(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源であって、
前記絶縁層は、前記上部電極から前記下部電極へ向かって濃度がステップ状に減少する不純物を含み、
前記不純物がステップ状に減少する領域の中心を境にして、前記絶縁層の前記上部電極側を絶縁層外層、前記絶縁層の前記下部電極側を絶縁層内層とするとき、前記絶縁層の膜厚に占める前記絶縁層外層の膜厚比率が４０％より少ないことを特徴とする薄膜型電子源。
【請求項２】
前記下部電極は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜型電子源。
【請求項３】
前記電子放出部がマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜型電子源。
【請求項４】
下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源の製造方法であって、
陽極酸化法により前記下部電極表面に絶縁層を形成する際に、陽極酸化法により前記下部電極表面に陽極酸化膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で形成した陽極酸化膜の表面側をエッチングにより除去する第２の工程と、
前記第２の工程の後に、再度陽極酸化法により前記下部電極表面に陽極酸化膜を形成する第３の工程とを、少なくとも１回行うことを特徴とする薄膜型電子源の製造方法。
【請求項５】
下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源の製造方法であって、
陽極酸化法により前記下部電極表面に、陽極酸化膜を前記絶縁層の最終仕様膜厚より厚く形成する第１の工程と、
前記第１の工程で形成した陽極酸化膜の表面側をエッチングにより除去する第２の工程と、
前記第２の工程の後に、再度陽極酸化法により前記下部電極表面に、前記最終仕様膜厚の陽極酸化膜を形成して、前記絶縁層を形成する第３の工程とを有することを特徴とする薄膜型電子源の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記陽極酸化膜を、前記最終仕様膜厚の２．５倍より厚く形成することを特徴とする請求項５に記載の薄膜型電子源の製造方法。
【請求項７】
前記下部電極は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成されることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の薄膜型電子源の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程におけるエッチングにおいて、エッチャントとしてアルカリ水溶液を用いることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の薄膜型電子源の製造方法。
【請求項９】
前記エッチャントとして、ｐＨが１１〜１３．５のアルカリ水溶液を用いることを特徴とする請求項８に記載の薄膜型電子源の製造方法。
【請求項１０】
前記エッチャントとして、燐酸塩、珪酸塩の少なくとも一方を含むアルカリ水溶液を用いることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜型電子源の製造方法。
【請求項１１】
電子源アレイを有する第１の基板と、
枠部材と、
蛍光体パターンを有する第２の基板とを備え、前記第１の基板、前記枠部材および前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気とされる表示装置であって、
前記第１の基板の電子源アレイは、前記請求項３の薄膜型電子源で構成されることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、薄膜型電子源及び薄膜型電子源の製造方法並びに表示装置に係わり、特に、下部電極−絶縁層−上部電極の３層構造を有し、当該絶縁層として陽極酸化膜を使用する薄膜型電子源に適用して有効な技術に関する。
背景技術
薄膜型電子源とは、例えば、上部電極−絶縁層−下部電極の３層薄膜構造の上部電極と下部電極の間に電圧を印加して、上部電極の表面から真空中に電子を放出させるものである。
例えば、金属−絶縁体−金属を積層したＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型、金属−絶縁体−半導体電極を積層したＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型等が知られている。
なお、ＭＩＭ型の薄膜電子源については、例えば、特開平７−６５７１０号に記載されている。
第１４図は、薄膜型電子源の動作原理を説明するための図である。
