JP4087257B2

JP4087257B2 - 発光装置及びその使用方法

Info

Publication number: JP4087257B2
Application number: JP2003006153A
Authority: JP
Inventors: 久也高橋
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004220896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームで蛍光体を発光させる発光装置及びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブが先鋭な構造でかつ導電性を有することを利用して、カーボンナノチューブを電子源として活用しようとの試みがいくつかなされている。このカーボンナノチューブを電子源とした白色光源についての提案についていくつか出されている。特開２００１−１５０７７「白色光源及びその製造方法」では、
カーボンナノチューブを用いた白色光源及びその製造方法を提供するという目的のために、下部基板１００上に形成されてカソードとして用いられる金属膜２００と、前記金属膜２００上に形成された触媒金属膜３００と、前記触媒金属膜３００上に垂直配向された電界電子放出用カーボンナノチューブ４００と、前記触媒金属膜３００上に設けられたスペーサ５００と、前記スペーサ５００上に前記カーボンナノチューブ４００に対向するように蛍光体８００が付着されるアノード用透明電極７００が付着された透明な上部基板６００とを含む。ここで、触媒金属膜３００はナノ寸法の相互分離された触媒金属粒子からなり、カーボンナノチューブ４００は個々の触媒金属粒子から化学気相蒸着法により基板に垂直配向されて成長する技術を提案している。特開２００１−５２６５２「白色光源及びその製造方法」において、カーボンナノチューブを用いた白色光源及びその製造方法を提供することを目的として、下部基板１００上に形成されてカソードとして用いられる金属膜２００と、前記金属膜２００上に形成された伝導性高分子膜パターン４００と、前記伝導性高分子膜パターン４００内に実質的に立てられた状態で、且つ、その先端部が前記伝導性高分子膜パターン４００上に露出されるように結着されて電子を放出するカーボンナノチューブ５００と、前記金属膜２００上に設けられたスペーサ６００と、前記スペーサ６００上に前記カーボンナノチューブ５００に対向するように蛍光体９００が付着される透明電極８００が形成された透明な上部基板７００とを含む。
本発明によれば、端部の直径が極めて小さいカーボンナノチューブ５００を電子電界放出源として用いることにより、低い印加電圧下で大きい放出電流が得られる白色光源に関する技術を提案している。この光源のための電子放出を効率的に行なうためには、カーボンナノチューブが垂直方向に配向していてその先端に電界が集中する構造にすることが重要である。配向させるためには様々な提案がなされている。特開２００２−３６７５４３「電界放出型表示装置とその製造方法」において、低消費電力化を実現でき、画素間の輝度を揃えて高画質化を実現でき、簡単なゲート電極構造と製造方法によって大型の表示装置を容易に製造することができる電界放出型表示装置とその製造方法を提供することを目的として、ゲートを背面板に画素を区画するため設けられた隔壁の上端部に形成し、冷陰極を背面板と前面板とに対して垂直に配向した状態で背面板に固定してなることにより、電子放出を生じさせるための印加電圧を低く抑え低消費電力化を実現でき、各々の冷陰極間において均一な電子放出を得ることができ画素間の輝度を揃えて高画質化を実現でき、簡単なゲート電極構造によって大型の表示装置を容易に製造する技術が提案されている。この提案では垂直に配向した状態でカーボンナノチューブを固定することを想定している。具体的には、電気泳動現象により前記冷陰極を背面板と前面板とに対して垂直に配向することや、前記溶液に、前記冷陰極材料より比重が大きい金属微粒子を前記冷陰極材料と共に分散してその重量による姿勢制御の効果を利用した技術である。特開２００２−２５５５２７「カーボンナノチューブ及び該カーボンナノチューブを得るための加工法」においては、簡単な工程、低コストで、きわめて電界集中の高い、電子放出特性にすぐれた開端を有するカーボンナノチューブを得ることを目的として、ＣＶＤ法により基板に垂直配向されて製造された、先端に触媒金属が残存するカーボンナノチューブを、触媒金属に対向する位置に磁石を配置し、磁石の磁力により触媒金属を吸着して除去し、カーボンナノチューブの先端に複数のエッジを有する開端を形成する技術を提案している。