JP2006043691A

JP2006043691A - 画像表示装置に応用する機能性薄膜を有する電子デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2006043691A
Application number: JP2005189924A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Kondo; 亮史近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】薄膜を有する電子デバイスの薄膜形状の均一化を図る。
【解決手段】機能性薄膜材料を含有する溶液の液滴を吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて、該複数のノズルのうちの少なくとも一部から該液滴を基板上に付与し、略直線状の液滴パターンを形成する工程と、基板上に付与された液滴を乾燥する工程とを有し、前記乾燥工程は、前記インクジェットヘッドに対して、前記略直線状の液滴パターンに直行する方向に位置し、前記略直線状の液滴パターンよりも幅広の排気口を有する吸引排気手段によって行われる。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示装置等に応用される、機能性薄膜を有する電子デバイスの製造方法に関する。

本出願人らは、表面伝導型電子放出素子の安価かつ平易な作製手法として特許文献１において、金属含有溶液を液滴状態で基板上に吐出して、導電性薄膜を形成することにより、表面伝導型電子放出素子を作製する方法について提案した。これを図６に示す。

図６において、１は基板、２および３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部、７は吐出ヘッド、２４は液滴であり、素子電極２、３に電圧を印加し通電処理を施すことによって、電子放出部５を形成している。

更に、基板１上にマトリックス状に上記電子放出素子を配列した電子源基板、および画像形成装置を作製してきた。

前記従来の方法のように、液滴をガラス等の吸水性の低い基板に付着させる工程によって作られた導電性薄膜の断面形状は、基板の吸水性が低いため液滴付与時の乾燥状態の影響を強く受ける。特に、タクト向上のために描画ノズル数を増やしていくと、ノズル配列において端に位置するノズルから吐出された液滴は乾きやすく、中央が乾きにくいという現象が起こる。また、描画された液滴から揮発した溶媒が、基板表面に残留することで、液滴乾燥時間にばらつきが生じる。これらの原因によって描画された膜の断面形状が不均一になるという問題があった。

また、インクジェット法成膜における、揮発溶媒の問題に対して、特許文献２では、基板面内から溶媒蒸気を強制的に除去する方法として、乾燥気体を吹き付けながら液滴付与を行う手法が提案されている。
特開平０９−０６９３３４（欧州特許公開公報７１７４２８Ａ）特開２００１−３４１２９６（米国特許公開公報２００２０４１３０２Ａ）

しかし、上記特許文献２に記載の気体の吹き付けによって蒸気を排除する手法は、吹き付けた気体の移動先に先に位置する素子の乾燥に影響を与えるため、好ましくない。そのため、より効果的に溶媒蒸気を排除する手法が必要であった。

そこで、本発明は、基板上から溶媒蒸気を効果的に排除することにより、インクジェット法で形成された膜の断面形状の均一性の向上を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
機能性薄膜を有する電子デバイスの製造方法であって、機能性薄膜材料を含有する溶液の液滴を吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて、該複数のノズルのうちの少なくとも一部から該液滴を基板上に付与し、略直線状の液滴パターンを形成する工程と、基板上に付与された液滴を乾燥する工程とを有し、前記乾燥工程は、前記インクジェットヘッドに対して、前記略直線状の液滴パターンに直行する方向に位置し、前記略直線状の液滴パターンよりも幅広の排気口を有する吸引排気手段によって行われることを特徴とする。

本発明によれば、タクトタイムの短縮を図りながら、複数の機能性薄膜の形状を均一化することが可能となり、結果、ローコスト化を図りながら、電子デバイスの性能を均一化することが実現できる。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。

本発明の画像形成装置の機能膜形成法は、電界放出型素子、有機ＥＬ素子、カラーフィルターなどのインクジェット法で形成される膜の形成法であり、特に、表面伝導型放出素子は膜の断面形状が特性に及ぼす影響が大であるため、本発明が適用される好ましい形態である。

図１は、本発明の一実施例に係わる平面型表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図である。

図１において１はガラス等の吸水性の低い基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部であり、各々の材料、構成等は、前述の特開平０９−０６９３３４に開示されている。

