[发明专利]场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜及制作和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜及制作和测试方法。

背景技术

场致发射显示器(FED)是一种新型平板显示器，与其它显示器如PDP(等离子体显示)、VFD(荧光显示)、LCD(液晶显示)、OLED(有机发光显示)、EL(电致显示)等相比，具有自发光、高亮度、宽视角、低功耗、制作工艺简单、响应时间短和工作环境温度宽等优点，在平板显示器市场具有广阔的前景和未来。

场发射显示器中的关键部件是阴极材料。自1991年发现了纳米碳管(CNTs)，由于它具有良好的化学稳定性、极大的长径比(10²～10³)以及尖端纳米级的曲率半径(1～10nm)，被认为是理想的场致电子发射材料之一，它以其独特的准一维结构、优异的物理化学特性以及超强的力学性能，在场发射平面显示器中得到应用。用CNTs作场致发射的冷阴极具有普通金属阴极场致发射所无法比拟的优点：是一种端部尖锐的一维材料，具有理想发射源的形状；一平方毫米面积上可制备数以万根的长度为微米量级的CNTs，可以通过足够的场发射电流；大多数的CNTs具有良好的导电性，并具有很高的机械强度；此外，CNTs的制备工艺也相对简单，原材料价格低廉。普通金属阴极FED的栅极电压需要1KV，阳极电压需要10KV左右，这样高的电压，对于器件的可靠性和节能等都是不利的。

CNTs-FED平板显示器的光电性能主要由显示器阴极板上CNTs的表面状态决定。目前在FED平板显示器阴极板上制备CNTs的方法有两种：一种是采用化学气相沉积法(CVD)和等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)直接在阴极基板上生长CNTs层；另一种是通过各种方法制得CNT，然后通过采集将其用丝网印刷方法涂覆在作为阴极的玻板上。第一种方法的缺点是高温生长CNTs层，基板必须耐高温(大于600℃)，大多使用硅片，价格昂贵而且难以大面积合成。第二种方法的缺点是印刷的CNTs取向杂乱无序，且含有粘接剂成分，作为阴极发射效率低下，且不稳定。因此，影响了CNTs-FED的应用。

本发明的实验结果表明：利用电弧放电法和特制的装置，在浮化玻璃基板上直接获得的单壁纳米碳管薄膜，其场发射性能稳定，场发射电流密度大，符合场发射规律，适合做大面积场发射显示器件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜及制作和测试方法。

场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜是在镀有氧化铟锡薄膜的浮化玻璃基板上等间距设有多条单壁纳米碳管条形薄膜阴极。

场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜的制作方法包括如下步骤：

1)在电弧放电真空室中安装有两块平行放置的上石墨板9、下石墨板12，板间距离为50mm～300mm，石墨板内侧表面的粗糙度Ra为3.5～4.5μm，在上石墨板内侧的中心垂直安装有石墨棒阴极10，在下石墨板内侧的中心垂直安装有石墨棒阳极11，在石墨棒阳极内含有以Ni、Y、Fe、Mo中的一种或两种与石墨粉混合均匀的金属催化剂粉末，石墨棒阳极和石墨棒阴极的直径为6～10mm，石墨棒阳极和石墨棒阴极分别与直流电源15正、负极相连接，电弧放电真空室8与真空泵相连接；

2)将镀有氧化铟锡薄膜的浮化玻璃基板用导电胶粘贴在上石墨极板内侧，抽去电弧放电真空室中的空气后，充入高纯氦气或氩气和氢气的混合气体，压强为50～600Torr，接通直流电源，电流为50～100A，在镀有氧化铟锡薄膜的浮化玻璃基板的表面上形成单壁纳米碳管薄膜(低于600℃)；

3)然后用金刚石刻刀在单壁纳米碳管薄膜上平行刻划成等间距多条单壁纳米碳管条形薄膜阴极。

场发射显示器阴极的单壁纳米碳管薄膜的测试方法包括如下步骤：

1)在镀有氧化铟锡膜的浮化玻璃基板上制备X方向平行条形电极，获得前浮化玻璃基板1，前浮化玻璃基板1上设有前浮化玻璃基板选址电极2，在前浮化玻璃基板1上涂复场发射绿色荧光粉3；在镀有氧化铟锡膜的浮化玻璃基板上制备Y方向平行条形电极，获得后浮化玻璃基板7后，后浮化玻璃基板7上设有后浮化玻璃基板选址电极6，在浮化玻璃基板7上等间距设有多条单壁纳米碳管条形薄膜阴极5；前浮化玻璃基板1与后浮化玻璃基板7之间设有厚度为0.3～0.5mm的绝缘垫片4，制备成二极管结构的场发射显示器。

2)将二极管结构的场发射显示器固定在场发射性能测试系统中，在真空排气后，在前浮化玻璃基板1和后浮化玻璃基板7之间接通直流电源，调节其电压，对场发射显示器的场发射特性和发光情况进行测试。