JP2000030603A - 薄膜型電子源、その駆動方法および製造方法並びにこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長寿命の薄膜型電子源を得る。 【解決手段】陽極酸化可能な金属を添加物として含むAl
合金からなる下部電極と、このAl合金の陽極酸化膜と、
Ti，Zr，Hfのうちの少なくとも１種類の陽極酸化膜と、
導電性材料からなる上部電極とをこの順に積層したもの
からなり、上部電極が下部電極に対して正電圧になる極
性の電圧を上部電極に印加することにより、上部電極の
表面から真空中に電子を放出する薄膜型電子源。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属−絶縁体−金
属の３層構造を有し、真空中に電子を放出する薄膜型電
子源、およびこれを用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜型電子源とは、上部電極−絶縁層−
下部電極の３層薄膜構造の、上部電極と下部電極の間に
電圧を印加して、上部電極の表面から真空中に電子を放
出させるものである。薄膜型電子源の動作原理を図2に
示した。上部電極13と下部電極11との間に駆動電圧20を
印加して、絶縁層12内の電界を10MV/cm程度にすると、
下部電極11中のフェルミ準位近傍の電子はファイラ−・
ノルドハイムのトンネル現象により障壁を透過し、絶縁
層12、上部電極13の伝導帯へ注入されホットエレクトロ
ンとなる。これらのホットエレクトロンのうち、上部電
極13の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、真
空16中に放出される。トンネル現象を利用するため，絶
縁層12の膜厚は3〜15 nm程度と非常に薄い。

【０００３】この薄膜電子源は、絶縁層を上下から挟ん
だ、複数本の上部電極と、複数本の下部電極を直交させ
てマトリクスを形成すると、任意の場所から電子線を発
生させることができるので、表示装置の電子源などに用
いることができる。

【０００４】これまで、Al−Al₂O₃−Au構造のMIM（Meta
l−Insulator−Metal）構造などから電子放出が観測さ
れている。特に下部電極にAl，絶縁層にその陽極酸化膜
を用いた薄膜型電子源は，陽極酸化により高耐圧で，均
一な膜厚のAl₂O₃絶縁層が形成できるため，良質の電子
放出が得られている。 MIM電子源は例えば、特開平7―6
5710号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】薄膜型電子源を用いた
表示装置の解決すべき課題は、寿命が不十分なことであ
る。寿命が不十分な原因は、素子端部への電界集中，上
部電極材料の絶縁層中への拡散，絶縁層と上部電極の界
面等への電荷蓄積による絶縁層の劣化が主な原因であ
る。端部での電界集中は、端部への厚い保護絶縁層の導
入により解決されている。絶縁層中への上部電極材料の
拡散は，上部電極材料に昇華エンタルピーの高い材料を
用いることにより解決されている。

【０００６】これに対し，絶縁層と上部電極の界面近傍
への電荷の蓄積は，駆動電圧の極性を交互に反転させ、
蓄積した電荷を交互に開放することにより抑制され、寿
命特性も改善されている。しかし，さらに改善すること
が望ましい。

【０００７】改善を要する原因は，薄膜型電子源に用い
られている薄膜型電子源の電流−電圧特性に大きな非対
称性が存在することにある。即ち，電子放出を起こす、
上部電極が正電圧になる極性（順方向）の電圧を印加し
た際には，絶縁層に電流が流れやすいのに対し，下部電
極が正電圧になる極性（逆方向）の電圧を印加した際に
は，絶縁層は電流を流しにくい。

【０００８】これは、逆方向の電圧印加の際、上部電極
−絶縁層界面近傍の絶縁層に電界が十分印加されないた
めである。このため，逆方向電圧を印加しても絶縁層と
上部電極の界面近傍に蓄積した電荷を十分に開放するこ
とができない。したがって、駆動を続けるに従い、蓄積
された電荷と開放された電荷の差分が上部電極界面近傍
の絶縁層に蓄積されていき、絶縁層が劣化してしまう。

【０００９】図3は、従来の薄膜型電子源の電流―電圧
特性を測定したものである。十分な電子放出が得られる
１０MV/cmの電界を印加したときの順方向ダイオード電
流に対する逆方向ダイオード電流の比は0.0064である。
この例は下部電極にAl-Nd合金、上部電極にIr、Pt、Au
の積層膜を用いたものであり、両電極の絶縁層に対する
障壁高さが異なっているので、これら電極の差による影
響を除いて評価するために、これらが等しい場合に換算
すると0.12となるが、やはり対称性は低い。

