JP2004111053A - 電界放出型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線順次駆動方式で画像表示を行うホットエレクトロン型電子源を有する画像表示装置において、走査線に沿った輝度ムラ発生を防止する。
【解決手段】ホットエレクトロン型電子源の上部電極給電配線を走査線とし、下部電極を信号線する。上部電極給電配線は下部電極よりもシート抵抗が低い。これにより、走査線の配線シート抵抗を数ｍ／？まで低減可能となり、ホットエレクトロン型電子源を利用して４０インチの大画面ＦＥＤを構成しても、走査線に生じる電圧降下量を許容範囲以下に抑えることが可能となり、輝度むらのない高品質な画像を得ることができる。
【選択図】図４１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極電子源を利用した画像表示装置に係り、特にホットエレクトロン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好適な画像表示装置に関する。
【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画像表示装置（ディスプレイ）は、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）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とに大別され、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が属し、後者には金属―絶縁体―金属を積層したＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型電子源、金属―絶縁体―半導体電極を積層したＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型電子源が含まれる。
【０００３】
ＭＩＭ型電子源については、例えば特開平１０−１５３９７９号公報に開示されている。ＭＩＭ型電子源の構造と動作原理を模式的に示した図１と図２とを用いて説明する。
【０００４】
上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄ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、絶縁層（トンネル絶縁膜）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もって電極表面に達したものが真空２０中に放出される。なお、図１中の１４は保護絶縁層、１５は上部電極給電配線下層、１６は上部電極給電配線、１７は層間絶縁膜である。
【０００５】
【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。
【０００６】
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、全信号線数と色数３（ＲＧＢ）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。
【０００７】
電圧降下の大小は、冷陰極電子源の方式でことなる。例えば、電界放出型電子源のスピント型電子源では、電子源電流のほぼ１００％近くが真空に放出され、アノード（蛍光面）に達するので、ゲート線（走査線）に流れる電流は極めて小さく電圧降下の影響は少ない。
【０００８】
これに対し、同じ電界放出型でも表面伝導型電子源や、ホットエレクトロン型であるＭＩＭ型及びＭＩＳ型電子源では、高々数％の電子源電流がアノードに達するだけで、大部分は無効電流としてゲート線（走査線）に流れ込む。従って同じアノード電流で比較すると、これらの電子源は、スピント型に比べ電圧降下による影響を受けやすい。
【０００９】
本発明者等は、ＭＩＭ型電子源の研究開発に従事し、数種類のＦＥＤを設計、試作し、画像表示の検証を行ってきた。それらのＦＥＤでは常に走査線を下部電極１１に選んできた。
【００１０】
これはホットエレクトロン型電子源では上部電極１３の膜厚はホットエレクトロンの散乱を少なくするために数ｎｍ程度と非常に薄くしなければならず、必然的にシート抵抗が１００Ω／□以上と高くなるため、走査線とするには不向きであったからである。
【００１１】
一方、下部電極１１は、当初から膜厚３００ｎｍのアルミニウム膜で構成し、走査線ピッチは信号線ピッチの三倍程度と余裕があるため線幅を十分取ることで、シート抵抗を数１００ｍΩ／□に抑えることが容易であった。このため下部電極１１を走査線にすることは極く自然な選択であった。
【００１２】
ところがこの構成では、画面サイズの大型化に伴い顕著となる電圧降下を抑制することが困難であることが次第に明らかとなった。
【００１３】
ＦＥＤでは、所定の輝度を得るために要する、走査線電流Ｉｓは次式（１）で表せる。
Ｉｓ＝Ｊｅ×Ｓ／α　　…（１）
ただし、Ｊｅ：所定の輝度を得るためのアノード電流密度、Ｓ：表示画面の面積、α：エミッタ電流に占めるアノード電流の割合（電子放出効率とも呼ばれる）。
【００１４】
これにより、走査線の両端に生じる電圧降下量Ｖｄｒｏｐは以下の式（２）で表せる。
Ｖｄｒｏｐ＝１／２×Ｉｄ×Ｒｓ×（Ｌ／Ｗ）　　…（２）
ただし、Ｉｄ：駆動電流、Ｒｓ：走査線のシート抵抗、Ｌ：表示画面の長辺長、Ｗ：走査線の線幅。
【００１５】
ここで仮に解像度を一定に保ったまま、画面サイズを大きくしていくこと想定した場合、電圧降下量ＶｄｒｏｐはＲｓ×Ｓ／αに比例して増加することが判る。
【００１６】
これを抑制するには、
（１）電子放出係数をあげる。→上部電極１３の厚さを薄くすれば良いが、下限に限界があり比例縮小はできない。
（２）シート抵抗Ｒｓを下げる。→電極の厚さを増やすとともに、抵抗率を下げる。しかしながら下記（ａ）〜（ｃ）の理由により改善が期待できない。
【００１７】
（ａ）トンネル絶縁膜１２は陽極酸化アルミナにする必要から、他の材料への変更は不可である。
（ｂ）成膜条件の変更（例えば基板温度の高温化）によりアルミニウムの抵抗を下げることは可能であるが、膜表面の平滑性を悪くし、トンネル絶縁膜の信頼性を損なう。
（ｃ）膜厚を増やすとアルミニウム配線は熱処理工程でヒロックやボイドを発生しやすくなる。トンネル絶縁膜を壊さないためには、電極の表面平滑性を維持することが不可欠である。
【００１８】
以上の観点から、ＭＩＭ型電子源が４０インチクラスの大画面ディスプレイに対応するためには、シート抵抗をスケーリング可能な走査線を与えることが不可欠である。
