JP2007165172A - 画像表示装置、表示パネル及びこれらに用いる薄膜型電子放出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
薄膜型電子放出素子を用いる画像表示技術において、画像の明るさと信頼性とを向上させる。
【解決手段】
薄膜型電子放出素子の上部電極を、例えばイリジウム、白金及び金の複数の異種金属から構成し、特にその電子放出部を局部的に加熱して該複数の異種金属の溶融による合成体としながら、その厚さを、該上部電極の他の部分の厚さよりも薄くする。電子放出部の厚さを他の部分よりも薄くすることで、電子放出効率を向上させるとともに、該電子放出部を除く部分での断線をなくして信頼性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜型電子放出素子を用いた画像表示装置に係り、特に、画面の明るさを向上させるための薄膜型電子放出素子の構成に関する。

電子を放出する冷陰極型の電子放出素子を２次元状（マトリクス状）に配列し、電子源として利用するディスプレイは、ＦＥＤ(Field Emission Display)と呼称される。このＦＥＤの冷陰極型電子源は、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属する。

薄膜型電子源に属するＭＩＭ型電子源及びそれを用いた表示装置については、例えば特開２００４−３６３０７５号公報（特許文献１）や特開２００１−２４３９０１号公報（特許文献２）に開示されている。そして、ＭＩＭ型電子源を構成するＭＩＭ型電子放出素子の構造と動作原理は、例えば特許文献１の図１に示されている。すなわち、該特許文献１の図１では、上部電極１３と下部電極１１との間に、下部電極に対して上部電極が正電圧となる極性の駆動電圧Ｖｄを印加して、数ｎｍ（１０^−９ｍ）〜数１０ｎｍ（１０^−９ｍ）と薄い絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／ｃｍ（１０^６Ｖ／１０^−２ｍ）程度にする。このとき、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は絶縁層１２中、上部電極１３中で散乱されエネルギーを損失する、しかし、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表面に達した一部のホットエレクトロンは、真空２３中に放出される。

特開２００４−３６３０７５号公報 特開２００１−２４３９０１号公報

上記したように、薄膜型電子放出素子の場合、上部電極中でホットエレクトロンの散乱によるエネルギー損失が生じる。従って、エネルギー損失を低減するためには、上部電極をできるだけ薄膜化するのがよい。このようにすれば、薄膜型電子放出素子から真空中への電子放出効率を高めることができ、明るい表示装置を実現することができる。

そこで、特許文献２では、電子放出効率を高めるために、上部電極として、例えばイリジウム（Ｉｒ）の薄膜，白金（Ｐｔ）の薄膜及び金（Ａｕ）の薄膜をこの順番でそれぞれ１×１０^−９ｍ、１×１０^−９ｍ、２〜３×１０^−９ｍ程度の厚さで積層して形成し、その後に加熱処理を行っている。この加熱処理によって、Ｉｒ薄膜の微小部分を核としてその周辺のＡｕ薄膜の凝集が進行してＡｕとＩｒとから成る複数の島状の金属突起部が形成され、これら島状突起部の間には凝集された分だけＡｕ成分が少なくなった５×１０^−９ｍよりも薄い平坦な金属薄膜部が複数の金属突起部と一体的に接続されて併存した状態で再現性よく形成される。即ち、この加熱処理により薄膜構造の再構成を生じさせて一層の薄膜化を実現することができる。なお、以下、上記した加熱処理による薄膜構造の再構成を「アイランド化」と称するものとする。このアイランド化によって、より薄く再構成された平坦な金属薄膜部から電子放出が生じ、電子放出効率が向上する。アイランド化によって再構成された平坦な金属薄膜部は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの多層構造乃至混合された構造を有する合成体である。
しかし、本発明者等は、画像表示装置用の薄膜型電子放出素子の研究開発に従事し、ＦＥＤを設計・試作し、検証を行う中で、アイランド化によって上部電極の抵抗が増大することに気付いた。

図７は、加熱処理前後の薄膜型電子放出素子の電極間に流れるダイオード電流Ｉｄ（入出力特性）を模式的に示したものである。図７で、横軸は駆動電圧Ｖｄ、縦軸はダイオード電流Ｉｄである。ダイオード電流Ｉｄは対数目盛となっている。なお、Ｖｔｈはダイオード特性の閾電圧、Ｖｈは、上部電極と下部電極とに印加する駆動電圧の所定のピーク電圧である。
図７の入出力特性から明らかなように、加熱処理後のダイオード特性ＣＤ１０２は、加熱処理前の特性ＣＤ１０１に対しダイオード電流Ｉｄが低下していることがわかる。これは、アイランド化により、上部電極が島状の金属突起部とより薄い平坦な金属薄膜部とに再構成された結果、上部電極の抵抗が増大したことを示している。発明者等の検討では、加熱処理後の上部電極のシート抵抗は、加熱処理前のそれに比べて２〜５倍となった。

