(57)【要約】【課題】薄膜型電子源を用いた画像表示装置において、従来はスペーサ電極と薄膜型電子源の電極間の絶縁層がスペーサの圧力で破壊されやすく電極間短絡が生じやすかった。【解決手段】下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源アレイと、蛍光面を有する画像表示装置において、薄膜型電子源の電極とスペーサ電極を異なる成膜法を用いて形成した積層絶縁膜で絶縁する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源アレイと、蛍光面を有する画像表示装置において、該薄膜型電子源アレイは、該上部電極への給電線となる上部バス電極と、薄膜型電子源アレイの電子放出部や回路接続部以外を被覆する層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成されたスペーサ電極を有しており、スペーサ電極と立体交差する下部または上部バス電極の間は異なる成膜法で形成された少なくとも２重の絶縁膜で絶縁されていることを特徴とする薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置。
【請求項２】
下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源アレイと、蛍光面を有する画像表示装置において、該薄膜型電子源アレイは、該上部電極への給電線となる上部バス電極と、薄膜型電子源アレイの電子放出部や回路接続部以外を被覆する層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成されたスペーサ電極を有しており、スペーサ電極と立体交差する下部または上部バス電極の表面は陽極酸化されており、さらに別の成膜法で形成した層間絶縁膜で被覆されていることを特徴とする薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置。
【請求項３】
下部電極と上部電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源アレイと、蛍光面を有する画像表示装置において、該薄膜型電子源アレイは、該上部電極への給電線となる上部バス電極と、薄膜型電子源アレイの電子放出部や回路接続部以外を被覆する層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成されたスペーサ電極を有しており、スペーサ電極と立体交差する部分の下部または上部バス電極の表面は選択的に陽極酸化されており、さらに別の成膜法で形成した層間絶縁膜でいることを特徴とする薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置。
【請求項４】
上記上部バス電極はアルミニウム、アルミニウム合金、タンタルなど陽極酸化膜が形成可能なバルブ金属であることを特徴とする請求項１乃至３記載の画像表示装置。
【請求項５】
上記スペーサ電極はめっき膜であることを特徴とする請求項１乃至３記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型電子源を利用した自発光型フラットパネルディスプレイに係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
微少で集積可能な冷陰極を利用するディスプレイは、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼称される。冷陰極には、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、前者には、スピント型電子源、表面伝導型電子源、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、金属―絶縁体―半導体−金属型等の薄膜型電子源がある。
【特許文献１】
特開平７−６５７１０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５３９７９号公報
【非特許文献１】
Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｏｎｏｌ．  Ｂ１１  （２）  ｐ．４２９−４３２  （１９９３）
【非特許文献２】
ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．、ｖｏｌ  ３６  、ｐ  Ｌ９３９
【非特許文献３】
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理  第６３巻、第６号、５９２頁
【非特許文献４】
応用物理  第６６巻、第５号、４３７頁
ＭＩＭ型については例えば特許文献１、金属―絶縁体―半導体型についてはＭＯＳ型（非特許文献１）、金属―絶縁体―半導体−金属型ではＨＥＥＤ型（非特許文献２などに記載）、ＥＬ型（非特許文献３などに記載）、ポーラスシリコン型（非特許文献４などに記載）などが報告されている。
【０００３】
ＭＩＭ型電子源については、例えば特許文献２に開示されている。ＭＩＭ型電子源の構造と動作原理を図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、電子加速層である絶縁層１２の伝導帯へ注入され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２０中に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜型電子源アレイと蛍光面を用いたフラットパネルディスプレイでは、真空を保持するため、電子源アレイ基板と蛍光面との間にスペーサを配置する。スペーサは電子源アレイ基板と蛍光面に印加する高電圧を絶縁するため、基本的に絶縁性が必要であるが、電子線照射などによる帯電で電子線が曲がるのを防止するため若干の導電性を有する。その電位を安定させるため、電子源アレイ基板上でスペーサに接地または低電圧の電位を与えるスペーサ電極を設ける。スペーサはそのスペーサ電極上に配置されるが、パネル内を真空排気した際は大気圧がかかるため、電子源アレイ基板にはスペーサから強い圧力がかかり、薄膜型電子源が損傷しやすい。特にスペーサ電極と薄膜型電子源の下部または上部電極の交差部の絶縁膜が破壊されると、スペーサ電極と電子源の電極配線が短絡する不良が生じる。
