画像表示装置
【課題】不要ガスの吸着による影響が少なく、輝度斑やザラツキ感等の画質不良が生じない高品位の画像が得られる画像表示装置を提供する。
【解決手段】上部電極１３から電子を放出する電子源アレイの表面に、例えばセシウムやナトリウムやカリウム等のアルカリ金属の酸化物２０が、絶縁層１２との界面から上部電極１３の表面にかけて拡散され、特に電子源アレイの電子放出部には、上部電極１３の電子放出部以外の面内よりもアルカリ金属のアルカリ密度が低く、約２０％以上低くして拡散されている。
【解決手段】上部電極１３から電子を放出する電子源アレイの表面に、例えばセシウムやナトリウムやカリウム等のアルカリ金属の酸化物２０が、絶縁層１２との界面から上部電極１３の表面にかけて拡散され、特に電子源アレイの電子放出部には、上部電極１３の電子放出部以外の面内よりもアルカリ金属のアルカリ密度が低く、約２０％以上低くして拡散されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に係わり、特に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関し、詳細には電子源アレイの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小で集積可能な冷陰極型の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、電界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。
【０００３】
ＭＩＭ型の電子源については、例えば特許文献１、２に開示されている。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により、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。
【０００４】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような薄膜電子源を複数の行（例えば水平方向）と複数の列（例えば垂直方向）とに並べて二次元マトリクスを形成し、各薄膜電子源対応に配列した複数の蛍光体を真空中に配置した蛍光面とで画像表示装置を構成することができる。特に下部電極と上部電極、その間に電子加速層を設けたホットエレクトロン型の薄膜型電子源は、デバイス構造が電界放出型に比べて簡易であり、表示装置への適用が期待される。
【０００６】
しかしながら、このような冷陰極型の薄膜電子源は、熱陰極型と比べ低温度で動作させるために電子放出部の表面が不要ガス吸着などの汚染の影響を受け易い。
【０００７】
電子源アレイを作製する際には、レジスト，剥離，エッチング等の工程を用いるのが一般的である。これらの工程において用いるガス及び液剤等にＳ（硫黄），Ｃｌ（塩素），Ｆ（弗素），Ｎ（窒素）分やＣ（炭素）分等が含まれていると、電子放出面に付着し、電子放出面が汚染されてしまう場合がある。この場合、上部電極から蛍光体への電子放出に妨げとなり、画像が暗くなってしまう等の不具合が生じる。
【０００８】
さらに、電子源アレイが形成された陰極基板と蛍光面が形成された陽極基板とを貼り合せるガラス封着工程では、フリットガラスや蛍光面等のペースト中に用いているバインダや溶剤等の有機物が燃焼飛散し、電子源の電子放出部に吸着して電子放出が得られなくなる場合もある。
【０００９】
この問題を解決するには、上部電極にＳ，Ｃｌ，Ｆ，Ｎ分やＣ分が付着されないようにすること、またはＮＨ3やアミン類，ＮＯＸ，ＣＨ，アルカリ金属，アルカリ金属化合物，アルカリ土類金属化合物等で電子源の電子放出面が汚染されないようにすることが必要不可欠となっている。
【００１０】
この方法の一例としては、例えば電子源アレイの電子放出部をアルカリ金属の水溶液に浸漬し、電子放出部の表面に均一にアルカリ金属を吸着させることにより実現される。アルカリ金属や金属酸化物は、電子放出部の固体触媒の活性を向上させる助触媒となるため、封着工程で発生する一酸化炭素や炭化水素の触媒金属上での酸化反応の活性化エネルギーを下げ、有機物の完全燃焼を促進する。不対電子（二重、三重結合等）を有する一酸化炭素や炭化水素は電子放出部の金属と電子の授受をしやすく化学吸着し易いのに対し、不対電子を有しない二酸化炭素や水蒸気は、化学吸着しにくいため、電子放出部の汚染を抑制することができる。
【００１１】
しかしながら、薄膜電子源上にアルカリ金属を付着させることにより、表示パネル内の不要ガスを吸着したり、仕事関数を下げたりして電子放射効率を向上させることができる反面、薄膜電子源上のアルカリ金属のアルカリ密度が高いと、ガス吸着量が増え、仕事関数が上がり、電子利用効率が悪化する。また、アルカリ金属のアルカリ密度に斑が生じると、ガス吸着量や仕事関数の増減により電子放射効率にバラツキが生じる。さらには、不要ガス吸着後に仕事関数を上げて電子利用効率を悪化させる。結果として、表示画像の明暗の斑、輝度斑、ザラツキ感が発生する等の画質不良が生じるという課題があった。
【００１２】
また、薄膜電子源上のアルカリ金属のアルカリ密度が高いと、アルカリ金属の微粒子が走査線分離孔に詰まり、上部電極が分離できなくなり、走査線分離不良が生じ、さらには、上部電極とのコンタクト抵抗が増大するという課題があった。この結果、上記同様の画質不良が生じる。
【００１３】
したがって、本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、不要ガスの吸着による影響が少なく、輝度斑やザラツキ感等の画質不良が生じない高品位の画像が得られる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明による画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備え、電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くすることにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１５】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、電子源アレイの電子放出部のアルカリ密度を電子放出部以外の面内よりも２０％以上低くしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による他の画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備え、電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布を電子放出部の面内で±２０％以内とすることにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１７】
また、本発明による他の画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイを有する陰極基板と蛍光面を有する陽極基板とを備え、陰極基板と陽極基板とに囲まれたパネル内において電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が拡散されたことにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１８】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がアルカリ金属酸化物であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がアルカリ金属化合物であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がセシウム、ルビジウム、カリウム、ナトリウム、またはリチウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電子源アレイの電子放出部のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くしたことにより、電子放出部の仕事関数を低減させ、電子放出閾値を低下させて放出電流を増加させることができるので、高い電流密度の放出電流を取り出すことができる。これによって、画像の明暗斑、輝度斑、ザラツキ感等が生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、電子放出部への封着工程で発生する不要ガスの吸着が少なくなるので、電子放出面のガス吸着の少ない清浄な冷陰極を用いたＦＥＤパネルが形成できるという極めて優れた効果が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布が電子放出部の面内で±２０％以内とすることにより、単位面積当りの不要ガス吸着量及び仕事関数が面内で略均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、輝度斑やザラツキ感等が生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【００２４】
