JP3854174B2 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置、および表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面型の画像表示装置として、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと示す。）の開発が進められている。このＦＥＤは、所定の隙間をおいて対向配置されたフェースプレートとリアプレートとを有し、フェースプレートの内面には３色の蛍光体層が形成され、リアプレートの内面には、これらの蛍光体を励起する電子を放出する電子放出源が設けられている。
【０００３】
従来、ＦＥＤの電子放出源として、スピンドル型と称する構造が提案されている。この電子放出源は、Ｍｏから形成された電子放出部の先鋭部に電界を集中させ、蛍光体層との間にかけた電圧により電子放出部から電子を放出させて蛍光体を発光させる構造を有している。この方式により、薄型の平面表示装置が実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した電子放出源は非常に精細な構造を有し、均一にかつ簡便に多数形成することが極めて難しかった。したがって、このような電子放出源を用いて大型の平面表示装置を作ることが困難であるとともに、小型画面の平面表示装置であっても製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、電子放出源の僅かな形状の相違により電子放出能力に違いが生じるため、安定した画像を得ることが難しかった。
【０００５】
最近、アルミニウム（Ａｌ）の陽極酸化により得られる、直径が数ｎｍ〜数１００ｎｍの極めて微細な細孔（ナノホール）に、カーボンナノチューブ（ＣＮ）を形成して電子放出源とした構造が提案されている（Displays21(2000)P99-104参照）。
【０００６】
しかしながら、このような構造の電子放出源においては、ＣＮが高価格であるばかりでなく、管内の真空度が低いと管内ガスがＣＮを汚染するため寿命が短くなるなど、実用化面で多くの問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、その目的は、電子放出能力が高く低真空度でも長寿命の電子源を備え、発光効率が高く安価で信頼性の高い表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示装置は、互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記第２の基板の内面側に設けられ、前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表示装置であり、前記電子源は、絶縁性基板上に形成された所定のパターンを有する導電層と、前記導電層の上に配設された該導電層と同一のパターンを有する多数の微細孔を含む絶縁体層と、前記絶縁体層の微細孔内に形成された導体または半導体の埋め込み層と、前記絶縁体層の表面に前記導体または半導体埋め込み層と接触して形成された、前記導電層と異なるパターンを有する導電性金属薄膜とを備え、前記絶縁体層の有する微細孔の底端部と前記導電層とが、前記絶縁体から成るバリア層により隔てられ、かつ前記導電層と前記導電性金属薄膜との間に印加される電圧により、電子が放出されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の表示装置では、電子源において、微細孔を有する絶縁体層を多孔質アルミナ層とすることができる。そして、この多孔質アルミナ層としては、アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化により得られる酸化アルミニウム層が好適する。また、導電性金属薄膜を間に挟んで導電層と反対側に、第３の電極を設けることができる。
【００１０】
また、本発明の表示装置では、電子源において、導電層および該導電層と同一のパターンを有する絶縁体層の少なくともパターンエッジ部に、絶縁被覆層を形成し、その上に導電性金属薄膜を形成することができる。また、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成することができる。
【００１１】
本発明に係る表示装置の製造方法は、第１の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第２の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第１の基板と第２の基板を配置して接合する工程とを備えており、前記電子源の形成工程は、絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を所定のパターンで形成する工程と、前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、前記酸化アルミニウム層の表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属薄膜を、前記導電層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする。
【００１２】
