KR20060019903A - 전자 방출원 형성용 조성물, 전자 방출원 제조 방법 및전자 방출원 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카본계 물질; 및 수지 성분 및 용매 성분으로 이루어진 비이클;을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물로서, 상기 수지 성분은 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 0.5중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질인 전자 방출원 형성용 조성물, 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 이용한 전자 방출원 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 전자 방출원에 관한 것이다. 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 제조된 전자 방출원은 소량의 잔탄을 함유하여 우수한 전류 밀도 및 고수명을 갖는다.
Description
도 1 및 2는 본 발명을 따르는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 수지 성분을 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 결과 얻은 잔탄량 측정 그래프이고,
도 3 내지 5는 본 발명을 따르는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 감광성 수지의 광개시제 존재 하에서의 노광 결과물을 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 결과 얻은 잔탄량 측정 그래프이고,
도 6은 본 발명의 전자 방출 소자의 일 구현예를 도시한 단면도이고,
도 7은 본 발명을 따르는 전자 방출원 형성용 조성물의 일 구현예 및 종래의 전자 방출원 형성용 조성물을 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 결과 얻은 잔탄량 측정 그래프이고,
도 8a 및 8b는 각각 본 발명을 따르는 전자 방출원 및 종래의 전자 방출원의 표면 사진이고,
도 9는 본 발명을 따르는 전자 방출원의 일 구현예 및 종래의 전자 방출원의 전류 밀도를 전계에 따라 나타낸 그래프이고,
도 10은 본 발명을 따르는 전자 방출원의 일 구현예 및 종래의 전자 방출원의 전류 밀도를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
110 : 하면기판 120 : 캐소드 전극
130 : 절연체층 140 : 게이트 전극
160 : 전자 방출원 170 : 형광체층
180 : 애노드 전극 190 : 상면기판
본 발명은 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 제조 방법 및 전자 방출원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소성 후 잔탄량이 감소된 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 제조 방법 및 잔탄의 함량이 매우 적은 전자 방출원에 관한 것이다. 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자에도 관한 것이다.
전자 방출 소자 (Electron Emission Device)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전압을 인가하여 전계를 형성함으로써 캐소드 전극의 전자 방출원으로부터 전자를 방출시키고, 이 전자를 애노드 전극 측의 형광 물질에 충돌시켜 발광되도록 하는 디스플레이 장치이다.
전자 전도성이 탁월한 탄소 나노 튜브 (Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카 본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전자 방출 소자의 이상적인 전자 방출원으로 기대되고 있다. 카본계 물질을 이용한 전자 방출원은 예를 들면 미국 특허 제6,436,221호에 개시되어 있다.
카본계 물질, 특히 카본나노튜브를 포함한 전자 방출원은 증착법 등을 이용한 성장법 또는 카본나노튜브 분말을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하는 페이스트법으로 제조될 수 있다.
그러나, 종래 페이스트법에 따르면 소성 후, 전자 방출원에 포함된 카본계 물질에 비하여 전자 방출원 형성용 조성물로부터 유래된 잔탄의 함량이 지나치게 많아, 상기 잔탄이 카본계 물질을 덮거나, 카본계 물질의 수직 배향을 방해하는 것과 같은 문제점이 있어 왔다. 이 때문에, 만족할 만한 수준의 전계 방출 특성 및 고수명을 얻을 수 없는 바, 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 얻을 수 있는 전자 방출원의 개발이 시급하다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로서, 소성 후 잔탄량이 감소될 수 있는 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 제조 방법 및 이로부터 제조되어 잔탄량이 매우 적은 전자 방출원을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명은,
카본계 물질; 및
수지 성분 및 용매 성분으로 이루어진 비이클;
을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물로서, 상기 수지 성분은 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 0.5중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질인 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2태양은,
전술한 바와 같은 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계;
기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 및
상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계;
를 포함하는 전자 방출원 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3태양은,
카본계 물질 및 잔탄을 포함하는 전자 방출원으로서, 상기 잔탄의 함량은 상기 카본계 물질 100중량% 당 20중량% 내지 30중량%인 전자 방출원을 제공한다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제4태양은,
서로 대향되게 배치된 제1 기판 및 제2 기판;
상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며 카본계 물질 및 잔탄을 포함하는 전자 방출원;
상기 제2 기판 상에 형성된 애노드 전극; 및
상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성된 형광층;
을 구비하고, 상기 잔탄의 함량은 상기 카본계 물질 100중량% 당 20중량% 내지 30중량%인 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 제조된 전자 방출원은 매우 적은 잔탄을 포함하는 바, 높은 전류 밀도 및 고수명을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 카본계 물질; 및 수지 성분 및 용매 성분으로 이루어진 비이클;을 포함하되, 상기 수지 성분은 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 0.5중량% 이하의 잔탄량, 바람직하게는 0.2중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질일 수 있다.
