制造碳纳米管场致发射装置的方法

专利名称：制造碳纳米管场致发射装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造碳纳米管(CNT)场致发射装置的方法，尤其涉及这样一种制造场致发射装置的方法，其中减少了由高温工艺带来的热冲击。
背景技术：
碳纳米管(CNT)被广泛用作场致发射显示器(FED)和液晶显示器(LCD)中所用背光的场致发射器。此类CNT具有良好的电子发射特性以及化学和机械寿命。此类CNT的的性质和应用已经获得了研究。
常规的场致发射器一般是由诸如钼(Mo)的金属制作的微型尖端。不过，此类微型尖端的寿命期限因气氛气体、非均匀电场等而缩短。此外，为了在低电压下驱动微型尖端，微型尖端的逸出功必须要降低。然而，降低逸出功是有极限的。为了解决这些问题，优选采用具有高高宽比、高耐用性和高电导率的CNT作为场致发射器。
为了从CNT发射器获得高电流密度，CNT必须要均匀分布且垂直于基板设置。特别地，CNT必须要电接触基板(或阴极)，使得所有的CNT都发射电子。
CNT发射器一般是利用化学气相淀积(CVD)从基板生长的。不过，可以利用混合CNT和树脂获得的浆料制作CNT发射器。该方法比CVD更容易且成本更低，因此比CVD更优先选用。
美国专利No.6339281公开了一种使用CNT浆料的场致发射器阵列及其制造方法。美国专利No.6440761公开了一种使用利用生长方法获得的CNT的场致发射阵列及其制造方法。
CNT一般使用CVD从基板生长。这里，在超过500℃的高温下进行CVD以提高CNT的纯度。这样一来，在CVD期间基板或基板上的结构就不可避免要受到热冲击。当在低温下进行CVD时，CNT的纯度就降低。因此，低温CVD是不可取的。此外，用于获得高纯CNT的CVD设备价格高昂，因此此类CVD具有很高的制造成本。
可以利用丝网印刷、光刻等将CNT浆料涂布在基板(或阴极)上。由于CNT浆料包括多种有机和无机溶剂，因此难以获得高纯CNT电子发射器。

发明内容
本发明提供了具有高纯度和良好电特性的CNT发射器以及利用该CNT发射器制造装置的方法。
本发明还提供了制造工艺简单且能够热保护包括基板的其他组件的CNT发射器，以及使用该CNT发射器制造装置的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造碳纳米管发射器的方法，其包括将粉末碳纳米管吸附到第一基板上；在碳纳米管上淀积金属以在碳纳米管堆叠上形成第一金属层；在第二基板上形成第二金属层；将第一基板上的第一金属层压合(pressure-bonding)到第二基板的第二金属层上；将第一基板从第二基板隔开，以拉紧通过第一和第二金属层粘结到第二基板的碳纳米管；以及进一步将第一基板从第二基板间隔开，以从第一基板分离碳纳米管。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造碳纳米管发射器的方法，其包括将粉末碳纳米管吸附到第一基板上；在第二基板上形成第二金属层；在第二金属层上以预定图案形成粘结到碳纳米管的第一金属层；将碳纳米管压到第一基板上以将碳纳米管粘结到第二基板的第一金属层上；将第一基板从第二基板隔开，以拉紧通过第一金属层粘结到第二基板的碳纳米管；以及进一步将第一基板从第二基板间隔开，以从第一基板分离碳纳米管。
根据本发明的再一个方面，提供了一种制造碳纳米管场致发射装置的方法，该发射装置包括前板，其包括其上形成有阳极的内表面；后板，其与前板隔开并包括其上形成有阴极的内表面；以及在阴极上由碳纳米管形成的电子发射器。该方法包括在后板的内表面上形成阴极；将面对阴极的粉末碳纳米管吸附到附加的模压基板上；在碳纳米管上淀积金属以在碳纳米管上形成第一金属层；将模压基板上的第一金属层压合到后板上的阴极上；将模压基板从后板间隔开以拉紧通过第一金属层和第二金属层粘合到后板上的阴极上的碳纳米管；以及进一步将模压基板从后板间隔开，以从模压基板分离碳纳米管。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造碳纳米管场致发射装置的方法，该发射装置包括前板，其包括其上形成有阳极的内表面；后板，其与前板隔开并包括其上形成有阴极的内表面；和一在阴极上由碳纳米管形成的电子发射器。该方法包括在后板的内表面上形成阴极；在阴极上形成用于粘结碳纳米管的金属粘结层；将面对阴极的粉末碳纳米管吸附到附加的模压基板上；将模压基板上的碳纳米管压合到后板的阴极上的金属粘结层上；将模压基板从后板间隔开以拉紧通过第一金属层粘合到后板上的阴极上的碳纳米管；以及进一步将模压基板从后板间隔开，以从模压基板分离碳纳米管。
