JP2005056822A

JP2005056822A - ダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物、その製造方法及びエミッター組成物を利用した電界放出素子

Info

Publication number: JP2005056822A
Application number: JP2004106369A
Authority: JP
Inventors: Yang Woon Na; ナ・ヤンウン; Gwang Bai Kim; キム・グワンべ
Original assignee: Iljin Diamond Co Ltd
Current assignee: Iljin Diamond Co Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-03-03
Also published as: CN1581400A; TWI238436B; TW200506999A; KR20050016924A; EP1505621A1; KR100545354B1

Abstract

【課題】本発明はディスプレー装置などのカソード基板に印刷して電子放出源に利用される電界放出素子に関するものである。
【解決手段】本発明は、カーボンナノチューブ、バインダー、ガラスフリット、分散剤及び有機溶媒を含むエミッター組成物において、前記エミッター組成物に０．１〜２０Ｗｔ％の含量比でダイヤモンドを含ませることによって、電界放出素子の基地にカーボンナノチューブとダイヤモンドを同時に分布させるので、同一の駆動電圧でも発光装置の電流密度が相対的に高くなって発光度を増大させることができ、印刷性や電界放出の安全性にも優れた発光装置を構成する各種部品の駆動及び維持補修による各種付帯費用が節減できるようにしたものである。
【選択図】図３

Description

本発明はディスプレー装置等のカソード基板に印刷して電子放出源に利用される電界放出素子に関するものであって、特に電界放出素子にカーボンナノチューブとダイヤモンドを添加することにより、低い駆動電圧でも高輝度で発光度を維持させることができる、ダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物、その製造方法及びエミッター組成物を利用した電界放出素子に関するものである。

一般的に、電界放出素子は、ディスプレー装置や照明装置またはバックライトユニット等に利用される発光装置として、電子放出源であるエミッターに強い電界を形成して冷電子を放出させ、この時放出される電子は真空の中を移動しながら蛍光膜と衝突して蛍光体を発光させて画像を具現する装置である。

しかし、電界放出素子は、真空での残留ガス粒子が電子と衝突することによりイオン化する、あるいは、ガスイオンがマイクロチップと衝突することにより損傷を被らせる憂慮がある。また、蛍光体の粒子が落下することによりマイクロチップを汚染させるため、電界放出素子の寿命及び性能を低下させるという短所があった。

したがって、電界放出素子で使われる電子放出源として、例えばカーボンナノチューブを一定の含量で添加して厚膜で製造する方法がある。カーボンナノチューブを添加して電界放出素子を製造する方法としては、プラズマ化学気相蒸着法、ペースト法、電気泳動法等が挙げられる。

特に、ペースト法は、特許文献４に記載のように、カーボンナノチューブ粉末とバインダーとガラスフリット及び有機溶媒等を含む組成物で製造した後、カソード基板上にスクリーン印刷法を通じて組成物を均一な厚さで印刷した後、オーブン等で乾燥して平坦化させ、高温の焼成炉で加熱する方法によって製造される。
米国特許第６３５９３８３号明細書特開平１１−３１０４０８号公報欧州特許第１２５６１２４号明細書特開２０００−０３６２４３

ところが、従来のペースト法による電界放出素子は高画質で均一な発光度を維持する長所はあるが、絶縁層とゲート層が存在する三極構造に適用する場合には駆動電圧が約７０Ｖ程度と電流密度が低く、望ましい印刷性や電界放出の安全性及び発光度を得るには充分でなかった。

すなわち、電界放出素子は駆動電圧を低くすればするほど、ますます最終製品、例えばディスプレーパネルの単価を低くすることが可能になるが、上記のようにカーボンナノチューブのみを単独で適用した製品である場合には、駆動電圧が高く、最終製品の単価を低くすることが実質的に不可能であるという問題点があった。

従って、本発明は、上述した従来の問題点を解決するためのものであって、その目的は、電界放出素子にダイヤモンドとカーボンナノチューブを添加することにより、低い駆動電圧でも高輝度でありかつ均一な発光度を維持させることが可能な、ダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物、その製造方法及びエミッター組成物を利用した電界放出素子を提供することにある。

上記の目的を果たすために、本発明は、カーボンナノチューブとバインダーとガラスフリットと分散剤及び有機溶媒で構成されたエミッター組成物において、前記エミッター組成物に０．１〜２０Ｗｔ％の含量比でダイヤモンドを含ませたことを特徴とする。

さらには、混合容器にカーボンナノチューブとバインダーとガラスフリットと分散剤と有機溶媒を投入する第１工程と、混合容器に組成物に対して重量比で０．１〜２０Ｗｔ％の含量でダイヤモンドを含ませる第２工程と、混合容器内に撹拌器を挿入し１〜３時間撹拌してペースト形態の混合物で製造する第３工程とで成り立つことを特徴とする。