【００１０】薄膜型電子源の電流−電圧特性の非対称性
の１つの原因は、陽極酸化膜の膜厚方向の組成の不均一
性にある。図4に陽極酸化膜の形成過程を模式的に示
す。陽極酸化は電解液２１中で下部電極１１を陽極と
し、Ptなどのシート電極２２を陰極として化成電圧２３
を印加することにより、酸化が進行する。

【００１１】陽極酸化中の下部電極１１のAlと絶縁層１
２のAl₂O₃との界面２４では、電解液２１から供給され
る酸素イオンO^2-とAlが反応することにより酸化が進行
する。 また絶縁層１２の Al₂O₃と電解液２１の界面２
５では、Al電極から供給されるアルミニウムイオンAl³⁺
が酸化されることによりAl₂O₃が成長する。

【００１２】このように絶縁層１２となるAl₂O₃膜の成
長は２つの界面で起こるが、下部電極11と絶縁層12の界
面２４ではAlとO以外不純物のない環境で成長するので
純粋なAl₂O₃が成長するのに対し、絶縁層12と電解液21
の界面２５では、電解液２１中の電解質のアニオン２６
が界面に引き寄せられ、Al₂O₃中に取り込まれるため、
アニオン２６を不純物として含む絶縁層１７が成長す
る。

【００１３】このアニオン２６を不純物として含む絶縁
層１７の存在のため、逆方向の電圧印加の際、上部電極
１３−絶縁層１２界面近傍の電界が緩和されてしまい、
逆方向の電圧印加の際は電流が流れにくい原因となる。

【００１４】もう１つの原因は下部電極１１−絶縁層１
２の界面と、上部電極１３−絶縁層１２の界面の界面構
造の違いに起因する。下部電極１１−絶縁層１２界面は
陽極酸化によって形成されるため、AlとAl₂O₃が連続的
に遷移する構造となる。一方、上部電極１３−絶縁層１
２界面は、絶縁層１２上へ真空中で上部電極１３材料の
成膜により形成されるため、組成が急峻に遷移する。こ
のような場合、電流―電圧特性に非対称性が生じること
が報告されている（ジャーナル オブ ヴァキューム サ
イエンス アンド テクノロジーＡ、１０巻、１９９２
年、２９９１ページ：Journal of Vacuum Science and
Technology A, 10 (1992) p2991）。

【００１５】図５(a)は従来の薄膜型電子源に順方向電
圧を印加した際のバンド図を示し、図５(ｂ)はその後、
逆方向電圧を印加した際のバンド図を示す。順方向電圧
を印加した際、トンネル現象により下部電極１１から絶
縁層１２に注入された電子は、一部真空中に放出され
（e-）、残りは上部電極13に流れ込む電子１と、上部電
極１３との界面近傍に蓄積される蓄積電荷２とになる。
この蓄積電荷２が絶縁層劣化の原因となる。そこで逆方
向電圧を印加することにより、蓄積電荷２を開放したい
のであるが、上部電極１３との界面近傍の絶縁層１７は
アニオン２６を含んでいるため電界が緩和され、蓄積電
荷２を開放するのに十分な電界を印加できず、蓄積電荷
２はアニオン２６を含む絶縁層１７中に残留してしま
う。

【００１６】本発明の目的は、絶縁層の電流―電圧特性
の非対称性の解消を進め、薄膜型電子源の長寿命化を実
現することにある。またこの目的が実現する薄膜型電子
源を用いた表示装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、陽極酸化可
能な金属を添加物として含むAl合金からなる下部電極
と、このAl合金の陽極酸化膜と、Ti，Zr，Hfのうちの少
なくとも１種類の陽極酸化膜と、導電性材料からなる上
部電極とをこの順に積層することによって実現される。

【００１８】このようにして電流―電圧特性の非対称性
を改善した薄膜型電子源に、駆動の際、上部電極と下部
電極の間に正負の電圧パルスを適宜印加することにより
絶縁層内に電荷が蓄積するのを防止することが可能とな
り、薄膜型電子源の長寿命化を実現し、表示パネルの長
寿命化が実現される。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施例１)本発明の実施の形態
の一つとして、本発明による薄膜型電子源の一実施例を
図１及び図６〜図１２を用いて説明する。

