JP4063451B2

JP4063451B2 - カーボンナノチューブのパターン形成方法

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Publication number: JP4063451B2
Application number: JP21033699A
Authority: JP
Inventors: 利行坪井
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001035362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンナノチューブを所定のパターンに形成するためのカーボンナノチューブのパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、表示装置の冷陰極等に使用可能な電子放出材料として、カーボンナノチューブの応用が研究されている。
表示装置の電子放出源としてカーボンナノチューブ使用する一方法として、基板上にカーボンナノチューブを所定のパターンに形成して使用することが考えられている。
従来、カーボンナノチューブを基板上に所定パターンで形成するパターン形成方法として、次のような方法がある。
即ち、先ず、所定パターンの開口を有するマスクを基板上に重ね、これを容器の内底にセットする。
【０００３】
そこへ、アセトン等の溶媒と粗カーボンナノチューブをビーカに入れて超音波をかけた後に静止して得られた懸濁液の上部を、前記基板及びマスクが配設された容器内に注ぎ込んで自然蒸発させる。
これにより、前記基板の露出部及び前記マスクの表面にカーボンナノチューブが、均一に密着、堆積する。その後、前記マスクを除去することにより、前記基板の露出部にのみ被着されたカーボンナノチューブが得られる。これによって、マスクパターンに対応する所定パターンで、前記基板上にカーボンナノチューブを形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高精細な画像表示装置等のように、直径が数μｍ〜数十μｍ程度の微細な多数の電子源が必要とされる装置においては、前記従来のカーボンナノチューブのパターン形成方法を用いて電子源を形成しようとすると、カーボンナノチューブの微細なパターンを多数形成するために、多数の微細な開口を有するマスクを形成すると共に前記基板との間に隙間を生じることの無いように前記マスクを前記基板に密着させなければならず、カーボンナノチューブの微細なパターンを形成することは困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、カーボンナノチューブの微細なパターンを形成可能にすることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を有しカーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料とを備えた基板を形成する工程と、前記金属及び前記露出部にカーボンナノチューブを被着する工程と、前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去する工程とを備えて成ることを特徴とするカーボンナノチューブのパターン形成方法が提供される。
【０００７】
ここで、前記露出部からカーボンナノチューブを除去する工程は、前記金属及び前記露出部に被着したカーボンナノチューブに粘着テープを貼付した後これを剥離させることにより前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去する工程、液体によって洗浄することにより前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去する工程、又は、エアブローによって前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去する工程であることが好ましい。
電子放出源として利用する場合には、前記基板はガラス基板であり、前記金属はカソード導体であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明によれば、所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を有しカーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料とを備えた基板と、前記金属上に被着されたカーボンナノチューブを備え、前記カーボンナノチューブは、請求項１乃至３のいずれか一に記載の方法によって形成されていることを特徴とするカーボンナノチューブのパターン形成材料が提供される。
【０００９】
さらに、本発明によれば、カソード導体とゲート電極間にエミッタを配設し、前記カソード導体とゲート電極間に電圧を印加することにより前記エミッタから電子を放出する電子放出源において、請求項４に記載のカーボンナノチューブのパターン形成材料を用いて形成されることを特徴とする電子放出源が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、電子放出源及び蛍光体が被着されたアノード電極を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を前記蛍光体に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用したことを特徴とする蛍光発光型表示器が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法を説明するための図である。
