JP2007005049A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査線ごとに上部電極を選択的にレーザアブレーションで分離する。
【解決手段】 レーザ波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザ第３高調波を用いる。層間絶縁層１５膜厚を１００ｎｍ、フィールド絶縁層１４膜厚を１４０ｎｍとすることで、分光反射スペクトルに波長３５５ｎｍ付近に極小値を持たせレーザ光２０を上部電極１３側から基板１０に向けて照射する。照射レーザ光２０の一部は上部電極１３で反射するが、大部分はフィールド絶縁層１４と層間絶縁層１５を通過し、下部電極１１で反射する。これら２つの反射波の干渉で反射スペクトルに極小値が現れる。この時レーザ光は主として上部電極１３／層間絶縁膜１５の界面付近で吸収され、当該上部電極１３がアブレーション（溶融蒸発）し、この部分で上部電極１３が分離され下地となる層間絶縁膜１５、フィールド絶縁膜１４、下部電極１１に損傷を与えるずに選択的に上部電極１３を切断することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像表示装置にかかり、特に薄膜型電子源アレイを用いた自発光型のフラット・パネル・ディスプレイとも称する画像表示装置とその製造方法に好適なものである。

微少で集積可能な薄膜電子源とも称する電子放出型電子源を利用する画像表示装置（フィールド・エミッション・ディスプレイ:ＦＥＤ）が開発されている。この種の画像表示装置の電子源は、電子放出型電子源とホットエレクトロン型電子源とに分類される。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。

ＭＩＭ型について、例えば特許文献１に、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（ＭＩＳ）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）、表面伝導(ＳＥＤ)型（非特許文献５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、例えば特許文献２にも開示されている。ＭＩＭ型電子源の構造と動作は以下のとおりである。すなわち、上部電極と下部電極との間に絶縁層を介在させた構造を有し、上部電極と下部電極との間に電圧を印加することで、下部電極中のフェルミ準位近傍の電子が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、上部電極の仕事関数φ以上のエネルギーをもって上部電極表面に達したものが真空中に放出される。

なお、後述するように、本発明では、走査線（電子源の上部電極）の分離にレーザ光を用いるが、この種の画像表示装置の製造にレーザ光を用いた従来例としては、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６を挙げることができる。
特開平７−６５７１０号公報 特開平１０−１５３９７９号公報 特開２００３−１６９２３号公報 特開２０００−１３３１１９号公報 特開２０００−８２３９１号公報 ｊ.Ｖａｃ.Ｓｃｉ.Ｔｅｃｈｏｎｏｌ.Ｂ１１(２)ｐ.４２９−４３２(１９９３) ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ、ｊ. Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、ｖｏｌ．３６、ｐｐ.９３９ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理 第６３巻、第６号、５９２頁 応用物理 第６６巻、第５号、４３７頁 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＳＩＤ‘９７、 ｐ３４５

この種の画像表示装置では、走査線となる上部電極を走査線ごとに分離するために、表示領域を覆って上部電極となる金属膜をスパッタ等の蒸着で全面成膜する際に、所謂セルフアライメント（自己整合）により自動的に分離する方法がある。このセルフアライメントによる走査線ごとへの分離は、走査線バス電極にオーバーハング構造を作り込むことにより全面成膜する上部電極が、隣接する走査線間で自動的に分離されるようにしたものである。

しかし、セルフアライメントによる分離には、所謂ホトリソ工程を３回必要とし、製造コスト低減の阻害要因となっている。また、このセルフアライメントによる分離が表示領域の全域で完全に分離されない場合もあり、これを修復するためには、そのための工程をさらに要していた。

本発明の目的は、上記したセルフアライメント手法に代えた走査線ごとへの上部電極の分離を行う。また、従来のセルフアライメントによる分離法においても、走査線ごとへの分離が完全でない場合にもこれを修復して走査線ごとへの分離を確実にした画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、多数の電子源を表示領域内にマトリクス状に配置した陰極基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置された蛍光体層と陽極を有する蛍光体基板と、前記表示領域を周回して前記陰極基板と前記蛍光体基板との間に介在して両基板を貼り合せる封止枠とで真空容器を構成してなる画像表示装置であって、
前記陰極基板に平行配置した多数の信号線を有し、
前記信号線と交差する方向に平行配置した多数の走査線を有し、
前記電子源が真空に接した電子を放出する電子放出電極を有し、
かつ当該電子放出電極が局所的に結晶化と凝集を起こした高抵抗領域を有することで、独立な複数電極に分けることを特徴とする。

