KR101100821B1 - Electron emission source, and electron emission device having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본계 물질을 포함하며, 전자 방출 영역을 제외한 나머지 영역에 내열성 물질과 전도성 물질을 함유하는 전도성 보호막이 구비된 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공한다. 본 발명에 따르면 외부 환경에 대하여 효과적으로 보호되어 안정성이 확보될 뿐만 아니라 전계가 균일하게 형성된 전자 방출원을 얻을 수 있다. 이러한 전자 방출원은 전자 방출이 균일하게 일어나고, 이러한 전자 방출원을 채용한 전자 방출 소자는 화소간의 균일도가 향상되는 잇점을 갖고 있다.The present invention provides an electron emission source including a carbon-based material and having a conductive protective film containing a heat resistant material and a conductive material in a region other than the electron emission region, and an electron emission device having the same. According to the present invention, it is effectively protected against the external environment, thereby ensuring stability and obtaining an electron emission source having a uniform electric field. Such an electron emission source has a uniform electron emission, and the electron emission element employing such an electron emission source has the advantage that the uniformity between pixels is improved.

Description

전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자{Electron emission source, and electron emission device having the same}Electron emission source and electron emission device having same {Electron emission source, and electron emission device having the same}

도 1은 본 발명에 따른 전도성 보호막을 갖는 전자방출원의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고,1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an electron emission source having a conductive protective film according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이고,2 is a perspective view schematically showing a configuration of an electron emitting device according to the present invention;

도 3은 도 2의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

70: 형광체층 80: 애노드 전극 70: phosphor layer 80: anode electrode

90: 제2 기판 100: 전자 방출 디스플레이 장치90: second substrate 100: electron emission display device

101: 전자 방출 소자 102: 전면 패널101: electron emission element 102: front panel

103: 발광 공간 110: 제1기판 103: light emitting space 110: first substrate

120: 캐소드 전극 130: 제1절연체층120: cathode electrode 130: first insulator layer

135: 제2절연체층 140: 게이트 전극135: second insulator layer 140: gate electrode

150: 전자 방출원 150: electron emission source

본 발명은 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변부에 표면처리, 열공정 등과 같은 외부 영향을 최소화시킬 수 있으면서 전도성을 부여하여 전계가 균일하게 형성되는 전자방출원과 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electron emission source and an electron emission device having the same, and more particularly, an electron emission source in which an electric field is uniformly formed by providing conductivity while minimizing external influences such as surface treatment and thermal processes at the periphery. And an electron emitting device having the same.

일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다. In general, an electron emission device includes a method using a hot cathode and a cold cathode as an electron emission source. Examples of electron-emitting devices using a cold cathode include field emitter array (FEA), surface conduction emitter (SCE) type, metal insulator metal (MIM) type, metal insulator semiconductor (MIS) type, and ballistic electron surface emitting (BSE) type. ) And the like are known.

상기 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다. The FEA type uses a principle that electrons are easily released due to electric field difference in vacuum when a material having a low work function or a high beta function is used as the electron emission source. Molybdenum (Mo), silicon (Si), etc. The tip-based tip structure, which is mainly made of carbon, is made of carbon-based materials such as graphite and graphite like carbon, and recently, nano-materials such as nano tube and nano wire. Devices that have been applied as electron emission sources have been developed.

상기 SCE형은 제1기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1전극과 제2전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이 용한다.The SCE type is a device in which an electron emission source is formed by providing a conductive thin film between a first electrode and a second electrode disposed to face each other on a first substrate and providing a micro crack in the conductive thin film. The device utilizes a principle that electrons are emitted from an electron emission source that is a micro crack by applying a voltage to the electrodes to flow a current to the surface of the conductive thin film.

상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.The MIM type and the MIS type electron emission devices each form an electron emission source having a metal-dielectric layer-metal (MIM) and metal-dielectric layer-semiconductor (MIS) structure, and are disposed between two metals or metals with a dielectric layer interposed therebetween. When a voltage is applied between semiconductors, a device using the principle of emitting electrons is moved and accelerated from a metal or semiconductor having a high electron potential toward a metal having a low electron potential.

