CN1467772A - 用于场发射显示装置的电子发射源组合物及用其制造的场发射显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于场发射显示装置的电子发射源组合物，该组合物包括1～20％重量的碳纳米管；玻璃粉；有机粘合剂树脂，其包括乙基纤维素和丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂；及有机溶剂。其中玻璃粉的含量按100重量份的碳纳米管计为1～500重量份。

Description

用于场发射显示装置的电子发射源组合物及 用其制造的场发射显示装置
                    相关申请的交叉引用
本申请要求2002年4月22日提交韩国知识产权局申请号为2002-21963的韩国申请的优先权，该申请的公开内容引入本文作为参考。
                         技术领域
本申请涉及一种用于场发射显示装置的电子发射源组合物和用其制造的场发射显示装置，特别是涉及一种能够形成微图案于(micro-patterning)阴极并通过将电流密度和真空度降低到最小来提高电子发射源的发射电流特性的用于场发射显示装置的电子发射源组合物，以及一种能够发射电子同时起到电阻层作用的场发射显示装置。
                          背景技术
场发射显示装置(以下简称为“FED”)是一种用于显示图像的有代表性的显示装置，它是通过在电子发射源的发射器上使用强电场来产生具有隧道效应的电子、通过真空移动该发射的电子、并用阳极电子形成的荧光屏碰撞该电子来发射光和显示图像的。
碳纳米管(CNT)是近来出现的很有潜力应用的电子发射源，特别是，由于碳纳米管具有低功函数的特征，可将它作为理想的电子发射源，通过施加低电压即可以驱动所得的电子发射源，并且其制造方法也不复杂。因此它们具有实现大尺寸平板显示的优点。
通常，为了控制电子发射，作为电子发射源的具有碳纳米管的场发射显示装置包括三极管结构。碳纳米管的电子发射层可通过使用真空蒸发的薄膜涂布工艺形成，也可以通过使用印刷组合物的厚膜涂布工艺形成。后面的工艺包括制备主要由碳纳米管组成的组合物以及将该组合物印刷在阴极上以得到电子发射层的步骤。因此，相对于薄膜涂布工艺来说，厚膜涂布工艺的优点在于它具有简单的适于批量生产的制造工艺。
碳纳米管电子发射源是这样制备的：制备包含碳纳米管，粘合剂和溶剂的组合物；将所得组合物丝网印刷在电极上；及将其在400℃或者更高的温度下于空气中烘焙。
粘合剂可包括诸如丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂(acryl)和乙基纤维素(EC)的任何热分解树脂。如果仅采用丙烯酸酯树脂作为热分解树脂，则有利的是碳纳米管组合物可很好地形成图案，但不利的是电流密度降低，例如当其用于三极管碳电子发射源时，在7.5V/μm的电流密度值下降到20μA/cm2。
另一方面，如果使用丙烯酸树脂或乙基纤维素，则有利的是电流密度增加到100μA/cm2或者更高，但是不利的是烘焙之后的热分解所引起的收缩，以及图案与衬底之间附着强度的变弱。另外，在形成图案的过程中，在用紫外线曝光之后，组合物不可避免地与光致抗蚀剂接触。不利的是，该组合物与光致抗蚀剂之间的反应导致门电极与阴极之间短路。当将组合物用于三极管碳电子发射源时，由于获得的膜太厚和距离门电极太远会导致工作电压升高的问题。
结果，采用任何一种选自丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂和乙基纤维素的树脂制造三极管碳纳米管，难于同时满足图案形成特性和电流密度的要求。
此外，为了提高电子发射的均匀性，已经提出了一种在阴极和发射器之间使用电阻层的结构(美国专利5194780)。但是，为提供电阻层，这种方法需要额外的涂层和图案成形处理，实施制造过程较复杂，效益降低。
                           发明内容
