丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法和使用该薄膜的发光管[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101336019A [43]公开日2008年12月31日
[21]申请号200810130179.7[22]申请日2008.07.31
[21]申请号200810130179.7
[71]申请人北方民族大学
地址750021宁夏回族自治区银川市西夏区文昌
北路204号
[72]发明人张秀霞 [74]专利代理机构宁夏专利服务中心代理人赵明辉
[51]Int.CI.H05B 33/10 (2006.01)H05B 33/12 (2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 2 页
[54]发明名称
丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法和使用该薄膜
的发光管
[57]摘要
本发明涉及场致发射显示领域，尤其是丝网印
刷制备纳米ZnO薄膜的方法和使用该薄膜的发光管，
其特点是，包括下列步骤：a.制备ZnO浆料；b.丝
网印刷制备ZnO薄膜；c.印刷后的热烧结处理；d.
热烧结后的退火和机械后处理。

使用该薄膜的发光
管，其特点是，包括两块平行的ITO导电玻璃(1)，
该两片ITO导电玻璃(1)之间密封，在两块ITO导电
玻璃(1)之间还安装有绝缘柱(4)；在一块ITO导电
玻璃(1)内表面有荧光粉膜(3)，而在另一块上有Zn
O 薄膜(5)；两块ITO导电玻璃(1)的ITO层分别通过
电极引出发光管外。

本发明中丝网印刷制备纳米Zn
O 薄膜的方法制作成本低，可以大面积均匀的印刷Z
nO薄膜。

而采用该薄膜的发光管稳定性高、使用寿
命长、发光效率高。

200810130179.7权 利 要 求 书第1/2页 1、一种丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，其特征在于，包括下列步骤：
a、制备ZnO浆料
按重量比1-5∶10将纳米ZnO加入溶剂中，超声分散6-9小时或至纳米ZnO在溶剂中充分分散，过120-150目筛后，按制浆剂与前述混合物的重量比1-5∶10加入制浆剂，然后在393-413K下加热搅拌，然后再次过400-450目筛后，自然冷却至室温待用；
b、丝网印刷制备ZnO薄膜
选择目数为300-400目的金属丝网或涤纶丝网，用上一步骤得到的Z n O浆料通过丝网印刷机进行丝网印刷在I T O导电玻璃上；
c、印刷后的热烧结处理
升温至450K-470K后保持10-15分钟，然后再升温至843K-853K后保持35-40分钟，自然冷却至室温待用；
d、热烧结后的退火和机械后处理
置于退火炉中，在氮气保护下，在温度为800-823K、时间为10-15min 条件下进行退火；
然后采用机械方法对ZnO薄膜表面进行处理即可。

2、如权利要求1所述的丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，其特征在于：
其中步骤a中溶剂是松油醇，制浆剂是甲基纤维素。

3、如权利要求1所述的丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，其特征在于：
其中步骤c在智能烧结炉中进行。

200810130179.7权 利 要 求 书 第2/2页 4、如权利要求1所述的丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，其特征在于：
其中步骤d中采用机械方法对ZnO薄膜表面进行处理是指用200μm 厚的聚四氟乙烯薄膜片机械地划剥ZnO薄膜的表面，然后用微弱粘胶性的蓝膜轻轻地粘贴Z n O薄膜的表面，最后用风力吹掉留下的残渣。

5、一种使用权利要求1制备的ZnO薄膜的发光管，其特征在于： 包括两块平行的ITO导电玻璃(1)，该两片ITO导电玻璃(1)之间周围密封并抽真空，在两块ITO导电玻璃(1)之间还安装有起支撑作用的绝缘柱(4)；
在其中一块ITO导电玻璃(1)内表面的ITO层上覆盖有荧光粉膜(3)，而在另一块ITO导电玻璃(1)内表面的ITO层上覆盖有ZnO薄膜(5)； 两块I T O导电玻璃(1)的I T O层分别通过电极引出发光管外。

6、如权利要求5所述的发光管，其特征在于：
其中绝缘柱(4)是玻璃材质。

200810130179.7说 明 书第1/6页丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法和使用该薄膜的发光管
技术领域
本发明涉及场致发射显示领域(Field Emission Display，FED)，尤其是丝网印刷制备纳米Z n O薄膜的方法和使用该薄膜的发光管。

背景技术
ZnO是一种宽禁带半导体，虽然ZnO的功函数高达5.4eV，但是一维ZnO纳米结构具有巨大的场增强因子，这就使得一维ZnO纳米结构也可以具有优良的场发射特性。

ZnO具有负的电子亲和势，高的机械强度和化学稳定性，ZnO纳米结构作为电子发射体的研究成为目前国际领域的热点。

目前ZnO薄膜的制备方法有很多种，譬如磁控溅射，金属有机物化学气相沉积-MOCVD，分子束外延-MBE，脉冲激光沉积(PLD)和激光分子束外延(L-MBE)，但是这些生长方法都不能大面积均匀的得到ZnO薄膜。

