(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極上に設けられる上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する薄膜型電子源であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする薄膜型電子源。
【請求項２】
下部電極と、
前記下部電極上に設けられ、開口部を有する上部バス電極と、
前記上部バス電極の開口部を覆うように設けられる上部電極と、
前記上部バス電極の開口部内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する薄膜型電子源であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする薄膜型電子源。
【請求項３】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられる複数の上部電極と、
前記各下部電極と前記各上部電極との交差領域内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する薄膜型電子源であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする薄膜型電子源。
【請求項４】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられ、前記下部電極と交差する領域に開口部を有する複数の上部バス電極と、
前記各上部バス電極の各開口部を覆うように、前記各上部バス電極上に設けられる上部電極と、
前記各上部バス電極の各開口部内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する薄膜型電子源であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする薄膜型電子源。
【請求項５】
前記下部電極は、金属膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の薄膜型電子源。
【請求項６】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられる複数の上部電極と、
前記各下部電極と前記各上部電極との交差領域内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する一方の基板と、
他方の基板と、
枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられ、前記下部電極と交差する領域に開口部を有する複数の上部バス電極と、
前記各上部バス電極の各開口部を覆うように、前記各上部バス電極上に設けられる上部電極と、
前記各上部バス電極の各開口部内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する一方の基板と、
他方の基板と、
枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられる複数の上部電極と、
前記各下部電極と前記各上部電極との交差領域内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する一方の基板と、
前記各下部電極と前記各上部電極との間に駆動電圧を印加する駆動手段と、
他方の基板と、
枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記駆動手段から前記各下部電極と前記各上部電極との間に印加する最大駆動電圧が、前記絶縁膜内の電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以下となる電圧であることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
行（または列）方向に設けられる複数の下部電極と、
前記各下部電極上に列（または行）方向に設けられ、前記下部電極と交差する領域に開口部を有する複数の上部バス電極と、
前記各上部バス電極の各開口部を覆うように、前記各上部バス電極上に設けられる上部電極と、
前記各上部バス電極の各開口部内の、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する一方の基板と、
前記各下部電極と前記各上部バス電極との間に駆動電圧を印加する駆動手段と、
他方の基板と、
枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、
前記ダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜が、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2以下に設定して前記下部電極を陽極酸化して得られる常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記駆動手段から前記各下部電極と前記各上部バス電極との間に印加する最大駆動電圧が、前記絶縁膜内の電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以下となる電圧であることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記下部電極は、金属膜であることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型電子源および表示装置に係わり、特に、平面型表示装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面型表示装置として、薄膜型電子源を使用するものが提案されている。
