JP3854174B2 - 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、表示装置、および表示装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、平面型の画像表示装置として、フィールドエミッションディスプレイ(以下、FEDと示す。)の開発が進められている。このFEDは、所定の隙間をおいて対向配置されたフェースプレートとリアプレートとを有し、フェースプレートの内面には3色の蛍光体層が形成され、リアプレートの内面には、これらの蛍光体を励起する電子を放出する電子放出源が設けられている。
【0003】
従来、FEDの電子放出源として、スピンドル型と称する構造が提案されている。この電子放出源は、Moから形成された電子放出部の先鋭部に電界を集中させ、蛍光体層との間にかけた電圧により電子放出部から電子を放出させて蛍光体を発光させる構造を有している。この方式により、薄型の平面表示装置が実現される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した電子放出源は非常に精細な構造を有し、均一にかつ簡便に多数形成することが極めて難しかった。したがって、このような電子放出源を用いて大型の平面表示装置を作ることが困難であるとともに、小型画面の平面表示装置であっても製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、電子放出源の僅かな形状の相違により電子放出能力に違いが生じるため、安定した画像を得ることが難しかった。
【0005】
最近、アルミニウム(Al)の陽極酸化により得られる、直径が数nm〜数100nmの極めて微細な細孔(ナノホール)に、カーボンナノチューブ(CN)を形成して電子放出源とした構造が提案されている(Displays21(2000)P99-104参照)。
【0006】
しかしながら、このような構造の電子放出源においては、CNが高価格であるばかりでなく、管内の真空度が低いと管内ガスがCNを汚染するため寿命が短くなるなど、実用化面で多くの問題があった。
【0007】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、その目的は、電子放出能力が高く低真空度でも長寿命の電子源を備え、発光効率が高く安価で信頼性の高い表示装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示装置は、互いに対向して配置された第1の基板および第2の基板と、前記第1の基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記第2の基板の内面側に設けられ、前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表示装置であり、前記電子源は、絶縁性基板上に形成された所定のパターンを有する導電層と、前記導電層の上に配設された該導電層と同一のパターンを有する多数の微細孔を含む絶縁体層と、前記絶縁体層の微細孔内に形成された導体または半導体の埋め込み層と、前記絶縁体層の表面に前記導体または半導体埋め込み層と接触して形成された、前記導電層と異なるパターンを有する導電性金属薄膜とを備え、前記絶縁体層の有する微細孔の底端部と前記導電層とが、前記絶縁体から成るバリア層により隔てられ、かつ前記導電層と前記導電性金属薄膜との間に印加される電圧により、電子が放出されることを特徴とする。
【0009】
本発明の表示装置では、電子源において、微細孔を有する絶縁体層を多孔質アルミナ層とすることができる。そして、この多孔質アルミナ層としては、アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化により得られる酸化アルミニウム層が好適する。また、導電性金属薄膜を間に挟んで導電層と反対側に、第3の電極を設けることができる。
【0010】
また、本発明の表示装置では、電子源において、導電層および該導電層と同一のパターンを有する絶縁体層の少なくともパターンエッジ部に、絶縁被覆層を形成し、その上に導電性金属薄膜を形成することができる。また、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成することができる。
【0011】
本発明に係る表示装置の製造方法は、第1の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第2の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第1の基板と第2の基板を配置して接合する工程とを備えており、前記電子源の形成工程は、絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を所定のパターンで形成する工程と、前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、前記酸化アルミニウム層の表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属薄膜を、前記導電層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする。
【0012】
この表示装置の製造方法において、埋め込み層形成工程と薄膜パターン形成工程との間に、導電層および酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。また、埋め込み層形成工程と薄膜パターン形成工程との間に、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。
【0013】
さらに、本発明に係る別の表示装置の製造方法は、第1の基板の内面に蛍光体層を形成する工程と、第2の基板の内面に、前記蛍光体を励起する電子を放出する電子源を形成する工程と、前記蛍光体層と前記電子源とが間隙を有して対向するように、前記第1の基板と第2の基板を配置して接合する工程とを備えており、前記電子源の形成工程は、絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を形成する工程と、前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、前記導電層と前記微細孔内に導体または半導体の埋め込み層が形成された前記酸化アルミニウム層との積層膜を、エッチングにより所定のパターンに形成する積層膜パターニング工程と、前記酸化アルミニウム層のパターンの表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属の薄膜を、前記酸化アルミニウム層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする。
【0014】
この表示装置の製造方法において、積層膜パターニング工程と薄膜パターン形成工程との間に、導電層および酸化アルミニウム層のパターンの少なくともエッジ部に絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。また、積層膜パターニング工程と薄膜パターン形成工程との間に、絶縁体層表面の電子放出部以外の部分の一部または全部および絶縁性基板表面の一部または全部に、絶縁被覆層を形成する工程を有することができる。
【0015】
本発明によれば、電子源において、多孔質絶縁体層の有する微細孔の内部に、導体または半導体埋め込み層が形成されるとともに、この微細孔の底端部と下層の導電層との間に、前記絶縁体によるバリア層が設けられており、バリア層がトンネル障壁層となる。そして、埋め込み層と接触するように形成された導電性金属の薄膜と前記導電層との間に電圧を印加することにより、バリア層に電界が集中して電子が放出されるので、均一で電子の放出能力が高い電子源が得られる。また、電子放出部と雰囲気ガスとの直接接触が回避されているので、電子放出部の汚染による劣化がほとんど生じず、長寿命の表示装置が実現される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の表示装置をFEDに適用した実施の形態について説明する。
【0017】
このFEDは、図1に示すように、それぞれ矩形状のガラス基板からなるリアプレート1およびフェースプレート2を備え、これらのプレートは所定の間隔をおいて対向配置されている。そして、リアプレート1とフェースプレート2は、それぞれ周端部がガラスからなる矩形枠状の側壁3を介して接合され、真空外囲器4を形成している。
【0018】
フェースプレート2の内面には、蛍光体スクリーン5が形成されている。蛍光体スクリーン5は、ストライプ状あるいはドット状に形成された赤(R)、青(B)、緑(G)の3色の蛍光体層と黒色顔料から成る光吸収層が、並べられて構成されている。また、蛍光体スクリーン5とフェースプレート2との間には、例えばITOからなる対向電極6が配置されている。
【0019】
ここで、光吸収層はフォトリソグラフィなどにより形成することができる。また、赤(R)、青(B)、緑(G)の3色の蛍光体層の形成は、ZnS系、Y2O3系、Y2O2S系などの蛍光体液を用いたスラリー法で行うことができる。なお、各色の蛍光体層の形成は、スプレー法や印刷法で行うこともでき、これらの方法においても、必要に応じてフォトリソグラフィによるパターン形成(パターニング)を併用することができる。
【0020】
リアプレート1の内面には、電子ビーム(矢印で示す。)を放出して蛍光体を励起する電子源7が設けられている。側壁3は、例えばフリットガラスによりリアプレート1の周縁部およびフェースプレート2の周縁部に封着され、これらリアプレート1とフェースプレート2および側壁3から構成された真空外囲器4の内部がほぼ真空に保持されている。さらに、リアプレート1とフェースプレート2の間には、これらのプレート間の間隙を維持するため、多数のスペーサ(図示を省略。)が所定の間隔をおいて配置されている。スペーサはそれぞれ板状あるいは柱状に形成されている。
【0021】
電子源7は、図2に拡大して示すように、リアプレートのような絶縁性基板8の上に所定のパターンで形成された導電層9を有し、この導電層9の片面(蛍光体スクリーンと対向する側の面)には、直径が数nm〜数100nmのサイズで表面に対してほぼ垂直方向に延びた多数の微細孔(ナノホール)10を有する絶縁体層11が、導電層9と同一のパターンで形成されている。
