JP2004071316A - Image display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device using a thin film electron source eliminating unevenness of display based on voltage drop caused by wiring resistance of scanning lines and enhancing reliability in an upper bus electrode. <P>SOLUTION: Image information is displayed by line sequential driving method using a lower electrode as a signal line and the upper bus electrode as a scanning line with the upper bus electrode constituted with multilayer interconnection connected through through holes in an interlayer insulation layer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型電子源を利用した自発光型フラットパネルディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
微少で集積可能な冷陰極電子源を利用するディスプレイは、FED(Field EmissionDisplay)と呼称される。冷陰極電子源には、電界放出型電子源とホットエレクトロン型電子源に分類され、前者には、スピント型電子源、表面伝導型電子源、カーボンナノチューブ型電子源等が属し、後者には金属―絶縁体―金属を積層したMIM(Metal−Insulator−Metal)型、金属―絶縁体―半導体を積層したMIS(Metal−Insulator−Semiconductor)型、金属―絶縁体―半導体−金属型等がある。MIM型については例えば特開平7−65710号、金属―絶縁体―半導体型についてはMOS型(J. Vac. Sci. Techonol. B11 (2) p.429−432 (1993) )、金属―絶縁体―半導体−金属型ではHEED型(high−efficiency−electro−emission device、Jpn.J.Appl. Phys.、vol 36 、p L939などに記載)、EL型(Electroluminescence、応用物理 第63巻、第6号、592頁などに記載)、ポーラスシリコン型(応用物理 第66巻、第5号、437頁などに記載)などが報告されている。
MIM型電子源については、例えば特開平10−153979号に開示されている。MIM型電子源の構造と動作原理を図2に示す。上部電極13と下部電極11との間に駆動電圧Vを印加して、絶縁層12内の電界を1〜10MV/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トンネル現象により障壁を透過し、電子加速層である絶縁層12の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなり、上部電極13の伝導帯へ流入する。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もって電極表面に達したものが真空20中に放出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
FEDにおいて画像表示を行う場合、線順次駆動方式と呼ばれる駆動方法が標準的に採用されている。これは、毎秒60枚(フレーム)の静止画を表示する際、各フレームにおける表示を走査線(水平方向)毎に行う方式である。従って同一走査線上にある、信号線の数に対応する冷陰極電子源は全て同時に動作することになる。動作時走査線には、サブピクセルに含まれる冷陰極電子源が消費する電流に、全信号線数をかけた電流が流れる。この走査線電流は、配線抵抗により走査線に沿った電圧降下をもたらすため、冷陰極電子源の均一な動作を妨げることになる。特に大型の表示装置を実現する上で走査線の配線抵抗による電圧降下は大きな問題である。
この問題を解決するには、走査線の配線抵抗を低減する必要がある。薄膜型電子源の場合、下部電極、または上部電極に給電する上部バス電極を厚膜化することが考えられる。しかしながら下部電極を厚膜化すると配線の凹凸が激しくなり、上部バス電極などが断線しやすくなるなど、信頼性に問題が生じる。一方、上部バス電極を厚くした場合は、薄い上部電極との接続部が断線しやすくなる問題がある。そこで上部バス電極をテーパーエッチングして上部電極の断線を防止する方法もあるが、テーパーエッチングは一般にエッチング中のレジストのサイドエッチングを利用して行うので、エッチング時間が長い厚い上部バス電極膜では制御性に難点が生じる。そこで上部バス電極を積層金属膜にして、上部電極との接続を担う薄い上部バス電極下層またはテーパーエッチングした上部バス電極下層と、給電を担う厚い上部バス電極上層を積層する構造もあるが、異種金属の積層膜はウェットエッチングなどのプロセス中に電気化学的な腐食が起きやすく、上部バス電極が劣化しやすい問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源を形成した基板と、蛍光面とを有する画像表示装置において、該薄膜型電子源アレイは、該上部電極への給電線となる上部バス電極を有しており、該上部バス電極は層間絶縁層のスルーホールを介して接続された多層配線により形成し、該下部電極を信号線、該上部バス電極を走査線として、線順次駆動方式により画像情報を表示することにより実現することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
(第1の実施例)
上記目的を実現する本発明の第一の実施の形態をMIM電子源を例に図4〜15、図1で説明する。
はじめにガラス等の絶縁性の基板10上に下部電極用の金属膜を成膜する。下部電極材料としてはAlやAl合金を用いる。AlやAl合金を用いたのは、陽極酸化により良質の絶縁膜を形成できるからである。ここでは、Ndを2原子量%ドープしたAl−Nd合金を用いた。成膜には例えば、スパッタリング法を用いる。膜厚は300 nmとした。成膜後はホト工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極11を形成した。エッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウェットエッチングを用いる(図3)。
