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TWI352369B - Thermionic emission device and method for making t - Google Patents

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TWI352369B
TWI352369B TW97102852A TW97102852A TWI352369B TW I352369 B TWI352369 B TW I352369B TW 97102852 A TW97102852 A TW 97102852A TW 97102852 A TW97102852 A TW 97102852A TW I352369 B TWI352369 B TW I352369B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
carbon nanotube
electrode
nanotube film
electronic device
emitting electronic
Prior art date
Application number
TW97102852A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200933687A (en
Inventor
Peng Liu
Liang Liu
Kai-Li Jiang
Shou-Shan Fan
Original Assignee
Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hon Hai Prec Ind Co Ltd filed Critical Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority to TW97102852A priority Critical patent/TWI352369B/zh
Publication of TW200933687A publication Critical patent/TW200933687A/zh
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Description

1352369 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種電子發射器件及其製備方法,尤其涉 及一種基於奈米碳管的熱發射電子器件及其製備方法。 【先前技術】 從1991年曰本科學家Iijima首次發現奈米碳管以來 (請參見 Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, 參Siimio Iijima, v〇l 354, p56(1991)),以奈米碳管為代表的奈 米材料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近 幾年來,大量有關其在電子發射器件、感測器、新型光學 材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報導。 先前的電子發射器件依據電子發射原理的不同,可以 分為熱發射電子器件和熱發射電子器件。先前技術中的熱 發射電子器件,包括一絕緣基底,複數個電子發射單元設 置於該絕緣基底上,及複數個行電極引線與複數個列電極 引線设置於該絕緣基底上。其中,所述的複數個行電極引 線”複數個列電極引線分別平行且等間隔^置於絕緣基底 士。所述複數個行電極引線與複數個列電極引線相互交又 Γ置且在仃電極弓1線與列電極引線交又處由—介質絕緣 層隔離,以防止短政。生L k 相鄰的列電極引線开成=相鄰的行電極引線與每兩個 、’’ V成凋格,且每個網格定位一個電子 射::電子發射單元包括-行電極與-列電極及 電極對應且間該行電極與列電極上。該行電極與列 1352369 、 先前技術中的熱發射電子器件通常包括複數個單個熱 .電子發射單元組裝而成。熱電子發射單元一般包括一熱電 —·子發射體和兩個電極^所述熱電子發射體設置於兩個電極 之間並與所述兩個電極電接觸。通常採用金屬、硼化物材 料或者氧化物材料作為熱電子發射體材料。