この薄膜型電子源とは、上部電極−絶縁層−下部電極の３層薄膜構造を基本とし、上部電極と下部電極と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）型等が知られている。
ＭＩＭ型やＭＩＳ型のダイオード構造の薄膜電子源では、従来、ダイオード電流−ダイオード電圧特性に図１３に模式的に示すような負性抵抗が生じるフォーミング処理された電子源と、負性抵抗が生じない非フォーミング電子源とが知られている。
このフォーミング処理とは、図１４に模式的に示すように、品質の低い絶縁層に電圧を印加して半絶縁破壊状態にすることで、絶縁層中に局所的な導伝経路（フィラメントと呼ばれる）を形成し、そこに電界を集中させ電子放出させるものである。
したがって、電子放出は局所的に発生し、かつ導伝経路が不安定なため断続的に起き、ノイズが大きい。
そのために、表示装置等への応用製品には適していない。
【０００３】
一方、非フォーミング薄膜型電子源とは、高品質で緻密なトンネル絶縁層を形成することにより、図１０に示すような、ファウラーノルドハイムのトンネル現象により電子放出させるものである。
即ち、上部電極１３と下部電極１１との間に、駆動電圧源から駆動電圧（Ｖｄ）を印加して、トンネル絶縁層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、トンネル絶縁層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のうち、上部電極１３の仕事関数（φ）以上のエネルギーを有するものは、真空１６中に放出される。
この非フォーミング薄膜型電子源は、リーク電流が少なく、電子放出効率が比較的高い。
さらに、放出電流にノイズがなく、上部電極１３の全面に均一に電子放出をさせることができる。
したがって、図１２に示すように、上部電極１３および下部電極１１を複数本設け、これら複数本の上部電極１３と、複数本の下部電極１１とを直交させて、薄膜電子源をマトリクス状に形成すると、任意の場所から均一な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として用いたり、電子線描画装置の電子源に用いることができる。
図１２は、薄膜電子源をマトリクス状に配置した薄膜型電子源アレイの一例の概略構成を示す斜視図である。
図１２に示す薄膜型電子源アレイは、ソーダガラス等の基板１０上に形成されるＸ方向に延びるストライプ状の下部電極１１と、下部電極１１上に形成される保護絶縁層１４およびトンネル絶縁層１２と、保護絶縁層１４およびトンネル絶縁層１２上に形成され、Ｙ方向に延びるストライプ状の上部電極バスライン（本発明の上部バス電極）１５と、上部電極バスライン１５上に形成される上部電極１３とで構成される。
ここで、下部電極１１と上部電極バスライン１５とは、互いに略直交するように形成され、下部電極１１と上部電極バスライン１５とが重なる領域内の一部に電子放出部１が形成され、この電子放出部１はマトリクス状に形成される。
この電子放出部１は、上部電極バスライン１５が除去され、上部電極１３がトンネル絶縁層１２を介して下部電極１１と対向しており、即ち、電子放出部は、ＭＩＭ型トンネルダイオード構造の薄膜型電子源を構成する。
なお、常温においても、ダイオード電流に負性抵抗が生じないＭＩＭ型ダイオード構造の非フォーミング電子源に必要な高品質のトンネル絶縁層１２を作成する技術については、例えば、特開平７−６５７１０号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ダイオード構造の薄膜型電子源の性能指標に、ダイオード電流（Ｉｄ）に対する放出電流（Ｉｅ）の比である電子放出効率がある。
薄膜型電子源を電子線応用機器に使用する場合、高い電子放出効率が望まれ、特に、表示装置においては、低消費電力化のため電子放出効率が０．５％以上あることが望まれる。
薄膜型電子源の電子放出効率は、図１１に示すように、固体内で発生する各種の電子散乱現象により支配される。
薄膜型電子源に駆動電圧（Ｖｄ）を印加し、下部電極１１からトンネル絶縁層１２の伝導帯に注入された電子は、トンネル絶縁層１２内の電界によって加速されホットエレクトロンになるが、同時にフォノンによる散乱を受け、エネルギーを損失する。
したがって、トンネル絶縁層１２中でのホットエレクトロンのエネルギー分布はこのバランスにより決定され、一定距離の走行後には平衡状態に達する。
上部電極１３に達したホットエレクトロンは、価電子を励起してエネルギーを失う電子−電子散乱やプラズモン損失を受ける。
最後に上部電極１２の表面の仕事関数φの障壁により、エネルギーの低い電子は反射され、エネルギーの高い一部のホットエレクトロンのみが真空中に放出される。
このように、電子放出効率は仕事関数障壁φで反射される電子数に対する、仕事関数障壁φを乗り越える電子数の比で求められる。
【０００５】
ところで、従来のＭＩＭ型ダイオード構造の非フォーミング電子源では、トンネル絶縁層１２は、前記公報（特開平７−６５７１０号）にも記載されているように、３〜１０ｎｍと非常に薄い膜厚のものが使用されている。
以下に、その理由を図１０の電子放出部の原理を用いて説明する。
トンネル注入された電子が、トンネル絶縁層１２を走行する距離は、（トンネル絶縁層１２の膜厚）−（トンネル距離）で求められる。
ここで、トンネル距離は、図１０の矢印に示すように、下部電極−トンネル絶縁層界面と、トンネル絶縁層伝導帯の底が下部電極１１のフェルミ凖位と同一電位になる位置との距離である。
一定のダイオード電流を得る場合、トンネル絶縁層１２の膜厚に関わらず同一電界強度を印加するのでトンネル距離は一定となる。