本発明によれば、電界放出素子にダイヤモンドとカーボンナノチューブを添加することにより、低い駆動電圧でも高輝度でありかつ均一な発光度を維持させることが可能な、電界放出素子のエミッター組成物、その製造方法及びエミッター組成物を利用した電界放出素子を提供することができる。

以下、本発明による製造方法について詳しく説明する。
（第１工程）
まず、ペースト組成物を構成する。混合容器内に２〜２０Ｗｔ％のカーボンナノチューブと、４０〜７０Ｗｔ％のバインダーと、２〜２０Ｗｔ％のガラスフリットと、１〜５Ｗｔ％の分散剤と、１〜５Ｗｔ％の有機溶媒とを投入する。
（第２工程）
混合容器内の構成物に０．１〜２０Ｗｔ％のダイヤモンドを添加した後、撹拌器を作動して１〜３時間、約５００ｒｐｍの速度で均一に混合してペースト形態の組成物を製造する。
（第３工程）
ディスプレー装置等のカソード基板上にスクリーン印刷法でコーティングしてエミッター厚膜を形成した後、エミッター厚膜を熱処理してダイヤモンドを含む電界放出素子のエミッター組成物を製造する。

以下、上記第１工程における混合物について、詳しく説明する。
カーボンナノチューブを２〜２０Ｗｔ％に限定した理由は、カーボンナノチューブが２．０Ｗｔ％以下であると、電界放出素子に十分なエミッターサイトを提供することができないため輝度が低下するため、２０Ｗｔ％以上であると、組成物の粘度が高くなり印刷性が低下するためである。

バインダーを４０〜７０Ｗｔ％に限定した理由は、バインダーが４０Ｗｔ％以下であると、組成物の粘度が高くなるためパターン形成が円滑に成り立たず、７０Ｗｔ％以上であると、ペースト成分に含まれたカーボンナノチューブの添加量を増大させにくいためである。

この時、バインダーとしては、有機カルボン酸群、有機スルホン酸群、エステル群、無機酸群、無機塩群、塩酸ナトリウム(Sodium Hydrochloric Acid)、有機酸化合物群の中の一つまたは二つ以上の物質を混合して使うことが望ましい。

ガラスフリットの含量を２〜２０Ｗｔ％に、また、有機溶媒の含量を１〜５Ｗｔ％に限定した理由は、カーボンナノチューブの含量が増加するほど組成物の粘度が増加して印刷性が悪くなるのを防止するため、バインダーの溶解手段として組成物の粘度を低めるのに適度な含量であるからである。

この時、有機溶媒としてはテルピネオール（ＴＰ）、ブチルカルビトールアセテイト（ＢＣ）、又はブチルキルビトール（ＢＣ）を単独あるいは混合して使用することもでき、バインダーとしてはエチルセルロースやニトロセルロースやアクリル樹脂等を使用することができる。

分散剤は、ダイヤモンドやカーボンナノチューブの混合過程で分散作用を増大させ混合物の均一度を高めるためのものであり、組成物に対して１〜５Ｗｔ％の含量比で含ませることが望ましい。

添加するダイヤモンドの大きさは、６μｍ以下を維持する粉末状に形成し、混合特性を増大させることが望ましい。また、ダイヤモンドの含有量を０．１〜２０Ｗｔ％に限定した理由は、ダイヤモンドが０．１Ｗｔ％以下であると、ダイヤモンドの添加による効果を全く期待することができず、２０Ｗｔ％以上であると、他の添加物が相対的に過多になってしまうので、印刷用ペーストを製造しにくくなるからである。

勿論、本願ではエミッター組成物の添加物質をダイヤモンドに限定したが、その以外にも非晶質ダイヤモンドやＤＬＣ(diamond like carbon)を使うことができる。

上述の範囲内の含量比において混合すると、ペースト組成物が撹拌器の作動過程で撹拌されながら分散剤によって均等に分散し、混合される状態になるので、ペースト組成物を１〜１０μｍの厚さに印刷して電界放出素子を製造することができる。

前記第３工程において、カソード基板上に組成物を印刷して電界放出素子のエミッターを製造する過程では、ペースト組成物の厚さを１〜１０μｍ、蛍光体の厚さを３〜２０μｍで形成することが望ましい。

以下に述べる３つの実施例のように製造することも可能である。

まず、混合容器にカーボンナノチューブ、バインダー、ガラスフリット、分散剤及び有機溶媒を投入した後、ここにダイヤモンドを投入して撹拌器で撹拌しながらペースト形態の組成物を製造する。この時、混合容器に投入されるカーボンナノチューブは２０Ｗｔ％内外で添加し、ダイヤモンドは５Ｗｔ％内外で添加する。

次いで、カソード基板上にスクリーン印刷法を通じて組成物を印刷して厚膜に形成して、この電界放出素子の厚膜を３３０〜４７０℃で約１時間熱処理し、電界放出素子のエミッターを成形する。