【００１９】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、ホットエレクトロン型電子源を利用した画像表示装置において、走査線に生じる電圧降下量を許容範囲以下に抑えることにより、画面サイズを大きくしても輝度むらのない高品質な画像が得られる画像表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明者等はこの種のホットエレクトロン型電子源を利用した画像表示装置について種々実験検討したところ、ＭＩＭ型電子源における上部電極給電配線を走査線に、下部電極を信号線として、線順次駆動方式により画像表示する構成にすればよいこと、また、上部電極給電配線は、電圧降下量Ｖｄｒｏｐを許容範囲（例えば、０．５Ｖ以下）に収めるべく、膜厚、抵効率（材質）、成膜方法を変更し、シート抵抗を低減すればよいという知見を得た。
【００２１】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、下記に示す発明の実施の形態において本発明の特徴を説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記目的を達成する第１の発明は、基板上に下部電極と、絶縁薄膜からなる電子加速層と、上部電極とを順次積層した構造を有するホットエレクトロン型電子源であって、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子がマトリックス状に配列され、前記複数個の電子源素子のうち、行もしくは列方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、前記複数個の電子源素子のうち、列もしくは行方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する、前記第１の電極よりもシート抵抗が低い複数の第２の電極とを有する第１の基板（電子源基板）と、
枠部材ならびに支柱部材と、
蛍光体層を有する第２の基板（表示側基板）とを備え、かつ前記第１の基板、前記枠部材及び、前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気に保持される表示素子を備えた画像表示装置であって、
前記第１の電極を信号線、前記第２の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。
【００２３】
上記目的を達成する第２の発明は、上記ホットエレクトロン型電子源を構成する前記第２の電極が、前記第１の電極よりもシート抵抗の低い金属膜を含む上部電極給電配線上層と、前記上部電極に電気的接続を行う上部電極給電配線下層との積層膜で構成される多層配線構造体からなることを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成する第３の発明は、上記ホットエレクトロン型電子源を構成する前記第２の電極が、前記第１の電極よりもシート抵抗の低い金属膜からなり、しかもその端部が上部電極と電気的接続を行うために傾斜構造をしていることを特徴とする。
【００２５】
上記目的を達成する第４の発明は、上記下部電極をＡｌもしくは例えばＡｌ−Ｎｄの如きＡｌ合金、絶縁薄膜からなる電子加速層を前記下部電極の表層部を陽極酸化した絶縁薄膜、前記上部電極を例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕ等の貴金属、前記上部電極給電配線下層を例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗもしくはこれらの合金からなる高融点金属、上部電極給電配線上層を前記上部電極給電配線下層より膜厚の厚い例えばＡｌもしくはＡｌ合金、またはＡｌもしくはＡｌ合金より抵抗率の低いＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕもしくはこれらの合金で構成したことを特徴とする。
【００２６】
【実施例】
以下、図面にしたがい本発明の実施例を具体的に説明する。
＜実施例１＞
本発明の第１の実施例としてＭＩＭ型電子源の製法を示す図３〜図１２を用いて説明する。この製法によって最終的に得られるＭＩＭ型電子源の構造を後述する図１２に示すように、ここでは、上部電極１３が上部電極給電配線下層１５に電気的に接続し、この上部電極給電配線下層１５が下部電極１１よりも厚いアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる上部電極給電配線上層１６により裏打ちされている場合の製造方法を開示する。
【００２７】
まず、図３に示すようにガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。下部電極材料としてはＡｌやＡｌ合金を用いる。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。
【００２８】
成膜後は、ホトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりストライプ形状の下部電極１１を形成する。エッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液によるウェットエッチングを適用する。
【００２９】
次に、保護絶縁層１４、絶縁層１２の形成方法を図４、図５を用いて説明する。なお、図４（ａ）及び図５（ａ）は平面図、図４（ｂ）及び図５（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）及び図５（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００３０】
まず、図４に示すように下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜１９で覆い、その他の露出部分を選択的に厚く陽極酸化し、酸化膜からなる保護絶縁層１４とする。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。
【００３１】
つぎに図５に示すようにレジスト膜１９を除去し、電子放出部となる残りの下部電極１１の表面を薄く陽極酸化する。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。この薄い絶縁層１２が電子加速層（トンネル絶縁層）となる。
【００３２】
