使用金剛石的發射器組合物、其製造方法以及利用它的場致發射電池的製作方法
2023-10-07 17:17:09
專利名稱：使用金剛石的發射器組合物、其製造方法以及利用它的場致發射電池的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種場致發射電池，它用作印刷在顯示器等陰極基片上的電子發射源。更具體的是，本發明涉及一種場致發射電池的發射器組合物、所述發射器組合物的製造方法以及使用它的場致發射電池，通過加入納米碳管和金剛石使所述發射器即使在低驅動電壓下也具有高的亮度和所需的發射效率。
背景技術：
通常，適合於用在顯示器、照明系統或背光裝置中的場致發射電池起到顯示圖像的功能，它使用發射器作為具有強電場的電子發射源來發射冷電子，然後，所述電子轉移到真空中，和螢光膜碰撞，從而激發螢光材料發出光。
但是，所述場致發射電池存在如下缺點真空中存留的氣體分子會和電子相撞，被離子化，由此，這種氣體離子會和微尖端碰撞，損害發射電池。而且，離開螢光膜的螢光顆粒會汙染所述微尖端，因此，縮短所述場致發射電池的使用壽命，同時使其性能惡化。
因此，提出了一種通過使用預定量納米碳管來將場致發射電池的電子發射源製成厚膜的方法，例如等離子體化學沉積法、糊塑法和電泳方法。
具體是在所述糊塑法中，將納米碳管粉末、粘合劑、玻璃料和有機溶劑混合製成組合物，然後使用絲網印刷方法以均勻的厚度印刷到陰極基片上，之後，在烘箱中乾燥、均勻地清理，然後使用熱的燃燒器進行加熱，由此製得所需的場致發射電池。
因此，上述場致發射電池有如下優點圖像質量高，發射效率均勻。但是，當上述場致發射電池用於具有絕緣層和柵極層的三極真空管型結構中時，其電流密度低，驅動電壓高(約70V)，因此，導致可印刷性差、場致發射不穩定，發射效率低。
雖然場致發射電池的驅動電壓應該較低，以便於經濟地製造最終產品如顯示屏，但是由於僅使用納米碳管，上述糊塑法製得的場致發射電池的驅動電壓高，因此，在實際上不可能以低成本製造最終產品。
發明內容
因此，本發明的一個目的是避免相關技術中遇到的問題，提供一種場致發射電池的發射器組合物，其優點在於通過使用納米碳管和金剛石使其即使在低驅動電壓下也具有高的亮度和均勻的發射效率。
本發明另一目的是提供一種製造這種發射器組合物的方法。
本發明另一目的是提供一種使用這種發射器組合物的場致發射電池。
為了實現上述目的，本發明提供一種場致發射電池的發射器組合物，它包含納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑以及有機溶劑，以所述組合物的重量計，所述發射器組合物還包含0.1-20重量％的金剛石。
此外，提供一種製備場致發射電池的發射器組合物的方法，包括將納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑置於一混合器中，製得第一預混物，在往所述第一預混物中加入以所述組合物重量計0.1-20重量％的金剛石，製得第二預混物，並使用混合器中裝備的攪拌器攪拌所述第二預混物1-3小時，製得糊劑型混合物。
通過以下詳細說明以及附圖，將更加清楚地理解本發明的上述目的、特徵和其它優點圖1是顯示本發明場致發射電池電流密度的圖，和常規技術進行比較；圖2是本發明場致發射電池的SEM(掃描電子顯微鏡)圖；圖3是本發明場致發射電池的發射圖像；圖4是應用本發明場致發射電池的示意圖。
具體實施例方式
下文中將詳細說明本發明的發射器組合物、其製備方法以及使用它的場致發射電池。
基於本發明，提供一種發射器組合物，它包含納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑，其特徵在於所述組合物還包含0.1-20重量％的金剛石。
此外，通過將納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑置於一混合器中，製得第一預混物，再往所述第一預混物中加入以所述組合物重量計0.1-20重量％的金剛石，製得第二預混物，然後使用所述混合器中裝備的攪拌器攪拌1-3小時，形成糊狀組合物，由此製得這種發射器組合物。
