JPH0799032A - Vacuum micro-display - Google Patents

Vacuum micro-display

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JPH0799032A
JPH0799032A JP26311693A JP26311693A JPH0799032A JP H0799032 A JPH0799032 A JP H0799032A JP 26311693 A JP26311693 A JP 26311693A JP 26311693 A JP26311693 A JP 26311693A JP H0799032 A JPH0799032 A JP H0799032A
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JP
Japan
Prior art keywords
vacuum
layer
emitter
electron
microdisplay
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP26311693A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Takahashi
真 高橋
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP26311693A priority Critical patent/JPH0799032A/en
Publication of JPH0799032A publication Critical patent/JPH0799032A/en
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate the deterioration and the removal of a phosphor layer formed on the anode of the electron receiving element of a vacuum micro- display, owing to a high electric field. CONSTITUTION:An electron receiving element at the upper side which has a glass substarte la, an anode 2, a dielectric layer 8, and a phosphor layer 3; and an electron discharge element at the lower side which has a glass substarte 1b, a cathode 4, an insulating layer 5, a gate electrode 6, and an emitter 7 on the cathode 4; are opposed each other, and they are vacuum sealed so as to produce a vacuum micro-display.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,半導体における微細加
工技術を利用して,同一基板上にミクロンサイズの微小
真空管を集積したいわゆる真空マイクロディスプレイの
改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvement of a so-called vacuum microdisplay in which micron-sized micro vacuum tubes are integrated on the same substrate by utilizing a microfabrication technique in semiconductors.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の普及にともない,真空管の
技術は忘れ去られた存在になっていたが,ここ数年にな
って,この真空管の技術が注目を集めている。いわゆる
真空マイクロディスプレイの開発と応用である。以下,
まず,本発明に関連する背景技術の概要について説明す
る。現在,この真空マイクロディスプレイ技術を用いる
可能性もつデバイスとして次のものがあげられる。 帯電磁環境デバイス 火力,原子力,自動車,航空機,ロケット,衛星エレク
トロニクス マイクロ波,ミリ波デバイス ミリ波・サブミリ波,電波天文,アレーデバイス,衛星
通信,アレーレーダ ビーム応用 多電子線リソグラフィ−,電子線分析装置 光エレクトロニクス 光結合デバイス,高速光検出,レーザ変調電子線 超高速デバイス LSI,3次元エレクトロニクス 画像デバイス TV,モニタ,ディスプレイ
2. Description of the Related Art With the spread of semiconductor devices, the vacuum tube technology has been forgotten, but in recent years, this vacuum tube technology has been attracting attention. This is the development and application of so-called vacuum microdisplays. Less than,
First, an outline of the background art related to the present invention will be described. At present, the following devices can be used with this vacuum microdisplay technology. Electromagnetic environment device Thermal power, Nuclear power, Automobile, Aircraft, Rocket, Satellite electronics Microwave, Millimeter wave device Millimeter / submillimeter wave, Radio astronomy, Array device, Satellite communication, Array radar beam application Multi-electron beam lithography, Electron beam analyzer Optoelectronics Optical coupling device, high-speed photodetection, laser-modulated electron beam Ultra-high-speed device LSI, three-dimensional electronics Image device TV, monitor, display

【0003】この真空マイクロディスプレイは,長年に
わたる半導体の素子の研究で養われた微細加工技術を利
用して,同一基板上にミクロンサイズの微小真空管を集
積したものである。すなわち,図5に,従来のディスプ
レイの一画面(ワンチップ)の側面模式図を示すよう
に,ガラス基板1a,アノード電極2,蛍光体層3とを
有する電子受入素子とガラス基板1b,カソード電極
4,絶縁層5,ゲート電極6及びカソード電極4上のエ
ミッタ7とを有する電子放出素子との両者を対向させ,
陽極接合により真空封止してなるもので,ゲート電極6
によってエミッタ7から電子を引出してこれをアノード
電極2へ放出させるものである。そして,ゲート電極6
に印加する電圧を制御することにより,エミッタ7から
放出される電子の量を制御することができる。
This vacuum microdisplay is one in which micron-sized micro vacuum tubes are integrated on the same substrate by utilizing the fine processing technology cultivated in many years of research on semiconductor devices. That is, as shown in a schematic side view of one screen (one chip) of a conventional display in FIG. 5, an electron acceptor having a glass substrate 1a, an anode electrode 2, and a phosphor layer 3, a glass substrate 1b, and a cathode electrode. 4, an insulating layer 5, a gate electrode 6, and an electron-emitting device having an emitter 7 on the cathode electrode 4 are opposed to each other,
Vacuum-sealed by anodic bonding, gate electrode 6
The electron is extracted from the emitter 7 and is emitted to the anode electrode 2. And the gate electrode 6
The amount of electrons emitted from the emitter 7 can be controlled by controlling the voltage applied to the.

