JP4224225B2 - Display element, display device, and display device manufacturing method - Google Patents

Display element, display device, and display device manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関し、特に立体映像を表示できる程度の高精細表示を可能とする表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
平面型表示装置には、これまで、PDP(Plasma Display Panel)、PALC(Plasma Address Liquid Crystal)、LCD(Liquid Crystal Display)、EL(Electro Luminescent)ディスプレイ、FED(Field Emission Display)、LED(Light Emitting Diode)ディスプレイなどが開発され、これらの一部は既に実用化されている。
【0003】
ホログラフィーなどの立体表示を行う技術は、光の波面の制御をするため、使用する光の波長程度の分解能を有する高精細な表示装置が求められているが、現状では、使用する可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置は実現されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したプラズマディスプレイパネル(PDP)は、画素セル内の限られた空間に閉じ込められたキセノン、ネオン、ヘリウム等の混合ガスを放電により励起する。そして、励起したガスが基底状態に戻る際に発する紫外線を画素セルの内面に塗布された蛍光体が吸収し、吸収した蛍光体が可視光を発する原理を用いた表示装置である。
【0005】
このプラズマディスプレイパネル(PDP)を使用して光の波長程度(数百nm)の分解能を実現しようとした場合、画素セルを1μm以下のサイズにする必要がある。
【0006】
しかし、画素セルのサイズを小さくすると、相対的に画素セルの内壁でのエネルギー損失が増大するため、内部にある混合ガスによる紫外線放射効率が低下する問題点があった。
【0007】
また、画素セルのサイズを小さくすると放電開始電圧が大きくなるため、サイズを小さくする前と同等の放電開始電圧を得るには、内部の混合ガスの圧力を大きくする必要がある。
【0008】
したがって、現状の技術では、1μm以下のサイズの画素セルを構成することは困難であるという問題点があった。
【0009】
プラズマディスプレイパネル(PDP)に類似した放電を画素セルのON・OFFスイッチを使用するプラズマアドレス液晶(PALC)も同様の理由で1μm以下のサイズの画素セルを構成することは困難であるという問題点があった。
【0010】
また、液晶ディスプレイ(LCD)は、透明電極を形成した透明基板間に液晶を挟み込む。そして、透明電極間に電圧を印加して、挟み込まれた液晶分子の配向方向を変化させることにより、光の透過率を制御して光変調を行うものである。
【0011】
このように構成された液晶ディスプレイは、液晶層の厚さが薄いと光変調を充分にすることができなくなるので、現状では、1〜2μm程度の厚さの液晶層が必要である。液晶層の両側の透明電極に印加した電圧によって生ずる電界は、液晶層の厚さ方向に広がるため、1μm以下の液晶層による光変調は困難であるという問題点があった。
【0012】
次に、エレクトロルミネッセンス(EL)を使用した表示装置の場合、表示素子は、すべて固体の薄膜を使用するため、画素セルの微細化に適している。これまで、画素ピッチとして20μm程度の基本デバイスが試作されている。ELを使用した表示素子における発光層の厚さは、1μm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、発光層中での電界分布は広がり、1μm以下の分解能を有する表示装置の実現は困難であるという問題点があった。
【0013】
さらに、化合物半導体よりなる発光ダイオードやレーザダイオードでは、半導体製造技術の微細加工技術を利用することができる。したがって、個々の発光層をナノサイズまで微細化することができるが、フルカラーディスプレイに必要な3原色をモノリシック(一体化)して作成することは困難であり、それぞれの光を発する材料を選択する必要がある。そして、異なる材料からなる発光層を同一の基板に作成することは困難であるという問題点があった。
【0014】
このように、現状の表示技術では、ホログラフィーやインテグラルフォトグラフィーなどの立体表示に必要な可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置の実現は困難であるという問題点があった。
【0015】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するため、本発明に係る表示素子は、蛍光体を含み、外部より電界を加えると電子を放出し、先端の形状が先鋭化されている冷陰極と、上記冷陰極に対向して配置された陽極とを備え、上記冷陰極と上記陽極との間に電圧を印加することによって上記冷陰極より電子が放出される際、上記冷陰極の先端領域が発光することを特徴とする。このように構成することにより、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示素子を提供することができる。
また、冷陰極の先端の形状を先鋭化することにより、電子を放出する領域を冷陰極の先端に集中させることができる。
【0017】
また、本発明に係る表示装置は、発光する表示素子を複数備える表示装置において、上記発光素子は、蛍光体を含み、外部より電界を加えると電子を放出し、先端の形状が先鋭化されている冷陰極と、上記冷陰極に対向して配置された陽極とを備え、上記冷陰極と上記陽極との間に電圧を印加することによって上記冷陰極より電子が放出される際、上記冷陰極の先端領域が発光することを特徴とするとする。
【0018】
このように構成することにより、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有し、高精細表示可能な表示装置を提供することができる。
【0019】
