CN100514531C - 电子源及图像显示装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子源的制造方法，该电子源利用矩阵布线电连接多个电子发射元件而进行驱动，通过部分切除矩阵布线的交叉部分的短路部分上的上侧布线来去除短路部分，可高效率地修复电连接关系。
Description
技术领域
本发明涉及将电子发射元件设置在矩阵布线的各交点上的电子源的制造方法和利用该电子源构成的图像显示装置的制造方法。
背景技术
近年来，作为平板型图像显示装置，有人提出了具备在背板上将自发光型电子发射元件设置成矩阵状的电子源、和具有荧光物质的荧光屏的图像显示装置。已知过去的电子发射元件可大致分为热电子发射元件和冷阴极电子发射元件，其中，冷阴极电子发射元件有场发射型(FE型)、金属/绝缘层/金属型(MIM型)、表面传导型电子发射元件等。表面传导型电子发射元件通过在形成在基板上的小面积的薄膜上产生平行于膜面的电流而产生电子发射。作为薄膜材料，有人提出了SnO2、Au、In2O3/SnO2、碳等。
图8A和图8B示意性地示出了表面传导型电子发射元件的一个结构例。图中，1为基板，2、3为元件电极，7为元件膜，8为电子发射部分。此外，图8A是平面示意图、图8B是图8A的沿8B-8B线的剖面图。
图8A和图8B的电子发射元件是通过以下方法制成的。即，在基板1上形成元件电极2、3后形成导电性的元件膜7，使该元件电极2、3相连，之后在元件电极2、3之间施加电压，通过进行被称为通电成形加工的通电处理使该元件膜7的局部产生破坏、变形、或变质，从而形成高电阻的电子发射部分8。
图9示意性地示出了用图8A和图8B的电子发射元件构成的图像显示装置的面板结构例。图中，51为电子源基体、52为X方向布线、53为Y方向布线、54为电子发射元件、61为背板、62为支持框架、63为玻璃基体、64为荧光膜、65为金属敷层、66为荧光屏、67为封装、68为高压电源。
在图9所示的在背板61上将自发光型的电子发射元件54设置成矩阵状的图像显示装置中，为了向多个电子发射元件54供电而设置了X方向布线52和Y方向布线53，并且至少在各个布线交叉部分设置了绝缘层(未图示)，使双方的布线不产生短路。
在这种图像显示装置的X方向布线52和Y方向布线53的交叉部分中，有时在隔着绝缘层而位于其上下的布线之间会产生短路。产生短路的部位能依次修复。例如，作为与上述图像显示装置的布线形状不同的、在隔着半导体层而位于其上下的导电层中产生短路时的修复例，特开平9-266322号公报提出了利用激光的修复方法。
可是，如果将特开平9-266322号公报中记载的修复方法原样地用于上述图像显示装置中上下布线之间的短路的修复，则其修复作业的时间效率较低，若要提高效率，有时会残留下多个短路部分。
发明内容
本发明的课题是针对利用矩阵布线驱动多个电子发射元件的电子源、以及用该电子源构成的图像显示装置，提供具有高效率地修复矩阵布线的交叉部分的短路部分的工序的制造方法。
本发明的第一方面是一种电子源的制造方法，该电子源具有多条上层布线、隔着绝缘层与上述上层布线交叉的多条下层布线、以及分别与上述上层布线和上述下层布线连接的多个电子发射元件，上述制造方法的特征在于，包括：在基板上形成上述下层布线、上述绝缘层、上述上层布线的工序，以及在该形成工序之后去除包含上述下层布线与上述上层布线的交叉部分的上述两条布线的短路部分的、上述上层布线的一部分区域的工序，其中，上层布线被去除的上述一部分区域在上述下层布线的宽度方向超出该下层布线的两个边、在上述上层布线的宽度方向至少没有超出该上层布线的一个边。
本发明的优选实施方式包括下述组成。
去除上层布线的一部分区域的工序是对该一部分区域照射激光。特别是激光照射分多次进行，或者射束点的外周部分的输出小于内侧部分、或者在激光照射期间至少变更一次照射激光的射束点。
上述布线的去除工序是机械切削工序。