在一个实施方案中，本发明是一种包括1～20％重量的碳纳米管、玻璃粉、有机粘合剂树脂和有机溶剂的电子发射源组合物，所述有机粘合剂树脂包括乙基纤维素和丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂，其中玻璃粉的含量按100重量份的碳纳米管计为1～500重量份。
本发明还提供了一种场发射显示装置，该装置包括第一衬底和与第一衬底相对的第二衬底，在两衬底之间留有一定的空间以构造一真空容器；位于第一衬底或第二衬底上的电子发射源；从该电子发射源中发射电子的装置；及位于第一衬底或第二衬底的另一衬底上用于发射光以通过从电子发射源发射的电子来显示图像的装置，其中电子发射源包括1～30％重量的碳纳米管，并具有1～107Ωcm的电阻率。
                         附图说明
结合附图参照下面的详细描述，本发明更完全的说明以及由此产生的其它优点将随之变得更容易理解，其中：
图1示出了根据本发明实施例1的场发射显示装置的局部截面图；
图2示意性示出了根据本发明实施例1的场发射显示装置的变形形式；
图3示出了根据本发明实施例2的场发射显示装置的局部分解透视图；
图4示出了沿图3中箭头B的方向的局部组合截面图；
图5示意性示出了根据本发明实施例2的场发射显示装置的变形形式；
图6示出了根据本发明实施例3的碳纳米管发射源的摄影；
图7示出了根据本发明实施例3的在碳纳米管发射源上作用电场的摄影；
图8示出了根据本发明实施例3的碳纳米管电子发射源的摄影的横截面图；
图9示出了根据本发明实施例3从碳纳米管电子发射源中发射的电子的电流密度与电场强度的关系曲线图；
图10示出了根据本发明实施例3从碳纳米管电子发射源中发射的电子的电流密度与老化时间的关系曲线图；
图11a示出了根据本发明的对比例3从碳纳米管电子发射源中发射的电子的电流密度与电场强度的关系曲线图；
图11b示出了根据对比例1在使用电子发射源组合物制造碳纳米管电子发射源的过程中，在形成图案之后，组合物层的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图12示出了根据对比例2在使用电子发射源组合物制造碳纳米管电子发射源的过程中，在形成图案之后，组合物层的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图13示出了根据实施例3和4和对比例3，从碳纳米管发射源中发射的电子的电流密度的曲线图；
图14示出了根据本发明实施例1在使用电子发射源组合物制造碳纳米管的电子发射源的过程中，在形成图案之后，组合物层的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图15示出了根据本发明实施例2在使用电子发射源组合物制造碳纳米管的电子发射源的过程中，在形成图案之后，组合物层的扫描电子显微镜(SEM)照片；和
图16示出了实施例5和6与对比例3中电阻率相对于碳纳米管的数量的曲线图；和
图17示出了根据本发明可替换实施例的场发射显示装置的局部分解透视图。
                       具体实施方式
本发明涉及一种用于场发射显示装置的电子发射源组合物，该组合物包括1～20％重量的碳纳米管、玻璃粉、有机粘合剂和有机溶剂。有机粘合剂包括乙基纤维素和丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂。
此外，玻璃粉的含量按100重量份的碳纳米管计为1～500重量份。
当碳纳米管少于1％重量时，场发射显示装置的发射电流密度可下降，而当超过20％重量时，因为当将组合物印刷在厚涂层上并在紫外线下曝光时，穿过厚涂层的紫外线强度降低，所以所获得的厚涂层的厚度是不理想的。而且，当碳纳米管数量范围在1～20％重量时，合成的电子发射源具有1～107Ωcm的电阻率，而当碳纳米管的数量在上述范围之外时，电子发射源不能发射电子，同时也不能起电阻层的作用。
玻璃粉的优选数量是每100重量份的碳纳米管中含有1～500重量份。如果玻璃粉的数量少于1重量份，场发射显示装置的发射电流密度可下降，而当超过500重量份，组合物的粘度太高不适合印刷，并且可减少发射电流密度。