【0004】この真空マイクロディスプレイを実用化す
るためには,電子受入素子よりも,現在は,電子放出素
子が活発に研究されている。大別すると,このデバイス
の技術的課題は,エミッタの特性向上,真空封止技
術,蛍光体の開発である。 エミッタ 高効率で安定に電子を放出するエミッタの開発が不可欠
である。エミッタの特性の向上で応用範囲が大きく拡大
する。これまでのところ,電界放射エミッタをはじめ,
MIS構造,PNダイオード,ショットキー接合等が精
力的に研究され,このうち,最も電界放射電流密度が高
く得られるのが,電界放射エミッタである。通常の半導
体素子では,固体中を電子が移動するため,動作速度
は,その固体中の電子の移動度によって支配される。こ
れに対して,真空マイクロディスプレイは,真空中を電
子が移動するため,半導体素子に比べて,非常に高速動
作が可能であり,真空の利点を生かした電荷輸送媒体と
して注目を集めている。また,真空マイクロディスプレ
イの研究にともなって,エミッタの開発が行われてお
り,平面ディスプレイ等へ応用したものが発表されてい
る。いずれにしても,真空マイクロディスプレイを製品
化する上で,電子放出素子のエミッタが完全でないと求
めるディスプレイは完成しない。
In order to put this vacuum microdisplay into practical use, an electron-emitting device is currently being actively studied rather than an electron-receiving device. Broadly speaking, the technical issues of this device are the improvement of the characteristics of the emitter, the vacuum sealing technology, and the development of the phosphor. Emitter It is essential to develop an emitter that emits electrons with high efficiency and stability. The application range is greatly expanded by improving the characteristics of the emitter. So far, including field emission emitters,
The MIS structure, the PN diode, the Schottky junction, and the like have been energetically studied, and the field emission emitter has the highest field emission current density. In a normal semiconductor device, electrons move in a solid, and thus the operation speed is controlled by the mobility of electrons in the solid. On the other hand, the vacuum microdisplay is capable of operating at a very high speed as compared with a semiconductor device because electrons move in a vacuum, and has attracted attention as a charge transport medium that makes the most of the advantages of vacuum. In addition, along with the research on vacuum microdisplays, the development of emitters has been carried out, and those applied to flat displays have been announced. In any case, when commercializing a vacuum microdisplay, the display required unless the emitter of the electron-emitting device is perfect cannot be completed.

【0005】真空封止技術 真空封止技術については,最近,陽極接合という技術が
真空マイクロディスプレイに適用できると発表された。
これは,シリコンウェハーに+,ガラス基板に−を接続
し,この間にDC数100Vを印加して接合する技術で
ある。利点は,温度が上がらず,ガス放出しないという
ことである。
Vacuum Sealing Technology Regarding the vacuum sealing technology, it was recently announced that a technique called anodic bonding can be applied to a vacuum microdisplay.
This is a technique in which + is connected to a silicon wafer and − is connected to a glass substrate, and a DC number of 100 V is applied between them to bond them. The advantage is that the temperature does not rise and no gas is released.

【0006】蛍光体 最近の発表で,IVMC91 Technical D
igest P58(1991)によると,1×10-9
Torrの超高真空チャンバー内で,蛍光体は,Y2
iO5 :Tbを用いて,アノード電流90μA/c
2 ,アノード電圧AC8KVにおいて,約15000
個のマイクロチップを用い,66700cd/m2 の緑
色発光を得た。この時のグリッド電圧は,AC200V
である。これらの欠点としては,アノード電圧及びグリ
ッド電圧が非常に高く,その結果,蛍光体の劣化や剥離
が発生する。すなわち,中電圧で使える蛍光体がない。
高電圧用はCRT(ブラウン管),低電圧用はVFD
(蛍光表示管)にあるが,真空マイクロディスプレイの
中間電圧用の蛍光体は現在得られていない。基本的に
は,ブラウン管用蛍光体でも不可ではないが,駆動する
ときの電圧が20〜30KV,または,100KVにな
るため,実用的でない。逆に,蛍光表示管用の蛍光体は
電圧が低く,5〜10V位であるため電界放射電流密度
が大きくならない。そこで,両者の中間,例えばAC1
00V位で駆動できる蛍光体が求められている。
Phosphor Recently announced, IVMC91 Technical D
According to igest P58 (1991), 1 × 10 -9
In the ultra-high vacuum chamber of Torr, the phosphor is Y 2 S
Anode current of 90 μA / c using iO 5 : Tb
m 2 and anode voltage AC8KV, about 15000
Using this microchip, green light emission of 66700 cd / m 2 was obtained. The grid voltage at this time is AC200V
Is. The disadvantages of these are that the anode voltage and grid voltage are very high, resulting in the deterioration and peeling of the phosphor. That is, there is no phosphor that can be used at medium voltage.
CRT (CRT) for high voltage, VFD for low voltage
Although it is in a (fluorescent display tube), a fluorescent material for an intermediate voltage of a vacuum microdisplay is not currently available. Basically, it is not impossible to use a fluorescent substance for a cathode ray tube, but it is not practical because the driving voltage becomes 20 to 30 KV or 100 KV. On the contrary, the fluorescent substance for the fluorescent display tube has a low voltage and is about 5 to 10 V, so that the field emission current density does not increase. So, the middle of the two, for example AC1
There is a demand for a phosphor that can be driven at around 00V.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は,真空マイク
ロディスプレイの電子受入素子のアノード電極の上に形
成されている蛍光体層が,高電界により劣化及び剥離す
ることの解消を課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the deterioration and peeling of the phosphor layer formed on the anode electrode of the electron receiving element of a vacuum microdisplay due to a high electric field.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の手段
は,電子放出素子と電子受入素子の両者を対向させ,陽
極接合により真空封止してなる真空マイクロディスプレ
イにおいて,電子受入素子をガラス基板,カソード電
極,誘電体層,蛍光体層の順に層設したことを特徴とす
る真空マイクロディスプレイである。本発明の請求項2
の手段は,誘電体層をBaTiO3 で構成したことを特
徴とする請求項1記載の真空マイクロディスプレイであ
る。本発明の請求項3の手段は,誘電体層をHfO2
構成したことを特徴とする請求項1記載の真空マイクロ
ディスプレイである。本発明の請求項4の手段は,蛍光
体層をZnO:Znで構成したことを特徴とする請求項
2記載の真空マイクロディスプレイである。本発明の請
求項5の手段は,蛍光体層をZn2 SiO4 :Mn2+
構成したことを特徴とする請求項2記載の真空マイクロ
ディスプレイである。本発明の請求項6の手段は,蛍光
体層をZnO:Znで構成したことを特徴とする請求項
3記載の真空マイクロディスプレイである。本発明の請
求項7の手段は,蛍光体層をZn2 SiO4 :Mn2+
構成したことを特徴とする請求項3記載の真空マイクロ
ディスプレイである。
According to a first aspect of the present invention, an electron accepting element is provided in a vacuum microdisplay in which both an electron emitting element and an electron accepting element are opposed to each other and vacuum sealed by anodic bonding. The vacuum microdisplay is characterized in that a glass substrate, a cathode electrode, a dielectric layer, and a phosphor layer are laminated in this order. Claim 2 of the present invention
2. The vacuum microdisplay according to claim 1, wherein said means comprises a dielectric layer made of BaTiO 3 . According to a third aspect of the present invention, the vacuum microdisplay according to the first aspect is characterized in that the dielectric layer is made of HfO 2 . A fourth aspect of the present invention is the vacuum microdisplay according to the second aspect, wherein the phosphor layer is made of ZnO: Zn. A fifth aspect of the present invention is the vacuum microdisplay according to the second aspect, characterized in that the phosphor layer is made of Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ . The means of claim 6 of the present invention is the vacuum microdisplay according to claim 3, wherein the phosphor layer is made of ZnO: Zn. The means of claim 7 of the present invention is the vacuum microdisplay according to claim 3, wherein the phosphor layer is composed of Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ .

【0009】図1に,本発明のディスプレイの一画面
(ワンチップ)の側面模式図を示し,図2に,本発明の
動作回路の概略図を示す。実際の真空マイクロディスプ
レイの典型例では,カソードに相当するものが,縦横に
多数配列され,アノード側は平面状に形成されている。
図1に示すように,前記の図5と同様に,上側にガラス
基板1a,アノード電極2,蛍光体層3とを有する電子
受入素子と下側にガラス基板1b,カソード電極4,絶
縁層5,ゲート電極6及びカソード電極4上のエミッタ
7とを有する電子放出素子との両者を対向させ,陽極接
合により真空封止してなるもので,ゲート電極6によっ
てエミッタ7から電子を引出してこれをアノード電極2
へ放出させる点は,共通であるが,本発明では,電子受
入素子のアノード電極2と蛍光体層3との間に誘電体層
8を介して積層させている。
FIG. 1 shows a schematic side view of one screen (one chip) of the display of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic diagram of the operating circuit of the present invention. In a typical example of an actual vacuum microdisplay, a large number of elements corresponding to the cathode are arranged vertically and horizontally, and the anode side is formed in a flat shape.
As shown in FIG. 1, as in the case of FIG. 5, the electron receiving element having the glass substrate 1a, the anode electrode 2, and the phosphor layer 3 on the upper side, and the glass substrate 1b, the cathode electrode 4, and the insulating layer 5 on the lower side. , An electron-emitting device having a gate electrode 6 and an emitter 7 on the cathode electrode 4 are opposed to each other and vacuum-sealed by anodic bonding. Electrons are extracted from the emitter 7 by the gate electrode 6 and Anode electrode 2
However, in the present invention, the dielectric layer 8 is laminated between the anode electrode 2 and the phosphor layer 3 of the electron receiving element.

【0010】以下,電子放出素子〔カソード側〕及び電
子受入素子〔アノード側〕のより具体的な説明と本発明
の動作とを説明する。 電子放出素子〔カソード側〕 ガラス基板1bは,この素子を支持するために十分な厚
みを有し,その上面に配線層(カソード電極4)が形成
されている。この配線層の上には,エミッタ7及び絶縁
層5が形成され,絶縁層5上には,ゲート電極6が形成
されている。ガラス基板1bの上の配線層は,エミッタ
7に電圧を供給するためのもので,ITO,ZnO:A
l等の透明導電膜やAl,Au,W,Mo,Ti,T
a,Nb,Cr等の金属薄膜を,0.02〜1.0μm
程度の厚みに形成することにより構成されている。この
上に形成されたエミッタ7は,W,Ta,Mo等の高融
点金属からなる円錐状の金属である。また,絶縁層5
は,SiO2 ,Al2 3 等を0.5〜3.0μm程度
の厚みに堆積させることにより得られた層であり,ゲー
ト電極6は,Al,Au,W,Mo,Ti,Ta,Nb
等の金属薄膜を,0.02〜1.0μm程度の厚みに形
成することにより構成したものである。ゲート電極6は
エミッタ7の先端部の高さとほぼ同等の高さに位置す
る。
A more specific description of the electron-emitting device [cathode side] and the electron-receiving device [anode side] and the operation of the present invention will be described below. Electron-emitting device [cathode side] The glass substrate 1b has a thickness sufficient to support this device, and a wiring layer (cathode electrode 4) is formed on the upper surface thereof. An emitter 7 and an insulating layer 5 are formed on this wiring layer, and a gate electrode 6 is formed on the insulating layer 5. The wiring layer on the glass substrate 1b is for supplying a voltage to the emitter 7, and ITO, ZnO: A
transparent conductive film such as l, Al, Au, W, Mo, Ti, T
a, Nb, Cr metal thin film, 0.02-1.0 μm
It is formed by forming the film to a thickness of a certain degree. The emitter 7 formed thereon is a conical metal made of a refractory metal such as W, Ta or Mo. Also, the insulating layer 5
Is a layer obtained by depositing SiO 2 , Al 2 O 3 or the like to a thickness of about 0.5 to 3.0 μm, and the gate electrode 6 is made of Al, Au, W, Mo, Ti, Ta, Nb
It is configured by forming a metal thin film such as the above to a thickness of about 0.02 to 1.0 μm. The gate electrode 6 is located at almost the same height as the tip of the emitter 7.

