JP2008117764A - Device for injecting liquid containing metal particulates, and line pattern manufactured by device for injecting liquid containing metal particulates - Google Patents

Device for injecting liquid containing metal particulates, and line pattern manufactured by device for injecting liquid containing metal particulates Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel manufacturing device capable of stably manufacturing a line pattern without being clogged when forming the line pattern on a substrate by connecting a plurality of dots so as to be superimposed on each other. <P>SOLUTION: Liquid droplets of a liquid containing a metal particle material are injected and given between a pair of electrodes on the substrate 14 by a liquid droplet injection head 11 of a discharge port diameter of Φ10 μm to Φ25 μm, and the plurality of the dots are connected so as to be superimposed on each other, thereby forming the line pattern. The liquid (droplet) containing a material in order to form the line pattern is a liquid obtained by dispersing the metal particulates into the liquid. When the size of the metal particulate is made Dp, and the discharge port diameter is made Do, the upper limit value is determined as Dp/Do≤0.01, and the lower limit value is made to be 0.002 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属微粒子含有液噴射装置、より詳細には、液体吐出口の目詰まりがなく、金属微粒子を安定した状態で液体に分散させることができ、更には、基板上に信頼性のある良好な電子放出素子を形成することのできる金属微粒子含有液噴射装置、及び、このような金属微粒子含有液噴射装置によって基板上に形成されたドットによるラインパターンに関する。   The present invention relates to a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus, more specifically, the liquid discharge port is not clogged, the metal fine particles can be dispersed in a liquid in a stable state, and moreover reliable on the substrate. The present invention relates to a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus capable of forming a good electron-emitting device, and a line pattern of dots formed on a substrate by such a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus.

従来、電子放出素子として熱電子源と冷陰極電子源の2種類が知られている。冷陰極電子源には電界放出型(以下、FE型という)、金属/絶縁層/金属型(以下、MIM型という)や表面伝導型電子放出素子等がある。FE型の例としては「W.P.Dyke & W.W.Dolan,“Field emission”、Advance in Electron Physics、8 89(1956)」(非特許文献1)あるいは「C.A.Spindt,“Physical Properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenium”J.Appl.Phys.,475248(1976)」(非特許文献2)等が知られている。MIM型の例としては「C.A.Mead,“The Tunnel-emission amplifier”,J.Appl.Phys.,32 646(1961)」(非特許文献3)等が知られている。   Conventionally, two types of electron-emitting devices are known: a thermionic source and a cold cathode electron source. Cold cathode electron sources include field emission type (hereinafter referred to as FE type), metal / insulating layer / metal type (hereinafter referred to as MIM type), surface conduction type electron-emitting devices, and the like. Examples of the FE type are “WPDyke & WWDolan,“ Field emission ”, Advance in Electron Physics, 8 89 (1956)” (Non-Patent Document 1) or “CASpindt,“ Physical Properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenium “J. Appl. Phys., 475248 (1976)” (Non-Patent Document 2) and the like are known. As an example of the MIM type, “C. A. Mead,“ The Tunnel-emission amplifier ”, J. Appl. Phys., 32 646 (1961)” (Non-Patent Document 3) and the like are known.

表面伝導型電子放出素子型の例としては、「M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,1290(1965)」(非特許文献4)等がある。表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型電子放出素子としては、前記Elinson等によるSnO2薄膜を用いたもの、Au薄膜によるもの(「G.Dittmer:“Thin SolidFilms”,9 317(1972)」(非特許文献5))、In23/SnO2薄膜によるもの(「M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEETrans.ED Conf.”,519(1975)」(非特許文献6))、カーボン薄膜によるもの(「荒木久他:真空、第26巻、第1号、22頁(1983)」(非特許文献7))等が報告されている。 Examples of the surface conduction electron-emitting device type include “MIElinson, Radio Eng. Electron Phys., 1290 (1965)” (Non-Patent Document 4). The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which electron emission occurs when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel to the film surface. As this surface conduction electron-emitting device, one using an SnO 2 thin film by Elinson et al. Or one using an Au thin film (“G. Dittmer:“ Thin SolidFilms ”, 9 317 (1972)) (Non-patent Document 5)) , In 2 O 3 / SnO 2 thin film (“M. Hartwell and CGFonstad:“ IEEETrans.ED Conf. ”, 519 (1975)) (non-patent document 6)), carbon thin film (“ Hiroshi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, page 22 (1983) (Non-patent Document 7)) and the like have been reported.

これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成として、前述のM.Hartwellの素子構成を図29に示す。図29において、1は基板、2、3は素子電極、4は導電性薄膜で、該導電性薄膜4はH型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部5が形成される。なお、図中の素子電極2、3間の間隔L1は、0.5〜1mm、W1は、0.1mmで設定されている。   As a typical device configuration of these surface conduction electron-emitting devices, the above-described M.I. The Hartwell device configuration is shown in FIG. In FIG. 29, 1 is a substrate, 2 and 3 are element electrodes, 4 is a conductive thin film, and the conductive thin film 4 is made of a metal oxide thin film formed by sputtering in an H-shaped pattern, which will be described later. The electron emission portion 5 is formed by an energization process called energization forming. In the figure, the distance L1 between the device electrodes 2 and 3 is set to 0.5 to 1 mm, and W1 is set to 0.1 mm.

従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜4に対して予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことによって電子放出部5を形成するのが一般的である。通電フォーミングとは導電性薄膜4の両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば1V/分程度を印加通電し、導電性薄膜4を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成することである。なお、電子放出部5では導電性薄膜4の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、導電性薄膜4に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより電子放出部5より電子を放出せしめるものである。   Conventionally, in these surface conduction electron-emitting devices, it is common to form the electron-emitting portion 5 by applying an energization process called energization forming to the conductive thin film 4 in advance before performing electron emission. . In the energization forming, a DC voltage or a very slow rising voltage, for example, about 1 V / min is applied to both ends of the conductive thin film 4, and the conductive thin film 4 is locally broken, deformed, or altered, and electrically high. It is to form the electron emission portion 5 in a resistance state. In the electron emission portion 5, a crack is generated in a part of the conductive thin film 4, and the electron is emitted from the vicinity of the crack. The surface conduction electron-emitting device subjected to the energization forming process emits electrons from the electron-emitting portion 5 by applying a voltage to the conductive thin film 4 and passing a current through the device.

上述したような表面伝導型放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたって多数の素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を活かした荷電ビーム源、表示装置等の応用研究がなされている。多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述するように、梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素子の両端を配線(共通配線とも呼ぶ)で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる(例えば特許文献1−3参照)。   Since the surface conduction electron-emitting device as described above has a simple structure and is easy to manufacture, there is an advantage that a large number of devices can be formed over a large area. Therefore, applied researches on charged beam sources, display devices, etc. that take advantage of this feature have been made. As an example in which a large number of surface-conduction electron-emitting devices are arrayed, as will be described later, surface-conduction electron-emitting devices are arrayed in parallel, called a trapezoidal arrangement, and both ends of each element are wired (also called common wiring) ), An electron source in which a number of connected lines are arranged (see, for example, Patent Documents 1-3).

また、特に、表示装置等の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がCRTに替わって普及してきたが、自発光型でないためバックライトを持たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装置としては、表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と、電子源より放出された電子によって可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置があげられる(例えば特許文献4参照)。   In particular, in an image forming apparatus such as a display device, in recent years, flat panel display devices using liquid crystals have been used in place of CRTs, but problems such as having a backlight because they are not self-luminous. Therefore, development of a self-luminous display device has been desired. Examples of the self-luminous display device include an image forming apparatus that is a display device in which an electron source in which a large number of surface-conduction emission elements are arranged and a phosphor that emits visible light by electrons emitted from the electron source. (For example, refer to Patent Document 4).

しかしながら、表面伝導型電子放出素子の上記従来例による製造方法は、真空成膜と半導体プロセスにおけるフォトリソグラフィ・エッチング法を多用するものであり、大面積にわたって素子を形成するには、工程数も多く、電子源基板の生産コストが高いといった欠点がある。   However, the manufacturing method according to the above-described conventional example of the surface conduction electron-emitting device uses a lot of vacuum film formation and the photolithography etching method in the semiconductor process, and there are many steps to form the device over a large area. There is a disadvantage that the production cost of the electron source substrate is high.

上述のような課題に対して、本発明者は、上述のごとき表面伝導型電子放出素子の素子部の導電性薄膜を形成するにあたり、米国特許第3060429号明細書(特許文献5)、第3298030号(特許文献6)、第3596275号(特許文献7)、第3416153号(特許文献8)、第3747120号(特許文献9)、第5729257号(特許文献10)等として知られるようなインクジェット液滴付与手段によって、真空成膜法とフォトリソグラフィ・エッチング法によらずに、安定的に歩留まり良くかつ低コストで上記の導電性薄膜を形成することができるのではないかと考えた。そして、特開2001―319567号公報(特許文献11)にその具体的な制作方法について多岐にわたって検討した結果を開示している。   In response to the problems as described above, the present inventor, in forming the conductive thin film of the element portion of the surface conduction electron-emitting device as described above, describes US Pat. No. 3,060,429 (Patent Document 5), No. 3,298,030. No. (Patent Literature 6), No. 3596275 (Patent Literature 7), No. 3416153 (Patent Literature 8), No. 3747120 (Patent Literature 9), No. 5729257 (Patent Literature 10), etc. It was thought that the above-mentioned conductive thin film could be formed stably and with good yield and at low cost by the droplet applying means, regardless of the vacuum film forming method and the photolithography / etching method. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-319567 (Patent Document 11) discloses the results of extensive studies on the specific production method.

しかしながら、いわゆるインクを紙に向けて飛翔、記録を行うインクジェット記録と違い、導電性薄膜となる元素を含有する溶液を安定的に飛翔させ、基板上に付与するにはまだまだ未解決の要素が多々存在する。たとえば、このような元素は一般に金属元素であり、金属微粒子を含有する溶液を、長期にわたって安定して噴射する技術はいまだ未知の部分が多い。特に、長期にわたる噴射性能を一定にするには、目詰まりの問題を解決しなければならない。   However, unlike ink-jet recording in which so-called ink is ejected toward paper and recording is performed, there are still many unresolved elements for stably flying a solution containing an element that becomes a conductive thin film and applying it onto a substrate. Exists. For example, such an element is generally a metal element, and there are still many unknown techniques for stably injecting a solution containing metal fine particles over a long period of time. In particular, the clogging problem must be solved in order to make the jet performance over a long period constant.

従来、水溶性の染料を溶解した記録液体を使用したインクジェット記録の分野においては、使用されるヘッドの吐出口(ノズル)が、従来はΦ33μm〜Φ34μm(面積でいうと900μm2程度)から、Φ50μm〜Φ51μm(面積でいうと2000μm2程度)のものが一般的であり、染料も液媒体中に溶解しているので対目詰まり性という問題は対処できていた。しかしながら、本発明のように、金属微粒子を含有する溶液を、たとえば、Φ25μm以下(面積でいうと500μm2未満)という従来にない微細な吐出口から長期にわたって安定して噴射する技術は確立できていない。
特開昭64−31332号公報 特開平1−283749号公報 特開平2−257552号公報 米国特許第5066883号明細書 米国特許第3060429号明細書 米国特許第3298030号明細書 米国特許第3596275号明細書 米国特許第3416153号明細書 米国特許第3747120号明細書 米国特許第5729257号明細書 特開2001―319567号公報 W.P.Dyke & W.W.Dolan、“Field emission”,Advance in Electron Physics,8 89(1956) C.A.Spindt,“Physical Properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenium”J.Appl.Phys.,475248(1976) C.A.Mead,“The Tunnel-emission amplifier”、J.Appl.Phys.,32 646(1961) M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,1290(1965) G.Dittmer:“Thin SolidFilms”,9 317(1972) M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEETrans.ED Conf.”,519(1975) 荒木久他:真空、第26巻、第1号、22頁(1983)
Conventionally, in the field of ink jet recording using a recording liquid in which a water-soluble dye is dissolved, the ejection port (nozzle) of the head used is conventionally from Φ33 μm to Φ34 μm (about 900 μm 2 in terms of area) to Φ50 μm. Those having a diameter of ˜51 μm (about 2000 μm 2 in terms of area) are generally used, and since the dye is also dissolved in the liquid medium, the problem of anti-clogging has been addressed. However, as in the present invention, a technique for stably injecting a solution containing metal fine particles from an unprecedented fine discharge port of, for example, Φ25 μm or less (less than 500 μm 2 in terms of area) for a long time has been established. Absent.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31332 Japanese Patent Laid-Open No. 1-283749 JP-A-2-257552 US Pat. No. 5,066,883 U.S. Pat. No. 3,060,429 US Pat. No. 3,298,030 US Pat. No. 3,596,275 U.S. Pat. No. 3,416,153 U.S. Pat. No. 3,747,120 US Pat. No. 5,729,257 JP 2001-319567 A WPDyke & WWDolan, “Field emission”, Advance in Electron Physics, 8 89 (1956) CASpindt, “Physical Properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenium” J. Appl. Phys., 475248 (1976) CAMead, “The Tunnel-emission amplifier”, J. Appl. Phys., 32 646 (1961) MIElinson, Radio Eng.Electron Phys., 1290 (1965) G. Dittmer: “Thin SolidFilms”, 9 317 (1972) M. Hartwell and CGFonstad: “IEEETrans.ED Conf.”, 519 (1975) Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)

本発明は、上述のごとき金属微粒子含有液噴射装置、及び、そのような金属微粒子含有液噴射装置によって製作されるドットによるラインパターンに関するものであり、
第1の目的は、金属微粒子を含有する液体を基板上に噴射によって製造する際に、噴射時に液体吐出口の目詰まりがなく、金属微粒子を安定した状態で分散することができ、更には、基板上に良好なドットによるラインパターンを製作することのできる金属微粒子含有液噴射装置を提供することにある。
The present invention relates to a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus as described above, and a line pattern with dots produced by such a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus,
The first object is to produce a liquid containing metal fine particles on a substrate by jetting, so that the liquid discharge port is not clogged during jetting, and the metal fine particles can be dispersed in a stable state. An object of the present invention is to provide a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus capable of producing a line pattern with good dots on a substrate.

第2の目的は、このような金属微粒子含有液噴射装置によって基板上に製作されるドットのラインパターンを、信頼性の高いより良好的なものとすることにある。   The second object is to make the dot line pattern produced on the substrate by such a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus more reliable and more favorable.

本発明は、前記目的を達成するために、
請求項1の発明においては、基板上の一対の電極間に金属微粒子材料を含有する液体の液滴を吐出口より噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液滴のドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射装置において、前記液体中の金属微粒子は前記ドットによるラインパターンを形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記金属微粒子の大きさをDp、前記吐出口の径をDoとするとき、該吐出口径DoがΦ10μm〜Φ25μmであるような場合には、その吐出口の目詰まりが生じないように前記金属微粒子の大きさDpの上限をDp/Do≦0.01で規定し、前記金属微粒子を安定した状態で分散させるためにその金属微粒子の大きさDpの下限値を0.002μmとするとともに、前記ドットによるラインパターンの厚さを前記表面粗さ以上の厚さとなるようにした。
In order to achieve the above object, the present invention provides
In the invention of claim 1, a liquid droplet containing a metal fine particle material is jetted from a discharge port between a pair of electrodes on a substrate, a plurality of dots are connected so as to overlap, and a line pattern is formed, In the metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus that volatilizes the volatile components in the line pattern by the dots of the liquid droplets after application and causes the solid content to remain on the substrate to make electrical connection between the electrodes, the metal in the liquid The fine particles have a size equal to or less than the surface roughness of the surface on which the line pattern by the dots is formed, and when the size of the metal fine particles is Dp and the diameter of the discharge port is Do, the discharge port diameter Do is Φ10 μm to In the case of Φ25 μm, the upper limit of the size Dp of the metal fine particles is defined as Dp / Do ≦ 0.01 so that the discharge port is not clogged, and the metal fine particles are With a 0.002μm lower limit value of the size Dp of the fine metal particles in order to disperse in a constant state, and the thickness of the line pattern by the dot so as to have a thickness equal to or greater than the surface roughness.

請求項2の発明においては、基板上の一対の電極間に金属微粒子を含有する液体を液体噴射装置により噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液体によるドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射装置によって製作されるドットによるラインパターンにおいて、前記金属微粒子は前記ドットによるラインパターンの薄膜を形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記ドットによるラインパターンの薄膜の厚さを前記表面粗さ以上の厚さとした。   In the invention of claim 2, a liquid containing metal fine particles is ejected and applied between a pair of electrodes on the substrate by a liquid ejecting apparatus, a plurality of dots are connected so as to overlap, and a line pattern is formed. In the line pattern by dots produced by the liquid ejecting apparatus containing metal fine particles, which volatilizes the volatile components in the line pattern by the dots by liquid and leaves the solid content on the substrate to make electrical connection between the electrodes, The metal fine particles had a size equal to or less than the surface roughness of the surface on which the line pattern thin film formed of the dots was formed, and the thickness of the line pattern thin film formed of the dots was equal to or greater than the surface roughness.

請求項1の発明に対応した効果
基板上の一対の電極間に金属微粒子材料を含有する液体の液滴を吐出口より噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液滴のドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射装置において、前記液体中の金属微粒子は前記ドットによるラインパターンを形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記金属微粒子の大きさをDp、前記吐出口の径をDoとするとき、該吐出口径DoがΦ10μm〜Φ25μmであるような場合には、その吐出口の目詰まりが生じないように前記金属微粒子の大きさDpの上限をDp/Do≦0.01で規定したので、その吐出口の目詰まりが生じない。
前記金属微粒子を安定した状態で分散させるためにその金属微粒子の大きさDpの下限値を0.002μmとしたので、前記金属微粒子を安定した状態で分散させることができる。
前記ドットによるラインパターンの厚さを前記表面粗さ以上の厚さとなるようにしたので、信頼性のあるドットによるラインパターンを提供することができる。
Effect corresponding to the invention of claim 1 A liquid droplet containing a metal fine particle material is sprayed and applied from a discharge port between a pair of electrodes on a substrate, and a plurality of dots are overlapped to form a line pattern. In the liquid ejecting apparatus containing fine metal particles, the volatile components in the line pattern due to the dots of the applied droplets are volatilized and the solid content remains on the substrate to make electrical connection between the electrodes. The metal fine particles have a size equal to or less than the surface roughness of the surface on which the line pattern by the dots is formed, and when the size of the metal fine particles is Dp and the diameter of the discharge port is Do, the discharge port diameter Do is Φ10 μm. In the case of .about..PHI.25 .mu.m, the upper limit of the metal fine particle size Dp is defined by Dp / Do.ltoreq.0.01 so that the discharge port is not clogged. There is no clogging of the mouth.
In order to disperse the metal fine particles in a stable state, the lower limit value of the size Dp of the metal fine particles is set to 0.002 μm, so that the metal fine particles can be dispersed in a stable state.
Since the thickness of the line pattern of the dots is equal to or greater than the surface roughness, it is possible to provide a reliable line pattern of dots.

請求項2の発明に対応した効果
基板上の一対の電極間に金属微粒子を含有する液体を該液体噴射装置により噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液体によるドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射製造装置によって製作されるドットによるラインパターンにおいて、前記金属微粒子は前記ドットによるラインパターンの薄膜を形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記ドットによるラインパターンの薄膜の厚さを前記表面粗さ以上の厚さとしたので、信頼性のある良好なドットによるラインパターンを提供することができる。
Effect corresponding to the invention of claim 2 A liquid containing metal fine particles is ejected and applied between the pair of electrodes on the substrate by the liquid ejecting apparatus, a plurality of dots are connected so as to overlap, and a line pattern is formed and applied The line pattern of dots produced by a metal fine particle-containing liquid jet production apparatus that volatilizes volatile components in the line pattern of dots by a later liquid and causes the solid content to remain on the substrate to make electrical connection between the electrodes. The metal fine particles have a size equal to or smaller than the surface roughness of the surface on which the line pattern thin film formed by the dots is formed, and the thickness of the line pattern thin film formed from the dots is equal to or greater than the surface roughness. Therefore, it is possible to provide a reliable and good line pattern with dots.

図1は、本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子を構成した電子源基板の一例を示す模式図で、図1(A)はその平面図、図1(B)は図(A)のB−B線断面図で、図中、1は基板、2、3は素子電極、4は導電性薄膜、5は電子放出部である。本発明の表面伝導型電子放出素子の基本的な構成は平面型であり、ここでは簡略化して、1つの平面型表面伝導型電子放出素子の構成を模式的に示しているが、実際には、後述するように、このような平面型表面伝導型電子放出素子がマトリックス配置された素子群として構成される。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of an electron source substrate that constitutes a planar surface conduction electron-emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) is a plan view thereof, and FIG. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A, where 1 is a substrate, 2 is a device electrode, 4 is a conductive thin film, and 5 is an electron emission portion. The basic configuration of the surface conduction electron-emitting device of the present invention is a planar type, and here, the configuration of one planar surface conduction electron-emitting device is schematically shown in a simplified manner. As will be described later, such a planar surface conduction electron-emitting device is configured as an element group in a matrix arrangement.

