JPH11185676A

JPH11185676A - 電子放出素子フラットパネルディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH11185676A
Application number: JP35846597A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yanagisawa; 秀一柳沢; Takamasa Yoshikawa; 高正吉川; Kazuyuki Sakamura; 一到酒村; Atsushi Yoshizawa; 淳志吉澤; Takashi Chuma; 隆中馬; Nobuyasu Negishi; 伸安根岸; Takashi Yamada; 高士山田; Shingo Iwasaki; 新吾岩崎; Hiroshi Ito; 寛伊藤; Kiyohide Ogasawara; 清秀小笠原
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子を用いたフラットパネルディス
プレイ装置を提供する。【解決手段】真空空間を挾み互いに対向する一対の背
面基板及び透光性の前面基板と、各々が、背面基板の真
空空間側の表面に形成されたオーミック電極上に形成さ
れた金属又は半導体からなる電子供給層、電子供給層上
に形成された絶縁体層及び絶縁体層上に形成され真空空
間に面する金属薄膜電極からなる電子放出素子の複数
と、を備え、前面基板がその真空空間側の表面に形成さ
れたコレクタ電極及びコレクタ電極上に形成された蛍光
体層を有し、蛍光体層に対応する複数の発光部からなる
画像表示配列を有している電子放出素子フラットパネル
ディスプレイ装置であって、背面基板は、各々が電子放
出素子の間に配置されかつ背面基板から真空空間側の金
属薄膜電極の表面までの距離より大なる高さを有しかつ
真空空間へ突出する複数の絶縁性の隔壁を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子に関
し、特に電子放出素子の複数を例えばマトリクス状など
の画像表示配列にした電子放出素子フラットパネルディ
スプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電界電子放出素子フラットパネ
ルディスプレイ装置のＦＥＤ（fieldemission displa
y）が、陰極の加熱を必要としない冷陰極の電子放出源
のアレイを備えた平面形発光ディスプレイとして知られ
ている。例えば、spindt形冷陰極を用いたＦＥＤの発光
原理は、冷陰極アレイが異なるもののＣＲＴ（cathode
ray tube）と同様に、陰極から離間したゲート電極によ
り電子を真空中に引出し、透明陽極に塗布された蛍光体
に衝突させて、発光させるものである。

【０００３】しかしながら、この電界放出源は、微細な
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基
板上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡ１₂
Ｏ₃絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層
を順に形成した構造を有するものがある。これを真空中
で対向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間
に電圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加す
ると、電子の一部が上部Ａｕ層を飛び出し対向電極に達
する。

【０００４】しかしながら、ＭＩＭ構造の電子放出素子
でも、放出電流は１×１０^-5Ａ／cm ²程度で、放出電流
比は１×１０^-3程度にすぎず、画像表示に十分な放出電
子の量が得られておらず、該素子を複数用いたフラット
パネルディスプレイ装置もまだ十分とはいえない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出効率の高い電子放出素子
を用いたフラットパネルディスプレイ装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空空間を挾
み互いに対向する一対の背面基板及び透光性の前面基板
と、各々が、前記背面基板の前記真空空間側の表面に形
成されたオーミック電極上に形成された金属又は半導体
からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶
縁体層及び前記絶縁体層上に形成され前記真空空間に面
する金属薄膜電極からなる電子放出素子の複数と、を備
え、前記前面基板がその前記真空空間側の表面に形成さ
れたコレクタ電極及び前記コレクタ電極上に形成された
蛍光体層を有し、前記蛍光体層に対応する複数の発光部
からなる画像表示配列を有している電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置であって、前記背面基板は、
各々が前記電子放出素子の間に配置されかつ前記背面基
板から前記真空空間側の前記金属薄膜電極の表面までの
距離より大なる高さを有しかつ前記真空空間へ突出する
複数の絶縁性の隔壁を有することを特徴とする。これに
より、基板保持のためのスペーサなどの接触から前記バ
ス電極を守り、その断線を防止することができる。

【０００７】上記電子放出素子フラットパネルディスプ
レイ装置において、前記背面基板上に形成されかつ隣接
する前記電子放出素子間に配置された絶縁性支持部を有
し、前記隔壁が前記絶縁性支持部上に形成されているこ
とを特徴とする。上記電子放出素子フラットパネルディ
スプレイ装置において、前記隔壁はその上部に前記背面
基板に略平行な方向に突出するオーバーハング部を有す
ることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による実施例の電
子放出素子フラットパネルディスプレイ装置を図面を参
照しつつ説明する。図１に示すように、電子放出素子フ
ラットパネルディスプレイ装置の１つの電子放出素子Ｓ
は、ガラスなどからなる背面基板１０上に、アルミニウ
ム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）などからなるオーミッ
ク電極１１を形成し、その上に例えばシリコン（Ｓｉ）
などからなる電子供給層１２を形成し、その上に例えば
ＳｉＯ_x（Ｘ＝０．１から２．０）などからなる絶縁体
層１３及び真空空間に面する例えば白金（Ｐｔ）、金
（Ａｕ）等などの金属薄膜電極１５を積層して構成され
る。背面基板１０の材質はガラスの他に、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄、ＢＮ等のセラミックスでも良い。例えば、背面
基板内面には、金属オーミック電極を厚さ３００ｎｍ程
度成膜し、その上に電子供給層を約５μｍ成膜し、更に
絶縁体層を４００ｎｍ程度成膜する。その上に金属薄膜
電極を約１０ｎｍ成膜し、電子放出素子単体が完成す
る。

