JP2013149716A - 真空容器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空容器における絶縁性基材に金属部材を高い強度で確実に固定することができる真空容器装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一部が絶縁性基材により構成された真空容器と、絶縁性基材の内面に配置された金属部材と、金属部材の一部の表面および絶縁性基材の表面に亘って設けられた、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材と、金属部材の少なくとも他の一部の表面および絶縁性基材の表面に亘って設けられた、非晶質ガラスフリットによる第２の固着材とを備えてなり、結晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₁ 、非晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₂ 、絶縁性基材の線熱膨張係数をα₀ 、結晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₁ 、非晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₂ としたとき、ＳＰ₁ ＞ＳＰ₂ 、および｜α₀ −α₁ ｜＜｜α₀ −α₂ ｜を満足する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子線源およびこの電子線源からの電子線によって励起される半導体発光素子を有する電子線励起型光源装置に好適に適用することができる真空容器装置に関するものである。

電子線を放射することによって半導体発光素子を発光させる電子線励起型光源装置は、小型で出力の高い紫外線を放射する光源装置として期待されている。
このような電子線励起型光源装置としては、真空容器内に、電子銃およびこの電子銃からの電子線によって励起される半導体発光素子が配置されてなり、半導体発光素子の一面に対してその斜めの方向から電子線を入射することにより、当該半導体発光素子における電子線が入射された一面から光が出射されるもの（例えば特許文献１参照。）、真空容器内に、電子線源およびこの電子線源からの電子線によって励起される半導体発光素子が互いに対向するよう配置されてなり、半導体発光素子の一面に電子線を入射することにより、当該半導体発光素子の他面から光が出射されるもの（例えば特許文献２参照。）などが知られている。

特開平０９−２１４０２７号公報 特許３６６７１８８号公報

このような電子線励起型光源装置においては、真空容器を構成する壁部材は例えばコバールガラスによって形成されており、この壁部材の内面には、電子線源およびその他の部品が、ガラスフリットによって固着された例えばコバールよりなる金属部材を介して固定されていると共に、電子線源および半導体発光素子に通電するための金属部材が、ガラスフリットによって固着されている。
しかしながら、真空容器の壁部材と金属部材とを、ガラスフリットによって単に固着しただけでは、後続の製造工程において真空容器の壁部材と金属部材との間に加わる応力によって、真空容器の壁部材と金属部材との固着強度が低下したり、真空容器の壁部材から金属部材が脱落したりする、という問題があることが判明した。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、真空容器における絶縁性基材に金属部材を高い強度で確実に固定することができる真空容器装置を提供することにある。

本発明の真空容器装置は、少なくとも一部が絶縁性基材により構成された真空容器と、 この真空容器における絶縁性基材の内面に配置された金属部材と、
この金属部材の一部の表面および前記絶縁性基材の表面に亘って設けられた、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材と、
前記金属部材の少なくとも他の一部の表面および前記絶縁性基材の表面に亘って設けられた、非晶質ガラスフリットによる第２の固着材とを備えてなり、
前記結晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₁ 、前記非晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₂ 、前記真空容器における絶縁性基材の線熱膨張係数をα₀ 、前記結晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₁ 、前記非晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₂ としたとき、 ＳＰ₁ ＞ＳＰ₂ 、および｜α₀ −α₁ ｜＜｜α₀ −α₂ ｜を満足することを特徴とする。

本発明の真空容器装置においては、前記第１の固着材の少なくとも一部の表面が前記第２の固着材によって覆われていることが好ましい。
また、前記金属部材は、真空容器内に配置される電気部材に通電するために用いられるものであってもよい。
また、前記金属部材は、真空容器内に配置される機能部材を保持するために用いられるものであってもよい。
また、前記真空容器は、電子線源およびこの電子線源から放射された光を受けて発光する半導体発光素子を収容するものであってもよい。

本発明の真空容器装置によれば、金属部材が、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材および非晶質ガラスフリットによる第２の固着材によって、真空容器における絶縁性基材の内面に固着されており、第１の固着材を形成する結晶質ガラスフリットおよび第２の固着材を形成する非晶質ガラスフリットは、それぞれの軟化点および線熱膨張係数が特定の関係を満足するものであるため、真空容器における絶縁性基材に金属部材を高い強度で確実に固定することができる。

