JP3688970B2 - 薄膜型電子源を用いた表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出部から真空中に電子を放出する薄膜型電子源を用いた表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜型電子源とは、上部電極−絶縁層（または半導体層など）−下部電極の３層薄膜構造を基本とし、上部電極−下部電極の間に電圧を印加して、上部電極の表面から真空中に電子を放出させるものである。例えば金属−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）型等がある。
【０００３】
ＭＩＭ型薄膜電子源については、本発明者等によって例えば特開平７−６５７１０号に述べられており、その動作原理を図２に示す。上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄ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、絶縁層１２、上部電極１３の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。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が、上部電極１３の仕事関数φ以上のエネルギーを有する一部のホットエレクトロンは、真空２０中に放出される。
【０００４】
この薄膜電子源は複数本の上部電極１３と、複数本の下部電極１１とを直交させてマトリクスを形成すると、任意の場所から電子線を発生させることができるので、表示装置等の電子源に用いることができる。これまで、Ａｕ−Ａｌ２Ｏ３−ＡｌのＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造などから電子放出が観測されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜型電子源を表示装置等に適用する際、高い電子放出効率、すなわち注入電流（ダイオード電流）に対する放出電流の比が高いものを用いる事が望ましい。電子放出効率が高くなるほど、表示装置の輝度は向上し、また同一輝度では表示装置の消費電力が低下する。
【０００６】
薄膜型電子源の電子放出効率を高めるには、上部電極１３中でのホットエレクトロンの散乱によるエネルギー損失を低減するため、上部電極１３をできるだけ薄膜化するのが有効である。
【０００７】
例えば、特開平２−１２１２２７では電子放出部を真空蒸着、スパッタ或いはフォトレジストを用いた選択エッチングによって薄い部分と厚い部分とを形成することが提案されている。
【０００８】
しかしながら従来の薄膜形成装置で形成した上部電極１３では、薄膜化しすぎると電極膜が絶縁膜上で島状成長して電極のシート抵抗が急増し、電子放出部面内で電圧降下が生じるため、薄膜型電子源に実効的な駆動電圧Ｖｄが印加できなくなるという問題があった。
【０００９】
この問題を解決するための手法として、例えば、特開平２−１７２１２７では厚い上部電極に傾斜部を下部の絶縁体層表面が露出するように設けこの傾斜部裾野の薄い部分から電子を放出させることが提案され、また特開平３−５５７３８では厚い上部電極に下部絶縁層が露出する開口部を設けこの開口部から電子を放出させることが提案されている。
【００１０】
しかしながら、かかる手法では電子放出のキーとなる金属薄膜部を再現性良く確保することが難しく電子放出効率を向上させるには限界が有る。
【００１１】
一方、本発明者等は、特願平１１−１９１４２３で、一画素を複数の薄い電子放出部で構成し、個々の電子放出部の面積を縮小してその周囲に厚い給電線を巡らすことで電圧降下を防止する手法を提案した。この手法は上記した抵抗を減少させかつ給電線とは独立して上部電極の金属薄膜を薄く形成できるので好ましい。しかし、電子放出効率を更に大きくし表示装置の輝度を向上させるために各電子放出部や給電線を微細化すると、位置合わせの要求精度が高くなったり、電子放出部面積の比すなわち開口率が低下することが懸念されるので、薄膜型電子源の電子放出部の面積は、表示装置の画素ピッチの範囲内でできるだけ大きく、例えば大画面の平面パネルでも高精細表示装置のドットピッチ程度の５０μｍ角程度とすることになり、電子放出効率及び輝度を一層向上する抜本的な解決手法が望まれる。
【００１２】
また一方、本発明者等は特開平８−１８０７９４で、高効率の電子放出を狙って高さが２０ｎｍ以下の微小なドットを上部電極に形成し、そこに外部電界を集中させ上部電極の実効的な仕事関数を引き下げることも提案しているが、１乃至２％以上の高い電子放出効率のものを再現性よく得ることが難しい。
【００１３】
本発明は、薄膜型電子源の電子放出効率を向上しそれによって輝度を改良した表示装置を提供することを目的としている。
【００１４】
より具体的には、薄膜化しても薄膜型電子源に実効的な駆動電圧Ｖｄが印加できる薄い平坦な薄膜電極を通して放出された電子を蛍光体に照射することによって輝度を向上した表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的のものの概要を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１６】
