JP4016993B2 - 電子放出素子及び電子放出素子の製造方法、並びに表示装置及び電子機器 - Google Patents

電子放出素子及び電子放出素子の製造方法、並びに表示装置及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、電子放出素子及び電子放出素子の製造方法、並びに表示装置及び電子機器に関する。
従来、電子放出素子の製造方法において、通電処理によって素子電極間に形成された導電性膜に電子放出部を形成するのが一般的である。しかし、通電処理によって電子放出部が導電性膜のどの部分に形成されるかという点については制御が困難であった。電子放出部の形成される位置が電子放出素子毎にばらついてしまうと、放出電流が異なってしまうので画像の輝度ムラ等の不具合が生じてしまう。このような問題を解決するために、特許文献１に記載の電子放出素子の製造方法は、異なる２種類の機能液を用いて導電性膜の厚い箇所と薄い箇所を形成したり、材質を異ならせるなどして、比較的高抵抗側の膜内において通電処理した際に電流密度が高くなり、電子放出部が形成されるようにしている。
特開平１０−６９８５０号公報
しかしながら、上記の電子放出素子の製造方法は、異なる特性の機能液を液滴吐出して導電性膜を形成するので、異なる機能液毎の吐出条件の制限が課せられたり、複数滴吐出する場合に潜像部を形成するために１滴ごとに乾燥させる必要があるなど、製造工程が多くなるという問題があった。
本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであって、電子放出素子の製造を容易に行うことができる電子放出素子および電子放出素子の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、基板上に形成された一対の素子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部とを有する電子放出素子の製造方法であって、導電性膜を形成する材料を含む機能液を、液滴吐出装置により基板の被吐出面上に液滴を吐出して導電性膜の形成領域内の少なくとも一部に液状体を付着させる液滴吐出工程と、導電性膜とするために液状体を乾燥する乾燥工程と、一対の素子電極間に通電処理して導電性膜に電子放出部を形成する電子放出部形成工程とを有し、液滴吐出工程は、乾燥工程を伴って導電性膜とした場合に電子放出部の形成箇所において相対的に膜厚の薄くなる潜像部を形成させるくびれ部を有する液体形状に液状体を形成することを要旨とする。
なお、一対の素子電極に接続された導電性膜のうち電子放出部を含む一部が、幅狭形状を有する液滴形状であればよく、その一部を除く他の部分を有する液滴といっしょに乾燥しても別々に乾燥してもよい。また、くびれ部を有する液滴は、一滴のみで形成しても複数滴により形成してもよい。さらに被吐出面には液滴形状が幅狭形状部を有するようにひつように応じて表面処理等の形状誘導手段を施すことも可能である。
また、乾燥工程は、液滴中に含まれる溶媒等の液状原因となる成分を除去する乾燥を含む工程を指し、液滴が乾燥により膜状に固化した後に必要に応じて行われる焼成（焼成工程）を含んでもよい。ここで、乾燥は、自然乾燥でもよいし、熱を外部から加えたり液滴の内部に熱を発生させたりする乾燥でもよい。
これによれば、被吐出面上に機能液が吐出されると、幅狭形状部を有する液滴が形成される。この液滴が乾燥によって導電性膜となると、液滴にあった幅狭形状部に相当する箇所の幅狭形状部（潜像部）が形成される。その後、通電処理を行ったとき導電性膜のくびれ部にジュール熱が発生して破断されることにより、電子放出部が形成される。従って、電子放出素子を形成するに当たり必要となる液滴の乾燥回数を少なく済ませることが可能となる。
本発明の電子放出素子の製造方法の液滴吐出工程は、被吐出面に対する液滴の接触面形状が電子放出部の端部に相当する箇所で幅狭形状となるように液滴を形成する工程であり、乾燥工程は、液滴を乾燥することにより液滴のくびれ部に相当する箇所に電子放出部が形成されやすくする潜像部を形成する工程であってもよい。
これによれば、電子放出部が形成される位置を含む被吐出面上の領域には液滴が電子放出部に相当する箇所にくびれ部を有する接触面形状となるように形成される。このとき、液滴は高さ方向においても接触面におけるくびれ部に相当する箇所でくびれることとなり、液滴は電子放出部に相当する箇所で立体的にくびれることとなる。特に高さ方向のくびれは、液滴と被接触面との濡れ性があまりよくない場合（すなわち液滴の被接触面に対する接触角が比較的大きい場合）に大きくなることから、この場合にこの立体的なくびれの大きさがより顕著となる。また、潜像部はくびれ部に相当する決まった一箇所にできることから、電子放出部は１つの決まった箇所に形成される。
本発明の電子放出素子の製造方法の液滴吐出工程は、被吐出面に対する液滴の接触面形状が電子放出部の端部に相当する箇所で幅狭形状になる面形状となるように液滴を誘導する表面処理が施された被吐出面に機能液を吐出してもよい。
これによれば、基板上の吐出位置に幅狭形状の表面処理を施すことにより、液滴を吐出したときに液滴が表面処理によって誘導されるので、容易に幅狭形状を形成することができる。
本発明の電子放出素子の製造方法の液滴吐出工程は、潜像部に相当する箇所では液滴の吐出間隔を広くすることにより幅狭形状部を形成してもよい。
これによれば、潜像部に相当する箇所には、吐出間隔を広くして液滴を吐出することにより、液滴間の距離を広く設けることができるので、液滴の接触部にくびれ部を形成することができる。
