JP2006253026A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電荷注入による電子源の破壊を防止して、表示欠陥の発生のない高信頼性の画像表示装置を提供する。
【解決手段】 表示領域の最外周に信号線である下部電極11又は走査線である走査線バス配線21と同様の画像表示に寄与しないダミーの電位固定電極11D1、11D2、21D1、21D2を設け、これを低インピーダンスで一定電位の電極70,80に接続する。
【選択図】 図1
【解決手段】 表示領域の最外周に信号線である下部電極11又は走査線である走査線バス配線21と同様の画像表示に寄与しないダミーの電位固定電極11D1、11D2、21D1、21D2を設け、これを低インピーダンスで一定電位の電極70,80に接続する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像表示装置にかかり、特に薄膜型電子源アレイを用いた自発光型のフラット・パネル・ディスプレイとも称する画像表示装置に好適なものである。
微少で集積可能な薄膜型電子源とも称する電子放出型電子源を利用する画像表示装置(フィールド・エミッション・ディスプレイ:FED)が開発されている。この種の画像表示装置の電子源は、電子放出型電子源とホットエレクトロン型電子源とに分類される。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−金属型等の薄膜型電子源がある。
MIM型について、例えば特許文献1に、金属―絶縁体―半導体型についてはMOS型(非特許文献1)、金属―絶縁体―半導体−金属型ではHEED型(非特許文献2などに記載)、EL型(非特許文献3などに記載)、ポーラスシリコン型(非特許文献4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、例えば特許文献2にも開示されている。MIM型電子源の構造と動作は以下のとおりである。すなわち、上部電極と下部電極との間に絶縁層を介在させた構造を有し、上部電極と下部電極との間に電圧を印加することで、下部電極中のフェルミ準位近傍の電子が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、上部電極の仕事関数φ以上のエネルギーをもって上部電極表面に達したものが真空中に放出される。
特開平7−65710号公報
特開平10−153979号公報
j.Vac.Sci.Techonol.B11(2)p.429−432(1993)
high−efficiency−electro−emission device、Jpn、j、Appl、Phys、vol.36、pp.939
Electroluminescence、応用物理 第63巻、第6号、592頁
応用物理 第66巻、第5号、437頁
この種の薄膜型電子源を用いた画像表示装置では、その製造プロセス上もしくは表示動作中での予期しない帯電や放電による電荷注入で電子源が破壊される場合がある。特に表示領域の最外周に位置する電子源が破壊されやすい。電子源が破壊が起こると表示欠陥となり、当該電子源を接続する信号線につながる全ての電子源が表示不良となってしまう。
本発明の目的は、上記した電子源の破壊を防止して、表示欠陥の発生のない高信頼性の画像表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、表示領域の最外周に信号線又は走査線と同様の画像表示に寄与しないダミーの電位固定電極を設ける。そして、この電位固定電極を低インピーダンスで一定電位の電極に接続する。
製造プロセス上で発生する電荷注入は表示領域の最外側のダミーの電位固定電極に吸収され、表示のための電子源が破壊から保護される。
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では本発明の実施例をMIM(金属−絶縁体−金属)型電子源(カソード)を例として説明するが、他の薄膜型カソードについても同様に適用できるものである。
図1は、本発明の画素表示装置の実施例1を説明する陰極基板の模式平面図である。ガラスを好適とする陰極基板10の内面に信号線である下部電極11と走査線(図1では走査線バス配線21)で給電される上部電極13がフィールド絶縁層14と層間絶縁層15を介して交差(通常は直交)配置され、交差部に電子源ELSから構成される画素PXがマトリクス的に配置されている。
信号線である下部電極11は陰極基板10の上下に直接設置されるか、またはフレキシブルプリント基板で接続された信号線駆動回路50U、50Dで駆動される。信号線駆動回路50U、50Dは下部電極11のそれぞれに対応した信号線駆動回路チップDD1、DD2、DD3、DD4、・・・で構成される。また、走査線バス配線21は陰極基板10の左右に直接設置またはフレキシブルプリント基板で接続された走査線駆動回路60L、60Rで駆動される。走査線駆動回路60L、60Rは走査線バス配線21のそれぞれに対応した走査線駆動回路チップSD1、SD2、SD3、SD4、・・・で構成される。この画像表示装置の信号線、走査線バス配線は両側駆動方式であるが、一方又は双方を片側駆動としたものも既知である。
電子源ELSは、下部電極11とこの下部電極11の表面を陽極酸化して形成した電子加速層であるトンネル絶縁層12と上部電極13の積層で構成される。上部電極13は走査線バス配線21で給電される。電子源ELSをマトリクス配置した領域を表示領域ARで示す。