본 명세서에서 있어서, "잔탄"이라는 용어는 탄소를 함유하는 유기 화합물을 열처리한 후 잔류하는 고형 잔류물을 의미한다. 상기 잔탄의 구성 성분은 열처리 대상이 되는 유기 화합물의 성분에 따라 매우 다양할 수 있다. 특히, 전자 방출원에 포함된 "잔탄"이란, 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 각종 구성 성분 중 카본계 물질을 제외한 나머지 유기 화합물을 열처리한 후 잔류하는 고형 잔류물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 카본계 물질은 전도성 및 전자 방출 특성이 우수하여 전자 방출 소자 작동시 애노드 전극의 형광층으로 전자를 방출시켜 형광체를 여기시키는 역할을 한다. 이러한 카본계 물질의 비제한적인 예에는 카본나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 플러렌 및 SiC(탄화규소) 등이 포함된다. 이 중, 카본나노튜브가 바람직하다.
전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 비이클은 인쇄성 및 점도를 조절하는 역할을 한다. 상기 비이클은 수지 성분과 용매 성분으로 이루어질 수 있다. 이 중, 수지 성분은 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 0.5중량% 이하의 잔탄량, 바람직하게는 0.2중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, "잔탄량"이란 용어는, 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 경우를 기준으로, 특정 물질의 소성 전 중량에 대한 소성 후 중량의 비를 중량%로 나타낸 것으로 이해될 수 있다. 상기 잔탄량을 측정한 온도 및 분위기는 전자 방출원 형성용 조성물의 소성 조건을 고려한 것으로서, 상기 잔탄량 측정 온도 및 분위기와 균등 범위의 온도 및 분위기에서는 유사한 결과가 예측될 수 있다는 점은 당업자에게 인식가능한 것이다.
본 발명을 따르는 수지 성분의 일 구현예는 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서의 잔탄량은 도 1 및 도 2를 참조한다.
도 1은 모노머로서 메틸아크릴레이트와 에틸아크릴레이트를 갖는 공중합체 형태의 아크릴계 수지를 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 결과 얻은 잔탄량 측정 그래프로서, 상기 물질은 0.13중량%의 잔탄량을 가짐을 알 수 있다.
도 2는 모노머로서 메틸아크릴레이트와 부틸아크릴레이트를 갖는 공중합체 형태의 아크릴계 수지를 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 소성시킨 결과 얻은 잔탄량 측정 그래프로서, 상기 물질은 0.17중량%의 잔탄량을 가짐을 알 수 있다.
상기 수지 성분은 아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 아크릴계 수지의 구체적인 예에는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, n-부틸메타아크릴레이트, t-부틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트, 라우릴메타아크릴레이트, 씨클로헥실아크릴레이트, 씨클로헥실메타아크릴레이트 및 셀로솔브메타아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머를 포함하는 수지이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 비이클 중 용매 성분의 비제한적인 예에는 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨(butyl carbitol:BC), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate:BCA), 톨루엔(toluene) 및 텍사놀(texanol) 등이 있다. 이 중, 터피네올이 바람직하다.
상기 수지 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 60 내지 500중량부, 보다 바람직하게는 80 내지 300중량부일 수 있다. 한편, 상기 용매 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 300 내지 1500중량부, 바람직하게는 300 내지 1200중량부일 수 있다. 비이클의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 흐름성이 저하되는 문제점이 생길 수 있다. 특히, 비이클의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 건조시간이 지나치게 길어질 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 감광성 수지 및 광개시제를 더 포함 할 수 있다. 상기 감광성 수지는 전자 방출원의 패터닝에 사용되는 물질이며, 상기 광개시제는 상기 감광성 수지가 노광될 때 감광성 수지의 가교결합을 개시하는 역할을 한다. 이러한 감광성 수지는 상기 감광성 수지와 광개시제의 노광 결과물의 형태로 전자 방출원 형성을 위한 소성 단계를 거치게 된다.
