CN101792924B

CN101792924B - 一种电泳液及其用于制作碳纳米管场致发射阵列的方法

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Publication number: CN101792924B
Application number: CN2010101221516A
Authority: CN
Inventors: 赵莉
Original assignee: Irico Group Corp
Current assignee: Irico Group Corp
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: CN101792924A

Abstract

本发明涉及电泳液及其用于制作碳纳米管场致发射阵列的方法，其特征在于：该电泳液由下述重量百分比原料配制而成：溶剂98％～99％；无机盐0.20％～0.80％；乙基纤维素0.10％～0.50％；十二硫醇0.10～0.30％；碳纳米管0.03％～0.10％。制备碳纳米管场致发射阵列的方法包括如下步骤：阴极电极层涂覆在玻璃基板上，曝光显影得到条状阴极图形，阴极电极层涂覆绝缘介质层，绝缘介质层上涂覆栅极电极层，用光敏银浆制作成条状电极，与阴极电极层交叉，做掩膜，对绝缘介质层进行刻蚀，最后对栅极电极层进行烧结。在栅极电极层上制备绝缘胶膜，然后将下基板结构放于电泳液中，加直流电压，进行电泳后对碳纳米管烧结，露出栅极电极表面。本发明提高了发射材料的填充精度，避免了阴极电极和栅极电极之间的短路现象。

Description

一种电泳液及其用于制作碳纳米管场致发射阵列的方法

技术领域

本发明属于场致发射显示器制造的技术领域，具体涉及一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的电泳液及其利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法。

背景技术

碳纳米管是一种特殊的冷阴极材料，具有高的纵横比，小的尖端曲率半径，能够在外加电压的作用下发射大量的电子，目前已经引起了人们的重视。

传统的碳纳米管是由电子放电方法或激光沉积方法合成，并放进一个干净的溶液且用超声洗涤器摇动加以精制而成。该精制的碳纳米管移植进一个多孔的陶制滤波器孔中以便将该精制的碳纳米管应用到一个场致发射装置上。

使用传统碳纳米管作为一个发射器顶端的场致发射显示器装置在稳定性方面要优于使用硅发射器顶端的场致发射显示器装置，但是使用传统碳纳米管的场致发射显示器装置却在将碳纳米管放置在导电体方面存在着困难，并且其制造方法也很复杂。因此，使用传统碳纳米管的场致发射显示器装置具有较低的产量，且不能制造成具有很大的面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备碳纳米管场致发射阵列用电泳液，及一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法，其中包括碳纳米管场致发射显示器结构设计制作的工艺流程、制备碳纳米管场致发射阵列用电泳液组成材料的选择及其制备方法，该器件中整体结构的设计、碳纳米管的种植和栅极电极表面处理的方法，实现了先制作显示屏整体结构后填充发射材料的高精度对位，同时对栅极电极表面进行了有效的处理，也提高了发射材料的填充精度以及避免了阴极电极和栅极电极之间的短路现象。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种制备碳纳米管场致发射阵列用电泳液，其特征在于：该电泳液是由下述重量百分比的原料配制而成：

溶剂98％～99％；无机盐0.20％～0.80％；乙基纤维素0.10％～0.50％；十二硫醇0.10～0.60％；碳纳米管0.03％～0.10％。

上述材料中，所述溶剂为异丙醇isopropyl alcohol-IPA、丙酮或乙醇中的一种或两种以上溶剂以任意比例的混合剂，其质量要求为分析纯级。

所述无机盐为Mg(NO₃)₂·6H₂O、氯化镁、氯化铝或硝酸铝中的任一种。

本发明的利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的制作方法顺序是：

1)、在阴极基板的玻璃衬底上印刷整面导电银浆作为阴极电极层，并于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到阴极电极层图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

2)、阴极电极层于570℃，大气压下，烧结20min；

3)、在阴极电极层上印刷绝缘介质层，于130℃，大气压下，烘干10～15min；

4)、绝缘介质层于600℃，大气压下，烧结20min；

5)、在绝缘介质层上套准印刷整面导电银浆作为栅极电极层，于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到栅极电极层的图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

6)、利用栅极电极层的图形做掩膜对绝缘介质层进行湿法刻蚀，以得到孔洞结构；刻蚀药液采用0.3％稀硝酸溶液，溶液温度为40℃，刻蚀时间为100s～130s；

7)、栅极电极层于540℃，大气压下，烧结60min；

8)、在栅极电极层上整面印刷绝缘胶膜，于100℃，大气压下，烘干10～15min；

9)、利用栅极电极的菲林图形做掩膜，利用光刻法得到绝缘胶膜，该绝缘胶膜与栅极电极层图形一致，且包覆了栅极电极层，曝光、显影；曝光能量为300mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

