画像表示装置
【課題】ＭＩＭ型エミッタを用いたＦＥＤの残像減少を解決する。
【解決手段】
平坦な基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子であって、前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下に制限する。このような構成によって残像回復時間を２秒以下にする。
【解決手段】
平坦な基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子であって、前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下に制限する。このような構成によって残像回復時間を２秒以下にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関わり、特に電子源アレイと蛍光面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係わる。
【背景技術】
【０００２】
微少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】
ＦＥＤではこれらの電子源を基板上にマトリクス状に配置し、対向基板の前記電子源に対応した部分に蛍光体を形成する。基板と対向基板との間を真空に保持し、電子源から放出された電子によって蛍光体を光らせて画像を形成する。
【０００４】
ＭＩＭ電子源は、表面汚染に比較的強い、ビームの蛍光面側への指向性が良い等の特徴を有している。ＭＩＭ電子源については、例えば「特許文献１」に記載がある。また、ＭＩＭ電子源を用いた画像表示装置の構造については例えば、「非特許文献１」に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９５７１６号公報
【非特許文献１】楠等、「月刊ディスプレイ」平成１４年３月、株式会社テクノタイムズ社発行、Ｖｏｌ．８Ｎｏ．3，ｐ５４（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
「非特許文献１」には、ＭＩＭ(Metal-Insulator-Metal)ダイオード構造の電子放出素子で、ＦＥＤ(Field Emission Display)を構成する技術が開示されている。この技術において、トンネル絶縁膜には、高い密度の電子が注入される。その一部は絶縁膜の中に捕獲され、図１に示すように絶縁膜内の電界を緩和させ、トンネル障壁の厚さが増加するため、注入電子量が減少してエミッション電流が低下してしまう。
【０００７】
これを避けるため、「特許文献１」では、非表示期間中ダイオードに逆バイアスを印加して、捕獲された電子の脱離を促進する駆動法が開示されている。しかしながら画像表示においては、表示履歴が画像に影響を与える、残像現象が観測され問題となった。図２に典型的な例を記載する。まずゼロ輝度画像を背景に、ピーク輝度で文字を表示する。つぎに画像を中間輝度(例えばピーク輝度の1/4輝度)に切り替えると、白黒が反転した文字が観測される。文字を表示した画素では、ダイオード特性が前述の電子捕獲により、閾値が正方向にシフトする(図３参照)。このため当該領域の画素は、同じ駆動電圧を与えても周りより低い電流しか出力することができない。
【０００８】
本発明の目的は、残像現象を解消するため、電子捕獲源の少ないトンネル絶縁膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、下部電極を構成するＡｌ合金の添加剤組成を制限する。これにより陽極酸化で形成するトンネル絶縁膜中の添加剤濃度を一定の水準以下にすることを基本構成とする。本発明の代表的構成を記述すれば、以下のとおりである。
【００１０】
本発明のダイオード素子は、平坦な基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子を構成する。そして、前記絶縁層は、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金層を含む積層膜からなり、かつ前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のダイオード素子は、その前記下部電極に対して、前記上部電極に正バイアスを印加することによりホットエレクトロンを前記絶縁膜に注入し、該注入されたホットエレクトロンの一部を前記上部電極から真空へ放出させる冷陰極型電子源を構成するものであり、前記上部電極は、当該電極中の電子散乱に関する平均自由工程に比べて同等あるいはそれ以下の膜厚を有し、かつ、その表面仕事関数が当該電極中のホットエレクトロンの最高エネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記ダイオード素子の前記上部電極は、イリジウム、白金、金の順で重ねられた積層膜であることを特徴とする。
【００１３】
そして、本発明の表示装置は、マトリクス配置された複数の電子源を内面に備えた平坦な第１の基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置された複数の蛍光体を備えた平坦な第２の基板とを有し、この電子源として上記した構成のダイオード素子を用いたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【発明の効果】
【００１５】
薄膜電子源に好適なＭＩＭ型ダイオード素子の電子加速層を陽極酸化で形成する際、トンネル絶縁膜にはアルミニウム合金の添加金属も同時に酸化物となって取り込まれる添加金属の酸化物は、電子捕獲中心となるので、これを一定水準以下に制限する。これによって本発明によるＭＩＭ電子源を使用した表示装置において残像現象を抑止することができる。
【００１６】
また、陽極酸化膜中の不純物を一定以下に抑えることによって電子が真空中に放出される割合を示すエミッション効率を上げることが出来る。さらに、陽極酸化膜中の不純物を一定以下に抑えることによって電子源がオープンあるいはショートするまでの寿命時間を延ばすことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
実施例１では、本発明の効果を実証した実験内容を開示する。実験には下部電極の材料として、アルミニウム−ネオジウム(Ｎｄ)合金を用い、その添加量を0.6, 1.0, 2.0原子量％に、トンネル絶縁膜に含まれるＮｄ濃度が異なる３種類のＭＩＭ型ＦＥＤパネルA,B,Cを作製した。測定に使用したＭＩＭ型ＦＥＤパネルの製造方法については実施例２で詳細に開示する。
【００１９】
まずは残像特性の評価方法を説明する。評価では測定対象となる画素領域の、ダイオード電流、エミッション電流及び、輝度の経時変化を記録した。これらの数値は、残像以外の外的要因、例えば室温等の影響を受けて変動する。表示履歴に関係しない変動を取り除くため、２箇所の測定画素領域を設定し、両者の差分で残像量を計測した。
以下に評価手順を説明する。
【００２０】
（１）まず両者を平均輝度相当(ピーク輝度の1/4)で10分間駆動して素子を暖気運転する。
【００２１】
（２）次に領域１の画素をピーク輝度相当で所定の時間(例えば１時間)駆動する。この間領域２の駆動条件は、平均輝度で駆動する。
【００２２】
（３）領域１の輝度を平均に戻す。この瞬間を起点として、領域１の輝度(エミッション電流、ダイオード電流)を経時的に計測する。この時領域２の画素も、参照データとして同時に記録する。
【００２３】
（４）両者のデータを、ピーク輝度直前の値を基準に規格化を行う。これは領域１，２での輝度差の影響を排除するためである。
【００２４】