また、上記表示装置は、赤色光を発する赤色光冷陰極と、緑色光を発する緑色光冷陰極と、青色光を発する青色光冷陰極とを備えることを特徴とする。このように構成することにより、カラー表示をすることができる。
【0021】
また、上記蛍光体は、II−VI族半導体を主成分とすることを特徴とする。
【0022】
また、上記蛍光体は、希土類酸化物を主成分とする。
【0023】
また、上記表示装置は、さらに上記冷陰極を形成する母体となり、規則的に配列された陰極母線を備え、上記陽極は、上記陰極母線と概ね直交しながら規則的に配置されていることを特徴とする。
【0024】
また、上記冷陰極は、マトリックス状に配置され、上記表示装置は、マトリックス状に配置された上記冷陰極に対して、選択的に電圧を印加することを特徴とする。このように構成することにより、陽極は一枚のフラットな平面電極として構成できる。
【0025】
また、上記表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であることを特徴とする。このように構成することにより、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を生かし、立体映像を表示することができる。
【0026】
また、本発明に係る表示装置製造方法は、表示装置を製造する表示装置製造方法において、外部より電界を加えると電子を放出する冷陰極を形成する母体となる陰極母体を形成した透明基板上に、蛍光体を含む冷陰極を形成する蛍光体形成ステップと、上記蛍光体形成ステップで形成した冷陰極の先端を先鋭化する先鋭化ステップとを備えることを特徴とする。このように構成することにより、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置を製造することができる。
【0027】
また、上記冷陰極形成ステップは、概ね上記陰極母体の上にだけ蛍光体を堆積させる蛍光体堆積ステップを備えることを特徴とする。このように構成することにより、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置を製造することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明に係る表示装置に使用される表示素子の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における表示素子の模式的構成を示した断面図である。図1において、実施の形態1における表示素子は、ガラス基板1a、ガラス基板1b、陰極母線2(陰極母体の一例)、陽極母線3(陽極の一例)、蛍光体冷陰極4より構成されている。
【0029】
また、陽極母線3を形成したガラス基板1a(透明基板の一例)と蛍光体冷陰極4を形成したガラス基板1bの間は、希ガスが充填されている。このように希ガスを充填することにより、通常のFED(Field Emission Display)のように高真空にする必要がない利点がある。なお、希ガスを充填せずに真空にしても良い。陰極母体の一例として陰極母線2を使用したが、ドット状の陰極母体を使用してマトリックス状に配置してもよい。
【0030】
陰極母線2は、蛍光体冷陰極4を形成する母体となるもので、ガラス基板1b上に規則的に配置されている。また、陰極母線2は、電圧を印加することができるように構成されている。
【0031】
陽極母線3は、透明であり、陰極母線2と概ね垂直をなすようにガラス基板1a上に規則的に形成されている。また、陽極母線3は、陰極母線2と同様に電圧を印加することができるように構成されている。
【0032】
蛍光体冷陰極4は、蛍光体より構成され先端が先鋭状に加工されている。
【0033】
蛍光体としては、例えばZnS、ZnOなどのII−VI族半導体や、希土類酸化物などより構成される。
【0034】
実施の形態1における表示素子は、上記のように構成されており、以下に動作及び作用について説明する。
【0035】
陰極母線2と陽極母線3の間に電圧を印加すると、印加した電圧に基づいて蛍光体冷陰極4と陽極母線3の間に電位差が生じる。このため、蛍光体冷陰極4と陽極母線3の間に電界が生じる。この生じた電界は、蛍光体冷陰極4の先端に集中する。
【0036】
生じた電界が所定の大きさ以上になると、陰極母線2より蛍光体冷陰極4に電子が流れ込むとともに、電界放出効果によって蛍光体冷陰極4の先端領域より電子が放出される。電子が蛍光体冷陰極4を通過する際、蛍光体の発光中心を励起する。励起された発光中心が基底状態の戻る際、発光する。発光は、電子の流れが生じる場所において生じるため、蛍光体冷陰極4の発光領域を電子が放出される蛍光体冷陰極4の先端領域に集中させることができる。
【0037】
したがって、発光領域を蛍光体冷陰極4の先端形状によって小さくすることができる。このため、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示素子を実現できる。言い換えれば、この表示素子を使用することにより、光の波長程度の分解能を有する高精細な表示装置を提供することができる。
【0038】
以下に、上述した動作を説明する動作原理について図2、図3を使用して説明する。
【0039】
図2は、蛍光体冷陰極4より電子放出が生じない程度の電圧が陰極母線2と陽極母線3間に印加されている場合の陰極母線2、蛍光体冷陰極4、陽極母線のバンド構造を示した図である。
【0040】
図3は、蛍光体冷陰極4より電子放出が生じている場合の陰極母線2、蛍光体冷陰極4、陽極母線3のバンド構造を示した図である。
【0041】
図2に示した場合、蛍光体冷陰極4からの電子放出はなく、蛍光体冷陰極4のバンド構造は、ほとんど電圧を印加しない場合と変わらない。この場合、蛍光体冷陰極4中で電子が移動しないので発光しない。
【0042】
これに対して、蛍光体冷陰極4と陽極母線3間に所定の電圧(電子放出開始電圧)以上になると、蛍光体冷陰極4の先端より電子が放出される。電子が放出される機構は現在まだはっきりわかっていないが、およそ以下に説明する機構によるものと考えられる。
【0043】
すなわち、陰極母線2を構成する金属のフェルミエネルギー近傍の電子は、金属(陰極母線2を構成する金属)/蛍光体(蛍光体冷陰極を構成する蛍光体)障壁をトンネル効果により通過して蛍光体の伝導帯に注入される。
【0044】
蛍光体の伝導帯に注入された電子は、蛍光体の伝導帯を走行した後、蛍光体/ガス層障壁をトンネル効果によって通過し、ガス層に放出される。