将碳纳米管吸附到模压基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布模压基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到模压基板上。
在粘结过程中，将第二金属层与第二基板一起加热到预定温度，以进行热压粘结。结果，碳纳米管可以高效地粘结到第二基板上。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造碳纳米管场致发射装置的方法，该发射装置包括前板，其包括其上形成有阳极的内表面；后板，其与前板隔开并包括其上形成有阴极的内表面；以及在阴极上由碳纳米管形成的电子发射器。该方法包括在后板的内表面上形成阴极；将面对阴极的粉末碳纳米管吸附到附加的模压基板上；在分散在模压基板上的碳纳米管上淀积金属以在碳纳米管上形成第一金属层；将模压基板上的第一金属层压合到后板上的阴极上；将模压基板从后板间隔开以拉紧通过第一和第二金属层粘合到后板上的阴极上的碳纳米管；以及进一步将模压基板从后板间隔开，以从模压基板分离碳纳米管。
将碳纳米管吸附到第一基板或模压基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布第一基板或模压基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到第一基板或模压基板上。所述液体分散剂为有机溶剂，如乙醇，或者无机溶剂，例如水。


通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其他特性和优势将会更加明显，在附图中图1A到1I为示出制造根据本发明实施例的场致发射装置的方法的截面图；图2A为扫描电镜(SEM)图像，其示出了根据本发明实施例、利用有机分散剂在模压基板上涂布并干燥CNT，其中该模压基板为第一基板；图2B为示出根据本发明实施例的CNT发射器的SEM图像；图3A到3F为示出根据本发明另一实施例的制造场致发射装置的方法的截面图；图4为示出根据本发明实施例的CNT发射器图案的SEM图像；图5A到5F为示出根据本发明又一实施例的制造场致发射装置的方法的截面图；以及图6为采用根据本发明实施例的CNT场致发射装置的电子装置的示意横截面图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图详细描述制造CNT发射器的方法和采用依据本发明的实施例的CNT发射器制造场致发射装置的方法。在附图中，为了清晰起见，放大了包括CNT的场致发射装置。尤其在必要时将一个元件显示得比其他元件大。
图1A到1I为示出制造根据本发明实施例的CNT发射器的方法的截面图。
如图1A所示，将CNT粉末与分散剂混合，分散剂由有机溶剂，例如乙醇，或者无机分散剂，例如水2制成。接下来，将混合物涂布到由Si或碱石灰玻璃(sodalime glass)形成的第一基板1的表面上。
如图1B所示，通过自然或快速烘干除去分散剂2，仅将CNT保留在第一基板1上。这里，通过范德瓦尔斯力，即分子力，将CNT吸附到第一基板1上。
如图1C所示，在CNT的表面上由Ag等形成预定厚度的第一金属层3，用于连结。这里，通过调整淀积金属的量，仅在CNT的上部形成第一金属层3。
如图1D所示，准备第二基板4，然后在第二基板4的表面上由Ag、Cu或Ti形成第二金属层5。这里，第二基板4是根据该第二基板4主要应用的目的的一特定产品的元件。例如，当将第二基板4应用到场致发射装置时，第二基板4对应于后板。在该情况中，第二金属层5对应于场致发射装置的阴极。这样，可以在用于该步骤中的场致发射装置的后板上，即，本实施例的第二基板4上，制备场致发射装置所需的阴极图案。如有必要，可以在后板上形成或不形成栅极绝缘层和栅电极。在本实施例中，不论栅极绝缘层和栅电极是否形成，都可以将它们省略。