基板1としては、石英ガラス、Na等の不純物含有量を低減させたガラス、青板ガラス、SiO2を表面に堆積させたガラス基板およびアルミナ等のセラミックス基板等を用いることができる。素子電極2、3の材料としては、一般的な導電材料を用いることができ、例えば、Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等の金属あるいは合金、Pd、As、Ag、Au、RuO2、Pd−Ag等の金属あるいは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、In23−SnO2等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択される。 As the substrate 1, quartz glass, glass with a reduced impurity content such as Na, blue plate glass, a glass substrate on which SiO 2 is deposited, a ceramic substrate such as alumina, and the like can be used. As the material for the device electrodes 2 and 3, a general conductive material can be used, for example, a metal or alloy such as Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd, Pd, From printed conductors composed of metals such as As, Ag, Au, RuO 2 , Pd—Ag or metal oxides and glass, transparent conductors such as In 2 O 3 —SnO 2 , semiconductor materials such as polysilicon, etc. It is selected appropriately.

素子電極2、3間の間隔Lは、好ましくは数千Åないし数百μmの範囲であり、より好ましくは、素子電極2、3間に印加する電圧等を考慮して1μmないし100μmの範囲である。素子電極2、3の長さWは、電極の抵抗値および電子放出特性を考慮して、数μmないし数百μmであり、また、素子電極2、3の膜厚dは、100Åないし1μmの範囲である。   The distance L between the device electrodes 2 and 3 is preferably in the range of several thousand to several hundred μm, and more preferably in the range of 1 to 100 μm in consideration of the voltage applied between the device electrodes 2 and 3. is there. The length W of the device electrodes 2 and 3 is several μm to several hundred μm in consideration of the resistance value and electron emission characteristics of the electrodes, and the film thickness d of the device electrodes 2 and 3 is 100 μm to 1 μm. It is a range.

図2は、図1に示した平面型表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明するための図で、図2(A)は基板1に素子電極2、3を形成した図、図2(B)は素子電極2、3に導電性薄膜4を形成した図、図2(C)は該導電性薄膜4に電子放出部5を形成した図を示す。導電性薄膜4としては、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜が特に好ましく、その膜厚は素子電極2、3へのステップカバレッジ、素子電極2、3間の抵抗値および後述する通電フォーミング条件等によって適宜設定されるが、好ましくは、数Åないし数千Åで、特に好ましくは、10Åないし500Åである。またその抵抗値は、Rsが10の2乗ないし10の7乗Ωの値である。なお、Rsは厚さがt、幅がwで長さがlの薄膜の抵抗Rを、R=Rs(1/w)とおいたときに現われる値で、薄膜材料の抵抗率をρとするとRs=ρ/tで表される。ここでは、フォーミング処理について通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成する方法であればいかなる方法を用いても良い。   2 is a diagram for explaining a method of manufacturing the planar surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 1, FIG. 2A is a diagram in which device electrodes 2 and 3 are formed on the substrate 1, and FIG. FIG. 2B is a diagram in which the conductive thin film 4 is formed on the device electrodes 2 and 3, and FIG. 2C is a diagram in which the electron emission portion 5 is formed on the conductive thin film 4. In order to obtain good electron emission characteristics, the conductive thin film 4 is particularly preferably a fine particle film composed of fine particles. The film thickness is step coverage to the device electrodes 2 and 3 and the resistance between the device electrodes 2 and 3. Although it is appropriately set depending on the value, energization forming conditions described later, etc., it is preferably several to thousands, and particularly preferably 10 to 500. Further, the resistance value is a value of Rs of 10 2 to 10 7. Rs is a value that appears when the resistance R of a thin film having a thickness of t, a width of w, and a length of l is set as R = Rs (1 / w). If the resistivity of the thin film material is ρ, Rs = Ρ / t. Here, the energization process will be described as an example of the forming process, but the forming process is not limited to this, and any method may be used as long as it forms a high resistance state by causing a crack in the film. Also good.

導電性薄膜4を構成する材料としては、Pd、Pt、Ru、Ag、Zn、Sn、W、Pb等の金属が本発明の表面伝導型電子放出素子として、良好な電子放出を行うことができる材料としてあげられる。しかし、後述するように、本発明の製造装置に使用される液滴噴射ヘッドとの適合性を考慮する必要があり、これらの材料が全て好適に使用できるわけではない。   As a material constituting the conductive thin film 4, metals such as Pd, Pt, Ru, Ag, Zn, Sn, W, and Pb can perform good electron emission as the surface conduction electron-emitting device of the present invention. As a material. However, as described later, it is necessary to consider compatibility with the droplet ejecting head used in the manufacturing apparatus of the present invention, and not all of these materials can be suitably used.

ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態(いくつかの微粒子が集合し、全体として島状を形成している場合も含む)をとっている。微粒子の粒径は、数Åないし1μmであり、好ましくは10Åないし200Åである。
なお本発明は図1に示した構成に限らず、基板1上の導電性薄膜4の上に、素子電極2、3を形成させた構成にしてもよい。
The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and the fine structure is not only in a state where the fine particles are individually dispersed and arranged, but also in a state where the fine particles are adjacent to each other or overlap (some fine particles are aggregated). And the case where an island is formed as a whole). The particle diameter of the fine particles is several to 1 μm, preferably 10 to 200 μm.
The present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the device electrodes 2 and 3 may be formed on the conductive thin film 4 on the substrate 1.

以下、本発明の一実施形態に係る表面伝導型電子放出素子を形成した電子源基板の製造装置について述べる。図3は、本発明に係る電子源基板の製造装置の一例を示す図で、図中、11は吐出ヘッドユニット(噴射ヘッド)、12はキャリッジ、13は基板保持台、14は平面型表面伝導型電子放出素子群を形成する基板、15は導電性薄膜の材料を含有する溶液の供給チューブ、16は信号供給ケーブル、17は噴射ヘッドコントロールボックス、18はキャリッジ12のX方向スキャンモータ、19はキャリッジ12のY方向スキャンモータ、20はコンピュータ、21はコントロールボックス、22(22X1、22Y1、22X2、22Y2)は、基板位置決め/保持手段である。 An apparatus for manufacturing an electron source substrate on which a surface conduction electron-emitting device according to an embodiment of the present invention is formed will be described below. FIG. 3 is a view showing an example of an electron source substrate manufacturing apparatus according to the present invention, in which 11 is an ejection head unit (jet head), 12 is a carriage, 13 is a substrate holder, and 14 is a planar surface conduction device. 15 is a substrate for forming a group of electron-emitting devices, 15 is a solution supply tube containing a conductive thin film material, 16 is a signal supply cable, 17 is an ejection head control box, 18 is an X-direction scan motor for the carriage 12, and 19 is Y-direction scanning motor of the carriage 12, 20 is a computer, 21 control box, 22 (22X 1, 22Y 1 , 22X 2, 22Y 2) is a substrate positioning / holding means.

図3に示す構成は、基板保持台13に置かれた基板14の前面を噴射ヘッド11がキャリッジ走査により移動し、導電性薄膜材料を含有する溶液を噴射付与する例を示すものである。噴射ヘッド11は、任意の液滴を定量吐出できるものであれば如何なる機構でも良く、特に数10〜数ピコリットル程度の液滴、あるいは、より少量体積の液滴を形成できるインクジェット方式の機構が望ましい。インクジェット方式としては、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、ヒータの熱エネルギーを利用して気泡を発生させるバブルジェット(登録商標)方式、あるいは、荷電制御方式(連続流方式)等いずれのものでも構わない。   The configuration shown in FIG. 3 shows an example in which the ejection head 11 moves by carriage scanning on the front surface of the substrate 14 placed on the substrate holder 13 and ejects a solution containing a conductive thin film material. The ejection head 11 may have any mechanism as long as it can discharge a given amount of liquid droplets in particular, and in particular, an ink jet type mechanism capable of forming a liquid droplet of about several tens to several picoliters or a smaller volume of liquid droplets. desirable. As the ink jet method, any of a piezo jet method using a piezoelectric element, a bubble jet (registered trademark) method that generates bubbles using the thermal energy of a heater, or a charge control method (continuous flow method) may be used. Absent.

図4は、本発明の電子源基板の製造方法を適用しうる液滴付与装置の構成の一例を説明するための概略図で、図5は、図4の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。図4の構成は、図3の構成と異なり、基板側を移動させて電子放出素子群を基板に形成するものである。図4及び図5において、2、3は素子電極、14は基板、30は吐出ヘッドユニット(図3の吐出ヘッド11に相当)、31はヘッドアライメント制御機構、32は検出光学系、33はインクジェットヘッド、34はヘッドアライメント微動機構、35は制御コンピュータ、36は画像識別機構、37はXY方向走査機構、38は位置検出機構、39は位置補正制御機構、40はインクジェットヘッド駆動・制御機構、41は光軸、42は液滴、43は液滴着弾位置である。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of a configuration of a droplet applying apparatus to which the method of manufacturing an electron source substrate of the present invention can be applied. FIG. 5 is a diagram of an ejection head unit of the droplet applying apparatus of FIG. It is a principal part schematic block diagram. The configuration of FIG. 4 is different from the configuration of FIG. 3 in that the electron-emitting device group is formed on the substrate by moving the substrate side. 4 and 5, 2 and 3 are element electrodes, 14 is a substrate, 30 is an ejection head unit (corresponding to the ejection head 11 in FIG. 3), 31 is a head alignment control mechanism, 32 is a detection optical system, and 33 is an inkjet. Head, 34 is a head alignment fine movement mechanism, 35 is a control computer, 36 is an image identification mechanism, 37 is an XY direction scanning mechanism, 38 is a position detection mechanism, 39 is a position correction control mechanism, 40 is an inkjet head drive / control mechanism, 41 Is an optical axis, 42 is a droplet, and 43 is a droplet landing position.

吐出ヘッドユニット30の液滴付与装置(インクジェットヘッド33)としては、図3の場合と同様に、インクジェット方式の機構が望ましく、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、ヒータの熱エネルギーを利用して気泡を発生させるバブルジェット(登録商標)方式、あるいは荷電制御方式(連続流方式)等いずれのものでも構わない。   As in the case of FIG. 3, the droplet applying device (inkjet head 33) of the ejection head unit 30 is preferably an inkjet mechanism, a piezojet method using a piezoelectric element, and bubbles using the thermal energy of a heater. Any method such as a bubble jet (registered trademark) system for generating the charge or a charge control system (continuous flow system) may be used.

以下に、図4に示した基板14側を移動させる装置の構成を説明する。まず図4において、XY方向走査機構37の上に基板14が載置してある。基板14上の表面伝導型電子放出素子は図1のものと同じ構成であり、単素子としては図1に示したものと同様、基板1、素子電極2、3及び導電性薄膜(微粒子膜)4よりなっている。この基板14の上方に液滴を付与する吐出ヘッドユニット30が位置している。本実施例では、吐出ヘッドユニット30は固定で、基板14がXY方向走査機構37により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット30と基板14との相対移動が実現される。   Below, the structure of the apparatus which moves the board | substrate 14 side shown in FIG. 4 is demonstrated. First, in FIG. 4, the substrate 14 is placed on the XY direction scanning mechanism 37. The surface conduction electron-emitting device on the substrate 14 has the same configuration as that shown in FIG. 1, and the single device is the same as that shown in FIG. 1, and the substrate 1, the device electrodes 2, 3 and the conductive thin film (fine particle film). It is made up of four. An ejection head unit 30 for applying droplets is positioned above the substrate 14. In the present embodiment, the discharge head unit 30 is fixed, and the substrate 14 is moved to an arbitrary position by the XY direction scanning mechanism 37, whereby the relative movement between the discharge head unit 30 and the substrate 14 is realized.

次に、図5により、吐出ヘッドユニット30の構成を説明する。検出光学系32は、基板14上の画像情報を取り込むもので、液滴42を吐出させるインクジェットヘッド33に近接し、検出光学系32の光軸41および焦点位置と、インクジェットヘッド33による液滴42の着弾位置43とが一致するよう配置されている。この場合、検出光学系32とインクジェットヘッド33との位置関係は、ヘッドアライメント微動機構34とヘッドアライメント制御機構31により精密に調整できるようになっている。また、検出光学系32には、CCDカメラとレンズとを用いている。   Next, the configuration of the ejection head unit 30 will be described with reference to FIG. The detection optical system 32 captures image information on the substrate 14, is close to the inkjet head 33 that ejects the droplet 42, the optical axis 41 and the focal position of the detection optical system 32, and the droplet 42 by the inkjet head 33. The landing positions 43 are arranged so as to coincide with each other. In this case, the positional relationship between the detection optical system 32 and the inkjet head 33 can be precisely adjusted by the head alignment fine movement mechanism 34 and the head alignment control mechanism 31. The detection optical system 32 uses a CCD camera and a lens.

再度、図4に戻って説明する。画像識別機構36は、先の検出光学系32で取り込まれた画像情報を識別するもので、画像のコントラストを2値化し、2値化した特定コントラスト部分の重心位置を算出する機能を有したものである。具体的には、(株)キーエンス製の高精度画像認識装置;VX−4210を用いることができる。これによって得られた画像情報に基板14上における位置情報を与える手段が位置検出機構38である。これには、XY方向走査機構37に設けられたリニアエンコーダ等の測長器を利用することができる。また、これらの画像情報と基板14上での位置情報をもとに、位置補正を行なうのが位置補正制御機構39であり、この機構によりXY方向走査機構37の動きに補正が加えられる。また、インクジェットヘッド駆動・制御機構40によってインクジェットヘッド33が駆動され、液滴が基板14上に塗布される。これまで述べた各制御機構は、制御コンピュータ35により集中制御される。   Returning again to FIG. The image identification mechanism 36 identifies the image information captured by the previous detection optical system 32, and has a function of binarizing the contrast of the image and calculating the centroid position of the binarized specific contrast portion. It is. Specifically, a high-precision image recognition device manufactured by Keyence Corporation; VX-4210 can be used. A means for giving position information on the substrate 14 to the image information obtained thereby is a position detection mechanism 38. For this purpose, a length measuring device such as a linear encoder provided in the XY direction scanning mechanism 37 can be used. The position correction control mechanism 39 corrects the position based on the image information and the position information on the substrate 14, and this mechanism corrects the movement of the XY direction scanning mechanism 37. Further, the inkjet head 33 is driven by the inkjet head drive / control mechanism 40, and droplets are applied onto the substrate 14. Each control mechanism described so far is centrally controlled by the control computer 35.

なお、以上の説明は、吐出ヘッドユニット30は固定で、基板14がXY方向走査機構37により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット30と基板14との相対移動を実現しているが、図3に示したように、基板14を固定とし、吐出ヘッドユニット30がXY方向に走査するような構成としてもよいことはいうまでもない。特に、200mm×200mm程度の中画面〜2000mm×2000mmあるいはそれ以上の大画面の画像形成装置の製作に適用する場合には、後者のように、基板14を固定とし、吐出ヘッドユニット30が直交するX、Yの2方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する2方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。   In the above description, the ejection head unit 30 is fixed, and the substrate 14 is moved to an arbitrary position by the XY direction scanning mechanism 37 to realize relative movement between the ejection head unit 30 and the substrate 14. As shown in FIG. 3, it is needless to say that the substrate 14 may be fixed and the ejection head unit 30 may scan in the XY directions. In particular, when the present invention is applied to the production of an image forming apparatus having a medium screen of about 200 mm × 200 mm to a large screen of 2000 mm × 2000 mm or more, the substrate 14 is fixed and the discharge head unit 30 is orthogonal as in the latter case. It is preferable that the scanning is performed in two directions of X and Y, and the droplets of the solution are sequentially applied in such two orthogonal directions.

他の例として、基板サイズが、例えば、短手方向の長さが400mm程度以下の場合には、液滴付与のための吐出ヘッドユニットを400mmの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプとし、吐出ヘッドユニットと基板の相対移動を直交する2方向(X方向、Y方向)に行うことなく、1方向(長手方向)のみ(例えばX方向のみ)に相対移動させることも可能であり、また、量産性も高くすることができるが、基板サイズの短手方向が400mmより長い場合には、そのような400mmより長い範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプの吐出ヘッドユニットを製作することは技術的/コスト的に実現困難であり、本発明のように、吐出ヘッドユニット30が直交するX、Yの2方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する2方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。   As another example, when the substrate size is, for example, about 400 mm or less in the lateral direction, the discharge head unit for applying droplets is a large array multi-nozzle type that can cover the range of 400 mm, and discharge Relative movement of the head unit and the substrate can be performed in only one direction (longitudinal direction) (for example, only in the X direction) without performing relative movement in two orthogonal directions (X direction and Y direction). In the case where the short direction of the substrate size is longer than 400 mm, it is technically necessary to manufacture a large array multi-nozzle type discharge head unit capable of covering such a longer range than 400 mm. It is difficult to realize in terms of cost, and as in the present invention, the ejection head unit 30 scans in two directions of X and Y that are orthogonal to each other. The application of drops is better where the structure to perform sequentially in such two orthogonal directions.

液滴42の材料には、先に述べた導電性薄膜となる元素あるいは化合物を含有する水溶液、有機溶剤等を用いることができる。例えば、導電性薄膜となる元素あるいは化合物がパラジウム系の例を以下に示すと、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系錯体を含んだ水溶液、また、パラジウム−グリシン錯体(Pd−Gly)、パラジウム−β−アラニン錯体(Pd−β−Ala)、パラジウム−DL−アラニン錯体(Pd−DL−Ala)等のアミン酸系錯体を含んだ水溶液、さらには酢酸パラジウム・ビス・ジ・プロピルアミン錯体の酢酸ブチル溶液等が挙げられる。   As the material of the droplets 42, an aqueous solution, an organic solvent, or the like containing the element or compound that becomes the conductive thin film described above can be used. For example, when the element or compound used as the conductive thin film is palladium, examples thereof include palladium acetate-ethanolamine complex (PA-ME), palladium acetate-diethanol complex (PA-DE), palladium acetate-triethanolamine. An aqueous solution containing an ethanolamine complex such as a complex (PA-TE), palladium acetate-butylethanolamine complex (PA-BE), palladium acetate-dimethylethanolamine complex (PA-DME), or a palladium-glycine complex ( Pd-Gly), palladium-β-alanine complex (Pd-β-Ala), an aqueous solution containing an amine acid complex such as palladium-DL-alanine complex (Pd-DL-Ala), and further palladium acetate-bis- Examples thereof include a butyl acetate solution of a di-propylamine complex.

より具体的には、たとえば、酢酸パラジウム−トリエタノールアミン水溶液の例で説明すると、以下のようにして製造される。すなわち、50gの酢酸パラジウムを500ccのイソプロピルアルコールに懸濁させ、さらに100gのトリエタノールアミンを加え35℃で12時間攪拌する。反応終了後、イソプロピルアルコールを蒸発により除去し、固形物にエチルアルコールを加えて溶解、濾過し、濾液から酢酸パラジウム−トリエタノールアミンを再結晶させる。このようにして得た酢酸パラジウム−トリエタノールアミン10gを190gの純水に溶解し、噴射用溶液とすることができる。   More specifically, for example, in the case of a palladium acetate-triethanolamine aqueous solution, it is produced as follows. That is, 50 g of palladium acetate is suspended in 500 cc of isopropyl alcohol, 100 g of triethanolamine is further added, and the mixture is stirred at 35 ° C. for 12 hours. After completion of the reaction, isopropyl alcohol is removed by evaporation, ethyl alcohol is added to the solid to dissolve and filter, and palladium acetate-triethanolamine is recrystallized from the filtrate. 10 g of the palladium acetate-triethanolamine thus obtained can be dissolved in 190 g of pure water to obtain a jetting solution.

他の例としては、パラジウム微粒子を電圧60V、周波数50Hz、酸素流量40ml/minのオゾン発生装置でオゾン処理し、その処理済みのパラジウム微粒子7gをエチレングリコール5g、エタノール8g、純水80gの溶液に分散させ、噴射用溶液とすることができる。   As another example, palladium fine particles are ozone-treated with an ozone generator having a voltage of 60 V, a frequency of 50 Hz, and an oxygen flow rate of 40 ml / min, and 7 g of the treated palladium fine particles are converted into a solution of 5 g of ethylene glycol, 8 g of ethanol, and 80 g of pure water. It can be dispersed into a jetting solution.

