電子放出源形成用水系組成物及びこれを利用した電子放出源
【課題】電子放出源形成用水系組成物及びこれを利用した電子放出源を提供する。
【解決手段】カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物である。これにより、電子放出源形成用水系組成物で所望のパターンを鮮明に形成させ、該組成物で製造した電子放出源は、残留炭素がほとんどないので、エミッションの性能及び寿命が向上する。
【解決手段】カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物である。これにより、電子放出源形成用水系組成物で所望のパターンを鮮明に形成させ、該組成物で製造した電子放出源は、残留炭素がほとんどないので、エミッションの性能及び寿命が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物、これを利用した電子放出源及び該電子放出源を含む電子放出素子に係り、さらに具体的には、所望のパターンを鮮明に形成させうる電子放出源形成用水系組成物、該組成物で製造した残留炭素のほとんどない電子放出源及びそれを備えた電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子放出素子は、電子放出源として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ）型、ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型及びＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ）型が知られている。
【０００３】
前記ＦＥＡ型は、仕事関数が小さいか、またはβ関数が小さい物質を電子放出源として使用する場合、真空中で電位差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであって、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）を主な材質とする先端がとがっているチップ構造物やグラファイト、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、そして、最近ナノチューブやナノワイヤなどのナノ物質を電子放出源に適用した素子が開発されている。
【０００４】
ＦＥＡ型電子放出素子は、カソード電極とゲート電極との配置形態によって、トップゲート型とアンダーゲート型とに大別され、使われる電極の数によって、２極管、３極管または４極管に分けられる。ＦＥＡ型電子放出素子を利用して、ディスプレイ装置を具現する場合の例を図１に示した。
【０００５】
前述したような電子放出素子に含まれる電子を放出させる電子放出源の形成において、カソード電極とゲート電極とが対向する、いわば、パラレルラテラルゲート型構造では、カソード電極とゲート電極との間の犠牲層（または電子放出部の間の犠牲層）の形成のためには、多数のフォトリソグラフィ工程が必ず必要であるだけでなく、電極が厚膜である場合には、さらに難しくなる。電極がＡｇペーストなどの厚膜で形成される場合、犠牲層材料として有機フォトレジスト材料が可能であるが、電子放出源形成用感光性組成物がフォトレジストの界面で反応してパターンが不明確になることを避け難い。本発明は、このような問題点を克服するためにある。
【０００６】
また、前記工程で使われる電子放出源形成用組成物に一般的に含まれる感光性成分は、焼成後に残留炭素として残って、電子放出素子の性能及び寿命に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために、所望のパターンを鮮明に形成させうる電子放出源形成用水系組成物、前記組成物で製造した残留炭素がほとんどない電子放出源及びそれ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】
本発明は、前記課題を達成するために、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物を提供する。
【０００９】
本発明は、前記課題を達成するために、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源を提供する。
【００１０】
本発明は、前記課題を達成するために、前記電子放出源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、前記電子放出源形成用水系組成物として所望のパターンを鮮明に形成させることができ、前記組成物で製造した電子放出源は、残留炭素がほとんどないので、エミッションの性能及び寿命が向上している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明による電子放出源形成用水系組成物は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む。
【００１４】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるカーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物でありうる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブは、グラファイトシートがナノサイズの直径で丸く取り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、単一壁ナノチューブ、多重壁ナノチューブまたはこれらの混合物を何れも使用しうるが、これに制限されるものではない。本発明のカーボンナノチューブは、熱化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、“ＣＶＤ法”という）、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法のようなＣＶＤ法を利用して製造されたものでありうる。
【００１６】
前記カーバイド誘導炭素は、炭素と周期律表の２族、１３族、１４族、１５族または１６族元素との化合物であって、シリコンカーバイド（Ｓｉ−Ｃ）またはボロンカーバイド（Ｂ−Ｃ）のようなダイアモンド類カーバイド；チタンカーバイド（Ｔ−Ｃ）またはジルコニウムカーバイド（Ｚｒ−Ｃ）のような金属類カーバイド；アルミニウムカーバイド（Ａｌ−Ｃ）またはカルシウムカーバイド（Ｃａ−Ｃ）のような塩類カーバイド；チタン−タリウムカーバイド（Ｔｉ−Ｔａ−Ｃ）またはモリブデン−タングステンカーバイド（Ｍｏ−Ｗ−Ｃ）のような錯体カーバイド；炭窒化チタン（Ｔ−Ｃ−Ｎ）または炭窒化ジルコニウム（Ｚｒ−Ｃ−Ｎ）のような炭窒化物；または前記カーバイド物質などの混合物を使用して製造されたものでありうるが、これに制限されるものではない。
【００１７】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるカーボン系化合物の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１０ないし２００重量部であることが望ましい。
【００１８】
１０重量部未満である場合、伝導ネットワークが不完全でエミッション性能の低下を誘発するという点で望ましくなく、２００重量部を超える場合、スクリーン効果による電場増強の低下によってエミッション性能を低下させるという点で望ましくない。
【００１９】
