專利名稱：場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射顯示器的陰極納米碳管燒結(jié)方法，尤其涉及一種利用納米碳管的良好彈性，在陰極結(jié)構(gòu)制作完成后，以一箝制裝置使其與陽極固定結(jié)合，在真空燒結(jié)時施加一特定電場，使納米碳管一端垂直固著在陰極電極上，另一端與電場方向平行或接近平行地朝向陽極的陰極納米碳管定向燒結(jié)方法。
背景技術(shù)：
已知，傳統(tǒng)場發(fā)射顯示器的陰極結(jié)構(gòu)，如Spindt type的金屬尖端形態(tài)，由薄膜微影制造程序制作，啟始電場偏高，大于數(shù)百個V/μm以上。相對所使用的驅(qū)動組件成本也較高。
由于納米碳管結(jié)構(gòu)有很好的長寬比(aspect ratio)，管徑僅數(shù)個至數(shù)十個納米，長度可以達1微米以上，熱穩(wěn)定性、耐彎曲、及抗拉強度好，是一種很好的場發(fā)射材料，近年來已在場發(fā)射顯示器中用作電子發(fā)射源。如傳統(tǒng)一種利用CVD(化學(xué)氣相沉積)在陰極電極上直接成長納米管的技術(shù)已成熟應(yīng)用。這些制作技術(shù)利用催化金屬，使納米碳管垂直成長沉積在陰極電極上，并可直接構(gòu)圖。成長的納米碳管均勻性高，可以有數(shù)十個至數(shù)百個mA/cm2以上電流密度。然而這些技術(shù)制作的碳管受材料與結(jié)構(gòu)因素的限制，啟始電場仍偏高(至少10V/μm以上)且目前仍僅能在硅晶圓上實施，仍難以商品化。
另一種公知的利用弧光放電(ARC discharge)制作生產(chǎn)納米的技術(shù)可制作一種更適于場發(fā)射應(yīng)用的納米碳管，其啟始電場可以達到2V/μm以下。這種方法利用網(wǎng)印或涂布將納米碳管構(gòu)圖在陰極電極表面以形成電子發(fā)射源。然而這些厚膜制造程序的涂布技術(shù)，使納米碳管非定向地鋪設(shè)在陰極電極表面，電子產(chǎn)出端點雜亂，致使電子發(fā)射密度分布不均，且較高點的電子產(chǎn)出端點易對鄰近周邊的相對低點納米碳管產(chǎn)生遮蔽效應(yīng)，影響鄰近碳管的電子產(chǎn)出。此外，使用這些涂布技術(shù)，納米碳管涂布溶液中需添加接合或固著材料，以使納米碳管固著在陰極電極上，然而這些固著材料對納米碳管的分散與分布均有不良的影響。
目前真空燒結(jié)技術(shù)可直接將碳管固著在陰極電極上，不受公知技術(shù)需要在納米碳管涂料中添加固著劑或粉體的限制，可增加納米碳管的密度以增加電子產(chǎn)生的密度。但是納米碳管是以任意方式鋪設(shè)在陰極結(jié)構(gòu)的玻璃基板上的，碳管相互之間會形成干涉交織現(xiàn)象，并且無法利用施加電場使納米碳管一端充分垂直固著在玻璃基板上。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是利用納米碳管本身所具有的良好彈性，在真空燒結(jié)時施加一特定電場，使納米碳管可以垂直固著在陰極電極上，并與電場方向平行或接近平行。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，在陰極結(jié)構(gòu)制作完成后，利用一箝制裝置將陰極結(jié)構(gòu)與陽極定結(jié)合后，放置在真空燒結(jié)爐的加熱裝置上，所述陰極結(jié)構(gòu)與加熱裝置鄰接，而陰、陽極結(jié)構(gòu)通過兩電極線與外部電壓電源電連接，再以抽真空裝置將真空燒結(jié)爐內(nèi)壓力降低，之后啟始加熱裝置加熱，使陰極結(jié)構(gòu)熔融，再持續(xù)加熱時，開始對陰、陽極結(jié)構(gòu)提供一電壓，使陰、陽極結(jié)構(gòu)間形成一電場，在加熱一段時間后，再關(guān)閉電場，并持續(xù)加熱一段時間后，再停止加熱，以破真空取出陰極結(jié)構(gòu)，即完成定向燒結(jié)。
使用本發(fā)明的方法，可減少啟始電壓，降低驅(qū)動組件的成本。
附圖的簡要說明

圖1是應(yīng)用本發(fā)明的場發(fā)射顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是應(yīng)用本發(fā)明的場發(fā)射顯示器受箝制裝置箝住的示意圖；圖3是本發(fā)明的陰極真空燒結(jié)示意圖。
附圖中組件代表符號列表如下場發(fā)射顯示器1陰極結(jié)構(gòu)2
