JP2008108432A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】背面基板上に電子源をマトリクス状に配置し、前面基板に前記電子源に対応して蛍光体を配置し、前記蛍光体は前記電子源からの電子ビームによって、励起、発光することによって、画像を形成する表示装置において、前記電子ビームの広がりによる色純度の悪化、電子ビーム利用効率の低下を防止する。
【解決手段】電子源１０の両側に電位制御電極４１を配置する。電位制御電極４１には映像信号線８と同じ電位が印加される。電子源１０の上部電極３１の電位は走査線の電位と同じであるが、映像信号線の電位よりも高いため、電子ビームは電位制御電極４１によって集束される。電位制御電極４１は微細加工によって形成可能であるため、電子源１０の近傍に設置することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、平板状の画像表示装置に係り、特に電子源をマトリクス状に配した自発光型の平面画像表示装置での電子線の広がりを防止する技術に関するものである。

高輝度、高精細に優れたディスプレイデバイスとして、従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性をもつと共に軽量、省スペースの平面型画像表示装置（フラット・パネル・ディスプレイ、ＦＰＤ）の要求が高まっている。

その典型例として液晶表示装置、プラズマ表示装置などが実用化されている。又、特に、高輝度化が可能なものとして、電子源から真空への電子放出を利用した自発光型表示装置（例えば、電子放出型画像表示装置や電界放出型画像表示装置等と呼ばれるもの）や、低消費電力を特徴とする有機ＥＬディスプレイなど、種々の平面型画像表示装置の実用化も図られている。

平面型画像表示装置の中、自発光型のフラット・パネル・ディスプレイでは、電子源をマトリクス状に配置した構成が知られている。

自発光型のフラット・パネル・ディスプレイでは、その冷陰極に、スピント型、表面伝導型、カーボンナノチューブ型、金属―絶縁体―金属を積層したＭＩＭ（Metal-Insulato
r-Metal）型、金属―絶縁体―半導体を積層したＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor
）型、あるいは金属―絶縁体―半導体−金属型等の電子源などが用いられる。

平面型画像表示装置は、上記のような電子源を備えた背面基板と、蛍光体層とこの蛍光体層に電子源から放出される電子を射突させるための加速電極を形成する陽極を備えた前面基板と、両基板の対向する内部空間を所定の真空状態に封止する封止枠となる支持体とで構成される表示パネルが知られている。この表示パネルに駆動回路を組み合わせて平面型画像表示装置を動作させる。

電子源を有する画像表示装置では、第１の方向に延在して第１の方向と交差する第２の方向に並設された多数の第１電極（例えば、カソード電極、映像信号線）と、この第１電極を覆って形成された絶縁膜と、この絶縁膜上で前記第２の方向に延在して前記第１の方向に並設された多数の第２電極（例えば、ゲート電極、走査線）と、前記第１電極と前記第２電極との交叉部付近に設けられた電子源とを有する背面基板を備え、この背面基板は絶縁材からなる基板を有し、この基板上に前記電極が形成されている。

この構成で前記走査線には前記第２の方向に走査信号が順次印加される。又、この基板上には走査線と映像信号線の各交差部付近に上記の電子源が設けられ、これら両電極と電子源とは給電電極で接続され、電子源に電流が供給される。この背面基板と対向して、前記対向する内面に複数色の蛍光体層と第３電極（アノード電極、陽極）とを備えた前面基板を有している。前面基板は、ガラスを好適とする光透過性の材料で形成される。そして、両基板の貼り合せ内周縁に封止枠となる支持体を介挿して封止し、当該背面基板と前面基板及び支持体で形成される内部を真空にして画像表示装置が構成される。

電子源は前述のように第１電極と第２電極の交差部付近に有し、第１電極と第２電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）が制御される。放出された電子は、前面基板に有する陽極に印加される高電圧で加速され、同じく前面基板に有する蛍光体層に射突して励起することで当該蛍光体層の発光特性に応じた色光で発色する。

個々の電子源は対応する蛍光体層と対になって単位画素を構成する。通常は、赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の単位画素で一つの画素（カラー画素、ピクセル）が構成される。なお、カラー画素の場合、単位画素は副画素（サブピクセル）とも呼ばれる。

前述したような平面型の画像表示装置では、一般的に背面基板と前面基板間の前記支持体で囲繞された表示領域内に複数の間隔保持部材（以下スペーサと言う）が配置固定され、前記両基板間の間隔を前記支持体と協働して所定間隔に保持している。このスペーサは、一般にはガラスやセラミックスなどの絶縁材で形成した板状体からなり、通常、複数の画素ごとに画素の動作を妨げない位置に設置される。

又、封止枠となる支持体は背面基板と前面基板との内周縁にフリットガラスなどの封着部材で固着され、この固着部が気密封着され封止領域となっている。両基板と支持体とで形成される表示領域内部の真空度は、例えば１０^-3〜１０^-5Ｐａである。

