JP2006073469A - 電子放出素子の製造方法及び電子放出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した形状の導電性膜を形成でき、持って導電性膜抵抗のばらつきを抑制する。
【解決手段】画像形成装置の一構成である背面基板上に複数の電子放出素子を製造する方法において、前記背面基板上に第１の電極２２、第２の電極２３を対向して形成する工程と、基板全面に感光性撥水液を付与する工程と、露光により導電性膜形成予定部を親水部とした後、導電性膜形成用塗布液を付与して導電性膜形成予定部に導電性膜２５を形成する工程と、焼成の後、前記第１・第２の電極間のセンターラインに位置する前記導電性膜２５を選択的に除去し電子放出用ギャップ２４を形成する工程を具備することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像表示装置に使用される電子放出素子の製造方法及び電子放出素子に関する。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。電子放出素子には様々な種類があるが、何れも基本的に電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般にフィールド・エミッション・ディスプレィ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレィ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、一般に、所定のギャップを置いて対向配置された前面基板及び背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互に接合することにより真空外囲器を構成している。真空容器の内部は、高真空度に維持されている。また、背面基板及び前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これらの基板の間には複数の支持部材が配設されている。

ところで、前面基板の内面には赤、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起した発光させる電子を放出する多数の電子放出素子が設けられている。また、多数の走査線および信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子から出た電子ビームがアノード電圧により加速されて蛍光面に衝突することにより、蛍光体が発光し映像が表示される。

前記電子放電素子は、従来、次のようにして製造されている。
まず、背面基板上に絶縁膜を介して走査線に接続する第1の電極、信号線に接続する第２の電極を夫々対向して形成する。次に、これらの電極を洗浄した後、シランカップリング剤を用いて撥水処理を行う。つづいて、第1の電極、第２の電極間に両電極に接続するように導電膜形成用材料を含む液をインクジェットにより滴下する。ひきつづき、導電性膜形成用材料を焼成した後、同材料を選択的に除去して電子放出用ギャップ（電子放出部）を形成した導電性膜を有する電子放出素子を製造する。

現在、基板上に電子放出素子を製造する技術としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００４−７９５２６

従来の電子放出素子の製造方法において、導電性膜の形状は、導電性膜を形成するためのインクジェットによる着弾精度、インクジェットインキと撥水性を有する下地との接触角、及び導電性膜形成用材料の焼成方法によって大きく左右され、導電性膜抵抗のばらつきが大きくなる問題がある。

具体的には、例えば、上記したインクジェットによる着脱精度等の理由により、図７に示すように、電極１ａ，１ｂ間に形成する導電性膜２が一方の電極１ｂ側に寄って形成されることがある。こうしたケースでは、導電性膜２を選択的に除去する際、電極１ａ，１ｂ間のセンターライン（図中の点線Ｌ）に沿って導電性膜２をトリミングするように設定されているため、導電性膜２に形成すべき電子放出用ギャップ３が導電性膜２の中央部を切断するように形成されない。従って、導電性膜は、例えば電極１ａよりも電極１ｂ側に片寄り、素子膜抵抗のばらつきが大きくなるという問題が生じる。このばらつきは、高精細なパネルになるにしたがってより大きくなる。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、安定した形状の導電性膜を形成でき、持って導電性膜抵抗のばらつきを抑制しえる電子放出素子の製造方法及び電子放出素子を提供することを目的とする。

本発明に係る電子放出素子の製造方法は、画像形成装置の一構成である背面基板上に複数の電子放出素子を製造する方法において、前記背面基板上に第１の電極、第２の電極を対向して形成する工程と、基板全面に感光性撥水液を付与する工程と、露光により導電性膜形成予定部を親水部とした後、導電性膜形成用塗布液を付与して導電性膜形成予定部に導電性膜を形成する工程と、焼成の後、前記第１・第２の電極間の略センターラインに位置する前記導電性膜を選択的に除去し電子放出用ギャップを形成する工程を具備することを特徴とする。

上記電子放出素子の製造方法において、「第１・第２の電極間の略センターラインに位置する前記導電性膜を選択的に除去し」とは、第１・第２の電極間のセンターラインに位置する導電性膜を選択的に除去する他、前記センターラインから多少第１の電極側又は第２の電極側に移動した所に位置する導電性膜を選択的に除去する場合も含むことを意味する。

