石墨纳米纤维的制造方法、电子发射源以及显示元件技术

石墨纳米纤维的制作方法，是在形成石墨纳米纤维成长催化剂层的基板上导入原料气、采用ＣＶＤ法制作石墨纳米纤维的方法，其特征在于，形成具有规定膜厚的该催化剂层，然后，在该基板的催化剂层上形成整体膜厚受到控制的石墨纳米纤维层与非纤维层构成的石墨纳米纤维。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及石墨纳米纤维的制造方法、利用所得石墨纳米纤维的电子发射源以及显示元件。尤其是涉及使基板上所形成的催化剂层的膜厚变化而制造可控制整体膜厚的石墨纳米纤维的方法，以及利用所得石墨纳米纤维的电子发射源与场致发射形显示元件。
技术介绍
近年来，期待着石墨纳米纤维可作为电子发射源、储氢、锂(Li)离子电池等的构件。作为现有的石墨纳米纤维的制造方法，例如，有使用一氧化碳或二氧化碳气体与氢气反应的方法(参照特许文献1特开2001-288625号公报，权利要求6，第4页第6栏)根据上述现有技术使用一氧化碳与氢气制造石墨纳米纤维时，获得卷曲的纤维。这种卷曲的形状(弯曲状态)使各个纤维不均匀。另外，卷曲的纤维在电场的影响下靠近电极侧，有可能引起形状变化。由于这种现象，石墨纳米纤维在3极结构FED(场发射显示)的发射器中利用时，担心发射器栅极间发生短路。这种短路在制造FED上对发光点的斑等品质影响很大。因此要求用于发射器、又不发生短路的石墨纳米纤维的制造方法。本专利技术是为了解决上述现有的石墨纳米纤维制造方法的问题而完成的。例如，把提供用于发射器等而不发生短路、可改善制造FED时的发光点的斑的碳纳米纤维的制造方法，以及利用所得碳纳米纤维的电子发射源与显示元件作为课题。
技术实现思路
本专利技术的石墨纳米纤维的制造方法，是在形成石墨纳米纤维成长催化剂层的基板上导入原料气、利用热CVD法等的CVD法制造石墨纳米纤维的方法，其特征在于，形成具有规定膜厚的该催化剂层，然后在该基板的催化剂层上形成由控制整体膜厚的石墨纳米纤维层与不是纤维的非纤维层构成的石墨纳米纤维。基板上的石墨纳米纤维成长催化剂层的催化剂是Fe、Co或含这些金属的至少1种的合金。原料气优选作为碳供给气体的乙炔、一氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。上述混合气中的碳供给气的比例优选是10体积％-80体积％。小于10体积％及超过80体积％时，石墨纳米纤维的成长速度极慢。优选在350℃～650℃的温度下、并优选用1分～60分钟的时间进行前述石墨纳米纤维的制造。该温度低于350℃时，石墨纳米纤维的成长速度极慢，而超过650℃时，考虑工业应用的场合，存在热能成本高的问题。另外，制造时间少于1分钟时，难以控制反应，超过60分钟时，成本高，接触时间(タクトタィム)太长。本专利技术的石墨纳米纤维的制造方法，还可以采用溅射法等的已知方法，例如在玻璃基板及硅片等不能制造石墨纳米纤维的基板上形成上述催化剂层的催化剂金属构成的线，然后，采用热CVD法等的CVD法，只在所形成的金属线上选择性地制造石墨纳米纤维。本专利技术的电子发射源，是设于电极基板表面上、或制成图形的电极基板表面的图形化部分上的碳膜构成的电子发射源，其特征在于，该碳膜是具有采用上述方法所制石墨纳米纤维的膜。本专利技术的场致发射形显示元件，在制成图形的阴极基板表面的图形化部分上，具有设置用上述方法制得的石墨纳米纤维而构成的作为电子发射源的阴极，和与该石墨纳米纤维相对地隔规定的距离而配置的带有荧光体及制成规定形状图形的透明导电膜的阳极，其特征是，选择石墨纳米纤维和透明导电膜施加电压时，石墨纳米纤维发射电子后，只有荧光体的特定部分进行发光。根据本专利技术，调整石墨纳米纤维成长催化剂层的膜厚，可控制整体膜厚或非纤维层厚度，可以制造控制膜厚的石墨纳米纤维。由于可任意地控制石墨纳米纤维的膜厚，因此可按照膜厚制造各种尺寸的电子发射源、显示元件等。即，利用这样使催化剂层厚变化所制的整体膜厚得到控制的石墨纳米纤维，例如可制造高度受到控制的电子发射源、高度控制发射器部分的显示元件等。场致发射形显示元件的场合，由于可适当确保发射器栅极间距离，故有利于发光点的斑改善。以下，参照附图说明本专利技术的实施方案。根据本专利技术，石墨纳米纤维，例如，可通过以下方法制造，在带有电炉的热CVD装置内，载置形成含Fe、Co或含这些金属的至少1种的合金的催化剂层的基板，使装置内保持减压状态后，向装置内导入一氧化碳、二氧化碳之类的含碳气体组成的碳供给气及氢气，优选6500～133000Pa(50～1000乇)的压力，不超过基板耐热温度的程度的成膜温度，优选350℃～650℃，以规定的时间在基板上使含石墨纳米纤维的层成长。