KR100550485B1 - 이온-충격된 흑연 전자 방출체 - Google Patents

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Abstract

패턴화 이온-충격된 흑연 전자 방출체 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 전자 방출체는 기판상에 흑연 입자 및 유리의 복합물의 층을 형성시킨 다음 복합물을 이온 비임으로 충격시킴으로써 제조된다. 전자 방출체는 평판 디스플레이로 조립되는 전계 방출체 음극 조립품에서 유용하다.

Description

이온-충격된 흑연 전자 방출체 {Ion-Bombarded Graphite Electron Emitters}
본 발명은 일반적으로 패턴화 이온-충격된 흑연 전계 방출 전자 방출체, 그의 제조 방법, 및 평판 디스플레이의 전계 방출체 음극 조립품에서의 그의 용도를 제공한다.
종종 전계 방출 재료 또는 전계 방출체라고 일컬어지는 전계 방출 전자원은 다양한 전자 응용품, 예를들어 진공 전자 장치, 평판 컴퓨터 및 텔레비젼 디스플레이, 방출 게이트 증폭기 및 클라이스트론, 및 조명에서 사용될 수 있다.
디스플레이 스크린은 가정 및 상업 텔레비젼, 랩탑 및 데스트탑 컴퓨터, 및 실내 및 실외 광고 및 정보 표시물과 같은 다양한 종류의 응용품에서 사용된다. 평판 디스플레이는, 대부분의 텔레비젼 및 데스크탑 컴퓨터에서 발견되는 깊은 음극선관 모니터와는 달리, 단지 수 인치의 두께만을 갖는다. 평판 디스플레이는 랩탑 컴퓨터에서 필수품일 뿐만 아니라, 다른 많은 응용품에 대해 중량 및 크기의 측면에서 장점을 제공한다. 일반적으로 랩탑 컴퓨터 평판 디스플레이는, 작은 전기 신호의 적용에 의해 투명 상태로부터 불투명 상태로 전환될 수 있는 액정을 사용한다. 이러한 디스플레이를 랩탑 컴퓨터용 또는 넓은 온도 범위에 걸친 작동용으로 적절한 것보다 더욱 큰 크기로 확실히 제조하는 것은 곤란하다.
플라즈마 디스플레이는 액정 디스플레이의 대용품으로 사용되어 왔다. 플라즈마 디스플레이는 화상을 생성하기 위해 전기 하전된 가스의 작은 화소 셀을 사용하고, 작동을 위해서는 비교적 높은 전력을 필요로 한다.
전계 방출 전자원, 즉 전계 방출 재료 또는 전계 방출체를 사용하는 음극 조립품, 및 전계 방출체에 의해 방출된 전자에 의한 충격시에 빛을 발산할 수 있는 인광물질을 가진 평판 디스플레이가 제안되어 왔다. 이러한 디스플레이는 통상의 음극선 관의 시각 표시 장점 및 다른 평판 디스플레이의 깊이 및 중량 장점 뿐만 아니라 또한 추가로 다른 평판 디스플레이보다 낮은 전력 소모의 장점을 제공할 가능성을 갖는다. 미국 특허 제4,857,799호 및 제5,015,912호는 텅스텐, 몰리브덴 또는 규소로 이루어진 마이크로-팁 음극을 사용하는 매트릭스-주소지정 방식의 평판 디스플레이를 개시하고 있다. WO 94-15352호, WO 94-15350호 및 WO 94-28571호는, 음극이 비교적 평평한 방출 표면을 갖는 평판 디스플레이를 개시하고 있다.
전계 방출은 2 종류의 나노관 탄소 구조에서 관찰되어 왔다. 문헌 (L.A. Chernozatonskii등, Chem. Phys. Letters 233, 63 (1995) 및 Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 359, 99 (1995))에서는, 10-5∼10-6 토르에서 흑연의 전자 증발에 의하여 다양한 기판상에 나노관 탄소 구조의 필름을 제조하고 있다. 이러한 필름은 서로 근접하여 위치한 정렬된 관상 탄소 분자로 구성된다. 2가지 유형의 관상 분자가 형성되며; 즉, A-튜블라이트는 직경 10∼30 nm의 필라멘트-다발을 형성하는 단층 흑연과 같은 세관을 포함하는 구조를 갖고, B-튜블라이트는 대부분 원추 또는 돔형 캡을 가진 직경 10∼30 nm의 다층 흑연과 같은 관을 포함한다. 이들은 그 구조의 표면으로부터 상당한 전계 전자 방출을 나타내며, 이는 나노 치수 팁에서의 고 농도의 전기장에 기인한다. 문헌 (B.H.Fishbine 등, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 359, 93(1995))은 부키관 (buckytube)(즉, 탄소 나노관) 전계 방출체 배열 냉음극의 발생에 관한 실험 및 이론을 논하고 있다.
문헌 (R.S.Robinson 등, J.Vac.Sci.Technolo. 21, 1398 (1983))은 이온 충격하에서 기판의 표면상에 원추의 형성을 개시하고 있다. 다양한 기판 재료에 대해 효과가 보고되었으며, 이들은 저 에너지에서 불순물 원자를 접종하여 침착시키면서 동시에 표면을 고 에너지에서 스퍼터링함으로써 생성되었다. 이 문헌은 또한, 흑연 기판이 스테인레스 강철 표적으로부터의 불순물로 이온-충격받을때, 길이 50 ㎛ 이하의 탄소 위스커의 형성을 개시하고 있다.
문헌 (J.A.Floro 등, J.Vac.Sci.Technolo. A1, 1398 (1983))은 가열된 흑연 기판의 비교적 고 전류 밀도의 이온 충격시에 위스커의 형성을 개시하고 있다. 위스커는 길이 2 ∼ 50 ㎛ 및 직경 0.05 ∼ 0.5 ㎛이고, 이온 비임에 대해 평행하게 성장하는 것으로 개시되어 있다. 불순물의 동시 접종이 위스커 성장을 억제하는 것으로 보고되었다. 문헌 (J.A. van Vechten 등, J. Crystal Growth 82, 289 (1987))은 이온 스퍼터링 조건하에서 흑연 표면으로부터 위스커의 성장을 언급하고 있다. 이 문헌은, 가장 작은 직경, 특히 약 15 nm의 위스커가, 탄화수소의 촉매적 열분해에 의해 성장된 탄소 섬유에서 발견되는 다이아몬드형 또는 소용돌이형 흑연 구조와는 명확히 상이한 것으로 보인다는 점에 주목하고 있다. 또한, 30 내지 100 nm범위의 직경을 가진 큰 위스커가 스퍼터링 방식으로 성장되는 것으로 관찰되었다. 작은 직경 위스커는 길이를 따라 직경이 일정한데 대하여, 큰 직경 위스커는 약간의 경사를 가질 수도 있다.
문헌 (M.S.Dresselhaus 등, Graphite Fibers and Filaments (Springer-Verlag, Berlin, 1988), pp.32-34)은, 필라멘트가 여러 유형의 육방체 탄소 표면상에서 성장할 수 있으나, 다이아몬드 또는 유리 탄소상에서는 성장하지 않는다는 것을 개시하고 있다.
문헌 (T.Asano 등, J.Vac.Sci.Technol. B13, 431 (1995))은, 다이아몬드 필름을 화학적 증착에 의해 규소상에 침착시키고, 아르곤 이온 분쇄하여 다이아몬드 원추를 형성시킨 다음, 600 ℃에서 담금질함으로써, 다이아몬드 필름으로부터 전자 방출을 증가시키는 것을 개시하고 있다. 다이아몬드가 단리된 입자의 형태라면 이러한 원추가 형성된다.
문헌 (C.Nutzenadel 등, Appl.Phys.Lett. 69, 2662 (1996))은, 이온 스퍼터링에 의해 합성 붕소-첨가 다이아몬드 및 규소내로 에칭된 원추로부터의 전계 방출을 개시하고 있다.
문헌 (S.Bajic 등, J.Phys.D: Appl. Phys. 21, 200 (1988))은 수지층에 현탁된 흑연 입자를 가진 전계 방출체 복합물을 개시하고 있다.
WO 97/06549호 (R.A.Tuck 등)은 전기 전도성 기판 및 그 위에 배치된 전기 전도성 입자를 포함하는 전계 방출 재료를 개시하고 있으며, 여기에서 전기 전도성 입자는 무기 전기 절연재료의 층에 매입되거나, 그위에 형성되거나, 또는 그에 의 해 코팅되어 입자와 기판 사이의 절연재료의 제 1 두께 및 입자와 주변 사이의 절연 재료의 제 2 두께를 한정한다. 전계 방출 재료를 기판위에 인쇄할 수도 있다.
미국 특허 제5,697,827호 (M.Rabinowitz)는 열적-장 (Thermo-field)의 보조로 전자를 방출하는 음극 원을 제조, 유지 및 발생시키기 위한 방법 및 장치와, 이 음극 원의 전기장을 강화하는 위스커 성분의 재생을 개시하고 있다. 여기에 개시된 유일한 탄소 위스커는 탄소 나노관이었다. 음극을 형성하기 위해, 이 나노관을 전기장에 의해 분사시키고 이에 의해 지지체를 둘러싼 연질 재료 쉘내에 이들을 매입시킴으로써 나노관을 지지체에 결합시킨다.
상기 선행 기술에도 불구하고, 다양한 평판 응용품에서 사용하기 위한, 작은 크기 및 큰 크기의 고 방출성 전계 방출 전자 방출체를 쉽고 경제적으로 제조하기 위한 방법이 요구되고 있다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 하기 도면 및 상세한 설명을 참조하면 당업자에게 명백해질 것이다.
