WO2010050517A1 - カーボンナノチューブ形成方法 - Google Patents

カーボンナノチューブ形成方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2010050517A1
WO2010050517A1 PCT/JP2009/068516 JP2009068516W WO2010050517A1 WO 2010050517 A1 WO2010050517 A1 WO 2010050517A1 JP 2009068516 W JP2009068516 W JP 2009068516W WO 2010050517 A1 WO2010050517 A1 WO 2010050517A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductive member
carbon nanotube
substrate
catalyst
formation method
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/068516
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
優 野田
考次 古市
Original Assignee
国立大学法人東京大学
大日本スクリーン製造株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人東京大学, 大日本スクリーン製造株式会社 filed Critical 国立大学法人東京大学
Priority to KR1020117009009A priority Critical patent/KR101268625B1/ko
Priority to US13/122,057 priority patent/US8435601B2/en
Publication of WO2010050517A1 publication Critical patent/WO2010050517A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to a carbon nanotube forming method suitable for forming carbon nanotubes on a conductor covering a part of a substrate in a short heating time.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for growing carbon nanotubes by forming a Cr and Co layer on the entire substrate surface and irradiating with microwaves.
  • Non-Patent Document 2 discloses a technique for growing a single-walled carbon nanotube (SWNT) in a short time using an Fe / Al 2 O 3 catalyst.
  • Non-Patent Document 3 discloses a technique of heating at 400 ° C. for 30 minutes in a carbon source gas atmosphere in order to form carbon nanotubes on a substrate.
  • Non-Patent Document 3 carbon nanotubes are grown at a low temperature of 400 ° C. in consideration of the heat resistance of the substrate, but the growth time is as long as 30 minutes, so it is necessary to form carbon nanotubes. There is also a desire to shorten the time.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a carbon nanotube forming method suitable for forming carbon nanotubes on a conductor covering a part of a substrate in a short heating time.
  • the carbon nanotube formation method includes a conductive member placement step, a catalyst placement step, a substrate placement step, and a heating step, and is configured as follows.
  • the conductive member is arranged so as to cover a part of the surface of the substrate.
  • a catalyst is placed on the placed conductive member.
  • the substrate on which the catalyst is arranged is placed in a carbon source gas atmosphere.
  • the conductive member disposed on the substrate placed in the carbon source gas atmosphere is heated for a short time to grow carbon nanotubes from the catalyst.
  • the conductive member in the carbon nanotube formation method of the present invention, is disposed in a linear shape, a comb shape, or a mesh shape to cover 0.1% to 50% of the surface of the substrate. It can be constituted as follows.
  • conductive thin wires having a width of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m are arranged in a linear shape, a comb shape, or a mesh shape with an interval of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m. Can do.
  • the conductive member arranging step Mo is linearly arranged as a conductive member, and in the catalyst arranging step, Al 2 O 3 is used as a catalyst carrier so as to contact the conductive member. It is possible to arrange such that Fe or Co is used as a catalyst so as to be in contact with the catalyst carrier.
  • the heating step can be configured to heat the conductive member for a short time of 10 seconds or less.
  • the conductive member in the heating step, can be heated by energizing the conductive member in a pulse shape.
  • the conductive member in the heating step, can be heated by irradiating the conductive member with electromagnetic waves in a pulsed manner.
  • 1 is a partial cross-sectional view showing a first embodiment of a surface light emitting device using carbon nanotubes. It is a fragmentary sectional view which shows 2nd Embodiment of the surface emitting device using a carbon nanotube.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a liquid crystal display panel using a surface light emitting device using carbon nanotubes.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the liquid crystal display 10 has a structure in which a surface light emitting device 11, a polarizing filter 12, a transparent electrode 13, a liquid crystal 14, a transparent electrode 15, a color filter 16, and a polarizing filter 17 are stacked in this order. .
  • the light emitted from the surface light emitting device 11 is aligned through the polarization filter 12.
  • the liquid crystal 14 functions as a shutter that determines whether light is allowed to pass by a voltage applied between the transparent electrode 13 and the transparent electrode 15.
  • light that has passed through the liquid crystal 14 passes through a color filter 16 that constitutes a pixel corresponding to each of the three primary colors of light, passes through a polarizing filter 17, and is output to the outside.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a first embodiment of a surface light emitting device using carbon nanotubes.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the carbon nanotube 104 extends from the conductive member 102 functioning as the cathode electrode toward the conductive planar body 103 functioning as the anode electrode.
  • the carbon nanotube 104 functions as an emitter.
  • a catalyst carrier 503 and a catalyst 504 are formed on the conductive member 102, and the carbon nanotubes 104 are grown from the surface of the catalyst 504.
  • the catalyst carrier 503 covers the entire substrate 101 and the conductive member 102, and the catalyst 504 covers the entire catalyst carrier 503. However, as will be described later, by changing the manufacturing process, It is also possible to form the catalyst carrier 503 and the catalyst 504 only.
  • the carbon nanotubes 104 are grown from the upper surface of the conductive member 102 in the surface of the catalyst 504.
  • the conductive member 102 is not in the upper surface of the conductive member 102 but in the surface of the catalyst 504. It is also possible to grow the carbon nanotube 104 from a region corresponding to the vicinity of the edge of the.
  • the surface of the carbon nanotube 104 can be overcoated with a thin protective layer.
  • the carbon nanotube 104 may be gradually oxidized and damaged under the influence of an oxidant or the like generated from a small amount of residual water vapor or the like.
  • a thin film having a thickness of about 1 nm to 5 nm is formed of a conductive material that is strong against oxidation and has a low surface tension, such as ZnO.
  • the illustration of the protective layer is omitted for easy understanding. The same applies to the following embodiments and drawings.
  • the light that travels downward in the figure is reflected by the back surface of the conductive planar body 103, so that all the light emitted from the surface light emitting device 11 is in the upper part of the figure. Will proceed to.
  • the phosphor 105 side of the surface light emitting device 11 is in contact with the polarizing filter 12 of the liquid crystal display 10.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a second embodiment of a surface light emitting device using carbon nanotubes.
  • a description will be given with reference to FIG. The configuration in this figure is different from the configuration shown in FIG. 2 in the direction in which light is emitted.
  • carbon nanotubes 104 extend from a conductive member 102 functioning as a cathode electrode toward a conductive planar body 103 functioning as an anode electrode.
  • the carbon nanotube 104 functions as an emitter.
  • the substrate 101 is made of a transparent material such as soda lime glass.
  • a catalyst carrier 503 and a catalyst 504 are formed on the conductive member 102, and the carbon nanotubes 104 are grown from the surface of the catalyst 504.
  • the light that travels downward in the figure is reflected by the surface of the conductive planar body 103, so that the light emitted from the surface light emitting device 11 proceeds upward in the figure, It passes through the gap between the conductive members 102 and the substrate 101.
  • the manufacturing process is changed from that in FIG. 2 so that the catalyst carrier 503 and the catalyst 504 cover only the conductive member 102 (a part may protrude from the substrate 101). , Improve the light transmission.
  • the light transparency can be improved by making the catalyst carrier 503 and the catalyst 504 thin and transparent. it can.
  • the substrate 101 side of the surface light emitting device 11 is in contact with the polarizing filter 12 of the liquid crystal display 10.
  • the conductive members 102 are arranged at a constant interval. Therefore, the interval at which the phosphor 105 emits light and the light output from the surface light emitting device 11 also have this interval as a spatial period.
