JP4203954B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、自発光型フラットパネル型画像表示装置に関し、特に薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置に好適なものである。

薄膜型電子源アレイを用いた自発光型フラットパネルディスプレイの一つとして、微少で集積可能な冷陰極を利用するＦＥＤ（Field Emission Display) が知られている。このＦＥＤの冷陰極は、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、あるいは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、あるいは金属―絶縁体―半導体−金属型等の薄膜型電子源等が属する。

ＭＩＭ型電子源については、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものが知られている。また、金属―絶縁体―半導体型電子源については非特許文献１で報告されたＭＯＳ型、金属―絶縁体―半導体−金属型電子源に関しては、非特許文献２などで報告されたＨＥＥＤ型電子源、非特許文献３などで報告されたＥＬ型電子源、非特許文献４などで報告されたポーラスシリコン型電子源などが知られている。なお、ＭＩＭ型電子源については、例えにも開示されている。

図１はＭＩＭ型電子源の構造と動作原理の説明図である。図１において、参照符号１１は下部電極、１３は上部電極、１２は絶縁層、２３は真空雰囲気を示す。真空雰囲気中で、上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄを印加し、絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／ｃｍ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ｅ− 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て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２３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 、p L939 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

画像表示装置などに適用する薄膜型電子源アレイは、低コスト化を実現するため、簡易な構造とプロセスで製造できることが望ましい。従来は、薄膜型電子源の加工にホトリソグラフィ法（単に、ホトエッチング法とも言う）が使用されているが、ホトリソグラフィ工程（単に、ホト工程とも称する）に用いる露光装置は高価であり、またレジストの塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、剥離、洗浄の前後の付随工程も長く、プロセスコストも高い。

これに対し、スクリーン印刷等によりレジストを印刷できれば、製造装置が安価となり、またレジストの直接パターニングが可能なため、塗布、プリベーク、現像などの前後の工程を省略でき、プロセスコストを低減させることができる。しかしながら、印刷法によるレジストのパターニング精度はホトエッチング法に比べ桁違いに低く、従来の薄膜型電子源の加工に適用するには問題があった。

レジストのパターニングにおいては、縦方向および横方向の２方向にパターン合わせ精度を要求されるパターンに比べて、縦方向または横方向のいずれか１方向のみしかパターン合わせ精度を必要としないパターンを用いれば、加工精度を緩くすることができ、印刷法も適用しやすい。本発明では、このように１方向のみしかパターン合わせ精度を必要としない形状を１次元方向にのみ精度が必要という意味で「ストライプ形状」と呼ぶ。また、ストライプ状パターンの電極を「ストライプ電極」と呼ぶ。すなわち、ストライプ電極とは幅を有する直線状の電極であり、該電極に意図的に形成した孔や凸部、凹部、曲部等がない構造である。

特に、パターン方法としてスクリーン印刷やディスペンサ、インクジェット、転写などの印刷法を用いる場合には、ストライプ電極は、スクリーンの延びや、印刷したレジストの滲み等によるパターン精度の劣化の影響が小さいので、好ましい。

本発明の目的は、画像表示装置の製造コストを低減するため、パターン合わせ工程の必要な画像表示領域において、加工の容易なストライプ電極を用いた薄膜型電子源を実現し、低コストの画像表示装置を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、薄膜型電子源の電子加速層を隣接する２本のストライプ電極で挟み、上部電極を自己整合で分離して薄膜型電子源の画素分離を行うことに特徴を有する。

各サブピクセル毎にパターニングの容易なストライプ電極を用いて薄膜電子源を作成することができ、さらに上部電極を自己整合的に加工することができるので、低コストの画像表示装置を実現できる。

以下、本発明を実施例の図面を参照して詳細に説明する。

ＭＩＭ電子源を例にした本発明の実施例１を図２〜図１１を用いて説明する。図２〜図１０は本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図であり、図２〜図１０に従って工程を順に示す。各図における（ａ）は１画素の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。なお、ここで言う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１画素は異なる原色を表示する複数のサブ画素（以下では、サブピクセルとも称する）で構成される。本実施例では、赤、緑、青の３原色のサブ画素とする。

始めに、図２に示したように、ガラス等の絶縁性の基板（陰極基板）１０上に下部電極１１となる金属膜を成膜する。下部電極１１の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金（Ａｌ合金）を用いる。ＡｌやＡｌ合金を用いるのは、これらの材料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、ネオジム（Ｎｄ）を２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。この下部電極１１の成膜には、例えば、スパッタリング法を用いる。その膜厚は３００ｎｍとした。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３参照）。