压力低于6500Pa时，看不到石墨纳米纤维的成长，超过133000Pa时，装置成本增高。如上所述，使石墨纳米纤维堆积在基板上，形成电子发射源。另外，利用所得石墨纳米纤维作为显示器的场合，必须在不超过玻璃基板等的基板耐热温度的温度下使石墨纳米纤维成长。在基板上成长的石墨纳米纤维如图1与图2所示，由在规定厚度催化剂层上形成的非纤维层与在该非纤维层上形成的石墨纳米纤维层构成。再者，催化剂层的厚度薄时(小于20nm)，不形成非纤维层，只是石墨纳米纤维层。通过使基板上如上述的石墨纳米纤维成膜，可以使碳系电子发射源发射出的电场电子发射特性高性能化。具体来讲，采用与现有的碳纳米管相同程度的外加电压，可进行更高电流密度的电子发射，得到足够高的电流密度的电子发射，达到可用于CRT用电子源的程度。本专利技术构成电子发射源的碳膜是在阴极基板表面上成膜。在制有图形的阴极基板表面的图形化部分上成膜的碳膜的场合，通过在阴极基板表面上进行涂布公知的感光性树脂液的光刻工序，或通过印刷工序等，获得制有所期望图形的阴极基板，然后在该特定的图形化部分上如上述地使石墨纳米纤维成长，将所期望的图形形状的碳膜成膜后，可将其作为电子发射源。通过从基板上收集回收在基板上制造的石墨纳米纤维，可以获得石墨纳米纤维的粉末。使该粉末例如分散在银糊等的导电性糊中调制糊，把该糊涂布在电极基板上，干燥，使石墨纳米纤维粘附在电极基板的规定位置，或者把电极基板浸渍在使粉末分散在公知的导电性溶剂中而调制的分散液中，采用电沉积法使石墨纳米纤维粘附在电极基板的规定位置，由此可以制作作为电子发射源的冷阴极源。这样通过作为粉末操作，采用印刷法或电沉积法，也可以容易地制造符合目的的具有所期望图形的电子发射源(冷阴极源)。本专利技术的显示元件是场致发射形，由于具有带如上述的所期望图形形状的石墨纳米纤维构成的碳膜的电子发射源，因此若把荧光体与制有所期望图形形状的透明导电膜组合，可根据需要只使荧光体的特定部分发光。该场致发射形显示元件，例如可采用如下的工序制造。首先，在阴极基板上形成上述石墨纳米纤维所形成的作为场致发射源的阴极，在阳极基板上形成阳极，使该阴极基板与阳极基板相隔规定的距离彼此相对地固定，然后把阴极基板与阳极基板的两基板的周围密封，使内部成为高真空状态，最后封死排气孔，制得显示元件。制得的显示元件中，在阴极基板的阳极基板侧的表面形成场致发射阴极，而在阳极基板的阴极基板侧的表面用荧光体层覆盖形成阳极导体，作为发光显示部的阳极发挥作用。该阳极导体，例如可以用Al，Ag，Cu，Au，Nb，Ta，Mo，W，In，Sn等制作。也可以在阳极基板与阳极导体之间形成SiN，TiO2，SiON等构成的绝缘性掩蔽膜。该掩蔽膜阻隔阳极基板产生的气体，具有防止内部环境气氛恶化的功能。在阴极基板的内面形成阴极导体，在该阴极导体上形成绝缘层，在该绝缘层上形成栅极。贯通绝缘层与栅极，开设空孔，在空孔内露出的阴极导体上形成石墨纳米纤维形成的发射器。附图说明 采用本专利技术的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.石墨纳米纤维的制作方法，是在形成石墨纳米纤维成长催化剂层的基板上导入原料气、采用CVD法制作石墨纳米纤维的方法，其特征在于，形成具有规定膜厚的该催化剂层，然后，在该基板的催化剂层上形成整体膜厚受到控制的石墨纳米纤维层与非纤维层构成的石墨纳米纤维。2.权利要求1所述的石墨纳米纤维的制造方法，其特征在于，前述基板上的石墨纳米纤维成长催化剂层的催化剂，是Fe，Co或含这些金属的至少一种的合金。3.权利要求1或2所述的石墨纳米纤维的制造方法，其特征在于，前述原料气是作为碳供给气的乙炔、一氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气。4.权利要求3所述的石墨纳米纤维的制造方法，其特征在于，前述混合气中的碳供给气的比例是10体积％～80体积％。5.权利要求1～4的任一项所述的石墨纳米纤维的制造方法，其特征在于，在350℃～650℃的温度进行前述石墨纳米纤维的制造。6.权利要求1～5的任一项所述的石墨纳米纤维的制造方法，其特征在于，以1分钟～60分钟的时间进行前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：平川正明，三浦治，村上裕彦，小野一修，藤井健司，冈坂谦介，佐佐木贵英，
申请(专利权)人：爱发科股份有限公司，爱发科成膜株式会社，
类型：发明
国别省市：