JP3151269B2

JP3151269B2 - 発光素子

Info

Publication number: JP3151269B2
Application number: JP00427292A
Authority: JP
Inventors: 秀吉木村; 潤松浦; 行広近藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH05190147A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型の電子線源
より放射された電子線を蛍光体層に照射して発光させる
発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内部を真空とした容器内に電
界放出型の電子線源を設け、電子線源から放射された電
子線により蛍光体層を励起して発光させるようにした発
光素子が考えられている。この種の発光素子は、小型か
つ低損失であることから表示用の発光素子としての利用
が期待されている。

【０００３】ところで、電界放出型の電子線源は、電極
間に強い電界（たとえば、１０⁸Ｖ／ｍ以上）を作用さ
せることによって、負電極の表面から電子を放出させる
ものであって、従来より提供されている一般的な電界放
出型の電子線源では電極間に数１０ｋＶの電圧を印加し
なければならず、発光素子に利用するのは難しいという
問題がある。これに対して、微細加工技術を用いて電極
間の距離をミクロンオーダとした薄膜状の電界放出型の
電子線源が知られており、この種の電界放出型の電子線
源では、数１０〜数１００Ｖ程度で電子線を放射でき
る。また、多数の電極を配列することが可能であるか
ら、エミッション電流を大きくとることができ、多量の
電子線を放射することができる。すなわち、薄膜状の電
子線源は、図４に示すように、シリコンの基板１１の上
に、酸化シリコンの絶縁層１２およびモリブデンの錐状
の多数個のエミッタ１３を形成し、各エミッタ１３に対
応する部位にそれぞれ透孔１４を有したモリブデンのゲ
ート１５を設けた構成を有している。絶縁層１２の厚み
Ｌ₁は１μｍ、透孔１４の直径Ｌ₂は１．５μｍ、エミ
ッタ１３のピッチＬ₃は１０μｍなどと設定されてい
る。エミッタ１３を負極としゲート１５を正極として電
圧を印加して上述した強い電界を発生させれば、エミッ
タ１３の表面から電子が放出され透孔１４を通り抜けて
外部に電子線が放射されるのである。

【０００４】このような構成を有する電子線源１を用い
た発光素子は、図５に示すような構成を有する。すなわ
ち、内部を真空とした容器３の中に電子線源１を配置
し、電子線源１の前方に配置した蛍光体層２に電子線源
１からの電子線を照射することによって、蛍光体層２を
励起して発光させるのである。蛍光体層２にはＩＴＯ等
の透明導電膜よりなる加速電極４が電子線源１の反対側
に積層され電子線源１のエミッタ１３に対して正電位と
なるように加速電圧が印加される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、容器３の内
部は真空であるが、完全に真空にすることはできないか
ら、容器３の内部空間には気体分子が残留しており、こ
れらの気体分子の多くは蛍光体層２や容器３に吸着され
ている。したがって、加速された電子線が蛍光体層２に
照射されると、吸着されていた気体分子が脱着し、この
気体分子に電子線が衝突すると気体分子が電離して正イ
オンが生じることになる。こうして発生した正イオン
は、低電位側の電子線源１に向かって加速されることに
なり、電子線源１に衝突することになる。このような現
象をイオンボンバリングと称する。

【０００６】一方、電子線源１はミクロンオーダの微細
構造であるから、イオンボンバリングによってエミッタ
１３が蒸発することがあり、時間の経過とともにエミッ
タ１３の個数が減少するという問題がある。すなわち、
時間の経過に伴って放射される電子線量が減少し、発光
輝度の低下が生じるという問題がある。また、イオンボ
バリングによってエミッタ１３とゲート１５とが短絡
し、エミッタ１３とゲート１５との間に電圧を印加する
ことができなくなって、電子線が放射されなくなる場合
もある。さらに、電子線源１が破損しない場合であって
も、気体分子がエミッタ１３に吸着すれば、仕事関数が
増加して電子線の放射効率が低下するという問題が生じ
る。