したがって、トンネル絶縁層１２の膜厚が薄い方が、電子がトンネル絶縁層１２中を走行する距離が短くなり、トンネル絶縁層１２中での電子散乱を受けがたい。
そのため、従来はトンネル絶縁層１２の膜厚が薄い方が電子放出効率が高いと考えられていた。
しかしながら、従来の薄膜型電子源では、前記公報（特開平７−６５７１０号）にも記載されているように、その電子放出効率は、０．１％程度であり、例えば、表示装置等に使用する場合を考えると、満足できる値ではなかった。
さらに、従来の薄膜型電子源では、膜厚の薄いトンネル絶縁層１２を用いて、なおかつ、この膜厚の薄いトンネル絶縁層１２に高い電界強度を印加するようにしていたため、トンネル絶縁層１２の劣化が生じやすく、寿命が短いという問題点もあった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、薄膜型電子源において、電子放出効率を向上させ、かつ、絶縁層に劣化や破壊が生じるの低減し、寿命を長くすることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、表示装置において、消費電力を低減させ、かつ信頼性を向上させることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１１に示すファウラーノルドハイムのトンネル現象のバンド図から分かるように、ホットエレクトロンの持ち得る最高エネルギーは印加電圧に相当するＶｄ（ｅＶ）であり、電子放出部に必要な最低エネルギーは仕事関数障壁の高さに相当するφ（ｅＶ）となる。
したがって、Ｖｄが高い程（Ｖｄ−φ）が大きくなり、仕事関数障害を越えられるホットエレクトロンの比率が高まる。
本発明者らはこの点に着目し、駆動電圧（Ｖｄ）を高めることにより、電子放出効率を向上させることを検討した。
しかしながら、駆動電圧（Ｖｄ）を高くすると、トンネル絶縁層内部の電界強度が高くなり、従来のトンネル絶縁層１２の膜厚が薄い薄膜型電子源では、トンネル絶縁層１２の劣化や破壊が生じやすかった。
そこで、本発明者らは、駆動電圧（Ｖｄ）を高くしてもトンネル絶縁層１２に過大な電界強度を印加しない方法として、トンネル絶縁層１２の膜厚を、駆動電圧（Ｖｄ）に比例して厚くすることを検討した。
この場合には、トンネル絶縁層内部の電界強度を一定に保ったまま駆動電圧（Ｖｄ）を高くすることができる。
ただし、電子がトンネル絶縁層中を走行する距離が長くなり、電子散乱が大きくなるが、それ以上に、（Ｖｄ−φ）を大きくして仕事関数障害を越えられるホットエレクトロンの比率が高まれば、電子放出効率の向上と長寿命化の両立が期待できる。
そして、本発明者は、この点を実際に検証し、その結果、薄膜型電子源の電子放出効率の向上と長寿命化が両立できることを見出した。
【０００７】
本発明は前記知見に基づいて成されたものであり、即ち、本発明は、下部電極と、前記下部電極上に設けられる上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ、前記下部電極および前記上部電極とともにダイオード構造の電子放出部を構成する絶縁膜とを有する薄膜型電子源であって、常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記絶縁膜の膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする。
また、本発明は、下部電極−絶縁膜−上部電極とで構成されるダイオード構造の電子放出部を有し、前記電子放出部がマトリクス状に設けられる薄膜型電子源であって、常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記絶縁膜の膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする。
また、本発明は、一対の基板と、枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、前記一対の基板の一方の基板が、下部電極−絶縁膜−上部電極とで構成されるダイオード構造の電子放出部を有し、前記電子放出部がマトリクス状に設けられる薄膜型電子源を有し、常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記絶縁膜の膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする。
また、本発明は、一対の基板と、枠部材とを有し、前記一対の基板と前記枠部材とで囲まれる空間内が真空雰囲気とされる表示装置であって、前記一対の基板の一方の基板が、下部電極−絶縁膜−上部電極とで構成されるダイオード構造の電子放出部を有し、前記電子放出部がマトリクス状に設けられる薄膜型電子源を有し、常温で前記ダイオード構造の電流−電圧特性に負性抵抗がなく、かつ前記下部電極と前記上部電極との間に印加する最大駆動電圧が、前記絶縁膜内の電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以下となる電圧であることを特徴とする。
また、本発明は、前記下部電極が、金属膜であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１のＭＩＭ型ダイオード構造の薄膜型電子源は、トンネル絶縁層１２が、常温でＭＩＭ型ダイオード構造の電流−電圧特性の負性抵抗がなく、かつ、トンネル絶縁層１２の膜厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする。
ここで常温とは、通常の自然環境下での温度であり、−５０℃〜９０℃程度である。
