專利名稱：制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造碳納米管(CNT)場致發(fā)射裝置的方法，尤其涉及這樣一種制造場致發(fā)射裝置的方法，其中減少了由高溫工藝帶來的熱沖擊。
背景技術(shù)：
碳納米管(CNT)被廣泛用作場致發(fā)射顯示器(FED)和液晶顯示器(LCD)中所用背光的場致發(fā)射器。此類CNT具有良好的電子發(fā)射特性以及化學和機械壽命。此類CNT的的性質(zhì)和應(yīng)用已經(jīng)獲得了研究。
常規(guī)的場致發(fā)射器一般是由諸如鉬(Mo)的金屬制作的微型尖端。不過，此類微型尖端的壽命期限因氣氛氣體、非均勻電場等而縮短。此外，為了在低電壓下驅(qū)動微型尖端，微型尖端的逸出功必須要降低。然而，降低逸出功是有極限的。為了解決這些問題，優(yōu)選采用具有高高寬比、高耐用性和高電導(dǎo)率的CNT作為場致發(fā)射器。
為了從CNT發(fā)射器獲得高電流密度，CNT必須要均勻分布且垂直于基板設(shè)置。特別地，CNT必須要電接觸基板(或陰極)，使得所有的CNT都發(fā)射電子。
CNT發(fā)射器一般是利用化學氣相淀積(CVD)從基板生長的。不過，可以利用混合CNT和樹脂獲得的漿料制作CNT發(fā)射器。該方法比CVD更容易且成本更低，因此比CVD更優(yōu)先選用。
美國專利No.6339281公開了一種使用CNT漿料的場致發(fā)射器陣列及其制造方法。美國專利No.6440761公開了一種使用利用生長方法獲得的CNT的場致發(fā)射陣列及其制造方法。
CNT一般使用CVD從基板生長。這里，在超過500℃的高溫下進行CVD以提高CNT的純度。這樣一來，在CVD期間基板或基板上的結(jié)構(gòu)就不可避免要受到熱沖擊。當在低溫下進行CVD時，CNT的純度就降低。因此，低溫CVD是不可取的。此外，用于獲得高純CNT的CVD設(shè)備價格高昂，因此此類CVD具有很高的制造成本。
可以利用絲網(wǎng)印刷、光刻等將CNT漿料涂布在基板(或陰極)上。由于CNT漿料包括多種有機和無機溶劑，因此難以獲得高純CNT電子發(fā)射器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了具有高純度和良好電特性的CNT發(fā)射器以及利用該CNT發(fā)射器制造裝置的方法。
本發(fā)明還提供了制造工藝簡單且能夠熱保護包括基板的其他組件的CNT發(fā)射器，以及使用該CNT發(fā)射器制造裝置的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造碳納米管發(fā)射器的方法，其包括將粉末碳納米管吸附到第一基板上；在碳納米管上淀積金屬以在碳納米管堆疊上形成第一金屬層；在第二基板上形成第二金屬層；將第一基板上的第一金屬層壓合(pressure-bonding)到第二基板的第二金屬層上；將第一基板從第二基板隔開，以拉緊通過第一和第二金屬層粘結(jié)到第二基板的碳納米管；以及進一步將第一基板從第二基板間隔開，以從第一基板分離碳納米管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造碳納米管發(fā)射器的方法，其包括將粉末碳納米管吸附到第一基板上；在第二基板上形成第二金屬層；在第二金屬層上以預(yù)定圖案形成粘結(jié)到碳納米管的第一金屬層；將碳納米管壓到第一基板上以將碳納米管粘結(jié)到第二基板的第一金屬層上；將第一基板從第二基板隔開，以拉緊通過第一金屬層粘結(jié)到第二基板的碳納米管；以及進一步將第一基板從第二基板間隔開，以從第一基板分離碳納米管。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法，該發(fā)射裝置包括前板，其包括其上形成有陽極的內(nèi)表面；后板，其與前板隔開并包括其上形成有陰極的內(nèi)表面；以及在陰極上由碳納米管形成的電子發(fā)射器。該方法包括在后板的內(nèi)表面上形成陰極；將面對陰極的粉末碳納米管吸附到附加的模壓基板上；在碳納米管上淀積金屬以在碳納米管上形成第一金屬層；將模壓基板上的第一金屬層壓合到后板上的陰極上；將模壓基板從后板間隔開以拉緊通過第一金屬層和第二金屬層粘合到后板上的陰極上的碳納米管；以及進一步將模壓基板從后板間隔開，以從模壓基板分離碳納米管。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法，該發(fā)射裝置包括前板，其包括其上形成有陽極的內(nèi)表面；后板，其與前板隔開并包括其上形成有陰極的內(nèi)表面；和一在陰極上由碳納米管形成的電子發(fā)射器。該方法包括在后板的內(nèi)表面上形成陰極；在陰極上形成用于粘結(jié)碳納米管的金屬粘結(jié)層；將面對陰極的粉末碳納米管吸附到附加的模壓基板上；將模壓基板上的碳納米管壓合到后板的陰極上的金屬粘結(jié)層上；將模壓基板從后板間隔開以拉緊通過第一金屬層粘合到后板上的陰極上的碳納米管；以及進一步將模壓基板從后板間隔開，以從模壓基板分離碳納米管。
