KR20070038238A - 전자 방출원, 그 제조방법 및 이를 채용한 전자 방출 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카본계 물질을 포함하는 전자 방출원에 있어서, 그 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물로부터 형성된 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 표면코팅막을 갖는 전자 방출원, 이를 포함한 전자 방출 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 전자 방출원은 방전 공간에 노출된 카본계 물질의 표면에 금속 탄화물 코팅막을 갖고 있거나, 또는 방전 공간에 노출된 카본계 물질과 금속 코팅막의 계면에 금속 탄화물층이 형성되어 있어서 전류 방출 특성의 저하 없이 전자 방출 수명 특성이 개선된 전자 방출원을 얻을 수 있다. 상기 전자 방출원을 이용하면 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 제작할 수 있다.

Description

전자 방출원, 그 제조방법 및 이를 채용한 전자 방출 소자{An electron emission source, method for preparing thereof, and an electron emission device employing the same}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원의 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원의 다른 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 3은 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자의 일 구현예를 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전자방출원에 있어서, 시간 경과에 따른 전류 밀도 특성 변화를 나타낸 것이다.

<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 전자방출원, 그 제조방법 및 이를 채용한 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 전류 밀도 특성 저하됨이 없이 전자 방출 수명이 개선된 전자 방출원, 그 제조방법 및 상기 전자 방출원을 채용하여 신뢰성이 향상된 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 디스플레이 장치이다.

전자 전도성이 탁월한 탄소나노튜브 (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.

탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원 제조 방법은 예를 들면, CVD법 등을 이용하는 탄소나노튜브 성장법, 탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하는 페이스트법 등을 포함한다. 상기 페이스트법을 이용하면 제조 단가가 낮고, 대면적으로 전자 방출원 형성이 가능하다.

탄소나노튜브를 포함한 전자 방출원 형성용 조성물은 예를 들면, 미국 특허 제6,436,221호에 기재되어 있다.

그런데 탄소나노튜브를 이용한 전자 방출원은 전자 방출시 주울 가열에 의하 여 탄소나노튜브의 끝단 온도가 1500K 이상으로 상승되므로 전자 방출 소자 구동시 장치 내부에 존재하는 산소와 반응하여 열화 되는 단점을 갖고 있고, 이는 전자 방출 소자의 수명에 악영향을 미친다.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하여 전자 방출 특성의 열화 없이 수명 특성이 개선된 전자 방출원, 그 제조방법 및 이를 구비하여 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명에서는 카본계 물질을 포함하는 전자 방출원에 있어서, 그 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물로부터 형성된 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 표면코팅막을 갖는 전자 방출원을 제공한다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 기판 상에 인쇄하는 단계;

상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계; 및

상기 소성 결과물의 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물을 코팅하여 금속 탄화물 또는 그 조합물로 이루어지는 표면코팅막을 갖는 전자 방출원을 형성하는 단계;를 포함하는 전자방출원의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 서로 대향 되게 배치된 제1기판 및 제2기판;

상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극;

상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며, 상술한 전자 방출원;

상기 제2기판 상에 형성된 애노드 전극; 및

상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자에 의하여 발광하는 형광층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자에 의하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 탄소나노튜브와 코팅막간의 우수한 계면 특성을 위하여, 탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원을 제조하고, 그 전자 방출원의 상부 전면을 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물로 코팅한다.

전자 방출원에서 전자가 방출될 때, 탄소나노튜브 팁의 온도가 약 1500K이므로 이 온도 이하에서 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지가 음의 값을 가지는 금속 또는 그 조합물을 사용하여 코팅한다. 따라서 본 발명을 따르면 탄소나노튜브를 포함하는 전자 방출원의 상부 전면에 상기 금속 또는 그 조합물로부터 형성된 금속 탄화물 또는 그 조합물로 이루어지는 표면코팅막을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원의 일 구현예를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 기판(11)상에 카본계 물질(13)을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물(12)이 인쇄 및 소성 되어 있고, 상기 카본계 물질(13) 외부 표면에는 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 코팅막(14)이 형성되어 있다.

금속 탄화물은 티타늄(Ti) 탄화물, 지르코늄(Zr) 탄화물, 하프늄(Hf) 탄화물, 탄탈륨(Ta) 탄화물, 니오븀(Nb) 탄화물, 바나듐(V) 탄화물, 크롬(Cr) 탄화물, 몰리브덴(Mo) 탄화물 및 텅스텐(W) 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 바람직하다.

금속 탄화물의 함량은 탄소나노튜브 1 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 금속 탄화물의 함량이 0.01 중량부 미만이면 탄소나노튜브에서 금속으로의 전자 이동이 용이하지 못하고, 10 중량부를 초과하면 전자방출 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.

