專利名稱：改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，尤其涉及一種利用電泳沉積技術(shù)，將納米碳管粉體沉積在陰極電極以形成電子發(fā)射源，并在電泳沉積后焙烤可形成具有導(dǎo)電性的金屬氧化鹽，增加納米碳管電子發(fā)射源層的電子產(chǎn)出效率的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法。
背景技術(shù)：
公知的三極場發(fā)射顯示器主要包括陽極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)，在陽極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有支撐器(spacer)，提供陽極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)間真空區(qū)域的間隔及作為陽極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)間的支撐。該陽極結(jié)構(gòu)包括陽極基板、陽極電極層及熒光粉體層(phosphors layer)；該陰極結(jié)構(gòu)包括陰極基板、陰極電極層、電子發(fā)射源層、介電層及閘極層；其中，該閘極層被施加電位差以汲引電子發(fā)射源層的電子射出；由陽極電極層所提供的高電壓以提供電子束的加速，使電子有足夠的動能撞擊(impinge)陽極結(jié)構(gòu)上的熒光粉體層激發(fā)而使其發(fā)光。據(jù)此，為了使電子在場發(fā)射顯示器中移動，需以真空設(shè)備將顯示器保持至少10-5托(torr)以下的真空度，使電子獲得良好的平均自由動徑(mean free path)，同時避免電子發(fā)射源和熒光粉區(qū)的污染及毒化。另外，為使電子有足夠能量去撞擊熒光粉，因此在兩板間需有適當(dāng)間隙，使電子有足夠的加速空間來撞擊熒光粉體，達到使熒光粉體能充分產(chǎn)生發(fā)光的效應(yīng)。
其中，該電子發(fā)射源層以納米碳管為主成分，由于納米碳管(Carbonnanotubes)自1991年被Iijima提出后(Nature 354，56(1991))具備極高的電子特性，已應(yīng)用在多種電子組件內(nèi)，而納米碳管可以有很高的長寬比(aspect ratio)，大于500，以及高的剛性，其楊氏系數(shù)多在1000GPn以上，而納米碳管的尖端或缺陷處均為原子級規(guī)模的露出，以上這些特性因此被認為一種理想的場電子發(fā)射源(electron field emitter)材料，例如一種場發(fā)射顯示器的陰極結(jié)構(gòu)上的電子發(fā)射源。由于納米碳管具備以上所述的物理特性，因此也可被設(shè)計應(yīng)用在多種制造過程，如網(wǎng)印或薄膜制程等以圖騰化在電子組件使用。
其中，陰極結(jié)構(gòu)制作工藝是將碳管作為電子發(fā)源材料制作在陰極電極層上，其制作方法可以有在各該陰極像素內(nèi)的陰極電極層上利用化學(xué)真空沉積(CVD)直接形成納米碳管，或是一種以感光型納米碳管溶液圖騰化制作在各該像素內(nèi)的陰極電極層上，亦可為噴涂納米碳管溶液搭配網(wǎng)罩制作，不過按照上述三極場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的結(jié)構(gòu)，欲將納米碳管制作在各像素內(nèi)的陰極電極結(jié)構(gòu)上，上述各該制作方法仍有制作成本及立體結(jié)構(gòu)的阻礙限制，尤其是大尺寸的電子發(fā)射源的均勻性將更難以達成。
近來一種電泳沉積EPD(Electrophoresis Deposition)技術(shù)陸續(xù)被提出，如美國發(fā)明專利申請第US2003/0102222A1號所公開的“納米結(jié)構(gòu)材料沉積方法”，該申請將納米碳管配制為醇類懸浮溶液，并利用鎂、鑭、釔、鋁等離子鹽類作為輔助鹽(Charger)，制作為電泳溶液，將欲沉積的陰極結(jié)構(gòu)與電極銜接至該電泳溶液中，提供直流或交流電壓，在溶液中形成電場，利用輔助鹽在溶液中電解為離子以附著在納米碳管粉體，由電場形成以電泳動(Electrophoresis force)協(xié)助納米碳管沉積在特定電極，由此可將納米碳管沉積圖樣化在電極上，利用上述工藝的電泳沉積技術(shù)，可以簡易的將納米碳管沉積在電極層上，并可避免因三極場發(fā)射顯示器在陰極結(jié)構(gòu)上的限制，因此本工藝已廣泛被應(yīng)用在陰極板結(jié)構(gòu)上的制作。
不過電泳沉積制作技術(shù)雖已被廣泛應(yīng)用，但其中仍有需被改進之處，如，該輔助鹽的離子也將一同沉積在電極上，而就陽離子而言，通常與電極表面的陰離子反應(yīng)(溶液中部分水分子氧化的氫氧陰離子)形成氫氧化鹽，并與納米碳管同共沉積。而電泳過程后須再利用高溫焙烤以移除不必要的溶劑及有機物，因此同時這類金屬氫氧鹽類經(jīng)過焙烤后將轉(zhuǎn)化為金屬氧化鹽，以公知使用的氯化鎂為例，則形成氧化鎂的鹽類與納米碳管共同沉積在電極上或納米碳管表面上，而氧化鎂并非良好的導(dǎo)體材料，雖然電泳過程使用濃度不高通常為0.1％重量濃度，不致影響納米碳管電子發(fā)射層產(chǎn)生電子束的效果，不過也沒有增加有益的效果。
