JP4724281B2

JP4724281B2 - 表示装置

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Publication number: JP4724281B2
Application number: JP2000279421A
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Inventors: 達哉岩崎; 透田
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Publication date: 2011-07-13
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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、特に蛍光体や発光素子などの発光部を配列した部位を有し、上記発光部を一つの画素として画像を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自発光型表示装置として、蛍光体を電子線で励起するＣＲＴ、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＦＥＤ（フィエールドエミッションディスプレイ）、さらには放電で生じる紫外線を用いて励起を行うＰＤＰ（プラズマディスプレイ）などが知られている。他に、発光素子を表示装置に適用した例として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）などを配した表示装置が挙げられる。これらの表示装置に関しては、たとえば、月刊ディスプレイ２０００年１月号の特集「２０世紀のディスプレイの歩み」に開示されている。
【０００３】
これらの表示装置は、たとえば図１２に示すように、発光部すなわち、蛍光体や発光素子５を基板４上に配列し、それぞれの発光部を発光画素として発光を制御することで画像を表示するものである。
【０００４】
また、発光部の間に画素分離部を配置し、互いの画素における発光を遮断することを行う。たとえば蛍光体を用いる場合には、図１２（ｂ）に示すように発光画素の間には互いの画素における発光を遮断するために、黒色部３のブラックストライプとして知られる光吸収層などに挙げられる画素分離部を配置することが行われている。一方で、このブラックストライプには、この画素間の光遮断に加え、他にも、外光に対する吸収率を増大することによりコントラストを向上させという別の効果がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、輝度の高い表示装置を実現するためには画素分離部の面積（体積）を小さくし、多くの面積を発光部に割り当てることが望ましいが、画素分離部を小さくすると画素間の光の遮断が不十分になることがあった。特に、小面積で高精細の表示装置を実現しようとする、細かな文字などを表示した際に、文字の輪郭がぼやけて鮮明に文字を表示することができなくなる。
【０００６】
また、従来のブラックストライプは光を吸収するため、図１２（ｂ）に示すように発光部からの発光の一部は吸収され、光を外部に取り出すことができず、実質的な発光量を無駄にしていた。
【０００７】
本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、画素分離部にフォトニック結晶を適用することで、細かな文字や図などを表示した際に鮮明に文字を表示することができ解像度の高い、輝度、コントラストの高い表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の以下の構成および製法により解決できる。
即ち、本発明は、発光部と、該発光部を分離する画素分離部を配列した部位を有する表示装置において、該発光部と画素分離部の少なくとも一方は該発光部から発せられる発光の波長より小さい周期で周期的に屈折率の異なる材料が配列したフォトニック結晶を有していることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
さらに、本発明の表示装置は、以下の特徴を有する。
該画素分離部は該発光部から発せられる発光の波長より小さい周期で周期的に屈折率の異なる材料が配列したフォトニック結晶を有していることを特徴とする。
該発光部は蛍光体からなり、さらに該蛍光体を励起する手段を具備することを特徴とする。
該発光部は発光素子を有してなり、さらに該発光素子の発光を制御する駆動手段を有することを特徴とする。
該画素分離部は、該フォトニック結晶からなる部位に加え、黒色部を有することを特徴とする。
【００１０】
該フォトニック結晶から成る部位は、該黒色部と該発光部の間に配することを特徴とする。
該画素分離部において、該フォトニック結晶は該黒色部の上もしくは下に配されることを特徴とする。
該フォトニック結晶は、屈折率の異なる材料を２次元的に配列した構造からなることを特徴とする。
該フォトニック結晶は、屈折率の異なる円柱を２次元的に三角格子状に配列した構造からなることを特徴とする。
該フォトニック結晶には陽極酸化アルミナが適用されていることを特徴とする。
【００１１】
