(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界放出を行うエミッタを備えるカソード電極層と、上記エミッタから電子を放出させるためのゲート電極層が絶縁層を介して配設されている第１の基板と、
蛍光体が塗布される酸化物系の電極層が形成されている第２の基板とから成る電界放出型表示装置において、
少なくとも、前記蛍光体が塗布される側の前記酸化物系の電極層の表面であって、かつ、前記塗布された蛍光体と対面する領域に、上記酸化物系の電極層より水分吸着の少ない金属膜を形成するようにしたことを特徴とする電界放出型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばテレビジョン受像機、パーソナルコンピュータ、医療機器、計測器、ＰＯＳ（Point Of Sales）システム等の情報端末の表示装置の画像表示方法及びその駆動装置に係わり、特に電界放出型の発光素子を使用した電界放出型表示装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属または半導体表面の印加電圧を１０9 ［Ｖ／ｓ］程度にすると、トンネル効果により電子が障壁を通過して、常温でも真空中に電子放出が行われるようになる。これを電界放出（Field Emission）と呼び、このような原理で電子を放出するカソードを電界放出素子、あるいは電界放出カソード（Field Emission Cathode）と呼んでいる。
【０００３】
近年、半導体微細加工技術を駆使して、ミクロンサイズの電界放出素子からなる面放出型の電界放出カソードを作製することが可能となっており、電界放出カソードを基板上に多数個形成したものは、その各エミッタから放出された電子を蛍光面に照射することによって、平面型の表示装置や各種電子装置を構成する電子供給手段として知られている。
【０００４】
図５に電界放出型表示素子の一例として、スピント型と呼ばれる電界放出型表示素子の斜視図を示す。
この図５に示すスピント（Spindt）の電界放出素子（以下、「ＦＥＣ」と記す）は、第１の基板１００（カソード基板）上にカソード電極１０１が形成されており、このカソード電極１０１上に抵抗層１０２、絶縁層１０３及びゲート電極１０４が順次形成されている。そして絶縁層１０３に形成された開口孔内にコーン状のエミッタ（以下、「エミッタコーン」という）１０５が形成され、このエミッタコーン１０５の先端部分がゲート電極１０４の開口部から臨んでいる。
【０００５】
このようなＦＥＣにおいては、微細加工技術を用いることによりエミッタコーン１０５とゲート電極１０４との距離をサブミクロンとすることができるため、エミッタコーン１０５とゲート電極１０４との間に僅か数十ボルトの電圧を印加することにより、エミッタコーン１０５から電子を放出させることができる。
【０００６】
従って、上記のＦＥＣがアレイ状に多数個形成されている第１の基板１００の上方に蛍光材料が塗布されている第２の基板（アノード基板）１１６を対向配置し、その内部を真空状態に保持して、ゲート−カソード間にゲート電圧ＶG 、カソード−アノード間にアノード電圧ＶA を印加すると、エミッタコーン１０５から放出される電子によって蛍光体を発光させることができ、表示装置（Field Emission Display；以下、「ＦＥＤという）とすることができる。
【０００７】
図６は上記したようなＦＥＣを利用したカラーＦＥＤの構造を説明するための断面図である。
この図５に示すように、カソード基板１００上に対向配置されているガラス基板（アノード基板）１１０の下面にはアノード基板１１１が形成されている。
アノード電極１１１は透光性を必要とすることから透明導電膜とされるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）薄膜を成膜することにより形成される。
アノード電極１１１上には、絶縁膜１１２が形成されている。絶縁膜１１２は例えばその膜厚が１０００Å（１Å＝１０-8ｃｍ）程度のＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。
この絶縁膜１１２には、蛍光体１１３が塗布される領域に窓抜き部１１５が設けられており、この窓抜き部１１５ではアノード電極１１１上に蛍光体１１３が塗布されている。
【０００８】