另有一種“制作低能量電子激發(fā)熒光幕方法”被公開，該方法是利用一種金屬鹽類可在電泳過制造程后可在熒光粉層上形成具有導(dǎo)電特性的金屬氧化物，以提高熒光粉體的發(fā)光特性。由此，本發(fā)明人利用此特性，選用特定的金屬鹽類溶在水或醇類溶液中，并在電泳沉積后焙烤可形成具有導(dǎo)電性的金屬氧化鹽，以增加納米碳管電子發(fā)射源層的電子產(chǎn)出效率。
本

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。本發(fā)明利用電泳沉積技術(shù)，以電弧放電制作的納米碳管粉體配置為電泳溶液，并選用適當(dāng)?shù)妮o助鹽，在電解后的離子可以產(chǎn)生離子分散效果，可使納米碳管粉體在水或乙醇電泳溶液中分散效果更佳，有利于電泳沉積在陰極電極表面的均勻性。另外，選用適當(dāng)?shù)妮o助鹽在電泳沉積后焙烤，可形成具有導(dǎo)電性的金屬氧化鹽，增加了納米碳管電子發(fā)射源層的電子產(chǎn)出效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法。該方法是將陰極結(jié)構(gòu)半成品進行陰極結(jié)構(gòu)的納米碳管電子發(fā)射源沉積制作，將該陰極結(jié)構(gòu)的陰極電極層通過陰極導(dǎo)線與電泳電極的陰極相連接，電泳電極的陽極與金屬面板連接；將連接的陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板間保持一固定距離后，平行放置在電泳槽并浸置在配置的電泳溶液中，利用電源供應(yīng)器提供陰陽極直流電壓以形成電場，進行該納米碳管電子發(fā)射源的沉積制作；將上述沉積后的陰極結(jié)構(gòu)取出后先以低溫簡單焙烤，以移除在陰極結(jié)構(gòu)上多余的乙醇溶液。此時，輔助鹽氯化銦與電解的氫氧基離子形成氫氧化銦，之后再進行燒結(jié)過程，該陰極電極層上的氫氧化銦將再氧化為氧化銦，由于氧化銦具有導(dǎo)電特性，因此在制作陰極電極層時，電子發(fā)射源上除了納米碳管外還包括具有導(dǎo)電性氧化銦粒子，增加了納米碳管與陰極電極層的電子傳導(dǎo)關(guān)系。
附圖的簡要說明圖1為(a)～(g)本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)半成品制作流程示意圖；圖2為本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)制作電子發(fā)射源流程示意圖；圖3為本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板連接示意圖；圖4為本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板連接后進行電泳沉積的示意圖；圖5為本發(fā)明以電弧放電方法制作納米碳管完成示意圖。
附圖中，各標號所代表的部件列表如下10-陰極結(jié)構(gòu)1-玻璃基板2-陰極電極層21-電子發(fā)射源3-介電層4-閘極層41、31-凹陷區(qū)5、6-保護層7-電泳槽101-陰極導(dǎo)線8-電泳電極81-陰極82-陽極9-金屬面板具體實施方式
有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細說明，現(xiàn)配合


如下圖1(a)～(g)為本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)半成品制作流程示意圖。如圖所示本發(fā)明的改善場發(fā)射顯示器的高效能高均勻性納米碳管電子發(fā)射源的方法，主要是通過電泳技術(shù)，選用適當(dāng)?shù)妮o助鹽來沉積制作納米碳管電子發(fā)射源，以提高納米碳管沉積在陰極結(jié)構(gòu)10表面的均勻性，其效果佳。
首先，在玻璃基板1的表面上形成陰極電極層2，在陰極電極層2表面上形成介電層3，再于介電層3表面形成閘極層4，再通過微影技術(shù)在閘極層4表面形成使介電層3外露的凹陷區(qū)41，再于閘極層4表面形成保護層5，通過蝕刻技術(shù)在介電層3表面形成使陰極電極2外露的凹陷區(qū)31，在將保護層5進行剝離后，再將另一保護層6涂布包覆在介電層3與閘極層4上，即完成陰極結(jié)構(gòu)半成品的制作。