該発光部が、発光波長より小さい周期で周期的に屈折率の異なる材料が配列したフォトニック結晶からなることを特徴とする。
該発光部は発光材料が２次元的に配列した構造からなることを特徴とする。
該発光部は円柱状の発光材料が２次元的に三角格子状に配列した構造からなることを特徴とする。
【００１２】
該画素分離部が屈折率の異なる円柱を２次元的に三角格子状に配した構造からなるフォトニック結晶からなり、さらに該発光部は円柱状の発光材料が２次元的に三角格子状に配列した構造からなり、さらに該発光部における該円柱状の発光材料の径が該画像分離部における該円柱の径より大きいことを特徴とする。
該発光部の発光によって励起される蛍光体を具備し、該蛍光体からの発光により画像を形成することを特徴とする。
該発光部はＧａＮ系発光ダイオードからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明により、発光部の間に画素分離部として後述のフォトニック結晶を適用することで、画素間に幅の狭い小面積で十分な光反射能を有する画素分離部を構成できる。
【００１４】
これにより、画素分離部の面積低減がはかられ、開口率の向上にともなう輝度向上が可能となる。特に、高精細ディスプレイに適用した際に、細かな文字まで輪郭をはっきりさせて、精度良く表示することができるという作用がある。
【００１５】
さらには、発光部にも周期構造を適用することで、輻射場の制御により発光部の発光強度増強や、発光スペクトルなどの制御が可能となる。すなわち、発光部と画素分離部の両方にフォトニック結晶を適用することで、さらに明るい表示画像を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の表示装置の構成について説明する。
＜構成＞
図１は本発明の表示装置における、発光部１と画素分離部２の配置の一例を示す概念図である。図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）は面内における配置の例を示す平面図である。
【００１７】
本発明の表示装置は、図１のように、複数の発光体からなる画素１０を配列してなり、各発光体からの発光により画像や文字など表示を行う。本発明の表示装置は、発光体の間にはフォトニック結晶からなる画素分離部２を配置することを特徴とする。発光体より放出された光は、このフォトニック結晶からなる画素分離部２で効果的に反射されるために、画素間で光が十分に遮断される。さらには、発光部から生じた発光を有効に外部に取り出すことができる。
【００１８】
本発明の発光部１としては、任意の蛍光体６や発光素子５を適用することができる。蛍光体６を用いる場合には、図２（ｂ）に示すように電子線や紫外線を発する励起源を対向して配置し、励起源を制御することで画像を表示する。発光素子５を用いる場合は、図２（ａ）のように基板４上に配列して発光素子５を配置し、それぞれの発光素子５に接続された駆動手段（不図示）により発光量を制御することで画像を表示する。
【００１９】
本発明の表示装置において、発光部１に蛍光体６を用いる例としては、電子線で励起するＣＲＴ、ＶＦＤ（蛍光表示管）、図６（ａ）に示すようなＦＥＤ（フィエールドエミッションディスプレイ）、さらには、紫外線で励起するものとして、図６（ｂ）に示すようなたとえばＧａＮをべースとしたＬＥＤ１２と蛍光体６を用いた紫外線励起ディスプレイ、さらには放電で生じる紫外線を用いて励起を行うＰＤＰ（プラズマディスプレイ）などが挙げられる。
【００２０】
本発明の発光部１に発光素子５を用いた表示装置に適用した例としては、それぞれ図７（ｃ），（ｄ），図８（ｅ）に示すように、発光素子５として、無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、有機ＥＬ素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）１３などを配した表示装置が挙げられる。
【００２１】
他にも、蛍光体６を励起する励起手段に光励起源、たとえば紫外光励起を用いる場合には、図８（ｆ）のように紫外発光素子１２の間にフォトニック結晶を配置することで、紫外発光素子１２からの励起光を効果的に蛍光体６に照射することが可能となり、明るい表示装置を実現できる。さらには、このような構成により隣接画素の蛍光体６への紫外線照射が少なくなるため、解像度が高い表示装置とすることができる。
【００２２】
本発明の画素分離部２にはフォトニック結晶を適用する。ここでフォトニック結晶は、２種類以上の屈折率（誘電率）の異なる部位を周期的に配列することで、その光学的性質を制御したものである。フォトニック結晶については、「ＯｐｌｕｓＥ」１９９９年１２月号特集：「フォトニック結晶」に詳しい。この様な媒質は、半導体のバンド形成理論において電子波がブラッグ反射されてエネルギーＥと波数ｋとの分散関係がバンドを形成するのに類推されるように、光においても波長程度の屈折率の周期性がフォトニックバンドを生み出す。さらに、その周期構造によっては、光が存在できない波長領域、すなわちフォトニックバンドギャップが形成され、大きな光反射能を有するようになる。その構造周期として光の波長程度から光の波長の数分の１のサイズを必要とするため、可視光域のフォトニック結晶においては、フォトニック結晶を構成する材料の屈折率にもよるが、たとえば１００〜４００ｎｍ程度の周期構造が挙げられる。