一方、薄膜型電子放出素子の一つであるＭＩＭ型電子放出素子は、例えば特許文献１の図１０に示されているように構成されている。特許文献１の図１０から明らかなように、上部電極は、電子加速層である絶縁層の上部の電子放出に寄与する平坦な電子放出電極部と、略平坦な電子放出電極部１３１を底面とする逆略四角錐台の側面の電子放出周辺部と、上部バス電極を覆う上部バス電極被覆部とを含んで構成されている。そして、該電子放出周辺部は、前記平坦な電子放出電極部に対してテーパを有している。
下部電極と上部電極間に、下部電極に対して上部電極が正電圧となる極性の駆動電圧を印加した場合、このテーパの前記平坦な電子放出電極部からの立ち上がり部分で電界の集中が生じ、大きな電流が流れることになる。そのため、上記したアイランド化による抵抗上昇との相乗作用により、大きなジュール熱が発生し、前記テーパの立ち上がり部分で断線し易いという問題がある。
また、上部電極のシート抵抗が増大すると、上部電極内の電子放出に寄与しない前記電子放出周辺部で電圧降下が生じるため、薄膜型電子放出素子に対して実効的な駆動電圧Ｖｄが低下し、その分電子放出効率も低下する。また、これを補うために駆動電圧Ｖｄを増加させると、上記電界集中の度合いがより大きくなり、より信頼性が低下する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、その課題点は、画像表示装置の表示パネルに用いる薄膜型電子放出素子において、上部電極の電子放出電極部（電子放出部）における電子放出効率を向上させるとともに、該電子放出電極部を除く部分でのアイランド化に伴う抵抗の増大を低減して電子放出周辺部における信頼性を向上させることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、画像の明るさと信頼性とを向上可能な画像表示技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、画像表示装置の表示パネルに用いる薄膜型電子放出素子の上部電極を、例えばイリジウム、白金及び金の複数の異種金属から構成し、特にその電子放出部を、該複数の異種金属の溶融による合成体としながら、その厚さを、該上部電極における他の部分の厚さよりも薄くする。かかる構成の上部電極は、電子放出部からの真空中への効率的な電子の放出を可能にするとともに、断線のない状態で該電子放出部への給電を可能にする。

本発明によれば、薄膜型電子放出素子の電子放出効率と信頼性を向上させることができる。この結果、画面の明るさと信頼性とを向上させた画像表示技術の提供が可能となる。

本発明は、上部電極と電子加速層と下部電極とで構成された３層構造を有し真空中に電子を放出する薄膜型電子放出素子を表示パネルの画素部に用いて画像表示を行う画像表示技術に関するものである。薄膜型電子放出素子としては、金属−絶縁体−金属を積層したＭＩＭ型、金属−絶縁体−半導体を積層したＭＩＳ型、金属−絶縁体−半導体−金属型等がある。以下、代表的な薄膜型電子放出素子であるＭＩＭ型の電子放出素子及びこれを用いた画像表示技術につき説明する。しかしながら、本発明は、該ＭＩＭ型の電子放出素子及びこれを用いた画像表示技術に限定されない。

以下、本発明の実施例につき、図面を参照しつつ説明する。
図１〜図６は、本発明の実施例の説明図である。
図１は、本発明の実施例としての薄膜型電子放出素子を模式的に示す構成図、図２は、本発明の実施例としての画像表示装置の要部構成を示すブロック図、図３は、図１の薄膜型電子放出素子における上部電極の電子放出電極部（電子放出部）をレーザ照射によって形成する過程を説明する工程図、図４は、図１の薄膜型電子放出素子による効果を説明する図である。また、図５及び図６は、希ガスによるイオンアタックで薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出電極部（電子放出部）を薄膜化する技術の説明図であり、図５は、該イオンアタックによる薄膜化の作用を説明する模式図、図６は、イオンアタックにより薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出電極部（電子放出部）を形成する過程を説明する工程図である。