발명의 요약
본 발명은 하기 단계:
(a) 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성시키고, 이때 유리가 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착되어 흑연 입자들이 서로간에 및 기판에 부착되어지고, 복합물 층의 표면적의 50 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성되며,
(b) (a)에서 형성된 층의 표면을, 상기 흑연 입자상에 위스커가 형성되기에 충분한 시간동안, 아르곤, 네온, 크립톤 또는 크세논의 이온을 포함하는 이온 비임 으로 충격시키는 것을 포함하는, 전계 방출 전자 방출체를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
바람직하게는, 복합물 층의 표면적의 70 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성된다.
흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %, 바람직하게는 총 부피의 약 50 % 내지 약 80 %이다.
본 발명은 또한, 복합물이 전기 전도성 물질을 더 포함하는, 전계 방출 전자 방출체를 제조하는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 이온 비임은 아르곤 이온 비임이고, 아르곤 이온 비임은 약 0.1 mA/cm2 내지 약 1.5 mA/cm2의 이온 전류 밀도, 약 0.5 keV 내지 약 2.5 keV의 비임 에너지를 가지며, 이온 충격 기간은 약 15 분 내지 약 90 분이다. 아르곤 및 질소를 포함하는 이온 비임 가스 조성물이 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 유리는 저 연화점 유리이다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질은 유리 또는 금이다.
바람직하게는, 복합물 층이 흑연 및 유리를 포함할 때, 기판상에 복합물 층을 형성하기 위한 방법은 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄시키고, 건조된 패턴화 페이스트를 소성시키는 것을 포함한다. 더욱 넓은 종류의 응용, 예를들어 더욱 섬세한 해상도를 요구하는 응용을 위해서, 바람직한 방법은 광개시제 및 광경화성 단량체를 더 포함하는 페이스트 를 스크린 인쇄시키고, 건조된 페이스트를 광패턴화시키고, 패턴화된 건조 페이스트를 소성시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 복합물의 층이 전기 전도성 물질을 더 포함할때, 기판상에 복합물 층을 형성하는 방법은, 흑연, 유리 프릿 및 전기 전도성 물질을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄하고, 건조된 패턴화 페이스트를 소성시키는 것을 포함한다. 더욱 넓은 종류의 응용, 예를들어 더욱 섬세한 해상도를 요구하는 응용을 위해서, 바람직한 방법은 광개시제 및 광경화성 단량체를 더 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조된 페이스트를 광패턴화하고, 패턴화된 건조 페이스트를 소성하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 기판이 유리일 때, 건조된 패턴화 페이스트를 약 450 ℃ 내지 약 575 ℃, 가장 바람직하게는 약 525 ℃의 온도에서 약 10 분동안 소성한다. 바람직하게는, 복합물의 소성된 층의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛이다.
본 발명은 또한, 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성하기 위해 바람직한 방법에서 사용될 수 있는, 스크린 인쇄가능하거나 코팅가능한 페이스트를 제공한다. 페이스트의 총 중량을 기준으로하여, 페이스트는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%의 고형물을 함유한다. 고형물은 흑연 입자 및 유리 프릿 또는 흑연, 유리 프릿 및 전기 전도성 물질을 포함한다. 흑연 입자의 부피 %는 고형물의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %, 바람직하게는 총 부피의 약 50 % 내지 약 80 %이다. 흑연 입자 크기는 바람직하게는 약 0.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다.
또한, 본 발명은 하기 단계:
(a) 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄시키고, 이때 흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %이며,
(b) 건조된 패턴화 페이스트를 소성시켜 유리 프릿을 연화시키고, 이것을 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착시킴으로써 흑연 입자들을 서로간에 및 기판에 부착시켜 복합물의 층을 생성하고, 이때 복합물 층의 표면적의 50 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성되는 것을 포함하는, 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성시키기 위한 방법을 제공한다.
바람직하게는, 복합물 층의 표면적의 70 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성된다.
본 발명은 또한, 하기 단계:
(a) 흑연 입자, 유리 프릿, 광개시제 및 광경화성 단량체를 포함하는 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄시키고, 이때 흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %이며,
(b) 건조된 페이스트를 광패턴화시키고,
(c) 건조된 패턴화 페이스트를 소성시켜 유리 프릿을 연화시키고, 이것을 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착시킴으로써 흑연 입자들을 서로간에 및 기판에 부착시켜 복합물의 층을 생성하고, 이때 복합물 층의 표면적의 50 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성되는 것을 포함하는, 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성시키기 위한 방법을 제공한다.
바람직하게는, 복합물 층의 표면적의 70 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는, 기판상에 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 제공하며, 이것을 연속하여 처리하여 전계 방출 전자 방출체를 제조할 수 있다. 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층에서, 흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %, 바람직하게는 총 부피의 약 50 % 내지 약 80 %이다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 제조되는 전자 방출체를 제공한다. 이러한 전자 방출체 및 그로부터 형성된 전계 방출체 음극 조립품은 진공 전자 장치, 평판 컴퓨터 및 텔레비젼 디스플레이, 방출 게이트 증폭기, 클라이스트론 및 조명 장치에서 유용하다. 패널 디스플레이는 평면형 또는 곡선형일 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 패널 디스플레이는, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 전자 방출체를 포함하는 음극 조립품; 음극 조립품과는 공간적으로 떨어져 있고, 양극 지지판의 음극-접합면상에 광학적으로 투명한 패턴화 전도성 필름 층을 포함하는 양극; 및 음극 조립품의 전자 방출체에 의해 방출되는 전자에 의한 충격시에 빛을 방출할 수 있고, 양극과 음극 사이에서 광학적으로 투명한 패턴화 전도성 필름 층에 인접하여 위치한 인광물질의 층; 및 양극과 음극 사이에 위치하고, 광학적으로 투명한 패턴화 전도성 필름에 대해 실질적으로 직교하여 배열된 전도 경로의 구조를 포함하며, 각각의 전도 경로는 선택적으로 조작할 수 있도록 전자 원에 연결되어 있는 게이트 전극; 및 양극과 전자 방출체 사이에 연결된 전압 원을 포함한다. 상기-기재된 삼극관 구조에서의 단일 게이트 전극 이외에도 추가로, 추가의 제어 전극이 사용될 수 있다; 이들을 사용하면 게이트 전극상의 방출 전압을 낮출 수 있고 더욱 높은 가속 전압을 제공할 수 있다. 이러한 추가의 전극은 또한 전계 패턴 및 방출을 조절하고 방출된 전자를 집속하기 위한 수단을 제공한다.
도 1은, 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 1 내지 5의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸 것이다.
도 2는, 실시예 4의 전자 방출체로 부터의 전자 방출에 의해 충돌된 인광물질 층으로부터 방출되는 빛의 사진이다.
도 3은, 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 6 내지 8의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 2개의 상이한 배율에 대해 이온 비임 충격 전에 실시예 9의 샘플에 대한 주사 전자 현미경사진을 나타낸다.
도 5는 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 9 내지 13의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 이온 비임 충격 전 및 충격 후에 실시예 6의 샘플에 대한 주사 전자 현미경사진을 나타낸다.
도 7은 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 13 및 14의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 8은 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 15 내지 17의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 9는 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 18 내지 20의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 10은 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 15, 18 및 21의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 11은 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 22 내지 25의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 12는 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 26 내지 29의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 13은 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 30 내지 34의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 14는 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 35 내지 37의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 15는 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 38 내지 41의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 16은 삼극관 구조 전자 방출 장치의 계략도이다.
도 17은 방출 전류를 적용된 게이트 바이어스 전압의 함수로서 그래프로 나타낸, 실시예 42의 삼극관 구조에 대한 방출 결과를 나타낸다.
도 18은 실시예 43 내지 45의 삼극관 구조에 대하여 방출 개시를 위한 게이트 바이어스 턴온 전압을 나타낸다.
전계 방출 전자 방출체를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성시키는 것을 포함한다. 유리는 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착되고, 이에 의해 흑연 입자가 서로간에 및 기판에 부착된다. 복합물 층의 가능한 한 많은 표면적이 흑연 입자의 일부로 구성되고, 복합물 층의 표면에 있는 흑연 입자의 일부가 유리를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법은 복합물 층의 표면적의 50 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성된 복합물의 층을 제공한다. 복합물은 전기 전도성 물질을 더 포함할 수 있으며, 이 경우에 흑연 및 전기 전도성 물질이 기판에, 서로간에 및 흑연 입자에 접착된다.
본 명세서에서 사용된 "흑연 입자"란 합성 및 천연 형태의 통상의 육방체 흑연의 입자를 의미한다.
흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 바람직한 방법은 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄한 다음, 건조된 패턴화 페이스트를 소성시키는 것이다. 다양한 종류의 응용, 예를들어 더 섬세한 해상도를 필요로 하는 응용을 위해서, 바람직한 방법은 광개시제 및 광경화성 단량체를 더 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조된 페이스트를 광-패턴화하고, 패턴화된 건조 페이스트를 현상 및 소성하는 것을 포함한다.
기판은 복합물의 층에 있는 유리가 부착되는 임의의 재료일 수 있다. 규소, 유리, 금속 또는 알루미나와 같은 내화성 재료가 기판으로 사용될 수 있다. 비-전 도성 재료는 음극 전극으로서 작용하고, 전압을 인가하는 수단을 제공하고, 흑연 입자에게 전자를 공급하는 전기 전도체의 층을 필요로 한다.
