CN101231927A - 碳基材料、电子发射源及其制备方法以及电子发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于电子发射源的碳基材料、包含该碳基材料的电子发射源、包括该电子发射源的电子发射装置和制备该电子发射源的方法。该电子发射源具有的碳基材料具有从由h2与h1之比(h2/h1)<1.3和FWHM2与FWHM1之比(FWHM2/FWHM1)>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽。包含该碳基材料的电子发射源具有长寿命和高电流密度。
Description
本申请要求于2006年11月27日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0117945号韩国专利申请的优先权,该申请的公开通过引用完全包含于此。
技术领域
本发明涉及一种用于电子发射源的碳基材料、电子发射源、电子发射装置和制备电子发射源的方法,更具体地讲,涉及一种在拉曼光谱中的预定频率范围中具有峰的特定强度比和半峰全宽(FWHM)比的用于电子发射源的碳基材料、包含该碳基材料的电子发射源、包括该电子发射源的电子发射装置和制备该电子发射源的方法。
背景技术
在电子发射装置中,当在阳极与阴极之间施加电场时,通过产生的电场使阴极中的电子发射源发射电子。电子与阳极上的磷光体材料碰撞,从而发光。
通常,电子发射装置使用热阴极或冷阴极作为电子发射源。使用冷阴极的电子发射装置的示例包括场发射装置(FED)、表面传导发射器(SCE)、金属-绝缘体-金属(MIM)装置、金属-绝缘体-半导体(MIS)装置和弹道电子表面发射(BSE)装置。
FED利用这样的原理,即,当使用逸出功低或β函数高的材料作为电子发射源时,由于电场差而在真空中容易发射电子。已经开发出了包括作为电子发射源的针尖结构或碳基材料的装置,其中,所述针尖结构主要由Mo、Si等构成,所述碳基材料例如为石墨和类金刚石碳(DLC)。近来,已经使用纳米材料例如纳米管和纳米线作为电子发射源。
通过将导电性薄膜置于布置在基体基底上以彼此面对的第一电极和第二电极之间,并在导电性薄膜中制造微裂缝来形成SCE。当将电压施加到电极且电流沿着导电性薄膜的表面流动时,从作为电子发射源的微裂缝发射电子。
MIM和MIS型装置分别具有作为电子发射源的金属-绝缘体-金属结构和金属-绝缘体-半导体结构。当将电压施加到两金属或施加到金属和半导体时,发射电子,同时电子从具有高电磁势的金属或半导体向具有低电磁势的金属移动并加速。
BSE装置利用这样的原理,即,当半导体的尺寸减小到小于电子在半导体中的平均自由程时,电子不发散地传播。在欧姆电极上形成由金属或半导体构成的电子供应层,随后在电子供应层上形成绝缘层和金属薄膜。当将电压施加到欧姆电极和金属薄膜时,发射电子。
电子发射装置的电子发射源可包含碳纳米管。制备包含碳纳米管的电子发射源的方法包括例如利用化学气相沉积(CVD)等的碳纳米管生长法、利用用于形成包含碳纳米管的电子发射源的组合物等的糊剂(paste)法。当利用糊剂法时,制造成本降低,可获得大面积的电子发射源。例如,在第6,436,221号美国专利中,公开了用于形成包含碳纳米管的电子发射源的组合物的示例。第2002-0076187号韩国专利特开公开了一种包含碳纳米管的电子发射源。
然而,传统的碳基电子发射源的寿命和电流密度不能令人满意,因此在这方面仍需要做出改进。
以上在背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明背景技术的理解,因此,上述信息会包含对本领域普通技术人员来讲没有形成在本国已经公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种用于形成改进的电子发射源的碳基材料、包含该碳基材料的电子发射源、包括该电子发射源的电子发射装置和制备该电子发射源的方法。
根据本发明的一方面,提供了一种用于电子发射源的碳基材料,该碳基材料具有从由h2与h1之比(h2/h1)<1.3和FWHM2与FWHM1之比(FWHM2/FWHM1)>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽。
根据本发明的另一方面,提供了一种包含上述碳基材料的电子发射源。
根据本发明的另一方面,提供了一种包括上述电子发射源的电子发射装置。