この下部電極１１の電極幅は、画像表示装置の画面サイズや解像度により異なるが、そのサブピクセルの配列ピッチの程度（大略、１００〜２００μｍ）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。この下部電極１１は幅の広い簡易なストライプ形状のため、電極加工用のレジストのパターニングは安価な印刷法を用いることができ、ここではスクリーン印刷法を用いた。もちろん、プロキシミティ露光等の比較的安価なホトエッチング工程を用いることもでき、ステッパやプロジェクションアライナなどを用いた露光よりも低コスト化を実現できる。

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１４と、絶縁層１２を形成する。まず、下部電極１１上の電子放出部となる部分にレジスト膜２５を塗布し、このレジスト膜２５でマスクする。レジスト膜２５でマスクされない部分を選択的に厚く陽極酸化し、保護絶縁層１４とする（図４）。本工程で用いるレジスト２５は電子加速層の形状となるため、電極と比較して加工精度が高い方が望ましい。そのため、本実施例では印刷法ではなく、プロキシミティ露光を用いたホトリソグラフィー工程でパターニングする。陽極酸化は、化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。

次に、レジスト膜２５を除去し、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１２が形成される（図５）。

次に、層間膜１５を形成し、その上に上部電極１３への給電線である上部バス電極２０となる金属膜を、例えばスパッタリング法等で成膜する（図６）。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１００ｎｍとした。この層間膜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と上部バス電極間の絶縁を保つ役割を果たす。

上部バス電極２０となる金属膜は金属膜下層１６と金属膜上層１８との積層構造とし、金属膜下層１６としては例えばＡｌ−Ｎｄ合金、金属膜上層１８としては例えば銅（Ｃｕ）やクロム（Ｃｒ）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としてＣｕを用いた。

続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により金属膜上層１８を下部電極１１と交差するストライプ形状に加工する。この金属膜上層１８のストライプ電極は１ピクセル中で１本形成する（図７）。なお、金属膜上層１８で示されるストライプ電極に隣接する他のストライプ電極は図示していない（以下の各実施例でも同様）。

続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により金属膜下層１６を、下部電極１１と交差するストライプ形状に加工する。この金属膜下層１６のストライプ電極も１ピクセル中で１本形成する（図８）。その際、印刷するレジスト膜２６を図７で形成した金属膜上層１８のストライプ電極とは平行に、その位置をずらし、金属膜下層１６のストライプ電極の片側（図８（ｃ）の左側）では金属膜上層１８より張り出させて張り出し部２６Ａを形成する。この張り出し部２６Ａで当該金属膜下層１６を覆うことでエッチングを抑制し、後の工程で図１０で説明する上部電極１３との接続を確保するコンタクト部１６Ａを形成する。また、反対側（図８（ｃ）の右側）では、金属膜上層１８に庇１８Ａを形成し、後の工程で上部電極１３を分離するための金属膜下層１６のオーバーエッチングして後退部１６Ｂを形成するためのマスクとする。これにより上部電極１３への給電を行う上部バス電極２０（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）を形成することができる。

続いて、図９に示したように、層間膜１５を加工して電子放出部を開口する。電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、該下部電極１１と交差する２本のストライプ形状の上部バス電極２０（上部バス電極２０と図示していない隣接する上部バス電極２０）に挟まれた空間の一部に形成する。この際のレジストのパターニングは孔パターンのため、プロキシミティ露光を用いて行った。また、エッチング加工は、例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とするエッチングガス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）。

そして最後に、図１０に示した上部電極１３の成膜を行う。この成膜法としては様々な方法を採用できるが、ここでは層間膜１５の上方からのスパッタを用いる。上部電極１３には、例えばイリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜を用い、その膜厚は６nmとした。なお、膜厚はこれに限らない。この時、上部電極１３は、隣接するストライプ形状の上部バス電極２０の一方側（図１０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、各ピクセル毎に分離される。一方、ストライプ形状の上部バス電極２０の他方側（図１０の左側）では金属膜下層１６のコンタクト部により上部電極１３は断線を起こすことなく、層間膜１５や絶縁層１２を覆って連続成膜され、電子源への給電構造が構成される。この上部電極１３の成膜は後述する各実施例でも同様である。

図１１は本発明による画像表示装置の実施例１の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。なお、図１〜図１０と同一参照符号は同一機能部分に対応する。この画像表示装置は、陰極側基板１０（以下、陰極基板１０とも言う）と表示側基板１００（以下、蛍光面基板１００とも言う）とを貼り合わせた表示パネルで構成される（以下の実施例の説明でも同様）。なお、図１１では、蛍光面基板１００は、煩雑になるのを回避するため、その一部のみを示し、内面に形成される蛍光面の構成部材の一部を陰極基板１０の上に図示した。蛍光面は、コントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０で区画された赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、および青色蛍光体１１３とから構成されている。また、この蛍光面基板１００の内面には、数ＫＶの高電圧が印加される陽極が成膜されている。なお、陽極は図示を省略してある（以下の各実施例でも同様）。

