KR20090090168A - 전자 방출원 형성용 수계 조성물 및 이를 이용한 전자방출원 - Google Patents

전자 방출원 형성용 수계 조성물 및 이를 이용한 전자방출원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물을 포함하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 사용하여 제조된, 카본계 화합물 및 실리케이트 화합물을 포함하는 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물로 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있으며, 상기 조성물로 제조한 전자 방출원은 잔탄이 거의 없어 에미션의 성능 및 수명이 향상된다는 효과가 있다.

Description

전자 방출원 형성용 수계 조성물 및 이를 이용한 전자 방출원{Water-based composition for preparing electron emitter and an emitter prepared using the same}
본 발명은 카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물을 포함하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 이를 이용한 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있는 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 상기 조성물로 제조한 잔탄이 거의 없는 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.
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.
상기 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원 리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 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.
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. FEA형 전자 방출 소자를 이용하여 디스플레이 장치를 구현하는 경우의 예를 도 1에 도시하였다.
상술한 바와 같은 전자 방출 소자에 포함되는, 전자를 방출시키는 전자 방출원 형성에 있어서, 캐소드 전극과 게이트 전극이 대향하는 소위, 패러랠 레터럴 게이트 (parallel lateral gate) 형 구조에서는 캐소드 전극과 게이트 전극 사이의 희생층 (또는 전자 방출부 사이의 희생층) 형성을 위해서는 다수의 포토리쏘그래피 공정이 불가피할 뿐만 아니라, 전극이 후막일 경우는 더욱 어렵다. 전극이 Ag 페이스트 등의 후막으로 형성될 경우, 희생층 재료로서 유기 포토레지스트 재료가 가능한데, 전자 방출원 형성용 감광성 조성물이 포토레지스트 (photoresist)의 계면에서 반응하여 패턴이 불분명해지는 것을 피하기 어렵다. 본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위함이다.
또한, 상기 공정에서 사용되는 전자 방출원 형성용 조성물에 일반적으로 포함되는 감광성 성분은 소성 후 잔탄으로 남아 전자 방출 소자의 성능 및 수명 등에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있는 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 상기 조성물로 제조한 잔탄이 거의 없는 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,
카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물을 포함하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여,
카본계 화합물 및 실리케이트 화합물을 포함하는 전자 방출원을 제공한다.
본 발명은 상기 또다른 기술적 과제를 달성하기 위하여,
상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물로 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있으며, 상기 조성물로 제조한 전자 방출원은 잔탄이 거의 없어 에미션의 성능 및 수명이 향상된다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물은 카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물을 포함한다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 포함되는 카본계 화합물은 탄소 나노 튜브 (carbon nanotube) 또는 카바이드 유도 탄소 (carbide driven carbon) 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다.
상기 탄소 나노 튜브는 그라파이트 시트가 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려 튜브형태를 이루고 있는 카본동소체(allotrope)로서, 단일벽 나노튜브(single wall nanotube), 다중벽 나노튜브(multi wall nanotube) 또는 이들의 혼합물 모두를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 탄소 나노 튜브는 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.
상기 카바이드 유도 탄소는 탄소와 주기율표의 2족, 13족, 14족, 15족 또는 16족 원소와의 화합물로서, 실리콘 카바이드 (Si-C) 또는 보론 카바이드 (B-C)와 같은 다이아몬드류 카바이드; 티타늄 카바이드 (T-C) 또는 지르코늄 카바이드 (Zr-C)와 같은 금속류 카바이드; 알루미늄 카바이드 (Al-C) 또는 칼슘 카바이드 (Ca-C)와 같은 염류 카바이드; 티타늄-타륨 카바이드 (Ti-Ta-C) 또는 몰리브덴-텅스텐 카바이드(Mo-W-C)와 같은 착물 카바이드; 티타늄 카보나이트라이드 (T-C-N) 또는 지르코늄 카보나이트라이드 (Zr-C-N)와 같은 카보나이트라이드; 또는 상기 카바이드 물질들의 혼합물을 사용하여 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 포함되는 카본계 화합물의 함량은 실리케이트 화합물을 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부인 것이 바 람직하다.
