CN102714131B - 荧光灯及图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

为了避免放电的同时得到有效的亮度、发光效率，需要充分提高气体的电流亮度效率和电子源的电子利用效率。在荧光灯中，装入的稀有气体或者分子性气体的压力为10kPa以上，将正极电压设为240V以下，并且将基板间隔设为0.4mm以下，从而提高正极电场。进而，由此利用电流亮度效率与电场成比例增加的效果。并且，作为电子源应用电子利用效率超过10%的MIM电子源，从而实现发光亮度为104[cd/m2]以上、发光效率为120lm/W以上的无放电荧光灯。

Description

荧光灯及图像显示装置
技术领域
本申请是涉及利用了荧光灯或荧光发光的显示装置的发明。
背景技术
直管型荧光灯作为一般照明得到广泛地普及，其发光效率非常高，高达100-120lm/W。但是，根据最近以欧洲为首的环境规定、例如RoHS规定，谋求不使用Hg的新型照明的活动正在积极地进行着。具有代表性的候选有LED、OLED照明，但是荧光灯中不使用水银的Xe灯也被重新认识。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-353419号公报
专利文献2:日本特开2002-150944号公报
专利文献3:日本特开2006-004954号公报
专利文献4:日本特开2001-006565号公报
专利文献5:日本特开2009-009822号公报
非专利文献
非专利文献1:T.Ichikawa,et.al.,IDW’08,MEMS5-2,p1363(2008)
发明内容
不使用水银的Xe灯的问题在于放电电压很高所以功耗大。在专利文献2至4中，公开了为了降低放电电压，在管内设置电子源并向空间放出电子，由此降低放电开始电压的技术。在专利文献2中使用热电子放出元件，另外在专利文献3、4中使用被称为BSD(BallisticelectronSurface-emittingDiode，弹道电子面发射二极管)的MIS(金属／绝缘体／半导体)层叠型的电子放出元件被使用。另一方面研究了消除放电本身的例子在专利文献1以及非专利文献1中被公开。通常在气体放电中，使Xe原子成为激发状态，通过利用荧光体将所放出的紫外线变换为可见光线来进行照明。但是，根据详细的分析大约4成的电力在这个过程以外被消耗，变成热量而失去了。
本来要使Xe原子成为激发状态，只要10eV左右的能量就足够了。但是，在气体激发中使用放电的情况下，投入到Xe原子的电离能量、电子及Xe离子的运动能量的电力被消耗，过剩的能量最终变成热损耗。因此，如果能够不进行放电而直接通过电子激发Xe原子，则可以预见效率大幅的提高。专利文献1中公开了作为电子源的MIM(金属／绝缘膜／金属)电子源的技术，在非专利文献1中公开了有关前述的BSD电子源的技术。后者记载了无放电方式的发光现象，虽存在关于动作条件的记述，但是关于亮度、效率则未被提及。另外，关于专利文献1，仅记述了结构的概要，而没有涉及材料、装置结构、制造过程、动作条件、性能（亮度、效率）的具体的记载。即、在上述2个专利文献中，没有公开直接激发方式的无放电荧光体发现实用的性能、即亮度、效率的装置和方法。
本发明人进行了使用MIM电子源作为电子源的直接气体激发方式的无放电气体灯的实验，发现了后述的电流亮度效率与电场成比例这一新的实验事实。在本发明中，示出了该原理，并且公开了根据本原理发挥与以往的直管型荧光灯等同的或者其以上的性能所必需的具体的构成要件。
上述课题通过以下的方式来解决。
即，通过荧光灯和使用了该荧光灯的图像显示装置来解决，该荧光灯具有相对的前面基板及背面基板；容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；电子源，配置于上述背面基板的上述前面基板侧，并放出热电子；荧光体，配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线进行可见发光；稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，通过对上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，将上述可见发光的亮度L除以正极电流密度得到的电流亮度效率与将上述正极电压除以上述前面基板和上述背面基板之间的基板间隔得到的正极电场的值成比例。
此外，也可通过本发明的其他的发明来解决。即，也可通过荧光灯或者使用了该荧光灯的图像显示装置来解决，该荧光灯具有相对的前面基板及背面基板；容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；电子源，配置于上述背面基板的上述前面基板侧，并放出热电子；荧光体，配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线并进行可见发光；稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，通过向上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，上述气体的压力为10kPa以上，且上述正极电压为240V以下，且上述基板间隔为0.4mm以下。