【０００９】前面基板１はその内面にインジウム錫酸化
物（いわゆるＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）等からなるコレクタ電極２を有し、背面基板
１０の電子放出素子Ｓから発した電子を受ける。透明コ
レクタ電極２の上に蛍光体３R,G,Bが塗布されている。
このように、本発明の電子放出素子フラットパネルディ
スプレイ装置の発光パネル部分は透光性の前面基板１
と、真空空間４を挾み対向し内面に複数の電子放出素子
Ｓを有する背面基板１０の一対からなる。これら一対の
背面及び前面基板１０，１は真空空間４を挾んでスペー
サなどで保持され、封止されている。

【００１０】電子放出素子の発光原理は、図１に示すよ
うに、表面の金属薄膜電極１５を正電位Ｖｄとし裏面オ
ーミック電極１１を接地電位としたダイオード構造から
説明できる。オーミック電極１１と金属薄膜電極１５と
の間に電圧Ｖｄを印加し電子供給層１２に電子を注入す
ると、ダイオード電流Ｉｄが流れ、絶縁体層１３は高抵
抗であるので、印加電界の大部分は絶縁体層１３にかか
る。電子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３
内を移動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子は、
そこで強電界により一部は金属薄膜電極１５をトンネル
し、外部の真空中に放出される。このトンネル効果によ
って金属薄膜電極１５から放出された電子ｅ（放出電流
Ｉｅ）は、対向したコレクタ電極（透明電極）２に印加
された高い加速電圧Ｖｃによって加速され、コレクタ電
極２に集められる。コレクタ電極に蛍光体３が塗布され
ていれば対応する可視光を発光させる。

【００１１】電子放出素子の電子供給層１２の材料とし
てはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、ａ−Ｓｉの
ダンリングボンドを水素（Ｈ）で終結させた水素化アモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、さらにＳｉの一部
を炭素（Ｃ）で置換した水素化アモルファスシリコンカ
ーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）が有効であるが、Ｓｉの一
部を窒素（Ｎ）で置換した水素化アモルファスシリコン
ナイトライド（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）などの化合物半導体も
用いられ得、ホウ素、アンチモンをドープしたシリコン
も用いられ得る。

【００１２】絶縁体層１３は誘電体からなり５０ｎｍ以
上の極めて厚い膜厚を有するものである。絶縁体層１３
の誘電体材料としては、酸化珪素ＳｉＯ_x（ｘは原子比
を示す）が特に有効であるが、ＬｉＯ_x，ＬｉＮ_x，Ｎａ
Ｏ_x，ＫＯ_x，ＲｂＯ_x，ＣｓＯ_x，ＢｅＯ_x，ＭｇＯ_x，Ｍ
ｇＮ_x，ＣａＯ_x，ＣａＮ_x，ＳｒＯ_x，ＢａＯ_x，Ｓｃ
Ｏ_x，ＹＯ_x，ＹＮ_x，ＬａＯ_x，ＬａＮ_x，ＣｅＯ_x，Ｐｒ
Ｏ_x，ＮｄＯ_x，ＳｍＯ_x，ＥｕＯ_x，ＧｄＯ_x，ＴｂＯ_x，
ＤｙＯ_x，ＨｏＯ_x，ＥｒＯ_x，ＴｍＯ_x，ＹｂＯ_x，Ｌｕ
Ｏ_x，ＴｂＯ_x，ＤｙＯ_x，ＨｏＯ_x，ＥｒＯ_x，ＴｍＯ_x，
ＹｂＯ_x，ＬｕＯ_x，ＴｉＯ_x，ＴｉＮ_x，ＺｒＯ_x，Ｚｒ
Ｎ_x，ＨｆＯ_x，ＨｆＮ_x，ＴｈＯ_x，ＶＯ_x，ＶＮ_x，Ｎｂ
Ｏ_x，ＮｂＮ_x，ＴａＯ_x，ＴａＮ_x，ＣｒＯ_x，ＣｒＮ_x，
ＭｏＯ_x，ＭｏＮ_x，ＷＯ_x，ＷＮ_x，ＭｎＯ_x，ＲｅＯ_x，
ＦｅＯ_x，ＦｅＮ_x，ＲｕＯ_x，ＯｓＯ_x，ＣｏＯ_x，Ｒｈ
Ｏ_x，ＩｒＯ_x，ＮｉＯ_x，ＰｄＯ_x，ＰｔＯ_x，ＣｕＯ_x，
ＣｕＮ_x，ＡｇＯ_x，ＡｕＯ_x，ＺｎＯ_x，ＣｄＯ_x，Ｈｇ
Ｏ_x，ＢＯ_x，ＢＮ_x，ＡｌＯ_x，ＡｌＮ_x，ＧａＯ_x，Ｇａ
Ｎ _x，ＩｎＯ_x，ＴｉＯ_x，ＴｉＮ_x，ＳｉＮ_x，ＧｅＯ_x，
ＳｎＯ_x，ＰｂＯ_x，ＰＯ_x，ＰＮ_x，ＡｓＯ_x，ＳｂＯ_x，
ＳｅＯ_x，ＴｅＯ_xなどの金属酸化物又は金属窒化物でも
よい。