本発明により、セルフアライメント手法に要するホトリソ工程が削減でき、低コストで走査線の確実な分離が可能となる。また、セルフアライメント手法で生じた分離不良を本発明のレーザアブレーションで修復することもできる。

以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では本発明の実施例をＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）型カソードを例として説明するが、他の薄膜型カソードについても同様に適用できるものである。

図１は、本発明の画素表示装置の実施例１を説明する陰極基板に有する電子源の説明図であり、図１（ａ）は１カラー画素の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａ’線に沿った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ―Ｂ’線に沿った断面図である。陰極基板は、ガラスを好適とする陰極基板１０の内面に電子源の下部電極１１としてのアルミニウム又はアルミニウムとネオジムの合金（Ａｌ-Ｎｄ）からなる信号線が形成される。ここでは、Ａｌ-Ｎｄを用いた。この下部電極１１の表面を陽極酸化して電子源の部分にはトンネル絶縁層１２を、その他の下部電極１１上には同じく陽極酸化によりフィールド絶縁層１４が形成される。

また、走査線２１で給電される上部電極１３を絶縁層（フィールド絶縁層１４と層間絶縁層１５）を介して交差（通常は直交）配置し、交差部に電子源をマトリクス的に配置する。層間絶縁層１５は窒化シリコン（ＳiＮ）が用いられる。この電子源は、下部電極１１とこの下部電極１１の表面を陽極酸化して形成した電子加速層であるトンネル絶縁層１２と上部電極１３の積層で構成される。

走査線２１と層間絶縁層１５およびトンネル絶縁層１２を含む基板１０の全面を覆って、イリジウム、白金、金の積層薄膜を用いて、電子源の上部電極１３を形成する。上部電極１３は隣接する走査線となる上部電極１３’と共通の薄膜として全面成膜される。

そして、上部電極１３と上部電極１３’の間を走査線バス配線２１に平行な方向でレーザ光２０を照射して分離する。図１（ｃ）は上部電極１３と上部電極１３’が分離された状態を示す。これにより、図１（ａ）に示したように、上部電極１３は、これと隣接する同図上側の上部電極１３’と分離される。実施例１では、この走査線２１の形成にホトリソ工程は１回でよい。

図２は、信号線上の上部電極の分離を説明する模式図である。また、図３は、信号線のない部分の上部電極の分離を説明する模式図である。信号線が位置する部分を示す図２において、陰極基板１０上に信号線（下部電極１１）が形成され、その上にフィールド絶縁層１４、層間絶縁層（ＳiＮ）１５を介して上部電極１３が成膜されている。

レーザは、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザの第３高調波を用いる。層間絶縁層１５の膜厚を１００ｎｍ、フィールド絶縁層１４の膜厚を１４０ｎｍとすることで、分光反射スペクトルに波長３５５ｎｍ付近に極小値を持たせる。このレーザ光２０を上部電極１３側から基板１０に向けて照射する。照射されたレーザ光２０の一部は上部電極１３で反射するが、大部分はフィールド絶縁層１４と層間絶縁層１５を通過し、下部電極１１で反射する。これら２つの反射波の干渉により、反射スペクトルに極小値が現れる。この時レーザ光は、主として上部電極１３／層間絶縁膜１５の界面付近で吸収され、当該上部電極１３が溶融・再結晶化し、この部分で上部電極１３が分離される。

このように干渉現象を利用することで、下地となる層間絶縁膜１５、フィールド絶縁膜１４、下部電極１１になんら損傷を与えることなく、選択的に上部電極１３を切断することができる。

信号線が存在しない部分を示す図３において、陰極基板１０上には層間絶縁層（ＳiＮ）１５と、この上層に上部電極１３が成膜されている。図２と同様に、レーザ光２０は上部電極１３側から基板１０に向けて照射される。照射されたレーザ光２０の一部は上部電極１３と層間絶縁層１５で反射するが、大部分は層間絶縁層１５、基板１０を透過する。この時レーザ光が上部電極１３で吸収され、溶融・再結晶化が起き、この部分で上部電極１３が分離される。

図２と図３のレーザ光照射は、図１に符号２２で示した分離部分の延在方向に沿って連続して行われる。これにより、各走査線に接続する多数の電子源は当該走査線ごとに確実に分離される。