蛍光面を構成する蛍光体としては、例えば赤色としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。ブラックマトリクス１２０は、上記各色の蛍光体の周囲を囲んで隣接する蛍光体を区画するように表示側基板１００の内面に形成されている。

陰極基板１０と蛍光面基板１００とは、パネルを大気圧から支持する高強度のスペーサ３０を介して貼り合わせられている。スペーサ３０は板状のガラスまたはセラミックスに帯電を防止するための導伝性を付与したものである。このスペーサ３０は、陰極基板１０の上部バス電極２０を構成する金属層上層１８上に配置し、蛍光面基板１００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はピクセルに表示信号（表示データ）を供給する信号線回路５０へ接続され、金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜からなる上部バス電極２０はピクセルに選択信号を供給する走査線回路６０に接続される。この薄膜型電子源では上部バス電極２０で構成される走査線に印加される電圧は数Ｖ〜数１０Ｖで、数ＫＶを印加する蛍光面の電位に対し十分低く、スペーサ３０の陰極側に対しほぼ接地電位に近い電位を与えることができる。このため、金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜からなる上部バス電極２０でスペーサ電極を兼用させることが可能である。本実施例では上部バス電極２０でスペーサ電極を兼用させた。

図１１から分かるように、上部電極１３の形成領域に対応する画像表示領域の外側における下部電極１１と信号線回路５０、上部バス電極２０と走査線回路６０とを接続する回路接続部では、各電極の端子ピッチが一般に画像表示領域と異なる。この回路接続部には電子源がないのでパターン合わせを必要としないため、接続部での各電極はストライプ形状でなくともよく、パターン精度の低い印刷法で加工することが可能であり、通常はストライプ形状としなくてよい。

また、図１１から分かるように、画像表示領域の端部の薄膜型電子源、本実施例では図１１の上端行の薄膜型電子源は上方側に隣接画素がないため、２本のストライプ電極を用いた画素分離をする必要はない。

このように、本実施例の画像表示装置の陰極構造では、信号線（データ線）となる下部電極１１、走査線兼スペーサ電極となる上部バス電極２０（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）が、画像表示領域内の１サブピクセル内で１本づつの簡単なストライプ電極により形成され、さらに上部電極１３を自己整合的に分離できる機能が備わっており、安価で精度の低い印刷法などのパターニング方法を用いても電極を形成することができる。

次に、ＭＩＭ電子源を例にした本発明の実施例２を図２〜図６、及び図１２〜図１６を用いて説明する。図１２〜図１５は本発明による画像表示装置の実施例２における１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図であり、図２〜図１０、図１２〜図１５に従って工程を順に示す。図１２〜図１５の各図における（ａ）は１画素の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。また、図１６は本発明による画像表示装置の実施例２の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。なお、前記実施例の各図と同一参照符号は同一機能部分に対応する。

まず、実施例１の説明における図２〜６に示した工程と同様の手法により、下部電極１１、保護絶縁層１４、絶縁層１２を形成し、層間膜１５、金属膜下層１６、金属膜上層１８（１８’）まで成膜する。続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により上部バス電極２０の金属膜上層１８（１８’）を、下部電極１１と交差するストライプ電極に加工する。このストライプ電極は１ピクセル中で２本形成する（図１２）。

続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により上部バス電極２０の金属膜下層１６を、下部電極１１と交差するストライプ電極（金属膜下層１６，１６’）に加工する（図１３）。その際、ストライプ電極の１本（金属膜下層１６）は、図１３（ｃ）に示したように、印刷するレジスト膜２６を図１２で形成した金属膜上層１８のストライプ電極とは平行な方向で位置をずらすことにより、絶縁層１２側（図１３（ｃ）の左側）で金属膜上層１８より張り出させて張り出し部２６Ａを形成する。この張り出し部２６Ａにより、図１５で後述する後の工程で上部電極１３と金属膜下層１６との接続を確保するコンタクト部１６Ａを金属膜下層１６に形成する。

また、絶縁層１２と反対側（図１３（ｃ）の右側）では金属膜上層１８に庇１８Ａを形成し、この庇１８Ａをマスクとすることで金属膜下層１６をオーバーエッチングして後退させる。この金属膜下層１６の後退部１６Ｂで、後の工程でスパッタ形成される上部電極１３を分離する。これにより上部電極１３への給電を行う上部バス電極２０（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）をピクセル毎に形成することができる。一方、図１３（ｃ）の左側に位置するもう１つのストライプ電極の金属膜上層１８’には絶縁層１２側およびその反対側とも、金属膜下層１６’をオーバーエッチングして金属膜上層１８’が庇となるように後退させる。この庇は、図１５で後述する後の工程でスパッタ形成される上部電極１３を分離するマスクとなる。なお、この電極（金属膜下層１６’と金属膜上層１８’からなる上部バス電極２０）は最終的にスペーサ３０を配置するスペーサ電極２１（図１６）となる。

