專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像顯示裝置，尤其適用于使用了電子源陣列的自發(fā)光式的、也被稱作平板顯示器(flat panel display)的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)開發(fā)出了利用微量、可集成的冷陰極式電子源的圖像顯示裝置(場致發(fā)射顯示器，F(xiàn)ield Emission DisplayFED)。這種圖像顯示裝置的電子源，可以分類成場致發(fā)射式電子源與熱電子式電子源。Spindt式電子源、表面?zhèn)鲗?dǎo)式電子源、碳納米管式電子源等屬于前者；后者則包括層疊了金屬-絕緣體-金屬的MIM(Metal-Insulator-Metal)式、層疊了金屬-絕緣體-半導(dǎo)體的MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)式、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體-金屬式等薄膜式電子源等。
關(guān)于MIM式，例如在專利文獻(xiàn)1中介紹過；關(guān)于金屬-絕緣體-半導(dǎo)體式介紹過MOS式(非專利文獻(xiàn)1)；關(guān)于金屬-絕緣體-半導(dǎo)體-金屬式介紹過HEED式(記載于非專利文獻(xiàn)2等)、EL式(記載于非專利文獻(xiàn)3等)、多孔硅式(記載于非專利文獻(xiàn)4等)等。
日本特開平7-65710號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開平10-153979號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本特愿2003-135268號(hào)公報(bào)[非專利文獻(xiàn)1]j.Vac.Sci.Techonol.B11(2)p.429-432(1993)[非專利文獻(xiàn)2]high-efficiency-electro-emission device，Jpn，j，Appl，Phys，vol.36，pp.939[非專利文獻(xiàn)3]Electroluminescence，(日本)應(yīng)用物理，第63卷，第6號(hào)，592頁[非專利文獻(xiàn)4](日本)應(yīng)用物理，第66卷，第5號(hào)，437頁可以將像這樣的電子源排成多個(gè)行(例如水平方向)和多個(gè)列(例如垂直方向)而形成矩陣，將對應(yīng)于各電子源排列的多個(gè)熒光體配置在真空中而構(gòu)成圖像顯示裝置。尤其是在下部電極與上部電極之間設(shè)置了電子加速層的熱電子式的薄膜式電子源，器件結(jié)構(gòu)比場致發(fā)射式簡單，人們期待著將其應(yīng)用在顯示裝置中。

發(fā)明內(nèi)容
將薄膜式電子源應(yīng)用于顯示裝置時(shí)，為了降低功耗，電子源優(yōu)選以盡可能低的驅(qū)動(dòng)電壓確保必要的發(fā)射電流量。而熱電子式電子源，只有流到下部電極與上部電極之間的一部分二極管電流成為發(fā)射電流，大部分二極管電流對電子發(fā)射沒有貢獻(xiàn)，因此，降低二極管的驅(qū)動(dòng)電壓對減少功耗是有效的。
另外，降低驅(qū)動(dòng)電壓對于延長電子源的壽命也是重要的。在為熱電子式的電子源時(shí)，高的驅(qū)動(dòng)電壓在形成電子加速層的絕緣體、半導(dǎo)體中使電子熱化(彈道化)，加快由熱載流子(hot carrier)造成的絕緣體、半導(dǎo)體的劣化。因此，為了延長圖像顯示裝置的壽命，優(yōu)選低驅(qū)動(dòng)電壓。