次に、電子放出部を制限し、下部電極エッジへの電界集中を防止する保護絶縁層14と、絶縁層12を形成する。まず下部電極11上の電子放出部となる部分をレジスト膜25でマスクし、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し,保護絶縁層14とする(図4)。化成電圧を100Vとすれば、厚さ約136 nmの保護絶縁層14が形成される。つぎにレジスト膜25を除去し残りの下部電極11の表面を陽極酸化する。例えば化成電圧を6Vとすれば、下部電極11上に厚さ約10 nmの絶縁層12が形成される(図5)。
次に上部電極13への給電線となる上部バス電極膜下層26とその下に形成する第2保護絶縁層19、を例えばスパッタリング法等で成膜する。第2保護絶縁層19としては、例えばSi酸化物を用い、膜厚は40nmとした。この第2保護絶縁層19は、陽極酸化で形成する保護絶縁層14にピンホールがあった場合、その欠陥を埋め、下部電極11と上部バス電極下層26間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極下層26の材料としてAl−Nd合金を用いた。(図6)。
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極26を下部電極11とは直交するように加工して形成する。エッチャントは、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液等を用いる(図7)。
次に層間絶縁層27を成膜する。層間絶縁層27は例えばSiOやSiなどが利用できる。本実施例ではスパッタ法により成膜したSiN膜を用いた。本実施例では膜厚を500 nmとした(図8)。
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極上の層間絶縁層27にスルーホールを開口する。スルーホールは電子放出部以外のところ、例えば、下部電極11の配線の間隙に形成する。この加工は例えばCFやSFを用いたドライエッチング等を用いればよい。 CFやSFなどのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチングは層間絶縁層27のSiO膜を上部バス電極下層26のAl合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部バス電極下層26のAl合金をストッパー膜として層間絶縁層27のみを加工することが可能である(図9)。
続いて、上部バス電極上層28を成膜する。上部バス電極上層28としては例えば比抵抗の低いCuなどを用いる。本実施例ではスパッタリング法により成膜した膜を用いた。本実施例ではCuは5mmとした。Cuの下に接着層として薄いCr膜等を敷くことも有効である(図10)。
続いて、上部バス電極上層28をウェットエッチングで加工する。エッチャントには例えば塩化第二鉄水溶液を用いる(図11)。
なお、上記の実施例ではスパッタで成膜した膜厚5mmのCu膜を用いたが、大型の表示装置を製造するため更に厚膜化する場合には、スパッタ膜を種膜としてその上にCuめっきを施し、さらに厚膜化することができる。めっき法を用いることにより10〜75mmの厚膜の上部バス電極上層28を形成することができる。
続いて、ホトエッチング工程により電子放出部の層間絶縁層27を開口する。この加工は例えばCFやSFを用いたドライエッチング等を用いればよい。 CFやSFなどのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチングは層間絶縁層27のSiO膜を上部バス電極下層26のAl合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部バス電極下層26のAl合金をストッパー膜として層間絶縁層27のみを加工することが可能である(図12)。
次に、ホト工程、ウェットエッチング工程により上部バス電極下層26のAl−Nd合金を電子放出部側に向かって膜厚が減少するようにテーパー加工する。テーパー加工は、レジストの焼成温度を変えてレジストの接着性を落として、ウェットエッチング中にレジストを後退させることにより実現できる(図13)。
次に第2保護絶縁層19のSiOをドライエッチングし、電子放出部を開口する。CFやSFなどのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は第2保護絶縁層19のSiOを、Al合金の陽極酸化膜からなる絶縁層12、および保護絶縁層14に対し高い選択比でエッチングするので、絶縁層12へのダメージを少なくすることができる(図14)。
次に絶縁層12を再度陽極酸化し、ダメージを修復する。
絶縁層12の修復後、最後に上部電極13膜の成膜を行う。成膜法は例えばスパッタ成膜を用いる。上部電極13としては例えばIr、Pt , Auの積層膜を用い膜厚は数nmである。ここでは5nmとした。なお、上部電極13の加工法としては、上部バス電極上層28を隔壁としてシャドウマスクを密着させることにより行うことができる。成膜された薄い上部電極13は、層間絶縁層27の開口部毎に切断され、各電子源毎に分離されるとともに、電子放出部側にテーパー状に加工された上部バス電極下層26のAl−Nd膜と接触し、給電される構造となる(図1)。
また、図15に示すように上部バス電極上層28の加工後、その上に層間絶縁層27よりドライエッチング速度の遅い材料、例えばSiOなどを表面絶縁層29として成膜しておけば、電子放出部の開口の際、層間絶縁層27と表面絶縁層29のドライエッチング速度の差を利用して庇構造を形成することができ、それをマスクにして上部電極13を加工することができる。また、表面絶縁層29が上部バス電極上層28の表面を被覆することで、上部バス電極上層28の耐酸化性を向上させることも可能である。
このように、上部バス電極を上部電極13と接する上部バス電極下層26と、給電を主目的とする低抵抗の上部バス電極上層28を層間絶縁層27のスルーホールを介して接続することにより、上部バス電極の配線抵抗を大幅に低減することができ、大型の画像表示装置の走査線として用いることができる。この構造は、異種金属の接するスルーホールの接続部が、上部バス電極上層28や上部バス電極下層26のウェットエッチングの際、エッチャントに露出しないので電気化学的な腐食を起こさない。従って、製造歩留まりが高く、信頼性の高い大型の画像表示装置を実現できる。
(第2の実施例)
つぎに、一例として、第1の実施例によって作成した薄膜型電子源アレイ基板(図16)と蛍光面をスペーサを介し貼りあわせ、本発明の表示装置を形成する方法について説明する。
表示側基板の作成は以下のように行う(図17)。面板110には透光性のガラスなどを用いる。まず,表示装置の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)と重クロム酸ナトリ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。
