JP2006272035A - 膜の形成方法及び電子源基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて、基板上の複数箇所に導電性膜を形成する際に、基板の歪みによる液滴の付与位置のずれを効率よく修正し、歩留まり良く電子源を製造する。
【解決手段】 予め電子源基板1上の素子電極２，３の位置を、該基板１の表面画像を取り込むことにより検出し、導電性膜4の形成位置を液滴付与位置として算出し、得られた液滴付与位置のピッチｄにノズル１２のピッチが一致するように、インクジェットヘッド１１の傾き角θを調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子放出素子の構成部材である導電性膜の形成に好適な膜の形成方法及び該導電性膜の形成方法、さらには、これを用いた電子源基板の製造方法に関する。

本出願人は、表面伝導型電子放出素子の安価で且つ平易な製造方法として、基板上にインクジェット装置を用いて金属含有溶液を液滴の状態で付与して一対の素子電極と該素子電極間に位置する導電性膜とを形成する手法を提案した（特許文献１）。また、本出願人は、上記手法を応用して電子放出素子を複数個同一基板上にマトリクス状に形成した電子源基板の製造方法を提案した（特許文献２）。

図１０にインクジェット装置を用いた電子放出素子の製造工程の一例を示す。同図において、１は基板、２，３は素子電極、４は導電性膜、８は電子放出部、１２はインクジェットノズル、１３は液滴である。先ず、基板１上に素子電極２，３を形成し〔図１０（ａ）〕、次いで、インクジェット装置のノズル１２より、金属含有溶液を液滴１３の状態として素子電極２，３間に付与し〔図１０（ｂ）〕、該金属含有溶液の塗膜を焼成して導電性膜４を形成し〔図１０（ｃ）〕、該導電性膜４に通電処理を施して電子放出部８を形成するものである。

特開平８−１７１８５０号公報 特開２０００−２５１６６５号公報

上記した特許文献２には、インクジェットヘッドの位置を基板に対して相対的に移動させることにより液滴の付与位置を調整し、歩留まりの低下を防止している。しかしながら、タクト短縮のために複数のノズルを直線状に配置したインクジェットヘッドを用いて同時に複数箇所に液滴を付与する場合、基板の形状が設計値に対して歪んでいた場合には、当該手法では歩留まりの低下を防ぐことはできなかった。

本発明の目的は、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて複数箇所に局所的に膜を形成する際に、基板の歪み等による液滴の付与位置のずれを効率よく修正し、精度良く、また、効率よく膜を形成しうる方法を提供することにあり、該方法を利用した電子源基板の製造方法を提供することにある。

本発明の第一は、複数のノズルを直線状に配置したインクジェットヘッドより膜材料を含む液滴を基板上の複数箇所に局所的に付与することにより、基板上の複数箇所に膜を形成する方法であって、
前記基板上の、複数箇所の位置情報を検出する工程と、
前記検出工程で検出した位置情報に基づいて、液滴を付与すべき、複数の位置情報を算出する工程と、
前記基板の法線を軸にして、前記インクジェットヘッドを前記複数の液滴付与位置情報に応じて回転させ、前記基板上に該液滴を付与する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明の第二は、一対の素子電極と該素子電極間に跨り電子放出部を有する導電性膜とを有する電子放出素子を複数個基板上に配置し、該電子放出素子をマトリクス配線してなる電子源基板の製造方法であって、
上記導電性膜を上記本発明第一の膜の形成方法により形成することを特徴とする。

本発明によれば、基板上の液滴付与位置を検出し、これに合わせてインクジェットヘッドを回転させてノズルのピッチを液滴付与位置のピッチに対応させながら液滴を付与するため、液滴付与位置のずれが低減され、膜の形成歩留まりが向上する。よって、本発明によれば効率よく且つ高精度に電子放出素子の導電性膜を形成することができ、より安価に電子源基板を製造することが可能となる。

