KR100982330B1

KR100982330B1 - 평판 표시소자의 전자 방출원 형성용 조성물 및 그로부터제조되는 전자 방출원

Info

Publication number: KR100982330B1
Application number: KR1020030086090A
Authority: KR
Inventors: 문종운
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2003-11-29
Filing date: 2003-11-29
Publication date: 2010-09-15
Also published as: KR20050052226A

Abstract

본 발명은 평판 표시소자의 전자 방출원 형성용 조성물 및 이로부터 제조되는 전자 방출원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본계 물질, 환원제 물질, 글래스 프릿, 바인더, 및 용매를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물과 이로부터 제조되는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 평판 표시 소자에 관한 것이다.

본 발명의 평판 표시소자의 전자 방출원은 전자 방출 효율을 증가시키기 위하여, 카본계 물질을 포함하며, 이와 함께 환원제 물질을 포함하여 전자 방출원의 소성시에 발생할 수 있는 카본계 물질의 산화를 방지함으로써, 전자 방출 효율이 극대화 되는 장점이 있다.

전계 방출 소자, 전자 방출원, 카본계 물질, 환원제 물질

Description

평판 표시소자의 전자 방출원 형성용 조성물 및 그로부터 제조되는 전자 방출원{A COMPOSITION FOR FORMING A ELECTRON EMITTER OF FLAT PANEL DISPLAY AND AN ELECTRON EMITTER PREPARED THEREFROM}

도 1은 환원제 물질을 포함하지 않는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 형성된 전자 방출원의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 환원제 물질을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 이용하여 형성된 전자 방출원의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전자 방출원의 전자 방출 특성을 보인 도면이다.

[산업상 이용분야]

본 발명은 평판 표시소자의 전자 방출원 형성용 조성물 및 그로부터 제조되는 전자 방출원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카본계 물질과 함께 환원제 물질을 포함하여 전자 방출원의 소성시에 발생할 수 있는 카본계 물질의 산화를 방지함으로써, 전자 방출 효율을 높일 수 있는 전자 방출원 형성용 조성물 및 그로부터 제조되는 전자 방출원에 관한 것이다.

[종래 기술]

평면 표시 소자 중, 초기에 제안된 전계 방출 표시 소자(FED: Field Emission Display)는 전자 방출원으로서 몰리브덴이나 실리콘 등의 물질을 적층시켜 선단을 뾰족하게 구성한 스핀트(spindt) 타입을 사용하였으나, 상기 스핀트 타입의 전자 방출원은 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 전자 방출원으로 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 전자 방출원으로 기대되고 있다.

일반적으로 상기 카본 나노 튜브와 같은 카본계 물질은 용매 및 바인더 수지 등과 함께 페이스트 형태로 구비되어, 기판 사이에 스크린 인쇄된 후 열처리 과정을 거쳐 전자 방출원으로 형성된다. 이러한 카본 나노 튜브는 낮은 일함수 특성에 의해 저전압 구동이 가능하고, 제조가 용이하여 대면적 디스플레이 구현에 보다 유리한 장점을 갖는다.

스크린 인쇄 방법에 의해 카본계 물질을 전자 방출원으로 형성되면, 카본계 물질이 페이스트의 고형분과 섞여 상기 고형분 내부에 불규칙적으로 분포하게 되므로, 대부분의 카본 나노 튜브는 그 끝단이 고형분 내부에 묻히게 된다.

따라서, 지금까지 평판 표시소자의 전자 방출원에 대한 연구는 주로 상기 카본 나노 튜브의 끝단을 밖으로 노출시키는 방법에 대하여 진행되어 왔다.(일본 특허 공개 제2000-223004호, 일본 특허 공개 제2000-36243호)

일반적으로 카본계 물질은 열처리(소성) 과정에서 공기 중에 존재하는 산소와 반응하여 CO₂의 형태로 산화되기 쉽기 때문에, 상기 열처리 과정은 반드시 비산화 분위기에서 진행된다. 그러나, 이러한 경우라도, 일부 잔존하는 산소가스에 의해서 카본계 물질의 산화반응이 일어날 수 있고, 이러한 경우 전자 방출 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 카본계 물질의 산화반응을 방지하여 전자 방출 효율이 우수한 평판 표시소자의 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 방출원 형성용 조성물로부터 제조되는 전자 방출원을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 방출원을 포함하는 평판 표시 소자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카본계 물질, 환원제 물질, 글래스 프릿, 바인더, 및 용매를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄, 코팅하여 형성된 전자 방출원 및 이를 포함하는 평판 표시소자를 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 카본계 물질, 환원제 물질, 글래스 프릿, 바인더, 및 용매를 포함한다.

