JP2004234860A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来は上部バス電極と層間膜を個別にエッチングしており、ホトエッチング工程が多く、パターニング合わせ精度も高かった。
【解決手段】薄膜型電子源の上部バス電極と層間膜の端面が連続するように加工し、上部バス電極と層間膜を一括エッチングすることにより、ホトエッチング工程を削減し、低コスト化した薄膜型電子源を用いた画像表示装置を実現する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発光型フラットパネルディスプレイに係り、特に、薄膜型電子源アレイを用いた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を利用するディスプレイは、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼称される。冷陰極には、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−金属型等の薄膜型電子源がある。
【特許文献１】
特開平７−６５７１０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５３９７９号公報
【非特許文献１】
Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｏｎｏｌ． Ｂ１１ （２） ｐ．４２９−４３２ （１９９３）
【非特許文献２】
ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．、ｖｏｌ ３６ 、ｐＬ９３９
【非特許文献３】
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理 第６３巻、第６号、５９２頁
【非特許文献４】
応用物理 第６６巻、第５号、４３７頁
ＭＩＭ型については例えば特許文献１、金属―絶縁体―半導体型についてはＭＯＳ型（非特許文献１）、金属―絶縁体―半導体−金属型ではＨＥＥＤ型（非特許文献２などに記載）、ＥＬ型（非特許文献３などに記載）、ポーラスシリコン型（非特許文献４などに記載）などが報告されている。
【０００３】
ＭＩＭ型電子源については、例えば特許文献２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_ｄ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上部電極１３表面に達したものが真空２０中に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像表示装置などに適用する薄膜型電子源アレイは、低コスト化を実現するため、簡易な構造とプロセスで製造できることが望ましい。従来の薄膜型電子源は上部電極への給電線となる上部バス電極と、下部電極と上部電極間の絶縁を担う層間膜をそれぞれ個別にエッチングしていたため、ホトエッチング工程が多くなり、より高精度のパターニングが必要であった。低コスト化には、薄膜型電子源を加工する工数を少なくしてプロセスコストを削減し、パターニング精度も緩めて安価な製造装置で製造することが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、薄膜型電子源の上部バス電極と層間膜の端面が連続するように加工することで実現することができる。具体的には上部バス電極と層間膜を一括エッチングし、膜厚が連続的に減少するようにテーパー加工するとよい。特に上部バス電極にシリサイドを用い、層間膜に絶縁性のＳｉ化合物を用いると容易に形成することができる。
【０００６】
【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３〜８で説明する。
【０００７】
はじめ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。下部電極１１の材料としては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）。
【０００８】
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。陽極酸化後、レジストを剥離する。
【０００９】
次に層間膜１５と、上部電極１３への給電線となる上部バス電極１６を例えばスパッタリング法等で成膜する。層間膜１５としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜などを用いることができる。ここでは、シリコン窒化膜を用い膜厚は３００ｎｍとした。この層間膜１５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１６間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極１６の材料としては、ＭｏやＷ、Ｎｂなどのシリサイドを用いる。ここではＭｏＳｉ_２を用いた。（図５）。
【００１０】
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極１６と層間膜１５を一括エッチングする。上部バス電極１６と層間膜１５は電子放出部に向かってテーパー状に膜厚が減少するように加工する。加工は例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。テーパー加工はエッチングガスに酸素を添加し、レジストが後退するようにして行うことができる。（図６）。
【００１１】
次に絶縁層１２を陽極酸化し、電子加速層を形成する。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７）。
【００１２】
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例えば６ ｎｍとした。本実施例では、シャドウマスクを用い上部電極１３を分離した。（図８）。
【００１３】
このように、本発明の構造では、上部バス電極１６と、層間膜１５を一括で加工することにより、ホトエッチング工程が少なくなりプロセスコストが削減できる。さらにパターニング回数が減ることによりパターニング精度が緩くなるので、合わせ精度の低い低価格のパターニング装置を使用することができ、低コストで薄膜型電子源を製造することができる。
（第２の実施例）
上記目的を実現する本発明の第２の実施の形態をＭＩＭ電子源を例に図９〜１３、図１で説明する。
【００１４】
はじめに実施例１の図３〜４と同一の手順に従い、下部電極、保護絶縁層を形成する。
【００１５】
