JP2006221843A - 電界放射型発光素子、フラットパネルディスプレイならびに電界放射型発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パネル間に介装されるエミッタと蛍光体とをセルフアライメント可能として発光特性に優れた電界放射型発光素子、その製造方法ならびにフラットパネルディスプレイを提供すること。
【解決手段】本電界放射型発光素子１８は、電界放出型のエミッタ２４と、このエミッタ２４と一体の蛍光体支持体（層間膜）２８と、この蛍光体支持体２８に支持されたエミッタ２４とを備えた構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、電界放出型のエミッタと該エミッタから放出する電子により励起発光する蛍光体とを備えた電界放射型発光素子、該電界放射型発光素子を備えるフラットパネルディスプレイ、ならびに電界放射型発光素子の製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイには、二枚のガラス基板（一方はフェースパネル、他方はリアパネル）間に電界放出型のエミッタと、該エミッタから放出する電子により励起発光する蛍光体とを正対配置し、両ガラス基板間にスペーサを所定間隔で介装して両ガラス基板の間隔（ギャップ）を一定に確保するアライメント構成になっている（例えば特許文献１）。このアライメント構成で均一な発光を確保するにはいずれのスペーサも高精度に加工して全長を揃え両ガラス基板の対向ギャップを一定にすることが必要である。しかしながら、フラットパネルディスプレイの大型薄型化に伴ない両ガラス基板の寸法が大型化し、両ガラス基板の対向ギャップが狭小化すると、スペーサの高さ寸法を高精度に管理して該スペーサを製作加工する必要がある、などスペーサの製作が困難となり、また、両ガラス基板は内外の圧力差で変形し易くなり、スペーサを高精度に加工したとしてもエミッタと蛍光体とを規定位置にアライメントすることが困難である。そのうえ、エミッタの配置間隔が例えば３μｍ以下に狭小化してくると、スペーサの径が細くなりガラス基板を支持する剛性を確保しにくくなり、ガラス基板の支持強度が低下する。また、ガラス基板が大型化すると熱膨張などでガラス基板の反り等の変形が発生してエミッタと蛍光体とのアライメントに影響するなど、従来では、フラットパネルディスプレイの大型薄型化が実現化し難い。
特開平１１−３１７１６６号

本発明は、パネル間に介装されるエミッタと蛍光体とをセルフアライメント可能として発光特性に優れた電界放射型発光素子、その製造方法ならびにフラットパネルディスプレイを提供することを課題としている。

（１）本発明第１による電界放射型発光素子は、エミッタと、該エミッタと一体の蛍光体支持体と、この蛍光体支持体に支持された蛍光体とを備えることを特徴とするものである。

本発明第１によると、蛍光体支持体によりエミッタと蛍光体との配置関係をセルフアライメントすることができ、従来の課題を引き起こす要因であるスペーサを用いる必要がなくなる。これによって、フラットパネルディスプレイの大型薄型化に伴ない両ガラス基板の寸法が大型化し、両ガラス基板の対向ギャップが狭小化しても、スペーサを使用する必要がないので、スペーサの高精度な製作加工によるコスト削減が可能であり、また、当該ディスプレイの内部と外部との圧力差で両ガラス基板が変形してもエミッタと蛍光体とを所期通りの配置関係にアライメントすることができるうえ、エミッタの配置間隔が例えば３μｍ以下に狭小化しても、スペーサを用いず、例えば蛍光体支持体を半導体製造技術で高精度に微細にかつガラス基板の支持剛性を確保できるように製造することができる。さらに、本発明では、ガラス基板が大型化して熱膨張などでガラス基板の反り等の変形が発生しやすくても蛍光体支持体によりエミッタと蛍光体とのアライメントを所期通りに確保することができるので、フラットパネルディスプレイの大型薄型化の実現化を促進することができる。

上記において、蛍光体支持体をエミッタ間に半導体製造技術により形成した層間膜で構成した場合、蛍光体支持体の高さを高精度に制御することができ、エミッタと蛍光体とを高精度にセルフアライメントすることができる。

上記において、エミッタは、その上方両側を層間膜で囲まれて該上方を開口状態とされ、蛍光体が発する光の少なくとも一部が上記開口内で反射および拡散してのち開口から出射する構成とした場合、蛍光体が発光した光をエミッタ上の開口内で閉じ込めて発光を均一化することができる。

上記において、蛍光体の蛍光面をエミッタに対して傾斜して上記開口に臨ませた場合、蛍光体が発する光は開口内で反射および拡散し易くなり、発光の均一化をより効果的に達成することができる。
（２）本発明第２による電界放射型発光素子は、エミッタ間に段差を備え、その段差を利用した半導体製造技術により形成した層間膜上に蛍光体を配置したことを特徴とするものである。