一方、本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるケイ酸化合物の対イオンは、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素でありうる。このようなケイ酸化合物の非制限的な例として、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ホウ素、ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸ナトリウムが挙げられ、望ましくは、前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物である。電子放出源形成用水系組成物に使われるケイ酸化合物は、固体形態または水に混合された形態であり、望ましくは、水に混合された形態である。
【００２０】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれる水は、特別に制限されるものではないので、純度は問題とならない。したがって、当該技術分野で使われる一般的な蒸溜水、純水または超純水が使用でき、望ましくは、純水を使用しうる。
【００２１】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれる純水の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１５００ないし１７００重量部であることが望ましい。
【００２２】
１５００重量部未満である場合、粘度上昇による均一な塗布が難しいという点で望ましくなく、１７００重量部を超える場合、粒子の沈殿を誘発するという点で望ましくない。
【００２３】
また、本発明による電子放出源形成用水系組成物は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水以外にも、当該技術分野で通常的に使われるものとして、ｐＨ調節剤、有機バインダー、界面活性剤、揺変剤または分散及びコーティング性向上のための材料を適当量ほどさらに含みうる。
【００２４】
ｐＨ調節剤は、分散を安定化させ、ｐＨを調節するためのものであって、例えば、水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、またはクエン酸ナトリウムがあるが、これらに制限されるものではない。
【００２５】
前記ｐＨ調節剤の含量は、前記組成物のｐＨを８ないし１１にすることが望ましい。
【００２６】
ｐＨが８未満である場合、カーボン粒子の再凝集及び沈殿が発生するために望ましくなく、また、１１を超える場合にも、同様な結果をもたらすだけでなく、強アルカリ性による作業性低下の観点で望ましくない。
【００２７】
有機バインダーは、水分の急な揮発防止、分散性向上を目的とし、水系組成物の安定性のためのものであって、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、またはヒドロキシメチルセルロースがあるが、これらに制限されるものではない。
【００２８】
前記有機バインダーの含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１５ないし２５重量部であることが望ましい。
【００２９】
１５重量部未満である場合、カーボン粒子の沈殿など組成物の安定性低下によって望ましくなく、２５重量部を超える場合、粘度上昇による作業性低下で望ましくない。
【００３０】
界面活性剤は、陽イオンタイプ、陰イオンタイプ、ベタインタイプまたは非イオンタイプ界面活性剤が使われ、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、アルキルスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩、アルキルイミダゾリウムベタインがあるが、これらに制限されるものではない。
【００３１】
前記界面活性剤の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に２５ないし３５重量部であることが望ましい。
【００３２】
２５重量部未満である場合、カーボン粒子を基板へ完全に付着し難いという点で望ましくなく、３５重量部を超える場合、エミッション性能低下の誘発によって望ましくない。
【００３３】
揺変剤は、粘度調節のためのものであって、粘土、コロイド性酸化金属、ヒュームド酸化金属またはこれらの混合物を使用でき、例えば、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＴＳ−５３０処理ヒュームドシリカ（ヘキサメチルジシラザン処理疎水性ヒュームドシリカ）、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＴＳ−６１０処理ヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理疎水性ヒュームドシリカ）、アクリル系化合物、またはウレタン系化合物があるが、これらに制限されるものではない。
【００３４】
前記揺変剤の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に３ないし５重量部であることが望ましい。
【００３５】
前記揺変剤の含量が３重量部未満である場合、保存安定性の低下によって望ましくなく、５重量部を超える場合、分散性の低下によって望ましくない。
【００３６】
分散及びコーティング性向上のための材料としては、例えば、天然ゴム、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、またはカルボキシメチルセルロースがあるが、これらに制限されるものではない。
【００３７】
図１は、一般的なトップゲート型電子放出ディスプレイ装置の概略的な構成を示す部分斜視図である。
【００３８】
図１に示したように、一般的な電子放出ディスプレイ装置１００は、並んで配置されて真空である発光空間を形成する電子放出素子１０１及び前面パネル１０２と、前記電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間隔を維持するスペーサ６０と、を備えている。
【００３９】
前記電子放出素子１０１は、第１基板１１０、前記第１基板１１０上に交互に配置されたゲート電極１４０、カソード電極１２０、及び前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０との間に配置されて、前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０とを電気的に絶縁する絶縁体層１３０を備えている。
【００４０】
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は、電子放出源ホール１３１が形成されており、その内部に電子放出源（図示せず）が配置されている。
【００４１】
前記前面パネル１０２は、第２基板９０、前記第２基板９０の底面に配置されたアノード電極８０、前記アノード電極８０の底面に配置された蛍光体層（図示せず）を備えている。
【００４２】
本発明による電子放出源形成用水系組成物は、電子放出源間のギャップまたは電子放出源−電極間のギャップを効果的に形成できて、所望のパターンを鮮明に形成させうるので、ライン順次駆動型電子放出源、またはローカルディミング型電子放出源に適用可能であるが、これらに制限されるものではない。
【００４３】
ライン順次駆動型電子放出源を例として、本発明による電子放出源形成用水系組成物の適用を、図面を参照して説明する。
【００４４】
