KR20060021746A

KR20060021746A - Method for preparing an emitter and an electron emission device comprising the emitter

Info

Publication number: KR20060021746A
Application number: KR1020040070616A
Authority: KR
Inventors: 유미애
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-09-04
Filing date: 2004-09-04
Publication date: 2006-03-08

Abstract

본 발명은 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계 (가); 기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계 (나); 상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계 (다); 및 스퍼터링법에 의하여 상기 소성 결과물의 상부 표면에 금속 박막층을 형성하는 단계 (라)를 포함하는 전자방출원의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 전자 방출원은 표면이 금속으로 코팅됨으로써 전기전도성을 증가시키고 전하가 한 곳에 집중되어 발생되는 아크현상을 방지할 수 있으며, 또한 카본계 물질이 금속으로 코팅됨으로써 산소에 노출시 카본계 물질의 손상을 방지할 수 있어서 수명이 연장되고 신뢰할 수 있는 전자 방출 소자를 제조할 수 있다. The present invention provides a composition for forming an electron emission source comprising a carbon-based material and a vehicle (A); Printing the composition for forming an electron emission source on a substrate (b); Firing the printed result (c); And (d) forming a metal thin film layer on the upper surface of the firing result by the sputtering method. The electron emission source of the present invention can increase the electrical conductivity by coating the surface of the metal and prevent the arc phenomenon caused by the concentration of charge in one place, and also the carbon-based material when exposed to oxygen by the carbon-based material is coated with the metal Can be prevented from being damaged, thereby prolonging the lifetime and producing a reliable electron emitting device.

카본나노튜브, 에미터, 전자 방출원, 전계 방출 소자 Carbon nanotubes, emitters, electron emission sources, field emission devices

Description

전자 방출원의 제조방법 및 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자{Method for preparing an emitter and an electron emission device comprising the emitter} Method for preparing an emitter and an electron emission device comprising the emitter}

도 1은 본 발명에 따른 전자 방출원의 일실시예를 도시한다.1 shows an embodiment of an electron emission source according to the invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SEM 사진을 도시한다.2 shows a SEM photograph according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일실시예를 도시한다.3 shows one embodiment of an electron emitting device according to the invention.

도 4a는 종래의 전자 방출 소자의 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.4A is a graph showing the current density of a conventional electron emission device.

도 4b는 본 발명의 전자 방출 소자의 전류 밀도를 나타낸 그래프이다. 4B is a graph showing the current density of the electron emission device of the present invention.

<도면 부호의 간단한 설명><Short description of drawing symbols>

11...기판 12...비이클 11 ... substrate 12 ... vehicle

13...카본계 물질 14...금속층 13 carbon-based material 14 metal layer

30: 제1 기판 31: 제1 전극 30: first substrate 31: first electrode

32: 전자 방출원 33: 절연층 32: electron emission source 33: insulating layer

34: 게이트 전극 35: 홀 34: gate electrode 35: hole

36: 제2 기판 37: 제2 전극 36: second substrate 37: second electrode

38: 형광층 39: 스페이서 38: fluorescent layer 39: spacer

본 발명은 전자 방출원 및 전자 방출 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스퍼터링법에 의하여 전자 방출원 표면에 금속 박막층을 형성한 전자 방출원 및 이를 구비한 전자 방출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electron emission source and an electron emission device, and more particularly, to an electron emission source having a metal thin film layer formed on the surface of the electron emission source by a sputtering method and an electron emission device having the same.

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.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 a display device.

최근에는 전자 방출원으로서 카본계 물질을 활용하는 실험이 활성화되고 있다. 카본계 물질은 전자 방출 전압이 낮고 화학적 안정성이 우수하며, 기계적으로도 강한 특성을 가지기 때문에 전자 방출원으로서 기존의 금속이나 반도체 물질을 대체할 것으로 기대되고 있다.Recently, experiments using carbon-based materials as electron emission sources have been activated. Carbon-based materials are expected to replace conventional metals or semiconductor materials as electron emission sources because of their low electron emission voltage, excellent chemical stability, and strong mechanical properties.