【0022】
ここで、導電層9としては、例えばAlを主成分とする層(以下、Al層と示す。)が挙げられる。そして、このAl層を陽極酸化することにより、微小間隔をおいて規則的に配列されたナノホール10を有する多孔質酸化アルミニウム層を得ることができる。また、導電層9としてチタン(Ti)層を用い、Ti層を陽極酸化することによりナノホールを有する多孔質酸化チタン層を形成することも可能である。アルミニウムやチタンの他に、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タングステン等の金属が挙げられる。さらに、多孔質酸化アルミニウム層のようなナノホール10を有する絶縁体層11を、陽極酸化以外の方法で形成することもできる。
【0023】
ナノホール10の内部には、Niなどの金属埋め込み層12が形成されている。この金属埋め込み層12の先端部(上端部)は、ナノホール10の上端開口部とほぼ等しい高さまで延出して形成されている。金属埋め込み層12の形成は、例えば電気化学的方法やCVD法あるいは蒸着法などにより行うことができる。
【0024】
また、ナノホール10内に埋め込まれる材料としては、Ni以外に、Au、Ag、Cu、Co、Fe、Crなどの金属を挙げることができ、シリコンなどの半導体や化合物半導体も使用することができる。金属として埋め込まれたものの一部が酸化物の形態になっていても、ある程度の導通が得られるものであれば、使用することができる。さらに、これらの金属埋め込み層12は、ナノホール10内部に隙間なく充填されている必要がなく、埋め込み層内部に微小な空隙部が存在しても、導通が確保できれば良い。
【0025】
そして、金属埋め込み層12が形成されたナノホール10の底端部と導電層9とは、ナノホール10を有する絶縁体と同じ酸化アルミニウムなどから成るバリア層13により隔てられている。
【0026】
さらに、ナノホール10を有する絶縁体層11の表面には、金属埋め込み層12と電気的に接触するように、Auなどの導電性金属の薄膜14が、導電層9および多孔質絶縁体層11と異なるパターンで形成されている。Au以外に他の導電性金属、例えばAl、Agなどが使用可能である。Au薄膜パターンの形成は、例えば蒸着、スパッタリングなどの方法により行うことができる。
【0027】
この電子源によれば、基準電極である導電層9に対してAuなどの金属薄膜14に電圧を印加することにより、バリア層13に電界が集中され、その結果電子放出がなされる。そして、ナノホール10内の金属埋め込み層12および金属薄膜14を突きぬけて、電子が放出される。
【0028】
このような構造を有する電子源において、バリア層13の厚さの最適値は、バリア層13に加えられる電界強度に依存すると考えられる。そして、電界強度は、金属埋め込み層12の抵抗値や、ナノホール10の深さなど種々の要因の影響を受けるものと考えられる。バリア層13の厚さは、2nm〜50nmとすることが望ましい。
【0029】
バリア層13の厚さが2nm未満では、電子放出(エミッション)が生じにくい。また、バリア層13の厚さが50nmを超えても、安定した良好なエミッションが生じにくくなる。
【0030】
ナノホール10の深さは、50nm〜30μmとし、孔径は2nm〜100nmとすることが望ましい。ナノホール10の深さは、浅いほうがエミッション発生は良くなるが、耐電圧性はかえって悪化する傾向にある。また、孔径は、大きすぎると電界集中が少なくなるため、エミッション発生電圧が大きくなり、逆に小さすぎると、孔の形成が難しくなり好ましくない。ナノホール10の深さ、孔径ともに、バリア層13にかかる電界強度に影響を及ぼす。
【0031】
金属埋め込み層12の厚さは、50nm〜30μmとすることが望ましい。金属埋め込み層12の厚さが50nm未満では、エミッション発生は良好であるが、耐電圧性が低下し好ましくない。反対に、金属埋め込み層12の厚さが30μmを超えると、安定した良好なエミッションを得ることが難しい。また、ナノホール10の上端開口部から金属埋め込み層12の上端部までの距離が短いほど、エミッション発生電圧が低くなり好ましい。さらに、ナノホール10の上端開口部から金属埋め込み層12が飛び出していないほうが好ましい。
【0032】
Auなどの導電性金属薄膜14の厚さは、5nm〜300nmとすることが望ましい。導電性金属薄膜14の厚さが5nm未満では、金属埋め込み層12との間に安定した良好な導通を確保することが難しい。反対に、300nmを超えると、電子が突きぬけて放出されることが難しくなる。
【0033】
さらに、この電子源では、導電性金属薄膜14と導電層9との間に印加された電圧により、バリア層13に電界を集中し電子を放出させるために、第1の電極(陰極)である導電層9と第2の電極(陽極)である導電性金属薄膜14との間の抵抗値を、5Ω〜2MΩの範囲とすることが望ましい。
【0034】
以上のように構成される本発明の実施形態によれば、電子放出(エミッション)能力が高く長寿命で信頼性の高い電子源を備えており、発光効率が高く安価で長寿命の表示装置を得ることができる。
【0035】
また、電子源において、第1の電極である導電層9と第2の電極である導電性金属薄膜14がそれぞれ所定のパターンに形成されているので、電子発生部位の調整ならびによび電子発生量の制御が可能である。
【0036】
導電層9のパターンおよび導電性金属薄膜14のパターンとして、単純マトリックス型のパターンを有する電子源の第1の実施例を、図3および図4(a)、(b)に示す。図4(a)および(b)は、それぞれ図3におけるA−A断面図およびB−B断面図である。
【0037】
電子源の第1の実施例では、第1の電極(下部電極)である導電層と第2の電極(上部電極)である導電性金属薄膜が、直交する2本の軸(例えば、X軸およびY軸)方向にそれぞれ平行にストライプ状に形成され、これらの導電層パターン15および金属薄膜パターン16が互いにクロスするように配置されている。そして、クロスしているそれぞれのパターンが電極として選択され、それらの電極の交点に電圧が印加される。なお、図3および図4において、符号17は絶縁性基板を示す。また、図4において、18は多孔質絶縁体層パターン、19は多孔質絶縁体層の微細孔(ナノホール)内に形成された金属埋め込み層をそれぞれ示す。
【0038】
このような第1の実施例の電子源においては、導電層パターン15と金属薄膜パターン16とが重なり合った部分(図3において、Cで示す。)から電子が放出される。各電極に印加する電圧などを制御することにより、電子発生部位を調整し電子発生量を制御することができる。
【0039】
また、下部電極である導電層パターン15と上部電極である金属薄膜パターン16との間は絶縁されているが、この絶縁をより確実に保つために、以下に示す構造を採ることができる。
【0040】
すなわち、電子源の第2の実施例では、図5およびそのA−A断面図およびB−B断面図である図6(a)、(b)に示すように、導電層パターン15およびそれと同一の形状を有する多孔質絶縁体層パターン18のエッジ部に、絶縁被覆層20が形成され、その上に金属薄膜パターン16が形成されている。絶縁被覆層20を構成する絶縁材料として、例えばシリカ(SiO2)のような絶縁性の酸化物を使用することができる。
【0041】
また、第3の実施例では、図7(a)、(b)および図7(a)におけるA−A断面図およびB−B断面図である図8(a)、(b)に示すように、多孔質絶縁体層パターン18表面の電子放出部以外の一部または全部、および絶縁性基板17表面の一部または全部に、絶縁被覆層20が形成されている。そして、この絶縁被覆層20の上に金属薄膜パターン16が形成されている。絶縁被覆層20を構成する絶縁材料として、例えばシリカ(SiO2)のような絶縁性の酸化物を使用することができる。なお、図7(a)の一部を拡大して示した図7(b)において、多孔質絶縁体層パターン18表面の電子放出部をEで示す。
【0042】
第2および第3の実施例の電子源においては、絶縁被覆層20により導電層パターン15および多孔質絶縁体層パターン18のエッジ部の絶縁が補強されているので、パターン端部での絶縁破壊が起こりにくい。したがって、第2および第3の実施例の電子源では、第1の実施例の電子源に比べて、絶縁破壊が高くなり耐電圧性が向上する。
【0043】
第1の実施例の電子源は、以下に示す方法で製造することができる。
【0044】
第1の製造方法においては、まず図9(a)に示すように、ガラス基板のような絶縁性基板17の上に、アルミニウム(Al)等の導電層のパターン15を形成する。導電層パターン15の形成方法としては、
▲1▼所望のパターンの開口を有するマスクを介して、Al等の金属を蒸着する。▲2▼Al等の金属層を蒸着等により形成した後、この金属層の上に所望のパターンの耐酸性保護層(レジスト層)をフォトリソグラフィにより形成し、しかる後、酸などにより金属層をエッチングし除去する。
などの方法を採ることができる。
【0045】
次いで、図9(b)に示すように、導電層パターン15を陽極酸化する。このとき、絶縁性基板17側の所定厚の導電層は酸化しないで残すように、陽極酸化の時間をコントロールし、基板と反対側の導電層を酸化する。こうして、酸化されないで残った導電層パターン15の上に、微細孔(ナノホール)21を有する多孔質絶縁体層(例えば、酸化アルミニウム層)のパターン18が形成される。
【0046】
次に、図9(c)に示すように、多孔質絶縁体層の微細孔(ナノホール)21の内部に、Niなどの金属埋め込み層19を、電気化学的方法やCVD法あるいは蒸着法などにより形成する。
【0047】
その後、図9(d)に示すように、多孔質絶縁体層パターン18の上に、金属埋め込み層19に電気的に接触するように、Auなどの導電性金属の薄膜パターン16を、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で形成する。
【0048】
また、第1の実施例の電子源は、別の方法で製造することができる。第2の製造方法では、図10(a)に示すように、絶縁性基板17の上に、アルミニウム(Al)等の導電層22を例えば蒸着により形成した後、図10(b)に示すように、導電層22を陽極酸化する。このとき、基板側の所定厚の導電層22は酸化しないで残すように、陽極酸化の時間をコントロールし、基板と反対側の導電層を酸化する。こうして、酸化されないで残った導電層22の上に、微細孔(ナノホール)21を有する多孔質絶縁体層(例えば、酸化アルミニウム層)23が形成される。
