KR20070105491A - 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 전자방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 분산이 용이한 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 및 백라이트 유닛을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 전자 방출 물질, 비이클 및 카본계 필러 입자를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물, 이 전자 방출원 형성용 조성물을 사용하여 형성된 전자 방출원 및 이 전자 방출원을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.

Description

전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 백라이트 유닛{A composition for preparing an electron emitter, the electron emitter prepared using the composition, and backlight unit having the emitter}

도 1 은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 백라이트 유닛 2: 캐소오드 전극

5: 전자 방출원 7: 형광체층

8: 애노드 전극

본 발명은 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조된 전자 방출원 및 이를 구비하는 백라이트 유닛(backlight unit)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본계 물질을 전자 방출 물질로 사용하고, 제조가 용이하며, 수명이 향상된 전자 방출원 및 이를 구비한 백라이트 유닛과 이를 제조하는데 사용되는 전자 방출원 형성용 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FED(Field Emission device)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.

상기 FED형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 카본계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.

상기 SCE형은 베이스 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전 위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.

상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.

이러한 냉음극을 이용하는 전자 방출 소자에서는 주로 카본계 물질로 이루어지는 전자 방출 물질을 사용한다. 이러한 카본계 물질을 전자 방출 물질로 사용하여 전자 방출원을 제조하기 위해서는 페이스트 형태로 카본계 전자 방출 물질과 비이클(vehicle), 절연 물질 입자, 도전성 입자를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하여 이를 인쇄하는 방식을 많이 사용하고 있다.

비이클에 전자 방출 물질, 절연 물질 입자, 도전성 입자 등을 분산시키기 위해서는 각각의 소재들의 표면 특성에 의한 분산 정도를 모두 고려하여야 하기 때문에 비이클에 원하는 수준으로 분산시키는 작업이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 분산이 용이한 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 및 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 전자 방출 물질, 비이클 및 카본계 필러 입자를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 전자 방출 물질은 카본 나노 튜브, 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본을 포함하는 카본계 물질 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 카본계 필러 입자는, 카본 블랙, 그래파이트, 나노포러스 카본을 포함하는 카본계 물질에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 위의 전자 방출원 형성용 조성물을 사용하여 형성된 전자 방출원을 제공함으로써 달성된다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 위의 전자 방출원; 상기 전자 방출원과 전기적으로 연결된 캐소오드 전극; 상기 전자 방출원의 전방에 배치된 형광체층; 및 상기 전자 방출원의 전방에 배치되어 상기 전자 방출원에서 방출된 전자가 상기 형광체층을 향하여 가속되도록 하는 애노드 전극을 포함하는 백라이트 유닛을 제공함으로써 달성된다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 조성물은 전자 방출 물질, 비이클 및 카본계 필러 입자를 포함한다.

상기 전자 방출 물질은 일함수가 작고, 베타 함수가 큰 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 카본계 물질로는 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등이 사용될 수 있고, 나노 물질로는 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 로드 등이 사용될 수 있으며, 이중에서 카본 나노 튜브는 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하므로, 이를 전자 방출원으로 사용하는 장치의 대면적화에 유리하다.

상기 비이클은 수지 성분 및 용매 성분으로 이루어질 수 있다.

상기 수지 성분은 예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트 등과 같은 아크릴계 수지; 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르 등과 같은 비닐계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같은 상기 수지 성분 중 일부는 감광성 수지의 역할을 동시에 할 수 있다.

상기 용매 성분은 예를 들면, 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨(butyl carbitol:BC), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate:BCA), 톨루엔(toluene) 및 텍사놀(texanol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 중, 터피네올을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 용매 성분의 함량이 지나치게 적거나 많은 경우에는 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 흐름성이 저하되는 문제점이 생길 수 있다. 특히, 비이클의 함량이 지나치게 많은 경우에는 건조시간이 지나치게 길어질 수 있다는 문제점이 있다.

상기 카본계 필러 입자는 카본 블랙, 그래파이트, 나노포러스 카 본(nanoporous carbon) 등일 수 있다. 상기 카본계 필러 입자는, 전자 방출원을 인쇄 공정을 이용하여 형성하는 경우, 거치게 되는 소성 과정과 같은 고온의 공정에서 전자 방출원 형성용 조성물이 심하게 수축되는 것을 방지하는 기능을 한다.

또한, 전자 방출원에 포함된 전자 방출 물질로 전압이 인가되도록 하기 위해 전도성 입자가 포함되는 것이 필요한데, 상기 카본계 필러 입자가 이러한 기능을 해줄 수 있다.

또한, 비이클 내에 전자 방출 물질로 카본계 물질이 사용되는 경우, 카본계 필러 입자가 사용되면 비이클 내에 분산시켜야 되는 구성 요소들이 동일한 표면 특성을 가지는 물질들이기 때문에 분산이 용이한 장점이 있다.

또한, 카본계 필러 입자들은 열전도도가 높은 물질들이기 때문에 전자 방출 물질에서 전자가 방출될 때 발생하는 열을 배출해 주는 히트 싱크(heat sink) 역할을 할 수 있다. 이에 따라 전자 방출 물질이 빠르게 열화되어 수명이 감소하는 것을 예방할 수 있다.

또한, 전자 방출원 형성용 조성물은 필요에 따라 감광성 수지와 광개시제(photo initiator) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

한편, 앞서 언급한 감광성 수지의 비제한적인 예에는 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세토페논계 모노머, 또는 티오크산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 등을 사용할 수 있다.

