JP2005206936A - Metal sheet in which carbon nanofiber is easy to be formed, its production method, and nanocarbon emitter - Google Patents

Metal sheet in which carbon nanofiber is easy to be formed, its production method, and nanocarbon emitter Download PDF

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Koichiro Fujita
耕一郎 藤田
Tadashi Inoue
正 井上
Tatsuya Nobusawa
達也 信澤
Tomokazu Nagao
智一 長尾
Tamako Ariga
珠子 有賀
Moriaki Ono
守章 小野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel sheet in which the formation of carbon nanofibers is easy to be controlled and can be uniformized, and an electron emission device of high performance can inexpensively be produced, to provide its production method, and to provide a nanocarbon emitter. <P>SOLUTION: Regarding the metal sheet in which carbon nanofibers are easy to be formed, in the metal sheet made of steel comprising C at a mean concentration of ≤1 mass% in the sheet thickness direction, many microregions where the metal sheet face is exposed are formed on the surface of the metal sheet, and further, each film layer on which carbon nanofibers are hard to be formed is formed on the surface of the metal sheet other than the microregions. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、針状エミッタ電極からなる電子放出素子を製造するための基板用材料としてのカーボンナノファイバを形成しやすい金属板およびその製造方法、ならびにその基板用材料にカーボンナノファイバを形成させて針状エミッタ電極とした電子放出素子としてのナノカーボンエミッタに関する。   The present invention relates to a metal plate that can easily form a carbon nanofiber as a substrate material for manufacturing an electron-emitting device composed of needle-like emitter electrodes, a method for manufacturing the same, and a carbon nanofiber formed on the substrate material. The present invention relates to a nanocarbon emitter as an electron-emitting device having a needle-like emitter electrode.

フラットパネルディスプレイの1種として、FED(Field Emission Display)が精力的に研究されている。このFEDは、カソード基板とアノード基板を対向させ、カソード基板上に針状の電子放出素子を多数配置したもので、アノード基板に向けて電子を放出させてアノード基板上の蛍光体層を発光させる。   As one type of flat panel display, FED (Field Emission Display) has been actively researched. In this FED, a cathode substrate and an anode substrate are opposed to each other, and a large number of needle-shaped electron-emitting devices are arranged on the cathode substrate, and electrons are emitted toward the anode substrate to cause the phosphor layer on the anode substrate to emit light. .

カソード基板上に形成された電子放出素子は、電子放出に適した針状の突起構造の電極を有する物が一般的である。例えば、先端部の尖った円錐状の金属からなる電極を用いた電子放出素子が広く用いられている。   Generally, the electron-emitting device formed on the cathode substrate has a needle-like protruding electrode suitable for electron emission. For example, an electron-emitting device using an electrode made of a conical metal with a sharp tip is widely used.

特許文献1には、電子放出素子と電子放出素子用収束電極およびその製造方法が提案されている。これは、電子放出素子の対向基板側での電子収束性を高めることを目的とするもので、エミッタ電極に対応した微細開口を形成した金属板を平行に設け、これに負電圧を与えて収束電極とすることにより、カソード側のエミッタチップから放出された電子ビームを効率よく収束することができるというものである。   Patent Document 1 proposes an electron-emitting device, a focusing electrode for the electron-emitting device, and a manufacturing method thereof. The purpose of this is to improve the electron convergence on the counter substrate side of the electron-emitting device. A metal plate with a fine opening corresponding to the emitter electrode is provided in parallel, and a negative voltage is applied to this to converge. By using the electrode, the electron beam emitted from the emitter tip on the cathode side can be efficiently converged.

エミッタ側の電子放出素子の製造方法としては、シリコン基板のエミッタ電極側となる表面を熱酸化し、表面にSiO2からなる熱酸化膜を形成し、その上に、無機レジスト膜とさらに有機レジスト層を順次積層して形成する。有機レジスト層を所定パターンに形成後、無機レジスト層をエッチングしてマスクとし、SiO2からなる熱酸化膜をリアクティブイオンエッチング等でエッチングし、有機レジストを剥離処理する)。続いて、無機レジストをマスクとしてシリコン基板を水酸化カリウム水溶液により等方エッチングすると針状チップの形状が現れてくるというものである。 As a method for manufacturing the emitter-side electron-emitting device, the surface of the silicon substrate on the emitter electrode side is thermally oxidized, a thermal oxide film made of SiO 2 is formed on the surface, and an inorganic resist film and further an organic resist are formed thereon. Layers are sequentially stacked. After the organic resist layer is formed in a predetermined pattern, the inorganic resist layer is etched and used as a mask, and the thermal oxide film made of SiO 2 is etched by reactive ion etching or the like to remove the organic resist). Subsequently, when the silicon substrate is isotropically etched with an aqueous potassium hydroxide solution using an inorganic resist as a mask, the shape of a needle-shaped tip appears.

特許文献2には、表面伝導型の電子放出素子と電子放出素子用収束電極およびその製造方法が提案されている。これは、表面伝導型の電子放出素子を用いること以外は、特許文献1と同様、電子ビームの収束性を高めることを目的とするもので、開口を形成した金属板に負電圧を与えて電子ビームを開口の内側に効率よく収束させる。特に、収束電極を一枚の共通の金属板に形成したので、アノード側基板あるいはカソード側基板と一体にすることができるとともに、素子毎のばらつきをなくすことができるというものである。   Patent Document 2 proposes a surface conduction electron-emitting device, a focusing electrode for the electron-emitting device, and a manufacturing method thereof. The purpose of this is to increase the convergence of the electron beam, as in Patent Document 1, except that a surface conduction electron-emitting device is used, and a negative voltage is applied to the metal plate in which the opening is formed. Efficiently focuses the beam inside the aperture. In particular, since the converging electrode is formed on one common metal plate, it can be integrated with the anode side substrate or the cathode side substrate, and variation among elements can be eliminated.

これらのエッチングにより電極を形成する方法に対して、電子放出素子としてカーボンナノファイバもしくはカーボン微細繊維を活用することも検討されている。例えば、非特許文献1には、熱CVD法によるFED用のエミッタ電極の製作方法が提案されている。この方法によれば、原料ガスとしてCOとH2の混合ガスを用いて、チャンバ内に配置されたFED用カソード基板を、チャンバ外部に設置された赤外線ランプで加熱する。基板上には触媒金属が成膜されており、CO分子がこの触媒により乖離し、カーボンナノファイバもしくはカーボン微細繊維が生成するというものである。 Utilizing carbon nanofibers or carbon fine fibers as an electron-emitting device has also been studied for these electrode forming methods. For example, Non-Patent Document 1 proposes a method of manufacturing an emitter electrode for FED by a thermal CVD method. According to this method, using a mixed gas of CO and H 2 as a raw material gas, the cathode substrate for FED disposed in the chamber is heated with an infrared lamp installed outside the chamber. A catalytic metal film is formed on the substrate, and CO molecules are separated by the catalyst to generate carbon nanofibers or carbon fine fibers.

