JP2007122963A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出電極を各走査線毎に簡便に分割した画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示領域全面に電子放出電極の上電極用導電層１３Ｐを成膜し、隣接する走査電極２１ｎと２１n＋１の間に電圧を印加して電流を流し、ジュール熱で隣接する走査電極２１ｎと２１n＋１の間の電子放出電極を溶断して分離する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、画像表示装置にかかり、特に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に好適なものである。

微少で集積可能な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、電界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などがある。

ＭＩＭ型については、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３などに、金属―絶縁体―半導体型についてはＭＯＳ型が非特許文献１に、金属―絶縁体―半導体−金属型ではＨＥＥＤ型が非特許文献２などに、ＥＬ型は非特許文献３などに、ポーラスシリコン型については非特許文献４などに記載がある。

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（トンネル絶縁層）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、電子加速層であるトンネル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。
特開平７−６５７１０号公報 特開平１０−１５３９７９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

このような電子源を複数の行（例えば水平方向）と複数の列（例えば垂直方向）に並べてマトリクスを形成し、各電子源対応に配列した多数の蛍光体を真空中に配置して画像表示装置を構成することができる。このような電子源では、電子源に表面汚染があると電子が放出し難くなるため、電子放出電極の加工にホトリソグラフィー工程（単にホト工程とも言う）等を用いるのは好ましくない。

そのため、特許文献３に記載されたように、配線や絶縁膜の段差を利用した自己整合分離で電子放出電極を加工することが行われているが、段差を形成するためのプロセスが必要であり、製造工程全体の工数が多くなる。その結果、低コストで画像表示装置を提供することが困難となる。製造工数の増大を回避するには、ホト工程や段差構造の作り込みを行わずに簡単に電子放出電極を分離できる手法を開発する必要がある。

本発明の目的は、電子放出電極を新たな手法で加工した電子源を備えた画像表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、電子放出部を１本の走査配線の内に幅内に配置し、画像表示領域全面でバス電極上から成膜される電子放出電極を隣接バス電極間で溶断する。特に、電子放出部は各走査配線内の幅方向の片側（信号配線の延在方向）に寄って配置させ、画像表示領域全面で走査配線上に成膜される電子放出電極を隣接バス電極間で溶断することにより、電子放出部とは反対側の幅方向片側によった部分にスペーサを配置することが可能であり好ましい。なお、走査配線はアルミニウム等の厚膜をバス配線とし、その上に成膜される導電性薄膜との積層で構成されるが、本明細書ではバス配線を走査配線として説明する。この導電性薄膜は電子放出電極を構成し、金、白金、イリジューム等の貴金属が多く用いられる。

上記の導電性薄膜の溶断方法としては、隣接する走査配線の間に電圧を印加し、隣接走査配線の間の部分に成膜されている電子放出電極の抵抗を流れる電流によるジュール熱で溶解させて分離するのが有効である。本発明の代表的構成は以下のとおりである。

（１）本発明の画像表示装置は、内面上に互いに平行に形成された多数の信号配線と、前記信号配線の上に当該信号配線とは層間絶縁層を介して交差し、かつ互いに平行に形成された多数の走査配線とを有し、前記信号配線と前記走査配線の前記交差部における前記走査配線の各配線幅内に形成されて二次元マトリクス状に配置された多数の電子放出部からなる電子源アレイを画像表示領域に含む一方の基板と、前記一方の基板の内面に対向して設置され、その対向内面に前記電子源アレイから放出される電子による励起で発光する蛍光面を備えた他方の基板とを有する。

（２）前記電子放出部は、前記信号配線の上に薄膜絶縁層を介して積層された電子放出電極を有し、前記電子放出電極は、前記走査配線の上層に前記画像表示領域の全面を覆うごとく成膜された当該走査配線と電気的に接続された導電性薄膜が、隣接する走査配線の間で電気的に分離されたものであり、前記分離部分にジュール熱による溶断痕を有している。

（３）前記電子放出部は、前記走査配線の前記幅方向の片側に寄った部分に配置されている。

（４）前記電子放出部は、前記信号配線と前記走査配線を絶縁する層間絶縁層の開口部に配置された前記薄膜絶縁層の上に前記導電性薄膜を前記電子放出電極として構成されている。