本発明の真空容器装置を使用した電子線励起型光源装置の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は、光透過窓部材を取り外した状態を示す平面図である。 真空容器における底壁部材に配置された電子線源保持用金属部材、電極保持用金属部材、ゲッタ保持用金属部材および通電用金属部材を示す平面図である。 電子線源保持用金属部材、第１の固着材および第２の固着材を拡大して示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図である。 電子線源保持用金属部材、電極保持用金属部材、ゲッタ保持用金属部材および通電用金属部材が連結されてなるフレーム板を示す平面図である。 半導体発光素子の構成を示す説明用断面図である。 電子線源の構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の真空容器装置の実施の形態について、電子線励起型光源装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の真空容器装置を使用した電子線励起型光源装置の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は、光透過窓部材を取り外した状態を示す平面図である。この電子線励起型光源は、真空容器１１を有する真空容器装置１０と、真空容器１１内に収容された半導体発光素子２０、真空容器１１内に収容された、半導体発光素子２０に電子線を放射する電子線源３０と、真空容器１１内に収容された、電子線源３０から放射された電子線の軌道を半導体発光素子２０に向かって指向させる電界制御用電極４０とを備えてなる。

真空容器装置１０における真空容器１１は、直方体状の外形を有し、その内部が負圧の状態で密閉された状態とされている。この真空容器１１は、矩形の筒状の周壁部材１１ａと、この周壁部材１１ａの一方の開口を塞ぐよう配置された底壁部材１１ｂと、周壁部材１１ａの他方の開口を塞ぐよう配置された光透過窓部材１１ｃとによって構成されており、底壁部材１１ｂは、ガラスフリットによるガラス層１２ａによって周壁部材１１ａに気密に封着され、光透過窓部材１１ｃは、ガラスフリットによるガラス層１２ｂによって周壁部材１１ａに気密に封着されている。
真空容器１１における周壁部材１１ａおよび底壁部材１１ｂを構成する材料としては、コバールガラス、石英ガラス等のガラスや、アルミナ等のセラミックスなどの絶縁性基材を用いることができる。
また、真空容器１１における光透過窓材１１ｃを構成する材料としては、後述する半導体発光素子２０からの光を透過し得るものが用いられ、その具体例としては、石英ガラス、サファイアなどが挙げられる。
ガラス層１２ａ，１２ｂを形成するためのガラスフリットとしては、例えばＰｂＯ、Ｂ₂ Ｏ₃ を主成分とするものを用いることができる。

真空容器１１の寸法の一例を挙げると、周壁部材１１ａは、外形の４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×２４ｍｍ（高さ）で、肉厚が２．２ｍｍ、底壁部材１１ｂは、４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×３．５ｍｍ（厚み）、光透過窓部材１１ｃは、４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×２．５ｍｍ（厚み）である。
また、真空容器１０の内部の圧力は、例えば１０^-4〜１０^-6Ｐａである。

真空容器１１における底壁部材１１ｂの内面には、図２に示すように、電子線源３０を保持するための電子線源保持用金属部材１３と、電界制御用電極４０を保持するための電極保持用金属部材１４と、真空容器１１内に配置されるゲッタ（図示省略）を保持するためのゲッタ保持用金属部材１５と、半導体発光素子２０などの電気部材に通電するための通電用金属部材１６とが、それぞれ所定の位置に配置されている。
図示の例では、電子線源保持用金属部材１３は、底壁部材１１ｂの内面に固定される略Ｙ字型の板状の基部１３ａと、この基部１３ａに対して垂直な方向（図２において紙面に対して垂直な方向）に伸びる板状の保持部１３ｂとにより構成され、電極保持用金属部材１４は、底壁部材１１ｂの内面に固定されるコ字型の板状の基部１４ａと、この基部１４ａに対して垂直な方向（図２において紙面に対して垂直な方向）に伸びる板状の保持部１４ｂとにより構成され、ゲッタ保持用金属部材１５は、底壁部材１１ｂの内面に固定される板状の基部１５ａと、この基部１５ａに対して垂直な方向（図２において紙面に対して垂直な方向）に伸びる逆Ｔ字型の板状の保持部１５ｂとにより構成され、通電用金属部材１６は、底壁部材１１ｂの内面に固定される板状の基部１６ａと、この基部１６ａに対して垂直な方向（図２において紙面に対して垂直な方向）に伸びる板状の保持部１６ｂとにより構成されている。

