TWI296417B - A method for making a carbon nanotube field emission cathode - Google Patents

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五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種場發射 種場發射陰極之製備方法。 衣U法’特別涉及一 【先前技術】 奈米碳管係-種新型碳材料 于1991年發現，請參見” Hel ·不所九人貝Iinma u. . eilcal microtubules of graphitic carbon”，S Ii M + (1991)。太半石山其目女, atUre’ V〇1·354， P56 、 有極優異的導電性能，且其且有幾乎 場愈集中），故，夺米碳总2，表面積愈小，其局部電 定，因而非常適合做場發射顯示器之發射“。電礙 用作發射元件之杏半山其 的奈米碳管或採用化學氣相^ ^為採用電弧放電法製備 管。將奈米碳管應用於場發射^ /一 fVD法）生長的奈米碳 式有：繁一，古妓/ H 顯不裔，已經見諸文獻的方 人 ， ^ 土板上生長奈米碳管圖形；第二，將 各有不米碳管的導電漿料或者右 渦徭綷卢神你…太止山Α者有機姑結劑印刷成圖形，通 為發射體。 ^此夠攸漿料之埋藏中露出頭來成 第一種方法通常採用介與鸟4n丄 -^ ^ ^ ^ ^ 化予乳相沈積法生長出奈米碳管 相互父織，為形成性能良妊 气 ^ ^ ^ ^ 好之毛射尖端，需對奈米碳管陣 列進仃後續處理，將奈半难其陆η 故I跃士 々 不卞兔官陣列之毛糙表面去除，形成 正弘豆直之發射尖端，且摄用兮 抹用該化學氣相沈積方法在做成

1296417 五、發明說明（2) 面，均勾陰極發射體方面仍存在一〜 r,f二種方法中亦引入後續處理方：困J。 以傷奈米碳管場發射陰極時，通釔:：於漿料印刷技 未妷管混合於漿料中，或混入，*知用之方式係將奈 J管埋藏於導電槳料層内部：故=:，該混合使奈米 層’使奈米碳管從導電漿料之 =-層導電漿料 體’惟’剝離該導電漿料層對夺米功：，頭來而成為發射 太美國專利第6, 61 6, 495號揭露壞产大。 不米碳管膜的形成方法，該方法 乍％發射陰極之 米碳管懸浮液；提供一1 f右箱=括下列步驟：提供一奈 米碳管懸浮液分散到基板的電極：开電：圖”基板；將奈 未碳管形成於基板的電極圖形上。^ 2溶劑，使奈 膜可直接用作場發射陰極，一不法衣備的奈米碳管 續處理。 為要對奈米碳管進行後 跃在述Γ法製備的奈米碳管膜中，奈米碳管基本上 基板上，相對基板翹立之奈米碳管較少。铁，太米 Γ:場係從奈米碳管的-端沿軸向發射：電 的發揮。不只碳官狀在基板上不利於奈米碳管場發射性能 故提供一種不損壞奈米碳管、使奈米碳管場發射體 、端頭此相對基板翹立、從而確保奈米碳管場發射性能發 揮良好之奈米碳管場發射陰極的製備方法非常必要。 【内容】 本發明之目的在於克服現有技術中奈米碳管場發射元 第7頁 1296417 五、發明說明（3) 件製備方法容 上影響其場發 簡單、避免對 奈米碳管場發 本發明所 方法包括下列 供一基板，該 導電漿料；將 成一奈米碳管 子 結 使 得 本 步包括 預定的 於基板 不在電 極之間 本 步還包 括噴灑 與 極之製 米碳管 面，不 部分奈 到均勻 發明所 •電極 圖形分 表面之 極圖形 的導電 發明所 括：將 或滴灑 先前技 備方法 形成於 需要對 易損壞 射性能 發射體 射陰極 提供之 步驟： 基板表 奈米碳 層；刻 米碳管 的場發 提供之 以一整 佈於基 情形時 上之部 漿料層 提供之 奈米碳 奈未碳管 正常發揮 之破壞， 製備方法 奈米碳管 提供適量 面形成有 管懸浮液 劃，在導 、奈米碳管發射端队在基板 之技術問題，提供一種工蓺 並使奈米碳管發射端露出之 電漿料 至少一蠕相對導 射體表面。 奈米碳管 體均勻覆 板表面 ； ，於刻劃 分導電襞 之間互相 奈米碳營 管懸浮液 場發射陰極之製備方法， 奈米碳管並配成懸浮液； 電極；在該基板上印刷— 分佈到該導電漿料層上， 層上劃出複數個格 電漿料層翹立；燒 該 提 層 形 場發射陰極之製備 盍於基板表面’亦 當電極 之後， 料層及奈米碳管層 絕緣。 場發射 分佈到 形成一預定 進一步包括 陰極之製備 導電漿料層 方法進— 可以形成 圖形分佈 步驟清除 ，使得電 方法進一 上之法包 ^ j 乂’本發明所提供之奈米碳管場發射陰 i 3 3叙點：採用噴灑或滴灑之方式將奈 太二11層上，奈米碳管形成於導電漿體表 不只碳官進仃漿體剝離等嚴重損壞奈米碳管

