專利名稱：場發(fā)射電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造場發(fā)射電極的方法，更具體地涉及一種新穎的用于制造場發(fā)射電極的方法，其中改進(jìn)了傳統(tǒng)電泳方法中表現(xiàn)出的碳納米管粘合強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，并且將該方法進(jìn)行了簡化。
背景技術(shù)：
一般而言，根據(jù)從微粒中發(fā)射出的電子通過強(qiáng)電場進(jìn)行加速以撞擊熒光材料這一原理，場致發(fā)射裝置是一種基于真空中電子發(fā)射的光源，并且指的是一種發(fā)光元件。與諸如白熾燈泡這樣的傳統(tǒng)照明光源相比，上述場發(fā)射裝置具有諸如發(fā)光效率優(yōu)良并且可實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)和致密性的性能這樣的優(yōu)點(diǎn)，以及，與熒光燈不同，由于沒有使用重金屬而使得環(huán)境友好，因此作為應(yīng)用于多種照明領(lǐng)域和顯示器的下一代產(chǎn)品得到廣泛關(guān)注。
場致發(fā)射裝置的性能主要取決于發(fā)射電極發(fā)射電場的能力。近來，碳納米管(CNT)作為電子發(fā)射材料，廣泛應(yīng)用于電子發(fā)射特性優(yōu)良的發(fā)射電極。然而，碳納米管難以在大面積基片上均勻地生長，因此通常使用包含通過分離過程并將它們沉積在基片上生長的提純碳納米管的方法。用于制造碳納米管發(fā)射電極的具有代表性方法的實(shí)例包括典型的印刷方法和電泳方法。
通過傳統(tǒng)的印刷方法制造的碳納米管發(fā)射電極通過在表面平坦的基片上涂布電極層并將由碳納米管和銀粉制成的漿料印刷在電極層上來實(shí)施。接著，通過熱處理方法，除去漿料中所含的樹酯和溶劑，并利用紗帶法將碳納米管的一部分從固化層的表面露出。
然而，該方法存在以下缺點(diǎn)，如過程復(fù)雜，并且難以獲得碳納米管的均勻分散，從而場發(fā)射電極的特性變差。此外，在碳納米管與下部電極材料之間，利用已知漿料施用方法獲得足夠的物理/機(jī)械粘合方面，存在著另外一個(gè)問題。
可供選擇地，用于通過電泳制造碳納米管發(fā)射電極的方法如下將預(yù)先提純的碳納米管與分散劑(例如，陽離子分散劑)在電解液中進(jìn)行混合，然后向浸泡在電解液中的兩個(gè)電極施加電壓，從而碳納米管沉積在設(shè)置在陽極的基片上，如圖1所示。
利用電泳的方法可以實(shí)現(xiàn)碳納米管相對均勻的分散，并使整個(gè)過程簡化，但是存在的問題在于，由于碳納米管粘合強(qiáng)度差而造成耐機(jī)械沖擊能力低，因此該方法對于要求使用壽命長的裝置來說是不適合的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造場發(fā)射電極的方法，與傳統(tǒng)的方法不同，通過施用并固化包含碳納米管和導(dǎo)電聚合物的碳納米管混合物以制備包含碳納米管的導(dǎo)電聚合物層，該方法可實(shí)現(xiàn)過程簡化、并具有改良的碳納米管的粘合強(qiáng)度及改良的電子特性。
根據(jù)本發(fā)明，為實(shí)現(xiàn)以上或其它目的，提供了一種用于制造場發(fā)射電極的方法，包括以下步驟將碳納米管和導(dǎo)電聚合物分散在DI(去離子)水中，以制備具有50cps至100cps粘度的碳納米管混合物；將碳納米管混合物施于基片；以及熱處理所施用的碳納米管混合物以形成包含碳納米管的導(dǎo)電聚合物層。
優(yōu)選地，碳納米管混合物利用重量百分比為0.01％至0.05％的碳納米管、重量百分比為2％至5％的導(dǎo)電聚合物、以及余量的去離子水來制備。優(yōu)選地，本發(fā)明使用的碳納米管的長度為1μm至2μm。
優(yōu)選地，導(dǎo)電聚合物層的厚度為0.5μm至2μm，這樣可以將碳納米管暴露在固化層的表面。本發(fā)明使用的導(dǎo)電聚合物可以選自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撐二氧噻吩)、聚乙炔、聚(對-苯撐)、聚噻吩、聚(對-苯撐乙烯撐)(poly(p-phenylenevinylene))、以及聚(噻吩乙烯)(poly(thienylene vinylene))的組，但是不僅限于此。
此外，通過傳統(tǒng)的施用方法(例如，旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、絲網(wǎng)印刷、及墨水噴射印刷)，可以很容易地進(jìn)行施用碳納米管混合物的步驟。
優(yōu)選地，為了實(shí)現(xiàn)碳納米管更加均勻的分散，可另外將分散劑加入碳納米管混合物。該分散劑可以是至少一種選自諸如苯扎氯銨(benzene konium chloride)、聚乙烯亞胺、氯化鎂(MgCl2)這樣的陽離子分散劑，或諸如十二烷基硫酸鈉這樣的陰離子分散劑。
此外，為了在碳納米管混合物制備過程中更均勻地分散碳納米管，另外可以對碳納米管混合物進(jìn)行超聲波處理。
優(yōu)選地，碳納米管的熱處理可以通過在40℃至100℃溫度下干燥碳納米管混合物以蒸發(fā)其中的去離子水，并且在150℃至200℃溫度下固化所得到的干燥材料。
