JPH08202286A - 電界放射表示装置の接合漏れを減少させる方法および電界放射表示装置の製造方法 - Google Patents
電界放射表示装置の接合漏れを減少させる方法および電界放射表示装置の製造方法Info
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Abstract
(FED)を製作する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、FEDの陰極ルミネセンス表
示画面とFEDのベースプレート上に形成された半導体
接合部間に光ブロッキング素子を形成することを含む。
光ブロッキング素子は、表示画面で形成された光および
環境内に生成された光が接合部に衝突することから、接
合部を保護する。これにより、接合部の電気的特性は一
定に保持されて、接合部漏れは改善される。光ブロッキ
ング素子は、不透過性光吸収または光反射層として形成
してもよい。さらに、光ブロッキング素子は、ベースプ
レートの所定の領域を保護するためにパターン形成せし
めてもよく、また、相互接続層などとして他の回路機能
を提供することもできる。
Description
射表示装置(FED)に関する。さらに詳しくは、電界
放出表示装置内の接合漏れを防止する方法に関する。
た情報を画面表示するために最近平面パネル表示装置が
開発されている。一般にこれらの装置は軽量で、従来の
ブラウン管の表示装置よりも消費電力が少ない。平面パ
ネル表示装置の代表例の1つとして知られているもの
に、冷陰極電界放射表示装置(FED)がある。
子の放射を利用して陰極ルミネセント画面を照光し、可
視画像を生成する。個々の電界放射セルは、通常、ベー
スプレート上に形成された1つ以上のエミッタ領域を含
んでいる。ベースプレートは、通常、エミッタ領域から
の電子の放射を制御する能動半導体装置を含んでいる。
エミッタ領域は、シリコンなどの材料で形成したベース
プレート上に直接形成してもよく、また、ベースプレー
ト上のレベル間導電層(例えば、ポリシリコン)やレベ
ル間絶縁層(例えば、二酸化硅素、窒化硅素)上に形成
してもよい。ゲート電極構造すなわちグリッドは、通
常、エミッタ領域と関連している。エミッタ領域および
グリッドは、エミッタ領域からファウラー−ノルトハイ
ム電子放射を生じせしめる電圧差を確立するための電源
に接続されている。これらの電子は、けい光塗膜を有す
る表示画面に衝突する。これにより、画面を照光する光
子が放射される。表示画面の1個の画素は、通常1つま
たは数個のエミッタ領域により照光される。
グリッドは、絶縁層により、ベースから分離されてい
る。この絶縁層は、グリッドを支持するとともに、グリ
ッドとベースプレート間の電圧差の破壊を防止する。個
々の電界放射セルは、真空超小型電子3極管と呼ばれる
ことがある。3極管素子は、陰極(電界エミッタ領
域)、陽極(陰極ルミネセント素子)およびゲート(グ
リッド)を含んでいる。Stephen L. Casper およびTyle
r A. Lowrey の米国特許第5,210,472号、「低
電圧行列アドレス信号が高画素能動電圧を制御する平面
パネル表示装置」には、FEDを利用した平面パネル表
示装置が記載されている。FEDを利用した平面パネル
表示装置において、表示画面の照光された画素領域の品
質および鮮明度は、個別の画素領域を照光するエミッタ
領域からの電子の放射を正確に制御するかどうかによっ
て決まる。文字列のような可視画像を形成する際には、
異なるエミッタ領域群を繰り返しオン/オフして、表示
画面上の適切な画素領域を照光しなければならない。希
望の画像を形成するために、隣接する画素領域をオフ状
態に保持したままで、一定の画素領域用のエミッタ領域
内で電子を放射させてもよい。画像を鮮明にするために
は、これらの分離しなければならない画素領域を、オフ
状態に保持することが重要となる。
電子を放射させる要因の1つは、FED内の半導体接合
部の、けい光表示画面により生成した光子への応答、お
よび周囲環境内に存在する光子(例えば、照明,太陽
光)への応答である。FED内において、各画素領域を
電気的に分離するために、または画素操作用の行列駆動
回路および電流調整回路を構成するために、p/n接合
部を使用することができる。FEDの操作中、表示画面
で生成された光子の一部および周囲環境からの光子が、
基板上の半導体接合部に衝突することがある。そして、
これが接合部に影響を及ぼして、接合部の電気的特性を
変化させることがある。場合によっては、望ましくない
電流が接合部を流れることにもなる。これは、一種のF
ED内での接合漏れであって、画素領域のアドレスもし
くは活性に悪影響を及ぼして、浮遊放出を招いたり画像
の品質を低下させることがある。