上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧源からＶｄの駆動電圧を印加して、トンネル絶縁層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、トンネル絶縁層１２、上部電極１３の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。
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有するものは、真空１８中に放出される。
ここで、上部電極１３および下部電極１１とを複数本設け、これら複数本の上部電極と、複数本の下部電極とを直交させて、薄膜電源をマトリクス状に形成すると、任意の場所から電子線を発生させることができるので、表示装置の電子源に用いたり、電子源描画装置の電子源に適用することができる。
これまで、金（Ａｕ）−酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3；以下、単に、Ａｌ2Ｏ3と称する。）−アルミニウム（Ａｌ；以下、単に、Ａｌと称する。）構造のＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造などから電子放出が観測されている。
一般に、薄膜型電子源用の高品質のトンネル絶縁層１２としては、陽極酸化膜が用いられる。
特に、ＡｌまたはＡｌ合金等のバリアー型（無孔質）陽極酸化膜は膜厚が均一で、高い耐電圧を有する無欠陥の絶縁層を大面積で形成できる。
そのため、表示装置等に主に応用される薄膜型電子源の絶縁層形成法としては最も適したものである。
しかしながら、陽極酸化膜を形成するための陽極酸化法は、電解液中でのウェット酸化プロセスであるため、電解液から不純物を取り込みやすいという欠点がある。
第１５図は、陽極酸化膜の形成過程を模式的に示す図である。
陽極酸化は、電解液２１中で下部電極１１を陽極とし、白金（Ｐｔ）などのメッシュ電極２２を陰極として、化成電圧源からＶｏｘの化成電圧を印加することにより、酸化が進行する。
陽極酸化中の下部電極１１のＡｌとトンネル絶縁層１２のＡｌ2Ｏ3界面では、電解液２１から供給される酸素イオン（Ｏ2-）と下部電極材料のＡｌが反応することにより酸化が進行する。
また、トンネル絶縁層１２のＡｌ2Ｏ3と電解液２１の界面では、下部電極（Ａｌ電極）１１から供給されるアルミニウムイオン（Ａｌ3+）が電解液２１から供給される酸素イオン（Ｏ2-）と反応することによりＡｌ2Ｏ3が成長する。
このようにトンネル絶縁層１２となるＡｌ2Ｏ3膜の成長は２つの界面で起こるが、下部電極１１とトンネル絶縁層１２との界面ではＡｌと酸素（Ｏ）以外不純物のない環境で成長するので比較的純粋なＡｌ2Ｏ3層が成長するのに対し、トンネル絶縁層１２と電解液２１との界面では、電解液２１中の電解質アニオン２４等がＡｌ2Ｏ3中に取り込まれ、不純物を多く含むＡｌ2Ｏ3膜が成長する。
したがって、トンネル絶縁層１２は、陽極酸化開始時の表面位置より内側の不純物の少ない絶縁層内層２５と、外側の不純物の多い絶縁層外層２６の二重構造となる。
その膜厚比率は、陽極酸化中のアルミニウムイオン（Ａｌ3+）と酸素イオン（Ｏ2-）の輸率、および化成液の種類によって決定される。
酒石酸やクエン酸等のアンモニウム塩等の有機酸電解質とエチレングリコール等の非水系溶媒を用いて作成したＡｌ2Ｏ3バリアー型陽極酸化膜の場合、アルミニウムイオン（Ａｌ3+）の輸率が０．６、酸素イオン（Ｏ2-）の輸率が０．４である。
したがって、絶縁層外層２５の膜厚比率は６０％に達し、この絶縁層外層２５は、炭素を不純物として含んでいる。
同じくバリアー型陽極酸化膜が形成可能なほう酸アンモニム水溶液を化成液に用いた場合は、不純物は硼素が主であり、アルミニウムイオン（Ａｌ3+）の輸率が０．４、酸素イオン（Ｏ2-）の輸率が０．６である。
この場合でも絶縁層外層２５の膜厚比率は４０％である。
電解液として、酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液を用い、陽極酸化法により形成した薄膜型電子源のトンネル絶縁層の組成分析をグロー放電分光により測定した結果を第１６図に示す。
トンネル絶縁層中の不純物である炭素量は表面側約６０％の領域で多く、トンネル縁膜中で階段状に減少し、内側の４０％の領域では少ない。
このように、前記したトンネル絶縁層１２の二重構造が組成の深さ方向分析ではっきり示されている。
このような薄膜型電子源を動作させたときのバンド図を第１７図に示す。
下部電極１１からファウラーノルドハイムのトンネル現象で注入された電子は、トンネル絶縁層１２の伝導帯中を走行し、上部電極１３に達する。
その際、絶縁層外層２６中を走行するが、絶縁層外層２６は不純物を多く含む膜であるため、構造欠陥が多く電子トラップ２７が多い。
絶縁層外層２６中にトラップされる電子が多くなると、第１７図に示すように、トンネル絶縁層１２内部の電界強度が下部電極１１側で低く、上部電極１３側で高くなる。
