專利名稱：使用碳納米管的白光源及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于白光源，尤其是關于制造具有優(yōu)異的發(fā)光效率的白光源的方法。
有代表性的白光源是熒光燈，這種熒光燈是使用了熒光體的放電效應所造成的光發(fā)射，這種熒光燈具有低發(fā)光的缺點，而且也很難小型化該熒光燈及降低該熒光燈中的操作電壓。而且，隨著時間的推移，這種熒光燈的發(fā)光也會降低，同時其穩(wěn)定性和可靠性也會降低，其生命周期很短。
為了解決上面的問題，本發(fā)明的一個特點是提供了一種在所施加的電場內(nèi)具有優(yōu)異的電子發(fā)射效率的白光源及其制造方法，由此可以獲得既便在較低的施加電壓下的大的發(fā)射電流，同時在每單元面積上具有高密度的電子發(fā)射器，由此表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光。
為了達到上面的特點，本發(fā)明提供了一種白光源，包括用為陰極的金屬膜，該金屬膜成形在一個下基底上，一個催化金屬膜形成在該金屬膜上；用于在所施加的電場內(nèi)發(fā)射電子的碳納米管，該碳納米管垂直排列在該催化金屬膜上，間隔器安裝在該催化金屬膜上，以及透明的上基底，其中一個用為陽極的透明電極附著在該上基底上，一個熒光體附著到該透明電極上，該透明的上基底安裝到該間隔器上以便該熒光體面對該碳納米管。
該催化金屬膜可以由分開的毫微尺寸的催化金屬微粒組成，并且該碳納米管可以通過化學蒸發(fā)沉積的方式從每個催化金屬微粒垂直生長成，在此催化金屬膜可以由鈷、鎳、鐵、鐿或至少其中兩種的合金形成，該熒光體可以由(3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn)形成，產(chǎn)生一個白色發(fā)光，或者是Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu組合，通過混合不同的發(fā)光頻譜而產(chǎn)生一個白光。
該白光源還包括一個具有開口的絕緣的膜圖案，該開口可以有選擇地暴露于該催化金屬膜，該碳納米管可以有選擇地位于通過該開口暴露的催化金屬膜的一部份上，該間隔器可以安裝在該絕緣膜圖案上。
本發(fā)明還提供了一種制造白光源的方法，一個用為陰極的金屬膜形成在下基底上，一個催化金屬膜形成在該金屬膜上，用于在所施加的電場內(nèi)發(fā)射電子的碳納米管被生長成垂直排列在該催化金屬膜上，一個間隔器被安裝在該催化金屬膜上，一個具有透明陽極透明熒光體的透明上基底被安裝在該間隔器上以便該熒光體面向該碳納米管，且該透明上基底用該下基底進行密封。
也可以在形成該金屬膜步驟之前，利用一種絕緣材料形成一個反應防止膜以防止在該下基底與該金屬膜之間有反應。在此，該催化金屬膜是通過沉積該催化金屬膜和蝕刻所沉積的催化金屬膜來分離該催化金屬膜成催化金屬微粒的方式來形成。該碳納米管通過化學蒸發(fā)沉積從每個催化金屬微粒生長成垂直排列在該基底上。
對于催化金屬膜，可以使用鈷、鎳、鐵、鐿、或至少其中兩種的合金。一種具有可選地暴露于該催化金屬膜的開口的絕緣膜圖案也可形成在該催化金屬膜上。在此，該碳納米管是有選擇地位于通過該開口暴露的催化金屬膜的一部份上，且該間隔器可以安裝在該絕緣膜圖案上。
本發(fā)明可以提供一個白光源，它可最大地進行最小化以便可以攜帶，且具有很高的效率和節(jié)能效果。
本發(fā)明的上述特點和優(yōu)點可通過對下面參照附圖的詳細的優(yōu)選實施例的描述變得更清晰，其中