有机粘合剂树脂包括乙基纤维素和丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂，更优选的是丙烯酸酯树脂，丙烯酸树脂和乙基纤维素都使用。
例如，丙烯酸酯树脂可以包括环氧丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯，且优选包括甲酚环氧丙烯酸酯低聚体或间甲基丙烯酸酯(metamethylacrylate，MMA)。丙烯酸树脂包括丙烯酰基共聚物。优选有机粘合剂树脂的含量为40～80％重量。
按照本发明，电子发射源组合物包括混合了两种或多种树脂的有机粘合剂树脂，所以它可以阻止门电极和阴极之间的短路。当有机粘合剂树脂在上述范围之外时，发射电流密度将会不期望地下降。
丙烯酸酯树脂或丙烯酸树脂与乙基纤维素的重量比最好是1∶1～1∶2，丙烯酸酯树脂与丙烯酸树脂和乙基纤维素的重量比最好是1∶1∶1～0.5∶1∶1。
此外，根据本发明的电子发射源组合物包括有机溶剂。有机溶剂用于控制本发明的组合物的粘度，例如，优选包括松油醇，丁基卡必醇乙酸酯，甲苯或Texanol醇酯(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)。有机溶剂的量优选为1～20％重量。当该数量超过20％重量时，光引发剂和单体之间的反应变弱，因而曝光加工性能恶化。
电子发射源组合物进一步包括光引发剂、光致反应单体，消泡剂，分散剂等。光引发剂可以热分解的丙烯酸酯基单体，苯甲酮基单体，苯乙酮基单体，噻吨基单体等与溶剂的混合物的形式使用，且优选它包括环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，2，4-二乙基嗯酚酮或2，2-二甲氧基-2苯基苯乙酮。该溶剂优选为松油醇，丁基卡必醇乙酸酯(BCA)，甲苯或Texanol醇酯。
优选光引发剂的量按电子发射源组合物的总重量计为0.1～20％。当光引发剂数量少于0.1％重量时，在曝光过程中难以激活反应。而当超过20％重量时，将导致由于突然激活光反应而使所获得的厚膜的厚度减小的问题。
加入光致反应单体作为分解图案的增强剂，其包括可热分解的丙烯酸酯基单体，苯甲酮基单体，苯乙酮基单体和/或噻吨基单体，且优选它包括环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，2，4-二乙基蒽酚酮，或2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。按100重量份的电子发射源计，光引发单体可以高达10重量份的量使用。
按100重量份的电子发射源计，优选分散剂和消泡剂的量分别不少于0重量份且不超过10重量份。分散剂可包括诸如发泡树脂810或BYK-164(由“Tego”制造)的任何常用表面活性剂。消泡剂也可包括能除去泡沫的任何常用试剂例如硅基材料。
以下对制备根据本发明的电子发射源组合物的方法进行描述。
将碳纳米管粉末与玻璃粉混合。此时，每100重量份的碳纳米管粉末最好使用1～500重量份的玻璃粉。混合过程通过使用球磨机对组合物以5～100转/分的速率旋转1～24小时完成。
然后将有机粘合剂树脂和上述混合过程得到的碳纳米管粉末和玻璃粉的组合物进行混合。
对于有机粘合剂树脂，使用乙基纤维素与丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂的组合物。有机粘合剂树脂组合物是通过进一步混合丙烯酸酯树脂和/或丙烯酸树脂和乙基纤维素与有机溶剂而制成的。然后在树脂组合物中加入分散剂。
丙烯酸酯树脂或丙烯酸树脂与乙基纤维素的重量比最好是1∶1～2∶1。更可取的是，将丙烯酸酯树脂，丙烯酸树脂和乙基纤维素以1∶1∶1～0.5∶1∶1的重量比混合。
有机溶剂可取的是松油醇，丁基卡必醇乙酸酯(BCA)，甲苯，或Texanol醇酯。
合适的分散剂包括发泡树脂810或BYK-164。优选分散剂以每100重量份的电子发射源组合物0～10重量份的量使用。
碳纳米管粉末与树脂组合物的重量比最好是1∶0.1～50。在所得的组合物中加入0.1～20％重量的光引发剂，然后搅拌1～10小时。此外，可以按每100重量份的电子发射源组合物0～10重量份的量加入消泡剂。