この提案の中では、ＣＶＤ法により基板に垂直配向されて製造された、先端に触媒金属が残存するカーボンナノチューブを酸素プラズマでアッシングしてカーボンナノチューブの直径を細くし、その後上記触媒金属に対向する位置に磁石を配置し、該磁石の磁力により上記金属を吸着して除去し、上記カーボンナノチューブの先端にエッジを有する開端を形成することを特徴とするカーボンナノチューブの加工法という技術も含まれている。上記触媒金属を除去することにより形成された開端を有するカーボンナノチューブの開端は複数のエッジを有することになり、配向したことによる電界集中効果とさらに微視的な視点では複数のエッジによる局部的な電界集中効果によって電子放出の効率を高めることを狙った技術である。この高効率化のために磁石による触媒金属の引き付けおよびプラズマアッシングという２つの操作を行う。特開２００２−１５７９５３「エミッタの製造方法及び該エミッタを用いた電界放出型冷陰極並びに平面画像表示装置」においては、ＣＮＴ膜を用いながら均一で安定な放出電流を発生させ、良好なエミッション特性を得ることができるエミッタの製造方法を提供するという目的のために、ガラス基板１０上に、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含みエミッタ電極を構成するＣＮＴ膜を形成し、ＣＮＴ膜上に絶縁膜を介してゲート電極を形成し、ゲート電極及び絶縁膜に複数のゲート開口を形成し、ゲート開口内のＣＮＴを直立配向させる技術を提案している。この技術はゲート絶縁膜およびゲート電極という構造を形成した後にＣＮＴを直立配向させることを特徴とするものである。この提案の中で、前記直立配向工程が、前記開口内に粘着シートを進入させ、次いで該粘着シートを引き剥がす工程を含むことを特徴とすると述べられている。さらに、前記開口内に粘着シートを進入させ、次いで該粘着シートを引き剥がして前記カバー膜の少なくとも一部を除去する工程を含むことを特徴とすると記述してあり、配向作業時にＣＮＴ膜の一部を除去することも含んでいる。ＣＮＴ膜を構成した基板を水中に浸した後、その水を凍結させてから昇華させ前記ＣＮＴ膜における直立配向状態のＣＮＴを乾燥させる工程についても提案されている。特開２００２−１００２８０「電子放出素子、及びその製造方法」では、配列方向が揃ったエミッタ電極を有し、電子放出特性の均一性に優れた電界放出型の電子放出素子、並びにその製造方法を提供することを目的として、アルミニウム基板の一面側を陽極酸化してなる細孔を備えた表面にカーボンナノチューブなどの微細繊維状物質１に所定の磁界を印加することで、微細繊維状物質を配向させ、細孔１２内に誘引する技術を提案している。予め細孔を作っておいてそこにカーボンナノチューブを挿入するという技術の提案である。特開２００１−２２０６７４「カーボンナノチューブ及びその作製方法、電子放出源」では、簡易な方法により、平滑な基板表面に基板からほぼ垂直に配向されたカーボンナノチューブを得ること。また、その応用製品を得ることを目的として、平滑な表面を有する基板上のＦｅからなる触媒層を常圧ＣＶＤ装置に挿入し、アセチレン、エチレンの少なくても一つを用い、基板温度が６７５〜７５０℃の常圧ＣＶＤ法によってカーボンナノチューブを成長させる技術を提案している。ＣＶＤ成長によって配向したカーボンナノチューブを基板に直接成長させるという提案である。特開２００１−１９５９７２「冷陰極及びその冷陰極の製造方法」では、配向制御された円筒型電子源を用いた冷陰極及びその製造方法を提供することを目的として、円筒型電子源の固着材料表面に物理的形状を設け、円筒型電子源を含有するペーストに配向制御助材を分散することにより、配向制御された円筒型電子源からなる冷陰極を構成可能となり、カーボンナノチューブを用いる技術を提案している。具体的には、ラビング法、斜め蒸着法、または、ウイスカーで物理的形状を形成し、スクリーン印刷法、または、スピンコート法で電子放出領域を形成することを提案している。特開２００１−１７６４３１「電界放出表示素子及びその製造方法」において、垂直配向された炭素ナノチューブを用いた電界放出表示素子を提供するという目的のために、下部基板上にカソード電極用の第１金属膜が形成され、炭素ナノチューブが形成されている。第１金属膜上には第１スペーサが設けられ、第１スペーサに支持され炭素ナノチューブの上部にゲート電極として用いられるメッシュ状の第２金属膜が形成されている。