支持体と両基板との封止領域には、背面基板に形成された第１電極につながる第１電極引出端子や第２電極につながる第２電極引出端子が貫通する。通常、封止枠となる支持体はフリットガラスなどの封着部材で前記背面基板及び前面基板に固着される。第１電極引出端子や第２電極引出端子が封止枠と背面基板の気密封着部である封止領域を通して引き出されている。

以上のような、マトリクス状に配設された陰極から放出された電子ビームが前面基板に到達する前に広がってしまうと、他の画素の蛍光体も発光させることになり、色純度を劣化させる。本発明は以上のような、マトリクス状に配設された陰極から放出された電子ビームが広がるのを防止して、優れた色純度を有する表示装置に関連する。
上記したような、マトリクス状に配列された電子源を有する表示装置において、電子ビームの広がりを抑制する構造については、例えば、下記のような文献があげられる。

特開２００３−１６９２４号公報 特開２００３−１９７１３２号公報

上記特許文献１に記載の表示装置においては、放射した電子ビームの１部が隔壁で遮られ、蛍光面に入射しないので混色は発生しないが、電子ビームの利用効率が低く、輝度低下、効率が低下する。また、隔壁は絶縁性なので、電子ビームの照射により、表面が帯電し、放電などの原因になり、信頼性が低下する。また、表面の帯電状態によって、電子ビームの軌道に影響が出るという問題も生ずる。

上記特許文献２に記載の表示装置においては、ゲート電極上に突起を設けることにより電子ビームを収束する技術が開示されている。該方法は、電子ビームの集束効果は高く、また、電子ビームの効率低下も防止することはできるが、ゲート電極の形成加工が必要であり、プロセスが複雑になる。その結果、コスト高、スループットの低下、歩留まりの悪化等が懸念される。

したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたもので、具体的には以下の手段を用いる。

（１）第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は走査線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、
前記電子源の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
（２）前記電位制御電極は前記電子源の両側に形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（３）前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記電位制御電極は前記電子源の長辺近傍に形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（４）前記電子源と電位制御電極との間隔は２０μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（５）前記電子源と前記電位制御電極は前記映像信号線の上に形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（６）第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は上部電極と下部電極、および上部電極と下部電極の間のトンネル絶縁膜を有し、前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加することにより前記上部電極から電子を放出させる構成であり、前記上部電極は前記走査線と同電位が印加され、前記下部電極は映像信号線と共通であり、前記電子源の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
（７）前記上部電極は前記上部電極と同一の膜である上部電極膜によって走査線と共通の電位が印加されることを特徴とする（６）に記載の表示装置。
（８）前記映像信号線の上には層間絶縁膜が形成され、前記電位制御電極は前記映像信号線の上に形成された前記層間絶縁膜のスルーホールを介して前記映像信号線と同じ電位が印加されることを特徴とする（６）に記載の表示装置。
（９）前記走査線は2層の導電膜を有し、前記電位制御電極は前記走査線と同一材料の2層の導電膜を有していることを特徴とする（６）に記載の表示装置。
（１０）前記電位制御電極の高さは１０μｍ以下であることを特徴とする（６）に記載の表示装置。

（１１）第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記第２の基板の蛍光面にはブラックマトリクスが形成され、前記ブラックマトリクスの開口部には蛍光体層が形成され、前記ブラックマトリクスの開口部は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記電子源の長辺の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。

（１２）第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記第２の基板の蛍光面にはブラックマトリクスが形成され、前記ブラックマトリクスの開口部には蛍光体層が形成され、前記ブラックマトリクスの開口部は前記映像信号線と平行な方向にストライプ状であり、前記電子源の長辺の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
（１３）前記映像信号線の幅は、前記走査線と交差する部分の幅が前記走査線と交差していない部分の幅よりも小さいことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（１４）前記映像信号線の幅は、前記電子源および前記電位制御電極が形成されている部分の幅が、前記走査線と交差している部分の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

各手段に対応した効果は次のとおりである。

手段（１）によれば、映像信号線の電位は走査線の電位よりも低いため、映像信号線の電位を電子ビーム収束手段として用いると効果的な電子ビーム集束を行うことができる。また、映像信号線の電位が低くなると電子ビームが多く放射されるが、映像信号線の電位が低くなると、同時に、電位制御電極の電位も低くなるため、電子ビーム集束の効果も大きくなるため、電子ビームの量が増えても電子ビームの広がりが極端に大きくなることはない。

手段（２）によれば、電位制御電極は電子源の両側に形成されているので、効果的な電子ビームの集束が可能である。

手段（３）によれば、電位制御電極は電子源の長辺に沿って形成されるので、効果的な電子ビームの集束が可能である。

手段（４）によれば、電位制御電極は電子源から２０μｍ以内という近傍に形成されるため、効果的な電子ビームの集束が可能である。

手段（５）によれば、電位制御電極は映像信号線の上に形成されるので、電位制御電極に映像信号線電位を供給することが容易にできる。

手段（６）によれば、電子源としてＭＩＭ型電子源を用いるので、電位制御電極をＭＩＭ型電子源および対応する映像信号線、走査線の形成と同時に電位制御電極を形成できるので、電位制御電極を形成するためのコストの上昇がほとんど無い。

