CN1492469A - 碳纳米管场致发射发光管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管场致发射发光管及其制备方法，本方法可以制作成封在一个腔体的多色管或全色管。由金属丝或金属尖上制备碳纳米管作为阴极，由制备在玻璃管内壁上的透明导电膜作为阳极，阴极采用弹性金属钩固定，在固定处引阴极引线；在阳极导电膜上所需位置涂覆荧光粉膜。其制备过程包括：阴极制备、阳极制备、弹性金属钩的固定及银浆引线，最后将装有阳极和阴极的玻璃管腔体抽真空封装。本发明利用碳纳米管优良的发射特性和金属丝半径小发射效率高的特点，提高了发光效率；用弹性金属钩来固定金属丝能很好地释放工作过程中温度变化引起的热胀冷缩，使阴阳极保持平行，增加了发光管的稳定性和使用寿命。

Description

碳纳米管场致发射发光管及其制备方法

技术领域

本发明属于发光与显示技术领域，涉及一种场致冷发射发光管，特别涉及一种碳纳米管场致发射发光管及其制备方法。

背景技术

场致发射发光管是一种发光器件，其发光的波长由荧光粉决定，因此可由红，绿，兰三色管子组在一起通过加不同的电压或不同的脉冲形成全色发光管或多个三色管组合作为大屏幕全彩色显示板，也可单色管单独使用。它与一般的发光二极管相比制作简单，而且功耗低，亮度高，寿命长。能提高显示器的亮度和分辨率，可用于大屏幕显示、户内外广告牌、交通指示灯以及电子仪表自动化系统的指示灯显示等。

目前碳纳米管场致发射发光管未见报道，一般的发光二极管(LED)器件多为化合物半导体P-N二极管发光，其原理是P-N耗尽非平衡载流子辐射复合发光，发光波长决定于P-N材料的能带机构。其制作工艺和结构复杂，发光亮度低。

发明内容

针对上述现象或不足，本发明的目的在于，提供一种碳纳米管场致发射发光管及其制备方法，本发明避免了化合物半导体二极管P-N结制作的复杂工艺，结构简单，成本低廉，并可提高发射效率、降低功耗，延长发光管使用寿命。

实现上述碳纳米管场致发射发光管发明技术解决的是：该述碳纳米管场致发射发光管，包括一玻璃腔体，在玻璃腔体的内壁所需位置制备有透明导电膜构成的阳极；在一个玻璃腔体内至少设置有一根金属丝或金属尖，在其上制备有碳纳米管构成阴极，且阴极由固定在玻璃腔体内壁靠两端的弹性金属钩绷紧固定，弹性金属钩或点焊在与玻璃板封接好的接线柱上，在固定处烧银浆引阴极引线；在阳极导电膜上相应位置上涂覆至少一种颜色的荧光粉膜，最后将装有阳极和阴极的玻璃腔体抽真空封装。

本发明的碳纳米管场致发射发光管可以制备成单色管，也可以制备成多色管，多色碳纳米管场致发射发光管的阴极可由几根金属丝或金属尖上制备的碳纳米管构成，可在相应的不同区域涂几种颜色的荧光粉，以增加显示分辨率。

本发明的碳纳米管场致发射发光管可在一个玻璃真空腔体内封入三根制备有碳纳米管的金属丝阴极，阳极涂敷红，绿，兰三色荧光粉，可共用一个阳极，也可各自独立，三个阴极独立，这样一个场发射发光管可通过加不同的电压或不同的脉冲形成一个全色像素点；

所述阴极的碳纳米腔体可制备在金属丝上也可制备在金属尖上；

所述金属丝可以是钨丝、铁丝、钼丝、镍丝等，金属丝用弹性金属钩固定；既可释放工作过程中温度变化引起的热胀冷缩，又使阴阳极保持平行。

所述弹性金属钩由弹性金属制成，用低玻粉烧结在玻璃腔体内光刻掉导电膜两端的位置上或点焊在与玻璃板封接好的接线柱上。

玻璃腔体的形状可以是平板的也可以是圆形的。

实现上述的碳纳米管场致发射发光管的制备方法，其特点是：包括以下步骤：

1)阴极制备

清洗金属丝，用热解法或CVD法或涂敷法工艺在金属丝上制备碳纳米管作为阴极；

2)阳极制备

在玻璃板上或管内壁制备透明导电膜，根据引线和装配需要去除掉不需要透明导电膜的部分，在所需位置上涂敷荧光粉；

3)制备金属弹性钩，并将其固定在相应的位置，用以绷紧固定金属丝，使阴阳极保持平行；

4)将至少一个阴极由固定在玻璃腔内壁上靠两端的弹性金属钩绷紧固定，在固定处引阴极引线；最后将装有阳极和阴极的腔体，抽真空封装。

本发明和现有技术相比，具有以下特点：

(1)本发明巧妙地组合利用碳纳米管优良的场发射特性和曲率半径很小的金属丝(如钨丝)或金属尖，在金属丝甚至在金属丝尖上制备优良发射特性的碳纳米管，很大地提高了发光效率。

