專利名稱：循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在場發(fā)射顯示器的陰極電極上電泳碳納米管的沉積技術，特別涉及一種在必須同時沉積除了碳納米管以外的添加粒子等(如玻璃粉或導電粉體)的情況下，可以改善復雜性電泳溶液以進行均勻沉積的電泳的方法，及在乙醇類溶液中電泳沉積碳納米管時的一種更安全的電泳方式。
背景技術：
本發(fā)明的場發(fā)射顯示器是一種利用電場從而使陰極電子發(fā)射源(Cathode electron emitter)產生電子，通過所述電子激發(fā)陽極板的熒光粉體，使熒光粉體產生光子發(fā)光，這種顯示器的特點是輕、薄、有效顯示區(qū)域尺寸的大小可根據制造工藝及產品需求制作，此外，其不存在平面液晶顯示器所具有的視角問題。
一種傳統(tǒng)的三極場發(fā)射顯示器，其結構主要包括陽極板與陰極板，該陽極板與陰極板之間設置有支撐器(spacer)，作為陽極板與陰極板間真空區(qū)域的間隔、以及作為陽極板與陰極板間的支撐，該陽極板包括陽極基板、陽極導電層以及熒光粉體層(phosphors layer)；該陰極板則包括陰極基板、陰極導電層、電子發(fā)射源層、介電層以及柵極層；其中該柵極層上提供有電位差以使得電子發(fā)射源層發(fā)射電子，通過陽極導電層所提供的高電壓，使電子束加速，從而使電子有足夠的動能撞擊(impinge)陽極板上的熒光粉體層以使其激發(fā)從而發(fā)光。因此，為了使電子在場發(fā)射顯示器中運動，需要使用真空設備將顯示器的真空度保持在至少10-5托(torr)以下，以使電子具有足夠的平均自由程(mean free path)，同時應避免電子發(fā)射源和熒光粉區(qū)的污染及毒化。另外，為使電子具有足夠能量以撞擊熒光粉，在兩板間需要有適當間隙，使電子有足夠的加速空間來撞擊熒光粉體，以使熒光粉體能充分產生發(fā)光效應。
其中所謂的電子發(fā)射源層以碳納米管(Carbon nanotubes)為主要成分，碳納米管自1991年被Iijima提出(Nature 354，56(1991))具備極高的電子特性后，其已被多種電子組件所使用。碳納米管可以有很高的深寬比(aspect ratio)，其深寬比大于500以上，并且具有高的剛性，其楊氏系數多在1000GPn以上，而碳納米管的尖端或缺陷處均為原子量級的露出，由于其具有以上這些特性，因此被認為是一種理想的場電子發(fā)射源(electron field emitter)材料，例如用于一種場發(fā)射顯示器的陰極板上的電子發(fā)射源。由于碳納米管具備以上所述的物理特性，因此也可被設計用于多種制作過程，如網印或薄膜制作過程等，以用于布圖電子組件。
而所謂的陰極板制作技術，是將碳納米管作為電子發(fā)源材料制作于陰極導電層上，其制作方法包括在各陰極像素內的陰極電極層上直接成長碳納米管的化學氣相沉積(CVD)方法，或是一種可以將感光型碳納米管溶液圖騰化制作于各像素內的陰極導電層上的方法，也可以是噴涂碳納米管溶液搭配網罩制作的方法，不過根據上述三極場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源結構，要將碳納米管制作于各像素內的陰極電極結構上，上述幾種制作方法均受到制作成本以及立體結構阻礙的限制，尤其對于大尺寸的電子發(fā)射源來說，其均勻性將更難以實現(xiàn)。
近來陸續(xù)提出了一種所謂的電泳沉積EPD(ElectrophoresisDeposition)技術，如第US2003/0102222號美國發(fā)明專利申請公開，該發(fā)明是將碳納米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)，制作成電泳溶液，將待被沉積的陰極電極基板，與電極相連并放置于該電泳溶液中，通過提供直流或交流電壓在溶液中形成電場，輔助鹽在溶液中電離出的離子附著于碳納米管粉體上，其通過電場形成電泳力，以協(xié)助碳納米管沉積于特定電板，由此可將碳納米管圖樣化沉積在電極上，利用上述電泳沉積技術，可以簡單地將碳納米管沉積在電極層上，并可避免三極場發(fā)射顯示器陰極結構在結構上的限制，因此本技術已被廣泛的應用于陰極板結構制作。