手段（７）によれば、ＭＩＭ型電子源の上部電極と走査線と上部電極と同一の膜である上部電極膜の導通を一回のスパッターのみで行うため、コスト的に有利である。

手段（８）によれば、電位制御電極は映像信号線上で、層間絶縁膜にスルーホールを介して映像信号線の電位を供給するため、電位供給のために別電極を必要としない。

手段（９）によれば、電位制御電極は走査線と同時に形成するため、電位制御電極形成のための別プロセスを必要としない。

手段（１０）によれば、電位制御電極の高さは１０μｍ以下であるが、電子源の近傍に存在するため、十分なビーム集束効果を有する。

手段（１１）によれば、ブラックマトリクスの開口は電子源と同じ縦長であるため、本発明の電子ビーム集束作用の効果を上げることができる。

手段（１２）によれば、ブラックマトリクスの開口はストライプであるため、本発明の電子ビーム集束作用の効果を上げることができる。

手段（１３）によれば、映像信号線は、映像信号線と走査線の交差部で幅が狭いため、映像信号線と走査線との間に発生する容量を小さくすることができる。

手段（１４）によれば、映像信号線は、映像信号線と走査線の交差部で幅が狭く、電子源と電位制御電極が存在する部分は幅が広いため、電位制御電極を配置するスペースを十分にとることができると同時に、映像信号線を走査線との間に発生する容量を小さくすることができる。

以下、本発明の最良の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例では電子源としてＭＩＭ型電子源を用いた例を記載したが、電子源がＭＩＭ型電子源に限る必要は無い。

図１乃至図４は本発明の画像表示装置の一実施例を説明するための図で、図１（ａ）は
前面基板側から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図、図２は図１の前面基板を取り去って示す背面基板の模式平面図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った背面基板の模式断面図とその背面基板と対応する部分の前面基板の模式断面図である。

これら図１乃至図４において、参照符号１は背面基板、２は前面基板で、これら両基板１、２は厚さ数ｍｍ、例えば３ｍｍ程度のガラス板から構成されている。３は支持体で、この支持体３は厚さ数ｍｍ、例えば３ｍｍ程度のガラス板或はフリットガラスの燒結体から構成されている。４は排気管で、この排気管４は前記背面基板１に固着されている。前記支持体３は前記両基板１、２間の周縁部に周回して介挿され、両基板１、２とフリットガラスのような封着部材５を介して気密封着されている。前記両基板１、２は重畳方向（
Ｚ方向）で同軸配置されている。

この支持体３と両基板１、２及び封着部材５で囲まれた空間は前記排気管４を介して排気され例えば１０^-3〜１０^-5Ｐａの真空を保持して表示領域６を構成している。又前記排
気管４は背面基板１を貫通して穿設された貫通孔７と略同軸で連通し、前述のように前記背面基板１の外表面に取り付けられ、排気完了後封止される。

参照符号８は映像信号線で、この映像信号線８は背面基板１の内面に一方向（Ｙ方向）に延在し他方向（Ｘ方向）に並設されている。この映像信号線８は端部に映像信号線引出端子８１１を有しており、この端子の先端部は支持体3と背面基板１との気密封着部を気密に貫通して背面基板１の端部まで延在している。

次に、参照符号９は走査線で、この走査線９は前記映像信号線８上でこれと交差する前記他方向（Ｘ方向）に延在し前記一方向（Ｙ方向）に並設されている。この走査線９は端部に走査線引出端子９１１を有しており、この端子の先端部は前記支持体3と背面基板１との気密封着部を気密に貫通して背面基板１の端部まで延在している。

又、これら映像信号線８及び走査線９と貫通孔７とは少なくとも３ｍｍ以上の間隔が確保出来るように設定する。この寸法より近接すると電極寸法に変動が生じる恐れがある。

次に、参照符号１０は電子源で、この電子源１０は前記走査線９と映像信号線８の各交差部近傍に設けられ、この電子源１０は前記走査線９及び前記映像信号線８と接続電極１１、１１Ａでそれぞれ接続されている。又、前記映像信号線８と、電子源１０及び前記走査線９間には層間絶縁膜が配置されている。

ここで、前記映像信号線８は例えばＡｌ／Ｎｄ膜、走査線９は例えばＣｒ／Ａｌ／Ｃｒ膜等が用いられる。

次に、参照符号１２はスペーサで、このスペーサ１２はセラミックス材等から構成されており、長方形の薄板形状に整形され、この実施例では走査線９上に１本おきに直立配置され、接着部材１３で両基板１、２と固定している。このスペーサ１２は通常、複数の画素毎に画素の動作を妨げない位置に設置される。