第１スペーサ上には第２スペーサが設けられ、第２スペーサ上には表面に透明電極及び蛍光体の付着された上部基板が付着されている構造が簡単であり、製造収率を高めることができ、かつ大面積の製造が可能であり、エミッタ用チップとして垂直方向に配向された炭素ナノチューブを用いるため、低い動作電圧下でも大きい放出電流が得られるという技術を提案している。配向については、前記第１金属膜上に触媒金属粒子を形成した後に化学気相蒸着法により触媒金属粒子上で炭素ナノチューブが形成されていることを特徴とするとしており、化学気相蒸着法、いわゆるＣＶＤ法で基板上に直接配向成長させることを提案している。特開２００１−１６７７２１「電界放出表示素子及びその製造方法」においても同様にＣＶＤ法で基板上に直接配向成長させることを提案している。特開２００１−１２６６０９「電子放出素子及び蛍光発光型表示器」においては、廉価に製造可能で又、低電圧駆動可能で高効率な電子放出能力を有する電子放出素子を提供することを目的として、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設された第１の電極と、前記第１の電極の上方に離間して配設された第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に配設され、中央部が周辺部よりも厚く形成された金属層と、前記金属層上に形成されカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバのうちの少なくとも一方を含む炭素材料から成るエミッタとを備えて成ることを特徴とする電子放出素子の技術を提案している。特開２０００−２９４１１９「電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示器」では低電圧で高効率な電子放出を可能にすると共に、電子放出量のバラツキを抑えることを目的として、絶縁基板上にカソード配線を形成し、カソード配線に連結してカソード電極を形成する。その後、ペースト状のカソード電極にカーボンナノチューブを含むカーボン物質を被着する。次に、基板５０１に被着形成された電界印加電極とカソード電極との間に電界を印加した状態でカソード電極を乾燥させることにより、カーボンナノチューブの多くがカソード電極に対して垂直方向に配向する。その後、ゲート電極等を形成することにより電子放出源が完成する。という技術を提案している。この技術はカーボンナノチューブを含むカーボン物質が乾燥前の可動性のある状態で電界を与えられる事で配向する作用を利用して配向させている。特開２０００−２９４１１８「電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示器」では、
低電圧駆動で高効率な電子放出を可能にすることを目的として、絶縁基板上にカソード配線を形成し、カソード配線に連結してペースト状のカソード電極を形成する。次に、カソード電極にカーボンナノチューブを含むカーボン物質の粉末を散布して被着させる。カーボンナノチューブ中には、カソード電極に対して垂直な方向やそれに近い方向に傾いて配向したカーボンナノチューブが多数存在する。次に、絶縁基板上に堆積した不要なカーボンナノチューブをエアブローにより除去した後、ゲート電極を形成することにより電子放出源が完成する。という技術を提案している。カーボンナノチューブを含むカーボン物質を粉末状に散布することで垂直およびそれに近い姿勢のカーボンナノチューブの存在確率を高める技術の開示である。特開２０００−１００３１７「電界電子放出装置」では、高密度に配向させられたナノチューブをエミッタとして備えた電界電子放出装置を提供することを目的として、炭化珪素単結晶から珪素が抜け出ることによるナノチューブ化を起こさせる技術を提案している。特開２０００−９０８０９「電界放出陰極、電子放出素子および電界放出陰極の製造方法」では、低電界動作が可能で、かつ微細構造の電界放出陰極を提供することを目的として、カーボンナノチューブをレジストに懸濁させてレジスト中に分散させ、次いでレジストを導電性基板上にコートし、次いでレジストの懸濁樹脂層表面をカーボンナノチューブを残して選択的にエッチバックすることによりカーボンナノチューブの先端を突出させ、次いでコートされたレジストを硬化してレジストの電気抵抗を減少させる技術を提案している。この提案において、前記有機樹脂を硬化する工程の途中あるいはその前後で、前記有機樹脂のマトリクス層の表面を前記導電性極細物質を残して選択的にエッチバックすることにより、前記導電性極細物質の先端を突出させる技術を開示している。
