采用垂直排列的碳纳米管的场致发射显示装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种场致发射显示装置，其包括：在下部基材上形成的作为阴极使用的金属膜；垂直排列在金属膜上作为发射头使用的碳纳米管；安装于金属膜上的隔离片；以及安装有透明电极和荧光涂层的上部基材，该上部基材形成于片上。还涉及该装置的制造方法。根据本发明专利技术的ＦＥＤ装置结构简单，使生产效率得以提高并可大尺寸制造，而且在低的操作电压下可以获得大的发射电流。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种场致发射显示(FED)装置及其制造方法，更具体而言，本专利技术涉及一种采用垂直排列的碳纳米管的FED装置及其制造方法。在普通FED装置中，当几百伏的正电压通过外部栅电极施加至一个锥形发射头上时，电子从受到强电场影响的发射头中发射出来，发射出的电子与一施加有几至几百千伏电压的阳极碰撞，并与涂有荧光材料的阳极碰撞。按此方式FED装置行使显示功能。但在常规采用由蚀刻硅基材制成的硅发射头的FED装置中，阳极和阴极必须以约1.0至1.5μm的细间距相互分离。而且在常规FED装置中由于施加很高操作电压以及发射高电流造成硅发射头品质下降，使泄漏电流高，可靠性和性能不高而且生产效率低。为改进采用硅发射头的FED装置，已有人提出采用碳钠米管的FED装置。常规碳纳米管通过放电或激光沉积进行合成，然后置于一清洗液中并用超声波清洗器振荡进行纯化。经纯化的碳纳米管被植入用于FED装置中的多孔性陶瓷滤片的孔洞中。然后将包含在多孔性陶瓷滤片孔洞中的碳纳米管压在FED装置的下层基材中的导电性聚合物之上并与之垂直，从而形成发射头。与采用硅发射头的FED装置相比，采用常规纳米管作为发射头的FED装置稳定性能优良。但采用常规碳纳米管的FED装置的困难在于不能有效地将碳纳米管安置于导电性聚合物之上，而且其制造工艺复杂。因此，采用常规碳纳米管的FED装置生产效率低下，而且不能大尺寸制造。同时基材中导电性聚合物和碳纳米管之间的良好电学互接也不能保证。为解决上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种采用碳纳米管的场致发射显示(FED)装置，它可大尺寸制造，而且单位区间内发射头的密度高。本专利技术的另一目的是提供一种利用简单制造工艺制造大尺寸FED装置的方法。本专利技术的第一个目的是通过如下的场致发射显示装置实现的，其中在下部基材上形成作为阴极使用的金属膜，然后在此金属膜上形成作为发射头使用的垂直排列的碳纳米管。此处在催化性金属颗粒于金属膜上形成后，利用化学气相沉积使碳纳米管在催化性金属颗粒上垂直生长，由此得到作为发射头使用的碳纳米管垂直排列。在金属膜上安装隔离片(spacer)，然后在隔离片上形成安装有透明电极和荧光涂层的上部基材。本专利技术的第二个目的是通过如下的制造场致发射显示装置的方法实现的，其中在下部基材上形成作为阴极使用的金属膜，然后在金属膜上垂直排列和生长碳纳米管。其中在金属膜上形成催化性金属膜，通过蚀刻催化性金属膜的表面形成孤立的纳米级催化性金属颗粒，然后利用碳源气体采用化学气相沉积法在各孤立的催化性金属颗粒上垂直生长碳纳米管，从而获得垂直排列和生长的碳纳米管。热化学气相沉积法或等离子体促进化学气相沉积法可用于形成催化性金属颗粒和生长碳纳米管。碳源气体可为乙炔气、乙烯气、丙烯气、丙烷气或甲烷气。可利用氨气、氢气、氢化物气体、或氢氟酸溶液蚀刻催化性金属膜的表面。催化性金属膜可由钴、镍、铁、钇或两种或更多种这些金属的合金形成。然后将隔离片安装到金属膜上，并将安装有透明电极和荧光涂层的上部基材安装到隔离片上。以此方式，FED装置被加工完成。由于其结构简单，根据本专利技术之采用垂直排列的碳纳米管的FED装置可具有高的生产效率并可制成大尺寸。而且采用垂直排列良好的碳纳米管作为发射头，也有可能在低操作电压下获得大的发射电流。以下将参考附图对优选实施方案进行详细的描述，由此可以使本专利技术的上述目的及优点表述得更为明确，在附图中附图说明图1是根据本专利技术之采用垂直排列的碳纳米管的场致发射显示(FED)装置的横断面视图；图2和图3为描述图1之FED装置的制造方法的横断面视图；图4A至4C为描述图3之碳纳米管生长方法的横断面视图；图5为用于生长图3之碳纳米管的热化学气相沉积装置的示意图；以及图6为用于描述本专利技术之碳纳米管在孤立的催化性金属颗粒上生长的机理的示意图。以下以附图为参考详细描述本专利技术的一个实施方案。但是，本专利技术中该实施方案可有很多种变体，一定不能认为本专利技术的范围仅局限于该实施方案中。对于本领域技术人员来说，本实施方案是对本专利技术作更全面的解释。