KR101100817B1 - Electron emission source comprising carbon-based material and molten material of metal particles having nano-size , electron emission device comprising the same, an composition for preparing the electron emission source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한 전자 방출원, 이를 구비한 전자 방출 소자 및 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다. 본 발명을 따르는 전자 방출원은 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함하는 바, 우수한 전계 방출 성능을 갖는다.The present invention provides an electron emission source including a melt of a carbon-based material and metal particles having a nano size, an electron emission device having the same, and a composition for forming the electron emission source. The electron emission source according to the present invention includes a melt of metal particles having a nano size, and thus has excellent field emission performance.
Description
도 1은 종래의 전자 방출원의 일 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a conventional electron emission source,
도 2는 본 발명을 따르는 전자 방출 소자의 일 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of an electron emitting device according to the present invention.
<도면 부호의 간단한 설명>≪ Brief Description of Drawings &
110 : 하면기판 120 : 캐소드 전극110: lower substrate 120: cathode electrode
130 : 절연체층 140 : 게이트 전극130: insulator layer 140: gate electrode
160 : 전자 방출원 170 : 형광체층160: electron emission source 170: phosphor layer
180 : 애노드 전극 190 : 상면기판180: anode electrode 190: upper substrate
본 발명은 전자 방출원, 전자 방출 소자 및 전자 방출원 형성용 조성물에 관 한 것으로서, 보다 구체적으로는 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한 전자 방출원, 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자 및 상기 전자 방출원 형성용 조성물에 관한 것이다. 본 발명을 따르는 전자 방출원은 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함하는 바, 종래의 전자 방출원에 비하여 우수한 전계 방출 성능을 갖는다.The present invention relates to an electron emitter, an electron emitter and a composition for forming an electron emitter, and more particularly, an electron emitter including a melt of a carbon-based material and a metal particle having a nano size, and having the electron emitter. An electron emission device and the composition for forming an electron emission source. The electron emission source according to the present invention includes a melt of metal particles having a nano size, and has an excellent field emission performance as compared with a conventional electron emission source.
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 소자이다.An electron emission device emits electrons from an electron emission source of a cathode electrode by applying a voltage between the anode electrode and the cathode electrode to form an electric field, and impinges the electrons on a fluorescent material on the anode electrode side to emit light. It is an element to make.
전자 전도성이 탁월한 탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube: CNT)를 포함한 카본계 물질은 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하고, 일함수가 낮고 전계 방출 성능이 우수하여 저전압 구동이 용이하고, 대면적화가 가능하므로 전자 방출 소자의 이상적인 전자 방출원 형성 재료로서 기대되고 있다.Carbon-based materials including carbon nanotubes (CNTs), which have excellent electronic conductivity, have excellent conductivity and electric field concentration effects, low work function, and excellent field emission performance, so that low-voltage driving is possible and large area is possible. It is expected as an ideal electron emission source forming material for electron emission devices.
카본나노튜브를 포함하는 전자 방출원 제조 방법은 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.The method for producing an electron emission source containing carbon nanotubes includes, for example, a carbon nanotube growth method using a CVD method, a paste method using a composition for forming an electron emission source containing carbon nanotubes, and the like. When the paste method is used, the manufacturing cost is low and the electron emission source can be formed in a large area. Compositions for forming electron emission sources, including carbon nanotubes, are described, for example, in US Pat. No. 6,436,221.
도 1은 카본계 물질로서 카본나노튜브를 사용한 종래의 전자 방출원(18)을 개략적으로 도시한 것이다. 전자 방출원(18)은 기판(11) 상부에 형성되어 있으며, 카본나노튜브(13) 및 금속 분말(15)(전자 방출원 형성용 조성물 중 상기 카본계 물질 및 금속 분말을 제외한 나머지 성분들(예를 들면, 비이클 등)의 소성 결과물은 편의상 미도시함)을 포함한다. 통상적으로, 금속 분말(15)은 카본나노튜브(13)와 기판(11) 사이 또는 카본나노튜브들 사이의 접촉 저항을 낮춰주는 역할을 할 것으로 예상되나, 종래의 금속 분말들은 큰 입자 크기때문에, 아킹 등을 초래하였는 바, 이의 개선이 필요하다.1 schematically illustrates a conventional
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한 전자 방출원, 상기 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자 및 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, an electron emission source including a melt of a carbon-based material and metal particles having a nano-size, an electron emission device having the electron emission source and the composition for forming an electron emission source The purpose is to provide.
