專利名稱：一種實現(xiàn)碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管(CNT)薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，確切地說本發(fā)明是通過機械的表面圖形轉移技術使印刷法制備的CNT薄膜陰極實現(xiàn)圖形化顯示。屬于場致發(fā)射顯示領域。
背景技術：
近年來，場發(fā)射顯示成為一個非?；钴S的領域。國際上一致認為，場發(fā)射顯示器(FED)在平板顯示器市場具有廣闊的前景和未來。與液晶顯示器相比，場發(fā)射顯示器的各種性能全面領先，具有高亮度、更為良好的視角效果、低功耗、大大縮小的尺寸、制作工藝的簡單化等優(yōu)點，因此被譽為二十一世紀的顯示技術(K.Derbyshire，Solid State Technol.38，71(1995)；J.Roberston，Thin Solid Films 296，62(1997))。其中冷陰極材料為場發(fā)射顯示器的核心部件。目前，國際上場發(fā)射領域研究最熱門的冷陰極材料為CNT(D.Normile，“Nanotubes Generate Full-Color Displays”，Science，286，2056，(1998)；W.B.Choi，N.S.Lee，W.K.Yi，Y.W.Jin，Y.S.Choi，L.T.Han，D.S.Chung，H.Y.Kim，J.H.Kang，J.H.You，and J.M.Kim，SID 00 Digest，324，(2000))。CNT通常直徑為幾個納米到幾十納米，長度為幾個微米，如此形狀使CNT可能在一定的電場強度下產(chǎn)生一個足夠大的場增強因子，從而獲得良好的電子發(fā)射性能。同時，CNT具有很高的強度、良好的導熱性及化學穩(wěn)定性，因而是一種非常理想的場發(fā)射冷陰極材料。印刷法由于其高效率、低成本、能大面積夠制備等優(yōu)點而被許多大公司，如ISES(S.Uemura，SID00 Digest，320-323(2000))、Samsung(W.B.Choi，SID 00 Digest，324-327(2000))，和ERSO/ITRI(F.Y.Chuang，SID 00 Digest，329-331(2000))等采用來制備場發(fā)射顯示器的陰極。
通常要實現(xiàn)CNT薄膜陰極的圖形化顯示，首先必須實現(xiàn)CNT薄膜陰極的圖形化。就印刷法而言，必須制備圖形化的印刷模版印刷圖形化的CNT薄膜。由于受印刷法制備CNT薄膜陰極發(fā)射性能較差的缺點限制，還必須采用各種后處理工藝如離子表面轟擊(Kim DH，Kim CD，and Lee HR，Carbon 42，1807(2004))，激光表面處理(W.J.Zhao，A.Sawada，andM.Takai，Jpn.J.Appl.Phys，41，4314(2002)；H.F.Cheng，Y.S.Hsieh，Y.C.Chen，andI.N.Lin，Diamond Relat.Meter.13，1004(2004))等復雜工藝改善圖形化的CNT薄膜的表面特性，從而才能獲得比較好的圖形化顯示效果。依此本發(fā)明人設想是否可以不需制備圖形化的印刷模版，也不需復雜的后處理工藝，通過一次機械的表面圖形轉移就可以實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化顯示。于是構成本發(fā)明的構思。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單而有效的方法來實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化場致發(fā)射顯示。
本發(fā)明提供的方法針對印刷法制備的CNT薄膜陰極。首先，不需圖形化的印刷模版，將直接印刷整片的CNT薄膜，通過常規(guī)熱處理工藝去除印刷過程中的有機添加物，得到整片的CNT薄膜陰極；然后通過機械的表面圖形轉移法使需要顯示的圖形轉移到CNT薄膜陰極表面就可以實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示了。