続いて、層間膜１５を加工して電子放出部を開口する。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と交差する２本のストライプ電極（金属膜下層１６と金属膜１８からなる上部バス電極２０、金属膜下層１６’と金属膜上層１８’からなるスペーサ電極２１）に挟まれた空間の交差部の一部に形成する。電子放出部の開口加工は、例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とするエッチングガス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１４）。

最後に、図１５に示した上部電極１３の成膜を行う。この成膜法には、例えばスパッタ法を用いる。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、膜厚は例えば６ｎｍとした。この時、上部電極１３は、２本のストライプ電極（上部バス電極２０とスペーサ電極２１）の金属膜上層１８、１８’の庇により切断され、各ピクセル毎に分離される。一方、上部バス電極２０の絶縁層１２側では、金属膜下層１６のコンタクト部１６Ａにより断線を起こさずに接続され、層間膜１５上を経て、絶縁層１２を覆って給電される構造となる。

図１６は本発明による画像表示装置の実施例２の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。蛍光面基板１００の内面にはコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、および青色蛍光体１１３とからなる蛍光面が形成されている。蛍光面を構成する蛍光体としては、例えば赤色としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。ブラックマトリクス１２０は、上記各色の蛍光体の周囲を囲んで隣接する蛍光体を区画するように表示側基板１００の内面に形成されている。また、この蛍光面基板１００の内面には、数ＫＶの高電圧が印加される陽極が成膜されている。

スペーサ３０は、陰極基板１０のスペーサ電極２１上に配置し、蛍光面基板１００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は信号線回路５０へ接続し、上部バス電極２０（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）は走査線回路６０に接続する。金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜はスペーサ電極２１となり、このスペーサ電極２１は通常は接地しておく。

図１６から分かるように、上部電極１３の形成領域に対応する画像表示領域の外側における下部電極１１と信号線回路５０、上部バス電極２０と走査線回路６０とを接続する回路接続部では、各電極の端子ピッチが一般に画像表示領域と異なる。この回路接続部には電子源がないのでパターン合わせを必要としないため、接続部での各電極はストライプ形状でなくともよく、パターン精度の低い印刷法で加工することが可能であり、通常はストライプ形状としなくてよい。

また、図１６から分かるように、画像表示領域の端部の薄膜型電子源、本実施例では図１６の上端行の薄膜型電子源は上方側に隣接画素がないため、２本のストライプ電極を用いた画素分離をする必要はない。

このように、本実施例の画像表示装置の陰極構造では、信号線（データ線）となる下部電極１１、走査線となる上部バス電極２０（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）、スペーサ電極２１（金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜）が、簡単なストライプ電極に形成され、さらに上部電極１３を自己整合的に分離できる機能が備わっており、安価で精度の低い印刷法などのパターニング方法を用いても電極を形成することができる。

次に、ＭＩＭ電子源を例にした本発明による画像表示装置の実施例３を図２〜図６、及び図１７〜図２１を用いて説明する。図１７〜図２０は本発明による画像表示装置の実施例３の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。図１７〜図２０の各図における（ａ）は１画素の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。また、図２１は本発明による画像表示装置の実施例３の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。なお、前記実施例の各図と同一参照符号は同一機能部分に対応する。

先ず、実施例１の図２〜図６と同様の手法により、下部電極１１、保護絶縁層１４、絶縁層１２を形成し、層間膜１５、金属膜下層１６、金属膜上層１８まで成膜する。

続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により金属膜上層１８を、下部電極１１と交差するストライプ電極に加工する。ストライプ電極は１ピクセル中で３本（金属膜上層１８、１８’、１８”）形成する（図１７）。

次に、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング工程により金属膜下層１６を、下部電極１１と交差するストライプ電極（金属膜下層１６、１６’、１６”）に形成する( 図１８) 。その際、前記実施例と同様に、絶縁層１２を挟む２本（１６’、１６”）は印刷するレジスト膜２６、２６’を図１７で形成した金属膜上層１８’、１８”のストライプ電極とは平行に位置をずらすことにより、絶縁層１２側で金属膜上層１８’、１８”より張り出させて張り出し部を形成し、その後の工程で上部電極１３との接続を確保するコンタクト部とする。

絶縁層１２を挟む金属膜下層１６’と１６”の該絶縁層１２と反対側では、金属膜上層１８’、１８”をマスクとして庇を形成し、その後の工程で上部電極１３を分離するための金属膜下層１６’と１６”がオーバーエッチングされるマスクとなるように形成する。これにより、上部電極１３への給電を行う２本の上部バス電極（金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜および金属膜下層１６”と金属膜上層１８”の積層膜）を形成することができる。一方、もう１つのストライプ電極（金属膜上層１８と金属膜下層１６の積層膜）は、その両側とも金属膜上層１８をマスクとして庇を形成し、上部電極１３を分離するマスクとなるように形成する。この電極は最終的にスペーサを配置するスペーサ電極２１となる。