카본계 물질, 특히 카본나노튜브를 포함한 전자 방출원은 증착법을 이용한 성장법 또는 카본나노튜브 분말을 이용하는 페이스트법 등을 이용하여 제조될 수 있다. 전자 방출원에 사용되는 카본계 물질의 전기 전도성을 증가시키기 위하여 페이스트 조성물에 금속 분말을 첨가하는 방법이 공지되어 있다.Carbon-based materials, in particular, an electron emission source including carbon nanotubes may be manufactured using a growth method using a deposition method or a paste method using a carbon nanotube powder. It is known to add a metal powder to the paste composition in order to increase the electrical conductivity of the carbonaceous material used for the electron emission source.

일반적으로 카본계 물질에 금속을 코팅하고자 할 때 금속의 분산이 원활하지 못하고, 전기 전도성이 효과적이지 못한 문제점이 존재하여 왔다.In general, when the metal is to be coated on the carbon-based material, there have been problems in that the dispersion of the metal is not smooth and the electrical conductivity is not effective.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 스퍼터링법을 이용하여 상부 표면에 금속 박막층을 형성하는 전자 방출원의 제조방법을 제공함으로써, 전기전도성을 증가시키고 전하가 한 곳에 집중되어 발생되는 아크현상을 방지할 수 있는 전자 방출원 및 상기 전자 방출원을 포함하는 전자 방출 소자를 제공 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention, by providing a method for producing an electron emission source to form a metal thin film layer on the upper surface by using a sputtering method, to increase the electrical conductivity and the arc phenomenon caused by the concentration of charge in one place An object of the present invention is to provide an electron emission source and an electron emission device including the electron emission source.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계(가);(A) providing a composition for forming an electron emission source comprising a carbon-based material and a vehicle;

기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계(나);Printing the composition for forming an electron emission source on a substrate (b);

상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계(다); 및Firing the printed result (c); And

스퍼터링법에 의하여 상기 소성 결과물의 상부 표면에 금속 박막층을 형성하는 단계(라)를 포함하는 전자방출원의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing an electron emission source comprising the step (d) forming a metal thin film layer on the upper surface of the firing result by the sputtering method.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above another object, the present invention,

기판; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 스퍼터링법에 의하여 상부 표면에 금속 박막층이 형성된 전자 방출원을 제공한다.Board; A cathode electrode formed on the substrate; And an electron emission source formed to be electrically connected to the cathode electrode formed on the substrate and having a metal thin film layer formed on an upper surface thereof by a sputtering method.

상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above another object, the present invention,

서로 대향되게 배치된 제1 기판 및 제2 기판;A first substrate and a second substrate disposed to face each other;

상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; A cathode electrode formed on the first substrate;

상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며 스퍼터링법에 의하여 상부 표면에 금속박막층이 형성된 전자 방출원;An electron emission source formed to be electrically connected to the cathode electrode formed on the substrate and having a metal thin film layer formed on an upper surface thereof by a sputtering method;

상기 제2 기판 상에 형성된 애노드 전극; 및An anode formed on the second substrate; And

상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성된 형광층을 구비하는 전자 방출 소자를 제공한다.Provided is an electron emission device including a fluorescent layer formed on one surface of the anode electrode.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

전자 방출원을 형성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계 (가); 기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계 (나); 상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계 (다); 및 스퍼터링법에 의하여 상기 소성 결과물의 상부 표면에 금속 박막층을 형성하는 단계 (라)를 포함하는 전자방출원의 제조방법을 제공한다.The manufacturing method of the present invention for forming an electron emission source comprises the steps of (a) providing a composition for forming an electron emission source comprising a carbon-based material and a vehicle; Printing the composition for forming an electron emission source on a substrate (b); Firing the printed result (c); And (d) forming a metal thin film layer on the upper surface of the firing result by the sputtering method.