また、本発明に係る電子放出素子は、画像形成装置の一構成である背面基板上に形成される電子放出素子において、前記背面基板上に対向して形成された第１・第２の電極と、これら第１・第２の電極間に両電極と接続するように形成された、電子放出用ギャップを有した導電性膜とを具備し、前記導電性膜は、前記第１・第２の電極間及び電極領域に、両電極間のセンターラインを基準にして略２分割されるように形成されていることを特徴とする。

上記電子放出素子において、「前記導電性膜は、前記第１・第２の電極間及び電極領域に、両電極間のセンターラインを基準にして略２分割されるように形成されている」とは、導電性膜がセンターラインを基準にしてちょうど２分割されて両電極間の領域及びこれらの電極領域に形成されている場合の他、導電性膜がセンターラインから多少第１の電極側又は第２の電極側にずれて分割されて両電極間の領域及び両電極領域に形成されている場合も含むことを意味する。

本発明によれば、安定した形状の導電性膜を形成でき、持って導電性膜抵抗のばらつきを抑制しえる電子放出素子の製造方法及び電子放出素子を提供できる。

まず、図面を参照しながら本発明の電子放出素子を備えたＦＥＤの実施の形態について説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に共通のＦＥＤの構造を示す。このＦＥＤは、夫々矩形状のガラスからなる前面基板１１及び背面基板１２を備え、両基板は１〜２ｍｍのギャップを置いて対向配置されている。前面基板１１及び背面基板１２は矩形形状の側壁１３を介して周縁部同士が接合され、内部が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持された偏平な矩形状の真空外囲器１４を構成している。

前面基板１１の内面には蛍光面１５が形成されている。この蛍光面１５は、赤、青、緑の蛍光体層とマトリックス状の遮光層とで構成されている。蛍光面１５上には、アノード電極として機能するメタルバック層１６が形成されている。表示動作時、メタルバック層１６には所定のアノード電圧が印加される。

背面基板１２の内面上には、蛍光体層を励起するための電子ビームを放出する多数の電子放出素子１７が設けられている。これらの電子放出素子１７は、画素毎に対応して複数列及び複数行に配列されている。電子放出素子１７は、後述する図４に示すようにマトリクス状に配設されたＸ方向配線及びＹ方向配線により駆動される。また、前面基板１１及び背面基板１２の間には、これらの基板に作用する大気圧を支持するため、板状あるいは柱状に形成された多数のスペーサ２０が配置されている。

前記電子放出素子１７は、図４〜図６に示すような構成となっている。ここで、図４は複数の電子放出素子のＸ方向配線（走査線）１８、Ｙ方向配線（信号線）１９との接続状態を示す配線図、図５は図４の要部の拡大図、図６は図４のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。前記電子放出素子１７は、背面基板１２上に絶縁膜２１を介して対向して形成された第１の電極２２，第２の電極２３と、これら第１・第２の電極２２，２３間に両電極と接続するように形成された、電子放出用ギャップ２４を有した導電性膜２５とを具備し、前記導電性膜２５の中心部は、前記第１・第２の電極２２，２３極間のセンターラインＬ上に位置している。

図３は、前面基板１１、特に蛍光面１５の平面図を示す。蛍光面１５は、赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂを有している。前面基板１１の長手方向を第１方向Ｘ、これと直交する方向を第２方向Ｙとした場合、蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂは、第１方向Ｘに所定のギャップをおいて繰り返し配列され、第２方向Ｙには同一色の蛍光体層が所定のギャップをおいて配列されている。なお、このギャップは、製造誤差の範囲内であるいは設計の微調整の範囲内で変化しており、一定値であるとは限らない。前記蛍光面１５は、前面基板１１の周縁部に沿って延びた矩形枠部２６ａ、及び矩形枠部２６ａの内側で蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックス部２６ｂからなる遮光層を有している。

本発明において、前記感光性撥水液としては、例えばエポキシ基を有するシランカップリング剤に光酸発生剤及びラジカル発生剤を含む溶液（前者）、あるいはエポキシ基を有するヘキサメチルジシラザンシランカップリング剤（ＨＭＤＳ）に光酸発生剤及びラジカル発生剤を含む溶液（後者）が挙げられる。

