CN1652284A - 制造场致发射器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造场致发射器的方法。首先，在基板上形成图案化的导电层。接着，用场致发射材料和金属粉末的混合物涂覆导电层的上表面，并热处理该混合物从而改善该混合物对导电层的附着力。然后，除去沉积在除导电层以外的部分上的场致发射材料和金属。由此，场致发射器的寿命和场致发射特性得到极大改善，并且制造出具有优异特性的大面积场致发射器。

Description

制造场致发射器的方法
技术领域
本发明涉及制造场致发射器的方法，通过该方法，具有极好附着性的大的场致发射器简单地在金属电极上形成。
背景技术
传统的场致发射器根据其场致发射特性和场致发射效果已经应用于各种领域。特别地，自碳纳米管在20世纪90年代早期被开发出来以来，到目前为止已经对使用碳纳米管薄膜的场致发射显示器的制造做了很多研究。在使用碳纳米管的场致发射器中，包括碳纳米管的碳族材料对由硅、玻璃等形成的基板具有差的附着性。因此，难以在基板上形成碳族材料膜。即使在膜已经形成并长期用作场致发射器时，由于膜的低附着性，碳纳米管可能从基板分离。因此，特别难以制造宽的场致发射器。
使用碳纳米管制造场致发射显示器的场致发射器的传统方法可以大致分为两种方法。第一种方法是从基板上生长碳纳米管，第二种方法是通过用长成的碳纳米管粘贴基板而在基板上机械地形成碳纳米管。这些传统的方法有下面的问题。首先，使用第一种方法时，很难形成宽的场致发射器，因为对硅基板、玻璃基板、氧化铟锡(ITO)基板等的附着力差。因此，需要大量对制造宽的场致发射器的研究。
其次，使用第二种方法时，很多杂质例如粘合剂、树脂、滤料等被包含在碳纳米管中。杂质对碳纳米管引起的场致发射有不利影响，并且对场致发射的耐用性和稳定性有不好影响。当进行机械抛光(例如研磨)时，很多缺陷被发现。结果，场致发射器的寿命被缩短。
当使用碳纳米管以外的材料作为场致发射材料时，它们对下基板或电极也可能具有低附着力。场致发射材料的低附着力直接影响场致发射显示器的性能和耐用性。
发明内容
本发明提供一种制造大面积碳纳米管场致发射器的方法，通过该方法改进了场致发射材料(例如碳纳米管)与电极之间的附着力，并且场致发射器的耐用性和场致发射也得到改善。
根据本发明的一个方面，提供一种制造场致发射器的方法，该方法包括下列操作：在基板上形成图案化的导电层；用场致发射材料和金属粉末的混合物涂覆导电层的上表面，并热处理该混合物从而改善该混合物对导电层的附着力；以及除去沉积在导电层以外的部分上的场致发射材料和金属。
场致发射材料可以是碳族材料、金属、或半导体材料。碳族材料可以包括碳纳米管和碳角(carbon horn)中的至少一种材料。
图案化的导电层的形成操作包括：形成光致抗蚀剂层，从而暴露基板的预定的上部区域；用导电材料涂覆基板的暴露的上部区域和光致抗蚀剂层的上表面；以及通过除去光致抗蚀剂层和沉积在光致抗蚀剂层上的导电材料来形成导电层。
用混合物涂覆导电层的上表面并热处理该混合物的操作包括：用预定比例的场致发射材料、金属粉末和适当溶剂的混合物涂覆基板的暴露部分和导电层；以及在约600℃的温度热处理混合物，从而增加混合物与导电层之间的附着力。
金属粉末可以是银、铜、锌或镍。
金属粉末的直径可以约为0.01到100μm。
可以使用旋涂和印刷中的一种方法在基板的暴露部分和导电层上涂覆场致发射材料、金属粉末和溶剂的混合物。
基板可以是硅基板、玻璃基板或氧化铟锡基板。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更清楚，其中：
图1A到图1F说明根据本发明一实施例的制造场致发射器的方法；
图2A和图2B是使用碳纳米管并利用根据本发明的一实施例的方法制造的场致发射器的照片；