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)と重クロム酸ナトリ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17に示したようなストライプ状にパターン化する。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YS:Eu(P22−R),緑色にZnS:Cu,Al(P22−G),青色にZnS:Ag,Cl(P22−B)を用いればよい。
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75 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。
このようにして製作した表示側基板と基板10とをスペーサ40を介し、周囲の枠116をフリットガラス115を用いて封着する。
図18に貼り合わせた表示パネルのA−A’断面、 B−B’断面に相当する部分を示す。面板110−基板10間の距離は1〜3mm程度になるようにスペーサ40の高さを設定する。ここでは,説明のため、R(赤),G(緑),B(青)に発光するドット毎に全てスペーサ40を立てているが,実際は機械強度が耐える範囲で,スペーサ40の枚数(密度)を減らし、大体1cmおきに立てればよい。
封着したパネルは,10−7Torr程度の真空に排気して,封じきる。封じ後、ゲッターを活性化し、パネル内の真空を維持する。例えば、Baを主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱等によりゲッター膜を形成できる。また、Zrを主成分とする非蒸発型ゲッターを用いてもよい。
このように本実施例では,面板110と基板10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。
図19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50へ結線し,上部バス電極下層26は上部電極駆動回路60に結線する。本発明を用いれば下部電極11より、上部バス電極下層26と上部バス電極上層28の配線抵抗を低くすることができるので、上部バス電極側を走査線、下部電極11側を信号線として用いる。m番目の上部バス電極26  Cmと,n番目の下部電極11  Knの交点を(m,n)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70を常時印加する。
図20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,上部バス電極28 C1にはV1なる電圧を,下部電極11 K1,K2には−V2なる電圧を印加する。交点(1,1),(1,2)の下部電極11−上部電極13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114に印加された加速電圧70により加速された後,蛍光体に入射し,発光させる。時刻t2において,上部バス電極のC2にV1なる電圧を印加し,下部電極11のK1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,下部電極11に印加する信号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,下部電極11への印加電圧−V2の大きさを適宜変えることにより,階調のある画像を表示することが出来る。絶縁層12中に蓄積される電荷を開放するための反転電圧の印加は、ここでは上部バス電極下層26の全てにV1を印加した後、全下部電極11にV3、全上部バス電極kasou
26に−V3を印加することにより行った。
【0006】
【発明の効果】
以上により、走査線の配線抵抗による電圧降下の影響の少ない表示装置を実現でき、大型の画像表示装置を実現できる。
【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】薄膜型電子源の従来構造を示す図である。
【図4】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図5】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図6】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図7】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図8】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図9】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図10】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図11】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図12】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図13】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図14】本発明の薄膜型電子源の構造を示す図である。
【図15】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図16】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の電子源基板を示す図である。
【図17】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の蛍光面基板を示す図である。
【図18】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の断面を示す図である。
【図19】本発明を用いた表示装置での駆動回路への結線を示した図である。
【図20】本発明の表示装置での駆動電圧波形を示した図である。
【符号の説明】
10・・・基板,11・・・下部電極,12・・・絶縁層,13・・・上部電極,14・・・保護絶縁層,15・・・上部バス電極、19・・・第2保護絶縁層、20・・・真空、25・・・レジスト膜、26・・・上部バス電極下層, 27・・・層間絶縁膜、28・・・上部バス電極上層,29・・・表面絶縁層, 40・・・スペーサ,50・・・下部電極駆動回路, 60・・・上部電極駆動回路,70・・・加速電圧、110・・・面板,111・・・赤色蛍光体,112・・・緑色蛍光体,113・・・青色蛍光体,114・・・メタルバック、115・・・フリットガラス、116・・・枠。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-luminous flat panel display using a thin-film electron source.