发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够在玻璃上制备大面积均匀的纳米ZnO薄膜的丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，同时具备较低的成本； 本发明的另一目的是提供一种使用上述纳米ZnO薄膜的发光管，该发光管具有较高的发光效率，并且具有很好的稳定性和较长的使用寿命； 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法，其特别之处在于，包括下列步骤：
a、制备ZnO浆料
按重量比1-5∶10将纳米ZnO加入溶剂中，超声分散6-9小时或至纳米ZnO在溶剂中充分分散，过120-150目筛后，按制浆剂与前述混合物的重量比1-5∶10加入制浆剂，然后在393-413K下加热搅拌，然后再次过400-450目筛后，自然冷却至室温待用；
b、丝网印刷制备ZnO薄膜
选择目数为300-400目的金属丝网或涤纶丝网，用上一步骤得到的Z n O浆料通过丝网印刷机进行丝网印刷在I T O导电玻璃上；
c、印刷后的热烧结处理
升温至450K-470K后保持10-15分钟，然后再升温至843K-853K后保持35-40分钟，自然冷却至室温待用；
d、热烧结后的退火和机械后处理
置于退火炉中，在氮气保护下，在温度为800-823K、时间为10-15min 条件下进行退火；
然后采用机械方法对ZnO薄膜表面进行处理即可。

其中步骤a中溶剂是松油醇，制浆剂是甲基纤维素。

其中步骤c在智能烧结炉中进行。

其中步骤d中采用机械方法对ZnO薄膜表面进行处理是指用200μm 厚的聚四氟乙烯薄膜片机械地划剥ZnO薄膜的表面，然后用微弱粘胶性的蓝膜轻轻地粘贴Z n O薄膜的表面，最后用风力吹掉留下的残渣。

一种上述方法制备的ZnO薄膜的发光管，其特别之处在于，包括两块平行的ITO导电玻璃，该两片ITO导电玻璃之间周围密封并抽真空，在两块ITO导电玻璃之间还安装有起支撑作用的绝缘柱；在其中一块ITO导电玻璃内表面的ITO层上印刷有荧光粉膜接电源正极，而在另一块ITO导电玻璃内表面的ITO层上印刷有ZnO薄膜接电源负极；两块ITO导电玻璃
的ITO层分别通过电极引出发光管外。

其中绝缘柱是玻璃材质。

本发明中丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法制作成本低，可以大面积均匀的印刷ZnO薄膜。

利用本发明制备的ZnO薄膜优良的发射特性和发射效率高的特点，提高了使用上述纳米ZnO薄膜的发光管发光效率，用绝缘支撑固定，使阴阳极保持平行且等距，增加了发光管的稳定性和使用寿命。

而发光管的制备方法比较简单，容易实现规模化生产。

附图说明
附图1为本发明中发光管的结构示意图；
附图2为本发明中印刷后的热烧结处理温度曲线。

具体实施方式
丝网印刷制备纳米ZnO薄膜的方法如下：
一、制备ZnO浆料
ZnO浆料配制工艺流程：纳米ZnO的称量→溶剂中长时间超声分散→过筛→加入制浆剂→加热(403K)搅拌→过筛→冷却至室温。

加热过程中超声分散的时间一般为6-9小时，待纳米ZnO在溶剂松油醇中充分分散即可。

纳米ZnO容易团聚，其分散分两步进行，第一步是在未添加制浆剂甲基纤维素前加热状态下长时间超声波分散，使团聚在一起的纳米ZnO得到分拆。

加入溶剂超声分散6-9小时，分散加热过程后，然后用高目数的筛网进行过滤，过滤过程中机械地压碾糊状物。

第二步是添加制浆剂甲基纤维素后，在403K的温度下搅拌，使之充分溶解并使ZnO的分散状态得以在浆料中稳定保持，用高目数的筛网(400目以上)进一步对糊状物进行过滤，借助机械外力以除去其中的大颗粒，
并确保未得到良好分散的ZnO团聚物的尺寸在机械外力作用下处于一个合适的尺度上，使ZnO均匀分布。

冷却至室温时分散稀糊状浆料变成粘稠的。

二、丝网印刷制备ZnO薄膜
丝网印刷ZnO薄膜所用的网有金属丝网和涤纶丝网，可根据实际印刷的需要确定丝网的质地和丝网目数。

合适的丝网目数为300-400目，印刷线条越精细，所需要的目数越高。

印刷设备为自动或手动的丝网印刷机。

需要印刷特定图形时，要先制备印刷用的丝网版。

制版工艺流程为：绘制原稿→制作阳图片→选择网框→绷网→粘网→网版前处理(清洗)→涂感光胶→烘干→晒版→显影→修版→二次曝光→干燥→印刷。

进行印刷时，手动印刷机和自动印刷机的操作方式略有不同，但其原理相同，都是用刮板(自动印刷机中称为印刷器)挤压ZnO浆料，使之通过丝网版漏印到丝网下面的承印物表面(即ITO导电玻璃的ITO层)。