前者のケースの場合、下記化１に示すようにシランカップリング剤の化学反応が生じる。即ち、エポキシ基を有するシランカップリング剤及び光酸発生剤の混合液を基板にスピンコートし、パターン露光すると、混合液による感光性撥水膜で求核反応が起こり、光が当った部分はエポキシ基が光酸発生剤により開環し親水部となり、光が当らなかった部分は疎水部となる。つまり、親水部で接触角が小さくなり、疎水部で接触角が大きくなる。

例えば、シランカップリング剤として下記化２に示すサイラエース Ｓ５３０、感光剤（酸発生）として下記化２に示すＮＡＩ−１０５、ＮＤＳ−１０３を夫々用いて、接触角を求めたところ、次のような結果が得られた。
（１）ＮＡＩ−１０５：トルエン溶媒、Ｓ５３０＝１．６％、感光剤＝０．０５％で、
ＳｉＯ_２基板上で、６２°、−３２°の接触角 → 接触角差Δ３０°
Ｐｔ基板上で、６１°、−４５°の接触角 → 接触角差Δ１６°
（２）ＮＤＳ−１０３：エタノール溶媒、Ｓ５３０＝１．６％、感光剤＝０．０５％
ＳｉＯ_２基板上で、７３°、−５１°の接触角 → 接触角差Δ２２°

後者のケースの場合、下記化３に示すようなシランカップリング剤の化学反応が生じる。即ち、シランカップリング処理した基板に光酸発生剤をスピンコートし、パターン露光すると、露光部のシランカップリングを脱離させ、光が当った部分は親水部となり、光が当らなかった部分は疎水部となる。

先に述べたエポキシ基を有するシランカップリング剤としては、例えば下記化４の（１）式に示す３−グリシドキシプロトリメトキシシラン、あるいは化４の（２）式に示す２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランが挙げられる。（２）式のシランカップリング剤の場合、構造的に歪により開環しやすい。

前記感光性撥水液には、上記シランカップリング剤、光酸発生剤の他、更に増感剤を含有させることが好ましい。これにより、露光部における親水化を促進させることができる。なお、光酸発生剤の量を多くすることによっても同様な効果が期待できる。また、前記感光性撥水液には更に塩基を含有させることが好ましい。ここで、塩基添加により拡散した酸を失活させることができる。更に、前記感光性撥水液にバインダーを含有させることが好ましい。ここで、バインダーとしては、例えばポリビニルピロリドンが挙げられる。バインダーの添加により、光酸発生剤の拡散を防止することができる。

本発明において、前記光酸発生剤としては、例えば下記化５に示すジフェニル−４−チオフェノキシフェニルスルホニウム（ＤＴＳ−１０２）（式（１））、ジフェニル−４−チオフェノキシフェニルスルフォニウム（ＤＴＳ−１０３）（式（２））、４−メトキシーα[［［４−メチルフェニル］スルフォニル］−オキシ］イミノ］ベンゼンアセトニトリル（ＰＡｌ−１０１）（式（３））、１，８−ナフサリミディルトリフレート（ＮＡｌ−１０５）（式（４））、４−ヒドロキシ−１−ナフチル）ジメチルスルフォニウムフルオロアンチモネート（ＮＤＳ−１０３）（式（５））、４，７−ジヒドロキシ−１−ナフチル）ジメチル−スルフォニウムトリレート（ＮＤＳ−１６５）（式（６））、４，８−ジヒドロキシ−ナフチル）ジメチル−スルフォニウムトリフレート（ＮＤＳ−１５５）（式（７））が挙げられる。

次に、前記電子放出素子の具体的な製造方法について説明する。
（実施例１）
図８（Ａ）〜（Ｄ）を参照する。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明する。
まず、背面基板としてのガラス基板１２上に、Ａｇからなる下層配線３１を形成した。つづいて、下層配線３１の周囲に絶縁層３２を形成した後、Ａｇからなる上層配線（図示せず）、及び図５に示したような第１の電極２２、第２の電極２３を夫々対向して形成した。更に、基板全面に感光性撥水液を付与した。具体的には、エポキシ系シランカップリング剤としての２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、及び光酸発生剤としての１，８−ナフタルイミジルトリフレートの混合液を基板１２にスピンコートし、処理層３３を形成した（図８（Ａ）参照）。なお、図８（Ａ）では、実際は基板１２と処理層３３等の間に絶縁層が形成されているが、便宜上省略している。

