专利名称：场发射阴极、其制造方法及平板型光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射装置，尤其涉及一种场发射阴极、其制造方法及一种采用该场发射阴极的平板型光源。
背景技术：
碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima在1991年发现，请参见″Helical Microtubules of Graphitic Carbon″，SIijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管是已知最好的场发射材料之一，它具有极低场发射电压，可传输极大电流密度，且电流极稳定，因而非常适合做场发射电子器件的电子发射端。目前碳纳米管最为热门的研究是平面显示方面的应用，例如应用在字符、图形及图像的显示。除此之外，在电光源领域，碳纳米管也具备潜在的应用前景，例如开发出应用在液晶显示器的背光源或照明用的光源。目前节能型高效光源多数利用水银，从环保角度看这是极为不利的，应当以其它光源取代之。因此利用碳纳米管的场发射特性制作光源是发展的趋势之一。
目前碳纳米管平板型光源包括一阴极导电层，一形成在所述阴极导电层上的电子发射层，一阳极导电层及一形成在所述阳极导电层上的荧光层，该荧光层和所述电子发射层相对。所述电子发射层内有碳纳米管，该碳纳米管是通过移植的方法在所述阴极导电层上形成。但是，所述碳纳米管移植到所述阴极导电层后，容易脱落且各碳纳米管的取向分散，这会影响光源寿命及碳纳米管的场发射特性表现。
发明内容以下，将以实施例说明一种场发射阴极及其制造方法，所述场发射阴极可防止碳纳米管从阴极上脱落，从而延长光源的使用寿命，以及，通过实施例说明一种采用所述场发射阴极的平板型光源。
为实现上述内容，本发明实施例提供一种场发射阴极，该场发射阴极包括一阴极导电层及一形成在所述阴极导电层上的电子发射层，其中，所述电子发射层含有碳纳米管、低熔点玻璃及导电金属微粒。
所述的导电金属微粒的材料选自氧化铟锡或银。
所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
本发明实施例还提供一种场发射阴极的制造方法，主要包括以下步骤提供一阴极导电层；将碳纳米管、导电金属微粒、低熔点玻璃及有机载体混合以形成一浆料；采用涂覆方法将所述浆料涂覆在所述阴极导电层上以形成一电子发射层；对涂覆有所述电子发射层的所述阴极导电层进行烘干和焙烧。
经过对涂覆有所述电子发射层的所述阴极导电层烘干和焙烧的步骤后对所述电子发射层表面进行摩擦。
所述的浆料成份配制浓度比例分别为5～15％的碳纳米管、10～20％的导电金属微粒、5％的低熔点玻璃及60～80％的有机载体。
所述的导电金属微粒材料选自氧化铟锡或银。
所述的有机载体是乙基纤维素、松油醇及邻位苯二甲酸二丁酯的混合载体。
所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
所述的涂覆方法是丝网印刷方法。
本发明实施例还进一步提供一种平板型光源，包括一场发射阴极，其包括一阴极导电层及一形成在所述阴极导电层上的电子发射层；一阳极，其包括一阳极导电层及一形成在所述阳极导电层上的荧光层，该荧光层和所述电子发射层相对，其中，所述电子发射层含有碳纳米管、低熔点玻璃及导电金属微粒。
所述的导电金属微粒的材料选自氧化铟锡或银。
所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
相较于现有技术，本技术方案所提供的场发射阴极，采用丝网印刷方法制造电子发射层，该工艺制程简单，成本低。由于制造过程采用的浆料含有低熔点玻璃，经后期焙烧使碳纳米管和阴极导电层之间进行粘结，可防止所述碳纳米管从所述场发射阴极导电层上脱落，延长所述场发射阴极的使用寿命，再对电子发射层表面进行摩擦使碳纳米管冒头、取向一致，增强碳纳米管的场发射特性，及采用所述场发射阴极的平板型光源，其成本低，使用寿命长。
图1为本发明第一实施例提供的一种场发射阴极的截面示意图。
图2为图1中场发射阴极A部分的放大图。
图3为本发明第三实施例提供的一种采用第一实施例场发射阴极的平板型光源的截面示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请一并参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种场发射阴极214，其包括一阴极导电层207及一电子发射层206。