この場合、トンネル注入電界は緩和されるためダイオード電流が減少し、したがって放出電流が減少してしまう。
また、絶縁層外層２６と上部電極界面近傍は電界強度が局所的に強くなるため、トンネル絶縁層１２の破壊等につながり薄膜型電子源の信頼性を低下させる。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、薄膜型電子源において、陽極酸化法で形成される絶縁層の、不純物の多い絶縁層外層での電子トラップを削減し、放出電流の減少や、信頼性の低下を防止することが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、薄膜型電子源の製造方法において、陽極酸化法で形成される絶縁層の、不純物の多い絶縁層外層の比率を低減することが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、表示装置において、前記薄膜型電子源を使用することにより、輝度減少が少なく、長寿命を図ることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
発明の開示
前記したように、陽極酸化膜の膜厚、および絶縁層外層と絶縁層内層の膜厚比率は、印加する化成電圧と、下部電極材料と酸素のイオンの輸率、化成液の種類から求められる。
本発明者らは、この点に着目し、膜厚が均一で、高い耐電圧を有し、大面積の無欠陥絶縁層が得られる陽極酸化膜の特徴を保持しつつ、不純物の多い陽極酸化膜中の絶縁層外層の比率を低減する方法として、陽極酸化膜中の不純物の少ない絶縁層内層の比率を高めることを検討した。
その結果、下部電極表面に陽極酸化膜から成る絶縁層を形成する際に、下部電極表面の陽極酸化によって形成する陽極酸化膜の表面側をエッチングで除去（エッチバック工程）した後、再度陽極酸化する工程を、少なくとも１回行う方法が有効であることを見出した。
さらに、下部電極表面に陽極酸化により形成される陽極酸化膜を、最初の陽極酸化時は、絶縁層の最終仕様膜厚より厚く形成し、その後陽極酸化膜の表面側をエッチングで除去することにより、陽極酸化膜を絶縁層の最終仕様膜厚より薄くし、次に再度の陽極酸化によって最終仕様膜厚の陽極酸化膜から成る絶縁層を形成することが特に有効であることを見出した。
即ち、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源であって、前記絶縁層は、前記上部電極から前記下部電極へ向かって濃度がステップ状に減少する不純物を含み、前記不純物がステップ状に減少する領域の中心を境にして、前記絶縁層の前記上部電極側を絶縁層外層、前記絶縁層の前記下部電極側を絶縁層内層とするとき、前記絶縁層の膜厚に占める前記絶縁層外層の膜厚比率が４０％より少ないことを特徴とする。
また、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源であって、前記上部電極から前記下部電極に流れる初期電流の電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2として、前記電子放出部の前記上部電極と前記下部電極との間に直流定電圧を印加する試験を行った時に、２時間後の前記上部電極から前記下部電極に流れる電流が、前記初期電流の５０％以上であることを特徴とする。
また、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源であって、前記上部電極から前記下部電極に流れる初期電流の電流密度を０．２Ａ／ｃｍ2として、前記電子放出部の前記上部電極と前記下部電極との間に直流定電圧を印加する試験を行った時に、２時間後の電流−駆動電圧特性の高電圧側へのシフト量が０．５Ｖ以下であることを特徴とする。
また、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源であって、前記電子放出部の前記上部電極と前記下部電極との間に、前記上部電極から前記下部電極に流れる電流のピーク電流密度が０．２Ａ／ｃｍ2、デューティー比が１／１８．３であるパルス電圧を印加する定電流パルス試験を行った時に、７１４時間後（デューティー比１／２５６換算で１万時間後）の駆動電圧の上昇値が０．５Ｖ以下であることを特徴とする。
また、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源の製造方法であって、陽極酸化法により前記下部電極表面に絶縁層を形成する際に、陽極酸化法により前記下部電極表面に陽極酸化膜を形成する第１の工程と、前記第１の工程で形成した陽極酸化膜の表面側をエッチングにより除去する第２の工程と、前記第２の工程の後に、再度陽極酸化法により前記下部電極表面に陽極酸化膜を形成する第３の工程とを、少なくとも１回行うことを特徴とする。