상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연체층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.The BSE type uses the principle that electrons travel without scattering when the size of the semiconductor is reduced to a dimension area smaller than the average free stroke of the electrons in the semiconductor, thereby forming an electron supply layer made of a metal or a semiconductor on an ohmic electrode. And an insulator layer and a metal thin film formed on the electron supply layer to emit electrons by applying power to the ohmic electrode and the metal thin film.

이중에서 FEA형 전자 방출 소자는 캐소드 전극과 게이트 전극의 배치 형태에 따라 크게 탑 게이트형(top gate type)과 언더 게이트형(under gate type)형으로 나눌 수 있으며, 사용되는 전극의 개수에 따라 2극관, 3극관 또는 4극관 등으로 나눌 수 있다.Among these, the FEA type electron emission device can be classified into a top gate type and an under gate type according to the arrangement of the cathode electrode and the gate electrode. It can be divided into a pole tube, a triode or a quadrupole.

상술한 바와 같은 전자 방출 소자 중, 전자를 방출시키는 전자 방출원을 이루는 물질로서, 카본계 물질, 예를 들면, 전도성이 우수하고 전계 집중 효과가 우수하고 일함수가 낮고 전계 방출 특성이 우수한 카본나노튜브가 사용될 수 있다. Among the electron-emitting devices described above, carbon-based materials, for example, carbon nanomaterials that emit electrons, have excellent conductivity, excellent field concentration effect, low work function, and excellent field emission characteristics. Tubes can be used.

그런데 상기한 바와 같은 카본나노튜브를 이용한 전자방출원은 비전도성을 띠고 있어 전자방출원 전체 영역에 걸쳐 전계가 균일하게 형성되지 못한다.However, the electron emission source using the carbon nanotubes as described above is non-conductive and thus an electric field is not uniformly formed over the entire area of the electron emission source.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하여 외부환경에 대하여 효과적으로 보호되어 안정성이 확보될 뿐만 아니라 도전성이 부여된 전자방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems to provide an electron emission source and an electron emitting device provided with the same as well as to ensure the stability is effectively protected against the external environment to ensure the stability.

본 발명의 기술적 과제는 카본계 물질을 포함하며, 전자 방출 영역을 제외한 나머지 영역에 내열성 물질과 전도성 물질을 함유하는 전도성 보호막이 구비된 전자방출원에 의하여 이루어진다.Technical problem of the present invention includes a carbon-based material, and is made by an electron emission source provided with a conductive protective film containing a heat-resistant material and a conductive material in the remaining regions other than the electron emission region.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상술한 전자방출원을 구비한 전자 방출 소자에 의하여 이루어진다.Another technical problem of the present invention is achieved by an electron emission device having the electron emission source described above.

상기 소자는 제1기판; 상기 제1기판 상에 배치된 캐소드 전극 및 전자 방출원; 상기 캐소드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층;을 구비하는 구조를 갖는다.The device comprises a first substrate; A cathode electrode and an electron emission source disposed on the first substrate; A gate electrode disposed to be electrically insulated from the cathode electrode; And an insulator layer disposed between the cathode electrode and the gate electrode to insulate the cathode electrode and the gate electrode.

상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2절연체층과, 상기 제2 절연체층에 의하여 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하기도 한다.And a second insulator layer covering an upper side of the gate electrode, and a focusing electrode insulated from the gate electrode by the second insulator layer, and arranged in a direction parallel to the gate electrode.

본 발명의 전자 방출원은 카본계 물질을 포함하며, 전자방출 영역을 제외한 나머지 영역에 내열성 물질과 전도성 물질을 함유하는 전도성 보호막을 구비한다. The electron emission source of the present invention includes a carbon-based material, and includes a conductive protective film containing a heat resistant material and a conductive material in the remaining regions except for the electron emission region.

상기 전도성 보호막(12)은 바람직하게는 도 1에 나타난 바와 같이 기판(10) 상에 형성된 전자 방출원(11)의 측면에 구비된다.The conductive protective layer 12 is preferably provided on the side of the electron emission source 11 formed on the substrate 10 as shown in FIG.