上述布线的去除工序是进行机械切削之后照射激光的工序。
本发明的第二个方面是图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具备：电子源以及发光部件，所述电子源具有多条上层布线、隔着绝缘层与上述上层布线交叉的多条下层布线、以及在上述上层布线和下层布线的各个交点具有与各布线连接的元件电极的电子发射元件；所述发光部件通过从上述电子发射元件发射出的电子的撞击而发光，上述制造方法的特征在于：利用本发明上述的电子源的制造方法制造上述电子源。
本发明可以高效率地且比较可靠地去除与下层布线短路的部分。
因此，根据本发明可以高效率地制造、并更加廉价地提供可靠性高的图像显示装置。
附图说明
图1是用本发明的制造方法制造的电子源的一例的平面示意图；
图2A及图2B是图1的修复区域的局部放大图；
图3是图1的修复区域的局部放大图；
图4是表示上层布线宽度比下层布线宽度窄的矩阵布线的修复区域的图；
图5是表示上层布线与下层布线斜着交叉的矩阵布线的修复区域的图；
图6是表示上层布线与下层布线斜着交叉的矩阵布线的修复区域的图；
图7是用实施例1制作的矩阵布线的交叉部分的剖面示意图；
图8A及8B是表面传导型电子发射元件的一例的示意图；
图9是用图8的电子发射元件构成的图像显示装置的面板的概略结构图。
具体实施方式
下面参照附图举例详细说明本发明的优选实施方式。该实施方式所记载的部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要没有特别记载，就不限定于下述记载范围。
图1是用本发明的制造方法制造的电子源的一例的平面示意图。图中，1为基板，2、3为元件电极，7为元件膜，8为电子发射部分，10为下层布线，11为绝缘层，12为上层布线，13为在绝缘层11产生的短路部分，14为为了修复而去除了上层布线12的一部分的区域(修复区域)。
用本发明的制造方法制造的电子源具有：在基板1上的多条下层布线10、隔着绝缘层11与上述下层布线10交叉的多条上层布线12、以及具有在上层布线12和下层布线10的交叉部分与各布线连接的元件电极2、3的电子发射元件。各电子发射元件由元件电极2、3和具有电子发射部分8的元件膜7构成。
图2A及图2B是图1的电子源的包含下部的上层布线12与下层布线10的中央列的交叉部分的修复区域14的周边部分的局部放大图，图3是包含上部的上层布线12与下层布线10的右列的交叉部分的修复区域14的周边部分的放大图。此外，在图2A及图2B、图3中省略了与电子发射元件有关的部件。在图2A及图2B中，图2B是沿图2A的2B-2B线的剖面图。
如图2A及图2B所示，本发明的修复区域14是将上层布线12的一部分去除掉而露出绝缘层11的部分。
在本发明中，修复区域14在上层布线12的宽度方向的最大宽度Rov小于上层布线12的宽度Wov，即，如该图所示，修复区域14在上层布线12的宽度方向至少没有超出上层布线12的一个边，因此，在该修复工序中不用担心上层布线12会断线。而且，在本发明中，修复区域14在下层布线10的宽度方向上的最大宽度Run大于等于下层布线10的宽度Wun。即，如图所示，修复区域14在下层布线10的宽度方向超出了下层布线10的两个边，因此，通过修复可以可靠地切断短路部分13与上层布线12的电连接。在图2A、2B和图3中，Rov<Wov、且Run Wun。
在本发明中，作为修复工序的具体方法，可以举出利用激光照射的方法以及机械切削的方法。
利用激光照射来去除短路部分的上层布线12的一部分时，为了满足本发明的对修复区域14的宽度的规定，优选分多次、断续地进行激光照射。重复频率优选小于1000Hz。此时，可以减小对去除的上层布线12投入的单位时间的激光能量。
