(57)【要約】【課題】電子放出源、電子放出源の製造方法、及び該電子放出源を備えた電子放出素子を提供する。【解決手段】金属酸化物ナノ粒子１２０がコーティングされた電子放出源１１０及び該電子放出源１１０を含む電子放出素子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物ナノ粒子がコーティングされた電子放出源。
【請求項２】
前記電子放出源は、単層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項３】
前記金属酸化物ナノ粒子は、ＰｄＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、及びそれらの混合物からなる群から選択されたナノ粒子であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項４】
前記金属酸化物ナノ粒子は、５ｎｍ以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出源。
【請求項５】
カーボン系物質、金属酸化物ナノ粒子前駆体、及びビークルを含む電子放出源形成用の組成物を製造する工程と、
前記電子放出源形成用の組成物を酸素雰囲気下で熱処理する工程と、
基板上に前記熱処理された電子放出源形成用の組成物を印刷する工程と、
前記印刷された電子放出源形成用の組成物を焼成する工程と、
前記焼成された結果物を活性化させて電子放出源を得る工程と、を含むことを特徴とする電子放出源の製造方法。
【請求項６】
前記金属酸化物ナノ粒子前駆体は、Ｐｄ（ＮＯ３）２、Ｚｎ（ＮＯ３）、Ｔｉ（ＮＯ３）４、及びそれらの混合物からなる群から選択されたことを特徴とする請求項５に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項７】
前記電子放出源形成用の組成物の酸素雰囲気下での熱処理は、２００℃ないし３００℃の温度で実施されることを特徴とする請求項５に記載の電子放出源の製造方法。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に形成されたカソード電極と、
前記基板上に形成されたカソード電極と電気的に連結されるように形成され、請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の電子放出源を備えたことを特徴とする電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源、電子放出源の製造方法、及び該電子放出源を備えた電子放出素子に係り、より具体的には、金属酸化物ナノ粒子がコーティングされた電子放出源、電子放出源の製造方法、及び該電子放出源を備えた電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子は、アノード電極とカソード電極との間に電圧を印加して電界を形成することによって、カソード電極の電子放出源から電子を放出させ、この電子をアノード電極側の蛍光物質に衝突させて発光させるディスプレイ装置である。
【０００３】
電子伝導性に優れたカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）を含むカーボン系物質は、伝導性及び電界集中効果が優秀であり、仕事関数が低くて電界放出特性が優秀であり、低電圧駆動が容易であり、かつ大面積化が可能であるので、電子放出素子の理想的な電子放出源として期待されている。
【０００４】
しかし、上記のようなＣＮＴは、電子放出能力において限界があり、したがって、このようなＣＮＴの電子放出能力の向上のための多様な技術が開発されているのが実情である。
【０００５】
しかし、ＣＮＴの場合、電界放出の特性上、電界強化因子の大きなＣＮＴのチップのみで電子放出が行われるという限界がある。
【０００６】
また、ＰｄＯ薄膜のパターンを通じてＣＮＴの電子放出能力を向上させるための一般的な技術として、特許文献１及び特許文献２が開示されている。
【特許文献１】特開１９９９−２３３００８号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、金属酸化物ナノ粒子がコーティングされた外壁を有することによって電子放出部位を増加させ、隣接ＣＮＴ間の接触時にコーティング粒子による伝導性が向上しうる電子放出源、電子放出源の製造方法、及び該電子放出源を備えた電子放出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の一実施の形態では、金属酸化物ナノ粒子がコーティングされた電子放出源を提供する。
【０００９】