続いて、層間膜１５を加工し、電子放出部を開口する（図１９）。電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、この下部電極１１と交差し、コンタクト部１６’Ａ、１６”Ａを形成した２本のストライプ電極（１本は金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜、他の１本は金属膜下層１６”と金属膜上層１８”の積層膜）に挟まれた空間の交差部の一部に形成する。この電子放出部を開口するための層間膜１５のエッチングは、例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とするエッチングガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。

最後に、図２０に示したように、上部電極１３の成膜を行う。この成膜には例えばスパッタ法を用いる。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、膜厚は例えば６ｎｍとした。この時、上部電極１３は、図１９に示したコンタクト部１６’Ａ、１６”Ａを形成した２本の上部バス電極（金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜、金属膜下層１６”と金属膜上層１８”の積層膜）の外側の庇、及びスペーサ電極２１（金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜）の両側の庇により切断され、各ピクセル毎に分離される。一方、絶縁層１２側では、金属膜下層１６’、１６”のコンタクト部１６’Ａ、１６”Ａにより断線を起こさずに接続されて成膜され、層間膜１５上を経て、絶縁層１２を覆って給電される構造となる。

図２１は本発明による画像表示装置の実施例３の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。蛍光面基板１００の内面にはコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、および青色蛍光体１１３とからなる蛍光面が形成されている。蛍光面を構成する蛍光体としては、例えば赤色としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。ブラックマトリクス１２０は、上記各色の蛍光体の周囲を囲んで隣接する蛍光体を区画するように表示側基板１００の内面に形成されている。また、この蛍光面基板１００の内面には、数ＫＶの高電圧が印加される陽極が成膜されている。

本実施例では、実施例１とは異なり、電子放出部が金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜からなるスペーサ電極２１に近接していないため、スペーサ３０の位置合わせが容易になり、また蛍光体の開口率を大きくしやすい。さらにスペーサ３０と薄膜型電子源の間の距離を十分とることができるため、スペーサ３０への流入電子量が減ることから帯電しにくくなるなどの利点がある。

下部電極１１は信号線回路５０へ接続し、上部バス電極（金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜、および金属膜下層１６’と金属膜上層１８’の積層膜）は走査線回路６０に接続する。金属膜下層１６と金属膜上層１８の積層膜からなるスペーサ電極２１は通常接地しておく。

図２１からわかるように、上部電極１３の形成領域に対応する画像表示領域の外側の回路接続部では電極の端子ピッチは一般に画像表示領域と異なる。この領域は電子源がないのでパターン合わせを必要としないため、ストライプ形状でなくともパターン精度の低い印刷法で加工することが可能である。従って通常、ストライプ形状とはしなくてよい。

このように、本実施例の陰極構造では、下部電極１１、上部バス電極２０スペーサ電極２１が簡単なストライプ電極により形成され、さらに上部電極１３を自己整合的に分離できる機能が備わっており、安価で精度の低い印刷法などのパターニング方法でも電極を形成することができる。さらにスペーサ３０の位置合わせや蛍光面の開口率拡大も有利となる。

次に、ＭＩＭ電子源を例にした本発明の実施例４を図２〜図５、及び図２２〜図２８を用いて説明する。図２２〜図２７は本発明による実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。図２２〜図２７の各図における（ａ）は１画素の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。また、図２８は本発明による画像表示装置の実施例４の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。なお、前記実施例の各図と同一参照符号は同一機能部分に対応する。

始めに、第１の実施例における図２〜図５と同様の手法により、下部電極１１、保護絶縁層１４、絶縁層１２を形成する。次に、図２２に示したように、層間膜１５と、上部電極１３への給電線となる上部バス電極とスペーサを配置するためのスペーサ電極となる金属膜を、例えばスパッタリング法等で成膜する。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１００ｎｍとした。この層間膜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と上部バス電極間の絶縁を保つ役割を果たす。

本実施例における上部バス電極は、金属膜下層１６と金属膜上層１８の間に金属膜中間層１７としてＣｕを挟んだ３層の積層膜とした。この積層膜は３層に限らず、それ以上とすることもできる。例えば、金属膜下層１６、金属膜上層１８としてＡｌやクロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの耐酸化性の高い金属材料、またはそれらを含む合金やそれらの積層膜を用いることができる。なお、ここでは金属膜下層１６、金属膜上層１８としてＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。この他に、金属膜下層１６としてＡｌ合金とＣｒ、Ｗ、Ｍｏなどの積層膜を用い、金属膜上層１８としてＣｒ、Ｗ、ＭｏなどとＡｌ合金の積層膜を用いて、金属膜中間層１７のＣｕに接する膜を高融点金属とした５層膜を用いることで、画像表示装置の製造プロセスにおける加熱工程の際に、高融点金属がバリア膜となってＡｌとＣｕの合金化を抑制できるので、低抵抗化に特に有効である。

