(57)【要約】【課題】電子放出部を大気に晒す工程をなくすことで、電子放出部形成後の高真空工程を省略でき、製造コストを低減できるとともにガス分子が基板表面から脱離する量を最小限に抑え、寿命劣化を抑制することが可能となる表示装置及び表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】画像表示装置１には、カソード基板１１上に在る導電層１２と、この導電層１２上に在り、気密に形成されるとともに大気圧より低い所定の圧力まで減圧された中空部１４ａを有する絶縁層１３と、絶縁層１３上に形成され、その一部が前記中空部１４ａを挟んで導電層１２に対向配置されたアノード電極３１と、導電層１２上に形成され、中空部１４ａ内に少なくともその一部が露出し、導電層１２とアノード電極３１の電位差により電子を放出するグラファイト２０と、アノード電極３１側に設けられグラファイト層２０から放出される電子によって発光する発光層３２と、を有する発光素子２が複数配列されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に在る第１の導電層と、
この第１の導電層上に在り、気密に形成されるとともに大気圧より低い所定の圧力まで減圧された中空部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、その一部が前記中空部を挟んで前記第１の導電層に対向配置された第２の導電層と、
前記第１の導電層上に形成され、前記中空部内に少なくともその一部が露出し、前記第１の導電層と前記第２の導電層の電位差により電子を放出する電子放出部と、
前記第２の導電層側に設けられ前記電子放出部から放出される電子によって発光する発光層と、を有する発光素子が複数配列されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
複数の前記発光素子は、隣り合う発光素子の前記第１の導電層同士及び前記第２の導電層同士が互いに電気的に接続されて、マトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記電子放出部は、グラファイトナノチューブ、グラファイトナノファイバ、グラファイト、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、アモルファス炭素膜、及びシリコンナノワイヤ、からなる群より選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の導電層は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらのうち少なくとも一つを有する合金を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
基板上に、第１の導電層を設ける工程と、
前記第１の導電層上に中空部を有する絶縁層を設ける工程と、
気密に形成されるとともに大気圧より低い所定の圧力まで減圧された減圧状態の空間内において、前記第１の導電層上に、前記中空部内に露出する電子放出部を設ける工程と、
前記電子放出部を設ける工程の後、前記電子放出部を大気に露出することなく、前記減圧状態の空間内において前記絶縁層上に第２の導電層を形成することにより、前記中空部内において前記電子放出部に対向するように前記第２の導電層を設ける工程と、
を備えたことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子を有する表示装置及び表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一種として、電子放出素子を用いるフィールドエミッションディスプレイ（以下“ＦＥＤ”と称す）が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の表示装置は、通常、電子放出部が露出したガラス基板を有する電子放出素子と、発光層が形成されたガラス基板を有する表示部とが所定の間隙を持って貼り合わされることにより形成されている。
【特許文献１】特開２００６−９２９２７号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述した表示装置には次のような問題があった。すなわち、良好な表示性能を得るためには、これら２枚のガラス基板の間が高真空に維持される必要がある。したがって、２枚のガラス基板を高真空中で貼り合わせる工程か、貼り合わせてから真空ポンプで排気する工程が必要である。また、貼り合わせる前に大気中に晒されたガラス基板の表面には、大気中で吸着したガス分子が大量に存在するため、加熱処理等の工夫をしても、ガス分子を完全に除去することは難しい。このため、組立後も経時的にガス分子が基板表面から脱離してくることがあり、寿命劣化の要因となる。  
そこで、本発明は、寿命劣化を抑制することが可能となる表示装置及び表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、一態様として、基板上に在る第１の導電層と、この第１の導電層上に在り、気密に形成されるとともに大気圧より低い所定の圧力まで減圧された中空部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、その一部が前記中空部を挟んで前記第１の導電層に対向配置された第２の導電層と、前記第１の導電層上に形成され、前記中空部内に少なくともその一部が露出し、前記第１の導電層と前記第２の導電層の電位差により電子を放出する電子放出部と、前記第２の導電層側に設けられ前記電子放出部から放出される電子によって発光する発光層と、を有する発光素子が複数配列されていることを特徴とする表示装置である。
【０００５】