利用电流亮度效率与正极电压成比例这一情况，能够实现具有超过直管型荧光灯的亮度、效率性能的无放电荧光灯。
附图说明
图1是示出了无放电气体灯的结构的一个例子的图。
图2是示出了无放电气体灯的亮度与正极电场依存关系的图。
图3示出了无放电气体灯的的电流亮度效率与正极电场依存关系的图。
图4（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图4（A）中的A－A’剖面图。
图5（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图5（A）中的A－A’剖面图。
图6（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图6（A）中的A－A’剖面图。
图7（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图7（A）中的A－A’剖面图。
图8（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图8（A）中的A－A’剖面图。
图9（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图9（A）中的A－A’剖面图。
图10（A）是示出了实施例1中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图10（A）中的A－A’剖面图。
图11（A）是示出了实施例2中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图11（A）中的A－A’剖面图。
图12（A）是示出了实施例2中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图12（A）中的A－A’剖面图。
图13（A）是示出了实施例3中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图13（A）中的A－A’剖面图。
图14（A）是示出了实施例3中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图14（A）中的A－A’剖面图。
图15（A）是示出了实施例3中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图15（A）中的A－A’剖面图。
图16（A）是示出了实施例3中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图16（A）中的A－A’剖面图。
图17（A）是示出了实施例4中的无放电气体灯的制造方法的一个例子的图。（B）是图17（A）中的A－A’剖面图。
图18（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图18（A）中的A－A’剖面图。（C）是图18（A）中的B－B’剖面图。
图19（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图19（A）中的A－A’剖面图。（C）是图19（A）中的B－B’剖面图。
图20（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图20（A）中的A－A’剖面图。（C）图20（A）中的B－B’剖面图。
图21（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图21（A）中的A－A’剖面图。（C）是图21（A）中的B－B’剖面图。
图22（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图22（A）中的A－A’剖面图。（C）是图22（A）中的B－B’剖面图。
图23（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图23（A）中的A－A’剖面图。（C）是图23（A）中的B－B’剖面图。
图24（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图24（A）中的A－A’剖面图。（C）是图24（A）中的B－B’剖面图。
图25（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图25（A）中的A－A’剖面图。（C）是图25（A）中的B－B’剖面图。
图26（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图26（A）中的A－A’剖面图。（C）是图26（A）中的B－B’剖面图。
图27（A）是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的制造方法的一个例子的图。（B）是图27（A）中的A－A’剖面图。
图28是表示了实施例5中的无放电气体显示装置与驱动电路的接线的一个例子的图。
图29是示出了实施例5中的无放电气体显示装置的驱动波形的一个例子的图。