本発明の他の実施の形態では、カーボン系物質、金属酸化物ナノ粒子前駆体、及びビークルを含む電子放出源形成用の組成物を製造する工程と、前記電子放出源形成用の組成物を酸素雰囲気下で熱処理する工程と、基板上に前記熱処理された電子放出源形成用の組成物を印刷する工程と、前記印刷された電子放出源形成用の組成物を焼成する工程と、前記焼成された結果物を活性化させて電子放出源を得る工程と、を含む電子放出源の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明のさらに他の実施の形態では、基板と、前記基板上に形成されたカソード電極と、前記基板上に形成されたカソード電極と電気的に連結されるように形成された前記電子放出源と、を備えた電子放出素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子放出源の一例であるＣＮＴの場合、ＣＮＴチップでの電子放出だけでなく、外壁のコーティング物質からも電子放出が発生して、電子放出部位が拡大し、かつ隣接ＣＮＴ間の接触時にコーティング粒子による伝導性が向上することによって、電子放出能力が向上した電子放出源及びそれを含む電子放出素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明の一実施の形態に係る電子放出源は、電子放出源の外壁に金属酸化物ナノ粒子がコーティングされることによって、電子放出能力がさらに向上され得る。
【００１４】
本実施の形態に係る電子放出源としては、カーボン系物質からなる電子放出源が使用され、このようなカーボン系物質は、伝導性及び電子放出特性が優秀であり、電子放出素子の作動時にアノード部の蛍光膜に電子を放出して蛍光体を励起させる役割を果たす。このようなカーボン系物質の非制限的な例としては、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、グラファイト、ダイアモンド、及びフラーレンなどが含まれる。
【００１５】
望ましくは、電子放出源は、単層ＣＮＴ（単一壁ＣＮＴ）または多層ＣＮＴ（多重壁ＣＮＴ）である。
【００１６】
ＣＮＴは、グラファイトシートが、ナノサイズの直径で丸く巻かれてチューブ状になっているカーボン同素体であって、単層ナノチューブ及び多層ナノチューブを全て使用でき、本実施の形態のＣＮＴは、熱化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、“ＣＶＤ法”と称する）、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、及びマイクロ波プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法を利用して製造されたものであり得る。
【００１７】
本実施の形態では、上記のように製造されたＣＮＴの外壁に金属酸化物ナノ粒子をコーティングすることによって電子放出源を製造する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る電子放出源は、ＣＮＴ１１０の外部表面に金属酸化物ナノ粒子１２０がコーティングされた構造を有するということが分かる。
【００１９】
金属酸化物ナノ粒子は、これらに制限されるものではないが、ＰｄＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、及びそれらの混合物からなる群から選択されたナノ粒子であることが望ましい。
【００２０】
このような金属酸化物ナノ粒子は、量子力学的な計算によれば、エネルギーダイヤグラムにおいて電場により表面導電性バンドがフェルミ準位側に移動することによって、ＣＮＴの外壁にコーティングされる場合に電子放出能力の向上に寄与する。
【００２１】
また、金属酸化物ナノ粒子は、５ｎｍ以下の平均粒径を有することが望ましいが、平均粒径が５ｎｍを超える場合には、ＣＮＴ外壁での電子放出現象が減少するという問題点があって望ましくない。
【００２２】
本発明の他の実施の形態では、カーボン系物質、金属酸化物ナノ粒子前駆体、及びビークルを含む電子放出源形成用の組成物を製造する工程と、電子放出源形成用の組成物を酸素雰囲気下で熱処理する工程と、基板上に熱処理された電子放出源形成用の組成物を印刷する工程と、印刷された電子放出源形成用の組成物を焼成する工程と、焼成された結果物を活性化させて電子放出源を得る工程と、を含む電子放出源の製造方法が提供される。
【００２３】
本発明に係る電子放出源の製造方法をより詳細に説明すれば、下記の通りである。
【００２４】
まず、カーボン系物質、金属酸化物ナノ粒子前駆体、及びビークルを含む電子放出源形成用の組成物を製造する。
【００２５】
金属酸化物ナノ粒子前駆体は、Ｐｄ（ＮＯ３）２、Ｚｎ（ＮＯ３）、Ｔｉ（ＮＯ３）４、及びそれらの混合物からなる群から選択されたものであって、これは、今後、酸素雰囲気下での熱処理によってＰｄＯ、ＺｎＯ、及びＴｉＯ２などの金属酸化物ナノ粒子に変換される。
【００２６】
電子放出源の製造に使用されるビークルは、電子放出源形成用の組成物の粘度及び印刷性を調節する役割を果たすものであって、これは、ポリマー成分及び溶媒成分を含む。
【００２７】
ビークル内に含まれるポリマー成分としては、必ずしもこれらに制限されるものではないが、エチルセルロース及びニトロセルロースなどのようなセルロース系樹脂、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、及びウレタンアクリレートなどのようなアクリル系樹脂、ならびにビニール系樹脂などがあり、溶媒成分としては、カーボン系物質、金属酸化物ナノ粒子、及びポリマー成分を溶解させ得るものであって、必ずしもこれらに制限されるものではないが、酢酸ブチルカルビトール（ＢＣＡ）、テルピネオール（ＴＰ）、トルエン、テキサノール、及びブチルカルビトール（ＢＣ）などがある。
