JP5246765B2 - カーボンナノチューブ形成方法 - Google Patents

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Description

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。
Boem-Jin Yoon and 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 and Kazunori KAKEHI, Millimeter-Thick Single-Walled Carbon Nanotube Forests: Hidden Role of Catalyst Support, Japanese Journal of Applied Physics, vol.16，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。
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程度の薄い皮膜を形成する。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、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。
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。
符号の説明
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 (6)

  1. 基板の表面の一部を覆うように導電性部材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上に触媒を配置する触媒配置工程、
    前記触媒が配置された基板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に配置された導電性部材をパルス状に通電することにより前記導電性部材を発熱させて、前記触媒からカーボンナノチューブ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. 基板の表面の一部を覆うように導電性部材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上に触媒を配置する触媒配置工程、
    前記触媒が配置された基板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に配置された導電性部材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を発熱させて、前記触媒からカーボンナノチューブ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。
  3. 請求項１または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、前記導電性部材を線状、櫛形、あるいは、メッシュ状に配置することにより、前記基板の表面の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。
  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、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
    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３または４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を触媒担体として前記導電性部材に接するように配置し、FeもしくはCoを前記触媒として、前記触媒担体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。
  6. 請求項１から５のいずれか１項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、前記導電性部材を１０秒以下の短時間発熱させる
    ことを特徴とするカーボンナノチューブ形成方法。
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