図２Ａは、電極パターンの形成された基板上にフォトレジストが塗布されたことを示す斜視図及び塗布されたフォトレジストの断面の拡大図であり、図２Ａを参照すれば、まず電極２１０パターンの形成された基板２００上にリフトオフ型フォトレジスト２２０を塗布した後、中心波長が３６５，４３５ｎｍであるＵＶを１００ｍＪ／ｍ２露光し、ハードベーキングした後、全面露光して現像し、フォトレジストを残存させた。前記フォトレジストの断面は、エッジ−カール形状である。
【００４５】
図２Ｂは、電極パターンが形成され、フォトレジストの塗布された基板上に本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したことを示す斜視図であり、図２Ｂを参照すれば、前記図２Ａの工程後、本発明による電子放出源形成用水系組成物２５０を塗布する。塗布に使われる装置は、特別に制限されず、当該技術分野の一般的な装置を使用しうる。本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布した後、一般的な乾燥工程を経る。
【００４６】
図２Ｃは、乾燥後にフォトレジストをリフトオフして生成された電子放出源の斜視図及び前記電子放出源の断面の拡大図であり、図２Ｃを参照すれば、生成された電子放出源３５０の断面は、図２Ａのフォトレジスト２２０の断面と対応する形態を有している。フォトレジスト２２０は有機成分が主であり、本発明による電子放出源形成用水系組成物２５０は水系であるので、フォトレジスト２２０と前記電子放出源形成用水系組成物２５０とは相溶性がない。電子放出源形成用水系組成物とフォトレジスト２２０との間のかかる非相溶性は、フォトレジストパターン後に電子放出源形成用水系組成物の塗布及び乾燥過程で維持されて、乾燥後、リフトオフ過程で電子放出源３５０とフォトレジスト２２０とはきれいに分離される。次いで、焼成工程を経る単純な工程で所望の電子放出源パターンが鮮明に形成される。図２Ｄには、前記工程によって形成された本発明による電子放出源の断面を示した。
【００４７】
本発明による電子放出源形成用水系組成物を利用した電子放出源は、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む。
【００４８】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物でありうる。
【００４９】
前記カーボンナノチューブは、グラファイトシートがナノサイズの直径で丸く取り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、単一壁ナノチューブ、多重壁ナノチューブまたはこれらの混合物であるが、これらに制限されるものではない。
【００５０】
前記カーバイド誘導炭素は、炭素と、周期律表の１族、１３族、１４族、１５族または１６族元素との化合物であって、シリコンカーバイド（Ｓｉ−Ｃ）またはボロンカーバイド（Ｂ−Ｃ）のようなダイアモンド類カーバイド；チタンカーバイド（Ｔ−Ｃ）またはジルコニウムカーバイド（Ｚｒ−Ｃ）のような金属類カーバイド；アルミニウムカーバイド（Ａｌ−Ｃ）またはカルシウムカーバイド（Ｃａ−Ｃ）のような塩類カーバイド；チタン−タリウムカーバイド（Ｔｉ−Ｔａ−Ｃ）またはモリブデン−タングステンカーバイド（Ｍｏ−Ｗ−Ｃ）のような錯体カーバイド；炭窒化チタン（Ｔ−Ｃ−Ｎ）または炭窒化ジルコニウム（Ｚｒ−Ｃ−Ｎ）のような炭窒化物；または前記カーバイド物質の混合物から製造されたカーバイド誘導炭素でありうる。
【００５１】
本発明による電子放出源に含まれるカーボン系化合物の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に３０ないし１３０重量部であることが望ましい。
【００５２】
３０重量部未満である場合、伝導ネットワークが不完全でエミッション性能の低下を誘発するという点で望ましくなく、１３０重量部を超える場合、スクリーン効果による電場増強の低下でエミッション性能を低下させるという点で望ましくない。
【００５３】
前記ケイ酸化合物の対イオンは、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素であり、このようなケイ酸化合物の非制限的な例として、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ホウ素、ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸ナトリウムが挙げられ、望ましくは、前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物である。前記ケイ酸化合物は、焼成段階以後であるので、固状の化合物である。
【００５４】
本発明による電子放出素子は、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源を備える。前記カーボン系化合物及びケイ酸化合物は、前述した通りであるので、これについての説明は省略する。
【００５５】
以下、本発明を、下記実施例を通じてさらに詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。本実施例で使われる化合物、ミキサー器、塗布器、分析器具は、当該技術分野で使われる一般的なものとして特別に制限されない。
【実施例１】
【００５６】
［電子放出源形成用水系組成物の製造］
カーバイド誘導炭素７．３ｇ、純水７９．５ｇ、ケイ酸カリウム５ｇ、水酸化アンモニウム４ｇ、ヒドロキシエチルセルロース１ｇ、界面活性剤（アルキルリン酸塩）１．５ｇ、揺変剤（アルキル系化合物）０．２ｇ、天然ガム１ｇ及びヒドロキシメチルセルロース０．５ｇをミキサー器に投入して５００ｒｐｍで３０分間混合して、本発明による電子放出源形成用水系組成物を製造した。
【００５７】
［電子放出源の製造］
ライン順次型カソード基板にリフトオフ型フォトレジストを使用してパターンを形成させ、前記電子放出源形成用水系組成物を塗布した。図３には、フォトレジストパターンを形成させた後、前記電子放出源形成用水系組成物を塗布したＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ）写真を示した。次いで、前記基板を４５０℃で３０分間焼成した後、フォトレジストを除去して、本発明による電子放出源を製造した。図４は、フォトレジストを除去した後、対面する電子放出部分の光学写真（３００倍）であって、ギャップが鮮明に形成されたことが観察されている。
【００５８】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、約０．１％の残留炭素（ケイ酸化合物の含量を除外した時の測定物質対比）が検出された。
【００５９】
［電子放出素子の製作］
前記電子放出源の形成されたＩＴＯガラス基板を冷陰極カソードとして使用し、１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサとして、銅プレートをアノード電極として使用して、電子放出素子を製作した。
【実施例２】
【００６０】
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーボンナノチューブを使用したことを除いては、実施例１と同一に電子放出源形成用水系組成物、電子放出源及び電子放出素子を製造した。
【００６１】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、０．１％の残留炭素が検出された。
【実施例３】
【００６２】