【0045】
さらに、蛍光体冷陰極4とガス層の境界面近傍で電子の放出が多く、逆に陰極母線2と蛍光体冷陰極4の境界面近傍での電子注入頻度が小さいと蛍光体中に空間電荷が生じバンドが図3に示すように曲がる。蛍光体冷陰極4とガス層の境界面近傍における電子の放出と陰極母線2と蛍光体冷陰極4の境界面近傍における電子の注入の差が大きい程、バンドの曲がりは大きくなる。
【0046】
バンドの曲がりによって生成される電界下で蛍光体中を移動する電子は、加速されるため、蛍光体冷陰極4中に発光中心となる不純物を添加しておくと、加速され高速移動する電子が衝突し、発光中心となる不純物を励起する。そして、励起した不純物が基底状態に戻る際発光するという電場発光(EL)が起こる。
【0047】
図3では、発光中心となる不純物の内殻電子が励起される場合を示しているが、蛍光体における電子・正孔対形成によるドナー、アクセプター再結合による発光の場合も原理は同様である。
【0048】
バンドの曲がりが大きくすれば、電子がより加速されるため、発光強度を強めることができる。このためには、蛍光体冷陰極4とガス層の境界面近傍における電子の放出と陰極母線2と蛍光体冷陰極4の境界面近傍における電子の注入の差を大きくすることが望ましい。
【0049】
したがって、陰極母体2と蛍光体冷陰極4とのショットキー障壁が大きくなるように陰極母線材料と蛍光体の組み合わせを選ぶことが望ましい。
【0050】
このようにして、図1に示した表示素子の構造では、電界は、蛍光体冷陰極4の先端の領域に集中するので、発光領域を先端の加工レベルに応じて小さくすることができる。
【0051】
また、蛍光体冷陰極4としてII−VI族半導体や希土類酸化物のナノサイズの結晶を用いるとナノサイズの画素を有する表示装置を実現することができる。すなわち、発光領域は、蛍光体冷陰極4のサイズで決定することができる。
【0052】
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1で説明した表示素子を用いた表示装置の一製造方法について説明する。
【0053】
図4は、表示装置の一製造方法の主要なステップを模式的に示した図である。まず、図4(a)に示すように、ガラス基板1b上に陰極母線2を形成する。陰極母線2を形成する技術としては、例えば半導体を製造する際使用されるフォトリソグラフィー技術を用いることができる。このフォトリソグラフィー技術によれば、ガラス基板上1bに形成する陰極母線2の線幅を数十nmとすることができる。
【0054】
次に、図4(b)に示すように、例えばZnSやZnOなどのII−VI族半導体よりなる蛍光体の母結晶を、陰極母線2を形成したガラス基板1b上に堆積させる。堆積させる方法としては、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法などが使用される。堆積させるII−VI族半導体の厚さは、陰極母線2に印加する電圧などを考慮して決定される。
【0055】
なお、堆積させる物質としては、例えば希土類酸化物よりなる蛍光体などであってもよい。
【0056】
次に、図4(c)に示すように、堆積した母結晶に対して、陰極母線2上に相当する領域に発光中心となる不純物を注入する。注入する不純物は、赤色光を発するための赤色光不純物と、緑色光を発するための緑色光不純物と、青色光を発するための青色光不純物である。
【0057】
注入には、イオン注入法などを用いることができる。このようにして、赤色光を発する赤色光冷陰極41、緑色光を発する緑色光冷陰極42、青色光を発する青色光冷陰極43を形成することができる。
【0058】
赤色光を発する不純物としては、母結晶がZnSの場合、例えばAg、Alなどが使用される。緑色光を発する不純物としては、母結晶がZnSの場合、例えばCu、Al、Znなどがある。また、青色光を発する不純物としては、Ag、Al、Znなどがある。なお、図4(b)と図4(c)におけるステップが冷陰極形成ステップの一例である。
【0059】
不純物を注入後、注入した不純物の格子位置への固溶や、不純物の注入によって損傷を受けた結晶性の回復のため、アニール処理をする。
【0060】
続いて、図4(d)に示すように赤色光冷陰極41、緑色光冷陰極42、青色光冷陰極43の先端の形状を先鋭化する。
【0061】
先鋭化する方法として、例えばエッチングによって行うことができる。このステップが、先鋭化ステップの一例である。
【0062】
このようにして、蛍光体冷陰極4を形成したガラス基板1bに対して、図4(e)に示すように、陰極母線2に概ね直交する方向に配置された陽極母線3を有するガラス基板1aを対向配置して表示装置とする。
【0063】
このようにして、実施の形態1における表示素子を用いた表示装置を製造することができる。
【0064】
なお、図4(a)に示したように、陰極母線2をガラス基板1bに形成するステップはなくてもよい。すなわち、予め陰極母線2を形成したガラス基板1bを用いてもよい。
【0065】
図5は、図4で説明した表示装置の製造方法の変形例を示したものである。図4(b)に示したステップでは、蛍光体の母結晶を堆積させたが、図5(b)に示すように、II−VI族半導体よりなる蛍光体や希土類酸化物よりなる蛍光体のナノサイズ(1μm以下)の結晶を陰極母線2上にだけ形成するようにしてもよい(蛍光体堆積ステップ)。この場合、陰極母線2上に選択的に結晶が成長する条件で堆積させることが望ましい。
【0066】
また、蛍光体冷陰極がマトリックス状に配置され、表示装置がマトリックス状に配置された蛍光体冷陰極に選択的に電圧を印加できる構造にしてもよい。この場合、陽極は、一枚のフラットな平面電極として構成できるので、陽極を母線構造とする必要がなくなる。また、陽極の位置は、冷陰極からの電子放出に適した位置に設定できるため、デバイス設計の自由度を大きくとることができる。このため、蛍光体冷陰極と陽極の間を真空とした場合、真空のパッケージングを容易に行うことができる。
【0067】
【発明の効果】
本発明に係る表示素子によれば、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示素子を提供することができる。
【0068】
また、本発明に係る表示装置によれば、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置を提供することができる。
【0069】