根据本发明的另一方面,提供了一种制备电子发射源的方法,该方法包括:制备用于形成电子发射源的组合物,所述组合物包含上述碳基材料和载体;将所述组合物涂敷到基底;对所述涂敷到基底的组合物进行热处理。
包含碳基材料的根据本发明的电子发射源具有长寿命和高电流密度。
附图说明
通过参照结合附图考虑的下面的详细描述,对本发明的更加完全的理解、本发明的许多以上和其它特征及优点将易于清楚,同时变得更好理解,附图中相同的标号表示相同或相似的组件,在附图中:
图1是根据本发明实施例的电子发射装置的透视图;
图2是图1中的电子发射装置的剖视图;
图3和图4示出了用作根据本发明实施例的碳基材料的碳纳米管的拉曼光谱;
图5是如根据本发明的示例制备的电子发射源的电流密度相对于时间的曲线图;
图6是如根据本发明的示例制备的电子发射源的电流密度相对于电场的曲线图。
具体实施方式
在下文中,将详细描述本发明的实施例。
在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料显示出在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的第二峰和在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的第一峰。
拉曼分析用于分析碳基材料例如碳纳米管的结构,且对评价碳纳米管的表面形貌尤其有用。利用预定的光源,例如通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束,来获得根据本发明实施例的碳基材料的拉曼光谱。在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束测量的根据本发明实施例的碳基材料的拉曼光谱中,在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰和在1 580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰与碳基材料是否存在结构缺陷有关。在下文中,碳基材料的拉曼光谱中在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰将被称作“第二峰”,在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰将被称作“第一峰”。
在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束测量的根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料的拉曼光谱中,当用h2表示第二峰的相对强度并用h1表示第一峰的相对强度时,h2与h1之比(h2/h1)<1.3,优选地,h2与h1之比<1.0,更加优选地,0.03≤h2与h1之比≤0.56。
峰(第二峰或第一峰)的相对强度的意思是峰的拉曼散射强度(最大点处)与背景强度(基线)之间的差。背景强度的意思是当辐射激光时由单纯反射(simple reflection)发射的光的强度,而不是通过由特定分子结构引起的激发而发射的光(光致发光)的强度。最低峰的切线可以用作背景强度。相对强度是任意单位的。测量拉曼散射强度、背景强度和拉曼光谱中的峰的相对强度的方法对本领域普通技术人员来讲是公知的。
在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料的拉曼光谱中,第二峰的半峰全宽(FWHM2)与第一峰的半峰全宽(FWHM1)之比大于1.2(FWHM2/FWHM1>1.2),优选地,FWHM2与FWHM1之比≥1.3,更加优选地,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
第二峰的半峰全宽(FWHM2)表示在与第二峰的相对强度(h2)的中值对应的范围中的拉曼位移频率。第一峰的半峰全宽(FWHM1)被赋予相同的含义。测量拉曼光谱中的FWHM的方法对于本领域普通技术人员来讲是公知的。
根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料包括这样的碳基材料,即,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的碳基材料的拉曼光谱中,第二峰的相对强度(h2)与第一峰的相对强度(h1)之比和/或第二峰的半峰全宽(FWHM2)与第一峰的半峰全宽(FWHM1)之比在上述范围内。根据本发明实施例的碳基材料可以是碳纳米管。