次に層間膜１５と、上部電極１３への給電線となる積層上部バス電極を形成する。積層上部電極は主に上部電極との接続を担う上部バス電極下層１７と、主に給電を担う上部バス電極１６で形成する。層間膜１５としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜などを用いることができる。ここでは、シリコン窒化膜を用い膜厚は３００ｎｍとした。この層間膜１５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１６間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極下層１７の材料としては、ＭｏやＷ、Ｎｂなどのシリサイドを用いる。ここではＭｏＳｉ_２を用いた。上部バス電極１６としてはＡｌやＣｕなどを用いることができる。ここではＡｌ−Ｎｄ合金を用いた（図９）。
【００１６】
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極１６を加工する（図１０）。
【００１７】
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極下層１７と層間膜１５を一括エッチングする。上部バス電極下層１７と層間膜１５は電子放出部に向かって膜厚が減少するようにテーパー加工する。一方、電子放出部と反対側では、上部バス電極１６をマスクにし、上部バス電極下層１７と層間膜１５が窪むように加工し、庇構造を形成する。加工は例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。電子放出部側のテーパー加工はエッチングガスに酸素を添加し、レジストが後退するようにして行うことができる。（図１１）。
【００１８】
次に絶縁層１２を陽極酸化し、電子加速層を形成する。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１２）。
【００１９】
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例えば６ ｎｍとした。本実施例では、上部バス電極１６の庇構造を用い、上部電極１３を分離した。（図１３）。
【００２０】
図１に作成した素子の断面構造を示す。本発明の構造では、上部バス電極下層１７と、層間膜１５の端面が連続するように一括加工することにより、ホトエッチング工程が少なくなり、プロセスを低コスト化できる。また、パターニング回数の低減により設計裕度が大きくなり、合わせ精度の低い安価な製造装置でも作成することができ、低コストの画像表示装置を実現できる。
【００２１】
図１４は本発明の薄膜型電子源を用いたディスプレイの一部を示したものである。
表示側基板はコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３とからなる。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，Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いる。
【００２２】
スペーサ３０は、陰極基板のスペーサ電極１８上に配置し、蛍光面基板のブラックマトリクス１２０の下に隠れるように配置する。下部電極１１は信号線回路５０へ結線し，上部バス電極１６は走査線回路６０に結線する。上部バス電極１６と平行に形成したスペーサ電極１８は通常接地しておく。このようにして画像表示装置を実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、上部バス電極と層間膜を一括エッチングできる薄膜型電子源を用いることにより、ホトエッチング工程を削減した簡略なプロセスと、設計裕度の増大による安価な製造装置の適用によって、低コストの画像表示装置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】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【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を用いた表示装置を示す図である。
【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・・・層間膜、１６・・・上部バス電極、１７・・・上部バス電極下層、１８・・・スペーサ電極、２０・・・真空、２５・・・レジスト膜、３０・・・スペーサ、５０・・・下部電極駆動回路、６０・・・上部電極駆動回路、１１１・・・赤色蛍光体、１１２・・・緑色蛍光体、１１３・・・青色蛍光体、１２０・・・ブラックマトリクス。

Claims (8)

1. 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アレイと、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、上記上部電極への給電線となる上部バス電極と、上記下部電極と該上部バス電極の間に層間膜を有しており、上記上部バス電極と該層間膜の端面が連続していることを特徴とする薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置。
2. 上記層間膜と上部バス電極は一括エッチングで加工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。
3. 上記層間膜と上部バス電極の電子放出部側の端面は膜厚が徐々に減少するようにテーパー加工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。
4. 上記上部バス電極はシリサイドであり、層間膜は絶縁性のＳｉ化合物であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
5. 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アレイと、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、上記上部電極への給電線となる積層上部バス電極と、上記下部電極と該上部バス電極の間に層間膜を有しており、上記積層上部バス電極の電子放出部側では上記上部バス電極下層と層間膜の端面が連続しており、上記積層上部バス電極の電子放出部と反対側では、積層膜の庇構造で上記上部電極が分離されていることを特徴とする薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置。
6. 上記層間膜と上部バス電極下層は一括エッチングで加工されていることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
7. 上記層間膜と上部バス電極下層の電子放出部側の端面は膜厚が徐々に減少するようにテーパー加工されていることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
8. 上記上部バス電極下層はシリサイドであり、層間膜は絶縁性のＳｉ化合物であることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。

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