【０００３】
【公知の従来技術】
特開２００１−１５０７７、特開２００１−５２６５２、特開２００２−３６７５４３、特開２００２−２５５５２７、特開２００２−１５７９５３、特開２００２−１００２８０、特開２００１−２２０６７４、特開２００１−１９５９７２、特開２００１−１７６４３１、特開２００１−１６７７２１、特開２００１−１２６６０９、特開２０００−２９４１１９、特開２０００−２９４１１８、特開２０００−１００３１７、特開２０００−９０８０９
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発光装置のうち、白熱灯は金属を高温に加熱することで可視光発光をさせているが、電気の良導体である金属を発熱させるには細線形状のフィラメントにしなければならないので、物理的衝撃で破損してしまう可能性がある。細くくびれた部分で抵抗が増してその部分が過熱してフィラメントが蒸発して破損することもしばしば起き、白熱灯は頻繁に交換しなければならない。発光効率も劣っているので消費電力の負担も大きい。蛍光灯は白熱電球よりも発光効率が良い発光装置として使用されているが、この発光効率を得るために水銀蒸気を封入しなければならない。環境意識が高まる中で水銀レスの蛍光灯の研究もなされているがなかなか成果がでてこないのが現状である。蛍光灯が破損して水銀蒸気が拡散することを考えるとスーパーなどの食品展示ボックスや手術室に限らず、児童の勉強机や家庭、学校、駅などの公共の場で蛍光灯を使用していることの危険ポテンシャルは低いとは言えない。このような発光装置の状況を考えると蛍光体を高速加速電子で励起する発光装置、電界放射照明（Field Emission Lamp: FEL）の早期開発が望まれる。しかしながら、従来の技術で示した発光装置では、電子の放出箇所の制御が難しく、電子放出してほしい箇所が伏せ毛姿勢になっていて電子が出にくいということがあり、反対に放電などの異常電子放出を防ぐために電子をあまり放出させたくない部分から電子が出て放電破壊を引き起こすことが有り得た。放電破壊については従来技術ではグリッドを支持する構造物に絶縁物を用いていたのでこの構造物に電子が飛び込むことでチャージアップを起こして放電破壊等の故障を引き起こす問題も抱えていた。さらに、蛍光体周辺から降下してくる加速イオンが電子放出面に突入することで放電破壊を起こしていた可能性もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の発光装置は、絶縁基板上に、カーボンナノチューブ含有膜が塗布されたカソード電極と前記カソード電極と電気的に絶縁されたグリッド電極とが配されている電子放出基板と前記電子放出基板から放出した電子によって励起発光される蛍光体が塗布された発光基板とが真空を介して互いに対向している発光装置において、直方体形状のカソード電極と、前記カソード電極を間隙を持って囲むと共に、前記カソード電極の斜め上方に部分的に開口を有して頂上に開口を有しない半円筒形状のグリッド電極とを備えたことを特徴とする。
本発明の発光装置の使用方法は、絶縁基板上に、カーボンナノチューブ含有膜が塗布されたカソード電極と前記カソード電極と電気的に絶縁されたグリッド電極とが配されている電子放出基板と前記電子放出基板から放出した電子によって励起発光される蛍光体が塗布された発光基板とが真空を介して互いに対向している発光装置の使用方法において、直方体形状のカソード電極と、前記カソード電極を間隙を持って囲むと共に、前記カソード電極の斜め上方に部分的に開口を有して頂上に開口を有しない半円筒形状のグリッド電極とを備え、前記グリッド電極に接地電位を与え、前記カソード電極には接地電位と負電位との間に振幅を持つ交流電圧を与え、前記蛍光体には正の電位を与えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の発光装置において、
