JP3645854B2

JP3645854B2 - Cold cathode display device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3645854B2
Application number: JP2001373997A
Authority: JP
Inventors: 史郎佐藤; 昌彦関; 敏裕山本; 智志上田; 達哉武井; 啓萩原
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003178702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極表示装置およびその作製方法に関し、特に、電界で電子を放出する冷陰極を用いた冷陰極表示装置での立体テレビ等にも適用可能な高精細表示に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷陰極表示装置である平面型ディスプレイには、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、ＰＡＬＣ（ＰｌａｓｍａＡｄｒｅｓｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、ＬＣＤ（ＬｌｑｕｉｄＣｒｙｔｓａｌＤｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）ディスプレイ、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤディスプレイなどが開発され、それらの−部はすでに実用化されている。
【０００３】
一方、ホログラフィーなどによる立体表示は、光の波面の制御を利用するので、用いる光の波長程度の分解能を有する高精細なディスプレイが求められているが、現状ではこれを満足するディスプレイは実現されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の平面型ディスプレイであるＰＤＰは、画素セル内の限られた空間に閉じこめられたキセノン、ネオン、ヘリウムなどの混合ガス中で電極間で放電を起こし、その際に発生した紫外線で周囲に塗布された蛍光体を刺激して発光させる。現状ではセルサイズが小さくなると、相対的にセル壁でのエネルギー損失が増大して紫外線の利用効率が低下する。また同等の最小放電開始電圧を得るにはセルサイズが小さくなる程ガス圧を大きくする必要があるので、現状技術では、ミクロン以下のサイズのセルは考えられない。ＰＤＰに類似した放電をセルをスイッチに用いるＰＡＬＣも事情は同様である。
【０００５】
ＬＣＤは２枚のガラス板の間に液晶を挟み込む構造となっている。この場合、液晶層の厚さが薄いと光の変調度が小さくなるので、現状では１〜２ミクロン程度の厚さの液晶層が必要である。液晶層の両側の電極に印加された電界は液晶層の深さ方向に拡がるので、この場合もミクロン以下の液晶セルの変調は困難と考えられる。
【０００６】
ＥＬは全固体薄膜型であるので、最もセルの微細化に適している。これまで、画素ピッチとして２０ミクロン程度の基本デバイスが試作されている。従来のＥＬでは、発光層の厚さは１ミクロン程度必要であり、さらに発光層の両側にほぼ同じ厚さの絶縁層を設ける必要があるので、発光層中で電界分布は広がり、サブミクロンサイズのディスプレイの実現は困難と考えられる。
【０００７】
化合物半導体から成るＬＥＤやＬＤでは、半導体の微細加工技術により個々の発光層をナノサイズまで微細化することは可能であるが、フルカラーディスプレイに必要な３色をモノリシックに作製するのは困難で、それぞれの材料を複合する必要がある。異なる材料からなる発光層を同一の基板に育成するのは現状では難しい。
【０００８】
前述するように、従来の表示方式やディスプレイ技術では、ホログラフィーやインテグラルフォトグラフィーなどでの立体表示に必要なサブミクロン程度の画素サイズの高精細ディスプレイを実現するのは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、ホログラフィーなどの立体表示に必要な高精細な表示が可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、高輝度に発光が可能な技術を提供することにある。
【００１０】
本発明のその他の目的は、発光素子に形成する陰極母線を不要とすることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）絶縁膜を介在して積層される赤色，緑色，青色用電極層上にそれぞれ形成される赤色，緑色，青色に発光する発光体層からなる蛍光体層が形成される陽極側パネルと、前記陽極側パネルと対向配置され、光ビームの照射により電子ビームを放出する光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルと、前記陰極側パネルに光ビームを照射する手段と、前記光ビームの照射位置を制御する手段と、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとの間に電界を印加する手段とを備え、前記光ビームの照射により放出される前記電子ビームを前記電界により加速し前記蛍光体層に照射し発光させる冷陰極表示装置。
【００１２】
（２）蛍光体層が形成される陽極部と、光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルとからなり、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとが対向配置され、前記陰極側パネルから放出される電子ビームにより前記蛍光体層を発光させる冷陰極表示装置の作製方法おいて、前記冷陰極側パネル上に陰極層を形成する工程と、前記陰極層の表面にＣＶＤで非常に少量の堆積を行うことによりナノサイズの微結晶の光電子放出効果を有する薄膜層を形成する工程とを備える。
【００１３】
（３）蛍光体層が形成される陽極部と、光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルとからなり、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとが対向配置され、前記陰極側パネルから放出される電子ビームにより前記蛍光体層を発光させる冷陰極表示装置の作製方法おいて、前記陽極側パネル上に第１の電極層を形成する工程と、前記第１の電極層の表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層の表面に第２の電極層を形成する工程と、前記第２の電極層の表面に第２の絶縁層を形成する工程と、前記第２の絶縁層の表面に第３の電極層を形成する工程と、前記第３の電極層から前記第１の電極層及び前記第２の電極層に到達する溝をそれぞれ形成する工程と、前記第１〜３の電極層の表面に赤色もしくは緑色あるいは青色の何れかに発光する発光体層を形成する工程とを備える。
【００１４】
前述した手段によれば、陰極側パネルに照射する光ビームを発生する手段と、この光ビームの照射位置を制御する手段とを備えると共に、光ビームの発生手段からの光ビームの照射により電子ビーム（光電子ビーム）を放出する光電子放出効果を有する薄膜層を陰極側パネルに設けることによって、後述する原理の項に示すように、光ビームの照射領域（口径）に応じた光電子ビームによる表示が可能となるので、高精細な光電子ビームに対応した高解像度の発光が得られる。その結果、高解像の表示を行うことが可能となる。
【００１５】
（原理）
図１は本発明による高精細表示の基本原理を説明するための図である。ただし、図１の（ａ）は本発明による冷陰極表示装置の概略構成を説明するための図であり、図１の（ｂ）はレーザー装置から照射される光ビームの強度分布を説明するための図である。
【００１６】
図１の（ａ）に示すように、ガラス等の背面基板１０４の表面には導電性の陰極層１０５を形成し、この陰極層１０５の上面に、光電子放出材料から成る光電面用ナノ結晶を堆積した光電子放出層１０６が形成される構成となる。光電面用ナノ結晶材料（光電面微結晶材料）としてはセシウム、カリウム、ヨウ素などの低仕事関数材料が好ましい。
【００１７】
また、前面ガラス基板１０１の表面には透明陽極層１０２を堆積し、この透明陽極層１０２の上面にＺｎＳ（硫化亜鉛），ＺｎＯ（酸化亜鉛）などのII−VI族化合物半導体の蛍光体や希土類酸化物蛍光体から成るナノサイズの微結晶からなる蛍光体ナノ結晶層１０３を堆積した構成となっている。
【００１８】
これらの基板（前面ガラス基板１０１と背面基板１０４）は、光電子放出層１０６や蛍光体ナノ結晶層１０３を形成した面が対向するように配置され、背面基板１０４の裏面側からたとえば、レーザーダイオードや発光ダイオードを光源とするレーザー装置１０７から放出される光ビーム１０９をミラー１０８を介して入射して光電子放出層１０６を照射する構成となっている。このとき、陰極層１０５と透明陽極層１０２との間に電源１１２から所定の電圧を加えておく構成となっている。
【００１９】
従って、光電面微結晶を堆積して形成された光電子放出層１０６から放出された光電子１１０は、陰極層１０５と透明陽極層１０２との間に印加される電界により加速され、蛍光体微結晶を堆積して形成された蛍光体ナノ結晶層１０３を刺激して、蛍光体が発光され可視光１１１として放射される構成となっている。その結果、光電子１１０の加速を容易に制御することができるので、高電圧で光電子１１０を加速させることにより、高輝度の発光を容易に得ることができる。
【００２０】
また、光ビーム１０９の走査はミラー１０８によってなされることとなるので、電子ビームの発生位置すなわち発光位置を制御するための陰極母線が不要となる。その結果、背面基板１０４の作製に要する工程数を低減させることができ、冷陰極表示装置の作製効率を向上させることができる。
【００２１】