【００２０】本実施例における薄膜型電子源は、図１に
おいて、絶縁性の基板１０の上に下部電極１１が形成さ
れ、その上に陽極酸化層（１２’＋ １２”）、上部電
極１３が順に積層されている。なお、参照番号１４は保
護絶縁層を示す。

【００２１】図１における下部電極１１及びこの上に形
成される陽極酸化層１２”のために使用できるAl合金
は、耐熱性を向上させるため、陽極酸化によって酸化さ
れる金属を添加物として含むものである。添加物として
は、たとえば、Nd、Zr、Ta、Ti、Hf、Nbなどが適用可能
である。またこれらの材料を複数種類添加したAl合金も
有効である。例えばAl-Ti-Ta合金などが挙げられる。こ
れらの合金の添加量は0.1％〜10％程度が適当である。
ここではNdを2％としたAl-Nd合金を用いた。また陽極酸
化層１２’の材料としては、結晶性陽極酸化膜の得られ
るTi、Zr、Hfが使用可能だが、ここではTiを用いた。

【００２２】次に、絶縁性の基板１０の上に下部電極１
１、さらに、その上に陽極酸化層を形成するプロセスを
順を追って説明する。

【００２３】まず、図６に示すように、絶縁性の基板10
上にAl-Nd合金膜11"とTi膜11'の積層膜を形成する。成
膜には、例えば、多元のスパッタリング装置を用いる。
膜厚はAl-Nd合金膜11"を300 nm、Ti膜11'を１nmとし
た。成膜後はエッチングにより、ストライプ状など、所
望の下部電極11の形状に加工する。

【００２４】つぎに、図7に示すように、下部電極11の
表面を陽極酸化する。化成電圧を８Vとすれば、約1.5nm
のTiO₂陽極酸化膜からなる第１の陽極酸化層12'と，9.6
nmのAl₂O₃陽極酸化膜からなる絶縁層である第２の陽極
酸化層12"とからなる積層陽極酸化膜が形成される。

【００２５】次に、図8に示すように、レジスト膜など
をマスクに用い下部電極11の側面のみを選択的に厚く陽
極酸化し，保護絶縁層14とする。これにより下部電極１
１の端部での電界集中を防止するとともに、真空中への
電子放出に寄与しない下部電極11の側面からのリーク電
流を低減できる。

【００２６】Al合金を陽極酸化して形成される絶縁層で
ある陽極酸化膜即ち第２の陽極酸化層12"中には、Al合
金中の添加物も含まれることになるが、本実施例で用い
たNdや、Ta、Hf、Ti、Zr、Nbなどは、陽極酸化によりAl
と同時に酸化され、絶縁体となるので絶縁特性の劣化は
ない。そのため、下部電極11にAlのみを用いた場合と同
様、本実施例においてもリーク電流は少ない。

【００２７】図8で説明したプロセス完了後、図1に示す
ように、スパッタリング法により上部電極13を積層形成
する。ここでは上部電極13は耐酸化性が高いIr、Pt、Au
の３層膜とし、もっとも高昇華エンタルピー材料のIrが
第１の陽極酸化層12’に接するようにし、次いでPt、Au
の順に積層し、Ir、Pt、Auそれぞれの膜厚を1 nm、2n
m、3 nmとした。

【００２８】このようにして作成した直後の薄膜型電子
源では、陽極酸化の化成液の電解質アニオンがほとんど
含まれない均質な第１の陽極酸化層12'と絶縁層である
第２の陽極酸化層12"が形成される。それは、第１の陽
極酸化層12'となるTiO₂陽極酸化膜の形成過程が、Al₂O₃
陽極酸化膜の形成過程とは異なるためである。

【００２９】図9にTiの陽極酸化過程を示す。Tiの陽極
酸化では、電解液２１側からTiO₂中を通して供給された
酸素イオンO^2-が、TiO₂とTiの界面３４で反応すること
により酸化が進行する。その際、結晶性のTiO₂陽極酸化
膜が形成され、TiイオンTi⁴⁺は電解液21側に移動しな
い。したがって、TiO₂と電解液の界面35では酸化膜は成
長せず、アニオン26がTiO₂陽極酸化膜に含有されること
はない。この陽極酸化膜形成過程はZr、Hfでも共通する
過程である。