【0011】電子受入素子〔アノード側〕 ガラス基板1aの下面には,アノード電極2,誘電体層
8及び蛍光体層3が形成されている。アノード電極2
は,ITO,ZnO:Al等の透明導電膜を0.3〜
1.0μm程度の厚みに形成したものであり,誘電体層
8は,Al2 3,SiO2 ,HfO2 ,BaTi
3 ,PbTiO3 ,SrTiO3 ,Si3 4 ,Ta
2 5 ,BaTa2 6 ,Sm2 3 ,Y2 3 等を
0.5〜2.0μm程度の厚みに形成したものであり,
蛍光体層3は,ZnO:Zn,Zn2 SiO4 :Mn等
を20〜50μmの厚みに形成したものである。
Electron Accepting Element [Anode Side] On the lower surface of the glass substrate 1a, an anode electrode 2, a dielectric layer 8 and a phosphor layer 3 are formed. Anode electrode 2
Is a transparent conductive film of ITO, ZnO: Al, etc.
The dielectric layer 8 is formed to have a thickness of about 1.0 μm, and the dielectric layer 8 is made of Al 2 O 3 , SiO 2 , HfO 2 , BaTi.
O 3 , PbTiO 3 , SrTiO 3 , Si 3 N 4 , Ta
2 O 5 , BaTa 2 O 6 , Sm 2 O 3 , Y 2 O 3 etc. are formed in a thickness of about 0.5 to 2.0 μm.
The phosphor layer 3 is made of ZnO: Zn, Zn 2 SiO 4 : Mn, or the like with a thickness of 20 to 50 μm.

【0012】動作 上記の電子受入素子と電子放出素子とを図1のように対
向させて配置し,この両者間の空隙が真空状態に保たれ
る。このような構造を持った真空マイクロディスプレイ
は真空管と同様な動作をする。すなわち,図2で示すエ
ミッタ7をカソード,アノード電極2をアノード,ゲー
ト電極6をグリッドとして,各電極に所定の電圧をかけ
れば,エミッタ7から電子を引き出し,これをアノード
へ放出させることができ,この電子の放出量は,グリッ
ドにあたえる電圧によって制御することができる。いい
かえれば,アノード電極2及びカソード電極4間に一定
電圧(Va)を印加しておき,ゲート電極6に電圧を徐
々に印加していくと,エミッタ7から電子を放出してゆ
く。この放出電子の量は,ゲート電極6の印加電圧(V
g)で制御できる。エミッタ7から出た電子は,蛍光体
層3に衝突し,基底凖位から励起凖位に遷移した発光セ
ンターの内殻電子は,再び,基底凖位に輻射的に緩和し
て発光が生じる。この時,誘電体層8は蛍光体層3にか
かる電圧を調整して,電気的破壊から保護する役目をし
ている。この発光はアノード電極2からガラス基板1a
を通して観測される。
Operation The electron receiving element and the electron emitting element are arranged so as to face each other as shown in FIG. 1, and the space between them is kept in a vacuum state. A vacuum microdisplay having such a structure operates similarly to a vacuum tube. That is, when the emitter 7 shown in FIG. 2 is a cathode, the anode electrode 2 is an anode, and the gate electrode 6 is a grid, a predetermined voltage is applied to each electrode, electrons can be extracted from the emitter 7 and emitted to the anode. , The emission amount of this electron can be controlled by the voltage applied to the grid. In other words, when a constant voltage (Va) is applied between the anode electrode 2 and the cathode electrode 4 and the voltage is gradually applied to the gate electrode 6, electrons are emitted from the emitter 7. The amount of the emitted electrons depends on the applied voltage (V
It can be controlled by g). The electrons emitted from the emitter 7 collide with the phosphor layer 3, and the inner-shell electrons of the emission center, which have transitioned from the ground level to the excitation level, are radiatively relaxed to the ground level again to emit light. At this time, the dielectric layer 8 functions to regulate the voltage applied to the phosphor layer 3 and protect it from electrical breakdown. This light is emitted from the anode electrode 2 to the glass substrate 1a.
Observed through.

【0013】この時の誘電体層8は,蛍光体層3を電気
的破壊から保護する目的である。誘電体層8の条件は,
絶縁耐圧が高いこと,誘電率が大きく,tanδ(誘電
損の目安となる誘電正接)が小さいこと,そして,蛍光
体層3との密着性に優れ,緻密な非晶質でピンホール欠
陥が少ないことである。そして,膜質の評価は,性能指
数と呼ばれる最大電荷密度(非誘電率×絶縁耐圧(μC
/cm2 ))で表現する。その評価結果,本発明で使用
される誘電体層8としては,Al2 3 ,SiO2 ,H
fO2 ,BaTiO3 ,PbTiO3 ,SrTiO3
Si3 4 ,Ta2 5 ,BaTa2 6 ,Sm
2 3 ,Y2 3 等が良かった。この中でより優れてい
たものは,BaTiO3 とHfO2 であった。すなわ
ち,誘電体層8の誘電率が大きいほど,蛍光体層3(発
光層)に電界が有効にかかり,素子の低電圧化が図れ,
蛍光体層3の劣化が少ない。
The dielectric layer 8 at this time is for the purpose of protecting the phosphor layer 3 from electrical breakdown. The condition of the dielectric layer 8 is
High dielectric strength, high dielectric constant, small tan δ (dielectric loss tangent, which is a measure of dielectric loss), and excellent adhesion to the phosphor layer 3, dense amorphous, and few pinhole defects That is. The film quality is evaluated by the maximum charge density (non-dielectric constant x dielectric strength (μC
/ Cm 2 )). As a result of the evaluation, as the dielectric layer 8 used in the present invention, Al 2 O 3 , SiO 2 , H
fO 2 , BaTiO 3 , PbTiO 3 , SrTiO 3 ,
Si 3 N 4, Ta 2 O 5, BaTa 2 O 6, Sm
2 O 3 , Y 2 O 3, etc. were good. Among these, the better ones were BaTiO 3 and HfO 2 . That is, as the dielectric constant of the dielectric layer 8 is larger, the electric field is effectively applied to the phosphor layer 3 (light emitting layer), and the voltage of the device can be lowered,
The deterioration of the phosphor layer 3 is small.