상기 광개시제의 비제한적인 예에는 벤조페논과 같은 벤조페논계 모노머, 아세토페논계 모노머 또는 티오크산토계 모노머 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 감광성 수지는, 감광성 수지와 광개시제의 노광 결과물이 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 7중량% 이하의 잔탄량, 바람직하게는 6중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질일 수 있다. 상기 노광 조건은 예를 들면, 380nm 내지 420nm의 자외선 조사일 수 있으며, 이는 전자 방출원 형성용 조성물의 노광 조건을 고려한 것이다. 상기 감광성 수지는 예를 들면, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 디아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 히드록시에틸메타크릴레이트를 함유한 카르복실화된 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 또는 카르복실화된 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 나열한 물질들 중 2 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이 중, 폴리에테르 디아크릴레이트가 바람직하다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 감광성 수지의 잔탄량 측정 그래프는 도 3 내지 5를 참조한다.
먼저, 상기 감광성 수지 중 폴리에테르 디아크릴레이트와 광개시제로서 벤조 페논(HSP-188, SK-UCB사 제품)의 400nm에서의 노광 결과물의 450℃의 온도 및 질소 분위기에서의 잔탄량 측정 그래프는 도 3을 참조한다. 도 3에서 확인되는 바와 같이, 상기 폴리에테르 디아크릴레이트의 노광 결과물의 잔탄량은 5.5중량%으로서, 본 발명의 전자 방출원 형성에 사용하기 적합함을 확인할 수 있다.
상기 감광성 수지 중, 히드록시에틸메타크릴레이트를 함유한 카르복실화된 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머와 광개시제로서 벤조페논(HSP-188, SK-UCB사 제품)의 400nm에서의 노광 결과물의 450℃의 온도 및 질소 분위기에서의 잔탄량 측정 그래프는 도 4를 참조한다. 도 4에서 확인되는 바와 같이, 상기 폴리에테르 디아크릴레이트의 노광 결과물의 잔탄량은 2.5중량%으로서, 본 발명의 전자 방출원 형성에 사용하기 적합함을 확인할 수 있다.
상기 감광성 수지 중, 카르복실화된 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머와 광개시제로서 벤조페논(HSP-188, SK-UCB사 제품)의 400nm에서의 노광 결과물 각각의 450℃의 온도 및 질소 분위기에서의 잔탄량 측정 그래프는 도 5를 참조한다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 상기 폴리에스테르 디아크릴레이트의 노광 결과물의 잔탄량은 5.8중량%에 불과하였는 바, 이들은 본 발명의 전자 방출원 형성에 사용하기 적합함을 확인할 수 있다.
상기 감광성 수지의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 100 내지 1000중량부, 바람직하게는 100 내지 800중량부일 수 있다. 상기 혼합물의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 100중량부 미만인 경우에는 노광 감도가 떨어지고, 카본계 물질 100중량부를 기준으로 1000중량부를 초과하는 경우에는 현상이 잘 되지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
전자 방출원 형성용 조성물은 상기 카본계 물질 및 비이클 외에도 전술한 바와 같은 감광성 수지 및 광개시제를 더 포함할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 접착 성분 또는 필러 등을 더 포함할 수 있다.
상기 접착 성분은 전자 방출원을 기판에 부착시켜주는 역할을 하는 것으로서, 무기 바인더 등일 수 있다. 이러한 무기 바인더의 비제한적인 예에는 글래스 프리트, 실란, 물유리 등일 수 있다. 이들 중 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 프리트는 예를 들면, 산화납-산화아연-보론옥사이드(PbO-ZnO-B2O3) 성분일 수 있다. 상기 무기 바인더 중 글래스 프리트가 바람직하다.
전자 방출원 형성용 조성물 중 무기 바인더의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10 내지 50중량부, 바람직하게는 15 내지 35중량부 일 수 있다. 무기 바인더의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10중량부 미만인 경우에는 만족할 만한 접착력을 얻을 수 없고, 50중량부를 초과하는 경우에는 인쇄성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
상기 필러는 기판과 충분히 접착하지 못한 카본계 물질의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서 이의 비제한적인 예에는 Ag, Al, Pd 등이 있다.