將碳納米管吸附到模壓基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布模壓基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到模壓基板上。
在粘結(jié)過程中，將第二金屬層與第二基板一起加熱到預(yù)定溫度，以進行熱壓粘結(jié)。結(jié)果，碳納米管可以高效地粘結(jié)到第二基板上。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法，該發(fā)射裝置包括前板，其包括其上形成有陽極的內(nèi)表面；后板，其與前板隔開并包括其上形成有陰極的內(nèi)表面；以及在陰極上由碳納米管形成的電子發(fā)射器。該方法包括在后板的內(nèi)表面上形成陰極；將面對陰極的粉末碳納米管吸附到附加的模壓基板上；在分散在模壓基板上的碳納米管上淀積金屬以在碳納米管上形成第一金屬層；將模壓基板上的第一金屬層壓合到后板上的陰極上；將模壓基板從后板間隔開以拉緊通過第一和第二金屬層粘合到后板上的陰極上的碳納米管；以及進一步將模壓基板從后板間隔開，以從模壓基板分離碳納米管。
將碳納米管吸附到第一基板或模壓基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布第一基板或模壓基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到第一基板或模壓基板上。所述液體分散劑為有機溶劑，如乙醇，或者無機溶劑，例如水。


通過參考附圖詳細描述本發(fā)明的示范性實施例，本發(fā)明的上述和其他特性和優(yōu)勢將會更加明顯，在附圖中圖1A到1I為示出制造根據(jù)本發(fā)明實施例的場致發(fā)射裝置的方法的截面圖；圖2A為掃描電鏡(SEM)圖像，其示出了根據(jù)本發(fā)明實施例、利用有機分散劑在模壓基板上涂布并干燥CNT，其中該模壓基板為第一基板；圖2B為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的CNT發(fā)射器的SEM圖像；圖3A到3F為示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的制造場致發(fā)射裝置的方法的截面圖；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的CNT發(fā)射器圖案的SEM圖像；圖5A到5F為示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的制造場致發(fā)射裝置的方法的截面圖；以及圖6為采用根據(jù)本發(fā)明實施例的CNT場致發(fā)射裝置的電子裝置的示意橫截面圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖詳細描述制造CNT發(fā)射器的方法和采用依據(jù)本發(fā)明的實施例的CNT發(fā)射器制造場致發(fā)射裝置的方法。在附圖中，為了清晰起見，放大了包括CNT的場致發(fā)射裝置。尤其在必要時將一個元件顯示得比其他元件大。
圖1A到1I為示出制造根據(jù)本發(fā)明實施例的CNT發(fā)射器的方法的截面圖。
如圖1A所示，將CNT粉末與分散劑混合，分散劑由有機溶劑，例如乙醇，或者無機分散劑，例如水2制成。接下來，將混合物涂布到由Si或堿石灰玻璃(sodalime glass)形成的第一基板1的表面上。
如圖1B所示，通過自然或快速烘干除去分散劑2，僅將CNT保留在第一基板1上。這里，通過范德瓦爾斯力，即分子力，將CNT吸附到第一基板1上。
如圖1C所示，在CNT的表面上由Ag等形成預(yù)定厚度的第一金屬層3，用于連結(jié)。這里，通過調(diào)整淀積金屬的量，僅在CNT的上部形成第一金屬層3。
如圖1D所示，準備第二基板4，然后在第二基板4的表面上由Ag、Cu或Ti形成第二金屬層5。這里，第二基板4是根據(jù)該第二基板4主要應(yīng)用的目的的一特定產(chǎn)品的元件。例如，當將第二基板4應(yīng)用到場致發(fā)射裝置時，第二基板4對應(yīng)于后板。在該情況中，第二金屬層5對應(yīng)于場致發(fā)射裝置的陰極。這樣，可以在用于該步驟中的場致發(fā)射裝置的后板上，即，本實施例的第二基板4上，制備場致發(fā)射裝置所需的陰極圖案。如有必要，可以在后板上形成或不形成柵極絕緣層和柵電極。在本實施例中，不論柵極絕緣層和柵電極是否形成，都可以將它們省略。
如圖1E所示，將第一基板1翻轉(zhuǎn)，使得CNT接觸第二基板4的上表面。這里，第二基板4的第二金屬層5接觸第一基板1上的CNT。