본 명세서에서 사용된 "기판"은 복합물의 층이 형성되어지는 구조물을 의미하며, 단일 재료이거나 또는 재료들의 조합, 예를들어 전기 전도체의 층을 가진 유리와 같은 비-전도성 재료이다. 이러한 전기 전도성 층을 제공하기 위해 바람직한 기술은 은 또는 금 전도체 조성물을 스크린 인쇄 및 소성하여 전도성 복합물을 형성하는 것이다.
스크린 인쇄 또는 광패턴화를 사용하여 복합물의 층을 형성시킬 때, 바람직한 기판은 유리를 포함하며, 소다 석회 유리가 특히 바람직하다.
스크린 인쇄를 위해 사용되는 페이스트는 전형적으로 흑연 입자, 저 연화점 유리 프릿, 유기 매질, 용매 및 계면활성제를 함유한다. 매질 및 용매의 역할은 입상 성분들, 즉 고형물을 스크린 인쇄와 같은 전형적인 패턴화 공정을 위해 적절한 레올로지로 페이스트에 현탁 및 분산시키는 것이다. 이러한 매질은 당 기술분야에 다수 공지되어 있다. 사용될 수 있는 수지의 예는 에틸 셀룰로스와 같은 셀룰로스 수지 및 각종 분자량의 알키드 수지이다. 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 디부틸 카르비톨, 디부틸 프탈레이트 및 테르피네올이 유용한 용매의 예이다. 이러한 용매 및 기타 용매들을 배합하여 원하는 점도 및 휘발성 요건을 얻는다. 입자의 분산을 개선시키기 위해 계면활성제를 사용할 수 있다. 올레산 및 스테아르산과 같은 유기 산, 및 레시틴 또는 가팍 (Gafac)(R) 포스페이트와 같은 유기 포스페이트가 전형적인 계면활성제이다. 소성 온도에서 충분히 연화되어 기판 및 흑연 입자에 부착되는 유리 프릿이 요구된다. 실시예의 일부에서 납 유리 프릿이 사용되어 왔지만, 칼슘 또는 아연 보로실리케이트와 같은 저 연화점을 가진 기타 유리가 사용될 수도 있고, 다른 실시예에서는 비스무트-아연-알루미노-보로실리케이트의 사용이 증명되었다. Pb-비함유 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 흑연 입자는 1 ㎛ 이상의 치수를 갖는다. 높은 전기 전도성을 가진 복합물의 층을 원한다면, 페이스트는 은 또는 금과 같은 금속을 또한 함유한다. 페이스트는 전형적으로 페이스트의 총 중량을 기준으로하여 약 40 중량% 내지 약 60 중량% 고형물을 함유한다. 이러한 고형물은 흑연 입자 및 유리 프릿 또는 흑연 입자, 유리 프릿 및 금속을 포함한다. 흑연 입자의 부피 %는 고형물의 총 부피의 약 35 % 내지 약 80 %이다. 인쇄된 재료의 점도 및 최종 두께를 조절하기 위해 조성의 변화를 사용할 수 있다.
페이스트는 전형적으로 흑연 입자, 저 연화점 유리 프릿, 유기 매질, 계면활성제 및 용매의 혼합물을 분쇄함으로써 제조된다. 페이스트 혼합물을 공지된 스크린 인쇄 기술을 사용하여, 예를들어 165 ∼ 400 메시 스테인레스 스틸 스크린을 사용하여 스크린 인쇄할 수 있다. 페이스트는 원하는 패턴의 형태로, 예를들어 별개의 요소, 상호연결된 구역 또는 연속 필름으로 침착된다. 스크린-인쇄된 페이스트를 전형적으로 125 ℃에서 약 10 분동안 가열함으로써 소성전에 건조시킨다. 기판이 유리를 포함할때, 건조된 페이스트를 약 450 ℃ 내지 약 575 ℃, 바람직하게는 약 475 ℃ 내지 약 525 ℃의 온도에서 약 10 분동안 소성시킨다. 더 높은 온도를 견딜 수 있는 기판에서는 더 높은 소성 온도를 사용할 수 있다. 약 450 ℃ 내지 약 500 ℃의 온도에서 소성된 페이스트는, 525 ℃에서 소성된 페이스트에 비하여, 소정의 방출 전류에 대해 낮은 턴온 전압 및 낮은 전압을 가진 전계 방출 전자 방출체를 생성한다. 그러나, 실시예에서 사용된 유리 프릿을 사용하면, 525 ℃에서 소성함으로써 생성된 복합물의 층이 낮은 온도에서 소성된 것에 비해 기판에 대해 양호한 접착성을 나타낸다. 낮은 온도에서 연화되는 유리 프릿을 페이스트에서 사용하면 450 ℃ 내지 500 ℃에서 소성된 페이스트에 대해 양호한 접착성을 제공할 수 있고, 이에 의해 낮은 소성 온도에서 제조된 복합물의 방출 특성이 양호해지는 장점이 있다. 이러한 소성 단계동안에 유기 물질이 휘발되어 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 남게된다. 놀랍게도, 흑연 입자는 소성동안에 쉽게 인식될 수 있는 산화 또는 기타 화학적 또는 물리적 변화를 겪지 않는다.
스크린-인쇄된 페이스트가 광패턴화 되어진다면, 페이스트는 광개시제 및 예를들어 적어도 하나의 중합성 에틸렌 기를 가진 적어도 하나의 부가 중합가능한 에틸렌성 불포화 화합물을 포함하는 광경화성 단량체를 함유한다.
소성된 재료의 주사 전자 현미경사진 (SEM)은, 흑연 입자가 복합물 층의 표면적의 대부분을 이루는 것을 나타낸다. 전형적으로, 표면적의 80 % 이상이 흑연 입자의 일부로 이루어진다.
침착된 페이스트의 층은 소성시에 두께가 감소된다. 바람직하게는, 복합물의 소성된 층의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛이다.
기판위에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 연속하여 처리하여 전계 방출 전자 방출체를 제조할 수 있다. 예를들면, 복합물의 층을 하기 조건하에 이온 비임 충격시킨다. 아르곤, 네온, 크립톤 또는 크세논 이온의 비임을 사용할 수 있다. 아르곤 이온이 바람직하다. 질소 및 산소와 같은 반응성 가스를 아르곤 가스에 첨가하여, 방출의 개시, 즉 턴온용 전압 및 1 mA의 방출 전류를 생성하기 위한 전압을 낮출 수 있다. 질소 및 산소에 대하여, 바람직한 치환 양은 바람직하게는 약 8 % 내지 약 15 %이고, 즉 이온 충격에서 사용되는 가스의 바람직한 조성은 약 92 % Ar/8 % N2 내지 약 85 % Ar/15 % N2 및 약 92 % Ar/8% O2 내지 약 85 % Ar/15 % O2이다. 90 % Ar/10 % N2 및 90 % Ar/10 % O2의 조성이 특히 바람직하다. 모든 가스 퍼센트는 부피 %이다. 동일한 치환 퍼센트에 대하여, 질소가 방출에 필요한 전압을 낮추는데 있어서 산소보다 더 효과적이다. 산소 [O+]이온은 더욱 화학적으로 활성이고, CO 및 CO2와 같은 휘발성 종을 생성한다. 그로써 더 빠른 부식을 일으키지만, 미세한 위스커가 또한 공정중에 소모된다. 질소 [N+]이온은 반응성이 아니고 반응 생성물은 휘발성이 아니다.
충격시의 압력은 약 0.5 ×10-4 토르 (0.7 ×10-2 Pa) 내지 약 5 ×10-4 토르 (6.7 ×10-2 Pa), 바람직하게는 약 1.0 ×10-4 토르 (1.3 ×10-2 Pa) 내지 약 2 ×10-4 토르 (2.7 ×10-2 Pa)이다. 이온 비임 충격은 약 0.1 mA/cm2 내지 약 1.5 mA/cm2, 바람직하게는 약 0.5 mA/cm2 내지 약 1.2 mA/cm2의 이온 전류 밀도에서 약 0.5 keV 내지 약 2.5 keV, 바람직하게는 약 1.0 keV 내지 약 1.5 keV의 비임 에너지를 사용하여 수행된다. 약 10 분 내지 90 분 또는 그 이상의 충격 시간이 사용될 수 있다. 이러한 조건하에서, 위스커 및 원추가 흑연 입자 표면에 형성되고, 얻어진 생성물은 양호한 전계 방출 전자 방출체이다. 노출 시간 범위 및 적정 노출 시간은 다른 충격 조건 및 복합물 층의 두께에 의존된다. 충격은 흑연 입자상에 위스커 및 원추를 형성하기에 충분한 시간동안 행해져야 하지만, 시간이 너무 길면 복합물 층의 일부가 기판까지 에칭되고 그 결과 방출 특성이 손상되므로 너무 길어서는 안된다. 이러한 현상을 피하면서 흑연 입자상에 위스커 및 원추가 형성되기에 충분한 충격 시간을 갖기 위해서는, 복합물의 소성된 층의 두께가 약 7 ㎛ 내지 약 30 ㎛인 것이 더욱 바람직하고, 복합물의 소성된 층의 두께가 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛인 것이 가장 바람직하다. 약 60 분보다 긴 충격 시간은 매우 두꺼운 샘플을 필요로 한다. 바람직한 두께를 가진 복합물의 층을 위해서는 약 15 분 내지 약 60 분의 충격 시간이 바람직하고, 약 40 분 내지 약 50 분의 충격 시간이 특히 바람직하다.