本発明は、薄膜電極を通して電子を減圧雰囲気中に放出する薄膜型電子源を用いる表示装置においては、ホットエレクトロンの平均自由行程が薄膜電極に用いられる材料に対する依存性が大きいことに着目してなされたものである。
【００１７】
即ち、本発明は、特に各種材料を上部電極に用いた場合の電子放出効率を解析した結果、上部電極１３中でのホットエレクトロンが散乱を受けるまでの平均自由行程が０．５〜５ｎｍ程度と極めて短かいため電子放出効率が低下することを初めて見出し、従来用いられてきたものよりも薄い膜厚にすべきであるとの発想のもとになされたものであり、積極的に５ｎｍよりも薄い膜厚を有する平坦な金属薄膜部を上部電極１３に有せしめ、この平坦な金属薄膜部を通して真空中に放出される電子を上部電極に対向配置された蛍光体の表面に照射することによって上記目的を達成しようとするものである。
【００１８】
本発明による表示装置は、共通の平坦な金属薄膜部と複数の島状の金属突起部とを有している上部電極を下部電極から離間して配置し、平坦な金属薄膜部に接続された給電用のバス配線を設け、上部電極及びバス配線の上部に蛍光体を配置し、下部電極とバス配線との間に電圧を印加することによって平坦な金属薄膜部を通して真空中に放出された電子をこの蛍光体に照射することによって構成される。
【００１９】
このような構成にすることによって、ホットエレクトロンが放出される平坦な金属薄膜部の厚さを給電用バス配線とは独立して積極的に薄くすることができ、電子放出効率を向上しそれによって輝度を改良した表示装置を実現することができる。
【００２０】
また、上部電極において平坦な金属薄膜部の表面が占める面積、即ち実効的な電子放出面積、を上記金属突起部がこの平坦な金属薄膜部の表面レベルで占める面積よりも大きくすることによって、上部電極のほぼ全体に薄い金属薄膜部が設けられている場合と同等の電子放出効率を達成することができる。
【００２１】
また、上記バス電極配線は、電子放出部を構成する平坦な金属薄膜に接続されて延在する薄い下層と厚く形成された低抵抗の給電部となる上層の２段構造とすることによって、本発明の薄膜電極を用いた場合の電気的接続部での段切れ防止と大型表示装置での配線抵抗による電圧降下防止に対応することができる。
【００２２】
また、保護層等で規定された電子放出部上の上部電極に形成される上記島状の金属突起部自体は、上部電極に電位を供給するバス配線に構造的に接触させずにバス配線から物理的に離間乃至独立している。
【００２３】
又、電子を放出する共通の平坦金属薄膜の表面上に突出した複数の島状の金属突起部の厚さ（即ち、平坦金属薄膜の表面レベルからの高さ）は、平坦金属薄膜の厚さよりも大きい方が望ましく、また上記給電用のバス配線の厚さよりも小さい方が望ましいがこれに限られるものではない。
【００２４】
更に又、本発明では、かかる薄膜型電子源の上部電極は下部電極上に設けられた絶縁層、半導体層、又は多孔質半導体層、或いはそれらの混合膜又は積層膜の上に例えば、イリジューム（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１ｎｍ、１ｎｍ、２〜３ｎｍ程度の厚さで積層した後に加熱処理することによって形成される。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とからな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５ｎｍよりも薄い平坦な共通金属薄膜電極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のである。
【００２５】
上記加熱処理での突起部の形成による平坦金属膜部の効果的な薄膜化を図るためには、Ｉｒ膜及びＰｔ膜をそれぞれ１ｎｍ程度にまたＡｕ膜を１〜３ｎｍ程度に予め薄く形成しておくことが望ましい。
【００２６】
上述した加熱処理の結果を解析したところ、ＩｒはＡｕを凝集して合金を形成する成長核として働き、またＰｔはＩｒとＡｕの接触をさまたげることで合金化を抑制するので、Ａｕの凝集を抑止又は制御する作用があるものと推察される。
【００２７】
従って、この加熱処理方法はＩｒ−Ｐｔ−Ａｕの組み合わせに限らず、例えば、加熱処理時間及び温度を制御することによって、Ｐｔを用いないＩｒ−Ａｕの組み合わせであっても良い。又それぞれ上述のような働きをする少なくとも２種類の導電性材料を用いてもよい。
【００２８】
即ち、本発明によれば、下部電極の上部に上部電極が設けられ、上記上部電極の上部に蛍光体が対向配置され、上記上部電極と上記蛍光体との間の空間が減圧雰囲気に密封された薄膜型電子源を用いた表示装置を、上記上部電極は上記下部電極の上部に金属薄膜を設けた後、該金属薄膜の金属を部分的に凝集させて該金属薄膜に突起部を形成し、残りの部分の平坦部の厚さを該金属薄膜の初期の厚さより薄くする加熱処理を施すことによって製造することで簡単に高い歩留まりで製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例を図１、３〜１４図を用いて説明する。
【００３０】
まず、薄膜型電子源の一例として図３に示す金属−絶縁体−金属型のＭＩＭ構造の薄膜型電子源を作成する。
【００３１】
