CN1862747A - 电子发射源、制备该电子发射源的方法和使用该电子发射源的电子发射装置 - Google Patents

Abstract

一种包括碳基材料和UV屏蔽材料的电子发射源、制备该电子发射源的方法和使用该电子发射源的电子发射装置。UV屏蔽材料被添加到形成电子发射源的组合物中以更容易地控制电子发射源尖端的锐度。电子发射源组合物可包括碳基材料、含树脂和溶剂的载体和UV屏蔽材料。

Description

电子发射源、制备该电子发射源的方法和 使用该电子发射源的电子发射装置

相关申请的交叉引用

本申请要求韩国专利申请10-2005-0040380的优先权和权益，该专利申请在2005年5月14日提交，其全部内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及电子发射源、制备该电子发射源的方法和使用该电子发射源的电子发射装置，更具体地说，本发明涉及具有期望薄膜锐度的电子发射源、制备该电子发射源的方法和使用该电子发射源的电子发射装置。

背景技术

通常，电子发射装置是一种当电压施加于阳极和阴极间形成电场时发光的显示设备。由电子发射源(其可排列在阴极上)发射的电子与荧光物质(其可排列在阳极下表面)碰撞。

碳基材料，包括碳纳米管(CNT)在内，由于优良的导电性和电场集中(electric field concentration)效应、低功函数和优良的场致发射特性，使得电子发射装置能够在低压下容易工作和使得电子发射源能够具有大面积。因此，通常使用碳基材料作为电子发射装置的电子发射源。

含CNT的电子发射源可通过例如使用化学气相淀积(CVD)等的CNT生长法，或者使用含CNT的形成电子发射源的组合物的浆糊法(paste method)来制备。

使用浆糊法，可以更为廉价地制造电子发射源，该电子发射源也可以以大面积形成。例如美国专利6,436,221公开了一种含CNT的形成电子发射源的组合物。

在制备含碳基材料如CNT的电子发射源的常规方法中，将形成电子发射源的组合物施加于电极，然后使其曝光。参考图1，形成在透明电极10上的电子发射源11的区域A被过度曝光。因此，电子发射源层的面积超过设计值。在图1中，箭头表示UV辐射方向。

为了解决上述问题，提出过一种通过控制加工条件(即曝光、显影及其他条件)获得具有期望的尖端锐度(tip sharpness)的电子发射源的方法。

然而，通过控制加工条件而获得具有期望的尖端锐度的电子发射源会比较困难。

发明内容

本发明提供一种由于将栅电极和电子发射源间的距离维持在设计值因而可以获得均一的电子发射性能并且可以防止由于曝光过度而引起的电子发射源和栅电极间的短路的形成电子发射源的组合物、使用该组合物的电子发射源、制备该电子发射源的方法和使用该电子发射源的具有改进可靠性的电子发射装置。

本发明的其他特点将在随后说明中阐述，在某种程度上将由该说明变得显而易见，或者可通过实施本发明而获悉。

本发明公开一种包括碳基材料和UV屏蔽材料的电子发射源。

本发明还公开一种制备电子发射源的方法。形成电子发射源的组合物被印制在基板上，所述形成电子发射源的组合物包括碳基材料、含树脂和溶剂的载体和UV屏蔽材料。然后焙烧该印制的形成电子发射源的组合物。

本发明还公开一种电子发射装置，其包括具有碳基材料和UV屏蔽材料的电子发射源。

本发明还公开一种形成电子发射源的组合物，其包括碳基材料、含树脂和溶剂的载体和UV屏蔽材料。

应将理解的是上述一般说明及其后的详细说明是示范性的和说明性的并且被用来提供进一步的如所要求权利的本发明的解释。

附图说明

附图被用以提供本发明的进一步的理解并且被结合和构成本说明书的一部分，其举例说明本发明的实施方式，并且与说明内容一起用来解释本发明的原理。

图1显示了根据常规方法形成的电子发射源的薄膜图案。

图2显示了根据本发明的示范性实施方式形成的电子发射源的薄膜图案。

图3是根据本发明的示范性实施方式的电子发射装置的剖面示意图。

图4是SEM图像，其显示了根据本发明的示范性实施方式的实施例1的电子发射源的薄膜图案。

图5是SEM图像，其显示了对比例1的电子发射源的薄膜图案。

具体实施方式

参考显示了本发明的示范性实施方式的附图，本发明将被更充分地描述。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应该认为局限于本文中所述的实施方式。更确切地说，提供的这些实施方式使得本公开是充分的，并且向本领域技术人员充分传达了本发明的范围。在附图中，层和区域的尺寸和相对尺寸可能为了清楚起见而被放大。在附图中相似的参考号码表示相似的元件。

