(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の行電極と、前記行電極よりも導電率が低い材料からなる複数の列電極と、前記列電極と同じ材料からなる複数の導電性パッドとを有する基板と、
スクリーンと、
前記基板と前記スクリーンとの間に位置し、前記基板と前記スクリーンとの間の空隙を真空密封する非導電性環状部材と、
を備え、
前記複数の行電極の各々は、前記非導電性環状部材と接触しないように、その一部を前記複数の導電性パッドの各々によって被覆されて前記導電性パッドと電気的に接続し、前記複数の導電性パッドは、前記空隙の内部を真空に維持しながら前記空隙の外に延在するように前記非導電性環状部材の下に位置していることを特徴とするフラットパネル型ディスプレイ。
【請求項２】
前記行電極中のヒロック形成を減少させるために前記行電極を被覆する薄膜抵抗器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記薄膜抵抗器は、スパッタサーメット又はスパッタ炭化ケイ素から選択された材料で形成されているものであることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記環状部材は、フリットシールであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記行電極は、アルミニウムから形成されているものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記行電極は、対応する導電性パッドの被覆の下で、前記非導電性環状部材を通過して、前記空隙の外へ延在するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記導電性パッドは、クロムで形成されているものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記ディスプレイは、電界エミッタディスプレイであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は全体的にはフラットパネル型ディスプレイに関し、具体的には、密封部を通過して延在するデータバスの末端に電気信号を加えることによりデータが画素に入力されるタイプの大型高解像度ディスプレイに関する。
フラットパネル型ディスプレイのデータバスでの伝送損の結果、バスの入力信号が減衰することになる。こうした伝送損はさらに映像の品質を劣化させることになり、この劣化により通常は空間的な不均一が発生する。
こうした伝送損は、データバスの容量と抵抗との関数である。バスが長い大型ディスプレイやバスが細い高空間解像度のディスプレイにおいては特に、伝送線を形成する金属は、抵抗が低いのが望ましい。適当な導電率を有する適当な金属は、アルミニウム、銅、金、銀などである。
一般に、銅は、陰極線の発光蛍光体から光子を放出するディスプレイに使用するには不適切であると考えられている。これは、銅は、蛍光体に汚染物質があると色のずれを調整するのが困難になるからである。金と銀は、民生用ディスプレイ製品のように、価格に敏感な適用分野で幅広く使用するには高価な材料である。
アルミニウムは、低コストの民生用半導体や液晶ディスプレイ分野で広く使用されている導電率の高い金属である。しかし、薄膜アルミニウムは、ヒロック形成（Hillock formation）として知られている状態に陥りやすい。ヒロック形成は、薄膜の面に垂直な方向への結晶粒の成長である。こうしたヒロックは、成長を続ければ、電極間をショートさせることになる。
アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）の製造におけるヒロックを低減する従来技術の一つは、アルミニウム薄膜に合金を添加するものである。大型の高解像度ＡＭＬＣＤにおいては、導電率の高いバス金属には、通常、アルミニウムが選択される。ＡＭＬＣＤ（反転ゲート）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の埋込ゲート電極としてアルミニウムを使用すると、ヒロックにより電極がショートしたりトランジスタが不良品になる場合がある。日本ディスプレイ会議（Japan Display Conference）の１９９７年議事録で、カワムラ氏は、ヒロック形成を最小にするためにジルコニウムとアルミニウムの合金の使用を報告している。ただし、この場合、抵抗がほぼ２倍になってしまう。ヒロックを抑えるためにアルミニウムは時々他の金属で被覆される。１９９６年ＳＩＤ要覧において、ヒガチ氏は、モリブデン／タンタルで被覆したアルミニウムの使用を報告している。この場合も金属の抵抗は増加する。したがって、合金化はヒロックの発生を抑えるが、バスの抵抗の増加により不必要な影響が発生することになる。