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーバイド誘導炭素３．６５ｇ及びカーボンナノチューブ３．６５ｇを使用したことを除いては、実施例１と同一に電子放出源形成用水系組成物、電子放出源及び電子放出素子を製造した。
【００６３】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、０．１％未満の残留炭素が検出された。
【００６４】
［比較例１］
カーバイド誘導炭素１ｇ、アクリレートバインダー６．５ｇ、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート（ＴＭＰＥＯＴＡ）５．５ｇ、テキサノール５．５ｇ、ベンゾフェノン１ｇ及びジオクチルフタレート（ＤＯＰ）０．５ｇを混合した後、３−ロールミルを使用して均一に混合分散させることによって、電子放出源形成用有機系組成物を製造した。以後に前記実施例１と同じ工程で電子放出源の間にギャップを形成させようとしたが、図５に示されたように、電子放出源とフォトレジストとの界面での化学的反応によって電子放出源とフォトレジストとの界面が不明になって、フォトレジストの除去時に電子放出源も共に除去されて、所望の構造を形成できなかった。
【００６５】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、１．５％の残留炭素が検出された。
【００６６】
［比較例２］
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーボンナノチューブを使用したことを除いては、比較例１と同様に製造した電子放出源形成用有機系組成物を、実施例１と同じライン順次型カソード基板にスクリーン印刷し、６０℃で２５分間乾燥させて溶媒を除去した後、中心波長が３６５，４３５ｎｍであるＵＶを５００ｍＪ／ｍ２露光し、アルカリ現像してパターンを形成させた。次いで、４５０℃で３０分間、窒素雰囲気で焼成して有機化合物を除去し、電子放出源を製造した。前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、１．５％の残留炭素が検出された。
【００６７】
次いで、前記電子放出源を冷陰極カソードとして使用し、１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサとして、銅プレートをアノード電極として使用して、電子放出素子を製作した。
【００６８】
［電子放出素子の性能の測定］
実施例２及び比較例２で製作された電子放出素子に対して駆動電圧の関数で測定された電流密度を比較した。水系組成物に対して２．７Ｖ／μｍ、既存の有機系組成物に対して３．８Ｖ／μｍのターンオンフィールドを表し、また４．３Ｖ／μｍ、６．２Ｖ／μｍの電場でそれぞれ６００μＡ／ｃｍ２に達した。その結果を図６に示す。これから、実施例２の電子放出素子の電子放出能がさらに優秀であるということが分かる。
【００６９】
［寿命特性の測定］
前記実施例２及び比較例２の電子放出源に対して寿命特性を評価するために、それぞれに対する電子放出寿命を測定し、その結果を下記表１に表した。表１から本発明の水系組成物を使用した電子放出源は、従来の有機系組成物を使用した電子放出源に比べて、はるかに少ない残留炭素含量及び向上した寿命特性を有するということが分かる。
【表１】
【００７０】
寿命は、５００時間の期間で測定された電流のグラフを利用して電流が０．５ｍＡ／ｃｍ２となる時間を推定する方法で測定された。その際、１ｍＡ／ｃｍ２の条件で測定を開始した。一般的に、電子放出電流は、時間によって、初期には急減し、次第に飽和されて一定時間が経過すれば、ほぼ線形にゆっくり減少する傾向を示す。したがって、５００時間が過ぎた後は、このように飽和された線を外挿して寿命を推定した。
【００７１】
本発明は、図面及び実施例を参照して説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点が分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、ディスプレイ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】一般的な電子放出素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２Ａ】ライン順次駆動型電子放出源用電極パターンの形成された基板上にフォトレジストが塗布されたことを示す斜視図及び塗布されたフォトレジストの断面の拡大図である。
【図２Ｂ】ライン順次駆動型電子放出源用電極パターンが形成され、フォトレジストの塗布された基板上に本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したことを示す斜視図である。
【図２Ｃ】焼成後フォトレジストをリフトオフさせて生成された本発明による電子放出源の斜視図及び前記電子放出源の断面の拡大図である。
【図２Ｄ】本発明によるライン順次駆動型電子放出源の断面図である。
【図３】フォトレジストパターンを形成させた後、本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したＳＥＭ写真である。
【図４】フォトレジストを除去した後、本発明による対面する電子放出源部分の光学写真である。
【図５】従来の技術の有機系組成物を利用して形成した電子放出源とフォトレジストとの界面の断面のＳＥＭ写真である。
【図６】本発明による電子放出素子及び従来の技術による電子放出素子の電場に対して電流密度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
６０ スペーサ
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 全面パネル
１１０ 第１基板
１２０ カソード電極
１３０ 絶縁体層
１３１ 放出源ホール
１４０ ゲート電極
２００ 基板
２１０ 電極
２２０ フォトレジスト
２５０ 電子放出源形成用水系組成物
３５０ 電子放出源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物、これを利用した電子放出源及び該電子放出源を含む電子放出素子に係り、さらに具体的には、所望のパターンを鮮明に形成させうる電子放出源形成用水系組成物、該組成物で製造した残留炭素のほとんどない電子放出源及びそれを備えた電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子放出素子は、電子放出源として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ）型、ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型及びＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ）型が知られている。
【０００３】
前記ＦＥＡ型は、仕事関数が小さいか、またはβ関数が小さい物質を電子放出源として使用する場合、真空中で電位差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであって、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）を主な材質とする先端がとがっているチップ構造物やグラファイト、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、そして、最近ナノチューブやナノワイヤなどのナノ物質を電子放出源に適用した素子が開発されている。
【０００４】
