專利名稱：場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，尤其涉及一種基于碳納米 管的大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法。
背景技術(shù)：
場(chǎng)發(fā)射電子器件在低溫或者室溫下工作，與電真空器件中的熱發(fā)射電子 器件相比具有能耗低、響應(yīng)速度快以及低放氣等優(yōu)點(diǎn)，因此用場(chǎng)發(fā)射電子器 件有望替代電真空器件中的熱發(fā)射電子器件。大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件在平板 顯示器等裝置中有著廣闊的應(yīng)用前景，因此，制備大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件成 為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
請(qǐng)參閱圖l,現(xiàn)有技術(shù)中提供一種大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件IOO，包括一絕 緣基底102，多個(gè)電子發(fā)射單元120設(shè)置于該絕緣基底102上，以及多個(gè)行電極 引線104與多個(gè)列電極引線106設(shè)置于該絕緣基底102上。其中，所述的多個(gè)行 電極引線104與多個(gè)列電極引線106分別平行且等間隔設(shè)置于絕緣基底102上， 而且，在行電極引線104與列電極引線106交叉處由一介質(zhì)絕緣層116隔離，以 防止短路。每?jī)蓚€(gè)相鄰的行電極引線104與兩個(gè)相鄰的列電極引線10 6形成一 網(wǎng)格118,且每個(gè)網(wǎng)格118定位一個(gè)電子發(fā)射單元120。每個(gè)電子發(fā)射單元120 與一個(gè)網(wǎng)格118對(duì)應(yīng)設(shè)置。每個(gè)電子發(fā)射單元120包括一行電極110與一列電極 112以及一 電子發(fā)射體108設(shè)置于該行電極1 IO與列電極112上。該行電極110 與列電極112對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置。該電子發(fā)射體108兩端分別與行電極110和列電 極112電連接。每個(gè)行電極110分別與其對(duì)應(yīng)的行電極引線104電連接，每個(gè)列 電極112分別與其對(duì)應(yīng)的列電極引線106電連接。所述的電子發(fā)射體108包括一 電子發(fā)射區(qū)114(請(qǐng)參見(jiàn)，表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示技術(shù)進(jìn)展，液晶與顯示，V21, P226-231 (2006))。
現(xiàn)有技術(shù)中，制備上述大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件100具體包括以下步驟提 供一絕緣基底102，并在該絕緣基底102上制備多個(gè)行電極引線104與列電極引 線106,且多個(gè)行電極引線104與多個(gè)列電極引線106相互交叉形成網(wǎng)絡(luò)，每?jī)?br>
5在每個(gè)網(wǎng)格118中制備一行電極110與一列電極112,且行電極110與列電極112 間隔設(shè)置；采用噴墨裝置以一滴或多滴的方式向每?jī)蓚€(gè)對(duì)應(yīng)的行電極110與列 電極112上施加包含待形成導(dǎo)電膜的初始材料的液體，形成初始膜；對(duì)初始膜 進(jìn)行加熱，形成一導(dǎo)電薄膜作為電子發(fā)射體108;以及，對(duì)上述導(dǎo)電薄膜進(jìn)行 激活或賦能處理，形成一電子發(fā)射區(qū)114，從而得到一大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件 100。其中，所述的對(duì)導(dǎo)電薄膜進(jìn)行激活或賦能處理通過(guò)在兩個(gè)對(duì)應(yīng)的行電極 110與列電極112之間施加一電壓實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電流過(guò)導(dǎo)電薄膜時(shí)，造成導(dǎo)電薄膜 局域被毀壞或變形，從而形成一電子發(fā)射區(qū)114。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，必須對(duì) 制備的電子發(fā)射體108,即導(dǎo)電薄膜進(jìn)行激活或賦能處理，該方法工藝較為復(fù) 雜。另外，采用現(xiàn)有技術(shù)制備電子發(fā)射體108,無(wú)法控制電子發(fā)射區(qū)114的位 置，即電子發(fā)射區(qū)114的形成位置具有隨機(jī)性，從而會(huì)影響電子發(fā)射的均勻性。 有鑒于此，確有必要提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本較低的大面積場(chǎng)發(fā)射電子 器件的制備方法。
發(fā)明內(nèi)容