然而，薄膜式電子源使熱電子在上部電極中透射而發(fā)射電子，因此，上部電極的材料多采用熱電子透射率高的Ib族的貴重金屬、第8族的鉑系元素。這些材料電負(fù)性高，為此，圖2所示的與電子加速層的界面的能帶偏移(band offset)φ2、表面的功函數(shù)φ2，與上部電極使用了其它材料的情況相比要高。在界面的能帶偏移φ2高時(shí)，即使在下部電極與上部電極之間施加相同的電壓，施加到電子加速層的有效電場也會(huì)降低，因此，用于獲得需要的二極管電流的驅(qū)動(dòng)電壓變高。而且，當(dāng)表面的功函數(shù)φs高時(shí)，為獲得相同的發(fā)射電流所需要的二極管電流也會(huì)增加，這也成為驅(qū)動(dòng)電壓變高的原因。
另外，當(dāng)為了降低驅(qū)動(dòng)電壓而使電子加速層變薄時(shí)，熱電子的能量降低，穿越上部電極的功函數(shù)勢壘的電子數(shù)變少，因此，電子發(fā)射效率降低，難以確保圖像顯示所需要的發(fā)射電流量。
本發(fā)明的目的在于提供一種圖像顯示裝置，其薄膜式電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，與以往相比，能夠以低的閾值電壓提升二極管電流，即使低電壓也能確保電子發(fā)射所需的二極管電流，實(shí)現(xiàn)壽命長、功耗低的圖像顯示裝置。實(shí)現(xiàn)效率高、壽命長的電子源，即使是可低電壓驅(qū)動(dòng)的薄的電子加速層，也可以取得所需要的發(fā)射電流量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供最佳的薄膜式電子源的材料和結(jié)構(gòu)、以及制造方法。
上述目的，通過這樣的上部電極來實(shí)現(xiàn)，即、使用了鉑系元素(第8族)或者Ib族的貴重金屬、或者它們的層疊膜、混合膜、合金膜，從與電子加速層的界面一直到表面包含堿金屬氧化物、堿土類金屬化合物、第3族～第7族的過渡金屬化合物。
如果對本發(fā)明的代表性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，則如以下這樣。即，(1)本發(fā)明的顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，本發(fā)明的特征在于上述上部電極，使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，從與上述電子加速層的界面一直到表面包含堿金屬、或者堿金屬氧化物。
(2)本發(fā)明的顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，本發(fā)明的特征在于上述上部電極，使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，從與上述電子加速層的界面一直到表面包含堿土類金屬、或者堿土類金屬氧化物。
(3)本發(fā)明的顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，本發(fā)明的特征在于上述上部電極，使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，從與電子加速層的界面一直到表面包含3族～7族的過渡性金屬、或者過渡性金屬氧化物。
本發(fā)明的特征在于(1)至(3)中任一項(xiàng)的上部電極中的Ib族的貴重金屬與堿金屬、堿土類金屬、過渡金屬，形成金屬互化物、合金、或者它們的氧化物。
本發(fā)明的特征在于(1)至(3)中任一項(xiàng)的Ib族的貴重金屬材料為Au或者Ag。
本發(fā)明的特征在于(1)至(3)中任一項(xiàng)的Ib族的貴重金屬的平均膜厚或者平均粒徑小于等于4nm。
本發(fā)明的特征在于(1)至(3)中任一項(xiàng)的上部電極，是在鉑系元素(第8族)上層疊了平均膜厚或者平均粒徑小于等于4nm的Ib族的貴重金屬的疊層膜。
本發(fā)明的顯示裝置，包括電子源陣列、和由從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)磁從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述上部電極，是由堿金屬或者堿金屬氧化物與Ib族的貴重金屬的合金將鉑系元素(第8族)的電極夾在當(dāng)中的3層結(jié)構(gòu)電極。
