(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極、その間に挟持される電子加速層を有し、該第１電極と該第２電極間に電圧を印加することで該第２電極側より電子を放出する電子源が複数形成された基板と、蛍光面とを有する画像表示装置において、電子源アレイは、２以上の電子源の各第２電極に電気的に接続され走査線となるバス電極を有しており、該バス電極は、それぞれが前記２以上の電子源の配列方向に添って延在する第１配線と第２配線を少なくとも有する多層配線により形成され、前記電子源アレイ内において、前記第１配線と前記第２配線とがその間の層間絶縁層に形成された複数のスルーホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
【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が複数形成された基板と、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、２以上の薄膜型電子源の各上部電極に電気的に接続され走査線となる上部バス電極を有しており、該上部バス電極は、それぞれが前記２以上の薄膜型電子源の配列方向に沿って延在する上部バス電極下層と上部バス電極上層とからなる多層配線により形成され、前記薄膜型電子源アレイ内において、前記上部バス電極下層と前記上部バス電極上層とがその間の層間絶縁層に形成された複数のスルーホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記上部バス電極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２記載の画像表示装置。
【請求項４】
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２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 Emission Display)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】
0004126987.tif 000002
【図２】
0004126987.tif 000003
【図３】
0004126987.tif 000004
【図４】
0004126987.tif 000005
【図５】
0004126987.tif 000006
【図６】
0004126987.tif 000007
【図７】
0004126987.tif 000008
【図８】
0004126987.tif 000009
【図９】
0004126987.tif 000010
【図１０】
0004126987.tif 000011
【図１１】
0004126987.tif 000012
【図１２】
0004126987.tif 000013
【図１３】
0004126987.tif 000014
【図１４】
0004126987.tif 000015
【図１５】
0004126987.tif 000016
【図１６】
0004126987.tif 000017
【図１７】
0004126987.tif 000018
【図１８】
0004126987.tif 000019
【図１９】
0004126987.tif 000020
【図２０】
0004126987.tif 000021