JP2008140617A - Red light-emitting element and field emission display device - Google Patents

Red light-emitting element and field emission display device Download PDF

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Nobuyuki Yokozawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a red light-emitting element with high luminance emitting light excited by pulsated electron beams with an accelerating voltage of 5 to 15 kV. <P>SOLUTION: The red light-emitting element consists of alkaline earth complex sulfide ((Mg, Ca)S:Eu) phosphor activated by bivalent Eu, emitting red light excited by pulsated electron beams with an accelerating voltage of 5 to 15 kV. The light-emitting element in question, when an energy density per pulse is 10 mJ/cm<SP>2</SP>, has a luminous efficiency higher than one with an Eu-activated Y-acid sulfide phosphor, and at excitation by electron beams with an energy density lower than 1 mJ/cm<SP>2</SP>per pulse, has a light-emitting efficiency lower than that equipped with the Eu-activated Y-acid sulfide phosphor. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、赤色発光素子とそれを用いた電界放出型表示装置に関する。   The present invention relates to a red light emitting element and a field emission display device using the red light emitting element.

マルチメディア時代の到来に伴って、デジタルネットワークのコア機器となるディスプレイ装置には、大画面化や高精細化、コンピュータ等の多様なソースへの対応性などが求められている。   With the advent of the multimedia era, display devices, which are core devices of digital networks, are required to have large screens, high definition, and compatibility with various sources such as computers.

ディスプレイ装置の中で、電界放出型冷陰極素子などの電子放出素子を用いた電界放出型表示装置(フィールドエミッションディスプレイ;FED)は、様々な情報を緻密で高精細に表示することのできる大画面で薄型のデジタルデバイスとして、近年盛んに研究・開発が進められている。   Among display devices, field emission display devices (field emission display; FED) using electron emission elements such as field emission cold cathode elements are large screens capable of displaying various information in a precise and high definition. As a thin and thin digital device, research and development have been actively conducted in recent years.

FEDは、基本的な表示原理が陰極線管(CRT)と同じであり、電子線により蛍光体を励起して発光させているが、電子線の加速電圧(励起電圧)がCRTに比べて低いうえに、電子線による単位時間当りの電流密度も低い。したがって、十分な輝度を得るためには、CRTに比べて非常に長い励起時間を必要としている。このことは、所定の輝度を得るための単位面積当たりの投入電荷量を多くしなければならないことを意味しており、蛍光体の寿命の悪化を助長している。   The FED has the same basic display principle as a cathode ray tube (CRT) and excites a phosphor with an electron beam to emit light. However, the acceleration voltage (excitation voltage) of the electron beam is lower than that of a CRT. In addition, the current density per unit time by the electron beam is also low. Therefore, in order to obtain sufficient luminance, a very long excitation time is required as compared with CRT. This means that the input charge amount per unit area for obtaining a predetermined luminance has to be increased, which promotes deterioration of the life of the phosphor.

そのため、従来からCRT用として使用されているイットリウム酸硫化物蛍光体を母体とする蛍光体を使用したのでは、十分な発光輝度や寿命が得られなかった。このような背景から、発光輝度の高いFED用蛍光体が要望されている。(例えば、特許文献1参照)
特開2002−226847公報
For this reason, if a phosphor based on an yttrium oxysulfide phosphor that has been conventionally used for CRT is used, sufficient light emission luminance and lifetime cannot be obtained. From such a background, there has been a demand for a phosphor for FED with high emission luminance. (For example, see Patent Document 1)
JP 2002-226847 A

本発明は前記した問題を解決するためになされたもので、発光輝度が高い発光素子を提供することを目的としている。また、そのような発光素子を用いることによって、高輝度で色再現性などの表示特性に優れた電界放出型表示装置(FED)を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting element having high emission luminance. Another object of the present invention is to provide a field emission display device (FED) having high luminance and excellent display characteristics such as color reproducibility by using such a light emitting element.

本発明の赤色発光素子は、2価のユーロピウムで付活された2種以上の元素の複合硫化物蛍光体から成り、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線の照射により励起されて赤色に発光する発光素子であり、前記パルス状電子線の1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmのとき、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を具備する発光素子より高い発光効率を有し、かつ1パルス当たり1mJ/cmより低いエネルギー密度の電子線による励起では、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を具備する発光素子より低い発光効率を有することを特徴とする。 The red light-emitting device of the present invention is composed of a composite sulfide phosphor of two or more elements activated by divalent europium, and is excited by irradiation with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV to turn red. A light-emitting element that emits light, and has an emission efficiency higher than that of a light-emitting element comprising a europium-activated yttrium oxysulfide phosphor when the energy density per pulse of the pulsed electron beam is 10 mJ / cm 2 ; Excitation with an electron beam having an energy density lower than 1 mJ / cm 2 per pulse has a light emission efficiency lower than that of a light-emitting element including a europium-activated yttrium oxysulfide phosphor.