전자 방출원의 상부 전면에 금속, 금속 탄화물 또는 그 조합물로 이루어진 표면코팅막을 형성하는 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 스퍼터링법, 화학적 증착법 또는 물리적 증착법을 사용할 수 있다. 구체적으로는 열적 증착법 (Thermal Evaporation), 전자빔 증착법 (Electro-Beam Evaporation), 또는 스퍼터링 (sputtering) 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 방법으로 형성된 표면코팅막의 두께는 1 내지 1000nm인 것이 바람직하다. 만약 표면코팅막의 두께가 1nm 미만이면 금속탄화물 계면층의 형성이 용이하지 않고, 1000nm를 초과하면 전자방출 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 전자 방출원 상에 형성된 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 표면코팅막 상부에는 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 조합물로 된 금속 코팅막이 더 형성될 수 있다.

이것은 방전 공간에 노출되는 탄소나노튜브와 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속으로 된 코팅막 사이의 계면에 금속 탄화물로 된 표면코팅막을 형성시키는 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 전자 방출원의 다른 일 구현예를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 기판(21)상에 카본계 물질(23)을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물(22)을 인쇄 및 소성 되어 있다. 카본계 물질(23) 외부 표면에는 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 코팅막(24)이 형성되어 있으며, 상기 코팅막(24)의 상부에는 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 조합물로 된 금속 코팅막(25)이 더 형성되어 있다.

상기 금속은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈륨, 니오븀, 바나듐, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.

여기서 금속 코팅막의 두께는 1 내지 1000nm인 것이 바람직하다. 만약 두 금속 코팅막의 두께를 합하여 1nm 미만이면 금속탄화물 계면층의 형성이 용이하지 않고, 1000nm를 초과하면 전자방출 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 카본계 물질, 비이클 및 프리트, 바람직하게는 납 프리 프리트를 함유할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 프리트의 함량은 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 납 프리 프리트의 함량이 0.25 중량부 미만이면 전자방출원의 부착성이 저하되고, 10 중량부를 초과하면 전자방출 특성이 저하되므로 바람직하지 못하다.

본 발명에서 사용되는 카본계 물질은 전도성 및 전자방출 특성이 우수하여 전자 방출 소자 작동시 애노드부의 형광층으로 전자를 방출시켜 형광체를 여기하는 역할을 한다. 이러한 카본계 물질의 비제한적인 예로는 탄소나노튜브, 그래파이트, 다이아몬드, 풀러렌, 탄화규소 등이 사용되며, 그 중에서도 탄소나노튜브가 가장 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. 상술한 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, 터피네올 을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수지 성분의 함량은 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 2 내지 3 중량부일 수 있다.

한편, 상기 용매 성분의 함량은 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 하여 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 8 내지 12 중량부일 수 있다. 여기에서 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 감광성 수지와 광개시제, 필러 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

전자 방출원 형성용 조성물중 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 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 3 내지 10 중량부, 바람직하게는 5 내지 8 중량부일 수 있다. 감광성 수지의 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 노광 감도가 떨어지고, 10 중량부를 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 1 중량부를 기준으로 하여 3 내지 10 중량부, 바람직하게는 5 내지 8 중량부일 수 있다. 광개시제의 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 효율적인 가교결합이 이루어지지 않아 패턴 형성에 문제가 생길 수 있고, 10 중량부를 초과하면 제조비용 상승의 원인이 될 수 있기 때문이다.

상기 필러는 기판과 충분히 접착하지 못한 나노 사이즈를 갖는 무기물의 전도성을 보다 향상시키는 역할을 하는 물질로서 이의 비제한적인 예에는 Ag, Al, 등이 있다.

이하, 상술한 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 전자 방출원을 제조하는 방법을 살펴보기로 한다.

카본계 물질을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 상술한 바와 같은 성분 및 함량으로 제조한다. 상기 전자 방출원 형성용 조성물에 관한 상세한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.

이후, 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, 캐소드와 애노드 사이에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드가 될 수 있으며, 캐소드 하부에 게이트 전극이 구비된 형태의 전자 방출 소자를 제조하는 경우에는 캐소드와 게이트 전극을 절연 시키는 절연층이 될 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, 포토레지스트막을 이용하여 포토레지스트 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 공급한다.

전술한 바와 같이 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물은 질소 가스 분위기 하에서 소성 단계를 거친다. 이러한 소성 단계를 통하여 전자 방출원 형성용 조성물 중 카본계 물질은 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 비이클은 휘발, 제거되고, 다른 무기 바인더 등이 용융 및 고형화되어 전자 방출원의 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다.

상기 소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 온도 및 시간을 고려하여 결정되어야 한다. 통상적인 소성 온도는 350 내지 500℃, 바람직하게는 450℃이다. 소성 온도가 350℃ 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.

이와 같이 소성된 소성 결과물은 필요에 따라 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, 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 나노 사이즈를 갖는 무기물은 전자 방출원 표면으로 노출되거나 수직배향되도록 제어될 수 있다.