初めに絶縁性の基板１０上に下部電極用の金属膜１１を成膜する。下部電極１１用の材料としては例えばＡｌやＡｌ合金等を用いる。ここでは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。成膜後はエッチングにより下部電極１１を形成する。
【００３２】
次に、下部電極１１上の電子放出部を構成する部分をフォトレジスト（図省略）でマスクし、化成液中で下部電極１１の電子放出部以外の部分を選択的に厚く陽極酸化し，Ａｌ２Ｏ３の保護絶縁層１４とする。化成電圧を８０Ｖとすれば、約１０９ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。この保護絶縁層１４は電子放出部を制限乃至規定するとともに下部電極１１のエッジに電界が集中するのを防止する役目を果たす。
【００３３】
この陽極酸化による保護絶縁層１４の形成終了後、レジスト膜を除去して下部電極表面を部分的に露出させ、再度下部電極１１を陽極とし、電子放出部を陽極酸化する。化成電圧を６Ｖとすれば、約１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層１２が形成される。
【００３４】
次に、バス電極配線用の膜を成膜する。ここではタングステン（Ｗ）膜とＡｌ−Ｎｄ合金膜との２層膜を用い、Ｗ膜を１０ｎｍ、Ａｌ−Ｎｄ膜を２００ｎｍとした。即ち、全面に成膜されたＡｌ−Ｎｄ膜、続いてＷ膜を２段階のエッチング工程により選択的に加工し、電子放出部側に延在し後述する上部電極１３と直接接触するＷ膜のバス電極配線の下層部１５と、厚く形成され低抵抗の給電部となるＡｌ−Ｎｄ膜のバス電極配線の上層部１６との２段構造のバス電極配線を形成した。この構造により、上部電極１３を非常に薄く形成してもバス電極配線のエッジで段切れするのを防止することができる。
【００３５】
次に、上部電極１３用の膜をスパッタリング法で成膜する。ここでは、Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕを順に積層した多層膜を形成し、それぞれの膜厚を約１ｎｍ、１ｎｍ、２〜３ｎｍの計４〜５ｎｍとした。この膜厚は、スパッタリング法で安定に成膜でき、かつ電子放出部内での電圧降下が十分小さい低抵抗の上部電極１３を形成できる範囲で選択した。ここで電子放出部の面積は５０μｍ角とした。なお、同図ではこの上部電極を構成する３層の金属膜はＡｌ−Ｎｄ層１６の上部表面にも被着され（１３‘）てバス電極配線の抵抗の減少に寄与するようにされている。
【００３６】
続いて、かくして得られた薄膜型電子源の構造体を有する基板を電気炉内に配置し、加熱する。昇温は約１０℃／分で行い、最高温度で１０〜２５分保持し、降温も約１０℃／分で行った。最高温度はここでは４１０℃とした。また、加熱雰囲気は大気中である。
【００３７】
この加熱処理によりＩｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる上部電極１３が再構成され、図１に要部を拡大して示すように、厚い（或いは背の高い）島状の複数の金属突起部１７と当初の４〜５ｎｍよりも薄い平坦な共通金属薄膜部１８とが一体的に結合されて併存した構造の上部電極２３を形成することができる。即ち、これらの複数の金属突起部１７は共通の平坦な金属薄膜部の表面レベルから突出して形成されている。
【００３８】
バス電極配線１５，１６を介して上部電極２３と下部電極１１との間に１０Ｖの電圧Ｖｄを印加すると、図１に示すようにホットエレクトロンｅが厚い島状突起部１７からではなく、５ｎｍよりも薄い平坦な金属薄膜部１８からその上部の真空中に放出される。
【００３９】
図４は上記加熱処理後の薄膜型電子源の電子放出部近傍の平面での走査電子顕微鏡像のスケッチである。絶縁層１２、保護絶縁層１４、バス電極配線の下層１５、バス電極配線の上層１６上の全ての表面領域でサブミクロン径の複数の突起部１７（小さな丸い白色のドット部）が観察される。
【００４０】
図５はその上部電極２３の構造を原子間力顕微鏡で測定した像のスケッチ（斜視図）である。突起部１７は平坦な薄膜部１８の表面レベルから約１５０ｎｍに達する厚い（背の高い）ものであることが分かる。また、複数の突起部１７の間には特に大きな凹凸はなく、一様な厚さの平坦な薄膜部１８の表面はこの平坦な薄膜部の表面レベルでの突起部が占める面積よりもはるかに大きい面積で広がっている。
【００４１】
図６は電子放出部の突起部１７を含む領域の断面透過電子顕微鏡像のスケッチである。上部電極２３に突起部１７と薄膜部１８とが併存している様子がわかる。なお、同図において突起部１７と薄膜部１８上に見える構造物は観察用に形成したバインダであり、本発明で形成された薄膜型電子源とは関係がないものである。また、同図で下部電極１１と表示している部分は、本来はＡｌ−Ｎｄ膜が存在するはずであるが、観察用試料作成に用いたＧａイオンビームとの反応でＡＬ−Ｎｄ膜が溶解し欠損している。
【００４２】
図７の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ上部電極２３の突起部１７と薄膜部１８の組成を分析するために、オージェ電子分光による微小領域の表面分析、深さ方向に分析を行った結果である。図７の（ａ）（ｂ）中の特性波形２４，２５，２６は、それぞれ突起部１７と薄膜部１８の外部露出表面部、それを１分スパッタリングした時の内部、５分スパッタリングした時の更に内部における特性を示している。
【００４３】