電子線源保持用金属部材１３、電極保持用金属部材１４、ゲッタ保持用金属部材１５および通電用金属部材１６を構成する金属材料としては、４２合金等の鉄−ニッケル合金、コバールなどの熱膨張率が低いものを用いることが好ましい。
また、電子線源保持用金属部材１３、電極保持用金属部材１４、ゲッタ保持用金属部材１５および通電用金属部材１６の各々における底壁部材１１ｂの内面に固定される基部１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの厚みは、例えば０．１〜０．２ｍｍである。

電子線源保持用金属部材１３、電極保持用金属部材１４、ゲッタ保持用金属部材１５および通電用金属部材１６（以下、これらを総称して単に「金属部材」ともいう。）には、それぞれ一部の表面および底壁部材１１ｂの表面に亘って、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材１７が設けられていると共に、各金属部材における他の一部の表面および底壁部材１１ｂの表面に亘って、非晶質ガラスフリットによる第２の固着材１８が設けられている。
電子線源保持用金属部材１３を固定する第１の固着材１７は、図３に示すように、電子線源保持用金属部材１３の基部１３ａと底壁部材１１ｂとの間に位置される下地層１７ａと、基部１３ａにおける露出する表面を覆うカバー層１７ｂとにより構成されている。また、電極保持用金属部材１４、ゲッタ保持用金属部材１５および通電用金属部材１６を固定する第１の固着材１７も、電子線源保持用金属部材１３を固定する第１の固着材１７と同様に、下地層１７ａとカバー層１７ｂとにより構成されている。
そして、真空容器１１、各金属部材、下地層１７、第１の固着材１７および第２の固着材１８とによって、真空容器装置１０が構成されている。

本発明の真空容器装置１０においては、第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットおよび第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットは、第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₁ 、第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₂ 、真空容器１１における各金属部材が配置される底壁部材１１ｃを構成する絶縁性基材の線熱膨張係数をα₀ 、第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₁ 、第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₂ としたとき、
ＳＰ₁ ＞ＳＰ₂ 、および｜α₀ −α₁ ｜＜｜α₀ −α₂ ｜を満足するものとされる。
本発明において、ガラスフリットの軟化点は、示差熱分析または熱機械分析によって測定されるものをいう。

第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットは、軟化点（ＳＰ₁ ）が５００〜７５０℃で、線熱膨張係数（α₁ ）が４０×１０^-7〜６０×１０^-7Ｋ^-1のものであることが好ましい。
このような結晶質ガラスフリットとしては、Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＺｎＯ・ＰｂＯを主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１５５０」（軟化点：５５０℃，線熱膨張係数：４７×１０^-7Ｋ^-1）等）、Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＺｎＯ・Ｂｉ₂ Ｏ₃ を主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１０９８」（軟化点：５４０℃，線熱膨張係数：５４×１０^-7Ｋ^-1）等）、ＳｉＯ₂ ・Ｂ₂ Ｏ₂ ・ＺｎＯを主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１６２０Ｂ」（軟化点：７６０℃，線熱膨張係数：５５×１０^-7Ｋ^-1）等）、Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＺｎＯ・Ｂｉ₂ Ｏ₃ を主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１０９９」（軟化点：５５０℃，線熱膨張係数：４２×１０^-7Ｋ^-1）等）、ＳｎＯ・Ｐ₂ Ｏ₅ を主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＬＦＰ−Ａ５０Ｚ」（軟化点：３４８℃，線熱膨張係数：４６．４×１０^-7Ｋ^-1）等）などを用いることができる。

第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットは、軟化点（ＳＰ₂ ）が３５０〜６５０℃で、線熱膨張係数（α₂ ）が３５×１０^-7〜５０×１０^-7Ｋ^-1のものであることが好ましい。
このような非晶質ガラスフリットとしては、ＰｂＯ・Ｂ₂ Ｏ₃ を主成分とするもの（例えば日本電気硝子株式会社製の「ＬＳ−１３０１」（軟化点：４５０℃，線熱膨張係数：４１×１０^-7Ｋ^-1）および「ＬＳ−３０７５」（線熱膨張係数：３６．５×１０^-7Ｋ^-1）等）、ＳｉＯ₂ ・Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＰｂＯを主成分とするもの（例えば旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１３７０」（軟化点：６１５℃，線熱膨張係数：５２×１０^-7Ｋ^-1）等）などを用いることができる。