レーザーダイオードや発光ダイオード等のレーザー装置１０７から照射される光ビーム径ｒ０は、原理的には波長程度のサイズまで絞ることができる。例えば、図１の（ａ）に示すように光ビーム１０９が背面基板１０４の裏面から入射して光電子放出層１０６に照射される場合、光電子放出層１０６における光ビーム径ｒ０は波長程度のサイズである数μｍ程度にもなる。従って、光励起で放出される光電子のビーム径（電子ビーム径）も同程度のサイズとなる。
【００２２】
また、図１の（ｂ）の光強度グラフに示すように、通常のレーザーダイオードや発光ダイオードからの光ビームの強度（光強度分布１１４）はガウス型分布をとることが知られている。一方、光電子放出層１０６から光電子を放出させるためには、光電子放出材料や光ビームの波長に応じた強度（以下、しきい値強度と記す）以上の光強度が必要である。従って、本願発明では、レーザーダイオードや発光ダイオードの出力すなわち光ビームの強度を制御することによって、光電子放出層１０６に照射される光ビームの内で、光強度が点線で示すしきい値強度１１３以上となるビーム径ｒ１を制御する構成となっている。すなわち、しきい値強度１１３以上となる光ビーム径ｒ１を制御することによって、光電子放出層１０６から蛍光体ナノ結晶層１０３に向けて照射される光電子のビーム径（電子ビーム径）を光ビーム径ｒ０よりも小さくして、高精細な表示を可能とする。ただし、光ビームの強度制御によって、光電子放出層１０６から放射される電子ビーム径を制御する場合には、光電子放出層１０６は図１の（ｂ）に示すようなナノサイズの微結晶に限定されることはなく、平坦な一般的な堆積膜でもよい。
【００２３】
さらには、本願発明では、図１の（ａ），（ｂ）に示すように、光電子放出層１０６が陰極層１０５の上面にそれぞれ分離された構造としているので、光電子放出層１０６を形成する各光電面用ナノ結晶の大きさに対応した電子ビームが放射されることとなる。すなわち、図１の（ｂ）に示すように、しきい値強度１１３以上となる光ビーム径ｒ１が光電面用ナノ結晶とほぼ等しい場合には、光電子放出層１０６から放射される電子ビームは、一の光電面用ナノ結晶１１５からのみ放射されることとなる。また、光電子放出層１０６を形成する各光電面用ナノ結晶１１５がしきい値強度１１３以上となる光ビーム径ｒ１よりも小さく、この光ビーム径ｒ１内に複数個の光電面用ナノ結晶１１５が入る場合には、光ビーム径ｒ１内の各光電面用ナノ結晶１１５からそれぞれ電子ビームが放射されることとなる。このときの各電子ビームのビーム径は、それぞれの電子ビームが放射される光電面用ナノ結晶１１５の大きさに対応したビーム径となる。すなわち、それぞれのビーム径はより細い電子ビームとなるので、より高精細な表示を可能となる。
【００２４】
また、光電面用ナノ結晶１１５をナノサイズの結晶とすることにより、電子放出面サイズの縮小（電子ビーム径の縮小）が図れると共に、光電子の放出確率（放出効率）の向上が可能となる。すなわち、結晶サイズをナノサイズで形成し光学ギャップを大きくすることにより電子親和力を小さくし、その結果として材料の仕事関数をさらに小さくすることにより光電子放出効率を大きくするものである。
【００２５】
また、本願発明では、図１の（ｂ）に示すように、蛍光体も同等の微細な結晶、例えばナノ結晶とした蛍光体ナノ結晶層１０３の構成となっているので、高精細な電子ビームに対応した高解像度の発光を行うことが可能となる。なお、蛍光体の構造も前述した光電子放出層１０６の構造と同様に、ナノ結晶構造に限定されることはなく、従来の蛍光体と同様に平坦化した蛍光体層とした場合でも、高精細な電子ビームに対応した十分な高解像度の発光を得られることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
図２及び図３は本発明の実施の形態である冷陰極表示装置の作製手順を説明するための図である。ただし、図２は冷陰極表示装置の前面ガラス基板の作製手順を説明するための図であり、図３は冷陰極表示装置の背面基板の作製手順を説明するための図である。また、以下の説明では、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３色用の蛍光体を備えるフルカラー表示の可能な冷陰極表示装置の作製手順を説明する。また、図２及び図３に示すｘ，ｙ，ｚは、それぞれが互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を示す。さらには、図２の（ｃ）〜（ｅ）では、蛍光体２０７〜２０９は第１〜３の電極層２０２〜２０４及び第１，２の絶縁層２０５，２０６と同様に記載しているが、蛍光体２０７〜２０９の実際の構造は複数のナノ結晶（微結晶）が配列される構造となる。
【００２８】
まず、図２の（ａ）に示すように、前面ガラス基板２０１の上面側（対向面側，ｚ軸方向側）に陽極となる第１の電極層２０２、第１の絶縁層２０５、第２の電極層２０３、第２の絶縁層２０６、第３の電極層２０４をこの順番に形成する。すなわち、絶縁層（第１及び第２の絶縁層２０５，２０６）を挟んでＲ，Ｇ，Ｂの３色用の陽極層となる３層の導電性の電極層（第１及び第２並びに第３の電極層２０２〜２０４）を形成する。ただし、第１〜第３の電極層２０２〜２０４及び第１，２の絶縁層２０５，２０６の各薄膜層の形成は、例えば前面ガラス基板２０１の上面側に周知のＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ，錫添加酸化インジウム）や、ＩＤＩＸＯの商品名で呼ばれるインジウムと亜鉛の複合酸化物等からなる透明な第１の電極層２０２を周知の真空蒸着やスパッタリング法で形成する。次に、第１の電極層２０２の上面側に酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルおよび各種絶縁性ＬＢ膜等を、周知のＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、クラスタイオンビーム蒸着法およびＬＢ法等で第１の絶縁層２０５を形成する。同様にして、第２，３の電極層２０３，２０４及び第２の絶縁層２０６を形成する。
【００２９】
次に、図２の（ｂ）に示すように、第２，３の電極層２０３，２０４及び第１，２の絶縁層２０５，２０６に対して、例えば周知の電子ビームリソグラフィーを繰り返して、膜厚方向（ｚ軸）に立体的にＲ，Ｇ，Ｂ用の第１〜３の電極層２０２〜２０４を露出させる。すなわち、まず第３の電極層２０４の上面側から当該第３の電極層２０４及び第２の絶縁層２０６を介して第２の電極層２０３に至る所定幅の溝（第１の溝）を形成する。ただし、この第１の溝の延在方向はｙ軸方向となるように形成する。なお、本実施の形態では、第１の溝の数は３であるがこれに限定されることはなく、表示装置として用いた場合の解像度に応じて適宜設定すればよい。
【００３０】
次に、第１の溝内に露出される第２の電極層２０３の上面側から当該第２の電極層２０３及び第１の絶縁層２０５を介して第１の電極層２０２に至る所定幅の溝（第２の溝）を形成する。このとき、本実施の形態では、図２の（ｂ）から明らかなように、第１の電極層２０２の露出幅となる第２の溝の幅（ｘ軸方向の長さ）と、第２の電極層２０３の露出幅と、第３の電極層２０４の露出幅とが同等の幅となるように、第１の溝と第２の溝とが形成される。
【００３１】
次に、図２の（ｃ）〜図２の（ｅ）に示すように、第１〜３の電極層２０２〜２０４の露出面上に、Ｒ，Ｇ，Ｂ用のII−VI族化合物半導体の蛍光体や希土類酸化物蛍光体のナノサイズの微結晶を堆積する。例えば、図２の（ｃ）に示すように、まず周知のＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法等により、第１の電極層２０２の露出部分に青色の蛍光体としてＡｇやＡｌやＺｎ等を添加したＺｎＳやＺｎＯ等を第１の電極層２０２の露出面に堆積する。このとき、本実施の形態では、堆積条件を調整して、第１の電極層２０２に堆積される青色蛍光体２０７をナノ結晶（微結晶）として堆積させる。また、通常の状態で堆積を行った場合には、第２，３の電極層２０３，２０４にも蛍光体が堆積されてしまうこととなるので、本実施の形態では、第１〜３の電極層２０２〜２０４のそれぞれに図示しないバイアス電圧を印加して、第１の電極層２０２の電極面上だけに蛍光体が堆積するように堆積条件を選択する。
【００３２】
例えば、シリコン（Ｓｉ）では、シランガス（ＳｉＨ_４）等を原料ガスとして、ＣＶＤで基板に対して非常に少量の堆積を行うと、堆積層は一様な膜厚をもつ薄膜とはならず、ナノサイズの島状の粒子を形成する。この粒子のサイズは、堆積温度、原料ガス圧、堆積時間、電極に印加するバイアス電圧等の堆積条件である程度は制御することができる。これらのナノサイズの島状粒子を酸素雰囲気でアニールして表面を酸化シリコン層（絶縁層）とすれば、これら粒子はそれぞれ独立に機能させることができる。従って、本実施の形態でも、これに準じた方法によって、第１の電極層２０２の電極面上だけに蛍光体が堆積するように堆積条件を選択する。
【００３３】
次に、図２の（ｄ）に示すように、第２の電極層２０３の露出面に、ＣＶＤ法やＭＢＥ法等により緑色の蛍光体となるＣｕやＡｌやＺｎ等を添加したＺｎＳやＺｎＯ等を堆積する。このようにして堆積された緑色蛍光体２０８も、前述する青色蛍光体２０７と同様に、堆積条件を調整することによって、ナノ結晶（微結晶）として堆積させる。
【００３４】
図２の（ｅ）に示すように、第３の電極層２０４の露出面にも、赤色の蛍光体となるＡｇやＡｌ等を添加したＺｎＳやＺｎＯ等を、ナノ結晶（微結晶）として堆積させる。
【００３５】
ただし、以上の説明では、第１〜３の電極層２０２〜２０４のそれぞれに順番に蛍光体２０７〜２０９を堆積させる場合について説明したが、例えばＺｎＳやＺｎＯ等をナノ結晶として第１〜３の電極層２０２〜２０４の露出面上に堆積させ、この後に所望の電極を接地するもしくはバイアス電圧を印加する等により選択し、この選択されたナノ結晶にのみ所望のＲＧＢ用不純物原子をイオン注入する構成としてもよいことはいうまでもない。なお、ＲＧＢ用不純物原子としては、母結晶層となるナノ結晶がたとえばＺｎＳの場合は、赤色発光用の不純物としてＡｇ，Ａｌなど、緑色用としてＣｕ，Ａｌ，Ｚｎなど、青色用としてＡｇ，Ａｌ，Ｚｎなどの不純物がある。このイオン注入後、各不純物の格子位置への固溶や損傷の回復のためのアニールを行い、発光中心として活性化する必要があることはいうまでもない。
