(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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７のいずれかに記載の表示装置。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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９に記載の表示装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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３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
【図１】
0004224225.tif 000002
【図２】
0004224225.tif 000003
【図３】
0004224225.tif 000004
【図４】
0004224225.tif 000005
【図５】
0004224225.tif 000006