JP4124785B2 - Light emitting element - Google Patents

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Description

本発明は発光素子に関するものである。特に構成が簡単で製造が容易であり、かつ低消費電力である大画面ディスプレイの単位画素を構成する発光素子に関するものである。   The present invention relates to a light emitting element. In particular, the present invention relates to a light-emitting element that constitutes a unit pixel of a large-screen display that has a simple configuration, is easy to manufacture, and has low power consumption.

近年、大型のフラットディスプレイとして液晶ディスプレイやプラズマディスプレイが広く使用されるようになってきているが、さらに高画質、高効率であるディスプレイを追求する開発が進められている。このようなディスプレイの候補として、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や電界放出ディスプレイ(FED)がある。非特許文献1にはELDについて、概ね次のように記載されている。前者は発光層である蛍光体に絶縁層を介して電界を加える構造を基本とするものであり、分散型と薄膜型が知られている。分散型は不純物のCuなどを添加したZnSの粒子を有機物バインダー中に分散させ、この上に絶縁層を形成し、上下の電極で挟持する構造を有する。不純物は蛍光体粒子中にpn接合を形成し、電界が印加されると接合面に発生する高電界により放出された電子が加速されたのち、正孔と再結合して発光する。後者は発光層であるMnドープZnSなどの蛍光体薄膜が絶縁体層を介して電極を配置する構造を有している。絶縁体層が存在することにより発光層には高電界を印加することが可能となり、電界で加速された放出電子が発光中心を励起し発光する。一方、FEDは真空容器中に電子放出素子とこれに対向させた蛍光体よりなる構造を有し、電子放出素子より真空中に放出された電子を加速して蛍光体層に照射し発光させるものである。   In recent years, liquid crystal displays and plasma displays have been widely used as large flat displays, but developments are being pursued in pursuit of displays with higher image quality and higher efficiency. Examples of such display candidates include an electroluminescence display (ELD) and a field emission display (FED). Non-Patent Document 1 describes ELD in general as follows. The former is based on a structure in which an electric field is applied to a phosphor as a light emitting layer through an insulating layer, and a dispersion type and a thin film type are known. The dispersion type has a structure in which ZnS particles to which impurities such as Cu are added are dispersed in an organic binder, an insulating layer is formed thereon, and sandwiched between upper and lower electrodes. The impurities form a pn junction in the phosphor particles, and when an electric field is applied, electrons emitted by a high electric field generated at the junction surface are accelerated, and then recombined with holes to emit light. The latter has a structure in which a phosphor thin film such as Mn-doped ZnS, which is a light-emitting layer, has electrodes arranged via an insulator layer. The presence of the insulator layer makes it possible to apply a high electric field to the light emitting layer, and emitted electrons accelerated by the electric field excite the light emission center to emit light. On the other hand, the FED has a structure comprising an electron-emitting device and a phosphor facing the electron-emitting device in a vacuum container, and accelerates electrons emitted from the electron-emitting device into the vacuum to irradiate the phosphor layer to emit light. It is.

いずれのデバイスも電子放出が発光のきっかけとなるため、低電圧、高効率で電子を放出する技術が重要である。このような技術として強誘電体の分極反転による電子放出が着目されている。例えば、下記非特許文献2には、図20で示すように、一方の面に設置された平面電極32と他方の面に設置された格子状電極33を有するPZTセラミック31を真空容器36中でグリッド電極35を介して白金電極34に対向させ、電極間にパルス電圧を印加することにより、電子が放出されることを提案している。37は排気口である。同提案によれば、容器内の圧力は1.33Pa(10-2Torr)であり、大気圧では放電しないと記載されている。 In any device, electron emission is a trigger for light emission, so a technique for emitting electrons with low voltage and high efficiency is important. As such a technique, attention is focused on electron emission by polarization inversion of a ferroelectric. For example, in Non-Patent Document 2 shown below, as shown in FIG. 20, a PZT ceramic 31 having a planar electrode 32 installed on one surface and a grid electrode 33 installed on the other surface is contained in a vacuum vessel 36. It has been proposed that electrons are emitted by facing the platinum electrode 34 via the grid electrode 35 and applying a pulse voltage between the electrodes. Reference numeral 37 denotes an exhaust port. According to the proposal, the pressure in the container is 1.33 Pa (10 −2 Torr), and it is described that no discharge occurs at atmospheric pressure.

強誘電体の分極反転により放出される電子を真空容器中で加速し、蛍光体層を発光させること、あるいはこの発光を用いたディスプレイは、下記特許文献1や下記特許文献2にも記載されているが、基本的な構成は非特許文献2の白金電極に代えて、蛍光体層を有する電極とする構成により、蛍光体層を発光させるものである。   A display that uses electrons emitted by accelerating the electrons emitted from the polarization inversion of the ferroelectric substance in the vacuum chamber to emit light from the phosphor layer, or a display using this light emission, is also described in Patent Document 1 and Patent Document 2 below. However, the basic configuration is to make the phosphor layer emit light by using a configuration having an electrode having a phosphor layer instead of the platinum electrode of Non-Patent Document 2.

一方、強誘電体の分極反転による放出電子を非真空中で用いた発光素子は例えば、下記特許文献3に電気発光面光源素子として開示されている。この素子は、図21に示すように、基板45上に下部電極42、強誘電体薄膜41、上部電極43、キャリア増倍層48、発光層44、透明電極46の順で形成されており、上部電極は開口部47を有している。下部電極と上部電極間の印加電圧パルスを反転させることにより電子が上部電極開口部よりキャリア増倍層に放出され、さらに透明電極に印加された正の電圧により加速され、電子を増倍しつつ発光層に達して発光する。キヤリア増倍層は誘電率が比較的低く、かつ発光層で放出される発光波長を吸収しないバンドギャップを有する半導体で構成されていることが記載されている。この素子は、一種のELDと考えることができる。また、特許文献4には、スパッタにより形成された蛍光体からなる発光層を表裏の絶縁層で挟持してパルス電界を印加する構成において、一方の絶縁体が強誘電体薄膜からなる構成が開示されている。
特開平07−64490号公報 米国特許第5453661号明細書 特開平06−283269号公報 特開平08−083686号公報 松本正一編著、「電子ディスプレイ」、オーム社、平成7年7月7日、p.113−125 Jun-ichi Asano 他,'Field-Exited ElectronEmissionfromFerroelectricCeramic in Vacuum' Japanese Journal of Applied PhysicsVol.31Part1p.3098-3101,Sep/1992
On the other hand, a light-emitting element using electrons emitted by polarization reversal of a ferroelectric substance in a non-vacuum is disclosed, for example, in Patent Document 3 as an electroluminescent surface light source element. This element is formed on a substrate 45 in the order of a lower electrode 42, a ferroelectric thin film 41, an upper electrode 43, a carrier multiplication layer 48, a light emitting layer 44, and a transparent electrode 46, as shown in FIG. The upper electrode has an opening 47. By reversing the applied voltage pulse between the lower electrode and the upper electrode, electrons are emitted from the upper electrode opening to the carrier multiplication layer, and further accelerated by the positive voltage applied to the transparent electrode, while multiplying the electrons. It reaches the light emitting layer and emits light. It is described that the carrier multiplication layer is made of a semiconductor having a relatively low dielectric constant and a band gap that does not absorb the emission wavelength emitted from the light emitting layer. This element can be considered as a kind of ELD. Further, Patent Document 4 discloses a configuration in which one of the insulators is made of a ferroelectric thin film in a configuration in which a light emitting layer made of a phosphor formed by sputtering is sandwiched between front and back insulating layers and a pulse electric field is applied. Has been.
JP 07-64490 A US Pat. No. 5,453,661 Japanese Patent Laid-Open No. 06-283269 Japanese Patent Laid-Open No. 08-083686 Edited by Shoichi Matsumoto, “Electronic Display”, Ohmsha, July 7, 1995, p. 113-125 Jun-ichi Asano et al., 'Field-Exited ElectronEmission from Ferroelectric Ceramic in Vacuum' Japanese Journal of Applied Physics Vol. 31Part1p.3098-3101, Sep / 1992

前記従来技術において、真空状態を必要とするものは構造が複雑でかつ大画面化が極めて困難であるといった問題がある。例えば、電界放出ディスプレイ(FED)は高い発光効率を期待できるものの、電子線を放出するための真空度の高い空間を維持ずる真空容器が必要である。このため、ディスプレイの構造が複雑となり、大画面構造の実現は困難であると考えられている。FEDについては未だに製品化されているものは存在しない。   In the prior art, those requiring a vacuum state have a problem that the structure is complicated and it is extremely difficult to enlarge the screen. For example, although a field emission display (FED) can be expected to have high luminous efficiency, a vacuum container that maintains a high-vacuum space for emitting electron beams is required. For this reason, the structure of the display is complicated, and it is considered difficult to realize a large screen structure. No FED has been commercialized yet.

また、真空容器を必要としないものにプラズマディスプレイがある。プラズマディスプレイは放電エネルギーを一旦紫外光エネルギーに変換し、この紫外光が蛍光体を励起することにより発光する。蛍光体を励起する過程において、この紫外光は蛍光体以外の部材による吸収が多く、このため、発光効率を高くすることが困難であり、大画面ディスプレイとしたときの消費電力が大きいという問題がある。   There is a plasma display that does not require a vacuum container. The plasma display temporarily converts discharge energy into ultraviolet light energy, and the ultraviolet light emits light by exciting the phosphor. In the process of exciting the phosphor, this ultraviolet light is often absorbed by members other than the phosphor, which makes it difficult to increase the light emission efficiency and consumes a large amount of power when a large screen display is used. is there.

また、同じく真空容器を必要としないディスプレイにはELがあるが、無機ELは発光効率やその色再現性などに問題があり、有機ELは、液晶ディスプレイなどの製造に用いる薄膜形成プロセスを用いるため、設備が大型になるという問題がある。さらに大画面化が困難であり、未だ製品化されたものは知られていない。   Similarly, there are ELs that do not require a vacuum vessel, but inorganic ELs have problems in light emission efficiency and color reproducibility, and organic ELs use a thin film formation process used for manufacturing liquid crystal displays and the like. There is a problem that the equipment becomes large. Further, it is difficult to increase the screen size, and no product has been commercialized yet.

本発明の発光素子は、異なる誘電率を有する少なくとも2種の電気的絶縁体層と、少なくとも2つの電極を含む発光素子であって、
前記電気的絶縁体層の1つは、多孔質発光体層であり、
前記電気的絶縁体層の別の1つは、気体層、強誘電体層又は比誘電率が100以上の誘電体層であり、
前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子又は絶縁層で被覆された蛍光体粒子で形成されており、
前記多孔質発光体層の上側及び/又は下側に前記絶縁体層の別の層が配置され、
前記2つの電極は、前記2種の電気的絶縁体層の少なくとも一方の層を挟むか、又は前記2種の電気的絶縁体層のうちいずれか一方の層に接するか若しくは層内に離れて配置され、
前記少なくとも2つの電極に直流又は交流電界を印加し、下記a〜cのいずれか一つの手段
a.前記少なくとも2つの電極間で前記気体層に絶縁破壊を起こさせる
b.前記強誘電体層又は比誘電率が100以上の誘電体層で分極反転させる
c.トンネル効果により電子放出体から電子を発生させ前記気体層を介して前記多孔質発光体層に衝突させる
により、一次電子(e−)を発生させ、前記一次電子(e−)は多孔質発光体層の蛍光体を含む蛍光体粒子に衝突し雪崩的に多数の二次電子(e−)を発生させ、同時に紫外線が発生させ、発生した前記二次電子及び紫外線が蛍光体を含む蛍光体粒子を励起発光させることを特徴とする。
The light emitting device of the present invention is a light emitting device including at least two kinds of electrical insulator layers having different dielectric constants and at least two electrodes ,
One of the electrical insulator layers is a porous light emitter layer;
Another one of the electrical insulator layers is a gas layer, a ferroelectric layer, or a dielectric layer having a relative dielectric constant of 100 or more,
The porous phosphor layer is formed of phosphor particles or phosphor particles coated with an insulating layer,
Another layer of the insulator layer is disposed above and / or below the porous light emitter layer;
The two electrodes sandwich at least one of the two types of electrical insulator layers, or are in contact with or separated from any one of the two types of electrical insulator layers. Arranged,
A DC or AC electric field is applied to the at least two electrodes, and any one of the following a to c
a. Causing a breakdown in the gas layer between the at least two electrodes;
b. Polarization is reversed by the ferroelectric layer or the dielectric layer having a relative dielectric constant of 100 or more.
c. Electrons are generated from the electron emitter by the tunnel effect and collide with the porous light emitter layer through the gas layer.
To generate primary electrons (e−), and the primary electrons (e−) collide with phosphor particles including the phosphor of the porous light emitting layer to generate a large number of secondary electrons (e−) in an avalanche manner. At the same time, ultraviolet rays are generated, and the generated secondary electrons and ultraviolet rays excite and emit phosphor particles containing the phosphor .

本発明の発光原理は、前記少なくとも2つの電極に直流又は交流電界を印加し、下記a〜cのいずれか一つの手段
a.前記少なくとも2つの電極間で前記気体層に絶縁破壊を起こさせる
b.前記強誘電体層又は比誘電率が100以上の誘電体層で分極反転させる
c.トンネル効果により電子放出体から電子を発生させ前記気体層を介して前記多孔質発光体層に衝突させる
により、一次電子(e−)を発生させ、前記一次電子(e−)は多孔質発光体層の蛍光体を含む蛍光体粒子に衝突し雪崩的に多数の二次電子(e−)を発生させ、同時に紫外線が発生させ、発生した前記二次電子及び紫外線が蛍光体を含む蛍光体粒子を励起発光させる。
なお、本明細書において、多孔質発光体層は、単に多孔質発光体ともいう。
According to the light emission principle of the present invention , a direct current or an alternating electric field is applied to the at least two electrodes, and any one of the following means a to c:
a. Causing a breakdown in the gas layer between the at least two electrodes;
b. Polarization is reversed by the ferroelectric layer or the dielectric layer having a relative dielectric constant of 100 or more.
c. Electrons are generated from the electron emitter by the tunnel effect and collide with the porous light emitter layer through the gas layer.
To generate primary electrons (e−), and the primary electrons (e−) collide with phosphor particles including the phosphor of the porous light emitting layer to generate a large number of secondary electrons (e−) in an avalanche manner. At the same time, ultraviolet rays are generated, and the generated secondary electrons and ultraviolet rays excite phosphor particles containing the phosphor.
In the present specification, the porous light emitter layer is also simply referred to as a porous light emitter.

本発明の発光素子は、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的少ない発光素子を提供することができる。   Since the light emitting device of the present invention emits light by creeping discharge in the porous light emitting layer, it does not use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and requires a vacuum system or a carrier multiplication layer. Therefore, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, it is possible to provide a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is used.

本発明の発光素子は、背面側から第一の電極と、誘電体層と、多孔質発光層と、第二の電極を少なくとも含み、前記多孔質発光層と電極の間に間隙を設けている。これにより、第一の電極と第二の電極の間に交流電界を印加すると、前記間隙で気体の絶縁破壊が起こり、一次電子の発生が促進される。この一次電子により、電極間の多孔質発光層で沿面放電が発生し、二次電子や紫外線が放出される。放出された二次電子や紫外線が多孔質発光層の発光中心を励起することにより発光する。   The light emitting device of the present invention includes at least a first electrode, a dielectric layer, a porous light emitting layer, and a second electrode from the back side, and a gap is provided between the porous light emitting layer and the electrode. . Thus, when an alternating electric field is applied between the first electrode and the second electrode, gas breakdown occurs in the gap, and generation of primary electrons is promoted. By these primary electrons, creeping discharge is generated in the porous light emitting layer between the electrodes, and secondary electrons and ultraviolet rays are emitted. The emitted secondary electrons and ultraviolet rays emit light by exciting the emission center of the porous light emitting layer.

前記間隙は任意のものとすることができるが、1μm以上300μm以下の範囲で設けることが好ましい。1μm未満では間隙の制御が困難となる傾向になり、300μmを超えると絶縁破壊を起こすのが困難となる傾向にある。一般的に大気中での空気の絶縁破壊は3kV/mmで、300V以上(100μmの間隙で)の電界を印加する必要がある。減圧すれば300V以下で絶縁破壊が起こるが、高電圧をかけるとセル構造の色々な箇所にダメージを生ずる。したがって、ダメージを生じない程度の電圧をかけるために前記間隔の範囲が好ましい。前記間隔は10μm以上100μm以下がより好ましい。   The gap can be arbitrarily set, but is preferably provided in the range of 1 μm to 300 μm. If it is less than 1 μm, it tends to be difficult to control the gap, and if it exceeds 300 μm, it tends to be difficult to cause dielectric breakdown. In general, dielectric breakdown of air in the atmosphere is 3 kV / mm, and it is necessary to apply an electric field of 300 V or more (with a gap of 100 μm). When the pressure is reduced, dielectric breakdown occurs at 300 V or lower, but when a high voltage is applied, damage is caused to various parts of the cell structure. Therefore, the range of the interval is preferable in order to apply a voltage that does not cause damage. The interval is more preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

本発明の発光素子は多孔質発光層での沿面放電による発光であり、多孔質発光層の形成には薄膜形成プロセス、真空系、キャリア増倍層等を必要としないので構造が簡単であり、製造が容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイを作製した際の消費電力が比較的小さいものとなる。さらに、本発明の発光素子は多孔質発光層間に放電分離手段を設けても良く、これにより、発光の際のクロストークを回避できる。ここでクロストークとは、ある画素と隣り合う画素同士の発光が互いに影響して発光効率を落とす現象をいう。   The light emitting device of the present invention emits light by creeping discharge in the porous light emitting layer, and the structure is simple because the formation of the porous light emitting layer does not require a thin film formation process, vacuum system, carrier multiplication layer, etc. Easy to manufacture. Further, the luminous efficiency is good, and the power consumption when a large display is manufactured is relatively small. Furthermore, the light emitting device of the present invention may be provided with a discharge separation means between the porous light emitting layers, thereby avoiding crosstalk during light emission. Here, crosstalk refers to a phenomenon in which the light emission between pixels adjacent to a certain pixel influences each other to lower the light emission efficiency.

本発明の放電分離手段は、特に隔壁及び/又は空間等を設けて構成することが好ましい。前記多孔質発光層を分離する隔壁は、厚さ80〜300μmの電気的絶縁体とするのが好ましい。   The discharge separation means of the present invention is particularly preferably configured by providing partition walls and / or spaces. The partition wall separating the porous light emitting layer is preferably an electrical insulator having a thickness of 80 to 300 μm.

隔壁にする場合は、無機材料で形成するのが好ましい。無機材料としては、ガラス、セラミック、誘電体等を使用することができる。誘電体としては、Y2O3,Li2O,MgO,CaO,BaO,SrO,Al2O3,SiO2,MgTiO3,CaTiO3,BaTiO3,SrTiO3,ZrO2,TiO2,B2O3,PbTiO3,PbZrO3,PbZrTiO3(PZT)等がある。 When the partition wall is used, it is preferably formed of an inorganic material. As the inorganic material, glass, ceramic, dielectric or the like can be used. Dielectric materials include Y 2 O 3 , Li 2 O, MgO, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgTiO 3 , CaTiO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , ZrO 2 , TiO 2 and B 2 O 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , PbZrTiO 3 (PZT), etc.

前記放電分離手段として空隙にする場合は、空隙距離を80〜300μmとするのが好ましい。   When the gap is used as the discharge separation means, the gap distance is preferably 80 to 300 μm.

前記多孔質発光層と第二の電極の間の間隙は、リブによって厚み方向に仕切っても良い。リブの壁面から、絶縁破壊による電子の発生が起こりやすいからである。リブの好ましい材質は、隔壁の材料と同じ材料から選択できる。リブ及び隔壁の表面はできるだけ平滑面であることが好ましい。平滑面であると、発生した電子がリブを伝ってホッピング(hopping)し易く、多孔質発光層の発光効率を上げることができる。   The gap between the porous light emitting layer and the second electrode may be partitioned in the thickness direction by ribs. This is because electrons are easily generated from the wall surfaces of the ribs due to dielectric breakdown. A preferable material of the rib can be selected from the same material as that of the partition wall. The surfaces of the ribs and partition walls are preferably as smooth as possible. When the surface is smooth, the generated electrons are easily hopped along the rib, and the luminous efficiency of the porous light emitting layer can be increased.

前記発光素子内の雰囲気は、大気、酸素、窒素及び希ガスから選ばれた少なくとも1つであることが好ましい。   The atmosphere in the light emitting element is preferably at least one selected from air, oxygen, nitrogen, and a rare gas.

前記発光素子の雰囲気は、減圧された前記気体から選ばれた少なくとも1つを含むことが好ましい。   The atmosphere of the light emitting element preferably includes at least one selected from the decompressed gas.

前記多孔質発光層は、少なくとも赤(R)、緑(G)又は青(B)を発光することが好ましい。   The porous light emitting layer preferably emits at least red (R), green (G) or blue (B).

前記多孔質発光層は、表面に絶縁層を有する蛍光体粒子で形成されていることが好ましい。   The porous light emitting layer is preferably formed of phosphor particles having an insulating layer on the surface.

前記多孔質発光層は、蛍光体粒子と絶縁性繊維で形成されていることが好ましい。   The porous light emitting layer is preferably formed of phosphor particles and insulating fibers.

前記多孔質発光層は、表面に絶縁層を有する蛍光体粒子と絶縁性繊維で形成されていることが好ましい。   The porous light emitting layer is preferably formed of phosphor particles having an insulating layer on the surface and insulating fibers.

前記多孔質発光層の見かけ気孔率は10%以上〜100%未満の範囲にあることが好ましい。多孔質発光層中(蛍光体粒子と空隙の集合体)で電子をホッピングさせるため、個々の蛍光体粒子間の空隙が電子の平均自由行程よりも短いことが必要であるが、前記範囲であれば、電子のホッピングは阻害されない。   The apparent porosity of the porous light emitting layer is preferably in the range of 10% to less than 100%. In order to hop electrons in the porous light emitting layer (aggregation of phosphor particles and voids), it is necessary that the voids between the individual phosphor particles be shorter than the mean free path of electrons. For example, electron hopping is not inhibited.

前記第一又は第二の電極がアドレス電極又は表示電極であることが好ましい。   The first or second electrode is preferably an address electrode or a display electrode.

前記第二電極は透明電極であり、観察面側に配置されていることが好ましい。   The second electrode is a transparent electrode, and is preferably disposed on the observation surface side.

本発明の発光素子は誘電体層と多孔質発光体層と一対の電極と、他の電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は無機蛍光体粒子を含み、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、かつ前記他の電極は前記他の電極と前記一対の電極の少なくとも一方との間において、前記多孔質発光体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置されている。すなわち、例えば3端子発光素子等の多端子発光素子である。上記のように構成することにより、一対の電極間に分極反転する電界を印加すると、まず誘電体層から分極反転により一次電子の放出が起こる。その後、他の電極と前記一対の電極の少なくとも一方の間に交番電界を印加することにより、放出された一次電子が多孔質発光体層で雪崩的に沿面放電し二次電子を発生させる。最後に多量に発生した二次電子が発光中心を励起して前記多孔質発光体層が発光する。   The light emitting device of the present invention is a light emitting device including a dielectric layer, a porous light emitting layer, a pair of electrodes, and another electrode, wherein the porous light emitting layer includes inorganic phosphor particles, and the pair of electrodes Is arranged such that an electric field is applied to at least a part of the dielectric layer, and the other electrode is disposed between the other electrode and at least one of the pair of electrodes. It arrange | positions so that an electric field may be applied to at least one part. That is, for example, a multi-terminal light-emitting element such as a three-terminal light-emitting element. With the configuration described above, when an electric field that reverses polarization is applied between a pair of electrodes, first, primary electrons are emitted from the dielectric layer by polarization inversion. Thereafter, by applying an alternating electric field between at least one of the other electrode and the pair of electrodes, the emitted primary electrons creep along the avalanche in the porous light-emitting layer to generate secondary electrons. Finally, a large amount of secondary electrons are generated to excite the emission center, and the porous luminous body layer emits light.

前記一対の電極は、誘電体層に配置されていてもよい。前記一対の電極のうち、一方は誘電体層と多孔質発光体層の境界に配置され、他方が誘電体層に配置されていてもよい。また、前記他の電極は多孔質発光体層に配置されていてもよい。また、前記一対の電極は、誘電体層と多孔質発光体層の境界を挟んで形成されていてもよい。また、前記一対の電極は、ともに誘電体層と多孔質発光体層の境界に形成されていてもよい。さらに、前記一対の電極のうち、一方の電極が誘電体層と多孔質発光体層の境界に形成され、他方の電極が誘電体層に形成されていてもよい。   The pair of electrodes may be disposed on a dielectric layer. One of the pair of electrodes may be disposed at a boundary between the dielectric layer and the porous light emitting layer, and the other may be disposed at the dielectric layer. The other electrode may be disposed on the porous light emitter layer. The pair of electrodes may be formed with a boundary between the dielectric layer and the porous light emitting layer interposed therebetween. The pair of electrodes may be formed at the boundary between the dielectric layer and the porous light emitter layer. Further, of the pair of electrodes, one electrode may be formed at the boundary between the dielectric layer and the porous light emitter layer, and the other electrode may be formed at the dielectric layer.

前記多孔質発光体層は、前記多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、前記細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子により構成されていてもよい。前記細孔に充填されている気体は、大気、酸素、窒素及び不活性ガスの少なくとも一種類及び減圧気体から選ばれる少なくとも一つの気体とすることができる。   The porous luminescent layer may be composed of continuous pores connected to the surface of the porous luminescent layer, a gas filled in the pores, and phosphor particles. The gas filled in the pores may be at least one gas selected from the atmosphere, oxygen, nitrogen, inert gas, and reduced pressure gas.

前記誘電体層は、誘電体の焼結体で構成されていてもよい。また、前記誘電体層は、誘電体粒子と結合剤により構成されていてもよい。また、前記誘電体層は、薄膜で形成されていてもよい。また、前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子と前記蛍光体粒子表面の絶縁層により構成されていてもよい。また、前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子と絶縁性繊維により構成されていてもよい。また、前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子と前記蛍光体粒子表面の絶縁層と絶縁性繊維により構成されていてもよい。   The dielectric layer may be composed of a dielectric sintered body. The dielectric layer may be composed of dielectric particles and a binder. The dielectric layer may be formed of a thin film. Moreover, the said porous light-emitting body layer may be comprised by the fluorescent substance particle and the insulating layer of the said fluorescent substance particle surface. The porous luminescent layer may be composed of phosphor particles and insulating fibers. The porous luminescent layer may be composed of phosphor particles, an insulating layer on the surface of the phosphor particles, and insulating fibers.

前記一対の電極への分極反転のための電界の印加により、誘電体層から一次電子が放出され、放出された一次電子が多孔質発光体層で雪崩的に沿面放電し二次電子を発生させて、前記沿面放電により発生した多量の二次電子が蛍光体粒子に衝突し前記多孔質発光体層が発光するのが好ましい。前記発光を大気、酸素、窒素及び不活性ガス雰囲気中及び減圧気体から選ばれる少なくとも一種類のガス雰囲気中で実施してもよい。また、前記一対の電極間に分極が反転する電界を印加した後、他の電極と前記一対の電極の少なくとも一方の電極との間に交番電界を印加するのも好ましい。   By applying an electric field for polarization reversal to the pair of electrodes, primary electrons are emitted from the dielectric layer, and the emitted primary electrons are creepingly discharged in the porous light emitting layer to generate secondary electrons. In addition, it is preferable that a large amount of secondary electrons generated by the creeping discharge collide with the phosphor particles and the porous luminescent layer emits light. The light emission may be performed in at least one gas atmosphere selected from air, oxygen, nitrogen, an inert gas atmosphere, and a reduced pressure gas. It is also preferable to apply an alternating electric field between the other electrode and at least one of the pair of electrodes after applying an electric field whose polarization is reversed between the pair of electrodes.

本発明の発光素子は多孔質発光体を含む発光素子であって、絶縁性蛍光体粒子を含む多孔質発光体からなり、前記多孔質発光体に所定以上の電界を印加して電荷移動させるように構成されている。   The light-emitting device of the present invention is a light-emitting device including a porous light-emitting body, and is composed of a porous light-emitting body including insulating phosphor particles. It is configured.

また、本発明の発光素子は電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子であって、多孔質発光体は無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体は電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、一対の電極は前記多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置して構成されている。   The light emitting device of the present invention is a light emitting device including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes, the porous light emitter includes inorganic phosphor particles, and the porous light emitter is formed of an electron emitter. The pair of electrodes are disposed adjacent to the electron emitter so as to be irradiated with the generated electrons, and the pair of electrodes are arranged so that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitter.

上記のようにすれば、電子放出体による電子の放出を行わせ、前記一対の電極間に交番電界を印加することにより、放出された電子が多孔質発光体層で雪崩的に沿面放電を発生させる。その結果、放出された電子により発光中心を励起して前記多孔質発光体を発光させる。なお、前記の交番電界の代わりに直流電界でも差し支えない。   According to the above, electrons are emitted by the electron emitter, and an alternating electric field is applied between the pair of electrodes, so that the emitted electrons generate creeping discharge in the avalanche layer in the porous luminous body layer. Let As a result, the luminescent center is excited by the emitted electrons to cause the porous luminescent material to emit light. A DC electric field may be used instead of the alternating electric field.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1乃至図6を参照しながら説明する。この例は、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備している。特に複数個のうちの一部の多孔質発光層が誘電体層を共有してなり、放電分離手段が隔壁で形成された発光素子である。
(Embodiment 1)
This will be described with reference to FIGS. In this example, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the other surface of the porous light emitting layer on which the dielectric layer and the first electrode are not formed A plurality of the porous light emitting layers in which the second electrode is disposed, and a discharge separation means is provided between the plurality of porous light emitting layers. In particular, this is a light emitting device in which a part of the plurality of porous light emitting layers share a dielectric layer, and the discharge separating means is formed of barrier ribs.

図1は本実施の形態における発光素子の断面図であり、図2乃至図6は本実施の形態における発光素子の製造工程を説明するための図である。これらの図において、1は発光素子、2は多孔質発光層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6は第一の電極(背面電極),7は第二の電極(観察面電極)、8は透光性基板、9は間隙(気体層)、10は誘電体層及び11は隔壁である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a light-emitting element in this embodiment mode, and FIGS. 2 to 6 are views for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in this embodiment mode. In these drawings, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitting layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 5 is a substrate, 6 is a first electrode (back electrode), 7 is a second electrode ( (Observation surface electrode), 8 is a translucent substrate, 9 is a gap (gas layer), 10 is a dielectric layer, and 11 is a partition.

図2に示すように、厚みが0.3〜1.0mmの誘電体10の焼結体の片面にAgペーストを30μmの厚さに焼き付けて、第一の電極6を所定の形状に形成する。次に、図3に示すようにガラス又はセラミック製の基板5上に図2で示した電極が形成された誘電体層を接着させた。   As shown in FIG. 2, Ag paste is baked to a thickness of 30 μm on one side of a sintered body of a dielectric 10 having a thickness of 0.3 to 1.0 mm to form the first electrode 6 in a predetermined shape. . Next, as shown in FIG. 3, the dielectric layer on which the electrode shown in FIG. 2 was formed was adhered on the substrate 5 made of glass or ceramic.

本実施の形態では誘電体としてBaTiO3を用いたが、SrTiO3,CaTiO3,MgTiO3,PZT(PbZrTiO3),PbTiO3などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。またAl2O3,MgO,ZrO2などの誘電体を用いても同様の効果が得られるが比誘電率が大きい前記誘電体に比べ発光度が弱くなった。これは誘電体層の厚みを薄くすることで改善できる。 In the present embodiment was used BaTiO 3 as a dielectric, SrTiO 3, CaTiO 3, MgTiO 3, PZT (PbZrTiO 3), the same effect can be obtained by using a dielectric such as PbTiO 3. The same effect can be obtained by using a dielectric such as Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , but the luminous intensity is weaker than that of the dielectric having a large relative dielectric constant. This can be improved by reducing the thickness of the dielectric layer.

