JP3160575B2 - 冷陰極発光素子 - Google Patents

冷陰極発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出形発光素
子(FED, Field Emission Display) 、表面伝導素子(SE
C, Service Conductive Electron) 、MIM(メタル−
インシュレータ−メタル)等のような冷陰極発光素子に
関する。本発明は特に、水素吸蔵金属の粉末を陽極の蛍
光体層に添加して発光駆動時に水素を放出させることに
より、冷陰極のエミッションや蛍光体の発光効率の改善
を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】前記FEDは、一般に密閉気密容器内に
おいて、電界放出素子(FEC, FieldEmission Cathode)
と、蛍光体層を備えた陽極導体とを対面させて配置した
構造を有している。FECの構造を説明する。まず、密
閉気密容器の一部を構成する陰極基板の内面に陰極導体
を形成する。この陰極導体の上に絶縁層を形成し、絶縁
層の上にゲートを形成する。絶縁層とゲートに通孔を形
成し、通孔内に露出した陰極導体の上にコーン形状のエ
ミッタを形成する。このFECに対面する陽極の構造を
説明する。密閉気密容器の一部を構成する陽極基板の内
面に透光性の陽極導体を形成し、その上に蛍光体層を形
成する。このような構造のFEDにおいて、陰極に対し
てゲートと陽極導体に適当な電圧を印加すると、エミッ
タの先端から電子が電界放出され、陽極の蛍光体層に射
突してこれを発光させる。蛍光体層の発光は、透光性の
陽極導体と陽極基板を介して陽極基板の外側から観察さ
れる。
【0003】前記従来のFEDによれば、FECを気密
容器内に実装する工程で、エミッタが汚染してしまい、
エミッション放出しきい値が高くなってしまうという問
題があった。
【0004】そこで、本出願人は、特許第263429
5号において、電子線の照射によってエミッタのクリー
ニングを行う発明を提案した。この発明によれば、エミ
ッタから放出された電子の一部を、エミッション状態に
ない他のエミッタに射突させてこれをクリーニングす
る。そのために、エミッタを対になるように電気的に複
数の群に分割し、一方の群のエミッタが正規の条件で電
子を放出した時に、これと対をなす他方の群のエミッタ
には、一方の群のエミッタのゲートと同電位以上の正電
位を与える。このような駆動状態を対になるエミッタの
群ごとに切り換えて行えば、一方のエミッタ群からでた
電子の一部が他方のエミッタ群に射突してこれをクリー
ニングし、また他方のエミッタからの電子が一方のエミ
ッタをクリ−ニングする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した電子線の照射
によってエミッタのクリーニングを行う発明では、狭ギ
ャップのFED等のエミッションや蛍光体の発光効率に
ついては満足な効果が得られない場合がある。また、エ
ミッタを分割して駆動するために陰極導体を電気的に分
けて形成しなければならず、また分割して駆動するため
の駆動回路が必要とされた。
【0006】本発明は、上述したような陰極ないしエミ
ッタ側に分割駆動のための構成を設けることなく、エミ
ッタのエミッション特性の低下や蛍光体の発光効率の低
下をより簡単な構造で改善することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載された冷
陰極発光素子(FED1)は、冷陰極から放出された電
子を陽極導体(5)に設けられた蛍光体層(11,11
a,11b)に射突させて発光を得る冷陰極発光素子に
おいて、前記蛍光体層に、水素吸蔵物質の粉末(20)
を添加することを特徴としている。
【0008】請求項2に記載された冷陰極発光素子は、
請求項1記載の冷陰極発光素子(FED1)において、
前記蛍光体層を構成する蛍光体の粒子(21)の表面に
水素吸蔵物質の粉末(20)を付着させることを特徴と
している。
【0009】請求項3に記載された冷陰極発光素子は、
請求項1記載の冷陰極発光素子(FED1)において、
蛍光体層(11a)の表面に水素吸蔵物質の粉末(2
0)を付着させることを特徴としている。
【0010】請求項4に記載された冷陰極発光素子は、
請求項1記載の冷陰極発光素子において、前記蛍光体層
(11b)が、蛍光体の粒子(21)と水素吸蔵物質の
粉末(20)を混合してなるペーストから形成されたこ
とを特徴としている。
【0011】請求項5に記載された冷陰極発光素子は、
請求項1記載の冷陰極発光素子(FED1)において、
前記蛍光体層(11,11a,11b)を構成する蛍光
体の粒子(21)の粒度が1〜10μmの範囲であり、
前記水素吸蔵物質の粉末(20)の粒度が0.01〜数
μmの範囲であることを特徴としている。