먼저, 상기 단계 (가)의 전자 방출원 형성용 조성물은 카본계 물질 및 비이클을 혼합하여 제조한다. 카본계 물질은 전도성 및 전자 방출 특성이 우수하여 전자 방출 소자 작동시 애노드부의 형광막으로 전자를 방출시켜 형광체를 여기시키는 역할을 한다. 이러한 카본계 물질의 비제한적인 예에는 카본나노튜브, 그라파이트, 다이아몬드 및 플러렌 등이 포함되고, 바람직하게는 카본나노튜브이다.First, the composition for forming an electron emission source of step (a) is prepared by mixing a carbon-based material and a vehicle. Since the carbon-based material has excellent conductivity and electron emission characteristics, the carbon-based material emits electrons to the fluorescent film of the anode part during operation of the electron emission device to excite the phosphor. Non-limiting examples of such carbon-based materials include carbon nanotubes, graphite, diamond and fullerenes, and are preferably carbon nanotubes.

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.

상기 비이클은 전자 방출원 형성용 조성물의 인쇄성 및 점도를 조절하는 역할을 하는 것이다. 상기 비이클은 수지형 성분과 용매형 성분으로 나눌 수 있으며, 이들 모두를 사용할 수 있다. 수지형 성분의 비제한적인 예에는 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 수지; 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이와 같은 아크릴계 수지; 및 비닐계 수지 등이 있으며, 이에는 감광성 수지의 역할도 겸하고 있는 것도 있다. 용매형 성분의 예에는 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA), 터피네올(TP), 톨루엔, 텍사놀 및 부틸 카르비톨(BC) 등이 있다. 이 중, 수지형 성분으로는 아크릴 수지가 바람직하며, 용매형 성분으로는 터피네올이 바람직하다.The vehicle serves to control the printability and viscosity of the composition for forming an electron emission source. The vehicle may be divided into a resin component and a solvent component, and both of them may be used. Non-limiting examples of the resinous component include cellulose resins such as ethyl cellulose, nitro cellulose and the like; Acrylic resins such as polyester acrylate, epoxy acrylate and urethane acrylate; And vinyl resins, which also serve as photosensitive resins. Examples of solvent type components include butyl carbitol acetate (BCA), terpineol (TP), toluene, texanol and butyl carbitol (BC) and the like. Among these, acrylic resin is preferable as a resin type component, and terpineol is preferable as a solvent type component.

상기 수지형 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 100 내지 500중량부, 보다 바람직하게는 200 내지 300중량부일 수 있다. 한편, 상기 용매형 성분의 함량은 카본계 물질 100중량부를 기준으로 하여 500 내지 1500중량부, 바람직하게는 800 내지 1200중량부일 수 있다. 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 있어 바람직하지 못하다.The content of the resinous 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. On the other hand, the content of the solvent type 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 is outside the above range, there may be 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 it is not preferable because the drying time may be too long.

또한, 본 발명의 조성물은 필요에 따라 접착 성분, 통상의 감광성 수지와 광개시제 또는 필러 등을 더 포함할 수 있다. In addition, the composition of the present invention may further comprise an adhesive component, a conventional photosensitive resin and a photoinitiator or filler, if necessary.

상기 단계 (나)는 제공된 전자 방출원 형성용 조성물을 기판에 인쇄 및 소성한다. 상기 "기판"이란 전자 방출원이 형성될 기판으로서, 형성하고자 하는 전자 방출 소자에 따라 상이할 수 있으며, 이는 당업자에게 용이하게 인식가능한 것이다.In step (b), the provided composition for forming an electron emission source is printed and fired 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.

인쇄 방식은 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우와 감광성 수지를 포함하지 않은 경우에 따라 상이하다. 전자 방출원 형성용 조성물이 감광성 수지를 포함하는 경우에는 별도의 포토레지스트막 패턴이 불필요하다. 즉, 기판 상에 감광성 수지를 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄로 코팅하고, 이를 원하는 전자 방출원 형성 영역에 따라 노광 및 현상한다.The printing method is different depending on the case where the composition for electron emission source formation contains the photosensitive resin and when the photosensitive resin is not included. When the composition for electron emission source formation contains photosensitive resin, a separate photoresist film pattern is unnecessary. That is, a composition for forming an electron emission source containing a photosensitive resin is coated on a substrate by printing, and the film is exposed and developed according to a desired electron emission source forming region.

