專利名稱：納米碳管懸浮液及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳管懸浮液，尤其涉及一種將納米碳管浸置在特定成分的水溶液中所形成的納米碳管懸浮液，該懸浮液可用于布設(shè)場發(fā)射顯示器電子發(fā)射源。
背景技術(shù)：
場發(fā)射顯示器(Field Emission Display，F(xiàn)ED)是近年來新興的平面顯示器之一。其具有自體發(fā)光的效果，無需另外使用背光光源，與LCD相比較，不僅亮度較佳，而且具有可視角度范圍更加寬廣、耗電量低、反應(yīng)速度快(不留殘影)及操作溫度范圍較為寬廣等優(yōu)點(diǎn)，且其影像畫質(zhì)非常近似于傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)顯示器，但其體積卻遠(yuǎn)較陰極射線管輕、薄。液晶顯示器(LCD)可視角度范圍較小、反應(yīng)速度不足、亮度不足(尤見于大尺寸者)等缺點(diǎn)，以及電漿顯示器(PDP)的高耗電、高發(fā)熱量、不適于小尺寸面板及全黑表現(xiàn)不佳等缺點(diǎn)，場發(fā)射顯示器均可一一加以克服，因而場發(fā)射顯示器成為取代液晶顯示器及電漿顯示器的明日之星實(shí)為指日可待之事。更由于近年來納米技術(shù)的迅速發(fā)展，將納米材料應(yīng)用于場發(fā)射顯示器中，勢將更加促進(jìn)其發(fā)展為成熟商品。


圖1示出了一種典型的三極結(jié)構(gòu)場發(fā)射顯示器的剖視圖。其主要包含陽極板10與陰極板20，陽極板10與陰極板20之間設(shè)置有支撐器(spacer)14，作為陽極板10與陰極板20之間真空區(qū)域之間隔，并作為陽極板10與陰極板20之間的支撐。該陽極板10包含一陽極基板11、一陽極導(dǎo)電層12及一熒光粉體層(phosphors layer)13。該陰極板20包含一陰極基板21、一陰極導(dǎo)電層22、一電子發(fā)射源層23、一介電層24及一閘極層25。其中該閘極層25被施加一電位差以汲引電子發(fā)射源層23射出電子，利用陽極導(dǎo)電層12所提供的高電壓，使電子束加速，使電子有足夠的動能撞擊(impinge)陽極板10上的熒光粉體層13，使其激發(fā)而發(fā)光。
在納米碳管發(fā)明以后，由于納米碳管的特性非常符合場發(fā)射顯示器的要求，因而近來場發(fā)射顯示器都采用納米碳管做場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源。而將納米碳管布設(shè)在場發(fā)射顯示器的陰極板上，以形成電子發(fā)射源23的方法，公知的都采用網(wǎng)印技術(shù)，這種網(wǎng)印技術(shù)所使用的納米碳管涂料為一種黏度超過100,000cps的高黏度混合液體，其所成形的電子發(fā)射源層23，表面難以平整，使同一陰極單元內(nèi)的電子發(fā)射源層23與對應(yīng)的閘極層25之間的間隙難以一致，使其間的電場強(qiáng)度也無法一致，進(jìn)而電子發(fā)射源層23無法在每一位置均勻射出電子，即間隙較小處，其電場強(qiáng)度較大，射出的電子較多。另外，網(wǎng)印技術(shù)所使用的混合液因黏度極高，納米碳管非常不容易平均分散，而必須仰賴機(jī)械性或物理性的分散技術(shù)加以分散。但即使如此仍難以控制電子發(fā)射源層23內(nèi)的納米碳管的密度一致，即分布的均勻度較差，也會使得電子的射出不均勻。這兩種因素交互作用，會使同一陽極單元的熒光粉體層13的發(fā)光分布不均勻。在理想狀態(tài)下，一陽極單元的發(fā)光應(yīng)均勻分布，故公知以網(wǎng)印技術(shù)所制成的納米碳管電子發(fā)射源，其在單一發(fā)光單元中皆會發(fā)生明暗不一的情形，也就是降低了畫面品質(zhì)。另外，這種高黏度混合液雖然黏度高，但其固著力卻不足，故必需再添加相當(dāng)比例的固著材料，如玻璃粉等，才能充分固著納米碳管，增加了制造的復(fù)雜度。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種納米碳管懸浮液，可以做為場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的原料，其可以以涂布的方式布設(shè)納米碳管，易于操作。
本發(fā)明的另一目的是提供一種納米碳管懸浮液，其黏度較低，可以化學(xué)作用達(dá)到極佳的納米碳管分散效果，不僅無需再使用機(jī)械性或物理性設(shè)備，且其分散的均勻性優(yōu)于公知高黏度混合液。
本發(fā)明的另一目的是提供一種納米碳管懸浮液，其為一種低黏度液體，在以涂布方式布設(shè)納米碳管時，其膜層厚度的均勻性極高，即可提高膜層表面的平整度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用水為基礎(chǔ)溶劑，加入分散劑、穩(wěn)定劑、成膜劑與增黏劑等溶質(zhì)及納米碳管，其中基礎(chǔ)溶劑與溶質(zhì)形成低黏度水溶液，納米碳管則浸置懸浮于其中，形成本發(fā)明的納米碳管懸浮液。