（５）前記走査配線の前記幅方向で前記電子放出部とは反対側に寄った部分に、前記一方の基板と前記他方の基板の間隔を規制するスペーサが配置されている。

（６）前記信号配線はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記電子放出部では、前記信号配線が前記電子源の下部電極を構成し、前記薄膜絶縁層が前記信号配線の陽極酸化膜が前記電子源のトンネル絶縁層を構成し、前記電子放出電極が前記電子源の上部電極を構成する。

（７）前記走査配線はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記上部電極がイリジューム、白金、金の貴金属の単体又は２以上の貴金属の合金である。

以下、本発明の最良の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。ここではＭＩＭ型電子源を用いた画像表示装置を例として説明する。しかし、本発明は、ＭＩＭ型電子源に限るものではなく、背景技術の欄で説明した各種の電子放出素子を用いた画像表示装置にも同様に適用できる。とりわけ薄い電子放出電極を用い、素子電流の一部のみ真空中に放出するホットエレクトロン型や、表面伝導型電子源に特に有効である。

図１は、本発明による画像表示装置の実施例１を説明する模式図である。なお、図１では、主として電子源を有する一方の基板（陰極基板、あるいは背面基板とも言う）１０の平面を示すが、一部に蛍光体を形成した他方の基板（蛍光体基板、前面基板、表示側基板、あるいはカラーフィルタ基板とも言う）は、その内面に有するブラックマトリクス１２０と３色（赤:Ｒ、緑:Ｇ、青:Ｂ）の蛍光体１１１、１１２、１１３のみを部分的に示してある。

陰極基板１０には、信号線駆動回路５０に接続する信号配線（データ線）を構成する下部電極１１、走査配線駆動回路６０に接続して信号線と交差（ここでは直交）配置された走査配線２１、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）は、走査配線の幅内に配置され、絶縁層（所謂フィールド絶縁層）１４を介して下部電極１１に積層する上部電極１３で形成され、絶縁層１４の薄層部分で形成される絶縁層（トンネル絶縁層）１２の部分から電子が放出される。

図２は、ＭＩＭ型電子源の原理説明図である。この電子源は、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、トンネル絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／ｃｍ程度にすることで、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中に放出される。

図１に戻り、図示しない前面基板の内面には、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、赤（Ｒ）色蛍光体１１１、緑色（Ｇ）蛍光体１１２と青色（Ｂ）蛍光体１１３とからなる。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と表示側基板とはスペーサ３０で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、背面基板１０の走査配線２１の幅方向片側に寄って配置されている電子放出部とは信号配線（下部電極）１１の延在方向反対側に寄って配置し、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は信号線駆動回路５０へ接続し、走査電極配線である走査電極２１は走査線駆動回路６０に接続する。

次に、本発明の画像表示装置を構成する背面基板１０の詳細を図３〜図１１の製造プロセスを参照して説明する。なお、図３〜図１０には、フルカラー１画素（１ピクセル:赤、緑、青の副画素:サブピクセルで構成される）の平面図と、この平面図のＡ−Ａ‘断面およびＢ−Ｂ’断面を示す。先ず、図３に示したように、ガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜１１Ｐを成膜する。金属膜１１Ｐの材料としてアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金（例えば、アルミニウムとネオジムＮｄの合金:Ａｌ―Ｎｄ）を用いる。Ａｌを用いるのは、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６００ｎｍとした。

金属膜１１Ｐの成膜後はパターニング工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１１を形成する(図４)。下部電極１１の電極幅は画像表示装置のサイズや解像度により異なるが、そのサブピクセルのピッチ程度、大体１００〜２００ミクロン（μｍ）程度とする。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。この電極は幅の広い簡易なストライプ構造のため、レジストのパターニングは安価なプロキシミティ露光や、印刷法などで行うことができる。

次に、電子放出部を制限し、下部電極１１のエッジへの電界集中を防止する保護絶縁層（フィールド絶縁層）１４と、トンネル絶縁層１２を形成する。まず、図５に示した下部電極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て保護絶縁層１４とする。化成電圧を２００Ｖとすれば、厚さ約２７０ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。その後、レジスト膜２５を除去して残りの下部電極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１０ｎｍの絶縁層（トンネル絶縁層）１２が形成される（図６）。