상기 본 발명의 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1태양은, 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한 전자 방출원을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, a first aspect of the present invention provides an electron emission source including a melt of a carbon-based material and a metal particle having a nano size.
상기 본 발명의 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2태양은, 전술한 바와 같은 전자 방출원을 구비한 전자 방출 소자를 제공한다.In order to achieve the above another object of the present invention, the second aspect of the present invention provides an electron emission device having the electron emission source as described above.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3태양은, 전술한 바와 같은 전자 방출원을 형성하기 위한 전자 방출원 형성용 조성물을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, a third aspect of the present invention provides a composition for forming an electron emission source for forming an electron emission source as described above.
본 발명을 따르는 전자 방출원은 우수한 전계 방출 성능을 가질 수 있는 바, 이를 이용하면 신뢰성 있는 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.The electron emission source according to the present invention can have an excellent field emission performance, it can be used to obtain a reliable electron emission device.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명을 따르는 전자 방출원은 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한다.Electron emitters according to the present invention include a melt of carbonaceous material and metal particles having a nano size.
본 발명을 따르는 전자 방출원에 포함된 카본계 물질은 전계 방출 특성이 우수한 물질들 중에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 카본나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드, 탄화규소 및 플러렌 등이 사용될 수 있다. 이 중, 카본나노튜브가 바람직하다.The carbon-based material included in the electron emission source according to the present invention may be selected from materials having excellent field emission characteristics. For example, carbon nanotubes, graphite, diamond, silicon carbide, fullerene and the like can be used. Among these, carbon nanotubes are preferable.
본 발명을 따르는 전자 방출원은 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함한다.Electron emitters according to the present invention comprise a melt of metal particles having a nano size.
본 명세서에 있어서, 상기 "나노 사이즈를 갖는 금속 입자"란 금속 입자의 치수를 나타내는 파라미터, 예를 들면 평균 입경 등이 나노미터 단위(예를 들면, 수 나노미터 내지 수백 나노미터)를 갖는 금속 입자를 가리키는 것이다.In the present specification, the "metal particle having a nano size" means a parameter indicating a dimension of the metal particle, for example, a metal particle having an average particle diameter or the like having a nanometer unit (for example, several nanometers to several hundred nanometers). To indicate.
또한, 본 명세서에 있어서, "나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물"이란, 상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자가 소정 온도에서 용융된 결과물을 가리킨다. 따라서, 상기 "나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물"은 용융 전(용융되지 않은)의 개별 금속 입자와는 완전히 상이한 상태(예를 들면, 복수의 금속 입자들이 엉겨 있는 상태)일 수 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 "나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물"을 포함하는 전자 방출원과 금속 입자(용융되지 않음)를 단순히 포함하는 전자 방출원은 명백히 구분되는 것임을, 당업자는 용이하게 인식할 수 있다.In addition, in this specification, the "melt of the metal particle which has a nano size" refers to the result goods which the metal particle which has the said nano size melt | dissolved at predetermined temperature. Thus, the “melt of metal particles having nano size” may be in a completely different state (eg, a plurality of metal particles are entangled) from individual metal particles before melting (not molten). Thus, those skilled in the art will readily appreciate that, as in the present invention, an electron emitter comprising "a melt of metal particles having a nano size" and an electron emitter simply comprising a metal particle (not molten) are clearly distinguished. Can be.
