【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射平面表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平面ディスプレイとしては、液晶ディスプレイやエレクトロ・ルミネッセンス・ディスプレイ、
プラズマ・ディスプレイが既に実用化している。 次丗代の平面ディスプレイとしては、冷陰極を用いた電界放射平面表示装置の開発が近年盛んである。

【０００３】従来のダイヤモンド薄膜電界放射平面表示装置の一例は、例えば、1994年情報表示学会論文概要集（SID94 Digest）の 43−46頁に掲載されたＮ． クマー，Ｋ． シュミット，Ｍ． Ｈ． クラーク，Ａ． ロス，
Ｂ． リン，Ｌ． フレーディン，Ｂ． ベイカー，Ｄ． パターソン，Ｗ． ブルックオウバ，Ｃ． ジー，Ｃ． ヒルベルト，Ｒ． Ｌ． フィンク，Ｃ． Ｎ． ポッタ，Ａ． クリシュナン，Ｄ． エイチマン（N.Kumar, HK Schmidt, M.
H. Clark, A. Ross, B. Lin, L. Fredin, B. Baker, D.
Patterson, W. Brookover, C. Xie, C. Hilbert, R.
L. Frink, CN Potter, A. Krishnan, and D. Eichma
n）の共著の「ナノ微結晶ダイヤモンド電界放射ディスプレイの開発（Development of Nano-Crystalline Diam
ond-Based Field-Emission Displays）」と題する論文の中で述べられている。 前記従来例においては、第１の基板上に複数の陰電極（垂直（Ｙ）電極）が設けられ、
この上にダイヤモンド薄膜から成る冷陰極画素面電子源がマトリックス状に設けられている。 第２の基板上には、透明導電膜から成る複数の陽電極（水平（Ｘ）電極）が設けられ、この上に画素蛍光体がマトリックス状に配置されている。 前記第１の基板と前記第２の基板を対向させ、前記画素面電子源と前記画素蛍光体が向き合うように位置合わせし、両基板で挟まれた間隙を真空としている。 選択した画素に相当する陰電極と陽電極の間に、順次、200−400 V の電圧を印加して、電子を放射、加速し、加速された電子の衝撃によって画素蛍光体が発光し、２次元情報を表示する。 前記従来例においては、冷陰極電子源としてダイヤモンド薄膜を用いている。 ダイヤモンド薄膜は電子親和力が負であるため、電子の補給源がある限り、伝導帯にある電子は容易に物質の表面から真空中に飛び出すので、電子を放射するための高電界が不要となる。 このため、前記従来例のダイヤモンド薄膜電界放射平面表示装置においては、電界印加のためのゲート電極（あるいは、グリッド電極）も電界集中のための微小チップも不要となり、単純な面電子源構造と単純な電極構造が実現された。 しかしながら、前記従来例においては、陰電極と電子源の一体化については考慮されておらず、そのため、陰電極と電子源とを別々に形成しなければならず、製作工程の単純化が不十分であった。 また、陰電極の上に電子源を設けた構造なので、電子源材料を形成する際の下地の選択の自由度、温度等の形成条件の自由度が制限されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術においては、上述したように、陰電極と電子源とを別々に形成しなければならず、素子構造及び製作工程の単純化が不十分であった。 また、電子源材料を形成する際の下地の選択の自由度、温度等の形成条件の自由度が制限されていた。

【０００５】本発明の第１の目的は、陰電極と電子源が一体化された、より単純な構造を有し、したがって、製作工程がより単純で作製の容易な電界放射平面表示装置を提供することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、電子源材料であるダイヤモンド薄膜を形成する際の下地の選択の自由度、
温度等の形成条件の自由度が大きく、したがって、最適形成条件で電子源を形成することが容易な構造の電界放射平面表示装置、したがって、表示特性の良好な電界放射平面表示装置を提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、表示特性が良好で、製作工程が単純で作製の容易な電界放射平面表示装置を搭載した電子装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１および第２の目的は、ダイヤモンド膜の表面層の少なくとも一部を高濃度不純物領域とし、この高濃度不純物領域が面電子源であると同時に陰電極の少なくとも一部を兼ねるような構造とすることによって、達成される。 一般に、半導体において不純物濃度が高くなると、電子濃度も高くなり、
ドナーイオンのクーロン場は遮蔽され、この遮蔽距離がドナーの有効ボーア半径より小さくなれば、電子は一つのドナーイオンに束縛されなくなり、金属状態に転移する。 この転移は、金属−絶縁体転移、もしくは、モット転移として知られている。 有効ボーア半径を a とすると、転移不純物濃度 n はn ^1/3 a＝0.25 で与えられる。
ダイヤモンドの場合、この転移不純物濃度は 4.5×10 ¹⁸
cm ^-3である。 不純物濃度が 4.5×10 ¹⁸ cm ^-3以上のダイヤモンド薄膜は絶対０度付近でも十分に伝導的である。 不純物濃度がこれより一桁小さい場合、すなわち、
不純物濃度が 1×10 ¹⁷ cm ^-3以上で 4.5×10 ¹⁸ cm ^-3
より小さい場合で、中間濃度型不純物伝導を示すようなダイヤモンド薄膜の場合でも、室温では十分に伝導的である。 すなわち、上記高濃度不純物領域の不純物濃度プロファイルの最大不純物濃度を1×10 ¹⁷ cm ^-3以上、望ましくは、4.5×10 ¹⁸ cm ^-3以上とすることにより、上記第１および第２の目的は達成される。

