TW201601182A - 場發射體的製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種場發射體的製備方法，包括：提供一奈米碳管層，所述奈米碳管層包括複數微孔及相對的第一表面及第二表面；在所述奈米碳管層的第一表面電鍍一第一金屬層；在所述奈米碳管層的第二表面電鍍一第二金屬層，形成一奈米碳管複合層；及斷開所述奈米碳管複合層，使所述奈米碳管層斷開，在斷開處形成複數電子發射端。

Description

場發射體的製備方法

本發明涉及一種場發射體的製備方法，尤其涉及一種基於奈米碳管結構的場發射體的製備方法。

場發射顯示器係繼陰極射線管(CRT)顯示器和液晶顯示器(LCD)之後，最具發展潛力的下一代新興技術。相對於先前的顯示器，場發射顯示器具有顯示效果好、視角大、功耗小以及體積小等優點，尤其係基於奈米碳管的場發射顯示器，近年來越來越受到重視。

場發射陰極裝置係場發射顯示器的重要元件。先前技術中，場發射陰極裝置通常通過以下方法製備：提供一基底；在基底上形成複數陰極電極；將奈米碳管通過化學氣相沈積法設置在陰極電極上形成電子發射體。

然，以上述方法製備的場發射陰極裝置中，電子發射體中的奈米碳管與陰極電極的結合力不夠強，因此在場發射陰極裝置電子發射功率較大時，奈米碳管在發射電子時容易被強電場拔出，從而限制了該場發射陰極裝置的電子發射能力和壽命，影響了場發射陰極裝置的穩定性。

有鑒於此，提供一種適用於電子發射功率較大的場發射體的製備方法實為必要。

一種場發射體的製備方法，包括：提供一奈米碳管層，所述奈米碳管層具有相對的第一表面及第二表面，該奈米碳管層包括複數奈米碳管，至少部份奈米碳管間隔設置形成複數微孔；在所述奈米碳管層的第一表面和第二表面分別電鍍形成一第一金屬層和一第二金屬層，形成一奈米碳管複合層；及斷開所述奈米碳管複合層，使所述奈米碳管層斷開，在斷開處形成複數電子發射端。

一種場發射體的製備方法，包括：提供一第一金屬層；提供一奈米碳管層，所述奈米碳管層包括相對的第一表面及第二表面，將所述奈米碳管層的第一表面貼附於所述第一金屬層的表面；在所述奈米碳管層的第二表面電鍍一第二金屬層，形成一奈米碳管複合層；及斷開所述奈米碳管複合層，使斷開位置處的奈米碳管層中的奈米碳管暴露出來，形成複數電子發射端。

與先前技術相比較，由本發明提供的場發射體的製備方法，通過電鍍的方式使所述奈米碳管牢固的夾持於第一金屬層及第二金屬層之間，然後再斷開的方式形成場發射體，能夠有效防止在電子發射的過程中由於奈米碳管品質較輕引起奈米碳管的飄移或脫落，從而提高了電子發射的功率。

圖1係本發明第一實施例提供的場發射體的製備方法的流程圖。

圖2係本發明第一實施例提供的場發射體中奈米碳管膜的結構示意圖。

圖3係本發明第一實施例提供的場發射體中奈米碳管層的結構示意圖。

圖4係本發明第一實施例在所述奈米碳管層表面電鍍金屬層的流程圖。

圖5為本發明第一實施例提供的場發射體的製備方法中斷開所述奈米碳管複合層的流程圖。

圖6為本發明提供的場發射體的製備方法斷開複數奈米碳管複合層的流程圖。

圖7為本發明第二實施例提供的場發射體的製備方法的流程圖。

下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的場發射體及其製備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明還提供一種場發射體10的製備方法，包括以下步驟：