図1には、信号線である下部電極11の左右各外側に電位固定電極11D1、11D2を設け、低インピーダンスの一定電圧の電極部材80に接続されている。また、上部電極13に給電する走査線バス配線21の上下右各外側に電位固定電極21D1、21D2を設け、低インピーダンスの一定電圧の電極部材70に接続されている。表示に寄与する画素PXの電子源ELSは下部電極11と上部電極13の間にトンネル絶縁層が介在している。電位固定電極11D1、11D2と電位固定電極21D1、21D2の交差部にはフィールド絶縁層14または層間絶縁層15の一方のみとすることもできるが、画素部と同様の構成とすることが製造の容易さから望ましい。
図2は、本発明の画素表示装置のより具体的な構成例を説明するブロック図である。図2において、画像表示装置の画面を構成する表示パネル100の回りにフレキシブルプリント基板90を介して信号線駆動回路50U、50D、及び走査線駆動回路60L、60Rが設置されている。
この構成では、表示領域の外周に設けた電位固定電極11D1、11D2と電位固定電極21D1、21D2もフレキシブルプリント基板90を通して信号線駆動回路50U、50D、及び走査線駆動回路60L、60Rに至り、各駆動回路の一定電源に接続される。
上記の実施例では、表示領域の外周4辺の全てに電位固定電極を設けたが、隣接する2辺のそれぞれに設けることも可能であり、また平行する2辺、あるいは一辺にのみ設けても効果がある。
次に、本発明の画像表示装置の陰極基板の詳細構成を図3乃至図11に示す製造工程で説明する。先ず、図3に示したように、ガラス基板10上に下部電極11用の金属膜を成膜する。下部電極11の材料としてAl系金属を用いる。Al系金属を用いるのは、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、Alに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300nmとした。
成膜後はパターニング工程、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(図4)。下部電極11の電極幅は画像表示装置のサイズや解像度により異なるが、そのサブピクセルのピッチ程度、大体100〜200ミクロン程度とする。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。この電極は幅の広い簡易なストライプ構造のため、レジストのパターニングは安価なプロキシミティ露光や、印刷法などで行うことができる。
次に、電子放出部を制限し、下部電極11のエッジへの電界集中を防止するフィールド絶縁層(保護絶縁層とも言う)14と、トンネル絶縁層12を形成する。まず、図5に示した下部電極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てフィールド絶縁層14とする。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。その後、レジスト膜25を除去して残りの下部電極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10nmの絶縁層(トンネル絶縁層)12が形成される(図6)。
次に、層間絶縁層15と、上部電極13への給電線となる走査線バス配線とスペーサ(後述する)を配置するための、スペーサを走査線バス配線に電気的に接続するスペーサ電極となる金属膜を例えばスパッタリング法等で成膜する(図7)。この層間絶縁層15は、陽極酸化で形成するフィールド絶縁膜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と走査線バス配線間の絶縁を保つ役割を果たす。走査線バス配線の金属中間層17としてAlの肉厚配線を用い、金属下層16と金属上層18との間に挟んだ3層膜とする。なお、ここでは、金属下層16と金属上層18にはCrを用いた。Alの膜厚は配線抵抗を低減するため、できるだけ厚くしておく。ここでは、金属下層16を100nm、金属中間層17を4μm、金属上層18を100nmの膜厚とした。金属中間層17を導電性ペーストのスクリーン印刷等で形成することも可能である。
続いて、パターニングとエッチング工程により金属上層18を、下部電極11とは直交するストライプ形状に加工する。このエッチングには、例えば硝酸アンモニウムセリウム水溶液でのウェットエッチングを用いる。(図8)。
次に、図9に示したように、パターニングとエッチング工程により金属下層16を下部電極11とは直交するストライプ形状に加工する。エッチングは燐酸、酢酸の混合水溶液でのウェットエッチングで行う。その際、金属下層16の片側(電子源形成側、図9B−B'線断面図の左側)は金属上層18より張り出させ(突出させ)て、後の工程で上部電極13との接続を確保する接続電極(コンタクト部)とし、金属下層16の反対側(電子源形成側と反対側、図9B−B'線断面図の右側)では金属上層18をマスクとしてアンダーカットを形成し、後の工程で上部電極13を分離する庇を形成する。これにより、上部電極13を自己整合的に分離し、かつ給電を行う走査線バス配線を形成することができる。
続いて、層間絶縁層15を加工して電子放出部を開口する。電子放出部はサブピクセル内の1本の下部電極11と、この下部電極11と直交する2本の上部バス電極に挟まれた空間の直交部の一部に形成する。エッチングは、例えばCF4やSF6を主成分とするエッチング剤を用いたドライエッチングによって行うことができる(図10)。