10)、ITO玻璃片先经去离子水冲洗，去除灰尘和其它大颗粒，然后依次没入CCl₄、丙酮和酒精，分别超声清洗10min，将前述溶剂吹干待用；

11)、制备电泳液；

12)、将通过步骤1)～9)所制得的下基板器件和步骤10)所述的ITO玻璃片对接，中间以普通玻璃垫片隔开，相距为5cm；然后将下基板器件和ITO玻璃片一起倒扣于步骤11)所述的电泳液中；

13)、在阴极电极层上加负电压，在ITO玻璃片上加正电压，然后再外接直流电压，在阴阳极之间建立电场，并不断搅拌电泳液；此时，碳纳米管层附着在阴极电极层上；

14)、碳纳米管层于350℃，大气压下，烧结15min，表面超声处理；即得碳纳米管场致发射阵列。

本发明中所述的绝缘胶膜系丙烯酸树脂配合负性光刻胶混合研磨构成的，属于碱溶性体系，其中，按照重量百分比丙烯酸树脂∶负性光刻胶＝4∶1，其黏度控制在10000至30000cps之间。

本发明中所述的电泳液，其配制过程如下：

在98％～99％溶剂中依次加入纯度为98％的0.20％～0.80％无机盐、0.10％～0.50％乙基纤维素、0.10～0.60％的十二硫醇、0.03％～0.10％的碳纳米管，然后在40℃下进行超声混合均匀，即成所需电泳液。

本发明的一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法，避免了向阴极孔中填充碳纳米管的困难，提出了一种正栅结构的碳纳米管场致发射显示器的制作方法，且后面采取电泳法制备发射材料，提高了发射材料的对位精度，另外栅极电极层由绝缘胶膜覆盖，不影响电泳沉积发射材料的过程，有效避免了阴极电极和栅极电极之间的短路现象。

附图说明

附图1为制作完成的碳纳米管场致发射显示器结构剖面示意图。

附图2～6为依据本发明的实施例制作完成的一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法的剖面示意图。

图中：1、阴极基板；2、阴极电极层；3、绝缘介质层；4、栅极电极层；5、碳纳米管层；6、绝缘胶膜；7、ITO玻璃板；8、普通玻璃垫片；9、电泳液。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对依据本发明提出的一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法进行详细说明。

实施例1 一种利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法

图2～图6是本发明的利用电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的实施方式的示意图。

如图所示，阴极基板1经过丙酮超声清洗后，进行如下步骤的制作过程：

1)、在阴极基板1的玻璃衬底上印刷整面导电银浆作为阴极电极层2，并于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到阴极电极层图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

2)、阴极电极层2于570℃，大气压下，烧结20min；

3)、在阴极电极层2上印刷绝缘介质层3，于130℃，大气压下，烘干10～15min；

4)、绝缘介质层3于600℃，大气压下，烧结20min；

5)、在绝缘介质层3上套准印刷整面导电银浆作为栅极电极层4，于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到栅极电极层4的图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；(见图2所示)；

6)、利用栅极电极层4的图形做掩膜对绝缘介质层3进行湿法刻蚀，以得到孔洞结构(见图3所示)；刻蚀药液采用0.3％稀硝酸溶液，溶液温度为40℃，刻蚀时间为100s～130s；

7)、栅极电极层4于540℃，大气压下，烧结60min；

8)、在栅极电极层4上整面印刷绝缘胶膜6，于100℃，大气压下，烘干10～15min(见如4所示)；

该绝缘胶膜6系丙烯酸树脂配合负性光刻胶构成的，属于碱溶性体系，其中丙烯酸类树脂∶负性光刻胶＝4∶1(重量百分比)，其黏度控制在10000到30000cps之间，以适应丝网印刷的需求。

9)、利用栅极电极的菲林图形做掩膜，利用光刻法得到绝缘胶膜6，该绝缘胶膜6与栅极电极层4图形一致，且包覆了栅极电极层，曝光能量为300mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

