JP3645854B2 - Cold cathode display device and manufacturing method thereof - Google Patents
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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(PlasmaDisplay Panel)、PALC(Plasma AdressedLiquid Crystal)、LCD(Llquid Crytsal Display)、EL(Electroluminescent)ディスプレイ、FED(Field Emission Display)、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(Indium Tin Oxide,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(chemical Vapor Deposition)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)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(SiH4)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
[0017]
Further, a
[0018]
These substrates (
[0019]
Therefore, the
[0020]
Further, since the scanning of the
[0021]
In principle, the light beam diameter r0 emitted from the
[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
[0023]
Furthermore, in the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B, since the
[0024]
In addition, by making the
[0025]
Further, in the present invention, as shown in FIG. 1 (b), the phosphor has the same fine crystal, for example, the
[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
[0028]
First, as shown in FIG. 2A, the
[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
[0030]
Next, a predetermined width is reached from the upper surface side of the
[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
[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
[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
[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
[0035]
However, in the above description, the case where the
[0036]
Further, as will be described later, since the light emission of the
[0037]
On the other hand, in the production of the rear substrate, first, as shown in FIG. 3A, a
[0038]
Next, as shown in FIG. 3B, nano-
[0039]
The
[0040]
Thereafter, a known
[0041]
That is, in the display device of this embodiment mode, the
[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
[0043]
As shown in FIG. 4, in the cold cathode display device of this embodiment, the
[0044]
Here, the
[0045]
The
[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-
[0047]
In particular, in the present embodiment, the
[0048]
In this embodiment, the
[0049]
Further, as shown in FIG. 1 and FIG. 3C, it goes without saying that the ultraviolet beam emitted from the
[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 ...
103 ...
105 ...
107 ...
109 ...
111 ...
113 ...
115 ... Nanocrystal for photocathode
201 ...
203 ...
205 ... 1st insulating
207 ...
209 ... Red phosphor
301 ...
303 ... Nano-
305 ...
307 ...
309 ...
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
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