상기 카본계 물질로는 종래에 평판 표시소자의 전자 방출원으로 사용되고 있는 카본계 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 바람직한 예로는 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드 다이아몬드상 카본(DLC:diamond like carbon), 플러렌 등이 있다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 상기 카본계 물질보다 쉽게 산화되는 환원제 물질을 포함하여, 비산화 분위기 하에서도 잔존할 수 있는 산소가스의 싱커(sinker)로 작용한다.

상기 환원제 물질의 예로는 산소 결핍구조를 가지는 비화학양론적 금속 산화물이 있으며, 바람직하게는 니켈, 몰리브덴, 구리, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 바나듐, 크롬, 철, 코발트, 아연, 지르코늄, 니오븀, 루데늄, 팔라튬, 은, 카드뮴, 인디움, 주석, 하프늄, 탄탈늄, 오스뮴, 팔라티늄, 금, 안티몬, 이리듐, 실리콘, 베릴륨 등의 금속을 포함하는, 산소 결핍구조를 가지는 비화학양론적 금속 산화물이 있고, 더 바람직하게는 ZnO_1-x(0 < x < 1), SnO_2-x(0 < x < 2) 등과 같은 금속 산화물이 있고, 가장 바람직하게는 ZnO_1-x(0 < x < 0.5), SnO_2-x(0 < x < 1) 금속 산화 물이 있다. 상기 금속 산화물은 각각 단독으로 사용될 수 있으며, 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

또한, 상기 환원제 물질의 또 다른 예로는 H₂S, SnCl₂등과 같이 전자친화력이 낮은 원소를 함유하는 물질이 있으며, 이들을 각각 단독으로 사용하거나, 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 환원제 물질의 크기는 1 nm 내지 50 ㎛인 것을 사용할 수 있고, 1 nm 내지 10 ㎛인 것이 바람직하며, 1 nm 내지 1 ㎛인 것이 더 바람직하다. 환원제 물질의 크기가 50 ㎛를 초과하는 경우에는 패터닝이 어렵게 되고, 1 nm 미만의 금속산화물은 현실적으로 얻기 어렵다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물에 있어서, 상기 글래스 프릿은 상기 카본계 물질 10 중량부에 대하여 2.5 내지 700 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 환원제 물질은 상기 카본계 물질 10 중량부에 대하여 5 내지 1200 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 5 내지 400 중량부로 포함되는 것이 더 바람직하다. 환원제 물질의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 충분한 환원효과를 얻을 수 없으며, 1200 중량부를 초과하는 경우에는 충분한 전자방출 효과를 얻을 수 없다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물의 성분으로 사용되는 바인더 수지와 용매는 조성물의 인쇄가 용이하도록 도와주는 물질로서, 비이클(vehicle) 성분이라 고 한다. 이러한 비이클 성분은 조성물을 인쇄한 후, 소성공정을 거쳐 제거된다. 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물에서 비이클의 양은 주된 성분인 탄소계 물질과 환원제 물질, 글래스 프릿의 사용량에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 다만, 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄가 용이하게 되도록 하기 위해서는 상기 카본계 물질의 함량이 전체 조성물에 대하여 0.5 내지 20 중량%로 포함되도록 조절하는 것이 바람직하다. 상기 카본계 물질의 함량이 0.5 중량% 미만이면 전류방출 특성과 수명이 저하될 수 있고, 20 중량%보다 많으면 코팅이 되지 않을 수 있다.

상기 바인더 수지와 용매는 통상적으로 평판 표시소자의 전자 방출원에 사용되고 있는 것이라면 어느 것이든 사용될 수 있으며, 상기 바인더 수지의 바람직한 예로는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에틸 셀룰로오스 또는 니트로 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지 등이 사용 가능하고, 상기 용매의 바람직한 예로는 부틸 카르비톨(BC:butyl carbitol), 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA:butyl carbitol acetate), 테르피테올(TP:terpineol), 텍사놀(texanol) 등의 유기용매가 사용 가능하다.

또한, 본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 필요에 따라 광반응성 모노머와 광개시제, 폴리에스테르 아크릴레이트 등과 같은 감광성 수지, 또는 셀룰로오스, 아크릴레이트, 비닐계 고분자 등과 같은 비감광성 폴리머를 더 포함할 수 있다.

상기 광반응성 모노머는 패턴의 분해 향상제로 첨가되며, 열분해성 아크릴레 이트 계열의 모노머, 벤조페논계 모노머, 아세트페논계 모노머, 또는 티오키산톤계 모노머 등이 있으며, 보다 구체적으로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 2,4-디에틸옥산톤(2,4-diethyloxanthone), 또는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논을 사용할 수 있다.