一種場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其包括以下步驟提供一絕緣基底； 在該絕緣基底上分別制備多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引線與多個(gè)列電極 引線，該多個(gè)行電極引線與多個(gè)列電極引線交叉設(shè)置形成網(wǎng)絡(luò)，每?jī)蓚€(gè)相鄰 的行電極引線與每?jī)蓚€(gè)相鄰的列電極引線相互交叉形成一網(wǎng)沖各；在上述絕緣 基底上制備多個(gè)陽(yáng)極電極與多個(gè)陰極電極，在每個(gè)網(wǎng)格中間隔設(shè)置一陽(yáng)極電 極與一P月極電極；形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引 線的絕緣基底上，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管的排列方向從陰極電極 向陽(yáng)極電極延伸；切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使陽(yáng)極電極與陰極電極之間的碳 納米管薄膜結(jié)構(gòu)斷開，形成多個(gè)平行排列的碳納米管長(zhǎng)線固定于陰極電極上 作為陰極發(fā)射體，從而得到一場(chǎng)發(fā)射電子器件。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法中，通過(guò)鋪設(shè)碳納米 管薄膜結(jié)構(gòu)，然后切割該碳納米管薄膜制備陰極發(fā)射體，無(wú)需對(duì)陰極發(fā)射體 激活或賦能處理的過(guò)程，工藝簡(jiǎn)單。而且，切割該碳納米管薄膜制備的陰極 發(fā)射體位于陽(yáng)極電極與陰極電極之間的位置相同，所以該場(chǎng)發(fā)射電子器件發(fā)射的電子均勻性好。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)發(fā)射電子器件的俯視圖。
圖2為本技術(shù)方案實(shí)施例的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法流程圖。 圖3為本技術(shù)方案實(shí)施例的場(chǎng)發(fā)射電子器件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖2及圖3，本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種場(chǎng)發(fā)射電子器件200的 制備方法，具體包括以下步驟
步驟一，提供一絕緣基底202。
所述的絕緣基底202為一絕緣基板，如陶資絕緣基板、玻璃絕緣基板、樹 脂絕緣基板、石英絕緣基板等。絕緣基底202大小與厚度不限，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。本實(shí)施例中，絕緣基底202優(yōu)選為一玻璃絕緣基板， 其厚度為大于l毫米，邊長(zhǎng)大于l厘米。
步驟二，在該絕緣基底202上分別制備多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引 線204與列電極引線206,該多個(gè)行電極引線204與列電極引線206交叉i殳置形 成網(wǎng)絡(luò)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的行電極引線204與每?jī)蓚€(gè)相鄰的列電極引線206相互交 叉形成一網(wǎng)才各214。
所述制備多個(gè)4亍電4及引線204與多個(gè)列電才及引線206可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷 法、濺射法或蒸鍍法等方法實(shí)現(xiàn)?？梢岳斫猓谥苽溥^(guò)程中，可以通過(guò)上述 制備方法控制，使所述多個(gè)行電極引線204與多個(gè)列電極引線206交叉設(shè)置。 同時(shí)，需確保行電極引線204與列電極引線206之間電絕緣，形成可尋址電路，
例中，采用絲網(wǎng)印刷法制備多個(gè)行電極引線204與多個(gè)列電極引線206,其具 體包括以下步驟
首先，采用絲網(wǎng)印刷法在絕緣基底202上印制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行 電極引線204。
其次，采用絲網(wǎng)印刷法在行電極引線204與待形成的列電極引線206交叉處印制多個(gè)介質(zhì)絕緣層216。
最后，采用絲網(wǎng)印刷法在絕緣基底202上印制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的列 電極引線206,且多個(gè)行電極引線204與多個(gè)列電極引線206相互交叉形成多個(gè) 網(wǎng)格214。
可以理解，本實(shí)施例中，也可以先印制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的列電極 引線206，再印制多個(gè)介質(zhì)絕緣層216,最后印制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行 電極引線204,且多個(gè)行電極引線204與多個(gè)列電極引線206相互交叉形成多個(gè) 網(wǎng)格214。
本實(shí)施例中，該多個(gè)行電極引線204與多個(gè)列電極引線206的行距和列距
到90度，優(yōu)選為90度。該行電極引線204與列電極引線206的寬度為30微米 100微米，厚度為10微米 50微米。
料為導(dǎo)電漿料。該導(dǎo)電漿料的成分包括金屬粉、低熔點(diǎn)玻璃粉和粘結(jié)劑。其 中，該金屬粉優(yōu)選為銀粉，該粘結(jié)劑優(yōu)選為松油醇或乙基纖維素。該導(dǎo)電漿 料中，金屬粉的重量比為50~90%,低熔點(diǎn)玻璃粉的重量比為2~10%，粘結(jié)劑 的重量比為10 40%。
步驟三，在上述絕緣基底202上制備多個(gè)陽(yáng)極電極210與多個(gè)陰極電極 212，在每個(gè)網(wǎng)格214中間隔設(shè)置 一 陽(yáng)極電極210與 一 陰極電極212 。