この表示装置の製造方法において、埋め込み層形成工程と薄膜パターン形成工程との間に、導電層および酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。また、埋め込み層形成工程と薄膜パターン形成工程との間に、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る別の表示装置の製造方法は、第１の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第２の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第１の基板と第２の基板を配置して接合する工程とを備えており、前記電子源の形成工程は、絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を形成する工程と、前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、前記導電層と前記微細孔内に導体または半導体の埋め込み層が形成された前記酸化アルミニウム層との積層膜を、エッチングにより所定のパターンに形成する積層膜パターニング工程と、前記酸化アルミニウム層のパターンの表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属の薄膜を、前記酸化アルミニウム層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする。
【００１４】
この表示装置の製造方法において、積層膜パターニング工程と薄膜パターン形成工程との間に、導電層および酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。また、積層膜パターニング工程と薄膜パターン形成工程との間に、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。
【００１５】
本発明によれば、電子源において、多孔質絶縁体層の有する微細孔の内部に、導体または半導体埋め込み層が形成されるとともに、この微細孔の底端部と下層の導電層との間に、前記絶縁体によるバリア層が設けられており、バリア層がトンネル障壁層となる。そして、埋め込み層と接触するように形成された導電性金属の薄膜と前記導電層との間に電圧を印加することにより、バリア層に電界が集中して電子が放出されるので、均一で電子の放出能力が高い電子源が得られる。また、電子放出部と雰囲気ガスとの直接接触が回避されているので、電子放出部の汚染による劣化がほとんど生じず、長寿命の表示装置が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の表示装置をＦＥＤに適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
このＦＥＤは、図１に示すように、それぞれ矩形状のガラス基板からなるリアプレート１およびフェースプレート２を備え、これらのプレートは所定の間隔をおいて対向配置されている。そして、リアプレート１とフェースプレート２は、それぞれ周端部がガラスからなる矩形枠状の側壁３を介して接合され、真空外囲器４を形成している。
【００１８】
フェースプレート２の内面には、蛍光体スクリーン５が形成されている。蛍光体スクリーン５は、ストライプ状あるいはドット状に形成された赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色の蛍光体層と黒色顔料から成る光吸収層が、並べられて構成されている。また、蛍光体スクリーン５とフェースプレート２との間には、例えばＩＴＯからなる対向電極６が配置されている。
【００１９】
ここで、光吸収層はフォトリソグラフィなどにより形成することができる。また、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色の蛍光体層の形成は、ＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ系などの蛍光体液を用いたスラリー法で行うことができる。なお、各色の蛍光体層の形成は、スプレー法や印刷法で行うこともでき、これらの方法においても、必要に応じてフォトリソグラフィによるパターン形成（パターニング）を併用することができる。
【００２０】
リアプレート１の内面には、電子ビーム（矢印で示す。）を放出して蛍光体を励起する電子源７が設けられている。側壁３は、例えばフリットガラスによりリアプレート１の周縁部およびフェースプレート２の周縁部に封着され、これらリアプレート１とフェースプレート２および側壁３から構成された真空外囲器４の内部がほぼ真空に保持されている。さらに、リアプレート１とフェースプレート２の間には、これらのプレート間の間隙を維持するため、多数のスペーサ（図示を省略。）が所定の間隔をおいて配置されている。スペーサはそれぞれ板状あるいは柱状に形成されている。
【００２１】
電子源７は、図２に拡大して示すように、リアプレートのような絶縁性基板８の上に所定のパターンで形成された導電層９を有し、この導電層９の片面（蛍光体スクリーンと対向する側の面）には、直径が数ｎｍ〜数１００ｎｍのサイズで表面に対してほぼ垂直方向に延びた多数の微細孔（ナノホール）１０を有する絶縁体層１１が、導電層９と同一のパターンで形成されている。
【００２２】
ここで、導電層９としては、例えばＡｌを主成分とする層（以下、Ａｌ層と示す。）が挙げられる。そして、このＡｌ層を陽極酸化することにより、微小間隔をおいて規則的に配列されたナノホール１０を有する多孔質酸化アルミニウム層を得ることができる。また、導電層９としてチタン（Ｔｉ）層を用い、Ｔｉ層を陽極酸化することによりナノホールを有する多孔質酸化チタン層を形成することも可能である。アルミニウムやチタンの他に、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タングステン等の金属が挙げられる。さらに、多孔質酸化アルミニウム層のようなナノホール１０を有する絶縁体層１１を、陽極酸化以外の方法で形成することもできる。
