[发明专利]一种碳纳米材料复合场致电子发射膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于平板显示器件领域，涉及一种碳纳米材料复合场致电子发射膜及其制备方法。

背景技术

场致发射显示器（Field Emission Display, FED）是一种真空电子器件，由阴极发射的电子轰击荧光粉产生图像，因其具备与阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）类似的发光原理，保留了阴极射线管显示器高图像质量的优点，并且实现了完全平板化、薄型化和轻型化的转变，具有分辨率高、对比度大、响应速度快、功耗低、温区广等特性，拥有广阔的市场前景。场致发射显示器具有高度的器件工作可靠性与抗击恶劣环境的适应性，也拥有相当好的色彩再生能力，可广泛应用于诸如壁挂电视、大型户外广告等各种领域。

场致发射阴极材料是场致发射显示器的核心部件。碳纳米管，碳纳米纤维具有高纵横比、约100?的低曲率尖端半径、高度稳定的物理化学性质以及极高的机械强度，尤其可望成为理想的电子发射源，用作场致发射阴极材料。石墨烯碳纳米片有一条一维尖锐的刀口状边缘，电场增强系数大，加之导热、导电好，化学性质稳定，机械强度高，是很好的场致电子发射材料。

碳纳米管化学气相沉积法（CVD）直接生长技术，可以与薄膜工艺相结合，实现精细的栅阴结构，获得较低的栅控电压和良好的栅控特性。但是利用化学气相沉积法（CVD）技术制备碳纳米管阴极的成本较高，特别是用来制备大尺寸显示器的阴极成本更高，不利于碳纳米管场发射平板显示器的产业化发展。丝网印刷法不仅价格低廉，而且还较容易做成大面积的碳纳米管厚膜阴极，容易大批量生产，使得大尺寸、低功率和低成本的平板显示器成为可能。通常，碳系材料如碳纳米管与具有一定粘度的溶剂、粘结剂树脂等制备之后，把它们丝网印刷在基材之间，通过热处理过程形成电子发射源。

然而，丝网印刷制造栅阴结构时，栅极在印刷过程中，由于图形边沿的残留浆料形成边沿毛刺容易导致栅阴连通，从而造成栅阴短路，失去应有的栅控特性。尤其对于高分辨率显示器，为了提高FED分辨率，我们就必须制备高精细电极，并且希望在印刷精度允许的情况下，电极间距越小越好，此时印刷过程中的栅阴短路问题就显得尤为突出，迫切需要得到有效解决。

清华大学专利申请200610061307.8中公开了一种碳纳米管场发射体，其包括阴极、用作发射单元的碳纳米管、阳极、位于阴极与阳极之间的栅极，将栅极与阴极隔开一定距离的支撑体和位于栅极与支撑体之间的绝缘体。该专利通过在传统前栅型场致发射阴极板结构中的支撑体与栅极之间增设一层绝缘体，从结构上防止了由于碳纳米管顶端与栅极接触，从而造成的阴栅短路现象。但该专利仅适用于前栅型场致发射阴极板中，并且其中所述的碳纳米管发射单元是通过化学气相沉积法制备得到的，成本较高，不利于碳纳米管场发射平板显示器的产业化发展。

刘卫华等在2008年4月发表于《液晶与显示》第178页-第181页之间的《丝网印刷三极CNT-FEA的研制》一文中指出，通过在印刷过程中采用一种蓝膜洁网技术，一定程度上降低了印刷银电极边沿的毛刺，提高了图形边沿齐整度，从而避免了栅极银浆通过栅孔导致栅阴短路。但通过这种改进的工艺仍然受到印刷精度的限制，所制备样品的栅孔特性还存在栅压较大，一致性较差等问题。

 

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种碳纳米材料复合场致电子发射膜，可防止在印刷过程中由于栅极边沿毛刺而导致的栅阴短路现象，且可简化生产工艺，降低制造成本，解决方案如下：一种碳纳米材料复合场致电子发射膜，其特征在于，包括：

碳纳米材料，含量为10%-70%；

至少一种选自ZnO，SnO₂、In₂O₃、PdO、Sb₂O₃、ZrC、HfC、WC、HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄、GdB₄、ZrN和HfN的半导体金属氧化物纳米颗粒，含量为30%-90%。

优选的，所述碳纳米材料复合场致电子发射膜的电阻为10 kΩ-1000 kΩ。

优选的，所述碳纳米材料包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米纤维及其混合物的材料。

优选的，所述的半导体金属氧化物纳米颗粒的平均颗粒直径为10-1000nm。 

本发明还公开一种碳纳米材料复合场致电子发射膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：