(57)【要約】【課題】保護膜が形成された電子放出源およびそれを含む電子放出素子を提供する。【解決手段】基板上に形成され、側面に保護膜が形成されていることを特徴とする、電子放出源、および相互に対向するように配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結されるように、前記カソード電極上に形成された、前記電子放出源と、前記第２基板上に形成されたアノード電極と、前記電子放出源から放出された電子と衝突することによって発光する蛍光層と、を含む電子放出素子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、側面に保護膜が形成されていることを特徴とする、電子放出源。
【請求項２】
前記保護膜は、２０ｎｍないし５μｍの範囲の厚さ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３】
前記保護膜は、無機材料、有機材料、またはこれらの混合物から形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子放出源。
【請求項４】
前記無機材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＣからなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項３または４に記載の電子放出源。
【請求項５】
前記有機材料は、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、およびポリイミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項３に記載の電子放出源。
【請求項６】
針状炭素系物質をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子放出源。
【請求項７】
前記針状炭素系物質は、カーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項６に記載の電子放出源。
【請求項８】
相互に対向するように配置された第１基板および第２基板と、
前記第１基板上に形成されたカソード電極と、
前記カソード電極と電気的に連結されるように、前記カソード電極上に形成された、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子放出源と、
前記第２基板上に形成されたアノード電極と、
前記電子放出源から放出された電子と衝突することによって発光する蛍光層と、
を含む電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源およびそれを含む電子放出素子に係り、さらに具体的には、外部環境の変化に対して効果的に保護される電子放出源およびそれを含む電子放出素子を提供することである。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子において、アノード電極とカソード電極との間に電圧が印加されると電界を形成し、それによって、カソード電極上に配置された電子放出源から電子が放出され、この放出された電子がアノード電極上に配置された蛍光物質と衝突して発光する。
【０００３】
通常、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）を含む炭素系物質が、電子放出素子の電子放出源として使われている。炭素系物質は導電性を有しているため、優れた電界集中効果、低い仕事関数、優れた電界放出性能、低電圧駆動、および大きなサイズの電子放出源が実現されうる。それゆえ、電子放出素子の理想的な電子放出源として検討されている。
【０００４】
このようなＣＮＴを含む電子放出源は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を利用するＣＮＴ成長法、またはＣＮＴを含む電子放出源形成用の組成物を利用するペースト法などを用いて製造されうる。特に、電子放出源がペースト法を用いて形成されると、製造コストが低減され、電子放出源が、大きなサイズで形成されうる。ＣＮＴを含む電子放出源形成用の組成物は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】米国特許第６，４３６，２２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、炭素系物質としてＣＮＴを含む従来の電子放出源１８を概略的に示す図面である。図１に示す通り、電子放出源１８は、基板１１の上部に形成されている。電子放出源１８は、ＣＮＴ１３および金属粉末１５を含む。この場合、電子放出源形成用の組成物のうち、前記炭素系物質および前記金属粉末を除いた残りの成分、例えばビヒクルなどの結果物は、図１には図示していない。通常、金属粉末１５は、ＣＮＴ１３と基板１１との間またはＣＮＴ１３の間の接触抵抗を低下させ、大きい粒子サイズのためにアーク放電をもたらす。その結果、電子放出源が損傷を受ける。
【０００６】