【００２３】
ナノホール１０の内部には、Ｎｉなどの金属埋め込み層１２が形成されている。この金属埋め込み層１２の先端部（上端部）は、ナノホール１０の上端開口部とほぼ等しい高さまで延出して形成されている。金属埋め込み層１２の形成は、例えば電気化学的方法やＣＶＤ法あるいは蒸着法などにより行うことができる。
【００２４】
また、ナノホール１０内に埋め込まれる材料としては、Ｎｉ以外に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒなどの金属を挙げることができ、シリコンなどの半導体や化合物半導体も使用することができる。金属として埋め込まれたものの一部が酸化物の形態になっていても、ある程度の導通が得られるものであれば、使用することができる。さらに、これらの金属埋め込み層１２は、ナノホール１０内部に隙間なく充填されている必要がなく、埋め込み層内部に微小な空隙部が存在しても、導通が確保できれば良い。
【００２５】
そして、金属埋め込み層１２が形成されたナノホール１０の底端部と導電層９とは、ナノホール１０を有する絶縁体と同じ酸化アルミニウムなどから成るバリア層１３により隔てられている。
【００２６】
さらに、ナノホール１０を有する絶縁体層１１の表面には、金属埋め込み層１２と電気的に接触するように、Ａｕなどの導電性金属の薄膜１４が、導電層９および多孔質絶縁体層１１と異なるパターンで形成されている。Ａｕ以外に他の導電性金属、例えばＡｌ、Ａｇなどが使用可能である。Ａｕ薄膜パターンの形成は、例えば蒸着、スパッタリングなどの方法により行うことができる。
【００２７】
この電子源によれば、基準電極である導電層９に対してＡｕなどの金属薄膜１４に電圧を印加することにより、バリア層１３に電界が集中され、その結果電子放出がなされる。そして、ナノホール１０内の金属埋め込み層１２および金属薄膜１４を突きぬけて、電子が放出される。
【００２８】
このような構造を有する電子源において、バリア層１３の厚さの最適値は、バリア層１３に加えられる電界強度に依存すると考えられる。そして、電界強度は、金属埋め込み層１２の抵抗値や、ナノホール１０の深さなど種々の要因の影響を受けるものと考えられる。バリア層１３の厚さは、２ｎｍ〜５０ｎｍとすることが望ましい。
【００２９】
バリア層１３の厚さが２ｎｍ未満では、電子放出（エミッション）が生じにくい。また、バリア層１３の厚さが５０ｎｍを超えても、安定した良好なエミッションが生じにくくなる。
【００３０】
ナノホール１０の深さは、５０ｎｍ〜３０μｍとし、孔径は２ｎｍ〜１００ｎｍとすることが望ましい。ナノホール１０の深さは、浅いほうがエミッション発生は良くなるが、耐電圧性はかえって悪化する傾向にある。また、孔径は、大きすぎると電界集中が少なくなるため、エミッション発生電圧が大きくなり、逆に小さすぎると、孔の形成が難しくなり好ましくない。ナノホール１０の深さ、孔径ともに、バリア層１３にかかる電界強度に影響を及ぼす。
【００３１】
金属埋め込み層１２の厚さは、５０ｎｍ〜３０μｍとすることが望ましい。金属埋め込み層１２の厚さが５０ｎｍ未満では、エミッション発生は良好であるが、耐電圧性が低下し好ましくない。反対に、金属埋め込み層１２の厚さが３０μｍを超えると、安定した良好なエミッションを得ることが難しい。また、ナノホール１０の上端開口部から金属埋め込み層１２の上端部までの距離が短いほど、エミッション発生電圧が低くなり好ましい。さらに、ナノホール１０の上端開口部から金属埋め込み層１２が飛び出していないほうが好ましい。
【００３２】
Ａｕなどの導電性金属薄膜１４の厚さは、５ｎｍ〜３００ｎｍとすることが望ましい。導電性金属薄膜１４の厚さが５ｎｍ未満では、金属埋め込み層１２との間に安定した良好な導通を確保することが難しい。反対に、３００ｎｍを超えると、電子が突きぬけて放出されることが難しくなる。
【００３３】
さらに、この電子源では、導電性金属薄膜１４と導電層９との間に印加された電圧により、バリア層１３に電界を集中し電子を放出させるために、第１の電極（陰極）である導電層９と第２の電極（陽極）である導電性金属薄膜１４との間の抵抗値を、５Ω〜２ＭΩの範囲とすることが望ましい。
【００３４】
以上のように構成される本発明の実施形態によれば、電子放出（エミッション）能力が高く長寿命で信頼性の高い電子源を備えており、発光効率が高く安価で長寿命の表示装置を得ることができる。
【００３５】
また、電子源において、第１の電極である導電層９と第２の電極である導電性金属薄膜１４がそれぞれ所定のパターンに形成されているので、電子発生部位の調整ならびによび電子発生量の制御が可能である。
【００３６】
導電層９のパターンおよび導電性金属薄膜１４のパターンとして、単純マトリックス型のパターンを有する電子源の第１の実施例を、図３および図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図３におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
【００３７】
電子源の第１の実施例では、第１の電極（下部電極）である導電層と第２の電極（上部電極）である導電性金属薄膜が、直交する２本の軸（例えば、Ｘ軸およびＹ軸）方向にそれぞれ平行にストライプ状に形成され、これらの導電層パターン１５および金属薄膜パターン１６が互いにクロスするように配置されている。そして、クロスしているそれぞれのパターンが電極として選択され、それらの電極の交点に電圧が印加される。なお、図３および図４において、符号１７は絶縁性基板を示す。また、図４において、１８は多孔質絶縁体層パターン、１９は多孔質絶縁体層の微細孔（ナノホール）内に形成された金属埋め込み層をそれぞれ示す。