步驟S10，提供一奈米碳管層110，所述奈米碳管層110包括相對的第一表面111及第二表面113；

步驟S11，在所述奈米碳管層110的第一表面111電鍍一第一金屬層120，在所述奈米碳管層110的第二表面113電鍍一第二金屬層130；及

步驟S12，刻蝕所述第一金屬層120及第二金屬層130，形成複數第一通孔126及第二通孔136相對設置。

請一併參閱圖2及圖3，在步驟S10中，所述奈米碳管層110可設置於一基板（圖未示）的表面，也可通過一固定框懸空設置，從而使所述奈米碳管層110在後續的溶液中能夠懸空設置。所述基板可為絕緣基板或導電基板。由於所述奈米碳管層110為一自支撐結構，因此可通過間隔設置的支撐體支撐，將所述奈米碳管層110懸空設置。所述奈米碳管結構可包括複數層疊設置的奈米碳管膜，所述複數奈米碳管膜層疊且交叉設置，不同層奈米碳管膜中的奈米碳管之間相互交織形成一網狀結構。每一奈米碳管膜包括複數奈米碳管，所述複數奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向係指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管係通過凡得瓦力首尾相連。所述奈米碳管層110包括複數微孔112，所述複數微孔112沿垂直於奈米碳管層110厚度的方向貫穿所述奈米碳管層110。本實施例中，所述奈米碳管層110通過一固定框懸空設置。

在步驟S11中，所述第一金屬層120通過電鍍的方式形成在所述奈米碳管層110的第一表面111。請參閱圖4，具體的，所述第一金屬層120的電鍍方法包括如下步驟：

步驟S111，提供一含有金屬離子的溶液；

步驟S112，將所述奈米碳管層110浸入所述溶液中，所述奈米碳管層110的第一表面111及第二表面113暴露於溶液中，並與溶液中的一電極片平行且間隔設置；

步驟S113，在所述奈米碳管層110與所述電極片之間形成一電勢差，使金屬離子還原為金屬並電鍍在所述奈米碳管層110的第一表面111及第二表面113，形成所述第一金屬層120及第二金屬層130。

在步驟S111中，含有金屬離子的溶液的形成方法不限，只要保證所述溶液中能夠形成金屬離子即可。所述金屬離子的濃度可根據所需第一金屬層120及第二金屬層130的厚度等實際需要進行選擇。本實施例中，所述溶液通過將硫酸銅溶解於水中的方式形成銅離子溶液。

在步驟S112中，所述奈米碳管層110與所述電極片間隔設置，所述間隔距離可為0.5厘米~3厘米，也可根據實際需要進行選擇。所述電極片包括惰性石墨電極片、鉑電極片、不銹鋼電極片及層狀奈米碳管結構，其面積大於等於奈米碳管薄膜的面積。所述電極片起到電極的作用，只要導電性好，且具有惰性即可滿足要求。本實施例中，所述電極片為銅片，且所述銅片的面積大於所述奈米碳管層110的面積。

在步驟S113中，在奈米碳管層110與電極片之間形成一電勢差，並使電極片與電源正極相連作陽極，奈米碳管層110與電源負極相連作陰極，金屬離子在作為陰極的奈米碳管層110上發生還原反應，形成金屬顆粒並附著在所述奈米碳管的管壁上，通過所述奈米碳管的懸掛鍵與所述奈米碳管緊密結合。進一步，所述金屬顆粒在所述奈米碳管層110的表面彼此相互連結，形成一連續的結構，從而使第一金屬層120及第二金屬層130均為一連續的結構。另外，部份金屬離子還原為金屬顆粒附著在所述微孔112位置處的奈米碳管表面，並使得第一金屬層120與第二金屬層130在該微孔112位置處相互融合形成一體結構。

所述在陽極與陰極之間形成電勢差的方法包括在陽極與陰極之間施加恒流、恒壓或掃描電勢等。本實施例中，在正電極與負電極之間形成電勢差的方法為施加恒壓，陽極與陰極之間施加的電壓為0.5~1.2伏特，時間為0.5小時~4小時。

進一步，在步驟S112中，所述第一金屬層120及第二金屬層130也可分步形成，具體的，也可先將所述奈米碳管層110的第二表面113貼附於一基板（圖未示），僅使第一表面111暴露在金屬離子溶液中，先在第一表面111電鍍形成第一金屬層120；然後再將電鍍有第一金屬層120的奈米碳管層110反轉，使所述奈米碳管層110的第二表面113暴露在金屬離子溶液中，並與所述電極片相對設置，然後在第二表面113電鍍所述第二金屬層130。