また、本発明に係る表示装置製造方法によれば、可視光の波長程度(数百nm〜1μm)の分解能を有する表示装置を製造できる。
【0070】
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1における表示素子の模式的構造を示した断面図である。
【図2】 電子が放出されない場合におけるバンド構造を示した図である。
【図3】 電子が放出される場合におけるバンド構造を示した図である。
【図4】 実施の形態1における表示素子を用いた表示装置の製造方法の一部を模式的に示した図である。
【図5】 図4で説明した表示装置の製造方法の変形例を示したものである。
【符号の説明】
1a ガラス基板
1b ガラス基板
2 陰極母線
3 陽極母線
4 蛍光体冷陰極
5 母結晶
41 赤色光冷陰極
42 緑色光冷陰極
43 青色光冷陰極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device, and more particularly to a display device capable of high-definition display capable of displaying a stereoscopic image.
[0002]
[Prior art]
For flat display devices, there have been PDP (Plasma Display Panel), PALC (Plasma Address Liquid Crystal), LCD (Liquid Crystal Display), EL (Electro Luminescent) display, FED (Field Emission Display), LED (Light Emitting). Diode) displays have been developed, and some of these have already been put into practical use.
[0003]
In the technology for performing stereoscopic display such as holography, a high-definition display device having a resolution about the wavelength of the light to be used is required to control the wavefront of light, but at present, the wavelength of visible light to be used is required. A display device having a resolution of the order (several hundred nm to 1 μm) has not been realized.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The plasma display panel (PDP) described above excites a mixed gas such as xenon, neon, and helium confined in a limited space in a pixel cell by discharge. Then, the display device uses the principle that the phosphor applied to the inner surface of the pixel cell absorbs ultraviolet rays emitted when the excited gas returns to the ground state, and the absorbed phosphor emits visible light.
[0005]
In order to achieve a resolution of about the wavelength of light (several hundred nm) using this plasma display panel (PDP), it is necessary to make the pixel cell 1 μm or less in size.
[0006]
However, when the size of the pixel cell is reduced, the energy loss on the inner wall of the pixel cell is relatively increased, so that there is a problem in that the ultraviolet radiation efficiency due to the mixed gas inside decreases.
[0007]
Further, since the discharge start voltage increases when the size of the pixel cell is reduced, it is necessary to increase the pressure of the internal mixed gas in order to obtain the same discharge start voltage as before the size reduction.
[0008]
Therefore, with the current technology, there is a problem that it is difficult to configure a pixel cell having a size of 1 μm or less.
[0009]
For the same reason, it is difficult to construct a pixel cell with a size of 1 μm or less for a plasma addressed liquid crystal (PALC) that uses a discharge similar to that of a plasma display panel (PDP) and uses an ON / OFF switch of the pixel cell. was there.