このスペーサ１２の寸法は基板寸法、支持体３の高さ、基板素材、スペーサの配置間隔、スペーサ素材等により設定されるが、一般的には高さは前述した支持体３と略同一寸法、厚さは数十μｍ〜数ｍｍ以下、長さは２０ｍｍ乃至１２００ｍｍ程度、好ましくは８０ｍｍ乃至１２０ｍｍ程度が実用的な値となる。又、このスペーサ１２は１０⁸〜１０⁹Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有している。

次に、参照符号１４はカップ状の陽極端子で、この陽極端子１４は例えばクロム合金等から構成され前記前面基板２の背面基板１側の内面の後述する位置に植設配置されている。すなわち、陽極端子１４の配置位置は、両基板１、２をＺ軸方向に同軸で重畳した際、前記表示領域６内で、かつ正規の表示に支障を与えない支持体３に近接した位置に配置された前記排気管４と略同軸で前面基板２に埋め込まれている。この埋め込みは、陽極端子１４の閉止端面側の一部にガラス巻きを施すような処理を行った後、開口端側の一部を背面基板１側の内面に露呈させて埋め込みを行う方法等が可能である。この埋め込みはガラス板の時点で行い、埋め込み後洗浄等の前処理を行い、その後所定の製造工程に投入する。

又、この陽極端子１４が植設配置された前記前面基板２の同一面内に赤色、緑色、青色用の蛍光体層１５が遮光用のＢＭ（ブラックマトリクス）膜１６で区画されて配置され、更にこれらを覆うように例えば蒸着方法で設けられた金属薄膜からなるメタルバック１７が形成され、これらにより蛍光面が構成されている。

次に、参照符号１８は陽極引出線で、この陽極引出線１８は一端側１８１を前記陽極端子１４に着脱自在に接続し、他端側１８２を支持体３に略平行に背面基板１側へ延在させ貫通孔８を挿通した後、排気管４と気密封着して外部に引き出されている。この陽極引出線１８は、一端側１８１を押圧して変形させてカップ状の陽極端子１４内に挿入し前記押圧を解除することで拡張、弾接させて陽極端子１４と確実に接触する構造のばね状構成としている。このばね状構成は、例えば４５０℃程度の熱処理でもばね性が損なわれない特性が要求される。又、他端側１８２は例えばジュメット線のような熱膨張係数が排気管４と略等しい材料からなる線状構造とし、貫通孔８を挿通した後、排気管４のチップオフ時に同時に気密封着している。

次に、参照符号１９は接続用の導電厚膜で、この導電厚膜１９は前記蛍光面のＢＭ（ブラックマトリクス）膜１６及びメタルバック１７と前記陽極端子１４間に塗布され、この陽極端子１４とＢＭ膜１６及びメタルバック１７とを電気的に接続している。この導電厚膜１９は例えば黒鉛を主成分とした黒鉛ペーストが用いられ、その膜厚は数μｍ乃至二十数μｍとし、接続の信頼性を確保可能な厚膜としている。

又、前記蛍光体層１５の蛍光体材料としては、例えば赤色としてＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）を、緑色としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色といてＺｎＳ：Ａｇ，
Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いることができる。この蛍光面構成で、前記電子源１０から放射される電子を加速し、対応する画素を構成する蛍光体層１５に射突させる。これにより、該蛍光体層１５が所定の色光で発光し、他の画素の蛍光体の発光色と混合されて所定の色のカラー画素を構成する。又、メタルバック１７は面状として示してあるが、走査線９と交差して画素列ごとに分割されたストライプ状とすることもできる。

図５は発明の作用を示す模式図である。前面基板と背面基板のスペースHは約３ｍｍである。前面基板と背面基板間の電圧は７KVから１０KVである。前面基板にはブラックマトリクス膜１６が形成され、ブラックマトリクス膜１６の開口部には蛍光体層１５が形成されている。ブラックマトリクス膜１６および蛍光体層１６を覆って、メタルバック１７が形成されている。

等電位線ＥＶは電位子源付近において、図５のＥＶで示すように、電位制御電極４１の影響を受けて歪む。この等電位線のゆがみは電子ビームEBが集束する方向に作用するため、電子ビームの発散を防止することができる。この効果を持たせるためには、電位制御電極４１の電位は電子源の表面電位よりも低くなくてはならない。ＭＩＭ型電子源１０の上部電極は走査線と同じ電圧が印加されている。一方ＭＩＭ型電子源１０の下部電極は映像信号線と同一である。そして、走査線の電位は信号電位よりも高い電位となっている。本発明は信号電位を電位制御電極４１に印加することにより、電子ビームを集束させるものである。

図６は本発明のＭＩＭ型電子源１０付近の平面図である。図６において縦方向に延在する映像信号線８の上にＭＩＭ型電子源１０が形成されている。層間絶縁膜を介して映像信号線８と直角方向に走査線９が延在している。映像信号線のピッチは２００μｍであり、映像信号線の幅は１３０μｍである。ピッチに対して線幅の割合が大きいのは、出来るだけ映像信号線の抵抗を小さくして、信号が劣化するのを防止するためである。また、走査線９のピッチは６００μｍであり、走査線９の幅は３００μｍである。走査線のピッチに対して走査線９の幅が大きいのは、映像信号線８の場合と同様で、できるだけ走査線の抵抗を小さくするためである。