このような構成とされるＦＥＤでは、カソード基板１１０上のカソード電極１０１とゲート電極１０４との間に所定のゲート電圧を印加すると、エミッタアレー１０６を構成している各エミッタコーン１０５の先端から電子ｅ- が電界放出される。この電子ｅ- は正電圧が印加されたアノード電極１１１に引き寄せられてアノード電極１１１の表面に形成された蛍光体１１３に射突する。すると、蛍光体１１３は、この電子ｅ- により励起されて発光することになる。
【０００９】
ところで、上記したような従来のＦＥＤにおいて、アノード電極１１１の表面に絶縁膜１１２が形成されているのは、主に次のような理由による。
一つには、アノード電極１１１に印加されるアノード電圧が数１００Ｖ〜１ＫＶ程度と高電圧とされるため、例えばアノード電極１１１とエミッタコーン１０５間、或いはアノード電極１１１とゲート電極１０４間で放電が起こることがある。そのため、このようなアノード電極１１１からの放電を防止するために設けられている。
【００１０】
また、アノード電極１１１とされるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）薄膜は、その成分がＩｎ2Ｏ3（酸化インジウム）やＳｎＯ2 （酸化スズ）の混合物といった酸化物であり、水分を吸着しやすい、いわゆる親和性を有する材料からなるため、アノード電極（ＩＴＯ薄膜）１１１に電子ｅ- が射突した場合は、電子ｅ- の射突と、電子ｅ- の射突に伴って発生する熱などによって、アノード電極１１１から水分が放出され、管内に酸化性ガスが発生する。そして、このような酸化性ガスが蛍光体１１３の発光効率やエミッションを劣化させることが知られている。
なお  ガラスから成るアノード基板１１０も親和性を有するものとされる。
【００１１】
そこで、上記図６に示したＦＥＤでは、蛍光体１１３が形成されている領域以外のアノード電極１１１の表面及びアノード基板１１０の表面等に、絶縁膜１１２を形成し、例えばカソード基板１００のＦＥＣから放出される電子ｅ- が、或る程度の拡がりを持ってアノード基板１１０に照射された場合でも、絶縁膜１１２によって電子ｅ- が、アノード電極１１１やガラス基板１１０に射突するのを防止して酸化性ガスの発生を抑制するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＥＤではガラス基板１１０を通して画像を視ることになる。つまり、図５に示すＦＥＤでは、蛍光体１１３が塗布形成されているガラス基板１１０の上面側から画像を視ることになる。そのため、アノード電極１１１上に蛍光体１１３の材料を厚くしかも緻密に形成すると、前記ＦＥＣから放出された電子ｅ- が蛍光体１１３の奥深くまで到達できないし、蛍光体１１３の発光が蛍光体１１３自身を通過しなければならないので、蛍光体１１３の材料はアノード電極１１１上に薄く付着させるようにしている。
【００１３】
上記したようなＦＥＤにおいて、画像表示のためにカソード基板１００上のエミッタアレイ１０６からアノード基板１１０の蛍光体１１３に対して電子の放出を行った場合は、放出された電子ｅ- が蛍光体１１３に射突して発光することになるが、上述したように蛍光体１１３はアノード電極１１１上に薄く付着されているため、どうしても蛍光体１１３でアノード電極１１１を完全に被覆することはできず、放出された電子ｅ- の一部は、蛍光体１１３の隙間からアノード電極１１１（ＩＴＯ薄膜）にも射突する。
この結果、蛍光体１１３が付着されているアノード電極１１１から水分が放出され、この水分により発生する酸化性ガスが蛍光体１１３と結合して、蛍光体１１３の発光効率を低下させていることが解った。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、電界放出を行うエミッタを備えるカソード電極層と、エミッタから電子を放出させるためのゲート電極層が絶縁層を介して配設されている第１の基板と、蛍光体が塗布される酸化物系の電極層が形成されている第２の基板とから成る電界放出型表示装置において、
少なくとも蛍光体が塗布される側の酸化物系の電極層の表面であって、少なくとも上記蛍光体が塗布されている領域であって、かつ、前記蛍光体の塗布される領域間に、前記酸化物系の電極層より水分吸着の少ない金属膜を保護膜として形成するようにした。
【００１５】