（５）最後に規格化した両者の差分データを求めグラフ化する。グラフから所定の回復率に達する時間を求め、これを回復時間と定義する。本発明では、98％回復時間を残像回復時間と定義した。
【００２５】
一方トンネル絶縁膜の中に含まれるネオジウム(Ｎｄ)量の計測には、２次イオン質量分析(SIMS)を用いた。試料はパネルと同じ下部電極膜を、パネルと同じ陽極酸化条件でトンネル絶縁膜を作製した。SIMS測定では一次イオンにはCsイオンを、またスパッタエッチングにはArイオンを用いた。得られた２次イオン強度信号は、濃度が既知の標準試料から得た感度係数をもとに体積濃度に変換した。図４に前記３種類の試料A，B，CのＮｄ元素の深さ方向分布を示す。これらの濃度分布を深さ方向で積分することで、トンネル絶縁膜における単位面積あたりのＮｄ濃度(面積濃度)を算出することが出来る。その結果を図５の表に示す。
【００２６】
アルミニウム合金膜はスパッタリングで形成するが、アルミニウム合金膜のＮｄの成分量はターゲットの組成を変化させることによって変えることが出来る。図５の表はターゲット中のＮｄ含有量と陽極酸化膜中のＮｄの面積密度の関係を示すものである。
【００２７】
このようにして得た３種類のパネルの、Ｎｄ面積濃度と残像回復時間の関係を図６に示す。仮に残像回復時間の許容限界を２秒以下にすると、Ｎｄ面積濃度は1.1×1014cm-2以下に設定しなければならないことが判る。動画によっては残像回復時間は２秒以下では不足で１秒以下としたい場合もある。この場合はＮｄ面積濃度は1.1×1014cm-2以下に設定しなければならない。なお回復時間の許容限界値を変える場合は、それに応じて図に戻り面積濃度を求め直せばよい。本発明の重要な知見は、陽極酸化膜中の不純物の体積密度よりも、陽極酸化膜中の不純物の絶対量が重要であるということである。
【００２８】
図６はＮｄについて評価しているが、添加材としてＳｃ、Ｙ、Ｓｍ等を用いる場合も同様な基準を適用してよい。また、添加材として化学的性質の同じランタノイド系，もしくはIIIA族の金属元素を用いる場合も、同じ基準を適用してよい。さらには、添加材として元素周期律表におけるIAからVA族、VIAからVIII族のいずれかに属する金属元素の場合も同様な基準を適用することが出来る。
【００２９】
本発明はＭＩＭ電子源から電子が真空中に放出される割合を示すエミッション効率に対しても大きな効果が得られる。図７はスパッタリングターゲットのＮｄ含有量とエミッション効率との関係を示す図である。図７の横軸はターゲットのＮｄの含有量であるが、ＭＩＭ絶縁膜中のＮｄ含有量は図５に示す表を用いて換算すればよい。
【００３０】
従来Alのヒロック防止の観点から、合金ターゲット中のNd濃度は2原子量％を用いており、この場合のエミッション効率は3.3%であった。ところがNd濃度を1原子量％、0.6原子量％と下げるに従ってエミッション効率はそれぞれ、5.1%と5.6%に向上することが判明した。本現象のメカニズムについては解明できていないが、絶縁膜中に存在するNdがフォノン散乱中心となって電子エネルギーの方向分布を変え、結果的に仕事関数を超える数を減少させるためではないかと考えている。
本発明によれば大幅にエミッション効率の向上させることが出来る。エミッション効率はＭＩＭ電子源で最も重要な特性の一つであるから、この点でも本発明は大きな効果がある。
【００３１】
本発明はさらに電子源の寿命特性の向上にも大きな効果がある。ＭＩＭ電子源は長期間使用すると絶縁膜の特性が劣化し、上部電極と下部電極のショート等が生じ、エミッションが停止する。この現象は一般的に経時的絶縁破壊(TDDB)特性と呼ばれている。このＭＩＭ電子源が破壊するまでの時間(TDDB寿命)が絶縁膜中のＮｄの含有量によって大きく変わる。図８は従来のＭＩＭ電子源すなわち、絶縁膜のＮｄ面積濃度が1.7×1014cm-2の場合と本発明の絶縁膜である、Ｎｄ面積濃度が5.0×1013cm-2の場合の寿命特性を比較したものである。
【００３２】
図８において、横軸は時間、縦軸は累積不良率、すなわち、ＭＩＭの電子放出が起こらなくなる不良の累積値である。このグラフはワイブルチャートと呼ばれているものである。図８において、分布Ａは従来の電子源の寿命特性で、分布Ｂは本発明の電子源の寿命特性である。累積不良率が５０％となる時間は従来例では約２０００時間であるのに対し、本発明の電子源では約６０００時間となっており、寿命時間は３倍となっている。電子源の寿命はそのまま表示装置の寿命である。このように、本発明は表示装置寿命特性の向上に対して極めて大きな効果がある。
【実施例２】
【００３３】
ここでは図９乃至図１８により、本発明のダイオード素子を適用した表示装置の電子源を製造する工程を説明する。各図において、（a）は平面図、（b）は（a）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（c）は（a）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。
【００３４】
図９において、ガラス等の絶縁性の基板（背面基板、あるいはカソード基板とも称する）１０上に信号電極１１（以下、下部電極１１）用の金属膜を成膜する。下部電極１１の材料としてはアルミニウム合金を用いる。ここでは、ネオジウム（Ｎｄ）を0.6，1.0，2.0原子量％ドープしたＡ１−Ｎｄ合金を用いた。この金属膜の成膜には、例えば、スパッタ法を用いる。膜厚は３００ｎｍとした。成膜後はホトリソグラフィ工程、エッチングエ程により図９に示すようなストライプ状の下部電極１１を形成する。エッチング液には、例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液によるウェットエッチングを適用する。
【００３５】
図１０において、下部電極１１の一部にレジストパターンを付与し、表面を局所的に陽極酸化する。化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は100uA/cm2、酸化電圧は100Vである。
続いて、局所酸化に用いたレジストパターンを剥離し、下部電極１１の表面を再度陽極酸化し、下部電極１１上に電子加速層となる絶縁層（トンネル絶縁膜）１２を形成する。
【００３６】
化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は10uA/cm2、酸化電圧は4Vである。トンネル絶縁膜１２の回りにはフィールド絶縁膜１２Ａが形成される。この時、既に酸化膜が成長した領域では、酸化は行われず、前工程でレジストに覆われていた領域だけに酸化膜が約10nmだけ成長する。酸化に際してＡｌ合金の添加金属であるＮｄは、Ａｌとともに液相側に移動し、液界面でO-2と反応して酸化膜となる。
【００３７】
図１１は、信号線の端子部における図１０と同様の説明図である。本発明では、信号線の端子部にも画素部分と同様のトンネル絶縁層１２が複数形成される。図１２において、絶縁層１４として、窒化珪素ＳｉＮ（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）をスパッタ法により形成する。接続電極１５としてクロム(Ｃｒ)を１００ｎｍ、上部電極給電線（上部電極給電配線、走査線バス配線）１６としてＡ１合金を２μｍ、その上に表面保護層１７としてクロム(Ｃｒ)を形成する。
【００３８】
図１３において、走査線となる部分に表面保護層１７のＣｒを残す。Ｃｒのエッチングには、硝酸セリウム２アンモニウムと硝酸の混合水溶液が適している。このとき、表面保護層１７の線幅は、次工程で作製される上部電極給電線１６の線幅よりも狭くなるように設計する必要がある。
【００３９】