基板 21陽極 3第一導(dǎo)電層22電極線24第二導(dǎo)電層23基板 31第一導(dǎo)電層32電極線33絕緣阻隔 4 抽真空裝置8箝制裝置 5 真空燒結(jié)爐6加熱裝置 61外部電壓電源 具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細的說明。
圖1和圖2分別是應(yīng)用本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)及受箝制裝置箝住示意圖。如圖所示，本發(fā)明的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)，主要是針對現(xiàn)有技術(shù)的下列問題即場發(fā)射顯示器1的陰極結(jié)構(gòu)2上所形成的納米碳管電子發(fā)射源(陰極)是以任意方式鋪設(shè)在陰極結(jié)構(gòu)2的玻璃基板21上的，碳管相互之間會形成干涉交織現(xiàn)象，并且無法通過施加電場而使納米碳管一端充分垂直固定在玻璃基板21上。
因此本發(fā)明的方法是在真空定向燒結(jié)時施加一電場，可使部分納米碳管以平行電場方向垂直固著在陰極結(jié)構(gòu)2的玻璃基板21上，或使部分納米碳管的一端可以以接近平行于電場方向的角度朝向陽極3，以利于發(fā)出電子。
首先在陰極結(jié)構(gòu)2的玻璃基板21形成一第一導(dǎo)電層22，此第一導(dǎo)電層22為陰極電極，該陰極電極的熔點在真空下可以下降，能夠熔融，以利于納米碳管的嵌入固著，該陰極電極的材料可以是Cu、Al、Ag、Au、Cr中的任一種。在玻璃基板21一側(cè)形成將一傳輸控制電壓傳導(dǎo)到第一導(dǎo)電層22的電極線24。
在上述第一導(dǎo)電層22上涂布一納米碳管層，或制作一納米碳管溶液層，以形成電子發(fā)射源的第二導(dǎo)電層23。
設(shè)置一與上述電子發(fā)射源相對應(yīng)的陽極3，該陽極3的基板31最好采用耐高溫材料，可以是硅晶圓或玻璃。表面形成一第一導(dǎo)電層32，該第一導(dǎo)電層32可接受電壓形成電場，該導(dǎo)電層材料可以是氧化銦錫、Cr、或Al中的任一種。在玻璃基板31的一側(cè)形成一將傳輸控制電壓傳導(dǎo)到第一導(dǎo)電層32的電極線33。
在陽極3與陰極結(jié)構(gòu)2之間設(shè)置一絕緣阻隔4。該陽極3利用一絕緣阻隔4與陰極結(jié)構(gòu)2保持固定間隔，從而使陰極結(jié)構(gòu)2與陽極3之間的電壓形成均勻的電場。
利用箝制裝置5固定陰極結(jié)構(gòu)2與陽極3，以完成陰極結(jié)構(gòu)2與陽極3的結(jié)合。
圖3是本發(fā)明的陰極真空燒結(jié)示意圖。如圖3所示，將上述結(jié)合后的陰極結(jié)構(gòu)2與陽極3安置在真空燒結(jié)爐6的加熱裝置(紅外線陶瓷)61上，陰極結(jié)構(gòu)2的玻璃基板21鄰接加熱裝置61一側(cè)，用一種耐高溫導(dǎo)線將兩個電極線24、33與外部電壓電源7相連接。
利用抽真空裝置8將真空燒結(jié)爐內(nèi)壓力降至10-5torr(陶爾)，之后用加熱裝置61加熱，使加熱溫度達350℃，即可使陰極結(jié)構(gòu)2(本實施例是以Ag為電極)熔融，再持續(xù)加熱約10min時，開始對陰極結(jié)構(gòu)2及陽極結(jié)構(gòu)3施加一控制電壓，從而使陰、陽極結(jié)構(gòu)2、3之間形成一電場。以陰、陽極結(jié)構(gòu)2、3的間隔為150μm為例，本實施例提供了一300V的電壓，從而使陰、陽極結(jié)構(gòu)2、3之間形成了一2V/μm的電場。再加熱持續(xù)10min后，關(guān)閉電場，再持續(xù)加熱10min后，停止加熱，并破真空取出陰極板結(jié)合件，完成定向燒結(jié)。
對傳統(tǒng)陰極真空燒結(jié)可使奈米碳管電子發(fā)射源的電子啟始電場在10uA的電場低于1.8V/μm，電場高于2.8V/μm電流密度可達10mA，而本發(fā)明通過在真空燒結(jié)時施加一電場，使電子啟始電場在10uA的電場可低于1.7V/μm，電場高于2.4V/μm電流密度即可達10mA，因此施加的電壓降低，所使用的驅(qū)動組件成本也降低。