根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料可以是各种材料,例如碳纳米管、富勒烯、碳化硅等。可以利用各种方法制备根据本发明实施例的用于电子发射源的碳基材料。具体地讲,当碳基材料是碳纳米管时,它可以利用各种常用方法来制备,所述常用方法例如为高压一氧化碳(Hipco)法、激光烧灼(laser ablation)或者化学气相沉积(CVD),但是不限于此。当利用CVD法形成碳纳米管时,可以采用用于生长碳纳米管的催化剂。用于生长碳纳米管的催化剂可以由例如Ni、Co和Fe中的至少一种形成。更具体地讲,用于生长碳纳米管的催化剂可以是FeMoMgO催化剂,但不限于此。
根据本发明实施例的电子发射源包含各种碳基材料,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束测量的碳基材料的拉曼光谱中,h2与h1之比<1.3,优选地,h2与h1之比<1.0,更加优选地,0.03≤h2与h1之比≤0.56,和/或FWHM2与FWHM1之比>1.2,优选地,FWHM2与FWHM1之比≥1.3,更加优选地,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
因为根据本发明实施例的电子发射源包含的碳基材料具有上述限定的第一峰和第二峰的相对强度比和FWHM比,所以电子发射源具有长寿命和高电流密度。通常,在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的第一峰表明存在没有结构缺陷且结晶性良好的碳基材料,在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的第二峰表明存在具有结构缺陷且结晶性差的碳基材料。在本发明中,h2与h1之比<1.3和FWHM2与FWHM1之比>1.2意味着大量的碳基材料没有结构缺陷且结晶性良好。
例如,当根据本发明实施例的电子发射源包含作为碳基材料的碳纳米管且碳纳米管的拉曼光谱具有在上述范围内的峰值时,石墨片(graphite sheet)的结合强,存在大量的没有结构缺陷且结晶性良好的碳基材料。因此,电子发射源具有长寿命和高电流密度。
根据本发明实施例的上述电子发射源可以用在电子发射装置中。根据本发明实施例的电子发射装置包括:基底;阴极,形成在基底上;栅电极;布置成与阴极电绝缘;绝缘层,设置在阴极和栅电极之间,并使阴极与栅电极绝缘;电子发射源孔,暴露阴极的部分;电子发射源,容纳在电子发射源孔中,并电连接到阴极;磷光体层,面对电子发射源,其中,电子发射源包含碳基材料。在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的碳基材料的拉曼光谱中,h2与h1之比小于1.3(即,h2/h1<1.3),优选地,h2与h1之比<1.0,更加优选地,0.03≤h2与h1之比≤0.56,和/或FWHM2与FWHM1之比大于1.2(FWHM2/FWHM1>1.2),优选地,FWHM2与FWHM1之比≥1.3,更加优选地,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
图1示出了根据本发明实施例的电子发射装置100。图2是沿着图1中的线II-II截取的图1中的电子发射装置100的剖视图。
参照图1和图2,电子发射装置100包括后面板101、前面板102和在后面板101与前面板102之间的分隔件60。后面板101包括后基底110、阴极120、栅电极140、绝缘层130和电子发射源150。前面板102包括前基底90、磷光体层70和阳极80。
后基底110由具有预定厚度的板型材料形成。阴极120布置在后基底110上,以沿着第一方向延伸,且阴极120可由传统的导电材料形成。栅电极140设置在绝缘层130上,并可由如阴极120使用的传统导电材料形成。
绝缘层130设置在栅电极140和阴极120之间,以使阴极120与栅电极140绝缘,从而防止栅电极140与阴极120之间发生短路。绝缘层130包括电子发射源孔131。电子发射源150电连接到阴极120。