【0014】なお,本発明では,実施例を中心として,
平板状のパターンで説明しているが,セグメント表示,
ドット表示も可能である。その場合には,アノード側の
表示パターンをフォトリソグラフィ技術で加工・形成
し,その表示パターンに対して,カソード側のエミッタ
の位置を対向させる。その時,一つのセグメントまたは
一画素の中に数個から数十個のエミッタが対向できるよ
うにして,エミッタの集積度をあげることにより,高輝
度の表示を行うことができる。
In the present invention, focusing on the embodiment,
Although explained with a flat pattern, segment display,
Dot display is also possible. In that case, the display pattern on the anode side is processed and formed by photolithography, and the position of the emitter on the cathode side is opposed to the display pattern. At that time, high brightness display can be performed by making several to several tens of emitters face each other in one segment or one pixel and increasing the integration degree of the emitters.

【0015】[0015]

【実施例】以下,電子放出素子を下記のように作成し
た。ガラス基板1bの上に,配線層(カソード電極4
用)として,ITO,ZnO:Al,Al,Au,W,
Mo,Ti,Ta,Nb,Cr等の1種をスパッタ法で
形成する。続いて,この配線層の上に絶縁層としてSi
2 ,Al2 3 の1種及びゲート電極用としてAl,
Au,W,Mo,Ti,Ta,Nbの1種をスパッタ法
で形成する。そして,ゲート電極用層の上にレジスト層
を形成し,このレジスト層をフォトリソグラフィ法を用
いてパターンニングする。すなわち,レジスト層の一部
に開口部が形成され,ゲート電極用層の一部が露出す
る。この開口部は,エミッタ7を形成すべき領域に設け
る。従って,円柱状のエミッタ7を形成するのであれ
ば,開口部は円形の窓となり,四角柱状のエミッタ7で
あれば開口部は四角形の窓となる。そして,このパター
ンニングされたレジスト層をマスクとして用いてエッチ
ングを行う。ゲート電極用層の一部及びその下の絶縁層
の一部を除去する。その結果,絶縁層5及びゲート電極
6が形成されることになる。絶縁層5及びゲート電極6
は,いずれも後に形成されるエミッタ7を周囲から取り
囲む形状になっている。なお,絶縁層をエッチングする
際には,ややオーバーエッチングを行うようにし,絶縁
層5の側面部に,ややくぼみができるようにしておくこ
とが好ましい形である。
Example An electron-emitting device was prepared as follows. On the glass substrate 1b, the wiring layer (cathode electrode 4
(For use), ITO, ZnO: Al, Al, Au, W,
One kind of Mo, Ti, Ta, Nb, Cr or the like is formed by a sputtering method. Then, an Si layer is formed on the wiring layer as an insulating layer.
One of O 2 and Al 2 O 3 and Al for the gate electrode,
One of Au, W, Mo, Ti, Ta, and Nb is formed by the sputtering method. Then, a resist layer is formed on the gate electrode layer, and the resist layer is patterned by photolithography. That is, an opening is formed in a part of the resist layer and a part of the gate electrode layer is exposed. This opening is provided in the region where the emitter 7 is to be formed. Therefore, if the columnar emitter 7 is formed, the opening becomes a circular window, and if the square columnar emitter 7 is formed, the opening becomes a square window. Then, etching is performed using the patterned resist layer as a mask. A part of the gate electrode layer and a part of the insulating layer thereunder are removed. As a result, the insulating layer 5 and the gate electrode 6 are formed. Insulating layer 5 and gate electrode 6
Has a shape surrounding the emitter 7 formed later. It is preferable that the insulating layer is slightly over-etched when the insulating layer is etched so that the side surface of the insulating layer 5 is slightly recessed.