すなわち、従来の電界放出素子のパネル（チャンバ）内の真空度は、経時的に次第に低下し、外部環境からのガスの流入が起こり、チャンバ内に流入したガスは電子と衝突して、イオンを生じさせる。その結果、電子放出源は、イオンなどとの衝突のためスパッタされ、電子放出素子が損傷を受け、寿命が短くなる。このような真空度の低下を改善するため、ゲッターが、ガスを除去するためにチャンバ内に挿入される。しかし、ゲッターの使用は上記の問題を解決していない。
【０００７】
そこで本発明は、外部環境の影響による損傷を受けにくく、高い信頼性および長い寿命特性を有する電子放出源およびそれを用い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】
前記課題を解決するために、本発明は、基板上に形成され、側面に保護膜が形成されていることを特徴とする、電子放出源を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、前記保護膜は、２０ｎｍないし５μｍの範囲の厚さを有することが望ましい。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、前記保護膜は、無機材料、有機材料、またはこれらの混合物から形成されていることが望ましい。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、前記無機材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＣからなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことが望ましい。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、前記有機材料は、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、およびポリイミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含むことが望ましい。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、前記電子放出源は、針状炭素系物質を含むことが望ましい。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、前記針状炭素系物質としては、ＣＮＴが望ましい。
【００１５】
また、本発明は、相互に対向するように配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結されるように、前記カソード電極上に形成された電子放出源と、前記第２基板上に形成されたアノード電極と、前記電子放出源から放出された電子と衝突することによって発光する蛍光層と、を含む電子放出素子を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による電子放出源は、側面に保護膜を形成させることにより、外部環境による電子放出源の損傷が最小化されつつ、鮮明度が向上し、電子放出源の安定性が改善される。本発明による電子放出源を用いた電子放出素子は、高い信頼性および長い寿命特性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
本発明の一実施形態による電子放出源は、基板上に形成され、その側面に保護膜が形成されている。図２は、本発明の一実施形態による電子放出源の断面図である。図２に示すように、電子放出源１８は、基板１１の上部に形成されている。電子放出源１８は、ＣＮＴ１３などの炭素系物質、および金属粉末１５を含む。上述のように、本発明の一実施形態による保護膜１２は、電子放出源１８の側面に形成されている。保護膜１２は、炭素系物質などの電子放出源を外部環境から保護すると同時に、電子放出源の形状を維持している。その結果、鮮明度及び安定性を向上させる。
【００１９】
本発明の一実施形態による電子放出源１８の保護膜１２は、耐熱性物質から形成されうる。例えば、保護層１２は、無機材料、有機材料、またはこれらの混合物から形成されることが望ましい。前記無機材料としては、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＣからなる群より選択される少なくとも１つの物質が望ましい。前記有機材料としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、およびポリイミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの物質が望ましい。これらは単独でも、または２種以上混合して用いても良く、前記無機物質および前記有機物質はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