전술한 바와 같은 성분을 혼합하여 3,000 내지 50,000cps, 바람직하게는 5,000 내지 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다.
본 발명의 전자 방출원 제조 방법은, 전자 방출원 형성용 조성물의 제공 단 계; 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄 단계 및 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 소성 단계로 이루어진다.
먼저, 전자 방출원 형성용 조성물을 전술한 바와 같이 제공한다. 전자 방출원 형성용 조성물을 이루는 성분 및 성분의 함량은 전술한 바와 같다.
이 후, 상기 제공된 전자 방출원 형성용 조성물을 기판에 인쇄한다. 상기 "기판"이란 전자 방출원이 형성될 기판으로서, 형성하고자 하는 전자 방출 소자에 따라 상이할 수 있으며, 이는 당업자에게 용이하게 인식가능한 것이다. 예를 들면, 상기 "기판"이란, 캐소드부와 애노드부 사이에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드부가 될 수 있으며, 캐소드부 하부에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드부와 게이트 전극을 절연시키는 절연층이 될 수 있다.
인쇄 방식은 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 모노머 및 감광성 올리고머 중 적어도 하나를 포함하는 감광성 혼합물을 포함하는 경우와 상기 감광성 혼합물을 포함하지 않은 경우에 따라 상이하다. 전자 방출원 형성용 조성물이 상기 감광성 혼합물을 포함하는 경우에는 별도의 포토레지스트 패턴이 불필요하다. 즉, 기판 상에 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 코팅하고, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다.
한편, 전자 방출원 형성용 조성물이 상기 감광성 혼합물을 포함하지 않는 경우에는, 별도의 포토레지스트막 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정이 필요하다. 즉, 포토레지스트막을 이용하여 포토레지스트막 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토 레지스트막 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.
전술한 바와 같이 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물은 소성 단계를 통하여 카본계 물질과 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 일부 이상의 바인더의 용융 및 고형화에 의하여 내구성 등도 향상될 수 있으며, 아웃개싱(outgasing)도 최소화될 수 있다. 소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 및 바인더의 소결가능 온도 및 시간을 고려하여 결정되어야 한다. 통상적인 소성 온도는 400 내지 500℃, 바람직하게는 450℃이다. 소성 온도가 400℃ 미만이면 비이클 등의 휘발이 충분히 이루어지지 않는다는 문제점이 발생할 수 있고, 소성 온도가 500℃를 초과하면 카본계 물질이 손상될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. 소성 분위기는 카본계 물질의 열화를 최소화하기 위하여, 질소, 아르곤 등의 불활성 기체 분위기 하에서 수행한다.
상기 소성 단계를 거친 전자 방출원에 대하여 추가로 활성화 단계를 거칠 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명의 전자 방출원은 잔탄의 함량이 매우 적으므로, 활성화 단계를 수행하여 카본계 물질의 효과적인 수직 배향을 이룰 수 있다. 활성화 단계는 예를 들면, 소정의 구동원으로 구동되는 롤러 표면에 접착력을 갖는 접착부를 형성하여 상기 소성 결과물 표면에 소정의 압력으로 가압한 다음 상기 접착부를 소성 결과물과 분리함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 전자 방출원은 카본계 물질 및 잔탄을 포함하며, 상기 잔탄의 함량은 상기 카본계 물질 100중량% 당 20중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 20중량% 내지 25중량%이다. 본 발명의 전자 방출원은 전술한 바와 같은 전자 방출원 형성 용 조성물을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 전자 방출원은 소성 시 카본계 물질의 열화를 방지하기 위하여 불활성 분위기 하에서 소성하지만, 전술한 바와 같은 수지 성분 및 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하는 바, 상술한 바와 같이 매우 소량의 잔탄을 함유한다. 전자 방출원 중 잔탄은 전자 방출원 표면을 덮어 전계 방출에 기여할 수 있는 카본계 물질의 비율을 감소시키며, 전자 방출원 표면의 활성화 단계에서도 카본계 물질의 수직배향을 방해하여, 효과적인 전계 방출을 방해할 수 있다.
그러나, 본 발명의 전자 방출원은 전술한 바와 같이 소량의 잔탄을 함유하는 바, 다량의 카본계 물질이 전자 방출원 표면에 노출되어 전계 방출에 기여할 수 있게 되므로, 높은 전류 밀도를 달성할 수 있게 되며, 고수명도 확보할 수 있다. 이러한 본 발명의 전자 방출원은 9V/㎛에서 1000㎂/cm2 내지 1100㎂/cm2와 같은 높은 전류 밀도를 갖는다.