【００１３】また、ＬｉＡｌＯ₂，Ｌｉ₂ＳｉＯ₃，Ｌｉ₂
ＴｉＯ₃，Ｎａ₂Ａｌ₂₂Ｏ₃₄，ＮａＦｅＯ₂，Ｎａ₄ＳｉＯ
₄，Ｋ₂ＳｉＯ₃，Ｋ₂ＴｉＯ₃，Ｋ₂ＷＯ₄，Ｒｂ₂Ｃｒ
Ｏ₄，ＣＳ₂ＣｒＯ₄，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＭｇＦｅ₂Ｏ₄，Ｍ
ｇＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＣａＷＯ₄，ＣａＺｒＯ₃，Ｓ
ｒＦｅ₁₂Ｏ₁₉，ＳｒＴｉＯ₃，ＳｒＺｒＯ₃，ＢａＡｌ₂
Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₁₉，ＢａＴｉＯ₃，Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂，Ｙ
₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＬａＦｅＯ₃，Ｌａ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，Ｌａ₂Ｔｉ
₂Ｏ₇，ＣｅＳｎＯ₄，ＣｅＴｉＯ₄，Ｓｍ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，Ｅ
ｕＦｅＯ₃，Ｅｕ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＧｄＦｅＯ₃，Ｇｄ₃Ｆｅ₅
Ｏ₁₂，ＤｙＦｅＯ₃，Ｄｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＨｏＦｅＯ₃，Ｈ
ｏ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＥｒＦｅＯ₃，Ｅｒ₃Ｆｅ₅Ｏ ₁₂，Ｔｍ₃Ｆ
ｅ₅Ｏ₁₂，ＬｕＦｅＯ₃，Ｌｕ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＮｉＴｉ
Ｏ₃，Ａｌ₂ＴｉＯ₃，ＦｅＴｉＯ₃，ＢａＺｒＯ₃，Ｌｉ
ＺｒＯ₃，ＭｇＺｒＯ₃，ＨｆＴｉＯ₄，ＮＨ₄ＶＯ₃，Ａ
ｇＶＯ₃，ＬｉＶＯ₃，ＢａＮｂ₂Ｏ₆，ＮａＮｂＯ₃，Ｓ
ｒＮｂ₂Ｏ₆，ＫＴａＯ₃，ＮａＴａＯ₃，ＳｒＴａ₂Ｏ₆，
ＣｕＣｒ₂Ｏ₄，Ａｇ₂ＣｒＯ₄，ＢａＣｒＯ₄，Ｋ₂ＭｏＯ
₄，Ｎａ₂ＭｏＯ₄，ＮｉＭｏＯ₄，ＢａＷＯ₄，Ｎａ₂ＷＯ
₄，ＳｒＷＯ₄，ＭｎＣｒ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＴｉ
Ｏ₃，ＭｎＷＯ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＷ
Ｏ₄，ＣｏＭｏＯ₄，ＣｏＴｉＯ₃，ＣｏＷＯ₄，ＮｉＦｅ
₂Ｏ₄，ＮｉＷＯ₄，ＣｕＦｅ₂Ｏ₄，ＣｕＭｏＯ₄，ＣｕＴ
ｉＯ₃，ＣｕＷＯ₄，Ａｇ₂ＭｏＯ₄，Ａｇ₂ＷＯ₄，ＺｎＡ
ｌ₂Ｏ₄，ＺｎＭｏＯ₄，ＺｎＷＯ₄，ＣｄＳｎＯ₃，Ｃｄ
ＴｉＯ₃，ＣｄＭｏＯ₄，ＣｄＷＯ₄，ＮａＡｌＯ₂，Ｍｇ
Ａｌ₂Ｏ₄，ＳｒＡｌ₂Ｏ₄，Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂，ＩｎＦｅＯ
₃，ＭｇＩｎ₂Ｏ₄，Ａｌ₂ＴｉＯ₅，ＦｅＴｉＯ₃，ＭｇＴ
ｉＯ₃，Ｎａ₂ＳｉＯ₃，ＣａＳｉＯ₃，ＺｒＳｉＯ₄，Ｋ₂
ＧｅＯ₃，Ｌｉ₂ＧｅＯ₃，Ｎａ₂ＧｅＯ₃，Ｂｉ₂Ｓｎ
₃Ｏ₉，ＭｇＳｎＯ₃，ＳｒＳｎＯ₃，ＰｂＳｉＯ₃，Ｐｂ
ＭｏＯ₄，ＰｂＴｉＯ₃，ＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₃，ＣｕＳｅ
Ｏ₄，Ｎａ₂ＳｅＯ₃，ＺｎＳｅＯ₃，Ｋ₂ＴｅＯ₃，Ｋ₂Ｔ
ｅＯ₄，Ｎａ₂ＴｅＯ₃，Ｎａ₂ＴｅＯ₄などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ₂Ｓ₃，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ₂，ＳｍＦ₃などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ₂，ＣｒＣｌ₃などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ₂などの臭化物、ＰｂＩ₂，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ₂などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層１３の誘電体材料として有効で
ある。