本發(fā)明的特征在于作為電子加速層使用Al或者Al合金的陽極氧化膜，并且驅(qū)動(dòng)電壓小于等于8V。
本發(fā)明的特征在于作為電子加速層使用Al或者Al合金的陽極氧化膜，并且膜厚小于等于10nm。
通過使用達(dá)到上述目的的方法，能夠降低與電子源陣列的電子加速層的絕緣層或者半導(dǎo)體層相接的界面的能帶偏移φ2，能夠降低用于獲得必要的二極管電流的驅(qū)動(dòng)電壓。
此外，能夠降低電子源陣列的上部電極的功函數(shù)，獲得高的電子發(fā)射效率，因此，能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓。
在使用了堿金屬、堿金屬氧化物的情況下，通過提高貴重金屬上部電極的催化劑活性的助催化作用，就能夠制造使用了表面的氣體吸附少的正常的冷陰極的FED面板。
此外，能夠以低電壓使用薄的電子加速層，能夠防止由熱載流子造成的絕緣層的損傷，從而延長壽命。


圖1是以使用了說明本發(fā)明的實(shí)施例1的MIM式薄膜電子源的圖像顯示裝置為例的示意平面圖。
圖2是表示薄膜式電子源的動(dòng)作原理的圖。
圖3是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的圖。
圖4是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖3的圖。
圖5是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖4的圖。
圖6是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖5的圖。
圖7是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖6的圖。
圖8是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖7的圖。
圖9是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖8的圖。
圖10是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖9的圖。
圖11是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖10的圖。
圖12是表示本發(fā)明的薄膜式電子源的制作方法的接著圖11的圖。
圖13是示意地表示本發(fā)明的上部電極的結(jié)構(gòu)的圖。
圖14是比較了本發(fā)明的薄膜式電子源與以往的薄膜式電子源的上部電極的組成的圖。
圖15是示意地表示本發(fā)明的能帶結(jié)構(gòu)的變化的圖。
圖16是比較了本發(fā)明的薄膜式電子源與以往的薄膜式電子源的二極管電流-電壓特性的圖。
圖17是比較了本發(fā)明的薄膜式電子源與以往的薄膜式電子源的發(fā)射電流-電壓特性的圖。
圖18是比較了本發(fā)明的薄膜式電子源的壽命特性與與以往的薄膜式電子源的壽命特性的圖。
圖19是示意地表示了本發(fā)明的薄膜式電子源的防止氣體吸附效果的原理的圖。
圖20是使用了本發(fā)明的薄膜式電子源的面板與以往的使用了薄膜式電子源的面板的殘留氣體的化學(xué)分析結(jié)果。
圖21是示意地表示本發(fā)明的上部電極的其它結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是比較了本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)的薄膜式電子源與以往的薄膜式電子源的上部電極的組成的圖。
圖23是比較了本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)的薄膜式電子源與以往的薄膜式電子源的二極管電流-電壓特性的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照實(shí)施例的附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。首先，以使用了MIM式電子源的圖像顯示裝置為例說明本發(fā)明的圖像顯示裝置。但是，本發(fā)明不限于MIM式電子源，對于在背景技術(shù)中說明的熱電子式(在下部電極與上部電極之間設(shè)置了電子加速層的電子源)也是有效的。
