JP2009117366A

JP2009117366A - アーキング及びチャージング保護膜組成物、及びそれから形成されたアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子

Info

Publication number: JP2009117366A
Application number: JP2008283567A
Authority: JP
Inventors: Myung-Ick Hwang; 命▲イク▼ 黄
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US20090115307A1; KR20090046274A

Abstract

【課題】アーキング及びチャージング保護膜組成物、及びそれから形成されたアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子を提供する。
【解決手段】無機酸化物５０ないし９０ｗｔ％、有機ビヒクル５ないし３０ｗｔ％、及びガラスフリット１ないし４５ｗｔ％を含むアーキング及びチャージング保護膜組成物である。本発明によるアーキング及びチャージング保護膜組成物を利用した電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜は、優れた接着力を有しており振動や真空中でも安定しており、電界放出素子の均一性及び安定性を向上させうる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーキング及びチャージング保護膜組成物、及びそれから形成されたアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子に係り、さらに具体的には、その優れた接着力によって振動や真空中でも安定したアーキング及びチャージング保護膜を形成すること、及び高均一性及び高安定性を有している電界放出素子を形成することに適したアーキング及びチャージング保護膜組成物、及びそれを備えた電界放出素子に関する。

一般的に、電界放出素子は、電子エミッタとしてホットカソードを利用する方式と、コールドカソードを利用する方式と、がある。コールドカソードを利用する方式の電界放出素子としては、ＦＥＡ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｔｔｅｒＡｒｒａｙ）型、ＳＣＥ（ＳｕｒｆａｃｅＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＥｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）型及びＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（ＢａｌｌｉｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇ）型が知られている。

また、印加される電圧の程度によって、高電圧電界放出素子と低電圧電界放出素子とに区分される。一般的に、アノードに４００ないし１０００Ｖの低い電圧が印加される場合が低電圧電界放出素子であり、１ｋＶないし１０ｋＶの高い電圧が印加される場合が高電圧電界放出素子である。

一般的に、電界放出素子は、基板、カソード電極、ゲート電極、絶縁体層及び電子エミッタを含む背面パネルと、蛍光体層及びアノード電極を含む前面パネルとが結合されて作られる。アノード電極に印加される電圧によって、電子エミッタから放出される電子が蛍光体層に向かって加速され、蛍光体層は、加速された電子によって励起されて可視光線を作り出す。

一方、電界放出素子の作動時に、カソードでは、チャージングが発生し、アノードでも、電子の衝突によるチャージングが発生する。作動時間に比例して、電荷は次第に蓄積し、アーキング現象が現れるが、このようなアーキングは、アノードを損傷させて素子の寿命を短縮させる。これは、高電圧電界放出素子の場合に起こり、深刻な問題を引き起こすが、低電圧電界放出素子でも起こる。

したがって、このような問題点を解決するために、従来技術では、アノード及びカソードに無機酸化物で構成されたアーキング及びチャージング保護膜を形成していた（例えば、特許文献１参照）。しかし、アーキング及びチャージング保護膜が従来のアーキング及びチャージング保護膜組成物、つまり、無機酸化物及び有機ビヒクルの混合物を備えており、アノードまたはカソード上に形成された場合、有機ビヒクルが焼結されると、アーキング及びチャージング保護膜内には無機酸化物のみが残っている。その結果、アノード及びカソードを備えた電界放出素子の作動時に、アーキング及びチャージング保護膜はアノード及びカソードから剥離しうるか、または無機酸化物が分散してアノード及びカソードを汚染し、それによって発生したアーキングは素子を損傷させるという問題があった。このため、このような問題を解決することのできる手段を模索する必要性が非常に注目されてきた。
韓国特許出願公開第２００４−００６９５３４号明細書

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、その優れた接着力によって振動や真空中でも安定したアーキング及びチャージング保護膜を形成すること、及び高均一性及び高安定性を有している電界放出素子を形成することに適したアーキング及びチャージング保護膜組成物、及びそれから形成されたアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子を提供することである。