次に図６に示すように上部電極１３への給電配線となる電極膜（上部電極給電配線下層１５及び上部電極給電配線上層１６からなる積層膜）をスパッタリング法で成膜する。なお、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図６（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００３３】
ここでは積層膜となる上部電極給電配線下層１５の材料としてタングステン（Ｗ）を、上部電極給電配線上層１６の材料として下部電極１１と同じＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。
【００３４】
また、その膜厚は、上部電極給電配線下層１５は後で形成する上部電極１３が上部電極給電配線下層１５の段差で断線しないように数１０ｎｍ程度と薄くし、上部電極給電配線上層１６はシート抵抗を十分下げるために５ｕｍと厚くした（体裁上図面には厚さを薄くして描いた）。加えて成膜条件を変更し、基板温度を室温より高く設定することで、アルミニウムの粒成長を促し抵抗率を下げた。この場合、当然表面の平滑性は損なわれるが、ＭＩＭ型電子源の機能には何ら影響はない。
【００３５】
続いて、図７に示すようにホトリソグラフィリソグラフィ工程及びエッチング工程により上部電極給電配線上層１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。なお、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図７（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００３６】
この場合、エッチングには例えば、　燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用する。続いて上部電極給電配線下層１５を同じレジストパターンを流用してウェットエッチングにより加工する。Ｗのウェットエッチングにはアンモニアと過酸化水素の混合水溶液が適している。
【００３７】
上部電極給電配線（下層１５及び上層１６の積層膜）の分離が完了した後、図８に示すように、層間絶縁膜１７となる絶縁膜をスパッタにより全面に成膜する。ここではＳｉＯ_ｘを利用し、膜厚は３００ｎｍとした。なお、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図８（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。この層間絶縁膜１７は、後程上部電極を画素毎に分離させるとともに、真空容器にくみ上げた際に支柱にかかる大気圧から電子源を保護する役割がある。
【００３８】
図９において、後述する電子放出部１８を開けるために、ホトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とにより層間絶縁膜１７の一部を開口する（開口窓１８ａ）。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。なお、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図９（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００３９】
図１０において、層間絶縁膜１７をマスクとして、上述のＰＡＮ液を使用して上部電極給電配線上層１６を除去する。この時、ウェットエッチングに伴うサイドエッチングにより、“ひさし”状の出張りが層間絶縁膜１７に形成される。なお、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図１０（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００４０】
図１１において、ホトリソグラフィ工程とウェットエッチング工程とにより上部電極給電配線下層１５のＷ膜の一部を取り除き、トンネル絶縁膜１２を露出させる。Ｗのエッチングにはアンモニアと過酸化水素の混合水溶液が好適である。この時留意することは、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接点を確保するため、上部電極給電配線上層１６からはみ出すように上部電極給電配線下層１５を加工することである。露出したトンネル絶縁膜１２には、再度陽極酸化を施し、加工による損傷の修復を行う。なお、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図１１（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００４１】
図１２において、露出したトンネル絶縁膜１２を覆い、しかも上部電極給電配線下層１５の周縁部を覆うように上部電極１３を形成して電子源基板が完成する。
【００４２】
上部電極１３の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。成膜の際、上部電極１３は、前述の“ひさし”部で被覆不良を起こし、画素毎に分離される。これによりホトリソグラフィ等に起因する上部電極１３やトンネル絶縁膜１２への損傷を回避することができた。なお、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図１２（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００４３】
以上により、本実施例の電子源基板においては、積層された上部電極給電配線上層１５及び１６を走査線とし、下部電極１１を信号線とするものであり、走査線のシート抵抗値が１０ｍΩ／□と云う低い抵抗値のＭＩＭ型電子源基板を得ることができた。
【００４４】
本発明の画像表示装置に用いる第１の基板の一例が、この図１２に示した電子源基板に該当する。すなわち、第１の基板の第１の電極が下部電極１１に、そして第２の電極が積層された上部電極給電配線上層１５及び１６に該当する。
【００４５】
＜実施例２＞
本発明の第２の実施例としてＭＩＭ型電子源の製法を示す図１３〜１９図を用いて説明する。この製法によって最終的に得られるＭＩＭ型電子源の構造を後述する図１９に示すように、ここでは、上部電極１３が上部電極給電配線下層１５に電気的に接続し、この上部電極給電配線下層１５が下部電極１１よりも抵抗率の低い金属からなる上部電極給電配線上層１６により裏打ちされている場合の製造方法を開示する。
【００４６】