【０００９】上記第３の目的は、上記の手段により構成された電界放射平面表示装置を電子装置に搭載することによって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる電界放射平面表示装置の一実施例の構成を示す概略図、図２は図１
の電界放射平面表示装置のA−A'断面図、図３は図２のB
−B'断面図、図４は図２のC−C'断面図、図５は図２のD
−D'断面図である。

【００１１】図１−５に示すように、第１の基板１上に電子親和力が負である物質から成る面電子源兼陰電極２
を形成し、第２の基板３上に陽電極４及び蛍光体膜５，
６，７を形成する。 第１の基板１と第２の基板３はスペーサー８を介して対向して構成され、両基板１，３の周辺部はフリットガラス９で封止され、両基板１，３に挟まれた部分は真空に保持されている。 図４における破線は対向する第２の基板３上の陽電極４の位置を示し、図５における破線は対向する第１の基板１上の陰電極２の位置を示す。 陰電極２と陽電極４が構成するマトリックスをマルチプレックス駆動して、各画素毎に陰電極２と陽電極４との間に電位差を与えて２次元情報の表示を行わせる。

【００１２】次に、図１−５に示した電界放射平面表示装置の製造方法を説明する。 まず、第１の基板１の表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法等の通常の方法によって、微結晶ダイヤモンド膜を 400 nm の厚みに被着する。 次に、基板温度を320 ℃に保持して、微結晶ダイヤモンド膜の表面に170 keVのエネルギーの炭素イオンを
3.5 × 10 ¹⁶ ／cm ²の照射量で打ち込み、微結晶ダイヤモンド膜の表面層の全面に高濃度のｎ型不純物を含んだ領域を形成した。 この高濃度不純物領域の不純物濃度プロファイルにおける最大不純物濃度は 6×10 ¹⁸ cm ^-3であった。 その後、この高濃度にｎ型不純物を含んだ微結晶ダイヤモンド膜をストライプ状に加工し、複数の面電子源兼陰電極２を形成する。 第２の基板３としては透明基板を用い、この透明基板３の表面に酸化インジウム錫（ITO）透明導電膜を 300 nm の厚みに被着し、この透明導電膜をストライプ状に加工して、複数の陽電極４を形成する。 次に、三原色のひとつＦ色の光を発する蛍光体膜を全面に塗布した後、前記Ｆ色蛍光体膜が所望の画素部分にのみ残るように不要部分の前記Ｆ色蛍光体膜を除去して、Ｆ色画素蛍光部５を作成する。 同様にして、
Ｇ色画素蛍光部６、Ｈ色画素蛍光部７を作成する。 ただし、Ｆ色以外の三原色の色を、Ｇ色，Ｈ色とした。 ３色の配置は、入力電気信号の入れ方と合致するようにする。 また、３色の作成の順序は任意である。 作製した２
枚の基板１、３のうちのいずれかに真空封止用排気口を設けた後、基板１、３を、電子源部と蛍光部が内側になるように対向させ、スペーサー８によって100 μmの間隙を保たせ、基板１、３の周辺部をフリットガラス９で封止し、十分に真空排気した後、排気口を封止する。 このようにして作製した表示パネルにおいて、ストライプ状の面電子源兼陰電極２とストライプ状の陽電極４の交差部分が画素部分となる。 上記実施例においては、面電子源として微結晶ダイヤモンド薄膜を用いており、ダイヤモンド薄膜は一般に電子親和力が負の領域を含んでいるので、電界を印加しなくても、電子の補給源さえ与えれば、電子を放射することができる。 したがって、陽電極４と面電子源兼陰電極２との間に電位差を与えれば、
電子の補給源は与えられて電子が放射され、また、電子は加速されて、加速された電子の衝撃によって画素蛍光部５，６，７は発光する。 したがって、陽電極４と面電子源兼陰電極２が構成するマトリックスをマルチプレックス駆動して、カラーの２次元情報表示を行うことができる。 ここで、陰電位を0 V とし、陽電位は350 V とした。

