KR100614043B1 - 평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물 및 그로부터제조되는 전자방출원 - Google Patents

평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물 및 그로부터제조되는 전자방출원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물 및 이로부터 제조되는 전자방출원에 관한 것으로서, 상기 전자방출원 형성용 조성물은 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 탄소계 분말 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함한다. 본 발명은 또한 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 감광성 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 감광성 성분, 광중합 개시제, 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함하는 감광성 전자방출원 형성용 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
(AA)2Ti(OR)2
[화학식 2]
TiOCOR'
상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시이다.
전계 방출 소자, 전자방출원, 탄소계 물질, 유기 티탄계 화합물

Description

평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물 및 그로부터 제조되는 전자방출원{A COMPOSITION FOR FORMING A ELECTRON EMITTER OF FLAT PANEL DISPLAY AND AN ELECTRON EMITTER PREPARED THEREFROM}
도 1은 전계 방출 소자의 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 전자방출원의 전자 방출 특성을 보인 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
2: 제1기판 4: 제2 기판
6: 캐소드 전극 8: 절연층
10: 게이트 전극 12: 전자방출원
[산업상 이용분야]
본 발명은 평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물 및 그로부터 제조되는 전자방출원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부착력이 우수하여 유효발광면적을 증가시킴으로써 전자 방출 효율이 우수한 평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성 물 및 그로부터 제조되는 전자방출원에 관한 것이다.
[종래 기술]
평면 표시 소자 중, 초기에 제안된 전계 방출 표시 소자(FED: Field Emission Display)는 전자방출원으로서 몰리브덴이나 실리콘 등의 물질을 적층시켜 선단을 뾰족하게 구성한 스핀트(spindt) 타입을 사용하였으나, 상기 스핀트 타입의 전자방출원은 초미세 구조로서 제조 방법이 복잡하고, 고정밀도의 제조 기술이 요구되어 전계 방출 표시 소자를 대면적화하여 제작하는 데 한계가 있다.
따라서, 최근에는 낮은 일함수(work function)를 갖는 탄소계 물질을 전자방출원으로 적용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 상기 탄소계 물질 가운데 특히 높은 종횡비를 갖는 카본 나노 튜브(CNT: Carbon Nano Tube)는 끝단의 곡률 반경이 100 Å정도로 극히 미세하여 1 내지 3 V/㎛의 외부 전압에 의해서도 전자 방출을 원활하게 일으켜 이상적인 전자방출원으로 기대되고 있다.
일반적으로 상기 카본 나노 튜브와 같은 탄소계 물질은 글래스 프릿, 용매 및 유기 바인더 수지 등과 함께 페이스트 형태로 제조되어, 캐소드 전극 위에 스크린 인쇄된 후 공기분위기에서 400℃ 이상의 고온에서 소성 과정을 거쳐 전자방출원으로 형성된다. 이러한 카본 나노 튜브는 낮은 일함수 특성에 의해 저전압 구동이 가능하고, 제조가 용이하여 대면적 디스플레이 구현에 보다 유리한 장점을 갖는다. 그러나, 일반적으로 탄소계 물질은 산소가 있는 공기 분위기에서 400℃ 이상의 고온이 되면 매우 불안정하여 소성시 많은 양의 카본 나노튜브가 소실되기 때문에 에미션에 기여하는 사이트 수가 적어 전계 방출 표시 소자로 부적합하다는 문제점이 있었다.