以下、電子源基板を構成する電子放出素子の導電性膜を形成する形態を例に挙げて本発明を説明する。

図１１は、本発明により製造される電子源基板を構成する一形態である表面伝導型電子放出素子の基本的な構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１１において１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、８は電子放出部である。この電子放出素子を用いて構成した表示パネルを図１２に示す。図中、１は本発明にかかる電子源基板、５は下配線、７は上配線、６０はフェースプレート、６１は蛍光膜、６２はメタルバック（アノード電極）、６３は側壁、６４は図１１に示した電子放出素子、６５はスペーサ、６６はスペーサ固定部材である。尚、下配線５と上配線７とは絶縁層を介して交差しているが、便宜上、当該絶縁層は省略した。

図１２において、電子源基板１とフェースプレート６０と側壁６３とで表示パネルの内部を真空にするための真空容器が形成されている。当該真空容器内は１０^−４Ｐａ程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる容器の破壊を防止するため、耐大気圧構造体としてスペーサ６５が設けられており、該スペーサ６５は画像表示領域の外側で固定部材６６により固定されている。

電子源基板１には、電子放出素子６４がｎ×ｍ個（ｎ，ｍは２以上の正の整数であり、目的とする画素数に応じて適宜設定される。）形成されている。これらの素子６４はｍ本の上配線７とｎ本の下配線５により単純マトリクス配置されている。尚、上配線７と下配線５の交差部は不図示の絶縁層にて絶縁されている。

また、蛍光膜６１はＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青の３原色の蛍光体に塗り分けられ、例えば各色の蛍光体はストライプ状またはドット状に塗り分けられ、各色の蛍光体間には黒色の導電体（ブラックストライプまたはブラックマトリクス）が設けられている。

さらに、蛍光膜６１の内側（電子源基板１側）の面には、アノード電極としてＣＲＴの分野では公知のメタルバック６２が設けられている。

図１１の電子源基板１の作製方法を図４〜図９を用いて説明する。

先ず、絶縁性の基板１上に素子電極２，３からなる電極対を複数個形成する（図４）。次に、同列の素子電極３を共通に接続する下配線５を形成し（図５）、層間絶縁層６を形成する（図６）。層間絶縁層６には、その上に積層形成される上配線７と素子電極２との電気的接続をとるためのコンタクトホールを形成しておく。次いで層間絶縁層６上に同行の素子電極２を共通に接続する上配線７を形成する。この後、本発明の膜の形成方法を用いて、各電極対の素子電極２，３間を連絡するように導電性膜４の材料を含む溶液を付与し、焼成することによって導電性膜４をそれぞれ形成する（図８）。得られた導電性膜４に通電処理を施して電子放出部８を形成する（図９）。

図１に、本発明にかかるインクジェットヘッドと該ヘッドを用いて形成される電子源基板の導電性膜４との位置関係を模式的に示す。図中、１１はインクジェットヘッド、１２はノズルであり、図４〜図１０と同じ部材には同じ符号を付した。尚、本図においては、便宜上、電子源としては電子放出素子を６行×６列に形成した例を、インクジェットヘッドとしてノズル１２を６個有する例を示したが、通常、インクジェットヘッド１１のノズル数に対して電子放出素子数が大であるため、インクジェットヘッド１１を上配線７に平行に走査して液滴を付与する工程を、工程毎にインクジェットヘッド１１を下配線５に平行にずらしながら行う。

図１に示すように、インクジェットヘッド１１のノズル１２のピッチＬと電子源基板の導電性膜４のピッチｄとは一致しないため、
θ＝ｓｉｎ^−１（ｄ／Ｌ）
となるようにインクジェットヘッド１１を素子列に対して傾けることでピッチを対応させる。しかしながら、図２に示すように、基板１が歪んでいた場合、基板１内の位置Ａ〜Ｃによって導電性膜４のピッチ、即ち液滴付与位置のピッチが異なってしまう。そこで、本発明においては、図２に示すように、基板の各位置においてインクジェットヘッド１１を基板１の法線を軸として回転させて素子列に対する傾きを調整することにより、ノズル１２のピッチを導電性膜４のピッチに一致させながら液滴を付与する。具体的には、インクジェットヘッド１１の角度を任意に変えることができるように構成し、予め基板１の場所によるひずみ量を測定し、その測定値から算出されるピッチｄの変化に応じて各位置におけるインクジェットヘッド１１の傾き各θが、
θ_ｎ＝ｓｉｎ^−１（ｄ_ｎ／Ｌ） （ｎ＝１，２，３，…）
となるようにインクジェットヘッド１１を回転させる。