【００１４】さらに、絶縁体層１３の誘電体材料として
ダイヤモンド，フラーレン(C_2n)などの炭素、或いは、A
l₄C₃，B₄C，CaC₂，Cr₃C₂，Mo₂C，MoC，NbC，SiC，TaC，
TiC，VC，W₂C，WC，ZrCなどの金属炭化物も有効であ
る。なお、フラーレン(C_2n)は炭素原子だけからなりＣ
₆₀に代表される球面篭状分子でＣ₃₂〜Ｃ₉₆₀などがあ
り、また、上式中、O_x，N_xのｘは原子比を表す。以下、
同じ。

【００１５】絶縁体層の厚さは、５０ｎｍ以上、好まし
くは 100〜1000ｎｍ程度である。電子放出側の金属薄膜
電極１５の材料としてはＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒな
どの金属が有効であるが、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｌ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得
る。

【００１６】またこれら薄膜の成膜法としては、スパッ
タリング法が特に有効であるが、真空蒸着法、ＣＶＤ
（chemical vapor deposition）法、レーザアブレーシ
ョン法、ＭＢＥ（molecular beam epitaｘy）法、イオ
ンビームスパッタリング法でも有効である。このよう
に、各々の電子放出素子において、背面基板の金属オー
ミック電極と金属薄膜電極の間に、金属薄膜電極が正に
なるように直流電圧を印加すると、金属薄膜電極を通過
して電子が放出される間に、金属薄膜電極と前面基板の
透明コレクタ電極との間に例えば５ｋＶ程度の高電圧を
印加することにより、放出された電子が加速され、前面
基板に塗布された蛍光体に衝突し、そのエネルギーによ
り蛍光体が発光するのである。

【００１７】実際にこの電子放出と蛍光体発光を利用し
て平面ディスプレイを構成するには以下１．〜３．のよ
うな制限が生じてくるので、これら課題を解決する必要
がある。１．前面基板の蛍光体を光の３原色に相当するＲ，Ｇ，
Ｂに塗り分けなければならない。前面基板にＲ，Ｇ，Ｂ
３色の蛍光体を塗布する必要があるが、一画素に３色を
入れる為、背面基板と張り合わせた時にオーミック電極
方向と同一になるラインに沿ってＲ，Ｇ，Ｂそれぞれを
交互に塗り分けなければならない。

【００１８】２．画像を表示する場合には例えばマトリ
クス配列された複数画素に対応する電子放出素子を作ら
なければならない。単純マトリクス駆動で画像表示を行
う場合、背面基板においては電子放出素子を構成する金
属オーミック電極とバス電極を含む電極薄膜をそれぞれ
ストライプ状に形成し、しかもそれぞれの電極を直交さ
せる必要がある。オーミック電極とバス電極との交点が
１画素となるが、その大きさは画面サイズと表示精細度
の関係により決まってくる。画素ピッチはＲ，Ｇ，Ｂ発
光部を含んだ大きさとなるが、基本単位となるのはセル
ピッチである。

【００１９】３．蛍光体をカラーＣＲＴ用のものを利用
した場合、発光輝度をある程度得る為には、電子の加速
電圧を５ｋＶ以上としなければならない。実際のＣＲＴ
は加速電圧として２０ｋＶ程度を印加している。ここで
問題となるのは、金属薄膜電極と前面基板の透明コレク
タ電極との間の距離である。前面基板と背面基板を対向
させ封止した後、内部を真空排気するが、この基板間距
離が短い状態で高電圧を印加すると金属薄膜電極と透明
コレクタ電極との間で放電現象が生じ電子放出素子が破
壊する。そこで、金属薄膜電極及び透明コレクタ電極間
の距離は１ｍｍ以上離れている必要がある。画面サイズ
が小さい場合は、パネル周縁にギャップ形成用のスペー
サを設置して前面基板と背面基板を保持しておけば問題
がないが、５インチ程度以上からはパネル周縁部分のみ
のスペーサ保持だけでは両基板の強度が十分とれずに、
基板が破壊する、もしくは両基板が中央で接触するほど
たわんでしまう、という不具合が生じる。そこで、我々
は画面内部にもスペーサの効果を持たせる隔壁を形成す
る。どの程度の頻度で隔壁を設置するか、どの程度の大
きさにするのか問題である。いずれにしろ開口率を減少
させてしまうし、高さ１ｍｍの隔壁を作製することは容
易ではない。

【００２０】そこで、内部にも隔壁を有する実施例の電
子放出素子フラットパネルディスプレイ装置を案出した
ので、これを図２に示す。実施例のフラットパネルディ
スプレイ装置は、ガラスなどの一対の透光性の前面基板
１及び背面基板１０からなり、背面基板１０側の隔壁Ｒ
Ｒと前面基板１側の第２隔壁ＦＲとが当接して、両基板
は真空空間４を挾み互いに対向している。

【００２１】背面基板１０の真空空間４側内面には、そ
れぞれ平行に伸長する複数のオーミック電極１１が形成
されている。オーミック電極１１は、カラーディスプレ
イパネルとするために赤、緑、青のＲ，Ｇ，Ｂ色信号に
応じて３本１組となっており、それぞれに所定信号が印
加される。オーミック電極１１の上に電子放出素子Ｓの
複数が形成され、電子放出素子Ｓがマトリクス状に配置
されている。隣接する素子の金属薄膜電極の一部上に、
これらを電気的に接続し、オーミック電極に垂直に伸長
して架設され、それぞれが平行に伸長する複数のバス電
極１６が設けられている。オーミック電極１１及びバス
電極１６の交点が電子放出素子Ｓに対応する。よって、
本発明の表示装置の駆動方式としては単純マトリクス方
式またはアクティブマトリクス方式が適用できる。