圖1是用于說明按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的白光源的示意性截面圖；圖2-圖5用于說明制造按照本發(fā)明的該第一實施例的白光源的方法的示意性截面圖；圖6是用于說明一個熱化學蒸發(fā)沉積設備的示意性截面圖，該設備用于生成按照本發(fā)明的碳納米管；圖7-圖10用于說明按照本明的碳納米管的生長過程的示意性截面圖；圖11用于說明一個按照本明的第二實施例的白光源的示意性截面圖；圖12-圖14用于說明一個制造按照本發(fā)明的第二實施例的白光源的示意性截面圖。
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明并不局限于下面的實施例，并且任何修改都有可能落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。本發(fā)明的實施例提供是為了向本技術領域內(nèi)的人更完整地解釋本發(fā)明。在附圖中，部件的形狀是被夸大以便更清晰，且同一參照號表示同一部件。同時，當一個膜被描述為位于另一個膜上或一個半導體基底上時，它可以直接在另一個層或該半導體基底上或一個內(nèi)置層膜可置于其間。
本發(fā)明提供了一個使用碳納米管的白光源及其制造方法。眾所周知，一個碳納米管是顯微地構成以便一個單一的碳納米管元件與三個相鄰的碳原子相組合，一個六邊形環(huán)是通過組合該碳原子形成的，并且滾動一個由類似蜂窩的重復的六邊形環(huán)組成的平面來由此形成一個柱形。該柱形結構的特征在于其直徑通常是幾個納米到幾十毫微之間，且其長度為該直徑的10到幾千倍。
相應地，一個碳納米管的端部具有幾個到幾十個納米的直徑，由此可以在施加的電場內(nèi)有很高的電子發(fā)射效率。因此，可以在低的電壓下獲得較大的發(fā)射電流。而且，碳納米管可以每單元面積上很高的毫微管密度生成。以便達到一個高端密度，并由此獲得優(yōu)異的發(fā)光效率。
本發(fā)明將通過參照附圖詳細說明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是用于說明按照本明的第一實施例的白光源的示意性截面圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的白光源包括一個在下基底100上用為陰極的金屬膜200和一個在金屬膜200上的催化金屬膜300。
下基底100可以由硅(Si)、鋁(Al2O3)石英或玻璃構成，但是最好該基底100由玻璃構成，這樣可以適用于完成該白光源的密封過程。該金屬膜200可以由一個導電材料形成，如鉻(Cr)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)或鋁。
當垂直排列的碳納米管400形成在該催化金屬膜300上時該膜用為催化劑。該催化金屬膜300是由一個金屬材料形成，該金屬材料作為一個催化劑用于合成和生長該碳納米管400。例如，該催化金屬膜300可以由鈷、鎳、鐵、鐿、或至少它們兩種的合金(如鈷-鎳、鈷-鐵、鈷-鐿、鎳-鐵、或鈷-鎳-鐿)形成。
垂直排列的碳納米管400分布在催化金屬膜300上，該碳納米管400可以從一個碳源垂直生長成，該碳源是通過熱蒸發(fā)沉積方法施加到該催化金屬膜300上。該碳納米管400的通過熱蒸發(fā)沉積方法的生長將在下面參照圖6-10詳細加以描述。
該碳納米管400用于在所施加的電場內(nèi)的電子發(fā)射。相應地，一個熒光體800用于以距該碳納米管400一定距離處面對該碳納米管400的端部。一個透明的電極700設置在該熒光體800的背部，一個該透明電極所附著的上基底600被安裝在間隔器500上并用該下基底100進行真空密封。
透明電極700可以由一個透明導電材料如銦錫氧化物(ITO)來形成，該熒光體800可以由一個熒光材料如3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn形成，產(chǎn)生一個白色發(fā)光，或由一個熒光材料的組合(包括如Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu)形成，通過組合不同的發(fā)射頻譜而產(chǎn)生白光。上基底600是由一個透明的材料如玻璃形成，將由該熒光體800發(fā)出的光傳出。