본 발명의 전도성 보호막은 내열성 물질과 전도성 물질을 포함하여 이루어진다. 여기에서 내열성 물질로는 에폭시수지, 우레탄수지, 폴리이미드계 수지, 실리콘, 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다. 상기 에폭시 수지는 크레졸 노블라계, 비스페놀계 등을 사용한다.The conductive protective film of the present invention comprises a heat resistant material and a conductive material. Here, as the heat resistant material, at least one selected from the group consisting of epoxy resins, urethane resins, polyimide resins, silicon, and titanium is used. As the epoxy resin, cresol noble, bisphenol or the like is used.

상기 전도성 물질로는 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.The conductive material is one selected from the group consisting of copper (Cu), molybdenum (Mo), nickel (Ni), aluminum (Al), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), and palladium (Pd) Use the above.

상기 전도성 물질의 함량은 내열성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 70 중량부인 것이 바람직하다. 만약 전도성 물질의 함량이 70 중량부를 초과하면 균일한 보호막을 형성하기 어렵고, 2 중량부 미만이면 전도성 효과를 기대하기 어려워 바람직하지 못하다.The content of the conductive material is preferably 2 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the heat resistant material. If the content of the conductive material exceeds 70 parts by weight, it is difficult to form a uniform protective film. If the content of the conductive material is less than 2 parts by weight, it is difficult to expect a conductive effect, which is not preferable.

상기 전도성 보호막은 전자방출원을 물리적 및 화학적으로 보호해주고, 전자방출원 주변부에 전도성이 부여되어 전계 방출 효율의 극대화가 가능해진다.The conductive protective layer physically and chemically protects the electron emission source, and the conductivity is imparted to the periphery of the electron emission source to maximize the field emission efficiency.

상기 전도성 보호막의 두께는 20nm 내지 3㎛인 것이 바람직하다. 만약 전도성 보호막의 두께가 20nm미만이면 보호막의 역할을 효과적으로 하기 어렵고, 3㎛를 초과하면 전자방출원의 상대적인 부피가 적어져 바람직하지 못하다.The thickness of the conductive protective film is preferably 20nm to 3㎛. If the thickness of the conductive protective film is less than 20nm, it is difficult to effectively act as a protective film, and if the thickness of the conductive protective film is greater than 3 μm, the relative volume of the electron emission source becomes less preferable.

본 발명의 전자방출원을 구성하는 카본계 물질은 전도성 및 전자 방출 특성이 우수하여 전자 방출 소자 작동시 형광체층으로 전자를 방출시켜 형광체를 여기시키는 역할을 한다. 이러한 카본계 물질의 비제한적인 예에는 카본나노튜브, 그 라파이트, 다이아몬드, 플러렌 및 탄화규소(SiC) 등이 포함된다. 이 중, 카본나노튜브가 바람직하다.The carbon-based material constituting the electron emission source of the present invention has excellent conductivity and electron emission characteristics, and serves to excite the phosphor by emitting electrons to the phosphor layer during operation of the electron emission device. Non-limiting examples of such carbon-based materials include carbon nanotubes, graphite, diamond, fullerenes, silicon carbide (SiC), and the like. Among these, carbon nanotubes are preferable.

카본나노튜브는 그라파이트 시트가 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려 튜브형태를 이루고 있는 카본동소체(allotrope)로서, 단일벽 나노튜브(single wall nanotube) 및 다중벽 나노튜브(multi wall nanotube)를 모두를 사용할 수 있다. 본 발명의 카본나노튜브는 열(Thermal) 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: 이하, "CVD법"이라고도 함), DC 플라즈마 CVD법, RF 플라즈마 CVD법, 마이크로파 플라즈마 CVD법과 같은 CVD법을 이용하여 제조된 것일 수 있다.Carbon nanotubes are carbon allotropes in which the graphite sheets are rounded to a nano-sized diameter to form a tube. Both carbon nanotubes and single wall nanotubes and multi wall nanotubes can be used. have. The carbon nanotubes of the present invention are manufactured using a CVD method such as thermal chemical vapor deposition (hereinafter referred to as "CVD method"), DC plasma CVD method, RF plasma CVD method, microwave plasma CVD method. It may have been.

본 발명의 전자 방출원은 상술한 카본계 물질이외에, 전자 방출원 형성용 조성물 중 존재하였던 각종 비이클 등의 잔탄이 소량 존재할 수 있다.In addition to the carbon-based material described above, the electron emission source of the present invention may have a small amount of xanthan such as various vehicles and the like present in the composition for forming an electron emission source.