本発明の一実施形態による電子放出源１８の保護膜１２は、別の工程を経て製造されうる。しかし、本発明の一実施形態によれば、保護膜１２は、電子放出源が形成されるフォトレジスト工程を経て形成される。すなわち、電子放出源１８を基板１１上に形成するために、電子放出源１８の一部分が形成されないように、絶縁体層やゲート電極などの他の構造体の上にフォトレジスト犠牲層が塗布される。電子放出源形成用のペーストを使用して電子放出源１８を基板上に形成し、次いで、前記フォトレジスト犠牲層を除去するところ、このようなフォトレジスト犠牲層の除去過程で一部成分を前記電子放出源１８の周囲に残留させて保護膜１２を形成することが可能になる。したがって、別途の保護膜の形成工程が要求されないという経済的な利点を有する。
【００２１】
電子放出源１８の側面に形成された保護膜１２が厚すぎる場合、電子放出源１８の絶対的な含量が減少して放出される電子の放出量が減少する場合がある。一方、保護膜１２が薄すぎる場合、電子放出源１８を保護できない場合がある。よって、保護層１２の厚さは、望ましくは２０ｎｍないし５μｍ、より望ましくは、５０ｎｍないし３μｍの範囲である。
【００２２】
前記保護膜１２によって保護される電子放出源１８は、針状構造を有するいかなる物質を用いても形成されうる。例えば、仕事関数が低く、β関数が高い炭素系物質を用いて形成されうる。炭素系物質の例としては、ＣＮＴ、グラファイト、ダイヤモンド、およびダイヤモンド状カーボンなどが望ましい。特に、ＣＮＴは、優れた電子放出特性のため低電圧駆動に適している。それゆえ、ＣＮＴを用いて形成された電子放出源１８を含む電子放出素子は、容易に大きなサイズで製造されうる。
【００２３】
図３には、本発明の一実施形態による電子放出素子の断面図であり、図４は、図３で示した電子放出素子の拡大図である。
【００２４】
図３および図４に示したように、本発明の一実施形態による電子放出素子１０１は、第１基板１１０、カソード電極１２０、ゲート電極１４０、第１絶縁体層１３０、および電子放出源１５０を含む。保護膜１８０は電子放出源１５０のそれぞれの側面に形成されている。
【００２５】
前記第１基板１１０は、所定の厚さを有するフラットパネルである。前記第１基板１１０は、石英ガラス基板、少量のＮａのような不純物を含有したガラス基板、板ガラス基板、ＳｉＯ２がコーティングされたガラス基板、酸化アルミニウム基板、またはセラミック基板が望ましい。また、前記第１基板１１０は、フレキシブルディスプレイ装置を製造する場合、柔軟な物質が使われうる。
【００２６】
前記カソード電極１２０は、前記第１基板１１０上の一方向に延びるように配置されてもよく、従来の導電性物質から形成されてもよい。例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属またはこれらの合金を含む印刷導体、ガラスおよびＰｄ、Ａｇ、ＲｕＯ２、Ｐｄ−Ａｇなどの金属または金属酸化物を含む印刷導体、Ｉｎ２Ｏ３またはＳｎＯ２などの透明導体、または多結晶シリコンなどの半導体物質で形成されうる。
【００２７】
前記ゲート電極１４０は、基板１１０とは、前記カソード電極１２０と前記絶縁体層１３０との間に配置され、前記カソード電極１２０に用いられる通常の導電物質で形成されてもよい。
【００２８】
前記絶縁層１３０は、前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０との間に配置され、前記カソード電極１２０とゲート電極１４０との間のショートを防止するため、ゲート電極１４０からカソード電極１２０を隔離させる。
【００２９】
保護膜（１２、１８０）は、前記電子放出源１５０の側面に形成され、前記カソード電極１２０と電気的に連結されるように配置され、前記ゲート電極１４０よりも、低い高さで配置される。
【００３０】
前述したような構成を有する電子放出素子１０１は、カソード電極に負電圧（−）が印加され、ゲート電極に正電圧（＋）が印加されると、前記電子放出源１５０から電子が放出されうる。
【００３１】
特に、電子放出素子１０１は、可視光線を発生して画像を具現するディスプレイ装置を製造するために用いられうる。そのようなディスプレイ装置は、電子放出素子１０１の第１基板１１０と平行に配置される第２基板９０、前記第２基板９０上に設置されるアノード電極８０、および前記アノード電極８０に設置された蛍光層７０をさらに含んでも良い。
【００３２】
また、可視光線を発生させ、画像を具現するために、前記カソード電極１２０は前記ゲート電極１４０と垂直に配置されることが望ましい。それと共に、電子放出源ホール１３１は、前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０とが交差する領域に形成される。電子放出源１５０は電子放出源ホール１３１の中に配置される。
【００３３】
前記第１基板１１０を含む電子放出素子１０１は、フロントパネル１０２を含む前記第２基板９０と、互いに所定の間隔をおいて対向する。前記電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間隔は、絶縁物質を含むスペーサ６０によって維持される。
【００３４】
また、電子放出素子１０１および前面パネル１０２から形成された空間は、フリットでシールされ、それによって内部空間の真空度が維持される。さらに、内部空間中の空気は排気される。
【００３５】
このような構成を有する電子放出ディスプレイ装置の動作工程を、次に詳細に説明する。
【００３６】