次に、層間膜（層間絶縁膜）１５と、上部電極１３への給電線となる走査配線用の導電性膜１６を例えばスパッタリング法等で成膜する（図７）。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、シリコン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２００ｎｍとした。この層間絶縁膜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と走査配線間の絶縁を保つ役割を果たす。導電性膜１６はＡｌとし、厚さを４５００ｎｍとした。なお、Ａｌ−Ｎｄ合金を用いることもできる。

続いて、ホトエッチング工程により、下部電極１１とは直交し、電子放出部が走査配線内の幅方向（信号配線の延在方向）片側に寄って開口した走査電極２１を形成する。エッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウェットエッチングを用いる（図８）。

続いて、走査電極２１の開口部分の層間絶縁膜１５を加工し、絶縁層（トンネル絶縁層）１２が露出した電子放出部を開口する。この電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、下部電極１１と直交する２本の走査電極に挟まれた空間の直交部の一部に形成する。エッチングは、例えばＣＦ₄やＳＦ₆を主成分とするエッチング剤を用いたドライエッチングによって行うことができる（図９）。

次に、上部電極用の導電性薄膜１３Ｐの成膜を行う。この成膜法は、例えばスパッタ成膜を用いる。上部電極１３としては、例えばイリジューム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜を用い、膜厚は例えば３ｎｍとした。（図１０）。

最後に、図１１に示すように走査電極２１の隣接走査電極（例えば、２１ｎ、２１ｎ＋１）間に電圧を印加する。これを走査配線の２１の配列方向に順次移動させて行う。

図１２は、隣接走査電極間に印加するパルス電圧と流れる電流の説明図である。隣接走査電極間に印加する電圧は直流電圧またはパルス電圧でよいが、ここではパルス幅は２００ｍｓのパルス電圧を隣接走査電極間に流れる電流をモニタしながらランプアップしていき、隣接走査電極間が溶断して電流が流れなくなるまで電圧を上げる。この電流と抵抗が高い部分で大きなジュール熱が生じて溶断が起こる。隣接走査電極間が溶断した時点で、矢印で示したように、電流が急激に流れなくなる。電子放出電極である上部電極用の導電性薄膜１３Ｐは非常に薄いため、この手法により隣接走査電極間を容易に分離して上部電極１３とすることができる。

この工程は、カソード工程で行ってもよいが、取り出し配線（走査配線端子）に回路を接続するだけで可能なため、パネル化工程の処理後、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等を接続した後に行うことも可能である。

図１３は、隣接走査電極間を分離したフルカラー１画素の平面図と平面図のＡ−Ａ‘断面およびＢ−Ｂ’断面を示す図である。図１３において、図１１に示した導電性薄膜１３Ｐを分離して上部電極１３とした状態を示す。ジュール熱による溶断は走査線２１間の上部電極１３の膜厚が薄い部分（抵抗が高い部分）で起こる。図１３のＢ−Ｂ’に示したように、矢印Ｃに示した部分、すなわち走査配線２１の側壁極近傍の膜厚が成膜時の影になるため他の部分よりも薄く、抵抗が高い。そのため、矢印Ｃに示した部分で溶断が起こる。

走査配線２１の電子放出部側は、走査線内に配置されているため、電圧がかからず溶断工程でダメージを受けることはない。

差構造の作り込みによる自己整合分離を用いなくても容易に分離加工することができ、プロセスコストの低減が可能となる。

図１４は、本発明の画像表示装置の全体構造の一例をより具体的に説明する一部破断して示す斜視図である。また、図１５は、図１４のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。繰り返しの説明になるが、背面基板１０の内面には信号配線（下部電極）１１と走査配線２１を有し、信号配線１１と走査配線２１の交差部近傍に電子源（電子放出部）が形成されている。信号配線（下部電極）１１の端部には信号配線端子１１Ｔが形成され、走査配線２１の端部には走査配線端子２１Ｔが形成されている。

