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WO2004003961A1 - 蛍光体発光素子及びその製造方法、並びに画像描画装置 - Google Patents

蛍光体発光素子及びその製造方法、並びに画像描画装置 Download PDF

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Publication number
WO2004003961A1
WO2004003961A1 PCT/JP2003/008351 JP0308351W WO2004003961A1 WO 2004003961 A1 WO2004003961 A1 WO 2004003961A1 JP 0308351 W JP0308351 W JP 0308351W WO 2004003961 A1 WO2004003961 A1 WO 2004003961A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
phosphor
emitting device
porous
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2003/008351
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masahiro Deguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to AU2003246168A priority Critical patent/AU2003246168A1/en
Priority to JP2004517341A priority patent/JP3705803B2/ja
Priority to US10/751,813 priority patent/US6897606B2/en
Publication of WO2004003961A1 publication Critical patent/WO2004003961A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/86—Vessels; Containers; Vacuum locks
    • H01J29/864—Spacers between faceplate and backplate of flat panel cathode ray tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J63/00—Cathode-ray or electron-stream lamps
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    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/241—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases the vessel being for a flat panel display
    • H01J9/242—Spacers between faceplate and backplate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
    • H01J2329/86—Vessels
    • H01J2329/8625—Spacing members

Definitions

  • the present invention relates to a phosphor light emitting device including a porous layer having a structure in which a gas phase and a solid phase are mixed, particularly a porous layer having a porous structure composed of fine particles made of an insulator, and a method for producing the same. And an image drawing apparatus using the phosphor light emitting device.
  • a CRT Cathode Eay Tube
  • a CRT Cathode Eay Tube
  • a thin cathode with a cold cathode-type micro electron-emitting device as an emitter has been mentioned.
  • Field emission displays FEDs
  • This cold cathode type emitter emits electrons from a solid surface into a vacuum without heating using a tunnel effect or the like.
  • a Spindt type, MIM (Metal-Insulator-Metal) type, BSD (Balistic electron Surface-emitting Display) type etc. are reported.
  • the Spindt-type electron-emitting device is disclosed in U.S. Pat. No. 3,665,241 and the like, and its action is formed by a high melting point metal material such as silicon (Si) or molybdenum (Mo).
  • a high electric field > l X l 0 9 vZm ) to the tip of the small conical emitter evening section is intended to out release electrons into a vacuum.
  • the MIM type cold cathode emitter has a structure in which a very thin insulator layer is sandwiched between a pair of metal electrode layers (metal-insulator layer-metal), and a voltage is applied between both metal electrodes. Tunnel the middle insulating layer with This is to release the electrons that have been charged into a vacuum.
  • the BSD type cold cathode emitter is basically based on the same principle as the MIM type, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-250766, but it is used in a layer where electrons tunnel. This is one using porous polysilicon. By emitting electrons through such a microcrystalline silicon layer, the excitation energy of the injected electrons is increased, so that the emitted electrons have excellent parallelism.
  • Fig. 9 shows a phosphor light-emitting device using MIM and BSD-type cold cathode emitters (hereinafter referred to as a second conventional example).
  • the phosphor light emitting elements 71 and 81 constitute one pixel on the screen of the image drawing device.
  • the screen is composed of a large number of pixels, and FIGS. 8 and 9 schematically show the configuration of the phosphor light emitting elements 71 and 81 for one pixel.
  • a plate-shaped back substrate 51 having a cold cathode emitter 72 formed on the inner surface (upper surface) and an anode electrode on the inner surface (lower surface) are provided.
  • a plate-shaped front base member 58 on which an anode portion 53 composed of 57 and a phosphor layer 56 is formed is disposed so as to face each other, and an edge of the back base 51 and an edge of the front base 58 are arranged.
  • a spacer 61 is provided around the entire circumference of the gap between the spacer 61 and the gap between the spacer 61 and the edges of the back substrate 51 and the front substrate 58 with a paste or the like. Have been.
  • the Spindt-type emitter section 72 has a lower electrode 52, an insulator layer 63, a cone structure 53 composed of Si and Mo, and a gate electrode 54. Also the gate Voltages (59, 60) are applied between the electrode 54 and the anode electrode 57 and between the lower electrode 52 and the gate electrode 54, respectively.
  • an MlM or BSD type is provided on the inner surface of the back substrate 51.
  • An emitter section 82 is formed.
  • the emitter section 82 includes a lower metal electrode 52, an insulator layer 53, and an upper metal electrode 54.
  • the emitter section 82 is of the BSD type, the emitter section 82 includes a lower electrode 52, a porous polysilicon layer 53, and an upper electrode 54.
  • a voltage (59, 60) is applied between the upper metal electrode or upper electrode 54 and the anode electrode 57 and between the lower metal electrode or lower electrode 52 and the upper metal electrode or upper electrode, respectively. Applied.
  • Other points are the same as the first conventional example.
  • all of the conventional phosphor light emitting devices using the cold cathode type emitter are configured so that electrons are emitted into the hermetic space 62.
  • an airtight space 62 is formed at very narrow intervals (approximately 0:! ⁇ Lmm) using a spacer 61 etc. Space 62 must be maintained at a high vacuum.
  • the conventional phosphor light emitting device has the following problems.
  • this housing it is necessary for this housing to have a pressure-resistant structure, and therefore, the material of the housing needs to be thick.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its first object to provide a phosphor light emitting element and an image drawing apparatus that do not require a housing for maintaining strength.
  • a phosphor light emitting device comprises a cold cathode type emitter for emitting electrons, and a phosphor which emits light by collision of electrons emitted from the emitter. And an anode portion disposed opposite to the emitter portion and having an anode electrode and the phosphor layer provided inside the anode electrode. A porous body layer made of a porous body having an insulating property is sandwiched between the metal layer and the anode portion.
  • the porous layer provided between the emitter and the anode allows electrons emitted from the emitter to pass through the vacancies and functions as a solid substance. It is possible to eliminate the need for a housing for maintaining strength while maintaining the function of emitting light.
  • the porous body may be made of a solid material having a solid skeleton formed in a three-dimensional network and pores continuous in a network of the solid skeleton. Good.
  • the continuous pores of the porous body function as passages of emitted electrons, and the solid skeleton of the porous body functions as a solid substance, thereby realizing a more suitable porous body layer. be able to.
  • the porous body layer may be in contact with the emission section.
  • the porous body layer may be in contact with the anode portion.
  • the porous body layer may be in contact with both the emitter section and the anode section.
  • the volume ratio of the solid skeleton in the porous material layer is preferably more than 0% and 15% or less. With such a configuration, energy loss of emitted electrons can be reduced while maintaining the function of the porous body layer as a solid.
  • the volume ratio of the solid skeleton in the porous material layer is 3% or more and 15% or less. With such a configuration, the energy loss of the emitted electrons can be further reduced.
  • the solid skeleton of the porous body layer is composed of a plurality of connected particles, and the particle diameter of the particles is 3 nm or more and 20 nm or less. With such a configuration, it is possible to reduce the energy loss of emitted electrons while maintaining the function of the porous layer as a solid.
  • the particle diameter of the particles is more preferably 3 nm or more and 10 nm or less. With such a configuration, the energy loss of emitted electrons can be further reduced.
  • the porous layer S i 0 2, A 1 2 0 3, and may be configured in any of the M g O. With such a configuration, an insulating porous material layer can be suitably formed.
  • the phosphor layer may be constituted by a porous phosphor layer in which a phosphor is dispersed in pores of the porous body. With such a configuration, the effective phosphor area is increased, so that the emission luminance is improved.
  • the porous phosphor layer is composed of first and second porous phosphor layers, the first porous phosphor layer is formed in contact with the anode electrode, and the second porous phosphor layer is The phosphor layer may be formed in the porous material layer. C In such a configuration, the phosphor layer is also provided in the porous material layer, and accordingly, the effective phosphor area Is increased, and the light emission luminance is further improved.
  • An electron supply layer for supplying electrons, an electron transport layer in which electrons supplied from the electron supply layer can move, and a voltage applied between the electron supply layer and the electron supply layer.
  • a control electrode layer for emitting electrons moving through the transport layer from the emitter.
  • the surface of the electron transport layer on the control electrode layer side may have a negative electron affinity or an electron affinity close to zero.
  • the emitter unit may be formed of any one of a cold cathode type emitter of a MIM type, a BSD type, and a Spindt type.
  • the method for manufacturing a phosphor light emitting device includes: a cold cathode type emitter section for emitting electrons; and a phosphor layer emitting light by collision of electrons emitted from the emitter section.
  • a method for manufacturing a phosphor light emitting device comprising: an anode portion disposed to face the emitter portion; and an anode portion having an anode electrode and the phosphor layer provided inside the anode electrode.
  • a three-dimensional network is formed between the emitter and the anode.
  • the porous layer may be formed using a sol-gel transition reaction. With such a configuration, the porous layer can be easily formed over a large area and with good uniformity, so that the cost and quality of the phosphor light emitting device can be reduced.
  • the wet gel structure When forming the porous material layer, the wet gel structure may be dried by a supercritical drying method. With such a configuration, it is possible to easily form a very fine porous body layer having a large number of pores without causing deformation and destruction of the porous body layer which may occur during drying.
  • an image drawing apparatus includes the phosphor light emitting element according to claim 1. With such a configuration, it is possible to realize an image drawing apparatus that does not require a housing for maintaining strength.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view showing the microstructure of the porous body used for the porous body layer of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a configuration of a phosphor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown typically.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional perspective view schematically showing a configuration of an image drawing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional phosphor light emitting element using a Spindt-type cold cathode emitter.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional phosphor light-emitting device using MIM and BSD type cold cathode emitters.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
  • a phosphor light emitting device 11 of the present embodiment has a plate-shaped back substrate 1 and a plate-shaped front substrate 8. At a predetermined position on the inner surface (upper surface) of the back substrate 1, a cold cathode type emitter section 12 is formed.
  • the phosphor light emitting element 11 generally constitutes one pixel in the screen of the image drawing apparatus.
  • the screen is composed of a large number of pixels
  • FIG. 1 shows the configuration of the phosphor light emitting element 11 for one pixel.
  • one phosphor light emitting element 11 can be used for display or the like.
  • the anode electrode 7 can be provided for each of an arbitrary number of pixels, and one common electrode may be provided for all pixels.
  • the back substrate 1 and the front substrate 8 are separated by a predetermined distance so that the inner surfaces face each other. (Approximately 0.1 mm or more and 1 mm or less).
  • a porous layer 5 is provided between the inner surface of the back substrate 1 and the inner surface of the front substrate 8.
  • the emitter section 12 is a section having a function of emitting electrons to the porous body layer 5, and is formed on the back substrate 1 in order, the electron supply layer 2, the electron transport layer 3, and the control electrode layer 4. have.
  • the electron supply layer 2 supplies electrons, the electron transport layer 3 transports the electrons to the emission surface, the control electrode layer 4 applies a voltage for electron transport and emission, and transfers the electrons to the porous material layer 5.
  • the emitter section 12 is composed of layers having these functions, and may be any layer that can efficiently emit electrons to the porous layer 5 and is limited to a specific configuration. Not something. More specifically, any of Spindt-type, MIM-type, BSD-type, and other types of cold-cathode-type emitters may be used. The resulting emitter section 12 is shown.
  • the emitter section 12 is composed of a MIM type cold cathode type emitter (hereinafter simply referred to as MIM type), the electron supply layer 2, the electron transport layer 3, and the control electrode layer 4 It consists of a MIM type lower metal electrode, insulator layer, and upper metal electrode.
  • MIM type cold cathode type emitter
  • the insulator layer for example, such as S io 2, A 1 2 O 3 is used.
  • the emitter section 12 is composed of a BSD type cold cathode type emitter (hereinafter simply referred to as a BSD type)
  • the electron supply layer 2, the electron transport layer 3, and the control electrode layer 4 are each composed of a BSD type. It consists of a lower metal electrode, a porous polysilicon layer, and an upper electrode.
