CN102598191A - 基于纳米管的场发射装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种制造场发射显示器的阴极部分的方法包括制造大体平行的碳纳米管阵列的步骤，所述碳纳米管阵列在一个末端接合到大体平坦的基板。随后，将所述纳米管嵌入在延伸到纳米管与平坦基板的接合平面的聚合物基体中，其中所述聚合物基体允许所述纳米管中远离接合到所述平坦基板的末端的末端不被所述聚合物基体覆盖，以允许彼此电接触且与所接合的导体电接触。然后，从所述平坦基板卸下所述阵列，藉此制造使纳米管的先前接合末端大体位于一个平面中的表面，且随后将所述导体接合到不被所述聚合物基体覆盖且远离所述平面的纳米管末端阵列。

Description

基于纳米管的场发射装置和方法

相关申请

本申请正由美国受理局申请作为PCT申请，本申请主张2009年9月18日申请的美国临时专利申请No.61/243,612的优先权和任何其它权益。本申请也是2006年6月30日申请的美国专利申请No.11/428,185的部分连续申请，所述案件的全部公开内容是以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的特定实施方案是关于纳米管。更具体地说，本发明的特定实施方案是关于基于碳纳米管的场发射装置。

背景技术

不断有尝试去制造场发射显示器（FED），所述场发射显示器提供一种将大面积场电子源用于提供轰击彩色磷光体的电子以产生彩色影像的平板显示器。FED组合了CRT的优点，如提供高对比度水平和极快的响应时间，同时提供平板技术的优点。所述场发射显示器也提供了降低电力需求，约为例如，LCD系统的一半的可能性。FED显示器的运作类似于具有电子枪的常规阴极射线管（CRT），所述电子枪将高电压用于加速电子，进而激发磷光体，但与单个电子枪不同的是，FED显示器含有单独的纳米级电子枪栅格。过去，FED屏幕是通过将一系列金属条铺设到玻璃板上以形成一系列阴极线来构造。形成与所述阴极线成直角的一系列切换闸行，进而形成可编址的栅格。在每行与列的相交处，淀积一小块发射体。将金属栅格铺设在切换闸的顶部上以完成枪式结构。在发射体与悬挂在所述发射体上方的金属网之间会建立高电压梯度场，牵引电子离开发射体的尖端。这是一个高度非线性的过程，且电压中的微小变化将快速导致所发射的电子的数量饱和。所述栅格可以单独编址，但是仅仅位于加电阴极与闸线的交叉点的发射体将具有充足电力来产生可见斑点，且任何向周围元件的电泄漏将不可见。栅格电压传送电子，使其流入到显示器背侧的发射体与前侧的屏幕之间的开放区域中，其中第二加速电压进一步使所述电子加速朝向屏幕，给予所述电子充足的能量来使磷光体发光。由于来自任何单个发射体的电子将向单个亚像素轰击，故而不需要扫描电磁体。

尽管展示为可行的显示技术，然而过去的尝试仍未制造出允许用于市售产品中的显示器。在FED装置中，强电场和高温可以导致自材料发射电子。与传导电流相反的是，发射电流可以是低的，但电子能量在发射时远高于在传导时，因此令所述电子可用于许多应用，如显示器或电子显微镜。自平整金属电极的发射在室温下需求极高电压。另一方面，锐利针形阴极因电场在电极尖端增强而需求较低的电压。用于电子发射的锐利型材料的实例是碳纳米管。碳纳米管具有独特的电学和机械属性。自单个碳纳米管的发射是在比具有类似尺寸的相应金属线低得多的电压下开始。已提出，碳纳米管在原子级上具有自其末端或尖端悬挂的锐利丝线。与单个碳纳米管相比较，碳纳米管阵列的阈值电压高得多且其发射电流要小得多。