次に、素子膜形成予定部に対応する部分に開口部３４ａを有したマスク３４を用いて、ｉ線（波長３５６ｎｍ）３５を基板１２に照射することにより露光を行った(図８(Ｂ)参照)。この露光により露光部と未露光部で接触角差（Δ５０°）を変えた。即ち、光が当った親水部３６では、光が当らない疎水部３７に比べてインクの濡れ性がよい状態になった。この後、前記マスク３４を取り除いた（図８（Ｃ）参照）。

次に、インクジェット（ＩＪ）により、導電性膜形成予定部に導電性膜形成用塗布液を付与して導電性膜３８を形成した。この際、導電性膜形成予定部（親水部に相当）には周辺の箇所（疎水部に相当）からの塗布液が集まり易く、親水部にのみ導電性膜３８が形成できる。更に、焼成を行った後、前記第１の電極２２と第２の電極２３間のセンターラインに位置する前記導電性膜３８を選択的に除去し電子放出用ギャップ２４を形成して電子放出素子を製造した（図８（Ｄ）参照）。

上記実施例１によれば、ガラス基板１２上に下層配線３１、上層配線、第１・第２の電極２２，２３等を形成し、更にエポキシ系カップリング剤及び光酸発生剤の混合液を基板全面にスピンコートして処理層３３を形成した後、露光により露光部と未露光部で接触角差を変えて親水部３６と疏水部３７を基板表面で分離させるため、導電性膜３８を形成したい部分のみインクジェットによるインキの濡れ性がよく、必要な部分にのみインキを塗布することができる。このように、実施例１による方法により得られた電子放出素子においては、図５に示すように、前記導電性膜３８の中心部が、前記第１・第２の電極２２，２３間のセンターラインＬ上に位置するように導電性膜３８を形成できるので、安定した素子膜形状が得られ、素子膜抵抗のバラツキを抑制できる。

（実施例２）
図９（Ａ）〜（Ｄ）、図１０及び図１１を参照する。但し、図１〜図６、図８と同部材は同符番を付して説明する。
まず、実施例1と同様に、背面基板としてのガラス基板１２上に、Ａｇからなる下層配線３１、絶縁層３２、Ａｇからなる上層配線４１、第１の電極２２、Ａｇからなる第２の電極２３を夫々形成した。つづいて、基板表面をシランカップリング剤としてのＨＭＤＳで処理し、ＨＭＤＳ層４２を形成した。更に、光酸発生剤としての４−メトキシ−α［［［４−メチルフェニル］サルフォニル］−オキシ］イミノ］ベンゼンアセトニトリルを基板１２にスピンコートし、光酸発生剤層４３を形成した（図９（Ａ）、図１０参照）。なお、図９（Ａ）では、実際は基板１２とＨＭＤＳ層４２等の間に絶縁層が形成されているが、便宜上省略している。

図１０は、図９（Ａ）の概略的な平面図を示す。図１０において、第1の電極２２は上側に位置する上層配線（図４の配線１８に相当）４１と電気的に接続されている。また、第２の配線２３は、図示しない上層配線（図４の配線１９に相当）と電気的に接続されている。

次に、素子膜形成予定部に対応する部分に開口部３４ａを有したマスク３４を用いて、ｉ線（波長３５６ｎｍ）３５を基板１２に照射することにより露光を行った(図９(Ｂ)参照)。この露光により露光部と未露光部で接触角差（Δ４７°）を変えた。即ち、光が当った親水部３６では、光が当らない疎水部３７に比べてインクの濡れ性がよい状態になった。この後、前記マスク３４を取り除いた（図９（Ｃ）参照）。