【0049】
次に、図10(c)に示すように、多孔質絶縁体層23の微細孔21の内部に、Niなどの金属埋め込み層19を、電気化学的方法やCVD法あるいは蒸着法などにより形成する。
【0050】
次いで、導電層22と多孔質絶縁体層23の積層膜を所望のパターンにエッチングし、図10(d)に示すように、導電層パターン15と多孔質絶縁体層パターン18とを同時に形成する。積層膜のパターニングは、積層膜の上に所望のパターンのレジスト層(保護層)をフォトリソグラフィにより形成した後、リン酸クロム酸混酸などを用いて、レジスト層に覆われていない部分をエッチング除去し、さらに保護層を過酸化物で剥離することにより行う。
【0051】
次いで、図10(e)に示すように、多孔質絶縁体層パターン18の上に、金属埋め込み層19に電気的に接触するように、Auなどの導電性金属の薄膜パターン16を、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で形成する。
【0052】
第3の実施例の電子源は、図11に示す第3の方法で製造することができる。すなわち、図9に示す第1の製造方法において、多孔質絶縁体層の微細孔(ナノホール)21の内部に、Niなどの金属埋め込み層19を形成した後、図11(d)に示すように、導電層パターン15および多孔質絶縁体層パターン18のエッジ部および絶縁性基板17の全面を覆うように、シリカ(SiO2)等の絶縁被覆層20を形成する。
【0053】
絶縁被覆層20は、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して、シリカ等の絶縁材料をスパッタリングすることにより形成することができる。
【0054】
また、多孔質絶縁体層パターン18上の電子放出部を覆う保護層(レジスト層)を、フォトリソグラフィにより形成した後、ゾルゲル法などを用いて全面にシリカ層を形成した後、保護層の上のシリカ層を保護層ごと除去する等の方法で形成することも可能である。なお、第2の実施例の電子源は、絶縁被覆層20を、導電層パターン15および多孔質絶縁体層パターン18のエッジ部のみを覆うパターンで形成することにより、製造することができる。
【0055】
最後に、図11(e)に示すように、絶縁被覆層20および多孔質絶縁体層パターン18の上に、電子放出部である金属埋め込み層19に電気的に接触するように、Auなどの導電性金属の薄膜パターン16を形成する。金属薄膜パターン16の形成は、例えば、所望のパターンの開口を有するマスクを介して導電性金属を蒸着あるいはスパッタリングするなどの方法で行うことができる。
【0056】
さらに、第3の実施例の電子源は、図12に示す第4の方法で製造することもできる。すなわち、図10に示す第2の製造方法において、導電層22と多孔質絶縁体層23との積層膜をエッチングし、導電層パターン15と多孔質絶縁体層パターン18とを同時に形成した後、図12(e)に示すように、導電層パターン15および多孔質絶縁体層パターン18のエッジ部および絶縁性基板17の全面を覆うように、シリカ(SiO2)等の絶縁被覆層20を形成する。
【0057】
絶縁被覆層20の形成およびパターニングは、前記した第3の方法と同様にして行うことができる。
【0058】
最後に、図12(f)に示すように、絶縁被覆層20および多孔質絶縁体層パターン18の上に、電子放出部である金属埋め込み層19に電気的に接触するように、Auなどの導電性金属の薄膜パターン16を形成する。
【0059】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、電子放出(エミッション)能力が高く長寿命で信頼性の高い電子放出源を用いることで、発光特性が良好で耐放電性に優れたFEDを、簡便かつ安価に実現することができる。
【0060】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【0061】
実施例1
絶縁性基板として、縦10cm×横10cmのガラス板を使用し、その片面を界面活性剤とアセトンを用いて十分に洗浄した後、その上に、幅0.5mmのスリット状の多数の開口を有するマスクを介してアルミニウムを蒸着した。こうしてガラス板上に、幅0.5mm、厚さ0.3μmの細線(ストライプ)状のアルミニウム層を0.5mmの間隔で形成した。
【0062】
次に、こうして形成されたアルミニウム層のパターンの陽極酸化を、硫酸を電解液として電圧20Vで行った。陽極酸化の時間は、得られるアルミニウム陽極酸化膜に導電性が認められる範囲で、すなわちアルミニウム層が全厚に亘って酸化されることがなく、ガラス板側にアルミニウム層が残る範囲でコントロールした。
【0063】
次に、陽極酸化により形成された多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内に、電解析出法によりNi埋め込み層を形成した。すなわち、硫酸ニッケル、ホウ酸および硫酸第一スズを含む電解液を使用し、電圧14Vで電解を行い、微細孔内にNiを析出させた。
【0064】
次いで、多孔質酸化アルミニウム層のパターンの上に、幅1.0mmのスリット状の多数の開口を有するマスクを介して金(Au)をスパッタリングし、幅0.5mmのストライプ状のAu薄膜(厚さ30〜60nm)を0.5mmの間隔で形成した。なお、このAu薄膜のパターンは、アルミニウム層および多孔質酸化アルミニウム層のパターンと直交する方向に形成した。
【0065】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが250nm、微細孔の孔径が10nm、バリア層の厚さが15nm、Au薄膜の厚さが40nmの電子源が得られた。この電子源のアルミニウム層は、第1の電極であるカソード電極、Au薄膜は第2の電極であるドライブ電極となる。電子放出部位は、この第1の電極と第2の電極の対向した部位となる。
【0066】
次いで、蛍光面を以下の手順にて作成した。縦10cm×横10cmのガラス基板上に、フォトリソグラフィによりグラフファイトを主成分とする格子マトリックス状の遮光層を形成した。この遮光層の間隙部に、規則正しく配列された赤(Y2O2S:Eu)、緑(ZnS:Cu,Al)、青(ZnS:Ag,Al)の蛍光体層をフォトリソグラフィにより形成した。次いで、蛍光体層上にニトロセルロースからなるフィルムを形成し、その上に蒸着によりアルミニウム層を形成し蛍光面とした。このアルミニウム層は、第3の電極であるアノード電極となる。
【0067】
こうして得られた蛍光面と前記電子源とを、以下の手順で組み立てた。まず、電子源の画像有効面外の所望位置に穴をあけ、排気管をフリットガラスにより接合した。次いで、電子源にギャップ制御のためのガラス枠を配置し、その上に、電子源の第2の電極と蛍光面の第3の電極とがガラス枠を介して対向するように、蛍光面を配置した。電子源の個々の電子放出部位が蛍光面画素と対応するように位置合せを行った後、フリットガラスにより接合した。このとき、電子源の第2の電極と蛍光面の第3の電極とのギャップは、全面で2mmとなるようにガラス枠を制御した。次いで、300℃で加熱しながら排気管により排気を行い、1×10−3〜5×10−3Paとなったところで排気管の封止を行った。以上の手順により、10cm×10cmの表示装置を製作した。
【0068】
そして、第3電極の電圧(アノード電圧:Va)を7kvとし、第1の電極群と第2の電極群との間に印加する電圧(ドライブ電圧:Vd)を変え、蛍光面の発光状態を観察することにより、エミッション(電子放出)開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表1に示す。
【0069】
実施例1の表示装置では、低い電圧(3V)で電子の放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性も十分に満足のゆくものであった。
【0070】
実施例2
アルミニウム層パターンの形成とその陽極酸化による多孔質酸化アルミニウム層パターンの形成、および多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内へのNi埋め込み層の形成を、実施例1と同様に行った。
【0071】
次に、多孔質酸化アルミニウム層パターンの上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行って、電子放出部にレジストから成る保護層を形成した後、基板の全面にスパッタリングによりシリカ(SiO2)層を形成した。次いで、電子放出部に形成されたシリカ層を下地の保護層ごと過酸化物により除去した後、露出した電子放出部のNi埋め込み層に接触するように、実施例1と同様にしてAu薄膜のパターンを形成した。
【0072】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが250nm、微細孔の孔径が10nm、バリア層の厚さが15nm、Au薄膜の膜厚が40nmで、電子放出部以外の部分がシリカ層により被覆された電子源が得られた。
【0073】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例1と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表1に示す。
【0074】
実施例2の表示装置では、十分に低い電圧(4V)で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊を起こす電圧が、実施例1の表示装置に比べて2倍以上と非常に高くなっており、耐電圧性に極めて優れていることがわかった。
【0075】
実施例3
縦10cm×横10cmのガラス板の片面を界面活性剤とアセトンを用いて十分に洗浄した後、その上にアルミニウムを蒸着し厚さ0.3μmのアルミニウム層を形成した。
【0076】
次に、こうして形成されたアルミニウム層の陽極酸化を、実施例1と同様に、硫酸を電解液として電圧20Vで行った。陽極酸化の時間は、得られるアルミニウム陽極酸化膜に導電性が認められる範囲で、すなわちアルミニウム層が全厚に亘って酸化されることがなく、ガラス板側にアルミニウム層が残る範囲でコントロールした。
【0077】
