KR20060128110A - Field emission surface light source - Google Patents

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KR20060128110A
KR20060128110A KR1020050048989A KR20050048989A KR20060128110A KR 20060128110 A KR20060128110 A KR 20060128110A KR 1020050048989 A KR1020050048989 A KR 1020050048989A KR 20050048989 A KR20050048989 A KR 20050048989A KR 20060128110 A KR20060128110 A KR 20060128110A
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정경택
조석현
이기연
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삼성코닝 주식회사
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Abstract

A field emission type of surface light source is provided to use an electric field emission source in a triode structure for simplifying emission of electrons from an electric field emission source such as a carbon nano tube and increase luminance under a same voltage. A field emission type of surface light source includes a first substrate(110) having a plurality of channels(111), in which conductive reflection layers(112) and fluorescent layers(113) are stacked on inner peripheral surfaces. A plurality of field emission sources(120) are inserted into the channels. A second substrate(140) has a plurality of discharging spaces independently formed by the channels. Frits(130) are inserted between the first and second substrates for sealing the discharging spaces from the outside. The field emission sources are formed of Ni metal rods and electric field layers such as carbon nano tubes grown around the metal rods.

Description

전계 방출 방식의 면광원{FIELD EMISSION SURFACE LIGHT SOURCE}Field light source of field emission method {FIELD EMISSION SURFACE LIGHT SOURCE}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 방출 방식의 면광원을 나타내는 도면,1 is a view showing a surface light source of the field emission method according to a preferred embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 도시된 전계 방출원의 단면을을 나타내는 도면,2 is a cross-sectional view of the field emission source shown in FIG. 1;

도 3은 도 1에 도시된 면광원을 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing the surface light source shown in FIG.

본 발명은 디스플레이 장치에 사용 가능한 면광원에 관한 발명으로서, 특히 선형 전계 방출 방식의 면광원에 관한 발명이다. The present invention relates to a surface light source that can be used in a display device, and more particularly to a surface light source of a linear field emission method.

근래 보급되고 있는 디스플레이 장치(Display Device)들은 CRT(Cathode Ray Tube)와 다르게 스스로 발광할 수 있는 장치가 아니며, 화상을 구현을 위해서 디스플레이 패널의 후면에 발광 가능한 별도의 광원을 더 포함해야 한다. 광원으로서 수천 이상의 어스펙트비(Aspect Ratio; 길이/직경)를 갖는 탄소나노 튜브를 이용한 전계 방출 방식의 면광원이 제안되고 있다. Display devices that are being used in recent years are not devices that can emit light, unlike CRT (Cathode Ray Tube), and must further include a separate light source that can emit light on the back of the display panel to implement an image. A field emission source of a field emission method using carbon nanotubes having an aspect ratio (length / diameter) of thousands or more as a light source has been proposed.

탄소나노 튜브를 이용한 전계 방출 방식의 면광원은 기존의 냉음극관 방식의 램프(Cold Cathode Fluotescent Lamp)에 비해서 휘도 및 일함수(Work function)가 높고, 구동 전압이 낮아지는 이점을 갖는다. 그 외에도, 전계 방출 방식의 면광원은 잔류 가스와의 화학 결합이 감소하여 소자의 내구성이 향상되고, 에미터(Emitter)의 동작 수명이 증가하게 되는 이점이 있다. The surface emission source of the field emission method using carbon nanotubes has the advantage of higher brightness and work function and lower driving voltage than the conventional cold cathode fluorescent lamps (Cold Cathode Fluotescent Lamp). In addition, the surface emission source of the field emission method has the advantage that the chemical bond with the residual gas is reduced to improve the durability of the device, the operating life of the emitter (Emitter) is increased.

전계 방출 방식의 면광원을 이용한 디스플레이 장치로는 액정 표시 방식의 TFT-LCD BLU 또는 FED 등이 있다. 상술한 전계 방출 방식의 면광원은 제2 기판 상에 탄소나노 튜브를 성장시키기거나, 기 합성된 재료를 이용해서 탄소나노 튜브를 제2 기판 상에 패턴닝(Patterning)시키는 방법 등에 의해 제작된다. Examples of a display device using a field emission type light source include a liquid crystal display TFT-LCD BLU or FED. The above-described surface emission source of the field emission method is manufactured by growing a carbon nanotube on a second substrate, or patterning a carbon nanotube on a second substrate using a pre-synthesized material.