將金屬加工成 帶狀或者極細的絲,通過焊接等技術將金屬固定到所述兩 個電極之間。或者將以硼化物材料或者氧化物材料製成的 鲁漿料直接塗覆或者等離子噴塗在一加熱子上;通過焊接等 技術將加熱子固定到所述兩個電極之間。然而,由於製備 工藝和熱電子發射體材料所限制,很難將複數個單個熱電 子發射單元集成為熱發射電子器件,而不能實現發射性能 均勻一致且具有複數個熱電子發射單元的大面積陣列形式 的平面顯示裝置。而且,以金屬、硼化物材料或者鹼土金 屬碳酸鹽材料製作的熱電子發射體難以做到較小的尺寸, 從而限制了其在微型器件方面的應用。由於含金屬、硼化 鲁物材料或者鹼土金屬碳酸鹽材料的塗層具有相當高的電阻 率’所製備熱電子發射單元在加熱而發射時產生的功耗比 較大,限制了其對於快速開關的响應,因此不適合於高清 晰度和高亮度的應用。 有雲於此,提供一種具有優良的熱發射性能,可用于 同清晰度和高亮度的平板顯示和邏輯電路等複數個領域的 熱發射電子器件及其製備方法實為必要。 【發明内容】 一種熱發射電子器件’其包括:一絕緣基底;複數個 1352369 行電極引線與列電極引線分別平行且等間隔設置於絕緣基 底上,該複數個行電極引線與複數個列電極引線相互交= 設置,每兩個相鄰的行電極引線與每兩個相鄰的列電 線形成-個網格,且行電㈣線與列電極引線之間電絕 緣;複數個熱電子發射單元,每個熱電子發射單元對應, 個網格設置,每個熱電子發射單元包括一第一電極、: =電極和一熱電子發射體’該第一電極與第二電極間隔設 置於母個網格t,訪別與料行電㈣線和㈣極 電連接,所述熱電子發射體與所述第—電極和第二電極 連接,所述熱電子發射料—奈米碳㈣膜結構。 一種熱發射電子器件的製備方法,其包括以下步驟. 提供-絕緣基底;在該絕緣基底上製備複數個平 隔設置的行電極引線與列電極引線’且每兩個相鄰的行‘ 極引線與列電極引線相互交叉形成一網格;在上述網格中 複數個第一電極與複數個第二電極,且每個網格 一電極與一第二電極;形成-奈米 碳官薄膜結構覆盍上述含有電極和電極引線的絕緣基底上 作為熱電子發射體;切割並去除多餘的奈米碳管薄膜社 構:保留每個網格中覆蓋所述第一電極與第二電極的二: 碳管薄膜結構,從而得到一熱發射電子器件。 '、 與先前技術相比較’所述的熱發射電子器件及 方法可通過鋪設覆蓋奈米碳管薄膜結構製備複數個均 佈的熱電子發射單it,方法簡單。因採用奈米碳管薄^ 故具有優異的熱電子發射性能。而且,所述奈米碳管薄膜 1352369 結構電阻率低,在較低的熱功率下即可實現熱電子的發 - ^ 射,降低了所述熱發射電子器件在加熱時發射電子而產生 的功耗,可用于高清晰度和高亮度的平板顯示和邏輯電路 等複數個領域。 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案熱發射電子器件 及其製備方法。 請參閱圖1,本技術方案實施例提供一種熱發射電子 器件200,包括一絕緣基底202,複數個熱電子發射單元 220設置於該絕緣基底202上,及複數個行電極引線204 與複數個列電極引線206設置於該絕緣基底202上。所述 複數個行電極引線204與列電極引線206分別平行且等間 隔設置於絕緣基底202上。所述複數個行電極引線204與 複數個列電極引線206相互交叉設置,而且,在行電極引 線204與列電極引線206交叉處設置有一介質絕緣層 鲁216,該介質絕緣層216將行電極引線204與列電極引線 206電隔離,以防止短路。每兩個相鄰的行電極引線204 與每兩個相鄰的列電極引線206形成一網格214,且每個 網格214定位一個熱電子發射單元220。 所述複數個熱電子發射單元220對應設置於上述網格 214中,且每個網格214中設置一個熱電子發射單元220。 每個熱電子發射單元220包括一第一電極210, 一第二電 極212,及一奈米碳管薄膜結構208。每一行的網格214 中的第一電極210與同一行電極引線204電連接,每一列 1352369 =二叫的第二電極212與同一列電極引線2〇6電連 袼214 ^電極210與第二電極212間隔設置於每個網 f2心,並與所述奈米碳管薄膜結構綱電連接。所述 薄膜結構綱至少部分通過所述第—電極21〇與 一厂電極212與絕緣基底搬間隔設置。本實施例中,同 订的熱電子發射單元22()中的第—電極2ig與同一行電 一引線綱電連接,同—列的熱電子發射單元220中的第 一電極212與同一列電極引線2〇6電連接。 :述的絕緣基底202為一絕緣基底,如陶£基底、玻 f基底、樹脂基底、石英基底等。絕緣基底2〇2大小與厚 又不限’本領域技術人員可以根據實際需要選擇。本實施 例中’絕緣基底202優選為-玻璃絕緣基底,其厚度為大 於1毫米’邊長大於1厘米。進一步’所述絕緣基底皿 的表面具有複數個對應於所述網格214設置的凹槽。該凹 槽等大且等間隔地分佈於所述絕緣基底2〇2表面。所述夺 米碳管薄膜結構208通過所述絕緣基底2〇2表面的凹槽= 二述絕緣基底202間隔設置,從而不會將加熱所述奈米碳 官薄膜結構208而產生的熱量傳導進大氣中,使所述熱發 射電子器件200具有優異的熱電子發射性能。 所述複數個行電極引線204與複數個列電極引線2〇6 為一導電體,如金屬層等。本實施例中,該複數個行電極 引線204與複數個列電極引線206優選為採用導電漿料印 刷的平面導電體,且該複數個行電極引線2〇4與複數個列 電極引線206的行距和列距為300微米〜5〇〇微米。該行電
11 < S 1352369 極引線204與列電極引線206的寬度為3〇微米〜1〇〇微米, 厚度為10微米〜50微米。本實施例中,該行電極引線2〇4 與列電極引線206的交叉角度為1〇度到9〇度,優選為9〇 度。本實施例中,通過絲網印刷法將導電漿料印刷於絕緣 基底202上製備行電極引線2G4與列電極引線裏。該導 電漿料的成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉和粘結劑。其中, 該金屬粉優選為銀粉,該钻結劑優選為松油醇或乙基纖維 素。該導電聚料中’金屬粉的重量比為5〇〜9〇%,低溶點 玻璃粉的重量比為2〜1G%,钻結劑的重量比為1〇〜4〇%。 所述第一電極210與第二電極212為一導電體,如金 屬層等。本實施例中,該第-電極21〇與第二電極212為 一平面導電體,其尺寸依據網格214的尺寸蚊。該第一 和第二電極212直接與上述電極引線連接,從而 實現電連接。所述第-電極21〇與第二電極212的長度為 0:米〜90微米’寬度為3〇微米〜6〇微米’厚度為忉微 所述第一電極210與第二電極212之間的間 =為150微米〜微米。本實施例中,所述第一電極 二與第二電極212的長度優選為6〇微求,寬度優選為 210、愈^ ^選為2〇微米。本實施例中,所述第一電極 印刷:ί Μ的材料為導電襞料,通過絲網印刷法 /^緣基底202上。該導電襞料的成分與 線所用的導電漿料的成分相同。 电不5丨 所述奈米碳管薄臈結構包括一奈米 夕兩個重疊設置的奈米碳管薄 、- 目屬膜該奈米碳管薄膜中的
12 1352369 、一奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述單層奈米碳管薄 膜中的奈米碳管沿從所述第一電極210向所述第二電極 —212延伸的方向排列。所述重疊設置的奈米碳管薄膜中相 鄰的兩個奈米碳管薄膜中的奈米碳管的排列方向具有一交 又角度cx,0%c^9〇。。所述奈米碳管薄膜包括複數個首尾 相連且擇優取向排列的奈米碳管束,相鄰的奈米碳管束之 間通過凡德瓦爾力連接。該奈米碳管束包括複數個長度相 鲁等且相互平行排列的奈米碳管,相鄰奈米碳管之間通過凡 德瓦爾力連接。 本技術方案實施例中,由於採用CVD法在4英寸的 基底上生長超順排奈米碳管陣列,並進行進一步地處理得 到一奈米碳管薄膜,故該奈米碳管薄膜的寬度為〇 〇1厘米 〜10厘米,厚度為10奈米〜1〇〇微米。所述奈米碳管薄膜 可根據實際需要切割成具有預定尺寸和形狀的奈米碳管薄 膜。可以理解,當採用較大的基底生長超順排奈米碳管陣 釀列時,可以得到更寬的奈米碳管薄膜。上述奈米碳管薄膜 中的奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或者多壁奈 米石厌官。當奈米碳管薄膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管 時該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米〜50奈米。當奈米 反笞薄膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時,該雙壁奈^碳 :,直徑為1.〇奈米〜5〇奈米。當奈米碳管薄膜中的奈米 碳管為多壁奈米碳管時,該多壁奈米碳管的直徑為U奈 米〜50奈米。