JP2010003473A - 電子源の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子源の素子電極や導電性膜をインクジェット方式により作製する工程において、複数の吐出ノズルから同時に吐出された液滴から形成される膜の膜厚の均一化を図り、均一な電子放出特性の電子源を提供する。
【解決手段】吐出ヘッド７の複数のノズル９から同時に金属元素を含む溶液を基板上に吐出して導電性膜を作製する工程において、端部側のノズル９から吐出する液滴１２の吐出量を、中央部のノズル９から吐出する液滴１２の吐出量よりも多くなるように設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は電子源の製造方法に関し、特に、導電性膜を備えた電子放出素子が複数配列された電子源の製造方法であって、金属元素を含む溶液の液滴を吐出ヘッドに設けられた複数の吐出ノズルより基板上に付与する工程を有する電子源の製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイに利用される表面伝導型電子放出素子は、一対の素子電極と、該素子電極間に形成された導電性膜とを備えている。そして、電子放出素子を複数個基板上に形成し、列方向配線と行方向配線でマトリクス状に接続することにより電子源が構成される。

本出願人らは、係る電子源の簡易な製造方法として、特許文献１に開示された、金属含有溶液を液滴状態で基板上に吐出して、導電性膜及び素子電極を形成する方法を提案した。当該方法について図５を用いて簡単に説明する。

図５において、基板ステージ８上の基板１の上方に吐出ヘッド７が設置されており、該吐出ヘッド７に設けられた吐出ノズル９から、前記金属含有溶液を液滴状態で吐出し、基板１上に付着させる。１３は、吐出された後、基板上に付着した液滴である。その後、焼成等により前記素子電極或いは導電性膜を形成する。

ここで、吐出ヘッド７には、インクジェット制御・駆動機構１６が設けられており、液滴の吐出を制御している。又、ステージ８には、位置検出機構１７とステージ駆動機構（不図示）が設けられており、Ｘ及びＹ方向にステージを移動出来、前記インクジェット制御・駆動機構１６と連動させて吐出ヘッド７から液滴を吐出することで、基板上に液滴を付着させるものである。更に、前記吐出ヘッド７には、複数（図５においては５個）の吐出ノズル９が設けられており該複数の吐出ノズルから同時に液滴を吐出することで、製造タクトを短縮することが出来る。

尚、移動するのは、ステージ側に限らず、ヘッド側、或いはヘッド，ステージの両方を移動しても良い。更に、図５は、基板の上方にヘッドを配置した例であるが、逆にヘッドを下方に配置して下から吐出する、或いは横方向に配置して吐出しても良い。

特許文献１には、吐出ノズルから吐出された液滴の付着位置を計測し、目標位置とのずれ量を算出し、位置ずれを補正する方法が開示されている。

特開２０００−２５１６７８号公報

本発明者らによると、補正した着弾位置に正確に液滴を付与すると、ほぼ同時に吐出したノズル列の端部のノズルから吐出されて形成された導電性膜の抵抗値が、中央部のノズルから吐出されて形成された導電性膜の抵抗値よりも相対的に高くなることが判った。

これは、着滴した後に乾燥する際に、液滴から蒸発するインク成分濃度が、ノズル列中央部よりもノズル列端部側の方が薄くなるため、端部側の液滴の乾燥が相対的に速くなりエッジビード現象が生ずるためである。この現象により導電性膜の周縁部を除いた有効部分の膜厚が薄くなることによると考えられる。

図３は、従来の製造方法における金属含有溶液を基板上に吐出して導電性膜を形成する工程の一例を示す模式図であり、前述の図５における吐出ヘッド７の吐出状態を模式的に現したものである。図３において、吐出ヘッド７には複数のノズル９が設けられており、各々のノズルから吐出された液滴が１２であり、図ではノズル９が８個の例を示す。

図３において、吐出ヘッド７の複数のノズル９から吐出された液滴１２の液量（吐出量）は、ノズルの位置に寄らず一定になるように設定されている。

図４は、図３の状態で基板上に吐出した液滴の乾燥過程を模式的に現したものである。図４に示すように、着滴した液滴が乾燥する際に、矢印に示すように溶液の成分が蒸発することから、近接する液滴により該成分の蒸気の濃度分布が出来るため、ノズル列中央部に位置する液滴の乾燥より端部の液滴の乾燥が相対的に速くなる。金属含有溶液に含まれた金属を主体とする固形成分は、乾燥が速いほどエッジビードの影響を受けて断面が凹形状になるため、結果、ノズル端部の導電性膜の断面形状が、ノズル中央部の導電性膜の断面形状よりも凹形状となる。その結果、有効部分の断面積が小さくなり、電子放出素子としての導電性膜の抵抗値が高くなる。