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

상기 인쇄된 전자 방출원 형성용 조성물은 소성 단계 (다)를 통하여 카본계 물질과 기판과의 접착력이 향상될 수 있고, 일부 이상의 바인더의 용융 및 고형화에 의하여 내구성 등도 향상될 수 있으며, 아웃개싱(outgasing)도 최소화될 수 있다. 소성 온도는 전자 방출원 형성용 조성물에 포함된 비이클의 휘발 및 바인더의 소결가능 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 카본계 물질이 손상될 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.The printed composition for forming an electron emission source may improve the adhesion between the carbon-based material and the substrate through the firing step (c), and may also improve durability by melting and solidifying at least one binder, and outgassing ( outgasing can also be minimized. The firing temperature should be determined in consideration of the volatilization of the vehicle and the sinterable temperature and time of the binder included in the composition for forming the electron emission source. Typical firing temperatures are 400 to 500 ° C, preferably 450 ° C. If the firing temperature is less than 400 ° C., there may be a problem that volatilization such as a vehicle is not sufficiently performed. If the firing temperature exceeds 500 ° C., the carbon-based material may be damaged, which is not preferable.

소성공정을 거친 전자 방출원에 대하여 추가로 활성화시키는 공정을 거칠 수 있다. 페이스트 상태에서 제조되어진 카본계 물질의 전자 방출원의 방출효율을 향상시키기 위하여 표면을 활성화시킨다. 카본나노튜브의 수직 돌출을 향상시키기 위하여 테이프나 고분자 수지를 이용한 물리적인 방법 등을 사용하는 방법이 주로 사용되었다. 유기 고분자 바인더의 접착성 및 무기물의 수축성을 이용하는 경우 상기 유기 고분자의 접착력은 고분자의 표면에너지에 의해 주로 결정되며, 표면처리물의 용매 휘발에 따른 수축률에 따라 상기 표면 처리물을 박리하는 힘의 정도가 달라진다. 이러한 힘은 유기 고분자의 결정성과 무기물의 흡착력 및 함량에 의하여 조절될 수 있다.Further activation may be performed on the electron emission source subjected to the firing process. The surface is activated to improve the emission efficiency of the electron emission source of the carbon-based material prepared in the paste state. In order to improve the vertical protrusion of the carbon nanotubes, a method using a physical method using a tape or a polymer resin is mainly used. In the case of using the adhesive property of the organic polymer binder and the shrinkage of the inorganic material, the adhesive force of the organic polymer is mainly determined by the surface energy of the polymer, and the degree of the force of peeling the surface treated material according to the shrinkage rate according to the solvent volatilization of the surface treated material is Different. This force can be controlled by the crystallinity of the organic polymer and the adsorption power and content of the inorganic material.

본 발명의 단계 (라)는 스퍼터링법에 의하여 상기 소성 결과물의 상부 표면에 금속박막층을 형성하게 한다. 금속박막층을 형성하기 위한 통상적인 기술로는 열적 증착법 (Thermal Evaporation), 전자빔 증착법 (Electro-Beam Evaporation), 또는 스퍼터링 (sputtering) 등이 이용될 수 있다. 상기 방법 중에서 열적 증착법, 전자빔 증착법은 소형 기판에 유기층을 손상없이 제작할 수 있으나, 기판이 휘는 문제와 접촉 시간이 늘어지는 문제로 인하여 양산이 어려우며, 막의 품질이 우수하지 못한 단점이 있다. 반면, 스퍼터링 기술은 양산성 및 우수한 박막을 확보할 수 있는 것으로 알려져 있다.Step (d) of the present invention allows a metal thin film layer to be formed on the upper surface of the firing result by sputtering. As a conventional technique for forming the metal thin layer, thermal evaporation, electro-beam evaporation, or sputtering may be used. Among the above methods, thermal evaporation and electron beam evaporation may produce an organic layer on a small substrate without damage, but are difficult to mass-produce due to the problem of bending the substrate and increasing contact time, and have a disadvantage in that the quality of the film is not excellent. On the other hand, sputtering technology is known to be able to secure mass production and excellent thin film.