前記課題を達成するために、本発明の第１態様は、無機酸化物を５０ないし９０ｗｔ％、有機ビヒクルを５ないし３０ｗｔ％、及び１ないし４５ｗｔ％のガラスフリットを含む電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物を提供する。

前記他の課題を達成するために、本発明の第２態様は、無機酸化物及びガラスフリットを含むアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子を提供する。

本発明によるアーキング及びチャージング保護膜組成物を利用した電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜は、強い接着力を提供し、それによって振動や真空下でさえ安定化され、その結果、電界放出素子の均一性及び安定性を向上させうる。

本発明によるアーキング及びチャージング保護膜組成物がアノードまたはカソードに付着してアーキング及びチャージング保護膜を形成する場合、強い接着力を提供し、それよって振動や真空下でさえアーキング及びチャージング保護膜が安定されるので、電界放出素子の均一性及び安定性を向上させうる。

前記アーキング及びチャージング保護膜組成物は、無機酸化物を５０ないし９０ｗｔ％、有機ビヒクルを５ないし３０ｗｔ％、及び１ないし４５ｗｔ％のガラスフリットを含む。各成分の含量が前記範囲内である場合、組成物の粘度は、印刷工程に適しており、乾燥及び焼成段階を経た後に生成されたアーキング及びチャージング保護膜の接着力が強くなって、電界放出素子の作動時にアーキング及びチャージング保護膜が安定化する。また、ガラスフリットの量が４５ｗｔ％より多くなれば、本組成物の比抵抗が高まってチャージングの防止によるアーキング現象の防止という本来の目的を達成できない。

本発明のアーキング及びチャージング保護膜組成物で使われたガラスフリットは、低融点ガラスフリットであって、３００ないし４００℃の焼成温度を有し、望ましくは、３００ないし３５０℃の焼成温度を有する。前記温度範囲でガラスフリットが焼成される場合、アーキング及びチャージング保護膜をアノードまたはカソードに付着させる焼成過程でエミッタの損傷が防止される。前記ガラスフリットは、焼成過程で無機酸化物及びアノードまたはカソードと結合して、生成されたアーキング及びチャージング保護膜を安定化させる役割を果たす。

さらに具体的に、本発明の一実施形態によれば、前記ガラスフリットは、ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系またはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系化合物でありうる。

前記ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットのＳｎＯ及びＴｅＯ_２の量は、Ｂ_２Ｏ_３を１重量部として、それぞれ１ないし６重量部、及び０.３ないし３重量部であることが望ましい。前記重量部の比率範囲でＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットは、前述した範囲の焼成温度を有し、焼成過程で無機酸化物及びアノードまたはカソードと結合して生成されたアーキング及びチャージング保護膜を安定化させ、加えて、膜の熱膨張係数も適応されうる。

一方、ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラスフリットのＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２の量は、それぞれ５０〜８０ｗｔ％、５〜３０ｗｔ％及び１〜１５ｗｔ％であることが望ましく、５％以内の微量の添加物を存在させることもできる。

ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスフリットのＳｎＯ、Ｐ_２Ｏ_５及びＢ_２Ｏ_３の量は、それぞれ１〜３０ｗｔ％、５０〜８０ｗｔ％及び１〜２０ｗｔ％であることが望ましく、５％以内の微量の添加物を存在させることもできる。

本発明のアーキング及びチャージング保護膜組成物で使われた無機酸化物は、いくらか伝導性を有する無機酸化物である場合が望ましいが、本発明はそれに限定されない。

望ましくは、前記伝導性無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ及びＮｉＯからなる群から選択された一つ以上の遷移金属酸化物を含んでおり、さらに望ましくは、前記無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３である。

本発明のアーキング及びチャージング保護膜組成物で用いられた有機ビヒクルは、セルロース系バインダー及び有機溶媒を含んでいてもよい。

さらに具体的に、本発明の一実施例によれば、前記セルロース系バインダーは、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、及びカルボキシエチルメチルセルロースからなる群から選択された一つ以上のセルロースを含んでいてもよい。

有機ビヒクルにおいて、前記セルロース系バインダーの含量は、有機ビヒクル全体を１００重量部として、５ないし３０重量部であることが望ましい。セルロース系バインダーの含量が前記範囲内である場合、粘度は、印刷工程に適しており、焼成後の残留炭素があまり多くならない。