圖2至圖4為本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)制作電子發(fā)射源流程及陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板連接與連接后進行電泳沉積的示意圖。如圖所示，待上述的陰極結(jié)構(gòu)半成品完成后，進行陰極結(jié)構(gòu)的納米碳管電子發(fā)射源沉積制作；首先，進行電泳溶液調(diào)制，以乙醇為溶劑，添加約1％～10％的純水(優(yōu)選為5％)，再添加納米碳管粉體。本發(fā)明選用以電弧放電制作的納米碳管，其為平均碳管長度5μm以下，平均碳管管徑在100nm以下的一種多重壁的納米碳管結(jié)構(gòu)，其重量濃度約0.1％～0.005％(優(yōu)選為0.02％)，再添加重量濃度約0.1％～0.005％(優(yōu)選為0.01％)的輔助鹽(Charger)類，該輔助鹽類選用在電泳后可形成具有導(dǎo)電性氧化物的金屬氧化鹽，如氯化銦，和硝酸銦，或其它如錫的任一種鹽類，將上述的調(diào)制完成的溶液倒入電泳槽7中；當(dāng)上述的電泳溶液調(diào)制完成后，進行電泳沉積。將場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)10的陰極電極層2通過陰極導(dǎo)線101與電泳電極8的陰極81相連接，電泳電極8的陽極82與金屬面板9相連接，金屬面板9可為白金或鈦金屬面板或者網(wǎng)板中的任一種；當(dāng)陰極結(jié)構(gòu)10與金屬面板9連接完成后，將欲被電泳沉積的陰極結(jié)構(gòu)10的一側(cè)與金屬面板9保持一固定距離平行設(shè)置，并將連接后的陰極結(jié)構(gòu)10與金屬面板9放置在電泳槽7中，利用電源供應(yīng)器提供陰陽極直流電壓以形成電場，該電場強度為2V/cm，可以為0.5～10V/cm，以將納米碳管電泳沉積在陰極電極層2以形成電子發(fā)射源21(如圖5所示)；將上述沉積后的陰極結(jié)構(gòu)取出后先以低溫80℃簡單焙烤，以移除在陰極結(jié)構(gòu)10上的多余的乙醇溶液。此時的輔助鹽氯化銦與電解的氫氧基離子形成氫氧化銦，之后再進行400℃燒結(jié)制程以燒除保護成層6，并且陰極電極層2上的氫氧化銦將再氧化為氧化銦，由于氧化銦具有導(dǎo)電特性，因此在制作陰極電極層2時，電子發(fā)射源21上除了納米碳管外還包括具有導(dǎo)電性的氧化銦粒子，除具有公知工藝中所使用輔助鹽的鎂鹽類能夠提供電泳動的功能外，還增加了納米碳管與陰極電極層的電子傳導(dǎo)關(guān)系。
進一步，由于本發(fā)明采用電泳沉積的納米碳管電子發(fā)射源層，納米碳管易于水平貼覆在陰極電極表面，因此易形成均勻的納米碳管層，平均厚度可控制在2μm以下，而燒結(jié)后的納米碳管與氧化銦的鹽類共同沉積并形成良好的附著效果，不易脫落。
更進一步，本發(fā)明的納米碳管電泳溶液的分散效果佳。用公知的氯化鎂輔助鹽的電泳溶液在平均單位面積250μm2內(nèi)，比較其分散特性，仍可發(fā)現(xiàn)15％以上大于10μm的納米碳管凝團，而改用本發(fā)明的氯化銦輔助鹽的納米碳管電泳溶液則可將10μm的納米碳管凝團控制在5％以下。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此即限制本發(fā)明的專利范圍，凡是運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于，所述方法包括a)先取陰極結(jié)構(gòu)半成品；b)將所述陰極結(jié)構(gòu)半成品進行電泳沉積，將所述陰極結(jié)構(gòu)及金屬面板與電泳電極相連接；c)所述陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板連接完成后，將欲被電泳沉積的陰極結(jié)構(gòu)一側(cè)與所述金屬面板保持一固定距離平行設(shè)置，并將連接后的陰極結(jié)構(gòu)與金屬面板放置在電泳槽的溶液中，利用電源供應(yīng)器提供陰陽極直流電壓以形成電場，以進行納米碳管電泳沉積制作電子發(fā)射源；d)將所述沉積后的陰極結(jié)構(gòu)取出后先以低溫單焙烤，以移除在陰極結(jié)構(gòu)上多余的乙醇溶液，此時輔助鹽氯化銦與水解的氫氧基離子形成氫氧化銦，之后再進行燒結(jié)，所述陰極電極層上的氫氧化銦將再氧化為氧化銦，以增加所述納米碳管與陰極電極層的電子傳導(dǎo)關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述陰極結(jié)構(gòu)半成品制作方法包括a)在玻璃基板表面上形成所述陰極電極層，在所述陰極電極層表面上形成介電層，再于所述介電層表面形成閘極層，再通過微影技術(shù)在所述閘極層表面形成使所述介電層外露的凹陷區(qū)；b)再于所述閘極層表面形成保護層，通過蝕刻技術(shù)在所述介電層表面形成使所述陰極電極層外露的凹陷區(qū)，再將所述保護層進行剝離；c)再將另一保護層涂布包覆在所述介電層與閘極層上，即完成所述陰極結(jié)構(gòu)半成品制作。
3.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述陰極結(jié)構(gòu)的陰極電極層通過陰極導(dǎo)線與電泳電極的陰極相連接，電泳電極的陽極與所述金屬面板相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述金屬面板為白金或鈦金屬面板或者網(wǎng)板中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述電場強度0.5～10V/cm。