【００３０】本実施例の薄膜型電子源の場合、下部電極
１１上の１nmのTi層が全て酸化された後は、下部電極１
１を構成するAl合金の陽極酸化が、電解液からTiO₂を通
過して供給される酸素イオンO^2-とAlとが反応すること
により進行する。この際、AlとO以外不純物のない環境
で成長するので純粋なAl₂O₃が成長し、アニオンが含ま
れないAl₂O₃陽極酸化膜が形成される。

【００３１】図10は、この薄膜型電子源の電気特性を測
定したものである。十分な電子放出が得られる１０MV/c
mの電界を印加したときの順方向ダイオード電流に対す
る逆方向ダイオード電流の比は0.08であり、従来の薄膜
型電子源の0.0064より大幅に改善されている。

【００３２】この状態においては、まだ界面構造の違い
に起因する非対称の影響が残っている。界面構造の改善
には、加熱により上部電極−陽極酸化層界面で原子を相
互拡散させ、下部電極−陽極酸化層界面におけると同様
の連続的に遷移する界面を形成すればよい。

【００３３】この方法を用いる場合、陽極酸化膜以外の
薄膜型電子源の構成部分が、加熱によって劣化しないこ
とが重要である。従来の構造では下部電極のAlが加熱に
よる熱応力をうけ、絶縁層を突き破るヒロックを形成す
るため、下部電極と上部電極間がショートする不良が生
じた。

【００３４】本実施例では下部電極として、耐熱性を向
上させ，かつ陽極酸化可能な金属を添加物として含むAl
合金を用いているので熱ストレスマイグレーション耐性
が高くなりヒロックが成長しにくい。特に表面を陽極酸
化膜で覆われている場合、熱応力の開放が抑制され、ヒ
ロックができにくいので耐熱性が向上する。さらに酸素
を含む雰囲気中で加熱すれば、酸化の効果によりヒロッ
ク形成がさらに抑制され、一層耐熱性が向上する。その
ため350〜450℃の高温の熱処理を行っても、3〜15nmと
薄い絶縁層がヒロックに突き破られることはない。

【００３５】液晶ディスプレイ用のTFT (Thin Film Tra
nsistor) の配線でもヒロック防止のためAl合金を用い
ているが、陽極酸化膜は150nm程度と厚い。これはAl合
金を、アモルファスＳｉのＣＶＤ成膜のために真空中で
加熱するため、よりヒロックができやすいためである。
本発明は酸素を含む雰囲気で加熱することにより3〜15n
mとはるかに薄い陽極酸化膜でヒロックの発生を抑制で
きている。

【００３６】上部電極13にはIr、Pt、Auの積層膜を用い
ているが、これらの金属はいずれも耐酸化性が高く、35
0〜450℃の加熱ではほとんど酸化されない。したがっ
て、上部電極13として適する材料である。貴金属として
は他にRh、Ruも用いることができる。もともと酸化され
ている導電性酸化物も上部電極材料として好都合であ
る。さらにAlやAl合金等の表面が不動態化する金属も、
酸化が表面だけでとまるので絶縁体にならず、電極とし
て用いることが可能である。

【００３７】図11は、図10の測定に使った薄膜型電子源
を大気雰囲気中で410℃で加熱後の電流―電圧特性を測
定したものである。十分な電子放出が得られる１０MV/c
mの電界を印加したときの順方向ダイオード電流に対す
る逆方向ダイオード電流の比は0.28となりさらに対称性
が改善されている。これは、加熱により上部電極−陽極
酸化層界面で原子が相互拡散され、下部電極−陽極酸化
層界面におけると同様の連続的に遷移する界面が形成さ
れたためと考えられる。

【００３８】本実施例の構造では、下部電極１１にAl-N
d合金、第１の陽極酸化層12'に接する側の上部電極１３
の層にIrが用いられている。陽極酸化層がAl₂O₃のみの
従来構造の場合、これらの電極材料の組み合わせを用い
ると、これらと陽極酸化層との界面での障壁高さが異な
るため、陽極酸化層に同一電界がかかっている場合で
も、順方向ダイオード電流対逆方向ダイオード電流の比
は0.05程度にしかならない。