【0016】次に,この基板全面に,後でエミッタ7を
構成する金属W,Mo,Ti,Ta,Nb,Au,A
g,Cu等の1種を堆積させる。ここで,エミッタ電極
材料層は2種類形成されている。一つは,前段階のエッ
チングにより生じた穴部(エミッタ形成領域)に堆積し
た層であり,もう一つは,それ以外の領域に堆積した層
である。なお,これらエミッタ電極層の厚みは,絶縁層
5の厚みとゲート電極6の厚みの和に等しいか,それよ
りも少なくなるようにすることが望ましい。次に,形成
されているレジスト層をゲート電極6の上面から剥離す
る。すなわち,レジスト層とその上の不要なエミッタ電
極材料層を除去することである。残ったエミッタ電極材
料はエミッタ7を構成することになるが,このままの状
態では,ゲート電極6と接しているので,残ったエミッ
タ電極材料の上面に一回り小さなレジスト層を形成す
る。別言すれば,残ったエミッタ電極材料の周囲の一部
だけをエッチングできるようなレジスト層を形成する。
そして,このレジスト層をマスクとして,残ったエミッ
タ電極材料の側近をエッチング除去して,エミッタ7を
形成する。エミッタ7とこれを周囲から取り囲むゲート
電極6との間には,所定の間隔が維持されることとな
る。
Next, the metal W, Mo, Ti, Ta, Nb, Au, A which later constitutes the emitter 7 is formed on the entire surface of this substrate.
g, Cu, etc. are deposited. Here, two types of emitter electrode material layers are formed. One is a layer deposited in the hole (emitter formation region) created by the etching in the previous stage, and the other is a layer deposited in the other region. It is desirable that the thickness of these emitter electrode layers is equal to or less than the sum of the thickness of the insulating layer 5 and the thickness of the gate electrode 6. Next, the formed resist layer is peeled off from the upper surface of the gate electrode 6. That is, the resist layer and the unnecessary emitter electrode material layer thereabove are removed. The remaining emitter electrode material constitutes the emitter 7. In this state, since it is in contact with the gate electrode 6, a slightly smaller resist layer is formed on the upper surface of the remaining emitter electrode material. In other words, a resist layer is formed so that only a part of the periphery of the remaining emitter electrode material can be etched.
Then, the resist layer is used as a mask to etch away the vicinity of the remaining emitter electrode material to form the emitter 7. A predetermined distance is maintained between the emitter 7 and the gate electrode 6 surrounding the emitter 7.

【0017】上記に関する各条件を示す。 配線層(カソード電極4用):ITO 高周波スパッタリング装置 ターゲット : In2 3 :SnO2 =95:5
純度99.95% 基板温度 : 180〜300℃ スパッタガス圧: 8×10-4〜2×10-3Torr スパッタガス : Ar(10〜50sccm(標準状
態毎分cm3 )) スパッタ電力 : 400〜700W 膜厚 : 100〜200nm スパッタリング後,520℃,70minの大気焼成を
行った。 絶縁層:SiO2 高周波スパッタリング装置 ターゲット : SiO2 純度99.9% 基板温度 : 150〜230℃ スパッタガス圧: 3×10-3Torr スパッタ電力 : 400〜700W スパッタガス : Ar(18sccm),He(12
sccm) 膜厚 : 1μm スパッタリング後,520℃,70minの大気焼成を
行った。 ゲート電極層:Al DCスパッタリング装置 ターゲット : Al 純度99,999% 基板温度 : 室温(RT) スパッタガス圧: 3×10-3Torr スパッタガス : Ar(30sccm) スパッタ電流 : 1A 膜厚 : 0.5μm
The conditions relating to the above will be shown. Wiring layer (for cathode electrode 4): ITO High frequency sputtering device target: In 2 O 3 : SnO 2 = 95: 5
Purity 99.95% Substrate temperature: 180 to 300 ° C. Sputtering gas pressure: 8 × 10 −4 to 2 × 10 −3 Torr Sputtering gas: Ar (10 to 50 sccm (standard state cm 3 per minute)) Sputtering power: 400 to 700 W film thickness: 100 to 200 nm After sputtering, air baking was performed at 520 ° C. for 70 min. Insulating layer: SiO 2 high frequency sputtering device Target: SiO 2 purity 99.9% Substrate temperature: 150 to 230 ° C. Sputtering gas pressure: 3 × 10 −3 Torr Sputtering power: 400 to 700 W Sputtering gas: Ar (18 sccm), He ( 12
sccm) Film thickness: 1 μm After sputtering, air baking was performed at 520 ° C. for 70 min. Gate electrode layer: Al DC sputtering device Target: Al purity 99,999% Substrate temperature: Room temperature (RT) Sputtering gas pressure: 3 × 10 −3 Torr Sputtering gas: Ar (30 sccm) Sputtering current: 1A Film thickness: 0.5 μm

【0018】レジスト層 レジスト塗布 : OFPR 8600(30cp) 3500rpm 20sec 露光 : 光源 436nm プロキシミテ
ィギャップ 10μm 現像 : NMD−3,室温,60sec エッチング : SiO2 用: H2 O:HF:NH4 F=46:7:4
7(容量比) 温度 40℃,5min Al用 : H2 O:HNO3 :CH3 COOH:H
3 PO4 =83:2:10:3(容量比) 温度 43℃,3min レジスト剥離 : 有機溶剤
Resist layer Coating of resist: OFPR 8600 (30 cp) 3500 rpm 20 sec Exposure: Light source 436 nm Proximity gap 10 μm Development: NMD-3, room temperature, 60 sec Etching: For SiO 2 : H 2 O: HF: NH 4 F = 46: 7: 4
7 (Capacity ratio) Temperature 40 ° C., 5 min For Al: H 2 O: HNO 3 : CH 3 COOH: H
3 PO 4 = 83: 2: 10: 3 (capacity ratio) Temperature 43 ° C., 3 min Resist stripping: Organic solvent

【0019】次に,電子受入素子を下記のように作成し
た。所定の寸法の上側のガラス基板1aにアノード電極
2用の透明導電膜を,高周波スパッタリング装置によ
り,ある一定の面積に形成した。その条件は次の通りで
ある。 透明導電膜(アノード電極2用):ITO 高周波スパッタリング装置 ターゲット : In2 3 :SnO2 =95:5
純度99.95% 基板温度 : 180〜300℃ スパッタガス圧: 8×10-4〜2×10-3Torr スパッタガス : Ar(10〜50sccm(標準状
態毎分cm3 )) スパッタ電力 : 400〜700W 膜厚 : 100〜200nm スパッタリング後,520℃,70minの大気焼成を
行った。
Next, an electron receiving element was prepared as follows. A transparent conductive film for the anode electrode 2 was formed on the upper glass substrate 1a having a predetermined size in a certain area by a high frequency sputtering device. The conditions are as follows. Transparent conductive film (for anode electrode 2): ITO high frequency sputtering device target: In 2 O 3 : SnO 2 = 95: 5
Purity 99.95% Substrate temperature: 180 to 300 ° C. Sputtering gas pressure: 8 × 10 −4 to 2 × 10 −3 Torr Sputtering gas: Ar (10 to 50 sccm (standard state cm 3 per minute)) Sputtering power: 400 to 700 W film thickness: 100 to 200 nm After sputtering, air baking was performed at 520 ° C. for 70 min.