図７Ａは、図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ照射を行った領域の平面のＳＥＭ写真である。また、図７Ｂは、図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ照射を行った領域の断面のＳＥＭ写真である。そして、図７Ｃは、図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ非照射領域の断面のＳＥＭ写真である。これらの平面ＳＥＭ写真によると、レーザ照射領域では、非照射領域に比べて表面粗さが増加した様子が見られる。断面ＳＥＭでよく見ると、照射領域では上部電極が凝集を起こし、結晶粒が離散的に存在していることがわかる。当然ながら、非照射領域では上部電極は連続膜状態にあることが確認できる。

ここでレーザ照射領域(断面ＳＥＭ写真の視野に限っても可)の幅をＬ、幅Ｌに沿った領域内の平均粒子径をＲａｖ、同じく幅Ｌに沿った領域内に含まれる結晶粒子の平均個数をＮａｖとすれば、
Ｌ＞２×Ｎａｖ×Ｒａｖ
の関係が成り立つことは自明である。

図８は、上記手法により上部電極を分離させた１７型ＶＧＡパネルの抵抗測定結果を示す図である。ここでは信号線(640 x 3)を全て短絡・接地した状態で、選択した走査線と信号線，及び隣接走査線間(全長約400mmの配線間)の抵抗を測定した。測定の結果、レーザ照射により走査線間の抵抗は10MΩ以上に達し、同時に信号線との抵抗にも何ら影響が見られていない。このことは、本手法が層間絶縁膜に何ら影響を与えることなく、上部電極のみを選択的に加工できていることを示している。

図４は、本発明の画素表示装置の実施例２を説明する陰極基板に有する電子源の説明図であり、図２（ａ）は１カラー画素の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ―Ａ’線に沿った断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ―Ｂ’線に沿った断面図である。陰極基板の構成は図１と略同様であるが、この実施例２では、前記したセルフアライメントで、上部電極１３と隣接する上部電極１３’とを分離した場合に生じる不良の修復に本発明を適用したものである。

走査線下層１６は当該走査線の片側で走査線中間層１７から後退させて当該走査線バス配線中間層１７に庇を形成することで、走査線バス配線２１の上層に成膜される上部電極１３をこの庇で自動的に分離する。この製造では、走査線上層１８と走査線中間層１７および走査線下層１６の３回でホトリソ工程が必要である。

こうして成膜した上部電極１３が、隣接する走査線に接続する電子源の上部電極１３’と完全に分離されない部分Ｃがあっても、実施例１と同じようにレーザ光を照射して分離部分２２を形成することで、上部電極１３’を確実に上部電極１３から分離することができる。

図５は、本発明の画像表示装置を構成する陰極基板の平面図である。図１では、電子源をトンネル絶縁層１２で示した。電子源をマトリクス配置した領域を表示領域ＡＲで示す。図５中、符号５０Ａは信号線駆動回路チップ、６０Ａは走査線駆動回路チップを示し、それぞれ複数個で信号線駆動回路、走査線駆動回路を構成する。なお、符号ＡＭは蛍光体基板との位置合わせマーク（アライメントマーク）であるが、このアライメントマーク以外にも製造プロセスで用いる各種の位置合わせマーク（ターゲットパターンとも称する）やプロセス管理用のコードなども含まれる。この陰極基板１０は、封止枠（枠ガラス）ＭＦＬを介在して図示しない蛍光体基板と貼り合わされる。封止枠ＭＦＬは表示領域ＡＲの周りを周回して設置される。前記した上部電極１３の分離部分２２は図５に示した上部電極１３に沿って形成される。

図６は、本発明の画像表示装置の全体構成例の説明図であり、ＭＩＭ型薄膜電子源を用いた画像表示装置を例とした模式平面図である。なお、図６では、主として電子源を有する一方のガラス基板（陰極基板）１０の平面を示すが、一部に蛍光体を形成した他方のガラス基板（蛍光体基板、表示側基板、カラーフィルタ基板）は、その内面に有するブラックマトリクス１２０と蛍光体１１１，１１２，１１３のみを部分的に示し、基板自体は図示していない。

陰極基板１０には、信号線駆動回路５０に接続する信号線（データ線、信号電極配線）を構成する下部電極１１、走査線駆動回路６０に接続して信号線と直交配置された走査線バス配線（３層構造の走査線バス配線）２１、フィールド絶縁膜１４、その他の後述する機能膜等が形成されている。なお、陰極（電子放出部、電子源）は、走査線に接続してトンネル絶縁層を介して下部電極１１に積層する上部電極１３で形成され、トンネル絶縁層１２の部分から電子が放出される。