【００３９】本実施例で、電界を印加したときの順方向
ダイオード電流に対する逆方向ダイオード電流の比が0.
28と高いのは陽極酸化層１２の上層、即ち第１の陽極酸
化層12'であるTiO₂の存在によると考えられる。TiO
₂は、高電界の印加時には金属のような電子伝導性を示
すため、薄膜型電子源の動作時には上部電極１３の一部
として機能していると考えられる。したがって図11のよ
うな電気特性が得られるのは、第２の陽極酸化層１２”
のAl₂O₃と電子伝導性を有する第１の陽極酸化層１２’
のTiO₂の界面の障壁高さがAl₂O₃とIrの界面の障壁高さ
より低いためと考えられる。

【００４０】本実施例の結果、電流―電圧特性の非対称
性がより対称化されて改善された様子を、図４に対応さ
せて図12に薄膜型電子源のバンド構造で概念的に示す。

【００４１】順方向電圧を印加した際、図12(ａ)に示す
ように、トンネル現象によって絶縁層である第２の陽極
酸化層１２”のAl₂O₃に注入された電子は、電極として
機能している第１の陽極酸化層１２’のTiO₂を通過し、
上部電極13も通過して真空中に放出される電子e-，上部
電極13に流れ込む電子１，及び第１の陽極酸化層１２’
であるTiO₂近傍の第２の陽極酸化層１２”に蓄積される
電子２となる。第１の陽極酸化層１２’のTiO₂は電子伝
導性であるため、蓄積される電子はほとんどない。 こ
の後、逆方向電圧を印加すると、図12(ｂ)に示すよう
に、第２の陽極酸化層１２”のAl₂O₃はアニオンを含ま
ない均一な絶縁膜となっているので、第１の陽極酸化層
１２’であるTiO₂の近傍の第２の陽極酸化層１２”の蓄
積電子２を開放するのに十分な電界が印加される。同時
に電子伝導性の上部電極13から第１の陽極酸化層１２’
のTiO₂を通し、第２の陽極酸化層１２”のAl₂O₃に電子
が注入される。

【００４２】このように、絶縁層である第２の陽極酸化
層１２”を構成する陽極酸化膜の膜質が均一化し、電流
―電圧特性の非対称性が改善されると、第２の陽極酸化
層１２”に印加される電界は均一となり、印加電圧の極
性を交互に反転させることにより蓄積電子2を開放する
ことが容易となる。

【００４３】（実施例２）本発明を用いた表示装置の実
施例を図13〜19を用いて説明する。

【００４４】まず、基板10上に薄膜型電子源マトリクス
を以下のようにして形成した。

【００４５】はじめに、図13(a)にその上面図を、図13
(ｂ)にその断面図を示すように、ガラスなどの絶縁性の
基板10上に，スパッタリング法によりAl-Nd合金膜とTi
の積層膜を形成する。膜厚はそれぞれ300 nmと１nmとし
た。この膜をフォトリソグラフィーとエッチングによ
り，ストライプにパターン化し、下部電極11を形成し
た。続いて，陽極酸化により積層陽極酸化膜12'''を形
成する。この積層陽極酸化膜12'''は、実施例１におけ
る第１の陽極酸化層１２’（TiO₂層）＋第２の陽極酸化
層１２”（Al₂O₃層）に相当する。ここでは積層陽極酸
化膜12'''の膜厚は11.1 nmとした。つづいて保護絶縁層
14を形成する。これは下部電極１１の側面を選択的に厚
く陽極酸化することにより形成した。ここではその膜厚
を100 nmとした。

【００４６】つづいて、図1４(a)にその上面図を、図1
４(ｂ)にその断面図を示すように、スパッタリング法に
より上部電極13を下部電極11のストライプ方向とは直交
する方向にストライプ状に形成する。上部電極13は下か
ら順にIr、Pt、Auの３層膜とし、それぞれ膜厚を1 nm、
2 nm、3 nmとした。最後に上部電極13への給電線として
Alからなる上部電極バスライン15を形成した。以上で薄
膜型電子源マトリクス基板が完成する。