  • the anode portion 13 is a portion having a function of applying a voltage for accelerating electrons in the porous body layer 5 and causing the phosphor to emit light.
  • the anode electrode 7 and the phosphor layer 6 have.
  • the anode electrode 7 applies an accelerating voltage (hereinafter, referred to as an anode voltage) to the electrons emitted into the porous body 5, and the phosphor layer 6 emits light by collision of the electrons.
  • the anode electrode 7 is generally formed of a transparent conductive film made of ITO or the like. Is composed of a transparent glass substrate or the like.
  • a phosphor material in which a ZnO: Zn or ZnS-based phosphor is selected according to a desired emission color is used.
  • An electron emission voltage is applied between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 by the control power supply 9, and an anode voltage is applied between the control electrode layer 4 and the anode electrode 7 by the acceleration power supply 10. Applied.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view showing a fine structure of a porous body 20 used for the porous body layer 5 of FIG.
  • a porous body (hereinafter, simply referred to as a porous body) 20 used in the present invention is composed of a solid skeleton part 17 formed in a three-dimensional network and a solid skeleton part 17. It is a solid material having mesh-like continuous pores (hereinafter, referred to as continuous pores) 18.
  • the porous body 20 can be produced by a method such as molding of base material powder, powder firing, chemical foaming, physical foaming, and a sol-gel method.
  • a favorable effect can be obtained by having a large number of nanometer-sized holes as the porous body.
  • the porous body 20 has the solid skeleton 1 ⁇ and the continuous pores 18.
  • the solid skeleton portion 17 is preferably formed by connecting a plurality of particles having a size (particle size) of 3 nm to 20 nm in a two-dimensional network.
  • the continuous pores 18 are formed as mesh-like voids in the solid skeleton part 17 and have a size (diameter) of 10 nm or more and 100 nm or less. Preferably, there is.
  • the porous body 20 includes a large number of continuous pores 18 while maintaining the shape of the solid in the solid skeleton portion 17. For this reason, in FIG. 1, the electrons emitted to the porous material layer 5 can behave as if they are electrons propagating in space by the voltage applied to the anode electrode 7.
  • the phosphor layer 6 can emit light.
  • the porous body 20 keeps its shape as a solid by the solid skeleton 17, so that the distance between the back substrate 1 and the front substrate 8 is maintained by the porous layer 5.
  • the space between the emitter section 12 and the anode section 13 is reduced in pressure. Therefore, also in the present invention, the continuous pores 18 of the porous body 20 constituting the porous body layer 5 sandwiched between the emitter section 12 and the anode section 13 are decompressed (this is the present invention). The details of the decompression will be described later), and an external pressure (in many cases, atmospheric pressure) is applied to the back substrate 8 and the front substrate 1.
  • the solid skeleton portion 17 of the porous body 20 constituting the porous body layer 5 resists this external pressure. Therefore, in the present embodiment, it is not always necessary to provide a spacer 61 that requires fine processing as shown in FIG. In addition, the spacer 61 shown in FIG. 8 must be provided for each pixel. However, as described later, the porous body 20 is coated with a solution that becomes the porous body 20 by the backing substrate 1. Since it only needs to be applied over the entire surface, the production becomes easier as compared with the conventional example. Also, it is not necessary to fabricate a highly airtight housing that is difficult to fabricate.
  • a housing for reinforcement may be provided. Also, as described later, the emitter section 12 and the anode section If it is necessary to keep the airtightness between 13 and 13, a housing may be provided to maintain the airtightness.
  • the housing for reinforcement and airtightness is provided between the edge of the back substrate 1 and the edge of the front substrate 8 in the same manner as in the conventional example shown in FIGS. 8 and 9, for example. It is constructed by disposing the spacer 61 over the entire circumference and sealing the gap between the spacer 61 and the edges of the back substrate 1 and the front substrate 8 with a paste or the like. be able to. Further, as shown in FIG. 1, the whole of the phosphor light emitting element 11 may be housed and may be constituted by a sealable housing 101.
  • a dry gel produced by a sol-gel method can be mentioned as a particularly promising candidate.
  • the dried gel has a solid skeleton portion 18 composed of particles having a size of 3 nm or more and 20 nm or less, and has an average pore diameter in a range of 100 nm or more and 100 nm or less. It is a nano-sized porous body 20 in which pores are formed.
  • a material exhibiting relatively high resistance electrical characteristics due to application of an accelerating voltage is suitable.
  • porous silica silicon oxide: SiO 2
  • M g O magnesium oxide
  • the method for obtaining a porous silicide force composed of a dried gel used in the present invention is roughly divided into a step of obtaining a wet gel and a step of drying it.
  • a wet gel can be synthesized by subjecting a raw material of silica mixed in a solvent to a sol-gel reaction.
  • a catalyst is used if necessary.
  • the raw materials react in a solvent to form fine particles, and the fine particles are networked to form a network skeleton.
  • the composition of the raw material and the solvent, which are solid components is determined so as to obtain porous silica having a predetermined porosity.
  • a catalyst, a viscosity modifier, etc. are added as necessary, and the mixture is agitated. After a certain period of time, the solution gels.
  • the temperature can be set to a temperature around room temperature, which is a normal working temperature.
  • Raw materials for silica include alkoxysilane compounds such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, trimethoxymethylsilane and dimethoxydimethylsilane, oligomers thereof, and sodium silicate (sodium silicate) and potassium silicate. Water glass compounds, etc., and colloidal silica, etc. can be used alone or as a mixture.
  • the solvent may be any solvent as long as the raw materials can be dissolved to form silica, and water or common organic solvents such as methanol, ethanol, propanol, acetone, toluene, hexane and the like can be used alone or in combination.
  • water an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and acetic acid, and a base such as ammonia, pyridin, sodium hydroxide, and hydroxylated hydrogen
  • a base such as ammonia, pyridin, sodium hydroxide, and hydroxylated hydrogen
  • ethylene glycol, glycerin, polyvinyl alcohol, silicone oil, and the like can be used, but are not limited thereto as long as the wet gel can be used in a predetermined form.
  • a drying method a normal drying method such as natural drying, heat drying, and drying under reduced pressure, a supercritical drying method, and a freeze drying method can be used.
  • the porous body 20 shrinks due to the stress during the evaporation of the solvent. Therefore, as a method for forming a dried gel, in the present invention, it is preferable to use supercritical drying.
  • the surface of the solid component of the wet gel can be subjected to a water-repellent treatment or the like to prevent gel shrinkage during drying.
  • a solvent for a wet gel can be used. If necessary, it is preferable to replace the solvent with a solvent that can be easily handled in supercritical drying.
  • Solvents to be replaced include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. used as supercritical fluids. And carbon dioxide, water and the like.
  • these supercritical fluids may be replaced with generally easy-to-handle organic solvents such as acetone, isoamyl acetate, hexane and the like which are eluted.
  • drying is performed in a pressure vessel such as an autoclave.
  • a pressure vessel such as an autoclave.
  • the pressure is set to 8.09 MPa
  • the temperature is set to 239.4 or higher
  • the pressure is set at a constant temperature. Is gradually released and dried.
  • the critical pressure is set to 7.38 MPa and the critical temperature is set to 31.1 ° C or higher.
  • drying is performed at a critical pressure of 22.0 4 MPa and a critical temperature of 474.2 ° C or higher. Drying requires more than the time required for the supercritical fluid to replace the solvent in the wet gel at least once.
  • a surface treatment agent for the water-repellent treatment is chemically reacted with the surface of the solid component of the wet gel.
  • the surface treating agent examples include halogen-based silane treating agents such as trimethylchlorosilane and dimethyldichlorosilane, and alkoxy-based silane treating agents such as trimethylmethoxysilane and trimethylethoxysilane, and silicon-based agents such as hexamethyldisiloxane and dimethylsiloxane oligomer.
  • halogen-based silane treating agents such as trimethylchlorosilane and dimethyldichlorosilane
  • alkoxy-based silane treating agents such as trimethylmethoxysilane and trimethylethoxysilane
  • silicon-based agents such as hexamethyldisiloxane and dimethylsiloxane oligomer.
  • a silane treatment agent, an amine silane treatment agent such as hexamethyldisilazane, or an alcohol treatment agent such as propyl alcohol or butyl alcohol can be used, but these surface treatments can be used if similar effects can be obtained.
  • silica silica
  • alumina alkali oxide
  • Common ceramics obtained by a sol-gel reaction such as minimum and magnesium oxide, can be used as components.
  • porous body 20 in addition to the above-mentioned dried gel, for example, a sintered body obtained by sintering ceramic powder such as silica, alumina, and magnesium oxide can be used.
  • a control power supply 9 applies a voltage for electron emission between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 and accelerates between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4.
  • an anode voltage is applied by the power supply 10
  • electrons are supplied from the electron supply layer 2 to the electron transport layer 3, and the supplied electrons pass through the electron transport layer 3 from the control electrode layer 4 to the porous material layer 5.
  • the emitted electrons pass through the continuous holes 18 in the porous layer 5 and are accelerated by the anode voltage and collide with the phosphor layer 6.
  • the phosphor layer 6 emits light, and the emitted light is emitted from the front substrate 8 to the outside.
  • a procedure for manufacturing the emitter section 12 will be described first.
  • a metal lower electrode as an electron supply layer 2 and a polycrystalline polysilicon layer made porous by anodic oxidation as an electron transport layer 3 were sequentially formed on one main surface of a back substrate 1 made of a glass plate.
  • an upper electrode made of gold was formed as the control electrode layer 4, thereby forming an emitter section 12 similar to a so-called BSD type.
  • the backing substrate 1 was used as the backing substrate 1 in this embodiment, another insulating substrate (ceramic substrate) may be used.
  • the electron supply layer 2 may be omitted.
  • a metal film and a resistive film are laminated on the insulating back substrate 1 to stabilize the current.
  • the electron supply layer 2 may be constituted by the structure thus formed.
  • the porous polysilicon layer functioning as the electron transport layer 3 is formed by an LPC VD (Low Pressure Chemical 1 Vapor Deposition) method using silane gas as a source gas, and then an aqueous solution of hydrogen fluoride is used. Formed by an anodic oxidation method using In this embodiment, a porous polysilicon layer having a thickness of about 2 m was formed. In this embodiment, the porous polysilicon layer is formed by the above-described method. However, the present invention is not limited to this, and the polysilicon layer may be formed by a plasma CVD method, an optical CVD method, or the like.
  • the thickness of the gold electrode functioning as the control electrode layer 4 is approximately the same as that of the gold electrode, which has been guided to the emission surface via the electron supply layer 2 and the electron transport layer 3 and needs to be emitted therefrom by the tunnel effect. It is about 10 nm.
  • the gold thin film is formed by resistance heating evaporation.
  • porous material layer 5 was formed on the surface of the back substrate on which the emission portion 12 was formed as described above.
  • a porous silica layer having a thickness of about 100 was formed by a sol-gel method.
  • a solution containing a silica raw material tetramethoxysilane, ethanol, and an aqueous ammonia solution (0.1N) were prepared at a molar ratio of 1: 3: 4, and after stirring, the mixture was adjusted to have an appropriate viscosity.
  • the gel raw material liquid was applied onto the back substrate 1 by printing so as to have a thickness of 100 / m. Then, the coating film gelled by the sol polymerization reaction, and a silicic wet gel structure consisting of a three-dimensional network of Si—O—Si bonds as shown in Fig. 2 was formed.
  • the porous silicon layer having a thickness of about 100 Xm was formed, but the optimum film thickness varies depending on the anode voltage value.
  • the value depends on the anode voltage value, but is preferably about 1 m or more and 500 m or less.
  • the back substrate 1 on which the silica wet gel was formed was washed with ethanol (solvent replacement), and then subjected to supercritical drying with carbon dioxide to obtain a porous silica layer composed of a dried gel.
  • the supercritical drying was performed under the conditions of a pressure of 12 MPa and a temperature of 50 ° C., and after 4 hours, the pressure was gradually released to atmospheric pressure, and then the temperature was lowered.