10 중량부 미만인 경우 전도 네트워크가 불완전하여 에미션 저하를 유발한다는 점에서 바람직하지 않으며, 200 중량부를 초과하는 경우 스크린 효과 (Screen effect)로 인한 전계 강화 (field enhancement)의 감소로 에미션 성능을 저하시킨다는 점에서 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 포함되는 실리케이트 화합물의 반대 이온 (counter ion)은 주기율표의 1족, 2족 또는 13족의 금속 원소일 수 있다. 이러한 실리케이트 화합물의 비제한적인 예로, 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 보론 실리케이트, 마그네슘실리케이트 또는 소듐 실리케이트 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 상기 실리케이트 화합물은 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 소듐 실리케이트 또는 이들의 혼합물이다. 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 사용되는 실리케이트 화합물은 고체 형태 또는 물에 혼합된 형태일 수 있으며, 바람직하게는 물에 혼합된 형태이다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 포함되는 물은 특별히 제한되는 것은 아니므로 순도가 문제되지는 않는다. 따라서, 당해 기술 분야에서 사용되는 일반적인 증류수, 순수 (deionized water) 또는 초순수 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 순수를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물에 포함되는 순수의 함량은 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 1500 내지 1700 중량부인 것이 바람직하 다.
1500 중량부 미만인 경우 점도 상승으로 인한 균일한 도포가 어렵다는 점에서 바람직하지 않으며, 1700 중량부를 초과하는 경우 입자의 침전을 유발한다는 점에서 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물은 카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물 이외에도 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로서, PH 조절제, 유기 바인더, 계면 활성제, 요변제 (thixotropic agent) 또는 분산 및 코팅성 향상을 위한 재료 등을 적당량만큼 더 포함할 수 있다.
PH 조절제는 분산을 안정화시키고 PH를 조절하기 위한 것으로서, 예를 들어 수산화암모늄, 암모늄 나이트레이트, 또는 소듐 시트레이트 (Na-Citrate) 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 PH조절제의 함량은 상기 조성물의 PH가 8 내지 11이 되도록 하는 것이 바람직하다.
PH가 8 미만인 경우 카본 입자의 재응집 및 침전이 발생하기 때문에 바람직하지 않으며, 또한, 11를 초과하는 경우도 마찬가지의 결과를 초래할 뿐만 아니라 강 알카리성에 의한 작업성 저하의 관점에서 바람직하지 않다.
유기 바인더는 수분의 급격한 휘발 방지, 분산성 향상 등을 목적으로 하며 수계 조성물의 안정성을 위한 것으로서, 예를 들어 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 또는 히드록시 메틸 셀룰로오스 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 바인더의 함량은 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 15 내지 25 중량부인 것이 바람직하다.
15 중량부 미만인 경우 카본 입자의 침전 등 조성물의 안정성 저하로 인해서 바람직하지 않으며, 25 중량부를 초과하는 경우 점도 상승으로 인한 작업성 저하로 바람직하지 않다.
계면 활성제는 양이온 타입, 음이온계 타입, 베타인 (betaine) 타입 또는 비이온 타입 계면활성제 등이 사용될 수 있으며, 예를 들어 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 알킬 술폰산염, 알킬 포스페이트, 테트라알킬암모늄염, 알킬이미다조륨 베타인 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 계면 활성제의 함량은 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 25 내지 35 중량부인 것이 바람직하다.
25 중량부 미만인 경우 카본 입자를 기판에 100% 부착하기 어렵다는 점에서 바람직하지 않으며, 35 중량부를 초과하는 경우 에미션 성능 저하 유발로 인해서 바람직하지 않다.
요변제는 점도 조절을 위한 것으로서, 점토, 콜로이드성 산화금속, 흄드 산화금속 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며 예를 들어, CAB-O-SIL®TS-530 처리 흄드 실리카(헥사메틸디실라잔 처리 소수성 흄드 실리카), CAB-O-SIL®TS-610 처리 흄드 실리카(디메틸디클로로실란 처리 소수성 흄드 실리카), 아크릴계 화합물, 또는 우레탄계 화합물 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 요변제의 함량은 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 3 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.