【００４７】つぎに表示側基板の作成法を示す。図1５
(a)にその上面図を、図1５(ｂ)にその断面図を示す。面
板110には透光性のガラスなどを用いる。まず，表示コ
ントラストを上げる目的でブラックマトリクス120を形
成する。ブラックマトリクス120は，PVA（ポリビニルア
ルコール）と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液
を面板110に塗布し，ブラックマトリクス120を形成した
い部分以外に紫外線を照射して感光させた後，未感光部
分を除去し、そこに黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布し、
PVAをリフトオフすることにより形成する。

【００４８】次に赤色蛍光体111を形成する。蛍光体粒
子にPVA（ポリビニルアルコール）と重クロム酸アンモ
ニウムとを混合した水溶液を面板110上に塗布した後，
蛍光体を形成する部分に紫外線を照射して感光させた
後，未感光部分を流水で除去する。このようにして赤色
蛍光体111をパターン化する。パターンは図１5(a)に示
したようなストライプ状にパターン化する。このストラ
イプパターンは一例であって，それ以外にも，ディスプ
レイの設計に応じて，たとえば，近接する４ドットで一
画素を構成させた「RGBG」パターンでももちろん構わな
い。蛍光体膜厚は1.4〜２層程度になるようにする。同
様にして，緑色蛍光体112と青色蛍光体113を形成する。
蛍光体としては，例えば赤色にY₂O₂S:Eu (P22-R), 緑色
にZn₂SiO₄:Mn, 青色にZnS:Ag (P22-B)を用いればよい。

【００４９】次いで，ニトロセルロースなどの膜でフィ
ルミングした後，面板110全体にAlを，膜厚50〜300 nm
程度蒸着してメタルバック114とする。このメタルバッ
ク114が加速電極として働く。その後，面板110を大気中
400℃程度に加熱してフィルミング膜やPVAなどの有機物
を加熱分解する。このようにして，表示側基板が完成す
る。

【００５０】このようにして製作した表示側基板である
面板110と基板10とを、図16に示すように、スペーサ30
を介し、周囲をフリットガラス１１５を用いて封着す
る。面板110と基板10との間の距離は１〜３mm程度にな
るようにスペーサ30の厚さを設定する。

【００５１】ここでは，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）
に発光するドット毎，すなわち上部電極１３の３列毎に
スペーサ３０の支柱を設けているが，機械強度が耐える
範囲で，支柱の数（密度）を減らしても構わない。スペ
ーサ30の製作は，厚さ１〜３mm程度のガラスやセラミッ
クスなどの絶縁板に例えばサンドブラスト法などで所望
の形状の穴を加工する。

【００５２】フリットガラス１１５による封着は、フリ
ットガラス１１５のペーストに含まれるバインダを酸化
して除去するため、酸素を含む雰囲気中で行われる。そ
の温度はフリットガラス１１５の種類により若干異なる
が、３５０℃〜４５０℃の範囲内である。したがって、
フリットガラスを用いた封着を行えば、その際の熱処理
により実施例１において述べたように界面構造の違いに
起因する薄膜型電子源の電流―電圧特性の非対称性が同
時に改善され、生産性向上の点で効果的である。 封着
したパネルは，10^-7Torr程度の真空に排気して封止切
る。このようにして，薄膜電子源を用いた表示パネルが
完成する。

【００５３】このように本実施例では，面板110と基板1
0間の距離は１〜３mm程度と長いので，メタルバック114
に印加する加速電圧を３〜６KVと高電圧に出来る。した
がって，上述のように，蛍光体には陰極線管（CRT）用
の蛍光体を使用できる。

【００５４】図17はこのようにして製作した表示装置パ
ネルの駆動回路への結線図である。下部電極11は下部電
極駆動回路40へ結線し，上部電極バスライン15は上部電
極駆動回路50に結線する。n行目の下部電極11 Knと，m
列目の上部電極バスライン15Cmの交点を（n, m）で表す
ことにする。メタルバック114には3〜6KV程度の加速電
圧60を常時印加する。