図７の（ａ）から判るように、突起部１７の表面のスペクトルではＩｒとＡｕの強いピークが観測される。イオンエッチングによる深さ方向に分析を行うとＡｕのみが観測される。すなわち、突起部１７はＩｒを成長核にＡｕが凝集しているものであることが判る。
【００４４】
一方、図７の（ｂ）から判るように、薄膜部１８表面ではＩｒ，Ｐｔ，Ａｕの全てのスペクトルがほぼ同じ強度で観測され、イオンエッチングによる深さ方向に分析を行うとまずＡｕのピークが消失し、続いてＰｔ，Ｉｒのピークも消失する。したがって、薄膜部１８ではＩｒ−Ｐｔ−Ａｕの多層構造乃至混合された構造は維持されているものの、Ａｕ強度がＩｒやＰｔと同程度と小さいことから、突起部１７へのＡｕの凝集により薄膜部１８のＡｕの組成比が低下していることがわかる。
【００４５】
図８は加熱処理前と後の上部電極１３、２３のＸ線光電子スペクトルを比較した特性図である。Ｘ線光電子分光装置の照射Ｘ線径は約３ｍｍ程度と大きいため、スペクトルは突起部１７、薄膜部１８を共に含む上部電極１３、２３の平均的な組成や構造を反映している。
【００４６】
まず加熱処理前（点線）に比べ加熱処理後（実線）のＡｕの強度は半減している。これに対し、Ｐｔ，Ｉｒは同程度か強度が増大している。これは上部電極２３の面積の大部分を占める薄膜部１８のＡｕ膜厚が減少したためＡｕ強度が減少したのに対し、下層のＩｒや中間層のＰｔは上層のＡｕ膜厚が薄くなった分、光電子が検出されやすくなった結果である。
【００４７】
さらに図９に、上部電極１３、２３の下に位置する絶縁層１２中のＡｌに起因する光電子スペクトルの加熱処理前（点線）と後（実線）の比較を示す。加熱処理後はＡｌ強度が増大している。この理由は上記と同様で、上部電極２３の膜厚が薄膜部１８で薄くなり、光電子が検出されやすくなったためである。
【００４８】
以上の結果から、加熱処理後の上部電極２３では金属薄膜の金属を部分的に凝集させて所々に島状の突起部１７を形成し、残りの部分の平坦部の厚さを加熱処理前の初期の金属薄膜膜の厚さより薄くされた平坦な金属薄膜部１８が広がっていることがわかる。
【００４９】
また分析結果にも示されているように、本実施例では上部電極１３の加熱処理による凝集等の再構成を利用しているため、成長核となる材料、および凝集する材料の少なくとも２種以上の元素から構成され、また突起部１７と薄膜部１８との組成が異なる。これは従来の薄膜形成法で作成される上部電極１３とは明らかに異なる点である。
【００５０】
本実施例ではＩｒとＰｔ、Ａｕの３種類の金属を用いたが、上記の上部電極２３の構造はＩｒとＡｕの２種類のみを用いても作成することができる。Ｐｔ層はＩｒとＡｕの接触を抑止するため、むしろ突起部１７の形成を抑制乃至制御する効果がある。
【００５１】
なお、島状の突起部の形状やサイズは加熱処理温度、加熱時間、Ｐｔ層膜厚などを制御することにより様々なものを形成できるが、薄膜部１８の適当な薄膜化を行うには、図４、５に示されているように、突起部の粒径（断面の直径）は１μｍ以下で、厚さ（即ち、高さ）が１００ｎｍ以上が好ましい。即ち、突起部の粒径（断面の直径）が大きすぎると薄膜部１８が薄くなりすぎ導通不良が生じ易くなるし、厚さ（即ち、平坦な金属薄膜部の表面からの高さ）が１００ｎｍよりも小さいと薄膜化が不十分となる。また、上部電極部２３における複数の金属突起部が平坦薄膜表面レベルで占める断面積の総和はそれらの周囲の平坦な共通金属薄膜部の占める面積よりも小さくするのが望ましい。
【００５２】
次に、このように金属突起部１７とその周囲の平坦な薄い金属薄膜１８とで構成された上部電極２３を用いた薄膜型電子源の性能、特に電子放出効率について説明する。
【００５３】
図１０（ａ）に加熱処理前後の薄膜型電子源の電極間に流れるダイオード電流密度Ｊｄ、放出電流密度Ｊｅ、電子放出効率Ｊｅ／Ｊｄを比較した結果を示す。加熱処理前の電子放出効率は印加電圧９Ｖで約２×１０（ｅｘｐ−３）即ち、０．２％であるが、加熱処理後は約２×１０（ｅｘｐ−２）即ち、２％と１０倍向上している。
【００５４】
これは、図１に示すように、本発明の上部電極２３を用いると、電子放出部の大部分を占める薄膜部１８の上部電極が薄く（実際には５ｎｍよりも薄く）なっているため、ホットエレクトロンの散乱が抑制され、電子が放出されやすくなった結果である。
【００５５】
一方、図１０（ａ）に示すように、ダイオード電流密度Ｊｄはトンネル電流閾値電圧に若干のシフトが見られるが、動作電圧領域（図１０の８〜９Ｖ）ではほぼ同じである。即ち、本発明の上部電極２３を用いた薄膜型電子源では、電極抵抗による電圧降下は十分小さく、薄膜型電子源には駆動するのに十分な駆動電圧Ｖｄが印加されている。これは、本発明の薄膜化の手法が加熱処理による薄膜再構成によってシート抵抗が低いためと考えられる。ちなみに、本実施例の上部電極２３のシート抵抗は約４ｋΩ／□以下であり、５０μｍ角内の電子放出部に発生する電圧降下は０．１Ｖ以下と見積もられる。
【００５６】
なお、図１０（ｂ）は上記実施例１とはＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層１２の膜厚の異なる薄膜型電子源の加熱処理前後の電子放出効率を比較したものである。この例では、陽極酸化の化成電圧を８Ｖとし、絶縁層１２の膜厚を約１３ｎｍとした。その他の製造プロセス及び条件は前記実施例１と同じである。
【００５７】