  • the pixel size of the liquid crystal 14 is set to an integral multiple of the interval between the conductive members 102, the illuminance with which each pixel is illuminated becomes uniform.
  • the phosphors of these three primary colors are arranged at a constant period.
  • the width of each phosphor is 100 ⁇ m, this width matches the period of the pixels of the liquid crystal 14.
  • the interval between the conductive members 102 may be an interval obtained by dividing 100 ⁇ m by an integer, for example, 100 ⁇ m, 50 ⁇ m, 25 ⁇ m, 20 ⁇ m, or the like.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the shape of the conductive member 102 disposed on the substrate 101.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the conductive member 102 disposed on the substrate 101 includes a pad 401 to which a voltage is applied, a basic electrode 402 that transmits the applied voltage, and a number of thin wires 403 that connect the basic electrode 402.
  • the basic electrode 402 and the thin wire 403 form an elongated mesh shape, and a slit 451 is formed by the gap.
  • the width of the main electrode 402 can be appropriately determined according to the arrangement of pixels of the liquid crystal display device.
  • An inexpensive material such as soda lime glass can be used for the substrate 101. Further, as the conductive member 102, it is typical to use Mo.
  • the ratio of the area covered with the conductive member 102 in the substrate 101 is about 0.1% to 50%, typically 10% or less.
  • the length of the thin wire 403, that is, the interval between the basic electrodes 402 is set to about 0.1 mm to 2 mm, and the width of the thin wire 403 is set to about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, typically 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the width of the slit 451 is about 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, typically 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • width, length, interval, and size can be appropriately changed according to the application, such as corresponding to the size of the pixel.
  • both the pad 401 a on the right side of the figure and the pad 401 b on the left side of the figure serve as voltage application positions to the cathode electrode and maintain the same potential. Obviously, both the pad 401 a on the right side of the figure and the pad 401 b on the left side of the figure serve as voltage application positions to the cathode electrode and maintain the same potential. Obviously, both the pad 401 a on the right side of the figure and the pad 401 b on the left side of the figure serve as voltage application positions to the cathode electrode and maintain the same potential. Become.
  • the conductive member 102 is conductive, it is not a perfect conductor, and therefore generates heat when a current is passed through the thin wire 403.
  • this heat generation phenomenon is used to grow the carbon nanotubes 104 of the surface light emitting device 11.
  • a method of applying a voltage between the pad 401a and the pad 401b or irradiating the conductive member 102 with a microwave can be considered.
  • FIG. 5A, 5B, FIG. 5C, FIG. 5D, FIG. 5E, FIG. 5F, FIG. 5G, FIG. 5H, and FIG. 5I show the state of each stage of the process of forming the carbon nanotube 104 on the conductive member 102 of the substrate 101. It is a partial sectional view shown. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings.
  • a substrate 101 is prepared (FIG. 5A), and Mo is sputtered on the surface of the substrate 101 to form a conductive layer 501 (FIG. 5B).
  • the thickness of the conductive layer 501 formed here is the thickness of the conductive member 102 and is typically about 10 nm to 100 nm.
  • a resist 502 is applied to the surface of the conductive layer 501 (FIG. 5C), a mask pattern of the conductive member 102 as shown in FIG. 4 is formed and exposed (FIG. 5D), and the conductive layer 501 is etched. Then (FIG. 5E), the resist 502 is peeled off (FIG. 5F).
  • Al 2 O 3 to be the catalyst carrier 503 is sputtered (FIG. 5G). As shown in the figure, the catalyst carrier 503 covers the entire substrate 101 and the conductive member 102.
  • Fe or Co to be the catalyst 504 is sputtered (FIG. 5H).
  • the catalyst 504 covers the entire catalyst carrier 503.
  • the conductive member 102 when the conductive member 102 is disposed on the surface of the substrate 101, the catalyst carrier 503 is disposed on the surface of the conductive member 102, and the catalyst 504 is disposed on the surface of the catalyst carrier 503, the substrate 101 is placed on the C 2 H
  • the conductive member 102 is placed in a gas atmosphere containing a carbon source such as 2 and the conductive member 102 is heated once in a pulse manner to perform CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the thin carbon nanotube 104 grows from the portion corresponding to the vicinity of the conductive member 102 on the surface of the catalyst 504 (FIG. 5I).
  • the heating method is typically performed by applying a voltage in a pulsed manner between the pad 401a and the pad 401b in the conductive member 102 and causing a current to flow through the thin wire 403.
  • an electromagnetic wave such as a microwave is used. Heating is also possible by irradiating the conductive member 102 in a pulsed manner.
  • the heating temperature, time, and concentration of the carbon source gas can be determined by applying the technique disclosed in Non-Patent Document 2, and the carbon nanotube 104 can be preliminarily set so that the fineness and length of the carbon nanotube 104 are within a desired range. It can be determined by conducting an experiment. Typically, the heating is performed for a short time of about 0.01 seconds to 10 seconds.
  • the conductive member 102, the catalyst carrier 503, and the catalyst 504 are rapidly heated to high temperatures, but the substrate 101 is thick and has low thermal conductivity. When the heating time is short as described above, the substrate 101 is practically not deteriorated by heating.
  • a thin layer having a thickness of about 1 nm to 5 nm of a conductive material that is strong in oxidation such as ZnO and has a small surface tension is formed on the surface of the carbon nanotube 104 and, typically, other It is also possible to adopt a method of forming a protective layer against oxidation / damage by forming it on the exposed surface.
  • the carbon nanotubes 104 formed here are different from the thick ones used in the conventional surface light emitting devices, and typically have a structure in which thin carbon nanotubes of single to three layers are intertwined. . In this case, since the tip of the carbon nanotube 104 is sharp, electric field concentration occurs, and the voltage applied between the anode electrode and the cathode electrode can be low when generating surface emission.
  • the distance between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced (typically, about 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m), and high resolution can be realized.
  • the distance between the anode electrode and the cathode electrode can be set to 1 ⁇ m or less.
  • the pressure is from 1 kPa to atmospheric pressure.
  • the conductive layer 501 is formed, the resist 502 is applied, the etching is performed to form the pattern of the conductive member 102, the resist 502 is peeled off, and then the catalyst carrier 503 and the catalyst 504 are removed. Although this was sputtered, this order can be changed as appropriate.
  • the conductive layer 501 is formed, the same material as the catalyst carrier 503 is sputtered to form a layer, the same material as the catalyst 504 is sputtered to form a layer, and then a resist 502 is applied and etched. It is also possible to adopt a procedure in which the resist 502 is peeled after the patterns of the conductive member 102, the catalyst carrier 503, and the catalyst 504 are formed. In this case, the catalyst carrier 503 and the catalyst 504 are arranged in the same pattern as the conductive member 102, and a part of the substrate 101 is exposed.
  • a resist 502 is applied and etching is performed to form a pattern of the conductive member 102 and the catalyst carrier 503. Then, a procedure of peeling the resist 502 and sputtering the catalyst 504 may be employed.
  • the catalyst carrier 503 is arranged in the same pattern as the conductive member 102, but the catalyst 504 covers the substrate 101.
  • the carbon nanotubes can be used as long as they are in contact with each other. 104 can be grown.
  • FIG. 6 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the state of the carbon nanotube 104 grown on the thin wire 403 of the conductive member 102 by pulse heating CVD for 1 second in the above technique. . Note that the reference numerals are omitted.