如圖1F所示，將第一基板1壓向第二基板4，以將CNT上的第一金屬層3壓合到第二基板4的表面上的第二金屬層5。對第一和第二金屬層3和5加熱以有效地實現(xiàn)熱壓合。由于壓合，尤其是熱壓合，其上形成有第一金屬層3的CNT被牢固連接到第二金屬層5。這里，使用通用的加壓器作為連接的加壓器。
如圖1G所示，將第一基板1垂直地從第二基板4隔開，以拉緊其間的CNT，從而使CNT垂直于第二基板4。
圖2A為SEM圖像，示出了CNT連同分散劑一起涂布在第一基板或模壓基板上并隨后被干燥。這里，CNT對應(yīng)于圖1B的CNT。
圖2B是SEM圖像，示出了基本從圖2A的第一基板制造的CNT發(fā)射器。圖2B的CNT發(fā)射器包括在硅基板上作為陰極形成的Ti金屬層和利用Ag連結(jié)到Ti金屬層的CNT。Ti和Ag金屬層均具有1000到2000的厚度。在連結(jié)期間，施加大約60到270秒鐘的約為3MPa的壓力，并將溫度調(diào)整到大約300℃。如圖2A和2B所示，CNT垂直于第一基板。這樣，可以垂直于基板制造CNT，而無需從基板生長。
已經(jīng)在不考慮CNT發(fā)射器的形狀的情況下描述了上述工藝。不過，一般的CNT發(fā)射器必須要具有預(yù)定的形狀和尺寸，因此必須要提出一種制造此類CNT發(fā)射器的方法。
圖3A到3F為示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的制造預(yù)定圖案的CNT發(fā)射器的方法的截面圖。
如圖3A所示，將已經(jīng)分散在有機或無機溶劑中的CNT粉末分散到第一基板1上并隨后干燥。
如圖3B所示，在第一基板1上吸附的大量CNT粉末上形成具有預(yù)定圖案的第一金屬層3。這里，第一金屬層3由Ag形成，并且在第一金屬層3前面設(shè)置掩模以限制淀積區(qū)域。
如圖3C所示，在CNT粉末上形成完第一金屬層3之后，使用前述方法將第一基板1壓向第二基板4，如圖3D所示。在第二基板4的上表面上形成第二金屬層5，即陰極，并將具有預(yù)定圖案的第一金屬層3粘結(jié)到陰極。
如圖3E所示，將第一基板1垂直地從第二基板4間隔開，以拉緊其間的CNT，使得CNT垂直于第二基板4。被拉緊的CNT，即垂直于第一基板1的CNT是其上已經(jīng)形成了第一金屬層3的CNT，而剩余的CNT仍然留在第一基板1的內(nèi)表面上。
如圖3F所示，將第一基板1進一步從第二基板4隔開，以利用分子力將CNT從第一基板1隔開。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的形成在第二基板上的CNT發(fā)射器圖案的SEM圖像。在一種制造根據(jù)本發(fā)明的CNT發(fā)射器的方法中，該CNT發(fā)射器可以垂直設(shè)置而無需生長，特別地，可以由第一金屬層的圖案將CNT轉(zhuǎn)移到具有所需圖案的第二基板上。
圖5A到5F為示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的制造具有預(yù)定圖案的CNT發(fā)射器的方法的截面圖。
如圖5B所示，在第二基板2的表面上形成第二金屬層5，即陰極。接著，在第二金屬層5上形成具有預(yù)定圖案的金屬粘結(jié)層，即第一金屬層3′。第一金屬層3′由用于施壓粘結(jié)CNT的材料，例如Ag形成。
如圖5C所示，當其上形成有CNT的第一基板1的表面面對其上形成有第一和第二金屬層3′和5的第二基板4的表面時，使用前述方法將第一基板1和第二基板4壓到一起，如圖5D所示。吸附到第一基板1的表面上的CNT被連結(jié)到形成在第二基板4上的第一金屬層3′上。這里，CNT沒有連結(jié)到未形成第一金屬層3′的區(qū)域上。
如圖5E所示，將第一基板1垂直地從第二基板4間隔開，以拉緊其間的CNT，使得CNT垂直于第二基板4。這里，被拉緊的CNT，即垂直于第一基板1的CNT是連結(jié)到第一金屬層3′的CNT，而剩余的CNT仍然留在第一基板1的內(nèi)表面上。
如圖5F所示，將第一基板1進一步從第二基板4隔開，以利用分子力將CNT從第一基板1分離。
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的CNT場致發(fā)射裝置的示意橫截面圖。參考圖6，后板4(上述工藝中的第二基板4)從面板10隔開。在后板4和前板10之間形成真空空間13，電子在該真空空間中運動。
在前板10面對后板4的表面上形成陽極11，并在陽極11上形成熒光層12。在后板4面對前板10的表面上形成陰極5(上述工藝中的第二金屬層5)。在陰極5上形成具有通孔6a的柵極絕緣層6，使柵極絕緣層6與陽極11相對。在柵極絕緣層6上形成柵電極7，其具有與通孔6a對應(yīng)的柵極孔7a。
