KR20040064800A - 탄소 나노 튜브를 사용한 형광표시관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 진공 유리관 내에 캐소드 기능의 필라멘트와 애노드 기능의 금속막 및 형광층과 그리드를 가지는 진공관형 형광표시관에 있어서, 유리관 내에서 그리드를 제거하고, 필라멘트 표면에 탄소나노튜브가 분산 도통되도록 설치하고, 필라멘트에 대응하는 유리관 내면에 투명전극과 형광체를 순차 형성한 구성을 이룬 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관을 제공하고, 상기 유리관은 원통형을 이루며 필라멘트는 직경 중심에 길이방향으로 설치되고, 유리관 양단에 각각 애노드 및 캐소드 단자를 형성한 것이나, 내부가 관통된 환형을 이루며, 필라멘트는 관의 직경중심을 따라 길이방향으로 설치되고, 직경 방향 일 측에 애노드 및 캐소드 단자를 노출토록 형성한 것을 예시할 수 있다.

상기 유리관은 상하판상 구조, 백열전구 형상을 이루고, 중앙에 필라멘트 연결로드 상단에 탄소나노튜브를 도통시킨 필라멘트를 설치한 것을 예시할 수 있다.

Description

탄소 나노 튜브를 사용한 형광표시관{Fluorescent tube with carbon nano tube}

본 발명은 탄소 나노 튜브를 사용한 형광표시관에 관한 것으로, 특히 전자 발생원으로서 탄소 나노 튜브를 도입하는 한편 형광층을 전극의 전방에 위치시켜 전자의 형광물체에의 충돌량을 증대시킴으로써 궁극적으로 발광효율을 한층 높일 수 있는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관에 관한 것이다.

탄소 나노 튜브는 1985년 크로토(Kroto)와 스몰리(Smalley)가 탄소의 동소체 (Allotrope)의 하나인 풀렌런스(Fullerence;탄소원자가 60개가 모인 것, C60)를 처음으로 발견한 이후, 1991년 이 새로운 물질을 연구하던 일본전기회사 부설연구소의 이지마(Iijima) 박사가 전기방전법을 사용하여 흑연음극상에 형성시킨 탄소덩어리를 분석하는 과정에서 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소나노튜브를 발견하여 처음으로 발표하여 알려지게 되었다. 이 때 성장한 탄소나노튜브는 길이가 수십나노미터 내지 수나노미터이고, 외경은 2.5 내지 30나노미터 정도로 극히 작고, 탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 결합(sp2)의 육각형 벌집무늬를 이루며, 이 튜브의 직경은 대략 수 나노미터 정도로 극히 작기 때문에 나노튜브라고 부르게 되었다. 1998년에 렌(Ren)등이 플라즈마화학기상증착법을 사용하여 글라스기판위에 수직 배향된 고수노의 탄소나노튜브를 합성시킴으로써, 탄소나노튜브의 합성과 응용기술면에서 획기적인 진전을 가져오게 되었고, 그 이후로 탄소나노튜브 합성 및 응용에 관한 연구가 이루어지고 있다.

최근에는 이러한 탄소나노튜브를 필라멘트에 설치하여 저전류를 공급하여도 사용 가능한 형광표시관이 사용되기도 하는 바, 도 1과 같이 진공 유리관(1)의 내부 바닥의 세라믹판(2)에 설치되어 캐소드 기능을 수행하는 필라멘트(3)와, 필라멘트(3)를 덮는 구조의 그리드(4)와, 그리드(4) 위에 공간을 두고 플레이트 기능을 하도록 형광층(5)을 가진 애노드 기능의 금속막(6)을 포함하는 기존의 형광 표시판 구성에 다수의 탄소나노튜브(7)가 분산 설치되도록 부가한다. 즉, 필라멘트(3)의 표면에 전도성 고분자층(8)을 도포하고 고분자층(8)에 탄소나노튜브(7)가 침강되도록 한 후, 고분자층(8)을 열경화시켜 필라멘트(3) 표면에 탄소나노튜브(7)가 경화 고정되도록 설치한다. 도 1에서 참조부호 9는 상면유리, A는 애노드 단자, K는 캐소드 단자, G는 그리드 단자이다.