[0010]
A liquid crystal display (LCD) sandwiches liquid crystal between transparent substrates on which transparent electrodes are formed. Then, by applying a voltage between the transparent electrodes and changing the orientation direction of the sandwiched liquid crystal molecules, light modulation is performed by controlling the light transmittance.
[0011]
Since the liquid crystal display configured as described above cannot sufficiently modulate light if the thickness of the liquid crystal layer is thin, a liquid crystal layer having a thickness of about 1 to 2 μm is currently required. Since the electric field generated by the voltage applied to the transparent electrodes on both sides of the liquid crystal layer spreads in the thickness direction of the liquid crystal layer, there is a problem that light modulation by the liquid crystal layer of 1 μm or less is difficult.
[0012]
Next, in the case of a display device using electroluminescence (EL), the display elements are all suitable for miniaturization of pixel cells because they use a solid thin film. Until now, a basic device having a pixel pitch of about 20 μm has been prototyped. In the display element using EL, the thickness of the light emitting layer is required to be about 1 μm, and furthermore, since it is necessary to provide insulating layers having substantially the same thickness on both sides of the light emitting layer, the electric field distribution in the light emitting layer is widened, There is a problem that it is difficult to realize a display device having a resolution of 1 μm or less.
[0013]
Further, in a light emitting diode or a laser diode made of a compound semiconductor, a microfabrication technique of a semiconductor manufacturing technique can be used. Therefore, although each light emitting layer can be miniaturized to nano-size, it is difficult to create three primary colors necessary for a full-color display by monolithic (integration), and a material that emits each light is selected. There is a need. And there existed a problem that it was difficult to produce the light emitting layer which consists of a different material on the same board | substrate.
[0014]
As described above, with the current display technology, it is difficult to realize a display device having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm) necessary for stereoscopic display such as holography and integral photography. was there.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a display device having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm). is there.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a display element according to the present invention includes a phosphor, emits electrons when an electric field is applied from the outside, and has a cold cathode whose tip shape is sharpened, and is opposed to the cold cathode. An anode disposed, and when electrons are emitted from the cold cathode by applying a voltage between the cold cathode and the anode, a tip region of the cold cathode emits light. With such a configuration, a display element having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm) can be provided.
Further, by sharpening the shape of the tip of the cold cathode, the region for emitting electrons can be concentrated on the tip of the cold cathode.
[0017]
Further, the display device according to the present invention is a display device including a plurality of display elements that emit light, wherein the light-emitting element includes a phosphor, emits electrons when an electric field is applied from the outside, and has a sharpened tip shape. A cold cathode, and an anode disposed opposite to the cold cathode, and when electrons are emitted from the cold cathode by applying a voltage between the cold cathode and the anode, the cold cathode The tip region of the light emitting element is characterized in that it emits light.
[0018]
With such a configuration, it is possible to provide a display device having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm) and capable of high-definition display.
[0019]
The display device includes a red light cold cathode that emits red light, a green light cold cathode that emits green light, and a blue light cold cathode that emits blue light. With this configuration, color display can be performed.
[0021]
The phosphor is characterized by containing a II-VI group semiconductor as a main component.
[0022]
The phosphor has a rare earth oxide as a main component.
[0023]
Further, the display device further serves as a base for forming the cold cathode, and includes regularly arranged cathode buses, and the anodes are regularly arranged while being substantially orthogonal to the cathode buses. And
[0024]
The cold cathodes are arranged in a matrix, and the display device selectively applies a voltage to the cold cathodes arranged in a matrix. With this configuration, the anode can be configured as a single flat planar electrode.
[0025]
The display device is a stereoscopic video display device that displays a stereoscopic video. With this configuration, it is possible to display a stereoscopic image by taking advantage of the resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm).
[0026]
In addition, a display device manufacturing method according to the present invention is a display device manufacturing method for manufacturing a display device, on a transparent substrate on which a cathode matrix is formed that forms a cold cathode that emits electrons when an electric field is applied from the outside. And a phosphor forming step for forming a cold cathode containing the phosphor, and a sharpening step for sharpening the tip of the cold cathode formed in the phosphor forming step. By comprising in this way, the display apparatus which has the resolution | decomposability about the wavelength of visible light (several hundred nm-1 micrometer) can be manufactured.
[0027]
The cold cathode forming step includes a phosphor deposition step of depositing a phosphor substantially only on the cathode matrix. By comprising in this way, the display apparatus which has the resolution | decomposability about the wavelength of visible light (several hundred nm-1 micrometer) can be manufactured.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a display element used in a display device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the display element in the first embodiment. In FIG. 1, the display element according to the first embodiment includes a glass substrate 1 a, a glass substrate 1 b, a cathode bus 2 (an example of a cathode host), an anode bus 3 (an example of an anode), and a phosphor cold cathode 4. .