(實(shí)施例1)圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的說明圖，是以使用了MIM式薄膜電子源的圖像顯示裝置為例的示意平面圖。另外，在圖1中，主要表示作為具有電子源的一個(gè)基板的陰極基板10的平面，而作為在一部分上形成有熒光體的另一個(gè)基板的陽極基板(熒光面基板)110，僅部分地表示了在其內(nèi)面具有的黑矩陣120和熒光體111、112、113。
在陰極基板10上，形成有構(gòu)成與信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路50連接的信號(hào)線(數(shù)據(jù)線)的下部電極11、構(gòu)成與掃描線驅(qū)動(dòng)電路60連接并與信號(hào)線正交配置的掃描線21的金屬膜下層16、金屬膜中間層17、金屬膜上層18、保護(hù)絕緣膜(場絕緣膜)14、以及其它后述的功能膜等。另外，陰極(電子發(fā)射部)由與上部總線電極連接，間隔絕緣層與下部電極11層疊的上部電極(未圖示)形成，從由絕緣層的薄層部分形成的絕緣層(隧道絕緣層)12的部分發(fā)射電子。本發(fā)明的陰極的特征在于，在上部電極的從與絕緣層12的界面開始一直到上部電極13的表面，摻雜了堿金屬氧化物、堿土類金屬化合物、過渡金屬化合物。
圖2是MIM式電子源的原理說明圖。該電子源當(dāng)在上部電極13與下部電極11之間施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd，使隧道絕緣層12內(nèi)的電場為1～10MV/cm左右時(shí)，下部電極11中的費(fèi)米能級附近的電子由于隧道效應(yīng)穿透勢壘，注入作為電子加速層的絕緣層12的導(dǎo)帶成為熱電子，流入上部電極13的導(dǎo)帶。這些熱電子中，具有大于等于上部電極13的功函數(shù)φs的能量而到達(dá)上部電極13的表面的熱電子，被發(fā)射到真空中。此時(shí)，絕緣層12與上部電極的界面的能帶偏移φ2越低，以同一驅(qū)動(dòng)電壓Vd施加到絕緣層12的電場就越強(qiáng)，因此，能夠獲得低驅(qū)動(dòng)閾值電壓。
而且，絕緣層中熱電子的最大能量為驅(qū)動(dòng)電壓Vd減去能帶偏移φ2，因此，只要絕緣層的能帶隙寬度Eg大于等于該值，就能夠抑制由碰撞電離造成的絕緣層的劣化，對于延長壽命是有效的。
返回圖1，在陽極基板110的內(nèi)面，形成有用于提高顯示圖像的對比度的遮光層即黑矩陣120、以及由紅色熒光體111、綠色熒光體112和藍(lán)色熒光體113構(gòu)成的熒光面。作為熒光體，例如，紅色可以使用Y2O2S:Eu(P22-R)，綠色可以使用ZnS:Cu、Al(P22-g)，藍(lán)色可以使用ZnS:Ag、Cl(P22-B)。陰極基板10與陽極基板110由間隔物30以預(yù)定的間隔保持，在顯示區(qū)域的外周插入密封框(未圖示)密封后，將內(nèi)部真空密封。
間隔物30配置在陰極基板10的由上部總線電極布線構(gòu)成的掃描電極21上，隱藏在陽極基板110的黑矩陣120下方地配置。下部電極11與信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路50連接，作為上部總線電極布線的掃描電極21與掃描線驅(qū)動(dòng)電路60連接。
關(guān)于本發(fā)明的圖像顯示裝置的制造方法的實(shí)施例，參照圖3～圖12說明實(shí)施例1的掃描電極的制造步驟。首先，如圖3所示，在最好是玻璃基板的陰極基板10上形成下部電極11用的金屬膜。此處，作為下部電極11的材料，使用Al類材料。使用Al類材料是因?yàn)槟軌蛲ㄟ^陽極氧化形成優(yōu)質(zhì)的絕緣膜。另外，此處，使用了對Nd摻雜了2原子量％的Al-Nd合金。成膜例如使用濺射(sputtering)法。膜厚設(shè)為600nm。