負電圧がカソード電極１２０に印加され、正電圧がゲート電極１４０に印加される。また、アノードに向かって放出される電子を加速させるために、アノード電極８０に強い正電圧が印加される。すなわち、このように電圧が印加されると、電子放出源１５０を形成する針状の物質から電子が放出されて、ゲート電極１４０に向かって進み、アノード電極８０に向かって加速される。アノード電極８０に向かって加速された電子は、蛍光層７０に衝突し、可視光線が発生する。
【００３７】
以下では、本発明の一実施形態による電子放出源および電子放出素子の製造方法について説明する。後述される製造方法は、一実施形態に過ぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
【００３８】
まず、第１基板１１０、カソード電極１２０、絶縁体層１３０、およびゲート電極１４０を順次に所定の厚さに積層する。これら積層は、スクリーン印刷で行うことが望ましい。
【００３９】
次いで、所定の厚さを有するマスクパターンを、前記ゲート電極１４０の上面に形成する。電子放出源ホールを形成するための前記マスクパターンの形成は、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）犠牲層を塗布し、ＵＶやＥ−ビームを利用してパターンが形成されるフォトリソグラフィ工程によって行われる。  次いで、前記マスクパターンを利用してゲート電極１４０、絶縁体層１３０、およびカソード電極１２０の一部分をエッチングして電子放出源ホールを形成する。このようなエッチング工程は、ゲート電極１４０、絶縁体層１３０、およびカソード電極１２０の材料や厚さによって、エッチャントを利用する湿式エッチング、腐食性ガスを利用する乾式エッチング、またはイオンビームを利用するマクロマシニングでありうる。
【００４０】
次いで、炭素系物質を含むカーボンペーストが調製される。前記カーボンペーストは、従来の半導体と導体のＣＮＴが混在するＣＮＴパウダーを含む。電子放出源形成用のカーボンペーストは、前記電子放出源ホール上にスクリーン印刷法により塗布される。
【００４１】
次いで、前記カーボンペーストのうち、電子放出源として用いられる部分を硬化させる。
【００４２】
この硬化工程は、カーボンペースト中に感光性樹脂が存在するかしないかで、異なってくる。カーボンペーストが感光性樹脂を含む場合には、露光工程が用いられる。例えば、カーボンペーストが光が照射されると、硬化するネガ型感光性樹脂を含む場合、ネガ型感光性樹脂は、フォトリソグラフィ工程で塗布された後、光を選択的に照射して、カーボンペーストの電子放出源として用いられる部分のみを硬化させて電子放出源を形成することが可能である。
【００４３】
その後、現像工程が行われ、硬化されずに残っているカーボンペーストとフォトレジスト犠牲層とが除去されて、電子放出源および電子放出素子が完成する。
【００４４】
図５は、上述のような方法を通じて形成された電子放出源のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。図５から分かるように、約５０ｎｍの厚さを有するクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を含む保護膜が炭素系物質を含む電子放出源の側面に形成されているということが分かる。
【００４５】
フォトレジスト犠牲層が除去されると、電子放出源として使われている炭素系物質と反応し、接触している物質は、除去されずに残留して保護膜を形成する。したがって、フォトレジスト犠牲層として用いられる材料は、保護膜としての使用に適している材料かどうかを考慮して選択されることが望ましい。
【００４６】
一方、カーボンペーストに感光性樹脂を含んでいない場合には、他の方法が電子放出源および保護膜を形成する方法として採用されうる。
【００４７】
例えば、カーボンペーストが感光性樹脂を含んでいない場合、フォトレジストパターンを利用したフォトリソグラフィ工程が必要とされる。すなわち、フォトレジストパターンはフォトレジスト膜を用いて形成され、その後カーボンペーストはフォトレジストパターンを用い、印刷法を通じて供給される。
【００４８】
前述したような印刷されたカーボンペーストは、望ましくは体積で１０００ｐｐｍ以下、より望ましくは体積で１０ｐｐｍないし５００ｐｐｍの酸素を含む窒素ガス雰囲気下で焼成される。このような酸素ガス存在雰囲気下での焼成段階を通じて、カーボンペーストのうちのＣＮＴは、基板とより接着するようになり、ビヒクルは、揮発、除去され、他の無機バインダーは溶融および固形化されて、電子放出源の耐久性を向上させうる。
【００４９】
焼成温度は、カーボンペーストに含まれたビヒクルの揮発温度および時間に依存する。通常、焼成温度は、望ましくは３５０℃ないし５００℃、より望ましくは、４５０℃である。焼成温度が３５０℃未満であれば、ビヒクルなどの揮発が十分になされない場合がある。一方、焼成温度が５００℃を超えれば、製造コストが上昇し、基板が損傷される場合がある。
【００５０】