先ず実施例１の図３から図５に従いトンネル絶縁層１２までを形成する。次に図１３に示すごとく、上部電極給電配線下層１５と上部電極給電配線上層１６をこの順序でスパッタにより成膜する。なお、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図１３（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００４７】
上部電極給電配線上層１６の材料として、アルミニウムより抵抗率の小さい銅Ｃｕを５ｕｍ堆積する。上部電極給電配線下層１５の材料としては、下地となる絶縁層１４と上部電極給電配線上層１６であるＣｕ膜との密着性を確保する観点から、高融点金属、特にクロムＣｒが好ましい。Ｃｒの膜厚は実施例１のＷと同じ理由から数１０ｎｍ程度に設定する。
【００４８】
つづく図１４から図１９は、実施例１における図７から図１２と同じ手法を踏襲する。ただし、本実施例では上部電極給電配線下層１５が実施例１のＷからＣｒに、上部電極給電配線上層１６が実施例１のＡｌからＣｕに変わっているので、図１９のエッチング工程において対応するウェットエッチング液はそれぞれ、硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液および塩化第二鉄水溶液に変更する必要がある。
【００４９】
以上により、本実施例の電子源基板においては、積層された上部電極給電配線上層１５及び１６を走査線とし、下部電極１１を信号線とするものであり、走査線のシート抵抗値が５ｍΩ／□と云う低い抵抗値のＭＩＭ型電子源基板を得ることができた。
【００５０】
本発明の画像表示装置に用いる第１の基板の一例が、この図１９に示した電子源基板に該当する。すなわち、第１の基板の第１の電極が下部電極１１に、そして第２の電極が積層された上部電極給電配線上層１５及び１６に該当する。
【００５１】
＜実施例３＞
本発明の第３の実施例としてＭＩＭ型電子源の製法を示す図２０〜図２７を用いて説明する。この製法によって最終的に得られるＭＩＭ型電子源の構造を後述する図２７に示すように、ここでは、実施例２の構成を拡張し、上部電極給電配線下層１５を裏打ちする上部電極給電配線上層１６の形成をメッキにより厚付けする場合の製造方法を開示する。
【００５２】
図２０において、後の工程で上部電極給電配線上層１６をメッキで形成する際の下地種膜となる１６’にＣｕを、Ｃｕと下地との接着性を確保するため上部電極給電配線下層１５としてＣｒを、スパッタにより連続成膜した。上部電極給電配線下層１５の膜厚は実施例１におけるＷと同じく数１０ｎｍ程度に設定する。
【００５３】
上部電極給電配線上層をメッキで形成する際の下地種膜１６’の膜厚に関して特に制限はないが、メッキ処理に際して上部電極給電配線下層１５が溶出しないよう、被覆性を考慮して定める。なお、図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図２０（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００５４】
図２１はレジストパターン１９の形成工程を示しており、周知のリソグラフ技術により上記メッキ下地種膜１６’上に下部電極１１に直交するレジストパターン１９を形成する。
【００５５】
そして、図２２はメッキ下地種膜１６’及び上部電極給電配線下層１５のエッチング工程及びメッキ下地種膜１６’上へのメッキ工程を示している。すなわち、上記メッキ下地種膜１６’に下部電極１１に直交するレジストパターンを付与した後、このレジストパターン１９をマスクにしてメッキ下地種膜１６’及び上部電極給電配線下層１５の二重層を選択的にエッチング除去して配線パターンを形成した。その後、レジストパターンを除去し、メッキ下地種膜１６’の上に電気メッキもしくは無電解メッキによりＣｕを厚付けし、所望とする厚さ５ｕｍの上部電極給電配線上層１６を形成する。なお、図２１（ａ）及び図２２（ａ）は平面図、図２１（ｂ）及び図２２（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図２１（ｃ）及び図２２（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００５６】
図２３から図２４までは、層間絶縁膜１７及び実施例１における図８から図９と同じ手順に従う。すなわち、層間絶縁膜１７となるＳｉＯ_ｘをスパッタにより成膜し、後述する電子放出部１８を開けるために、ホトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とにより層間絶縁膜１７の一部を開口する（開口窓１８ａ）。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。なお、図２３（ａ）及び図２４（ａ）は平面図、図２３（ｂ）及び図２４（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図２３（ｃ）及び図２４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００５７】
図２５において、電子放出部１８の上部電極給電配線上層１６をウェットエッチングにより除去するが、この際上部電極給電配線上層のメッキ種膜１６’も同時に取り除かれ、上部電極給電配線下層１５が露出する。
【００５８】
図２６から図２７までは、実施例１における図１１から図１２と同様の手法により、上部電極給電配線下層１５を加工し、トンネル絶縁膜１２に再度陽極酸化を施した後、上部電極１３を成膜する。
【００５９】
図２６において、上部電極給電配線下層１５を加工（開口）するに際して、本実施例では実施例１のＷをＣｒに替えているので、エッチング液をＣｒ用の硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液に変更する必要があることは言うまでもない。
【００６０】
以上により、本実施例の電子源基板においては、積層された上部電極給電配線上層１５及び１６を走査線とし、下部電極１１を信号線とするものであり、走査線のシート抵抗値が５ｍΩ／□と云う低い抵抗値のＭＩＭ型電子源基板を得ることができた。
【００６１】
本発明の画像表示装置に用いる第１の基板の一例が、この図２７に示した電子源基板に該当する。すなわち、第１の基板の第１の電極が下部電極１１に、そして第２の電極が積層された上部電極給電配線上層１５及び１６に該当する。
【００６２】
＜実施例４＞
本発明の第４の実施例としてＭＩＭ型電子源の製法を示す図２８〜図３３を用いて説明する。ここでは、後述する図３３に示すように上部電極給電配線下層１５がなく、上部電極１３が上部電極給電配線１６”のテーパー状の端部と電気的に接続される場合の製造方法を開示する。
【００６３】