ＭＩＭ型電子源１０の大きさは、映像信号線と平行な方向ｙｍが１００μｍ、走査線と平行な方向ｘｍが５０μｍであり、縦長の構成となっている。これは対応する蛍光面の画素構造が縦長、あるいはストライプとなっていることに対応するものである。

ＭＩＭ型電子源１０の両脇には電位制御電極４１が形成されている。電位制御電極４１の幅ｘｃは約１０μｍ、長さは約１００μｍである。ＭＩＭ型電子源１０と電位制御電極４１との間隔ｘｄは１０μｍである。電位制御電極４１の背面基板からの高さは５ミクロンである。電位制御電極４１の高さは小さいように見えるが、ＭＩＭ型電子源１０との距離が小さいため、電子ビームの集束効果は非常に大きい。本発明では電位制御電極４１を微細加工できるため、電位制御電極４１をＭＩＭ型電子源１０に対して間隔ｘｄを１０μｍ以下にまで近づけることができる。実験によれば、電位制御電極４１の高さを５μｍとして、電位制御電極４１とＭＩＭ型電子源１０との間隔ｘｄは２０μｍ程度であっても効果を生ずる。

図７は図６のＡ−Ａ断面図である。図７において、ＭＩＭ型電子源１０は映像信号線の上に形成されており、ＭＩＭ型電子源１０の下部電極は映像信号線と同一である。下部電極、すなわち映像信号線はＡl合金で形成されている。膜厚は例えば、５００ｎｍである。トンネル絶縁膜を挟んで上部電極が形成されている。トンネル絶縁膜は厚さ約１５ｎｍであり、下部電極である映像信号線を陽極酸化することによって形成される。上部電極はIr、Pt、Auの積層膜がスパッターで形成され、膜厚は６μｍ程度である。上部電極には走査線と同じ電位が印加される。上部電極はＭＩＭ型電子源１０の上だけでなく、背面基板全面に形成される。しかし、後に述べる走査線庇部９３部によって、上部電極膜は他の走査線とは電気的に切り離される。上部電極に印加される走査信号と、下部電極、すなわち、映像信号線に印加されるデータ信号との電位差により、上部電極から放出される電子の量がコントロールされることにより、画像が形成される。

映像信号線と走査線の間に層間絶縁膜が形成される。層間絶縁膜は第１走査線層９１と第２走査線層９２の２層膜となっている。もちろん、層間絶縁膜は２層に限らず、３層以上でもよい。本実施例では第１走査線層９１は映像信号線を陽極酸化することによるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ₃）によって形成される。膜厚は例えば、１５０ｎｍである。陽極酸化膜のうえには第２層間絶縁膜３４が形成される。第２層間絶縁膜３４は例えば、窒素シリコンあるいは酸化シリコンが用いられる。第２層間絶縁膜３４の役割は第１層間絶縁膜３３３４であるアルミナにピンホール等が存在した場合の絶縁不良を防止するためである第２層間絶縁膜３４の膜厚は例えば、１５０ｎｍ程度である。

走査線は第１走査線層９１と第２走査線層９２の２層構造になっている。図７において、ＭＩＭ型電子源１０に近い側の第１走査線層９１にはテーパー部９４が形成されており、このテーパー部９４に上部電極膜がスパッターあるいは蒸着されることにより、走査線の電位がＭＩＭ型電子源１０の上部電極に印加されることになる。一方、ＭＩＭ型電子源１０と反対側の走査線端部には第１走査線層９１と第２走査線層９２との間に走査線庇部９３部が形成されている。この庇部によって、上部電極膜が分断され、上部電極膜が他の走査線と導通するのを防止することができる。

第１走査線層９１は例えば、Ｃｒ膜またはＣｒ合金膜がスパッターによって形成される。第１走査線層９１の膜厚は例えば、４００ｎｍである。その上に第２走査線層９２がスパッターによって形成される。第２走査線層９２の材料は、Ａｌ合金が使用され、膜厚は例えば４．５μｍである。

第２走査線層９２がスパッターされたあと、第２走査線層９２のパターニングをおこなう。その後、第２走査線層９２とレジストの位置をわずかにずらせて第１走査線層９１のパターニングを行う。レジストの位置をわずかにずらせるのは、ＭＩＭ型電子源１０側にはテーパー部９４を形成し、ＭＩＭ型電子源１０と反対側には走査線庇部９３を形成するためである。実際はレジストの位置をテーパー部９４に形成することにより、この部分の第１走査線層９１のエッチングを遅くすることによってテーパーを形成する。一方、ＭＩＭ型電子源１０と反対側は第２走査線層９２をマスクとしてエッチングする。Ａｌ合金よりもＣｒを早くエッチングするエッチング液を選定することにより、走査線庇部９３部が形成される。この庇部は第２走査線層９２の膜厚が第１走査線層９１の膜厚よりも遥かに大きいため、この膜厚の差による効果もある。走査線庇部９３の量ｄ２は１００ｎｍ以上必要であるが、好ましくは３００ｎｍ以上がよい。