また、本発明の一実施形態によれば、前記有機溶媒は、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール、テルピン油、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、及びトリプロピレングリコールからなる群から選択された一つ以上の化合物でありうる。

有機ビヒクルで、前記有機溶媒の含量は、有機ビヒクル全体を１００重量部として、５０ないし９０重量部であることが望ましい。有機溶媒の含量が前記範囲内である場合、アーキング及びチャージング保護膜組成物の粘度は、印刷工程に適しており、乾燥工程でも比較的短時間に有機溶媒が除去されうる。

本発明による電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜は、無機酸化物及びガラスフリットを含む。図１は、本発明のアーキング及びチャージング保護膜を備えている電界放出素子を示す概略図である。図１を参照すれば、アノード１０上の蛍光膜４０の横にアーキング及びチャージング保護膜６０が位置しており、カソード２０上の絶縁層３０上に位置して、複数のエミッタ５０の両側にアーキング及びチャージング保護膜６０が位置している。

本発明によるアーキング及びチャージング保護膜を備えた電界放出素子の構造は、一般的な放出素子の構造と同じであり、保護膜の成分のみが異なる。

電界放出素子についてさらに具体的に説明すれば、電界放出素子は、背面パネル及び前面パネルを備え、背面パネルは、基板、カソード電極、ゲート電極、絶縁体層及び電子エミッタを備え、前面パネルは、蛍光体層及びアノード電極を備えている。

前記基板は、所定の厚さを有する板状の部材である。前記カソード電極は、前記基板上で所定方向に広がっており、通常の導電性物質からなりうる。前記ゲート電極は、前記カソード電極と前記絶縁体層とを介して配され、前記カソード電極と共に通常の導電性物質で形成されている。

前記絶縁体層は、前記ゲート電極と前記カソード電極との間に配されて、前記カソード電極とゲート電極とを絶縁することによって、二つの電極間のショートの発生を防止する。前記絶縁体層には、電子エミッタホール並びにアーキング及びチャージング保護膜が備えられ、電子エミッタがカソード電極と電気的に接続されている。

前記電子エミッタは、前記カソード電極と電気的に接続されるように配され、前記ゲート電極と比べて、高さが低く配されている。前記電子エミッタは、従来の技術で用いられているカーボン系物質を含みうる。

前記前面パネルは、前面基板、前記前面基板上に配されているアノード電極、前記アノード電極に設置された蛍光体層及びアーキング・チャージング保護膜をさらに備えている。前記アノード電極は、前記電子エミッタから放出された電子の加速に必要な高い電圧を印加して、前記電子が前記蛍光体層に高速で衝突することを可能にしている。前記前面パネルと背面パネルとの間には、スペーサが備えられている。

前記アーキング及びチャージング保護膜は、無機酸化物、有機ビヒクル及びガラスフリットを含んでいる前記アーキング及びチャージング保護膜組成物をアノードまたはカソード上に印刷し、乾燥段階を経て溶媒を除去した後、バインダーを除去できる温度で焼成して形成される。

本発明の一実施形態によれば、前記電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜のガラスフリットは、ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系またはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系化合物でありうる。アーキング及びチャージング保護膜組成物の印刷、乾燥及び焼成段階を経て、有機溶媒及びバインダーは除去されるので、ガラスフリットを構成する無機化合物の比率は、アーキング及びチャージング保護膜組成物におけるガラスフリットを構成する無機化合物の比率と同じである。したがって、前記電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜のガラスフリットがＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系化合物である場合、ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットのＳｎＯ及びＴｅＯ_２の量は、Ｂ_２Ｏ_３を１重量部として、それぞれ１ないし６重量部、及び０.３ないし３重量部でありうる。

本発明の一実施形態によれば、前記無機酸化物は、伝導性無機酸化物であることが望ましい。さらに望ましくは、前記伝導性無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ及びＮｉＯからなる群から選択された一つ以上の遷移金属酸化物を含むことができる。特に、前記無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３であることが望ましい。