【0020】次に,透明導電膜を下記の条件で,所定寸
法にエッチングした。 洗浄,乾燥 : フロン洗浄 レジスト塗布 : OFPR 8600(30cp) 3500rpm,20sec 露光 : 光源 g線(436nm),プロキ
シミティギャップ10μm,時間 7sec 現像 : NMD−3,室温,60sec 乾燥 : 100℃,30min エッチング : HCl:FeCl3 :H2 O=2
3:4:20(容量比) 温度 43℃,4.5min レジスト剥離 : 有機溶剤 洗浄,乾燥 : フロン乾燥
Next, the transparent conductive film was etched to a predetermined size under the following conditions. Washing / drying: Freon washing Resist coating: OFPR 8600 (30 cp) 3500 rpm, 20 sec Exposure: Light source g-line (436 nm), proximity gap 10 μm, time 7 sec Development: NMD-3, room temperature, 60 sec Drying: 100 ° C., 30 min Etching: HCl: FeCl 3 : H 2 O = 2
3: 4: 20 (capacity ratio) Temperature 43 ° C, 4.5 min Resist stripping: Organic solvent cleaning, drying: Freon drying

【0021】次に,誘電体層8の形成は,専用治具を使
って,下記の条件で,マスキングしながら高周波スパッ
タリング装置で膜を形成した。 高周波スパッタリング装置 ターゲット : HfO2 純度99.99% ガス出し : 170℃ 30min 基板 : 室温 スパッタガス圧: 8×10-4〜2×10-3Torr スパッタガス : Ar:O2 =20〜30:5〜10
sccm スパッタ電力 : 0.8〜1.5W 膜厚 : 0.5〜2.0μm
Next, for the formation of the dielectric layer 8, a film was formed by a high-frequency sputtering device while masking under the following conditions using a dedicated jig. High-frequency sputtering device Target: HfO 2 purity 99.99% Gas out: 170 ° C. 30 min Substrate: Room temperature Sputtering gas pressure: 8 × 10 −4 to 2 × 10 −3 Torr Sputtering gas: Ar: O 2 = 20 to 30: 5 -10
sccm Sputtering power: 0.8 to 1.5 W Film thickness: 0.5 to 2.0 μm

【0022】次に,蛍光体層3の形成を行った。下記の
成分で,スクリーン印刷方式により上記のHfO2 の誘
電体層8の上に堆積を行った。なお,この層形成の方法
としては,他の物理的薄膜形成方法でも行い得る。 成分比 Zn2 SiO4 :Mn2+(粒径:数ミクロン)70〜8
0wt% シアノエチルプルラン/ジメチルホルムアミド溶液(濃
度60%)20〜30wt% 上記の成分比の混合物をホモジナイザーで0.5〜1.
0h,1000〜3000rpmの条件で混合攪拌し
た。この成分比は,一定の膜厚において,蛍光体とシア
ノエチルプルラン/ジメチルホルムアミド溶液との混合
比を変化させて,,誘電率が急峻に立ち上がる近傍から
誘電率が10〜30%上昇したポイント周辺を最適混合
比として求めた。膜厚は20〜50μmとなるように管
理した。その方法として,スクリーン印刷版の乳剤厚み
を例えば40μmに設定することや,印刷圧,スクリー
ンと印刷物との間隔を設定する等により行った。乾燥
は,150〜200℃,60minのN2 雰囲気乾燥を
行った。
Next, the phosphor layer 3 was formed. The following components were deposited on the above dielectric layer 8 of HfO 2 by a screen printing method. As a method of forming this layer, another physical thin film forming method can be used. Component ratio Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (particle size: several microns) 70-8
0 wt% cyanoethyl pullulan / dimethylformamide solution (concentration 60%) 20 to 30 wt% A mixture of the above component ratios was homogenized with 0.5 to 1.
Mixing and stirring were performed for 0 h under the conditions of 1000 to 3000 rpm. This component ratio changes the mixing ratio of the phosphor and the cyanoethyl pullulan / dimethylformamide solution at a constant film thickness, and the vicinity of the point where the dielectric constant rises 10 to 30% from the vicinity where the dielectric constant sharply rises. The optimum mixing ratio was obtained. The film thickness was controlled to be 20 to 50 μm. The method was carried out by setting the emulsion thickness of the screen printing plate to, for example, 40 μm, setting the printing pressure, and the distance between the screen and the printed matter. The drying was performed at 150 to 200 ° C. for 60 minutes in N 2 atmosphere.

