[發明專利]基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構及制造方法

有效

• 申請號: 201310107581.4
• 申請日: 2013-03-30
• 公開（公告）號: CN103198991A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 胡海龍;郭太良;張典;李福山;楊尊先;周雄圖;張永愛;葉蕓
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01J29/04
• 分類號: H01J29/04;H01J9/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

????本發明屬于真空電子技術領域，涉及平板顯示領域，特別是一種基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構及制造方法。

背景技術

場發射顯示器（Field?Emission?Display,?FED）是利用背面基板的陰極發射電子，轟擊前基板的熒光層而發光的一種新型器件，是平板顯示與真空微電子學相結合的產物。FED被認為是最有可能與等離子體顯示器（PDP）和液晶顯示器（LCD）相競爭的平板顯示器，兼備了陰極射線管顯示器（CRT）與LCD兩者的優點，具有響應速度快、寬視角、亮度高、分辨率高、色彩再現性好、耐高低溫、抗振動沖擊、電磁輻射極微、生產成本低等優勢，擁有廣闊的市場和很好的應用前景，有望成為新一代理想的平面顯示器。

根據場發射陰極的材料和結構，FED可分為幾大類。金屬材料場發射陣列采用足夠尖的微尖，對設備工藝要求很高，由于發射電流密度低、成本高，所以在大屏幕顯示方面很少用此技術。硅場致發射材料存在發射閾值電壓較高，導電、導熱性能較差，發射電流不穩定，易受污染等問題。碳納米管（CNT）因其極高的強度、韌性和優異的導電性能，受到場發射領域廣泛關注。CNT發射尖端的取向和發射位置分布密度直接影響場發射均勻性和穩定性。但由于目前制備和加工技術的限制，無論是原位生長法還是后期布放工藝，均難以有效實現垂直取向、均勻分散的碳納米構造。因此，大部分尖端不能指向陽極，且發射尖端的分布密度也不易控制，導致其發射均勻性、穩定性較差。

綜上所述，有必要研發一種能克服上述缺點的低成本電子發射源。本發明引入模板調制陰極結構的理念，提出了解決場發射性能不可控問題的新思路。

發明內容

????本發明目的在于提供一種基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構，利用海膽型鎳粒子模板調控場發射陰極的取向和分布密度，通過在模板上包覆納米材料以提高場發射性能。該陰極結構具有制備工藝簡單，電子發射均勻、穩定、可靠，易實現大面積場應用等特點。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構，其特征在于：該場發射陰極結構包括：

基板；

底電極層，設置于所述基板上，以及

海膽型鎳粒子，設置于所述金屬底電極層上并作為模板；所述的模板表面覆蓋有納米材料。

在本發明一實施例中，所述的海膽型鎳粒子有內外層兩層結構，外層為鎳納米錐，該鎳納米錐呈輻射狀分布在內層結構表面。

在本發明一實施例中，所述海膽型鎳粒子通過水熱法制備，其表面納米錐的數量和形貌能通過改變化學合成參數進行控制。

在本發明一實施例中，所述鎳粒子尺寸為0.3-15?μm，所述納米錐的錐點間距為0.05-2?μm。

在本發明一實施例中，所述納米材料為原位熱氧化制備的氧化鎳納米薄膜。

在本發明一實施例中，所述納米材料為在鎳表面低溫生長的薄層石墨烯。?

在本發明一實施例中，所述納米材料為用低逸出功氧化物薄膜或納米結構。

在本發明一實施例中，所述納米材料為金屬納米顆粒。

本發明的另一目的是提供一種基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構的制造方法，該方法包括以下步驟：

???（1）在基板上制備底電極層；

（2）采用水熱法制備鎳粒子；并采用印刷或噴涂工藝，將鎳微子布放在所述底電極層上作為模板；

（3）將步驟（2）所制備的樣品在大氣氛圍內加熱，升溫速率1-10℃/s，到250-350℃保持1-30?min，迅速冷卻至室溫，在所述模板表面氧化形成氧化鎳薄層作為電子發射材料。

本發明的另一目的是提供一種基于海膽型鎳粒子模板的場發射陰極結構的制造方法，該方法的特征在于包括以下步驟：

（1）在基板上制備底電極層；

（2）采用水熱法制備鎳粒子；并采用印刷或噴涂工藝，將鎳粒子布放在所述底電極層上作為模板；

（3）在模板表面通過蒸發鍍膜、濺射鍍膜、化學氣相沉積或者電化學沉積方法形成電子發射材料，該電子發射材料為納米材料。

本發明的顯著優點在于：

（1）海膽型鎳粒子表面具有輻射狀分布的納米錐，作為支撐發射材料的模板，無論以何種方式布放在底電極層上，具有較多尖錐指向陽極，保證場發射陰極結構具有良好的取向。

（2）鎳粒子表面的納米錐數量和幾何結構可調控，因此可以對發射點分布密度進行調控。

（3）模板表面覆蓋的電子發射材料使開啟電場小，發射電子更穩定、均勻。