これは、上部電極給電線１６が２μｍのＡ１合金からなるため、ウェットエッチングにより同程度のサイドエッチングの発生が避けられないためである。これを考慮しないと表面保護層１７が上部電極給電線１６から庇上に張り出す。表面保護層電極１７の庇上に張り出した部分は、強度が不十分で、製造工程中容易に崩落や、剥離を起こし、走査線間のショート不良に至るとともに、高電圧印加時に電界集中を起こすため致命的な放電を誘発する。
【００４０】
図１４において、上部電極給電線１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。エッチング液には例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）が適している。
【００４１】
図１５において、接続電極１５を絶縁膜１４の開口部側にせり出すように、また反対側では上部電極給電配線１６に対して後退するように(アンダーカットができるように)加工する。このためには、ホトレジストパターン１８を、前者では接続電極１５上に、後者では表面保護層１７上に配してウェットエッチングを行えばよい。エッチング液には前述の硝酸セリウム２アンモニウムと硝酸との混合水溶液が好適である。このとき、絶縁膜下層１４はトンネル絶縁膜１２をエッチング液から守るエッチングストッパーの役割を担っている。
【００４２】
図１６において、電子放出部を開けるために、レジストパターン１８を形成しホトリソグラフィとドライエッチングにより絶縁膜１４の一部を開口する。エッチングガスにはＣＦ4と０2との混合ガスが好適である。図１７において露出したトンネル絶縁膜１２には再度陽極酸化を施し、エッチングによる加工損傷を修復する。酸化条件は、化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は10uA/cm2、酸化電圧は4Vとする。
【００４３】
図１８に示したように、上部電極１３を形成してカソード基板（電子源基板、陰極基板）が完成する。上部電極１３の成膜にはシャドウマスクを用い、基板周辺に配された電気配線の端子部分などに成膜しないようにスパッタリング（スパッタ）法で行う。上部電極給電線１６は前述のアンダーカット構造部分で被服不良を起こし、上部電極１３が走査線毎に自動的に分離される。上部電極１３の材料としては、Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数nｍとする。これにより、ホトリソグラフィ・エッチングに付随する上部電極１３やトンネル絶縁膜１２への汚染や損傷を回避することができる。
【００４４】
ＭＩＭ型カソード基板を用いた画像表示装置の構成例を図１９と図２０により説明する。まず、上述したプロセスでカソード基板１０上にＭＩＭ型電子源を複数個配列したカソード基板を作製する。説明のため、図１９には（３×４）ドットのＭＩＭ型電子源基板の平面図と断面図を示したが、実際には表示ドット数に対応した数のＭＩＭ型電子源のマトリクスを形成する。
【００４５】
図１９（a）は平面図、図１９（b）は図１９（a）のＡ−Ａ’断面図、図１９（c）は図１９（a）のB−B’断面図である。前記の説明における符号と同一符号は同一機能部分に対応する。
【００４６】
図２０により、前面基板（アノード基板とも称する）の構成をその作製方法で説明する。図２０（a）は平面図、図２０（b）は図２０（a）のＡ−Ａ’断面図、図２０（c）は図２０（a）のB−B’断面図である。前記の説明における符号と同一符号は同一機能部分に対応する。アノード基板１１０には透光性のガラスなどを用いる。
【００４７】
まず、画像表示装置のコントラストを上げる目的でブラックマトリクス１１７を形成する。ブラックマトリクス１１７は、ＰＶＡ(ポリビニルアルコール)と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液をアノード基板１１０に塗布し、ブラックマトリクス１１７を形成したい部分以外に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を除去し、そこに黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布してＰＶＡをリフトオフすることにより形成する。
【００４８】
次に、赤色蛍光体１１１を形成する。蛍光体粒子にＰＶＡ(ポリビニルアルコール)と重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液をアノード基板１１０上に塗布した後、蛍光体を形成する部分に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を流水で除去する。このようにして赤色蛍光体１１１をパターン化する。同様にして、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。蛍光体としては、例えば赤色にＹ2０2Ｓ:Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色にＺｎＳ:Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色にＺｎＳ:Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いればよい。
【００４９】
次いで、ニトロセルロースなどの膜でフィルミングして表面を平坦化した後、アノード基板１１０全体にＡｌを膜厚７５nｍ程度蒸着してメタルバック１１４とする。このメタルバック１１４が加速電極として働く。その後、アノード基板１１０を大気中４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして、アノード基板が完成する。このようにして製作したアノード基板１１０とカソード基板１０とをスペーサ３０を介し、表示領域の周囲に枠ガラス１１６を介在させてフリットガラス１１５で封着する。
【００５０】
図２１は、カソード基板とアノード基板を貼り合わせた画像表示装置断面図であり、図２１（a）は図２０のＡ−Ａ’断面に相当し、図２１（b）は図２０のＢ‐Ｂ’断面に相当する。貼り合わせたアノード基板１１０とカソード基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。スペーサ３０は、例えば板状のガラスまたはセラミックスを上部電極給電線１６上に配置する。この場合、スペーサが表示基板側のブラックマトリクス１１７の下に配置されるため、スペーサ３０は発光を阻害しない。ここでは、説明のため、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)に発光するドット毎、すなわち上部電極給電線１６上の上に全てスペーサ３０を立てているが、実際は機械強度が耐える範囲でスペーサ３０の枚数(密度)を減らし、例えば数ｃｍおきに立てればよい。
【００５１】
また、ここでは説明しなかったが、支柱状のスペーサ、格子状のスペーサを使用する場合でも同様な手法によりパネル組み立てが可能である。封着したパネルは、１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して封じ切る。封止後、内蔵したゲッターを活性化し、基板と枠とで構成される容器内を高真空に維持する。例えば、Ｂａを主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱等によりゲッター膜を形成できる。また、Ｚｒを主成分とする非蒸発型ゲッターを用いてもよい。
【００５２】
このようにして、ＭＩＭ型電子源を用いた表示パネルが完成する。アノード基板１１０とカソード基板１０間の距離は１〜３mm程度と長いので、メタルバック１１４に印加する加速電圧を１〜１０KVと高電圧に出来る。これにより、蛍光体には陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用できる。