본 발명을 따르는 전자 방출원에 포함되는 나노 사이즈를 갖는 금속 입자는 용융물의 형태로 전자 방출원에 존재한다. 금속 입자의 사이즈가 나노 수준으로 제어될 경우, 나노 사이즈 효과에 따라 상기 금속 입자의 녹는점이 급격히 낮아지는 현상 UC Berkeley의 Alivisatos 교수의 J. Phys. Chem. B 1996, 100, 13226 논문에 의하여 보고된 바 있다. 상기 논문에 따르면, 나노 사이즈 입자의 표면 원자들의 수가 벌크 대비하여 크기 때문에, 표면의 에너지 비율이 더 크고, 액상이 고체상 보다 표면 에너지가 더 낮기 때문에 녹는점이 낮아지는 원리에 의하여 나노 사이즈를 갖는 금속 나노 입자의 녹는점이 급격히 낮아질 수 있다. Metal particles having a nano size included in the electron emission source according to the present invention are present in the electron emission source in the form of a melt. When the size of metal particles is controlled at the nano level, the melting point of the metal particles rapidly decreases according to the nano size effect. J. Phys. Chem. B 1996, 100, 13226. According to the paper, since the number of surface atoms of the nano-sized particles is large compared to the bulk, the metal nano-size having a nano size by the principle that the energy ratio of the surface is larger and the melting point is lowered because the surface energy is lower than that of the solid phase The melting point of the particles can be drastically lowered.
통상적으로 페이스트법으로 전자 방출원을 제작할 경우, 소성 단계를 거치게 되며, 상기 소성 단계에서의 온도는 대략 400℃ 내지 500℃라는 점을 감안하면, 벌크 상태의 금속은 상기 소성 단계에서 용융되지 않지만, 같은 종류의 금속이라도 나노 사이즈를 갖는 금속 입자는 상기 소성 단계에서 용융될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명을 따르는 전자 방출원은 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함할 수 있다.In general, when the electron emission source is manufactured by the paste method, the firing step is performed, and considering that the temperature in the firing step is about 400 ° C. to 500 ° C., the bulk metal is not melted in the firing step. It can be seen that metal particles having a nano size may be melted in the firing step even with the same kind of metal. Thus, the electron emission source according to the invention may comprise a melt of metal particles having a nano size.
상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물은 카본계 물질과 캐소드 간의 접촉 저항을 낮춰주면서 전계 방출 사이트로서 작용하기 때문에 종래의 금속 입자(용융되지 않음)에 비하여 전자 방출원의 전계 방출 성능 향상에 보다 기여할 수 있다.Since the melt of the metal particles having the nano-size acts as the field emission site while lowering the contact resistance between the carbon-based material and the cathode, it may contribute more to the field emission performance of the electron emission source than the conventional metal particles (not molten). Can be.
상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 평균 입경은 1nm 내지 100nm, 바람직하게는 5nm 내지 20nm일 수 있다. 상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 평균 입 경이 1nm 미만인 경우 제조 단가가 지나치게 상승할 수 있고, 상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 평균 입경이 100nm를 초과할 경우 만족할 만한 전계 방출 향상 효과를 얻을 수 없기 때문이다.The average particle diameter of the metal particles having the nano size may be 1 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 20 nm. If the average particle diameter of the metal particles having nano size is less than 1 nm, the manufacturing cost may increase excessively, and if the average particle diameter of the metal particles having nano size exceeds 100 nm, satisfactory field emission improvement effect may not be obtained. to be.
상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자는 Ti 입자, W 입자, Al 입자, Ni 입자, Co 입자, Au 입자, Pt 입자, Pd 입자, Ru 입자, Ag 입자 및 Cu 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The metal particles having the nano size may be at least one selected from the group consisting of Ti particles, W particles, Al particles, Ni particles, Co particles, Au particles, Pt particles, Pd particles, Ru particles, Ag particles, and Cu particles.
한편, 상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물은 상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자가 400℃ 내지 500℃의 온도에서 용융된 결과물일 수 있다. 상기 400℃ 내지 500℃라는 온도 범위는 전자 방출원 제조시 소성 온도를 고려한 것이다.On the other hand, the melt of the metal particles having the nano-size may be the result of the metal particles having the nano-size is melted at a temperature of 400 ℃ to 500 ℃. The temperature range of 400 ° C to 500 ° C is taken into consideration the firing temperature when manufacturing the electron emission source.