如图1E所示，将第一基板1翻转，使得CNT接触第二基板4的上表面。这里，第二基板4的第二金属层5接触第一基板1上的CNT。
如图1F所示，将第一基板1压向第二基板4，以将CNT上的第一金属层3压合到第二基板4的表面上的第二金属层5。对第一和第二金属层3和5加热以有效地实现热压合。由于压合，尤其是热压合，其上形成有第一金属层3的CNT被牢固连接到第二金属层5。这里，使用通用的加压器作为连接的加压器。
如图1G所示，将第一基板1垂直地从第二基板4隔开，以拉紧其间的CNT，从而使CNT垂直于第二基板4。
图2A为SEM图像，示出了CNT连同分散剂一起涂布在第一基板或模压基板上并随后被干燥。这里，CNT对应于图1B的CNT。
图2B是SEM图像，示出了基本从图2A的第一基板制造的CNT发射器。图2B的CNT发射器包括在硅基板上作为阴极形成的Ti金属层和利用Ag连结到Ti金属层的CNT。Ti和Ag金属层均具有1000到2000的厚度。在连结期间，施加大约60到270秒钟的约为3MPa的压力，并将温度调整到大约300℃。如图2A和2B所示，CNT垂直于第一基板。这样，可以垂直于基板制造CNT，而无需从基板生长。
已经在不考虑CNT发射器的形状的情况下描述了上述工艺。不过，一般的CNT发射器必须要具有预定的形状和尺寸，因此必须要提出一种制造此类CNT发射器的方法。
图3A到3F为示出根据本发明另一实施例的制造预定图案的CNT发射器的方法的截面图。
如图3A所示，将已经分散在有机或无机溶剂中的CNT粉末分散到第一基板1上并随后干燥。
如图3B所示，在第一基板1上吸附的大量CNT粉末上形成具有预定图案的第一金属层3。这里，第一金属层3由Ag形成，并且在第一金属层3前面设置掩模以限制淀积区域。
如图3C所示，在CNT粉末上形成完第一金属层3之后，使用前述方法将第一基板1压向第二基板4，如图3D所示。在第二基板4的上表面上形成第二金属层5，即阴极，并将具有预定图案的第一金属层3粘结到阴极。
如图3E所示，将第一基板1垂直地从第二基板4间隔开，以拉紧其间的CNT，使得CNT垂直于第二基板4。被拉紧的CNT，即垂直于第一基板1的CNT是其上已经形成了第一金属层3的CNT，而剩余的CNT仍然留在第一基板1的内表面上。
如图3F所示，将第一基板1进一步从第二基板4隔开，以利用分子力将CNT从第一基板1隔开。
图4为示出根据本发明实施例的形成在第二基板上的CNT发射器图案的SEM图像。在一种制造根据本发明的CNT发射器的方法中，该CNT发射器可以垂直设置而无需生长，特别地，可以由第一金属层的图案将CNT转移到具有所需图案的第二基板上。
图5A到5F为示出根据本发明另一实施例的制造具有预定图案的CNT发射器的方法的截面图。
如图5B所示，在第二基板2的表面上形成第二金属层5，即阴极。接着，在第二金属层5上形成具有预定图案的金属粘结层，即第一金属层3′。第一金属层3′由用于施压粘结CNT的材料，例如Ag形成。
如图5C所示，当其上形成有CNT的第一基板1的表面面对其上形成有第一和第二金属层3′和5的第二基板4的表面时，使用前述方法将第一基板1和第二基板4压到一起，如图5D所示。吸附到第一基板1的表面上的CNT被连结到形成在第二基板4上的第一金属层3′上。这里，CNT没有连结到未形成第一金属层3′的区域上。
如图5E所示，将第一基板1垂直地从第二基板4间隔开，以拉紧其间的CNT，使得CNT垂直于第二基板4。这里，被拉紧的CNT，即垂直于第一基板1的CNT是连结到第一金属层3′的CNT，而剩余的CNT仍然留在第一基板1的内表面上。
如图5F所示，将第一基板1进一步从第二基板4隔开，以利用分子力将CNT从第一基板1分离。
图6为根据本发明实施例的CNT场致发射装置的示意横截面图。参考图6，后板4(上述工艺中的第二基板4)从面板10隔开。在后板4和前板10之间形成真空空间13，电子在该真空空间中运动。
在前板10面对后板4的表面上形成阳极11，并在阳极11上形成荧光层12。在后板4面对前板10的表面上形成阴极5(上述工艺中的第二金属层5)。在阴极5上形成具有通孔6a的栅极绝缘层6，使栅极绝缘层6与阳极11相对。在栅极绝缘层6上形成栅电极7，其具有与通孔6a对应的栅极孔7a。