此外，過去發(fā)明人曾提出通過脈沖式電泳沉積技術來改善電泳沉積碳納米管的均勻性，可大大提高單位面積內的碳納米管沉積量并具有可實施于水性溶液的優(yōu)點。但是，以目前脈沖式電泳沉積技術具有以下缺點1、全面的電泳動對于成分日趨復雜的電泳溶液中的碳管懸浮分布有物理上的限制，尤其是為了增加碳管的附著力或導電性等，會在溶液中添加一些特定粒子以增加電子發(fā)射源制作上的功效，因此在溶液中保持這些粒子的懸浮特性是有難度的，甚至有些粒子對于特定電場分布也具有極高的敏感性或選擇性，從而使沉積于面板的濃度或厚度有分布上的差異，尤其是對于大尺寸面板更趨明顯。
2、雖然脈沖式對于水性電泳溶液有其功效，不過有鑒于目前碳管態(tài)樣繁復，另外有些適用于場發(fā)射用的碳管對于溶液有極高的選擇性，對于非水性溶液(如乙醇溶液)仍有大部分的碳管對其有極佳的分散特性可加以利用，不過若選用脈沖式電泳方式有由于電泳面積較大大電流易引發(fā)乙醇溶液燃燒的危險。
3、陰極板電極的阻抗分布受限于電極長度的分布差異，致使電極上阻抗的差異，尤其是大面板大長度電極更是明顯，致使電極一端較靠近電源供應的一側可以有較高的電流，較大的濃度的沉積，造成電泳沉積效果不均。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是為了改變傳統(tǒng)的以陰陽極面板大面積直接對應的電泳技術中存在的使用的電流較大，對應的沉積也較分散，尤其是當電泳液中預被沉積的粒子復雜時將呈現(xiàn)不等的電泳動致使沉積效率分散影響沉積的均勻性的缺點。因此，本發(fā)明提供了一種陽極板，在電泳過程僅對單一陰極電極進行電泳沉積，從而對所述電極形成收斂式集中電場效果，使沉積過程中僅單一陰極電極與陽極板間對應單位面積縮小集中電流，利用電泳動促使溶液中的復雜粒子集中沉積于一個電極上，再循序改變與陽極板對應的陰極電極，使電泳沉積逐次對應于循序電極以達到全面電泳沉積的目的。
為達到上述目的，本發(fā)明的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，包括將電源供應裝置的陽極端連接于陽極板，而陰極端連接于多個控制單元的輸入端，多個控制單元的輸出端連接于陰極板的多個陰極電極上，再將信號產生單元連接于多個控制單元的輸入端；調制電泳槽內部的電泳溶液，然后將陰極板與陽極板呈平行對應地置放在電泳槽中，通過電源供應裝置的陽極端在陽極板上提供電壓，信號產生單元將以循序式產生脈沖信號并輸入其中一個控制單元，或者信號產生單元將產生的脈沖信號輸入多個控制單元，通過控制單元循序式控制導通與否，使陰極板的其中一個陰極電極呈通電狀態(tài)，而其余陰極電極為不通電狀態(tài)，使電泳時間中僅有一個陰極電極與陽極板間形成電位差從而產生電場，使陰極電極預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管，再循序進入下一個陰極電極通電，其余陰極電極不通電的狀態(tài)，以完成多個陰極電極的碳納米管電子發(fā)射源的循序電泳沉積制作。


圖1是本發(fā)明的陰、陽極板示意圖；圖2是本發(fā)明的陰、陽極板與電泳設備連接示意圖；圖3是本發(fā)明的陰、陽極板電泳制作過程示意圖；圖4是本發(fā)明的陰、陽極板與電泳設備連接簡易示意圖。
附圖中，各標號所代表的部件列表如下陰極板................1陰極電極..............11陽極板................2電源供應裝置..........3控制單元..............4信號產生單元..........5電泳槽................6
具體實施例方式
有關本發(fā)明的技術內容和詳細說明，現(xiàn)結合