此外，該方法可以包括蝕刻固化的導(dǎo)電聚合物層的表面以便露出碳納米管。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于，通過將包含碳納米管和導(dǎo)電聚合物的混合物施于基片，無需進(jìn)行與電泳方法中一樣的碳納米管的單獨(dú)淀積過程。因此，通過填充在碳納米管之間的空間的導(dǎo)電聚合物，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)過程的簡化，同時(shí)能夠確保碳納米管的均勻分散以及碳納米管的粘合強(qiáng)度和電極的電子特性的改進(jìn)。


本發(fā)明的上述及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖由下述的詳細(xì)說明加以明確，在附圖中圖1是顯示用于利用傳統(tǒng)電泳方法制造場發(fā)射電極的方法中的電化學(xué)聚合過程的示意圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明用于制造場發(fā)射電極的方法的工藝流程圖；以及圖3a和圖3b分別是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例制造的場發(fā)射電極和顯示其發(fā)射狀態(tài)的掃描電鏡(SEM)。
具體實(shí)施例方式
參考附圖和特定具體實(shí)施例，將本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明用于制造場發(fā)射電極的方法的工藝流程圖。
如圖2所示，本發(fā)明用于制造場發(fā)射電極的方法通過將碳納米管和導(dǎo)電聚合物分散在去離子水中以制備具有50cps(厘泊)至100cps粘度的碳納米管混合物(S21)開始。
根據(jù)本發(fā)明的碳納米管混合物具有相對較低的粘度。這有利于保證碳納米管的均勻分散以及碳納米管與導(dǎo)電聚合物的充分混合。如果粘度超過100cps，無法保證混合物充分的流動(dòng)性，因此其無法達(dá)到均勻的分散。相反，如果粘度低于50cps，粘度太低以致無法進(jìn)行后續(xù)的施用過程。
優(yōu)選地，碳納米管混合物通過將重量百分比為0.01％至0.05％的碳納米管、重量百分比為2％至5％的導(dǎo)電聚合物、以及余量的去離子水進(jìn)行適當(dāng)?shù)鼗旌隙苽洹１景l(fā)明使用的碳納米管通過研磨利用化學(xué)汽相淀積(CVD)或電弧放電制備的多壁或單壁碳納米管以及然后利用諸如場磁通流動(dòng)分離這樣的已知方法對其進(jìn)行提純而獲得。優(yōu)選地，可以使用長度為1μm至2μm的碳納米管。
此外，本發(fā)明使用的導(dǎo)電聚合物可以選自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撐二氧噻吩)、聚乙炔、聚(對-苯撐)、聚噻吩、聚(對-苯撐乙烯撐)、以及聚(噻吩乙烯)的組，但是不僅限于此。
如果必要的話，可以進(jìn)一步將分散劑加入碳納米管混合物。作為本發(fā)明可利用的分散劑，可以使用選自苯扎氯銨、聚乙烯亞胺、氯化鎂(MgCl2)中的至少一種陽離子分散劑，或諸如十二烷基硫酸鈉這樣的陰離子分散劑。
此外，為了更均勻地分散碳納米管，可以進(jìn)行對碳納米管混合物施加超聲波。
接著，將碳納米管混合物施于基片，如步驟(S23)所示。因?yàn)楸景l(fā)明沒有使用傳統(tǒng)的電泳方法，所以基片不限于導(dǎo)電基片。如果需要的話，可以使用絕緣的基片。此外，在最后的步驟中，只有將包含碳納米管的聚合物層可以從基片上分離出來并得到利用。該施用方法可利用已知的施用方法，如旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、絲網(wǎng)印刷、和墨水噴射印刷。優(yōu)選地，使用旋轉(zhuǎn)涂布，具有施用低粘度溶液厚度均勻的優(yōu)點(diǎn)。
最后，將碳納米管混合物進(jìn)行熱處理以形成包含碳納米管的導(dǎo)電聚合物層，如步驟(S25)所示。因?yàn)樘技{米管混合物包含大量的去離子水，所以優(yōu)選的是通過干燥過程蒸發(fā)去離子水，然后進(jìn)行熱處理，以固化導(dǎo)電聚合物組分。優(yōu)選地，該步驟可以包括在40℃至100℃溫度下進(jìn)行干燥并在150℃至200℃溫度下固化所得到的干燥材料。
更進(jìn)一步地，如果需要的話，可以對固化的導(dǎo)電聚合物層的表面進(jìn)行蝕刻以使碳納米管充分地從其中露出。導(dǎo)電聚合物層可以從基片上分離出來，并用作延性發(fā)射電極。因此，根據(jù)本發(fā)明制造的發(fā)射電極具有較高的加工性能，并且可以應(yīng)用于具有多樣結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射裝置。
實(shí)施例首先，為了制備根據(jù)本發(fā)明的碳納米管混合物，稱出3克作為導(dǎo)電聚合物的聚(3，4-乙撐二氧噻吩)(Baytron P，Bayer)，以及15毫克(mg)通過化學(xué)汽相淀積(CVD)制備的多壁碳納米管。將導(dǎo)電聚合物和碳納米管在97克(g)去離子水中進(jìn)行混合，以制備所需的碳納米管混合物。為了改善基片的粘合強(qiáng)度，將4克異丙醇、1.5克乙二醇、1.2克四乙氧基硅烷、和1克乙酸(100％)加入碳納米管混合物，并且另外將30毫克作為分散劑的苯扎氯銨(BKC)加入碳納米管混合物。測量碳納米管混合物的粘度約為90cps。