상기 요변제의 함량이 3 중량부 미만인 경우 저장 안정성의 저하로 인해서 바람직하지 않으며, 5 중량부를 초과하는 경우 분산성 저해로 인해서 바람직하지 않다.
분산 및 코팅성 향상을 위한 재료로서는, 예를 들어 천연 고무, 히드록시 메틸 셀룰로오스, 히드록시 에틸 셀룰로오스, 또는 카르복시 메틸 셀룰로오스 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 탑 게이트형 전자 방출 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보여주는 부분 사시도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 일반적인 전자 방출 디스플레이 장치(100)는 나란하게 배치되어 진공인 발광 공간을 형성하는 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.
상기 전자 방출 소자(101)는, 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 교차되도록 배치된 게이트 전극(140)들과 캐소오드 전극(120)들 및 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120) 사이에 배치되어 상기 게이트 전극(140)과 상기 캐소오드 전극(120)을 전기적으로 절연하는 절연체층(130)을 구비한다.
상기 게이트 전극(140)들과 상기 캐소드 전극(120)들이 교차하는 영역들에는 전자 방출원 홀(131)들이 형성되어 있으며, 그 내부에 전자 방출원(미도시)이 배치 되어 있다.
상기 전면 패널(102)은 제2 기판(90), 상기 제2 기판(90)의 저면에 배치된 애노드 전극(80), 상기 애노드 전극(80)의 저면에 배치된 형광체층(미도시)을 구비한다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물은 전자 방출원 간의 갭 또는 전자 방출원-전극 간의 갭을 효과적으로 형성할 수 있어서 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있으므로, 라인 순차 구동형 전자 방출원 (lateral-gate emitter), 또는 로컬 디밍형 전자 방출원 (lime dimming emitter)등에 적용가능하나 이에 제한되는 것은 아니다.
라인 순차 구동형 전자 방출원을 예로 들어 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물의 적용을 도면을 참고하여 설명한다.
도 2a은 전극 패턴이 형성된 기판 위에 포토레지스트가 도포된 것을 나타내는 사시도 및 도포된 포토레지스트의 단면의 확대도이며, 도 2a를 참고하면, 먼저 전극(210) 패턴이 형성된 기판(200) 위에 리프트 오프형 포토레지스트 (lift-off type photoresist)(220)를 도포한 후, 중심파장이 365, 435nm인 UV를 100mJ/m2 노광하였고, 하드 베이킹 (hard baking)한 후, 전면 노광 (flood exposure)하고 현상하여 포토레지스트를 잔존시켰다. 상기 포토레지스트의 단면은 에지-컬 (edge-curl) 형상이다.
도 2b는 전극 패턴이 형성되고 포토레지스트가 도포된 기판 위에 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 도포한 것을 나타내는 사시도이며, 도 2b를 참고하면, 상기 도 2a의 공정 후, 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물(250)을 도포한다. 도포에 사용되는 장치는 특별히 제한되지 않으며 당해 기술 분야의 일반적인 장치를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물 도포 후, 일반적인 건조 공정을 거친다.
도 2c는 건조 후 포토레지스트를 리프트 오프 (lift-off)시켜 생성된 전자 방출원의 사시도 및 상기 전자 방출원의 단면의 확대도이며, 도 2c를 참조하면,　생성된 전자 방출원(350)의 단면은 도 2a의 포토레지스트(220)의 단면과 대응되는 형태를 가진다. 포토레지스트(220)는 유기성분이 주를 이루고 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물(250)은 수계이므로, 포토레지스트(220)와 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물(250)은 상용성 (compatability)이 없다. 전자 방출원 형성용 수계 조성물 및 포토레지스트(220) 사이의 이러한 비상용성은 포토레지스트 패턴 후 전자 방출원 형성용 수계 조성물 도포 및 건조 과정에서 유지되어, 건조 후 리프트 오프 과정에서 전자 방출원(350)과 포토레지스트(220)는 깨끗이 분리된다. 그 이후 소성 공정을 거치는 단순한 공정으로 원하는 전자 방출원 패턴이 선명하게 형성된다. 도 2d에는 상기 공정에 의해 형성된 본 발명에 따른 전자 방출원의 단면을 나타내었다.
