KR100683789B1 - 전자 방출원의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자 - Google Patents

전자 방출원의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계; 기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 상기 소성 결과물을 활성화하는 단계; 및 상기 활성화된 결과물을 유기 용매에 함침시켜 잔탄을 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출원의 제조방법을 제공한다. 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따라 소성 및 활성화 이후 유기 용매를 이용하여 소성이후의 잔탄을 제거하면, 효율 및 수명이 우수한 전자 방출원을 얻을 수 있다. 또한 이로부터 얻은 전자 방출 소자는 종래 전자 방출 소자보다 높은 전류 밀도를 가질 수 있다.

Description

전자 방출원의 제조방법, 그 방법에 의하여 제조된 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자{Method for preparing an emitter, an emitter prepared by the method and an electron emission device employing the same}
도 1은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일 구현예를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술의 일 구현예에 따라 제조된 전자 방출원의 전자밀도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 전자 방출원의 전자밀도를 도시한다.
<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 방출원의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유 기 용매를 이용하여 소성이후 생성된 잔탄을 제거함으로써 전류 밀도가 향상된 전자 방출원 및 전자 방출 소자에 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 장치이다.
전자 전도성이 탁월한 카본나노튜브(Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카본계 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.
카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 제조방법은 예를 들면, CVD법 등을 이용하는 카본나노튜브 성장법, 카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하는 페이스트법 등을 포함한다. 상기 페이스트법을 이용하면 제조 단가가 낮고, 대면적으로 전자 방출원 형성이 가능하다. 카본나노튜브를 포함한 전자 방출원 형성용 조성물은 예를 들면, 미국 특허 제6,436,221호에 기재되어 있다.
이러한 카본계 물질을 포함한 전자 방출원을 형성한 후, 전자 방출원의 표면에는 소성이후에 유기물이 충분히 분해되지 못하고 잔류하여 잔탄을 형성한다. 잔탄은 구동 중에 다시 가스화되어 전자 방출 소자내의 진공도를 떨어뜨리며 카본계 물질과 캐소드 전극간의 통전을 방해하는 역할을 한다. 따라서 잔탄을 감소시키기 위한 처리를 통하여 전계 방출 특성을 개선하고자 하는 연구가 다양하게 이루어지 고 있다. 그러나, 종래 기술에 따르면 만족할만한 수준의 전계 방출 특성을 얻을 수 없는 바, 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 얻을 수 있는 전자 방출원의 개발이 시급하다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 유기 용매를 이용하여 잔탄을 제거하는 단계를 포함하는 전자 방출원의 제조방법, 그 방법을 이용하여 제조한 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 태양은,
카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계;
기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계;
상기 소성 결과물을 활성화하는 단계; 및
상기 활성화된 결과물을 유기 용매에 함침시켜 잔탄을 제거하는 단계;를 포함하는 전자 방출원의 제조방법을 제공한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 태양은,
카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계; 기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계; 상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계; 상기 소성 결과물을 활성화하는 단계; 및 상기 활성화된 결과물을 유기 용매에 함침시켜 잔탄을 제거하는 단계;에 의하여 제조된 전자 방출원을 제공한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3 태양은,
서로 대향되게 배치된 제1기판 및 제2기판;
상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극;
상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 유기 용매를 사용하여 잔탄을 제거한 전자 방출원;
상기 제2기판 상에 형성된 애노드 전극; 및
상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자에 의하여 발광하는 형광층;을 구비하는 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명에 의하면 유기 용매를 사용하여 잔탄을 제거함으로써, 우수한 전계 방출 특성을 나타내는 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상기 유기 용매는 NMP, IPA, 에탄올, 메탄올, 트리클로로에탄(TCE), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 유기 용매의 점도는 0.1cP 내지 10cP인 것이 바람직하다.
상기 유기 용매의 온도가 20 내지 70℃인 것이 바람직하다.
상기 함침단계에서 초음파 기기를 사용함으로써 진동을 가하여 잔탄을 탈착 시킬 수 있다.