[0029]
Further, a rare gas is filled between the glass substrate 1a (an example of a transparent substrate) on which the anode bus 3 is formed and the glass substrate 1b on which the phosphor cold cathode 4 is formed. By filling the rare gas in this way, there is an advantage that it is not necessary to make a high vacuum unlike a normal FED (Field Emission Display). Note that a vacuum may be used without filling the rare gas. Although the cathode bus 2 is used as an example of the cathode matrix, a dot-like cathode matrix may be used and arranged in a matrix.
[0030]
The cathode bus 2 serves as a host for forming the phosphor cold cathode 4, and is regularly arranged on the glass substrate 1b. Moreover, the cathode bus 2 is configured to be able to apply a voltage.
[0031]
The anode bus 3 is transparent and is regularly formed on the glass substrate 1 a so as to be substantially perpendicular to the cathode bus 2. The anode bus 3 is configured to be able to apply a voltage in the same manner as the cathode bus 2.
[0032]
The phosphor cold cathode 4 is made of a phosphor and has a tip that is sharpened.
[0033]
Examples of the phosphor include II-VI group semiconductors such as ZnS and ZnO, and rare earth oxides.
[0034]
The display element in Embodiment 1 is configured as described above, and the operation and action will be described below.
[0035]
When a voltage is applied between the cathode bus 2 and the anode bus 3, a potential difference is generated between the phosphor cold cathode 4 and the anode bus 3 based on the applied voltage. For this reason, an electric field is generated between the phosphor cold cathode 4 and the anode bus 3. The generated electric field is concentrated on the tip of the phosphor cold cathode 4.
[0036]
When the generated electric field exceeds a predetermined magnitude, electrons flow from the cathode bus 2 to the phosphor cold cathode 4 and electrons are emitted from the tip region of the phosphor cold cathode 4 by the field emission effect. When electrons pass through the phosphor cold cathode 4, the emission center of the phosphor is excited. Light is emitted when the excited emission center returns to the ground state. Since light emission occurs in a place where electrons flow, the light emitting region of the phosphor cold cathode 4 can be concentrated on the tip region of the phosphor cold cathode 4 from which electrons are emitted.
[0037]
Therefore, the light emitting region can be reduced by the shape of the tip of the phosphor cold cathode 4. For this reason, a display element having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm) can be realized. In other words, by using this display element, it is possible to provide a high-definition display device having a resolution of about the wavelength of light.
[0038]
Hereinafter, the operation principle for explaining the above-described operation will be described with reference to FIGS.
[0039]
FIG. 2 shows the band structure of the cathode bus 2, the phosphor cold cathode 4, and the anode bus 3 when a voltage that does not cause electron emission from the phosphor cold cathode 4 is applied between the cathode bus 2 and the anode bus 3. FIG.
[0040]
FIG. 3 is a diagram showing the band structure of the cathode bus 2, the phosphor cold cathode 4, and the anode bus 3 when electrons are emitted from the phosphor cold cathode 4.
[0041]
In the case shown in FIG. 2, there is no electron emission from the phosphor cold cathode 4, and the band structure of the phosphor cold cathode 4 is almost the same as when no voltage is applied. In this case, since no electrons move in the phosphor cold cathode 4, no light is emitted.
[0042]
In contrast, when the voltage is higher than a predetermined voltage (electron emission start voltage) between the phosphor cold cathode 4 and the anode bus 3, electrons are emitted from the tip of the phosphor cold cathode 4. The mechanism by which electrons are emitted is not clearly understood at present, but is thought to be due to the mechanism described below.
[0043]
That is, the electrons in the vicinity of the Fermi energy of the metal constituting the cathode bus 2 pass through the barrier of the metal (metal constituting the cathode bus 2) / phosphor (phosphor constituting the phosphor cold cathode) by the tunnel effect and fluoresce. Injected into the body's conduction band.
[0044]
Electrons injected into the conduction band of the phosphor travel through the conduction band of the phosphor, pass through the phosphor / gas layer barrier by the tunnel effect, and are emitted to the gas layer.
[0045]
Further, when electrons are emitted in the vicinity of the boundary surface between the phosphor cold cathode 4 and the gas layer, and the electron injection frequency in the vicinity of the boundary surface between the cathode bus 2 and the phosphor cold cathode 4 is low, space charges are generated in the phosphor. And the band bends as shown in FIG. The greater the difference between the emission of electrons near the boundary between the phosphor cold cathode 4 and the gas layer and the injection of electrons near the boundary between the cathode bus 2 and the phosphor cold cathode 4, the greater the bending of the band.
[0046]
Electrons that move in the phosphor under an electric field generated by the bending of the band are accelerated. Therefore, if an impurity serving as a light emission center is added to the phosphor cold cathode 4, the electrons that are accelerated and move at high speed are added. Colliding and exciting impurities that become the emission center. Then, electroluminescence (EL) occurs in which the excited impurity emits light when returning to the ground state.
[0047]
FIG. 3 shows the case where the inner core electrons of the impurity serving as the emission center are excited, but the principle is the same in the case of light emission due to donor-acceptor recombination due to electron-hole pair formation in the phosphor.