일반적으로 탄소계 물질은 캐소드 전극으로 사용되는 ITO 산화물이나 금속물질에 대한 막부착력이 부족하고 소자에서 전계 방출(field emission)시 애노드 전극으로의 강한 전기장으로 인해 탄소계 물질이 탈리될 가능성이 있어 이로 인해 소자의 전계 방출 특성을 저하시키며 수명 또한 저하되는 문제가 있다
카본 나노튜브 분말 및 글래스 프릿의 비를 4:1로 고형분의 비를 고정하여 후막의 전자방출원(emitter)을 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나 소성 후 막두께를 증가시키기 위하여 고형분의 함량을 늘이면 카본 나노튜브의 함량이 상대적으로 크게 증가하여 카본 나노튜브 페이스트의 노광부위의 두께가 크게 감소한다는 문제점이 있었다. 따라서 높은 방출전류밀도를 얻기 위해 카본 나노튜브의 함량을 증가시키는 데에는 한계가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 글래스 프릿의 함량은 고정하고 단순히 카본 나노튜브의 함량만을 증가시키는 방법이 알려져 있다. 그러나 이와 같이 제조된 카본 나노튜브 페이스트로 전자방출원을 제조하면 노광시 노광두께가 감소할 뿐만 아니라 소성 후에도 잔탄으로 남는 카본 나노튜브의 양이 줄어들어 바람직한 두께의 카본 나노튜브 전자방출원의 막을 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 후막의 전자방출원을 포함하는 전계 방출 표시소자를 제조함에 있어서, 후막의 부착 특성과 전도성을 증가시키기 위하여 미세 금속 분말을 첨가하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 후막 표면이 미세 금속 분말로 덮이게 되면 소자의 전계 방출 특성이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국특허출원 제2000-57116호에는 감광성 수지를 사용하여 현상과정 중 표면으로 카본 나노튜브를 돌출시키는 방법이 기재되어 있다. 또한, 미국특허 제5,026,624호에는 이러한 감광성 수지로서 에폭시계 감광성 수지를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 전계 방출에 대한 감광성 물질의 안정성이 확보되어야 하며 공정과정의 안정화시간이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 미국특허 제5,912,106호에는 광가교수지를 광중합개시제로 사용하여 전계 방출 표시 소자의 화질 및 해상도를 향상시키는 방법이 기재되어 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 도전성과 부착력이 우수한 첨가제를 함유함으로써 전자 방출 효율이 우수한 평판 표시소자의 전자방출원 형성용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전자방출원 형성용 조성물로부터 제조되는 전자방출원을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자방출원을 포함하는 평판 표시 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 탄소계 분말 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
(AA)2Ti(OR)2
[화학식 2]
TiOCOR'
상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시이다.
본 발명은 또한 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 감광성 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 감광성 성분, 광중합 개시제, 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함하는 감광성 전자방출원 형성용 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
(AA)2Ti(OR)2
[화학식 2]
TiOCOR'
상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시이다.
본 발명은 또한, 상기 전자방출원 형성용 조성물을 인쇄, 코팅하여 형성된 전자방출원 및 이를 포함하는 평판 표시소자를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 전자방출원 형성용 조성물은 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 및 상기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 상기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함한다.
상기 유기 바인더 수지는 통상적으로 평판 표시소자의 전자방출원에 사용되고 있는 것이라면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 상기 유기 바인더 수지의 바람직한 예로는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에틸 셀룰로오스 또는 니트로 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지 등이 사용 가능하다.
상기 유기 바인더 수지의 함량은 10 내지 90 중량부, 바람직하게는 40 내지 80 중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 유기 바인더 수지의 함량이 조성물에 대하여 10 중량부 미만이면 조성물의 점도가 지나치게 높아져 인쇄성, 흐름성 등이 나빠져 패턴형성이 잘 되지 않고, 90 중량부를 초과하면 조성물의 점도가 낮아져 역시 인쇄성, 흐름성 등이 나빠지고 잘 건조되지 않아 패턴 형성이 잘 되지 않으며 상대적으로 전자방출 물질의 함량이 낮아 전계 방출 전류량이 작다는 문제점이 발생한다.
상기 탄소계 물질로는 종래에 평판 표시소자의 전자방출원으로 사용되고 있는 탄소계 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 바람직한 예로는 카본 나노튜 브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC: diamond like carbon), 플러렌(C60; fulleren) 등이 있다. 탄소계 물질의 함량은 0.1 내지 50 중량부가 바람직하고 1 내지 50 중량부가 더 바람직하다. 상기 탄소계 물질의 함량이 0.1 중량부 미만이면 방출 전류 밀도가 낮아 바람직하지 않고 50 중량부를 초과하면 노광시 탄소계 물질로 이루어진 막에 대한 자외선의 투과량이 적어 바람직한 막 두께의 전자방출원을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
상기 용매의 바람직한 예로는 부틸 셀로솔브(BC:butyl cellosolve), 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA:butyl carbitol acetate), 테르피테올(TP:terpineol), 톨루엔, 텍사놀(texanol) 등의 유기용매가 사용 가능하다. 상기 용매의 바람직한 함량은 1 내지 50 중량부이며, 더 바람직한 함량은 1 내지 20 중량부이다. 상기 용매의 함량이 1 중량부 미만이면 조성물의 점도가 지나치게 커져 인쇄성이 나빠지고, 50 중량부를 초과하면 조성물의 점도가 지나치게 낮아진다는 문제점이 있다.