일반적으로 세정 분야에 사용될 수 있는 재료로는 수계(알칼리계, 중성계), 준수계(탄화수소계), 용제계(알코올, Ester계, 탄화수소계) 세정제가 있다. 전기전자 정밀부품 분야에서는 유분과 잔류이온, 표면청정에 대하여 요구되는 청정도가 매우 높아 이 분야에서는 수계 세정보다는 준수계, 탄화수소계 세정제로 대체가 이루어지는 경우가 많다.
본 발명에서 사용되는 유기 용매는 트리클로로에탄(TCE), NMP(N-Methyl pyrolidone), IPA, 에탄올, 메탄올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
트리클로로에탄은 세정성능이 우수하여 잔탄을 효율적으로 제거할 수 있고, 화재의 위험이 없고, 별도의 수세설비 및 건조설비를 필요로 하지 않는다는 면에서 당업계에서 우수한 세정 용매로 선호된다. 소규모 장치에서도 사용될 수 있으며 상온 내지 70℃의 온도에서 사용가능하다. 그러나 트리클로로에탄은 휘발성이 강하여 증발에 의한 손실이 크고 발암성 물질로서 인체에 유해하여 작업환경에 불리하며 오존층 파괴의 원인이 되어 법적으로 생산 및 사용이 규제되고 있다.
NMP(N-Methyl pyrolidone)는 유기물에 대한 용해력이 뛰어나면서도 독성이 낮아 친환경 반도체 세정제로 사용되는 기능성 화학물질로 알려져 있다. 환경오염및 인체 중독 현상을 일으키는 기존 세정물질들을 대체하고 있다. NMP는 특히 반도체 제조과정중 포토레지스트를 웨이퍼에서 제거하는데 탁월한 성능을 보이는 세정제이며 기존 유해 화학물질에 비해 분해가 빠르다는 장점이 있다. 본 발명에 따라 잔탄을 제거하기 위한 용제로 사용함에 있어서 유해성을 줄일 수 있으며 잔탄을 빠르게 분해할 수 있어서 바람직한 유기 용매로 사용될 수 있다.
또한 탄화수소계 용매는 공정이 단순하고 소규모 장치에서도 사용될 수 있다. 별도의 수세설비를 요하지 않으나, 별도의 건조장비를 요하기도 한다. 인화성이 있으며 폭발의 위험성이 있다. 구체적으로는 IPA, 에탄올, 또는 메탄올 등을 사용한다.
상기 유기 용매의 점도는 0.1cP 내지 10cP인 것이 바람직하다. 유기 용매의 점도가 0.1cP 미만이면 초음파 효과가 약하여 바람직하지 못하고, 10cP를 초과하는 경우에는 점성이 높아서 CNT 막에 침투하지 못하여 바람직하지 못하다.
상기 유기 용매의 온도가 20℃ 내지 70℃인 것이 바람직하다. 20℃ 미만인 경우에는 잔탄제거 효과가 약하여 바람직하지 못하고, 70℃를 초과하는 경우에는 용매의 비점을 넘기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 함침 단계에서는 초음파 기기를 사용함으로써 진동을 가하여 잔탄을 탈착시킬 수 있다. 유기 용매 내에 가하여 준 강력한 초음파는 소밀파가 되어 압축력과 팽창력이 반복적으로 나타나게 된다. 부압 주기 때에 전자 방출원의 표면중에 잔류하는 잔탄에는 기포가 발생되고, 이 기포는 다음의 압축 주기 때에 소멸한다. 이러한 기포는 1초에 수만번씩 생성과 소멸을 거듭하면서 점점 구경이 커진다. 어느 일정 구경 이상이 되면 이 기포는 단번에 수축 파열하면서 매우 큰 충격파를 일으킨다. 이 충격파는 큰 압력을 발생시킴과 동시에 순간적인 고열을 발생시켜, 액체 내에 여러 가지 물리적 작용을 일으키고 화학적 작용을 촉진한다. 즉, 기포가 파열하여 잔탄 사이에 틈을 만들고, 그 틈으로 기포들이 침투하여 파열함으로써 완전하게 잔탄이 분리되게 된다.