本発明の電子放出素子の製造方法の液滴吐出工程は、導電性膜を形成する材料を互いに弾き合う溶媒に含む各機能液を基板上の異なる位置に吐出して結合させることにより当該異なる二液の界面部にくびれ部を形成してもよい。
これによれば、異なる溶媒を含む機能液が基板上の異なる位置へ吐出されることにより基板上に形成された異なる機能液からなる複数種の液状体は、互いに弾き合い、共に頂部から低くなった裾の部分で界面を隔てて接触する。すなわち複数種の液状体が界面を隔てて接触した接触箇所に沿ってくびれ部はできる。したがって、容易にくびれ部を形成することができる。なお、ここでいう溶媒とは、液体の分散媒を含む概念である。したがって、機能液は、導電性膜の材料が溶媒に分散していれば足り、溶解されていることは必須ではない。もちろん、機能液は、導電性膜の材料が溶媒に溶解した形態で含むものであってもよい。
本発明の電子放出素子は、上記記載の電子放出素子の製造方法によって製造されたことを要旨とする。
これによれば、上記の製造方法によって製造された電子放出素子は、導電性膜にくびれ部を有し、容易に電子放出部を形成することができる。
本発明の表示装置は、上記記載の電子放出素子を備えたことを要旨とする。
これによれば、電気光学装置は、信頼性の高い電子放出素子を備えることができる。この場合、電気光学装置は、例えば、ＳＥＤ（表面電界ディスプレイ）等がこれに該当する。
本発明の電子機器は、上記記載の電気光学装置を搭載したことを要旨とする。
これによれば、電子機器は、信頼性の高い電気光学装置を搭載することができる。この場合、電子機器は、例えば、上記ＳＥＤを搭載したテレビ受像機、パーソナルコンピュータの他、各種の電子製品がこれに該当する。
以下、本発明を具体化した第１〜第３実施形態について説明する。
[第１実施形態]
まず、液滴吐出装置について説明する。図１は、液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置１０は、基板３２の所定位置に対して機能液７０を液滴６３として吐出して付着させるための装置である。基板３２は、電子放出素子８０が複数個形成される大型の基板である。
図１において、液滴吐出装置１０は、吐出ヘッド１５を備えたキャリッジ１８と、吐出ヘッド１５の位置を制御するヘッド位置制御装置１１と、基板３２を所定位置に吸着する吸着テーブル１９と、吸着テーブル１９に載置された基板３２の位置を補正させる基板位置制御装置１２と、吐出ヘッド１５に対して基板３２を主走査移動させる主走査駆動装置１３と、基板３２に対して吐出ヘッド１５を副走査移動させる副走査駆動装置１４と、基板３２を液滴吐出装置１０内の所定の作業位置へ供給する基板供給装置１６と、液滴吐出装置１０の全般の制御を司るコントロール装置１７で構成されている。
ヘッド位置制御装置１１、基板位置制御装置１２、主走査駆動装置１３、副走査駆動装置１４の各装置はベース３０の上に設置される。また、それらの装置は必要に応じてカバー３１によって覆われている。
基板供給装置１６は、基板３２を収容する基板収容部２０と、基板３２を搬送するロボット２１を有している。ロボット２１は、床、地面等といった設置面に置かれる基台２２と、基台２２に対して昇降移動する昇降軸２３と、昇降軸２３を中心として回転する第１アーム２４と、第１アーム２４に対して回転する第２アーム２５と、第２アーム２５の先端下面に設けられた吸着パッド２６とを有する。吸着パッド２６は、エアー吸引力によって基板３２を吸着できる。
副走査駆動装置１４によって駆動されて移動する吐出ヘッド１５の軌道下にあって主走査駆動装置１３の一方の脇位置に、キャッピング装置４５およびクリーニング装置４６が配置される。また、他方の脇位置に電子天秤４７が配置されている。クリーニング装置４６は吐出ヘッド１５を洗浄するための装置である。電子天秤４７は、吐出ヘッド１５に設けられた図３で説明するノズル５０から吐出される機能液の液滴重量を測定する機器である。そして、キャッピング装置４５は吐出ヘッド１５が待機状態にあるときノズル５０の乾燥および目詰まりを防止するための装置である。
吐出ヘッド１５の近傍には、その吐出ヘッド１５と一体に移動するヘッド用カメラ４８が配置されている。また、ベース３０上に設けられた支持装置（図示せず）に支持された基板用カメラ４９が基板３２を撮影できる位置に配置される。
コントロール装置１７は、プロセッサを収容したコンピュータ本体部２７と、入力装置としてのキーボード２８と、表示装置としてのＣＲＴ等のディスプレイ２９とを有する。
図２は、液滴吐出装置１０の電気制御ブロック図である。図２において、プロセッサとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（演算処理装置）４０と、各種情報を記憶するメモリ４１とを有する。
ヘッド位置制御装置１１、基板位置制御装置１２、主走査駆動装置１３、副走査駆動装置１４、吐出ヘッド１５を駆動するヘッド駆動回路４２の各機器は、入出力インターフェース４３およびバス４４を介してＣＰＵ４０およびメモリ４１に接続されている。さらに、基板供給装置１６、入力装置２８、ディスプレイ２９、電子天秤４７、クリーニング装置４６およびキャッピング装置４５の各機器も入出力インターフェース４３およびバス４４を介してＣＰＵ４０およびメモリ４１に接続されている。