【００２２】図３に示すように、電子放出素子Ｓはオー
ミック電極１１上に順に形成された電子供給層１２、絶
縁体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。金属薄膜電
極１５は真空空間４に面している。特に、電子放出素子
Ｓの各々を取り囲み複数の電子放出領域に区画する絶縁
性支持部１７が形成されている。この絶縁性支持部１７
はバス電極１６を支え、断線を防止する。すなわち、図
３に示すように、電子放出素子以外の周縁部にあらかじ
め絶縁性支持部、或いは電気抵抗の大きい物質を、その
後の工程で電子放出素子を形成した場合の最終的な厚さ
と同程度に成膜しておくのである。

【００２３】さらに、本実施例では、背面基板１０から
真空空間４へ突出するように絶縁性支持部１７上に背面
基板側の隔壁ＲＲが形成されている。隔壁ＲＲは所定間
隔で間隔を隔てて配置されている。図２では、隔壁ＲＲ
は電子放出素子Ｓ毎にそれらの間に形成されているが、
隔壁ＲＲを、電子放出素子Ｓの例えば２，３個毎の間に
間隔をあけて形成してもよい。また、図２では、隔壁Ｒ
Ｒはオーミック電極１１にほぼ垂直な方向に連続して形
成されているが、図１７に示すように、前面基板１側の
第２隔壁ＦＲに当接する部分を含む上部面積を残して間
欠的に形成してもよい。これにより、バス電極１６の延
在せしめる方向を蛍光体層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに一致させ
ることができる。いずれにしても隔壁ＲＲは電子放出素
子Ｓ間に形成されている。

【００２４】更に、この隔壁ＲＲはその上底面積が、背
面基板と接する下底面積よりも大きく形成されることが
好ましい。すなわち、隔壁ＲＲはその上部に背面基板に
略平行な方向に突出するオーバーハング部を有するよう
に、形成されることが好ましい。更に、図２では、背面
基板１０の金属薄膜電極１５上に設けられたバス電極１
６の形状が単純な直線状で形成されているが、バス電極
１６を直線状でなく、電子放出素子の金属薄膜電極１５
の間において、金属薄膜電極上における幅よりも大なる
幅を有するように、すなわち電子放出素子の間では素子
上よりも太くなるように形成することが好ましい。これ
によって、バス電極の抵抗値を低減できる。

【００２５】オーミック電極１１は、その材料として
は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ等の一般にＩＣの配線に用い
られる材料やクロム、ニッケル、クロムの３層構造、Ａ
ｌとＮｄの合金、ＡｌとＭｏの合金、ＴｉとＮの合金も
用いられ得、その厚さは各素子にほぼ同電流を供給する
均一な厚さである。なお、図２では図示しないが背面基
板１０及びオーミック電極１１間には、ＳｉＯ_x，Ｓｉ
Ｎ_x，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮなどの絶縁体からなインシュレ
ータ層を形成してもよい。インシュレータ層はガラスの
背面基板１０から素子への悪影響（アルカリ成分などに
不純物の溶出や、基板面の凹凸など）を防ぐ働きをな
す。

【００２６】金属薄膜電極１５の材質は、電子放出の原
理から仕事関数φが小さい材料で、薄い程良い。電子放
出効率を高くするために、金属薄膜電極１５の材質は周
期律表のＩ族、II族の金属が良く、たとえばＣｓ，Ｒ
ｂ，Ｌｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ等が有効で、更に、
それらの合金であっても良い。また、金属薄膜電極１５
の材質は極薄化の面では、導電性が高く化学的に安定な
金属が良く、たとえばＡｕ，Ｐｔ，Ｌｕ，Ａｇ，Ｃｕの
単体又はこれらの合金等が望ましい。また、これらの金
属に、上記仕事関数の小さい金属をコート、あるいはド
ープしても有効である。

【００２７】バス電極１６の材料としては、Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ａｌ，Ｃｕ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で
良く、各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る
厚さで、 0.1〜５０μｍが適当である。但し、抵抗値が
許容出来るのであれば、バス電極を使用しないで、金属
薄膜電極に使用する材料を使用することもできる。一
方、表示面である透明ガラスなどの透光性の前面基板１
の内面（背面基板１０と対向する面）には、ＩＴＯから
なる透明なコレクタ電極２が一体的に形成され、これに
高い電圧が印加される。なお、ブラックストライプやバ
ックメタルを使用する場合は、ＩＴＯを設けずにこれら
をコレクタ電極とすることが可能である。

【００２８】コレクタ電極２上には、フロントリブ（第
２隔壁）ＦＲがオーミック電極１１に平行となるように
複数形成されている。延在しているフロントリブ間のコ
レクタ電極２の上には、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体か
らなる蛍光体層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが真空空間４に面する
ように、それぞれ形成されている。このように、各蛍光
体の境には背面基板と前面基板の距離を一定（例えば１
ｍｍ）に保つ為のフロントリブ（第２隔壁）ＦＲが設け
られている。背面基板１０上に設けられたリアリブ（隔
壁）ＲＲと直交する方向にフロントリブ（第２隔壁）Ｆ
Ｒとが前面基板１に設けられているので、前面基板の蛍
光体を光の３原色に相当するＲ，Ｇ，Ｂに塗り分けが確
実になる。