【0023】以下,図3に,本発明の評価特性をを測定
した真空マイクロディスプレイ評価装置(IEEE T
RANS.ELECTRON DEVICES Vo
l.38,No.10,p.2350に記載あり)の概
略図を示す。この測定装置は,10-9〜10-10 Tor
rの真空度の雰囲気中で,特性を測定し,温度は常温常
湿(−150〜+150℃まで可変できる)で,外部よ
りXYZマニュピュレーター17でプローブ19を操作
し,電極と接触させ,電圧を印加する。その時の輝度を
外部より輝度計20で測定する。なお,測定前にUVベ
ーク(ランプ)16で,チャンバーの内壁をクリーニン
グし,測定電極端子は,アルゴンイオンガン12でクリ
ーニングする。
FIG. 3 shows a vacuum microdisplay evaluation apparatus (IEEE T) for measuring the evaluation characteristics of the present invention.
RANS. ELECTRON DEVICES Vo
l. 38, No. 10, p. (Described in 2350). This measuring device is 10 -9 to 10 -10 Tor
The characteristics are measured in an atmosphere of a vacuum degree of r, the temperature is room temperature and normal humidity (variable from −150 to + 150 ° C.), the probe 19 is operated from the outside with the XYZ manipulator 17, and the electrode is brought into contact with the electrode. Apply voltage. The luminance at that time is externally measured by the luminance meter 20. Before measurement, the inner wall of the chamber is cleaned with a UV bake (lamp) 16 and the measurement electrode terminals are cleaned with an argon ion gun 12.

【0024】図4に本発明の実施例による誘電体層8を
設けた真空マイクロディスプレイと従来技術の誘電体層
8を持たない真空マイクロディスプレイとについて,図
2に示す動作測定回路中のアノード電圧(Va)をAC
300Vとし,アノード電圧を一定にして,周波数10
0Hzのサイン波を印加して,3×10-9Torrの真
空度中で,ゲート電圧(Vg)を変化させた時の輝度
(明るさ)の結果を示す。図4に示すように,誘電体層
8の有無の差違が明確にでている事が分かる。
FIG. 4 shows the anode voltage in the operation measuring circuit shown in FIG. 2 for the vacuum microdisplay provided with the dielectric layer 8 according to the embodiment of the present invention and the vacuum microdisplay without the dielectric layer 8 of the prior art. AC for (Va)
The frequency is 10
The results of brightness (brightness) when a gate voltage (Vg) is changed in a vacuum degree of 3 × 10 −9 Torr by applying a 0 Hz sine wave are shown. As shown in FIG. 4, it can be seen that there is a clear difference between the presence and absence of the dielectric layer 8.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば,真空マイクロディスプ
レイのエミッタ側からの電子の放出効率が良く,全体と
して熱を発生しないディスプレイであるうえに,低電圧
駆動ができ,蛍光体層を電気的破壊から保護するととも
に,高輝度発光が可能で,ディスプレイを小型に構成す
ることができる。
According to the present invention, the emission efficiency of electrons from the emitter side of a vacuum microdisplay is high, and the display does not generate heat as a whole. Moreover, it can be driven at a low voltage and the phosphor layer is electrically connected. It is possible to protect the display from destruction and emit high-intensity light, which allows the display to be made compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のディスプレイの一画面(ワンチップ)
の側面模式図を示す。
FIG. 1 One screen (one chip) of a display of the present invention
FIG.

【図2】本発明の動作回路の概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of an operating circuit of the invention.

【図3】本発明の評価特性を測定した装置の概略図を示
す。
FIG. 3 shows a schematic view of an apparatus for measuring evaluation characteristics of the present invention.

【図4】本発明の実施例及び従来例のゲート電圧(V
g)を変化させた時の輝度(明るさ)の変化の結果を示
す。
FIG. 4 is a diagram illustrating a gate voltage (V) of an example of the present invention and a conventional example.
The result of the change of brightness (brightness) when g) is changed is shown.

【図5】従来のディスプレイの一画面(ワンチップ)の
側面模式図を示す。
FIG. 5 shows a schematic side view of one screen (one chip) of a conventional display.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 アノード電極 3 蛍光体層 4 カソード電極 5 絶縁層 6 ゲート電極 7 エミッタ 8 誘電体層 1 Glass Substrate 2 Anode Electrode 3 Phosphor Layer 4 Cathode Electrode 5 Insulating Layer 6 Gate Electrode 7 Emitter 8 Dielectric Layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子放出素子と電子受入素子の両者を対
向させ,真空封止してなる真空マイクロディスプレイに
おいて,電子受入素子をガラス基板,カソード電極,誘
電体層,蛍光体層の順に層設したことを特徴とする真空
マイクロディスプレイ。
1. In a vacuum microdisplay in which an electron-emitting device and an electron-accepting device are opposed to each other and vacuum-sealed, the electron-accepting device is layered in the order of a glass substrate, a cathode electrode, a dielectric layer, and a phosphor layer. A vacuum microdisplay characterized by the above.
【請求項2】 誘電体層をBaTiO3 で構成したこと
を特徴とする請求項1記載の真空マイクロディスプレ
イ。
2. The vacuum microdisplay according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of BaTiO 3 .
【請求項3】 誘電体層をHfO2 で構成したことを特
徴とする請求項1記載の真空マイクロディスプレイ。
3. The vacuum microdisplay according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of HfO 2 .
【請求項4】 蛍光体層をZnO:Znで構成したこと
を特徴とする請求項2記載の真空マイクロディスプレ
イ。
4. The vacuum microdisplay according to claim 2, wherein the phosphor layer is made of ZnO: Zn.
【請求項5】 蛍光体層をZn2 SiO4 :Mn2+で構
成したことを特徴とする請求項2記載の真空マイクロデ
ィスプレイ。
5. The vacuum microdisplay according to claim 2, wherein the phosphor layer is made of Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ .
【請求項6】 蛍光体層をZnO:Znで構成したこと
を特徴とする請求項3記載の真空マイクロディスプレ
イ。
6. The vacuum microdisplay according to claim 3, wherein the phosphor layer is made of ZnO: Zn.
【請求項7】 蛍光体層をZn2 SiO4 :Mn2+で構
成したことを特徴とする請求項3記載の真空マイクロデ
ィスプレイ。
7. The vacuum microdisplay according to claim 3, wherein the phosphor layer is made of Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ .
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