メモリ４１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念であり、機能的には、液滴吐出装置１０の動作の制御手順が記述されたプログラムソフトを記憶する記憶領域や、基板３２内における吐出位置を座標データとして記憶するための記憶領域や、副走査方向Ｙへの基板３２の副走査移動量を記憶するための記憶領域や、ＣＰＵ４０のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
ＣＰＵ４０は、メモリ４１内に記憶されたプログラムソフトに従って、基板３２の表面の所定位置に機能液を液滴吐出するための制御を行うものであり、具体的な機能実現部として、クリーニング処理を実現するための演算を行うクリーニング演算部４０１と、キャッピング処理を実現するためのキャッピング演算部４０２と、電子天秤４７を用いた重量測定を実現するための演算を行う重量測定演算部４０３と、吐出ヘッド１５によって機能液を吐出するための演算を行う吐出演算部４０６を有する。
吐出演算部４０６を詳しく分割すれば、吐出ヘッド１５を液滴吐出のための初期位置へセットするための吐出開始位置演算部４０７と、基板３２を主走査方向Ｘへ所定の主走査量を移動するための制御を演算する主走査制御演算部４０８と、吐出ヘッド１５を副走査方向Ｙへ所定の副走査量を移動させるための制御を演算する副走査制御演算部４０９と、吐出ヘッド１５内の複数あるノズルのうちのいずれを作動させて機能液を吐出するかを制御するための演算を行うノズル吐出制御演算部４１０等といった各種の機能演算部を有する。
なお、本実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ４０を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵを用いない単独の電子回路によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
次に、液滴吐出装置１０に備えられた吐出ヘッド１５について説明する。図３（ａ）は、吐出ヘッド１５の一部破断した斜視図であり、図３（ｂ）は、吐出ヘッド１５の一部を示した側断面図である。
図３（ａ）において、吐出ヘッド１５は、例えば、ステンレス製のノズルプレート５１と、それの対向面に振動板５２と、それらを互いに接合する複数の仕切部材５３とを有する。ノズルプレート５１と振動板５２との間には、仕切部材５３によって複数の機能液室５４と機能液溜り部５５とが形成されている。複数の機能液室５４と機能液溜り部５５とは通路５８を介して互いに連通している。機能液室５４は、仕切部材５３によって区画され、均等間隔で配列して形成されている。
振動板５２の適所には機能液供給孔５６が形成され、この機能液供給孔５６に管路６４を介して機能液７０を貯留する供給タンク５７が接続される。供給タンク５７は、機能液を機能液供給孔５６へ供給する。供給された機能液７０は機能液溜り部５５に充満し、さらに通路５８を通って機能液室５４に充満する。
ノズルプレート５１には、機能液室５４から機能液７０をジェット状に噴射するためのノズル５０が設けられている。また、振動板５２の機能液室５４を形成する面の裏面には、該機能液室５４に対応させて機能液加圧体５９が取り付けられている。この機能液加圧体５９は、図３（ｂ）に示すように、圧電素子材６０とこれを挟持する一対の電極６１ａおよび６１ｂを有する。圧電素子材６０は、電極６１ａおよび６１ｂへの通電によって矢印Ａで示す外側へ突出するように撓み変形し、これにより機能液室５４の容積が増大する。すると、増大した容量分に相当する機能液７０が機能液溜り部５５から通路５８を通って機能液室５４へ流入する。
次に、圧電素子材６０への通電を解除すると、該圧電素子材６０と振動板５２は共に元の形状へ戻る。これにより、機能液室５４も元の容積に戻るため機能液室５４の内部にある機能液７０の圧力が上昇し、ノズル５０から基板３２へ向けて機能液７０が液滴６３となって噴射する。なお、ノズル５０の周辺部には、液滴６３の飛行曲がりやノズル５０の孔詰まり等を防止するために、例えばＮｉ−テトラフルオロエチレン共析メッキ層からなる撥機能液層６２が設けられている。
次に、図４を用いて液滴吐出装置１０の基本動作を説明する。まず、オペレータによる電源投入によって液滴吐出装置１０が作動すると、初期設定が実行される（ステップＳ１）。具体的には、キャリッジ１８や基板供給装置１６やコントロール装置１７等が予め決められた初期状態にセットされる。
次に、重量測定タイミングが到来すれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、吐出ヘッド１５を副走査駆動装置１４によって電子天秤４７の所まで移動させ（ステップＳ３）、ノズル５０から吐出される機能液７０の液滴６３の量を電子天秤４７を用いて測定させる（ステップＳ４）。そして、個々のノズル５０の機能液７０の吐出特性に合わせて、各ノズル５０に対応する圧電素子材６０に印加する電圧を調節させる（ステップＳ５）。
次に、クリーニングタイミングが到来すれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、吐出ヘッド１５を副走査駆動装置１４によってクリーニング装置４６の所まで移動させ（ステップＳ７）、そのクリーニング装置４６によって吐出ヘッド１５をクリーニングさせる（ステップＳ８）。
重量測定タイミングやクリーニングタイミングが到来しない場合（ステップＳ２及びＳ６でＮＯ）、あるいはそれらの処理が終了した場合には、ステップＳ１からステップＳ９へ移行する。ステップＳ９において、基板供給装置１６により基板３２が供給される。