為什麼如同上述往場致發射電池中加入金剛石的量限制在0.1-20重量％的原因，是因為若使用少於0.1重量％的金剛石則會導致加入的金剛石量不足，而使用超過20重量％的金剛石則難以製備印刷糊劑，這是因為要使用相對較多的其它添加劑。
而且，所用的金剛石較好是粒度為6微米或更細的粉末，以提高混合效果。
而且，除了用於本發明發射器組合物的金剛石晶體外，可以使用無定形金剛石或者DLC(金剛石狀碳)。
同時，對於通過將所述組合物印刷到陰極基片上來製備場致發射電池的方法，優選所述糊劑組合物厚1-10微米，且螢光層厚3-20微米，如圖4所示。
在本發明中，納米碳管的用量為2-20重量％。若納米碳管的用量少於2.0重量％，所述場致發射電池不能具有足夠的發射位點，從而降低亮度。然而，若所述量多於20重量％，由於所述組合物的粘度太高，而導致其可印刷性變差。
所用粘合劑的量為40-70重量％。使用少於40重量％的粘合劑會增大所述組合物的粘度，因而難以形成圖案。另一方面，當粘合劑用量超過40重量％時，難以增大所述糊劑組合物中所含的納米碳管的量。
所述粘合劑選自有機羧酸、有機磺酸、酯、無機酸及其鹽、氯化鈉、有機酸、以及它們的混合物。
所用玻璃料和有機溶劑的量分別為2-20重量％和1-5重量％。具體是，由於使用更多的納米碳管，所述組合物的粘度太高，導致印刷性差，上述組分用來溶解所述粘合劑，因此，可以降低所述組合物的粘度。
在這種情況下，所述有機溶劑選自萜品醇(TP)、丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、丁基卡必醇(BC)以及它們的混合物，所述粘合劑選自乙基纖維素、硝化纖維或者丙烯酸樹脂。
所述分散劑用來提高混合所述納米碳管或金剛石過程中的分散效率，以提高混合物的均勻性，以所述組合物的重量計，其量為1-5重量％。
為了製備所述糊劑組合物，將2-20重量％納米碳管、40-70重量％粘合劑、2-20重量％玻璃料、1-5重量％分散劑和1-5重量％有機溶劑加入混合器中，製得第一預混物。
隨後，還往所述第一預混物中加入0.1-20重量％金剛石，製得第二預混物，此時使用混合器中裝備的攪拌器以約500rpm的速度均勻混合1-3小時，形成糊狀組合物。
即，通過在使用攪拌器的攪拌過程中加入分散劑，使所述糊狀組合物呈均勻分散的狀態。由此，通過一種印刷方法，使用這種糊狀組合物來製造厚度為1-10微米的場致發射電池。
即是將所述糊狀組合物通過印刷方法塗覆到顯示器等的陰極基片上，然後熱處理製得包含金剛石的場致發射電池。
通過以下一些實施例可以更好地理解本發明，但是這決不是用來限制本發明的。
實施例1將納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑加入裝有攪拌器的混合器中，再往其中加入金剛石，之後進行攪拌，由此製得糊狀組合物。
此時所述納米碳管和金剛石的用量分別約為20重量％和5重量％。
隨後，通過絲網印刷工藝將所得組合物印刷到陰極基片上，形成場致發射電池的厚膜，然後在330-470℃熱處理1小時，製得場致發射電池的發射器。
實施例2除了納米碳管和金剛石的用量分別約為2重量％和20重量％外，如實施例1相同的方式製造場致發射電池的發射器。
實施例3除了納米碳管和金剛石的用量分別約為10重量％和10重量％外，如實施例1相同的方式製造場致發射電池的發射器。
對比例1除了納米碳管的用量分別約為10重量％，且不使用金剛石外，如實施例1相同的方式製造場致發射電池的發射器。
對比例2除了納米碳管的用量分別約為5重量％，且不使用金剛石外，如實施例1相同的方式製造場致發射電池的發射器。
試看圖1，該圖顯示了本發明以及常規技術對比例的各場致發射電池的電流密度。雖然本發明和對比例1和2的場致發射電池具有相似的閾電壓(約1.2V)，但是本發明包含金剛石的場致發射電池在電流密度方面，是對比例電池的大約2-3倍。
即是，在製造所述場致發射電池過程中，還加入預定量的金剛石，由此獲得相對較低的驅動電壓。最終，本發明場致發射電池在相同的電壓下具有高的場致發射容量，且具有優越的可印刷性。
圖2顯示了本發明場致發射電池的SEM圖。如圖2所示，可以看到所述納米碳管或金剛石均勻地分散在場致發射電池的基片上。
