KR20100087542A - 유전체막이 코팅된 탄소 섬유 및 이를 포함하는 섬유형 발광 소자 - Google Patents

유전체막이 코팅된 탄소 섬유 및 이를 포함하는 섬유형 발광 소자 Download PDF

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Abstract

금속 산화막이 코팅된 탄소 섬유 및 이를 포함하는 발광 소자가 개시된다.

Description

유전체막이 코팅된 탄소 섬유 및 이를 포함하는 섬유형 발광 소자{Carbon fiber coated with dilectric films and fiber-type light emitting device}
유전체막이 코팅된 탄소 섬유, 이를 포함하는 발광 소자 및 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에, 정보통신 기술이 급속도로 발전하고 정보화시대가 도래됨에 따라, 다양한 정보를 사용자 또는 일반인들에게 효과적으로 전달할 수 있는 영상 정보표시장치의 중요성이 부각되고 있다.
이러한 영상 정보표시장치로는 현재까지 CRT(Cathod Ray Tube)가 주종을 이루고 있지만, CRT는 무게와 부피에 있어서 큰 단점을 갖기 때문에, 경중량, 고휘도, 고효율, 고해상도, 고속응답특성, 장 수명, 저 구동전압, 저 소비전력, 저가격 및 천연색 디스플레이 특성을 갖는 이상적인 평판 디스플레이장치를 개발하기 위해 여러 분야에서 연구되고있다.
현재 개발되고 있는 평판디스플레이장치로는 액정디스플레이(LCD), 플라즈마디스플레이(PDP), 전계발광디스플레이(ELD), 전계방출디스플레이(FED) 등이 있으며, 상기 전계발광디스플레이(ELD)는 PCS 단말기, 전기전자 제품 및 각종 표시패널에 응용되는 것으로서, 고전기장에 의해 방출하는 능동형 고체표시소자이다.
1936년 O.W.Destriau가 ZnS:Cu의 결정성 분말을 두 개의 전극사이에 넣고 교류전장을 인가하여 EL 현상을 발견한 이후, 분말형 EL에 관한 연구가 집중되어 ZnS를 모체로 가지는 계열의 다수의 무기발광재가 개발되었으며, 구체적으로는 ZnS를 모체로 가지고 ZnS:Tb,F,O계열, ZnS:Cu,(Cl,Br)계열, ZnS:Mn,Cu,(Cl,Br)계열, ZnS:Pr계열, ZnS:Mn계열, ZnS:Ce계열, ZnS:Tb계열 등이 있다.
무기 전계 발광의 경우, 형광물질을 바로 발광시켜야 하므로 높은 구동전압이 필요하며, 높은 전압 때문에 쇼크의 위험이 있어 소형 디바이스 제작엔 어려움이 있다.
본 발명의 일 측면은 탄소 섬유 코어; 및 상기 코어 상에 균일하고 치밀한 유전체막이 코팅된 유전체막;을 포함하는 탄소 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 탄소 섬유 상에 유전체막이 코팅되고, 상기 유전체막 상에 형광체막이 코팅된 탄소 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 탄소 섬유 상에 유전체막이 코팅되고, 상기 유전체막 상에 형광체막이 코팅된 탄소 섬유를 포함하는 섬유형 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 탄소 섬유 코어; 및 상기 코어 상에 코팅된 유전체막;을 포함하는 탄소 섬유가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 섬유는 직경 1㎛ 내지 1mm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant)는 5 내지 500　범위의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막의 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength)는 1　내지 50 MV/cm 범위의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막의 두께는　0.01 내지 100 ㎛　의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막은 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및 Nb2O5 으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 탄소 섬유의 유전체막 상에, 형광체막이 코팅된 탄소 섬유가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 탄소 섬유를 포함하는 섬유형 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 탄소 섬유상에 형성된 금속막을 애노다이징 (anodizing)하여 탄소 섬유상에 유전체막을 형성시키는 단계를 포함하는 유전체가 코팅된 탄소 섬유 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 섬유는 직경 1㎛ 내지 1mm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금속은 Al, Si, Ti, V, W, Ta 또는 Nb　일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant)는 5 내지 500 범위의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막의 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength)는 1　내지 50 MV/cm 범위의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 형성되는 상기 유전체막의 두께는 0.01 내지 100 ㎛의 값일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유전체막은 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및 Nb2O5 으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구현에에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유는 섬유형 발광 소자에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현에에 따른 유전체가 코팅된 탄소 섬유 제조 방법은 고온 공정이 요구되지 않아서 열변형 우려가 없고 기판에 대한 제약이 없다.　
이하에서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유는 탄소 섬유 코어; 및 상기 코어 상에 코팅된 유전체막;을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 도 1의 가운데 부분은 탄소 섬유를 나타내고, 탄소 섬유를 둘러싸고 있는 부분은 유전체막을 나타낸다.
상기 탄소 섬유는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로서 재질이 특별히 제한되는 것은 아니며 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소 섬유의 직 경 또한 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 1㎛ 내지 1mm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유는, 예를 들어, 섬유형 발광 소자에 사용될 수 있다. 유전체막이 코팅된 이러한 탄소 섬유의 직경이 1㎛보다 작은 경우, 예를 들어 유전체막이 코팅된 상기 탄소 섬유를 가공하는데 있어서, 공정상 쉽게 끊어짐 등의 문제점이 발생할 수 있으며, 직경이 1mm 보다 큰 경우 섬유형 발광 소자로 사용하기에 적당하지 않을 수 있다.
즉, 탄소 섬유의 직경이 상기 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어, 섬유형 발광 소자로 사용하는 경우에 있어서, 공정상 문제점이 발생할 수도 있기 때문이다. 따라서, 다른 용도로 사용되는 경우, 또는 섬유형 발광 소자로 사용하더라도 상대적으로 굵은 형태의 섬유형 발광 소자에 사용할 수 있는 경우는 탄소 섬유의 직경이 상기 범위 내이어야 할 필요는 없다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant)는 5 내지 500　 범위의 값일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 8 범위의 값일 수 있다. 상기 유전체막의 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength)는 1 내지 50 MV/cm　범위일 수 있으며, 바람직하게는, 5　내지 12 MV/cm 범위의 값일 수 있다. 상기 유전체막의 두께는 0.01　내지 100 ㎛　의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛의 값일 수 있다.
