专利名称：场发射源组件的金属性纳米丝或纳米管的植入方法
技术领域：
本发明提出一种利用静电场辅助金属性纳米丝或纳米管的植入取向技术，可运用于场发射显示器的场发射源组件的制造。
背景技术：
目前在场发射显示器的场发射源制程中，一般认为若增加金属性纳米丝或纳米管取向的一致性，可降低场发射源的起始电压与临界电压，达到省电的要求而满足现代平面显示器的需求。
申请人于台湾公告第480537号专利案中揭示了一种增强纳米碳管场发射电流密度的方法，该方法包含网印纳米碳管浆料于具有复数个阴极导电区的阴极基板上，以形成复数个纳米碳管层像素区块；对阴极基板施以软烤处理；对阴极基板施以烧结处理；及贴附一第一表面处理胶膜于该阴极基板上并剥离之，用以去除附着性不佳的表层物质，及拉起粘结性强但平躺在表面上的纳米碳管。该方法较佳的，在该阴极基板被施以软烤处理步骤后，进一步包含贴附一第二表面处理胶膜于该阴极基板上并除去之，以进一步提高相同电场下的电流密度。
然而上述网印纳米碳管浆料经软烤烧结后，其曝露于表面的纳米碳管材料仅占其总材料用料相当小的比例，换言之，其材料有效使用率(用于发射电流)不高；而本方法所植入的取向纳米碳管均位于表面上，也就是材料有效使用率近乎100％，这可大幅降低材料成本。
目前所已知运用于传统绒毛地毯、绒毛玩具、绒毛装饰品制造所用的绒毛植入技术大致运用静电场法或机械振动法两种方法进行，而且其材质通常局限于直径为次毫米或微米级的绝缘丝或介电丝或混有金属丝的绝缘丝或介电丝。本发明透过现有已知静电植绒法的改良，针对金属性纳米丝或纳米管进行飞行植入取向并用于场发射源的应用，故此发明对场发射平面显示器产品制程的改良与创新有所助益。
发明内容
本发明改良现今静电场植绒方法只允许绝缘丝或介电丝植绒的限制，透过本发明而得以适用于金属性纳米丝或纳米管的植入取向，运用此法所植入取向形成的金属性纳米丝或纳米管场发射源阴极区块，拥有极佳的场发射特性，可运用于场发射显示器的场发射源组件，且此电场辅助金属性纳米丝或纳米管植入取向技术亦具有大面积化及高制程兼容性的优点，具有发展大面积化场发射平面显示器的潜力。
本发明所述电场辅助金属性纳米丝或纳米管取向技术包括利用以下的组件静电场、隔绝层、涂覆层、基板、金属性纳米丝或纳米管。金属性纳米丝或纳米管为欲飞行植入取向的材料；涂覆层为金属性纳米丝或纳米管取向植入的膜层；基板则提供涂覆层结构强度或兼有导电的功用；隔绝层可提供金属性纳米丝或纳米管与外界的绝缘条件以使金属性纳米丝或纳米管得以进行飞行植入与取向的动作；外加静电场驱使金属性纳米丝或纳米管于电场中进行飞行，并辅助金属性纳米丝或纳米管植入涂覆层中而实现一致的取向。
参照附图与附图的详细说明后，更能够对本发明的目的及其优点有较佳的了解。
图1为本发明的电场辅助纳米丝或纳米管植入取向方法的结构的示意图。
图2为依本发明方法的实施例1所获得的纳米碳管植入涂覆层的扫瞄式电子显微镜观察的横截面(FE-SEM)照片。
图3为依本发明方法的实施例1所获得的场发射源的I-V特性曲线图。
图4为本发明方法的实施例2所获得的镍纳米丝植入涂覆层的横截面FE-SEM图片。
图5为依本发明方法的实施例2所获得的场发射源的I-V特性曲线图。
附图标记10预置的金属性纳米丝或纳米管20基板30涂覆层40隔绝层50静电场发明详细说明本发明提供一种对金属性纳米丝或纳米管植入取向的方法，此植入取向方法可用于制造场发射显示器的场发射源组件。本发明方法包含下列步骤a)将金属性纳米丝或纳米管平铺于一水平的隔绝层上；b)将一具有涂覆层的基板，以该涂覆层面对该平铺的金属性纳米丝或纳米管的方式，实质上平行的隔空置于该基板上；c)施加一垂直方向的静电场于包含该隔绝层与该基板的一空间，使得该金属性纳米丝或纳米管飞行植入该涂覆层；其中该隔绝层包含半导性或绝缘性材料的单层构造或它们两者组合的多层构造，以提供该金属性纳米丝或管与外界的绝缘；及该涂覆层为刚性比该金属性纳米丝或纳米管小的高分子材料、高分子材料与金属性材料混合材料、金属材料或半导性材料或绝缘性材料所构成，以允许该金属性纳米丝或纳米管在该静电场的作用下飞行植入该涂覆层。
较佳的，该纳米丝或管为金属性，金属性与半导性、或金属性与绝缘性材料、或金属性与半导性和绝缘性材料混合的纳米丝或管。更佳的，该纳米丝或纳米管为纳米碳管或镍纳米丝。
较佳的，该基板包含金属性，半导性或绝缘性材料的单层构造、或上述任意两种或三种材料的多层构造。更佳的，该基板可为铜箔或氧化铝或硅基板。
