专利名称：场发射灯管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射灯管的制造方法。
技术背景曰光灯管为日常生活必需品，其包括一透明玻璃管，其内壁涂覆白色或 彩色荧光材料，玻璃管内还充有汞蒸汽。其原理是利用热阴极发射的电子激 发汞蒸汽发出紫外光，而紫外光照射在荧光材料上发出白色光或彩色的光。 日光灯管是一种热阴极光源，发光效率比白炽灯高。但是，这种灯管内使用 的汞蒸汽有毒，当灯管被打破之后，汞蒸汽流出外面将对环境和人体造成危 害。为了解决上述问题， 一种冷阴极的场发射灯管被提供，该场发射灯管包 括一个透明玻璃管、阴极、阳极和封装在玻璃管两末端的玻璃芯柱。阴极包括一个形成电子发射层的阴极发射体，阳极包括形成在玻璃管内壁上的透明 导电膜和与电子发射层对应设置且形成在透明导电膜上的荧光层。当在阴极和阳极之间施加一定电压时，阴极的电子发射层发射电子，阳极的荧光层在 电子的轰击下发光。该种场发射灯管能耗低，发光效率高，对环境和人体无 危害。传统技术中，上述场发射灯管的制造方法大体分为三个部分，即阴极发 射体的制造、阳极的制造和封装。其中，封装过程主要为透明玻璃管与玻璃 芯柱间的熔封从而将玻璃管内密封，目前较多采用的方法是通过胶体将玻璃 管与玻璃芯柱粘接在一起，但是，该种方法不适合场发射灯管的批量生产且 密封效果较差，从而不能确保场发射灯管的内部具有较好的真空度进而影响 其使用寿命。因此，有必要提供一种场发射灯管的制造方法，该方法可以实现低成本 批量生产且制造的场发射灯管内部具有良好的真空度，从而具有较长的使用 寿命
发明内容
下面将以实施例说明一种场发射灯管的制造方法，该方法可以实现低成 本批量生产场发射灯管，该场发射灯管具有较好密封性从而确保其内部真空 度、延长使用寿命长的。一种场发射灯管的制造方法，包括 ( 一 )提供阴极发射体；(二) 提供一透明玻璃管，玻璃管内壁上形成碳纳米管透明导电膜和荧 光层；(三) 提供第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱，第一玻璃芯柱上设置阳极引 线片、与阳极引线片连接的阳极引线柱和用于固定阴极发射体第一末端的镍 管，第二玻璃芯柱上设置阴极引线柱；(四) 将阴极发射体的第二末端固定在第二玻璃芯柱的阴极引线柱的一 端；及(五) 将第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱熔封在玻璃管的末端。 本实施例场发射灯管的制造方法中，封装过程采用玻璃芯柱与玻璃管接口处直接熔封的技术将玻璃芯柱与玻璃管固定从而在玻璃管内形成一密封 空间，方法简单、可低成本批量生产；同时，由该方法制得的场发射灯管具 有较好的密封效果。
图1是本发明实施例场发射灯管的制造方法的流程示意图。 图2是由本发明实施例场发射灯管的制造方法制造的场发射灯管的结构 示意图。图3是图2中的阴极发射体沿III-III方向的剖视放大图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例场发射灯管的制造方法。 请参阅图1，本实施例场发射灯管的制造方法主要包括以下步骤 步骤(一)，提供阴极发射体；其中，阴极发射体包括导电体和形成在 导电体表面的电子发射层。
该阴才及发射体的制造方法主要包4舌下述三个步骤(1) 提供至少一个柱状或丝状导电体、制备一定量的碳纳米管浆料和 导电浆料；其中，导电体可以由金属导电材料、掺杂质的半导体材料、碳化 物、导电氧化物或者氮化物制成。(2) 在导电体表面涂敷一层导电浆料，将导电浆料加热形成导电浆料 层，然后在导电浆料层上涂敷一层碳纳米管浆料，将碳納米管浆料加热从而 在导电浆料层上形成碳纳米管浆料层；其中，涂敷导电浆料和碳纳米管浆料 的过程应在洁净的环境内进行，优选地，环境内的灰尘度应小于1000mg/m3。 涂敷完成后，优选用热风分别将形成于导电体上的导电浆料和碳纳米管浆料 吹千以形成导电浆料层和碳纳米管浆料层。其中，导电浆料层的厚度优选为 几微米至几十微米。(3) 将形成导电浆料层和碳纳米管浆料层的导电体在300~600°C条件 下进行烘千和烧结并经表面处理后在导电体的表面上形成电子发射层，进而 得到阴极发射体。