以上の説明より明らかなように、本発明の電子源基板は、導電性薄膜となる元素あるいは化合物を含有する溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に液滴として付与して製作されるものであるが、高品位な表面伝導型電子放出素子を長期にわたって安定して形成するためには、その製造装置が安定して一定の性能を維持するものでなくてはならない。ここで、一番重要な点は噴射ヘッドの長期性能安定性である。前述のように、本発明では、導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液である。   As is clear from the above description, the electron source substrate of the present invention is manufactured by flying a solution containing an element or compound to be a conductive thin film in the air on the principle of ink jet and applying it as droplets on the substrate. However, in order to stably form a high-quality surface conduction electron-emitting device over a long period of time, the manufacturing apparatus must stably maintain a certain performance. Here, the most important point is the long-term performance stability of the ejection head. As described above, in the present invention, the solution containing the material for forming the conductive thin film is a solution in which metal fine particles are dispersed in a liquid.

しかしながら、この金属微粒子は溶液中に分散している砥粒のような存在であり、この溶液を大量使用した場合、噴射ヘッドの溶液の通り道を損傷させたり、摩耗させたりするという問題がある。通り道の中でも、とりわけ吐出口部(ノズル部)のキズや、摩耗は溶液の液滴噴射性能に影響を及ぼすため問題となる。   However, the metal fine particles are present like abrasive grains dispersed in the solution. When a large amount of this solution is used, there is a problem that the passage of the solution in the ejection head is damaged or worn. Among the passages, scratches and wear of the discharge port (nozzle) are particularly problematic because they affect the droplet ejection performance of the solution.

ところで、このキズや、摩耗は、2つの物体が互いにぶつかり合う、あるいは、こすれあう際に生ずるものであるから、互いの物体の硬さを適切に選ぶことにより、解決できるものと考えられる。また、キズについても、これが噴射ヘッドの液滴噴射性能に影響を及ぼすのは事実ではあるが、どのくらい影響を及ぼすのかは、キズの大きさと溶液の通り道の大きさとによって決まると考えられる。たとえば、内径Φ15mm〜Φ20mmの放水用のホースにナノメーターオーダーのキズがあったとしても、放水流量に多大な影響を及ぼすことはあり得ない。   By the way, the scratches and wear are caused when two objects collide with each other or rub against each other. Therefore, it is considered that they can be solved by appropriately selecting the hardness of each other. In addition, it is true that scratches affect the droplet jetting performance of the jet head, but how much the scratches are affected is considered to be determined by the size of the scratch and the size of the solution passage. For example, even if a water discharge hose having an inner diameter of Φ15 mm to Φ20 mm has scratches on the order of nanometers, the water discharge flow rate cannot be greatly affected.

本発明では、これらの点を考慮しながら、吐出口部の材質の硬さと、金属微粒子の材質の硬さならびに吐出口部の大きさを鋭意検討したものである。
具体的には、図6に示したような噴射ヘッドで、矩形のノズル部58の面にマルチノズルプレートを貼り付けた噴射ヘッドを使用し、一定時間溶液噴射を行うことにより、吐出口部(ノズル孔部)にキズが生じるかどうか、また、溶液滴吐出性能の劣化により、形成される素子形状(ドットパターンの形状良否)、素子性能の劣化が生じるかどうかを調べた。マルチノズルプレートは、材料およびノズル径(ここでは丸形状とした)を変えたものを準備した。素子性能は、後述のフォーミング処理等を行った後、性能を調べた。
In the present invention, considering these points, the hardness of the material of the discharge port portion, the hardness of the material of the metal fine particles, and the size of the discharge port portion are intensively studied.
Specifically, by using an ejection head having a multi-nozzle plate attached to the surface of the rectangular nozzle portion 58 with the ejection head as shown in FIG. It was investigated whether or not the nozzle hole) was flawed, and whether or not the element shape to be formed (the shape of the dot pattern was good) and the element performance were deteriorated due to the deterioration of the solution droplet discharge performance. Multi-nozzle plates were prepared with different materials and nozzle diameters (here rounded). The device performance was examined after performing a forming process described later.

使用した噴射ヘッドは、熱エネルギーを使用するサーマルインクジェット方式であり、前述のように、図6の噴射ヘッドに、ノズルプレートを装着したもの(ノズルプレートは図示せず)であるが、図6に示したものは、説明を簡単にするため吐出口を4個しか示していない。実際に使用したのは吐出口の数が64個で、その配列密度が400dpiのものである。なお、図6において、50は噴射ヘッド、51は発熱体基板、52は蓋基板、53はシリコン基板、54は個別電極、55は共通電極、56は発熱体、57は溶液流入口、58はノズル、59は溝部、60は凹部領域で、図6(A)は噴射ヘッドの斜視図、図6(B)は発熱体基板51と蓋基板52とを分解した分解図、図6(C)は蓋基板52を裏側から見た斜視図である。   The ejecting head used is a thermal ink jet system that uses thermal energy. As described above, the ejecting head of FIG. 6 is equipped with a nozzle plate (nozzle plate is not shown). What is shown shows only four outlets for ease of explanation. Actually, the number of discharge ports is 64, and the arrangement density is 400 dpi. In FIG. 6, 50 is an ejection head, 51 is a heating element substrate, 52 is a lid substrate, 53 is a silicon substrate, 54 is an individual electrode, 55 is a common electrode, 56 is a heating element, 57 is a solution inlet, and 58 is 6A is a perspective view of the ejection head, FIG. 6B is an exploded view of the heating element substrate 51 and the lid substrate 52, and FIG. 6C. FIG. 5 is a perspective view of the lid substrate 52 as seen from the back side.

また、発熱体の大きさは、22μm×90μmで、その抵抗値は111Ωであり、液滴噴射の駆動電圧は24V、駆動パルス幅は6.5μs、駆動周波数は12kHzとした。
噴射は100時間連続噴射とし、噴射後吐出口部分をSEM観察して、キズの有無を調べた。
The size of the heating element was 22 μm × 90 μm, the resistance value was 111Ω, the driving voltage for droplet ejection was 24 V, the driving pulse width was 6.5 μs, and the driving frequency was 12 kHz.
The injection was performed continuously for 100 hours, and the discharge port portion after injection was observed with an SEM to examine the presence or absence of scratches.

吐出口径は、Φ25μm(H1)、Φ16μm(H2)、Φ10μm(H3)のものを用意した。比較参考例として、吐出口径がΦ36μmのもの(参考ヘッド)も用意した。この場合は、吐出口の数が48個で、その配列密度が240dpiのものである。そして、この発熱体の大きさは35μm×150μmで、その抵抗値は120Ωであり、インク噴射の駆動電圧は30V、駆動パルス幅は7μs、駆動周波数は3.8kHzとした。ノズルプレートの厚さは、H1、H2は30μmとし、H3は20μm、参考ヘッドは40μmとした。噴射時の液滴の速度は、いずれの噴射ヘッドの場合も約8m/sとした。   The discharge port diameters of Φ25 μm (H1), Φ16 μm (H2), and Φ10 μm (H3) were prepared. As a comparative reference example, one having a discharge port diameter of Φ36 μm (reference head) was also prepared. In this case, the number of discharge ports is 48 and the arrangement density is 240 dpi. The size of the heating element was 35 μm × 150 μm, the resistance value was 120Ω, the driving voltage for ink ejection was 30 V, the driving pulse width was 7 μs, and the driving frequency was 3.8 kHz. The thickness of the nozzle plate was 30 μm for H1 and H2, 20 μm for H3, and 40 μm for the reference head. The speed of the droplet during ejection was about 8 m / s in any ejection head.

ノズルプレート材質は、Niとオーステナイト系ステンレスSUS304とし、Ni材質のものはエレクトロフォーミング法でマルチノズルプレートを製作し、SUS304材質のものは、ステンレス箔に放電加工によってノズル孔を穿孔した。それぞれ硬度をビッカース硬度計で測定したところ、Ni材質の場合はビッカース硬度Hvが58〜63、SUS304材質のものはビッカース硬度Hvが170〜190であった。   The nozzle plate was made of Ni and austenitic stainless steel SUS304. A Ni nozzle made of a multi-nozzle plate by an electroforming method, and a nozzle made of SUS304 made of stainless steel foil was formed with nozzle holes by electric discharge machining. When the hardness was measured with a Vickers hardness meter, the Vickers hardness Hv was 58 to 63 in the case of Ni material, and the Vickers hardness Hv was 170 to 190 in the case of SUS304 material.

使用した液体は、表1に示すS1からS7であり、それぞれ含有金属粒子の元素名と、そのバルク状態におけるビッカース硬度Hvを示した。なお、このビッカース硬度Hvは、金属データブック(日本金属学会編、改定3版、出版:丸善)の値を掲載した。それぞれの溶液における金属微粒子含有量は約7%とし、また微粒子径は150Å〜200Åであった。   The liquids used were S1 to S7 shown in Table 1, and the element names of the contained metal particles and the Vickers hardness Hv in the bulk state were shown, respectively. In addition, this Vickers hardness Hv published the value of the metal data book (The Metallurgy Society of Japan edition, revised 3rd edition, publication: Maruzen). The metal fine particle content in each solution was about 7%, and the fine particle diameter was 150 to 200 mm.

これらのサンプル溶液および噴射ヘッドを使用して評価した結果を表2−表5に示す。表中、キズの○は100時間噴射後に、目立ったキズが確認できなかったもの、×はノズル形状、あるいは寸法にまでも影響をおよぼすような多数のすりキズが存在したものである。素子形状の○は100時間噴射後に、素子を作製した際の、ドットパターンが、狙いの位置(一対の電極間)に良好な丸い形状で形成されたものであり、×は位置がやや狙いの場所から外れていたり、形状がいびつであったり、微小滴が周囲に飛散していたりしたものである。素子性能の○×は後述のフォーミング処理等を行った後の電子放出の良(○)否(×)である。   The results of evaluation using these sample solutions and the ejection head are shown in Table 2 to Table 5. In the table, scratches ○ indicate that no conspicuous scratches could be confirmed after 100 hours of injection, and × indicates that a number of scratches that affect the nozzle shape or dimensions exist. The element shape ○ indicates that the dot pattern was formed in a good round shape at the target position (between a pair of electrodes) when the element was manufactured after jetting for 100 hours, and × the position was slightly aimed It is out of place, the shape is irregular, or microdroplets are scattered around. XX of the device performance is good (◯) or not (×) of electron emission after performing a forming process described later.

以上の結果より、含有金属微粒子の硬度が、吐出口材質より大であるもの(S3、S6)の場合、吐出口に傷がつくことがわかる。また、それによって形成された素子形状は悪く、素子性能も悪いことがわかる。よって、本発明のような製造装置によって、このような表面伝導型電子放出素子を形成する場合には、金属微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料を選ぶ必要があることがわかる。   From the above results, it can be seen that when the hardness of the contained metal fine particles is greater than the material of the discharge port (S3, S6), the discharge port is damaged. It can also be seen that the shape of the element formed thereby is poor and the element performance is also poor. Therefore, it can be seen that when such a surface conduction electron-emitting device is formed by a manufacturing apparatus such as the present invention, it is necessary to select a material for the metal fine particles that is softer than the member constituting the discharge port.

なお、そのキズに関しては、吐出口の大きさとの関係で、素子形状が悪くならないものもある。参考ヘッドのように、吐出口径がΦ36μmもある(=面積が約1000μm2)ような場合には、キズはついても吐出口径が大きいために、噴射性能を劣化に至らしめるほどのキズではなく、十分に使用可能な素子形状が得られている。一方、吐出口径がΦ25μm以下(=面積が約500μm2未満)の場合のように、面積比較で参考ヘッドの半分以下のような場合には、同じようにキズがついても、吐出口径との比較において与える影響は大であり、良好な素子形状、素子性能が得られないことがわかる。 Some of the scratches do not deteriorate the element shape due to the size of the discharge port. As in the case of the reference head, when the discharge port diameter is as large as 36 μm (= the area is about 1000 μm 2 ), since the discharge port diameter is large even if it is scratched, it is not a scratch that would cause the jetting performance to deteriorate, A sufficiently usable element shape is obtained. On the other hand, when the discharge port diameter is Φ25 μm or less (= the area is less than about 500 μm 2 ), when the area comparison is less than half of the reference head, even if there is a scratch, it is compared with the discharge port diameter. It can be seen that there is a great influence on the film, and that a good element shape and element performance cannot be obtained.

つまり、それほど微細な表面伝導型電子放出素子を形成しないのであれば、キズの問題は素子性能に影響を与えないので気にすることはないが、本発明のように、吐出口径Φ25μm以下の液滴噴射ヘッドにより、10Åないし200Åの金属微粒子を含有する溶液を噴射付与し、導電性薄膜による表面伝導型電子放出素子群を形成するような場合には、吐出口部のキズは、素子性能にとって致命的であるので、キズができないような溶液および吐出口部材の組み合わせを選ぶ必要がある。すなわち、金属微粒子は吐出口を構成する部材よりやわらかい材料とする必要がある。   In other words, if the surface conduction electron-emitting device is not formed so fine, the problem of scratches does not affect the device performance, so there is no concern. However, as in the present invention, a liquid having a discharge port diameter of Φ25 μm or less. In the case where a solution containing 10 μm to 200 μm of metal fine particles is sprayed and applied by a droplet ejecting head to form a surface conduction electron-emitting device group using a conductive thin film, a flaw in the discharge port is a factor in device performance. Since it is fatal, it is necessary to select a combination of a solution and a discharge port member that does not cause scratches. In other words, the metal fine particles need to be made of a material that is softer than the member constituting the discharge port.

なお、実験では、丸形状のΦ25μmノズル(面積が約490μm2)、Φ16μmノズル(面積が約200μm2)、Φ10μmノズル(面積が約80μm2)を使用したが、噴射ヘッドのノズルとして他の形状(たとえば矩形等)のものを使用する場合には、その面積比較をすればよく、たとえば、22μm×22μmのノズルが、本発明の丸形状のΦ25μmノズルと同等である。言い換えるならば、本発明は、面積が500μm2未満のノズルを使用した噴射ヘッドで、このような溶液を噴射して表面伝導型電子放出素子群を形成する場合に適用されるものである。 In the experiment, a round Φ25 μm nozzle (area is about 490 μm 2 ), Φ16 μm nozzle (area is about 200 μm 2 ), and Φ10 μm nozzle (area is about 80 μm 2 ) were used. When using (for example, a rectangle), the area may be compared. For example, a 22 μm × 22 μm nozzle is equivalent to the round Φ25 μm nozzle of the present invention. In other words, the present invention is applied to a case where a surface conduction electron-emitting device group is formed by ejecting such a solution with an ejection head using a nozzle having an area of less than 500 μm 2 .

次に、本発明の他の特徴について説明する。前述のように、本発明では、導電性薄膜を形成するための材料を含有する溶液は、液体に金属微粒子を分散させた溶液である。そして、いわゆる、インクジェット噴射原理と同等の技術でその溶液を微細な吐出口から噴射して、基板上に導電性薄膜を形成する技術に関するものである。しかしながら、従来インクジェット記録分野で使用しているインクでは染料が溶液中に溶解しているのに対して、本発明で使用する溶液は金属微粒子は溶液中に分散しているだけなので、目詰まりが起こりやすい。   Next, other features of the present invention will be described. As described above, in the present invention, the solution containing the material for forming the conductive thin film is a solution in which metal fine particles are dispersed in a liquid. And it is related with the technique which forms the electroconductive thin film on a board | substrate by injecting the solution from a fine discharge port by the technique equivalent to what is called an inkjet injection principle. However, in the ink used in the conventional ink jet recording field, the dye is dissolved in the solution, whereas in the solution used in the present invention, since the metal fine particles are only dispersed in the solution, clogging is caused. It is easy to happen.

さらに、本発明では、必要とされる素子(電子放出素子)の用途から、従来にはない微細な吐出口径、例えば、吐出口径がΦ25μm以下(面積でいうならば500μm2未満)であるような噴射ヘッドを使用しなければならず、この目詰まりは大変深刻な問題である。 Further, according to the present invention, from a required device (electron-emitting device) application, a fine discharge port diameter that has not been conventionally used, for example, the discharge port diameter is Φ25 μm or less (in terms of area, less than 500 μm 2 ). An ejection head must be used, and this clogging is a very serious problem.

ところで、目詰まりとは、微細な吐出口から溶液が噴射するという原理そのものに由来するものである。つまり、吐出口が微細であるがゆえに生じるものである。よって、その吐出口の大きさと、いわば溶液中の異物とでもいうべき金属微粒子の大きさには密接な関係がある。   By the way, clogging is derived from the principle itself that a solution is ejected from a fine discharge port. That is, it occurs because the discharge port is fine. Therefore, there is a close relationship between the size of the discharge port and the size of the metal fine particles, which can be called foreign matter in the solution.

本発明は、この点に鑑み、吐出口の大きさと金属微粒子の大きさに着目し、目詰まりの生じにくさとそれらの関係を見い出したものである。具体的には、金属微粒子径を変えた溶液を調合し、吐出口の大きさがわかっている噴射ヘッドを使用し、一定時間液滴噴射を行った後、一定時間放置し、液滴噴射を再開し、吐出口の目詰まりの有無を調べた。その場合、吐出口の完全閉塞だけではなく、部分的な目詰まりおよびそれに至る事前の兆候(わずかな目詰まり)も目詰まりとみなしてテストした。   In view of this point, the present invention pays attention to the size of the discharge port and the size of the metal fine particles, and has found out the relationship between the difficulty of clogging and their relationship. Specifically, a solution in which the metal fine particle diameter is changed is prepared, and an ejection head with a known discharge port size is used. The discharge port was checked for clogging. In that case, not only a complete blockage of the outlet, but also a partial clogging and a prior indication (a slight clogging) were considered as clogging and tested.

使用した噴射ヘッドは、熱エネルギーを使用するサーマルインクジェット方式と同等のものであり、前述のように、図6の噴射ヘッドに、ノズルプレートを装着したもの(ノズルプレートは図示せず)であるが、図6に示したものは、説明を簡単にするため吐出口を4個しか示していない。実際に使用したのは吐出口の数が128個で、その配列密度が600dpiのものである。また、発熱体の大きさは20μm×85μmで、その抵抗値は105Ωであり、液滴噴射の駆動電圧は22V、駆動パルス巾は6μs、駆動周波数は14kHzとした。なお、記録ヘッドはH1〜H4まで用意した(それぞれの吐出口径をH1=Φ25μm、H2=Φ20μm、H3=Φ15μm、H4=Φ10μmとした)。また、そのノズルプレートはNiのエレクトロフォーミングによって形成したものであり、吐出口部分の板厚は、全て30μmとした。   The used ejection head is equivalent to the thermal ink jet method using thermal energy, and as described above, the ejection head of FIG. 6 is mounted with a nozzle plate (nozzle plate is not shown). FIG. 6 shows only four discharge ports for simplicity of explanation. In actual use, the number of discharge ports is 128 and the arrangement density is 600 dpi. The size of the heating element was 20 μm × 85 μm, the resistance value was 105Ω, the driving voltage for droplet ejection was 22 V, the driving pulse width was 6 μs, and the driving frequency was 14 kHz. The recording heads were prepared from H1 to H4 (respective ejection port diameters were H1 = Φ25 μm, H2 = Φ20 μm, H3 = Φ15 μm, H4 = Φ10 μm). The nozzle plate was formed by Ni electroforming, and the thickness of the discharge port portion was all 30 μm.

使用した溶液は、パラジウム微粒子を電圧60V、周波数50Hz、酸素流量40ml/minのオゾン発生装置でオゾン処理し、その処理済みのパラジウム微粒子7gをエチレングリコール5g、エタノール8g、純水80gの溶液に分散させ、噴射用溶液としたものであるが、パラジウム微粒子径を0.0003〜0.5μmまで変えたものを準備し、吐出口径の異なるH1〜H4と組み合わせてテストした。また、一定時間(10分間とした)液滴噴射を行った後の放置の条件は、温度40℃、湿度30%の雰囲気中で10時間放置である。   The solution used was ozone-treated with fine particles of palladium in an ozone generator with a voltage of 60 V, a frequency of 50 Hz, and an oxygen flow rate of 40 ml / min. 7 g of the treated palladium fine particles were dispersed in a solution of 5 g of ethylene glycol, 8 g of ethanol, and 80 g of pure water. A solution for injection was prepared by changing the palladium fine particle diameter from 0.0003 to 0.5 μm and tested in combination with H1 to H4 having different discharge port diameters. Further, the condition for leaving after droplet ejection for a certain time (10 minutes) is to stand for 10 hours in an atmosphere of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 30%.