而且，分多次进行激光照射时，优选使激光的射束点的外周部分(从最外周向中心5-10％的区域)的输出小于内侧部分的输出。这样，通过调整射束点的外周部分和内侧部分的输出，可以使对修复区域14的边界部分投入的单位时间的激光能量少于修复区域14的内侧部分。
进而，在多次进行激光照射期间，可以通过至少变更一次射束点，使对修复区域14的边界部分投入的单位时间的激光能量少于修复区域14的内侧部分。
此外，通过机械切削来去除短路部分的上层布线12的一部分时，可以使用锋利的刀状的工具。如图3所示，修复区域14在上层布线12的宽度方向靠近端部时，比像图2A、2B那样在上层布线12的宽度方向靠近中央时加工容易，适合于机械的切削方法。
在本发明中，在上述机械切削工序后，可以通过激光照射工序将修复区域14的边界部分的尖锐的边沿倒圆。也可以将机械切削和激光照射混合使用。
虽然在图1-图3中示出了上层布线12的宽度Wov比下层布线10的宽度Wun宽的形态，但本发明也可以如图4所示，即，Wun>Wov。在该形态中也是，Run Wun、Rov<Wov，如图4所示，修复区域14至少没有在上层布线12的宽度方向超出上层布线12的一个边，因此在该修复工序中不必担心上层布线12会断线，而且，修复区域14在下层布线10的宽度方向超出了下层布线10的两个边，所以，通过修复能够可靠地切断短路部分13与上层布线12的电连接。
此外，虽然在图1-图3中示出了上层布线12与下层布线10正交的形态，但本发明不限于此，在设计上还包含上层布线12与下层布线10斜着交叉的形态。具体表示在图5、图6中。无论是哪种形态，都是Run Wun、Rov<Wov，依旧与上述各例一样，如图5、6所示，修复区域14在上层布线12的宽度方向至少没有超出上层布线12的一个边，因此在该修复工序中不用担心上层布线12会断线，而且，修复区域14在下层布线10的宽度方向超出了下层布线10的两个边，所以，通过修复能够可靠地切断短路部分13与上层布线12的电连接。
在本发明中，修复区域14的形状不限于图1、图2A及图2B、图4、图5那样的大致长方形或图3、图6那样的大致长方形的切口形状，也可以是例如大致椭圆形等那样的广义的圆形、大致梯形或大致平行四边形等广义的四边形、广义的多角形、或将上述形状组合而成的任意的形状。
此外，本发明的修复工序可以在形成元件电极2、3、下层布线10、绝缘层11、上层布线12之后且在形成元件膜7之前进行，但不限于此，也可以在下层布线与上层布线产生短路时进行。因此，与元件电极2、3和元件膜7等的形成时点没有关系，完全不受其限制。
下面举例说明利用本发明制造的电子源以及图像显示装置的各部件，但是本实施方式中记载的部件的尺寸、材质、形状以及相对配置等，只要没有特别说明，就不限于下述记载的范围内。
基板1可以利用石英玻璃、降低了Na等的杂质含量的玻璃、蓝板玻璃、在蓝板玻璃上叠层了利用溅射法等形成的SiO2的玻璃基板、氧化铝等陶瓷以及Si基板等。
元件电极2、3可以使用一般的导电性材料。例如可以从Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等金属或合金及Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag等金属或金属氧化物和玻璃等构成的印刷导体，或In2O3-SnO2等透明导体及多晶硅等半导体材料等中适当地选择。
构成元件膜7的材料可以从Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb等金属、PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3等氧化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等硼化物、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等碳化物、TiN、ZrN、HfN等氮化物以及Si、Ge等半导体、碳等中适当地选择。