即ち、本発明ではアノード基板上に形成されている酸化物系の電極層と、蛍光体との間に、酸化物系の電極層より水分吸着の少ない金属膜を保護膜として形成することで、画像表示のためにエミッタから放出された電子が蛍光体の下に形成されている酸化物系の電極層に射突することなく、酸化物系の電極層より水の吸着の少ない保護膜に射突することになるので酸化性ガスの発生を抑えることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態とされる電界放出型のカラー表示装置の構造を説明するための断面図である。
この図１に示すように、カソード基板（第１の基板）１０上にカソード電極１１が形成されており、このカソード電極１１上に抵抗層１２、絶縁層１３及びゲート電極１４が順次形成されている。そして絶縁層１３に多数の開口部が形成されており、各開口孔内にエミッタコーン１５が形成され、これらの多数のエミッタコーン１５によりエミッタアレー１６を形成している。
【００１７】
一方、カソード基板１０と対向配置されているガラス基板（第２の基板）１の下面には、例えばその全面にアノード電極２が形成されている。
アノード電極２は透光性を必要とすることから透明導電膜されるＩＴＯ膜が用いられ、このようなＩＴＯ膜がアノード基板１の全面に成膜されて形成されている。ＩＴＯ膜は、先にも説明したようにその成分がＩｎ2Ｏ3や、ＳｎＯ2 の混合物といった酸化物とされ、水分を吸着しやすい親和性を有する材料により形成されている。
なお、アノード電極２は必ずしもＩＴＯ膜によって形成する必要はなく、例えばＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2 単体、ＺｎＯなど透光性を有する酸化物系の材料であれば良い。
【００１８】
そして本実施の形態では、このアノード電極２とされるＩＴＯ膜の全面に、パッシベーション膜（保護膜）３として例えばａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の水分を吸着しにくい性質を有している疎水性の金属を例えば１００Å程度の膜厚で成膜するようにしている。
なお、パッシベーション膜３はアノード電極２の全面に形成しているが、パッシベーション膜３は窓抜き部６に対応するアノード電極２と蛍光体５との間のみに形成しても良い。
【００１９】
パッシベーション膜３としてａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜をアノード基板１上に成膜する場合は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Desposition）法によりＳｉＨ4 の原料ガスとＨ2 の混合ガスにてプラズマ中でケミカル成膜するようにされる。なお、パッシベーション膜３の成膜方法は、ＣＶＤ法に限定されるものでなく、ＥＢ蒸着やスパッタリングにより成膜することも可能である。
【００２０】
そして、このパッシベーション膜３の表面（下面）に、アノード電極２の放電を防止するための例えばＳｉＮ（窒化シリコン）からなる絶縁膜４が形成されている。
絶縁膜４には蛍光体５の材料が塗布される領域に窓抜き部６が形成されており、この窓抜き部６のパッシベーション膜３上に、蛍光体５の材料とされる例えばＹ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）、Ｙ3（Ａｌ3Ｇａ2）Ｏ12 ：Ｔｂ（緑）、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ（青）等が塗布されている。
【００２１】
このように本実施の形態のＦＥＤは、親和性を有する酸化物系のＩＴＯ膜からなるアノード電極２の表面に、例えばａ−Ｓｉからなるパッシベーション膜３を成膜し、このパッシベーション膜３の表面に蛍光体５の蛍光材料を塗布形成するようにしている。つまり、従来のＦＥＤでは、アノード電極２とされるＩＴＯ膜の表面に蛍光体５を直接塗布しているのに対して、本実施の形態では、アノード電極２と蛍光体５との間にパッシベーション膜３を形成するようにしている。
【００２２】
このような構成とされる本実施の形態のＦＥＤでは、カソード基板１０のカソード電極１１とゲート電極１４との間に所定のゲート電圧を印加すると、エミッタアレー１６から電子ｅ- が電界放出される。この電子ｅ- は正電圧が印加されたアノード電極２に引き寄せられ、アノード電極２上のパッシベーション膜３の表面に形成された蛍光体５に射突する。すると、蛍光体５はこの電子ｅ- により励起されて発光することになる。