これらのパラジウム微粒子径を変えた溶液と吐出口径を変えたヘッドH1〜H4を組み合わせて、目詰まりの発生状況を調べた結果を表6〜表9に記す。   Tables 6 to 9 show the results of examining the occurrence of clogging by combining the solutions with the palladium fine particle diameter changed and the heads H1 to H4 with the discharge port diameter changed.

表6はヘッドH1(吐出口径Do=Φ25μm)の場合、表7はヘッドH2(吐出口径Do=Φ20μm)の場合、表8はヘッドH3(吐出口径Do=Φ15μm)の場合、表9はヘッドH4(吐出口径Do=Φ10μm)の場合を示す。判定の○は実用的に良好に使用できる場合、△は使うことは可能であるがあまり好ましくない場合、×は全く実用的ではない場合を示している。なお、パラジウム微粒子径が0.001μm以下の場合は、安定的に分散させることができなくて、評価はできなかった。   Table 6 shows head H1 (discharge port diameter Do = Φ25 μm), Table 7 shows head H2 (discharge port diameter Do = Φ20 μm), Table 8 shows head H3 (discharge port diameter Do = Φ15 μm), and Table 9 shows head H4. The case of (discharge port diameter Do = Φ10 μm) is shown. Judgment ○ indicates that it can be used practically well, Δ indicates that it can be used but is not very preferable, and X indicates that it is not practical at all. When the palladium fine particle diameter was 0.001 μm or less, it could not be stably dispersed and could not be evaluated.

以上の結果より、吐出口径がΦ10μm〜Φ25μmの噴射ヘッドを用いた場合、パラジウム微粒子径Dpと吐出口径Doとは、Dp/Do≦0.01の関係を満足するようにすれば目詰まりのない安定した液滴噴射が得られることがわかる。なお、Dp/Doの下限値であるが、このように大変微細な金属微粒子を安定して、溶液中に分散することを考えると、パラジウム微粒子径Dpが0.001μm以下は困難である。また、吐出口径がΦ25μm以下の噴射ヘッド全てに安定して液滴噴射させられるようにするには、余裕をみてその下限値を0.0002にすればよい。すなわち、金属微粒子径Dpと吐出口径Doとは、0.0002≦Dp/Do≦0.01の関係を満足するようにすれば、吐出口径がΦ25μm以下の噴射ヘッドを使用した液滴噴射による導電性薄膜形成を行うことができる安定した分散液を製造でき、目詰まりも生じないようにすることができることがわかる。   From the above results, when an ejection head having a discharge port diameter of Φ10 μm to Φ25 μm is used, there is no clogging if the palladium fine particle diameter Dp and the discharge port diameter Do satisfy the relationship of Dp / Do ≦ 0.01. It can be seen that stable droplet ejection can be obtained. Incidentally, although it is the lower limit value of Dp / Do, it is difficult for the palladium fine particle diameter Dp to be 0.001 μm or less considering that such fine metal fine particles are stably dispersed in the solution. Further, in order to stably eject droplets to all ejection heads having an ejection orifice diameter of Φ25 μm or less, the lower limit value may be set to 0.0002 with a margin. That is, if the relationship between the metal fine particle diameter Dp and the discharge port diameter Do satisfies the relationship of 0.0002 ≦ Dp / Do ≦ 0.01, the conductivity by droplet ejection using an ejection head having an ejection port diameter of Φ25 μm or less. It can be seen that a stable dispersion capable of forming a conductive thin film can be produced, and clogging can be prevented.

なお、この実験でも、丸形状の吐出口(ノズル)を使用したが、前述のように、他の形状の場合は、その面積比較をすればよく、たとえば、22μm×22μmの矩形吐出口の場合は、本発明の丸形状のΦ25μmノズルと同等である。言い換えるならば、本発明は面積が500μm2未満のノズルを使用した噴射ヘッドで、このような溶液を噴射して表面伝導型電子放出素子群を形成する場合に適用されるものである。 In this experiment, a round discharge port (nozzle) was used. However, as described above, in the case of other shapes, the area may be compared. For example, in the case of a 22 μm × 22 μm rectangular discharge port Is equivalent to the round Φ25 μm nozzle of the present invention. In other words, the present invention is applied to a jet head using a nozzle having an area of less than 500 μm 2 and jetting such a solution to form a surface conduction electron-emitting device group.

また、実験は、サーマルジェット(バブルジェット(登録商標))方式の噴射ヘッドを使用したが、本発明の製造装置に使用される噴射ヘッドは、これに限定されることなく、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、静電力を利用した方式、あるいは荷電制御方式(連続流方式)等いずれのものでも構わない。   In the experiment, a thermal jet (bubble jet (registered trademark)) type jet head was used. However, the jet head used in the manufacturing apparatus of the present invention was not limited to this, and a piezoelectric element was used. Any of a piezo jet method, a method using an electrostatic force, or a charge control method (continuous flow method) may be used.

例えば、圧電素子を用いたピエゾジェット方式の場合、ピエゾ素子への入力電圧をいつも一定にすることにより液滴飛翔時に丸い均一滴が得られ、基板上で良好な丸いドットが得られる。また、サーマルジェット方式のように熱を利用していないため、使用する溶液が熱劣化するということもなく、使用する溶液の制限が少ないというメリットがある。   For example, in the case of a piezo jet method using a piezoelectric element, by always keeping the input voltage to the piezo element constant, round uniform droplets can be obtained when the droplets fly, and good round dots can be obtained on the substrate. Further, since heat is not used unlike the thermal jet method, there is an advantage that the solution to be used is not thermally deteriorated and there are few restrictions on the solution to be used.

一方で、サーマルジェット方式の場合は、溶液の飛翔時に微小なサテライト滴を伴いながら飛翔するが、飛翔時の速度が速く(例えば6m/s〜18m/s)、安定した噴射飛翔が得られるというメリットがある。その結果、微小なサテライト滴も同様に高速(6m/s〜18m/s)で飛翔し、基板上の同一箇所に付着し、高精度着弾位置を確保したドットが得られる。つまり、サーマルジェット方式の場合は、微小なサテライト滴が飛散しているように飛翔していても、発熱体への入力エネルギーをいつも一定にしてやれば、1ドットを形成するためのトータルの溶液量は同じ(同一箇所に付着するので)となり、ピエゾジェット方式の場合と同様に良好な丸いドットが得られ、高品位/高品質な電子放出素子が得られ、さらにその位置精度も高いものが得られる。   On the other hand, in the case of the thermal jet method, it flies with small satellite droplets when the solution flies, but the velocity at the time of flight is high (for example, 6 m / s to 18 m / s), and stable jet flight can be obtained. There are benefits. As a result, minute satellite droplets also fly at a high speed (6 m / s to 18 m / s), adhere to the same location on the substrate, and obtain a dot that secures a highly accurate landing position. In other words, in the case of the thermal jet method, the total amount of solution for forming one dot can be obtained if the input energy to the heating element is always constant even if the satellite droplets fly as if they were scattered. Are the same (because they adhere to the same location), and as in the case of the piezo jet method, a good round dot is obtained, a high-quality / high-quality electron-emitting device is obtained, and the position accuracy is also high. It is done.

図7は、本発明が好適に使用される膜沸騰気泡の成長作用力を利用して金属微粒子材料含有溶液を微小吐出口から噴射させるサーマルジェット方式の場合の噴射、飛翔時の溶液の形状を示したものである。図8、図9は、ピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力で噴射させるピエゾジェット方式の場合の噴射、飛翔時の溶液の形状を示したものである。   FIG. 7 shows the shape of the solution at the time of jetting and flight in the case of the thermal jet method in which the metal fine particle material-containing solution is jetted from the micro discharge port by utilizing the growth action force of the film boiling bubble preferably used in the present invention. It is shown. FIG. 8 and FIG. 9 show the shape of the solution at the time of jetting and flying in the case of the piezo jet method in which the piezo element is used as a driving force for droplet discharge and jetted by mechanical action force.

図7と図8および図9の違いは、図7の場合が、溶液の一部を瞬時(数μsの間)に300〜400℃に加熱させ、膜沸騰気泡を発生させ、その気泡の瞬時(数μsの間)の成長、圧力上昇(作用力)を利用して溶液を噴射するために、図8および図9に示すピエゾ素子を液滴吐出の原動力とし、機械的作用力で噴射させるピエゾジェット方式の場合よりも噴射圧力が高く、噴射速度も速いという点である。その結果、図7に示すように、飛翔時に、溶液の飛翔形状が飛翔方向に細長柱状に伸びる液滴42と、後方に複数の微小な42滴を伴って高速で飛翔するという特徴を持っている。たとえば、溶液飛翔時の形状は、通常安定した膜沸騰気泡を発生させて飛翔させた場合、飛翔方向に伸びた細長柱状の長さlは、その直径dの5倍以上の長さとなり、またその速度は、ほぼ6m/s〜18m/sとなって飛翔する。   The difference between FIG. 7 and FIG. 8 and FIG. 9 is that in the case of FIG. 7, a part of the solution is instantaneously heated (for several μs) to 300 to 400 ° C. to generate film boiling bubbles, In order to inject the solution by using the growth (for several μs) and the pressure increase (acting force), the piezoelectric element shown in FIGS. The injection pressure is higher and the injection speed is faster than in the case of the piezo jet method. As a result, as shown in FIG. 7, when flying, the flying shape of the solution has a characteristic of flying at high speed with a droplet 42 extending in the shape of an elongated column in the flying direction and a plurality of 42 minute droplets behind. Yes. For example, the shape at the time of flying the solution is such that when a stable film boiling bubble is generated, the elongated columnar length l extending in the flying direction is more than 5 times the diameter d, and The speed is about 6 m / s to 18 m / s.

その結果、噴射が安定し噴射された溶液の基板上への着弾精度が高いという利点があるが、一方で、噴射ヘッドと基板の相対的な移動速度を適切に選ばないと、飛翔方向に細長柱状液滴42に伸びた後方部の溶液や、後方に連なった複数の微小な滴(サテライト微小滴)が、良好な丸いドット形成を妨げることもなる。   As a result, there is an advantage that the jetting is stable and the landing accuracy of the jetted solution on the substrate is high, but on the other hand, if the relative moving speed of the jet head and the substrate is not properly selected, the solution is elongated in the flight direction. The solution at the rear portion extending to the columnar droplets 42 and a plurality of minute droplets (satellite minute droplets) connected to the rear side may hinder the formation of a good round dot.

本発明ではこの点に関して鋭意検討した結果、このような金属微粒子材料含有溶液の噴射を行う場合、その噴射速度と前記相対移動速度との間の関係を最適化することが必要であることに気がついた。   In the present invention, as a result of intensive studies on this point, it is found that it is necessary to optimize the relationship between the spray speed and the relative movement speed when spraying the solution containing the metal fine particle material. It was.

ところで、このように吐出ヘッドユニット11を基板14に対して一定の距離を保ちながらX、Y方向の相対移動を行いつつ、金属微粒子材料含有溶液の噴射を行い、電子放出素子パターンを形成する場合には、溶液は前記相対速度と噴射速度の合成ベクトルの速度で基板14上に付着、形成される。そしてその位置精度については、基板14と吐出ヘッドユニット11の溶液噴射口面の距離と、前記合成ベクトルの速度を考慮し、噴射のタイミングを適宜選ぶことにより、その狙いの位置に溶液を付着させることができる。   By the way, when the discharge head unit 11 is moved relative to the substrate 14 in the X and Y directions while maintaining a certain distance, the metal fine particle material-containing solution is ejected to form the electron-emitting device pattern. In this case, the solution is deposited and formed on the substrate 14 at the speed of the combined vector of the relative speed and the spray speed. With respect to the positional accuracy, the solution is attached to the target position by appropriately selecting the ejection timing in consideration of the distance between the substrate 14 and the solution ejection port surface of the ejection head unit 11 and the speed of the combined vector. be able to.

しかしながら、たとえ狙いの位置に付着させることができたとしても、もし、前記相対速度が速すぎる場合には、その相対速度に引きずられて付着溶液が基板14上で流れ、良好な丸いドット形状とならず、良好な電子放出素子パターンを形成できなくなる。また、後方に連なった複数の微小な滴(サテライト微小滴)が、本来付着すべき位置から外れた位置に、ランダムに散らばった状態で付着し、良好な丸いドット形成の妨げ、電子放出素子性能の低下を引き起こす場合がある。本発明はこの点について検討したものである。   However, even if the target can be attached to the target position, if the relative speed is too high, the attached solution flows on the substrate 14 due to the relative speed, and a good round dot shape is obtained. In other words, a good electron-emitting device pattern cannot be formed. In addition, a number of minute droplets (satellite minute droplets) that are connected to the back adhere randomly and scattered at a position outside the position where they should originally adhere, hindering the formation of a good round dot, and electron-emitting device performance May cause a decrease in The present invention has been examined in this regard.

以下に、検討結果の1例を示す。この例は、図3に示したような装置を用い、キャリッジ12のX方向移動速度、ならびに吐出ヘッドユニット11の噴射速度を変えて、基板14上で良好な溶液付着ができ、良好な電子放出素子パターン形成ができるかどうか調べたものである。   An example of the examination results is shown below. In this example, the apparatus as shown in FIG. 3 is used, and the X direction moving speed of the carriage 12 and the ejection speed of the ejection head unit 11 are changed, so that good solution adhesion can be made on the substrate 14 and good electron emission is achieved. It was investigated whether an element pattern could be formed.

図10にテストに使用したパターンの例を示す。ここでは、パラジウム微粒子含有溶液を噴射させ、2列の近接した素子電極2,3(ITO透明電極間)を、前記溶液によるドットパターン42をつなぎ合わせた電子放出素子パターンを形成し、そのパターンの形成状況を評価したものである。評価は、形成後のパターンを顕微鏡下で観察し、良/不良(○/×)を判断した。図10(A)は良(○)であり、図10(B)のように、個々のドットパターンが良好な丸い形状にならず、長円形になったり、基板上における着弾位置も本来の狙いの位置から外れたりして、隣のドットパターンと接触したりするようなものは不良(×)である。さらに、ドットパターン42に起因する微小な滴が散在しているようなものも不良(×)とした。   FIG. 10 shows an example of the pattern used for the test. Here, a palladium fine particle-containing solution is sprayed to form an electron-emitting device pattern in which two rows of adjacent device electrodes 2 and 3 (between the ITO transparent electrodes) are connected to the dot pattern 42 by the solution. It evaluates the formation status. Evaluation evaluated the pattern after formation under the microscope, and judged good / bad ((circle) / x). FIG. 10A is good (◯), and each dot pattern does not have a good round shape as shown in FIG. 10B, becomes an oval shape, and the landing position on the substrate is the original aim. Anything that deviates from the position of and touches the adjacent dot pattern is defective (x). Furthermore, the thing in which the micro droplet resulting from the dot pattern 42 was scattered was also set as the defect (x).

このような形状の評価とあわせて、上下のITO透明電極間の抵抗値を測定し、ドット位置精度不良による断線あるいは隣(左右)のドットとの接触による抵抗値変動などを評価した(○:狙い通りの抵抗値、×:狙いから外れた抵抗値)。   In addition to the evaluation of the shape, the resistance value between the upper and lower ITO transparent electrodes was measured to evaluate the resistance value fluctuation due to disconnection due to poor dot position accuracy or contact with adjacent (left and right) dots (○: Resistance value as intended, x: resistance value outside the target).

実験条件の詳細を以下に示す。使用した基板はITO透明電極付きガラス基板であり、前述のパラジウム微粒子含有溶液(ここでは、微粒子径が0.01μmのものを使用)を図6に示した噴射ヘッド(ただし、Φ15μmの開口を設けたNiエレクトロフォーミング形成によるマルチノズルプレートを別途設けたもの)と組み合わせて、図10のような1対のITO透明電極2,3を4ドットで埋めるようにパターンを形成した。また、隣に中心間距離wを25μmとして、同様のITO透明電極およびITO透明電極間をつなぐ同様のパターンを形成している。   Details of the experimental conditions are shown below. The substrate used was a glass substrate with an ITO transparent electrode, and the above-mentioned solution containing palladium fine particles (here, a fine particle diameter of 0.01 μm was used) shown in FIG. 6 (provided with an opening of Φ15 μm) In addition, a pattern was formed so that a pair of ITO transparent electrodes 2 and 3 as shown in FIG. 10 were filled with 4 dots in combination with a multi-nozzle plate formed by Ni electroforming. In addition, a similar pattern connecting adjacent ITO transparent electrodes and ITO transparent electrodes is formed by setting the center-to-center distance w to 25 μm.

使用した噴射ヘッドは前述のような噴射ヘッド(図6は、簡略化した4個のノズルを示している)であるが、ノズル(吐出口)数を64個としている。また、その配列密度が400dpiのものである。発熱体サイズは10μm×40μmであり、その抵抗値は102Ωである。ヘッドの駆動電圧は12V、パルス幅は3μs、駆動周波数は14kHzとした。噴射滴の体積はほぼ3plである。   The used ejection head is the above-described ejection head (FIG. 6 shows four simplified nozzles), but the number of nozzles (discharge ports) is 64. The arrangement density is 400 dpi. The heating element size is 10 μm × 40 μm, and its resistance value is 102Ω. The head drive voltage was 12 V, the pulse width was 3 μs, and the drive frequency was 14 kHz. The volume of the ejected droplet is approximately 3 pl.

このような条件で、ガラス基板上に前述のようなパターン(図10)を形成し、形成後のパターン評価を行うとともに、それと同じ条件で、別途噴射実験を行い、吐出口から3mm先の溶液の噴射状況を観察した。これは図10のテストパターンを基板と吐出口間距離を3mmとして製作したからである。飛翔形態は図7に示したように、飛翔方向に非常に細長く伸びた柱状(l=5d〜20d)42であった。また、飛翔滴後方に複数の微小な滴42を伴ったような状態であった。以下に検討結果を示す。   Under such conditions, the above-mentioned pattern (FIG. 10) is formed on the glass substrate, and after the formation, pattern evaluation is performed. Under the same conditions, a separate injection experiment is performed, and a solution 3 mm ahead from the discharge port. The injection situation of was observed. This is because the test pattern of FIG. 10 was manufactured with a distance between the substrate and the discharge port of 3 mm. As shown in FIG. 7, the flight form was a columnar shape (1 = 5d to 20d) 42 that was elongated very long in the flight direction. Moreover, it was in the state with a plurality of minute droplets 42 behind the flying droplets. The examination results are shown below.

以上の結果より、キャリッジのX方向移動速度が、噴射速度の1/3を超えると、良好な素子が形成できないことがわかる。なおこの例は、噴射ヘッドをキャリッジ走査した例であるが、図4のように噴射ヘッドを固定し、基板を移動させる場合にも適用される。すなわち、このようにサーマルジェット方式で噴射した場合は、噴射ヘッドと基板の相対的な移動速度は、噴射される溶液の速度の1/3以下にしなければならないということである。   From the above results, it can be seen that when the moving speed of the carriage in the X direction exceeds 1/3 of the ejection speed, a good element cannot be formed. Although this example is an example in which the ejection head is scanned by carriage, it is also applied to the case where the ejection head is fixed and the substrate is moved as shown in FIG. That is, when the thermal jet method is used for jetting, the relative moving speed of the jet head and the substrate must be 1/3 or less of the speed of the jetted solution.

次に本発明のさらに他の特徴について説明する。本発明によって製作される電子源基板は、無数の微細金属微粒子、金属ナノ微粒子を溶液中に分散させてなる金属微粒子材料含有溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に液滴として付与して製作されるものであるが、高精度かつ高品位な性能をもつ電子源基板を製作するためには、基板上に金属微粒子材料含有溶液を噴射、付与して、微細なドットパターン形成を行う際の基板の表面粗さと金属微粒子の大きさを最適化しておく必要がある。   Next, still another feature of the present invention will be described. The electron source substrate manufactured according to the present invention is a liquid containing a metal fine particle material in which countless fine metal fine particles and metal nano fine particles are dispersed in a solution, flying in the air according to the principle of ink jet, and being applied as droplets on the substrate. However, in order to produce an electron source substrate with high accuracy and high quality, a fine dot pattern can be formed by spraying and applying a solution containing a metal fine particle material onto the substrate. It is necessary to optimize the surface roughness of the substrate and the size of the metal fine particles during the process.