电子发射源150被布置成电连接到阴极120,并具有比栅电极140的高度低的高度。电子发射源可由具有如上所述的特定拉曼光谱的碳基材料形成。碳基材料与如上所述的碳基材料相同,因此这里不再重复对其的详细描述。
前面板102包括前基底90、形成在前基底90上的阳极80和形成在阳极80上的磷光体层70。阳极80施加使电子发射源150发射的电子加速所需的高电压,使得电子以高速与磷光体层70碰撞。分隔件60位于前面板102与后面板101之间。
虽然已经参照图1中示出的具有三极(triode)结构的电子发射装置描述了本发明,但是本发明包括具有除了上述三极结构之外的不同结构(例如二极(diode)结构)的电子发射装置。另外,本发明可以应用于栅电极布置在阴极下面的电子发射装置、具有栅/网(grid/mesh)的电子发射装置,其中,所述栅/网防止由电弧放电导致的对栅电极和/或阴极的损坏并使从电子发射源发射的电子聚集。另外,根据本发明另一实施例的电子发射装置还可包括形成在栅电极的上部上的聚集电极。聚集电极使电子发射源发射的电子向磷光体层聚集,并防止电子向左右分散。根据本发明当前实施例的电子发射装置可用作实现预定图像的显示装置或光源。
制备根据本发明实施例的电子发射源的方法包括:制备用于形成电子发射源的组合物,所述组合物包含h2与h1之比和/或FWHM2与FWHM1之比在上述范围内的碳基材料和载体(vehicle);将所述用于形成电子发射源的组合物涂敷到基底;对涂敷到基底的组合物进行热处理。
具体地讲,制备包含碳基材料和载体的用于形成电子发射源的组合物。
所述用于形成电子发射源的组合物中包含的碳基材料具有在上述范围内的h2与h1之比和/或FWHM2与FWHM1之比。所述用于形成电子发射源的组合物中包含的载体调节组合物的印刷适性(printability)和粘度。载体可包含树脂组分和溶剂组分。树脂组分可包括纤维素类树脂(例如乙基纤维素、硝化纤维素等)、丙烯酸树脂(例如聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)等)、乙烯基树脂(例如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醚等)中的至少一种,但是不限于此。以上列出的树脂组分中的一些还可以用作感光树脂。
溶剂组分可包括例如萜品醇、丁基卡必醇(BC)、丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、甲苯和texanol中的至少一种。优选地,溶剂组分包括萜品醇。
基于按重量计100份的碳基材料,树脂组分的量可以是按重量计100份至500份,优选地为按重量计200份至300份。基于按重量计100份的碳基材料,溶剂组分的量可以是按重量计500份至1,500份,优选地为按重量计800份至1,200份。当由树脂组分和溶剂组分组成的载体的量没有落在上述范围中时,组合物的印刷适性和流动性劣化。具体地讲,当载体的量在上述范围内时,用于形成电子发射源的组合物可具有良好的印刷特性和流动性,并可防止组合物的干燥时间过长。
根据本发明实施例的用于形成电子发射源的组合物还可包括粘合剂组分、感光树脂、光引发剂或填充料等。
粘合剂组分使电子发射源粘附于基底。粘合剂组分可以是例如无机粘结剂等。无机粘结剂的非限制性示例包括玻璃料、硅烷、水玻璃等。可以使用这些无机粘结剂中的至少两种的组合。例如,玻璃料可以由PbO、ZnO和B2O3组成。玻璃料可以优选地作为无机粘结剂。
基于按重量计100份的碳基材料,用于形成电子发射源的组合物中的无机粘结剂的量可以为按重量计10份至50份,优选地为按重量计15份至35份。基于按重量计100份的碳基材料,当无机粘结剂的量小于按重量计10份时,附着力不够强。基于按重量计100份的碳基材料,当无机粘结剂的量大于按重量计50份时,印刷适性劣化。
感光树脂用于对电子发射源进行图案化。感光树脂的非限制性示例包括丙烯酸单体、二苯酮(benzophenone)单体、苯乙酮单体、噻吨酮(thioxanthone)单体等。具体地讲,环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、2,4-二乙基噻吨酮(2,4-diethylthioxanthone)、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenon)、苯基苯乙酮等可用作感光树脂。基于按重量计100份的碳基材料,感光树脂的量可以为按重量计300份至1,000份,优选地为按重量计500份至800份。基于按重量计100份的碳基材料,当感光树脂的量小于按重量计300份时,曝光敏感性降低。基于按重量计100份的碳基材料,当感光树脂的量大于按重量计1,000份时,显影不是有效的。