垂直排列的CNT提供在通孔6a的底部。CNT粘結(jié)到金屬粘結(jié)層3(3＇)(上述工藝中的第一金屬層3或3′)上，該金屬粘結(jié)層粘結(jié)到陽極5的表面。
除了在后板4上形成陽極和CNT的工藝以外，根據(jù)常規(guī)工藝制造具有上述結(jié)構(gòu)的CNT場致發(fā)射裝置。。換言之，利用上述方法在后板4上方形成CNT發(fā)射器，然后形成柵極絕緣層、柵電極等等。如有必要，可以在后板4上形成陽極5和柵極絕緣層6，然后可以形成CNT發(fā)射器。
可以將本發(fā)明應(yīng)用于制作諸如LCD的無源發(fā)光顯示器的背光裝置。根據(jù)本發(fā)明制造的背光裝置具有與通用背光裝置一樣的結(jié)構(gòu)。不過，用于激勵熒光物質(zhì)的電子發(fā)射器是根據(jù)如上所述的制造CNT發(fā)射器的方法制造的。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的制造CNT場致發(fā)射裝置的方法中，可以垂直于基板制造CNT發(fā)射器，無需使用高溫CVD。此外，由于除了有機溶劑之外，沒有使用有機或無機粘結(jié)劑，因此CNT發(fā)射器可以是高純的。這樣，CNT發(fā)射器能夠在大面積中具有預(yù)定圖案，而不會受到基板尺寸的限制，在使用CVD時這是受到限制的。此外，由于沒有采用CVD，因此不需要價格高昂的設(shè)備。結(jié)果，可以以較低的成本制造CNT發(fā)射器。在使用CVD制造CNT發(fā)射器時，需要諸如激活工藝的后續(xù)工藝。不過，在本發(fā)明中，不需要此類后續(xù)工藝。此外，可以在低溫下制造CNT發(fā)射器。這樣，就可以減少由高溫工藝對基板和其他組件造成的熱沖擊。
特別地，在本發(fā)明的CNT發(fā)射器中，可以利用具有高電導(dǎo)率的粘結(jié)材料將CNT粘結(jié)到陰極上。這樣，CNT發(fā)射器能夠具有良好的電特性并從大部分的CNT發(fā)射電子。結(jié)果就能夠產(chǎn)生均勻的電流。
根據(jù)本發(fā)明的制造CNT發(fā)射器的方法可以應(yīng)用到各種領(lǐng)域。例如，可以將本發(fā)明的方法應(yīng)用于FED、平板燈、電子發(fā)射器等?？梢元毩?zhí)行本發(fā)明的方法，或者該方法可以包括在各領(lǐng)域所用的工藝中。
權(quán)利要求
1.一種制造碳納米管發(fā)射器的方法，其包括將粉末碳納米管吸附到第一基板上；在所述碳納米管上淀積金屬以在碳納米管堆疊上形成第一金屬層；在第二基板上形成第二金屬層；將所述第一基板上的第一金屬層壓合到所述第二基板的第二金屬層上；將所述第一基板從所述第二基板隔開，以拉緊通過所述第一和第二金屬層粘結(jié)到第二基板的碳納米管；以及以及進一步將所述第一基板從所述第二基板間隔開，以從第一基板分離所述碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述碳納米管吸附到所述第一基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布所述第一基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到所述第一基板上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述液體分散劑為有機或無機溶劑之一。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述有機溶劑為乙醇。
5.如權(quán)利要求1到4的任一項所述的方法，其中在粘結(jié)所述第一和第二金屬層時，將所述第一和第二金屬層加熱到預(yù)定溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一金屬層通過采用使用掩模的淀積方法形成預(yù)定圖案。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一金屬層通過采用使用掩模的淀積方法形成預(yù)定圖案。
8.一種制造碳納米管發(fā)射器的方法，其包括將粉末碳納米管吸附到第一基板上；在第二基板上形成第二金屬層；在所述第二金屬層上形成預(yù)定圖案的第一金屬層，該第一金屬層粘結(jié)到所述碳納米管；將所述碳納米管壓到所述第一基板上，以將所述碳納米管粘結(jié)到所述第一金屬層上；將所述第一基板從所述第二基板隔開，以拉緊通過所述第一金屬層粘結(jié)到第二基板的碳納米管；以及進一步將所述第一基板從所述第二基板間隔開，以從所述第一基板分離所述碳納米管。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述碳納米管吸附到所述第一基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布所述第一基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到所述第一基板上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述液體分散劑為有機或無機溶劑之一。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述有機溶劑為乙醇。