电子发射层206含有碳纳米管211、低熔点玻璃212及导电金属微粒213，碳纳米管211所选的长度在5～15微米范围内为佳，过短会减弱碳纳米管211的场发射特性，过长容易使碳纳米管211折断。低熔点玻璃212的熔点在400～500℃的范围内，低熔点玻璃212起到将碳纳米管211和阴极导电层207进行粘结，防止碳纳米管211从阴极导电层207上脱落，从而延长场发射阴极214的使用寿命。导电金属微粒213的材料选自氧化铟锡或银，可保证碳纳米管211和阴极导电层207电性连接。阴极导电层207选用透明导电的氧化铟锡。
本发明第二实施例提供上述第一实施例场发射阴极214的制造方法，其主要包括以下步骤提供一阴极导电层207；将碳纳米管211、导电金属微粒213、低熔点玻璃212及有机载体混合以形成一浆料；采用涂覆方法将所述浆料涂覆在阴极导电层207上以形成一电子发射层206；对涂覆有电子发射层206的阴极导电层207进行烘干和焙烧。
在本实施例中，所述浆料各成份的配制浓度比例分别为5～15％的碳纳米管211、10～20％的导电金属微粒213、5％的低熔点玻璃212及60～80％的有机载体。导电金属微粒213的材料是选自氧化铟锡或银，所述有机载体是作为主要溶剂的松油醇、作为增塑剂的少量邻位苯二甲酸二丁酯及作为稳定剂的少量乙基纤维素的混合载体。将各成份按比例混合后，可通过超声震荡的方法使各成份在浆料中均匀分散而得到均匀稳定的浆料。
碳纳米管211可通过化学气相沉积法、电弧放电法或激光蒸发法等现有方法制备，通过离心提纯得到纯度较高的碳纳米管211，然后选取碳纳米管211的长度在5～15微米范围内。
所述涂覆方法是丝网印刷方法，原料选用已调配好的所述浆料，由于所述浆料加入了少量的邻位苯二甲酸二丁酯作为增塑剂，可改善丝网印刷质量，从而获得较佳质量的电子发射层206。该方法简单，技术成熟，使制造成本降低。
对涂覆有电子发射层206的阴极导电层207进行烘干的目的是去掉电子发射层20中的有机载体，焙烧的目的是使低熔点玻璃212熔融，起到粘结碳纳米管211和阴极导电层207的作用，导电金属微粒213可保证碳纳米管211和阴极导电层207电性连接。低熔点玻璃212的熔点在400～500℃的范围内，当然，所选阴极导电层207的材料熔点比低熔点玻璃212的熔点要高。为进一步地增强场发射阴极214的场发射特性，在经过烘干和焙烧之后，对电子发射层206的表面进行摩擦，碳纳米管211被摩擦引起的静电吸引而冒头，取向一致，从而达到增强场发射阴极214的场发射特性的目的。
请参阅图3，本发明第三实施例提供一种平板型光源20，其包括一阴极基板208、一场发射阴极214、一阳极基板201、一阳极215及一边封体205。
场发射阴极214形成在阴极基板208朝向光源20内部的表面上，采用的是本发明第一实施例提供的场发射阴极214，阴极基板208选用透明的玻璃板。
阳极215形成在阳极基板201朝向光源20内部的表面上，其包括一阳极导电层202及一荧光层203，荧光层203和电子发射层206间隔相对。荧光层203选用高光电转换效率、低应用电压及长余辉的荧光层为佳，荧光层203的发光颜色可根据实际需要而定，可将光源20制作成照明用的白光光源或装饰用的彩色光源等。阳极基板201选用透明的玻璃板，阳极导电层202选用透明导电的氧化铟锡，这些都有利于光线的出射。
为进一步提高光源20发光亮度，在荧光层203朝向光源20内部的表面上设有一铝膜204。该铝膜204的厚度约为1微米，当电子(图未示)高速从电子发射层206射出，由于铝膜204很薄，电子很容易穿过，撞击荧光层203而使荧光层203发光形成亮点，此时铝膜204具有内反射作用，有利于提高亮点的亮度从而达到提高光源20发光亮度的目的。此外，铝膜204还有散热等其它作用。
边封体205密封连接阴极基板208和阳极基板201的边缘，以形成一密封的空间，边封体205朝向光源20内部的侧面上设有非蒸散型消气剂210，该消气剂210用于保持光源20在工作过程中一定的真空环境以延长光源20的使用寿命。
另外，因所述光源20内部为一定的真空环境，为确保各种尺寸的光源能承受外部大气压力并安全工作，在光源20内部设有支撑条209，支撑条209的数量视实际需要而定，支撑条209的材料选用透明、坚固的材料为佳。