1296417 五、發明說明（4) 之後續處理工藝，避免對發射體之損壞及污染，並適合努 備大面積均勻之陰極發射體，同時通過刻割方法使得作為 發射體之奈米碳管發射端能夠從陰極表面翹立，確保發 體場發射性能之良好發揮。 【實施方式】 下面結合圖示來說明本發明所提供之奈米碳管 陰極製備方法： ^射 明麥間f圖，本發明第一實施例所提供之用作普 通 電子源之奈米，管場發射陰極製備方法包括下列步娜： 步驟1 ’提供適量奈米碳管並將其配製成懸浮液； 巧用電弧放電法或化學氣相沈積法製備單壁或多壁奈米护 :’優選採二二學氣相沈積法生長奈米碳管陣列過二 ί生長時間Ξ!奈米碳管高度，⑯而得到高度比較均ΐ: 不未碳官。=二米碳管於！，2_二氯乙烷或其他任何適 於^散奈米极管之有機溶劑中超聲震蕩，得到均勾之炙 碳管懸浮液’本實施例採用1，2-二氯乙烧。 Τ…、 步驟2 ’提供-具有電極之基板；該基板通常為 Ϊ基板’亦：：採用其他絕緣材料之基板，該基板表面且 有一電極，該電極為一層均勻覆蓋於該基板表面 ς 料（請參閱第二圖，其中1()1為基板上之電極）。¥電材 圖t :該基板上印刷—層導電漿料(請參閱第三 二^二中Γ為電極’ 102為導電漿料層）；該導電漿料成 】粉、低熔點玻璃粉以及有 成 導電聚料層具有導電和枯結奈米碳管之作用。J該

1296417 五、發明說明（5) 步驟4 ’將奈米碳管檗 ~ 形成一奈米碳管層；即將^驟〗二f到該導電漿料層上， 通過滴灑或喷灑等方式分^ θ供之奈米碳管懸浮液 權浮液中的有機ί;佈；料=，蒸發掉奈米 閱第四圖，其中10〗為電極，1〇2為碳管層（請參 米碳管層）。可選擇地，喷灌時，加水板層使Η3為奈 電漿料層表面之溶劑能夠迅速揮發Γ避免&>；吏传麗在導 喷灑之奈米碳管比較均勻。 W為’從而使得 步驟5，刻劃；用刀片在導電漿料層之 槽，將奈米碳管層劃成複數個格 出溝 刀r劃掉一部分導電浆料，將原來黏附在二 :奈米碳管懸空擱置’使得奈米碳管之端頭相^ς:上 層遇立而成為性能良好之發射端；另，刀 =電水料 與奈米碳管有相互作用，如范德華力，奈米碳管j:程中 之運動而被拉起，使得碳管端頭翹立，形成性处刀片 射端。溝槽越細，相鄰溝槽之間間距越小，，义子之發 格子越多，發射體亦越多。 立面積上之 燒結；於氮氣或氬氣等情性氡體保 镥 鐘’即可得到均勾之場發射體^。 保_，分 本發明第二實施例所提供之特別用於平一“ =米碳管場發射陰極製備方法與第一實施例= 卞曰通電子源之奈米碳管場發射陰極製備方法基本相同· 步驟1，提供適量奈米碳管並將其配製成懸浮液·δ