また、本発明は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられ前記下部電極の陽極酸化膜から構成される絶縁層との３層薄膜構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する電子放出部を有する薄膜型電子源の製造方法であって、陽極酸化法により前記下部電極表面に、陽極酸化膜を前記絶縁層の最終仕様膜厚より厚く形成する第１の工程と、前記第１の工程で形成した陽極酸化膜の表面側をエッチングにより除去する第２の工程と、前記第２の工程の後に、再度陽極酸化法により前記下部電極表面に、前記最終仕様膜厚の陽極酸化膜を形成して、前記絶縁層を形成する第３の工程とを有することを特徴とする。
また、本発明は、前記第１の工程において、前記陽極酸化膜を、前記最終仕様膜厚の２．５倍より厚く形成することを特徴とする。
また、本発明は、前記下部電極が、アルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成されることを特徴とする。
また、本発明は、電子源アレイを有する第１の基板と、枠部材と、蛍光体パターンを有する第２の基板とを備え、前記第１の基板、前記枠部材および前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気とされる表示装置であって、前記第１の基板の電子源アレイは、前記いずれかの薄膜型電子源で構成されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態１の薄膜型電子源の製法方法を説明するための図である。
第２図は、本発明の実施の形態１の薄膜型電子源の製法方法を説明するための図である。
第３図は、本実施の形態における、陽極酸化−エッチング−再陽極酸化プロセスにより作成されたトンネル絶縁層の膜構造の変化を示す模式図である。
第４図は、本発明の実施の形態のエッチャントを用いた場合の絶縁層のエッチングレートを測定したグラフである。
第５図は、本発明の実施の形態における、再陽極酸化の化成電圧と化成時間の関係を示すグラフである。
第６図は、本発明の実施の形態の薄膜型電子源と、従来の薄膜型電子源のダイオード電流の経時変化を比較したグラフである。
第７図は、本発明の実施の形態の薄膜型電子源と、従来の薄膜型電子源の電流−電圧特性の変動を比較したグラフである。
第８図は、本発明の実施の形態の薄膜型電子源と、従来の薄膜型電子源を定電流パルス駆動した時の駆動電圧の変動を比較したグラフである。
第９図は、本発明の実施の形態２の表示装置の薄膜型電子源アレイ基板の概略構成を示す図である。
第１０図は、本発明の実施の形態２の表示装置の蛍光表示板の概略構成を示す図である。
第１１図は、本発明の実施の形態２の表示装置の概略全体構成を示す断面図である。
第１２図は、本発明の実施の形態２の表示装置に、駆動回路を接続した状態を示す図である。
第１３図は、第１１図に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形を示す図である。
第１４図は、薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
第１５図は、陽極酸化膜の形成過程を模式的に示す図である。
第１６図は、陽極酸化法により形成した従来の薄膜型電子源のトンネル絶縁層の組成分析をグロー放電分光により測定した結果を示すグラフである。
第１７は、従来の薄膜型電子源を動作させたときのバンド図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態の薄膜型電子源は、ＡｌまたはＡｌ合金から成る下部電極表面を陽極酸化して形成するトンネル絶縁層１２を、最初の陽極酸化時はトンネル絶縁層１２の最終仕様膜厚より厚く形成した後、トンネル絶縁層１２の表面側をエッチングで除去し、トンネル絶縁層１２を仕様膜厚より薄膜化し、その後、再度の陽極酸化によって仕様膜厚のトンネル絶縁層１２を形成することを特徴とする。
以下、第１図、第２図を用いて、本実施の形態の薄膜型電子源の製造方法について説明する。
なお、第１図、第２図において、左側の図は要部断面図、右側の図は平面図である。
先ず、ソーダガラス等の絶縁性の基板１０上を用意し、この基板１０上に下部電極用の金属膜を形成する。
下部電極用の材料としては、ＡｌやＡｌ合金を用いる。
ここでは、Ａｌ−ネオジム（Ｎｄ；以下、単に、Ｎｄと称する。）合金を用いた。
また、金属膜の形成には、例えば、スパッタリング法を用い、その膜厚は３００ｎｍとした。
金属膜形成後、第１図（ａ）に示すように、エッチングによりストライプ形状の下部電極１１を形成する。
次に、第１図（ｂ）に示すように、下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜２０でマスクし、化成液中で下部電極１１を陽極として、下部電極１１上の電子放出部となる部分以外の部分を選択的に厚く陽極酸化し、保護絶縁層１４を形成する。