스퍼터링법 (sputtering)은 스퍼터링 가스를 진공분위기로 이루어진 쳄버내로 주입하여 성막하고자 하는 타겟(target) 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후 이를 기재에 코팅시키는 방법이다. 일반적으로 사용되는 스퍼터링 가스는 불활성 가스인 Ar을 사용한다. 인가된 전원이 직류(direct current, DC)인 경우를 직류스퍼터링법(DC sputtering methode)라 하며 일반적으로 전도체의 sputtering에 사용된다. 절연체와 같은 부도체는 교류 전원을 사용하여 박막을 제조한다. 이때 교류전원은 13.56 ㎒의 주파수를 가지며 이를 RF(Radio Frequency)라 한다. 이러한 교류 전원을 인가전원으로 사용하는 스퍼터링법을 교류스퍼터링(RF sputterig)법이라 한다. Sputtering is a method of injecting a sputtering gas into a chamber made of a vacuum atmosphere to collide with a target material to be formed to generate a plasma and then coating the substrate on the substrate. Generally used sputtering gas uses Ar which is an inert gas. The case where the applied power is direct current (DC) is called DC sputtering method and is generally used for sputtering conductors. Insulators, such as insulators, use an AC power source to produce thin films. At this time, AC power has a frequency of 13.56 ㎒ and this is called RF (Radio Frequency). The sputtering method using such an AC power source as an applied power source is called an AC sputtering method.

스퍼터링 장치는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치된 지지부와, 상기 지지부와 대향되도록 설치된 타겟부를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 챔버 내에는 스퍼터링 가스로서 아르곤(Ar) 가스가 채워지며, 상기 지지부의 상면에는 상기 인쇄 소성공정이 완성된 전자 방출원 형성용 재료가 배치된다.The sputtering apparatus includes a chamber, a support portion provided inside the chamber, and a target portion installed to face the support portion. Here, argon (Ar) gas is filled in the chamber as a sputtering gas, and a material for forming an electron emission source having completed the printing firing process is disposed on an upper surface of the support part.

타켓부는 증착 물질로 이루어진 타겟과, 상기 타겟의 일측면에 설치된 영구자석으로 된 자계발생수단으로 구성된다. 통상적으로 상기 타겟에는 캐소드(cathode)가 되며, 상기 타겟과 대향되고, 전자 방출원이 위치하게 되는 지지부의 상면은 그라운드(ground)된 애노드(anode)가 된다.The target portion includes a target made of a deposition material and magnetic field generating means of permanent magnets installed on one side of the target. Typically, the target is a cathode, the upper surface of the support facing the target and the electron emission source is located is a grounded anode.

스퍼터링법에 의하여 상부 표면을 금속코팅되는 공정을 살펴보면, 상기 캐소드인 타겟에 전원공급장치에 의하여 음 전압을 인가하여 방전시키게 되면, 방전에 의해 생성된 전자가 Ar 가스와 충돌함으로써, Ar+ 이온을 생성시키게 된다. 이에 따라 플라즈마가 형성되어지는데, 상기 플라즈마는 자계발생수단에 의해 타겟 표면에 가까이 유지하게 되며, 이에 따라 더 많은 전자가 생성된다. 이렇게 생성된 전 자는 다시 Ar+ 이온을 만들게 되므로 글로우 방전 (glow discharge)이 계속 유지되어진다. 상기 전자는 애노드인 전자 방출원쪽으로 이동하게 되며, Ar+ 이온은 캐소드인 타겟으로 이동하여 상기 타겟과 충돌하게 된다. Ar+ 이온이 타겟에 충돌하게 되면 상기 타겟으로부터는 타겟 원자가 튀어나오게 나옴과 동시에 2차 전자가 튀어나오게 된다. 이렇게 생성된 2차 전자는 글로우 방전에 이용되어 글로우 방전을 유지시키게 되며, 타겟으로부터 튀어나온 타겟 원자는 전자 방출원의 상부에 금속박막층을 형성하게 된다.Looking at the process of metal coating the upper surface by the sputtering method, when a negative voltage is applied to the cathode target by the power supply device to discharge, electrons generated by the discharge collide with Ar gas, thereby generating Ar + ions Let's go. As a result, a plasma is formed, which is maintained near the target surface by the magnetic field generating means, thereby generating more electrons. The generated electrons again produce Ar + ions, so the glow discharge is maintained. The electrons move toward the electron emission source, which is an anode, and Ar + ions move to the target, which is a cathode, to collide with the target. When Ar + ions collide with the target, the target atoms protrude from the target and secondary electrons protrude from the target. The secondary electrons thus generated are used for the glow discharge to maintain the glow discharge, and the target atoms protruding from the target form a metal thin film layer on top of the electron emission source.

