CN100446158C

CN100446158C - 一种实现碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法

Info

Publication number: CN100446158C
Application number: CNB2005101116241A
Authority: CN
Inventors: 冯涛; 戴丽娟; 蒋军; 王曦; 张正选
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: CN1790589A

Abstract

本发明提供一种简单而有效的方法来实现印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化场致发射显示，其特征在于首先将直接印刷整片的碳纳米管薄膜，通过热处理工艺去除印刷过程中的有机添加物得到整片的碳纳米管薄膜阴极，然后通过机械的表面图形转移法使需要显示的图形转移到碳纳米管薄膜阴极表面，从而实现印刷法制备的碳纳米管阴极图形化场致发射显示；本发明提供的方法不需图形化的印刷模版，也不需要复杂的后处理工艺，大大减少了工艺步骤和工艺成本，通过一次机械的表面图形转移就可以实现印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化显示。

Description

一种实现碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法

技术领域

本发明涉及一种实现印刷法制备的碳纳米管(CNT)薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，确切地说本发明是通过机械的表面图形转移技术使印刷法制备的CNT薄膜阴极实现图形化显示。属于场致发射显示领域。

背景技术

近年来，场发射显示成为一个非常活跃的领域。国际上一致认为，场发射显示器(FED)在平板显示器市场具有广阔的前景和未来。与液晶显示器相比，场发射显示器的各种性能全面领先，具有高亮度、更为良好的视角效果、低功耗、大大缩小的尺寸、制作工艺的简单化等优点，因此被誉为二十一世纪的显示技术(K.Derbyshire，Solid State Technol.38，71(1995)；J.Roberston，Thin Solid Films 296，62(1997))。其中冷阴极材料为场发射显示器的核心部件。目前，国际上场发射领域研究最热门的冷阴极材料为CNT(D.Normile，“Nanotubes Generate Full-Color Displays”，Science，286，2056，(1998)；W.B.Choi，N.S.Lee，W.K.Yi，Y.W.Jin，Y.S.Choi，L.T.Han，D.S.Chung，H.Y.Kim，J.H.Kang，J.H.You，and J.M.Kim，SID 00 Digest，324，(2000))。CNT通常直径为几个纳米到几十纳米，长度为几个微米，如此形状使CNT可能在一定的电场强度下产生一个足够大的场增强因子，从而获得良好的电子发射性能。同时，CNT具有很高的强度、良好的导热性及化学稳定性，因而是一种非常理想的场发射冷阴极材料。印刷法由于其高效率、低成本、能大面积够制备等优点而被许多大公司，如ISES(S.Uemura，SID00 Digest，320-323(2000))、Samsung(W.B.Choi，SID 00 Digest，324-327(2000))，和ERSO/ITRI(F.Y.Chuang，SID 00 Digest，329-331(2000))等采用来制备场发射显示器的阴极。

通常要实现CNT薄膜阴极的图形化显示，首先必须实现CNT薄膜阴极的图形化。就印刷法而言，必须制备图形化的印刷模版印刷图形化的CNT薄膜。由于受印刷法制备CNT薄膜阴极发射性能较差的缺点限制，还必须采用各种后处理工艺如离子表面轰击(Kim DH，Kim CD，and Lee HR，Carbon 42，1807(2004))，激光表面处理(W.J.Zhao，A.Sawada，andM.Takai，Jpn.J.Appl.Phys，41，4314(2002)；H.F.Cheng，Y.S.Hsieh，Y.C.Chen，andI.N.Lin，Diamond Relat.Meter.13，1004(2004))等复杂工艺改善图形化的CNT薄膜的表面特性，从而才能获得比较好的图形化显示效果。依此本发明人设想是否可以不需制备图形化的印刷模版，也不需复杂的后处理工艺，通过一次机械的表面图形转移就可以实现印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化显示。于是构成本发明的构思。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单而有效的方法来实现印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化场致发射显示。

本发明提供的方法针对印刷法制备的CNT薄膜阴极。首先，不需图形化的印刷模版，将直接印刷整片的CNT薄膜，通过常规热处理工艺去除印刷过程中的有机添加物，得到整片的CNT薄膜阴极；然后通过机械的表面图形转移法使需要显示的图形转移到CNT薄膜阴极表面就可以实现印刷法制备的CNT薄膜阴极图形化场致发射显示了。

本发明中提到的制备CNT薄膜阴极的印刷法是指：首先，用各种不同方法制备CNT粉末，然后配以一些有机物调成CNT浆料，再印刷到衬底材料上得到CNT薄膜阴极。制备CNT粉末的方法包括直流电弧放电、各种频段的辉光放电的CVD法、激光闪蒸法(LaserAblation)、热丝CVD法、蒸发法、催化热解法等；衬底材料包括导电玻璃、金属、合金、半导体等材料。通常采用印刷法都会在印刷前的CNT中加入了对场发射性能有害的有机胶之类物质，所以印刷后都要采用常规热处理工艺去除这类添加物。印刷法制备的CNT薄膜采用的常规热处理工艺温度为300-400℃，在大气中进行，处理时间为10-30分钟，目的是去除有机添加物。采用上述工艺制备的CNT薄膜阴极采用本发明提供的机械图形转移法，实现表面图形转移后就能实现图形化场致发射显示。机械图形转移法是指将具有需要显示图形的物体的表面与上述印刷法制备的通过上述热处理工艺处理的CNT薄膜表面进行机械接触，并施以一定的压力后将需要显示的图形清晰转移到CNT薄膜表面的方法，如采用图章压印转移图形。图形转移的过程使印刷法制备的CNT薄膜阴极产生了三个变化。首先，薄膜表面与图形接触的区域受到了挤压，挤压过程使CNT薄膜的结构变得更致密从而使CNT薄膜内部的导电性能增强；其次，挤压过程中产生的压力使CNT薄膜与衬底之间的接触点增多从而使CNT薄膜与衬底的导电性能得到改善；最后，在实现图形转移后会带走接触区域表面的一层CNT颗粒，借助这个过程产生的力会使新的表面有更多的CNT能够直立起来，提高了场增强因子。这三个变化只发生在受挤压的区域，从而使受挤压区域的CNT的场致电子发射能力远远优于未受挤压的区域。在一定的电场下，受挤压区域的CNT就优先发射电子，未受挤压区域不发射电子，在宏观上就实现了CNT薄膜阴极的图形化场致发射显示。