본 발명을 따르는 전자 방출원을 제조하기 위하여, 먼저, 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다.
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 및 SiC, 플러렌 등이 포함된다. 이 중, 카본나노튜브가 바람직하다.
본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물에 포함되는 비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 점도를 조절하는 역할을 한다. 상기 비이클은 수지 성분 및 용매 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 수지 성분은 예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트 등과 같은 아크릴계 수지; 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 에테르 등과 같은 비닐계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같은 상기 수지 성분 중 일부는 감광성 수지의 역할을 동시에 할 수 있다.
상기 용매 성분은 예를 들면, 터피네올(terpineol), 부틸 카르비톨(butyl carbitol:BC), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate:BCA), 톨루엔(toluene) 및 텍사놀(texanol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 중, 터피네 올을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수지 성분의 함량은 상기 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 100 내지 500중량부, 보다 바람직하게는 200 내지 300중량부일 수 있다. 한편, 상기 용매 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 500 내지 1500중량부, 바람직하게는 800 내지 1200중량부일 수 있다. 상기 수지 성분과 용매 성분으로 이루어진 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.
또한, 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 필요에 따라 접착 성분, 감광성 수지와 광개시제 또는 필러 등을 더 포함할 수 있다.
상기 접착 성분은 전자 방출원을 기판에 부착시키는 역할을 하는 것으로서, 예를 들면, 무기 바인더 등일 수 있다. 이러한 무기 바인더의 비제한적인 예에는 프리트, 실란, 물유리 등이 포함되며, 이들 중 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 프리트는 예를 들면, 산화납-산화아연-보론옥사이드(PbO-ZnO-B2O3) 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 무기 바인더 중 프리트가 바람직하다.
전자 방출원 형성용 조성물 중 접착 성분의 함량은 상기 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10 내지 50중량부, 바람직하게는 15 내지 35중량부 일 수 있다. 접착 성분의 함량이 상기 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10중량부 미만인 경우에는 만족할 만한 접착력을 얻을 수 없고, 50중량부를 초과하는 경우에는 인쇄성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
상기 감광성 수지는 전자 방출원의 패터닝에 사용되는 물질이다. 상기 감광성 수지의 비제한적인 예에는 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세토페논계 모노머, 또는 티오크산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 등을 사용할 수 있다. 상기 감광성 수지의 함량은 나노 사이즈를 갖는 무기물 100중량부를 기준으로 300 내지 1000중량부, 바람직하게는 500 내지 800중량부일 수 있다. 감광성 수지의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 300중량부 미만인 경우에는 노광 감도가 떨어지고, 카본계 물질 100중량부를 기준으로 1000중량부를 초과하는 경우에는 현상이 잘 되지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 광개시제는 상기 감광성 수지가 노광될 때 감광성 수지의 가교결합을 개시하는 역할을 한다. 상기 광개시제의 비제한적인 예에는 벤조페논 등이 있다. 상기 광개시제의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 300 내지 1000중량부, 바람직하게는 500 내지 800중량부일 수 있다. 광개시제의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 300중량부 미만인 경우에는 효율적인 가교결합이 이루어지지 않아 패턴 형성에 문제가 생길 수 있고, 카본계 물질 100중량부를 기준으로 1000중량부를 초과하면 제조비용 상승의 원인이 될 수 있기 때문이다.
상기 필러는 기판과 충분히 접착하지 못한 카본계 물질의 전도성을 향상시키 는 역할을 하는 물질로서 이의 비제한적인 예에는 Ag, Al, Pd 등이 있다.
전술한 바와 같은 물질을 포함하는 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 3,000 내지 50,000cps, 바람직하게는 5,000 내지 30,000cps의 점도를 가질 수 있다. 상기 점도 범위를 벗어나는 경우, 작업성이 불량해 지는 문제점이 발생할 수 있다.