1296417 五、發明說明（6) 、=驟2/提，一具有電極的基板，電極在基板表面形 成預定圖形（請參閱第六圖，其中2 〇】為電極） v驟3於w亥基板上印刷一層導電漿料（請參閱第七 圖’其中201為電極，202為導電漿料層）； 步驟4，將奈米碳管懸浮液分佈於該導電漿料声上， 管層(請參閱第八圖，其中201為電極曰，2〇2 為導電漿料層，203為奈米碳管層）； ν恥5刻4，僅需要在電極圖形正對之位置_ $丨 複數個小袼子（請參閱第九圖）； 4置刻J出 步驟6，清除沒有在電極圖形上之部分導電漿 奈米碳管層（請參閱第十圖）；該部分漿料層起芸、0 板，避免在喷灑奈米碳管時部分奈米碳管落在基=彳二 用，清除掉該部分漿料以使得電極之 二 = 絕緣。 κ τ寸層之間互相 步驟7，燒結。 本實施例與第一實施例之不同之處在於： 步驟2所提供之基板表面之電極不是以一個敕 地覆蓋於該基板表面，而是形成預定圖形；正體句勻 步驟5僅需在電極圖形正對位置刻劃出複& _ J ， 以及多包括一步驟6，清除沒有在雷梅 導電漿料層和奈米碳管層。 θ ;上的部分 以下結合圖11至圖13，說明本發 每 操作和效果： 弟一只施例的具體 ΙΜΙΊΗ 第11頁 五、發明說明（7) 將奈米碳營名！ 得釗灼今从* 在1 2 —二氣乙烧中超聲震蕩5分鐘左右， m米碳管懸浮液；提供-基板，基板表面形成 層；採二二:、將，電漿料印刷到基板上，形成一導電漿料 上，·接徂一贺灑衣置將奈米瑞管懸浮液喷灑到導電漿料層 基板，^得夺，5亥加熱板貼合該基板，從而加熱該 電裝料層上液中之有機刪到基板上之導 照片m：·有機：劑揮發後導電漿料層表面之· 表面，1兩、Ιΐΐ 卡碳管基本上枯在導電漿料層之 八兩鈿基本上沒有相對導電漿料層翹立。 用=片將導電漿料層刻劃成複數個格子，適當地，只 而刻^电極圖形上之導電漿料層即可。 1 2所不’導電漿料層表面經過 中比例尺為2微米，可看到由於 二： :電=，將原來黏附在該導電浆料上之奈米碳卓管^ =传部》奈米碳管之端頭相對導電漿料層趣立^ 力：刻〒過”與奈米碳管有相互作用，比如范德華， 总二:米械管隨者刀片之運動而被拉起，使得部 好的奈米碳管場發射電子發射端。 員成為良 刻劃之後進一步包括清除沒有在電極圖形上> # 電漿料層及奈米碳管層。 V上之4分導 最後燒結，進一步清潔奈米碳管場發射險極# 使得基板、導電浆料層以及作為場發射體 1296417

五、發明說明（8) 更牢固。 如圖1 3所示，為應用本發明 製備的二極型奈米碳管場發射 一錢施例提供之陰極所 本發明由於採用喷灑示器的靜態f示效果圖。 成於導電漿料層表面，+需要剝2:’使得奈米碳管形 奈米碳管之損壞及污染，並適入制供“漿料層，從而避免 射體，同時採用刀刻劃之方法:衣，大面積均勻之陰極發 電漿料層翹立，形成更多發射轉使得奈米碳管端頭相對導 能之良好發揮。 X ，確保奈米碳管場發射性 乡示上所述 提出專利申4麻毛明確已符合發明專利之要件，遂依法 ί Τ利申句。惟’以上所述者僅為本發明之較佳實施ί ::?此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟二ΐ ί云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内。