所述奈米碳管薄膜結構208與第一電極21〇 和第二電極212的電連接方式可以為通過一導電膠電連 13 1352369 '接’也可以通過分子間力或者其他方式實現。 、 另外,所述熱發射電子器件200的每個熱電子發射單 兀220可以進一步包括至少一固定電極設置於所述第一電 ,210和第二電極212,將所述奈米碳管薄膜結構2〇8固 定於所述第一電極210和第二電極212。 請參閱圖2,本技術方案實施例提供一種上述熱發射 電子器件200的製備方法,具體包括以下步驟: φ 步驟一:提供一絕緣基底2〇2。 所述的絕緣基底202為一玻璃絕緣基底。進一步,通 過刻蝕在所述絕緣基底202表面形成複數個等大且等間隔 設置的凹槽。 步驟一.在該絕緣基底202上製備複數個平行且等間 隔設置的行電極引線204與列電極引線2〇6,該行電極引 線204與列電極引線2〇6交又設置,且每兩個相鄰的行電 極引線204與每兩個相鄰的列電極引線2〇6相互交又形成 鲁一網格214。 可以理解’也可以在所述絕緣基底202上形成複數個 網格214後再通過刻蝕在所述絕緣基底2〇2表面形成複數 個等大且等間隔設置的凹槽。該複數個凹槽分別與複數個 網格214對應並設置於所述絕緣基底2〇2上。 可以通過絲網印刷法、蒸鍵法或濺射法等方法製備複 數個灯電極引線204與複數個列電極引線2〇6。本實施例 中,採用絲網印刷法製備複數個行電極引線204與複數個 列電極引線206,其具體包括以下步驟: 14 C S ) 丄妁2369 ' 首先,採用絲網印刷法在絕緣基底202上印刷複數個 平行且等間隔設置的行電極引線2〇4。 .· 其次,採用絲網印刷法在行電極引線204與待形成的 幻電極引線206交叉處印刷複數個介質絕緣層216。 最後,採用絲網印刷法在絕緣基底202上印刷複數個 平行且等間隔設置的列電極引線2〇6,且複數個行電極引 線204與複數個列電極引線2〇6才目互交叉形成複數個網格 214 ° 可以理解,本實施例中,也可以先印刷複數個平行且 等間隔設置的列電極引線施,再印刷複數個介質絕緣層 216,最後印刷複數個平行且等間隔設置的行電極引線 204,且複數個行電極引線2〇4與複數個列電極引線2恥 相互交叉形成複數個網格214。 步驟三:在所述絕緣基底202上製備複數個第一電極 210與複數個第二電極212,在每個網格214中間隔設置一 鲁第一電極210與一第二電極212。 。又 製備複數個第一電極210與第二電極212可以通過絲 網印刷法、蒸鍍法或濺射法等方法實現。本實施例中,採 用絲網印刷法製備在每一行的網格214中行電極弓丨線2〇4 上製備一第一電極210,該第一電極210與同一行電極引 線204形成電連接;通過絲網印刷法、蒸鍍法或濺射法在 每一列的網格214中列電極引線206上製備一第二電極 212,該第一電極212與同一列電極引線2〇6形成電連接。 所述第一電極210與第二電極212之間保持一間距,用於 15 設置奈米碳管薄臈結構208 e所 丨叹·第—電極210盘第二雪 極212的厚度大於行電極引線2 /、 声,α_丄 與列電極引線206的厚 度,以利於後續步驟中設置奈米 饰站 ,-.,, 唧g溥膜結構208。可以 理解’本實知例中,也可以將所印刷的 應的列電極引線206直接接觸,從杳 且莜丧蜩從而實現電連接,第二電 極212與對應的行電極引線2〇 且筏接觸,從而實現電連 接0
步驟四:形成一奈米碳管薄膜結構期 電極和電極引線的絕緣基底加上作為熱電子發射體。 所述形成-奈米碳管薄膜結構2〇8覆蓋上述含有電極 和電極引線的絕緣基底皿上作為熱電子發射體的方法具 體包括以下步驟: (1)製備至少一奈米碳管薄膜。 首先,提供一奈米碳管陣列,優選地,該陣列為超順 排奈米碳管陣列。 籲 ㈣施例中’奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相 ^積法,其具體步驟包括:(a)提供—平整基底,該基底 可選用P型或N型矽基底,或選用形成有氧化層的矽基 底本實轭例優選為採用4英寸的矽基底;(b)在基底表 面均勻形成一催化劑層,該催化劑層材料可選用鐵(h )、 錄(Co )、鎳(Ni )或其任意組合的合金之一;(c )將上 述形成有催化劑層的基底在700°C〜900°C的空氣中退火約 3〇分鐘〜90分鐘;(d)將處理過的基底置於反應爐中,在 保護氣體環境下加熱到50(TC〜74(TC,然後通入碳源氣體 C S > 16 1352369 反應約5分鐘~30分鐘’生長得到奈米碳管陣列,其高度 大於100微米。該奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直 •於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。該奈米碳 管陣列的面積與上述基底面積基本相同。通過上述控制生 長條件’該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質,如無 定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。 上述碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烧等化學性質較活 鲁潑的碳氫化合物’本實施例優選的碳源氣為乙炔;保護氣 體為氮氣或惰性氣體,本實施例優選的保護氣體為氬氣。 可以理解,本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述 製借方法,也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法、 蒗 發沈積法等。 ^ 其-人’採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一 奈米碳管薄膜。 該奈米碳管薄膜的製備具體包括以下步驟:(a)從上 _述奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管片斷, 本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣 列以選定一定寬度的複數個奈米碳管束;(b)以一定速度 =基本垂直于奈米碳管陣列生長方向拉伸複數個該奈米^ 官束’以形成一連續的奈米碳管薄臈。 在上述拉伸過程中,該複數個奈米碳管束在拉力作用 下&拉伸方向逐漸脫離基底的同時,由於凡德瓦爾力作 用,該選定的複數個奈米碳管束片斷分別與其他奈米碳管 束片斷首尾相連地連續地被拉出,從而形成一奈米碳管薄 17 1352369 膜f奈米兔管薄膜包括複數個首尾相連且定向排列的奈 米碳=束,且複數個首尾相連且定向排列的奈米碳管束形 成:米碳官線。該奈米碳管束包括複數個平行排列的奈 米碳官,且奈米碳管的排列方向基本平行于奈米碳管薄膜 的拉伸方向。 (2)將上述至少一奈米碳管薄膜鋪設於上述含有電極 和電極引線的絕緣基底2〇2上形成一奈米碳管薄膜結構 208 ° 所述將至少一奈米碳管薄膜鋪設於所述含有電極和電 極引線的絕緣基底202的方法包括以下步驟:將一奈米碳 管薄膜或者至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙沿從所述 第電極210向所述第二電極212延伸的方向直接鋪設於 所述含有電極和電極引線的絕緣基底2〇2的表面。進一步 還可將至少兩個奈米碳管薄臈依據奈米碳管的排列方向以 一父又角度α重疊鋪設於所述含有電極和電極引線的絕緣 φ基底202的表面,〇%α$9〇。。 可以理解,所述將至少一奈米碳管薄膜鋪設於所述含 有電極和電極引線的絕緣基底2〇2的方法還可以包括以下 步驟·提供-支樓體;將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無 間隙沿從所述第一電極210向所述第二電極212延伸的 向直接鋪設於所述支樓體表面’得到一奈米碳管薄膜結構 208 ;去除支稽體外多餘的奈米碳管薄膜;採用有機溶劑處 理該奈米峻官薄膜結構208 ;將使用有機溶劑處理後的奈 米碳管薄膜結構208從所述支樓體上取下,形成 ^ 18 c S ) 1352369 、的奈米碳管薄膜結構208 ;將該奈米碳管薄膜結構2〇8鋪 設於所述含有電極和電極引線的絕緣基底202的表面。進 一步還可將至少兩個奈米碳管薄膜依據奈米碳管的排列方 向以一交又角度α重疊鋪設於所述支撐體表面, 0°S〇^90°。由於本實施例提供的超順排奈米碳管陣列中的 奈米碳管非常純淨,且由於奈米碳管本身的比表面積非常 大,所以該奈米碳管薄膜本身具有較強的粘性,該奈米碳 暴官薄膜可利用其本身的粘性直接粘附於支撐體。 本實施例中,上述支撐體的大小可依據實際需求確 定。