そして、本実施の形態のＦＥＤは、アノード電極２と蛍光体５との間にパッシベーション膜３を形成することで、後述するように蛍光体５を発光させた時に蛍光体５の直下とされるアノード電極（ＩＴＯ膜）２に直接電子ｅ- が射突するのを防止できるので、アノード電極（ＩＴＯ膜）２から酸化性ガスが発生するのを抑制することができるようにしている。
【００２３】
図２は、上記図１に示した本実施の形態のＦＥＤの蛍光体５が塗布されている窓抜き部６付近を模式的に示した図であり、この図２を参照しながら本実施の形態のＦＥＤで酸化性ガスの発生が抑制される理由について説明する。
【００２４】
この図２に示すように本実施の形態のＦＥＤにおいても、先にも説明したようにガラス基板１を通して画像を視ることになるため、蛍光体５は薄い膜とされ、窓抜き部６のパッシベーション膜３の表面は蛍光体５によって完全に覆われていないものとされる。
このようなＦＥＤでは、画像表示のためにカソード基板１のエミッタアレー１６から放出された電子ｅ- が蛍光体５の粒子に射突することで、蛍光体５が発光する。この時、蛍光体５がパッシベーション膜３を完全に覆っていないため、パッシベーション膜３にも電子ｅ- が射突することになる。
しかし、本実施の形態のパッシベーション膜３は、疎水性のａ−Ｓｉによって形成されるため、電子ｅ- が射突した時の水分放出が、従来に比べて少ないので、ＦＥＤ内に発生する酸化性ガス（酸素）が抑制される。これにより、蛍光体５と酸化性ガスとが結合して蛍光体５の発光効率が低下するのを抑制することができる。
【００２５】
図３及び図４は本実施の形態のＦＥＤの発光効率寿命特性の一例を示した図である。
この図３及び図４において、黒丸（●）でつないだ特性はパッシベーション膜３の膜厚を１００Åとした時の残存率の変化を示し、黒角（■）でつないだ特性はパッシベーション膜３の膜厚を２５０Åとした時の残存率の変化を示したものである。
また、白丸（○）及び白角（□）をつないで示した特性は、比較のために行った従来のＦＥＤの残存率の変化を示したものである。
【００２６】
なお、残存率とは開始時点の蛍光体の発光輝度を１００％とし、この開始時点の発光輝度に対する割合を示したものである。
また、本例では条件を同一にするため、図３に示す例では蛍光体５の材料は全てＹ3（Ａｌ3Ｇａ2）Ｏ12 ：Ｔｂ（緑）を用い、また図４に示す例では蛍光体５の材料は全てＹ2ＳｉＯ5：Ｃｅ（青）を用いた。
【００２７】
この図３、図４から解るように、上記図６に示したようなアノード電極（ＩＴＯ膜）上に直接蛍光体を塗布した従来のＦＥＤに比べて、アノード電極２と蛍光体５との間に疎水性のパッシベーション膜３が形成された本発明のＦＥＤのほうが、蛍光体の残存率が大幅に向上することが確認された。
【００２８】
また、上記図３及び図４では、蛍光体５の蛍光材料としてＹ3（Ａｌ3Ｇａ2）Ｏ12 ：Ｔｂ（緑）及びＹ2ＳｉＯ5：Ｃｅ（青）を使用した時の発光効率寿命特性の一例を示したが、図示していない例えばＹ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ（赤）、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ（青）、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（緑）、ＺｎＯ：Ｚｎ（緑）等の他の蛍光体材料を用いた場合でも同様の効果が確認された。
【００２９】
なお、本実施の形態では、パッシベーション膜３としてａ−Ｓｉにより金属膜を形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されるものでなく、少なくともアノード電極２を形成しているＩＴＯ膜等の酸化物系より水分を吸着しにくい金属であれば適用することが可能である。
【００３０】
なお、パッシベーション膜３として、例えばＳｉＮやＴｉＮ、ＢＮｉ、ＷＣ、ＺｒＣ、ＭｏＣ等の炭化物や窒化物、ほう化物などの絶縁性材料によって形成することも可能であるが、電子の突入を効果的に阻止するさせるための厚みによっては発光輝度が低下する場合が生じる。
【００３１】