【００３６】
また、後述するように、ＲＧＢの各色の蛍光体２０７〜２０９の発光を下面側（蛍光体面の裏面側）から観察することとなるので、第１の電極層２０２、第１の絶縁層２０５、第２の電極層２０３、第２の絶縁層２０６、及び第３の電極層２０４は、ＲＧＢの可視光に対して透過な材料が好ましいことはいうまでもない。
【００３７】
一方、背面基板の作製では、まず、図３の（ａ）に示すように、背面基板３０１の上面側（対向面側）に陰極となる陰極層３０２を形成する。この陰極層３０２の形成は、例えば前述の陽極と同様に、背面基板３０１の上面側に周知のＩＴＯや、ＩＤＩＸＯの商品名で呼ばれるインジウムと亜鉛の複合酸化物等からなる透明な導電性の電極層（陰極層３０２）を周知の真空蒸着やスパッタリング法で形成する。ただし、陰極層３０２はＩＴＯやＩＤＩＸＯの商品名で呼ばれるインジウムと亜鉛の複合酸化物に限定されることはなく、他の材料でもよい。ただし、陰極層３０２は、背面基板３０１の裏面側から入射される光電子１１０をナノサイズの微結晶（ナノ光電子結晶層）３０３に透過させる必要があるので、電子ビームが透過する材料である。
【００３８】
次に、図３の（ｂ）に示すように、陰極層３０２の上面側に光電子放出材料から成るナノサイズの微結晶３０３を堆積する。ただし、このときのナノサイズの微結晶３０３の堆積は、前述するように、シリコンに準じた方法で可能である。また、光電子放出材料としては、セシウム、カリウム、ヨウ素等の低仕事関数材料が好ましいことはいうまでもない。ただし、仕事関数は電気陰性度が小さいほど小さく、材料中の電子１個当たりの体積をもつ球の半径の大きさと共に減少する傾向がある。例えば、セシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ金属で小さく、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属で大きい。
【００３９】
以上の手順によって作製された前面ガラス基板２０１の側のパネルである陽極側パネル３０４と、背面基板３０１の側のパネルである陰極側パネル３０５との対向面側がそれぞれ対向するように配置すると共に、例えば陽極側パネル３０４と陰極側パネル３０５（前面ガラス基板２０１と背面基板３０１）との外周部に図示しない周知のスペーサを配置する。このとき、スペーサと前面ガラス基板２０１と背面基板３０１とで囲まれた領域を真空封止することによって、前面ガラス基板２０１の対向面に形成された蛍光体２０７〜２０９と、背面基板３０１の対向面に形成されたナノサイズの微結晶３０３とが真空中に封止されることとなる。
【００４０】
この後に、前面ガラス基板２０１に配置される第１〜３の電極層２０２〜２０４と電源３１０との間に３入力１出力の周知のスイッチ３１１を設けることによって、電源３１０からの電圧を第１〜３の電極層２０２〜２０４の内の何れかの電極層と、陰極層３０２との間に印加する構成となっている。このような構成とすることによって、図３の（ｃ）に示すように、背面基板３０１の背面側から照射される紫外線ビーム３０７に応じて放出される放出電子３０９による電子ビームが到達する蛍光体の位置を制御することによって、所望の色の発光を得るようにしている。ただし、紫外線ビーム３０７の照射位置の制御（走査制御）は、周知の半導体レーザ３０６から照射される紫外線ビーム３０７を反射する周知のミラー３０８の回転動作等によってなされる構成となっている。
【００４１】
すなわち、本実施の形態の表示装置では、半導体レーザ３０６から照射される紫外線ビーム３０７をミラー３０８の動作によって走査すると共に、スイッチ３１１を介して第１〜３の電極層と陰極層３０２との間に印加する電圧を制御することによって、ナノサイズの微結晶３０３から放出された放出電子３０９により青色蛍光体２０７，緑色蛍光体２０８，赤色蛍光体２０９の何れかが発光して入力された画像信号に応じた文字やグラフィックス等の発光表示あるいは発光素子としての発光表示を行うことができる。
【００４２】
図４は本発明の一実施の形態である冷陰極表示装置の概略構成を説明するための図である。ただし、図４は説明を簡単にするための青色蛍光体２０７及び緑色蛍光体２０８並びに赤色蛍光体２０９がそれぞれ形成される第１〜３の電極層２０２〜２０４を同一の透明電極４０５で示しているが、青色蛍光体２０７及び緑色蛍光体２０８並びに赤色蛍光体２０９はそれぞれ異なる電極層に形成されることはいうまでもない。また、電源３１０からの電圧も図示しないスイッチ３１１を介して、それぞれの電極層に選択的に印加されることはいうまでもない。
【００４３】
図４に示すように、本実施の形態の冷陰極表示装置は、半導体レーザ３０６から出射される紫外線ビーム４０１を半透過型の第１のミラー４０２ａにより、２つの紫外線ビーム４０３ａ，４０３ｂに分ける。このとき、一方の紫外線ビーム４０３ａは第１のミラー４０２ａを透過して第１の走査用ミラー４０４ａに到達し、この第１の走査用ミラー４０４ａの上下左右への回転動作により照射位置が走査されることとなる。他方の紫外線ビーム４０３ｂは半透過型の第２のミラー４０２ｂによって、２つの紫外線ビーム４０３ｃ，４０３ｄに分けられる。
【００４４】
ここで、第２のミラー４０２ｂによって反射された紫外線ビーム４０３ｃは第２の走査用ミラー４０４ｂに到達し、この第２の走査用ミラー４０４ｂの上下左右への回転動作により照射位置が走査されることとなる。一方、第２のミラー４０２ｂを透過した紫外線ビーム４０３ｄは半透過型の第３のミラー４０２ｃに入射し、この第３のミラー４０２ｃにより２つの紫外線ビーム４０３ｅ，４０３ｆに分けられる。
【００４５】
第３のミラー４０２ｃによって反射された紫外線ビーム４０３ｅは第３の走査ミラー４０４ｃに到達し、この第３の走査用ミラー４０４ｃの上下左右への回転動作により照射位置が走査されることとなる。一方、第３のミラー４０２ｃを透過した紫外線ビーム４０３ｆは第４のミラー４０２ｄに入射し、この第４のミラー４０２ｄにより紫外線ビーム４０３ｆが第４の走査用ミラー４０４ｄに向けて照射される。この第４の走査用ミラー４０４ｄに入射した紫外線ビーム４０３ｆは、第４の走査用ミラー４０４ｄの上下左右への回転動作により照射位置が走査されることとなる。
【００４６】
ここで、第１〜第４の走査用ミラー４０４ａ〜４０４ｄにより照射位置が走査された紫外線ビーム４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｅ，４０３ｆは、背面基板３０１及び陰極層１０５を介してナノサイズの微結晶３０３に到達し、それぞれの紫外線ビーム４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｅ，４０３ｆの照射範囲にあるナノサイズの微結晶３０３のみから放出電子３０９が放出される。ここで、青色蛍光体２０７及び緑色蛍光体２０８並びに赤色蛍光体２０９はそれぞれ異なる図示しない電極層に形成され、第１〜４の走査用ミラー４０４ａ〜４０４ｄの動作に同期して、電源３１０から各電極層と陰極層１０５とに印加される電圧が図示しないスイッチ３１１の切り替えにより制御される構成となっているので、放出電子３０９は印加電圧に応じて加速され、青色蛍光体２０７及び緑色蛍光体２０８並びに赤色蛍光体２０９に照射されて所望の発光が得られることとなる。このとき、本実施の形態では、青色蛍光体２０７及び緑色蛍光体２０８並びに赤色蛍光体２０９も微結晶構造となっているので、放出電子３０９が加速された電子ビームの照射範囲にある蛍光体の微結晶のみが発光する。すなわち、本実施の形態では、高精細な電子ビームに対応した高解像度の発光となるので、高解像度の表示が可能となる。
【００４７】
特に、本実施の形態では、半導体レーザ３０６から出射される紫外線ビーム４０１を複数の紫外線ビーム４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｅ，４０３ｆに分割し、それぞれを第１〜４の走査用ミラー４０４ａ〜４０４ｄで独立に並列して走査する、いわゆる光マルチビームの並列走査としているので、一つの画面で多数の走査ビームを同時走査（画面分割走査）することにより、走査線数の多い大容量の映像を実時間で表示することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、半導体レーザ３０６から出射される紫外線ビーム４０１を４つの紫外線ビーム４０３ａ，４０３ｃ，４０３ｅ，４０３ｆに分割する構成としたが、これに限定されることはなく、２以上の紫外線ビームに分割し、それぞれを専用の走査用ミラーで並列走査することによって、前述した効果を得られることはいうまでもない。
【００４９】
また、図１及び図３の（ｃ）に示すように、半導体レーザ３０６から出射される紫外線ビームを直接に一のミラーによって走査するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）表示画素のサイズは、ドット（画素）選択を行う光ビームの波長ではなく光電面の微結晶のサイズできまるので、ホログラフィーなどの立体表示に必要な超高精細な表示ができる。これは従来のディスプレイ方式に比べて格段に高精細なものである。
【００５２】
（２）ドット（画素）選択はミラーの回転による光ビームの走査で行うので、陰極母線の形成が必要でない。その結果、表示装置の作製に要する工程を低減させることができる。
【００５３】
（３）紫外線ビームをミラーによって走査するので、大容量なアレイ（大面積の冷陰極表示装置）であっても高速に走査することができる。
【００５４】