図２に示すように、本発明の実施例としての画像表示装置は、複数の薄膜型電子放出素子がマトリクス状に配設された表示パネル１００と、表示パネル１００を駆動する駆動回路としてのスキャンドライバ（走査線駆動回路）２と、同じく駆動回路としてのデータドライバ（データ線駆動回路）４と、表示パネル１００に印加される高電圧の加速電圧を生成する高圧生成回路６と、ビデオ入力端子７から入力される映像信号に対して表示パネル１００で表示できるように所定の信号処理を行うビデオ信号処理回路８と、入力映像信号に基づいてスキャンドライバ２及びデータドライバ４の制御を行う制御回路としてのタイミングコントローラ９とを備えて構成される。

ビデオ信号端子７に入力された映像信号は、まず、ビデオ信号処理回路８に入力される。ビデオ信号処理回路８は、入力された映像信号に対して、薄膜型電子放出素子がマトリクス状に配設された表示パネル１００に表示できるように、信号の画素数，同期信号の周波数等のフォーマット変換を行う。ビデオ信号処理回路９にてフォーマット変換された映像信号は、タイミングコントローラ９に入力される。タイミングコントローラ９は、入力された同期信号に基づいて、タイミング信号であるスキャン制御信号Ｓｓｃａｎを生成し、該スキャン制御信号Ｓｓｃａｎをスキャンドライバ２に出力する。このスキャン制御信号Ｓｓｃａｎは、スキャンドライバ２が後述する複数の走査線を１つずつ選択して走査できるように制御するためのタイミング信号である。また、タイミングコントローラ９は、スキャン制御信号Ｓｓｃａｎの生成に同期して、入力された映像信号のデータの並び替えを行い、データドライバ４に出力する。そして、データドライバ４及びスキャンドライバ２を介して表示パネル１００に映像を表示させる。

表示パネル１００は、パッシブマトリクス方式の映像表示パネルであり、互いに対向する背面基板（図示せず）と前面基板（図示せず）を有している。すなわち、背面基板（カソード基板ともいう）と前面基板（アノード基板ともいう）とが、真空雰囲気の容器中に、図示しないスペーサによって所定間隔で保持され、所定温度で例えばフリットガラス（図示せず）などを用いて封着されている。背面基板には、列方向(画面垂直方向)に延びる複数のデータ線３２が行方向(画面水平方向)に配列され、行方向に延びる複数の走査線３１が列方向に配列されている。また、複数のデータ線と複数の走査線の各交点部に薄膜型電子放出素子（以下、単に「電子放出素子」と呼ぶ）１が設けられている。このように、背面基板には、複数の薄膜型電子放出素子１がマトリクス状に配置されている。害背面基板に対向する前面基板には、各薄膜型電子表出素子と対向する位置に蛍光体（図示なし）が配置され、さらに、該蛍光体を覆って、加速電圧が印加されるアノード電極を形成するメタルバック（図示なし）が設けられている。

表示パネル１００の走査線３１には、スキャンドライバ２が接続されている。スキャンドライバ２は、タイミングコントローラ８からのタイミング信号であるスキャン制御信号Ｓｓｃａｎに基づき、複数の薄膜型電子放出素子１を行単位で選択するための選択信号（走査信号）を出力する。この選択信号は、列方向に順次走査線に印加され、次々に行の選択動作がなされる。これにより、走査線が列方向に順次走査される。

また、表示パネル１００のデータ線３２には、データドライバ４が接続されている。データドライバ４には、タイミングコントローラ８から出力された映像データが供給される。データドライバ４は、スキャンドライバ２による行選択に対応して、上記映像データに基づく駆動信号をデータ線３２を介して１行の薄膜型電子放出素子に供給する。またデータドライバ４は、タイミングコントローラ８からのタイミング信号に基づき、表示パネル１００の１行分のデータ、すなわちタイミングコントローラからの１ラインの映像データを１水平期間保持し、また１水平周期毎にデータを書き換える。
また、表示パネル１００のアノード線３４には、薄膜型電子放出素子１からの電子を加速するための例えば約７×１０^３Ｖの加速電圧を生成する高圧生成回路６が接続されている。薄膜型電子放出素子１から放出された電子は、アノード線３４を介して前面基板（図示なし）のメタルバックに印加された加速電圧により、背面基板側から前面基板側へ加速される。