본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 이용한 전자 방출원은 카본계 화합물 및 실리케이트 화합물을 포함한다.
상기 카본계 화합물은 탄소 나노 튜브 또는 카바이드 유도 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 탄소 나노 튜브는 그라파이트 시트가 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려 튜브형태를 이루고 있는 카본동소체(allotrope)로서, 단일벽 나노튜브(single wall nanotube), 다중벽 나노튜브(multi wall nanotube) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.　
상기 카바이드 유도 탄소는 탄소와 주기율표의 1족, 13족, 14족, 15족 또는 16족 원소와의 화합물로서, 실리콘 카바이드 (Si-C) 또는 보론 카바이드 (B-C)와 같은 다이아몬드류 카바이드; 티타늄 카바이드 (T-C) 또는 지르코늄 카바이드 (Zr-C)와 같은 금속류 카바이드; 알루미늄 카바이드 (Al-C) 또는 칼슘 카바이드 (Ca-C)와 같은 염류 카바이드; 티타늄-타륨 카바이드 (Ti-Ta-C) 또는 몰리브덴-텅스텐 카바이드(Mo-W-C)와 같은 착물 카바이드; 티타늄 카보나이트라이드 (T-C-N) 또는 지르코늄 카보나이트라이드 (Zr-C-N)와 같은 카보나이트라이드; 또는 상기 카바이드 물질들의 혼합물로부터 제조된 카바이드 유도 탄소일 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원에 포함되는 카본계 화합물의 함량은 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 30 내지 130 중량부인 것이 바람직하다.
30 중량부 미만인 경우 전도 네트워크가 불완전하여 에미션 저하를 유발한다는 점에서 바람직하지 않으며, 130 중량부를 초과하는 경우 스크린 효과 (Screen effect)로 인한 전계 강화 (field enhancement)의 감소로 에미션 성능을 저하시킨다는 점에서 바람직하지 않다.
상기 실리케이트 화합물의 반대 이온 (counter ion)은 주기율표의 1족, 2족 또는 13족의 금속 원소일 수 있으며, 이러한 실리케이트 화합물의 비제한적인 예로, 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 보론 실리케이트, 마그네슘실리케이트 또는 소듐 실리케이트 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 상기 실리케이트 화합물은 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 소듐 실리케이트 또는 이들의 혼합물이다. 상기 실리케이트 화합물은 소성 단계 이후이므로 고체 상태의 화합물이다.
본 발명에 따른 전자 방출 소자는 카본계 화합물 및 실리케이트 화합물을 포함한 전자 방출원을 구비한다. 상기 카본계 화합물 및 실리케이트 화합물은 앞에서 설명한 바와 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서 사용되는 화합물, 믹서기, 도포기, 분석 기구 등은 당해 기술 분야에서 사용되는 일반적인 것으로서 특별히 제한되지는 않는다.
실시예 1
전자 방출원 형성용 수계 조성물의 제조
카바이드 유도 탄소 7.3g, 순수 (deionized water) 79.5g, 포타슘 실리케이트 5g, 수산화암모늄 4g, 히드록시 에틸 셀룰로오스 1g, 계면활성제(알킬 포스페이트) 1.5g, 요변제(아크릴계 화합물) 0.2g, 천연 검 (natural gum) 1g 및 히드록시 메틸 셀룰로오스 0.5g을 믹서기에 투입하고 500 rpm으로 30분간 혼합하여 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 제조하였다.
전자 방출원의 제조
라인 순차형 캐소드 기판에 리프트 오프형 포토레지스트를 사용해 패턴을 형성시키고, 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 도포하였다. 도 3에는 포토레지스트 패턴을 형성시킨 후 상기 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 도포한 SEM 사진을 나타내었다. 다음으로, 상기 기판을 450℃에서 30분 동안 소성한 후, 포토레지스트를 제거하여 본 발명에 따른 전자 방출원을 제조하였다. 도 4는 포토레지스트를 제거한 후 전자 방출원들의 서로 마주보고 있는 부분의 광학 사진 (300 배)으로서 갭 (gap)이 선명하게 형성된 것이 관찰된다.