[0002]
[Prior art]
A display using a small and integrable cold cathode electron source is called an FED (Field Emission Display). Cold cathode electron sources are classified into field emission type electron sources and hot electron type electron sources.The former includes Spindt type electron sources, surface conduction type electron sources, carbon nanotube type electron sources, etc. There are a metal-insulator-metal (MIM) type in which an insulator-metal is laminated, a metal-insulator-semiconductor (MIS) type in which a metal-insulator-semiconductor is laminated, and a metal-insulator-semiconductor-metal type. JP-A-7-65710 for the MIM type, MOS type (J. Vac. Sci. Technol. B11 (2) p. 429-432 (1993)) for the metal-insulator-semiconductor type, metal-insulator -In the semiconductor-metal type, HEED type (described in high-efficiency-electro-emission device, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 36, p. L939, etc.), EL type (Electroluminescence, Vol. 63, Applied Physics, Vol. 63, No., page 592), and porous silicon type (described in Applied Physics Vol. 66, No. 5, page 437).
The MIM type electron source is disclosed in, for example, JP-A-10-153979. FIG. 2 shows the structure and operating principle of the MIM type electron source. By applying a driving voltage V d between the upper electrode 13 and the lower electrode 11, when the electric field of the insulating layer 12 to about 1~10MV / cm, the neighborhood of the Fermi level in the lower electrode 11 electron tunneling As a result, the electrons pass through the barrier, are injected into the conduction band of the insulating layer 12 as the electron acceleration layer, become hot electrons, and flow into the conduction band of the upper electrode 13. Among these hot electrons, those that have reached the electrode surface with energy equal to or higher than the work function φ of the upper electrode 13 are released into the vacuum 20.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When displaying an image in the FED, a driving method called a line sequential driving method is adopted as a standard. In this method, when displaying 60 still images (frames) per second, display in each frame is performed for each scanning line (horizontal direction). Therefore, all the cold cathode electron sources corresponding to the number of signal lines on the same scanning line operate simultaneously. A current obtained by multiplying the current consumed by the cold cathode electron sources included in the sub-pixels by the total number of signal lines flows through the scanning lines during operation. This scanning line current causes a voltage drop along the scanning line due to the wiring resistance, which hinders the uniform operation of the cold cathode electron source. In particular, in realizing a large display device, a voltage drop due to wiring resistance of a scanning line is a serious problem.