상기 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물의 함량은 카본계 물질 100중량부 당 1중량부 내지 30중량부, 바람직하게는 10중량부 내지 20중량부일 수 있다. 상기 금속 입자의 용융물의 함량이 카본계 물질 100중량부 당 1중량부 미만인 경우 만족할 만한 수준의 전계 방출 성능 향상 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있을 수 있고, 상기 금속 입자의 용융물의 함량이 카본계 물질 100중량부 당 30중량부를 초과할 경우에는 카본계 물질의 함량이 상대적으로 감소하여 카본계 물질에 의한 전계 방출 사이트가 오히려 감소할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. The content of the melt of the metal particles having the nano-size may be 1 to 30 parts by weight, preferably 10 to 20 parts by weight, per 100 parts by weight of the carbon-based material. When the content of the melt of the metal particles is less than 1 part by weight per 100 parts by weight of the carbon-based material, there may be a problem that a satisfactory level of field emission performance improvement may not be obtained, and the content of the melt of the metal particles may be in the carbon-based material. If the content exceeds 30 parts by weight per 100 parts by weight, the content of the carbon-based material may be relatively reduced, which may cause a problem that the field emission site may be reduced .
본 발명을 따르는 전자 방출원은 전술한 바와 같은 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물 외에 전자 방출원 형성용 조성물 중 카본계 물질 및 상기 용융물을 제외한 나머지 성분들(예를 들면, 비이클)의 소성 결과물을 포함 할 수 있다. 상기 소성 결과물은 후술할 전자 방출원 형성용 조성물의 성분들을 참조한다.The electron emission source according to the present invention is a carbon-based material in addition to the melt of the carbon-based material and the metal particles having a nano-size as described above, the remaining components other than the carbon-based material and the melt in the composition for forming the electron source (for example, vehicle) It may include the firing result of. The firing result refers to the components of the composition for forming an electron emission source to be described later.
전술한 바와 같은 전자 방출원을 제조하는 방법의 일 구현예는 카본계 물질, 나노 사이즈를 갖는 금속 입자 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계와, 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 기판에 인쇄하는 단계와, 상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물을 소성하는 단계를 포함할 수 있다. One embodiment of the method for manufacturing an electron emitter as described above is providing a composition for forming an electron emitter comprising a carbon-based material, a metal particle having a nano size and a vehicle, the composition for forming an electron emitter And printing the substrate on the substrate, and firing the printed composition for forming an electron emission source.
먼저, 카본계 물질, 나노 사이즈를 갖는 금속 입자 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 준비한다. 이 중, 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자 및 이의 함량은 전술한 바를 참조한다.First, a composition for forming an electron emission source including a carbon material, a metal particle having a nano size, and a vehicle is prepared. Of these, the metal particles having a carbon-based material and nano-size and the content thereof are referred to above.
한편, 상기 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자는 전자 방출원 형성용 조성물에 단순히 혼합될 수 있다. 또는 나노 사이즈를 갖는 금속 입자 표면에 카본계 물질을 먼저 부착시켜, 금속 입자-카본계 물질 복합체를 먼저 형성한 다음, 이를 전자 방출원 형성용 조성물에 첨가할 수도 있는 등, 다양한 변형예가 가능하다.On the other hand, the carbon-based material and the metal particles having a nano size may be simply mixed in the composition for electron emission source formation. Alternatively, the carbon-based material may be first attached to the surface of the metal particles having a nano size to form a metal particle-carbon-based material composite first, and then added to the composition for forming an electron emission source.
상기 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 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 하 나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같은 상기 수지 성분 중 일부는 감광성 수지의 역할을 동시에 할 수 있다.The vehicle included in the composition for forming an electron emission source serves to control the printability and viscosity of the composition for forming an electron emission source. The vehicle may consist of a resin component and a solvent component. 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; It may include, but is not limited to, at least one of vinyl-based resins such as polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, polyvinyl ether, and the like. Some of the resin components as described above may simultaneously serve as a photosensitive resin.
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 2000중량부, 보다 바람직하게는 300 내지 1000중량부일 수 있다. 한편, 상기 용매 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 500 내지 5000중량부, 바람직하게는 800 내지 4000중량부일 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 resin component may be 100 to 2000 parts by weight, more preferably 300 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based material. On the other hand, the content of the solvent component may be 500 to 5000 parts by weight, preferably 800 to 4000 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 접착 성분, 감광성 수지와 광개시제 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the composition for forming an electron emission source of the present invention may further include an adhesive component, a photosensitive resin, a photoinitiator, and the like, as necessary.
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 500중량부, 바람직하게는 50 내지 300중량부 일 수 있다. 무기 바인더의 함량이 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 10중량부 미만인 경우에는 만족할 만한 접착력을 얻을 수 없고, 500중량부를 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 500 parts by weight, preferably 50 to 300 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 500 parts by weight, printability may be deteriorated.