電界放射ディスプレイ（ＦＥＤ）は、通常、エミッタ基板とスクリーンとにより画定された高真空空隙に囲まれた電子エミッタのマトリックスにより特徴づけられる。この空隙の周囲は密封されている。
ＦＥＤや他の高真空ディスプレイに特有の制約は、データバスが、真空領域であるディスプレイの能動領域から、駆動回路に電気的に接続されるディスプレイの領域まで電気的導通を提供する必要があることである。ＦＥＤでは特に、１０-7トル（Torr）の範囲の真空条件が要求されるので、高温の排出／密封処理が必要になる。密封材料は、通常、ガラス状材料であり、その溶融温度では、アルミニウムバスを含む装置のいかなる要素にも熱による損傷が発生することはほとんどない。しかし、密封ガラスまたはフリットは、その動作温度すなわち溶融温度では、アルミニウムなど多くの材料にとってかっこうの溶剤である。フリットシール領域中の金属バスが溶解すると、バスの抵抗が受容できないほど増加する。
ＡＭＬＣＤにはＦＥＤほどには厳しい問題がないことに注意すべきである。ＡＭＬＣＤでは、密封処理は、一般に、低温エポキシ系密封材料を使用して実行される。こうした密封処理は純粋アルミニウムまたは合金アルミニウムにはほとんど影響をおよぼさないが、高真空応用には適さない。さらに、ＦＥＤとは異なり、プラズマや真空蛍光技術などマトリックスアドレス装置技術に基づく他のディスプレイは、通常、サイズ／解像度領域において、バス用に導電性の低い材料を使用することができる。このため、剛性の強い材料もフリットシールを通過して延在させることができる。
薄膜金、プラチナ、タングステンなど多くの材料はフリット中では溶解されない。しかし、こうした材料はフリットにより「濡らされる」ことはないので、真空密封が不十分になり、アルミニウムバスを含む装置のあらゆる構成要素に損傷が発生することになる。しかし、この密封ガラスまたはフリットは、その動作温度すなわち溶融温度では、アルミニウムなど多くの材料にとってかっこうの溶剤である。フリットシール領域中で金属バスが溶解すると、バスの抵抗が受容できないほど増加する。
ＡＭＬＣＤにはＦＥＤほどには厳しい問題がないことに注意すべきである。ＡＭＬＣＤでは、密封処理は、一般に、低温エポキシ系密封材料を使用して実行される。こうした密封処理は純粋アルミニウムまたは合金アルミニウムにはほとんど影響をおよぼさないが、高真空応用には適さない。さらに、ＦＥＤとは異なり、プラズマや真空蛍光技術などマトリックスアドレス装置技術に基づく他のディスプレイは、通常、サイズ／解像度領域において、バス用に導電性の低い材料を使用することができる。このため、剛性の強い材料もフリットシールを通過して延在させることができる。
薄膜金、プラチナ、タングステンなど多くの材料はフリット中では溶解されない。しかし、こうした材料はフリットにより「濡らされる」ことはないので、真空密封が不十分になる。
データ線の他の必要条件は、過大な接触損を発生させることなく、データバスパッドに外部電気信号が入力されるべきことである。
当然のことながら、大型の高解像度ＦＥＤでは、良好なフリットシールおよび接着特性が抵抗の低いデータバスを形成する必要がある。加えて、アルミニウムがバス用の金属に選択される場合には、ヒロック形成が十分に抑制される必要がある。
発明の要約
本発明は、大型の高解像度電界エミッタディスプレ用のフリットシール及び接着特性が良好な抵抗の低いデータバスを提供する。本発明が提供する他の利点は、（１）映像の品質が良好なディスプレイ用のデータバスを提供すること、（２）外部信号源とデータバスとの間の良好な接着を提供すること、（３）良好な周辺真空密封を提供すること、（４）ヒロック形成が十分に抑制されること、である。こうした利点は比較的低価格で提供される。