  • the thin line 403 has a width of about 3 ⁇ m, and the carbon nanotube 104 grows on the thin line 403 at the right and left ends of the photograph and on the thin line 403 in the center of the photograph.
  • the shape on the thin line 403 is high such as “hill” or “plateau”.
  • the length of the carbon nanotube 104 is about 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m, and can sufficiently function as the emitter of the surface light emitting device 11.
  • the grown carbon nanotubes 104 are extremely thin. That is, it has a structure in which thin carbon nanotubes of single to three layers are intertwined.
  • FIG. 7 is an SEM photograph showing a state of the carbon nanotube 104 grown on the thin wire 403 of the conductive member 102 by pulse heating CVD for 1 second under conditions different from those in FIG. Note that the reference numerals are omitted.
  • the thin line 403 is arranged at the center of the screen, has a width of about 2 ⁇ m, and other specifications are the same as those in FIG.
  • the degree of growth of the carbon nanotubes 104 is significantly different between the portion where the fine line 403 at the right and left ends of the photograph is not arranged and the fine line 403 at the center of the photograph. ”And“ Gorge ”.
  • the growth of the carbon nanotube is about 0.1 ⁇ m, but in the region sandwiching the thin wire 403, the growth of the carbon nanotube is about 0.7 ⁇ m to 0.9 ⁇ m.
  • the temperature at which the thin wire 403 is heated is higher than in the case of FIG. For this reason, it is considered that the temperature of the region not on the fine line 403 in the vicinity of the fine line 403 of the catalyst 504 has become a temperature suitable for the growth of the carbon nanotube 104. In this aspect, since the corners of the aggregate of the carbon nanotubes 104 are sharp, it is considered that the emission characteristics are good.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the growth of the carbon nanotube 104 suitable for a certain application.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the length and density of the carbon nanotubes 104 are exaggerated for easy understanding. However, depending on the application, including the field emission, the density of the carbon nanotubes 104 is somewhat sparse. In some cases, it may be desirable. In the example shown in this figure, the carbon nanotubes 104 are formed sparsely, and electric field concentration can be realized efficiently.
  • the catalyst It is possible to adjust the position where the carbon nanotube 104 grows on the surface 504 (whether it is on the fine line 403 or a region outside the fine line 403).
  • FIG. 9 is an SEM photograph showing the appearance of the grown carbon nanotubes. This corresponds to an example of the carbon nanotube 104 shown in FIG.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the interval between the thin wires 403 (regions with “conductive member” in the drawing) of the conductive member 102, that is, the width of the slit 451 (region without “conductive member” in the drawing) is 20 ⁇ m
  • the carbon nanotube 104 is grown under a predetermined condition.
  • the conductive members 102 are close to each other, and the region of the slit 451 is heated, so that the carbon nanotube 104 grows not in the conductive member 102 but in the vicinity thereof. is doing.
  • the temperature of the conductive member 102 is lower than that in the above case, so that the carbon nanotubes are grown on the conductive member 102.
  • the conductive member 102 was laminated with a Mo thickness of 100 nm
  • the catalyst carrier 503 was laminated with an Al 2 O 3 thickness of 20 nm
  • the catalyst 504 was laminated with a thickness of 1 nm.
  • the width of the thin wire 403 was 2 ⁇ m
  • the length was 2 mm
  • the space (Space) between the thin wires 403 was 20 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, and 200 ⁇ m.
  • a mixed gas of 4 Torr ( ⁇ 533 Pa) for C 2 H 2 , 200 Torr ( ⁇ 26.6 kPa) for H 2, and 556 Torr ( ⁇ 74.1 kPa) for Ar was used.
  • the conductive member 102 was heated by applying a voltage of 100 V for 2 seconds.
  • the thickness of the phosphor 105 is about 10 ⁇ m
  • the distance between the substrate 101 and the phosphor 105 is 150 ⁇ m
  • the reflection type mode shown in FIG. 3 is adopted
  • the surface emitting device 11 is prototyped
  • the atmospheric pressure is 0.7.
  • An AC voltage (Voltage) with a duty ratio of 1 ⁇ 2 and a frequency of 100 Hz was applied between the anode electrode and the cathode electrode under ⁇ 10 ⁇ 5 Pa, and the state of light emission was examined.
  • FIG. 10 is a photograph of the light emission state of the surface light emitting device 11 formed in this way.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the surface light emitting device 11 and the current.
  • the brightness of light emission is highest when the interval (Space) between the thin lines 403 is 20 ⁇ m, and the applied voltage (Voltage) is highest when the voltage is 500V.
  • the voltage (Voltage / V) for obtaining the highest current (Current / ⁇ A) is 500 V in the graph shown in FIG. In this case, the current is about 400 ⁇ A.
  • the temperatures reached as a result are 812K, 825K, 880K and 910K, respectively.
  • the substrate 101 was not cracked, but at 3.0 MW / m 2 , the conductive member 102 was lifted from the substrate 101, and at 3.2 MW / m 2 , Cracking occurred.
  • the carbon nanotubes 104 did not grow at 2.4MW / m 2, 2.6MW / m 2, 3.0MW / m 2, the growth in the 3.2 MW / m 2 was observed.
  • the initial heat quantity should be 2.6 MW / m 2 .
  • APC PD200 high strain point glass
  • the temperatures reached as a result are 900K, 1050K, and 1190K, respectively.