図３は本発明で好ましく用いられる、液滴付与位置の補正機構を用いたインクジェットヘッド装置の構成を示す概略図である。図中、３１はＸＹ方向走査機構（不図示）を具備したステージ、３２，３３はステージ走査コントローラであり、ステージ位置の検出をレーザ変位計等を用いて行なう位置検出機構である。３４は画像処理装置、３５はＣＣＤカメラ、３７はヘッドアライメント微動機構を制御する位置補正制御機構、３８はインクジェット制御・駆動機構、３９は制御コンピュータである。

図３の構成において、ステージ３１は電子源基板１をＸ，Ｙ方向に移動させるＸＹ方向走査機構（不図示）を備え、その上に電子源基板１（基板１上の構成は、素子電極２，３以外は便宜上省略する）が静置される。この電子源基板１上方の、基板を観察できる位置にＣＣＤカメラ３５が設置されており、さらにインクジェットヘッド１１が配置されている。当該構成では、インクジェットヘッド１１が装置に固定されており、電子源基板１をステージ３１により任意の位置に移動させることにより、インクジェットヘッド１１と電子源基板１との相対移動が実現する。インクジェットヘッド１１の位置と基板１に対する液滴付与位置の関係は、予め測定しておく。最適な位置を検出する方法としてはいくつかあるが、例えばＣＣＤカメラ３５で素子電極２，３の画像を取り込んだ後、画像のコントラストを二値化し、その二値化した特定コントラスト部分の重心位置を算出する。その際、二値化した画像の精度を増すために二値化した際に画像の拡大及び縮小、画像の埋め込み処理を挿入しても良い。画像処理装置３４としては、所望の画像処理ができる装置であれば特に限定されないが、例えば、ファースト社製の汎用画像処理装置「ＣＳ−９０２」等が好ましく用いられる。

画像処理装置３４によって得られた画像情報（重心位置）と、ステージ３１の位置を検出する位置検出機構（ステージ走査コントローラ３２，３３）より得られた位置情報を合わせることにより、ステージ３１上にある電子源基板１上の個々の素子の装置上での重心位置情報を求める。この情報は制御コンピュータ３９に送られる。

電子源基板１に液滴を付与するインクジェットヘッド１１は、ヘッド回転機構（不図示）を介して装置に接続されており、位置補正制御機構３７を通じてその位置を精密に移動させることができるようになっている。ヘッド回転機構は圧電素子と圧電素子の変位を回転方向に変換する機構を用いて形成されており、インクジェットヘッド１１に対して垂直な方向に精密な回転が可能となっている。

また、インクジェットヘッド１１の駆動はインクジェットヘッド制御・駆動機構３８によって制御することにより、任意のタイミングで各ノズルより液滴を吐出させることができ、インクジェットヘッド制御・駆動機構３８は制御コンピュータ３９によってコントロールされている。

尚、インクジェットヘッド１１の吐出ヘッドユニットとしては、任意の液滴を形成できる装置であればどのような装置でもかまわないが、特に十数ｎｇ〜数十ｎｇ程度の範囲で制御が可能で、且つ数十ｎｇ程度以上の微少量の液滴が容易に形成できるインクジェット方式の装置がよい。インクジェット方式には、熱エネルギーを利用して溶液に気泡を発生させ、この気泡の生成に基づいて溶液を吐出する方式（バブルジェット（登録商標）方式）や、力学的エネルギーを利用して溶液を吐出する方式（ピエゾジェット方式）が含まれる。

電子放出素子の導電性膜４を形成するためにインクジェットヘッド１１から吐出される液滴の材料としては、液滴が形成できる状態であればどのような状態でもかまわないが、水、溶剤等に前述の金属等を分散、溶解した、溶液、有機金属溶液等を用いることができる。たとえば、導電性膜となる元素あるいは化合物がパラジウム系の例をとると、酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体（ＰＡ−ＭＥ）、酢酸パラジウム−ジエタノール錯体（ＰＡ−ＤＥ）、酢酸パラジウム−トリエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＴＥ）、酢酸パラジウム−ブチルエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＢＥ）、酢酸パラジウム−ジメチルエタノールアミン錯体（ＰＡ−ＤＭＥ）等のエタノールアミン錯体を含んだ水溶液等が挙げられる。こうした液滴をインクジェットヘッド１１により素子電極２、３上の所望の位置に付与する。