상기 전자 방출원의 잔탄을 분석한 결과 약 0.1%의 잔탄 (실리케이트 화합물의 함량을 제외 했을 때 측정 물질 대비)이 검출되었다.
전자 방출 소자의 제작
상기 전자 방출원이 형성된 ITO유리 기판을 냉음극 캐소드로 사용하고, 100㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 스페이서로, 구리 플레이트를 애노드 전극으로 사용하여 전자 방출 소자를 제작하였다.
실시예 2
카바이드 유도 탄소 대신 탄소 나노 튜브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 전자 방출원 및 전자 방출 소자를 제조하였다.
상기 전자 방출원의 잔탄을 분석한 결과 0.1%의 잔탄이 검출되었다.
실시예 3
카바이드 유도 탄소 대신 카바이드 유도 탄소 3.65g 및 탄소 나노 튜브 3.65g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 전자 방출원 및 전자 방출 소자를 제조하였다.
상기 전자 방출원의 잔탄을 분석한 결과 0.1% 미만의 잔탄이 검출되었다.
비교예 1
카바이드 유도 탄소 1g, 아크릴레이트 바인더 6.5g, 트리메틸올프로판에톡시레이트트리아크릴레이트 (TMPEOTA) 5.5g, 텍사놀 (Texanol) 5.5g, 벤조페논 1g 및 디옥틸프탈레이트 (DOP) 0.5g을 통합 혼합한 후 3-롤 밀을 사용하여 균일하게 혼합 분산시킴으로써, 전자 방출원 형성용 유기계 조성물을 제조하였다. 이후 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 전자 방출원 간에 갭 (gap)을 형성시키고자 하였으나, 도 5에 나타난 바와 같이 전자 방출원과 포토레지스트의 계면에서의 화학적 반응으로 인해 전자 방출원과 포토레지스트의 계면이 불분명하게 되어 포토레지스트 제거시 전자 방출원도 함께 제거되어 원하는 구조를 형성할 수 없었다.
상기 전자 방출원의 잔탄을 분석한 결과 1.5%의 잔탄이 검출되었다.
비교예 2
카바이드 유도 탄소 대신 탄소 나노 튜브를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 제조한 전자 방출원 형성용 유기계 조성물을 실시예 1과 동일한 라인 순차형 캐소드 기판에 스크린 인쇄하고 60 ℃에서 25 분 동안 건조시켜 용매를 제거한 후, 중심파장이 365, 435nm인 UV를 500mJ/m2 노광하였고, 알카리 현상하여 패 턴을 형성시켰다. 이 후, 450℃에서 30 분간 질소 분위기에서 소성하여 유기화합물을 제거해 전자 방출원을 제조하였다. 상기 전자 방출원의 잔탄을 분석한 결과 1.5%의 잔탄이 검출되었다.
계속해서, 상기 전자 방출원을 냉음극 캐소드로 사용하고, 100㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 스페이서로, 구리 플레이트를 애노드 전극으로 사용하여 전자 방출 소자를 제작하였다.
전자 방출 소자의 성능 측정
실시예 2 및 비교예 2에서 제작된 전자 방출 소자에 대하여 구동 전압의 함수로서 측정된 전류 밀도를 비교하였다. 수계 조성물에 대해서 2.7V/㎛, 기존 유기계 조성물에 대해서 3.8V/㎛의 턴온 필드 (Turn-on field)를 나타내었고, 또한 4.3 V/㎛, 6.2V/㎛의 전기장에 각각 600㎂/㎠에 도달하였다. 그 결과를 도 6에 도시하였으며, 이로부터 실시예 2의 전자 방출 소자의 전자 방출 성능이 더 우수함을 알 수 있었다.
수명 특성 측정
상기 실시예 2 및 비교예 2의 전자 방출원에 대하여 수명 특성을 평가하기 위해서, 각각에 대한 전자 방출 수명을 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.　 표 1로부터 본 발명의 수계 조성물을 사용한 전자 방출원은 종래의 유기계 조성물을 사용한 전자 방출원에 비하여 월등히 적은 잔탄 함량 및 향상된 수명 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.
