JP2004247229A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型電子源を利用した自発光型フラットパネルディスプレイに係わるものである。
【0002】
【従来の技術】
微少で集積可能な冷陰極を利用するディスプレイは、FED(Field Emission Display)と呼称される。冷陰極には、電界放出型電子源とホットエレクトロン型電子源に分類され、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。
【特許文献1】
特開平7−65710号公報
【特許文献2】
特開平10−153979号公報
【非特許文献1】
J. Vac. Sci. Techonol. B11 (2) p.429−432 (1993)
【非特許文献2】
high−efficiency−electro−emission device、Jpn.J.Appl. Phys.、vol 36 、p L939
【非特許文献3】
Electroluminescence、応用物理 第63巻、第6号、592頁
【非特許文献4】
応用物理 第66巻、第5号、437頁
MIM型については例えば特許文献1、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。
【0003】
MIM型電子源については、例えば特許文献2に開示されている。MIM型電子源の構造と動作原理を図2に示す。上部電極13と下部電極11との間に駆動電圧Vdを印加して、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、電子加速層である絶縁層12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13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13の仕事関数φ以上のエネルギーをもって上部電極13表面に達したものが真空20中に放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜型電子源アレイと蛍光面を用いたフラットパネルディスプレイでは、真空を保持するため、電子源アレイ基板と蛍光面との間にスペーサを配置する。スペーサは電子源アレイ基板と蛍光面に印加する高電圧を絶縁するため、基本的に絶縁性が必要であるが、電子線照射などによる帯電で電子線が曲がるのを防止するため若干の導電性を有する。その電位を安定させるため、電子源アレイ基板上でスペーサに接地または低電圧の電位を与えるスペーサ電極を設ける。スペーサはそのスペーサ電極上に配置されるが、パネル内を真空排気した際は大気圧がかかるため、電子源アレイ基板にはスペーサから強い圧力がかかり、薄膜型電子源が損傷しやすい。特にスペーサ電極と薄膜型電子源の下部または上部電極の交差部の絶縁膜が破壊されると、スペーサ電極と電子源の電極配線が短絡する不良が生じる。
【0005】
したがって、薄膜型電子源にはスペーサからの圧力で破壊されない構造が必要である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、スペーサ電極と立体交差する部分の薄膜型電子源の電極配線を、異なる成膜法で形成する少なくとも2層の絶縁膜で被覆することにより実現できる。さらに、その上にめっきなどで形成した厚膜でスペーサ電極を形成することにより、より有効に実現できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
(実施例)
上記目的を実現する本発明の実施の形態をMIM電子源を例に図1〜15で説明する。
【0008】
はじめにガラス等の絶縁性の基板10上に下部電極11用の金属膜を成膜する。下部電極11の材料としてはAlやAl合金を用いる。AlやAl合金を用いたのは、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、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500 nmとした(図3)。成膜後はホト工程、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。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(図4)。
【0009】
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保護絶縁層14を形成する。まず下部電極11上の電子放出部となる部分をレジスト25でマスクし、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し,保護絶縁層14とする(図5)。化成電圧を100Vとすれば、厚さ約136 nmの保護絶縁層14が形成される。陽極酸化後、レジスト25を剥離する。
【0010】
続いて電子放出部に絶縁層12を陽極酸化で形成する。化成電圧を6Vとすれば、厚さ約11 nmの絶縁層12が形成される。本工程は省略し、上部電極13の成膜前に行うことも可能である。
【0011】
次に第1の層間絶縁膜15と、上部電極13への給電線となる上部バス電極16を例えばスパッタリング法等で成膜する。第1の層間絶縁膜15としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜などを用いることができる。ここでは、シリコン窒化膜を用い膜厚は300nmとした。この第1の層間絶縁膜15は、陽極酸化で形成する保護絶縁層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と上部バス電極16間の絶縁を保つ役割を果たす。上部バス電極16の材料としては、AlやAl合金、Taなど、表面に陽極酸化膜が形成できるバルブ金属を用いる。本実施例では下部電極11と同様、Ndを2原子量%ドープしたAl−Nd合金を用いた(図6)。
【0012】
続いて、ホトエッチング工程により上部バス電極16をエッチングし配線形状に加工する(図7)。続いて上部バス電極16のうち、少なくとも後程形成する上部電極13との接続部となる部分や、回路への接続部などをレジスト25で被覆し、その他の部分の表面を陽極酸化する。さらに下部電極11もレジスト25で被覆しておくと、化成液を介して下部電極11が陰極と同電位になることが防止できるので、上部バス電極16と下部電極11間の絶縁破壊を防止でき、本工程の歩留まりを高めることができる。ここでは、下部電極11の配線間に位置する上部バス電極16の表面のみ選択的に陽極酸化膜17を形成した(図8)。
【0013】
続いて第2の層間絶縁膜18を成膜する。第2の層間絶縁膜18としては例えば窒化シリコンや酸化シリコン、あるいはその積層膜などを用いればよい。ここでは窒化シリコン、酸化シリコンの順に積層した膜を用いた(図9)。
【0014】
続いてスペーサ電極19を形成する。スペーサ電極19としては例えばスパッタ法やめっき法により形成する。めっきをする場合は、スパッタ法などで種膜を成膜し、電気めっきで形成する方法や無電解めっき、あるいはその組み合わせをもちいればよい。めっきとしてはAuなどの貴金属めっき、CuやNi、Cr、Alめっきなどを用いることが可能である。
【0015】
