CN101038848A - 图像显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像显示装置及其制造方法,能简便地将电子发射电极按各供电电极进行分割。与对电子发射电极供电的供电电极同层且平行地形成绝缘性的隔壁,在图像显示区域整个面对电子发射电极成膜,通过在隔壁侧面的台阶切断、热处理引起的凝集和固熔扩散、对Si隔壁上面的进行激光照射引起的烧蚀、对夹着Si隔壁的扫描线间的通电引起的焦耳热熔断,由此切断电子发射电极。
Description
技术领域
本发明涉及图像显示装置及其制造方法,尤其适用于使用了电子源阵列的自发光型的也被称为平板显示器的图像显示装置。
背景技术
目前,正在开发利用微小、可集成的电子源的图像显示装置(场致发射显示器:FED)。这种图像显示装置的电子源分为场致发射型电子源和热电子型电子源。前者包括:圆锥发射体(Spindt)型电子源、表面传导型电子源、碳纳米管型电子源等,后者包括:层叠了金属-绝缘体-金属的MIM(Metal-Insulator-Metal)型、层叠金属-绝缘体-半导体的MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型、金属-绝缘体-半导体-金属型等的薄膜型电子源。
关于MIM型,例如在专利文献1中发表过,关于金属-绝缘体-半导体型发表过MOS型(非专利文献1),关于金属-绝缘体-半导体-金属型发表过HEED型(在非专利文献2等中记载)、EL型(在非专利文献3等中记载)、多孔硅型(在非专利文献4等中记载)等。
关于MIM型电子源,例如在专利文献2中公开过。MIM型电子源的结构和动作如下。即、具有在上部电极和下部电极之间夹设绝缘层的结构,通过在上述电极和下部电极之间施加电压,下部电极中的费米能级附近的电子由于隧道效应穿透势垒,注入到作为电子加速层的绝缘层的导带成为热电子,流入到上部电极的导带。这些热电子中的、具有上部电极的功函数φ以上的能量而到达了上部电极表面的电子被发射到真空中。
[专利文献1]日本特开平7-65710号公报
[专利文献2]日本特开平10-153879号公报
[专利文献3]日本特开2004-363075号公报
[非专利文献1]j.Vac.Sci.Techonol.B11(2)p.429-432(1993)
[非专利文献2]high-efficiency-electro-emission device,Jpn,j.Appl.phys,vol.36,pp.939
[非专利文献3]Electroluminescence,应用物理 第63卷,第6号,592页
[非专利文献4]应用物理 第66卷,第5号,437页
发明内容
将这样的电子源排成多个行(例如水平方向)和多个列(例如垂直方向)形成矩阵,将与各电子源对应地排列的多个荧光体配置在真空中,能够构成图像显示装置。这样的电子源,由于当电子发射电极存在表面污染时,电子难以发射,因而在电子发射电极的加工中不选择使用热工序等。因此,在电子发射电极的供电电极侧壁形成底切(under cut),或在表面保护绝缘膜的电子发射部的开口部形成底切,在电子发射电极成膜时,利用底切部被掩盖而不能成膜这一情况自对准地切断电子发射电极,能够进行电分离,但需要复杂的工艺,因而存在工艺成本增大的问题。
另外,当存在杂质时,在供电电极侧壁形成的底切容易短路,成为成品率降低的主要因素,并且,一般来说绝缘膜的膜应力高,因此,当在绝缘膜之下形成底切时,存在绝缘膜的檐塌落而导致短路的情况。
为了解决该问题,必须简化用于像素分离的结构和工艺以削减热工序,使加工性良好,防止由杂质等造成的成品率降低,能够校正短路故障部位。
本发明的第一目的在于,提供加工电子发射电极的新方法及用于实现该方法的电子源结构。
为了达到上述目的,在电子源阵列的电子发射电极的供电电极之间设置与供电电极同层且平行地设置的绝缘性隔壁是有效的。
作为绝缘性隔壁使用SiN、非掺杂硅、未被活化的掺杂硅是有效的。
电子发射电极,通过利用了在绝缘性隔壁的陡峭的侧壁台阶的台阶切断、热处理引起的隔壁表面的凝集、向隔壁内的固熔扩散、对电子发射电极的隔壁跨接部通电引起的熔断、对隔壁上的电子发射电极的激光照射引起的烧蚀来进行切断是有效的。
