专利名称：一种冷阴极的表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种表面处理方法，尤其涉及一种冷阴极的表面处理方法。
背景技术：
丝网印刷厚膜技术制备的冷阴极电子源具有低成本和可大面积制备的优点， 可应用于场致发射平板显示器等真空微电子器件。目前的可印制的冷阴极其成分基本 上都是碳纳米管与普通导电浆料的混合，或者是将碳纳米管与导电银粉、多种固体粘 结剂材料及有机溶剂等进行混合(N.S.Lee，etal.，Diamond Relat.Master.，2001，10:
265-270)。采用碳纳米管-导电银浆类浆料制备的场发射冷阴极，经过高温加热处理去 除其中的有机溶剂后，主要由碳纳米管、导电相金属颗粒和玻璃态固体粘结材料组成， 表面的碳纳米管作为主要的场致电子发射源。冷阴极浆料经过高温加热处理后得到冷阴极，冷阴极表面由于被玻璃态固体粘 结物质和其他一些杂质覆盖，暴露在冷阴极表面的碳纳米管场发射体数量很少，发射电 子流小。因此需要引入一些表面处理技术以改善冷阴极的场发射特性。现有技术中揭露了一种采用胶带处理以碳纳米管为场发射体的冷阴极的方法， 其包括以下步骤将特定胶带粘于冷阴极的表面；在特定温度下加热所述胶带；在所述 特定温度下揭去胶带以使冷阴极表面的碳纳米管竖立。然而，上述冷阴极的表面处理方法具有以下缺点其一，须在特定的温度下加 热胶带然后揭去胶带，从而达到竖立冷阴极表面碳纳米管的目的。然而，所述方法中加 热温度的控制对表面处理效果影响很大过低的加热温度会使碳纳米管从冷阴极上完全 剥离达不到表面处理的目的；过高的加热温度会导致胶带的胶残留在冷阴极表面而影响 其发射性能和寿命。其二，将胶带粘于冷阴极表面时，胶带难以均勻地紧密接触冷阴 极，从而造成胶带与冷阴极间残留空气，其表现为胶带上的气泡。气泡处的碳纳米管与 胶带不接触，因此将胶带揭去时会导致气泡处的碳纳米管仍处于随机分布状态而不能竖 立，这样便会降低碳纳米管的场发射均勻性。
发明内容
因此，确有必要提供一种简单、稳定的冷阴极表面处理方法，以解决上述技术 问题。—种冷阴极的表面处理方法，其包括以下步骤提供一冷阴极，所述冷阴极包 括多个一维场发射体；设置一液体胶于所述冷阴极表面；固化所述液体胶；去除冷阴极 表面的固化后的液体胶，以使冷阴极表面的一维场发射体竖立。相对于现有技术，本发明提供的冷阴极的表面处理方法具有以下优点其一， 本发明提供的冷阴极的表面处理方法无须精确控制温度，因此，方法简单、稳定、重复 性和操作性强；其二，由于液体胶具有流动性，液体胶可以和冷阴极的表面均勻地紧密 接触，不残留气泡，因此竖立冷阴极表面的一维场发射体的效率较高；其三，由于液体胶具有流动性，因此，可以处理各种冷阴极的表面，特别是胶带不易处理或无法处理的 凹槽和/或侧面。
图1是本发明具体实施例提供的冷阴极表面处理方法的流程图。图2是本发明具体实施例提供的冷阴极表面处理方法所采用的冷阴极制备方法 的流程图。
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的冷阴极的表面处理方法。请参阅图1，本发明具体实施例提供的冷阴极的表面处理的方法包括以下步 骤步骤S101，提供一冷阴极；步骤S102，设置一液体胶于所述冷阴极表面；步骤S103，固化所述液体胶；步骤S104，去除冷阴极表面的固化后的液体胶，以使冷阴极表面的一维场发射
体竖立。在步骤SlOl中，所述冷阴极包括多个一维场发射体。由于一维场发射体具有较 高的长径比，因此在较低的电场下即可发射出电子。可选择地，所述冷阴极还可包括导电相、粘结剂以及吸气剂微粒等。本实施例 中，所述冷阴极包括多个一维场发射体、导电相和粘结剂。所述一维场发射体包括具有场发射特性的纳米管、纳米线、纳米纤维、纳米棒 或纳米带等中的一种或几种。其中，所述纳米线包括氧化物纳米线、氮化物纳米线或 碳化物纳米线。所述氧化物纳米线可包括氧化铝(Al2O3)纳米线、氧化镁(MgO)纳米 线、氧化锆(ZrO)纳米线、二氧化钛(TiO2)纳米线或氧化钙(CaO)纳米线等中的一种 或几种。