【００２３】
フォトニック結晶の構造例としては、たとえば、２次元方向（ｘ、ｙ方向）に周期性を有する２Ｄフォトニック結晶が挙げられ、たとえば図４（ａ）に示すように、第１の誘電部位（材料）２１の中に、柱状形状の第２の誘電部位（材料）２２が規則的に２次元に配列した構造が挙げられる。他にも、３Ｄフォトニック結晶として、３次元方向に周期性を有する構造であり、たとえば図４（ｂ）示すように誘電体の棒（ロッド）２４を積み上げた構造や、図４（ｃ）のように誘電体球２５を積み上げた構造などが挙げられる。本発明においては、周期構造により生じたフォトニックバンド構造により発光波長において、フォトニックバンドギャップが開いていることがより好ましいが状態密度が減少していれば効果を有する。
【００２４】
２次元フォトニック結晶の周期構造としては、図５（ｂ）に示すような正方配列や図５（ｃ）に示すような三角格子配列などがあげられるが、フォトニックバンドギャップが開くという観点から、図５（ｃ）に示すように６方向対称でハニカム状に規則的に配列した三角格子配列の構造が好ましい。また、本発明においては発光部１を基板４上に２次元的に配列し、その間に光を遮断する目的で配置する観点、さらには比較的容易に作製できる点から、特に２Ｄフォトニック結晶が好適である。
【００２５】
フォトニック結晶のフォトニックバンドは、その構造、構成材料などでかわるが、その構造周期サイズと波長の間にはスケール則が成り立つため、構造周期を制御することで所望の波長域にフォトニックバンドギャップを設定することができる。すなわち、発光部１の発光波長に応じてその周期構造を適宜設計することで、その発光を高度に反射しうる画素分離部２を構成できる。
【００２６】
画素分離部２において光を十分に遮断するための周期構造の周期数は、フォトニックバンドの構造にもよるが、たとえば５〜２０層程度の周期数で十分な反射能とすることができる。フォトニック結晶のこのような性質により、画素分離部２は波長の数１０倍程度の幅（厚さ）を有すれば十分であり、画素分離部２の面積を小さくすることができる。もちろん、これ以上の周期数があってもなんら問題ない。
【００２７】
フォトニック結晶は２種類以上の異なる材料で構成されるが、構成する材料としては、屈折率の異なるものであればこだわらず、任意のガラス材料、半導体材料、酸化物材料、金属材料、有機材料などが適用可能である。また、大気や真空などを一つの材料とみなすことができる。たとえば大気中で誘電棒や誘電球を配列させることでフォトニック結晶を作製できる。
【００２８】
フォトニック結晶から成る画素分離部２を単色の表示装置に適用する場合には、その単色光の波長に応じて、フォトニック結晶の構造を適宜選び、フォトニックバンドギャップがその波長に対応し、反射率が大きくなるように選ぶことができる。
【００２９】
また、カラー表示装置に適用する場合には、フォトニック結晶の構造を設定し、可視域全域にわたりフォトニックバンドギャップが開くように構成することや、Ｒ，Ｇ，Ｂの色に対応して、所望の波長域に適合するようにフォトニック結晶の構造を設定することが挙げられる。
【００３０】
また、フォトニックバンドギャップの幅、すなわち、十分な反射能を有する波長幅が小さく、所望の波長域をカバーできない場合には、異なる構造、たとえば周期の異なるフォトニック結晶を複数層（列）並べて配置することで、所望の波長域をカバーすることができる。
【００３１】
さらに、本発明においては、発光部１にフォトニック結晶を適用しても良い。
あらかじめ周期構造を作製しておき、その一部に発光能をもたせることで、たとえば図１０に示すように画素分離部２と発光部２８の両方をフォトニック結晶とすることができる。このような構成は、作成方法によっては作製の簡略化がはかられ、好ましい。また、また、発光部２８にフォトニック結晶を適用し、たとえばフォトニックバンドの状態密度の大きい波長域が発光波長に対応するようにフォトニック結晶を設計することで、発光強度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、画素分離部２には、上述のフォトニック結晶に加えて、黒色部３を併用することができる。従来、黒色部（ブラックストライプ）は、画素間の光遮蔽と外光反射によるコントラスト向上の２つの目的のために用いられてきた。本発明においては、画素分離部２にフォトニック結晶を適用することで光遮蔽の効果を増強し、さらに黒色部３を配するによって外光に光を吸収しコントラストを向上するという２つの効果を両立した表示装置とすることができる。
【００３３】
たとえば、図３に示すように、発光素子５の間にフォトニック結晶と黒色部３を並べて配置する（図３（ａ））ことや、黒色部３すなわちブラックストライプ上にフォトニック結晶を配置する（図３（ｃ））こと、基板４に裏面に黒色部３を配置する（図３（ｂ））などの例があげられる。
【００３４】
特に２Ｄフォトニック結晶を適用した場合には、図５（ａ）に示すｘ、ｙ方向の周期方向においては大きな反射能を有するが、非周期方向においては透過するため、図３ｂ）のような構成を用いた場合、発光部から発光に対しては反射能を有し、外光に対しては透過し黒色部での外光の吸収を可能とする。これにより、光遮蔽とコントラスト向上の両立が可能である。
【００３５】