たとえば、基板の表面粗さというのは、その表面の凹凸であるが、図11のように、基板1の表面1′の凹凸からはみ出すような大きさの粒子6が、基板1の表面1′に付着すると、良好なドットパターンが得られないであろう。一方で、図12のように、この凹凸以下の大きさの粒子7であれば、良好なドットパターンが得られるであろう。本発明ではこの点に鑑み、あらかじめ表面粗さのわかっている基板1上に、サイズの異なる金属微粒子を含有させた溶液によって、ドットパターン42を形成し、その形成されたパターンの良否を評価した。   For example, the surface roughness of the substrate is the unevenness of the surface, but as shown in FIG. 11, the particles 6 having a size that protrudes from the unevenness of the surface 1 ′ of the substrate 1 are the surface 1 ′ of the substrate 1. If it adheres, a good dot pattern will not be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 12, if the particle size is 7 or less, the dot pattern will be good. In the present invention, in view of this point, the dot pattern 42 is formed on the substrate 1 whose surface roughness is known in advance by a solution containing metal fine particles having different sizes, and the quality of the formed pattern is evaluated. .

実験は、パイレック(登録商標)スガラスを研摩し、その表面粗さが0.01s〜0.02sとなるようにし、その研摩された基板上に前述のパラジウム微粒子含有溶液(ここでは、微粒子径が0.002μm〜0.2μmのものを使用)を、図6に示したような液滴噴射の原動力を溶液中で瞬時に発生する膜沸騰気泡の成長作用力によるサーマルジェット方式(バブルジェット(登録商標)方式)の液体噴射ヘッドと組み合わせて噴射させ、ドットをつなぎあわせたパターンを形成し、そのパターンの滑らかさを顕微鏡下で観察し、官能評価し、良〜可〜不良(○〜△〜×)を判断した。   In the experiment, Pyrex (registered trademark) glass was polished to have a surface roughness of 0.01 s to 0.02 s, and the above-described palladium fine particle-containing solution (here, the fine particle diameter was adjusted) on the polished substrate. A thermal jet method (bubble jet (registration)) using a film boiling bubble growth force that instantaneously generates the motive force of droplet ejection in a solution as shown in FIG. 6 is used (0.002 μm to 0.2 μm). (Trademark) method) is ejected in combination with a liquid ejecting head to form a pattern in which dots are connected, the smoothness of the pattern is observed under a microscope, and sensory evaluation is performed. X) was judged.

なお、ここでは、図6のように流路がそのままノズル58となる形式のものではなく、ノズル58面に別途ノズル孔を穿孔したノズルプレートを設けた構造とした噴射ヘッドを使用した。またそのノズルは、Niのエレクトロフォーミングにより形成した丸形状のノズルであり、大きさはΦ15μm、開口部分の板厚を13μmとしたものである。   Here, an ejection head having a structure in which a nozzle plate in which nozzle holes are separately drilled is provided on the surface of the nozzle 58 is used instead of the type in which the flow path becomes the nozzle 58 as shown in FIG. The nozzle is a round nozzle formed by Ni electroforming, the size is Φ15 μm, and the opening thickness is 13 μm.

また、ノズル数は64個、配列密度を400dpiとしたものである。発熱体サイズは10μm×40μmであり、その抵抗値は100Ωである。ヘッドの駆動電圧は12Vであり、パルス幅は3μs、駆動周波数は14kHzとした。この条件で噴射される1滴の液滴量は約3plである。   The number of nozzles is 64 and the arrangement density is 400 dpi. The heating element size is 10 μm × 40 μm, and its resistance value is 100Ω. The head drive voltage was 12 V, the pulse width was 3 μs, and the drive frequency was 14 kHz. The amount of one droplet ejected under this condition is about 3 pl.

形成したパターンは、図10に示すように、パイレックス(登録商標)ガラス上に、上下に20μmの間隔に形成したITO透明電極2,3間に縦方向に1列で、約Φ18μmのドットを約8μmピッチで4個打ち込んだものである。   As shown in FIG. 10, the formed pattern is formed in a vertical line between ITO transparent electrodes 2 and 3 formed on a Pyrex (registered trademark) glass at intervals of 20 μm vertically, and dots of about Φ18 μm are approximately formed. Four of them were driven at an 8 μm pitch.

なお、ドット間ピッチ8μmを得るために、噴射ヘッドと基板を相対運動させ(ここでは、基板固定、噴射ヘッドをキャリッジ走査)、その位置をμオーダーで制御し、また、噴射のタイミングをコントロールして、上記のように約8μmピッチによるドット付着を行った。また、隣に中心間距離を25μmとして、同様のITO透明電極2,3およびITO透明電極2,3間をつなぐ同様のパターンを形成している。   In order to obtain a dot pitch of 8 μm, the ejection head and the substrate are moved relative to each other (here, the substrate is fixed and the ejection head is scanned with the carriage), the position is controlled in μ order, and the ejection timing is controlled. As described above, dots were deposited at a pitch of about 8 μm. In addition, a similar pattern connecting adjacent ITO transparent electrodes 2 and 3 and ITO transparent electrodes 2 and 3 is formed with a center-to-center distance of 25 μm.

このような条件で、ガラス基板上に前述のようなパターン(図10)を形成し、形成後のパターン評価を行うとともに、それと同じ条件で、別途噴射実験を行い、吐出口から3mm先の溶液の噴射状況を観察した。これは図10のテストパターンを基板と吐出口間距離を3mmとして製作したからである。飛翔形態は図7に示したように、飛翔方向に非常に細長く伸びた柱状(l=5d〜20d)であった。また、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴ったような状態であった。   Under such conditions, the above-mentioned pattern (FIG. 10) is formed on the glass substrate, and after the formation, pattern evaluation is performed. Under the same conditions, a separate injection experiment is performed, and a solution 3 mm ahead from the discharge port. The injection situation of was observed. This is because the test pattern of FIG. 10 was manufactured with a distance between the substrate and the discharge port of 3 mm. As shown in FIG. 7, the flight form was a columnar shape (l = 5d to 20d) that was very elongated in the flight direction. Moreover, it was in a state with a plurality of minute droplets behind the flying droplets.

なお、前述のように、パラジウム微粒子含有溶液は、微粒子径が0.002μm〜0.2μmまで異なるものをそれぞれ準備して使用した(溶液Noは共通である)が、微粒子径が0.02μm以上の場合には、ノズル目詰まりが発生し始めるので、形成したパターンのうち、目詰まりが生じなくて、良好にパターン形成されたもののみを選別して評価を行った。以下に結果を示す。   As described above, palladium fine particle-containing solutions having different particle diameters ranging from 0.002 μm to 0.2 μm were prepared and used (solution No. is common), but the particle diameter was 0.02 μm or more. In this case, nozzle clogging started to occur, and therefore, evaluation was performed by selecting only those patterns that were not clogged and that were well formed, among the formed patterns. The results are shown below.

以上の結果より、溶液に含有される金属微粒子は、基板のパターンが形成される面の表面粗さ以下の大きさとすることにより、滑らかで良好かつ高精度なドットパターンが形成でき、良好な電子放出素子ができることがわかる。一方で微粒子の大きさをそれより大きくすると、ドットパターン形状の滑らかさが損なわれ、良好な電子放出素子ができないことがわかる。   From the above results, the metal fine particles contained in the solution can form a smooth, good and highly accurate dot pattern by making the size of the surface roughness of the surface on which the pattern of the substrate is formed, and good electrons. It can be seen that an emission element can be formed. On the other hand, when the size of the fine particles is larger than that, the smoothness of the dot pattern shape is impaired, and it can be seen that a good electron-emitting device cannot be obtained.

言い換えるならば、滑らかな良好なパターン形成を行い、良好な電子放出素子を得るためには、基板のパターンが形成される面の表面粗さは溶液に含有される金属微粒子の大きさより粗くすればよいわけであるが、粗いとはいっても、本発明に使用される金属微粒子は大変微細なナノ微粒子であるため、その基板の表面粗さは視覚的には鏡面状態であり、基板を高精度に研摩する必要がある。あるいは、基板の表面にSiO2等の薄膜を形成したような基板を使用する場合においても、その薄膜形成時(例えばスパッタリング等によって形成される)にも、表面のなめらかなSiO2面を得るには、時間をかけて丁寧に膜形成を行う必要がある。すなわち、基板製造コストが高いということである。 In other words, in order to perform smooth and good pattern formation and obtain a good electron-emitting device, the surface roughness of the surface on which the substrate pattern is formed should be made rougher than the size of the metal fine particles contained in the solution. Although it is good, although the metal fine particles used in the present invention are very fine nano-particles, the surface roughness of the substrate is visually specular, and the substrate is highly accurate. Need to be polished. Alternatively, when a substrate having a thin film such as SiO 2 formed on the surface of the substrate is used, a smooth SiO 2 surface can be obtained even when the thin film is formed (eg, formed by sputtering). It is necessary to perform film formation carefully over time. That is, the substrate manufacturing cost is high.

ところで、本発明の電子源基板は、基板の片面にパターンを形成する構造のものであることを考慮すると、パターンを形成する面のみ、なめらかな面となった基板を使用すればよいことがわかる。つまり、基板の表面(パターンを形成する面)のみ、前述のような表面粗さとし、裏面はそれより粗い面にしても十分事足りる。   By the way, considering that the electron source substrate of the present invention has a structure in which a pattern is formed on one surface of the substrate, it can be understood that only a substrate on which a pattern is formed needs to be a smooth surface. . That is, it is sufficient that only the surface of the substrate (surface on which the pattern is formed) has the surface roughness as described above and the back surface is rougher than that.

言い換えるならば、本発明では基板のパターンを形成する面より裏面の表面粗さを粗くなるようにした基板を用いることにより、高精度な電子放出素子が形成された電子源基板が得られるとともに、基板製造コストを低くすることができるということである。例えば、おもて面(パターンを形成する面)より裏面粗さを1桁粗くする(例えばおもて面を0.01s〜0.02sとした場合、裏面を0.1s〜0.2sとする)だけで、基板製作コストは大幅に下がる。さらに、それ以上粗くすれば、実質的にはほとんどおもて面を良好な面とするだけのコストとなり、表裏両面を高精度に研摩した基板の半分近い製作コストとすることができる。ただし、裏面粗さの上限であるが、いくらでもよいということではなく、一定の水準の工業製品としての品質を維持する必要はある。   In other words, in the present invention, an electron source substrate on which a high-precision electron-emitting device is formed can be obtained by using a substrate whose surface roughness on the back surface is rougher than the surface on which the pattern of the substrate is formed. This means that the substrate manufacturing cost can be reduced. For example, the back surface roughness is made an order of magnitude larger than the front surface (surface on which the pattern is formed) (for example, when the front surface is set to 0.01 s to 0.02 s, the back surface is set to 0.1 s to 0.2 s. The cost of manufacturing the board is greatly reduced. Furthermore, if the surface is roughened more than that, the cost will be practically sufficient to make the front surface almost good, and the manufacturing cost can be reduced to nearly half that of a substrate polished on both sides. However, although it is the upper limit of the back surface roughness, it does not mean that it can be any amount, and it is necessary to maintain a certain level of quality as an industrial product.

次に、本発明のさらに他の特徴について説明する。前述のように、本発明は、金属微粒子を溶液中に分散させてなる金属微粒子材料含有溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上に付与してパターンを形成し、電子放出素子を製作するものであるが、溶液噴射、付与後の液滴あるいは溶液によって形成されるドットパターン中の揮発成分が揮発後の固形分が残留することによってできる電子放出部のパターンの厚さが、高品位な電子放出素子を得るためには重要となる。例えば、電子放出素子を形成する基板は、ある表面粗さを持っているが、良好な電子放出素子を得るためには、パターンの厚さとこの表面粗さ、すなわち、表面の凹凸との関係を適切に選ぶ必要がある。以下に検討結果を示す。   Next, still another feature of the present invention will be described. As described above, in the present invention, a metal fine particle material-containing solution in which metal fine particles are dispersed in a solution is made to fly in the air on the principle of ink jet and applied onto a substrate to form a pattern, thereby producing an electron-emitting device. However, the thickness of the pattern of the electron emission part formed by the solid content remaining after the volatile components in the droplet pattern formed by solution jetting, application of droplets or solution after volatilization remains high quality. It is important to obtain a simple electron-emitting device. For example, the substrate on which the electron-emitting device is formed has a certain surface roughness, but in order to obtain a good electron-emitting device, the relationship between the thickness of the pattern and the surface roughness, that is, the unevenness of the surface is determined. It is necessary to choose appropriately. The examination results are shown below.

実験は、その表面粗さが異なるパイレックス(登録商標)ガラス基板を用意し、そこに1対の素子電極を形成したものに、パラジウム微粒子含有溶液を前述のH3噴射ヘッド(ノズル径Φ15μm)と組み合わせて噴射させ、ドットをつなぎあわせたパターンを形成し、それを後述のフォーミング処理を行って素子を作成し、実際に良好に機能するかどうか(良好な電子放出が得られる…○、電子放出が得られない…×)を評価した。   In the experiment, a Pyrex (registered trademark) glass substrate having a different surface roughness was prepared, and a solution containing palladium fine particles was combined with the above-described H3 jet head (nozzle diameter Φ15 μm) on a pair of device electrodes formed thereon. To form a pattern in which dots are joined together, and a device is formed by performing a forming process to be described later, and whether or not it actually functions well (good electron emission can be obtained ... Not obtained ... x) was evaluated.

なお、パターン膜厚を変えるために、溶液は、前述のNo.6の溶液(パラジウム微粒子径Dp=0.006μm)を純水により2〜50倍に希薄して使用した。その結果、噴射、付与によりパターンが形成され、乾燥して固形分が残留した後のパターン膜厚の異なる電子放出素子を形成することができた。   In addition, in order to change the pattern film thickness, the solution has the above-mentioned No. No. 6 solution (palladium fine particle diameter Dp = 0.006 μm) was diluted 2 to 50 times with pure water and used. As a result, it was possible to form electron-emitting devices having different pattern film thicknesses after a pattern was formed by spraying and application, and after drying and solid content remained.

実験条件の詳細を以下に示す。パターンは縦方向に1列で、約Φ18μmのドットを約8μmピッチで4個打ち込んだものである。
噴射ヘッドと基板は相対運動(ここでは、基板固定、噴射ヘッドをキャリッジ走査)を行い、その制御をμオーダーで制御し、また噴射のタイミングをコントロールし、上記のように約8μmピッチによるドット付着を行った。
使用した噴射ヘッドのノズルの大きさはΦ15μm、開口部分の板厚は13μmとしたものであり、ノズル数は64個、配列密度を400dpiとしたものである。発熱体サイズは10μm×40μmであり、その抵抗値は100Ωである。ヘッドの駆動電圧は12Vであり、パルス幅は3μs、駆動周波数は14kHzとした。この条件で噴射される1滴の液滴量は約3plである。以下に結果を示す。
Details of the experimental conditions are shown below. The pattern is one row in the vertical direction, and four dots of about Φ18 μm are implanted at a pitch of about 8 μm.
The ejection head and the substrate move relative to each other (here, the substrate is fixed and the ejection head is scanned by carriage), the control is controlled in μ order, and the timing of ejection is controlled. Went.
The nozzle size of the used ejection head is Φ15 μm, the plate thickness of the opening is 13 μm, the number of nozzles is 64, and the arrangement density is 400 dpi. The heating element size is 10 μm × 40 μm, and its resistance value is 100Ω. The head drive voltage was 12 V, the pulse width was 3 μs, and the drive frequency was 14 kHz. The amount of one droplet ejected under this condition is about 3 pl. The results are shown below.

以上の結果より、本発明の原理によって形成される電子放出素子は、その電子放出部の前記パターンの厚さを基板の表面粗さ以上の厚さとなるようにすることにより、良好な電子放出素子が得られることがわかる。   From the above results, the electron-emitting device formed according to the principle of the present invention has a good electron-emitting device by making the thickness of the pattern of the electron-emitting portion more than the surface roughness of the substrate. It can be seen that

ところで、このような丸いドットパターンを組み合わせて電子放出素子を形成する場合、良好な電子放出素子として機能するには、良好な丸いドットパターンのみならず、それらを組み合わせて形成されるパターンもその形状が良好である必要がある。   By the way, when an electron-emitting device is formed by combining such round dot patterns, in order to function as a good electron-emitting device, not only a good round dot pattern but also a pattern formed by combining them has its shape. Need to be good.

図13を使って説明する。図13は、基板上に形成されている2つのITO透明電極2,3間に本発明の原理によって、金属微粒子を分散させた溶液を噴射し、丸いドットパターン42を形成し、電子放出素子を形成する場合の模式的な図である。図中、Ldは基板上にドットを単独で形成した場合のドット径であり、Pdは隣接ドットの中心間距離(ドットピッチ)である。   This will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a case where a solution in which metal fine particles are dispersed is sprayed between two ITO transparent electrodes 2 and 3 formed on a substrate to form a round dot pattern 42, It is a schematic diagram in the case of forming. In the figure, Ld is a dot diameter when a dot is formed alone on the substrate, and Pd is a center-to-center distance (dot pitch) between adjacent dots.

図13(A)は、2つのITO透明電極2,3間に3つのドット42を形成した場合であるが、形成(打ち込み)密度があらすぎて2つのITO透明電極2,3間を電気的に接続されない場合(Pd>Ld)であり、この場合はいうまでもなく良好な素子として機能しない。図13(B)は、各ドット42が周辺部でかろうじて電気的に接続されている例である(Pd=Ld)。図13(C)は、図13(B)の場合よりも、各ドットが周辺部で互いに重なり合って電気的に接続されている例である(Pd<Ld)。図13(D)、(E)はさらに重なり合う領域が大である場合である。   FIG. 13A shows a case where three dots 42 are formed between the two ITO transparent electrodes 2 and 3, but the formation (driving) density is too high, and the two ITO transparent electrodes 2 and 3 are electrically connected. (Pd> Ld). In this case, of course, it does not function as a good element. FIG. 13B shows an example in which each dot 42 is barely electrically connected at the periphery (Pd = Ld). FIG. 13C is an example in which the dots overlap each other and are electrically connected to each other in the peripheral portion (Pd <Ld), compared to the case of FIG. 13B. FIGS. 13D and 13E show a case where the overlapping region is large.

ここで、単に電気的接続が得られるかどうかという観点から見ると、図13(A)は論外として、図13(B)〜図13(E)の場合は一応接続できている。しかしながら、図13(B)や(C)の場合、丸いドットを横1列に組み合わせて形成された1本のラインパターンとしてみると、隣接ドット間(ドットが重なりあう領域)で、ラインパターン幅(図の縦方向の幅)が狭くなり、断線の危険性が大変高い。例えば、図13(B)のように、各ドットが周辺部でかろうじて接続されているような場合は、一応は接続されてはいるが、電気信号入力と同時に断線してしまい全く使いものにならない。また図13(C)の場合においても同様の理由で、使用し始めの初期は使えても、長期的な使用には耐えない。   Here, from the viewpoint of whether or not electrical connection can be obtained, FIG. 13A is out of the question, and in the case of FIG. 13B to FIG. However, in the case of FIGS. 13B and 13C, when viewed as one line pattern formed by combining round dots in a horizontal row, the line pattern width between adjacent dots (the area where dots overlap) (Vertical width in the figure) is narrowed, and the risk of disconnection is very high. For example, as shown in FIG. 13B, when each dot is barely connected at the peripheral portion, it is connected for the time being, but it is disconnected at the same time as the electric signal is input and is not usable at all. In the case of FIG. 13C, for the same reason, even if it can be used at the beginning of use, it cannot withstand long-term use.

本発明では、これを解決するために、このような隣接ドット間に確実に1ドット以上重ねるようにしている。仮に図13(B)の場合のように、各ドット42が周辺部でかろうじて接続されているような場合であっても、隣接ドット間の中央に1ドット重ねて形成すれば、その1ドットがない場合にラインパターン幅が最小値となる領域に1ドット重ねるので、その領域のラインパターン幅は、最大値、すなわち1ドット分の幅(Ld)となる。   In the present invention, in order to solve this, one or more dots are surely overlapped between such adjacent dots. Even in the case where each dot 42 is barely connected at the periphery as in the case of FIG. 13B, if one dot is formed in the center between adjacent dots, the dot is When there is no line, one dot is overlapped on the area where the line pattern width is the minimum value, so the line pattern width of that area is the maximum value, that is, the width (Ld) for one dot.

このように隣接ドット間の中央に1ドット重ねて形成する条件は、別の表現をするならば、ドットを単独で形成した場合のドット径をLdとする時、Ld/2以下の密度で打ち込んで形成することである。   In this way, the condition for forming one dot overlapped at the center between adjacent dots is expressed in another way. If the dot diameter is Ld when the dot is formed alone, it is driven at a density of Ld / 2 or less. It is to form with.