垂直排列的CNT提供在通孔6a的底部。CNT粘结到金属粘结层3(3＇)(上述工艺中的第一金属层3或3′)上，该金属粘结层粘结到阳极5的表面。
除了在后板4上形成阳极和CNT的工艺以外，根据常规工艺制造具有上述结构的CNT场致发射装置。。换言之，利用上述方法在后板4上方形成CNT发射器，然后形成栅极绝缘层、栅电极等等。如有必要，可以在后板4上形成阳极5和栅极绝缘层6，然后可以形成CNT发射器。
可以将本发明应用于制作诸如LCD的无源发光显示器的背光装置。根据本发明制造的背光装置具有与通用背光装置一样的结构。不过，用于激励荧光物质的电子发射器是根据如上所述的制造CNT发射器的方法制造的。
如上所述，在根据本发明的制造CNT场致发射装置的方法中，可以垂直于基板制造CNT发射器，无需使用高温CVD。此外，由于除了有机溶剂之外，没有使用有机或无机粘结剂，因此CNT发射器可以是高纯的。这样，CNT发射器能够在大面积中具有预定图案，而不会受到基板尺寸的限制，在使用CVD时这是受到限制的。此外，由于没有采用CVD，因此不需要价格高昂的设备。结果，可以以较低的成本制造CNT发射器。在使用CVD制造CNT发射器时，需要诸如激活工艺的后续工艺。不过，在本发明中，不需要此类后续工艺。此外，可以在低温下制造CNT发射器。这样，就可以减少由高温工艺对基板和其他组件造成的热冲击。
特别地，在本发明的CNT发射器中，可以利用具有高电导率的粘结材料将CNT粘结到阴极上。这样，CNT发射器能够具有良好的电特性并从大部分的CNT发射电子。结果就能够产生均匀的电流。
根据本发明的制造CNT发射器的方法可以应用到各种领域。例如，可以将本发明的方法应用于FED、平板灯、电子发射器等。可以独立执行本发明的方法，或者该方法可以包括在各领域所用的工艺中。
权利要求
1.一种制造碳纳米管发射器的方法，其包括将粉末碳纳米管吸附到第一基板上；在所述碳纳米管上淀积金属以在碳纳米管堆叠上形成第一金属层；在第二基板上形成第二金属层；将所述第一基板上的第一金属层压合到所述第二基板的第二金属层上；将所述第一基板从所述第二基板隔开，以拉紧通过所述第一和第二金属层粘结到第二基板的碳纳米管；以及以及进一步将所述第一基板从所述第二基板间隔开，以从第一基板分离所述碳纳米管。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述碳纳米管吸附到所述第一基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布所述第一基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到所述第一基板上。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述液体分散剂为有机或无机溶剂之一。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述有机溶剂为乙醇。
5.如权利要求1到4的任一项所述的方法，其中在粘结所述第一和第二金属层时，将所述第一和第二金属层加热到预定温度。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一金属层通过采用使用掩模的淀积方法形成预定图案。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层通过采用使用掩模的淀积方法形成预定图案。
8.一种制造碳纳米管发射器的方法，其包括将粉末碳纳米管吸附到第一基板上；在第二基板上形成第二金属层；在所述第二金属层上形成预定图案的第一金属层，该第一金属层粘结到所述碳纳米管；将所述碳纳米管压到所述第一基板上，以将所述碳纳米管粘结到所述第一金属层上；将所述第一基板从所述第二基板隔开，以拉紧通过所述第一金属层粘结到第二基板的碳纳米管；以及进一步将所述第一基板从所述第二基板间隔开，以从所述第一基板分离所述碳纳米管。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述碳纳米管吸附到所述第一基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布所述第一基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到所述第一基板上。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述液体分散剂为有机或无机溶剂之一。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述有机溶剂为乙醇。