上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)所做的等效變化與修改，都在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，包括以下步驟a)利用一箝制裝置將制作完成的陰極結(jié)構(gòu)與陽極結(jié)構(gòu)固定結(jié)合；b)待所述陰、陽極結(jié)構(gòu)結(jié)合后放置在真空燒結(jié)爐的加熱板上，所述陰極結(jié)構(gòu)與加熱板一側(cè)鄰接，所述陰、陽極結(jié)構(gòu)與外部電壓電源電連接；c)利用抽真空裝置將真空燒結(jié)爐內(nèi)壓力降低，之后啟動加熱裝置進行加熱，使所述陰極結(jié)構(gòu)熔融，再持續(xù)加熱時，開始對陰、陽極結(jié)構(gòu)施加一電壓，使陰、陽極結(jié)構(gòu)之間形成一電場；d)在陰、陽極結(jié)構(gòu)間形成一電場后，持續(xù)加熱一段時間后，關(guān)閉電場，再持續(xù)加熱一段時間后，再停止加熱，并破真空取出陰極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述加熱裝置為紅外線陶瓷加熱板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述抽真空裝置將真空燒結(jié)爐內(nèi)壓力降至10-5陶爾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陰極結(jié)構(gòu)的基板形成有一第一導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層為陰極電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陰極電極在真空條件下熔點下降，能夠熔融，從而利于納米碳管的嵌入固著，所述陰極電極的材料為Cu、Al、Ag、Au、Cr中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述基板一側(cè)形成有一將控制電壓傳送到第一導(dǎo)電層的電極線，所述陰極結(jié)構(gòu)通過所述電極線與所述外部電壓電源電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層上涂布一納米碳管層，或制作一納米碳管溶液層，以形成電子發(fā)射源的第二導(dǎo)電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陽極的基板為耐高溫材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述基板為玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陽極基板的一側(cè)形成有將控制電壓傳輸?shù)剿鲫枠O結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電層的電極線，所述陽極結(jié)構(gòu)通過所述電極線與所述外部電壓電源電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陽極結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電層材料為氧化銦錫、鉻、或鋁中的任一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，其特征在于，所述陰、陽極結(jié)構(gòu)之間配置有絕緣阻隔。
全文摘要
一種場發(fā)射顯示器的納米碳管陰極定向燒結(jié)方法，利用納米碳管本身良好彈性，在陰極結(jié)構(gòu)制作完成后，用一箝制裝置使其與陽極固定結(jié)合，在結(jié)合后將陰、陽極固定放置在真空燒結(jié)爐的加熱裝置上，所述陰極結(jié)構(gòu)與加熱裝置鄰接，而陰、陽極結(jié)構(gòu)通過兩電極線與外部電壓電源銜接，再以抽真空裝置將真空燒結(jié)爐內(nèi)壓力降低，然后啟始加熱裝置加熱，使陰極結(jié)構(gòu)熔融，再持續(xù)加熱時，開始對陰、陽極結(jié)構(gòu)提供一電壓，使納米碳管未固定端可以與電場方向平行或近似平行，而納米碳管一端可以垂直固著在陰極電極上。
文檔編號H01J9/02GK1707730SQ200410046280
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者郭志徹, 徐偉勝, 蕭俊彥 申請人:東元奈米應(yīng)材股份有限公司