상기 유기 티탄계 화합물은 전자방출원의 도전성과 부착력을 증가시켜 균일한 패턴 형성이 가능하게 하여 균일한 전계방출 효과와 방출전류를 향상시킨다. 유기 티탄계 화합물은 하기 화학식 1의 킬레이트 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트 유기 티탄이 사용된다:
[화학식 1]
(AA)2Ti(OR)2
[화학식 2]
TiOCOR'
상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시이다. 상기 알킬기 및 알콕시는 탄소수 1 내지 8개를 가지는 것이 바람직하다.
상기 킬레이트계 유기 티탄계 화합물의 바람직한 예로는 Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOCH3]2, Ti(OH) 2[OCH(CH3)COO·NH4]2, Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOOC2H5] 2, Ti(OC3H7)2[OCH2CH2N(CH2 CH2OH)2]2 등이 있으며 아실레이트계 유기티탄의 예로는 트리 n-부톡시 티탄 스테아레이트(TBSTA, Ti(O-n·C4H9)3(OCOC17H35)), 이소프로폭시 티탄 스테아레이트(TTS, Ti(O-i·C3H7)(OCOC17H35)3 등이 있다.
유기 티탄계 화합물은 유기 바인더 수지의 가교반응을 촉진하여 막의 부착력을 향상시킨다. 또한 고온에서 소성하면 고온 소성후 미세한 Ti 금속이나 산화물 형태로 남아서 전자방출원과 캐소드 전극 및 전자방출원의 탄소계 물질간의 전기저항을 낮추어 전류의 흐름을 방해하지 않으므로 전계 방출 전류량을 향상시킬 수 있다.
상기 유기 티탄계 화합물은 1 내지 50 중량부, 바람직하게는 5 내지 30 중량부의 양으로 사용된다. 유기 티탄계 화합물의 함량이 1중량부 미만이면 도전성과 부착력 향상이 미흡하고 50 중량부를 초과하면 점도가 너무 낮아져서 인쇄가 곤란 한 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 전자방출원 형성용 조성물은 상기 유기 티탄계 화합물을 포함함으로써 기존의 전자방출원 형성용 조성물에 사용되는 글래스 프릿을 사용하지 않고도 전자방출원 형성이 가능하다. 전자방출원의 부착력을 더욱 향상시키고자 글래스 프릿을 추가로 첨가할 수 있음은 물론이다. 상기 글래스 프릿으로는 PbO-SiO2계, PbO-B2O3-SiO2계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3 -SiO2계, Bi2O3-SiO2계, Bi2O3 -B2O3-SiO2계 등이 사용될 수 있으며, 이들 유리 프릿 성분들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 전자방출원 형성용 조성물은 이를 캐소드 전극에 스크린 인쇄하여 전자방출원을 형성할 수 있다.
또한 감광성 성분을 함유하도록 하여 포토리소그래피 공정을 이용하여 전자방출원의 패턴을 형성할 수도 있다. 이러한 포토리소그래피 공정에 사용되는 감광성 전자방출원 형성용 조성물은 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 감광성 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 감광성 성분, 광중합 개시제, 및 유기 티탄계 화합물을 포함한다.