本発明の電界放出型表示装置は、青色発光蛍光体層と緑色発光蛍光体層と赤色発光蛍光体層をそれぞれ含む蛍光体層と、前記蛍光体層に加速電圧が5〜15kVの電子線を照射して発光させる電子源と、前記電子源と前記蛍光体層を真空封止する外囲器とを具備する電界放出型表示装置であり、前記赤色発光蛍光体層が、前記した本発明の赤色発光素子を含むことを特徴とする。   The field emission display device of the present invention includes a phosphor layer including a blue light-emitting phosphor layer, a green light-emitting phosphor layer, and a red light-emitting phosphor layer, and an electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV applied to the phosphor layer. A field emission display device comprising: an electron source that emits light upon irradiation; and an envelope that vacuum-seals the electron source and the phosphor layer, wherein the red light-emitting phosphor layer is formed according to the present invention. A red light emitting element is included.

本発明は、ユーロピウム付活複合硫化物蛍光体から成る赤色発光素子であり、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線の照射において、1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmのときは、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を備えた発光素子より高い発光効率を有する。しかも、1パルス当たりのエネルギー密度が1mJ/cmより低い電子線による励起では、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を備えた発光素子より低い発光効率を有している。したがって、従来からのユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を備えた赤色発光素子に比べて、低輝度から高輝度までの幅広い輝度の発光を実現することができる。そして、この赤色発光素子を電界放出型表示装置の発光層として用いることで、発光輝度が高く良好な表示を実現することができる。 The present invention is a red light-emitting element comprising a europium-activated composite sulfide phosphor. When the energy density per pulse is 10 mJ / cm 2 in irradiation with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV, It has higher luminous efficiency than a light emitting device including a europium activated yttrium oxysulfide phosphor. In addition, excitation with an electron beam having an energy density per pulse lower than 1 mJ / cm 2 has lower luminous efficiency than a light emitting device comprising a europium activated yttrium oxysulfide phosphor. Therefore, compared with the conventional red light emitting element provided with the europium activated yttrium oxysulfide phosphor, light emission with a wide luminance from low luminance to high luminance can be realized. By using this red light emitting element as the light emitting layer of the field emission display device, it is possible to realize a good display with high light emission luminance.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.

本発明の第1の実施形態は、2価のユーロピウム(Eu)で付活されたアルカリ土類複合硫化物蛍光体から成る発光素子であり、より具体的には、化学式:(Mg,Ca)S:Euで実質的に表される組成を有するEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体を主体として構成される赤色発光素子である。MgとCaとの比率は、(Mg,Ca1−x)Sとしたときに0<x<1の範囲で合成することができるが、0<x≦0.7の範囲が好ましく、輝度と色度を両立するより好ましい範囲は、0.4≦x≦0.7の範囲である。この発光素子は、加速電圧が5〜15kVより好ましくは7〜13kVのパルス状電子線により励起され、発光スペクトルの強度のピークが波長640〜680nmの範囲に存在する赤色発光を生じる。 The first embodiment of the present invention is a light emitting device comprising an alkaline earth composite sulfide phosphor activated with divalent europium (Eu), and more specifically, a chemical formula: (Mg, Ca) S: A red light-emitting element mainly composed of an Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor having a composition substantially represented by S: Eu. When the ratio of Mg and Ca is (Mg x , Ca 1-x ) S, it can be synthesized in the range of 0 <x <1, but the range of 0 <x ≦ 0.7 is preferable. A more preferable range in which both chromaticity and chromaticity are satisfied is a range of 0.4 ≦ x ≦ 0.7. This light-emitting element is excited by a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV, more preferably 7 to 13 kV, and emits red light whose emission spectrum has an intensity peak in a wavelength range of 640 to 680 nm.

Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体において、Euは発光中心をなす付活剤であり、高い遷移確率を有しているので高い発光効率が得られる。付活剤である3価のEuは、蛍光体の母体であるマグネシウム・カルシウム硫化物((Mg,Ca)S)に対して、0.001〜1.0モル%の範囲で含有されることが好ましい。より好ましいEuの含有割合は0.01〜0.5モル%である。Euの含有割合がこの範囲を外れた場合には、発光輝度や発光色度が低下するため好ましくない。   In the Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor, Eu is an activator having an emission center and has a high transition probability, so that high luminous efficiency can be obtained. The trivalent Eu as the activator is contained in the range of 0.001 to 1.0 mol% with respect to magnesium / calcium sulfide ((Mg, Ca) S) which is the base of the phosphor. Is preferred. A more preferable Eu content is 0.01 to 0.5 mol%. If the Eu content is outside this range, the light emission luminance and light emission chromaticity decrease, which is not preferable.