ＦＥＡ型電子放出素子は、カソード電極とゲート電極との配置形態によって、トップゲート型とアンダーゲート型とに大別され、使われる電極の数によって、２極管、３極管または４極管に分けられる。ＦＥＡ型電子放出素子を利用して、ディスプレイ装置を具現する場合の例を図１に示した。
【０００５】
前述したような電子放出素子に含まれる電子を放出させる電子放出源の形成において、カソード電極とゲート電極とが対向する、いわば、パラレルラテラルゲート型構造では、カソード電極とゲート電極との間の犠牲層（または電子放出部の間の犠牲層）の形成のためには、多数のフォトリソグラフィ工程が必ず必要であるだけでなく、電極が厚膜である場合には、さらに難しくなる。電極がＡｇペーストなどの厚膜で形成される場合、犠牲層材料として有機フォトレジスト材料が可能であるが、電子放出源形成用感光性組成物がフォトレジストの界面で反応してパターンが不明確になることを避け難い。本発明は、このような問題点を克服するためにある。
【０００６】
また、前記工程で使われる電子放出源形成用組成物に一般的に含まれる感光性成分は、焼成後に残留炭素として残って、電子放出素子の性能及び寿命に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために、所望のパターンを鮮明に形成させうる電子放出源形成用水系組成物、前記組成物で製造した残留炭素がほとんどない電子放出源及びそれ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】
本発明は、前記課題を達成するために、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物を提供する。
【０００９】
本発明は、前記課題を達成するために、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源を提供する。
【００１０】
本発明は、前記課題を達成するために、前記電子放出源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、前記電子放出源形成用水系組成物として所望のパターンを鮮明に形成させることができ、前記組成物で製造した電子放出源は、残留炭素がほとんどないので、エミッションの性能及び寿命が向上している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明による電子放出源形成用水系組成物は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む。
【００１４】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるカーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物でありうる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブは、グラファイトシートがナノサイズの直径で丸く取り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、単一壁ナノチューブ、多重壁ナノチューブまたはこれらの混合物を何れも使用しうるが、これに制限されるものではない。本発明のカーボンナノチューブは、熱化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、“ＣＶＤ法”という）、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法のようなＣＶＤ法を利用して製造されたものでありうる。
【００１６】
前記カーバイド誘導炭素は、炭素と周期律表の２族、１３族、１４族、１５族または１６族元素との化合物であって、シリコンカーバイド（Ｓｉ−Ｃ）またはボロンカーバイド（Ｂ−Ｃ）のようなダイアモンド類カーバイド；チタンカーバイド（Ｔ−Ｃ）またはジルコニウムカーバイド（Ｚｒ−Ｃ）のような金属類カーバイド；アルミニウムカーバイド（Ａｌ−Ｃ）またはカルシウムカーバイド（Ｃａ−Ｃ）のような塩類カーバイド；チタン−タリウムカーバイド（Ｔｉ−Ｔａ−Ｃ）またはモリブデン−タングステンカーバイド（Ｍｏ−Ｗ−Ｃ）のような錯体カーバイド；炭窒化チタン（Ｔ−Ｃ−Ｎ）または炭窒化ジルコニウム（Ｚｒ−Ｃ−Ｎ）のような炭窒化物；または前記カーバイド物質などの混合物を使用して製造されたものでありうるが、これに制限されるものではない。
【００１７】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるカーボン系化合物の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１０ないし２００重量部であることが望ましい。
【００１８】
１０重量部未満である場合、伝導ネットワークが不完全でエミッション性能の低下を誘発するという点で望ましくなく、２００重量部を超える場合、スクリーン効果による電場増強の低下によってエミッション性能を低下させるという点で望ましくない。
【００１９】
一方、本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれるケイ酸化合物の対イオンは、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素でありうる。このようなケイ酸化合物の非制限的な例として、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ホウ素、ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸ナトリウムが挙げられ、望ましくは、前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物である。電子放出源形成用水系組成物に使われるケイ酸化合物は、固体形態または水に混合された形態であり、望ましくは、水に混合された形態である。
【００２０】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれる水は、特別に制限されるものではないので、純度は問題とならない。したがって、当該技術分野で使われる一般的な蒸溜水、純水または超純水が使用でき、望ましくは、純水を使用しうる。
【００２１】
本発明による電子放出源形成用水系組成物に含まれる純水の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１５００ないし１７００重量部であることが望ましい。
【００２２】
１５００重量部未満である場合、粘度上昇による均一な塗布が難しいという点で望ましくなく、１７００重量部を超える場合、粒子の沈殿を誘発するという点で望ましくない。
【００２３】
また、本発明による電子放出源形成用水系組成物は、カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水以外にも、当該技術分野で通常的に使われるものとして、ｐＨ調節剤、有機バインダー、界面活性剤、揺変剤または分散及びコーティング性向上のための材料を適当量ほどさらに含みうる。
【００２４】
ｐＨ調節剤は、分散を安定化させ、ｐＨを調節するためのものであって、例えば、水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、またはクエン酸ナトリウムがあるが、これらに制限されるものではない。
【００２５】
前記ｐＨ調節剤の含量は、前記組成物のｐＨを８ないし１１にすることが望ましい。
【００２６】
ｐＨが８未満である場合、カーボン粒子の再凝集及び沈殿が発生するために望ましくなく、また、１１を超える場合にも、同様な結果をもたらすだけでなく、強アルカリ性による作業性低下の観点で望ましくない。