また、誘電体層にはスパッタ、CVD、蒸着等の分子堆積法又はゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで誘電体層を形成することもできる。誘電体層として焼結体を用いる場合には、これを基板5と兼用することができる。誘電体層の厚みは焼結体を使用した場合や,厚膜プロセスで形成した場合で極端に変わる。しかし実際には容量成分が必要であり誘電率との関係で調整する。   Further, the dielectric layer can be formed by a molecular deposition method such as sputtering, CVD, or vapor deposition, or a thin film forming process such as sol / gel. When a sintered body is used as the dielectric layer, this can also be used as the substrate 5. The thickness of the dielectric layer varies extremely when a sintered body is used or when it is formed by a thick film process. However, in actuality, a capacitance component is necessary, and adjustment is made in relation to the dielectric constant.

次に、誘電体層10の上に図4に示すように、所定の形状に複数個の多孔質発光層2をスクリーン印刷で形成する。   Next, as shown in FIG. 4, a plurality of porous light emitting layers 2 are formed in a predetermined shape on the dielectric layer 10 by screen printing.

多孔質発光層2は、図6に示すように、MgO等の金属酸化物からなる絶縁層4で表面を被覆した蛍光体粒子3を下記の要領で準備する。   As shown in FIG. 6, the porous light emitting layer 2 is prepared by preparing phosphor particles 3 whose surface is covered with an insulating layer 4 made of a metal oxide such as MgO in the following manner.

蛍光体粒子3として、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl10O17:Eu2+(青),Zn2SiO4:Mn2+(緑),YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物を用いることが可能である。その表面にMgOからなる絶縁層4を形成する方法はいずれの蛍光体粒子についても共通であり、具体的にはMgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子3を加えて長時間にわたって攪拌してから蛍光体粒子を取り出して乾燥後、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、MgOの均一なコーティング層、すなわち絶縁層4を蛍光体粒子3の表面に形成させた。 As phosphor particles 3, inorganic particles such as BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) with an average particle diameter of 2 to 3 μm It is possible to use compounds. The method of forming the insulating layer 4 made of MgO on the surface is the same for all phosphor particles. Specifically, the phosphor particles 3 are added to the Mg precursor complex solution and stirred for a long time, and then the phosphors are used. The particles were taken out and dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the atmosphere, whereby a uniform coating layer of MgO, that is, the insulating layer 4 was formed on the surface of the phosphor particles 3.

本実施の形態においては上記の絶縁層4を有する蛍光体粒子50質量%に対してテルピネオール(α−テルピネオール)45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製し、これを用いて図4に示すように、所定の形状にスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行うことにより、印刷された多孔質発光層の厚さが80〜100μmになるように調整した。   In the present embodiment, a paste prepared by kneading 45% by mass of terpineol (α-terpineol) and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the phosphor particles having the insulating layer 4 is prepared for each phosphor. Using this, as shown in FIG. 4, the thickness of the printed porous light-emitting layer becomes 80 to 100 μm by repeatedly performing the operation of screen printing in a predetermined shape and then drying a plurality of times. It was adjusted.

なお、多孔質発光層から発光については図4に示すように、赤(R)、緑(G)及び青(B)の発光が得られるように、それぞれの発光色毎に多孔質発光層を順々に所定のパターン(例えば、ストライプ状)にそれぞれ印刷して、規則的に並べた多孔質発光層を形成する方法が一般的であるが、白色発光の得られる発光層を形成し、のちにカラーフィルターで色の分離を行うことにより所望の発光色が得られるようにしても差し支えない。   Regarding the light emission from the porous light emitting layer, as shown in FIG. 4, a porous light emitting layer is provided for each emission color so that red (R), green (G) and blue (B) light emission can be obtained. A general method is to sequentially print a predetermined pattern (for example, a stripe shape) to form a regularly arranged porous light emitting layer. However, after forming a light emitting layer capable of obtaining white light emission, In addition, a desired emission color may be obtained by performing color separation with a color filter.

上記のようにして、多孔質発光層を印刷した基板5を最終的にN2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間にわたって熱処理することにより、約50〜80μmの厚さの多孔質発光層2の集合体を形成した。 As described above, the substrate 5 on which the porous light-emitting layer is printed is finally heat-treated at 400 to 600 ° C. for 2 to 5 hours in an N 2 atmosphere, whereby a porous film having a thickness of about 50 to 80 μm is obtained. An aggregate of the light emitting layer 2 was formed.

また、前記ペーストは蛍光体粒子に有機バンダーや有機溶剤を加えて実施したが、蛍光体粒子にコロイダルシリカ水溶液を加えたペーストを用いても同様の効果が得られた。   Moreover, although the said paste was implemented by adding an organic bander or an organic solvent to the phosphor particles, the same effect was obtained even when a paste obtained by adding an aqueous colloidal silica solution to the phosphor particles was used.

図6は本実施の形態における多孔質発光層2の断面を拡大した模式図であり、MgOからなる絶縁層4で均一に被覆された蛍光体粒子3が熱処理を施された結果、それぞれの粒子が互いに接触した状態で多孔質発光層を形成しているようすを示している。   FIG. 6 is a schematic diagram in which the cross section of the porous light emitting layer 2 in the present embodiment is enlarged. As a result of the heat treatment of the phosphor particles 3 uniformly coated with the insulating layer 4 made of MgO, each particle is shown in FIG. Are shown to form a porous light emitting layer in contact with each other.

本実施の形態においては熱処理温度が比較的低く設定されているため、多孔質発光層の気孔率は大きくなり、その見かけ気孔率は10%以上〜100%未満の範囲である。気孔率が非常に大きくなり100%のスカスカの状態になると発光効率が低下することや多孔質発光層の内部で空気放電を発生させる原因になり好ましくない。逆に、気孔率が10%未満になると沿面放電の発生を阻害する。沿面放電は気体(この場合空隙)と絶縁体固体(蛍光体粒子)の界面で発生する。見かけ気孔率が小さくなると空隙が存在しなくなり沿面放電が発生しにくくなる。逆に、見かけ気孔率が大きくなると前記したように電子の平均自由行程よりも大きくなるので沿面放電が発生しにくくなる。因みに、見かけ気孔率が10%以上〜100%未満の範囲では蛍光体粒子が三次元的に隣り合うように点接触している状態に近いものと推定される。
In this embodiment, since the heat treatment temperature is set to be relatively low, the porosity of the porous light emitting layer is increased, and the apparent porosity is in the range of 10% to less than 100%. If the porosity is very large and the state becomes 100%, it is not preferable because the luminous efficiency is lowered and air discharge is generated inside the porous light emitting layer. Conversely, when the porosity is less than 10%, the occurrence of creeping discharge is hindered. Yan surface discharge is generated at the interface of the gas (in this case the gap) and the insulator solid (phosphor particles). Apparent porosity becomes smaller when creeping discharge no longer exist voids may turn hard to occur. Conversely, that a creeping discharge is less likely to occur since the apparent porosity is greater than the mean free path of electrons as described above to be larger. Incidentally, it is presumed that when the apparent porosity is in the range of 10% to less than 100%, the phosphor particles are close to a point contact state so as to be adjacent three-dimensionally.

次に、多孔質発光層2からなる集合体において、多孔質発光層の境界にガラスペーストをスクリーン印刷して乾燥させる操作を複数回繰り返して、しかるのちに600℃で熱処理すると図5に示すように約80〜300μmの隔壁11が形成される。本実施の形態では隔壁11は多孔質発光層を形成してからのちに行ったが、先に隔壁を形成しても差し支えない。また、隔壁11はセラミック粒子を含有するガラスペーストや樹脂を用いて形成することも可能である。具体的には、前者ではセラミックとガラス(重量比で1:1)の混合粒子50質量%に対してα−テルピネオール50質量%を加えて混練したペーストを所定のパターンにスクリーン印刷してから乾燥することを繰り返し、印刷された厚さが約100〜350μmになるように調整し、N2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間にわたって熱処理することにより、約80〜300μmの厚さの隔壁11を形成することができる。後者においては熱硬化性樹脂を用いて隔壁を形成するものであり、主たるものとしてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂の使用が可能であり、これらのうちの1つを多孔質発光層の空隙にスクリーン印刷することにより行うことができる。 Next, in the assembly composed of the porous light emitting layer 2, the operation of screen printing and drying the glass paste on the boundary of the porous light emitting layer is repeated a plurality of times, and then heat-treated at 600 ° C., as shown in FIG. A partition wall 11 having a thickness of about 80 to 300 μm is formed. In this embodiment, the partition wall 11 is formed after the porous light emitting layer is formed. However, the partition wall may be formed first. Moreover, the partition 11 can also be formed using the glass paste and resin containing a ceramic particle. Specifically, in the former, paste obtained by adding 50% by mass of α-terpineol to 50% by mass of mixed particles of ceramic and glass (1: 1 by weight) is screen-printed in a predetermined pattern and then dried. Is repeated, and the printed thickness is adjusted to about 100 to 350 μm, and heat treatment is performed at 400 to 600 ° C. for 2 to 5 hours in an N 2 atmosphere to obtain a thickness of about 80 to 300 μm. The partition wall 11 can be formed. In the latter, a partition is formed using a thermosetting resin, and an epoxy resin, a phenol resin, or a cyanate resin can be mainly used, and one of these is used as a void in the porous light emitting layer. This can be done by screen printing.

上記のようにして、隔壁11を形成してからITO(インジウムー錫酸化物合金)からなる第二の電極7が多孔質発光層に対向して位置するようにあらかじめ形成されたガラス板等の透光性基板8で多孔質発光層の集合体の全体を覆うと、図1に示すような本実施の形態における発光素子1が得られる。その際、多孔質発光層2と第二の電極7の間にはわずかな間隙が生じるようにコロイダルシリカ、水ガラス又は樹脂等を用いて透光性基板8を隔壁11の上に貼付する。多孔質発光層2と第二の電極7の間隙9の垂直方向の幅は30〜250μmの範囲が好適であり、特に40〜220μmの範囲が好ましい。上記の範囲を超えると、気体の絶縁破壊による一次電子の発生に高電圧を印加する必要があり、経済性や信頼性の理由から好ましくない。また、上記の範囲より間隔は狭くても差し支えないが、多孔質発光層を均一に満遍なく発光させるためには、多孔質発光層が第二の電極と接触しない程度の間隔が望ましい。   As described above, after the partition wall 11 is formed, a transparent electrode such as a glass plate formed in advance so that the second electrode 7 made of ITO (indium-tin oxide alloy) is positioned to face the porous light emitting layer. When the entire assembly of the porous light emitting layers is covered with the optical substrate 8, the light emitting element 1 in the present embodiment as shown in FIG. 1 is obtained. At that time, the translucent substrate 8 is stuck on the partition wall 11 using colloidal silica, water glass, resin, or the like so that a slight gap is generated between the porous light emitting layer 2 and the second electrode 7. The vertical width of the gap 9 between the porous light emitting layer 2 and the second electrode 7 is preferably in the range of 30 to 250 μm, particularly preferably in the range of 40 to 220 μm. If the above range is exceeded, it is necessary to apply a high voltage to the generation of primary electrons due to the dielectric breakdown of the gas, which is not preferable for reasons of economy and reliability. In addition, the interval may be narrower than the above range, but in order to cause the porous light emitting layer to emit light uniformly and evenly, an interval that does not allow the porous light emitting layer to contact the second electrode is desirable.

なお、第二の電極としてITOからなる透光性基板8の代替として、銅の配線が施された透光性基板を使用することも可能である。銅の配線は微細なメッシュ状に形成されていて、開口率(配線が施されていない部分の全体に対する割合)は90%であり、光の透過はITO膜を有する透光性基板に比較してほとんど遜色がない。また、銅はITOに比較して、かなり低抵抗であることから発光効率の向上に大きく寄与するので好都合である。なお、微細なメッシュ状の配線を施す金属としては銅以外に金、銀、白金やアルミニウムを使用することも可能である。ただし、銅やアルミニウムの場合には酸化の可能性が有るので耐酸化の処理が必要である。   In addition, it is also possible to use the translucent board | substrate with which the copper wiring was given as an alternative of the translucent board | substrate 8 which consists of ITO as a 2nd electrode. The copper wiring is formed in a fine mesh shape, and the aperture ratio (ratio to the whole portion where the wiring is not applied) is 90%, and the light transmission is compared with a translucent substrate having an ITO film. There is almost no inferiority. Also, copper is advantageous because it has a considerably lower resistance than ITO and thus greatly contributes to improvement in luminous efficiency. In addition, it is also possible to use gold, silver, platinum, or aluminum other than copper as a metal for providing fine mesh wiring. However, in the case of copper or aluminum, there is a possibility of oxidation, so that an oxidation resistance treatment is necessary.

上述のようにして、本実施の形態では多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子であって、特に前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段として隔壁が形成され、複数個のうちの一部の多孔質発光層が誘電体層を共有するように前記誘電体層が前記複数個のうちの一部の多孔質発光層に形成されてなる発光素子を作製することができる。   As described above, in this embodiment, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are A light emitting device comprising an assembly of a plurality of the porous light emitting layers in which a second electrode is disposed on the other surface not formed, and comprising a discharge separating means between the plurality of porous light emitting layers. In particular, a partition is formed as a discharge separation means between the plurality of porous light emitting layers, and the plurality of dielectric layers are arranged such that some of the plurality of porous light emitting layers share the dielectric layer. A light-emitting element formed on some of the porous light-emitting layers can be manufactured.

本実施の形態においては蛍光体粒子3の表面をMgOからなる絶縁層4で被覆した。これにより、MgOは抵抗率が高く(109Ω・cm以上)、沿面放電を効率よく発生させることができる。絶縁層の抵抗率が低い場合には沿面放電が発生し難く、ときには短絡する恐れがあるため好ましくない。このような理由から抵抗率が高い絶縁性金属酸化物で被覆することが望ましい。もちろん使用する蛍光体粒子自体の抵抗率が高い場合には絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生する。絶縁層としては、上記のMgO以外に、Y2O3,Li2O,CaO,BaO,SrO,Al2O3,SiO2,ZrO2から選択された少なくとも1つを用いることができる。これらの酸化物の標準生成自由エネルギーΔGf0は非常に小さく(例えば、室温で-100kcal/mol以下)、安定な物質である。また、これらの絶縁層は抵抗率が高く放電が発生し易く、還元され難い物質であるため、放電に際して蛍光体粒子の還元、さらには紫外線劣化を抑制する保護膜としても優れていて、その結果蛍光体の耐久性も高くなり好都合である。 In the present embodiment, the surface of the phosphor particles 3 is covered with the insulating layer 4 made of MgO. As a result, MgO has a high resistivity (10 9 Ω · cm or more) and can efficiently generate creeping discharge. When the resistivity of the insulating layer is low, creeping discharge is difficult to occur, and sometimes a short circuit may occur, which is not preferable. For these reasons, it is desirable to coat with an insulating metal oxide having a high resistivity. Of course, when the resistivity of the phosphor particles to be used is high, creeping discharge is easily generated without coating with an insulating metal oxide. As the insulating layer, in addition to the above MgO, at least one selected from Y 2 O 3 , Li 2 O, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 can be used. The standard free energy of formation ΔG f0 of these oxides is very small (for example, -100 kcal / mol or less at room temperature) and is a stable substance. In addition, these insulating layers have high resistivity, are easily discharged, and are difficult to reduce. Therefore, they are excellent as protective films for reducing phosphor particles and further preventing UV degradation during discharge. This is advantageous because the durability of the phosphor is increased.

また、絶縁層の形成には上記のゾル・ゲル法以外に化学吸着法や、CVD法、スパッタ法、蒸着法、レーザ法、剪断応力法などを用いる物理吸着法によって行うことも可能である。絶縁層は均質、均一であって剥離しないことが望ましく、絶縁層を形成する際には蛍光体の粒子を酢酸、シュウ酸、クエン酸などの弱酸溶液に浸漬し、表面に付着している不純物を洗浄することが肝要である。   In addition to the sol / gel method, the insulating layer can be formed by a physical adsorption method using a chemical adsorption method, a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a laser method, a shear stress method, or the like. It is desirable that the insulating layer is homogeneous and uniform and does not peel off. When forming the insulating layer, the phosphor particles are immersed in a weak acid solution such as acetic acid, oxalic acid or citric acid, and impurities adhering to the surface. It is important to wash

さらに、絶縁層を形成する前に蛍光体の粒子を窒素雰囲気中で200〜500℃、1〜5時間程度前処理することが望ましい。通常の蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでおり、このような状態で絶縁層を形成すると輝度低下や発光スペクトルのシフト等の寿命特性に好ましくない影響を及ぼすことになるからである。蛍光体の粒子を弱酸性溶液で洗浄する場合にはその後によく水洗してから上記の前処理を行う。   Furthermore, it is desirable to pre-process phosphor particles in a nitrogen atmosphere at 200 to 500 ° C. for about 1 to 5 hours before forming the insulating layer. Ordinary phosphor particles contain a large amount of adsorbed water and crystal water, and if an insulating layer is formed in such a state, it will adversely affect the life characteristics such as luminance reduction and emission spectrum shift. is there. When the phosphor particles are washed with a weakly acidic solution, the above pretreatment is performed after thoroughly washing with water.

また、多孔質発光層を形成する熱処理工程で留意すべきことは、熱処理温度と雰囲気である。本実施の形態では窒素雰囲気中で450〜1200℃の温度範囲で熱処理を施したために、蛍光体にドープされた希土類原子の価数に変化がなかった。しかし、この温度範囲より高温で処理するときには希土類原子の価数が変化することや絶縁層と蛍光体からなる固溶体が発生する可能性があり注意が必要である。   Moreover, what should be noted in the heat treatment step for forming the porous light emitting layer is the heat treatment temperature and atmosphere. In this embodiment, since the heat treatment was performed in a temperature range of 450 to 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere, there was no change in the valence of rare earth atoms doped in the phosphor. However, when processing at a temperature higher than this temperature range, care must be taken because the valence of rare earth atoms may change and a solid solution composed of an insulating layer and a phosphor may be generated.

また、熱処理温度の上昇と共に多孔質発光層の見かけ気孔率が小さくなることにも注意が必要であり、これらのことから判断すると最適の熱処理温度としては450〜1200℃の範囲が好ましい。熱処理雰囲気については、上述のように蛍光体粒子にドープされている希土類原子の価数に影響を及ぼさないようにするために窒素雰囲気が好ましい。   In addition, it is necessary to pay attention to the fact that the apparent porosity of the porous light emitting layer decreases as the heat treatment temperature rises. Judging from these facts, the optimum heat treatment temperature is preferably in the range of 450 to 1200 ° C. As for the heat treatment atmosphere, a nitrogen atmosphere is preferable so as not to affect the valence of the rare earth atoms doped in the phosphor particles as described above.

絶縁層の厚さは本実施の形態では0.1〜2.0μm程度としたが、蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電を効率よく発生させることを考慮して決定される。また、蛍光体の平均粒径がサブミクロンオーダーになると、比較的薄く被覆する方がよい。絶縁層が厚くなると発光スペクトルのシフト、輝度低下等が発生するため好ましくない。逆に、絶縁層が薄くなると沿面放電がやや発生し難くなることが推定される。従って、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者1に対して後者が1/10〜1/500の範囲にあることが望ましい。   In this embodiment, the thickness of the insulating layer is about 0.1 to 2.0 μm, but is determined in consideration of the average particle diameter of the phosphor particles and the efficient generation of creeping discharge. Further, when the average particle diameter of the phosphor is on the order of submicron, it is better to coat relatively thinly. A thick insulating layer is not preferable because it causes a shift in emission spectrum, a decrease in luminance, and the like. Conversely, it is presumed that creeping discharge is slightly less likely to occur when the insulating layer becomes thinner. Therefore, the relationship between the average particle diameter of the phosphor particles and the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 1/10 to 1/500 of the latter with respect to the former.

次に、この発光素子1の発光作用について図1及び図17を参照しながら説明する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIGS.

図1に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電極間6,7に誘電体層10、多孔質発光層2、間隙(気体層)9が厚さ方向に直列状に存在する。従って印加された電界は、それぞれの容量の逆数に比例し間隙9に集中する。従って間隙9で気体の絶縁破壊が起こり、図17に示す一次電子
(e-)24が発生する。一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。
As shown in FIG. 1, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. Between the electrodes 6 and 7, a dielectric layer 10, a porous light emitting layer 2, and a gap (gas layer) 9 exist in series in the thickness direction. Therefore, the applied electric field is concentrated in the gap 9 in proportion to the reciprocal of each capacitance. Accordingly, gas breakdown occurs in the gap 9 and primary electrons (e−) 24 shown in FIG. 17 are generated. The primary electrons (e−) collide with the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2 to generate creeping discharge, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで一次電子や二次電子さらに紫外線の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   In addition, by changing the waveform of the AC electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of primary electrons, secondary electrons, and ultraviolet rays is extremely intense. Thus, the light emission luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さ方向に、約0.72〜1.5kV/mmの電界(周波数:1kHz)を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.5〜1.0kV/mmの交番電界(周波数:1kHz)を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field (frequency: 1 kHz) of about 0.72 to 1.5 kV / mm is applied in the thickness direction of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0. By applying an alternating electric field (frequency: 1 kHz) of 5 to 1.0 kV / mm, creeping discharge was continuously performed, and the light emission of the phosphor particles 3 was continued. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

本実施の形態の発光素子によれば、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。本実施の形態においては多孔質発光層の境界に放電分離手段として隔壁を設置することにより、比較的簡便な方法で発光の際のクロストークを回避することができる。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge in the porous light emitting layer, there is no need to use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and a vacuum system or carrier multiplication is performed. Since no layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is provided can be provided. In the present embodiment, by providing a partition as a discharge separation means at the boundary of the porous light emitting layer, crosstalk at the time of light emission can be avoided by a relatively simple method.

(実施の形態2)
図7を参照しながら説明する。この例は、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなり、特に放電分離手段が隔壁である発光素子である。図7は本実施の形態における発光素子の断面図であり、1は発光素子、2は多孔質発光層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6は第一の電極(背面電極)、7は第二の電極(観察面側電極)、8は透光性基板、9は間隙(気体層)、10は誘電体層及び11は隔壁である。
(Embodiment 2)
This will be described with reference to FIG. In this example, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the other surface of the porous light emitting layer on which the dielectric layer and the first electrode are not formed A plurality of porous light emitting layers each having a second electrode disposed thereon, and a discharge separating means is provided between the plurality of porous light emitting layers, and the discharge separating means is in particular a partition. It is an element. FIG. 7 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. 1 is a light-emitting element, 2 is a porous light-emitting layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 5 is a substrate, and 6 is a first electrode ( Back electrode), 7 is a second electrode (observation surface side electrode), 8 is a translucent substrate, 9 is a gap (gas layer), 10 is a dielectric layer, and 11 is a partition.

前記実施の形態1においては図1に示すように、多孔質発光層の下に形成されている誘電体層10と第一の電極6は複数個の多孔質発光層によって共有されているが、誘電体層と第一の電極は複数個の多孔質発光層にそれぞれ個別に形成することも可能である。本実施の形態おける発光素子はそのように構成され、その断面の構造を図7に示す。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the dielectric layer 10 and the first electrode 6 formed under the porous light emitting layer are shared by the plurality of porous light emitting layers. The dielectric layer and the first electrode can be individually formed on a plurality of porous light emitting layers. The light-emitting element in this embodiment is configured as described above, and its cross-sectional structure is shown in FIG.

本実施の形態における発光素子は実施の形態1と同様の製造方法により作製することができる。実際には、多孔質発光層が所定のパターン状に形成されて配置される箇所に合わせて、まずAgペーストを焼き付けて第一の電極6を形成し、その上に厚膜プロセスなどにより誘電体層を形成してから、多孔質発光層をスクリーン印刷により形成すればよい。しかるのちに、実施の形態1と同様に隔壁を形成してから最終的に第二の電極を有する透光性の基板8を配置すれば、図7に示すような本実施の形態の発光素子が作製できる。   The light-emitting element in this embodiment can be manufactured by a manufacturing method similar to that in Embodiment 1. Actually, Ag paste is first baked to form the first electrode 6 in accordance with the location where the porous light emitting layer is formed and arranged in a predetermined pattern, and a dielectric is formed thereon by a thick film process or the like. After forming the layer, the porous light-emitting layer may be formed by screen printing. After that, if the light-transmitting substrate 8 having the second electrode is finally formed after the partition walls are formed as in the first embodiment, the light-emitting element of the present embodiment as shown in FIG. Can be made.

次に、この発光素子1の発光作用について図7を参照しながら説明する。図7に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。交流電界の印加により、間隙9で気体の絶縁破壊が起こり、それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. Application of an alternating electric field causes a dielectric breakdown of the gas in the gap 9, and as a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子や紫外線の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧の上昇にとともに発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons and ultraviolet rays due to creeping discharge becomes extremely intense, resulting in light emission. Brightness is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field is increased. The frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance was improved as the burst wave voltage increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さに対して、約0.72〜1.5kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field of about 0.72 to 1.5 kV / mm is applied to the thickness of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0.5 to 1. By applying an alternating electric field of 0 kV / mm, creeping discharge was continuously performed, and the light emission of the phosphor particles 3 was continued. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

本実施の形態の発光素子によれば、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。本実施の形態においては多孔質発光層の境界に放電分離手段として隔壁を設置することにより、比較的簡便な方法で発光の際のクロストークを回避することができる。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge in the porous light emitting layer, there is no need to use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and a vacuum system or carrier multiplication is performed. Since no layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is provided can be provided. In the present embodiment, by providing a partition as a discharge separation means at the boundary of the porous light emitting layer, crosstalk at the time of light emission can be avoided by a relatively simple method.

(実施の形態3)
図8を参照しながら、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなり、放電分離手段が導電性を有する隔壁である発光素子について説明する。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 8, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are not formed. It comprises an assembly of a plurality of the porous light emitting layers on which the second electrode is disposed on the other surface, and comprises a discharge separating means between the plurality of porous light emitting layers, and the discharge separating means is conductive. A light-emitting element that is a partition wall having the following structure will be described.

図8は本実施の形態における発光素子の断面図であり、図において1は発光素子、2は多孔質発光層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6は第一の電極(背面電極)、7は第二の電極(観察面側電極)、8は透光性基板、9は間隙(気体層)、10は誘電体層及び11は隔壁である。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. In the figure, 1 is the light-emitting element, 2 is the porous light-emitting layer, 3 is the phosphor particle, 4 is the insulating layer, 5 is the substrate, and 6 is the first An electrode (back electrode), 7 is a second electrode (observation surface side electrode), 8 is a translucent substrate, 9 is a gap (gas layer), 10 is a dielectric layer, and 11 is a partition.

上述のように、本実施の形態では放電分離手段として静電遮蔽や沿面放電の伸長に効果的な導電性の隔壁11を用いるものである。このような導電性の隔壁は各種の金属の析出物や堆積物により形成することが可能である。その一例として、無電解ニッケルめっきを用いて形成する方法について説明する。   As described above, in the present embodiment, the conductive partition 11 effective for the extension of electrostatic shielding and creeping discharge is used as the discharge separation means. Such a conductive partition wall can be formed of various metal deposits and deposits. As an example, a method of forming using electroless nickel plating will be described.

具体的な発光素子の製造方法は以下のようにして行う。まず、セラミック製の基板5の表面において隔壁を形成する箇所を除いて、それ以外の箇所にレジスト膜をスクリーン印刷により形成する。しかるのちに、基板5を塩化錫と塩化パラジウムからなる溶液に浸漬する。このような処理はキャタライジング/センシタイジング処理といわれ、前後処理を含めて市販の処理剤で容易に行うことが可能である。   A specific method for manufacturing a light-emitting element is performed as follows. First, a resist film is formed by screen printing at other locations except for the portions where the partition walls are formed on the surface of the ceramic substrate 5. Thereafter, the substrate 5 is immersed in a solution composed of tin chloride and palladium chloride. Such a process is called a catalyzing / sensitizing process, and can be easily performed with a commercially available processing agent including a pre-treatment and a post-treatment.

処理後にレジスト膜を剥離すると、隔壁を形成する箇所にのみパラジウムの微粒子が付着する。このようにして処理されたセラミック製の基板5を硫酸ニッケルと次亜燐酸ナトリウムを主成分とする溶液(pH4〜6)に浸漬し、90℃程度の温度で80〜300μmの厚さに金属ニッケルを析出させることにより、基板5の表面に所定の形状の隔壁11を形成することができる。上述のようにして、導電性の隔壁11を形成したセラミック製の基板5が得られる。   When the resist film is peeled off after the treatment, the palladium fine particles adhere only to the portions where the partition walls are formed. The ceramic substrate 5 thus treated is immersed in a solution (pH 4 to 6) containing nickel sulfate and sodium hypophosphite as main components, and the nickel metal is formed to a thickness of 80 to 300 μm at a temperature of about 90 ° C. By depositing, the partition wall 11 having a predetermined shape can be formed on the surface of the substrate 5. As described above, the ceramic substrate 5 on which the conductive partition 11 is formed is obtained.

しかるのちに、上記の基板5にAgペーストを焼き付けることにより第一の電極6を形成する。その際、第一の電極6が導電性隔壁11に接触しないようにわずかに間隙を設けて形成する。第一の電極6を形成してから、厚膜プロセスなどにより誘電体層10を第一の電極6の上に形成する。次に、表面が絶縁層4で均一に被覆された蛍光体粒子3を含有するペーストをスクリーン印刷し、焼成して多孔質発光体層2を所定のパターン状に形成する。最終的に第二の電極7としてのITO皮膜を表面に有するガラス製の透光性基板8で多孔質発光層の集合体の全体を覆うと図8に示すような発光素子1が得られる。なお、その際ITOからなる第二の電極と導電性の隔壁が接触しないようにわずかに間隙が設け、発光素子の駆動に際して電圧の印加の妨げにならないようにする。   Thereafter, the first electrode 6 is formed by baking the Ag paste on the substrate 5. At this time, the first electrode 6 is formed with a slight gap so as not to contact the conductive partition 11. After the first electrode 6 is formed, the dielectric layer 10 is formed on the first electrode 6 by a thick film process or the like. Next, a paste containing phosphor particles 3 whose surface is uniformly coated with the insulating layer 4 is screen-printed and fired to form the porous light-emitting layer 2 in a predetermined pattern. When the whole assembly of the porous light emitting layers is finally covered with a glass transparent substrate 8 having an ITO film as the second electrode 7 on the surface, a light emitting device 1 as shown in FIG. 8 is obtained. At this time, a slight gap is provided so that the second electrode made of ITO and the conductive partition are not in contact with each other, so that the voltage application is not hindered when the light emitting element is driven.

上記のようにして、本実施の形態においては多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなり、特に放電分離手段が導電性を有する隔壁である発光素子が得られる。   As described above, in this embodiment, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are formed. Is formed of an assembly of a plurality of the porous light emitting layers in which the second electrode is disposed on the other surface on which the second electrode is not formed, and has a discharge separation means between the plurality of porous light emitting layers, A light emitting element in which the discharge separating means is a conductive partition is obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について図8を参照しながら説明する。図8の発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。交流電界の印加により、間隙9で気体の絶縁破壊が起こり、それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIG. In order to drive the light emitting element 1 of FIG. 8, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. Application of an alternating electric field causes a dielectric breakdown of the gas in the gap 9, and as a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子や紫外線の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons and ultraviolet rays due to creeping discharge becomes extremely intense, resulting in light emission. Brightness is improved. A burst wave is generated as the voltage value of the AC electric field is increased. The frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

特に本実施の形態におけるように導電性の隔壁を形成した場合には、沿面放電が発生し易くなり駆動電圧の低減に寄与することができる。すなわち、多孔質発光層の厚さに対して、約0.58〜1.2kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.4〜0.8kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In particular, when a conductive partition is formed as in the present embodiment, creeping discharge is likely to occur, which can contribute to a reduction in driving voltage. That is, an electric field of about 0.58 to 1.2 kV / mm is applied to the thickness of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0.4 to 0.8 kV / mm. By applying an alternating electric field, the creeping discharge was continued and the light emission of the phosphor particles 3 was continued. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態の発光素子によれば、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。本実施の形態においては多孔質発光層の境界に放電分離手段として隔壁を設置することにより、比較的簡便な方法で発光の際のクロストークを回避することができる。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge in the porous light emitting layer, there is no need to use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and a vacuum system or carrier multiplication is performed. Since no layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is provided can be provided. In the present embodiment, by providing a partition as a discharge separation means at the boundary of the porous light emitting layer, crosstalk at the time of light emission can be avoided by a relatively simple method.