【０００７】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、電子線源から放射された電子線の照射により
蛍光体層などから脱着して生じた残留気体のイオンを、
電子線源とは異なる部位に設けたイオン収集電極に導く
ことによって、電子線源へのイオンの衝突を防止し、電
子線源の破損や放射効率の低下を防止した発光素子を提
供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、内部を真空とした容器と、容
器内に配置された電界放出型の電子線源と、電子線源の
前方を除く部位に配設され電子線源から放射された電子
線により励起され発光する蛍光体層と、電子線源から放
射された電子線を蛍光体層に導くように磁界を形成する
磁気発生源と、蛍光体層に対向して配置され蛍光体層に
対して低電位に設定されたイオン収集電極とを備えてい
るのである。

【０００９】請求項２の発明では、イオン収集電極は、
気体を吸着する能力の高い材料よりなる。

【００１０】

【作用】請求項１の構成によれば、電子線源の前方以外
の部位に蛍光体層を配置し、磁気発生源により形成した
磁界を用いて電子線を蛍光体層に導くのであって、電子
線の照射によって蛍光体層から脱着して生じた正イオン
は、蛍光体層に対向して配置され蛍光体層よりも低電位
に設定されたイオン収集電極に吸引されることになる。
すなわち、正イオンは電子に比較して質量が非常に大き
いから、磁界との相互作用である電磁気力が発生しても
非常に小さな曲率で偏向されるだけであり、しかもイオ
ン収集電極に向かって正イオンを加速する電界が生じて
いるから、正イオンはイオン収集電極に向かってほぼ直
進することになる。その結果、電子線源に対して正イオ
ンが衝突することが防止されるのであって、電子線源の
破損や時間の経過に伴う放射効率の低下が防止されるの
である。

【００１１】請求項２の構成によれば、気体を吸着する
能力の高い材料によってイオン収集電極を形成している
から、多くの気体分子を吸着して容器の内部の真空度を
高めることができる。ここに、気体を吸着する能力の高
い材料を用いて形成したイオン収集電極に電圧を印加し
て正イオンを吸着するから、電圧を印加せずに気体分子
を吸着する場合に比較して、気体分子が接触する確率が
大幅に高くなるのであって、結果的に多数の気体分子を
吸着できることになる。

【００１２】

【実施例】本実施例の発光素子は、図１に示すように、
ガラス等の透明材料によって直方体状に形成されるとと
もに内部を高真空に保った容器３を備える。容器３の一
面の中央部には外側に突出する突出部３ａが形成され、
突出部３ａの底面には従来の技術で説明した微細構造を
有した電子線源１が配設される。容器３において、突出
部３ａを設けた面に隣合う４つ面のうちの１つの内周面
にはＩＴＯ等の透明導電膜よりなる加速電極４が形成さ
れ、加速電極４における容器３の内側に臨む面には蛍光
体層２が積層される。また、容器３における加速電極４
との対向面にはニッケルよりなるイオン収集電極５が設
けられる。突出部３ａを設けた一面に隣合う４つの面の
うち加速電極４とイオン収集電極５とのいずれも設けて
いない２面の外側には磁気発生源としての一対の永久磁
石６が互いに対向して配置される。両永久磁石６は互い
に異磁極を対向させて配置され、容器３の内部に一定方
向の磁界を形成する。たとえば、図１（ｂ）では、紙面
に直交し、紙背から表面に向かう向きの磁界Ｂが形成さ
れるように永久磁石６が配置される。また、容器３の内
部の適所にはジルコニウムよりなる非蒸発型のゲッタ
（図示せず）を配置してあり、気体分子をゲッタにより
吸着して容器３の内部の真空度を高めるようになってい
る。