【００２９】このように、実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置はマトリクス状に配置されか
つ各々が赤Ｒ、緑Ｇ及び青Ｂの発光部からなる発光画素
の複数からなる画像表示配列を有している。もちろん、
ＲＧＢの発光部に代えてすべてを単色の発光部としてモ
ノクロムディスプレイパネルも形成できる。次に、電子
放出素子フラットパネルディスプレイ装置製造工程を説
明する。 <背面基板作製＞図４に示すように、パターニング工程
により、ガラス等の絶縁性基板上に互いに平行な複数の
ストライプ状にオーミック電極１１の複数を形成する。
オーミック電極材質としては電気抵抗が小さく、膜とし
て形成可能な物質ならなんでもよいが特にアルミニニウ
ム、タングステンが好適である。ストライプの寸法とし
て１例をあげると、幅１６０μｍ、厚さ０．３μｍ、線
間隔３００μｍである。

【００３０】ストライプ状オーミック電極１１を形成す
る方法は例えばマスクを用いてオーミック電極部分のみ
に成膜する方法もあるし、基板全面に電極膜を成膜して
おいてから各種エッチングによりオーミック電極部分の
みを残すという方法でも良い。また、スクリーン印刷法
や感光性ペースト法でも良い。絶縁性支持部工程では、
図５に示すように、作製したオーミック電極面上に、後
工程で電子放出素子となるべき部分を開口１７ａとして
除いた電気絶縁性の絶縁性支持部１７を形成する。絶縁
性支持部１７材料は例えば、ポリイミドである。開口１
７ａはオーミック電極１１を露出させる。絶縁性支持部
１７の厚さは最終的に電子放出素子の厚さと同程度にな
るようになし、実施例としては例えば５μｍとしてい
る。

【００３１】電子放出素子となるべき部分の開口は幅が
電極より大きく２００μｍで、長手方向の長さが４４０
μｍとしている。開口の幅は、マスクの重ね合わせ時の
位置ずれを考慮に入れ、オーミック電極１１と、後工程
で成膜されるＳｉＯ_x（Ｘ＝０．１から２．０）とが直
接接触することがないように配慮したものである。この
絶縁性支持部工程では、後工程で電子放出素子毎に電子
供給層材料のシリコンを５μｍの厚さに成膜し、最後に
金属オーミック電極方向と直交する方向に電気的に連続
に金属薄膜電極を成膜、或いは島状の金属薄膜電極を電
気的に接続するバス電極を成膜する必要があるが、もし
この電子放出素子以外の絶縁性支持部１７を設けなけれ
ば、電子供給層材料のシリコン層の５μｍ膜厚の段差に
より、最上部の連続的金属薄膜電極又はバス電極が断線
する確率が非常に高くなる。１個所でも断線した場合
は、ディスプレイパネルにおいてそのライン全てが欠陥
となるが、これが解消される。

【００３２】この絶縁性支持部１７の形成には例えばス
クリーン印刷法を用いれば良い。また、この絶縁性支持
部の形成をこの工程に入れるのは、熱の影響を次工程に
かけないためである。素子作製前に熱をかけることによ
り素子には余計な熱の影響がなくなる。次に、隔壁形成
工程では、図６に示すように、さらに背面基板１０上か
ら突出する複数の電気絶縁性のリアリブＲＲが、オーミ
ック電極１１延在方向に直交するように絶縁性支持部１
７上にわたって形成される。すなわち、リアリブＲＲ間
に少なくともオーミック電極１１の一部分を露出せしめ
ている。金属オーミック電極と直交する方向において、
電子放出素子間の絶縁性支持部１７上に形成されたリア
リブＲＲの寸法は、例えば幅１００μｍ、高さ（厚さ）
１０μｍとする。このリアリブＲＲの形成にも例えばス
クリーン印刷法を用いれば良い。

【００３３】このリアリブＲＲの効果として以下のよう
なことが達成できる。オーミック電極１１と同じ向きに
連続して延在する隔壁を背面基板の方に作製すること
は、金属薄膜電極の断線が起こる為、不可能である。フ
ロントリブＦＲのみで背面基板と前面基板を張り合わせ
た場合、配置的には問題ないが、高さ１ｍｍのフロント
リブＦＲが直接金属薄膜電極と接するため、やはり背面
基板の金属薄膜電極が断線する確率が非常に高くなる。
しかし、オーミック電極１１に直交するような絶縁性の
リアリブＲＲが設けられていれば、前面基板のフロント
リブＦＲは背面基板のリアリブＲＲと当接する為、バス
電極の断線は起こり得ない。また、背面基板と前面基板
両方から隔壁を作製する為、それぞれの隔壁の高さが低
くて済む為、作製が容易になると同時に張り合わせ後の
強度が上がるという効果が有る。更に、張り合わせ後に
内部を真空排気し、真空空間４を形成し、しかる後に封
止するというＣＲＴ同等の工程が入るが、フロントリブ
ＦＲ及びリアリブＲＲが直交していることにより全ての
空間が連続しているので、この真空排気が容易に行える
という効果もある。

【００３４】このリアリブＲＲの横断面は直方体でも良
いが、絶縁性支持部１７と接触する部分（下底）の電極
方向の長さが上面（上底）のそれより短く、電極方向の
断面が台形となっている方が更に好ましい。すなわち、
リアリブＲＲの上部に基板に平行な方向に突出するオー
バーハング部１８が、リアリブＲＲの伸長方向に沿って
形成されている。スクリーン印刷のほかに、オーバーハ
ング部１８はフォトリソグラフィ法等の手法を用いてリ
アリブＲＲのアンダカットとして形成できる。