相较于现有技术，本实施例所提供的场发射阴极214，采用丝网印刷方法制造电子发射层206，该工艺制程简单，成本低。由于制造过程采用的浆料含有低熔点玻璃212，经后期焙烧使碳纳米管211和阴极导电层207之间进行粘结，可防止所述碳纳米管211从阴极导电层207上脱落，延长场发射阴极214的使用寿命，再对电子发射层206表面进行摩擦使碳纳米管211冒头、取向一致，可增强碳纳米管211的场发射特性，及采用场发射阴极214的光源20，其成本低，使用寿命长。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如所述光源可制作成其他形状，如管状等等。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种场发射阴极，包括一阴极导电层及一形成在所述阴极导电层上的电子发射层；其特征在于所述电子发射层含有碳纳米管、低熔点玻璃及导电金属微粒。
2.如权利要求1所述的场发射阴极，其特征在于所述的导电金属微粒材料选自氧化铟锡或银。
3.如权利要求1所述的场发射阴极，其特征在于所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
4.一种场发射阴极的制造方法，包括以下步骤提供一阴极导电层；将碳纳米管、导电金属微粒、低熔点玻璃及有机载体混合以形成一浆料；采用涂覆方法将所述浆料涂覆在所述阴极导电层上以形成一电子发射层；对涂覆有所述电子发射层的所述阴极导电层进行烘干和焙烧。
5.如权利要求4所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于经过对涂覆有所述电子发射层的所述阴极导电层烘干和焙烧的步骤后对所述电子发射层表面进行摩擦。
6.如权利要求4所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于所述的浆料成份配制浓度比例分别为5～15％的碳纳米管、10～20％的导电金属微粒、5％的低熔点玻璃及60～80％的有机载体。
7.如权利要求4或6所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于所述的导电金属微粒材料选自氧化铟锡或银。
8.如权利要求4或6所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于所述的有机载体是乙基纤维素、松油醇及邻位苯二甲酸二丁酯的混合载体。
9.如权利要求4或6所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
10.如权利要求4所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于所述的涂覆方法是丝网印刷方法。
11.一种平板型光源，包括一场发射阴极，其包括一阴极导电层及一形成在所述阴极导电层上的电子发射层；及一阳极，其包括一阳极导电层及一形成在所述阳极导电层上的荧光层，该荧光层和所述电子发射层相对；其特征在于所述电子发射层含有碳纳米管、低熔点玻璃及导电金属微粒。
12.如权利要求11所述的平板型光源，其特征在于所述的导电金属微粒材料选自氧化铟锡或银。
13.如权利要求11所述的平板型光源，其特征在于所述的碳纳米管的长度在5～15微米范围内。
全文摘要
本发明涉及一种场发射阴极、一种采用该场发射阴极的平板型光源。该场发射阴极包括一阴极导电层及一形成在所述阴极导电层上的电子发射层，所述电子发射层含有碳纳米管、低熔点玻璃及导电金属微粒。该平板型光源包括所述场发射阴极；及一阳极，其包括一阳极导电层及一形成在所述阳极导电层上的荧光层，该荧光层和所述电子发射层相对。该平板型光源的使用寿命长及电子发射层的场发射特性强。本发明还提供一种场发射阴极的制造方法，该方法简单及成本低。
文档编号H01J63/06GK1897204SQ200510036029
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者杜秉初, 唐洁, 刘亮, 郭彩林, 陈丕瑾, 胡昭复, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司