特許文献3にもカーボンナノファイバもしくはカーボン微細繊維の製造方法が提案されている。これは、ガスデポジション法によって、触媒粒子を基板上の陰極電極に配置し、該触媒粒子を核として気相から炭素を主成分とするファイバを成長させるというものである。   Patent Document 3 also proposes a method for producing carbon nanofibers or carbon fine fibers. In this method, catalyst particles are arranged on a cathode electrode on a substrate by a gas deposition method, and a fiber mainly composed of carbon is grown from the gas phase using the catalyst particles as nuclei.

特許文献4には、エミッタのアスペクト比を増加させることにより、駆動電圧を低めて消費電力を低減する電界放出素子及びその製造方法が提案されている。これは、半導体素子の製造工程で、シリコン基板にナノメートルサイズのホールをまず形成し、ホール内にエミッタを形成してエミッタのアスペクト比を増加させるというものである。
特開平9-274845号公報 特開平9-283013号公報 特開2003-160321号公報 特開2003-203556号公報 村上裕彦,「FED用ナノカーボン材料の開発」,金属,アグネ技術センター,平成14年9月,vol.72,No.9,p872-875
Patent Document 4 proposes a field emission device that reduces the power consumption by increasing the aspect ratio of the emitter, thereby reducing the power consumption and a method for manufacturing the same. In this semiconductor device manufacturing process, a nanometer-sized hole is first formed in a silicon substrate, and an emitter is formed in the hole to increase the emitter aspect ratio.
JP-A-9-274845 Japanese Patent Laid-Open No. 9-283013 JP 2003-160321 A JP 2003-203556 A Hirohiko Murakami, “Development of nanocarbon materials for FED”, Metals, Agne Technology Center, September 2002, vol.72, No.9, p872-875

しかしながら、電界放出型のカソードを用いて画像表示装置を作製するにはCRTのような高輝度を得るため、エミッタからの放出電子量の増大が要求されている。そのためには、エミッタ先端部への電界集中が起こり易いように、エミッタ先端が先鋭化された構造を設けなければならない。   However, in order to produce an image display device using a field emission type cathode, it is required to increase the amount of electrons emitted from the emitter in order to obtain a high brightness like a CRT. For this purpose, a structure in which the tip of the emitter is sharpened must be provided so that the electric field concentration on the emitter tip tends to occur.

特許文献1、2記載の技術は、エミッタ先端部をエッチングで先鋭化させるが、エッチングの制御は必ずしも容易ではなく、十分に小さな曲率半径の先端部が安定して得られる訳ではない。更に、同時に多数のエミッタをエッチングする場合、個々のエミッタの先端部の形状を揃えることは困難である。エミッタ先端部の先鋭化が不十分であると、電界強度が低下して放出電流が低下し、十分な輝度が得られなくなるという問題がある。   In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, the tip of the emitter is sharpened by etching, but the control of etching is not always easy, and a tip having a sufficiently small radius of curvature cannot be obtained stably. Furthermore, when etching a large number of emitters at the same time, it is difficult to align the shape of the tip of each emitter. If the tip of the emitter tip is not sufficiently sharpened, there is a problem that the electric field strength is lowered, the emission current is lowered, and sufficient luminance cannot be obtained.

その点、カーボンナノファイバは、高いアスペクト比を持つため先端部に電界が集中し易く、低電圧にて電子放出を行わせることができる。更にこれは、個々の寸法(外径)が微細であることから、単位面積当たり高密度に集積配置することも可能である。   In that respect, since carbon nanofibers have a high aspect ratio, the electric field tends to concentrate on the tip, and electrons can be emitted at a low voltage. Furthermore, since the individual dimensions (outer diameter) are fine, it is possible to arrange and arrange them at a high density per unit area.

しかし、非特許文献1記載の技術のように、触媒金属を成膜させる方法では、成膜の不均一に起因した欠陥(カーボンナノファイバの分布密度の不均一)が避けられない。あるいは特許文献3記載の技術についても、触媒粒子を基板上に配置する必要があり、やはり触媒粒子の分布密度の不均一により、カーボンナノファイバの分布密度に不均一が生じることが避けられない。   However, as in the technique described in Non-Patent Document 1, in the method of forming a catalyst metal film, defects (nonuniform distribution density of carbon nanofibers) due to nonuniform film formation cannot be avoided. Alternatively, in the technique described in Patent Document 3, it is necessary to dispose the catalyst particles on the substrate, and it is inevitable that the distribution density of the carbon nanofibers is uneven due to the uneven distribution density of the catalyst particles.

本発明は、これら課題を解決し、カーボンナノファイバの生成が制御しやすく、均一化させることが可能で、電子放出素子を安価で高性能な電子放出素子を作成することが可能な鋼板およびその製造方法ならびにナノカーボンエミッタを提供することを目的とする。   The present invention solves these problems, makes it easy to control the generation of carbon nanofibers, makes it uniform, and makes it possible to produce an electron-emitting device at low cost and with high performance. It is an object to provide a manufacturing method and a nanocarbon emitter.

上記の課題は次の発明により解決される。その発明は、以下のとおりである。   The above problems are solved by the following invention. The invention is as follows.

その発明は、Cを板厚方向の平均濃度で1mass%以下含有する鋼からなる金属板において、前記金属板の表面に、金属板面が露出した多数の微小領域が形成されていると共に、前記微小領域以外の金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が形成されていることを特徴とするカーボンナノファイバを形成しやすい金属板である。   In the invention, a metal plate made of steel containing C in an average concentration in the thickness direction of 1 mass% or less C, the surface of the metal plate is formed with a number of microregions where the metal plate surface is exposed, It is a metal plate that is easy to form carbon nanofibers, characterized in that a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is formed on the surface of the metal plate other than the minute region.

本発明におけるカーボンナノファイバは、カーボンナノチューブと原子面の配列構造が異なる。図8に各種炭素繊維の形態による違いを示す。カーボンナノチューブ(図中では、単層および多層カーボンナノチューブ)が外郭の原子面が繊維の成長方向に対して平行であるのに対して、カーボンナノファイバは外郭の原子面が繊維の成長方向に対して平行でないものと定義される。このカーボンナノファイバは前記したように、結晶面が平行でないため、カーボンナノチューブに比べて結晶の欠損点がファイバ表面に多く存在するため、電子放出源としてはより好ましい構造である。   The carbon nanofiber in the present invention is different from the carbon nanotube in the arrangement structure of the atomic plane. FIG. 8 shows the difference depending on the form of various carbon fibers. Carbon nanotubes (in the figure, single-walled and multi-walled carbon nanotubes) have an outer atomic plane parallel to the fiber growth direction, whereas carbon nanofibers have an outer atomic plane relative to the fiber growth direction. Are not parallel. As described above, this carbon nanofiber has a more preferable structure as an electron emission source because the crystal planes are not parallel and there are many crystal defects on the fiber surface as compared with the carbon nanotube.