鍍法等方法實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中，采用絲網(wǎng)印刷法按照預(yù)定圖案制備多個(gè)陽(yáng)極 電極210與陰極電極212。同時(shí)，使陽(yáng)極電極210與陰極電極212分別與行電極 引線204與列電極引線206電連接?？梢岳斫?，本實(shí)施例中，可以將同一列的 陰極電極212與同一列電極引線206電連接，同一行的陽(yáng)極電極210與同一行電 極引線204電連接；也可以將同一列的陽(yáng)極電極210與同一列電極引線206電連 接，同一行的陰極電極212與同一行電極引線204電連接。每個(gè)網(wǎng)格214中的陽(yáng) 極電極210與陰極電極212制備成完全相同的圖形以及位置。每一個(gè)網(wǎng)格214 中等間隔設(shè)置一個(gè)陽(yáng)極電極210與一陰極電極212。該陽(yáng)極電極210與陰極電極 212之間保持一間距，用于設(shè)置陰極發(fā)射體208。
本實(shí)施例中，所述陽(yáng)極電極210與陰極電極212的長(zhǎng)度為100微米 400微
8米，寬度為30微米 100微米，厚度為10微米 100微米。所述每個(gè)網(wǎng)格214中
厚度優(yōu)選為50微米。其中，該陽(yáng)極電極210與陰極電極212的厚度大于上述行 電極引線204與列電極引線206的厚度，以利于后續(xù)步驟中設(shè)置碳納米管薄膜。 所述陽(yáng)極電極210與陰極電極212的材料為導(dǎo)電漿料，其成分與上述行電極引 線204與列電極引線206的材料成分相同。
步驟四，制備至少一碳納米管薄膜。
該碳納米管薄膜的制備方法具體包括以下步驟
首先，提供一碳納米管陣列，優(yōu)選地，該碳納米管陣列為超順排碳納米 管陣列。
本實(shí)施例中，碳納米管陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步 驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型硅基底，或選用形 成有氧化層的硅基底，本實(shí)施例優(yōu)選為采用4英寸的硅基底；(b)在基底表 面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni) 或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700°C 900 t:的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處理過(guò)的基底置于反應(yīng)爐中，在 保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500°C~740°C，然后通入碳源氣體反應(yīng)約5分鐘~30 分鐘，生長(zhǎng)得到碳納米管陣列，其高度大于100微米。該碳納米管陣列為多 個(gè)彼此平行且垂直于基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純碳納米管陣列。該碳納米 管陣列與上述基底面積基本相同。通過(guò)上述控制生長(zhǎng)條件，該超順排碳納米 管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無(wú)定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。
本實(shí)施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑的碳?xì)浠?合物，本實(shí)施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w，本實(shí)施 例優(yōu)選的保護(hù)氣體為氬氣。
例提供的碳納米管陣列中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁 碳納米管中的一種或多種。其中，該單壁碳納米管的直徑為0.5納米 50納 米，該雙壁-友納米管的直徑為1.0納米~50納米，該多壁,炭納米管的直徑為 1.5纟內(nèi)iji 50纟內(nèi)i(i。
9其次，采用 一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管薄膜。
該碳納米管薄膜的制備具體包括以下步驟(a)從上述碳納米管陣列中 選定一定寬度的多個(gè)碳納米管片斷，本實(shí)施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠 帶接觸碳納米管陣列以選定一定寬度的多個(gè)碳納米管束；(b)以一定速度沿 基本垂直于碳納米管陣列生長(zhǎng)方向拉伸多個(gè)該碳納米管束，以形成一連續(xù)的 碳納米管薄膜。
在上述拉伸過(guò)程中，該多個(gè)碳納米管束在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫 離基底的同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納米管束分別與其他碳 納米管束首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一碳納米管薄膜。所述碳納米 管薄膜包括多個(gè)首尾相連且擇優(yōu)取向排列的碳納米管束，相鄰的碳納米管束 之間通過(guò)范德華力連接。該碳納米管束包括多個(gè)長(zhǎng)度相等且相互平行排列的 碳納米管，相鄰碳納米管之間通過(guò)范德華力連接，且碳納米管的排列方向基 本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向。
可以理解，本實(shí)施例中，該碳納米管薄膜的寬度與碳納米管陣列所生長(zhǎng) 的基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管薄膜的長(zhǎng)度不限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。本 實(shí)施例中采用4英寸的基底生長(zhǎng)超順排碳納米管陣列，所制備的碳納米管薄 膜的寬度為0.01厘米 10厘米，厚度為10納米 100微米?？梢岳斫猓?dāng)采 用較大的基底生長(zhǎng)超順排碳納米管陣列時(shí)，可以得到更寬的碳納米管薄膜。