본 발명의 전자 방출원 형성용 조성물은 5,000 내지 100,000 cps의 점도를 가지는 페이스트 상태의 조성물이다.

페이스트 상태의 전자 방출원 형성용 조성물을 금속, 반도체, 절연체 등의 기판에 인쇄한 후 열처리하여 원하는 모양의 평판 표시 소자의 전자 방출원을 제조한다. 전자 방출원을 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, N₂가스 또는 비활성 가스를 포함한다. 환원제 물질은 소성로 내에 존재하는 일부 산소와 카본계 물질이 반응을 일으키기 전에, 먼저 산소와 반응하게 되고, 이로써 산소로부터 카본계 물질을 보호하는 역할을 한다.

도 1에 카본계 물질, 바인더 수지, 글래스 프릿, 및 용매를 포함하는 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전자 방출원의 단면을 모식적으로 도시하였다. 도 1에서 캐소드 전극(10) 위에 형성된 전자 방출원은 카본계 물질(12)의 부착을 위해 첨가한 글래스 프릿(14)에 일부 부착된 구조를 가지며, 카본계 물질의 일부가 산화된 상태(20)로 존재하게 된다.

도 2는 본 발명의 카본계 물질, 환원제 물질, 글래스 프릿, 바인더 수지, 및 용매를 포함하는 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전자 방출원의 단면을 모식적으로 도시하였다. 도 2에서 캐소드 전극 위에 위치하는 환원제 물질(16)의 일부는 산소와 반응하여 산화물(18)의 형태로 존재하며, 카본계 물질(12)은 소성 후에도 안정한 상태로 유지된다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 전자 방출원은 평판 표시 소자의 음극에 사용될 수 있고, 바람직하게는 전계 방출 소자의 음극에 사용될 수 있다.

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.

[비교예 1]

CNT 파우더와 글래스 프릿을 전체 조성물에 대하여 각각 20중량%씩 첨가하여 혼합한 후 볼밀링하였다. 그런 다음 상기 혼합물에 테르피네올(terpineol)에 에틸 셀룰로오스 수지를 녹인 비이클(vehicle)을 혼합하여 전체 100중량%가 되도록 한 후, 교반하여 페이스트 조성물을 제조하였다. 이 페이스트 조성물을 스크린 프린팅(Screen Printing)하고, N₂가스 존재 하에서 400 ℃로 열처리하여 도 1에 도시된 것과 같은 형태의 전자 방출원을 제조하였다.

[실시예 1]

CNT 파우더와 SnO, 글래스 프릿을 전체조성물에 대하여 각각 20중량%, 15중 량%, 20중량%로 혼합한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 도 2에 도시된 것과 같은 형태의 전자 방출원을 제조하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전자 방출원에 대하여 전자방출 특성을 조사하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 보는 바와 같이 실시예 1에 의해 제조된 전자 방출원의 전자 방출 특성이 비교예 1에 의해 제조된 전자 방출원의 전자 방출 특성보다 우수한 것을 알 수 있다.

Claims

카본계 물질, 환원제 물질, 글래스 프릿, 바인더, 및 용매의 혼합물을 포함하는 조성물이며,

상기 환원제 물질은 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 바나듐, 아연, 지르코늄, 니오븀, 루데늄, 팔라듐, 카드뮴, 인디움, 주석, 하프늄, 탄탈늄, 오스뮴, 팔라디늄, 안티몬, 이리듐, 실리콘 및 베릴륨으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 금속을 포함하는 산화물로서, 산소 결핍구조를 가지는 비화학양론적 금속 산화물인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 카본계 물질은 카본 나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드(DLC:diamond like carbon), 및 플러렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상인 전자 방출원 형성용 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 환원제 물질은 ZnO_1-x(0 < x < 1), SnO_2-x(0 < x < 2), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 비화학양론적 금속 산화물인 전자 방출원 형성용 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 환원제 물질은 1 nm 내지 50 ㎛의 입경을 가지는 것인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 환원제 물질은 1 nm 내지 1 ㎛의 입경을 가지는 것인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 카본계 물질은 전체 조성물에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함되는 것인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 환원제 물질은 전체 조성물에 대하여 10 내지 60 중량%로 포함되는 것인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 환원제 물질은 전체 조성물에 대하여 10 내지 20 중량%로 포함되는 것인 전자 방출원 형성용 조성물.
제1항, 제2항, 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄, 코팅하여 형성된 전자 방출원.
제11항에 따른 전자 방출원을 포함하는 평판 표시 소자.
제12항에 있어서, 상기 소자는 전계 방출 소자인 평판 표시 소자.