また、このEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体は、100μs未満という短い残光時間を有している。なお、この残光時間は、電子線照射を中断した後、発光強度が励起時の発光強度の1/10(10%)に低減するまでの時間をいう。   The Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor has a short afterglow time of less than 100 μs. The afterglow time refers to the time until the emission intensity is reduced to 1/10 (10%) of the emission intensity at the time of excitation after the electron beam irradiation is interrupted.

このEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体は、例えば以下に示す方法で製造することができる。   This Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor can be produced, for example, by the following method.

すなわち、蛍光体の母体と付活剤を構成する元素またはその元素を含有する化合物を含む蛍光体原料を、所望の組成((Mg,Ca)S:Eu)となるように秤量し、これらを乾式で混合する。具体的には、硫化マグネシウム(MgS)と硫化カルシウム(CaS)を所定量混合し、付活剤(を含む化合物)を適量添加することで蛍光体の原料とする。付活剤としては、硫化ユーロピウムやシュウ酸ユーロピウムを使用することができる。   That is, a phosphor raw material including an element constituting the phosphor base and an activator or a compound containing the element is weighed so as to have a desired composition ((Mg, Ca) S: Eu), and these are measured. Mix dry. Specifically, a predetermined amount of magnesium sulfide (MgS) and calcium sulfide (CaS) are mixed, and an appropriate amount of an activator (compound containing) is added to obtain a raw material for the phosphor. As an activator, europium sulfide or europium oxalate can be used.

次いで、このような蛍光体原料を、適当量の硫黄および活性炭素とともにアルミナるつぼまたは石英るつぼなどの耐熱容器に充填する。これを、硫化水素雰囲気や硫黄蒸気雰囲気などの硫化性雰囲気、あるいは還元性雰囲気(例えば3〜5%水素−残部窒素の雰囲気)で焼成する。   Next, such a phosphor raw material is filled in a heat-resistant container such as an alumina crucible or a quartz crucible together with appropriate amounts of sulfur and activated carbon. This is fired in a sulfide atmosphere such as a hydrogen sulfide atmosphere or a sulfur vapor atmosphere, or in a reducing atmosphere (for example, an atmosphere of 3 to 5% hydrogen-remaining nitrogen).

焼成温度は1000〜1250℃の範囲とすることが好ましい。焼成時間は、設定した焼成温度にもよるが60〜600分とし、焼成後は焼成と同一雰囲気で冷却することが好ましい。その後、得られた焼成物をアルコールなどの非水溶液中で洗浄し乾燥した後、必要に応じて粗大粒子を除去するための篩別などを行うことによって、Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体((Mg,Ca)S:Eu)を得ることができる。   The firing temperature is preferably in the range of 1000 to 1250 ° C. Although the firing time depends on the set firing temperature, it is preferably 60 to 600 minutes, and after firing, it is preferably cooled in the same atmosphere as firing. Thereafter, the obtained fired product is washed in a non-aqueous solution such as alcohol and dried, followed by sieving to remove coarse particles, if necessary, to thereby activate Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor. ((Mg, Ca) S: Eu) can be obtained.

こうして得られたEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体を使用し、公知の印刷法を用いて蛍光体層を形成することにより、赤色発光素子を形成することができる。印刷法により蛍光体層を形成するには、Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体を、例えばエチルセルロースからなるバインダ液と混合して蛍光体ペーストを調製し、この蛍光体ペーストをスクリーン印刷などの方法で基板上に塗布する。なお、このEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体は加水分解性の強い材料なので、ペーストの調製において水は使用してはならない。次いで、例えば500℃の温度で1時間加熱してバインダ成分を分解・除去するベーキング処理を行う。   A red light emitting device can be formed by using the Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor thus obtained and forming a phosphor layer using a known printing method. In order to form a phosphor layer by a printing method, a phosphor paste is prepared by mixing an Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor with a binder solution made of, for example, ethyl cellulose, and this phosphor paste is screen-printed or the like. It is applied on the substrate by the method. Since this Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor is a highly hydrolyzable material, water must not be used in the preparation of the paste. Next, for example, baking is performed to decompose and remove the binder component by heating at a temperature of 500 ° C. for 1 hour.