先ず実施例１の図３から図５に従いトンネル絶縁層１２までを形成する。次に図２８に示すごとく、上部電極給電配線１６”をスパッタにより成膜する。上部電極給電配線１６”としては、実施例１に示したＡｌもしくはＡｌ合金が好ましく、特にＮｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金が好適である。ここではスパッタ法によりＡｌ−Ｎｄ合金を５ｕｍ成膜した。この際、基板温度を室温より高く設定してＡｌ合金の粒径は大きくし、より抵抗率を下げた。なお、図２８（ａ）は平面図、図２８（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図２８（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００６４】
図２９において、ホトリソグラフィリソグラフィ工程、エッチング工程により上部電極給電配線１６”を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。ウェットエッチングには例えば、　燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用する。なお、図２９（ａ）は平面図、図２９（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図２９（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００６５】
図３０において、層間絶縁膜１７となる多層膜をスパッタにより成膜する。ここでは層間絶縁膜下層１７ａにＳｉＮ_ｘと、層間絶縁膜上層１７ｂにＳｉＯ_ｘを使用し、膜厚はそれぞれ３００ｎｍとした。この層間絶縁膜１７は、後程上部電極１３を画素毎に分離させるとともに、真空容器にくみ上げた際支柱にかかる圧力から電子源を保護する役割もある。なお、図３０（ａ）は平面図、図３０（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３０（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００６６】
図３１において、電子放出部１８を開けるために、ホトリソグラフィとドライエッチングにより層間絶縁膜の一部を開口する（開口窓１８ａ）。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。この時層間絶縁膜を構成する２つの膜は、異なる速さでエッチングされるため、層間絶縁膜下層１７ａがより大きなサイドエッチングを受け、この部分に実施例１と同様な“ひさし”が形成される。なお、図３１（ａ）は平面図、図３１（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３１（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００６７】
図３２において、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述のＰＡＮを使用して電子放出部１８の上部電極給電配線１６”を除去する。この際、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接続を図るため、剥離を伴いながらエッチングが進行するよう、レジストの硬化温度を通常より下げて密着力を落とした。これにより上部電極給電配線１６”の端部には、極めて緩やかなテーパー（テーパー角が５度以下）がついた。露出したトンネル絶縁膜１２には、再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。なお、図３２（ａ）は平面図、図３２（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３２（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００６８】
最後に図３３において、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。上部電極の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、上部電極１３は、前述の“ひさし”部で被覆不良を起こし、画素毎に分離される。これによりホトリソグラフィ等に起因する上部電極１３やトンネル絶縁膜１２への損傷を回避することができた。
【００６９】
以上により、本実施例の電子源基板においては、上部電極給電配線１６”を走査線とし、下部電極１１を信号線とするものであり、走査線のシート抵抗値が１０ｍΩ／□と云う低い抵抗値のＭＩＭ型電子源基板を得ることができた。
【００７０】
本発明の画像表示装置に用いる第１の基板の一例が、この図３３に示した電子源基板に該当する。すなわち、第１の基板の第１の電極が下部電極１１に、そして第２の電極が上部電極給電配線１６”に該当する。
【００７１】
＜実施例５＞
本発明の第５の実施例としてＭＩＭ型電子源の製法を示す図３４〜図３７を用いて説明する。ここでは、後述する図３７に示すように上部電極１３が上部電極給電配線下層１５に電気的に接続し、かつ上部電極給電配線下層１５が下部電極１１よりもシート抵抗の低い印刷材料（上部電極給電配線上層１６）によって裏打ちされている場合の製造方法を開示する。
【００７２】
先ず実施例１の図３から図５に従いトンネル絶縁層１２までを形成する。次に図３４に示すごとく、上部電極給電配線下層１５をスパッタにより成膜する。上部電極給電配線下層１５の材料としては、印刷材料の焼結工程で酸化を防止する観点から、貴金属もしくは高融点金属が好ましい。ここではＷを選択するが、膜厚は実施例１のＷと同じ理由から数１０ｎｍ程度に設定する。なお、図３４（ａ）は平面図、図３４（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００７３】
図３５において、スクリーン印刷法もしくはインクジェット法により、上部電極給電配線上層１６を印刷する。用いる材料は感光性あるいは非感光性のいずれでもかまわないが、できるだけ低温で焼結可能な材料が好ましい。ここでは銀ペーストを選択し、膜厚は１０ｕｍに設定する（体裁上図面には厚さを薄くして描いた）。印刷が完了したら所定の条件（４２０℃、大気中、１０分）で焼成を行う。なお、図３５（ａ）は平面図、図３５（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３５（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００７４】