（４）光電面から放出された電子を高電圧で加速するので、高輝度に発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高精細表示の基本原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態である冷陰極表示装置の作製手順を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態である冷陰極表示装置の作製手順を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態である冷陰極表示装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…前面ガラス基板１０２…透明陽極層
１０３…蛍光体ナノ結晶層１０４…背面基板
１０５…陰極層１０６…光電子放出層
１０７…レーザー装置１０８…ミラー
１０９…光ビーム１１０…光電子
１１１…可視光１１２…電源
１１３…しきい値強度１１４…光ビームの強度分布
１１５…光電面用ナノ結晶
２０１…前面ガラス基板２０２…第１の電極層
２０３…第２の電極層２０４…第３の電極層
２０５…第１の絶縁層２０６…第２の絶縁層
２０７…青色蛍光体２０８…緑色蛍光体
２０９…赤色蛍光体
３０１…背面基板３０２…陰極層
３０３…ナノサイズの微結晶３０４…陽極側パネル
３０５…陰極側パネル３０６…半導体レーザ
３０７…紫外線ビーム３０８…ミラー
３０９…放出電子３１０…電源
３１１…スイッチ
４０１…紫外線ビーム
４０２ａ〜４０２ｄ…第１〜４のミラー
４０３ａ〜４０３ｆ…紫外線ビーム
４０４ａ〜４０４ｄ…第１〜４の走査用ミラー
４０５…透明電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cold cathode display device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a high-definition display applicable to a stereoscopic television or the like in a cold cathode display device using a cold cathode that emits electrons by an electric field.
[0002]
[Prior art]
The flat display, which is a conventional cold cathode display device, includes PDP (Plasma Display Panel), PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), LCD (Llquid Crystal Display), EL (Electroluminescent Display), FED (Fild Display, etc.). Have been developed and their -part has already been put into practical use.
[0003]
On the other hand, three-dimensional display by holography and the like uses control of the wavefront of light, so a high-definition display having a resolution about the wavelength of the light to be used is required, but at present, a display satisfying this has been realized. Absent.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of examining the prior art, the present inventor has found the following problems.
PDP, which is a conventional flat display, discharges between electrodes in a mixed gas of xenon, neon, helium, etc. confined in a limited space in the pixel cell, and is applied to the surroundings by ultraviolet rays generated at that time. The phosphor is stimulated to emit light. At present, when the cell size is reduced, energy loss at the cell wall is relatively increased, and the utilization efficiency of ultraviolet rays is reduced. Moreover, since it is necessary to increase the gas pressure as the cell size decreases in order to obtain the same minimum discharge start voltage, the state of the art cannot consider a cell having a size of micron or less. The situation is the same for PALC that uses a discharge cell similar to PDP as a switch.
[0005]
The LCD has a structure in which liquid crystal is sandwiched between two glass plates. In this case, if the thickness of the liquid crystal layer is small, the degree of modulation of light becomes small. Therefore, at present, a liquid crystal layer having a thickness of about 1 to 2 microns is required. Since the electric field applied to the electrodes on both sides of the liquid crystal layer spreads in the depth direction of the liquid crystal layer, in this case as well, it is considered difficult to modulate a liquid crystal cell of micron or less.
[0006]
Since EL is an all-solid thin-film type, it is most suitable for cell miniaturization. So far, basic devices with a pixel pitch of about 20 microns have been prototyped. In the conventional EL, the thickness of the light emitting layer is required to be about 1 micron, and furthermore, it is necessary to provide insulating layers having substantially the same thickness on both sides of the light emitting layer. Realization of this display is considered difficult.
[0007]
With LEDs and LDs made of compound semiconductors, it is possible to make individual light-emitting layers finer to nano-size by means of semiconductor microfabrication technology, but it is difficult to monolithically produce the three colors required for full-color displays. It is necessary to combine each material. It is currently difficult to grow light emitting layers made of different materials on the same substrate.
[0008]
As described above, it is difficult to realize a high-definition display having a pixel size of about submicron necessary for stereoscopic display in holography, integral photography, and the like by conventional display methods and display technologies.
[0009]
An object of the present invention is to provide a technique capable of high-definition display necessary for stereoscopic display such as holography.