所述氮化物纳米线可包括氮化铝(AlN)纳米线、氮化硼(BN)纳米线、氮化硅 (SiN)纳米线、氮化钛(TiN)纳米线等中的一种或几种。所述碳化物纳米线可包括碳化 硅(SiC)纳米线、碳化钛(TiC)纳米线、碳化钨(WC)纳米线、碳化锆(ZrC)纳米线、碳 化铌(NbC)纳米线等中的一种或几种。所述纳米纤维包括碳纤维。所述一维场发射体 还可以为一维复合材料，例如在一维场发射体的表面形成一表面修饰材料以改善一维场 发射体的场发射特性。在本实施例中，所述一维场发射体为碳纳米管。所述碳纳米管可 包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管 的直径优选为0.5纳米 50纳米。所述双壁碳纳米管的直径优选为1.0纳米 50纳米。 所述多壁碳纳米管的直径优选为1.5纳米 50纳米。所述导电相包括但不限于金属微粒、氧化铟(In2O3)微粒、氧化锡(SnO3)微粒或 氧化铟锡(ITO)微粒等中的一种或几种。所述金属微粒包括镍、镉等。所述导电相用于 增强冷阴极中的一维场发射体之间、一维场发射体和底电极之间的电连接。所述底电极 与冷阴极电连接。本实施例中所述导电相为ITO微粒。所述粘结剂为PPSQ (梯形聚苯基倍半硅氧烷)或无机材料，优选的所述粘结剂为玻璃粉和旋涂玻璃(SOG)。常温下SOG是一种相当于SiO2的液相绝缘材料。在本实 施例中，所述粘结剂为玻璃粉。如上所述，本实施例中所述冷阴极包括碳纳米管、玻璃粉及ITO微粒。所述 冷阴极可通过图2中所示的冷阴极的制备方法获得。所述冷阴极的制备方法包括以下步 骤步骤S201，将碳纳米管、ITO微粒、玻璃粉在有机载体中进行充分混合形成冷 阴极浆料。冷阴极浆料各成分的配制浓度比例分别为5-15%的碳纳米管，10-20%的ITO 微粒，5%的玻璃粉及60-80%的有机载体。所述碳纳米管的长度在5-25微米范围内为 佳，过短会减弱碳纳米管的场发射特性，过长容易使碳纳米管纠缠或折断。所述有机载体可包括作为溶剂的松油醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、碳氢化合 物、水及其混合溶剂，作为增塑剂的少量邻位苯二甲二丁酯和作为稳定剂的少量乙基纤 维素形成的混合剂。为了满足丝网印刷工艺的要求，冷阴极浆料中可以添加多种有机溶 剂和有机助剂，如增粘剂、分散剂和表面活性剂等有机助剂，以调节浆料的粘度、流动 性等物理性质。所用的有机溶剂和有机助剂没有特殊限制。有机溶剂和有机助剂的添加 量主要根据印刷工艺而确定。本实施例中所述有机载体包括作为溶剂的乙醇和松油醇， 作为稳定剂的乙基纤维素等。步骤S202，低温加热处理所述冷阴极浆料。低温加热处理所述冷阴极浆料使有机载体、有机溶剂和有机助剂成分挥发。在 去除有机载体、有机溶剂和有机助剂成分后，玻璃粉、碳纳米管以及ITO微粒等之间依 靠范德华力形成了紧密的结合。本实施例中，在150°C的温度下烧结该冷阴极浆料，松油 醇和乙醇被挥发。玻璃粉、ITO微粒和碳纳米管通过范德华力结合在一起。步骤S203，烧结所述冷阴极浆料得到冷阴极。烧结所述冷阴极浆料以使其中的粘结剂完全熔融或半熔融在一起。冷却粘结剂 从而使导电相和一维场发射体被固结在粘结剂中。此烧结过程还可以使冷阴极浆料中的 部分高熔点有机载体挥发。优选地，烧结所述冷阴极浆料以使其中的粘结剂处于半熔融 状态，之后冷却半熔融状态的粘结剂从而使导电相和一维场发射体固结在半熔融态的粘 结剂中。若冷阴极为玻璃粉，则烧结温度高于玻璃粉的转变温度。优选地烧结温度介于 玻璃粉的转变温度和软化温度。烧结温度高于玻璃粉的转变温度，此时玻璃粉为完全熔 融状态。烧结温度介于玻璃粉的转变温度和软化温度，此时玻璃粉为半熔融状态。本 实施例中，在400°C的温度下烧结所述冷阴极浆料以使冷阴极浆料中的玻璃粉成为半熔融 态，之后冷却所述玻璃粉，从而使碳纳米管和ITO微粒被固定在玻璃粉中。由于冷阴极 中的玻璃粉为半熔融态，因此，该冷阴极的各组分之间具有一定的间隙。在此烧结过程 中，冷阴极中的乙基纤维素被挥发。