このような焼成結果物は、必要に応じて活性化される。例えば、ポリイミド系高分子を含む電子放出源の表面処理剤などの、熱処理工程を通じてフィルム状に硬化されうる溶液が、前記焼成結果物上に塗布された後、熱処理される。その後、熱処理で形成されたフィルムを剥離する。また、焼成結果物を活性化させるために、所定の駆動源によって駆動するローラの表面に、接着力を有する接着部を形成させて、前記ローラを用いて前記焼成結果物の表面に所定の圧力で加圧してもよい。このような活性化工程を経て、ナノサイズを有する無機物質は、電子放出源の表面に露出されるか、または垂直に配向されるように制御されうる。
【００５１】
前記カーボンペーストには、ＣＮＴ以外にカーボンペーストの印刷性および粘度を調節するためにビヒクルをさらに含んでもよい。前記ビヒクルは、樹脂成分および溶媒成分からなる。
【００５２】
前記樹脂成分は、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびウレタンアクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリビニルエーテルなどのポリビニル系樹脂から選択される少なくとも１つを含むことが望ましいが、これらに制限されるものではない。前述したような前記樹脂成分のうち一部は、感光性樹脂としての役割を果たしうる。
【００５３】
前記溶媒成分は、例えば、テルピネオール、ブチルカルビトール（Ｂｕｔｙｌ  Ｃａｒｂｉｔｏｌ：ＢＣ）、ブチルカルビトールアセテート（Ｂｕｔｙｌ  Ｃａｒｂｉｔｏｌ  Ａｃｅｔａｔｅ：ＢＣＡ）、トルエン、およびテキサノールから選択される少なくとも１つを含むことが望ましい。なかでも、テルピネオールを含むことがより望ましい。
【００５４】
前記溶媒成分の量が過度に少ないまたは多い場合、カーボンペーストの印刷性および流動性は低下する。特に、ビヒクルの量が過度に多い場合には、長い乾燥時間が必要とされる。
【００５５】
カーボンペーストは、必要に応じて、感光性樹脂、光開始剤、およびフィラーから選択される少なくとも１つをさらに含みうる。
【００５６】
前述の感光性樹脂の例は、これらに限定されないが、望ましくはアクリレート系モノマー、ベンゾフェノン系モノマー、アセトンフェノン系モノマー、またはチオキサントン系モノマーであり、より望ましくは、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、または２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンである。
【００５７】
前記光開始剤は、前記感光性樹脂が露光されると、感光性樹脂の架橋を開始させる。前記光開始剤の例は、これに限定されないが、望ましくはベンゾフェノンである。
【００５８】
前記フィラーは、基板と十分に接着されていないナノサイズの無機物の導電性を向上させうる。前記フィラーの例は、これらに限定されないが、望ましくはＡｇ、Ａｌ、である。
【００５９】
上記では、カーボンペーストを使用して電子放出源が形成される方法を説明したが、この方法以外に、例えばＣＶＤ成長法を利用して電子放出源を形成してもよい。
【００６０】
以上、本発明を、実施形態を参照しながら説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、本発明の精神および特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、形態や詳細における多様な変形がなされうるということが、当業者によって理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、ディスプレイ関連の技術分野に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の電子放出源の一実施形態の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、保護膜が側面に形成された電子放出源の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、電子放出素子を示す断面図である。
【図４】図３の電子放出源の部分拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による、電子放出源のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６３】
１１    基板、
１２，１８０    保護膜、
１３    ＣＮＴ、
１５    金属粉末、
１８，１５０    電子放出源、
６０    スペーサ、
７０    蛍光体層、
８０    アノード電極、
９０    第２基板、
１００    電子放出ディスプレイ装置、
１０１    電子放出素子、
１０２    前面パネル、
１０３    発光空間、
１１０    第１基板、
１２０    カソード電極、
１３０    第１絶縁体層、
１３１    電子放出源ホール、
１４０    ゲート電極。
【図１】
2007128851.tif 000003
【図２】
2007128851.tif 000004
【図３】
2007128851.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007128851.tif 000007