この図１０（ｂ）からも判るように、加熱処理前の電子放出効率は印加電圧１０Ｖで約５×１０（ｅｘｐ−３）即ち、０．５％であるが、加熱処理後は約３．６×１０（ｅｘｐ−２）即ち、３．６％と約７倍以上向上し、非常に高い電子放出率が得られている。
【００５８】
さらに本発明の加熱処理による上部電極２３の製造方法は、表示装置製造の際の加熱処理、すなわち薄膜電子源基板と蛍光面基板を貼りあわせるフリットガラス封着工程や排気工程の加熱処理に組み入れることが可能である。本実施例で用いた加熱処理の昇温速度、保持温度、降温速度、雰囲気などは、表示装置の電子源基板と蛍光面基板を貼りあわせる際のフリットガラス封着の加熱処理工程と同じくすることが可能であり、そうすることによって本発明の上部電極２３を有する表示装置を製造工程を増やさずに製造できることになり極めて有利である。但し、本発明の加熱処理は表示装置製造工程の加熱処理とは別に行っても構わない。
【００５９】
なお、本実施例は、金属−絶縁体−金属型（ＭＩＭ型）の薄膜型電子源を例に説明したが、下部電極の上に絶縁層や半導体層等の電子加速層或いはホットエレクトロン加速層を介して設けられた上部薄膜電極を用いる他の薄膜型電子源を用いた表示装置にも当然適用できる。例えば、ＭＯＳ型（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＭＩＳ型（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＨＥＥＤ型（ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、ｖｏｌ ３６、ｐ Ｌ９３９などに記載されている）、ＥＬ型（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理 第６３巻、第６号、５９２頁などに記載されている）、ポーラスシリコン等の多孔質半導体型（応用物理第６６巻、第５号、４３７頁などに記載されている）を電子源として用いた表示装置などが挙げられる。
【００６０】
以下にいくつかの従来例と比較して、本発明の特徴を判りやすく説明する。
【００６１】
特開平２−１２１２２７と特開平２−１７２１２７に開示されている上部電極は電子放出部に薄い部分と厚い部分を有している。しかしながら、５ｎｍよりも薄い平坦な金属薄膜を通して電子を放出するものでない点、上部電極が単一の元素から構成されている点、電子放出部上の厚い部分が電位を供給するために設けれている点等種々の点で本発明の各種形態とは明らかに異なっている。すなわち本発明による種々の形態では、５ｎｍよりも薄い平坦な金属薄膜を通して電子が放出されること、上部電極の加熱による再構成を用いるため少なくとも２種以上の元素から構成されていること、或いは厚い突起部は電位を供給する給電用としてではなくむしろ電子放出部上の突起部は給電線となるバス電極配線とは別に作られ構造的に直接接していないこと等の種々の点で異なっている。
【００６２】
また特開平３−５５７３８は上部電極の開口部から電子放出させているのに対し、本発明は上部電極の薄膜部から電子放出させているので上部電極の構造が異なる。
【００６３】
また、特開平８−１８０７９４では上部電極が突起部と薄膜部を有するが、５ｎｍよりも薄い平坦な金属薄膜を通して電子を放出するものでない点、或いは高さ２０ｎｍ以下の突起部に電界集中させ突起部から電子放出を得ている等の種々の点で本発明の各種形態とは明らかに異なっている。また、この従来例は突起部、薄膜部がそれぞれ単一元素から構成されている点でも異なっている。
【００６４】
また、本発明の加熱処理を用いた製造方法は、以上４つの従来例には開示されていない。
【００６５】
（実施例２）
以下に本発明の加熱処理を表示装置のパネル製造工程に組み込んだ表示装置の製造方法の実施例を図１１〜１５を用いて説明する。
【００６６】
まず、図１１に示すように、絶縁基板１０上に上部電極１３としてＩｒ，Ｐｔ及びＡｕの３層を積層した薄膜型電子源マトリクスを作成する。実際には表示ドット数に対応した数の薄膜型電子源マトリクスを形成するが、説明を簡略化するため、図１０の（ａ）には３本の下部電極１１と上部電極への電位供給用の３本のバス電極配線１６からなる（３×３）ドットの薄膜型電子源マトリクスの平面図を、（ｂ）（ｃ）には（ａ）におけるＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’ラインでの断面図を示した。また、前記した２段構造のバス電極配線１５，１６は図面の簡略化のため単層で図示している。
【００６７】
一方、表示側基板は図１２に示すように作製される。図１２（ａ）はその平面図を、（ｂ）（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’ラインでの断面図を示した。
【００６８】
面板１１０には透光性のガラスなどを用いる。まず，表示装置のコントラストを上げる目的でブラックマトリクス１２０を形成する。ブラックマトリクス１２０は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液を面板１１０に塗布し，ブラックマトリクス１２０を形成したい部分以外に紫外線を照射して感光させた後，未感光部分を除去し、そこに黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布し、ＰＶＡをリフトオフすることにより形成する。