前記発明において、前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層は、絶縁性を有すると共にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層であることを特徴とすることもできる。また、前記各発明において、前記微小領域の金属板表面に凹形状の穴が形成されていることを特徴とすることもできる。また、前記各発明において、金属板表層およびその近傍に脱炭層が形成されていることを特徴とすることもできる。   In the present invention, the coating layer that is difficult to form the carbon nanofibers may be a coating layer that has an insulating property and is difficult to form the carbon nanofibers. In each of the inventions, a concave hole may be formed on the surface of the metal plate in the minute region. Moreover, in each said invention, the decarburization layer can be formed in the metal plate surface layer and its vicinity.

上記発明の金属板を製造することが可能な製造方法の発明は、Cを板厚方向の平均濃度で1mass%以下含有する鋼からなる金属板を熱間圧延し、引き続き冷間圧延を1回以上、必要に応じて焼鈍を1回以上施して所定の板厚にするに際して、必要に応じて脱炭焼鈍を熱間圧延以降のいずれかの工程の間または最後に施し、得られた金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させ、しかる後、前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を貫通して金属板表面または表層に達する多数の微小孔を形成し、金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が存在しない多数の微小領域を形成することを特徴とするカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法である。   The invention of the production method capable of producing the metal plate of the above invention is to hot-roll a metal plate made of steel containing 1 mass% or less of C in an average concentration in the plate thickness direction, and then perform cold rolling once. As described above, when the annealing is performed once or more as necessary to obtain a predetermined plate thickness, decarburization annealing is performed as necessary during or after any step after hot rolling, and the obtained metal plate A coating layer on which carbon nanofibers are difficult to form is formed on the surface, and then a number of micropores that penetrate the coating layer on which carbon nanofibers are difficult to form and reach the surface of the metal plate or the surface layer are formed. A method for producing a metal plate that is easy to form carbon nanofibers is characterized by forming a large number of minute regions that do not have a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers.

また、前記発明において、前記カーボンナノファイバを形成させる工程は、絶縁層を形成させた後、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させることを特徴とすることもできる。   Moreover, in the said invention, the process of forming the said carbon nanofiber can also form the film layer which cannot form a carbon nanofiber easily after forming an insulating layer.

また、前記発明において、前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層は、絶縁性を有すると共にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層であることを特徴とすることもできる。   In the present invention, the coating layer that is difficult to form the carbon nanofibers may be a coating layer that has insulating properties and is difficult to form the carbon nanofibers.

前記の各製造方法の発明において、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を貫通して(絶縁層を形成後、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成したときはその両方の層を貫通しして金属板表面または表層に達する多数の微小孔を形成して、金属板面が露出した多数の微小領域を形成する方法は、特に限定されない。   In each of the manufacturing methods described above, the coating layer that hardly forms carbon nanofibers is penetrated (when the coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is formed after forming the insulating layer, both layers are penetrated. The method of forming a large number of micro holes reaching the surface or the surface layer of the metal plate to form a large number of micro regions where the metal plate surface is exposed is not particularly limited.

金属板面が露出した多数の微小領域を形成する工程は、フォトエッチング工程であってもよい。また、得られた金属板表面にフォトファブリケーション技術等により犠牲層をマスキングした後に、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層、または絶縁層とカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させた後、犠牲層を剥離してカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層、または絶縁層とカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層に多数の貫通孔(微小孔)を形成してもよい。前述の貫通孔の形成をフォトエッチングにより行うと、被膜層、絶縁層を同時に穿孔することができる為、工程省略が可能となる。   The step of forming a large number of minute regions where the metal plate surface is exposed may be a photoetching step. In addition, after masking the sacrificial layer by photofabrication technology or the like on the surface of the obtained metal plate, after forming a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers or a coating layer that is difficult to form an insulating layer and carbon nanofibers Alternatively, a large number of through holes (micropores) may be formed in the coating layer in which the sacrificial layer is peeled off and the carbon nanofibers are not easily formed, or in the coating layer in which the insulating layer and the carbon nanofibers are not easily formed. When the above-mentioned through-holes are formed by photoetching, the coating layer and the insulating layer can be drilled simultaneously, so that the process can be omitted.

本発明のナノカーボンエミッタは、前記各発明のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板、または前記各発明の方法で製造されたカーボンナノファイバを形成しやすい金属板を用いて、熱CVD法、プラズマCVD法、またはプラズマアーク法により、微小孔部分の金属板表面にカーボンナノファイバを形成させたことを特徴とする放電特性に優れたナノカーボンエミッタである。   The nanocarbon emitter of the present invention uses a metal plate that is easy to form the carbon nanofibers of the above inventions, or a metal plate that is easy to form the carbon nanofibers manufactured by the methods of the above inventions. It is a nanocarbon emitter excellent in discharge characteristics, characterized in that carbon nanofibers are formed on the surface of a metal plate in a minute hole portion by a CVD method or a plasma arc method.

ナノカーボンエミッタに本発明で対象とする金属板を適用することで、従来使用されていたガラス基板が不要となりため、エミッタの構造自体を簡略化することができ、FED用パネルの低コスト化に寄与することができる。また、本発明で特徴とする金属板を用いることにより、その金属基板上に生成されるカーボンナノファイバはガラス基板上へ蒸着された触媒金属上に生成された場合に比べて、より均一になり、電子放出特性もより良好となり、優れた効果が発揮される。   By applying the metal plate that is the subject of the present invention to the nanocarbon emitter, the conventionally used glass substrate becomes unnecessary, so the emitter structure itself can be simplified and the cost of the FED panel can be reduced. Can contribute. Further, by using the metal plate characterized in the present invention, the carbon nanofibers produced on the metal substrate become more uniform than those produced on the catalytic metal deposited on the glass substrate. Also, the electron emission characteristics are improved, and an excellent effect is exhibited.