第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットの軟化点（ＳＰ₁ ）と第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットの軟化点（ＳＰ₂ ）との差（ＳＰ₁ −ＳＰ₂ ）は、５０℃以上であることが好ましく、より好ましくは５０〜１００℃である。この差（ＳＰ₁ −ＳＰ₂ ）が５０℃未満である場合には、第２の固着材１８の焼成過程において第１の固着材１７も溶融してしまう可能性があり、固着された金属部材の位置が所定の位置からずれてしまう虞れがある。

底壁部材１１ｂを構成する絶縁性基材の線熱膨張係数（α₀ ）と第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットの線熱膨張係数（α₁ ）との差の絶対値（｜α₀ −α₁ ｜）は、１０×１０^-7Ｋ^-1以下であることが好ましい。この差の絶対値（｜α₀ −α₁ ｜）が過大である場合には、結晶質ガラスフリットが絶縁性基材に固着されずに、クラックが発生することがある。
底壁部材１１ｂを構成する絶縁性基材の線熱膨張係数（α₀ ）と第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットの線熱膨張係数（α₂ ）との差の絶対値（｜α₀ −α₂ ｜）は、１０×１０^-7Ｋ^-1以下であることが好ましい。この差の絶対値（｜α₀ −α₂ ｜）が過大である場合には、非晶質ガラスフリットが絶縁性基材に固着されずに、クラックが発生することがある。

また、絶対値（｜α₀ −α₂ ｜）と絶対値（｜α₀ −α₁ ｜）との差（｜（｜α₀ −α₂ ｜−｜α₀ −α₁ ｜）｜）は、０〜１×１０^-7Ｋ^-1であることが好ましい。この差（｜（｜α₀ −α₂ ｜−｜α₀ −α₁ ｜）｜）が上記の範囲内に場合には、第１の固着材１７および第２の固着材１８の間での歪を抑えて固着させることができる。この差（｜（｜α₀ −α₂ ｜−｜α₀ −α₁ ｜）｜）が過大である場合には、第１の固着材１７および第２の固着材１７が互いに接触した状態で形成されているときに、第１の固着材１７および第２の固着材１７の間でクラックが発生しやすくなる。但し、第１の固着材１７および第２の固着材１７が互いに離間して形成されているときには、金属部材を固着させることができる。

各金属部材は、例えば以下のようにして底壁部材１１ｂに固定される。
先ず、底壁部材１１ｂの表面における各金属部材が配置される箇所に、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、結晶質ガラスフリットによる下地層用塗布膜を形成する。次いで、得られた下地層用塗布膜上に各金属部材を配置した後、各金属部材における所定の箇所に、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、カバー層用塗布膜を形成し、この状態で、下地層用塗布膜およびカバー層塗布膜の焼成処理を行うことにより、下地層１７ａおよびカバー層１７ｂよりなる第１の固着材１７を形成する。その後、各金属部材における所定の箇所に、非晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、第２の固着材用塗布膜を形成し、この状態で、第２の固着材用塗布膜の焼成処理を行ことにより、第２の固着材１８を形成し、以て、各金属部材が底壁部材１１ｂに固定される。

以上において、下地層用塗布膜は、各金属部材が配置される領域よりも外方に１ｍｍ程度広い領域に亘って形成されることが好ましい。
また、下地層用塗布膜の厚みは、例えば０．１〜０．２ｍｍ、カバー層用塗布膜の厚みは、例えば１〜１．５ｍｍ、第２の固着材用塗布膜の厚みは、例えば１〜１．５ｍｍである。
また、各金属部材を下地層用塗布膜上に配置するに際しては、図４に示すように、電子線源保持用金属部材１３、電極保持用金属部材１４、ゲッタ保持用金属部材１５および通電用金属部材１６が所定の位置に配置された状態で互いに連結されてなるフレーム板１９を用い、第１の固着材１７を形成した後、フレーム板１９における各金属部材以外の部分を除去してもよい。このようなフレーム板１９を用いることにより、各金属部材を一括して配置することができるため、各金属部材毎の位置合わせ作業が不要となるため、作業効率を向上することができる。

