CN101009188A

CN101009188A - 碳纳米管粉末及碳纳米管场发射显示器的制作方法

Info

Publication number: CN101009188A
Application number: CN 200610006058
Authority: CN
Inventors: 詹立雄; 江耀诚; 江良佑; 张悠扬
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明提供一种碳纳米管粉末的制作方法，包括：于真空腔体中，以真空镀法制作碳纳米管粉末并收集；施以一物理性表面处理步骤于该碳纳米管粉末；以及将该碳纳米管粉末调成浆料，并将该浆料网印于一基板上。其中该物理性表面处理步骤包括以激光、离子束、高能粒子束或电子束轰击该碳纳米管粉末。

Description

碳纳米管粉末及碳纳米管场发射显示器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种场发射显示器制造方法，特别涉及一种大面积厚膜碳纳米管场发射显示器。

背景技术

大面积厚膜场发射显示器(Field Emission Display，简称FED)，利用厚膜网印工艺及场发射显示器(FED)技术让传统的阴极射线管(CRT)得以平面化，不仅保留了CRT的影像品质，并具有省电及体积薄小的好处。此外，结合碳纳米管或具纳米结构新颖平板场发射源材料的低导通电场、高发射电流密度以及高稳定特性，制造出大尺寸、低成本的全新平面显示器，兼具低驱动电压、高发光效率、无视角问题及省电的优点。

然而，就现有大尺寸显示器而言，阴极射线管(CRT)虽具备良好的显像品质，但体积却过大。投影电视虽可改善体积问题，但显像品质不良。另一种平面等离子体显示器(plasma display panel，简称PDP)虽符合轻、薄要件，且其工艺大部分采用网印法制作，然而其耗电量却过大，不符合省能源之需求。

有鉴于此，业界亟需开发出一种自发光场发射显示器，不仅保有薄膜式场发射显示器的低驱动电压、高发光效率、高亮度及驱动系统简单的特性，同时兼具使用全厚膜网印工艺，又可轻易达到大尺寸及低成本的工艺优势。

传统碳纳米管场发射显示器利用网印的方式制作，可满足大尺寸的工艺需求。制造碳纳米管的方法包括电弧放电法(arc discharge)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition，简称CVD)及激光剥镀法(laser ablation)。利用电弧放电法所形成的碳纳米管，其微结构具较佳的物性及电性，然而产量较低且含有大量的微碳粒或碳渣掺杂于其中。相对地，利用化学气相沉积法所形成的碳纳米管，具有产量较高的优点，然其微结构的物性及电性较佳差。不论使用何种方法制作碳纳米管，微碳粒或碳渣无可避免地皆会伴随产生。因此，需要一道额外的工艺步骤，例如以热退火或化学溶液处理。

美国专利第US 6,890,230号揭露一种利用激光光源活化(activate)或使场发射源的纳米管具一致性的位向，以有效地增加其场发射特性。图1是显示现有技术利用激光光源活化(activate)场发射源的纳米管的示意图。于图1中，一场发射显示器包括一下基板10，其上具有阴极电极20。一碳纳米管厚膜30形成于阴极电极20上，作为场发射源。一上基板60对向于下基板10，其上具有阳极电极50。一电压控制器40施加偏压于阳极电极50与阴极电极20之间以控制场发射显示器的显像。现有技术利用一激光光源70透过上基板60与阳极电极50辐照碳纳米管厚膜30以活化(activate)场发射源。活化后的场发射显示器如图2所示。

然而，当激光在对场发射源的纳米管处理时，其伴随的能量，例如热能，可能损伤其它的组件结构(例如电极层50、介电层、栅极层或基板60)。此外，若先将纳米管进行图案化形成场发射源，甚至完成整个显示器组件后，再进行激光处理，于激光的寻址及对位上会产生困难，尤其是应用在高分辨率显示器面板时，上述问题因现有技术工艺繁复而导致成本上升且良率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一激光加工步骤，致使有效地分散碳管粉末凝团，进而提升场发射源的均匀性。

根据上述目的，本发明提供一种碳纳米管粉末的制作方法，包括：于真空腔体中，以真空镀法制作碳纳米管粉末并收集；施以一物理性表面处理步骤于该碳纳米管粉末；以及将该碳纳米管粉末调成浆料。