ある実施例では、上記利点および他の利点を達成するために、本発明は、ディスプレイの真空容器内のデータバスの材料として純粋アルミニウムすなわち非合金性アルミニウムを使用する。各アルミニウムバスの一部はクロムにより被覆され、クロムは真空密封中を通過して外部信号源に接触するように延在している。アルミニウム上のヒロックは、アルミニウムバス上に被覆された抵抗性材料の層により十分に抑制される。
他の実施例では、電界エミッタディスプレイは、多数の電界エミッタを制御するデータバスの行列を備えている。行データバスは、上記のようにクロムで被覆したアルミニウムにより製造され、列データバスはクロムにより製造される。
本発明の他の観点と利点は、添付図面を参照しながら、本発明の原理を例示する以下の詳細な記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の電界エミッタディスプレイの全体図を示す。
図２は、本発明のデータバスの上面図を示す。
図３Ａないし図３Ｇは、本発明の一実施例を製造する一連の処理順序を示す。
図４は、本発明の一実施例の断面図を示す。
図５は、本発明の他の実施例の断面図を示す。
図１ないし図５中の同じ番号は同じ要素を指示する。本発明の実施例は、図１ないし図５を参照しながら以下に説明される。しかし、当該技術分野に熟練した者は、これらの図面に関連して以下に展開された詳細な記載は説明のためのものであり、本発明はこうした限られた実施例にとどまるものではないことは容易に理解できるであろう。
発明の詳細な説明
図１は、本発明の電界エミッタディスプレイの全体図であり、図２は、ディスプレイ中のデータバスの上面図である。多くの要素が省略されており、図面の異なる構成要素は、発明のいくつかの観点を強調するために縮尺を異に描かれている。
電界エミッタディスプレイは、本発明を説明するために例として使用されている。しかし、プラズマディスプレイなど他のフラットパネル型ディスプレイも同じように適用可能である。
図１に示すように、ディスプレイ１００は、基板１０２と、スクリーン１０４と、基板１０２とスクリーン１０４との間の非導電性環状部材１０６、実施例においてはフリットシール、と、を含む。フリットシール１０６は、基板１０２とスクリーン１０４との間の空隙１０８を真空密封する。実施例では、基板１０２はガラスで形成され、スクリーン１０４は空隙１０８に対向する表面に蛍光材料を含み、フリットシール１０６はソルダーガラスから形成され、真空密封処理はフリットガラス真空密封である。
ディスプレイ１００は、多数の行データバスと列データバスを備えている。各行バスは２つの部分、行導電性電極１２０と、それに接続された導電性パッド１２２とを含む。行導電性電極１２０は、基板１０２の一方の表面に結合されている。これらは図２に一層明瞭に示されている。通常は、それらは周期的に配置され、互いにほぼ平行である。
各パッドは１つの電極に接続されている。たとえば、パッド１２２ａは電極１２０ａに接続される。各パッドはフリットシールを通過して延在し、空隙１０８の外側から対応する電極に電気的に接合されている一方、空隙内は真空に維持されている。
行バスは１３０ａや１３０ｂなどのように、列バスとほぼ垂直である。列バスも互いにほぼ平行である。行バスが列バスに直接に容量接合されているところに、画素の制御手段が配置されている。
図３Ａないし図３Ｇは、本発明の一実施例を製造する一連の処理順序を示す。本発明の製造には他の方法もある。
最初に、アルミニウム金属１０１は、ガラス基板１０２上に、たとえば１００ｎｍの厚さにスパッタされる。実施例では、二酸化ケイ素３０２の基層が大気圧化学蒸着法（ＡＰＣＶＤ）により堆積され、その後アルミニウム薄膜が堆積される。この基層によりガラス中の不純物がアルミニウム中に拡散するのが防止され、これにより、アルミニウム薄膜の接着特性と導電特性の劣化が防止される。図３Ａは、薄膜が堆積された基板の断面図を示す。
アルミニウム金属は、図３Ｂに示すように、ほぼ平行な行電極１２０を形成するようにパターン化される。このパターニングは、標準的な薄膜処理によるものである。たとえば、感光性のレジスト材料の層がアルミニウム薄膜に被覆され、行電極パターンの潜像を形成するようにマスクを介して光化学作用を有する光にさらされる。フォトレジストは、エッチングに耐える元位置のマスクに形成される。アルミニウムは、燐酸、硝酸、酢酸を含む溶液によるエッチングにより、フォトレジストで被覆されてない領域では除去される。フォトレジストは、通常、酢酸ブチルを含む溶媒中に浸すことにより除去される。