さらには、図１１に示すように黒色部２９も周期構造としてもよい。この場合も周期構造を作成後、その一部に黒色材料を埋め込むことで黒色部２９とすることができる。
黒色部３には、黒色を呈している材料であればこだわらないが、たとえば黒色樹脂やカーボンを主成分とした材料などの黒色材料を用いることができる。
【００３６】
＜画素分離部の作製方法＞
次に、本発明の画素分離部２すなわちフォトニック結晶の製法について説明する。
本発明の、画素分離部２を作製する手法として、まず電子線リソグラフィーやフォトリソグラフィーとエッチングなどの半導体加工技術を適用したパターニング手法を用いることがあげえられる。これにはあらかじめ所望のパターンを作製した後、エッチングや選択成長などの手法で作製することがあげられる。
【００３７】
しかしこのような手法は、パターニング形成において歩留まりの悪さや装置のコストが高いなどの問題があるため、以下のように自然に形成される規則的なナノ構造を用いる事が好ましい。たとえば、陽極酸化アルミナ皮膜、誘電体球の自己組織配列の技術などが挙げられる。
【００３８】
特に、陽極酸化アルミナは、陽極酸化という簡易な手法で大面積にわたるアスペクトの高い２次元周期構造すなわち、２Ｄフォトニック結晶を作製できるため最も好ましい。また、その周期サイズは作製条件により数１０から５００ｎｍの範囲で制御できるため、可視域においてフォトニック結晶の作製に有用である。
【００３９】
以下に陽極酸化アルミナナノホールについて説明する。
陽極酸化アルミナナノホールはＡｌ膜やアルミ箔、アルミ板などをある特定の酸性溶液中で陽極酸化することにより作製される（たとえばＲ．Ｃ．Ｆｕｒｎｅａｕｘ，Ｗ．Ｒ．Ｒｉｇｂｙ＆Ａ．Ｐ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ「ＮＡＴＵＲＥ」Ｖｏｌ．３３７、Ｐ１４７（１９８９）等参照）。図９に陽極酸化アルミナナノホールの概略図を示す。この陽極酸化アルミナ層５２は、Ａｌと酸素を主成分とし、多数の円柱状のナノホール５３を有し、そのナノホール５３は、基体の表面にほぼ垂直に配置し、それぞれのナノホールは互いに平行かつほぼ等間隔に配置している。すなわち、第１の誘電部位（アルミナ）の中に、柱状形状の第２の誘電部位（中空）が、ハニカム状に規則的に２次元に配列した構造（２次元フォトニック結晶としての構造）を有する。アルミナナノホールの直径２ｒは数ｎｍ〜数１００ｎｍ、間隔２Ｒは数１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、陽極酸化条件により制御可能である。また、アルミナナノホール層５２の厚さ、ナノホールの深さは、陽極酸化時間などで制御することができる。これはたとえば１０ｎｍ〜５００μｍの間である。
【００４０】
陽極酸化アルミナの作成方法について、図１５を用いて詳しく説明する。
陽極酸化の前工程として、アルミの表面に陽極酸化の細孔開始点５５となるよう凹凸を作製しておく。この表面加工により、アルミナの細孔配列を規則的なものとする事ができる（益田：「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」Ｎｏ．８（１９９８年）２１１頁参照）。この凹凸は、陽極酸化アルミナの細孔配列に対応して、ハニカム状に形成されていることがアスペクト比の大きいナノホールを作製するうえで好ましい。この細孔開始点５５（凹部）の形成方法としては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する手法、ＡＦＭを始めとするＳＰＭを用いて行う手法、特開平１０−１２１２９２号公報で開示されたプレスパターニングを用いて凹みを作成する手法、レジストパターン作成後エッチングにより凹みを作る手法などを用いることが挙げられる。
【００４１】
これらの中でも、集束イオンビーム照射を用いる手法は、レジスト塗布、電子ビーム露光、レジスト除去といったような手間のかかる工程は不必要であり、直接描画で所望の位置に短時間で細孔開始点５５を形成することが可能であることや、被加工物に圧力をかける必要がないので、機械的強度が強くない被加工物に対しても適用可能であるなどの観点から特に好ましい。
【００４２】
引き続き、陽極酸化を行うが、実際の陽極酸化は図１６に示すような装置で行うことができる。図１６中、４０は恒温槽であり、４１は試料、４２はＰｔ板のカソード、４３は電解質、４４は反応容器であり、４５は陽極酸化電圧を印加する電源、４６は陽極酸化電流を測定する電流計、４７は試料ホルダーである。図では省略してあるが、このほか電圧、電流を自動制御、測定するコンピュータなどが組み込まれている。試料４１およびカソード４２は、恒温水槽により温度を一定に保たれた電解質中に配置され、電源より試料、カソード間に電圧を印加することで陽極酸化が行われる。陽極酸化に用いる電解質は、たとえば、シュウ酸、りん酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる。
【００４３】
アルミナナノホールの細孔間隔すなわち構造周期は、陽極酸化電圧とほぼ次式（１）の相関を有するため、開始点配列（間隔）に対応して陽極酸化電圧を設定する事が望ましい。
【００４４】
【数１】

【００４５】