成膜后通過圖形化步驟、蝕刻步驟形成條紋(stripe)形狀的下部電極11(圖4)。下部電極11的電極寬度因圖像顯示裝置的尺寸、分辨率而異，其子像素(sub-pixel)的間距大小，大致設(shè)為100～200微米左右。蝕刻例如使用在磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液中進(jìn)行的濕蝕刻(wet etching)。該電極為寬且簡易的條紋結(jié)構(gòu)，因此，抗蝕劑(resist)的圖形化用通過廉價(jià)的接近式(proximity)曝光、印刷法等進(jìn)行。
接著，形成限制電子發(fā)射部，防止電場向下部電極11邊緣集中的保護(hù)絕緣層14和絕緣層12。首先，用抗蝕劑膜25掩蓋圖5所示的下部電極11上的成為電子發(fā)射部的部分，對其它部分有選擇地進(jìn)行陽極氧化使之變厚，從而成為保護(hù)絕緣層14。如果設(shè)化成電壓為100V，則形成厚度約136nm的保護(hù)絕緣層14。之后，除去抗蝕劑膜25并將剩余的下部電極11的表面陽極氧化。例如，如果設(shè)化成電壓為4V，則在下部電極11上形成厚度約8nm的絕緣層(隧道絕緣層)12(圖6)。由X射線光電子分光光譜測量可知，該Al陽極氧化膜的能帶隙約為6.4eV。
接著，例如用濺射法等形成層間膜(層間絕緣膜)15和金屬膜(圖7)，該金屬膜作為上部總線電極和用于配置間隔物30的間隔物電極，該上部總線電極作為向上部電極13饋電的饋電線。作為層間膜15，例如可以使用硅氧化物、氮化硅膜等。此處，使用氮化硅膜，膜厚設(shè)為100nm。該層間膜15發(fā)揮如下的作用，即、在由陽極氧化形成的絕緣保護(hù)層14存在針孔(pinhole)的情況下，掩埋該缺陷，保持下部電極11與上部總線電極布線間的絕緣。
作為金屬膜，對金屬膜中間層17使用了純Al，對金屬膜下層16、金屬膜上層18使用了Cr。純Al的膜厚度厚會(huì)減小布線電阻，因此，使之盡可能厚。此處，將金屬膜下層16的膜厚設(shè)為100nm、將金屬膜中間層17的膜厚設(shè)為4.5μm，將金屬膜上層18的膜厚設(shè)為100nm。
接著，通過第2階段的圖形化和蝕刻步驟，將金屬膜上層18、金屬膜中間層17，加工成與下部電極11正交的條紋形狀。金屬膜上層18的Cr的蝕刻，例如使用在硝酸鈰銨水溶液中進(jìn)行的濕蝕刻；金屬膜中間層17的純Al的蝕刻，例如使用在磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液中進(jìn)行的濕蝕刻(圖8)。使金屬膜上層18的電極寬度比金屬膜中間層的電極寬度窄，從而使金屬膜上層18不變成檐狀。
接著，通過圖形化和蝕刻步驟，將金屬膜下層16加工成與下部電極11正交的條紋形狀(圖9)。蝕刻例如以在硝酸鈰銨水溶液中進(jìn)行的的濕蝕刻進(jìn)行。此時(shí)，金屬膜下層16的一側(cè)從金屬膜中間層17伸出，作為在之后的步驟中確保與上部電極連接的接觸部，在金屬膜下層16的另一側(cè)，將金屬膜上層18與金屬膜中間層17的一部分作為掩模形成底切(under cut)，在之后的步驟中形成分離上部電極13的檐。由金屬膜下層16、金屬膜中間層17、金屬膜上層18形成的掃描電極21的電極寬度因圖像顯示裝置的尺寸、分辨率而異，但為了實(shí)現(xiàn)低電阻化使之盡可能寬，設(shè)為大于或等于掃描線間距的一半，大致300～400微米左右。
接著，加工層間膜15，將電子發(fā)射部開口。電子發(fā)射部在像素內(nèi)的1根下部電極11、和與下部電極11正交的2根上部總線電極所夾的空間的正交部的一部分上形成。蝕刻例如可以通過使用了以CF4、SF6作為主要成分的蝕刻氣體的干蝕刻來進(jìn)行(圖10)。