【００３８】
このような第１の実施例の電子源においては、導電層パターン１５と金属薄膜パターン１６とが重なり合った部分（図３において、Ｃで示す。）から電子が放出される。各電極に印加する電圧などを制御することにより、電子発生部位を調整し電子発生量を制御することができる。
【００３９】
また、下部電極である導電層パターン１５と上部電極である金属薄膜パターン１６との間は絶縁されているが、この絶縁をより確実に保つために、以下に示す構造を採ることができる。
【００４０】
すなわち、電子源の第２の実施例では、図５およびそのＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である図６（ａ）、（ｂ）に示すように、導電層パターン１５およびそれと同一の形状を有する多孔質絶縁体層パターン１８のエッジ部に、絶縁被覆層２０が形成され、その上に金属薄膜パターン１６が形成されている。絶縁被覆層２０を構成する絶縁材料として、例えばシリカ（ＳｉＯ₂）のような絶縁性の酸化物を使用することができる。
【００４１】
また、第３の実施例では、図７（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である図８（ａ）、（ｂ）に示すように、多孔質絶縁体層パターン１８表面の電子放出部以外の一部または全部、および絶縁性基板１７表面の一部または全部に、絶縁被覆層２０が形成されている。そして、この絶縁被覆層２０の上に金属薄膜パターン１６が形成されている。絶縁被覆層２０を構成する絶縁材料として、例えばシリカ（ＳｉＯ₂）のような絶縁性の酸化物を使用することができる。なお、図７（ａ）の一部を拡大して示した図７（ｂ）において、多孔質絶縁体層パターン１８表面の電子放出部をＥで示す。
【００４２】
第２および第３の実施例の電子源においては、絶縁被覆層２０により導電層パターン１５および多孔質絶縁体層パターン１８のエッジ部の絶縁が補強されているので、パターン端部での絶縁破壊が起こりにくい。したがって、第２および第３の実施例の電子源では、第１の実施例の電子源に比べて、絶縁破壊が高くなり耐電圧性が向上する。
【００４３】
第１の実施例の電子源は、以下に示す方法で製造することができる。
【００４４】
第１の製造方法においては、まず図９（ａ）に示すように、ガラス基板のような絶縁性基板１７の上に、アルミニウム（Ａｌ）等の導電層のパターン１５を形成する。導電層パターン１５の形成方法としては、
▲１▼所望のパターンの開口を有するマスクを介して、Ａｌ等の金属を蒸着する。▲２▼Ａｌ等の金属層を蒸着等により形成した後、この金属層の上に所望のパターンの耐酸性保護層（レジスト層）をフォトリソグラフィにより形成し、しかる後、酸などにより金属層をエッチングし除去する。
などの方法を採ることができる。
【００４５】
次いで、図９（ｂ）に示すように、導電層パターン１５を陽極酸化する。このとき、絶縁性基板１７側の所定厚の導電層は酸化しないで残すように、陽極酸化の時間をコントロールし、基板と反対側の導電層を酸化する。こうして、酸化されないで残った導電層パターン１５の上に、微細孔（ナノホール）２１を有する多孔質絶縁体層（例えば、酸化アルミニウム層）のパターン１８が形成される。
【００４６】
次に、図９（ｃ）に示すように、多孔質絶縁体層の微細孔（ナノホール）２１の内部に、Ｎｉなどの金属埋め込み層１９を、電気化学的方法やＣＶＤ法あるいは蒸着法などにより形成する。
【００４７】
その後、図９（ｄ）に示すように、多孔質絶縁体層パターン１８の上に、金属埋め込み層１９に電気的に接触するように、Ａｕなどの導電性金属の薄膜パターン１６を、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で形成する。
【００４８】
また、第１の実施例の電子源は、別の方法で製造することができる。第２の製造方法では、図１０（ａ）に示すように、絶縁性基板１７の上に、アルミニウム（Ａｌ）等の導電層２２を例えば蒸着により形成した後、図１０（ｂ）に示すように、導電層２２を陽極酸化する。このとき、基板側の所定厚の導電層２２は酸化しないで残すように、陽極酸化の時間をコントロールし、基板と反対側の導電層を酸化する。こうして、酸化されないで残った導電層２２の上に、微細孔（ナノホール）２１を有する多孔質絶縁体層（例えば、酸化アルミニウム層）２３が形成される。
【００４９】
次に、図１０（ｃ）に示すように、多孔質絶縁体層２３の微細孔２１の内部に、Ｎｉなどの金属埋め込み層１９を、電気化学的方法やＣＶＤ法あるいは蒸着法などにより形成する。
【００５０】
次いで、導電層２２と多孔質絶縁体層２３の積層膜を所望のパターンにエッチングし、図１０（ｄ）に示すように、導電層パターン１５と多孔質絶縁体層パターン１８とを同時に形成する。積層膜のパターニングは、積層膜の上に所望のパターンのレジスト層（保護層）をフォトリソグラフィにより形成した後、リン酸クロム酸混酸などを用いて、レジスト層に覆われていない部分をエッチング除去し、さらに保護層を過酸化物で剥離することにより行う。
【００５１】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、多孔質絶縁体層パターン１８の上に、金属埋め込み層１９に電気的に接触するように、Ａｕなどの導電性金属の薄膜パターン１６を、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で形成する。