図３は本発明の製造方法における、機能膜の前駆体を含む溶液を基板上に吐出して導電性薄膜を形成する工程の一例を示す模式図である。

図３において、基板ステージ８上の基板１の上方に吐出ヘッド７が設置されており、該吐出ヘッド７に設けられた複数の吐出ノズル９から、前記溶液を吐出し、基板１上に塗布させる。吐出ヘッド７のノズル配列方向と直交方向には、吸引排気手段１３が設けられており、基板上に塗布した液滴１８は、塗布後に吸引排気手段１３により乾燥させられる。

吐出ヘッド７には、インクジェット制御・駆動機構１６が設けられており、ステージ８に設けられた位置検出機構１７及びステージ駆動機構（不図示）と連動して液滴を吐出することで、基板上の目的位置に液滴を付着させることが出来る。

これら一連の制御は、制御コンピュータ１５で行う。

基板１上に逐次液滴付与を行う場合、吸引排気手段１３は、基板もしくはヘッドの走査によって付与された液滴１８が付与直後に排気手段の下面に移動する様にヘッドに対して配置する。図３では、ヘッドに対して基板が左の方向（Ｘ軸のマイナス方向）に走査されながら液滴付与を行っている場合の配置関係となる。なお、走査を往復で行う場合は、ヘッドをはさんで対象な位置に２つの排気手段が設けられることになる。

また、図３に記載の液滴付与機構は、不図示の環境管理装置により、一定温度、一定湿度環境に保たれている。

本発明の特徴である、吸引排気手段によるインクジェット液滴の乾燥について図２を用いて説明する。図２の（ａ）は、吸引排気手段を有さない場合を示しており、７は吐出ヘッドで、複数のノズル口９により、基板１上に液滴１８を付与する。ノズル群の外側に位置するノズルで付与された液滴１８は、近傍の液滴からの揮発溶媒の影響が少ないため、ノズル群の中央に位置するノズルで付与された液滴よりも相対的に乾燥速度が速くなる。付与された膜の断面形状は、液滴の乾燥速度の影響を受けるため、複数ノズルで付与された液滴は、ノズル群の中央と外で断面形状が異なる。また、図２（ｂ）に示すように、装置周辺に生じている風や、ヘッドもしくは基板移動の際に生じる風などにより、風向きに沿って形状分布が生じることがある。これは、風上の液滴は乾燥が速いが、風下の液滴は風上の液滴からの揮発溶媒の影響で乾燥が遅くなるためだと考えられる。このような断面形状が不均一な膜を表示装置の機能膜として用いると、表示特性が不均一となり、表示装置の品質を損なうことになる。そこで、複数ノズルを用いてタクトを向上させつつ、膜の均一性を向上させるべく鋭意検討した結果、ヘッド近傍に吸引排気手段を設け、複数ノズルから付与された液滴の溶媒を、付与された瞬間からノズル方向と直交する向きに排気する、より正確には、描画パターンの方向と直交する向きに排気することで、溶媒蒸気が各液滴に及ぼす影響のばらつきを低減させ、均一性が向上させられることを見出した。より詳述すると、送風によって溶媒蒸気を散す（分散する）のではなく、吸引排気によって溶媒蒸気を取り除くため、液滴の乾燥条件は基板のどの場所でも同じできる。この結果、機能膜の形状の均一性が向上する。