在附图中，为明确起见，层或区域的厚度或尺寸被放大化了。在附图中用相同数字指示相同的部件。而且当涂层被描述为“在其它层或基材之上形成”时，表明该涂层可直接在其它层或基材上形成，或在两者之间存在其它层。参见图1，根据本专利技术之采用垂直排列的碳纳米管的场致发射显示(FED)装置具有处于下部基材30之上的用作阴极的金属膜32。下部基材30由玻璃、石英、硅或氧化铝(Al2O3)形成。金属膜32由铬、钛、钨或铝形成。在金属膜32之上形成垂直排列的碳纳米管34作为发射头。在低的操作电压下，如3V/μm或更小，垂直排列的碳纳米管34可取得大的发射电流。而且由于在单位面积内发射头密度高，垂直排列的碳纳米管34可产生高的发光效率。在金属膜32上形成隔离片36。并将安装有透明电极52和荧光涂层54的上部基材50安装到隔离片36上。在这种结构的FED装置中，在作为阴极的金属膜32和作为阳极的透明电极52之间施加电场，使电子从垂直排列的碳纳米管34中发射出来。发射出的电子碰撞荧光涂层54，使此结构的FED装置发出红、绿和蓝光。因此，本专利技术的FED装置是一个二电极FED装置。图2和图3为描述图1之FED装置的制造方法的横断面视图。参见图2，在宽的下部基材30上形成作为阴极的金属膜32，其厚度为0.2至0.5μm。下部基材30由玻璃、石英、硅或氧化铝(Al2O3)形成。金属膜32由铬、钛、钨或铝形成。参见图3，碳纳米管34垂直排列并生长于金属膜32之上。更具体而言，在金属膜32之上形成一催化性金属膜(未作显示)，然后采用干法或湿法蚀刻技术蚀刻催化性金属膜的表面，形成各自独立的纳米级催化性金属颗粒(未作显示)。此后利用热化学气相沉积或等离子体促进化学气相沉积使大量碳纳米管34垂直生长于催化性金属颗粒之上。对金属膜32和催化性金属膜制出细线形蚀刻图案，然后蚀刻画有蚀刻图案的催化性金属膜的表面，由此使碳纳米管34得以生长。碳纳米管34用作发射头，每个像素上可形成几个发射头，使得在低操作电压下也能获得大的发射电流。以下将详细描述垂直生长碳纳米管34的方法。再参见图1，在金属膜32之上形成隔离片36，其厚度为100至700μm。当作为阳极的透明电极52在上部基材50之上形成后，将发射光的荧光涂层54安装于透明电极52上。上部基材50由玻璃形成，透明电极52可以是铟锡氧化物(ITO)电极。荧光涂层54由发射红、绿和蓝光的三种类型的材料形成。然后将安装有透明电极52和荧光涂料54的上部基材50上下翻转并放置于隔离片36之上，接着真空密封和安装，从而完成FED装置的制作。以下以图4至图6为参考详细描述垂直生长碳纳米管的方法。图4A至4C为描述图3之碳纳米管的生长方法的横断面视图。图5为用于生长图3之碳纳米管的热化学沉积装置的示意图。图6为用于描述本专利技术的碳纳米管在孤立的催化性金属颗粒上生长的机理的示意图。为便于解释，图4A至4C为放大图。如图4A至4C所示，图3之垂直生长的碳纳米管34是分三步形成的。首先，如图4A所示，在金属膜32上形成催化性金属膜33。催化性金属膜33由钴、镍、铁、钇、或者二种或多种这些金属形成的合金(如钴-镍、钴-铁、钴-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场致发射显示装置，其包含：在下部基材上形成的作为阴极使用的金属膜；垂直排列在金属膜上作为发射头使用的碳纳米管；安装于金属膜上的隔离片；以及安装有透明电极和荧光涂层的上部基材，该上部基材形成于隔离片之上。

【技术特征摘要】
KR 2000-5-31 29580/2000;KR 1999-11-5 49018/19991.一种场致发射显示装置，其包含在下部基材上形成的作为阴极使用的金属膜；垂直排列在金属膜上作为发射头使用的碳纳米管；安装于金属膜上的隔离片；以及安装有透明电极和荧光涂层的上部基材，该上部基材形成于隔离片之上。2.如权利要求1所述的场致发射显示装置，其中，下部基材由玻璃、石英、硅或氧化铝(Al2O3)形成。3.如权利要求1所述的场致发射显示装置，其中，金属膜由铬、钛、钨或铝形成。4.如权利要求1所述的场致发射显示装置，其中，在金属膜之上形成催化性金属颗粒，然后利用化学气相沉积使作为发射头使用的碳纳米管在催化性金属颗粒上生长。5.一种制造场致发射显示装置的方法，其包括在下部基材上形成作为阴极使用的金属膜；在金属膜上垂直排列并生长碳纳米管；在金属膜上安装隔离片；以及将安...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁真，柳在银，
申请(专利权)人：李铁真，株式会社日进纳米技术，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]