优选光致反应单体的量按100重量份的总电子发射源组合物计至多为10重量份，其作用是用作分解图案的增强剂。当光致反应单体的量超过10重量份时，由于可能会将组合物变干，所以是不可取的。
然后加入有机溶剂，得到粘度为10000～50000cP的电子发射源组合物。优选有机溶剂的量为1～20％重量。当有机溶剂的量超过20％重量时，光引发剂和单体之间的反应将变弱，因而曝光加工性能恶化。
以下对制备用于场发射显示装置的电子发射源的方法进行描述。
将从上述方法获得的电子发射源组合物印刷在阴极上以形成一厚层，并在90～100℃下烘干10分钟至1小时。
随后，使用掩模使厚层曝光。这时，曝光能量最好是100～20000mJ/cm2，并可根据层的期望厚度进行调整。用0.4～5％碳酸钠水溶液与丙酮或乙醇的混合溶液使曝光层显影，并使用超声波清洁器来去掉残余物。
将显影后的层在400～500℃下烘焙10～30分钟，得到电子发射源。当烘烤温度低于400℃时是不可取的，因为不能去掉有机成份并且不能熔化玻璃粉，而当温度超过500℃时也是不可取的，因为碳纳米管与氧气之间起化学反应而损失。
在最后得到的电子发射源组合物中，碳纳米管存在的数量是1～30wt％，且根据电子发射源的总重量最好是20～30wt％，这是因为根据上述处理已将可蒸发材料(例如溶剂)蒸发去掉。此外，从上述处理中得到的电子发射源具有1～107Ωcm的电阻率，所以它既可作电子发射源又起到电阻层的作用。
由上述方法得到的具有电子发射源的场发射显示装置包括第一衬底和与第一衬底相对的第二衬底，在两衬底之间留有一定的空间以形成一真空容器；位于第一衬底或第二衬底上的电子发射源；从电子发射源中发射电子的装置；及位于另一衬底上用于发射光以便通过从电子发射源中发射出来的电子来表示图像的装置，其中该电子发射源包括碳基电子发射材料和具有电阻率1～107Ωcm的电阻导电材料，因而它既可作电子发射源又起到电阻层的作用。
发射电子的适宜装置包括在衬底上以条纹图案形成并提供有电子发射源的阴极，该阴极具有一发射接收器，其中可将导电材料去掉以便将电子发射源容纳在发射接收器中；形成在整个衬底表面上用以覆盖除电子发射源以外的阴极的绝缘层；和在绝缘层上以条纹图案形成的门电极，该门电极与阴极垂直并具有暴露电子发射源的孔。
在一个可替换的实施例中，阴极以条纹图案形成，没有发射接收器，并且电子发射源位于阴极的表面。
在另一个可替换的实施例中，发射电子的装置包括：在衬底上以条纹图案形成并提供有电子发射源的门电极；形成在整个衬底表面上以覆盖门电极的绝缘层；在绝缘层上以条纹图案形成的阴极，该阴极与每一个门电极垂直并具有一发射接收器，在其中可将导电材料在其边缘上去掉从而可将电子发射源容纳在发射接收器中。
发射电子的装置另外包括设置在其间具有一定距离的阴极之间的反电极。反电极通过在绝缘层上形成的孔与门电极接触以将其与门电极进行电连接。
优选的是，电子发射源的边缘位于朝向阴极里面的向内边缘上以引起通过阴极的聚焦作用。
以下，结合附图通过实施例对本发明作进一步的详细描述。
图1示出了根据本发明一个实施例的场发射显示装置的局部截面图。如图1所示，场发射显示装置由提供内部空间的第一衬底(以下简称“后衬底”)和第二衬底(以下简称“前衬底”)构成。后衬底2具有在施加电场下发射电子的装置。前衬底4具有通过发射的电子来表示某一图像的装置。
更优选的是，具有发射接收器6a的阴极6在一个方向以条纹图案形成在后衬底2上。在阴极6上方，绝缘层8覆盖后衬底2的整个表面，另外在绝缘层8上，门电极10在与阴极6垂直的方向上以条纹图案形成。
如果将像素区域定义为阴极6与门电极10的交叉区域，则穿过门电极10和绝缘层8的孔12形成在像素区域上，因而可将阴极6暴露。在每一像素区域上，阴极6通过孔12暴露，且形成发射接收器6a，这里将阴极6的导电材料去掉。将电子发射源14容纳在发射接收器6a中。
电子发射源14是由碳纳米管和具有电阻率1～107Ωcm的电阻导电材料组成，从而由于电子发射材料它可以发射电子，同时由于前述的电阻率它可以起到电阻层的作用。
因为将很多碳纳米管16暴露在电子发射源14的表面，所以每一个暴露的碳纳米管16都可以作为场发射发射器并在下面的驱动过程中发射电子。可以认为电子发射源14中的碳纳米管16相当于单个的常规微尖型(microtip)发射器。