【００１３】電子線源１には、エミッタを負極、ゲート
を正極としてゲートを接地極とするように電子線放射用
電源Ｅ₁から電圧（たとえば、６５Ｖ）が印加される。
また、加速電極４は電子線源１のゲートに対して正極と
なるように加速用電源Ｅ₂によって電圧（たとえば、＋
３００Ｖ）が印加され、イオン収集電極５は加速電極４
に対して負極となるようにイオン収集用電源Ｅ₃によっ
て電圧（たとえば、ゲートに対して−２００Ｖ）が印加
される。したがって、図１（ｂ）に示すように、電子線
源１から放射された電子ｅは、永久磁石６により形成さ
れた磁界との相互作用による電磁気力を受けて左向きに
略９０度曲がるように偏向され、蛍光体層２に照射され
ることになる。ここで、電子ｅの衝突によって蛍光体層
２から脱着した気体分子は、電子ｅと衝突してイオン化
され正イオンｉが生じる。正イオンｉは電子ｅとは逆向
きに加速され、磁界との相互作用が生じるが、正イオン
ｉは電子ｅに比較して質量が非常に大きいから電子ｅよ
りも小さな曲率で偏向されるだけであって、しかも、イ
オン収集電極５から吸引力が作用しているから、大きな
偏向が生じるとはなく、イオン収集電極５に向かってほ
ぼ直進することになる。こうして、正イオンｉはイオン
収集電極５に到達し、イオン収集電極５に吸着されるこ
とになる。すなわち、電子ｅの衝突によって生じた正イ
オンｉの大部分は、イオン収集電極５に到達することに
なり、電子線源１にはほとんど衝突しなくなるから、電
子線源１に対するイオンボンバリングが大幅に低減され
るのであって、電子線源１が破損したり、時間の経過に
伴って放射効率が低下したりするのを抑制できるのであ
る。その結果、発光素子の寿命を延ばすことができる。
ここにおいて、蛍光体層２からの光は主として加速電極
４を透過して、図１（ｂ）の矢印のように放射されるか
ら、発光面の裏面側に配設されたイオン収集電極５にお
ける蛍光体層２との対向面を鏡面に仕上げておけば、蛍
光体層２から裏面側に放射された光をイオン収集電極５
によって反射して光出力として取り出すことができるよ
うになり、発光輝度が高まるものである。

【００１４】（実施例２）本実施例では、図２および図
３に示すように、容器３を直方体状に形成し、容器３の
一面に電子線源１と蛍光体層２とを並べて配置したもの
である。加速電極４は表面に鏡面仕上げを施したニッケ
ル板よりなり、蛍光体層２に対向する容器の一面に形成
したイオン収集電極５はＩＴＯ等の透明導電膜によって
形成されている。また、磁気発生源として２個ずつ対を
なす永久磁石６ａ，６ｂを合計４個設けている。一方の
対の永久磁石６ａは電子線源１の前方に磁界を形成する
ように配置され、他方の対の永久磁石６ｂは永久磁石６
ａによって偏向された電子線をさらに蛍光体層２に向か
って偏向する磁界を形成するように配置される。すなわ
ち、本実施例では図２における紙面に直交し、表面から
紙背に向かう向きの磁界Ｂが形成されるように永久磁石
６ａ、６ｂが配設されているのであって、電子線源１か
ら放射された電子ｅは、まず永久磁石６ａによって進行
方向の右向きに略９０度偏向された後、永久磁石６ｂに
よってさらに進行方向に右向きに略９０度偏向されるこ
とになる。その結果、電子線源１から放射された電子線
は、永久磁石６ａ，６ｂによってほぼＵ字状に偏向され
て蛍光体層２に照射されることになる。電子線源１、加
速電極４、イオン収集電極５にはそれぞれ実施例１と同
様に電圧が印加される。

【００１５】上記構成によれば、電子線源１から放射さ
れた電子線はＵ字状に偏向されて蛍光体層２に照射され
るのであって、蛍光体層２における電子線の照射面が光
出力を取り出す面になる。また、蛍光体層２における光
出力を取り出す面の裏面側には鏡面仕上げが施された加
速電極４が配置されているから、裏面側に放射された光
も表面側に反射されて光出力として利用されることにな
る。その後、透明導電膜であるイオン収集電極５を通し
て、図２に矢印で示すように光出力が取り出されるので
ある。このように、蛍光体層２における電子線の照射面
から光出力を取り出すから、反対面から光出力を取り出
す場合よりも発光輝度を高めることができるものであ
る。また、蛍光体層２への電子ｅの照射によって生じた
正イオンｉは、実施例１と同様に、イオン収集電極５に
吸引されるから、電子線源１に対するイオンボンバリン
グがほとんど生じないのである。他の構成および動作は
実施例１と同様であるから説明を省略する。