유전체막이 코팅된 탄소 섬유가, 예를 들어, 발광 소자로서 사용되기 위해서는, 유전체막이 어느 정도 높은 범위의 유전 상수 및 절연 파괴 전계강도를 가질 것이 요구되며 또한, 휘도 증가를 위한 얇고 균일한 막두께를 가질 것이 요구되는 데, 상기 범위의 유전 상수, 절연 파괴 전계강도 및 막 두께에서 유전체막이 이러한 요구를 만족하여 유전체막이 코팅된 탄소 섬유가 적절한 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 이러한 유전막은 우수한 전자 주입 특성, 우수한 표면 몰폴로지 및 적은 핀 홀 (pin hole)을 가질 것이 요구되는데, 이러한 조건을 만족하는 것으로서 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막은 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및 Nb2O5 으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유 상에 유전체막이 코팅되고, 상기 유전체막 상에 형광체막이 코팅된 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
형광체막은 일반적인 무기발광 소자 제조에 사용되는 무기 형광체막을 사용할 수 있다. 형광체 성분은 일반적인 무기발광 소자 제조에 사용되는 성분으로 이루어지며, 형광체막은 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 두께의 범위일 수 있다.
형광체는 일반적인 종래 기술에 의하여 코팅될 수 있다.
이렇게 형광체가 코팅된 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유는 섬유형 발광 소자로서 사용될 수 있다.
도 2의 탄소 섬유가 엇갈려 포개지는 경우, 각각의 탄소 섬유가 제 1 전극 및 제 2 전극의 역할을 한다. 각각의 탄소 섬유에 전압을 가하면, 하나의 탄소 섬유 (제 1 전극)에서 다른 탄소 섬유 (제 2 전극)으로 전류가 흐르며 형광체막이 발광하게 된다. 예를 도 6에 모식적으로 나타내었다.
도 2의 유전체막 및 형광체막이 코팅된 탄소 섬유를 단독으로 섬유형 발광 소자로 사용하고자 하는 경우에는, 형광체막 상에 제 2 전극(미도시)을 배치할 수 있다. 이 경우 중앙의 탄소 섬유가 제 1 전극이 된다.　
다음으로, 유전체가 코팅된 탄소 섬유의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 제조 방법의 일 면을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 유전체가 코팅된 탄소 섬유 제조 방법은, 탄소 섬유상에 형성된 금속막을 애노다이징 (anodizing)하여 탄소 섬유상에 유전체막을 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 탄소 섬유는 앞에서 설명한 바와 동일하게 재질이 특별히 제한되는 것은 아니며, 직경 또한 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 1 ㎛ 내지 1 mm 범위일 수 있다.
탄소 섬유의 직경이 상기 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유를 섬유형 발광 소자로 사용하는 경우에 있어서, 공정상 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 다른 용도로 사용되거나 상대적으로 굵은 형태의 섬유형 발광 소자에 사용할 수 있는 경우는, 탄소 섬유의 직경이 상기 범위 내이어야 할 필요는 없다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 탄소 섬유상에 상기 금속막을 형성시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 금속막은 도금 방법에 의하여 탄소 섬유 상에 형성될 수 있다. 상기 금속은 Al, Si, Ti, V, W, Ta 및 Nb 으로 이루어진 군 으로부터 선택될 수 있다.
상기 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant), 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength) 및 유전체막의 두께에 대하여는 앞에서 설명하였으므로 생략한다.
애노다이징은 일반적인 방법으로 수행된다. 사용하는 용액은 산소를 포함하는 용액이면 제한이 없으며, 예를 들어 도 3의 경우와 같이, 타타르산 암모늄염 (ammonium tartrate: AT)-에틸렌글리콜(EG)-물 용액일 수 있다. 일반적으로 전해액은 황산, 크롬산 (Chromic Acid), 타타르산 암모늄염 (Ammonium Tartrate), 방향족 술포산 (Aromatic -Sulpho Acids) (Integral Colors), 황산-금속염 (Sulfuric Acid - Metal Salt (Electrolytically Deposited Colors)), 황산-옥살산 (Sulfuric - Oxalic Acid (Hard Anodic)) 등이 사용될 수 있으며, 또한, 붕산 (H3BO3), 소듐 테트라보레이트 데카히드레이트 (sodium tetraborate decahydrate (Na2B4O7.10H2O)) 등이 첨가될 수 있습니다.
산화 시키려는 금속을 도금한 탄소 섬유를 일 극으로 하고, 상대극을 백금전극으로 하여(상대극이 이에 제한되지는 않는다) 일정 전압에서 시간을 조절하여 전류를 흐르게 하면, 탄소 섬유극의 금속은 산화반응이 진행되어 산화 금속이 탄소 섬유를 코팅하게 되고, 백금 전극에서는 환원 반응이 진행되어 수소가 발생한다.
이렇게 형성되는 유전체막은 도금한 금속에 따라 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및 Nb2O5으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 유전체가 코팅된 탄소 섬유 제조 방법은, 800℃ 정도의 고온 공정일 필요가 없으며, 금속 섬유가 아닌 탄소 섬유를 사용함으로써 내열성, 내화학성 또는 분위기에 대한 제약이 없다.
이렇게 제조된 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 일 구현예를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유를 SEM 촬영한 것을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유를 다른 각도에서 SEM 촬영한 것을 나타낸 도면이다. 코팅된 유전체막을 도 5에서 볼 수 있다.
도, 4 및 도 5를 참조하면, 탄소 섬유 상에 유전체막 Al2O3이 치밀하고 균일하게 코팅되어 있다는 것을 알 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
탄소 섬유의 도금
Al 도금
10　㎛ 탄소 섬유에 스퍼터를 사용하여 탄소 섬유에 두께 1000Å의 Al을 도금하였다.
도금된 탄소 섬유의 애노다이징
실시예 1
상기 Al 도금된 탄소 섬유를 황산(15 vol %) 에 잠기게 하고, 상대극으로 스테인레스 스틸을 사용하여, 50　V 전압을 가하고,　5분　동안　4mA　의 전류를 흘려 탄소 섬유에 도금된 Al을 산화시켜 Al2O3 형태로 변화시켜 두께 0.1 ㎛의 유전체를 형성시켰다.
섬유형 발광 소자 제조
실시예 2
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유형 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
실시예 1의 유전체막이 코팅된 탄소 섬유에 ZnS를 코팅하였다. 상기 형광체가 코팅된 탄소 섬유 2 가닥을 도 6과 같이 교차하도록 접촉시키고, 양 쪽 탄소 섬유에 200V 전압을 가하고 100mA의 전류를 흘리자 소자가 발광하는 것을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유의 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유 상에 유전체막이 코팅되고 상기 유전체막 상에 형광체막이 코팅된 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 섬유의 제조 방법의 일 면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유를 SEM 촬영한 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유전체막이 코팅된 탄소 섬유를 다른 각도에서 SEM 촬영한 것을 나타낸 도면이다(CNF 는 Carbon Nano Fiber를 나타낸다)
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유형 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (15)