将电子发射源14与阴极6通过接触阴极6的一边在水平方向上进行连接。由此电子发射源14作为电阻层与阴极6和每一个碳纳米管16连接。
此外，将R、G、B荧光层20设置在透明阳极18上，并在阴极6的方向上留有一定的空间，将黑色基体层22设置在R、G、B荧光层20之间以提高对比度。
任选地，将由诸如铝之类的金属组成的薄金属层24设置在黑色基体层22和荧光层20上。薄金属层24有助于改善场发射显示装置的耐压性和亮度特性。
将前衬底4和后衬底2用密封剂连接，同时在两者之间留有一定空间，并将门电极10与荧光层20垂直排列。然后，将衬底之间的内部空间抽空以在其间形成真空，从而形成一场发射显示装置。
通过从外部给阴极6、门电极10和阳极18提供一定电压来驱动场发射显示装置。例如，将几伏到几十伏的负电压加在阴极6上，几伏到几十伏的正电压加在门电极10上，几百伏到几千伏的正电压加在阳极18上。
通过阴极6和门电极10之间的电压差可在电子发射源14周围产生电场，从而发射电子。将发射的电子引导作用于阳极18的高压上并与相应像素的荧光层对撞产生光，从而显示特定图像。
电子发射源14通过暴露在表面的碳纳米管16发射电子，同时由于它具有前述的电阻率，它将阴极6与每个碳纳米管16相连。
假设暴露于电子发射源14表面上的每一个碳纳米管16是一个电子发射地点，当没有使用电阻层时，因为电子发射地点的形态互不相同，(例如碳纳米管的垂直排列度和突起高度)，每个电子发射地点只在一定的电子地点发射电子，因此局部电场的实施效果不同。
然而，由于本发明的电子发射源14具有一定的电阻率，在发射大量电流的地方，阴极6和电子发射地点之间的电压下降，从而发射电流的数量减少。同时，在电子发射地点发射少量的电流时，电压不会下降或下降程度很小，因此可以维持阴极6和门电极10之间的电压差，从而保持发射的电流量。
如上所述，依据本发明，两个电子发射地点之间的发射电流的数量相对减少，因而相对于常规的结构它改善了电子发射的均匀性。作用于每个电子发射地点的负荷电流减少，因此有望提高电子发射源14的寿命周期。
图2示意性示出了根据本发明第一实施例的场发射显示装置的变形形式。如图2所示，在没有发射接收器的情况下，阴极6沿一个方向在后衬底2上以条纹图案形成。将根据本发明的电子发射源14形成在阴极6的表面上。
另外，在这种情况下，由于电子发射源14具有1～107Ωcm的电阻率，诸如作为用于连接阴极6和每个碳纳米管16的电阻层的前述效果就可以实现。
图3示出了根据本发明第二实施例的场发射显示装置的局部分解透视图。
如图3所示，门电极10沿一个方向(即图中的Y方向)在后衬底2上以条纹图案形成。绝缘层8通过后衬底2的整个表面形成在门电极10上。在绝缘层8上，阴极6在垂直于门电极10的方向上以条纹图案形成。
另外，在阴极6之间还可以形成反电极26，同时留下一定的空间以提高电场至超过绝缘层8的水平。
反电极26通过形成在绝缘层8上的孔8a与门电极10接触并进行电连接，如图4所示。
通过把面向反电极26的阴极6的边缘的导电材料去掉，可以形成发射接收器孔6b。将电子发射源14容纳在发射接收器孔6b中。
电子发射源14具有如上所述的结构，它与阴极6的一边接触，并在水平方向与阴极6相连。电子发射源14的电阻导电材料作为用于连接阴极6的边缘和碳纳米管16的电阻层。
当在门电极10和阴极6之间施加驱动电压时，门电极10的电场通过反电极26作用于电子发射源14的周围，因而可以从电子发射源14的边缘发射电子，尤其是从存在于电子发射源14的边缘的每个碳纳米管16中发射电子。在此过程中，电子发射源14的电阻导电材料可以作为电阻层。由于和前述描述一致，电阻层引起的效应的详细描述在此省略。
如图5所示，位于发射接收器孔6b中的电子发射源14最好是形成在阴极6边缘内部的区域，此时，在从阴极6的边缘朝向发射接收器孔6b的里面留有一定的距离。
这是因为当驱动场发射显示装置时，将几到几十伏特的负电压加在阴极6上，从电子发射源中发射的具有负电荷的电子具有聚焦力，该聚焦力不是通过由于作用于阴极6上的负电压而具有的排斥力来朝向前衬底4分布的。