以上述べたようにして構成された表示装置における表示に係る動作について以下に説明する。
上記スキャンドライバ２によって走査線３１を介して選択信号が印加された１行の電子放出素子１に、データドライバ４からデータ線３２を介して駆動信号が与えられると、当該行の電子放出素子は、選択信号と駆動信号との電位差（Ｖｄ）に応じた量の電子を放出する。選択時において印加される選択信号のレベルは、電子放出素子の位置に関わらず一定であるため、電子放出素子からの電子放出量は、駆動信号のレベルにより変化する。すなわち、電子放出量は、駆動信号の基となる映像信号のレベルによって定まる。表示パネル１００のアノード線３４には、高圧生成回路６からの加速電圧(例えば約７×１０^３Ｖ)が加えられている。このため、電子放出素子から放出された電子は、この加速電圧によって加速され、そして表示パネル１００の前面基板に配置された蛍光体に衝突する。蛍光体は、この加速電子の衝突により励起し、発光する。これにより、選択された１水平ラインの映像が表示される。さらに、スキャンドライバ２は、複数の走査線に対し、列方向に順次選択信号を印加することにより、１行ずつ電子放出素子の選択を行う。これにより、１フレームの映像を表示パネル１００の表示面上に形成することができる。

図１（ａ）は、図２で述べた表示パネル１００における薄膜型電子放出素子配列の１画素分を抜き出して示した平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図で、薄膜型電子放出素子１の電子放出部を通って走査線方向に切断された断面における一つの薄膜型電子放出素子の構成図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図で、薄膜型電子放出素子１の電子放出部を通ってデータ線方向に切断された断面における一つの薄膜型電子放出素子の構成図である。なお、ここでいう１画素（ピクセルとも称する）とはカラー表示の単位画素であり、各画素は異なる原色を表示する複数のサブ画素（サブピクセルとも称する）で構成される。

図１において、ガラスなどの絶縁性の背面基板（カソード基板）１０上に例えばＡｌ（アルミニウム）−Ｎｄ（ネオジウム）合金のデータ線となる下部電極１１が例えば約３００×１０^−９ｍの膜厚でデータ線方向にストライプ状に形成されている。下部電極１１上には、下部電極１１のエッジで電界が集中するのを防止するとともに、電子を放出する電子放出部を制限乃至規定する例えばＡｌ_２Ｏ_３の保護絶縁膜１４（例えば膜厚約１４０×１０^−９ｍ）と、電子加速層である例えばＡｌ_２Ｏ_３の絶縁膜１２（例えば膜厚約１０×１０^−９ｍ）が形成されている。絶縁膜１２は、上面から見て、図１（ａ）の平面図から明らかなように、上面から見て略矩形状である。

保護絶縁膜１４の上部には、絶縁膜１２の上部にあたる電子を放出する電子放出電極部１３１（略矩形状、詳細は後述）を避けて、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の保護絶縁膜１５（例えば膜厚約１００×１０^−９ｍ）が形成されている。この保護絶縁膜１５は、陽極酸化で形成された保護絶縁膜１４にピンフォールがあった場合、その欠陥を埋め、下部電極１１と上部バス電極（後述する）２０間の絶縁を保つ役割を果たす。
さらに、データ線側（図１（ａ）紙面上側、図１（ｃ）紙面右側）の保護絶縁膜１５上には、後述する電子放出電極部１３１を避けて、走査線方向に延びたストライプ状の上部バス電極２０が形成されている。

上部バス電極２０は、例えば金属膜下層１６と金属膜上層１８とから成る積層構造をなし、走査線の一部を構成するものである。金属膜下層１６としては、例えばＡｌ−Ｎｄ合金、金属膜上層１８としては、Ｃｕ（銅）やＣｒ（クロム）などの各種の金属材料を用いることができる。ここでは、金属膜下層１６にＡｌ−Ｎｄ合金を用い、金属膜上層１８にＣｕを用いる。なお、図１（ｃ）において、上部バス電極２０の金属膜下層１６は、上部電極１３との接続を確保するために、左側では金属膜上層１８に対して張り出している。また、金属膜下層１６は、反対側（図１（ｃ）右側）では金属膜上層１８に対して後退しており、金属膜上層１８が庇となるようにされている。