図３６において、ホトリソグラフィとウェットエッチングにより上部電極給電配線下層１５のＷ膜の一部を取り除き、トンネル絶縁膜１２を露出させる。Ｗのエッチングにはアンモニアと過酸化水素の混合水溶液が好適である。この時留意することは、電子放出部１８において後から作られる上部電極１３との電気的な接点を確保するため、上部電極給電配線上層１６からはみ出すように上部電極給電配線下層１５を加工することである。露出したトンネル絶縁膜１２には、再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。なお、図３６（ａ）は平面図、図３６（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３６（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００７５】
最後に図３７において、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。電極の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、シャドーマスクを利用して、画素毎に電極を分離した。これによりホトリソグラフィ等に起因する上部電極やトンネル絶縁膜１２への損傷を回避することができた。
【００７６】
以上により、本実施例の電子源基板においては、上部電極給電配線下層１５及び上層１６を走査線とし、下部電極１１を信号線とするものであり、走査線のシート抵抗値が２ｍΩ／□と云う低い抵抗値のＭＩＭ型電子源基板を得ることができた。
【００７７】
本発明の画像表示装置に用いる第１の基板の一例が、この図３７に示した電子源基板に該当する。すなわち、第１の基板の第１の電極が下部電極１１に、そして第２の電極が上部電極給電配線下層１５及び上層１６に該当する。
【００７８】
＜実施例６＞
ここでは、実施例６のＭＩＭ型電子源基板を用いて、画像表示装置全体の製造方法を説明する。実施例１から６いずれのＭＩＭ型電子源基板を用いた場合でも後述の表示装置製造方法は同じである。
【００７９】
まず、実施例６の手法にしたがって基板１０上にＭＩＭ型電子源基板を作製する。説明のため、図３８に（３×３）ドットのＭＩＭ型電子源基板の例を示した。但し、実際は表示ドット数に対応した数のＭＩＭ型電子源マトリックスを形成する。図３８（ａ）が平面図、図３８（ｂ）がＡ−Ａ’断面図、図３８（ｃ）がＢ−Ｂ’断面図である。実施例１〜５では説明しなかったが、ＭＩＭ型電子源マトリックスを表示装置に使用する場合、下部電極１１、上部電極給電配線１６”の電極端部は回路接続のため電極面を露出しておかなければならない。
【００８０】
図３９により画像表示装置として上記電子源基板に対向して配置する表示側基板（面板と略称）の作製方法を説明する。なお、図３９（ａ）は平面図、図３９（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図３９（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００８１】
基板となる面板１１０には透光性のガラスなどを用いる。まず、画像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ックス１２０を形成する。ブラックマトリックス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，ブラックマトリックス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。
【００８２】
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３９に示したようなストライプ状にパターン化する。
【００８３】
同様にして、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を順次形成する。蛍光体としては、例えば赤色にＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色にＺｎＳ：Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いればよい。
【００８４】
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。
【００８５】
このようにして製作した表示側基板（面板）１１０と電子源基板１０とをスペーサ３０を介し、周囲の枠１１６をフリットガラス１１５を用いて封着し、画像表示装置の表示パネルを組み立てる。図４０に貼り合わせた表示パネルのＡ−Ａ’断面〔図４０（ａ）〕とＢ−Ｂ’断面〔図４０（ｂ）〕に相当する部分を示す。なお、表示パネルのＡ−Ａ’断面は図３８（ａ）及び図３９（ａ）と同じ方向の断面であり、Ｂ−Ｂ’断面は図３８（ｂ）及び図３９（ｂ）と同じ方向の断面を示している。
【００８６】
面板１１０−電子源基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。スペーサ３０は、例えば板状のガラス製またはセラミックス製を上部電極給電配線１６”上に配置する。この場合、スペーサが表示基板側のブラックマトリックス１２０の下に配置されるため、スペーサ３０は発光を阻害しない。
【００８７】
ここでは、説明のため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に発光するドット毎、すなわち、上部電極給電配線１６”の上に全てスペーサ３０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３０の枚数（密度）を減らし、大体１ｃｍおきに立てればよい。
【００８８】
また、本実施例では述べなかったが、支柱状のスペーサ、格子状のスペーサを使用する場合でも同様な手法によりパネル組み立てが可能である。
【００８９】
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、パネル内を高真空に維持する。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。このようにして、ＭＩＭ型電子源を用いた表示パネルが完成する。
【００９０】
このように本実施例では，面板１１０と電子源基板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１〜１０ＫＶ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。
【００９１】