2002년 4월 15일 나노퍼시픽(주)에 의해서 국내 출원된 특허 출원 번호 2002-20301호("액정장치용 백라이트" 이하, 나노퍼시픽이라 칭한다.)는 평면 형태의 기판 상에 탄소나노 튜브가 성장된 2극 구조의 액정 장치용 백라이트에 관해서 자세하게 개시되고 있다. 나노퍼시픽은 탄소나노 튜브들이 0.01 ~ 20㎛ 이내의 길이를 갖고, 10㎜ 이하의 반지름을 갖는 원형 패턴을 갖도록 성장된 구조를 기재하고 있다. Patent application No. 2002-20301 (hereinafter referred to as " backlight for liquid crystal device "), filed domestically by Nano Pacific on April 15, 2002, grows carbon nanotubes on a flat substrate. Disclosed in detail is a backlight for a liquid crystal device having a bipolar structure. Nano Pacific has described a structure in which carbon nanotubes are grown to have a circular pattern having a length of less than 0.01 ~ 20㎛, a radius of less than 10mm.

그러나, 종래의 전계 방출 방식의 광원은 2극 구조로서, 공정이 복잡하고, 전계 방출 효율이 낮아서 높은 전압을 소모하게 되는 문제를 갖고 있다. However, the conventional field emission type light source has a problem of having a two-pole structure, complicated process, low field emission efficiency, and high voltage consumption.

본 발명은 공정이 용이하고, 낮은 전압에서도 충분이 많은 양의 전자를 방출 할 수 있는 전계 방출 방식이 면광원을 제공하는 데 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a surface light source that is easy to process and that a field emission method capable of emitting a sufficient amount of electrons even at low voltage.

본 발명에 따른 전계 방출 방식 광원은,The field emission type light source according to the present invention,

복수의 채널들을 구비하며 상기 각 채널의 내주면 상에 형광층이 적층된 제1 기판과;A first substrate having a plurality of channels and having a fluorescent layer stacked on an inner circumferential surface of each channel;

금속 로드와, 상기 금속 로드의 외주면에 성장된 전계층으로 이루어지며 상기 각 채널의 내부에 삽입된 복수의 전계 방출원들과;A plurality of field emission sources comprising a metal rod and an electric field layer grown on an outer circumferential surface of the metal rod and inserted into the respective channels;

상기 채널들의 내주면에 대향되게 상기 제1 기판과 접합되며 상기 각 채널들에 의해 독립된 복수의 방전 공간들을 형성하는 제2 기판을 포함한다.And a second substrate bonded to the first substrate to face the inner circumferential surface of the channels and forming a plurality of discharge spaces independent by the respective channels.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.

도 1과 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 방출 방식의 면광원을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1 및 도 3에 도시된 전계 방출원의 단면을 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원(100)은 복수의 채널들(111)을 구비하며 상기 각 채널(111)의 내주면 상에 도전성 반사층(112)과 형광층(113)이 적층된 제1 기판(110)과, 상기 각 채널(111)의 내부에 삽입된 복수의 전계 방출원들(120)과, 상기 각 채널들(111)에 의해 독립된 복수의 방전 공간들을 형성하는 제2 기판(140)을 포함한다.1 and 3 are views showing a surface light source of the field emission method according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a cross section of the field emission source shown in Figs. 1 to 3, a light source 100 according to a preferred embodiment of the present invention includes a plurality of channels 111 and a conductive reflective layer 112 and a fluorescent layer on the inner circumferential surface of each channel 111. A first substrate 110 on which the 113 is stacked, a plurality of field emission sources 120 inserted into the respective channels 111, and a plurality of independent discharge spaces by the channels 111. And a second substrate 140 to form them.

상기 제1 기판(110)은 복수의 채널들(111)을 구비하는 성형 가공된 유리 또는 도전성의 알루미늄을 사용할 수 있다. 상기 각 채널(111)의 내주면과 상기 형광층(113)의 사이에 상기 반사층(112)이 증착된다. 상기 제1 기판(110)은 상기 채널들(111)의 기저면이 상기 제2 기판(140)의 일면에 대향되도록 상기 제2 기판(140)과 접합되며, 상기 제2 기판(140)과 상기 제1 기판(110)의 사이에는 상기 각 채널들(111)에 의해 형성된 독립된 방전 공간들이 외부 대기로부터 밀폐된 환경을 형성할 수 있도록 하기 위한 프릿(130)이 삽입된다. The first substrate 110 may use molded glass or conductive aluminum having a plurality of channels 111. The reflective layer 112 is deposited between the inner circumferential surface of each channel 111 and the fluorescent layer 113. The first substrate 110 is bonded to the second substrate 140 such that the bottom surfaces of the channels 111 face one surface of the second substrate 140, and the second substrate 140 and the first substrate 110 are bonded to each other. A frit 130 is inserted between the substrates 110 so that the independent discharge spaces formed by the channels 111 may form an enclosed environment from an external atmosphere.