アルミナナノホールの厚さは、アルミ膜の膜厚や陽極酸化の時間によって制御する事ができる。たとえば全アルミ膜厚をすべてアルミナナノホールに置換する事や、所望のアルミ膜を残す事もできる。
【００４６】
さらにアルミナナノホール層を酸溶液（たとえばりん酸溶液）中に浸す処理（ポアワイド処理）により、適宜ナノホール径を広げることができる。酸濃度、処理時間、温度を制御することにより所望のナノホール径を有するアルミナナノホールとすることができる。
【００４７】
さらにゾルゲル、ＣＶＤ、電着などの手法により、細孔内に誘電体や金属、発光体などを充填することもできる。たとえば、発光材料を充填し発光素子を構成することで、発光材料を充填した部分を発光部１として、さらに非充填部を画素分離部２として構成することができる。他にも細孔内に、黒色樹脂や金属を充填することで前述の黒色部３とすることができる。このような手法は、一連のプロセスで作製でき、作製簡略化の観点から好ましい。
【００４８】
ここでは、２Ｄフォトニック結晶の陽極酸化アルミナの作成方法に関して述べたが、周期構造を作製できるものであれば、その製法は適宜用いることができる。
【００４９】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるものではなく、上述の概念に含まれるものであれば、その構成、製法は、適用される。
【００５０】
実施例１
本実施例においては、三角格子周期パターンのフォトニック結晶から成る画素分離部と蛍光体を配列したフェースプレートに電子線を照射することで画像を表示する表示装置を作成した例である。
【００５１】
図１３は本実施例のフェースプレートの作製工程を示す図である。
まず、透明導電膜７４のＩＴＯ膜が製膜されたガラス基板７５上に厚さ２０ｎｍのＣｒ膜７９、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂膜７８を製膜した（図１３（ａ））。引き続き、レジスト膜形成、電子ビーム露光、現像、ドライエッチによりＳｉＯ₂からなる周期パターン８０を作製した（図１３（ｂ））。周期パターンは、１４０ｎｍ径、深さ２５０ｎｍの円柱細孔が図５（ｃ）のように三角格子状に２１０ｍの周期で配列したものである。レジスト除去後、さらにフォトリソグラフィーの技術を用い、円柱細孔が並んだＳｉＯ₂パターンの中に、発光部のパターンとなる３０ミクロンサイズの六角形のパターンを形成し、下地Ｃｒ層上部までトライエッチし、最後にＣｒをウエットエッチした。
【００５２】
以上により、３０ミクロンサイズの六角形の開口パターン８１の周りを、フォトニック結晶となりうるＳｉＯ₂からなる周期パターン８０を配した構造を作製した（図１３（ｃ））。隣接する開口パターン間の距離、すなわち画素分離部の幅は５ミクロンとした。
【００５３】
さらに、六角形の部位に発光材料として酸化亜鉛膜７７を電着により製膜した。電着は、６５℃に保持した硝酸亜鉛０．１Ｍの水溶液中で、白金の対向電極と共に浸して約−１．５Ｖの負の電圧を印加することで厚さ約３００ｎｍのＺｎＯを堆積した。これにより酸化亜鉛膜の周囲に、ＳｉＯ₂の三角格子周期パターンからなる画素分離部を有するものが作製された（図１３（ｄ））。
【００５４】
さらに、２％Ｈ₂ と９８％Ｈｅの還元雰囲気中で５００℃、１０ｍｉｎの熱処理を行うことで、酸化亜鉛膜の酸素組成比を減じ、波長５００ｎｍ付近の緑色発光を示す蛍光体とした。
最後にメタルバック層としてアルミ膜７１を１００ｎｍ製膜し、フェースプレートを完成した（図１３（ｅ））。
【００５５】
比較例１として、ＳｉＯ₂を周期パターンに加工せず、六角形の酸化亜鉛膜の周囲にＳｉＯ₂を有するものを用意した。
【００５６】
本実施例の発光部に電子線を照射し、カソードルミネッセンスのマッピング評価を行ったところ、比較例１に比べて発光が画素分離部で反射され、発光部の上部に放出される傾向がみられた。すなわち、隣接画素への光漏れが少ないことが見て取れた。
【００５７】
また、本実施例と比較例１で作製したフェースプレートと対向してスピント型の電子源１４を配列した電子源基板を配置し、真空容器１５内に封止し、図６（ａ）に示すようなＦＥＤ表示装置を作製した。電子源から放出された電子１９を電子加速手段１７で加速、蛍光体６に照射することで画像を表示させたところ、本実施例において比較例１に比べて細かい画像まで鮮明に表示することができた。
【００５８】
実施例２
本実施例においては、図３（ｃ）に示すように、黒色部の上に三角格子周期パターンのフォトニック結晶を配した画素分離部と、発光体を配列したフェースプレートに電子線を照射することで画像を表示する表示装置を作成した例である。また本実施例のフォトニック結晶は、アルミの陽極酸化により作製した陽極酸化アルミナからなる。
【００５９】
図１４は本実施例のフェースプレートの作製工程を示す図である。
開口部になるパターンのレジスト層７２をフォトリソグラフィーで形成後、黒色部となる厚さ１００ｎｍのアモルファスカーボン膜、陽極酸化のストップ層として働く厚さ５０ｎｍのＴｉ膜（不図示）、厚さ２ミクロンのアルミ膜を製膜し（図１４（ａ））、アルミ膜を陽極酸化し陽極酸化アルミナに変換した（図１４（ｂ））。陽極酸化アルミナはアルミナからなる周期構造を有し、フォトニック結晶として作用する。
【００６０】