また、このようにすると、断線が生じない長期の信頼性に優れたラインパターンが形成できるのみならず、ラインパターンの輪郭も凹凸の少ないなめらかなものとなる。これは、図13(B)、(C)のように、丸いドットが電気的接続が得られる密度で打ち込まれているのみで、隣接ドット間に間を埋めるためのドットがない場合と、図13(D)、(E)のように、すでに電気的接続が得られる密度に加えて、隣接ドット間に間を埋めるためのドットを1ドット以上重ねて設けた場合を比較すれば、明白である。後者のほうがラインパターンの輪郭も凹凸の少ないなめらかなものとなり、ばらつきの少ない優れた電子放出素子が得られる。   In addition, in this way, not only can a line pattern excellent in long-term reliability with no disconnection be formed, but also the contour of the line pattern becomes smooth with little unevenness. This is because, as shown in FIGS. 13B and 13C, only round dots are driven at a density at which electrical connection can be obtained, and there are no dots to fill between adjacent dots. 13 (D) and (E), in addition to the density at which electrical connection has already been obtained, it is obvious when comparing the case where one or more dots for filling the gap between adjacent dots are provided. is there. In the latter case, the outline of the line pattern is smoother with less unevenness, and an excellent electron-emitting device with less variation can be obtained.

なお、本発明は、図13に示すように、最終的な電子放出素子のラインパターンが、液滴のドットを1列に配列して形成するような場合に適用されるものである。
例えば、本発明の製造装置によって図14に示すようなラインパターンも形成される。この場合は、横方向に1列にドットを配列したものを3本ならべて比較的太いライン幅を得るようにした例である。また、この例は、図13(C)の配列例で3本ならべて太いラインパターンが得られるようにしたものである。つまり、1本だけでは断線が生じる場合の例である。
As shown in FIG. 13, the present invention is applied to a case where the final line pattern of the electron-emitting device is formed by arranging droplet dots in one row.
For example, a line pattern as shown in FIG. 14 is also formed by the manufacturing apparatus of the present invention. In this case, a relatively thick line width is obtained by arranging three dots arranged in a line in the horizontal direction. In this example, a thick line pattern is obtained by arranging three lines in the arrangement example of FIG. That is, this is an example in which disconnection occurs with only one.

しかしながら、このように3本(2本であってもよい)ならべているため、断線は生じることなく良好に機能する。よって、このように複数本(この例では3本)ならべたような場合には、丸いドットが電気的接続が得られる密度で打ち込まれているのみで、隣接ドット間に間を埋めるためのドットがなくても、縦方向(ラインパターン幅方向)に複数本ならべているので断線の危険性はない。   However, since there are three (two may be provided) in this way, it functions well without disconnection. Therefore, in the case where a plurality of dots (three in this example) are arranged in this way, the dots for filling the space between the adjacent dots are merely formed by round dots having a density at which electrical connection can be obtained. Even if there is no, there is no risk of disconnection because a plurality of lines are arranged in the vertical direction (line pattern width direction).

すなわち、本発明のように、隣接ドット間に間を埋めるためのドットを1ドット以上重ねて設けるという条件は、より微細な電子放出素子を形成するために液滴あるいは溶液のドットを1列に配列して形成するような場合に適用しなければならない条件である。   That is, as in the present invention, the condition that one or more dots for filling the space between adjacent dots are provided in an overlapping manner is that droplets or solution dots are arranged in one row in order to form a finer electron-emitting device. This is a condition that must be applied when forming an array.

なお、2つの電極はITO透明電極の例で実験、説明しているが、必ずしもITOに限定されるものではなく、Al、Au、Cu等の材料も好適に使用できる。   In addition, although two electrodes are experimented and demonstrated in the example of an ITO transparent electrode, it is not necessarily limited to ITO, Materials, such as Al, Au, Cu, can also be used conveniently.

次に、本発明のさらに他の特徴について説明する。本発明は、電子放出素子を製作する技術であるが、形成される電子放出素子部は、通常は基板上に先に形成されている一対の電極パターンの上に金属微粒子材料含有溶液を噴射し、丸いドットパターンを形成し、電子放出素子を形成する。ここで重要なことは、先に形成されているパターンの上に新たに金属微粒子材料含有溶液を噴射し、そのパターンと先の電極パターンとの電気的接続を行う際の品質である。図15を使って説明する。   Next, still another feature of the present invention will be described. The present invention is a technique for manufacturing an electron-emitting device. In the electron-emitting device portion to be formed, a solution containing a metal fine particle material is usually sprayed onto a pair of electrode patterns previously formed on a substrate. A round dot pattern is formed to form an electron-emitting device. What is important here is the quality when the metal fine particle material-containing solution is newly sprayed on the previously formed pattern and the pattern is electrically connected to the previous electrode pattern. This will be described with reference to FIG.

図15は、基板上に形成されている2つのITO透明電極2,3間に本発明の原理によって、金属微粒子材料含有溶液を噴射し、丸いドットパターン42を形成し、電子放出素子を形成する場合の模式的な図である。図中、Ldは基板上にドットを単独で形成した場合のドット径である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a method of injecting a metal fine particle material-containing solution between two ITO transparent electrodes 2 and 3 formed on a substrate to form a round dot pattern 42 to form an electron-emitting device. It is a schematic diagram in the case. In the figure, Ld is the dot diameter when dots are formed independently on the substrate.

図15(A)は、2つのITO透明電極間に金属微粒子材料含有溶液を噴射しドットパターンを形成した場合であるが、2つのITO透明電極2,3間は、ドットパターンの左右端部においてかろうじて電気的に接続されている例である。図15(B)は、図15(A)の場合よりも、各ドットが周辺部で互いに重なり合って電気的に接続されている例であり、重なり領域の長さをLcで現している。図15(C)、(D)はさらに重なり合う領域Lcが大である場合である。   FIG. 15A shows a case where a dot pattern is formed by spraying a metal fine particle material-containing solution between two ITO transparent electrodes, but between the two ITO transparent electrodes 2 and 3 at the left and right ends of the dot pattern. This is an example of being barely electrically connected. FIG. 15B is an example in which the dots overlap each other and are electrically connected to each other in the peripheral portion, as compared with the case of FIG. 15A, and the length of the overlapping region is represented by Lc. FIGS. 15C and 15D show a case where the overlapping region Lc is large.

ここで、単に電気的接続が得られるかどうかという観点から見ると、図15(A)〜(D)の場合、すべて一応接続できている。しかしながら、図15(A)や(B)の場合、一応は接続されてはいるが、電気信号入力と同時に断線してしまう。あるいはすぐには断線しなくても接続部の接触抵抗が高すぎて異常発熱し、またそれが原因となって長期的信頼性がなく、いずれ断線にいたるという不具合があり、本来の性能を発揮できない。   Here, from the point of view of whether or not electrical connection can be obtained, all of the cases shown in FIGS. 15A to 15D are connected. However, in the case of FIGS. 15A and 15B, although they are connected, they are disconnected simultaneously with the input of the electric signal. Or even if it does not break immediately, the contact resistance of the connection part is too high and abnormal heat is generated, and there is a long-term reliability due to it, and there is a problem that it will eventually break, and it demonstrates its original performance Can not.

本発明ではこれを解決するために、このような接続領域において、基板上に先に形成されているパターンに対して、あとから金属微粒子材料含有溶液を噴射しドットパターンを形成する際に、図15(C)、(D)のように、端部のドットを1つのドットの半分以上、先に形成されているパターンの上に覆いかぶせるように打ち込み、形成するようにしている。別の表現をするならば、ドット42を単独で形成した場合のドット径をLdとする時、Ld/2≦LcとなるようにLdとLcの関係が満たされるような、噴射口の大きさ(溶液噴射量)および打ち込み方法とする。   In order to solve this problem in the present invention, when a dot pattern is formed by ejecting the metal fine particle material-containing solution later on the pattern previously formed on the substrate in such a connection region. As shown in 15 (C) and 15 (D), the dot at the end is driven and formed so as to cover half or more of one dot on the previously formed pattern. In other words, when the dot diameter when the dot 42 is formed independently is Ld, the size of the injection port is such that the relationship between Ld and Lc is satisfied so that Ld / 2 ≦ Lc. (Solution injection amount) and driving method.

他の例で説明する。図16、図17の例は一対の電極2,3とこれらの電極2,3との間の電子放出部が、図15のように一直線上に配列されているのではなく、電子放出部で直交するようなパターン配列の例としたが、必ずしもこのようなパターン配列に限定されるものではなく、図15に示したような構成であってもよいことはいうまでもない。   Another example will be described. In the example of FIGS. 16 and 17, the pair of electrodes 2 and 3 and the electron emission portions between these electrodes 2 and 3 are not arranged in a straight line as shown in FIG. Although the example of the pattern arrangement is orthogonal, it is not necessarily limited to such a pattern arrangement, and needless to say, the configuration shown in FIG. 15 may be used.

図16は、基板上に形成されている2つのITO透明電極パターンである。このパターンは、スパッタリングならびにエッチングといういわゆるフォトリソグラフィー技術によって形成した。これに図17に示すように、パラジウム微粒子含有溶液を約Φ12μmのドット径が得られるようにした噴射ヘッドを用い、その中心間距離(ドットピッチ)を約3μmずつずらして重ね打ちし、ドットパターン42を形成した。この場合、ITO透明電極パターンとの重なり領域の距離を約13μm(Lcx)と8μm(Lcy)とし、1つのドット径の半分以上重ねて接続した。その結果、長期にわたり断線することなく安定したパターンが得られている。   FIG. 16 shows two ITO transparent electrode patterns formed on the substrate. This pattern was formed by a so-called photolithography technique called sputtering and etching. As shown in FIG. 17, a dot pattern is formed by using a jetting head in which a palladium fine particle-containing solution can obtain a dot diameter of about Φ12 μm, and shifting the center-to-center distance (dot pitch) by about 3 μm. 42 was formed. In this case, the distance of the overlapping region with the ITO transparent electrode pattern was set to about 13 μm (Lcx) and 8 μm (Lcy), and the connection was made by overlapping more than half of one dot diameter. As a result, a stable pattern is obtained without disconnection over a long period of time.

図18は、他の例である。この場合は、先に形成されている素子電極パターン2,3も、本発明の金属微粒子材料含有溶液噴射によるドットパターン42によって形成したものである。この場合は、金属微粒子としてAgを使用した。この場合も、図19に示したように、あとから形成するドットパターンの重なり領域(Lcx、Lcy)を、そのドットのドット径の半分以上重なるようにして接続した。   FIG. 18 shows another example. In this case, the previously formed element electrode patterns 2 and 3 are also formed by the dot pattern 42 by the metal fine particle material-containing solution injection of the present invention. In this case, Ag was used as the metal fine particles. Also in this case, as shown in FIG. 19, overlapping regions (Lcx, Lcy) of dot patterns to be formed later are connected so as to overlap more than half the dot diameter of the dots.

なお、この例は、先のドットパターン42とあとのドットパターン42が同じドット径となる例で示しているが、これらは必要に応じて異なるドット径のパターンにしてもよい。特に、細い配線ラインではなく、デバイスの構成上大面積先のパターンを形成するような場合には、大きいノズル径を有する噴射ヘッドによって大きなドット径を得られるようにしたほうが効率的である。   Although this example shows an example in which the previous dot pattern 42 and the subsequent dot pattern 42 have the same dot diameter, these patterns may have different dot diameters as necessary. In particular, when forming a pattern with a large area ahead due to the device configuration rather than a thin wiring line, it is more efficient to obtain a large dot diameter by an ejection head having a large nozzle diameter.

また、ここで、2つの素子電極はITO透明電極の例で実験、説明しているが、必ずしもITOに限定されるものではなく、Al、Au、Cu等の材料も好適に使用できる。そして、これらの材料によって薄膜形成、エッチング等によって、素子電極パターンを形成してもよいし、上記1例を示したが、これらの金属の微粒子を分散させた金属微粒子材料含有溶液を噴射して、素子電極パターンを形成してもよい。   Here, the two element electrodes have been experimentally described with an example of an ITO transparent electrode, but are not necessarily limited to ITO, and materials such as Al, Au, and Cu can also be suitably used. Then, an element electrode pattern may be formed by thin film formation, etching, or the like using these materials. As shown in the above example 1, a metal fine particle material-containing solution in which fine particles of these metals are dispersed is sprayed. A device electrode pattern may be formed.

次に、本発明のさらに別の特徴について、図20、図21を用いて説明する。図20は、先に示した図2(B)を拡大した図である。図21は、本発明の特徴を説明するために、導電性薄膜4のパターンのそれぞれの領域を示したものである。   Next, still another feature of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 20 is an enlarged view of FIG. 2B described above. FIG. 21 shows each region of the pattern of the conductive thin film 4 in order to explain the characteristics of the present invention.

本発明は、素子電極2、3の間に金属微粒子材料含有溶液を噴射させ、ドットパターンとして形成しその後乾燥させることにより、導電性薄膜4を形成するものである。その際、問題となるのは、先に形成されている素子電極2、3のパターンのエッジ部における導電性薄膜4のステップカバレッジである。   In the present invention, the conductive thin film 4 is formed by injecting a metal fine particle material-containing solution between the device electrodes 2 and 3 to form a dot pattern and then drying it. At that time, the problem is the step coverage of the conductive thin film 4 at the edge portion of the pattern of the element electrodes 2 and 3 formed previously.

図21(A)に示したように、A部においては、先に形成されている素子電極3のパターンの段差があるため、あとから金属微粒子を分散させた溶液を噴射させて、導電性薄膜4を形成した場合、エッジ部において良好な被覆が得られないという問題がある。そのため、その部位分において断線が生じたりして、電子放出素子の耐久性を損ね、信頼性が低く、実用面で難があった。   As shown in FIG. 21A, since there is a step in the pattern of the element electrode 3 formed in the part A, a solution in which metal fine particles are dispersed is sprayed later to form a conductive thin film. When 4 is formed, there is a problem that a good coating cannot be obtained at the edge portion. For this reason, disconnection may occur in the portion, impairing the durability of the electron-emitting device, resulting in low reliability and difficulty in practical use.

本発明では、この点に鑑み、この領域、すなわち、基板上に先に形成されている素子電極のパターンエッジ部において、金属微粒子を分散させた溶液を噴射させて形成される導電性薄膜4の厚さをエッジ部ではない他の領域(図21(B)のB部)より厚く形成するように噴射ヘッドを噴射制御するようにしている。   In the present invention, in view of this point, the conductive thin film 4 formed by spraying a solution in which metal fine particles are dispersed in this region, that is, the pattern edge portion of the element electrode previously formed on the substrate. The ejection head is subjected to ejection control so that the thickness is formed to be thicker than other regions (B portion in FIG. 21B) that are not edge portions.

具体的には、このAの領域に溶液を噴射させる場合には、本発明に適用される噴射ヘッドにおいて、ピエゾ素子あるいは発熱体への入力エネルギーを大とし、Bの領域に噴射させる場合より、その液滴のサイズあるいは飛翔液体の質量を大きくすることによって、そこ(Aの領域)に形成される膜厚を厚くすることができる。   Specifically, in the case where the solution is ejected to the area A, in the ejection head applied to the present invention, the input energy to the piezo element or the heating element is increased and the area B is ejected. By increasing the size of the droplet or the mass of the flying liquid, the film thickness formed there (region A) can be increased.

より具体的には、素子電極パターンの厚さを例えば300Åとし、金属微粒子材料含有溶液を噴射させて、導電性薄膜4を形成し、溶液中の揮発成分を乾燥させ、Bの領域における乾燥後の最終的な厚さを200Åとなるようにした場合、Aの領域の厚さは、300Å〜500Åとなるように、噴射ヘッドを制御すれば、ステップカバレッジが良好で、長期使用しても断線等がなく、信頼性の高い電子放出素子とすることができる。   More specifically, the thickness of the element electrode pattern is set to, for example, 300 mm, the metal fine particle material-containing solution is sprayed to form the conductive thin film 4, the volatile components in the solution are dried, and after drying in the region B If the final thickness of the nozzle is 200 mm, the step A has good step coverage by controlling the ejection head so that the thickness of the area A is 300 mm to 500 mm. Therefore, a highly reliable electron-emitting device can be obtained.

他の解決手段をあげると、例えばこのAの領域に溶液を噴射させてドットを形成する場合と、Bの領域に溶液を噴射させてドットを形成する場合とで、液滴、あるいは溶液の打ち込み回数を変えればよい。つまり、本発明の電子放出素子を図15(D)のようにして形成した後、ステップカバレッジが問題となるBの領域にもう一度、あるいは二度、三度、ドットを重ねて打ち込むようにすればよい。すなわち基板上に先に形成されている素子電極と電気的接続され、その接続領域の素子電極のエッジ部において、ドットを複数回(2回以上)重ねて打ち込むように噴射制御すればよい。   Other solutions include, for example, a case where dots are formed by spraying a solution to the region A and a case where dots are formed by spraying a solution to the region B to form dots. Change the number of times. That is, after the electron-emitting device of the present invention is formed as shown in FIG. 15D, the dots are once again or twice or three times in the region B where step coverage is a problem. Good. In other words, the ejection control may be performed so that the device electrode is electrically connected to the device electrode previously formed on the substrate, and the dots are driven multiple times (two times or more) at the edge portion of the device electrode in the connection region.

より具体的な例をあげる。試作したのは図15(D)に示したパターンである。ITO素子電極パターンの厚さは250Åである。パラジウム微粒子含有溶液を約Φ12μmのドット径が得られるようにした噴射ヘッドを用い、8μmの配列ピッチでドットパターンを形成し、さらに、接続領域の素子電極のエッジ部(図21(B)でいうB部)のみもう一度同等のドットパターンを重ね打ちした。乾燥後の図21(A)でいうA部の打ち込みパターンの厚さは300Åとなり、図21(B)でいうB部の厚さは、200Åとなり、接続領域の素子電極のエッジ部が厚くカバーでき、良好なテップカバレッジが得られ、長期使用しても断線等がなく、信頼性の高い電子放出素子とすることができた。   Here are some more specific examples. The prototype is the pattern shown in FIG. The thickness of the ITO element electrode pattern is 250 mm. Using a jet head in which a dot diameter of about φ12 μm is obtained from a solution containing palladium fine particles, a dot pattern is formed with an array pitch of 8 μm, and the edge portion of the device electrode in the connection region (refer to FIG. 21B) The same dot pattern was overprinted only once for part B). After drying, the thickness of the portion A in FIG. 21A is 300 mm, the thickness of B in FIG. 21B is 200 mm, and the edge of the device electrode in the connection region is thick. Thus, good tip coverage was obtained, and there was no disconnection or the like even after long-term use, and a highly reliable electron-emitting device could be obtained.

以上の説明から明らかなように、本発明は、電子放出素子を製作する技術であるが、数10μm〜数μmという非常に微細なパターンを従来のようなフォトリソ技術によるのではなく、従来にはない微小な吐出口を有する噴射ヘッドによって金属微粒子材料含有溶液を基板に直接噴射付与するという簡単な装置で、電子放出素子群をダイレクト製作するようにしている。したがって、いわゆる半導体製造プロセスで使用されている高価な製造装置を必要とせず、低コストでかつ安定して製作できるという利点がある。   As is apparent from the above description, the present invention is a technique for manufacturing an electron-emitting device, but a very fine pattern of several tens of μm to several μm is not formed by a conventional photolithography technique, but conventionally. The electron-emitting device group is directly manufactured by a simple apparatus in which a metal fine particle material-containing solution is directly applied to a substrate by an injection head having no minute discharge port. Therefore, there is an advantage that an expensive manufacturing apparatus used in a so-called semiconductor manufacturing process is not required, and the manufacturing can be stably performed at a low cost.

このようにして、良好な形状の表面伝導型電子放出素子群のパターン形成を行った後、本発明では以下に説明するようなフォーミング処理によって、電子放出部5を形成する(図1、図2参照)。   In this way, after forming a pattern of a surface conduction electron-emitting device group having a good shape, in the present invention, the electron-emitting portion 5 is formed by a forming process as described below (FIGS. 1 and 2). reference).

電子放出部5は、導電性薄膜4の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜4の膜厚、膜質、材料等、あるいはフォーミング処理条件等に依存したものとなる。電子放出部5の内部には、100Å以下の粒径の導電性微粒子を含む場合もある。   The electron emission portion 5 is constituted by a high-resistance crack formed in a part of the conductive thin film 4, and depends on the film thickness, film quality, material, etc. of the conductive thin film 4, or forming process conditions. The inside of the electron emission part 5 may contain conductive fine particles having a particle size of 100 mm or less.

この導電性薄膜4に施すフォーミング処理方法の一例として、通電処理による方法を説明する。素子電極2、3間に、不図示の電源を用いて通電を行うと、導電性薄膜4の部位に構造の変化した電子放出部5が形成される。すなわち、通電フォーミングによれば導電性薄膜4に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造変化した部位が形成され、この部位が電子放出部5となる。   As an example of the forming treatment method applied to the conductive thin film 4, a method by energization treatment will be described. When energization is performed between the device electrodes 2 and 3 using a power source (not shown), an electron emission portion 5 having a changed structure is formed in a portion of the conductive thin film 4. That is, according to the energization forming, a region having a structural change such as local destruction, deformation, or alteration is formed in the conductive thin film 4, and this site becomes the electron emission portion 5.