이와 같은 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄, 노광, 현상, 소성 및/또는 활성화 등의 공정을 통하여 전자 방출원을 형성하고 상부 전면에 상술한 바와 같이 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물을 코팅하여 금속 탄화물 또는 그 조합물로 이루어지는 표면코팅막을 형성한다.

본 발명의 전자 방출원은 디스플레이 소자 또는 백라이트 유니트로 사용되는 전자 방출 소자에 적합한다.

도 3은 본 발명을 따르는 다양한 전자 방출 소자 중에서도 3극관 구조의 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3에 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 전자방출원 홀(169), 상기 전자방출원 홀(169)내에 배치되어 상기 캐소드 전극(120)과 통전되고 상기 게이트 전극(140)보다 낮은 높이로 배치되는 전자 방출원(160)을 구비한다. 상기 전자 방출원(160)에 대한 상세한 설명은 상술한 바와 동일하므로 생략한다.

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 전자방출원(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 전자방출원(160)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층(130)은 상기 전자방출원 홀(169)을 구획하고, 상기 전자방출원(160)과 상기 게이트 전극(140)을 절연하는 기능을 담당한다.

본 발명의 전자 방출 소자는 도 3에 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 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

터피네올 10g에 CNT 1g, 폴리에스테르 아크릴레이트 5g, 벤조페논 5g을 첨가한 다음 교반하여 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 분위기에서 소성하여 전자 방출원을 형성하였다.

스퍼터링법을 이용하여 상기 전자 방출원 상부에 티타늄(Ti)을 약 10nm 두께로 형성하였다.

그 후, 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

전자 방출원 전면 상부에 티타늄 코팅을 하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 전자 방출 소자를 완성하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제작된 전자 방출 소자의 전류 밀도를 펄스 파워 소스(Pulse power source)와 전류계를 이용하여 측정하였고, 전자 방출 수명을 정전압 모드 즉, 일정한 전압을 인가하고 전류의 변화를 시간에 따라 측정하는 방법을 이용하여 평가하였고, 수명 특성을 도 4에 나타내었다.

측정 결과, 실시예 1의 전자 방출 소자는 비교예 1의 경우와 비교하여 전류밀도 특성이 개선되어 전자 방출 특성이 향상될 뿐만 아니라 전자 방출 수명도 향상된다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 전자 방출원의 상부 전면에 금속 탄화물 코팅막이 형성되거나 또는 상기 금속 탄화물 표면에 금속 코팅막이 더 형성된 구조를 갖고 있어서 전류 방출 특성 저하 없이 전자 방출 수명 특성이 개선된 전자 방출원을 얻을 수 있다. 상기 전자 방출원을 이용하면 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 제작할 수 있다.

Claims (14)

1. 카본계 물질을 포함하는 전자 방출원에 있어서, 그 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물로부터 형성된 금속 탄화물 또는 그 조합물로 된 표면코팅막을 갖는 전자 방출원.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 탄화물이

   티타늄 탄화물, 지르코늄 탄화물, 하프늄 탄화물, 탄탈륨 탄화물, 니오븀 탄화물, 바나듐 탄화물, 크롬 탄화물, 몰리브덴 탄화물 및 텅스텐 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 탄화물의 함량은 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
4. 제1항에 있어서, 상기 표면코팅막의 두께가 1 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 전자방출원.
5. 제1항에 있어서, 상기 표면코팅막 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속으로 된 금속 코팅막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출원.
6. 제5항에 있어서, 상기 금속이 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈륨, 니오븀, 바나듐, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자방출원.
7. 제5항에 있어서, 상기 금속 코팅막의 두께가 1 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 전자방출원.
8. 제1항에 있어서, 상기 카본계 물질이 탄소나노튜브, 다이아몬드, 풀러렌, 또는 탄화규소인 것을 특징으로 하는 전자방출원.
9. 제1항에 있어서, 상기 카본계 물질 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부의 프리트(frit)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자방출원.
10. 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 기판 상에 인쇄하는 단계;

    상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계;

    상기 소성 결과물의 상부에 1500K 이하의 온도에서 금속 탄화물 형성 반응의 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)가 음의 값을 갖는 금속 또는 그 조합물을 코 팅하여 금속 탄화물 또는 그 조합물로 이루어지는 표면코팅막을 갖는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전자 방출원을 형성하는 단계;를 포함하는 전자방출원의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 금속의 코팅이, 용액 코팅법, 화학적 증착법 또는 물리적 증착법에 따라 실시되는 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 전자 방출원 형성용 조성물은 감광성 수지, 광개시제, 필러 및 프리트 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하고, 상기 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄 단계를 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 도포한 다음 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상시킴으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 소성 단계를 350 내지 500℃의 온도 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.
14. 서로 대향되게 배치된 제1기판 및 제2기판;

    상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극;

    상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며, 제1항 내지 제9항중 어느 한 항의 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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