  • the porosity of the obtained porous silica layer composed of the dried gel was about 92%.
  • the average pore diameter was estimated to be about 20 nm by the Brunauer-Emmett-Terra method (BET method).
  • BET method Brunauer-Emmett-Terra method
  • a transparent conductive film (ITO) functioning as an anode electrode 7 is laminated on one main surface of a front substrate 8 made of a glass plate, and a ZnO: Zn was applied, thereby forming an anode part 13.
  • ITO transparent conductive film
  • the back substrate 1 on which the emitter section 12 and the porous layer 5 are formed and the front substrate 8 on which the anode section 13 is formed are combined with the porous layer 5 and the anode section 1. 3 were brought into contact with each other, thereby producing a phosphor light emitting device 11 as shown in FIG.
  • the characteristics of the phosphor light emitting device 11 thus manufactured were measured in a vacuum chamber. That is, a voltage with the control electrode side being positive is applied between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 of the phosphor light emitting element 11, and electrons are emitted from the emitter 12 to the porous layer 5. At the same time, a voltage of 300 V was applied between the control electrode layer 4 and the anode electrode, and the emission current and the emission luminance of the phosphor were measured. As a result, a value of several tens mAZ cm 2 was observed as the emission current density, and emission luminance of 200 to 300 cd / m 2 was obtained. [Second embodiment]
  • This example shows the results when the method for forming the porous material layer 5 was changed in the method for manufacturing the phosphor light emitting device 11 in the first example.
  • the step of forming the porous material layer 5 first, sodium silicate is subjected to electrodialysis to prepare an aqueous solution of silicate having a pH of 9 to 10 (silica component concentration in the aqueous solution: 14% by weight). After adjusting the pH of the aqueous solution of citric acid to 5.5, this gel raw material solution was printed on the surface of the back substrate 1 so as to have a thickness of 100 m. Thereafter, the coating film gelled, and a solidified silica wet gel layer was formed.
  • the back substrate 1 on which the silica wet gel layer is formed is immersed in a 5% by weight solution of dimethyldimethoxysilane in isopropyl alcohol, subjected to a hydrophobic treatment, and dried under reduced pressure to obtain a porous silica layer composed of a dried gel.
  • Drying conditions were a pressure of 0.05 MPa and a temperature of 50 ° C. for 3 hours, and after the elapse of the time, the temperature was lowered to atmospheric pressure.
  • the dried back substrate 1 was finally subjected to an annealing treatment at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the adsorbed substances on the porous material layer 5.
  • a porous material layer 5 composed of a porous silica layer substantially similar to that of the first example was obtained.
  • the characteristics of the phosphor light emitting device 11 thus manufactured were measured in a vacuum chamber. That is, a voltage with the control electrode side being positive is applied between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 of the phosphor light emitting element 11, and electrons are emitted from the emitter 12 to the porous material layer 5. At the same time, a voltage of 300 V was applied between the control electrode layer 4 and the anode electrode 7, and the emission current and the phosphor emission luminance were measured. As a result, almost the same emission current density and phosphor emission luminance as those of the first example were obtained.
  • a phosphor light emitting device 11 is manufactured by the same method as in the first embodiment, and at that time, the structure of the porous silica layer used as the porous material layer 5 is changed to change the structure of the porous silica layer.
  • the dependence of the characteristics of the phosphor light emitting element 11 on the structure of the phosphor was examined. As a result, the whole of the porous silica layer When the volume ratio of the solid skeleton portion 17 (hereinafter, simply referred to as the volume ratio of the solid skeleton portion 17) becomes 15% or more, the average energy of the accelerated radiated electrons decreases due to scattering. It was found that the emission luminance of the phosphor was significantly reduced. Similarly, when the size of the particles constituting the porous silica layer became 20 nm or more, a decrease in emission luminance was observed for the same reason.
  • the preferred structure of the porous silica layer having a function of forming a sufficiently strong three-dimensional network and transmitting radiation electrons is as follows.
  • the volume ratio of the solid skeleton 17 (the volume ratio is
  • the volume occupied by the solid skeleton 17 is divided by the volume occupied by the porous body 20 (that is, the sum of the volume occupied by the solid skeleton 17 and the volume occupied by the continuous pores 18). Is preferably more than 0% and 15% or less, more preferably 3% or more and 15% or less. If it is less than 3%, the shape retaining function of the solid skeleton 17 may be insufficient, and if it exceeds 15%, the energy loss of emitted electrons increases.
  • the particle size of the particles constituting the solid skeleton 17 is preferably 311111 or more and 20111111 or less, more preferably 3 nm or more and 10 nm or less. If the diameter is less than 3 nm, the particle network may not be sufficiently connected. If the diameter exceeds 20 nm, the energy loss of emitted electrons increases.
  • the results are as follows. It has been found.
  • pressure of the porous body layer 5 1. 3 3 X 1 0- 3 P a or 1. Is preferably 0 1 X 1 0 5 P a ( atmospheric pressure) or less, 1. 3 3 X 1 0 one More preferably, it is 2 Pa or more and 1.33 X 10-a or less.
  • the electron acceleration region has a porous structure. Therefore, the probability of the existence of gas molecules in the holes, which are the passages of electrons, is low, and as a result, electrons are not easily scattered. Therefore, considering the performance of a vacuum pump and a housing for maintaining the porous body layer 5 in a vacuum atmosphere, the above range is preferable.
  • atmospheric pressure unlike the conventional examples, 1.3 3 If it is X 1 0- 4 P a, together with high-performance vacuum pump is needed, the air-tight enclosure is required contrast, when the atmospheric pressure is 1. 3 3 X 1 0- 3 P a, together requires a vacuum pump for normal performance, the housing (e.g., of FIG. 1 casing 1 0 1) so high airtightness There is an advantage that is not required.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • the emitter section 42 is of a Spindt type.
  • the emitter section 42 includes a lower electrode 2, Si and Mo corresponding to the electron supply layer 2, the electron transport layer 3, and the control electrode layer 4 in the phosphor light emitting device 11 of the first embodiment.
  • the lower electrode 2 and the gate electrode 4 are insulated by an insulator layer 19.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a third embodiment of the present invention. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • the phosphor light emitting device 21 of the present embodiment is different from the phosphor light emitting device 11 of the first embodiment in that the porous phosphor layer 25 is replaced with the phosphor layer 6. Is provided.
  • the porous phosphor layer 25 and the anode 7 constitute an anode 23.
  • the emitter 22 is configured similarly to the emitter 12 in the first embodiment. The other points are the same as in the first embodiment.
  • nano-sized semiconductor fine particles eg, ZnSe, ZnS, CdTe
  • aqueous solution method or a coprecipitation method.
  • the obtained semiconductor fine particles were dispersed in a solvent, they were mixed with a silicon porous gel raw material liquid.
  • This mixed liquid is hereinafter referred to as a second gel raw material liquid.
  • a silica porous gel raw material liquid in which no semiconductor fine particles are mixed (hereinafter, referred to as a first gel raw material liquid) is prepared. Then, the first gel raw material liquid and the second gel raw material liquid were sequentially applied (printed) to a predetermined thickness. Thereafter, a dry gel structure was formed using a sol-gel reaction as in the first embodiment. Thus, a porous phosphor layer made of a nanocomposite structure in which semiconductor fine particles are dispersed in pores of a porous body made of silica is formed on the porous body layer 5 described in the first embodiment. 25 was formed.
  • the application of the first and second raw material solutions onto the back substrate 1 was performed by spin coating, and the thickness of the obtained porous phosphor layer 25 was about 5 m.
  • the back substrate 1 manufactured as described above and the front substrate 8 manufactured in the same manner as in the first embodiment are combined with the porous phosphor layer 25 and the anode electrode 7. And affixed.
  • the phosphor light emitting device 21 of the present embodiment was obtained.
  • the characteristics of the phosphor light-emitting device 21 thus manufactured were measured in a vacuum chamber. That is, a voltage is applied between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 of the phosphor light emitting element 21 with the control electrode side being positive, and electrons are emitted from the emitter 22 to the porous layer 5. At the same time, a voltage of 300 V was applied between the control electrode layer 4 and the anode electrode 7, and the emission current and the phosphor emission luminance were measured. As a result, by adopting the phosphor layer 2 5 composed of a porous structure of the nano-sized, since the effective phosphor area with improved luminous efficiency with increased, the 4 0 0 ⁇ 5 0 0 cd Z m 2 Light emission luminance was obtained.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same or corresponding parts.
  • the second porous phosphor layer 25b is also provided in the porous body layer 5.
  • Other points are the same as in the third embodiment.
  • the same porous phosphor layer 25 as that of the third embodiment is used.
  • the method for forming the porous phosphor layer 25 in the porous body layer 5 conforms to the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the phosphor layer is also provided in the acceleration region of the emitted electrons. It becomes possible to arrange. As a result, the effective phosphor area can be increased. Therefore, the emission luminance of the phosphor can be further improved.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a phosphor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • the surface of the electron transport layer 14 of the emitter section 32 on the side of the control electrode layer 4 has a negative electron affinity or close to 0. Has electron affinity.
  • the back substrate 1 on which such an emitter section 32 is formed is formed of a sapphire substrate.
  • the node unit 33 is configured similarly to the node unit 13 in the first embodiment. The other points are the same as in the first embodiment.
  • the electron supply layer 2 is composed of n—GaN
  • the electron transport layer 14 that smoothly transfers electrons from the electron supply layer 2 to the control electrode layer 4 contains non-doped A 1.
  • a 1 x G a having a gradient composition in which the ratio X changes continuously in the thickness direction! _ x N (x is a variable that increases almost continuously from 0 to 1)
  • the control electrode layer 4 is made of a metal such as platinum (Pt).
  • a GaN buffer layer (not shown) is formed on the sapphire substrate 1 by reacting trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) by MOCVD (Metal Organic CVD). Reaction gas It was added to the silane (S i H 4) to form a an electron supply layer n-G a N layer 2.
  • TMG trimethylgallium
  • NH 3 ammonia
  • MOCVD Metal Organic CVD
  • TMA Bok Rimechiruaru Miniumu
  • the surface on the control electrode 4 side was formed as an A1N layer.
  • the reaction temperature was gradually changed.
  • an electron supply layer n-G a N layer 2 the A 1 X G ai- X N layer 1 4 is an electron-transporting layer successively, and can you to form a high-quality .
  • n-G a N 4 2 thick layer m, and the A lx G ai- X N layer 1 4 of the thickness 0. 0 7 ⁇ .
  • the method for forming the layer and the A 1 N layer is not limited to the above method.
  • the MOC VD method instead of the MOC VD method, it is also possible to form by using a MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or the like.
  • the control electrode layer 4 is formed on the surface of the electron transport layer 14.
  • the material of the control electrode layer 4 is appropriately selected, but Pt, Au, Ni, Ti or the like is preferably used.
  • the method of forming the control electrode layer 4 is not particularly limited, but an electron beam evaporation method is generally used. In the present embodiment, the thickness of the control electrode layer 4 is set to 5 to 10 nm.
  • the back substrate 1 on which the emitter section 32 and the porous body layer 5 are formed and the front substrate 8 on which the anode section 33 is formed are combined with the porous body layer 5 and the anode section 3. 3 were brought into contact with each other, thereby producing a phosphor light emitting element 31 as shown in FIG.
  • the characteristics of the phosphor light-emitting device 31 manufactured as described above were stored in a vacuum chamber. And measured. That is, a voltage with the control electrode side being positive is applied between the electron supply layer 2 and the control electrode layer 4 of the phosphor light emitting element 31, and electrons are emitted from the emitter section 32 to the porous layer 5. At the same time, a voltage of 300 V was applied between the control electrode layer 4 and the anode electrode 7, and the emission current and the phosphor emission luminance were measured. As a result, a value of several hundred mAZcm 2 was observed as the emission current density, and an emission luminance of about 500 cd Zcm 2 was obtained.
  • a single phosphor light-emitting element has been described as an example.