由于本實(shí)施例制備的超順排碳納米管陣列中的碳納米管非常純凈，且由 于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管薄膜本身具有較強(qiáng)的粘 性。
步驟五，將至少一上述碳納米管薄膜鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極 引線的絕緣基底202上形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，且碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳 納米管的排列方向從陰極電極212向陽(yáng)極電極210延伸。
可以理解，所述將至少一上述碳納米管薄膜設(shè)置于上述設(shè)置有電極和電 極引線的絕緣基底202上的步驟可以為直接將至少 一碳納米管薄膜鋪設(shè)覆蓋 于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底202上形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，或 先將至少一上述碳納米管薄膜制備成一自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，再將該 自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底 202上，使該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)將絕緣基底202上的電極和電極引線完全覆蓋。所述直接將至少一碳納米管薄膜鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引
線的絕緣基底202上形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的方法中，可以直接將至少一 碳納米管薄膜鋪設(shè)覆蓋于整個(gè)設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底202上，通 過(guò)其本身的粘性直接粘附于陰極電極212與陽(yáng)極電極210表面。由于碳納米 管薄膜本身具有良好的導(dǎo)電性，所以與陰極電極212和陽(yáng)極電極210實(shí)現(xiàn)電 連接?？梢岳斫?，當(dāng)制備大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件200時(shí)，本實(shí)施例中還可以 將至少兩個(gè)碳納米管薄膜平行且無(wú)間隙排列鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極和 電極引線的絕緣基底202上，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，還可以將 至少兩個(gè)碳納米管薄膜直接重疊鋪設(shè)，或平行且無(wú)間隙排列和重疊鋪設(shè)于上 述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底202上，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。本 實(shí)施例中，要確保該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管的排列方向相同，且碳 納米管的排列方向從陰極電極212向陽(yáng)極電極210延伸。本實(shí)施例中，由于 在后續(xù)步驟中要將碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)加工成多個(gè)平行且等間隔排列的碳納 米管長(zhǎng)線，因此，碳納米管薄膜的層數(shù)不易太多，優(yōu)選為1 5層。
可以理解，為了將該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)更牢固的固定于陰極電極212之 上，并更有效的與陰極電極212電連接，將至少一碳納米管薄膜鋪設(shè)覆蓋于 整個(gè)設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底202上形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)之 前，還可以先在陰4及電極212上涂敷一層導(dǎo)電膠。
本實(shí)施例還可進(jìn)一步使用有機(jī)溶劑處理上述碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。具體 的，可通過(guò)試管將有機(jī)溶劑滴落在所述碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)表面浸潤(rùn)整個(gè)碳納 米管薄膜結(jié)構(gòu)?；蛘?，也可將碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)體整個(gè)浸入盛有有機(jī)溶劑的 容器中浸潤(rùn)。該有機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙 烷或氯仿，本實(shí)施例中優(yōu)選采用乙醇。該碳納米管薄膜經(jīng)有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理 后，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑的表面張力的作用下，碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的平行的 碳納米管片斷會(huì)部分聚集成碳納米管束，因此，該碳納米管薄膜表面體積比 小，粘性降低，且具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性，應(yīng)用有機(jī)溶劑處理后的碳納 米管薄膜性能更加優(yōu)異。