上述的碳纳米管浆料中主要包含有机载体和分散在有机栽体内的碳纳 米管，该碳纳米管桨料的制备方法包括以下步骤(l)制备有机载体；其中，该有机载体为由作为溶剂的松油醇、作为 增塑剂的少量邻苯二甲酸二丁酯和作为稳定剂的少量乙基纤维素形成的混 合剂；有机载体的制备过程为首先在油浴加热及搅拌的条件下将乙基纤维 素溶解到松油醇中，然后加入邻苯二甲酸二丁酯在同样油浴加热的条件下持 续搅拌一定时间即可得到有机栽体。其中，优选地，松油醇、乙基纤维素和 邻苯二曱酸二丁酯在混合剂中的质量百分比分别约为90%、 5%和5%;加热 温度为80~110°C，最优为100°C;持续搅拌时间为10~25小时，最优为24 小时。(2 )将粉末状碳纳米管在二氯乙烷溶液中用破碎机分散后再进行超声 分散形成碳纳米管溶液；其中，碳纳米管可以预先通过化学气相沉积法、电 弧放电法或激光蒸发法等现有的技术制备，长度优选为1~100微米，直径优 选为1 100纳米。碳纳米管与二氯乙烷的比例优选为每两克碳纳米管需要 约500毫升的二氯乙烷。破碎机分散的时间优选为5~30分钟，最优为20分 钟；超声分散的时间优选为10~40分钟，最优为30分钟。
(3) 过滤碳纳米管溶液；其中，碳纳米管溶液可以选用篩网过滤，最 优地，选用400目的筛网过滤碳纳米管溶液从而可得到优选直径和长度的碳 纳米管。(4) 将碳纳米管溶液加入有机载体中同时利用超声充分分散；其中， 溶液中的碳纳米管与有机载体的质量比优选为15: 1;超声分散的时间优选 为30分钟。(5) 最后，在水浴条件下加热混有碳纳米管溶液的有机载体，二氯乙 烷在加热下完全蒸发；其中，加热温度优选为90。C。上述的导电浆料中含有一定量的玻璃微粒和导电金属微粒，其中，玻璃 微粒选用熔点为350 600°C的低熔点玻璃，其直径优选为10-100纳米。导 电金属微粒由导电材料制成，如银或氧化铟锡，其可预先采用球磨机进行球 磨，直径优选为0.05-2微米。导电浆料的形成是将导电金属微粒和玻璃微 粒在有机载体中进行充分混合而形成。有机载体主要为由作为溶剂的松油 醇、作为增塑剂的少量邻苯二甲酸二丁酯和作为稳定剂的少量乙基纤维素形 成的混合剂。混合过程优选为60~80°C混合3~5小时。为了更好的分散导电 金属微粒和玻璃微粒，可以进一步使用低功率的超声波对含有导电金属微粒 和玻璃微粒的有机溶剂进行超声波震荡，然后再对其进行离心处理。步骤(二)，提供一透明玻璃管，玻璃管内壁上形成碳纳米管透明导电膜和荧光层；其中，荧光层覆盖在碳纳米管透明导电膜上，其边缘与碳纳米管透明导电膜的边缘相隔一定的距离从而形成一个碳纳米管透明导电膜的 棵露区，优选地，该棵露区下设置石墨乳层。碳纳米管透明导电膜和荧光层形成在玻璃管内壁上的方法主要包括下述步骤(l)制备碳纳米管浆料；其中，该碳纳米管浆料的制备过程与步骤一 中的碳纳米管浆料的制备过程相似，二者的步骤(1)至(4)完全相同，其 区别在于步骤(二)中碳纳米管透明导电膜中碳纳米管浆料的制备步骤(5) 为在水浴条件下加热混有碳纳米管溶液的有机载体直到得到具有合适浓度 的碳纳米管浆料为止。其中，碳纳米管浆料中碳纳米管的浓度可影响所得到 的碳纳米管透明导电膜的透光性能及导电性能。当浆料中碳纳米管的浓度较 高时，得到的碳纳米管透明导电膜的透光率较低而导电性能较好；反之，当
浆料中碳纳米管的浓度较低时，得到的碳纳米管透明导电膜的透光率较高而导电性能较弱。优选地，当在上述制备过程中选用2克碳纳米管、约500毫 升的二氯乙烷和碳纳米管与有机载体的质量为15: l时，在水浴加热下将混 有碳纳米管溶液的有机载体蒸发得到200毫升的碳纳米管浆料。其中，水浴 加热温度优选为90°C。(2) 将制备的碳纳米管浆料在透明玻璃管的内表面形成一个碳纳米管 浆料层并烘干；其中，形成碳纳米管浆料层的方法为将玻璃管一端封闭并 将玻璃管的封闭端向下竖直放置；将碳纳米管浆料倒入玻璃管内；打开玻璃 管的封闭端，碳纳米管浆料在重力的作用下自然流下，部分碳纳米管浆料通 过吸附作用在玻璃管内壁上形成碳纳米管浆料层。形成碳纳米管浆料层的过 程应在洁净的环境内进行，优选地，环境内的灰尘度应小于1000mg/m3。(3) 在碳纳米管浆料层上形成一焚光粉层；其中，形成焚光粉层的方 法可以选用涂敷、沉积、丝网印刷等现有技术，荧光粉层的材料可根据需要 选用单色荧光材料或多元色荧光材料。(4 )将形成碳纳米管浆料层和荧光粉层的玻璃管在氮气或惰性气体的 保护下加热至300 500。C并保温一定的时间，再降至室温，从而在玻璃管的 表面形成碳纳米管透明导电膜和荧光层；其中，加热温度优选为320。