TW480537B - Method for enhancing emission efficiency of carbon nanotube emission source field - Google Patents

Description

480537 五、發明說明（l) 發明領域： 本發明與一種場發射顯示器有關，特別是一種利用表 面處理的方式大幅改善奈米碳管場發射顯示器電流密度之 方法。 發明背景： 奈米碳管場發射（f i e 1 d e m i s s i ο η )顯示器係將一由直 徑約數十奈米大小的細長碳管、有機黏結劑及銀粉等混成 之漿料網印並圖樣化於陰極基板的陰極上，以構成像素陣 列的電子發射源。而陰極基板上的銀陰極也已在其網印形 成過程先圖樣化了。然後再利用電場將冷電子由裸露在奈 米碳官發射層上之奈米碳管（carbon nanotube)的尖端發 射，再利用電場加速電子，使電子在真空的環境下撞擊相 對應之陽極（例如氧化銦錫（IT0)的基板）像素陣列上的營 光粉，而產生發光。相較於傳統的陰極射線管通常應用埶 離子化電子（therm1〇nically emiUed electr〇ns)自鎢，絲 發射的方式有甚大的差異。 奈米碳管場發射顯示器芻你姑供 ^主办土 m 一 ；叔作技術，清參考圖一所示的 橫截面示意圖，首先以網印的 1的方式用刮刀把銀等導電漿料 刮過已圖樣化之網板以形成條壯^代〇 η认甘上，λ y从餘狀陰極2 0於基板1 〇上此步驟 即為習知技術所稱的網印。杻裟收古"从* 乂 供者將直徑約奈米〜數十奈米 480537 五、發明說明（2) 〜〜 及長約次微米〜數微米的碳管利用有機樹脂做為钻结 劏與銀粉一起混合以調製成CNT漿料，再用刮刀把漿料 (p^ste)刮過已圖樣化之網板的網目而將其塗佈於基板的 ΐΛΙΐ:形成CNT像素陣列層30。網印後尚需以約 、行#人烤（s 〇 f t b a k i n g )以去除具揮發性成分 有機溶劑。再以約3 5 0 — 5 μγ古、、w植姓，平如I风刀之 古德抖日匕*门 问，燒結（sintering)以去除 有機私U曰並固著CN1^陰極基板上。 i Ϊ t私製作費用便宜，但這不是唯-優點，利用場 电射做為顯示器，更具有整個電子搶的厚度僅約為〇. 2襲 而已的好處’此外’平面面積亦有很大的可使用範圍，從 :至數平方公分大小’到大至數百平方公分㈣，因此非 书適：：超溥型平面顯示器。不㉟，做為顯示器的場發射 源不是而要穩定、長時間使用的可靠度，而且更重要的 是場發射^電流密度至少需達到〇.卜lmA/_2,才足以產 生足：的売度與均勻度，而達到上述之電流所需的電 場強度當然是愈低愈好’最好低於25 V/// 。 in 0 對於上述之習知技術，由於CNT場發射 器的電性 量測特性（即電流密度對電場強度作圖 〜裸露 之奈米碳管並且固著於陰極的數量= 般 =;如：上述的CNT場發射陰極不 特別理，電流密 度甚小，除非加極高之電壓，請參考圖二:處理 圖。 圖中曲線11Q，是以上述f知技術所製作，對電性量測所

480537 五、發明說明（3) ! ! 得到的電場強度和電流密度的關係圖。其大小由圖所示即 使至接近6 V /// m的電場強度，其電流密度雖有上升但仍 不到0 . 0 1 m A / mm 2。可以預見欲達到0 · 1 - 1 m A / mm之電流密 度’電場一定要更南才行。 因此，習知技術，就發明人之知識了解，尚未有人發 | 明低電場強度，例如6 V/// m，就可達到上述至少所需電流 I 密度的奈米碳管場發射顯示器。美國專利第5，6 1 6，3 6 8由 J i η等人所獲得的專利則報導應用經電漿活化的鑽石超微 粒製作場發射顯示器可以有效改善在他的專利之前案。報 0 導中指出，鑽石超微粒具有很負的電親和性，因此，可以 | 在低電壓下就達到讓鑽石超微粒產生場發射的效果，J i η 等人指出，典型之ρ型半導體鑽石必須要達到70V//Z πι的 電場強度，其電流密度才上升至0 . 1 m A / m m 2。而他的發明 係應用鑽石超微粒製作可以將電場強度降至不到1 2 V/// m 甚至可低達5 V/// m，即可達做為顯示器之最小電流密度要 求。 J i η等人的方法至少包含係將5 - 1 0，0 0 0 n m的鑽石超微 粒粘貼在基板上之前，先以超過3 0 0°C的溫度以含氫的電 · 漿處理，並且以高速流動的氣體注入以避免鑽石超微粒粘 著成一團。此外並使得鑽石超微粒中石墨或者非晶型碳表 面積體積百分率小於1 0 %，並且愈少愈好。隨後，再將鑽 石超微粒和粘著劑混合再網印於預設含導電帶的基板上，