이와 같은 본 발명의 전자 방출원을 제조하는 방법은 다음과 같다.Such a method for producing an electron emission source of the present invention is as follows.

먼저, 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조한다.First, a composition for forming an electron emission source including a carbonaceous material and a vehicle is prepared.

상기 비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 점도를 조절하며, 수지 성분 및 용매 성분을 포함한다.The vehicle controls the printability and viscosity of the composition for forming an electron emission source, and includes a resin component and a solvent component.

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. 상기 수지 성분 중 일부 이상은 후술하는 바와 같은 감광성 수지의 역할도 할 수 있다.The resin component may be, for example, a cellulose resin such as ethyl cellulose, nitro cellulose or the like; Acrylic resins such as polyester acrylate, epoxy acrylate, urethane acrylate and the like; At least one of a vinyl-based resin such as polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, polyvinyl ether, and the like may be included, but is not limited thereto. At least some of the resin components may also serve as photosensitive resins described below.

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, 터피네올을 포함하는 것이 바람직하다.The solvent component is, for example, at least one of terpineol, butyl carbitol (BC), butyl carbitol acetate (BCA), toluene and texanol It may include. Among these, it is preferable to contain terpineol.

상기 수지 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 100 내지 500중량부, 보다 바람직하게는 200 내지 300중량부일 수 있다.The content of the resin component may be 100 to 500 parts by weight, more preferably 200 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material.

상기 용매 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 500 내지 1500 중량부, 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.The content of the solvent component may be 500 to 1500 parts by weight, preferably 800 to 1200 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material. When the content of the vehicle consisting of the resin component and the solvent component is outside the above range may cause a problem that the printability and flowability of the composition for forming an electron emission source is lowered. In particular, when the content of the vehicle exceeds the above range, there is a problem that the drying time may be too long.

또한, 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 필요에 따라 감광성 수지 및 광개시제, 접착 성분, 필러 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the composition for forming an electron emission source of the present invention may further include a photosensitive resin, a photoinitiator, an adhesive component, a filler, and the like, as necessary.

상기 감광성 수지는 전자 방출원 형성시 패터닝에 사용되는 물질로서, 예를 들면, 아크릴레이트계 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세토페논계 모노머, 또는 티오크산톤계 모노머 등이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 등이 사용될 수 있다.The photosensitive resin is a material used for patterning when forming an electron emission source. For example, an acrylate monomer, a benzophenone monomer, an acetophenone monomer, or a thioxanthone monomer may be used. More specifically, epoxy acrylate, polyester acrylate, 2,4-diethyloxanthone, or 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone may be used.

상기 감광성 물질의 함량은 카본계 물질 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.The content of the photosensitive material may be 300 to 1000 parts by weight, preferably 500 to 800 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material. When the content of the photosensitive resin is less than 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material, the exposure sensitivity is inferior, and when the content exceeds 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material, development is not preferable.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 광개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 상기 감광성 물질이 노광될 때 감광성 물질의 가교결합을 개시하는 역할을 하는 것으로서, 공지된 물질 중에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 벤조페논 등이 사용될 수 있다.The composition for forming an electron emission source of the present invention may further include a photoinitiator. The photoinitiator serves to initiate crosslinking of the photosensitive material when the photosensitive material is exposed, and may be selected from known materials. For example, benzophenone or the like can be used.

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.The content of the photoinitiator may be 300 to 1000 parts by weight, preferably 500 to 800 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material. When the content of the photoinitiator is less than 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material, efficient crosslinking may not occur, which may cause a problem in pattern formation. This may cause a rise.

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.The adhesive component serves to attach the electron emission source to the substrate, and may be, for example, an inorganic binder. Non-limiting examples of such inorganic binders include frit, silane, water glass, and the like, and two or more of these may be mixed and used. The frit may be made of, for example, lead oxide-zinc oxide-boron oxide (PbO-ZnO-B 2 O 3 ). Among the inorganic binders, frit is preferable.