附图说明
图1是说明本发明的实施例1的、以使用了MIM型薄膜电子源的图像显示装置为例的示意俯视图。
图2是表示薄膜型电子源的动作原理的图。
图3是表示本发明的薄膜型电子源的制法的图。
图4是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图3的图。
图5是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图4的图。
图6是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图5的图。
图7是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图6的图。
图8是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图7的图。
图9是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图8的图。
图10是表示本发明的薄膜型电子源的隔壁的干蚀刻条件的图。
图11是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图10的图。
图12是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图11的图。
图13是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图12的图。
图14是表示本发明的薄膜型电子源的扫描线间的电阻的图
图15是表示本发明的薄膜型电子源的制法的接图14的图。
图16是表示本发明的通过固溶加热而分离的扫描线间的电阻的图。
图17是表示本发明的通过激光照射而分离的方法的图。
图18是表示本发明的在扫描布线间通电而分离的方法的图。
图19是表示本发明的隔壁和扫描电极的配置关系的另一实施例的图。
图20是表示本发明的隔壁和扫描电极的配置关系的另一实施例的图。
图21是表示本发明的隔壁和扫描电极的配置关系的另一实施例的图。
具体实施方式
以下,参照实施例的附图详细说明本发明的最佳实施方式。在此,以使用了MIM型电子源的图像显示装置为例进行说明。但是,本发明并不限于MIM型电子源,使用了在背景技术部分所说明的各类电子发射元件的图像显示装置也能同样地应用。特别是对使用薄的电子发射电极的、仅向真空中发射元件电流的一部分的热电子型尤为有效。
图1是说明本发明的实施例1的说明图,是以使用了MIM型电子源的图像显示装置为例的示意俯视图。另外,在图1中,主要示出具有电子源的一个基板(阴极基板)10的平面,在一部分上形成有荧光体的另一个基板110(荧光体基板、显示侧基板、滤色片基板),仅局部地示出了在其内表面具有的黑色矩阵120和荧光体111、112、113。
在阴极基板10上,形成有构成连接信号线驱动电路50的信号线(数据线)的下部电极11、连接扫描线驱动电路60并与信号线垂直配置的扫描电极21、以及其他后述的功能膜等。另外,阴极(电子发射部)配置在扫描电极内,由隔着绝缘层12层叠在下部电极11之上的上部电极13形成,从由绝缘层的薄层部分形成的绝缘层(隧道绝缘层)12的部分发射电子。
图2是MIM型电子源的原理说明图。该电子源,当在上部电极13和下部电极11之间施加驱动电压Vd,使隧道绝缘层12内的电场为1-10MV/cm左右时,下部电极11中的费米能级附近的电子由于隧道效应透过势垒,注入到作为电子加速层的绝缘层12的导带而成为热电子,流入到上部电极13的导带。这些热电子中的、具有上部电极13的功函数φ以上的能量而到达了上部电极13表面的电子被发射到真空中。
回到图1,在显示侧基板110的内表面,形成有用于提高显示图像的对比度的遮光层即黑色矩阵120、红色荧光体111、绿色荧光体112和蓝色荧光体113。作为荧光体,例如,作为红色可以使用Y2O2S:Eu(P22-R);作为绿色可以使用ZnS:Cu,Al(P22-G);作为蓝色可以使用ZnS:Ag,Cl(P22-B)。阴极基板10和显示侧基板由间隔物30以预定的间隔保持,在显示区域的外周夹设密封框(未图示),将内部真空密封。