应将理解的是当一个元件如层、薄膜、区域或基板被称为是在另一个“上”时，其可以直接在该另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一种元件被称为是“直接在(另一个元件)上”时，不存在中间元件。

本发明的示范性实施方式的形成电子发射源的组合物包括碳基材料、含树脂和溶剂的载体和UV屏蔽材料。该UV屏蔽材料可为任何防护UV的材料。因此，该UV屏蔽材料可阻挡和/或吸收UV，并且通常是黑色的。该UV屏蔽材料的实例包括V、Cr、Mn、Cu、TiO₂、ZnO、炭黑、和V、Cr、Mn和Cu的氧化物。

基于1重量份的碳基材料，该UV屏蔽材料的量可为约0.1-50重量份。当该UV屏蔽材料的量小于约0.1重量份时，可能无法获得UV防护效果。当该UV屏蔽材料的量超过约50重量份，曝光效率会由于过度的UV吸收而骤然降低，因此可能无法形成尖端。

基于1重量份的碳基材料，该组合物可进一步包括约0.25-50重量份的玻璃料。玻璃料的实例包括B₂O₃-Bi₂O₃-SnO-P₂O₅。

UV屏蔽材料可被添加到形成电子发射源的组合物中以便使用光刻法形成具有接近于设计值的锐度的电子发射源尖端，即，以便控制该尖端锐度。因此，当这种形成电子发射源的组合物被印制在基板上并且曝光时，可以在透明电极20上形成具有接近于设计值的尖端锐度的电子发射源21，如图2所示。另外，可以增加曝光加工的余量，可以防止由于曝光过度而引起的电子发射源和栅电极间的短路，并且可以获得基本上均匀的电子发射性能以及将栅电极与电子发射源尖端间的距离保持在设计值内。

碳基材料具有优良的导电性和电子发射性能。因此，当电子发射装置工作时，它可朝阳极的磷光体层发射电子以激发该磷光体。碳基材料的实例包括CNT、石墨、金刚石、富勒烯和碳化硅等。

形成电子发射源的组合物中的载体控制该组合物的印制性和粘度。该载体包括树脂和溶剂。该树脂的实例包括纤维素基树脂如乙基纤维素、硝化纤维素等；丙烯酸树脂如聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯；乙烯基树脂如聚乙酸乙烯基酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醚等。这些树脂中的一些也可作感光树脂。

该溶剂可为萜品醇、丁基卡必醇(BC)、丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、甲苯和酯醇(texanol)中的至少一种。

基于1重量份的碳基材料，该树脂的量可为约1-20重量份，优选为约2-10重量份。

基于1重量份的碳基材料，该溶剂的量可为约5-60重量份，优选为约10-40重量份。当所述树脂和/或所述溶剂的量在上述范围以外时，会使形成电子发射源的组合物的可印制性和流动性下降。特别地，当该载体的量超过上述范围的最大限度时，会极大地延长干燥时间。

如果必要的话，形成电子发射源的组合物可进一步包括感光树脂、光引发剂和填料中的至少一种。

该感光树脂是使电子发射源图案化的材料。该感光树脂的实例包括丙烯酸酯基单体、二苯甲酮基单体、苯乙酮基单体和噻吨酮基单体。更具体地说，可使用环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、2，4-二乙基蒽酚酮(diethyloxanthone)、或2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。基于1重量份的碳基材料，该感光树脂的量可为约2-20重量份，优选约5-15重量份。当该感光树脂的量小于约2重量份时，会使曝光敏感度下降。当该感光树脂的量超过约20重量份时，会难以有效地进行显影。