Another object of the present invention is to provide a technique capable of emitting light with high luminance.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a technique capable of eliminating the need for a cathode bus formed in a light emitting element.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) It consists of a light emitting layer that emits red, green, and blue light respectively formed on the red, green, and blue electrode layers stacked with an insulating film interposed therebetween. An anode-side panel on which a phosphor layer is formed; a cathode-side panel on which the anode-side panel is disposed; and a cathode-side panel on which a thin-film layer having a photoelectron emission effect that emits an electron beam when irradiated with a light beam is formed; Means for irradiating the panel with a light beam; means for controlling the irradiation position of the light beam; and means for applying an electric field between the anode side panel and the cathode side panel. A cold cathode display device that accelerates the emitted electron beam by the electric field and irradiates the phosphor layer to emit light.
[0012]
(2) It comprises an anode part on which a phosphor layer is formed and a cathode side panel on which a thin film layer having a photoelectron emission effect is formed, wherein the anode side panel and the cathode side panel are arranged to face each other, and the cathode side In a method for manufacturing a cold cathode display device in which the phosphor layer emits light by an electron beam emitted from a panel, a step of forming a cathode layer on the cold cathode side panel, and a surface of the cathode layer By depositing very small amounts by CVD Forming a thin film layer having a photoelectron emission effect of nano-sized microcrystals.
[0013]
(3) It comprises an anode part on which a phosphor layer is formed and a cathode side panel on which a thin film layer having a photoelectron emission effect is formed. The anode side panel and the cathode side panel are arranged to face each other, and the cathode side In a method for manufacturing a cold cathode display device in which the phosphor layer emits light by an electron beam emitted from a panel, a step of forming a first electrode layer on the anode side panel, and a surface of the first electrode layer Forming a first insulating layer, forming a second electrode layer on the surface of the first insulating layer, and forming a second insulating layer on the surface of the second electrode layer. And a step of forming a third electrode layer on the surface of the second insulating layer, and a groove reaching the first electrode layer and the second electrode layer from the third electrode layer, respectively. And red or green on the surface of the first to third electrode layers, And forming a phosphor layer which emits light in any color.
[0014]
According to the above-described means, there is provided means for generating a light beam to be irradiated on the cathode side panel and means for controlling the irradiation position of the light beam, and an electron beam is emitted by irradiation of the light beam from the light beam generating means. By providing the cathode side panel with a thin-film layer that emits (photoelectron beam) on the cathode side panel, display with a photoelectron beam according to the irradiation area (aperture) of the light beam is possible, as shown in the principle section below. Therefore, high-resolution light emission corresponding to a high-definition photoelectron beam can be obtained. As a result, high resolution display can be performed.
[0015]
(principle)
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic principle of high-definition display according to the present invention. However, FIG. 1A is a diagram for explaining the schematic configuration of the cold cathode display device according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram for explaining the intensity distribution of the light beam emitted from the laser device. FIG.
[0016]
As shown in FIG. 1 (a), a conductive cathode layer 105 is formed on the surface of a back substrate 104 such as glass, and a photocathode nanocrystal made of a photoelectron emitting material is formed on the upper surface of the cathode layer 105. The deposited photoelectron emission layer 106 is formed. As the photocathode nanocrystal material (photocathode microcrystal material), a low work function material such as cesium, potassium, or iodine is preferable.
[0017]
Further, a transparent anode layer 102 is deposited on the surface of the front glass substrate 101, and a phosphor or rare earth of a II-VI group compound semiconductor such as ZnS (zinc sulfide) or ZnO (zinc oxide) is deposited on the upper surface of the transparent anode layer 102. A phosphor nanocrystal layer 103 made of nano-sized microcrystals made of an oxide phosphor is deposited.
[0018]
These substrates (front glass substrate 101 and back substrate 104) are arranged so that the surfaces on which photoelectron emission layer 106 and phosphor nanocrystal layer 103 are formed are opposed to each other. A light beam 109 emitted from a laser device 107 using a light emitting diode as a light source is incident through a mirror 108 to irradiate the photoelectron emission layer 106. At this time, a predetermined voltage is applied from the power source 112 between the cathode layer 105 and the transparent anode layer 102.
[0019]
Therefore, the photoelectrons 110 emitted from the photoelectron emission layer 106 formed by depositing the photocathode microcrystals are accelerated by the electric field applied between the cathode layer 105 and the transparent anode layer 102, and the phosphor microcrystals are converted into the phosphor microcrystals. The phosphor nanocrystal layer 103 formed by deposition is stimulated, and the phosphor emits light and is emitted as visible light 111. As a result, since the acceleration of the photoelectrons 110 can be easily controlled, high-luminance light emission can be easily obtained by accelerating the photoelectrons 110 with a high voltage.
[0020]
Further, since the scanning of the light beam 109 is performed by the mirror 108, a cathode bus for controlling the generation position of the electron beam, that is, the light emission position becomes unnecessary. As a result, the number of steps required for manufacturing the back substrate 104 can be reduced, and the manufacturing efficiency of the cold cathode display device can be improved.
[0021]
In principle, the light beam diameter r0 emitted from the laser device 107 such as a laser diode or a light emitting diode can be reduced to a size of about the wavelength. For example, as shown in FIG. 1A, when the light beam 109 is incident from the back surface of the back substrate 104 and is irradiated to the photoelectron emission layer 106, the light beam diameter r0 in the photoelectron emission layer 106 is about the wavelength. It becomes about a few μm. Therefore, the beam diameter (electron beam diameter) of the photoelectrons emitted by photoexcitation is about the same size.
[0022]
Further, as shown in the light intensity graph of FIG. 1B, it is known that the intensity (light intensity distribution 114) of a light beam from a normal laser diode or light emitting diode has a Gaussian distribution. On the other hand, in order to emit photoelectrons from the photoelectron emission layer 106, it is necessary to have a light intensity equal to or higher than the intensity corresponding to the photoelectron emission material and the wavelength of the light beam (hereinafter referred to as threshold intensity). Therefore, in the present invention, by controlling the output of the laser diode or the light emitting diode, that is, the intensity of the light beam, the light intensity of the light beam irradiated to the photoelectron emission layer 106 is not less than the threshold intensity 113 indicated by a dotted line. Is configured to control the beam diameter r1. That is, the beam diameter (electron beam diameter) of the photoelectrons irradiated from the photoelectron emission layer 106 toward the phosphor nanocrystal layer 103 is controlled by controlling the light beam diameter r1 which becomes the threshold intensity 113 or more. By making it smaller than r0, high-definition display is possible. However, when the diameter of the electron beam emitted from the photoelectron emission layer 106 is controlled by controlling the intensity of the light beam, the photoelectron emission layer 106 is limited to nano-sized microcrystals as shown in FIG. The flat general deposited film may be used.
[0023]
Furthermore, in the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B, since the photoelectron emission layer 106 is separated from the upper surface of the cathode layer 105, each photoelectron emission layer 106 is formed. An electron beam corresponding to the size of the nanocrystal for the photocathode will be emitted. That is, as shown in FIG. 1 (b), when the light beam diameter r1 at which the threshold intensity is 113 or more is substantially equal to the photocathode nanocrystal, the electron beam emitted from the photoelectron emitting layer 106 is The light is emitted only from one photocathode nanocrystal 115. Further, each photocathode nanocrystal 115 forming the photoelectron emitting layer 106 is smaller than the light beam diameter r1 at which the threshold intensity is 113 or more, and a plurality of photocathode nanocrystals 115 are included in the light beam diameter r1. When entering, an electron beam is emitted from each photocathode nanocrystal 115 within the light beam diameter r1. The beam diameter of each electron beam at this time is a beam diameter corresponding to the size of the photocathode nanocrystal 115 from which each electron beam is emitted. That is, since each beam diameter is a narrower electron beam, higher-definition display is possible.
[0024]
In addition, by making the nanocrystal 115 for the photocathode into a nanosize crystal, the electron emission surface size can be reduced (electron beam diameter can be reduced) and the photoelectron emission probability (emission efficiency) can be improved. That is, the electron affinity is reduced by forming the crystal size in nano-size and increasing the optical gap, and as a result, the photoelectron emission efficiency is increased by further reducing the work function of the material.