所述先將至少一上述碳納米管薄膜制備成一 自支撐的碳納米管薄膜結(jié) 構(gòu)，再將該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底 202上的步驟具體包括以下步驟提供一支撐體；將至少一個(gè)碳納米管薄膜粘附于支撐體表面，并去除支撐體外多余的碳納米管薄膜，形成一碳納米管
薄膜結(jié)構(gòu)；采用有機(jī)溶劑處理上述碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)；將有機(jī)溶劑處理后的 碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)從上述支撐體上取下，并鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電 極引線的絕緣基底202上。可以理解，本實(shí)施例中還可以將至少兩個(gè)碳納米 管薄膜平行且無(wú)間隙排列或/和重疊鋪設(shè)于支撐體上，形成一碳納米管薄膜結(jié) 構(gòu)。所述碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管排列方向相同。將有機(jī)溶劑處理后 的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)從上述支撐體上取下，并鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極和 電極引線的絕緣基底202上時(shí)，要確該保碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管排 列方向從陰極電極212向陽(yáng)極電極210延伸。本實(shí)施例中，由于在后續(xù)步驟 中要將碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)加工成多個(gè)平行且等間隔排列的碳納米管長(zhǎng)線，因 此，碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的層數(shù)不易太多，優(yōu)選為1~5層。
本實(shí)施例中，該支撐體的大小可依據(jù)實(shí)際需求確定。上述支撐體可選用 一基板或框架，上述碳納米管薄膜可利用其本身的粘性直接粘附于基板或框 架上。碳納米管薄膜粘附在基板或框架上，基板或框架外多余的碳納米管薄 膜部分可以用小刀刮去。該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)經(jīng)有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理后，在揮 發(fā)性有機(jī)溶劑的表面張力的作用下，碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的平行的碳納米管 片斷會(huì)部分聚集成碳納米管束。而且，使得碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)粘性降低，具 有良好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性，容易從支撐體上取下，得到一自支撐的碳納米管 薄膜結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例中，將自支撐的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)鋪設(shè)覆蓋于上述設(shè)置有電極 和電極引線的絕緣基底202上之前，可以先在陰極電極212表面涂敷一層導(dǎo) 電膠，以利于更牢固的將碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)固定于陰極電極212上，并與陰 極電極212有效電連接。
本實(shí)施例中，可進(jìn)一步包括采用絲網(wǎng)印刷法制備一 固定電極(圖中未顯 示)設(shè)置于陰極電極212之上，該固定電極將碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)牢固的固定 于固定電極與陰極電極212之間。
步驟六，切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使陽(yáng)極電極210與陰極電極212之間 的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)斷開，形成多個(gè)平行排列的碳納米管長(zhǎng)線固定于陰極電 極212上作為陰極發(fā)射體208,從而得到一場(chǎng)發(fā)射電子器件200。
所述切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的方法為激光燒蝕法、電子束掃描法或加熱熔斷法。本實(shí)施例中，優(yōu)選采用激光燒蝕法切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，具體包
括以下步驟
首先，采用一定寬度的激光束沿著每個(gè)行電極引線204進(jìn)行掃描，去除 不同行的電極之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使得留下的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)僅設(shè) 置于同一行的陰極電極212與陽(yáng)極電極210之上。其中，所述激光束的寬度 等于位于相鄰兩行的陰極電極212之間的行間距離。