こうして形成されたEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体層を有する赤色発光素子は、加速電圧が5〜15kVより好ましくは7〜13kVのパルス状電子線の照射により赤色に発光する素子であり、1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmの電子線の励起により、3価のEu付活イットリウム酸硫化物(例えば、YS:Eu)蛍光体を備えた発光素子より高い発光効率を有する一方、1パルス当たりのエネルギー密度が1mJ/cmより低い電子線による励起では、前記したEu付活イットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を備えた発光素子より低い発光効率を有している。したがって、この赤色発光素子は、Eu付活イットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を備えた赤色発光素子に比べて、輝度の高い発光を得ることができ、しかも低輝度から高輝度までの幅広い輝度の発光を実現することができる。ここで、1パルス当たりのエネルギー密度とは、パルス状電子線の加速電圧および電流密度とパルス幅の積で表される。 The red light-emitting element having the Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor layer thus formed is an element that emits red light when irradiated with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV, more preferably 7 to 13 kV. Luminous efficiency higher than that of a light emitting device including a trivalent Eu-activated yttrium oxysulfide (for example, Y 2 O 2 S: Eu) phosphor by excitation of an electron beam having an energy density of 10 mJ / cm 2 per pulse. On the other hand, when excited by an electron beam whose energy density per pulse is lower than 1 mJ / cm 2 , the energy density is lower than that of the light emitting device including the Eu-activated yttrium oxysulfide (Y 2 O 2 S: Eu) phosphor. It has luminous efficiency. Therefore, this red light-emitting element can obtain light emission with higher luminance than the red light-emitting element provided with the Eu-activated yttrium oxysulfide (Y 2 O 2 S: Eu) phosphor, and also has low luminance. Light emission with a wide range of brightness up to high brightness can be realized. Here, the energy density per pulse is represented by the product of the acceleration voltage and current density of the pulsed electron beam and the pulse width.

次に、第1の実施形態の赤色発光素子を有する電界放出型表示装置(FED)について説明する。   Next, a field emission display device (FED) having the red light emitting element of the first embodiment will be described.

図1は、本発明の第2の実施形態であるFEDの要部構成を示す断面図である。図1において、符号1はフェイスプレートであり、ガラス基板2などの透明基板上に形成された蛍光体層3を有している。この蛍光体層3は、画素に対応させて形成した青色発光蛍光体層、緑色発光蛍光体層および赤色発光蛍光体層を有し、これらの間を黒色導電材から成る光吸収層4により分離した構造となっている。赤色発光蛍光体層が、前記した第1の実施形態の赤色発光素子となっている。青色発光蛍光体層および緑色発光蛍光体層は、それぞれ公知の青色発光の硫化亜鉛蛍光体および緑色発光の硫化物蛍光体などを用いて形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of an FED according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a face plate, which has a phosphor layer 3 formed on a transparent substrate such as a glass substrate 2. The phosphor layer 3 has a blue light-emitting phosphor layer, a green light-emitting phosphor layer, and a red light-emitting phosphor layer formed corresponding to the pixels, and the light-emitting layer 4 made of a black conductive material is separated between these layers. It has a structure. The red light emitting phosphor layer is the red light emitting element of the first embodiment described above. The blue light-emitting phosphor layer and the green light-emitting phosphor layer are formed using a known blue light-emitting zinc sulfide phosphor and green light-emitting sulfide phosphor, respectively.

第1の実施形態の赤色発光素子である赤色発光蛍光体層の厚さは1〜10μmとすることが望ましく、より好ましくは6〜10μmとする。赤色発光蛍光体層の厚さを1μm以上に限定したのは、厚さが1μm未満で蛍光体粒子が均一に並んだ蛍光体層を形成することが難しいためである。また、赤色発光蛍光体層の厚さが10μmを超えると、発光輝度が低下し実用に供し得ない。各色の蛍光体層3の間に段差が生じないように、青色発光蛍光体層および緑色発光蛍光体層の厚さも、赤色発光蛍光体層と同じにすることが望ましい。   The thickness of the red light emitting phosphor layer that is the red light emitting element of the first embodiment is desirably 1 to 10 μm, and more preferably 6 to 10 μm. The reason why the thickness of the red light emitting phosphor layer is limited to 1 μm or more is that it is difficult to form a phosphor layer having a thickness of less than 1 μm and phosphor particles uniformly arranged. On the other hand, if the thickness of the red light emitting phosphor layer exceeds 10 μm, the light emission luminance is lowered and cannot be put to practical use. The thicknesses of the blue light-emitting phosphor layer and the green light-emitting phosphor layer are preferably the same as the red light-emitting phosphor layer so that no step is generated between the phosphor layers 3 of the respective colors.

上述した緑色発光蛍光体層、青色発光蛍光体層、赤色発光蛍光体層、およびそれらの間を分離する光吸収層4は、それぞれ水平方向に順次繰り返し形成されており、これらの蛍光体層3および光吸収層4が存在する部分が画像表示領域となる。この蛍光体層3と光吸収層4との配置パターンには、ドット状またはストライプ状など、種々のパターンが適用可能である。   The green light-emitting phosphor layer, the blue light-emitting phosphor layer, the red light-emitting phosphor layer, and the light absorption layer 4 that separates them are sequentially and repeatedly formed in the horizontal direction. These phosphor layers 3 And the part in which the light absorption layer 4 exists becomes an image display area. Various patterns such as a dot shape or a stripe shape can be applied to the arrangement pattern of the phosphor layer 3 and the light absorption layer 4.