【００５３】
図２２は、本発明の画像表示装置の全体構成例の概略を説明する展開斜視図である。カソード基板を構成する背面パネルＰＮＬ1には、そのカソード基板１０の内面に、一方向に延在し該一方向と直交する他方向に並設されて前記他方向に走査信号が順次印加される複数の配線で構成される走査線１６と、他方向に延在し走査線で構成される上部電極１３に交差する如く前記一方向に並設された複数の信号線１１（下部電極１１）と、走査線１６と下部電極１１の各交叉部近傍に設けた電子源ＥＬＳを有する。陰極基板１０の上に下部電極１１が形成され、その上に層間絶縁層を介して上部電極１３が形成されている。
【００５４】
そして、アノード基板を構成する前面パネルＰＮＬ２には、その基板１１０の内面にブラックマトリクス４３で互いに区画された３色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の３つの副画素４１と、アノード（陽極）４３が形成されている。この構成例では、陰極基板１０の走査線１６の上に、当該走査線１６に沿ってスペーサ３０を設置して両パネルを所定の間隔で図示しない枠ガラスを介在させて貼り合せ、真空封止している。スペーサ３０は一枚のみ図示したが、通常は大気圧による圧壊を防止するよう一定の間隔で複数本設置される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＭＩＭエミッタの動作原理と、電子捕獲によるバンド変調の様子を示すエネルギーバンド図である
【図２】ＭＩＭエミッタを用いたＦＥＤパネルにおける、残像現象を示す図面である。
【図３】残像現象を説明する、ＭＩＭダイオードのI-V特性図である。
【図４】ターゲットのＮｄ量と絶縁膜中のＮｄ濃度の関係である。
【図５】ターゲットのＮｄ量と絶縁膜中のＮｄ面積濃度の関係を示す表である。
【図６】残像回復時間と、絶縁膜中のＮｄ面積濃度との関係を示す図である。
【図７】ターゲットのＮｄ量とエミッション効率の関係を示すグラフである。
【図８】ターゲットのＮｄ量と寿命特性の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図である。
【図１０】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図９に続く図である。
【図１１】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１０に続く図である。
【図１２】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１１に続く図である。
【図１３】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１２に続く図である。
【図１４】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１３に続く図である。
【図１５】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１４に続く図である。
【図１６】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１５に続く図である。
【図１７】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１６に続く図である。
【図１８】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１７に続く図である。
【図１９】ＭＩＭ型カソード基板の構成例を説明する図である。
【図２０】アノード基板の構成例を説明する図である。
【図２１】カソード基板とアノード基板を貼り合わせた画像表示装置断面図である。
【図２２】本発明の画像表示装置の全体構成例の概略を説明する展開斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０・・・絶縁基板、１１・・・下部電極（信号線）、１２・・・トンネル絶縁層（電子加速層）、１３・・・上部電極、１４・・・層間絶縁層、１５・・・接続電極、１６・・・上部電極給電配線（走査線）、１７・・・表面保護膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関わり、特に電子源アレイと蛍光面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係わる。
【背景技術】
【０００２】
微少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】
ＦＥＤではこれらの電子源を基板上にマトリクス状に配置し、対向基板の前記電子源に対応した部分に蛍光体を形成する。基板と対向基板との間を真空に保持し、電子源から放出された電子によって蛍光体を光らせて画像を形成する。
【０００４】
ＭＩＭ電子源は、表面汚染に比較的強い、ビームの蛍光面側への指向性が良い等の特徴を有している。ＭＩＭ電子源については、例えば「特許文献１」に記載がある。また、ＭＩＭ電子源を用いた画像表示装置の構造については例えば、「非特許文献１」に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９５７１６号公報
【非特許文献１】楠等、「月刊ディスプレイ」平成１４年３月、株式会社テクノタイムズ社発行、Ｖｏｌ．８Ｎｏ．3，ｐ５４（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
「非特許文献１」には、ＭＩＭ(Metal-Insulator-Metal)ダイオード構造の電子放出素子で、ＦＥＤ(Field Emission Display)を構成する技術が開示されている。この技術において、トンネル絶縁膜には、高い密度の電子が注入される。その一部は絶縁膜の中に捕獲され、図１に示すように絶縁膜内の電界を緩和させ、トンネル障壁の厚さが増加するため、注入電子量が減少してエミッション電流が低下してしまう。
【０００７】
これを避けるため、「特許文献１」では、非表示期間中ダイオードに逆バイアスを印加して、捕獲された電子の脱離を促進する駆動法が開示されている。しかしながら画像表示においては、表示履歴が画像に影響を与える、残像現象が観測され問題となった。図２に典型的な例を記載する。まずゼロ輝度画像を背景に、ピーク輝度で文字を表示する。つぎに画像を中間輝度(例えばピーク輝度の1/4輝度)に切り替えると、白黒が反転した文字が観測される。文字を表示した画素では、ダイオード特性が前述の電子捕獲により、閾値が正方向にシフトする(図３参照)。このため当該領域の画素は、同じ駆動電圧を与えても周りより低い電流しか出力することができない。
【０００８】
本発明の目的は、残像現象を解消するため、電子捕獲源の少ないトンネル絶縁膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、下部電極を構成するＡｌ合金の添加剤組成を制限する。これにより陽極酸化で形成するトンネル絶縁膜中の添加剤濃度を一定の水準以下にすることを基本構成とする。本発明の代表的構成を記述すれば、以下のとおりである。
【００１０】