本發(fā)明中提到的制備CNT薄膜陰極的印刷法是指首先，用各種不同方法制備CNT粉末，然后配以一些有機物調成CNT漿料，再印刷到襯底材料上得到CNT薄膜陰極。制備CNT粉末的方法包括直流電弧放電、各種頻段的輝光放電的CVD法、激光閃蒸法(LaserAblation)、熱絲CVD法、蒸發(fā)法、催化熱解法等；襯底材料包括導電玻璃、金屬、合金、半導體等材料。通常采用印刷法都會在印刷前的CNT中加入了對場發(fā)射性能有害的有機膠之類物質，所以印刷后都要采用常規(guī)熱處理工藝去除這類添加物。印刷法制備的CNT薄膜采用的常規(guī)熱處理工藝溫度為300-400℃，在大氣中進行，處理時間為10-30分鐘，目的是去除有機添加物。采用上述工藝制備的CNT薄膜陰極采用本發(fā)明提供的機械圖形轉移法，實現(xiàn)表面圖形轉移后就能實現(xiàn)圖形化場致發(fā)射顯示。機械圖形轉移法是指將具有需要顯示圖形的物體的表面與上述印刷法制備的通過上述熱處理工藝處理的CNT薄膜表面進行機械接觸，并施以一定的壓力后將需要顯示的圖形清晰轉移到CNT薄膜表面的方法，如采用圖章壓印轉移圖形。圖形轉移的過程使印刷法制備的CNT薄膜陰極產(chǎn)生了三個變化。首先，薄膜表面與圖形接觸的區(qū)域受到了擠壓，擠壓過程使CNT薄膜的結構變得更致密從而使CNT薄膜內部的導電性能增強；其次，擠壓過程中產(chǎn)生的壓力使CNT薄膜與襯底之間的接觸點增多從而使CNT薄膜與襯底的導電性能得到改善；最后，在實現(xiàn)圖形轉移后會帶走接觸區(qū)域表面的一層CNT顆粒，借助這個過程產(chǎn)生的力會使新的表面有更多的CNT能夠直立起來，提高了場增強因子。這三個變化只發(fā)生在受擠壓的區(qū)域，從而使受擠壓區(qū)域的CNT的場致電子發(fā)射能力遠遠優(yōu)于未受擠壓的區(qū)域。在一定的電場下，受擠壓區(qū)域的CNT就優(yōu)先發(fā)射電子，未受擠壓區(qū)域不發(fā)射電子，在宏觀上就實現(xiàn)了CNT薄膜陰極的圖形化場致發(fā)射顯示。
本發(fā)明通過這種簡單的機械圖形轉移方法實現(xiàn)了印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化場致發(fā)射顯示。該方法不需圖形化的印刷模版，也不需要復雜的后處理工藝就能實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化顯示。


圖1是對本發(fā)明中印刷法制備的CNT薄膜陰極的場致電子發(fā)射性能測試裝置示意圖。其中1-透明玻璃片；2-氧化銦錫電極；3-低壓熒光粉；4-絕緣隔離柱；5-CNT薄膜；6-襯底材料。
圖2(a)為采用圖章進行圖形表面轉移后的圖形化場致發(fā)射顯示熒光屏發(fā)光照片。(b)為采用圖章進行圖形表面轉移后的CNT薄膜照片。
圖3采用手指進行指紋圖形表面轉移后的指紋場致發(fā)射顯示熒光屏發(fā)光照片，具體實施方式
實施例1對采用了本發(fā)明提供的機械圖形轉移法的印刷法制備的CNT薄膜陰極進行場致發(fā)射顯示測試。襯底材料為印刷了導電銀漿層的玻璃，CNT薄膜厚度約為10μm，有效面積為30mm×40mm。本實施例中采用圖章進行表面圖形轉移。刻有漢字的圖章與印刷法制備的CNT薄膜陰極表面接觸，并施以一定的壓力后使?jié)h字的圖形清晰轉移到CNT薄膜陰極表面。圖2(a)為場致發(fā)射顯示測試的熒光粉發(fā)光照片，清晰的顯示了漢字圖形。圖2(b)為漢字圖形轉移后的CNT薄膜照片。
實施例2對采用了本發(fā)明提供的機械圖形轉移法的印刷法制備的CNT薄膜陰極進行場致發(fā)射顯示測試。襯底材料為生長了一層金屬Ti的玻璃，金屬Ti的生長采用電子束蒸發(fā)方法，厚度為500nm，CNT薄膜厚度約為10μm，有效面積為30mm×40mm。本實施例中采用手指進行表面圖形轉移。手指與印刷法制備的CNT薄膜陰極表面接觸，并施以一定的壓力后使手指的指紋圖形清晰轉移到CNT薄膜陰極表面。圖3為轉移的指紋圖形的CNT薄膜陰極的場致發(fā)射顯示測試的熒光粉發(fā)光照片，清晰的顯示了手指的指紋圖形。