また、本発明は、一態様として、基板上に、第１の導電層を設ける工程と、前記第１の導電層上に中空部を有する絶縁層を設ける工程と、気密に形成されるとともに大気圧より低い所定の圧力まで減圧された減圧状態の空間内において、前記第１の導電層上に、前記中空部内に露出する電子放出部を設ける工程と、前記電子放出部を設ける工程の後、前記電子放出部を大気に露出することなく、前記減圧状態の空間内において前記絶縁層上に第２の導電層を形成することにより、前記中空部内において前記電子放出部に対向するように前記第２の導電層を設ける工程と、を備えたことを特徴とする表示装置の製造方法
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、表示装置の寿命劣化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１について図１乃至図３を参照して説明する。図１は画像表示装置１の１画素に対応する部分を示す斜視図である。図２は発光素子２の要部を示す断面図である。図３は図１の要部断面図である。図１、図２及び図３中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示している。なお、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。
【０００８】
図１に示されるように、画像表示装置の一例としての画像表示装置１は、マトリクス状に配された複数の発光素子２を一体に有して構成される発光素子部３を備えている。この画像表示装置１では、電子放出素子１０と表示部３０とが一体に構成されている。
【０００９】
図１乃至図３に示すように、電子放出素子１０は、カソード基板１１と、このカソード基板１１上に形成された導電層１２（第１の導電層）と、これらカソード基板１１及び導電層１２上に形成され、複数のエミッタ孔１４を備える絶縁層１３と、エミッタ孔１４の内部において導電層１２上に形成されたグラファイト層２０とを備えている。
【００１０】
表示部３０は、前記絶縁層１３上に形成された第２の導電層としてのアノード電極３１と、このアノード電極３１上に形成されたＲ、Ｇ、Ｂの三色の発光層３２と、この発光層３２上に形成された保護層３３とを備える。
【００１１】
カソード基板１１はガラスやシリコン等により構成され、画像を表示するために必要な所定の面積を有している。このカソード基板１１上に、導電層１２が形成されている。例えばここでは、１画素に対応するカソード基板１１上に、３個の導電層１２が並列して形成されている。
【００１２】
導電層１２は、ニッケル等の触媒金属からなり、前述のＸ方向に延びる矩形に形成されている。
【００１３】
図１及び図２に示すように、絶縁層１３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等で構成され、カソード基板１１及び導電層１２の上面に形成されている。この絶縁層１３には、円形のエミッタ孔１４が複数個形成されている。エミッタ孔１４は、エッチング加工等により所定箇所における絶縁層１３のみが除去されて形成される。このエミッタ孔１４の内部に構成された中空部１４ａは、大気圧に比べて十分に低い減圧状態であり、例えば約１０−８トール程度に維持されている。エミッタ孔１４の深さ、すなわち中空部１４ａの高さは、例えば６００μｍ程度に構成されている。
【００１４】
図２及び図３に示すように、エミッタ孔１４の内部に露出した導電層１２上には電子放出層としてのグラファイト層２０が形成されている。グラファイト層２０は、互いに絡み合う多数のグラファイトナノファイバ２１を備えている。グラファイトナノファイバ２１は、グラフェンシートが触媒金属を介して積層され、中心に中空又はアモルファスカーボンで充填された貫通中空部分を有する円柱状に構成されている。このグラファイトナノファイバ２１の直径は数ｎｍ〜数百ｎｍに構成されている。このグラファイトナノファイバ２１の側面が電子放出部の一例に該当する。
【００１５】
アノード電極３１は、例えばアルミ等の金属から構成され、中空部１４ａを挟んでカソード基板１１と対向するように絶縁層１３上に形成されている。アノード電極３１は駆動回路（不図示）に接続され、マトリクス制御される。アノード電極３１は、エミッタ孔１４の上部にも配され、電子放出部となるグラファイト層２０に対向している。
【００１６】
このアノード電極３１上に、３色の発光層３２が形成されている。発光層３２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の蛍光体を備え、前述のＸ方向に延びる矩形状を成している。  
さらに、発光層３２上には、ガラスからなる保護層３３が形成されている。
【００１７】
以降、前述した本実施形態の画像表示装置１の製造方法について図４乃至図６を参照して説明する。  
まず、ガラス基板にニッケル板を取り付ける等により、図４に示されるように、カソード基板１１上に導電層１２を形成し、ついで、導電層１２上、及び導電層１２が形成されていないカソード基板１１の上面全体に絶縁層１３を形成する。
【００１８】
さらにその後、図５に示すように、絶縁層１３を貫通して導電層１２が露出するように、所定の位置にエミッタ孔１４を形成し、次いで、エミッタ孔１４内において、グラファイトナノファイバ２１が形成して、グラファイト層２０が構成される。
【００１９】
具体的には、まず、円形の開口部を有するマスクを絶縁層１３上に設置する。その後、所定のエッチングガスで絶縁層１３を導電層１２に達するまでドライエッチングを施すことで、所定の形状のエミッタ孔１４が形成される。
【００２０】