在具有這樣配置的白光源中，當在用為陰極的金屬材料200與用為陽極的透明材料電極700間引入一個電場時，該電場被從該碳納米管400的端部向該透明電極700集中以便發(fā)射電子。由于每個碳納米管400的端部的直徑非常小，如幾個納米到幾十個納米，與該碳納米管400的長度相比，電子可以非常有效地從該端部發(fā)射出去。
相應地，在該金屬膜200與該透明電極700間引入的電場可以被降低，換句話說，即使是把低電壓施加到該金屬膜200或該透明電極700，一個非常高的電場密度也可以形成在該碳納米管的端部，以便可以獲得非常有效的電子發(fā)射。而且，由于該碳納米管400是由非常高的密度生長成的，從以高密度排列的碳納米管400上發(fā)射的電子的密度也是非常高的，因此發(fā)射電流也很大。
發(fā)射電子撞擊熒光體800并使熒光體800輻射光，此輻射的光通過基底600放電而出。在此，如上面所述的，由于電子發(fā)射效率非常地高，而發(fā)射電子導致的發(fā)射電流也很高，撞擊熒光體800的電子密度也很高，由該熒光體800產(chǎn)生的光的數(shù)量也很高。
雖然根據(jù)本發(fā)明第一實施例的白光源很簡單也很緊湊，但它可以發(fā)出非常高亮度的單色光，如上面所述的。另外，由于它在一個電場內(nèi)具有很高的電子發(fā)射效率，它可以以非常小的電壓或電流來運行。相應地，該白光源可以用作一個通用的照明系統(tǒng)，發(fā)果進行特別地最小化，它也可用為可移動的照明系統(tǒng)。
參照圖2到圖5，描述了制造按照本發(fā)明的第一實施例的白光源的方法。
圖2示意性地給出在較低基底100上形成金屬膜200和催化金屬膜300的步驟。用為陰極的金屬膜200被很薄地形成在該下基底100上，它對于大批量生產(chǎn)來說具有很大的面積。該下基底100可以由多種材料來形成，如上面所述的，但最好是由玻璃形成。金屬膜200是通過沉積一個導電的材料如鉻、鈦、氮化鈦、鎢或鋁形成，其厚度大約為0.3-0.5微米，沉積是通過一種形成薄膜的方法來進行的，如熱沉積方法或濺射方法。
當生長碳納米管400時用為催化劑的催化金屬膜300形成在該金屬膜200上，該催化的金屬膜300被沉積為大約幾個納米到幾百納米的厚度，最好為2-200nm。沉積可以通過一個形成薄膜的方法如如熱沉積方法或濺射方法來進行。
圖3示意性地示出了在催化金屬膜300上生長碳納米管400的步驟，該催化金屬膜300被處理成作為一種催化劑，用于生長彼此分開的且垂直排列在該催化金屬膜300上的多個碳納米管400。例如，該催化金屬膜300的表面是被蝕刻成將該催化金屬膜300分隔成細的、分離的催化金屬微粒的晶界。相應地，下面的金屬膜200的表面是暴露在該分開的催化金屬微粒之間，結果，該催化金屬膜300由該分開的、彼此獨立分布的催化金屬微粒構成。
此后，在催化金屬膜300上提供一個碳源以便從各個催化金屬微粒生長該碳納米管400。由于該催化金屬微粒是通過晶界蝕刻方式形成的，每個催化金屬微粒的大小可以根據(jù)該初始的催化金屬膜300的厚度和晶界蝕刻速度進行調(diào)整。從每個催化金屬微粒上生長的每個碳納米管的直徑也可以通過調(diào)整該催化金屬微粒進行調(diào)整。而且，由于由該晶界蝕刻所形成的該催化金屬微粒是均勻排列的，該生長的碳納米管400也可以排列成線性。
此處，碳納米管400可以利用一個熱或等離子化學蒸發(fā)沉積方法來生長。利用一個化學蒸發(fā)方法生長該碳納米管400將在下面參照圖6-圖10進行詳細描述。
圖4示意性給出了在催化金屬膜300上安裝間隔器500的步驟。長約100-700微米的多個間隔器500被安裝在該催化金屬膜300上，該間隔器具有通過一預定的距離將該熒光體(圖1的800)與該碳納米管分離開的功能，這將在下面以描述。