10)、ITO玻璃板7先经去离子水冲洗，去除灰尘和其它大颗粒，然后依次没入CCl₄、丙酮和酒精，分别超声清洗10min，将前述溶剂吹干待用；

11)、制备电泳液9；

图5中所示的电泳液9，其配制过程如下：采用分析纯的异丙醇(isopropyl alcohol-IPA)为电泳液的溶剂，加入纯度为98％的Mg(NO₃)₂·6H₂O，乙基纤维素，十二硫醇，并在电泳液中加入碳纳米管，然后在40℃下进行超声混合均匀即制成所需的电泳液。

12)、将通过步骤1)～9)所制得的下基板器件(包括由阴极基板1、阴极电极层2、绝缘介质层3、栅极电极层4及绝缘胶膜6构成的下基板)和步骤10)所述的ITO玻璃片7对接，中间以普通玻璃垫片8隔开，相隔距离为5cm；然后将下基板器件和ITO玻璃板7一起倒扣于步骤11)所述的电泳液9中；

13)、在阴极电极层2上加负电压，在ITO玻璃板7上加正电压，然后再外接直流电压，在阴阳极之间建立电场；电泳沉积时，电泳电压范围为2～5V，电泳时间范围为3～10min。此时，碳纳米管层5附着在阴极电极层2上；

14)、碳纳米管层5于350℃，大气压下，烧结15min，表面超声处理；即得碳纳米管场致发射阵列。

上述烧结过程均在烧结炉中进行。

如附图2所示，在本实施例步骤5)中，用一曝光源对栅极电极层4进行选择性曝光，使得曝光区中的抗蚀剂发生交联，交联使得抗蚀剂不溶于抗蚀剂显影化合物，所以在显影时曝光区的图案遗留下来，形成所需的栅极电极层图形；由于本发明使用的感光体系是碱溶性体系，所以利用浓度为0.4％的碳酸钠溶液可实现栅极电极层4的图形化。

如附图3所示，本实施例步骤6)中，利用栅极电极层4做掩膜，对烧结后的绝缘介质层3进行刻蚀，刻蚀液为0.3％的稀硝酸溶液，刻蚀时长为100～130s，最终得到栅极电极层4与阴极电极层2交叉的正栅结构，再对栅极电极层进行烧结。

如附图4所示，本实施例步骤8)中，在栅极电极层4表面整面印刷绝缘胶层6，再利用栅极电极的菲林图形做掩膜，利用光刻法得到绝缘胶膜6，该绝缘胶膜6与栅极电极层4图形一致，且包覆了栅极电极层4。该膜层的有益之处在于，避免进行电泳沉积时，碳纳米管黏附于栅极电极层4表面和侧壁，从而造成短路现象。

如附图5所示，本实施例步骤12)中，将通过步骤1)～9)所制得的下基板器件和步骤10)所述清洗后的ITO玻璃片7对接，中间以普通玻璃片隔开，相隔距离为5cm；然后将下基板器件和ITO玻璃片7一起倒扣于步骤11)所述的电泳液中；在阴极电极层2上加负电压，在ITO玻璃片7上加正电压，然后再外接直流电压，在阴阳极之间建立电场，电泳过程就可以进行了，注意在电泳过程中应不断搅拌，以避免碳纳米管发生沉淀。

如附图6所示，本实施例步骤14)中，为经过电泳沉积后的下基板器件，在阴极电极层2上排列着碳纳米管层5，在350℃，大气压下，烧结15min，此时栅极电极层4表面的绝缘胶膜6也同时在高温下分解了，露出了栅极电极层4的表面，即完成了整个下基板的制作。

下面给出不同的制备电泳液的实施例，用以说明本发明电泳液的组成成分。

实施例1

其中分析纯级的异丙醇(isopropyl alcohol-IPA)的重量百分比为99％；溶质部分为Mg(NO₃)₂·6H₂O的重量百分比为0.6％，乙基纤维素的重量百分比为0.10％，十二硫醇的重量百分比为0.25％，碳纳米管的重量百分比为0.05％。

实施例2

电泳液的制备方法及电泳沉淀的具体步骤同前述步骤，与实施例1不同的是电泳液的组成及比例不同。

其中分析纯级的乙醇的重量百分比为98％；溶质部分为氯化镁的重量百分比为0.8％，乙基纤维素的重量百分比为0.50％，十二硫醇的重量百分比为0.60％，碳纳米管的重量百分比为0.10％。

实施例3

电泳液的制备方法及电泳沉淀的具体步骤同前述步骤，与实施例1所不同的是电泳液的组成及比例不同。

其中分析纯级的异丙醇(isopropyl alcohol-IPA)与丙酮及乙醇的混合物(以任意比例混合)重量百分比为98.8％；溶质部分为氯化铝的重量百分比为0.2％，乙基纤维素的重量百分比为0.40％，十二硫醇的重量百分比为0.57％，碳纳米管的重量百分比为0.03％。