絶縁膜１２上には、電子を放出する電極部（電子放出電極部）となる上部電極１３が、例えば耐熱性の良いＩｒ（イリジウム）を下層、Ｐｔ（白金）を中間層、電子放出効率の良いＡｕ（金）を上層とする３層の金属膜を用いて、例えばスパッタリングにより形成される。その膜厚は、例えば約４×１０^−９ｍ〜約８×１０^−９ｍが適切であり、ここでは例えば約６×１０^−９ｍとする。なお、該膜厚は、これに限定されるものではない。このとき、同時に、上部電極１３を構成する３層の金属膜は、上部バス電極２０の上部表面や露呈している金属膜下層１６、保護絶縁膜１５にもスパッタ成膜される。しかしながら、上部電極１３は、隣接するストライプ状の上部バス電極２０の一方側（図１（ｃ）の右側）で、その金属膜上層１８の庇により切断されて成膜され、ピクセル毎に分離される。一方、ストライプ状の上部バス電極２０の他方側（図１（ｃ）の左側）では、金属膜下層１６により、上部電極１３は断線を起こすことなく、保護絶縁膜１５や絶縁層１２を覆って連続成膜され、電子放出素子への給電構造が構成される。

上部電極１３のうち、電子を放出する電極部である電子放出電極部１３１のエリアは、保護絶縁膜１４によって制限され、ほぼ絶縁膜１２の上部にあたる部分となる。ここで、以下の説明の都合上、略平坦な電子放出電極部（電子放出部）１３１を底面とする略逆四角錐台の側面の、上部電極１３の部分を電子放出周辺部１３２と称するものとし、また、上部電極１３内で、電子放出部１３１と電子放出周辺部１３２とが形成する部分を、特に上部電極１３０と称するものとする。また、電子放出周辺部１３２のうち、上部バス電極２０側の部分を電子放出周辺部１３２ａとする。なお、金属膜下層１６の電子放出電極部１３１側の先端１６ａと電子放出電極部１３１との間の上部電極１３は、上部バス電極２０と電子放出電極部１３１との接続部（コンタクト部）１３５として機能し、上部バス電極２０から電子放出電極部１３１に給電する給電路を構成する。

上部電極１３０は、電子放出電極部（電子放出部）１３１と電子放出周辺部１３２との間でテーパを有している。特に、電子放出周辺部１３２ａは、上部バス電極２０と電子放出電極部１３１とを結ぶ給電路の一部である。従って、該電子放出周辺部１３２ａの電子放出電極部１３１からのテーパ立上部１３３では、下部電極１１と上部電極１３との間に駆動電圧Ｖｄを印加したときに電界の集中が生じる。
一方、従来においては、加熱処理により上部電極１３にアイランド化が生じ、上部電極１３の膜厚がより薄く再構成され、その抵抗値（シート抵抗）が増大していた。このため、この抵抗増大と電界集中の重畳作用により、電子放出周辺部１３２では、電子放出電極部１３１からのテーパ立上部１３３で断線し易く、信頼性が低いという問題があった。

そこで、本実施例では、信頼性の向上を図るために、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、電子放出電極部（電子放出部）１３１の部分を、アイランド化を引き起こす加熱処理に基づき、複数の異種金属（ここではＩｒ、Ｐｔ、Ａｕ）の溶融による合成体で構成する。すなわち、上記複数の異種金属を溶融して組成変化を生じさせて、上記電子放出部に当該複数の異種金属の合成体を構成する。そして、その膜厚が、上部電極１３上の他の部分よりも薄くなるようにし、特に、該電子放出電極部（電子放出部）１３１の周囲の、保護絶縁膜１４、１５に接した部分よりも薄くなるようにするとともに、略矩形状の電子放出電極部１３１を除く上部電極１３に対してはアイランド化を起こさないようにする。このようにすれば、電子放出電極部１３１からのテーパ立上部１３３では、アイランド化による薄膜化が発生せず、形成された膜厚がほぼ維持されるため、抵抗（シート抵抗）値が増大せず、断線を抑えられ、信頼性が向上する。

また、上部バス電極２０上、コンタクト部１３５上及び電子放出周辺部１３２では、上部電極１３の膜厚が薄くならないため、その抵抗（シート抵抗）値の増大が抑えられ、実効的な駆動電圧Ｖｄの低下が抑えられ、従来に比べて、電子放出効率が向上する。従って、本実施例による薄膜型電子放出素子（電子源）を適用した画像表示装置では、明るい画像が得られる。
なお、以下では、説明の都合上、図１の電子放出素子の構成において、電子放出電極部１３１が薄膜化されない状態の電子放出素子を薄膜化前電子放出素子と称するものとする。この薄膜化前電子放出素子は、例えば特許文献１の技術を用いても形成することができる。