C，保 温时间优选为20分钟。步骤(三)，提供第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱，第一玻璃芯柱上设置 阳极引线片、与阳极引线片连接的阳极引线柱和用于固定阴极发射体第一末 端的镍管，第二玻璃芯柱上设置阴极引线柱；其中，第二玻璃芯柱还设置排 气管和两个装有非蒸散型吸气剂的吸气装置，阳极引线片和阳极引线柱之间 连设阳极引线。步骤(四)，将阴极发射体的第二末端固定在第二玻璃芯柱的阴极引线 柱的一端。步骤(五)，将第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱熔封在玻璃管的末端。其 具体步骤包括在竖直方向上固定安装阴极发射体的第二玻璃芯柱，将设置 碳纳米管透明导电膜和荧光层的玻璃管安装在第二玻璃芯柱上，将第二玻璃 芯柱和玻璃管同时沿玻璃管的轴心旋转，加热第二玻璃芯柱和玻璃管的接口 处从而将玻璃管和第二玻璃芯柱熔封在一起；将第一玻璃芯柱安装在玻璃管 的另一端，将镍管套设在阴极发射体的第一末端，将阳极引线片压设在碳纳 米管透明导电膜的棵露区，沿玻璃管的轴心旋转第一玻璃芯柱和玻璃管并加 热第一玻璃芯柱和玻璃管的接口处从而将玻璃管和第一玻璃芯柱熔封在一 起。步骤(六)，将封装有玻璃芯柱的玻璃管通过排气管连接到超高真空系统进行烘烤排气，排气后密封排气管的排气口从而得到所需的场发射灯管； 其中，排气的温度优选为350。C，排气时间优选为2小时，在排气的过程中 吸气装置内的非蒸散型吸气剂被激活。请参阅图2，图2为由本实施例场发射灯管的制造方法制得的场发射灯 管10的结构示意图。该场发射灯管10包括一个透明玻璃管20、阳极30、 阴极40、两个玻璃芯柱50和吸气剂装置70。其中，玻璃管20具有两个开口端22，玻璃芯柱50分别熔封在玻璃管 20的开口端22从而在玻璃管20内部形成一密封空间。 一个封装件50上设 置一排气管52,该排气管52的一端与玻璃管20的密封空间相连通，另一端 延伸出封装件50之外形成排气孔54。阳极30包括形成在玻璃管20内壁上的碳纳米管透明导电膜32、形成在 碳纳米管透明导电膜32上的焚光层34和提供外接电极366的阳极电极36。 荧光层34覆盖在碳纳米管透明导电膜32上，其靠近阳极电极36的边缘与 碳纳米管透明导电膜32靠近阳极电极36的边缘相隔一定的距离从而形成一 个碳纳米管透明导电膜32的棵露区320，该棵露区320下设置石墨乳38。 阳极电极36包括阳极引线片360、阳极引线柱362和阳极引线364。阴极40包括阴极发射体42和提供外接电极440的阴极电极44。阴极发 射体42的第二末端与阴极电极44固定，第一末端与设置在玻璃芯柱50的 镍管46固定，该阴极发射体42包括导电体420和形成在导电体420表面的 电子发射层422。请配合参阅图3，电子发射层422包含玻璃426、和若干分 散在玻璃内的可发射电子的碳纳米管424和导电金属颗粒428。阴极电极44 为上述的阴极引线柱。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据 本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1. 一种场发射灯管的制造方法，包括提供阴极发射体；提供一透明玻璃管，玻璃管内壁上形成碳纳米管透明导电膜和荧光层；提供第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱，第一玻璃芯柱上设置阳极引线片、与阳极引线片连接的阳极引线柱和用于固定阴极发射体第一末端的镍管，第二玻璃芯柱上设置阴极引线柱；将阴极发射体的第二末端固定在第二玻璃芯柱的阴极引线柱的一端；及将第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱熔封在玻璃管的末端。
2. 如权利要求1所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的将第一玻 璃芯柱和第二玻璃芯柱熔封在玻璃管的末端的步骤包括在竖直方向上固定安 装阴极发射体的第二玻璃芯柱，将设置碳纳米管透明导电膜和焚光层的玻璃管 安装在第二玻璃芯柱上，将第二玻璃芯柱和玻璃管同时沿玻璃管的轴心旋转， 加热第二玻璃芯柱和玻璃管的接口处从而将玻璃管和第二玻璃芯柱熔封在一 起；将第一玻璃芯柱安装在玻璃管的另一端，将镍管套设在阴极发射体的另一 端，将阳极引线片压设在碳纳米管透明导电膜的棵露区，沿玻璃管的轴心旋转 第一玻璃芯柱和玻璃管并加热第一玻璃芯柱和玻璃管的接口处从而将玻璃管和 第一玻璃芯柱熔封在一起。