エミッタ孔１４の形成後、減圧状態のプロセス装置（不図示）内において、カソード基板１１上に、熱ＣＶＤ法により、炭素含有ガス及び水素ガスを用いて、基板の耐熱を超えない程度の成膜温度で炭素膜を成長させ、露出した導電層１２上にグラファイトナノファイバ２１を形成する（図５を参照する）。導電層１２はニッケル等の触媒金属から構成されているため、導電層１２が触媒層として作用する。したがって、この導電層１２の上に直接グラファイトナノファイバ２１を形成することができる。こうして、導電層１２が露出しているエミッタ孔１４内において、導電層１２上に多数のグラファイトナノファイバ２１が形成され、グラファイト層２０が構成される。
【００２１】
ついで、図６に示すように、絶縁層１３の表面においては、アノード電極３１を形成し、その後、発光層３２及び保護層３３を順次積層させて表示部３０を形成する。
【００２２】
具体的には、まず、上記プロセス装置内において、スパッタ法等により、絶縁層１３の表面に、導電層１２で使用した触媒金属とは異なるアルミ等の金属を成膜し、アノード電極３１を形成する。ここで、エミッタ孔１４の直径は０.１μｍ程度と小さいため、斜め上方からエッチングを施すことにより、エミッタ孔１４内に中空部１４ａを残しつつ、エミッタ孔１４の上部の開口を埋めることができる。すなわち、カソード電極となる導電層１２との間に減圧状態の中空部１４ａを残した上で、導電層１２と対向する部分にアノード電極を形成することができる。
【００２３】
ついで、アノード電極３１の表面に発光層３２を形成する。発光層３２は、例えばＲＧＢの蛍光体を備えている。
【００２４】
この発光層３２上に、保護層３３を形成する。透明な保護層３３を透過して発光することにより、表示部側に所定の画像を映し出すことが可能となる。
【００２５】
以上により、アノード電極３１、発光層３２及び保護層３３からなる表示部３０と、電子放出素子１０とが真空容器内で一体に構成され、画像表示装置１が完成する。
【００２６】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施形態にかかる画像表示装置１の動作について説明する。  
カソード電極としての導電層１２、アノード電極３１にそれぞれ所定の電圧が印加されると、電界が生じる。ここで、導電層１２に成長したグラファイトナノファイバ２１の側面部分で電気力線が集中する。これにより強い電界が得られ、この電界に引き出されて、グラファイトナノファイバ２１の電子放出部分から、電子が放出される。
【００２７】
この電子は発光層３２が形成されたアノード電極３１に入射する。こうして発光層３２が励起され、発光する。この発光により透明な保護層３３を通して所望の画像が表示される。ここで、アノード電極３１に印加する電圧をマトリクス制御することで発光を制御することができ、画素毎の階調表示が可能となっている。
【００２８】
本実施形態にかかる画像表示装置１は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、画像表示装置１によれば、絶縁層１３上にアノード電極３１を成膜することにより、真空容器の内部で、電子放出素子１０から表示部３０まで一体に構成することができる。したがって、グラファイト層２０とアノード電極３１との間の中空部１４ａを大気に晒すことなく製造することが可能となる。このため、高真空下で表示部と電子放出部とを貼り合わせる工程や、電子放出部形成後の高真空化工程が不要となる。この結果、製造コストを低減できる。
【００２９】
また、大気に晒す必要がないため、ガス分子が電子放出素子１０に吸着するのを防ぐことができ、ガス分子がカソード基板１１表面から脱離して寿命劣化するのを防ぐことができる。
【００３０】
さらに、表示部３０側のガラス基板を省略することができるため、軽量、かつ、薄型とすることが可能となる。
【００３１】
［第２実施形態］  
次に本発明の第２実施形態に係る画像表示装置４について図７を参照して説明する。図７は、画像表示装置を一部切欠して示す斜視図である。なお、説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。本実施形態の画像表示装置において、各発光素子２の構成等については上記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。従って、本実施の形態では、上述の第1実施形態におけるものと同様の構成や製造過程を有する部分においては、必要に応じて、図１乃至図６を参照することが可能である。
【００３２】
本実施形態の画像表示装置４は、図７に示すように、基板１５上に、複数の発光素子２がマトリクス状に並べられて構成されている。ここでは、各発光素子２は上記第１実施形態における発光素子部３（図１を参照する。）が素子毎に分解されてなり、それぞれカソード基板１１、導電層１２、絶縁層１３、アノード電極３１、発光層３２を一体に備えて構成されている。これら複数の発光素子２は、隣り合う発光素子２同士における導電層１２同士及びアノード電極３１同士は、それぞれ電気的に接続されている。
【００３３】
次に、本実施形態にかかる画像表示装置４の製造方法について説明する。ここで、各発光素子部３の製造方法は、上記第１実施形態と同様である（図２乃至図６を参照する。）ため、説明を省略する。
【００３４】
上記第１実施形態と同様に一体に構成された発光素子部３を、素子毎に切り分け、これら素子毎の発光素子２のうち、特性の近いもの同士を基板１５上においてマトリクス上に並べる。このとき、導電層１２やアノード電極３１が電気的に接続されるように配置する。
【００３５】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる画像表示装置１と同様の効果が得られる。すなわち、大気に晒すことなく発光素子２を形成することができるため、高真空化のための工程を省略するとともに、大気による影響を防止することができる。
【００３６】
さらに、発光素子部３を素子毎の発光素子２として、同一性能のもの同士をまとめて画像表示装置４を組み立てることができるので、高品質化できる。すなわち、電子放出特性を揃えることができるため、隣接した電子放出部間での電子放出量の違いを抑制することで、画像のばらつき等を防ぐことができる。
