 특히, 상기 기술한 바와 같이 전극에 걸리는 전계에 따라 전자가 방출되는 전극의 형태로 활용도를 가지는 전극의 적용분야에 이용되는 경우에 그 활용도가 높다.

또한 본 발명은 이러한 본 발명의 냉열관 형광광원용 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원을 제공한다. 또한 상기 냉열관 형광광원에는 CCFL, EEFL 또는 FED를 포함하는 다양한 형태의 전계에 의한 전자방출방식의 냉열관 형광광원에 모두 적용이 가능하다.

또한 본 발명은 상기 냉열관 형광광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원장치를 제공한다. 이러한 광원장치에 대한 구체적인 예로는 LCD용 백라이트 유닛(BLU) 등이 이에 해당한다.

또한 본 발명은 상기 광원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다. 이에는 LCD 표시장치, 광고패널, 사무용기기 등의 다양한 형태의 표시장치를 포함한다.

본 발명에 대한 구체적인 실시예는 아래에 기술한 바와 같다. 이와 같은 실시예는 본 발명의 구체적인 일 예에 불과하며 본 발명의 기술사상은 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

1 ℓ의 비이커에 불소계 수지인 LUMIFRON LF-200 20 g에 메틸 실리케이트 MS-51 10 g을 Iso-Propyl alcohol 200 ㎖에 혼합시킨 후 교반을 행하였다.

여기에 곧바로 p-Toluene solfonic acid 촉매 0.05 g을 첨가 한 후 20 ~ 30 ℃의 온도에서 2 시간 동안 교반한 후 정치 시켜 투명한 저점성 Binder 완성액을 제조하였다.

상기 저점성 Binder 완성액 100 g에 CNT (Single wall, 직경 :1 ㎚, 길이 : 10 ㎚) 0.1 g을 첨가 후 Sonic cator를 사용하여 5 분간 분산 후 코팅 완성액을 제조하였다.

이를 컵(Cup)형상의 Ni 전극을 이용하여 Dip Coating을 통하여 코팅하여 전극을 완성하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉열관 형광광원용 탄소나노튜브 전극 및 이를 이용한 냉열관 형광광원에 따르면 열형 형광광원과 달리 전계에 의한 전자방출방식으로 열이 없는 냉열관 형광광원에 있어서 실제적인 전자방출이 이루어지는 전극의 표면을 일함수가 매우 낮은 탄소나노튜브로 구성할 수 있다.

따라서, 나머지 광원의 특성은 그대로 유지하면서도 광원의 광효율을 증대하여 동일 전계에서 높은 휘도를 나타내거나 동일 휘도 조건에서는 낮은 전계를 요구하게되는 장점이 있고, 초기 시동 전압을 낮게 가져갈 수 있음에 따라 전체 전원장치의 구성을 저전압 발생장치로 구성이 가능하여 저가로 구성할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 상세한 설명에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims (13)

1. 모재 전극; 및

   상기 모재 전극의 표면에 바인더를 통하여 결합되어지는 탄소나노튜브 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모재 전극은 Ni, Mo, Nb, Ta, W, 이들 각각의 합금 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
3. 제1항에 있어서,

   상기 바인더는 무기계 바인더, 유기계 바인더 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
4. 제1항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브는 단일벽, 이중벽, 다중벽 구조의 탄소나노튜브, 다발형의 탄소나노튜브 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
5. 제4항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조의 5 ㎚ 내지 20 ㎛의 길이와, 0.1 ㎚ 내지 5 ㎚의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
6. 제1항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브 코팅층은 탄소나노튜브 0.01 내지 50 중량%, 바인더 0.1 내지 10 중량% 및 나머지는 유기용매로 이루어진 코팅용 조성물의 코팅에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
7. 제1항에 있어서,

   상기 전극은 딥 코팅(Dip Coating)후 일정방향을 그대로 유지하며 건조되어 일정방향으로 정렬한 탄소나노튜브 코팅이 이루어진 다수의 전극의 다발로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
8. 제1항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브 코팅층의 탄소나노튜브는 튜브의 축방향이 전계방향으로 정렬한 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
9. 제1항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브 코팅층의 두께는 10 ㎚ 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원용 전극.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 냉열관 형광광원용 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원.
11. 제10항에 있어서,

    상기 냉열관 형광광원은 CCFL, EEFL 또는 FED를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉열관 형광광원.
12. 제10항의 냉열관 형광광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
13. 제12항의 광원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.

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