このとき、化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。
保護絶縁層１４を形成した後、レジスト膜２０を除去し、化成液中で再度下部電極１１を陽極として、陽極酸化を行い、第１図（ｃ）に示すように、下部電極１１上に陽極酸化膜を形成する。
この陽極酸化膜は、アルミニウムイオン（Ａｌ3+）の輸率と酸素イオン（Ｏ2-）の輸率の比で、絶縁層外層２６と絶縁層内層２５の二重構造となる。
ここでは、化成液の電解質として、３ｗｔ％の酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液を用いた。
この場合の、アルミニウムイオン（Ａｌ3+）の輸率と酸素イオン（Ｏ2-）の輸率の比は約０．６：０．４なので、膜厚比で約６０％が絶縁層外層２６となり、４０％が絶縁層内層２５となる。
そこで、はじめに形成する陽極酸化膜の厚さを、最終的な薄膜型電子源のトンネル絶縁層１２の厚さの２．５倍に設定する。
陽極酸化膜の膜厚は化成電圧に比例するので、膜厚は正確に設定することができる。
このようにして、初期膜厚を最終膜厚の２．５倍以上としておけば、最終仕様の絶縁膜厚を絶縁層内層２５のみで確保することが可能となり特に好ましい。
勿論、２．５倍以上としなくても、本発明の製造方法を使用すれば絶縁層外層２６の比率が従来より低下することは明らかである。
ここでは、酸化電圧を１５Ｖとし、約２５ｎｍの陽極酸化膜を形成した。
即ち、絶縁層内層２５が１０ｎｍ、絶縁層外層２６が１５ｎｍである。
次に、はじめに形成した陽極酸化膜の表面をエッチングするエッチバック工程を行う。
エッチングは、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングによって行うことができるが、特に、アルカリ水溶液によるエッチングは低速かつ均一性が高い。
例えば、燐酸塩や珪酸塩等のアルカリ水溶液あるいは、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液や有機アルカリ水溶液が利用できる。
この場合、第４図に示すように、ｐＨ１１〜１３．５程度の範囲の調整によりエッチレートを超低レートの０．１〜１ｎｍ／ｍｉｎの間で自由に制御でき、かつエッチングの膜厚むら１ｎｍ程度の非常に均一なエッチングができる。
したがって、薄膜型電子源の薄い絶縁層（陽極酸化膜）のエッチングには最適である。
さらに、エッチャントに、燐酸塩、珪酸塩を用いる場合、燐酸イオン、珪酸イオンが陽極酸化膜表面の耐水性を向上させる効果があるため、絶縁層の膜質がさらに向上する。
ここでは、ｐＨ１３の燐酸水素２ナトリウム、珪酸ナトリウムの混合アルカリ水溶液を用いた。
このエッチングにより、はじめに形成した陽極酸化膜中の絶縁層外層２６を含む層を除去し、絶縁層内層２５を残すようにエッチングする。
絶縁層外層２６の厚さは化成電圧と輸率から既知のため、エッチング時間を制御することにより絶縁層内層２５を残し、絶縁層外層２６を除去することができる。
本実施の形態のエッチャントを用いると非常に均一なエッチングが可能であるが、それでもエッチングにより約１ｎｍ程度の膜厚むら、および粒界や異物等に起因する局所的なピンホールが発生する。
そのため、エッチング処理のみ行った絶縁層の信頼性は低い。
そこで、第２図（ａ）に示すように、エッチングにより生じた絶縁層内層２５の膜厚ばらつきと、局所的な欠陥の修復を目的に再度陽極酸化を行い、トンネル絶縁層１２を形成する。
この時の化成電圧と酸化時間の関係を第５図に示す。
この第５図から分かるように、化成電圧の初期値は約４．５Ｖとなった。
初めは局所的なピンホールと膜厚むらの薄いところのみが酸化されるので、化成電圧が約５．５Ｖまで上がるのは速い。
膜厚ばらつきが解消された後は、通常の陽極酸化と同じ酸化速度になる。
ここでは、最終的な化成電圧を６Ｖとし、トンネル絶縁層１２の膜厚を約１０ｎｍとした。
第３図は、本実施の形態における、陽極酸化−エッチング−再陽極酸化プロセスにより作成されたトンネル絶縁層１２の膜構造の変化を示す模式図である。
再陽極酸化により追加成長させた陽極酸化膜の膜厚は、化成電圧にして１．５Ｖ分、約２ｎｍである。
再陽極酸化の際も成長する陽極酸化膜は、アルミニウムイオン（Ａｌ3+）の輸率と酸素イオン（Ｏ2-）の輸率の比０．６：０．４にしたがい、絶縁層内層２５の両側に分割されるため、不純物を多く含む絶縁層外層２６の膜厚は約１．２ｎｍである。
従来の１回の陽極酸化のみで作成した薄膜型電子源の場合、１０ｎｍの絶縁層を形成すれば６ｎｍは不純物の多い絶縁層外層２６を有していた。
したがって、本実施の形態では、トンネル絶縁層１２の縁層外層２６の膜厚を１／５に低減できることを示している。