（実施例１）
図４〜図９に示した工程に従って電子源基板を作製した。

基板１としてアルカリ成分の少ないＰＤ−２００（旭硝子社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用い、さらにこの上にナトリウムブロック層として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ_２膜を塗布焼成したものを用い、これを有機溶剤等により十分に洗浄後、１２０℃で乾燥させた。

次に、上記基板１上にスパッタ法によって下引き層として厚さ５ｎｍのＴｉとその上に厚さ４０ｎｍのＰｔを成膜した後、フォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィ法によってパターニングし、素子電極２，３を（図４）、さらにＡｇペーストを主材料としてスクリーン印刷法により下配線５を形成した（図５）。この時、素子電極２，３のギャップ間隔は２０μｍ、電極幅を５００μｍ、厚さを５００Å、素子間ピッチ１ｎｍとし、下配線５の幅を３００μｍ、厚さを５００Åとした。

続いて、上下配線を絶縁するために、スクリーン印刷法によってＳｉＯ_２を主成分とする層間絶縁層６を配置した（図６）。層間絶縁層６は、後述する上配線７下に、先に形成した下配線５との交差部を覆うように、且つ上配線７と素子電極２との電気的接続が可能なように接続部にコンタクトホールを開けて形成した。

次に、スクリーン印刷法によってＡｇを主成分とする上配線７を形成した（図７）。

このように、配線５，７及び層間絶縁層６の形成にスクリーン印刷法を用いる事でコスト低減が可能となるが、印刷材となるペーストの焼成工程（４００〜５００℃）により基板１は設計値に対して歪んでいた。

次に、この基板１にインクジェット装置を用いて有機パラジウム含有溶液を素子電極２，３に跨るように１滴ずつ６０μｍ^３の液滴を付与した。有機パラジウム含有溶液としては水及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体を溶解し、若干の添加剤を加えて調製した。液滴の付与に際しては、予め基板１の歪み量を不図示の測定装置で観察し、基板１上の位置による素子の平均ピッチｄ_ｎを測定しておき、その値に従って、インクジェットヘッドの傾き角θ_ｎを、
θ_ｎ＝ｓｉｎ^−１（ｄ_ｎ／Ｌ） ｎ＝１，２，３…
を満たすように随時制御することによって、所望の位置に液滴を付与した。

その後、３００℃で１０分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる導電性膜４を形成し（図８）、素子電極２，３間に電圧を印加して導電性膜４に通電処理を施すことにより、電子放出部８を形成した（図９）。

こうして得られた電子源基板を用いて、図１２に示す表示パネルを作製し、ＮＴＳＣ方式のテレビジョン表示を行う画像形成装置を作製したところ、高画質の画像表示が実現した。

（実施例２）
実施例１と同様の工程で図７の上配線７まで作製した。この基板１に、酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体０．２％、イソプロピルアルコール１５％、エチレングリコール１％、ポリビニルアルコール０．０５％の水溶液を調製し、図３の構成を備えた装置により該水溶液の液滴を付与した。

本例における、上記水溶液の液滴付与工程は以下のとおりである。

〔１〕ＣＣＤカメラ３５により基板１上の個々の素子領域の画像を取り込み、画像処理装置３４により取り込まれた画像に素子電極２，３の画像を抽出する処理を施した。本例では取り込まれた画像を二値化することによって当該画像抽出を行った。

〔２〕上記画像処理によって得られた液滴付与パターンの重心位置と、位置検出機構によって得られたステージ３１の位置情報とに基づいて、制御コンピュータ３９を用いて液滴付与位置（実測値）を算出した。さらに、この実測値と設計値とを比較して、制御コンピュータ３９を用いて補正テーブルを作成し、基板１上の位置による素子の平均ピッチｄ_ｎを算出した。