【００６９】
次に赤色蛍光体１１１を形成する。蛍光体粒子にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液を面板１１０上に塗布した後，蛍光体を形成する部分に紫外線を照射して感光させた後，未感光部分を流水で除去する。このようにして赤色蛍光体１１１をパターン化する。そのパターンは図１２（ａ）に示したようなストライプ状に形成する。このストライプパターンは一例であって，それ以外にも，ディスプレイの設計に応じて，たとえば，近接する４ドットで一画素を構成させた「ＲＧＢＧ」パターンでももちろん構わない。蛍光体膜厚は１．４〜２層程度になるようにする。同様にして，緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。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（Ｐ２２−Ｂ）を用いればよい。
【００７０】
次いで，ニトロセルロースなどの膜でフィルミングした後，面板１１０全体にＡｌを，膜厚７５ｎｍ程度蒸着してメタルバック１１４とする。このメタルバック１１４が前記した薄膜電子源からの電子放出に対する加速電極として働く。その後，面板１１０を大気中４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして，表示側基板が完成する。
【００７１】
このように図１２で製作した表示側基板１１０と図１１で作製した基板１０とを互いに対向させ、図１３に示すように、スペーサ３０を介し、周囲の枠１１６をフリットガラス１１５を用いて封着する。封着のための加熱処理は、昇温を約１０℃／分で行い、最高温度で１０分〜２５分保持し、降温を約１０℃／分で行った。最高温度は４１０℃である。この加熱処理により、表示側基板１１０と電子源基板１０とが封着されると同時に、前述したように薄膜型電子源の上部電極１３の再構成が生じ、厚い島状の突起部１７と平坦な薄い薄膜部１８とが一体的に接続されて併存した構造を有する本発明の上部電極２３が形成される。
【００７２】
なお、図１３の（ａ）（ｂ）は出来上がった表示パネル部におけるそれぞれ図１１でのＡ−Ａ’ライン、Ｂ−Ｂ’ラインでの要部断面図を示している。
【００７３】
ここでは，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に発光するドット毎，すなわち下部電極１１の３列づつにスペーサの支柱を設けているが，機械強度が耐える範囲で，支柱の数（密度）を減らしても構わない。スペーサ３０の製作は，厚さ１〜３ｍｍ程度のガラスやセラミックスなどの絶縁板に例えばサンドブラスト法などで所望の形状の穴を加工する。あるいは、板状または柱状のガラス製またはセラミックス製の支柱を並べて配置してスペーサ３０としてもよい。
【００７４】
封着したパネルは，１０（ｅｘｐ−７）Ｔｏｒｒ程度或いはそれ以下の減圧雰囲気（以下、真空という）に排気して封じきる。その後、ゲッターを活性化し、真空度を維持する。例えば、Ｂａを主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱によりゲッター膜を形成できる。このようにして，図１３のような薄膜電子源を用いた表示パネルが完成する。
【００７５】
このように本実施例では，面板１１０と基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度と長いので，メタルバック１１４に印加する加速電圧を３〜６ＫＶと高電圧とすることができる。したがって，上述のように，蛍光体には陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用することができ、輝度等の表示特性を一層向上させることができる。
【００７６】
図１４は、このようにして製作した表示装置パネルの駆動回路への結線図である。下部電極１１は下部電極駆動回路４０へ結線し，バス電極１５（１６）は上部電極駆動回路５０に結線する。ｍ番目の下部電極１１のＫｍと，ｎ番目のバス電極１５（１６）のＣｎの交点を（ｍ，ｎ）で表すことにする。メタルバック１１４には３〜６ＫＶ程度の加速電圧６０が常時印加される。
【００７７】
図１５は、図１４における各駆動回路の発生電圧の波形の一例を示すものである。時刻ｔ０ではいずれの電極も電圧ゼロであるので電子は放出されず、したがって、蛍光体は発光しない。
【００７８】
時刻ｔ１において，下部電極１１のＫ１には−Ｖ１なる電圧を、バス電極１５（１６）のＣ１、Ｃ２には＋Ｖ２なる電圧を印加する。交点（１，１）、（１，２）の下部電極１１−上部電極１３間には（Ｖ１＋Ｖ２）なる電圧が印加されるので、（Ｖ１＋Ｖ２）を電子放出開始電圧以上に設定しておけば、この２つの交点の薄膜型電子源からは電子が真空中に放出される。放出された電子はメタルバック１１４に印加された加速電圧６０により加速された後、蛍光体に入射し、発光させる。
【００７９】
時刻ｔ２において、下部電極１１のＫ２に−Ｖ１なる電圧を印加し、バス電極１５（１６）のＣ１にＶ２なる電圧を印加すると、同様に交点（２，１）が点灯する。このようにして、バス電極１５（１６）に印加する信号を変えることにより所望の画像または情報を表示することが出来る。
【００８０】