行電極の領域には、表示領域と、その外側であるがフリットシールにより囲まれた領域内に配置された被覆接触領域とが含まれる。通常のＦＥＤディスプレイでは、行電極は列電極より導電率が高くなければならない。これは、列電極は後で堆積されるからである。
行金属として導電率の高いアルミニウムを使用すると、電極は細く薄くすることが可能になる。こうした特性はそれぞれ高い空間解像度をもたらし、後で堆積される層の良好な段階的被覆が可能になる。
図３Ｂは、パターン化された行電極を備えた基板の断面図であり、図３Ｃはその上面図である。実施例では、電極の厚さは約１００ｎｍであり、幅は約５０μｍである。
行電極を形成した後で、抵抗薄膜層を行電極上に堆積する。実施例では、抵抗薄膜は厚さが２００ｎｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる層である。この薄膜は、通常、スパッタ手段によりパターン化されたアルミニウム電極上に堆積される。抵抗薄膜の堆積中には、基板温度はアルミニウム薄膜を堆積するのに使用された温度とほぼ同じである。比較的厚い抵抗層は、その後のより高い温度の処理工程におけるヒロック形成を十分に抑制する。ヒロック形成の抑制についての全般的な解説とその利点は、アーサー・Ｌ・ラーン（Arthur J. Learn）氏による記事「低音で化学蒸着された二酸化ケイ素の被覆層によるアルミニウムヒロック成長の抑制（Suppression of Aluminium Hillock Growth by Overlayers of Silicon Dioxide Chmically-Vapor-Deposited at Low Temperature）」に見出せる。この記事は、１９８６年の真空化学技術Ｂジャーナルの第４巻７７４から７７６頁（pages 774-776, Volume 4 of Journal of Vacuum Science and Technology B）に掲載されている。抵抗層は、列バス電極による交点となる位置を覆っている。抵抗層は、また、行電極の未被覆領域を残している。この領域では、列金属による被覆接触がその後に形成される。列電極のこうした領域は行被覆接点と呼ばれる。
実施例では、合金誘電体（ＩＭＤ）３０６は、抵抗と同じ位置に堆積される。たとえば、薄膜３０６は、化学蒸着法（ＣＶＤ）により堆積された厚さ２００ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる。図３Ｄは、抵抗薄膜３０４及び誘電薄膜３０６の断面図を示す。図３Ｅは、これらの薄膜の上面図であり、未被覆の状態の行被覆接点を有する行電極の一端部を示す。
次いで、列材料が基板上に堆積される。実施例では、クロムの層が、二酸化ケイ素ＩＭＤと露出した行被覆接点上にスパッタすることで堆積されている。クロム層は標準的なフォトリソグラフィ手段により光パターン化されて、（１）行電極と交差するように堆積されたほぼ平行な列バスの配列と、（２）行被覆接点上に積層される導電性パッド１２２と、が形成される。パッド１２２は、行電極と電気接触し、形成されるフリットシールの下に延在する。
列バスの導電率必要条件は行電極のそれより低い。実施例では、クロムが列材料用に選択されている。というのは、クロムは十分な導電率を有し、アルミニウムとオーム接触を形成し、接触接点用に良好な材料であり、良好なフリットシールに適切であることが証明されているからである。図３Ｆは、列データバス１３０の断面図を示す。図３Ｇは、列バス１３０及び導電性パッド１２２の上面図を示す。実施例では、列データバス１３０の厚さは約２００ｎｍで幅は６６μｍであり、クロムパッドの幅は約７０μｍである。
上記の方法により製造過程の歩留りは向上する。薄い行電極は、ヒロック成長と段状被覆問題を抑制する。このため、行電極上に、そうでなければ必要となる歩留り制限、傾斜エッチング処理の必要がなくなる。堆積抵抗被覆層はさらにヒロック成長を抑制する。さらに、パッドと列バスとを同時に堆積すると、余分なマスキング及びエッチングの実施を減少させることができる。行電極の材料としてアルミニウムを用いると、記載した方法では、ガラスなどの基板上に中間接着促進層が不必要になる。さらに、炭化ケイ素やサーメット抵抗薄膜など上層のための接着促進層が不必要になる。各層や処理工程を減らし、ヒロックを抑制しているので、本発明によると、より低いコストでより高い歩留りのディスプレイを製造することができる。