복합물의 층이 전체 기판을 덮지 않을 때, 이온 비임에 노출되는 표면의 일부는 기판 재료일 수 있다. 예를들면, 복합물의 층이 연속 필름이 아니라 별개의 요소 또는 상호 연결된 구역의 패턴일 때, 기판의 일부가 이온 비임에 노출되어진다. 기판이 전기 전도체의 층을 가진 유리와 같은 비-전도성 재료로 구성될 때, 유리 및/또는 전기 전도체의 일부가 이온 비임에 노출되어진다. 심지어 복합물의 층이 연속 층의 형태일 경우에도, 복합물 층을 둘러싼 기판, 예를들어 유리 및/또 는 전기 전도체의 일부가 이온 비임에 노출될 수도 있다. 다른 경우에, 양호한 전자 방출 구역으로서 작용할 수 있는 복합물의 연속층을 상당히 감소된 방출을 가진 영역에 의해 분리시킨 별개의 구역을 제공하기 위해서는, 복합물의 연속층의 일부가 이온 비임에 노출되는 것을 방지하는 것이 필요하다. 모든 이러한 경우에, 이온 비임에 노출되는 기판의 일부 및 이온 비임에 노출되지 않는 복합물 층의 원하는 부분을 차폐시키는 것이 바람직하다. 원하는 전자 물질을 지속적으로 생성하기 위해서는 이러한 마스크를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 흑연 호일 마스크이다.
임의의 이온 원이 사용될 수 있다. 일반적으로, 카우프만(Kaufmann) 이온 원을 통상적으로 가장 쉽게 입수할 수 있다.
흑연 입자의 표면 구조는 이온 충격 단계 동안에 상당히 변화한다. 에칭의 결과로서, 표면은 더 이상 매끄럽지 않지만 그 대신 조직화되어지고, 원추를 포함한다. 원추의 직경은 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 범위이다. 원추는 입사 이온 비임 쪽의 방향으로 발달되며, 그 결과 90°(즉, 표면에 대해 수직) 이외의 각으로 이온 비임 에칭이 수행될 때, 원추는 표면에 대해 수직이 아니다. 흑연은 충격받은 구역에 걸쳐 균일하게 에칭되며, 즉 원추의 밀도 (단위 면적당 원추의 수) 및 원추의 외관이 균일하다.
형성된 원추의 투과 전자 현미경사진 (TEM)은, 이들이 결정성 탄소의 작은 입자로 구성됨을 나타낸다. 원추는 이온 비임 에칭후에 남아있는 원래의 흑연 표면의 일부인 것으로 생각된다.
원추에 추가로, 흑연 입자 표면의 이온 충격동안에 위스커가 또한 형성된다. 위스커는 전형적으로 원추의 끝에 위치한다. 위스커의 길이는 2 ㎛ 로부터 20 ㎛ 이상의 거리까지 연장될 수 있다. 위스커의 길이는 흑연 입자의 초기 치수보다 훨씬 클 수 있다. 위스커의 직경은 0.5 내지 50 nm의 범위이다. 위스커는 입사 이온 비임쪽의 방향으로 형성된다. 위스커는 가요성이고, 주사 전자 현미경 (SEM) 측정 동안에 이동하는 것으로 관찰되었다.
이온 비임의 입사 각은 변할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 입사각은 입사 이온 비임과 복합물 층의 평면 사이의 각으로 정의된다. 90°(즉, 평면에 대해 수직) 내지 45°의 입사각 변화에서는 방출 특징이 현저하게 변하지 않는다. 그러나, 상기 기재된 바와 같이 원추 및 위스커가 전형적으로 입사 이온 비임의 방향으로 성장하기 때문에, 구조는 입사각에 의해 크게 영향을 받는다. 전형적인 삼극관 장치에서 방출체로서 사용하기 위해서는 90°입사각이 바람직한데, 그 이유는 그에 의해 원추 및 위스커가 복합물 층의 평면에 대해 수직으로 형성되기 때문이다.
하기 실시예들에 대하여, 샘플 표면에서 약 2 인치 직경 (5 cm)의 아르곤, 아르곤 및 질소, 또는 아르곤 및 산소 이온 비임을 발생시키기 위하여, 3 cm-직경 이온총 (카우프만 이온원, 모델 II)을 사용하였다. 이것은 1 ×10-8 토르 (1.3 ×10-6 Pa)의 기본 압력을 가진 터보-펌프 시스템이다. 기본 압력에 이르른 후에, 1 ×10-4 토르 (1.3 ×10-2 Pa)의 일정한 작업 압력이 달성될 때까지, 작업 가스인 아르곤, 아르곤 및 질소, 또는 아르곤 및 산소를 니들 밸브를 통해 시스템내에 공급한다. 이온총과 표면 간의 거리는 4∼5 인치 (10∼12.5 cm)이다.
탄소 위스커의 투과 전자 현미경사진은 이들이 고형물이고 무정형 탄소로 구성됨을 나타낸다. 이 재료는 이온 비임 에칭에 의해 원래의 흑연 입자로부터 제거된 다음, 처음에는 전형적으로 원추의 끝에, 이어서 성장하는 위스커의 끝에 재침착된 탄소인 것으로 생각된다. 대안적으로는, 원추 또는 위스커의 끝으로 확산되는 이온 비임에 의해 활성화된 탄소에 의해 위스커가 형성될 수도 있다. 탄소 위스커는 탄소 나노관과는 구조가 상이하다. 탄소 나노관은 중공형이고, 탄소의 흑연형 시트의 쉘을 함유한다. 탄소 위스커는 고형물이고, 어떠한 방향에서도 긴 범위의 결정성을 나타내지 않는다.
전계 방출 시험은, 2개의 전극, 즉 양극 또는 콜렉터로 작용하는 것과 음극으로 작용하는 것으로 이루어진 평판 방출 측정 단위를 사용하여 샘플상에서 수행되었다. 단위는 1.5인치 ×1.5인치 (3.8 cm ×3.8 cm)의 2개의 사각 구리판을 포함하고 있으며, 모든 모서리와 테두리를 둥글게하여 전기적 아크를 최소화하였다. 하나의 1.5인치 ×1.5인치 (3.8 cm ×3.8 cm)구리판 표면이 PTFE 블록의 앞면에 노출되도록하여, 각각의 구리판을 2.5인치 ×2.5인치 (4.3 cm ×4.3 cm)의 개개의 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)블록에 매입시켰다. 구리판에 대한 전기 접촉은 PTFE 블록의 뒷면을 통해 구리판으로 뻗은 금속 나사에 의해 행해졌으며, 이에의해 판에 전기 전압을 적용하는 수단 및 구리판을 원 위치에 단단하게 고정시키는 수단이 제공된다. 2개의 PTFE 블록은 서로 마주보는 2개의 노출된 구리판 표면과 함께 위치하였으며, 표면 누출 전류 또는 아크를 피하기 위하여 PTFE 블록 사이에 위치하지만 구리판에서 떨어져 있는 유리 스페이서에 의해 구리판 사이의 거리를 고정시켜 블록을 합치시켰다.
전극 사이의 분리 거리는 조절될 수 있으나, 일단 선택되면 샘플상에서 소정의 측정을 위해 고정되었다. 전형적으로, 0.5 mm 내지 약 2 mm의 분리 거리가 사용되었다.
샘플을 음극으로서 작용하는 구리판위에 놓았다. 전도성 기판의 경우에, 샘플을 위치에 고정시킬 수 있고, 샘플의 뒷면에 탄소 페인트 소적을 가하고 그것을 건조시킴으로써 전기적 접촉을 행할 수 있다. 전도성 필름을 가진 절연 기판의 경우에는, 전기적 접촉을 제공하기 위해 사용되는 전도성 구리 테이프를 가진 양면위에 기판을 고정시켰다.
시험 장치를 진공 시스템내로 삽입하였으며, 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 음 전압을 음극에 가하고, 방출 전류를 인가 전압의 함수로서 측정하였다. 판 사이의 분리 거리를 측정하였다.
입자 크기 특징 d50는, 작은 크기의 모든 입자의 중량이 큰 크기의 모든 입자의 중량과 동일해지는 입자 크기를 말한다. 여기에 보고된 d50는 마이크로트랙 (Microtrak)(R) 장치를 사용하여 측정되었다.
연마 입도 (분산 입도)는 헤그만(Hegman) 유형의 계기를 사용하여 측정된다. 이 방법은 페이스트에서 고형물 입자의 분산도 및 응집도를 평가하기 위한 빠른 육안 측정법을 제공한다. 사용되는 계기는 강철 블록으로 구성되며, 이는 한쪽 깊은 말단에서의 25 ㎛로부터 다른쪽 말단에서의 0으로 점점 가늘어지는 v-형 단면을 가진 평편한 채널로 절단된다. 충분한 페이스트를 채널의 깊은 말단에 위치시켜 그것을 채우고, 닥터 블레이드를 사용하여 얕은 말단쪽으로 끌어내린다. 채널을 따른 일부 부분에서 큰 입자 또는 응집체가 눈에 보이게된다. 이어서 페이스트의 표면이 할퀴어지고, 이는 응집체의 존재를 반영하는 것이다. 본 발명의 목적을 위하여, 네번째 할퀸 자국에서의 채널의 깊이를 연마 입도의 첫번째 측정치로 기록한다. 면적의 50 %가 할퀸 자국으로 덮여지는 채널의 깊이를 두번째 측정치로 기록하고, 연마 입도를 첫번째 측정치/두번째 측정치로 기록한다.