【００５２】
第３の実施例の電子源は、図１１に示す第３の方法で製造することができる。すなわち、図９に示す第１の製造方法において、多孔質絶縁体層の微細孔（ナノホール）２１の内部に、Ｎｉなどの金属埋め込み層１９を形成した後、図１１（ｄ）に示すように、導電層パターン１５および多孔質絶縁体層パターン１８のエッジ部および絶縁性基板１７の全面を覆うように、シリカ（ＳｉＯ₂）等の絶縁被覆層２０を形成する。
【００５３】
絶縁被覆層２０は、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して、シリカ等の絶縁材料をスパッタリングすることにより形成することができる。
【００５４】
また、多孔質絶縁体層パターン１８上の電子放出部を覆う保護層（レジスト層）を、フォトリソグラフィにより形成した後、ゾルゲル法などを用いて全面にシリカ層を形成した後、保護層の上のシリカ層を保護層ごと除去する等の方法で形成することも可能である。なお、第２の実施例の電子源は、絶縁被覆層２０を、導電層パターン１５および多孔質絶縁体層パターン１８のエッジ部のみを覆うパターンで形成することにより、製造することができる。
【００５５】
最後に、図１１（ｅ）に示すように、絶縁被覆層２０および多孔質絶縁体層パターン１８の上に、電子放出部である金属埋め込み層１９に電気的に接触するように、Ａｕなどの導電性金属の薄膜パターン１６を形成する。金属薄膜パターン１６の形成は、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で行うことができる。
【００５６】
さらに、第３の実施例の電子源は、図１２に示す第４の方法で製造することもできる。すなわち、図１０に示す第２の製造方法において、導電層２２と多孔質絶縁体層２３との積層膜をエッチングし、導電層パターン１５と多孔質絶縁体層パターン１８とを同時に形成した後、図１２（ｅ）に示すように、導電層パターン１５および多孔質絶縁体層パターン１８のエッジ部および絶縁性基板１７の全面を覆うように、シリカ（ＳｉＯ₂）等の絶縁被覆層２０を形成する。
【００５７】
絶縁被覆層２０の形成およびパターニングは、前記した第３の方法と同様にして行うことができる。
【００５８】
最後に、図１２（ｆ）に示すように、絶縁被覆層２０および多孔質絶縁体層パターン１８の上に、電子放出部である金属埋め込み層１９に電気的に接触するように、Ａｕなどの導電性金属の薄膜パターン１６を形成する。
【００５９】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、電子放出（エミッション）能力が高く長寿命で信頼性の高い電子放出源を用いることで、発光特性が良好で耐放電性に優れたＦＥＤを、簡便かつ安価に実現することができる。
【００６０】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００６１】
実施例１
絶縁性基板として、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍのガラス板を使用し、その片面を界面活性剤とアセトンを用いて十分に洗浄した後、その上に、幅０．５ｍｍのスリット状の多数の開口を有するマスクを介してアルミニウムを蒸着した。こうしてガラス板上に、幅０．５ｍｍ、厚さ０．３μｍの細線（ストライプ）状のアルミニウム層を０．５ｍｍの間隔で形成した。
【００６２】
次に、こうして形成されたアルミニウム層のパターンの陽極酸化を、硫酸を電解液として電圧２０Ｖで行った。陽極酸化の時間は、得られるアルミニウム陽極酸化膜に導電性が認められる範囲で、すなわちアルミニウム層が全厚に亘って酸化されることがなく、ガラス板側にアルミニウム層が残る範囲でコントロールした。
【００６３】
次に、陽極酸化により形成された多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内に、電解析出法によりＮｉ埋め込み層を形成した。すなわち、硫酸ニッケル、ホウ酸および硫酸第一スズを含む電解液を使用し、電圧１４Ｖで電解を行い、微細孔内にＮｉを析出させた。
【００６４】
次いで、多孔質酸化アルミニウム層のパターンの上に、幅１．０ｍｍのスリット状の多数の開口を有するマスクを介して金（Ａｕ）をスパッタリングし、幅０．５ｍｍのストライプ状のＡｕ薄膜（厚さ３０〜６０ｎｍ）を０．５ｍｍの間隔で形成した。なお、このＡｕ薄膜のパターンは、アルミニウム層および多孔質酸化アルミニウム層のパターンと直交する方向に形成した。
【００６５】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが２５０ｎｍ、微細孔の孔径が１０ｎｍ、バリア層の厚さが１５ｎｍ、Ａｕ薄膜の厚さが４０ｎｍの電子源が得られた。この電子源のアルミニウム層は、第１の電極であるカソード電極、Ａｕ薄膜は第２の電極であるドライブ電極となる。電子放出部位は、この第１の電極と第２の電極の対向した部位となる。
【００６６】
次いで、蛍光面を以下の手順にて作成した。縦１０ｃｍ×横１０ｃｍのガラス基板上に、フォトリソグラフィによりグラフファイトを主成分とする格子マトリックス状の遮光層を形成した。この遮光層の間隙部に、規則正しく配列された赤（Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ）、緑（ＺｎＳ：Ｃｕ,Ａｌ）、青（ＺｎＳ：Ａｇ,Ａｌ）の蛍光体層をフォトリソグラフィにより形成した。次いで、蛍光体層上にニトロセルロースからなるフィルムを形成し、その上に蒸着によりアルミニウム層を形成し蛍光面とした。このアルミニウム層は、第３の電極であるアノード電極となる。