附圖的簡要說明圖1是典型場發(fā)射顯示器的剖視圖；圖2是本發(fā)明納米碳管懸浮液組成物組成制造步驟流程圖；圖3是本發(fā)明使用溶液于電子發(fā)射源制法實(shí)施例的制作流程圖。主要組件代表符號列表說明如下步驟50步驟51步驟52步驟53步驟54步驟55步驟56陰極基板6光阻層7 電子發(fā)射區(qū)8電子發(fā)射源層9具體實(shí)施方式
本發(fā)明的內(nèi)容公開了一種配制組成的納米碳管懸浮液。以水為基礎(chǔ)溶劑，并以分散劑、穩(wěn)定劑、成膜劑、增黏劑及消泡劑等溶質(zhì)溶解于其中，形成低黏度的水溶液，再將長度在1μm以下的納米碳管浸置于該水溶液中，而構(gòu)成一納米碳管懸浮液，各溶質(zhì)及納米碳管的成份及比例如下1.納米碳管5％至20％；2.成膜劑5％至20％，可以是硫酸鋁鈉、硅烷偶合劑、膠態(tài)硅氧或四乙氧基硅烷(TetraEthylOrthoSilicate，TEOS)其中之一或一者以上。使懸浮液容易附著在場發(fā)射顯示器的玻璃基板上，并使懸浮液具有較好的成膜性；3.增黏劑1％至5％，為聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯一氮五圜酮(PVP)、甲基纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸鈉、聚丙烯銨其中之一?？筛鶕?jù)場發(fā)射顯示器的制造程序的需求而提高懸浮液的黏度，并易于控制成膜厚度；4.穩(wěn)定劑0.5％至5％，為氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉其中之一。增加懸浮液的保存期限，以使納米碳管有充裕的時間進(jìn)行分散。
5.分散劑1％至10％，為乙二醇及有機(jī)烷基磺酸鈉。用來促使納米碳管在懸浮液中進(jìn)行分散；6.消泡劑1％至10％，聚環(huán)丙烯丙二醇。消除液體攪拌時所產(chǎn)生的泡沫。
本發(fā)明的優(yōu)選組成納米碳管懸浮液的一制作方法如圖2所示，包括步驟50，以水為主要組成基礎(chǔ)溶劑，在組成混合過程中，以該基礎(chǔ)溶劑的總質(zhì)量作為比例基礎(chǔ)，并以質(zhì)量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。
步驟51，在基礎(chǔ)溶劑中混入預(yù)先配置的5％的有機(jī)烷基磺酸鈉(分散劑)與5％的消泡劑。
步驟52，加入為10％的納米碳管。
步驟53，將前述步驟50～52混合所得初步混合物，利用超音波震蕩技術(shù)進(jìn)行震蕩攪拌。優(yōu)選地，震蕩攪拌時間為3小時。
步驟54，在步驟53震蕩攪拌后的組成物混合液中加入1％的氨水(穩(wěn)定劑)，再進(jìn)行攪拌。
步驟55，添加5％的硫酸鋁鈉(成膜劑)、10％的硅烷偶合劑(成膜劑)、2.8％的PVA(增黏劑)及2％的乙二醇(分散劑)。
步驟56，將前述步驟50～55混配所得的組成物混合液，最后以500mesh的篩網(wǎng)篩濾形成低黏度納米碳管懸浮液。
利用前述組成物在各適當(dāng)質(zhì)量百分比調(diào)混，所得的低黏納米碳管懸浮液，其黏度僅為24cps，而固型物成份為14％，遠(yuǎn)低于目前已知納米碳管涂料黏度，可以用涂布方式進(jìn)行布設(shè)，不僅所布設(shè)的膜層平整度極佳，且以分散劑對納米探管進(jìn)行化學(xué)性分散，使懸浮液內(nèi)的納米碳管不會凝團(tuán)，并且納米碳管的分布均勻性極高，在場發(fā)射顯示器中應(yīng)用可得到極佳的場發(fā)射效果。
在陰極基板上形成電子發(fā)射源的制造過程中，本發(fā)明前述組成物所組成的低黏度納米碳管懸浮液，可以直接配合真空燒結(jié)技術(shù)，在制造程序中，使懸浮液中的納米碳管直接固著在陰極基板表面，形成電子發(fā)射源層。因此在本發(fā)明低黏度納米碳管懸浮液中不需再添加任何固著材料如玻璃粉等，相對使得溶液內(nèi)納米碳管沉積密度不會進(jìn)一步被稀釋，進(jìn)而可以簡化溶液內(nèi)的組成物材料，并可進(jìn)一步在溶液中引用其它輔助溶液來增加溶液的應(yīng)用范圍。
圖3中的圖3a～3d示出了在陰極基板表面使用本發(fā)明的低黏度納米碳管懸浮液形成電子發(fā)射源的制造方法。
本發(fā)明的納米碳管懸浮液主要應(yīng)用在場發(fā)射顯示器中，以進(jìn)行電子發(fā)射源的布設(shè)。如圖3所示，主要利用負(fù)型光阻劑，結(jié)合光微影制造程序與蝕刻制造程序進(jìn)行制造，包括制造光阻層、陰極基板表面電子發(fā)射區(qū)構(gòu)圖，制造納米碳管電子發(fā)射源層與真空燒結(jié)固著。
下列步驟即為本發(fā)明之一的典型應(yīng)用(a)如圖3a所示，提供一陰極基板6。
(b)利用光微影制造程序及構(gòu)圖技術(shù)，在前述陰極基板6表面制作一層可去除的光阻層7，并由構(gòu)圖技術(shù)，進(jìn)一步規(guī)劃出有多個不連續(xù)的電子發(fā)射區(qū)8，如圖3b所示。
(c)將前述納米碳管懸浮液直接涂布在電子發(fā)射區(qū)8內(nèi)，如圖3c所示。
