(57)【要約】【課題】走査線の配線抵抗による電圧降下による表示の不均一をなくし、上部バス電極の信頼性が高い薄膜型電子源を用いた画像表示装置を実現する。【解決手段】層間絶縁層のスルーホールを介して接続された多層配線により構成された上部バス電極を用い下部電極を信号線、上部バス電極を走査線として、線順次駆動方式により画像情報を表示する。【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を形成した基板と、蛍光面とを有する画像表示装置において、薄膜型電子源アレイは、前記上部電極への給電線となる上部バス電極を有しており、該上部バス電極は層間絶縁層のスルーホールを介して接続された多層配線により形成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記多層配線の上層の一部はめっき膜により形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記下部電極を信号線、前記上部バス電極を走査線として、線順次駆動方式により画像情報を表示することを特徴とする請求項１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関する。
【０００２】
【従来の技術】
微少で集積可能な冷陰極電子源を利用するディスプレイは、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　ＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）と呼称される。冷陰極電子源には、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−金属型等がある。ＭＩＭ型については例えば特開平７−６５７１０号、金属―絶縁体―半導体型についてはＭＯＳ型（Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｏｎｏｌ．　Ｂ１１　（２）　ｐ．４２９−４３２　（１９９３）　）、金属―絶縁体―半導体−金属型ではＨＥＥＤ型（ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．、ｖｏｌ　３６　、ｐ　Ｌ９３９などに記載）、ＥＬ型（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理　第６３巻、第６号、５９２頁などに記載）、ポーラスシリコン型（応用物理　第６６巻、第５号、４３７頁などに記載）などが報告されている。
ＭＩＭ型電子源については、例えば特開平１０−１５３９７９号に開示されている。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電極表面に達したものが真空２０中に放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＤにおいて画像表示を行う場合、線順次駆動方式と呼ばれる駆動方法が標準的に採用されている。これは、毎秒６０枚（フレーム）の静止画を表示する際、各フレームにおける表示を走査線（水平方向）毎に行う方式である。従って同一走査線上にある、信号線の数に対応する冷陰極電子源は全て同時に動作することになる。動作時走査線には、サブピクセルに含まれる冷陰極電子源が消費する電流に、全信号線数をかけた電流が流れる。この走査線電流は、配線抵抗により走査線に沿った電圧降下をもたらすため、冷陰極電子源の均一な動作を妨げることになる。特に大型の表示装置を実現する上で走査線の配線抵抗による電圧降下は大きな問題である。
この問題を解決するには、走査線の配線抵抗を低減する必要がある。薄膜型電子源の場合、下部電極、または上部電極に給電する上部バス電極を厚膜化することが考えられる。しかしながら下部電極を厚膜化すると配線の凹凸が激しくなり、上部バス電極などが断線しやすくなるなど、信頼性に問題が生じる。一方、上部バス電極を厚くした場合は、薄い上部電極との接続部が断線しやすくなる問題がある。そこで上部バス電極をテーパーエッチングして上部電極の断線を防止する方法もあるが、テーパーエッチングは一般にエッチング中のレジストのサイドエッチングを利用して行うので、エッチング時間が長い厚い上部バス電極膜では制御性に難点が生じる。そこで上部バス電極を積層金属膜にして、上部電極との接続を担う薄い上部バス電極下層またはテーパーエッチングした上部バス電極下層と、給電を担う厚い上部バス電極上層を積層する構造もあるが、異種金属の積層膜はウェットエッチングなどのプロセス中に電気化学的な腐食が起きやすく、上部バス電極が劣化しやすい問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、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を形成した基板と、蛍光面と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を有しており、該上部バス電極は層間絶縁層のスルーホールを介して接続された多層配線により形成し、該下部電極を信号線、該上部バス電極を走査線として、線順次駆動方式により画像情報を表示することにより実現することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
上記目的を実現する本発明の第一の実施の形態をＭＩＭ電子源を例に図４〜１５、図１で説明する。
はじめにガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極用の金属膜を成膜する。下部電極材料としては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３００　ｎｍとした。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３）。
次に、電子放出部を制限し、下部電極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をレジスト膜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４）。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。つぎにレジスト膜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１０　ｎｍの絶縁層１２が形成される（図５）。