  • an apparatus for displaying images and characters can be provided. Can be applied.
  • FIG. 7 is a sectional perspective view schematically showing a configuration of an image drawing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • a plurality (three in this case) of strip-shaped lower electrodes 2 are formed on the back substrate 1 in parallel at a predetermined interval. .
  • the lower electrode 2 functions as an electron supply layer.
  • a strip-shaped porous polysilicon layer 3 is formed on each lower electrode 2.
  • the porous polysilicon layer 3 functions as an electron transport layer.
  • a plurality (three in this case) of strip-shaped upper electrodes 4 are formed at regular intervals so as to be parallel to each other and orthogonal to the lower electrode 2.
  • the upper electrode 4 functions as a control electrode.
  • a porous material layer 5 is formed on the surface of the back substrate 1 on which the lower electrode 2, the porous polysilicon layer 3, and the upper electrode 4 are formed.
  • an anode electrode 7 and a phosphor layer 6 are formed on the inner surface (lower surface) of the front substrate 8.
  • the front substrate 8 is disposed opposite the rear substrate 1 such that the phosphor layer 6 and the porous layer 5 of the rear substrate 1 are in contact with each other. I have.
  • the lower electrode 2 and the upper electrode are connected to drivers 15 and 16 for driving the emitter section corresponding to the control power supply 9 in FIG. 1, respectively.
  • An acceleration power supply (not shown in FIG. 7; see FIG. 1) is connected between the upper electrode and the anode electrode.
  • the image drawing apparatus employs an image drawing method usually called (simple) matrix driving.
  • a portion corresponding to a pixel in this image drawing apparatus constitutes the phosphor light emitting device of FIG. 1 (first embodiment), and a portion where the lower electrode 2 and the upper electrode 4 overlap.
  • Reference numeral 12 denotes an emitter section of the phosphor light emitting element 11. Therefore, in this image drawing apparatus, a plurality of (in this case, nine) phosphor light emitting elements shown in FIG. 1 are arranged two-dimensionally.
  • the phosphor of a specific pixel is determined according to the image data.
  • a specific amount of electrons is emitted from the electron emission surface of the emitter section 12 of the light emitting element 11 to the porous layer 5, and the emitted electrons are perforated by an anode voltage applied to the anode electrode 7.
  • the phosphor layer 6 is accelerated in the body layer 5 and collides with the phosphor layer 6, so that the phosphor layer 6 emits light. Therefore, the phosphor layer 6 emits light according to the image data. Therefore, by inputting an image having an arbitrary shape and an arbitrary brightness as image data into this image drawing apparatus, it is possible to draw this image.
  • the phosphor light emitting device according to the present invention is useful as an image drawing device.
  • the image drawing device according to the present invention is useful as a display device for displaying characters and images.

Landscapes

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Description

明 細 書 蛍光体発光素子及びその製造方法、 並びに画像描画装置 〔技術分野〕
本発明は、 気相と固相が混在した構造からなる多孔質体層、 特に絶縁 体からなる微小粒子で構成された多孔質構造の多孔質体層を備えた蛍光 体発光素子及びその製造方法、 並びに該蛍光体発光素子を利用した画像 描画装置に関する。
〔技術背景〕
固体からの電子放射現象を用いて蛍光体を'発光させる素子及び装置の 代表として、 C R T (Cathode Eay Tube) が挙げられるが、 近年、 冷陰 極型の微小電子放出素子をエミッタとした薄型の電界放出型ディスプレ ィ （ F E D ； Field Emission Display) が注目されている。 この冷陰極 型ェミッタは、 加熱することなく トンネル効果等を用いて固体表面から 電子を真空中に取り出すものであり、 例えばスピント （Spindt) 型、 M I M ( Metal-Insulator-Metal ) 型 、 B S D ( Ballistic electron Surface-emitting Display) 型等が報告されている。
スピント型電子放出素子は、 米国特許 3 6 6 5 2 4 1号等に開示され ているもので、 その作用はシリコン （S i ) やモリブデン （M o) 等の 高融点金属材料によって形成された微小な円錐状エミッ夕部の先端に高 電界 （> l X l 0 9VZm) を印加することにより、 電子を真空中に放 出させるものである。
また M I M型冷陰極エミッ夕は、 一対の金属電極層で非常に薄い絶縁 体層をサンドイッチした構造 （金属一絶縁体層一金属） からなるもので あり、 両金属電極間に電圧を印加することで中間の絶縁層をトンネリン グした電子を真空中に放出させるものである。
また B S D型冷陰極ェミッタは、 特開平 8— 2 5 0 7 6 6号公報等に 記載されているように、 基本的には M I M型と同様の原理であるが、 電 子がトンネリングする層に多孔質ポリシリコンを用いたものである。 こ のような微結晶状のシリコン層を介して電子放出させることで、 注入電 子の励起エネルギーが高められるため、 放出電子の平行性に優れている といった特徴を有している。
前記したような冷陰極エミッ夕を利用した蛍光体発光素子のうち、 ス ピント型の冷陰極エミッ夕を利用した蛍光体発光素子 （以下、 第 1の従 来例という） を第 8図に'示す。 また、 M I M及び B S D型冷陰極エミッ 夕を利用した蛍光体発光素子 （以下、 第 2の従来例という） を第 9図に 示す。 '
第 8図及び第 9図において、 蛍光体発光素子 7 1 , 8 1は画像描画装 置の画面における 1つの画素を構成している。 通常、 画面は多数の画素 で構成されるので、 第 8図及び第 9図は、 1画素分の蛍光体発光素子 7 1， 8 1の構成を模式的に表したものである。
第 8図に示すように、 第 1の従来例では、 内面 （上面） に冷陰極エミ ッ夕部 7 2が形成された板状の背面基材 5 1 と、 内面 （下面） にァノー ド電極 5 7及び蛍光体層 5 6からなるアノード部 5 3が形成された板状 の前面基材 5 8とが対向配置され、 背面基材 5 1の縁部と前面基材 5 8 の縁部との間にこれらの全周に渡ってスぺーサ 6 1が配設され、 スぺー サ 6 1 と背面基材 5 1及び前面基材 5 8の縁部との間がペースト等によ りシールされている。
これにより、 背面基材 5 1 と前面基材 5 8 との間に気密空間 6 2が形 成され、 この気密空間 6 2が実質的に真空状態に維持される。 スピント 型のエミッ夕部 7 2は、 下部電極 5 2、 絶縁体層 6 3、 S iや M oから なる錐体構造物 5 3、 及びゲート電極 5 4を有している。 また、 ゲート 電極 5 4とアノード電極 5 7 との間、 及び下部電極 5 2とゲート電極 5 4との間には、 それぞれ電圧 （ 5 9， 6 0 ) が印加される。
このように構成された第 1の従来例では、 冷陰極エミッ夕部 7 2が有 する錐体構造物 5 3から気密空間 6 2中に放射された電子 （以下、 放射 電子と呼ぶことがある） が、 ゲート電極 5 4とアノード電極 5 7 との間 に印加された電圧により加速されて蛍光体層 5 6に衝突し、 蛍光体層 5 6が発光する。
また、 第 9図に示すように、 第 2の従来例では、 背面基材 5 1の内面 に、 第 1の従来例におけるスピント型のェミッタ部 7 2に代えて、 M l M又は B S D型のェミッタ部 8 2が形成されている。 ェミッタ部 8 2が M I M型である場合には、 ェミッタ部 8 2は、 下部金属電極 5 2、 絶縁 体層 5 3、 及び上部金属電極 5 4を備える。 ェミッタ部 8 2が B S D型 である場合には、 ェミッタ部 8 2は、 下部電極 5 2、 多孔質ポリシリコ ン層 5 3、 及び上部電極 5 4を備える。 そして、 上部金属電極又は上部 電極 5 4とアノード電極 5 7 との間、 及び下部金属電極又は下部電極 5 2と上部金属電極又は上部電極との間に、 それぞれ電圧 （ 5 9 , 6 0 ) が印加される。 その他の点は第 1の従来例と同様である。
ところで、 このような、 冷陰極型ェミッタを用いた従来の蛍光体発光 素子 （第 1、 第 2の従来例） では、 いずれも気密空間 6 2中に電子が放 射されるよう構成されており、 安定な蛍光体発光特性を維持するために はスぺ一サ 6 1等を用いて非常に狭い間隔 （概ね 0.：！〜 lmm程度） の気 密空間 6 2を形成するとともに、 その気密空間 6 2を高真空に維持する 必要がある。
このため、 従来の蛍光体発光素子においては、 以下のような課題があ つた。