正不断尝试将碳纳米管（CNT）用于这些显示器或其它FED应用中。例如，类似Motorola、Samsung和Cendescent的公司已在各种技术会议中展示小VGA FED型样机（例如，Motorola的Nano-emissivedisplay，5”对角线和3.3mm厚）。然而，实现自大面积对准的CNT的均一场发射仍存在许多挑战。在先前尝试中，无法实现具有均一高度的大面积对准的CNT的合成。在这些尝试中，较长CNT比短CNT更靠近阳极。因此，来自CNT的不同区段的发射电流可能不同。此外，杂散的碳纳米管可以被牵引出阵列，与阳极形成阻性接触，这会导致短路。另一限制涉及与屏蔽效应。已提出，阈值电压会因屏蔽效应而增大。所述屏蔽效应可视为当将其它具有类似电势的针条放置在一根针条附近时，在所述针条的尖端处的有效电场的下降。自碳纳米管的宏观样品实现的电流密度为1mA/cm²的量级。来自具有10nm直径的单个碳纳米管的发射电流为1mA。这意味着相较于108个碳纳米管，仅仅正在1cm²的面积内有效发射一千个碳纳米管。因此，需要一种更有效的场发射显示器。由于附近存在临近CNT，故而CNT阵列会在比单个CNT高得多的电压下发生电子发射。这是不利的，因为随后需求较高电压用于自CNT阵列所需的发射以产生所需的像素或亚像素亮度或其它特征。克服这些挑战的尝试已产生正被使用的不同技术，如，例如，利用有机粘合剂分散CNT或进行CNT阵列的丝网印刷。这些技术可以建立均一的CNT涂层。然而，使用这些技术无法产生对准的CNT阴极。因此，需要一种更有效的场发射显示器。

通过将这些系统和方法与如参考图示在本申请的剩余部分中提出的本发明相比较，本领域技术人员将显而易知常规、传统和提议的方法的其它限制和缺点。

发明内容

本发明的实施方案包括一种制造场发射显示器的阴极部分的方法，所述方法包括步骤：制造在一个末端接合到大体平坦基板的大体平行碳纳米管阵列。随后，将所述纳米管嵌入在延伸到所述纳米管与所述平坦基板的接合平面的聚合物基体中，其中所述聚合物基体允许在所述纳米管中远离与所述平坦基板接合的末端的末端不被所述聚合物基体覆盖，以允许彼此电接触和与所接合的导体电接触。然后，从所述平坦基板卸下所述阵列，藉此产生使纳米管中先前接合的末端大体位于一个平面中的表面，且随后将所述导体接合到不被所述聚合物基体覆盖且远离所述平面的纳米管末端阵列。

本发明的另一实施方案包括一种场发射装置，其包括聚合物基体，其中所述聚合物基体是聚硅氧烷；和至少一个碳纳米管。所述至少一个碳纳米管大体彼此平行。此外，所述至少一碳纳米管接合到所述聚合物基体且所述至少一个碳纳米管的未接合部分大体彼此平齐。

另一方面，本发明描述一种系统和方法，以提供用于在低阈值电压下自CNT阵列发射的系统和方法，其中所述CNT阵列以所需的方式对准将提供这些能力。在本发明中，所述系统和方法利用由对准CNT与一种或多种聚合物形成的复合结构合成具有均一高度的对准CNT阵列。所述系统和方法提供均一的CNT阵列。将聚合物合并在CNT之间也会导致屏蔽效应下降，进而允许使用较低阈值电压（例如，O.5V/微米）。还提供一种用于形成具有大体均一高度的大面积对准碳纳米管（CNT）结构的工艺。这些对准CNT结构可以用作场发射显示器（FED）的阴极。FED具有许多超越当前基于例如LCD和等离子的显示技术的优点。与其它建立大面积CNT阴极用于基于将CNT分散在有机粘合剂中的FED的技术相比，本发明的对准CNT结构具有比分散CNT高的电子发射效率。为了建立具有大体均一高度的大面积对准CNT，形成CNT与聚合物的复合结构，以使可以在大面积上实现大体均一的电子发射。从以下论述及附图中将更完整地理解本发明的这些和其它特征，以及本发明所说明的实施方案的细节。

附图说明

图1说明场线的示意图，其中（A）展示关于平行板几何形状的电场线，（B）展示当阴极以针形方式指向时的场线的几何形状。电场线更多集中在阴极尖端处，且（C）展示当存在大量针形阴极时的电场线几何形状；

图2说明将碳纳米管转移到聚合物基体上以使均一表面在顶部暴露，其中（A）碳纳米管（CNT）生长在硅晶片上，（B）随后将所生长的晶片倒置在其顶部上具有粘着层的聚合物基体上，和（C）随后移走硅晶片且将碳纳米管转移到聚合物基体上；