在根据本发明的具有电子发射源的场发射显示装置中，在两个电子发射地点之间发射的电流的数量差相对减少，因而改善了电子发射的均匀性并降低了施加到每个电子发射地点的负载电流。因此，可有望提高电子发射源14的寿命周期。
本领域的技术人员可以理解的是对本发明的场发射显示装置的进一步实施例也可以实现，例如，参考图17，当用一个门电极10作为公共电极时，多个阳极100以条纹图案形成。通过绝缘层112，将门电极102与阴极110分离，阳极100形成在衬底114上。任意金属层116可形成在荧光层108上。在这个实施例中，可以在接收器106和在阴极110和阳极100之间的每个交叉点处预先形成荧光层图案的各个荧光层108之间形成像素区域，例如，当阳极是这样一个公共门电极时的阴极110a和阴极100a。本领域的技术人员可以理解的是阴极将接收扫描信息，而阳极将接收数据信息，反之亦然。
下面的实施例进一步详细说明了本发明。但是可以理解的是本发明不局限于这些实施例。
实施例1
将8wt％的碳纳米管与800升2wt％的玻璃粉混合，将所得混合物的1/3放入到一个装满磨球的球磨机中，并以5～100转/分的速度进行旋转，然后用50目的滤网进行过滤。
将60％的松油醇溶剂中的25wt％的Elvasite丙烯酸树脂与60％的松油醇溶剂中的25wt％的乙基纤维素固相进行混合。将得到的混合物进一步与50％的丁基卡必醇乙酸酯(BCA)中的25wt％的甲酚环氧丙烯酸酯低聚体进行混合，且向其中加入1.5wt％的BYK-164型分散剂。
将10wt％的碳纳米管和玻璃粉的混合物与75wt％丙烯酸树脂，乙基纤维素，及甲酚环氧丙烯酸酯低聚体的混合物进行混合并搅拌。将7wt％的光引发剂(HSP-188，SK-UCB制造)和1wt％的消泡剂(Tego制造)加入其中并搅拌5小时。然后加入5.5wt％的季戊四醇(pentanerytritol)-三-四-丙烯酸酯光引发剂并进行混合。
使用三辊式研磨机将混合物研磨10次以上，以均匀分布树脂中的粉末。然后加入12wt％的松油醇有机溶剂，制得糊状的碳纳米管电子发射源组合物。该组合物的粘度是25000cP。
实施例2
除了使用50wt％的甲酚环氧丙烯酸酯低聚体和50wt％的乙基纤维素固相混合物代替丙烯酸树脂外，采用与实施例1中相同的方法制造电子发射源组合物。
对比例1
除了仅用50wt％的聚酯丙烯酸酯代替丙烯酸树脂和乙基纤维素固相的混合物外，采用与实施例1中相同的方法制造电子发射源组合物。
对比例2
除了仅用50wt％的乙基纤维素固相代替丙烯酸树脂和乙基纤维素固相的混合物外，采用与实施例1中相同的方法制造电子发射源组合物。
实施例3
将例1中得到的组合物印刷在阴极上，并在90℃下在干燥器中干燥1小时。然后，以2000mJ/cm2的曝光能量使用图案掩模进行曝光，并用0.4％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液冲洗。用超声波清洗器除去残液以形成厚层。将厚层在空气和氮气中在450℃下烘烤10分钟以提供具有三极碳纳米管的电子发射源。
实施例4
除了用实施例2中的组合物代替实施例1中的组合物外，采用与实施例3中相同的方法制造具有三极管碳纳米管的电子发射源组合物。
对比例3和4
除了分别使用对比例1和2的组合物外，采用与实施例3中相同的方法制造根据对比例3和4的具有三极碳纳米管的电子发射源组合物。
图6是根据实施例3的场发射显示装置的摄影，而图7是在通过将电场供给实施例3中的场发射显示装置而前驱动三极管的情况下的摄影，这里阳极电压是600V而门电压是60V。图8是根据实施例3的具有碳纳米管的电子发射源组合物的截面图。如图6和8所示，可以发现具有粒子尺寸20μm或者更少的微孔可以选择性地形成图案。
进一步，如图7所示，可以确定的是根据本发明的发射光的均匀性和发射显示装置的发射特性将得到改善。此外，如图8所示，人们发现具有碳纳米管的电子发射源可以在不引起门电极和阴极之间短路的情况下构成三极管结构。图9是根据本发明的例3，具有碳纳米管的电子发射源的电场强度与电流密度的关系曲线图，图10是老化时间与电流密度的关系曲线图。如图9所示，当发射电压为7.5V/μm时，电流密度达到300μA/μm。因此，可以确认的是本发明能达到10μA/μm基准。另外，如图10所示，人们发现在整个时间段内电流密度都没有下降。