第 1に、 非常に間隔の狭い気密空間 6 2の形成が必須であり、 大面積 に精度良くその気密空間 6 2を作製することが困難である。 第 2に、 気密空間 6 2を形成する筐体（スぺ一サ 6 1、 背面基材 5 1、 及び前面基材 5 8からなる筐体） の内部を高真空に維持する必要がある ため、 この筐体は耐圧構造を備える必要があり、 このため、 筐体の材質 を厚くする必要がある。
なお、 上述の第 1、 第 2の従来例の他、 本発明に関連する技術として、 特開 2 0 0 0— 2 8 5 7 9 7号公報に開示された技術、 及び特許第 3 1 1 2 4 5 6号公報に開示された技術がある。
〔発明の開示〕
本発明は、 上記のような課題に鑑みてなされもので、 強度保持用の筐 体が不要な蛍光体発光素子及び画像描画装置を提供することを第 1の目 的としている。
また、 本発明は、 低気密性の筐体で済む蛍光体発光素子及び画像描画 装置を提供することを第 2の目的としている。
これらの目的を達成するために、 本発明に係る蛍光体発光素子は、 電 子を放射するための冷陰極型のエミッタ部と、 前記エミッ夕部から放射 される電子の衝突により発光する蛍光体層と、 前記エミッ夕部に対向す るように配置され、 ァノード電極と該ァノ一ド電極の内側に設けられた 前記蛍光体層とを有するァノ一ド部とを備え、 前記ェミッタ部と前記ァ ノード部との間に、 絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層が挟ま れている。
このような構成とすると、 エミッ夕部とアノード部との間に設けられ た多孔質層が、 空孔によってエミッタ部から放射される電子を通過させ るとともに固体物として機能するため、 蛍光体層を発光させる機能を保 持しつつ強度保持用の筐体を不要とすることができる。
前記多孔質体は、 三次元ネッ トワーク状に形成された固体骨格部と該 固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固体物からなっていても よい。
このような構成とすると、 多孔質体の連続空孔が放射電子の通路とし て機能し、 多孔質体の固体骨格部が固体物として機能するので、 より好 適な多孔質体層を実現することができる。
前記多孔質体層が前記エミッ夕部と接していてもよい。
前記多孔質体層が前記ァノード部と接していてもよい。
前記多孔質体層が前記エミッ夕部および前記ァノード部のいずれにも 接していてもよい。
前記多孔質体層における前記固体骨格部の体積比率が、 0 %を越えか つ 1 5 %以下であることが好ましい。 このような構成とすると、 多孔質 体層の固体物としての機能を保持しつつ放射電子のエネルギー損失を低 減することができる。
前記多孔質体層における固体骨格部の体積比率が、 3 %以上 1 5 %以 下であることがより好ましい。 このような構成とすると、 放射電子のェ ネルギー損失をより低減することができる。
前記多孔質体層の固体骨格部が、 連結された複数個の粒子からなり、 前記粒子の粒径が 3 nm以上 2 0 n m以下であることが好ましい。 この ような構成とすると、 多孔質体層の固体物としての機能を保持しつつ放 射電子のエネルギー損失を低減することができる。
前記粒子の粒径が 3 nm以上 1 0 nm以下であることがより好ましい, このような構成とすると、 放射電子のエネルギー損失をより低減するこ とができる。
前記ェミッタ部と前記ァノ一ド部との間の領域の気圧が 1. 3 3 X 1 0 -3卩 &以上 1. 0 1 X 1 05 P a以下であることが好ましい。 このよ うな構成とすると、 低気密性の筐体で済む。
前記ェミッタ部と前記ァノ一ド部との間の領域の気圧が 1. 3 3 X 1 0 -2 P a以上 1. 3 3 X 1 0—ェ？ &以下であることがより好ましい。 前記多孔質体層は、 S i 0 2、 A 1 2 0 3、 及び M g Oのうちのいずれ かで構成されていてもよい。 このような構成とすると、 好適に絶縁性の 多孔質体層を形成することができる。
前記蛍光体層が、 前記多孔質体の空孔部分に蛍光体が分散されてなる 多孔質蛍光体層で構成されていてもよい。 このような構成とすると、 実 効的な蛍光体面積が増大するので、 発光輝度が向上する。
前記多孔質蛍光体層が第 1及び第 2の多孔質蛍光体層で構成され、 前 記第 1の多孔質蛍光体層が前記ァノード電極に接して形成され、 かつ前 記第 2の多孔質蛍光体層が前記多孔質体層の中に形成されていてもよい c このような構成とすると、蛍光体層が多孔質体層中にも設けられるので、 その分、 実効的な蛍光体面積が増大し、 より発光輝度が向上する。
前記ェミッタ部が、 電子を供給するための電子供給層と、 前記電子供 給層から供給される電子が移動可能な電子輸送層と、 前記電子供給層と の間に印加される電圧によって前記電子輸送層を移動する電子を前記ェ ミッ夕部から放射するための制御電極層とを有していてもよい。
前記電子輸送層の前記制御電極層側の表面が、 負の電子親和力又は 0 に近い電子親和力を有していてもよい。 このような構成とすると、 電子 供給層から供給される電子が制御電極層の表面から容易に多孔質体層に 放射されるので、 放射電子のエネルギーのバラツキが小さくなる。
前記ェミッタ部が、 M I M型、 B S D型、 及びスピント型のうちのい ずれかの冷陰極型エミッ夕で構成されていてもよい。
また、 本発明に係る蛍光体発光素子の製造方法は、 電子を放射するた めの冷陰極型のエミッ夕部と、 前記エミッ夕部から放射される電子の衝 突により発光する蛍光体層と、 前記ェミッタ部に対向するように配置さ れ、 アノード電極と該アノード電極の内側に設けられた前記蛍光体層と を有するァノ一ド部とを備えた蛍光体発光素子の製造方法において、 前 記ェミッタ部と前記アノード部との間に、 三次元ネッ 卜ワーク状に形成 された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固 体物であって絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層を設ける工程 を有する。
前記多孔質体層はゾルーゲル転移反応を用いて形成してもよい。 この ような構成とすると、 このような構成とすると、 多孔質体層を容易に大 面積にかつ均一性良く形成できるため、 蛍光体発光素子の低コスト化ゃ 高品質化が可能になる。
前記多孔質体層を形成する際に、 湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥法によ り乾燥してもよい。 このような構成とすると、 乾燥時に起こり得る多孔 質体層の変形及び破壊を起こすことなく、 空孔部分が多い非常に微細な 多孔質体層を容易に形成できる。
また、 本発明に係る画像描画装置は、 請求の範囲第 1項記載の蛍光体 発光素子を備えている。 このような構成とすると、 強度保持用の筐体を 必要としない画像描画装置を実現できる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、 以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
〔図面の簡単な説明〕
第 1図は、 本発明の第 1の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 2図は、 第 1図の多孔質体層に用いられる多孔質体の微細構造を拡 大して示す模式図である。
第 3図は、 本発明の第 2の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 4図は、 本発明の第 3の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 5図は、 本発明の第 4の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 6図は、 本発明の第 5の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 7図は、 本発明の第 6の実施形態に係る画像描画装置の構成を模式 的に示す断面斜視図である。
第 8図は、 スピント型の冷陰極エミッ夕を利用した従来の蛍光体発光 素子の構成を模式的に示す断面図である。
第 9図は、 M I M及び B S D型の冷陰極エミッ夕を利用した従来の蛍 光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら説明する。
(第 1の実施形態）
第 1図は、 本発明の第 1の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。
第 1図において、 本実施形態の蛍光体発光素子 1 1は、 板状の背面基 材 1 と板状の前面基材 8とを有している。 背面基材 1の内面 （上面） の 所定位置には、 冷陰極型のエミッ夕部 1 2が形成されている。
ここで、 蛍光体発光素子 1 1は、 一般的には、 画像描画装置の画面に おける 1つの画素を構成する。 通常、 画面は多数の画素で構成されるの で、 第 1図は、 1画素分の蛍光体発光素子 1 1の構成を示している。 も ちろん、 1つの蛍光体発光素子 1 1を表示等に用いることもできる。 前面基材 8の内面 （下面） には、 アノード電極 7及び蛍光体層 6が順 に形成されており、 これらァノ一ド電極 Ί及び蛍光体層 6がァノード部 1 3を構成している。 ァノード電極 7は、 任意の数の画素毎に設けるこ とができ、 全画素に共通に 1つ設けてもよい。
背面基材 1 と前面基材 8とは、 内面同士が対向するように所定の間隔 (概ね 0 . 1 m m以上 1 m m以下程度） で配置されている。 背面基材 1 の内面と前面基材 8の内面との間には、多孔質体層 5が設けられている。 ェミッタ部 1 2は、 多孔質体層 5に電子を放射する機能を有する部分 であり、 背面基材 1上に順次に形成された、 電子供給層 2、 電子輸送層 3、 及び制御電極層 4を有している。 電子供給層 2は電子を供給し、 電 子輸送層 3はその電子を放射面まで輸送し、 制御電極層 4は電子輸送及 び放射のための電圧を印可するとともに電子を多孔質体層 5に放射する, 従って、 ェミッタ部 1 2は、 これらの機能を有する各層で構成され、 多 孔質体層 5に効率よく電子放射がなされるものであればよく、 特定の構 成に限定されるものではない。 具体的には、 スピント型、 M I M型、 B S D型及び他方式のいずれの冷陰極型エミッタであっても差し支えない, なお、 第 1図には、 M I M型あるいは B S D型の冷陰極型ェミッタで構 成されたエミッタ部 1 2が示されている。
エミッ夕部 1 2が M I M型の冷陰極型エミッ夕 （以下、 単に M I M型 という） で構成される場合には、 電子供給層 2、 電子輸送層 3、 及び制 御電極層 4は、 それぞれ、 M I M型の、 下部金属電極、 絶縁体層、 及び 上部金属電極で構成される。 絶縁体層の材料として、 例えば、 S i o 2、 A 1 2 O 3等が用いられる。
ェミッタ部 1 2が、 B S D型の冷陰極型エミッ夕 （以下、 単に B S D 型という） で構成される場合には、 電子供給層 2、 電子輸送層 3、 及び 制御電極層 4は、 それぞれ、 B S D型の下部金属電極、 多孔質ポリシリ コン層、 及び上部電極で構成される。
アノード部 1 3は、 多孔質体層 5内で電子を加速するための電圧印加 と、 蛍光体を発光させる機能とを有する部分であり、 上述のように、 ァ ノード電極 7及び蛍光体層 6を有している。 アノード電極 7は、 多孔質 体 5内に放射された電子に対して加速用の電圧 （以下、 アノード電圧と いう） を印加し、 蛍光体層 6は電子が衝突して発光する。 本実施形態では、 蛍光体層 6による発光を前面基材 8側から取り出す ように構成されているので、 ァノード電極 7は一般的に I T O等からな る透明導電膜で構成され、 前面基材 8は透明なガラス基板等で構成され ている。
蛍光体層 6の材料には、 Z n O ： Z nや Z n S系蛍光体等を所望の発 光色に併せて選択した蛍光体材料が用いられる。但し、その選択に際し、 加速される放射電子が持つエネルギー値、 すなわちァノ一ド電圧値を考 慮した場合に最も効率の良い蛍光体材料を選ぶことが重要である。
電子供給層 2と制御電極層 4との間には、 制御電源 9によって電子放 射用電圧が印加され、 制御電極層 4とアノード電極 7 との間には加速電 源 1 0によってァノード電圧が印加される。
次に、 本発明を特徴付ける多孔質体層 5について詳しく説明する。 第 2図は、 第 1図の多孔質体層 5に用いられる多孔質体 2 0の微細構 造を拡大して示す模式図である。
