TWI464777B - Method for manufacturing electron emission source and method for manufacturing cathode plate thereof - Google Patents

Description

電子發射源的製造方法及其陰極板的製造方法

本發明是有關於一種電子發射源的製造方法，特別是指一種用於場發射照明光源與顯示器之電子發射源的製造方法及其陰極板的製造方法。

電子發射源通常應用於場發射顯示器(FED)、穿透式電子顯微鏡(TEM)或場發射照明光源等設備中。所述電子發射源包括一個陽極板，以及一個可對該陽極板之一螢光粉層發射電子而使該螢光粉層受激發光的陰極板。

參閱圖1，一般陰極板的製造方法，通常是先將數個奈米碳管91均勻地混合於一導電膠92中而得到一奈米碳管塗膠93，接著將該奈米碳管塗膠93塗布於一板材94上，最後燒結該板材94即製作完成。由於所述奈米碳管91的導電性佳、長徑比大且材料特性穩定，加上其尖端表面積小而能集中電場，因而適合作為電子發射端。

但前述的製造方法，在實際應用上卻不易得到穩定的電子發射源。這是因為將所述奈米碳管91均勻混合 於該導電膠92的作法，往往使得大部份的所述奈米碳管91被包覆在該導電膠92內，而露出於該導電膠92之外的所述奈米碳管91的密度低。因此，所述奈米碳管91無法有效地作為電子發射端，不僅材料的使用效率低而浪費材料，同時還會降低電流-電壓特性(Current-Voltage Characteristic)，使得一般陰極板在使用上，往往需要較高的起始電壓才會開始產生電流，故場發射效果不佳。

因此，本發明之目的，即在提供一種材料使用效率高且場發射效果優異的電子發射源的製造方法及其陰極板的製造方法。

於是，本發明電子發射源的製造方法，該電子發射源包括相間隔的一陰極板與一陽極板，而該製造方法包含：(A)將一導電膠層設置於一第一板材上；(B)以噴砂法將奈米碳管噴灑而固定於該導電膠層上；(C)對該第一板材進行熱處理，而可得到該電子發射源的陰極板；及(D)在一第二板材上披覆一螢光粉層，而可得到該電子發射源的陽極板。

本發明之功效在於：透過噴砂法將奈米碳管噴灑而固定於該導電膠層上的創新製法，使所述奈米碳管能露出於該導電膠層之外，因而可有效地利用所述奈米碳管之尖端表面，以集中電場而作為電子發射端，不僅大幅提升材料的使用效率，也確實提升該陰極板的電流-電壓特性，並具有優異的場發射效果。

1‧‧‧電子發射源

2‧‧‧陰極板

21‧‧‧第一板材

211‧‧‧第一面

22‧‧‧導電膠層

23‧‧‧奈米碳管

3‧‧‧陽極板

31‧‧‧第二板材

311‧‧‧第二面

32‧‧‧螢光粉層

S01~S04‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一般陰極板的製造方法之一步驟流程示意圖；圖2是一電子發射源的側視示意圖，該電子發射源係使用本發明電子發射源的製造方法之一較佳實施例所製成的；圖3是該較佳實施例之一步驟流程方塊圖；圖4是該較佳實施例之一步驟流程示意圖；圖5是一電流-電壓特性曲線圖，說明該較佳實施例與一般製造方法所製成的電子發射源在電流-電壓特性上的差異；及圖6是一輝度-電壓特性曲線圖，說明應用該較佳實施例所製成的電子發射源的場發射顯示器(FED)，在其陰極板之導電膠層上設置奈米碳管的數量不同所造成輝度-電壓特性的差異。

參閱圖2、3、4，本發明電子發射源的製造方法之一較佳實施例，用於製造一電子發射源1。該電子發射源1包括相間隔的一個陰極板2與一個陽極板3。該陰極板2包括一個具有一朝向該陽極板3的第一面211的第一板材21、一個設置於該第一板材21之第一面211上的導電膠層22，以及數個插設固定於該導電膠層22上的奈米碳管23。該陽極板3包括一個具有一朝向該陰極板2的第 二面311的第二板材31，以及一個設置於該第二板材31之第二面311上的螢光粉層32。