本発明第２によると、エミッタ間の段差を半導体製造技術を利用して層間膜を形成する例として、例えば、基板上に層間膜を形成すると、その層間膜のエミッタ間に対応する上面領域にその段差形状を反映したトレンチを形成することができる。そして、このトレンチ内に蛍光体を配置することにより、エミッタに対して蛍光体をセルフアライメントすることができる。このような半導体製造技術を用いることができるので、例えばエミッタの配置間隔が３μｍ以下に狭小化してもエミッタと蛍光体とを高精度にアライメントして均一な発光を得ることができる。
（３）本発明第１による電界放射型発光素子の製造方法は、エミッタ間に層間膜を形成し、この層間膜上に蛍光体を形成することを特徴とする。層間膜や蛍光体を形成する半導体製造技術としては、ＣＶＤ法等がある。本発明の製造方法によると、この層間膜によりエミッタと蛍光体とを一体となし、エミッタと蛍光体とをセルフアライメントした電界放射型発光素子を製造することができ、フラットパネルディスプレイに組み込むときには、スペーサを用いることなく、上記（１）で述べたような製造コストが安価で済み、かつ、フラットパネルディスプレイが大型薄型化してもフェースパネルやリアパネル等が外力や熱膨張等で変形しやすくても均一な発光を確保することができる電界放射型発光素子を製造することができる。
（４）本発明第２による電界放射型発光素子の製造方法は、基板に設けた電極上にエミッタを形成するエミッタ形成工程と、電極をマスクにして該エミッタ間の基板部分をドライエッチングして段差を形成する段差形成工程と、基板上に層間膜を成膜するとともに該層間膜の上面に段差形状を反映したトレンチを形成する層間膜成膜工程と、トレンチ内に電極と共に蛍光体を埋め込む蛍光体形成工程と、エミッタ上の層間膜をエッチングしてエミッタ上方を開口するとともに蛍光体をその開口に露出させる層間膜エッチング工程とを備えることを特徴とするものである。

本発明第２の製造方法においては、エミッタと蛍光体とがアライメントされ均一な発光が可能な電界放射型発光素子を製造することができる。

本発明によれば、エミッタと蛍光体とのアライメントを自動的に可能とすること、エミッタとパネルとの距離の高さにばらつきがあっても個々の蛍光体の発光が不均一でも全体として均一にできること、エミッタの間隔が狭小でもエミッタと蛍光体とのアライメントを可能にすることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放射型発光素子、その製造方法ならびに電界放射型発光素子を備えたフラットパネルディスプレイを説明する。図１に、フラットパネルディスプレイの全体の構成を示し、図２に、フラットパネルディスプレイに組み込む電界放射型発光素子の要部を拡大して示す。このフラットパネルディスプレイ１０は、平面視矩形形状のフェースパネル１２と、フェースパネル１２と同形状で該フェースパネル１２から対向配置されたリアパネル１４とを備える。フェースパネル１２とリアパネル１４は周縁に設けたサイドパネル１６でつながれている。フラットパネルディスプレイ１０の内部は真空になっている。

電界放射型発光素子１８は、両パネル１２，１４間に組み込まれている。電界放射型発光素子１８は、基板２０と、この基板２０上に設けた複数のカソード電極２２と、各カソード電極２２上にそれぞれ形成した複数のエミッタ２４とを備える。各エミッタ２４間の基板２０には好ましくはカソード電極２２をマスクとしたドライエッチング等の半導体製造技術により段差２６が形成されている。段差２６上には、半導体製造技術によりエミッタ２４の上方が開口するように当該エミッタ２４の上方両側（図１の左右両側）に層間膜２８が立設され、この層間膜２８の上側端面に蛍光体３０とアノード電極３２とが配置されている。層間膜２８は図１の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びている。エミッタ２４はカソード電極２２と共に、図１の左右方向ではその両側が層間膜２８で囲まれてその上方が開口された形態となって、複数個、配置形成されており、図１の紙面に垂直な方向（奥行き方向）には、複数個、形成されている。すなわち、エミッタ２４はカソード電極２２と共にマトリクス状に配置され、アノード電極３２は奥行き方向にストライプ状に配置されている。

層間膜２８は、基板２０に下端側が固定され該基板２０上をほぼ垂直でかつ上端側に向けて左右方向の幅が漸次縮径する形状（台形状）に延びて形成され、かつ、その上端面にエミッタ２４を固定支持する蛍光体支持体を構成する。

蛍光体３０は、層間膜２８の上端側に固定された状態で、側面から見て、逆台形状をなしている。層間膜２８の台形形状と蛍光体３０の逆台形形状とにより、エミッタ２４の上方両側は開口されており、この開口形状により、蛍光体３０のその側面から発する光のうちの少なくとも一部は上記開口内で反射および拡散してのち出射できる構成になっている。これによって、蛍光体３０が発する光は開口内にこもることが可能となり、各エミッタ２４の開口から発する光を全体的に均一化することができるようになる。蛍光体３０は、逆台形状に限らず、例えば、図３で示すように、側面から見た形状が、他の形状、例えば図３（ａ）の台形、図３（ｂ）の樽形、図３（ｃ）の円柱形でもよい。蛍光体３０は、上記形状により、エミッタ２４に対して傾斜した状態でその開口に臨むことができる。このような蛍光体３０の側面形状は、エミッタ２４間の段差２６の形状に対応させることができる。