図22は、本発明に適用する上記のごとくの通電フォーミング処理の電圧波形の例を示す図である。電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合(図22(A))と、パルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する場合(図22(B))とがある。まずパルス波高値が一定電圧とした場合(図22(A))について説明する。   FIG. 22 is a diagram showing an example of voltage waveforms of the energization forming process as described above applied to the present invention. The voltage waveform is particularly preferably a pulse waveform. When a voltage pulse having a constant pulse peak value is applied continuously (FIG. 22A), or when a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value (FIG. 22). (B)). First, the case where the pulse peak value is a constant voltage (FIG. 22A) will be described.

図22(A)におけるT1およびT2はそれぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、T1を1μs〜10ms、T2を10μs〜100msとし、三角波の波高値(通電フォーミング時のピーク電圧)を表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択する。このような条件のもと、例えば、数秒ないし数十分間電圧を印加する。また、パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を用いても良い。   In FIG. 22A, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, respectively, T1 is 1 μs to 10 ms, T2 is 10 μs to 100 ms, and the peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) is surface conduction. It selects suitably according to the form of a type | mold electron-emitting element. Under such conditions, for example, a voltage is applied for several seconds to several tens of minutes. The pulse waveform is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave may be used.

図22(B)におけるT1およびT2は、図22(A)に示したものと同様にそれぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔を示し、三角波の波高値(通電フォーミング時のピーク電圧)は、例えば0.1Vステップ程度ずつ増加させることができる。   T1 and T2 in FIG. 22 (B) indicate the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, respectively, as shown in FIG. 22 (A), and the peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) is, for example, It can be increased by about 0.1V step.

通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔T2中に、導電性薄膜4を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば0.1V程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、1MΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させる。   The end of the energization forming process can be detected by applying a voltage that does not cause local destruction or deformation of the conductive thin film 4 during the pulse interval T2, and measuring the current. For example, the element current that flows when a voltage of about 0.1 V is applied is measured, the resistance value is obtained, and the energization forming is terminated when a resistance of 1 MΩ or more is indicated.

通電フォーミングを終了した素子には、活性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。活性化処理を施すことにより、素子電流If、放出電流Ieが著しく変化する。活性化工程は、例えば有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。上記の雰囲気は、例えば、油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を廃棄した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。   It is desirable to perform a process called an activation process on the element that has completed energization forming. By applying the activation process, the device current If and the emission current Ie change remarkably. The activation step can be performed, for example, by repeating the application of pulses in the same manner as the energization forming in an atmosphere containing an organic substance gas. The above atmosphere can be formed using, for example, an organic gas remaining in the atmosphere when the inside of the vacuum container is discarded using an oil diffusion pump, a rotary pump, etc. It can also be obtained by introducing an appropriate organic substance gas into the evacuated vacuum. A preferable gas pressure of the organic material at this time is appropriately set according to the case because it varies depending on the application form, the shape of the vacuum container, the kind of the organic material, and the like.

上記の有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどCnH2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどCnH2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。この処理により雰囲気中に存在する有機物質から炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流If、放出電流Ieが著しく変化する。活性化工程の終了判定は、素子電流Ifと放出電流Ieを測定しながら行う。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。 Examples of the organic substances include alkanes, alkenes, alkyne aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, organic acids such as phenol, carboxylic acid, and sulfonic acid. Specific examples include saturated hydrocarbons represented by CnH 2 n + 2 such as methane, ethane, and propane, unsaturated hydrocarbons represented by a composition formula such as CnH 2 n such as ethylene and propylene, benzene, and toluene. Methanol, formaldehyde, acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylamine, phenol, formic acid, acetic acid, propionic acid and the like can be used. By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the element from an organic substance present in the atmosphere, and the element current If and the emission current Ie change remarkably. The end of the activation process is determined while measuring the device current If and the emission current Ie. The pulse width, pulse interval, pulse peak value, etc. are set as appropriate.

炭素あるいは炭素化合物とは、グラファイト(単結晶、多結晶の両者を指す)、非晶質カーボン(非晶質カーボンおよび非晶質カーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を含むカーボン)であり、その膜厚は500Å以下にするのが好ましく、より好ましくは300Å以下である。   Carbon or a carbon compound is graphite (refers to both single crystal and polycrystal) and amorphous carbon (amorphous carbon and carbon including a mixture of amorphous carbon and microcrystalline graphite). The film thickness is preferably 500 mm or less, more preferably 300 mm or less.

上述のようにして、作成した電子放出素子は、安定化処理を行うことが好ましい。この処理は真空容器内の有機物質の分圧が、1×10-8Torr以下、望ましくは、1×10-10Torr以下で行うのが良い。真空容器内の圧力は、10-6〜10-7Torr以下が好ましく、特に1×10-8Torr以下が好ましい。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることができる。さらに、真空容器内を排気するときには、真空容器全体を過熱して真空容器内壁や電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱した状態での真空排気条件は、80〜200℃で5時間以上が望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により変化する。 As described above, the prepared electron-emitting device is preferably subjected to stabilization treatment. This treatment is preferably performed at a partial pressure of the organic substance in the vacuum vessel of 1 × 10 −8 Torr or less, preferably 1 × 10 −10 Torr or less. The pressure in the vacuum vessel is preferably 10 −6 to 10 −7 Torr or less, and particularly preferably 1 × 10 −8 Torr or less. As the vacuum exhaust device for exhausting the vacuum vessel, it is preferable to use a device that does not use oil so that the oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, a vacuum exhaust apparatus such as a sorption pump or an ion pump can be used. Furthermore, when evacuating the inside of the vacuum vessel, it is preferable to overheat the entire vacuum vessel so that organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device can be easily evacuated. The evacuation condition in the heated state at this time is preferably 80 to 200 ° C. for 5 hours or longer, but is not particularly limited to this condition, and various conditions such as the size and shape of the vacuum vessel and the configuration of the electron-emitting device. It depends on.

なお、上記有機物質の分圧は、質量分析装置により質量数が10〜200の炭素と水素を主成分とする有機分子の分圧を測定し、それらの分圧を積算することにより求められる。安定化工程を経た後、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維持することができる。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流If、放出電流Ieが安定する。   The partial pressure of the organic substance is determined by measuring partial pressures of organic molecules mainly composed of carbon and hydrogen having a mass number of 10 to 200 using a mass spectrometer and integrating the partial pressures. After the stabilization process, the driving atmosphere is preferably maintained at the end of the stabilization process, but is not limited to this, and the degree of vacuum itself is sufficient if the organic substance is sufficiently removed. Sufficiently stable characteristics can be maintained even with a slight decrease. By adopting such a vacuum atmosphere, deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed, and as a result, the device current If and the emission current Ie are stabilized.

以上のようにして本発明の電子放出素子の作製ならびにフォーミングが行われ、その後、後述のように画像形成装置(ディスプレイ)として使用されるが、ここで1つ問題がある。   As described above, the electron-emitting device of the present invention is manufactured and formed, and then used as an image forming apparatus (display) as described later. However, there is one problem here.

これは上記のフォーミング処理時、あるいはディスプレイとして使用する場合も問題となることであるが、素子電極部における異常放電である。   This is a problem during the above forming process or when used as a display, but is an abnormal discharge in the element electrode portion.

図23を用いて説明する。本発明では、図23のように複数(この例は2)個の対向する素子電極2,3間に金属微粒子材料含有溶液のドットパターン42によって電子放出部を形成してなるが、通常、素子電極2,3は矩形パターンもしくは矩形パターンの組み合わせによって構成される。これは、このような素子電極パターンをフォトリソグラフィー技術によって形成する際のフォトマスクの形状に依存して、矩形形状にされる(矩形が最もコスト的に製作しやすい)わけであるが、図23(A)に示すように、対向する2個の素子電極のコーナー部2′,3′が尖っているために、その部分で電界集中が生じる。   This will be described with reference to FIG. In the present invention, as shown in FIG. 23, an electron emitting portion is formed by a dot pattern 42 of a metal fine particle material-containing solution between a plurality (two in this example) of device electrodes 2 and 3. The electrodes 2 and 3 are configured by a rectangular pattern or a combination of rectangular patterns. This is a rectangular shape depending on the shape of the photomask when such an element electrode pattern is formed by a photolithography technique (the rectangle is most easily manufactured in terms of cost). As shown in (A), the corner portions 2 'and 3' of the two opposing device electrodes are sharp, and electric field concentration occurs at those portions.

その結果、フォーミング処理によって、両電極間に印加したり、あるいは最終的にディスプレイとして使用する場合も両電極間に印加するわけであるが、この電界集中部において異常な放電が生じ、良好なフォーミング処理が行えなかったり、あるいは異常な電子放出がおきて、ディスプレイの画質を落とすという不具合がある。   As a result, it is applied between both electrodes by the forming process, or even when used as a display, but it is applied between both electrodes. There is a problem that the image quality of the display is deteriorated because the processing cannot be performed or abnormal electron emission occurs.

本発明ではこの点に鑑み、例えば、図23(B)のように複数の素子電極の互いに対向する側のコーナー部を面取り形状2′′,3′′としている。この例は、機械図面で表示する際のc形状の面取りとしているが、r形状の面取りであってもいいのは言うまでもない。   In view of this point, in the present invention, for example, as shown in FIG. 23B, the corner portions of the plurality of element electrodes facing each other are chamfered shapes 2 ″ and 3 ″. In this example, c-shaped chamfering when displayed in a mechanical drawing is used, but it goes without saying that it may be r-shaped chamfering.

このような形状は、素子電極パターンをフォトリソグラフィー技術によって形成する際にフォトマスクの形状をそのようなコーナー部が尖った形状にならないようにすればよい。あるいは、図18で説明したように、素子電極を本発明の金属微粒子材料含有溶液噴射によるドットパターンによって形成したものであれば、ドットパターンの外形そのものが丸い形状になっていて尖った部分がないので、自動的に面取り形状とすることができる。   Such a shape may be such that when the device electrode pattern is formed by photolithography, the shape of the photomask does not have such a sharp corner portion. Alternatively, as described with reference to FIG. 18, if the element electrode is formed by the dot pattern formed by the metal fine particle material-containing solution injection of the present invention, the outer shape of the dot pattern itself is round and there is no pointed portion. Therefore, it can be automatically chamfered.

なお、その面取り部分の大きさであるが、電子放出部を形成するドットパターン径の1/2〜1/5程度、すなわちc2μm〜c5μm、あるいはr2μm〜r5μmとすれば、電界集中が生じない良好な素子電極とすることができる。   The size of the chamfered portion is about 1/2 to 1/5 of the diameter of the dot pattern forming the electron emitting portion, that is, c2 μm to c5 μm, or r2 μm to r5 μm. It can be set as a simple element electrode.

本発明では、このように素子電極の尖った部分をなくし、電界集中をなくすようにすることにより、フォーミング処理時、あるいは後述のようにディスプレイとして使用する場合にも、異常放電がなく、また、長期に使用しても安定した良好な電子放出が得られ、さらには、高品位な画質のディスプレイとすることができるようになった。   In the present invention, by eliminating the sharp portion of the element electrode and eliminating the electric field concentration, there is no abnormal discharge even during forming processing or when used as a display as described later, Even when used for a long period of time, stable and good electron emission can be obtained, and furthermore, a high-quality image display can be realized.

次に、この問題を解決する他の手段について、図24を用いて説明する。これは複数の素子電極の互いに対向する側のコーナー部を金属微粒子材料含有溶液のドットパターンによって被覆するように打ち込むようにパターン形成制御する例である。   Next, another means for solving this problem will be described with reference to FIG. This is an example in which pattern formation control is performed so that corner portions of a plurality of element electrodes facing each other are covered with a dot pattern of a metal fine particle material-containing solution.

図24(A)はドットパターン列を縦に2列とした例、図24(B)は1列とした例であるがどちらでもいいのは言うまでもない。要するに、素子電極パターンの尖った部分2′,3′を金属微粒子材料含有溶液のドットパターンによって被覆し、その部分が表面に利出しないようにすれば、電界集中による異常放電を防止でき、フォーミング処理が良好に行え、あるいは後述のようにディスプレイとして使用する場合にも、異常放電がなく、また長期に使用しても安定した良好な電子放出が得られ、さらには高品位な画質のディスプレイとすることができるようになるのである。   FIG. 24A shows an example in which the dot pattern row is two vertically, and FIG. 24B shows an example in which one row is used, but it goes without saying. In short, if the sharp portions 2 'and 3' of the device electrode pattern are covered with the dot pattern of the metal fine particle material-containing solution and the portions are not exposed to the surface, abnormal discharge due to electric field concentration can be prevented, forming Even when used as a display as described later, there is no abnormal discharge, stable electron emission can be obtained even when used for a long time, and a display with high quality image quality. You will be able to do it.

次に、本発明のさらに別の特徴について図25を用いて説明する。前述(図3、図4)のように本発明では、噴射ヘッドは基板14と相対移動を行いながら、金属微粒子材料含有溶液を噴射付与して、電子放出素子群を形成する。図25は電子源基板14に形成された素子電極2、3およびその素子電極2、3間に縦方向(副走査方向)に4個の溶液ドットパターン付与によって形成された電子放出素子10群を示している。   Next, still another feature of the present invention will be described with reference to FIG. As described above (FIGS. 3 and 4), in the present invention, the ejection head is ejected with the metal fine particle material-containing solution while moving relative to the substrate 14 to form an electron-emitting device group. FIG. 25 shows the device electrodes 2 and 3 formed on the electron source substrate 14 and the electron emission device 10 group formed by applying four solution dot patterns in the vertical direction (sub-scanning direction) between the device electrodes 2 and 3. Show.

ここでは、横方向を主走査方向と定義し、縦方向を副走査方向と定義している。各電子放出素子は、各素子の中心間距離(配列ピッチ)、すなわち、それぞれ主走査方向配列ピッチ、副走査方向配列ピッチは、後述のように本発明の電子源基板をディスプレイとして使用する場合の画像品質を左右する重要なファクターである。   Here, the horizontal direction is defined as the main scanning direction, and the vertical direction is defined as the sub-scanning direction. Each electron-emitting device has a center-to-center distance (arrangement pitch) of each element, that is, an arrangement pitch in the main scanning direction and an arrangement pitch in the sub-scanning direction, respectively, when the electron source substrate of the present invention is used as a display as described later. It is an important factor that affects image quality.

本発明の電子放出素子を利用したディスプレイは、前述のようなフォーミング処理によって、素子電極間のどこかにできる亀裂部より放出される電子によって、蛍光体を発光させるものである。ここでこの亀裂部は素子電極間のどこかにできるが、いつも一定の場所にできるとは限らない。すなわち、本発明が適用されるディスプレイは、その発光ピクセル(絵素)の精度が、最大、素子電極間距離だけ変動する(素子間でバラツク)という性格を持ったディスプレイである。よって、例えば、図26のように、図25の場合よりもさらに各素子間に素子を配列して主走査方向配列ピッチ、副走査方向配列ピッチともに、図25の倍にして配列することも可能であるが、もともと、発光部の変動がある(位置精度が最大、素子電極間距離だけ変動する)ため、そのようなことは意味を持たない。   In the display using the electron-emitting device of the present invention, the phosphor is caused to emit light by electrons emitted from a crack portion formed somewhere between the device electrodes by the forming process as described above. Here, the crack portion can be formed somewhere between the device electrodes, but it cannot always be formed at a certain place. That is, the display to which the present invention is applied is a display having the character that the accuracy of the light-emitting pixel (picture element) varies at the maximum by the distance between the element electrodes (variation between elements). Therefore, for example, as shown in FIG. 26, it is also possible to arrange the elements between the elements more than in the case of FIG. 25 and to arrange both the arrangement pitch in the main scanning direction and the arrangement pitch in the sub scanning direction to be double that in FIG. However, since there is a variation of the light emitting portion (positional accuracy is maximum, and the distance between the element electrodes varies), this is not meaningful.

すなわち、本発明においては、各素子の中心間距離(配列ピッチ)は素子電極間距離以下にしても意味がない。言い換えるならば、本発明においては、各素子の電極間距離を電子放出素子の配列ピッチより小として形成した場合に、初めて有効な無駄のないディスプレイとすることができる。   That is, in the present invention, it does not make sense to set the distance between the centers (arrangement pitch) of each element to be equal to or less than the distance between the element electrodes. In other words, in the present invention, when the distance between the electrodes of each element is made smaller than the arrangement pitch of the electron-emitting devices, it is possible to obtain an effective and efficient display for the first time.

1例をあげると、例えば、電極間距離(ここで電極間距離は図25に示すように、対向する電極の最接近辺の距離sである)を15μmとされ、主走査方向配列ピッチXp、副走査方向配列ピッチYpはともに30μmとされる。このとき、電子放出部は3個のドットパターン(パターン径約Φ15μm)によって形成される。このようなパターンを形成するための噴射ヘッドとしては、前述のヘッドH4(吐出口径Do=Φ10μm)を利用でき、溶液噴射の駆動電圧は15V、駆動パルス巾は2.5μsとして噴射制御することによって得られる。なお、使用する溶液も前述のようなパラジウム微粒子含有溶液が使用される。またこのような主走査方向配列ピッチ、副走査方向配列ピッチで精度よく素子形成を行うには、図3あるいは図4に示した製造装置によって、噴射ヘッドと基板との高精度な相対移動を行うことによって実現できる。   As an example, for example, the distance between the electrodes (here, the distance between the electrodes is the distance s of the closest side of the opposing electrodes as shown in FIG. 25) is 15 μm, and the arrangement pitch Xp in the main scanning direction, The arrangement pitch Yp in the sub scanning direction is 30 μm. At this time, the electron emission portion is formed by three dot patterns (pattern diameter of about Φ15 μm). As the ejection head for forming such a pattern, the above-mentioned head H4 (ejection port diameter Do = Φ10 μm) can be used, and the ejection control is performed with a solution ejection drive voltage of 15 V and a drive pulse width of 2.5 μs. can get. As the solution to be used, the palladium fine particle-containing solution as described above is used. In addition, in order to perform element formation with high accuracy in such an arrangement pitch in the main scanning direction and an arrangement pitch in the sub-scanning direction, a highly accurate relative movement between the ejection head and the substrate is performed by the manufacturing apparatus shown in FIG. Can be realized.

他の例では、例えば、電極間距離を30μmとされ、主走査方向配列ピッチ、副走査方向配列ピッチはともに50μmとされる。このとき、電子放出部は5個のドットパターン(パターン径約Φ20μm)によって形成される。このようなパターンを形成するための噴射ヘッドとしては、前述のヘッドH3(吐出口径Do=Φ15μm)を利用でき、溶液噴射の駆動電圧は13.5V、駆動パルス巾は3μsとして噴射制御することによって得られる。なお、使用する溶液も前述のようなパラジウム微粒子含有溶液が使用される。またこのような主走査方向配列ピッチ、副走査方向配列ピッチで精度よく素子形成を行うには、図3あるいは図4に示した製造装置によって、噴射ヘッドと基板との高精度な相対移動を行うことによって実現できる。   In another example, for example, the distance between the electrodes is 30 μm, and the arrangement pitch in the main scanning direction and the arrangement pitch in the sub-scanning direction are both 50 μm. At this time, the electron emission portion is formed by five dot patterns (pattern diameter of about Φ20 μm). As the ejection head for forming such a pattern, the above-described head H3 (ejection port diameter Do = Φ15 μm) can be used, and the ejection control is performed with the drive voltage for solution ejection being 13.5 V and the drive pulse width being 3 μs. can get. As the solution to be used, the palladium fine particle-containing solution as described above is used. In addition, in order to perform element formation with high accuracy in such an arrangement pitch in the main scanning direction and an arrangement pitch in the sub-scanning direction, a highly accurate relative movement between the ejection head and the substrate is performed by the manufacturing apparatus shown in FIG. Can be realized.

以上の例はサーマルジェット(バブルジェット(登録商標))方式の噴射ヘッドの例であるが、圧電素子を用いたピエゾジェット方式、静電力を利用した方式、あるいは荷電制御方式(連続流方式)等が利用できることは言うまでもない。   The above example is an example of a thermal jet (Bubble Jet (registered trademark)) type jet head, but a piezoelectric jet type using a piezoelectric element, a type using an electrostatic force, a charge control type (continuous flow type), etc. It goes without saying that can be used.