言い換えると、従来の薄膜型電子源の製造方法では、絶縁層外層比率の低いほう酸アンモニウム水溶液を用いた場合でも、トンネル絶縁層１２の膜厚に占める絶縁層外層２６の膜厚比率が４０％以上であったのに対し、本実施の形態の方法を用いれば絶縁層外層２６の膜厚比率を４０％よりはるかに少なくすることができる。
なお、本実施の形態では、エッチングおよび再陽極酸化は１回づつ行ったが複数回繰り返すこともできる。
次に、上部電極１３への給電線となる上部電極バスライン下層用の金属膜と、上部電極バスライン上層用の金属膜とをスパッタリング法で形成する。
ここでは、バス電極バスライン下層１５の材料として、タングステン（Ｗ）を、バス電極バスライン上層１６の材料として、例えば、Ａｌ−Ｎｄ合金を用いた。
次に、第２図（ｂ）に示すように、エッチングにより所望形状の上部電極バスライン下層１５と、上部電極バスライン上層１６とを形成する。
ここで、上部電極バスライン下層１５のタングステン（Ｗ）が、上部電極１３との電気的接触を、上部電極バスライン上層１６のＡｌ−Ｎｄ合金が給電を主に担う。
最後に、第２図（ｃ）に示すように、上部電極用の金属膜を形成し加工して、上部電極１３を形成する。
上部電極１３としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜を用い、スパッタ法で形成した。
ここで、上部電極１３の膜厚は３ｎｍとした。
第６図は、従来の薄膜型電子源と本実施の形態の薄膜型電子源とを定電圧直流駆動したときのダイオード電流（上部電極１３から下部電極１１に流れる電流）の経時変化を比較したグラフである。
試験条件は、直流（ＤＣ）電圧を印加し、初期ダイオード電流の電流密度が０．２Ａ／ｃｍ2である。
なお、この電流密度は、本実施の形態の電子放出部の面積では１５μＡに相当する。
従来の薄膜型電子源では、２時間試験後、ダイオード電流が初期値の５％程度と大幅に低減している。
これに対して、本実施の形態の薄膜型電子源では、ダイオード電流が初期値の５０％程度と減少量が小さい。
第７図は、第６図の試験開始前と試験後のダイオード電流−駆動電圧特性（ＩＶ特性）の変動を測定したグラフである。
第７図（ａ）に示すように、従来の薄膜型電子源では、ＩＶ特性の高電圧側へのシフト量が大きく、約１Ｖシフトしており、大量の電子トラップが発生していることがわかる。
これに対し、第７図（ｂ）に示すように、本実施の形態の薄膜型電子源のＩＶ特性の変動は小さく、０．１〜０．２Ｖのシフト量しかなく、電子トラップが少ないのが分かる。
以上の結果から、本実施の形態の製造方法は、不純物を多く含む絶縁層外層２６の膜厚を大幅に低減させて、電子トラップ密度を減少させ、放出電流の減少が少ない薄膜型電子源を得るのに効果があることが分かる。
第８図は、従来の薄膜型電子源と、本実施の形態の薄膜型電子源とを定電流のパルス駆動により動作させた時の駆動電圧の経時変化をプロットしたグラフである。
ダイオード電流密度は、ピーク電流密度で０．２Ａ／ｃｍ2（平均電流密度１１ｍＡ／ｃｍ2）で試験した。
パルス波形は、表示装置での使用を想定した１６．７ｍｓ周期、デューティー比を１／１８．３とした。
実際の表示装置において、走査線数を５１２本（上下分割駆動で２５６本）とすると、本試験は、表示装置用いるパルスのデューティー比１／２５６の１４倍の加速試験である。
第８図の横軸の試験時間は、その換算時間（測定時間×１４）で表示している。
第８図から分かるように、従来の薄膜型電子源は電子トラップの増加のため、定電流を維持するための駆動電圧がわずか２０時間程度で０．８Ｖも上昇し、素子破壊に至ってしまう。
これに対し、本実施の形態の薄膜型電子源では、電子トラップが少ないため、７１４時間（デューティー比１／２５６換算で１万時間）の駆動でも駆動電圧上昇が０．３５Ｖに抑えることができる。
実際の表示装置において、駆動回路で電圧上昇分を補正でき、かつ薄膜型電子源の信頼性を損なわないためには、この電圧上昇は０．５Ｖ以下であることが望ましい。
したがって、本実施の形態の製造方法を用いれば、薄膜型電子源を用いて実用的な表示装置寿命１万時間を達成することが可能となる。
［実施の形態２］
第９図は、本発明の実施の形態２の表示装置の薄膜型電子源アレイ基板の概略構成を示す図である。
第９図（ａ）は、本実施の形態の薄膜型電子源アレイ基板の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造、および同図（ｃ）は、同図（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
本実施の形態の薄膜型電子源アレイ基板は、前記説明した手順にしたがって、基板１０上に、薄膜型電子源がマトリクス状に形成されて構成される。
なお、第９図では、３本の下部電極１１と３本の上部電極バスライン１７からなる（３×３）ドットの薄膜型電子源マトリクスを図示しているが、実際には、表示ドット数に対応した数の薄膜型電子源マトリクスを形成する。