【０００５】
したがって、薄膜型電子源にはスペーサからの圧力で破壊されない構造が必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、スペーサ電極と立体交差する部分の薄膜型電子源の電極配線を、異なる成膜法で形成する少なくとも２層の絶縁膜で被覆することにより実現できる。さらに、その上にめっきなどで形成した厚膜でスペーサ電極を形成することにより、より有効に実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例）
上記目的を実現する本発明の実施の形態をＭＩＭ電子源を例に図１〜１５で説明する。
【０００８】
はじめにガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する。下部電極１１の材料としてはＡｌやＡｌ合金を用いる。ＡｌやＡｌ合金を用いたのは、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、Ｎｄを２原子量％ドープした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。膜厚は５００  ｎｍとした（図３）。成膜後はホト工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１１を形成した。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（図４）。
【０００９】
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を形成する。まず下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト２５でマスクし、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し，保護絶縁層１４とする（図５）。化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６  ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。陽極酸化後、レジスト２５を剥離する。
【００１０】
続いて電子放出部に絶縁層１２を陽極酸化で形成する。化成電圧を６Ｖとすれば、厚さ約１１  ｎｍの絶縁層１２が形成される。本工程は省略し、上部電極１３の成膜前に行うことも可能である。
【００１１】
次に第１の層間絶縁膜１５と、上部電極１３への給電線となる上部バス電極１６を例えばスパッタリング法等で成膜する。第１の層間絶縁膜１５としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜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３００ｎｍとした。この第１の層間絶縁膜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１６間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極１６の材料としては、ＡｌやＡｌ合金、Ｔａなど、表面に陽極酸化膜が形成できるバルブ金属を用いる。本実施例では下部電極１１と同様、Ｎｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いた（図６）。
【００１２】
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極１６をエッチングし配線形状に加工する（図７）。続いて上部バス電極１６のうち、少なくとも後程形成する上部電極１３との接続部となる部分や、回路への接続部などをレジスト２５で被覆し、その他の部分の表面を陽極酸化する。さらに下部電極１１もレジスト２５で被覆しておくと、化成液を介して下部電極１１が陰極と同電位になることが防止できるので、上部バス電極１６と下部電極１１間の絶縁破壊を防止でき、本工程の歩留まりを高めることができる。ここでは、下部電極１１の配線間に位置する上部バス電極１６の表面のみ選択的に陽極酸化膜１７を形成した（図８）。
【００１３】
続いて第２の層間絶縁膜１８を成膜する。第２の層間絶縁膜１８としては例えば窒化シリコンや酸化シリコン、あるいはその積層膜などを用いればよい。ここでは窒化シリコン、酸化シリコンの順に積層した膜を用いた（図９）。
【００１４】
続いてスペーサ電極１９を形成する。スペーサ電極１９としては例えばスパッタ法やめっき法により形成する。めっきをする場合は、スパッタ法などで種膜を成膜し、電気めっきで形成する方法や無電解めっき、あるいはその組み合わせをもちいればよい。めっきとしてはＡｕなどの貴金属めっき、ＣｕやＮｉ、Ｃｒ、Ａｌめっきなどを用いることが可能である。
【００１５】
この際、スペーサ電極１９はできるだけ厚く形成しておくことが好ましい。厚膜化することでスペーサからの圧力を吸収する緩衝材として機能させることができる。このような厚膜を形成するには特に電気めっき法が有効である。本発明では、上部バス電極１６上に陽極酸化膜１７とスパッタ法で形成した第２の層間絶縁膜１８の異なる成膜法で形成した二重の絶縁膜を用いているため、それぞれの絶縁層のピンホール欠陥を補償し、上部バス電極１６とスペーサ電極１９間の絶縁が確実になるため、電気めっきなどを用いても電極間の絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極１９を形成することができる（図１０）。
【００１６】
続いて第２の層間絶縁膜１８の電子放出部をドライエッチングで開口する。加工は例えばＣＦ４やＳＦ６を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。本実施例では第２の層間絶縁膜１８をエッチング速度の遅い酸化シリコン膜と速い窒化シリコンの積層膜で構成しているため、逆テーパー加工が可能である（図１１）。
【００１７】
続いて上部バス電極１６の電子放出部をウェットエッチングにより開口する。加工は電子放出部に向かってテーパー状に膜厚が減少するように行う。これにより後程形成する上部電極１３を段切れさせずに接続することが可能である（図１２）。
【００１８】