この際、スペーサ電極19はできるだけ厚く形成しておくことが好ましい。厚膜化することでスペーサからの圧力を吸収する緩衝材として機能させることができる。このような厚膜を形成するには特に電気めっき法が有効である。本発明では、上部バス電極16上に陽極酸化膜17とスパッタ法で形成した第2の層間絶縁膜18の異なる成膜法で形成した二重の絶縁膜を用いているため、それぞれの絶縁層のピンホール欠陥を補償し、上部バス電極16とスペーサ電極19間の絶縁が確実になるため、電気めっきなどを用いても電極間の絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極19を形成することができる(図10)。
【0016】
続いて第2の層間絶縁膜18の電子放出部をドライエッチングで開口する。加工は例えばCF4やSF6を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。本実施例では第2の層間絶縁膜18をエッチング速度の遅い酸化シリコン膜と速い窒化シリコンの積層膜で構成しているため、逆テーパー加工が可能である(図11)。
【0017】
続いて上部バス電極16の電子放出部をウェットエッチングにより開口する。加工は電子放出部に向かってテーパー状に膜厚が減少するように行う。これにより後程形成する上部電極13を段切れさせずに接続することが可能である(図12)。
【0018】
続いて第1の層間絶縁膜15をドライエッチングで加工する。加工は例えばCF4やSF6を主成分とする用いたドライエッチングによって行うことができる。この加工も電子放出部に向かってテーパー状に膜厚が減少するように行う。テーパー加工はエッチングガスに酸素を添加し、レジストが後退するようにして行うことができる。(図13)。
【0019】
次に絶縁層12を修復するため、再度陽極酸化する。最初に陽極酸化しない場合は、本工程で始めて絶縁層12を形成することになる(図14)。
【0020】
最後に上部電極13膜の成膜を行う。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6 nmとした。本実施例では、第2の層間絶縁膜18の逆テーパー形状を利用して上部電極13を自動分離した(図1)。
【0021】
図15は本発明の薄膜型電子源を用いたディスプレイの一部を示したものである。説明の便宜上、蛍光面基板は一部のみ図示している。
【0022】
表示側基板はコントラストを上げる目的のブラックマトリクス120、色蛍光体111、緑色蛍光体112と青色蛍光体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。スペーサ30は、陰極基板のスペーサ電極18上に配置し、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は走査線回路50へ結線し,上部バス電極16は信号線回路60に結線する。本実施例ではスペーサ電極19は下部電極11配線間、上部バス電極16とは立体交差するように配置され、接地されている。
【0023】
以上のように本発明では、上部バス電極16と、スペーサ電極19の立体交差する部分が陽極酸化膜17と第2の層間絶縁膜18の異なる成膜法で形成された二重の絶縁膜に被覆されている。そのためまず第1の効果として、絶縁膜の厚膜化の効果でスペーサからの圧力への耐性が向上する。さらに第2の効果として、成膜法の異なる二重の絶縁膜の積層膜を用いることで、それぞれの絶縁層のピンホール欠陥を補償されるので、上部バス電極16とスペーサ電極19間の絶縁が確実になる。そのため、電気めっきを用いても電極間の絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極19を形成することができる。この厚膜がスペーサの圧力を吸収する緩衝材として機能するため、薄膜型電子源アレイ基板の損傷を防止することができる。
【0024】
なお、本実施例では上部バス電極16とスペーサ電極19が交差する場合について述べたが、本構造の薄膜型電子源の下部電極11は陽極酸化で形成した保護絶縁層14を有しており、その上に第1の層間絶縁膜15、第2の層間絶縁膜18が被覆されているため、スペーサ電極19が下部電極11と交差するように配置しても上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上のように、スペーサ電極と立体交差する下部電極または上部バス電極の表面を陽極酸化し、さらにスパッタ法で形成した層間絶縁膜で二重、三重の絶縁層で被覆することにより、スペーサ電極と電子源アレイの電極配線間の絶縁を強化することができる。それによりスペーサ電極からの圧力への耐性を強化し、電気めっきを用いても電極間絶縁破壊などの副作用がなく厚いスペーサ電極19で形成でき、スペーサからの圧力を吸収する緩衝材を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜型電子源の構造を示す図である。
【図2】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図3】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図4】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図5】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図6】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図7】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図8】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図9】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図10】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図11】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図12】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図13】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図14】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図15】本発明の薄膜型電子源を用いた表示装置を示す図である。
【符号の説明】
10・・・基板,11・・・下部電極,12・・・絶縁層,13・・・上部電極,14・・・保護絶縁層,15・・・層間絶縁膜、16・・・上部バス電極、17・・・陽極酸化膜、18・・・第2の層間絶縁膜、19・・・スペーサ電極、20・・・真空、25・・・レジスト、30・・・スペーサ,50・・・下部電極駆動回路, 60・・・上部電極駆動回路, 111・・・赤色蛍光体,112・・・緑色蛍光体,113・・・青色蛍光体,120・・・ブラックマトリクス。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-luminous flat panel display using a thin-film electron source.