第１に、絶縁基板上に、カーボンナノチューブ含有膜が塗布されたカソード電極と前記カソード電極と電気的に絶縁されたグリッド電極とが配されている電子放出基板と前記電子放出基板から放出した電子によって励起発光される蛍光体が塗布された発光基板とが真空を介して互いに対向している特徴に加えて、部分的に開口を備えた半円筒形状のグリッド電極が直方体形状カソード電極に対して間隙を持って囲んでいる特徴を備える場合には、カーボンナノチューブ含有膜を包むように半円筒形状のグリッド電極を配置する。グリッド電極に対してカーボンナノチューブ含有膜が十分に負電位になると先鋭なカーボンナノチューブ結晶の先端部分から電子が放出される。放出電子の一部は前記半円筒形状のグリッド電極に飛び込むが、一部は前記開口を通り抜けて正の電位が印加されている蛍光体に突入し、蛍光体を励起発光させる。まず、高電圧用蛍光体を用いた場合の典型的な寸法について述べる。前記カソード電極は典型的に１００μｍ幅で長さが１００ｍｍ厚みが１０μｍの銀ペースト材であり、そのカソード電極表面には平均膜厚１μｍでカーボンナノチューブ含有膜がマスクを介して選択的に吹付け塗布されている。スクリーン印刷でカーボンナノチューブ含有膜を塗布する場合もある。この場合にはカーボンナノチューブ含有膜の典型膜厚は５μｍである。半円筒形状のグリッド電極は厚み２０μｍのアンバー材であり、複数個の開口を設けた後に半円筒形状となるように曲げ加工されている。半円筒形の典型的な半径は内径で１００μｍである。開口は略長方形であり、長辺が軸と平行である。長辺、短辺それぞれの長さは１００μｍ、４０μｍである。グリッド電極を絶縁基板に固定する部分では足が付けられている。
第２に、第１の特徴に加えて、前記半円筒形状のグリッド電極頂上には開口を有しない特徴を備える場合には、開口が頂上を含む領域にはなく、軸から見て斜め方向領域に設けられている。
第３に、第１または第２の特徴に加えて、前記カソード電極の一部に前記カーボンナノチューブ含有膜が塗布されている特徴を備える場合には、カソード電極の全面にカーボンナノチューブ含有膜が塗布されているのではなく、カソード電極表面のうち、カーボンナノチューブ含有膜が覆っていない領域も存在する。
第４に、第３の特徴に加えて、前記カーボンナノチューブ含有膜の塗布領域が前記グリッド電極の軸と平行な方向の長さが前記開口を前記絶縁基板上に垂直投影したフットプリントの前記グリッド電極の軸と平行な方向の長さを越えない特徴を備えている場合には、前記フットプリントのうち、軸と平行な方向の両端のそれぞれの位置を軸と垂直に前記カソード配線上にまで引き延ばして描いた場合に、この引き延ばし線とカソード配線の軸と平行な両辺で囲まれた長方形領域と同一もしくは長方形領域内部にしか前記カーボンナノチューブ含有膜が塗布されていない。
第５に、第１から第４の特徴に加えて、前記カーボンナノチューブ含有膜の一部の表面上に金属膜を堆積させた特徴を備える場合には、カーボンナノチューブ含有膜表面のうち電子放出をしない領域もしくは電子放出をさせたくない領域もしくは不要な放電を引き起こす原因となりえる領域にアルミニウムやニッケルなどの金属を蒸着やスパッタ法で堆積する、もしくは、銀ペーストをスクリーン印刷で塗布する等の方法で堆積させる。
本発明の発光装置の使用方法は、第１から第５のいずれかの特徴に加えて、グリッド電極に接地電位を与え、カソード電極には接地電位と負電位との間に振幅を持つ交流電圧を与え、蛍光体には正の電位を与える第６の特徴を備える場合には、カソード電極に十分な負電位を与えている期間に電子を放出させ、その電子で蛍光体を励起発光させる。
第７に、第４の特徴に加えて、前記カーボンナノチューブ含有膜から放出された電子が前記グリッド電極の開口を通り抜けて前記発光基板に取り込まれる特徴を備える場合には、前記電子放出の軌跡を予め算出設計して開口を設けることにより、放出電子がグリッド電極に飛び込まずに前記開口を通り抜けて蛍光体に突入する確率を向上させる。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例１を説明する。図１は天井灯に使用するＦＥＬの電子放出基板の構造を描いたものである。１.８ｍｍ厚みのソーダガラス基板１の上にスクリーン印刷で幅１００μｍ、長さ１００ｍｍ、厚み１０μｍの形状に銀ペーストのカソード電極２を形成した。カソード電極の表面にはカーボンナノチューブ含有ペースト膜３を形成している。厚みは５μｍである。カソード電極表面のうち、グリッド電極４で覆われている領域は全てカーボンナノチューブ含有ペースト膜で覆っている。カーボンナノチューブ含有ペースト膜はスクリーン印刷で塗布する。バインダー成分としてアクリル樹脂を含んだものを塗布した後に３５０℃３０分の焼成を行ってアクリル樹脂を炭化させてある。出来上がりの厚みが５μｍである。このカーボンナノチューブ含有ペースト膜で覆われたカソード電極は２５０μｍピッチに並列に並べられている。図１は配列と垂直方向に切った断面を正面として描いている。