一方、表示側基板１１０の内面には、表示画像のコントラストを上げるための遮光層すなわちブラックマトリクス１２０と、赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、青色蛍光体１１３とからなる蛍光体層および陽極（図示せず）が形成されている。蛍光体としては、例えば、赤色にＹ₂Ｏ₂Ｓ:Ｅｕ(Ｐ２２−Ｒ)、緑色にＺｎＳ:Ｃｕ、Ａｌ(Ｐ２２−Ｇ)、青色にＺｎＳ:Ａｇ、Ｃｌ(Ｐ２２−Ｂ)を用いることができる。陰極基板１０と蛍光体基板１１０とはガラス板又はセラミックス板からなるスペーサ３０を介在させて所定の間隔で保持され、表示領域の外周に封止枠（図示せず）を介在させて内部が真空封止される。

スペーサ３０は、陰極基板１０の走査線２１の上部に配置し、蛍光面基板１１０のブラックマトリクス１２０の下に隠れるように配置する。信号線である下部電極１１は信号線駆動回路５０へ接続し、上部電極を上層に有する走査線バス配線２１は走査線駆動回路６０に接続する。

本発明の画素表示装置の実施例１を説明する陰極基板に有する電子源の説明図である。 信号線上の上部電極の分離を説明する模式図である。 信号線のない部分の上部電極の分離を説明する模式図である。 本発明の画素表示装置の実施例２を説明する陰極基板に有する電子源の説明図である。 本発明の画像表示装置を構成する陰極基板の平面図である。 本発明の画像表示装置の全体構成例の説明図である。 図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ照射を行った領域の平面のＳＥＭ写真である。 図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ照射を行った領域の断面のＳＥＭ写真である。 図２に記した信号線上の上部電極におけるレーザ非照射領域の断面のＳＥＭ写真である。 本発明により上部電極を分離させた１７型ＶＧＡパネルの抵抗測定結果を示す図である。

符号の説明

１０・・・陰極基板、１１・・・下部電極、１２・・・トンネル絶縁層、１３・・・上部電極、１４・・・フィールド絶縁膜（保護絶縁膜）、１５・・・層間絶縁層、２１・・走査線、２０・・・レーザ光、３０・・・スペーサ、５０・・・信号線駆動回路、６０・・・走査線駆動回路、１１１・・・赤色蛍光、１１２・・・緑色蛍光体、１１３・・・青色蛍光体、１２０・・・ブラックマトリクス、ＡＲ・・・表示領域。

Claims (6)

1. 多数の電子源を表示領域内にマトリクス状に配置した陰極基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置された蛍光体層と陽極を有する蛍光体基板と、前記表示領域を周回して前記陰極基板と前記蛍光体基板との間に介在して両基板を貼り合せる封止枠とで真空容器を構成してなる画像表示装置であって、
   前記陰極基板に平行配置した多数の信号線を有し、
   前記信号線と交差する方向に平行配置した多数の走査線を有し、
   前記電子源が真空に接した電子を放出する電子放出電極を有し、
   かつ当該電子放出電極が局所的に粒成長と凝集を起こした高抵抗領域を有することで、独立な複数電極に分かれていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記電子放出電極において、高抵抗領域の幅をＬ、幅Ｌに沿った該領域内の平均粒子径をＲａｖ、同じく幅Ｌに沿った該領域内に含まれる結晶粒子の平均個数をＮａｖとしたとき、
   Ｌ＞２×Ｎａｖ×Ｒａｖ
   の関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記電子放出電極が、単層もしくは２層以上の積層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記電子源が、ＭＩＭ、ＭＩＳ、ＢＳＤ、ＨＥＥＤ若しくはＳＥＤ型であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の画像表示装置。
5. 前記電子放出電極が、下からイリジウム、白金、金の積層薄膜であることを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 多数の電子源を表示領域内にマトリクス状に配置した陰極基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置された蛍光体層と陽極を有する蛍光体基板と、前記表示領域を周回して前記陰極基板と前記蛍光体基板との間に介在して両基板を貼り合せる封止枠とで真空容器を構成してなる画像表示装置の製造方法であって、
   前記陰極基板に平行配置した多数の信号線を形成し、
   前記信号線と交差する方向に平行配置した多数の走査線を形成し、
   前記電子源が真空に接した電子を放出する電子放出電極を有し、
   かつ当該電子放出電極が局所加熱により粒成長と凝集を起こして高抵抗化し、独立な複数電極に分けられていることを特徴とする画像表示装置の製造方法。