(実施の形態4)
図9乃至図13を参照しながら、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子について、特に複数個の多孔質発光層が第二の電極を共有するように配置されていて、放電分離手段が空隙である発光素子について説明する。
(Embodiment 4)
9 to 13, a dielectric layer and a first electrode are formed on one surface of the porous light emitting layer, respectively, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are formed. A light emitting device comprising an assembly of a plurality of the porous light emitting layers in which the second electrode is disposed on the other surface that is not provided, and comprising a discharge separating means between the plurality of porous light emitting layers, In particular, a light-emitting element in which a plurality of porous light-emitting layers are arranged so as to share a second electrode and the discharge separation means is a gap will be described.

図9は本実施の形態における発光素子の断面図であり、図10乃至図13は本実施の形態における発光素子の製造工程を説明するための図である。これらの図において1は発光素子、2は多孔質発光層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6は第一の電極(背面電極),7は第二の電極(観察面側電極)、8は透光性基板、9は間隙(気体層)、10は誘電体層、12は多孔質発光層を分離する空隙、15は側壁である。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment mode, and FIGS. 10 to 13 are diagrams for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in this embodiment mode. In these drawings, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitting layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 5 is a substrate, 6 is a first electrode (back electrode), 7 is a second electrode (observation) (Surface side electrode), 8 is a translucent substrate, 9 is a gap (gas layer), 10 is a dielectric layer, 12 is a gap separating the porous light emitting layer, and 15 is a side wall.

図10に示すように、ガラス又はセラミック製の基板5の片面にAgペーストを焼き付けて、第一の電極6を所定の形状に形成する。次に、図11に示すように第一の電極6の上に、厚膜プロセスなどにより誘電体層10を形成する。   As shown in FIG. 10, Ag paste is baked on one surface of a glass or ceramic substrate 5 to form the first electrode 6 in a predetermined shape. Next, as shown in FIG. 11, a dielectric layer 10 is formed on the first electrode 6 by a thick film process or the like.

次に、誘電体層10の上に所定の形状に多孔質発光層2を形成する。その際、実施の形態1と同様にMgO等の金属酸化物からなる絶縁層4で表面を被覆した蛍光体粒子3を使用した。蛍光体粒子3として、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物を用いることが可能である。 Next, the porous light emitting layer 2 is formed in a predetermined shape on the dielectric layer 10. At that time, as in the first embodiment, phosphor particles 3 whose surfaces were covered with an insulating layer 4 made of a metal oxide such as MgO were used. The phosphor particles 3 are inorganic such as BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) having an average particle diameter of 2 to 3 μm. It is possible to use compounds.

本実施の形態においては上記の絶縁層4を有する蛍光体粒子50質量%に対してα−テルピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製し、これを誘電体層10の上にスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行うことにより、印刷された箇所の厚さが80〜100μmになるように調整した。   In the present embodiment, a paste is prepared for each phosphor by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethylcellulose with respect to 50% by mass of the phosphor particles having the insulating layer 4 described above. The operation of screen printing on the body layer 10 and then drying was repeated a plurality of times, so that the thickness of the printed portion was adjusted to 80 to 100 μm.

上記のようにして、多孔質発光層を印刷した基板5をN2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間にわたって熱処理することにより、図12に示すように基板上に約50〜80μmの厚さの多孔質発光層2の集合体を形成した。 As described above, the substrate 5 on which the porous light-emitting layer is printed is heat-treated at 400 to 600 ° C. for 2 to 5 hours in an N 2 atmosphere, whereby about 50 to 80 μm is formed on the substrate as shown in FIG. An assembly of the porous light emitting layer 2 having a thickness of 5 mm was formed.

次に、多孔質発光層2からなる集合体の境界には隔壁を設置せずに約80〜300μmの空隙12を残したままの状態にし、このような空隙を隔壁の代替として機能させることに本実施の形態の特徴がある。なお、本実施の形態においては多孔質発光層2からなる集合体の全体を囲繞するように側壁15を形成し、このように前記の集合体の周囲に巡らせた側壁で後述するように透光性基板8を支える。側壁15の形成はガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる操作を複数回繰り返し、しかるのちに600℃で焼成することにより、図13に示すように約80〜300μmの側壁15を形成する。   Next, without setting a partition wall at the boundary of the aggregate composed of the porous light emitting layer 2, leave the gap 12 of about 80 to 300 μm, and make such a void function as an alternative to the partition wall. There is a feature of this embodiment. In the present embodiment, the side wall 15 is formed so as to surround the entire assembly of the porous light-emitting layers 2, and the light transmission is performed as described later on the side wall that surrounds the assembly. Support substrate 8. The side wall 15 is formed by screen printing and drying a glass paste a plurality of times, and then baking at 600 ° C. to form a side wall 15 of about 80 to 300 μm as shown in FIG.

また、側壁15はセラミック粒子を含有するガラスペーストや樹脂を用いて形成することも可能である。具体的には、前者ではセラミックとガラス(重量比で1:1)の混合粒子50質量%に対してα−テルピネオール50質量%を加えて混練したペーストをスクリーン印刷してから乾燥することを繰り返し、印刷された厚さが約100〜350μmになるように調整し、N2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間にわたって熱処理することにより、約80〜300μmの厚さの側壁15を形成することができる。後者においては熱硬化性樹脂を用いて隔壁を形成するものであり、主たるものとしてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂の使用が可能であり、これらのうちの1つを選択して多孔質発光層の集合体の全体を囲繞するように印刷することにより行うことができる。   The side wall 15 can also be formed using a glass paste or resin containing ceramic particles. Specifically, in the former, the paste obtained by adding 50% by mass of α-terpineol to 50% by mass of the mixed particles of ceramic and glass (1: 1 by weight) is screen-printed and then repeatedly dried. The side wall 15 having a thickness of about 80 to 300 μm is formed by adjusting the printed thickness to about 100 to 350 μm and heat-treating at 400 to 600 ° C. for 2 to 5 hours in an N 2 atmosphere. can do. In the latter, a partition is formed using a thermosetting resin, and an epoxy resin, a phenol resin, or a cyanate resin can be mainly used, and a porous light emitting layer can be selected by selecting one of these. This can be done by printing so as to surround the entire assembly.

上記のようにして、側壁15を形成してのちに、ITO(インジウムー錫酸化物合金)からなる第二の電極7が形成されたガラス板等の透光性基板8を側壁15に貼付して多孔質発光層の集合体の全部を覆うと、図9に示すような本実施の形態における発光素子1が得られる。その際、図のように第二の電極7は例えばストライプ状に多孔質発光層に対向して形成されていて、複数個の多孔質発光層によって共有されている。また、多孔質発光層2と第二の電極7の間にはわずかな間隙が設けてあり、両者の間隔は30〜250μmの範囲が好適であり、特に40〜220μmの範囲が好ましい。   After the side wall 15 is formed as described above, a translucent substrate 8 such as a glass plate on which a second electrode 7 made of ITO (indium-tin oxide alloy) is formed is attached to the side wall 15. When the entire aggregate of the porous light emitting layers is covered, the light emitting element 1 in the present embodiment as shown in FIG. 9 is obtained. At that time, as shown in the figure, the second electrode 7 is formed, for example, in a stripe shape so as to face the porous light emitting layer, and is shared by the plurality of porous light emitting layers. A slight gap is provided between the porous light emitting layer 2 and the second electrode 7, and the distance between the two is preferably in the range of 30 to 250 μm, and particularly preferably in the range of 40 to 220 μm.

なお、第二の電極としてITOからなる透光性基板8の代替として、銅、金、銀、白金及びアルミニウム等からなるメッシュ状の微細な配線がパターンニングされた基板を使用することも可能である。   As a substitute for the light-transmitting substrate 8 made of ITO as the second electrode, it is also possible to use a substrate patterned with fine mesh-like wiring made of copper, gold, silver, platinum, aluminum or the like. is there.

上述のようにして、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子であって、特に第二の電極が複数個の多孔質発光層によって共有されるように配置され、放電分離手段が空隙である発光素子を作製することができる。   As described above, the dielectric layer and the first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are not formed. A light-emitting device comprising a plurality of the porous light-emitting layers having a second electrode disposed on the surface thereof, and comprising a discharge separation means between the plurality of porous light-emitting layers, A light-emitting element in which the two electrodes are arranged so as to be shared by a plurality of porous light-emitting layers and the discharge separation means is a gap can be manufactured.

次に、この発光素子1の発光作用について図9を参照しながら説明する。図9に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。交流電界の印加により、間隙9で気体の絶縁破壊が起こり、誘それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. Application of an alternating electric field causes a dielectric breakdown of the gas in the gap 9, and as a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子や紫外線の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons and ultraviolet rays due to creeping discharge becomes extremely intense, resulting in light emission. Brightness is improved. A burst wave is generated as the voltage value of the AC electric field is increased. The frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さに対して、約0.85〜1.8kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.6〜1.2kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field of about 0.85 to 1.8 kV / mm is applied to the thickness of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0.6 to 1. By applying an alternating electric field of 2 kV / mm, creeping discharge was continuously performed, and the light emission of the phosphor particles 3 was continued. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

本実施の形態の発光素子によれば、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。本実施の形態においては多孔質発光層の境界に放電分離手段として空隙を設置することにより、比較的簡便な方法で発光の際のクロストークを回避することができる。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge in the porous light emitting layer, there is no need to use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and a vacuum system or carrier multiplication is performed. Since no layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is provided can be provided. In this embodiment, by providing a gap as a discharge separation means at the boundary of the porous light emitting layer, crosstalk during light emission can be avoided by a relatively simple method.

(実施の形態5)
図14と図15を参照しながら、多孔質発光層の一方の面に誘電体層と第一の電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記第一の電極が形成されていない他の面に第二の電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子であって、特に多孔質発光層について説明する。
(Embodiment 5)
Referring to FIGS. 14 and 15, a dielectric layer and a first electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the dielectric layer and the first electrode of the porous light emitting layer are formed. A light emitting device comprising an assembly of a plurality of the porous light emitting layers having a second electrode disposed on the other surface, and having a discharge separation means between the plurality of porous light emitting layers. In particular, the porous light emitting layer will be described.

図14と図15は本実施の形態における多孔質発光層の断面を拡大した模式図である。これらの図において、2は多孔質発光層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、及び18は絶縁性繊維である。   14 and 15 are schematic views in which the cross section of the porous light emitting layer in the present embodiment is enlarged. In these drawings, 2 is a porous light emitting layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, and 18 is an insulating fiber.

本実施の形態においては蛍光体粒子表面の絶縁層の有無によらず、蛍光体粒子とセラミックやガラス等の絶縁性繊維18からなる多孔質発光層2を形成した。   In the present embodiment, the porous light emitting layer 2 composed of the phosphor particles and the insulating fibers 18 such as ceramic and glass is formed regardless of the presence or absence of the insulating layer on the surface of the phosphor particles.

絶縁性繊維18の一例として、SiO2−Al23−CaO系の繊維を使用し、その直径は0.1〜5μm、長さは0.5〜20μmであることが好ましく、この範囲のサイズの繊維を蛍光体粒子2重量部、繊維1重量部の割合で混合して用いることにより気孔率が比較的大きくなり、その結果沿面放電が多孔質発光層内部で容易に発生するようになり好ましいものとなる。本実施の形態においては多孔質発光層を形成する際に、蛍光体粒子と絶縁性繊維の混合物50質量%に対してα−テルピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したペーストを調製し、実施の形態1と同様にペーストをパターン状にスクリーン印刷して多孔質発光層を形成した。このようにして得られた絶縁性繊維18を含有する多孔質発光層の断面を拡大した模式図を図14と図15に示す。図15は蛍光体粒子3と絶縁性繊維18からなる多孔質発光層2であり、図14は表面が絶縁層4で被覆された蛍光体粒子3と絶縁性繊維からなる多孔質発光層である。また、第一の電極、誘電体層、第二の電極及び隔壁の形成は実施の形態1と同様の方法で実施することにより、最終的に実施の形態1と同様の発光素子を作製した(図示せず)。 As an example of the insulating fiber 18, SiO 2 —Al 2 O 3 —CaO based fiber is used, and the diameter is preferably 0.1 to 5 μm and the length is preferably 0.5 to 20 μm. By using a mixture of size fibers at a ratio of 2 parts by weight of phosphor particles and 1 part by weight of fibers, the porosity becomes relatively large, and as a result, creeping discharge easily occurs inside the porous light emitting layer. This is preferable. In the present embodiment, when forming the porous light emitting layer, a paste is prepared by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the mixture of phosphor particles and insulating fibers, As in the first embodiment, the paste was screen-printed in a pattern to form a porous light emitting layer. FIGS. 14 and 15 are enlarged schematic views of the cross section of the porous light emitting layer containing the insulating fiber 18 obtained as described above. FIG. 15 shows a porous light emitting layer 2 composed of phosphor particles 3 and insulating fibers 18, and FIG. 14 shows a phosphor light emitting layer 2 composed of phosphor particles 3 whose surfaces are covered with an insulating layer 4 and insulating fibers. . In addition, the first electrode, the dielectric layer, the second electrode, and the partition wall were formed by the same method as in the first embodiment, and finally the light emitting element similar to that in the first embodiment was manufactured ( Not shown).

絶縁性繊維としてSiO2−Al23−CaO系の繊維を選定した理由は、熱的、化学的に安定で抵抗率が109Ω・cm以上であること、多孔質発光層において10%以上〜100%未満の大きな見かけ気孔率が容易に得られること、及び繊維の表面で放電が発生し易く結果的に多孔質発光層全体で沿面放電の発生が可能になることからである。なお、上記の絶縁性繊維以外にSiC,ZnO,TiO2,MgO,BN,Si3N4系のものを含有する絶縁性繊維を用いてもほぼ同様の結果が得られる。 The reason why SiO 2 —Al 2 O 3 —CaO fiber is selected as the insulating fiber is that it is thermally and chemically stable and has a resistivity of 10 9 Ω · cm or more, and 10% in the porous light emitting layer. This is because a large apparent porosity of not less than 100% and less than 100% can be easily obtained, and discharge is likely to occur on the surface of the fiber, resulting in occurrence of creeping discharge in the entire porous light emitting layer. Note that substantially the same results can be obtained by using insulating fibers containing SiC, ZnO, TiO 2 , MgO, BN, or Si 3 N 4 series in addition to the above insulating fibers.

次に、この発光素子の発光作用は実施の形態1のものと同様である。発光素子を駆動するために、第一の電極と第二の電極の間に交流電界を印加する。交流電界の印加により、間隙9で気体の絶縁破壊が起こり、それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of this light emitting element is the same as that of the first embodiment. In order to drive the light emitting element, an alternating electric field is applied between the first electrode and the second electrode. Application of an alternating electric field causes a dielectric breakdown of the gas in the gap 9, and as a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さに対して、約0.65〜1.4kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.45〜0.90kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field of about 0.65 to 1.4 kV / mm is applied to the thickness of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0.45 to 0. By applying an alternating electric field of 90 kV / mm, creeping discharge was continuously performed, and the light emission of the phosphor particles 3 was continued. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

本実施の形態の発光素子によれば、多孔質発光層での沿面放電による発光であるために、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。本実施の形態においては多孔質発光層の境界に放電分離手段として隔壁を設置することにより、比較的簡便な方法で発光の際のクロストークを回避することができる。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge in the porous light emitting layer, there is no need to use a thin film formation process when manufacturing the light emitting device as in the prior art, and a vacuum system or carrier multiplication is performed. Since no layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, a light-emitting element with favorable light emission efficiency and relatively low power consumption when a large display is provided can be provided. In the present embodiment, by providing a partition as a discharge separation means at the boundary of the porous light emitting layer, crosstalk at the time of light emission can be avoided by a relatively simple method.

(実施の形態6)
図16を参照しながら、多孔質発光層の一方の面に誘電体層とアドレス電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記アドレス電極が形成されていない他の面にデータ電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子について動作を説明する。
(Embodiment 6)
Referring to FIG. 16, a dielectric layer and an address electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and on the other surface of the porous light emitting layer where the dielectric layer and the address electrode are not formed. The operation of a light emitting device comprising an assembly of a plurality of the porous light emitting layers on which data electrodes are arranged and having a discharge separating means between the plurality of porous light emitting layers will be described.

図16は本実施の形態における発光素子の分解斜視図であり、わかり易いために放電分離手段が空隙である場合の発光素子を図示したものである。図において1は発光素子、2は多孔質発光層、5は基板、8は透光性基板、10は誘電体層、12は空隙、21はアドレス電極、22は表示電極である。   FIG. 16 is an exploded perspective view of the light emitting element in the present embodiment. For easy understanding, the light emitting element in the case where the discharge separating means is a gap is illustrated. In the figure, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitting layer, 5 is a substrate, 8 is a translucent substrate, 10 is a dielectric layer, 12 is a gap, 21 is an address electrode, and 22 is a display electrode.

図16に示すように、本実施の形態の発光素子1においては基板5の上にアドレス電極21が形成され、その上に誘電体層10を有する複数個の多孔質発光層2が規則的に配置されていて、R、G及びBの三色を発光する多孔質発光層のアレイが形成されている。多孔質発光層の間には空隙12が存在していて多孔質発光層2のアレイ全体を囲繞するように側壁が通常設けられる(図示せず)。透光性基板8には、表示電極22がアドレス電極21と交差するように多孔質発光層2に対向して形成されていて、このような透光性基板8を多孔質発光層のアレイ上に配置することにより、最終的に図16に示すような発光素子1が構成される。本実施の形態におけるアドレス電極と表示電極は既述した実施の形態1乃至5における第一の電極と第二の電極にそれぞれ対応させることも可能であるが、場合によっては別に設置するようにしてもよい。   As shown in FIG. 16, in the light emitting device 1 of the present embodiment, an address electrode 21 is formed on a substrate 5, and a plurality of porous light emitting layers 2 having a dielectric layer 10 thereon are regularly formed. An array of porous light emitting layers that are arranged and emit light of three colors of R, G, and B is formed. There are voids 12 between the porous light emitting layers, and side walls are usually provided so as to surround the entire array of porous light emitting layers 2 (not shown). The translucent substrate 8 is formed so as to face the porous light emitting layer 2 so that the display electrode 22 intersects the address electrode 21, and the translucent substrate 8 is arranged on the porous light emitting layer array. Thus, the light emitting device 1 as shown in FIG. 16 is finally formed. The address electrode and the display electrode in the present embodiment can correspond to the first electrode and the second electrode in the first to fifth embodiments described above, respectively. Also good.

上述のように、多孔質発光層の一方の面に誘電体層とアドレス電極がそれぞれ形成され、前記多孔質発光層の前記誘電体層と前記アドレス電極が形成されていない他の面にデータ電極が配置された複数個の前記多孔質発光層の集合体からなり、前記複数個の多孔質発光層間に放電分離手段を具備してなる発光素子であって、特に放電分離手段が空隙である発光素子が得られる。   As described above, the dielectric layer and the address electrode are respectively formed on one surface of the porous light emitting layer, and the data electrode is formed on the other surface of the porous light emitting layer where the dielectric layer and the address electrode are not formed. A light-emitting element comprising a plurality of porous light-emitting layers arranged with a discharge separation means between the plurality of porous light-emitting layers, and in particular, a light-emitting element in which the discharge separation means is a gap An element is obtained.

このように構成された本実施の形態における発光素子1においては多孔質発光層に2次元の映像を表示することができる。すなわち、本実施の形態の発光素子1では所謂単純マトリックス駆動が可能であり、X電極に順次パルス信号を送り、そのタイミングに合わせてY電極にON/OFF情報を入れることによりアドレス電極と表示電極の交差する箇所の画素をON/OFFに応じて発光させて1ラインを表示する。走査パルスを順次切り替えることにより、2次元の像が表示できる。また、マトリックス状に配置された画素の1つ1つにトランジスタを置き、それぞれの画素をON/OFFすることによりアクティブ駆動も可能になる。本実施の形態においては多孔質発光層に空隙12を設けてあるため、発光のクロストークはほとんどないが、実施の形態1で既述したように、単位発光素子間に隔壁を設ければ、発光のクロストークをほぼ完全に回避させることができる。   In the light emitting element 1 according to this embodiment configured as described above, a two-dimensional image can be displayed on the porous light emitting layer. That is, the light-emitting element 1 of the present embodiment can perform so-called simple matrix driving, and sequentially sends pulse signals to the X electrodes, and puts ON / OFF information in the Y electrodes in accordance with the timing, thereby causing the address electrodes and the display electrodes. One line is displayed by emitting light in accordance with ON / OFF of the pixels at the intersections. By sequentially switching the scanning pulse, a two-dimensional image can be displayed. Also, active driving is possible by placing a transistor in each of the pixels arranged in a matrix and turning on / off each pixel. In the present embodiment, since the void 12 is provided in the porous light emitting layer, there is almost no crosstalk of light emission. However, as described above in Embodiment 1, if a partition wall is provided between unit light emitting elements, Light emission crosstalk can be almost completely avoided.

(実施の形態7)
本実施形態の表示装置の断面を図18に示す。本実施形態は隔壁11の間にリブ23a,23bを設けた以外は図1に示す実施形態1と同様とした。隔壁11の水平方向の厚さ:150μm、高さ270μm、リブ23a,23bの厚さ:50μm、高さ250μm、1画素の幅は100μm、多孔質発光層の厚さは230μm、間隙(気体層)9の間隔は20μm、BaTiO3からなる誘電体層10の厚さは250μm、第1の電極6と第2の電極7の距離は500μmとした。
(Embodiment 7)
FIG. 18 shows a cross section of the display device of this embodiment. This embodiment is the same as Embodiment 1 shown in FIG. 1 except that ribs 23 a and 23 b are provided between the partition walls 11. The thickness of the partition wall 11 in the horizontal direction: 150 μm, the height of 270 μm, the thickness of the ribs 23a, 23b: 50 μm, the height of 250 μm, the width of one pixel is 100 μm, the thickness of the porous light emitting layer is 230 μm, and the gap (gas layer) ) The distance 9 is 20 μm, the thickness of the dielectric layer 10 made of BaTiO 3 is 250 μm, and the distance between the first electrode 6 and the second electrode 7 is 500 μm.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さ方向に、約0.72〜1.5kV/mmの電界(周波数:1kHz)を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.4kV/mmの交番電界(周波数:1kHz)を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field (frequency: 1 kHz) of about 0.72 to 1.5 kV / mm is applied in the thickness direction of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0. By applying an alternating electric field (frequency: 1 kHz) of 4 kV / mm, creeping discharge was continuously performed to keep the phosphor particles 3 from emitting light. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

(実施の形態8)
本実施形態の表示装置の断面を図19に示す。本実施形態は隔壁11をBaTiO3からなる誘電体層10を切削して作成した以外は図1に示す実施形態1と同様とした。隔壁11の水平方向の厚さ:150μm、高さ270μm、1画素の幅は250μm、多孔質発光層の厚さは230μm、間隙9の間隔は20μm、BaTiO3からなる誘電体層の厚さは520μm、第1と第2の電極間距離は500μmとした。
(Embodiment 8)
FIG. 19 shows a cross section of the display device of this embodiment. This embodiment is the same as the first embodiment shown in FIG. 1 except that the partition wall 11 is formed by cutting the dielectric layer 10 made of BaTiO 3 . The horizontal thickness of the partition wall 11 is 150 μm, the height is 270 μm, the width of one pixel is 250 μm, the thickness of the porous light emitting layer is 230 μm, the gap 9 is 20 μm, and the thickness of the dielectric layer made of BaTiO 3 is The distance between the first electrode and the second electrode was 500 μm.

本実施の形態においては多孔質発光層の厚さ方向に、約0.72〜1.5kV/mmの電界(周波数:1kHz)を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.4kV/mmの交番電界(周波数:1kHz)を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子や紫外線の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。   In the present embodiment, an electric field (frequency: 1 kHz) of about 0.72 to 1.5 kV / mm is applied in the thickness direction of the porous light emitting layer to cause the phosphor particles 3 to emit light, and then about 0. By applying an alternating electric field (frequency: 1 kHz) of 4 kV / mm, creeping discharge was continuously performed to keep the phosphor particles 3 from emitting light. When the applied electric field is increased, the generation of electrons and ultraviolet rays is promoted, but when the applied electric field is small, the generation thereof is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light emission was high in contrast, high recognizability and high reliability.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や減圧された気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when the driving was performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a decompressed gas.

(比較例1)
比較例1として積層チップコンデンサの絶縁破壊試験で使用するシリコーンオイル含漬を実施した。すなわち積層チップコンデンサでは絶縁破壊電圧を測定する場合、沿面放電が頻繁に発生し真の絶縁破壊電圧値が測定できない。そこで、素子の細孔部にシリコーンオイルを含漬させ沿面放電が発生しない状態で真の絶縁破壊電圧値を求めた。この方法を利用して図1の発光素子1の多孔質発光体層2の細孔の気体をシリコーンオイルで置換した。数分間浸漬した後に発光素子表面のシリコーンオイルを拭き取り、前記実施の形態1と同様の交番電界を印加した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a silicone oil impregnation used in a dielectric breakdown test of a multilayer chip capacitor was performed. That is, when measuring the breakdown voltage in a multilayer chip capacitor, creeping discharge frequently occurs and the true breakdown voltage value cannot be measured. Therefore, a true dielectric breakdown voltage value was determined in a state in which silicone oil was impregnated in the pores of the element and no creeping discharge occurred. Using this method, the gas in the pores of the porous light emitter layer 2 of the light emitting device 1 of FIG. 1 was replaced with silicone oil. After immersion for several minutes, the silicone oil on the surface of the light-emitting element was wiped off, and an alternating electric field similar to that in Embodiment 1 was applied.

まず、印加電圧を上げるとバースト波が発生し間隙から一次電子が放出されていることが確認できた。しかし多孔質発光体層2では沿面放電が全く発生せず。または、沿面放電が発生しても発光体層2の内部ではなく極表面部分に発生するために発光を確認できなかった。さらに印加電圧を上げ続けると多孔質発光体層2が一瞬のうちに絶縁破壊が起こり発光素子1にクラックが発生し破壊した。   First, it was confirmed that when the applied voltage was increased, a burst wave was generated and primary electrons were emitted from the gap. However, creeping discharge does not occur at all in the porous luminous body layer 2. Alternatively, even if creeping discharge occurs, light emission cannot be confirmed because it occurs not in the phosphor layer 2 but in the extreme surface portion. When the applied voltage was further raised, the dielectric breakdown of the porous light emitter layer 2 occurred in an instant, and the light emitting element 1 was cracked and broken.

もちろん、シリコーンオイルを浸漬した発光素子1をアセトン等の有機溶剤で洗浄し、細孔部を再度気体で充填させた場合には容易に発光し回復することを確認した。もちろん細孔部を真空にしても発光した。   Of course, it was confirmed that when the light-emitting element 1 in which the silicone oil was immersed was washed with an organic solvent such as acetone and the pores were again filled with gas, the light was easily emitted and recovered. Of course, light was emitted even when the pores were evacuated.

また、細孔部に導電性の溶液、例えば酢酸水溶液を含漬させると、短絡が起こり全く発光しなかった。   Further, when a conductive solution such as an acetic acid aqueous solution was impregnated in the pores, a short circuit occurred and no light was emitted.

以上のことから本発明の構成で発光素子になる最大の特徴は発光体層2が、表面に連続した細孔を持ち、かつその細孔に気体が充填もしくは真空であるという点である。外部から放出されてきた電子が発光体層4内部に突入すると電子が細孔部分を沿って雪崩的に沿面放電を繰り返し加速される。そして加速させた電子が蛍光体粒子の発光中心に衝突し励起発光する。細孔部分にシリコーンオイルや導電性溶液が充填された状態では電子の移動が困難または短絡が発生し沿面放電が発生せず結果として発光しない。   From the above, the greatest feature that becomes a light-emitting element in the configuration of the present invention is that the light-emitting layer 2 has continuous pores on the surface, and the pores are filled with gas or vacuum. When electrons emitted from the outside enter the light emitter layer 4, the electrons are repeatedly accelerated by creeping discharge along the pores in an avalanche manner. Then, the accelerated electrons collide with the light emission center of the phosphor particles to emit light. When the pores are filled with silicone oil or a conductive solution, it is difficult for electrons to move or a short circuit occurs, and creeping discharge does not occur, resulting in no light emission.

本実施の形態では細孔部の大きさが数百μm以下であるが、数mm以上の大きさになると空気放電に至り素子が破壊する場合が有るので注意が必要となる。経験的には蛍光体粒子3が点接触するようなパッキングである。理想的には見かけ気孔率が10%以上〜100%未満の多孔質が望ましい。   In the present embodiment, the size of the pores is several hundreds μm or less. However, if the size is several mm or more, care must be taken because the device may be destroyed due to air discharge. Empirically, the packing is such that the phosphor particles 3 are in point contact. Ideally, a porous material having an apparent porosity of 10% to less than 100% is desirable.

また、前記実施の形態のように絶縁層4を設ける理由は、
a.蛍光体粒子3の表面抵抗を上げ沿面放電が発生しやすいようにするため、
b.蛍光体粒子を絶縁破壊や紫外線から保護するため、
c.MgOの様な二次電子放出作用により電子をより多く放出させ結果として沿面放電をより発生しやすいようにするためである。
The reason for providing the insulating layer 4 as in the above embodiment is as follows.
a. In order to increase the surface resistance of the phosphor particles 3 so that creeping discharge is likely to occur,
b. In order to protect the phosphor particles from dielectric breakdown and ultraviolet rays,
c. This is because more electrons are emitted by the secondary electron emission action such as MgO, and as a result, creeping discharge is more likely to occur.

また、多孔質発光体層2の厚みは特に限定されるものではないが10μm〜3mmの範囲で発光することを確認した。もちろん短絡が発生しなければ数μmから発光するものである。   Moreover, although the thickness of the porous light-emitting body layer 2 is not specifically limited, it confirmed that it light-emitted in the range of 10 micrometers-3 mm. Of course, if a short circuit does not occur, light is emitted from several μm.

(実施の形態9)
実施の形態9では、第一の電極6、第二の電極7が誘電体層10と多孔質発光体層2を挟んで形成される場合について、図22を参照しながら説明する。図22は本実施の形態における発光素子1の断面図である。6は第一の電極、7は第二の電極、3は蛍光体粒子、4は電気的絶縁体層、2は多孔質発光体層、10は誘電体層である。多孔質発光体層2は図6に示したように蛍光体粒子3を主成分として構成され、蛍光体粒子3の表面を絶縁体層4で被覆したものを使用した。
(Embodiment 9)
In the ninth embodiment, the case where the first electrode 6 and the second electrode 7 are formed with the dielectric layer 10 and the porous light-emitting layer 2 interposed therebetween will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a cross-sectional view of the light-emitting element 1 in the present embodiment. 6 is a first electrode, 7 is a second electrode, 3 is a phosphor particle, 4 is an electrical insulator layer, 2 is a porous phosphor layer, and 10 is a dielectric layer. As shown in FIG. 6, the porous light emitting layer 2 is composed of phosphor particles 3 as a main component, and the surface of the phosphor particles 3 is covered with an insulator layer 4.

蛍光体粒子3は平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)の3種類の無機化合物を所望の発光を得るために、それぞれ単独またはそれらを混合したものを用いることが可能である。 The phosphor particles 3 are of three types, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), and YBO 3 : Eu 3+ (red) with an average particle diameter of 2 to 3 μm. In order to obtain the desired light emission of the inorganic compound, it is possible to use a single compound or a mixture thereof.