电子发射部分8是通过对元件膜7进行通电处理而形成的高电阻的龟裂而形成的，依赖于元件膜7的膜厚、膜质、材料及通电处理条件等。
此外，虽然图8A及图8B的电子发射元件是在形成元件电极2、3之后形成了元件膜7，但本发明也可以在形成元件膜7之后形成元件电极2、3。
在本发明的电子源的制造方法中，下层布线10及上层布线12可以由利用真空蒸镀法、印刷法、溅射法等形成的导电性金属等构成。布线的材料、膜厚、宽度可以适当地设计。此外，将下层布线10和上层布线12隔开的绝缘层11可以由利用真空蒸镀法、印刷法、溅射法等形成的SiO2等构成。
下层布线10对应于图9中的X方向布线52、上层布线12对应于Y方向布线53，可以分别作为外部端子Dox1-Doxm、Doy1-Doym而引出。
X方向布线52与用于选择沿X方向排列的电子发射元件54的行的、施加扫描信号的未图示的扫描信号施加部分连接。而Y方向布线53则与用于按照输入信号对沿Y方向排列的电子发射元件54的各列进行调制的未图示的调制信号生成部分连接。施加在各电子发射元件上的驱动电压，作为施加在该元件上的扫描信号和调制信号的差电压来提供。
在图9中，51为设置有多个电子发射元件54的电子源基体、61为固定电子源基体51的背板、66为在玻璃基体63的内表面上形成了由荧光物质等发光物质构成的荧光膜64和作为阳极电极的金属敷层65的荧光屏(图像形成部件)。62为支持框架，利用烧结玻璃等将背板61和荧光屏66连接在支持框架62上。67为封装，例如在大气或氮气中、在400-500℃的温度范围内烧结10分钟以上，密封而形成。
如上所述，封装67由荧光屏66、支持框架62、背板61构成。背板61主要是为了增加基体51的强度而设置的，因此，基体51本身的强度很强时，可以不需另外设置背板61。即，可以在基体51上直接封接支持框架62，由荧光屏66、支持框架62以及基体51构成封装67。另一方面，也可以通过在荧光屏66与背板61之间设置称为隔离物的未图示的支持体来构成对大气压具有足够强度的封装67。
本发明的图像显示装置除了电视广播的显示装置、电视会议或计算机等的显示装置以外，还可以用作使用感光性磁鼓等构成的光打印机的图像显示装置。
实施例1
制作了图1所示的电子源的矩阵布线。在本例中，1个像素的尺寸为横向205μm、纵向615μm，下层布线10的宽度Wun约为50μm、厚度约为20μm，绝缘层11在上层布线12的宽度方向的宽度约为470μm、厚度约为40μm，上层布线12的宽度Wov约为380μm、厚度约为8μm，并在该像素尺寸中有效地设置了元件电极2、3。元件电极2、3的厚度约为0.05μm。下面详细描述制作工序。
首先，在主成分为玻璃的基板1(使用从碱石灰玻璃中降低了碱成分的PD200)上形成以Ti作为底衬的Pt膜，并利用光刻及刻蚀法制成所需的形状，形成元件电极2、3。
接着，使用以Ag为主成分、含有少量的PbO系玻璃的感光膏，进行成膜(网板印刷)、曝光(具有下层布线图形的负性光掩模)、显影(在纯水中添加了约4％的碳酸钠的显影液)、烧结(480℃)，形成下层布线10。在该状态下，下层布线10与元件电极2接触，可以通电。此时的下层布线10的宽度方向的截面如图7所示，成为两端部上方的边沿产生了凸起的形状(即边沿卷曲)的状态。
接着，使用以PbO或B2O3玻璃为主成分的感光膏，进行成膜(网板印刷)、曝光(具有绝缘层图形的负性光掩模)、显影(在纯水中添加了约4％的碳酸钠的显影液)、烧结(480℃)，形成绝缘层11。
使用以Ag为主成分、含有少量的PbO系玻璃的印刷糊料，进行网板印刷(使用具有上层布线图形的网板)、烧结(480℃)，形成上层布线12。通过对以该状态形成在基板1上的下层布线10和上层布线12适当地进行通电，比较电阻值，适当地进行观察(利用光学手法等)，探索并确定了短路部分。