그러나, 이러한 구조는 전자가 금속막(6)에 부딪혀 빛 에너지를 감소시키는 원인이 되고, 그리드가 전자를 발생하는 힘의 진로를 방해하는 것이어서 휘도가 밝지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 이를 해소코자 하는 것으로 본 발명의 목적은 그리드를 사용하지 않고, 형광층을 금속막의 전방에 설치하고, 필라멘트에 탄소나노튜브를 설치하여 적은 전류로 형광표시 기능을 수행 가능토록 한 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관을 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 유리관 내에 필라멘트를 설치하되 필라멘트의 외주연에 다수의 탄소나노튜브를 설치하고, 유리관의 내주면에 투명 도전층과 형광체를 중심을 향하도록 차례로 설치하여 적은 전류로 형광 기능을 구현 가능토록 한 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관을 제공한다.

도 1 은 일반적인 탄소나노튜브 형광표시관의 단면도,

도 2 는 본 발명의 일 예를 나타낸 도면,

도 3 은 도 2 의 A-A 선 단면도,

도 4 는 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면,

도 5 는 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면,

도 6 은 도 5 의 요부 단면도,

도 7 은 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면,

도 8a 는 도 7 의 필라멘트의 일 예를 나타낸 도면,

도 8b 는 도 7 의 피라멘트의 다른 예를 나타낸 도면,

도 8c 는 도 7 의 또 다른 예를 나타낸 도면,

도 9a 는 도 5 에 보인 탄소나노튜브의 평면 배치 예를 나타낸 도면,

도 9b 는 도 5 에 보인 탄소나노튜브의 다른 평면 배치 예를 나타낸 도면,

도 9c 는 도 5 에 보인 탄소나노튜브의 다른 평면 배치 예를 나타낸 도면,

도 9d 는 도 5 에 보인 탄소나노튜브의 다른 평면 배치 예를 나타낸 도면,

도 10 은 본 발명의 표시관의 다른 예를 나타낸 도면,

도 11 은 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1;유리관 2;세라믹관

3;필라멘트 4;그리드

5;형광층 6;금속막

7;탄소나노튜브 8;고분자층

9;상면유리 10;유리판

11;스페이서 12;기판

K;캐소드 단자 A;애노드 단자

즉, 본 발명은 진공 유리관 내에 캐소드 기능의 필라멘트와 애노드 기능의 금속막 및 형광층과 그리드를 가지는 진공관형 형광표시관에 있어서,

유리관 내에서 그리드를 제거하고, 필라멘트 표면에 탄소나노튜브가 분산 도통되도록 설치하고,

필라멘트에 대응하는 유리관 내면에 투명전극과 형광체를 순차 형성한 구성을 이룬 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관을 제공하려는 것이다.

상기 유리관은 원통형을 이루며 필라멘트는 직경 중심에 길이방향으로 설치되고, 유리관 양단에 각각 애노드 및 캐소드 단자를 형성한 것을 예시할 수 있다.다.

상기 유리관은 내부가 관통된 환형을 이루며, 필라멘트는 관의 직경중심을 따라 길이방향으로 설치되고, 직경 방향 일 측에 애노드 및 캐소드 단자를 노출토록 형성한 것을 예시할 수 있다.

상기 유리관은 아래 판에 일정 높이의 스페이서를 두고 판상의 유리판을 덮는 구성을 이루고;

필라멘트는 아래 판을 이루는 절연성 베이스에 형성한 전도성 고분자층과, 이에 도통되도록 수직으로 고정된 다수의 분산 탄소나노튜브로 구성하고, 유리관은 탄소나노튜브와 스페이서를 두어 일정 거리로 이격된 판상을 이룬 것을 예시할 수 있다.

상기 탄소나노튜브는 원형, 사각 나선형, 지그재그형, 또는 나선형중의 한 형상으로 배치된 것을 예시할 수 있다.

상기 유리관은 백열전구 형상을 이루고, 중앙에 필라멘트 연결로드 상단에 탄소나노튜브를 도통시킨 필라멘트를 설치한 것을 예시할 수 있다.

상기 백열전구 필라멘트는 반구형 세라믹 표면 또는 반구형 텅스텐에 전도성 고분자층을 두어 탄소나노튜브를 도통 가능토록 구성한 것을 예시할 수 있다.

상기 백열전구 필라멘트의 다른 예는 원통형 텅스텐관이며 표면에 전도성 고분자층을 두어 도통 가능토록 구성한 것을 예시할 수 있다.