接著，涂敷堿金屬、堿土類金屬、過渡金屬的無機(jī)鹽或有機(jī)鹽的水溶液，并使之干燥。通過干燥，存在于水溶液中的這些物質(zhì)19以吸附在絕緣層12的表面的狀態(tài)留存下來。作為堿金屬，Cs、Rb、K、Na、Li是有效的(圖11)。作為鹽，可以應(yīng)用磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硼酸鹽、氯化物、氫化物等。堿土類金屬多具有難溶性，但可以使用例如氫氧化物。作為堿土類金屬，可以使用Mg、Ca、Sr、Ba等。作為過渡金屬，能形成水溶性鹽的W、Mo、Cr等是有效的。尤其優(yōu)選的是，當(dāng)使用與堿金屬形成的鹽，例如鎢酸Na、鉬酸Na等時(shí)，能夠同時(shí)摻雜堿金屬與過渡金屬。
接著，通過濺射法等進(jìn)行上部電極13的成膜。作為上部電極13，熱電子的透過率高的第8族的鉑系元素、Ib族的貴重金屬是有效的。尤其是Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Os、Au、Ag、或它們的疊層膜等是有效的。此處，例如使用Ir、Pt、Au的疊層膜，膜厚比設(shè)為1∶2∶3，膜厚例如設(shè)為3nm(圖12)。
接著，構(gòu)成圖像顯示裝置的陰極基板與陽極基板間隔著間隔物和框部件，使用玻璃料通過400～450℃的高溫處理來煅燒、密封。此時(shí)，上述無機(jī)鹽氧化，并且混合到上部電極中，具有合金相的一部分與上部電極材料形成合金，成為摻雜了堿金屬、堿土類金屬、過渡金屬的狀態(tài)。例如，在用碳酸銫進(jìn)行了處理的情況下，碳酸分解、氧化，變成氧化銫，其一部分與Au反應(yīng)形成AuCs、Au5Cs等金屬互化物。此時(shí)，在碳酸鹽的分解中鉑系元素的Ir、Pt作為催化劑發(fā)揮作用，具有促進(jìn)分解的效果。
如此，能夠使電離傾向比上部電極材料強(qiáng)的堿金屬、堿土類金屬、過渡金屬、它們的氧化物20存在于上部電極與絕緣層12的界面上(圖12)。圖13是使用了AuCs時(shí)的上部電極的結(jié)構(gòu)示意圖。形成Au-Cs-O合金22分散在Ir、Pt電極中從與電子加速層的界面一直到表面的結(jié)構(gòu)。圖14表示用俄歇能譜儀(Auger spectroscopy)檢測的上部電極的組成。上圖表示以往的電子源的組成分析結(jié)果，下圖表示本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的組成分析結(jié)果?？芍缦聢D所示那樣，直到與電子加速層的界面都存在著Au-Cs-O。
這些金屬、金屬氧化物的電子給予性強(qiáng)，如圖15示意性地表示的那樣，在與絕緣層12的界面，形成絕緣層12側(cè)為負(fù)、上部電極側(cè)為正的界面雙電層，絕緣膜12與上部電極的界面的能帶偏移φ2，與單使用了Ir、Pt、Au的疊層膜的情況相比要降低Δφ2。由此，陰極的驅(qū)動(dòng)閾值電壓降低，就能夠以更低的驅(qū)動(dòng)電壓獲得相同的元件電流。而且，由于相同的雙電層的效應(yīng)，表面的功函數(shù)降低Δφs，因此，電子發(fā)射效率也會(huì)提高。
圖16是將本實(shí)施例中表示的AlNd合金的隧道絕緣層(膜厚8nm)作為電子加速層，使用Cs、Rb、K的碳酸鹽、碳酸氫鹽水溶液，向上部電極摻雜了氧化銫、氧化銣、氧化鉀的MIM式電子源的二極管電流-電壓特性的說明圖。圖17是發(fā)射電流-電壓特性的說明圖。與沒有向上部電極進(jìn)行摻雜的情況相比，摻雜了氧化銫、氧化銣、氧化鉀時(shí)，二極管電流的閾值電壓下降，能夠以低驅(qū)動(dòng)電壓獲得大的元件電流。這是因?yàn)椋缑娴哪軒痞?(通過X射線光電子光譜測量為3.3ev)通過摻雜氧化銫、氧化銣、氧化鉀，如圖15中示意地表示的那樣減少了Δφ2(約1.5eV)。而且，發(fā)射電流的閾值電壓也下降了。這表示二極管電流的閾值電壓下降，并且由于以比基于Au的功函數(shù)的閾值電壓4.8V低的閾值發(fā)射，因而表面的功函數(shù)φs也如圖15中示意地表示的那樣下降了Δφs。