본 발명의 스퍼터링에 사용되는 금속물질은 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 로듐(Rh), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 베릴륨(Be), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.Metal materials used in the sputtering of the present invention are nickel (Ni), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag), zinc (Zn), rhodium (Rh), tin (Sn), cadmium (Cd), Chromium (Cr), beryllium (Be), palladium (Pd), indium (In), platinum (Pt), gold (Au), and combinations thereof.

상기 금속박막의 두께는 10 내지 250nm인 것이 바람직하다. 두께가 10nm 이하인 경우에는 금속코팅에 대한 효과가 미미하여 바람직하지 못하고, 두께가 250nm를 초과하는 경우에는 카본계 물질의 전자 방출량이 적어지기 때문에 바람직하지 못하다.It is preferable that the thickness of the said metal thin film is 10-250 nm. If the thickness is 10 nm or less, the effect on the metal coating is insignificant and not preferable. If the thickness is greater than 250 nm, the electron emission amount of the carbon-based material decreases, which is not preferable.

본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 스퍼터링법에 의하여 상부 표면에 금속 박막층을 형성한 전자 방출원을 제공한다.The present invention is a substrate; A cathode electrode formed on the substrate; And an electron emission source formed to be electrically connected to a cathode electrode formed on the substrate and having a metal thin film layer formed on an upper surface thereof by a sputtering method.

도 2는 본 발명에 따라 금속 박막층이 형성된 전자 방출원의 SEM 사진을 도시한다. 사진에서 Al 금속 박막층이 카본 나노 튜브 상에 코팅된 형태를 나타내고 있다. 2 shows an SEM image of an electron emission source in which a metal thin film layer is formed according to the present invention. In the photo, the Al metal thin film layer is coated on the carbon nanotubes.

본 발명은 서로 대향되게 배치된 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며, 스퍼터링법에 의하여 상부 표면에 금속박막층을 형성하는 방법으로 제조된 전자 방출원; 상기 제2 기판 상에 형성된 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성된 형광층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자를 제공한다.The present invention includes a first substrate and a second substrate disposed opposite to each other; A cathode electrode formed on the first substrate; An electron emission source formed to be electrically connected to a cathode electrode formed on the substrate and manufactured by a method of forming a metal thin film layer on an upper surface by a sputtering method; An anode formed on the second substrate; And a fluorescent layer formed on one surface of the anode electrode.

본 발명에 따른 전자 방출 소자의 일 구현예를 도 3에 도시하였다. 도 3을 참조하면, 제1 기판 (30)의 일면 상에는 캐소드 전극으로서의 제1 전극 (31)이 형성되어 있고, 제1 전극 (31)의 일면 상에는, 본 발명에 따른 전자 방출원 (32), 절연층 (33), 및 게이트 전극 (34)이 형성된다. 절연층 (33)에는 하나 이상의 홀 (35)이 형성되고, 그 하면에 전자 방출원 (32)이 형성된다.An embodiment of the electron emitting device according to the present invention is shown in FIG. 3. Referring to FIG. 3, a first electrode 31 as a cathode is formed on one surface of the first substrate 30, and an electron emission source 32 according to the present invention is formed on one surface of the first electrode 31. The insulating layer 33 and the gate electrode 34 are formed. One or more holes 35 are formed in the insulating layer 33, and electron emission sources 32 are formed in the lower surface thereof.