12.如權(quán)利要求8到11的任一項所述的方法，其中在粘結(jié)所述第一和第二金屬層時，將所述第一和第二金屬層加熱到預(yù)定溫度。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一金屬層在所述第二金屬層上形成預(yù)定圖案。
14.一種制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法，該碳納米管場致發(fā)射裝置包括前板，其包括其上形成有陽極的內(nèi)表面；后板，其與前板隔開并包括其上形成有陰極的內(nèi)表面；以及在陰極上由碳納米管形成的電子發(fā)射器，所述方法包括在所述后板的內(nèi)表面上形成所述陰極；將面對所述陰極的粉末碳納米管吸附到附加的模壓基板上；在所述碳納米管上淀積金屬以在碳納米管上形成第一金屬層；將所述模壓基板上的第一金屬層壓合到所述后板上的陰極上；將所述模壓基板從所述后板隔開以拉緊通過所述第一金屬層和第二金屬層粘合到后板上的陰極上的碳納米管；以及進一步將所述模壓基板從后板隔開，以從所述模壓基板分離所述碳納米管。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述碳納米管吸附到所述模壓基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布所述模壓基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到所述模壓基板上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述液體分散劑為有機或無機溶劑之一。
17.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述有機溶劑為乙醇。
18.如權(quán)利要求14到17的任一項所述的方法，其中在粘結(jié)過程中，將所述第一和第二金屬層加熱到預(yù)定溫度。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一金屬層通過采用使用掩模的淀積方法形成預(yù)定圖案。
20.一種制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法，該碳納米管場致發(fā)射裝置包括前板，其包括其上形成有陽極的內(nèi)表面；后板，其與前板隔開并包括其上形成有陰極的內(nèi)表面；以及在陰極上由碳納米管形成的電子發(fā)射器，所述方法包括在所述后板的內(nèi)表面上形成所述陰極；在所述陰極上形成用于粘結(jié)所述碳納米管的金屬粘結(jié)層；將面對所述陰極的粉末碳納米管吸附到附加的模壓基板上；將模壓基板上的碳納米管壓合到所述后板的陰極上的金屬粘結(jié)層上；將所述模壓基板從所述后板間隔開以拉緊通過第一金屬層粘合到后板上的陰極上的碳納米管；以及進一步將所述模壓基板從后板隔開，以從所述模壓基板分離所述碳納米管。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將所述碳納米管吸附到所述模壓基板上包括將粉末碳納米管與液體分散劑混合；利用分散的碳納米管涂布所述模壓基板；以及除去液體分散劑，以將碳納米管吸附到所述模壓基板上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述液體分散劑為有機或無機溶劑之一。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述有機溶劑為乙醇。
24.如權(quán)利要求20到23的任一項所述的方法，其中在將所述碳納米管壓合到所述金屬粘結(jié)層的過程中，將所述金屬粘結(jié)層加熱到預(yù)定溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碳納米管發(fā)射器以及利用該碳納米管發(fā)射器制造碳納米管場致發(fā)射裝置的方法。將粉末碳納米管吸附到第一基板上。將金屬淀積在碳納米管上。將所得結(jié)構(gòu)壓合到陰極的表面。將第一基板從第二基板隔開，以拉緊碳納米管，使得碳納米管垂直于第一基板。
文檔編號H01J63/02GK1694208SQ20051006747
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者鄭太遠, 許廷娜, 李晶姬 申請人:三星Sdi株式會社