【0012】請求項6に記載された冷陰極発光素子は、
請求項1記載の冷陰極発光素子(FED1)において、
前記水素吸蔵物質の母体元素がZr、V、Fe、Ta、
Ni、Ti、Nb、Mg、Th又はそれらの組み合わせ
から選択されたことを特徴としている。
【0013】請求項7に記載された冷陰極発光素子(F
ED1)は、電子を放出する冷陰極と、陽極導体(5)
と前記陽極導体に設けられて前記冷陰極から放出された
電子が射突して発光する蛍光体層(11,11a,11
b)とを有する陽極とが、気密外囲器(4)内に設けら
れた冷陰極発光素子(FED1)において、前記外囲器
の内部に封入された水素ガスと、前記蛍光体層に添加さ
れた水素吸蔵物質の粉末(20)を有することを特徴と
している。
【0014】以上の構成によれば、素子の発光駆動時
に、電子は陽極の蛍光体に射突してこれを発光させると
ともに、蛍光体層に添加された水素吸蔵物質に射突して
水素を放出させる。放出された水素は、冷陰極のエミッ
タのエミッション特性を改善し、又は陽極の蛍光体の発
光効率を改善する。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明における冷陰極発光素子と
は、電界放出形発光素子(FED, FieldEmission Display)
、表面伝導素子(SEC, Service Conductive Electron)
、MIM(メタル−インシュレータ−メタル)等のよ
うに、冷陰極の電子源を有するとともに、蛍光体を有す
る発光部としての陽極を備えた電子素子を意味してい
る。本例においてはFEDを例にとり、水素吸蔵金属の
粉末を陽極の蛍光体層に添加して発光駆動時に水素を放
出させ、FECのエミッションと、蛍光体層の発光効率
の改善を図ったものである。水素吸蔵金属の粉末の添加
の態様に応じた3つの例を説明する。
【0016】(1) 第1の例 図1〜図3を参照して説明する。図1は本例のFED1
の断面図である。FED1は、透光性かつ絶縁性の陽極
基板2と、絶縁性の陰極基板3と、両基板の外周部の間
に設けられた図示しないスペーサ部材とによって構成さ
れた外囲器4を有している。外囲器4は気密構造であ
る。外囲器4の陰極基板3の内面には陰極導体5があ
る。この陰極導体5の上には絶縁層6が形成されてい
る。絶縁層6の上にはゲート7が形成されている。絶縁
層6とゲート7には空孔8が形成されており、空孔8内
に露出した陰極導体5の上にはコーン形状のエミッタ9
が形成されている。
【0017】外囲器4の陽極基板2の内面には、透光性
の陽極導体10が形成され、その上には蛍光体層11が
形成されている。蛍光体層11の発光は、透光性の陽極
導体10と陽極基板2を介して陽極基板2の外側から観
察される。
【0018】図2に示すように、前記蛍光体層11は、
水素吸蔵物質の粉末20が付着した蛍光体の粒子21を
原料として形成されている。水素吸蔵物質としては、母
体元素がZr、V、Fe、Ta、Ni、Ti、Nb、M
g、Th又はそれらの組み合わせから選択されたもの
で、水素化ジルコンや水素化バナジウムが利用できる。
また、蛍光体の粒子21の粒度は1〜10μmの範囲で
あり、水素吸蔵物質の粉末20の粒度は0.01〜数μ
mの範囲である。ZrやVは非発光物質なので、Zrが
蛍光体の粒子21の全表面を覆わないようにする。即
ち、蛍光体粒子21の表面にZrを膜状に形成するので
なく、蛍光体粒子21の回りに水素吸蔵物質を粒子状に
付着させることが必要である。このように、蛍光体粒子
21の表面における発光が十分に視認できるように、水
素吸蔵物質の添加量を調整する。
【0019】このような構造のFED1において、陰極
に対してゲート7と陽極導体10に適当な109 /V・
m以上の電圧を印加すると、エミッタ9の先端から電子
が電界放出され、陽極に射突して蛍光体層11を発光さ
せる。蛍光体層11の発光は、透光性の陽極導体10と
陽極基板2を介して陽極基板2の外側から観察される。
【0020】電子は、蛍光体に添加された水素吸蔵物質
にも射突する。電子が射突した水素吸蔵物質からは水素
が放出される。放出された水素は、近傍にある蛍光体の
発光効率を改善する。また、水素はエミッタ9にも影響
を与え、電界放出の場合、エミッタ先端に仕事関数を高
くするOやCを除去クリーニングしてエミッション特性
を改善する。
【0021】図3は、本例(実施例)と、従来例を比較
した寿命試験の結果を示す図である。従来例は連続点灯
100時間を越えたあたりで初期値の80%を割ってい
る。これに対し、本例は初期値が従来より70%も高
く、また時間に対する低減率が小さく、10000時間
経過しても10%程度しか減少せず、長寿命である。
【0022】(2) 第2の例 図4に示すように、本例の蛍光体層11aは、蛍光体層
11aを形成し、その表面に水素吸蔵物質の粒子20を
付着させている。水素吸蔵物質は非発光物質であるが、