次に、陽極酸化により形成された多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内に、実施例1と同様に電解析出法によりNi埋め込み層を形成した。
【0078】
次いで、こうして形成されたアルミニウム層と多孔質酸化アルミニウム層との積層膜の上に、ストライプ状の保護層パターンをフォトリソグラフィにより形成した後、リン酸クロム酸混酸等で積層膜の不要部分をエッチング除去し、さらに保護層を過酸化物で剥離した。こうして、幅0.5mmのストライプ状(ストライプの間隔0.5mm)の積層膜のパターンを得た。
【0079】
次いで、この積層膜のパターンの上に、実施例1と同様にしてNi埋め込み層に接触するようにAu薄膜のパターンを形成した。
【0080】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが250nm、微細孔の孔径が10nm、バリア層の厚さが15nm、Au薄膜の膜厚が40nmの電子源が得られた。
【0081】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例1と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表1に示す。
【0082】
実施例3の表示装置では、低い電圧(3V)で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性も十分に満足のゆくものであった。
【0083】
実施例4
アルミニウム層の形成とその陽極酸化、多孔質酸化アルミニウム層の微細孔内へのNi埋め込み層の形成、およびアルミニウム層と多孔質酸化アルミニウム層との積層膜のパターニングを、実施例3と同様にして行った。
【0084】
次に、多孔質酸化アルミニウム層のパターンの上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行って、電子放出部にレジストから成る保護層を形成した後、基板の全面にスパッタリングによりシリカ層を形成した。次いで、電子放出部に形成されたシリカ層を下地の保護層ごと過酸化物により除去した後、露出された電子放出部のNi埋め込み層に接触するように、実施例1と同様にしてAu薄膜のパターンを形成した。
【0085】
こうして、多孔質酸化アルミニウム層の厚さが250nm、微細孔の孔径が10nm、バリア層の厚さが15nm、Au薄膜の膜厚が40nmで、電子放出部以外の部分がシリカ層により被覆された電子源が得られた。
【0086】
次いで、得られた電子源を使用し、実施例1と同様にして表示装置を組み立て、電子放出開始電圧および絶縁破壊電圧を測定した。測定結果を表1に示す。
【0087】
実施例4の表示装置では、低い電圧(3V)で電子放出が開始し、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊を起こす電圧が、実施例3の表示装置に比べて2倍以上と非常に高くなっており、耐電圧性に極めて優れていることがわかった。
【0088】
【表1】
【0089】
なお、本発明は前記した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、使用する材料は前記した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。また、本発明は、FEDに限らず、他の平面表示装置にも適用可能である。
【0090】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば、電子放出能力が高く長寿命の電子源を有し、明るく信頼性の高い表示装置を簡便かつ安価に得ることができる。
【0091】
また、超微細単位を有し均一性に優れた電子源を備え、1つの絵素に対して数千以上もの単位電子源が対応するので、高効率で信頼性の高い表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるFEDの構造を概略的に示す断面図。
【図2】本発明の実施形態に使用される電子源の構造を示す断面図。
【図3】本発明の実施形態に使用される電子源の第1の実施例を示す上面図。
【図4】本発明の実施形態に使用される電子源の第1の実施例を示す断面図であり、図4(a)は図3の線A−Aに沿った断面図、図4(b)は図3の線B−Bに沿った断面図。
【図5】本発明の実施形態に使用される電子源の第2の実施例を示す上面図。
【図6】本発明の実施形態に使用される電子源の第2の実施例を示す断面図であり、図6(a)は図5の線A−Aに沿った断面図、図6(b)は図5の線B−Bに沿った断面図。
【図7】本発明の実施形態に使用される電子源の第3の実施例を示し、図7(a)は上面図、図7(b)は図7(a)の一部を拡大して示す図。
【図8】本発明の実施形態に使用される電子源の第3の実施例を示す断面図であり、図8(a)は図7(a)の線A−Aに沿った断面図、図8(b)は図7(a)の線B−Bに沿った断面図。
【図9】第1の実施例の電子源を製造するための第1の製造方法を示す断面図。
【図10】第1の実施例の電子源を製造するための第2の製造方法を示す断面図。
【図11】第3の実施例の電子源を製造するための第3の製造方法を示す断面図。
【図12】第3の実施例の電子源を製造するための第4の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
5………蛍光体スクリーン、7………電子源、9,22………導電層、10,21………ナノホール、11,23………絶縁体層、12………金属埋め込み層、13………バリア層、14………導電性金属薄膜、15………導電層パターン、16………金属薄膜パターン、17………多孔質絶縁体層パターン、20………絶縁被覆層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device and a method for manufacturing the display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a field emission display (hereinafter referred to as FED) has been developed as a flat image display device. This FED has a face plate and a rear plate which are arranged to face each other with a predetermined gap, and three color phosphor layers are formed on the inner surface of the face plate, and these fluorescent materials are formed on the inner surface of the rear plate. An electron emission source that emits electrons that excite the body is provided.
[0003]
Conventionally, a structure called a spindle type has been proposed as an electron emission source of an FED. This electron emission source has a structure in which an electric field is concentrated on a sharp portion of an electron emission portion formed of Mo, and electrons are emitted from the electron emission portion by a voltage applied to the phosphor layer to cause the phosphor to emit light. is doing. By this method, a thin flat display device is realized.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described electron emission source has a very fine structure, and it has been extremely difficult to form a large number uniformly and simply. Therefore, it is difficult to make a large flat display device using such an electron emission source, and there is a problem that a manufacturing cost increases even if the flat display device has a small screen. In addition, since a difference in electron emission capability occurs due to a slight difference in shape of the electron emission source, it is difficult to obtain a stable image.
[0005]
Recently, a structure has been proposed in which carbon nanotubes (CN) are formed in very fine pores (nanoholes) with a diameter of several nanometers to several hundreds of nanometers, which are obtained by anodic oxidation of aluminum (Al), and used as electron emission sources. (See Displays 21 (2000) P99-104).
[0006]
