專利名稱：一種場發(fā)射陰極的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于FED領(lǐng)域，特別涉及一種對絲網(wǎng)印刷的多壁碳納米管(MWCNTs)薄膜表面進(jìn)行改性的方法。
背景技術(shù)：
FED顯示器件面臨的主要困難除了真空封裝等問題外，均來自于陰極制作工藝?？刂茍霭l(fā)射的均勻性和穩(wěn)定性、降低驅(qū)動電路成本等難點(diǎn)都直接受FED陰極材料和結(jié)構(gòu)的制約。Spindt型器件要求在一個(gè)像素點(diǎn)大小范圍內(nèi)制作成百上千的“尖錐加圓孔”陰極陣列。這使光刻工藝和薄膜制備十分復(fù)雜，制作成本也非常昂貴。陰極制作工藝的難題也造成了尖錐陣列形狀的均勻性較差，器件整體穩(wěn)定性不理想，導(dǎo)致Spindt型FED的進(jìn)一步發(fā)展非常困難。CNTs薄膜陰極雖然擁有比金屬、硅尖陣列、類金剛石薄膜更為優(yōu)秀的場發(fā)射特性，但是目前發(fā)展的陰極加工方法和工藝，卻都存在著一定缺陷，發(fā)射均勻性、場屏蔽效應(yīng)等問題沒有得到很好解決。難以真正開發(fā)和生產(chǎn)出大規(guī)模實(shí)用CNTs-FED器件。CNTs場發(fā)射陰極制備工藝主要有直接生長和移植兩種方法。直接生長法制備定向碳納米管薄膜場發(fā)射性能相當(dāng)出色，但是工藝復(fù)雜，成本較高，不易產(chǎn)業(yè)化。在移植方法中，絲網(wǎng)印刷或涂敷法制備無序CNTs薄膜，工藝簡單且成本較低，適合制作大面積FED顯示器陰極和大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。但是制作的CNTs相互纏結(jié)，表面被制漿材料包圍，尖端不突出，燒結(jié)后殘留的有機(jī)物仍嚴(yán)重影響CNTs薄膜的場發(fā)射性能。為解決這些問題，人們嘗試過等離子體轟擊、離子束照射、膠帶粘貼]、機(jī)械摩擦和軟膠輥碾壓等方法對絲網(wǎng)印刷的FED陰極進(jìn)行處理，但由于薄膜受到損害，或者不易精確控制處理過程和效果等問題，導(dǎo)致場發(fā)射性能的改善也受到一定限制。絲網(wǎng)印刷法(或涂敷法)制備碳管薄膜FED陰極的方法具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景，但場發(fā)射性能卻差強(qiáng)人 意(主要表現(xiàn)在開啟電壓、發(fā)射電流和發(fā)射穩(wěn)定性等方面)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對絲網(wǎng)印刷的多壁碳納米管(MWCNTs)薄膜表面進(jìn)行改性的方法，包括化學(xué)氣相沉積法制備MWCNT;取純化后的MWCNT粉末在無水乙醇中用超聲波分散，室溫下自然晾干并充分研磨，再與有機(jī)載體混合攪拌廣2小時(shí)后作為陰極漿料；在玻璃基板上印制一層60mmX25mm面積的銀衆(zhòng)薄膜電極；燒結(jié)處理后，用制作好的碳管漿料以200目絲網(wǎng)在基片中央印制碳管薄膜；將所有樣品共同放在管式爐中，在Ar環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)處理后；采用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，在空氣中進(jìn)行5分鐘激光燒蝕處理。本發(fā)明采用準(zhǔn)分子激光燒蝕方法對絲網(wǎng)印刷的多壁碳納米管(MWCNTs)薄膜表面進(jìn)行處理，并實(shí)驗(yàn)測量了其場發(fā)射特性，結(jié)合拉曼光譜、SEM圖像分析，發(fā)現(xiàn)一定能量密度的激光燒蝕使MWCNT薄膜表面粘附的有機(jī)物剝落并蒸發(fā)，粘結(jié)在一起的MWCNT相互分散，開啟場強(qiáng)降低，發(fā)射電流增大。


圖1是用掃描電子顯微鏡觀測樣品表面形貌的照片。圖2不同能量激光燒蝕后MWCNT場發(fā)射1-V特性。
具體實(shí)施例方式(I)MWCNTs 薄膜制備本發(fā)明所用的MWCNTs由化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備。直徑在2(T40nm，長度5 μ m左右。取純化后的MWCNT粉末在無水乙醇中用超聲波分散，室溫下自然晾干并充分研磨，再與有機(jī)載體混合攪拌l 2h后作為陰極衆(zhòng)料。在玻璃基板上印制一層60mmX 25mm面積的銀漿薄膜電極。燒結(jié)處理后，用制作好的碳管漿料以200目絲網(wǎng)在基片中央印制碳管薄膜。將所有樣品共同放在管式爐中，在Ar環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)處理后待用。(2)激光燒蝕處理本實(shí)驗(yàn)采用Lambda Physik comPexl02型KrF準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)。該激光器輸出波長248nm，脈沖寬度30ns。該激光器輸出光斑較大，不必聚焦或擴(kuò)束，調(diào)節(jié)載物升降臺位置，即可使激光能夠照射到樣品上。將激光能量設(shè)置為設(shè)定的燒蝕能量(分別為60mJ、110mJ、150mJ、165mJ)，脈沖重復(fù)頻率設(shè)為5Hz。待激光輸出穩(wěn)定后，利用升降臺依次將4個(gè)樣品置于光斑位置，在空氣中進(jìn)行5min激光燒蝕處理。