  • the emitters when the state of light emission was examined for each of the four types of growth of the carbon nanotubes 104 shown in FIG. 9, the emitters at intervals of 20 ⁇ m and 50 ⁇ m at which the carbon nanotubes 104 were grown around the conductive member 102. It has been experimentally found that the light emission performance is higher than that of the emitters with intervals of 100 ⁇ m and 200 ⁇ m in which the carbon nanotubes 104 are grown on the conductive member 102.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

　基板の一部を覆う導体上に短い加熱時間でカーボンナノチューブを形成するため、まず、ガラス等の基板（１０１）に、Mo等のメッシュ状の導電性部材（１０２）を配置する。その上に、Al2O3等の触媒担体とFeやCo等の触媒を形成する。その後、炭素源ガス雰囲気に基板（１０１）を置いて、導電性部材（１０２）に電圧を印加、あるいは、マイクロ波を照射して短時間だけ加熱する。すると、触媒担体（５０３）および触媒（５０４）を介して導電性部材（１０２）から細いカーボンナノチューブ（１０４）が成長する。カーボンナノチューブ（１０４）は面発光装置（１１）のエミッタとして機能し、導電性部材（１０２）はカソード電極としても機能する。

Description

カーボンナノチューブ形成方法
　本発明は、基板の一部を覆う導体上に短い加熱時間でカーボンナノチューブを形成するのに好適なカーボンナノチューブ形成方法に関する。
　従来から、カーボンナノチューブを利用した各種の電子機器を製造するため、炭素源ガス雰囲気に基板を置いて基板を加熱することによりカーボンナノチューブを成長させる技術が提案されている。また、カーボンナノチューブを成長させるための触媒についても、研究が進められている。このような技術は、下に掲げる非特許文献１乃至３に開示されている。
　ここで、非特許文献１には、基板表面全体にCrとCoの層を形成してマイクロ波を照射することにより、カーボンナノチューブを成長させる技術が開示されている。
　一方、非特許文献２には、Fe/Al2O3触媒を用いて単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ；Single Walled Carbon NanoTube）を短時間で成長させる技術が開示されている。
　さらに、非特許文献３では、基板上にカーボンナノチューブを形成するために、炭素源ガス雰囲気で４００℃で３０分間の加熱を行う技術が開示されている。
Beom-Jin Yoon et al, Fabrication of Flexible Carbon Nanotube Field Emitter Arrays by Direct Microwave Irradiation on Organic Polymer Substrate, JACS communications, vol.127, pp.8234-8235, Journal of American Chemical Society, ２００５年５月２０日にウェブ公表 Suguru NODA，Kei HASEGAWA，Hisashi SUGIME，Kazunori KAKEHI, Zhengyi ZHANG，Shigeo MARUYAMA and Yukio YAMAGUCHI, Millimeter-Thick Single-Walled Carbon Nanotube Forests: Hidden Role of Catalyst Support, Japanese Journal of Applied Physics, vol.46，No.17，pp.L399-L401, ２００７年４月２０日にオンライン公表 Y.Shiratori，H.Hiraoka and Y.Takeuchi, One-step formation of aligned carbon nanotube field emitters at 400℃, Applied Physics Letters, vol.82，No.15, ２００３年４月１４日
　たとえば、フィールドエミッション装置にカーボンナノチューブを利用する場合、カーボンナノチューブに電圧を印加して電子を放出させるため、導電性材料上にカーボンナノチューブを成長させる必要がある。
　一方で、カーボンナノチューブを成長させるためには加熱を行う必要があるが、ディスプレイ用の基板や安価なソーダライムガラス基板は歪点が５５０℃～６００℃程度と低いため、これらに悪影響を及ぼさない技術が求められている。
　非特許文献３に開示される技術では、基板の耐熱性を考慮して、４００℃の低温でカーボンナノチューブを成長させるが、成長に要する時間が３０分と極めて長いため、カーボンナノチューブの形成に要する時間を短くしたい、という要望もある。
　本発明は、上記のような課題を解決するもので、基板の一部を覆う導体上に短い加熱時間でカーボンナノチューブを形成するのに好適なカーボンナノチューブ形成方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の観点に係るカーボンナノチューブ形成方法は、導電性部材配置工程、触媒配置工程、基板設置工程、加熱工程を備え、以下のように構成する。
　すなわち、導電性部材配置工程では、基板の表面の一部を覆うように導電性部材を配置する。
　一方、触媒配置工程では、配置された導電性部材上に触媒を配置する。
　さらに、基板設置工程では、触媒が配置された基板を炭素源ガス雰囲気に置く。
　そして、加熱工程では、炭素源ガス雰囲気に置かれた基板に配置された導電性部材を短時間加熱し、触媒からカーボンナノチューブを成長させる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、導電性部材配置工程では、導電性部材を線状、櫛形、あるいは、メッシュ状に配置することにより、基板の表面の０.１パーセント乃至５０パーセントを覆うように構成することができる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、導電性部材配置工程では、幅１μｍ乃至５０μｍの導電性細線を、間隔１０μｍ乃至５００μｍで線状、櫛形、あるいは、メッシュ状に配置するように構成することができる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、導電性部材配置工程では、Moを導電性部材として線状に配置し、触媒配置工程では、Al2O3を触媒担体として導電性部材に接するように配置し、FeもしくはCoを触媒として、触媒担体に接するように配置するように構成することができる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、加熱工程では、導電性部材を１０秒以下の短時間加熱するように構成することができる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、加熱工程では、導電性部材をパルス状に通電することにより導電性部材を加熱するように構成することができる。
　また、本発明のカーボンナノチューブ形成方法において、加熱工程では、導電性部材にパルス状に電磁波を照射することにより導電性部材を加熱するように構成することができる。
　本発明によれば、基板の一部を覆う導体上に短い加熱時間でカーボンナノチューブを形成するのに好適なカーボンナノチューブ形成方法を提供することができる。
カーボンナノチューブを利用した面発光装置を利用した液晶ディスプレイパネルの部分断面図である。 カーボンナノチューブを利用した面発光装置の第１の実施形態を示す部分断面図である。 カーボンナノチューブを利用した面発光装置の第２の実施形態を示す部分断面図である。 基板に配置される導電性部材の形状の一例を示す説明図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 基板の導電性部材上にカーボンナノチューブを形成する工程のある段階の様子を示す一部断面図である。 パルス加熱ＣＶＤにより、導電性部材の細線上に成長させたカーボンナノチューブの様子を示すＳＥＭ写真である。 パルス加熱ＣＶＤにより、導電性部材の細線上に成長させたカーボンナノチューブの様子を示すＳＥＭ写真である。 ある用途に適したカーボンナノチューブの成長の様子を示す説明図である。 成長したカーボンナノチューブの様子を示すＳＥＭ写真である。 試作された面発光装置の発光の様子を撮影した写真である。 面発光装置への印加電圧と電流との関係を表すグラフである。
　以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
　図１は、カーボンナノチューブを利用した面発光装置を利用した液晶ディスプレイパネルの部分断面図である。以下、本図を参照して説明する。
　本図に示すように、液晶ディスプレイ１０は、面発光装置１１、偏光フィルタ１２、透明電極１３、液晶１４、透明電極１５、カラーフィルタ１６、偏光フィルタ１７を、この順に重ねた構造となっている。
　面発光装置１１から発せられた光は、偏光フィルタ１２を介して偏光が揃えられる。液晶１４は、透明電極１３および透明電極１５の間に印加される電圧によって光を通過させるか否かを決定するシャッターとして機能する。カラー液晶の場合には、液晶１４を通過した光は、光の三原色のそれぞれに相当する画素を構成するカラーフィルタ１６を通過し、偏光フィルタ１７を通過して、外部に出力される。