To solve this problem, it is necessary to reduce the wiring resistance of the scanning line. In the case of a thin-film electron source, it is conceivable to increase the thickness of the upper bus electrode for supplying power to the lower electrode or the upper electrode. However, when the thickness of the lower electrode is increased, the unevenness of the wiring becomes severe, and the upper bus electrode and the like are easily disconnected. On the other hand, when the upper bus electrode is made thicker, there is a problem that the connection portion with the thin upper electrode is easily broken. Therefore, there is a method to prevent disconnection of the upper electrode by taper etching the upper bus electrode. However, since taper etching is generally performed by using side etching of the resist during etching, it is not possible to control a thick upper bus electrode film having a long etching time. Difficulties arise in sex. Therefore, there is a structure in which the upper bus electrode is a laminated metal film, and a thin upper bus electrode lower layer that is connected to the upper electrode or a tapered etched lower bus electrode lower layer and a thick upper bus electrode upper layer that is used for power supply are stacked. The metal laminated film has a problem that electrochemical corrosion easily occurs during a process such as wet etching, and the upper bus electrode is easily deteriorated.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a thin film type having a lower electrode and an upper electrode, an electron acceleration layer sandwiched between the lower electrode and the upper electrode side, by applying a voltage between the lower electrode and the upper electrode. In an image display device having a substrate on which an electron source is formed and a phosphor screen, the thin-film type electron source array has an upper bus electrode serving as a power supply line to the upper electrode, and the upper bus electrode is an interlayer. It can be realized by displaying the image information by a line-sequential driving method using a multilayer wiring connected through a through hole in an insulating layer, using the lower electrode as a signal line and the upper bus electrode as a scanning line. .
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention for achieving the above object will be described with reference to FIGS. 4 to 15 and FIG. 1 taking a MIM electron source as an example.
First, a metal film for a lower electrode is formed on an insulating substrate 10 such as glass. As the lower electrode material, Al or an Al alloy is used. The reason why Al or Al alloy is used is that a high-quality insulating film can be formed by anodic oxidation. Here, an Al—Nd alloy doped with 2 atomic% of Nd was used. For example, a sputtering method is used for film formation. The film thickness was 300 nm. After the film formation, a stripe-shaped lower electrode 11 was formed by a photo process and an etching process. For the etching, for example, wet etching with a mixed aqueous solution of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid is used (FIG. 3).
Next, a protective insulating layer 14 for limiting an electron emission portion and preventing concentration of an electric field on the lower electrode edge, and an insulating layer 12 are formed. First, a portion serving as an electron emission portion on the lower electrode 11 is masked with a resist film 25, and the other portion is selectively anodized thickly to form a protective insulating layer 14 (FIG. 4). If the formation voltage is 100 V, the protective insulating layer 14 having a thickness of about 136 nm is formed. Next, the resist film 25 is removed, and the surface of the remaining lower electrode 11 is anodized. For example, if the formation voltage is 6 V, an insulating layer 12 having a thickness of about 10 nm is formed on the lower electrode 11 (FIG. 5).
Next, an upper bus electrode film lower layer 26 serving as a power supply line to the upper electrode 13 and a second protective insulating layer 19 formed thereunder are formed by, for example, a sputtering method. The second protective insulating layer 19 was made of, for example, Si oxide and had a thickness of 40 nm. When there is a pinhole in the protective insulating layer 14 formed by anodic oxidation, the second protective insulating layer 19 fills the defect and maintains the insulation between the lower electrode 11 and the upper bus electrode lower layer 26. An Al—Nd alloy was used as a material of the upper bus electrode lower layer 26. (FIG. 6).
Subsequently, the upper bus electrode 26 is formed by processing in a photo-etching process so as to be orthogonal to the lower electrode 11. As an etchant, a mixed aqueous solution of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid is used (FIG. 7).
Next, an interlayer insulating layer 27 is formed. As the interlayer insulating layer 27, for example, SiO 2 or Si 3 N 4 can be used. Using the SiN x film was deposited by sputtering in this embodiment. In this embodiment, the film thickness is set to 500 nm (FIG. 8).