当曝光时,光引发剂引发感光树脂的交联。光引发剂的非限制性示例包括二苯酮等。基于按重量计100份的碳基材料,光引发剂的量可以为按重量计300份至1,000份,优选地为按重量计500份至800份。基于按重量计100份的碳基材料,当光引发剂的量小于按重量计300份时,感光树脂不会有效地交联以形成良好的图案。基于按重量计100份的碳基材料,当光引发剂的量大于按重量计1,000份时,制造成本上升。
填充料改善了不是牢固地附于基底的碳基材料的导电性。填充料的非限制性示例包括Ag、Al、Pd等。
包含上述材料的根据本发明实施例的用于形成电子发射源的组合物的粘度可以为3,000cps至50,000cps,优选地为5,000cps至30,000cps。当组合物的粘度没有落在上述范围中时,在工艺过程中难以处理所述组合物。
接着,根据电子发射源将形成的图案将用于形成电子发射源的组合物涂敷到基底。根据将形成的电子发射装置的类型,其上将形成有电子发射源的基底可以改变,这对本领域技术人员是显而易见的。例如,当制造栅电极在阴极和阳极之间的电子发射装置时,基底可以是阴极。当制造栅电极在阴极下方的电子发射装置时,基底可以是使阴极与栅电极绝缘的绝缘层。
例如,可以利用光刻来执行涂敷用于形成电子发射源的组合物的步骤。更具体地讲,首先,形成单独的光致抗蚀剂层,随后,将用于形成电子发射源的组合物涂敷到基底,并根据电子发射源将形成的图案利用光致抗蚀剂层对组合物进行曝光并显影。如此,可根据电子发射源将形成的图案涂敷用于形成电子发射源的组合物。然而,涂敷工艺不限于此。
另外,可以利用例如喷涂法、激光印刷法等采用细的线宽例如10μm或更小的线宽将用于形成电子发射源的组合物直接涂敷在基底的上部上。然而,涂敷方法不限于此。这里,用于形成电子发射源的组合物可以不包含感光树脂。
对如上所述根据电子发射源形成的图案被涂敷到基底的用于形成电子发射源的组合物进行热处理。通过焙烧,组合物中的碳基材料与基底的附着力增大,载体的大部分挥发,无机粘结剂等熔化并固化,从而提高了电子发射装置的耐久性。根据用于形成电子发射源的组合物中包含的载体的挥发温度和挥发时间来确定热处理温度。热处理温度可以为400℃至500℃,优选地为450℃。当热处理温度低于400℃时,载体的挥发不充分。当热处理温度高于500℃时,制造成本升高,并且会损坏基底。
可以在存在惰性气体的情况下执行热处理工艺。惰性气体可以是例如氮气、氩气、氖气、氙气或这些气体的混合物。惰性气体的使用使碳基材料的劣化最小化。
可选地,对经热处理的结构的表面上的碳基材料进行活化处理。在实施例中,可以通过下面的步骤实施活化处理,即,在经热处理的结构的表面上涂覆可通过热处理以膜的形式固化的溶液(例如,包含聚酰亚胺聚合物的电子发射源表面处理剂),对经涂覆的结构进行热处理以获得膜,并将膜分离。在另一实施例中,可以通过利用辊以预定的压力按压经热处理的结构的表面来实施活化处理,所述辊具有粘着部分(adhesive portion)并被驱动源驱动。这样的活化处理使得碳基材料被暴露于电子发射源的表面,或者使碳基材料垂直地取向。
根据本发明另一实施例的制备电子发射源的方法包括:在基底上涂覆用于生长碳基材料的催化剂,在存在烃的情况下对涂覆有用于生长碳基材料的催化剂的基底进行热处理。根据本发明的制备电子发射源的方法不限于上述实施例。
以下,将参照下面的示例更加详细地描述本发明。下面的示例用于说明性的目的,且不意图限制本发明的范围。
示例
合成例1
将其上涂敷有用作用于生长碳纳米管的催化剂的FeMoMg粉末的基底放置在用于CVD的反应器中,将CH4、C2H2和H2气注入反应器,同时将反应器的温度保持在900℃,以合成碳纳米管。获得的碳纳米管是直径为3nm-5nm的多壁碳纳米管(MWCNT)。这些CNT被称为CNT1。
合成例2
除了将反应器的温度保持在1,000℃之外,按照与合成例1的方式相同的方式合成碳纳米管。这些CNT被称为CNT2。
合成例3
除了将反应器的温度保持在1,100℃之外,按照与合成例1的方式相同的方式合成碳纳米管。这些CNT被称为CNT3。
评价例1:碳纳米管(CNT)的拉曼光谱的分析
