CN1992124A - 场发射显示器电子发射源表面活化的方法 - Google Patents

Abstract

一种场发射显示器电子发射源表面活化的方法，在未活化的阴极板制作完成后，在电子发射源层的一侧利用溶剂制作保护层，然后调制涂料，通过涂装设备将涂料雾化涂布于所述已制作保护层的阴极板上，在涂料涂覆于阴极板后，再焙烤数分钟，使贴覆层固化铸形、干燥成膜后再利用滚筒式脱膜机构进行脱膜，从而均匀脱膜以均匀活化电子发射源层表面，在脱膜后的阴极板的电子发射层内仍有部分残留溶剂，再焙烤数分钟以充分移除多余的溶剂。

Description

场发射显示器电子发射源表面活化的方法

技术领域

本发明涉及一种用于场发射显示器阴极板的电子发射源表面活化方法，特别涉及一种可以避免电子发射源被破坏、提高活化效率、保留更多碳纳米管电子发射源的方法。

背景技术

传统的三极场发射显示器，其结构主要包括阳极结构与阴极结构，该阳极结构与阴极结构之间设置有支撑器(spacer)，作为阳极结构与阴极结构间真空区域的间隔、以及作为阳极结构与阴极结构间的支撑，该阳极结构包括阳极基板、阳极电极层以及荧光粉体层(phosphorslayer)；该阴极结构则包括阴极基板、阴极电极层、电子发射源层、介电层以及栅极层；其中电子发射源层以碳纳米管(Carbon nanotubes)为主要成分，碳纳米管自1991年被Iijima提出(Nature 354，56(1991))具备极高的电子特性后，其已被多种电子组件所使用。碳纳米管可以有很高的深宽比(aspect ratio)，其深宽比大于500以上，并且具有高的刚性，其杨氏系数多在1000GPn以上，而碳纳米管的尖端或缺陷处均为原子量级的露出，由于其具有以上这些特性，因此被认为是一种理想的场电子发射源(electron field emitter)材料，例如用作一种场发射显示器的阴极结构上的电子发射源。由于碳纳米管具备以上所述的物理特性，因此也可被设计用于多种制作过程，如网印或薄膜制作过程等，以用于布图电子组件。

而所谓的阴极结构制作技术，是将碳纳米管作为电子发源材料制作于阴极导电层上，其制作方法可以包括化学真空沉积(CVD)，或者一种可以将感光型碳纳米管溶液布图制作于各像素内的阴极导电层上的方法，也可为喷涂碳纳米管溶液搭配网罩制作，或是一种将碳纳米管涂布沉积于阴极导电层上的电泳法，然而不论是上述哪种做法，均须在图样制作后进行500℃以上的高温烧结，以使在完成上述各制作过程后残留的溶剂移除，并使碳纳米管固着于阴极导电层上，以增加其附着力。

此外，在完成了高温烧结以固着电子发射源的制作过程后，仍需进行所谓的电子发射源表面活化制作过程。由于高温烧结容易在电子发射源表面形成非碳纳米管的碳质块材结构，其中包含不良晶体类型的碳纳米管或其它碳球结构、或其它碳质因高温烧结所形成的高温碳化材料，而这些材料将集结于电子发射源表层，影响碳纳米管电子的产生。传统的处理方式有几种，第一种是通过表面热处理加以氧化移除，如激光或离子束等，使其下的碳纳米管露出；第二种是通过表面热处理仅使所述集结材料分裂或裂开，从而使埋藏于其下的碳纳米管露出的机会增加；第三种是以粘黏方式将表面的所述集结非有效材料黏着移除，其中尤以第三种模式的成本低且效果显著，对于第三种模式，现有技术包括多种方法，一种是贴膜后剥膜处理方法，即利用一种胶带贴覆于电子发射源表面，再将该胶带剥除，以移除上述所谓的多余材料或结构以达到活化的目的；另一种为碳纳米管电子源场发射电流增益制作过程，即利用一种热熔胶或可熔性涂料通过热铸型来灌注于三极结构的各像素内的电子发射源表面；再一种是本发明人先前所提出的专利申请，即以喷涂方式将高分子涂料灌注于三极结构以形成覆膜，然后将熔胶或覆膜加以移除，以实现活化电子发射源表面的目的。

然而，以上现有技术在完成对阴极电子发射源进行贴覆处理以移除表面材料的过程后，仍会保留一定碳纳米管附着于阴极电极上，更进一步来说，在利用网印涂附制作的电子发射源的结构上，所述碳纳米管是利用玻璃粉或银粉材料通过烧结将碳纳米管固着于阴极电极上，除此之外，近年来将碳纳米管制作为电子发射源的技术更加多样化，除网印方式以及利用CVD直接生长外，还有喷涂或电泳沉积方式等，上述各种制作所形成的电子发射源结构相对于阴极电极的附着能力也因制作技术的差异而有所不同，然而上述技术若不加以改良，则对于利用贴覆活化电子发射源的机制仍有限制。