Subsequently, through holes are formed in the interlayer insulating layer 27 on the upper bus electrode by a photoetching process. The through hole is formed in a portion other than the electron emitting portion, for example, in a gap between the wirings of the lower electrode 11. For this processing, for example, dry etching using CF 4 or SF 6 may be used. Since dry etching using a fluoride-based etching gas such as CF 4 or SF 6 etches the SiO 2 film of the interlayer insulating layer 27 with a high selectivity to the Al alloy of the upper bus electrode lower layer 26, the upper bus electrode lower layer 26 is etched. It is possible to process only the interlayer insulating layer 27 using the Al alloy as a stopper film (FIG. 9).
Subsequently, an upper bus electrode upper layer 28 is formed. As the upper layer 28 of the upper bus electrode, for example, Cu having a low specific resistance is used. In this embodiment, a film formed by a sputtering method is used. In this embodiment, Cu is 5 mm. It is also effective to lay a thin Cr film or the like as an adhesive layer under Cu (FIG. 10).
Subsequently, the upper layer 28 of the upper bus electrode is processed by wet etching. As the etchant, for example, an aqueous solution of ferric chloride is used (FIG. 11).
In the above embodiment, a Cu film having a thickness of 5 mm formed by sputtering is used. However, when the film is to be further thickened in order to manufacture a large-sized display device, the sputtered film is used as a seed film and a Cu film is formed thereon. Plating can be performed to further increase the film thickness. By using the plating method, the upper bus electrode upper layer 28 having a thickness of 10 to 75 mm can be formed.
Subsequently, an opening is formed in the interlayer insulating layer 27 of the electron emission portion by a photoetching process. For this processing, for example, dry etching using CF 4 or SF 6 may be used. Since dry etching using a fluoride-based etching gas such as CF 4 or SF 6 etches the SiO 2 film of the interlayer insulating layer 27 with a high selectivity to the Al alloy of the upper bus electrode lower layer 26, the upper bus electrode lower layer 26 is etched. It is possible to process only the interlayer insulating layer 27 using the Al alloy as a stopper film (FIG. 12).
Next, the Al—Nd alloy of the upper bus electrode lower layer 26 is tapered by a photo process and a wet etching process so that the film thickness decreases toward the electron emission portion side. The taper processing can be realized by changing the firing temperature of the resist to lower the adhesiveness of the resist, and retreating the resist during wet etching (FIG. 13).
Next, the SiO 2 of the second protective insulating layer 19 is dry-etched to open an electron emission portion. In the dry etching method using a fluoride-based etching gas such as CF 4 or SF 6 , SiO 2 of the second protective insulating layer 19 is higher than the insulating layer 12 made of an anodic oxide film of Al alloy and the protective insulating layer 14. Since etching is performed at the selectivity, damage to the insulating layer 12 can be reduced (FIG. 14).
Next, the insulating layer 12 is anodized again to repair the damage.
After the repair of the insulating layer 12, a film of the upper electrode 13 is finally formed. As a film forming method, for example, sputtering film forming is used. As the upper electrode 13, for example, a laminated film of Ir, Pt, and Au is used, and the film thickness is several nm. Here, the thickness was set to 5 nm. The upper electrode 13 can be processed by bringing a shadow mask into close contact with the upper bus electrode upper layer 28 as a partition. The formed thin upper electrode 13 is cut for each opening of the interlayer insulating layer 27, separated for each electron source, and formed in a tapered upper bus electrode lower layer 26 on the electron emission portion side. A structure is provided in which power is supplied by contact with the -Nd film (FIG. 1).
Further, as shown in FIG. 15, after the upper bus electrode upper layer 28 is processed, a material having a lower dry etching rate than the interlayer insulating layer 27, for example, SiO 2 or the like is formed as the surface insulating layer 29 thereon, so that the At the time of opening the emission portion, an eaves structure can be formed by utilizing a difference in dry etching rate between the interlayer insulating layer 27 and the surface insulating layer 29, and the upper electrode 13 can be processed using the eaves structure as a mask. In addition, since the surface insulating layer 29 covers the surface of the upper bus electrode upper layer 28, the oxidation resistance of the upper bus electrode upper layer 28 can be improved.