[0002]
[Prior art]
A display using a small and integrable cold cathode is referred to as an FED (Field Emission Display). Cold cathodes are classified into field-emission electron sources and hot-electron electron sources.The former includes Spindt-type electron sources, surface-conduction electron sources, carbon nanotube-type electron sources, etc. Thin-film electron sources such as MIM (Metal-Insulator-Metal) type in which body-metal is laminated, MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type in which metal-insulator-semiconductor is laminated, and metal-insulator-semiconductor-metal type There is.
[Patent Document 1]
JP-A-7-65710 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-153979 [Non-Patent Document 1]
J. Vac. Sci. Technol. B11 (2) p. 429-432 (1993)
[Non-patent document 2]
high-efficiency-electro-emission device, Jpn. J. Appl. Phys. , Vol 36, pL939
[Non-Patent Document 3]
Electroluminescence, Applied Physics Vol. 63, No. 6, page 592 [Non-Patent Document 4]
Applied Physics Vol. 66, No. 5, page 437 For example,
[0003]
The MIM type electron source is disclosed in Patent Document 2, for example. FIG. 2 shows the structure and operating principle of the MIM type electron source. By applying a driving voltage V d between the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a flat panel display using a thin-film type electron source array and a phosphor screen, a spacer is disposed between the electron source array substrate and the phosphor screen to maintain a vacuum. The spacer basically needs to be insulated to insulate the high voltage applied to the electron source array substrate and the phosphor screen, but it needs to be slightly conductive to prevent the electron beam from being bent by charging by electron beam irradiation. Having. In order to stabilize the potential, a spacer electrode is provided on the electron source array substrate to apply a ground or low-voltage potential to the spacer. The spacer is arranged on the spacer electrode. However, when the inside of the panel is evacuated to vacuum, a high pressure is applied to the electron source array substrate from the spacer, and the thin-film electron source is easily damaged. In particular, when the insulating film at the intersection of the spacer electrode and the lower or upper electrode of the thin film type electron source is broken, a short circuit between the spacer electrode and the electrode wiring of the electron source occurs.
[0005]
Therefore, the thin film type electron source needs a structure that is not broken by the pressure from the spacer.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention can be realized by covering at least two layers of insulating films formed by different film forming methods on the electrode wiring of the thin film type electron source at a portion which three-dimensionally intersects with the spacer electrode. Further, by forming a spacer electrode with a thick film formed by plating or the like on the spacer electrode, it can be more effectively realized.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example)
An embodiment of the present invention for achieving the above object will be described with reference to FIGS.
[0008]
First, a metal film for the
[0009]
Next, a
[0010]
Subsequently, an
[0011]
Next, a first
[0012]
Subsequently, the
[0013]
Subsequently, a second
[0014]
Subsequently, a
[0015]
At this time, it is preferable that the
[0016]
Subsequently, the electron emission portion of the second
[0017]
Subsequently, the electron emission portion of the
[0018]
Subsequently, the first
[0019]
Next, in order to repair the insulating
[0020]
Finally, a film of the
[0021]
FIG. 15 shows a part of a display using the thin-film electron source of the present invention. For convenience of explanation, only a part of the phosphor screen substrate is shown.
[0022]
The display-side substrate includes a
[0023]
As described above, in the present invention, the portion where the
[0024]
In this embodiment, the case where the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the surface of the lower electrode or the upper bus electrode that three-dimensionally intersects with the spacer electrode is anodized, and is further covered with a double or triple insulating layer with an interlayer insulating film formed by a sputtering method. The insulation between the electrode wires of the electron source array can be enhanced. Thereby, the resistance to the pressure from the spacer electrode is strengthened, and even if the electroplating is used, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a thin film type electron source of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation principle of a thin-film electron source.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 13 is a view showing a method for producing a thin-film electron source of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a method for producing a thin-film electron source according to the present invention.
FIG. 15 is a view showing a display device using the thin-film electron source of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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