经过上述步骤即可获得适用于步骤SlOl的冷阴极。此外，所述冷阴极可仅包括多个碳纳米管。这种仅包括碳纳米管的冷阴极的 制备方法可通过将碳纳米管与二甲基甲酰胺溶液混合后挥发去除二甲基甲酰胺的方法制 备，也可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法制得。所述将碳 纳米管与二甲基甲酰胺溶液混合后挥发去除二甲基甲酰胺形成冷阴极的方法包括以下步 骤首先，将碳纳米管和二甲基甲酰胺溶液混合，并通过超声波震荡法使得碳纳米管进一步分散在二甲基甲酰胺溶液中，形成一混合液；其次，挥发去除上述混合液中的二甲 基甲酰胺，从而得到一仅包括碳纳米管的冷阴极，该冷阴极包括多个碳纳米管，且多个 碳纳米管之间具有一定的间隙。按照上述方法制得的冷阴极需要经过步骤S 102处理。在步骤S102中，所述液体胶为可以固化的胶类。所述液体胶可以为热固性胶、 热塑性胶或紫外光固化胶。具体而言，所述液体胶可以为液体硅胶、聚硅氧烷酯类液晶 (PMMS)及紫外光固化胶等。所述液体胶可在加热、冷却、曝光、电子束照射或磁电等 物理方法或添加固化剂等化学方法作用下固化。本实施例中，所述液体胶为硅胶。所述设置液体胶于冷阴极表面的方法包括以下步骤首先，将液体胶倾倒于冷 阴极的表面；其次，使液体胶在冷阴极表面流平。其中，可以通过旋转所述冷阴极使液 体胶在冷阴极的表面流平，也可以使液体胶在冷阴极表面自然流平，还可以在将液体胶 倾倒于冷阴极的表面之后用刷子刷平所述液体胶，或者采用点胶机将液体胶设置于冷阴 极的表面之后使液体胶流平。本实施例中，将液体硅胶设置于冷阴极表面的方法为使液体硅胶在冷阴极表面 自然流平。由于液体胶具有较好的流动性，因此，在将液体胶设置于冷阴极表面后，液 体胶可与冷阴极表面的一维场发射体充分接触，不残留气泡。由于本实施例所采用的冷 阴极的各组分之间具有一定的间隙，因此，液体胶在铺设于冷阴极的表面之后，液体胶 将会渗入冷阴极的间隙中。待液体胶在冷阴极表面流平后，即可进行步骤S103。在步骤S103中，所述固化液体胶的方法依据液体胶本身的性质而定。对于热固性胶采用逐步升温的方法使其固化。升温固化所述热固性胶的方法具 体为通过一加热装置对所述液体胶进行加热直至形成固态。所述热固性胶固化的温 度和时间由所述热固性胶的性质和使用量决定。所述加热装置可以是烘箱、加热炉等装 置。对于热塑性胶采用冷却的方法使其固化。固化所述热塑性胶的方法为在室温 下自然冷却或通过一冷却装置对液体胶进行冷却以形成固态。所述冷却装置可以是循环 水冷却器、液压油冷却器或油水冷却器等冷却装置中的一种。对于紫外光固化胶可采用紫外光照射的方法使其固化。所选用的紫外光的波长 范围和照射时间由所选用的紫外光固化胶的性质和使用量决定。可选择地，所述固化液体胶的方法可以为任何磁、电、光、热、声等方法，只 要所述方法可以将所选用的液体胶固化成为固态胶均属于本发明所要求保护的范围。本实施例中，固化所述液体硅胶的方法为在150°C的温度条件下加热10分钟使 所述液体硅胶固化。由于部分液体胶渗入冷阴极的间隙中，因此固化后的液体胶与冷阴 极的结合力较强。在步骤S104中，去除所述固化后的液体胶的方法可以为直接揭去所述固化后的 液体胶或用镊子或其他工具将所述固化后的液体胶揭去。揭去固化后的液体胶，则可以 使冷阴极表面的碳纳米管被竖立。若所述冷阴极中的粘结剂为半熔融态，则在揭去固化 后的液体胶的过程的同时，会使与固化后的液体胶直接接触的粘结剂颗粒粘附在固化后 的液体胶的表面从而脱离冷阴极，从而使冷阴极表面的碳纳米管被暴露并竖立。因此， 若所述冷阴极中的粘结剂为半熔融状态时，则采用本发明对冷阴极进行表面处理不易产生留胶现象。本实施例中直接用手揭去所述固化后液体硅胶以使冷阴极表面的碳纳米管竖 立。由于本实施例中所述冷阴极中的玻璃粉为半熔融态，固化后的硅胶同冷阴极结合力 大于冷阴极中各组分之间的结合力。因此，在剥离硅胶的过程中，与硅胶直接接触的部 分冷阴极会粘附在硅胶表面而脱离冷阴极，从而使碳纳米管被暴露并竖立，并且不易在 冷阴极表面留下残胶。