また、本発明によれば、陰極基板と陽極基板とに囲まれたパネルにおいて電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が付着されたことにより、電子源アレイの面内に付着させた場合の副作用が発生し難くなるとともに、電子源アレイの面内に付着させるよりも多くのアルカリ金属を付着させることができるので、不要ガスによる影響が少なくなり、プロセス裕度を大きくとれるとともに、輝度斑の生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明による画像表示装置を、ＭＩＭ型電子源を用いた画像表示装置を例として説明する。しかし、本発明は、ＭＩＭ型電子源に限るものではなく、背景技術の欄で説明したホットエレクトロン型（下部電極と上部電極との間に電子加速層を設けた電子源）に有効である。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１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１では、主として電子源を有する一方の陰極基板１０の平面を示すが、一部に蛍光体を形成した他方の陽極基板（蛍光体基板）１１０は、その内面に有するブラックマトリクス１２０及び蛍光体１１１，１１２，１１３のみを部分的に示してある。
【００２７】
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）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２１を構成する金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８、保護絶縁膜（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）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。
【００２８】
本発明の陰極では、上部電極から電子を放出する電子源アレイの表面にアルカリ金属としての例えばセシウムやナトリウムやカリウム等のアルカリ金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属化合物が絶縁層１２との界面から上部電極１３の表面にかけて拡散され、特に電子源アレイの電子放出部には、上部電極１３の面内よりもアルカリ金属のアルカリ密度が低い、例えば約２０％程度以上低くして拡散されているのが特徴である。
【００２９】
図２は、ＭＩＭ型電子源の原理説明図である。この電子源は、上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄを印加してトンネル絶縁層１２内の電界を約１ＭＶ／ｃｍ〜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の表面に達したものが真空中に放出される。
【００３０】
図１に戻り、陽極基板１１０の内面には、表示画像のコントラストを向上させる遮光層、すなわちブラックマトリクス１２０と、赤色蛍光体１１１と緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３とからなる蛍光面とが形成されている。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と陽極基板１１０とはスペーサ３０で所定の間隔で保持され、表示領域の外周に封止枠（図示せず）を介在させて封着した後、内部が真空封止される。
【００３１】
スペーサ３０は、陰極基板１０の上部バス電極配線で構成する走査電極２１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は信号線駆動回路５０へ接続し、上部バス電極配線である走査電極２１は走査線駆動回路６０に接続する。
【００３２】
本発明による画像表示装置について、陰極の製造プロセスを図３〜図１２を参照して説明する。ここでは、層間絶縁層を用いた場合の例を示す。先ず、図３に示したようにガラス材からなる陰極基板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系材料を用いる。Ａｌ系材料を用いるのは、陽極酸化により良質の絶縁膜を形成することができる。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。膜厚は約３００ｎｍとした。
【００３３】
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、ほぼ約１００μｍ〜２００μｍ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法や印刷法等を用いて行うことができる。
【００３４】
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と、絶縁層１２とを形成する。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保護絶縁層１４とする。化成電圧を約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、化成電圧を約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）。
【００３５】
次に、層間膜（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とスペーサ３０を配置するためのスペーサ電極となる金属膜とを例えばスパッタリング法等で成膜する（図７）。層間膜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、アルカリ金属の析出防止能力の高いシリコン窒化膜を用い、膜厚は約１００ｎｍとした。この層間膜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と上部バス電極との配線間の絶縁を保つ役割を果たす。
【００３６】
金属膜は、金属膜中間層１７に純Ａｌ、金属膜下層１６及び金属膜上層１８にＣｒを用いた。純Ａｌの膜厚は配線抵抗を低減するため、可能な限り厚くしておく。ここでは、金属膜下層１６を約１００ｎｍ、金属膜中間層１７を約４．５μｍ、金属膜上層１８を約１００ｎｍの膜厚とした。
【００３７】
続いて、２段階のパターニングとエッチング工程により金属膜上層１８と金属膜中間層１７とを下部電極１１とは直交するストライプ形状に加工する。金属膜上層１８のＣｒのエッチング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、金属膜中間層１７の純Ａｌの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８）。金属膜上層１８の電極幅は金属膜中間層の電極幅より狭くし、金属膜上層１８が庇状にならないようにする。
【００３８】
続いて、パターニングとエッチング工程により金属膜下層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（図９）。エッチングは、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で行う。その際、金属膜下層１６の片側は金属膜中間層１７より張り出させて、後の工程で上部電極との接続を確保するコンタクト部とし、金属膜下層１６の反対側では金属膜上層１８と金属膜中間層１７の一部と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。金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８で形成する走査電極２１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、低抵抗化のためできるだけ幅広とし、走査線ピッチの半分以上、約３００μｍ〜４００μｍ程度とする。