界放射表示装置(FED)13の画素領域10および隣
接するいずれかの側の画素領域10’を図解したもので
ある。FED13は、単結晶p形シリコンなどの材料で
形成された基板12を有するベースプレート11を含ん
でいる。複数のエミッタ領域14は、基板12のn形導
電領域30上に形成されている。p形基板12とn形導
電領域30は、p/n接合部を形成している。この種の
接合は、他の回路素子と組合わせることにより、画素領
域10および10’への電流の流れを活性化し調節する
ためのFETなどの電気的装置を形成することができ
る。
ートした陰極ルミネセント表示画面18に向けて電子2
8を放射するように、形成されている。ゲート電極すな
わちグリッド20は、絶縁層22により基板12から分
離され、且つ、各エミッタ領域を取り囲んでいる。スペ
ーサーとも呼ばれる支持構造体24は、ベースプレート
11と表示画面18との間に置かれている。
示画面18間の電圧差は、電源26によって確立され
る。電子28は、活性化されたエミッタ領域14から放
射されて、表示画面18の対応する画素領域10内に含
まれているけい光材料から光子を放出させる。特定の画
像を形成するためには、隣接するいずれの側の画素領域
10’も暗状態のままであって、画素領域10を照光す
ることを必要とすることもある。
因により生成された光子32(即ち光)が基板12内に
形成されている半導体接合部に衝突した場合に、問題が
生じることがある。さらに、照光された画素領域10か
ら放出される光子32が、隣接する画素領域10’上の
n形導電領域30に形成されている接合部に衝突するよ
うにすることができる。光子32は、FED13のスペ
ーサー24、グリッド20および絶縁層22を通過する
ことができるが、その理由は、これらの層が殆どの光の
波長に対して半透過性を有する材料で形成されているこ
とが多いからである。例えば、スペーサー24は、カプ
トンや窒化硅素のような半透明ポリイミド樹脂で形成し
てもよい。絶縁層22は、半透明の二酸化硅素、窒化硅
素またはオキシ窒化硅素で形成してもよい。グリッド2
0は、半透明のポリシリコンで形成してもよい。
境から放射された光子によって露光されると、エミッタ
領域との接合を行なう基板12上のいくつかの接合部の
特性が変わることがある。その結果、電流が生じて、隣
接する画素領域10’上のエミッタ領域14から電子を
放射せしめることがある。この電子の放射により、暗背
景が必要なときにも、隣接する画素領域10’が照光す
ることになる。このために、画像の品質が低下したり不
鮮明になったりする。分離と活性化の問題にくわえて、
周囲環境からの光および基板12上の接合部に衝突する
表示画面18の光は、FEDセル13のエミッタ領域1
4への電流のアドレスおよび調整時において、さらに他
の問題を引き起こす。
洩電流は、接合部における種々の照光条件の関数として
研究室で測定されている。接合部の漏れは、電圧約50
Vのとき接合部に向けられた光の強度によるが、暗状態
ではピコアンペア(すなわち、10−12アンペア)、
また極めて明るい状態でマイクロアンペア(すなわち、
10−6アンペア)で表すことができる程度である。し
かし、FEDでは、比較的に微小な漏洩電流(すなわ
ち、ピコアンペア)でも、画像の品質に悪影響をおよぼ
す。論文「半導体装置の物理学」、S.M.Sze著、
版権1981年、John Wiley and So
ns Inc.,の1.6.1項および1.6.3項に
は、半導体接合部上の光子エネルギーの効果が、簡単に
記載されている。
は、画面の内面を鏡面のように仕上げるために、画面ア
ルミニューム処理工程が取り入れられている。このアル
ミ層は視聴者に向けて光を反射するとともに、ブラウン
管の後部から光を遠ざける。Nathansonらの米
国特許第3,814,968号は、類似の方法を電界エ
ミッタ陰極に利用して、画面で放射される放射線が光電
陰極およびエミッタ領域に戻らないようにしている。こ
の先行技術の方法の1つの問題点は、電界放射表示装置
では陰極電圧が相対的に低い(例えば、200V)こと
である。しかし、これら低電圧で放射された電子は、表
示画面の内面上に形成されたアルミ層を容易に通り抜け
ることはできない。したがって、この方法は、FEDに
おいて画面および周囲環境からの光子の放射による接合
部の漏れの防止には完全には適したものではない。
体接合部の上にクロムなど不透明な材料で形成した回路
トレースを有するFEDを構築することも、技術上公知
である。例えば、Smithらの米国特許第3,97
0,887号は、このような構造について記載している
(図8)。しかし、これらの回路トレースは、信号を導
くように構築されるものであって、半導体接合部をフォ
トン・ボンバードメントから隔離するために特別に適合
させたものではない。したがって、ほとんどの接合部分