また，バス電極１５（１６）への印加電圧Ｖ１の大きさを適宜変えることにより、階調のある画像を表示することが出来る。絶縁膜１２中に蓄積される電荷を開放するための反転電圧の印加は、ここでは下部電極１１の全てに−Ｖ１を印加した後、全下部電極１１にＶ３、全上部電極１３に−Ｖ３’を印加することにより行った。Ｖ３＋Ｖ３’がＶ１＋Ｖ２と同程度になるようにする。
【００８１】
また、先の図１１及び図１４等では理解しやすくするためにバス電極配線１５、１６の幅部分の中に電子放出部即ち、上部電極２３を設けた表示装置の例を説明したが、上述したように電子放出部を構成する極めて薄い（５ｎｍよりも薄い）平坦な薄膜電極膜１８とは全く別に厚いバス配線電極１６を設けることができるので、例えば、図１６に表示パネル要部を示すような構成にすることによって高精細表示に対応した表示装置を得ることができる。かかる表示装置の構成及びその製造方法自体については、本発明者等が特開平１１−１２０８９８等で提案しているので参照されたい。
【００８２】
図１６の（ａ）は図１４と同様に表示パネル要部平面図と駆動信号供給回路を描いたもので、（ｂ）及び（ｃ）はそのＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’ラインでの素子要部の断面図である。
【００８３】
同図から判るように、複数の厚いバス電極配線１６が絶縁基板１０上に直線状に並列配置され、複数の下部電極１１がこれらバス電極配線１６に直交して並列配置され、薄い絶縁膜１２及び薄い上部電極２３で構成される電子放出部が下部電極１１の上部で上記バス電極配線１６が設けられていない部分に（即ち、隣り合うバス電極配線１６の間に）片側のバス配線の１５と接続されて設けられ、即ち前述した薄い下層の電極配線１５でもってこれら各上部電極２３とバス電極配線１６とが電気的に接続されるようになっている。
【００８４】
このようにすれば、表示ドットを構成する実施例１で説明した極めて薄い平坦な金属薄膜１８と金属突起部１７とで構成された電子放出部２３を多数個縦横に高密度に配置することが容易にできるので、例えば、対角で３０インチ以上の大きな平坦画面を高精細に表示することが可能となる。
【００８５】
更に又、並走する下部電極１１が存在しない基板上部及び並走するバス電極配線１６の上部に、即ち電子放出部以外の部分を覆うように対向する表示側基板上に前記したブラックマトリクス（図１２での１２０）を配置することによって（図１６では省略）、画面のちらつき等を効果的に防止することができる。
【００８６】
なお、以上の実施例では、金属−絶縁体−金属型（ＭＩＭ型）の薄膜型電子源を用いた表示装置を例に説明したが、他の薄膜型電子源を用いた表示装置にも適用できる。例えば、ＭＯＳ型（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ型）、ＭＩＳ型（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ型）、ＨＥＥＤ型（ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅ型）、ＥＬ型（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ型）、ポーラスシリコン（多孔質半導体層）型等の種々の薄膜型電子源を用いた表示装置にも適用できる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置は、極めて薄い金属薄膜電極を通して高い放出効率で真空中に放出させた電子を蛍光体に照射することができるので、高輝度、低消費電力乃至大型パネルの表示装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の薄膜型電子源の上部電極の構造を示す要部断面図。
【図２】 薄膜型電子源の動作原理を示す図。
【図３】 本発明の薄膜型電子源の代表的な構造を示す要部断面図。
【図４】 本発明の薄膜型電子源の上部電極部の走査電子顕微鏡像のスケッチ。
【図５】 本発明の薄膜型電子源の上部電極部の原子間力顕微鏡像のスケッチ。
【図６】 本発明の薄膜型電子源の上部電極部の断面透過電子顕微鏡像のスケッチ。
【図７】 本発明の薄膜型電子源の上部電極部のオージェ電子分光特性図。
【図８】 本発明の薄膜型電子源の上部電極のＸ線光電子スペクトル特性図。
【図９】 本発明の薄膜型電子源の上部電極部の光電子スペクトル特性図。
【図１０】 本発明の効果を説明するための特性図。
【図１１】 本発明の表示装置の要部平面図及び断面図。
【図１２】 本発明の表示装置の他の要部平面図及び断面図。
【図１３】 本発明の表示装置の断面図。
【図１４】 本発明を用いた表示装置要部平面図及びその駆動回路結線図。
【図１５】 本発明の表示装置での駆動電圧波形を示した図。
【図１６】 本発明を用いた他の表示装置要部平面図及びその駆動回路結線図。
【符号の説明】
１０・・・基板、１１・・・下部電極、１２・・・絶縁層、１３、２３・・・上部電極、１４・・・保護絶縁層、１５・・・バス電極配線の下層、１６・・・バス電極配線の上層、１７・・・上部電極突起部、１８・・・平坦な上部電極薄膜部、２０・・・真空、３０・・・スペーサ、４０・・・下部電極駆動回路、５０・・・上部電極駆動回路、６０・・・加速電圧、１１０・・・面板、１１１・・・赤色蛍光体、１１２・・・緑色蛍光体、１１３・・・青色蛍光体、１１４・・・メタルバック。