陽極酸化に先立ち、アルミ膜表面にＦＩＢ照射による開始点（くぼみ）形成を行うことで、細孔をハニカム状に規則的に配列したものとした。本実施例においてはＧａの集束イオンビームを照射することで用い、１９０ｎｍ間隔のハニカム配列にドット状の開始点を形成した。ここで集束イオンビーム加工のイオン種はＧａ，加速電圧は３０ｋＶ、イオンビーム径は１００ｎｍ、イオン電流は３００ｐＡ、各ドットの照射時間は１０ｍｓｅｃとした。陽極酸化は図１６に示す装置を用い、本実施例においては、陽極酸化の電解液として０．３Ｍリン酸浴を用い、７６Ｖの陽極酸化を行った。さらにポアワイド処理として、２５℃のりん酸溶液５ｗｔ．％中に７５分浸すことでりナノホール径を約１５０ｎｍに広げた。
【００６１】
引き続き、レジスト７２を除去（図１４（ｃ））し、発光部となる開口を形成した。発光部のサイズは４０ミクロンの円形とし、５０ミクロン周期で配置した。また画素分離部は約１０ミクロンの幅である。
実施例１と同様な手法で、発光部パターンに酸化亜鉛膜７７を堆積させた（図１４（ｃ））。酸化亜鉛膜の厚さは約２ミクロンである。
【００６２】
さらに、２％Ｈ₂ と９８％Ｈｅの還元雰囲気中で５００℃、１０ｍｉｎの熱処理を行うことで、酸化亜鉛膜の酸素組成比を減じ、波長５００ｎｍ付近の緑色発光を示す蛍光体とした。
最後にメタルバック層としてアルミ膜７１を１００ｎｍ製膜し、フェースプレートを完成した（図１４（ｅ））。
【００６３】
本実施例の発光部に電子線を照射し、カソードルミネッセンスのマッピング評価を行ったところ、発光が画素分離部で反射され、発光部の上部にのみ放出される傾向がみられた。すなわち、隣接画素への光漏れが少ないことが見て取れた。
【００６４】
また、本実施例で作製したフェースプレートを用い実施例１と同様にしてＦＥＤ表示装置を作製し、画像を表示させたところ、細かい画像まで鮮明に表示することができた。また、黒色部、すなわちブラックストライプを有するために、コントラストが高い画像が得られた。
【００６５】
さらに、本実施例においては、陽極酸化アルミナを用いることで比較的容易な手法でアスペクト比の高い周期構造を作製できた。これにより発光層の厚さを厚くすることもできた。
【００６６】
実施例３
本実施例は、図７（ｃ）に示すような無機ＥＬ表示を作製した例である。陽極酸化アルミナの一部の細孔に発光材料を充填した技術を利用して無機ＥＬ素子を作製する。これにより図１０に示すように発光部、画素分離部ともに周期構造を有する。
【００６７】
図１７は本実施例の無機ＥＬ表示装置の作製工程を示す図である。
図１７に示すように、ガラス基板７５上にＩＴＯ透明電極７４、さらに絶縁層２６として厚さ２００ｎｍのＹ₂Ｏ₃膜、アルミ膜７１を６００ｎｍ製膜した（図１７（ａ））。
【００６８】
次にアルミ膜を陽極酸化することで、陽極酸化アルミナ７６とした（図１７（ｂ））陽極酸化アルミナの作成方法は実施例２に準じた。ただし、用いた開始点間隔は２２０ｎｍ、陽極酸化電圧は８８Ｖ、ポアワイド時間は９０ｍｉｎであり、細孔間隔は２２０ｎｍ、細孔径は１８０ｎｍである。
【００６９】
陽極酸化アルミナの一部をレジストで覆い、細孔内の一部に発光材料８２としてＺｎＳ：Ｍｎを充填した（図１７（ｃ））。陽極酸化アルミナにＺｎＳ：Ｍｎが充填された発光部のサイズは約６０ミクロン径の円状であり、非充填部のすなわち画素分離部の幅は５ミクロン程度である。ＺｎＳ：Ｍｎの堆積には、試料を０．０５Ｍ酢酸亜鉛、０．００１Ｍ酢酸マンガンの混合水溶液中に３ｍｉｎ浸したあと、アンモニアを用いてｐＨを１２に調整した０．０５Ｍチオアセトアミド水溶液に１０ｍｉｎ浸し、さらに６０℃で１時間の焼成を行うという３ステッププロセスを繰り返し行うことで、行った。
【００７０】
さらに、レジストを除去後、絶縁層２６として厚さ２００ｎｍのＹ₂Ｏ₃膜、さらに上部電極としてＡｌ膜を製膜することでＥＬ素子を配列した表示装置を作製した（図１７（ｄ））。
【００７１】
比較例２として、陽極酸化アルミナを用いずに、アルミナ膜にフォトリソグラフィーで発光部の開口パターニングをつくり、パターン内にＺｎＳ：Ｍｎ堆積することで作製した表示装置を用意した。
【００７２】
下部透明電極と上部電極の間に交流電圧（２５０Ｖ、５ｋＨｚ）を印加し、ＥＬ発光素子から赤橙色（波長５８０ｎｍ付近）の発光をさせたところ、本実施例においては、比較例２に比べて近接画素への光の漏れが少なく、細かい画像を精度良く表示することができた。
【００７３】
実施例４
本実施例は、図７（ｄ）に示すような発光素子として有機ＥＬ発光素子を配した表示装置の例である。
【００７４】
実施例１と同様な手法により、透明電極を配したガラス基板上に、発光部を設ける開口パターンの周りに、画素分離部と成るＳｉＯ₂からなる周期パターン（フォトニック結晶）を配した構造を作製した（図１３（ｃ））。周期パターンは、有機ＥＬ素子の発光波長をかんがみて、１４０ｎｍ径、深さ２５０ｎｍの円柱細孔が図５（ｃ）のように三角格子状に２４０ｍの周期で配列したものとした。発光部を配する開口パターンのサイズは、５０ミクロン、画素分離部の幅は５ミクロンである。
【００７５】
次に、開口内に、厚さ７５ｎｍの芳香族ジアミンからなる膜、厚さ６０ｎｍのアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）からなる膜の積層からなる有機発光層を蒸着し、さらに上部電極としてＡｇＭｇ合金膜を製膜することで有機ＥＬ素子を配した。
【００７６】