は光子の放射に暴されたままで、その結果生じる接合漏
れを免れることはできない。
止するための改良された方法が、技術上必要とされる。
したがって、本発明の目的は、周囲環境およびFEDの
表示画面で生成された光子がFEDのベースプレートの
半導体接合部に影響を及ぼすのを阻止する光ブロッキン
グ素子を構築するための、改良した方法を提供すること
にある。本発明の別の目的は、ベースプレート上の半導
体接合部を光から保護しまた他の回路機能も果たすこと
ができる不透明層を使用するFEDを構築するための改
良方法を提供することである。本発明のさらに別の目的
は、半導体の大量製造に適合する技術を使用した改良型
接合漏れ特性をFEDに提供することである。
ネル表示装置その他の電子機器用のFEDを構築する改
良方法を提供することができる。この方法は、一般的に
は、FEDの陰極ルミネセンス表示画面とベースプレー
トとの間に光ブロッキング素子を形成することより成
る。光ブロッキング素子は、FED基板上の半導体接合
部を、周囲環境内および表示画面により生成されてた光
子から保護する。光ブロッキング素子は、光を吸収もし
くは反射するように適合させた不透明層として形成して
もよい。不透明層は、半導体接合部を光子の影響から保
護することに加え、さらに、他の回路機能を果たすこと
もできる。不透明層は、例えば、FED回路構成部品用
のレベル間接続線を形成するようにパターン化すること
もできる。
グ素子は、FEDのベースプレート上に不透明光吸収材
料として堆積形成した。例えば、光吸収性のあるチタン
などの金属をFEDのベースプレート上に堆積させるこ
とができる。その他の適当な不透明材料としては、カー
ボンブラック含浸ポリイミド樹脂、二酸化マンガンおよ
び酸化マンガンなどの絶縁性光吸収材料がある。さら
に、かかる光吸収層は、半導体接合部を含むベースプレ
ート領域のみを保護するように、パターン化してもよ
い。光ブロッキング素子は、また、光を吸収するよりも
むしろ光を反射させるためにアルミなどの材料層で形成
してもよい。
は、説明を続けるに従って、さらに明らかになるであろ
う。
タ領域40を図式的に説明する。エミッタ領域40は、
図示したような1つ以上の鋭角の先端部で形成してもよ
いし、また、1つ以上の鋭角の円錐、アペックスまたは
刃先状に形成してもよい。エミッタ領域40は基板36
上に形成される。図示した実施例においては、基板36
は、単結晶のp形シリコンである。別の方法として、エ
ミッタ領域40は、他の基板材料上に形成してもよい
し、また、ガラス層もしくは絶縁体・ガラス複合材料で
形成された中間層上に形成してもよい。図示した実施例
では、エミッタ領域40は、基板36のn形導電領域5
8上に形成されている。n形導電領域は、エミッタ領域
40を制御するFETトランジスタのソースまたはドレ
インであってもよい。n形導電領域58およびp形基板
36は、半導体p/n接合を形成している。
は、ゲート構造すなわちグリッド42である。グリッド
42は、絶縁層44により基板36から分離されてい
る。絶縁層44は、エミッタ領域40のためのエッチン
グによる開口部を有する。グリッド42は、レベル間絶
縁層62上に形成された導電線60に接続されている。
導電線60は、絶縁及び/または不活性化層66内に埋
め込まれており、グリッド42および他の回路構成部品
の制御操作に使用される。
して配列され、エミッタ領域40が放出する電子54の
通路内にけい光塗膜50を有している。電源46は、陰
極として働くエミッタ領域40に、直接もしくは間接的
に接続されている。電源46は、また、陽極として働く
グリッド42および表示画面48にも接続されている。
示画面48間で、電源46により電圧差が発生すると、
エミッタ領域40において電子54が放射される。これ
らの電子54は、表示画面48上のけい光塗膜54を衝
突する。これにより、表示画面48を照光する光子56
が発生する。
は、技術上公知である製作工程を利用することができ
る。例えば、Doanらの米国特許第5,186,67
0号は,基板36,エミッタ領域40およびグリッド4
2を形成するための適切な製法について記載している。
連回路は、FEDのベースプレート70を形成する。シ
リコン基板36は、エミッタ領域40の動作を制御する
半導体装置を含んでいる。これらの半導体装置を組合わ
せることにより、行列駆動回路,電流調整回路、および
エミッタ領域40を電気的に活性化もしくは分離する回
路が形成される。例えば,先に引用したCasperら
の米国特許第5,210,472号は、シリコン基板上
に形成され直列にエミッタ領域に接続されている2個の
MOSFETについて記載している。直列に接続された
MOSFETの1つは、行ライン上の信号によりゲート
制御される。もう1方のMOSFETは、列ライン上の