第１走査線層９１および第２走査線層９２によって走査線を形成後、ＭＩＭ型電子源１０の部分の第２層間絶縁膜３４をエッチングにより開口する。その後、下部電極たる開口部の映像信号線に対して陽極酸化することにより、トンネル絶縁膜を１５ｎｍ程度に形成する。その後、ＭＩＭ型電子源１０の上部電極となる上部電極膜を６ｎｍ程度スパッタリングによって形成する。上部電極膜が走査線部に形成されたテーパー部９４にも形成されることにより、走査線とＭＩＭ型電子源１０の上部電極とが導通することになる。一方ＭＩＭ型電子源１０と反対側は、走査線庇部９３によって、分離され、他の走査線との導通は避けられる。

図８は図６のＢ−Ｂ断面図であり、ＭＩＭ型電子源１０の両側に電位制御電極４１が形成されている。電位制御電極４１の形成プロセスは図７に示したＭＩＭ型電子源１０の形成および走査電極の形成をほとんど共通している。電位制御電極４１はＭＩＭ型電子源１０と同じく映像信号線の上に形成されている。映像信号線をパターニングしたあと、映像信号線と走査線を絶縁するために、第１層間絶縁膜３３および第２層間絶縁膜３４を形成することは共通である。第２層間絶縁膜３４を形成後、電位制御電極４１のために、第１層間絶縁膜３３および第２層間絶縁膜３４に対してスルーホル４２を形成する。その後、第１走査線層９１および第２走査線層９２をスパッターで形成することは走査線の形成と共通である。すなわち、電位制御電極４１は２層構造となっており、下層４１１は第１走査線層９１と同じ材料、膜厚となる。また、上層４１２は第２走査線層９２と同じ材料、膜厚となる。

走査線の第２走査線層９２をパターニングすると同じ工程で、電位制御電極４１の上層４１２をパターニングする。その後、走査線の第１走査線層９１をパターニングするのと同じ工程で電位制御電極４１の下層４１１をパターニングする。電位制御電極４１の下層４１１のパターニングは、電位制御電極４１の上層４１２をマスクに用いてパターニングする。これは第２走査線層９２のＭＩＭ型電子源１０と反対方向のパターニングと同じプロセスである。すなわち、電位制御電極４１の下層４１１と第１走査線層９１は同一の膜厚、材料であり、電位制御電極４１の上層４１２と第２走査線層９２とは同一の膜厚、材料であるから、同じエッチング液によって、走査線庇部９３と同様な電位制御電極庇部４３が形成される。

最終的に、ＭＩＭ型電子源１０の上部電極膜が基板全面にスパッターされるが、この電位制御電極庇部４３によって、ＭＩＭ型電子源１０の上部電極と電位制御電極４１との導通は避けられる。すなわち、上部電極膜は約６ｎｍであり、１００ｎｍ以上の庇があれば、電位制御電極４１の上層４１２に形成された上部電極膜４１３と第２層間絶縁膜３４の上に形成された上部電極膜３１１の分離は十分に可能である。ちなみに、第１走査線層９１の膜厚は４００ｎｍで、第１層間絶縁膜３３の膜厚は１５０ｎｍ、第２層間絶縁膜３４の膜厚は１５０ｎｍであり、縦方向にも１００ｎｍの差があるため、縦方向についても、電位制御電極４１の上層４１２に形成された上部電極膜４１３と第２層間絶縁膜３４の上に形成された上部電極膜３１１の分離は十分に可能である。

もしも、第２走査線層９２上の上部電極膜４１３と第２層間絶縁膜３４上の上部電極膜の分離ができなかった場合でも、上部電極膜は６ｎｍと薄いため、走査線と映像信号線に電圧を印加して、電流を流せば、つながった部分は容易に焼ききることができるため、プロセスにおいて分離できなかった場合も容易に回復させることが可能であり、歩留りの低下は避けることができる。

図９は駆動波形の１例である。走査線は上から順次一定電圧、例えば、５Vを印加する。一方映像信号線には各走査線に対応した電圧が印加される。映像信号線の電圧は例えば、０Vからー４Vである。この例では、映像信号線の電位０Vのときが走査線と映像信号線の電位差がもっとも小さく、放出電流がもっとも小さい。逆に、映像信号線の電位がー４Vのときが電子放出量がもっとも大きい。

電子ビームの広がりは電流量が大きいほうが大きい。電流量が大きいときは信号電位が低い。電位制御電極４１に印加される電位が低いとビーム集束効果は大きい。電位制御電極４１に印加される電位は信号電位と同じであるので、電流量が大きいほど集束作用が大きいということになり、本発明はこの点でも極めて合理的である。