本发明通过这种简单的机械图形转移方法实现了印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化场致发射显示。该方法不需图形化的印刷模版，也不需要复杂的后处理工艺就能实现印刷法制备的CNT薄膜阴极的图形化显示。

附图说明

图1是对本发明中印刷法制备的CNT薄膜阴极的场致电子发射性能测试装置示意图。其中：1-透明玻璃片；2-氧化铟锡电极；3-低压荧光粉；4-绝缘隔离柱；5-CNT薄膜；6-衬底材料。

图2(a)为采用图章进行图形表面转移后的图形化场致发射显示荧光屏发光照片。(b)为采用图章进行图形表面转移后的CNT薄膜照片。

图3采用手指进行指纹图形表面转移后的指纹场致发射显示荧光屏发光照片，

具体实施方式

实施例1

对采用了本发明提供的机械图形转移法的印刷法制备的CNT薄膜阴极进行场致发射显示测试。衬底材料为印刷了导电银浆层的玻璃，CNT薄膜厚度约为10μm，有效面积为30mm×40mm。本实施例中采用图章进行表面图形转移。刻有汉字的图章与印刷法制备的CNT薄膜阴极表面接触，并施以一定的压力后使汉字的图形清晰转移到CNT薄膜阴极表面。图2(a)为场致发射显示测试的荧光粉发光照片，清晰的显示了汉字图形。图2(b)为汉字图形转移后的CNT薄膜照片。

实施例2

对采用了本发明提供的机械图形转移法的印刷法制备的CNT薄膜阴极进行场致发射显示测试。衬底材料为生长了一层金属Ti的玻璃，金属Ti的生长采用电子束蒸发方法，厚度为500nm，CNT薄膜厚度约为10μm，有效面积为30mm×40mm。本实施例中采用手指进行表面图形转移。手指与印刷法制备的CNT薄膜阴极表面接触，并施以一定的压力后使手指的指纹图形清晰转移到CNT薄膜阴极表面。图3为转移的指纹图形的CNT薄膜阴极的场致发射显示测试的荧光粉发光照片，清晰的显示了手指的指纹图形。

实施例3

对采用了本发明提供的机械图形转移法的印刷法制备的CNT薄膜阴极进行场致发射显示测试。衬底材料为金属镍片(Ni)，CNT薄膜厚度约为10μm，有效面积为30mm×40mm。本实施例中采用具有图形的塑料表面与印刷法制备的CNT薄膜阴极表面接触，并施以一定的压力后使图形清晰转移到CNT薄膜阴极表面。效果同实施例1，能清楚显示转移图形。

Claims

1.一种实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于首先将直接印刷整片的碳纳米管薄膜，通过热处理工艺去除印刷过程中的有机添加物，得到整片的碳纳米管薄膜阴极，然后通过机械的表面图形转移法使需要显示的图形转移到碳纳米管薄膜阴极表面，从而实现印刷法制备的碳纳米管阴极图形化场致发射显示；

所述的机械的表面图形转移法是将具有需要显示图形的物体的表面与印刷法制备的通过热处理工艺处理的碳纳米管薄膜表面进行机械接触并施以压力后将需要显示的图形清晰转移到碳纳米管薄膜的表面。

2.按权利要求1所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于所述的热处理工艺的温度300-400℃，在大气中进行，处理时间10-30分钟。

3.按权利要求1所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于所述的机械的表面图形转移法为图章压印法或手指图形转移。

4.按权利要求1所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于制备碳纳米管薄膜阴极的印刷法工艺是先制备碳纳米管粉末，然后用有机物调成碳纳米管浆料，再印刷到衬底材料上，以制得碳纳米管薄膜阴极；所述碳纳米管粉末的制备方法为直流电弧放电、辉光放电的化学气相沉积法、激光闪蒸法、热丝化学气相沉积法、催化热解法和电子束蒸发法中的任意一种。

5.按权利要求4所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于衬底材料为导电玻璃、金属、合金和半导体材料中的一种。

6.按权利要求5所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于所述的导电玻璃为印刷了导电银浆层的玻璃或生长了一层金属Ti的玻璃，所述的衬底金属为金属Ni。

7.按权利要求6所述的实现印刷法制备的碳纳米管薄膜阴极图形化场致发射显示的方法，其特征在于所述的Ti的生长是采用电子束蒸发方法。