[0025]
Further, in the present invention, as shown in FIG. 1 (b), the phosphor has the same fine crystal, for example, the phosphor nanocrystal layer 103 made of nanocrystals. It is possible to emit light with high resolution corresponding to the above. The structure of the phosphor is not limited to the nanocrystal structure as in the structure of the photoelectron emission layer 106 described above. Even when the phosphor layer is flattened similarly to the conventional phosphor, the structure of the phosphor is high-definition. Needless to say, sufficient high-resolution light emission corresponding to an electron beam can be obtained.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with embodiments (examples) of the invention.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
[0027]
2 and 3 are diagrams for explaining a manufacturing procedure of a cold cathode display device according to an embodiment of the present invention. However, FIG. 2 is a figure for demonstrating the preparation procedure of the front glass substrate of a cold cathode display device, and FIG. 3 is a figure for demonstrating the preparation procedure of the back substrate of a cold cathode display device. In the following description, a procedure for manufacturing a cold cathode display device capable of full color display including phosphors for three colors of red (R), green (G), and blue (B) will be described. Moreover, x, y, z shown in FIG.2 and FIG.3 shows the x axis, y axis, and z axis which are mutually orthogonally crossed. Further, in FIGS. 2C to 2E, the phosphors 207 to 209 are described in the same manner as the first to third electrode layers 202 to 204 and the first and second insulating layers 205 and 206. The actual structure of the phosphors 207 to 209 is a structure in which a plurality of nanocrystals (microcrystals) are arranged.
[0028]
First, as shown in FIG. 2A, the first electrode layer 202, the first insulating layer 205, the second electrode serving as an anode on the upper surface side (opposite surface side, z-axis direction side) of the front glass substrate 201. The electrode layer 203, the second insulating layer 206, and the third electrode layer 204 are formed in this order. That is, three conductive electrode layers (first, second, and second) serving as anode layers for three colors of R, G, and B with the insulating layer (first and second insulating layers 205 and 206) interposed therebetween. 3 electrode layers 202-204). However, the thin film layers of the first to third electrode layers 202 to 204 and the first and second insulating layers 205 and 206 are formed by, for example, a well-known ITO (Indium Tin Oxide, tin on the upper surface side of the front glass substrate 201. The transparent first electrode layer 202 made of indium oxide (added indium oxide) or a composite oxide of indium and zinc called by the trade name of IDIXO is formed by a known vacuum deposition or sputtering method. Next, on the upper surface side of the first electrode layer 202, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, polyethylene, polyester, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, polyacrylonitrile, various insulating LB films, etc. The first insulating layer 205 is formed by a known CVD method, plasma CVD method, plasma polymerization method, vapor deposition method, spin coating method, dipping method, cluster ion beam vapor deposition method, LB method, or the like. Similarly, second and third electrode layers 203 and 204 and a second insulating layer 206 are formed.
[0029]
Next, as shown in FIG. 2B, for example, well-known electron beam lithography is repeated on the second and third electrode layers 203 and 204 and the first and second insulating layers 205 and 206 to form a film. The first to third electrode layers 202 to 204 for R, G, and B are three-dimensionally exposed in the thickness direction (z axis). That is, first, a groove (first groove) having a predetermined width is formed from the upper surface side of the third electrode layer 204 to the second electrode layer 203 through the third electrode layer 204 and the second insulating layer 206. To do. However, the extending direction of the first groove is formed to be the y-axis direction. In the present embodiment, the number of the first grooves is 3, but the number of first grooves is not limited to this, and may be set as appropriate according to the resolution when used as a display device.
[0030]
Next, a predetermined width is reached from the upper surface side of the second electrode layer 203 exposed in the first groove to the first electrode layer 202 through the second electrode layer 203 and the first insulating layer 205. A groove (second groove) is formed. At this time, in this embodiment, as is apparent from FIG. 2B, the width of the second groove (the length in the x-axis direction), which is the exposed width of the first electrode layer 202, and the second The first groove and the second groove are formed so that the exposed width of the electrode layer 203 is equal to the exposed width of the third electrode layer 204.
[0031]
Next, as shown in FIG. 2C to FIG. 2E, on the exposed surfaces of the first to third electrode layers 202 to 204, an II-VI group compound semiconductor for R, G, B is used. Nano-sized microcrystals of phosphors and rare earth oxide phosphors are deposited. For example, as shown in FIG. 2C, first, Ag is formed as a blue phosphor on the exposed portion of the first electrode layer 202 by a well-known CVD (Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, or the like. ZnS or ZnO to which Al, Zn, or the like is added is deposited on the exposed surface of the first electrode layer 202. At this time, in this embodiment mode, the blue phosphor 207 deposited on the first electrode layer 202 is deposited as nanocrystals (microcrystals) by adjusting the deposition conditions. Further, when deposition is performed in a normal state, the phosphor is also deposited on the second and third electrode layers 203 and 204. Therefore, in the present embodiment, the first to third electrodes are used. A bias voltage (not shown) is applied to each of the layers 202 to 204, and the deposition conditions are selected so that the phosphor is deposited only on the electrode surface of the first electrode layer 202.
[0032]
For example, in silicon (Si), silane gas (SiH ₄ When a very small amount of deposition is performed on a substrate by CVD using a material gas as a source gas, the deposited layer does not become a thin film having a uniform film thickness but forms nano-sized island-like particles. The size of the particles can be controlled to some extent by deposition conditions such as deposition temperature, source gas pressure, deposition time, and bias voltage applied to the electrode. If these nano-sized island-shaped particles are annealed in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide layer (insulating layer) on the surface, these particles can function independently. Therefore, also in this embodiment, the deposition conditions are selected so that the phosphor is deposited only on the electrode surface of the first electrode layer 202 by a method according to this.
[0033]
Next, as shown in FIG. 2D, ZnS or ZnO in which Cu, Al, Zn, or the like, which becomes a green phosphor, is added to the exposed surface of the second electrode layer 203 by a CVD method, an MBE method, or the like. And so on. The green phosphor 208 deposited in this manner is deposited as nanocrystals (microcrystals) by adjusting the deposition conditions in the same manner as the blue phosphor 207 described above.
[0034]
As shown in FIG. 2E, ZnS, ZnO or the like to which Ag, Al, or the like, which becomes a red phosphor, is deposited as nanocrystals (microcrystals) is also deposited on the exposed surface of the third electrode layer 204. Let
[0035]
However, in the above description, the case where the phosphors 207 to 209 are sequentially deposited on the first to third electrode layers 202 to 204 has been described. Deposition on the exposed surfaces of the electrode layers 202 to 204, and thereafter selecting a desired electrode by grounding or applying a bias voltage, etc., and ion-implanting desired RGB impurity atoms only to the selected nanocrystals. Needless to say, the configuration may be adopted. As the RGB impurity atoms, when the nanocrystal serving as the mother crystal layer is, for example, ZnS, Ag, Al, etc. as red emission impurities, Cu, Al, Zn, etc. as green, Ag, Al as blue , Zn and other impurities. Needless to say, after this ion implantation, annealing for solid solution of each impurity at the lattice position and recovery of damage needs to be performed to activate as the emission center.
[0036]
Further, as will be described later, since the light emission of the phosphors 207 to 209 of each color of RGB is observed from the lower surface side (the back surface side of the phosphor surface), the first electrode layer 202, the first insulating layer 205, Needless to say, the second electrode layer 203, the second insulating layer 206, and the third electrode layer 204 are preferably made of a material that is transparent to RGB visible light.
[0037]
On the other hand, in the production of the rear substrate, first, as shown in FIG. 3A, a cathode layer 302 serving as a cathode is formed on the upper surface side (opposing surface side) of the rear substrate 301. The cathode layer 302 is formed, for example, like the above-mentioned anode, on the upper surface side of the back substrate 301, a transparent conductive electrode made of a well-known ITO or a composite oxide of indium and zinc called by the trade name of IDIXO. The layer (cathode layer 302) is formed by a known vacuum deposition or sputtering method. However, the cathode layer 302 is not limited to the complex oxide of indium and zinc called by the trade names of ITO and IDIXO, and may be other materials. However, the cathode layer 302 is a material through which an electron beam passes because it is necessary to transmit the photoelectrons 110 incident from the back side of the back substrate 301 to the nano-sized microcrystal (nano-photoelectron crystal layer) 303.