图30是示出了无放电气体灯的亮度的性能的图表。
符号说明
10…负极基板
11…碱扩散防止膜
12…下部电极
13…场绝缘膜
14…隧道绝缘层
15…上部电极
16…下部电极
17，42…上部电极总线配线
20…正极基板
21…正极电极
22…荧光体膜
23…通孔
30…熔接密封
31…肋
40…绝缘膜
41…连接电极
43…表面保护层
50…真空容器
51…石英玻璃窗
60…光刻胶图案
70…FPC
80…正极电压发生回路
90…扫描线驱动电路
100…信号线驱动电路
120…显示装置面板
具体实施方式
首先，公开本发明人关于使用了MIM电子源的直接气体激发方式的无放电气体灯发现的与电流亮度效率相关的新的意见。
图1是实验系统的示意图。使配置有荧光体的正极基板、与在真空容器的内部具有MIM电子源的负极基板以一定间隔相对设置。关于此处使用的负极基板以及正极基板的制造方法，在实施例1中详细记述。
对内部进行真空排气后，导入Xe气体并保持在规定的压力。作为这里使用的气体种类，利用激发产生真空紫外(VUV)～紫外(UV)光的稀有气体是适合的。此外，其他地由于不必担心伴随着放电的分解，所以也可以使用分子性气体，例如N2等。
接着从真空容器的外部，由DC电源向MIM电子源的上部电极15和正极电极21之间提供间隙电压Va。这是为了从MIM电子源向正极电极引入向Xe气体中放出的电子并回收。此外，从DC脉冲电源还向MIM电子源的下部电极和上部电极之间施加规定的电压Vd、脉冲宽度、周期的驱动脉冲。
图30的“实施例1”的列中记述了实验条件和发光性能。
此处使用的各种物的数量的定义如下所述。
无放电气体灯的光束φ通过下式表示。
光束φ=π×亮度L×面积S
=η×P（式1）
η为亮度效率，P为功耗。
此处定义
内部亮度效率ηint=π·L/(Va×Ja)(式2)
作为内部亮度效率ηint。
Va为施加于正极基板和负极基板之间的空间的电压，Ja是流过那里的电流密度。
式（2）中将L／Ja定义为电流亮度效率。
从该图30可知，判明了正极电场为2×105[V/m]、压力为60kPa中的电流亮度效率达到5.6×103[cd/A]。
此时的内部亮度效率为29.3[lm/W]。在内部亮度效率中，仅考虑在气体中消耗的电力。加入了电子源消耗的电力的电力被定义为外部亮度效率。
外部亮度效率ηext=π·L/（Va×Ja+Vd×Jd）（式3）
Vd表示施加于MIM二极管的电压，Jd表示在MIM二极管流动的电流。
在上述BSD、MIM中，在Ja和Jd之间比例关系成立，将其比例系数称为电子利用效率α。
Ja=α·Jd（式4）
在这个实验中电子利用效率为1％，二极管电压为11V，所以如果从式（4）求出Jd，然后代入式（3），则求得外部亮度效率为10.3[lm/W]。该值与白炽电灯大致相同，但还没有达到获得实用的亮度。
虽然电流亮度效率高，但内部亮度效率低，这是起因于正极电压高达600V的缘故。因此，为了降低电压，将正极基板和负极基板之间的基板间隔d与正极电压Vd缩小到1/10，以使得正极电场成为固定。正极电流Ia(＝Ja/S，S:发光区域的面积)遵从如下所示的空间电荷限制电流。
空间电荷限制电流Ia=（9/8）×ε×μ×Vd2/d3（式5）
ε：介电常数，μ：电子移动度
由于前述的比例缩小，正极电流Ia由于d-3项的效应而增加到10倍。由此，亮度L及内部亮度效率提高10倍(图30中，参照“A”列)。
进一步通过实施例1如图3所示，可以得到电流亮度效率与正极电场成比例这一见解。利用该效果，进一步将间隔d缩小到1/3。由此，电流亮度效率提高到1.7×104[cd/A]，通过式（5）正极电流Ia也同时增加到27倍，所以亮度L提高到9.1×103cd/m2(图30中，参照“B”列)。
至此的研究已讨论了绿单色的亮度、效率，将其变换为白色亮度、效率。在使用实施例1中公开的荧光体中的等离子显示用的RGB荧光体的情况下，可知两者的换算比为1/1.7。进行了该变换的数值与图30中的“C”列相对应。
以上公开了由面板侧的设计提高亮度、亮度效率的方案。但是要提高外部亮度效率，就需要改善电子源的性能(正极电流密度Ja、电子利用效率α)。
专利文献5中公开了关于MIM电子源的性能提高的技术。具体地记载了
（1）使隧道绝缘膜中的Nd杂质在规定以下；
（2）关于隧道绝缘膜的膜厚从4V变为6V来氧化。
除此之外在本发明中，通过新实施以下内容，从而实现正极电流密度Ja为2000[A/m2]、电流利用效率为10%。即
（3）将隧道绝缘膜的氧化电压提高到8V以上；
（4）通过以Cs氧化物覆盖上部电极的表面来降低功函数；
（5）通过在真空中加热面板，发生Au/Pt/Ir贵金属薄膜的自薄膜化，
如果考虑以上2点的改进方案，则可知可以实现如图30的D列中所记述，正极电流密度Ja为5.4[A/m2]、亮度L为5.3×104[cd/m2]、外部亮度效率为183[lm/W]这样的超过直感型荧光灯的高亮度/高效率光源。