[0048]
If the bending of the band is increased, the electrons are further accelerated, so that the emission intensity can be increased. For this purpose, it is desirable to increase the difference between the electron emission near the boundary surface between the phosphor cold cathode 4 and the gas layer and the electron injection near the boundary surface between the cathode bus 2 and the phosphor cold cathode 4.
[0049]
Therefore, it is desirable to select a combination of the cathode bus material and the phosphor so that the Schottky barrier between the cathode matrix 2 and the phosphor cold cathode 4 is increased.
[0050]
In this manner, in the structure of the display element shown in FIG. 1, the electric field is concentrated on the tip region of the phosphor cold cathode 4, so that the light emitting region can be reduced according to the processing level of the tip.
[0051]
Further, when a nano-sized crystal of a II-VI group semiconductor or a rare earth oxide is used as the phosphor cold cathode 4, a display device having nano-sized pixels can be realized. That is, the light emitting region can be determined by the size of the phosphor cold cathode 4.
[0052]
Embodiment 2. FIG.
In Embodiment 2, a method for manufacturing a display device using the display element described in Embodiment 1 will be described.
[0053]
FIG. 4 is a diagram schematically showing main steps of a method for manufacturing a display device. First, as shown in FIG. 4A, the cathode bus 2 is formed on the glass substrate 1b. As a technique for forming the cathode bus 2, for example, a photolithography technique used when manufacturing a semiconductor can be used. According to this photolithography technique, the line width of the cathode bus 2 formed on the glass substrate 1b can be several tens of nm.
[0054]
Next, as shown in FIG. 4B, for example, a host crystal of a phosphor made of a II-VI group semiconductor such as ZnS or ZnO is deposited on the glass substrate 1b on which the cathode bus 2 is formed. As a deposition method, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used. The thickness of the II-VI group semiconductor to be deposited is determined in consideration of the voltage applied to the cathode bus 2.
[0055]
The material to be deposited may be a phosphor made of rare earth oxide, for example.
[0056]
Next, as shown in FIG. 4C, an impurity serving as a light emission center is implanted into a region corresponding to the cathode bus 2 with respect to the deposited mother crystal. Impurities to be injected are a red light impurity for emitting red light, a green light impurity for emitting green light, and a blue light impurity for emitting blue light.
[0057]
For the implantation, an ion implantation method or the like can be used. In this manner, the red light cold cathode 41 that emits red light, the green light cold cathode 42 that emits green light, and the blue light cold cathode 43 that emits blue light can be formed.
[0058]
As the impurity emitting red light, for example, Ag or Al is used when the mother crystal is ZnS. Examples of the green light emitting impurity include Cu, Al, and Zn when the mother crystal is ZnS. Examples of impurities that emit blue light include Ag, Al, and Zn. In addition, the step in FIG.4 (b) and FIG.4 (c) is an example of a cold cathode formation step.
[0059]
After the impurity is implanted, an annealing process is performed for solid solution of the implanted impurity at the lattice position and recovery of crystallinity damaged by the impurity implantation.
[0060]
Subsequently, as shown in FIG. 4D, the shapes of the tips of the red light cold cathode 41, the green light cold cathode 42, and the blue light cold cathode 43 are sharpened.
[0061]
As a sharpening method, for example, etching can be performed. This step is an example of a sharpening step.
[0062]
In this way, with respect to the glass substrate 1b on which the phosphor cold cathode 4 is formed, as shown in FIG. 4 (e), the glass substrate 1a having the anode bus 3 arranged in a direction substantially orthogonal to the cathode bus 2. Are arranged to face each other as a display device.
[0063]
In this manner, a display device using the display element in Embodiment Mode 1 can be manufactured.
[0064]
As shown in FIG. 4A, there is no need to form the cathode bus 2 on the glass substrate 1b. That is, you may use the glass substrate 1b which formed the cathode bus-bar 2 previously.
[0065]
FIG. 5 shows a modification of the method for manufacturing the display device described in FIG. In the step shown in FIG. 4B, the host crystal of the phosphor is deposited, but as shown in FIG. 5B, the phosphor made of II-VI group semiconductor or the phosphor made of rare earth oxide is used. Nano-sized (1 μm or less) crystals may be formed only on the cathode bus 2 (phosphor deposition step). In this case, it is desirable to deposit on the cathode bus 2 under the condition that crystals selectively grow.
[0066]
Alternatively, the phosphor cold cathodes may be arranged in a matrix, and the display device may be configured to selectively apply a voltage to the phosphor cold cathodes arranged in a matrix. In this case, since the anode can be configured as a single flat planar electrode, the anode need not have a busbar structure. Moreover, since the position of the anode can be set to a position suitable for electron emission from the cold cathode, the degree of freedom in device design can be increased. For this reason, when a vacuum is applied between the phosphor cold cathode and the anode, vacuum packaging can be easily performed.
[0067]
【The invention's effect】
The display element according to the present invention can provide a display element having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm).
