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CN1988100B - 一种场发射阴极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种场发射阴极的制备方法，该方法包括下列步骤：提供一基板，在该基板上沉积一金属层；利用一模板在金属层表面压印形成多个凹槽；对金属层表面进行氧化处理，形成一金属氧化物层；去除多个凹槽底部的金属氧化物层；在凹槽底部设置一层金属盐溶液；在凹槽底部生长碳纳米管。

Description

一种场发射阴极的制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种场发射阴极的制备方法。
【背景技术】
液晶显示器是一种被动式显示装置，其不具有发光特性，需要为其提供背光模块以实现显示功能。导光板是背光模块中重要组件，用以引导自光源发出光束的传输方向，将线光源或点光源转换成面光源出射。
碳纳米管是一种新型碳材料，其具有极其优异的导电性能，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积越小，其局部电场越集中)，所以，碳纳米管是已知最好的场发射材料，其具有极低场发射电压，可传输极大电流密度，且电流极稳定，因而非常适合做场发射显示器的发射组件。
用于发射组件的碳纳米管，多采用电弧放电法或化学气相沉积法(CVD法)生长的碳纳米管。将碳纳米管应用于场发射显示器的方式有：将含有碳纳米管的导电浆料或者有机粘接剂印刷成图形通过后续处理使得碳纳米管能够从浆料的埋藏中露出头来成发射体。在此方法中，将含有碳纳米管的导电浆料以厚膜钢板印刷的方式涂布在导电基板上，碳纳米管在浆料中发生弯曲，相互交织，不易形成垂直于导电基板的碳纳米管，为形成性能良好的发射尖端，需对碳纳米管数组进行后续处理，即将一层浆料剥离，从而使碳纳米管从浆料的埋藏中露出头来而成为发射体，但是，剥离此浆料层对碳纳米管损伤很大。
上述方法制备的碳纳米管膜中，碳纳米管基本上趴在导电基板上，相对导电基板垂直的碳纳米管较少。然而，碳纳米管作为场发射体，是从碳纳米管的一端沿轴向发射出电子，所以，碳纳米管趴在导电基板上不利于碳纳米管场发射性能的发挥。
【发明内容】
有鉴于此，提供一种不损伤碳纳米管，使碳纳米管场发射体的端头相对导电基板基本垂直，从而确保碳纳米管场发射性能发挥良好的碳纳米管场发射阴极的制备方法实为必要。
该场发射阴极的制备方法包括下列步骤：提供一基板，在该基板上沉积一金属层；利用一模板在金属层表面压印形成多个凹槽；对金属层表面进行氧化处理，形成一金属氧化物层；去除多个凹槽底部的金属氧化物层；在凹槽底部设置一层金属盐溶液；在凹槽底部生长碳纳米管。
和现有技术相比，所述场发射阴极的制备方法制得的碳纳米管场发射体的端头相对基板基本垂直，从而提高了场发射电子的均匀性，即提高了碳纳米管场发射性能。
【附图说明】
图1是本发明场发射阴极制备方法的流程图。
图2是本发明场发射阴极制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
请参照图1与图2，本发明场发射阴极的制备方法包括以下步骤：
步骤1，提供一基板110，在该基板110上沉积一金属层130。
基板110可以选用普通玻璃基板或导电基板，例如氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)导电玻璃、镀银的玻璃基板，如果选用普通玻璃基板，一般会在基板上沉积一金属层的前先镀一导电层120。在此，可以采用热蒸镀法(Thermal Evaporation)、溅镀法(Sputtering)、热化学气相沉积法(Thermal Chemical VaporDeposition)等方法将金属沉积到基板110上。上述金属层130可为镍、银、铝等金属或其合金，本实施例中用热化学气相沉积法将铝沉积到基板110上，如图2(a)所示。
步骤2，在金属层130表面形成多个凹槽131。
在金属层130表面形成多个凹槽131可采用压印的方式。利用一模板280在金属层130表面压印出多个凹槽131。该模板280选用聚甲基硅氧烷(PDMS)为材料制作的模板，利用其材料特性可以制作出稳定、可靠、符合设计要求的模板。按设计制作的模板280通过模板底部2811对金属层130表面施加一适当的压力，在金属层130表面形成一具有一定深度的凹槽131，凹槽131的深度是通过施加在模板280上的压力来控制的，如图2(b)所示。
步骤3，对金属层130表面进行氧化处理，形成一金属氧化物层132。
用阳极氧化法对表面具有多个凹槽131的金属层130进行氧化处理，则凹槽131的深度会加深，在此，通过阳极氧化处理所施加的电流密度与时间可以控制凹槽131的深度，凹槽131的存在可以使金属氧化物优先在凹槽131所在位置产生，如图2(c)所示。
步骤4，去除多个凹槽底部1311的金属氧化物层132。
经阳极氧化处理后，产生的金属氧化物层132位于金属层130的上方，再用酸溶液将多个凹槽底部1311的金属氧化物层132腐蚀掉，以使其下方的金属露出来，如图2(d)所示。
步骤5，在凹槽底部1311设置一层金属盐溶液570。
在此，在模板底部2811附着一层金属盐溶液570，并将其压入凹槽底部1311，以达到在凹槽底部1311设置一层金属盐溶液570的目的。该金属盐溶液570中金属盐可为铁盐、钴盐、镍盐、钼盐或铁盐、钴盐、镍盐、钼盐的混合盐类。一般采用水或乙醇作为溶液。乙醇易挥发，便于后续干燥处理，所以优选乙醇作为溶剂。金属盐溶液570中金属盐的总重量百分比可介于0.01％～10％之间。本实施例的金属盐溶液570采用乙醇为溶剂，其中含重量百分比为0.01％的钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]及重量百分比为0.01％的硫酸铁[Fe2(SO4)3·5H2O]，如图2(e)所示。
步骤6，在凹槽底部1311生长碳纳米管690。
在凹槽底部1311生长碳纳米管690之前，可以先经过干燥、烧结处理得到金属盐层570’，干燥可以在空气中进行，烧结一般在真空中进行，也可在烧结炉中添加保护气体进行烧结，保护气体可为氩气。烧结温度为200-500摄氏度，烧结时间为1-10分钟。
化学气相沉积法生长碳纳米管的技术已较为成熟，其可根据适当的操作条件生长单壁、双壁或多壁碳纳米管。本实施例中采用热化学气相沉积法在已制备有金属盐层570’的凹槽底部1311生长碳纳米管690，此处还可采用微波电浆辅助CVD方式生长碳纳米管690，如图2(f)所示。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。所以，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种场发射阴极的制备方法，包括下列步骤：提供一基板，在该基板上沉积一金属层；利用一模板在该金属层表面压印形成多个凹槽；对该金属层表面进行氧化处理，形成一金属氧化物层；去除该多个凹槽底部的金属氧化物层；
在该凹槽底部设置一层金属盐溶液；在该凹槽底部生长碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液是通过将其附着在该模板底部，并将其压入凹槽底部。
3.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述模板是用聚甲基硅氧烷制得的。
4.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述金属层中所含金属为铝。
5.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述氧化处理是用阳极氧化方式。
6.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述去除多个凹槽底部的金属氧化物层是用酸溶液将其去除。
7.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液为铁盐、钴盐、镍盐、钼盐或铁盐、钴盐、镍盐、钼盐的混合盐的水溶液或其乙醇溶液。
8.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述在凹槽底部生长碳纳米管为利用热化学气相沉积方式。
9.根据权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于：所述在凹槽底部生长碳纳米管为利用微波电浆辅助化学气相沉积方式。
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