次に、基板用カメラ４９によって基板３２を観察しながら基板位置制御装置１２にあるθモータの出力軸を回転させることにより吸着テーブル１９に固定された基板３２の位置決めを行う（ステップＳ１０）。ヘッド用カメラ４８によって吐出ヘッド１５の位置合わせを行い、吐出を開始する位置を演算によって決定し（ステップＳ１１）、主走査駆動装置１３および副走査駆動装置１４を適宜に作動させて吐出ヘッド１５を吐出開始位置へ移動させる（ステップＳ１２）。
次に、Ｘ方向への主走査が開始され、同時に機能液７０の吐出を開始させる（ステップＳ１３）。具体的には、主走査駆動装置１３を作動させることにより基板３２が主走査方向Ｘへ一定の速度で直線的に走査移動し、その移動途中でノズル５０が吐出位置に到達したときに、ノズル吐出制御演算部４１０によって演算された機能液吐出信号に基づいてそのノズル５０から液滴６３を吐出させる。
１回の主走査が終了すると、副走査駆動装置１４によって駆動された副走査方向Ｙへ予め決められた副走査方向Ｙ成分だけ吐出ヘッド１５を移動させる（ステップＳ１４）。次に、主走査およびインク吐出が繰返し行われる（ステップＳ１５でＮＯ、ステップＳ１３へ移行）。
以上のような吐出ヘッド１５による機能液７０の吐出作業が基板３２の全領域に対して完了すると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、基板３２が外部に排出される（ステップＳ１６）。その後、オペレータによって処理終了の指示がなされない限り（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ２へ戻って別の基板３２に対する機能液７０の吐出作業を繰り返して行う。
オペレータから作業終了の指示があると（ステップＳ１７でＹＥＳ）、吐出ヘッド１５は副走査駆動装置１４によってキャッピング装置４５の所まで搬送させ、そのキャッピング装置４５によって吐出ヘッド１５に対してキャッピングする（ステップＳ１８）。
次に、本実施形態における電子放出素子８０の構成について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、電子放出素子８０の平面図であり、図５（ｂ）は、断面図である。
図５（ａ）において、基板３２に一対の素子電極８１，８２と、導電性膜８５とを有している。導電性膜８５には、素子電極８１，８２の対向する方向と直交する方向にほぼまっすぐに横断するくびれ部８６を有し、該くびれ部８６に電子放出部８７が形成されている。
基板３２としては、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、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉ０２を積層したガラス等、アルミナ等のセラミックス、およびＳｉ基板等を用いることができる。
素子電極８１，８２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等の金属もしくは合金等を用いることができる。
導電性膜８５としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２Ｏ３等の金属酸化物等を用いることができる。
図５（ｂ）において、導電性膜８５には、導電性膜８５の厚みが他の部分よりも薄い箇所としてくびれ部８６が形成され、くびれ部８６の箇所に電子放出部８７が形成されている。
図６は、上記電子放出素子８０を備えた表示装置の一例としてのＳＥＤ（表面電界ディスプレイ）９０の一部断面図である。図６において、電気光学装置９０は、複数個の電子放出素子８０を有する基板３２を固定するリアプレート９１と、フェイスプレート９２とを有する。リアプレート９１とフェイスプレート９２は、図示しないスペーサを介して封着して構成されている。フェイスプレート９２は、ガラス基板９３と蛍光膜９４とメタルバック９５等を有する。
図７は、上記電気光学装置としてのＳＥＤ９０を搭載した電子機器の一例としてのテレビ受像機１００を示した斜視図である。図７において、テレビ受像機１００のディスプレイ部１０１には、ＳＥＤ９０が組み込まれている。電子機器は、この他に、例えば、パーソナルコンピュータの他、各種の電子製品が挙げられる。
また、前記表示装置以外の、電子の波動性を利用して、固体より放出する電子ビームの本数、放出方向、電子密度分布、輝度を制御することを特徴とするコヒーレント電子源および前記コヒーレント電子源を適用した、コヒーレント電子ビーム収束装置、電子線ホログラフィー装置、単色化型電子銃、電子顕微鏡、多数本コヒーレント電子ビーム作成装置、電子ビーム露光装置等の電子源として利用することもできる。
次に、電子放出素子８０の製造方法について図８を用いて説明する。
図８（ａ―１）において、基板３２を純水、および有機溶剤等を用いて洗浄した後に、素子電極８１，８２を形成する。素子電極８１，８２の形成方法としては、導電体材料のペーストを印刷法により所望の形状とした後、これを加熱処理する方法や導電体材料を含む機能液７０を液滴吐出装置１０によって基板に吐出した後に加熱処理する方法や真空蒸着、スパッタ法等により素子電極材を堆積後、フォトリソグラフィー法を用いて所定の形状の電極を形成する方法等を採用することができる。その後、図８（ａ―２）に示すように、次工程で機能液７０を吐出する所定位置に所望の形状の親液性を有する表面処理を施す。表面処理は、例えば、親液性を有する領域が、幅狭形状を有するように表面処理を行う。符号８８は、表面処理を行って形成された親液処理領域の形状を示している。