본 발명의 필라멘트는 나선형 또는 삼각 나선형을 이룬 것을 예시할 수 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 3 은 도 2 의 A-A 선 단면도로, 원통형 유리관(1)의 내면 벽에 인듐틴옥사이드 등의 투명전극을 금속막(6)으로 형성하고, 이어 금속막(6) 내면에 형광층(5)을 형성한다. 그리고 캐소드 기능의 필라멘트(3)를 유리관(1)의 중심에서 길이 방향으로 안치시켜 유리관(1)의 길이방향 양단으로 각각 노출시킨 캐소드단자(K)와 도통되도록 설치한다. 물론 투명 전극의 금속막(6)도 유리관(1)의 길이방향 양단으로 가각 노출된 애노드 단자(A)와 도통되도록 설치한다. 이 경우 각 단자(A,K) 는 형광등처럼 양단으로 노출되는 구성을 이루어 기존의 형광등 고정 구조에 결합시켜 사용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 사용되는 금속막(6)은 투명전극을 사용하는바, 바람직한 재질의 예로는 인듐틴옥사이드를 들 수 있다. 아울러 본 발명에 사용하는 형광층(5)은 단파장 백색 발광을 일으키는 형광물질(3Ca₃(PO₄)₂CaFCl/Sb,Mn)이나 삼파장 백색파장을 일으키는 형광물질을 들 수 있다. 따라서 금속막(6)은 투명이므로 유리관(1)의 내면에 직접 금속막(6)이 형성되어도 그 내면의 형광층(5)을 통하여 발산하는 빛의발산을 방해하지 않도록 기능한다.

본 발명에서 사용하는 필라멘트(3)는 봉상의 텅스턴 외주면에 탄소나노튜브를 결합시킨 구성이나, 관체형 세라믹에 탄소나노튜브를 결합시킨 구성을 예시할 수 있다. 물론 이를 위하여는 텅스텐이나 세라믹 표면에 탄소나노튜브를 고정시킬 전도성 고분자를 도포한 후에 탄소나노튜브를 함침시켜 경화(바람직한 예로는 섭씨 300도 이하의 저온으로 경화반응 시키는 것을 예시할 수 있다)시키는 것을 예시할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로는 도 4 와 같은 환형을 이룬 것을 예시할 수 있다. 물론 이 경우도 내부가 환형으로 관통된 유리관(1)의 중앙에 역시 링상으로 필라멘트(3)를 설치하고, 필라멘트(3)의 외면에는 탄소나노튜브(7)를 도통 가능토록 결합시킨다. 이 경우 단자로 애노드 단자(A)는 도 3 과 같이 투명전극의 금속막(6)과, 캐소드 단자(K)는 필라멘트(3)와 도통되고 직경 방향 일측으로 각각 노출되는 구성을 이룬다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 요부 단면도로, 판상의 기판(12)위에 고분자층(8)을 도포하고 탄소나노튜브(7)를 상단이 노출되도록 함침시켜 경화시켜 하판을 만들고, 유리판(10)의 저면에 인듐틴옥사이드 등으로 이루어지는 투명 금속막(6)을 도포하고, 형광층(5)을 형성한 상판을 만든다. 그리고, 하판 위에 일정 높이의 스페이서(11)를 두고 상판을 일체로 결합시킨다. 이 경우 스페이서(11)는 상하판의 내부를 진공으로 만드는 측면 실링 기능을 겸하는 것을 나타낸다. 이 경우 형광표시관을 이루기 위하여는 고분자층(8)이 캐소드를 이루도록 캐소드단자(K)를, 금속막(6)에는 애노드를 이루는 애노드단자(A)를 결합시키는데 도면에서는 생략한 것을 알 수 있을 것이다.

도 7 은 본 발명을 이루는 또 다른 실시예 이고 도 8a 내지 도 8c 는 도 7 에 사용되는 필라멘트(3)의 다른 예로써, 일반적인 백열전구 형태의 유리관(1)에 반원형 필라멘트(도 8a(세라믹 기판(12), 도 8b(텅스텐 기판(12))나 관체형 필라멘트(도 8c)에 탄소나노튜브(7)가 결합된 구성을 예시할 수 있다.

도 9 는 고분자층(8)에 결합되는 탄소나노튜브의 형상의 실시 가능한 예를 나타낸 도면으로, 원형나선형(도 9a), 사각 나선형(도 9b), 지그재그형(도 9c) 및 나선형(도 9d)을 이룬 것을 예시할 수 있다.

도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예로, 도 2 에 보인 필라멘트(3)가 유리관(1) 내에 나선형을 이룬 구성을 들 수 에시할 수 있다. 물론 이 경우도 필라멘트(3) 외주연에는 탄소나노튜브를 결합시킨다. 이 경우 애노드단자(A)와 캐소드단자(k)는 유리관(1)의 일측단에 노출되는 구성을 이룬다.