1296417 圖式簡單說明 第一圖係本發明奈米碳管場發射陰極製備方法流程 圖。 第二圖係本發明第一實施例提供之具有電極之基板示 意圖。 第三圖係第一實施例基板上印刷導電漿料之示意圖。 第四圖係第一實施例導電漿料上喷灑奈米碳管後之示 意圖。 第五圖係第一實施例導電漿料層上刻劃多個格子後之 示意圖。 第六圖係第二實施例提供一有電極圖形之基板示意 圖。 第七圖係第二實施例基板上印刷一層導電漿料後之示 意圖。 第八圖係第二實施例導電漿料層表面形成一奈米碳管 層後之示意圖。 第九圖係第二實施例電極圖形上導電漿料層被刻劃出 多個格子後之示意圖。 第十圖係第二實施例電極圖形上以外之導電漿料層被 清除後之示意圖。 第十一圖係噴灑奈米碳管之後陰極表面之SEM照片。 第十二圖係刻劃之後陰極表面之SEM照片。 第十三圖係應用本發明所提供之陰極製作之二極型靜 態顯示效果圖。 【主要元件符號說明】

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Claims (1)

1296417 六、申請專利範圍 1 · 一種奈米碳管場發射陰極之製傷古^ • 衣侑方法，包括下列步 提供適量奈米 提供一基板， 板上印 碳管懸 層； 在該基 將奈米 米碳管 刻劃， 管至少 燒結， 如專利 備方法 基板表 如專利 備方法 基板表 如專利 備方法 電極圖 如專利 備方法 點破璃 如專利 備方法 破管並配成懸浮液· 該基板上形成有電極； 刷一層導電漿料； 浮液分佈到該導電襞料層上，形成一奈 在導電 漿料層上刻劃出複數個格子， 一端相對導電漿料層翹立； 便不木反 勻之場發射體表面。 圍第1我述之奈米石炭管場發射陰極之製 該基板上的電極為一整體均勻覆蓋於 得到均 申請範 ，其中 面。 申請範 ，其中 面。 申請範 ’其中 形上之 申請範 ’其中 粉以及 申請範 ’其中 圍弟1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 該基板上的電極形成一預定圖形分佈於 圍第3項所述之奈米碳管場發射陰極之製 在刻劃之後進一步包括步驟清除沒有在 部分導電漿料層及奈米碳管層。 圍第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 印刷用導電漿料成分包括金屬粉、低熔 有機成分之粘結劑。 圍第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 奈米碳管懸浮液包括可讓奈米碳管分散

第16頁 1296417 、、申請專利範圍 之有機溶劑 該有機溶劑 .如專利申請 傷方法，其 之方法包括 •如專利申請 備方法，其 之方法包括 9·如專利申請 備方法，其 漿料層上之 I 0 ·如專利申請 備方法，其 數個格子。 II ·如專利申請 備方法，其 下或真空環 1 2 ·如專利申請 製備方法， 20min〜60mi] 和懸浮於該有機溶劑中的碳納米管，其中 ，括1，2 -二氯乙烷。 範圍第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 中將奈米碳管懸浮液分佈於導電漿料層上 滴灑。 範園第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 中將碳納米管懸浮液分佈於導電漿料層上 噴灑。 摩色圍第8項所述之奈米礙管場發射陰極之製 中將碳納米管懸浮液通過噴灑分佈到導電 同時加熱基板9 知圍第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 中採用刀刻之方法將導電漿料層刻劃成複 範圍第1項所述之奈米碳管場發射陰極之製 中燒結係在氮氣或氬氣等惰性氣體之保護 境中進行。 範圍第11項所述之奈米碳管場發射陰極之 其中燒結溫度在3 5 0 °C〜6 0 0。(：，保溫時間

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