次に、図３を用いて、レーザ照射により電子放出電極部１３１のみ膜厚を薄くするレーザ（ＬＡＳＥＲ）方式について説明する。
図３において、
（１）図１の構成の薄膜化前電子放出素子を搭載した背面基板（カソード基板）を作成する（ステップＳ１）。
（２）電子放出電極部（電子放出部）１３１に対してのみ、レーザを照射して局部的加熱を行い、Ｉｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜を加熱処理してアイランド化を行う。本実施例では、レーザとしては、例えばＹＡＧレーザ（ＹＡＧ：Ｙittrium（イットリウム）・Ａluminium（アルミニウム）・Ｇarnet（ガーネット））を用い、例えばパワー２Ｗ／ｃｍ^２、波長λ＝３５５ｎｍ（３５５×１０^−９ｍ）とする。レーザ加工により、電子放出電極部１３１に対してのみアイランド化を行うことができ、電子放出電極部１３１のみの薄膜化が可能となる。レーザ加工による局部的加熱により、電子放出電極部（電子放出部）１３１では、上記Ｉｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）が溶融して混じり合った該３金属の合成体の膜に変化しながら、薄膜化される。すなわち、上記３金属を溶融して組成変化を生じさせて、上記電子放出電極部１３１に当該３金属の合成体を構成する。電子放出電極部１３１における膜厚は、例えばＩｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜の膜厚として４〜８ｎｍを用いた場合、電子放出効率の点から略半分の２〜４ｎｍとするのが好ましい（ステップＳ２）。

（３）ステップＳ２でレーザ加工した薄膜化後の電子放出素子（電子源）を搭載した背面基板（カソード基板）と蛍光体やメタルバックを形成した前面基板とを、図示しないスペーサを用いて所定間隔で図示しないパネル容器内に保持する（ステップＳ３）。
（４）ステップＳ３の組み立てに引き続き、例えばフリットガラスを用いてパネル封着を行う（ステップＳ４）。このとき、パネル封着の温度は、上部電極１３、１３０のＩｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜がアイランド化を起さないような温度とする。アイランド化は４００℃を超えたとき起こるため、４００℃以下とするのが好ましい。なお、特許文献２では、アイランド化の加熱処理に４１０℃が用いられている。
（５）ステップＳ４における封着が終わると、パネル容器内を真空雰囲気とするために、真空排気を行う（ステップＳ５）。
以上の工程を経て、パネルが完成する。なお、上記した工程のうち、ステップＳ１、ステップＳ３〜ステップＳ５は、封着温度を除き、従来技術を用いることが可能である。

以上述べたように、レーザ加工を用いて電子放出電極部のみ薄膜化した電子源を形成し、その後、アイランド化を起さない封着温度を用いて、パネル封着を行うので、電子放出電極部１３１を除いた上部電極１３、１３０では、再構成による薄膜化が起こり難い。

図４は、図１の薄膜型電子放出素子による効果を説明する図で、薄膜型電子放出素子の電極間に流れるダイオード電流Ｉｄ（入出力特性）を模式的に示したものである。図４の入出力特性からから明らかなように、薄膜型電子放出素子のダイオード特性ＣＤ１０４は、レーザ加工処理前の特性ＣＤ１０１に対し、ダイオード電流Ｉｄが幾分低下してはいるが、従来の加熱処理後の特性ＣＤ１０２より大幅に向上している。従って、電子放出電極部１３１を除いた上部電極は、抵抗値（シート抵抗）の増大が低減され、結果として、電子放出電極部１３１からのテーパ立上部１３３で生じる断線のおそれが低減され、信頼性が向上する。同時に、実効的な駆動電圧Ｖｄの低下も抑えられ、従来に比べて、電子放出効率が向上する。この結果、本実施例による薄膜型電子放出素子（電子源）を表示装置に適用すれば、より明るい画像を表示可能な画像表示装置技術を提供することができる。

本発明に係る薄膜型電子放出素子における上部電極の電子放出電極部の薄膜化は、上記レーザ加工による他、希ガスによるイオンアタックによっても可能である。
以下、イオンアタックによる薄膜化の例につき、図１、図５及び図６を用いて説明する。図５は、イオンアタックによる薄膜化の作用を説明する模式図、図６は、本発明に係る薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出電極部の形成過程を説明する図である。なお、図５では、図示の都合上、電子放出電極部１３１と電子放出周辺部１３２とから成る上部電極１３０近傍のみを図示する。