However, in the electron emission source having such a structure, not only is CN expensive, but if the degree of vacuum in the tube is low, the gas in the tube contaminates the CN and the life is shortened. There was a problem.
[0007]
The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide an electron source having a high electron emission capability and a long life even at a low vacuum degree, and having a high luminous efficiency, a low cost and a high reliability. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A display device according to the present invention includes a first substrate and a second substrate disposed to face each other, a phosphor layer provided on an inner surface of the first substrate, and an inner surface side of the second substrate. Provided with an electron source that emits electrons that excite the phosphor layer, the electron source comprising a conductive layer having a predetermined pattern formed on an insulating substrate, and the conductive layer. An insulator layer including a plurality of micropores having the same pattern as the conductive layer disposed on the layer; a conductor or semiconductor buried layer formed in the micropores of the insulator layer; and the insulation A conductive metal thin film having a pattern different from that of the conductive layer formed on the surface of the body layer in contact with the conductor or the semiconductor buried layer, and a bottom end portion of the fine hole of the insulator layer and the conductive layer. Layers separated by a barrier layer made of the insulator. It is, and the voltage applied between the conductive layer and the conductive metal thin film, wherein the electrons are emitted.
[0009]
In the display device of the present invention, in the electron source, the insulating layer having micropores can be a porous alumina layer. And as this porous alumina layer, the aluminum oxide layer obtained by the anodic oxidation of the layer which has aluminum as a main component is suitable. A third electrode can be provided on the opposite side of the conductive layer with the conductive metal thin film interposed therebetween.
[0010]
In the display device of the present invention, in the electron source, an insulating coating layer is formed on at least the pattern edge portion of the conductive layer and the insulating layer having the same pattern as the conductive layer, and the conductive metal thin film is formed thereon. Can be formed. In addition, an insulating coating layer can be formed on part or all of the portion other than the electron emission portion on the surface of the insulator layer and part or all of the surface of the insulating substrate.
[0011]
In the method for manufacturing a display device according to the present invention, a phosphor layer is formed on the inner surface of the first substrate, and an electron source that emits electrons that excite the phosphor is formed on the inner surface of the second substrate. And arranging and bonding the first substrate and the second substrate so that the phosphor layer and the electron source are opposed to each other with a gap. The forming step includes a step of forming a conductive layer mainly composed of aluminum on an insulating substrate in a predetermined pattern, and anodizing the conductive layer to leave the substrate side as the conductive layer, An anodizing step for forming an aluminum oxide layer having micropores on the side opposite to the substrate; a buried layer forming step for forming a buried layer of a conductor or semiconductor in the micropores of the aluminum oxide layer; and a surface of the aluminum oxide layer The conductor or A thin film pattern forming step of forming a conductive metal thin film in contact with the semiconductor buried layer in a pattern different from that of the conductive layer, and in the anodic oxidation step, between the bottom end portion of the fine hole and the conductive layer. A barrier layer made of the aluminum oxide is formed.
[0012]
This manufacturing method of a display device may include a step of forming an insulating coating layer at least at an edge portion of the pattern of the conductive layer and the aluminum oxide layer between the buried layer forming step and the thin film pattern forming step. Further, between the buried layer forming step and the thin film pattern forming step, an insulating coating layer is formed on part or all of the portion other than the electron emission portion on the surface of the insulator layer and on part or all of the surface of the insulating substrate. Can have steps.