本実施の形態においては前記青色の蛍光体粒子3を使用し、その表面にMgOからなる絶縁性無機物の絶縁層4を形成したものを使用した。Mgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子を加えて攪拌し、取り出して乾燥した後、大気中で400〜600℃で熱処理することで、前記図6に示したMgOの均一なコーティング層を蛍光体の表面に形成させた。   In the present embodiment, the blue phosphor particles 3 are used, and the insulating layer 4 made of an insulating inorganic material made of MgO is formed on the surface thereof. Phosphor particles are added to the Mg precursor complex solution, stirred, taken out, dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the air, so that the uniform coating layer of MgO shown in FIG. To form.

まず、本実施の形態おける発光素子の図22の製造方法について説明する。絶縁層4がコーティングされた蛍光体粒子粉末3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合しスラリー化する。次に、第二の電極7が形成された直径15mmφで厚み1mmの誘電体層10(BaTiO3を主成分とする板状の焼結体、この背面にAg電極ペーストを厚み約50μmに焼付けて第一の電極6を形成した)の他の面に前記スラリーを塗布し、乾燥機で100〜150℃で10〜30分間乾燥することで、誘電体層10に厚みが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。さらに多孔質発光体層2の上面に透明の第二の電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚み:約0.1μm)7が塗布された透光性基板(ガラス板)8を積層した。これにより、一対の電極6,7が誘電体層10と多孔質発光体層2を挟んで形成された発光素子1を得た。 First, the manufacturing method of the light emitting element in this embodiment mode shown in FIG. 22 will be described. 50% by mass of the phosphor particle powder 3 coated with the insulating layer 4 and 50% by mass of an aqueous colloidal silica solution are mixed to form a slurry. Next, a dielectric layer 10 having a diameter of 15 mmφ and a thickness of 1 mm on which the second electrode 7 is formed (a plate-like sintered body mainly composed of BaTiO 3 , and Ag electrode paste is baked on this back surface to a thickness of about 50 μm. Porous light emission having a thickness of about 100 μm on the dielectric layer 10 by applying the slurry on the other surface (formed with the first electrode 6) and drying it at 100 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes with a dryer. The body layer 2 was laminated. Further, a transparent substrate (glass plate) 8 coated with a transparent second electrode (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness: about 0.1 μm) 7 is laminated on the upper surface of the porous luminous body layer 2. did. As a result, a light emitting device 1 in which a pair of electrodes 6 and 7 were formed with the dielectric layer 10 and the porous light emitting layer 2 sandwiched therebetween was obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について図22及び図17を参照しながら説明する。図22に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 22, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. The primary electrons (e−) collide with the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2 to generate creeping discharge, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子や紫外線の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons and ultraviolet rays due to creeping discharge becomes very intense, Luminous brightness is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態においては交流電源を用いて誘電体層10の厚みに対して約0.5〜1.0kV/mmの電圧を印加すると分極反転による一次電子放出(e-)24と沿面放電による二次電子(e-)25が発生し、続いて発光が開始された。また放電時の電流値は0.1mA以下であった。また、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。また、2〜5 lm/w程度の発光効率を持った発光デバイスを作製できることが可能となった。   In this embodiment, when an AC power supply is used to apply a voltage of about 0.5 to 1.0 kV / mm with respect to the thickness of the dielectric layer 10, primary electron emission (e-) 24 due to polarization inversion and creeping discharge are caused. Secondary electrons (e−) 25 were generated, and light emission was started. The current value at the time of discharge was 0.1 mA or less. Further, when light emission started, light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage, and it was confirmed that the light emission had high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. Further, it has become possible to produce a light emitting device having a light emission efficiency of about 2 to 5 lm / w.

また、本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   In the present embodiment, driving was performed in the atmosphere, but it was confirmed that light was emitted in the same manner even when performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

本実施の形態における発光素子1は、構造的に無機EL(ELD)に近い構造であるが、構成やメカニズムが全く異なるものである。まず構成に関して前記背景技術で記載したように無機ELに使用される蛍光体はZnS:Mn2+、GaP:Nなどに代表されるように半導体からなる発光体であるが、本実施の形態9における蛍光体粒子は絶縁体または半導体のいずれでもよい。すなわち、極端に抵抗値の低い半導体の蛍光体粒子を用いる際においても、絶縁性無機物である絶縁層4で均一に被覆されているために短絡することなく沿面放電が継続して発光させることができる。また、蛍光体層に関して無機ELではサブミクロン〜数μmの厚みに対して本実施の形態9では数μm〜数百μmの多孔質体である。また、本実施の形態9では発光体層が多孔質である点である。 The light-emitting element 1 in this embodiment has a structure that is structurally close to inorganic EL (ELD), but has a completely different configuration and mechanism. First, as described in the background art regarding the structure, the phosphor used in the inorganic EL is a light emitting body made of a semiconductor as represented by ZnS: Mn 2+ , GaP: N, etc. The phosphor particles in may be either an insulator or a semiconductor. That is, even when using semiconductor phosphor particles having an extremely low resistance value, creeping discharge can continue to emit light without being short-circuited because it is uniformly coated with the insulating layer 4 that is an insulating inorganic substance. it can. Further, regarding the phosphor layer, the inorganic EL is a porous body having a thickness of submicron to several μm, whereas the ninth embodiment is a porous body having a thickness of several μm to several hundred μm. Further, the ninth embodiment is that the luminous body layer is porous.

多孔質の形態については、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察した結果から蛍光体粒子が点接触した程度のパッキングである。   About the porous form, it is packing of the grade which the phosphor particle point-contacted from the result observed with SEM (scanning electron microscope).

また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ(PDP)で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管(CRT)で使用されているZnS:Ag(青)やZnS:Cu、Au,Al(緑)、Y23:Eu(赤)でも同様の発光を確認した。CRT用の蛍光体では抵抗値が低いために沿面放電が発生しにくいが,絶縁層4でコーティングすると沿面放電が起こりやすくなり発光しやすくなった。 Moreover, although the ultraviolet light emission powder used in the current plasma display (PDP) was used as the phosphor particles, ZnS: Ag (blue), ZnS: Cu, Au used in the cathode ray tube (CRT). , Al (green), Y 2 O 3 : Eu (red), similar luminescence was confirmed. The CRT phosphor has a low resistance value, so that it is difficult for creeping discharge to occur. However, when it is coated with the insulating layer 4, creeping discharge is likely to occur and light emission is likely to occur.

また、本発明は誘電体の分極反転で放出される電子を基点として雪崩的に沿面放電が発生し発光に至る発光素子である。従って分極反転以外に電子を衝突させる新たな機能を有するシステムを多孔質発光体層2に付加すれば容易に発光するものと予想される。   In addition, the present invention is a light emitting element in which creeping discharge is generated in an avalanche with light emitted from polarization inversion of a dielectric as a base point and light is emitted. Therefore, if a system having a new function of colliding electrons in addition to polarization reversal is added to the porous light emitting layer 2, it is expected that light is easily emitted.

なお、本実施の形態においては蛍光体粒子3のスラリーを作製するに当たり、コロイダルシリカ水溶液を使用したが、有機溶剤を使用しても同様の結果が得られることを確認した。蛍光体粒子50質量%に対してα−テレピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを使用し、誘電体層10の表面にスクリーン印刷を行い、大気中で400〜600℃、10〜60分熱処理することで数μm〜数十μmの厚みの多孔質発光体層23を作製することができる。この場合、熱処理温度を上げすぎると蛍光体の変質が起こりやすいので温度管理と熱処理雰囲気管理が重要となる。なお、この有機系スラリーに無機繊維18を含有させても同様の結果が得られる。   In the present embodiment, colloidal silica aqueous solution was used in preparing the slurry of phosphor particles 3, but it was confirmed that the same result was obtained even when an organic solvent was used. A slurry obtained by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the phosphor particles is subjected to screen printing on the surface of the dielectric layer 10, and 400 to 600 ° C., 10 to 10% in the air. By performing heat treatment for 60 minutes, the porous light-emitting layer 23 having a thickness of several μm to several tens of μm can be produced. In this case, if the heat treatment temperature is raised too much, the phosphor is likely to be deteriorated, and therefore temperature management and heat treatment atmosphere management are important. It should be noted that the same result can be obtained even if the organic slurry contains the inorganic fiber 18.

また、本実施の形態では誘電体としてBaTiO3を用いたが、SrTiO3,CaTiO3,MgTiO3,PZT(PbZrTiO3),PbTiO3などの誘電体を用いても同様の効果が得られることを確認した。また誘電体層には焼結体を使用してもよいし、スパッタ、CVD、蒸着、ゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで得られた誘電体層を利用してもよい。 Further, in the present embodiment, using BaTiO 3 as a dielectric, SrTiO 3, CaTiO 3, MgTiO 3, PZT (PbZrTiO 3), that the same effect by using a dielectric such as PbTiO 3 is obtained confirmed. In addition, a sintered body may be used for the dielectric layer, or a dielectric layer obtained by a thin film forming process such as sputtering, CVD, vapor deposition, or sol / gel may be used.

本実施の形態においては誘電体層として焼結体を使用したが、誘電体の粉体と結合剤からなる構成を採用しても発光が可能である。すなわち、Al金属基板上に、BaTiO3粉末40質量%に対してガラス粉末15質量%を混合した粉体にα−テレピネオール40質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを塗布し、乾燥後大気中において400〜600℃で熱処理することにより、誘電体粒子と結合剤から構成される誘電体層を用いることも可能である。 In the present embodiment, a sintered body is used as the dielectric layer. However, light emission is possible even when a structure composed of a dielectric powder and a binder is employed. That is, a slurry obtained by kneading 40% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose on a powder obtained by mixing 15% by mass of glass powder with 40% by mass of BaTiO 3 powder on an Al metal substrate, and drying and then air It is also possible to use a dielectric layer composed of dielectric particles and a binder by heat treatment at 400 to 600 ° C.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤または緑を用いても同様の効果が有ることが分かった。なお青、赤、緑の混合粒子でも同様の効果があった。   In the present embodiment, blue phosphor particles are used, but it has been found that the same effect can be obtained even when red or green is used. The same effect was obtained with mixed particles of blue, red, and green.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア倍増層を必要としないので構造が簡単であり、加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, a thin film forming process is not used for forming a phosphor layer as in the prior art, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Is simple and easy to process.

また,電極7にITOを使用したが,ITOの代替として、銅の配線が施された透光性基板を使用することも可能である。銅の配線は微細なメッシュ状に形成されていて、開口率(配線が施されていない部分の全体に対する割合)は90%であり、光の透過はITO膜を有する透光性基板に比較してほとんど遜色がない。また、銅はITOに比較して、かなり低抵抗であることから発光効率の向上に大きく寄与するので好都合である。なお、微細なメッシュ状の配線を施す金属としては銅以外に金、銀、白金やアルミニウムを使用することも可能である。   Moreover, although ITO was used for the electrode 7, it is also possible to use the translucent board | substrate with which the copper wiring was given as an alternative of ITO. The copper wiring is formed in a fine mesh shape, and the aperture ratio (ratio to the whole portion where the wiring is not applied) is 90%, and the light transmission is compared with a translucent substrate having an ITO film. There is almost no inferiority. Also, copper is advantageous because it has a considerably lower resistance than ITO and thus greatly contributes to improvement in luminous efficiency. In addition, it is also possible to use gold, silver, platinum, or aluminum other than copper as a metal for providing fine mesh wiring.

(実施の形態10)
次に実施の形態10について、図23を用いて製造方法と発光作用について説明する。図22と同一の符号の説明は省略することがある。前記図22で使用した第一の電極6が形成されている誘電体10の他の面にメッシュ状(約5〜10メッシュ)のAgペーストを印刷、焼き付けて、第二の電極7を形成した。その後、第二の電極7の上面に前記同様に蛍光体粒子粉末3とコロイダルシリカ水溶液のスラリーを塗布し、乾燥機で100〜150℃で10〜30分間乾燥することで、誘電体層10の表面に厚みが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。これにより、第二の電極7が誘電体層10と多孔質発光体層2の間に形成され、第一の電極6が誘電体層10を挟んで外側に形成された発光素子1を得た。発光方法は図22の場合と同様に、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。
(Embodiment 10)
Next, the manufacturing method and the light emitting action of the tenth embodiment will be described with reference to FIG. The description of the same reference numerals as those in FIG. 22 may be omitted. A second electrode 7 was formed by printing and baking a mesh-like (about 5 to 10 mesh) Ag paste on the other surface of the dielectric 10 on which the first electrode 6 used in FIG. 22 was formed. . Thereafter, a slurry of the phosphor particle powder 3 and colloidal silica aqueous solution is applied to the upper surface of the second electrode 7 in the same manner as described above, and is dried at 100 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes with a dryer. A porous luminous body layer 2 having a thickness of about 100 μm was laminated on the surface. As a result, the second electrode 7 was formed between the dielectric layer 10 and the porous light emitter layer 2, and the light emitting element 1 was obtained in which the first electrode 6 was formed outside the dielectric layer 10. . In the light emitting method, an AC electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 as in the case of FIG. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. The primary electrons (e−) collide with the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2 to generate creeping discharge, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

もちろん図22の時同様に印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えたり、周波数を数十Hzから数千Hz上げることで分極反転時の電子放出や沿面放電がより激しく起こり発光輝度が向上する。また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波のピーク電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。   Of course, in the same way as in FIG. 22, the waveform of the alternating electric field applied is changed from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, or the frequency is increased from several tens of Hz to several thousand Hz, thereby causing more intense electron emission and creeping discharge during polarization reversal. Occurrence of light emission is improved. A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. The burst wave is generated when the polarization of the dielectric layer 10 is reversed, and the generated frequency is generated immediately before the peak in the case of a sine wave and at the peak in the case of a sawtooth wave or a rectangular wave, and the emission luminance increases as the peak voltage of the burst wave increases. Improved.

いったん沿面放電が開始されると上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子2の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 2 due to the rays. Is preferably reduced.

図23の場合では、誘電体層10の厚みに対して約0.7〜1.2kV/mmの電圧を印加すると、分極反転による図17に示す一次電子放出(e-)24と沿面放電による二次電子(e-)25が発生し、続いて発光が開始された。   In the case of FIG. 23, when a voltage of about 0.7 to 1.2 kV / mm is applied to the thickness of the dielectric layer 10, the primary electron emission (e −) 24 shown in FIG. Secondary electrons (e−) 25 were generated, and light emission was started.

図22と図23の発光の違いは前者では多孔質発光体層2で沿面放電が激しく発生しやすいが、後者では沿面放電の発生が若干弱り輝度も若干弱った。   The difference in light emission between FIG. 22 and FIG. 23 is that in the former, creeping discharge is apt to occur violently in the porous light-emitting body layer 2, but in the latter, the occurrence of creeping discharge is slightly weakened and the luminance is also slightly weakened.

また、図23でメッシュ状の第二の電極7にした理由は、分極反転で発生した図17に示す一次電子(e-)24が多孔質発光体層2に放出されやすいようにするためであり、均一厚さの電極7を形成してしまうと図17に示す一次電子(e-)24が多孔質発光体層2に放出されにくくなるためである。   Further, the reason why the mesh-like second electrode 7 is used in FIG. 23 is to make primary electrons (e −) 24 generated by polarization reversal shown in FIG. This is because, if the electrode 7 having a uniform thickness is formed, the primary electrons (e −) 24 shown in FIG.

また、図23の場合では絶縁層4として予め、MgOなどのコーティングを実施しなかったが、バインダーとして使用したコロイダルシリカが絶縁層4として機能した。   In the case of FIG. 23, the insulating layer 4 was not previously coated with MgO or the like, but colloidal silica used as a binder functioned as the insulating layer 4.

(実施の形態11)
次に、一対の電極6,7が共に誘電体層10と多孔質発光体層2の境界に形成される場合について図24を用いて説明する。図24は本実施の形態11における発光素子1の断面図である。6は第一の電極、7は第二の電極、3は蛍光体粒子、2は多孔質発光体層、10は誘電体層である。多孔質発光体層2は蛍光体粒子3、セラミック繊維18を主成分とするものから構成されている。蛍光体粒子3は平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)の3種類の無機化合物を所望の発光を得るために、それぞれ単独またはそれらを混合したものを用いる。
(Embodiment 11)
Next, a case where the pair of electrodes 6 and 7 are both formed at the boundary between the dielectric layer 10 and the porous light emitting layer 2 will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a cross-sectional view of light-emitting element 1 in the eleventh embodiment. 6 is a first electrode, 7 is a second electrode, 3 is a phosphor particle, 2 is a porous light emitter layer, and 10 is a dielectric layer. The porous luminescent layer 2 is composed of phosphor particles 3 and ceramic fibers 18 as main components. The phosphor particles 3 are of three types, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), and YBO 3 : Eu 3+ (red) with an average particle diameter of 2 to 3 μm. In order to obtain a desired light emission, an inorganic compound is used alone or a mixture thereof.

次に図24の製造方法と発光作用について説明する。まず、前記図22で使用した誘電体焼結体10の一方の面にAgペーストを塗布焼き付けて一対の電極6,7を形成する。次に蛍光体粒子45質量%と無機繊維粉10質量%とα−テレピネオール40質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを塗布し、乾燥後、大気中で400〜600℃で熱処理して、誘電体層10に厚みが約50μmの多孔質発光体層2を積層させる。これにより一対の電極6,7が共に誘電体層10と多孔質発光体層2の境界に形成された発光素子1を得る。   Next, the manufacturing method and light emitting action of FIG. 24 will be described. First, an Ag paste is applied and baked on one surface of the dielectric sintered body 10 used in FIG. 22 to form a pair of electrodes 6 and 7. Next, a slurry obtained by kneading 45% by mass of phosphor particles, 10% by mass of inorganic fiber powder, 40% by mass of α-terpineol, and 5% by mass of ethyl cellulose was applied, dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the atmosphere. A porous light emitting layer 2 having a thickness of about 50 μm is laminated on the dielectric layer 10. As a result, the light emitting device 1 in which the pair of electrodes 6 and 7 are both formed at the boundary between the dielectric layer 10 and the porous light emitting layer 2 is obtained.

発光方法は図22の場合と同様に、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3やセラミック繊維18に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   In the light emitting method, an AC electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 as in the case of FIG. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. The primary electrons (e−) collide with the phosphor particles 3 and the ceramic fibers 18 of the porous light emitting layer 2 to generate creeping discharge, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

もちろん印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えたり、周波数を数十Hzから数千Hz上げることで分極反転時の電子放出や沿面放電がより激しく起り発光輝度が向上する。また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波のピーク電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。   Of course, changing the waveform of the alternating electric field applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, or increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz causes more intense electron emission and creeping discharge during polarization reversal, resulting in improved emission brightness. . A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. The burst wave is generated when the polarization of the dielectric layer 10 is reversed, and the generated frequency is generated immediately before the peak in the case of a sine wave and at the peak in the case of a sawtooth wave or a rectangular wave, and the emission luminance increases as the peak voltage of the burst wave increases. Improved.

いったん沿面放電が開始されると上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. Is preferably reduced.

本実施の形態においては交流電源を用いて誘電体の厚みに対して約0.7〜1.2kV/mmの電圧を印加すると分極反転による電子放出と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。また、図24は一対の電極が共に誘電体層と多孔質発光体層の境界に形成されている場合でもある。   In this embodiment, when an AC power supply is used and a voltage of about 0.7 to 1.2 kV / mm is applied to the thickness of the dielectric, electron emission due to polarization inversion and creeping discharge occur, and then light emission starts. It was done. FIG. 24 also shows a case where a pair of electrodes are both formed at the boundary between the dielectric layer and the porous light emitter layer.

(実施の形態12)
図25を参照しながら本発明における実施の形態12、すなわち一対の電極6と7が誘電体層の上面に配置されていて、この一対の電極を介して多孔質発光体層2が積層され、この多孔質発光体層2の上面に他の電極70が配置されている場合について説明する。
(Embodiment 12)
Referring to FIG. 25, the twelfth embodiment of the present invention, that is, the pair of electrodes 6 and 7 is disposed on the upper surface of the dielectric layer, and the porous luminous body layer 2 is laminated via the pair of electrodes. The case where the other electrode 70 is arrange | positioned on the upper surface of this porous light-emitting body layer 2 is demonstrated.

図25は本実施の形態における発光素子1の断面図である。6と7は一対の電極であり、6は第一の電極、7は第二の電極、3は蛍光体粒子、4は電気的絶縁体層、2は多孔質発光体層、10は誘電体層および70は第三の電極である。多孔質発光体層は図6に示したように蛍光体粒子3またはこれを主成分とするものから構成されていて、本実施の形態においては蛍光体粒子3の表面を絶縁体層4で被覆したものを使用した。   FIG. 25 is a cross-sectional view of the light-emitting element 1 in the present embodiment. 6 and 7 are a pair of electrodes, 6 is a first electrode, 7 is a second electrode, 3 is a phosphor particle, 4 is an electrical insulator layer, 2 is a porous phosphor layer, and 10 is a dielectric. Layer and 70 are the third electrode. As shown in FIG. 6, the porous luminescent layer is composed of the phosphor particles 3 or the main component thereof. In the present embodiment, the surface of the phosphor particles 3 is covered with the insulator layer 4. We used what we did.

蛍光体粒子3は平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)の3種類の無機化合物を所望の発光を得るために、それぞれ単独またはそれらを混合したものを用いる。 The phosphor particles 3 are of three types, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), and YBO 3 : Eu 3+ (red) with an average particle diameter of 2 to 3 μm. In order to obtain a desired light emission, an inorganic compound is used alone or a mixture thereof.

本実施の形態においては前記青色の蛍光体粒子3を使用し、その表面にMgOからなる絶縁性無機物の絶縁体層4を形成したものを使用した。Mgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子11を加えて長時間にわたって攪拌し、取り出して乾燥後、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、MgOの均一なコーティング層、すなわち絶縁体層4を蛍光体粒子3の表面に形成させた。   In the present embodiment, the above-described blue phosphor particles 3 are used, and an insulating inorganic insulator layer 4 made of MgO is formed on the surface thereof. Phosphor particles 11 are added to the Mg precursor complex solution, stirred for a long time, taken out, dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the atmosphere, whereby the uniform coating layer of MgO, that is, the insulator layer 4 is fluorescent. It was formed on the surface of the body particles 3.

まず、図25に示す本実施の形態12おける発光素子の製造方法について説明する。絶縁体層4がコーティングされた蛍光体粒子3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合してスラリー化する。次に、第一の電極6と第二の電極7が形成された直径15mmφで厚み1mmの誘電体層10(BaTiO3を主成分とする板状の焼結体で、その上面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成したもの)に一対の電極、すなわち第一の電極6と第二の電極7を介して前記スラリーを塗布し、乾燥機で100〜150℃の温度で10〜30分間乾燥することにより、誘電体層10に厚さが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。さらに、多孔質発光体層2の上面に透明電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ0.1μm)70が塗布されたガラス(図示せず)を積層した。これにより一対の電極6,7が誘電体層10と多孔質発光体層2の境界に形成され、第三の電極70が多孔質発光体の上面に形成された図25に示すような発光素子1を得た。その際、後述するように、多孔質発光体層として蛍光体粒子粉末を担持させた無機繊維板を利用してもよい。 First, a method for manufacturing the light emitting element in the twelfth embodiment shown in FIG. 25 will be described. 50% by mass of the phosphor particles 3 coated with the insulator layer 4 and 50% by mass of an aqueous colloidal silica solution are mixed to form a slurry. Next, a dielectric layer 10 having a diameter of 15 mmφ and a thickness of 1 mm on which the first electrode 6 and the second electrode 7 are formed (a plate-like sintered body mainly composed of BaTiO 3 , and an Ag electrode paste on the upper surface thereof) The first electrode 6 and the second electrode 7 are formed by baking to a thickness of 30 μm), and the slurry is applied via a pair of electrodes, that is, the first electrode 6 and the second electrode 7, and dried. The porous light emitting layer 2 having a thickness of about 100 μm was laminated on the dielectric layer 10 by drying at a temperature of 100 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes. Further, a glass (not shown) coated with a transparent electrode (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 0.1 μm) 70 was laminated on the upper surface of the porous luminous body layer 2. Thus, a pair of electrodes 6 and 7 are formed at the boundary between the dielectric layer 10 and the porous light emitter layer 2, and the third electrode 70 is formed on the upper surface of the porous light emitter as shown in FIG. 1 was obtained. At that time, as will be described later, an inorganic fiber plate carrying a phosphor particle powder as a porous light-emitting layer may be used.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により図17に示す一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。その後、他の電極、すなわち電極70と前記一対の電極の少なくとも一方の間に交番電界を印加することにより,図17に示す一次電子(e-)24は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに図17に示す二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. An alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 shown in FIG. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. Then, by applying an alternating electric field between at least one of the other electrodes, that is, the electrode 70 and the pair of electrodes, the primary electrons (e−) 24 shown in FIG. Or collides with the insulating layer 4 to cause creeping discharge, and a large number of secondary electrons (e−) 25 shown in FIG. 17 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

このとき印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで分極反転時の電子放出や沿面放電がより激しく生じ、発光輝度が向上する。   By changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave at this time, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, electron emission and creeping discharge during polarization inversion occur more intensely, resulting in light emission. Brightness is improved.

また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. A burst wave is generated when the dielectric layer 10 is inverted in polarization, and the generated frequency is generated just before the peak for a sine wave, and at the peak for a sawtooth wave or a rectangular wave, and the luminance is increased as the burst wave voltage is increased. did. Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. Is preferably reduced.

本実施の形態においては分極反転に際して、誘電体層10の厚みに対して約0.65〜1.3kV/mmの電界を印加する。その後、交流電源を用いて発光素子1の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、一次電子放出と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、分極反転の際に印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   In this embodiment, an electric field of about 0.65 to 1.3 kV / mm is applied to the thickness of the dielectric layer 10 at the time of polarization reversal. After that, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm to the thickness of the light emitting element 1 using an AC power source, primary electron emission and creeping discharge occur, and then light emission starts. It was done. In addition, although the one where the electric field applied in the case of polarization inversion is large accelerates | stimulates generation | occurrence | production of an electron, when too small, discharge | release of an electron will become insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であった。また、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。青色換算で、2〜5 lm/Wの発光効率を持った発光デバイスを作製することが可能となった。   Moreover, the current value at the time of discharge was 0.1 mA or less. Further, when light emission started, light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage, and it was confirmed that the light emission had high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. It became possible to produce a light emitting device having a light emission efficiency of 2 to 5 lm / W in terms of blue.

本実施の形態12においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   In the twelfth embodiment, driving was performed in the atmosphere, but it was confirmed that light was emitted in the same manner even when performed in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

本実施の形態12における発光素子1は、構造的に無機EL(ELD)に近い構造であるが、構成やメカニズムが全く異なる。まず、構成に関しては既に背景技術で記載したように無機ELに使用される蛍光体はZnS:Mn2+、GaP:Nなどに代表されるように半導体からなる発光体であるが、本実施の形態1における蛍光体粒子は絶縁体または半導体のいずれでもよい。すなわち、極端に抵抗値の低い半導体の蛍光体粒子を用いる際においても、既述したように蛍光体粒子3が絶縁性無機物である絶縁体層4で均一に被覆されているために短絡することなく沿面放電により継続して発光させることができる。また、蛍光体層に関して無機ELではサブミクロン〜数μmの厚みであるのに対して、本実施の形態では数μm〜数百μmの多孔質体である。さらに、本実施の形態では発光体層が多孔質である点である。 The light-emitting element 1 in Embodiment 12 has a structure that is structurally close to inorganic EL (ELD), but the configuration and mechanism are completely different. First, regarding the configuration, as already described in the background art, the phosphor used in the inorganic EL is a light emitter made of a semiconductor as represented by ZnS: Mn 2+ , GaP: N, etc. The phosphor particles in Form 1 may be either insulators or semiconductors. That is, even when using semiconductor phosphor particles having an extremely low resistance value, the phosphor particles 3 are uniformly covered with the insulator layer 4 made of an insulating inorganic material as described above, so that a short circuit occurs. The light can be continuously emitted by creeping discharge. In addition, the inorganic EL layer has a thickness of submicron to several μm with respect to the phosphor layer, whereas in the present embodiment, it is a porous body of several μm to several hundred μm. Further, in the present embodiment, the luminous body layer is porous.

多孔質の形態については、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察した結果から蛍光体粒子が点接触した程度のパッキングである。   About the porous form, it is packing of the grade which the phosphor particle point-contacted from the result observed with SEM (scanning electron microscope).

また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ(PDP)で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管(CRT)で使用されているZnS:Ag(青)やZnS:Cu、Au,Al(緑)、Y23:Eu(赤)でも同様の発光を確認した。CRT用の蛍光体では抵抗値が低いために沿面放電が発生しにくい、従って蛍光体の表面を絶縁層4でコーティングすることで沿面放電の発生を容易にさせ発光させることが望ましい。 Moreover, although the ultraviolet light emission powder used in the current plasma display (PDP) is used as the phosphor particles, ZnS: Ag (blue), ZnS: Cu, Au used in the cathode ray tube (CRT) are used. , Al (green), Y 2 O 3 : Eu (red), similar luminescence was confirmed. Since the phosphor for CRT has a low resistance value, it is difficult for creeping discharge to occur. Therefore, it is desirable that the surface of the phosphor is coated with the insulating layer 4 to facilitate the generation of creeping discharge and to emit light.

本発明は誘電体の分極反転で放出される一次電子を基点として雪崩的に沿面放電し二次電子が多量に発生し発光に至る発光素子である。従って、分極反転以外に電子を衝突させる新たな機能を有するシステムを多孔質発光体層2に付加すれば容易に発光するものと予想される。   The present invention is a light-emitting element that emits light by generating a large amount of secondary electrons due to creeping discharge in an avalanche using primary electrons emitted as a result of polarization reversal of a dielectric. Therefore, if a system having a new function of colliding electrons in addition to the polarization inversion is added to the porous light emitting layer 2, it is expected that the light emission is easily performed.

なお、本実施の形態においては蛍光体粒子3のスラリーを作製するに当たり、コロイダルシリカ水溶液を使用したが、有機溶剤を使用しても同様の結果が得られることを確認した。蛍光体粒子50質量%に対してα−テレピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを使用し、誘電体層10の表面にスクリーン印刷を行い、大気中で400〜600℃、10〜60分熱処理することで数μm〜数十μmの厚みの多孔質発光体層23を作製することができる。この場合、熱処理温度を上げすぎると蛍光体の変質が起こりやすいので温度管理と熱処理雰囲気管理が重要となる。なお、この有機系スラリーに無機繊維18を含有させても同様の結果が得られる。   In the present embodiment, colloidal silica aqueous solution was used in preparing the slurry of phosphor particles 3, but it was confirmed that the same result was obtained even when an organic solvent was used. A slurry obtained by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the phosphor particles is subjected to screen printing on the surface of the dielectric layer 10, and 400 to 600 ° C., 10 to 10% in the air. By performing heat treatment for 60 minutes, the porous light-emitting layer 23 having a thickness of several μm to several tens of μm can be produced. In this case, if the heat treatment temperature is raised too much, the phosphor is likely to be deteriorated, and therefore temperature management and heat treatment atmosphere management are important. It should be noted that the same result can be obtained even if the organic slurry contains the inorganic fiber 18.

また、本実施の形態では誘電体としてBaTiO3を用いたが、SrTiO3,CaTiO3,MgTiO3,PZT(PbZrTiO3),PbTiO3などの誘電体を用いても同様の効果が得られることを確認した。また誘電体層には焼結体を使用してもよいし、スパッタ、CVD、蒸着、ゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで得られた誘電体層を利用してもよい。 Further, in the present embodiment, using BaTiO 3 as a dielectric, SrTiO 3, CaTiO 3, MgTiO 3, PZT (PbZrTiO 3), that the same effect by using a dielectric such as PbTiO 3 is obtained confirmed. In addition, a sintered body may be used for the dielectric layer, or a dielectric layer obtained by a thin film forming process such as sputtering, CVD, vapor deposition, or sol / gel may be used.