最後に、真空空隙１０８を生成するために非導電性環状部材１０６が形成される。実施例では、外周スペーサ（図４の要素３５０）、パターン化基板または面板１０４のいずれかに堆積されたソルダーガラス（フリット）材料からなる事前形成された環状部材により基板を面板１０４に気密密封できる。基板１０２と面板１０４は、単一組立体として機能し、エミッタと蛍光画素とを対応させるように整合されている。次いで、組立体は排気されて、基板１０２と面板１０４とを密着させるためにフリット予備形成部を溶融すなわち「動作」させるのに十分な温度にさらす。本実施例では、フリットシールはクロム薄膜、パターン化列データバス及び導電性パッドの両方、にしか形成されない。クロム薄膜の表面は、フリットシール中でいくぶん溶解性のある粘着性の酸化物を形成して、良好な真空密封が生成される。こうした形成によりクロム薄膜の導電性が十分に維持される。
図４に示すように、パッドはフリットシールを通過して延在している。本図は行電極１２０と接触している導電性パッド１２２を示す。パッド１２２は、外周スペーサ３５０及びフリットシール１０６を通過して延在している。本実施例では、行電極ではなくパッドがフリットを通過して延在する。
本発明の構成では、高導電率行電極とフリット対応導電性パッドとをそれぞれ独立に最適に選択できる。このためディスプレイの性能や歩留りがそれぞれ改善される。さらに、高導電率行電極の腐食などの劣化が回避される。したがって、信頼性が向上する。
図５は、導電性パッドのほぼ全長にわたってフリットシール領域の下も行電極が延在している他の実施例の断面図を示している。各電極は、少なくともパッドがフリットシールを形成する領域では、導電性パッドにより被覆されている。その結果、行電極はフリットシールにさらされることはなくなる。さらに、パッドは行電極の端部を覆っているので、行電極は大気にさらされていない。
本発明は、たとえば３×１０5Ω-1ｃｍ-1より高い高導電率材料を行電極に選択する。こうした導電率は、従来技術のバスよりも電極を長く、細く、密接させることが可能である。実施例では、本発明に基づくと、サイズが３４０ｍｍ×３２０ｍｍで解像度が１０６画素／インチの電界エミッタディスプレイを首尾よく製造可能である。
本発明では、パッドは行電極とは異なる材料から形成される。この材料は腐食性の低い材料から選択される。これは、行電極は、真空空隙に密封されたり、接触パッド領域で保護被覆により適切に被覆されるためである。しかし、パッドは溶融フリットと直接接触しており、大気にさらされている。したがって、パッドの材料は腐食性が低いものであるべきである。列バスの一部も同様にさらされているので、列バスも腐食性が低い材料により生成されるのが好ましい。さらに、モリブデン、タンタル、ニオブなどクロム以外の材料もパッドに適用可能である。
上記の記載では、導電性電極は１つの材料で形成され、導電性パッドは他の材料で形成される。しかし、それぞれの材料は、周期表にある単一の元素である必要はない。各材料は合金または化合物でもよい。
本発明の他の実施例は、本明細書で開示された発明の明細または実施例を考慮すれば当業者には明らかであろう。本明細書と例は例示としてのみ考慮すべきであり、本発明の本質的な範囲と精神は以下の請求項により示される。
【図１】
0004183758.tif 000002
【図２】
0004183758.tif 000003
【図３Ａ】
0004183758.tif 000004
【図３Ｂ】
0004183758.tif 000005
【図３Ｃ】
0004183758.tif 000006
【図３Ｄ】
0004183758.tif 000007
【図３Ｅ】
0004183758.tif 000008
【図３Ｆ】
0004183758.tif 000009
【図３Ｇ】
0004183758.tif 000010
【図４】
0004183758.tif 000011
【図５】
0004183758.tif 000012