상기의 구조는 제1 기판(110)으로서 투명 재질을 사용하고 상기 제2 기판(140)에 반사층(112)과 형광층(113)을 형성하는 반대의 구조로도 가능하다. 또, 상기 제1 기판(110)은 도전성의 알루미늄 등이 사용될 수도 있다. 경우에 따라서, 상기 제1 기판(110)은 상부에 도전성 ITO를 도포하고, 알루미늄을 하부에 반사층을 코팅한 구조로도 사용할 수 있다. The above structure may be formed in the reverse structure of using a transparent material as the first substrate 110 and forming the reflective layer 112 and the fluorescent layer 113 on the second substrate 140. In addition, conductive first aluminum 110 may be used as the first substrate 110. In some cases, the first substrate 110 may be used as a structure in which conductive ITO is coated on the upper surface and aluminum is coated on the lower surface of the reflective substrate.

상기 각 전계 방출원(120)은 금속 로드(121)와, 상기 금속 로드(121)의 둘레에 성장된 전계층(122)을 포함한다. 상기 금속 로드(121)는 Fe, Ni, Co, Cu, Ag 금속 군 중에서 하나 또는 둘 이상이 합성된 합금을 선택적으로 사용할 수 있다. 상기 전계층(122)은 BN, GaN, ZnO, TiO2 중에서 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구성된 나노 와이어(Nano wire) 또는 탄소 와이어(Carbon wire)가 사용될 수 있다. 상기 탄소 와이어는 탄소나노 튜브, 탄소 섬유(Carbon fiber) 또는 탄소벽(Carbon wall) 등의 형태로 성장될 수 있다. Each field emission source 120 includes a metal rod 121 and an electric field layer 122 grown around the metal rod 121. The metal rod 121 may selectively use an alloy in which one or two or more of Fe, Ni, Co, Cu, and Ag metal groups are synthesized. The electric field layer 122 may be a nano wire or a carbon wire composed of one or a combination of two or more of BN, GaN, ZnO, and TiO 2 . The carbon wire may be grown in the form of a carbon nanotube, carbon fiber, or carbon wall.

상기 전계층(122)은 화학기상증착(Chemical vapour deposition)에 의해서 상기 금속 로드(121)의 둘레에 직접 성장되는 방법과, 레이저 어블레이션(Laser ablation), 아크 방전(Arc), 기상화학 증착 등에 의해 기 성장된 탄소 또는 나노 와이어 등을 스크린 프린팅(Screen printing), 스프레이(Spray), 전기 영동(Electrophooresis) 에 의해서 상기 금속 로드(121)의 둘레에 규칙적으로 배열되는 방법들이 사용될 수 있다. The electric field layer 122 is grown directly around the metal rod 121 by chemical vapor deposition, laser ablation, arc discharge, vapor chemical vapor deposition, or the like. The carbon or nanowires, which have been previously grown, may be regularly arranged around the metal rod 121 by screen printing, spray, electrophoresis, or the like.

상기 전계층(122)은 0.1 ~ 20㎛ 정도의 길이를 갖도록 성장될 수 있으며, 상기 탄소 또는 나노 와이어들 사이의 간격은 상기 탄소 또는 나노 와이어의 평균 길이에 1.5 ~ 2.5 배인 0.15 ~ 50㎛ 정도의 간격으로 이격되게 성장되는 것이 바람직하다. The electric field layer 122 may be grown to have a length of about 0.1 to 20㎛, the spacing between the carbon or nanowires of about 0.15 to 50㎛ that is 1.5 to 2.5 times the average length of the carbon or nanowires It is desirable to grow at spaced intervals.

상기 금속 로드(121)를 통해서 전압이 인가되면 상기 전계층(122)은 전자를 방출하게되고, 상기 전계층(122)에서 방출된 전자는 상기 형광층(113)을 여기시키며, 여기된 상기 형광층(113)은 가시 파장 대역의 광을 생성하게 된다. 상술한 가시 파장 대역의 광은 상기 반사층(112)에서 반사된 후, 상기 제2 기판(140)을 통해서 외부로 방출된다. When a voltage is applied through the metal rod 121, the electric field layer 122 emits electrons, and the electrons emitted from the electric field layer 122 excite the fluorescent layer 113, and the excited fluorescence Layer 113 will produce light in the visible wavelength band. The light having the visible wavelength band is reflected by the reflective layer 112 and then emitted to the outside through the second substrate 140.