【００２７】
有機バインダーは、水分の急な揮発防止、分散性向上を目的とし、水系組成物の安定性のためのものであって、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、またはヒドロキシメチルセルロースがあるが、これらに制限されるものではない。
【００２８】
前記有機バインダーの含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に１５ないし２５重量部であることが望ましい。
【００２９】
１５重量部未満である場合、カーボン粒子の沈殿など組成物の安定性低下によって望ましくなく、２５重量部を超える場合、粘度上昇による作業性低下で望ましくない。
【００３０】
界面活性剤は、陽イオンタイプ、陰イオンタイプ、ベタインタイプまたは非イオンタイプ界面活性剤が使われ、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、アルキルスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩、アルキルイミダゾリウムベタインがあるが、これらに制限されるものではない。
【００３１】
前記界面活性剤の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に２５ないし３５重量部であることが望ましい。
【００３２】
２５重量部未満である場合、カーボン粒子を基板へ完全に付着し難いという点で望ましくなく、３５重量部を超える場合、エミッション性能低下の誘発によって望ましくない。
【００３３】
揺変剤は、粘度調節のためのものであって、粘土、コロイド性酸化金属、ヒュームド酸化金属またはこれらの混合物を使用でき、例えば、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＴＳ−５３０処理ヒュームドシリカ（ヘキサメチルジシラザン処理疎水性ヒュームドシリカ）、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＴＳ−６１０処理ヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理疎水性ヒュームドシリカ）、アクリル系化合物、またはウレタン系化合物があるが、これらに制限されるものではない。
【００３４】
前記揺変剤の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に３ないし５重量部であることが望ましい。
【００３５】
前記揺変剤の含量が３重量部未満である場合、保存安定性の低下によって望ましくなく、５重量部を超える場合、分散性の低下によって望ましくない。
【００３６】
分散及びコーティング性向上のための材料としては、例えば、天然ゴム、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、またはカルボキシメチルセルロースがあるが、これらに制限されるものではない。
【００３７】
図１は、一般的なトップゲート型電子放出ディスプレイ装置の概略的な構成を示す部分斜視図である。
【００３８】
図１に示したように、一般的な電子放出ディスプレイ装置１００は、並んで配置されて真空である発光空間を形成する電子放出素子１０１及び前面パネル１０２と、前記電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間隔を維持するスペーサ６０と、を備えている。
【００３９】
前記電子放出素子１０１は、第１基板１１０、前記第１基板１１０上に交互に配置されたゲート電極１４０、カソード電極１２０、及び前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０との間に配置されて、前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０とを電気的に絶縁する絶縁体層１３０を備えている。
【００４０】
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は、電子放出源ホール１３１が形成されており、その内部に電子放出源（図示せず）が配置されている。
【００４１】
前記前面パネル１０２は、第２基板９０、前記第２基板９０の底面に配置されたアノード電極８０、前記アノード電極８０の底面に配置された蛍光体層（図示せず）を備えている。
【００４２】
本発明による電子放出源形成用水系組成物は、電子放出源間のギャップまたは電子放出源−電極間のギャップを効果的に形成できて、所望のパターンを鮮明に形成させうるので、ライン順次駆動型電子放出源、またはローカルディミング型電子放出源に適用可能であるが、これらに制限されるものではない。
【００４３】
ライン順次駆動型電子放出源を例として、本発明による電子放出源形成用水系組成物の適用を、図面を参照して説明する。
【００４４】
図２Ａは、電極パターンの形成された基板上にフォトレジストが塗布されたことを示す斜視図及び塗布されたフォトレジストの断面の拡大図であり、図２Ａを参照すれば、まず電極２１０パターンの形成された基板２００上にリフトオフ型フォトレジスト２２０を塗布した後、中心波長が３６５，４３５ｎｍであるＵＶを１００ｍＪ／ｍ２露光し、ハードベーキングした後、全面露光して現像し、フォトレジストを残存させた。前記フォトレジストの断面は、エッジ−カール形状である。
【００４５】
図２Ｂは、電極パターンが形成され、フォトレジストの塗布された基板上に本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したことを示す斜視図であり、図２Ｂを参照すれば、前記図２Ａの工程後、本発明による電子放出源形成用水系組成物２５０を塗布する。塗布に使われる装置は、特別に制限されず、当該技術分野の一般的な装置を使用しうる。本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布した後、一般的な乾燥工程を経る。
【００４６】
図２Ｃは、乾燥後にフォトレジストをリフトオフして生成された電子放出源の斜視図及び前記電子放出源の断面の拡大図であり、図２Ｃを参照すれば、生成された電子放出源３５０の断面は、図２Ａのフォトレジスト２２０の断面と対応する形態を有している。フォトレジスト２２０は有機成分が主であり、本発明による電子放出源形成用水系組成物２５０は水系であるので、フォトレジスト２２０と前記電子放出源形成用水系組成物２５０とは相溶性がない。電子放出源形成用水系組成物とフォトレジスト２２０との間のかかる非相溶性は、フォトレジストパターン後に電子放出源形成用水系組成物の塗布及び乾燥過程で維持されて、乾燥後、リフトオフ過程で電子放出源３５０とフォトレジスト２２０とはきれいに分離される。次いで、焼成工程を経る単純な工程で所望の電子放出源パターンが鮮明に形成される。図２Ｄには、前記工程によって形成された本発明による電子放出源の断面を示した。
【００４７】
本発明による電子放出源形成用水系組成物を利用した電子放出源は、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む。
【００４８】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物でありうる。
【００４９】
前記カーボンナノチューブは、グラファイトシートがナノサイズの直径で丸く取り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、単一壁ナノチューブ、多重壁ナノチューブまたはこれらの混合物であるが、これらに制限されるものではない。