【００１２】
先ず、図１の側断面図に示すように、硼珪酸ガラスによって形成された絶縁基板１０１上に、真空蒸着によって所定パターンにアルミニウムを蒸着し、カソード導体１０２を被着形成する。
一方、粗カーボンナノチューブ（金属触媒等を含む未精製のカーボンナノチューブ）を粉砕器で粉砕し、溶媒（例えばアセトン）と粗カーボンナノチューブをビーカに入れて超音波をかけた後に、１０分間程度静止する。その後、前記分散液から、カーボンナノチューブの純度が高い中上層部の上澄み液（上部液）を取り出す。
【００１３】
次に、カソード導体１０２が被着された絶縁基板１０１を、図２の側面図に示すように、容器２０１の内底にセットし、前記の如くして得られた懸濁液の上部液２０２を、容器２０１内に注ぎ込んで、アセトンが自然蒸発するまで乾燥させる。
これにより、図３の側断面図に示すように、カソード導体１０２上のみならず、基板１０１の露出部分（基板１０１上でカソード導体１０２が被着されていない部分）にカーボンナノチューブ３０１が、均一に堆積し被着する。
【００１４】
この状態で、カーボンナノチューブ３０１の上面（絶縁基板１０１に接する面の裏面側）に粘着テープ４０３を強く押し付けて貼付した後、図４に示すように、粘着テープ４０３を剥離させる。
このとき、カーボンナノチューブ３０１はガラスとの接着力よりも金属との接着力の方が大きいという性質を有しており、又、粘着テープ４０３の接着力は、粘着テープ４０３を剥離した際にカソード導体１０２に被着したカーボンナノチューブ３０１がカソード導体１０２に被着した状態で残ると共に、前記露出部に被着したカーボンナノチューブ３０１が粘着テープ４０３に被着して基板１０１から剥離されるように選定している。
【００１５】
したがって、粘着テープ４０３を剥離することにより、絶縁基板１０１の露出部に被着したカーボンナノチューブ３０１は粘着テープ４０３に被着して絶縁基板１０１から剥離除去され、その一方、カソード導体１０２に被着したカーボンナノチューブは粘着テープ４０３には被着せずにカソード導体１０２に被着した状態で残る。
【００１６】
尚、カーボンナノチューブ３０１とカソード導体１０２間の接着力の方が、カーボンナノチューブ３０１と絶縁基板１０１間の接着力よりも大きいのは、金属はガラスに比べて活性点が多いため、カソード導体１０２の方がカーボンナノチューブ３０１とより強く結合するためと考えられる。
【００１７】
以上により、絶縁基板１０１、カソード導体１０２、カーボンナノチューブを備えたエミッタ４０１が積層形成され、カソード導体１０２と同一パターンのカーボンナノチューブを有するエミッタ基板４０２が形成される。
このとき、エミッタ４０１は、粘着テープ４０３による処理によって、該処理を行う前よりも多数のカーボンナノチューブの鋭利な先端部分が表面に露出するため、低電圧で高効率な電子放出が可能になる。
【００１８】
尚、前記実施の形態においては、絶縁基板１０１及びカソード導体１０２へのカーボンナノチューブ３０１の被着は、分散液中に基板を配設することにより行ったが、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等、他の方法によっても行うことが可能である。
また、前記粘着テープ４０３による貼付、剥離作業は、複数回繰り返し行うようにしてもよく又、局所的に行うようにしてもよい。
さらに、前記カーボンナノチューブの剥離作業は、水等の液体洗浄や、空気流をあてるエアブローによって行うことも可能である。
【００１９】
さらにまた、エミッタ４０１の材料として単層及び多層カーボンナノチューブのいずれであってもよい。
また、従来から使用されている半導体製造技術（例えば、薄膜形成技術、エッチング技術、リソグラフィ技術等）を用いて、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、チタン酸化膜等の絶縁膜を備えた基板に金属を蒸着させ、前記金属をエッチングして所望の微細パターンに形成し、前述の如くしてエミッタを該パターン化された金属層上に被着形成するようにしてもよい。尚、前記金属は、基板に対して同一平面状、凸状あるいは凹状のいずれであってもよい。
【００２０】
また、金属基板上に、該金属よりもカーボンナノチューブとの接着力が劣る材料を所定パターンで被着形成することにより基板を形成し、次に、カーボンナノチューブを前記基板全面に被着した後、前記同様にして、金属が被着されていない部分（基板の露出部分）上に被着したカーボンナノチューブを除去するようにしてもよい。
【００２１】
また、カーボンナノチューブを被着する金属として、アルミニウム、銅、銀、チタン、ニッケル、ステンレス等の各種金属が使用でき又、金属よりもカーボンナノチューブとの接着力が弱い材料として、ガラス、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、チタン酸化膜以外にも、セラミック、プラスチック、合成樹脂、陶器、磁器、木、紙、ビニール、ポリエチレン、テフロン等が使用できる。即ち、所定のパターンに形成された金属と、前記金属に積層され前記金属よりもカーボンナノチューブとの接着力が劣る（活性点が少ない）材料とを備えた基板であれば、種々の材料を選択して使用することが可能である。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態に係る電子放出源の側断面図で、エミッタ基板４０２を用いて製造した電界電子放出源を示している。