蛍光体層3上にはメタルバック層5が形成されている。メタルバック層5は、Al膜などの金属膜からなり、蛍光体層3で発生した光のうち、後述するリアプレート方向に進む光を反射して輝度を向上させるものである。また、メタルバック層5は、フェイスプレート1の画像表示領域に導電性を与えて電荷が蓄積されるのを防ぐ機能を有し、リアプレートの電子源に対してアノード電極の役割を果たす。また、メタルバック層5は、フェイスプレート1や真空容器(外囲器)内に残留するガスが電子線で電離して生成するイオンにより、蛍光体層3が損傷することを防ぐ機能を有する。さらに、使用時に蛍光体層3から発生したガスが真空容器(外囲器)内に放出されることを防ぎ、真空度の低下を防止するなどの効果も有している。   A metal back layer 5 is formed on the phosphor layer 3. The metal back layer 5 is made of a metal film such as an Al film, and improves the luminance by reflecting light traveling in the rear plate direction, which will be described later, out of the light generated in the phosphor layer 3. The metal back layer 5 has a function of imparting conductivity to the image display area of the face plate 1 to prevent electric charges from accumulating, and serves as an anode electrode for the electron source of the rear plate. Further, the metal back layer 5 has a function of preventing the phosphor layer 3 from being damaged by ions generated by ionizing the gas remaining in the face plate 1 or the vacuum container (envelope) with an electron beam. Furthermore, the gas generated from the phosphor layer 3 during use is prevented from being released into the vacuum container (envelope), and the vacuum degree is prevented from being lowered.

メタルバック層5上には、Baなどからなる蒸発型ゲッタ材により形成されたゲッタ膜6が形成されている。このゲッタ膜6によって、使用時に発生したガスが効率的に吸着される。そして、このようなフェイスプレート1とリアプレート7とが対向配置され、これらの間の空間が支持枠8を介して気密に封止されている。支持枠8は、フェイスプレート1およびリアプレート7に対して、フリットガラス、あるいはInやその合金などからなる接合材9により接合され、これらフェイスプレート1、リアプレート7および支持枠8によって、外囲器としての真空容器が構成されている。   On the metal back layer 5, a getter film 6 formed of an evaporation type getter material made of Ba or the like is formed. The getter film 6 efficiently adsorbs the gas generated during use. The face plate 1 and the rear plate 7 are arranged to face each other, and the space between them is hermetically sealed via the support frame 8. The support frame 8 is bonded to the face plate 1 and the rear plate 7 by a frit glass or a bonding material 9 made of In or an alloy thereof, and is surrounded by the face plate 1, the rear plate 7, and the support frame 8. A vacuum vessel as a container is configured.

リアプレート7は、ガラス基板やセラミックス基板などの絶縁性基板、あるいはSi基板などからなる基板10と、この基板10上に形成された多数の電子放出素子11とを有している。これら電子放出素子11は、例えば電界放出型冷陰極や表面伝導型電子放出素子などを備え、リアプレート7の電子放出素子11の形成面には、図示を省略した配線が施されている。すなわち、多数の電子放出素子11は、各画素の蛍光体に応じてマトリックス状に形成されており、このマトリックス状の電子放出素子11を一行ずつ駆動する、互いに交差する配線(X−Y配線)を有している。なお、支持枠8には、図示を省略した信号入力端子および行選択用端子が設けられている。これらの端子は、前記したリアプレート7の交差配線(X−Y配線)に対応する。また、平板型のFEDを大型化させる場合、薄い平板状であるためにたわみなどが生じるおそれがある。このようなたわみを防止し、また大気圧に対して強度を付与するために、フェイスプレート1とリアプレート7との間に、大気圧支持部材(スペーサ)12を適宜配置してもよい。   The rear plate 7 includes a substrate 10 made of an insulating substrate such as a glass substrate or a ceramic substrate, or a Si substrate, and a large number of electron-emitting devices 11 formed on the substrate 10. These electron-emitting devices 11 include, for example, a field-emission cold cathode, a surface conduction electron-emitting device, and the like, and the surface of the rear plate 7 on which the electron-emitting devices 11 are formed is provided with wiring (not shown). That is, a large number of electron-emitting devices 11 are formed in a matrix according to the phosphors of each pixel, and wirings (XY wirings) crossing each other that drive the matrix-shaped electron-emitting devices 11 row by row. have. The support frame 8 is provided with a signal input terminal and a row selection terminal (not shown). These terminals correspond to the cross wiring (XY wiring) of the rear plate 7 described above. Further, when a flat plate-type FED is enlarged, there is a possibility that bending or the like may occur due to the thin flat plate shape. An atmospheric pressure support member (spacer) 12 may be appropriately disposed between the face plate 1 and the rear plate 7 in order to prevent such deflection and to provide strength against atmospheric pressure.

このような第2の実施形態のFEDにおいては、赤色発光蛍光体層が前記した第1の実施形態の赤色発光素子により構成されているので、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線の照射による発光の輝度や色純度が高く、良好な表示特性が得られる。   In such an FED of the second embodiment, since the red light emitting phosphor layer is constituted by the red light emitting element of the first embodiment described above, irradiation with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV is performed. The luminance and color purity of light emission due to the light is high, and good display characteristics can be obtained.