【００５０】
前記カーバイド誘導炭素は、炭素と、周期律表の１族、１３族、１４族、１５族または１６族元素との化合物であって、シリコンカーバイド（Ｓｉ−Ｃ）またはボロンカーバイド（Ｂ−Ｃ）のようなダイアモンド類カーバイド；チタンカーバイド（Ｔ−Ｃ）またはジルコニウムカーバイド（Ｚｒ−Ｃ）のような金属類カーバイド；アルミニウムカーバイド（Ａｌ−Ｃ）またはカルシウムカーバイド（Ｃａ−Ｃ）のような塩類カーバイド；チタン−タリウムカーバイド（Ｔｉ−Ｔａ−Ｃ）またはモリブデン−タングステンカーバイド（Ｍｏ−Ｗ−Ｃ）のような錯体カーバイド；炭窒化チタン（Ｔ−Ｃ−Ｎ）または炭窒化ジルコニウム（Ｚｒ−Ｃ−Ｎ）のような炭窒化物；または前記カーバイド物質の混合物から製造されたカーバイド誘導炭素でありうる。
【００５１】
本発明による電子放出源に含まれるカーボン系化合物の含量は、ケイ酸化合物１００重量部を基準に３０ないし１３０重量部であることが望ましい。
【００５２】
３０重量部未満である場合、伝導ネットワークが不完全でエミッション性能の低下を誘発するという点で望ましくなく、１３０重量部を超える場合、スクリーン効果による電場増強の低下でエミッション性能を低下させるという点で望ましくない。
【００５３】
前記ケイ酸化合物の対イオンは、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素であり、このようなケイ酸化合物の非制限的な例として、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ホウ素、ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸ナトリウムが挙げられ、望ましくは、前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物である。前記ケイ酸化合物は、焼成段階以後であるので、固状の化合物である。
【００５４】
本発明による電子放出素子は、カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源を備える。前記カーボン系化合物及びケイ酸化合物は、前述した通りであるので、これについての説明は省略する。
【００５５】
以下、本発明を、下記実施例を通じてさらに詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。本実施例で使われる化合物、ミキサー器、塗布器、分析器具は、当該技術分野で使われる一般的なものとして特別に制限されない。
【実施例１】
【００５６】
［電子放出源形成用水系組成物の製造］
カーバイド誘導炭素７．３ｇ、純水７９．５ｇ、ケイ酸カリウム５ｇ、水酸化アンモニウム４ｇ、ヒドロキシエチルセルロース１ｇ、界面活性剤（アルキルリン酸塩）１．５ｇ、揺変剤（アルキル系化合物）０．２ｇ、天然ガム１ｇ及びヒドロキシメチルセルロース０．５ｇをミキサー器に投入して５００ｒｐｍで３０分間混合して、本発明による電子放出源形成用水系組成物を製造した。
【００５７】
［電子放出源の製造］
ライン順次型カソード基板にリフトオフ型フォトレジストを使用してパターンを形成させ、前記電子放出源形成用水系組成物を塗布した。図３には、フォトレジストパターンを形成させた後、前記電子放出源形成用水系組成物を塗布したＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ）写真を示した。次いで、前記基板を４５０℃で３０分間焼成した後、フォトレジストを除去して、本発明による電子放出源を製造した。図４は、フォトレジストを除去した後、対面する電子放出部分の光学写真（３００倍）であって、ギャップが鮮明に形成されたことが観察されている。
【００５８】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、約０．１％の残留炭素（ケイ酸化合物の含量を除外した時の測定物質対比）が検出された。
【００５９】
［電子放出素子の製作］
前記電子放出源の形成されたＩＴＯガラス基板を冷陰極カソードとして使用し、１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサとして、銅プレートをアノード電極として使用して、電子放出素子を製作した。
【実施例２】
【００６０】
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーボンナノチューブを使用したことを除いては、実施例１と同一に電子放出源形成用水系組成物、電子放出源及び電子放出素子を製造した。
【００６１】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、０．１％の残留炭素が検出された。
【実施例３】
【００６２】
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーバイド誘導炭素３．６５ｇ及びカーボンナノチューブ３．６５ｇを使用したことを除いては、実施例１と同一に電子放出源形成用水系組成物、電子放出源及び電子放出素子を製造した。
【００６３】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、０．１％未満の残留炭素が検出された。
【００６４】
［比較例１］
カーバイド誘導炭素１ｇ、アクリレートバインダー６．５ｇ、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート（ＴＭＰＥＯＴＡ）５．５ｇ、テキサノール５．５ｇ、ベンゾフェノン１ｇ及びジオクチルフタレート（ＤＯＰ）０．５ｇを混合した後、３−ロールミルを使用して均一に混合分散させることによって、電子放出源形成用有機系組成物を製造した。以後に前記実施例１と同じ工程で電子放出源の間にギャップを形成させようとしたが、図５に示されたように、電子放出源とフォトレジストとの界面での化学的反応によって電子放出源とフォトレジストとの界面が不明になって、フォトレジストの除去時に電子放出源も共に除去されて、所望の構造を形成できなかった。
【００６５】
前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、１．５％の残留炭素が検出された。
【００６６】
［比較例２］
カーバイド誘導炭素の代わりに、カーボンナノチューブを使用したことを除いては、比較例１と同様に製造した電子放出源形成用有機系組成物を、実施例１と同じライン順次型カソード基板にスクリーン印刷し、６０℃で２５分間乾燥させて溶媒を除去した後、中心波長が３６５，４３５ｎｍであるＵＶを５００ｍＪ／ｍ２露光し、アルカリ現像してパターンを形成させた。次いで、４５０℃で３０分間、窒素雰囲気で焼成して有機化合物を除去し、電子放出源を製造した。前記電子放出源の残留炭素を分析した結果、１．５％の残留炭素が検出された。
【００６７】
次いで、前記電子放出源を冷陰極カソードとして使用し、１００μｍ厚のポリエチレンテレフタレートフィルムをスペーサとして、銅プレートをアノード電極として使用して、電子放出素子を製作した。
【００６８】
［電子放出素子の性能の測定］
実施例２及び比較例２で製作された電子放出素子に対して駆動電圧の関数で測定された電流密度を比較した。水系組成物に対して２．７Ｖ／μｍ、既存の有機系組成物に対して３．８Ｖ／μｍのターンオンフィールドを表し、また４．３Ｖ／μｍ、６．２Ｖ／μｍの電場でそれぞれ６００μＡ／ｃｍ２に達した。その結果を図６に示す。これから、実施例２の電子放出素子の電子放出能がさらに優秀であるということが分かる。
【００６９】
［寿命特性の測定］
