专利名称：场发射电极的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造场发射电极的方法，更具体地涉及一种新颖的用于制造场发射电极的方法，其中改进了传统电泳方法中表现出的碳纳米管粘合强度低的缺点，并且将该方法进行了简化。
背景技术：
一般而言，根据从微粒中发射出的电子通过强电场进行加速以撞击荧光材料这一原理，场致发射装置是一种基于真空中电子发射的光源，并且指的是一种发光元件。与诸如白炽灯泡这样的传统照明光源相比，上述场发射装置具有诸如发光效率优良并且可实现轻质和致密性的性能这样的优点，以及，与荧光灯不同，由于没有使用重金属而使得环境友好，因此作为应用于多种照明领域和显示器的下一代产品得到广泛关注。
场致发射装置的性能主要取决于发射电极发射电场的能力。近来，碳纳米管(CNT)作为电子发射材料，广泛应用于电子发射特性优良的发射电极。然而，碳纳米管难以在大面积基片上均匀地生长，因此通常使用包含通过分离过程并将它们沉积在基片上生长的提纯碳纳米管的方法。用于制造碳纳米管发射电极的具有代表性方法的实例包括典型的印刷方法和电泳方法。
通过传统的印刷方法制造的碳纳米管发射电极通过在表面平坦的基片上涂布电极层并将由碳纳米管和银粉制成的浆料印刷在电极层上来实施。接着，通过热处理方法，除去浆料中所含的树酯和溶剂，并利用纱带法将碳纳米管的一部分从固化层的表面露出。
然而，该方法存在以下缺点，如过程复杂，并且难以获得碳纳米管的均匀分散，从而场发射电极的特性变差。此外，在碳纳米管与下部电极材料之间，利用已知浆料施用方法获得足够的物理/机械粘合方面，存在着另外一个问题。
可供选择地，用于通过电泳制造碳纳米管发射电极的方法如下将预先提纯的碳纳米管与分散剂(例如，阳离子分散剂)在电解液中进行混合，然后向浸泡在电解液中的两个电极施加电压，从而碳纳米管沉积在设置在阳极的基片上，如图1所示。
利用电泳的方法可以实现碳纳米管相对均匀的分散，并使整个过程简化，但是存在的问题在于，由于碳纳米管粘合强度差而造成耐机械冲击能力低，因此该方法对于要求使用寿命长的装置来说是不适合的。
发明内容
因此，本发明针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于制造场发射电极的方法，与传统的方法不同，通过施用并固化包含碳纳米管和导电聚合物的碳纳米管混合物以制备包含碳纳米管的导电聚合物层，该方法可实现过程简化、并具有改良的碳纳米管的粘合强度及改良的电子特性。
根据本发明，为实现以上或其它目的，提供了一种用于制造场发射电极的方法，包括以下步骤将碳纳米管和导电聚合物分散在DI(去离子)水中，以制备具有50cps至100cps粘度的碳纳米管混合物；将碳纳米管混合物施于基片；以及热处理所施用的碳纳米管混合物以形成包含碳纳米管的导电聚合物层。
优选地，碳纳米管混合物利用重量百分比为0.01％至0.05％的碳纳米管、重量百分比为2％至5％的导电聚合物、以及余量的去离子水来制备。优选地，本发明使用的碳纳米管的长度为1μm至2μm。
优选地，导电聚合物层的厚度为0.5μm至2μm，这样可以将碳纳米管暴露在固化层的表面。本发明使用的导电聚合物可以选自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚乙炔、聚(对-苯撑)、聚噻吩、聚(对-苯撑乙烯撑)(poly(p-phenylenevinylene))、以及聚(噻吩乙烯)(poly(thienylene vinylene))的组，但是不仅限于此。
此外，通过传统的施用方法(例如，旋转涂布、喷涂、丝网印刷、及墨水喷射印刷)，可以很容易地进行施用碳纳米管混合物的步骤。
优选地，为了实现碳纳米管更加均匀的分散，可另外将分散剂加入碳纳米管混合物。该分散剂可以是至少一种选自诸如苯扎氯铵(benzene konium chloride)、聚乙烯亚胺、氯化镁(MgCl2)这样的阳离子分散剂，或诸如十二烷基硫酸钠这样的阴离子分散剂。
此外，为了在碳纳米管混合物制备过程中更均匀地分散碳纳米管，另外可以对碳纳米管混合物进行超声波处理。
优选地，碳纳米管的热处理可以通过在40℃至100℃温度下干燥碳纳米管混合物以蒸发其中的去离子水，并且在150℃至200℃温度下固化所得到的干燥材料。
此外，该方法可以包括蚀刻固化的导电聚合物层的表面以便露出碳纳米管。