進一步，在電鍍第二金屬層130的過程中，部份第二金屬層130貫穿所述微孔112，從而與所述第一金屬層120接觸並形成一體結構，將所述奈米碳管層110夾持於所述第一金屬層120與第二金屬層130之間。可以理解，由於所述奈米碳管層110浸入所述金屬離子溶液中，因此，所述金屬離子同時在所述奈米碳管層110的第一表面111及第二表面113電鍍，即所述第二金屬層130與所述第一金屬層120可同時形成。

進一步，電鍍形成所述第二金屬層130之後，還可以進一步包括一採用清洗溶液清洗並烘乾所述奈米碳管層110、所述第一金屬層120及第二金屬層130的步驟，以去除殘留的其他雜質，並使第一金屬層120及第二金屬層130更加牢固的鍵合於所述奈米碳管層110的表面。

在步驟S12中，所述奈米碳管複合層11可通過在所述奈米碳管複合層11施加一相對的機械作用力，所述作用力的方向基本平行於所述奈米碳管複合層11的表面，如撕、扯、拉等，使所述奈米碳管複合層11分為兩部份；進一步，所述奈米碳管複合層11也可通過物理剪切的方式斷開。請一併參閱圖5，所述奈米碳管複合層11的斷開方法包括如下步驟：

步驟S121，向所述奈米碳管複合層11相對的兩邊緣施加一相對的作用力F，F’；

步驟S122，持續施加該所用力F、F’，使所述奈米碳管複合層11斷開，形成所述場發射體10。

在步驟S121，所述兩個作用力F、F’的大小可根據所述奈米碳管層110、所述第一金屬層120及第二金屬層130的厚度進行選擇，以使所述奈米碳管複合層11能夠斷開。所述力F、F’的施加方向可平行於所述奈米碳管複合層11的表面，將所述奈米碳管複合層11斷開；也可為一沿相反方向扭轉的力，將所述奈米碳管複合層11斷開。所述兩個作用力F、F’施加於奈米碳管複合層11相對的兩個邊緣，可將奈米碳管複合層11分割為兩個場發射體10。所述兩個場發射體10的面積可基本相同，也可不同，並且所述兩個場發射體10的面積之和基本等於所述奈米碳管複合層11的面積。本實施例中，通過兩個夾鉗分別夾持所述奈米碳管複合層11的兩個邊緣，然後沿相互遠離的方向對拉的方式向所述奈米碳管複合層11施加作用力F、F’，且所述作用力F、F’的方向平行於所述奈米碳管複合層11的表面。

可以理解，也可將所述奈米碳管複合層11的一端固定，而對所述奈米碳管複合層11相對自由的一端施加作用力F，從而向所述奈米碳管複合層11施加相對的作用力F、F’。

在步驟S122中，在持續施加作用力F、F’的過程中，所述奈米碳管複合層11從所述奈米碳管複合層11中間斷開，形成複數電子發射端115，從而形成兩個場發射體10。具體的，所述奈米碳管層110斷開形成一第一子奈米碳管層114及一第二子奈米碳管層116，所述第一子奈米碳管層114與所述第二子奈米碳管層116的面積之和，等於斷開之前所述奈米碳管層110的面積。所述奈米碳管複合層11的斷開位置主要取決於所述奈米碳管複合層11的幾何形狀及作用力F、F’的施加位置。本實施例中，所述奈米碳管複合層11的形狀為圓形，所述奈米碳管複合層11基本沿一直徑斷開，形成兩個場發射體10。

在所述奈米碳管複合層11斷開的過程中，斷開位置處的奈米碳管層110在施加的作用力F、及奈米碳管層110與第一金屬層120、第二金屬層130之間相互作用力的影響下，部份奈米碳管層110中的奈米碳管與相鄰的奈米碳管錯開，從所述斷開位置處的奈米碳管層110中延伸出來，形成複數電子發射端115。進一步，由於所述奈米碳管層110具有良好的延展性，因此在斷開的過程中，部份的奈米碳管層110也可從所述第一金屬層120與第二金屬層130之間暴露出來。進一步，作為電子發射端115的奈米碳管，一端牢固的固定於所述第一金屬層120與第二金屬層130之間；另一端向遠離第一金屬層120及第二金屬層130的方向延伸以發射電子。所述複數電子發射端115沿所述斷開位置間隔排布，並且通過所述第一金屬層120與第二金屬層130牢固固定。