【００３７】
［第３実施形態］  
次に本発明の第３実施形態に係る画像表示装置５について図８を参照して説明する。各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して示している。なお、本実施形態の画像表示装置５においてアノード電極３１を形成する工程以外の点については前記第１実施形態の画像表示装置１と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
従って、本実施の形態では、上述の第1実施形態におけるものと同様の構成や製造過程を有する部分においては、必要に応じて、図１乃至図６を参照することが可能である。
【００３９】
本実施形態においては、図８に示すように、絶縁層１３上にアノード電極３１形成する際、まず、あらかじめ、エミッタ孔１４の内部にカーボン系の材料１６を充填させておく。
【００４０】
具体的には、次いで、絶縁層１３及びカーボン材料１６の上面を削って平面状に成形し、この上面にアノード電極３１を形成する。
【００４１】
アノード電極３１を形成した後、ウェット処理によって内部のカーボン系材料１６を除去する。これらの工程はいずれも上記プロセス装置内において減圧状態で行われる。
【００４２】
この後、上記プロセス装置内にて減圧状態で、上記第１実施形態と同様にして、アノード電極３１の上に発光層３２及び保護層３３を順次積層して形成し、表示部３０が構成される。以上によりエミッタ孔１４の内部に構成される中空部１４ａが減圧状態のまま密閉され、図１に示す画像表示装置１と同じ構成の画像表示装置５が完成する。
【００４３】
本実施形態においても上記第１実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、大気に晒すことなく発光素子部３及び画像表示装置５を形成することができるため、高真空化のための工程を省略するとともに、大気による影響を防止することができる。さらに、アノード電極３１を平らに形成することが可能となる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば上記各実施形態においては、電子放出層としてのグラファイト層２０は、円柱構造のグラファイトナノファイバ２１で構成される場合について例示したが、この他に、触媒金属の表面形状に沿った形状を有するグラフェンシートの小片が触媒金属を介して積み重なった構造も適用可能である。この他、グラファイト、カーボンナノチューブ、ダイアモンド、ダイアモンドライクカーボン、アモルファス炭素膜、及びシリコンナノワイヤ等も適用可能である。例えばカーボンナノチューブの場合は、エミッタ孔１４を形成した後、この内部の中空部１４ａに導電層１２が露出した状態において、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解してカーボンナノチューブを形成する。このとき、さらに、プラズマはマイクロ波プラズマとし、成長するカーボンナノチューブの向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成し、カーボンナノチューブの方向をアノード電極３１側に向かってブラシ上に起立するように揃えてもよい。この場合には、カーボンナノチューブの先端が電子放出部となる。
【００４５】
また、導電層１２はニッケルで構成されている場合について例示したが、この他、鉄、コバルトなどの触媒金属から構成されていてもよく、さらに第３実施形態においては触媒金属以外も適用可能である。
【００４６】
さらに、上記各実施形態においては、マスクを用いてエミッタ孔１４を形成する場合について説明したが、図９に示すように、絶縁層１３を形成する際に、内部に導電層１２が露出するようなボイド１７を生じさせるとともに、このボイド１７の上部とともに絶縁層１３の上部を削り取って平面状に整え、エミッタ孔１４を形成してもよい。
【００４７】
電子放出層としてのグラファイト層２０を、例えば銀などの金属材料にグラファイトナノファイバ２１が混合されたペーストを用いて印刷法により形成しても良い。この場合には、導電層１２に触媒金属以外の導電材料を適用することが可能である
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す斜視図。
【図２】同画像表示装置を模式的に示す断面図。
【図３】同画像表示装置を構成する発光素子を模式的に示す斜視図。
【図４】同画像表示装置の製造工程を示す断面図。
【図５】同画像表示装置の製造工程を示す断面図。
【図６】同画像表示装置の製造工程を示す断面図。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる画像表示装置の要部を、一部切欠して模式的に示す斜視図。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる画像表示装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例にかかる画像表示装置の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…画像表示装置、２…発光素子、３…発光素子部、４…画像表示装置、５…画像表示装置、１０…電子放出素子、１１…カソード基板、１２…導電層、１３…絶縁層、１４…エミッタ孔、１４ａ…中空部、１５…基板、１６…カーボン系材料、１７…ボイド、２０…グラファイト層、２１…グラファイトナノファイバ、３０…表示部、３１…アノード電極、３２…発光層、３３…保護層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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