図５において、絶縁基板１０１の露出部上（各エミッタ４０１間の凹部）に、接着剤５０３、ガラス製絶縁層（リブ）５０２及びゲート電極５０１を積層被着することにより、リブ状ゲート電極５０４を形成し、これにより電界放出型の電子放出源が完成する。
【００２３】
尚、リブ状ゲート電極５０４の形成方法としては、例えば、転写用基板（図示せず）上に、ゲート電極５０１を形成した後、ゲート電極５０１上に絶縁性リブ５０２を積層形成し、さらに絶縁性リブ５０２上に接着剤５０３を積層被着し、これらを、図５に示す位置に位置合わせを行って転写するようにしてもよい。
【００２４】
このようにして得られた電子放出源においては、カソード導体１０２とゲート電極５０１間に所定の電圧を印加することにより、エミッタ４０１に含まれるカーボンナノチューブに電界の集中が生じる。これにより、カーボンナノチューブのパターンに応じた電子放出が得られる。
【００２５】
尚、前記電子放出源においては、ゲート電極として、リブ状ゲート電極を形成するようにするようにしたが、メッシュ状のゲート電極をエミッタから所定距離離間して対面する位置に形成するようにしてもよい。
また、ゲート電極をカソード導体の上方に配設する立体構造の電子放出源の例で説明したが、カソード導体とゲート電極の双方をエミッタ基板上の同一平面上に配設することにより、平面的な電子放出源を構成することも可能である。
【００２６】
次に、以上のようにして製造した電子放出源を使用して、蛍光発光型表示器を形成する。
図６は、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図であり、前記電子放出源を使用した蛍光発光型表示器の例である。
【００２７】
図６において、蛍光発光型表示器は、硼珪酸ガラスによって形成された背面基板としての絶縁基板１０１、硼珪酸ガラスによって形成された透光性の前面基板としての絶縁基板６０１、及び、絶縁基板１０１、６０１の周囲を封着するシールガラス６０４とを有し、その内部が真空状態に保持された真空気密容器を備えている。
【００２８】
また、前述したように、絶縁基板１０１の内面上には、カソード導体１０２、カソード導体１０２に連続して形成されたエミッタ４０１が積層被着されている。
さらに、絶縁基板１０１の内面上にはエミッタ４０１間の凹部内に、ゲート電極５０１及び絶縁性リブ５０２によって形成されたリブ状ゲート電極５０４が被着されている。
一方、絶縁基板６０１の内面上には、アノード電極６０２及びアノード電極６０２に被着された蛍光体６０３が積層配設されている。
【００２９】
尚、文字やグラフィック等を表示する形式の蛍光発光型表示器の場合には、カソード導体１０２、アノード電極６０２及びゲート電極５０１は、各々、マトリクス状に形成する、あるいは、特定の電極をベタ状に形成して他の電極をマトリクス状に形成する等、適宜目的に応じたパターンに形成する。また、大画面表示装置の画素用発光素子として使用する蛍光発光型表示器の場合にも、前記各電極のパターンを適宜選定して形成する。
【００３０】
上記構成の蛍光発光型表示器において、カソード導体１０２、ゲート電極５０１及びアノード電極６０２に所定電圧の駆動信号を供給することにより蛍光体６０３が発光し、各電極の形成パターンや駆動信号に応じて、文字やグラフィック等の発光表示、あるいは発光素子としての発光表示を行わせることができる。
このとき、エミッタ４０１のパターンを種々に形成することにより、高精細で多様な表示を行うことが可能になる。
【００３１】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法は、所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を有しカーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料とを備えた基板を形成する工程と、前記金属及び前記露出部にカーボンナノチューブを被着する工程と、前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去する工程とを備えている。
【００３２】
したがって、金属（例えばカソード導体１０２）と同一のカーボンナノチューブ３０１のパターンが形成され、よって、絶縁基板１０１、金属、エミッタ４０１を備えた基板（例えばエミッタ基板４０２）において、エミッタ４０１を所定パターンに形成することができる。また、エミッタ４０１は、粘着テープ４０３等による処理によって、該処理を行う前よりも多数のカーボンナノチューブの鋭利な先端部分が表面に露出するため、電子放出源に利用した場合に、低電圧で高効率な電子放出が可能になる。
【００３３】
また、前記基板を真空外囲器を形成するガラス基板１０１で構成すると共に、前記金属をソード導体１０２で構成すれば、電子放出源に直接利用できる。尚、このとき、ガラス基板１０１上にカソード導体１０２及びカソード配線（図示せず）を連続的に形成し、前記カソード配線上に、活性点の少ない絶縁層を被着し、その後、カーボンナノチューブ３０１を前記基板全面に被着した後、前記絶縁層に被着したカーボンナノチューブ３０１を除去するようにすれば、容易に電子放出源を形成することが可能になる。