第6頁 480537 五、發明說明（4) 再以低於5 0 0°C的溫度硬烤燒結。 發明人有鑑於奈米碳管之習知技術尚未有效改善方 法。除非改用上述之鑽石超微粒，即便是如此，前案系在 未與粘著劑混合前以流動的氣流避免產生團塊，但並不能 確保與粘著劑混合成漿料（s 1 u r r y )再燒結時是否仍然使每 一鑽石超微粒產出預定之發射源的效果。因此，本發明則 提出一種更簡單而有效改善習知之奈米碳管顯示器之處理 方法，不但可以媲美J i η等人所提出之鑽石超微粒場發射 顯示器，且方法、及成本更低。 發明目的及概述 本發明之目的係提供一種簡易但顯著改善奈米碳管場 發射效率之方法。 本發明揭露了一種增強奈米碳管場發射電流密度之方 法，該方法至少包含以下步驟：首先網印奈米碳管漿料於 具有已圖樣化的陰極導電區之陰極基板上，以形成複數個 奈米碳管層像素區塊。接著對陰極基板施以低溫（約 5 0 - 2 0 0°C )軟烤處理，以去除揮發性溶劑，接著再對陰極 基板施以3 5 0至5 5 0°C燒結處理；及最後利用一表面處理附 著性膠膜（a d h e s i v e f i 1 m )於陰極基板上緊密貼合後即剝 離除去之，用以去除燒結後雖留在奈米碳管發射層表面上 480537 五、發明說明（5) 但卻粘結性鬆散的奈米碳管及拉起粘結性強但平躺在表面 上的奈米碳管。利用本發明可以顯著增加有發射電子效果 之奈米碳管數目，且不但場發射之電流密度明顯提升，均 勻度及亮度都可顯著增加。 發明詳細說明 有鑑於習知的奈米碳管發射器的製程技術，通常需要 極高的電場強度，而以鑽石超微粒，雖也可在較低電場下 提高電流密度，但需借助複雜的步驟，且由於是在未混合 成漿料前以氣流及電漿處理，網印及燒結後則並未再處 理，效果將會打折扣。因此，發明人提出一種表面處理技 術，方法簡單，但效果非常顯著。 發明人研究發現，以簡單的網印，軟烤及燒結步驟， 不能獲得所要的電流密度有幾個原因：其一是多數的CNT係 被埋入C N T層中，並未裸露出來或平躺在表面上，因此’ 對電流密度不產生貢獻。另一原因是C N T層之表層C N T對電 子發射層中的導電物粘著性較弱，即與銀的接觸不佳，故 其接觸電阻較大，需較大的操作電壓。且在電場驅動下即 易被吸離CNT層而造成電流密度的降低。為此，發明人提 出的方法，有以下幾種： 以一較佳的實施例而言，係一如發明背景所述的進行 480537 五、發明說明（6) CNT漿料的網印，將CNT-paste網印於陰極基板的條狀险極 上，此陰極之寬度大小約1 5 0 - 3 0 0 // m，而間距約5 〇 — 1 5仏 m。而網印後C NT的單一像素約0 · 0 2 - 0 · 〇 9 mm 2。軟烤溫产約 5 0 _ 2 0 0 C進行’用以將C N T聚料中的溶劑揮發並固化成〒 於陰極基板上。之後，以一貼附膠膜（adhesive f n m 丄丄丄m j仿,j 如具有粘著性的膠膜或者是具有靜電吸附性的薄膜，利用 具有滾輪的壓膜機（laminator)以一拉膠膜和壓著同時進 行的方式，將膠膜緊密貼附在已軟烤後的CNT層上，進行 第一次表面處理，將附著性不佳的物質先行移走（以下问 程taping處理）。此外被埋入在漿料内的CNT，也可以因曰為 t a p i n g過程而被拉起來。 ” 隨後’再以3 5 0 - 5 5 0°C進行燒結處理 $70、、、n後再次以 靜電薄膜或膠膜貼附在CNT層上，用以增加裸露在CNf emitter layer上之CNT的數目。上述的膠膜或靜電薄 了以具滾軸的壓片機進行貼附與剝離程序外，也可以、: 刮片刮壓、壓板整面壓模等等的方法將膠膜緊密貼附‘ 極上二其:上述燒結後的taping處理對電流密度增二 獻顯者且咼於軟烤後再taping處理，因此 = 處理這步驟可以是選擇性的。 俊的taping (如曲線1 1 0所示）和施以 兩者在電性上的差異。 M m的電場強度下電流密 圖二係比較未進行表面處理 本發明方法（如曲線1 2 〇所示）後， 圖一中曲線12〇(已處理者）在5V/