Ａｌ−Ｎｄ合金のみ用いる場合の、当該Ａｌ−Ｎｄ合金の膜厚は、金属膜下層１６より金属膜上層１８を厚くし、金属膜中間層１７のＣｕは配線抵抗を低減するため、できるだけ厚くしておく。ここでは金属膜下層１６を３００ｎｍ、金属膜中間層１７を４μｍ、金属膜上層１８を４５０ｎｍの膜厚とした。なお、金属膜中間層１７のＣｕはスパッタ以外に電気めっきなどにより形成することも可能である。

高融点金属を用いる上記５層膜の場合は、Ｃｕと同様に、特に燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウェットエッチングが可能なＭｏでＣｕを挟んだ積層膜を金属膜中間層１７として用いるのが特に有効である。この場合、Ｃｕを挟むＭｏの膜厚は５０ｎｍとし、この金属膜中間層を挟む金属膜下層１６のＡｌ合金は３００ｎｍ、金属膜上層１８のＡｌ合金は５０ｎｍの膜厚とする。

続いて、図２３に示すように、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング加工により金属膜上層１８を、下部電極１１と交差するストライプ形状に加工する。このエッチング加工では、例えば燐酸、酢酸の混合水溶液でのウェットエッチングを用いる。エッチング液に硝酸を加えないことによりＣｕをエッチングせずにＡｌ−Ｎｄ合金のみを選択的にエッチングすることが可能となる。

Ｍｏを用いた５層膜の場合も、エッチング液に硝酸を加えないことによりＭｏとＣｕをエッチングせずに、Ａｌ−Ｎｄ合金のみのみ選択的にエッチング加工することが可能である。ここでは、実施例１と同様に金属膜上層１８を１ピクセルあたり１本形成したが、実施例２と同様に２本形成することも可能である。

続いて、同じレジスト膜をそのまま用いるか、金属膜上層１８のＡｌ−Ｎｄ合金をマスクとして金属膜中間層１７のＣｕを例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でウェットエッチングする（図２４）。燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液のエッチング液中でのＣｕのエッチング速度はＡｌ−Ｎｄ合金に比べて十分に速いため、金属膜中間層１７のＣｕのみを選択的にエッチングすることが可能である。Ｍｏを用いた５層膜の場合もＭｏとＣｕのエッチング速度はＡｌ−Ｎｄ合金に比べて十分に速くＭｏとＣｕの３層の積層膜のみを選択的にエッチングすることが可能である。Ｃｕのエッチングにはその他過硫酸アンモニウム水溶液や過硫酸ナトリウム水溶液も有効である。

続いて、スクリーン印刷によるレジストのパターニングとエッチング加工により金属膜下層１６を下部電極１１と交差するストライプ形状に加工する（図２５）。このエッチング加工は燐酸、酢酸の混合水溶液でのウェットエッチングで行う。その際、印刷するレジスト膜２６を図２３で形成した金属膜上層１８のストライプ電極とは平行な方向に位置をずらすことにより、金属膜下層１６の片側（図２５（ｃ）の左側）は金属膜上層１８より張り出させて、後の工程で上部電極13との接続を確保するコンタクト部１６Ａとし、金属膜下層１６の反対側（図２５（ｃ）の右側）では金属膜上層１８と金属膜中間層１７をマスクとしてオーバーエッチング加工がなされ、金属膜中間層１７に庇を形成する如く後退し、後退部１６Ｂが形成される。

この金属膜中間層１７の庇により、後の工程で成膜される上部電極１３が分離される。この際、金属膜上層１８は金属膜下層１６の膜厚より厚くしてあるので、金属膜下層１６のエッチングが終了しても、金属膜上層１８は金属膜中間層１７のＣｕ上に残すことができる。これによりＣｕの表面を保護することが可能となるので、Ｃｕを用いても耐酸化性があり、かつ上部電極１３を自己整合的に分離し、かつ給電を行う上部バス電極２０を形成することができる。また、ＣｕをＭｏで挟んだ５層膜の金属膜中間層１７とした場合には、金属膜上層１８のＡｌ合金が薄くても、ＭｏがＣｕの酸化を抑制してくれるので、金属膜上層１８を金属膜下層１６の膜厚より厚くする必要は必ずしもない。