【００３９】
続いて、層間膜１５を加工し、電子放出部を開口する。電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、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ガス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）。
【００４０】
次に、アルカリ金属やアルカリ土類金属の無機塩や有機塩の水溶液を塗布し、乾燥する。乾燥により、水溶液中にあったこれらの無機塩１９が絶縁層１２及び層間膜１５の表面に吸着した状態で残る。アルカリ金属としてはＣｓ，Ｒｂ，Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｆｒ等が有効であるが、性能、コスト及び原料の扱い易さ等からＣｓまたはＫが好適である。また、水溶液の塗布方法としては、スクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法、リフトオフ法等を用いることができる（図１１）。
【００４１】
塩としては、リン酸塩，ケイ酸塩，炭酸塩，炭酸水素塩，硝酸塩，硫酸塩，酢酸塩，ホウ酸塩，塩化物，水酸化物等が適用できる。アルカリ土類金属は、難溶性のものが多いが、例えば水酸化物を用いることができる。アルカリ土類金属としてはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等を用いることができる。
【００４２】
ここで、無機塩１９は、層間膜１５及び絶縁層１２上に吸着されるが、本実施例では、電子源アレイの電子放出部となる絶縁層１２の表面に吸着させる無機塩１９は、層間膜１５上に吸着される無機塩１９のアルカリ密度よりも約２０％以上少ないアルカリ密度で吸着させる。
【００４３】
続いて、上部電極１３の成膜をスパッタ法等で行う。上部電極１３としては、ホットエレクトロンの透過率の高い例えば８族の白金族、１ｂ族の貴金属が有効である。特にＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ａｕ，Ａｇやそれらの積層膜などが有効である。ここでは例えばＩｒ，Ｐｔ，Ａｕの積層膜を用い、膜厚比を１：２：３とし、膜厚は例えば約３ｎｍとした（図１２）。
【００４４】
次に、画像表示装置を構成する陰極基板と陽極基板はスペーサと枠部材を介し、ガラスフリットを用いて約４００℃〜４５０℃の高温プロセスにより焼成して封着される。この際、上述した無機塩１９は酸化し、かつ上部電極１３中に混合、上部電極材料と合金相を有する一部は合金化し、アルカリ金属やアルカリ土類金属がその酸化物２０として上部電極１３内に拡散された状態になる。例えば、炭酸Ｃｓで処理した場合は、炭酸が分解、酸化して酸化Ｃｓとなり、その一部はＡｕと反応してＡｕＣｓやＡｕ5Ｃｓ等の金属間化合物を形成する。この際、炭酸塩の分解には白金族のＩｒやＰｔが触媒として作用し、分解を促進する効果がある。
【００４５】
このようにすると、上部電極１３の電極材料よりイオン化傾向の強いアルカリ金属やアルカリ土類金属、それらの酸化物２０を絶縁層１２との界面に拡散させることができる（図１２）。この場合、電子放出部となる絶縁層１２の表面に拡散させるアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は、層間膜１５上に吸着されるアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度よりも約２０％少なくなって拡散されることになる。
【００４６】
このような形成方法によれば、電子放出部となる絶縁層１２の表面上でアルカリ密度は、上部電極１３上に拡散されるアルカリ密度よりも約２０％以上低く拡散され、それ以外の電子放出部を除く上部電極１３では、絶縁膜１２に対して約２０％程度多いアルカリ密度で拡散されて形成されることになる。
【００４７】
つまり、上部電極１３内に拡散されたアルカリ金属酸化物２０の全体分布量を１００％としたとき、電子放出部のアルカリ密度が約２０％以上低く、電子放出部を除く上部電極１３のアルカリ密度が約２０％以上高くなっており、電子源アレイの面内分布が±２０％以内となる均一なアルカリ密度分布となる。
【００４８】
このような構成によれば、電子放出部となる絶縁層１２の表面に吸着するアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度を約２０％以上低くすることによって、仕事関数の増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなる。また、上部電極１３の電子放出部を除く電子源アレイの面内にアルカリ密度が約２０％以上高いアルカリ金属酸化物２０を拡散させたことにより、アルカリ密度が高くなった分、パネル化工程での不要ガスの吸着効果をさらに拡大させることができる。
【００４９】
なお、ここで、電子放出部となる絶縁層１２上の上部電極１３内のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度を、陰極基板面内に対して約２０％以上低くした場合について説明したが、このアルカリ密度が約２０％以上高いと、電子放出部上のアルカリ金属が不要ガスを吸着し、仕事関数を上がり、電子の放出を妨げ、電子利用効率悪化させることなる。したがって、電子放出部のアルカリ密度は陰極基板面内に対して約２０％以上低く抑えることが発明者等の実験の結果、明らかとなった。なお、このアルカリ密度の分布は、例えば蛍光Ｘ線分析装置を用いた測定方法により容易に判別することできる。
【実施例２】
【００５０】
図１３は、本発明による画像表示装置の他の実施例を説明する電子源アレイの電子放出部の要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１３において、電子源アレイの電子放出部となる絶縁層（トンネル絶縁層）１２上に形成するアルカリ金属酸化物２０を拡散した上部電極１３を、膜厚の厚い厚膜電極１３ａと膜厚の薄い薄膜電極１３ｂとで形成することによって絶縁層１２上の面内における上部電極１３の厚さのバラツキを±２０％以内となるように形成したものである。これによって絶縁層１２上の上部電極１３内のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は約±２０％以内となる。
【００５１】
なお、絶縁層１２上に形成する上部電極１３のアルカリ金属酸化物２０を拡散させた厚膜電極１３ａ及び薄膜電極１３ｂは、エアナイフによる液切り法またはスピン法等による加工法により容易に形成することができる。
【００５２】
このような構成によれば、絶縁層１２上のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度が電子源アレイの面内でほぼ均一（±２０％）となるので、単位面積当りの不要ガス吸着量や仕事関数が均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、明暗斑や輝度斑やザラツキ感等の無い艶々感のある画質が得られる。
【００５３】
図１４は、本発明による画像表示装置の他の実施例を説明する電子源アレイの電子放出部の要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１４において、絶縁層（トンネル絶縁層）１２上のアルカリ金属酸化物２０を拡散させた上部電極１３を、厚肉部１３ｃと薄肉部１３ｄとで形成することによって絶縁層１２上の上部電極１３の面内におけるアルカリ酸化物２０のアルカリ密度のバラツキを±２０％以内となるように形成したものである。この場合も、アルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて容易に測定することができる。
【００５４】
このような構成においても、不要ガスの吸着量や仕事関数を絶縁層１２の面内でほぼ均一にすることができるので、単位面積当りのガス吸着量や仕事関数が均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、明暗斑や輝度斑やザラツキ感等の無い良質な画像が得られる。
【実施例３】
【００５５】