圖5示意性地給出了在透明上基底600上形成該透明電極700和熒光體800的步驟。用為陽極的透明電極700被附著到該透明上基底600上，如一個玻璃基底。該透明電極700是由一個透明導電材料如ITO形成的。然后，熒光體800附著到該透明電極700上，該熒光體800可由一個熒光材料如3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn形成，產(chǎn)生一個白色光，或者是熒光材料如Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu的組合，通過組合不同的發(fā)射頻譜來產(chǎn)生白色發(fā)光。
具有熒光體800和透明電極700的上基底600被安裝在間隔器500上，以便該熒光體800的表面面向該碳納米管400的端部，然后該透明上基底600和下基底100被真空密封。
對于通過上述步驟制造的該白光源的碳納米管400，每個端部的直徑很小，大約從幾個納米到幾十個納米，以便在所施加的電場內(nèi)的電子發(fā)射可以利用較低的施加電壓而又很高的效率來達到。
參照圖6-圖10，下面將詳細描述在按照本發(fā)明制造該白光源中生長該碳納米管400的方法。
圖6示意性顯示了一個熱化學蒸發(fā)沉積設備，用于按照本發(fā)明生長該碳納米管400。圖7到圖10是用于說明按照本發(fā)明的生長碳納米管的示意性截面圖。
簡要地說，在圖3中垂直排列的碳納米管400可以按照圖7到圖10所示的、利用圖6所示的熱化學蒸發(fā)沉積設備進行生長，然后下面詳細解釋利用熱化學蒸發(fā)沉積將該碳納米管生長成垂直排列的一例子，但是也可以利用等離子的化學蒸發(fā)沉積方法來生長垂直排列的碳納米管400。
參照圖7，如上面所述的，該金屬膜200和催化金屬膜300形成在具有大面積的下基底(圖3的100)上。該催化金屬膜300形成的厚度大約為幾個納米到幾百個納米，最好是2-200nm。
如上所述的，其上形成有催化金屬膜300的基底6300被安裝在一個石英船(boat)6400上，然后安裝進圖6所示的熱化學蒸發(fā)沉積設備的反應表面6100內(nèi)。此處，該基底6300安裝到石英船6400以便其上形成有碳納米管400的表面6350與供應氣體的方向背向，這有助于防止臟物或殘留物附到表面6350上(在該表面上形成碳納米管)，并且使供應給該表面6350的反應氣體進行均勻流通。
此處，在反應爐6100內(nèi)的壓力保持在大氣壓或幾百mTorr到幾Torr，在使用加熱單元如電阻線圈6200增加反應爐6100的溫度后，一種蝕刻氣體(可以對催化金屬膜300進行晶界蝕刻)如氨(NH3)被導引進該反應爐6100。由于該蝕刻氣體具有沿著該催化金屬膜300的晶界蝕刻該催化金屬膜300的功能，要求有對該蝕刻氣體進行反應的步驟。為此，最好在該氨氣體到達安裝在該反應爐6100內(nèi)的石英船上的基底6300之前進行分解。
在使用圖6所示的熱化學蒸發(fā)沉積設備的情況下，對氨氣體進行分解是通過高溫分解來進行的。相應地，最好反應爐6100保持在至少這樣一個溫度下，即它足以高溫分解該氨氣體，如在700℃以上，最好反應爐的溫度保持在大約700-1000℃。
參照圖7和圖8，具有反應的氨氣7100蝕刻該催化金屬膜300的表面晶界，最好持續(xù)進行該表面晶界的蝕刻直到下面的金屬膜200被暴露出來。結果，彼此分開的催化金屬微粒300’被如圖8所示地形成。每個催化金屬微粒300’是毫微尺寸的(幾個nm到幾百個nm)。此催化金屬微粒300’的尺寸可通過調(diào)整初始催化金屬膜300的厚度、在晶界蝕刻期間的氨氣的量以及在蝕刻過程中的溫度或蝕刻過程的時間而得到調(diào)整。