【００５５】図18は，各駆動回路の発生電圧の波形の一
例を示す。時刻ｔ0ではいずれの電極も電圧ゼロである
ので電子は放出されず，したがって，蛍光体は発光しな
い。時刻ｔ1において，下部電極11のK1には−Ｖ1なる電
圧を，上部電極バスライン15のC1，C2には＋Ｖ2なる電
圧を印加する。交点（1, 1）,（1, 2）の下部電極11と
上部電極13との間には（Ｖ1＋Ｖ2）なる電圧が印加され
るので，（Ｖ1＋Ｖ2）を電子放出開始電圧以上に設定し
ておけば，この２つの交点の薄膜型電子源からは電子が
真空中に放出される。放出された電子はメタルバック11
4に印加された加速電圧60により加速された後，蛍光体
に入射し，蛍光体を発光させる。時刻ｔ2において，下
部電極11のK2に−Ｖ1なる電圧を印加し，上部電極バス
ライン15のC1にＶ2なる電圧を印加すると，同様に交点
（2, 1）が点灯する。このようにして，上部電極バスラ
イン15に印加する信号パターンを変えることにより所望
の画像または情報を表示することが出来る。また，上部
電極バスライン15への印加電圧Ｖ1の大きさを適宜変え
ることにより，電流が変調され階調のある画像を表示す
ることが出来る。

【００５６】反転電圧の印加は、ここでは下部電極の全
てに−Ｖ1を印加した後、すなわち一画面走査完了後、
全ての下部電極１１にＶ3を、全ての上部電極に−Ｖ3'
を同時に印加することにより行った。V3+V3'がV1+V2と
同程度になるようにする。これにより、第２の陽極酸化
層１２”の第１の陽極酸化層１２’に対する界面近傍の
蓄積電荷２が十分開放され、絶縁層である第２の陽極酸
化層１２”の劣化が抑えられる。

【００５７】図19は別の反転電圧の印加方法である。こ
こでは各下部電極１１に駆動電圧−Ｖ1を印加する前に
反転電圧Ｖ4を印加している。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明の薄膜型電子源
は、下部電極に陽極酸化可能な金属を添加物として含む
Al合金を用い、その上にAl合金とTi、Zr、Hfの積層陽極
酸化膜を形成し、さらに上部電極に貴金属や導電性酸化
物の酸化しにくい材料を用い、酸素を含む雰囲気中で35
0℃以上450℃以下の加熱処理を行うことにより、絶縁層
に印加される電界が均一な薄膜電子源を実現できる。本
発明による薄膜電子源を用いた表示装置においてはフリ
ットガラスの封着時の加熱処理により、薄膜電子源の対
称性がさらに改善され、絶縁層に印加される電界が均一
な薄膜電子源を実現できる。これにより、正負の電圧の
印加による絶縁層中での電荷の蓄積が防止され、薄膜型
電子源の長寿命化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜型電子源の構造を示す図である。