本发明的一个特征在于，通过将包含碳纳米管和导电聚合物的混合物施于基片，无需进行与电泳方法中一样的碳纳米管的单独淀积过程。因此，通过填充在碳纳米管之间的空间的导电聚合物，本发明能够实现整个过程的简化，同时能够确保碳纳米管的均匀分散以及碳纳米管的粘合强度和电极的电子特性的改进。
本发明的上述及其它目的、特征及优点将结合附图由下述的详细说明加以明确，在附图中图1是显示用于利用传统电泳方法制造场发射电极的方法中的电化学聚合过程的示意图；图2是说明根据本发明用于制造场发射电极的方法的工艺流程图；以及图3a和图3b分别是显示根据本发明的一个具体实施例制造的场发射电极和显示其发射状态的扫描电镜(SEM)。
具体实施例方式
参考附图和特定具体实施例，将本发明进行更为详细的描述。
图2是说明根据本发明用于制造场发射电极的方法的工艺流程图。
如图2所示，本发明用于制造场发射电极的方法通过将碳纳米管和导电聚合物分散在去离子水中以制备具有50cps(厘泊)至100cps粘度的碳纳米管混合物(S21)开始。
根据本发明的碳纳米管混合物具有相对较低的粘度。这有利于保证碳纳米管的均匀分散以及碳纳米管与导电聚合物的充分混合。如果粘度超过100cps，无法保证混合物充分的流动性，因此其无法达到均匀的分散。相反，如果粘度低于50cps，粘度太低以致无法进行后续的施用过程。
优选地，碳纳米管混合物通过将重量百分比为0.01％至0.05％的碳纳米管、重量百分比为2％至5％的导电聚合物、以及余量的去离子水进行适当地混合而制备。本发明使用的碳纳米管通过研磨利用化学汽相淀积(CVD)或电弧放电制备的多壁或单壁碳纳米管以及然后利用诸如场磁通流动分离这样的已知方法对其进行提纯而获得。优选地，可以使用长度为1μm至2μm的碳纳米管。
此外，本发明使用的导电聚合物可以选自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚乙炔、聚(对-苯撑)、聚噻吩、聚(对-苯撑乙烯撑)、以及聚(噻吩乙烯)的组，但是不仅限于此。
如果必要的话，可以进一步将分散剂加入碳纳米管混合物。作为本发明可利用的分散剂，可以使用选自苯扎氯铵、聚乙烯亚胺、氯化镁(MgCl2)中的至少一种阳离子分散剂，或诸如十二烷基硫酸钠这样的阴离子分散剂。
此外，为了更均匀地分散碳纳米管，可以进行对碳纳米管混合物施加超声波。
接着，将碳纳米管混合物施于基片，如步骤(S23)所示。因为本发明没有使用传统的电泳方法，所以基片不限于导电基片。如果需要的话，可以使用绝缘的基片。此外，在最后的步骤中，只有将包含碳纳米管的聚合物层可以从基片上分离出来并得到利用。该施用方法可利用已知的施用方法，如旋转涂布、喷涂、丝网印刷、和墨水喷射印刷。优选地，使用旋转涂布，具有施用低粘度溶液厚度均匀的优点。
最后，将碳纳米管混合物进行热处理以形成包含碳纳米管的导电聚合物层，如步骤(S25)所示。因为碳纳米管混合物包含大量的去离子水，所以优选的是通过干燥过程蒸发去离子水，然后进行热处理，以固化导电聚合物组分。优选地，该步骤可以包括在40℃至100℃温度下进行干燥并在150℃至200℃温度下固化所得到的干燥材料。
更进一步地，如果需要的话，可以对固化的导电聚合物层的表面进行蚀刻以使碳纳米管充分地从其中露出。导电聚合物层可以从基片上分离出来，并用作延性发射电极。因此，根据本发明制造的发射电极具有较高的加工性能，并且可以应用于具有多样结构的场致发射装置。
实施例首先，为了制备根据本发明的碳纳米管混合物，称出3克作为导电聚合物的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(Baytron P，Bayer)，以及15毫克(mg)通过化学汽相淀积(CVD)制备的多壁碳纳米管。将导电聚合物和碳纳米管在97克(g)去离子水中进行混合，以制备所需的碳纳米管混合物。为了改善基片的粘合强度，将4克异丙醇、1.5克乙二醇、1.2克四乙氧基硅烷、和1克乙酸(100％)加入碳纳米管混合物，并且另外将30毫克作为分散剂的苯扎氯铵(BKC)加入碳纳米管混合物。测量碳纳米管混合物的粘度约为90cps。
在该实施例中，为了实现碳纳米管的均匀分散，将碳纳米管混合物置于超声波下约1个小时。
因此，将得到的碳纳米管混合物施于铜基片，然后进行旋转涂布过程。首先，将其在450rpm(转/分)下旋转5秒钟，以便均匀地分散在基片的表面上，然后通过在1500rmp下旋转10秒钟将其调整到适宜的施用厚度。