在本例中，如图1所示，有两处短路部分。在像本例那样使用了感光膏的下层布线10中，一般多少都会产生边沿卷曲，因此，在高度局部变高的布线的宽度方向的两个端部，下层布线10与上层布线12发生短路的概率高，在本例中也是在这种地方发生的短路。对这种短路部分实施了修复工序。
对于短路部分，设定射束点的尺寸，使得修复区域14的尺寸最终满足本发明的关于最大宽度的规定。具体是，因为下层布线10的宽度Wun为50μm，所以，使下层布线宽度方向的射束点的尺寸为80μm，因为上层布线12的宽度Wov为380μm，所以，使上层布线宽度方向的射束点的尺寸为100μm，以脉冲的形式分多次照射激光(YAG第二高次谐波：波长λ＝532nm)。激光是附带Q开关的脉冲激励式激光，将Q开关频率设为1Hz、将平均输出设为5×10-4W左右、将能量密度设为3×10J/cm2左右，去除了一部分绝缘层11和一部分上层布线12。修复区域的尺寸是分别具有与上层布线宽度方向及下层布线宽度方向平行的边的长方形，下层布线宽度方向的最大宽度Run为70μm、上层布线宽度方向的最大宽度Rov为90μm，如图2A及2B、图3所示。
最终的修复区域14的尺寸之所以比射束点的尺寸小一圈，可能是因为，利用激光部分地去除上层布线12时，在作为去除部分的边界部分的上层布线12的端部，激光的瞬间的加热冷却使作为Ag粒子(直径为0.几μm～十几μm)的集合的布线的Ag粒子融化，成为整体状的Ag，因热传导性能提高而使得利用照射激光能的加工越来越难，因此加工尺寸越来越小。
可以认为，若像上述那样，在修复工序中使用激光、通过多次施加脉冲来将上层布线去除到所希望的尺寸的方法，则由于因激光产生的急剧加热和重复周期的长度而一直到下一次激光照射之前被冷却，所以即使对使用表面传导型电子发射元件的电子源那样的厚膜布线，也能加工至绝缘层，而且通过规定加工尺寸，可以有效且可靠地去除因下层布线的边沿卷曲的影响而容易在下层布线10的宽度方向的两个端部产生的短路部分。
此外，利用分多次进行激光照射使加工尺寸逐渐变小的作用，能够抑制作为修复区域14的边界部分的上层布线端部产生的加工后的布线材料的凸起。与连续照射激光[重复频率高于数百Hz。YAG第二高次谐波(波长λ＝532nm)附带Q开关的脉冲激励式激光，Q开关频率为1kHz、射束宽度为40μm×40μm、平均输出为7×10-2W左右、能量密度为4J/cm2左右]时相比，具有抑制发生杂散发射的效果。
实施例2
对尺寸为80μm×80μm的射束点进行了修复工序。除了调整其外周部分使其具有输出比内侧部分低5-50％的输出分布之后再使用之外，其余与实施例1相同。结果，修复区域14的尺寸变为，下层布线宽度方向的最大宽度Run为65μm、上层布线宽度方向的最大尺寸Rov为65μm。修复区域的尺寸比射束点的尺寸小的理由，一是与实施例1一样，因为Ag的热传导性能提高，二是由于抑制了射束点的外周部分的输出。
在本例中，通过抑制射束点的外周部分的输出，与实施例1相比，更加提高了抑制上层布线端部产生的布线材料的凸起的效果。因此，能够更好地抑制杂散发射的产生。
实施例3
将下层布线宽度方向的射束点尺寸设为80μm、将上层布线宽度方向的射束点尺寸设为100μm，以脉冲形式分多次进行激光照射，之后，将下层布线宽度方向的射束点尺寸变更为70μm、将上层布线宽度方向的射束点尺寸变更为90μm，以脉冲形式分多次进行激光照射，形成修复区域14，除此之外与实施例1相同地进行了修复工序。获得的修复区域14的尺寸为，下层布线宽度方向的最大宽度Run为60μm、上层布线宽度方向的最大宽度Rov为80μm。
如此，通过在修复工序刚开始时，使射束点尺寸为80μm×100μm，中途变更为70μm×90μm，与实施例1相比，更加提高了抑制上层布线端部产生的布线材料的凸起的效果。因此，能够更好地抑制杂散发射的产生。
实施例4
用与实施例1相同的射束点尺寸(80μm×100μm)，分多次进行激光照射，且使其具有与实施例2相同的输出分布，进而中途像实施例3那样变更尺寸(70μm×90μm)进行修复工序。结果，获得的修复区域14的尺寸为55μm×75μm。