獨立分開的毫微尺寸的催化金屬微粒300’是通過沿著該晶界蝕刻該催化金屬膜300以便在具有均勻密度的下金屬膜200上進行微范圍地分布而形成的。此分開的毫微尺寸的催化金屬微粒300’的形狀與大小隨著蝕刻條件而有所變化。在本發(fā)明的實施例中，此催化金屬微粒300’的尺寸最好為20-60nm。
當晶界的蝕刻是以大約700-1000℃的溫度在該催化金屬膜300上進行蝕刻時，在下基底100是由玻璃形成時可能會發(fā)生下基底(圖3的100)的變形。這了防止這種變形，可以在700-1000℃上進行氨氣體的分解，并把分解后的氨氣引入反應爐6100。此時，反應爐保持在這樣一個溫度，即該溫度高于該碳納米管400生長的溫度而低于玻璃變形的溫度，如450-650℃。
另外，在氨氣體直接導入反應爐6100的情況下，由玻璃形成的下基底100的變形也可通過在該反應爐6100內(nèi)定義兩個溫度區(qū)而得到防止，例如氨氣體被導入的開始部份被定義為第一溫度區(qū)，此時的溫度保持在700-1000℃，而石英船6400所安裝的部份被定義為第二溫度區(qū)，此時的溫度為450-650℃，導入到反應爐6100內(nèi)的氨氣體在通過該第一溫度區(qū)時進行分解，以便經(jīng)分解的氨氣體7100能被施加到位于該第二溫度區(qū)的催化金屬膜300。
已經(jīng)描述了使用氨氣體作為蝕刻晶界的氣體的一個例子，但也可以使用氫氣或氫化物，但是最好使用氨氣體作為蝕刻氣體。氨氣體以大約每分鐘80標準立方厘米(sccm)的流速導入到該反應爐，大約需要10-30分鐘。
參照圖8，一旦形成了催化金屬微粒300’，停止導入分解的氨氣體7100，并將碳源8100導入到該反應爐6100中到達該催化金屬微粒300’。一個提供碳二聚物的碳氫化合物可以用為碳源8100。在每個分子中含有至少20個碳原子的碳氫化合物，如乙炔、乙烯氣、丙烯氣、丙烷或甲烷氣。
氫氣或惰性氣體如氬氣可以作為一種載體氣體隨同該碳源導入到反應爐6100中。而且，例如一個氫化物氣體可以作為一個稀釋氣體隨同該碳源導入到該反應爐，而且一個相應比例的蝕刻氣體如氨氣、氫氣或氫化物氣可以與該碳源氣體一起提供，由此控制碳納米管400的合成反應。
最好該反應爐的內(nèi)部保持在可以高溫分解一個碳源的溫度，如450-1000℃，如上面所述的，當下基底100是由玻璃形成的時候，石英船6400所處的區(qū)域保持在大約450-650℃，以防止下基底100的變形，在此，一個碳源如乙炔被以20-200sccm的流速供應10-60分鐘。
被導入到圖6所示的熱化學蒸發(fā)沉積設備內(nèi)的反應爐6100的碳源被高溫分解以便形成碳單元(如C2H2)，高溫分解形成的碳單元與分開的毫微尺寸的催化金屬微粒300’進行接觸，如圖9所示的，并吸附在該催化金屬微粒300’的表面或擴散進該催化金屬微粒300’。在此，當碳單元與該催化金屬微粒300’的表面進行接觸時，該碳單元被變換成碳二聚物(C2)，產(chǎn)生氫氣(H2)。
碳二聚物吸附在該催化金屬微粒300’的表面或擴散進該催化金屬微粒300’。當每一個催化金屬微粒300’被用該碳二聚物過度飽合時，該碳二聚物就與另一個起反應，由此在二維平面上形成重復的類似蜂窩的六角環(huán)形。此后，當持續(xù)對該催化金屬微粒300’供應該碳二聚物時，一個蜂窩結構的墻就從該催化金屬微粒300’的邊緣生長起來，這種生長持續(xù)進行，由此形成一個從該催化金屬微粒300’上生長起來的碳納米管400。一般地，該碳二聚物被提供給該催化金屬微粒300’的邊緣以便該碳納米管400可以生長。當每個催化金屬微粒300’的密度足夠高時，從該多個催化金屬微粒300’上生長的碳納米管400就彼此排斥，由此變得垂直排列。
同時，該碳納米管400的生長持續(xù)進行，該碳納米管400具有一個竹子狀結構，如圖10所示。