以下、図１を用いて、本実施の形態１の薄膜型電子源の製造方法について説明する。
先ず、ソーダガラス等の絶縁性の基板１０上を用意し、この基板１０上に下部電極用の金属膜を成膜する。
下部電極用の材料としては、アルミニウム（Ａｌ；以下、単に、Ａｌと称する。）やアルミニウム合金（以下、単に、Ａｌ合金と称する。）を用いる。
ここでは、Ａｌ−ネオジム（Ｎｄ；以下、単に、Ｎｄと称する。）合金を用いた。
また、金属膜の形成には、例えば、スパッタリング法を用い、その膜厚は３００ｎｍとした。
金属膜形成後、図１（ａ）に示すように、エッチングにより下部電極１１を形成する。
ここで、下部電極用の材料として、Ａｌ系の材料を用いるのは、トンネル絶縁層１２として高品質のＡｌの陽極酸化膜が使用可能であるためである。
次に、図１（ｂ）に示すように、下部電極１１上の電子放出部１となる部分をレジスト膜２０でマスクし、化成液中で下部電極１１を陽極として、下部電極１１上の電子放出部１となる部分以外の部分を選択的に厚く陽極酸化し、保護絶縁層１４を形成する。
このとき、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。
【００１０】
次に、レジスト膜２０を除去し、化成液中で再度下部電極１１を陽極として、陽極酸化を行い、図１（ｃ）に示すように、下部電極１１上にトンネル絶縁層１２を形成する。
このとき、トンネル絶縁層１２の膜厚は、化成電圧に比例するので任意の膜厚のトンネル絶縁層１２を形成することができる。
また、陽極酸化の酸化速度は、化成電流密度に比例し、低速で酸化するほど良質のトンネル絶縁層１２が形成できる。
ここでは、化成電流密度を１２μＡ／ｃｍ2と低く設定した。
これにより、常温でダイオードに電流−電圧特性の負性抵抗の発生しない良質のトンネル絶縁層１２を形成することができた。
次に、上部電極１３への給電線となる上部電極バスライン用の金属膜をスパッタリング法で形成する。
ここでは、この上部電極バスライン１５の金属膜として、タングステン（Ｗ）とＡｌ−Ｎｄ合金の積層膜を用いた。
次に、図１（ｄ）に示すように、エッチングにより上部電極バスライン１５を形成する。
最後に、図１（ｅ）に示すように、上部電極１３を、上部電極バスライン１５と同様にして形成する。
なお、上部電極１３としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜を用い、これらの積層膜はスパッタ法で形成した。
なお、この上部電極１３の膜厚は、３ｎｍとした。
【００１１】
図２は、前記プロセスで作成した薄膜型電子源の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を、トンネル絶縁層１２の膜厚が、７．９ｎｍ、１０．６ｎｍ、１３．３ｎｍの場合について測定したグラフである。
この図２のグラフから分かるように、トンネル絶縁層１２の膜厚が厚いほど、駆動電圧（Ｖｄ）が高くなり、電子放出効率が向上している。
図３は、横軸をトンネル絶縁層内部の電界強度としてプロットしたグラフである。
この図３のグラフから分かるように、トンネル絶縁層１２の膜厚が厚いほど、同一電界強度における電子放出効率が高く、駆動電圧（Ｖｄ）を高くした効果が出ている。
図４は、電子放出効率が０．５％のときの電界強度を、トンネル絶縁層１２の膜厚の関数としてプロットしたグラフである。
この図４のグラフから分かるように、トンネル絶縁層１２の膜厚が厚い程、高効率の電子放出効率を得るために必要な電界強度は減少する。
一般に、薄膜型電子源を表示装置等への応用機器に適用するには長寿命である必要がある。
トンネル絶縁層１２の耐絶縁破壊電界は約１０ＭＶ／ｃｍであるが、表示装置に使用できるような長時間の寿命特性を確保するにはトンネル絶縁層１２に印加する電界強度は８ＭＶ／ｃｍ未満に抑える必要がある。
図４のグラフから分かるように、０．５％以上の電子放出効率と長寿命特性が両立するのは、図４のグラフの斜線部で示される領域であり、トンネル絶縁層１２の膜厚が１０ｎｍより厚い薄膜型電子源であることがわかる。
なお、本発明は、非フォーミング電子源に適用されるもので、前記図１３に模式的に示したフォーミング処理された電子源には適用できない。
また、一部のフォーミングされた薄膜型電子源では、液体窒素や液体ヘリウム温度の極低温に冷却することによって負性抵抗が消失し、電子放出部が安定になることが報告されているが、実用製品に使われる温度ではフォーミングが発生し、使用できない。
このように、本発明の薄膜型電子源では、常温でダイオード電流−ダイオード電圧特性に負性抵抗がなく、非フォーミング状態の安定な電子放出が得られる。
また、本発明の効果を得るためには、下部電極１１は金属が好ましい。
【００１２】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２の表示装置の薄膜型電子源アレイ基板の概略構成を示す図である。
図５（ａ）は、本実施の形態の薄膜型電子源アレイ基板の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造、および同図（ｃ）は、同図（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
本実施の形態の薄膜型電子源アレイ基板は、前記説明した手順にしたがって、基板１０上に、薄膜型電子源がマトリクス状に形成されて構成される。
なお、図５では、３本の下部電極１１と３本の上部電極バスライン１５からなる（３×３）ドットの薄膜型電子源マトリクスを図示しているが、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。
【００１３】
図６は、本発明の実施の形態の表示装置の蛍光表示板の概略構成を示す図である。