カーボンナノチューブを２Wt％内外の含量比で添加しながらダイヤモンドを２０Ｗｔ％内外の含量比で添加することを除き、実施例１と同様の製造方法で電界放出素子のエミッターを成形する。

カーボンナノチューブを１０Ｗｔ％内外の含量比で添加しながらダイヤモンドを１０Ｗｔ％内外の含量比で添加することを除き、実施例１と同様の製造方法で電界放出素子のエミッターを成形する。

以下に、本発明によるエミッターと比較するための比較例１及び２について説明する。

（比較例１）
ダイヤモンドを添加せず、カーボンナノチューブを１０Ｗｔ％を添加したことを除き、本発明による製造方法と同様に成形した電界放出素子のエミッター。

（比較例２）
ダイヤモンドを添加せず、カーボンナノチューブを５Ｗｔ％を添加したことを除き、本発明による製造方法と同様に成形した電界放出素子のエミッター。

本発明による電界放出素子のエミッターに関し、上記比較例１及び２と比較した図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

図１は本発明と比較例との電流密度を比べたグラフである。本発明と比較例１及び２は閾電圧が約１．２Ｖ／μｍ内外で互いに類似しているが、電流密度はダイヤモンドを含んだ本発明が約２〜３倍程度増加することが分かる。つまり、電界放出素子の製造過程で一定含量のダイヤモンドを含ませると、駆動電圧を相対的に低下させることができ、同一電圧で電界放出能力が増大するため、印刷性を向上させることができる。

図２は、本発明による電界放出素子のＳＥＭ写真を図示したものである。電界放出素子の基地内に、カーボンナノチューブまたはダイヤモンドが均等に分散した状態で分布していることが分かる。

図３は、電界放出素子に２．５Ｖ／μｍの電界強度（５００μｍＧａｏに１．２５ｋＶ）の電圧を印加した場合の電界放出画像である。比較例１と比較例２から分かるように、カーボンナノチューブの電界放出能力をダイヤモンドがより一層倍加させていることが分かる。

図４は、本発明で製造された電界放出素子を、三極構造の発光装置に適用した場合の図である。ダイヤモンドとカーボンナノチューブから加速される電子源がさらに多く蛍光体に衝突するので、光の発散量が相対的に増大され、輝度が向上する。

以上説明したように、本発明によるダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物、その製造方法及びエミッター組成物を利用した電界放出素子によると、電界放出素子の組成物にダイヤモンドを添加して、電界放出素子の基地にカーボンナノチューブとダイヤモンドを同時に分布させることにより同一の駆動電圧でも発光装置の電流密度が相対的に高くなるため、発光特性を向上させることができる。また、印刷性や電界放出の安全性にも優れた発光装置を構成する各種部品の駆動及び維持補修に各種付帯費用が節減される効果がある。

本発明による電界放出素子の電流密度を比較し図示したグラフである。本発明による電界放出素子のＳＥＭ写真である。本発明による電界放出素子の発光放出映像を図示した写真である。本発明による電界放出素子の適用状態を図示した模式図である。

Claims

カーボンナノチューブとバインダーとガラスフリットと分散剤及び有機溶媒を含むエミッター組成物において、
前記エミッター組成物に０．１〜２０Ｗｔ％の含量比でダイヤモンドを含ませたことを特徴とする
ダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記カーボンナノチューブは、前記組成物に対して２〜２０Ｗｔ％の含量比で含まれたことを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記バインダーは、
前記組成物に対して４０〜７０Ｗｔ％の含量比で含まれたことを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記ガラスフリットは、
前記組成物に対して２〜２０Ｗｔ％の含量比で含まれたことを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記分散剤は、
前記組成物に対して１〜５Ｗｔ％の含量比で含まれたことを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記有機溶媒は、
前記組成物に対して１〜５Ｗｔ％の含量比で含まれたことを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記有機溶媒は、
テルピネオール(ＴＰ)、ブチルカルビトールアセテイト(ＢＣＡ)又はブチルキルビトール(ＢＣ)で成り立った群から選択される少なくとも一つの物質、あるいは二つ以上の物質を混合して得られた混合物のうちの一つであることを特徴とする
請求項１または請求項６記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
前記ダイヤモンドは、
その大きさが６μｍ以下を維持する粉末状であることを特徴とする
請求項１記載のダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物。
混合容器にカーボンナノチューブとバインダーとガラスフリットと分散剤と有機溶媒を投入する第１工程と、
混合容器に組成物に対して重量比で０．１〜２０Ｗｔ％の含量でダイヤモンドを含ませる第２工程と、
混合容器内に撹拌器を挿入し１〜３時間撹拌してペースト形態の混合物で製造する第３工程とから
成り立つことを特徴とするダイヤモンドを利用した電界放出素子のエミッター組成物の製造方法。
請求項９の製造方法によって得られた電界放出素子のエミッター組成物を
厚板状態で印刷して形成されたことを特徴とする
エミッター組成物を利用した電界放出素子。