如下圖1和圖2是本發(fā)明的陰、陽極板及陰、極板與電泳設備連接示意圖。如圖所示，本發(fā)明的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，主要是利用循序式電泳沉積技術將電流循序分配到陰極面板的多個陰極電極上，在電泳沉積過程中讓陰極電極與陽極板間對應單位面積縮小，以集中電流，讓單一陰極電極與陽極板間形成電場，以制作陰極板上的碳納米管電子發(fā)射源，此方法可有效降低峰值(peak)電流，并可應用到大面積的面板制作上。
上述方法在制作時，是先取陰極板1，陰極板1上具有多個或32條陰極電極11，該多個陰極電極11均為已完成柵極及犧牲層制作的半成品結構，該犧牲層用于保護無需進行電泳沉積的區(qū)域(如柵極、介電層等)不會產生沉積物的殘留，待電泳沉積制作過程完成后再將犧牲層剝膜移除；再取一陽極板2，此陽極板2通過白金、鈦金屬面板或網版的任一種形成；將電源供應裝置3的陽極端31與陽極板2連接，電源供應裝置3的陰極端32與每一控制單元4的輸入端連接，控制單元4的輸出端與陰極板1的每一陰極電極11連接；另外，再將控制單元4的另一個輸入端與信號產生單元5連接，以完成電泳沉積制作的連接，其中信號產生單元5為各陰極電極11提供循序信號，并通過多個控制單元4與陰極電極11連接，控制單元4用于提供陰極電極11導通或不導通的狀態(tài)?？刂茊卧?可為信號放大器或開關，所述信號放大器可將信號產生單元5所輸出的信號進行放大或不進行放大，使陰極電極11與陽極板2間形成電位差從而產生電場，以在單一陰極電極11上制作碳納米管電子發(fā)射源。
所述開關為計時開關，該計時開關將計數一段導通時間，使信號產生單元5所產生的信號傳送至陰極電極11，使陰極電極11與陽極板2形成電位差從而產生電場，以在單一陰極電極11上制作碳納米管電子發(fā)射源。當計數時間到時，所述計時開關不導通，變換下一個計時開關導通，從而通過這種循序電泳沉積方法在陰極電極上制作碳納米管電子發(fā)射源。
圖3和圖4是本發(fā)明的陰、陽極板電泳制作過程及陰、陽極板與電泳設備連接的簡易示意圖。如圖所示，當陰極板1、陽極板2、電源供應裝置3、控制單元4及信號產生單元5連接完成后，將進行電泳槽6內部的電泳溶液調制以乙醇為溶劑，電泳的電子發(fā)射源材料粉體采用一種通過電弧放電制作的碳納米管，其平均碳管長度在5μm以下，平均碳管管徑在100nm以下，為一種多重壁的碳納米管結構，其添加重量濃度為0.1％～0.005％(優(yōu)選為0.02％)，輔助鹽類選用電泳后可具有導電性的金屬氧化鹽，如氯化銦，和硝酸銦，或其它類似的鹽類，本發(fā)明選用重量濃度為0.1％～0.005％(優(yōu)選為0.01％)的氯化銦鹽，及重量濃度至少在5％以上的用于增加附著力的玻璃粉等；將陰極板1和陽極板2相對應地放置在電泳槽6中，二者之間可保持3～5cm的間距。其中，電源供應裝置3為陽極板提供直流或直流脈沖電壓，電壓可以為100～300V，優(yōu)選為120V，脈沖頻率為250Hz，信號產生單元5產生連續(xù)性方波信號并輸出至第一個控制單元4，此控制單元4為信號放大器，將信號放大后，立即供應至陰極板1的第一個陰極電極11上形成通電狀態(tài)，此時其余的陰極電極11形成不通電狀態(tài)(與陽極板2間無電位差)，因此在電泳時間中僅第一個陰極電極11與陽極板2間形成電位差從而產生電場，使陰極電極11預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管。而后按照循序方式形成下一個陰極電極11導通，其余不導通的狀態(tài)，通過這種循序電泳沉積制作方法，來完成陰極電極11的電子發(fā)射源制作。據此若一秒鐘完成一個面的電泳，則各陰極電極11為占空比(Duty)＝1/32循序變化(或倍頻更高)，經過時間為10min的一次電泳，可行成厚度約為5～10μm的均勻厚度的電子發(fā)射源結構。
或者，信號產生單元5產生信號并輸出至多個信號放大器，其中第一個放大器不進行信號放大處理，使陰極板1的第一個陰極電極形成低電位狀態(tài)，此時其余的陰極電極11形成高電位狀態(tài)(陰極電極與陽極電極無電位差)，因此在電泳時間內使第一個陰極電極11與陽極板2間形成電位差從而產生電場，使陰極電極11預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管，然后再循序至下一陰極電極11進行電泳沉積制作。