本実施の形態においては誘電体層として焼結体を使用したが、誘電体の粉体と結合剤からなる構成を採用しても発光が可能である。すなわち、Al金属基板上に、BaTiO3粉末40質量%に対してガラス粉末15質量%を混合した粉体にα−テレピネオール40質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを塗布し、乾燥後大気中において400〜600℃で熱処理することにより、誘電体粒子と結合剤から構成される誘電体層を用いることも可能である。 In the present embodiment, a sintered body is used as the dielectric layer. However, light emission is possible even when a structure composed of a dielectric powder and a binder is employed. That is, a slurry obtained by kneading 40% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose on a powder obtained by mixing 15% by mass of glass powder with 40% by mass of BaTiO 3 powder on an Al metal substrate was coated, dried and then air It is also possible to use a dielectric layer composed of dielectric particles and a binder by heat treatment at 400 to 600 ° C.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤または緑を用いても同様の効果が有ることが分かった。なお青、赤、緑の混合粒子でも同様の効果があった。本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア倍増層を必要としないので構造が簡単であり、加工も容易である。   In the present embodiment, blue phosphor particles are used, but it has been found that the same effect can be obtained even when red or green is used. The same effect was obtained with mixed particles of blue, red, and green. According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, a thin film forming process is not used for forming a phosphor layer as in the prior art, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Is simple and easy to process.

電極70にITOを使用したが,ITOの代替として、銅の配線が施された透光性基板を使用することも可能である。銅の配線は微細なメッシュ状に形成されていて、開口率(配線が施されていない部分の全体に対する割合)は90%であり、光の透過はITO膜を有する透光性基板に比較してほとんど遜色がない。また、銅はITOに比較して、かなり低抵抗であることから発光効率の向上に大きく寄与するので好都合である。なお、微細なメッシュ状の配線を施す金属としては銅以外に金、銀、白金やアルミニウムを使用することも可能である。   ITO is used for the electrode 70, but it is also possible to use a translucent substrate with copper wiring as an alternative to ITO. The copper wiring is formed in a fine mesh shape, and the aperture ratio (ratio to the whole portion where the wiring is not applied) is 90%, and the light transmission is compared with a translucent substrate having an ITO film. There is almost no inferiority. Also, copper is advantageous because it has a considerably lower resistance than ITO and thus greatly contributes to improvement in luminous efficiency. In addition, it is also possible to use gold, silver, platinum, or aluminum other than copper as a metal for providing fine mesh wiring.

(実施の形態13)
次に、実施の形態13について、図26を参照しながら製造方法と発光作用について説明する。本実施の形態においては誘電体層10を挟んで下面に第一の電極6と、上面に第二の電極7をそれぞれ形成した。図1と同一の符号の説明は省略することがある。実施の形態12において使用したものと同様の誘電体10を用いて、その上面の中央部に第二の電極7、下面の全面に第一の電極6をAgペーストの印刷と焼付けにより、実施の形態12と同様にしてそれぞれ形成した。その後、第二の電極7の表面に実施の形態12で用いた蛍光体粒子3を含有するスラリーを塗布し、乾燥機で100〜150℃の温度において10〜30分間乾燥することで、誘電体層10に厚さが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。その後、実施の形態12と同様に多孔質発光体層2の上面に透明電極70(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ0.1μm)が塗布されたガラス板(図示せず)を積層した。その結果、一対の電極6,7が誘電体層10の両面に形成され、この誘電体10の上面に第二の電極7を介して多孔質発光体層2が積層され、さらにその多孔質発光体の上面に第三の電極70が形成されている図26に示すような断面の構造を有する発光素子1を得た。
(Embodiment 13)
Next, a manufacturing method and a light emitting action of the thirteenth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the first electrode 6 is formed on the lower surface and the second electrode 7 is formed on the upper surface with the dielectric layer 10 in between. The description of the same reference numerals as in FIG. 1 may be omitted. Using the same dielectric 10 as that used in the twelfth embodiment, the second electrode 7 is formed at the center of the upper surface and the first electrode 6 is formed on the entire lower surface by printing and baking Ag paste. Each was formed in the same manner as in Form 12. Thereafter, a slurry containing the phosphor particles 3 used in Embodiment 12 is applied to the surface of the second electrode 7 and dried at a temperature of 100 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes with a dryer. The layer 10 was laminated with a porous luminescent layer 2 having a thickness of about 100 μm. Thereafter, as in Embodiment 12, a glass plate (not shown) in which a transparent electrode 70 (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 0.1 μm) is applied to the upper surface of the porous luminous body layer 2 is formed. Laminated. As a result, a pair of electrodes 6, 7 are formed on both surfaces of the dielectric layer 10, and the porous light emitting layer 2 is laminated on the upper surface of the dielectric 10 via the second electrode 7, and the porous light emission is further performed. A light emitting device 1 having a cross-sectional structure as shown in FIG. 26 in which a third electrode 70 is formed on the upper surface of the body was obtained.

発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。その後、第三の電極70と前記一対の電極の少なくとも一方の間に交番電界を印加することにより,一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   In order to drive the light emitting element 1, an AC electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. Thereafter, by applying an alternating electric field between the third electrode 70 and at least one of the pair of electrodes, primary electrons (e−) collide with the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2. Creeping discharge occurs, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

本実施の形態13においては、上述したように実施の形態12の場合と同様に印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることや周波数を数十Hzから数千Hz上げることで分極反転時の電子放出や沿面放電がより激しく発生し、発光輝度が向上する。また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波のピーク電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。   In the thirteenth embodiment, the waveform of the alternating electric field to be applied is changed from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave as in the case of the twelfth embodiment as described above, and the frequency is increased from several tens of Hz to several thousand Hz. As a result, electron emission and creeping discharge during polarization inversion occur more violently, and the light emission luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. The burst wave is generated when the polarization of the dielectric layer 10 is reversed, and the generated frequency is generated immediately before the peak in the case of a sine wave and at the peak in the case of a sawtooth wave or a rectangular wave, and the emission luminance increases as the peak voltage of the burst wave increases. Improved.

いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain and continuously generates ultraviolet light and visible light. Therefore, it is necessary to suppress deterioration of the phosphor particles 3 by light, and the voltage is reduced after the light emission starts. Is preferred.

本実施の形態13においては誘電体層10の厚さに対して約0.84〜1.4kV/mmの電圧を第一の電極6と第二の電極7に印加することにより分極反転により一次電子の放出が行われ、しかる後に、第一の電極6または第二の電極7のいずれか一方と電極70に発光素子1の厚さに対して約0.7〜1.2kV/mmの交番電界を印加することにより沿面放電し二次電子が多量に発生し、続いて発光が開始された。   In the thirteenth embodiment, by applying a voltage of about 0.84 to 1.4 kV / mm to the first electrode 6 and the second electrode 7 with respect to the thickness of the dielectric layer 10, primary inversion is performed by polarization reversal. Electrons are emitted, and thereafter, either the first electrode 6 or the second electrode 7 and the electrode 70 are alternately connected to the light-emitting element 1 at a thickness of about 0.7 to 1.2 kV / mm. By applying an electric field, creeping discharge occurred and a large amount of secondary electrons were generated, and then light emission was started.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。青色換算で、2〜5 lm/Wの発光効率を持った発光デバイスを作製することが可能となった。   In addition, the current value during discharge is 0.1 mA or less, and when light emission starts, light emission continues even when the voltage is reduced to 50 to 80% of the applied voltage, resulting in high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. Luminescence was confirmed. It became possible to produce a light emitting device having a light emission efficiency of 2 to 5 lm / W in terms of blue.

本実施の形態13の発光素子おいては図26に示すように、誘電体層10の上面に形成する第二の電極7は全面に形成するのではなく部分的に形成する。これは分極反転により放出される一次電子が電極自体によって遮蔽されることを抑制し、多孔質発光体層2に効率よく導入させるためである。なお、上述のように部分的に電極を形成する代わりに、メッシュ状の電極にしてもよく、分極反転で発生した電子が円滑に多孔質発光体層2に放出される形状のものであればよい。   In the light emitting device of the thirteenth embodiment, as shown in FIG. 26, the second electrode 7 formed on the upper surface of the dielectric layer 10 is not formed on the entire surface but partially formed. This is to prevent primary electrons emitted by polarization reversal from being shielded by the electrodes themselves and to introduce them efficiently into the porous luminescent layer 2. Instead of partially forming the electrode as described above, a mesh electrode may be used as long as electrons generated by polarization reversal are smoothly emitted to the porous light emitter layer 2. Good.

なお、図26において交番電圧を印加する際、第一の電極6と第三の電極70の間に印加する場合と、第二の電極7と第三の電極70の間に印加する場合では輝度はほとんど変わらなかった。   In FIG. 26, when applying the alternating voltage, the luminance is applied between the first electrode 6 and the third electrode 70 and between the second electrode 7 and the third electrode 70. Almost did not change.

(実施の形態14)
次に、図27を参照しながら実施の形態14、すなわち一対の電極6,7が誘電体層10の下面に配置されていて、上面に多孔質発光体層2が積層され、この多孔質発光体層2の上面に第三の電極70が配置されている場合について説明する。
(Embodiment 14)
Next, with reference to FIG. 27, the fourteenth embodiment, that is, the pair of electrodes 6 and 7 are disposed on the lower surface of the dielectric layer 10, and the porous luminous body layer 2 is laminated on the upper surface. A case where the third electrode 70 is disposed on the upper surface of the body layer 2 will be described.

本実施の形態においては既述した実施の形態12と同様に蛍光体粒子の表面を絶縁層4で被覆したものを使用した。すなわち、蛍光体粒子はMgOの均一なコーティング層をその表面に形成させた。   In the present embodiment, the phosphor particles whose surfaces are covered with the insulating layer 4 are used as in the twelfth embodiment. That is, the phosphor particles formed a uniform coating layer of MgO on the surface.

本実施の形態おける発光素子の製造方法について図27を参照しながら説明する。絶縁体層4で均一に被覆された蛍光体粒子11を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合しスラリー化する。次に第一の電極6と第二の電極7が形成された直径15mmφで厚み1mmの誘電体層10(BaTiO3を主成分とする板状の焼結体で、その下面にAg電極ペーストを30μmの厚さになるように焼付けて第一の電極6と第二の電極7を形成したもの)の上面に前記スラリーを塗布し、乾燥機を用いて100〜150℃の温度で10〜30分間乾燥することで、誘電体層10に厚さが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。その後、多孔質発光体層2の上面に透明電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ0.1μm)70が塗布されたガラス(図示せず)を積層した。その結果、一対の電極6,7が誘電体層10の下面に形成され、誘電体層10の上面には多孔質発光体層2が積層され、さらに、多孔質発光体層2の上面には第三の電極70が形成された図27に示すような発光素子1を得た。 A method for manufacturing a light-emitting element in this embodiment will be described with reference to FIG. 50% by mass of phosphor particles 11 uniformly coated with the insulator layer 4 and 50% by mass of a colloidal silica aqueous solution are mixed to form a slurry. Next, a dielectric layer 10 having a diameter of 15 mmφ and a thickness of 1 mm on which the first electrode 6 and the second electrode 7 are formed (a plate-like sintered body mainly composed of BaTiO 3 , and an Ag electrode paste on the lower surface thereof) The slurry is applied to the upper surface of the first electrode 6 and the second electrode 7, which are baked to a thickness of 30 μm, and is 10 to 30 at a temperature of 100 to 150 ° C. using a dryer. The porous luminescent layer 2 having a thickness of about 100 μm was laminated on the dielectric layer 10 by drying for a minute. Thereafter, a glass (not shown) coated with a transparent electrode (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 0.1 μm) 70 was laminated on the upper surface of the porous luminous body layer 2. As a result, a pair of electrodes 6, 7 are formed on the lower surface of the dielectric layer 10, the porous light emitter layer 2 is laminated on the upper surface of the dielectric layer 10, and further, on the upper surface of the porous light emitter layer 2 The light emitting element 1 as shown in FIG. 27 in which the third electrode 70 was formed was obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。その後、第三の電極70と前記一対の電極6,7の少なくとも一方の間に交番電界を印加することにより,一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. An alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. After that, by applying an alternating electric field between the third electrode 70 and at least one of the pair of electrodes 6 and 7, the primary electrons (e−) are converted into the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2. , A creeping discharge occurs, and a large number of secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

このとき印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えること、または周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより分極反転時の電子放出や沿面放電が一層激しく生じ、発光輝度が向上した。   Changing the waveform of the alternating electric field applied at this time from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, or increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, causes more intense electron emission and creeping discharge during polarization reversal, resulting in emission brightness. Improved.

また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。   A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. A burst wave is generated when the dielectric layer 10 is inverted in polarization, and the generated frequency is generated just before the peak for a sine wave, and at the peak for a sawtooth wave or a rectangular wave, and the luminance is increased as the burst wave voltage is increased. did.

いったん沿面放電が開始されると上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. Is preferably reduced.

本実施の形態14においては分極反転に際し、誘電体層10の厚みに対して約0.4〜0.8kV/mmの電界を印加し、その後、交流電源を用いて発光素子1の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、一次電子放出と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、分極反転において印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   In the fourteenth embodiment, at the time of polarization reversal, an electric field of about 0.4 to 0.8 kV / mm is applied to the thickness of the dielectric layer 10, and then the thickness of the light-emitting element 1 is changed using an AC power source. On the other hand, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm, primary electron emission and creeping discharge were generated, and then light emission was started. Note that, when the electric field applied in the polarization inversion is larger, the generation of electrons is promoted. However, when the electric field is too small, the electron emission is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であった。また、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。青色換算で、2〜5 lm/Wの発光効率を持った発光デバイスを作製することが可能となった。   Moreover, the current value at the time of discharge was 0.1 mA or less. Further, when light emission started, light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage, and it was confirmed that the light emission had high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. It became possible to produce a light emitting device having a light emission efficiency of 2 to 5 lm / W in terms of blue.

(実施の形態15)
図28を参照しながら本発明の実施の形態15について説明する。本実施の形態は第一の電極6が誘電体層10の下面に配置され、この誘電体層10の上面に多孔質発光体層2が積層され、この多孔質発光体層2の上面に第二の電極7と第三の電極70が配置されている。
(Embodiment 15)
A fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the first electrode 6 is disposed on the lower surface of the dielectric layer 10, the porous light emitter layer 2 is laminated on the upper surface of the dielectric layer 10, and the first electrode 6 is formed on the upper surface of the porous light emitter layer 2. A second electrode 7 and a third electrode 70 are arranged.

本実施の形態15においては既述した実施の形態12と同様に蛍光体粒子の表面を絶縁層4で被覆したものを使用した。すなわち、MgOの均一なコーティング層を青色蛍光体粒子の表面に実施の形態12と同様の方法で形成させた。   In the fifteenth embodiment, the phosphor particles whose surfaces are covered with the insulating layer 4 are used as in the twelfth embodiment. That is, a uniform coating layer of MgO was formed on the surface of the blue phosphor particles by the same method as in the twelfth embodiment.

本実施の形態15おける発光素子の製造方法については、まず上述の絶縁層4で均一に被覆された蛍光体粒子3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合しスラリーを作製する。次に第一の電極6が形成された直径15mmφで厚さ1mmの誘電体層10(BaTiO3を主成分とする板状の焼結体で、その下面にAg電極ペーストを30μmの厚さに焼付けて第一の電極6を形成したもの)の上面に前記スラリーを塗布し、乾燥機で100〜150℃、10〜30分間乾燥することで、誘電体層10に厚さが約100μmの多孔質発光体層2を積層させた。さらに、多孔質発光体層2の上面にAg電極ペーストを厚さ30μmになるように焼付けて、第二の電極7を多孔質発光体層2の表面の一部に形成し、その後、透明電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ0.1μm)70が部分的に塗布されたガラス板(図示せず)を積層した。その結果、一対の電極のうちの第一の電極7が誘電体層10の下面に形成され、誘電体層10の上面には多孔質発光体層2が積層され、その上面には第二の電極7と、さらに第三の電極70が形成され、図28の断面構造を有する発光素子1を得た。 Regarding the method for manufacturing a light-emitting element in the fifteenth embodiment, first, a slurry is prepared by mixing 50% by mass of phosphor particles 3 uniformly coated with the insulating layer 4 and 50% by mass of an aqueous colloidal silica solution. Next, the dielectric layer 10 having a diameter of 15 mmφ and a thickness of 1 mm on which the first electrode 6 is formed (a plate-like sintered body mainly composed of BaTiO 3 , and Ag electrode paste is formed on the lower surface thereof to a thickness of 30 μm. The slurry is applied to the upper surface of the first electrode 6 baked) and dried in a dryer at 100 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes, whereby the dielectric layer 10 has a thickness of about 100 μm. The phosphor layer 2 was laminated. Further, an Ag electrode paste is baked on the upper surface of the porous luminous body layer 2 so as to have a thickness of 30 μm, and the second electrode 7 is formed on a part of the surface of the porous luminous body layer 2, and then the transparent electrode A glass plate (not shown) partially coated with 70 (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 0.1 μm) 70 was laminated. As a result, the first electrode 7 of the pair of electrodes is formed on the lower surface of the dielectric layer 10, the porous luminous body layer 2 is laminated on the upper surface of the dielectric layer 10, and the second electrode is formed on the upper surface. The electrode 7 and the third electrode 70 were formed, and the light emitting device 1 having the cross-sectional structure of FIG. 28 was obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。電圧の印加により、誘電体層10で分極反転により一次電子(e-)24が放出される。この際、紫外線や可視光線が発生する。その後、他の電極、すなわち電極70と前記一対の電極の少なくとも一方の間に交番電界を印加することにより,一次電子(e-)は多孔質発光層2の蛍光体粒子3や絶縁層4に衝突し、沿面放電となり、さらに二次電子(e-)25が多数発生する。これにより、雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。加えて、交流電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。それに伴って電子が発生し、多孔質発光層に電荷が注入される結果、沿面放電が発生する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子や紫外線が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. An alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. By applying a voltage, primary electrons (e−) 24 are emitted from the dielectric layer 10 by polarization inversion. At this time, ultraviolet rays and visible rays are generated. Thereafter, by applying an alternating electric field between at least one of the other electrodes, that is, the electrode 70 and the pair of electrodes, primary electrons (e−) are applied to the phosphor particles 3 and the insulating layer 4 of the porous light emitting layer 2. Collision occurs, creeping discharge occurs, and many secondary electrons (e−) 25 are generated. Thereby, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In addition, the inversion of polarization is repeated in the dielectric layer by the application of an alternating electric field. As a result, electrons are generated and electric charges are injected into the porous light emitting layer, resulting in creeping discharge. Creeping discharge continuously occurs while an electric field is applied. At that time, electrons and ultraviolet rays generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light.

このとき印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えること、または周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより分極反転時の電子放出や沿面放電が一層激しく起り発光輝度が向上する。   At this time, the waveform of the alternating electric field applied is changed from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, or the frequency is increased from several tens of Hz to several thousand Hz. improves.

また、交番電界の電圧値を上げるに従いバースト波が発生する。バースト波は誘電体層10の分極反転時に発生するもので、発生周波数は正弦波ではピークの直前、ノコギリ波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   A burst wave is generated as the voltage value of the alternating electric field is increased. A burst wave is generated when the dielectric layer 10 is inverted in polarization, and the generated frequency is generated just before the peak for a sine wave, and at the peak for a sawtooth wave or a rectangular wave, and the luminance is increased as the burst wave voltage is increased. did. Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. Is preferably reduced.

本実施の形態においては分極反転に際し、誘電体層10の厚みに対して約0.5〜1.0kV/mmの電界を印加し、その後、交流電源を用いて発光素子1の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、一次電子放出と沿面放電し二次電子が多量に発生し、続いて発光が開始された。なお、分極反転において印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   In the present embodiment, at the time of polarization reversal, an electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm is applied to the thickness of the dielectric layer 10, and then the thickness of the light emitting element 1 using an AC power source. When an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm was applied, primary electrons were emitted and creeped to discharge, a large amount of secondary electrons were generated, and then light emission was started. Note that, when the electric field applied in the polarization inversion is larger, the generation of electrons is promoted. However, when the electric field is too small, the electron emission is insufficient.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であった。また、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。青色換算で、2〜5 lm/Wの発光効率を持った発光デバイスを作製することが可能となった。   Moreover, the current value at the time of discharge was 0.1 mA or less. Further, when light emission started, light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage, and it was confirmed that the light emission had high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. It became possible to produce a light emitting device having a light emission efficiency of 2 to 5 lm / W in terms of blue.

(実施の形態16)
図29と図30を参照しながら、本実施の形態における電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は多孔質発光体が無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体が電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、一対の電極が前記多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置されている。特に、電子放出体がカソード電極、ゲート電極、及び前記2つの電極の間に介在させたスピント型エミッタを含んでなり、カソード電極とゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、前記スピント型エミッタから放出される電子を多孔質発光体に照射して前記多孔質発光体を発光させる発光素子について説明する。
(Embodiment 16)
A light-emitting element including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes in this embodiment will be described with reference to FIGS. The light-emitting element of the present embodiment is disposed adjacent to an electron emitter so that the porous light emitter includes inorganic phosphor particles and the porous light emitter is irradiated with electrons generated from the electron emitter. Are arranged so that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitter. In particular, the electron emitter includes a cathode electrode, a gate electrode, and a Spindt-type emitter interposed between the two electrodes. By applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode, the Spindt-type emitter is obtained. A light emitting element that emits light from the emitter by irradiating the emitter with electrons emitted from the emitter will be described.

図29は本実施の形態における発光素子の断面図であり、1は全体の厚みが約2mmの発光素子、2は厚みが約30μmの多孔質発光体層、3は平均粒径が2μmの蛍光体粒子、4は蛍光体粒子表面の厚みが0.5μmの絶縁層、100は底面が1μm、高さが1μmの三角錐方のスピント型エミッタ、6は厚みが200nmの第一の電極、7は厚みが200nmの第二の電極、111は厚みが150nmのアノード電極、112は厚みが150nmのカソード電極、113は厚みが200nmのゲート電極、116は厚みが1μmの絶縁層、117は厚みが1.1mmの基板、119は厚みが1.1mmの電子放出体である。   FIG. 29 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. 1 is a light-emitting element having a total thickness of about 2 mm, 2 is a porous light-emitting layer having a thickness of about 30 μm, and 3 is a fluorescent light having an average particle diameter of 2 μm. Body particles, 4 is an insulating layer having a phosphor particle surface thickness of 0.5 μm, 100 is a triangular pyramidal spindt emitter having a bottom surface of 1 μm and a height of 1 μm, 6 is a first electrode having a thickness of 200 nm, 7 Is a second electrode having a thickness of 200 nm, 111 is an anode electrode having a thickness of 150 nm, 112 is a cathode electrode having a thickness of 150 nm, 113 is a gate electrode having a thickness of 200 nm, 116 is an insulating layer having a thickness of 1 μm, and 117 is a thickness. A 1.1 mm substrate 119 is an electron emitter having a thickness of 1.1 mm.

まず、本実施の形態における発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。図30A−Fは図29に示した発光素子の製造方法を説明するための図であり、図30Aに示すように、ガラスの基板117の表面にAuを蒸着してカソード電極112を形成する。カソード電極112にはAuの代りに、Ag、Al又はNiを蒸着させてもよい。また、基板117はガラス以外にセラミックであってもよい。   First, a method for manufacturing a light-emitting element in this embodiment will be described with reference to the drawings. FIGS. 30A to F are views for explaining a method of manufacturing the light emitting device shown in FIG. 29. As shown in FIG. 30A, Au is vapor-deposited on the surface of the glass substrate 117 to form the cathode electrode 112. Ag, Al, or Ni may be deposited on the cathode electrode 112 instead of Au. The substrate 117 may be ceramic other than glass.

次に、図30Bに示すように絶縁層116を形成するために、カソード電極112の上にスクリーン印刷法により、ガラスペーストを印刷し、乾燥させて580℃で焼成する。なお、絶縁層116の形成はガラスペーストをスクリーン印刷する代わりに、SiO2をカソード電極上にスパッタリングにより被覆してから、フォトレジストとフォトマスクを用いて、UV露光してから現像し、エッチングすることによりSiO2の絶縁層116を選択的に形成させる所謂フォトリソグラフィの技法を用いて行うことも可能である。 Next, to form the insulating layer 116 as shown in FIG. 30B, a glass paste is printed on the cathode electrode 112 by screen printing, dried, and baked at 580 ° C. The insulating layer 116 is formed by coating SiO 2 on the cathode electrode by sputtering instead of screen-printing the glass paste, developing with UV exposure using a photoresist and a photomask, and then etching. Thus, it is also possible to use a so-called photolithography technique in which the SiO 2 insulating layer 116 is selectively formed.

次に、図30Cに示すようにAlをスパッタリング成膜してからフォトリソグラフィの技法を用いて、絶縁層116の上にAlからなるゲート電極113を形成する。なお、ゲート電極用金属はAlの代わりに、Niを用いることも可能である。   Next, as shown in FIG. 30C, after Al is formed by sputtering, a gate electrode 113 made of Al is formed on the insulating layer 116 by using a photolithography technique. Note that Ni can be used as the gate electrode metal instead of Al.

その後、図30Eに示すようにスピント型エミッタをゲート電極113の間の窪みに2段階蒸着方式により形成する。具体的には、図30Cに示す基板を約20°の角度に傾斜させて蒸着装置にセットし、前記の基板を回転させながら犠牲材料としてのAl23を蒸着する。これにより、Al23は図30Dに示すようにゲート電極113を被覆するように蒸着され、厚み200nmのAl23層118が形成され、カソード電極112上には蒸着されない。続いて、エミッタとしてMoを垂直蒸着すると、ゲート電極113の間の窪みに自己整合的に入り込むように蒸着され、三角錐状のMoのスピント型エミッタが形成される。その後、ゲート電極113上の犠牲層やMoをリフトオフし、またMoエミッタは蒸着の際に酸化されるので、550℃の温度で焼成することにより、最終的に図30Eに示すように、Moスピント型エミッタ100がゲート電極113の間の窪みに形成されたガラス基板が得られる。なお、エミッタ材料としてはMoの以外にNb、Zr、Ni、モリブデン鋼などの金属も使用に供することができ、またこれらのエミッタの作製は上述のMoエミッタを作製した方法に準じて行うことができる。 Thereafter, as shown in FIG. 30E, a Spindt-type emitter is formed in a recess between the gate electrodes 113 by a two-stage vapor deposition method. Specifically, the substrate shown in FIG. 30C is inclined at an angle of about 20 ° and set in a vapor deposition apparatus, and Al 2 O 3 as a sacrificial material is vapor-deposited while rotating the substrate. As a result, Al 2 O 3 is vapor deposited so as to cover the gate electrode 113 as shown in FIG. 30D, an Al 2 O 3 layer 118 having a thickness of 200 nm is formed, and is not vapor deposited on the cathode electrode 112. Subsequently, when Mo is vertically deposited as an emitter, it is deposited so as to enter the recesses between the gate electrodes 113 in a self-aligned manner, and a triangular-pyramidal Mo Spindt-type emitter is formed. Thereafter, the sacrificial layer and Mo on the gate electrode 113 are lifted off, and the Mo emitter is oxidized at the time of vapor deposition. Therefore, by firing at a temperature of 550 ° C., as shown in FIG. A glass substrate in which the mold emitter 100 is formed in the recess between the gate electrodes 113 is obtained. In addition to Mo, metals such as Nb, Zr, Ni, and molybdenum steel can be used for the emitter material, and these emitters can be produced in accordance with the above-described method for producing the Mo emitter. it can.

本実施の形態における多孔質発光体2は蛍光体粒子3又はこれを主成分とするものから構成されていて、本実施の形態においては蛍光体粒子3の表面を絶縁層4で被覆したものを使用した。   The porous luminous body 2 in the present embodiment is composed of phosphor particles 3 or those mainly composed of the phosphor particles 3, and in the present embodiment, the phosphor particles 3 are coated with an insulating layer 4 on the surface. used.

蛍光体粒子3は、例えば平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)の3種類の無機化合物を所望の発光を得るために、それぞれ単独又はそれらを混合したものを用いることが可能である。 The phosphor particles 3 are, for example, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) having an average particle diameter of 2 to 3 μm. In order to obtain desired luminescence of various types of inorganic compounds, it is possible to use single or a mixture thereof.

本実施の形態においては前記青色の蛍光体粒子3を使用し、その表面にMgOからなる絶縁性無機物の絶縁層4を形成した。具体的には、Mgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子3を加えて長時間にわたって攪拌し、取り出して乾燥後、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、MgOの均一なコーティング層、すなわち絶縁層4を蛍光体粒子3の表面に形成した。上述の絶縁体層4がコーティングされた蛍光体粒子3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合してスラリー化する。   In the present embodiment, the blue phosphor particles 3 are used, and an insulating inorganic insulating layer 4 made of MgO is formed on the surface thereof. Specifically, the phosphor particles 3 are added to the Mg precursor complex solution, stirred for a long time, taken out, dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the atmosphere, whereby a uniform coating layer of MgO, ie, insulation Layer 4 was formed on the surface of phosphor particles 3. 50% by mass of the phosphor particles 3 coated with the above-described insulator layer 4 and 50% by mass of an aqueous colloidal silica solution are mixed to form a slurry.

次に、無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)を前記スラリーに浸漬して100〜150℃の温度で10〜30分間乾燥することにより、セラミック板に蛍光体粒子の粉末を担持させる。その後、その両面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成した。このようにして得られたセラミック繊維板を図30Fに示すように、電子放出体119にコロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付する。次に、多孔質発光体2の上面に透明なアノード電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ15μm)111が塗布されたガラス(図示せず)を積層することにより、図29に示すように電子放出体119の上に多孔質発光体2が形成され、かつ所定の位置に電極が配置されてなる発光素子1が得られる。なお、発光素子1の電極について、第一の電極6及び第二の電極7は、アノード電極111として用いる透明電極ITOの抵抗値が高いために補助電極として挿入している。このため、アノード電極111と第二の電極7を共通にすることやゲート電極113と第一の電極6を共通にすることも可能である。 Next, a ceramic plate made of inorganic fibers (a ceramic fiber plate having a thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 system and having a porosity of about 45%) is immersed in the slurry to be 100 to 150 ° C. The powder of phosphor particles is supported on the ceramic plate by drying at a temperature for 10 to 30 minutes. Thereafter, an Ag electrode paste was baked to a thickness of 30 μm on both sides to form a first electrode 6 and a second electrode 7. As shown in FIG. 30F, the ceramic fiber board thus obtained is attached to the electron emitter 119 using colloidal silica, water glass, or epoxy resin. Next, by laminating a glass (not shown) coated with a transparent anode electrode (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 15 μm) 111 on the upper surface of the porous luminous body 2, FIG. As shown, a light emitting device 1 is obtained in which a porous light emitter 2 is formed on an electron emitter 119 and electrodes are arranged at predetermined positions. In addition, about the electrode of the light emitting element 1, since the resistance value of transparent electrode ITO used as the anode electrode 111 is high, the 1st electrode 6 and the 2nd electrode 7 are inserted as an auxiliary electrode. Therefore, the anode electrode 111 and the second electrode 7 can be made common, and the gate electrode 113 and the first electrode 6 can be made common.

また、エミッタから放出される電子の軌道が大きくずれるのを防ぐために、ゲート電極上にAgペーストをスクリーン印刷し、集束電極を設置してもよい。   Further, in order to prevent the trajectory of electrons emitted from the emitter from deviating greatly, Ag paste may be screen-printed on the gate electrode and a focusing electrode may be installed.

次に、本実施の形態における発光素子1の発光作用について説明する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 in the present embodiment will be described.

発光素子1を駆動するために、まず図29のアノード電極111とカソード電極112の間及びゲート電極113とカソード電極112の間にそれぞれ800V、80Vの直流電界を印加することにより、スピント型エミッタ100から図の矢印の方向に一次電子を放出させる。印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   In order to drive the light emitting element 1, first, by applying a DC electric field of 800 V and 80 V between the anode electrode 111 and the cathode electrode 112 and between the gate electrode 113 and the cathode electrode 112 in FIG. Primary electrons are emitted in the direction of the arrows in FIG. A larger applied electric field promotes the generation of electrons, but if it is too small, the electron emission becomes insufficient.