最後に、上部電極13の成膜を行う。この成膜法は、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、膜厚は例えば6nmとした。この時、上部電極13は、電子放出部を挟む2本の走査線バス配線の一方(図11B−B'線断面図の右側)で、金属下層16の後退で形成された庇構造により切断される。一方、図11の左側では、走査線バス配線の金属下層16のコンタクト部(矢印19で示す)により断線を起こさずに接続され給電される構造となる(図11)。
図12は、本発明の画像表示装置の全体構成例の説明図であり、MIM型薄膜電子源を用いた画像表示装置を例とした模式平面図である。なお、図12では、主として電子源を有する一方のガラス基板(陰極基板)10の平面を示すが、一部に蛍光体を形成した他方のガラス基板(蛍光体基板、表示側基板、カラーフィルタ基板)は、その内面に有するブラックマトリクス120と蛍光体111,112,113のみを部分的に示し、基板自体は図示していない。
陰極基板10には、信号線駆動回路50に接続する信号線(データ線、信号電極配線)を構成する下部電極11、走査線駆動回路60に接続して信号線と直交配置された走査線(3層の走査線バス配線)21を構成する金属下層16と金属中間層17および金属上層18、フィールド絶縁膜14、その他の後述する機能膜等が形成されている。なお、陰極(電子放出部、電子源)は、上部バス電極に接続し、絶縁層を介して下部電極11に積層する上部電極(図示せず)で形成され、絶縁層の薄層部分で形成される絶縁層(トンネル絶縁層12)の部分から電子が放出される。
一方、表示側基板10の内面には、表示画像のコントラストを上げるための遮光層すなわちブラックマトリクス120と、赤色蛍光体111、緑色蛍光体112、青色蛍光体113とからなる。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)を用いることができる。陰極基板10と蛍光体基板とはガラス板又はセラミックス板からなるスペーサ30を介在させて所定の間隔で保持され、表示領域の外周に枠ガラス(封止枠、図示せず)を介在させて内部が真空封止される。
スペーサ30は、陰極基板10の走査線21の上部に配置し、蛍光面基板のブラックマトリクス120の下に隠れるように配置する。下部電極11は信号線駆動回路50へ接続し、走査線バス配線を構成する走査電極21は走査線駆動回路60に接続する。
この陰極構造では、低抵抗のAlまたはAl合金(例えば、Al―Nd)の配線を耐熱性と耐酸化性のあるCrまたはCr合金などにより挟んで積層構造をもつ走査線バス配線としたことにより、表示領域では上部電極13を自己整合的に加工でき、また封着工程を通しても劣化しない走査線バス配線を作成することができ、表示装置の配線抵抗により電圧降下を抑制することができる。
図12に示したMIM電子源は、陰極基板10上に信号線となる下部電極11、トンネル絶縁層12、上部電極13が積層されて電子放出部を形成し、トンネル絶縁層12以外の部分はフィールド絶縁層14、層間絶縁層15で走査電極と電気的に分離されている。
10・・・陰極基板、11・・・下部電極(信号線)、11D1、11D2、21D1、21D2・・・電位固定電極、70、80・・・低インピーダンスの一定電圧の電極部材、12・・・トンネル絶縁層、13・・・上部電極、14・・・フィールド絶縁膜(保護絶縁膜)、15・・・層間絶縁層、21・・走査線バス配線(走査線)、25・・・レジスト膜、30・・・スペーサ、50・・・信号線駆動回路、60・・・走査線駆動回路、111・・・赤色蛍光、112・・・緑色蛍光体、113・・・青色蛍光体、120・・・ブラックマトリクス、AR・・・表示領域、AM・・・ターゲットマーク(アライメントマーク)。
Claims (4)
- 信号線と、絶縁層を介して交差する走査線との当該交差部に薄膜型電子源を有し、前記薄膜型電子源を表示領域内にマトリクス状に配置した陰極基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置した複数色の蛍光体層と陽極を有する蛍光体基板と、前記表示領域を周回して前記陰極基板と前記蛍光体基板との間に介在して両基板を貼り合せる封止枠とで真空容器を構成してなる画像表示装置であって、
前記表示領域の少なくとも隣接する一対の辺の最外側に低インピーダンスで一定電位の電極に接続された電位固定電極を有することを特徴とする画像表示装置。 - 前記電位固定電極が前記信号線又は前記走査線と同様の配線であり、当該信号線又は走査線と交差する部分に絶縁層が介在されていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記少なくとも隣接する一対の辺に有する一対の電位固定電極の交差部に介在された前記絶縁層が前記薄膜型電子源を構成する絶縁層と同じ構成であることを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
- 前記信号線がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記薄膜型電子源を構成する絶縁層がその陽極酸化膜であることを特徴とする請求項2又は3に記載の画像表示装置。
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