【００３４】
さらに、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成材料は、所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を有しカーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料とを備えた基板と、前記金属上に被着されたカーボンナノチューブを備え、前記カーボンナノチューブは、前述したパターン形成方法によって形成されている。したがって、微細パターンのカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブのパターン形成材料を提供することが可能になる。
【００３５】
さらにまた、本発明の実施の形態に係る電子放出源は、カソード導体１０２とゲート電極５０１間にエミッタ４０１を配設し、カソード導体１０２とゲート電極５０１間に電圧を印加することによりエミッタ４０１から電子を放出する電子放出源において、エミッタ４０１は、前記カーボンナノチューブのパターン形成材料を用いて形成されている。したがって、微細パターンのエミッタを有する電子放出源を構成することが可能になる。また、低電圧駆動で高効率な電子放出源を構成することが可能になる。
【００３６】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器は、電子放出源及び蛍光体６０２が被着されたアノード電極６０３を真空気密容器内に配設し、前記電子放出源から放出される電子を蛍光体６０２に射突させることにより発光表示を行う蛍光発光型表示器において、電子放出源として、前記電子放出源を使用している。
したがって、高精細で種々のパターンに発光表示が可能になる。また、低電圧駆動で高輝度な表示を行うことが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボンナノチューブの微細なパターンを形成することが可能になる。
これにより、高精度で種々のパターンの電子放出源を提供することが可能になる。
また、高精細で種々のパターンに発光する蛍光発光型表示器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法においてカソード電極を被着する工程を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法においてカーボンナノチューブを被着する工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法においてカーボンナノチューブを被着する工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブのパターン形成方法においてエミッタを形成する工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電子放出源の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る蛍光発光型表示器の一部切欠き側面図である。
【符号の説明】
１０１、６０１・・・真空気密容器を構成する絶縁基板
１０２・・・カソード導体
３０１・・・カーボンナノチューブ
４０１・・・エミッタ
４０３・・・粘着テープ
５０１・・・ゲート電極
５０４・・・リブ状ゲート電極
６０２・・・アノード電極
６０３・・・蛍光体
６０４・・・真空気密容器を構成するシールガラス

Claims

カソード導体を形成する所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を、カーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料からなる基板上に形成する工程と、
前記金属及び前記露出部にカーボンナノチューブを被着する工程と、
前記金属及び前記露出部に被着したカーボンナノチューブに粘着テープを貼付した後これを剥離させることにより前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去して、前記金属に被着したカーボンナノチューブによってエミッタを形成する工程とを備えて成ることを特徴とするカーボンナノチューブのパターン形成方法。
カソード導体を形成する所定の金属パターンと、前記金属パターンから露出した露出部を、カーボンナノチューブとの被着力が前記金属よりも弱い材料の膜を表面に備える基板上に形成する工程と、
前記金属及び前記露出部にカーボンナノチューブを被着する工程と、
前記金属及び前記露出部に被着したカーボンナノチューブに粘着テープを貼付した後これを剥離させることにより前記露出部に被着したカーボンナノチューブを除去して、前記金属に被着したカーボンナノチューブによってエミッタを形成する工程とを備えて成ることを特徴とするカーボンナノチューブのパターン形成方法。
前記基板はガラス基板であり、前記金属はアルミニウム、銅、銀、チタン、ニッケル又はステンレスであることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノチューブのパターン形成方法。