【００２８】
また、電子放出源形成用の組成物は、接着成分、フィラー、感光性樹脂、光開始剤、レベリング向上剤、粘度改善剤、解像度改善剤、分散剤、及び消泡剤からなる群から選択された一つ以上の添加剤をさらに含んでも良い。
【００２９】
接着成分は、ＣＮＴと基板との接着力を向上させる役割を果たすものであって、無機接着成分、有機接着成分、及び低融点金属からなる群から選択された１種以上を使用できる。
【００３０】
フィラーは、基板と十分に接着できないＣＮＴの伝導性を向上させる役割を果たすものであって、このようなフィラーの具体的な例としては、必ずしもこれらに制限されるものではないが、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｄなどがある。
【００３１】
感光性樹脂は、電子放出源のパターニングに使用される物質であって、このような感光性樹脂の具体的な例としては、必ずしもこれらに制限されるものではないが、熱分解性アクリレート系列のモノマー、ベンゾフェノン系のモノマー、アセトフェノン系のモノマー、及びチオキサントン系のモノマーなどがあり、より具体的には、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、２，４−ジエチルチオキサントン（ｄｉｅｔｈｙｌｏｘａｎｔｈｏｎｅ）、または２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを使用できる。
【００３２】
光開始剤は、感光性樹脂が露光されるときに感光性樹脂の架橋結合を開始する役割を果たす。光開始剤の非制限的な例としては、ベンゾフェノンなどがある。
【００３３】
レベリング向上剤は、印刷後に形成されたＣＮＴの表面での表面張力を低下させることによって、組成物中に含まれる成分のレベリング特性を向上させる。このように、レベリング特性が向上した電子放出源は、発光均一度が良好であり、均一に電場が印加され得るので、結果的に寿命が延長され得る。
【００３４】
電子放出源形成用の組成物は、その他にも、必要に応じて通常的に使用される粘度改善剤、解像度改善剤、分散剤、及び消泡剤などをさらに含んでも良い。
【００３５】
上記のように製造された電子放出源形成用の組成物については、酸素雰囲気下で熱処理が加えられるが、このような熱処理過程によって金属酸化物ナノ粒子前駆体は、平均粒径が５ｎｍ以下の金属酸化物ナノ粒子に変換される。
【００３６】
熱処理温度は、２００℃ないし３００℃であることが望ましいが、熱処理温度が２００℃未満である場合には、粒子が生成されないという問題点があり、３００℃を超える場合には、粒径が過度に大きくなるという問題点があって望ましくない。
【００３７】
次いで、電子放出源形成用の組成物を基板に印刷するが、印刷方式は、電子放出源形成用の組成物が感光性樹脂を含む場合と、感光性樹脂を含んでいない場合とによって異なる。電子放出源形成用の組成物が感光性樹脂を含む場合には、別途のフォトレジストパターンが不要である。すなわち、基板上に感光性樹脂を含む電子放出源形成用の組成物を印刷でコーティングし、これを所望の電子放出源の形成領域によって露光及び現像する。
【００３８】
一方、電子放出源形成用の組成物が感光性樹脂を含んでいない場合には、別途のフォトレジスト膜のパターンを利用したフォトリソグラフィ工程が必要である。すなわち、まず、フォトレジスト膜を利用してフォトレジスト膜のパターンを形成した後、フォトレジスト膜のパターンを利用して電子放出源形成用の組成物を印刷で供給する。
【００３９】
前述したように印刷された電子放出源形成用の組成物は、焼成工程を通じてカーボン系物質と基板との接着力が向上し、一定量以上のバインダの溶融及び固形化によって耐久性も向上し、脱ガスも最小化し得る。焼成温度は、電子放出源形成用の組成物に含まれたビークルの揮発及びバインダの焼結可能温度及び時間を考慮して決定されねばならない。通常的な焼成温度は、４００ないし５００℃であり、望ましくは、４５０℃である。焼成温度が４００℃未満であれば、ビークルなどの揮発が十分に行われないという問題点が発生し、焼成温度が５００℃を超えれば、カーボン系物質が損傷し得るという問題点が発生し得るためである。
【００４０】
このように焼成された焼成結果物の表面のカーボン系物質は活性化工程を経る。活性化工程の一実施の形態によれば、熱処理工程を通じてフィルム状に硬化され得る溶液、例えば、ポリイミド系の高分子を含む電子放出源の表面処理剤を焼成結果物上に塗布した後、これを熱処理した後、熱処理で形成されたフィルムを剥離する。活性化工程の他の実施の形態によれば、所定の駆動源で駆動されるローラの表面に接着力を有する接着部を形成して、焼成結果物の表面に所定の圧力で加圧することによって活性化工程を行ってもよい。このような活性化工程を通じて電子放出源の表面にカーボン系物質が露出されるか、または垂直配向の状態が調節され得る。
【００４１】
本発明のさらに他の実施の形態では、基板と、基板上に形成されたカソード電極と、基板上に形成されたカソード電極と電気的に連結されるように形成された電子放出源と、を備えた電子放出素子が提供される。
【００４２】