進一步，請一併參閱圖6，在斷開所述奈米碳管複合層11之前，所述場發射體10的製備方法還可包括如下步驟：

步驟S12’,將複數奈米碳管複合層11層疊設置；

步驟S13’,向所述複數奈米碳管複合層11施加作用力F，使所述複數奈米碳管複合層11斷開，形成複數場發射體10。

在步驟S12’中，所述複數奈米碳管複合層11的層數不限，可以根據需要進行選擇，進一步，為更有效地斷開所述複數奈米碳管複合層11，所述奈米碳管層110具有相同的幾何形狀，且重疊設置。

在步驟S13’中，所述作用力F的大小可根據所述奈米碳管複合層11的層數進行選擇，以能夠斷開所述複數奈米碳管複合層11。可以理解，在斷開之後，所述複數場發射體10可再分散開來作為單獨的場發射單元，進一步，所述複數場發射體10也可保持層疊設置的狀態，作為一個整體作為場發射單元，從而能夠提高電子發射密度及功率。

本發明實施例提供的場發射體的製備方法具有以下優點：通過電鍍的方式在所述奈米碳管層的表面形成第一金屬層及第二金屬層，能夠使所述第一金屬層及第二金屬層牢固的鍵合於所述奈米碳管層的表面，從而避免在後續應用中奈米碳管的漂移或脫落；進一步，通過在所述奈米碳管層的兩個表面電鍍第一金屬層及第二金屬層，使得所述第一金屬層與第二金屬層能夠貫穿所述奈米碳管層而牢固的結合在一起，並將奈米碳管層夾持於二者之間，進一步避免了所述奈米碳管從所述第一金屬層及第二金屬層中漂移或脫落，能夠適用於電子發射功率較大的場發射裝置。

請一併參閱圖7，本發明第二實施例提供一種場發射體10的製備方法，包括如下步驟：

步驟S20，提供一第一金屬層120；

步驟S21，提供一奈米碳管層110，所述奈米碳管層110包括相對的第一表面111及第二表面113，將所述奈米碳管層110的第一表面111貼附於所述第一金屬層120的表面；

步驟S22，在所述奈米碳管層110的第二表面113電鍍一第二金屬層130，形成一奈米碳管複合層11；及

步驟S23，斷開所述奈米碳管複合層11，使所述奈米碳管層110斷開，形成複數電子發射端115。

本發明第二實施例提供的場發射體10的製備方法與第一實施例基本相同，其不同在於，現將所述奈米碳管層110的第一表面111與所述第一金屬層120貼附，然後再在第二表面113沈積第二金屬層130。

在步驟S21中，所述第一金屬層120與所述奈米碳管層110緊密結合，所述第一金屬層120起到支撐所述奈米碳管層110的作用，所述第一金屬層120的厚度可根據需要進行選擇，以支撐所述奈米碳管層110。本實施例中，所述第一金屬層120可為10微米，從而使得所述場發射體10具有一定的機械強度。

在步驟S22中，所述第二金屬層130的沈積的過程中，對應微孔112位置處的第二金屬層130將貫穿所述奈米碳管層110的微孔112，並與所述第一金屬層120融合在一起，使所述奈米碳管層110牢固的固定與所述第一金屬層120與第二金屬層130之間。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧場發射體

11‧‧‧奈米碳管複合層

110‧‧‧奈米碳管層

120‧‧‧第一金屬層

130‧‧‧第二金屬層

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧微孔

113‧‧‧第二表面

114‧‧‧第一子奈米碳管層

115‧‧‧電子發射端

116‧‧‧第二子奈米碳管層

140‧‧‧電極片

無

11‧‧‧奈米碳管複合層

110‧‧‧奈米碳管層

120‧‧‧第一金屬層

130‧‧‧第二金屬層

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧微孔

113‧‧‧第二表面

114‧‧‧第一子奈米碳管層

115‧‧‧電子發射端

116‧‧‧第二子奈米碳管層

Claims (17)