图11a示出了根据本发明的对比例3，具有碳纳米管的电子发射源的电场强度与电子的电流密度的关系曲线图。图11b是根据本发明的对比例1在使用碳纳米管的电子发射源组合物制造碳纳米管电子发射源的过程中，形成图案之后的组合物层的扫描电子显微镜(SEM)的摄影。
图12示出了根据本发明的对比例2在使用碳纳米管的电子发射源组合物制造碳纳米管的电子发射源的过程中，形成图案之后的组合物层的扫描电子显微镜(SEM)的摄影。
如图11a所示，根据对比例3的碳纳米管电子发射源具有低于本发明的实施例3和4中的电流密度。另外，如图11b和12所示，根据本发明的对比例1和2在形成图案之后，用于形成电子发射源的组合物层的厚度分别为3至4μm，因而当将它应用到三极管结构时，门电极的距离变得更远。
图13示出了根据实施例3和4和对比例3从碳纳米管发射源中发射的电子的电流密度图。与根据对比例3中只使用丙烯酸酯树脂的时所获得的电流密度相比，当使用根据实施例1和2中的混合树脂时所获得的电流密度得到改善。
图14和15分别示出了根据本发明的实施例1和2在使用碳纳米管的电子发射源组合物制造碳纳米管的电子发射源的过程中，在形成图案之后的组合物层的扫描电子显微镜(SEM)摄影。如图14和15所示，人们发现根据实施例1和2的组合物适合应用到三极管结构中。
实施例5
除了使用4wt％数量的碳纳米管外，采用与实施例1中相同的方法制备电子发射源组合物。
实施例6
除了使用12wt％数量的碳纳米管外，采用与实施例1中相同的方法制备电子发射源组合物。
对比例4
除了不使用碳纳米管外，采用与实施例1中相同的方法制备电子发射源组合物。
根据实施例5和6和对比例4，使用电子发射源组合物制造电子发射源，然后测量出电阻率，结果如图16所示。如图16所示，实施例5和6的电阻率级分别是103和10Ωcm，而对比例4中的电阻率级别则是108Ωcm。因此人们发现，具有1～20wt％的碳纳米管的电子发射源的电阻率是1～107Ωcm，因此，它也可以起到电阻层的作用。
因此，本发明可以有效地提供需要微刻图案的碳纳米管的电子发射源或需要控制电子发射源形态的三极管结构。此外，人们发现它能改善发射电流和电流密度特性。
根据本发明，电子发射源组合物及其制造方法改善了曝光性能和显影性能。同时通过使真空能级降低到最小和电流密度降低到最小而使得微刻图案形成阴极成为可能，并使得具有碳纳米管的电子发射源的发射电流特性得以改善。
虽然已经参照优选实施例对本发明作了详细的描述，但是本领域技术人员可以理解的是在没有背离所附权利要求中提出的精神和范围的情况下，可对本发明做出各种变形和替换。

Claims (22)

1、一种电子发射源组合物，包括：
1～20％重量的碳纳米管；
玻璃粉；
有机粘合剂树脂，包括乙基纤维素，以及丙烯酸酯树脂和丙烯酸树脂中的至少一种；及
有机溶剂，
其中所述玻璃粉的含量按100重量份的碳纳米管计为1～500重量份。
2、根据权利要求1的电子发射源组合物，其中所述有机粘合剂包括重量比为1∶1∶1～0.5∶1∶1的丙烯酸酯树脂，丙烯酸树脂和乙基纤维素树脂。
3、根据权利要求1的电子发射源组合物，其中所述有机粘合剂包括重量比为1∶1～1∶2的丙烯酸酯树脂和乙基纤维素树脂。
4、根据权利要求1的电子发射源组合物，其中所述有机粘合剂包括重量比为1∶1～1∶2的丙烯酸树脂和乙基纤维素树脂。
5、根据权利要求1的电子发射源组合物，其包含选自环氧丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的丙烯酸酯树脂。
6、根据权利要求1的用于场发射显示装置的电子发射源组合物，其包含选自环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯和丙烯酰基共聚物的丙烯酸树脂。
7、根据权利要求1的用于场发射显示装置的电子发射源组合物，其中所述有机溶剂选自松油醇，丁基卡必醇乙酸酯和Texanol醇酯。
8、根据权利要求1的用于场发射显示装置的电子发射源组合物，其中电阻率是1～107Ωcm。
9、一种场发射显示装置，包括：