其次，采用一定寬度的激光束沿著每個(gè)列電極引線206進(jìn)行掃描，去除 列電極引線206與相鄰陽(yáng)極電極210之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，并使得同一 網(wǎng)格214中的陰極電極212與陽(yáng)極電極210之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)與陽(yáng)極 電極210斷開。該步驟中，在碳納米管薄膜的斷裂處會(huì)形成多個(gè)電子發(fā)射端 222,且電子發(fā)射端222與陽(yáng)極電極210之間形成一間隔。其中，所述激光 束的寬度大于列電極引線206與相鄰陽(yáng)極電極210之間的距離。
可以理解，上述采用激光燒蝕法切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的方法還可以通 過(guò)較窄的激光束多次掃描實(shí)現(xiàn)。
由于該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)經(jīng)有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理后，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑的 表面張力的作用下，碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的平行的碳納米管片斷會(huì)部分聚集 收縮成碳納米管束，且碳納米管束首尾相連定向排列，所以采用激光燒蝕法 切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)后，在陽(yáng)極電極210與陰極電極212之間形成多個(gè)平 行且等間隔排列的碳納米管長(zhǎng)線作為陰極發(fā)射體208。
可以理解，本實(shí)施例中，還可以先采用一定寬度的激光束沿著每個(gè)列電 極引線206進(jìn)行掃描，去除列電極引線206與相鄰陽(yáng)極電極210之間的碳納 米管薄膜結(jié)構(gòu)，并使得同 一網(wǎng)格214中的陰極電極212與陽(yáng)極電極210之間 的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)與陽(yáng)極電極210斷開；再采用一定寬度的激光束沿著每 個(gè)行電極引線204進(jìn)行掃描，去除不同行的電極之間的碳納米管薄膜。
本實(shí)施例中，上述切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的方法可以在大氣環(huán)境或其它 含氧的環(huán)境下進(jìn)行。采用激光燒蝕法去除多余的碳納米管，激光功率與掃描 速度可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所用的激光束的功率為 10 50瓦，掃描速度為10~1000毫米/分鐘。所述激光束的寬度為100微米 400 微米。
可以理解，本實(shí)施例中，還可以先將至少一上述碳納米管薄膜設(shè)置于上述絕緣基底202上形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，且該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)將該絕 緣基底202覆蓋，再在該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)上制備電極引線以及電極，最后 再切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)形成一場(chǎng)發(fā)射電子器件200。該方法制備的場(chǎng)發(fā)射 電子器件200中，陰極發(fā)射體208與絕緣基底202接觸設(shè)置。
本實(shí)施例中，采用絲網(wǎng)印刷法制備大面積場(chǎng)發(fā)射電子器件200的電極和電 極引線，且通過(guò)激光燒蝕法切割和去除碳納米管薄膜制作陰極發(fā)射體208，無(wú) 需對(duì)陰極發(fā)射體208激活或賦能處理的過(guò)程，步驟簡(jiǎn)單，易于操作，成本較低。 而且，切割該碳納米管薄膜制備的陰極發(fā)射體208位于陽(yáng)極電極210與陰極電 極212之間的位置相同，所以該場(chǎng)發(fā)射電子器件200發(fā)射的電子均勻性好。
請(qǐng)參閱圖3，本技術(shù)方案實(shí)施例進(jìn)一步提供一種場(chǎng)發(fā)射電子器件200,包 括一絕緣基底202，多個(gè)電子發(fā)射單元220設(shè)置于該絕緣基底202上，以及多個(gè) 行電極引線204與多個(gè)列電極引線206設(shè)置于該絕緣基底202上。所述多個(gè)行電 極引線204與列電極引線206分別平行且等間隔設(shè)置于絕緣基底202上，且，在 行電極引線204與列電才及引線206交叉處由一介質(zhì)絕緣層216隔離，以防止短 路。每?jī)蓚€(gè)相鄰的行電極引線204與兩個(gè)相鄰的列電極引線206形成一 網(wǎng)格 214，且每個(gè)網(wǎng)才各214定位一個(gè)電子發(fā)射單元220。
所述多個(gè)電子發(fā)射單元220對(duì)應(yīng)設(shè)置于上述網(wǎng)格214中，且每個(gè)網(wǎng)格214 中設(shè)置一個(gè)電子發(fā)射單元220。每個(gè)電子發(fā)射單元220包括一陽(yáng)極電極210與一 陰極電極212,以及一 陰極發(fā)射體208。該陽(yáng)極電極210與陰極電極212對(duì)應(yīng)且 間隔設(shè)置。該陰極發(fā)射體208設(shè)置于陽(yáng)極電才及210與陰極電極212之間，且，陰 極發(fā)射體208—端與陰極電極212電連接，另一端指向陽(yáng)極電極210。該陰極發(fā) 射體208與絕緣基底202間隔設(shè)置或設(shè)置于絕緣基底202上。本實(shí)施例中，同一 行的電子發(fā)射單元220中的陽(yáng)極電極210與同 一行電極引線204電連接，同 一列 的電子發(fā)射單元220中的陰極電極212與同 一列電極引線206電連接。