第 2図において、 本発明において用いられる多孔質体 （以下、 単に多 孔質体という） 2 0は、 三次元ネッ トワーク状に形成された固体骨格部 1 7と、 この固体骨格部 1 7の網目状に連続する空孔 （以下、 連続空孔 という） 1 8とを有する固体物である。 多孔質体 2 0は、 母材粉体の成 形、 粉体焼成、 化学発泡、 物理発泡、 ゾル-ゲル法等の方法で作製する ことができる。 本発明の蛍光体発光素子 1 1においては、 多孔質体とし てナノメ一トルサイズの空孔を多数有することによって好ましい効果が 得られる。
上述のように、 多孔質体 2 0は、 固体骨格部 1 Ί と連続空孔 1 8 とを 有している。 固体骨格部 1 7は、 大きさ （粒径） が 3 n m以上 2 0 n m の複数個の粒子が Ξ次元ネッ トワーク状に連結されて構成されているこ とが好ましい。 連続空孔 1 8は、 固体骨格部 1 7の網目状の空隙として 形成されており、 その大きさ （直径） は 1 0 n m以上 1 0 0 n m以下で あることが好ましい。 多孔質体 2 0は、 固体骨格部 1 7で固体としての 形状を保ちながら、 多数の連続空孔 1 8を含んでいる。 このため、 第 1 図において、 多孔質体層 5に放射された電子を、 アノード電極 7に印加 された電圧によって、 あたかも空間中を伝搬する電子のように振る舞わ せることができる。
当然のことながら、 放射された電子の一部は、 多孔質体 2 0の固体骨 格部 1 8により散乱されてエネルギーを失うが、 固体骨格部 1 8の大き さ （径） が数 n m程度であるため、 放射された電子の大部分を蛍光体層 6に照射することが可能となる。 すなわち、 蛍光体層 6を発光させるこ とが可能となる。
一方、 多孔質体 2 0は、 固体骨格部 1 7によって固体としての形状を 保つので、 背面基材 1 と前面基材 8 との間隔が多孔質体層 5によって保 持される。 従来例と同様、 エミッ夕部 1 2とアノード部 1 3との間に挟 まれた空間は減圧される。 そのため、 本発明においても、 ェミッタ部 1 2とアノード部 1 3 との間に挟まれた多孔質体層 5を構成する多孔質体 2 0の連続空孔 1 8は減圧され （本発明におけるこの減圧の詳細につい ては後述する） 、 背面基材 8および前面基材 1に外圧 （多くの場合、 大 気圧） が加わる。 しかし、 従来例とは異なり、 多孔質体層 5を構成する 多孔質体 2 0の固体骨格部 1 7がこの外圧に抗する。 そのため、 本実施 の形態においては、 第 8図に示すような、 微細加工が必要なスぺーサ 6 1を設ける必要は必ずしもない。 また、 第 8図に示すスぺ一サ 6 1は 1 画素ごとに設ける必要があるが、 多孔質体 2 0は、 後述するように、 多 孔質体 2 0となる溶液を背面基材 1の全面に塗布すればよいので、 従来 例と比較して、 製造も容易になる。 また、 作製が困難な高気密性の筐体 を作製することは必要とされない。
但し、 蛍光体発光素子 1 1の強度が不足する場合には、 補強用の筐体 を設けてもよい。 また、 後述するように、 ェミッタ部 1 2とアノード部 1 3との間を気密に保つことが必要とされる場合には、 気密性保持用に 筐体を設けてもよい。 この補強用及び気密性保持用の筐体は、 例えば、 第 8図及び第 9図の従来例と同様に、 背面基材 1の縁部と前面基材 8の 縁部との間にこれらの全周に渡ってスぺーサ 6 1を配設し、 このスぺー サ 6 1 と背面基材 1及び前面基材 8の縁部との間をペースト等によりシ ールすることによって、 構築することができる。 また、 第 1図に示すよ うに、 蛍光体発光素子 1 1の全体を収容し、 かつ密封可能な筐体 1 0 1 で構成してもよい。
このような、 多孔質体 2 0として、 ゾル—ゲル法によって作製する乾 燥ゲルを特に有力な候補として挙げることができる。 ここで、 乾燥ゲル とは、 大きさが 3 n m以上 2 0 n m以下の粒子で構成される固体骨格部 1 8を持ち、 平均空孔径が 1 O n m以上 1 0 0 n m以下の範囲である連 続空孔が形成されているナノサイズの多孔質体 2 0である。 またその材 質としては、 加速電圧が印加されることから比較的高抵抗な電気特性を 示すものが適当であり、中でも多孔質のシリカ（酸化ケィ素： S i O 2 )、 アルミナ （酸化アルミニウム： A 1 2 0 3 ) 、 酸化マグネシウム （M g O ) 等が好適である。
本発明で用いる乾燥ゲルからなる多孔質シリ力を得る方法は、 大きく 分けて、 湿潤ゲルを得る工程と、 それを乾燥する工程とからなる。
まず湿潤ゲルは、 溶媒中に混合したシリカの原料をゾル—ゲル反応さ せることによって合成できる。 このとき必要に応じて触媒を用いる。 こ の合成過程では、 溶媒中で原料が反応しながら微粒子を形成し、 その微 粒子がネッ トワーク化して網目状の骨格を形成する。 具体的には、 所定 の空孔度合の多孔質シリカが得られるように固体成分である原料及び溶 媒の組成を決定する。 その組成に調合した溶液に対して、 必要に応じて 触媒や粘度調整剤等を添加して撹拌し、 注型 Z塗布等によって所望の使 用形態にする。 この状態で一定時間経過させることで、 溶液はゲル化し てシリカ湿潤ゲルが得られる。 製造時の温度条件としては、 通常の作業 温度である室温近傍の温度で行なえるが、 必要に応じて溶媒の沸点以下 の温度まで加熱することもある。
シリカの原料としては、 テトラメ トキシシラン、 テトラエトキシシラ ン、 トリメ トキシメチルシラン、 ジメ トキシジメチルシラン等のアルコ キシシラン化合物、 これらのオリゴマー化合物、 またケィ酸ナトリウム (ケィ酸ソ一ダ） 、 ケィ酸カリウム等の水ガラス化合物等、 またコロイ ダルシリカ等を単独あるいは混合して用いることができる。
溶媒としては、 原料が溶解してシリカを形成できれば良く、 水やメタ ノール、 エタノール、 プロパノール、 アセトン、 トルエン、 へキサン等 の一般的な有機溶媒を単独あるいは混合して用いることができる。
触媒としては、 水や塩酸、 硫酸、 酢酸等の酸や、 アンモニア、 ピリジ ン、水酸化ナトリゥム、水酸化力リゥム等の塩基を用いることができる。 粘度調整剤としては、 エチレングリコール、 グリセリン、 ポリビエル アルコール、 シリコン油等を用いることができるが、 湿潤ゲルを所定の 使用形態にできるのであれば、 これらに限られるものではない。
次に湿潤ゲルから乾燥ゲルを得る乾燥工程について説明する。
乾燥方法としては、 自然乾燥、 加熱乾燥、 減圧乾燥の通常乾燥法や、 超臨界乾燥法、 凍結乾燥法等を用いることができる。 しかしながら一般 に、 通常の乾燥法では溶媒蒸発時のストレスによって多孔質体 2 0が収 縮してしまう。よって、乾燥ゲルを形成する方法としては、本発明では、 超臨界乾燥を用いることが好ましい。 また湿潤ゲルの固体成分表面を撥 水処理等して、 乾燥時のゲル収縮を防ぐこともできる。
この超臨界乾燥に用いる溶媒には、 湿潤ゲルの溶媒を用いることがで きる。 また必要に応じて、 超臨界乾燥において扱いやすい溶媒に置換し ておく ことが好ましい。 置換する溶媒としては、 超臨界流体として用い られるメタノール、 エタノール、 イソプロピルアルコール等のアルコー ル類ゃ二酸化炭素、 水等が挙げられる。 またこれらの超臨界流体に溶出 しゃすいアセトン、 酢酸イソアミル、 へキサン等一般的に取り扱い易い 有機溶剤に置換しておいてもよい。
超臨界乾燥条件としては、 乾燥をォートクレーブ等の圧力容器中で行 ない、 例えばメタノールではその臨界条件である圧力 8 . 0 9 M P a、 温度 2 3 9 . 4 以上にし、 温度一定の状態で圧力を徐々に開放して乾 燥を行なう。 また二酸化炭素の場合は、 臨界圧力 7 . 3 8 M P a、 臨界 温度 3 1 . 1 °C以上にして、 同じように温度一定の状態で超臨界状態か ら圧力を徐々に開放して乾燥を行なう。また水の場合は、臨界圧力 2 2 . 0 4 M P a、臨界温度 4 7 4 . 2 °C以上にして乾燥を行なう。乾燥には、 超臨界流体によって湿潤ゲル中の溶媒が 1回以上入れ替わる時間以上の 時間が経過することが必要とされる。
湿潤ゲルを撥水処理してから乾燥する方法では、 撥水処理のための表 面処理剤を湿潤ゲルの固体成分表面に化学反応させる。 これによつて湿 潤ゲルの網目構造の空孔内に発生する表面張力を低減し、 通常の乾燥時 に発生する収縮を抑制することができる。
表面処理剤としては、 トリメチルクロルシラン、 ジメチルジクロルシ ラン等のハロゲン系シラン処理剤や卜リメチルメトシシラン、 トリメチ ルェトキシシラン等のアルコキシ系シラン処理剤、 へキサメチルジシロ キサン、 ジメチルシロキサンオリゴマ一等のシリコン系シラン処理剤、 へキサメチルジシラザン等のアミン系シラン処理剤、 プロピルアルコー ル、 ブチルアルコール等のアルコール系処理剤等を用いることができる が、 同様の効果が得られるものならばこれらの表面処理剤に限られるも のではない。
なお本方法で得られる乾燥ゲルの材質としては、 シリカのみではなく 他の無機材料や有機高分子材料等を用いることもできる。 無機酸化物の 乾燥ゲルの固体骨格部は、 シリカ （酸化ゲイ素） 、 アルミナ （酸化アル ミニゥム） 、 酸化マグネシウム等ゾルーゲル反応で得られる一般的なセ ラミックスを成分として用いることができる。
また、 多孔質体 2 0として、 上述の乾燥ゲルの他に、 例えば、 シリカ、 アルミナ、 酸化マグネシウム等のセラミックスの粉体を焼結してなる焼 結体を用いることができる。
次に、以上のように構成された蛍光体発光素子 1 1の動作を説明する。 第 1図及び第 2図において、 電子供給層 2と制御電極層 4との間に制 御電源 9によって電子放射用電圧が印加されるとともに電子供給層 2と 制御電極層 4との間に加速電源 1 0によってアノード電圧が印加される と、 電子供給層 2から電子が電子輸送層 3に供給され、 この供給された 電子が電子輸送層 3を通って制御電極層 4から多孔質体層 5に放射され る。 この放射された電子は多孔質体層 5の連続空孔 1 8を通りながらァ ノード電圧によって加速されて蛍光体層 6に衝突する。 それにより、 蛍 光体層 6が発光し、この発光された光が前面基材 8から外部に出射する。 次に、 本実施形態に係る蛍光体発光素子 1 1の具体的な実施例を説明 する。
[第 1の実施例]
本実施例では、 第 1図の蛍光体発光素子 1 1の作製例を示す。
第 1図を参照して、最初に、ェミッタ部 1 2の作製手順について示す。 まず、 ガラス板からなる背面基材 1の一主面上に、 電子供給層 2 として 金属下部電極と、 電子輸送層 3として陽極酸化により多孔質化された多 結晶ポリシリコン層とを順に形成した。 そして、 電子輸送層 3の上に、 制御電極層 4として金からなる上部電極を形成し、 これにより、 いわゆ る B S D型と類似したエミッ夕部 1 2を形成した。
本実施例においては背面基材 1 としてガラスを用いたが、 他の絶縁性 基材 （セラミック基板） を用いてもよいし、 また低抵抗シリコン基板や 金属基板等の導電性基材を用いた場合は電子供給層 2を省略してもよい < さらに電流安定化のために、 絶縁性の背面基材 1上に金属膜と抵抗性膜 とを積層させた構造によって電子供給層 2を構成してもよい。
電子輸送層 3として機能する多孔質ポリシリコン層は、 原料ガスにシ ランガスを用いた L P C VD(L o w P r e s s u r e C h e m i c a 1 V a p o r D e p o s i t i o n)法によつて形成した後、 フ ッ化水素水溶液を用いた陽極酸化法で形成した。 本実施例では約 2 m の厚さの多孔質ポリシリコン層が形成された。 本実施例においては前記 の方法で多孔質ポリシリコン層を形成したが、 これには限られず、 ブラ ズマ C VD法や光 C VD法等でポリシリコン層を形成してもよい。
制御電極層 4として機能する金電極は、 電子供給層 2及び電子輸送層 3を経て放射面に導かれてきた電子を卜ンネル効果によりそこから放射 する必要があることから、 その厚さは概ね 1 0 nm程度である。 本実施 形態においては、 金薄膜を抵抗加熱蒸着により形成した。
次いで、 このようにエミッ夕部 1 2が形成された 1背面基材の表面上 に多孔質体層 5を形成した。 本実施例においてはゾルーゲル法を用いて 厚さ約 1 0 0 の多孔質シリカ層を形成した。
具体的には、 シリカ原料を含んだ溶液として、 テトラメ トキシシラン とエタノールとアンモニア水溶液 （ 0. 1規定） をモル比で 1 : 3 : 4 の割合で調製し、 撹拌処理した後、 適度な粘度となったところで、 この ゲル原料液を背面基材 1上に厚さ 1 0 0 / mとなるよう印刷塗布した。 その後、 ゾル重合反応により、 塗膜がゲル化して、 第 2図に示したよう な S i — O— S i結合の三次元ネッ トワークからなるシリ力湿潤ゲル構 造が形成された。 なお， 本実施例では厚さが約 1 0 0 X mの多孔質シリ 力層を形成したが、ァノ一ド電圧値によってこの膜厚最適値は変化する。 その値としては、 アノード電圧値にも依存するが、 概ね 1 m以上 5 0 0 m以下が好ましい。 次に、 このシリカ湿潤ゲルを形成した背面基材 1をエタノールで洗浄 (溶媒置換） した後に、 二酸化炭素による超臨界乾燥を行なって、 乾燥 ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。 超臨界乾燥条件は、 圧力 1 2 MP a、 温度 5 0 °Cの条件の下で 4時間経過後、 圧力を徐々に開放し大気圧 にしてから降温した。 なお得られた乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層の 空孔率は約 9 2 %であった。 またブルナウア一 · ェメッ ト · テラ一法 (BET法） により平均空孔直径を見積もつたところ、 約 2 0 nmであつ た。 乾燥された背面基材 1は、 最後に窒素雰囲気中で 4 0 0 DCのァニー ル処理を施し、 多孔質体層 5への吸着物質を除去した。