これらの発明は、前記した元素を含有する金属板に、熱CVD法、プラズマアーク法、またはプラズマCVD法の処理を施すと、前記貫通孔部分の金属板上にCの析出が見られる、より好ましくは、脱炭層の形成により鋼中のC濃度が高い領域に優先的にCの析出が見られる、という知見に基づきなされた。すなわち、金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層、または絶縁層とカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が存在せず、金属板面が露出した多数の微小領域を形成すること、または前記微小領域部分の金属板表面に凹形状の穴を形成することで、熱CVD法、プラズマアーク法またはプラズマCVD法により、前記微小領域に優先的にC析出を図ること、また前記微小領域に凹部を形成した場合は、該凹部に優先的にC析出を図ること、より好ましくは前記金属板のC濃度に所定の分布を付与することにより、C濃度の高い領域にカーボンナノファイバが生成し易くなることを利用している。   In these inventions, when a metal plate containing the above-described element is subjected to a thermal CVD method, a plasma arc method, or a plasma CVD method, precipitation of C is observed on the metal plate in the through-hole portion. Preferably, it was made based on the knowledge that precipitation of C is preferentially seen in a region where the C concentration in steel is high due to the formation of a decarburized layer. That is, there is no coating layer that is difficult to form carbon nanofibers on the surface of the metal plate, or a coating layer that is difficult to form an insulating layer and carbon nanofibers, and a large number of minute regions with exposed metal plate surfaces are formed, or By forming a concave hole on the surface of the metal plate in the minute region, C deposition is preferentially performed in the minute region by a thermal CVD method, a plasma arc method or a plasma CVD method, and in the minute region. When a recess is formed, carbon nanofibers are generated in a region with a high C concentration by preferentially precipitating C in the recess, more preferably by giving a predetermined distribution to the C concentration of the metal plate. Utilizes easy things.

この発明の鋼において、Cは、カーボンナノファイバを効率的に形成させるために必須の元素である。しかし、C量が板厚方向の平均濃度で1mass%を超えると、冷間加工性が劣化し、鋼板を製造する際の歩留りが著しく低下するので、C量の上限を1mass%とする。一方、C量が少ない場合、カーボンナノファイバの形成は、効率が悪いが、微細なアスペクト比の高いカーボンナノファイバが得られる。この場合、C量調整コストの観点から、C量の下限は0.0001mass%(以下単に%と略す)とすることが望ましい。   In the steel of the present invention, C is an essential element for efficiently forming carbon nanofibers. However, if the C content exceeds 1 mass% in the average concentration in the plate thickness direction, the cold workability deteriorates and the yield in manufacturing the steel sheet is remarkably reduced. Therefore, the upper limit of the C content is set to 1 mass%. On the other hand, when the amount of C is small, the formation of carbon nanofibers is inefficient, but fine carbon nanofibers with a high aspect ratio can be obtained. In this case, from the viewpoint of C amount adjustment cost, the lower limit of the C amount is preferably 0.0001 mass% (hereinafter simply referred to as “%”).

この発明で対象とする鋼は、炭素鋼や極低炭素が好適である。ここで、極低炭素鋼は、工業的に得られる純度以上の純鉄も含有される。具体的には、C;0.005%以下、Si;0.05%以下、Mn;0.5%以下、P;0.05%以下、N;0.005%以下、S;0.01%以下、sol.Al;0.0001〜0.1%の範囲であることが好ましい。この際、カーボンナノファイバの生成を均一にするためには、C、Si、Mn、P、N、Sの前記した特定値以下への制御が重要であり、更には、sol.Alの制御は非金属系介在物を微細化し、かつその総量を本願で特徴とするカーボンナノファイバを均一に生成させるために必要なレベルまで下げるために重要である。   Carbon steel and extremely low carbon are suitable for the steel to be used in the present invention. Here, the ultra-low carbon steel also contains pure iron having a purity higher than that obtained industrially. Specifically, C: 0.005% or less, Si: 0.05% or less, Mn: 0.5% or less, P: 0.05% or less, N: 0.005% or less, S: 0.01% or less, sol.Al: 0.0001 to 0.1% A range is preferable. At this time, in order to make the generation of carbon nanofibers uniform, it is important to control C, Si, Mn, P, N, S to the specified value or less, and furthermore, control of sol. This is important for miniaturizing non-metallic inclusions and reducing the total amount to a level necessary to uniformly produce the carbon nanofibers featured in the present application.

また、炭素鋼は、C;1%以下、Si;0.5%以下(但し、C;0.005%以下かつSi;0.05%以下の場合を除く)、Mn;1%以下、P;0.05%以下、N;0.005%以下、S;0.01%以下、sol.Al;0.0001〜0.1%の範囲であることが好ましい。この際、カーボンナノファイバの生成を均一にするためには、C、Si、Mn、P、N、Sの前記した特定値以下への制御が重要であり、更には、sol.Alの制御は非金属系介在物を微細化し、かつその総量を本願で特徴とするカーボンナノファイバを均一に生成させるために必要なレベルまで下げるために重要である。   Carbon steel is C: 1% or less, Si: 0.5% or less (except for C: 0.005% or less and Si: 0.05% or less), Mn: 1% or less, P: 0.05% or less, N 0.005% or less, S; 0.01% or less, sol.Al; preferably in the range of 0.0001 to 0.1%. At this time, in order to make the generation of carbon nanofibers uniform, it is important to control C, Si, Mn, P, N, S to the specified value or less, and furthermore, control of sol. This is important for miniaturizing non-metallic inclusions and reducing the total amount to a level necessary to uniformly produce the carbon nanofibers featured in the present application.

また、前記した極低炭素鋼を用いる場合、生成するカーボンナノファイバの繊維が微細化するため好ましい。   Moreover, when using the above-mentioned ultra low carbon steel, since the fiber of the carbon nanofiber to produce | generate refines | miniaturizes, it is preferable.

本発明ではより好ましい形態として鋼からなる金属板表層部に脱炭層を形成させ、金属板板厚方向に濃度勾配を付与しておく。この表層部の一部をエッチング等により除去して凹部を設けると、金属板の板厚深さ方向にC濃度が高くなるので、その凹部の底面のC濃度が最も高くなる。その結果、この凹部が形成され、かつ表面に被膜層を形成した金属板は、プラズマアーク法または、プラズマCVD法の処理を施すことにより、凹部の底面およびその近傍に、放電特性に優れたカーボンナノファイバを優先的に生成させることが可能となる。   In the present invention, as a more preferable form, a decarburized layer is formed on the surface portion of the metal plate made of steel, and a concentration gradient is given in the thickness direction of the metal plate. If a part of this surface layer part is removed by etching or the like to provide a recess, the C concentration increases in the thickness direction of the metal plate, so that the C concentration on the bottom surface of the recess becomes the highest. As a result, the metal plate having the recesses and the coating layer formed on the surface is treated with a plasma arc method or a plasma CVD method, so that carbon having excellent discharge characteristics is formed on the bottom surface of the recesses and in the vicinity thereof. Nanofibers can be preferentially generated.

金属板の表面に形成される微小領域のサイズは、例えば、画像表示装置では、1画素サイズ以下である。金属板の前記した微小領域、また該微小領域に形成される穴は、フォトエッチング等により目的とするFEDの個々の蛍光体の形状・寸法・分布に合わせて形成させることができる。また、本発明においては、金属板にCuまたはAlの層を配置することで、FEDとしたときにカソード電極となる金属基板の熱伝導性および熱放散性を向上させることができる。   For example, in the image display device, the size of the minute region formed on the surface of the metal plate is one pixel size or less. The above-described minute region of the metal plate and the hole formed in the minute region can be formed by photoetching or the like in accordance with the shape, size, and distribution of each target FED phosphor. Further, in the present invention, by disposing a Cu or Al layer on the metal plate, the thermal conductivity and heat dissipation of the metal substrate that becomes the cathode electrode when FED is formed can be improved.