상기 광개시제는 상기 감광성 수지가 노광될 때 감광성 수지의 가교결합을 개시하는 역할을 한다. 상기 광개시제의 비제한적인 예에는 벤조페논 등이 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 제작되는 전자 방출원의 일례와 이를 포함하는 백라이트 유닛(1)의 일례가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 전자 방출원(5)은 캐소오드 전극(2) 상에 배치된다. 상기 전자 방출원(5)의 전방에는 형광체층(7)과 애노드 전극(8)이 배치된다. 상기 캐소오드 전극(2)에는 (-) 전압이 인가되고, 상기 애노드 전극(8)에는 (+) 전압이 인가되면, 상기 전자 방출원(5)에서 상기 애노드 전극(8)을 향하여 전자가 방출된다. 방출된 전자는 상기 형광체층(7)을 여기시켜 가시광선이 발생하도록 한다. 물론 캐소오드 전극(2)에 인가되는 전압이 (+) 전압이고 상기 애노드 전극(8)에 인가되는 전압이 캐소오드 전극(2)에 인가되는 전압보다 더 높은 (+) 전압이어도 전자 방출이 가능하다.

여기서, 상기 캐소오드 전극(2) 및 애노드 전극(8)은 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금으로 만들어질 수 있다. 또는, Pd, Ag, RuO₂, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물과 유리로 구성된 인쇄된 도전체로 만들어질 수 있다. 또는, ITO, In₂O₃ 또는 SnO₂ 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.

여기서, 상기 형광체층(7)은 가속된 전자에 의해 여기되어 가시광선을 방생 시키는 CL(Cathode Luminescence)형 형광체로 만들어진다. 상기 형광체층(7)에 사용될 수 있는 형광체로는 예를 들어, SrTiO₃:Pr, Y₂O₃:Eu, Y₂O₃S:Eu 등을 포함하는 적색광용 형광체나, Zn(Ga, Al)₂O₄:Mn, Y₃(Al, Ga)₅O₁₂:Tb, Y₂SiO₅:Tb, ZnS:Cu,Al 등을 포함하는 녹색광용 형광체나, Y₂SiO₅:Ce, ZnGa₂O₄, ZnS:Ag,Cl 등을 포함하는 청색광용 형광체가 있다. 물론 여기에 언급한 형광체들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 백라이트 유닛(1)이 정상적으로 작동하기 위해서는 상기 형광체층과 상기 전자 방출원 사이의 공간은 진공으로 유지되어야 한다. 이를 위해 상기 형광체층과 상기 전자 방출원의 사이 간격을 유지하는 스페이서(미도시)와 진공 공간을 밀봉하는 글라스 프리트(glass frit)(미도시)가 더 사용될 수 있다. 상기 글라스 프리트는 위 진공 공간의 주위에 배치되어 진공 공간을 밀봉하는 기능을 한다.

위에서 설명한 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 조성물을 다음과 같이 제작하여 백라이트 유닛에 적용하는 실험을 수행하였다.

즉, 1.0g의 카본 필러 입자와, 일진나노텍에서 제조한 MWNT(Multi-walled nano tube) 1.0g을 텍사놀(Texanol) 43g에 폴리에스테르 아크릴레이트 수지 12g, 아크릴 포스파인 옥사이드(Acrylphosphine oxide) 5g, Trimethylolpropane triacrylate(TMPTA) 6.5g, Dipentaetythritol hexaacrylate(DPHA) 6.5g을 함께 넣고 섞어서 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하였다.

이 조성물을 캐소오드 전극 상에 인쇄하고 이를 건조하여 450℃에서 소성하였다. 도 1에 도시된 것과 같은 2극관 구조(다이오드 구조)를 만들어 수명 및 균일도(uniformity)를 측정하였다. 필러로써 카본 필러 입자를 포함하지 않은 경우에 비해서 본 발명에서 제안한 카본 필러 입자를 첨가한 경우 2배 이상의 수명 향상을 보였으며, 또한 균일도 역시 향상된 것을 관측할 수 있었다. 수명은 1/100 듀티(duty)의 펄스(pulse) 구동에서 1mA/cm²의 목표 전류치에 도달할 때까지 전압을 인가한 후 일정 전압에서 전류의 반감기까지 도달하는 시간으로 구하였다.

한편, 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 조성물과 이를 이용하여 제작된 전자 방출원은, 게이트 전극과 캐소오드 전극 사이에 형성된 전계에 의해 전자를 방출시키는 전자 방출 소자에도 사용될 수 있다. 또한, 캐소오드 전극과 게이트 전극이 서로 교차하는 방향으로 배치된 전자 방출 소자와, 전자 방출원의 전방에 형광체층을 구비한 전자 방출 표시 소자에도 사용될 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 분산이 쉬워 제작이 용이하고, 열전달 특성 및 전도 특성이 우수하여 수명과 균일도가 향상된 전자 방출원을 제작할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 전자 방출 물질, 비이클 및 카본계 필러 입자를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자 방출 물질은 카본 나노 튜브, 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본을 포함하는 카본계 물질 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 카본계 필러 입자는, 카본 블랙, 그래파이트, 나노포러스 카본을 포함하는 카본계 물질에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전자 방출원 형성용 조성물을 사용하여 형성된 전자 방출원.
5. 제4항의 전자 방출원;

   상기 전자 방출원과 전기적으로 연결된 캐소오드 전극;

   상기 전자 방출원의 전방에 배치된 형광체층; 및

   상기 전자 방출원의 전방에 배치되어 상기 전자 방출원에서 방출된 전자가 상기 형광체층을 향하여 가속되도록 하는 애노드 전극을 포함하는 백라이트 유닛.

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