上述のようにして一次電子を放出させるとともに、第一の電極6と第二の電極7の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い放出された一次電子は雪崩的に増倍されて多孔質発光体2の内部で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、さらに加速された電子が発光中心に衝突し多孔質発光体2が励起されて発光する。その際、紫外線や可視光線も発生し、紫外線によっても励起発光する。   Primary electrons are emitted as described above, and an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. The primary electrons emitted as the charges move are multiplied by avalanche, and creeping discharge is generated inside the porous light-emitting body 2. Creeping discharges are continuously generated in a chain, charge transfer occurs around the phosphor particles, and accelerated electrons collide with the emission center to excite the porous luminous body 2 to emit light. At that time, ultraviolet rays and visible rays are also generated, and excitation light is emitted by the ultraviolet rays.

また、印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、さらに周波数を数十Hzから数千Hz上げることで、電子放出や沿面放電がより激しく生じ、その結果、発光輝度が向上する。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, the frequency is further increased from several tens of Hz to several thousand Hz, resulting in more intense electron emission and creeping discharge. Brightness is improved.

いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain and continuously generates ultraviolet light and visible light. Therefore, it is necessary to suppress deterioration of the phosphor particles 3 by light, and the voltage is reduced after the light emission starts. Is preferred.

具体的には、交流電源を用いて多孔質発光体1の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加することにより、電荷の移動とともに沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   Specifically, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm to the thickness of the porous light emitter 1 using an AC power source, creeping discharge is generated along with the movement of charges, Subsequently, light emission was started. In addition, although the one where the electric field applied in that case is large promotes generation | occurrence | production of an electron, when too small, discharge | release of an electron will become inadequate.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光が継続し、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。このようにして、青色換算で、2.0 lm/Wの発光効率、輝度200cd/m2、コントラスト500:1の特性を持った発光デバイスを作製できた。 In addition, the current value during discharge is 0.1 mA or less, and when light emission starts, light emission continues even when the voltage is reduced to 50 to 80% of the applied voltage, resulting in high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. Luminescence was confirmed. In this way, a light emitting device having a light emission efficiency of 2.0 lm / W, a luminance of 200 cd / m 2 , and a contrast of 500: 1 in terms of blue color could be manufactured.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when implemented in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

本実施の形態における発光素子1は、構造的に無機EL(ELD)に近い構造であるが、構成やメカニズムが全く異なるものである。まず、構成に関しては既に背景技術で記載したように無機ELに使用される蛍光体はZnS:Mn2+、GaP:Nなどに代表されるように半導体からなる発光体であるが、実施の形態における蛍光体粒子は絶縁体又は半導体のいずれでもよいが絶縁性蛍光体粒子の方が好ましい。すなわち、極端に抵抗値の低い半導体の蛍光体粒子を用いる際においても、既述したように蛍光体粒子が絶縁性無機物である絶縁層で均一に被覆することによって短絡することなく沿面放電により継続して発光させることができるからである。また、蛍光体層に関して無機ELではサブミクロン〜数μmの厚みであるのに対して、本実施の形態では数μm〜数百μmの多孔質体である。さらに、本実施の形態における特徴は発光体が多孔質である点である。 The light-emitting element 1 in this embodiment has a structure that is structurally close to inorganic EL (ELD), but has a completely different configuration and mechanism. First, as described in the background art regarding the structure, the phosphor used in the inorganic EL is a light emitter made of a semiconductor as represented by ZnS: Mn 2+ , GaP: N, etc. The phosphor particles in may be either an insulator or a semiconductor, but insulating phosphor particles are preferred. That is, even when using semiconductor phosphor particles having extremely low resistance values, as described above, the phosphor particles are continuously covered by the creeping discharge without being short-circuited by covering them uniformly with the insulating layer that is an insulating inorganic substance. This is because light can be emitted. In addition, the inorganic EL layer has a thickness of submicron to several μm with respect to the phosphor layer, whereas in the present embodiment, it is a porous body of several μm to several hundred μm. Furthermore, the feature of this embodiment is that the light emitter is porous.

多孔質の形態については、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察した結果から蛍光体粒子が点接触した程度のパッキングである。   About the porous form, it is packing of the grade which the phosphor particle point-contacted from the result observed with SEM (scanning electron microscope).

また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ(PDP)で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管(CRT)で使用されているZnS:Ag(青)やZnS:Cu、Au,Al(緑)、Y23:Eu(赤)でも同様の発光を確認できた。 Moreover, although the ultraviolet light emission powder used in the current plasma display (PDP) is used as the phosphor particles, ZnS: Ag (blue), ZnS: Cu, Au used in the cathode ray tube (CRT) are used. , Al (green), Y 2 O 3 : Eu (red), similar luminescence was confirmed.

本発明は電子放出体119で放出される電子に基づいて、雪崩的に沿面放電が発生し発光に至る発光素子であり、電子を照射させる新規な電子放出体を本発明の多孔質発光体2と組み合わせれば容易に発光させることができるものと推定される。   The present invention is a light emitting element in which creeping discharge is generated in an avalanche based on electrons emitted from the electron emitter 119 and light emission occurs. The novel electron emitter for irradiating electrons is a porous light emitter 2 of the present invention. It is presumed that light can be easily emitted if combined with the above.

なお、本実施の形態においては蛍光体粒子3のスラリーを作製するに当たり、コロイダルシリカ水溶液を使用したが、有機溶剤を使用しても同様の結果が得られることを確認した。蛍光体粒子50質量%に対してα−テレピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したスラリーを作製し、上述のセラミック繊維板に浸漬させ、熱処理によって脱脂してもよい。   In the present embodiment, colloidal silica aqueous solution was used in preparing the slurry of phosphor particles 3, but it was confirmed that the same result was obtained even when an organic solvent was used. A slurry obtained by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the phosphor particles may be prepared, immersed in the ceramic fiber plate, and degreased by heat treatment.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。なお、本実施の形態においては第一の電極6と第二の電極7の間に交番電界を印加したが直流電界でも差し支えない。   In addition, although blue phosphor particles are used in the present embodiment, it has been found that similar results can be obtained even when red or green is used. Similar results were obtained with mixed particles of blue, red, and green. In the present embodiment, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7, but a DC electric field may be used.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, the thin film forming process is hardly used for the conventional phosphor layer formation, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Therefore, the structure is simple and processing is easy.

(実施の形態17)
図31と図32A−Gを参照しながら、本実施の形態における電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は多孔質発光体が無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体が電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、一対の電極が多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置されてなるものである。特に、電子放出体がカソード電極、ゲート電極、前記2つの電極の間に介在させたカーボンナノチューブを含んでなり、カソード電極と前記ゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、カーボンナノチューブから放出される電子を多孔質発光体に照射して前記多孔質発光体を発光させる発光素子について説明する。
(Embodiment 17)
A light-emitting element including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes in this embodiment will be described with reference to FIGS. 31 and 32A-G. The light-emitting element of the present embodiment is disposed adjacent to an electron emitter so that the porous light emitter includes inorganic phosphor particles and the porous light emitter is irradiated with electrons generated from the electron emitter. These electrodes are installed so that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitter. In particular, the electron emitter comprises a cathode electrode, a gate electrode, and a carbon nanotube interposed between the two electrodes, and is emitted from the carbon nanotube by applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode. A light-emitting element that irradiates a porous light emitter with emitted electrons to emit light from the porous light emitter will be described.

図31は本実施の形態における発光素子の断面図であり、1は発光素子、2は多孔質発光体、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、6は第一の電極、7は第二の電極、111はアノード電極、112はカソード電極、113はゲート電極、116は絶縁層、117は基板及び127はカーボンナノチューブである。   FIG. 31 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. 1 is a light-emitting element, 2 is a porous light emitter, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 6 is a first electrode, and 7 is a second. , 111 is an anode electrode, 112 is a cathode electrode, 113 is a gate electrode, 116 is an insulating layer, 117 is a substrate, and 127 is a carbon nanotube.

まず、本実施の形態における発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。図32A−Gは図31に示した発光素子の製造方法を説明するための図であり、図32Aに示すように、ガラスの基板117の表面にAuを蒸着してカソード電極112を形成する方法は既述の実施の形態16と同様にして行う。なお、本実施の形態における基板はガラス以外にセラミックであってもよい。次に、図32Bに示すように絶縁層116をカソード電極112の上に形成させる方法及び図32Cに示すように、絶縁層116の上にAlからなるゲート電極113を形成する方法についても既述した実施の形態16と同様にして行う。   First, a method for manufacturing a light-emitting element in this embodiment will be described with reference to the drawings. 32A-G are views for explaining a method of manufacturing the light emitting device shown in FIG. 31. As shown in FIG. 32A, a method of forming cathode electrode 112 by vapor-depositing Au on the surface of glass substrate 117. Is performed in the same manner as in the sixteenth embodiment. Note that the substrate in the present embodiment may be ceramic other than glass. Next, the method for forming the insulating layer 116 on the cathode electrode 112 as shown in FIG. 32B and the method for forming the gate electrode 113 made of Al on the insulating layer 116 as shown in FIG. This is performed in the same manner as in the sixteenth embodiment.

次に、カーボンナノチューブ50質量%に対してα−テレピネオール45質量%、エチルセルロース5質量%を混練したペースト125をスクリーン印刷により図32Dに示すように、ゲート電極113の間の窪みに落とし込む。乾燥後、N2雰囲気中において400℃で熱処理することにより、図32Eに示すようにカーボンナノチューブ127が上記の窪みに堆積する。しかるのちに、粘着フィルムをカーボンナノチューブの表面に接着させてから剥離する方法により、カーボンナノチューブの配向処理を行うと、図32Fに示すような電子放出体として好ましい形態である垂直配向されたカーボンナノチューブが形成される。 Next, a paste 125 obtained by kneading 45% by mass of α-terpineol and 5% by mass of ethyl cellulose with respect to 50% by mass of the carbon nanotubes is dropped into a recess between the gate electrodes 113 by screen printing as shown in FIG. 32D. After drying, a heat treatment is performed at 400 ° C. in an N 2 atmosphere, so that the carbon nanotubes 127 are deposited in the depressions as shown in FIG. 32E. Thereafter, when the carbon nanotube is aligned by the method of adhering the adhesive film to the surface of the carbon nanotube and then peeling off, the vertically aligned carbon nanotube, which is a preferred form as an electron emitter as shown in FIG. 32F, is obtained. Is formed.

なお、上述のゲート電極を形成した基板に感光性カーボンナノチューブペーストをコーティングし、フォトマスクを用いて露光し現像することによりカーボンナノチューブをパターンニングすることも可能である。また、カーボンナノチューブの垂直配向のためのプロセスとしてレーザー照射法を用いることもできる。具体的には、上記のカーボンナノチューブを含有するペーストを用いてカーボンナノチューブ膜を形成した後に、レーザーを照射してカーボンナノチューブ膜に含まれる有機樹脂をバーンアウトすることにより、膜表面にカーボンナノチューブを露出させるとともに起毛させる方法である。   It is also possible to pattern the carbon nanotubes by coating a photosensitive carbon nanotube paste on the substrate on which the gate electrode is formed, and exposing and developing using a photomask. Further, a laser irradiation method can be used as a process for vertical alignment of the carbon nanotubes. Specifically, after forming a carbon nanotube film using the above-mentioned paste containing carbon nanotubes, the carbon resin is burned out by irradiating a laser to burn out the carbon nanotubes on the film surface. It is a method of exposing and raising.

次に、既述の実施の形態16と同様に、無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)に蛍光体粒子粉末を担持させたものを作製し、その両面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成した。このようにして得られたセラミック繊維板を図32Gに示すように、電子放出体119にコロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付する。しかるのちに、多孔質発光体2の上面に透明なアノード電極(インジウム−錫酸化物合金(ITO)、厚さ15μm)111が塗布されたガラス(図示せず)を積層することにより、電子放出体119の上に多孔質発光体2が形成され、かつ所定の位置に電極が配置されてなる図31に示すような本実施の形態における発光素子1が得られる。 Next, in the same manner as in the sixteenth embodiment, a ceramic plate made of inorganic fibers (thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 type ceramic fiber plate with a porosity of about 45%) is used. A material carrying the phosphor particle powder was prepared, and Ag electrode paste was baked to a thickness of 30 μm on both sides to form the first electrode 6 and the second electrode 7. The ceramic fiber board thus obtained is attached to the electron emitter 119 using colloidal silica, water glass or epoxy resin as shown in FIG. 32G. Thereafter, by laminating glass (not shown) coated with a transparent anode electrode (indium-tin oxide alloy (ITO), thickness 15 μm) 111 on the upper surface of the porous luminous body 2, electron emission is performed. The light-emitting element 1 in the present embodiment as shown in FIG. 31 is obtained, in which the porous light-emitting body 2 is formed on the body 119 and electrodes are arranged at predetermined positions.

次に、発光素子1の発光作用について説明する。発光素子1を駆動するために、まず図31のアノード電極111とカソード電極112の間及びゲート電極113とカソード電極112の間にそれぞれ750、80Vの直流電界を印加することにより、カーボンナノチューブから図の矢印の方向に電子を放出させる。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. In order to drive the light emitting element 1, first, a DC electric field of 750 and 80 V is applied between the anode electrode 111 and the cathode electrode 112 and between the gate electrode 113 and the cathode electrode 112 in FIG. Electrons are emitted in the direction of the arrow.

上述のようにして電子を放出させるとともに、第一の電極6と第二の電極7の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い放出された電子は雪崩的に増倍されて多孔質発光体2の内部で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、さらに加速された電子が発光中心に衝突し多孔質発光体2が励起されて発光する。その際、紫外線や可視光線も発生し、紫外線によっても励起発光する。   Electrons are emitted as described above, and an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. Electrons emitted with the movement of electric charge are multiplied by avalanche, and creeping discharge is generated inside the porous light-emitting body 2. Creeping discharges are continuously generated in a chain, charge transfer occurs around the phosphor particles, and accelerated electrons collide with the emission center to excite the porous luminous body 2 to emit light. At that time, ultraviolet rays and visible rays are also generated, and excitation light is emitted by the ultraviolet rays.

また、印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、さらに周波数を数十Hzから数千Hz上げることで電子放出や沿面放電がより激しく生じ、その結果発光輝度が向上する。   Moreover, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, the frequency is further increased by several tens of Hz to several thousand Hz, resulting in more intense electron emission and creeping discharge. improves.

いったん沿面放電が開始されると、上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain manner as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. It is preferable to reduce the voltage.

具体的には、交流電源を用いて多孔質発光体1の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加することにより、電荷の移動とともに沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   Specifically, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm with respect to the thickness of the porous luminous body 1 using an AC power source, creeping discharge is generated along with the movement of charges, Subsequently, light emission was started. In addition, although the one where the electric field applied in that case is large promotes generation | occurrence | production of an electron, when too small, discharge | release of an electron will become inadequate.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光の継続が確認された。   Further, the current value during discharge was 0.1 mA or less, and when light emission started, it was confirmed that the light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when implemented in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。   In addition, although blue phosphor particles are used in the present embodiment, it has been found that similar results can be obtained even when red or green is used. Similar results were obtained with mixed particles of blue, red, and green.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, the thin film forming process is hardly used for the conventional phosphor layer formation, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Therefore, the structure is simple and processing is easy.

(実施の形態18)
図33と図34A-Cを参照しながら、本実施の形態における電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は多孔質発光体が無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体が電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、一対の電極が前記多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置されてなるものである。特に、電子放出体が表面伝導型電子放出素子であって、金属酸化膜に微細な間隙を設け、金属酸化膜に予め配備した電極に電圧を印加することによって、前記の間隙に電界を印加し、間隙から発生した電子を多孔質発光体に照射させてなる発光素子について説明する。
(Embodiment 18)
A light-emitting element including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes in this embodiment will be described with reference to FIGS. 33 and 34A-C. The light-emitting element of the present embodiment is disposed adjacent to an electron emitter so that the porous light emitter includes inorganic phosphor particles and the porous light emitter is irradiated with electrons generated from the electron emitter. These electrodes are installed so that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitter. In particular, the electron emitter is a surface conduction electron-emitting device, and a fine gap is provided in the metal oxide film, and an electric field is applied to the gap by applying a voltage to an electrode previously provided in the metal oxide film. A light-emitting element obtained by irradiating a porous light emitter with electrons generated from the gap will be described.

図33は本実施の形態における発光素子の断面図であり、1は発光素子、2は多孔質発光体、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、6は第一の電極、7は第二の電極、117は基板、130は間隙、131はPdO超微粒子膜、及び132はPt電極である。   FIG. 33 is a cross-sectional view of a light-emitting element in this embodiment. 1 is a light-emitting element, 2 is a porous light emitter, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 6 is a first electrode, and 7 is a second. , 117 is a substrate, 130 is a gap, 131 is a PdO ultrafine particle film, and 132 is a Pt electrode.

まず、本実施の形態における発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。図34A−Cは図33に示した本実施の形態における発光素子の製造方法を説明するための図である。図34Aに示すように、セラミック基板17の表面にPtペーストをスクリーン印刷によるパターンニングでPt電極132を小さな間隙を設けた状態で基板上に形成する。次に、図34Bに示すように、インクジェットプリンティングによりPdOインクでPt電極132をブリッジするように被覆し、焼成してPdO超微粒子膜131をPt電極132上に形成する。続いて、電気的処理を施すことにより、図34Cに示すようにPdO超微粒子膜31に亀裂を発生させ10nm程度の微細な間隙30を形成する。このようにして本実施の形態の電子放出体が構成されていることから、フォトリソグラフィのプロセスを使わず、工程数も比較的少なくなり経済性やディスプレイの大型化の点できわめて優れている。   First, a method for manufacturing a light-emitting element in this embodiment will be described with reference to the drawings. 34A to 34C are views for explaining a method of manufacturing the light emitting element in the present embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 34A, a Pt paste is patterned on the surface of the ceramic substrate 17 by screen printing to form a Pt electrode 132 on the substrate with a small gap. Next, as shown in FIG. 34B, the Pt electrode 132 is covered with PdO ink so as to be bridged by inkjet printing, and baked to form a PdO ultrafine particle film 131 on the Pt electrode 132. Subsequently, by performing electrical treatment, cracks are generated in the PdO ultrafine particle film 31 to form a fine gap 30 of about 10 nm as shown in FIG. 34C. Since the electron emitter of this embodiment is configured in this manner, the number of steps is relatively small without using a photolithography process, which is extremely excellent in terms of economy and enlargement of the display.

次に、既述した実施の形態16と同様に、無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)に蛍光体粒子粉末を担持させたものを作製し、その両面にAg電極ペーストを30μmの厚さに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7をそれぞれ形成する。得られたセラミック繊維板を図33に示すように、電子放出体119にコロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付する。 Next, in the same manner as in the sixteenth embodiment described above, a ceramic plate made of inorganic fibers (a ceramic fiber plate having a thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 system and a porosity of about 45%). A material carrying the phosphor particle powder is prepared, and Ag electrode paste is baked to a thickness of 30 μm on both sides to form the first electrode 6 and the second electrode 7 respectively. As shown in FIG. 33, the obtained ceramic fiber board is attached to the electron emitter 119 using colloidal silica, water glass, or epoxy resin.

このようにして、電子放出体119の上に多孔質発光体2が配置され、かつ所定の位置に電極が配備された図33に示すような本実施の形態における発光素子1が得られる。   In this way, the light emitting device 1 according to the present embodiment as shown in FIG. 33 in which the porous light emitter 2 is disposed on the electron emitter 119 and the electrodes are arranged at predetermined positions is obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。発光素子1を駆動するために、まず図33に示す2つのpt電極132間に12〜16Vの直流電圧を印加すると、一方の電極から10nmのスリットを介してトンネル効果によって図の矢印の方向に電子が放出され、多孔質発光体2へ照射される。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. In order to drive the light emitting element 1, first, when a DC voltage of 12 to 16 V is applied between the two pt electrodes 132 shown in FIG. 33, the tunnel effect through one of the electrodes passes through a slit of 10 nm in the direction of the arrow in the figure. Electrons are emitted and irradiated onto the porous light emitter 2.

上述のようにして電子を放出させるとともに、第一の電極6と第二の電極7の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い放出された電子は雪崩的に増倍されて多孔質発光体2の内部で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、さらに加速された電子が発光中心に衝突し多孔質発光体2が励起されて発光する。その際、紫外線や可視光線も発生し、紫外線によっても励起発光する。   Electrons are emitted as described above, and an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. Electrons emitted with the movement of electric charge are multiplied by avalanche, and creeping discharge is generated inside the porous light-emitting body 2. Creeping discharges are continuously generated in a chain, charge transfer occurs around the phosphor particles, and accelerated electrons collide with the emission center to excite the porous luminous body 2 to emit light. At that time, ultraviolet rays and visible rays are also generated, and excitation light is emitted by the ultraviolet rays.

また、印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、さらに周波数を数十Hzから数千Hz上げることで電子放出や沿面放電がより激しく生じ、その結果発光輝度が向上する。   Moreover, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, the frequency is further increased by several tens of Hz to several thousand Hz, resulting in more intense electron emission and creeping discharge. improves.

いったん沿面放電が開始されると、上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain manner as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. It is preferable to reduce the voltage.

具体的には、交流電源を用いて多孔質発光体2の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、電荷の移動と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。   Specifically, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm to the thickness of the porous light emitter 2 using an AC power source, charge transfer and creeping discharge occur, Subsequently, light emission was started. In addition, although the one where the electric field applied in that case is large promotes generation | occurrence | production of an electron, when too small, discharge | release of an electron will become inadequate.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光の継続が確認された。   Further, the current value during discharge was 0.1 mA or less, and when light emission started, it was confirmed that the light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when implemented in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ(PDP)で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管(CRT)で使用されているZnS:Ag(青)やZnS:Cu、Au,Al(緑)、Y23:Eu(赤)でも同様の発光を確認できた。 Moreover, although the ultraviolet light emission powder used in the current plasma display (PDP) is used as the phosphor particles, ZnS: Ag (blue), ZnS: Cu, Au used in the cathode ray tube (CRT) are used. , Al (green), Y 2 O 3 : Eu (red), similar luminescence was confirmed.

本発明は電子放出体119で放出される電子を基点として雪崩的に沿面放電が発生し発光に至る発光素子であり、電子を照射させる新規な機能を有するデバイスを多孔質発光体2に付加すれば容易に発光するものと予想される。   The present invention is a light-emitting element in which creeping discharge is generated in an avalanche based on electrons emitted from the electron emitter 119 and light is emitted, and a device having a novel function of irradiating electrons is added to the porous light emitter 2. It is expected to emit light easily.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。   In addition, although blue phosphor particles are used in the present embodiment, it has been found that similar results can be obtained even when red or green is used. Similar results were obtained with mixed particles of blue, red, and green.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, the thin film forming process is hardly used for the conventional phosphor layer formation, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Therefore, the structure is simple and processing is easy.

なお、本実施の形態で記述した電子放出体を用いる代わりに、類似の電子放出体として絶縁層を2つの電極で挟持し、両電極に電界を印加することにより、電子を放出させることもできる。具体的には、上部電極としてIr−Pt−Au合金、カソード電極としてAl、絶縁層としてAl23をそれぞれ使用し、絶縁層を2つの電極で挟持して電極間に電界を印加すると上部電極から電子が放出されるので、このような電子放出体を用いて多孔質発光体に照射させる仕組みにすることにより発光素子を作製することも可能である。 Instead of using the electron emitter described in this embodiment mode, an electron can be emitted by sandwiching an insulating layer between two electrodes as a similar electron emitter and applying an electric field to both electrodes. . Specifically, when an Ir—Pt—Au alloy is used as the upper electrode, Al is used as the cathode electrode, and Al 2 O 3 is used as the insulating layer, the insulating layer is sandwiched between two electrodes and an electric field is applied between the electrodes. Since electrons are emitted from the electrode, a light-emitting element can be manufactured by using such an electron emitter to irradiate the porous light emitter.

(実施の形態19)
図35と図36A−Dを参照しながら、本実施の形態における電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子について説明する。本実施の形態の発光素子は多孔質発光体が無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体が電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、一対の電極が前記多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置されている。特に、電子放出体がポリシリコン薄膜、シリコン微結晶、シリコン微結晶の表面に形成された酸化膜を含んでなり、電子放出体への電圧の印加により放出される電子を多孔質発光体に照射して多孔質発光体を発光させる発光素子について説明する。
(Embodiment 19)
A light-emitting element including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes in this embodiment will be described with reference to FIGS. 35 and 36A-D. The light-emitting element of the present embodiment is disposed adjacent to an electron emitter so that the porous light emitter includes inorganic phosphor particles and the porous light emitter is irradiated with electrons generated from the electron emitter. Are arranged so that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitter. In particular, the electron emitter comprises a polysilicon thin film, silicon microcrystal, and an oxide film formed on the surface of the silicon microcrystal, and irradiates the porous emitter with electrons emitted by applying a voltage to the electron emitter. A light emitting element that emits light from the porous light emitter will be described.

図35は本実施の形態における発光素子の断面図であり、1は発光素子、2は多孔質発光体、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、6は第一の電極、7は第二の電極、112はカソード電極、119は電子放出体、141は金属薄膜電極、145はポリシリコン及び147はシリコン微結晶である。図36A−Dは図35に示した発光素子の製造方法を説明するための図であり、図36Aに示すように、ガラスの基板143の表面にAuを蒸着してフォトリソグラフィの技法により、カソード電極112をパターンニングして形成する。続いて、図36Bに示すように、柱状ポリシリコンをプラズマCVD法で形成する。   FIG. 35 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. 1 is a light-emitting element, 2 is a porous light emitter, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 6 is a first electrode, and 7 is a second. , 112 is a cathode electrode, 119 is an electron emitter, 141 is a metal thin film electrode, 145 is polysilicon, and 147 is silicon microcrystal. 36A to 36D are views for explaining a method of manufacturing the light emitting device shown in FIG. 35. As shown in FIG. 36A, Au is vapor-deposited on the surface of a glass substrate 143, and the cathode is formed by photolithography. The electrode 112 is formed by patterning. Subsequently, as shown in FIG. 36B, columnar polysilicon is formed by plasma CVD.

次に、図36Cに示すようにカソード電極112上のポリシリコン145をポーラス化し、ナノシリコン微結晶147を形成する。具体的にはフッ酸とエチルアルコールの混合溶液に基板を浸漬して、基板を正極にして対極としてのPtを負極にして、その間に電圧を印加するとカソード電極112上にシリコン微結晶が形成される。   Next, as shown in FIG. 36C, the polysilicon 145 on the cathode electrode 112 is made porous to form nanosilicon microcrystals 147. Specifically, when a substrate is immersed in a mixed solution of hydrofluoric acid and ethyl alcohol, the substrate is used as a positive electrode and Pt as a counter electrode is used as a negative electrode, and a voltage is applied between them, silicon microcrystals are formed on the cathode electrode 112. The

次に、基板143を洗浄してから硫酸溶液に浸漬し、やはり基板を正極、Ptを負極にして電圧を印加するとポリシリコン145とシリコン微結晶の表面がともに酸化される。最終的に、図36Dに示すようにAu合金、Ag合金などの金属薄膜電極141をスパッタリングして設け、フォトエッチングでパターンニングすることにより電子放出体119が得られる。このように本実施の形態における電子放出体の製造方法は比較的工程数が少なく、ウエットプロセスを用いて作製できることから経済性にも優れたものである。   Next, the substrate 143 is washed and immersed in a sulfuric acid solution. When a voltage is applied with the substrate as the positive electrode and Pt as the negative electrode, both the surfaces of the polysilicon 145 and the silicon microcrystal are oxidized. Finally, as shown in FIG. 36D, a metal thin film electrode 141 such as an Au alloy or an Ag alloy is provided by sputtering, and patterning is performed by photoetching, whereby an electron emitter 119 is obtained. As described above, the manufacturing method of the electron emitter in the present embodiment has a relatively small number of steps, and can be manufactured using a wet process, so that it is excellent in economic efficiency.

次に、既述した実施の形態11と同様に、無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)に蛍光体粒子粉末を担持させたものを作製し、その両面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成した。このようにして得られたセラミック繊維板を図35に示すように、電子放出体119にコロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付する。 Next, in the same manner as in the eleventh embodiment, an inorganic fiber ceramic plate (thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 -based ceramic fiber plate with a porosity of about 45%) is used. A material carrying the phosphor particle powder was prepared, and Ag electrode paste was baked to a thickness of 30 μm on both sides to form the first electrode 6 and the second electrode 7. As shown in FIG. 35, the ceramic fiber board thus obtained is attached to the electron emitter 119 using colloidal silica, water glass or epoxy resin.

上述の工程によって、電子放出体119の上に多孔質発光体2が配置され、かつ所定の位置に電極が配備されてなる本実施の形態における図35の発光素子1が得られる。   Through the above-described steps, the light-emitting element 1 of FIG. 35 in the present embodiment in which the porous light-emitting body 2 is disposed on the electron-emitting body 119 and the electrode is disposed at a predetermined position is obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。発光素子1を駆動するために、まず図35の金属薄膜電極141とカソード電極112の間に15〜20Vの直流電界を印加することにより、カソード電極から電子がシリコン微結晶をトンネリングし、表面の酸化膜によって加速されて多孔質発光体中に放出される。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. In order to drive the light emitting element 1, first, by applying a DC electric field of 15 to 20 V between the metal thin film electrode 141 and the cathode electrode 112 in FIG. 35, electrons tunnel through the silicon microcrystals from the cathode electrode, It is accelerated by the oxide film and released into the porous light emitter.

上述のようにして電子を放出させるとともに、第一の電極6と第二の電極7の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い放出された電子は雪崩的に増倍されて多孔質発光体2の内部で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、さらに加速された電子が発光中心に衝突し多孔質発光体2が励起されて発光する。その際、紫外線や可視光線も発生し、紫外線によっても励起発光する。   Electrons are emitted as described above, and an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7. Electrons emitted with the movement of electric charge are multiplied by avalanche, and creeping discharge is generated inside the porous light-emitting body 2. Creeping discharges are continuously generated in a chain, charge transfer occurs around the phosphor particles, and accelerated electrons collide with the emission center to excite the porous luminous body 2 to emit light. At that time, ultraviolet rays and visible rays are also generated, and excitation light is emitted by the ultraviolet rays.

また、印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、さらに周波数を数十Hzから数千Hz上げることで電子放出や沿面放電がより激しく生じ、その結果、発光輝度が向上する。   Furthermore, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, electron emission and creeping discharge are more severely generated by further increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz. Will improve.

いったん沿面放電が開始されると、上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain manner as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. It is preferable to reduce the voltage.

本実施の形態においては、交流電源を用いて多孔質発光体2の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、電荷の移動と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の発生は不十分になる。   In the present embodiment, charge transfer and creeping discharge are generated by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm to the thickness of the porous luminous body 2 using an AC power source. Subsequently, light emission was started. In addition, although the one where the electric field applied in that case is large accelerates | stimulates an electron generation, when too small, an electron generation will become inadequate.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光の継続が確認された。   Further, the current value during discharge was 0.1 mA or less, and when light emission started, it was confirmed that the light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when implemented in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。   In addition, although blue phosphor particles are used in the present embodiment, it has been found that similar results can be obtained even when red or green is used. Similar results were obtained with mixed particles of blue, red, and green.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, the thin film forming process is hardly used for the conventional phosphor layer formation, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Therefore, the structure is simple and processing is easy.

(実施の形態20)
図37A−Cを参照しながら、本実施の形態における発光素子の一部を構成している電子放出体について説明する。本実施の形態における電子放出体は既述したカーボンナノチューブの代りに、ウィスカーエミッタを用いてなるものである。
(Embodiment 20)
With reference to FIGS. 37A to 37C, an electron emitter constituting a part of the light emitting element in this embodiment will be described. The electron emitter in the present embodiment uses a whisker emitter instead of the carbon nanotube described above.