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, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드 전극이 될 수 있으며, 캐소드 전극 하부에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드 전극과 게이트 전극을 절연시키는 절연층이 될 수 있는 등, 당업자에게 용이하게 인식될 수 있다.
전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계는 감광성 수지를 포함하는 경우와 감광성 수지를 포함하지 않은 경우에 따라 상이하다. 먼저, 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우에는 별도의 포토레지스트 패턴이 불필요하다. 즉, 기판 상에 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 도포한 다음, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다.
한편, 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하지 않는 경우에는, 별도의 포토레지스트 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정이 필요하다. 즉, 포토레 지스트막을 이용하여 포토레지스트 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.
전술한 바와 같이 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물은 소성 단계를 거친다. 소성 단계를 통하여 전자 방출원 형성용 조성물 중 카본계 물질은 기판과의 접착력이 향상될 수 있으며, 일부 이상의 비이클은 휘발될 수 있다. 또한, 무기 바인더 등과 같은 접착 성분을 선택적으로 더 포함하는 경우, 접착 성분 등이 용융 및 고형화되어 전자 방출원의 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다.
소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 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 제조 비용이 상승하고, 기판이 손상될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 소성 단계는 불활성 가스 및 이들의 혼합 가스의 존재 하에서 수행될 수 있다. 상기 불활성 가스는 예를 들면, 질소 가스, 아르곤 가스, 네온 가스, 크세논 가스 및 이들 중 2 이상의 혼합 가스일 수 있다. 이는 카본계 물질의 열화를 최소화하기 위한 것이다.
이와 같이 소성된 소성 결과물 표면의 카본계 물질은 선택적으로, 활성화 단계를 거친다. 상기 활성화 단계의 일 구현예에 따르면, 열처리 공정을 통하여 필름 형태로 경화될 수 있는 용액, 예를 들면 폴리이미드계 고분자를 포함하는 전자 방출원 표면 처리제를 상기 소성 결과물 상에 도포한 후, 이를 열처리한 다음, 상 기 열처리로 형성된 필름을 박리한다. 활성화 단계의 다른 구현예에 따르면 소정의 구동원으로 구동되는 롤러 표면에 접착력을 갖는 접착부를 형성하여 상기 소성 결과물 표면에 소정의 압력으로 가압함으로써 활성화 공정을 수행할 수도 있다. 이러한 활성화 단계를 통하여 카본계 물질은 전자 방출원 표면으로 노출되거나 수직배향되도록 제어될 수 있다.
유기 용매를 사용하여 잔탄이 제거된 전자 방출원을 제조할 수 있다. 전술한 바와 같은 전자 방출원은 전자 방출 소자에 적용될 수 있다. 본 발명을 따르는 전자 방출 소자는, 우수한 전계 방출 특성을 구현할 수 있다.
상기 전자 방출 소자는 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 서로 대향되게 배치된 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성된 전자 방출원; 상기 제2기판 상에 형성된 애노드 전극; 및 상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자에 의하여 발광하는 형광층;을 구비할 수 있다.
보다 상세하게는 본 발명을 따르는 전자 방출 소자의 일 구현예는 도 1을 참조한다. 도 1은 본 발명을 따르는 다양한 전자 방출 소자 중에서도 3극관 구조의 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 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 전자 방출원 홀(169), 상기 전자 방출원 홀(169)내에 배치되어 상기 캐소드 전극(120)과 통전되고 상기 게이트 전극(140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자 방출원(160)을 구비한다.
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 전자 방출원(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 전자 방출원(160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층(130)은 상기 전자 방출원 홀(169)을 구획하고, 상기 전자 방출원(160)과 상기 게이트 전극(140)을 절연하는 기능을 담당한다.
본 발명의 전자 방출 소자는 도 1에 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 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
터피네올 10g에 카본나노튜브(MWNT, 일진 나노텍사 제품) 1g, 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 0.2g, 폴리에스테르 아크릴레이트 5g, 벤조페논 5g을 첨가한 다음 교반하여, 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하였다.