상기 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매는 앞에서 설명된 바와 같다. 상기 감광성 모노머, 올리고머, 및 폴리머는 단독으로 사용할 수도 있고 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 감광성 모노머로는 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트 페논계 모노머, 또는 티오크산톤계 모노머 등이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, 이소-부틸아크릴레이트, tert-부틸아크릴레이트, n-펜틸아크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 부톡시에틸아크릴레이트, 부톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 디시클로펜타닐아크릴레이트, 디시클로펜테닐아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 글리세롤아크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 헵타데카플루오로데실아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 이소덱실아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 2,4-디에틸로크산톤(2,4-diethyloxanthone) 중에서 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 감광성 올리고머 또는 감광성 폴리머로는 C=C 불포화 결합을 갖는 화합물 중 적어도 1종류를 중합하여 얻어진 올리고머 또는 폴리머가 사용될 수 있다. 상기 감광성 올리고머 또는 폴리머는 중량 평균 분자량 500 내지 10만의 올리고머 또는 폴리머를 사용할 수가 있다. 상기 감광성 올리고머 또는 폴리머의 예로는 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(PETIA; pentaerythritol triacrylate), 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(PETA; pentaerythritol tetraacylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA; trimethylolpropane triacrylate) 등이 있다.
상기 감광성 성분은 1 내지 70 중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 1 중량부 미만이면 노광특성이 나빠져 노광하기 힘들다는 문제점이 있고, 70 중량부를 초과하면 표면에서의 광반응이 급격히 진행되어 표면이 경화되어 노광시 자외선의 차폐로 노광막 두께가 감소된다는 문제점이 있다.
상기 광중합 개시제로는 벤조페논, o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4-디클로로벤조페논, 4-벤조일-4-메틸디페닐케톤, 디벤질케톤, 플루오레논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, p-t-부틸디클로로아세토페논, 티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤, 디에틸티오크산톤, 벤질디메틸케탄올, 벤질메톡시에틸아세탈, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인부틸에테르, 안트라퀴논, 2-t-부틸 안트라퀴논, 2-아밀안트라퀴논, β-클로로안트라퀴논, 안트론, 벤즈안트론, 디벤조스베론, 메틸렌안트론, 4-아지드벤잘아세토페논, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)시클로헥사논, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)-4-메틸시클로헥사논, 2-페닐-1,2-부타디온-2-(o-메톡시카르보닐)옥심, 2,3-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디메틸아미니벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디메틸아미노벤잘)-4-메틸시클로헥사논, 미히라케톤, 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논, 4,4-비스(디메틸아미노)칼콘, 4,4-비스(디에틸아미노)칼콘, p-디메틸아미노신나밀리덴인다논, p-디메틸아미노벤질리덴인다논, 2-(p-디메틸아미노페닐비닐렌)-이소나프토티아졸, 1,3-비스(4-디메틸아미노벤잘)아세톤, 1,3-카르보닐-비스(4-디에틸아미노벤잘)아세톤, 3,3-카르보닐-비스(7-디에틸아미노 쿠말린), N-페닐-N-에틸에탄올아민, N-페닐에탄올아민, N-톨릴디에탄올아민, N-페닐에탄올아민, 디메틸아미노벤조산 이소아밀, 디에틸아미노벤조산 이소아밀, 3-페닐-5-벤조일티오-테트라졸, 1-페닐-5-에톡시카르보닐티오-테트라졸, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드 등으로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 광중합 개시제는 감광성 성분 100 중량부에 대하여 0.05 내지 50 중량부의 범위에서 첨가되며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부의 양으로 사용된다. 광중합 개시제의 양이 너무 적으면 광감도가 불량해지고, 광중합 개시제의 양이 너무 많으면 노광부의 잔존율이 너무 작아질 우려가 있다.
본 발명의 감광성 전자방출원 형성용 조성물도 전자방출원의 부착력을 향상시키고자 글래스 프릿을 추가로 첨가할 수 있음은 물론이다. 상기 글래스 프릿으로는 PbO-SiO2계, PbO-B2O3-SiO2계, ZnO-SiO2계, ZnO-B 2O3-SiO2계, Bi2O3-SiO2계, Bi 2O3-B2O3-SiO2계 등이 사용될 수 있으며, 이들 유리 프릿 성분들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 전자방출원 형성용 조성물에 불포화 카르복실산 등의 불포화산을 첨가함으로써 감광 후의 현상성을 향상시킬 수가 있다. 불포화 카르복실산의 구체적인 예로서는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 말레인산, 푸말산, 비닐아세트산, 또는 이들의 산무수물 등을 들 수가 있다.