　図２は、カーボンナノチューブを利用した面発光装置の第１の実施形態を示す部分断面図である。以下、本図を参照して説明する。
　本図に示すように、面発光装置１１の基板１０１上には、カソード電極として機能する導電性部材１０２から、アノード電極として機能する導電性面状体１０３に向かって、カーボンナノチューブ１０４が伸びており、このカーボンナノチューブ１０４がエミッタとして機能する。
　導電性部材１０２の上には、触媒担体５０３および触媒５０４が形成され、カーボンナノチューブ１０４は、触媒５０４の表面から成長している。
　なお、触媒担体５０３は基板１０１および導電性部材１０２の全体を覆い、触媒５０４は触媒担体５０３全体を覆っているが、後述するように、製造工程を変更することで、導電性部材１０２の上のみに触媒担体５０３や触媒５０４が形成されるようにすることも可能である。
　また、本図では、理解を容易にするために、導電性部材１０２、触媒担体５０３、触媒５０４の厚さや、カーボンナノチューブ１０４の配置密度、長さ等を誇張して描いている。これらは、以降の実施形態や図でも同様である。
　また、本図においては、触媒５０４表面のうち、導電性部材１０２の上面からカーボンナノチューブ１０４が成長しているが、導電性部材１０２の上面そのものではなく、触媒５０４表面のうち、導電性部材１０２の縁の近傍に相当する領域からカーボンナノチューブ１０４を成長させることも可能である。
　なお、カーボンナノチューブ１０４の表面は、薄い保護層でオーバーコートすることも可能である。カーボンナノチューブ１０４は、残留する微量の水蒸気等から生じる酸化剤等の影響で、徐々に酸化し、損傷してしまうことがある。これを防止するために、酸化に強く表面張力の小さい導電性物質、たとえば、ZnO等で、１ｎｍ～５ｎｍ程度の薄い被膜を形成する。なお、本図においては、理解を容易にするため、この保護層については、図示を省略している。これは、以降の実施形態や図でも同様である。
　電源１１１により導電性部材１０２と導電性面状体１０３との間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０４の先端から電子が射出され導電性面状体１０３に至り、導電性面状体１０３を貫通して、導電性面状体１０３の裏面（カーボンナノチューブ１０４に対向する面の反対側の面）に配置された蛍光体１０５を励起して、蛍光体１０５を発光させる。
　蛍光体１０５から発せられた光のうち、本図下方に進もうとする光は導電性面状体１０３の裏面により反射されるので、面発光装置１１から発せられる光は、すべて、本図上方に進むこととなる。
　本実施形態では、面発光装置１１の蛍光体１０５側が、液晶ディスプレイ１０の偏光フィルタ１２に接することとなる。
　図３は、カーボンナノチューブを利用した面発光装置の第２の実施形態を示す部分断面図である。以下、本図を参照して説明する。本図における構成は、図２に示す構成と、光が発せられる方向が異なる。
　本図に示すように、面発光装置１１の基板１０１には、カソード電極として機能する導電性部材１０２から、アノード電極として機能する導電性面状体１０３に向かって、カーボンナノチューブ１０４が伸びており、このカーボンナノチューブ１０４がエミッタとして機能する。基板１０１は、ソーダライムガラスなどの透明な素材で構成される。
　導電性部材１０２の上には、触媒担体５０３および触媒５０４が形成され、カーボンナノチューブ１０４は、触媒５０４の表面から成長している。
　電源１１１により導電性部材１０２と導電性面状体１０３との間に電圧を印加すると、カーボンナノチューブ１０４の先端から電子が射出され導電性面状体１０３に向かうが、その途中で、導電性面状体１０３の表面（カーボンナノチューブ１０４に対向する面）に配置された蛍光体１０５に衝突するので、蛍光体１０５が発光する。
　蛍光体１０５から発せられた光のうち、本図下方に進もうとする光は導電性面状体１０３の表面により反射されるので、面発光装置１１から発せられる光は本図上方に進み、導電性部材１０２の隙間および基板１０１を通過する。
　なお、本図においては、図２とは製造工程を変更することで、触媒担体５０３と触媒５０４が、導電性部材１０２のみを覆う（一部が基板１０１にはみ出ても良い。）ようにして、光の透過性を向上させている。
　ただし、図２のように、触媒担体５０３と触媒５０４が基板１０１の全面を覆う場合であっても、触媒担体５０３と触媒５０４を薄く透明にすることで、光の透過性を向上させることができる。
　したがって、本実施形態では、面発光装置１１の基板１０１側が、液晶ディスプレイ１０の偏光フィルタ１２に接することとなる。
　上記の面発光装置１１においては、いずれも、導電性部材１０２は一定の間隔をもって配置されている。したがって、蛍光体１０５が発光する間隔や、面発光装置１１から出力される光も、この間隔を空間的な周期として持つ。
　したがって、液晶１４の画素の大きさを導電性部材１０２の間隔の整数倍としておくと、各画素が照らされる照度が一様になる。
　また、蛍光体１０５として、赤色蛍光体、青色蛍光体、緑色蛍光体を利用できる場合には、これら三原色の蛍光体のそれぞれ一定の周期で配置する。たとえば、各蛍光体の幅を１００μｍとすると、この幅は、液晶１４の画素の周期と一致する。そして、導電性部材１０２の間隔は、１００μｍを整数で割った間隔、たとえば、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍ、２０μｍ等とすれば良い。
　図４は、基板１０１に配置される導電性部材１０２の形状の一例を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
　本図に示すように、基板１０１上に配置される導電性部材１０２は、電圧が印加されるパッド４０１、印加された電圧を伝達する基幹電極４０２、基幹電極４０２の間を繋ぐ多数の細線４０３からなっており、基幹電極４０２と細線４０３とが、細長い形状のメッシュ状をなしており、その隙間によって、スリット４５１が形成されることになる。
　基幹電極４０２の幅は、液晶ディスプレイ装置の画素の配置等に応じて、適宜定めることが可能である。
　基板１０１には、ソーダライムガラスなどの安価な素材を利用することができる。また、導電性部材１０２としては、Ｍｏを利用するのが典型的である。
　図３と図４を組み合わせた態様では、スリット４５１を介して光が通過することとなる。
　一方、本図においては、理解を容易にするため、細線４０３および基幹電極４０２の幅を誇張して太く描いている。
　実際には、基板１０１のうち、導電性部材１０２で覆われる面積の割合は、０.１パーセント～５０パーセント程度、典型的には１０パーセント以下とすることが望ましい。
　細線４０３の長さ、すなわち、基幹電極４０２同士の間隔は、０.１ｍｍ～２ｍｍ程度とし、細線４０３の幅は、１μｍ～５０μｍ程度、典型的には１μｍ～１０μｍとし、細線４０３の間隔、すなわち、スリット４５１の幅は、１０μｍ～５００μｍ程度、典型的には１０μｍ～１００μｍとする。
　これらの幅や長さ、間隔、大きさは、画素の大きさに対応させる等、用途に応じて適宜変更が可能である。
　当該基板１０１を面発光装置１１に利用する際には、本図右側のパッド４０１ａと本図左側のパッド４０１ｂと、は、いずれも、カソード電極への電圧印加位置となり、同じ電位を保つこととなる。
　しかしながら、導電性部材１０２は、導電性を有するとはいえ、完全導体ではないから、細線４０３に電流を流せば発熱する。
　そこで、面発光装置１１のカーボンナノチューブ１０４を成長させるために、この発熱現象を利用する。
　電流を流すには、パッド４０１ａとパッド４０１ｂとの間に電圧を印加したり、導電性部材１０２にマイクロ波を照射する、等の手法が考えられる。
　以下では、基板１０１の導電性部材１０２上にカーボンナノチューブ１０４を形成する典型的な技術の一つについて、さらに詳細に説明する。
　図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈ、図５Ｉは、基板１０１の導電性部材１０２上にカーボンナノチューブ１０４を形成する工程の各段階の様子を示す一部断面図である。以下、これらの図を参照して説明する。
　基板１０１を用意し（図５Ａ）、基板１０１の表面にＭｏをスパッタして、導電性層５０１を形成する（図５Ｂ）。ここで形成される導電性層５０１の厚さは、導電性部材１０２の厚さとなり、典型的には１０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。
　ついで、レジスト５０２を導電性層５０１の表面に塗布して（図５Ｃ）、図４に示すような導電性部材１０２のマスクパターンを形成して露光し（図５Ｄ）、導電性層５０１をエッチングして（図５Ｅ）、レジスト５０２を剥離する（図５Ｆ）。
　さらに、触媒担体５０３となるAl2O3をスパッタする（図５Ｇ）。本図に示すように、触媒担体５０３は、基板１０１および導電性部材１０２の全体を覆うことになる。
　ついで、触媒５０４となるFeもしくはCoをスパッタする（図５Ｈ）。触媒５０４は、触媒担体５０３の全体を覆うことなる。
　このようにして、基板１０１の表面上に導電性部材１０２が、導電性部材１０２の表面上に触媒担体５０３が、触媒担体５０３の表面上に触媒５０４が配置されたら、基板１０１をC2H2などの炭素源を含むガス雰囲気内に配置して、導電性部材１０２を、パルス的に１回加熱することにより、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）を行う。
　すると、その時間内に細いカーボンナノチューブ１０４が、触媒５０４の表面のうち、導電性部材１０２の近傍に相当する部分から成長する（図５Ｉ）。
　加熱の手法は、導電性部材１０２におけるパッド４０１ａとパッド４０１ｂとの間にパルス状に電圧を印加して、細線４０３に電流を流すことにより行うのが典型的であるが、マイクロ波などの電磁波をパルス状に導電性部材１０２に照射することによっても加熱が可能である。