在ITO层上利用上述丝网印刷方法，将上述掺有纳米氧化锌浆料印刷在ITO 层上作为发射阴极。

三、印刷后的热烧结处理
由于未经热烧结处理的印刷纳米ZnO薄膜中制浆材料包围在纳米ZnO周围，所以必须对其进行热烧结处理。

热烧结处理有两个目的：一方面可以使薄膜干燥并牢固地粘结在衬底上，另一方面可以使薄膜中所含制浆材料分解蒸发掉。

如果制浆材料(甲基纤维素)不能充分地将其分解蒸发掉，这些材料在印刷层干燥后会紧密地包裹在纳米ZnO周围，使之无法发射电子，因此必须在后面的热处理过程中加以去除。

使纳米Z n O露出薄膜表面，才有利于电子场发射。

四、热烧结后的退火和机械后处理
将丝网印刷的ZnO薄膜阴极样品放在退火炉中在氮气保护下，在温度
为823K和退火时间为15min进行退火，使薄膜中含有的有机物质和杂质挥发去除掉。

然后采用机械后处理的方法去除ZnO薄膜表面的大颗粒，使纳米ZnO 的尖端均匀分布在表面上，使ZnO薄膜具有均匀稳定的场致发射特性。

采用丝网印刷制备的纳米Z n O薄膜作为阴极的发光管如下： 参见图1，本发明的ZnO薄膜场致发射发光管，包括两块平行的ITO 导电玻璃1，该两片ITO导电玻璃1之间周围密封并抽真空，在两块ITO 导电玻璃1之间还安装有起支撑作用的绝缘柱4；在其中一块ITO导电玻璃1内表面的ITO层上覆盖有荧光粉膜3，而在另一块ITO导电玻璃1内表面的I T O层上覆盖有Z n O薄膜5；两块I T O导电玻璃1的I T O层分别通过电极引出发光管外。

其中绝缘柱4是玻璃材质。

上述发光管的制备方法如下：
(1)阴极制备，用本发明方法在ITO导电玻璃1的ITO层上印刷ZnO 薄膜5；
(2)阳极制备，在另一I T O导电玻璃1的I T O层上根据引线和装配需要光刻后在其上涂敷荧光粉形成荧光粉膜3；
(3)用绝缘柱4将两块I T O导电玻璃1固定并保持其相互平行；
(4)最后烧银浆从两个ITO层分别引出阳极和阴极，再将两块ITO 导电玻璃1之间周围密封并抽真空后封装。

本发明的ZnO薄膜场致发射发光管工作原理是：
将场致发射发光管的阴极接地，阳极加正电压，当电压加到一定的数值时，发射体尖端电场足够强，使发射体尖端表面势垒变低变窄，就有电子隧穿表面势垒发射出来，被电场加速打到荧光粉上激发荧光粉发光。

所以提高场致发射效率的关键是制备曲率半径很小的发射体尖端。

本发明巧
妙地通过退火和机械后处理方法，提高ZnO薄膜表面发射体分布的均匀性，使ZnO发射体的尖端变得更加尖锐，使尽量多的ZnO尖端部露出表面，增加场增强因子，提高了场发射特性，很大程度上提高了发光效率。

另外绝缘柱固定阴阳两极使阴阳极保持平行且等距，从而增加了发光管的稳定性和使用寿命。

实施例1：
一种丝网印刷制备纳米Z n O薄膜的方法，包括下列步骤： a、制备ZnO浆料
按重量比3∶10将纳米ZnO加入松油醇中，超声分散8小时或至纳米ZnO在松油醇中充分分散，过130目筛后，按制浆剂与前述混合物(纳米ZnO和松油醇)的重量比3∶10加入甲基纤维素，然后在400K下加热搅拌，然后再次过420目筛后，自然冷却至室温待用；
b、丝网印刷制备ZnO薄膜
选择目数为350目的金属丝网或涤纶丝网，用上一步骤得到的ZnO浆料通过丝网印刷机进行丝网印刷在ITO导电玻璃上；
c、印刷后的热烧结处理
在智能烧结炉中升温至470K后保持15分钟，然后再升温至843K后保持40分钟，自然冷却至室温待用；
d、热烧结后的退火和机械后处理
置于退火炉中，在氮气保护下，在温度为810K、时间为12min条件下进行退火；
然后采用机械方法对ZnO薄膜表面进行处理，具体是用200μm厚的聚四氟乙烯薄膜片机械地划剥ZnO薄膜的表面，然后用微弱粘胶性的蓝膜轻轻地粘贴Z n O薄膜的表面，最后用风力吹掉留下的残渣。

200810130179.7说 明 书 附 图第1/2页
图1
200810130179.7说 明 书 附 图 第2/2页
图2
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