(2)用弹性金属钩固定金属丝能很好地释放工作过程中温度变化引起的热胀冷缩，使阴阳极保持平行，从而增加发光管的稳定性和使用寿命。

(3)在玻璃腔体内封三根生长碳纳米管的金属丝阴极，阳极涂敷红，绿，兰三色荧光粉，这样的发光管可通过加不同的电压或不同的脉冲形成一个全色像素点或多个三色管组合作为大屏幕全彩色显示板，多色碳纳米管场致发射发光管的阴极可以是几根制备有碳纳米管的金属丝或金属尖，可在相应的不同区域涂几种颜色的荧光粉，提高显示器的亮度和分辨率。

附图说明

图1是本发明的碳纳米管场致发射发光管的结构图也是实施例1的截面图；

图2是本发明的碳纳米管场致发射发光管实施例2的截面图和俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和发明人依上述技术方案完成的实施例，对本发明作进一步的详细说明。

参见图1、2，本发明的碳纳米管场致发射发光管，包括一玻璃腔体4，在玻璃腔体4内壁上制备有透明导电膜5构成阳极；在金属丝3上制备的碳纳米管2构成阴极，且阴极由固定在玻璃腔体4内壁上靠两端的弹性金属钩1绷紧固定，在用低玻粉烧结弹性金属钩1处同时引阴极引线；在相应的阳极导电膜5上还涂覆有荧光粉膜6，最后将装有阳极和阴极的腔体，抽真空封装。

本发明的发光管阴极是碳纳米管，且将碳纳米管制备在金属丝上，金属丝被弹性金属钩绷紧固定，弹性金属钩固定在玻璃腔体内去除掉透明导电膜的靠两端的位置，烧银浆引阴极引线；透明导电膜制备在玻璃腔体上作阳极，根据引线和装配需要去除不需要导电膜的部分，在所需位置上涂敷荧光粉。

本发明由下述制备方法进行：

(1)阴极制备：在金属丝上制备碳纳米管，取出后对其纯化。

方法中用的碳纳米管可用热解法、CVD法、涂敷法等得到。

(2)阳极制备：在玻璃腔体内壁制备透明导电膜，根据引线和装配需要去除不需要导电膜的部分，在所需位置上涂敷荧光粉。

(3)制备金属弹性钩，将其用低玻粉烧结在玻璃腔体内光刻掉导电膜的靠两端的位置。或将金属弹性钩点焊在与玻璃板封接好的接线柱上。

(4)最后将装有阳极和阴极的腔体，抽真空封装而成。

本发明的碳纳米管场致发射发光管工作原理是：将场致发射发光管的阴极接地，阳极加正电压，当电压加到一定的数值时，发射体尖端电场足够强，使发射体尖端表面势垒变低变窄，就有电子隧穿表面势垒发射出来，被电场加速打到荧光粉上激发荧光粉发光。所以提高场致发射效率的关键是制备曲率半径很小的发射体尖端，本发明组合利用碳纳米管优良的场发射特性和曲率半径很小的金属丝(如钨丝)或金属尖，在金属丝或金属尖上制备碳纳米管，很大地提高了发光效率；另外用弹性金属钩来固定金属丝能很好地释放工作过程中温度变化引起金属丝的热胀冷缩，使阴阳极保持平行，从而增加了发光管的稳定性和使用寿命。

本发明的碳纳米管场致发射发光管亮度高，其发射的光波由荧光粉决定，因此可由红，绿，兰三色管子组在一起或多个三色管组合作为大屏幕全彩色显示板。它与目前所用的各种显示像素以及一般的发光二极管相比功耗低，亮度高，寿命长且制作成本低。

以下是发明人给出的实施例，但本发明不限于该实施例。

实施例1：以钼金属弹性钩固定钨金属丝的结构单色圆形发光管

其结构同上述技术方案。其制备方法为：

(1)阴极制备：清洗钨丝，在钨丝上用热解法、CVD法生长或涂敷碳纳米管，取出后对其纯化。

(2)阳极制备：用苯稀释(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液，其中Sn/In按10％比例配制，然后清洗玻璃管后一端堵死，将(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液倒入玻璃管使玻璃管内壁浸渍数分钟后，倒出混合液，然后热处理后，慢慢晾干，即可形成均匀坚硬透明的ITO导电膜(或用其它工艺制备)，根据引线和装配需要光刻后在ITO上涂敷荧光粉。当然，制备ITO膜用的混合液可用SnCl₄+H₂O+InO₂溶液。