適用于碳納米管400生長的催化金屬微粒300’與外部的催化金屬微粒300’沒有聚在一起，而是獨立地分開形成以便該碳納米管400不凝聚而獨立形成。換句話說，在形成該碳納米管400的時候沒有形成無定形的碳聚合物，相應地，可以獲得高純度的碳納米管400，并且可以使得該碳納米管400垂直地排列在下基底100上。而且，該碳納米管400的長度可以通過改變碳源的供應條件而可調(diào)整，如氣體流速、反應溫度或反應時間。
在上面描述的實施例中，分開的毫微尺寸的催化金屬微?？衫脠D6所示的熱化學蒸發(fā)沉積設備通過干蝕方法形成，但它們也可以通過濕蝕方法形成。換句話說，一個具有催化金屬膜的基底可被浸進濕的蝕刻劑中，如用水稀釋的氫氟化物中，以便形成分開的毫微尺寸的催化金屬微粒。使用該濕蝕刻方法時，此分開的催化金屬微?？梢杂靡粋€較低的溫度來形成。
在本實施例中，當生長該催化金屬微粒和碳納米管時可以使用一個水平型的熱化學蒸發(fā)沉積設備，但也可以使用一個垂直型、成一條直線型或傳送型熱化學蒸發(fā)沉積設備，當使用等離子體化學蒸發(fā)沉積設備時，該過程可以在很低溫度下進行，并且可以很容易地調(diào)整該反應。
圖11是用于解釋一個按照本發(fā)明的實施例的白光源的示意性截面圖，在第一實施例中，同一參考號表示同一部件。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的白光源包括一個在下基底100上用為陰極的金屬膜200，和一個在該金屬膜200上的催化金屬膜300。一個由絕緣材料如硅氧化物或鋁形成的反應防止膜150還可以進一步地設置在該金屬膜200與該下基底100之間。反應防止膜150防止在下基底100與金屬膜200間發(fā)生反應，并且是由一個絕緣材料如硅氧化物形成，厚度大約為0.3-0.5微米。
催化金屬膜300形成在該金屬膜200上，一個具有用于有選擇地暴露該催化金屬膜300的表面的似孔的開口的絕緣膜圖案350設置在該催化金屬膜300上，該絕緣膜圖案的形成厚度大約為1.0-3.0微米。絕緣膜圖案350有選擇地定義生長碳納米管400的位置。
通過化學蒸發(fā)沉積方法生長成垂直排列的碳納米管400設置在通過該開口暴露的催化金屬膜300上，該碳納米管400用于在一個電場中發(fā)射電子，設置一個熒光體800以面向該碳納米管400的端部，一個透明電極700設置在該熒光體800的背部，一個該透明電極所附著的上基底600被安裝在間隔器500上并用該下基底100進行真空密封。間隔器500安裝在該絕緣膜圖案350上，相應地，該熒光體800最好被成形為暴露該透明電極700的部份以便由該間隔器500支持。
按照本發(fā)明第二實施例，該碳納米管400可以分組，每一組碳納米管400可以構成一個單一的單元。
參照圖12-14，制造按照本發(fā)明的第二實施例的白光源的方法將在下面詳細加以描述。
圖12示意性地給出了在下基底100上形成絕緣膜圖案350的步驟。用為陰極的金屬膜200薄薄地形成在具有較大的面積的下基底100上，該下基底100可以由各種材料形成，但它最好是由玻璃形成，該金屬膜200是通過沉積鉻、鈦、氮化鈦、鎢或鋁形成，其厚度大約為0.3-0.5微米。
反應防止膜150可以形成在該金屬膜200的下面以便防止在該金屬200與下基底100之間發(fā)生反應。下基底100可由硅、石英、玻璃或鋁制成。當下基底100是由硅形成時，在熱處理期間(如用于在以后的處理中形成該碳納米管的化學蒸發(fā)沉積過程)硅可與金屬膜200發(fā)生反應。為了防止這種反應，就可以使用反應防止膜150，此反應防止膜150是由一個絕緣材料如硅氧化物形成，厚度大約為0.3-0.5微米。
此后，當生長該碳納米管400時用為催化劑的催化金屬膜300形成在該金屬膜200上，該催化金屬膜300被沉積成厚度大約為幾個納米到幾百個納米，最好為20-100nm。該沉積可以通過形成一個薄膜的方法如熱沉積方法或濺射方法來完成。