Claims (18)

1. 下部電極の上部に離間配置された上部電極、上記上部電極は電子を放出する平坦な金属薄膜部と複数の島状の金属突起部を有している、上記上部電極の上記平坦な金属薄膜部に接続されたバス配線、及び上記上部電極及び上記バス配線の上部に対向配置された蛍光体とを有し、上記下部電極と上記バス配線との間に電圧を印加することによって上記平坦な金属薄膜部より放出された電子を上記蛍光体に照射することを特徴とする薄膜型電子源を用いた表示装置。
2. 上記バス配線の厚さは上記上部電極における上記平坦な金属薄膜部及び上記島状突起部の厚さと異なることを特徴とする請求項１記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
3. 上記上部電極の上記平坦な金属薄膜部の表面が占める面積は上記島状突起部が上記平坦な金属薄膜部表面レベルで占める面積よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
4. 上記上部電極の上記島状突起部は上記平坦な金属薄膜部よりも大きな厚さを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
5. 上記バス配線は上記島状突起部を有する上部電極に接続された下層配線部と下層配線部よりも厚い上層配線部とで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
6. 上記上部電極はＩｒ及びＡｕを含む金属で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
7. 上記上部電極はＩｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む金属で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
8. 上記上部電極の上記平坦な金属薄膜部の厚さは５ｎｍよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
9. 上記上部電極の上記突起部の直径は１μｍ以下で厚さは１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
10. 下部電極と上部電極、及びそれら電極間に挟持された絶縁層、半導体層、又は多孔質半導体層、あるいはそれらの混合膜又は積層膜で構成され、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することによって該上部電極側より電子を減圧雰囲気中に放出し、この放出された電子を対向配置された蛍光体に照射する薄膜型電子源を用いた表示装置において、上記上部電極は少なくとも２種以上の元素から構成された複数の島状突起部と該突起部よりも大きな面積を有し上記電子を放出する共通平坦薄膜部とが併存した構造を有していることを特徴とする薄膜型電子源を用いた表示装置。
11. 上記上部電極の上記突起部と上記平坦薄膜部とを構成する元素の組成比が異なることを特徴とする請求項１０記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
12. 上記上部電極の上記突起部の直径は１μｍ以下で厚さは１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
13. 上記上部電極はＩｒ及びＡｕを含む金属であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
14. 上記上部電極はＩｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む金属であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
15. 上記上部電極に電位を供給するバス配線が更に設けられており、該バス配線は電子放出部である上記平坦薄膜部に接続された薄い下層配線部とそれより厚い上層配線部との２層構造からなることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の薄膜型電子源を用いた表示装置。
16. 下部電極の上部に上部電極が設けられ、上記上部電極の上部に蛍光体が対向配置され、上記上部電極と上記蛍光体との間の空間が減圧雰囲気に密封された薄膜型電子源を用いた表示装置の製造方法において、上記上部電極は上記下部電極の上部に金属薄膜を設けた後、該金属薄膜の金属を部分的に凝集させて該金属薄膜に突起部を形成し、残りの部分の平坦部の厚さを該金属薄膜の初期の厚さより薄くする加熱処理を施すことによって形成されることを特徴とする薄膜型電子源を用いた表示装置の製造方法。
17. 上記金属薄膜は、Ｉｒ及びＡｕの積層薄膜で上記下部電極の上部に設けられることを特徴とする請求項１６記載の薄膜型電子源を用いた表示装置の製造方法。
18. 上記金属薄膜は、Ｉｒ、Ｐｔ及びＡｕの積層薄膜で上記下部電極の上部に設けられることを特徴とする請求項１６記載の薄膜型電子源を用いた表示装置の製造方法。

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