図２は、本実施の形態に係る電子放出素子の部分断面図であって、代表的に３極管構造の電子放出素子を図示した。
【００４３】
図２に示すように、電子放出素子２００は、上板２０１及び下板２０２を備え、上板２０１は、上面基板２９０、上面基板の下面２９０ａに配置されたアノード電極２８０、及びアノード電極の下面２８０ａに配置された蛍光体層２７０を備える。
【００４４】
下板２０２は、内部空間を有するように所定の間隔で上面基板２９０と対向して平行に配置される下面基板２１０、下面基板２１０上にストライプ状に配置されたカソード電極２２０、カソード電極２２０と交差するようにストライプ状に配置されたゲート電極２４０、ゲート電極２４０とカソード電極２２０との間に配置された絶縁体層２３０、絶縁体層２３０及びゲート電極２４０の一部に形成された電子放出源ホール２６９、ならびに電子放出源ホール２６９内に配置されてカソード電極２２０と通電され、ゲート電極２４０より低く配置される電子放出源２６０を備える。
【００４５】
上板２０１及び下板２０２は、大気圧より低い圧力の真空に維持され、真空により発生する上板２０１と下板２０２との間の圧力を支持し、発光空間２０３を区画するようにスペーサ２９２が上板２０１と下板２０２との間に配置される。
【００４６】
アノード電極２８０は、電子放出源２６０から放出された電子の加速に必要な高電圧を印加して、電子を蛍光体層２７０に高速で衝突させ得る。蛍光体層２７０は、電子により励起されて高エネルギーのレベルから低エネルギーのレベルに低下しつつ可視光を放出する。カラー電子放出素子の場合には、単位画素をなす複数の発光空間２０３のそれぞれに、赤色発光、緑色発光、及び青色発光の蛍光体層がアノード電極の下面２８０ａに配置される。
【００４７】
ゲート電極２４０は、電子放出源２６０から電子を容易に放出させる機能を有し、絶縁体層２３０は、電子放出源ホール２６９を区画し、電子放出源２６０とゲート電極２４０とを絶縁する機能を有する。
【００４８】
以下、本発明の望ましい実施例及び比較例を記載する。下記実施例は、本発明をさらに明確に表現するための目的で記載されるものであり、本発明の内容が下記の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４９】
実施例１：本発明に係る電子放出素子の製造
金属酸化物ナノ粒子前駆体としてＰｄ（ＮＯ３）２１．６３２ｇとＣＮＴとを反応させて酸素雰囲気下で熱処理した後、テルピネオール１０ｇにコーティングされたＣＮＴ粉末（ＭＷＮＴ、日進ナノテック社製）１ｇ、フリット（８０００Ｌ、新興窯業社製）０．２ｇ、アクリル樹脂（Ｅｌｖａｃｉｔｅ社製）３ｇ、ポリエステルアクリレート５ｇ、及びベンゾフェノン５ｇを添加して攪拌した後、可塑剤としてジオクチルフタレート（シグマ・アルドリッチ社製）２ｇを追加的に添加して混合し、３０，０００ｃｐｓの粘度を有する電子放出源用の組成物を製造した。
【００５０】
電子放出源形成用の組成物を、Ｃｒゲート電極、絶縁膜、及びＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）電極が備えられた基板上の電子放出源の形成領域に印刷した後、パターンマスクを利用して２０００ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーで平行露光器を利用して照射した。露光後にスプレーして現像し、４５０℃の温度で焼成して電子放出源を形成した。形成された電子放出源に、接着部を有するローラの表面を当接させて加圧した後に分離し、活性化工程を行うことによって最終的な電子放出源を完成させた。その後、蛍光膜及びアノード電極としてＩＴＯを採用した基板を、電子放出源が形成された基板と配向させて配置し、両基板の間には基板間のセルギャップを維持するスペーサを形成することによって、本発明に係る電子放出素子を製造した。
【００５１】
比較例１：従来技術による電子放出素子の製造
電子放出源形成用の組成物の製造において、金属酸化物ナノ粒子前駆体を添加しなかったという点を除いては、実施例１の製造方法に記載された成分、含有量、及び方法によって電子放出素子を製造した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、電子放出素子に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子放出源についての概略的な図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る電子放出素子を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１０    ＣＮＴ、
１２０    金属酸化物ナノ粒子、
２００    電子放出素子、
２０１    上板、
２０２    下板、
２０３    発光空間、
２９０    上面基板、
２８０    アノード電極、
２７０    蛍光体層、
２１０    下面基板、
２２０    カソード電極、
２４０    ゲート電極、
２３０    絶縁体層、
２６９    電子放出源ホール、
２６０    電子放出源、
２９２    スペーサ。
【図１】
2006294622.tif 000003
【図２】
2006294622.tif 000004