現在試看圖3，當在本發明場致發射電池上施加一定場強電壓(1.25kV-500微米Gao)時顯示了場致發射圖像。從這一圖可見，和對比例1和2中常規技術的進行比較，本發明中使用的金剛石起到進一步增大場致發射電池的場致發射容量的作用。
再如圖4所示，當本發明場致發射電池用於三極體型發射器中時，由金剛石和納米碳管加速的電子能撞擊大量的螢光材料，由此相對增大了發射的光量，由此提高亮度。
如上文所述，本發明提供一種使用金剛石的場致發射電池的發射器組合物，其製備方法以及使用它的場致發射電池。在本發明中，所述場致發射電池的組合物中還包含金剛石，它可以和納米碳管一起分布在所述場致發射電池的基片中。因此，所述場致發射電池即使在相同驅動電壓也具有相對較高的電流密度，由此提高發射性能。此外，所述場致發射電池的優點在於優越的可印刷性和穩定的場致發射，同時還降低了操作和修復各組成部件的各種費用。
雖然為了說明的目的已經揭示了本發明的一些優選實施方式，但是本領域的技術人員應該意識到，在不背離權利要求書所述範圍和精神的條件下，可以進行各種修改、添加和替換。
權利要求
1.一種場致發射電池的發射器組合物，所述組合物包含納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑，以其重量計，所述發射器組合物還包含0.1-20重量％金剛石。
2.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，以所述組合物的重量計，納米碳管的用量為2-20重量％。
3.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，以所述組合物的重量計，粘合劑的用量為40-70重量％。
4.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，以所述組合物的重量計，玻璃料的用量為2-20重量％。
5.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，以所述組合物的重量計，分散劑的用量為1-5重量％。
6.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，以所述組合物的重量計，有機溶劑的用量為1-5重量％。
7.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，所述有機溶劑選自萜品醇、丁基卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇以及它們的混合物。
8.權利要求1所述的發射器組合物，其特徵在於，所述金剛石是粒度不大於6微米的粉末。
9.一種製造場致發射電池的發射器組合物的方法，所述方法包括將納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑置於一混合器中，製得第一預混物；往所述第一預混物中加入以所述組合物重量計0.1-20重量％的金剛石，製得第二預混物；使用混合器中裝備的攪拌器攪拌所述第二預混物1-3小時，製得糊劑型混合物。
10.一種場致發射電池，所述電池包括由權利要求9所述方法製得的發射器組合物，然後用它進行印刷，形成厚膜。
全文摘要
揭示了一種場致發射電池的發射器組合物，將它印刷到顯示屏陰極基片上，提供電子發射源。所述組合物包含納米碳管、粘合劑、玻璃料、分散劑和有機溶劑；其特徵在於，所述組合物還包含0.1－20重量％金剛石。而且，還提供一種製造所述發射器組合物以及使用所述發射器組合物的場致發射電池。在本發明中，由於所述場致發射電池具有納米碳管和同時分散在其中的金剛石，即使在相同驅動電壓下也能提供相對較高的電流密度，由此提高發射性能。此外，所述場致發射電池具有如下優點可印刷性優越，場致發射性能穩定，同時還降低了操作和修復其組成部件的各種費用。
文檔編號H01J1/304GK1581400SQ200410043459
公開日2005年2月16日 申請日期2004年4月29日 優先權日2003年8月4日
發明者羅陽運, 金光培 申請人:日進金剛石股份有限公司