分析合成例1、合成例2和合成例3中分别合成的CNT1、CNT2和CNT3的拉曼光谱。利用光谱仪(Jasco,Inc.)通过辐射514.5nm的激光束并检测从CNT发射的光来测量CNT1、CNT2和CNT3的拉曼光谱。结果示出在图3(CNT1)和图4(CNT2和CNT3)中。图3和图4的曲线图中的每个的y轴表示光的相对强度(因此,没有单位)。
在表2中,总结了在图3和图4的拉曼光谱的每个中的在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的第二峰的相对强度(h2)、在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的第一峰的相对强度(h1)、h2与h1之比、第二峰的半峰全宽(FWHM2)、第一峰的半峰全宽(FWHM1)以及FWHM2/FWHM1之比。
表2
CNT序号 | h2 | h1 | h2/h1 | FWHM2 | FWHM1 | FWHM2/FWHM1 |
CNT1 | 1501 | 6601 | 0.227 | 94 | 50 | 1.88 |
CNT2 | 0.8 | 6.6 | 0.121 | 0.3 | 0.2 | 1.5 |
CNT3 | 0.2 | 2.9 | 0.069 | 0.2 | 0.15 | 1.33 |
*h2和h1表示任意单位的光的相对强度。
*FWHM2和FWHM1的单位为cm-1。
参照表2,CNT1的h2与h1之比为0.227,CNT2的h2与h1之比为0.121,CNT3的h2与h1之比为0.069。CNT1的FWHM2与FWHM1之比为1.88,CNT2的FWHM2与FWHM1之比为1.5,CNT3的FWHM2与FWHM1之比为1.33。这些结果表明CNT适合用作根据本发明的电子发射源。
示例1
将1g粉状的CNT1,0.2g玻璃料(8000L,Shinheung Ceramics Industry Co.Ltd.)、5g聚酯丙烯酸酯、5g二苯酮加入到10g萜品醇中,并搅拌,以获得粘度为30,000cps的用于形成电子发射源的组合物。根据电子发射源将形成的图案将用于形成电子发射源的组合物涂敷到其上已经形成有ITO电极的基底,并利用平行曝光系统通过图案掩模以2000mJ/cm2的曝光能量对所述组合物进行曝光。曝光工艺之后,采用丙酮对所得结构进行显影,并在存在氮气的情况下在450℃下对所得结构进行热处理,以获得电子发射源。接着,通过表面处理使CNT垂直取向。然后,将具有在其上的ITO阳极和形成在阳极上的磷光体层的基底布置为面对其上已经形成有电子发射源的基底,在这两个基底之间形成分隔件,以保持恒定的单元间隙(cell gap),从而得到电子发射装置,称为样品1。
示例2
除了使用1g粉状的CNT2代替CNT1粉来制备用于形成电子发射源的组合物之外,按照与示例1的方式相同的方式制造电子发射装置。该电子发射装置被称为样品2。
示例3
除了使用1g粉状的CNT3代替CNT1粉来制备用于形成电子发射源的组合物之外,按照与示例1的方式相同的方式制造电子发射装置。该电子发射装置被称为样品3。
评价例2:寿命和电流密度的测量
采用脉冲电源和安培计测量样品1的寿命和电流密度。图5是样品1的电流密度相对于时间的曲线图。图6是样品1的电流密度相对于电场的曲线图。通过以1/1000的占空比(duty cycle)(10μs,100Hz)操作样品1来执行寿命的测量,以观察电流密度的变化。参照图5,当初始电流密度为600μA/cm2时,电流密度的半衰期时间(half-life time)为100,000小时或者更长。
另外,参照图6,可以看出,根据本发明实施例的电子发射源具有高电压和高电流密度。
根据本发明的电子发射源包含碳基材料,该碳基材料在其拉曼光谱中的预定频率范围中具有峰的特定强度比和/或FWHM比,因此,根据本发明的电子发射源具有长寿命和高电流密度。可以利用该电子发射源来制造具有改进的可靠性的电子发射装置。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明,但是,本领域普通技术人员应该理解的是,在不脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明做出形式和细节上的各种变化。
Claims (22)