【００６７】
こうして得られた蛍光面と前記電子源とを、以下の手順で組み立てた。まず、電子源の画像有効面外の所望位置に穴をあけ、排気管をフリットガラスにより接合した。次いで、電子源にギャップ制御のためのガラス枠を配置し、その上に、電子源の第２の電極と蛍光面の第３の電極とがガラス枠を介して対向するように、蛍光面を配置した。電子源の個々の電子放出部位が蛍光面画素と対応するように位置合せを行った後、フリットガラスにより接合した。このとき、電子源の第２の電極と蛍光面の第３の電極とのギャップは、全面で２ｍｍとなるようにガラス枠を制御した。次いで、３００℃で加熱しながら排気管により排気を行い、１×１０^−３〜５×１０^−３Ｐａとなったところで排気管の封止を行った。以上の手順により、１０ｃｍ×１０ｃｍの表示装置を製作した。
【００６８】
そして、第３電極の電圧（アノード電圧：Ｖａ）を７ｋｖとし、第１の電極群と第２の電極群との間に印加する電圧（ドライブ電圧：Ｖｄ）を変え、蛍光面の発光状態を観察することにより、エミッション（電子放出）開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表１に示す。
【００６９】
実施例１の表示装置では、低い電圧（３Ｖ）で電子の放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性も十分に満足のゆくものであった。
【００７０】
実施例２
アルミニウム層パターンの形成とその陽極酸化による多孔質酸化アルミニウム層パターンの形成、および多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内へのＮｉ埋め込み層の形成を、実施例１と同様に行った。
【００７１】
次に、多孔質酸化アルミニウム層パターンの上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行って、電子放出部にレジストから成る保護層を形成した後、基板の全面にスパッタリングによりシリカ（ＳｉＯ₂）層を形成した。次いで、電子放出部に形成されたシリカ層を下地の保護層ごと過酸化物により除去した後、露出した電子放出部のＮｉ埋め込み層に接触するように、実施例１と同様にしてＡｕ薄膜のパターンを形成した。
【００７２】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが２５０ｎｍ、微細孔の孔径が１０ｎｍ、バリア層の厚さが１５ｎｍ、Ａｕ薄膜の膜厚が４０ｎｍで、電子放出部以外の部分がシリカ層により被覆された電子源が得られた。
【００７３】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例１と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表１に示す。
【００７４】
実施例２の表示装置では、十分に低い電圧（４Ｖ）で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊を起こす電圧が、実施例１の表示装置に比べて２倍以上と非常に高くなっており、耐電圧性に極めて優れていることがわかった。
【００７５】
実施例３
縦１０ｃｍ×横１０ｃｍのガラス板の片面を界面活性剤とアセトンを用いて十分に洗浄した後、その上にアルミニウムを蒸着し厚さ０．３μｍのアルミニウム層を形成した。
【００７６】
次に、こうして形成されたアルミニウム層の陽極酸化を、実施例１と同様に、硫酸を電解液として電圧２０Ｖで行った。陽極酸化の時間は、得られるアルミニウム陽極酸化膜に導電性が認められる範囲で、すなわちアルミニウム層が全厚に亘って酸化されることがなく、ガラス板側にアルミニウム層が残る範囲でコントロールした。
【００７７】
次に、陽極酸化により形成された多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内に、実施例１と同様に電解析出法によりＮｉ埋め込み層を形成した。
【００７８】
次いで、こうして形成されたアルミニウム層と多孔質酸化アルミニウム層との積層膜の上に、ストライプ状の保護層パターンをフォトリソグラフィにより形成した後、リン酸クロム酸混酸等で積層膜の不要部分をエッチング除去し、さらに保護層を過酸化物で剥離した。こうして、幅０．５ｍｍのストライプ状（ストライプの間隔０．５ｍｍ）の積層膜のパターンを得た。
【００７９】
次いで、この積層膜のパターンの上に、実施例１と同様にしてＮｉ埋め込み層に接触するようにＡｕ薄膜のパターンを形成した。
【００８０】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが２５０ｎｍ、微細孔の孔径が１０ｎｍ、バリア層の厚さが１５ｎｍ、Ａｕ薄膜の膜厚が４０ｎｍの電子源が得られた。
【００８１】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例１と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表１に示す。
【００８２】
実施例３の表示装置では、低い電圧（３Ｖ）で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性も十分に満足のゆくものであった。
【００８３】
実施例４
アルミニウム層の形成とその陽極酸化、多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内へのＮｉ埋め込み層の形成、およびアルミニウム層と多孔質酸化アルミニウム層との積層膜のパターニングを、実施例３と同様にして行った。