また、前面基板２０の内面にはブラックマトリクス１２０、陽極１１０、蛍光体層１１１、１１２、１１３が形成されている。背面基板１０と前面基板２０とは、その周縁に封止枠３００を介在させて貼り合わされる。この貼り合わせた間隙を所定値に保持するため、背面基板１０と前面基板２０の間にガラス板あるいはセラミックス板を好適とするスペーサ３０を植立させている。図１５はこのスペーサ３０に沿った断面を示す。図１５には、走査配線２１の上に当該走査配線に沿って３枚のスペーサを示してあるが、これはあくまで一例である。

なお、背面基板１０と前面基板２０および枠ガラス３００で密封された内部空間は、背面基板１０の一部に設けた排気管４００から排気して所定の真空状態に維持される。

本発明による画像表示装置の実施例１を説明する模式図である。 ＭＩＭ型電子源の原理説明図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図３に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図４に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図５に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図６に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図７に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図８に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製造工程を示す図９に続く図である。 走査電極間に電圧を印加する方法を示す図である。 隣接走査電極間に印加するパルス電圧と流れる電流の説明図である。 隣接走査電極間を分離したフルカラー１画素の平面図と平面図のＡ−Ａ‘断面およびＢ−Ｂ’断面を示す図である。 本発明の画像表示装置の全体構造の一例をより具体的に説明する一部破断して示す斜視図である。 図１４のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１０・・・背面基板（陰極基板）、１１・・・下部電極（信号配線）、１１Ｐ・・・下部電極膜、１１Ｔ・・・信号配線端子、１２・・・絶縁層（トンネル絶縁層）、１３・・・上部電極、１３Ｐ・・・導電性薄膜、１４・・・保護絶縁層（フィールド絶縁層）、１５・・・層間絶縁層、１６・・・導電性膜、２０・・・前面基板、２１・・・走査電極（走査配線）、２１Ｔ・・・走査配線端子、２５・・・レジスト膜、３０・・・スペーサ、５０・・・信号線駆動回路、６０・・・走査線駆動回路、１１０・・・陽極、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、３００・・・封止枠、４００・・・排気管。

Claims (7)

1. 内面上に互いに平行に形成された多数の信号配線と、前記信号配線の上に当該信号配線とは層間絶縁層を介して交差し、かつ互いに平行に形成された多数の走査配線とを有し、前記信号配線と前記走査配線の前記交差部における前記走査配線の各配線幅内に形成されて二次元マトリクス状に配置された多数の電子放出部からなる電子源アレイを画像表示領域に含む一方の基板と、
   前記一方の基板の内面に対向して設置され、その対向内面に前記電子源アレイから放出される電子による励起で発光する蛍光面を備えた他方の基板とを有し、
   前記電子放出部は、前記信号配線の上に薄膜絶縁層を介して積層された電子放出電極を有し、
   前記電子放出電極は、前記走査配線の上層に前記画像表示領域の全面を覆うごとく成膜された当該走査配線と電気的に接続された導電性薄膜が、隣接する走査配線の間で電気的に分離されたものであり、前記分離部分にジュール熱による溶断痕を有していることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記電子放出部は、前記走査配線の前記幅方向の片側に寄った部分に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像表示装置であって、
   前記電子放出部は、前記信号配線と前記走査配線を絶縁する層間絶縁層の開口部に配置された前記薄膜絶縁層の上に前記導電性薄膜を前記電子放出電極として構成されていることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項２又は３に記載の画像表示装置であって、
   前記走査配線の前記幅方向で前記電子放出部とは反対側に寄った部分に、前記一方の基板と前記他方の基板の間隔を規制するスペーサが配置されていることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の画像表示装置であって、
   前記信号配線はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、
   前記電子放出部では、前記信号配線が前記電子源の下部電極を構成し、前記薄膜絶縁層が前記信号配線の陽極酸化膜が前記電子源のトンネル絶縁層を構成し、前記電子放出電極が前記電子源の上部電極を構成することを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項５に記載の画像表示装置であって、
7. 請求項６に記載の画像表示装置であって、
   前記貴金属が、イリジューム、白金、金であることを特徴とする画像表示装置。
   
   

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