在本发明中，通过将激光射束的输出分布和尺寸变更组合，与实施例2和3相比，更加提高了抑制上层布线端部产生的布线材料的凸起的效果。因此，能够更好地抑制杂散发射的产生。
实施例5
对于与实施例1一样地制作的矩阵布线的短路部分，利用机械切削方法进行了修复工序。具体是，用与通常作为办公用品使用的裁纸刀相同且尖部更加锋利的刀具切削去除上层布线12的短路部分，使修复区域14的下层布线宽度方向的最大宽度Run成为100μm左右、上层布线宽度方向的最大宽度Rov成为100μm左右。结果，可以有效地形成修复区域14。
实施例6
用刀具切削去除按实施例1那样制作的矩阵布线的短路部分之后，再对修复区域14的边界部分的边沿的微小凸起照射将射束宽度的尺寸调整为比用刀具进行的修复区域大一圈的激光，一边去除上层布线12的一部分，一边用热对该凸起的前端倒圆。结果，获得了边沿被倒圆的、尺寸约为100μm×100μm的修复区域14。因此，能够更好地抑制杂散发射的产生。
实施例7
如图4所示，除了下层布线10的宽度Wun为380μm、上层布线12的宽度Wov为50μm，即布线宽度与实施例1的相反之外，与实施例1相同地制作矩阵布线，对短路部分实施与实施例1-4、实施例6相同的修复工序，使Run成为420μm、Rov成为30μm。结果，都获得了与各实施例相同的良好的修复区域14，可以抑制杂散发射的产生。
实施例8
如图5、图6所示，制作下层布线10的宽度Wun为50μm、上层布线12的宽度Wov为380μm、下层布线10与上层布线12构成30度角的矩阵布线，对短路部分实施与实施例1-4、实施例6相同的修复工序，使Run至少大于等于50μm、成为70μm左右，使Rov至少小于等于380μm、成为120μm左右。结果，都获得了与各实施例相同的良好的修复区域14，可以抑制杂散发射的产生。
Claims (8)
1.一种电子源的制造方法，该电子源具有多条上层布线、隔着绝缘层与上述上层布线交叉的多条下层布线以及分别与上述上层布线和上述下层布线连接的多个电子发射元件，所述制造方法的特征在于，包括：在基板上形成上述下层布线、上述绝缘层、上述上层布线的工序，以及在该形成工序之后去除包含上述下层布线与上述上层布线的交叉部分的上述两条布线的短路部分的、上述上层布线的一部分区域，露出上述绝缘层的工序，其中，上层布线被去除的上述一部分区域在上述下层布线的宽度方向超出该下层布线的两个边、在上述上层布线的宽度方向没有超出该上层布线的至少一个边。
2.如权利要求1所述的电子源的制造方法，其中，所述去除上层布线的一部分区域的工序包括对该一部分区域进行激光照射。
3.如权利要求2所述的电子源的制造方法，其中，所述激光照射分多次进行。
4.如权利要求2所述的电子源的制造方法，其中，所述激光照射的射束点的外周部分比内侧部分的输出小。
5.如权利要求2所述的电子源的制造方法，其中，在进行所述激光照射期间，至少变更一次照射激光的射束点。
6.如权利要求1所述的电子源的制造方法，其中，所述去除上层布线的工序是机械切削工序。
7.如权利要求1所述的电子源的制造方法，其中，所述去除上层布线的工序是机械切削之后进行激光照射的工序。
8.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具备电子源和发光部件，所述电子源具有多条上层布线、隔着绝缘层与上述上层布线交叉的多条下层布线以及具有在上述上层布线和下层布线的各个交点与各布线连接的元件电极的电子发射元件；所述发光部件通过从上述电子发射元件发射的电子的撞击而发光，上述制造方法的特征在于：利用权利要求1-7中任意一项所述的电子源的制造方法制造上述电子源。
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