　加熱の温度、時間や炭素源ガスの濃度は、非特許文献２に開示される技術を応用して定めることができる他、カーボンナノチューブ１０４の細さや長さが所望の範囲となるように、事前実験を行うことによって定めることができる。典型的には、０.０１秒～１０秒程度の短時間加熱とする。
　導電性部材１０２、触媒担体５０３、触媒５０４は、加熱によって急速に高温となるが、基板１０１は肉厚で、熱伝導率も低いため、直ちに高温となることはない。上記のように加熱時間が短い場合には、基板１０１が加熱によって劣化することは、事実上ない。
　なお、カーボンナノチューブ１０４の成長の後、ZnO等の酸化に強く表面張力が小さい導電性物質の１ｎｍ～５ｎｍ程度の厚さの薄い層を、カーボンナノチューブ１０４の表面、および、典型的には、その他の露出面にも形成して、酸化・損傷に対する保護層とする手法を採用することもできる。
　さて、ここで形成されるカーボンナノチューブ１０４は、従来の面発光装置で利用されている太いものとは異なり、単層ないし３層程度の細いカーボンナノチューブが絡み合った構造となるのが典型的である。この場合、カーボンナノチューブ１０４の先端が鋭いことから、電界集中が生じ、面発光を生じさせる際にも、アノード電極とカソード電極との間に印加する電圧が低くてすむ。
　また、カーボンナノチューブが細いことから、カーボンナノチューブ１０４の長さは短くとも、電界集中を効果的に起こすことができる。
　このため、アノード電極とカソード電極の間隔を小さくすることができ（典型的には、０.１μｍ～１００μｍ程度）、高分解能を実現することができる。
　また、蛍光体１０５の膜厚を０.１μｍ以下に薄くした場合には、アノード電極とカソード電極の間隔は１μｍ以下とすることが可能であり、この場合には、１ｋＰａ～常圧の気圧下で、面発光装置１１を駆動することができるようになる。
　上記手順では、導電性層５０１を形成し、レジスト５０２を塗布し、エッチングを行って導電性部材１０２のパターンを形成してから、レジスト５０２を剥離し、その後に、触媒担体５０３と触媒５０４をスパッタしていたが、この順序は適宜変更が可能である。
　たとえば、導電性層５０１を形成し、触媒担体５０３と同じ素材をスパッタして層を形成し、触媒５０４と同じ素材をスパッタして層を形成した後に、レジスト５０２を塗布し、エッチングを行って、導電性部材１０２、触媒担体５０３、触媒５０４のパターンを形成してから、レジスト５０２を剥離する手順を採用することも可能である。この場合は、触媒担体５０３や触媒５０４は、導電性部材１０２と同じパターンで配置されることになり、基板１０１の一部が露出することとなる。
　この場合、触媒担体５０３や触媒５０４によって基板１０１が覆われる領域が減少することから、基板１０１を通過する光の量が増えることとなる。
　また、導電性層５０１を形成し、触媒担体５０３と同じ素材をスパッタして層を形成した後に、レジスト５０２を塗布し、エッチングを行って、導電性部材１０２、触媒担体５０３のパターンを形成してから、レジスト５０２を剥離し、さらに触媒５０４をスパッタする手順を採用しても良い。この場合は、触媒担体５０３は、導電性部材１０２と同じパターンで配置されることになるが、触媒５０４は基板１０１を覆うこととなる。
　この際に、触媒担体５０３が導電性部材１０２から基板１０１へはみ出たり、触媒５０４が触媒担体５０３から導電性部材１０２や基板１０１にはみでることがあっても、これらが接していれば、カーボンナノチューブ１０４を成長させることが可能である。
　図６は、上記の技術において、１秒間のパルス加熱ＣＶＤにより、導電性部材１０２の細線４０３上に成長させたカーボンナノチューブ１０４の様子を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）写真である。なお、符号は図示を省略している。
　本図に示す例においては、細線４０３は、幅約３μｍであり、写真の右端・左端の細線４０３が配置されていない部分と写真中央部の細線４０３上と、では、カーボンナノチューブ１０４が成長している度合が著しく異なり、この断面では、細線４０３上が高い「丘」や「台地」のような形状をなしていることがわかる。
　特に、細線４０３上では、カーボンナノチューブ１０４の長さは０.５μｍ～１.０μｍ程度となっており、面発光装置１１のエミッタとして十分に機能しうる。
　成長したカーボンナノチューブ１０４は極めて細いことも本図から明らかである。すなわち、単層ないし３層程度の細いカーボンナノチューブが絡み合った構造となっている。
　図７は、図６とは異なる条件で、１秒間のパルス加熱ＣＶＤにより、導電性部材１０２の細線４０３上に成長させたカーボンナノチューブ１０４の様子を示すＳＥＭ写真である。なお、符号は図示を省略している。
　本図に示す例においては、細線４０３は、画面中央に配置され、幅は約２μｍであり、その他の諸元は図６と同様である。写真の右端・左端の細線４０３が配置されていない部分と、写真中央の細線４０３上と、では、カーボンナノチューブ１０４が成長している度合が著しく異なり、この断面では、細線４０３上が低い「谷」や「渓谷」のような形状をなしていることがわかる。
　すなわち、細線４０３上では、カーボンナノチューブの成長は０.１μｍ程度であるが、細線４０３を挟む領域では、カーボンナノチューブの成長は０.７μｍ～０.９μｍ程度である。
　本図の成長条件では、図６の場合よりも、細線４０３が加熱される温度が高くなっている。このため、触媒５０４の細線４０３の近傍のうち、細線４０３上ではない領域の温度がカーボンナノチューブ１０４の成長に適した温度となったものと考えられる。この態様では、カーボンナノチューブ１０４の集合体の角が尖っているため、エミッション特性は良好と考えられる。
　図８は、ある用途に適したカーボンナノチューブ１０４の成長の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
　図２、図３では、理解を容易にするため、カーボンナノチューブ１０４の長さや密度を誇張して表記していたが、フィールドエミッション等を含め、用途によっては、カーボンナノチューブ１０４の密度が、ある程度疎らであることが望ましい場合もある。本図に示す例では、カーボンナノチューブ１０４は疎らに形成されており、効率良く電界集中を実現することができる。
　このように、パルス加熱で印加する電圧やパルスの時間長、細線４０３の幅、長さ、スリット４５１の幅など、各種の条件を適宜変更することによって、カーボンナノチューブ１０４の密度や長さ、触媒５０４表面においてカーボンナノチューブ１０４が成長する位置（細線４０３の上か、それを外れた領域か、等。）等を調整することが可能である。
　図９は、成長したカーボンナノチューブの様子を示すＳＥＭ写真である。これは、図８に示すカーボンナノチューブ１０４の実例に相当するものである。以下、本図を参照して説明する。
　本図では、導電性部材１０２の細線４０３（本図の「導電性部材有り」の領域）の間隔、すなわち、スリット４５１（本図の「導電性部材無し」の領域）の幅が、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍの場合に、所定の条件でカーボンナノチューブ１０４を成長させた様子を示している。
　間隔が２０μｍおよび５０μｍの場合には、導電性部材１０２同士が互いに近くにあり、スリット４５１の領域を温め合うこととなるため、導電性部材１０２の上ではなく、その周辺でカーボンナノチューブ１０４が成長している。
　一方、間隔が１００μｍおよび２００μｍの場合には、上記の場合よりも導電性部材１０２の温度が低いため、導電性部材１０２の上にカーボンナノチューブが成長している。
　さて、以下では、試作を行った面発光装置１１の諸元と、発光性能ならびに印加電圧と電流の関係について説明する。
　ガラス性の基板１０１上に導電性部材１０２を、Moを100nm厚に積層し、触媒担体５０３を、Al2O3を20nm厚に積層し、触媒５０４を、Feを1nm厚に積層した。
　導電性部材１０２のパターンの形状としては、細線４０３の幅を２μｍ、長さを２ｍｍとし、細線４０３の間隔（Space）を２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍの４通りとした。
　また、炭素源ガスとして、C2H2を４Ｔｏｒｒ（≒５３３Ｐａ）、H2を２００Ｔｏｒｒ（≒２６.６ｋＰａ）、Arを５５６Ｔｏｒｒ（≒７４.１ｋＰａ）の混合ガスを用いた。
　そして、１００Ｖの電圧を２秒間印加して、導電性部材１０２を加熱することとした。
　さらに、蛍光体１０５の膜厚は約１０μｍ、基板１０１と蛍光体１０５との間隔は１５０μｍとして、図３に示す反射型の態様を採用し、面発光装置１１を試作して、気圧０.７×１０-5Paの下でデューティ比１／２、周波数１００Ｈｚの交流電圧（Voltage）をアノード電極とカソード電極の間に印加して、発光の様子を調べた。
　図１０は、このようにして形成された面発光装置１１の発光の様子を撮影した写真である。図１１は、面発光装置１１への印加電圧と電流との関係を表すグラフである。以下、本図を参照して説明する。
　本図に示すように、発光の明度は、細線４０３の間隔（Space）が２０μｍの場合が最も高く、また、印加電圧（Voltage）は、５００Ｖの場合が最も高い。これは、図１１に示されるグラフにおいて、最も高い電流（Current/μA）を得る電圧（Voltage/V）が５００Ｖである場合に呼応する。この場合の電流は、約４００μＡである。
　以下、各種の諸元を採用して試作を試みた結果を示す。
　基板１０１として１.３ｍｍ厚ソーダライムガラスを採用してカーボンナノチューブ１０４の形成を試みた。加熱時間として１秒間を採用し、電圧印加による初期熱量を、2.4MW/m2、2.6MW/m2、3.0MW/m2、3.2MW/m2の４通りを採用した。
　この結果到達した温度は、順にそれぞれ、812K、825K、880K、910Kである。
　2.4MW/m2、2.6MW/m2では、基板１０１に割れは生じなかったが、3.0MW/m2では導電性部材１０２が基板１０１から浮き上がってしまい、3.2MW/m2では基板１０１に割れが生じた。