當支撐體的寬度大於上述奈米碳管薄膜的寬度時,可 以將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙或/和重疊鋪設 於所述支撐體,形成一自支撐的奈米碳管薄膜結構2〇8。 一本實施例令,由於本實施例步驟四中提供的超順排奈 米碳管陣列中的奈米碳管非常純淨,且由於奈米碳管本身 的比表面積非常大,所以該奈米碳管薄膜結構本身具有較 籲強的㈣。該奈米碳管薄膜可利用其本身的枯性直接枯附 於所述含有電極和電極引線的絕緣基底2〇2的表面。或者 在所述所述含有電極和電極引線的絕緣基底2〇2的表面塗 敷一層導電膠;將至少-奈米碳管薄膜於整個含有電極和 電極引線的絕緣基底202上,使所述至少一奈米碳管薄膜 與所述含有電極和電極引線的絕緣基底2〇2的表面電連 接,將大於絕緣基底202面積的奈米碳管薄膜剪去。 一本實施例令,進一步包括採用絲網印刷法製備至少一 固定電極(圖中未顯示)設置於所述第—電極細與第二電 19 < S ) 1352369 極212,將奈米碳管薄膜結構208牢固地固定於所述第一 電極210第二電極212上。 另外,本實施例還可進一步在將奈米碳管薄膜直接鋪 設於所述含有電極和電極引線的絕緣基底形成一奈米碳管 薄膜結構208的步驟之後採用有機溶劑處理該奈米碳管等 膜結構208。具體的,可通過試管將有機溶劑滴落在所述 奈米碳管薄膜結構208表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構 籲208。或者,也可將奈米碳管薄膜結構2〇8整個浸入盛有有 機溶劑的容器尹浸潤。該有機溶劑為揮發性有機溶劑如 乙醇、甲醇、賴、二氣乙貌或氣仿,本實施财優選採 用乙醇。該奈米碳管薄膜經有機溶劑浸潤處理後,在揮發 '^機溶劑的表面張力的作用下’奈米碳管薄膜結構咖 中的平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束,因 此,該奈米碳管薄膜表面體積、,純降低,且 好的機械強度及韌性,應用右 八 ^ 膜性能更加優異。』有機騎丨處理後的奈米碳管薄 步驟五·切割並去除多餘的 保留每個網格214中覆蓋 “ 4膜、〜構208, 212的奈米碳管薄膜結構,從—,21G與第二電極 2〇〇。 從而侍到一熱發射電子器件 所述切割並去除多餘 為雷射燒㈣或電子束碳管薄膜結構通的方法 射燒钱法切_述奈 2 °本實施例中,優選採用雷 步驟: 、反B溥膜結構208,具體包括以下 20 1352369 疋寬度的雷射光束沿著每個行電 204進行掃描。該步驟 丁电極Μ線 乂驟的目的係去除不同行的電極(包括 第一電極210與第-雷杌。n、 、匕栝 遍m+ )之間的奈米碳管薄膜結構 八 〔雷射光束的寬度等於位於不同行的兩個彳目 鄰的第二電極212夕P卩认日日 丁刃两個相 ^ 之間的仃間距離,為100微米〜500微米。 206谁:旙^用一定寬度的雷射光束沿著每個列電極引線 進仃知描,去除不同列的電極(包括第-電極210與 第-電極212)之間的奈米碳管薄臈結構剔。從而保留每 個:格f14中覆蓋所述第一電極210與第二電極212的奈 米碳管薄膜結冑2〇8。其中,所述雷射光束的寬度等於位 於不同列的兩個相鄰的第一電極21〇之間的行間距離,為 100微米〜500微米。 ㈤本實施例令,上述方法可以在大氣環境或其他含氧的 裒境下進行。採用雷射燒餘法去除多餘的奈米碳管,所用 的雷射功率為10瓦〜50瓦,掃描速度為10毫米/分鐘〜1000 #毫米/分鐘。本實施例中,優選地,雷射功率為3〇瓦掃 描速度為100毫米/分鐘。 與先前技術相比較,所述的熱發射電子器件具有以下 優點:其一,採用奈米碳管薄膜作為熱電子發射體,該奈 米碳管薄膜中的奈米碳管均勻分佈,所製備的熱發射電子 器件可以發射均勻而穩定的熱電子流;其二,奈米碳管薄 膜與絕緣基底間隔設置,絕緣基底不會將加熱所述奈米碳 官薄膜而產生的熱量傳導進大氣中,故所製備的熱發射電 子器件的熱電子發射性能優異;其三’所述奈米礙管薄膜 21 Ϊ352369 結構的尺寸小可直接鋪設覆蓋所述電極, 器件中熱電子發射單元的微型化,從而。現熱發射電子 高亮度的平板顯示和邏輯電路等複數個清晰度和 綜上所述,本發明確已符合發明利之要 提出專利申請。惟,以上所述者僅為太恭】之要件遂依法 工所义有偟為本發明之較佳實施例, 自不能以此限制本案之中請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化,皆應涵 蓋於以下申請專利範圍内。