次に、本発明の画像形成装置について述べる。画像形成装置に用いる電子源基板の電子放出素子の配列については種々のものが採用できる。まず、並列に配置した多数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数個配置し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向(列方向と呼ぶ)で電子放出素子の上方に配置した制御電極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素子からの電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これとは別に、電子放出素子をX方向およびY方向に行列状に複数個配置し、同じ行に配置された複数の電子放出素子の電極の一方を、X方向の配線に共通に接続し、同じ列に配置された複数の電子放出素子の電極の他方を、Y方向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは、所謂、単純マトリックス配置である。   Next, the image forming apparatus of the present invention will be described. Various arrangements of the electron-emitting devices of the electron source substrate used in the image forming apparatus can be adopted. First, each of a large number of electron-emitting devices arranged in parallel is connected at both ends, and a plurality of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as the row direction), and electrons are perpendicular to the wiring (referred to as the column direction). There is a ladder-type arrangement in which electrons from the electron-emitting device are controlled and driven by a control electrode (also referred to as a grid) arranged above the emitting device. Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, and one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is connected in common to the wiring in the X direction, Examples include one in which the other of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same column is commonly connected to the Y-direction wiring. Such is a so-called simple matrix arrangement.

次に、単純マトリックス配置の電子源を用いた画像形成装置について説明する。図27は画像形成装置の表示パネルの基本構成の一例を説明するための図で、図中、71は電子放出素子74を基板上に作製した電子源基板、81は電子源基板71を固定したリアプレート、82は支持枠、86はガラス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック85等が形成されたフェースプレート86で、リアプレート81、支持枠82及びフェースプレート86にフリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で400〜500度で10分以上焼成することで封着して外囲器88を構成する。   Next, an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement will be described. FIG. 27 is a diagram for explaining an example of the basic configuration of the display panel of the image forming apparatus. In FIG. 27, reference numeral 71 denotes an electron source substrate in which the electron-emitting device 74 is formed on the substrate, and 81 denotes the electron source substrate 71 fixed. A rear plate 82 is a support frame, and 86 is a face plate 86 in which a fluorescent film 84 and a metal back 85 are formed on the inner surface of a glass substrate 83. Frit glass or the like is applied to the rear plate 81, the support frame 82, and the face plate 86. The envelope 88 is sealed by baking at 400 to 500 degrees in air or nitrogen for 10 minutes or more.

外囲器88は、上述の如くフェースプレート86、支持枠82、リアプレート81で構成したが、リアプレート81は主に電子源基板71の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基板71自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート81は不要であり、電子源基板71に直接支持枠82を封着し、フェースプレート86、支持枠82、及び電子源基板71にて外囲器88を構成しても良い。またさらにはフェースプレート86、リアプレート81間に、スペーサとよばれる耐大気圧支持部材を設置することで大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器88を構成することもできる。
いずれにしろこのようなフェースプレートは、電子源基板と積層、一体化して画像形成装置(画像表示装置)を構成するので、電子源基板とほぼ同じ形状、大きさとされる。
Although the envelope 88 is constituted by the face plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above, the rear plate 81 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the electron source substrate 71. If the substrate itself has sufficient strength, the separate rear plate 81 is not necessary, and the support frame 82 is sealed directly on the electron source substrate 71, and the face plate 86, the support frame 82, and the electron source substrate 71 are attached outside. The envelope 88 may be configured. Furthermore, by providing an atmospheric pressure-resistant support member called a spacer between the face plate 86 and the rear plate 81, an envelope 88 having sufficient strength against atmospheric pressure can be configured.
In any case, such a face plate is laminated and integrated with the electron source substrate to constitute an image forming apparatus (image display apparatus), and therefore has substantially the same shape and size as the electron source substrate.

図28は、図27の画像形成装置に用いられる蛍光膜84の構成例を示す模式図で、ブラックストライプタイプの蛍光膜を図28(A)に、ブラックマトリックスタイプの蛍光膜を図28(B)に示すものである。図28において、91は黒色導電材、92は蛍光体である。   28 is a schematic diagram showing a configuration example of the fluorescent film 84 used in the image forming apparatus of FIG. 27. FIG. 28A shows a black stripe type fluorescent film, and FIG. 28B shows a black matrix type fluorescent film. ). In FIG. 28, 91 is a black conductive material, and 92 is a phosphor.

蛍光膜84は、モノクロームの場合は蛍光体のみからなるが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリックスなどと呼ばれる黒色導電材91と蛍光体92とで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリックスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体92間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜84における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。ブラックストライプの材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過および反射が少ない材料であればこれに限るものではない。   In the case of a monochrome film, the fluorescent film 84 is composed of only a phosphor. In the case of a color fluorescent film, the phosphor film 84 is composed of a black conductive material 91 called a black stripe or a black matrix and a phosphor 92 depending on the arrangement of the phosphors. . The purpose of providing the black stripe and the black matrix is to make the mixed colors and the like inconspicuous by making the coloration portions between the phosphors 92 of the necessary three primary color phosphors black in the case of color display, It is to suppress a decrease in contrast due to light reflection. The material of the black stripe is not limited to the material that is not only a material mainly composed of graphite, which is usually used well, but also a material that is conductive and has little light transmission and reflection.

本発明では、上記のようなマトリックス化された蛍光体92のストライプの方向、あるいはマトリックスの互いに直交する2方向と、前述の電子放出素子74の互いに直交する2方向とそれぞれが互いに平行になるようにし、かつ各電子放出素子74に蛍光体92が一致するように位置決めして積層し、画像表示装置を構成している。このような構成の画像表示装置は、互いのマトリックスの方向およびその位置が一致しているため、非常に高画質な画像表示装置を実現できる。   In the present invention, the stripe direction of the matrix-formed phosphor 92 as described above, or the two directions orthogonal to each other of the matrix and the two directions orthogonal to each other of the electron-emitting device 74 are parallel to each other. In addition, the electron-emitting devices 74 are positioned and laminated so that the phosphors 92 coincide with each other to constitute an image display device. Since the image display apparatus having such a configuration matches the directions and positions of the matrixes, a very high-quality image display apparatus can be realized.

ガラス基板83に蛍光体を塗布する方法としては、モノクローム、カラーによらず沈澱法や印刷法が用いられる。また蛍光膜84(図27)の内面側には通常、メタルバック85が設けられる。メタルバック85は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート86側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用すること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体の保護等の役割を有する。メタルバック85は、蛍光膜84を作製後、蛍光膜84の内面側表面の平滑化処理(通常、フィルミングと呼ばれる)を行い、その後Alを真空蒸着等で堆積することで作製できる。また、フェースプレート86には、更に蛍光膜84の導電性を高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電極(不図示)を設けてもよい。   As a method of applying the phosphor on the glass substrate 83, a precipitation method or a printing method is used regardless of monochrome or color. A metal back 85 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 84 (FIG. 27). The metal back 85 improves the luminance by specularly reflecting the light emitted from the phosphor toward the inner surface to the face plate 86 side, acts as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage, It has a role of protecting the phosphor from damage caused by collision of negative ions generated in the vessel. The metal back 85 can be manufactured by preparing the fluorescent film 84, performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film 84, and then depositing Al by vacuum evaporation or the like. Further, the face plate 86 may be provided with a transparent electrode (not shown) on the outer surface side of the fluorescent film 84 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 84.

前述の外囲器88を作成するための封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体92と電子放出素子74とを対応させなくてはならず、十分な位置合わせを行う必要がある。この十分な位置合わせを行うために本発明では、前述のように、電子放出素子74に対向する位置に蛍光体92を配置するとともに、電子放出素子74と蛍光体92のそれぞれのマトリックスの互いに直交する2方向がそれぞれ互いに平行となるようにしている。このような構成の高精度な画像表示装置を得るためには、蛍光体基板も、本発明の電子源基板と同様な位置決め手法をとることが望ましい。   When sealing for producing the envelope 88 described above, in the case of color, each color phosphor 92 and the electron-emitting device 74 must correspond to each other, and sufficient alignment is required. In order to perform this sufficient alignment, in the present invention, as described above, the phosphor 92 is disposed at a position facing the electron-emitting device 74 and the matrixes of the electron-emitting device 74 and the phosphor 92 are orthogonal to each other. The two directions are parallel to each other. In order to obtain a highly accurate image display device having such a configuration, it is desirable that the phosphor substrate also adopts the same positioning method as the electron source substrate of the present invention.

図27に示した画像形成装置は、具体的には以下のようにして製造される。外囲器88は前述の安定化工程と同様に、適宜加熱しながらイオンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、10-7Torr程度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止される。外囲器88の封止後の真空度を維持するためにゲッター処理を行う場合もある。これは外囲器88の封止を行う直前あるいは封止後に抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器88内の所定の位置(不図示)に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ba等が主成分であり、蒸着膜の吸着作用により、例えば1×10-5Torrないし1×10-7Torrの真空度を維持するものである。 Specifically, the image forming apparatus shown in FIG. 27 is manufactured as follows. The envelope 88 is exhausted through an exhaust pipe (not shown) by an exhaust device that does not use oil, such as an ion pump or a sorption pump, while being appropriately heated, as in the stabilization step described above, and a vacuum degree of about 10 −7 Torr. After the atmosphere is sufficiently reduced, it is sealed. In some cases, a getter process is performed to maintain the degree of vacuum after the envelope 88 is sealed. This is because vapor deposition is performed by heating a getter disposed at a predetermined position (not shown) in the envelope 88 by a heating method such as resistance heating or high-frequency heating immediately before or after sealing the envelope 88. This is a process for forming a film. The getter usually has Ba or the like as a main component, and maintains a vacuum degree of, for example, 1 × 10 −5 Torr to 1 × 10 −7 Torr by the adsorption action of the deposited film.

本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a planar surface conduction electron-emitting device according to an embodiment of the present invention. 図1に示す表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 本発明に係る電子源基板の製造装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the electron source board | substrate which concerns on this invention. 本発明を適用し得る液滴付与装置の構成の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a structure of the droplet application apparatus which can apply this invention. 図4の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a main part of a discharge head unit of the droplet applying device of FIG. 4. 本発明に係る表面伝導型電子放出素子の製造装置に使用される噴射ヘッドの1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the ejection head used for the manufacturing apparatus of the surface conduction type electron-emitting device according to the present invention. 本発明の電子源基板製造装置に使用される噴射ヘッドで膜沸騰気泡による作用力で噴射するサーマルジェット方式の場合の溶液飛翔形状の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the solution flight shape in the case of the thermal jet system sprayed with the action force by a film | membrane boiling bubble with the injection head used for the electron source substrate manufacturing apparatus of this invention. 本発明の電子源基板製造装置に使用される噴射ヘッドで機械的変位による作用力で噴射するピエゾジェット方式の場合の液滴飛翔形状の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the droplet flying shape in the case of the piezo jet system which ejects with the action force by mechanical displacement with the ejection head used for the electron source substrate manufacturing apparatus of this invention. 本発明の電子源基板製造装置に使用される噴射ヘッドで機械的変位による作用力で噴射するピエゾジェット方式の場合の他の液滴飛翔形状の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the other droplet flight shape in the case of the piezo jet system which ejects with the action force by mechanical displacement with the ejection head used for the electron source substrate manufacturing apparatus of this invention. 本発明の電子源基板製造装置によって、良好なパターン形成を行う条件を見出すために使用したテストパターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the test pattern used in order to find the conditions which perform favorable pattern formation with the electron source substrate manufacturing apparatus of this invention. 基板の表面粗さより大である金属微粒子を含有した溶液によってドットパターンを形成した場合の、金属微粒子と表面粗さの関係を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the relationship between a metal microparticle and surface roughness at the time of forming a dot pattern with the solution containing the metal microparticle larger than the surface roughness of a board | substrate. 基板の表面粗さ以下の大きさの金属微粒子を含有した溶液によってドットパターンを形成した場合の、金属微粒子と表面粗さの関係を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the relationship between a metal microparticle and surface roughness at the time of forming a dot pattern with the solution containing the metal microparticle of the magnitude | size below the surface roughness of a board | substrate. 液滴あるいは溶液のドットを1列に配列して微細な電子放出素子パターンを形成する例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example which arranges the dot of a droplet or a solution in 1 row, and forms a fine electron emission element pattern. 液滴あるいは溶液のドット列を複数列配列して太い電子放出素子パターンを形成する例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example which forms the thick electron-emitting element pattern by arranging the dot row of a droplet or a solution in multiple rows. 液滴のドットを配列して電子放出素子パターンを形成する場合の接続方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection method in the case of forming the electron-emitting device pattern by arranging the dot of a droplet. 基板上に形成されている2つのITO透明電極パターンを示す図である。It is a figure which shows the two ITO transparent electrode patterns currently formed on the board | substrate. 液滴のドットを配列して電子放出素子パターンを形成する具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific example which arranges the dot of a droplet and forms an electron-emitting device pattern. 基板上に先に形成したドットパターンを示す図である。It is a figure which shows the dot pattern formed previously on the board | substrate. 基板上に先に形成したドットパターンに液滴のドットを配列して電子放出素子パターンを形成する具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific example which forms the electron emission element pattern by arranging the dot of a droplet in the dot pattern formed previously on the board | substrate. 本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子の構成を断面図で示したものである。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a planar surface conduction electron-emitting device according to an embodiment of the present invention. 電子放出部および電極素子部における電子放出素子パターンの膜厚を変える事を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating changing the film thickness of the electron emission element pattern in an electron emission part and an electrode element part. 本発明による表面伝導型電子放出素子の製造に採用できる通電フォーミング処理における電圧波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the voltage waveform in the energization forming process employable for manufacture of the surface conduction electron-emitting device by this invention. 本発明を適用し電界集中をなくした例を説明する図である。It is a figure explaining the example which applied the present invention and eliminated electric field concentration. 本発明を適用し電界集中をなくした他の例を説明する図である。It is a figure explaining the other example which applied this invention and eliminated electric field concentration. 本発明の一実施形態に係る平面型表面伝導型電子放出素子群を形成するにあたっての液滴噴射時のキャリッジの主走査方向、副走査方向ならびに各寸法の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the main scanning direction of a carriage at the time of droplet ejection at the time of forming a plane type surface conduction type electron-emitting device group concerning one embodiment of the present invention, a sub-scanning direction, and each size. 平面型表面伝導型電子放出素子群をより高密度に配列しても無駄になることを説明する図である。It is a figure explaining that even if it arranges a planar type surface conduction type electron-emitting device group in higher density, it will be wasted. 本発明を適用し得るマトリックス配置型電子源基板による画像形成装置の表示パネルの基本構成の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the basic composition of the display panel of the image forming apparatus by the matrix arrangement | positioning type electron source board | substrate which can apply this invention. 本発明を適用し得る画像形成装置に用いられる蛍光膜の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the fluorescent film used for the image forming apparatus which can apply this invention. 従来の電子放出素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional electron emission element.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2,3…素子電極、4…導電性薄膜、5…電子放出部、6…金属粒子(大)、7…金属粒子(小)、10…電子放出素子、11…吐出ヘッドユニット(噴射ヘッド)、12…キャリッジ、13…基板保持台、14…基板、15…供給チューブ、16…信号供給ケーブル、17…噴射ヘッドコントロールボックス、18…キャリッジ12のX方向スキャンモータ、19…キャリッジ12のY方向スキャンモータ、20…コンピュータ、21…コントロールボックス、22(22X1、22Y1、22X2、22Y2)…基板位置決め/保持手段、30…吐出ヘッドユニット、31…ヘッドアライメント制御機構、32…検出光学系、33…インクジェットヘッド、34…ヘッドアライメント微動機構、35…制御コンピュータ、36…画像識別機構、37…XY方向走査機構、38…位置検出機構、39…位置補正制御機構、40…インクジェットヘッド駆動・制御機構、41…光軸、42…液滴、43…液滴着弾位置、44…ドット、50…噴射ヘッド(インクジェットヘッド)、51…発熱体基板、52…蓋基板、53…発熱体基板の作成に用いるシリコン基板、54…個別電極、55…共通電極、56…発熱体、57…溶液流入口、58…ノズル、59…溝部、60…凹部領域、71…電子源基板、74…電子放出素子、81…リアプレート、82…支持枠、83…ガラス基板、84…蛍光膜、85…メタルバック、86…フェースプレート、88…外囲器、91…黒色導電材、92…蛍光体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2, 3 ... Element electrode, 4 ... Conductive thin film, 5 ... Electron emission part, 6 ... Metal particle (large), 7 ... Metal particle (small), 10 ... Electron emission element, 11 ... Discharge head unit (Jet head), 12 ... carriage, 13 ... substrate holder, 14 ... substrate, 15 ... supply tube, 16 ... signal supply cable, 17 ... jet head control box, 18 ... X-direction scan motor of carriage 12, 19 ... carriage 12 Y-direction scan motors, 20... Computer, 21... Control box, 22 (22X 1 , 22Y 1 , 22X 2 , 22Y 2 ) ... Substrate positioning / holding means, 30 ... Discharge head unit, 31 ... Head alignment control mechanism, 32 ... Detection optical system, 33 ... Inkjet head, 34 ... Head alignment fine movement mechanism, 35 ... Control computer, 36 Image identification mechanism, 37 ... XY direction scanning mechanism, 38 ... position detection mechanism, 39 ... position correction control mechanism, 40 ... inkjet head drive / control mechanism, 41 ... optical axis, 42 ... droplet, 43 ... droplet landing position, 44 ... dots, 50 ... jetting head (inkjet head), 51 ... heating element substrate, 52 ... lid substrate, 53 ... silicon substrate used for producing the heating element substrate, 54 ... individual electrode, 55 ... common electrode, 56 ... heating element 57 ... Solution inlet, 58 ... Nozzle, 59 ... Groove, 60 ... Recessed region, 71 ... Electron source substrate, 74 ... Electron emitter, 81 ... Rear plate, 82 ... Support frame, 83 ... Glass substrate, 84 ... Fluorescence Membrane, 85 ... metal back, 86 ... face plate, 88 ... envelope, 91 ... black conductive material, 92 ... phosphor.

Claims (2)

基板上の一対の電極間に金属微粒子材料を含有する液体の液滴を吐出口より噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液滴のドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射装置において、前記液体中の金属微粒子は前記ドットによるラインパターンを形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記金属微粒子の大きさをDp、前記吐出口の径をDoとするとき、該吐出口径DoがΦ10μm〜Φ25μmであるような場合には、その吐出口の目詰まりが生じないように前記金属微粒子の大きさDpの上限をDp/Do≦0.01で規定し、前記金属微粒子を安定した状態で分散させるためにその金属微粒子の大きさDpの下限値を0.002μmとするとともに、前記ドットによるラインパターンの厚さを前記表面粗さ以上の厚さとなるように噴射制御することを特徴とする金属微粒子含有液噴射装置。   A liquid droplet containing a metal fine particle material is jetted and applied between a pair of electrodes on a substrate from a discharge port, a plurality of dots are connected so as to overlap, and a line pattern is formed. In the liquid ejecting apparatus containing fine metal particles, the volatile components in the line pattern are volatilized and the solid content remains on the substrate to make electrical connection between the electrodes. The fine metal particles in the liquid have a line pattern formed by the dots. In the case where the size of the surface to be formed is equal to or less than the surface roughness, the size of the metal fine particles is Dp, and the diameter of the discharge port is Do, the discharge port diameter Do is Φ10 μm to Φ25 μm. The upper limit of the size Dp of the metal fine particles is defined as Dp / Do ≦ 0.01 so that the discharge port is not clogged, and the metal fine particles are dispersed in a stable state. In addition, the lower limit value of the size Dp of the metal fine particles is set to 0.002 μm, and the injection control is performed so that the thickness of the line pattern by the dots is greater than the surface roughness. Liquid injection device. 基板上の一対の電極間に金属微粒子を含有する液体を液体噴射装置により噴射付与し、複数個のドットを重なり合うようにつないでラインパターン形成を行い、付与後の液体によるドットによるラインパターン中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させて前記電極間の電気的接続を行う金属微粒子含有液噴射装置によって製作されるドットによるラインパターンにおいて、前記金属微粒子は前記ドットによるラインパターンの薄膜を形成する面の表面粗さ以下の大きさであるとともに、前記ドットによるラインパターンの薄膜の厚さを前記表面粗さ以上の厚さとしたことを特徴とするドットによるラインパターン。   A liquid containing metal fine particles is sprayed and applied between a pair of electrodes on the substrate by a liquid jetting device, a plurality of dots are connected so as to overlap, and a line pattern is formed. In the line pattern of dots produced by a metal fine particle-containing liquid ejecting apparatus that volatilizes volatile components and leaves solids on the substrate to make electrical connection between the electrodes, the metal fine particles are line patterns of the dots. A line pattern with dots having a size equal to or smaller than the surface roughness of the surface on which the thin film is formed, and a thickness of the thin film of the line pattern with the dots being equal to or greater than the surface roughness.
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