本発明によれば、カーボンナノファイバを形成させる多数の微小領域をカーボンナノファイバが形成しやすい鋼からなる金属板とすることで、総ての微小領域についてカーボンナノファイバの生成条件がほぼ同一となる。本発明によれば、金属板表面に、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が存在しない、または絶縁層とカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が存在しない微小領域を形成、または該微小領域に凹形状の穴を形成させておくことにより、該微小領域部分、または穴部分のみにカーボンナノファイバを効果的に形成させることができる。従って、従来技術で必須であった触媒金属の成膜の不均一等、カーボンナノファイバの生成条件の不均一を本質的に回避することができる。その結果、欠陥発生の少ない、信頼性の高いナノカーボンエミッタを製造することが容易となる。また、凹部の底面をC濃度の高い領域に到達させることにより、総ての凹部についてカーボンナノファイバの生成条件がほぼ同一となる。   According to the present invention, by forming a large number of minute regions for forming carbon nanofibers as a metal plate made of steel, which is easy to form carbon nanofibers, the conditions for generating carbon nanofibers are almost the same for all the minute regions. Become. According to the present invention, on the surface of the metal plate, there is no coating layer that is difficult to form carbon nanofibers, or a micro region that does not have a coating layer that is difficult to form an insulating layer and carbon nanofibers is formed, or in the micro region. By forming the concave hole, the carbon nanofiber can be effectively formed only in the minute region portion or the hole portion. Therefore, it is possible to essentially avoid non-uniformity of the carbon nanofiber generation conditions such as non-uniformity of the catalyst metal film formation, which is essential in the prior art. As a result, it becomes easy to manufacture a highly reliable nanocarbon emitter with few defects. Further, by causing the bottom surface of the recess to reach a region having a high C concentration, the conditions for generating the carbon nanofibers are substantially the same for all the recesses.

発明の実施に当っては、C量が板厚方向の平均濃度で1mass%以下となるよう鋼の成分調整を行う。その他の元素については、通常の薄鋼板程度は含有されていても、カーボンナノファイバの生成には特に支障はない。むしろ、エッチング性の観点からC量は、0.5%以下とすることが望ましい。   In carrying out the invention, the steel components are adjusted so that the C content is 1 mass% or less in terms of the average concentration in the thickness direction. About other elements, even if it contains about a normal thin steel plate, there is no particular problem in the production of carbon nanofibers. Rather, from the viewpoint of etching properties, the C content is preferably 0.5% or less.

鋼を熱間圧延し、冷間圧延、必要に応じて焼鈍をそれぞれ1回以上施し、所定の板厚の鋼からなる金属板を製造する。その際、より好ましくは、脱炭焼鈍をこの間の工程あるいは最終工程で施し、金属板表層部に脱炭層を形成させることにより、本発明の意図するより好ましい金属板を得ることができる。なお、脱炭焼鈍は、通常の薄鋼板における脱炭焼鈍条件で施せばよいが、金属板の板厚方向の濃度勾配を確保するためには、脱炭時間を60秒〜3時間とすることが望ましい。   Steel is hot-rolled, cold-rolled, and annealed as needed one or more times to produce a metal plate made of steel with a predetermined thickness. In that case, more preferably, a decarburization annealing is performed in the process in the meantime or a final process, and a decarburization layer is formed in the metal plate surface layer part, and the more preferable metal plate which this invention intends can be obtained. In addition, decarburization annealing may be performed under the decarburization annealing conditions in a normal thin steel plate, but in order to ensure a concentration gradient in the thickness direction of the metal plate, the decarburization time should be 60 seconds to 3 hours. Is desirable.

金属板表面に形成させるカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層としては、金属板の凹部のフォトエッチングの際に腐食除去され、かつCが析出しにくい被膜であることが望ましい。例えば、酸化インジウム(In2O3)や透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide:In2O3-SnO2)あるいはCrまたはCr系合金等の被膜を形成させるとよい。カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層であって絶縁性を有する被膜には、酸化インジウム(In2O3)や透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide:In2O3-SnO2)等の被膜がある。これらの皮膜は真空蒸着や化学気相生成法などにより生成されうる。 The coating layer that is difficult to form the carbon nanofibers to be formed on the surface of the metal plate is desirably a coating that is corroded and removed during photoetching of the concave portion of the metal plate and that C is not easily precipitated. For example, a film of indium oxide (In 2 O 3 ), ITO (Indium Tin Oxide: In 2 O 3 —SnO 2 ), which is a transparent conductive film, or Cr or a Cr-based alloy may be formed. Insulating coatings that are hard to form carbon nanofibers include indium oxide (In 2 O 3 ) and ITO (Indium Tin Oxide: In 2 O 3 -SnO 2 ), which is a transparent conductive film. There is a film. These films can be formed by vacuum deposition, chemical vapor generation, or the like.

また、制御電極等や回路を設置するため、絶縁層を形成させる場合は、その上にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させておく。あるいは、絶縁性を有すると共にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜材料で被膜層(例えば、Al2O3など)を形成させておく。その結果、金属板表層部は、カーボンナノファイバが生成し難い状態となっている。 Further, when an insulating layer is formed in order to install a control electrode or a circuit, a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is formed thereon. Alternatively, a coating layer (for example, Al 2 O 3 or the like) is formed with a coating material that has an insulating property and is difficult to form carbon nanofibers. As a result, the surface of the metal plate is in a state where it is difficult for carbon nanofibers to be generated.

本発明においては、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜が存在せず、金属板面が露出した多数の微小領域の表面形状は特に限定されず、フォトエッチング等による凹形状の孔以外の自由曲線や直線をも含む凸形状や凹凸形状や平面形状(薄板表面のまま、もしくはその表面を化学的に減肉加工した形状)もすべて含まれる。これらの微小領域を形成させるためには、フォトエッチングプロセスにおける犠牲層(例えばレジスト材料)の活用も可能である。   In the present invention, there is no coating that does not easily form carbon nanofibers, and the surface shape of a large number of minute regions where the metal plate surface is exposed is not particularly limited, and a free curve other than a concave hole by photoetching or the like It includes all convex shapes, concavo-convex shapes, and planar shapes (straight plate surfaces or shapes obtained by chemically reducing the surface) including straight lines. In order to form these minute regions, a sacrificial layer (for example, a resist material) can be used in the photoetching process.