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 조사하였다. 노광 후 아세톤을 이용하여 현상하고, 450℃의 온도 및 질소 가스를 포함하는 혼합 가스의 존재 하에서 소성하였다. 소성 결과물을 테이프를 부착했다 떼어내면서 활성화하였다. 활성화 결과물을 N-메틸 피롤리돈(N-methyl pyrolidone, NMP, Aldrich, CAS no. 872-50-4)가 담긴 초음파 세척조에 넣고 상온에서 10분간 초음파로 때려서 잔탄을 제거한 다음 꺼내어 건조시켜 전자 방출원을 완성하였다.
이후, 형광막과 애노드 전극으로서 ITO를 채용한 기판을 상기 전자 방출원이 형성된 기판과 배향되게 배치하고, 양 기판 사이에는 기판 간 셀 갭을 유지하는 스페이서를 형성하여, 전자 방출 소자를 완성하였다.
비교예 1
터피네올 10g에 카본나노튜브(MWNT, 일진 나노텍사 제품) 1g, 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 0.2g, 폴리에스테르 아크릴레이트 5g, 벤조페논 5g을 첨가한 다음 교반하여, 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하였다.
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 조사하였다. 노광 후 아세톤을 이용하여 현상하고, 450℃의 온도 및 질소 가스를 포함하는 혼합 가스의 존재 하에서 소성하였다.
이후, 형광막과 애노드 전극으로서 ITO를 채용한 기판을 상기 전자 방출원이 형성된 기판과 배향되게 배치하고, 양 기판 사이에는 기판 간 셀 갭을 유지하는 스페이서를 형성하여, 전자 방출 소자를 완성하였다.
평가예
상기 실시예 1 및 비교예 1의 전류 밀도를 Pulse power source와 전류계를 이용하여 측정하였다. 도 2는 비교예 1에 따라 제조된 전자 방출 소자의 전자밀도를 도시한다. 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 전자 방출 소자의 전자밀도를 도시한 단면도이다. 유기 용매를 이용하여 잔탄을 제거한 전자 방출원을 구비한 실시예 1에서는 5V/㎛에서 95㎂/cm2의 전류 밀도를 얻었으나, 통상의 전자 방출원을 구비한 비교예 1은 5V/㎛에서 70㎂/cm2의 전류 밀도를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 유기 용매를 이용하여 잔탄을 제거하여 전자 방출 특성이 높은 전자 방출 소자를 제작할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면 유기 용매를 이용하여 잔탄이 효율적으로 제거된 전자 방출원을 제조할 수 있다. 또한 기판과 카본계 물질의 접촉저항을 줄여서 전자방출의 효율을 증가시킬 수 있고 진공도 악화의 원인인 잔탄이 제거됨으로써 전자 방출소자의 신뢰성이 증가된다. 따라서, 본 발명을 이용한 전자 방출원의 제조방법을 이용하면 우수한 전계 방출 특성 및 장수명을 갖는 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계;
    기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계;
    상기 소성 결과물을 활성화하는 단계; 및
    상기 활성화된 결과물을 유기 용매에 함침시켜 잔탄을 제거하는 단계;
    를 포함하는 전자 방출원의 제조방법으로서,
    상기 유기 용매의 점도가 0.1cP 내지 10cP이고, 상기 함침단계에서 초음파 기기를 사용함으로써 진동을 가하여 잔탄을 탈착시키는 것을 특징으로 하는 전자 방출원의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매가 트리클로로에탄, NMP, IPA, 에탄올, 메탄올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 방출원의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매의 온도가 20 내지 70℃인 것을 특징으로 하는 전자 방출원의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 전자 방출원.
  7. 서로 대향되게 배치된 제1기판 및 제2기판;
    상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극;
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성된 제6항에 따른 전자 방출원;
    상기 제2기판 상에 형성된 애노드 전극; 및
    상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자에 의하여 발광하는 형광층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
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