次に上部電極１３への給電線となる上部バス電極膜下層２６とその下に形成する第２保護絶縁層１９、を例えばスパッタリング法等で成膜する。第２保護絶縁層１９としては、例えばＳｉ酸化物を用い、膜厚は４０ｎｍとした。この第２保護絶縁層１９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と上部バス電極下層２６間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極下層２６の材料としてＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。（図６）。
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極２６を下部電極１１とは直交するように加工して形成する。エッチャントは、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液等を用いる（図７）。
次に層間絶縁層２７を成膜する。層間絶縁層２７は例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などが利用できる。本実施例ではスパッタ法により成膜したＳｉＮｘ膜を用いた。本実施例では膜厚を５００　ｎｍとした（図８）。
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極上の層間絶縁層２７にスルーホールを開口する。スルーホールは電子放出部以外のところ、例えば、下部電極１１の配線の間隙に形成する。この加工は例えばＣＦ４やＳＦ６を用いたドライエッチング等を用いればよい。　ＣＦ４やＳＦ６などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチングは層間絶縁層２７のＳｉＯ２膜を上部バス電極下層２６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部バス電極下層２６のＡｌ合金をストッパー膜として層間絶縁層２７のみを加工することが可能である（図９）。
続いて、上部バス電極上層２８を成膜する。上部バス電極上層２８としては例えば比抵抗の低いＣｕなどを用いる。本実施例ではスパッタリング法により成膜した膜を用いた。本実施例ではＣｕは５ｍｍとした。Ｃｕの下に接着層として薄いＣｒ膜等を敷くことも有効である（図１０）。
続いて、上部バス電極上層２８をウェットエッチングで加工する。エッチャントには例えば塩化第二鉄水溶液を用いる（図１１）。
なお、上記の実施例ではスパッタで成膜した膜厚５ｍｍのＣｕ膜を用いたが、大型の表示装置を製造するため更に厚膜化する場合には、スパッタ膜を種膜としてその上にＣｕめっきを施し、さらに厚膜化することができる。めっき法を用いることにより１０〜７５ｍｍの厚膜の上部バス電極上層２８を形成することができる。
続いて、ホトエッチング工程により電子放出部の層間絶縁層２７を開口する。この加工は例えばＣＦ４やＳＦ６を用いたドライエッチング等を用いればよい。　ＣＦ４やＳＦ６などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチングは層間絶縁層２７のＳｉＯ２膜を上部バス電極下層２６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部バス電極下層２６のＡｌ合金をストッパー膜として層間絶縁層２７のみを加工することが可能である（図１２）。
次に、ホト工程、ウェットエッチング工程により上部バス電極下層２６のＡｌ−Ｎｄ合金を電子放出部側に向かって膜厚が減少するようにテーパー加工する。テーパー加工は、レジストの焼成温度を変えてレジストの接着性を落として、ウェットエッチング中にレジストを後退させることにより実現できる（図１３）。
次に第２保護絶縁層１９のＳｉＯ２をドライエッチングし、電子放出部を開口する。ＣＦ４やＳＦ６などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は第２保護絶縁層１９のＳｉＯ２を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなる絶縁層１２、および保護絶縁層１４に対し高い選択比でエッチングするので、絶縁層１２へのダメージを少なくすることができる（図１４）。
次に絶縁層１２を再度陽極酸化し、ダメージを修復する。
絶縁層１２の修復後、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数ｎｍである。ここでは５ｎｍとした。なお、上部電極１３の加工法としては、上部バス電極上層２８を隔壁としてシャドウマスクを密着させることにより行うことができる。成膜された薄い上部電極１３は、層間絶縁層２７の開口部毎に切断され、各電子源毎に分離されるとともに、電子放出部側にテーパー状に加工された上部バス電極下層２６のＡｌ−Ｎｄ膜と接触し、給電される構造となる（図１）。
また、図１５に示すように上部バス電極上層２８の加工後、その上に層間絶縁層２７よりドライエッチング速度の遅い材料、例えばＳｉＯ２などを表面絶縁層２９として成膜しておけば、電子放出部の開口の際、層間絶縁層２７と表面絶縁層２９のドライエッチング速度の差を利用して庇構造を形成することができ、それをマスクにして上部電極１３を加工することができる。また、表面絶縁層２９が上部バス電極上層２８の表面を被覆することで、上部バス電極上層２８の耐酸化性を向上させることも可能である。
このように、上部バス電極を上部電極１３と接する上部バス電極下層２６と、給電を主目的とする低抵抗の上部バス電極上層２８を層間絶縁層２７のスルーホールを介して接続することにより、上部バス電極の配線抵抗を大幅に低減することができ、大型の画像表示装置の走査線として用いることができる。この構造は、異種金属の接するスルーホールの接続部が、上部バス電極上層２８や上部バス電極下層２６のウェットエッチングの際、エッチャントに露出しないので電気化学的な腐食を起こさない。従って、製造歩留まりが高く、信頼性の高い大型の画像表示装置を実現できる。
（第２の実施例）
つぎに、一例として、第１の実施例によって作成した薄膜型電子源アレイ基板（図１６）と蛍光面をスペーサを介し貼りあわせ、本発明の表示装置を形成する方法について説明する。
表示側基板の作成は以下のように行う（図１７）。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）と重クロム酸ナトリ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。