由此，以往在Al隧道絕緣層膜厚為8nm的條件下，為了獲得圖像顯示(峰值時(shí))所需要的發(fā)射電流密度100mA/cm2，驅(qū)動(dòng)電壓必須大于等于8V，而根據(jù)本發(fā)明，能夠以約6.5V的低驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)。熱載流子的絕緣層中的碰撞電離，在驅(qū)動(dòng)電壓大于或等于能帶隙Eg與向上部電極摻雜了氧化銫、氧化銣、氧化鉀時(shí)的界面的能帶偏移的和(此時(shí)為6.4+3.3-1.5)時(shí)才發(fā)生，因此，只要驅(qū)動(dòng)電壓為6.5V，就能防止碰撞電離。為了防止碰撞電離，驅(qū)動(dòng)電壓只需小于等于8V就足夠了，因此，如上述那樣使用Al的陽極氧化膜、向上部電極摻雜了氧化銫、氧化銣、氧化鉀的MIM式電子源，只需使隧道絕緣層膜厚小于等于10nm即可。
圖18是添加了氧化銫的MIM式電子源的壽命特性評價(jià)結(jié)果。與下側(cè)表示的以往的電子源相比，在上側(cè)表示的本發(fā)明的實(shí)施例中，即使以20倍以上的發(fā)射電流密度進(jìn)行動(dòng)作，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)萬小時(shí)的壽命。
而且，氧化銫、氧化銣、氧化鉀等堿金屬氧化物，如圖19示意地表示的那樣，使Ir、Pt等鉑系元素、4nm以下程度的超薄膜Au等的催化劑作用活化的助催化劑作用強(qiáng)，易于氧化分解吸附氣體，因此對于在形成面板時(shí)防止氣體吸附也是有效的。
圖20表示，比較了在有無堿金屬氧化物(助催化劑)摻雜時(shí)的面板內(nèi)殘留氣體的化學(xué)分析。在無助催化劑時(shí)，多檢測到有機(jī)酸(也包括碳?xì)浠衔铩⒁谎趸嫉?、氮化物、硫化物、氯化物氣體，而有助催化劑時(shí)，與沒有助催化劑時(shí)相比，減少到平均2％以下。
作為向上部電極與絕緣層的界面、和上部電極表面摻雜堿金屬、堿金屬氧化物的其它方法，如圖21所示那樣，使之成為由Au-Cs-O合金22等堿金屬或者堿金屬氧化物與Ib族的貴重金屬的合金，將鉑系元素(8族)的電極23夾在當(dāng)中的3層結(jié)構(gòu)電極的方法也是有效的。
作為3層電極的制造方法，例如，可以通過以下方法做成，即、首先通過濺射或者蒸鍍將Ib族的貴重金屬(Au、Ag)與堿金屬(Cs、Rb、K、Na、Li)的合金(金屬互化物)成膜，接著濺射、或者蒸鍍鉑系元素或者鉑系元素合金，最后再次濺射、或者蒸鍍Ib族的貴重金屬(Au、Ag)與堿金屬(Cs、Rb、K、Na、Li)的合金(金屬互化物)。要成為堿金屬氧化物，可以通過在氧化氣氛中成膜、或者在成膜后在包含氧的氣氛中退火來容易地實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，能夠使堿金屬、堿金屬氧化物有選擇地存在于電子加速層和表面，能夠降低界面的能帶偏移φ2、表面的功函數(shù)φs。由此，就能夠?qū)崿F(xiàn)降低二極管的閾值電壓、和提高電子發(fā)射效率這兩個(gè)方面。
在摻雜過渡金屬化合物時(shí)，還可以通過其它方法進(jìn)行摻雜。過渡金屬與堿金屬、堿土類金屬不同，金屬狀態(tài)穩(wěn)定，因此，可以如圖8、圖9所示那樣，像上部總線電極那樣將Cr作為構(gòu)成布線的材料使用；或者與上部總線電極同樣地，作為露出在表面的金屬圖案形成在電子發(fā)射部以外的部分。這些過渡金屬，尤其是Cr、Mo、W等，當(dāng)在高溫下氧化時(shí)，生成揮發(fā)性的氧化物而蒸發(fā)，因此，只需用400～450℃的高溫的玻璃料(frit)密封步驟，就能使過渡金屬化合物附著于電子發(fā)射部，與上部電極形成合金而實(shí)現(xiàn)摻雜。因此，能夠省略使用無機(jī)鹽水溶液的涂敷步驟。
圖22表示，通過俄歇能譜儀檢測的作為本發(fā)明的一例摻雜了Cr氧化物時(shí)、與不摻雜時(shí)的上部電極的組成。上圖表示不摻雜Cr氧化物時(shí)(以往)的組成，下圖表示摻雜了Cr氧化物的本發(fā)明的實(shí)施例的組成。另外，以Au為代表表示了Ir、Pt、Au的上部電極成分。如下圖所示，能夠確認(rèn)在上部電極中直到與絕緣體的界面都摻雜了Cr氧化物。