[0013]
Furthermore, another method for manufacturing a display device according to the present invention includes a step of forming a phosphor layer on the inner surface of the first substrate, and an electron that emits electrons that excite the phosphor on the inner surface of the second substrate. Forming a source, and arranging and bonding the first substrate and the second substrate so that the phosphor layer and the electron source face each other with a gap, and The step of forming the electron source includes a step of forming a conductive layer mainly composed of aluminum on an insulating substrate, and anodizing the conductive layer, leaving the substrate side as the conductive layer, An anodic oxidation step of forming an aluminum oxide layer having micropores on the side opposite to the substrate, a buried layer forming step of forming a buried layer of a conductor or semiconductor in the micropores of the aluminum oxide layer, the conductive layer and the microscopic layer Filling the hole with a conductor or semiconductor A laminated film patterning step of forming a laminated film with the aluminum oxide layer on which only a layer is formed into a predetermined pattern by etching, and a conductive film in contact with the conductor or the semiconductor buried layer on the surface of the aluminum oxide layer pattern A thin film pattern forming step of forming a conductive metal thin film in a pattern different from that of the aluminum oxide layer. In the anodizing step, the aluminum oxide is formed between the bottom end portion of the micropore and the conductive layer. A barrier layer is formed.
[0014]
In this method for manufacturing a display device, a step of forming an insulating coating layer on at least an edge portion of the pattern of the conductive layer and the aluminum oxide layer can be provided between the laminated film patterning step and the thin film pattern forming step. Further, between the laminated film patterning step and the thin film pattern forming step, an insulating coating layer is formed on part or all of the portion other than the electron emission portion on the surface of the insulator layer and on part or all of the surface of the insulating substrate. Can have steps.
[0015]
According to the present invention, in the electron source, a conductor or a semiconductor buried layer is formed inside the micropore of the porous insulator layer, and between the bottom end of the micropore and the lower conductive layer. A barrier layer made of the insulator is provided, and the barrier layer becomes a tunnel barrier layer. Then, by applying a voltage between the conductive metal thin film formed so as to be in contact with the buried layer and the conductive layer, the electric field concentrates on the barrier layer and electrons are emitted. An electron source with a high emission capability can be obtained. In addition, since direct contact between the electron emission portion and the atmospheric gas is avoided, the deterioration due to contamination of the electron emission portion hardly occurs and a long-life display device is realized.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments in which the display device of the present invention is applied to an FED will be described with reference to the drawings.
[0017]
As shown in FIG. 1, the FED includes a
[0018]
A
[0019]
Here, the light absorption layer can be formed by photolithography or the like. In addition, the formation of phosphor layers of three colors of red (R), blue (B), and green (G) is based on ZnS, Y 2 O 3 Series, Y 2 O 2 It can be performed by a slurry method using a phosphor liquid such as S-based. In addition, formation of the phosphor layer of each color can also be performed by a spray method or a printing method, and also in these methods, pattern formation (patterning) by photolithography can be used together as necessary.
[0020]
On the inner surface of the
[0021]
The
[0022]
Here, examples of the
[0023]
A metal buried
[0024]
In addition to Ni, examples of the material embedded in the
[0025]
The bottom end portion of the nanohole 10 in which the metal buried
[0026]
Further, a
[0027]
According to this electron source, an electric field is concentrated on the
[0028]
In the electron source having such a structure, the optimum value of the thickness of the
[0029]
When the thickness of the
[0030]
The depth of the
[0031]
The thickness of the metal buried
[0032]
The thickness of the conductive metal
[0033]
Furthermore, this electron source is the first electrode (cathode) for concentrating the electric field on the
[0034]
According to the embodiment of the present invention configured as described above, an electron source having a high electron emission (emission) capability, a long life, and a high reliability is provided. Obtainable.
[0035]
Further, in the electron source, the
[0036]
A first example of an electron source having a simple matrix pattern as the pattern of the
[0037]
In the first embodiment of the electron source, the conductive layer as the first electrode (lower electrode) and the conductive metal thin film as the second electrode (upper electrode) have two axes (for example, the X axis) orthogonal to each other. The
[0038]
In such an electron source of the first embodiment, electrons are emitted from a portion (indicated by C in FIG. 3) where the
[0039]
In addition, the
[0040]
That is, in the second embodiment of the electron source, as shown in FIGS. 5A and 6B and FIGS. 6A and 6B which are AA and BB sectional views, the same as the
[0041]
Further, in the third embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B which are AA and BB sectional views in FIGS. 7A and 7B and FIG. 7A. Further, an insulating
[0042]
In the electron sources of the second and third embodiments, insulation at the edge portions of the
[0043]
The electron source of the first embodiment can be manufactured by the following method.
[0044]
In the first manufacturing method, first, as shown in FIG. 9A, a
(1) A metal such as Al is vapor-deposited through a mask having openings having a desired pattern. (2) After a metal layer such as Al is formed by vapor deposition or the like, an acid-resistant protective layer (resist layer) having a desired pattern is formed on the metal layer by photolithography, and then the metal layer is formed by acid or the like. Etch away.
It is possible to adopt such a method.
[0045]
Next, as shown in FIG. 9B, the
[0046]
Next, as shown in FIG. 9 (c), a metal buried
[0047]
Thereafter, as shown in FIG. 9D, a conductive metal
[0048]
Further, the electron source of the first embodiment can be manufactured by another method. In the second manufacturing method, as shown in FIG. 10A, a
[0049]
Next, as shown in FIG. 10C, a metal buried
[0050]
Next, the laminated film of the
[0051]
Next, as shown in FIG. 10 (e), a conductive metal
[0052]
The electron source of the third embodiment can be manufactured by the third method shown in FIG. That is, in the first manufacturing method shown in FIG. 9, after the metal buried
[0053]
The insulating
[0054]
Further, after forming a protective layer (resist layer) covering the electron emission portion on the porous
[0055]
Finally, as shown in FIG. 11 (e), on the insulating
[0056]
Furthermore, the electron source of the third embodiment can be manufactured by the fourth method shown in FIG. That is, in the second manufacturing method shown in FIG. 10, after etching the laminated film of the
[0057]
Formation and patterning of the insulating
[0058]
Finally, as shown in FIG. 12 (f), Au or the like is formed on the insulating
[0059]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the use of an electron emission source having a high electron emission (emission) capability, a long life, and a high reliability makes it possible to obtain an FED having excellent light emission characteristics and excellent discharge resistance. Can be realized easily and inexpensively.
[0060]
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0061]
Example 1
As an insulating substrate, a glass plate measuring 10 cm in length and 10 cm in width is used. After thoroughly cleaning one side with a surfactant and acetone, a number of slit-shaped openings with a width of 0.5 mm are formed on the glass plate. Aluminum was deposited through the mask. In this way, thin-line (striped) aluminum layers having a width of 0.5 mm and a thickness of 0.3 μm were formed on the glass plate at intervals of 0.5 mm.
[0062]
Next, anodization of the aluminum layer pattern thus formed was performed at a voltage of 20 V using sulfuric acid as an electrolyte. The anodic oxidation time was controlled in such a range that conductivity was found in the obtained aluminum anodic oxide film, that is, the aluminum layer was not oxidized over the entire thickness and the aluminum layer remained on the glass plate side.