真空容器１１における底壁部材１１ｂの内面の中央位置には、当該底壁部材１１ｂの内面に対して垂直な方向（図１（ａ）において上方）に伸びる円柱状の高熱伝導部材２８が設けられ、この高熱伝導部材２８上には、半導体発光素子２０が、その表面（図１（ａ）において上面）２０ａが光透過窓部材１１ｃに離間して対向するよう配置されている。この半導体発光素子２０には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた、加速電圧を印加するための電子加速手段５０における正極端子が電気的に接続されている。
高熱伝導部材２８を構成する材料としては、銅などの熱伝導性の高い金属を用いることができる。

半導体発光素子２０は、図５に示すように、例えばサファイアよりなる基板２１と、この基板２１の一面上に形成された例えばＡｌＮよりなるバッファ層２２と、このバッファ層２２の一面上に形成された、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する活性層２５とにより構成されている。
この例における半導体発光素子２０は、活性層２５が真空容器１１における光透過窓部材１１ｃに対向した状態で、基板２１が高熱伝導部材２８にロウ付け等で接合されている。
基板２１の厚みは、例えば１０〜１０００ｎｍであり、バッファ層２２の厚みは、例えば１００〜１０００ｎｍである。
また、半導体発光素子２０における活性層２５と電子線源３０との離間距離は、例えば５〜１５ｍｍである。
また、半導体発光素子２０における光が出射される表面２０ａと光透過窓部材１１ｃの内面との距離は、例えば３〜２５ｍｍである。

活性層２５は、それぞれＩｎ_x Ａｌ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であり、単一または複数の量子井戸層２６と単一または複数の障壁層２７とが、バッファ層２２上にこの順で交互に積層されて構成されている。
量子井戸層２６の各々の厚みは、例えば０．５〜５０ｎｍである。また、障壁層２７はその禁制帯幅が量子井戸層２６のそれよりも大きくなるように組成を選択され、一例としては、ＡｌＮを用いればよく、各々の厚みは量子井戸層２６の井戸幅より大きく設定され、具体的には、例えば１〜１００ｎｍである。
活性層２５を構成する量子井戸層２６の周期は、量子井戸層２６、障壁層２７および活性層２５全体の厚みや、用いられる電子線の加速電圧などを考慮して適宜設定されるが、通常、１〜１００である。

上記の半導体発光素子２０は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって形成することができる。具体的には、水素および窒素からなるキャリアガスと、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアからなる原料ガスとを用い、サファイアよりなる基板２１の（０００１）面上に気相成長させることにより、所要の厚みを有するＡｌＮからなるバッファ層２２を形成した後、水素ガスおよび窒素ガスからなるキャリアガスと、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアからなる原料ガスとを用い、バッファ層２２上に気相成長させることにより、所要の厚みを有するＩｎ_x Ａｌ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する活性層２５を形成し、以て、半導体発光素子２０を形成することができる。

上記のバッファ層２２、量子井戸層２６および障壁層２７の各形成工程において、処理温度、処理圧力および各層の成長速度などの条件は、形成すべきバッファ層２２、量子井戸層２６および障壁層２７の組成や厚み等に応じて適宜に設定することができる。
また、ＩｎＡｌＧａＮよりなる量子井戸層２６を形成する場合には、原料ガスとして、上記のものに加えてトリメチルインジウムを用い、処理温度をＡｌＧａＮよりなる量子井戸層２６を形成する場合よりも低く設定すればよい。
また、半導体多層膜の形成方法は、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）なども用いることができる。

半導体発光素子２０の周辺領域、具体的には、半導体発光素子２０の表面上の領域および裏面上の領域以外の当該半導体発光素子２０に近接した領域には、支持基板３１の表面上に面状の電子線放出部３２が形成されてなる電子線源３０が、当該半導体発光素子２０を取り囲むよう配置されている。図示の例では、電子線源３０は円環状の帯状体よりなり、当該電子線放出部３２における電子線が放射される表面３２ａが真空容器１１の光透過窓部材１１ｃを向いた姿勢で、半導体発光素子２０を取り囲むよう配置されている。この電子線源３０における支持基板３１の裏面には、当該支持基板３１の裏面に対して垂直方向に伸びる支持部材３７が設けられ、この支持部材３７が電子線源保持用金属部材１３に保持されており、これにより、電子線源３０が、支持部材３７および電子線源保持用金属部材１３を介して、真空容器１１における底壁部材１１ｂに固定されている。この電子線源３０には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、電子加速手段５０における負極端子が電気的に接続されている。