当感光树脂曝光时，光引发剂引发该感光树脂的交联。该光引发剂的实例包括二苯甲酮。基于1重量份的碳基材料，该光引发剂的量可为约0.2-4重量份，优选约1-3重量份。当该光引发剂的量小于约0.2重量份时，会难以实现高效的交联，因此会难以形成图案。当该光引发剂的量超过约4重量份时，会增加生产成本。

该填料可改进纳米级无机材料的导电性，其可能不会充分地沉积到基板上。该填料的实例包括银、铝等。

使用形成电子发射源的组合物制备电子发射源的方法将在以下描述。

首先，可以使用如上所述的组分和量来制备形成电子发射源的组合物。

其次，该制备的形成电子发射源的组合物可被印制在基板上。该基板(电子发射源将排列其上)可以根据所要形成的电子发射装置来变化，并且本领域技术人员可容易地选择所述基板。例如，当制造其中栅电极排列在阴极和阳极间的电子发射装置时，该基板可为阴极；或者当制造其中栅电极排列在阴极下面的电子发射装置时，该基板可为使阴极和栅电极绝缘的绝缘层。

印制形成电子发射源的组合物的方法可以根据形成电子发射源的组合物是否包括感光树脂而变化。当该组合物包括感光树脂时，不需要单独的光致抗蚀剂图案。即，包含光致抗蚀剂树脂的形成电子发射源的组合物可被施加于基板，形成电子发射源的区域可随后被曝光和显影。

另一方面，当形成电子发射源的组合物不包含感光树脂时，需要使用单独的光致抗蚀剂图案的光刻方法。即，使用光致抗蚀剂薄膜形成光致抗蚀剂图案，然后使用光致抗蚀剂图案提供形成电子发射源的组合物。

可在基本上无氧的惰性气体气氛下焙烧该印制的形成电子发射源的组合物。此焙烧处理可改进碳基材料和基板间的附着力，可使载体挥发和基本上除去，可使无机粘结剂熔化和固化等，其可有助于改进电子发射源的耐用性。

应该根据载体的挥发温度和挥发时间来确定焙烧温度。该焙烧温度可为约350-500℃，优选为约450℃。当焙烧温度小于约350℃时，会不能充分地挥发。当焙烧温度超过约500℃时，会增加生产成本并可能损害基板。

如果必要的话，可以对焙烧生成物进行激活处理。在激活处理的实施方式中，例如含聚酰亚胺基聚合物的电子发射源表面处理试剂之类的溶液(其可通过热处理固化为薄膜形式)可被施加于被剥离的该焙烧的组合物，然后被热处理以形成薄膜。在激活处理的另一个实施方式中，可在辊(其由某一操作源操作)表面上形成粘附部分，以某一压力将该辊压在焙烧的组合物的表面上。通过激活过程，纳米级无机材料可被控制以便朝该电子发射源的表面或朝基本上垂直于该电子发射源的表面的方向暴露出来。

所得的电子发射源包含碳基材料和UV屏蔽材料。如果必要的话，可进一步包括玻璃料。基于1重量份的碳基材料，该玻璃料的量可为约0.25-10重量份。当该玻璃料的量小于约0.25重量份时，该电子发射源的粘附力可能降低。当该玻璃料的量超过约10重量份时，电子发射性能可能降低。

本发明的电子发射源的电流密度在5V/μm下可为约100-2000μA/cm2，优选约500-1500μA/cm2。具有这种电流密度的电子发射源可适用于可用作显示设备或背光装置的电子发射装置。

下面参考图3说明电子发射装置的示范性实施方式，所述电子发射装置包括本发明的电子发射源。

图3是本发明的示范性实施方式的三极管电子发射装置的示意图。参考图3，电子发射装置200包括上极板201和下极板202。上极板201包括上基板190、阳极180和磷光体层170，所述阳极180排列在上基板190的下表面190a上，所述磷光体层170排列在阳极180的下表面180a上。