圖23是使用了本發(fā)明的MIM式電子源的二極管的電流-電壓特性的說明圖。如圖23所示，摻雜了Cr氧化物的元件的二極管電流的閾值電壓低，能夠以低驅(qū)動(dòng)電壓獲得較大的元件電流。由此能夠以低電壓獲得較大的發(fā)射電流。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述圖像顯示裝置的特征在于上述上部電極，使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，并從與上述電子加速層的界面一直到表面包含堿金屬、或者堿金屬氧化物。
2.一種圖像顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述圖像顯示裝置的特征在于上述上部電極，該上部電極使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，從與上述電子加速層的界面一直到表面包含堿土類金屬、或者堿土類金屬氧化物。
3.一種圖像顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述圖像顯示裝置的特征在于上述上部電極使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，從與電子加速層的界面一直到表面包含第3族～第7族的過渡金屬、或者過渡金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述上部電極中的Ib族的貴重金屬與堿金屬、堿土類金屬、過渡金屬形成金屬互化物、合金、或者它們的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述Ib族的貴重金屬材料為Au或者Ag。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述Ib族的貴重金屬的平均膜厚或者平均粒徑小于等于4nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像顯示裝置，其特征在于上述上部電極，是在鉑系元素(第8族)上層疊了平均膜厚或者平均粒徑小于等于4nm的Ib族的貴重金屬的疊層膜。
8.一種圖像顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述圖像顯示裝置的特征在于上述上部電極，是由堿金屬或者堿金屬氧化物與Ib族的貴重金屬的合金將鉑系元素(8族)的電極夾在當(dāng)中的3層結(jié)構(gòu)電極。
9.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有上述電子加速層為Al或者Al合金的陽極氧化膜，并且驅(qū)動(dòng)電壓小于等于8V的電子源陣列。
10.一種圖像顯示裝置，其特征在于具有上述電子加速層為Al或者Al合金的陽極氧化膜，并且膜厚小于等于10nm的電子源陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像顯示裝置，包括電子源陣列、和由于從該電子源陣列所發(fā)射的電子的轟擊而被激勵(lì)從而發(fā)光的熒光面，上述電子源具有下部電極和上部電極、以及在下部電極與上部電極之間由絕緣體、半導(dǎo)體構(gòu)成的電子加速層，從上述上部電極發(fā)射電子，上述上部電極，使用了鉑系元素(第8族)、或者Ib族的貴重金屬、或者它們的疊層膜或合金膜，并從與上述電子加速層的界面一直到表面包含堿金屬、或者堿金屬氧化物。由此，能夠以低的閾值電壓提升二極管電流，即使低電壓也能確保電子發(fā)射所需的二極管電流，實(shí)現(xiàn)壽命長、功耗低的圖像顯示裝置。
文檔編號(hào)H01J1/14GK101055828SQ20061009186
公開日2007年10月17日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者楠敏明, 佐川雅一, 辻和隆, 平野辰己, 西村悅子, 三上佳朗, 金子好之, 中村智樹, 青砥勝英 申請人:株式會(huì)社日立顯示器