본원 발명에 따른 전계 방출 방식 광원(100)의 구조와 제조 방법에 관한 구체적인 예는 하기의 실시예를 통해서 설명한다. Specific examples of the structure and the manufacturing method of the field emission light source 100 according to the present invention will be described through the following embodiments.

본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 방식의 면광원(100)은 Ni 재질의 금속 로드(121)와, 상기 금속 로드(121)의 둘레에 전계층(122)으로서 성장된 탄소나노튜브로 이루어진 전계 방출원(120)을 포함한다. The surface emission source 100 of the field emission method according to the first embodiment of the present invention is a metal rod 121 made of Ni and carbon nanotubes grown as an electric field layer 122 around the metal rod 121. And a field emission source 120 made up.

제1 실시예에 적용된 상기 금속 로드(121)는 지름 1㎜이고, 길이는 10㎝이다. 상기 금속 로드(121)는 그 둘레에 10㎚의 입자 크기를 갖는 Ni이 금속 촉매로서 스퍼터링에 의해 증착되며, 상기 금속 촉매층이 증착된 후의 상기 금속 로드(121)는 써멀 화학기상 증착(Thermal Chemical vapour deposition) 장치에 장착된다. 상기 금속 로드(121)는 상기 화학기상 증착 장치의 내부에서 금속 촉매에 탄소나노 튜브들이 전계층(122)으로서 성장된다. The metal rod 121 applied in the first embodiment has a diameter of 1 mm and a length of 10 cm. The metal rod 121 is deposited by sputtering Ni having a particle size of 10 nm around as a metal catalyst, and the metal rod 121 after the metal catalyst layer is deposited is thermal chemical vapor deposition (Thermal Chemical vapor deposition). deposition). The metal rod 121 grows carbon nanotubes as an electric field layer 122 on a metal catalyst in the chemical vapor deposition apparatus.

상술한 화학기상 증착 장치는 700℃의 온도에서 3torr의 진공도를 유지하며, 10대 1의 비율을 갖는 C2H2 : Ar 이 주입된다. 상술한 상태에서 상기 금속 로드(121)의 금속 촉매에는 20㎛의 길이를 갖는 탄소나노튜브들이 전계층(122)으로서 수직 성장된다. The chemical vapor deposition apparatus described above maintains a vacuum degree of 3 torr at a temperature of 700 ° C., and C 2 H 2 : Ar having a ratio of 10 to 1 is injected. In the above state, carbon nanotubes having a length of 20 μm are vertically grown as the electric field layer 122 in the metal catalyst of the metal rod 121.

성형 가공된 제1 기판(110)과, 제2 기판(140)의 사이에 형성된 복수의 방전 공간들 내에 상술한 방법에 의해 제작된 상기 각 전계 방출원들(120)이 실장된다. 상기 제1 기판(110)은 다수의 아크 형태의 채널들(111)을 갖도록 성형된 유리 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 아크 형태의 채널들(111)의 기저면이 상기 면기판(140)의 일면에 대향되도록 접합된다. 상기 각 아크형 채널(111)은 그 내주면에 알루미늄 재질의 반사층(112)과, 10㎜의 반타원형 형광층(113)이 순차적으로 적층된다. 상기 반사층(112)은 양극으로 이용 가능하고, 상기 금속 로드(121)는 음극으로 상기 면광원(100)에 전압을 인가하기 위한 전극의 기능도 수행한다.Each of the field emission sources 120 manufactured by the above-described method is mounted in a plurality of discharge spaces formed between the molded first substrate 110 and the second substrate 140. The first substrate 110 may be a glass substrate formed to have a plurality of arc-shaped channels 111, and the bottom surface of the arc-shaped channels 111 may be one surface of the surface substrate 140. It is joined so as to face to. Each arc channel 111 is sequentially stacked with an aluminum reflective layer 112 and a 10 mm semi-elliptic fluorescent layer 113 on its inner circumferential surface. The reflective layer 112 may be used as an anode, and the metal rod 121 also functions as an electrode for applying a voltage to the surface light source 100 as a cathode.