次に、 ガラス板からなる前面基材 8の一主面上に、 アノード電極 7と して機能する透明導電膜 （ I TO) を積層し、 その上に蛍光体層 6とし て Z n O ： Z nを塗布し、 それによりアノード部 1 3を形成した。
次いで、 真空槽内で、 ェミッタ部 1 2及び多孔質体層 5が形成された 背面基材 1 とアノード部 1 3が形成された前面基材 8とを、 多孔質体層 5とアノード部 1 3 とが当接するようにして貼り合わせ、それによつて、 第 1図に示すような蛍光体発光素子 1 1を作製した。
次に、 このように作製した蛍光体発光素子 1 1の特性を真空槽内にお いて測定した。 すなわち、 蛍光体発光素子 1 1の電子供給層 2 と制御電 極層 4との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、 ェミッタ部 1 2か ら多孔質体層 5に電子を放射させるとともに、 制御電極層 4とアノード 電極 Ίとの間に 3 0 0 Vの電圧を印加し、 放射電流及び蛍光体発光輝度 を測定した。 その結果、 放射電流密度として数十 mAZ c m2の値が観 測され、 2 0 0〜 3 0 0 c d/m 2の発光輝度が得られた。 [第 2の実施例]
本実施例は、 第 1の実施例における蛍光体発光素子 1 1の作製方法に おいて、 多孔質体層 5の形成方法を変えた場合における結果を示す。 多孔質体層 5の形成工程において、 まず、 ケィ酸ソーダの電気透析を 行ない、 p H 9〜 1 0のケィ酸水溶液 （水溶液中のシリカ成分濃度 ： 1 4重量％) を作製する。 そのケィ酸水溶液を p H 5 . 5に調製した後、 このゲル原料液を背面基材 1の表面上に厚さ 1 0 0 ^ mとなるように印 刷塗布した。 その後、 塗膜がゲル化し、 固体化したシリカ湿潤ゲル層が 形成された。
このシリカ湿潤ゲル層が形成された背面基材 1をジメチルジメ トキシ シランの 5重量％ィソプロピルアルコール溶液中に浸し疎水化処理した 後、 減圧乾燥を行なって乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。 乾燥 条件は、 圧力 0 . 0 5 M P a、 温度 5 0 °Cで 3時間であり、 当該時間経 過後に圧力が大気圧になつてから降温した。 乾燥された背面基材 1は、 最後に窒素雰囲気中で 4 0 0 °Cのァニール処理が施され、 多孔質体層 5 への吸着物質が除去された。 その結果、 第 1の実施例とほぼ同様の多孔 質シリカ層からなる多孔質体層 5が得られた。
次に、 このように作製した蛍光体発光素子 1 1の特性を真空槽内にお いて測定した。 すなわち、 蛍光体発光素子 1 1の電子供給層 2と制御電 極層 4との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、 ェミッタ部 1 2か ら多孔質体層 5に電子を放射させるとともに、 制御電極層 4とアノード 電極 7との間に 3 0 0 Vの電圧を印加し、 放射電流及び蛍光体発光輝度 を測定した。 その結果、 第 1の実施例とほぼ同じ放射電流密度と蛍光体 発光輝度が得られた。
[第 3の実施例]
本実施例では、 第 1の実施例と同様の手法により蛍光体発光素子 1 1 を作製し、 その際、 多孔質体層 5として用いる多孔質シリカ層の構造を 変化させて、 多孔質シリカ層の構造に対する蛍光体発光素子 1 1の特性 の依存性を調べた。 その結果、 多孔質シリカ層におけるその全体に対す る固体骨格部 1 7の体積比率 （以下、 単に固体骨格部 1 7の体積比率と いう） が 1 5 %以上になると、 加速された放射電子の平均的なエネルギ 一が散乱により低下するため、 蛍光体の発光輝度が著しく低下すること がわかった。 また同様に、 多孔質シリカ層を構成する粒子の大きさが 2 0 n m以上になった場合も同様の理由により、 発光輝度の低下が観測さ れた。
以上より、 充分強固な三次元ネッ トワークを形成するとともに放射電 子を通過させる機能を有する多孔質シリカ層の好適な構造は以下の通り であることが示唆された。
すなわち、 固体骨格部 1 7の体積比率 （この体積比率は、 多孔質体 2
0において固体骨格部 1 7が占める体積を多孔質体 2 0が占める体積 (つまり、 固体骨格部 1 7が占める体積と連続空孔 1 8が占める体積と の和） により除した値として定義される） は、 0 %を越えかつ 1 5 %以 下であることが好ましく、 3 %以上 1 5 %以下であることがより好まし い。 3 %未満では、 固体骨格部 1 7の形状保持機能が不十分になる可能 性があり、 1 5 %を越えると放射電子のエネルギー損失が大きくなるか らである。
また、 固体骨格部 1 7を構成する粒子の粒径は、 3 11 111以上 2 0 11 111 以下であることが好ましく、 3 n m以上 1 0 n m以下であることがより 好ましい。 3 n m未満では、 粒子のネッ トワークが十分つながらない可 能性があり、 2 0 n mを越えると放射電子のエネルギ一損失が大きくな るからである。
さらに、 本実施例において、 多孔質体層 5の好適な真空度 （ェミッタ 部 1 2とアノード部 1 3との間の領域の気圧 （気体圧力） ） について調 ベた結果、 以下の通りであることが判明した。
すなわち、 多孔質体層 5の気圧は、 1 . 3 3 X 1 0— 3 P a以上 1 . 0 1 X 1 0 5 P a (大気圧） 以下であることが好ましく、 1 . 3 3 X 1 0一 2 P a以上 1 . 3 3 X 1 0— a以下であることがより好ましい。
これは、 放射電子のエネルギー損失は、 一般には、 気圧が低い （真空 度が高い） 程減少するが、 本発明の蛍光体発光素子 1 1では、 電子の加 速領域が多孔質構造であるが故、 電子の通り道である空孔部分における 気体分子の存在確率が低く、その結果、電子が散乱されにくい。従って、 多孔質体層 5を真空雰囲気に維持するための真空ポンプや筐体の性能等 を考慮すると、上述のような範囲が好適なものとなる。例えば、気圧が、 従来例のように、 1 . 3 3 X 1 0— 4 P aであると、 高性能な真空ポンプ が必要とされるとともに、 気密性の高い筐体が必要とされるのに対し、 気圧が 1 . 3 3 X 1 0—3 P aであると、 通常の性能の真空ポンプで済む とともに、 筐体 （例えば、 第 1図の筐体 1 0 1 ) もそれ程高い気密性が 必要とされないという利点がある。
(第 2の実施形態）
第 3図は本発明の第 2の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式 的に示す断面図である。 第 3図において、 第 1図と同一符号は同一又は 相当する部分を示す。
第 3図に示すように、 本実施形態の蛍光体発光素子 1 1は、 ェミッタ 部 4 2がスピント型で構成されている。 このェミッタ部 4 2は、 第 1の 実施形態の蛍光体発光素子 1 1における電子供給層 2、 電子輸送層 3、 及び制御電極層 4にそれぞれ相当する、 下部電極 2、 S iや M oからな る錐体構造物 1 9、 及びゲ一ト電極 4を有しており、 下部電極 2 とゲ一 ト電極 4との間が絶縁体層 1 9によって絶縁されている。
そして、 ゲート電極 4とアノード電極 7との間、 及び下部電極 2 とゲ ート電極 4との間に、 それぞれ、 加速電圧及び制御電圧が印加される。 これ以外の点は、 第 1の実施形態と同様である。 (第 3の実施形態）
第 4図は、 本発明の第 3の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。 第 4図において第 1図と同一符号は同一又は 相当する部分を示す。
第 4図に示すように、 本実施形態の蛍光体発光素子 2 1は、 第 1の実 施形態の蛍光体発光素子 1 1 における蛍光体層 6に代えて、 多孔質蛍光 体層 2 5が設けられている。 この多孔質蛍光体層 2 5とァノード電極 7 とがァノード部 2 3を構成している。 エミッタ部 2 2は第 1の実施の形 態におけるェミッタ部 1 2と同様に構成されている。 これ以外の点は、 第 1の実施形態と同様である。
次に、 多孔質蛍光体層 2 5の形成方法含む蛍光体発光素子 2 1の作製 方法及び特性を説明する。
まず、 蛍光体として用いるナノサイズの半導体微粒子 （例えば Z n S e系、 Z n S系、 C d T e系） を水溶液法や共沈法と呼ばれる方法等で 作製する。 さらに、 得られた半導体微粒子を溶媒中に分散した後、 シリ 力多孔質のゲル原料液に混合した。 この混合液を、 以下、 第 2のゲル原 料液という。
一方、 半導体微粒子を混合していないシリカ多孔質のゲル原料液 （以 下、 第 1のゲル原料液という） を用意しておき、 ェミッタ部 2 2が形成 された 1背面基材の表面上に、 第 1のゲル原料液及び第 2のゲル原料液 を順にそれぞれ所定の厚さに塗布 （印刷） した。 その後、 第 1の実施形 態と同様にゾルーゲル反応を用いて乾燥ゲル構造を形成した。 これによ り、 第 1の実施形態で述べた多孔質体層 5上に、 シリカからなる多孔質 体の空孔部分に半導体微粒子を分散させたナノコンポジッ ト構造体から なる多孔質蛍光体層 2 5が形成された。 なお、 この場合における背面基 材 1上への第 1及び第 2の原料溶液塗布はスピンコートにより実施した, 得られた多孔質蛍光体層 2 5の膜厚は 5 m程度である。 次いで、 真空槽内で、 以上のように作製した背面基材 1 と、 第 1の実 施形態と同様に作製した前面基材 8とを、 多孔質蛍光体層 2 5とァノー ド電極 7 とが当接するようにして、 貼り合わせた。 これにより、 本実施 形態の蛍光体発光素子 2 1を得た。
次に、 このように作製した蛍光体発光素子 2 1の特性を真空槽内にお いて測定した。 すなわち、 蛍光体発光素子 2 1の電子供給層 2と制御電 極層 4との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、 エミッタ部 2 2か ら多孔質体層 5に電子を放射させるとともに、 制御電極層 4とアノード 電極 7 との間に 3 0 0 Vの電圧を印加し、 放射電流及び蛍光体発光輝度 を測定した。 その結果、 ナノサイズの多孔質構造からなる蛍光体層 2 5 を採用したことで、 実効的な蛍光体面積が大きくなると共に発光効率が 向上したため、 4 0 0〜 5 0 0 c d Z m 2の発光輝度が得られた。
(第 4の実施形態）
第 5図は、 本発明の第 4の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。 第 5図において第 4図と同一符号は、 同一又 は相当する部分を示す。
第 5図に示すように、 本実施形態の蛍光体発光素子 2 1では、 第 2の 多孔質蛍光体層 2 5 bが多孔質体層 5内にも設けられている。 その他の 点は第 3の実施形態と周様である。 なお、 第 3の実施形態と同一の多孔 質蛍光体層 2 5は、 この第 4の実施形態では、 第 1の多孔質蛍光体層 2
5 aと表記され、 区別される。
多孔質体層 5内に多孔質蛍光体層 2 5を形成する方法は、 第 3の実施 形態に準拠するのでその説明を省略する。 本実施例に示されるように、 放射電子の加速領域が従来例のように空間ではなく多孔質からなる固体 構造体 5で構成されているので、 放射電子の加速領域内にも蛍光体層を 配置することが可能となる。 その結果、 実質的な蛍光体領域を増やすこ とができるので、 蛍光体の発光輝度をさらに向上させることが可能にな る。
(第 5の実施形態）
第 6図は、 本発明の第 5の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模 式的に示す断面図である。 第 6図において第 1図と同一符号は、 同一又 は相当する部分を示す。
第 6図に示すように、 本実施形態の蛍光体発光素子 3 1では、 ェミツ 夕部 3 2の電子輸送層 1 4の制御電極層 4側の表面が負の電子親和力あ るいは 0に近い電子親和力を有している。 そして、 このようなェミッタ 部 3 2が形成される背面基材 1がサフアイャ基板で構成されている。 ァ ノード部 3 3は第 1の実施形態におけるァノード部 1 3と同様に構成さ れている。 これ以外の点は、 第 1の実施形態と同様である。
