[发明专利]基于纳米管的场发射装置和方法

说明书

相关申请

本申请正由美国受理局申请作为PCT申请，本申请主张2009年9月18日申请的美国临时专利申请No.61/243,612的优先权和任何其它权益。本申请也是2006年6月30日申请的美国专利申请No.11/428,185的部分连续申请，所述案件的全部公开内容是以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的特定实施方案是关于纳米管。更具体地说，本发明的特定实施方案是关于基于碳纳米管的场发射装置。

背景技术

不断有尝试去制造场发射显示器（FED），所述场发射显示器提供一种将大面积场电子源用于提供轰击彩色磷光体的电子以产生彩色影像的平板显示器。FED组合了CRT的优点，如提供高对比度水平和极快的响应时间，同时提供平板技术的优点。所述场发射显示器也提供了降低电力需求，约为例如，LCD系统的一半的可能性。FED显示器的运作类似于具有电子枪的常规阴极射线管（CRT），所述电子枪将高电压用于加速电子，进而激发磷光体，但与单个电子枪不同的是，FED显示器含有单独的纳米级电子枪栅格。过去，FED屏幕是通过将一系列金属条铺设到玻璃板上以形成一系列阴极线来构造。形成与所述阴极线成直角的一系列切换闸行，进而形成可编址的栅格。在每行与列的相交处，淀积一小块发射体。将金属栅格铺设在切换闸的顶部上以完成枪式结构。在发射体与悬挂在所述发射体上方的金属网之间会建立高电压梯度场，牵引电子离开发射体的尖端。这是一个高度非线性的过程，且电压中的微小变化将快速导致所发射的电子的数量饱和。所述栅格可以单独编址，但是仅仅位于加电阴极与闸线的交叉点的发射体将具有充足电力来产生可见斑点，且任何向周围元件的电泄漏将不可见。栅格电压传送电子，使其流入到显示器背侧的发射体与前侧的屏幕之间的开放区域中，其中第二加速电压进一步使所述电子加速朝向屏幕，给予所述电子充足的能量来使磷光体发光。由于来自任何单个发射体的电子将向单个亚像素轰击，故而不需要扫描电磁体。

尽管展示为可行的显示技术，然而过去的尝试仍未制造出允许用于市售产品中的显示器。在FED装置中，强电场和高温可以导致自材料发射电子。与传导电流相反的是，发射电流可以是低的，但电子能量在发射时远高于在传导时，因此令所述电子可用于许多应用，如显示器或电子显微镜。自平整金属电极的发射在室温下需求极高电压。另一方面，锐利针形阴极因电场在电极尖端增强而需求较低的电压。用于电子发射的锐利型材料的实例是碳纳米管。碳纳米管具有独特的电学和机械属性。自单个碳纳米管的发射是在比具有类似尺寸的相应金属线低得多的电压下开始。已提出，碳纳米管在原子级上具有自其末端或尖端悬挂的锐利丝线。与单个碳纳米管相比较，碳纳米管阵列的阈值电压高得多且其发射电流要小得多。

正不断尝试将碳纳米管（CNT）用于这些显示器或其它FED应用中。例如，类似Motorola、Samsung和Cendescent的公司已在各种技术会议中展示小VGA FED型样机（例如，Motorola的Nano-emissivedisplay，5”对角线和3.3mm厚）。然而，实现自大面积对准的CNT的均一场发射仍存在许多挑战。在先前尝试中，无法实现具有均一高度的大面积对准的CNT的合成。在这些尝试中，较长CNT比短CNT更靠近阳极。因此，来自CNT的不同区段的发射电流可能不同。此外，杂散的碳纳米管可以被牵引出阵列，与阳极形成阻性接触，这会导致短路。另一限制涉及与屏蔽效应。已提出，阈值电压会因屏蔽效应而增大。所述屏蔽效应可视为当将其它具有类似电势的针条放置在一根针条附近时，在所述针条的尖端处的有效电场的下降。自碳纳米管的宏观样品实现的电流密度为1mA/cm²的量级。来自具有10nm直径的单个碳纳米管的发射电流为1mA。这意味着相较于108个碳纳米管，仅仅正在1cm²的面积内有效发射一千个碳纳米管。因此，需要一种更有效的场发射显示器。由于附近存在临近CNT，故而CNT阵列会在比单个CNT高得多的电压下发生电子发射。这是不利的，因为随后需求较高电压用于自CNT阵列所需的发射以产生所需的像素或亚像素亮度或其它特征。克服这些挑战的尝试已产生正被使用的不同技术，如，例如，利用有机粘合剂分散CNT或进行CNT阵列的丝网印刷。这些技术可以建立均一的CNT涂层。然而，使用这些技术无法产生对准的CNT阴极。因此，需要一种更有效的场发射显示器。

通过将这些系统和方法与如参考图示在本申请的剩余部分中提出的本发明相比较，本领域技术人员将显而易知常规、传统和提议的方法的其它限制和缺点。

发明内容