本発明の目的は、上記した電子源の素子電極や導電性膜をインクジェット方式により作製する工程において、複数の吐出ノズルから同時に吐出された液滴から形成される膜の膜厚の均一化を図り、均一な電子放出特性の電子源を提供することにある。

本発明は、基板上に複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法であって、
吐出ヘッドに備えられた複数の吐出ノズルから、金属元素を含む溶液の液滴を基板に吐出させて乾燥させ、電子放出素子を構成する導電性部材を形成する工程を含み、
該工程において、前記吐出ヘッドの中央からより外側に位置する吐出ノズルからの吐出量が内側の吐出ノズルからの吐出量よりも多いことを特徴とする。

本発明においては、
前記複数の吐出ノズルは、吐出ヘッドに１列に配置されていること、
前記金属元素はパラジウムであること、
を好ましい態様として含む。

本発明によれば、複数のノズルを備えたインクジェットヘッドから同時に液滴を吐出させても、有効領域において均一な膜厚の薄膜を形成することができ、均一な電子放出特性の電子源を効率良く製造することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１（ａ）は、本発明により製造される電子源の基本的な構成例を示す平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１において、１は基板、２，３は素子電極、４は導電性膜、５は導電性膜に形成された間隙、６は層間絶縁層、１０は行方向配線、１１は列方向配線である。本例においては、電子放出素子を基板１上に１行に２個、２行のマトリクス配置とした構成を示したが、本発明が該構成に限定されるものではない。

本発明の製造方法は、電子放出素子の導電性部材の作製工程に用いられる。具体的には、素子電極２，３及び／又は導電性膜５の作製に用いられ、特に、電子放出特性を左右する導電性膜５の作製に好ましく用いられる。係る電子放出素子は、配線１０，１１を介して素子電極２，３間に所定の駆動電圧を印加することにより、導電性膜５に形成された間隙５及びその付近から電子が放出される。

基板１としては、ガラス（石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラスなど）、アルミナ等のセラミックス、及び、シリコン等を用いられる。

素子電極２，３及び行方向配線１０，列方向配線１１の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金等から適宜選択されるが、これに限定されるものではない。

また、導電性膜４を構成する材料としては、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属及びそれら金属を含む合金等が挙げられるが、特にＰｄが好ましく用いられる。導電性膜４には、良好な電子放出特性を得るために、その抵抗値は、実用上、後述する「通電フォーミング」処理を行うことを考慮して、Ｒｓが１０²Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の値であるのが好ましい。尚、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに表される値である。

電子放出部となる間隙５は、通電フォーミング処理と呼ばれる、導電性膜４に電圧を印加する処理によって形成される。

次に、本発明の特徴である、インクジェット方式による導電性部材の作製工程について説明する。係る工程は、基本的に先に説明した図５の工程によって実施される。

図２は、本発明に係る吐出ヘッド７の吐出状態を模式的に現したものである。図２において、吐出ヘッド７には複数のノズル９が設けられており、各々のノズルから吐出された液滴が１２であり、図２ではノズル９が８個の例を示す。

図２で示す通り、複数のノズル９から吐出された金属含有液滴１２の液量（吐出量）が、ノズル列の中央部（内側）に対して、ノズル列端部（外側）の方が多くなるように設定される。吐出量の増加割合は、吐出ノズル数や吐出ノズルピッチ、平均吐出量、及び吐出環境等を考慮して設定される。よって、本発明においては、同時に吐出される吐出ノズル９の吐出量は図２に示すように、必ずしもノズル１個ずつ段階的に中央部から端部に向かって多くなるように設定しなくても良い。例えば、ノズル２個以上ずつ吐出量を増やしても、同じ吐出量とするノズル数を中央部からの距離によって異ならせてもかまわない。

このように、同時に吐出される液滴の量を、中央部に対して端部に向かうほど多くなるように設定することにより、得られる膜の断面形状が図４に示すように中央部と端部で異なっても、有効部分の膜厚は均一になる。

本例においては、吐出ヘッド７に対して複数のノズル９が１列に設けられている例を用いて説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではない。即ち、吐出ヘッド７に対して複数のノズルが２次元的に設けられているものに対しても、本発明を好適に用いることができる。

また、インクジェット方式としては、熱エネルギーにより溶液内に気泡を形成して液滴を吐出する方式、及び、力学的エネルギーによって液滴を吐出する方式、のいずれを用いてもかまわない。

本発明による電子源は、蛍光体等の発光体を備えたフェースプレートを対向配置させることにより、画像表示装置を構成することができる。

（実施例１）
マトリクス状に配線及び素子電極を形成した基板を用い、多数の表面伝導型電子放出素子を有する電子源を作製した。

基板１として９００×６００（ｍｍ）の青板ガラス基板を用い、有機溶剤等により充分に洗浄後、１２０℃で乾燥させた。該基板１上に、真空成膜技術及びフォトリソグラフィ技術を用いてＰｔからなる素子電極２，３を形成した。この時のＰｔの厚みは２００Å、素子電極２，３の距離は２０μｍとした。