図４を参照して電界放射型発光素子１８の製造方法を説明する。図４（ａ）で示すように基板２０上にカソード電極２２を配置するとともにこのカソード電極２２上に電界放出型のエミッタ２４を形成する（エミッタ形成工程）。次いで、図４（ｂ）で示すようにカソード電極２２をマスクにして該電極２２間の基板２０部分をエッチングして段差２６を形成する（エッチング工程）。次いで、図４（ｃ）で示すように基板２０上に、その上端形状が上記段差２６の形状を反映したトレンチ３４を備えた層間膜２８を成膜する（層間膜成膜工程）。次いで、図４（ｄ）で示すようにダマシン法でトレンチ３４内部に蛍光体３０とアノード電極３２とを埋め込む（蛍光体形成工程）。次いで、図４（ｅ）で示すようにエミッタ２４上の層間膜２８をエッチングしてエミッタ２４の上方を開口するとともに蛍光体３０をその開口に露出させる（層間膜エッチング工程）。

なお、本発明は、基板２０に段差２６を設けずに、層間膜２８を形成し、エミッタ２４間に対応する層間膜２８領域に上記トレンチ３４に対応する形状の凹部を設け、この凹部に蛍光体３０とアノード電極３２とを埋め込み、次いで、層間膜２８をエッチングしてエミッタ２４の上方を開口するとともに蛍光体３０をその開口に露出させることでもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

実施の形態に係るフラットパネルディスプレイの断面図である。 フラットパネルディスプレイの要部の拡大断面図である。 蛍光体の変形例を示す図である。 電界放射型発光素子の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ フラットパネルディスプレイ
１２ フェースパネル
１４ リアパネル
１８ 電界放射型発光素子
２０ 基板
２２ カソード電極
２４ エミッタ
２６ 段差
２８ 層間膜
３０ 蛍光体
３２ アノード電極
３４ トレンチ

Claims (12)

1. エミッタと、該エミッタと一体の蛍光体支持体と、この蛍光体支持体に支持された蛍光体とを備える、ことを特徴とする電界放射型発光素子。
2. 蛍光体支持体は、エミッタ間に半導体製造技術により形成された層間膜である、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放射型発光素子。
3. エミッタは、その上方両側を層間膜で囲まれて該上方を開口状態とされ、蛍光体が発する光の少なくとも一部が上記開口内で反射および拡散してのち開口から出射する構成を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の電界放射型発光素子。
4. 蛍光体は、その蛍光面がエミッタに対して傾斜して上記開口に臨む、ことを特徴とする請求項３に記載の電界放射型発光素子。
5. エミッタ間に段差を備え、エミッタ間にその段差を利用した半導体製造技術により形成した層間膜上に蛍光体を配置したことを特徴とする電界放射型発光素子。
6. 蛍光体の形状が、側面から見て、逆台形、樽形、台形、円柱形のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の電界放射型発光素子。
7. フェースパネルとリアパネルとの対向面間に電界放射型発光素子を設けたフラットパネルディスプレイにおいて、
   請求項１ないし６いずれかに記載の電界放射型発光素子を備えた、ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
8. エミッタ間に層間膜を形成し、この層間膜上に蛍光体を形成する、ことを特徴とする電界放射型発光素子の製造方法。
9. エミッタ間に段差を形成し、この段差を利用して層間膜を形成する、ことを特徴とする請求項８に記載の電界放射型発光素子の製造方法。
10. 層間膜を、エミッタの少なくとも上方両側を囲んで該エミッタ上方が開口するように形成して該エミッタの上方該蛍光体が発する光の少なくとも一部が上記開口内で反射してのち出射可能とする、ことを特徴とする請求項８または９に記載の電界放射型発光素子の製造方法。
11. 蛍光体を、側面からみて、逆台形、樽形、台形、円柱形のいずれかの形状に形成する、ことを特徴とする請求項８ないし１０いずれかに記載の電界放射型発光素子の製造方法。
12. 基板に設けた電極上にエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
    電極をマスクにして該エミッタ間の基板部分をドライエッチングして段差を形成する段差形成工程と、
    基板上に層間膜を成膜するとともに該層間膜の上面に段差形状を反映したトレンチを形成する層間膜成膜工程と、
    トレンチ内に電極と共に蛍光体を埋め込む蛍光体形成工程と、
    エミッタ上の層間膜をエッチングしてエミッタ上方を開口するとともに蛍光体をその開口に露出させる層間膜エッチング工程と、
    を備えることを特徴とする電界放射型発光素子の製造方法。

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