【００８４】
次に、多孔質酸化アルミニウム層のパターンの上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行って、電子放出部にレジストから成る保護層を形成した後、基板の全面にスパッタリングによりシリカ層を形成した。次いで、電子放出部に形成されたシリカ層を下地の保護層ごと過酸化物により除去した後、露出された電子放出部のＮｉ埋め込み層に接触するように、実施例１と同様にしてＡｕ薄膜のパターンを形成した。
【００８５】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが２５０ｎｍ、微細孔の孔径が１０ｎｍ、バリア層の厚さが１５ｎｍ、Ａｕ薄膜の膜厚が４０ｎｍで、電子放出部以外の部分がシリカ層により被覆された電子源が得られた。
【００８６】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例１と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表１に示す。
【００８７】
実施例４の表示装置では、低い電圧（３Ｖ）で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊を起こす電圧が、実施例３の表示装置に比べて２倍以上と非常に高くなっており、耐電圧性に極めて優れていることがわかった。
【００８８】
【表１】

【００８９】
なお、本発明は前記した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、使用する材料は前記した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。また、本発明は、ＦＥＤに限らず、他の平面表示装置にも適用可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば、電子放出能力が高く長寿命の電子源を有し、明るく信頼性の高い表示装置を簡便かつ安価に得ることができる。
【００９１】
また、超微細単位を有し均一性に優れた電子源を備え、１つの絵素に対して数千以上もの単位電子源が対応するので、高効率で信頼性の高い表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるＦＥＤの構造を概略的に示す断面図。
【図２】本発明の実施形態に使用される電子源の構造を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態に使用される電子源の第１の実施例を示す上面図。
【図４】本発明の実施形態に使用される電子源の第１の実施例を示す断面図であり、図４（ａ）は図３の線Ａ−Ａに沿った断面図、図４（ｂ）は図３の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。
【図５】本発明の実施形態に使用される電子源の第２の実施例を示す上面図。
【図６】本発明の実施形態に使用される電子源の第２の実施例を示す断面図であり、図６（ａ）は図５の線Ａ−Ａに沿った断面図、図６（ｂ）は図５の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。
【図７】本発明の実施形態に使用される電子源の第３の実施例を示し、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の一部を拡大して示す図。
【図８】本発明の実施形態に使用される電子源の第３の実施例を示す断面図であり、図８（ａ）は図７（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図、図８（ｂ）は図７（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。
【図９】第１の実施例の電子源を製造するための第１の製造方法を示す断面図。
【図１０】第１の実施例の電子源を製造するための第２の製造方法を示す断面図。
【図１１】第３の実施例の電子源を製造するための第３の製造方法を示す断面図。
【図１２】第３の実施例の電子源を製造するための第４の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
５………蛍光体スクリーン、７………電子源、９，２２………導電層、１０，２１………ナノホール、１１，２３………絶縁体層、１２………金属埋め込み層、１３………バリア層、１４………導電性金属薄膜、１５………導電層パターン、１６………金属薄膜パターン、１７………多孔質絶縁体層パターン、２０………絶縁被覆層

Claims (12)

1. 互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記第２の基板の内面側に設けられ、前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表示装置であり、
   前記電子源は、絶縁性基板上に形成された所定のパターンを有する導電層と、前記導電層の上に配設された該導電層と同一のパターンを有する多数の微細孔を含む絶縁体層と、前記絶縁体層の微細孔内に形成された導体または半導体の埋め込み層と、前記絶縁体層の表面に前記導体または半導体埋め込み層と接触して形成された、前記導電層と異なるパターンを有する導電性金属薄膜とを備え、
