JP2006253026A - 画像表示装置 - Google Patents

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

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。

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。 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。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図３に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図４に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図５に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図６に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図７に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図８に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図９に続く図である。 本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１０に続く図である。 本発明の画像表示装置の全体構成例の説明図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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