  1. 탄소 섬유 코어; 및
    상기 코어 상에 코팅된 유전체막;을
    포함하는 탄소 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 직경 1㎛ 내지 1mm 범위인 탄소 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant)는 5 내지 500　 범위인 탄소 섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체막의 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength)는 1 내지 50 MV/cm　범위인 탄소 섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체막의 두께는　0.01　내지 100 ㎛　의 범위인 탄소 섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체막은 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및Nb2O5로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 섬유.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 따른 탄소 섬유의 유전체막 상에, 형광체막이 코팅된 탄소 섬유.
  8. 제 7 항에 따른 탄소 섬유를 포함하는 섬유형 발광 소자.
  9. 탄소 섬유상에 형성된 금속막을 애노다이징 (anodizing)하여 탄소 섬유상에 유전체막을 형성시키는 단계를 포함하는 유전체가 코팅된 탄소 섬유 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 직경 1㎛ 내지 1mm 범위인 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속은 Al, Si, Ti, V, W, Ta 및 Nb으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체막의 유전 상수 (dielectric constant)는 5 내지 500범위인 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체막의 절연 파괴 전계강도 (breakdown field strength)는 1　내지 50　MV/cm 범위인 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    형성되는 상기 유전체막의 두께가 0.01　내지　100 ㎛의 범위인 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체막은 Al2O3, SiO2, TiO2, V2O3, WO3, Ta2O5 및Nb2O5으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
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