而本發明電子發射源的製造方法，包含以下步驟：

步驟S01，將該導電膠層22設置於該第一板材21的第一面211上。具體而言，先使用一溶劑(圖未示)與一導電膠(圖未示)均勻混合後，再使用網印(Screen Printing)方式將所述導電膠塗布於該第一面211上，待所述導電膠乾燥固化後，便可得到本實施例所述的導電膠層22。當然，除了網印方式之外，還可使用噴印(Inkjet Printing)、轉印(Transfer Printing)、沾印(Dip Printing)等方式塗布所述導電膠，但不限於前述之舉例。

在實施上，該第一板材21可為玻璃、金屬板、塑膠板或陶瓷板等，所述導電膠的材料可為銀膠，而所述溶劑的材料可為鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl Phthalate，簡稱DBP)，當然實施時所選用的材料乃依需求而定，同樣也不限於前述之舉例。

步驟S02，以噴砂法將所述奈米碳管23噴灑而固定於該導電膠層22上。具體而言，使用一噴砂機(圖未示)透過高壓空氣吹送所述奈米碳管23，並經由該噴砂機之一噴砂口(圖未示)噴灑所述奈米碳管23，進而使所述奈米碳管23插置固定於該導電膠層22上。需要說明的是，於圖式中，所述奈米碳管23是筆直地插置固定於該導電膠 層22，但實際上所述奈米碳管23不以筆直狀為必要，即所述奈米碳管23也可為彎曲狀，此時所述彎曲狀的奈米碳管23是一端插入於該導電膠層22內，而突出於該導電膠層22之外的另一端也可能為彎曲狀。因此，只要固定於該導電膠層22上的所述奈米碳管23，其大部分的部位都露出於該導電膠層22之外，就能達成本發明改良之目的，而所述奈米碳管23的形貌並不限於圖式中所揭露的形式。

在實施上，所述奈米碳管23的長度為5~20μm，直徑為5~20nm，並且該噴砂口的空氣壓力在1~5kg/cm² 。當空氣壓力小於1 kg/cm² 時，所述奈米碳管23無法穩固地固定於該導電膠層22上而容易脫落。當空氣壓力大於5 kg/cm² 時，經由該噴砂口而噴出的所述奈米碳管23的數量過多，如此一來，會因為所述奈米碳管23密度過高而在噴灑的過程相互碰撞，進而損失動能而無法有效插入於該導電膠層22內，相對地便會使所述奈米碳管23露出於該導電膠層22的部位過少而影響電流-電壓特性。

進一步說明的是，在使用上，可以在該第一板材21的後方或下方設置一個漏斗狀的座體，藉此收集吹送所述奈米碳管23過程中，掉落於該第一板材21之外的奈米碳管23，並回收再利用以減少材料的浪費而節省成本。

步驟S03，對該第一板材21進行熱處理，而可得到該電子發射源1的陰極板2。具體而言，本實施例以燒結方式，並在壓力為1x10^-2 Torr的真空環境下，先以10℃/min的加熱速率由室溫加熱至150℃後維持10分鐘， 接著再以10℃/min的加熱速率由150℃加熱至400℃後維持10分鐘，最後自然降溫至室溫。

步驟S04，在該第二板材31上披覆該螢光粉層32，而可得到該電子發射源1的陽極板3。具體而言，可使用塗敷、網印、噴印等方式將螢光粉披覆於該第二板材31上，即可得到該螢光粉層32。在實施上，該第二板材31為玻璃，所述螢光粉的材料可依需求選擇單色或多色螢光材料等。

需要說明的是，該陰極板2與該陽極板3的製造順序可以對調，即在實施上可以先進行步驟S04後再進行步驟S01~S03，或者同時製造該陰極板2與該陽極板3，因而不限於本實施例所揭露的順序。

以下透過實驗結果說明本發明的功效。實驗例1~3是依據本發明製作步驟所製成的電子發射源1，其中，實驗例1的陰極板2之導電膠層22其100%的表面積設置有所述奈米碳管23，實驗例2的導電膠層22其35.78%的表面積設置有所述奈米碳管23，實驗例3的導電膠層22其19.64%的表面積設置有所述奈米碳管23。而比較例則是使用一般陰極板的製造方法，將奈米碳管混入導電膠中，再將導電膠塗布於一板材上並經燒結而製成。比較例的奈米碳管大部分被包覆於導電膠內，且露出於導電膠之外的奈米碳管的數量較少。

參閱圖2、5，圖5為實驗例1~3與比較例的電流-電壓特性曲線圖。由圖5可知，實驗例1~3的起始 電壓分別約為600、650、700伏特(V)，而比較例即使在電壓大於750伏特的情況下，其所產生的電流量極低，並且遠低於實驗例1~3。