如果整理以上的讨论，则内部亮度效率与间隙间隔（基板间隔）d成反比例。即使不是前述的超高效率，而是例如聚光灯型（downlight）LED照明波的亮度效率为50lm/W也可以用来作为照明。也就是说，即使将间隙间隔扩大至4倍左右也不会损害实用性。只是这种情况下需要保持电流亮度效率固定，即电场固定，所以必须将正极电压提高到4倍。因此，为了得到聚光灯型LED照明同等以上的亮度效率，可以是间隙间隔为0.4mm以下、正极电压为240V以下。如果以图30的D列的条件、即正极电压60V、间隙0.1mm为基准，维持相同的电场强度的情况下，如果考虑间隙间隔与正极电压的最小值，则间隙间隔变为0.01mm，正极电压变为6V。关于间隙间隔，可以设定为荧光体的粒子直径的大小以上。此外，将玻璃粘在一起来做成容器，但如果间隙间隔太窄，则不能够顺利地进行与气体的置换。从这个观点出发，可以说0.01mm以上的间隙间隔也是可以的。
以下，参照实施例的附图详细地说明本发明的实施方式。
实施例1
此处，公开成为本发明的证据的、无放电气体灯的性能验证实验结果。
首先从电子源的制造方法开始说明。如图4所示，准备作为绝缘材料的廉价的碱石灰玻璃作为负极基板10。在玻璃表面设置碱扩散防止膜11以防止碱成分从钠钙玻璃基板扩散出来。作为扩散防止膜，可以是以氧化硅、氮化硅等为主要成分的绝缘膜。此处使用通过旋涂方式可以涂膜的、无机聚硅氮烷膜。在将它通过旋涂机涂敷后，在大气中以250℃加热并向二氧化硅膜添加。而且，通过在氮中以550℃煅烧来进行热收缩。在制造灯时所进行的玻璃料密封的温度为400℃，而预先以比该400℃更高的温度进行煅烧，以防止二氧化硅膜进一步收缩。由此消除了伴随着热收缩的对MIM电子源的应力，具有防止作为构成材料的Al合金的空洞、丘的发生的效果。
接着通过溅射法对成为MIM电子源的下部电极的Al合金成膜。作为Al合金通过上述的玻璃料密封的热处理，优选添加强化了耐热性的成分、周期表中的3A族、4A族、或者5A族的金属的一种或多种的Al合金从而抑制空洞、丘的发生。此处，使用了添加量不同的2种Al-Nd合金。首先，使用Nd含有量为2原子百分比的合金靶，形成厚度为300nm的膜之后，接着下一次利用0.6原子百分比的合金靶，层叠厚度为200nm的膜。对于这样的层叠Al合金膜的表面通过阳极氧化法形成酸氧化膜而作为隧道绝缘膜。作为合金的添加材料的Nd以一定的浓度混入到隧道绝缘膜中。混入的Nd在氧化铝中的能隙内中形成电子陷阱，由此发生二极管电流的减少、电子利用效率的降低。在使用具有MIM电子源的FED(FieldEmissionDisplay，场发射显示器)面板的预先的讨论中，阳极氧化电压为4V的情况下，如果使Nd含量从2原子百分比变化为0.6原子百分比，则所得到的MIM电子源的电子利用效率从3.3％倍增到5.5％。由此为了得到超过5％的电子利用效率，可知可以将Nd含量设为1原子量百分比以下。
成膜后由光刻步骤、蚀刻步骤形成如图5所示的梳齿状的一对下部电极16和上部电极总线配线17。对于蚀刻液，例如由磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液进行的湿蚀刻是优选的。
在图6中，向下部电极16的一部分付与抗蚀剂图案，局部地对表面进行阳极氧化。阳极氧化的条件为，使Pt板为相对电极，化成液的成分为酒石酸铵水溶液和乙二醇的混合液，在室温下，氧化电流为100uA/cm2，氧化电压为100V。由此，形成大约140nm的场绝缘膜13。另一方面，在此之间，上部电极总线配线17以抗蚀剂覆盖，并且通过设为浮动状态从而防止场绝缘膜13的生长。
接着，如图7所示，剥离用于局部氧化的抗蚀剂图案，对下部电极16的表面再次进行阳极氧化，形成变为电子加速层的隧道绝缘层14。阳极氧化的条件为，相对电极为Pt板，化成液的成分为酒石酸铵水溶液和乙二醇的混合液，在室温处理中氧化电流设定为10uA/cm2，氧化电压设定到4V到20V之间。此时，在氧化膜已经成长的区域中，不进行氧化，在之前的步骤中，仅在被抗蚀剂覆盖的区域上氧化膜成长大约10nm。通过以上，在隧道绝缘膜14的周围形成场绝缘膜13。
如图8所示，在成为发光区域的部分形成上部电极15。对于成膜，优选是使用了成行的DC型磁控管溅射装置的掩膜成膜。以Ir、Pt、Au的顺序不破坏真空连续进行溅射，得到由Au/Pt/Ir层叠膜组成的上部电极15。由此，完成了在下部电极16侧形成MIM电子源，在上部电极总线配线17侧形成与上部电极连接的低电阻配线的负极基板。
接着公开正极基板的制造方法。图9中正极基板20为了将可见发光取出到外部而需要是透明的绝缘材料，一般地优选玻璃。作为正极基板20的透明导电性氧化膜，在形成氧化锡或者ITO膜并进行发光的区域加工电极。要进行图案化，进行掩膜蒸镀、掩膜溅射或者、光刻和蚀刻即可。在图10中，在正极电极21的发光区域形成荧光体膜。对于荧光体，使用吸收真空紫外～紫外光并发出可见光的材料。此处，使用了在等离子显示用中经常被使用的、吸收来自Xe气体的147nm和173nm的VUV(真空紫外光)并发出绿色光的Zn2SiO2:Mn。作为同样的红色荧光体适用(Y,Gd)BO3:Eu，此外对于蓝色用适用BaMgAl14O23:Eu。作为荧光体，并不限于上述记载的例子，可以使用在荧光灯中被使用的白色用的卤磷酸钙、红色用的铕激活的氧化钇、绿色用的硅酸锌、铈·铽激活的铝酸镁、蓝色用的钨酸钙、铕激活的锶氯磷灰石等、或者这些的混合物。