以下で、本発明によるアーキング及びチャージング保護膜組成物及びこれを利用した電界放出素子の実施例を具体的に例示するが、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。

本発明で使われる撹拌装置、ミリング装置、ファーネスなどの装置は、特に限定されず、従来の技術で一般的に使われている装置が使用されうる。

［ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットの製造］
４０ｇのＳｎＯ、２０ｇのＢ_２Ｏ_３、及び２０ｇのＴｅＯ_２を撹拌装置に入れて３０分間混合した後、１２００℃のファーネスで１時間放置した。その後、生成物を２５℃で冷却させた後、ミリング装置でミリングしてＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットを得た。

［アーキング及びチャージング保護膜組成物の製造］
３５ｇのＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリット、５ｇのエチルセルロース、２５ｇのブチルカルビトールアセテート、及び３５ｇのＣｒ_２Ｏ_３を撹拌装置で１０００ｒｐｍの速度で２０分間混合した後、３ロールミリング装置でミリングしてアーキング及びチャージング保護膜組成物を得た。

［電界放出素子の製造］
アーキング及びチャージング保護膜組成物を最終アノード及びカソード上に印刷し、１５０℃で２０分間乾燥させて溶媒を除去した後、３５０℃で３０分間焼成させてバインダーを除去して、アノード及びカソード上にアーキング及びチャージング保護膜を付着させた。

［比較例］
ガラスフリットを使用しないことを除いては、前記実施例と同様にアーキング及びチャージング保護膜組成物を製造し、これを実施例と同じ印刷、乾燥及び焼成段階を経て、アノード及びカソード上にアーキング及びチャージング保護膜を付着させた。

［評価］
実施例及び比較例の電界放出素子を１５ｋＶで１０００時間作動させた結果、比較例の電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜は剥離して、アーキングが起こり電界放出素子は損傷を受けたが、実施例の場合、電界放出素子のアーキング及びチャージング保護膜は、アノード及びカソードにしっかりと付着されていることが確認でき、素子作動時にアーキングを防ぐことができた。

本発明は、望ましい実施例及び比較例を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、電界放出関連の技術分野に適用可能である。

本発明のアーキング及びチャージング保護膜を備えている電界放出素子を示す概略図である。

符号の説明

１０アノード
２０カソード
３０絶縁層
４０蛍光膜
５０エミッタ
６０アーキング及びチャージング保護膜

Claims

無機酸化物を５０ないし９０ｗｔ％、有機ビヒクルを５ないし３０ｗｔ％、及びガラスフリットを１ないし４５ｗｔ％、を含んでいる電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記ガラスフリットは、３００ないし４００℃の焼成温度を有していることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記ガラスフリットは、ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系、またはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系化合物であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットのＳｎＯ及びＴｅＯ_２の量は、Ｂ_２Ｏ_３を１重量部として、それぞれ１ないし６重量部、及び０.３ないし３重量部であることを特徴とする請求項３に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記無機酸化物は、伝導性無機酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記伝導性無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ及びＮｉＯからなる群から選択された一つ以上の遷移金属酸化物を備えていることを特徴とする請求項５に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記有機ビヒクルは、セルロース系バインダー及び有機溶媒を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記セルロース系バインダーは、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、及びカルボキシエチルメチルセルロースからなる群から選択された一つ以上のセルロースを備えていることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
前記有機溶媒は、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール、テルピン油、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、及びトリプロピレングリコールからなる群から選択された一つ以上の化合物を備えていることを特徴とする請求項７に記載の電界放出素子用アーキング及びチャージング保護膜組成物。
無機酸化物及びガラスフリットを備えているアーキング及びチャージング保護膜を具備した電界放出素子。
前記ガラスフリットは、ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系、またはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系化合物であることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子。
前記ＳｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｅＯ_２系ガラスフリットのＳｎＯ及びＴｅＯ_２の量は、Ｂ_２Ｏ_３を１重量部として、それぞれ１ないし６重量部、及び０.３ないし３重量部であることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子。
前記無機酸化物は、伝導性無機酸化物であることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子。
前記伝導性無機酸化物は、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ及びＮｉＯからなる群から選択された一つ以上の遷移金属酸化物を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の電界放出素子。