根据上述目的，本发明另提供一种场发射显示器的制作方法，包括：于真空腔体中，以真空镀法制作碳纳米管粉末并收集；施以一物理性表面处理步骤于该碳纳米管粉末；将该碳纳米管粉末调成浆料，并将该浆料网印于一第一基板上；以及提供一第二基板对向该第一基板，之间夹以一挡墙结构，并于真空中封合。

以下配合图式以及较佳实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1～2是显示习之技术利用激光光源活化(activate)场发射源的纳米管的示意图；

图3是显示碳纳米管场发射显示器的制造步骤流程图；

图4是显示本发明实施例之碳纳米管场发射显示器的剖面示意图；

图5A-5B是分别显示现有技术与本发明实施例之碳纳米管于扫描电子显微镜(SEM)下的微观结构图；

图6A-6B是分别显示现有技术与本发明实施例之碳纳米管显示器的亮点分布示意图；

图7是显示现有技术与本发明实施例之碳纳米管之拉曼光谱图；以及

图8是显示现有技术与本发明实施例之碳纳米管显示器的外加电场与场发射电流的关系图。

【主要组件符号说明】

现有部分(第1～2图)

10～下基板；

20～阴极电极；

30～活化前的碳纳米管厚膜；

30’～活化后的碳纳米管厚膜；

40～电压控制器；

50～阳极电极；

60～上基板；

70～激光光源。

本案部分(第3～8图)

301-340～场发射显示器的工艺步骤；

400～碳纳米管场发射显示器；

401～下基板；

402～上基板；

410～阴极电极；

415～碳纳米管厚膜；

420～介电层；

430～栅极电极；

450～挡墙结构；

460～阳极电极；

470～黑色矩阵数组；

475～彩色荧光粉；

G～间隔距离。

具体实施方式

本发明提供一种激光处理碳纳米管的方法，能有效地打散碳纳米管粉末凝团，更加修饰碳纳米管粉末的微结构，促进场发射的均匀性，解决了现有技术的问题。

图3是显示碳纳米管场发射显示器的制造步骤流程图。首先，步骤310形成场发射显示器的下基板结构，步骤320形成场发射显示器的上基板结构，接着，于步骤330中，真空封合上基板与下基板以完成碳纳米管场发射显示器，如步骤340。

形成场发射显示器的下基板的步骤包括步骤301，形成碳纳米管粉末，例如以电弧放电法(arc discharge)、化学气相沉积法(chemical vapordeposition，简称CVD)及激光剥镀法(laser ablation)形成。并将所形成的碳纳米管粉末收集起来。接着，于步骤302中，将收集的碳纳米管粉末置于激光机台下加工。例如可控制矩阵式扫描的激光加工机台。本发明之一较佳实施例系以30千瓦(KW)的氩氪(ArKr)激光扫描形成。本发明亦可选用其它的物理式方法处理碳纳米管粉末，例如以离子束、高能粒子束或电子束轰击碳纳米管粉末。

当所有的碳纳米管粉末皆被激光处理过后，接着于步骤303中，将碳纳米管粉末调成浆料，供后续的网印工艺。接着，于步骤304中，将碳纳米管粉末浆料网印成图案化的阴极，再于一基板上烧成(步骤305)，以形成场发射电子发射源。

形成场发射显示器的上基板的步骤包括步骤312，形成一电极于基板上。接着，于步骤314中，网印图案化的阳极于一基板上并烧成(步骤316)。

图4是显示本发明实施例之碳纳米管场发射显示器的剖面示意图。于图4中，碳纳米管场发射显示器(CNT-FET)400包括下基板401与对向的上基板402，之间夹以间隔距离G的挡墙结构450，并于真空中封合。于下基板401上具有图案化的阴极电极410。碳纳米管厚膜415设置于阴极电极410上，作为场发射源以激发电子。于图案化的阴极电极410侧部上由介电层420围绕，介电层420上有栅极电极430。

于上基板402上具有阳极电极460。红(R)、绿(G)、蓝(B)彩色荧光粉475设置于阳极电极460上，且红(R)、绿(G)、蓝(B)彩色荧光粉475之间相隔一黑色矩阵数组(black matrix，BM)470。