上部電極と下地透明電極間に電圧（７Ｖ）を印加し、有機ＥＬ発光素子から５５０ｎｍ付近の緑色発光をさせたところ、近接画素への光の漏れが少なく、細かい画像を精度良く表示することができた。
【００７７】
実施例５
本実施例は図８（ｅ）に示すよう発光ダイオードを配列した表示装置の例であり、画素分離部としてポリスチレン球が配列したフォトニック結晶を配した例である。
【００７８】
市販のＩｎＧａＮ系発光ダイオード（発光波長５２０ｎｍ）を、黒色の基板上に配列し実装、電気接続をおこなった。発光ダイオードのサイズは４ｍｍ径であり、隣接するダイオード間の間隔は約１ｍｍである。
【００７９】
次に発光ダイオードの間に、画素分離部として、２１０ｎｍ径のポリスチレン球を分散し、図４（ｃ）に示すような３Ｄフォトニック結晶を配することで、図８（ｅ）に示すような表示装置とした。フォトニック結晶は乱れを有したものの、５００から５５０ｎｍ付近で大きな反射率を有することを確認した。
ダイオードを発光させたところ、画素分離部にポリスチレン球を配置しなかったものとくらべて、近接画素への光の漏れが少なかった。
【００８０】
実施例６
本実施例は、陽極酸化アルミナの細孔に発光材料を充填するのを利用して図１０示すように発光部、画素分離部ともに周期構造からなるフェースプレートを作製した例であり、これに電子線を照射することで画像を表示する表示装置を作成した例である。
【００８１】
特に、本実施例は、細孔径の異なる領域を設け、細孔径の大きい細孔にのみ発光体を充填することで、円柱状の発光材料が配列した発光部と、円柱状の空孔が配列した画素分離部を有し、発光材料の円柱形が空孔の空孔径より大きい構成を作製した例である。
【００８２】
ＩＴＯが製膜されたガラス基板上にアルミ膜を製膜した後、陽極酸化し陽極酸化アルミナに変換した。陽極酸化アルミナの作成方法は実施例２に準じるが、細孔開始点５５の深さを制御することで、径の異なる細孔が配列した陽極酸化アルミナとすることができる。具体的にはＦＩＢ照射量が大きく、深さの深い最高開始点から細孔径の大きい細孔を作製できる。大きい細孔が配列した領域、すなわち発光部の形状は３０ミクロンサイズの六角形であり、隣接する小さな細孔が配列した領域、すなわち画素分離部の幅は３ミクロンである。
【００８３】
試料周りを真空に脱気後、亜鉛を含有したゾルゲル液（たとえば高純度化学製ＺＮ−０５）をスピンコートし、細孔上の余分なゾルゲル液を十分に除去後、６００℃程度の熱処理をほどこすことで、細孔内に酸化亜鉛を堆積させた。この際、ゾルゲル液を希釈し、粘性を制御することで、大きな細孔の中にのみゾルゲル液を導入することができる。すなわち、大きい細孔内のみに酸化亜鉛膜を堆積できる。
【００８４】
このようにして、大きな細孔内に発光材料が充填された領域のまわりに、小さな空孔が配列したフォトニック結晶からなる画素分離部を有した。大きな細孔、すなわち発光材料の径は１６０ｎｍ程度、小さな空孔の径は９０ｎｍ程度である。
【００８５】
さらに、２％Ｈ₂ と９８％Ｈｅの還元雰囲気中で５００℃、１０ｍｉｎの熱処理を行うことで、酸化亜鉛膜の酸素組成比を減じ、波長５００ｎｍ付近の緑色発光を示す蛍光体とした。
【００８６】
最後にメタルバック層としてアルミ膜７１を１００ｎｍ製膜し、フェースプレートを完成した（図１３（ｅ））。
【００８７】
このようにして作製した試料に、実施例１と同様な手法でカソードルミネッセンスの評価を行ったところ、発光強度が強く、また発光スペクトルのピークは長波長側に移動し、スペクトル幅が若干狭くなっていた。また蛍光寿命が長くなっていた。これは、発光部を周期構造にしたこと、すなわちフォトニック結晶にした作用であり、このように発光部に周期構造を適用することで発光部の発光特性を制御することができることがわかる。また、隣接画素への光漏れが少なかった。
【００８８】
フォトニック結晶において細孔径の異なる領域を設け、細孔径の大きい細孔にのみ発光体を充填することで、比較的安易な手法で、フォトニック結晶からなる発光部とフォトニック結晶からなる画素分離部を配列して形成することができた。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、以下の効果がある。
すなわち、画素分離部にフォトニック結晶を適用することで、細かな文字などを鮮明に文字を表示することができる。すなわち、解像度の高い表示装置を実現できた。
画素分離部の面積低減がはかられ、開口率の向上と、効果的な光の取出しにより、輝度の向上が可能である。
また、陽極酸化アルミナを適用した製法を適用することで、簡易な製法でアスペクトの高いフォトニック結晶を有した画素分離部を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の発光部と画素分離部の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の表示装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の表示装置の発光部と画素分離部の一例を示す概略図である。
【図４】フォトニック結晶の例を示す概略図である。
【図５】２Ｄフォトニック結晶の例を示す概略図である。
【図６】本発明の表示装置の例を示す概略図である。
【図７】本発明の表示装置の例を示す概略図である。
【図８】本発明の表示装置の例を示す概略図である。