下极板202包括下基板110、阴极120、栅电极140、绝缘层130、电子发射源孔169和电子发射源160，所述下基板110面对上基板190以预定距离配置，所述阴极120以条纹形式配置在下基板110上，所述栅电极140以条纹形式配置并横跨阴极120，所述绝缘层130配置在栅电极140和阴极120之间，所述电子发射源孔169配置在栅电极140的一部分中。所述电子发射源160配置在电子发射源孔169中，与阴极120电耦合，并且高度低于栅电极140。电子发射源160的详细说明如上所述。

上极板201和下极板202保持在压强低于大气压的真空下，并且隔板192排列在上极板201和下极板202之间以便支承上极板201和下极板202和划分出发射空间210。

阳极180施加所需电压来加速从电子发射源160发射出的电子以便使得电子在高速下与磷光体层170碰撞。这样，磷光体层170被激发并且其能级下降到低水平，从而发射可见光线。

栅电极140使得电子易于从电子发射源160发射，绝缘层130划分出电子发射源孔169并使栅电极140与电子发射源160绝缘。

图3所示的三极管电子发射装置仅仅是一个实例，本发明的示范性实施方式也可包括二极管及其他电子发射装置。另外，本发明包括具有放置于阴极下的栅电极的电子发射装置，以及具有栅格/网孔的电子发射装置，所述栅格/网孔防止由于放电产生的电弧损坏栅电极和/或阴极，并保证电子发射源发射的电子的会聚。所述电子发射装置的结构可以应用于显示设备。

参考以下实施例，本发明的示范性实施方式将被更详细地说明，所述实施例仅仅是说明性的目的而不意图限制本发明的范围。

制备实施例1

将1g的CNT粉末(多壁纳米管(MWNT)，ILJIN Nanotech Co.Ltd)、5g的炭黑作为UV屏蔽材料、10g的聚酯丙烯酸酯、5g的二苯甲酮、4g的乙基纤维素、10g的玻璃料和25g的金属填料添加到40g的萜品醇中，然后搅拌该混合物以制备形成电子发射源的组合物。

制备实施例2

以和制备实施例1同样的方式制备形成电子发射源的组合物，不同的是用5g的TiO₂作为UV屏蔽材料以代替5g的炭黑。

制备实施例3

以和制备实施例1同样的方式制备形成电子发射源的组合物，不同的是用5g的Cr₂O₃作为UV屏蔽材料以代替5g的炭黑。

对比制备例1

将1g的CNT粉末(MWNT，Iljin nanotech)、5g的聚酯丙烯酸酯和5g的二苯甲酮添加到10g的萜品醇中，然后搅拌该混合物以制备形成电子发射源的组合物。

实施例1

在制备实施例1中所获得的形成电子发射源的组合物被印制在具有Cr栅电极、绝缘层和ITO电极的基板上，然后使用图案掩模和平行曝光系统用2000mJ/cm2的曝光能量对其进行照射。然后用丙酮对该曝光的生成物进行显影，并且在氮气下在450℃焙烧以形成电子发射源。

其后，将具有作为阳极的ITO层和磷光体层的基板面对着具有形成在其上的电子发射源的基板进行配置，并在两个基板之间配置隔板以在基板间保持间隙，从而完成电子发射装置。

实施例2和3

以和实施例1同样的方式制造电子发射装置，不同的是使用在制备实施例2和3中获得的形成电子发射源的组合物而不是在制备实施例1中获得的形成电子发射源的组合物。

对比例1

以和实施例1同样的方式制造电子发射装置，不同的是使用在对比制备例1中获得的形成电子发射源的组合物而不是在制备实施例1中获得的形成电子发射源的组合物。

使用脉冲电源和电流表测量实施例1、2和3和对比例1中制造的电子发射装置的电流密度。

比较结果，同对比例1的电子发射装置相比，实施例1、2和3的电子发射装置具有改进的电流密度和因此改进的电子发射性能。

使用扫描电子显微镜(SEM)查看在实施例1和对比例1中制备的电子发射源的薄膜图案，其结果如图4和图5所示。

图4是实施例1的电子发射源的薄膜图案的SEM图像，图5是对比例1的电子发射源的薄膜图案的SEM图像。参考图4和图5，可见同对比例1的电子发射源相比，实施例1的电子发射源具有改进锐度的薄膜图案。