본 발명의 전자방출원 형성용 조성물은 소포제, 분산제, 산화방지제, 중합금지제, 가소제, 금속분말 등의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 반드 시 사용되는 것은 아니고 필요에 따라 사용되며, 첨가 시에는 일반적으로 알려진 양을 적절하게 조절하여 사용하면 된다.
상기 전자방출원 형성용 조성물의 각 성분의 혼합순서는 중요하지 않으나, 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 감광성 성분, 광중합 개시제 및 유기 티탄계 화합물을 혼합하고 유기용매를 첨가하여 점도를 조절하여 제조하는 것이 바람직하다. 전자방출원 형성용 조성물은 5000 내지 100000 cps인 것이 바람직하다.
상기 전자방출원 형성용 조성물을 금속, 반도체, 절연체 등의 기판에 인쇄한 후 열처리하여 원하는 모양의 평판 표시 소자의 전자방출원을 제조한다. 전자방출원을 형성하기 위한 인쇄 공정은 스프레이, 스핀 코팅, 스크린 인쇄, 롤 코팅, 딥핑(dipping) 공정 등을 이용할 수 있다. 상기 열처리 공정은 300 내지 500℃의 진공 또는 가스 분위기에서 실시할 수 있으며, 상기 가스 분위기는 공기, N2 가스 또는 비활성 가스를 포함한다. 또한 감광성 페이스트 조성물의 경우에는 인쇄, 노광, 현상 등의 공정을 거쳐 전자방출원을 형성할 수도 있다. 노광시 막두께를 고려하여 500 내지 3000 mJ/cm2의 노광에너지를 이용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 전자방출원은 평판 표시 소자의 음극에 사용될 수 있고, 바람직하게는 전계 방출 소자의 음극에 사용될 수 있다.
본 발명의 평판 디스플레이 장치는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 형성되는 Ti 금속 또는 산화물을 포함하는 전자방출원; 상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판; 상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되어 상기 전자방출원에서 방출된 전자에 의해 발광하는 형광막; 및 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 블랙 매트릭스층을 포함한다. 상기 Ti 금속 또는 산화물의 함량은 탄소계 물질 100 중량부에 대하여 10 내지 300 중량부의 양으로 존재하며, 바람직하게는 50 내지 100 중량부의 양으로 존재한다.
도 1은 본 발명의 평판 표시 소자중 전계 방출 표시 장치의 부분 단면도이다. 상기 전계 방출 표시 장치는 임의의 크기를 갖는 제 1 기판(또는 캐소드 기판)(2)과 제 2 기판(또는 애노드 기판)(4)을 내부 공간부가 형성되도록 소정의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치하고 이들을 서로 결합시켜 장치의 외관인 진공 용기(30)를 형성하고 있다.
상기 진공 용기 내로 제 1 기판(2) 상에는 전자를 방출할 수 있는 전자방출원이, 상기 제 2 기판(4) 상에는 상기 전자방출원에서 방출된 전자에 의해 발광됨으로써 소정의 이미지를 구현할 수 있는 발광부가 형성된다.
먼저 상기 전자방출원의 구성으로는 상기 제 1 기판(2) 상에 형성되는 캐소드 전극(6), 이 캐소드 전극(6) 위에 형성되는 절연층(8), 이 절연층(8) 위에 형성되는 게이트 전극(10) 및 상기 절연층(8)과 게이트 전극(10)에 관통 형성된 홀(8a, 10a) 내로 배치되면서 상기 캐소드 전극(6) 위에 형성되는 전자방출원(12)을 들 수 있다.
상기에서 캐소드 전극(6)은 소정의 패턴 가령, 스트라이프 형상을 취하여 상 기 제 1 기판(2)의 일 방향을 따라 형성되며, 상기 절연층(8)은 상기 캐소드 전극(6)을 덮으면서 상기 제 1 기판(2)상에 전체적으로 배치된다.