【００３５】隔壁材料の一例として非感光性のポリイミ
ドを、例えばスピンコート法で所定膜厚に背面基板のオ
ーミック電極１１上に形成し、その上にフォトレジスト
のフォトレジストマスクを形成して、リアクティブイオ
ンエッチング等の手法を用いてリアリブＲＲのパターン
形状にエッチングする。ポリイミド膜をエッチャントで
あるアルカリ溶液でエッチングを行うことで、リアリブ
ＲＲがアンダーカット状態となる。

【００３６】尚、これまでポリイミドと称していたの
は、イミド化する前の前駆体状態の物質を含むものであ
り、ポストベークで３００℃程度で硬化せしめると本当
のポリイミドとなる。しかし、ポリイミドの代わりの材
質としては、下部の支持材料がそれぞれエッチングされ
ない絶縁物であれば何でもよく、電子供給層材料の成膜
前に強度を保持できる電気絶縁性物質を用いることがで
きる。

【００３７】その後、図７に示すように、電子供給層形
成工程にて、露出したオーミック電極１１の部分の各々
上にマスク３１を介して電子供給層材料のシリコンを堆
積させ、少くとも１層の電子供給層１２を形成する。絶
縁性支持部１７を形成した際に電子放出素子となるべき
部分を開口として残しておいたが、マスク３１にも同様
な開口があり、絶縁性支持部１７の開口内部に、幅２４
０μｍ、長手方向は４８０μｍでシリコンを成膜する。
厚さは５μｍである。シリコン層１２部分の高さは絶縁
性支持部１７の高さとほぼ一致し、段差はなくなる。た
だ、境界で多少の盛り上がりがみられるが、マスク３１
が高さ１０μｍのリアリブＲＲの上にある為、シリコン
が拡散し、明確な段差が出来ず、なめらかな曲線とな
る。シリコンは蒸着法でもスパッタ法でもどちらで成膜
してもよい。

【００３８】その後、絶縁体層形成工程にて、図８に示
すように、シリコン層１２上の全面にＳｉＯ_x（Ｘ＝
０．１から２．０）を厚さ約０．４μmの絶縁体層１３
を、蒸着法、スパッタ法などで形成する。ＳｉＯ_xは絶
縁性の為、ベタで一様に成膜しても問題は生じない。そ
れどころか、各電子放出素子同士を電気的に分離する役
目も果たす。また各物質の成膜で生じた段差を緩和する
効果も有る。このことは，最終的に表面に形成する金属
薄膜電極や、その上に形成するバス電極が段差により断
線しないという効果となって表れる。

【００３９】次に、図９に示すように、金属薄膜電極１
５を絶縁体層１３上に電子放出素子毎に成膜する。オー
ミック電極に直交する方向であれば、電子放出素子毎で
なく、連続でも構わないが、実際に成膜する場合、蒸着
またはスパッタリングを用いることが多い為、マスクを
前記のような連続ストライプ状に加工しなくてはなら
ず、多数のストライプ状スリットのあるマスクは取り扱
い上、マスク強度の面でその使用が難しい。そこで、シ
リコン電子供給層１２を成膜したと同様に、マスク３２
を用いて電子放出素子に個別に金属薄膜電極１５を形成
する。よって、図１０に示すように、金属薄膜電極１５
はバス電極により連結されるべき個別の島状電極として
形成される。多数のストライプ状スリットのあるマスク
よりも電子放出素子各々に対応する開口を有するマスク
３２の方がその強度が確保される。また、連続ストライ
プ状が形成可能である場合、またはエッチング等の他の
成膜方法等によりストライプ状が可能である場合は、上
記のようにマスクを用いた電子放出素子毎の個別の金属
薄膜電極成膜にこだわる必要はない。

【００４０】金属薄膜電極の材質は、仕事関数の低いも
のであれば構わないが、白金または金が好ましい。成膜
時の厚さは１０ｎｍ程度であり、成膜の方法は蒸着、ス
パッタが好適であるが上記のようにエッチング方法でも
構わない。つぎのバス電極形成工程にて、図１１に示す
ように、金属薄膜電極１５の一部分上にバス電極１６
を、蒸着法、スパッタ法などでマスク３３を用いて形成
する。金属薄膜電極間の導通を確実にする為にバス電極
１６を設ける。バス電極１６の材質は電気抵抗が小さい
ものであればなんでもよいが、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕなど抵
抗率の低い金属が望ましいのはもちろんである。

【００４１】バス電極１６はオーミック電極１１に直交
する方向に導通をとるものであるので、図１２に示すよ
うに、その方向に線状に設ければよいが、更に導通を確
実にし抵抗を下げる為に、金属薄膜電極１５上は細い線
幅にし、金属薄膜電極１５の間は太くするような形状と
し、金属薄膜電極１５上の開口率を確保する。なお、露
出する金属薄膜電極１５の表面を除き、バス電極１６及
び絶縁体層１３上に格子状に第２絶縁層（図示せず）を
形成すれば、バス電極を覆うので不要な短絡を防止でき
る。 <前面基板作製＞まず、図１３に示すように、ガラスな
どの透光性の前面基板１上に透明コレクタ電極２を成膜
する。この透明コレクタ電極２は、可視光の透過率が高
いもので、電気抵抗の低いものであれば良いが、特にＩ
ＴＯなどは最適である。この透明コレクタ電極２を０．
４μｍの厚さに前面基板全面成膜する。