如图1所示，微观烧结后未贴覆活化的阴极板1的各像素电子发射源层的组织结构可分为：基板2，该基板2上形成有电极层3，邻接于电极层3上方的附着层4以玻璃粉材银粉材及碳纳米管为主要成分，邻接于附着层4上方的碳纳米管结构层(电子发射源层)5以碳纳米管为主要成分，邻接于碳纳米管上方的非有效材料层51以高温烧结所形成的碳质块材为主要成分，现有的贴覆活化机制是欲将非有效材料层51贴覆移除以使碳纳米管结构层露出，以利于电子束的产出，其中所述碳纳米管结构层由于主要成分为松散的碳纳米管，而附着层与所谓的非有效材料层51，是经烧结后的致密结构块材，因此该碳纳米管结构层5的结构力远小于其上下的结构层，所以通过所谓的贴覆活化机制的过程，碳纳米管结构层5将被破坏分解，由此碳纳米管表面的非有效材料层51将被贴覆而移除，破坏后的碳纳米管结构层5的碳纳米管充分露出，从而实现表面活化，然而所述机制对于热熔铸形方式或者是本发明人先前所提出的专利申请案即利用喷涂高分子溶剂灌注贴覆的方式，仍不尽完备，其主要原因在于，贴覆溶剂在铸型或喷涂灌注过程中，可能不仅贴覆在非有效材料层51的外表面，其部分将过度渗入于碳纳米管结构层5中，甚至可以黏附至附着层4，因此这些熔胶或高分子材料塑形固化后，将充分填塞于电子发射源的各层材料间，在剥膜过程将并非如前所述仅中间层的碳纳米管结构层5被破坏、非有效材料层51及部分的碳纳米管被移除，而是进一步变成整个单一像素内的电子发射源结构被黏附移除或是被破坏，由此无法实现增加电子产出的目的，从而导致画面均匀性降低。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决通过剥膜表面活化处理三极结构的阴极电子发射源时，可能因灌注的熔胶或高分子材料在部分像素中充分灌注于电子发射源层结构内，导致在剥膜过程将所述像素内的电子发射源过分剥离或破坏，影响各像素单元内的电子产生效果或相对于其它的电子产出的电流密度差异，从而影响画面均匀性的问题。因此本发明提供一种改善技术，即，在灌注或填注熔胶或高分子材料溶剂前，在电子发射源层内的碳纳米管结构层上形成保护层，从而使填注的熔胶或溶剂仅限于局部碳纳米管层及非有效结构材料层，由此在剥离贴覆材料过程中仅移除非有效材料层及部分碳纳米管，并将大部分的碳纳米管保留在电子发射源结构中，不会使得像素内的电子发射源结构被大部份贴覆移除。而贴覆活化后的电子发射源结构，可利用简易移除程序再将上述保护层材料加以移除，从而不会影响原电子发射源的特性。

为了实现上述目的，本发明的场发射显示器电子发射源表面活化的方法包括以下步骤：

在未活化的阴极板制作完成后，在阴极板的电子发射源层一侧，选用乙醇作为制作保护层的溶剂，将其涂附于电子发射源层的表面，并对表面进行微热处理，以移除电子发射源层非有效区域层表面的溶剂及碳纳米管层表面的小部分溶剂，仅保留电子发射源层表面及四周所形成的保护层；

调制涂料，该涂料为水溶液，以涂装用的喷枪利用高压空气压送方式将涂料雾化喷涂于上述已制作保护层的阴极板，由于使用的喷涂涂料是一种水溶液，并且使用的是喷涂程序，因此可重复喷涂，确保雾化涂料充分铸形于电子发射源层表面；

在上述涂料涂覆于阴极板后，再焙烤数分钟，使贴覆层固化铸形、干燥成膜后再利用滚筒式脱膜机构进行脱膜，从而可以均匀脱膜以均匀活化电子发射源层表面，在脱膜后的阴极板的电子发射源层内仍有部分残留溶剂，再焙烤数分钟以充分移除多余的溶剂。

附图说明

图1是本发明的阴极板示意图；

图2是在本发明的阴极板上制作保护层的示意图；

图3是本发明的阴极板喷涂涂料示意图；

图4是本发明的阴极板的贴覆层进行剥除处理示意图；

图5是本发明的活化后阴极板结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

阴极板.................1

基板...................2

电极层.................3

附着层.................4

电子发射源层...........5

保护层.................6

涂料...................7

贴覆层.................8

滚筒式脱膜装置.........9

喷枪...................10

具体实施方式

有关本发明的技术内容和详细说明，现结合附图说明如下：

图1是本发明的阴极板结构示意图。如图所示，本发明的场发射显示器电子发射源表面活化的方法(二)，主要是在未活化的三极结构阴极板上，选用与贴覆溶剂不互溶的材料作为保护层(可以为一种溶液)，利用涂附或浸泡使保护层材料深入碳纳米管层，再利用简单焙烤或旋转甩出，将非有效区表面及非有效区附近的碳纳米管沾附的保护层材料加以移除，以利于贴覆黏着材料的贴覆，然后利用碳纳米管周围所形成的保护层加以阻隔，使贴覆溶剂或熔胶不至与附着层或较多的碳纳米管层材料黏贴、在剥膜过程也一并被移除或破坏，在剥膜处理后，即，将非有效区层及少部分的碳纳米管移除后，将露出中间层的碳纳米管层，然后进行加热干燥将保护层溶剂移除。