　また、カーボンナノチューブ１０４は、2.4MW/m2では成長しなかったものの、2.6MW/m2、3.0MW/m2、3.2MW/m2では成長が見られた。
　したがって、この場合、初期熱量は2.6MW/m2とすれば良いことがわかった。
　また、基板１０１として２.８ｍｍ厚高歪点ガラス（ＡＧＣ　ＰＤ２００）を採用してカーボンナノチューブ１０４の形成を試みた。電圧印加による初期熱量および加熱時間として、4.0MW/m2を１秒、4.5MW/m2を１秒、4.0MW/m2を２秒の３通りを採用した。
　この結果到達した温度は、順にそれぞれ、900K、1050K、1190Kである。
　この結果、いずれもカーボンナノチューブ１０４の成長が見られたが、4.0MW/m2で２秒では基板１０１に割れが生じ、4.5MW/m2で１秒では導電性部材１０２が基板１０１から浮き上がってしまった。
　したがって、この場合、4.0MW/m2を１秒とすれば良いことがわかった。
　このほか、図９に示した４通りのカーボンナノチューブ１０４の成長の様子のそれぞれについても発光の様子を調べたところ、導電性部材１０２の周辺にカーボンナノチューブ１０４が成長する２０μｍ間隔および５０μｍ間隔のエミッタの方が、導電性部材１０２の上部にカーボンナノチューブ１０４が成長する１００μｍ間隔および２００μｍ間隔のエミッタよりも、発光性能が高いことが実験で判明した。
　なお、本願においては、日本国特許出願　特願２００８－２７８８６９（２００８年１０月２９日出願）の優先権を主張するものとし、指定国の法令が許す限り、当該基礎出願の内容ならびに本願に掲げる先行技術文献の内容を本願に取り込むものとする。
　本発明によれば、基板の一部を覆う導体上に短い加熱時間でカーボンナノチューブを形成するのに好適なカーボンナノチューブ形成方法を提供することができる。
　　１０　　液晶ディスプレイ
　　１１　　面発光装置
　　１２　　偏光フィルタ
　　１３　　透明電極
　　１４　　液晶
　　１５　　透明電極
　　１６　　カラーフィルタ
　　１７　　偏光フィルタ
　　１０１　基板
　　１０２　導電性部材
　　１０３　導電性面状体
　　１０４　カーボンナノチューブ
　　１０５　蛍光体
　　４０１　パッド
　　４０２　基幹電極
　　４０３　細線
　　４５１　スリット
　　５０１　導電性層
　　５０２　レジスト
　　５０３　触媒担体
　　５０４　触媒

Claims (7)

  1. 　基板（１０１）の表面の一部を覆うように導電性部材（１０２）を配置する導電性部材配置工程、
    　前記配置された導電性部材（１０２）上に触媒（５０４）を配置する触媒配置工程、
    　前記触媒（５０４）が配置された基板（１０１）を炭素源ガス雰囲気に置く基板設置工程、
    　前記炭素源ガス雰囲気に置かれた基板（１０１）に配置された導電性部材（１０２）を短時間加熱し、前記触媒（５０４）からカーボンナノチューブ（１０４）を成長させる加熱工程
    　を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  2. 　請求項１に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記導電性部材配置工程では、前記導電性部材（１０２）を線状、櫛形、あるいは、メッシュ状に配置することにより、前記基板（１０１）の表面の０.１パーセント乃至５０パーセントを覆う
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  3. 　請求項２に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記導電性部材配置工程では、幅１μｍ乃至５０μｍの導電性細線（４０３）を、間隔１０μｍ乃至５００μｍで線状、櫛形、あるいは、メッシュ状に配置する
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  4. 　請求項３に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記導電性部材配置工程では、Moを前記導電性部材（１０２）として線状に配置し、
    　前記触媒配置工程では、Al2O3を触媒担体（５０３）として前記導電性部材（１０２）に接するように配置し、FeもしくはCoを前記触媒（５０４）として、前記触媒担体（５０３）に接するように配置する
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  5. 　請求項１に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記加熱工程では、前記導電性部材（１０２）を１０秒以下の短時間加熱する
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  6. 　請求項５に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記加熱工程では、前記導電性部材（１０２）をパルス状に通電することにより前記導電性部材（１０２）を加熱する
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
  7. 　請求項５に記載のカーボンナノチューブ形成方法であって、
    　前記加熱工程では、前記導電性部材（１０２）にパルス状に電磁波を照射することにより前記導電性部材（１０２）を加熱する
    　ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
PCT/JP2009/068516 2008-10-29 2009-10-28 カーボンナノチューブ形成方法 WO2010050517A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020117009009A KR101268625B1 (ko) 2008-10-29 2009-10-28 카본 나노 튜브 형성 방법
US13/122,057 US8435601B2 (en) 2008-10-29 2009-10-28 Method for forming carbon nanotube

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008278869A JP5246765B2 (ja) 2008-10-29 2008-10-29 カーボンナノチューブ形成方法
JP2008-278869 2008-10-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010050517A1 true WO2010050517A1 (ja) 2010-05-06

Family

ID=42128876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/068516 WO2010050517A1 (ja) 2008-10-29 2009-10-28 カーボンナノチューブ形成方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8435601B2 (ja)
JP (1) JP5246765B2 (ja)
KR (1) KR101268625B1 (ja)
WO (1) WO2010050517A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140037493A1 (en) * 2011-11-23 2014-02-06 Hyundai Motor Company Casting aluminum alloy with dispersed cnt and method for producing the same
CN109665512A (zh) * 2019-01-21 2019-04-23 中国科学院成都有机化学有限公司 一种多壁碳纳米管的制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101877463B1 (ko) * 2011-07-18 2018-07-13 엘지이노텍 주식회사 표시장치
US9793089B2 (en) 2013-09-16 2017-10-17 Kla-Tencor Corporation Electron emitter device with integrated multi-pole electrode structure
US20150076697A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Kla-Tencor Corporation Dummy barrier layer features for patterning of sparsely distributed metal features on the barrier with cmp
US11369929B2 (en) * 2017-06-22 2022-06-28 University Of Maryland, College Park Nanoparticles and systems and methods for synthesizing nanoparticles through thermal shock
US11193191B2 (en) 2017-11-28 2021-12-07 University Of Maryland, College Park Thermal shock synthesis of multielement nanoparticles

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT407754B (de) * 1999-09-29 2001-06-25 Electrovac Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer nanotube-schicht auf einem substrat