【図９】陽極酸化アルミナを示す概略図である。
【図１０】フォトニック結晶を発光部と画素分離部の両方に適用した例を示す概略図である。
【図１１】フォトニック結晶を発光部と画素分離部と黒色部のすべてに適用した例を示す概略図である。
【図１２】従来の表示装置の例を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施例１の表示部の作成方法を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施例２の表示部の作成方法を示す概略図である。
【図１５】陽極酸化アルミナの作製工程を示す概略図である。
【図１６】陽極酸化装置を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施例３の無機ＥＬ表示装置の作成方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１発光部
２フォトニック結晶からなる画素分離部
３黒色部
４基板
５発光素子
６蛍光体
７上部電極
８下部電極
９電圧印加手段
１０画素
１１有機発光層
１２紫外発光素子
１３発光ダイオード（ＬＥＤ）
１４電子源
１５真空容器
１６制御電極
１７電子加速手段
１８真空
１９電子
２０メタルバック
２１第１の誘電材料
２２第２の誘電材料
２４誘電体ロッド
２５誘電体球
２６絶縁層
２７発光層
２８フォトニック結晶から成る発光部
２９周期構造から成る黒色部
４０恒温槽
４１試料
４２カソード
４３電解質
４４反応容器
４５電源
４６電流計
５１アルミ（膜）
５２陽極酸化アルミナ
５３細孔（ナノホール）
５４バリア層
５５細孔開始点
７１アルミ膜
７２レジスト
７３カーボン膜
７４透明導電膜
７５ガラス基板
７６陽極酸化アルミナ
７７酸化亜鉛膜
７８ＳｉＯ₂膜
７９Ｃｒ膜
８０ＳｉＯ₂からなる周期パターン
８１六角形の開口
８２発光材料

Claims

発光部と、該発光部を分離する画素分離部を配列した部位を有する表示装置において、
画素分離部は該発光部から発せられる発光の波長より小さい周期で周期的に屈折率の異なる材料が配列したフォトニック結晶を有していることを特徴とする表示装置。
該発光部は蛍光体からなり、さらに該蛍光体を励起する手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
該発光部は発光素子を有してなり、さらに該発光素子の発光を制御する駆動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
該画素分離部は、該フォトニック結晶からなる部位に加え、黒色部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の表示装置。
該フォトニック結晶から成る部位は、該黒色部と該発光部の間に配することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
該画素分離部において、該フォトニック結晶からなる部位は該黒色部の上もしくは下に配されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
該フォトニック結晶は、屈折率の異なる材料を２次元的に配列した構造からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の表示装置。
該フォトニック結晶は、屈折率の異なる円柱を２次元的に三角格子状に配列した構造からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
該フォトニック結晶には陽極酸化アルミナが適用されていることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
該発光部が、発光波長より小さい周期で周期的に屈折率の異なる材料が配列したフォトニック結晶からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の表示装置。
該発光部は発光材料が２次元的に配列した構造からなることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
該発光部は円柱状の発光材料が２次元的に三角格子状に配列した構造からなることを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示装置。
該画素分離部が屈折率の異なる円柱を２次元的に三角格子状に配した構造からなるフォトニック結晶からなり、さらに該発光部は円柱状の発光材料が２次元的に三角格子状に配列した構造からなり、さらに該発光部における該円柱状の発光材料の径が該画像分離部における該円柱の径より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
該発光部の発光によって励起される蛍光体を具備し、該蛍光体からの発光により画像を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
該発光部はＧａＮ系発光ダイオードからなることを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。