図６に示すように、電子線源３０における電子線放出部３２は、多数のカーボンナノチューブが例えば鉄、ニッケル、コバルト、クロムのいずれかを含む金属材料よりなる支持基板３１上に支持されることによって形成されており、電子線源３０における支持基板３１は、板状のベース３３上に固定されている。また、電子線源３０における電子線放出部３２の上方には、当該電子線放出部３２から電子を放出するための網状の引き出し電極３５が当該電子線放出部３２に離間して対向するよう配置され、この引き出し電極３５は、保持部材３６を介してベース３３に固定されている。支持基板３１には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた電子線放出用電源５１における負極端子が電気的に接続され、引き出し電極３５には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、電子線放出用電源５１における正極端子が電気的に接続されている。

支持基板３１を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。
支持基板３１上にカーボンナノチューブよりなる電子線放出部３２を形成する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば表面に金属触媒層が形成された支持基板３１を加熱し、ＣＯやアセチレン等のカーボンソースガスを供給することにより、支持基板３１の表面に形成された金属触媒層上にカーボンを堆積してカーボンナノチューブを形成する熱ＣＶＤ法、アーク放電法等によって形成されたカーボンナノチューブの粉体および有機バインダーが液状媒体中に含有されてなるペーストを調製し、このペーストをスクリーン印刷によって支持基板３１の表面に塗布して乾燥するスクリーン印刷法などを好適に用いることができる。
また、引き出し電極３５を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。

電子線源３０の寸法の一例を挙げると、支持基板３１の外径が２５ｍｍ、内径が１９ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ、電子線放出部３２の外径が２４ｍｍ、内径が２０ｍｍ、厚みが０．０２ｍｍ、電子線放出部３２における電子線が放出される面の面積が１３８ｍｍ² である。

半導体発光素子２０に対して電子線源３０より外方の位置には、電子線源３０から放射された電子線の軌道を半導体発光素子２０における光が放射される表面２０ａに向かって指向させる電界制御用電極４０が配置されている。具体的には、電界制御用電極４０は、電子線源３０の外径より大きい内径を有する胴部４１と、この胴部４１に連続して形成された、先端（図１（ａ）において上端）に向かって小径となるテーパ部４２とよりなる円筒体よりなり、電子線源３０の外周を取り囲むよう配置されている。この電界制御用電極４０の基端は、真空容器１１における底壁部材１１ｂに固定されている。電子線源３０および電界制御用電極４０は、真空容器１１の内部から外部に引き出された導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた電界制御用電源５２に、電子線源３０が正極、電界制御用電極４０が負極となるよう電気的に接続されている。

電界制御用電極４０を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム、銀、銅、チタン、ジルコニウムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。
電界制御用電極４０の寸法の一例を示すと、胴部４１の内径が３４ｍｍ、軸方向の長さが１２ｍｍ、テーパ部４２の先端における内径が２８ｍｍ、軸方向の長さが３ｍｍ、胴部４１に対するテーパ部４２の傾きは例えば４５°、電界制御用電極４０を構成する円筒体の肉厚が０．３ｍｍである。

上記の電子線励起型光源装置においては、電子線源３０と引き出し電極３５との間に電圧が印加されると、当該電子線源３０における電子線放出部３２から引き出し電極３５に向かって電子が放出され、この電子は、半導体発光素子２０と電子線源３０との間に印加された加速電圧によって、半導体発光素子２０に向かって加速されて電子線が形成されると共に、加速電圧および電界制御用電源５２によって電子線源３０と電界制御用電極４０との間に印加される電圧により、電子線源３０からの電子線は、半導体発光素子２０における光が放射される表面２０ａに向かって指向されてその軌道が放物線状となり、その結果、当該電子線は、半導体発光素子２０の表面２０ａすなわち活性層２５の表面に入射される。
そして、半導体発光素子２０においては、電子線が入射されることによって活性層２５の電子が励起され、これにより、当該半導体発光素子２０における電子線が入射された表面２０ａから紫外線などの光が放射され、真空容器１１における光透過窓部材１１ｃを介して当該真空容器１１の外部に出射される。
以上において、電子線放出用電源５１によって電子線源３０と引き出し電極３５との間に印加される電圧は、例えば１〜５ｋＶである。
また、電子加速手段５０によって印加される電子線の加速電圧は、６〜１２ｋＶであることが好ましい。加速電圧が過小である場合には、高い光の出力を得ることが困難となる。一方、加速電圧が過大である場合には、半導体発光素子２０からＸ線が発生しやすくなり、また、電子線のエネルギーにより、半導体発光素子２０がダメージを受けやすくなるため、好ましくない。
また、電界制御用電源５２によって電子線源３０と電界制御用電極４０との間に印加される電圧は、例えば−２〜２ｋＶである。