一個絕緣膜沉積在該催化金屬膜300上，厚度為在低溫時的1.0-3.0微米，如當下基底是由玻璃形成時這種低溫為500℃。這可防止在沉積絕緣膜步驟中下基底的變形。該絕緣膜可以由多種絕緣材料形成，如可由硅氧化物形成。
此后，該絕緣膜可以通過影印石版術做出形狀，由此形成可有選擇地暴露下面的催化金屬膜300的絕緣膜圖案350。例如可沉積一個光抗蝕(photoresist)膜(未示出)，厚度大約為1.5-2.0微米，并且經(jīng)過暴露和延伸，由此形成一個可有選擇地暴露該絕緣膜的光抗蝕圖案。然后，利用該光抗蝕圖案作為一個蝕刻屏蔽有選擇地蝕刻該絕緣膜，由此形成有選擇地暴露下面的催化金屬膜300的絕緣膜圖案350。該絕緣膜圖案350的開口可以為顯微孔，其直徑大約為1.0-5.0微米，孔間的距離可以為3.0-15.0微米。然后通過一個擦除過程去掉光抗蝕圖案。
圖13示意性給出了在催化金屬膜300上垂直排列地生長碳納米管400的步驟。通過前面參照圖6-圖10描述的化學蒸發(fā)沉積，該垂直排列的碳納米管400可有選擇地生長在該催化金屬膜膜300上，它是通過該絕緣膜圖案350的開口暴露的，這種碳納米管400可以均勻地布置并垂直成一條直線地生長。
圖14示意性地給出了在絕緣膜圖案350上安裝間隔器500的步驟，長度大約為100-700微米的多個間隔器500被安裝在絕緣膜圖案350上，該間隔器500用于將熒光體800從該碳納米管400的端部分開，以便以后布置。
隨后，用為陽極的透明電極700被附著到該透明上基底600上，如一個玻璃基底。該透明電極700是由一個透明導電材料如ITO形成的。然后，該熒光體800被附著到該透明電極700。該熒興體800可以由一個熒光材料如(3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn)形成，產(chǎn)生一個白色發(fā)光，或者是Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu組合，通過混合不同的發(fā)光頻譜而產(chǎn)生一個白光。
具有熒光體800的分開的上基底600和透明電極700被安裝在間隔器500上，以便該熒光體800和透明電極700面對該碳納米管400的端部，然后，該透明上基底600和下基底100被真空密封。
如上面所述的，本發(fā)明可提供一個白光源，通過把具有非常小的直徑的端部的碳納米管用作為電場電子發(fā)射端，利用該白光源使用一個較低的電壓就可以獲得大量的發(fā)射電流。而且，本發(fā)明通過利用與每單元面積上具有高密度的端部垂直排列的碳納米管，可提供一個表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光的白光源，而且簡化了制造這種白光源的過程，由此提高了產(chǎn)量和可靠性，相應地，提供了下一代高效節(jié)能白光源，替代已有的熒光燈和白熾燈。根據(jù)本發(fā)明的白光源可以最大地最小化，且消耗很小的能量，以便它可用為便攜式白光源。
盡管已經(jīng)參照特定的實施例描述了本發(fā)明，本技術領域內(nèi)的人知道可以對所述的實施例做出各種修改而不會脫離本發(fā)明的精神和范疇。
權利要求
1.一種白光源，包括一個用為陰極的金屬膜，該金屬膜形成在一個下基底上；一個形成在該金屬膜上的催化金屬膜；用于在所施加的電場內(nèi)發(fā)射電子的碳納米管，該碳納米管是垂直排列上該催化金屬膜上；安裝在該催化金屬膜上的間隔器；以及一個透明上基底，其中一個用為陽極的透明電極附著到該透明上基底上，一個熒光體附著到該透明電極上，該透明上基底安裝在該間隔器上以便該熒光體面對該碳納米管。
2.如權利要求1所述的白光源，其特征是該下基底是由玻璃、石英、鋁或硅形成。
3.如權利要求1所述的白光源，其特征是該金屬膜是由鉻、鈦、氮化鈦、鎢或鋁形成。
4.如權利要求1所述的白光源，其特征是還包括一個由絕緣材料形成的、在該下基底和金屬膜之間的反應防止膜，用于防止在該下基底和該金屬膜之間發(fā)生反應。