【００４２】次に、図１４に示すように、透明コレクタ
電極上にブラックストライプＢＭを形成する。このブラ
ックストライプＢＭは、背面基板と張り合わせた時に、
背面基板の電子放出素子に対応する部分が開口１９とな
っており、それ以外の部分に光吸収性の物質を格子状に
設ける。例えば、縦横の幅が１００μｍずつとし、厚さ
は１μｍとする。これは、ＣｄＴｅをスクリーン印刷に
より成膜すればよい。

【００４３】次に、図１５に示すように、前面及び背面
基板を張り合わせた時に、オーミック電極と並行になる
ように、前面基板１上にフロントリブ（第２隔壁）ＦＲ
を形成する。幅は１００μｍ程度で高さは１ｍｍとす
る。材質は絶縁性のものが用いられる。絶縁性材料をブ
ラックストライプＢＭ上に一様に１ｍｍ膜厚で成膜して
微細な固体粒子を吹き付けるサンドブラスト法やスクリ
ーン印刷等の厚さを稼げる方法で形成すればよい。この
フロントリブ（第２隔壁）ＦＲは、背面基板と前面基板
との間の距離を作り出す効果と、この後工程の蛍光体塗
布時の分離隔壁の効果がある。

【００４４】最後に、図１６に示すように、各フロント
リブＦＲ間毎に３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの蛍光体を交互に塗布
する。蛍光体としては例えばＣＲＴに用いられているも
のを厚さ約２０μｍに成膜する。＜張り合わせ工程＞上記のように作製した背面基板と前
面基板を、背面基板１０側の隔壁ＲＲと前面基板１側の
第２隔壁ＦＲとが当接して、両基板は真空空間４を挾み
互いに対向するように、張り合わせ、基板周囲を封止
し、２枚の基板の間を真空に排気した後、内部に設置し
たゲッターを誘導加熱により飛散させ、最終的に排気口
を封止する。封止後に発生する不純物ガスを吸着するた
めである。

【００４５】背面基板のオーミック電極及びバス電極
を、それぞれアース及び正電圧に接続し、かつ前面基板
の透明電極を数ｋＶの正電圧に接続して、図２に示すよ
うな、一対の透光性の前面基板１及び背面基板１０から
なるフラットパネルディスプレイ装置が完成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の電子放出素子の概略断
面図である。

【図２】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置を示す概略部分斜視図である。

【図３】本発明による電子放出素子フラットパネルデ
ィスプレイ装置の図２のAAの線に沿った概略部分拡大断
面図。

【図４】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略部
分斜視図。

【図５】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略部
分斜視図。

【図６】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略部
分斜視図。

【図７】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置における隔壁の概略部分拡大断
面図。

【図８】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略部
分断面図。

【図９】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置における隔壁の概略部分拡大断
面図。

【図１０】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１１】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分断面図。

【図１２】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１３】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１４】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１５】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１６】本発明による実施例の電子放出素子フラッ
トパネルディスプレイ装置製造工程における基板の概略
部分斜視図。

【図１７】本発明による他の実施例の電子放出素子フ
ラットパネルディスプレイ装置の概略部分斜視図。

【符号の説明】

１透光性の前面基板２コレクタ電極３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ蛍光体層４真空空間１０背面基板１１オーミック電極１２電子供給層１３絶縁体層１５金属薄膜電極１６バス電極１７絶縁性支持部１８オーバーハング部ＲＲ隔壁ＦＲ第２隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉澤淳志埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者中馬隆埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者根岸伸安埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者山田高士埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者岩崎新吾埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者伊藤寛埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者小笠原清秀埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空空間を挾み互いに対向する一対の背
面基板及び透光性の前面基板と、各々が、前記背面基板の前記真空空間側の表面に形成さ
れたオーミック電極上に形成された金属又は半導体から
なる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体
層及び前記絶縁体層上に形成され前記真空空間に面する
金属薄膜電極からなる電子放出素子の複数と、を備え、前記前面基板がその前記真空空間側の表面に形成された
コレクタ電極及び前記コレクタ電極上に形成された蛍光
体層を有し、前記蛍光体層に対応する複数の発光部から
なる画像表示配列を有している電子放出素子フラットパ
ネルディスプレイ装置であって、前記背面基板は、各々が前記電子放出素子の間に配置さ
れかつ前記背面基板から前記真空空間側の前記金属薄膜
電極の表面までの距離より大なる高さを有しかつ前記真
空空間へ突出する複数の絶縁性の隔壁を有することを特
徴とする電子放出素子フラットパネルディスプレイ装
置。
【請求項２】前記背面基板上に形成されかつ隣接する
前記電子放出素子間に配置された絶縁性支持部を有し、
前記隔壁が前記絶縁性支持部上に形成されていることを
特徴とする請求項１記載の電子放出素子フラットパネル
ディスプレイ装置。
【請求項３】前記隔壁はその上部に前記背面基板に略
平行な方向に突出するオーバーハング部を有することを
特徴とする請求項１記載の電子放出素子フラットパネル
ディスプレイ装置。