在該實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)碳納米管的均勻分散，將碳納米管混合物置于超聲波下約1個(gè)小時(shí)。
因此，將得到的碳納米管混合物施于銅基片，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布過程。首先，將其在450rpm(轉(zhuǎn)/分)下旋轉(zhuǎn)5秒鐘，以便均勻地分散在基片的表面上，然后通過在1500rmp下旋轉(zhuǎn)10秒鐘將其調(diào)整到適宜的施用厚度。
然后，將施用的碳納米管混合物置于干燥箱中，并且在50℃溫度下干燥10分鐘，接著在180℃溫度下熱處理30分鐘，以固化碳納米管混合物中的導(dǎo)電聚合物組分。
結(jié)果，在銅基片上形成了包含厚度約0.28μm碳納米管的導(dǎo)電聚合物層，從而可以制造所需要的場發(fā)射電極。
圖3a是根據(jù)本實(shí)施例的場發(fā)射電極的掃描電鏡。從圖3a可以確定，碳納米管相對均勻地排列在整個(gè)表面區(qū)域。發(fā)光試驗(yàn)通過將本實(shí)施例的發(fā)射電極應(yīng)用于發(fā)光裝置來實(shí)現(xiàn)。從圖3b可以確定，本實(shí)施例的發(fā)射電極表現(xiàn)出優(yōu)良的發(fā)光特性。
從上述描述顯而易見，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種利用碳納米管和導(dǎo)電聚合物均勻分散的低粘度混合物制造發(fā)射電極的方法。因此，本發(fā)明無需采用單獨(dú)碳納米管淀積過程，因而可以使整個(gè)過程簡化，同時(shí)，通過填充在碳納米管之間的空間中的導(dǎo)電聚合物可以確保碳納米管的均勻分散、碳納米管的粘合強(qiáng)度和電極的電子特性的改進(jìn)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造場發(fā)射電極的方法，包括以下步驟將碳納米管和導(dǎo)電聚合物分散在去離子水中，以制備具有50cps至100cps粘度的碳納米管混合物；將所述碳納米管混合物施于基片；以及熱處理施用的所述碳納米管混合物，以形成包含碳納米管的導(dǎo)電聚合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，制備所述碳納米管混合物的步驟包括將重量百分比為0.01％至0.05％的碳納米管與重量百分比為2％至5％的所述導(dǎo)電聚合物在去離子水中進(jìn)行混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碳納米管的長度為1μm至2μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電聚合物層的厚度為0.5μm至2μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電聚合物選自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撐二氧噻吩)、聚乙炔、聚(對-苯撐)、聚噻吩、聚(對-苯撐乙烯撐)、以及聚(噻吩乙烯)的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施用所述碳納米管混合物的步驟通過選自包括旋轉(zhuǎn)涂布、噴涂、絲網(wǎng)印刷、和墨水噴射印刷的組的方法進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，另外將分散劑加入所述碳納米管混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散劑是至少一種選自苯扎氯銨、聚乙烯亞胺、氯化鎂(MgCl2)的陽離子分散劑，或諸如十二烷基硫酸鈉這樣的陰離子分散劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，制備所述碳納米管混合物的步驟還包括使用超生波對所述碳納米管混合物進(jìn)行處理，以更均勻地分散碳納米管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱處理所述碳納米管混合物的步驟包括在40℃至100℃的溫度下干燥所述碳納米管混合物以蒸發(fā)其中的去離子水，并且在150℃至200℃的溫度下固化所得到的干燥材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟蝕刻固化的導(dǎo)電聚合物層的表面以露出碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制造場發(fā)射電極的方法，包括以下步驟將碳納米管和導(dǎo)電聚合物分散在DI(去離子)水中，以制備具有50cps至100cps粘度的碳納米管混合物；將該碳納米管混合物施于基片；以及熱處理碳納米管混合物以形成包含碳納米管的導(dǎo)電聚合物層。
文檔編號C01B31/00GK1750211SQ20051000874
公開日2006年3月22日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者康鎣同, 李宗勉 申請人:三星電機(jī)株式會社