また、この実施形態のFEDにおいては、赤色発光素子が、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線による励起において、100μs未満という短い残光時間を有し、かつ付活剤濃度が高いために、高エネルギー密度領域のパルス状電子線励起においても投入エネルギーに対する光電変換のロスが少ない。そのため、特に優れた表示特性が発揮される。   In the FED of this embodiment, the red light emitting element has a short afterglow time of less than 100 μs and high activator concentration when excited by a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV. Even in pulsed electron beam excitation in a high energy density region, there is little loss of photoelectric conversion with respect to input energy. Therefore, particularly excellent display characteristics are exhibited.

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。   Next, specific examples of the present invention will be described.

実施例1
以下に示すようにして、Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体((Mg0.6,Ca0.4)S:Eu)を製造した。すなわち、蛍光体の母体と付活剤を構成する元素またはその元素を含有する化合物を含む原料を、所定の組成((Mg,Ca1−x)S:Euでx=0.6、かつEu含有割合0.1モル%)になるように秤量し、十分に混合した後、得られた蛍光体原料に、硫黄および活性炭素を適当量添加したものを石英るつぼ内に充填し、これを硫化水素雰囲気で焼成した。焼成条件は1200℃×240分とした。
Example 1
As shown below, an Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor ((Mg 0.6 , Ca 0.4 ) S: Eu) was produced. That is, a raw material including an element constituting a phosphor base material and an activator or a compound containing the element is converted into a predetermined composition ((Mg x , Ca 1-x ) S: Eu, x = 0.6, and (Eu content ratio 0.1 mol%) and weighed thoroughly, and after filling the obtained phosphor material with a suitable amount of sulfur and activated carbon into a quartz crucible, Firing was performed in a hydrogen sulfide atmosphere. The firing conditions were 1200 ° C. × 240 minutes.

その後、得られた焼成物を水洗および乾燥しさらに篩別することによって、平均粒子径が7μmのEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体((Mg,Ca)S:E)を得た。   Thereafter, the obtained fired product was washed with water, dried, and further sieved to obtain an Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor ((Mg, Ca) S: E) having an average particle size of 7 μm.

次いで、こうして得られた蛍光体を用いてペーストを調製し、スクリーン印刷により塗布層を形成した後、ベーキングによりペースト中の樹脂を分解させ、所定の厚さの蛍光体層を形成した。なお、蛍光体層の厚さは、蛍光体の平均粒子径の2倍程度とした。その後、蛍光体層の上にラッカー法によりアルミニウムのメタルバック層を形成し、発光素子とした。   Next, a paste was prepared using the phosphor thus obtained, a coating layer was formed by screen printing, and then the resin in the paste was decomposed by baking to form a phosphor layer having a predetermined thickness. The thickness of the phosphor layer was about twice the average particle diameter of the phosphor. Thereafter, an aluminum metal back layer was formed on the phosphor layer by a lacquer method to obtain a light emitting device.

比較例
Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体の代わりに、イットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を使用し、実施例1と同様にして発光素子を形成した。
Comparative Example A luminescent element was formed in the same manner as in Example 1 using yttrium oxysulfide (Y 2 O 2 S: Eu) phosphor instead of Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor.

次に、実施例1および比較例で得られた発光素子の発光スペクトルを測定した。発光スペクトルの測定は、各発光素子に、加速電圧10kV、1パルス当たりのエネルギー密度1mJ/cmのパルス状電子線を照射して行った。実施例1の発光素子の発光スペクトルを図2に、比較例の発光素子の発光スペクトルを図3にそれぞれ示す。なお、発光強度は、各発光スペクトルの最大値を100%として規格化して表したものである。 Next, emission spectra of the light-emitting elements obtained in Example 1 and the comparative example were measured. The emission spectrum was measured by irradiating each light emitting element with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 10 kV and an energy density of 1 mJ / cm 2 per pulse. FIG. 2 shows an emission spectrum of the light emitting element of Example 1, and FIG. 3 shows an emission spectrum of the light emitting element of the comparative example. The emission intensity is expressed by standardizing the maximum value of each emission spectrum as 100%.

図2および図3のグラフから、実施例1で得られた発光素子が波長640〜680nmの範囲に発光のピークを有する赤色発光を示すことがわかる。   2 and 3, it can be seen that the light-emitting element obtained in Example 1 exhibits red light emission having a light emission peak in the wavelength range of 640 to 680 nm.