하기 비-제한적 실시예는 본 발명을 더욱 용이하게하고 기술하기 위한 것이다.
모든 부 및 퍼센트는 다른 규정이 없는한 중량 기준이다. 페이스트의 형성에서 사용되는 물질은 다음과 같다:
흑연 입자 I: 천연 HPN-10 흑연 분말 - d50 = 8 ㎛, 표면적 = 8.6 m2/g
흑연 입자 II: 천연 박편 - 애스버리 카본 인코포레이티드 (Asbury Carbon, Inc.), d50 = 3 ∼5 ㎛, 표면적 = 13 m2/g
흑연 입자 III: 합성 UF 440-애스버리 카본 인코포레이티드 (Asbury Carbon, Inc.), d50 Å 1 ㎛, 표면적 = 85 m2/g
유리 I: 1.6% SiO2, 1.7% Al2O3, 85.8% PbO, 10.9% B2O3
유리 II: 2.00% SiO2, 2.98% Al2O3, 13.20% B2O3, 8.99% ZnO, 0.96% Na2O, 71.87 % Bi2O3
유기 매질 I: 10 % N-22 에틸 셀룰로스, 30 % 디에틸렌글리콜, 30 % 디부틸 에테르 및 30 % β-테르피네올
유기 매질 II: 13 % P-50 에틸 셀룰로스 및 87 % β-테르피네올
유기 매질 III : 10 % N-22 에틸 셀룰로스 및 90 % β-테르피네올
계면활성제: 대두 레시틴
용매: β-테르피네올
모든 가열은 ±10 ℃의 온도 불확실성을 가진 실험실형 가열 오븐에서 수행되었다.
실시예 1 내지 5
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
이들 각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기판위에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 형성시켰다. 이들 실시예는 상이한 양의 흑연이 전자 방출에 대해 미치는 효 과를 나타낸다.
하기 표 1에 나타낸 물질들을 표시된 퍼센트로 혼합함으로써 실시예 1 및 5에서 사용되는 40 g의 페이스트 샘플을 제조하였다. 100/200 psi (6.9/13.8 ×105 Pa)의 로울 압력에서 3개의 로울 밀을 사용하여 각각의 혼합물을 로울 분쇄하였다.
흑연 입자 I 유리 I 유기 매질 I 유기 매질 II 유기 매질 III 계면활성제 용매
실시예1 8.3 41.7 0 10 39 1 0
실시예5 25 25 37 0 0 3 10

실시예 1 및 5를 위해 제조한 일부의 페이스트를 각각 3:1, 1:1 및 1:3의 비율로 혼합함으로써, 실시예 2, 3 및 4에 대한 페이스트를 제조하였다. 실시예 1 내지 5에서 사용되는 페이스트에서 흑연 입자의 퍼센트는 각각 8.3 %, 12.5 %, 16.7 %, 20.8 % 및 25 %이었다. 페이스트중에 고형물, 즉 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 퍼센트는 모든 실시예에서 50 % 이었다. 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피를 기준으로하여, 흑연 입자의 부피 %는 실시예 1의 페이스트에 대한 37 % 에서부터 실시예 5의 페이스트에 대한 74 %까지 다양하다. 각각의 실시예의 페이스트를 200 메시 스크린을 사용하여 1 인치 (2.5 cm)의 사각 패턴으로 유리 슬라이드에 적용하였다. 이어서 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 525 ℃까지 증가시키고, 525 ℃에서 10분간 유지시킨 다음, 온도를 1 분당 20 ℃의 비율로 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 복합물의 소성된 층의 두께는 약 20 ㎛이었다. 그 결과 기판상에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합 물의 층이 형성되었다.
소성된 재료의 주사 전자 현미경사진 (SEM)은 흑연 입자가 복합물 층의 대부분의 표면적을 차지하고 유리가 거의 없음을 나타낸다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm)샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에서 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 형성하는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1 ×10-4 토르 (1.3 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간. 이온 비임 충격후에, 주사 전자 현미경사진은, 흑연 입자의 표면이 표면에 대해 수직인 탄소 원추와 표면에 대해 수직인, 다시말해서 입사 이온 비임 방향의 탄소 원추의 끝에 있는 탄소 위스커를 포함하고 있음을 나타내었다.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는, 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류가 실시예 1 및 2 에 대해서는 500 μA에 이르르고, 실시예 3 내지 5에 대해서는 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 1 내지 5의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 1에 그래프로 나타내었다. 그 결과는, 가장 높은 흑연 함량을 가진 실시예 5의 전자 방출체가 소정의 인가 전압에서 가장 높은 방출을 나타냄을 나타낸다. 전체 1 cm ×1 cm 면적에 걸친 방출 균일성은, 산화 인듐 주석으로 코팅된 유리와 산화 인듐 주석위에 겹쳐진 인광물질의 층으로 구성된 양극을 사용하고, 인광물질의 층위에 방출된 전자를 충격시키고, 인광물질로부터 방출된 빛을 관찰함으로써 확인되었다. 실시예 4의 전자 방출체로부터 얻어진 결과를 도 2에 사진으로 나타낸다.
실시예 6 내지 8
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 이 실시예들은 3개의 상이한 흑연을 사용하는 것이 전자 방출에 대해 미치는 효과를 나타낸다.
표 2에 나타낸 물질들을 표시된 퍼센트로 혼합함으로써 실시예 6 내지 8에서 사용되는 페이스트의 샘플을 제조하였다. 각각의 실시예에서, 표시된 유형의 흑연 입자의 25 %를 사용하였다. 각각의 혼합물을 100/200 psi (6.9/13.8 ×105 Pa)의 로울 압력에서 3개의 로울 밀을 사용하여 로울 분쇄하였다.
사용된 흑연 입자 흑연 입자 유리 I 유기 매질 I 유기 매질 II 계면활성제 용매
실시예6 I 25 25 37 0 3 10
실시예7 II 25 25 16 22 2 10
실시예8 III 25 25 13 25 2 10

각각의 실시예의 페이스트를 200 메시 스크린을 사용하여 1 인치 (2.5 cm) 사각 패턴으로 유리 슬라이드에 적용하였다. 이어서, 1 분당 20 ℃의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 복합물의 소성된 층의 두께는 약 20 ㎛이었다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 기판상에 형성되었다.
소성된 재료의 주사 전자 현미경사진 (SEM)은, 흑연 입자가 복합물 층의 표면적의 대부분을 차지함을 나타낸다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1 인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1 ×10-4 토르 (1.3 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간. 이온 비임 충격후에, 주사 전자 현미경사진은, 흑연 입자의 표면이 표면에 수직인 탄소 원추와, 표면에 대해 수직인, 다시말해서 입사 이온 비임 방향의 탄소 원추의 끝에 있는 탄소 위스커를 포함하고 있음을 나타내었다.
도 6(a)는 이온 비임 충격 전에 실시예 6의 샘플에 대한 SEM이고, 도 6(b)는 이온 비임 충격 후에 실시예 6의 샘플에 대한 SEM이다. 이 사진들은 이온 비임 충격 전에 원추 및 위스커가 부재하고 이온 비임 충격 후에 이들이 존재함을 명백히 나타낸다.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 6 내지 8의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다. 흑연 입자 III, 즉 가장 큰 표면적을 가진 흑연 입자를 사용하여 제조된 실시예 8의 전자 방출체가 소정의 인가 전압에서 가장 높은 방출을 나타낸다.
실시예 9 내지 12
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기 판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 이 실시예들은 페이스트에서 사용되는 고형물의 연마 입도가 전자 방출에 대해 미치는 효과를 나타낸다.
하기 표 3에 나타낸 물질들을 표시된 퍼센트로 혼합함으로써 페이스트의 40 g 샘플을 제조하였다.
흑연 입자 I 유리 I 유기 매질 I 유기 매질 II 계면활성제 용매
25 25 21 17 2 10
혼합물을 4개의 샘플로 나누었다. 이들 4개의 샘플을 실시예 9 내지 12의 샘플에 대해 각각 100, 150, 200 및 250 psi (6.9, 10.3, 13.8 및 17.3 ×105 Pa)의 로울 압력에서 3개의 로울 밀을 사용하여 로울 분쇄하였다. 각각의 샘플의 소량을 사용하여 상기 기재된 바와 같이 연마 입도를 결정하였다. 실시예 9 내지 12의 각각의 샘플에 대한 특징는 각각 17/15, 9/7, 5/4 및 4/3이었다.
각각의 실시예의 페이스트를 200 메시 스크린을 사용하여 1 인치 (2.5 cm)사각 패턴으로 유리 슬라이드에 적용하였다. 이어서 1 분당 20 ℃의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 소성후 복합물 층의 두께는 실시예 9 내지 12의 층에 대해 각각 27, 25, 21 및 16 ㎛이었다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 기판상에 형성되었다.
소성된 재료의 주사 전자 현미경사진 (SEM)은, 흑연 입자가 복합물 층의 표면적의 대부분을 차지함을 나타낸다. 도 4는 2개의 상이한 배율에서 실시예 9의 샘플에 대한 SEM이고, 이는 복합물의 표면이 거의 대부분 흑연 입자로 구성됨을 나타낸다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1 ×10-4 토르 (1.3 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간. 이온 비임 충격후에, 주사 전자 현미경사진은, 흑연 입자의 표면이 표면에 수직인 탄소 원추와, 표면에 대해 수직인, 다시말해서 입사 이온 비임 방향의 탄소 원추의 끝에 있는 탄소 위스커를 포함하고 있음을 나타내었다.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전 류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 9 내지 12의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 5에 그래프로 나타내었다. 연마 입도는 방출 결과에 대해 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.