JP2002255528A (ja) * 2000-09-18 2002-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 微粒子分散液およびその製造方法
US6755956B2 (en) * 2000-10-24 2004-06-29 Ut-Battelle, Llc Catalyst-induced growth of carbon nanotubes on tips of cantilevers and nanowires
JP3673481B2 (ja) 2001-03-08 2005-07-20 喜萬 中山 電界電子エミッター及びディスプレー装置
US6761871B2 (en) * 2001-05-22 2004-07-13 Reginald Bernard Little Magnetic production of carbon nanotubes and filaments
US20050063891A1 (en) * 2003-09-02 2005-03-24 Cambridge University Technical Services Limited Method of producing carbon nanoparticles
JP2005126257A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Plasma Ion Assist Co Ltd カーボンナノチューブの製造方法
ITMI20040008A1 (it) * 2004-01-08 2004-04-08 Valentin Dediu Processo per la produzione di nanotubi di carbonio a singola parete
US20050207964A1 (en) * 2004-03-22 2005-09-22 Dojin Kim Method for synthesizing carbon nanotubes
US8207658B2 (en) * 2006-08-25 2012-06-26 Rensselaer Polytechnic Institute Carbon nanotube growth on metallic substrate using vapor phase catalyst delivery
JP5188053B2 (ja) * 2006-10-26 2013-04-24 株式会社アルバック ナノ粒子作製方法
CN101559939B (zh) * 2008-04-18 2011-05-04 清华大学 碳纳米管制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HIROSHI SUGIME ET AL.: "ACCVD-ho ni yoru Tanso Carbon Nanotube Gosei ni Okeru Shokubai Joken to Hanno Joken no Matching", EXTENDED ABSTRACTS; THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, vol. 68TH, no. 1, 4 September 2007 (2007-09-04), pages 520 *
KAORU HASEGAWA ET AL.: "Fe/A1203 Shokubai deno C2H4 kara no Carbon Nanotube Kosoku Seicho no Joken to Mechanism", ABSTRACTS OF ANNUAL MEETING OF THE SOCIETY OF CHEMICAL ENGINEERS, vol. 72, JAPAN, pages 2 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140037493A1 (en) * 2011-11-23 2014-02-06 Hyundai Motor Company Casting aluminum alloy with dispersed cnt and method for producing the same
CN109665512A (zh) * 2019-01-21 2019-04-23 中国科学院成都有机化学有限公司 一种多壁碳纳米管的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110189394A1 (en) 2011-08-04
KR101268625B1 (ko) 2013-05-29
JP2010105845A (ja) 2010-05-13
JP5246765B2 (ja) 2013-07-24
KR20110057256A (ko) 2011-05-31
US8435601B2 (en) 2013-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5246765B2 (ja) カーボンナノチューブ形成方法
US7528538B2 (en) Fiber containing carbon, substrate and electron emission device using fiber containing carbon, electron source using the electron emission device, display panel using the electron source, and information displaying/playing apparatus using the display panel, and a method of manufacturing thereof
JP6016339B2 (ja) カーボンナノチューブの加工方法及び加工装置
KR100851950B1 (ko) 선택적 위치 제어를 이용한 전자방출 소자 형성방법
US7745984B2 (en) Composition for preparing electron emission source, method for preparing electron emission source using the composition, and electron emission source
KR100702037B1 (ko) 전자방출소자 및 그 제조방법
US7811641B2 (en) Method of forming carbon nanotubes, field emission display device having carbon nanotubes formed through the method, and method of manufacturing field emission display device
KR100819446B1 (ko) 전자방출 소자의 선택적 위치 제어를 이용한 전자방출디스플레이 및 그 제조방법
JP2010108723A (ja) 面発光装置
JP2008166154A (ja) 電子エミッタの製造方法
US20090015130A1 (en) Light emission device and display device using the light emission device as a light source
JP4875432B2 (ja) 冷陰極素子の製造方法及びこれを用いた冷陰極素子
KR100926219B1 (ko) 전자방출 특성이 향상된 필드 에미터의 제조방법
KR101133815B1 (ko) 질화 붕소 박막 이미터와 그 제조방법, 및 그 질화 붕소박막 이미터를 사용하는 전자방출 방법
JP2008108631A (ja) 電界放出型カソード基板、電界放出型光源および電界放出型表示素子
JP4048323B2 (ja) 薄型フレキシブル電子放出部材
KR100357348B1 (ko) 전계방출표시소자 및 그 제조방법
KR102189353B1 (ko) 자외광 고투과성 단결정 양극기판 기반 면발광 소자 및 그의 제작방법
TWI460759B (zh) Method for manufacturing electron source of nanometer carbon tube
Furuichi et al. 12.3: 1‐Second Implementation of CNT‐Emitter Arrays on Glasses for BLUs
JP2010262857A (ja) 電子放出素子の製造方法、平面発光素子の形成方法および照明装置
JP2012195112A (ja) 電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイス
JP2008153021A (ja) 電子放出素子の製造方法及び表示装置
JP2011108530A (ja) 電界放出素子製造方法、電界放出素子、電界放出発光素子、および、電子機器
KR20090059992A (ko) 전계방출 소자의 산화아연 나노선 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09823627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13122057

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117009009

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09823627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1