図37A−Cは本実施の形態における電子放出体の製造方法を説明するための図であり、112はカソード電極、113はゲート電極、116は絶縁層、117は基板、155は有機金属錯体ガス、157はウィスカーエミッタである。図37Aに示すように、ガラスの基板117の表面にAuを蒸着してカソード電極112を形成し、その上に絶縁層116、さらに絶縁層116の上にゲート電極113を形成する方法については既述の実施の形態19と同様にして行う。次に、図37Bに示すようにCVD法でウィスカーエミッタを形成する。具体的にはAl:Zn有機金属錯体ガス155を大量にカソード電極に向かってシャワーする。その際、一定のガス量以上になると熱酸化したAl:ZnO膜が垂直方向成長するようになる。さらに、原料ガスを増やすと膜の先端が鋭利になって数nmレベルまで先鋭化する。このため、Al:ZnOウィスカーが自己整合的にパターンニングと垂直配向が行われる。原料ガスの投入量、成膜温度、成膜時間に注意しながら、成膜することにより、図37Cに示すようにAl:ZnOウィスカーエミッタ157を有する電子放出体が得られる。   FIGS. 37A to 37C are diagrams for explaining a method of manufacturing an electron emitter in the present embodiment, where 112 is a cathode electrode, 113 is a gate electrode, 116 is an insulating layer, 117 is a substrate, and 155 is an organometallic complex gas. Reference numeral 157 denotes a whisker emitter. As shown in FIG. 37A, Au is vapor-deposited on the surface of a glass substrate 117 to form a cathode electrode 112, an insulating layer 116 is formed thereon, and a gate electrode 113 is formed on the insulating layer 116. This is performed in the same manner as in the nineteenth embodiment. Next, as shown in FIG. 37B, whisker emitters are formed by CVD. Specifically, a large amount of Al: Zn organometallic complex gas 155 is showered toward the cathode electrode. At this time, when the amount of gas exceeds a certain amount, the thermally oxidized Al: ZnO film grows in the vertical direction. Furthermore, when the source gas is increased, the tip of the film becomes sharp and sharpens to the level of several nanometers. For this reason, Al: ZnO whiskers are patterned and vertically aligned in a self-aligning manner. By forming the film while paying attention to the input amount of the source gas, the film formation temperature, and the film formation time, an electron emitter having an Al: ZnO whisker emitter 157 is obtained as shown in FIG. 37C.

次に、既述した実施の形態11と同様の方法で無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)に蛍光体粒子粉末を担持させた多孔質発光体を作製し、所定の電極を配備して上述の電子放出体の上に積層することにより、発光素子(図示せず)が得られる。 Next, a ceramic plate made of inorganic fibers by the same method as in the eleventh embodiment (ceramic fiber plate having a thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 system and a porosity of about 45%) A porous luminous body having phosphor particle powder supported thereon is prepared, and a predetermined electrode is provided and laminated on the above-mentioned electron-emitting body, whereby a light emitting element (not shown) is obtained.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。発光素子を駆動するために、まずアノード電極とカソード電極の間及びゲート電極とカソード電極の間にそれぞれ850、80Vの直流電界を印加することにより、ウィスカーエミッタから電子を放出させる。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described. In order to drive the light emitting element, first, electrons are emitted from the whisker emitter by applying a DC electric field of 850 and 80 V between the anode electrode and the cathode electrode and between the gate electrode and the cathode electrode, respectively.

上述のようにして電子を放出させるとともに、第一の電極と第二の電極の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い放出された電子は雪崩的に増倍されて多孔質発光体の内部で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、さらに加速された電子が発光中心に衝突し多孔質発光体が励起されて発光する。その際、紫外線や可視光線も発生し、紫外線によっても励起発光する。   Electrons are emitted as described above, and an alternating electric field is applied between the first electrode and the second electrode. The electrons emitted as the charges move are multiplied in an avalanche manner, and creeping discharge is generated inside the porous luminous body. Creeping discharges are continuously generated in a chain, charge transfer occurs around the phosphor particles, and accelerated electrons collide with the emission center to excite the porous luminous body to emit light. At that time, ultraviolet rays and visible rays are also generated, and excitation light is emitted by the ultraviolet rays.

また、印加する交番電界の波形を正弦波やノコギリ波から矩形波に変えることにより、さらに周波数を数十Hzから数千Hz上げることで、電子放出や沿面放電がより激しく生じ、その結果発光輝度が向上する。   In addition, by changing the waveform of the alternating electric field to be applied from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, the frequency is further increased from several tens of Hz to several thousand Hz, resulting in more intense electron emission and creeping discharge. Will improve.

いったん沿面放電が開始されると、上述したように連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生するので、光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Once the creeping discharge is started, the discharge is repeated in a chain manner as described above, and continuously generates ultraviolet rays and visible rays. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to the rays. It is preferable to reduce the voltage.

具体的には、交流電源を用いて多孔質発光体の厚さに対して約0.5〜1.0kV/mmの交番電界を印加させることにより、電荷の移動と沿面放電が発生し、続いて発光が開始された。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%に低下させても発光の継続が確認された。   Specifically, by applying an alternating electric field of about 0.5 to 1.0 kV / mm to the thickness of the porous light emitter using an AC power source, charge transfer and creeping discharge occur, Flashing started. Note that, when the electric field applied at this time is larger, the generation of electrons is promoted. Further, the current value during discharge was 0.1 mA or less, and when light emission started, it was confirmed that the light emission continued even when the voltage was reduced to 50 to 80% of the applied voltage.

本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、酸素、窒素及び不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   Although driving was performed in the atmosphere in this embodiment mode, it was confirmed that light was emitted in the same manner even when implemented in oxygen, nitrogen, an inert gas, or a reduced-pressure gas.

また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。   In addition, although blue phosphor particles are used in the present embodiment, it has been found that similar results can be obtained even when red or green is used. Similar results were obtained with mixed particles of blue, red, and green.

本実施の形態の発光素子によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。   According to the light emitting device of the present embodiment, since light emission is caused by creeping discharge, the thin film forming process is hardly used for the conventional phosphor layer formation, and a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required. Therefore, the structure is simple and processing is easy.

なお、上述の電子放出体において、ウィスカーエミッタの代わりに、炭化珪素又はダイアモンド薄膜などを用いることも可能であり、これらの材料においても上述のカソード電極とゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、そこから電子を放出させて多孔質発光体に照射させることもできる。   In the above-described electron emitter, silicon carbide or a diamond thin film can be used instead of the whisker emitter. A gate voltage is applied between the cathode electrode and the gate electrode in these materials as well. Thus, electrons can be emitted therefrom and irradiated onto the porous light emitter.

(実施の形態21)
本実施の形態においては図38乃至図40を参照しながら、電子放出体、多孔質発光体及び一対の電極を含む発光素子において、特に多孔質発光体に電界を印加するために設置される一対の電極について説明する。
(Embodiment 21)
In this embodiment, with reference to FIGS. 38 to 40, a light emitting element including an electron emitter, a porous light emitter, and a pair of electrodes, in particular, a pair installed for applying an electric field to the porous light emitter. The electrode will be described.

図38乃至図40は発光素子の一部分を構成する多孔質発光体の断面図であり、2は多孔質発光体、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、6は第一の電極、及び7は第二の電極である。図38に示す多孔質発光体は既述の実施の形態16と同様に、青色の蛍光体粒子3を使用し、その表面にMgOからなる絶縁性無機物の絶縁層4を形成したものを使用した。具体的には、Mgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子を加えて長時間にわたって攪拌してから取り出して乾燥後、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、MgOの均一なコーティング層、すなわち絶縁層を蛍光体粒子の表面に形成させたものである。上述の絶縁体層4がコーティングされた蛍光体粒子3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合してスラリー化する。   38 to 40 are cross-sectional views of a porous light emitter constituting a part of the light emitting element, 2 is a porous light emitter, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 6 is a first electrode, and 7 Is the second electrode. The porous luminescent material shown in FIG. 38 uses the blue phosphor particles 3 and the insulating inorganic insulating layer 4 made of MgO formed on the surface thereof, as in the case of the sixteenth embodiment. . Specifically, the phosphor particles are added to the Mg precursor complex solution, stirred for a long time, taken out, dried, and then heat-treated at 400 to 600 ° C. in the air, thereby forming a uniform coating layer of MgO, that is, insulating. The layer is formed on the surface of the phosphor particles. 50% by mass of the phosphor particles 3 coated with the above-described insulator layer 4 and 50% by mass of an aqueous colloidal silica solution are mixed to form a slurry.

次に、無機繊維からなるセラミック板(厚さが約1mm、Al23−CaO−SiO2系で空隙率が約45%のセラミック繊維板)を前記スラリーに浸漬して120〜150℃の温度で10〜30分間乾燥することにより、セラミック板に蛍光体粒子粉末を担持させる。しかるのちに、図38に示すように、上面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成した。このようにして得られたセラミック繊維板を、電子放出体にコロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付することにより、本発明の発光素子(図示せず)が得られる。 Next, a ceramic plate made of inorganic fibers (a ceramic fiber plate having a thickness of about 1 mm, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 system and having a porosity of about 45%) is immersed in the slurry to be 120 to 150 ° C. The phosphor particles are supported on the ceramic plate by drying at a temperature for 10 to 30 minutes. Thereafter, as shown in FIG. 38, Ag electrode paste was baked on the upper surface to a thickness of 30 μm to form the first electrode 6 and the second electrode 7. By sticking the ceramic fiber plate thus obtained to the electron emitter using colloidal silica, water glass or epoxy resin, the light emitting device (not shown) of the present invention is obtained.

また、既述した実施の形態1においては図38に示すように、多孔質発光体の上面と下面に対向して第一の電極6と第二の電極7を形成したが、図39に示すように、上下両面に襷がけに形成することも可能である。   Further, in the first embodiment described above, as shown in FIG. 38, the first electrode 6 and the second electrode 7 are formed so as to face the upper surface and the lower surface of the porous luminous body. Thus, it is also possible to form it on both upper and lower sides.

次に、図40に示すように、第一の電極6と第二の電極7をともに多孔質発光体2に埋設させて形成する場合について説明する。MgOからなる絶縁層4で表面が被覆された蛍光体粒子3をポリビニルアルコール5質量%と混合し造粒した後、成型用金型を用いて約50MPaの圧力で板状に成形した。次に、窒素雰囲気中450〜1200℃で2〜5時間熱処理を行い、板状の多孔質発光体2を作製した。多孔質発光体の見かけ気孔率が10%未満になると、沿面放電が発光体の表面でしか発生しなくなり発光効率が低いものとなる。そのため、見かけ気孔率が10%以上の多孔質構造を有する多孔質発光体が望ましい。また、発光体の気孔があまりにも大きく気孔率が過大になると、発光効率が低下することや沿面放電が発生しにくくなることが予想されるので、理想的には見かけ気孔率が10%以上〜100%未満が好適である。   Next, as shown in FIG. 40, the case where both the 1st electrode 6 and the 2nd electrode 7 are embedded and formed in the porous light-emitting body 2 is demonstrated. The phosphor particles 3 whose surfaces were coated with an insulating layer 4 made of MgO were mixed with 5% by mass of polyvinyl alcohol and granulated, and then molded into a plate shape at a pressure of about 50 MPa using a molding die. Next, heat treatment was performed at 450 to 1200 ° C. for 2 to 5 hours in a nitrogen atmosphere to produce a plate-like porous light emitter 2. When the apparent porosity of the porous luminescent material is less than 10%, creeping discharge occurs only on the surface of the luminescent material, resulting in low luminous efficiency. Therefore, a porous luminescent material having a porous structure with an apparent porosity of 10% or more is desirable. Also, if the pores of the illuminant are too large and the porosity is excessive, it is expected that the luminous efficiency will decrease and creeping discharge will be less likely to occur. Ideally, the apparent porosity is 10% or more. Less than 100% is preferred.

上記のようにして得られた板状の多孔質発光体2の表面にAg電極ペーストを厚さ30μmに焼き付けて第一の電極6と第二の電極7を形成した。しかるのちに、上述の絶縁層4でコーティングされた蛍光体粒子3を50質量%とコロイダルシリカ水溶液を50質量%混合してスラリー化したものを電極が形成された上記の多孔質発光体の表面に塗布し、120〜150℃の温度で10〜30分間乾燥する。こうすることにより、図40に示すように第一の電極6と第二の電極7がともに埋設された多孔質発光体が得られる。   Ag electrode paste was baked to a thickness of 30 μm on the surface of the plate-like porous light-emitting body 2 obtained as described above to form the first electrode 6 and the second electrode 7. Thereafter, the surface of the above-mentioned porous luminous body on which an electrode is formed by mixing 50 mass% of the phosphor particles 3 coated with the above-described insulating layer 4 and 50 mass% of a colloidal silica aqueous solution to form a slurry. And dried at a temperature of 120 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes. By doing so, a porous light emitter in which both the first electrode 6 and the second electrode 7 are embedded as shown in FIG. 40 is obtained.

なお、蛍光体粒子の表面にMgOの絶縁層を形成する方法は次のように行ってもよい。まず、金属アルコキシドであるMg(OC252粉末(1モル比)にCH3COOH(10モル比)、H2O(50モル比)及びC25OH(50モル比)からなる溶液を室温で攪拌しながらよく混合し、ほぼ透明なゾル・ゲル溶液を調製する。これに平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)のなどの蛍光体粒子(2モル比)を上述のゾル・ゲル溶液中に攪拌しながら少しずつ加えて混合する。この操作を一日継続して行ってから混合溶液を遠心分離し、粉体をセラミックス製のバットに取り、150℃で一昼夜乾燥させた。 The method of forming the MgO insulating layer on the surface of the phosphor particles may be performed as follows. First, Mg (OC 2 H 5 ) 2 powder (1 mole ratio), which is a metal alkoxide, is converted from CH 3 COOH (10 mole ratio), H 2 O (50 mole ratio) and C 2 H 5 OH (50 mole ratio). The resulting solution is mixed well with stirring at room temperature to prepare an almost transparent sol-gel solution. Further, phosphor particles such as BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) having an average particle diameter of 2 to 3 μm ( 2 mole ratio) is added little by little to the above sol-gel solution while stirring. After this operation was continued for one day, the mixed solution was centrifuged, and the powder was taken in a ceramic vat and dried at 150 ° C. overnight.

次に、乾燥後の粉体を大気中で400〜600℃、2〜5時間仮焼することにより、蛍光体粒子の表面にMgOからなる均一な絶縁層を形成させることができた。   Next, the dried powder was calcined at 400 to 600 ° C. for 2 to 5 hours in the air, whereby a uniform insulating layer made of MgO could be formed on the surface of the phosphor particles.

絶縁層の厚さは、蛍光体粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した結果、0.1〜2.0μmであった。上述のように絶縁層の被覆は、蛍光体粒子を金属アルコキシド溶液に浸漬して行うこと、既述したように金属錯体溶液を用いて行うこと、又は蒸着、スパッタ又はCVDにより行うことなどがいずれも可能である。   The thickness of the insulating layer was 0.1 to 2.0 μm as a result of observing the phosphor particles with a transmission electron microscope (TEM). As described above, the insulating layer may be coated by immersing phosphor particles in a metal alkoxide solution, using a metal complex solution as described above, or performing deposition, sputtering, or CVD. Is also possible.

また、絶縁層として用いる金属酸化物は、Y23,Li2O,MgO,CaO,BaO,SrO,Al23,SiO2,MgTiO3,CaTiO3,BaTiO3,SrTiO3,ZrO2,TiO2,B23等が知られていて、これらのうちの少なくとも1種類を用いて絶縁層を形成することが望ましい。 The metal oxide used as the insulating layer is Y 2 O 3 , Li 2 O, MgO, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgTiO 3 , CaTiO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , ZrO 2. , TiO 2 , B 2 O 3 and the like are known, and it is desirable to form an insulating layer using at least one of these.

特に、気相法で絶縁層を形成する際には蛍光体粒子を窒素雰囲気中で200〜500℃、1〜5時間程度前処理することが望ましく、通常蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでおり、このような状態で絶縁層を形成すると、輝度低下や発光スペクトルのシフトなどの寿命特性に影響を及ぼすことになり好ましくない。   In particular, when forming an insulating layer by a vapor phase method, it is desirable to pre-process phosphor particles in a nitrogen atmosphere at 200 to 500 ° C. for about 1 to 5 hours. If the insulating layer is formed in such a state, the life characteristics such as a decrease in luminance and a shift in emission spectrum are affected, which is not preferable.

なお、絶縁層の厚さは0.1〜2.0μm程度としたが、蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電の発生状況を考慮して決定され、平均粒径がサブミクロンオーダーの場合には非常に薄いコーティング層を形成する必要があるものと考えられる。   Although the thickness of the insulating layer is about 0.1 to 2.0 μm, it is determined in consideration of the average particle size of the phosphor particles and the occurrence of creeping discharge, and the average particle size is in the submicron order. Is considered to require the formation of a very thin coating layer.

絶縁層の厚さが大きくなると発光スペクトルのシフト、輝度低下、電子の遮蔽の点から好ましくない。また、絶縁層が薄くなると沿面放電の継続的な発生がやや難しくなることが予想される。したがって、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者1に対して後者は1/10〜1/500の範囲にあることが好ましい。   When the thickness of the insulating layer is increased, it is not preferable from the viewpoint of shift of emission spectrum, reduction of luminance, and shielding of electrons. Further, it is expected that the continuous generation of creeping discharge becomes somewhat difficult as the insulating layer becomes thinner. Therefore, the relationship between the average particle diameter of the phosphor particles and the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 1/10 to 1/500 of the latter with respect to the former.

また、蛍光体粒子がそれぞれ金属酸化物からなる絶縁層で被覆されていることが好ましいが、実際には2,3の蛍光体粒子が凝集した状態で被覆されている。このように蛍光体粒子が多少凝集した状態でコーティングされていても発光のようすにほとんど影響は認められない。   Moreover, it is preferable that the phosphor particles are each coated with an insulating layer made of a metal oxide, but actually, a few phosphor particles are coated in an aggregated state. Thus, even if the phosphor particles are coated in a slightly aggregated state, there is almost no effect on the light emission.

こうして得られた多孔質発光体を用いて、本発明の発光素子を作製したところ、高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光素子が得られることを確認した。   When the light-emitting device of the present invention was manufactured using the porous light-emitting body thus obtained, it was confirmed that a light-emitting device with high luminance, high contrast, high recognizability, and high reliability was obtained.

なお、絶縁層4で表面を被覆された蛍光体粒子3を作製する際、沿面放電の発生を助長するために、絶縁性繊維18を混合して、多孔質発光体2を作製することもできる。その際に用いる絶縁性繊維18としては、SiO2-Al2O3-CaO系の電気的絶縁性繊維などが好適である。このようにして得られた多孔質発光体の断面の模式図を図41に示す。また、絶縁層4で被覆された蛍光体粒子3を熱処理する代わりに簡便な方法として蛍光体粒子3と絶縁性繊維18の混合物を用いることも可能である。図42は蛍光体粒子3と絶縁性繊維18の混合物から得られた多孔質発光体の断面の模式図である。 It should be noted that when the phosphor particles 3 whose surface is coated with the insulating layer 4 are produced, the porous light-emitting body 2 can be produced by mixing the insulating fibers 18 in order to promote the occurrence of creeping discharge. . As the insulating fiber 18 used at that time, SiO 2 —Al 2 O 3 —CaO-based electrically insulating fiber or the like is suitable. FIG. 41 shows a schematic diagram of a cross section of the porous luminous body thus obtained. Moreover, it is also possible to use a mixture of the phosphor particles 3 and the insulating fibers 18 as a simple method instead of heat treating the phosphor particles 3 coated with the insulating layer 4. FIG. 42 is a schematic view of a cross section of a porous luminescent material obtained from a mixture of phosphor particles 3 and insulating fibers 18.

(実施の形態22)
本実施の形態においては既述した本発明の多孔質発光体とスピント型エミッタを含む電子放出体を組み合わせて作製した電界放出ディスプレイ(FED)の構造の概要について図面を用いて説明する。
(Embodiment 22)
In this embodiment, an outline of the structure of a field emission display (FED) manufactured by combining the above-described porous light emitter of the present invention and an electron emitter including a Spindt emitter will be described with reference to the drawings.

図43は本実施の形態における電界放出ディスプレイの主要部の分解斜視図であり、図44は本実施の形態におけるスピント型エミッタを用いた発光素子のアレイの断面図である。図43において、2は多孔質発光体、119は電子放出体、170は電界放出ディスプレイ、171はゲートライン、172はカソードライン、173はアノード基板、174はカソード基板である。図44において、1は発光素子、2は多孔質発光体、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、100はスピント型エミッタ、111はアノード電極、112はカソード電極、113はゲート電極、116は絶縁体、117は基板、175はスペーサである。   FIG. 43 is an exploded perspective view of the main part of the field emission display in the present embodiment, and FIG. 44 is a cross-sectional view of an array of light emitting elements using Spindt-type emitters in the present embodiment. In FIG. 43, 2 is a porous light emitter, 119 is an electron emitter, 170 is a field emission display, 171 is a gate line, 172 is a cathode line, 173 is an anode substrate, and 174 is a cathode substrate. 44, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitter, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 100 is a Spindt emitter, 111 is an anode electrode, 112 is a cathode electrode, 113 is a gate electrode, and 116 is An insulator, 117 is a substrate, and 175 is a spacer.

図43に示すように、本実施の形態における電界放出ディスプレイ170においては電子放出体119を搭載するカソード基板174の上に多孔質発光体2を有するアノード基板173を対向させて積層してある。カソード基板174には互いに直交したゲートライン171とカソードライン172の2層の配線が形成されていて、その交点に電子放出体119が形成されている。こうすることにより、本実施の形態における電界放出ディスプレイ170においてはCRTのように電子ビームを偏向することなく蛍光面に2次元の映像を表示することができる。   As shown in FIG. 43, in the field emission display 170 in the present embodiment, an anode substrate 173 having a porous light emitter 2 is laminated on a cathode substrate 174 on which an electron emitter 119 is mounted. The cathode substrate 174 is formed with two layers of wirings of a gate line 171 and a cathode line 172 orthogonal to each other, and an electron emitter 119 is formed at the intersection. By doing so, the field emission display 170 according to the present embodiment can display a two-dimensional image on the phosphor screen without deflecting the electron beam unlike the CRT.

実施の形態16において説明したように、スピント型エミッタ100を用いる電子放出体119では、円錐形状のスピント型エミッタ100とそれを取り囲むようにして形成された電子の引き出し電圧を印加するためのゲート電極113から構成されている。   As described in the sixteenth embodiment, in the electron emitter 119 using the Spindt-type emitter 100, the conical Spindt-type emitter 100 and the gate electrode for applying the electron extraction voltage formed so as to surround the conical Spindt-type emitter 100 are used. 113.

電子をエミッタから放出させる際にはゲートに正電位、エミッタに負電位を印加する。円錐形状のエミッタの先端部分には強い電界の集中が生じ、そこから電子が多孔質発光体2の方向に放出される。Moスピント型エミッタでは15〜80Vの電圧で電子が放出される。また、実際のディスプレイパネルにおいては1画素あたり複数個のエミッタを対応させて形成し、エミッタの動作状況に高い冗長性を持たせることができる。こうすることにより、この種の素子に特有の電流変動も統計的に平均化されるために安定した画素発光が得られる。また、マトリックス駆動は所謂単純マトリックス駆動が可能であり、ゲートライン171に正の走査パルスを加えつつエミッタライン172に負のデータ電圧を与えて同時に1ラインを表示させる。走査パルスを順次切り替えることにより、2次元の像が表示できる。なお、マトリックス状に配置された画素の1つ1つにトランジスタを置き、それぞれの画素をON−OFFすることによりアクティブ駆動も可能である。   When electrons are emitted from the emitter, a positive potential is applied to the gate and a negative potential is applied to the emitter. A strong electric field is concentrated at the tip of the conical emitter, and electrons are emitted from the emitter toward the porous light emitter 2. In the Mo Spindt type emitter, electrons are emitted at a voltage of 15 to 80V. Further, in an actual display panel, a plurality of emitters can be formed corresponding to each pixel, and the operation status of the emitters can be highly redundant. By doing so, current fluctuations peculiar to this type of element are also statistically averaged, so that stable pixel emission can be obtained. The matrix drive can be a so-called simple matrix drive. A positive data pulse is applied to the gate line 171 and a negative data voltage is applied to the emitter line 172 to simultaneously display one line. By sequentially switching the scanning pulse, a two-dimensional image can be displayed. Note that active driving is also possible by placing a transistor in each pixel arranged in a matrix and turning each pixel on and off.

一例として、複数個のスピント型エミッタ100を形成し、それぞれのエミッタに対応するように多孔質発光体2を積層させた発光素子の断面を図44に示す。その際、図示したように発光のクロストークを回避するために、多孔質発光体2にスペーサ175を形成する方が望ましい。なお、本実施の形態における電界放出ディスプレイでは電子放出体119としてスピント型エミッタ100を用いたものについて記述したが、必ずしもこれに限るものではなく、電子を放出せる機能を有するものであれば本発明の多孔質発光体と組み合わせることにより、電界放出ディスプレイを作製することが可能である。   As an example, FIG. 44 shows a cross section of a light emitting device in which a plurality of Spindt emitters 100 are formed and the porous light emitter 2 is laminated so as to correspond to each emitter. At this time, as shown in the drawing, it is desirable to form a spacer 175 in the porous light-emitting body 2 in order to avoid crosstalk of light emission. In the field emission display in this embodiment mode, the electron emitter 119 using the Spindt-type emitter 100 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable as long as it has a function of emitting electrons. It is possible to produce a field emission display by combining with a porous luminescent material.

(実施の形態23)
図45A−Cは本実施の形態における発光素子の断面図であり、これらの図において1は発光素子、2は多孔質発光体層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6は第一の電極、7は第二の電極、8は透光性基板、9は気体層、10は誘電体層及び11は隔壁である。
(Embodiment 23)
45A to 45C are cross-sectional views of the light-emitting element in this embodiment, in which 1 is a light-emitting element, 2 is a porous light-emitting body layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 5 is a substrate, 6 is a first electrode, 7 is a second electrode, 8 is a translucent substrate, 9 is a gas layer, 10 is a dielectric layer, and 11 is a partition.

図45Aの発光素子の製造方法は以下の通りである。先ず、厚さが0.3〜1.0mmの誘電体10の焼結体の片面にAgペーストを30μmの厚さに焼き付けて、所定の形状の第一の電極6を形成する。次に、ガラス又はセラミック製の基板5上に前記の第一の電極が形成された側を接着させる。誘電体は実施の形態1で既述したものがいずれも使用に供することができる。   A method for manufacturing the light emitting device of FIG. 45A is as follows. First, Ag paste is baked to a thickness of 30 μm on one surface of a sintered body of the dielectric 10 having a thickness of 0.3 to 1.0 mm to form a first electrode 6 having a predetermined shape. Next, the side on which the first electrode is formed is adhered on the glass or ceramic substrate 5. Any of the dielectric materials already described in the first embodiment can be used.

次に、実施の形態1と同様にしてMgO等の金属酸化物からなる絶縁層4で表面を被覆した蛍光体粒子3を準備する。蛍光体粒子3として、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物を用いることが可能である。 Next, phosphor particles 3 whose surfaces are covered with an insulating layer 4 made of a metal oxide such as MgO are prepared in the same manner as in the first embodiment. The phosphor particles 3 are inorganic such as BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) having an average particle diameter of 2 to 3 μm. It is possible to use compounds.

本実施の形態においてはMgOからなる絶縁層4で表面が被覆された蛍光体粒子3をポリビニルアルコール5質量%と混合し造粒した後、成型用金型を用いて約50MPaの圧力で板状に成形した。こうして得られた成型体を窒素雰囲気中450〜1200℃で2〜5時間熱処理を行い、板状の多孔質発光体2を作製した。   In the present embodiment, phosphor particles 3 whose surfaces are coated with an insulating layer 4 made of MgO are mixed with 5% by mass of polyvinyl alcohol and granulated, and then plate-shaped at a pressure of about 50 MPa using a molding die. Molded into. The molded body thus obtained was heat-treated at 450 to 1200 ° C. for 2 to 5 hours in a nitrogen atmosphere to produce a plate-like porous light emitting body 2.

多孔質発光体の見かけ気孔率が10%未満になると、多孔質発光体層に電子が衝突した際、多孔質発光体層の表面では発光するが、電子が発光層の内部までは注入されないため層内ではほとんど発光しないので発光効率が低いものとなる。そのため放電により発生した電子が多孔質発光体層の内部へ円滑に注入されるように、本実施の形態における多孔質発光体の見かけ気孔率は10%以上の多孔質構造を有するものであることが望ましい。また、多孔質発光体の見かけ気孔率がきわめて大きくなると、かえって発光効率が低下することや多孔質発光体層の内部において沿面放電が発生しにくくなるため見かけ気孔率は10%以上〜100%未満の範囲が好適である。特に、50〜100%未満の範囲が好ましい。   When the apparent porosity of the porous light emitter is less than 10%, when electrons collide with the porous light emitter layer, light is emitted on the surface of the porous light emitter layer, but electrons are not injected into the light emitting layer. Since light is hardly emitted in the layer, the light emission efficiency is low. Therefore, the apparent porosity of the porous light emitter in the present embodiment has a porous structure of 10% or more so that electrons generated by the discharge are smoothly injected into the porous light emitter layer. Is desirable. In addition, when the apparent porosity of the porous light emitter becomes extremely large, the light emission efficiency is lowered, and the creeping discharge is less likely to occur inside the porous light emitter layer, so the apparent porosity is 10% to less than 100%. The range of is preferable. In particular, the range of 50 to less than 100% is preferable.

上記のようにして得られた板状の多孔質発光体2を誘電体層10にガラスペーストを用いて貼付する。その際、ガラスペーストは多孔質発光体層の両端の位置にスクリーン印刷し、ここへ多孔質発光体層を接着する。その後、580℃で熱処理すると多孔質発光層は気体層が介在する状態で誘電体層10と接着させることができる。   The plate-like porous light-emitting body 2 obtained as described above is attached to the dielectric layer 10 using a glass paste. At that time, the glass paste is screen-printed at both ends of the porous light emitting layer, and the porous light emitting layer is adhered thereto. Thereafter, when heat-treated at 580 ° C., the porous light emitting layer can be adhered to the dielectric layer 10 with the gas layer interposed.

次に、ITO(インジウム−錫酸化物合金)からなる第二の電極7が多孔質発光体層に対向して位置するようにあらかじめ形成されたガラス板等の透光性基板8で多孔質発光体層を覆うと、図45Aに示す発光素子1が得られる。その際、多孔質発光体層2と第二の電極7の間には気体の存するわずかな間隙が生じるように、ガラスペースト、コロイダルシリカ、水ガラス又は樹脂等を用いて透光性基板8を熱処理により貼付する。これにより、図45Aに示すように多孔質発光体層の上下に気体層が存する状態で、多孔質発光体層の両端部が隔壁11として機能するガラスペースト等で接着される。   Next, porous light emission is performed by a translucent substrate 8 such as a glass plate formed in advance so that the second electrode 7 made of ITO (indium-tin oxide alloy) is positioned to face the porous light emitter layer. When the body layer is covered, the light-emitting element 1 shown in FIG. 45A is obtained. At that time, the translucent substrate 8 is formed using glass paste, colloidal silica, water glass, resin, or the like so that a slight gap in which a gas exists is generated between the porous light emitting layer 2 and the second electrode 7. Affix by heat treatment. Thus, as shown in FIG. 45A, both ends of the porous light emitter layer are bonded with glass paste or the like functioning as the partition walls 11 with the gas layers above and below the porous light emitter layer.