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）と重クロム酸ナトリ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。パターンは図１７に示したようなストライプ状にパターン化する。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，Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いればよい。
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７５　ｎｍ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。
このようにして製作した表示側基板と基板１０とをスペーサ４０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。
図１８に貼り合わせた表示パネルのＡ−Ａ’断面、　Ｂ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。面板１１０−基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ４０の高さを設定する。ここでは，説明のため、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に発光するドット毎に全てスペーサ４０を立てているが，実際は機械強度が耐える範囲で，スペーサ４０の枚数（密度）を減らし、大体１ｃｍおきに立てればよい。
封着したパネルは，１０−７Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して，封じきる。封じ後、ゲッターを活性化し、パネル内の真空を維持する。例えば、Ｂａを主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱等によりゲッター膜を形成できる。また、Ｚｒを主成分とする非蒸発型ゲッターを用いてもよい。
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と高電圧に出来る。したがって，上述のように，蛍光体には陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用できる。
図１９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５０へ結線し，上部バス電極下層２６は上部電極駆動回路６０に結線する。本発明を用いれば下部電極１１より、上部バス電極下層２６と上部バス電極上層２８の配線抵抗を低くすることができるので、上部バス電極側を走査線、下部電極１１側を信号線として用いる。ｍ番目の上部バス電極２６　　Ｃｍと，ｎ番目の下部電極１１　　Ｋｎ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７０を常時印加する。
図２０は，各駆動回路の発生電圧の波形の一例を示す。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。時刻ｔ１において，上部バス電極２８　Ｃ１にはＶ１なる電圧を，下部電極１１　Ｋ１，Ｋ２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７０により加速された後，蛍光体に入射し，発光させる。時刻ｔ２において，上部バス電極のＣ２にＶ１なる電圧を印加し，下部電極１１のＫ１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，下部電極１１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。また，下部電極１１への印加電圧−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出来る。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、ここでは上部バス電極下層２６の全てにＶ１を印加した後、全下部電極１１にＶ３、全上部バス電極ｋａｓｏｕ
２６に−Ｖ３を印加することにより行った。
【０００６】
【発明の効果】
以上により、走査線の配線抵抗による電圧降下の影響の少ない表示装置を実現でき、大型の画像表示装置を実現できる。
【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】薄膜型電子源の従来構造を示す図である。
【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構造を示す図である。
【図１５】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１６】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の電子源基板を示す図である。
【図１７】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の蛍光面基板を示す図である。
【図１８】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置の断面を示す図である。
【図１９】本発明を用いた表示装置での駆動回路への結線を示した図である。
【図２０】本発明の表示装置での駆動電圧波形を示した図である。
【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・・・上部バス電極、１９・・・第２保護絶縁層、２０・・・真空、２５・・・レジスト膜、２６・・・上部バス電極下層，　２７・・・層間絶縁膜、２８・・・上部バス電極上層，２９・・・表面絶縁層，　４０・・・スペーサ，５０・・・下部電極駆動回路，　６０・・・上部電極駆動回路，７０・・・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、１１５・・・フリットガラス、１１６・・・枠。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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