図６（ａ）は、本実施の形態の蛍光表示板の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造、および同図（ｃ）は、同図（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
本実施の形態の蛍光表示板は、ソーダガラス等の基板１１０に形成されるブラックマトリクス１２０と、このブラックマトリクス１２０の溝内に形成される赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の蛍光体（１１１〜１１３）と、これらの上に形成されるメタルバック膜１１４とで構成される。
以下、本実施の形態の蛍光表示板の作成方法について説明する。
まず、表示装置のコントラストを上げる目的で、基板１１０上に、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、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ；以下、単に、ＰＶＡと称する。）と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液を基板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。
次に、以下の方法により赤色蛍光体１１１を形成する。
赤色蛍光体粒子にＰＶＡと重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液を基板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。
なお、蛍光体パターンは、図６に示すストライプ状のパターンであるが、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。
同様の方法により、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。
ここで、蛍光体として、例えば、赤色蛍光体１１１はＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色蛍光体１１２はＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色蛍光体１１３はＺｎＳ：Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いた。
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、基板１１０全体にアルミニウム（Ａｌ）を、膜厚７５ｎｍ程度蒸着してメタルバック膜１１４とする。
このメタルバック膜１１４が、加速電極として働く。
その後、基板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、蛍光表示板が完成する。
【００１４】
図７は、本発明の実施の形態２の表示装置の概略全体構成を示す断面図である。
なお、同図（ａ）は、図５（ａ）に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面構造、および同図（Ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
図７に示すように、前記手順により製作された薄膜型電子源アレイ基板と、蛍光表示板と、枠部材１１６とを、スペーサ３０を介して組み立て後、枠部材１１６をフリットガラス１１５を用いて封着する。
薄膜型電子源アレイ基板と蛍光表示板との間の距離は、１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。
なお、図７では、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）に発光するドット毎、即ち、下部電極３列ずつにスペーサ３０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。
ここで、スペーサ３０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して形成する。
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と３０としてもよい。
【００１５】
封着したパネルは、１０~7Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して、封止する。
封止した後、ゲッターを活性化し、表示装置内を真空を維持する。
例えば、バリウム（Ｂａ）を主成分とするゲッター材料の場合、高周波誘導加熱によりゲッター膜を形成することができる。
このようにして、本実施の形態の表示装置が完成する。
本実施の形態の表示装置では、薄膜型電子源アレイ基板と蛍光表示板との間の距離が、１〜３ｍｍ程度と長いので、メタルバック膜１１４に印加する加速電圧を３〜６ＫＶと高電圧にできる。
したがって、前記したように、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る。
以上説明したように、本実施の形態では、前記実施の形態１の薄膜型電子源を用いることにより、高い電子放出効率が得られ、かつ長寿命であるため、低消費電力で、信頼性の高い表示装置を得ることができる。
【００１６】
図８は、本実施の形態の表示装置に、駆動回路を接続した状態を示す模式図である。
下部電極１１は下部電極駆動回路４０で駆動され、上部電極バスライン１５は上部電極駆動回路５０で駆動される。
メタルバック膜１１４には、加速電圧源６０から３〜６ＫＶ程度の加速電圧を常時印加する。