實施例3對采用了本發(fā)明提供的機械圖形轉移法的印刷法制備的CNT薄膜陰極進行場致發(fā)射顯示測試。襯底材料為金屬鎳片(Ni)，CNT薄膜厚度約為10μm，有效面積為30mm×40mm。本實施例中采用具有圖形的塑料表面與印刷法制備的CNT薄膜陰極表面接觸，并施以一定的壓力后使圖形清晰轉移到CNT薄膜陰極表面。效果同實施例1，能清楚顯示轉移圖形。
權利要求
1.一種實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于首先將直接印刷整片的碳納米管薄膜，通過熱處理工藝去除印刷過程中的有機添加物，得到整片的碳納米管薄膜陰極，然后通過機械的表面圖形轉移法使需要顯示的圖形轉移到碳納米管薄膜陰極表面，從而實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管陰極圖形化場致發(fā)射顯示。
2.按權利要求1所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于所述的熱處理工藝的溫度300-400℃，在大氣中進行，處理時間10-30分鐘。
3.按權利要求1所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于所述的機械圖形轉移法是將具有需要顯示圖形的物體的表面與印刷法制備的通過熱處理工藝處理的碳納米管薄膜表面進行機械接觸并施以壓力后將需要顯示的圖形清晰轉移到碳納米管薄膜的表面。
4.按權利要求1或3所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于所述的圖形轉形法為圖章壓印法或手指圖形轉移。
5.按權利要求1所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于制備碳納米管薄膜陰極的印刷法工藝是先制備碳納米管粉末，然后用有機物調成碳納米管漿料，再印刷到襯底材料上，以制得碳納米管薄膜陰極；所述碳納米管粉末的制備方法為直流電弧放電、輝光放電的化學氣相沉積法、激光閃蒸法、熱絲化學氣相沉積法、催化熱解法和電子束蒸發(fā)法中的任意一種。
6.按權利要求5所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于襯底材料為導電玻璃、金屬、合金和半導體材料中的一種。
7.按權利要求6所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于所述的導電玻璃為印刷了導電銀漿層的玻璃或生長了一層金屬Ti的玻璃，所述的襯底金屬為金屬Ni。
8.按權利要求7所述的實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管薄膜陰極圖形化場致發(fā)射顯示的方法，其特征在于所述的Ti的生長是采用電子束蒸發(fā)方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種簡單而有效的方法來實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化場致發(fā)射顯示，其特征在于首先將直接印刷整片的碳納米管薄膜，通過熱處理工藝去除印刷過程中的有機添加物得到整片的碳納米管薄膜陰極，然后通過機械的表面圖形轉移法使需要顯示的圖形轉移到碳納米管薄膜陰極表面，從而實現(xiàn)印刷法制備的碳納米管陰極圖形化場致發(fā)射顯示；本發(fā)明提供的方法不需圖形化的印刷模版，也不需要復雜的后處理工藝，大大減少了工藝步驟和工藝成本，通過一次機械的表面圖形轉移就可以實現(xiàn)印刷法制備的CNT薄膜陰極的圖形化顯示。
文檔編號H01J9/00GK1790589SQ20051011162
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權日2005年12月16日
發(fā)明者馮濤, 戴麗娟, 蔣軍, 王曦, 張正選 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所