为了制作荧光体膜22，准备以粘结剂和有机溶剂混合荧光体而得到的糊，通过丝网印刷将其在所希望的区域进行涂膜。通过将其在大气中煅烧，将粘结剂燃烧来得到荧光体膜。为了完全吸收VUV，可以设为10um以上的膜厚，但如果过厚则可见光透过率降低，所以膜厚优选设定为2um以上10um以下，此处设定为8.5um，可见光透过率变为25%左右。
如在图1中所示，使这样制作出的负极基板10和正极基板20，设定一定的间隔d，此处为3mm地相对，并设置于真空容器50之中。将电气配线连接到正极电极21、上部电极总线配线17和下部电极16，并向容器外部取出。容器一旦排气成真空之后，将Xe气体以所希望的压力10到100kPa导入。
对于真空容器50，通过电气配线，将驱动信号提供给正极电极21、上部电极总线配线17和下部电极12。上部电极总线配线17接地，对正极电极21施加正极电压Va，此外，对下部电极12施加二极管电压Vd。作为正极电压Va以一定的重复频率提供从0到800V的DC电位，作为二极管电压Vd以一定的重复频率提供双极性的脉冲电位。流过正极电极21和上部电极的电流Ia和Id通过电流计测量。另外，隔着设置在真空容器50的石英玻璃窗51通过分光亮度计测量所得到的可见发光亮度L。
图2是隧道绝缘膜14在10V的阳极氧化膜的情况中的、亮度L与正极电场Ea的关系。如果以正极电压Va除以间隔d，可以得到正极电场Ea。Xe压力为10kPa、30kPa、60kPa。亮度L伴随着正极电场Ea非线性地增大。另一方面，内部亮度效率ηint，除了压力10kPa和低电场区域以外大致固定。可知在压力10kPa下如果电场变成5×104[V/m]以上则发生放电，正极电流Ia和亮度L剧增，但是相反地内部亮度效率ηint急剧地减小(＜0.01lm/W)。
一般地，如果是高压力，放电现象变得难以发生。因此，为了避免放电并进行本发明的发光现象，可以设定至少Xe压力在10kPa以上，优选30kPa以上，更优选60kPa以上。关于压力的上限值，根据到目前为止的研究可知一直到大气压附近为止MIM电子源都能够放出电子。在大气压以上，真空容器以及用低熔点玻璃密封的玻璃容器在结构上将发生破坏，所以无法进行实验。因此，作为使用玻璃容器的灯，认为压力上限值为大气压(105kPa)。
图3是示出了电流亮度效率L/Ja与正极电场Ea的关系的图。可知两者之间成线性关系。如果变为高的正极电场，则电流亮度效率增加，但是与之同时如果不是高压力则如上述那样将发生放电。由此也可知优选使用30kPa以上的压力。
根据本实施例，在正极电场2×105[V/m]下电流亮度效率达到5000cd/A，并且得到与电场成比例这一新的见解。也对于具有阳极氧化电压为4、6、8、15、20V的隧道绝缘膜的负极基板进行了与此相同的实验。其结果，4V的情况下能够确认发光，但没有达到能够测量的亮度。在具有6V以上的氧化电压的负极，能够测量发光，特性上与10V的情况大致相同。由此作为氧化电压，优选6V以上，10V以上也可。这是由于伴随着氧化电压变高，电子能量将增加。
实施例2
此处，公开无放电荧光灯的制造方法。首先，为了将灯内部进行真空排气并导入气体，在实施例1的图8中的负极基板10上预先设置通孔。此外，为了将电子利用效率改善到10％，进行功函数降低处理。即，在上部电极15形成之前，将负极基板10浸入到包含碱金属氧化物盐的水溶液中并干燥，从而使碱金属氧化物盐吸附在表面。作为碱金属盐，通过后续的玻璃料密封的热处理发生热分解，优选容易变成碱金属氧化物的碳酸盐、碳酸氢盐。此外，作为具有降低功函数的效果的碱金属，原子编号大的一方有利。根据以上的观点可以是CsHCO3的水溶液。
对于进行功函数降低处理的负极基板10，与实施例1相同地形成上部电极15。接着如图11所示，在实施例1中制造的正极基板20形成成为容器的壁的熔接密封30。熔接密封30的材质是低熔点玻璃，其主要成分在铅系中有PbO、在非铅系中有B-Si、Bi-P等。为了在正极基板20上将熔接密封30形成图案，可以是丝网印刷、点胶机。对于糊状化的熔接密封材料，为了控制间隔d，可以混入直径确定的珠子。如果对熔接密封30进行印刷，那么在大气中将正极基板20以熔点以上的温度煅烧，去除包含在糊中的粘结剂、有机溶剂。该步骤兼做荧光体22的煅烧，从步骤简化上来说是更优选的。
如在图12中所示，将以上制作出的负极基板10和正极基板20位置对准使之相对并密封，作为一体的玻璃容器。此时，设计图案以使得各电极(16、17、21)的端子在玻璃的边缘露出。
在密封步骤中，首先在大气中将温度升高到密封材料的熔点以上来进行熔合，接着在将温度仅比熔点稍微降低的状态下，从通孔23进行真空排气，进行所谓的气体排出。如果进行规定的时间的气体排出，则慢慢地将温度降低到室温为止，最后将Xe气体以规定的压力导入并将排气管进行玻璃密闭，灯完成。
在该密封步骤中，在上部电极15中完成低功函数化处理。即，在熔点以上的大气煅烧中CsHCO3发生热分解变化为CsO，在接下来的真空中的热处理中，上部电极15自身发生结构变化并薄膜化，同时发生热扩散的Cs覆盖上部电极15的Au表面，降低大约0.5eV功函数。通过真空中的加热，除了吸附气体等消失以外，MIM电子源的电子利用效率足以超过10%。
关于由此作成的无放电Xe灯，正极电压为60V、作为MIM电子源的动作条件，以Vd=11V、脉冲宽度为30usec、重复频率600Hz来进行点亮的情况下，作为白色亮度，输入60W时得到大约10000cd/m2、发光亮度为150lm/W的性能。此处，对MIM电子源进行脉冲驱动，但是能够通过改变脉冲的高度、或者宽度，来进行发光量的调整。