   前記絶縁体層の有する微細孔の底端部と前記導電層とが、前記絶縁体から成るバリア層により隔てられ、かつ前記導電層と前記導電性金属薄膜との間に印加される電圧により、電子が放出されることを特徴とする表示装置。
2. 前記電子源において、前記微細孔を有する絶縁体層が多孔質アルミナ層であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記多孔質アルミナ層が、アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化により得られる酸化アルミニウム層であることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
4. 前記導電性金属薄膜を間に挟んで前記導電層と反対側に、第３の電極が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の表示装置。
5. 前記導電層および該導電層と同一のパターンを有する前記絶縁体層の少なくともパターンエッジ部に、絶縁被覆層が形成され、その上に前記導電性金属薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の表示装置。
6. 前記絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および前記絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の表示装置。
7. 第１の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第２の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第１の基板と第２の基板を配置して接合する工程とを備えており、
   前記電子源の形成工程は、
   絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を所定のパターンで形成する工程と、
   前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、
   前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
   前記酸化アルミニウム層の表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属薄膜を、前記導電層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、
   前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする表示装置の製造方法。
8. 前記埋め込み層形成工程と前記薄膜パターン形成工程との間に、前記導電層および前記酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することを特徴とする請求項７の表示装置の製造方法。
9. 前記埋め込み層形成工程と前記薄膜パターン形成工程との間に、前記絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および前記絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することを特徴とする請求項７の表示装置の製造方法。
10. 第１の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第２の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第１の基板と第２の基板を配置して接合する工程とを備えており、
    前記電子源の形成工程は、
    絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を形成する工程と、
    前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、
    前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
    前記導電層と前記微細孔内に導体または半導体の埋め込み層が形成された前記酸化アルミニウム層との積層膜を、エッチングにより所定のパターンに形成する積層膜パターニング工程と、
    前記酸化アルミニウム層のパターンの表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属の薄膜を、前記酸化アルミニウム層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、
    前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする表示装置の製造方法。
11. 前記積層膜パターニング工程と前記薄膜パターン形成工程との間に、前記導電層および前記酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１０の表示装置の製造方法。
12. 前記積層膜パターニング工程と前記薄膜パターン形成工程との間に、前記絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および前記絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１０の表示装置の製造方法。

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