続いて第１の層間絶縁膜１５をドライエッチングで加工する。加工は例えばＣＦ４やＳＦ６を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。この加工も電子放出部に向かってテーパー状に膜厚が減少するように行う。テーパー加工はエッチングガスに酸素を添加し、レジストが後退するようにして行うことができる。（図１３）。
【００１９】
次に絶縁層１２を修復するため、再度陽極酸化する。最初に陽極酸化しない場合は、本工程で始めて絶縁層１２を形成することになる（図１４）。
【００２０】
最後に上部電極１３膜の成膜を行う。成膜法は例えばスパッタ成膜を用いる。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６  ｎｍとした。本実施例では、第２の層間絶縁膜１８の逆テーパー形状を利用して上部電極１３を自動分離した（図１）。
【００２１】
図１５は本発明の薄膜型電子源を用いたディスプレイの一部を示したものである。説明の便宜上、蛍光面基板は一部のみ図示している。
【００２２】
表示側基板はコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０、色蛍光体１１１、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３とからなる。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，Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いる。スペーサ３０は、陰極基板のスペーサ電極１８上に配置し、蛍光面基板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は走査線回路５０へ結線し，上部バス電極１６は信号線回路６０に結線する。本実施例ではスペーサ電極１９は下部電極１１配線間、上部バス電極１６とは立体交差するように配置され、接地されている。
【００２３】
以上のように本発明では、上部バス電極１６と、スペーサ電極１９の立体交差する部分が陽極酸化膜１７と第２の層間絶縁膜１８の異なる成膜法で形成された二重の絶縁膜に被覆されている。そのためまず第１の効果として、絶縁膜の厚膜化の効果でスペーサからの圧力への耐性が向上する。さらに第２の効果として、成膜法の異なる二重の絶縁膜の積層膜を用いることで、それぞれの絶縁層のピンホール欠陥を補償されるので、上部バス電極１６とスペーサ電極１９間の絶縁が確実になる。そのため、電気めっきを用いても電極間の絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極１９を形成することができる。この厚膜がスペーサの圧力を吸収する緩衝材として機能するため、薄膜型電子源アレイ基板の損傷を防止することができる。
【００２４】
なお、本実施例では上部バス電極１６とスペーサ電極１９が交差する場合について述べたが、本構造の薄膜型電子源の下部電極１１は陽極酸化で形成した保護絶縁層１４を有しており、その上に第１の層間絶縁膜１５、第２の層間絶縁膜１８が被覆されているため、スペーサ電極１９が下部電極１１と交差するように配置しても上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、スペーサ電極と立体交差する下部電極または上部バス電極の表面を陽極酸化し、さらにスパッタ法で形成した層間絶縁膜で二重、三重の絶縁層で被覆することにより、スペーサ電極と電子源アレイの電極配線間の絶縁を強化することができる。それによりスペーサ電極からの圧力への耐性を強化し、電気めっきを用いても電極間絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極１９で形成でき、スペーサからの圧力を吸収する緩衝材を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜型電子源の構造を示す図である。
【図２】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図４】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図５】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図６】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図７】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図８】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図９】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１０】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１１】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１２】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１３】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１４】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１５】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・基板，１１・・・下部電極，１２・・・絶縁層，１３・・・上部電極，１４・・・保護絶縁層，１５・・・層間絶縁膜、１６・・・上部バス電極、１７・・・陽極酸化膜、１８・・・第２の層間絶縁膜、１９・・・スペーサ電極、２０・・・真空、２５・・・レジスト、３０・・・スペーサ，５０・・・下部電極駆動回路，  ６０・・・上部電極駆動回路，    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。
【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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【図１５】
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