전술한 바와 같은 본 발명의 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자의 일 구현예는 도 6을 참조한다. 도 6은 본 발명을 따르는 다양한 전자 방출 소자 중에서도 3극관 구조의 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 것이다. 도 6에 도시된 전자 방출 소자(200)는 상판(201)과 하판(202)를 구비하고, 상기 상판은 상면기판(190), 상기 상면기판의 하면(190a)에 배치된 애노드 전극(180), 상기 애노드 전극의 하면(180a)에 배치된 형광체층(170)을 구비한다.
상기 하판(202)은 내부공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 상기 상면기판(190)과 대향하여 평행하게 배치되는 하면기판(110), 상기 하면기판(110)상에 스트라이프 형태로 배치된 캐소드 전극(120), 상기 캐소드 전극(120)과 교차하도록 스트라이프 형태로 배치된 게이트 전극(140), 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소드 전극(120) 사이에 배치된 절연체층(130), 상기 절연체층(130)과 상기 게이트 전극(140)의 일부에 형성된 전자방출원 홀(169), 상기 전자방출원 홀(169)내에 배치되어 상기 캐소드 전극(120)과 통전되고 상기 게이트 전극(140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자 방출원(160)을 구비한다. 상기 전자 방출원(160)은 카본계 물질 및 잔탄을 포함하되, 상기 잔탄의 함량은 전술한 바와 같이 카본계 물질 100중량% 당 20중량% 내지 30중량%일 수 있다. 상기 전자 방출원에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
상기 상판(201)과 하판(202)은 대기압보다 낮은 압력의 진공으로 유지되며, 상기 진공에 의해 발생하는 상기 상판과 하판 간의 압력을 지지하고, 발광공간(210)을 구획하도록 스페이서(192)가 상기 상판과 하판 사이에 배치된다.
상기 애노드 전극(180)은 상기 전자방출원(160)에서 방출된 전자의 가속에 필요한 고전압을 인가하여 상기 전자가 상기 형광체층(170)에 고속으로 충돌할 수 있도록 한다. 상기 형광체층의 형광체는 상기 전자에 의해 여기되어 고에너지 레벨에서 저에너지 레벨로 떨어지면서 가시광 등을 방출한다.
상기 게이트 전극(140)은 상기 전자방출원(160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층(130)은 상기 전자방출원 홀(169) 을 구획하고, 상기 전자방출원(160)과 상기 게이트 전극(140)을 절연하는 기능을 담당한다.
본 발명의 전자 방출 소자는 도 6에 도시된 바와 같은 3극관 구조의 전자 방출 소자를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 3극관 구조 뿐만 아니라, 2극관을 비롯한 다른 구조의 전자 방출 소자도 포함한다. 뿐만 아니라, 게이트 전극이 캐소드 전극 하부에 배치되는 전자 방출 소자, 방전 현상에 의하여 발생되는 것으로 추정되는 아크에 의한 게이트 전극 및/또는 캐소드 전극의 손상을 방지하고, 전자 방출원으로부터 방출되는 전자의 집속을 보장하기 위한 그리드/메쉬를 구비하는 전자 방출 소자에도 사용될 수 있다. 한편, 상기 전자 방출 소자의 구조를 디스플레이 장치에 응용하는 것도 물론 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재되는 것일뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
터피네올 4g에 카본나노튜브 분말(SWNT, CNI사 제품) 1g, 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 0.25g, 아크릴 수지(Elvacite 사 제품) 0.91g, 폴리에스테르 디아크릴레이트 1.54g, 벤조페논 1.54g을 첨가하여 교반한 후, 혼합하여 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원용 조성물을 제조한 다음, 건조시켰다. 상기 전자 방출원 형성용 조성물을, Cr 게이트 전극, 절연막 및 ITO 전극이 구비된 기판 상의 전자 방출원 형성 영역에 인쇄한 후, 패턴 마스크를 이용하여 2000 mJ/cm2의 노광 에너지로 평행 노광기를 이용하여 조사한 다음, 현상하였다. 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 초기, 건조, 노광 및 현상시까지의 중량 변화를 하기 표 1에 나타내었다:
| 초기 | 건조 후 | 노광 후 | 현상 후(잔탄량 측정 직전) | |
| 카본나노튜브 | 1g | 1g | 1g | 1g |
| 프리트 | 0.25g | 0.25g | 0.25g | 0.25g |
| 터피네올 | 7.08g | 2.44g | 2.44g | 1.8g |
| 아크릴 수지 | ||||
| 폴리에스테르 디아크릴레이트 | ||||
| 벤조페논 |
상기 표 1에 기재된 바와 같은 성분비를 갖는 현상 결과물을 450℃의 온도에서 소성하여 전자 방출원을 형성하였다. 상기 전자 방출원을 샘플 1이라고 한다. 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서의 잔탄량 측정 그래프는 도 7을 참조하는데, 상기 샘플 1의 잔탄량은 44.38중량%임을 알 수 있다.