5.如權利要求1所述的白光源，其特征是該催化金屬膜是由分開的毫微尺寸的催化金屬微粒構成。
6.如權利要求5所述的白光源，其特征是該碳納米管是利用化學蒸發(fā)沉積方式從每個催化金屬微粒上垂直生長成的。
7.如權利要求5所述的白光源，其特征是該催化金屬膜是由鈷、鎳、鐵、鐿或至少其中兩種的合金形成的。
8.如權利要求1所述的白光源，其特征是還包括一個絕緣膜圖案，該絕緣膜圖案在該催化金屬膜上具有一個有選擇地暴露該催化金屬膜的開口，其中該碳納米管是有選擇地位于通過該開口暴露的催化金屬膜的部份上，以及其中該間隔器是安裝在該絕緣膜圖案上。
9.如權利要求1所述的白光源，其特征該熒光體是由(3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn)形成，產(chǎn)生一個白色發(fā)光，或者是Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu組合，通過混合不同的發(fā)光頻譜而產(chǎn)生一個白光。
10.一種制造白光源的方法，包括步驟在一個下基底上形成用作為陰極的金屬膜；在該金屬膜上形成一個催化金屬膜；將用于在所施加的電場內(nèi)發(fā)射電子的碳納米管生長成垂直排列在該催化金屬膜上；在該催化金屬膜上安裝間隔器；以及在該間隔器安裝具有透明電極的、而該透明電極又具有熒光體的透明上基底，以便該熒光體面對該碳納米管，并用該下基底密封該透明上基底。
11.如權利要求10所述的方法，其特征是該下基底是由玻璃、石英、鋁或硅形成的。
12.如權利要求10所述的方法，其特征是該金屬是由鉻、鈦、氮化鈦、鎢或鋁形成的。
13.如權利要求10所述的方法，其特征是還包括在形成該金屬膜之前，利用一個絕緣材料形成一個反應防止膜的步驟，以便防止在該下基底和該金屬膜之間發(fā)生反應。
14.如權利要求10所述的方法，其特征是形成該催化金屬膜的步驟包括步驟沉積該催化金屬膜；以及晶界蝕刻該催化金屬膜以便將該催化金屬膜分離成毫微尺寸的催化金屬微粒。
15.如權利要求14所述的方法，其特征是該晶界蝕刻使用氨氣作為蝕刻氣體。
16.如權利要求14所述的方法，其特征是該碳納米管是通過化學蒸發(fā)沉積從每個催化金屬微粒生長成垂直排列的。
17.如權利要求16所述的方法，其特征是該化學蒸發(fā)沉積使用從下列組中選擇的碳氫化合物氣體，該組包括乙炔、乙烯氣、丙烯氣、丙烷或甲烷氣。
18.如權利要求14所述的方法，其特征是該催化金屬膜是由鈷、鎳、鐵、鐿或至少其中兩種的合金形成。
19.如權利要求10所述的方法，其特征是還包括形成絕緣膜圖案的步驟，該絕緣膜圖案在該催化金屬膜上具有一個有選擇地暴露該催化金屬膜的開口，其中該碳納米管是有選擇地位于通過該開口暴露的催化金屬膜的一部份上，以及其中該間隔器是安裝在該絕緣膜圖案上。
20.如權利要求10所述的方法，其中該熒光體是由(3Ca3(PO4)2CaFCl/Sb，Mn)形成，產(chǎn)生一個白色發(fā)光，或者是Y2O3Eu，CeMaA11O19Tb和BaMg2Al16O7Eu組合，通過混合不同的發(fā)光頻譜而產(chǎn)生白光。
全文摘要
使用碳納米管的白光源及其制造方法,該光源包括一個用為陰極、位于下基底的金屬膜,形成在該金屬膜上的催化金屬膜,垂直排列上催化金屬膜上、用于發(fā)射電子的碳納米管,安裝在該催化金屬膜上的間隔器以及具有用為陽極的透明電極的透明上基底,和在該陽極上的熒光體。催化金屬膜是由分離的毫微尺寸的催化金屬微粒構成,該碳納米管是從每個催化金屬微粒生長成垂直排列在該基底上。
文檔編號H01J9/02GK1277456SQ00109268
公開日2000年12月20日 申請日期2000年6月15日 優(yōu)先權日1999年6月15日
發(fā)明者李鐵真, 柳在銀 申請人:李鐵真, 株式會社日進納米技術