上記の真空容器装置１０によれば、各金属部材が、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材１７および非晶質ガラスフリットによる第２の固着材１８によって、真空容器１１における絶縁性基材よりなる底壁部材１１ｂの内面に固着されており、第１の固着材１７を形成する結晶質ガラスフリットおよび第２の固着材１８を形成する非晶質ガラスフリットは、それぞれの軟化点および線熱膨張係数が特定の関係を満足するものであるため、真空容器１１における底壁部材１１ｂに各金属部材を高い強度で確実に固定することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第２の固着材１８は、図２に示す例においては第１の固着材１７に接触しない状態で設けられているが、第１の固着材１７の一部の表面が当該第２の固着材１８によって覆われた状態で設けられていても、第１の固着材１７の表面全面が当該第２の固着材１８によって覆われた状態で設けられていてもよい。
また、本発明の真空容器装置は、真空容器およびその内面に固定される金属部材を有するものであれば、電子線励起型光源装置以外の種々の装置に適用することができる。

〔実験例〕
下記の絶縁性基材よりなる板状体、金属部材、結晶質ガラスフリットおよび非晶質ガラスフリットを用意した。
板状体は、線熱膨張係数（α₀ ）が５１．５×１０^-7Ｋ^-1のコバールガラスよりなるものである。
金属部材は、線熱膨張係数が５１．５×１０^-7Ｋ^-1のコバールよりなり、寸法が５ｍｍ（縦幅）×２ｍｍ（横幅）×０．２ｍｍ（厚み）の板状の基部と、この基部の一端に当該基部に対して垂直な方向に伸びる、寸法が５ｍｍ（縦幅）×２ｍｍ（横幅）×０．２ｍｍ（厚み）の板状の保持部とにより構成されたものである。
結晶質ガラスフリットとしては、旭硝子株式会社製の「ＡＳＦ−１５５０」（軟化点：５５０℃，線熱膨張係数：４７×１０^-7Ｋ^-1），主成分：Ｂ₂ Ｏ₃ ・ＺｎＯ・ＰｂＯ）を用いた。
非晶質ガラスフリットとしては、日本電気硝子株式会社製の「ＬＳ−１３０１」（軟化点：４５０℃，線熱膨張係数：４１×１０^-7Ｋ^-1，主成分：ＰｂＯ・Ｂ₂ Ｏ₃ ）を用いた。

上記の板状体、金属部材、結晶質ガラスフリットおよび非晶質ガラスフリットを用い、以下のようにして、板状体の表面に金属部材を固定した。
板状体の表面に、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、５ｍｍ（縦幅）×３ｍｍ（横幅）×０．１ｍｍ（厚み）の下地層用塗布膜を形成した。次いで、得られた下地層用塗布膜上に、金属部材をその基部が下地層用塗布膜に接するよう配置した後、金属部材の基部における露出する一部の表面を覆うよう、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、平面の輪郭の寸法が２ｍｍ（縦幅）×２ｍｍ（横幅）で、厚みが１ｍｍのカバー層用塗布膜を形成し、この状態で、下地層用塗布膜およびカバー層用塗布膜の焼成処理を行うことにより、第１の固着材を形成した。その後、金属部材の基部の表面における第１の固着材が形成された箇所以外の箇所を覆うよう、非晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、平面の輪郭の寸法が５ｍｍ（縦幅）×３ｍｍ（横幅）で、厚みが１ｍｍの第２の固着材用塗布膜を形成し、この状態で、第２の固着材用塗布膜の焼成処理を行ことにより、第２の固着材を形成し、以て、金属部材を板状体の表面に固定した。
このようにして板状体の表面に金属部材が固定された試験片を合計で１０個作製し、これらの試験片に対して、金属部材の保持部を５００ｇ重の力で引っ張る引き剥がし試験を行ったところ、全ての試験片において、板状体からの金属部材の剥離は認められなかった。