6.如權(quán)利要求5所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述電場強度優(yōu)選為2V/cm。
7.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述納米碳管為一種以電弧放電制作的納米碳管，其為平均碳管長度在5μm以下，平均碳管管徑在100nm以下的一種多重壁的納米碳管結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述電泳槽中所添加的溶液包括以乙醇為溶劑、純水、納米碳管粉體、輔助鹽類。
9.如權(quán)利要求8所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的純水量為1％～10％。
10.如權(quán)利要求9所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的純水量優(yōu)選為5％。
11.如權(quán)利要求8所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的納米碳管粉體的重量濃度為0.1％～0.005％。
12.如權(quán)利要求11所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的納米碳管粉體濃度優(yōu)選為0.02％。
13.如權(quán)利要求8所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的輔助鹽類的重量濃度為0.1％～0.005％。
14.如權(quán)利要求13所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述添加的輔助鹽類的重量濃度優(yōu)選為0.01％。
15.如權(quán)利要求13所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述輔助鹽類選用在電泳后可形成具有導(dǎo)電性氧化物的金屬氧化鹽。
16.如權(quán)利要求15所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述金屬氧化鹽為氯化銦，和硝酸銦，或其它如錫的任一種鹽類。
17.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述低溫焙烤是以80℃進行簡單焙烤。
18.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述燒結(jié)是以400℃進行燒結(jié)制程。
19.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述氧化銦具有導(dǎo)電特性，因此在制作陰極電極層時，所述電子發(fā)射源上除了納米碳管外還包括具有導(dǎo)電性的氧化銦粒子，增加了所述納米碳管與陰極電極層的電子傳導(dǎo)關(guān)系。
20.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于所述采用電泳沉積的納米碳管電子發(fā)射源層，所述納米碳管易于水平貼覆在陰極電極表面，因此易形成均勻的納米碳管層，平均厚度可控制在2μm以下，而燒結(jié)后的納米碳管與氧化銦的鹽類共同沉積并形成良好的附著效果，不易脫落。
21.如權(quán)利要求1所述的改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，其特征在于用所述氯化銦輔助鹽的納米碳管電泳溶液在平均單位面積250μm2內(nèi)，可將10μm的納米碳管凝團控制在5％以下。
全文摘要
一種改善場發(fā)射顯示器的納米碳管電子發(fā)射源性能的方法，該方法是先取陰極結(jié)構(gòu)半成品，將該陰極結(jié)構(gòu)及金屬面板與電泳電極的陰極相連接；在連接完成后，將該欲被電泳沉積的陰極結(jié)構(gòu)一側(cè)與該金屬面板保持一固定距離平行設(shè)置，再將連接后的該陰極結(jié)構(gòu)及金屬面板放置在電泳槽的溶液中，利用電源供應(yīng)器提供陰陽極直流電壓以形成電場，將納米碳管電泳沉積制作在陰極電極以形成電子發(fā)射源；將沉積后的陰極結(jié)構(gòu)取出進行低溫簡單焙烤，以移除在陰極結(jié)構(gòu)上多余的乙醇溶液。此時，輔助鹽氯化銦與電解的氫氧基離子形成氫氧化銦，之后再進行燒結(jié)，該陰極電極層上的氫氧化銦將再氧化為氧化銦，增加了該納米碳管與陰極電極層的電子傳導(dǎo)關(guān)系。
文檔編號H01J9/02GK1835171SQ20051005385
公開日2006年9月20日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者蔡金龍, 蕭俊彥, 鄭奎文, 李裕安, 李協(xié)恒 申請人:東元奈米應(yīng)材股份有限公司