제1 기판 (30)에 대향되는 제2 기판 (36)의 일면 상에는 애노드 전극으로서의 제2 전극 (37)이 형성되어 있고, 제2 전극 (37)의 일면 상에는 형광층 (38)이 형성되어 있다. 이들 제1 기판 (30)과 제2 기판 (36) 사이는 스페이서 (39)에 의하여 지지된다.A second electrode 37 as an anode electrode is formed on one surface of the second substrate 36 facing the first substrate 30, and a fluorescent layer 38 is formed on one surface of the second electrode 37. . The spacer 39 is supported between the first substrate 30 and the second substrate 36.

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. 하면기판상에 스트라이프 형태로 게이트 전극이 배치되고, 상기 게이트 전극을 덮도록 절연체층이 배치되고, 상기 절연체층상에 상기 게이트 전극과 교차하도록 스트라이프 형태로 캐소드 전극이 배 치되며, 상기 캐소드 전극상에 탄소계 물질을 포함하는 전자 방출원이 형성되는 구조의 전자 방출 소자나, 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.The electron-emitting device of the present invention has been described with an electron-emitting device having a triode structure as shown in FIG. 3 as an example, but the present invention includes not only the triode structure, but also an electron emitting device having another structure including a dipole tube. A gate electrode is disposed on the bottom substrate in a stripe form, an insulator layer is disposed to cover the gate electrode, and a cathode electrode is disposed in a stripe form to cross the gate electrode on the insulator layer, and on the cathode electrode. The electron emission element of the structure in which the electron emission source containing a carbonaceous material is formed, and the damage of the gate electrode and / or cathode electrode by the arc estimated to be produced by the discharge phenomenon are prevented, and it is emitted from the electron emission source It can also be used for electron emitting devices with grids / meshes to ensure electron focusing.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재되는 것일뿐 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, but the contents of the present invention are not limited to the following examples.

실시예Example

실시예 1 Example 1

터피네올 10g에 카본나노튜브 분말(MWNT, 일진 나노텍사 제품) 1g, 프리트(8000L, 신흥요업사 제품) 0.2g, 아크릴 수지(Elvacite 사 제품) 3g, 폴리에스테르 아크릴레이트 5g, 벤조피논 5g을 첨가하여 교반한 후, 30,000cps의 점도를 갖는 전자 방출원용 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 스프레이하여 현상하고, 450 ℃의 온도에서 소성하였다. 소성단계를 거친후 Al target을 사용하여 열전자로 스퍼터링하였다(스퍼터 장비는 한국 모테크 베큠사의 주문제작품이다). 카본계 물질 및 전자 방출원 표면이 금속으로 코팅되어 있는 본 발명에 따른 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.To 10 g of terpineol, 1 g of carbon nanotube powder (MWNT, manufactured by Iljin Nanotech Co., Ltd.), 0.2 g of frit (8000L, manufactured by Emerging Industries Co., Ltd.), 3 g of acrylic resin (Elvacite Co.), 5 g of polyester acrylate, and 5 g of benzopinone are added. After stirring, the composition for electron emission sources having a viscosity of 30,000 cps was prepared. The composition for forming an electron emission source is printed on an electron emission source formation region on a substrate provided with a Cr gate electrode, an insulating film, and an ITO electrode, and then using a parallel mask with an exposure energy of 2000 mJ / cm ² using a pattern mask. Was investigated. After exposure, it was developed by spraying and firing at a temperature of 450 ° C. After the firing step, sputtering with hot electrons was performed using Al target (sputter equipment is a custom-made product of Korea Motech Vacuum Co., Ltd.). An electron emission source according to the invention was formed in which the carbonaceous material and the electron emission surface were coated with a metal. 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.

상기 전자 방출 소자를 샘플 1이라고 한다.The electron emitting device is referred to as sample 1.