根据本发明之较佳实施例，经激光处理过后的碳纳米管粉末，其中的碳渣或凝团被大量地烧开了。因此，有更多的碳管裸露出来，如图5B的扫描电子显微镜(SEM)影像所示，更多的裸露碳纳米管可提供更多的场发射源，因而提升场发射的均匀度，其场发射亮度显示如图6B所示。相对地，请参阅图5A，原生的碳纳米管粉末，因其掺杂着大量的碳渣或凝团。一但碳纳米管被包复于碳渣或凝团中，便不易控制场发射电子，致使场发射点少且不均，其场发射亮度显示如图6A所示。

图7是系显示现有技术与本发明实施例之碳纳米管之拉曼光谱图。将未经处理的碳纳米管粉末与经激光处理的碳纳米管粉末分别以拉曼光谱仪分析。请参阅图7，例如以拉曼光谱分析其I_G与I_D峰值的比值(即I_G/I_D)，得知经激光处理后的碳纳米管粉末具有较高的石墨化程度，因而在场发射的电性上具有较佳的性质，例如具有较低起始电压以及较快到达电流量测饱和值，如图8所示。

根据本发明之较佳实施例，请参阅图8，经激光处理后的碳纳米管粉末可由处理前的V_turn-on＝3.2V/μm降低至2.2V/μm。并且到达10mA电流量测饱和值可由处理前的4.75V/μm降低至3.3V/μm。

应注意的是，本发明虽以碳纳米管场发射显示器为例，说明以激光处理碳纳米管的方法。然非用以限定本发明，经激光处理过的碳纳米管粉末，可应用于其它需要使用碳纳米管粉末的区域，例如电泳法镀置碳管、纳米复合材料的粉材，纳米储氢材料的粉材、纳米碳材的分散及萃取技术等。

本发明之优点在于提供利用激光处理碳纳米管粉末以制造碳纳米管场发射显示器的方法。将激光加工后的碳纳米管粉末制成浆料并网印成所欲之阴极场发射电极，其均匀度可大幅度提升，场发射性质亦较优良。进而解决现有技术网印制CNT-FED场发射均匀度不佳的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种碳纳米管粉末的制作方法，包括：

于真空腔体中，以真空镀法制作碳纳米管粉末并收集；

施以一物理性表面处理步骤于该碳纳米管粉末；以及

将该碳纳米管粉末调成浆料。

2.如权利要求1所述之碳纳米管粉末的制作方法，其中该真空镀法包括电弧放电法(arc discharge)、化学气相沉积法(CVD)或激光剥镀法(laserablation)。

3.如权利要求1所述之碳纳米管粉末的制作方法，其中该物理性表面处理步骤包括以激光、离子束、高能粒子束或电子束轰击该碳纳米管粉末。

4.如权利要求3所述之碳纳米管粉末的制作方法，其中该激光是功率30千瓦(KW)的氩氪(ArKr)激光扫描照射该碳纳米管粉末。

5.如权利要求3所述之碳纳米管粉末的制作方法，其中经过激光照射的该碳纳米管粉末具有较多裸露的碳纳米管。

6.如权利要求3所述之碳纳米管粉末的制作方法，其中经过激光照射的该碳纳米管粉末具有较多的石墨化键结。

7.如权利要求1所述之之碳纳米管粉末的制作方法，更包括将该浆料网印于一基板上。

8.一种碳纳米管场发射显示器的制作方法，包括：

于真空腔体中，以真空镀法制作碳纳米管粉末并收集；

施以一物理性表面处理步骤于该碳纳米管粉末；

将该碳纳米管粉末调成浆料，并将该浆料网印于一第一基板上；以及

提供一第二基板对向该第一基板，之间夹以一挡墙结构，并于真空中封合。

9.如权利要求8所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中该真空镀法包括电弧放电法(arc discharge)、化学气相沉积法(CVD)或激光剥镀法(laser ablation)。

10.如权利要求8所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中该物理性表面处理步骤包括以激光、离子束、高能粒子束或电子束轰击该碳纳米管粉末。

11.如权利要求10所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中该激光是功率30千瓦(KW)的氩氪(ArKr)激光扫描照射该碳纳米管粉末。

12.如权利要求10所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中经过激光照射的该碳纳米管粉末具有较多裸露的碳纳米管。

13.如权利要求10所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中经过激光照射的该碳纳米管粉末具有较多的石墨化键结。

14.如权利要求8所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中该第一基板上具有一阴极图案，且该浆料网印于该阴极图案上。

15.如权利要求8所述之碳纳米管场发射显示器的制作方法，其中该第二上具有一阳极图案及一荧光层。