(3)制备钼金属弹性钩，将其用低玻粉烧结在玻璃管内光刻掉ITO的靠两端的位置。同时烧银浆引阴极；烧结好后固定钨丝。

这种方法既释放钨丝工作过程中温度变化引起的热胀冷缩，又能使阴阳极保持平行，从而增加了发光管的稳定性和使用寿命。

(4)最后将装有阳极和阴极的腔体，抽真空封装而成。

实施例2：以钼金属弹性钩固定钨金属丝的结构三色平板型发光管

(1)阴极制备：清洗几根钨丝，在钨丝上用热解法、CVD法生长或涂敷碳纳米管，取出后对其纯化。

(2)阳极制备：用苯稀释(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液，其中Sn/In按10％比例配制，然后清洗平板玻璃，将(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液倒在玻璃板上使玻璃板浸渍数分钟后，倒掉混合液，然后热处理后，慢慢晾干，即可形成均匀坚硬透明的ITO导电膜(或用其它工艺制备)，根据器件的大小进行裁制，根据引线和装配需要光刻后在ITO上分别涂敷红、绿、兰三条荧光粉膜。当然，制备ITO导电膜用的混合液可用SnCl₄+H₂O+InO₂溶液。

(3)制备六个钼金属弹性钩，将其用低玻粉烧结在玻璃板上光刻掉ITO的靠两端的位置，同时烧银浆引阴极；烧结好后固定三根钨丝。

(4)最后将装有阳极和阴极玻璃和专用留抽气孔的封壳用低玻粉烧结成腔体，抽真空封装而成。

实施例3：接线柱点焊固定钨金属尖的圆柱形结构三色发光管

(1)阴极制备：清洗几根钨丝尖，在钨丝上用热解法、CVD法生长或涂敷碳纳米管，取出后对其纯化。

(2)阳极制备：用苯稀释(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液，其中Sn/In按10％比例配制，然后清洗一端封口的短玻璃管，将(C₇H₁₅COO)₃In和C₇H₁₅COO)₃Sn的混合液倒入玻璃管中浸渍数分钟后，倒掉混合液，然后热处理后，慢慢晾干，即可形成均匀坚硬透明的ITO导电膜(或用其它工艺制备)，根据引线和装配需要光刻后在ITO上分别涂敷红、绿、蓝三色荧光粉膜。当然，制备ITO导电膜用的混合液可用SnCl₄+H₂O+InO₂溶液。

(3)根据上述玻璃管的内径制备玻璃板，通过玻璃板引三根阴极其上点焊固定钨丝尖，然后留抽气孔。

(4)最后将装有阴极的玻璃板和制备ITO阳极的玻璃管用低玻粉烧结成腔体，抽真空封装，抽真空封装工艺类似灯泡封装。

当然，按上述公开的技术方案的实施例可以例举许多，这里不作穷尽例举，只要是在本发明所要求的权利范围，都能实现本发明。

Claims (7)

1.一种碳纳米管场致发射发光管，包括一玻璃腔体【4】；其特征在于，在玻璃腔体【4】的内壁上制备有透明导电膜【5】构成的阳极；玻璃腔体【4】内至少设置有一根金属丝【3】，在金属丝【3】上制备的碳纳米管【2】构成阴极，且阴极由固定在玻璃腔【4】内壁上靠两端的弹性金属钩【1】绷紧固定，在固定处引阴极引线；相应的阳极导电膜【5】上还涂敷荧光粉膜【6】，一根金属丝【3】对应一种颜色的敷荧光粉膜【6】；最后将装有阳极和阴极的玻璃腔体抽真空封装。

2.如权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管，其特征在于，所述玻璃腔体【4】内有几根制备有碳纳米管【2】的阴极，在相应的不同区域涂几种颜色的荧光粉【6】；可制成单色发光管，也可以制成多色发光管。

3.如权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管，其特征在于，所述玻璃真空腔体【4】内封入三根生长碳纳米管【2】的金属丝【3】作为阴极，透明导电膜【5】构成的阳极上分别涂敷红、绿、兰三色荧光粉【6】，三个阴极可共用一个阳极，也可使三个阴极各自独立，构成一个全色像素点的场发射发光管。

4.如权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管，其特征在于，所述阴极的碳纳米管【2】可制备在金属丝【3】上也可制备在金属尖上，

5.如权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管，其特征在于，所述的金属丝【3】可以是钨丝、铁丝、钼丝、镍丝等，用弹性金属钩【1】绷紧固定，使其与阳极平行。

6.如权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管，其特征在于，所述的弹性金属钩【1】为弹性金属制成，用低玻粉烧结在玻璃管【4】内光刻掉导电膜【5】两端的位置上或点焊在与玻璃板封接好的接线柱上。

7.一种实现权利要求1所述的碳纳米管场致发射发光管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)阴极制备

清洗金属丝，用热解法或CVD法或涂敷法工艺在金属丝上制备碳纳米管作为阴极；

2)阳极制备

在玻璃板上或管内壁制备透明导电膜，根据引线和装配需要去除掉不需要透明导电膜的部分，在所需位置上涂敷荧光粉；

3)制备金属弹性钩，并将其固定在相应的位置，用以绷紧固定金属丝，使阴阳极保持平行；

4)将至少一个阴极由固定在玻璃腔内壁上靠两端的弹性金属钩绷紧固定，在固定处引阴极引线；最后将装有阳极和阴极的腔体，抽真空封装。

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