도 11 은 본 발명의 또 다른 실시예로, 중앙의 저면이 상부로 돌출한 유리관(3)의 돌출 내주면을 감싸는 형상의 삼각 나선형을 이룬 필라멘트(3)를 사용하는 구성을 예시할 수 있다. 이 경우 애노드 단자(A)와 캐소드단자(K)는 유리관 (1)의 상단에서 각각 노출되는 구성을 이룬다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본 발명은 애노드와 캐소드 사이를 이루는 그리드를 생략하여 구성이 간단하고, 형광층을 지지하는 금속막이 유리관의 내벽에 일체로 된 다음 형광층을 형성하므로 형광층에 전자가 직접 닿아 형광성이 향상됨과 아울러 금속막으로 투명의 인듐틴옥사이드를 사용하므로 형광층을 유리관의 내측에 형성하여도 형광이 투명의 금속막과 유리관을 통하여 형광에 지장을 주지 않고 사용 가능토록 한다.

아울러 그리드를 사용하지 않기에 유리관의 중심에도 필라멘트를 사용 가능토록 구성할 수 있어 설계 구성의 다양성을 이루어 봉형, 환형, 면광형, 전구형드으로 구현 가능하고, 필라멘트도 나선형 등으로 설계 가능하여 디자인의 다양성을 이룰 수 있게 된다.

또한 판상의 필라멘트 방식의 경우 탄소나노튜브를 원형나선형, 사각나선형, 지그재그형 및 나선형 등으로 다양하게 구성할 수 있어 형광표시관의 설계의 다양성을 제공 가능토록 한다.

Claims (14)

1. 진공 유리관 내에 캐소드 기능의 필라멘트와 애노드 기능의 금속막 및 형광층과 그리드를 가지는 진공관형 형광표시관에 있어서,

   유리관 내에서 그리드를 제거하고, 필라멘트 표면에 탄소나노튜브가 분산 도통되도록 설치하고,

   필라멘트에 대응하는 유리관 내면에 투명전극과 형광체를 순차 형성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
2. 제 1 항에 있어서, 유리관은 원통형을 이루며 필라멘트는 직경 중심에 길이방향으로 설치되고, 유리관 양단에 각각 애노드 및 캐소드 단자를 형성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
3. 제 1 항에 있어서, 유리관은 내부가 관통된 환형을 이루며, 필라멘트는 관의 직경중심을 따라 길이방향으로 설치되고, 직경 방향 일 측에 애노드 및 캐소드 단자를 노출토록 형성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
4. 제 1 항에 있어서, 유리관은 아래판에 일정 높이의 스페이서를 두고 판상의 유리판을 덮는 구성을 이루고;

   필라멘트는 아래판을 이루는 절연성 베이스에 형성한 전도성 고분자층과, 이에 도통되도록 수직으로 고정된 다수의 분산 탄소나노튜브로 구성하고, 유리관은 탄소나노튜브와 스페이서를 두어 일정 거리로 이격된 판상을 이룬 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
5. 제 4 항에 있어서, 탄소나노튜브는 원형 나선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
6. 제 4 항에 있어서, 탄소나노튜브는 사각 나선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
7. 제 4 항에 있어서, 탄소나노튜브는 지그재그형으로 배치된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
8. 제 4 항에 있어서, 탄소나노튜브는 나선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
9. 제 1 항에 있어서, 유리관은 백열전구 형상을 이루고, 중앙에 필라멘트 연결로드 상단에 탄소나노튜브를 도통시킨 필라멘트를 설치한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
10. 제 9 항에 있어서, 필라멘트는 반구형 세라믹 표면에 전도성 고분자층을 두어 탄소나노튜브를 도통 가능토록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
11. 제 9 항에 있어서, 필라멘트는 반구형 텅스텐에 전도성 고분자층을 두어 탄소나노튜브를 도통 가능토록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
12. 제 9 항에 있어서, 필라멘트는 원통형 텅스텐관이며 표면에 전도성 고분자층을 두어 도통 가능토록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
13. 제 1 항에 있어서, 필라멘트는 나선형을 이룬 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.
14. 제 1 항에 있어서, 유리관은 중앙 저면에 위로 돌출한 형상이고, 필라멘트는 삼각 나선형을 이루고, 캐소드 및 애노드 단자는 상단으로 노출된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 사용한 형광표시관.