전자 방출원 형성용 조성물 중 무기 바인더의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10 내지 50중량부, 바람직하게는 15 내지 35중량부 일 수 있다. 무기 바인더의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10중량부 미만인 경우에는 만족할 만한 접착력을 얻을 수 없고, 50중량부를 초과하는 경우에는 인쇄성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.The content of the inorganic binder in the composition for forming an electron emission source may be 10 to 50 parts by weight, preferably 15 to 35 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material. When the content of the inorganic binder is less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material, satisfactory adhesive strength cannot be obtained, and when the content of the inorganic binder exceeds 50 parts by weight, printability may be deteriorated.

상기 필러는 기판과 충분히 접착하지 못한 카본계 물질의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 물질로서 이의 비제한적인 예에는 Ag, Al, Pd 등이 있다.The filler is a material that serves to improve conductivity of the carbon-based material that is not sufficiently adhered to the substrate, and non-limiting examples thereof include Ag, Al, Pd, and the like.

상술한 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.The composition for forming an electron emission source of the present invention comprising a material as described above may have a viscosity of 3,000 to 50,000 cps, preferably 5,000 to 30,000 cps. If it is out of the viscosity range, a problem may arise that the workability is poor.

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 있다.Thereafter, the provided composition for forming an electron emission source is printed on a substrate. The "substrate" is a substrate on which an electron emission source is to be formed, which may be different depending on the electron emission element to be formed, which is easily recognized by those skilled in the art. For example, the "substrate" may be a cathode when manufacturing an electron emission device having a gate electrode provided between a cathode electrode and an anode electrode.

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 도포 한 다음, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다. The step of printing the composition for forming an electron emission source is different depending on the case of including the photosensitive resin and the case of not including the photosensitive resin. First, when the composition for electron emission source formation contains photosensitive resin, a separate photoresist pattern is unnecessary. That is, the composition for forming an electron emission source including the photosensitive resin is coated on the substrate, and then exposed and developed according to the desired electron emission source formation region.

한편, 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하지 않는 경우에는, 별도의 포토레지스트 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정이 필요하다. 즉, 포토레지스트막을 이용하여 포토레지스트 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.On the other hand, when the composition for electron emission source formation does not contain photosensitive resin, the photolithography process using a separate photoresist pattern is required. That is, a photoresist pattern is first formed using a photoresist film, and then the composition for forming an electron emission source is supplied by printing using the photoresist pattern.

상술한 바와 같이 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물은 소성 단계를 거친다. 소성 단계를 통하여 전자 방출원 형성용 조성물 중 카본계 물질은 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 일부 이상의 비이클은 휘발되고, 다른 무기 바인더 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.The composition for forming an electron emission source printed as described above is subjected to a firing step. Through the firing step, the carbon-based material in the composition for forming an electron emission source may improve adhesion to the substrate, at least some vehicles may be volatilized, and other inorganic binders may be melted and solidified, thereby contributing to improvement in durability of the electron emission source. Will be. The firing temperature should be determined in consideration of the volatilization temperature and time of the vehicle included in the composition for electron emission source formation. Typical firing temperatures are 400 to 500 ° C, preferably 450 ° C. If the firing temperature is less than 400 ℃ may cause a problem that the volatilization such as a vehicle is not sufficiently made, if the firing temperature exceeds 500 ℃ may cause a problem that the manufacturing cost rises, the substrate may be damaged.

상기 소성 단계는 카본계 물질의 열화를 방지하기 위하여 불활성 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. The firing step may be performed in the presence of an inert gas to prevent deterioration of the carbonaceous material. The inert gas may be, for example, nitrogen gas, argon gas, neon gas, xenon gas, and a mixed gas of two or more thereof.

이와 같이 소성된 소성 결과물 표면은 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 처 리제를 상기 소성 결과물 상에 도포한 후, 이를 열처리한 다음, 상기 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 물질이 전자 방출원 표면으로 노출되거나 수직배향 되도록 제어될 수 있다.The fired product surface thus fired is optionally subjected to an activation step. According to one embodiment of the activation step, after applying a solution that can be cured in the form of a film through a heat treatment process, for example, an electron emission surface treatment agent containing a polyimide-based polymer on the firing result, After the heat treatment, the film formed by the heat treatment is peeled off. According to another embodiment of the activation step, the activation process may be performed by forming an adhesive part having an adhesive force on the surface of the roller driven by a predetermined driving source and pressing the surface of the firing product at a predetermined pressure. Through this activation step, the carbonaceous material may be controlled to be exposed to the electron emission surface or vertically aligned.