3. 如权利要求1所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的阴极发射 体的制造方法包括提供一导电体、制备一定量的碳纳米管浆料和导电浆料； 在导电体表面涂敷一层导电浆料，将导电浆料加热形成导电浆料层，然后在导电浆料层上涂敷一层碳纳米管浆料，将碳纳米管浆料加热从而在导电浆料层上形成碳纳米管浆料层；将形成导电浆料层和碳纳米管浆料层的导电体在300 600。C条件下进行烘干和烧结从而在导电体的表面上形成电子发射层，进而得到阴极发射体。
4. 如权利要求3所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的碳纳米管浆料的制备方法包括 制备有机栽体； 将粉末状碳纳米管在二氯乙烷溶液中用破碎机分散后再进行超声分散形成碳纳米管溶液；过滤碳纳米管溶液；将碳纳米管溶液加入有机栽体中同时利用超声充分+歉； 最后，在水浴条件下加热混有碳纳米管溶液的有机载体，二氯乙烷在加热 下完全蒸发。
5. 如权利要求4所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的有机载体 的制备过程为首先在油浴加热及搅拌的条件下将乙基纤维素溶解到松油醇中， 然后加入邻苯二甲酸二丁酯在同样油浴加热的条件下持续搅拌一定时间即可得 到有机载体。
6. 如权利要求5所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的导电浆料 中含有一定量的玻璃微粒和导电金属微粒，其形成是将导电金属微粒和玻璃微 粒放入有机载体中在60~80°C下充分混合3~5小时而形成。
7. 如权利要求1所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的碳纳米管 透明导电膜和所述的荧光层形成在玻璃管内壁上的方法包括制备碳纳米管浆料；将制备的碳纳米管浆料在透明玻璃管的内表面形成一个碳纳米管浆料层并 烘千，形成碳纳米管浆料层的方法为将玻璃管一端封闭并将玻璃管的封闭端 向下竖直放置；将碳纳米管浆料倒入玻璃管内；打开玻璃管的封闭端，碳纳米 管浆料在重力的作用下自然流下，部分碳纳米管浆料通过吸附作用在玻璃管内 壁上形成碳纳米管浆料层；在碳纳米管浆料层上形成一荧光粉层；将形成碳纳米管浆料层和荧光粉层的玻璃管在氮气或惰性气体的保护下加 热至300~500°C并保温一定的时间，再降至室温，从而在玻璃管的表面形成碳 纳米管透明导电膜和荧光粉层。
8. 如权利要求1所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于所述的第二玻璃 芯柱设置排气管和装有吸气剂的吸气剂装置。
9. 如权利要求8所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于进一步包括将封 装有玻璃芯柱的玻璃管通过排气管连接到超高真空系统进行排气，排气后密封排气管的排气口 ，在排气的过程中吸气装置内的非蒸散型吸气剂被激活。
全文摘要
本发明涉及一种场发射灯管的制造方法，包括(一)提供阴极发射体；(二)提供一透明玻璃管，玻璃管内壁上形成碳纳米管透明导电膜和荧光层；(三)提供第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱，第一玻璃芯柱上设置阳极引线片、与阳极引线片连接的阳极引线柱和用于固定阴极发射体第一末端的镍管，第二玻璃芯柱上设置阴极引线柱；(四)将阴极发射体的第二末端固定在第二玻璃芯柱的阴极引线柱的一端；(五)将第一玻璃芯柱和第二玻璃芯柱熔封在玻璃管的末端。
文档编号H01J9/02GK101211732SQ20061015777
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者亮 刘, 峰 朱, 林 肖, 范守善, 洋 魏 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司