本発明法によれば、印刷法(生成されたカーボンナノファイバにバインダーを混ぜ、前記微小領域に配置する方法)により、カーボンナノファイバをパターン化して配置させてもよい。   According to the method of the present invention, the carbon nanofibers may be arranged in a pattern by a printing method (a method in which a binder is mixed with the generated carbon nanofibers and placed in the minute region).

C:0.35%、Si:0.20%、Mn:0.75%、P:0.015%、S:0.0098%、sol.Al:0.020%、N:0.0018%を含有する鋼(炭素鋼)を鋳造し、得られた鋳片を板厚3mmに熱間圧延した後、酸洗し、脱炭焼鈍後、板厚1mmに冷間圧延した。その後、焼鈍を金属板の軟質化のため施し、引き続き冷間圧延により板厚0.25mmの薄鋼板とした。脱炭は、熱延板において、雰囲気;20%H2-残N2、露点+20℃で3時間行ない、金属板表層部に脱炭層を形成させ、金属板板厚中央部のC濃度が高くなる濃度勾配を付与した。 Obtained by casting steel (carbon steel) containing C: 0.35%, Si: 0.20%, Mn: 0.75%, P: 0.015%, S: 0.0098%, sol.Al: 0.020%, N: 0.0018% The cast slab was hot-rolled to a thickness of 3 mm, pickled, decarburized, and cold-rolled to a thickness of 1 mm. Thereafter, annealing was performed to soften the metal plate, and a thin steel plate having a thickness of 0.25 mm was subsequently formed by cold rolling. Decarburization is performed in a hot-rolled sheet in an atmosphere; 20% H 2 -residual N 2 , dew point + 20 ° C. for 3 hours, a decarburized layer is formed on the surface of the metal plate, and the C concentration at the center of the metal plate is A higher concentration gradient was applied.

以下、図1にカーボンナノファイバ生成方法を示す。図1(a)に示すように濃度勾配を付与した金属板9に、同図(b)に示すように被膜層3(酸化インジウム)を形成した。この素材に、同図(c)に示すようにフォトレジストを塗布し、露光、現像して、エッチングにて腐食されない部分4を形成し、同図(d)に示すように塩化第二鉄によるフォトエッチングにより凹部1を形成させた。凹部1のピッチは250μm、凹部の深さは50μm以下とした。   FIG. 1 shows a method for producing carbon nanofibers. As shown in FIG. 1B, a coating layer 3 (indium oxide) was formed on a metal plate 9 provided with a concentration gradient as shown in FIG. This material is coated with a photoresist as shown in FIG. 4C, exposed and developed to form a portion 4 that is not corroded by etching. As shown in FIG. The concave portion 1 was formed by photoetching. The pitch of the recesses 1 was 250 μm, and the depth of the recesses was 50 μm or less.

この凹部1が形成された金属板9を、プラズマCVD法の処理によりカーボンナノファイバ2を生成させた。結果は、図1(e)に示すように、金属板の凹部1の底面およびその近傍に、カーボンナノファイバ2が優先的に生成し、また、各凹部のファイバ生成状況もほぼ均一であった。なお、絶縁層3の表面には、カーボンナノファイバの生成は見られなかった。   Carbon nanofibers 2 were generated from the metal plate 9 with the recesses 1 formed by plasma CVD. As a result, as shown in FIG. 1 (e), the carbon nanofibers 2 were preferentially generated on the bottom surface of the concave portion 1 of the metal plate and the vicinity thereof, and the fiber generation state of each concave portion was almost uniform. . In addition, the production | generation of the carbon nanofiber was not seen on the surface of the insulating layer 3.

C:0.35%、Si:0.20%、Mn:0.75%、P:0.015%、S:0.0098%、sol.Al:0.020%、N:0.0018%を含有する鋼(炭素鋼)を鋳造し、得られた鋳片を板厚3mmに熱間圧延した後、酸洗し、脱炭焼鈍後、板厚1mmに冷間圧延した。その後、焼鈍を鋼板の軟質化のため施し、引き続き冷間圧延により板厚0.25mmの薄鋼板とした。脱炭は、熱延板において、雰囲気;20%H2-残N2、露点+20℃で3時間行ない、鋼板表層部に脱炭層を形成させ、鋼板板厚中央部のC濃度が高くなる濃度勾配を付与した。 Obtained by casting steel (carbon steel) containing C: 0.35%, Si: 0.20%, Mn: 0.75%, P: 0.015%, S: 0.0098%, sol.Al: 0.020%, N: 0.0018% The cast slab was hot-rolled to a thickness of 3 mm, pickled, decarburized, and cold-rolled to a thickness of 1 mm. Then, annealing was performed to soften the steel sheet, and a thin steel sheet having a thickness of 0.25 mm was subsequently formed by cold rolling. Decarburization is performed in a hot-rolled sheet in an atmosphere; 20% H 2 -residual N 2 , dew point + 20 ° C. for 3 hours to form a decarburized layer on the surface layer of the steel sheet, and the C concentration in the central part of the steel sheet is increased. A concentration gradient was applied.

以下、図1にカーボンナノファイバ生成方法を示す。図1(a)に示すように濃度勾配を付与した鋼板9に、同図(b)に示すようにカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層3(酸化インジウム)を形成した。この素材に、同図(c)に示すようにフォトレジストを塗布し、露光、現像して、エッチングにて腐食されない部分4を形成し、同図(d)に示すように塩化第二鉄によるフォトエッチングにより凹部1を形成させた。凹部1のピッチは250μm、凹部の深さは50μm以下とした。   FIG. 1 shows a method for producing carbon nanofibers. As shown in FIG. 1B, a coating layer 3 (indium oxide) in which carbon nanofibers are difficult to be formed was formed on a steel plate 9 provided with a concentration gradient as shown in FIG. This material is coated with a photoresist as shown in FIG. 4C, exposed and developed to form a portion 4 that is not corroded by etching. As shown in FIG. The concave portion 1 was formed by photoetching. The pitch of the recesses 1 was 250 μm, and the depth of the recesses was 50 μm or less.

この凹部1が形成された鋼板9を、熱CVD法の処理によりカーボンナノファイバ2を生成させた。結果は、図1(e)に示すように、鋼板の凹部1の底面およびその近傍に、カーボンナノファイバ2が優先的に生成し、また、各凹部のファイバ生成状況もほぼ均一であった。なお、被膜層3の表面には、カーボンナノファイバの生成は見られなかった。   The carbon nanofiber 2 was produced | generated by the process of the thermal CVD method from the steel plate 9 in which this recessed part 1 was formed. As a result, as shown in FIG. 1 (e), carbon nanofibers 2 were preferentially generated on the bottom surface of the concave portion 1 of the steel plate and in the vicinity thereof, and the fiber generation state of each concave portion was almost uniform. In addition, the production | generation of carbon nanofiber was not seen on the surface of the coating layer 3. FIG.