図１５は、本発明による画像表示装置のさらに他の実施例を説明する画像表示パネルの要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１５において、参照符号１０は陰極基板（背面基板）、３０はスペーサ、１１０は陽極基板（前面基板）、１２０はブラックマトリクス（遮光用のＢＭ膜）、１３０はメタルバック（金属薄膜からなる加速電極）、１４０は表示領域、１５０は映像信号配線、１６０は走査信号配線、１７０は電子源、１８０，１８０Ａは接続配線、１９０は接着部材、２００は蛍光体層、２１０は絶縁膜（層間絶縁膜）である。
【００５６】
このような構成において、実施例１及び実施例２と異なる点は、陰極基板１０上の電子源１７０の電子放出部以外であるメタルバック１３０等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にアルカリ金属酸化物２０が付着されている。なお、このアルカリ金属酸化物２０は、パネル構成部材の設置位置によってはその裏面側に付着させても良い。この場合、陰極基板１０上の電子源１７０の電子放出部にはアルカリ金属酸化物２０は付着されていない。
【００５７】
また、実施例３では、パネル内面の露出するメタルバック１３０の表面にアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合について説明したが、この箇所以外にＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にはアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００５８】
なお、実施例３ではメタルバック１３０，ＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面の何れか一方にアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００５９】
また、実施例３では、パネル内面の露出するメタルバック１３０の表面にアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合について説明したが、この箇所以外にＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にはアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００６０】
また、これらの構成部材へのアルカリ金属酸化物２０の付着は、構成部材の単体、複合体または陽極基板１１０をアルカリ金属やアルカリ土類金属に無機塩や有機塩の水溶液に浸漬し、乾燥させることにより、その表面に吸着した状態で残るので、容易に付着させることができる。なお、このアルカリ金属酸化物２０の付着は、スクリーン印刷法、スプレー塗布法またはインクジェット法等を用いて成膜し、乾燥させて形成しても良い。
【００６１】
このような構成によれば、電子源アレイ上にアルカリ金属酸化物２０を付着させるよりも多くのアルカリ金属酸化物２０を付着させることができるので、電子源アレイ上のアルカリ金属のアルカリ密度を増やさず、表示パネル内にトータルのアルカリ金属密度が増加するので、パネル化工程で発生する不要ガスをより多く吸着することができる。また、電子源アレイにアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合の副作用が発生し難くなる。また、不要ガスの影響が少なく、プロセス裕度が大きくなる。さらには、これらのアルカリ金属酸化物２０がパネル化工程や点灯時に電子源１７０の電子放出面に付着すると、仕事関数を低下させる役割も果たす。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１を説明する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。
【図２】本発明に係わる薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図である。
【図４】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図３に続く図である。
【図５】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図４に続く図である。
【図６】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図５に続く図である。
【図７】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図６に続く図である。
【図８】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図７に続く図である。
【図９】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図８に続く図である。
【図１０】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図９に続く図である。
【図１１】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図１０に続く図である。
【図１２】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図１１に続く図である。
【図１３】本発明の実施例２を説明するＭＩＭ型薄膜電子源を用いた画像表示装置の薄膜型電子源の要部拡大断面図である。
【図１４】本発明による画像表示装置のＭＩＭ型薄膜電子源の他の構成を示す要部拡大断面図である。
【図１５】本発明による画像表示装置の実施例３の構成を示す表示パネルの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・・陰極基板（背面基板）、１１・・・下部電極、１２・・・薄膜状絶縁層（トンネル絶縁層）、１３・・・上部電極、１３ａ・・・厚膜電極、１３ｂ・・・薄膜電極、１３ｃ・・・厚肉部、１３ｄ・・・薄肉部、１４・・・保護絶縁層、１５・・・層間膜、１６・・・金属膜下層、１７・・・金属膜中間層、１８・・・金属膜上層、１９・・・アルカリ金属無機塩、２０・・・アルカリ金属酸化物、２１・・・走査電極（上部バス電極配線）、２３・・・白金族電極、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、１１０・・・陽極基板（前面基板）、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（遮光用のＢＭ膜）、１３０・・・メタルバック（金属薄膜からなる加速電極）、１４０・・・表示領域、１５０・・・映像信号配線、１６０・・・走査信号配線、１７０・・・電子源、１８０，１８０Ａ・・・接続配線、１９０・・・接着部材、２００・・・蛍光体層、２１０・・・絶縁膜（層間絶縁膜）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に係わり、特に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関し、詳細には電子源アレイの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小で集積可能な冷陰極型の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、電界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。
【０００３】
ＭＩＭ型の電子源については、例えば特許文献１、２に開示されている。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により、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。
【０００４】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような薄膜電子源を複数の行（例えば水平方向）と複数の列（例えば垂直方向）とに並べて二次元マトリクスを形成し、各薄膜電子源対応に配列した複数の蛍光体を真空中に配置した蛍光面とで画像表示装置を構成することができる。特に下部電極と上部電極、その間に電子加速層を設けたホットエレクトロン型の薄膜型電子源は、デバイス構造が電界放出型に比べて簡易であり、表示装置への適用が期待される。
【０００６】
しかしながら、このような冷陰極型の薄膜電子源は、熱陰極型と比べ低温度で動作させるために電子放出部の表面が不要ガス吸着などの汚染の影響を受け易い。
【０００７】
