[发明专利]图形化的CNT发射器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及场致发射，具体涉及用于场致发射应用的纳米微粒，如碳纳米管。

发明背景

由于碳纳米管(CNT)具有难以置信的物理、化学、电子和机械性质，许多公司和研究机构都对它们展开了研究[Walt A.de Heer，“Nanotubes and thePursuit of Applications”，MRS Bulletin 29(4)，第281-285页(2004)]。它们可在许多应用如显示器、微波源、X射线管以及其他许多应用中用作优异的冷电子源，因为它们具有优异的场发射性质和化学惰性，能在低电压下非常稳定地长时间运行(Zvi Yaniv，“The status of the carbon electron emitting films for display andmicroelectronic applications”，The International Display Manufacturing Conference，January 29-31，2002，Seoul，Korea)。

许多情况下，需要将碳纳米管发射器沉积到基材的选定区域，以便在矩阵可寻址的条件下运行。对于碳纳米管场致发射显示应用，CNT的像素尺寸可小至约300微米，以制造高分辨率的显示器。可用光刻技术使这样的小尺寸催化剂薄膜，如Ni、Co和Fe的薄膜在基材上图形化；然后用化学气相沉积法(CVD)在500℃以上的温度下生长CNT[Z.F.Ren，Z.P.Huang，J.W.Xu等，“Synthesisof large arrays of well-aligned carbon nanotubes on glass”，Science 282，第1105-1107页(1998)]。但是，CVD法不适合大面积生长CNT，因为它很难达到显示应用所要求的高度均匀性。CVD法生长CNT还要求较高的操作温度(500℃以上)，无法使用低成本基材如钠钙玻璃。

其他方法包括将CNT印刷或喷涂到有图形化的导电电极线的基材的选定区域。如果与粘合剂、环氧树脂或其他所需添加剂混合，CNT可通过图形化的丝网进行丝网印刷[D.S.Chung，W.B.Choi，J.H.Kang等，“Field emission from4.5in.single-walled and multiwalled carbon nanotube films”，J.Vac.Sci.Technol.B18(2)，第1054-1058(2000)]。如果与IPA、丙酮或水之类的溶剂混合，CNT可通过阴影掩模(shadow mask)喷涂到基材上(D.S.Mao，R.L.Fink，G.Monty等，“New CNT compositions for FEDs that do not require activation”，Proceedings ofthe Ninth International Display Workshops，Hiroshima，Japan，第1415页，2002年12月4-6日)。在这些方法中，图形化的丝网和阴影掩模中的任何一个发生偏转都将使CNT涂层难以在较大面积上在有图形化的电极线的基材上对齐。例如，许多显示应用可能需要对角长度为40-100英寸的显示板。施涂包含CNT的光敏糊料，然后通过硅掩模层上的孔洞从背面辐照UV光，由此形成CNT发射器，这种方法已经见诸于文献[J.E.Jung，J.H.Choi，Y.J.Park等，“Development of triode-type carbon nanotube field emitter array with suppressionof diode emission by forming electroplated Ni wall structure”，J.Vac.Sci.Technol.B21(1)，第375-381页(2003)]。然而，光敏材料非常昂贵，且该工艺要求基材背面使用特殊的光学材料。这使得工艺极其复杂，很难在大面积上进行控制。

显然，所有这些问题都会妨碍CNT的各种场转发射的应用。因此，本领域迫切需要一种低温方法，将CNT发射器施用在有效成本的表面上的特定区域，且不会损害CNT阴极材料的性质。

发明概述

本发明提供了在大尺度表面上使CNT发射器图形化的方法，从而满足了前述需要。本发明可在大规模工业应用中实施，而且所得显示器件具有良好的均匀性。本发明涉及将CNT发射器材料沉积在预制成的复合结构的整个表面上，然后用物理方法从不需要CNT发射器的表面部分除去CNT发射器材料。