図４１はこのようにして製作した画像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は信号線駆動回路４０へ結線し、上部電極給電配線１６”は走査線駆動回路５０に結線する。ｍ番目の上部電極給電配線１６”につながれた走査線駆動回路Ｓｍと、ｎ番目の下部電極１１につながれた信号線駆動回路Ｄｎの交点に位置する画素は、座標（ｍ，ｎ）で表される。メタルバック１１４には１〜１０ＫＶ程度の加速電圧（電源：高電圧発生回路）６０を常時印加する。
【００９２】
図４２は、各駆動回路における発生電圧波形の一例を示す。
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、蛍光体は発光しない。
【００９３】
時刻ｔ１において、上部電極給電配線１６”のうちＳ１だけにＶ１なる電圧をかけ、下部電配線１１のうちＤ２、Ｄ３には−Ｖ２なる電圧を印加する。交点（１，２）、（１，３）において下部電極１１と上部電極給電配線１６”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、これらのＭＩＭ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６０により加速された後、蛍光体に入射し、発光を起こす。
【００９４】
同様に時刻ｔ２において、上部電極給電配線１６”のＳ２にＶ１なる電圧を印加し、下部電極１１のＤ３に−Ｖ２なる電圧を印加すると、同様に交点（２，３）が点灯する。
【００９５】
このようにして、上部電極給電配線１６”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。
【００９６】
時刻ｔ＝ｔ５において、トンネル絶縁膜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を行う。すなわち、上部電極給電配線１６”の全てに−Ｖ３を加え、同時に全下部電極１１に０Ｖを印加する。
【００９７】
以上により、走査線に生じる電圧降下量を許容値以下に抑えたＭＩＭ型ＦＥＤを作ることができた。
【００９８】
ここに挙げた電圧降下量の許容値は、一義的に定まるものではなく、種々の条件により変わりうるものであることを指摘しておく。
【００９９】
例えば、輝度ムラの評価基準は人間の知覚を考慮した上で決めなければならない。また、電圧降下量をあらかじめ駆動回路側で補正したうえで、駆動することも十分可能である。許容される値は大きくなる余地は十分にあり、その分シート抵抗を下げなくても良い場合がありうる。その時には、製造を容易にし歩留まりを確保する観点から、上部電極給電配線１６”の膜厚を薄く設定すべきであり、上述の議論は一般性を失うことはない。
【０１００】
また、ここで開示がなかった他の電子源、例えばＭＩＳ型あるいは弾道伝導（ＢＳＤ）型など、放出効率が１０％より小さなホットエレクトロン型電子源についても、上述の議論をそのまま当てはめることができる。すなわち、マトリックスを構成する２本の配線のうち、シート抵抗が低く、シート抵抗を下げやすい配線を走査線に定めることは極めて有効である。
【０１０１】
【発明の効果】
以上の実施例で具体的に示したとおり、走査線を上部電極給電配線に選ぶことにより、材質・膜厚・成膜条件に制約が事実上なくなる。その結果、走査線のシート抵抗を、１０ｍΩ／□から数ｍΩ／□に下げることが可能となった。
【０１０２】
これにより、ＭＩＭ型電子源を利用して４０インチの大画面ＦＥＤを構成しても、走査線に生じる電圧降下量を許容範囲以下に抑えることができ、輝度むらのない高品質な画像を得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＩＭ型電子源の構造を示す図である。
【図２】ＭＩＭ型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図４】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図５】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図６】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図７】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図８】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図９】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１０】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１１】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１２】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１３】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１４】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１５】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１６】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１７】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１８】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図１９】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２０】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２１】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２２】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２３】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２４】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２５】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