实施例4

其中分析纯级的丙酮的重量百分比为99％；溶质部分为硝酸铝的重量百分比为0.7％，乙基纤维素的重量百分比为0.10％，十二硫醇的重量百分比为0.10％，碳纳米管的重量百分比为0.10％。

Claims

1.一种制备碳纳米管场致发射阵列用电泳液，其特征在于：该电泳液是由下述重量百分比的原料配制而成：

溶剂 98％～99％；

无机盐 0.20％～0.80％；

乙基纤维素 0.10％～0.50％；

十二硫醇 0.10～0.60％；

碳纳米管 0.03％～0.10％；

所述溶剂为异丙醇isopropyl alcohol-IPA、丙酮或乙醇中的一种或两种以上任意比例的混合剂，其质量为分析纯级。

2.根据权利要求1所述的制备碳纳米管场致发射阵列用电泳液，其特征在于：所述无机盐为Mg(NO₃)₂·6H₂O、氯化镁、氯化铝或硝酸铝中的任一种。

3.一种电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)、在阴极基板(1)的玻璃衬底上印刷整面导电银浆作为阴极电极层(2)，并于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到阴极电极层图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

2)、阴极电极层(2)于570℃，大气压下，烧结20min；

3)、在阴极电极层(2)上印刷绝缘介质层(3)，于130℃，大气压下，烘干10～15min；

4)、绝缘介质层(3)于600℃，大气压下，烧结20min；

5)、在绝缘介质层(3)上套准印刷整面导电银浆作为栅极电极层(4)，于100℃，大气压下，烘干20～30min；再利用光刻法得到栅极电极层(4)的图形，曝光、显影；曝光能量为500mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

6)、利用栅极电极层(4)的图形做掩膜对绝缘介质层(3)进行湿法刻蚀，以得到孔洞结构；刻蚀药液采用0.3％稀硝酸溶液，溶液温度为40℃，刻蚀时间为100s～130s；

7)、栅极电极层(4)于540℃，大气压下，烧结60min；

8)、在栅极电极层(4)上整面印刷绝缘胶膜(6)，于100℃，大气压下，烘干10～15min；

9)、利用栅极电极的菲林图形做掩膜，利用光刻法得到绝缘胶膜(6)，该绝缘胶膜(6)与栅极电极层(4)图形一致，且包覆了栅极电极层，曝光、显影；曝光能量为300mJ，显影液采用0.4％的碳酸钠溶液；

10)、ITO玻璃片(7)先经去离子水冲洗，去除灰尘和其它大颗粒，然后依次投入CCl₄、丙酮和酒精，分别超声清洗10min，将前述溶剂吹干待用；

11)、制备电泳液(9)；

12)、将通过步骤1)～9)所制得的下基板器件和步骤10)所述的ITO玻璃片(7)对接，中间以普通玻璃垫片(8)隔开，相距为5cm；然后将下基板器件和ITO玻璃片(7)一起倒扣于步骤11)所述的电泳液(9)中；

13)、在阴极电极层(2)上加负电压，在ITO玻璃片(7)上加正电压，然后再外接直流电压，在阴阳极之间建立电场，并不断搅拌电泳液；此时，碳纳米管层(5)附着在阴极电极层(2)上；

14)、碳纳米管层(5)于350℃，大气压下，烧结15min，表面超声处理；即得碳纳米管场致发射阵列；

所述电泳液(9)的制备步骤如下：

在重量百分比为98％～99％溶剂中依次加入重量百分比为0.20％～0.80％无机盐、0.10％～0.50％乙基纤维素、0.10～0.60％的十二硫醇、0.03％～0.10％的碳纳米管，然后在40℃下进行超声混合均匀，即成所需电泳液；

所述无机盐的纯度为98％。

4.根据权利要求3所述的电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法，其特征在于：所述绝缘胶膜(6)系丙烯酸树脂配合负性光刻胶混合研磨构成，其中，按照重量百分比丙烯酸树脂∶负性光刻胶＝4∶1，其黏度控制在10000至30000cps之间。

5.根据权利要求3所述的电泳沉积法制备碳纳米管场致发射阵列的方法，其特征在于：所述电泳液电泳电压范围为2～5V，电泳时间范围为3～10min。