図２（ｃ）に、吸引排気手段とヘッドの位置関係の例を示す。図２（ｃ）は、基板１の液滴付与面鉛直上方から見た図である。図２（ｃ）において、７はヘッド、１８はヘッド７のノズルから基板に付与された液滴をヘッド７越しに記したものである。１３は吸引排気手段である。ここでは、吸引排気手段１３は直方体形状の箱であり、基板表面側が開口している。また、開口面以外の１つ以上の面から、図示しない排気ブロワーや真空ポンプが接続され、開口面から排気を行う構造になっている。吸引排気手段１３は、ヘッドのノズル並び方向に対し、直行する方向、より正確には、描画パターンと直交する方向に設けられている。また、吸引排気手段１３によって生じる液滴１８付近の流速は、液滴１８が基板１上に付与された瞬間から、液滴１８の溶媒がノズル方向と直交する向きに排気されるように設計されており、溶媒蒸気が複数ノズルの液滴ごとに及ぼす影響を低減させることができる。吸引排気手段の形状は、直方体形状に限るものではなく、排気によって生じる流速分布が複数ノズル間で均一になれば、いかなるものでも良い。吸引排気手段と複数ノズル組との位置関係は、図２（ｃ）に一点鎖線で記したように、互いの中心が同一線上にあることが望ましい。また、吸引排気手段の吸引排気口の幅は一度に描画する描画パターンの長手よりも長いことが望ましく、好ましくは２倍以上であると良い。これによって、描画パターンの端部と中央部での排気状態がより均一化され、より均一な条件で乾燥される。そしてその結果、描画パターンの形状の均一化が向上する。換言すると、本発明の第一は、複数ノズルから吐出された液滴によって形成される描画パターンの長手方向と直交する方向に吸引排気手段を設け、排気によって乾燥を制御することであり、その際、排気口の幅が描画パターンの長さよりも長いことである。尚、排気によって生じるノズル付近での流速としては、溶媒蒸気が十分に排気され、かつ排気による流速がインクジェットヘッドからの液滴飛翔軌道を著しく曲げることがない程度の強さであればいかなる強さでも良いが、膜の形状の均一化の効果を十分に得るためにはヘッド直下での風速が０．１ｍ／ｓ以上であることが好ましい。また、ヘッドもしくは基板を相対的に移動させて、連続的に基板上に液滴を付与していく際に、ヘッドのノズルピッチを基板上の描画個所のピッチと合わせるため、基板の法線を軸にしてヘッドを傾ける場合があるが、この場合は図２（ｄ）に示すように、ヘッドに対して、液滴付与時の走査軸方向に吸引排気手段を設けることになる。なお、走査を行う場合は、付与されたすべての液滴が吸引排気手段１３の下を完全に通過するように走査させると、走査軸方向の均一性が良好になるため好ましい。なお、ヘッドは１つに限るものではなく、複数のヘッドを用いる場合には各ヘッドに対し、吸引排気手段を設置すればよい。これによって、描画パターンの端部と中央部での排気状態がより均一化され、より均一な条件で乾燥される。そしてその結果、描画パターンの形状の均一化が向上する。つまり、換言すると、本発明は、複数ノズルから吐出された液滴によって形成される描画パターンの長手方向と直交する方向に、基板またはヘッドを走査させて複数の液滴を短時間で連続的に形成する際に、描画パターンの長手方向と直交する方向に吸引排気手段を設け、排気によって乾燥を制御することである。

マトリクス状に配線および素子電極を形成した基板を用い、多数の表面伝導型電子放出素子を有する電子源基板を作製した。

以下に図３、図５を参照しながら説明する。
１．絶縁基板１としてガラス基板を用い、有機溶剤等により充分に洗浄後、１２０℃で乾燥させた。該基板１上に、Ｐｔ膜を用いて電極幅５００μｍ、電極間ギャップ２０μｍの一対の素子電極を２４０列、７２０行の計１７２８００組、行列状に形成し、電極に各々配線を接続した。この配線としては、図５に示すようなマトリクス配線を採用した。
２．前記ガラス基板をアルカリ洗浄液等にて洗浄後、シラン系撥水処理剤を用いて、表面処理を行った。
３．その後、前記ガラス基板を、温度２５℃、湿度４５％に設定された恒温湿チャンバー内に設置されたステージ８に吸着し、パターンの位置合せ等を行った（図３）。
４．更に、吐出ヘッド７に導電性薄膜４の形成材料を含有した溶液をインクとして注入した。溶液は有機パラジウム含有溶液を使用した。
５．次に、基板１の素子電極間に、ステージ８を−Ｘ方向に１００ｍｍ／ｓで走査させながら、位置検出機構１７及びインクジェット制御・駆動機構１６によって、ノズル９に設計上の吐出タイミングで、同時に吐出信号を送って液滴を吐出し、有機パラジウム含有溶液を逐次付与した。同時に液滴を吐出するノズル数は４つである。尚、ヘッドのノズルピッチと基板上のパターンピッチが等しいため、ノズルの並び方向が基板走査軸と直交するようにヘッドを配置した。この際、吸引排気手段１３を用いて、ヘッド近傍に０．３ｍ／ｓの風が生じるように排気を行った。吸引排気手段の形状は走査方向に２００ｍｍ、ノズルならび方向は、描画パターンよりも長くなるように８０ｍｍ、高さ方向は４０ｍｍの直方体形状とした。なお、液滴付与は−Ｘ方向走査時のみであり、＋Ｘ方向に走査する際は液滴付与を行わなかった。
６．基板を３５０℃で３０分間加熱し、酸化パラジウム膜を得た。
７．さらに電極対２、３の間に電圧を印加し、導電性薄膜４に対し、フォーミング、活性化を行うことにより、電子放出部５を形成した。