また、各発光素子の残光時間を測定したところ、実施例1の発光素子の残光時間は8μsであり、比較例の発光素子の残光時間は10μsであった。なお、残光時間は、電子線を遮断した後の輝度が、遮断直前の輝度の1/10になるまでの時間とした。   Moreover, when the afterglow time of each light emitting element was measured, the afterglow time of the light emitting element of Example 1 was 8 microseconds, and the afterglow time of the light emitting element of the comparative example was 10 microseconds. The afterglow time was defined as the time until the luminance after blocking the electron beam became 1/10 of the luminance immediately before blocking.

さらに、加速電圧10kVのパルス状電子線を電流値とパルス幅をそれぞれ変化させて照射し、トプコン社製SR−3を使用して発光輝度および発光色度を調べた。発光素子に流れる電流値は、オシロスコープを用いて測定した。また、発光色度の測定は、発光時の色度が外部から影響を受けない暗室内で行った。   Furthermore, a pulsed electron beam with an acceleration voltage of 10 kV was irradiated while changing the current value and the pulse width, and the emission luminance and emission chromaticity were examined using SR-3 manufactured by Topcon Corporation. The value of current flowing through the light emitting element was measured using an oscilloscope. The chromaticity of light emission was measured in a dark room where the chromaticity at the time of light emission was not affected from the outside.

測定の結果、実施例1の発光素子の発光色度(x、y)は(0.67,0.33)、比較例の発光素子の発光色度(x、y)は(0.64,0.35)であり、実施例1の発光素子が良好な赤色発光を示すことがわかった。   As a result of the measurement, the light emission chromaticity (x, y) of the light emitting element of Example 1 is (0.67, 0.33), and the light emission chromaticity (x, y) of the light emitting element of the comparative example is (0.64, 4). 0.35), and it was found that the light-emitting element of Example 1 exhibited good red light emission.

さらに、電流値とパルス幅を変化させ、各エネルギー密度の値に対する発光特性(発光輝度および発光色度)から、発光効率を算出した。得られた発光効率と、電流値とパルス幅から求めた1パルス当たりのエネルギー密度との関係を、図4に示す。   Furthermore, the light emission efficiency was calculated from the light emission characteristics (light emission luminance and light emission chromaticity) with respect to each energy density value by changing the current value and the pulse width. FIG. 4 shows the relationship between the obtained light emission efficiency and the energy density per pulse obtained from the current value and the pulse width.

図4のグラフから、実施例1のEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体を用いた発光素子では、1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmの高エネルギー密度領域で、比較例のイットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を用いた発光素子に比べて高い発光効率を有し、逆に1パルス当たりのエネルギー密度が1mJ/cmより低い低エネルギー密度領域では、イットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を用いた発光素子より低い発光効率を有していることがわかる。したがって、1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmという高エネルギー密度領域の電子線励起により発光させるFEDでは、Eu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体を用いた発光素子の方が、イットリウム酸硫化物(YS:Eu)蛍光体を用いた発光素子に比べて赤色発光の発光効率が優れていることがわかる。 From the graph of FIG. 4, in the light emitting device using the Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor of Example 1, the yttrium acid of the comparative example is in a high energy density region where the energy density per pulse is 10 mJ / cm 2. Compared with a light emitting device using a sulfide (Y 2 O 2 S: Eu) phosphor, it has higher luminous efficiency, and conversely, in a low energy density region where the energy density per pulse is lower than 1 mJ / cm 2 , it is yttrium. It can be seen that the phosphor has lower luminous efficiency than the light emitting device using the oxysulfide (Y 2 O 2 S: Eu) phosphor. Therefore, in an FED that emits light by electron beam excitation in a high energy density region where the energy density per pulse is 10 mJ / cm 2 , a light emitting device using Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor is more yttrium oxysulfide. It can be seen that the luminous efficiency of red light emission is superior to the light emitting element using the phosphor (Y 2 O 2 S: Eu).

また、実施例1の発光素子では、1パルス当たりのエネルギー密度を変えることで、低輝度から高輝度までの幅広い輝度の発光を実現できることがわかる。   In addition, it can be seen that the light emitting element of Example 1 can realize light emission with a wide range of luminance from low luminance to high luminance by changing the energy density per pulse.

実施例2
実施例1で得られたEu付活マグネシウム・カルシウム硫化物蛍光体((Mg,Ca)S:Eu)と、公知の青色発光蛍光体(ZnS:Ag,Al)および緑色発光蛍光体(ZnS:Cu,Al)をそれぞれ用い、ガラス基板上に蛍光体層を形成してフェイスプレートとした。このフェイスプレートと多数の電子放出素子を有するリアプレートとを支持枠を介して組立てるとともに、これらの間隙を真空排気しつつ気密封止した。このようにして作製されたFEDは、発光輝度をはじめとする色再現性に優れ、さらに常温、定格動作で1000時間駆動させた後においても良好な輝度特性を示すことが確認された。
Example 2
The Eu-activated magnesium / calcium sulfide phosphor ((Mg, Ca) S: Eu) obtained in Example 1, a known blue-emitting phosphor (ZnS: Ag, Al), and a green-emitting phosphor (ZnS: Cu, Al) were used, and a phosphor layer was formed on a glass substrate to form a face plate. The face plate and the rear plate having a large number of electron-emitting devices were assembled through a support frame, and the gap between them was hermetically sealed while evacuating. It was confirmed that the FED produced in this way was excellent in color reproducibility including light emission luminance, and showed good luminance characteristics even after being driven at room temperature and rated operation for 1000 hours.