なお、親液処理領域８８は、親液処理領域８８以外の領域が撥液性を有する場合に行われ、例えば、親液処理領域８８以外の領域も親液性を有する場合には、親液処理領域８８以外の領域に撥液処理を行ってもよい。また、液滴６３を基板３２に吐出したときに、後述の幅狭形状部８４を形成する場合には、親液処理等の表面処理を省略することもできる。
図８（ｂ）において、液滴吐出装置１０の吐出ヘッド１５から親液処理領域８８に向けて機能液７０を液滴６３として吐出する。機能液７０としては、水または溶剤に前述した金属などの導電性材料等を分散させたものが用いられる。
図８（ｃ―１），（ｃ―２）において、基板３２に液滴６３が吐出されると液状体としての液膜８３が形成される。液膜８３は、液滴６３が基板３２の親液処理領域８８に到達すると基板３２に施された親液処理された形状に倣って形成される。すなわち、親液処理領域８８の形状が、幅狭形状を有しているので、液膜８３は、基板３２の表面に親液処理領域８８を界面とし、幅狭形状部を有する界面をもつように付着する。
図８（ｄ―１），（ｄ―２）において、加熱および焼成して導電性膜８５を形成する。加熱することにより液膜８３中の溶媒分が蒸発し、導電性膜８５の材料分が固化して導電性膜８５を形成する。このとき、液膜８３の幅狭形状部８４は、加熱処理によって導電性膜８５の固化したくびれ部８６となり、該くびれ部８６が、後述する電子放出部８７の形成されやすい部分、すなわち潜像部となる。
図８（ｅ）において、通電処理を行う。通電処理は、一対の素子電極８１，８２の間に電圧を印加し、導電性膜８５に電流を流すことによって行う。素子電極８１，８２間に電圧を印加して電流を流すと、導電性膜８５のくびれ部８６に電子放出部８７が形成される。これは、くびれ部８６が導電性膜８５において膜厚が一番薄くしかも幅（一対の素子電極８１，８２が対向する方向に直交する方向における幅）が一番狭い箇所あたるためにくびれ部８６において通電断面積が一番小さくなることに起因する。通電処理時には通電断面積の一番ちいさなくびれ部８６がジュール熱の発生により局所的に高温となり、導電性膜８５の材料である金属等がくびれ部８６において溶融などする。通電処理によれば導電性膜８５の局所部に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位にナノメートル（ｎｍ）オーダーのギャップが形成される。なお、ナノメートル（ｎｍ）オーダーのギャップは、くびれ部８６における金属溶融後の冷却過程での熱収縮によって形成される場合もある。
上記工程が終了すると、電気的特性検査等の所定の工程を経て、電子放出素子８０が完成する。
したがって、第１実施形態の電子放出素子の製造方法によれば以下に示す効果がある。
（１）基板３２上に液滴６３を吐出して形成された液膜８３は、幅狭形状部８４を有する形状に形成される。液膜８３は、乾燥によって導電性膜８５となるので、液膜８３の状態で形成された幅狭形状部８４は、乾燥後において導電性膜８５の一部に幅狭形状部８４を形成する。導電性膜８５にくびれ部８６が形成されることにより、通電処理を行ったとき導電性膜にジュール熱が発生し、その後の熱収縮等により、くびれ部８６に電子放出部８７が形成される。従って、くびれ部８６を形成することにより、電子放出部８７の形成箇所を容易に制御することができる。
（２）液膜８３の幅狭形状部８４は、液膜８３を乾燥すればその幅狭形状部８４に相当する箇所に潜像部８７ができ、しかも潜像部は幅狭形状部８４に相当する一箇所（幅狭形状部が複数ある場合でも乾燥した際に通電断面積の一番小さくなる一箇所）に決まる。このため、従来方法のように、ドットの膜厚を異ならせるために導電性膜を構成する２つのドットのうち一方のドットの液滴を吐出する度に乾燥工程を入れたり、導電性膜と素子電極との膜厚の比を大きくするなど素子構造上の制限が課せられることがなくなる。従って、単純な液滴吐出条件を用いて電子放出素子８０を製造することができる。
（３）幅狭形状部８４は、液膜８３の形状の中で他の部分よりも幅が狭いので、通電処理において、乾燥処理によって形成されたくびれ部８６にジュール熱の発生により電子放出部８７を形成することができる。
（４）幅狭形状部８４は、液膜８３の形状の中で他の部分よりも液膜８３の厚みが薄いので、通電処理において、乾燥処理によって形成されたくびれ部８６にジュール熱の発生により電子放出部８７を形成することができる。
（５）基板３２上に予め幅狭形状の表面処理を施すことにより、液滴６３を吐出したときに表面処理された幅狭形状に倣って幅狭形状部８４を有する液膜８３の形状を形成するので、幅狭形状部８４を有する導電性膜８５を容易に形成することができる。
（６）液滴６３は、基板３２の表面処理によって濡れ広がって液膜８３を形成するので、ある一箇所に液滴６３を吐出すればよい。したがって、吐出ヘッド１５の駆動制御を簡略化することができる。
[第２実施形態]
次に、第２実施形態について説明する。なお、液滴吐出装置１０の構成および電気制御ブロック図、吐出ヘッド１５の構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。また、電気光学装置９０、電子機器１００についても第１実施形態と同様なので説明を省略する。
本実施形態における電子放出素子８０の構成について図９を用いて説明する。図９（ａ）は、電子放出素子８０の平面図であり、図９（ｂ）は、断面図である。
図９（ａ）において、基板３２に一対の素子電極８１，８２と、導電性膜８５とを有している。導電性膜８５の平面視にくびれ部８６を有し、該くびれ部８６に電子放出部８７が形成されている。