图3A-3C分别展示根据本发明的实施例，用于形成根据本发明的FED装置类型的的设备、将CNT阵列部分嵌入到聚合物基体中和聚合物基体中的CNT阵列；

图4说明将碳纳米管转移到聚合性基板上是如何允许将适当介电材料合并在纳米管之间而不覆盖纳米管的尖端；

图5说明碳纳米管在高电场下被牵离移向阳极；

图6说明经图案化的碳纳米管表面；

图7说明挠性装置，其中阳极和阴极构造在挠性基板上且经适当图案化，且随后可以使用一连串隔离片将阳极与阴极分离，以使整个几何形状呈挠性但其中在隔离片之间的区域足够刚硬以防止阳极与阴极短路；

图8说明（A）垂直对准碳纳米管样品的典型V-I曲线，（B）自Fowler-Nordheim方程导出的ln(I/V2)对1/V的图，其中可导出增强因子；

图9说明多个阈值电压测量值；

图10说明在空气中连续四次运行之间的电压（伏特）和电流（μA）关系；

图11说明来自直接生长在铝基板上的碳纳米管的发射；

图12说明嵌埋在聚(二甲基硅氧烷)（PDMS）基体中的碳纳米管的能量色散X-射线光谱（EDAX）；且

图13A-13C展示根据本发明的实施例的照片。

具体实施方式

图1说明场线的示意图，其中（A）展示关于平行板几何形状的电场线，（B）展示当阴极以针形方式指向时的场线几何形状。电场线更多集中在阴极尖端处，且（C）展示当存在大量针形阴极时的电场线几何形状。图1（C）也展示被分在所有阴极的尖端处的场线，藉此降低增强效果。在本发明的实施方案中，刚性和挠性场发射装置和/或系统10可以基于垂直对准和不对准的碳纳米管（CNT）100。此外，场发射装置10可以是经图案化或未经图案化且垂直对准的碳纳米管100，所述碳纳米管可以提供特定的优点。

对于将对准纳米管100嵌入在聚合物基体120中，可以要求聚合物具有适当的粘度。在这种情况中，粘度应当使得聚合物网络具有粘着性质。所述粘着性质将允许碳纳米管100的末端刺入所述网络中。然而，所述聚合物应足够高以使聚合物链不会覆盖碳纳米管链的顶部。嵌入工艺涉及在嵌入之前使所述聚合物呈部分液态，且接著然后使其呈固态。以此方式，将形成不完全浸没在聚合物基体中的碳纳米管阵列。以此方式，仅数个碳纳米管链呈活性且所得结构因为许多碳纳米管呈活性而具有高效率。所述结构也会因此适当用于在大面积上要求均一发射的显示技术中。本发明的工艺允许制造用于场发射的大面积活性碳纳米管末端。本发明的工艺也提供和允许形成坚固结构，其中单独碳纳米管不会在施加电压时或在使用期间因其它结构磨损而被牵引出结构。例如，已多次测量所述结构上的迟滞I-V环并获得均一结果。

碳纳米管100的嵌入工艺的实例包括获得预聚物，例如，聚(二甲基硅氧烷)，和随后在将碳纳米管嵌入到基体之后进行交联。随后，单体（例如，氰基丙烯酸酯）将碳纳米管100嵌入在预聚物膜中，这将使所述预聚物形成固体聚合物。下一步骤可以包括利用溶剂溶解所述固体聚合物以形成粘性溶液。随后，将所述粘性溶液涂覆在刚性基板上，以将碳纳米管嵌入在刚性基板中，并蒸发溶剂。这个工艺的实施例是通过聚(甲基丙烯酸甲酯)的甲苯溶液展示。两种组分之间的化学反应然后将产生固体基板，例如，环氧树脂。通过将热塑性材料加热到高于其玻璃转化温度使热塑性材料软化和将纳米管嵌入在已软化的聚合物基体120中，接着使系统冷却。

参考图2，其说明将碳纳米管100转移到聚合物基体120上，以使均一表面在顶部暴露，其中（A）碳纳米管（CNT）生长在硅晶片110上，（B）随后将所生长的晶片倒置在顶部上具有粘着层的聚合物基体120上，和（C）随后移走所述硅晶片110且将碳纳米管100转移到聚合物基体120上。图2表明将碳纳米管转移到聚合物基体120中是如何帮助获得较均一的上表面。由于所生长的碳纳米管100相对于彼此可能并不绝对均一。所以一些区域可能具有较长纳米管100，而其它区域可能具有较短纳米管100。所述效应可以降低整个系统10的效率，因为可能仅有少量点、纳米管100发生发射。如图2中所示，在纳米管100中面向硅晶片110的末端具有较高表面均一性。