C:0.35%、Si:0.20%、Mn:0.75%、P:0.015%、S:0.0098%、sol.Al:0.020%、N:0.0018%を含有する炭素鋼(以下、鋼A)、C:0.0025%、Si:0.01%未満、Mn:0.14%、P:0.01%、S:0.0028%、sol.Al:0.0002%、N:0.0018%を含有する極低炭素鋼(以下、鋼B)を鋳造し、得られた鋳片を板厚3mmに熱間圧延した後、酸洗し、板厚1mmに冷間圧延した。その後、鋼Aからなる鋼板のみ、焼鈍を鋼板の軟質化のため施し、引き続き冷間圧延により板厚0.25mmの薄鋼板とした。   Carbon steel containing C: 0.35%, Si: 0.20%, Mn: 0.75%, P: 0.015%, S: 0.0098%, sol. Al: 0.020%, N: 0.0018% (hereinafter referred to as Steel A), C: Casting ultra-low carbon steel (hereinafter referred to as steel B) containing 0.0025%, Si: less than 0.01%, Mn: 0.14%, P: 0.01%, S: 0.0028%, sol.Al: 0.0002%, N: 0.0018% The obtained slab was hot-rolled to a thickness of 3 mm, pickled, and cold-rolled to a thickness of 1 mm. Thereafter, only the steel plate made of steel A was annealed to soften the steel plate, and was subsequently made into a thin steel plate having a thickness of 0.25 mm by cold rolling.

以下、実施例2と同様の方法でカーボンナノファイバを生成させた。ただし、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層として、厚さ1000ÅのCr層を形成させた。結果は、図2〜図5に示すように、鋼板の凹部の底面およびその近傍に、カーボンナノファイバが優先的に生成し、また、各凹部のファイバ生成状況もほぼ均一であった。なお、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層の表面には、カーボンナノファイバの生成はほとんど見られなかった。また、Cを0.35%含有する鋼板(鋼A)は、太いファイバが生成しているのに比べて、Cを0.0025%含有する鋼板(鋼B)は、より微細なアスペクト比の高いファイバが生成している。   Thereafter, carbon nanofibers were produced in the same manner as in Example 2. However, a Cr layer having a thickness of 1000 mm was formed as a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers. As a result, as shown in FIGS. 2 to 5, carbon nanofibers were preferentially generated on the bottom surface of the concave portion of the steel plate and in the vicinity thereof, and the fiber generation state of each concave portion was almost uniform. In addition, the production | generation of carbon nanofiber was hardly seen on the surface of the coating layer which is hard to form carbon nanofiber. In addition, a steel sheet containing 0.35% C (steel A) produces a thick fiber, whereas a steel sheet containing 0.0025% C (steel B) produces a finer fiber with a higher aspect ratio. doing.

実施例3で記載した成分組成の鋼A、鋼Bを鋳造し、得られた鋳片を板厚3mmに熱間圧延した後、酸洗し、板厚1mmに冷間圧延した。その後、鋼Aからなる鋼板のみ、焼鈍を鋼板の軟質化のため施し、引き続き冷間圧延により板厚0.25mmの薄鋼板とした。   Steel A and steel B having the composition described in Example 3 were cast, and the obtained slab was hot-rolled to a plate thickness of 3 mm, pickled, and cold-rolled to a plate thickness of 1 mm. Thereafter, only the steel plate made of steel A was annealed to soften the steel plate, and was subsequently made into a thin steel plate having a thickness of 0.25 mm by cold rolling.

この薄鋼板に、図6(a)に示すようにフォトレジストを塗布し、露光、現像して、図6(b)に示すように、被膜層貫通孔用に1mm×1mmの面積でレジストを残存させた。さらに図6(c)に示すようにCr被腹膜を真空蒸着した後に、レジスト剥離して被膜層貫通孔(微小領域)1Aを形成させた。この被膜層貫通孔1Aが形成された金属板9の被膜層貫通孔部分に、熱CVD法の処理によりカーボンナノファイバ2を生成させてカーボンナノエミッタを作成した。   The thin steel plate is coated with a photoresist as shown in FIG. 6A, exposed and developed, and as shown in FIG. 6B, the resist is coated with an area of 1 mm × 1 mm for the coating layer through hole. Remained. Further, as shown in FIG. 6 (c), after depositing the Cr peritoneum in a vacuum, the resist was peeled off to form a coating layer through-hole (micro area) 1A. Carbon nanofibers 2 were produced by a thermal CVD process in the coating layer through-hole portion of the metal plate 9 in which the coating layer through-hole 1A was formed, thereby producing a carbon nanoemitter.

上記カーボンナノエミッタの対極に、厚さ1mmの銅製の引き出し電極を配置した後に、1×10-4Paまで真空引きし、カーボンナノエミッタ、引き出し電極間に電圧を印加してI-V(電圧-電流)特性を評価した。結果を図7に示す。本発明によるカーボンナノエミッタは、3V/μmといった低い電界強度から電界放出し、また100μA/mm2もの高電流密度の電界放出特性を有することが確認された。さらに、Cを0.0025%含有する鋼板(鋼B)を用いたカーボンナノエミッタは、0.6V/μmといった極めて低い電界強度から電界放出することが確認された。 After a copper lead electrode with a thickness of 1 mm is placed on the counter electrode of the carbon nanoemitter, a vacuum is drawn to 1 × 10 -4 Pa, and a voltage is applied between the carbon nanoemitter and the lead electrode to make IV (voltage-current ) The characteristics were evaluated. The results are shown in FIG. It was confirmed that the carbon nanoemitter according to the present invention emits a field from a low electric field strength of 3 V / μm and has a field emission characteristic of a high current density of 100 μA / mm 2 . Furthermore, it was confirmed that the carbon nanoemitter using a steel plate (steel B) containing 0.0025% of C emits a field from an extremely low electric field strength of 0.6 V / μm.

本発明のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板は、電子放出素子の針状エミッタ電極を安価に製造するための素子として利用することができる。
本発明の金属板の製造方法は、前記金属板を製造方法として利用することができる。
本発明のナノカーボンエミッタは、FEDなどの画像表示装置に使用する電子放出素子として利用することができる。
The metal plate which can easily form the carbon nanofiber of the present invention can be used as an element for manufacturing a needle-like emitter electrode of an electron-emitting element at low cost.
The metal plate manufacturing method of the present invention can utilize the metal plate as a manufacturing method.
The nanocarbon emitter of the present invention can be used as an electron-emitting device used in an image display device such as FED.