基板３２としては、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、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉ０２を積層したガラス等、アルミナ等のセラミックス、およびＳｉ基板等を用いることができる。
素子電極８１，８２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等の金属もしくは合金等を用いることができる。
導電性膜８５としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２Ｏ３等の金属酸化物等を用いることができる。
図９（ｂ）において、導電性膜８５には、導電性膜８５の厚みが他の部分よりも薄いくびれ部８６が形成され、くびれ部８６の箇所に電子放出部８７が形成されている。
次に、電子放出素子８０の製造方法について図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）において、基板３２を純水、および有機溶剤等を用いて洗浄した後に、素子電極８１，８２を形成する。素子電極８１，８２の形成方法としては、導電体材料のペーストを印刷法により所望の形状とした後、これを加熱処理する方法や導電体材料を含む機能液７０を液滴吐出装置１０によって基板に吐出した後に加熱処理する方法や真空蒸着、スパッタ法等により素子電極材を堆積後、フォトリソグラフィー法を用いて所定の形状の電極を形成する方法等を採用することができる。
図１０（ｂ―１），（ｂ―２）において、液滴吐出装置１０の吐出ヘッド１５から基板３２の所定位置に機能液７０を液滴６３として吐出する。機能液７０としては、水または溶剤に前述した金属などの導電性材料等が分散されたものが用いられる。基板３２上に吐出された液滴６３によって基板３２上には液膜８３ａが形成される。液膜８３ａを形成するための吐出ヘッド位置を第１の吐出ヘッド位置とする。
図１０（ｃ―１），（ｃ―２）において、前図の第１の吐出ヘッド位置から吐出ピッチ距離ａだけ移動した第２の吐出ヘッド位置から液滴６３を吐出し、液膜８３ｂを形成する。
図１０（ｄ―１），（ｄ―２）において、前図の第２の吐出ヘッド位置からピッチ距離ｂだけ移動した第３の吐出ヘッド位置から液滴６３を吐出し、液膜８３ｃを形成する。ここで、ピッチ距離ｂは、ピッチ距離ａよりも長い距離で規定されている。吐出ピッチ距離ｂは、吐出ピッチ距離ａに比べて長いので、液膜８３ｂと液膜８３ｃとの重なり部分が小さいので、液膜８３ｂと液膜８３ｃの接触部分に幅狭形状部８４を形成する。
図１０（ｅ―１）,（ｅ―２）において、前図の第３の吐出ヘッド位置からピッチ距離ａだけ移動した第４の吐出ヘッド位置から液滴６３を吐出し、液膜８３ｄを形成する。上記の液滴６３の吐出によって、液膜８３ａ〜８３ｄが形成され、液膜８３が形成される。
図１０（ｆ）において、加熱および焼成して導電性膜８５を形成する。加熱することにより液膜８３中の溶媒分が蒸発し、導電性膜８５の材料分が固化して導電性膜８５を形成する。このとき、液膜８３の幅狭形状部８４は、加熱処理によって導電性膜８５の固化したくびれ部８６となり、該くびれ部８６が、後述する電子放出部８７の形成されやすい部分すなわち潜像部となる。
図１０（ｇ）において、通電処理を行う。通電処理は、一対の素子電極８１，８２の間に電圧を印加し、導電性膜８５に電流を流すことによって行う。素子電極８１，８２間に電圧を印加して電流を流すと、導電性膜８５のくびれ部８６に電子放出部８７が形成される。通電処理によれば導電性膜８５の局所部に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部８７を構成する。図１０（ｆ―２）においては、導電性膜８５の薄い部分のくびれ部８６に電子放出部８７が形成される。
上記工程が終了すると、電気的特性検査等の所定の工程を経て、電子放出素子８０が完成する。
したがって、第２実施形態の電子放出素子の製造方法によれば、前記第１実施形態における効果（１），（２），（３）,（４）が同様に得られる他、以下に示す効果がある。
（１）第２の吐出ヘッド位置と第３の吐出ヘッド位置を広げることにより、液膜８３ｂと液膜８３ｃの間隔が広がり、両液膜８３ｂ，８３ｃの重なり部分を少なくすることにより幅狭形状部８４を形成することができるので、通電断面積を小さくして電子放出部８７を容易に形成することができる。
[第３実施形態]
次に、第３実施形態について説明する。なお、液滴吐出装置１０の構成および電気制御ブロック図、吐出ヘッド１５の構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。また、電気光学装置９０、電子機器１００についても第１実施形態と同様なので説明を省略する。
本実施形態における電子放出素子８０の構成について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、電子放出素子８０の平面図であり、図１１（ｂ）は、断面図である。
図１１（ａ）において、基板３２に一対の素子電極８１，８２と、導電性膜８５とを有している。導電性膜８５の平面視にくびれ部８６を有し、該くびれ部８６に電子放出部８７が形成されている。
基板３２としては、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、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉ０２を積層したガラス等、アルミナ等のセラミックス、およびＳｉ基板等を用いることができる。