[0038]
Next, as shown in FIG. 3B, nano-sized microcrystals 303 made of a photoelectron emitting material are deposited on the upper surface side of the cathode layer 302. However, deposition of the nano-sized microcrystals 303 at this time can be performed by a method according to silicon as described above. Needless to say, the photoelectron emitting material is preferably a low work function material such as cesium, potassium, or iodine. However, the work function is smaller as the electronegativity is smaller, and tends to decrease with the size of the radius of a sphere having a volume per electron in the material. For example, small metals such as cesium (Cs), potassium (K), rubidium (Rb), barium (Ba), strontium (Sr), and metals such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd) It ’s big.
[0039]
The anode side panel 304, which is a panel on the front glass substrate 201 side produced by the above procedure, and the cathode side panel 305, which is a panel on the back substrate 301 side, are arranged so that the facing surfaces thereof face each other, For example, well-known spacers (not shown) are arranged on the outer peripheral portions of the anode side panel 304 and the cathode side panel 305 (the front glass substrate 201 and the back substrate 301). At this time, the region surrounded by the spacer, the front glass substrate 201 and the back substrate 301 is vacuum-sealed, so that the phosphors 207 to 209 formed on the facing surface of the front glass substrate 201 and the back substrate 301 face each other. The nano-sized microcrystals 303 formed on the surface are sealed in a vacuum.
[0040]
Thereafter, a known switch 311 having three inputs and one output is provided between the first to third electrode layers 202 to 204 arranged on the front glass substrate 201 and the power source 310, whereby the voltage from the power source 310 is changed to the first. The electrode layer 202 is applied between any one of the electrode layers 202 to 204 and the cathode layer 302. With such a configuration, as shown in FIG. 3C, the phosphor to which the electron beam by the emitted electrons 309 emitted in response to the ultraviolet beam 307 irradiated from the back side of the back substrate 301 reaches. By controlling the position, the light emission of a desired color is obtained. However, the control (scanning control) of the irradiation position of the ultraviolet beam 307 is performed by a rotation operation of a known mirror 308 that reflects the ultraviolet beam 307 irradiated from the known semiconductor laser 306.
[0041]
That is, in the display device of this embodiment mode, the ultraviolet beam 307 irradiated from the semiconductor laser 306 is scanned by the operation of the mirror 308, and between the first to third electrode layers and the cathode layer 302 via the switch 311. By controlling the voltage applied to the image signal, any one of the blue phosphor 207, the green phosphor 208, and the red phosphor 209 emits light by the emitted electrons 309 emitted from the nano-sized microcrystal 303 and is input. Accordingly, it is possible to perform light-emitting display such as characters and graphics or light-emitting display as a light-emitting element.
[0042]
FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a cold cathode display device according to an embodiment of the present invention. However, FIG. 4 shows the first to third electrode layers 202 to 204 on which the blue phosphor 207, the green phosphor 208, and the red phosphor 209 are formed for the sake of simplicity, by the same transparent electrode 405. Needless to say, the blue phosphor 207, the green phosphor 208, and the red phosphor 209 are formed on different electrode layers. Needless to say, the voltage from the power supply 310 is also selectively applied to each electrode layer via a switch 311 (not shown).
[0043]
As shown in FIG. 4, in the cold cathode display device of this embodiment, the ultraviolet beam 401 emitted from the semiconductor laser 306 is divided into two ultraviolet beams 403a and 403b by a semi-transmissive first mirror 402a. At this time, one ultraviolet beam 403a passes through the first mirror 402a and reaches the first scanning mirror 404a, and the irradiation position is scanned by rotating the first scanning mirror 404a vertically and horizontally. The Rukoto. The other ultraviolet beam 403b is divided into two ultraviolet beams 403c and 403d by a semi-transmissive second mirror 402b.
[0044]
Here, the ultraviolet beam 403c reflected by the second mirror 402b reaches the second scanning mirror 404b, and the irradiation position is scanned by rotating the second scanning mirror 404b vertically and horizontally. It becomes. On the other hand, the ultraviolet beam 403d transmitted through the second mirror 402b is incident on a semi-transmissive third mirror 402c, and is divided into two ultraviolet beams 403e and 403f by the third mirror 402c.
[0045]
The ultraviolet beam 403e reflected by the third mirror 402c reaches the third scanning mirror 404c, and the irradiation position is scanned by rotating the third scanning mirror 404c vertically and horizontally. On the other hand, the ultraviolet beam 403f that has passed through the third mirror 402c enters the fourth mirror 402d, and the fourth mirror 402d irradiates the ultraviolet beam 403f toward the fourth scanning mirror 404d. The irradiation position of the ultraviolet beam 403f incident on the fourth scanning mirror 404d is scanned by rotating the fourth scanning mirror 404d vertically and horizontally.
[0046]
Here, the ultraviolet beams 403 a, 403 c, 403 e, and 403 f whose irradiation positions are scanned by the first to fourth scanning mirrors 404 a to 404 d are converted into nano-sized microcrystals 303 through the back substrate 301 and the cathode layer 105. The emitted electrons 309 are emitted only from the nano-sized microcrystals 303 that reach and are irradiated with the respective ultraviolet beams 403a, 403c, 403e, and 403f. Here, the blue phosphor 207, the green phosphor 208, and the red phosphor 209 are formed on different electrode layers (not shown), and are synchronized with the operations of the first to fourth scanning mirrors 404a to 404d from the power source 310. Since the voltage applied to the electrode layer and the cathode layer 105 is controlled by switching a switch 311 (not shown), the emitted electrons 309 are accelerated according to the applied voltage, and the blue phosphor 207 and the green phosphor 208 and the red phosphor 209 are irradiated to obtain desired light emission. At this time, in this embodiment, since the blue phosphor 207, the green phosphor 208, and the red phosphor 209 also have a microcrystalline structure, the phosphors in the irradiation range of the electron beam in which the emitted electrons 309 are accelerated are included. Only microcrystals emit light. That is, in the present embodiment, high-resolution light emission corresponding to a high-definition electron beam is generated, so that high-resolution display is possible.
[0047]
In particular, in the present embodiment, the ultraviolet beam 401 emitted from the semiconductor laser 306 is divided into a plurality of ultraviolet beams 403a, 403c, 403e, and 403f, and each is independently made by the first to fourth scanning mirrors 404a to 404d. Since scanning is performed in parallel, so-called optical multi-beam parallel scanning, a large number of scanning lines can be scanned in real time by simultaneously scanning multiple scanning beams on one screen (screen division scanning). Can be displayed.
[0048]
In this embodiment, the ultraviolet beam 401 emitted from the semiconductor laser 306 is divided into four ultraviolet beams 403a, 403c, 403e, and 403f. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, the above-described effects can be obtained by dividing the ultraviolet beam into parallel beams and scanning them in parallel with a dedicated scanning mirror.
[0049]
Further, as shown in FIG. 1 and FIG. 3C, it goes without saying that the ultraviolet beam emitted from the semiconductor laser 306 may be directly scanned by one mirror.
[0050]
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention, but the invention is not limited to the embodiment of the invention and does not depart from the gist of the invention. Of course, various changes can be made.
[0051]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) Since the size of the display pixel can be the size of the microcrystal on the photocathode rather than the wavelength of the light beam for selecting dots (pixels), it is possible to perform ultrahigh-definition display necessary for stereoscopic display such as holography. This is much higher definition than the conventional display system.
[0052]
(2) Since dot (pixel) selection is performed by scanning a light beam by rotating a mirror, it is not necessary to form a cathode bus. As a result, steps required for manufacturing the display device can be reduced.
[0053]
(3) Since the ultraviolet beam is scanned by the mirror, even a large-capacity array (large area cold cathode display device) can be scanned at high speed.