図６において、
（１）まず、図１の構成の薄膜化前電子放出素子を搭載した背面基板（カソード基板）を作成する（ステップＳ１１）。
（２）薄膜化前電子放出素子（電子源）を搭載した背面基板（カソード基板）と蛍光体やメタルバックを形成した前面基板とを、スペーサ（図示なし）を用いて所定間隔（例えば１×１０^−３ｍ〜３×１０^−３ｍ）で図示しないパネル容器内に保持する（ステップＳ１２）。
（３）ステップＳ１２の組み立てに引き続き、例えばフリットガラスを用いてパネル封着を行う（ステップＳ１３）。このとき、パネル封着の温度は、Ｉｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜がアイランド化を起さないような温度（例えば４００℃以下）とする。
（４）次に、例えばＮｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｘｅ（キセノン）などの希ガスをパネル容器内に導入する（ステップＳ１４）。ここでは、入手が容易なＡｒを用いるとするが、これに限定するものではない。そして、希ガスがイオン化し易い圧力（例えば０．２〜０．８Ｐａ）までパネル容器内を減圧する。

（５）その後、ＦＥＤパネルを駆動して所定時間エージングを行う（ステップＳ１５）。ＦＥＤパネルを駆動すると、図５のように、上部電極１３０の電子放出電極部１３１から電子ｅ⁻が放出される。電子放出電極部１３１から放出された電子ｅ⁻は、加速電圧（例えば約７×１０^３Ｖ）が印加されたアノード電極（図示なし）であるメタルバックに向かって加速されるが、その一部はパネル内に存在する希ガスのＡｒに衝突し、Ａｒをイオン化する。イオン化されたＡｒ^＋は、背面基板（カソード基板）の電子放出電極部１３１側に引き寄せられ、電子放出電極部１３１に対して微弱なスパッタ現象を引き起こす。これにより、電子放出電極部１３１は加熱され、この加熱により、電子放出電極部１３１のＩｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜がアイランド化され、薄膜化が起こる。上記加熱により、電子放出電極部（電子放出部）１３１では、上記Ｉｒ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層膜は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）が溶融して混じり合った該３金属の合成体の膜に変化しながら、薄膜化される。すなわち、上記３金属を溶融して組成変化を生じさせて、上記電子放出部に当該３金属の合成体を構成する。勿論、この際、電子放出電極部１３１以外の上部電極１３０にもイオン化したＡｒ^＋が引き寄せられる。しかし、上部電極とメタルバックとの対向間隔は例えば１×１０^−３ｍ〜３×１０^−３ｍ程度であり、この間の電界はほぼ平行電界となる。従って、電子放出電極部１３１からの電子線軌道上のＡｒがイオン化するのであるから、電子放出部１３１に引き寄せられる割合が大きい。従って、集中的に電子放出電極部１３１のアイランド化が生じ、電子放出電極部１３１以外の上部電極ではアイランド化が生じ難い。つまり、電子放出電極部１３１以外の上部電極では薄膜化による抵抗値（シート抵抗）の増大が抑えられ、電子放出電極部１３１からのテーパ立上部１３３での断線のおそれが低減され、信頼性が向上する。
（６）上記ステップＳ１５におけるエージングの後、パネル容器内を真空雰囲気とするために、真空排気を行う（ステップＳ１６）。

以上の工程を経て、パネルが完成する。上記工程の内、ステップＳ１１〜ステップＳ１３、ステップＳ１６は、封着温度を除き、従来技術を用いることができる。

上記のように、イオンアタック方式でも薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出電極部のみの薄膜化が可能であり、信頼性を向上させることができる。同時に、実効的な駆動電圧Ｖｄの低下も抑えられ、従来に比べて、電子放出効率を向上させることができる。この結果、本実施例による薄膜型電子放出素子（電子源）を表示装置に適用すれば、より明るい画像を表示することができる。