尽管未在图4中显示，但同对比例1的电子发射源相比，实施例2和3的电子发射源具有改进锐度的薄膜图案。

本发明的示范性实施方式的形成电子发射源的组合物包含UV屏蔽材料。因此，电子发射源尖端的锐度可被更容易地控制。当使用形成电子发射源的组合物时，可增加形成电子发射源的加工余量，可将栅电极和电子发射源间的距离保持在设计值内，可使得由该组合物产生的电子发射源具有基本上均匀的电子发射性能，并且可以防止由于曝光过度而引起的电子发射源和栅电极之间的短路。

当使用本发明的电子发射源时，电子发射装置可具有改进的可靠性。

对本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本发明精神或范围的条件下，在本发明中可产生多种变型和变化。因此，本发明的范围涵盖了本发明的变型和变化，只要所述变型和变化属于权利要求和其等价物的范围。

Claims (20)

1.一种电子发射源，包括：

碳基材料；和

UV屏蔽材料。

2.权利要求1的电子发射源，其中，基于1重量份的碳基材料，UV屏蔽材料的量是约0.1-50重量份。

3.权利要求1的电子发射源，其中UV屏蔽材料为至少一种选自V、Cr、Mn、Cu、V的氧化物、Cr的氧化物、Mn的氧化物、Cu的氧化物、TiO₂、ZnO和炭黑的材料。

4.权利要求1的电子发射源，其中碳基材料包括碳纳米管、石墨、金刚石、富勒烯和碳化硅中的至少一种。

5.权利要求1的电子发射源，其还包括：

玻璃料，

其中，基于1重量份的碳基材料，玻璃料的量是约0.25-10重量份。

6.一种电子发射装置，包括权利要求1的电子发射源。

7.权利要求6的电子发射装置，还包括：

第一基板；

面对所述第一基板的第二基板；

配置在所述第一基板上的阴极；

配置在所述第二基板上的阳极；和

磷光体层，其由于从所述电子发射源发射的电子而发光，

其中所述电子发射源与所述阴极电耦合。

8.一种制备电子发射源的方法，包括：

将形成电子发射源的组合物印制在基板上；和

焙烧该印制的形成电子发射源的组合物，

其中该形成电子发射源的组合物包括碳基材料、含树脂和溶剂的载体和UV屏蔽材料。

9.权利要求8的方法，进一步包括：

使形成电子发射源的区域曝光和显影，

其中所述形成电子发射源的组合物进一步包括至少一种选自玻璃料、感光树脂、光引发剂和填料的材料。

10.权利要求8的方法，其中所述焙烧是在约350℃-500℃的温度下进行的。

11.权利要求10的方法，其中所述焙烧是在约450℃的温度下进行的。

12.一种形成电子发射源的组合物，包括：

碳基材料；

含树脂和溶剂的载体；和

UV屏蔽材料。

13.权利要求12的形成电子发射源的组合物，其中，基于1重量份的碳基材料，所述UV屏蔽材料的量是约0.1-50重量份。

14.权利要求12的形成电子发射源的组合物，其中所述UV屏蔽材料为至少一种选自V、Cr、Mn、Cu、V的氧化物、Cr的氧化物、Mn的氧化物、Cu的氧化物、TiO₂、ZnO和炭黑的材料。

15.权利要求12的形成电子发射源的组合物，其中所述碳基材料包括碳纳米管、石墨、金刚石、富勒烯和碳化硅中的至少一种。

16.权利要求15的形成电子发射源的组合物，其中所述碳基材料包括碳纳米管。

17.权利要求12的形成电子发射源的组合物，还包括：

玻璃料，

其中，基于1重量份的碳基材料，所述玻璃料的量是约0.25-50重量份。

18.权利要求12的形成电子发射源的组合物，还包括至少一种选自玻璃料、感光树脂、光引发剂和填料的材料。

19.权利要求12形成电子发射源的组合物，其中，基于1重量份的碳基材料，所述树脂的量是约1-20重量份；而基于1重量份的碳基材料，所述溶剂的量是约5-60重量份。

20.权利要求19的形成电子发射源的组合物，其中，基于1重量份的碳基材料，所述树脂的量是约2-10重量份；而基于1重量份的碳基材料，所述溶剂的量是约10-40重量份。

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