前記実施例２及び比較例２の電子放出源に対して寿命特性を評価するために、それぞれに対する電子放出寿命を測定し、その結果を下記表１に表した。表１から本発明の水系組成物を使用した電子放出源は、従来の有機系組成物を使用した電子放出源に比べて、はるかに少ない残留炭素含量及び向上した寿命特性を有するということが分かる。
【表１】
【００７０】
寿命は、５００時間の期間で測定された電流のグラフを利用して電流が０．５ｍＡ／ｃｍ２となる時間を推定する方法で測定された。その際、１ｍＡ／ｃｍ２の条件で測定を開始した。一般的に、電子放出電流は、時間によって、初期には急減し、次第に飽和されて一定時間が経過すれば、ほぼ線形にゆっくり減少する傾向を示す。したがって、５００時間が過ぎた後は、このように飽和された線を外挿して寿命を推定した。
【００７１】
本発明は、図面及び実施例を参照して説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点が分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、ディスプレイ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】一般的な電子放出素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２Ａ】ライン順次駆動型電子放出源用電極パターンの形成された基板上にフォトレジストが塗布されたことを示す斜視図及び塗布されたフォトレジストの断面の拡大図である。
【図２Ｂ】ライン順次駆動型電子放出源用電極パターンが形成され、フォトレジストの塗布された基板上に本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したことを示す斜視図である。
【図２Ｃ】焼成後フォトレジストをリフトオフさせて生成された本発明による電子放出源の斜視図及び前記電子放出源の断面の拡大図である。
【図２Ｄ】本発明によるライン順次駆動型電子放出源の断面図である。
【図３】フォトレジストパターンを形成させた後、本発明による電子放出源形成用水系組成物を塗布したＳＥＭ写真である。
【図４】フォトレジストを除去した後、本発明による対面する電子放出源部分の光学写真である。
【図５】従来の技術の有機系組成物を利用して形成した電子放出源とフォトレジストとの界面の断面のＳＥＭ写真である。
【図６】本発明による電子放出素子及び従来の技術による電子放出素子の電場に対して電流密度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
６０ スペーサ
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 全面パネル
１１０ 第１基板
１２０ カソード電極
１３０ 絶縁体層
１３１ 放出源ホール
１４０ ゲート電極
２００ 基板
２１０ 電極
２２０ フォトレジスト
２５０ 電子放出源形成用水系組成物
３５０ 電子放出源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物。
【請求項２】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項３】
前記カーボン系化合物の含量は、前記ケイ酸化合物１００重量部を基準に１０ないし２００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項４】
前記ケイ酸化合物は、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素を対イオンとして含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項５】
前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項６】
カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源。
【請求項７】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物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】
前記カーボン系化合物の含量は、前記ケイ酸化合物１００重量部を基準に３０ないし１３０重量部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９】
前記ケイ酸化合物は、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素を対イオンとして含むことを特徴とする請求項６に記載の電子放出源。
【請求項１０】
前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物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１１】
請求項６ないし１０のうち何れか１項に記載の電子放出源を含む電子放出素子。
【請求項１】
カーボン系化合物、ケイ酸化合物及び水を含む電子放出源形成用水系組成物。
【請求項２】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項３】
前記カーボン系化合物の含量は、前記ケイ酸化合物１００重量部を基準に１０ないし２００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項４】
前記ケイ酸化合物は、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素を対イオンとして含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項５】
前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出源形成用水系組成物。
【請求項６】
カーボン系化合物及びケイ酸化合物を含む電子放出源。
【請求項７】
前記カーボン系化合物は、カーボンナノチューブまたはカーバイド誘導炭素またはこれらの混合物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】
前記カーボン系化合物の含量は、前記ケイ酸化合物１００重量部を基準に３０ないし１３０重量部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９】
前記ケイ酸化合物は、周期律表の１族、２族または１３族の金属元素を対イオンとして含むことを特徴とする請求項６に記載の電子放出源。
【請求項１０】
前記ケイ酸化合物は、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウムまたはこれらの混合物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１１】
請求項６ないし１０のうち何れか１項に記載の電子放出源を含む電子放出素子。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２０００４０（Ｐ２００９−２０００４０Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２２６８９（Ｐ２００８−３２２６８９）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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