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 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 photosensitive resin is a material used for patterning an electron emission source. Non-limiting examples of the photosensitive resin include acrylate monomers, benzophenone monomers, acetophenone monomers, or thioxanthone monomers, and more specifically epoxy acrylates, polyester acrylates, 2,4 -Diethyloxanthone (2,4-diethyloxanthone), 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, etc. can be used. The content of the photosensitive resin 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.
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 00중량부를 기준으로 1000중량부를 초과하면 제조비용 상승의 원인이 될 수 있기 때문이다.The photoinitiator serves to initiate crosslinking of the photosensitive resin when the photosensitive resin is exposed. Non-limiting examples of such photoinitiators include benzophenone and the like. 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.
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 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 electrode when manufacturing an electron emission device having a gate electrode provided between a cathode electrode and an anode electrode, and a gate electrode disposed below the cathode electrode. When manufacturing an electron emission device, it may be an insulating layer which insulates the cathode electrode and the gate 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 도포한 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, a composition for forming an electron emission source containing a photosensitive resin is applied onto a 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 패 턴을 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.
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 있고, 일부 이상의 비이클은 휘발되고, 무기 바인더 등이 용융 및 고형화되어 전자 방출원의 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다. 또한, 상기 소성 단계에서 본 발명을 따르는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 나노 사이즈를 갖는 금속 입자가 용융될 수 있다. 따라서, 본 발명을 따르는 전자 방출원은 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함할 수 있다. As described above, the composition for forming an electron emission source 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 a substrate, at least a portion of vehicles may be volatilized, and an inorganic binder may be melted and solidified to contribute to improving durability of the electron emission source. do. In addition, in the firing step, the metal particles having a nano size included in the composition for forming an electron emission source according to the present invention may be melted. Thus, the electron emission source according to the invention may comprise a melt of metal particles having a nano size.
소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 온도 및 시간과 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융 온도를 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 firing temperature should be determined in consideration of the volatilization temperature and time of the vehicle included in the composition for forming the electron emission source and the melting temperature of the metal particles having a nano size. 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 불활성 기체의 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 소정 단계 중 카본계 물질의 열화를 최소화하기 위해서이다.The firing step can be carried out in the presence of an inert gas. The inert gas may be, for example, nitrogen gas, argon gas, neon gas, xenon gas, and a mixed gas of two or more thereof. This is to minimize the deterioration of the carbonaceous material during the predetermined step.
이와 같이 소성된 소성 결과물 표면의 카본계 물질은 선택적으로, 활성화 단계를 거친다. 상기 활성화 단계의 일 구현예에 따르면, 열처리 공정을 통하여 필 름 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 카본계 물질은 전자 방출원 표면으로 노출되거나 수직배향되도록 제어될 수 있다.The carbon-based material on the surface of the fired product 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 source 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 carbon-based material may be controlled to be exposed or vertically aligned to the electron emission surface.
전술한 바와 같은 전자 방출원은 전자 방출 소자에 적용될 수 있다. 본 발명을 따르는 전자 방출 소자는, 서로 대향되게 배치된 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 상에 형성된 캐소드 전극과, 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며 전술한 바와 같은 카본계 물질 및 금속 나노막대를 포함한 전자 방출원과, 상기 제2기판 상에 형성된 애노드 전극과, 상기 전자 방출원으로부터 방출된 전자에 의하여 발광하는 형광층을 구비한다.The electron emission source as described above can be applied to the electron emission device. The electron emission device according to the present invention is formed so as to be electrically connected to a first substrate and a second substrate disposed opposite to each other, a cathode electrode formed on the first substrate, and a cathode electrode formed on the substrate. An electron emission source including a carbonaceous material and a metal nanorod as described above, an anode electrode formed on the second substrate, and a fluorescent layer emitting light by electrons emitted from the electron emission source.