비교예 1
아크릴 수지 대신 에틸 셀룰로오스 수지 0.91g을 사용하고, 폴리에스테르 디아크릴레이트 대신 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 1.54g을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1의 제조 방법에 기재된 성분 및 함량에 따라 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하여, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같은 조건으로 건조, 노광 및 현상을 수행하였다. 이 때, 중량 변화를 하기 표 2에 나타내었다:
| 초기 | 건조 후 | 노광 후 | 현상 후(잔탄량 측정 직전) | |
| 카본나노튜브 | 1g | 1g | 1g | 1g |
| 프리트 | 0.25g | 0.25g | 0.25g | 0.25g |
| 터피네올 | 7.08g | 2.35g | 2.35g | 2.35g |
| 에틸셀룰로오스 수지 | ||||
| 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 | ||||
| 벤조페논 |
상기 표 2에 기재된 바와 같은 성분비를 갖는 현상 결과물을 450℃의 온도에서 소성하여 전자 방출원을 형성하였다. 상기 전자 방출원을 샘플 A라고 한다. 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서의 잔탄량 측정 그래프는 도 7을 참조하는데, 상기 샘플 1의 잔탄량은 54.34중량%임을 알 수 있다.
평가예 1 - 전자 방출원의 표면 관찰
상기 샘플 1 및 샘플 A의 표면을 관찰하여 그 결과를 도 8a 및 8b에 각각 나타내었다. 도 8a의 샘플 1의 잔탄량이 도 8b의 샘플 A의 잔탄량보다 적다는 것을 알 수 있다.
평가예 2 - 전자 방출원의 잔탄량 평가
먼저, 실시예 1 및 비교예 1에서 사용된 카본나노튜브 1g 및 프리트 0.2g에 대하여 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 잔탄량 측정 실험을 수행하여, 소성 후 카본나노튜브 및 프리트의 중량 변화량을 평가하였다. 그 결과, 카본나노튜브에 대하여는 90중량%의 잔탄량을 얻었으며, 프리트는 상기 조건 하에서 소성 후에도 중량 변화가 없었다.
상기 카본나노튜브 및 프리트의 잔탄량 측정 결과 및 표 1과 2, 실시예 1 및 비교예 1에서 측정한 전자 방출원 형성용 조성물의 잔탄량 데이터에 기초하여, 샘플 1 및 샘플 A에 있어서, 카본나노튜브에 대한 잔탄의 함량을 다음과 같이 계산하였다. 샘플 1에 대한 계산 결과는 표 3에 나타내었고, 샘플 2에 대한 계산 결과는 표 4에 나타내었다:
| 현상 결과물의 총 중량(잔탄량 측정 전 중량) | 1g+0.25g+1.8g=3.05g(표 1 참조) |
| 현상 결과물의 소성 후 중량(샘플 1의 중량) | 3.05g*0.4438=1.35g(도 7의 샘플 1의 잔탄량 측정 결과 참조) |
| 샘플 1 중 카본나노튜브의 중량 | 1g*0.9=0.9g(카본나노튜브의 잔탄량 평가 결과 참조) |
| 샘플 1 중 프리트의 중량 | 0.25g(프리트의 잔탄량 평가 결과 참조) |
| 샘플 1의 잔탄량 | 1.45g-0.9g-0.25g=0.2g |
| 샘플 1 중 카본나노튜브 중량에 대한 잔탄의 중량비 | 0.2g/0.9g*100=22.62% |
| 현상 결과물의 총 중량(잔탄량 측정 전 중량) | 1g+0.25g+2.35g=3.6g(표 1 참조) |
| 현상 결과물의 소성 후 중량(샘플 A의 중량) | 3.6g*0.5434=1.96g(도 7의 샘플 1의 잔탄량 측정 결과 참조) |
| 샘플 A 중 카본나노튜브의 중량 | 1g*0.9=0.9g(카본나노튜브의 잔탄량 평가 결과 참조) |
| 샘플 A 중 프리트의 중량 | 0.25g(프리트의 잔탄량 평가 결과 참조) |
| 샘플 A의 잔탄량 | 1.96g-0.9g-0.25g=0.81g |
| 샘플 A 중 카본나노튜브 중량에 대한 잔탄의 중량비 | 0.81g/0.9g*100=89% |
상기 표 3 및 표 4로부터 샘플 1의 잔탄량은 카본나노튜브 100중량% 당 22.62중량%이고, 샘플 A의 잔탄량은 카본나노튜브 100중량% 당 89중량%에 이르는 것을 알 수 있다. 이로서, 본 발명을 따르는 전자 방출원인 샘플 1은 소량의 잔탄을 함유함을 알 수 있다.