【図２】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。

【図３】従来の構造の薄膜型電子源の電流―電圧特性を
示す図である。

【図４】従来の薄膜型電子源作成時の陽極酸化を説明す
る図である。

【図５】従来の薄膜型電子源の動作状態のバンド構造を
示す図である。

【図６】本発明の実施例の薄膜型電子源作成途中の構造
を示す図である。

【図７】本発明の実施例の薄膜型電子源作成途中の構造
を示す図である。

【図８】本発明の実施例の薄膜型電子源作成途中の構造
を示す図である。

【図９】Tiの陽極酸化過程を説明する図である。

【図１０】本発明の実施例の薄膜型電子源の加熱前の電
流−電圧特性を示す図である。

【図１１】本発明の実施例の薄膜型電子源の加熱後の電
流−電圧特性を示す図である。

【図１２】本発明の薄膜型電子源の動作状態のバンド構
造を示す図である。

【図１３】本発明の実施例の薄膜型電子源マトリクス作
成途中の構造を示す図である。

【図１４】本発明の実施例の薄膜型電子源マトリクスの
構造を示す図である。

【図１５】本発明の実施例の蛍光面の構造を示す図であ
る。

【図１６】本発明の実施例を表示パネルの構造を示す図
である。

【図１７】本発明の実施例を薄膜型電子源マトリクスと
駆動回路の結線を示す図である。

【図１８】本発明の実施例の駆動電圧パルスの波形を示
す図である。

【図１９】本発明の実施例の駆動電圧パルスの波形を示
す図である。

【符号の説明】

１・・・上部電極に流れ込む電子、２・・・蓄積電荷、
１０・・・基板、１１・・・下部電極、１１'・・・Al-
Nd合金膜、１１"・・・Ti膜、１２・・・絶縁層、１２'
・・・第１の陽極酸化層、１２"・・・第２の陽極酸化
層、１２"'・・・積層陽極酸化層、１３・・・上部電
極、１４・・・保護絶縁層、１５・・・上部電極バスラ
イン、１６・・・真空、１７・・・アニオンを不純物と
して含む絶縁層、２０・・・駆動電圧、２１・・・電解
液、２２・・・シート電極、２３・・・化成電圧、２４
・・・下部電極と絶縁層界面、２５・・・上部電極と電
解液界面、２６・・・アニオン、３０・・・スペーサ、
３４・・・TiとTiO₂の界面、３５・・・TiO₂と電界液界
面、４０・・・下部電極駆動回路、５０・・・上部電極
駆動回路、６０・・・加速電圧、１１０・・・面板、１
１１・・・赤色蛍光体、１１２・・・緑色蛍光体、１１
３・・・青色蛍光体、１１４・・・メタルバック、１１
５・・・フリットガラス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐川 雅一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡井 誠 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 金子 好之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5C031 DD09 DD17 DD19 5C035 BB02 5C036 EE01 EE14 EF01 EF09 EG12 EG15 EH06 EH08 EH11

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極酸化可能な金属を添加物として含むAl
   合金からなる下部電極と、 前記陽極酸化可能な金属を添加物として含むAl合金の陽
   極酸化膜と、 Ti，Zr，Hfのうちの少なくとも１種類の陽極酸化膜と、 導電性材料からなる上部電極とをこの順に積層したもの
   からなり、前記上部電極が前記下部電極に対して正電圧
   になる極性の電圧を前記上部電極に印加することによ
   り、前記上部電極の表面から真空中に電子を放出する薄
   膜型電子源。
2. 【請求項２】前記陽極酸化可能な金属が、Nd，Zr，Ta，
   Ti，Nb及びHfの内の少なくとも一つであることを特徴と
   する請求項１記載の薄膜型電子源。
3. 【請求項３】前記上部電極に、Ir，Pt，Au，Ru，Rh，A
   l，Al合金，Ti，Cr，導電性のITO，ZnO，SnO_2,IrO₂及び
   PdOの少なくとも１種類を用いることを特徴とする請求
   項１または２記載の薄膜型電子源。
4. 【請求項４】電子放出の動作をさせた後、前記上部電極
   が前記下部電極に対して負電圧になるよう前記上部電極
   ―前記下部電極間に電圧を印加することを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の薄膜電子源の駆動方法。
5. 【請求項５】上部電極が下部電極に対して正電圧になる
   極性の電圧を、前記上部電極に印加することにより前記
   上部電極の表面から真空中に電子を放出する薄膜型電子
   源の製造方法において、 下部電極として陽極酸化可能な金属を添加物として含む
   Al合金を用い、この下部電極にTi，Zr，Hfのうちの少な
   くとも１種類を積層後、この積層物を電解液中で陽極酸
   化し、次いで前記Ti，Zr，Hfのうちの少なくとも１種類
   が陽極酸化された層の上に導電性材料からなる上部電極
   を積層することを特徴とする薄膜型電子源の製造方法。
6. 【請求項６】前記陽極酸化可能な金属が、Nd，Zr，Ta，
   Ti，Nb及びHfの内の少なくとも一つであることを特徴と
   する請求項５記載の薄膜型電子源の製造方法。
7. 【請求項７】前記上部電極に、Ir，Pt，Au，Ru，Rh，A
   l，Al合金，Ti，Cr，導電性のITO，ZnO，SnO_2, IrO₂及
   びPdOの少なくとも１種類を用いることを特徴とする請
   求項５また６記載の薄膜型電子源の製造方法。
8. 【請求項８】酸素を含む雰囲気中３５０〜４５０℃で加
   熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項５〜７の
   いずれかに記載の薄膜型電子源の製造方法。
9. 【請求項９】請求項１〜3のいずれかに記載の薄膜型電
   子源を複数個マトリクス状に形成した基板と、内面に蛍
   光面を形成した透明基板とをスペーサを介してフリット
   ガラスを用いて張り合わせ、両基板間を真空に封じ，請
   求項４記載の薄膜型電子源の駆動法を用いて薄膜電子源
   から放出する電子線で蛍光体を発光させて画像を形成す
   る表示装置。