또한, 상기 절연층(8) 위에는, 상기 절연층(8)에 형성된 구멍(8a)과 관통되는 구멍(10a)을 갖는 게이트 전극(10)이 복수로 형성되는 바, 이 게이트 전극(10)은 상기 캐소드 전극(6)과 직교하는 방향으로 임의의 간격을 두고 스트라이프 형상을 유지하여 형성된다.
여기에 상기 전자방출원(12)이 상기 구멍(8a, 10a) 내로 상기 캐소드 전극(6) 위에 형성된다. 물론, 상기 전자방출원의 형상은 도면에 도시된 대로 한정되는 것은 아니고, 다른 한편으로 몰리브덴과 같은 금속 재질로 원추형의 형상을 이루면서 형성될 수 있다.
이에 상기와 같이 구성되는 전자방출원은, 상기 진공 용기(30)의 외부로부터 상기 캐소드 전극(6) 및 게이트 전극(10)에 인가되는 전압에 의해 상기 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(10) 사이에 형성되는 전계 분포에 따라 상기 전자방출원(12)으로부터 전자를 방출하게 된다.
한편, 본 발명에 있어, 상기 전자방출원의 구성이 상기한 예로 한정되는 것은 아니다. 가령, 본 발명은 캐소드 기판인 제 1 기판 위로 게이트 전극이 먼저 형성되고, 이 게이트 전극 위로 절연층을 사이에 두고 캐소드 전극이 형성된 다음, 이 캐소드 전극에 전자방출원이 전기적으로 연결된 전자방출원의 구성으로도 적용 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용은 하기 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
카본 나노튜브 파우더 1 g 및 글래스 프릿(8000L 글래스 프릿) 1g을 혼합하고 볼밀 용기에 1/3 채운 후 분쇄하였다. 분쇄된 상기 혼합물에 17 g의 아크릴레이트 수지, 킬레이트계 유기티탄 화합물로 10g의 디이소프로폭시-비스에틸아세토아세테이토티타네이트(diisopropoxybisethylacetoacetatotitanate, Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOOC2H5] 2), 50g의 부틸 카비톨 아세테이트 및 감광성 성분으로 15g의 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(PETIA, C14H18O7, CAS: 3524-68-3), 광중합 개시제로 1g의 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드 (TPO; C22H21O 2P, CAS: 75980-60-8)를 첨가하고 교반하여 30,000 cps의 카본 나노튜브 페이스트 조성물을 제조하였다.
제조된 감광성 카본 나노튜브 페이스트를 인쇄 후 적정한 막두께를 고려하여 1,000 mJ/㎠의 노광에너지로 패턴 마스크를 이용하여 평행노광기로 상기 감광성 카본 나노튜브 페이스트를 노광하였다. 노광 후 상기 카본 나노튜브 페이스트를 소성시켜 전자방출원을 제조하였다.
(실시예 2)
킬레이트계 유기 티탄 화합물 대신 아실레이트계 유기 티탄 화합물인 트리 n-부톡시 티탄 스테아레이트를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법 으로 전자방출원을 제조하였다.
(비교예 1)
카본 나노튜브 파우더 1 g 및 글래스 프릿(8000L 글래스 프릿) 1g을 혼합하고 볼밀 용기에 1/3 채운 후 분쇄하였다. 분쇄된 상기 혼합물에 17 g의 아크릴레이트 수지, 40g의 부틸 카비톨 아세테이트 및 감광성 모노머로 15g의 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(PETIA, C14H18O7, CAS: 3524-68-3), 광중합 개시제로 1g의 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드(TPO; C22H21O2P, CAS: 75980-60-8)를 첨가하고 교반하여 30,000 cps의 카본 나노튜브 페이스트 조성물을 제조하였다. 제조된 감광성 카본 나노튜브 페이스트를 인쇄 후 적정한 막두께를 고려하여 1,000 mJ/㎠의 노광에너지로 패턴 마스크를 이용하여 평행노광기로 상기 감광성 카본 나노튜브 페이스트를 노광하였다. 노광 후 상기 카본 나노튜브 페이스트를 소성시켜 전자방출원을 제조하였다.