當控制單元4為計時開關時，信號產生單元5產生連續(xù)性方波信號并輸出至多個計時開關，此時第一個計時開關導通，其余的計時開關不導通，導通的計時開關使信號產生單元5產生的方波信號施加于第一個陰極電極11上，此時第一個陰極電極11上形成通電狀態(tài)，因此在電泳時間中僅第一個陰極電極11與陽極板2間形成電位差從而產生電場，使陰極電極11預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管，在電泳沉積制作時，該第一個計時開關同步計數，一旦第一個計時開關的計數時間到后，該第一個計時開關馬上停止計時，而切斷第一個陰極電極11的供電狀態(tài)，進入第二個計時開關導通，其余開關單元4不導通的狀態(tài)，通過這種循序方式進行下一個陰極電極11的循序電泳沉積制作，以完成陰極電極11的電子發(fā)射源制作。
通過上述說明，可知本發(fā)明的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源方法的優(yōu)點如下1、可克服需同時沉積復雜成分粒子的電泳方法，分布性佳，各不同粒子可更有效沉積。
2、單位電泳發(fā)生區(qū)域的電流密度可以提高。
3、大面積電泳電流量大，使用儀器設備設計成本及電量耗損降低，及操作的安全性提高。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。凡是在本發(fā)明申請專利范圍內所做的同等變化與修飾，均包括在本發(fā)明的專利范圍內。
權利要求
1.一種循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，包括a)將電源供應裝置的陽極端連接于陽極板，而陰極端連接于多個控制單元的輸入端，所述多個控制單元的輸出端連接于陰極板的多個陰極電極上，再將信號產生單元連接于所述多個控制單元的輸入端；b)調制電泳槽內部的電泳溶液，將所述陰極板所述陽極板呈平行對應地置放在所述電泳槽中；c)通過所述電源供應裝置的陽極端在所述陽極板上提供電壓，所述信號產生單元將以循序式產生脈沖信號并輸入其中一個控制單元，通過所述控制單元控制導通與否，使所述陰極板的其中一個陰極電極呈通電狀態(tài)，而其余陰極電極為不通電狀態(tài)，使電泳時間中僅有一個陰極電極與所述陽極板間形成電位差從而產生電場，使所述陰極電極預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管；d)上述(c)步驟完成后，再循序進入下一個陰極電極通電，其余陰極電極不通電的狀態(tài)，以完成多個陰極電極的碳納米管電子發(fā)射源的循序電泳沉積制作。
2.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述電源供應裝置為所述陽極板提供直流或直流脈沖電壓，電壓可以為100～300V，優(yōu)選為120V，脈沖頻率為250Hz。
3.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述陽極板可由白金、鈦金屬面板或網版的任一種所形成。
4.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述控制單元可為放大器或開關。
5.如權利要求4所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述開關為計時開關。
6.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述陰極板上具有多條陰極電極。
7.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述陰極電極為已完成閘極及犧牲層制作的半成品結構。
8.如權利要求7所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述犧牲層用于保護無需進行電泳沉積的區(qū)域不會產生沉積物的殘留。
9.如權利要求7所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，在電泳沉積制程后再將所述犧牲層剝膜移除。
10.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述陰極板與所述陽極板以3～5cm的間距平行對應地置放在所述電泳槽中。
11.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述溶液以乙醇為溶劑，電泳的電子發(fā)射源材料粉體采用一種通過電弧放電制作的碳納米管，其平均碳管長度在5μm以下，平均碳管管徑在100nm以下，為一種多重壁的碳納米管結構，添加重量濃度為0.1％～0.005％。
12.如權利要求11所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述添加重量濃度優(yōu)選為0.02％。
13.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述溶液還包含有輔助鹽，所述輔助鹽選用電泳后可具有導電性的金屬氧化鹽。
14.如權利要求13所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述金屬氧化鹽為氯化銦和硝酸銦。
15.如權利要求13所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述輔助鹽選用重量濃度為0.1％～0.005％的氯化銦鹽，并添加重量濃度在5％以上的用于增加附著力的玻璃粉。
16.如權利要求15所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述輔助鹽的重量濃度優(yōu)選為0.01％。
17.如權利要求1所述的循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，其中，所述信號產生單元產生連續(xù)性方波輸出。
18.一種循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，包括有a)將電源供應裝置的陽極端連接于陽極板，陰極端連接于多個控制單元的輸入端，所述多個控制單元的輸出端連接于陰極板的多個陰極電極上，再將信號產生單元連接于所述多個控制單元的輸入端；b)調制電泳槽內部的電泳溶液，將所述陰極板與所述陽極板呈平行對應地置放在所述電泳槽中；c)通過所述電源供應裝置的陽極端在所述陽極板上提供電壓，所述信號產生單元將產生的脈沖信號輸入所述多個控制單元，通過所述控制單元循序式控制導通與否，使所述陰極板的其中一個陰極電極呈通電狀態(tài)，而其余陰極電極為不通電狀態(tài)，使電泳時間中僅有一個陰極電極與所述陽極板間形成電位差從而產生電場，使所述陰極電極預備沉積電子發(fā)射源的位置上形成碳納米管；d)上述(c)步驟完成后，再循序進入下一個陰極電極通電，其余陰極電極不通電的狀態(tài)，以完成所述多個陰極電極的碳納米管電子發(fā)射源的循序電泳沉積制作。
全文摘要
一種循序電泳沉積制作碳納米管電子發(fā)射源的方法，提供了一種在電泳沉積過程的時間中僅單一陰極電極形成電場，致使僅該電泳區(qū)域有電泳沉積效果的技術；其中陰極板具有多個陰極電極，該單一陰極電極上配置多個電子發(fā)射源預被沉積的位置，利用循序變化分別在陰極電極與陽極板間形成電位差，在電泳動作時在單位時間內僅在一個陰極電極與陽極板間形成電場，從而僅在該區(qū)域產生沉積效果以制作碳納米管電子發(fā)射源，利用各陰極電極的循序電壓變化來實現(xiàn)陰極板全部像素的電泳沉積。
文檔編號C01B31/00GK101017754SQ20061000736
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權日2006年2月9日
發(fā)明者鄭奎文, 蕭俊彥, 李協(xié)恒, 李裕安, 蔡金龍 申請人:東元電機股份有限公司