本発明のダイオード素子は、平坦な基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子を構成する。そして、前記絶縁層は、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金層を含む積層膜からなり、かつ前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のダイオード素子は、その前記下部電極に対して、前記上部電極に正バイアスを印加することによりホットエレクトロンを前記絶縁膜に注入し、該注入されたホットエレクトロンの一部を前記上部電極から真空へ放出させる冷陰極型電子源を構成するものであり、前記上部電極は、当該電極中の電子散乱に関する平均自由工程に比べて同等あるいはそれ以下の膜厚を有し、かつ、その表面仕事関数が当該電極中のホットエレクトロンの最高エネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記ダイオード素子の前記上部電極は、イリジウム、白金、金の順で重ねられた積層膜であることを特徴とする。
【００１３】
そして、本発明の表示装置は、マトリクス配置された複数の電子源を内面に備えた平坦な第１の基板と、前記電子源のそれぞれに対応して配置された複数の蛍光体を備えた平坦な第２の基板とを有し、この電子源として上記した構成のダイオード素子を用いたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【発明の効果】
【００１５】
薄膜電子源に好適なＭＩＭ型ダイオード素子の電子加速層を陽極酸化で形成する際、トンネル絶縁膜にはアルミニウム合金の添加金属も同時に酸化物となって取り込まれる添加金属の酸化物は、電子捕獲中心となるので、これを一定水準以下に制限する。これによって本発明によるＭＩＭ電子源を使用した表示装置において残像現象を抑止することができる。
【００１６】
また、陽極酸化膜中の不純物を一定以下に抑えることによって電子が真空中に放出される割合を示すエミッション効率を上げることが出来る。さらに、陽極酸化膜中の不純物を一定以下に抑えることによって電子源がオープンあるいはショートするまでの寿命時間を延ばすことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
実施例１では、本発明の効果を実証した実験内容を開示する。実験には下部電極の材料として、アルミニウム−ネオジウム(Ｎｄ)合金を用い、その添加量を0.6, 1.0, 2.0原子量％に、トンネル絶縁膜に含まれるＮｄ濃度が異なる３種類のＭＩＭ型ＦＥＤパネルA,B,Cを作製した。測定に使用したＭＩＭ型ＦＥＤパネルの製造方法については実施例２で詳細に開示する。
【００１９】
まずは残像特性の評価方法を説明する。評価では測定対象となる画素領域の、ダイオード電流、エミッション電流及び、輝度の経時変化を記録した。これらの数値は、残像以外の外的要因、例えば室温等の影響を受けて変動する。表示履歴に関係しない変動を取り除くため、２箇所の測定画素領域を設定し、両者の差分で残像量を計測した。
以下に評価手順を説明する。
【００２０】
（１）まず両者を平均輝度相当(ピーク輝度の1/4)で10分間駆動して素子を暖気運転する。
【００２１】
（２）次に領域１の画素をピーク輝度相当で所定の時間(例えば１時間)駆動する。この間領域２の駆動条件は、平均輝度で駆動する。
【００２２】
（３）領域１の輝度を平均に戻す。この瞬間を起点として、領域１の輝度(エミッション電流、ダイオード電流)を経時的に計測する。この時領域２の画素も、参照データとして同時に記録する。
【００２３】
（４）両者のデータを、ピーク輝度直前の値を基準に規格化を行う。これは領域１，２での輝度差の影響を排除するためである。
【００２４】
（５）最後に規格化した両者の差分データを求めグラフ化する。グラフから所定の回復率に達する時間を求め、これを回復時間と定義する。本発明では、98％回復時間を残像回復時間と定義した。
【００２５】
一方トンネル絶縁膜の中に含まれるネオジウム(Ｎｄ)量の計測には、２次イオン質量分析(SIMS)を用いた。試料はパネルと同じ下部電極膜を、パネルと同じ陽極酸化条件でトンネル絶縁膜を作製した。SIMS測定では一次イオンにはCsイオンを、またスパッタエッチングにはArイオンを用いた。得られた２次イオン強度信号は、濃度が既知の標準試料から得た感度係数をもとに体積濃度に変換した。図４に前記３種類の試料A，B，CのＮｄ元素の深さ方向分布を示す。これらの濃度分布を深さ方向で積分することで、トンネル絶縁膜における単位面積あたりのＮｄ濃度(面積濃度)を算出することが出来る。その結果を図５の表に示す。
【００２６】
アルミニウム合金膜はスパッタリングで形成するが、アルミニウム合金膜のＮｄの成分量はターゲットの組成を変化させることによって変えることが出来る。図５の表はターゲット中のＮｄ含有量と陽極酸化膜中のＮｄの面積密度の関係を示すものである。
【００２７】
このようにして得た３種類のパネルの、Ｎｄ面積濃度と残像回復時間の関係を図６に示す。仮に残像回復時間の許容限界を２秒以下にすると、Ｎｄ面積濃度は1.1×1014cm-2以下に設定しなければならないことが判る。動画によっては残像回復時間は２秒以下では不足で１秒以下としたい場合もある。この場合はＮｄ面積濃度は1.1×1014cm-2以下に設定しなければならない。なお回復時間の許容限界値を変える場合は、それに応じて図に戻り面積濃度を求め直せばよい。本発明の重要な知見は、陽極酸化膜中の不純物の体積密度よりも、陽極酸化膜中の不純物の絶対量が重要であるということである。
【００２８】
図６はＮｄについて評価しているが、添加材としてＳｃ、Ｙ、Ｓｍ等を用いる場合も同様な基準を適用してよい。また、添加材として化学的性質の同じランタノイド系，もしくはIIIA族の金属元素を用いる場合も、同じ基準を適用してよい。さらには、添加材として元素周期律表におけるIAからVA族、VIAからVIII族のいずれかに属する金属元素の場合も同様な基準を適用することが出来る。
【００２９】
本発明はＭＩＭ電子源から電子が真空中に放出される割合を示すエミッション効率に対しても大きな効果が得られる。図７はスパッタリングターゲットのＮｄ含有量とエミッション効率との関係を示す図である。図７の横軸はターゲットのＮｄの含有量であるが、ＭＩＭ絶縁膜中のＮｄ含有量は図５に示す表を用いて換算すればよい。
【００３０】
従来Alのヒロック防止の観点から、合金ターゲット中のNd濃度は2原子量％を用いており、この場合のエミッション効率は3.3%であった。ところがNd濃度を1原子量％、0.6原子量％と下げるに従ってエミッション効率はそれぞれ、5.1%と5.6%に向上することが判明した。本現象のメカニズムについては解明できていないが、絶縁膜中に存在するNdがフォノン散乱中心となって電子エネルギーの方向分布を変え、結果的に仕事関数を超える数を減少させるためではないかと考えている。
本発明によれば大幅にエミッション効率の向上させることが出来る。エミッション効率はＭＩＭ電子源で最も重要な特性の一つであるから、この点でも本発明は大きな効果がある。
【００３１】
本発明はさらに電子源の寿命特性の向上にも大きな効果がある。ＭＩＭ電子源は長期間使用すると絶縁膜の特性が劣化し、上部電極と下部電極のショート等が生じ、エミッションが停止する。この現象は一般的に経時的絶縁破壊(TDDB)特性と呼ばれている。このＭＩＭ電子源が破壊するまでの時間(TDDB寿命)が絶縁膜中のＮｄの含有量によって大きく変わる。図８は従来のＭＩＭ電子源すなわち、絶縁膜のＮｄ面積濃度が1.7×1014cm-2の場合と本発明の絶縁膜である、Ｎｄ面積濃度が5.0×1013cm-2の場合の寿命特性を比較したものである。
【００３２】
図８において、横軸は時間、縦軸は累積不良率、すなわち、ＭＩＭの電子放出が起こらなくなる不良の累積値である。このグラフはワイブルチャートと呼ばれているものである。図８において、分布Ａは従来の電子源の寿命特性で、分布Ｂは本発明の電子源の寿命特性である。累積不良率が５０％となる時間は従来例では約２０００時間であるのに対し、本発明の電子源では約６０００時間となっており、寿命時間は３倍となっている。電子源の寿命はそのまま表示装置の寿命である。このように、本発明は表示装置寿命特性の向上に対して極めて大きな効果がある。