実施例1によるフォトエッチング法でカーボンナノファイバを生成する方法を示す図で、(a)は脱炭焼鈍後、(b)は被膜層被覆後、(c)はフォトレジスト塗布、現像後、(d)はフォトエッチング後、(e)はプラズマCVD法の処理後、または熱CVD法の処理後を示す。It is a figure which shows the method of producing | generating a carbon nanofiber by the photoetching method by Example 1, (a) is after decarburization annealing, (b) is after a coating layer coating, (c) is after photoresist application and development, ( d) shows after photo-etching, and (e) shows after plasma CVD or thermal CVD. Cを0.35%含有する鋼板のカーボンナノファイバの生成状態を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。It is a SEM (scanning electron microscope) photograph which shows the production | generation state of the carbon nanofiber of the steel plate which contains C 0.35%. 図3の穴部分のカーボンナノファイバの生成状態を示すSEM拡大写真である。It is a SEM enlarged photograph which shows the production | generation state of the carbon nanofiber of the hole part of FIG. Cを0.0025%含有する鋼板のカーボンナノファイバの生成状態を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。It is a SEM (scanning electron microscope) photograph which shows the production | generation state of the carbon nanofiber of the steel plate containing C 0.0025%. 図4の穴部分のカーボンナノファイバの生成状態を示すSEM拡大写真である。It is a SEM enlarged photograph which shows the production | generation state of the carbon nanofiber of the hole part of FIG. 実施例3によるフォトレジスト法と熱CVD法によって平板状の金属板表面にカーボンナノファイバをパターン化して形成する方法を説明する図で、(a)は金属板へのフォトレジスト塗布工程、(b)は現像工程、(c)はカーボンナノファイバを形成しにくい皮膜層を被覆する工程、(d)はレジスト剥離工程、(e)は熱CVD法による処理工程を示す。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of patterning and forming carbon nanofibers on the surface of a flat metal plate by a photoresist method and a thermal CVD method according to Example 3, (a) is a photoresist coating process on the metal plate, (b) ) Is a developing step, (c) is a step of coating a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers, (d) is a resist stripping step, and (e) is a processing step by a thermal CVD method. 実施例3のナノカーボンエミッタのI−V特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic of the nanocarbon emitter of Example 3. 各種ナノカーボン材料の形態を説明する図である。It is a figure explaining the form of various nanocarbon materials.

符号の説明Explanation of symbols

1 凹部
1A 貫通孔(微小領域)
2 カーボンナノファイバ
3 絶縁層、被膜層
4 フォトレジスト
9 鋼板
1 Recess 1A Through hole (micro area)
2 Carbon nanofiber 3 Insulating layer, coating layer 4 Photoresist 9 Steel plate

Claims (10)

Cを板厚方向の平均濃度で1mass%以下含有する鋼からなる金属板において、前記金属板の表面に、金属板面が露出した多数の微小領域が形成されていると共に、前記微小領域以外の金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層が形成されていることを特徴とするカーボンナノファイバを形成しやすい金属板。   In a metal plate made of steel containing 1 mass% or less of C in an average concentration in the plate thickness direction, the surface of the metal plate is formed with a large number of minute regions where the metal plate surface is exposed, and other than the minute regions A metal plate that is easy to form carbon nanofibers, wherein a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is formed on the surface of the metal plate. 前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層は、絶縁性を有すると共にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層であることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板。   2. The metal plate that is easy to form carbon nanofibers according to claim 1, wherein the coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is a coating layer that has insulating properties and is difficult to form carbon nanofibers. 前記微小領域の金属板表面に凹形状の穴が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板。   The metal plate according to claim 1 or 2, wherein a concave hole is formed on the surface of the metal plate in the minute region. 金属板表層およびその近傍に脱炭層が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれかの項記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板。   The metal plate which can form the carbon nanofiber of any one of Claims 1-3 in which the decarburization layer is formed in the metal plate surface layer and its vicinity. Cを板厚方向の平均濃度で1mass%以下含有する鋼からなる金属板を熱間圧延し、引き続き冷間圧延を1回以上、必要に応じて焼鈍を1回以上施して所定の板厚にするに際して、必要に応じて脱炭焼鈍を熱間圧延以降のいずれかの工程の間または最後に施し、得られた金属板表面にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させ、しかる後、前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を貫通して金属板表面または表層に達する多数の微小孔を形成し、金属板面が露出した多数の微小領域を形成することを特徴とするカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法。   Hot rolled a metal plate made of steel containing C in the thickness direction with an average concentration of 1 mass% or less, followed by cold rolling at least once, and annealing at least once as needed to achieve a predetermined thickness In doing so, decarburization annealing is performed as necessary during or after any step after hot rolling to form a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers on the surface of the obtained metal plate, and then A carbon nanofiber characterized by forming a large number of micropores penetrating the coating layer that is difficult to form the carbon nanofiber to reach the surface or surface layer of the metal plate, and forming a large number of microregions where the metal plate surface is exposed. The manufacturing method of the metal plate which is easy to form. 前記カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層は、絶縁性を有すると共にカーボンナノファイバを形成しにくい被膜層であることを特徴とする請求項5記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法。   6. The method for producing a metal plate that easily forms carbon nanofibers according to claim 5, wherein the coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is a coating layer that has insulating properties and is difficult to form carbon nanofibers. . 前記カーボンナノファイバを形成させる工程は、絶縁層を形成させた後、カーボンナノファイバを形成しにくい被膜層を形成させることを特徴とする請求項5または6記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法。   7. The metal that easily forms carbon nanofibers according to claim 5 or 6, wherein, in the step of forming the carbon nanofibers, after forming an insulating layer, a coating layer that is difficult to form carbon nanofibers is formed. A manufacturing method of a board. 金属板表面に金属板面が露出した多数の微小領域を形成する工程は、フォトエッチング工程であることを特徴とする請求項5〜7のいずれかの項記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法。   8. The metal easily forming carbon nanofibers according to claim 5, wherein the step of forming a large number of minute regions with the metal plate surface exposed on the surface of the metal plate is a photoetching step. A manufacturing method of a board. 前記フォトエッチング工程は、金属板表面に凹形状の穴を形成することを特徴とする請求項8記載のカーボンナノファイバを形成しやすい金属板の製造方法。   9. The method of manufacturing a metal plate that easily forms carbon nanofibers according to claim 8, wherein the photoetching step forms a concave hole on the surface of the metal plate. 請求項1〜請求項4記載のカーボンナノファイバを形成しやすい鋼板、または請求項5〜9記載の方法で製造されたカーボンナノファイバを形成しやすい金属板を用いて、熱CVD法またはプラズマCVD法またはプラズマアーク法により、金属板表面の微小領域部分にカーボンナノファイバを形成させたことを特徴とする放電特性に優れたナノカーボンエミッタ。   The steel plate which is easy to form the carbon nanofiber according to any one of claims 1 to 4, or the metal plate which is easy to form the carbon nanofiber manufactured by the method according to claims 5 to 9, using a thermal CVD method or plasma CVD. Nanocarbon emitters with excellent discharge characteristics, characterized in that carbon nanofibers are formed in a minute region on the surface of a metal plate by a plasma method or a plasma arc method.
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