본 발명을 따르는 전자 방출원은, 상술한 바와 같은 본 발명을 따르는 전자 방출원 제조 방법에 따라 제조된 전자 방출원일 수 있다.The electron emitter according to the present invention may be an electron emitter prepared according to the method for producing an electron emitter according to the present invention as described above.

본 발명을 따르는 전자 방출 소자는, 제1기판과, 상기 제1기판 상에 배치된 캐소드 전극 및 전자 방출원과, 상기 캐소드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극과, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전자 방출원은 상술한 바와 같이 카본계 물질을 포함한다.An electron emission device according to the present invention includes a first substrate, a cathode electrode and an electron emission source disposed on the first substrate, a gate electrode arranged to be electrically insulated from the cathode electrode, the cathode electrode and the gate. The insulating layer may be disposed between the electrodes to insulate the cathode electrode from the gate electrode. At this time, the electron emission source includes a carbon-based material as described above.

상기 전자 방출 소자는, 상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2절연체층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 절연체층에 의하여 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함할 수 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다.The electron emission device may further include a second insulator layer covering an upper side of the gate electrode. In addition, various modifications are possible, such that the second insulator layer may further include a focusing electrode insulated from the gate electrode and arranged in parallel with the gate electrode.

상기 전자 방출 소자는 다양한 전자 장치, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 백라이트 유니트 등으로 사용되거나, 전자 방출 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. The electron emission device may be used in various electronic devices, for example, a backlight unit such as an LCD (Liquid Crystal Display), or may be used in an electron emission display device.

이 중, 본 발명을 따르는 전자 방출 디스플레이 장치는, 제1기판과, 상기 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극들과 교차하도록 배치된 복수 개의 게이트 전극과, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어 상기 캐소드 전극들과 상기 게이트 전극들을 절연하는 절연체층과, 상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극이 교차하는 지점에 형성된 전자 방출원 홀과, 상기 전자 방출원 홀 내에 배치되며 본 발명에 따른 전도성 보호막을 구비한 전자 방출원과, 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배치되는 제2기판과, 상기 제2 기판에 배치된 애노드 전극과, 상기 애노드 전극에 배치된 형광체층을 포함할 수 있다Among these, an electron emission display device according to the present invention includes a first substrate, a plurality of cathode electrodes disposed on the first substrate, a plurality of gate electrodes disposed to intersect the cathode electrodes, and the cathode electrode. An insulator layer disposed between the gate electrode and the gate electrode to insulate the cathode electrodes from the gate electrodes, an electron emission hole formed at an intersection point of the cathode electrode and the gate electrode, and in the electron emission source hole. An electron emission source having a conductive protective film according to the present invention, a second substrate disposed substantially parallel to the first substrate, an anode disposed on the second substrate, and a phosphor disposed on the anode electrode May include layers

도 3에는, 본 발명을 따르는 전자 방출 디스플레이 장치 중 탑 게이트형 전자 방출 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보여주는 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 II-II 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. FIG. 3 is a partial perspective view showing a schematic configuration of a top gate type electron emission display device of the electron emission display device according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. have.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 전자 방출 디스플레이 장치(100)는 나란하게 배치되어 진공인 발광 공간(103)을 형성하는 본 발명의 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102)과, 상기 전자 방출 소자(101) 및 전면 패널(102) 사이의 간격을 유지하여 주는 스페이서(60)를 구비한다. As shown in FIGS. 2 and 3, the electron emission display apparatus 100 includes an electron emission element 101 and a front panel 102 of the present invention, which are arranged side by side to form a light emitting space 103 that is a vacuum; A spacer 60 is provided to maintain a gap between the electron emission device 101 and the front panel 102.

상기 전자 방출 소자(101)는, 제1기판(110), 상기 제1기판(110) 상에 교차되도록 배치된 게이트 전극(140)들과 캐소드 전극(120)들 및 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소드 전극(120)을 전기적으로 절연하는 절연체층(130)을 구비한다. The electron emission device 101 may include a first substrate 110, gate electrodes 140, cathode electrodes 120, and the gate electrodes 140 arranged to intersect on the first substrate 110. The insulating layer 130 is disposed between the cathode electrode 120 and electrically insulates the gate electrode 140 from the cathode electrode 120.