12.如权利要求8到11的任一项所述的方法，其中在粘结所述第一和第二金属层时，将所述第一和第二金属层加热到预定温度。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述第一金属层在所述第二金属层上形成预定图案。
14.一种制造碳纳米管场致发射装置的方法，该碳纳米管场致发射装置包括前板，其包括其上形成有阳极的内表面；后板，其与前板隔开并包括其上形成有阴极的内表面；以及在阴极上由碳纳米管形成的电子发射器，所述方法包括在所述后板的内表面上形成所述阴极；将面对所述阴极的粉末碳纳米管吸附到附加的模压基板上；在所述碳纳米管上淀积金属以在碳纳米管上形成第一金属层；将所述模压基板上的第一金属层压合到所述后板上的阴极上；将所述模压基板从所述后板隔开以拉紧通过所述第一金属层和第二金属层粘合到后板上的阴极上的碳纳米管；以及进一步将所述模压基板从后板隔开，以从所述模压基板分离所述碳纳米管。
15.如权利要求14所述的方法，其中将所述碳纳米管吸附到所述模压基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布所述模压基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到所述模压基板上。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述液体分散剂为有机或无机溶剂之一。
17.如权利要求6所述的方法，其中所述有机溶剂为乙醇。
18.如权利要求14到17的任一项所述的方法，其中在粘结过程中，将所述第一和第二金属层加热到预定温度。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述第一金属层通过采用使用掩模的淀积方法形成预定图案。
20.一种制造碳纳米管场致发射装置的方法，该碳纳米管场致发射装置包括前板，其包括其上形成有阳极的内表面；后板，其与前板隔开并包括其上形成有阴极的内表面；以及在阴极上由碳纳米管形成的电子发射器，所述方法包括在所述后板的内表面上形成所述阴极；在所述阴极上形成用于粘结所述碳纳米管的金属粘结层；将面对所述阴极的粉末碳纳米管吸附到附加的模压基板上；将模压基板上的碳纳米管压合到所述后板的阴极上的金属粘结层上；将所述模压基板从所述后板间隔开以拉紧通过第一金属层粘合到后板上的阴极上的碳纳米管；以及进一步将所述模压基板从后板隔开，以从所述模压基板分离所述碳纳米管。
21.如权利要求20所述的方法，其中将所述碳纳米管吸附到所述模压基板上包括将粉末碳纳米管与液体分散剂混合；利用分散的碳纳米管涂布所述模压基板；以及除去液体分散剂，以将碳纳米管吸附到所述模压基板上。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述液体分散剂为有机或无机溶剂之一。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述有机溶剂为乙醇。
24.如权利要求20到23的任一项所述的方法，其中在将所述碳纳米管压合到所述金属粘结层的过程中，将所述金属粘结层加热到预定温度。
全文摘要
本发明提供了一种碳纳米管发射器以及利用该碳纳米管发射器制造碳纳米管场致发射装置的方法。将粉末碳纳米管吸附到第一基板上。将金属淀积在碳纳米管上。将所得结构压合到阴极的表面。将第一基板从第二基板隔开，以拉紧碳纳米管，使得碳纳米管垂直于第一基板。
文档编号H01J63/02GK1694208SQ20051006747
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年5月6日
发明者郑太远, 许廷娜, 李晶姬 申请人:三星Sdi株式会社