可选择地，可于冷阴极的竖立的碳纳米管的表面形成一表面修饰层，所述表面 修饰层的材料可以为碳化锆或碳化钛。所述表面修饰层的逸出功低于碳纳米管的逸出 功。碳纳米管表面的表面修饰层可以有效降低碳纳米管场发射体发射端的逸出功。本发明提供的冷阴极的表面处理方法具有以下优点其一，本发明提供的冷 阴极的表面处理方法无须精确控制温度，因此，方法简单、稳定、重复性和操作性强； 其二，由于液体胶具有流动性，液体胶可以和冷阴极的表面均勻地紧密接触，不残留气 泡，因此竖立冷阴极表面的一维场发射体的效率较高；其三，由于液体胶具有流动性， 因此，可以处理各种冷阴极的表面，特别是胶带不易处理或无法处理的凹槽和/或侧
权利要求
1.一种冷阴极的表面处理方法，其包括以下步骤提供一冷阴极，所述冷阴极包括多个一维场发射体；设置一液体胶于所述冷阴极表面；固化所述液体胶；去除冷阴极表面的固化后的液体胶，以使冷阴极表面的一维场发射体竖立。
2.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述一维场发射体包括 具有场发射特性的纳米管、纳米线、纳米纤维、纳米棒或纳米带中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述纳米线包括氧化物 纳米线、氮化物纳米线或碳化物纳米线。
4.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述液体胶为可以固化 的胶类。
5.如权利要求4所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述液体胶为热固性 胶、热塑性胶或紫外光固化胶。
6.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述液体胶为液体硅 胶，所述一维场发射体为碳纳米管。
7.如权利要求6所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述液体硅胶的固化条 件为在150°C的温度条件下加热10分钟。
8.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述设置一液体胶于所 述冷阴极表面的方法包括以下步骤将液体胶倾倒于冷阴极表面；使液体胶在冷阴极表 面流平。
9.如权利要求8所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述使液体胶在冷阴极 表面流平的方法为使液体胶在冷阴极表面自然流平、或旋转所述冷阴极使液体胶在冷阴 极的表面流平的方法。
10.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述去除所述固化后 的液体胶的方法为直接揭去所述固化后的液体胶或用镊子或其他工具将所述固化后的液 体胶揭去。
11.如权利要求1所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述冷阴极中包括一 维场发射体、导电相和粘结剂。
12.如权利要求11所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述粘结剂为半熔融 态的玻璃粉。
13.如权利要求11所述的冷阴极的表面处理方法，其特征在于，所述粘结剂为熔融态 的玻璃粉。
全文摘要
本发明涉及一种冷阴极的表面处理方法，其包括以下步骤提供一冷阴极，所述冷阴极包括多个一维场发射体；设置一液体胶于所述冷阴极表面；固化所述液体胶；去除冷阴极表面固化后的液体胶，以使冷阴极表面的一维场发射体竖立。
文档编号H01J9/02GK102013371SQ20091019015
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者刘亮, 张兴, 范守善, 蔡琪, 高同风 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司