将碳纳米管100嵌入在聚合物基体120中有助于降低屏蔽效应，这也维持在较低启动电压下发生发射。如图2中所示，嵌入碳纳米管100的另一作用包括辅助抵消表面粗糙度且还可以获得更均一的发射表面。如图5中所示，将碳纳米管100嵌入在聚合物基体120中也有助于防止碳纳米管100被牵引出基部（聚合物基体120）。在特定例子中，当存在高电场时，碳纳米管可能会被牵引移向阳极160，随后可能导致短路。通过将碳纳米管100嵌埋在聚合物基部中，可以防止碳纳米管被牵引出基部。此外，根据所需应用，场发射装置10可呈挠性或刚性。上述工艺也可以建立超疏水性结构，所述结构可以赋予整个系统自清洁能力。

参考图3A，其展示可以用于建立根据本发明多个方面的均一碳纳米管结构阵列的仪器的示意性草图。所述仪器可以包括与真空镊式布局耦合的皮米马达，所述真空镊式布局利用气压差来紧握CNT或CNT阵列。可以将预定真空镊子尖端用于以所需方式操控CNT材料。在这个实施例中，在聚合物基体或膜中压紧CNT阵列，以使预定量（例如20微米）的CNT阵列大体均一地自所述聚合物基体暴露。如图3B中所见，将所生长的CNT阵列压进聚合物基体中以形成暴露CNT的均一表面。将碳纳米管转移到聚合物基体中有助于获得更均一的上表面。由于直接生长的碳纳米管在表面可能并非绝对均一，使一些区域具有较其它区域长的纳米管，这种不均匀表面可能降低整个系统的效率，因为可能仅有少量点发生发射。在纳米管中面向基板的另一末端具有高得多的表面均一性。可以依使所述均一表面在顶部暴露的方式将碳纳米管转移到聚合物基体上。所述仪器也可以抵消对准碳纳米管几何形状的不均匀性。所述仪器控制移动间距和马达高度，以使整个CNT的暴露可受到控制。一旦聚合物交联，那么将CNT阵列自基板剥离以暴露CNT阵列。这还可以有利于建立具有大体均一的CNT暴露高度的大面积结构。在这个实施例中，还注意到大面积对准纳米管电极可在不需要碳纳米管在大面积上生长的情况下产生。在图3C中，可以利用生长在硅晶片的较小尺寸碳纳米管阵列（如，例如，2"×3"）样品形成大面积（如，例如，10"×12"）阵列，其随后可以形成更大结构。制造CNT阵列和将所述CNT阵列部分嵌入到聚合物基体中的方法通过抑制在聚合物基体完全交联后任何CNT的移动，而避免了如图5中所示施加高电场时单独CNT的可能移动。这进而避免了可能因CNT移动不受抑制而可能发生的短路。

根据本发明的聚合物基体可以是任何适当类型，其中聚合性聚合物前体可以包括单体、二聚体、三聚体或类似物质。用于本发明中的单体基本上可以选自在乳化条件下适当进行自由基聚合的乙烯基单体家族。适当乙烯基单体的非限制性实例包括甲基丙烯酸酯类、苯乙烯类、氯乙烯类、丁二烯类、异戊二烯类和丙烯腈类、聚丙烯酸与甲基丙烯酸酯类和任何其它适当的前体材料。聚合物基体可以是以下单体中的一种或多种的聚合物：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、其它甲基丙烯酸低级烷酯（例如，甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等，就实例而言）。起始单体配制物也可以包括一种或多种聚合引发剂。这些引发剂包括，例如，过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基-4-甲氧基丙腈)和2,2’-偶氮双(2-甲基丙腈)或其它适当引发剂材料。这些材料是在本领域技术人员熟知的小量下使用。根据本发明可以使用适当用于自由基聚合的任何引发剂。且，所述聚合物基体也可以利用纳米填料（就实例而言）改性。纳米填料是具有至少一个纳米级（1到999nm）维度的填料。适当填料可以包括（但不限于）粘土矿物、纤维、微米球和层状硅酸盐。这些纳米填料可以通过以离子性基团或类似方法进行的表面官能化来改性纳米填料的表面以在聚合物基体中提供所需的相互作用。如果需要，那么在聚合物基体中可以存在额外的任选组分，如在自由基聚合中常见的链转移剂，以有利于单体或其它可聚合组分的聚合。有利于用于各种应用中的其它任选组分可以包括着色剂、脱模剂和其它已知改性剂。起始单体配制物或混合物也可以包括交联剂，如，例如二甲基丙烯酸乙二醇酯或其它二官能性（即，双烯）单体或其混合物。聚合性材料也可以是热固性塑料或其它适当环氧型材料。可用于本发明中的环氧树脂可以是单体或聚合性、饱和或不饱和、脂族、环脂族、芳香族或杂环族树脂，且如果需要，所述树脂可由除环氧基外的其它取代基（例如，羟基、醚基团、卤原子和类似取代基）取代。且，正如参考其它实施方案所述，诸如有机硅的材料（如，聚(二甲基硅氧烷)或PDMS）可以用于将碳纳米管整合其中。如本领域技术人员将理解，涵盖许多其它适当聚合性材料。