상기 제1 기판(110)과 상기 면기판(140)의 사이에는 프릿(130)이 개재되며, 1 × 10-5 torr의 진공도를 유지하는 해당 방전 공간 내부에 위치된 상기 각 전계 방출원(120)에 전압을 인가하면 상기 각 전계 방출원(120)은 전자를 방출하게 된다. A frit 130 is interposed between the first substrate 110 and the surface substrate 140, and each of the field emission sources 120 is disposed in a corresponding discharge space maintaining a vacuum degree of 1 × 10 −5 torr. When the voltage is applied to each of the field emission sources 120 emits electrons.

상기 전계 방출원(120)에서 방출된 전자는 상기 형광체(113)를 여기시켜서 가시광을 발생시키고, 발생된 상기 가시광은 상기 반사층(112)에서 반사된 후 상기 면기판(140)을 통해서 외부로 방출된다. Electrons emitted from the field emission source 120 excite the phosphor 113 to generate visible light, and the generated visible light is reflected by the reflective layer 112 and then emitted to the outside through the surface substrate 140. do.

본 발명에 따른 3극 방식의 전계 방출원을 사용함으로써 탄소나노튜브 등의 전계 방출원에서의 전자 방출이 용이해지고, 동일 전압하에서 휘도가 증대하게 되는 이점이 있다. 더불어 전계 방출을 가능하게 함으로써 LCD 백라이트, FED 램프 등의 디스플레이 방식의 조명 기기에도 적용 가능하게 되는 이점을 갖는다. By using the 3-pole field emission source according to the present invention, electron emission from field emission sources such as carbon nanotubes is facilitated, and the luminance is increased under the same voltage. In addition, by enabling the field emission has an advantage that can be applied to the display-type lighting equipment such as LCD backlight, FED lamp.

Claims (9)

복수의 채널들을 구비하며 상기 각 채널의 내주면 상에 형광층이 적층된 제1 기판과;A first substrate having a plurality of channels and having a fluorescent layer stacked on an inner circumferential surface of each channel; 금속 로드와, 상기 금속 로드의 외주면에 성장된 전계층으로 이루어지며 상기 각 채널의 내부에 삽입된 복수의 전계 방출원들과;A plurality of field emission sources comprising a metal rod and an electric field layer grown on an outer circumferential surface of the metal rod and inserted into the respective channels; 상기 채널들의 내주면에 대향되게 상기 제1 기판과 접합되며 상기 각 채널들에 의해 독립된 복수의 방전 공간들을 형성하는 제2 기판을 포함함을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.And a second substrate bonded to the first substrate so as to face the inner circumferential surfaces of the channels and forming a plurality of discharge spaces independent by the respective channels. 제1 항에 있어서, 상기 광원은,The method of claim 1, wherein the light source, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 삽입된 프릿을 더 포함하며, 상기 프릿에 의해 밀봉되게 접합됨을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.And a frit inserted between the first substrate and the second substrate, wherein the frit is sealedly bonded by the frit. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 전계층은 탄소 또는 나노 와이어를 포함함을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.The electric field layer is a field emission light source, characterized in that containing carbon or nanowires. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 나노 와이어는 BN, GaN, ZnO, TiO2 의 물질군 중에서 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어짐을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.The nano-wire is a field emission light source, characterized in that made of one or a combination of two or more of the material group of BN, GaN, ZnO, TiO 2 . 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 각 채널의 내주면과 상기 형광층의 사이에 적층된 반사층을 더 포함함을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.And a reflective layer stacked between the inner circumferential surface of each channel and the fluorescent layer. 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 제1 또는 제2 기판은 압출 성형된 유리 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.The first or second substrate is a field emission light source, characterized in that made of an extruded glass material. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 탄소 와이어는 나노 튜브, 탄소 섬유, 탄소벽의 형태로 성장됨을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.The carbon wire is a field emission light source, characterized in that the growth in the form of nanotubes, carbon fibers, carbon walls. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 전계층은 상기 금속 로드 상에 일정 간격으로 배열된 Ni, Co, Fe의 금속 물질 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 금속 촉매 에 성장됨을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.And the field layer is grown on a metal catalyst comprising one or a combination of two or more selected from the group of metal materials of Ni, Co, and Fe arranged at regular intervals on the metal rod. 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 금속 로드는 Fe, Ni, Co, Cu, Ag의 금속 군 중에서 하나 또는 둘 이상이 합성된 합금을 사용함을 특징으로 하는 전계 방출 방식 광원.The metal rod is a field emission type light source, characterized in that using one or two or more alloys synthesized from the metal group of Fe, Ni, Co, Cu, Ag.
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