信号によりゲートされる。
が、ベースプレート70上に形成される。光ブロッキン
グ層64は、周囲環境からの光を防ぐとともに、表示画
面48で生成された光が、n形電導領域58により形成
された接合部等の基板36上の半導体接合部に衝突する
のを防ぐ。不活性化層72は、光ブロッキング層64上
に形成される。
形成される。光ブロッキング層64は、導電材または絶
縁材のいずれでもよい。更に、光ブロッキング層64
は、光を吸収する材料であってもよいし、反射性の材料
であってもよい。適切な材料には、光吸収性を有するチ
タンのような金属や、アルミのように極めて反射性の高
い金属が含まれる。その他の適切な導電材としては、ア
ルミ−銅合金、超耐熱金属および超耐熱金属硅化物が含
まれる。さらに、適切な絶縁材には、酸化マンガン、二
酸化マンガンまたはカーボンブラック含浸ポリイミド樹
脂などの、化学的に高分子の物質が含まれる。これらの
絶縁材料は、光吸収性を有し、相対的に厚い層として堆
積することができる。金属から成る光ブロッキング層6
4については、CVD,スパッタリングまたは電子ビー
ム被着(EBD)などの堆積技術を利用することができ
る。絶縁材または化学的高分子物質から成る光ブロッキ
ング層64については、液体沈析および硬化工程を使用
して、希望の厚さの層を形成することができる。
70全体を実質的に覆うように堆積したブランケットで
あってもよく、また、基板36上の所定の部分(すなわ
ち、接合部の占めている部分)を保護するために写真製
版製法を利用してパターン形成してもよい。更にまた、
光ブロッキング層64は、半導体接合部が占める部分が
実質的に保護される限り、他の回路機能を果たすように
構築してもよい。例えば、光ブロッキング層64は、レ
ベル間コネクタとして機能するようにパターン化しても
よい。
域を形成するための1つの工程系列を次に示す。 1.シリコン基板36をマスキングまたはエッチングす
ることにより、突起状、先端部、くさび状、円錐形また
は刃先状の電子エミッタ領域40を形成する。 2.単結晶シリコン基板36をパターン化し、またドー
ピングすることにより、エミッタ領域40のn形導電領
域58を形成する。 3.適切な酸化工程を使用してエミッタ領域40を酸化
鋭角化する。 4.二酸化硅素の層を同様にして堆積することにより、
絶縁層44を形成する。その他の窒化硅素およびオキシ
窒化硅素などの絶縁材も、使用することができる。 5.ドープされたポリシリコンを堆積した後に、グリッ
ドおよびエミッタ領域40を対面配列するように化学的
機械的にプレーナ化(CMP)することにより、グリッ
ド42を形成する。かかる製法は、Rolfsonらの
米国特許第5、229、331に詳細に記載されてい
る。ポリシリコンの代わりに、クロム、モリブデンその
他の導電金属類などの導電材料もまた使用することがで
きる。 6.グリッド42についてのフォトパターン形成および
ドライ・エッチングを行なう。 7.グリッド42上に、レベル間絶縁層62を形成す
る。フォトパターン形成およびドライ・エッチングによ
り、絶縁層62全体にわたり、接点を形成する。 8.グリッド接続その他の回路用に金属の導電線路60
を形成する。さらに、不活性化層66を形成する。 9.光ブロッキング層64を形成する。チタンその他の
金属から成る光ブロッキング層については、光ブロッキ
ング層は、2000〜4000オングストロームの厚み
に堆積することができる。その他の材料は、個々の材料
に、適正な厚みに堆積することができる。 10.光ブロッキング層64、不活性化層66および絶
縁層62をフォトパターン形成およびドライ・エッチン
グして、エミッタおよびボンディング・パッド接続領域
を開口する。 11.不活性化層72を、光ブロッキング層64上に形
成する。 12.エミッタ領域40用に、不活性化層72全体にわ
たって開口部を形成する。 13.絶縁層44をエッチングして、エミッタ領域40
用にキャビティを開ける。この工程には、フォトパター
ニングおよびウエット・エッチングを使用してもよい。
二酸化硅素の層で酸化鋭角化したエミッタ領域40の場
合には、適切なウエット・エッチング液は、希釈したフ
ッ化水素酸である。 14.スペーサーおよび表示画面48を形成する処理
を、継続して行なう。
レート上に形成された光ブロッキング素子を利用してF
ED内の接合漏れを防止する方法を提供するものであ
る。上記の製法の順序は実施例の一例であり、ベースプ
レート、エミッタ領域およびグリッドの材料ならびにこ
れらに関連する形成技術が異なれば製法順序を変更でき
ることは、理解されるところである。
て説明したが、当業者にとって明白なように、請求項に
おいて限定した本発明の範囲を逸脱することなく種々の
変更を加えることができる。
び技術論文は、この引用の結果としてその特許および論