２６】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２７】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２８】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図２９】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３０】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３１】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３２】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３３】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３４】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３５】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３６】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３７】本発明のＭＩＭ型電子源の製法を示す図である。
【図３８】本発明のＭＩＭ型電子源を用いた表示装置の製法を示す図である。
【図３９】本発明のＭＩＭ型電子源を用いた表示装置の製法を示す図である。
【図４０】本発明のＭＩＭ型電子源を用いた表示装置の製法を示す図である。
【図４１】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４２】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…トンネル絶縁層、
１３…上部電極、
１４…保護絶縁層、
１５…上部電極給電配線下層、
１６、１６’…上部電極給電配線上層、
１６”…上部電極給電配線、
１７…層間絶縁膜、
１７ａ…層間絶縁膜下層、
１７ｂ…層間絶縁膜上層、
１８…電子放出部、
１８ａ…開口窓、
１９…レジスト、
２０…真空、
３０…スペーサ、
４０…信号線駆動回路、
５０…走査線駆動回路、
６０…高電圧発生回路、
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…枠ガラス。

Claims (6)

1. 基板上に下部電極と、電子加速層と、上部電極とを順次積層した構造を有する電子源であって、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子がマトリックス状に配列され、前記複数個の電子源素子のうち、行もしくは列方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、前記複数個の電子源素子のうち、列もしくは行方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する、複数の第２の電極とを有する第１の基板と、
   部材と、
   蛍光体層を有する第２の基板とを備え、かつ前記第１の基板、前記枠部材及び、前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気に保持される表示素子を備えた画像表示装置であって、
   前記第１の電極を信号線、前記第２の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画像表示装置。
2. 上記電子源を構成する前記第２の電極が、前記第１の電極よりもシート抵抗の低い金属膜を含む上部電極給電配線上層と、前記上部電極に電気的接続を行う上部電極給電配線下層との積層膜で構成される多層配線構造体からなることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 上記電子源を構成する前記第２の電極が、前記第１の電極よりもシート抵抗の低い金属膜からなり、しかもその端部が上部電極と電気的接続を行うために傾斜構造をしていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 上記下部電極をＡｌもしくはＡｌ合金、絶縁薄膜からなる電子加速層を前記下部電極の表層部を陽極酸化した絶縁薄膜、前記上部電極を貴金属、前記上部電極給電配線下層を高融点金属、上部電極給電配線上層を前記上部電極給電配線下層より膜厚の厚いＡｌもしくはＡｌ合金、またはＡｌもしくはＡｌ合金より抵抗率の低いＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕもしくはこれらの合金で構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像表示装置。
5. 上記上部電極を構成する貴金属をＩｒ、ＰｔもしくはＡｕとし、上記上部電極給電配線下層を構成する高融点金属をＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗもしくはこれらの合金とすることを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 基板上に下部電極と、絶縁薄膜からなる電子加速層と、上部電極とを順次積層した構造を有する電子源であって、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子がマトリックス状に配列され、前記複数個の電子源素子のうち、行もしくは列方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、前記複数個の電子源素子のうち、列もしくは行方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する、複数の第２の電極とを有する第１の基板と、
   部材と、
   蛍光体層を有する第２の基板とを備え、かつ前記第１の基板、前記枠部材及び、前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気に保持される表示素子を備えた画像表示装置であって、
   前記第１の電極を信号線、前記第２の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画像表示装置。

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