電子源アレイを作製する際には、レジスト，剥離，エッチング等の工程を用いるのが一般的である。これらの工程において用いるガス及び液剤等にＳ（硫黄），Ｃｌ（塩素），Ｆ（弗素），Ｎ（窒素）分やＣ（炭素）分等が含まれていると、電子放出面に付着し、電子放出面が汚染されてしまう場合がある。この場合、上部電極から蛍光体への電子放出に妨げとなり、画像が暗くなってしまう等の不具合が生じる。
【０００８】
さらに、電子源アレイが形成された陰極基板と蛍光面が形成された陽極基板とを貼り合せるガラス封着工程では、フリットガラスや蛍光面等のペースト中に用いているバインダや溶剤等の有機物が燃焼飛散し、電子源の電子放出部に吸着して電子放出が得られなくなる場合もある。
【０００９】
この問題を解決するには、上部電極にＳ，Ｃｌ，Ｆ，Ｎ分やＣ分が付着されないようにすること、またはＮＨ3やアミン類，ＮＯＸ，ＣＨ，アルカリ金属，アルカリ金属化合物，アルカリ土類金属化合物等で電子源の電子放出面が汚染されないようにすることが必要不可欠となっている。
【００１０】
この方法の一例としては、例えば電子源アレイの電子放出部をアルカリ金属の水溶液に浸漬し、電子放出部の表面に均一にアルカリ金属を吸着させることにより実現される。アルカリ金属や金属酸化物は、電子放出部の固体触媒の活性を向上させる助触媒となるため、封着工程で発生する一酸化炭素や炭化水素の触媒金属上での酸化反応の活性化エネルギーを下げ、有機物の完全燃焼を促進する。不対電子（二重、三重結合等）を有する一酸化炭素や炭化水素は電子放出部の金属と電子の授受をしやすく化学吸着し易いのに対し、不対電子を有しない二酸化炭素や水蒸気は、化学吸着しにくいため、電子放出部の汚染を抑制することができる。
【００１１】
しかしながら、薄膜電子源上にアルカリ金属を付着させることにより、表示パネル内の不要ガスを吸着したり、仕事関数を下げたりして電子放射効率を向上させることができる反面、薄膜電子源上のアルカリ金属のアルカリ密度が高いと、ガス吸着量が増え、仕事関数が上がり、電子利用効率が悪化する。また、アルカリ金属のアルカリ密度に斑が生じると、ガス吸着量や仕事関数の増減により電子放射効率にバラツキが生じる。さらには、不要ガス吸着後に仕事関数を上げて電子利用効率を悪化させる。結果として、表示画像の明暗の斑、輝度斑、ザラツキ感が発生する等の画質不良が生じるという課題があった。
【００１２】
また、薄膜電子源上のアルカリ金属のアルカリ密度が高いと、アルカリ金属の微粒子が走査線分離孔に詰まり、上部電極が分離できなくなり、走査線分離不良が生じ、さらには、上部電極とのコンタクト抵抗が増大するという課題があった。この結果、上記同様の画質不良が生じる。
【００１３】
したがって、本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、不要ガスの吸着による影響が少なく、輝度斑やザラツキ感等の画質不良が生じない高品位の画像が得られる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明による画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備え、電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くすることにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１５】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、電子源アレイの電子放出部のアルカリ密度を電子放出部以外の面内よりも２０％以上低くしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による他の画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備え、電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布を電子放出部の面内で±２０％以内とすることにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１７】
また、本発明による他の画像表示装置は、電子を放出する電子源アレイを有する陰極基板と蛍光面を有する陽極基板とを備え、陰極基板と陽極基板とに囲まれたパネル内において電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が拡散されたことにより、仕事関数増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなるので、背景技術の課題を解決することができる。
【００１８】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がアルカリ金属酸化物であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がアルカリ金属化合物であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による他の画像表示装置は、好ましくは、上記構成において、アルカリ金属がセシウム、ルビジウム、カリウム、ナトリウム、またはリチウムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電子源アレイの電子放出部のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くしたことにより、電子放出部の仕事関数を低減させ、電子放出閾値を低下させて放出電流を増加させることができるので、高い電流密度の放出電流を取り出すことができる。これによって、画像の明暗斑、輝度斑、ザラツキ感等が生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、電子放出部への封着工程で発生する不要ガスの吸着が少なくなるので、電子放出面のガス吸着の少ない清浄な冷陰極を用いたＦＥＤパネルが形成できるという極めて優れた効果が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布が電子放出部の面内で±２０％以内とすることにより、単位面積当りの不要ガス吸着量及び仕事関数が面内で略均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、輝度斑やザラツキ感等が生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【００２４】
また、本発明によれば、陰極基板と陽極基板とに囲まれたパネルにおいて電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が付着されたことにより、電子源アレイの面内に付着させた場合の副作用が発生し難くなるとともに、電子源アレイの面内に付着させるよりも多くのアルカリ金属を付着させることができるので、不要ガスによる影響が少なくなり、プロセス裕度を大きくとれるとともに、輝度斑の生じ難い、光沢感のある高品位の画質が得られるという極めて優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明による画像表示装置を、ＭＩＭ型電子源を用いた画像表示装置を例として説明する。しかし、本発明は、ＭＩＭ型電子源に限るものではなく、背景技術の欄で説明したホットエレクトロン型（下部電極と上部電極との間に電子加速層を設けた電子源）に有効である。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１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１では、主として電子源を有する一方の陰極基板１０の平面を示すが、一部に蛍光体を形成した他方の陽極基板（蛍光体基板）１１０は、その内面に有するブラックマトリクス１２０及び蛍光体１１１，１１２，１１３のみを部分的に示してある。
【００２７】
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）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２１を構成する金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８、保護絶縁膜（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）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。