素子電極８１，８２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等の金属もしくは合金等を用いることができる。
導電性膜８５としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２Ｏ３等の金属酸化物等を用いることができる。
図１１（ｂ）において、導電性膜８５には、導電性膜８５の厚みが他の部分よりも薄いくびれ部８６が形成され、くびれ部８６の箇所に電子放出部８７が形成されている。
次に、電子放出素子８０の製造方法について図１２を用いて説明する。
図１２（ａ）において、基板３２を純水、および有機溶剤等を用いて洗浄した後に、素子電極８１，８２を形成する。素子電極８１，８２の形成方法としては、導電体材料のペーストを印刷法により所望の形状とした後、これを加熱処理する方法や導電体材料を含む機能液７０を液滴吐出装置１０によって基板に吐出した後に加熱処理する方法や真空蒸着、スパッタ法等により素子電極材を堆積後、フォトリソグラフィー法を用いて所定の形状の電極を形成する方法等を採用することができる。
図１２（ｂ―１），（ｂ―２）において、液滴吐出装置１０の吐出ヘッド１５から基板３２の所定位置に機能液７０を液滴６３として吐出して、液膜８３ａを形成する。液膜８３ａの材料となる機能液７０としては、水または溶剤に前述した金属などの導電性材料が分散されたものが用いられる。液膜８３ａを形成するための吐出ヘッド位置を第１の吐出ヘッド位置とする。
図１２（ｃ―１），（ｃ―２）において、前図の第１の吐出位置から離れた第２の吐出位置から液滴６３を吐出して液膜８３ｂを形成する。液膜８３ｂの材料となる機能液７１としては、液膜８３ａの機能液７０の溶媒と相溶せず弾き合う溶媒に金属などの導電性材料が分散された機能液７１を用いる。これにより、液膜８３ｂが前図の液膜８３ａと相溶せず弾き合うようにすることができる。したがって、液膜８３ａと液膜８３ｂとの接触部に幅狭形状部８４が形成される。なお、液膜８３ａと液膜８３ｂをそれぞれ形成するために用いられる２種類の機能液７０，７１は、互いの溶媒（水または溶剤）が相溶せず弾き合う組み合わせであれば適宜に選択することができる。
本実施形態では、２種類の機能液７０，７１として、水を溶媒とする機能液と、水と相溶せず弾き合う有機溶剤を溶媒とする機能液とを採用している。極性溶媒である水と相溶せず弾き合う有機溶剤としては、無極性溶媒（疎水性溶媒）である有機溶剤を使用でき、揮発性、沸点、安全性等を考慮して適宜なものを選択できる。特に沸点が６０℃〜２００℃の範囲内にあるものが望ましい。また、水と相溶せず弾き合う疎水性溶媒として油性溶媒（油）を用いることもできる。油性溶媒の場合は、乾燥しにくいものであれば焼成して除去する。この場合、還元雰囲気中で焼成するなどして油性溶媒を炭化して炭素として導電性膜中に残存させたり、酸化雰囲気（例えば大気雰囲気）中で焼成するなどして油性溶媒の炭化後の炭素を酸化させて酸化炭素（ＣＯやＣＯ２）として気化させ除去することができる。無極性溶媒（疎水性溶媒）である有機溶剤としては、例えばベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン、四塩化炭素などを挙げることができる。また、油性溶媒としては、例えば、ケロシン、アイソパー等の石油系脂肪族炭化水素、ｎーヘキサン、ｎーペンタン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シリコン油、オリーブ油、流動パラフィン、セバシン酸ブチル等を挙げることができる。
図１２（ｄ）において、加熱および焼成して導電性膜８５を形成する。加熱することにより液膜８３ａ，８３ｂ中の溶媒分が揮発し、導電性膜８５の材料分が固化して導電性膜８５を形成する。このとき、幅狭形状部８４は、加熱処理によって導電性膜８５の固化したくびれ部８６となり、該くびれ部８６が、後述する電子放出部８７の形成されやすい部分すなわち潜像部となる。
図１２（ｅ）において、通電処理を行う。通電処理は、一対の素子電極８１，８２の間に電圧を印加し、導電性膜８５に電流を流すことによって行う。素子電極８１，８２間に電圧を印加して電流を流すと、導電性膜８５の幅狭形状部８４に電子放出部８７が形成される。通電処理によれば導電性膜８５の局所部に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部８７を構成する。図１２（ｅ）においては、導電性膜８５の薄い部分のくびれ部８６に電子放出部８７が形成される。
上記工程が終了すると、電気的特性検査等の所定の工程を経て、電子放出素子８０が完成する。
したがって、第３実施形態の電子放出素子の製造方法によれば、前記第１実施形態における効果（１），（２），（３）,（４）が同様に得られる他、以下に示す効果がある。
（１）異なる溶媒を含む機能液７０を液滴吐出して、液膜８３ａと液膜８３ｂを形成することにより、液膜８３ａ，８３ｂ同士が互い弾け合い、共に頂部から低くなった裾の部分で界面を隔てて接触する。したがって、界面を隔てて接触した接触箇所に沿って幅狭形状部８４を形成することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように実施してもよい。
（変形例１）図１０において、異なる吐出ピッチ位置において順次液滴６３を吐出したが、これに限定されない。例えば、第１〜第４の吐出ピッチ位置に対応した複数のノズル５０を有する吐出ヘッド１５を用いて４滴のうち複数滴を同時に吐出してもよい。この場合でも、吐出ピッチ距離に応じて液滴６３が吐出されるので、液膜８３の状態で幅狭形状部８４を形成することができる。