实施例3
如果将灯大型化，由于在密封步骤中的真空排气、或者被装入的Xe气体压力减小(＜1大气压)，所以面板不耐大气压，间隔d变得不均匀，最坏的情况下，会发生屈曲而损坏。为了防止这种情况，可以在发光区域形成成为支持物的肋。
如图13所示，肋31形成在正极电极21上。肋31的材质适用与前述的熔接密封30类似的低熔点玻璃，优选比熔接密封30熔点高的材料。关于图案的形成方法，可以预先提供感光性以光刻来形成，但是也可以在没有感光性的情况下，通过丝网印刷等一次形成均匀的膜，通过光致抗蚀剂付与掩膜之后，通过吹沙磨蚀作用等削掉。
图14示出了在配置了肋31的正极基板20形成荧光体膜22的情况。荧光体被配置成通过丝网印刷等不附着在肋31的表面，但是在混色不会成为问题的情况下不受此限制。
通过实施例2的方法，将由此制造的图15的正极基板20与负极基板10组合，如图16所示构成灯。沿着上部电极总线配线17形成肋31，肋与肋之间(以下称为肋沟)的部分成为独立的发光区域。通过导入这样的肋31，在回避由大气压产生的影响的同时能够实现灯的大型化。
实施例4
前面的实施例3中将肋导入到面板。已经记述了由此被肋与肋夹着的部分成为独立的发光区域的方案。利用该方案，如图17的剖面图所示，能够将各与发光区域不同的种类的荧光体划分并形成为与下部电极16和16’对应的区域。荧光体的种类可以根据作为目的的功能进行选择。例如为了得到白色发光，可以在各肋沟形成红、绿、蓝色用的荧光体。
如果进一步扩展这种思路，如图17的俯视图所示，通过针对每个肋沟使下部电极16分离，将其向外部引出并独立地驱动，也可以进行区域点亮或者发光色控制。通过合并在实施例2中记述的调光功能，能够获得面向数字标牌等的多彩的显示性能。
实施例5
如果进一步扩展实施例4的思路，还能够构成无放电气体显示装置。对于此，可以构成在X-Y平面排列了MIM电子源的矩阵阵列。以下使用图18到图26，公开矩阵阵列版的发光单元的制造方法。
在各图中（A）示出了平面图，（B）示出了沿着（A）的A－A’线的剖面图，（C）示出了沿着（A）的B－B’线的剖面图。
在图18中，通过与实施例1相同的方法，在由玻璃等的绝缘物组成的负极基板10上形成下部电极12、12’（与信号线16’相同），在图19中形成场绝缘膜13以及隧道绝缘膜14。
在图20中，通过溅射法形成氮化硅SiN（例如，Si3N4）作为绝缘膜40。形成100nm的铬(Cr)作为连接电极41，形成2μm的Al合金作为上部电极总线配线42，在其上形成铬(Cr)作为表面保护层43。
在图21中，在成为扫描线的部分残留表面保护层43的Cr。对于Cr的蚀刻，适用硝酸铈二铵与硝酸的混合水溶液。此时，表面保护层43的线宽必须设计成使得比在下一步骤中制作的上部电极给电线42的线宽窄。这是因为，由于上部电极总线配线42由2μm的Al合金组成，避免由于湿蚀刻发生相同程度的侧蚀刻。如果不考虑这种情况，表面保护层43在遮檐上从上部电极总线配线42突出。表面保护层43的遮檐上突出的部分强度不足，制造步骤中容易发生崩落、剥离，从而以至扫描线间出现短路不良，并且施加正极电压Va时由于发生电场集中，引起致命的放电。
在图22中，将上部电极总线配线42在与下部电极16正交的方向上加工成条纹状。对于蚀刻液，适用例如，磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液（PAN）。
在图23中，进行加工以使得将连接电极41在隧道绝缘膜14侧向前突出，此外在相反侧相对于上部电极总线配线42后退(以使得能够底切)。为此，可以对于前者在连接电极41上、对于后者在表面保护层43上布置光刻胶图案60并进行湿蚀刻。对于蚀刻液，适用前述的硝酸铈二铵与硝酸的混合水溶液。此时，绝缘膜40起到使隧道绝缘膜14免于蚀刻液腐蚀的蚀刻阻隔物的作用。
在图24中，为了打开电子放出部，形成光刻胶图案60并通过光刻和干蚀刻将绝缘膜40的一部分开口。对于蚀刻气体，适用CF4与O2的混合气体。对于在图25中露出的隧道绝缘膜14实施再次阳极氧化，通过蚀刻修复加工损伤。氧化条件设定为，化学合成液的组成为酒石酸铵水溶液与乙二醇的混合液，氧化电流为10uA/cm2、氧化电压为10V。
修复氧化完成之后，接着实施前述的低功函数化处理。如图26所示的那样，形成上部电极15从而负极基板10（电子源基板、阴极基板）完成。对于上部电极15的成膜，使用荫罩板，通过溅射（飞溅）法进行以防止在配置在基板周围的电气配线的端子部分等不成膜。上部电极15由于前述的底切结构部分而发生覆盖不良，在每个上部电极总线配线42自动地被分离。由此，能够回避光刻与蚀刻带来的对上部电极15或隧道绝缘膜14的污染、损伤。
在图27中，将制作的正极基板20和完成的负极基板10通过熔接密封进行与实施例3同样地密封、真空排气和Xe气体装入，从而完成显示面板。在与下部电极16平行地，即，向上部电极总线配线42径直的方向形成肋，对于各肋沟，以红色、绿色、蓝色的顺序形成荧光体。作为荧光体，除了在实施例1中公开的荧光体，还有CRT用等各种各样的荧光体，可以配合用途、性能适当选择来使用。