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따라 제조된 전자방출원에 대하여 방출 전류밀도를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 100㎂/㎠의 전류가 흐를 때의 전계(V/㎛)를 하기 표 1에 기재하였다. 또한 전도도는 1㎠ 면적에서의 2 probe법으로 측정하고 부착력은 전자방출원에 3M 투명 테이프를 문질러서 붙이고 떼어내면서 테이프에 붙어있는 전자방출물질의 양으로 측정하였다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 비교예 1
전자방출특성(V/㎛) 3.46 3.98 4.17
전기저항(Ω) 10 15 20
부착력 매우 우수 매우 우수 일부의 CNT가 떨어져 나옴
도 2 및 표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1과 2에 따라 제조된 전자방출원의 전자 방출 특성이 비교예 1에 의해 제조된 전자방출원의 전자 방출 특성보다 우수하고 전도성과 부착력도 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 평판 표시소자용 전자방출원 형성용 조성물은 유기 티탄계 화합물을 포함함으로써 고온 소성후 미세한 Ti 금속이나 산화물이 남아서 전자방출원과 캐소드 전극 및 전자방출원의 탄소계 물질간의 전기저항을 낮추어 전류의 흐름을 방해하지 않으므로 전계 방출 전류량을 향상시킬 수 있다. 또한 기재와의 부착력을 향상시켜 균일한 패턴을 얻을 수 있어 소자의 균일한 전계 방출효과와 방출전류를 향상시킨다.

Claims (17)

  1. 유기 바인더 수지, 탄소계 물질, 용매, 탄소계 분말 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함하는 전자방출원 형성용 조성물:
    [화학식 1]
    (AA)2Ti(OR)2
    [화학식 2]
    TiOCOR'
    상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시임(단, 화학식 1에서 OR이 모두 알콕시인 경우 AA는 히드록시기임).
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소계 물질은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC: diamond like carbon), 및 플러렌(C60; fulleren)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상인 전자방출원 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기 티탄계 화합물은 Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOCH3]2, Ti(OH)2[OCH(CH3)COO·NH4]2, Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOOC2H5]2 및 Ti(OC3H7)2[OCH2CH2N(CH2CH2OH)2]2 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고, 상기 아실레이트계 유기티탄은 트리 n-부톡시 티탄 스테아레이트(TBSTA, Ti(O-n·C4H9)3(OCOC17H35)), 및 이소프로폭시 티탄 스테아레이트(TTS, Ti(O-i·C3H7)(OCOC17H35)3 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 글래스 프릿을 더 포함하는 것인 전자방출원 형성용 조성물.
  5. 유기 바인더 수지, 탄소계 물질; 용매; 감광성 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 감광성 성분; 광중합 개시제; 및 하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물을 포함하는 전자방출원 형성용 조성물:
    [화학식 1]
    (AA)2Ti(OR)2
    [화학식 2]
    TiOCOR'
    상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시임(단, 화학식 1에서 OR이 모두 알콕시인 경우 AA는 히드록시기임).
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄소계 물질은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 다이아몬드상 카본(DLC: diamond like carbon), 및 플러렌(C60; fulleren)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상인 전자방출원 형성용 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 유기 티탄계 화합물은 Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOCH3]2, Ti(OH)2[OCH(CH3)COO·NH4]2, Ti(OC3H7)2[OC(CH3)CHCOOC2H5]2 및 Ti(OC3H7)2[OCH2CH2N(CH2CH2OH)2]2 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나이고, 상기 아실레이트계 유기티탄은 트리 n-부톡시 티탄 스테아레이트(TBSTA, Ti(O-n·C4H9)3(OCOC17H35)), 및 이소프로폭시 티탄 스테아레이트(TTS, Ti(O-i·C3H7)(OCOC17H35)3 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  8. 제5항에 있어서, 상기 조성물은 글래스 프릿을 더 포함하는 것인 전자방출원 형성용 조성물.