(d)再用蝕刻制造程序結(jié)合顯影制造程序，將前述光阻層去除，并經(jīng)真空燒結(jié)，形成固著在陰極基板6表面的電子發(fā)射源層9，如圖3d所示。
以此方法制成的電子發(fā)射源層4具有極佳的表面平整度，且其內(nèi)的納米碳管的分布極為均勻，使電子束的發(fā)射極為均勻，可以提高場發(fā)射顯示器的畫面質(zhì)量。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例的舉例說明，但并非是用來限制本發(fā)明專利范圍的實(shí)施例，凡是運(yùn)用本發(fā)明的技術(shù)特征所作的任何等效變換，均包括在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米碳管懸浮液，以水作為基礎(chǔ)溶劑；以基礎(chǔ)溶劑的總質(zhì)量作為比例基礎(chǔ)，并以質(zhì)量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，各溶質(zhì)及納米碳管的成份及比例如下納米碳管5％至20％；成膜劑5％至20％；增黏劑1％至5％；穩(wěn)定劑0.5％至5％；分散劑1％至10％；消泡劑1％至10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述納米碳管的長度在1μm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述分散劑為乙二醇或有機(jī)烷基磺酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述消泡劑系為聚環(huán)丙烯丙二醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述成膜劑為硫酸鋁鈉、硅烷偶合劑、膠態(tài)硅氧或四乙氧基硅烷其中之一或一者以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述增黏劑為聚乙烯醇、聚乙烯一氮五圜酮、甲基纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸鈉、聚丙烯銨其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳管懸浮液，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水其中之一。
8.一種納米碳管懸浮液的制造方法，包括下列步驟a.以水為基礎(chǔ)溶劑，均勻混合1至10％的分散劑與1％至10％的消泡劑；b.加入5％至20％的納米碳管；c.將步驟a及b所得的混合液進(jìn)行攪拌，進(jìn)行一段時間的震蕩攪拌；d.添加0.5％至5％的穩(wěn)定劑，再進(jìn)行攪拌；e.添加5％至20％的成膜劑、1％至5％的增黏劑，持續(xù)攪拌一段時間；f.以篩網(wǎng)篩濾。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述納米碳管的長度在1μm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述分散劑為乙二醇或有機(jī)烷基磺酸鈉。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述消泡劑為聚環(huán)丙烯丙二醇。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述成膜劑為硫酸鋁鈉、硅烷偶合劑、膠態(tài)硅氧或四乙氧基硅烷其中之一或一者以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述增黏劑系為聚乙烯醇、聚乙烯一氮五圜酮、甲基纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸鈉、聚丙烯銨其中之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水其中之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述攪拌程序是以超音波進(jìn)行震蕩攪拌。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米碳管懸浮液的制造方法，其特征在于，所述篩網(wǎng)為500mesh。
全文摘要
一種納米碳管懸浮液，以水為基礎(chǔ)溶劑，加入分散劑、穩(wěn)定劑、成膜劑與增黏劑等溶質(zhì)，以及納米碳管，其中基礎(chǔ)溶劑與溶質(zhì)形成低黏度水溶液，納米碳管則懸浮于其中，形成納米碳管懸浮液，可以用該納米碳管懸浮液做為場發(fā)射顯示器電子發(fā)射源的原料，即以涂布懸浮液的方式布設(shè)納米碳管。
文檔編號C01B31/00GK1709792SQ20041004815
公開日2005年12月21日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月16日
發(fā)明者鄭奎文, 蔡金龍, 李裕安, 蕭俊彥 申請人:東元奈米應(yīng)材股份有限公司