また、実際には、上部電極バスラインは、上部電極バスライン上層１５と、上部電極バスライン下層１６との積層構造であるが、第９図では上部電極バスライン１７としてまとめて図示している。
第１０図は、本発明の実施の形態の表示装置の蛍光表示板の概略構成を示す図である。
第１０図（ａ）は、本実施の形態の蛍光表示板の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造、および同図（ｃ）は、同図（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
本実施の形態の蛍光表示板は、ソーダガラス等の基板１１０に形成されるブラックマトリクス１２０と、このブラックマトリクス１２０の溝内に形成される赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の蛍光体（１１１〜１１３）と、これらの上に形成されるメタルバック膜１１４とで構成される。
以下、本実施の形態の蛍光表示板の作成方法について説明する。
まず、表示装置のコントラストを上げる目的で、基板１１０上に、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、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ；以下、単に、ＰＶＡと称する。）と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液を基板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、以下の方法により赤色蛍光体１１１を形成する。
赤色蛍光体粒子にＰＶＡと重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液を基板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。
なお、蛍光体パターンは、第１０図に示すストライプ状のパターンであるが、このストライプパターンは一例であって、それ以外にも、ディスプレイの設計に応じて、たとえば、近接する４ドットで一画素を構成させた「ＲＧＢＧ」パターンでももちろん構わない。
同様の方法により、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。
ここで、蛍光体として、例えば、赤色蛍光体１１１はＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色蛍光体１１２はＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色蛍光体１１３はＺｎＳ：Ａｇ（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、基板１１０全体にＡｌを、膜厚７５ｎｍ程度蒸着してメタルバック膜１１４とする。
このメタルバック膜１１４が、加速電極として働く。
その後、基板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、蛍光表示板が完成する。
第１１図は、本発明の実施の形態２の表示装置の概略全体構成を示す断面図である。
なお、同図（ａ）は、第９図（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面構造、および同図（Ｂ）は、第９図（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
第１１図に示すように、前記手順により製作された薄膜型電子源アレイ基板と、蛍光表示板と、枠部材１１６とを、スペーサ３０を介して組み立て後、枠部材１１６をフリットガラス１１５を用いて封着する。
薄膜型電子源アレイ基板と蛍光表示板との間の距離は、１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。
なお、第１１図では、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）に発光するドット毎、即ち、下部電極３列づつにスペーサ３０の支柱を設けているが、機械強度が耐える範囲で、支柱の数（密度）を減らしても構わない。
ここで、スペーサ３０は、厚さ１〜３ｍｍ程度のガラスやセラミックスなどの絶縁板に、例えば、サンドプラスト法などで所望の形状の穴を加工して形成する。
あるいは、板状または柱状のガラス製（またはセラミックス製）の支柱を並べて配置してスペーサ３０としてもよい。
封着したパネルは、１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して、封止する。
封止した後、ゲッターを活性化し、表示装置内を真空を維持する。
例えば、バリウム（Ｂａ）を主成分とするゲッター材料の場合、高周波誘導加熱によりゲッター膜を形成することができる。
このようにして、本実施の形態の表示装置が完成する。