비교예 1 Non Comparative Example 1

소성단계를 거친 후 스퍼터링법에 의한 금속코팅과정을 사용하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1의 제조 방법에 기재된 성분 및 함량에 따라 전자 방출 소자를 제조하였다. 이를 샘플 A라고 한다.An electron-emitting device was manufactured according to the ingredients and contents described in the preparation method of Example 1, except that the metal coating process by the sputtering method was not used after the firing step. This is called sample A.

평가예Evaluation example

상기 샘플 1 및 A의 전류 밀도를 Pulse power source와 전류계를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 도 4a에 따르면, 스퍼터링법에 의해 금속코팅한 전자 방출원을 구비한 샘플 1은 air 소성 후에 오히려 전류가 증가함을 알 수 있었다. 이는 도 4b에서 코팅하지 않은 샘플 A가 air 소성을 하게 되면 전류 밀도가 큰 폭으로 감소하는 것과는 상반된 결과를 나타내고 있다. The current densities of Samples 1 and A were measured using a pulse power source and an ammeter. The results are shown in FIGS. 4A and 4B. According to FIG. 4A, it can be seen that Sample 1 having an electron emission source coated with a metal by sputtering increased rather than after firing air. This is in contrast to that in the case of the uncoated sample A in Figure 4b when the air firing is greatly reduced current density.

본 발명의 전자 방출원은 표면이 금속으로 코팅됨으로써 전기전도성을 증가시키고 전하가 한 곳에 집중되어 발생되는 아크현상을 방지할 수 있으며, 또한 카본계 물질이 금속으로 코팅됨으로써 산소 노출시 카본계 물질의 손상을 방지할 수 있어서 수명이 연장되고 신뢰할 수 있는 전자 방출 소자를 제조할 수 있다.The electron emission source of the present invention can increase the electrical conductivity by coating the surface of the metal and prevent the arc phenomenon caused by the concentration of charge in one place, and also the carbon-based material is coated with the metal to Damage can be prevented, resulting in an extended lifetime and a reliable electron emitting device.

Claims

카본계 물질 및 비이클을 포함하는 전자 방출원 형성용 조성물을 제공하는 단계 (가);(A) providing a composition for forming an electron emission source comprising a carbonaceous material and a vehicle;

기판 상에 상기 전자 방출원 형성용 조성물을 인쇄하는 단계 (나); Printing the composition for forming an electron emission source on a substrate (b);

상기 인쇄된 결과물을 소성하는 단계 (다); 및Firing the printed result (c); And

스퍼터링법에 의하여 상기 소성 결과물의 상부 표면에 금속 박막층을 형성하는 단계 (라)를 포함하는 전자방출원의 제조방법.Forming a metal thin film layer on the upper surface of the firing result by the sputtering method (d).

제1항에 있어서, 상기 단계(라)에서 상기 금속은 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 로듐(Rh), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 베릴륨(Be), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step (D), the metal is nickel (Ni), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag), zinc (Zn), rhodium (Rh), tin (Sn), Preparation of an electron emission source comprising cadmium (Cd), chromium (Cr), beryllium (Be), palladium (Pd), indium (In), platinum (Pt), gold (Au) and combinations thereof Way.

제1항에 있어서, 상기 단계 (라)에서 상기 금속박막층의 두께가 10 내지 250nm인 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.The method of claim 1, wherein the thickness of the metal thin film layer is 10 to 250nm in the step (d).

제1항에 있어서, 상기 소성 단계 (다) 이후에, 소성 결과물을 활성화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출원의 제조방법.According to claim 1, After the firing step (c), further comprising the step of activating the firing product manufacturing method of the electron emission source.

기판;Board;

상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 및A cathode electrode formed on the substrate; And

상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 상기 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 전자 방출원.An electron emission source formed to be electrically connected to a cathode electrode formed on the substrate, and manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4.

상기 제1 기판 상에 형성된 캐소드 전극;A cathode electrode formed on the first substrate;

상기 기판 상에 형성된 캐소드 전극과 전기적으로 연결되도록 형성되며 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 전자 방출원;An electron emission source formed to be electrically connected to the cathode electrode formed on the substrate and manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4;

상기 애노드 전극의 어느 일면에 형성된 형광층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.And a fluorescent layer formed on one surface of the anode electrode.