すなわち、パッシベーション膜３を絶縁性の材料によって形成した場合は、蛍光体５の発光輝度が低下又は停止するので、パッシベーション膜３の膜厚は例えば１００Å程度と極めて薄くする必要があり保護膜の機能が低下する場合が生じる。
【００３２】
本実施の形態では、パッシベーション膜３の膜厚は、１００Åと２５０Åの場合を例に挙げたが、パッシベーション膜３によって電子ｅ- が射突するアノード電極２の表面を覆うことができれば、さらにその膜厚を薄くすることが可能である。また、蛍光体の発光輝度が低下しなければパッシベーション膜３の膜厚をさらに厚くすることも可能である。
【００３３】
さらにまた、本実施の形態では、アノード基板１の全面にアノード電極２を形成する場合を例に挙げたが、アノード電極２の形状はこれに限定されるものでなく、例えばストライプのアノード電極や、ストライプ状のアノード電極を交互に接続した櫛歯状アノード電極であっても適用することが可能である。
【００３４】
アノード電極２を櫛歯状アノード電極とした場合は、アノード基板１及び櫛歯状アノード電極２の全面に、例えば金属からなるパッシベーション膜３を形成すると、アノード電圧が印加されているアノード電極と、アノード電圧が印加されていないアノード電極との間に形成されるパッシベーション膜３によって、電圧降下が発生するといったことが考えられる。
しかし、パッシベーション膜３の膜厚は、数１０Å〜数１００Åと極めて薄く、またパッシベーション膜３の膜厚に比べて、電位の異なるアノード電極間の距離（例えば２０ミクロン程度）が十分長いため、アノード電極間に形成されているパッシベーション膜３の抵抗値が十分高くなる。
従って、アノード基板１及び櫛歯状アノード電極の全面に、金属等の導電性材料によってパッシベーション膜３を形成した場合でもアノード電極の電圧降下が発生することはない。
また仮にパッシベーション膜３の材質によってアノード電極の電圧降下が発生する場合は、パッシベーション膜３の形状を櫛歯状アノード電極２の形状に合わせてパターニングすれば良い。
【００３５】
パッシベーション膜３を絶縁性の材料によって形成した場合は、パッシベーション膜３はアノード電極２の放電を防止するための絶縁膜として機能させることが可能になるため、その場合はパッシベーション膜３の表面に放電防止用の絶縁膜４を形成する必要はないが、発光輝度の低下点では不利となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界放出型表示装置は、アノード基板上に成膜されている酸化物系の電極層と、蛍光体との間に保護膜を形成することで、画像表示のためにカソード基板上のエミッタから放出された電子が、蛍光体の下に形成されている酸化物系の電極層に射突することなく保護膜に射突することになる。
従って、例えば保護膜を酸化物系の電極より水分の吸着が少ない金属膜よって形成することで、酸化性ガスの発生を抑えることができるので蛍光体の発光効率の低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態とされるＦＥＤの構造を説明するための断面図である。
【図２】  本実施の形態のＦＥＤの蛍光体が塗布されている窓抜き部付近を拡大して示した図である。
【図３】  本実施の形態のＦＥＤの発光効率特性の一例を示した図である。
【図４】  本実施の形態のＦＥＤの発光効率特性の一例を示した図である。
【図５】  従来の電界放出型カソードの構成を説明するための図である。
【図６】  従来のＦＥＤの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  アノード電極、３  パッシベーション膜、４  １３  絶縁膜、５  蛍光体、６  窓抜き部、１０  カソード基板、１１  カソード電極、１２  抵抗層、１４  ゲート電極、１５  エミッタコーン、１６  エミッタアレー
【図１】
0004238417.tif 000002
【図２】
0004238417.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004238417.tif 000005
【図５】
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【図６】
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