실시예 13 및 14
하기 절차를 사용하여 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
이들 각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 Pb-비함유 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기판위에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 형성하였다. 이 실시예들은, Pb-비함유 유리 및 상이한 흑연들을 사용하여, Pb-함유 유리를 사용하여 수득된 것과 유사한 전자 방출 결과를 얻을 수 있음을 나타낸다.
하기 표 4에 나타낸 물질들을 표시된 퍼센트로 혼합함으로써, 실시예 13 및 14에서 사용된 페이스트의 6 g 샘플을 제조하였다. 300 psi (20.7 ×105 Pa)의 로울 압력에서 3개의 로울 밀을 사용하여 각각의 혼합물을 로울 분쇄하였다.
흑연 입자 I 흑연 입자 III 유리 II 유기 매질 I 유기 매질 II 계면활성제 용매
실시예13 25 0 25 21 17 2 10
실시예14 0 25 25 21 17 2 10
페이스트중의 고형물, 즉 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 퍼센트는 양 실시예에서 모두 50 % 이었다. 각각의 실시예의 페이스트를 200 메시 스크린을 사용하여 1 인치 (2.5 cm)사각 패턴으로 유리 슬라이드에 적용하였다. 이어서 1 분당 20 ℃ 의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 기판상에 형성되었다. 복합물의 소성된 층의 두께는 실시예 13의 샘플에 대해서는 27.6 ㎛이고, 실시예 14의 샘플에 대해서는 20.4 ㎛이었다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 13 및 14의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 7에 그래프로 나타내었다. 2개의 상이한 흑연을 사용하여 수득된 결과에서 현저한 차이는 없었다.
실시예 15 내지 21
하기 절차를 사용하여 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
이들 각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 Pb-비함유 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기판위에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 형성하였다. 기판은 유리 슬라이드상에 은 전도체 조성물의 층을 포함하였다. 이 실시예들은 이온 비임의 조성이 전자 방출체의 방출 특성에 미치는 효과를 나타낸다.
200 메시 스크린을 사용하여 은 전도체 조성물 (듀퐁(DuPont) #7095 은 전도체 조성물, 이.아이.듀퐁 드 느무와 앤드 캄파니, 미합중국 델라웨어 윌밍톤으로부터 상업적으로 입수가능한 스크린 인쇄가능한 후막 조성물)의 층을 1인치 × 1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 유리 슬라이드상에 스크린 인쇄하고, 건조된 층을 525 ℃에서 10분동안 소성하여 전도성 은 복합물 층을 제조함으로써, 각각의 샘플에 대한 기판을 형성하였다.
하기 표 5에 나타낸 물질을 표시된 퍼센트로 혼합함으로써 페이스트의 샘플 40 g을 제조하였다. 300 psi (20.7 ×105 Pa)의 로울 압력에서 3개의 로울 밀을 사용하여 혼합물을 로울 분쇄하였다.
흑연 입자 III 유리II 유기 매질 I 유기 매질 II 계면활성제 용매
25 25 21 17 2 10
이 페이스트를 사용하여 각각의 실시예에 대해 하나씩 7개의 샘플을 제조하였다. 200 메시 스크린을 사용하여 페이스트를 유리 슬라이드상의 은 복합물 층에 적용함으로써 각각의 샘플을 제조하였다. 건조된 페이스트를 1 분당 20 ℃의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 은 복합물 층/유리 슬라이드 기판상에 형성되었다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 흑연/유리 복합물의 층의 표면적을 상이한 이온 비임 조성을 사용하여 이온 비임 충격시켰다. 실시예 15에 대하여 사용되는 가스는 90 % Ar/10 % O2; 실시예 16에 대하여 사용되는 가스는 95 % Ar/5 % O2; 실시예 17에 대하여 사용되는 가스는 80 % Ar/20 % O2; 실시예 18에 대하여 사용되는 가스는 90 % Ar/10 % N2; 실시예 19에 대하여 사용되는 가스는 95 % Ar/5 % N2; 실시예 20에 대하여 사용되는 가스는 80 % Ar/20 % N2; 실시예 21에 대하여 사용되는 가스는 100 % Ar이었다. 모든 가스의 퍼센트는 부피 %이다.
모든 샘플에 대하여 하기 이온 비임 조건이 사용되었다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 실시예 18에서 노출시간이 50 분인 것 이외에는 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 은 복합물 층에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 15 내지 17의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 8에 그래프로 나타내고 실시예 18 내지 20의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 9에 그래프로 나타내었다. 조성 90 % Ar/10 % O2를 사용한 실시예 15는 실시예 16 및 17에 비해 양호한 방출 특성을 나타내고, 조성 90 % Ar/10 % N2 을 사용한 실시예 18은 실시예 19 및 20에 비해 양호한 방출 특성을 나타낸다. 실시예 15, 18 및 21의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 10에 그래프로 나타내고, 이는 이온 충격을 위해 사용되는 가스중에 약 10 % N2 또는 약 10 % O2를 사용하는 장점을 명백히 나타낸다. 약 10 % N2가 방출 특성을 향상시키는데 특히 효과적이다.
실시예 22 내지 25
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 이 실시예들은 복합물이 소성되는 온도가 전자 방출체의 방출 특성에 미치는 영향을 나타낸다.
실시예 8에서 제조된 페이스트를 사용하여 각각의 실시예에 대해 하나씩 4개의 샘플을 제조하였다. 페이스트를 200 메시 스크린을 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 유리 슬라이드에 적용함으로써 각각의 샘플을 제조하였다. 실시예 22 내지 25의 샘플의 건조된 페이스트를 각각 450 ℃, 475 ℃, 500 ℃ 및 525 ℃의 소성 온도로 가열하였다. 1 분당 20 ℃의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 각각의 샘플을 공기중에서 소성시켰다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 기판상에 형성되었다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 실시예 22에 대해서는 2.0 ×10-6 토르 (2.7 ×10-4 Pa), 실시예 23에 대해서는 1.5 ×10-7토르 (2.0 ×10-5 Pa), 실시예 24에 대해서는 1.3 ×10-6 토르 (1.7 ×10-4 Pa) 및 실시예 24에 대해서는 2.8 ×10-6 토르 (3.7 ×10-4 Pa)의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 22 내지 25의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 11에 그래프로 나타낸다. 450 ℃, 475 ℃ 및 500 ℃에서 소성된 실시예 22 내지 24의 샘플은 유사한 방출 특징을 나타낸 반면, 525 ℃에서 소성된 실시예 25의 샘플은 방출의 턴온 및 1 mA 방출 전류를 위해 높은 전압이 요구됨을 나타낸다.
실시예 26 내지 29
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 유리 기 판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 이 실시예들은 복합물의 소성층의 두께가 전자 방출체의 방출 특성에 미치는 효과를 나타낸다.
실시예 8에서 제조된 페이스트를 사용하여 각각의 실시예에 대해 하나씩 4개의 샘플을 제조하였다. 페이스트를 325 메시 스크린을 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 유리 슬라이드에 적용함으로써 각각의 샘플을 제조하였으며, 4개의 실시예에 대해 상이한 두께를 적용하였다. 1 분당 20 ℃의 비율로 525 ℃의 온도까지 증가시키고, 온도를 525 ℃에서 10 분동안 유지시킨 다음, 1 분당 20 ℃의 비율로 온도를 저하시켜 주변 온도로 냉각함으로써, 건조된 페이스트를 공기중에서 소성시켰다. 소성후 복합물 층의 두께는 실시예 26 내지 29의 층에 대해 각각 14.4, 11.0, 7.7 및 6.4 ㎛이었다. 그 결과, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층이 기판상에 형성되었다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 (2.5 cm) ×1인치 (2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온- 충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 스크린 인쇄된 샘플에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 실시예 26에 대해서는 4.8 ×10-6 토르 (6.4 ×10-4 Pa), 실시예 27에 대해서는 2.6 ×10-6토르 (3.5 ×10-5 Pa), 실시예 28에 대해서는 1.2 ×10-7 토르 (1.6 ×10-5 Pa) 및 실시예 29에 대해서는 7.7 ×10-7 토르 (1.0 ×10-4 Pa)의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 26 내지 29의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 12에 그래프로 나타낸다. 6.4 ㎛의 소성 두께를 갖는 실시예 29의 샘플을 이온 비임 충격동안에 기판에 이르기까지 에칭시켰다. 복합물의 층은 연속적이지만, 방출 특성은 실시예 26 내지 28에서만큼 양호하지 않았다. 이 결과는, 복합물의 층의 두께가 이온 비임 충격동안에 층을 통해 에칭되는 것을 막을 만큼 충분한 두께이고 이온 비임 충격 시간이 흑연 입자상에 위스커 및 원추가 형성되기에 충분한 시간인 이상, 방출 특성이 복합물의 소성된 층의 두께에 좌우되지 않음을 나타낸다.
실시예 30 내지 34
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 Pb-비함유 유리 프릿을 포함하는 페이스트 를 기판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 기판은 유리 슬라이드상에 은 전도체 조성물의 층을 포함하였다. 이 실시예들은 이온 비임 충격 시간이 전자 방출체의 방출 특성에 미치는 효과를 나타낸다.