[0063]
Next, a Ni buried layer was formed by electrolytic deposition in the micropores of the porous aluminum oxide layer formed by anodic oxidation. That is, using an electrolytic solution containing nickel sulfate, boric acid and stannous sulfate, electrolysis was performed at a voltage of 14 V to deposit Ni in the fine holes.
[0064]
Next, gold (Au) is sputtered on the pattern of the porous aluminum oxide layer through a mask having a large number of slit-shaped openings having a width of 1.0 mm, and a stripe-shaped Au thin film having a width of 0.5 mm (thickness). 30-60 nm) was formed at intervals of 0.5 mm. The Au thin film pattern was formed in a direction orthogonal to the aluminum layer and porous aluminum oxide layer patterns.
[0065]
Thus, an electron source having a porous aluminum oxide layer thickness of 250 nm, a fine pore diameter of 10 nm, a barrier layer thickness of 15 nm, and an Au thin film thickness of 40 nm was obtained. The aluminum layer of the electron source is a cathode electrode as a first electrode, and the Au thin film is a drive electrode as a second electrode. The electron emission site is a site where the first electrode and the second electrode face each other.
[0066]
Next, a phosphor screen was prepared by the following procedure. A light shielding layer in the form of a lattice matrix mainly composed of graphfite was formed by photolithography on a glass substrate measuring 10 cm long × 10 cm wide. Red (Y) regularly arranged in the gap portion of the light shielding layer 2 O 2 Phosphor layers of S: Eu), green (ZnS: Cu, Al), and blue (ZnS: Ag, Al) were formed by photolithography. Next, a film made of nitrocellulose was formed on the phosphor layer, and an aluminum layer was formed thereon by vapor deposition to form a phosphor screen. This aluminum layer becomes an anode electrode which is a third electrode.
[0067]
The phosphor screen thus obtained and the electron source were assembled in the following procedure. First, a hole was made at a desired position outside the image effective surface of the electron source, and the exhaust pipe was joined with frit glass. Next, a glass frame for gap control is arranged on the electron source, and the phosphor screen is placed on the glass frame so that the second electrode of the electron source and the third electrode of the phosphor screen face each other through the glass frame. Arranged. After aligning the individual electron emission sites of the electron source to correspond to the phosphor screen pixels, they were joined by frit glass. At this time, the glass frame was controlled so that the gap between the second electrode of the electron source and the third electrode of the phosphor screen was 2 mm over the entire surface. Next, exhaust is performed through the exhaust pipe while heating at 300 ° C., and 1 × 10 -3 ~ 5x10 -3 When the pressure reached Pa, the exhaust pipe was sealed. A 10 cm × 10 cm display device was manufactured by the above procedure.
[0068]
Then, the voltage of the third electrode (anode voltage: Va) is set to 7 kv, the voltage (drive voltage: Vd) applied between the first electrode group and the second electrode group is changed, and the light emission state of the phosphor screen is changed. By observing, the emission (electron emission) start voltage and the breakdown voltage were measured. The measurement results are shown in Table 1.
[0069]
In the display device of Example 1, emission of electrons started at a low voltage (3 V), and a good light emission state was obtained. Further, the dielectric breakdown voltage was high, and the voltage resistance was sufficiently satisfactory.
[0070]
Example 2
The formation of the aluminum layer pattern, the formation of the porous aluminum oxide layer pattern by anodic oxidation thereof, and the formation of the Ni buried layer in the micropores of the porous aluminum oxide layer were performed in the same manner as in Example 1.
[0071]
Next, a photoresist layer is formed on the porous aluminum oxide layer pattern, and patterning is performed by photolithography to form a protective layer made of a resist on the electron emission portion, and then silica (SiO 2) is sputtered on the entire surface of the substrate. 2 ) Layer was formed. Next, after removing the silica layer formed in the electron emission portion together with the undercoat protective layer with peroxide, the Au thin film is formed in the same manner as in Example 1 so as to contact the exposed Ni buried layer of the electron emission portion. A pattern was formed.
[0072]
Thus, the porous aluminum oxide layer had a thickness of 250 nm, the pore diameter was 10 nm, the barrier layer had a thickness of 15 nm, the Au thin film had a thickness of 40 nm, and the portion other than the electron emission portion was covered with the silica layer. An electron source was obtained.
[0073]
Next, using the obtained electron source, a display device was assembled in the same manner as in Example 1, and an electron emission start voltage and a dielectric breakdown voltage were measured. The measurement results are shown in Table 1.
[0074]
In the display device of Example 2, electron emission started at a sufficiently low voltage (4 V), and a good light emission state was obtained. In addition, it was found that the voltage causing dielectric breakdown was very high, more than twice that of the display device of Example 1, and the voltage resistance was extremely excellent.
[0075]
Example 3
One surface of a 10 cm long × 10 cm wide glass plate was thoroughly washed with a surfactant and acetone, and then aluminum was deposited thereon to form an aluminum layer having a thickness of 0.3 μm.
[0076]
Next, anodization of the aluminum layer thus formed was performed at a voltage of 20 V using sulfuric acid as an electrolytic solution, as in Example 1. The anodic oxidation time was controlled in such a range that conductivity was found in the obtained aluminum anodic oxide film, that is, the aluminum layer was not oxidized over the entire thickness and the aluminum layer remained on the glass plate side.
[0077]
Next, a Ni buried layer was formed in the micropores of the porous aluminum oxide layer formed by anodic oxidation by electrolytic deposition in the same manner as in Example 1.
[0078]
Next, after forming a stripe-shaped protective layer pattern on the laminated film of the aluminum layer and the porous aluminum oxide layer thus formed by photolithography, unnecessary portions of the laminated film are etched with phosphoric acid chromic acid mixed acid or the like. The protective layer was peeled off with peroxide. Thus, a multilayer film pattern having a stripe shape (a stripe interval of 0.5 mm) having a width of 0.5 mm was obtained.
[0079]
Next, an Au thin film pattern was formed on the laminated film pattern in the same manner as in Example 1 so as to be in contact with the Ni buried layer.
[0080]
Thus, an electron source having a porous aluminum oxide layer thickness of 250 nm, a fine pore diameter of 10 nm, a barrier layer thickness of 15 nm, and an Au thin film thickness of 40 nm was obtained.
[0081]
Next, using the obtained electron source, a display device was assembled in the same manner as in Example 1, and an electron emission start voltage and a dielectric breakdown voltage were measured. The measurement results are shown in Table 1.
[0082]
In the display device of Example 3, electron emission started at a low voltage (3 V), and a good light emission state was obtained. Further, the dielectric breakdown voltage was high, and the voltage resistance was sufficiently satisfactory.
[0083]
Example 4
The formation of the aluminum layer and its anodic oxidation, the formation of the Ni buried layer in the micropores of the porous aluminum oxide layer, and the patterning of the laminated film of the aluminum layer and the porous aluminum oxide layer were performed in the same manner as in Example 3. went.
[0084]
Next, a photoresist layer is formed on the pattern of the porous aluminum oxide layer, patterned by photolithography to form a protective layer made of resist at the electron emission portion, and then a silica layer is formed on the entire surface of the substrate by sputtering. Formed. Next, after removing the silica layer formed in the electron emission portion together with the undercoat protective layer with peroxide, the Au thin film is contacted with the exposed Ni buried layer of the electron emission portion in the same manner as in Example 1. Pattern was formed.