1. 一種場發射體的製備方法，包括：
   提供一奈米碳管層，所述奈米碳管層具有相對的第一表面及第二表面，該奈米碳管層包括複數奈米碳管，至少部份奈米碳管間隔設置形成複數微孔；
   在所述奈米碳管層的第一表面和第二表面分別電鍍形成一第一金屬層和一第二金屬層，形成一奈米碳管複合層；及
   向所述奈米碳管複合層施加一相對的機械作用力，斷開所述奈米碳管複合層，使所述奈米碳管層沿平行於其表面的方向斷開為第一子奈米碳管層及第二子奈米碳管層，在斷開處形成複數電子發射端。
2. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，所述奈米碳管層為一自支撐結構，由複數奈米碳管組成，所述複數微孔沿所述奈米碳管層的厚度方向貫穿所述奈米碳管層。
3. 如請求項2所述的場發射體的製備方法，其中，在電鍍第二金屬層的過程中，對應於微孔位置處的所述第一金屬層及第二金屬層相互融合形成一體結構。
4. 如請求項2所述的場發射體的製備方法，其中，所述第一金屬層及第二金屬層的電鍍過程包括如下步驟：
   提供一含有金屬離子的溶液；
   將所述奈米碳管層浸入所述溶液中，並與溶液中的一電極片平行且間隔設置，所述奈米碳管層的第一表面及第二表面暴露於所述金屬離子溶液中；
   在所述奈米碳管層與所述電極片之間形成一電勢差，使金屬離子還原金屬並電鍍在所述奈米碳管層的第一表面及第二表面，形成所述第一金屬層及第二金屬層。
5. 如請求項4所述的場發射體的製備方法，其中，所述第一金屬層在所述奈米碳管層的第一表面形成一連續的結構，所述第二金屬層在所述奈米碳管層的第二表面形成一連續的結構。
6. 如請求項2所述的場發射體的製備方法，其中，在電鍍的過程中溶液金屬離子還原為金屬並電鍍在所述微孔位置處的奈米碳管表面，使微孔位置處的所述第一金屬層及第二金屬層相互融合形成一體結構。
7. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，所述奈米碳管層為一自支撐結構，包括複數層疊且交叉設置的奈米碳管膜，所述複數奈米碳管膜之間通過凡得瓦力結合，每一奈米碳管膜包括複數奈米碳管沿同一方向擇優取向排列，相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，且該α大於0度且小於等於90度。
8. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，所述機械作用力的施加方向平行於所述奈米碳管複合層的表面。
9. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，所述機械作用力為沿相反方向扭轉的作用力。
10. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，斷開位置處的奈米碳管層中的奈米碳管從所述第一金屬層與第二金屬層之間延伸出來作為電子發射端。
11. 如請求項10所述的場發射體的製備方法，其中，斷開位置處的奈米碳管在作用力F，F’的作用下與相鄰的奈米碳管錯開，從所述奈米碳管層中暴露出來。
12. 如請求項10所述的場發射體的製備方法，其中，所述延伸出來的奈米碳管的一端固定於所述第一金屬層與第二金屬層之間，另一端從所述第一金屬層與第二金屬層之間延伸出來。
13. 如請求項10所述的場發射體的製備方法，其中，沿平行於所述奈米碳管複合層的表面的方向施加所述作用力F、F’。
14. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，所述第一子奈米碳管層與所述第二子奈米碳管層的面積之和等於所述奈米碳管層的面積。
15. 如請求項1所述的場發射體的製備方法，其中，在斷開所述奈米碳管複合層之前進一步包括一將複數奈米碳管複合層層疊設置的步驟。
16. 一種場發射體的製備方法，包括：
    提供一第一金屬層；
    提供一奈米碳管層，所述奈米碳管層包括相對的第一表面及第二表面，將所述奈米碳管層的第一表面貼附於所述第一金屬層的表面；
    在所述奈米碳管層的第二表面電鍍一第二金屬層，形成一奈米碳管複合層；及
    斷開所述奈米碳管複合層，使斷開位置處的奈米碳管層中的奈米碳管暴露出來，形成複數電子發射端。
17. 如請求項16所述的場發射體的製備方法，其中，所述第二金屬層的沈積的過程中，對應微孔位置處的第二金屬層貫穿所述奈米碳管層的微孔，並與所述第一金屬層融合在一起。