[0054]
(4) Since electrons emitted from the photocathode are accelerated at a high voltage, light can be emitted with high brightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic principle of high-definition display according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing procedure of a cold cathode display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing procedure of a cold cathode display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a cold cathode display device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 ... Front glass substrate 102 ... Transparent anode layer
103 ... phosphor nanocrystal layer 104 ... back substrate
105 ... Cathode layer 106 ... Photoelectron emission layer
107 ... Laser device 108 ... Mirror
109 ... light beam 110 ... photoelectron
111 ... Visible light 112 ... Power supply
113 ... Threshold intensity 114 ... Light beam intensity distribution
115 ... Nanocrystal for photocathode
201 ... Front glass substrate 202 ... First electrode layer
203 ... Second electrode layer 204 ... Third electrode layer
205 ... 1st insulating layer 206 ... 2nd insulating layer
207 ... Blue phosphor 208 ... Green phosphor
209 ... Red phosphor
301 ... Back substrate 302 ... Cathode layer
303 ... Nano-sized microcrystal 304 ... Anode side panel
305 ... Cathode side panel 306 ... Semiconductor laser
307 ... UV beam 308 ... Mirror
309 ... Emission electron 310 ... Power supply
311 ... Switch
401 ... UV beam
402a to 402d: first to fourth mirrors
403a to 403f ... UV beam
404a to 404d: first to fourth scanning mirrors
405 ... Transparent electrode

Claims

絶縁膜を介在して積層される赤色，緑色，青色用電極層上にそれぞれ形成される赤色，緑色，青色に発光する発光体層からなる蛍光体層が形成される陽極側パネルと、前記陽極側パネルと対向配置され、光ビームの照射により電子ビームを放出する光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルと、前記陰極側パネルに光ビームを照射する手段と、前記光ビームの照射位置を制御する手段と、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとの間に電界を印加する手段とを備え、前記光ビームの照射により放出される前記電子ビームを前記電界により加速し前記蛍光体層に照射し発光させる冷陰極表示装置。An anode-side panel having a phosphor layer formed of a phosphor layer emitting red, green, and blue light respectively formed on the red, green, and blue electrode layers laminated with an insulating film interposed therebetween ; and the anode A cathode-side panel disposed opposite to the side panel and formed with a thin film layer having a photoelectron emission effect of emitting an electron beam by irradiation of the light beam; means for irradiating the cathode-side panel with the light beam; Means for controlling the irradiation position, and means for applying an electric field between the anode side panel and the cathode side panel, and the electron beam emitted by the irradiation of the light beam is accelerated by the electric field to accelerate the fluorescence. A cold cathode display device that emits light by irradiating a body layer.

請求項１に記載の冷陰極表示装置において、前記赤色，緑色，青色の発光体層が形成される電極層と前記陰極側パネルとに印加される電界を適宜制御して、前記電子ビームを所望の発光体層に誘導することを特徴とする冷陰極表示装置。2. The cold cathode display device according to claim 1 , wherein an electric field applied to the electrode layer on which the red, green, and blue light emitting layers are formed and the cathode side panel is appropriately controlled, and the electron beam is desired. A cold cathode display device, characterized by being guided to a phosphor layer of the above.

請求項１または２に記載の冷陰極表示装置において、前記光ビームの照射によって電子ビームを放出する薄膜層は、ナノサイズの微結晶からなることを特微とする冷陰極表示装置。 3. The cold cathode display device according to claim 1, wherein the thin film layer that emits an electron beam by irradiation with the light beam is made of nano-sized microcrystals.

請求項３に記載の冷陰極表示装置において、前記光ビームの照射によって電子ビームを放出する薄膜層は、セシウム、カリウム、もしくはヨウ素の低仕事関数の材料からなることを特徴とする冷陰極表示装置。4. The cold cathode display device according to claim 3 , wherein the thin film layer that emits an electron beam upon irradiation with the light beam is made of a low work function material such as cesium, potassium, or iodine. .

請求項１乃至４の内の何れかに記載の冷陰極表示装置において、前記蛍光体層は、II−VI族化合物半導体の蛍光体もしくは希土類酸化物蛍光体のナノサイズの微結晶からなることを特徴とする冷陰極表示装置。In the cold cathode display device according to any one of claims 1 to 4, the phosphor layer is composed of fine crystals of nanometer size II-VI compound semiconductor phosphor or a rare earth oxide phosphor A feature of a cold cathode display device.

請求項１乃至５の内の何れかに記載の冷陰極表示装置において、前記光ビームの発生手段は、紫外線用レーザーダイオードもしくは発光ダイオードからなることを特徴とする冷陰極表示装置。In the cold cathode display device according to any one of claims 1 to 5, generation means of said light beam, a cold cathode display device characterized by an ultraviolet laser diode or light emitting diode.

請求項６に記載の冷陰極表示装置において、前記光ビームの照射位置は、前記陰極側パネルと前記光ビームの発生手段との間に配置される反射手段の動作によりなされることを特徴とする冷陰極表示装置。7. The cold cathode display device according to claim 6 , wherein the irradiation position of the light beam is made by an operation of a reflecting means disposed between the cathode side panel and the light beam generating means. Cold cathode display device.

請求項７に記載の冷陰極表示装置において、前記光ビームを２以上に分割する手段と、前記分割された光ビームの照射位置をそれぞれ独立して制御する２以上の反射手段とからなることを特徴とする冷陰極表示装置。8. The cold cathode display device according to claim 7 , comprising: means for dividing the light beam into two or more; and two or more reflecting means for independently controlling the irradiation positions of the divided light beams. A feature of a cold cathode display device.

蛍光体層が形成される陽極部と、光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルとからなり、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとが対向配置され、前記陰極側パネルから放出される電子ビームにより前記蛍光体層を発光させる冷陰極表示装置の作製方法おいて、前記冷陰極側パネル上に陰極層を形成する工程と、前記陰極層の表面にＣＶＤで非常に少量の堆積を行うことによりナノサイズの微結晶の光電子放出効果を有する薄膜層を形成する工程とを備えることを特徴とする冷陰極表示装置の作製方法。An anode portion on which a phosphor layer is formed and a cathode side panel on which a thin film layer having a photoelectron emission effect is formed. The anode side panel and the cathode side panel are arranged to face each other and emit from the cathode side panel. In a method of manufacturing a cold cathode display device that emits light from the phosphor layer by an electron beam, a step of forming a cathode layer on the cold cathode side panel, and a very small amount of deposition by CVD on the surface of the cathode layer And a step of forming a thin film layer having a photoelectron emission effect of nano-sized microcrystals.

蛍光体層が形成される陽極部と、光電子放出効果を有する薄膜層が形成される陰極側パネルとからなり、前記陽極側パネルと前記陰極側パネルとが対向配置され、前記陰極側パネルから放出される電子ビームにより前記蛍光体層を発光させる冷陰極表示装置の作製方法おいて、前記陽極側パネル上に第１の電極層を形成する工程と、前記第１の電極層の表面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層の表面に第２の電極層を形成する工程と、前記第２の電極層の表面に第２の絶縁層を形成する工程と、前記第２の絶縁層の表面に第３の電極層を形成する工程と、前記第３の電極層から前記第１の電極層及び前記第２の電極層に到達する溝をそれぞれ形成する工程と、前記第１〜３の電極層の表面に赤色もしくは緑色あるいは青色の何れかに発光する発光体層を形成する工程とを備えることを特徴とする冷陰極表示装置の作製方法。 An anode portion on which a phosphor layer is formed and a cathode side panel on which a thin film layer having a photoelectron emission effect is formed. The anode side panel and the cathode side panel are arranged to face each other and emit from the cathode side panel. In the method of manufacturing a cold cathode display device in which the phosphor layer emits light by an electron beam, a step of forming a first electrode layer on the anode side panel, and a first surface on the surface of the first electrode layer Forming a second insulating layer, forming a second electrode layer on the surface of the first insulating layer, forming a second insulating layer on the surface of the second electrode layer, Forming a third electrode layer on the surface of the second insulating layer; forming each of the grooves reaching the first electrode layer and the second electrode layer from the third electrode layer; Red, green or blue on the surface of the first to third electrode layers The method for manufacturing a cold cathode display device characterized by comprising a step of forming a phosphor layer which emits light or Re.

請求項１０に記載の冷陰極表示装置の作製方法において、前記第１〜３の電極層の表面にＣＶＤで非常に少量の堆積を行うことによりナノサイズの微結晶からなる発光体層を形成することを特徴とする冷陰極表示装置の作製方法。 11. The method for manufacturing a cold cathode display device according to claim 10 , wherein a very small amount of deposition is performed on the surfaces of the first to third electrode layers by CVD to form a phosphor layer made of nano-sized microcrystals. A method for manufacturing a cold cathode display device.