　 사용한 전자 방출원 조성물 수명 잔탄 함량
실시예 2 수계 조성물 　4500 시간 0.1 (%)
비교예 2 유기계 조성물 1500 시간 1.5 (%)
수명은 1 mA/cm2의 조건에서 측정을 시작하여 500 시간을 측정한 그래프를 이용하여 전류가 0.5 mA/cm2가 되는 시간을 추정하는 방법으로 측정하였다. 일반적으로 전자 방출 전류는 시간에 따라 초기에는 급격히 감소하다가 점차 포화되어 일정 시간이 지나면 거의 선형으로 천천히 감소하는 경향을 보인다. 따라서, 500시간이 지난 후 이러한 포화된 선을 외삽(extrapolation)하여 수명을 추정하였다.
본 발명을 도면 및 실시예를 참고로 설명하였으나 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.
본 발명은 원하는 패턴을 선명하게 형성시킬 수 있는 전자 방출원 형성용 수계 조성물, 상기 조성물로 제조한 잔탄이 거의 없는 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.
도 1은 일반적인 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2a은 라인 순차 구동형 전자 방출원용 전극 패턴이 형성된 기판 위에 포토레지스트가 도포된 것을 나타내는 사시도 및 도포된 포토레지스트의 단면의 확대도이다.
도 2b는 라인 순차 구동형 전자 방출원용 전극 패턴이 형성되고 포토레지스트가 도포된 기판 위에 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 도포한 것을 나타내는 사시도이다.
도 2c는 소성 후 포토레지스트를 리프트 오프 (lift-off)시켜 생성된 본 발명에 따른 전자 방출원의 사시도 및 상기 전자 방출원의 단면의 확대도이다.
도 2d는 본 발명에 따른 라인 순차 구동형 전자 방출원의 단면도이다.
도 3은 포토레지스트 패턴을 형성시킨 후 본 발명에 따른 전자 방출원 형성용 수계 조성물을 도포한 SEM 사진이다.
도 4는 포토레지스트를 제거한 후 본 발명에 따른 전자 방출원들의 서로 마주보고 있는 부분의 광학 사진이다.
도 5는 종래 기술의 유기계 조성물을 이용하여 형성한 전자 방출원과 포토레지스트의 계면의 단면의 SEM 사진이다.
도 6는 본 발명에 따른 전자 방출 소자 및 종래 기술에 의한 전자 방출 소자의 전기장에 따른 전류 밀도를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60: 스페이서 80: 애노드 전극
90: 제2 기판 100: 전자 방출 디스플레이 장치
101: 전면 패널 110: 제1 기판
120: 캐소오드 전극 130: 절연체층
140: 게이트 전극 200: 기판　　　　　　　　　　　　　　　　
210: 전극 220: 포토레지스트　　　　　　　　　　　　　
250: 전자 방출원 형성용 수계 조성물 350: 전자 방출원

Claims (11)

  1. 카본계 화합물, 실리케이트 화합물 및 물을 포함하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카본계 화합물은 탄소 나노 튜브 또는 카바이드 유도 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카본계 화합물의 함량은 상기 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리케이트 화합물은 주기율표의 1족, 2족 또는 13족의 금속 원소를 반대 이온 (counter ion)으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리케이트 화합물은 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 소듐 실리케이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자 방출원 형성용 수계 조성물.
  6. 카본계 화합물 및 실리케이트 화합물을 포함하는 전자 방출원.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 카본계 화합물은 탄소 나노 튜브 또는 카바이드 유도 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 카본계 화합물의 함량은 상기 실리케이트 화합물 100 중량부를 기준으로 30 내지 130 중량부인 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 실리케이트 화합물은 주기율표의 1족, 2족 또는 13족의 금속 원소를 반대 이온 (counter ion)으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출원.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실리케이트 화합물은 리튬 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 소듐 실리케이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특 징으로 하는 전자 방출원.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자.
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