本例においては、素子の平均ピッチｄ_ｎの算出に関してはインクジェットヘッド１１に含まれるノズル数と同じ素子数の間隔で画像を取得し、その領域毎に平均ピッチｄ_ｎを算出した。尚、熱工程等による基板１の歪み（設計値からのずれ）が小さければ、その間隔を小さくすることによりタクトをさらに短縮することが可能である。

〔３〕ＸＹ方向走査機構を備えたステージ３１及びインクジェット制御・駆動機構３８を同期させて走査し、液滴を付与した。その際、上記補正テーブルによって得られた位置による平均ピッチｄ_ｎの値を位置補正制御機構３７に送り、ヘッド回転機構をそれにあわせて駆動させることにより液滴の付与位置を制御し、個々の素子について最適な位置に液滴を付与した。

液滴は各素子部に対して４回付与し、付与後、３５０℃で１０分間の加熱処理を行って膜厚１００Åの酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜４を得た。この導電性膜４に通電処理を施すことにより、電子放出部８を形成した。

こうして得られた電子源基板を用いて、図１２に示す表示パネルを作製し、ＮＴＳＣ方式のテレビジョン表示を行う画像形成装置を作製したところ、高画質の画像表示が実現した。

本発明におけるインクジェットヘッドと電子源基板の導電性膜との位置関係を示す平面模式図である。 本発明にかかる、電子源基板の歪みとインクジェットヘッドの傾きとの関係を示す平面模式図である。 本発明に好ましく用いられる液滴付与位置の補正機構を用いたインクジェットヘッド装置の構成を示す概略図である。 本発明による電子源基板の作製工程を示す平面模式図である。 本発明による電子源基板の作製工程を示す平面模式図である。 本発明による電子源基板の作製工程を示す平面模式図である。 本発明による電子源基板の作製工程を示す平面模式図である。 本発明による電子源基板の作製工程を示す平面模式図である。 本発明により作製される電子源基板の一例を示す平面模式図である。 本発明にかかるインクジェット装置を用いた電子放出素子の製造工程を示す断面模式図である。 本発明による電子源基板を構成する電子放出素子の構成を示す模式図である。 本発明による電子源基板を用いて構成される表示パネルの概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 基板
２，３ 素子電極
４ 導電性膜
５ 下配線
６ 層間絶縁層
７ 上配線
８ 電子放出部
１１ インクジェットヘッド
１２ ノズル
１３ 液滴
３１ ステージ
３２，３３ ステージ走査コントローラ
３４ 画像処理装置
３５ ＣＣＤカメラ
３７ 位置補正制御機構
３８ インクジェット制御・駆動機構
３９ 制御用コンピュータ
６０ フェースプレート
６１ 蛍光膜
６２ メタルバック
６３ 側壁
６４ 電子放出素子
６５ スペーサ
６６ スペーサ固定部材

Claims (4)

1. 複数のノズルを直線状に配置したインクジェットヘッドより膜材料を含む液滴を基板上の複数箇所に局所的に付与することにより、基板上の複数箇所に膜を形成する方法であって、
   前記基板上の、複数箇所の位置情報を検出する工程と、
   前記検出工程で検出した位置情報に基づいて、液滴を付与すべき、複数の位置情報を算出する工程と、
   前記基板の法線を軸にして、前記インクジェットヘッドを前記複数の液滴付与位置情報に応じて回転させ、前記基板上に該液滴を付与する工程と、
   を有することを特徴とする膜の形成方法。
2. 前記基板の位置情報の検出工程が、前記基板上の複数の構造物の配置状態の検出である請求項１に記載の膜の形成方法。
3. 前記複数の構造物の配置状態が、前記複数の構造物のピッチであることを特徴とする請求項２に記載の膜の形成方法。
4. 一対の素子電極と該素子電極間に跨り電子放出部を有する導電性膜とを有する電子放出素子を複数個基板上に配置し、該電子放出素子をマトリクス配線してなる電子源基板の製造方法であって、
   上記導電性膜を請求項１〜３のいずれかに記載の膜の形成方法により形成することを特徴とする電子源基板の製造方法。

Images