As described above, by connecting the upper bus electrode lower layer 26 that contacts the upper electrode 13 to the upper bus electrode and the low-resistance upper bus electrode upper layer 28 mainly for power supply through the through hole of the interlayer insulating layer 27, The wiring resistance of the upper bus electrode can be greatly reduced, and can be used as a scanning line of a large-sized image display device. This structure does not cause electrochemical corrosion because the connection portion of the through hole in contact with the dissimilar metal is not exposed to the etchant when the upper bus electrode upper layer 28 and the upper bus electrode lower layer 26 are wet-etched. Therefore, a large-sized image display device with high manufacturing yield and high reliability can be realized.
(Second embodiment)
Next, as an example, a method of forming a display device of the present invention by bonding a thin film type electron source array substrate (FIG. 16) formed according to the first embodiment to a phosphor screen via a spacer will be described.
The display-side substrate is prepared as follows (FIG. 17). A translucent glass or the like is used for the face plate 110. First, a black matrix 120 is formed for the purpose of increasing the contrast of the display device. The black matrix 120 is formed by applying a solution of a mixture of PVA (polyvinyl alcohol) and sodium dichromate to the face plate 110 and irradiating the portions other than the portions where the black matrix 120 is to be formed with ultraviolet rays to expose the unexposed portions. It is formed by applying a solution in which graphite powder is dissolved and removing PVA by lift-off.
Next, a red phosphor 111 is formed. After applying an aqueous solution in which PVA (polyvinyl alcohol) and sodium dichromate are mixed to the phosphor particles on the face plate 110, a portion where the phosphor is to be formed is irradiated with ultraviolet rays to be exposed, and the unexposed portion is exposed to running water. To remove. Thus, the red phosphor 111 is patterned. The pattern is patterned in a stripe shape as shown in FIG. Similarly, a green phosphor 112 and a blue phosphor 113 are formed. As the phosphor, for example, Y 2 O 2 S: Eu (P22-R) may be used for red, ZnS: Cu, Al (P22-G) for green, and ZnS: Ag, Cl (P22-B) for blue. .
Next, after filming with a film of nitrocellulose or the like, Al is deposited on the entire face plate 110 to a thickness of about 75 nm to form a metal back 114. This metal back 114 functions as an acceleration electrode. Thereafter, the face plate 110 is heated to about 400 ° C. in the atmosphere to thermally decompose organic substances such as a filming film and PVA. Thus, the display-side substrate is completed.
The display side substrate manufactured in this way and the substrate 10 are sealed with the spacers 40 and the surrounding frame 116 using frit glass 115.
FIG. 18 shows a portion corresponding to an AA ′ cross section and a BB ′ cross section of the bonded display panel. The height of the spacer 40 is set so that the distance between the face plate 110 and the substrate 10 is about 1 to 3 mm. Here, for the sake of explanation, the spacers 40 are all set up for each of the dots emitting light of R (red), G (green), and B (blue). However, in practice, the number of spacers 40 (density) is limited as long as the mechanical strength can withstand. ) Can be reduced and set about every 1 cm.
The sealed panel is evacuated to a vacuum of about 10 −7 Torr and sealed. After sealing, the getter is activated and the vacuum in the panel is maintained. For example, in the case of a getter material containing Ba as a main component, a getter film can be formed by high-frequency induction heating or the like. Further, a non-evaporable getter containing Zr as a main component may be used.
As described above, in this embodiment, since the distance between the face plate 110 and the substrate 10 is as long as about 1 to 3 mm, the acceleration voltage applied to the metal back 114 can be as high as 3 to 6 KV. Therefore, as described above, a phosphor for a cathode ray tube (CRT) can be used as the phosphor.
FIG. 19 is a connection diagram of a display device panel manufactured as described above to a drive circuit. The lower electrode 11 is connected to a lower electrode driving circuit 50, and the upper bus electrode lower layer 26 is connected to an upper electrode driving circuit 60. According to the present invention, the wiring resistance of the upper bus electrode lower layer 26 and the upper bus electrode upper layer 28 can be lower than that of the lower electrode 11, so that the upper bus electrode side is used as a scanning line and the lower electrode 11 side is used as a signal line. The intersection of the m-th upper bus electrode 26Cm and the n-th lower electrode 11Kn is represented by (m, n). An acceleration voltage 70 of about 3 to 6 KV is constantly applied to the metal back 114.