较佳的，该静电场的施加方式利用金属板或形成数组的金属尖端或上述两种形式组合的两电极或多电极结构施加直流电压而产生。
较佳的，该涂覆层可为导电胶膜或软性绝缘胶。
如图1所示，本发明方法的实施结构包括外加静电场50、隔绝层40、涂覆层30、基板20和预置的纳米丝或纳米管10。预置的金属性纳米丝或纳米管10为欲植入取向的材料；基板20为与涂覆层30结合且提供结构强度或兼有导电的功用；涂覆层30为金属性纳米丝或纳米管10飞行植入的膜层；隔绝层40提供金属性纳米丝或纳米管10和静电场50之间的隔绝，提供金属性的纳米丝或纳米管10因电场作用而产生飞行；外加静电场50使得预置的金属性纳米丝或纳米管10得以飞行，若运用电场的调变可对预置的金属性纳米丝或纳米管的飞行、取向和植入方式进行操控。
以下将以实施例详述本发明的特点、本发明的功效。实施例的列举，仅作为本发明应用的特例，而非限制本发明适用的范围。
实施例1以图1所示的结构来实现本实施例。外加静电场50的产生是利用两平行电极板来实现的，其电场强度为800V/cm。隔绝层40为厚度约2mm的压克力绝缘材料。涂覆层30为厚度约20微米的软性环氧树脂绝缘胶。基板20为导电铜箔。预置的金属性纳米丝或纳米管10的材料为具金属性的多壁纳米碳管。该涂覆层30与隔绝层40之间的距离为10cm。图2为纳米碳管飞行植入软性涂覆层的FE-SEM图片，由图可知纳米碳管具有粗略地取向植入效果。图3为以本实施例1样品作为场发射源所测得的I-V特性曲线。由量测结果可知纳米碳管在外加静电场作用下飞行植入并穿透软性涂覆层，并与导电基板相接触，I-V特性显示其特性可运用于平面显示器场发射源的应用。
实施例2以图1所示的结构来实现本实施例。外加静电场50的产生是利用两平行电极板来实现的，其电场强度约为1000V/cm。隔绝层40为厚度约2mm的压克力绝缘材料。涂覆层30为厚度约数百微米的导电银胶。基板20为氧化铝。预置的金属性纳米丝或纳米管10的材料为镍纳米丝。该涂覆层30与隔绝层40之间的距离为10cm。图4为镍纳米丝飞行植入软性涂覆层的FE-SEM图片，由图中的高低差可知镍纳米丝已取向植入涂覆层。图5为本实施例样品作为场发射源所测得的I-V特性曲线。
权利要求
1.一种场发射显示器的场发射源组件的金属性纳米丝或纳米管的植入方法，包含下列步骤a)将金属性纳米丝或纳米管平铺于一水平的隔绝层上；b)将一具有涂覆层的基板，以该涂覆层面对该平铺的金属性纳米丝或纳米管的方式，实质上平行的隔空置于该基板上；c)施加一垂直方向的静电场于包含该隔绝层与该基板的一空间，使得该金属性纳米丝或纳米管飞行植入该涂覆层；其中该隔绝层包含半导性或绝缘性材料的单层构造或它们两者组合的多层构造，以提供该金属性纳米丝或管与外界的绝缘；及该涂覆层为刚性比该金属性纳米丝或纳米管小的高分子材料、高分子材料与金属性材料混合材料、金属材料或半导性材料或绝缘性材料所构成，以允许该金属性纳米丝或纳米管在该静电场的作用下飞行植入该涂覆层。
2.如权利要求1所述的方法，其中该纳米丝或管为金属性，金属性与半导性、或金属性与绝缘性材料、或金属性与半导性和绝缘性材料混合的纳米丝或管。
3.如权利要求1所述的方法，其中该基板包含金属性，半导性或绝缘性材料的单层构造、或上述任意两种或三种材料的多层构造。
4.如权利要求1所述的方法，其中该静电场的施加方式利用金属板或形成数组的金属尖端或上述两种形式组合的两电极或多电极结构施加直流电压而产生。
5.如权利要求2所述的方法，其中该纳米丝或纳米管为纳米碳管或镍纳米丝。
6.如权利要求3所述的方法，其中该基板可为铜箔或氧化铝或硅基板。
7.如权利要求1所述的方法，其中该涂覆层可为导电胶膜或软性绝缘胶。
全文摘要
本发明运用外加静电场作为驱动力，使得金属性纳米丝(nanowire)或纳米管(nanotube)飞行植入于基板上的涂覆层而产生取向，此具取向性金属纳米丝或纳米管的结构，可利用作为场发射显示器的场发射源。
文档编号H01J9/02GK1503298SQ0215332
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月25日 优先权日2002年11月25日
发明者徐文泰, 卢荣宏, 周有伟, 叶国光, 戴椿河, 张志铭 申请人:财团法人工业技术研究院