（変形例２）図１０において、液膜８３を形成した後に乾燥および焼成処理を行ったが、これに限定されない。例えば、第１の吐出ピッチ位置と第４の吐出ピッチ位置で液滴６３を吐出して液膜８３ａ，８３ｄを形成した後に乾燥処理を行い、その後に第２の吐出ピッチ位置と第４の吐出ピッチ位置で液滴６３を吐出して液膜８３ｂ、８３ｃを形成してもよい。この場合でも、液膜８３ｂと液膜８３ｃの各形成工程間に乾燥処理が入らないので、従来方法に比べ乾燥処理の回数を少なく抑えることができる。
（変形例３）第１実施形態および第２実施形態において、それぞれ同じ機能液７０を用いて吐出したが、これに限定されない。例えば、液滴６３の吐出位置によって異なる材料を含む機能液７０を吐出してもよい。この場合でも、液滴６３の液膜との界面で接触するので幅狭形状部８４を形成することができる。
（変形例４）前記各実施形態では、２つのドットを端部で結合させたくびれ形状の導電性膜としたが、導電性膜の形状は各実施形態に限定されない。例えば、電子放出部を挟んでその内と外に対峙する円形と円環形の二領域を有する形状に導電性膜を形成することもできる。この場合、例えば第３実施形態で用いた機能液７０，７１を使用し、一方の機能液７０（７１）を吐出して基板上に平面視で円環状の液膜（液状体）を形成し、その後、他方の機能液７１（７０）を吐出して円環状の液膜の内側に平面視で円形の液膜（液状体を形成する。両液膜の境界には平面視で円形の幅狭形状部が形成されるので、これを乾燥または焼成すれば同心円状のくびれ部（潜像部）を１本有する導電性膜が形成される。
液滴吐出装置の構成を示す斜視図。 液滴吐出装置の電気制御ブロック図。 （ａ）は、液滴吐出ヘッドの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は側断面図。 液滴吐出装置の動作を示すフローチャート。 （ａ）は、第１実施形態における電子放出素子の平面図であり、（ｂ）は側断面図。 電気光学装置の一例のＳＥＤ（表面電界ディスプレイ）を示す側断面図。 電子機器の一例のテレビ受像機を示す斜視図。 第１実施形態における電子放出素子の製造過程を模式的に示した断面図。 （ａ）は、第２実施形態における電子放出素子の平面図であり、（ｂ）は側断面図。 第２実施形態における電子放出素子の製造過程を模式的に示した断面図。 （ａ）は、第３実施形態における電子放出素子の平面図であり、（ｂ）は側断面図。 第３実施形態における電子放出素子の製造過程を模式的に示した断面図。
符号の説明
１０…液滴吐出装置、１５…吐出ヘッド、３２…基板、６３…液滴、７０，７１…機能
液、８０…電子放出素子、８１,８２…素子電極、８３,８３ａ,８３ｂ,８３ｃ,８３ｄ…
液膜、８４…液膜８３の幅狭形状部、８５…導電性膜、８６…導電性膜８５のくびれ部、８
７…電子放出部、８８…表面処理としての親液処理領域、９０…電気光学装置としてのＳ
ＥＤ、１００…電子機器としてのテレビ受像機。

Claims (6)

  1. 基板上に形成された一対の素子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部とを有する電子放出素子の製造方法であって、
    前記導電性膜を形成する材料を含む機能液を、液滴吐出装置により前記基板の被吐出面上に液滴を吐出して前記導電性膜の形成領域内の少なくとも一部に液状体を付着させる液滴吐出工程と、
    前記導電性膜とするために前記液状体を乾燥する乾燥工程と、
    前記一対の素子電極間に通電処理して前記導電性膜に電子放出部を形成する電子放出部形成工程とを有し、
    前記液滴吐出工程は、
    前記導電性膜を形成する材料を互いに弾き合う溶媒に含む各機能液を前記基板上の異なる位置に吐出して接触させることにより当該異なる二液の界面部に相対的に膜厚の薄くなる潜像部を形成させるくびれ部を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
  2. 請求項１に記載の電子放出素子の製造方法において、
    前記液滴吐出工程は、前記被吐出面に対する前記液滴の接触面形状が前記電子放出部の端部に相当する箇所で幅狭形状となるように前記液滴を誘導する表面処理が施された前記被吐出面に前記機能液を吐出することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
  3. 請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法において、
    前記液滴吐出工程は、前記被吐出面に対する前記液滴の接触面形状が前記電子放出部の端部に相当する箇所で幅狭形状となるように前記液滴を形成する工程であり、
    前記乾燥工程は、前記液滴を前記乾燥することにより前記液滴のくびれ部に相当する箇所に前記電子放出部が形成されやすくする前記潜像部を形成する工程であることを特徴とする電子放出素子の製造方法
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子放出素子の製造方法によって製造された電子放出素子。
  5. 請求項４に記載の電子放出素子を備えた表示装置。
  6. 請求項５に記載の電気光学装置を搭載した電子機器。
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