文全体に提示されている通りに、本明細書に組み込まれ
る。
示す先行技術によるFEDの略断面図。
有するFEDのためのエミッタ領域の断面図。
少させる方法および電界放射表示装置の製造方法
Claims (12)
- 【請求項1】ベースプレート、エミッタ領域および半導
体接合部を有する電界放射表示装置において半導体接合
部からの接合漏れを減少させる方法であって、 表示画面と電界放射表示装置環境からのフォトン・ボン
バードメントから半導体接合部を保護するために、半導
体接合部と表示画面の間のベースプレート上に光ブロッ
キング素子を形成する工程を有することを特徴とする接
合漏れの減少方法。 - 【請求項2】請求項1記載の接合部の漏れを減少させる
方法において、光ブロッキング素子が光吸収材料を含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項3】請求項1記載の接合部の漏れを減少させる
方法において、光ブロッキング素子が光反射材料を含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項4】請求項1記載の接合部の漏れを減少させる
方法において、光ブロッキング素子が、電界放射表示装
置のベースプレート上に堆積された材料被覆層を有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項5】請求項1記載の接合部の漏れを減少させる
方法において、光ブロッキング素子が、ベースプレート
の所定の領域を保護するために堆積され且つパターン化
された材料被覆層を有することを特徴とする方法。 - 【請求項6】請求項1記載の接合部の漏れを減少させる
方法において、光ブロッキング素子が、半導体接合部を
保護しまた電界放射表示装置内の電気信号を通すために
堆積され且つパターン形成された導電性材料の層を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項7】電界放射表示装置を製造する方法であっ
て、 半導体接合部を有するベースプレートを作製する工程
と、 半導体接合部および電源に電気的に接続されたベースプ
レート上のエミッタ領域を、けい光塗膜を有する表示画
面に対面して配列されるように形成する工程と、 エミッタ領域用の導電グリッドを、電源に接続され且つ
絶縁層によりベースプレートから分離され、エミッタ領
域から電子を放出させ、表示画面から光子を放出せしめ
る電圧差を確立するように適合させて形成する工程と、 電子によって生じる接合漏れから接合部を保護して表示
画面の画像を改善するために、半導体接合部に向けられ
た光子を阻止するようにベースプレート上に不透明な光
ブロッキング素子を形成する工程と、 を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項8】請求項7記載の電界放射表示装置を製造す
る方法において、光ブロッキング素子が金属、カーボン
ブラックで含浸したポリイミド樹脂、二酸化マンガンお
よび酸化マンガンから成る材料群から選ばれた材料より
形成されることを特徴とする電界放射表示装置の製造方
法。 - 【請求項9】電界放射表示装置を製造する方法であっ
て、 ベースプレート上にエミッタ領域を形成する工程と、 エミッタ先端部が半導体接合部および電源に電気的に接
続された状態でベースプレート上に半導体接合部を形成
する工程と、 エミッタ領域用の導電性ゲート素子を、このゲート素子
が電源に接続され、且つ絶縁層によりベースプレートか
ら分離され、このゲート素子が選ばれたエミッタ領域か
ら電子を放射せしめる電圧差を確立するように適合させ
て形成する工程と、 半導体接合部に向けられた光子を阻止するためのベース
プレート上の不透明な光ブロッキング素子を、ベースプ
レート上に堆積した材料層として形成する工程と、 けい光塗膜を有する表示画面を、この表示画面がベース
プレートから間隔を有し、この表示画面を照光するため
の光子を生成するためにエミッタ領域により放射される
電子を受け取るために1つ以上のエミッタ領域と対面配
列するように形成する工程と、 を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項10】請求項9記載の方法において、光ブロッ
キング素子が、ベースプレートの所定の領域を保護する
ために設けられた、パターン形成層であることを特徴と
する方法。 - 【請求項11】請求項9記載の方法において、光ブロッ
キング素子が光吸収材料であることを特徴とする方法。 - 【請求項12】請求項9記載の方法において、光ブロッ
キング素子が光反射材料であることを特徴とする方法。
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