【００１６】（実施例３）本実施例では、実施例１の構
成において、イオン収集電極５をジルコニウムの多孔質
基板によって形成したものであって、このような材料は
気体を吸着する能力が高く非蒸発型のゲッタとして用い
られているものである。このように気体を吸着する能力
の高い材料によってイオン収集電極５を形成したことに
よって、イオン化した気体分子を吸着する能力が高くな
り、容器３の内部の真空度が一層高くなるのである。す
なわち、別途にゲッタを設けることなく容器３の内部の
真空度を高めることができ、実施例１に対して部品点数
が削減されることになる。また、ゲッタとしての機能を
考えれば、負電圧を印加して正イオンを吸引するから、
電圧を印加していない場合に比較すれば正イオンとの接
触確率が高まり、気体分子を積極的に吸着して容器３の
内部の真空度を効率よく高めることができるのである。
さらに、正イオンはイオン収集電極５に衝突することに
よって、電子を供給されて中性原子になるが、イオン収
集電極５が非蒸発型のゲッタとしての機能を有し中性原
子を吸着するから、イオン収集電極５の表面付近に止ま
ることになる。このことによって、容器３の内部の真空
度を高めることができ、発光素子の寿命を一層高めるこ
とができるのである。他の構成および動作は実施例１と
同様である。

【００１７】上記各実施例において、永久磁石６，６
ａ，６ｂの個数や形状は限定されるものはなく、電子線
源１と蛍光体層２との位置関係に応じて永久磁石を適宜
配置すればよい。永久磁石の最小個数としては１個でも
よい。また、磁気発生源として必ずしも永久磁石を用い
なくてもよく電磁石であってもよい。

【００１８】

【発明の効果】請求項１の発明では、電子線源の前方以
外の部位に蛍光体層を配置し、磁気発生源により形成し
た磁界を用いて電子線を蛍光体層に導くのであって、電
子線の照射によって蛍光体層から脱着して生じた正イオ
ンは、蛍光体層に対向して配置され蛍光体層よりも低電
位に設定されたイオン収集電極に吸引されるのである。
すなわち、正イオンは電子に比較して質量が非常に大き
いから、磁界との相互作用である電磁気力が発生しても
非常に小さな曲率で偏向されるだけであり、しかもイオ
ン収集電極に向かって正イオンを加速する電界が生じて
いるから、正イオンはイオン収集電極に向かってほぼ直
進することになる。その結果、電子線源に対して正イオ
ンが衝突することが防止され、電子線源の破損や時間の
経過に伴う放射効率の低下が防止されるという効果を奏
する。

【００１９】請求項２の発明では、気体を吸着する能力
の高い材料によってイオン収集電極を形成しているか
ら、多くの気体分子を吸着して容器の内部の真空度を高
めることができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は概
略断面図である。

【図２】実施例２の概略断面図である。

【図３】実施例２の斜視図である。

【図４】本発明に係る発光素子に用いる電子線源の要部
断面図である。

【図５】従来例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１電子線源２蛍光体層３容器４加速電極５イオン収集電極６永久磁石６ａ永久磁石６ｂ永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−54664（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−78517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 63/06 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を真空とした容器と、容器内に配置
された電界放出型の電子線源と、電子線源の前方を除く
部位に配設され電子線源から放射された電子線により励
起され発光する蛍光体層と、電子線源から放射された電
子線を蛍光体層に導くように磁界を形成する磁気発生源
と、蛍光体層に対向して配置され蛍光体層に対して低電
位に設定されたイオン収集電極とを備えたことを特徴と
する発光素子。
【請求項２】イオン収集電極は、気体を吸着する能力
の高い材料よりなることを特徴とする請求項１記載の発
光素子。