本発明の実施例としての薄膜型電子放出素子を模式的に示す構成図である。 本発明の実施例としての画像表示装置の構成例を示す図である。 図１の薄膜型電子放出素子における上部電極の電子放出電極部を局部的加熱で形成する工程図である。 図１の薄膜型電子放出素子による効果を説明する図である。 イオンアタックによる薄膜化の作用を説明する図である。 イオンアタックにより薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出電極部を形成する工程図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１…薄膜型電子放出素子、
２…スキャンドライバ、
４…データドライバ、
６…高圧生成回路、
７…ビデオ信号端子、
８…ビデオ信号処理回路、
９…タイミングコントローラ、
１１…下部電極、
１２…絶縁膜、
１３…上部電極、
１４…保護絶縁膜、
１５…保護絶縁膜、
１６…金属膜下層、
１８…金属膜上層、
２０…上部バス電極、
１００…表示パネル、
１３０…上部電極、
１３１…電子放出電極部、
１３２…電子放出周辺部、
１３３…テーパ立上部、
１３５…コンタクト部。

Claims (10)

1. 薄膜型電子放出素子を用いて画像表示を行う画像表示装置であって、
   基板上に順に下部電極、絶縁層及び上部電極が積層されかつ該上部電極の電子放出部が複数の異種金属の溶融による合成体とされかつ該上部電極の他の部分よりも薄くされた構成を有する薄膜型電子放出素子が複数個マトリクス状に配列された背面基板と、該背面基板に対向して配され上記薄膜型電子放出素子と対向する位置に蛍光体が配置された前面基板とを有して成る表示パネルと、
   上記表示パネルを駆動する駆動回路と、
   映像信号に基づき上記駆動回路を制御する制御回路と、
   を備え、映像信号に基づき上記表示パネルを制御し、上記背面基板内の薄膜型電子放出素子の上部電極側から上記前面基板側に電子を放出させ、上記蛍光体に衝突させて発光させ、画像表示を行う構成としたことを特徴とする画像表示装置。
2. 上記表示パネルは、上記薄膜型電子放出素子の上記上部電極の電子放出部の厚さが、該上部電極の、該電子放出部の周囲に配され電子放出を規制する保護絶縁層に接した部分の厚さよりも薄くされた構成である請求項１に記載の画像表示装置。
3. 上記表示パネルは、上記薄膜型電子放出素子の上部電極がイリジウム、白金及び金から成り、上記電子放出部が該３金属の合成体とされた構成である請求項１に記載の画像表示装置。
4. 上記表示パネルは、上記薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出部が、局所的な加熱によって薄膜化された構成である請求項１、２または３に記載の画像表示装置。
5. 上記表示パネルは、上記薄膜型電子放出素子の上部電極の電子放出部が、該薄膜型電子放出素子から放出される電子と希ガスとのイオン衝撃によって薄膜化された構成である請求項項１、２または３に記載の画像表示装置。
6. 上記表示パネルは、上記薄膜型電子放出素子の上記上部電極の電子放出部の厚さが、約２×１０^−９ｍから約４×１０^−９ｍの範囲とされた構成である請求項１、２または３に記載の画像表示装置。
7. 薄膜型電子放出素子を画素に用いた表示パネルであって、
   基板上に下部電極、絶縁層及び上部電極が積層されかつ該上部電極の電子放出部が複数の異種金属の溶融による合成体とされた構成を有する薄膜型電子放出素子が、複数個マトリクス状に配列された背面基板と、
   上記背面基板に対向して配され、上記薄膜型電子放出素子と対向する位置に蛍光体が配置された前面基板と、
   を備え、映像信号に基づき駆動されたとき、上記背面基板内の薄膜型電子放出素子の上部電極側から上記前面基板側に電子を放出させ、上記蛍光体に衝突させて発光させ、画像表示を行う構成としたことを特徴とする表示パネル。
8. 基板上に下部電極、絶縁層及び上部電極が積層されて成り、該下部電極からの電子を該絶縁層で加速し該上部電極から真空中に放出させる薄膜型電子放出素子であって、
   上記上部電極の電子放出部が複数の異種金属の溶融による合成体とされ、かつその厚さが、該上部電極における該電子放出部の周囲の部分の厚さよりも薄くされた構成を特徴とする薄膜型電子放出素子。
9. 基板上に下部電極、絶縁層及び上部電極が積層されて成り該下部電極からの電子を該絶縁層で加速し該上部電極から真空中に放出する薄膜型電子放出素子であって、
   上記上部電極の電子放出部が、複数の異種金属の溶融による合成体とされ、かつそのシート抵抗を該上部電極の他の部分よりも高くされた構成を特徴とする薄膜型電子放出素子。
10. 上記上部電極は、イリジウム、白金及び金から成り、上記電子放出部が該３金属の合成体とされた構成である請求項８または請求項９に記載の薄膜型電子放出素子。
    

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