  9. 제5항에 있어서, 상기 감광성 모노머는 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 및 티오크산톤계 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 감광성 모노머는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, 이소-부틸아크릴레이트, tert-부틸아크릴레이트, n-펜틸아크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 부톡시에틸아크릴레이트, 부톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 디시클로펜타닐아크릴레이트, 디시클로펜테닐아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 글리세롤아크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 헵타데카플루오로데실아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 이소덱실아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 및 2,4-디에틸로크산톤(2,4-diethyloxanthone)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  11. 제5항에 있어서, 상기 감광성 올리고머 또는 감광성 폴리머는 C=C 불포화 결합을 갖는 화합물 중 적어도 1종류를 중합하여 얻어진 올리고머 또는 폴리머인 전 자방출원 형성용 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 감광성 올리고머 또는 폴리머는 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트(PETIA; pentaerythritol triacrylate), 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(PETA; pentaerythritol tetraacylate), 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA; trimethylolpropane triacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  13. 제5항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 벤조페논, o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4-디클로로벤조페논, 4-벤조일-4-메틸디페닐케톤, 디벤질케톤, 플루오레논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, p-t-부틸디클로로아세토페논, 티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤, 디에틸티오크산톤, 벤질디메틸케탄올, 벤질메톡시에틸아세탈, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인부틸에테르, 안트라퀴논, 2-t-부틸 안트라퀴논, 2-아밀안트라퀴논, β-클로로안트라퀴논, 안트론, 벤즈안트론, 디벤조스베론, 메틸렌안트론, 4-아지드벤잘아세토페논, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)시클로헥사논, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)-4-메틸시클로헥사논, 2-페닐-1,2-부타디온-2-(o-메톡시카르보닐)옥심, 2,3-비스(4-디에틸아미노벤잘)시클로펜타논, 2,6-비스(4-디메틸아미니벤잘)시클로헥사논, 2,6-비스(4-디메틸아미노벤잘)-4-메틸시클로헥사 논, 미히라케톤, 4,4-비스(디에틸아미노)-벤조페논, 4,4-비스(디메틸아미노)칼콘, 4,4-비스(디에틸아미노)칼콘, p-디메틸아미노신나밀리덴인다논, p-디메틸아미노벤질리덴인다논, 2-(p-디메틸아미노페닐비닐렌)-이소나프토티아졸, 1,3-비스(4-디메틸아미노벤잘)아세톤, 1,3-카르보닐-비스(4-디에틸아미노벤잘)아세톤, 3,3-카르보닐-비스(7-디에틸아미노쿠말린), N-페닐-N-에틸에탄올아민, N-페닐에탄올아민, N-톨릴디에탄올아민, N-페닐에탄올아민, 디메틸아미노벤조산 이소아밀, 디에틸아미노벤조산 이소아밀, 3-페닐-5-벤조일티오-테트라졸, 1-페닐-5-에톡시카르보닐티오-테트라졸, 및 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 전자방출원 형성용 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항중 어느 하나의 항에 따른 전자방출원 형성용 조성물을 인쇄하여 형성된 전자방출원.
  15. 제14항에 따른 전자방출원을 포함하는 평판 표시 소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 평판 표시 소자는 전계 방출 표시장치인 평판 표시 소자.
  17. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 Ti 금속 또는 산화물을 포함하는 전자방출원;
    상기 제 1 기판과 임의의 간격을 두고 배치되어 상기 제 1 기판과 함께 진공 용기를 형성하는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 마주하는 상기 제 2 기판의 일면에 형성되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되어 상기 전자방출원에서 방출된 전자에 의해 발광하는 형광막; 및
    상기 애노드 전극 위에 임의의 패턴을 가지고 형성되는 블랙층을 포함하고,
    상기 Ti 금속 또는 산화물은
    하기 화학식 1의 킬레이트계 유기 티탄, 하기 화학식 2의 아실레이트계 유기 티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기 티탄계 화합물로부터 형성되는 것인 포함하는 전자방출원 형성용 조성물로부터 형성되는 것인 전계 방출 표시장치:
    [화학식 1]
    (AA)2Ti(OR)2
    [화학식 2]
    TiOCOR'
    상기 식에서 R은 알킬, 카르복실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택되고, R'는 알킬, 카르복실, 아민 및 하이드록시로 이루어진 군에서 선택되고, AA는 히드록시 또는 알콕시임(단, 화학식 1에서 OR이 모두 알콕시인 경우 AA는 히드록시기임).
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