C S > 22 1352369 【圖式簡單說明】 r' 圖1係本技術方案實施例的熱發射電子器件的結構示 > •意圖。 圖2係本技術方案實施例的熱發射電子器件的製備方 法的流程示意圖。 【主要元件符號說明】 熱發射電子器件 200 絕緣基底 202 行電極引線 204 列電極引線 206 奈米碳管薄膜結構 208 第一電極 210 第二電極 212 網格 214 介質絕緣層 216 熱電子發射單元 220 23

Claims (1)

1352369 十、申請專利範圍 1· 一種熱發射電子器件,其包括: 一絕緣基底; 複數個行電極引線與列電極引線分別平行且等間隔 设置於絕緣基底上,該複數個行電極引線與複數個列 電極引線相互父又設置,每兩個相鄰的行電極引線與 每兩個相鄰的列電極引線形成一個網格,且行電極引 線與列電極引線之間電絕緣; 複數個熱電子發射單元,每個熱電子發射單元對應一 個網格設置,每個熱電子發射單元包括一第一電極、 一第二電極和一熱電子發射體,該第一電極與第二電 極間隔設置於每個網格中,並分別與所述行電極引線 和列電極引線電連接,所述熱電子發射體與所述第一 電極和第二電極電連接; 其改良在於’所述熱電子發射體為一奈米碳管薄膜姓 構。 … 2.如申叫專利範圍第1項所述的熱發射電子器件,其 中,所述奈米碳管薄膜結構至少部分通過所述第一 電極及第二電極與所述絕緣基底間隔設置。 3·如申請專利範圍第1項所述的熱發射電子器件,其 中、,所述熱發射電子器件進一步包括複數個凹槽, 該複數個凹槽分別對應每個網格並設置於所述絕緣 基底表面。 4·如申叫專利範圍苐3項所述的熱發射電子器件,乓 24 1352369 中,所述複數個凹槽等大且等間距設置於所述絕緣 基底表面,所述奈米碳管薄膜結構至少部分通過所 述絕緣基底的凹槽與所述絕緣基底間隔設置。 5. 如申請專利範圍第1項所述的熱發射電子器件,其 中所述熱發射電子器件中的網格按陣列排列,每 一行的網格中的第一電極與同一行電極引線電連 接,每一列的網格中的第二電極與同一列電極引線 電連接。 6. 如申請專利範圍第1項所述的熱發射電子器件,其 中,所述第一電極和第二電極的厚度為1〇微米〜1〇〇 微米,所述第一電極和第二電極之間的間隔距離為 150微米〜450微米。 7. 如申請專利範圍第1項所述的熱發射電子器件,其 中’所述奈米碳管薄膜結構包括至少一奈米碳管薄 膜,该奈米碳管薄膜中的奈米碳管沿同一方向 取向排列。 8. 如申請專利範圍第7項所述的熱發射電子器件,其 中,所述奈米碳管薄膜結構包括一奈米碳管薄膜, 該奈米碳管薄膜中的奈米碳管沿從所述第一電極向 所述第二電極延伸的方向排列。 9·如申睛專利範圍第7項所述的熱發射電子器件,其 中’所述奈米碳管薄膜結構包括至少兩個重疊設置 的奈米碳管薄膜,該重疊設置的奈米碳管薄膜中相 鄰兩個奈米碳管薄膜中的奈米碳管的排列方向具有 25 < S ) 1352369 一交又角度α ’且00$α$9〇。。 10. 如申明專利範圍第7項所述的熱發射電子器件,其 中,所述奈米碳管薄膜的寬度為〇 〇1厘米〜1〇厘米, 厚度為10奈米〜100微来。 11. 如申明專利範圍第7項所述的熱發射電子器件,其 中,所述奈米碳管薄膜包括複數個首尾相連且擇優 取向排列的奈米碳管束,相鄰的奈米碳管束之間通 過凡德瓦爾力連接。 12. 如申明專利範圍第項所述的熱發射電子器件,其 中,所述奈米碳管束包括複數個長度相等且相互平 行排列的奈米碳管,相鄰的奈米碳管之間通過凡德 瓦爾力連接。 13. —種如申請專利範圍第i項所述的熱發射電子器件 的製備方法,其包括以下步驟: 提供一絕緣基底; • 在該絕緣基底上製備複數個平行且等間隔設置的行 電極引線與列電極弓丨線,且每兩個相鄰的行電極引線 與列電極引線相互交叉形成一網格; 在所述絕緣基底上製備複數個第一電極與複數個第 二電極,且每個網格中間隔設置所述一第一電極與一 第二電極; 形成一奈米碳管薄膜結構覆蓋於上述含有電極和電 極引線的絕緣基底上作為熱電子發射體; 切割並去除多餘的奈米碳管薄膜結構,保留每個網格 (S ) 26 中覆蓋所述第一電極與第二電極的奈米碳管薄骐結 構,從而得到一熱發射電子器件。 =申明專利_帛13項所述的熱發射電子器件的 備方法,《中,形成一奈米碳管薄膜結構覆蓋於 上述3有電極和電極引線的絕緣基底上作為熱電子 !