필수적으로 실시예 15 내지 21에 대해 기재된 바와 같이 이 실시예들에서 사용된 것과 동일한 페이스트 및 소성 조건을 사용하여, 은 복합물 층/유리 슬라이드 기판상에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 가진 5 개의 샘플을 제조하였다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 상이한 시간동안 이온 비임 충격시켰다. 이온 비임 충격을 위해 사용되는 가스 조성물은 90 부피% Ar/10 부피% N2 이었다.
5개의 모든 샘플에 대해 하기 이온 비임 조건을 사용하였다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압. 실시예 30 내지 34에 대해 각각 노출시간은 5, 10, 15, 30 및 45분이었다.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블 록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 은 복합물 층에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 30 내지 34의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 13에 그래프로 나타낸다. 방출 특성은 노출시간이 증가함에 따라 향상된다. 노출 시간이 증가함에 따라 1000 μA의 방출 전류를 달성하기 위해 필요한 전압은 감소된다. 5 분의 노출 시간을 갖는 실시예 30에 대하여, 1000 μA 방출 전류를 달성하기 위해 필요한 전압은 거의 4000 볼트이었다. 45 분의 노출 시간을 갖는 실시예 34에 대하여, 1000 μA 방출 전류를 달성하기 위해 필요한 전압은 약 1400 볼트이었다.
실시예 35 내지 37
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 Pb-비함유 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 기판은 유리 슬라이드상에 은 전도체 조성물의 층을 포함하였다. 이 실시예들은 이온 비임의 입사각이 전자 방출체의 방출 특성에 미치는 효과를 나타낸다.
필수적으로 실시예 15 내지 21에 대해 기재된 바와 같이 이들 실시예에서 사용된 것과 동일한 페이스트 및 소성 조건을 사용하여, 은 복합물 층/유리 슬라이드 기판상에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 가진 3 개의 샘플을 제조하였다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에서 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 실시예 35 내지 37에 대해 각각 샘플의 평면에 대해 90°, 60°및 45°의 입사각을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 은 복합물 층에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 5 ×10-6 토르 (6.7 ×10-4 Pa)미만의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 35 내지 37의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 14에 그래프로 나타낸다. 방출 특성은 이온 비임의 여러 입사각에 대해 크게 변하지 않는다.
실시예 38 내지 41
하기 절차를 사용하여 하기 각각의 실시예에서 전자 방출체를 제조하였다.
각각의 실시예에서, 흑연 입자 및 Pb-비함유 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄하고, 소성시켜, 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물 층을 형성하였다. 기판은 유리 슬라이드상에 은 전도체 조성물의 층을 포함하였다.
필수적으로 실시예 15 내지 21에 대해 기재된 바와 같이 이 실시예들에서 사용된 것과 동일한 페이스트 및 소성 조건을 사용하여, 은 복합물 층/유리 슬라이드 기판상에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 가진 4 개의 샘플을 제조하였다.
각각의 샘플에 대하여, 마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 복합물 층의 표면적을 하기 조건하에서 아르곤 이온 비임 충격시켰다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
이온 충격된 1 cm ×1 cm 면적으로부터의 방출 결과는, 스크린 인쇄된 이온-충격받은 흑연 입자를 함유하는 유리 슬라이드를 상기 기재된 측정 단위의 구리 블 록 음극위에 놓음으로써 수득되었다. 전도성 구리 테이프 2 조각을 기판의 각각의 면에 붙여 기판을 위치에 고정시키고, 은 복합물 층에 전기 접촉을 제공하였다. 스크린 인쇄된 샘플의 표면과 구리 블록 양극의 분리 거리는 0.6 mm 이었다. 시스템을 3 ×10-6 토르 (4 ×10-4 Pa)의 기본 압력으로 진공시켰다. 방출 전류를 전압의 함수로서 측정하였다. 방출 전류가 1000 μA에 이르를때까지 전압을 증가시켰다.
실시예 38 내지 41의 전자 방출체에 대한 방출 결과를 도 15에 그래프로 나타낸다. 1000 μA의 방출 전류를 생성하기 위해 필요한 전압은 4개의 샘플에 대해 약 1500 V 내지 약 2000 V로 변한다.
실시예 42
평판 디스플레이에서 본 발명의 전자 방출체의 용도를 증명하기 위하여, 하기 절차를 사용하여 삼극관 장치를 제조하였다. 삼극관은 도 16에 도식적으로 나타내었으며, 이를 하기 설명에서 참조한다.
필수적으로 실시예 15 내지 21에 대해 기재된 바와 같이 이들 실시예에서 사용된 것과 동일한 페이스트 및 소성 조건을 사용하여, 은 복합물 층(2)/유리 슬라이드 (3) 위에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층(1)을 제조하였다.
마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 흑연/유리 복합물의 층의 표면적을 아르곤 이온 비임을 사용하여 이온 비임 충격시켰다.
이 샘플에 대해 하기 이온 비임 조건이 사용되었다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
은 복합물 층/유리 슬라이드의 기판상에 있는 이러한 이온 비임 처리된 복합물 층이 삼극관의 전극으로 사용된다.
편리상, 100 ㎛ 두께를 가진 유리 커버 슬립(4)을 음극과 게이트 전극(5) 사이의 절연체로서 사용하였다. 금 게이트 전극을 dc 스퍼터링에 의해 유리 커버위에 침착시켰다. 유리 커버슬립을 6 인치 (15 cm) 99.999 % 순도 금 표적 아래에 있는 dc 스퍼터링 시스템의 기판 압반위에 위치시켰다. 챔버를 1 ×10-6 토르 (1.3 ×10-4 Pa) 기본 압력으로 펌프 다운하였다. 아르곤 가스를 도입하고, 챔버 압력을 10 밀리토르 (1.3 Pa)의 스퍼터링 압력으로 올렸다. 100 와트의 dc 전력을 금 표적에 가하고, 50 분동안 스퍼터링을 수행하였다. 침착 속도는 20 nm/분이었고, 얻어진 금 필름은 1 ㎛ 두께이었다. 금 코팅된 유리 커버 슬립에 각각 700 ㎛의 직경을 갖는 4개의 구멍을 가공하였다. 이어서 유리 커버 슬립을 도 16에 나타낸 바와 같이 이온 비임 처리된 복합물 층위에 놓고, 이 층을 4 개의 구멍을 통해 노출시켜, 이에 의해 4 개의 구역을 전자 방출이 일어날 수 있는 방출체로서 제공하였다.
양극은, 유리 슬라이드(6) 위에, 평방당 20 ohm을 전도하는 투명한 산화 인듐 주석 필름(7)이 먼저 침착되고 그 다음 ZnO 인광물질의 수 마이크론 두께 층(8)이 침착된 것으로 이루어졌다.
게이트 전극(5)과 양극위의 인광물질 필름(8) 사이의 거리는 4 mm이었다.
방출 전류를 측정하기 위하여, 가변 전압원 (9) 및 (10)을 게이트 전극 (5)및 음극의 산화 인듐 주석 필름 (7)에 연결하였다. 양쪽 모두 음극에 대해 포지티브로 편향되었다. 전류계 (11), (12) 및 (13)를 사용하여 표시되는 여러 전류를 측정하였고, 1 MΩ레지스터를 음극과 게이트 전극 연결부에 놓았다. 도 17은 음극에 대해 5 kV의 일정한 양극 전압에서 방출 전류 대 인가된 게이트 바이어스 전압의 그래프이다. 방출의 턴온이 음극에 대해 약 350 V의 게이트 바이어스 전압에서 발생하였고, 인광물질로부터 방출되는 단일 스폿의 빛이 관찰되었다. 게이트 바이어스 전압을 500 V로 올렸을때, 발생된 방출은 방출체의 모든 4개의 구역을 형성하며, 4개 스폿의 빛이 인광물질로부터 방출되는 것이 관찰되었다. 총 방출 전류는 약 0.2 mA/cm2의 전류 밀도에 상응하는 약 3 μA이었다. 게이트 전극에서 누출 전류는 관찰되지 않았다. 일부 이력현상이 일어나고, 턴-오프 전압은 200 V이었다.
양극 전압에 대한 방출 전류의 의존성이 관찰되는 것은, 비교적 두꺼운 유리 커버 슬립을 사용하여 게이트 전극과 음극간에 간격을 두고 배치한 결과인 것으로 생각된다. 얇은 절연체를 사용하여 양극 전압에 대한 방출 전류의 의존성을 없애 야 한다.
이 실시예는 평판 디스플레이에서 삼극관 장치 및 전류 방출체의 용도를 증명한다.
실시예 43 내지 45
평판 디스플레이에서 본 발명의 전자 방출체의 용도를 증명하기 위하여, 하기 절차를 사용하여 삼극관 장치를 제조하였다. 삼극관 배열은 실시예 42에 나타낸 것과 필수적으로 같다. 이 실시예들은 음극과 게이트 전극 사이의 절연체의 두께의 영향을 나타낸다.
필수적으로 실시예 15 내지 21에 대해 기재된 바와 같이 이들 실시예에서 사용된 것과 동일한 페이스트 및 소성 조건을 사용하여, 은 복합물 층/유리 슬라이드 기판 위에 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 가진 3개의 샘플을 제조하였다.
각각의 샘플에 대해, 마스크를 사용하여 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 샘플의 1 cm ×1 cm 면적을 노출시키고, 노출된 영역에서 흑연/유리 복합물 층의 표면적을 아르곤 이온 비임을 사용하여 이온 비임 충격시켰다.