상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성되어 있으며, 그 내부에 전자 방출원(150)이 배치되어 있다. Electron emission holes 131 are formed in regions where the gate electrodes 140 and the cathode electrode 120 cross each other, and an electron emission source 150 is disposed therein.

상기 전면 패널(102)은 제2기판(90), 상기 제2기판(90)의 저면에 배치된 애노드 전극(80), 상기 애노드 전극(80)의 저면에 배치된 형광체층(70)을 구비한다.The front panel 102 includes a second substrate 90, an anode electrode 80 disposed on the bottom surface of the second substrate 90, and a phosphor layer 70 disposed on the bottom surface of the anode electrode 80. do.

본 발명을 따르는 전자 방출 디스플레이 장치는 상기 도 1 및 도 2를 예로 들어 설명하였으나, 제2절연체층 및/또는 집속전극을 더 포함하는 전자 방출 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 변형예가 가능함은 물론이다.Although the electron emission display device according to the present invention has been described with reference to FIGS. 1 and 2, various modifications such as an electron emission display device further including a second insulator layer and / or a focusing electrode are possible.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것을 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시예 1Example 1

터피네올 10g에 카본나노튜브 분말 1g, 글라스 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 0.2g, 폴리에스테르 아크릴레이트 5g, 벤조페논 5g을 첨가한 다음 교반하여, 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원 형성용 조성물을 제조하였다. To 10 g of terpineol, 1 g of carbon nanotube powder, 0.2 g of glass frit (8000 L, manufactured by Emerging Industries Co., Ltd.), 5 g of polyester acrylate, and 5 g of benzophenone were added and stirred to form an electron emission source having a viscosity of 30,000 cps. The composition was prepared.

상기 전자 방출원 형성용 조성물을 Cr 게이트 전극, 절연체층 및 ITO 전극이 구비된 기판을 준비한 상에 도포한 다음, 2000 mJ/cm2의 노광 에너지로 평행 노광기를 이용하여 조사하였다. The composition for forming an electron emission source was applied onto a substrate prepared with a Cr gate electrode, an insulator layer, and an ITO electrode, and then irradiated with a parallel exposure machine at an exposure energy of 2000 mJ / cm 2 .

그 후, 아세톤을 이용하여 현상하여, 전자 방출원 형성 영역에 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄한 후, 이를 450℃의 온도 및 질소 가스의 존재 하에서 소성 하여 전자 방출원을 형성하였다. Thereafter, it was developed using acetone to print the composition for forming an electron emission source in the electron emission source formation region, and then fired in the presence of nitrogen gas and a temperature of 450 ° C. to form an electron emission source.

상기 전자 방출원의 측면에 전도성 물질인 Ag 1g과 내열성 물질인 비스페놀계 에폭시수지 9g을 포함하는 전도성 보호막 형성용 조성물을 코팅 및 건조하여 전도성 보호막을 형성하였다. A conductive protective film was formed by coating and drying a composition for forming a conductive protective film including Ag 1g, a conductive material, and 9g, a bisphenol-based epoxy resin, a heat-resistant material, on the side of the electron emission source.

형광막과 애노드 전극으로서 ITO를 채용한 기판을 상기 과정에 따라 얻어진 전도성 보호막을 구비한 전자 방출원이 형성된 기판과 배향되게 배치하고, 양 기판 사이에는 기판 간 셀 갭을 유지하는 스페이서를 형성하여, 전자 방출 디스플레이 장치를 완성하였다.The substrate employing the ITO as the fluorescent film and the anode electrode is arranged so as to be oriented with the substrate on which the electron emission source provided with the conductive protective film obtained according to the above procedure is formed, and a spacer is formed between the substrates to maintain the cell gap between the substrates. The electron emission display device was completed.

비교예 1Comparative Example 1

전자방출원 측면에 전도성 보호막을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전자 방출 디스플레이 장치를 완성하였다.An electron emission display device was completed in the same manner as in Example 1, except that the conductive protective film was not formed on the electron emission source side.