[0068]
Further, according to the display device of the present invention, it is possible to provide a display device having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm).
[0069]
Further, according to the display device manufacturing method according to the present invention, a display device having a resolution of about the wavelength of visible light (several hundred nm to 1 μm) can be manufactured.
[0070]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a display element in Embodiment 1. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a band structure when electrons are not emitted.
FIG. 3 is a diagram showing a band structure when electrons are emitted.
4 is a diagram schematically showing a part of the manufacturing method of the display device using the display element in the first embodiment. FIG.
FIG. 5 shows a modification of the method for manufacturing the display device described in FIG.
[Explanation of symbols]
1a glass substrate 1b glass substrate 2 cathode bus 3 anode bus 4 phosphor cold cathode 5 mother crystal 41 red light cold cathode 42 green light cold cathode 43 blue light cold cathode

Claims (10)

蛍光体を含み、外部より電界を加えると電子を放出し、先端の形状が先鋭化されている冷陰極と、
上記冷陰極に対向して配置された陽極とを備え、
上記冷陰極と上記陽極との間に電圧を印加することによって上記冷陰極より電子が放出される際、上記冷陰極の先端領域が発光することを特徴とする表示素子。
A cold cathode containing a phosphor, emitting electrons when an electric field is applied from the outside, and having a sharpened tip shape ;
An anode disposed opposite to the cold cathode,
A display element, wherein when a voltage is applied between the cold cathode and the anode, electrons are emitted from the cold cathode, and a tip region of the cold cathode emits light.
発光する表示素子を複数備える表示装置において、
上記発光素子は、蛍光体を含み、外部より電界を加えると電子を放出し、先端の形状が先鋭化されている冷陰極と、
上記冷陰極に対向して配置された陽極とを備え、
上記冷陰極と上記陽極との間に電圧を印加することによって上記冷陰極より電子が放出される際、上記冷陰極の先端領域が発光することを特徴とする表示装置。
In a display device including a plurality of display elements that emit light,
The light emitting element includes a phosphor, emits electrons when an electric field is applied from the outside, and a cold cathode whose tip shape is sharpened ;
An anode disposed opposite to the cold cathode,
A display device, wherein when a voltage is applied between the cold cathode and the anode, electrons are emitted from the cold cathode, and a tip region of the cold cathode emits light.
上記表示装置は、赤色光を発する赤色光冷陰極と、緑色光を発する緑色光冷陰極と、青色光を発する青色光冷陰極とを備えることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。  The display device according to claim 2, further comprising a red light cold cathode that emits red light, a green light cold cathode that emits green light, and a blue light cold cathode that emits blue light. 上記蛍光体は、II−VI族半導体を主成分とすることを特徴とする請求項2又は3に記載の表示装置。The phosphor A display device according to claim 2 or 3, characterized in that a main component group II-VI semiconductor. 上記蛍光体は、希土類酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項2又は3に記載の表示装置。The phosphor A display device according to claim 2 or 3, characterized in that a main component a rare earth oxide. 上記表示装置は、さらに上記冷陰極を形成する母体となり、規則的に配列された陰極母線を備え、
上記陽極は、上記陰極母線と概ね直交しながら規則的に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
The display device further serves as a base for forming the cold cathode, and includes regularly arranged cathode bus bars,
The display device according to claim 2, wherein the anode is regularly arranged while being substantially orthogonal to the cathode bus.
上記冷陰極は、マトリックス状に配置され、
上記表示装置は、マトリックス状に配置された上記冷陰極に対して、選択的に電圧を印加することを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
The cold cathode is arranged in a matrix,
The display device according to claim 2, wherein the display device selectively applies a voltage to the cold cathodes arranged in a matrix.
上記表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であることを特徴とする請求項2ないしのいずれかに記載の表示装置。The display device, a display device according to any one of claims 2, characterized in that a stereoscopic image display device for displaying a stereoscopic image 7. 請求項2ないし9のいずれかに記載の表示装置を製造する表示装置製造方法において、
外部より電界を加えると電子を放出する冷陰極を形成する母体となる陰極母体上に、蛍光体を含む冷陰極を形成する冷陰極形成ステップと、
上記冷陰極形成ステップで形成した冷陰極の先端を先鋭化する先鋭化ステップとを備えることを特徴とする表示装置製造方法。
A display device manufacturing method for manufacturing the display device according to claim 2 ,
A cold cathode forming step of forming a cold cathode containing a phosphor on a cathode matrix that forms a cold cathode that emits electrons when an electric field is applied from the outside;
A sharpening step for sharpening the tip of the cold cathode formed in the cold cathode forming step.
上記冷陰極形成ステップは、概ね上記陰極母体の上にだけ蛍光体を堆積させる蛍光体堆積ステップを備えることを特徴とする請求項に記載の表示装置製造方法。The display device manufacturing method according to claim 9 , wherein the cold cathode forming step includes a phosphor deposition step of depositing a phosphor substantially only on the cathode matrix.
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