[0085]
Thus, the porous aluminum oxide layer had a thickness of 250 nm, the pore diameter was 10 nm, the barrier layer had a thickness of 15 nm, the Au thin film had a thickness of 40 nm, and the portion other than the electron emission portion was covered with the silica layer. An electron source was obtained.
[0086]
Next, using the obtained electron source, a display device was assembled in the same manner as in Example 1, and an electron emission start voltage and a dielectric breakdown voltage were measured. The measurement results are shown in Table 1.
[0087]
In the display device of Example 4, electron emission started at a low voltage (3 V), and a good light emission state was obtained. In addition, it was found that the voltage causing dielectric breakdown was very high, more than twice that of the display device of Example 3, and the voltage resistance was extremely excellent.
[0088]
[Table 1]
[0089]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, the material to be used is not limited to the above-described embodiment, and can be variously selected as necessary. Further, the present invention is not limited to the FED but can be applied to other flat display devices.
[0090]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a bright and reliable display device having an electron emission capability and a long-life electron source can be obtained simply and inexpensively.
[0091]
In addition, an electron source with ultra-fine units and excellent uniformity is provided, and thousands or more unit electron sources correspond to one picture element, so that highly efficient and reliable display can be realized. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an FED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an electron source used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view showing a first example of an electron source used in the embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a first example of an electron source used in the embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and FIG. b) is a sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 5 is a top view showing a second example of the electron source used in the embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a second example of the electron source used in the embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. b) is a sectional view taken along line BB in FIG.
7A and 7B show a third example of the electron source used in the embodiment of the present invention, FIG. 7A is a top view, and FIG. 7B is an enlarged view of a part of FIG. FIG.
8 is a cross-sectional view showing a third example of the electron source used in the embodiment of the present invention, and FIG. 8 (a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7 (a); FIG.8 (b) is sectional drawing along line BB of Fig.7 (a).
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a first manufacturing method for manufacturing the electron source of the first embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a second manufacturing method for manufacturing the electron source of the first embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third manufacturing method for manufacturing the electron source of the third embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a fourth manufacturing method for manufacturing the electron source of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
5 ......... phosphor screen, 7 ......... electron source, 9, 22 ......... conductive layer, 10, 21 ......... nanohole, 11, 23 ......... insulator layer, 12 ......... metal buried layer, 13 ......... Barrier layer, 14 ......... conductive metal thin film, 15 ......... conductive layer pattern, 16 ......... metal thin film pattern, 17 ......... porous insulator layer pattern, 20 ......... insulation coating layer
Claims (12)
前記電子源は、絶縁性基板上に形成された所定のパターンを有する導電層と、前記導電層の上に配設された該導電層と同一のパターンを有する多数の微細孔を含む絶縁体層と、前記絶縁体層の微細孔内に形成された導体または半導体の埋め込み層と、前記絶縁体層の表面に前記導体または半導体埋め込み層と接触して形成された、前記導電層と異なるパターンを有する導電性金属薄膜とを備え、
前記絶縁体層の有する微細孔の底端部と前記導電層とが、前記絶縁体から成るバリア層により隔てられ、かつ前記導電層と前記導電性金属薄膜との間に印加される電圧により、電子が放出されることを特徴とする表示装置。A first substrate and a second substrate disposed opposite to each other; a phosphor layer provided on an inner surface of the first substrate; and an inner surface side of the second substrate, the phosphor layer An electron source that emits electrons that excite
The electron source includes an insulating layer including a conductive layer having a predetermined pattern formed on an insulating substrate, and a plurality of fine holes having the same pattern as the conductive layer disposed on the conductive layer. And a conductor or semiconductor buried layer formed in the fine hole of the insulator layer, and a pattern different from the conductive layer formed on the surface of the insulator layer in contact with the conductor or semiconductor buried layer. A conductive metal thin film having
The bottom end of the micropores of the insulator layer and the conductive layer are separated by a barrier layer made of the insulator, and a voltage applied between the conductive layer and the conductive metal thin film, A display device characterized in that electrons are emitted.
前記電子源の形成工程は、
絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を所定のパターンで形成する工程と、
前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、
前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
前記酸化アルミニウム層の表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属薄膜を、前記導電層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、
前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする表示装置の製造方法。Forming a phosphor layer on the inner surface of the first substrate; forming an electron source that emits electrons that excite the phosphor on the inner surface of the second substrate; and the phosphor layer and the electron source. And arranging and bonding the first substrate and the second substrate so that they face each other with a gap,
The step of forming the electron source includes:
Forming a conductive layer containing aluminum as a main component in a predetermined pattern on an insulating substrate;
Anodizing step of forming an aluminum oxide layer having micropores on the opposite side of the substrate while anodizing the conductive layer, leaving the substrate side as the conductive layer;
A buried layer forming step of forming a buried layer of a conductor or semiconductor in the micropores of the aluminum oxide layer;
A thin film pattern forming step of forming a conductive metal thin film in contact with the conductor or semiconductor buried layer on the surface of the aluminum oxide layer in a pattern different from the conductive layer;
In the anodizing step, a barrier layer made of the aluminum oxide is formed between a bottom end portion of the fine hole and the conductive layer.
前記電子源の形成工程は、
絶縁性基板上にアルミニウムを主成分とする導電層を形成する工程と、
前記導電層を陽極酸化することにより、前記基板側を導電層のままで残しながら、該基板と反対側に微細孔を有する酸化アルミニウム層を形成する陽極酸化工程と、
前記酸化アルミニウム層の微細孔内に導体または半導体の埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
前記導電層と前記微細孔内に導体または半導体の埋め込み層が形成された前記酸化アルミニウム層との積層膜を、エッチングにより所定のパターンに形成する積層膜パターニング工程と、
前記酸化アルミニウム層のパターンの表面に、前記導体または半導体埋め込み層と接触する導電性金属の薄膜を、前記酸化アルミニウム層と異なるパターンで形成する薄膜パターン形成工程とを備え、
前記陽極酸化工程において、前記微細孔の底端部と前記導電層との間に、前記酸化アルミニウムから成るバリア層を形成することを特徴とする表示装置の製造方法。Forming a phosphor layer on the inner surface of the first substrate; forming an electron source that emits electrons that excite the phosphor on the inner surface of the second substrate; and the phosphor layer and the electron source. And arranging and bonding the first substrate and the second substrate so that they face each other with a gap,
The step of forming the electron source includes:
Forming a conductive layer mainly composed of aluminum on an insulating substrate;
Anodizing step of forming an aluminum oxide layer having micropores on the opposite side of the substrate while anodizing the conductive layer, leaving the substrate side as the conductive layer;
A buried layer forming step of forming a buried layer of a conductor or semiconductor in the micropores of the aluminum oxide layer;
A laminated film patterning step of forming a laminated film of the conductive layer and the aluminum oxide layer in which a buried layer of a conductor or a semiconductor is formed in the fine hole by etching into a predetermined pattern;
A thin film pattern forming step of forming, on the surface of the pattern of the aluminum oxide layer, a conductive metal thin film in contact with the conductor or semiconductor buried layer in a pattern different from the aluminum oxide layer;
In the anodizing step, a barrier layer made of the aluminum oxide is formed between a bottom end portion of the fine hole and the conductive layer.
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