接下来，利用图28说明上述显示装置的结构例子，此外利用图29说明显示序列。首先，制作排列了多个上述的子像素的负极基板。为了说明，在图28中示出了（3×4）个子像素的平面图，实际上形成与显示点数对应的数量的矩阵。在同一图中，也示出了向显示装置面板120的驱动电路的连线图，驱动本发明的显示装置的电路整体的概略图。设置在负极基板10上的下部电极16通过FPC70向信号线驱动电路100连线作为信号线，上部电极总线配线42通过FPC70连线到扫描线驱动电路90作为扫描线。对于信号线驱动电路100，配设与各信号线16对应的信号驱动电路D，对于扫描线驱动电路90，配设与各扫描线17对应的扫描驱动电路S。对于正极电极21，从正极电压发生电路80施加60V左右的DC电压。
另外，在本实施例中，如图28所示，与扫描线以及信号线一起，假设从负极基板10的单侧进行驱动，但根据需要在两侧配备各自的驱动电路，丝毫也不会妨害本发明的实现性。
图29示出了各驱动电路中的产生电压波形的一个例子。在时刻t0任意一个电极均为电压零，所以不放出电子，荧光体不发光。在时刻t1，仅向上部电极总线配线42中的S1施加V1的电压，向下部电极16的D2、D3施加-V2的电压。坐标（1、2）、（1、3）中下部电极16与上部电极总线配线42之间施加（V1＋V2）的电压，所以如果将（V1＋V2）设定为电子放出开始电压以上，则从这些MIM型电子源向气体中放出电子。放出的电子最终通过电压发生电路80被正极电极21回收。同样地，在时刻t2中，如果向上部电极总线配线42的S2施加V1的电压，向下部电极16的D3施加-V2的电压，则同样地坐标（2、3）点亮，放出电子，该电子源坐标上的荧光体发光。
由此，通过改变施加在上部电极总线配线42的扫描信号，能够显示所希望的图像或者信息。此外，通过适当地改变向下部电极16的施加电压-V2的大小，能够显示具有灰度的图像。以上的显示方法一般被称为线序显示法。在时刻t5中，进行用于释放在隧道绝缘膜14中蓄积的电荷的反转电压的施加。即，向上部电极总线配线42的全部施加-V3，同时向下部电极16施加0V。
关于显示性能，需要修正在图30中的“D”列的若干个值。首先关于亮度，为了限制各子像素的点亮时间比照明的情况短而降低。即以水平1920×垂直1080像素的全高清(fullHD)作为显示格式的情况下，在隔行显示中1帧时间为1/60秒，由此1条扫描线的选择时间为1/60×1/540，即，30.8usec。作为脉冲宽度与图30大致相同，但是如果考虑图30中重复频率为10倍的600Hz，则所得到的亮度应当降低到1/10。除此之外，在显示装置中为了防止外光的照入产生的对比度的降低，需要将荧光体的独占面积限制为显示区域的1/3左右。
如果考虑以上2点，本发明的无放电气体显示装置的性能预计为峰值亮度1780[cd/m2]、平均亮度(峰值亮度×1/4)445[cd/m2]、白色亮度效率51[lm/W]。这些值与现行的LCD、PDP相比数值高，显示出本发明的无放电气体显示装置具有非常高的性能。

Claims (18)

1.一种荧光灯，其特征在于，具有：
相对的前面基板及背面基板；
容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；
电子源，配置于上述背面基板的上述前面基板侧，并放出热电子；
荧光体，配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线进行可见发光；
稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及
电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，
通过对上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，将上述可见发光的亮度L除以正极电流密度得到的电流亮度效率与将上述正极电压除以上述前面基板和上述背面基板之间的基板间隔得到的正极电场的值成比例。
2.如权利要求1所述的荧光灯，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为10kPa以上，且上述正极电压为240V以下，且上述基板间隔为0.4mm以下。
3.如权利要求2所述的荧光灯，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为30kPa以上。
4.如权利要求2所述的荧光灯，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为60kPa以上。
5.一种荧光灯，其特征在于，具有：
相对的前面基板及背面基板；
容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；
电子源，配置于上述背面基板的上述前面基板侧，并放出热电子；
荧光体，配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线并进行可见发光；
稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及
电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，