第一衬底和与第一衬底相对的第二衬底，在两衬底之间留有一定的空间以构造一真空容器；
位于第一衬底上的电子发射源；
从该电子发射源中发射电子的装置；和
用于发射光的装置，该装置位于第二衬底上以通过从电子发射源中发射的电子来表示图像，
其中所述电子发射源包括1～30％重量的碳纳米管并具有1～107Ωcm的电阻率。
10、根据权利要求9的场发射显示装置，其中该发射源包括20～30％重量的碳纳米管。
11、根据权利要求9的场发射显示装置，其中有机粘合剂包括乙基纤维素，丙烯酸酯树脂和丙烯酸树脂。
12、根据权利要求9的场发射显示装置，其中该电子发射源包括玻璃粉，该玻璃粉的量按100重量份的碳纳米管计为1～500重量份，且该电子发射源还包括有机粘合剂树脂，该有机粘合剂树脂包括乙基纤维素以及丙烯酸酯树脂和丙烯酸树脂中的至少一种。
13、根据权利要求9的场发射显示装置，其中所述用于发射电子的装置包括：
以预定的图案形成于第一衬底上的阴极，该阴极具有用于电子发射源的接收器，其中将导电材料去掉从而将电子发射源容纳在用于电子发射源的接收器中；
形成于第一衬底表面以覆盖部分阴极从而暴露电子发射源的绝缘层；和
以预定的图案形成于绝缘层上的门电极，该门电极与每个阴极垂直，从而使电子发射源暴露出来。
14、根据权利要求9的场发射显示装置，其中所述用于发射电子的装置包括：
以预定图案形成在第一衬底上的阴极，所述电子发射源位于该阴极的表面；
形成于第一衬底表面以覆盖部分阴极从而暴露电子发射源的绝缘层；和
以预定的图案形成在绝缘层上的门电极，该门电极与每个阴极垂直，从而使电子发射源暴露出来。
15、根据权利要求9的场发射显示装置，其中所述用于发射电子的装置包括：
以条纹图案形成在第一衬底上的门电极；
形成在第一衬底整个表面上以覆盖门电极的绝缘层；和
以条纹图案形成在绝缘层上并与每个门电极垂直的阴极，该阴极具有用于电子发射源的接收器，将其边缘上的导电材料除去，从而将电子发射源容纳在用于电子发射源的接收器中。
16、根据权利要求9的场发射显示装置，其中该电子发射源还包括在其间具有一定空间的阴极之间设置的反电极。
17、根据权利要求15的场发射显示装置，其中该反电极通过形成于绝缘层中的孔与门电极接触，从而使其与门电极电连接。
18、根据权利要求9的场发射显示装置，其中所述电子发射源的边缘在阴极边缘的内部区域形成。
19、一种场发射显示装置，包括：
第一衬底；
至少一个以预定的门电极图案形成在第一衬底上的门电极；
形成在第一衬底上并覆盖至少一个门电极的绝缘层；
多个以预定的阴极图案形成在绝缘层上的阴极；
阴极与电接触的发射器，其中每个发射器包括碳纳米管和有机粘合剂树脂，该有机粘合剂树脂包括乙基纤维素以及丙烯酸酯树脂和丙烯酸树脂中的至少一种；
与第一衬底相对的第二衬底，两衬底之间有预定的间隙，第一衬底和第二衬底形成一真空容器；
至少一个以预定的阳极图案形成在与第一衬底相对的第二衬底表面上的阳极；及
以预定的荧光层图案形成在阳极上的荧光层；
其中将部分阴极去掉以形成接收发射器的区域，并在接收发射器的区域之间形成栅栏，将在每个接收发射器的区域提供的一个发射器，其与阴极电接触；
其中在每个交叉区处在发射器与各自预定荧光层图案的荧光层之间形成像素区域，该交叉区是
当阳极作为公共阳极时的阴极和门电极的交叉区；或
当门电极作为公共门电极时的阴极和阳极的交叉区；以及
其中将预定电压施加在至少一个阳极，阴极和至少一个门电极上，在各门电极与发射器之间产生电场，由此将从发射器中发射的电子在相应的像素区域朝向荧光层引导并撞击荧光层以获得预定的图像。
20、根据权利要求19的场发射显示装置，其中有机粘合剂包括乙基纤维素，丙烯酸酯树脂和丙烯酸树脂。
21、根据权利要求19的场发射显示装置，其中至少一个以预定门电极图案形成的门电极是多个以条纹图案形成的门电极，且至少一个以预定阳极图案形成的阳极是一个用作公共电极的阳极。
22、根据权利要求19的场发射显示装置，其中至少一个以预定阳极图案形成的阳极是多个以条纹图案形成的阳极，且至少一个以预定门电极图案形成的门电极是一个用作公共电极的门电极。
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