电子发射部靠近阴极基板10的扫描电极21的宽度方向单侧配置,间隔物30靠近与上述电子发射部相反的一侧配置,隐藏在荧光面基板的黑色矩阵120之下地配置。下部电极11连接信号线驱动电路50,作为扫描电极布线的扫描电极17连接在扫描线驱动电路60上。
接下来,以对隔壁使用掺杂硅的情况为例,参照图3-图12说明本发明的图像显示装置的制造方法的实施例。
首先,如图3所示,在玻璃等的绝缘性基板10上形成下部电极11用的金属膜。作为下部电极11的材料使用Al。使用铝是因为能够通过阳极氧化形成优质的绝缘膜。这里,使用了掺杂了2原子量%的Nd的Al-Nd合金。成膜例如使用溅射法。膜厚设为600nm。
成膜后通过图形化工序、蚀刻工序形成条状的下部电极11(图4)。在本实施例的图像显示装置中,上述下部电极11成为信号线。下部电极11的电极宽度因图像显示装置的尺寸和分辨率而异,其子像素的节距大致设为100-200微米(μm)左右。蚀刻例如使用在磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液中的湿蚀刻。由于该电极是宽度大的简单条状结构,抗蚀剂的图形化可以用廉价的贴近式(proximity)曝光或印刷法进行。
接下来,形成限制电子发射部,防止电场向下部电极11边缘集中的保护绝缘层14和绝缘层12。首先,将如图5所示的下部电极11上的要成为电子发射部的部分用抗蚀剂膜25掩盖,对其它部分有选择地进行阳极氧化使之变厚,成为保护绝缘层14。如果设化成电压为200V,则形成厚度约270nm的保护绝缘层14。之后,除去抗蚀剂膜25并将剩余的下部电极11的表面阳极氧化。例如,如果设化成电压为6V,则在下部电极11上形成厚度约10nm的绝缘层(隧道绝缘层)12(图6)。
接着,例如用溅射法等对层间绝缘膜15和成为隔壁材料的Si进行成膜(图7)。作为层间绝缘膜15,对隔壁材料使用Si时,例如可以使用硅氧化物、氮化硅膜等。这是因为这些材料在如后述那样用干蚀刻加工Si隔壁时能够确保蚀刻选择性以减少层间绝缘膜15的蚀刻量。在此,使用通过在Ar和N2氛围中进行反应性溅射而成膜的氮化硅膜,膜厚设为200nm。该层间绝缘膜15发挥如下的作用,即、在由阳极氧化形成的保护绝缘层14存在针孔(pinhole)的情况下,掩埋该缺陷,保持下部电极11与扫描电极间的绝缘。隔壁材料的Si使用掺杂了B、P等的Si靶,在Ar氛围中溅射成膜。厚度设为200nm。用溅射形成的掺杂硅由于掺杂材料未被活化,所以也能够与本征半导体的情况大致相同地作为高电阻的半绝缘材料使用。
接着,使用干蚀刻,在SiN的层间绝缘膜15上有选择地蚀刻Si,形成隔壁(图8)。Si的选择干蚀刻利用CF4和O2的混合气体、或SF6和O2的混合气体来进行。这些气体同时蚀刻Si和SiN,通过使O2的比例最佳化,能够提高Si的蚀刻选择率。
图9表示Si和SiN以及抗蚀剂的蚀刻速率的CF4和O2的气体比例依赖性。通过设O2的混合率为30%,能够使Si的蚀刻速度提高到SiN的蚀刻速度的9倍。因此,能够在SiN上基本有选择地蚀刻Si。另外,在该混合比例下的抗蚀剂的蚀刻速率大致为0,因此没有蚀刻中的抗蚀剂的后退,能够形成具有非常陡峭的侧壁的Si隔壁16。对层间绝缘膜15使用了氧化硅和氮氧化硅的情况与使用了SiN的情况相比,蚀刻速度进一步降低,因此能够得到高的选择性。通过使隔壁的侧壁比扫描电极17、层间绝缘膜15陡峭,能够在后面的工序中使电子发射电极易于在隔壁的侧壁发生台阶切断,而在其他部位难以发生台阶切断。
接着,以4.5μm的厚度将电子发射电极的供电线、在本实施例的图像显示装置中成为扫描电极的Al膜溅射成膜(图10),通过热蚀刻工序,形成与下部电极11垂直、电子发射部靠近电极内的宽度方向单侧开口的扫描电极17。蚀刻例如使用在磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液中的湿蚀刻(图11)。为了使电子发射电极不发生台阶切断地进行连接,对该供电电极进行锥形加工。与层间绝缘膜所成的锥形角做成比隔壁与层间绝缘膜所成的锥形角小。Al和Al合金,是这样的材料,即通过调整蚀刻液的磷酸、醋酸、硝酸的比例,具体来说通过提高硝酸的比例来使抗蚀剂端面的接合性降低,从而能够容易地进行锥形加工,并且由于耐氧化性强,作为本图像装置的扫描线材料是最优选的。