1.一种用于电子发射源的碳基材料,所述碳基材料具有从由h2与h1之比<1.3和FWHM2与FWHM1之比>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽。
2.如权利要求1所述的碳基材料,其中,h2与h1之比小于1.3。
3.如权利要求1所述的碳基材料,其中,FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
4.如权利要求1所述的碳基材料,其中,h2与h1之比小于1.3,并且FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
5.如权利要求1所述的碳基材料,其中,0.03≤h2与h1之比≤0.56。
6.如权利要求1所述的碳基材料,其中,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
7.一种电子发射源,包含:
碳基材料,具有从由h2与h1之比<1.3和FWHM2与FWHM1之比>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽。
8.如权利要求7所述的电子发射源,其中,h2与h1之比小于1.3。
9.如权利要求7所述的电子发射源,其中,FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
10.如权利要求7所述的电子发射源,其中,h2与h1之比小于1.3,并且FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
11.如权利要求8所述的电子发射源,其中,0.03≤h2与h1之比≤0.56。
12.如权利要求8所述的电子发射源,其中,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
13.一种电子发射装置,包括:
基底;
阴极,形成在基底上,阴极具有电子发射源孔;
栅电极,与阴极电绝缘;
绝缘层,置于阴极和栅电极之间,并使阴极与栅电极绝缘;
电子发射源,位于电子发射源孔中并电连接到阴极,电子发射源包含碳基材料,碳基材料具有从由h2与h1之比<1.3和FWHM2与FWHM1之比>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽;
磷光体层,面对电子发射源。
14.如权利要求13所述的电子发射装置,其中,h2与h1之比小于1.3。
15.如权利要求13所述的电子发射装置,其中,FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
16.如权利要求13所述的电子发射装置,其中,h2与h1之比小于1.3,并且FWHM2与FWHM1之比大于1.2。
17.如权利要求13所述的电子发射装置,其中,0.03≤h2与h1之比≤0.56。
18.如权利要求13所述的电子发射装置,其中,1.3≤FWHM2与FWHM1之比≤2.0。
19.如权利要求13至权利要求18中的任一项所述的电子发射装置,还包括形成在栅电极的上部上的聚集电极,以使电子发射源发射的电子向磷光体层聚集。
20.如权利要求13至权利要求18中的任一项所述的电子发射装置,用作电子发射显示装置和光源中的一种。
21.一种制备电子发射源的方法,包括:
制备用于形成电子发射源的组合物,所述组合物包括碳基材料和载体,碳基材料具有从由h2与h1之比<1.3和FWHM2与FWHM1之比>1.2组成的组中选择的至少一种特性,其中,在通过辐射波长为488±10nm、514.5±10nm、633±10nm或785±10nm的激光束获得的拉曼光谱中,h2表示第二峰的相对强度,第二峰是在1350±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,h1表示第一峰的相对强度,第一峰是在1580±20cm-1的拉曼位移范围内的峰,FWHM2表示第二峰的半峰全宽,FWHM1表示第一峰的半峰全宽;
将所述组合物涂敷到基底;
对所述涂敷到基底的组合物进行热处理。
22.如权利要求21所述的方法,其中,所述用于形成电子发射源的组合物还包含光引发剂,将所述用于形成电子发射源的组合物涂敷到基底的步骤包括:将所述组合物涂覆在基底上,曝光并显影所述组合物。
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