本発明の緑色発光素子によれば、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線を照射した場合に、高輝度で色純度が良好な緑色発光を得ることができる。したがって、このような緑色発光素子を使用することにより、高輝度で色再現性などの表示特性に優れた薄型の平面型表示装置を実現することができる。   According to the green light emitting device of the present invention, green light emission with high luminance and good color purity can be obtained when a pulsed electron beam with an acceleration voltage of 5 to 15 kV is irradiated. Therefore, by using such a green light emitting element, a thin flat display device having high luminance and excellent display characteristics such as color reproducibility can be realized.

本発明の第2の実施形態であるFEDを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically FED which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施例1で得られた発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the light emitting element obtained in Example 1 of this invention. 本発明の比較例で得られた発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the light emitting element obtained by the comparative example of this invention. 本発明の実施例1および比較例で得られた発光素子の発光効率と1パルス当たりのエネルギー密度との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the luminous efficiency of the light emitting element obtained by Example 1 of this invention, and the comparative example, and the energy density per pulse.

符号の説明Explanation of symbols

1…フェイスプレート、2…ガラス基板、3…蛍光体層、4…光吸収層、5…メタルバック層、6…ゲッタ膜、7…リアプレート、8…支持枠、11…電子放出素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Face plate, 2 ... Glass substrate, 3 ... Phosphor layer, 4 ... Light absorption layer, 5 ... Metal back layer, 6 ... Getter film, 7 ... Rear plate, 8 ... Support frame, 11 ... Electron emission element.

Claims (5)

2価のユーロピウムで付活された2種以上の元素の複合硫化物蛍光体から成り、加速電圧が5〜15kVのパルス状電子線の照射により励起されて赤色に発光する発光素子であり、
前記パルス状電子線の1パルス当たりのエネルギー密度が10mJ/cmのとき、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を具備する発光素子より高い発光効率を有し、かつ1パルス当たり1mJ/cmより低いエネルギー密度の電子線による励起では、ユーロピウム付活イットリウム酸硫化物蛍光体を具備する発光素子より低い発光効率を有することを特徴とする赤色発光素子。
A light-emitting element that is composed of a composite sulfide phosphor of two or more elements activated by divalent europium and emits red light when excited by irradiation with a pulsed electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV,
When the energy density per pulse of the pulsed electron beam is 10 mJ / cm 2 , the pulsed electron beam has higher light emission efficiency than the light emitting device including the europium activated yttrium oxysulfide phosphor, and 1 mJ / cm 2 per pulse. A red light emitting device having lower luminous efficiency than a light emitting device comprising a europium activated yttrium oxysulfide phosphor when excited by a lower energy density electron beam.
前記電子線の照射による発光スペクトルの強度のピークが、波長640〜680nmの範囲に存在することを特徴とする請求項1記載の赤色発光素子。   2. The red light emitting device according to claim 1, wherein a peak of an emission spectrum intensity caused by the electron beam irradiation exists in a wavelength range of 640 to 680 nm. 前記電子線の照射による発光の残光時間が、100μsより小さいことを特徴とする請求項1または2記載の赤色発光素子。   3. The red light emitting device according to claim 1, wherein an afterglow time of light emission by irradiation with the electron beam is less than 100 μs. 前記ユーロピウム付活複合硫化物蛍光体が、アルカリ土類金属の複合硫化物蛍光体であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の赤色発光素子。   4. The red light emitting device according to claim 1, wherein the europium-activated composite sulfide phosphor is an alkaline earth metal composite sulfide phosphor. 5. 青色発光蛍光体層と緑色発光蛍光体層と赤色発光蛍光体層をそれぞれ含む蛍光体層と、前記蛍光体層に加速電圧が5〜15kVの電子線を照射して発光させる電子源と、前記電子源と前記蛍光体層を真空封止する外囲器とを具備する電界放出型表示装置であり、
前記赤色発光蛍光体層が、請求項1乃至4のいずれか1項記載の赤色発光素子を含むことを特徴とする電界放出型表示装置。
A phosphor layer including a blue-emitting phosphor layer, a green-emitting phosphor layer, and a red-emitting phosphor layer; an electron source that emits light by irradiating the phosphor layer with an electron beam having an acceleration voltage of 5 to 15 kV; A field emission display device comprising an electron source and an envelope for vacuum-sealing the phosphor layer;
A field emission display device, wherein the red light emitting phosphor layer includes the red light emitting element according to any one of claims 1 to 4.
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