所述陰極發(fā)射體208包括多個(gè)平行且等間隔排列的碳納米管長(zhǎng)線，每個(gè)碳 納米管長(zhǎng)線的一端與陰極電極212電連接，另一端指向陽(yáng)極電極210，作為電 子發(fā)射體218的電子發(fā)射端222。該電子發(fā)射端222與陽(yáng)極電極210之間的距離 為10微米 200微米。該陰極發(fā)射體208—端與陰極電極212的電連接方式可以 為通過(guò)一導(dǎo)電膠電連^^妄，也可以通過(guò)分子間力或者其他方式實(shí)現(xiàn)。該石友納米 管長(zhǎng)線的長(zhǎng)度為200微米 400微米，且相鄰的碳納米管長(zhǎng)線之間的間距為1納
14米 100納米。該碳納米管長(zhǎng)線中包括多個(gè)首尾相連且擇優(yōu)取向排列的碳納米 管束，相鄰的碳納米管束之間通過(guò)范德華力連接。該碳納米管束中包括多個(gè) 平行且緊密排列的碳納米管。所述碳納米管長(zhǎng)線中的碳納米管為單壁、雙壁 或多壁碳納米管。所述碳納米管的長(zhǎng)度范圍為10微米 100微米，且碳納米管 的直徑小于15納米。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其包括以下步驟提供一絕緣基底；在該絕緣基底上分別制備多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引線與列電極引線，該多個(gè)行電極引線與列電極引線交叉設(shè)置形成網(wǎng)絡(luò)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的行電極引線與每?jī)蓚€(gè)相鄰的列電極引線相互交叉形成一網(wǎng)格；行在上述絕緣基底上制備多個(gè)陽(yáng)極電極與多個(gè)陰極電極，在每個(gè)網(wǎng)格中間隔設(shè)置一陽(yáng)極電極與一陰極電極；形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管的排列方向從陰極電極向陽(yáng)極電極延伸；切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使陽(yáng)極電極與陰極電極之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)斷開，形成多個(gè)平行排列的碳納米管長(zhǎng)線固定于陰極電極上作為陰極發(fā)射體，從而得到一場(chǎng)發(fā)射電子器件。
2. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述制備 行電極引線與列電極引線，以及制備陰極電極與陽(yáng)極電極的方法包括絲網(wǎng) 印刷法、濺射法或蒸鍍法。
3. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述制備 多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引線與列電極引線的步驟具體包括以下 步驟在絕緣基底上印制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引線；在行電極 引線與待形成的列電極引線交叉處印制多個(gè)介質(zhì)絕緣層；在絕緣基底上印 制多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的列電極引線。
4. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成 一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟具體包括以下步驟制備至少一碳納米管薄膜；將至少一碳納米管薄 膜沿著陰極電極向陽(yáng)極電極延伸的方向直接鋪設(shè)于設(shè)置有電極和電極引 線的絕緣基底上，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成 一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟進(jìn)一 步包括以下步驟將至少兩個(gè)碳納米管薄膜平行且無(wú)間隙排列或 /和重疊鋪設(shè)于設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求5所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟進(jìn)一步包括一采用有機(jī)溶劑處理該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的步驟。
7. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成 一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟具體包括以下步驟制備至少一碳納米管薄膜；提供一支撐體；將至 少一個(gè)碳納米管薄膜粘附于支撐體表面，并去除支撐體外多余的碳納米管 薄膜，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)；采用有機(jī)溶劑處理上述碳納米管薄膜結(jié) 構(gòu)；將有機(jī)溶劑處理后的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)從上述支撐體上取下，并鋪設(shè) 覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上。
8. 如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成 一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟進(jìn)一步包括以下步驟將至少兩個(gè)碳納米管薄膜平行且無(wú)間隙排列或 /和重疊鋪設(shè)于支撐體表面，形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求5或8所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述碳 納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管排列方向相同。