接下来,加工层间绝缘膜15,将电子发射部开口。电子发射部形成于像素内的一根下部电极11和与下部电极11垂直的两根扫描电极所夹的空间的垂直部分的一部分。蚀刻可以通过使用例如以CF4或SF6为主要成分的蚀刻剂的干蚀刻来进行(图12)。
接下来,对电子发射电极13进行成膜。该成膜法例如使用溅射成膜。作为上部电极13,例如使用Ir、Pt、Au的层叠膜,膜厚例如为3nm。(图13)
通过以上步骤,上述那样的薄的发射电极13的情况,如图14所示,由于Si的陡峭的侧壁台阶,在形成电子发射电极的阶段发生台阶切断,各扫描线间的电阻可得20MΩ(测量器的测量精度上限),能用进行图像显示时不发生串扰的、使用方面没有问题的电阻值按各扫描线进行电分离。
比上述厚的电子发射电极,例如将Ir、Pt、Au的层叠膜做成6nm的情况下,对隔壁的附着变好,因此不能在成膜阶段按各扫描线完全分离。但是,当进行加热时会将多数贵金属和过渡金属固熔,隔壁的Si形成硅化物,由于进一步加热而引起的氧化,SiO2的保护膜生长,因此,经过形成面板的热工序处于非导通,能将电子发射电极按各扫描线电分离。其示意图在图15(18表示加热而形成硅化物的隔壁)中示出,像素间的电阻变化在图16中示出。热工序前,扫描电极间电阻低至十几kΩ,而热工序后能得到20MΩ(测量仪器的测量精度上限),能用进行图像显示时不发生串扰的、使用方面没有问题的电阻值按各扫描线进行电分离。
作为与上述不同的像素分离法,如图17所示,对隔壁16照射激光,加热隔壁16的表面,由此,能用烧蚀切断电子发射电极13。尤其是通过将Si作为隔壁16,能够提高热吸收效率,进一步防止基底的层间绝缘膜15和下部电极11的损伤。该工序可在像素分离时用于整个基板,但因为花费加工时间,所以用于分离故障部位的校正等更为有效。
作为其它的像素分离法,如图18所示在隔壁16的两侧的扫描电极17间施加电压,对电子发射电极13通电,由此能用焦耳热熔断电子发射电极13。隔壁16侧面的电子发射电极13的附着不好,电阻高,因此易于熔断。该方法通过仅在处于短路的扫描电极17间有选择地施加电压,来校正分离部位也是有效的。尤其在组合荧光板形成面板之后,利用激光的校正变得困难,本方法是非常有效的。
按照以上方法,能够通过简单的手段将电子发射电极按各扫描线进行分离加工,能降低工艺成本。并且能实现像素分离故障部位的有效的校正。
另外,以上所述是将Si用作隔壁的情况,在将SiN用作隔壁的情况下,只要使层间绝缘膜为氧化Si、氮氧化Si,就能有选择地进行干蚀刻。并且,使用了SiN时,不发生热处理引起的硅化反应,但SiN隔壁的干蚀刻加工侧面比成膜面的凹凸显著,因此,当进行热处理时,电子发射电极凝集,呈岛状而在电学上不导通,因此,能与Si隔壁的情况同样地进行利用热处理的分离。
另外,在本实施例中,隔壁配置在扫描线间,以隔壁的两侧面露出的状态使用,但为了电子发射电极的分离,有单侧的侧面就足够了。因此,也可以是图19所示那样的结构。在这种情况下,能够减少隔壁表面的绝缘膜露出部,在抑制面板内的带电、防止阴极基板和荧光体基板之间的放电等异常是有效的。
另外,当对图19的结构进行Si的隔壁16的干蚀刻时,能够以扫描电极17为掩膜进行Si隔壁16的侧边蚀刻,能如图20所示在扫描电极17的一个侧面形成底切。在这种情况下,能够利用扫描电极17的一个侧面成为形成上部电极13时的檐,该檐掩盖底切部而不形成上部电极13,由此自对准地分离电子发射电极。该结构的情况,底切的侧面是绝缘体,因此,与在供电电极侧壁形成底切的情况相比,有难以短路的优点。
在形成上述底切的情况下,当对扫描电极进行锥形加工时,檐的强度容易不够。因此优选为如图21所示那样,形成扫描电极17和连接电极19的2层结构,其中,该扫描电极17是厚膜且锥形角度大的扫描电极,连接电极19是在扫描电极17之上覆盖电子发射部侧的侧面地进行锥形加工,在分离侧不覆盖扫描电极17的电极。