然后，将施用的碳纳米管混合物置于干燥箱中，并且在50℃温度下干燥10分钟，接着在180℃温度下热处理30分钟，以固化碳纳米管混合物中的导电聚合物组分。
结果，在铜基片上形成了包含厚度约0.28μm碳纳米管的导电聚合物层，从而可以制造所需要的场发射电极。
图3a是根据本实施例的场发射电极的扫描电镜。从图3a可以确定，碳纳米管相对均匀地排列在整个表面区域。发光试验通过将本实施例的发射电极应用于发光装置来实现。从图3b可以确定，本实施例的发射电极表现出优良的发光特性。
从上述描述显而易见，根据本发明，提供了一种利用碳纳米管和导电聚合物均匀分散的低粘度混合物制造发射电极的方法。因此，本发明无需采用单独碳纳米管淀积过程，因而可以使整个过程简化，同时，通过填充在碳纳米管之间的空间中的导电聚合物可以确保碳纳米管的均匀分散、碳纳米管的粘合强度和电极的电子特性的改进。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于制造场发射电极的方法，包括以下步骤将碳纳米管和导电聚合物分散在去离子水中，以制备具有50cps至100cps粘度的碳纳米管混合物；将所述碳纳米管混合物施于基片；以及热处理施用的所述碳纳米管混合物，以形成包含碳纳米管的导电聚合物层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，制备所述碳纳米管混合物的步骤包括将重量百分比为0.01％至0.05％的碳纳米管与重量百分比为2％至5％的所述导电聚合物在去离子水中进行混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米管的长度为1μm至2μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电聚合物层的厚度为0.5μm至2μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电聚合物选自包括聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚乙炔、聚(对-苯撑)、聚噻吩、聚(对-苯撑乙烯撑)、以及聚(噻吩乙烯)的组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，施用所述碳纳米管混合物的步骤通过选自包括旋转涂布、喷涂、丝网印刷、和墨水喷射印刷的组的方法进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，另外将分散剂加入所述碳纳米管混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分散剂是至少一种选自苯扎氯铵、聚乙烯亚胺、氯化镁(MgCl2)的阳离子分散剂，或诸如十二烷基硫酸钠这样的阴离子分散剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，制备所述碳纳米管混合物的步骤还包括使用超生波对所述碳纳米管混合物进行处理，以更均匀地分散碳纳米管。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，热处理所述碳纳米管混合物的步骤包括在40℃至100℃的温度下干燥所述碳纳米管混合物以蒸发其中的去离子水，并且在150℃至200℃的温度下固化所得到的干燥材料。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤蚀刻固化的导电聚合物层的表面以露出碳纳米管。
全文摘要
本发明提供了一种用于制造场发射电极的方法，包括以下步骤将碳纳米管和导电聚合物分散在DI(去离子)水中，以制备具有50cps至100cps粘度的碳纳米管混合物；将该碳纳米管混合物施于基片；以及热处理碳纳米管混合物以形成包含碳纳米管的导电聚合物层。
文档编号C01B31/00GK1750211SQ20051000874
公开日2006年3月22日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年9月14日
发明者康蓥同, 李宗勉 申请人:三星电机株式会社