【実施例２】
【００３３】
ここでは図９乃至図１８により、本発明のダイオード素子を適用した表示装置の電子源を製造する工程を説明する。各図において、（a）は平面図、（b）は（a）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（c）は（a）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。
【００３４】
図９において、ガラス等の絶縁性の基板（背面基板、あるいはカソード基板とも称する）１０上に信号電極１１（以下、下部電極１１）用の金属膜を成膜する。下部電極１１の材料としてはアルミニウム合金を用いる。ここでは、ネオジウム（Ｎｄ）を0.6，1.0，2.0原子量％ドープしたＡ１−Ｎｄ合金を用いた。この金属膜の成膜には、例えば、スパッタ法を用いる。膜厚は３００ｎｍとした。成膜後はホトリソグラフィ工程、エッチングエ程により図９に示すようなストライプ状の下部電極１１を形成する。エッチング液には、例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液によるウェットエッチングを適用する。
【００３５】
図１０において、下部電極１１の一部にレジストパターンを付与し、表面を局所的に陽極酸化する。化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は100uA/cm2、酸化電圧は100Vである。
続いて、局所酸化に用いたレジストパターンを剥離し、下部電極１１の表面を再度陽極酸化し、下部電極１１上に電子加速層となる絶縁層（トンネル絶縁膜）１２を形成する。
【００３６】
化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は10uA/cm2、酸化電圧は4Vである。トンネル絶縁膜１２の回りにはフィールド絶縁膜１２Ａが形成される。この時、既に酸化膜が成長した領域では、酸化は行われず、前工程でレジストに覆われていた領域だけに酸化膜が約10nmだけ成長する。酸化に際してＡｌ合金の添加金属であるＮｄは、Ａｌとともに液相側に移動し、液界面でO-2と反応して酸化膜となる。
【００３７】
図１１は、信号線の端子部における図１０と同様の説明図である。本発明では、信号線の端子部にも画素部分と同様のトンネル絶縁層１２が複数形成される。図１２において、絶縁層１４として、窒化珪素ＳｉＮ（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）をスパッタ法により形成する。接続電極１５としてクロム(Ｃｒ)を１００ｎｍ、上部電極給電線（上部電極給電配線、走査線バス配線）１６としてＡ１合金を２μｍ、その上に表面保護層１７としてクロム(Ｃｒ)を形成する。
【００３８】
図１３において、走査線となる部分に表面保護層１７のＣｒを残す。Ｃｒのエッチングには、硝酸セリウム２アンモニウムと硝酸の混合水溶液が適している。このとき、表面保護層１７の線幅は、次工程で作製される上部電極給電線１６の線幅よりも狭くなるように設計する必要がある。
【００３９】
これは、上部電極給電線１６が２μｍのＡ１合金からなるため、ウェットエッチングにより同程度のサイドエッチングの発生が避けられないためである。これを考慮しないと表面保護層１７が上部電極給電線１６から庇上に張り出す。表面保護層電極１７の庇上に張り出した部分は、強度が不十分で、製造工程中容易に崩落や、剥離を起こし、走査線間のショート不良に至るとともに、高電圧印加時に電界集中を起こすため致命的な放電を誘発する。
【００４０】
図１４において、上部電極給電線１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。エッチング液には例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）が適している。
【００４１】
図１５において、接続電極１５を絶縁膜１４の開口部側にせり出すように、また反対側では上部電極給電配線１６に対して後退するように(アンダーカットができるように)加工する。このためには、ホトレジストパターン１８を、前者では接続電極１５上に、後者では表面保護層１７上に配してウェットエッチングを行えばよい。エッチング液には前述の硝酸セリウム２アンモニウムと硝酸との混合水溶液が好適である。このとき、絶縁膜下層１４はトンネル絶縁膜１２をエッチング液から守るエッチングストッパーの役割を担っている。
【００４２】
図１６において、電子放出部を開けるために、レジストパターン１８を形成しホトリソグラフィとドライエッチングにより絶縁膜１４の一部を開口する。エッチングガスにはＣＦ4と０2との混合ガスが好適である。図１７において露出したトンネル絶縁膜１２には再度陽極酸化を施し、エッチングによる加工損傷を修復する。酸化条件は、化成液の組成は酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールの混合液で、酸化電流は10uA/cm2、酸化電圧は4Vとする。
【００４３】
図１８に示したように、上部電極１３を形成してカソード基板（電子源基板、陰極基板）が完成する。上部電極１３の成膜にはシャドウマスクを用い、基板周辺に配された電気配線の端子部分などに成膜しないようにスパッタリング（スパッタ）法で行う。上部電極給電線１６は前述のアンダーカット構造部分で被服不良を起こし、上部電極１３が走査線毎に自動的に分離される。上部電極１３の材料としては、Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数nｍとする。これにより、ホトリソグラフィ・エッチングに付随する上部電極１３やトンネル絶縁膜１２への汚染や損傷を回避することができる。
【００４４】
ＭＩＭ型カソード基板を用いた画像表示装置の構成例を図１９と図２０により説明する。まず、上述したプロセスでカソード基板１０上にＭＩＭ型電子源を複数個配列したカソード基板を作製する。説明のため、図１９には（３×４）ドットのＭＩＭ型電子源基板の平面図と断面図を示したが、実際には表示ドット数に対応した数のＭＩＭ型電子源のマトリクスを形成する。
【００４５】
図１９（a）は平面図、図１９（b）は図１９（a）のＡ−Ａ’断面図、図１９（c）は図１９（a）のB−B’断面図である。前記の説明における符号と同一符号は同一機能部分に対応する。
【００４６】
図２０により、前面基板（アノード基板とも称する）の構成をその作製方法で説明する。図２０（a）は平面図、図２０（b）は図２０（a）のＡ−Ａ’断面図、図２０（c）は図２０（a）のB−B’断面図である。前記の説明における符号と同一符号は同一機能部分に対応する。アノード基板１１０には透光性のガラスなどを用いる。
【００４７】
まず、画像表示装置のコントラストを上げる目的でブラックマトリクス１１７を形成する。ブラックマトリクス１１７は、ＰＶＡ(ポリビニルアルコール)と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液をアノード基板１１０に塗布し、ブラックマトリクス１１７を形成したい部分以外に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を除去し、そこに黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布してＰＶＡをリフトオフすることにより形成する。
【００４８】