【００２８】
本発明の陰極では、上部電極から電子を放出する電子源アレイの表面にアルカリ金属としての例えばセシウムやナトリウムやカリウム等のアルカリ金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属化合物が絶縁層１２との界面から上部電極１３の表面にかけて拡散され、特に電子源アレイの電子放出部には、上部電極１３の面内よりもアルカリ金属のアルカリ密度が低い、例えば約２０％程度以上低くして拡散されているのが特徴である。
【００２９】
図２は、ＭＩＭ型電子源の原理説明図である。この電子源は、上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄを印加してトンネル絶縁層１２内の電界を約１ＭＶ／ｃｍ〜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の表面に達したものが真空中に放出される。
【００３０】
図１に戻り、陽極基板１１０の内面には、表示画像のコントラストを向上させる遮光層、すなわちブラックマトリクス１２０と、赤色蛍光体１１１と緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３とからなる蛍光面とが形成されている。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と陽極基板１１０とはスペーサ３０で所定の間隔で保持され、表示領域の外周に封止枠（図示せず）を介在させて封着した後、内部が真空封止される。
【００３１】
スペーサ３０は、陰極基板１０の上部バス電極配線で構成する走査電極２１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は信号線駆動回路５０へ接続し、上部バス電極配線である走査電極２１は走査線駆動回路６０に接続する。
【００３２】
本発明による画像表示装置について、陰極の製造プロセスを図３〜図１２を参照して説明する。ここでは、層間絶縁層を用いた場合の例を示す。先ず、図３に示したようにガラス材からなる陰極基板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系材料を用いる。Ａｌ系材料を用いるのは、陽極酸化により良質の絶縁膜を形成することができる。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。膜厚は約３００ｎｍとした。
【００３３】
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、ほぼ約１００μｍ〜２００μｍ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法や印刷法等を用いて行うことができる。
【００３４】
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と、絶縁層１２とを形成する。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保護絶縁層１４とする。化成電圧を約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、化成電圧を約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）。
【００３５】
次に、層間膜（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とスペーサ３０を配置するためのスペーサ電極となる金属膜とを例えばスパッタリング法等で成膜する（図７）。層間膜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、アルカリ金属の析出防止能力の高いシリコン窒化膜を用い、膜厚は約１００ｎｍとした。この層間膜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と上部バス電極との配線間の絶縁を保つ役割を果たす。
【００３６】
金属膜は、金属膜中間層１７に純Ａｌ、金属膜下層１６及び金属膜上層１８にＣｒを用いた。純Ａｌの膜厚は配線抵抗を低減するため、可能な限り厚くしておく。ここでは、金属膜下層１６を約１００ｎｍ、金属膜中間層１７を約４．５μｍ、金属膜上層１８を約１００ｎｍの膜厚とした。
【００３７】
続いて、２段階のパターニングとエッチング工程により金属膜上層１８と金属膜中間層１７とを下部電極１１とは直交するストライプ形状に加工する。金属膜上層１８のＣｒのエッチング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、金属膜中間層１７の純Ａｌの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８）。金属膜上層１８の電極幅は金属膜中間層の電極幅より狭くし、金属膜上層１８が庇状にならないようにする。
【００３８】
続いて、パターニングとエッチング工程により金属膜下層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（図９）。エッチングは、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で行う。その際、金属膜下層１６の片側は金属膜中間層１７より張り出させて、後の工程で上部電極との接続を確保するコンタクト部とし、金属膜下層１６の反対側では金属膜上層１８と金属膜中間層１７の一部と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。金属膜下層１６、金属膜中間層１７、金属膜上層１８で形成する走査電極２１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、低抵抗化のためできるだけ幅広とし、走査線ピッチの半分以上、約３００μｍ〜４００μｍ程度とする。
【００３９】
続いて、層間膜１５を加工し、電子放出部を開口する。電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、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ガス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）。
【００４０】
次に、アルカリ金属やアルカリ土類金属の無機塩や有機塩の水溶液を塗布し、乾燥する。乾燥により、水溶液中にあったこれらの無機塩１９が絶縁層１２及び層間膜１５の表面に吸着した状態で残る。アルカリ金属としてはＣｓ，Ｒｂ，Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｆｒ等が有効であるが、性能、コスト及び原料の扱い易さ等からＣｓまたはＫが好適である。また、水溶液の塗布方法としては、スクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法、リフトオフ法等を用いることができる（図１１）。
【００４１】
塩としては、リン酸塩，ケイ酸塩，炭酸塩，炭酸水素塩，硝酸塩，硫酸塩，酢酸塩，ホウ酸塩，塩化物，水酸化物等が適用できる。アルカリ土類金属は、難溶性のものが多いが、例えば水酸化物を用いることができる。アルカリ土類金属としてはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等を用いることができる。
【００４２】
ここで、無機塩１９は、層間膜１５及び絶縁層１２上に吸着されるが、本実施例では、電子源アレイの電子放出部となる絶縁層１２の表面に吸着させる無機塩１９は、層間膜１５上に吸着される無機塩１９のアルカリ密度よりも約２０％以上少ないアルカリ密度で吸着させる。
【００４３】
続いて、上部電極１３の成膜をスパッタ法等で行う。上部電極１３としては、ホットエレクトロンの透過率の高い例えば８族の白金族、１ｂ族の貴金属が有効である。特にＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ａｕ，Ａｇやそれらの積層膜などが有効である。ここでは例えばＩｒ，Ｐｔ，Ａｕの積層膜を用い、膜厚比を１：２：３とし、膜厚は例えば約３ｎｍとした（図１２）。
【００４４】