本例では蛍光体層を形成してから、その表面に水素吸蔵
物質の粒子20を付着させているので、蛍光体の発光を
観察する側である陽極導体10の側には水素吸蔵物質の
粒子20はなく、表示の妨げになることはない。その外
の構成と、効果は第1の例と同様である。
【0023】蛍光体層11aの表面に水素吸蔵物質の粒
子20を付着させる方法としては、例えばZrを有機溶
剤等の溶剤に分散し、スプレーで蛍光体層の上に噴霧す
る方法がある。
【0024】(3) 第3の例 図5に示すように、本例の蛍光体層11bは、蛍光体の
粒子21と水素吸蔵物質の粒子20を混合したもので蛍
光体層を形成する。即ち、例えばZr又はZrH2 を溶
剤に十分分散させ、これに蛍光体粉末を入れて分散し、
ペースト化して印刷法又はスラリー法又は電着法等によ
って所望のパターンの蛍光体層11bを形成する。水素
吸蔵物質は非発光物質なので、Zrが蛍光体の粒子の全
表面を覆わないように混合量や分散性を調整することは
他の例と同様である。その外の構成と効果についても第
1の例と同様である。
【0025】水素吸蔵物質であるZrやVにはH2 が含
まれているが、FED1の製造工程においてH2 が抜け
てしまうことを考慮し、最終的にFED1の外囲器4を
封着する際に外囲器4内に適当な分圧のH2 を封入封止
してもよい。封入されたH2は蛍光体層11,11a,
11bの水素吸蔵物質(粒子又は粉末20)に吸蔵さ
れ、使用時に電子の射突を受けて再び外囲器4内に放出
される。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、冷陰極から放出された
電子を陽極導体に設けられた蛍光体層に射突させて発光
させる冷陰極発光素子において、蛍光体層に水素吸蔵物
質の粉末を添加したので、発光駆動中に水素が放出され
て冷陰極や蛍光体層の特性が向上し、素子としての寿命
が長くなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1の例の断面図であ
る。
【図2】図1の部分断面図である。
【図3】第1の例(実施例)と従来例の寿命試験の結果
を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態の第2の例の断面図であ
る。
【図5】本発明の実施の形態の第3の例の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 冷陰極発光素子としてのFED 4 外囲器 5 陰極導体 9 エミッタ 10 陽極導体 11,11a,11b 蛍光体層 20 水素吸蔵物質の粉末(粒子) 21 蛍光体の粒子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−55770(JP,A) 特開 平6−96744(JP,A) 特開 平9−306336(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 31/12

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷陰極から放出された電子を陽極導体に
    設けられた蛍光体層に射突させて発光を得る冷陰極発光
    素子において、 前記蛍光体層に、水素吸蔵物質の粉末を添加することを
    特徴とする冷陰極発光素子。
  2. 【請求項2】 前記蛍光体層を構成する蛍光体の粒子の
    表面に水素吸蔵物質の粉末を付着させる請求項1記載の
    冷陰極発光素子。
  3. 【請求項3】 蛍光体層の表面に水素吸蔵物質の粉末を
    付着させる請求項1記載の冷陰極発光素子。
  4. 【請求項4】 前記蛍光体層が、蛍光体の粒子と水素吸
    蔵物質の粉末を混合してなるペーストから形成された請
    求項1記載の冷陰極発光素子。
  5. 【請求項5】 前記蛍光体層を構成する蛍光体の粒子の
    粒度が1〜10μmの範囲であり、前記水素吸蔵物質の
    粉末の粒度が0.1〜数μmの範囲である請求項1記
    載の冷陰極発光素子。
  6. 【請求項6】 前記水素吸蔵物質の母体元素がZr、
    V、Fe、Ta、Ni、Ti、Nb、Mg、Th又はそ
    れらの組み合わせから選択された請求項1記載の冷陰極
    発光素子。
  7. 【請求項7】 電子を放出する冷陰極と、陽極導体と前
    記陽極導体に設けられて前記冷陰極から放出された電子
    が射突して発光する蛍光体層とを有する陽極とが、気密
    外囲器内に設けられた冷陰極発光素子において、 前記外囲器の内部に封入された水素ガスと、 前記蛍光体層に添加された水素吸蔵物質の粉末とを有す
    ることを特徴とする冷陰極発光素子。
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