進一步比較實驗例1~3可知，實驗例1的導電膠層22的表面上設置有奈米碳管23的數量最高，其起始電壓最低。而在相同工作電壓下，例如700伏特，實驗例1所產生的電流也最高，其電流-電壓特性也最優異。

參閱圖2、6，圖6為應用實驗例1~3所製成的場發射顯示器(FED)的輝度-電壓特性曲線圖。由圖6可知，實驗例1~3都可達到一定的輝度，其中又以實驗例1為最佳。這是因為實驗例1的陰極板2的導電膠層22的表面上設置奈米碳管23的數量多，故實驗例1的陰極板2所產生的電流也多，進而能以較多的電子去轟擊實驗例1的陽極板3之螢光粉層32，因此實驗例1的陽極板3的發光亮度最高。另一方面，要達到相同的發光亮度時，實驗例1的所需要的操作電壓最低。然而，比較例在所提供的電壓值內皆無法有效地量測出輝度值，請再參閱圖5，這是因為比較例的陰極板所產生的電流過低，因而無法有足夠的電子去轟擊陽極板的螢光粉層，故在此無法量測出比較例的輝度值。

參閱圖2、3、4，由以上說明可知，相較於一般陰電極的奈米碳管大部分都被包覆於導電膠層內，導致的材料使用效率差與場發射效果不佳等問題，本發明以噴砂法將奈米碳管23噴灑而固定於該導電膠層22上，前述 創新的製法可使所述奈米碳管23的局部部位插置固定於該導電膠層22上，而所述奈米碳管23的大部分的部位都露出於該導電膠層22之外，且所述奈米碳管23是筆直地插置，因而可有效地利用所述奈米碳管23之尖端表面以集中局部的電場而作為電子發射端，不僅大幅提升材料的使用效率，其起始電壓較低也確實提升該陰極板2的電流-電壓特性，並具有優異的場發射效果。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧電子發射源

2‧‧‧陰極板

21‧‧‧第一板材

211‧‧‧第一面

22‧‧‧導電膠層

23‧‧‧奈米碳管

3‧‧‧陽極板

31‧‧‧第二板材

311‧‧‧第二面

32‧‧‧螢光粉層

Claims (9)

1. 一種電子發射源的製造方法，該電子發射源包括相間隔的一陰極板與一陽極板，而該製造方法包含：(A)將一導電膠層設置於一第一板材上；(B)以噴砂法透過高壓空氣吹送所述奈米碳管，將奈米碳管噴灑而固定於該導電膠層上，所述空氣壓力在1~5kg/cm² ；(C)對該第一板材進行熱處理，而可得到該電子發射源的陰極板；及(D)在一第二板材上披覆一螢光粉層，而可得到該電子發射源的陽極板。
2. 如請求項1所述的電子發射源的製造方法，其中，在步驟(B)中，使所述奈米碳管是筆直地插置固定於該導電膠層上。
3. 如請求項1所述的電子發射源的製造方法，其中，在步驟(A)中，使用網印方式將一導電膠塗布於該第一板材上而得到該導電膠層。
4. 如請求項1所述的電子發射源的製造方法，其中，在步驟(C)中，以燒結方式對該第一板材進行熱處理。
5. 一種電子發射源的陰極板的製造方法，包含：(A)將一導電膠層設置於一第一板材上；(B)以噴砂法透過高壓空氣吹送所述奈米碳管，將奈米碳管噴灑而固定於該導電膠層上，所述空氣壓力在1~5kg/cm² ；及 (C)對該第一板材進行熱處理，而可得到該電子發射源的陰極板。
6. 如請求項5所述的電子發射源的陰極板的製造方法，其中，在步驟(B)中，使所述奈米碳管是筆直地插置固定於該導電膠層上。
7. 如請求項5所述的電子發射源的陰極板的製造方法，其中，在步驟(A)中，使用網印方式將一導電膠塗布於該第一板材上而得到該導電膠層。
8. 如請求項5所述的電子發射源的陰極板的製造方法，其中，在步驟(C)中，以燒結方式對該第一板材進行熱處理。
9. 如請求項8所述的電子發射源的陰極板的製造方法，其中，在步驟(C)中，所述燒結方式是在壓力為1x10^-2 Torr的真空環境下，先以10℃/min的加熱速率由室溫加熱至150℃後維持10分鐘，接著再以10℃/min的加熱速率由150℃加熱至400℃後維持10分鐘，最後降溫至室溫。