参考图6，其说明经图案化的碳纳米管表面170。微图案化纳米管170的数个优点包括实现较高电流密度，而较大图案化纳米管170则相反。图案化会增大碳纳米管膜上的边缘的数量。较大的边缘数量会增大来自碳纳米管膜上的边缘的发射密度。可以针对任何所需的应用制备适当图案尺寸和形状。CNT柱之间的间隔可以使边缘效应最大化以增大电流密度。这种效果可以通过降低图案的尺寸实现。增加边缘和图案之间的间隔会降低碳纳米管密度，以致降低每单位面积的有效发射电流。可以通过不同方法促进图案化，如沿所需图案利用光刻术淀积催化剂，并且随后使碳纳米管100自所需的图案生长。随后将这些图案化纳米管170转移到如上所述的聚合物基体120上。另一图案化方法包括使用软光刻技术，其中印模，如聚(二甲基硅氧烷)印模是用于将催化剂淀积在所需的区域上，且其中随后将自那些区域生长的碳纳米管100转移到如上所述的聚合物基体120。使用软光刻粘性物质且随后将所述物质放置在基板上是另一种进行图案化以建立所需图案的方法。随后可以将碳纳米管100转移到图案化的粘着材料。还可以在基板上形成粘着膜，同时使用导电或绝缘油墨遮盖特定区域。然后可以转移碳纳米管100以将所述碳纳米管100部分嵌入到如上所述的聚合物基体中。

上述工艺和方法还可以用于改变场发射装置10的整个几何形状，如依据所使用的聚合性材料的类型制作挠性或刚性场发射装置10。本发明的实施方案可以包括聚(氰基丙烯酸酯)膜覆玻璃（其可以提供刚性发射装置10）和聚(二甲基硅氧烷)（PDMS）弹性体（其可以提供挠性发射装置10）。在聚(氰基丙烯酸酯)实施方案的情况中，优选地在存在少量水分的氮气环境中，以氰基丙烯酸酯单体薄膜涂覆载玻片。随后将所述膜单独放置约10到40秒，以使氰基丙烯酸酯部分聚合形成低分子量的聚(氰基丙烯酸酯)。碳纳米管100可以生长在硅基板上，随后将所述硅基板轻柔地压在膜上，以使碳纳米管100的末端部分嵌埋在氰基丙烯酸酯中。随后在来自周围空气的水分的存在下使单体聚合以形成刚性膜。所述膜的厚度和平滑度可以通过在氮气氛围中旋转涂覆所述膜来控制。氰基丙烯酸酯的粘度可以通过将氰基丙烯酸酯溶解在适当酮体（例如，丙酮）中而得到控制。

在挠性弹性体PDMS膜实施方案的情况中，将PDMS预聚物与催化剂充分混合并将所得的膜轻放到适当基板上。随后使所述膜在平整表面上维持约2到4小时，以使所述膜流动并使表面平滑。在实施例中，随后将膜加热到约60℃并维持1到2分钟。在这个点下，可以检查膜的粘着性。所述膜优选地应呈粘着性，但所述膜不应展现类液体稠度。随后将生长在硅（Si）晶片110上的垂直对准纳米管100倒置在部分交联PDMS膜的顶部上。随后将整个系统加热到约70℃，并维持约3小时。随后将Si晶片剥离基板，留下嵌埋在PDMS基板中的对准纳米管100。