続いて、層間膜１５を加工して電子放出部を開口する。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と交差する２本の上部バス電極（金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜と非図示の隣接画素の金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜）に挟まれた空間の交差部の一部に形成する。このエッチング加工は、例えばＣＦ_４やＳＦ_６を主成分とするエッチングガス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２６）。

最後に、上部電極１３の成膜を行う。この成膜に、ここではスパッタ法を用いる。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、その膜厚は例えば６ｎｍとした。この時、上部電極１３は、電子放出部を挟む２本の上部バス電極（金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜）の一方（図２７（ｃ）の右側）では、金属膜中間層１７と金属膜上層１８の庇構造による金属膜下層１６の後退部１６Ｂにより切断される。そして、他方（図２７（ｃ）の左側）では、上部バス電極（金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜）とは金属膜下層１６のコンタクト部１６Ａにより断線を起こさずに成膜接続されて、電子放出部への給電される構造となる（図２７）。

図２８は本発明による画像表示装置の実施例４の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。前記実施例と同様に、蛍光面基板１００にはコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、および青色蛍光体１１３は形成されている。これらの蛍光体としては、例えば赤色としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。ブラックマトリクス１２０は、上記各色の蛍光体の周囲を囲んで隣接する蛍光体を区画するように表示側基板１００の内面に形成される。ブラックマトリクスと各色の蛍光体は図面の煩雑さを避けるために画像表示領域の一部のみに示した。また、この蛍光面基板１００の内面には、数ＫＶの高電圧が印加される陽極が成膜されている。

また、スペーサ３０は、陰極基板１０の上部バス電極２０上に配置し、蛍光面基板１００のブラックマトリクス１２０の下に隠れるように配置される。下部電極１１は信号線回路５０へ接続され，上部バス電極２０は走査線回路６０に接続される。この薄膜型電子源では、走査線である上部バス電極２０に印加される電圧は数Ｖ〜数１０Ｖであり、蛍光面基板１００の陽極に印加される数ＫＶに対し十分低く、スペーサ３０の陽極側に対しほぼ接地電位に近い電位を与えることができる。

図２８から分かるように、上部電極１３が成膜されている領域に対応する画像表示領域の外側の回路接続部では、下部電極１１や上部バス電極２０の電極端子ピッチは一般に画像表示領域と異なる。この回路接続部の領域には電子源がないのでパターン合わせを必要としないため、電極端子はストライプ形状でなくともよく、パターン精度の低い印刷法で加工することが可能である。従って通常、ストライプ形状としなくてよい。

また、図２８から分かるように、画像表示領域端部の薄膜型電子源（本実施例では図２８の上端行の薄膜型電子源）は隣接画素がないため、画像表示領域のように２本のストライプ電極を用いた画素分離をする必要はない。

このように、本実施例の画像表示装置を構成する陰極構造では、低抵抗のＣｕ配線を耐酸化性のあるＡｌ合金やＣｒなどで挟んだ積層膜構造とすることにより、上部電極１３を自己整合的に加工でき、封着工程を通しても劣化しない上部バス電極（金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜）を作成することができ、表示装置の配線抵抗により電圧降下を抑制することができる。特に、Ａｌ合金とＣｕの間にＭｏなどの高融点金属を挿入した５層の積層膜構造を用いる場合はＡｌとＣｕの合金反応を防止することができ、特に配線抵抗を低く保つことが可能である。
また厚い上部バス電極（金属膜下層16、金属膜中間層17、金属膜上層18の積層膜）により大気圧を支持するスペーサからの薄膜型電子源への機械的損傷を防止することができる。

次に、ＭＩＭ電子源を例にした本発明の実施例５を図２〜図５、及び図２２〜２７、図２９〜３０を用いて説明する。図２９は本発明による画像表示装置の実施例５の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程を示すもので、図２９（ａ）は１画素の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。また、図３０は本発明による画像表示装置の実施例５の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。なお、前記実施例の各図と同一参照符号は同一機能部分に対応する。

始めに、実施例４の図２〜図５、図２２〜図２７での説明と同じ手法により上部電極１３の成膜までの工程を終える。続いて、上部バス電極（金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８の積層膜）上にスクリーン印刷法やディスペンサ法、インクジェット法等により銀（Ａｇ）などの金属材料とガラス材料を含んだペーストを印刷し、厚膜電極２２を形成する。この厚膜電極２２の膜厚は１０μｍ〜２０μｍ程度と厚膜化できるため、配線抵抗の低減とスペーサからの圧力を吸収する。さらに、導電性のためスペーサの帯電が防止されるとともに、ガラスが含まれていることで、焼成することによりスペーサをしっかりと固定することができる。厚膜電極２２は、乾燥後、蛍光面基板１００との封着をする際の高温プロセスにより焼成され、低抵抗化とスペーサの接着が行なわれる（図２９）。上部電極１３の成膜については、前記実施例と同様である。