이와 같은 전자 방출 소자의 일 구현예의 단면도는 도 2를 참조한다. 도 2는 본 발명을 따르는 다양한 전자 방출 소자 중에서도 3극관 구조의 전자 방출 소자를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에 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.2 is a cross-sectional view of an embodiment of such an electron emitting device. 2 schematically illustrates an electron emitting device having a triode structure among various electron emitting devices according to the present invention. The
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 전술한 바와 동일하므로 생략한다.The
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.The
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. The
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.The
본 발명의 전자 방출 소자는 도 2에 도시된 바와 같은 3극관 구조의 전자 방 출 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 장치 또는 백라이트 유니트로 응용하는 것도 물론 가능하다.Although the electron-emitting device of the present invention has been described with an electron-emitting device having a triode structure as shown in FIG. 2 as an example, the present invention includes not only the triode structure, but also the electron emitting device of another structure including a dipole tube. . In addition, it is possible to prevent damage to the electron emission element in which the gate electrode is disposed below the cathode electrode, the gate electrode and / or the cathode electrode due to the arc that is assumed to be caused by the discharge phenomenon, and to focus the electrons emitted from the electron emission source. It can also be used for electron emitting devices with grids / meshes to ensure the safety. On the other hand, it is also possible to apply the structure of the electron emitting device as a display device or a backlight unit.
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.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples are only described for the purpose of more clearly expressing the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예][Example]
실시예Example
터피네올 40g에 상기 카본나노튜브 분말(일진나노텍, MWNT) 1g, 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 1g, 아크릴 수지(Elvacite사 제품임) 8g, 감광성수지(TMPTA, Aldrich사) 5g, 광개시제(HS-188, 동양잉크사 제품) 5g 을 첨가하여 교반한 다음, 15nm의 평균 입경을 갖는 Al 입자 0.15g을 첨가하여, 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 노광기 를 이용하여 조사하였다. 노광 후 아세톤을 이용하여 현상하고, 450℃의 온도 및 질소 가스의 존재 하에서 소성하여 전자 방출원을 형성하였다. 이 후, 형광막과 애노드 전극으로서 ITO를 채용한 기판을 상기 전자 방출원이 형성된 기판과 배향되게 배치하고, 양 기판 사이에는 기판 간 셀 갭을 유지하는 스페이서를 형성하였다. 상기 전자 방출 소자를 샘플 1이라고 한다.40g of terpineol, 1g of carbon nanotube powder (ILJIN Nanotech, MWNT), frit (8000L, product of Emerging Industries), 8g of acrylic resin (manufactured by Elvacite), 5g of photosensitive resin (TMPTA, Aldrich), photoinitiator ( HS-188, product of Dongyang Ink Co., Ltd.) was added and stirred, and then 0.15 g of Al particles having an average particle diameter of 15 nm were added to prepare a composition for forming an electron emission source having a viscosity of 30,000 cps. The composition for forming the electron emission source was printed on the electron emission source formation region on the substrate provided with the Cr gate electrode, the insulating film, and the ITO electrode, and then using a parallel exposure machine with an exposure energy of 2000 mJ / cm 2 using a pattern mask. Investigate. After exposure, it was developed using acetone, and baked in a temperature of 450 ° C. and in the presence of nitrogen gas to form an electron emission source. Subsequently, a substrate using ITO as a fluorescent film and an anode electrode was disposed so as to be oriented with the substrate on which the electron emission source was formed, and a spacer was formed between the substrates to maintain the cell gap between the substrates. The electron emitting device is referred to as sample 1.
비교예Comparative example
전자 방출원 형성용 조성물 제조시, 15nm의 평균 입경을 갖는 Al 입자 대신, 1㎛의 평균 입경을 갖는 Al 입자를 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 전자 방출 소자를 제조하였다. 이를 샘플 A라고 한다.When preparing the composition for forming an electron emission source, instead of Al particles having an average particle diameter of 15 nm, Al particles having an average particle diameter of 1 μm were used to emit electrons by the same method as described in Preparation Example 1 above. The device was manufactured. This is called sample A.
본 발명의 전자 방출원은 카본계 물질 및 나노 사이즈를 갖는 금속 입자의 용융물을 포함하는 바, 우수한 전계 방출 성능을 가질 수 있다. 상기 전자 방출원을 이용하면 신뢰성이 향상된 전자 방출 소자를 얻을 수 있다.The electron emission source of the present invention includes a melt of carbon-based material and metal particles having a nano size, and thus may have excellent field emission performance. By using the electron emission source, an electron emission device having improved reliability can be obtained.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |