專利名稱：碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，尤其涉及一種具有平整碳納米管陣列發(fā)射表面的場發(fā)射裝置的制備方法。
背景技術：
碳納米管是一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima于1991年發(fā)現(xiàn)，請參見″Helical microtubules of graphitic carbon″，S Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳納米管具有極優(yōu)異的導電性能，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集中)，所以碳納米管是已知的最好的場發(fā)射材料，它具有極低的場發(fā)射電壓(小于100伏)，可傳輸極大的電流密度，并且電流極穩(wěn)定，因而非常適合做場發(fā)射顯示器的發(fā)射元件。
如圖13所示，戴宏杰、范守善等人在美國專利第6,232,706號揭示一種碳納米管場發(fā)射裝置及其制備方法，該裝置制備方法是在基底110表面形成多孔硅120，再沉積催化劑層130，直接在催化劑層130上生長得到垂直基底110的碳納米管束100作為場發(fā)射元件，其得到的碳納米管束100高度可達到300微米，碳納米管束100頂部可能平坦，或者是凹面形狀。該方法實現(xiàn)碳納米管陣列生長并應用于場發(fā)射顯示器。
如美國專利第6,515,415號所揭露，碳納米管應用于場發(fā)射顯示一般包括以下步驟在陰極表面沉積金屬催化劑；形成絕緣層；在陰極表面生長碳納米管陣列作為電子發(fā)射元件；在絕緣層上形成柵極，最后將含有熒光物質的陽極與陰極真空封裝形成平面顯示器，通過控制柵極而控制碳納米尖端發(fā)射電子。
然而，上述方法生成的碳納米管高度不完全一致，有部分碳納米管較長，另一部分較短，造成不同碳納米管發(fā)射尖端不在同一平面，在發(fā)射電子時，容易產生電子發(fā)射不均的缺點，而且，傳統(tǒng)方法生成的碳納米管高度雖然大體可調，但很難精確控制，所以，碳納米管發(fā)射尖端與柵極之間的間距也因此難以控制。
因此，提供一種制備碳納米管發(fā)射尖端位于同一平面、且可控制發(fā)射尖端與柵極電極之間距的場發(fā)射顯示裝置的方法實為必要。

發(fā)明內容本發(fā)明之目的在于提供一種發(fā)射尖端位于同一平面、且可控制發(fā)射尖端與柵極電極之間距的碳納米管場發(fā)射裝置的制備方法。
本發(fā)明提供一種碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，包括下列步驟提供一工作板，其具有一表面；在所述工作板的表面形成一定厚度的絕緣層，該絕緣層具有一平整表面；在絕緣層表面形成一催化劑層；在催化劑層表面選定區(qū)域形成具有一定高度的阻隔壁，并形成顯示點陣區(qū)域；在顯示點陣區(qū)域生成碳納米管陣列；在碳納米管陣列頂部形成陰極電極；形成與陰極電極和阻隔壁外形相應的底板，以支撐所述陰極電極和阻隔壁；脫去工作板，露出絕緣層；在絕緣層表面選定區(qū)域形成柵極電極；去除絕緣層對應顯示點陣的區(qū)域，露出碳納米管陣列；封裝陽極。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點碳納米管發(fā)射端在同一平整面，從而實現(xiàn)電子均勻發(fā)射；而且，碳納米管與柵極的間距可以控制，從而降低發(fā)射電壓。

圖1是本發(fā)明碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法流程圖。
圖2至圖12是本發(fā)明具體實施例各步驟示意圖。
圖13是現(xiàn)有技術碳納米管場發(fā)射裝置示意圖。
具體實施方式
請參見圖1，為本發(fā)明碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法流程圖。本發(fā)明方法包括下列步驟步驟1是提供工作板。此工作板具有一表面，其作為后續(xù)步驟的支撐基礎，應當可以耐受碳納米管生長時的溫度，可選用耐熱的非金屬材料。
步驟2是在工作板上形成一絕緣層。本步驟是在所述工作板的表面形成一定厚度的絕緣層，可以通過調節(jié)絕緣層的厚度控制碳納米管與柵極之間的距離，該絕緣層具有一平整表面，以利于碳納米管從同一平面開始生長；所述絕緣層可以包括一層保護層，以便在后續(xù)步驟10形成像素孔時保護碳納米管陣列。
步驟3是在絕緣層表面形成一催化劑層。通過蒸鍍或化學沉積的方法，在絕緣層表面形成具有一定厚度的薄層，一般為過渡金屬Fe、Co、Ni或其合金，沉積厚度1～10nm，優(yōu)選為3～5nm。優(yōu)選地，可以將催化劑層在300℃～400℃溫度下退火，以利于催化劑納米顆粒的形成。
步驟4是在催化劑層上形成阻隔壁并形成顯示點陣區(qū)域。在催化劑層表面選定區(qū)域形成具有一定高度的阻隔壁，它用來絕緣陰極電極和柵極電極，同時阻隔壁之間形成顯示點陣區(qū)域，以供生長碳納米管所需；阻隔壁的高度可視碳納米管所需長度而定，一般為1微米～1000微米之間，優(yōu)選10微米～500微米；阻隔壁的材料應當能夠耐受碳納米管生長的溫度(一般700℃左右)，如高溫玻璃、涂覆絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母等。
步驟5是生長碳納米管陣列。通入碳氫氣體，加熱至反應溫度，通過催化劑的催化作用，碳氫氣體發(fā)生化學反應，使得在顯示點陣區(qū)域生成碳納米管陣列；生長碳納米管陣列的溫度視碳氫氣體成分、催化劑材料而定，一般在700℃左右；碳納米管陣列的長度和阻隔壁高度大致相同即可。
步驟6是形成陰極。在碳納米管陣列頂部形成陰極電極，一般以蒸鍍或化學沉積的方法沉積金屬材料形成陰極電極，根據需要，陰極電極還可以包括一層電阻負反饋層。
步驟7是形成底板，即形成與陰極電極和阻隔壁相應形狀的底板，以支撐所述陰極電極和阻隔壁，底板為絕緣材料，可以選用玻璃、塑料、陶瓷等。
步驟8是翻轉并脫去工作板。將上述步驟1-7形成的整體翻轉后，以所述底板作為支撐基礎，脫去工作板，露出絕緣層。
步驟9是形成柵極。在絕緣層表面選定區(qū)域形成柵極電極，所述選定區(qū)域應避開碳納米管陣列顯示點陣的相應區(qū)域。
步驟10是形成像素孔。去除絕緣層相應的區(qū)域，露出碳納米管，使碳納米管尖端發(fā)射的電子可以通過，從而形成像素孔；去除方法包括濕法刻蝕、干法刻蝕等。
步驟11是封裝陽極，形成平面顯示器，其中陽極表面包括熒光層。
請參見圖2至圖12，下面將以第一實施例詳細說明本發(fā)明的各個步驟。
如圖2所示，提供帶有細微凹槽(圖未標示)的模板20，以作為步驟1所需的工作板，所設細微凹槽有利于后續(xù)步驟順利脫去模板20，為使表面平整，可用石蠟等容易去除的物質涂平，該模板20作為后續(xù)步驟的支撐基礎。
如圖3所示，在模板20表面通過鍍膜、印刷或直接采用現(xiàn)成的模板形成表面平整的氧化硅層22作為絕緣層，其表面平整度要求小于1微米，厚度為1微米至1000微米，優(yōu)選10微米～200微米，該氧化硅層22也可選用其他絕緣材料，能夠耐受碳納米管生長所需溫度(約700℃)，且該氧化硅層22可以通過濕法蝕刻去除。
如圖4所示，進一步在氧化硅層22表面沉積形成硅保護層24，其厚度在允許的情況下盡量薄，一般為10納米～100納米，氧化硅層22和硅保護層24一起控制陰極電極34和柵極電極40間距，所述硅保護層24起到保護后續(xù)步驟形成的碳納米管陣列30的作用，可耐受濕法蝕刻，但可用干法蝕刻去除。
如圖5所示，在硅保護層24表面沉積催化劑層26，一般是Fe、Co、Ni或其合金。催化劑層26厚度為1～10納米，優(yōu)選為3～5nm。優(yōu)選地，可以將催化劑層26在300℃～400℃溫度下進行退火，以利于催化劑納米顆粒的形成。
如圖6所示，在催化劑層26上形成具有一定高度的阻隔壁28，用來絕緣陰極電極34和柵極電極40，同時在阻隔壁之間形成的顯示點陣區(qū)域生長碳納米管陣列30，因為所述氧化硅層22的表面平整，硅保護層24厚度很薄，所以可以保證碳納米管陣列30生長在同一平面；阻隔壁的高度與碳納米管陣列30的長度大致相同，一般為1微米～1000微米之間，優(yōu)選10微米～500微米；阻隔壁的材料應當能夠耐受碳納米管生長的溫度(一般700℃左右)，如高溫玻璃、涂覆絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母等。
碳納米管陣列30是通過化學氣相沉積法生成，在一定溫度條件下通入碳氫氣體，通過催化劑層26的催化作用，碳氫氣體發(fā)生化學反應，使得在顯示點陣區(qū)域生成碳納米管陣列30；生長碳納米管陣列30的溫度一般在700℃左右；碳納米管陣列30的長度和阻隔壁28高度大致相同即可。
如圖7所示，在碳納米管陣列30頂部沉積形成電阻負反饋層32，其材料可選用合適電阻的硅、合金等，厚度可根據電阻需要而決定。該電阻負反饋層32是可選擇的。
如圖8所示，在電阻負反饋層32表面沉積形成陰極電極34，一般以蒸鍍或化學沉積的方法沉積金屬材料形成，金屬材料的熱膨脹系數應與電阻負反饋層32匹配。
如圖9所示，形成與陰極電極34和阻隔壁28外形相適應的底板36，以支撐所述陰極電極34和阻隔壁28，底板36為絕緣材料，可以選用玻璃、塑料、陶瓷等。
如圖10所示，將圖9形成的整體翻轉后，以所述底板36作為支撐基礎，脫去模板20，露出氧化硅層22，然后，在氧化硅層22表面相應區(qū)域形成柵極電極40，所選相應區(qū)域應避開碳納米管陣列30作為顯示點陣的區(qū)域；如圖11所示，去除顯示點陣區(qū)域的氧化硅層22、硅保護層24，必要時去除催化劑層26反應剩余的材料，露出碳納米管陣列30，使碳納米管陣列30發(fā)射的電子可以通過，從而形成像素孔；氧化硅層22可用濕法刻蝕去除，而硅保護層24可以耐受濕法刻蝕，保護碳納米管陣列30不被破環(huán)，去除氧化硅層22之后，可用干法刻蝕去除硅保護層24，必要時用激光轟擊去除催化劑層26。
如圖12所示，封裝陽極50，形成平面顯示器，其中陽極50表面與碳納米管陣列30對應處包括熒光層52。
本發(fā)明第二實施例跟上述第一實施例步驟大致相同，不同之處在于，硅氧化層22形成之后，省略形成硅保護層24的步驟，直接在硅氧化層22表面沉積催化劑層26；在形成柵極電極40之后，小心去除顯示點陣區(qū)域的氧化硅層24，必要時去除剩余的催化劑材料，即可露出碳納米管陣列30，然后進行后續(xù)步驟。
本發(fā)明第三實施例跟上述第一實施例步驟大致相同，不同之處在于，在硅氧化層22形成之前，預先形成柵極電極40。在形成阻隔壁28等后續(xù)結構時，需要對準柵極電極40上已形成的顯示點陣孔。
本發(fā)明上述方法形成的碳納米管場發(fā)射顯示裝置，因碳納米管陣列30生長在同一平面，所以翻轉后露出的碳納米管陣列30具有同一平整面，從而實現(xiàn)電子均勻發(fā)射之目的；另外，碳納米管陣列30與柵極電極40的距離基本取決于氧化硅層22的厚度(若有硅保護層24時，加上硅保護層24的厚度)，如此，通過控制其厚度即可達到控制碳納米管陣列30與柵極電極40的間距之目的。
權利要求
1.一種碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，包括下列步驟提供一工作板，其具有一表面；在所述工作板的表面形成一定厚度的絕緣層，該絕緣層具有一平整表面；在絕緣層表面形成一催化劑層；在催化劑層表面選定區(qū)域形成具有一定高度的阻隔壁，并形成顯示點陣區(qū)域；在顯示點陣區(qū)域生成碳納米管陣列；在碳納米管陣列頂部形成陰極電極；形成與陰極電極和阻隔壁外形相應的底板；脫去工作板，露出絕緣層；在絕緣層表面選定區(qū)域形成柵極電極；去除絕緣層對應顯示點陣的區(qū)域，露出碳納米管陣列；封裝陽極。
2.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述絕緣層表面平整度小于1微米。
3.根據權利要求2所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述絕緣層厚度1微米～1000微米。
4.根據權利要求2所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述絕緣層進一步包括厚度10納米～1微米的保護層。
5.根據權利要求4所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述保護層可耐受濕法刻蝕，且可用干法刻蝕去除。
6.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述生成碳納米管陣列包括通入反應氣體，升溫到反應溫度，在催化劑作用下生成碳納米管陣列。
7.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述碳納米管陣列的長度與阻隔壁高度大致相同。
8.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述陰極電極進一步包括電阻負反饋層。
9.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述催化劑層厚度為1納米～10納米。
10.根據權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，其特征在于所述陽極包括熒光層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管場發(fā)射顯示裝置的制備方法，包括下列步驟在工作板表面形成一絕緣層，該絕緣層具有一平整表面；在絕緣層表面形成一催化劑層；在催化劑層表面形成阻隔壁，并形成顯示點陣區(qū)域；生成碳納米管陣列；在碳納米管陣列頂部形成陰極電極；形成與陰極電極和阻隔壁外形相應的底板，以支撐所述陰極電極和阻隔壁；脫去工作板，在絕緣層表面形成柵極電極；去除絕緣層對應顯示點陣的區(qū)域，露出碳納米管陣列；封裝陽極。本發(fā)明可使碳納米管陣列發(fā)射端在同一平整面，從而實現(xiàn)電子均勻發(fā)射；而且，碳納米管與柵極的間距可以控制。
文檔編號H01J9/02GK1532867SQ0311406
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權日2003年3月26日
發(fā)明者劉亮, 范守善, 亮 劉 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司