通过向上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，上述气体的压力为10kPa以上，且上述正极电压为240V以下，且上述基板间隔为0.4mm以下。
6.如权利要求5所述的荧光灯，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为30kPa以上。
7.如权利要求5所述的荧光灯，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为60kPa以上。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的荧光灯，其特征在于，上述电子源是将下部电极、电子加速层和上部电极以下部电极、电子加速层、上部电极的顺序层叠而得的MIM型电子源，上述MIM型电子源中，上述下部电极为添加了周期表中的3A族、4A族、或5A族的金属中的一种或多种的Al合金，上述电子加速层为由上述Al合金的阳极氧化膜组成的隧道绝缘膜，且上述上部电极是将Ir、Pt、Au以Ir、Pt、Au的顺序层叠而得的薄膜。
9.如权利要求8所述的荧光灯，其特征在于，在上述Al合金的表面侧中，合金添加材料的含量为1atm％以下，且上述隧道绝缘膜为利用6V以上的氧化电压得到的阳极氧化膜，且其表面被碱金属氧化物修饰，电子利用效率超过5％。
10.如权利要求1-7中的任一项所述的荧光灯，其特征在于，在上述前面基板的上述背面基板侧设置肋。
11.一种图像显示装置，其特征在于，具备显示装置面板、电压发生电路、信号线驱动电路，
上述显示装置面板为荧光灯，上述荧光灯具有：
相对的前面基板及背面基板；
容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；
以1维或2维排列的多个电子源，配置于上述背面基板的上述前面基板侧，并放出热电子；
以1维或2维排列的多个荧光体，与上述多个电子源的各电子源相对应地配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线并进行可见发光；
稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及
电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，
上述荧光灯通过向上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，将上述可见发光的亮度L除以正极电流密度得到的电流亮度效率与将上述正极电压除以上述前面基板和上述背面基板之间的基板间隔得到的正极电场的值成比例。
12.如权利要求11所述的图像显示装置，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为10kPa以上，且上述正极电压为240V以下，且上述基板间隔为0.4mm以下。
13.如权利要求12所述的图像显示装置，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为30kPa以上。
14.如权利要求12所述的图像显示装置，其特征在于，上述稀有气体或上述分子性气体的压力为60kPa以上。
15.一种图像显示装置，其特征在于，具备显示装置面板、电压发生电路、信号线驱动电路，
上述显示装置面板具有：
相对的前面基板及背面基板；
容器，由包围上述前面基板和上述背面基板的壁所构成；
以1维或2维排列的多个电子源，配置于上述背面基板的前面基板侧，并放出热电子；
以1维或2维排列的多个荧光体，与上述多个电子源的各电子源相对应地配置于上述前面基板的上述背面基板侧，吸收紫外线并进行可见发光；
稀有气体或分子性气体，装入上述容器内；以及
电极，设置于上述前面基板和上述背面基板，
通过向上述电极之间施加正极电压，回收向上述稀有气体或上述分子性气体中放出的热电子，上述气体的压力为10kPa以上，且上述正极电压为240V以下，且上述基板间隔为0.4mm以下。
16.如权利要求11-15中的任一项所述的图像显示装置，其特征在于，上述多个电子源为将下部电极、电子加速层和上部电极以下部电极、电子加速层、上部电极的顺序层叠而得的MIM型电子源，上述MIM型电子源中，上述下部电极为添加了周期表中的3A族、4A族、或5A族的金属的一种或多种的Al合金，上述电子加速层为由上述Al合金的阳极氧化膜组成的隧道绝缘膜，且上述上部电极为将Ir、Pt、Au以Ir、Pt、Au的顺序层叠而得的薄膜。
17.如权利要求16所述的图像显示装置，其特征在于，在上述Al合金的表面侧中，合金添加材料的含量为1atm％以下，且上述隧道绝缘膜为利用6V以上的氧化电压得到的阳极氧化膜，且其表面被碱金属氧化物所修饰，电子利用效率超过5％。
18.如权利要求11-15中的任一项所述的图像显示装置，其特征在于，在上述背面基板的电极的上述前面基板侧配置了表面保护层，在该表面保护层的上述背面基板侧配置了上部电极馈电线，上述表面保护层的线宽比上述上部电极馈电线的线宽窄。
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