本发明的另一方面包括在一个末端电连接的对准纳米管100。对准纳米管100具有弯曲的几何形状。因此，对准纳米管100与邻近纳米管100电接触，这可意味着所有纳米管100均电连接。为了提供较优电连接，将金属淀积在纳米管100的一个末端上，然后将所述纳米管100转移到聚合物基板中。此外，碳纳米管100可以直接生长在金属表面上。例如，垂直对准纳米管100可生长在铝基板上。碳纳米管100也可以生长在不锈钢基板上。此后，可以测试发射装置10的发射属性。

在本发明的另一实施方案中，可采用刚性阳极160和刚性阴极150。可以使用刚性阴极150合成完全刚性的系统10。例如，碳纳米管100可以生长在金属基板（例如，铝或不锈钢基板）上。碳纳米管100也可以生长在硅晶片110上，或者碳纳米管100可以生长在硅晶片110上且转移到如上所述的刚性聚合基板上。可以将适当隔离片140（例如，特氟龙（Teflon）隔离片）用于分离阳极160与阴极150。随后施加电压且随后测量发射电流。本发明的实施方案还包括刚性阳极160和挠性阴极150。所述刚性阳极160可以是玻璃，如氧化铟锡（ITO）涂覆玻璃。为了建立挠性阴极150，使用如上所述的工艺将碳纳米管100转移到挠性基体中。也可以使用特氟龙隔离片。可以使用的另一隔离片140是双面透明胶带，其可以用于在阳极160与阴极150之间建立间隔。

本发明的实施方案的完全挠性几何形状也可以通过均呈挠性的阳极160和阴极150合成。挠性阴极150可以通过使用如上所述的工艺制备。挠性阳极可以通过利用物理汽相淀积工艺将铝或另一金属淀积在挠性基体上来合成。随后可以将氧化铟锡（ITO）淀积在所述挠性基体中。使用区域规则聚(3-十二烷氧基噻吩-2,5-二基)（P3DOT）可以建立挠性导电阳极160。将碳纳米管薄网转移到聚合性基板上以建立挠性导电阳极160。

参考图4，其说明将碳纳米管100转移到聚合性基板120上是如何也可以允许将适当介电材料130合并在纳米管100之间而不覆盖所述纳米管100的尖端。

参考图7，其说明一种挠性装置，其中将阳极160和阴极150构造在挠性基板上并进行适当图案化。随后可以使用一连串隔离片140分离阳极160与阴极150，以使整个几何形状呈挠性但其中在隔离片140之间的区域呈充分刚性以防止阳极160与阴极150短路。因此，可以将挠性几何形状隔离片140优选地放置在阳极160与阴极150之间，以使阳极160与阴极150不发生短路。隔离片140可呈充分刚性且可以通过放置以在阳极160与阴极150之间形成栅格，使得避免发生短路。

参考图8，其说明（A）垂直对准碳纳米管样品的典型V-I曲线，（B）由Fowler-Nordheim方程导出的ln(I/V2)对1/V的图，其中可导出增强因子。图8（A）中的曲线说明电压增大下的电流，同时另一曲线说明电压下降时的电流分布。图8（B）也表明可获得约10,000的增强因子。参考图9，其说明多个阈值电压测量值。图9说明阈值电压如何在多次阈值电压测量内维持相对恒定，这可以通过本发明获得。

参考图10，其说明在空气中连续四次运行之间的电压（伏特）和电流（μA）关系。图10表明所有运行的阈值电压维持相对一致，但发射电流下降。发射电流下降可能是由于碳纳米管100尖端在充满氧气的环境中发生氧化。参考图11，其说明来自直接生长在铝基板上的碳纳米管的发射。参考图12，其说明嵌埋在聚(二甲基硅氧烷)（PDMS）基体120中的碳纳米管100的能量色散X-射线光谱（EDAX）。PDMS是低能量基板且有助于涂覆较高能量表面。为了转移碳纳米管，使用部分交联PDMS膜。交联密度应使结构仍呈粘着性但具有足够高的粘度来维持所述碳纳米管结构。图12表明PDMS并未污染碳纳米管尖端。

