可印制的碳納米管基冷陰極材料的制備技術及場發(fā)射平板顯示器件研究.pdf

1、隨著碳納米管的發(fā)現(xiàn)，基于絲網(wǎng)印刷厚膜技術的碳納米管場致發(fā)射顯示器件成為目前平板顯示領域的研究熱點。器件性能提高的關鍵是碳納米管基冷陰極場致發(fā)射特性的改善，而更基本的是開發(fā)滿足器件要求的可印制的碳納米管基冷陰極材料。器件實用化的關鍵則是提高大面積場致發(fā)射的均勻性和穩(wěn)定性。在總結(jié)場致發(fā)射技術進展和大量前期實驗的基礎上，本博士論文的研究工作首先從碳納米管的提純和分散技術開始，之后重點進行可印制的碳納米管基冷陰極材料的開發(fā)，以及絲網(wǎng)印刷厚膜技術

2、制備二極結(jié)構碳納米管場致發(fā)射顯示器件的工藝研究，最后對實驗現(xiàn)象和測試結(jié)果進行理論分析和解釋。本博士論文的主要研究成果概述如下： 1、研究了碳納米管的提純和分散技術，確定了采用高溫氧化法對碳納米管進行提純的工藝參數(shù)，首次提出一種碳納米管的連續(xù)分散方法，從有機溶劑分散過渡到表面活性劑分散，得到一種分散特性良好穩(wěn)定的碳納米管水溶液。 2、開發(fā)一種新型的可印制的碳納米管基電子漿料，該漿料具有非常獨特的結(jié)構體系，碳納米管是漿料中唯

3、一的導電材料和場致電子發(fā)射材料，納米級二氧化硅是漿料中唯一的無機固體粘結(jié)材料。實驗結(jié)果證明該漿料適用絲網(wǎng)印刷制備碳納米管基冷陰極，基本滿足場致發(fā)射顯示器件的制備要求。 3、系統(tǒng)研究了新型碳納米管基電子漿料的物理特性，SEM測試顯示碳納米管和納米二氧化硅具有理想的納米尺度對比性，重點分析了不同碳納米管含量和不同溫度加熱過程對電導率的影響。該漿料制備的碳納米管基電子源具有良好的熱穩(wěn)定性和特殊的厚膜形態(tài)，這是獲得良好場致發(fā)射特性的重要

4、保證。 4、首次提出一種優(yōu)化圓點型碳納米管基冷陰極結(jié)構，可以避免電場邊緣效應的影響，獲得更集中的局域電場的有效施加，通過增加導電銀漿中間過渡層增強機械連接和電連接，通過表面全覆蓋碳納米管基電子源，降低金屬銀顆粒對場致電子發(fā)射過程的影響，提高場致發(fā)射的穩(wěn)定性。 5、系統(tǒng)研究了新型碳納米管基冷陰極的場致發(fā)射特性，分析了不同碳納米管含量、不同溫度加熱處理、不同真空度、不同碳納米管膜厚對場致發(fā)射特性的影響。測試結(jié)果顯示開啟電場和

5、閾值電場均在目前碳納米管材料場致發(fā)射特性研究結(jié)果的范圍之內(nèi)，具有耐高電場和大電流場致發(fā)射的顯著特點，發(fā)射電流的穩(wěn)定性和顯示像素的均勻性等特性也很優(yōu)異，顯示出優(yōu)良的綜合場致發(fā)射特性。 6、首次提出一種采用等離子反應刻蝕技術對碳納米管基冷陰極進行表面深層處理的方法，通過去除表面的碳納米管和二氧化硅固體粘結(jié)材料，暴露底下的碳納米管管體使其成為新的線性電子源。實驗結(jié)果證明長時間等離子反應刻蝕有助于進一步提高新型碳納米管基冷陰極場致發(fā)射的

6、穩(wěn)定性和均勻性。 7、建立了碳納米管厚膜電子源結(jié)構、碳納米管厚膜場致發(fā)射和碳納米管厚膜線性電子源場致發(fā)射三種理論模型。針對新型碳納米管基冷陰極中的所有碳納米管都參與場致電子發(fā)射過程的特點，首次提出碳納米管厚膜電子源的概念。對于碳納米管厚膜場致發(fā)射，電子從陰極電極必須經(jīng)過多個中間碳納米管的內(nèi)部傳導和外部隧穿，才能輸運到表面的碳納米管，通過管端量子化局域態(tài)隧穿發(fā)射到真空。經(jīng)過等離子反應刻蝕表面處理后，發(fā)生了由管端到管體發(fā)射電子的轉(zhuǎn)變

7、，這時管體可看作線性電子源，電子發(fā)射主要來自管壁的缺陷。 8、在器件應用方面，采用絲網(wǎng)印刷技術制備二極結(jié)構碳納米管場致發(fā)射顯示器件，從8×8矩陣、32×32矩陣發(fā)展到4.5英寸60×60矩陣，在直流驅(qū)動模式下測試了不同單列、單點碳納米管基電子源的場致發(fā)射特性，在脈沖驅(qū)動模式下成功實現(xiàn)列掃描和動態(tài)字符顯示，器件表現(xiàn)出良好的均勻性和穩(wěn)定性。最后研究掌握真空封裝工藝，成功制備4.5英寸全封裝單色二極結(jié)構碳納米管場致發(fā)射顯示原型樣機。

8、 9、對三極結(jié)構碳納米管場致發(fā)射顯示器件的結(jié)構設計和制備技術等開展了探索性前期研究，初步研究了獨立柵極對場致電子發(fā)射的聚焦作用、微米級發(fā)射微孔的半導體光刻工藝、定域制備碳納米管基電子源的背面紫外光固化工藝等，提出了直接在碳納米管基電子源表面制備柵極結(jié)構的研究思路并進行簡單的實驗驗證，總結(jié)了柵極可控的碳納米管場致發(fā)射顯示器件的研究方案和工藝流程。 整個博士論文的研究工作涵蓋了絲網(wǎng)印刷厚膜技術制備碳納米管場致發(fā)射顯示器件的全部