前記グリッド電極は図に描くように半円筒形の形状領域とこの電極をソーダガラス基板に設置するための足としての平坦領域を１つの組としたものを連鎖的に配列させている。半円筒の半径は内径で１００μｍである。グリッドは２０μｍ厚みのアンバー材を使用している。足の部分は設置面の幅で計測して５０μｍである。グリッド電極も２５０μｍピッチで連鎖している。カソード電極とグリッド電極は同じ２５０μｍピッチで４００組並んでいるので、横方向すなわち紙面に正対している面の横の長さは１００.０５ｍｍである。小数点以下の数値がある理由は端では足が０.０５ｍｍ付いているからである。このグリッド電極は１００.０５ｍｍ連鎖したその両端でソーダガラス基板に接着している。このように両端で接着していることで、加熱工程でソーダライムガラスが伸びた場合にはグリッド電極が伸びることで構造が破壊しないようにして、常温に戻った際には所定の形状に戻すことができる。グリッド電極に設けた開口５は、図に描くように略長方形である。半円筒の軸に平行な方向の長さは１００μｍで、垂直な方向は４０μｍである。エッチングで開口しているので、略長方形の開口の各コーナーは丸みをもっている。この開口は半円筒の頂上である１２時方向を９０度、３時の方向を０度と反時計回りに角度を規定すると、４５度と１３５度を各開口の中心軸として頂上に対して振り分けで設けていて、各振り分けられた開口は軸方向に１５０μｍピッチで複数個設けている。この電子放出基板の上部には蛍光体が塗布された発光基板が設けられており（図は省略）、カソード電極、グリッド電極、蛍光体の各電極の電位および電子放出基板と発光基板との距離を適切に選ぶことで上記４５度と１３５を軸とした短辺長さが４０μｍの開口の範囲内の軌跡を通る電子１００だけを放出するように設計することができる。この場合に、１５０μｍのうち、１００μｍが開口で５０μｍが構造の支持部分であるので、放出電子の６７％が開口を通過して３３％がグリッド電極に吸収される。
【０００８】
図２は本発明の実施例２である。高電圧用蛍光体を用いた場合の典型的な例として述べる。図１で説明した電子放出基板６から放出した電子１００が蛍光体７に均等に照射されるように発光基板８と前記電子放出基板との対向距離を最適化した例である。蛍光体に１０ｋＶ、グリッド電極に０Ｖ（接地電位）、カソード電極に−１００Ｖを印加する場合には対向距離を４ｍｍにすることで蛍光体に均一に電子が照射されて発光基板が均一に発光する。尚、発光基板はソーダガラスを基材として用いてその上にＩＴＯ電極９、その上に蛍光体７、最上層はアルミニウム極薄膜１０を積層した構造である。図２では天地を逆さまに描いている。
【０００９】
本発明の実施例３を説明する。図３にその構造を示す。図１と同様の構造であるが、カーボンナノチューブ含有ペースト膜３の上面を金属被服膜１２が覆っている点で構造が異なる。エッジ部分を除いてカーボンナノチューブ含有ペースト膜の表面に金属被服膜が堆積していることで、表面の先鋭な構造を鈍化させて電子を放出し難くしている。さらにこの金属被服膜はイオン衝撃等が起きた際にガス放出する現象を抑制する効果もある。
【００１０】
本発明の実施例４を説明する。図４はその動作を示す構成図である。図２で示したのと同様の構造である。図４では電子１００の放出が各カソード電極２の印加電位によって制御される例を説明する。図４では電子の軌跡が実線、点線、破線の３種類に描き分けている。実線の電子は図の中央やや左に描いているカソード電極上のカーボンナノチューブ含有ペースト膜から放出された電子である。この電子が励起する蛍光体７の領域は図に描いたように特定される。同様に各カソード電極からの放出電子の励起発光領域はそれぞれ固有の領域である。本実施例では各カソード電極からの放出電子の励起発光領域毎に蛍光体の発光色を変えている。例えば図４において、実線に対応する位置の蛍光体は緑、点線が赤、破線は青といったように対応付けて、各カソード電極電位を制御することで様々な発色をさせることができる。
【００１１】
本発明の実施例５を説明する。カーボンナノチューブ含有ペースト膜３がカソード電極２に部分的に塗布されている例である。図５にその構成を示した。図は電子放出基板を上方から眺めたものである。説明のためにグリッド電極４は透明に描いている。開口５は図のように設けてある。この例では金属被覆膜１２がある構造である。円筒状のグリッド電極が持つ複数個の開口のうち、左下の開口について説明を行う。左下の開口について円筒軸と平行な方向に図った長さを点線で描いた。本実施例ではこの２本の点線で規定した領域よりも内側だけにカーボンナノチューブ含有ペースト膜３が塗布されている。この構造において、図１で規定したように開口の軸中心付近だけを放出電子が通過するように設計した場合、この実施例５では構造を支える支持構造の部分に対応するカーボンナノチューブ含有ペースト膜が存在しないので放出電子は１００％開口を通過することになる。