首先，制作未活化的三极结构阴极板1，所述阴极板1包括玻璃材质的基板2；然后利用银胶在基板2表面上形成电极层3；电极层3制作完成后，在电极层3的表面上形成附着层4；附着层4制作完成后，在附着层4的表面上形成电子发射源层(碳纳米管)5。

上述未活化的阴极板1制作完成后，选用乙醇作为制作保护层6的溶剂，将其涂附于电子发射源层5的表面，并进行40℃表面微热30秒处理，以移除电子发射源层5的非有效区域层51(如图2所示)表面的乙醇及碳纳米管层表面的小部分乙醇，仅保留电子发射源层5表面及四周形成的乙醇保护层6；

然后，调制PVA或PVP的水溶液作为贴覆黏着剂，其浓度可以为5％～10％，常温黏度控制在1000cps以下，加热后黏度可控制在500cps以下。通过一种涂装用的喷枪10利用高压空气的压送方式将涂料(水溶液)7雾化喷涂至上述已制作保护层6的阴极板1(如图3所示)，配合所使用的涂布溶液及悬浮的固体物含量比例，选用的涂装喷枪10空气进气流量至少大于200l/min，由于使用的喷涂溶液是一种水溶液，并且使用的是喷涂程序，因此可重复喷涂，确保雾化涂料7充分铸形于电子发射源层5表面；

另外，为配合后续的剥膜制作过程，需使贴覆的贴覆层8形成特定厚度(0.1～0.5mm)，以利于脱膜滚筒进行黏覆脱膜；

在上述涂料7涂覆于阴极板1后，再以60～80℃焙烤10～20分钟，使贴覆层8固化铸形、干燥成膜后再通过滚筒式脱膜机构9进行脱膜，从而均匀脱膜以均匀活化电子发射源层5表面(如图4所示)，在脱膜后的阴极板1的电子发射源层5内仍有部分残留的乙醇，可再以60～80℃焙烤10～20分钟以充分移除多余的乙醇溶剂(如图5所示)。

综上所述，本发明针对过去的贴覆阴极板活化碳纳米管的机制加以改良，可使活化的各像素充分保留，也可避免涂覆溶剂过度黏贴，破坏电子发射源，从而提高成品率及结构上的均匀性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明的实施范围。凡是在本发明申请专利范围内所做的同等变化与修饰，均包括在本发明的专利范围内。

Claims (16)

1.一种场发射显示器电子发射源表面活化的方法，包括：

a)取未活化的阴极板；

b)在所述阴极板的电子发射源层一侧将溶剂涂附于电子发射源层的表面以形成保护层，并对表面进行微热处理，以移除电子发射源层非有效区域层表面的溶剂及碳纳米管层表面的小部分溶剂，仅保留电子发射源层表面及四周所形成的溶剂保护层；

c)调制涂料，并将所述涂料涂布于所述阴极板上，以充分铸形于电子发射源层表面从而形成贴覆层；

d)在所述溶液涂覆于所述阴极板后，再进行焙烤，使贴覆层固化铸形、干燥成膜后再移除贴覆层，以均匀活化电子发射源层表面，脱膜后的阴极板的电子发射源层内仍有残留部份的溶剂，再进行焙烤以充分移除多余的溶剂。

2.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述阴极板为三极阴极结构。

3.如权利要求2所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述阴极板制作方法包括：

a)准备基板，所述基板为玻璃材质；

b)利用银胶在所述基板表面上形成电极层；

c)所述电极层制作完成后，在所述电极层的表面上形成附着层；

d)所述附着层制作完成后，在所述附着层的表面上形成电子发射源层。

4.如权利要求3所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述电子发射源层为碳纳米管。

5.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述溶剂为乙醇。

6.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述保护层进行40℃表面微热处理30秒，以移除电子发射源层非有效区域层表面的溶剂及电子发射源层表面的小部分溶剂。

7.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述喷枪以高压空气压送方式将涂料雾化喷涂于所述阴极板的电子发射源层表面上。

8.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述喷枪为了配合所使用的涂布溶液及悬浮的固体物含量的比例，选用的涂装喷枪空气进气流量至少大于200l/min。

9.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述涂料为PVA或PVP溶液。

10.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述涂料是浓度为5％～10％的水溶液。

11.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述涂料的常温黏度控制在1000cps以下。

12.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述涂料加热后黏度可控制在500cps以下。

13.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述贴覆层形成的特定厚度为0.1～0.5mm。

14.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，所述贴覆层脱膜利用滚筒式脱膜装置。

15.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，将涂覆涂料后的阴极板以60～80℃焙烤10～20分钟，使贴覆层固化铸形。

16.如权利要求1所述的场发射显示器电子发射源表面活化的方法，其中，在脱膜后的阴极板的电子发射源层内仍有部分残留溶剂，再以60～80℃焙烤10～20分钟以充分移除多余的乙醇溶剂。

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