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제작된 전자 방출 디스플레이 장치에 있어서 전자방출원 팁의 첨예도(sharpness), 소성후의 전자방출원 팁의 안정성, 전류밀도 및 수명 특성을 조사하였다.In the electron emission display device manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1, the sharpness of the electron-emitting source tip, the stability of the electron-emitting source tip after firing, the current density and the life characteristics were investigated.

그 결과, 실시예 1의 전자방출원은 비교예 1의 경우와 비교하여 첨예도 및 소성후의 팁의 안정성이 증가하다는 것을 확인할 수 있었다.As a result, the electron emission source of Example 1 was confirmed that the sharpness and the stability of the tip after firing is increased compared to the case of Comparative Example 1.

또한 실시예 1의 전자 방출 디스플레이 장치는 비교예 1의 경우와 비교하여 전류밀도 및 수명 특성이 개선된다는 것을 알 수 있었다.In addition, it can be seen that the electron emission display device of Example 1 has improved current density and lifetime characteristics as compared with the case of Comparative Example 1.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면 외부 환경에 대하여 효과적으 로 보호되어 안정성이 확보될 뿐만 아니라 전계가 균일하게 형성된 전자 방출원을 얻을 수 있다. 이러한 전자 방출원은 전자 방출이 균일하게 일어나고, 이러한 전자 방출원을 채용한 전자 방출 소자는 화소간의 균일도가 향상되는 잇점을 갖고 있다.As described above, according to the present invention, an electron emission source having a uniform electric field can be obtained as well as ensuring stability by effectively protecting the external environment. Such an electron emission source has a uniform electron emission, and the electron emission element employing such an electron emission source has the advantage that the uniformity between pixels is improved.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (8)

카본계 물질을 포함하며, Carbon-based materials, 전자 방출 영역의 주변부에 형성되고 내열성 물질과 전도성 물질을 함유하는 전도성 보호막이 구비되며, Formed on the periphery of the electron emission region and provided with a conductive protective film containing a heat resistant material and a conductive material, 상기 전도성 물질의 함량이 상기 내열성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 70 중량부인 전자방출원.The electron emission source of the content of the conductive material is 2 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the heat resistant material. 제1항에 있어서, 상기 전도성 보호막이 전자방출원의 측면에 구비된 것을 특징으로 하는 전자방출원.The electron emission source of claim 1, wherein the conductive protective film is provided on a side surface of the electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 내열성 물질이 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드, 실리콘 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자방출원.The electron emission source of claim 1, wherein the heat resistant material is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a urethane resin, a polyimide, silicon, and titanium. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질이 구리, 몰리브덴, 니켈, 알루미늄, 텅스텐, 은, 금 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자방출원.The electron emission source of claim 1, wherein the conductive material is at least one selected from the group consisting of copper, molybdenum, nickel, aluminum, tungsten, silver, gold, and palladium. 삭제delete 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 따른 전자방출원을 구비한 전자 방출 소자.An electron emission device provided with the electron emission source according to any one of claims 1 to 4. 제6항에 있어서, 상기 소자가 제1기판; 상기 제1기판 상에 배치된 캐소드 전극 및 전자 방출원; 상기 캐소드 전극과 전기적으로 절연되도록 배치된 게이트 전극; 및 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극의 사이에 배치되어, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극을 절연하는 절연체층;을 구비하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.The device of claim 6, wherein the device comprises: a first substrate; A cathode electrode and an electron emission source disposed on the first substrate; A gate electrode disposed to be electrically insulated from the cathode electrode; And an insulator layer disposed between the cathode electrode and the gate electrode to insulate the cathode electrode and the gate electrode. 제7항에 있어서, 상기 게이트 전극의 상측을 덮는 제2절연체층과, 상기 제2 절연체층에 의하여 상기 게이트 전극과 절연되고, 상기 게이트 전극과 나란한 방향으로 배치된 집속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.The method of claim 7, further comprising a second insulator layer covering an upper side of the gate electrode, and a focusing electrode insulated from the gate electrode by the second insulator layer, and arranged in a direction parallel to the gate electrode. An electron emission element made into.
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KR20020051592A (en) * 2000-12-23 2002-06-29 오길록 Triode - type field emission device with carbon nanotube cathode, triode - type RF vacuum device and field emission display using it

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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