在图13中，展示形成与所述的聚合物基体缔合的碳纳米管的照片。在这个实施例中，在图13A中，利用聚(氰基丙烯酸酯)将碳纳米管转移到载玻片上。在所述载玻片上形成氰基丙烯酸酯薄涂层。随后将生长在Si晶片上的碳纳米管倒置在这个经涂覆的载玻片上。氰基丙烯酸酯在大气水存在下聚合形成固体聚(氰基丙烯酸酯)。随后，聚(氰基丙烯酸酯)嵌埋在载玻片上的碳纳米管阵列。图13B展示嵌入在银环氧浆料中的微图案化碳纳米管阵列。所述微图案化结构是利用光刻工艺形成，使单独图案的尺寸为（例如）250μm。将银环氧化物涂覆在ITO涂覆载玻片上。随后利用（例如）如上所述的工艺将碳纳米管转移到ITO上。所述工艺允许微图案化碳纳米管与下层电极发生紧密电接触。在图13C中，另一实施例展示将大图案化碳纳米管结构转移到橡胶中。将聚(二甲基硅氧烷)（PDMS）用作背材。

总而言之，公开了一种制造场发射显示器的阴极部分的方法。所述制造场发射显示器的阴极部分的方法包括步骤：制造在一个末端接合到大体平坦基板的大体平行的碳纳米管阵列。随后，将碳纳米管嵌入在延伸到纳米管与平坦基板的接合表面的聚合物基体中，其中所述聚合物基体允许在纳米管中远离与平坦基板接合的末端的末端不被所述聚合物基体覆盖，以允许彼此电接触和与所接合的导体电接触。然后，从所述平坦基板卸下所述阵列，藉此制造允许纳米管中先前接合的末端大体位于一个平面中的表面，且随后将导体接合到不被聚合物基体覆盖且远离所述平面的纳米管末端阵列。

根据本发明的工艺相比直接生长CNT的优势包括不需要在大面积上生长碳纳米管。由于在大面积上生长均一碳纳米管存在困难，所以所述工艺克服了任何这类限制。本发明还有助于降低屏蔽效应，以使在较低启动电压下发生发射。转移聚合物基体中的纳米管有助于抵消表面粗糙度和产生更均一的发射表面。将纳米管嵌入在聚合物基体中有利于防止碳纳米管被牵引出基部或移动，如在高电场下，碳纳米管将被牵引朝向阳极，这可能导致整个几何形状短路。通过将碳纳米管嵌埋在聚合性基部中，可以避免这类移动或牵出。可以依据所需的应用将整个几何形状制成挠性或刚性。所述布局也有利于对准纳米管在其末端进行电连接。对准纳米管具有弯曲几何形状，因此，其与邻近管发生电接触。因此，整个“森林”电连接。为了获得较优电连接，将金属淀积在纳米管的末端，然后将所述金属转移到聚合物基板中。碳纳米管也直接生长在金属表面上。例如，垂直对准纳米管生长在铝基板上。也使碳纳米管生长在不锈钢基板上并测试其发射属性。

虽然已参考特定实施方案描述本申请所主张的主题，但本领域技术人员应当理解，可以在不脱离所主张的主题的范围下实施各种变化且以等效内容进行取代。此外，可以实施许多修改以令所主张的主题的教示适应具体情况或材料而不脱离其范围。因此，期望所主张的主题不限于所公开的具体实施方案，相对地，所主张的主题包括落在后附权利要求的范围内的所有实施方案。

Claims (6)

1.一种制造场发射显示器的阴极部分的方法，所述方法包括步骤：

制造一个末端接合到大体平坦基板的大体平行的碳纳米管阵列；

将所述纳米管嵌入延伸到所述纳米管与所述平坦基板的接合平面的聚合物基体中，其中所述聚合物基体允许所述纳米管中远离与所述平坦基板接合的所述末端的末端不被所述聚合物基体覆盖，以允许彼此电接触和与所接合的导体电接触；

从所述平坦基板卸下所述阵列，藉此制造使所述纳米管的所述先前接合的末端大体位于一个平面中的表面；和

将所述导体接合到不被所述聚合物基体覆盖且远离所述平面的纳米管末端阵列。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述挠性场发射显示器呈挠性，且其中所述聚合物基体可流动到所述纳米管阵列中并随后固化成挠性的已固化基体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物基体是聚硅氧烷。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述聚硅氧烷包括铂固化催化剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中不被所述聚合物基体覆盖且远离所述平面的所述纳米管末端阵列是以金属涂料涂覆。

6.一种场发射装置，其包括：

聚合物基体，

其中所述聚合物基体是聚硅氧烷；和

至少一个碳纳米管，

其中所述至少一个碳纳米管大体彼此平行，

其中所述至少一个碳纳米管接合到所述聚合物基体，和

其中所述至少一个碳纳米管的未接合部分大体彼此平齐。

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