本実施例の製造方法により作製した電子放出素子群の均一性を、膜の電気抵抗を用いて評価したところ、変動係数は３．５％であった。これに対し、本実施例と同様の構成ながら排気を行わなかった電子放出素子群の電気抵抗変動係数は１０．０％であり、排気により膜の均一性を向上させることができた。

こうして作製された電子源基板に、フェースプレート、及び支持枠等を組み合わせて表示パネルを作製し、更に、駆動回路を接続して画像形成装置を作製し、均一性が良好な画像形成装置を歩留まりよく得ることができた。尚、本実施例ではガラス基板を用いたが、これに限らず、本発明は、吸水性の低い様様な基板に対して適用可能である。例えば、ガラス基板表面を吸水性の低い膜（ＳｉＯ２等）で被膜した基板等にも適用可能である。

実施例１と基本的な手法は同様であるが、本実施例ではさらに生産性を向上させるために、図４に示す−Ｘ方向および＋Ｘ方向の両方向の走査において液滴付与を行った。このため、図４に示すとおり吸引排気手段１３、１４をヘッドに対し対称に設置した。

本実施例の製造方法により作製した電子放出素子群の面内均一性を膜の電気抵抗を用いて評価したところ、変動係数は３．５％であった。これに対し、本実施例と同様の構成ながら排気を行わなかった電子放出素子群の電気抵抗変動係数は１０．０％であり、排気により膜の均一性を向上させることができた。

こうして作製された電子源基板に、フェースプレート、及び支持枠等を組み合わせて表示パネルを作製し、更に、駆動回路を接続して画像形成装置を作製し、均一性が良好な画像形成装置を歩留まりよく得ることができた。

本発明の製造方法により作成される電子放出素子の模式図本発明に関わる電子放出素子の製造方法の概念を模式的に表す説明図本発明に関わる電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図本発明に関わる電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図表面伝導型電子放出素子の製作法の一例を示す模式図電子放出素子を形成する製造プロセスの一例を示す模式図

符号の説明

１基板
２、３素子電極
４導電性薄膜
５電子放出部
６絶縁膜
７吐出ヘッド
８基板ステージ
９吐出ノズル
１０列方向配線
１１行方向配線
１３、１４吸引排気手段
１５制御コンピュータ
１６インクジェット制御・駆動機構
１７位置検出機構
１８液滴

Claims

機能性薄膜を有する電子デバイスの製造方法であって、機能性薄膜材料を含有する溶液の液滴を吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて、該複数のノズルのうちの少なくとも一部から該液滴を基板上に付与し、略直線状の液滴パターンを形成する工程と、基板上に付与された液滴を乾燥する工程とを有し、前記乾燥工程は、前記インクジェットヘッドに対して、前記略直線状の液滴パターンに直行する方向に位置し、前記略直線状の液滴パターンよりも幅広の排気口を有する吸引排気手段によって行われることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
前記吸引排気手段の排気口の幅は、前記略直線状の液滴パターンの長さの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
前記液滴パターンを形成する工程は、前記基板と前記インクジェットヘッドとの少なくとも一方を、前記略直線状の液滴パターンと非平行な方向に走査させながら行われることを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイスの製造方法。
前記電子デバイスは、電子放出素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
前記電子デバイスは、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。