次に、画像表示装置を構成する陰極基板と陽極基板はスペーサと枠部材を介し、ガラスフリットを用いて約４００℃〜４５０℃の高温プロセスにより焼成して封着される。この際、上述した無機塩１９は酸化し、かつ上部電極１３中に混合、上部電極材料と合金相を有する一部は合金化し、アルカリ金属やアルカリ土類金属がその酸化物２０として上部電極１３内に拡散された状態になる。例えば、炭酸Ｃｓで処理した場合は、炭酸が分解、酸化して酸化Ｃｓとなり、その一部はＡｕと反応してＡｕＣｓやＡｕ5Ｃｓ等の金属間化合物を形成する。この際、炭酸塩の分解には白金族のＩｒやＰｔが触媒として作用し、分解を促進する効果がある。
【００４５】
このようにすると、上部電極１３の電極材料よりイオン化傾向の強いアルカリ金属やアルカリ土類金属、それらの酸化物２０を絶縁層１２との界面に拡散させることができる（図１２）。この場合、電子放出部となる絶縁層１２の表面に拡散させるアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は、層間膜１５上に吸着されるアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度よりも約２０％少なくなって拡散されることになる。
【００４６】
このような形成方法によれば、電子放出部となる絶縁層１２の表面上でアルカリ密度は、上部電極１３上に拡散されるアルカリ密度よりも約２０％以上低く拡散され、それ以外の電子放出部を除く上部電極１３では、絶縁膜１２に対して約２０％程度多いアルカリ密度で拡散されて形成されることになる。
【００４７】
つまり、上部電極１３内に拡散されたアルカリ金属酸化物２０の全体分布量を１００％としたとき、電子放出部のアルカリ密度が約２０％以上低く、電子放出部を除く上部電極１３のアルカリ密度が約２０％以上高くなっており、電子源アレイの面内分布が±２０％以内となる均一なアルカリ密度分布となる。
【００４８】
このような構成によれば、電子放出部となる絶縁層１２の表面に吸着するアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度を約２０％以上低くすることによって、仕事関数の増大の影響が少なくなり、電子放射効率の低下も少なくなる。また、上部電極１３の電子放出部を除く電子源アレイの面内にアルカリ密度が約２０％以上高いアルカリ金属酸化物２０を拡散させたことにより、アルカリ密度が高くなった分、パネル化工程での不要ガスの吸着効果をさらに拡大させることができる。
【００４９】
なお、ここで、電子放出部となる絶縁層１２上の上部電極１３内のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度を、陰極基板面内に対して約２０％以上低くした場合について説明したが、このアルカリ密度が約２０％以上高いと、電子放出部上のアルカリ金属が不要ガスを吸着し、仕事関数を上がり、電子の放出を妨げ、電子利用効率悪化させることなる。したがって、電子放出部のアルカリ密度は陰極基板面内に対して約２０％以上低く抑えることが発明者等の実験の結果、明らかとなった。なお、このアルカリ密度の分布は、例えば蛍光Ｘ線分析装置を用いた測定方法により容易に判別することできる。
【実施例２】
【００５０】
図１３は、本発明による画像表示装置の他の実施例を説明する電子源アレイの電子放出部の要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１３において、電子源アレイの電子放出部となる絶縁層（トンネル絶縁層）１２上に形成するアルカリ金属酸化物２０を拡散した上部電極１３を、膜厚の厚い厚膜電極１３ａと膜厚の薄い薄膜電極１３ｂとで形成することによって絶縁層１２上の面内における上部電極１３の厚さのバラツキを±２０％以内となるように形成したものである。これによって絶縁層１２上の上部電極１３内のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は約±２０％以内となる。
【００５１】
なお、絶縁層１２上に形成する上部電極１３のアルカリ金属酸化物２０を拡散させた厚膜電極１３ａ及び薄膜電極１３ｂは、エアナイフによる液切り法またはスピン法等による加工法により容易に形成することができる。
【００５２】
このような構成によれば、絶縁層１２上のアルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度が電子源アレイの面内でほぼ均一（±２０％）となるので、単位面積当りの不要ガス吸着量や仕事関数が均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、明暗斑や輝度斑やザラツキ感等の無い艶々感のある画質が得られる。
【００５３】
図１４は、本発明による画像表示装置の他の実施例を説明する電子源アレイの電子放出部の要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１４において、絶縁層（トンネル絶縁層）１２上のアルカリ金属酸化物２０を拡散させた上部電極１３を、厚肉部１３ｃと薄肉部１３ｄとで形成することによって絶縁層１２上の上部電極１３の面内におけるアルカリ酸化物２０のアルカリ密度のバラツキを±２０％以内となるように形成したものである。この場合も、アルカリ金属酸化物２０のアルカリ密度は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて容易に測定することができる。
【００５４】
このような構成においても、不要ガスの吸着量や仕事関数を絶縁層１２の面内でほぼ均一にすることができるので、単位面積当りのガス吸着量や仕事関数が均一となり、電子放射効率のバラツキが少なくなるので、明暗斑や輝度斑やザラツキ感等の無い良質な画像が得られる。
【実施例３】
【００５５】
図１５は、本発明による画像表示装置のさらに他の実施例を説明する画像表示パネルの要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１５において、参照符号１０は陰極基板（背面基板）、３０はスペーサ、１１０は陽極基板（前面基板）、１２０はブラックマトリクス（遮光用のＢＭ膜）、１３０はメタルバック（金属薄膜からなる加速電極）、１４０は表示領域、１５０は映像信号配線、１６０は走査信号配線、１７０は電子源、１８０，１８０Ａは接続配線、１９０は接着部材、２００は蛍光体層、２１０は絶縁膜（層間絶縁膜）である。
【００５６】
このような構成において、実施例１及び実施例２と異なる点は、陰極基板１０上の電子源１７０の電子放出部以外であるメタルバック１３０等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にアルカリ金属酸化物２０が付着されている。なお、このアルカリ金属酸化物２０は、パネル構成部材の設置位置によってはその裏面側に付着させても良い。この場合、陰極基板１０上の電子源１７０の電子放出部にはアルカリ金属酸化物２０は付着されていない。
【００５７】
また、実施例３では、パネル内面の露出するメタルバック１３０の表面にアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合について説明したが、この箇所以外にＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にはアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００５８】
なお、実施例３ではメタルバック１３０，ＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面の何れか一方にアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００５９】
また、実施例３では、パネル内面の露出するメタルバック１３０の表面にアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合について説明したが、この箇所以外にＢＭ膜１２０，蛍光体層２００または図示しないが枠体等のパネル内面に露出しているパネル構成部材の表面にはアルカリ金属酸化物２０を付着させても良い。
【００６０】
また、これらの構成部材へのアルカリ金属酸化物２０の付着は、構成部材の単体、複合体または陽極基板１１０をアルカリ金属やアルカリ土類金属に無機塩や有機塩の水溶液に浸漬し、乾燥させることにより、その表面に吸着した状態で残るので、容易に付着させることができる。なお、このアルカリ金属酸化物２０の付着は、スクリーン印刷法、スプレー塗布法またはインクジェット法等を用いて成膜し、乾燥させて形成しても良い。
【００６１】