具体的には、 電子供給層 2が n — G a Nで構成され、 電子供給層 2か ら制御電極層 4まで電子を円滑に移動させる電子輸送層 1 4が、 ノンド ープで A 1含有比 Xが厚み方向に連続的に変化する傾斜組成を有する A 1 x G a！ _ x N ( xは 0から 1 までほぼ連続的に増加する変数） で構成 され、 制御電極層 4が白金 （Pt) 等の金属により構成されている。 この ような構成とすることにより、 A l x G a t— X Nからなる電子輸送層 1 4の表面は負の電子親和力が作用する状態にあり、 非常に電子を放射し やすい状態となっている。
次に、 本実施形態の蛍光体発光素子 3 1の作製方法を説明する。
ここでは、 本実施形態を特徴付けるェミッタ部 3 2の形成方法を説明 する。 その他の部分の作製方法は、 第 1の実施形態と同様である。
まず、 サファイア基板 1の上に、 M O C V D (Metal Organic CVD)法 により トリメチルガリウム （T M G ) とアンモニア （N H 3 ) とを反応 させて、 G a Nバッファ層 （図示せず） を形成した後、 同様の反応ガス にシラン （S i H 4) を添加して、 電子供給層である n— G a N層 2を 形成する。
次に、 ド一プガスである S i H4の供給を停止した後、 卜リメチルアル ミニゥム （TMA) を導入して、 A 1の添加量を徐々に増大させながら A l x G a ^N層 1 4を形成し始め、 途中より TMGの供給を徐々に 減少させていく ことによって、 A 1含有比の高い A 1 X G a i— XN層 1 4を連続的に形成する。
そして最終的に A 1含有比 Xを 1、 つまり G a含有比を 0にすること で、 制御電極 4側の表面を A 1 N層とした。 このとき、 高品質な A 1 x G aェ XN層 1 4を成長させるために、 反応温度も徐々に変化させても よい。 このような手法により、 電子供給層である n— G a N層 2、 電子 輸送層である A 1 XG a i— XN層 1 4を連続的に、 かつ高品質に形成す ることができる。 本実施形態においては、 n— G a N層 2の厚みを 4 m、 A l x G a i— XN層 1 4の厚みを 0. 0 7 ΠΙとした。 なお、 η— G a N層 2、 A l xG a
Figure imgf000026_0001
層、 及び A 1 N層の形成方法は、 上記の 方法に限定されるものではない。 例えば、 MO C VD法に代えて、 MB E (Molecular Beam Epitaxy)法等を用いて形成することも可能である。 さらに、 電子輸送層 1 4の表面上に制御電極層 4を形成する。 制御電 極層 4の材料は、 適宜選択されるが、 Pt、 Au、 Ni、 Ti 等を用いること が好ましい。 また、 制御電極層 4の形成方法についても、 特に限定され るものではないが、電子ビーム蒸着法が一般的である。本実施形態では、 制御電極層 4の厚みを 5〜 1 0 nmとした。
次いで、 真空槽内で、 ェミッタ部 3 2及び多孔質体層 5が形成された 背面基材 1 とアノード部 3 3が形成された前面基材 8とを、 多孔質体層 5とアノード部 3 3 とが当接するようにして貼り合わせ、それによつて、 第 6図に示すような蛍光体発光素子 31を作製した。
次に、 このように作製した蛍光体発光素子 3 1の特性を真空槽内にお いて測定した。 すなわち、 蛍光体発光素子 3 1の電子供給層 2と制御電 極層 4との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、 ェミッタ部 3 2か ら多孔質体層 5に電子を放射させるとともに、 制御電極層 4とアノード 電極 7との間に 3 0 0 Vの電圧を印加し、 放射電流及び蛍光体発光輝度 を測定した。 その結果、 放射電流密度として数百 m A Z c m 2の値が観 測され、 約 5 0 0 c d Z c m 2の発光輝度が得られた。
(第 6の実施形態）
第 1乃至第 5の実施形態では、 単独の蛍光体発光素子を例示したが、 これらを二次元的に複数個配置し、個々の発光量を制御することにより、 画像や文字を表示する装置に適用することができる。
第 7図は、 本発明の第 6の実施形態に係る画像描画装置の構成を模式 的に示す断面斜視図である。 第 7図において第 1図と同一符号は同一又 は相当する部分を示す。
第 7図に示すように、 本実施形態の画像描画装置では、 背面基材 1上 に複数本 （ここでは 3本） の短冊状の下部電極 2が一定の間隔で互いに 平行に形成されている。 下部電極 2は電子供給層として機能する。 各下 部電極 2の上には、 帯状の多孔質ポリシリコン層 3がそれぞれ形成され ている。多孔質ポリシリコン層 3は電子輸送層として機能する。そして、 多孔質ポリシリコン層 3の上に、 複数本 （ここでは 3本） の短冊状の上 部電極 4が一定の間隔で互いに平行にかつ下部電極 2に直交するように 形成されている。 上部電極 4は制御電極として機能する。 そして、 この ように下部電極 2、 多孔質ポリシリコン層 3、 及び上部電極 4が形成さ れた背面基材 1の表面上に多孔質体層 5が形成されている。
一方、 前面基材 8の内面 （下面） にはァノ一ド電極 7及び蛍光体層 6 が形成されている。 そして、 この前面基材 8が、 蛍光体層 6と背面基材 1の多孔質体層 5 とが当接するように背面基材 1に対向して配置されて いる。
下部電極 2及び上部電極には、 第 1図における制御電源 9に相当する エミッ夕部駆動用のドライバ 1 5及び 1 6がそれぞれ接続されている。 また、上部電極とァノード電極との間には加速電源（第 7図には示さず。 第 1図参照。 ） が接続されている。
つまり、 本実施の形態の画像描画装置は、 通常 （単純） マトリックス 駆動と呼ばれる画像描画方式を採用している。 通常マトリックス駆動方 式では、 平面視において、 下部電極 2と上部電極 4とが交差する部分 1 1が画素を構成している。 従って、 この画像描画装置は、 3行 X 3列 = 9個の画素からなる画面を有している。 一方、 この画像描画装置におけ る画素に相当する部分は、 第 1図 （第 1の実施例） の蛍光体発光素子を 構成しており、 また、 下部電極 2と上部電極 4とが重なる部分 1 2が蛍 光体発光素子 1 1のェミッタ部を構成している。 従って、 この画像描画 装置においては、 第 1図の蛍光体発光素子が二次元的に複数個 （ここで は 9個） 配置されていることになる。
このように構成された画像描画装置では、 一対のドライバ 1 5， 1 6 に対して同期信号に併せて画像デ一夕が入力されると、 その画像データ に応じて、 特定の画素の蛍光体発光素子 1 1におけるェミッタ部 1 2の 電子放射面から、 特定量の電子が多孔質体層 5に放射され、 この放射さ れた電子がァノード電極 7に印加されたァノ―ド電圧により多孔質体層 5内で加速されて蛍光体層 6に衝突し、蛍光体層 6が発光する。従って、 蛍光体層 6が画像データに応じて発光する。 それ故、 任意形状及び任意 輝度の画像を画像データとしてこの画像描画装置に入力することにより . これを描画することができる。
上記説明から、 当業者にとっては、 本発明の多くの改良や他の実施形 態が明らかである。 従って、 上記説明は、 例示としてのみ解釈されるべ きであり、 本発明を実行する最良の態様を当業者に教示す'る目的で提供 されたものである。 本発明の精神を逸脱することなく、 その構造及び z 又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係る蛍光体発光素子は、 画像描画装置として有用である。 本発明に係る画像描画装置は、 文字や画像を表示する表示装置として 有用である。

Claims

ま 求 の 範 囲
1 . 電子を放射するための冷陰極型のェミッタ部と、
前記エミッ夕部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と. 前記エミッタ部に対向するように配置され、 ァノード電極と該ァノ一 ド電極の内側に設けられた前記蛍光体層とを有するァノ一ド部とを備え. 前記エミッ夕部と前記ァノ一ド部との間に、 絶縁性を有する多孔質体 からなる多孔質体層が挟まれている、 蛍光体発光素子。
2 . 前記多孔質体が三次元ネッ トワーク状に形成された固体骨格部と 該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固体物からなる、 請求 の範囲第 1項に記載の蛍光体発光素子。
3 . 前記多孔質体層が前記ェミッタ部と接している、 請求の範囲第 1 項に記載の蛍光体発光素子。
4 . 前記多孔質体層が前記アノード部と接している、 請求の範囲第 1 項に記載の蛍光体発光素子。
5 . 前記多孔質体層が前記エミッタ部および前記ァノ一ド部のいずれ にも接している、 請求の範囲第 1項に記載の蛍光体発光素子。
6 . 前記多孔質体層における前記固体骨格部の体積比率が、 0 %を越 えかつ 1 5 %以下である、 請求の範囲第 1項記載の蛍光体発光素子。
7 . 前記多孔質体層における固体骨格部の体積比率が、 3 %以上 1 5 % 以下である、 請求の範囲第 6項記載の蛍光体発光素子。
8. 前記多孔質体層の固体骨格部が、 連結された複数個の粒子からな り、 前記粒子の粒径が 3 nm以上 2 0 nm以下である、 請求の範囲第 1 項記載の蛍光体発光素子。
9. 前記粒子の粒径が 3 nm以上 1 0 nm以下である、 請求の範囲第 8項記載の蛍光体発光素子。
1 0. 前記エミッ夕部と前記アノード部との間の領域の気圧が 1. 3 3 X 1 0— 3 P a以上 1. 0 1 X 1 05 P a以下である、 請求の範囲第 1 項記載の蛍光体発光素子。
1 1. 前記ェミッタ部と前記アノード部との間の領域の気圧が 1. 3 3 X 1 0— 2 P a以上 1. 3 3 X 1 0 - 1 P a以下である、 請求の範囲第 1 0項記載の蛍光体発光素子。
1 2. 前記多孔質体層が、 S i O 2、 A 1 2 O 3、 及び M g Oのうちの いずれかで構成されている、 請求の範囲第 1項記載の蛍光体発光素子。
1 3. 前記蛍光体層が、 前記多孔質体の空孔部分に蛍光体が分散され てなる多孔質蛍光体層で構成されている、 請求の範囲第 8項記載の蛍光 体発光素子。
1 4. 前記多孔質蛍光体層が第 1及び第 2の多孔質蛍光体層で構成さ れ、 前記第 1の多孔質蛍光体層が前記ァノ一ド電極に接して形成され、 かつ前記第 2の多孔質蛍光体層が前記多孔質体層の中に形成されている. 請求の範囲第 9項記載の蛍光体発光素子。
1 5 . 前記エミッ夕部が、 電子を供給するための電子供給層と、 前記 電子供給層から供給される電子が移動可能な電子輸送層と、 前記電子供 給層との間に印加される電圧によって前記電子輸送層を移動する電子を 前記エミッタ部から放射するための制御電極層とを有している、 請求の 範囲第 1項記載の蛍光体発光素子。
1 6 . 前記電子輸送層の前記制御電極層側の表面が、 負の電子親和力 又は 0に近い電子親和力を有している、 請求の範囲第 1 1項記載の蛍光 体発光素子。
1 7 . 前記ェミッタ部が、 M I M型、 B S D型、 及びスピント型のう ちのいずれかの冷陰極型ェミッタで構成されている、 請求の範囲第 1 1 項記載の蛍光体発光素子。
1 8 . 電子を放射するための冷陰極型のェミッタ部と、 前記ェミッタ 部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と、 前記エミッタ 部に対向するように配置され、 ァノ一ド電極と該ァノード電極の内側に 設けられた前記蛍光体層とを有するァノ一ド部とを備えた蛍光体発光素 子の製造方法において、
前記エミッタ部と前記ァノード部との間に、 三次元ネッ トワーク状に 形成された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有す る固体物であって絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層を設ける 工程を有する、 蛍光体発光素子の製造方法。
1 9 . 前記多孔質体層を、 ゾルーゲル転移反応を用いて形成する、 請 求の範囲第 1 4項記載の蛍光体発光素子の製造方法。
2 0 . 前記多孔質体層を形成する際に、 湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥 法により乾燥する、 請求の範囲第 1 5項記載の蛍光体発光素子の製造方 法。
2 1 . 請求の範囲第 1項記載の蛍光体発光素子を備えている、 画像描 画装置。
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