圖1是用掃描電子顯微鏡觀測樣品表面形貌的照片。其中圖a樣品未用激光燒蝕，其余樣品經(jīng)過不同能量的激光燒蝕。由圖a可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)激光燒蝕處理的MWCNT相互粘連，表面覆蓋著有機(jī)漿料，尖端暴露不明顯；圖b表明60mJ激光燒蝕處理后的MWCNTs趨于分開，尖端逐漸裸露；圖c可以發(fā)現(xiàn)IlOmJ激光處理過的MWCNT更加明顯，但仍有殘留有機(jī)物；圖d表明150mJ處理過的MWCNT很少粘有有機(jī)物，管間隙變大。這反映了隨激光能量增大，附在碳管上殘存的有機(jī)物逐漸被蒸發(fā)，同時(shí)結(jié)晶質(zhì)量較差的碳管被燒蝕掉，使得碳管間隙變大。圖2是不同能量激光處理后MWCNT薄膜場發(fā)射V-1特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在激光燒蝕處理的樣品中，從0、60mJ、llOmJ、150mJ、165mJ碳管場發(fā)射開啟電壓逐步降低，分別為2917、2275、2474、2162和2913，開啟后同等電壓產(chǎn)生的發(fā)射電流急劇增大?？梢?，隨激光能量增力口，相同電壓下場發(fā)射電流增大，開啟電壓總體減小。未經(jīng)燒蝕的MWCNT薄膜雖有一定場發(fā)射能力，但遠(yuǎn)不如激光燒蝕處理的樣品場發(fā)射性能好，開啟電壓遠(yuǎn)高于燒蝕過的樣品，發(fā)射電流也小得多。未燒蝕樣品的場發(fā)射情況提示盡管MWCNT管軸方向相對襯底有不同取向分布，但管體部位仍可能發(fā)射電子。這可能與MWCNT管壁存在可作為有效場發(fā)射點(diǎn)的缺陷有關(guān)。在激光燒蝕處理的樣品中，從60mJ、110mJ、150mJ、165mJ碳管場發(fā)射開啟電壓逐步降低，開啟后同等電壓產(chǎn)生的發(fā)射電流急劇增大。60mJ開啟電壓略低于IlOmJ的現(xiàn)象是由于樣品中存在場發(fā)射性能特別優(yōu)異的個(gè)體，以及在開啟電壓附近場發(fā)射電流的不穩(wěn)定變化所致，并不影響激光燒蝕的整體效果。一個(gè)特別的現(xiàn)象是；從60mJ、110mJ、150mJ、165mJ，場發(fā)射電流逐步增大，但是165mJ卻出現(xiàn)了電流的驟降。由于本發(fā)明所用KrF準(zhǔn)分子激光波長為248nm，其光子能量為4.9eV，足以破壞MWCNTs所粘附有機(jī)物的C-H鍵(3. 50eV)、0_H鍵(4. 44eV)和H-H鍵(4. 52eV)，但是卻比碳管的C-C鍵鍵能(6. 29eV)要低，所以碳管不易被破壞。60mJ激光燒蝕后，碳管粘附的有機(jī)物脫附，暴露碳管增多，因而樣品的場發(fā)射能力獲得提高。IlOmJ激光燒蝕后發(fā)射電流進(jìn)一步變大，除了有機(jī)物完全分解揮發(fā)的機(jī)制外，碳管間隙增大，管間屏蔽效應(yīng)減弱，局域電場增強(qiáng)及有效發(fā)射點(diǎn)增多；而經(jīng)150mJ激光燒蝕后場發(fā)射電流增大更為顯著，這似乎不能僅用有機(jī)物脫附解釋，提示有新機(jī)制引起有效發(fā)射點(diǎn)增多。本發(fā)明采用波長為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光對絲網(wǎng)印刷的MWCNTs薄膜陰極進(jìn)行了激光燒蝕處理，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了特定波長和能量的激光燒蝕能夠降低碳管場發(fā)射開啟電壓、增加發(fā)射電流，有效改善碳管陰極`膜的場發(fā)射性能。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射陰極的處理方法，包括化學(xué)氣相沉積法制備MWCNT;取純化后的MWCNT粉末在無水乙醇中用超聲波分散，室溫下自然晾干并充分研磨，再與有機(jī)載體混合攪拌廣2小時(shí)后作為陰極漿料；在玻璃基板上印制一層60mmX25mm面積的銀衆(zhòng)薄膜電極；燒結(jié)處理后，用制作好的碳管漿料以200目絲網(wǎng)在基片中央印制碳管薄膜；將所有樣品共同放在管式爐中，在Ar環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)處理后；采用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，在空氣中進(jìn)行5分鐘激光燒蝕處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場發(fā)射陰極的處理方法，包括化學(xué)氣相沉積法制備MWCNT；取純化后的MWCNT粉末在無水乙醇中用超聲波分散，室溫下自然晾干并充分研磨，再與有機(jī)載體混合攪拌1~2小時(shí)后作為陰極漿料；在玻璃基板上印制一層60rnm×25mm面積的銀漿薄膜電極；燒結(jié)處理后，用制作好的碳管漿料以200目絲網(wǎng)在基片中央印制碳管薄膜；將所有樣品共同放在管式爐中，在Ar環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)處理后；采用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，在空氣中進(jìn)行5分鐘激光燒蝕處理。使得開啟場強(qiáng)降低，發(fā)射電流增大。
文檔編號H01J9/02GK103050348SQ20121057645
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者于正友, 肖太升, 劉雷 申請人:青島盛嘉信息科技有限公司