평가예 3 - 전류 밀도 평가
상기 샘플 1 및 A의 전류 밀도를 펄스 파워 소스(Pulse power source)와 전류계를 이용하여 측정하여, 전계 변화에 따라 나타내었다. 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 따르면, 잔탄량이 적은 샘플 1의 전류 밀도는 동일한 전계에서 샘 플 A의 전류 밀도보다 높다. 예를 들면, 샘플 1은 9V/㎛에서 약 1050㎂/cm2의 전류 밀도를 가지나, 샘플 A는 9V/㎛에서 약 100㎂/cm2의 전류 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이로써, 본 발명을 따르는 전자 방출원은 높은 전류 밀도를 가짐을 알 수 있다.
평가예 4 - 수명 평가
상기 샘플 1 및 A의 전류 밀도를 펄스 파워 소스(Pulse power source)와 전류계를 이용하여 측정하여, 시간 변화에 따라 나타내었다. 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10에 따르면, 잔탄량이 적은 샘플 1의 전류 밀도는 시간이 경과하여도 비교적 높은 전류 밀도를 일정하게 유지하나, 샘플 A는 시간에 따라 전류 밀도가 급감하는 것으로 나타난다. 이로써, 본 발명을 따르는 전자 방출원은 고수명을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하면 잔탄의 함량이 매우 적은 전자 방출원을 제조할 수 있다. 상기 전자 방출원은 우수한 전류 밀도 및 수명 특성을 갖는다. 상기 전자 방출원을 이용하면 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 얻을 수 있다
Claims (13)
- 카본계 물질; 및수지 성분 및 용매 성분으로 이루어진 비이클;을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물로서, 상기 수지 성분은 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 0.5중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 수지 성분은 아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 용매 성분은 터피네올, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 톨루엔 및 텍사놀로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서, 감광성 수지 및 광개시제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 감광성 수지는 상기 감광성 수지와 상기 광개시제의 노광 결과물이 450℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 7중량% 이하의 잔탄량을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 감광성 수지는 아크릴레이트계 수지로 이루어진 군으 로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 광개시제는 벤조페논인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계;기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 및상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계;를 포함하는 전자 방출원 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 소성 단계를 400℃ 내지 500℃의 온도 및 불활성 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 제조 방법.
- 카본계 물질 및 잔탄을 포함하는 전자 방출원으로서, 상기 잔탄의 함량은 상기 카본계 물질 100중량% 당 20 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
- 제10항에 있어서, 9V/㎛에서 1000㎂/cm2 내지 1100㎂/cm2의 전류 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
- 서로 대향되게 배치된 제1 기판 및 제2 기판;상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며 카본계 물질 및 잔탄을 포함하는 전자 방출원;상기 제2 기판 상에 형성된 애노드 전극; 및상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성된 형광층;을 구비하고, 상기 잔탄의 함량은 상기 카본계 물질 100중량% 당 20 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
- 제12항에 있어서, 상기 전자 방출원이 9V/㎛에서 1000㎂/cm2 내지 1100㎂/cm2의 전류 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20040830 |
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