図６に示すように、本実施例ではＭＩＭ型電子源１０は映像信号線と平行方向に長い形となっている。そして、電位制御電極４１はＭＩＭ型電子源１０の長辺両側に配置されている。すなわち、本実施例では、電子ビームは走査線と平行方向にのみ集束される。一方、ＭＩＭ型電子源１０と対向するブラックマトリクスの開口部の形状は例えば、映像信号線と平行方向に縦長の１６５μｍ×１１５μｍである。電子ビームが他の蛍光体を照射することによる色純度の劣化は走査線と平行方向で裕度が小さい。また、ビームの広がりによる輝度の劣化の影響も映像信号線と平行方向よりも、走査線と平行方向で大きい。したがって、本実施例のように、ＭＩＭ型電子源１０の長辺の両側に電位制御電極４１を配置すれば、大きな効果を得ることができる。さらには、蛍光面のブラックマトリクスの開口部が上記のような長方形の窓ではなく、連続してストライプ状であれば、ＭＩＭ型電子源１０の長辺両側に電位制御電極４１を配置するだけで、ほぼ完全に目的を達成することができる。

図１０に本発明の第２の実施例を示す。図１０は実施例１の図８に対応するものである。図１０以外の構成は実施例１と同じである。

実施例１では、電位制御電極４１の下層４１１はスルーホル４２内のみに形成されていた。この場合、電位制御電極４１の下層４１１は、第１層間絶縁膜３３および、第２層間絶縁膜３４の膜厚の合計よりも厚くする必要がある。実施例１では第１層間絶縁膜３３は１５０ｎｍ、第２層間絶縁膜３４は１５０ｎｍであり、電位制御電極４１の下層４１１は、第１走査線層９１と同じ膜厚である４００ｎｍである。

しかしながら、電位制御電極４１の下層４１１すなわち、第１走査線層９１はこのように厚くしたくない場合がある。例えば、走査線庇部９３部あるいは電位制御電極庇部４３部の量は、電位制御電極４１の下層４１１または第１走査線層９１の膜厚が小さいほうが容易に形成できる。

本実施例は以上のような状況に鑑み、電位制御電極４１の下層４１１をスルーホル４２４２の周辺、すなわち第２層間絶縁膜３４の上にまで形成している。このような構成とすれば、電位制御電極４１の下層４１１すなわち第１走査線層９１の膜厚の選択の自由度を上げることができる。実施例２によれば、電位制御電極４１の下層４１１の膜厚によって、電位制御電極４１の上に形成された上部電極膜４１３と第２層間絶縁膜３４の上に形成された上部電極膜３１１とを確実に分離することができる。

図１１に本発明の第３の実施例を示す。実施例３では映像信号線の幅に変化を持たせている。映像信号線と走査線が層間絶縁膜を挟んで交差する部分の映像信号線の幅ｓｎを小さくしている。そして、電位制御電極４１および、ＭＩＭ型電子源１０が配置される部分の映像信号線の幅ｓｗを大きくしている。映像信号線と走査線の交差する部分には容量が発生し、これが高速駆動に悪影響をおよぼすので、この部分は映像信号線の幅を小さくして容量の発生を最小限に抑える。一方ＭＩＭ型電子源１０および電位制御電極４１が配置される部分は映像信号線の幅を大きくして、これらの電極を配置するスペースを十分にとることが特徴である。

図１１において、まず、映像信号線が形成される。映像信号線の形状は実施例１に比べて複雑であるが、これは一回のフォト工程で形成できるので問題にならない。映像信号線のピッチは実施例１と同じ２００μｍである。映像信号線の幅に狭い部分ｓｎは９０μｍである。映像信号線の幅に広い部分ｓｗは１３０μｍであり、ＭＩＭ型電子源１０と電位制御電極４１を配置するに十分なスペースとなっている。以後のプロセスも実施例１と同じである。

走査線のピッチは５００μｍで、走査線幅は３００μｍである。ＭＩＭ型電子源１０の大きさ、電位制御電極４１の大きさ、ＭＩＭ型電子源１０と電位制御電極４１の間隔等も実施例１と同じである。本実施例においては、ＭＩＭ型電子源１０および電位制御電極４１の配置される部分の映像信号線の幅を自由に変えることができるので、ＭＩＭ型電子源１０の大きさ、電位制御電極４１の大きさ、ＭＩＭ型電子源１０と電位制御電極４１の間隔等に対する設計裕度、プロセス裕度を向上させることができる。また、必要に応じて映像信号線と走査線間の容量の設計裕度も増すことができる。