射體的步驟具體包括以下步驟:製備至少一奈米 薄膜’將上述至少—奈米碳管薄膜鋪設於上述 和電極引線的絕緣基底上形成-“碳管 申月專#J|li圍第13項所述的熱發射電子器件的製 '' 〃中所述製備行電極引線和列電極引線 的方法包括絲網印刷法、蒸鐘法或濺射法。、 16.^中請專利11圍第13項所述的熱發射電子器件的製 ::’其中’所述在網格中對應製備複數個第一 、=f複數個第二電極的方法包括以下步驟:通過 h P刷法、蒸鑛法或騎法在每_行 線上製備—第-電極,該第-電極與同-: 激射連接,通過絲網印刷法、蒸鍍法或 ^法在母—列的網格中列電極引線上製備-第二 17如二:第二電極與同-列電極引線形成電連接。 圍第14項所述的熱發射電子器件的製 包括以下:驟·:述製備奈米碳管薄膜的步驟具體 上;採用二赴#3供Γ奈米碳管陣列形成於-基底 工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一 27 丄乃2369 奈求碳管薄膜,該奈米碳管薄膜中的奈米碳管沿拉 伸方向定向排列。 :· · is.如申請專利範圍第14項所述的熱發射電子器件的製 備方法,其中,所述將至少一奈米碳管薄膜鋪設於 上述含有電極和電極引線的絕緣基底上的步驟包括 以下步驟:將一奈米碳管薄膜或者至少兩個奈米碳 管薄膜平行且無間隙沿從所述第一電極向所述第二 • 電極延伸的方向直接鋪設於所述含有電極和電極引 線的絕緣基底,形成一奈米碳管薄膜結構。 19·如申請專利範圍第14項所述的熱發射電子器件的 製備方法,其中,所述將至少一奈米碳管薄膜鋪設 於上述含有電極和電極引線的絕緣基底上的步驟具 匕括以下步驟·將至少兩個奈米碳管薄膜重疊鋪 叹於所述含有電極和電極引線的絕緣基底,形成一 奈米碳管薄膜結構。 ♦ 20.,申請專利範圍第14項所述的熱發射電子辱件的 二:::,其中,所述將至少一奈米碳管薄膜鋪設 、上述3有電極和電極引線的絕緣基底上的 體包括以下步驟·· /、 提供一支撐體; 將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙沿從所述第 :電::第:電極延伸的方向鋪設於所述切= 仔到一奈米碳管薄膜結構; 去除所述支撐體外多餘的奈米碳管薄膜; 28 (S ) 1352369 使用有機溶劑處理所述奈米碳管薄膜結構; :. 冑使用有機溶劑處理後的奈米碳管薄膜結構從所述 支撐體上取下’形成一自支撐的奈米碳管薄膜結 構;及 將該自支撐的奈米碳管薄膜結構鋪設於所述含有電 極和電極引線的絕緣基底。 】申明專利範圍第20項所述的熱發射電子器件的 • 製備方法,其中,進一步包括將至少兩個奈米碳管 薄膜重疊鋪設於所述支撐體表面,形成一奈米碳管 薄膜結構的步驟。 如申明專利範圍第13項所述的熱發射電子器件的 備方法其中,進一步包括使用有機溶劑處理所 述奈米碳管薄膜結構的步驟。 23. 如^請專利範圍第2〇項或第22項所述的熱發射電 子器件的製備方法,其中,所述採用有機溶劑處理 • 胃I米碳管薄膜結構的步驟為通過試管將有機溶劑 滴落在所述奈米碳管薄膜結構表面浸潤整個奈米碳 管薄膜結構或將奈米碳管薄膜結構整個浸入盛有有 機溶劑的容器中浸潤。 24. 如申請專利範圍第23項所述的熱發射電子器件的 製備方法,其中,所述有機溶劑為揮發性有機溶劑, 如乙醇、甲醇、丙酮、二氣乙烷或氣仿。 25·如申請專利範圍第13項所述的熱發射電子器件的 製備方法’其中’所述切割並去除多餘奈米碳管薄 29 (S ) 1^52369 . 膜結構的方法包括雷射燒蝕 26·如申請真剎益円笙% ε农Α電子束知描法。 製備 、所述的熱發射電子器件的 ί =法’其中’所述利用雷射燒钮法切割並去除 夕餘奈来碳管薄膜結構的方法包括以下步驟:採用 功率為10瓦〜50瓦的雷射光束以1〇毫米/分鐘〜繼 氅米/分鐘的速度沿著每個行電極引線進行掃描,去 除不同行的電極之間的奈米碳管薄膜;採用上述雷 射光束沿著每個列電極引線進行掃描,去除不同列 的電極之間的奈米碳管薄膜。 27·如申請專利範圍第13項所述的熱發射電子器件的 製備方法’其中,所述的熱發射電子器件的製備方 法進一步包括通過刻蝕在所述絕緣基底的表面形成 複數個凹槽的步驟,該複數個凹槽分別對應每個網 格並設置於所述絕緣基底表面。
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