図３０は本発明による画像表示装置の実施例５の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。前記実施例と同様に、蛍光面基板１００にはコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、赤色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２、および青色蛍光体１１３は形成されている。これらの蛍光体としては、例えば赤色としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。ブラックマトリクス１２０は、上記各色の蛍光体の周囲を囲んで隣接する蛍光体を区画するように表示側基板１００の内面に形成される。ブラックマトリクスと各色の蛍光体は図面の煩雑さを避けるために画像表示領域の一部のみに示した。また、この蛍光面基板１００の内面には、数ＫＶの高電圧が印加される陽極が成膜されている。

スペーサ３０は、陰極基板１０に形成された厚膜電極２２上で、蛍光面基板１００に形成されているブラックマトリクス１２０の下に隠れるように配置される。下部電極１１は信号線回路５０へ接続され、厚膜電極２２は走査線回路６０に接続される。薄膜型電子源では、走査線である厚膜電極２２に印加される電圧が数Ｖ〜数１０Ｖであり、数ＫＶが印加される蛍光面の陽極電圧に対し十分低く、スペーサの陰極側に対してほぼ接地電位に近い電位を与えることができる。

図３０から分かるように、上部電極１３の形成領域に対応する画像表示領域の外側の回路接続部では、下部電極１１や上部バス電極２０の電極端子ピッチは一般に画像表示領域と異なる。この領域は電子源がないのでパターン合わせを必要としないため、ストライプ形状でなくともパターン精度の低い印刷法で加工することが可能である。従って通常、ストライプ形状とはしなくてよい。

また、図３０から分かるように、画像表示領域端部の薄膜型電子源（本実施例では図３０の上端行の薄膜型電子源）には隣接する画素がないため、画像表示領域の内側のように２本のストライプ電極を用いた画素分離をする必要はない。

このように、本実施例の画像表示装置を構成する陰極構造では、Ａｇ等の厚膜ペーストを上部バス電極上に印刷することにより、表示装置の配線抵抗による電圧降下を抑制できる。また、厚膜電極２２の膜厚が厚いことで、スペーサ３０の圧力を吸収できるため、スペーサ３０からの薄膜型電子源への機械的損傷が防止される。

ＭＩＭ型電子源の構造と動作原理の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図２に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図３に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図４に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図５に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図６に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図７に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図８に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図９に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例１の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。 本発明による画像表示装置の実施例２における１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例２における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図１２に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例２における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図１３に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例２における１画素を構成するＭＩＭ電子源の図１４に続く製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例２の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。 本発明による画像表示装置の実施例３の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例３の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図１７に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例３の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図１８に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例３の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図１９に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例３の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図２２に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図２３に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図２４に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図２５に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の図２６に続く説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例４の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。 本発明による画像表示装置の実施例５の１画素を構成するＭＩＭ電子源の製造工程の説明図である。 本発明による画像表示装置の実施例５の構造を説明するために一部を拡大して示す模式平面図である。

符号の説明

１０・・・基板（陰極基板）、１１・・・下部電極、１２・・・絶縁層、１３・・・上部電極、１４・・・保護絶縁層、１５・・・層間膜、１６・・・金属膜下層、１７・・・金属膜中間層、１８・・・金属膜上層、２１・・・スペーサ電極、２２・・・厚膜電極、２３・・・真空、２５・・・レジスト膜、２６・・・レジスト膜、３０・・・スペーサ、５０・・・信号線回路、６０・・・走査線回路、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。

Claims (2)

1. 下部電極と上部電極、および前記下部電極と上部電極の間に挟持される電子加速層を有し、前記下部電極と前記上部電極間に電圧を印加することで該上部電極より電子を放出する薄膜型電子源アレイを有する陰極基板と、前記電子により励起されて発光する蛍光体を形成した蛍光面を有する蛍光面基板とからなる表示パネルと、前記下部電極と前記上部電極を駆動する駆動回路を有し、
   前記電子源は、隣接する２本の上部バス電極の間に設けられ、前記上部バス電極は金属膜下層と金属膜上層の２層の金属積層構造であり、片側側面は金属下層膜が金属上層膜から張り出して上部電極への給電部となり、反対側の片側側面は金属下層膜が金属上層膜から後退して金属上層膜の庇構造の段差を形成しており、画像表示領域に形成された前記上部電極が、前記上部バス電極の１本と給電部で電気的に接続され、かつ他方の上部バス電極とは、上部バス電極の片側側面に形成された金属膜下層と金属膜上層の２層の金属積層膜の庇構造の段差で自己整合的に分離されて、各上部バス電極毎に電気的に分離されており、前記上部バス電極はスペーサの電位を与える電極の機能を兼ねていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記上部バス電極は、画像表示領域ではストライプ形状であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
   
   

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