次に、図１２は本発明の構成を適用した画像表示装置の等価回路例の説明図である。図９中に破線で示した領域は表示領域６であり、この表示領域６にｎ本の映像信号線８とｍ本の走査線９が互いに交差して配置されてｎ×ｍのマトリクスが形成されている。マトリクスの各交差部は副画素を構成し、図中の３つの単位画素（あるいは、副画素）"Ｒ"，"Ｇ"，"Ｂ"の１グループでカラー１画素を構成する。なお、電子源の構成は図示を
省いた。映像信号線（カソード電極）８は、映像信号線引出端子８１１で映像信号駆動回路ＤＤＲに接続され、走査線（ゲート電極）９は走査線引出端子９１１で走査信号駆動回路SDRに接続されている。映像信号駆動回路ＤＤＲには外部信号源から映像
信号ＮＳが入力され、走査信号駆動回路ＳＤＲには同様に走査信号ＳＳが入力される。

これにより、順次選択される走査線９に交差する映像信号線８に映像信号を供給することで、二次元のフルカラー画像を表示することができる。本構成例の表示パネルを用いることにより、比較的低電圧で高効率の画像表示装置が実現される。

本発明の画像表示装置の一実施例を説明するための図で、図１（ａ）は前面基板側から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。 図１の前面基板を取り去って示す背面基板の模式平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿った背面基板の模式断面図とその背面基板と対応する部分の前面基板の模式断面図である。 本発明の作用を示す模式図である。 本発明を示す平面図である。 図６のＡ-Ａ断面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 本発明における走査線および映像信号線へ信号電圧印加の例である。 本発明の第２の実施例である。 本発明の第３の実施例である。 本発明の構成を利用した表示装置の等価回路の説明図である

符号の説明

１・・・背面基板、 ２・・・前面基板、 ３・・・支持体、 ４・・・排気管、 ５・・・封着部材、 ６・・・表示領域、 ７・・・貫通孔、 ８・・・映像信号線、 ８１・・・映像信号線引出端子、 ９・・・走査線、 ９１・・・走査線引出端子、 １０・・・電子源、 １１，１１Ａ・・・接続電極、 １２・・・間隔保持部材、 １３・・・接着部材、 １４・・・陽極端子、 １５・・・蛍光体層、 １６・・・ブラックマトリクス膜、 １７・・・メタルバック（陽極電極）、 １８・・・陽極引出線、 １９・・・導電厚膜、 ３１・・・上部電極、 ３２・・・トンネル絶縁膜、 ３３・・・第１層間絶縁膜、 ３４・・・第２層間絶縁膜、 ３５・・・第２層間絶縁膜、 ４１・・・電位制御電極、 ４２・・・スルーホール、 ４３・・・電位制御電極庇部、 ９１・・・第１走査線層、 ９２・・・第２走査線層、 ９３・・・走査線庇部、 ９４・・・テーパー部、 ４１１・・・電位制御電極の下層、 ４１２・・・電位制御電極の上層

Claims (14)

1. 第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記電位制御電極は前記電子源の両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記電位制御電極は前記電子源の長辺近傍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記電子源と電位制御電極との間隔は２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記電子源と前記電位制御電極は前記映像信号線の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は上部電極と下部電極、および上部電極と下部電極の間のトンネル絶縁膜を有し、前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加することにより前記上部電極から電子を放出させる構成であり、前記上部電極は前記走査線と同電位が印加され、前記下部電極は映像信号線と共通であり、前記電子源の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
7. 前記上部電極は前記上部電極と同一の膜である上部電極膜によって走査線と共通の電位が印加されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記映像信号線の上には層間絶縁膜が形成され、前記電位制御電極は前記映像信号線の上に形成された前記層間絶縁膜のスルーホールを介して前記映像信号線と同じ電位が印加されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 前記走査線は2層の導電膜を有し、前記電位制御電極は前記走査線と同一材料の2層の導電膜を有していることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
10. 前記電位制御電極の高さは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
11. 第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記第２の基板の蛍光面にはブラックマトリクスが形成され、前記ブラックマトリクスの開口部には蛍光体層が形成され、前記ブラックマトリクスの開口部は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記電子源の長辺の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
12. 第１の基板上には映像信号線が第１の方向に延在して、第１の方向と直角方向の第２の方向に配列し、走査線は映像信号線とは絶縁層を挟んで第２の方向に延在して第１の方向に配列しており、前記映像信号線と走査線との交差部付近に電子源が配置され、第２の基板には前記電子源に対応して蛍光面が形成されており、前記電子源からの電子ビームによって前記蛍光面を発光させる表示装置であって、前記電子源は前記映像信号線と平行な方向に長辺を有する略長方形の形をしており、前記第２の基板の蛍光面にはブラックマトリクスが形成され、前記ブラックマトリクスの開口部には蛍光体層が形成され、前記ブラックマトリクスの開口部は前記映像信号線と平行な方向にストライプ状であり、前記電子源の長辺の近傍には前記映像信号線と同じ電位が印加される電位制御電極が配置されていることを特徴とする表示装置。
13. 前記映像信号線の幅は、前記走査線と交差する部分の幅が前記走査線と交差していない部分の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
14. 前記映像信号線の幅は、前記電子源および前記電位制御電極が形成されている部分の幅が、前記走査線と交差している部分の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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