本実施の形態の表示装置では、薄膜型電子源アレイ基板と蛍光表示板との間の距離が、１〜３ｍｍ程度と長いので、メタルバック膜１１４に印加する加速電圧を３〜６ＫＶと高電圧にできる。
したがって、前記したように、蛍光体には、陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用することができる。
本実施の形態では、前記実施の形態１の薄膜型電子源マトリクス構造を用いることにより、電子トラップが少ないため、ダイオード電流、放出電流の減少が少なく、長寿命の薄膜型電子源が作成できるため、輝度減少が少なく信頼性の高い表示装置を提供できる。
第１２図は、本実施の形態の表示装置に、駆動回路を接続した状態を示す模式図である。
下部電極１１は下部電極駆動回路４０で駆動され、上部電極バスライン１７は上部電極駆動回路５０で駆動される。
ここで、各駆動回路（４０，５０）と、薄膜型電子源アレイ基板との接続は、例えば、テープキャリアパッケージを異方性導電膜で圧着したものや、各駆動回路（４０，５０）を構成する半導体チップを、薄膜型電子源アレイ基板の基板（例えば、ガラス）上に直接実装するチップ音グラス等によって行う。
メタルバック膜１１４には、加速電圧源６０から３〜６ＫＶ程度の加速電圧を常時印加する。
第１３図は、第１２図に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
ここで、ｍ番目の下部電極１１をＫｍ、ｎ番目の上部電極バスライン１７をＣｎ、ｍ番目の下部電極１１と、ｎ番目の上部電極バスライン１７との交点を（ｍ、ｎ）で表すことにする。
時刻ｔ０ではいずれの電極も駆動電圧が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、Ｋ１の下部電極１１に、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）なる駆動電圧を、（Ｃ１，Ｃ２）の上部電極バスライン１７に、上部電極駆動回路５０から（＋Ｖ２）なる駆動電圧を印加する。
交点（１，１）、（１，２）の下部電極１１と上部電極１３との間には（Ｖ１＋Ｖ２）なる電圧が印加されるので、（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧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膜１１４に印加される加速電圧源６０からの加速電圧により加速された後、蛍光体（１１１〜１１３）に入射し、発光させる。
時刻ｔ２において、Ｋ２の下部電極１１に、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）なる駆動電圧を印加し、Ｃ１の上部電極バスライン１７に、上部電極駆動回路５０から（＋Ｖ２）なる駆動電圧を印加すると、同様に交点（２、１）が点灯する。
このようにして、上部電極バスライン１７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できる。
また、上部電極バスライン１７に印加する駆動電圧（＋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できる。
なお、トンネル絶縁層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、ここでは下部電極１１の全てに、下部電極駆動回路４０から（−Ｖ１）の駆動電圧を印加した後、全下部電極１１に下部電極駆動回路４０から（＋Ｖ３）の駆動電圧を、全上部電極バスライン１７に、上部電極駆動回路５０から（−Ｖ３’）の駆動電圧を印加することにより行った。
この場合に、（Ｖ３＋Ｖ３’）の電圧が、（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧と同程度になるようにする。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
産業上の利用可能性
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明の薄膜型電子源によれば、陽極酸化膜で形成される絶縁層の、不純物の量の多い絶縁層外層の膜厚を減少させ、電子トラップ量を削減することができるので、放出電流の減少や、信頼性の低下を防止することが可能となる。
（２）本発明の表示装置によれば、本発明の薄膜型電子源マトリクス構造を用いることにより、電子トラップが少ないため、ダイオード電流、放出電流の減少が少なく、長寿命の薄膜型電子源が作成できるため、輝度減少を少なくし、かつ信頼性を向上させることが可能となる。
【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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