【００１３】以上述べたように、上記実施例によれば、
電子源がすなわち陰電極であるので、電子源と陰電極を別々に設ける必要がないので、電子源と電極の構造が非常に単純であって、したがって製作工程が単純で作製の容易な電界放射平面表示装置が可能となった。 また、電子源材料を形成する前に陰電極等を設ける必要がないので、陰電極等を設ける必要のある場合に較べて、電子源材料を形成する際の下地の選択の自由度、温度等の形成条件の自由度が拡がり、より望ましい条件で電子源材料を形成することができるので、電子の放射効率の良い面電子源を形成することができた。 また、面電子源がすなわち陰電極であるので、面電子源兼陰電極２の画素部分の面積をすべて面電子源として用いることができるので、効率の良い電子線の放射が可能となった。

【００１４】上記実施例においては、前記面電子源兼陰電極２は画素のマトリックス状二次元配列の各列の画素を繋ぐ複数の垂直電極であり、前記陽電極４は画素のマトリックス状２次元配列の各行の画素を繋ぐ複数の水平電極であり、前記垂直電極と前記水平電極の交差部分が画素を構成している。 別の電極構造としては、前記面電子源兼陰電極２が画素のマトリックス状二次元配列の各行の画素を繋ぐ複数の水平電極であり、前記陽電極４が画素のマトリックス状二次元配列の各列の画素を繋ぐ複数の垂直電極であるような構成としても、同様の効果が得られた。

【００１５】また、上記実施例においては、面電子源兼陰電極用の材料として、微結晶ダイヤモンド薄膜を用いたが、多結晶もしくは単結晶のダイヤモンド薄膜を用いても、同様な効果があった。 特に、多結晶もしくは単結晶のダイヤモンド薄膜を基板上に形成しようとするときは、一般にその結晶性は基板の状況に大きく左右される。 例えば、基板１として結晶基板を用いれば単結晶膜をエピタキシャル成長させることが可能であるし、基板１として溝構造のある非晶質基板を用いれば２軸配向した多結晶膜をグラフォエピタキシャル成長させることができる。 本発明では、別に陰電極を設ける必要が無く、
基板１上に直接ダイヤモンド膜を形成できるので、予め電極を設けてからダイヤモンド膜を形成する場合に較べて、基板の状態、すなわち、結晶性、結晶方位、形状等を、制約なしに最適に選ぶことができ、また、成長温度等の膜形成条件を最適に選ぶことができた。

【００１６】また、図１−５に示した実施例では、面電子源兼陰電極２の表面層の全面を高濃度不純物領域としたが、必要により、面電子源兼陰電極２の表面層の一部の領域を高濃度不純物領域としてもよいことは言うまでもない。 すなわち、高濃度不純物領域１０の形状を、図６のようにグリッド（格子）状としたり、図７のようにメッシュ状としたり、図８のように櫛状としたり、図９
のように目開き状としたりして、面電子源兼陰電極２の中に高濃度不純物領域１０と高濃度不純物領域でない領域が共に存在するような構造としても、同様な効果が得られた。 なお、図６−９は図４に相当する図であるが、
面電子源兼陰電極のみを示しており、基板１とスペーサ８は省略している。 また、図６−９において図中の破線は対向する第２の基板３上の陽電極４の位置を示している。

【００１７】また、図１−５に示した実施例では、陰電極は全て面電子源兼陰電極２であるが、必要に応じて、
例えば、周辺部の電極取り出し部分等を、面電子源材料の高濃度不純物領域の上に金属層を設けた２重層としたり、または、単に金属層のみとしてもよいことは言うまでもない。

【００１８】また、本発明の電界放射平面表示装置を、
テレビジョン受像装置、情報処理装置、文章処理装置、
コンピューター利用学習機器、及び、コンピューター・
ゲーム機等電子装置の表示装置として用いたところ、電界放射平面表示装置として良好な表示特性を示し、また、それぞれの電子装置として良好な動作を示した。

【００１９】

【発明の効果】以上詳しく述べたように、本発明によれば、陰電極と電子源が一体化された単純な構造を有する電界放射平面表示装置、したがって、製作工程が単純で作製の容易な電界放射平面表示装置が可能となる。 また、本発明によれば、電子放射の効率の高い、したがって、表示特性の良好な電界放射平面表示装置が可能となる。 また、本発明によれば、製作工程が単純で作製が容易であり、表示特性の良好な電界放射平面表示装置を搭載した電子装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の断面構造図である。

【図３】本発明の一実施例の別の断面の断面構造図である。

【図４】本発明の一実施例の第１の基板の平面図である。

【図５】本発明の一実施例の第２の基板の平面図である。

【図６】本発明の別の実施例の高濃度不純物領域を示す図である。

【図７】本発明の別の実施例の高濃度不純物領域を示す図である。

【図８】本発明の別の実施例の高濃度不純物領域を示す図である。

【図９】本発明の別の実施例の高濃度不純物領域を示す図である。

【符号の説明】

１：第１の基板、２：面電子源兼陰電極、３：第２の基板、４：陽電極、５：Ｆ色画素蛍光部、６：Ｇ色画素蛍光部、７：Ｈ色画素蛍光部、８：スペーサー、９：フリットガラス、１０：高濃度不純物領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和田 淳一 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内