Claims (19)
1.一种图像显示装置,具有:
信号电极;
电子源阵列,由薄膜的电子发射电极构成,从电子发射电极发射电子;
荧光面,与电子源阵列相对地配置,
上述图像显示装置的特征在于:
在多个供电电极之间,具有与该供电电极同层且平行地设置的绝缘性隔壁,成膜于图像显示区域整个面的电子发射电极,由上述隔壁按各供电电极电分离,其中,上述供电电极在层叠于上述信号电极上的层间绝缘膜之上相互平行地设置,进行向上述电子发射电极的供电。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述隔壁材料是绝缘体或绝缘性的半导体。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置,其特征在于:
上述绝缘体的隔壁材料是氮化硅。
4.根据权利要求2所述的图像显示装置,其特征在于:
上述绝缘性的半导体的隔壁材料是本征半导体、或掺杂未被活化的杂质的半导体。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置,其特征在于:
上述绝缘性的半导体是非掺杂硅或掺杂了未被活化处理的B、P等的绝缘性掺杂硅。
6.根据权利要求3所述的图像显示装置,其特征在于:
成为上述氮化硅隔壁的基底的层间绝缘膜是氧化硅、氮氧化硅。
7.根据权利要求5所述的图像显示装置,其特征在于:
成为上述硅隔壁的基底的层间绝缘膜是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。
8.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述隔壁,与相邻的一个供电电极离开,与另一个供电电极相接触,仅露出隔壁的一个侧面。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述隔壁,与相邻的一个供电电极离开,被另一个供电电极覆盖,在供电电极的一个侧面形成有底切。
10.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述供电电极相对于层间绝缘膜面进行了锥形加工。
11.根据权利要求9所述的图像显示装置,其特征在于:
上述供电电极,是相对于层间绝缘膜面的锥形角度小的薄的上层覆盖锥形角度大的厚的下层的单侧侧面的2层结构,从锥形角度小的一侧进行供电,在锥形角度大的侧面形成有底切。
12.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述隔壁侧面的相对于层间绝缘膜面的锥形角,比供电电极的相对于层间绝缘膜面的锥形角大。
13.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于:
上述供电电极是Al、或以Al为主材料的Al合金。
14.一种图像显示装置的制造方法,其特征在于:
权利要求1所述的隔壁,通过利用干蚀刻对层间绝缘膜进行选择蚀刻而形成。
15.一种图像显示装置的制造方法,其特征在于:
利用隔壁的陡峭的台阶来切断权利要求1所述的电子发射电极,使该隔壁的两侧的供电电极之间电分离。
16.一种图像显示装置的制造方法,其特征在于:
通过热处理使权利要求1所述的电子发射电极在隔壁的表面凝集,由此使该隔壁的两侧的供电电极之间电分离。
17.一种图像显示装置的制造方法,其特征在于:
通过热处理使权利要求1所述的电子发射电极与Si隔壁发生固相反应,使之吸收扩散,由此使该隔壁的两侧的供电电极之间电分离。
18.一种图像显示装置的制造方法及布线校正方法,其特征在于:
通过在夹着隔壁的2根供电电极间施加电压而对权利要求1所述的电子发射电极通电,用焦耳热将隔壁架设部的电子发射电极的高电阻部熔断,由此使该隔壁的两侧的供电电极之间电分离。
19.一种图像显示装置的制造方法及布线校正方法,其特征在于:
对权利要求1所述的隔壁上的电子发射电极照射激光进行切割而熔断电子发射电极,由此使各供电电极电分离。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070919 |