10. 如權(quán)利要求4或7所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述 制備碳納米管薄膜的步驟具體包括以下步驟提供一碳納米管陣列形成于 一基底上；采用一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管薄膜， 該碳納米管薄膜中的碳納米管沿拉伸方向定向排列。
11. 如權(quán)利要求10所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述拉 取獲得碳納米管薄膜的步驟具體包括以下步驟從上述碳納米管陣列中選 定一定寬度的多個(gè)碳納米管片斷；沿垂直于碳納米管陣列生長(zhǎng)方向拉伸多 個(gè)該碳納米管片斷，以形成一連續(xù)的碳納米管薄膜，且該碳納米管薄膜中 的碳納米管沿同 一 方向擇優(yōu)取向排列。
12. 如權(quán)利要求6或7所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述 采用有機(jī)溶劑處理該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的步驟為通過(guò)試管將有機(jī)溶劑滴 落在所述碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)表面浸潤(rùn)整個(gè)碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)或?qū)⑻技{米 管薄膜結(jié)構(gòu)整個(gè)浸入盛有有機(jī)溶劑的容器中浸潤(rùn)。
13. 如權(quán)利要求12所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述有 機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
14. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述形成 一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上的 步驟進(jìn)一步包括一制備固定電極位于陰極電極之上的步驟。
15. 如權(quán)利要求l所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述切割 碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的方法包括激光燒蝕法、電子束掃描法或加熱熔斷法。
16. 如權(quán)利要求15所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述切 割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的步驟具體包括以下步驟采用一定寬度的激光束 沿著每個(gè)行電極引線進(jìn)行掃描，去除不同行的電極之間的碳納米管薄'膜 結(jié)構(gòu)，使得留下的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)僅設(shè)置于同 一行的陰極電極與陽(yáng)極 電極之上；采用一定寬度的激光束沿著每個(gè)列電極引線進(jìn)行掃描，去除 列電極引線與相鄰陽(yáng)極電極之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，并使得同 一 網(wǎng)格 中的陰極電極與陽(yáng)極電極之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)與陽(yáng)極電極斷開。
17. 如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述激 光束的寬度為100微米 400微米。
18. 如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述激 光束的功率為10 50瓦。
19. 如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其特征在于，所述激 光束掃描的速度為10~ 100毫米/分鐘。
全文摘要
一種場(chǎng)發(fā)射電子器件的制備方法，其包括以下步驟提供一絕緣基底；在該絕緣基底上分別制備多個(gè)平行且等間隔設(shè)置的行電極引線與多個(gè)列電極引線，每?jī)蓚€(gè)相鄰的行電極引線與每?jī)蓚€(gè)相鄰的列電極引線相互交叉形成一網(wǎng)格；在上述絕緣基底上制備多個(gè)陽(yáng)極電極與多個(gè)陰極電極，在每個(gè)網(wǎng)格中間隔設(shè)置一陽(yáng)極電極與一陰極電極；形成一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)覆蓋于上述設(shè)置有電極和電極引線的絕緣基底上；切割碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，使陽(yáng)極電極與陰極電極之間的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)斷開，形成多個(gè)平行排列的碳納米管長(zhǎng)線固定于陰極電極上作為陰極發(fā)射體，從而得到一場(chǎng)發(fā)射電子器件。
文檔編號(hào)H01J9/04GK101483123SQ200810065180
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 鵬 柳, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司