次に、真空成膜技術及びフォトリソグラフィ技術を用いてＮｉからなる列方向配線１１を形成した。この時の配線幅は３００μｍ、厚さは５００Åとした。更に、真空成膜技術とフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間絶縁層６を列方向配線１１上に形成した。層間絶縁層６の厚さは５０００Åとした。その後、真空成膜技術及びフォトリソグラフィ技術を用いてＡｕからなる行方向配線１０を形成した。配線の幅は２００μｍ、厚さは５０００Åとした。

その後、前記基板を図５のステージ８に吸着させ、パターンの位置合せ等を行った。

更に、吐出ヘッド７に導電性膜４の形成材料を含有した溶液をインクとして注入した。溶液は有機パラジウム含有溶液（酢酸Ｐｄ−モノエタノールアミン錯体０．４質量％、イソプロピルアルコール２０質量％、エチレングリコール１．０質量％、ポリビニルアルコール０．０５質量％の水溶液）を使用した。又、吐出ヘッド７から、素子ピッチに対応した８個のノズル９を選択した。ノズルの並んでいる方向は、図５のＹ方向に揃えた。

ノズル毎の吐出量を、ノズルＮｏ．１乃至８に対し、中央部に位置するＮｏ．４，５のノズルを２０ｐｌ（±０％）に設定し、下記表１の通り、中央部から端部に向けてインクの吐出量を１乃至５％増加するように設定した。

尚、図５のＹ方向（ノズル列方向）の素子ピッチは６００μｍ、Ｘ方向の素子ピッチは２００μｍとし、この時の室温は２３．０℃，湿度５０％ＲＨであった。

上記吐出条件で、基板１上の画像領域内の導電性膜４を形成すべき位置に、液滴１３を吐出し、付着させた後、３００℃で１０分間の加熱処理を行って、膜厚１００Åの酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる導電性膜４を形成した。

素子電極２，３電極間に電圧を印加し、導電性薄膜４に通電フォーミング処理を施すことにより、間隙５を形成した。

こうして作製された電子源に、フェースプレート、及び支持枠等を組み合わせて表示パネルを作製し、更に、駆動回路を接続して画像表示装置を作製した。

本例の電子放出素子は、フォーミング前の素子電極２、３間の導電性膜の有効部分の断面積のばらつきが小さく、抵抗値が均一である。このため、導電性膜に均一に電流が流れて間隙が一様に形成されることから、電子放出素子にも均一に電流が流れ、素子特性のばらつきが少なく、良好な画像表示装置を得ることができた。

（実施例２）
実施例１と同様の方法を用い、実施例１で使用したヘッドを直線状に２個つなぎ、合計で２０個のノズルを１列に並べた状態で同時に使用しながら、実施例１と同じ方法により電子源を作製した。中央部のＮｏ．９乃至１２のノズルの吐出量は１５ｐｌ，端部のノズルの吐出量割合は＋８％とし、その他のノズルは下記表２に示す通りに設定した。

得られた電子源を用いて画像表示装置を作製したところ、素子特性のばらつきが少ない、良好な画像表示装置が得られた。

本発明による電子源の基本的な構成を示す模式図である。 本発明における吐出ヘッドから液滴を吐出する様子の模式図である。 従来の方法における吐出ヘッドから液滴を吐出する様子の模式図である。 従来の方法において吐出ヘッドから同時に吐出された液滴で形成された膜の膜厚の違いを示す模式図である。 本発明に係るインクジェット方式による溶液の吐出の工程を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板
２，３ 素子電極
４ 導電性膜
５ 間隙
６ 層間絶縁層
７ 吐出ヘッド
８ 基板ステージ
９ 吐出ノズル
１０ 列方向配線
１１ 行方向配線
１２ ノズルから吐出した液滴
１３ 基板上に着適した液滴
１６ インクジェット制御・駆動機構
１７ 位置検出機構

Claims (3)

1. 基板上に複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法であって、
   吐出ヘッドに備えられた複数の吐出ノズルから、金属元素を含む溶液の液滴を基板に吐出させて乾燥させ、電子放出素子を構成する導電性部材を形成する工程を含み、
   該工程において、前記吐出ヘッドの中央からより外側に位置する吐出ノズルからの吐出量が内側の吐出ノズルからの吐出量よりも多いことを特徴とする電子源の製造方法。
2. 前記複数の吐出ノズルは、吐出ヘッドに１列に配置されている請求項１に記載の電子源の製造方法。
3. 前記金属元素はパラジウムである請求項１又は２に記載の電子源の製造方法。

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