FIG. 20 shows an example of the waveform of the generated voltage of each drive circuit. At time t0, since no voltage is applied to any of the electrodes, no electrons are emitted, and thus the phosphor does not emit light. At time t1, a voltage of V1 is applied to the upper bus electrode 28C1, and a voltage of -V2 is applied to the lower electrodes 11K1 and K2. Since a voltage (V1 + V2) is applied between the lower electrode 11 and the upper electrode 13 at the intersections (1,1) and (1,2), if (V1 + V2) is set to be equal to or higher than the electron emission start voltage, Electrons are emitted from the thin-film electron source at the intersection of the two into a vacuum. The emitted electrons are accelerated by the acceleration voltage 70 applied to the metal back 114, and then enter the phosphor to emit light. At time t2, when a voltage of V1 is applied to C2 of the upper bus electrode and a voltage of -V2 is applied to K1 of the lower electrode 11, the intersection (2, 1) is similarly turned on. Thus, a desired image or information can be displayed by changing the signal applied to the lower electrode 11. Further, by appropriately changing the magnitude of the voltage -V2 applied to the lower electrode 11, an image having a gradation can be displayed. In this case, the application of the inversion voltage for releasing the charges accumulated in the insulating layer 12 is performed by applying V1 to all of the upper bus electrode lower layers 26, then applying V3 to all the lower electrodes 11, and applying all the upper bus electrodes kasou.
26 by applying -V3.
[0006]
【The invention's effect】
As described above, a display device which is less affected by a voltage drop due to wiring resistance of a scanning line can be realized, and a large-sized image display device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a thin film type electron source of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation principle of a thin-film electron source.
FIG. 3 is a view showing a conventional structure of a thin film type electron source.
FIG. 4 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 13 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a structure of a thin film type electron source of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 16 is a view showing an electron source substrate of a display device using the thin-film electron source of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a phosphor screen substrate of a display device using the thin-film electron source of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a cross section of a display device using the thin-film electron source of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing connection to a drive circuit in a display device using the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a drive voltage waveform in the display device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... board | substrate, 11 ... lower electrode, 12 ... insulating layer, 13 ... upper electrode, 14 ... protective insulating layer, 15 ... upper bus electrode, 19 ... 2nd protection Insulating layer, 20: vacuum, 25: resist film, 26: lower layer of upper bus electrode, 27: interlayer insulating film, 28: upper layer of upper bus electrode, 29: surface insulating layer, Reference numeral 40: spacer, 50: lower electrode drive circuit, 60: upper electrode drive circuit, 70: acceleration voltage, 110: face plate, 111: red phosphor, 112: green Phosphor, 113: blue phosphor, 114: metal back, 115: frit glass, 116: frame.

Claims (3)

下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源を形成した基板と、蛍光面とを有する画像表示装置において、薄膜型電子源アレイは、前記上部電極への給電線となる上部バス電極を有しており、該上部バス電極は層間絶縁層のスルーホールを介して接続された多層配線により形成されていることを特徴とする画像表示装置。A substrate having a lower electrode, an upper electrode, and an electron acceleration layer sandwiched therebetween, and forming a thin-film electron source that emits electrons from the upper electrode side by applying a voltage between the lower electrode and the upper electrode. And an image display device having a phosphor screen, the thin-film type electron source array has an upper bus electrode serving as a power supply line to the upper electrode, and the upper bus electrode is provided through a through hole in an interlayer insulating layer. An image display device characterized by being formed by multi-layer wirings connected by connection. 前記多層配線の上層の一部はめっき膜により形成されていることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein a part of an upper layer of the multilayer wiring is formed of a plating film. 前記下部電極を信号線、前記上部バス電極を走査線として、線順次駆動方式により画像情報を表示することを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。2. The image display device according to claim 1, wherein the lower electrode is used as a signal line and the upper bus electrode is used as a scanning line to display image information by a line sequential driving method.
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