图3A是曲线图，示出使用碳纳米管作为场致发射材料的传统场致发射器的发射场及根据本发明一实施例的使用碳纳米管作为场致发射材料的场致发射器的发射场与所加电压的关系；以及
图3B是曲线图，示出使用碳纳米管的传统场致发射器和使用碳纳米管的根据本发明一实施例的场致发射器的发射场与时间的关系。
具体实施方式
图1A到图1F是说明根据本发明的一实施例的制造场致发射器的方法的截面图。参考图1A，首先，图案化的光致抗蚀剂(PR)层12在基板11上形成，并且被曝光和构图从而形成槽12′，每个槽具有预定的宽度。槽12′指示场致发射材料形成的位置。依据所需的尺寸，每个槽12′具有预定的形状。此工序对形成单一场致发射器不是必要的，但对于在单个基板上形成多个场致发射器从而为场致发射器的批量生产制造场致发射器阵列是必要的。所用的基板11的类型不受限制，所以玻璃基板、透光的氧化铟锡(ITO)基板等可用作基板11。
然后，参照图1B，导电材料13被设置在PR层12和基板11上，从而形成电极，使得可以对场致发射材料施加电势。通常，能够用作半导体器件中的电极的金属被沉积在PR层12和基板11上。常规半导体制造工艺中使用的任何沉积方法都可被用来沉积导电材料13。特别地，当导电材料13是金属时，使用气相沉积方法，例如溅镀、离子束沉积或蒸镀。因此，导电材料13被沉积在图案化的PR层12和槽12′上，从而形成阶梯表面。然后，如图1C所示，导电层14保留在基板11上。
如图1D所示，场致发射材料和金属纳米粉末以所需比率混合，且基板11的暴露部分和导电层14利用旋涂或丝网印刷以该混合物涂覆，使得混合物具有所需的厚度。当例如碳纳米管的碳族材料被用作场致发射材料时，必要的溶剂也与该混合物混合。然后，由场致发射材料和金属纳米粉末组成的混合物层15被形成在基板11的暴露部分和导电层14上。
金属纳米粉末用来增加导电层14和场致发射材料之间的附着力，所以使用导电细粉末作为金属纳米粉末。通常，具有亚微米至几微米(约0.01到100μm)大小的金属纳米粉末得以使用，并且可以包括具有低熔点的几种金属粉末，例如Ag、Cu、Zn、Ni等。场致发射材料可以是碳族材料、金属、半导体材料等。碳族材料可以是碳纳米管、碳角(carbon horn)等。金属可以是钨。半导体材料可以是Si。也可以使用氧化钯(PLO)作为场致发射材料。用作常规场致发射材料的任何材料可用作根据本发明一实施例的场致发射材料。
如图1E所示，导电层14上由场致发射材料和金属纳米粉末形成的混合物层15经历热处理。当混合物层15中包含溶剂时，该溶剂通常具有比热处理的温度低的沸点。例如，优选使用具有比热处理温度低的沸点的酒精作为溶剂。当ITO用于形成基板11时，优选在不高于600℃进行热处理，并且优选使用具有比此温度低的沸点的材料作为溶剂。当使用碳纳米管作为场致发射材料时，常用溶剂中的大多数可用作溶剂。当混合物层15经历这样的热处理时，排除了溶剂的金属和场致发射材料保留在基板11的暴露部分和导电层14上。保留的金属由于热处理而粘附在导电层14上，并且保留的场致发射材料粘在金属上。因此，保留的场致发射材料和保留的金属形成混合物层15′。
如图1F所示，形成在基板11和导电层14上的混合物层15′经历表面处理。表面处理可以使用常用方法进行，可以使用超声波或胶带。即使在只使用胶带时，形成在导电层14上的混合物层15′对导电层14具有优异的附着力。因此，在此表面处理期间，仅混合物层15′的接触表面11的部分被除去。金属由于热处理而粘附到导电层14上，并且固定与金属混合的场致发射材料。因此，参考图1F，在热处理后保留的混合物层15′上形成多个场致发射材料的突起17。因此，根据本发明一实施例的场致发射器能够完全形成。