このような構成によれば、電子源アレイ上にアルカリ金属酸化物２０を付着させるよりも多くのアルカリ金属酸化物２０を付着させることができるので、電子源アレイ上のアルカリ金属のアルカリ密度を増やさず、表示パネル内にトータルのアルカリ金属密度が増加するので、パネル化工程で発生する不要ガスをより多く吸着することができる。また、電子源アレイにアルカリ金属酸化物２０を付着させた場合の副作用が発生し難くなる。また、不要ガスの影響が少なく、プロセス裕度が大きくなる。さらには、これらのアルカリ金属酸化物２０がパネル化工程や点灯時に電子源１７０の電子放出面に付着すると、仕事関数を低下させる役割も果たす。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１を説明する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。
【図２】本発明に係わる薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図である。
【図４】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図３に続く図である。
【図５】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図４に続く図である。
【図６】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図５に続く図である。
【図７】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図６に続く図である。
【図８】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図７に続く図である。
【図９】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図８に続く図である。
【図１０】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図９に続く図である。
【図１１】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図１０に続く図である。
【図１２】本発明に係わる薄膜型電子源の製造方法を示す図１１に続く図である。
【図１３】本発明の実施例２を説明するＭＩＭ型薄膜電子源を用いた画像表示装置の薄膜型電子源の要部拡大断面図である。
【図１４】本発明による画像表示装置のＭＩＭ型薄膜電子源の他の構成を示す要部拡大断面図である。
【図１５】本発明による画像表示装置の実施例３の構成を示す表示パネルの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・・陰極基板（背面基板）、１１・・・下部電極、１２・・・薄膜状絶縁層（トンネル絶縁層）、１３・・・上部電極、１３ａ・・・厚膜電極、１３ｂ・・・薄膜電極、１３ｃ・・・厚肉部、１３ｄ・・・薄肉部、１４・・・保護絶縁層、１５・・・層間膜、１６・・・金属膜下層、１７・・・金属膜中間層、１８・・・金属膜上層、１９・・・アルカリ金属無機塩、２０・・・アルカリ金属酸化物、２１・・・走査電極（上部バス電極配線）、２３・・・白金族電極、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、１１０・・・陽極基板（前面基板）、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（遮光用のＢＭ膜）、１３０・・・メタルバック（金属薄膜からなる加速電極）、１４０・・・表示領域、１５０・・・映像信号配線、１６０・・・走査信号配線、１７０・・・電子源、１８０，１８０Ａ・・・接続配線、１９０・・・接着部材、２００・・・蛍光体層、２１０・・・絶縁膜（層間絶縁膜）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備えた画像表示装置であって、
前記電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、且つ前記電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くしたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記電子放出部の前記アルカリ密度を他の部分の面内よりも２０％以上低くしたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備えた画像表示装置であって、
前記電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、且つ前記電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布を前記電子放出部の面内で±２０％以内としたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
電子を放出する電子源アレイを有する陰極基板と蛍光面を有する陽極基板とを備えた画像表示装置であって、
前記陰極基板と前記陽極基板とに囲まれたパネル内において前記電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が拡散されたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記アルカリ金属は、セシウム、カリウム、ナトリウム、ルビジウム、リチウムまたはフランシウムであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記アルカリ金属は、アルカリ金属酸化物であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記アルカリ金属は、アルカリ金属化合物であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１】
電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備えた画像表示装置であって、
前記電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、且つ前記電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度を他の部分の面内よりも低くしたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記電子放出部の前記アルカリ密度を他の部分の面内よりも２０％以上低くしたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
電子を放出する電子源アレイと蛍光面とを備えた画像表示装置であって、
前記電子源アレイの面内にアルカリ金属が拡散され、且つ前記電子源アレイの電子放出部のアルカリ金属のアルカリ密度のバラツキ分布を前記電子放出部の面内で±２０％以内としたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
電子を放出する電子源アレイを有する陰極基板と蛍光面を有する陽極基板とを備えた画像表示装置であって、
前記陰極基板と前記陽極基板とに囲まれたパネル内において前記電子源アレイの電子放出部以外の領域にアルカリ金属が拡散されたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記アルカリ金属は、セシウム、カリウム、ナトリウム、ルビジウム、リチウムまたはフランシウムであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記アルカリ金属は、アルカリ金属酸化物であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記アルカリ金属は、アルカリ金属化合物であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−５９５９４（Ｐ２００９−５９５９４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２６０８２（Ｐ２００７−２２６０８２）
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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