次に、赤色蛍光体１１１を形成する。蛍光体粒子にＰＶＡ(ポリビニルアルコール)と重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液をアノード基板１１０上に塗布した後、蛍光体を形成する部分に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を流水で除去する。このようにして赤色蛍光体１１１をパターン化する。同様にして、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。蛍光体としては、例えば赤色にＹ2０2Ｓ:Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色にＺｎＳ:Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色にＺｎＳ:Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いればよい。
【００４９】
次いで、ニトロセルロースなどの膜でフィルミングして表面を平坦化した後、アノード基板１１０全体にＡｌを膜厚７５nｍ程度蒸着してメタルバック１１４とする。このメタルバック１１４が加速電極として働く。その後、アノード基板１１０を大気中４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして、アノード基板が完成する。このようにして製作したアノード基板１１０とカソード基板１０とをスペーサ３０を介し、表示領域の周囲に枠ガラス１１６を介在させてフリットガラス１１５で封着する。
【００５０】
図２１は、カソード基板とアノード基板を貼り合わせた画像表示装置断面図であり、図２１（a）は図２０のＡ−Ａ’断面に相当し、図２１（b）は図２０のＢ‐Ｂ’断面に相当する。貼り合わせたアノード基板１１０とカソード基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。スペーサ３０は、例えば板状のガラスまたはセラミックスを上部電極給電線１６上に配置する。この場合、スペーサが表示基板側のブラックマトリクス１１７の下に配置されるため、スペーサ３０は発光を阻害しない。ここでは、説明のため、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)に発光するドット毎、すなわち上部電極給電線１６上の上に全てスペーサ３０を立てているが、実際は機械強度が耐える範囲でスペーサ３０の枚数(密度)を減らし、例えば数ｃｍおきに立てればよい。
【００５１】
また、ここでは説明しなかったが、支柱状のスペーサ、格子状のスペーサを使用する場合でも同様な手法によりパネル組み立てが可能である。封着したパネルは、１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して封じ切る。封止後、内蔵したゲッターを活性化し、基板と枠とで構成される容器内を高真空に維持する。例えば、Ｂａを主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱等によりゲッター膜を形成できる。また、Ｚｒを主成分とする非蒸発型ゲッターを用いてもよい。
【００５２】
このようにして、ＭＩＭ型電子源を用いた表示パネルが完成する。アノード基板１１０とカソード基板１０間の距離は１〜３mm程度と長いので、メタルバック１１４に印加する加速電圧を１〜１０KVと高電圧に出来る。これにより、蛍光体には陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用できる。
【００５３】
図２２は、本発明の画像表示装置の全体構成例の概略を説明する展開斜視図である。カソード基板を構成する背面パネルＰＮＬ1には、そのカソード基板１０の内面に、一方向に延在し該一方向と直交する他方向に並設されて前記他方向に走査信号が順次印加される複数の配線で構成される走査線１６と、他方向に延在し走査線で構成される上部電極１３に交差する如く前記一方向に並設された複数の信号線１１（下部電極１１）と、走査線１６と下部電極１１の各交叉部近傍に設けた電子源ＥＬＳを有する。陰極基板１０の上に下部電極１１が形成され、その上に層間絶縁層を介して上部電極１３が形成されている。
【００５４】
そして、アノード基板を構成する前面パネルＰＮＬ２には、その基板１１０の内面にブラックマトリクス４３で互いに区画された３色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の３つの副画素４１と、アノード（陽極）４３が形成されている。この構成例では、陰極基板１０の走査線１６の上に、当該走査線１６に沿ってスペーサ３０を設置して両パネルを所定の間隔で図示しない枠ガラスを介在させて貼り合せ、真空封止している。スペーサ３０は一枚のみ図示したが、通常は大気圧による圧壊を防止するよう一定の間隔で複数本設置される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＭＩＭエミッタの動作原理と、電子捕獲によるバンド変調の様子を示すエネルギーバンド図である
【図２】ＭＩＭエミッタを用いたＦＥＤパネルにおける、残像現象を示す図面である。
【図３】残像現象を説明する、ＭＩＭダイオードのI-V特性図である。
【図４】ターゲットのＮｄ量と絶縁膜中のＮｄ濃度の関係である。
【図５】ターゲットのＮｄ量と絶縁膜中のＮｄ面積濃度の関係を示す表である。
【図６】残像回復時間と、絶縁膜中のＮｄ面積濃度との関係を示す図である。
【図７】ターゲットのＮｄ量とエミッション効率の関係を示すグラフである。
【図８】ターゲットのＮｄ量と寿命特性の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図である。
【図１０】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図９に続く図である。
【図１１】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１０に続く図である。
【図１２】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１１に続く図である。
【図１３】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１２に続く図である。
【図１４】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１３に続く図である。
【図１５】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１４に続く図である。
【図１６】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１５に続く図である。
【図１７】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１６に続く図である。
【図１８】本発明の薄膜型電子源の製造工程を説明する図１７に続く図である。
【図１９】ＭＩＭ型カソード基板の構成例を説明する図である。
【図２０】アノード基板の構成例を説明する図である。
【図２１】カソード基板とアノード基板を貼り合わせた画像表示装置断面図である。
【図２２】本発明の画像表示装置の全体構成例の概略を説明する展開斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０・・・絶縁基板、１１・・・下部電極（信号線）、１２・・・トンネル絶縁層（電子加速層）、１３・・・上部電極、１４・・・層間絶縁層、１５・・・接続電極、１６・・・上部電極給電配線（走査線）、１７・・・表面保護膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子であって、