图2A和2B是使用碳纳米管作为场致发射材料以根据本发明一实施例的方法制造的场致发射器的照片。图2A中，所需尺寸的导电层形成在基板21上，由碳纳米管和金属纳米粉末组成的混合物层22利用旋涂或丝网印刷沉积在导电层上。基板21由ITO形成，金属纳米粉末由Ag形成。导电层具有2×2cm的尺寸，混合物层22沉积在导电层上从而具有3×3cm的尺寸。
图2B示出了通过使用热处理从图2A的样品中除去溶剂并在图2A的样品上进行表面处理而获得的样品。参考图2A，当形成在基板21上的混合物层22经历表面处理时，只有附着在导电层的上表面上的2×2cm大小的混合物层23保留在基板21上。换言之，混合物层22的除2×2cm大小的混合物层23之外的部分通过热处理除去了。这意味着如上所述，导电层和碳纳米管之间的附着力远远大于基板21和碳纳米管之间的附着力。
图3A和3B是曲线图，显示根据本发明一实施例的，使用碳纳米管作为场致发射材料的场致发射器的所测得的电特性。参考图3A，当施加相同的电势时，根据本发明一实施例的场致发射器比传统场致发射器(即使用碳纳米管作为场致发射材料的糊(1)和糊(2))具有更大的场致发射。当施加4V/μm的电势时，根据本发明实施例的场致发射器发射出约1200μA/cm2的场，而传统场致发射器发射出不大于200μA/cm2的场。换言之，当如传统技术中一样使用碳纳米管糊制造场致发射器时，例如粘合剂材料、树脂、滤料等的很多杂质被包含在场致发射器中，不利地影响场致发射器的场致发射。
图3B是曲线图，显示场致发射器的场致发射特性与场致发射器的使用时间的关系。参考图3B，传统场致发射器的大小随传统场致发射器使用时间连续下降。另一方面，根据本发明一实施例的场致发射器发射小的场，该场不随场致发射器使用时间显著变化。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员理解，在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其作形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种制造场致发射器的方法，该方法包括：
在基板上形成图案化的导电层；
用场致发射材料和金属粉末的混合物涂覆所述导电层的上表面，并热处理该混合物从而改善该混合物对所述导电层的附着力；以及
除去沉积在除所述导电层以外的部分上的场致发射材料和金属。
2.如权利要求1的方法，其中所述场致发射材料从碳族材料、金属和半导体材料构成的组中选择。
3.如权利要求2的方法，其中所述碳族材料包括碳纳米管和碳角中的至少一种材料。
4.如权利要求1的方法，其中形成所述图案化的导电层包括：
形成光致抗蚀剂层，从而暴露所述基板的预定的上部区域；
用导电材料涂覆所述基板的所暴露的上部区域和所述光致抗蚀剂层的上表面；以及
通过除去所述光致抗蚀剂层和沉积在所述光致抗蚀剂层上的导电材料形成导电层。
5.如权利要求1的方法，其中用该混合物涂覆所述导电层的该上表面并热处理该混合物包括：
用预定比例的该场致发射材料、该金属粉末和适当溶剂的混合物涂覆所述基板的暴露部分和所述导电层；以及
在约600℃的温度热处理所述混合物，从而增加所述混合物与所述导电层之间的附着力。
6.如权利要求5的方法，其中所述金属粉末是银、铜、锌和镍中的一种材料。
7.如权利要求5的方法，其中所述金属粉末的直径约为0.01到100μm。
8.如权利要求5的方法，其中使用旋涂和印刷中的一种方法在该基板的暴露部分和该导电层上涂覆场致发射材料、金属粉末和溶剂的该混合物。
9.如权利要求1的方法，其中所述基板是硅基板、玻璃基板和氧化铟锡基板中的一种。
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