【００１２】
本発明の実施例６を説明する。グリッド電極に一定の正電圧のバイアスを与えて、カソード電極には、バイアス電位と接地電位との間に振幅を持つ交流電圧を与える例である。図２の構造の発光装置において、蛍光体に５ｋＶを印加して、グリッド電極には１００Ｖを印加しておく。カソード電極には０Ｖと１００Ｖの間の矩形波パルスを印加する。
【００１３】
本発明の実施例７を説明する。図２の構成の発光装置に関する実施例であるが、蛍光体とソーダガラス基板表面との対向距離が５００μｍである発光装置の駆動方法に関するものである。蛍光体は低電圧で発光するＺｎＯ：Ｚｎ等の蛍光体が塗布されている。この蛍光体には２００ＶのＤＣ電圧が印加されている。この２００ＶＤＣ電圧は商用ＡＣ電源を直接全波整流して得たものである。グリッド電極には０Ｖと１００Ｖ間のパルス電圧を印加して、各カソード電極には負のＤＣ電圧を印加する。前記負のＤＣ電圧は前記グリッド電極に０Ｖを印加した際に電子放出をするぎりぎりの条件すなわちしきい値電圧となるように調整する。本構造と本駆動条件は低電圧用蛍光体を用いた場合の典型的な理想発光装置である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の発光装置を用いると蛍光体から降下する正イオンがカソード電極に突入しないので放電破壊を抑制でき、低コストで安全な発光装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の構成図
【図２】本発明実施例２の構成図
【図３】本発明実施例３の構成図
【図４】本発明実施例４の構成図
【図５】本発明実施例５の構成図
【符号の説明】
１はソーダガラス基板、２はカソード電極、３はカーボンナノチューブ含有ペースト膜、４はグリッド電極、５は開口、６は電子放出基板、７は蛍光体、８は発光基板、９はＩＴＯ電極、１０はアルミニウム極薄膜、１２は金属被服膜、１００は電子である。

Claims

絶縁基板上に、カーボンナノチューブ含有膜が塗布されたカソード電極と前記カソード電極と電気的に絶縁されたグリッド電極とが配されている電子放出基板と前記電子放出基板から放出した電子によって励起発光される蛍光体が塗布された発光基板とが真空を介して互いに対向している発光装置において、
直方体形状のカソード電極と、
前記カソード電極を間隙を持って囲むと共に、前記カソード電極の斜め上方に部分的に開口を有して頂上に開口を有しない半円筒形状のグリッド電極とを備えたことを特徴とする発光装置。
前記カーボンナノチューブ含有膜の塗布領域の前記グリッド電極の軸と平行な方向の長さが前記開口を前記絶縁基板上に垂直投影した投影面の前記グリッド電極の軸と平行な方向の長さを越えないことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記グリッド電極は、半円筒形状領域と、前記電子放出基板に設置する足としての平坦領域とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
前記カーボンナノチューブ含有膜の一部の表面上に金属膜を堆積させたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発光装置。
絶縁基板上に、カーボンナノチューブ含有膜が塗布されたカソード電極と前記カソード電極と電気的に絶縁されたグリッド電極とが配されている電子放出基板と前記電子放出基板から放出した電子によって励起発光される蛍光体が塗布された発光基板とが真空を介して互いに対向している発光装置の使用方法において、
直方体形状のカソード電極と、前記カソード電極を間隙を持って囲むと共に、前記カソード電極の斜め上方に部分的に開口を有して頂上に開口を有しない半円筒形状のグリッド電極とを備え、
前記グリッド電極に接地電位を与え、前記カソード電極には接地電位と負電位との間に振幅を持つ交流電圧を与え、前記蛍光体には正の電位を与えることを特徴とする発光装置の使用方法。
前記カーボンナノチューブ含有膜から放出された電子が前記グリッド電極の開口を通り抜けて前記発光基板に取り込まれることを特徴とする請求項５記載の発光装置の使用方法。