前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、
前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とするダイオード素子。
【請求項２】
前記ダイオード素子は、その前記下部電極に対して、前記上部電極に正バイアスを印加することによりホットエレクトロンを前記絶縁膜に注入し、該注入されたホットエレクトロンの一部を前記上部電極から真空へ放出させる冷陰極型電子源を構成するものであり、
前記上部電極は、当該電極中の電子散乱に関する平均自由工程に比べて同等あるいはそれ以下の膜厚を有し、かつ、その表面仕事関数が当該電極中のホットエレクトロンの最高エネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のダイオード素子。
【請求項３】
前記上部電極は、イリジウム、白金、金の順で重ねられた積層膜であることを特徴とする電子放出素子請求項１に記載のダイオード素子。
【請求項４】
カソードをマトリクス配列した陰極ガラス基板と、前記カソードに相対する蛍光体を配置した陽極ガラス基板と、前記陰極ガラス基板と前記陽極ガラス基板の対向内面の端部を周回して介挿された封止ガラス枠とで真空容器を構成してなり、
前記陰極ガラス基板と前記陽極ガラス基板の間に植立され、両基板の間隔を所定値に保持するスペーサと、
前記陰極ガラス基板の内面の一方向に延在し、該一方向と交差する他方向に並設して形成された複数の信号配線と、
前記信号配線とは絶縁層を介して前記他方向に延在し、前記一方向に並設して形成された複数の走査配線とを有し、
前記カソードは、前記信号配線と前記走査配線の交差部付近において下部電極を構成する前記信号配線と、この信号配線上に形成された電子加速層と、前記走査配線に接続して前記電子加速層を覆って形成された上部電極との積層構造からなり、前記下部電極に対して前記上部電極に正のバイアスを与えることで前記上部電極から放出される電子を前記蛍光体に衝突させて発光を得る画像表示装置であって、
前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、かつ前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が８×1013cm-2以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記アルミニウム合金の添加材が、元素周期律表におけるIAからVA族、VIAからVIII族のいずれかに属する金属元素であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記アルミニウム合金の添加材がＳｃ,Ｙ,Ｎｄ,Ｓｍのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記アルミニウム合金の添加材がＮｄであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項１】
基板上に形成された下部電極、絶縁層、および上部電極をこの順で重ねて構成された金属−絶縁層−金属型のダイオード素子であって、
前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、
前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とするダイオード素子。
【請求項２】
前記ダイオード素子は、その前記下部電極に対して、前記上部電極に正バイアスを印加することによりホットエレクトロンを前記絶縁膜に注入し、該注入されたホットエレクトロンの一部を前記上部電極から真空へ放出させる冷陰極型電子源を構成するものであり、
前記上部電極は、当該電極中の電子散乱に関する平均自由工程に比べて同等あるいはそれ以下の膜厚を有し、かつ、その表面仕事関数が当該電極中のホットエレクトロンの最高エネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のダイオード素子。
【請求項３】
前記上部電極は、イリジウム、白金、金の順で重ねられた積層膜であることを特徴とする電子放出素子請求項１に記載のダイオード素子。
【請求項４】
カソードをマトリクス配列した陰極ガラス基板と、前記カソードに相対する蛍光体を配置した陽極ガラス基板と、前記陰極ガラス基板と前記陽極ガラス基板の対向内面の端部を周回して介挿された封止ガラス枠とで真空容器を構成してなり、
前記陰極ガラス基板と前記陽極ガラス基板の間に植立され、両基板の間隔を所定値に保持するスペーサと、
前記陰極ガラス基板の内面の一方向に延在し、該一方向と交差する他方向に並設して形成された複数の信号配線と、
前記信号配線とは絶縁層を介して前記他方向に延在し、前記一方向に並設して形成された複数の走査配線とを有し、
前記カソードは、前記信号配線と前記走査配線の交差部付近において下部電極を構成する前記信号配線と、この信号配線上に形成された電子加速層と、前記走査配線に接続して前記電子加速層を覆って形成された上部電極との積層構造からなり、前記下部電極に対して前記上部電極に正のバイアスを与えることで前記上部電極から放出される電子を前記蛍光体に衝突させて発光を得る画像表示装置であって、
前記下部電極が、アルミニウム合金の単層膜、あるいはアルミニウム合金を含む積層膜からなり前記絶縁層が、前記下部電極の表面を陽極酸化処理で形成した非晶質な酸化膜からなり、かつ前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が1.1×1014cm-2以下であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記絶縁層中における合金添加元素の面積濃度が８×1013cm-2以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記アルミニウム合金の添加材が、元素周期律表におけるIAからVA族、VIAからVIII族のいずれかに属する金属元素であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記アルミニウム合金の添加材がＳｃ,Ｙ,Ｎｄ,Ｓｍのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記アルミニウム合金の添加材がＮｄであることを特徴とする請求項４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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−９８２２（Ｐ２００９−９８２２Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７０１４３（Ｐ２００７−１７０１４３）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【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１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【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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