〔比較実験例〕
上記の実験例で使用したものと同様の板状体、金属部材および結晶質ガラスフリットを用い、以下のようにして、板状体の表面に金属部材を固定した。
板状体の表面に、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、５ｍｍ（縦幅）×３ｍｍ（横幅）×０．１ｍｍ（厚み）の下地層用塗布膜を形成した。次いで、得られた下地層用塗布膜上に、金属部材をその基部が下地層用塗布膜に接するよう配置した後、金属部材の基部における露出する表面全面を覆うよう、結晶質ガラスフリットが含有されてなるガラスペーストを塗布して乾燥することにより、平面の輪郭の寸法が５ｍｍ（縦幅）×３ｍｍ（横幅）で、厚みが１ｍｍのカバー層用塗布膜を形成し、この状態で、下地層用塗布膜およびカバー層用塗布膜の焼成処理を行ことにより、固着材を形成し、以て、金属部材を板状体の表面に固定した。
このようにして板状体の表面に金属部材が固定された試験片を合計で１０個作製し、これらの試験片に対して、金属部材の保持部を５００ｇ重の力で引っ張る引き剥がし試験を行ったところ、全ての試験片において、板状体からの金属部材の剥離が認められた。

１０ 真空容器装置
１１ 真空容器
１１ａ 周壁部材
１１ｂ 底壁部材
１１ｃ 光透過窓部材
１２ａ 第１のガラス層
１２ｂ 第２のガラス層
１３ 電子線源保持用金属部材
１３ａ 基部
１３ｂ 保持部
１４ 電極保持用金属部材
１４ａ 基部
１４ｂ 保持部
１５ ゲッタ保持用金属部材
１５ａ 基部
１５ｂ 保持部
１６ 通電用金属部材
１６ａ 基部
１６ｂ 保持部
１７ 第１の固着材
１７ａ 下地層
１７ｂ カバー層
１８ 第２の固着材
１９ フレーム板
２０ 半導体発光素子
２０ａ 表面
２１ 基板
２２ バッファ層
２５ 活性層
２６ 量子井戸層
２７ 障壁層
２８ 高熱伝導部材
３０ 電子線源
３１ 支持基板
３２ 電子線放出部
３２ａ 表面
３３ ベース
３５ 引き出し電極
３６ 保持部材
３７ 支持部材
４０ 電界制御用電極
４１ 胴部
４２ テーパ部
５０ 電子加速手段
５１ 電子線放出用電源
５２ 電界制御用電源

Claims (5)

1. 少なくとも一部が絶縁性基材により構成された真空容器と、
   この真空容器における絶縁性基材の内面に配置された金属部材と、
   この金属部材の一部の表面および前記絶縁性基材の表面に亘って設けられた、結晶質ガラスフリットによる第１の固着材と、
   前記金属部材の少なくとも他の一部の表面および前記絶縁性基材の表面に亘って設けられた、非晶質ガラスフリットによる第２の固着材とを備えてなり、
   前記結晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₁ 、前記非晶質ガラスフリットの軟化点をＳＰ₂ 、前記真空容器における絶縁性基材の線熱膨張係数をα₀ 、前記結晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₁ 、前記非晶質ガラスフリットの線熱膨張係数をα₂ としたとき、 ＳＰ₁ ＞ＳＰ₂ 、および｜α₀ −α₁ ｜＜｜α₀ −α₂ ｜を満足することを特徴とする真空容器装置。
2. 前記第１の固着材の少なくとも一部の表面が前記第２の固着材によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の真空容器装置。
3. 前記金属部材は、真空容器内に配置される電気部材に通電するために用いられるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空容器装置。
4. 前記金属部材は、真空容器内に配置される機能部材を保持するために用いられるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空容器装置。
5. 前記真空容器は、電子線源およびこの電子線源から放射された光を受けて発光する半導体発光素子を収容するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の真空容器装置。

Images