次に、インクジェットにより、導電性膜形成予定部に導電性膜形成用塗布液を付与して導電性膜３８を形成した。この際、導電性膜形成予定部（親水部に相当）には周辺の箇所（疎水部に相当）からの塗布液が集まり易く、親水部にのみ導電性膜３８が形成できる。更に、焼成を行った後、前記第１の電極２２と第２の電極２３間のセンターラインに位置する前記導電性膜３８を選択的に除去し電子放出用ギャップ２４を形成して電子放出素子を製造した（図９（Ｄ）及び図１１参照）。図１１において、一点鎖線の部分が導電性膜３８を示し、電子放出用ギャップ２４は便宜上図示していない。

上記実施例２によれば、ガラス基板１２上に下層配線３１、上層配線４１、第１・第２の電極２２，２３等を形成し、ＨＭＤＳ層４１を形成した後、更にこの上に光酸発生剤層４２を形成してから、露光により露光部と未露光部で接触角差を変えて親水部３６と疏水部３７を基板表面で分離させるため、導電性膜３８を形成したい部分のみインクジェットによるインキの濡れ性がよく、必要な部分にのみインキを塗布することができる。従って、図５に示すように、前記導電性膜３８の中心部が、前記第１・第２の電極２２，２３間のセンターラインＬ上に位置するように導電性膜３８を形成できるので、安定した素子膜形状が得られ、素子膜抵抗のバラツキを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。

図1は、本発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う上記ＦＥＤの断面図。 図３は、上記ＦＥＤにおける前面基板の蛍光面およびメタルバック層を示す平面図。 図４は、複数の電子放出素子の縦方向配線，横方向配線との接続状態を示す配線図。 図５は、上記ＦＥＤにおける第１・第２の配線間のセンターラインと導電性膜との中心が一致している場合の説明図。 図６は、図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図。 従来の電子放出素子による第１・第２の配線間のセンターラインと導電性膜との中心が不一致している場合の説明図。 本発明の実施例１に係る電子放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。 本発明の実施例２に係る電子放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。 図９（Ａ）の平面図。 図９（Ｄ）の平面図。

符号の説明

１１…前面基板、１２…背面基板、１３…側壁、１４…真空外囲器、１５…蛍光面、１６…メタルバック層、１７…電子放出素子、１８，１９…配線、２０…スペーサ、２１，３２…絶縁層、２２…第１の電極、２３…第２の電極、２４…電子放出用ギャップ、２５，３８…導電性膜、３１…下層電極、３４…マスク、３６…親水部、３７…疎水部、４１…ＨＭＤＳ層、４２…光酸発生層。

Claims (8)

1. 画像形成装置の一構成である背面基板上に複数の電子放出素子を製造する方法において、
   前記背面基板上に第１の電極、第２の電極を対向して形成する工程と、基板全面に感光性撥水液を付与する工程と、露光により導電性膜形成予定部を親水部とした後、導電性膜形成用塗布液を付与して導電性膜形成予定部に導電性膜を形成する工程と、焼成の後、前記第１・第２の電極間の略センターラインに位置する前記導電性膜を選択的に除去し電子放出用ギャップを形成する工程を具備することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 前記感光性撥水液は、エポキシ基を有するシランカップリング剤に光酸発生剤及びラジカル発生剤を含む溶液であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
3. 前記感光性撥水液は、エポキシ基を有するヘキサメチルジシラザンシランカップリング剤に光酸発生剤及びラジカル発生剤を含む溶液であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造形成方法。
4. 前記感光性撥水液に増感剤を含有させることを特徴とする請求項２若しくは３いずれか記載の電子放出素子の製造方法。
5. 前記感光性撥水液に塩基を含有させることを特徴とする請求項２若しくは３いずれか記載の電子放出素子の製造方法。
6. 前記感光性撥水液にバインダーを含有させることを特徴とする請求項２若しくは３いずれか記載の電子放出素子の製造方法。
7. 前記バインダーはポリビニルピロリドンであることを特徴とする請求項６記載の電子放出素子の製造方法。
8. 画像形成装置の一構成である背面基板上に形成される電子放出素子において、
   前記背面基板上に対向して形成された第１・第２の電極と、これら第１・第２の電極間に両電極と接続するように形成された、電子放出用ギャップを有した導電性膜とを具備し、前記導電性膜は、前記第１・第２の電極間及び電極領域に、両電極間のセンターラインを基準にして略２分割されるように形成されていることを特徴とする電子放出素子。

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