이 샘플에 대해 하기 이온 비임 조건이 사용되었다: 샘플의 평면에 대해 90°입사각, 즉 복합물 층의 표면에 대해 수직을 이루는 이온 비임, 10 mA의 비임 전류, 1.4 kV의 비임 전압, 4 인치 (10 cm)의 이온 비임총-샘플 거리, 2 인치 (5 cm)의 샘플에서의 비임 직경, 1.5 ×10-4 토르 (2.0 ×10-2 Pa)의 아르곤 분압, 및 45 분의 노출 시간.
은 복합물 층/유리 슬라이드 기판상의 이러한 이온 비임 처리된 복합물 층을 삼극관의 전극으로 사용한다.
음극과 게이트 전극 사이에 사용되는 절연체는 마일라 (Mylar)(R) 필름의 1인치 ×1인치 (2.5 cm ×2.5 cm) 사각형이고, 실시예 43 내지 45에 대해 각각 12 ㎛, 18 ㎛ 및 25 ㎛ 두께이었다. 각각의 필름에서, 집속된 CO2 레이저를 사용하여 레이저 어블레이션에 의해 4개의 구멍을 형성하였다. 공칭 구멍 직경은 70 ㎛이었다. 이어서 dc 스퍼터링에 의해 마일라(R) 필름위에 금 전극을 침착시켰다. 마일라(R) 필름을 6 인치 (15 cm) 99.999% 순도 금 표적 아래에 있는 dc 스퍼터링 시스템의 기판 압반위에 놓았다. 레이저에 의해 뚫린 구멍내부에 필름 침착을 막기 위하여 필름을 표적 표면에 대해 60°의 각으로 위치시켰다. 챔버를 1 ×10-6 토르 (1.3 ×10-4 Pa)기본 압력으로 펌프 다운하였다. 아르곤 가스를 도입하고, 챔버 압력을 10 밀리토르 (1.3 Pa)의 스퍼터링 압력으로 올렸다. 100 와트의 dc 전력을 금 표적에 가하고, 10 분동안 스퍼터링을 수행하였다. 침착 속도는 20 nm/분이었고, 얻어진 금 필름은 0.2 ㎛ 두께이었다. 이어서 마일라(R) 필름을 도 16에 나타낸 바와 같이 이온 비임 처리된 복합물 층위에 놓고, 이 층을 4 개의 구멍을 통해 노출시켜, 이에 의해 4 개의 구역을 전자 방출이 일어날 수 있는 방출체로서 제공하였다.
사용되는 음극은 필수적으로 실시예 42에서 사용된 것과 동일하였다. 게이트 전극과 음극위의 인광물질 필름 사이의 간격은 4 mm이었다.
방출 전류를 측정하기 위하여, 가변 전압원을 게이트 전극과 음극의 산화 인듐 주석 필름에 연결시켰다. 양쪽 모두 음극에 대해 포지티브로 편향되었다. 도 18은 방출의 개시에 대한 게이트 바이어스 턴온 전압을 절연체 두께의 함수로서 그래프로 나타낸 것이다. 게이트 바이어스 턴온 전압은 25 ㎛의 절연체 두께를 가진 실시예 45에 대해 150 V로부터 12 ㎛의 절연체 두께를 가진 실시예 43에 대해 50 V로 저하되었다. 방출 개시에서 인광물질상의 하나의 스폿에서 빛이 방출되는 것이 관찰되었으며, 게이트 바이어스 전압이 증가하였을때 인광물질상에 4개의 스폿에서 빛이 방출되는 것이 관찰되었다.
이 실시예들은 평판 디스플레이에서 삼극관 장치 및 전자 방출체의 용도를 증명한다.
이상의 설명에서 본 발명의 특정한 구현양태가 기술되었으나, 본 발명의 취지 또는 필수 속성에서 벗어나지 않는한 당업자라면 본 발명을 여러가지로 수정, 대체 및 재배열할 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서는 이상의 상세한 설명보다는 하기 청구의 범위를 참조해야 할 것이다.

Claims (29)

  1. (a) 흑연 입자 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판상에 형성시키고, 이때 유리가 상기 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착되어 이에 의해 흑연 입자들이 서로간에 및 기판에 부착되어지고, 상기 복합물 층의 표면적의 50 % 이상이 상기 흑연 입자의 일부로 구성되는 단계,
    (b) 상기 흑연 입자상에 위스커를 형성시키기 위해, (a)에서 형성된 층의 표면을 아르곤, 네온, 크립톤 또는 크세논의 이온을 포함하는 이온 비임으로 충격시키는 단계
    를 포함하는, 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 비임이 아르곤의 이온을 포함하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이온 비임이 질소의 이온을 더 포함하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합물 층의 70 % 이상의 표면적이 상기 흑연 입자의 일부로 구성되는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 흑연 입자의 부피 %가 상기 흑연 입자 및 유리의 총 부피의 35 부피% 내지 80 부피%인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 흑연 입자의 부피 %가 상기 흑연 입자 및 유리의 총 부피의 50 부피% 내지 80 부피%인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 이온 비임 가스가 85 내지 92 부피% 아르곤 및 8 내지 15 부피%의 질소인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 이온 비임이 산소의 이온을 더 포함하는 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  9. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항 및 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 비임이 0.1 mA/cm2 내지 1.5 mA/cm2의 이온 전류 밀도 및 0.5 keV 내지 2.5 keV의 비임 에너지를 갖고, 이온 충격 시간이 15 분 내지 90 분인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 이온 충격 시간이 40 내지 50 분인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 복합물 층을
    (a) 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄시키고, 이때 상기 흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피의 35 % 내지 80 %인 단계, 및
    (b) 건조된 패턴화 페이스트를 소성시켜 유리 프릿을 연화시키고, 이것을 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착시킴으로써 흑연 입자들을 서로간에 및 기판에 부착시켜 복합물의 층을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 복합물 층을
    (a) 흑연 입자, 유리 프릿, 광개시제 및 광경화성 단량체를 포함하는 페이스트를 기판상에 스크린 인쇄시키고, 이때 흑연 입자의 부피 %는 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피의 35 % 내지 80 %인 단계,
    (b) 건조된 페이스트를 광패턴화시키는 단계, 및
    (c) 건조된 패턴화 페이스트를 소성시켜 유리 프릿을 연화시키고, 이것을 기판 및 흑연 입자의 일부에 접착시킴으로써 흑연 입자들을 서로간에 및 기판에 부착시켜 복합물의 층을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 페이스트가, 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 고형물을 페이스트의 총 중량을 기준으로 하여 40 중량% 내지 60 중량%로 포함하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 기판이 유리를 포함하고, 상기 소성을 450 ℃ 내지 575 ℃에서 10분간 행하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 소성을 450 ℃ 내지 525 ℃에서 10분간 행하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  16. 제 2 항, 제 11 항 및 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리가 납을 함유하지 않는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  17. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 소성된 복합물 층의 두께가 10 ㎛ 내지 30 ㎛이고, 상기 이온 비임이 질소의 이온을 더 포함하는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  18. 제 2 항, 제 11 항 및 제 12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 전자 방출체.
  19. 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 고형물을 조성물의 총 중량을 기준으로하여 40 중량% 내지 60 중량%로 포함하고, 상기 흑연 입자의 부피%가 상기 고형물의 총 부피의 35 % 내지 80 %인, 스크린 인쇄가능한 페이스트로서 사용되는 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 흑연 입자의 부피%가 상기 고형물의 총 부피의 50% 내지 80%인 스크린 인쇄가능한 페이스트로서 사용되는 조성물.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 흑연 입자 크기가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인 스크린 인쇄가능한 페이스트로서 사용되는 조성물.
  22. (a) 흑연 입자 및 유리 프릿을 포함하는 페이스트를 원하는 패턴으로 기판상에 스크린 인쇄하고, 이때 상기 흑연 입자의 부피%는 상기 흑연 입자 및 상기 유리 프릿의 총 부피의 35 % 내지 80 %인 단계,
    (b) 건조된 패턴화 페이스트를 소성시켜 상기 유리 프릿을 연화시키고, 이것을 상기 기판 및 상기 흑연 입자의 일부에 접착시키고, 이에 의해 상기 흑연 입자들을 서로간에 및 상기 기판에 부착시켜 복합물의 층을 생성하고, 이때 상기 복합물 층의 표면적의 50% 이상이 상기 흑연 입자의 일부로 구성되는 단계
    를 포함하는, 흑연 및 유리를 포함하는 복합물의 층을 기판위에 형성시키기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 흑연 입자의 부피%가 상기 흑연 입자 및 유리 프릿의 총 부피의 50 % 내지 80 %이고, 상기 복합물 층의 표면적의 70 % 이상이 흑연 입자의 일부로 구성되는 것인 복합물의 층을 기판위에 형성시키기 위한 방법.
  24. 제 18 항의 전자 방출체를 포함하는 평판 디스플레이.
  25. 제 24 항에 있어서, 적어도 하나의 게이트 전극을 더 포함하는 평판 디스플레이.
  26. 제 1 항, 제 2 항, 제 11 항 및 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 비임에 노출되어지는 기판의 일부를 마스크로 덮는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 이온 비임에 노출되지 않는 복합물 층의 일부를 상기 마스크로 더 덮는 것인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 마스크가 흑연 호일 마스크인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 마스크가 흑연 호일 마스크인 전계 방출 전자 방출체의 제조 방법.
KR1020007006468A 1997-12-15 1998-12-08 이온-충격된 흑연 전자 방출체 KR100550485B1 (ko)

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