480537 五、發明說明（7) 度高達1 0 m A / cm2，未處理者低於1 m A / cm2，因此可見本發 明的方法具有極為顯著效果。此結果可以以掃描式電子顯 微鏡觀察C N T層比較兩者之差異。圖三係未施以表面處理 者，圖四係已施以表面處理者。由圖中可以發現，將經過 taping處理者，CNT層比未經過taping處理之CNT層薄， 主要是應用本發明的tap i ng處理方法，可以將附著性不 佳的表層物質去除。此外’原先不具方向性的C N T ’更可 以因為t a p i n g過程而被拉起來垂直於陰極，而更具方向 性。 本發明具有以下優點： (1 )步驟簡單，且低成本，但增強CNT破管在CNT-FED 之場發射效果則十分顯著 (2 )粘貼膠膜之步驟簡易，容易控制膠膜貼附的參數 條件。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

第10頁 480537 圖式簡單說明 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下列 圖形做更詳細的闡述： 圖一顯示奈米碳管場發射顯示器之陰極結構的示意 圖。 圖二顯示比較未進行t a p i n g表面處理和施以t a p i n g 後，兩者在電性上的差異。 圖三顯示奈米碳管結構經燒結處理但未經t ap i ng後之 一像素以掃瞄式電子顯微鏡觀察的橫截面圖。 圖四顯示奈米碳管結構經燒結處理且經t a p i n g後之一 像素以掃瞄式電子顯微鏡觀察的橫截面圖。 1

Claims (1)

1. 480537 六、申請專利範圍 1. 一種增強奈米碳管場發射電流密度之方束.，該方法至 少包含： 網印奈米碳管漿料於具有複數個陰極導電區之陰極基 板上，以形成複數個奈米碳管層像素區塊； 對陰極基板施以軟烤處理；對陰極基板施以燒結處 理；及 貼附一第一表面處理膠膜於該陰極基板上並剝離之， 用以去除附著性不佳的表層物質。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，在陰極基板施以軟烤處· 理步驟後更包含貼附一第二表面處理膠膜於該陰極基板上 並除去之，以進一步提高相同電場下的電流密度。 3.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之第一及第二 表面處理膠膜至少包含利用壓膜機 （lamina tor )將該膠膜 貼附於陰極基板上。

   4.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之貼附第一及 第二表面處理膠膜的步驟係包含以刮刀刮平之 (printing)、壓板整面壓模（pressure plate)等方法。 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之除去表面物 係利用膠膜的物理或靜電吸附特性的其中之一或其混合以 進行去除。

   480537 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之表面處理膠 膜至少包含具粘著性材料的膠膜。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之表面處理膠 膜至少包含具靜電吸附性的膠膜。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之軟烤處理係 在5 0 - 2 0 0°C進行。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之燒結處理係· 在 3 5 0 - 5 5 0°C 進行。

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