図９は、図８に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
ここで、ｍ番目の下部電極１１をＫｍ、ｎ番目の上部電極バスライン１５をＣｎ、ｍ番目の下部電極１１と、ｎ番目の上部電極バスライン１５との交点を（ｍ、ｎ）で表すことにする。
時刻ｔ０ではいずれの電極も駆動電圧が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。
時刻ｔ１において、Ｋ１の下部電極１１に、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）なる駆動電圧を、（Ｃ１，Ｃ２）の上部電極バスライン１５に、上部電極駆動回路５０から（＋Ｖ２）なる駆動電圧を印加する。
交点（１，１）、（１，２）の下部電極１１と上部電極１３との間には（Ｖ１＋Ｖ２）なる電圧が印加されるので、（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧を電子放出部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膜１１４に印加される加速電圧源６０からの加速電圧により加速された後、蛍光体（１１１〜１１３）に入射し、発光させる。
時刻ｔ２において、Ｋ２の下部電極１１に、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）なる駆動電圧を印加し、Ｃ１の上部電極バスライン１５に、上部電極駆動回路５０から（＋Ｖ２）なる駆動電圧を印加すると、同様に交点（２、１）が点灯する。
このようにして、上部電極バスライン１５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できる。
また、上部電極バスライン１５に印加する駆動電圧（＋Ｖ２）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できる。
なお、トンネル絶縁層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、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）の駆動電圧を印加した後、全下部電極１１に下部電極駆動回路４０から（＋Ｖ３）の駆動電圧を、全上部電極バスライン１５に、上部電極駆動回路５０から（−Ｖ３’）の駆動電圧を印加することにより行った。
この場合に、（Ｖ３＋Ｖ３’）の電圧が、（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧と同程度になるようにする。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、薄膜型電子源において、電子放出効率を向上させ、かつ、絶縁層に劣化や破壊が生じるのを低減し、寿命を長くすることが可能となる。
（２）本発明によれば、表示装置において、消費電力を低減し、かつ信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の薄膜型電子源の製造方法を説明するための図である。
【図２】薄膜型電子源の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を、トンネル絶縁層に印加する駆動電圧（Ｖｄ）の関数としてプロットしたグラフである。
【図３】薄膜型電子源の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を、横軸をトンネル絶縁層内部の電界強度の関数としてプロットしたグラフである。
【図４】薄膜型電子源の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）が０．５％のときのトンネル絶縁層内部の電界強度を、トンネル絶縁層の膜厚の関数としてプロットしたグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２の表示装置の薄膜型電子源アレイ基板の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２の表示装置の蛍光表示板の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の表示装置の概略全体構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の表示装置に、駆動回路を接続した状態を示す模式図である。
【図９】図８に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図１１】薄膜型電子源内の電子散乱メカニズムを示す図である。
【図１２】薄膜型電子源をアレイ状に配列した薄膜型電子源アレイの一例の概略構成を示す斜視図である。
【図１３】フォーミング処理されたＭＩＭ型電子源のダイオードの負性抵抗を模式的に示す図である。
【図１４】フォーミング処理されたＭＩＭ型電子源を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１…電子放出部、１０，１１０…基板、１１…下部電極、１２…トンネル絶縁層、１３…上部電極、１４…保護絶縁層、１５…上部電極バスライン、１６…真空、２０…レジスト膜、３０…スペーサ、４０…下部電極駆動回路、５０…上部電極駆動回路、６０…加速電圧源、１１１…赤色蛍光体、１１２…緑色蛍光体、１１３…青色蛍光体、１１４…メタルバック膜、１１５…フリットガラス、１１６…枠部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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