本実施の形態における特徴である多孔質発光体層の上下の両側に存する気体層、すなわち多孔質発光体層2と誘電体層10の間に介在する気体層と多孔質発光体層と第二の電極の間に介在する気体層の厚さは共に20〜250μmの範囲が好適であり、特に30〜220μmが最も好ましい範囲である。上記の範囲より大きくなると、放電の発生に高電圧を印加する必要があり、経済性の理由から好ましくない。また、上記の範囲より気体層の厚さは薄くても差し支えがなく、気体の平均自由行程以上であれば実質的に問題はないが、気体層が非常に薄くなると発光素子の作製の工程で厚さの制御がやや難しくなる。   The gas layers existing on the upper and lower sides of the porous light emitter layer, which are the features of the present embodiment, that is, the gas layer interposed between the porous light emitter layer 2 and the dielectric layer 10, the porous light emitter layer, and the second layer. The thickness of the gas layer interposed between the electrodes is preferably in the range of 20 to 250 μm, and most preferably in the range of 30 to 220 μm. If it is larger than the above range, it is necessary to apply a high voltage to generate the discharge, which is not preferable for economical reasons. Also, the thickness of the gas layer can be thinner than the above range, and there is no problem if the gas layer has a mean free path or more. However, if the gas layer becomes very thin, Thickness control is somewhat difficult.

なお、本実施の形態における多孔質発光体層の上下に存する気体層の厚さは必ずしも同じである必要はない。しかし、発光体層の上下2箇所に気体層を設ける場合には、それぞれの気体層の厚さは図1のように発光体層の片側の1箇所だけに気体層がある場合に比較して、やや狭く設定する方が好ましい。気体層の厚さが大きくなると、放電に際して比較的高い電圧を印加する必要があり、経済性の点から好ましくない。   In addition, the thickness of the gas layer which exists in the upper and lower sides of the porous light-emitting body layer in this Embodiment does not necessarily need to be the same. However, in the case where gas layers are provided at two locations above and below the light emitter layer, the thickness of each gas layer is compared to the case where the gas layer is present only at one location on one side of the light emitter layer as shown in FIG. It is preferable to set a little narrower. When the thickness of the gas layer is increased, it is necessary to apply a relatively high voltage during discharge, which is not preferable from the viewpoint of economy.

上述したように本実施の形態においては多孔質発光体層の上下に気体層を設けることに特徴があり、一対の電極である第一の電極と第二の電極に交流電界を印加すると上下の気体層で同時に放電する結果、電子が多孔質発光体層の上下から放出されて発光体層へ効率よく注入される。すなわち、印加する交流電界を徐々に大きくし、気体層に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されると放電が起こるようになり、気体層で電子が増倍されて、多孔質発光体に電子が衝突し多孔質発光体層の発光中心が電子で励起されて発光する。このように気体層は電子供給源として作用していて、発生した電子は多孔質発光体層の上下から注入され、発光体層の全体で沿面放電を発生させながら層内部を雪崩のように通過する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。このように多孔質発光体層の上下から電子が効率的に注入される結果、実施の形態1で記述したように発光体層の片側から電子が注入される場合に比較して、本実施の形態における多孔質構造を有する発光体層においては層全体が満遍なく均一に効率よく発光し、その結果輝度は格段に高くなる。   As described above, the present embodiment is characterized in that gas layers are provided above and below the porous luminous body layer, and when an alternating electric field is applied to the first electrode and the second electrode that are a pair of electrodes, As a result of simultaneous discharge in the gas layer, electrons are emitted from above and below the porous light emitter layer and efficiently injected into the light emitter layer. That is, when the applied AC electric field is gradually increased and a voltage higher than the dielectric breakdown voltage is applied to the gas layer, discharge occurs, electrons are multiplied in the gas layer, and electrons are transferred to the porous luminous body. It collides and the luminescent center of the porous luminescent layer is excited by electrons to emit light. In this way, the gas layer acts as an electron supply source, and the generated electrons are injected from above and below the porous luminous body layer and pass through the inside of the layer like an avalanche while generating creeping discharge in the entire luminous body layer. To do. Creeping discharge is continuously generated while an electric field is applied. At that time, electrons generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. As a result of efficiently injecting electrons from above and below the porous light emitter layer as described above, as compared with the case where electrons are injected from one side of the light emitter layer as described in Embodiment 1, the present embodiment In the phosphor layer having a porous structure in the form, the entire layer emits light uniformly and efficiently, and as a result, the luminance is remarkably increased.

上述のようにして、本実施の形態においては気体層と前記気体層に接触する多孔質発光体層と前記気体層及び前記多孔質発光体層とに電界を印加するための少なくとも一対の電極とを有する発光素子で、特に多孔質発光体層の一方の面に気体層を介して、誘電体層と電界を印加するための一対の電極の内の第一の電極が配置され、前記多孔質発光体層の前記誘電体層と前記第一の電極が配置されていない他の面に前記一対の電極の内の第二の電極が気体層を介して配置された発光素子が作製できる。   As described above, in the present embodiment, at least a pair of electrodes for applying an electric field to the gas layer, the porous light emitter layer in contact with the gas layer, and the gas layer and the porous light emitter layer; A first electrode of a pair of electrodes for applying an electric field to a dielectric layer via a gas layer, in particular on one surface of the porous light emitter layer, wherein the porous A light-emitting element in which the second electrode of the pair of electrodes is disposed via a gas layer on the other surface of the light-emitting layer where the dielectric layer and the first electrode are not disposed can be manufactured.

また、本実施の形態においては図45Bに示すように、多孔質発光体層2,2と誘電体層10の間には気体層9からなる間隙を設けずに、多孔質発光体層2,2と電極6,7の間にそれぞれ気体層9,9からなる間隙を設けても差し支えない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 45B, a porous light emitter layer 2, 2 is not provided between the porous light emitter layers 2, 2 and the dielectric layer 10 without providing a gap composed of the gas layer 9. There may be a gap formed by the gas layers 9 and 9 between the electrode 2 and the electrodes 6 and 7, respectively.

このようにすれば、気体層9,9とこれに接触する多孔質発光体層2,2とに一対の電極6,7から電界を印加することにより、多孔質発光体層2,2を発光できる。   In this way, by applying an electric field from the pair of electrodes 6 and 7 to the gas layers 9 and 9 and the porous light emitter layers 2 and 2 in contact therewith, the porous light emitter layers 2 and 2 emit light. it can.

本実施の形態においては、多孔質発光体層を形成する熱処理工程で特に留意すべきことは、熱処理温度と雰囲気である。本実施の形態では窒素雰囲気中で450〜1200℃の温度範囲で熱処理を施したために、蛍光体にド−プされた希土類原子の価数に変化がなかった。しかし、この温度範囲より高温で処理するときには希土類原子の価数が変化することや絶縁層と蛍光体からなる固溶体が発生する可能性があり注意が必要である。熱処理雰囲気については、上述のように蛍光体粒子にド−プされている希土類原子の価数に影響を及ぼさないようにするために窒素雰囲気が好ましい。   In the present embodiment, what should be particularly noted in the heat treatment step for forming the porous light-emitting layer is the heat treatment temperature and atmosphere. In this embodiment, since the heat treatment was performed in a temperature range of 450 to 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere, there was no change in the valence of rare earth atoms doped in the phosphor. However, when processing at a temperature higher than this temperature range, care must be taken because the valence of rare earth atoms may change and a solid solution composed of an insulating layer and a phosphor may be generated. As the heat treatment atmosphere, a nitrogen atmosphere is preferable so as not to affect the valence of the rare earth atoms doped in the phosphor particles as described above.

絶縁層の厚さは本実施の形態では0.1〜2.0μm程度としたが、蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電を効率よく発生させることを考慮して決定される。また、蛍光体の平均粒径がサブミクロンオーダーになると、比較的薄く被覆する方がよい。絶縁層が厚くなると発光スペクトルのシフト、輝度低下等が発生するため好ましくない。逆に、絶縁層が薄くなると沿面放電がやや発生し難くなることが推定される。従って、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者1に対して後者が1/10〜1/500の範囲にあることが望ましい。   In this embodiment, the thickness of the insulating layer is about 0.1 to 2.0 μm, but is determined in consideration of the average particle diameter of the phosphor particles and the efficient generation of creeping discharge. Further, when the average particle diameter of the phosphor is on the order of submicron, it is better to coat relatively thinly. A thick insulating layer is not preferable because it causes a shift in emission spectrum, a decrease in luminance, and the like. Conversely, it is presumed that creeping discharge is slightly less likely to occur when the insulating layer becomes thinner. Therefore, the relationship between the average particle diameter of the phosphor particles and the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 1/10 to 1/500 of the latter with respect to the former.

次に、この発光素子1の発光作用について説明する。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described.

図に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。印加する交流電界を徐々に大きくし、気体層に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されると放電が起こるようになり、電子が気体層で増倍されて、それが多孔質発光体に衝突し発光体層の発光中心が電子で励起されて発光する。このように、気体層は電子供給源として作用していて、本実施の形態においては発生した電子は多孔質発光体層の上下から注入され、多孔質からなる発光体層の全体で沿面放電を発生させながら発光体層の内部を雪崩れるように通過する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。このように本実施の形態においては多孔質発光体層の上下から電子が注入される結果、実施の形態1で記述した発光素子のように発光体層の片側からしか電子が注入されない場合に比較して、多孔質発光体層は層全体が満遍なく均一に効率よく発光し、輝度は著しく大きくなる。   As shown in the figure, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. When the applied AC electric field is gradually increased and a voltage higher than the dielectric breakdown voltage is applied to the gas layer, discharge occurs, and electrons are multiplied in the gas layer, which collides with the porous light emitter. The luminescent center of the luminescent layer is excited by electrons to emit light. Thus, the gas layer acts as an electron supply source, and in the present embodiment, the generated electrons are injected from above and below the porous light emitter layer, and creeping discharge is generated throughout the porous light emitter layer. It passes through the inside of the luminescent layer so as to break down while generating. Creeping discharge is continuously generated while an electric field is applied. At that time, electrons generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. Thus, in the present embodiment, as a result of electrons being injected from above and below the porous light emitter layer, as compared with the case where electrons are injected only from one side of the light emitter layer as in the light emitting element described in Embodiment 1. Thus, the entire porous luminous body layer emits light uniformly and efficiently, and the brightness is remarkably increased.

また、本実施の形態においては見かけ気孔率が10%以上〜100%未満の多孔質発光体を使用しているため、多孔質構造を有していない通常の発光体層ではその表面では発光するが、層の内部ではほとんど発光しないのに対して、本実施の形態における多孔質からなる発光体層では層の表面のみならず発光体層の内部でも発光するために発光効率がきわめて良好なものになる。このように多孔質層の場合には、その多孔質構造のために放電により生じた電子が層の内部まで円滑に注入され、層全体で沿面放電が発生して発光し、その結果高輝度の発光が得られる。   In the present embodiment, since a porous light emitter having an apparent porosity of 10% to less than 100% is used, a normal light emitter layer having no porous structure emits light on its surface. However, light is hardly emitted inside the layer, whereas the porous light emitter layer in this embodiment emits light not only on the surface of the layer but also inside the light emitter layer, so that the light emission efficiency is extremely good. become. Thus, in the case of a porous layer, electrons generated by discharge due to the porous structure are smoothly injected into the inside of the layer, and creeping discharge is generated throughout the layer to emit light, resulting in high brightness. Luminescence is obtained.

また、本実施の形態において使用する多孔質発光体はその見かけ気孔率が10%以上の多孔質構造を有するものであることが望ましい。また、発光体の見かけ気孔率がきわめて大きくなると、かえって発光効率が低下することや多孔質発光体層の内部において沿面放電が発生しにくくなることなどの理由から、望ましい見かけ気孔率は10以上〜100%未満の範囲である。特に、50〜100%未満が最も好ましい。   Moreover, it is desirable that the porous luminescent material used in the present embodiment has a porous structure with an apparent porosity of 10% or more. In addition, when the apparent porosity of the luminescent material is extremely increased, the desirable apparent porosity is 10 or more for reasons such that the luminous efficiency is lowered and the creeping discharge is less likely to occur inside the porous luminescent material layer. The range is less than 100%. In particular, 50 to less than 100% is most preferable.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Note that by changing the waveform of the AC electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons due to creeping discharge becomes extremely intense, and the luminance Will improve. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態における図45Aと図45Bの発光素子では多孔質発光体層の厚さに対して、それぞれ約0.79〜1.7、0.75〜1.6kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後はそれぞれ約0.55〜1.1、0.52〜1.0kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は抑制される。気体層に存在する気体が空気の場合、少なくともその絶縁破壊電圧である約0.3kV/mmの電圧を印加する必要がある。   45A and 45B in the present embodiment, an electric field of about 0.79 to 1.7 and 0.75 to 1.6 kV / mm is applied to the thickness of the porous light emitter layer, respectively. The phosphor particles 3 are caused to emit light, and thereafter, by applying an alternating electric field of about 0.55 to 1.1 and 0.52 to 1.0 kV / mm, respectively, creeping discharge is continuously performed to cause fluorescence. The luminescence of the body particles 3 was maintained. When the applied electric field is increased, the generation of electrons is promoted. However, when the applied electric field is small, the generation is suppressed. When the gas present in the gas layer is air, it is necessary to apply a voltage of at least about 0.3 kV / mm, which is a breakdown voltage thereof.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、希ガスや加圧又は負圧の状態にされた気体中で実施しても同様に発光することを確認した。   In addition, the current value during discharge is 0.1 mA or less. When light emission starts, light emission continues even when the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. It was confirmed that the light was emitted with high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability. In the present embodiment, the driving is performed in the atmosphere, but it was confirmed that the light emission was similarly performed even when the driving was performed in a rare gas or a gas in a pressurized or negative pressure state.

本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、放電で発生した電子が多孔質発光体層にその両面から発光層に衝突すること、発光体の構造が多孔質体であるため衝突した電子が発光体層の内部まで沿面放電を発生しながら円滑に注入されるので非常に高輝度の発光を得ることが可能になる。通常の多孔質でない発光体ではその表面だけで発光するのに対して、本実施の形態の多孔質発光体層では上述のように層全体が満遍なく発光するため、高輝度になることに特徴がある。また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。多孔質発光体層の両端に放電分離手段として隔壁を設置することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。   According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, electrons generated by the discharge collide with the light emitting layer from both sides of the porous light emitting layer, and since the structure of the light emitting body is a porous body, the collided electrons generate creeping discharge to the inside of the light emitting layer. However, since it is injected smoothly, it is possible to obtain light with very high luminance. While a normal non-porous illuminant emits light only on its surface, the porous illuminant layer of the present embodiment is characterized by high luminance because the entire layer emits light uniformly as described above. is there. In addition, the luminous efficiency is very good as compared with the phosphor emission by ultraviolet rays performed in plasma displays. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. By installing barrier ribs as discharge separation means at both ends of the porous light emitter layer, it is possible to easily avoid light emission crosstalk.

次に図45Cは、図45A−Bの発光素子において多孔質発光体層2と第一の電極6の間に介在する誘電体層10を設けなかったこと以外は同様のものである。   Next, FIG. 45C is the same as that of FIG. 45A-B except that the dielectric layer 10 interposed between the porous light emitter layer 2 and the first electrode 6 is not provided.

図45Cの発光素子の製造方法は以下のようである。先ず、ガラス又はセラミック製の基板5の片面にAgペーストを30μmの厚さに焼き付けて、第一の電極6を所定の形状に形成する。   The method for manufacturing the light emitting device of FIG. 45C is as follows. First, an Ag paste is baked to a thickness of 30 μm on one surface of a glass or ceramic substrate 5 to form a first electrode 6 in a predetermined shape.

次に、実施の形態1と同様にしてMgO等の金属酸化物からなる絶縁層4で表面を被覆した蛍光体粒子3を準備する。蛍光体粒子3として、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl1017:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物を用いることが可能である。 Next, phosphor particles 3 whose surfaces are covered with an insulating layer 4 made of a metal oxide such as MgO are prepared in the same manner as in the first embodiment. The phosphor particles 3 are inorganic such as BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) having an average particle diameter of 2 to 3 μm. It is possible to use compounds.

本実施の形態においては実施の形態3と同様に、MgOからなる絶縁層4で表面が被覆された蛍光体粒子3をポリビニルアルコール5質量%と混合し造粒した後、成型用金型を用いて約50MPaの圧力で板状に成形した。こうして得られた成型体を窒素雰囲気中450〜1200℃で2〜5時間熱処理を行い、板状の多孔質発光体2を作製した。   In the present embodiment, as in the third embodiment, phosphor particles 3 whose surfaces are coated with an insulating layer 4 made of MgO are mixed with 5% by mass of polyvinyl alcohol and granulated, and then a molding die is used. And formed into a plate shape at a pressure of about 50 MPa. The molded body thus obtained was heat-treated at 450 to 1200 ° C. for 2 to 5 hours in a nitrogen atmosphere to produce a plate-like porous light emitting body 2.

上記のようにして得られた板状の多孔質発光体2の両端を基板5の電極側にガラスペーストを用いて貼付する。具体的には、図45Cに示すようにガラスペーストをスクリーン印刷し、多孔質発光体層を接着してから580℃で熱処理を施すと、多孔質発光体層2は第一の電極との間にわずかに気体層からなる間隙を設けた状態で固着される。多孔質発光体層2と第一の電極6の間に存する気体層の厚さは20〜250μmの範囲が好適であり、特に30〜220μmの範囲が好ましい。上記の範囲を超えると、放電の発生に高電圧を印加する必要があり、経済性の理由から好ましくない。また、上記の範囲より気体層は薄くても差し支えなく、気体の平均自由行程を越えていればよい。   Both ends of the plate-like porous luminous body 2 obtained as described above are attached to the electrode side of the substrate 5 using a glass paste. Specifically, as shown in FIG. 45C, when the glass paste is screen-printed and the porous light-emitting layer is bonded and then heat-treated at 580 ° C., the porous light-emitting layer 2 is in contact with the first electrode. It is fixed in a state where a gap consisting of a slight gas layer is provided. The thickness of the gas layer existing between the porous luminous body layer 2 and the first electrode 6 is preferably in the range of 20 to 250 μm, particularly preferably in the range of 30 to 220 μm. When the above range is exceeded, it is necessary to apply a high voltage to the occurrence of discharge, which is not preferable for economic reasons. Further, the gas layer may be thinner than the above range, as long as it exceeds the mean free path of gas.

次に、ITO(インジウムー錫酸化物合金)からなる第二の電極7が多孔質発光体層に対向して位置するようにあらかじめ形成されたガラス板等の透光性基板8で多孔質発光体層を覆うと、図45Cに示すような本実施の形態における発光素子1が得られる。その際、多孔質発光体層2と第二の電極7の間には気体層からなるわずかな間隙が生じるようにコロイダルシリカ、水ガラス又は樹脂等を用いて透光性基板8を熱処理により貼付する。多孔質発光体層2と第二の電極7の隙間の厚さは上述の多孔質発光体層と第一の電極の間の隙間の厚さと必ずしも同じである必要はないが、ほぼ同様の厚さに設定すればよい。   Next, the porous light emitter is formed by a translucent substrate 8 such as a glass plate formed in advance so that the second electrode 7 made of ITO (indium-tin oxide alloy) is positioned to face the porous light emitter layer. When the layers are covered, the light-emitting element 1 in this embodiment as shown in FIG. 45C is obtained. At that time, the translucent substrate 8 is pasted by heat treatment using colloidal silica, water glass, resin, or the like so that a slight gap formed of a gas layer is formed between the porous light-emitting layer 2 and the second electrode 7. To do. The thickness of the gap between the porous light emitter layer 2 and the second electrode 7 is not necessarily the same as the thickness of the gap between the porous light emitter layer and the first electrode described above. Just set it.

上述のように、本実施の形態においては多孔質発光体層の両面に設置されている第一の電極と第二の電極の間にそれぞれわずかな間隙を設けることに特徴があり、このようにして多孔質発光体層と一対の電極の間には希ガス、大気、酸素、窒素又はそれらの混合ガスからなる気体層をそれぞれ介在させる。このような発光素子の一対の電極に交流電界を印加すると、気体層に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されると放電が起こるようになり、その際気体層で電子が増倍されて、多孔質発光体に電子が衝突し発光体層の発光中心が電子で励起されて発光する。このように、気体層は電子供給源として作用し、発生した電子は発光体層に衝突し、層の内部まで注入され発光体層の全体で沿面放電を発生しながら雪崩れるように通過する。沿面放電は電界が印加されている間は継続して生じ、雪崩的に発生した電子が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。このように本実施の形態においては電子が多孔質発光体層の両側から供給され発光体層の内部まで円滑に満遍なく注入される結果、実施の形態1のように多孔質発光体の片側から電子が注入される場合に比較して、発光体層は層全体が均一に効率よく発光し、しかも発光の輝度は高くなる。   As described above, the present embodiment is characterized in that a slight gap is provided between the first electrode and the second electrode provided on both surfaces of the porous light emitter layer. Thus, a gas layer made of a rare gas, air, oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof is interposed between the porous light emitter layer and the pair of electrodes. When an alternating electric field is applied to a pair of electrodes of such a light-emitting element, a discharge occurs when a voltage higher than the dielectric breakdown voltage is applied to the gas layer. At that time, electrons are multiplied in the gas layer and porous The electrons collide with the luminescent material and the luminescent center of the luminescent layer is excited by the electrons to emit light. In this way, the gas layer acts as an electron supply source, and the generated electrons collide with the light emitter layer and are injected into the inside of the layer so as to pass through an avalanche while generating creeping discharge throughout the light emitter layer. Creeping discharge is continuously generated while an electric field is applied, and electrons generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. As described above, in this embodiment, electrons are supplied from both sides of the porous light emitter layer and smoothly and uniformly injected to the inside of the light emitter layer. As a result, the electrons are emitted from one side of the porous light emitter as in the first embodiment. Compared with the case where is injected, the entire phosphor layer emits light uniformly and efficiently, and the luminance of emitted light is increased.

なお、本実施の形態においては蛍光体粒子3の表面をMgOからなる絶縁層4で被覆したものを使用したが、MgOは抵抗率が高く(109Ω・cm以上)、沿面放電を効率よく発生させることができるようになるからである。絶縁層の抵抗率が低い場合には沿面放電が発生し難く、ときには短絡するおそれがあるため好ましくない。このような理由から抵抗率が高い絶縁性金属酸化物で被覆することが望ましい。もちろん使用する蛍光体粒子自体の抵抗率が高い場合には絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生する。絶縁層としては、上記のMgO以外に、Y23,Li2O,CaO,BaO,SrO,Al23,SiO2,ZrO2から選択された少なくとも1つを用いることができる。これらの酸化物の標準生成自由エネルギーΔGf 0は非常に小さく(例えば、室温で−100kcal/mol以下)、安定な物質である。また、これらの絶縁層は抵抗率が高く、還元され難い物質であるため、電子による蛍光体粒子の還元や劣化を抑制する保護膜としても優れていて、その結果蛍光体の耐久性も高くなり好都合である。 In the present embodiment, the phosphor particle 3 whose surface is covered with the insulating layer 4 made of MgO is used. However, MgO has a high resistivity (10 9 Ω · cm or more), and the creeping discharge is efficiently performed. This is because it can be generated. When the resistivity of the insulating layer is low, creeping discharge is difficult to occur, and there is a possibility of short-circuiting, which is not preferable. For these reasons, it is desirable to coat with an insulating metal oxide having a high resistivity. Of course, when the resistivity of the phosphor particles to be used is high, creeping discharge is easily generated without coating with an insulating metal oxide. As the insulating layer, in addition to the above MgO, at least one selected from Y 2 O 3 , Li 2 O, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 can be used. The standard free energy of formation ΔG f 0 of these oxides is very small (for example, −100 kcal / mol or less at room temperature) and is a stable substance. In addition, since these insulating layers have high resistivity and are difficult to reduce, they are excellent as protective films that suppress reduction and deterioration of phosphor particles due to electrons, resulting in high durability of the phosphor. Convenient.

また、絶縁層の形成には上記のゾル・ゲル法以外に化学吸着法や、CVD法、スパッタ法、蒸着法、レーザ法、剪断応力法などを用いる物理吸着法によって行うことも可能である。絶縁層は均質、均一であって剥離しないことが望ましく、絶縁層を形成する際には蛍光体の粒子を酢酸、シュウ酸、クエン酸などの弱酸溶液に浸漬し、表面に付着している不純物を洗浄することが肝要である。   In addition to the sol / gel method, the insulating layer can be formed by a physical adsorption method using a chemical adsorption method, a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a laser method, a shear stress method, or the like. It is desirable that the insulating layer is homogeneous and uniform and does not peel off. When forming the insulating layer, the phosphor particles are immersed in a weak acid solution such as acetic acid, oxalic acid or citric acid, and impurities adhering to the surface. It is important to wash

さらに、絶縁層を形成する前に蛍光体の粒子を窒素雰囲気中で200〜500℃、1〜5時間程度前処理することが望ましい。通常の蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでおり、このような状態で絶縁層を形成すると輝度低下や発光スペクトルのシフト等の寿命特性に好ましくない影響を及ぼすことになるからである。蛍光体の粒子を弱酸性溶液で洗浄する場合にはその後によく水洗してから上記の前処理を行う。   Furthermore, it is desirable to pre-process phosphor particles in a nitrogen atmosphere at 200 to 500 ° C. for about 1 to 5 hours before forming the insulating layer. Ordinary phosphor particles contain a large amount of adsorbed water and crystal water, and if an insulating layer is formed in such a state, it will adversely affect the life characteristics such as luminance reduction and emission spectrum shift. is there. When the phosphor particles are washed with a weakly acidic solution, the above pretreatment is performed after thoroughly washing with water.

次に、この発光素子1の発光作用について図45Cを参照しながら説明する。図に示すように発光素子1を駆動するために、第一の電極6と第二の電極7の間に交流電界を印加する。その際、発光素子は石英管中に挿入し、NeとXeの混合ガスをわずかに加圧の状態で封入した。印加する交流電界を徐々に大きくし、気体層に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されると放電が発生するようになり、電子が気体層で増倍されて、それが多孔質発光体に衝突し多孔質発光体層の発光中心が電子で励起されて発光する。このように、気体層は電子供給源として作用していて、発生した電子は多孔質発光体層の両側から層の内部へ注入され、多孔質発光体層の全体で沿面放電を起こしながら発光体層を雪崩れるように通過する。沿面放電は電界が印加されている間、継続して生じ、その際雪崩的に発生した電子が蛍光体の発光中心に衝突し、蛍光体粒子3が励起されて発光する。本実施の形態においては多孔質発光体層の上部と下部の両側から電子が注入される結果、実施の形態1で記述したように一方から電子が注入される場合に比較して、多孔質発光体層は層全体が満遍なく均一に効率よく発光し、輝度は著しく高くなる。   Next, the light emitting action of the light emitting element 1 will be described with reference to FIG. 45C. As shown in the figure, an alternating electric field is applied between the first electrode 6 and the second electrode 7 in order to drive the light emitting element 1. At that time, the light emitting element was inserted into a quartz tube, and a mixed gas of Ne and Xe was sealed in a slightly pressurized state. When the applied AC electric field is gradually increased and a voltage higher than the dielectric breakdown voltage is applied to the gas layer, a discharge is generated, and electrons are multiplied in the gas layer, which collides with the porous light emitter. The luminescent center of the porous luminescent layer is excited by electrons to emit light. Thus, the gas layer acts as an electron supply source, and the generated electrons are injected into the inside of the layer from both sides of the porous light emitter layer, and the light emitter emits creeping discharge throughout the porous light emitter layer. Pass through the layers like a snowslide. Creeping discharge is continuously generated while an electric field is applied. At that time, electrons generated in an avalanche collide with the emission center of the phosphor, and the phosphor particles 3 are excited to emit light. In the present embodiment, as a result of electrons being injected from both the upper and lower sides of the porous luminous body layer, as compared with the case where electrons are injected from one side as described in the first embodiment, porous light emission The entire body layer emits light uniformly and efficiently, and the brightness is remarkably increased.

さらに、本実施の形態においては見かけ気孔率が10%以上〜100%未満の多孔質発光体を使用しているため、多孔質発光体でない通常の蛍光体層ではその表面では発光するが、層の内部ではほとんど発光しないのに対して多孔質発光体層においては層の表面に限らず層の内部でも発光するために発光効率がきわめて良好なものになる。これは多孔質発光体層の場合には放電により電子が層の内部へ進入し、その結果層全体で沿面放電が生じ、高輝度の発光が得られるからである。   Further, in the present embodiment, since a porous light emitter having an apparent porosity of 10% to less than 100% is used, a normal phosphor layer that is not a porous light emitter emits light on its surface. The porous luminous body layer emits light not only on the surface of the layer but also inside the layer, so that the luminous efficiency is very good. This is because in the case of the porous luminescent layer, electrons enter the inside of the layer by discharge, and as a result, creeping discharge occurs in the entire layer, and high-luminance light emission is obtained.

なお、印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることで沿面放電による電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。いったん沿面放電が開始されると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。   Note that by changing the waveform of the AC electric field to be applied from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, the emission of electrons due to creeping discharge becomes extremely intense, and the luminance Will improve. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. Once creeping discharge is started, ultraviolet rays and visible rays are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the phosphor particles 3 due to these rays, and it is preferable to reduce the voltage after the start of light emission.

本実施の形態においては多孔質発光体層の厚さに対して、実施の形態2の発光素子と同様に約0.57〜1.2kV/mmの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.39〜0.78kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。発光は実施の形態2と同様に希ガスを封入していない場合に比べ電圧値で60〜80%程度に低減しても発光した。この理由は希ガスを封入することにより、放電がより発生し易い雰囲気になるためであり、また加圧にすることで輝度を著しく高くすることができた。   In the present embodiment, the phosphor particles 3 are caused to emit light by applying an electric field of about 0.57 to 1.2 kV / mm to the thickness of the porous light-emitting layer as in the case of the light-emitting element of the second embodiment. Then, by applying an alternating electric field of about 0.39 to 0.78 kV / mm, creeping discharge was continuously performed to keep the phosphor particles 3 from emitting light. As in the second embodiment, light emission was performed even when the voltage value was reduced to about 60 to 80% compared to the case where no rare gas was sealed. The reason is that by enclosing a rare gas, an atmosphere in which discharge is more likely to occur is obtained, and the luminance can be remarkably increased by applying pressure.

また、放電時の電流値は0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても実施の形態2の発光素子と比較して高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。   In addition, the current value at the time of discharge is 0.1 mA or less, and when the light emission starts, the light emission continues even when the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. Compared with the light-emitting element of Embodiment 2, it was confirmed that the light was emitted with high luminance, high contrast, high recognizability, and high reliability.

因みに、本実施の形態における誘電体層を有していない発光素子を大気中で発光させる際には上記の希ガスを加圧の状態で封入した場合に比較すると、駆動に際して約0.89〜1.9kV/mmの比較的電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後約0.62〜1.3kV/mmの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させることが必要であった。   Incidentally, when the light emitting element having no dielectric layer according to the present embodiment emits light in the atmosphere, it is about 0.89 to about driving when compared with the case where the above rare gas is sealed in a pressurized state. A relatively electric field of 1.9 kV / mm is applied to cause phosphor particles 3 to emit light, and then an alternating electric field of about 0.62 to 1.3 kV / mm is applied to continue creeping discharge. Therefore, it was necessary to sustain the light emission of the phosphor particles 3.

本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。また、多孔質発光体層に注入される電子に基づく沿面放電による発光であることから高輝度の発光が得られ、通常の蛍光体のようにその表面だけが発光するのではなく、多孔質発光体層の全体が満遍なく発光することに特徴がある。また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。多孔質発光体層の両端に放電分離手段として隔壁を設置することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。   According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy. In addition, light emission by creeping discharge based on electrons injected into the porous light-emitting layer results in high-luminance light emission, and not only the surface emits light like normal phosphors, but porous light emission. The whole body layer emits light uniformly. In addition, the luminous efficiency is very good as compared with the phosphor emission by ultraviolet rays performed in plasma displays. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. By installing barrier ribs as discharge separation means at both ends of the porous light emitter layer, it is possible to easily avoid light emission crosstalk.

本発明にかかる発光素子は沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層の形成に薄膜形成プロセス使用することがなく、また真空容器やキャリア増倍層も必要としないので製造が容易であるという特徴を有するものであり、このことから本発明の発光素子は大画面ディスプレイの単位画素を構成する発光体としても有用である。また、照明、光源などに適用される発光体としても有用である。   Since the light emitting device according to the present invention emits light by creeping discharge, it does not use a thin film formation process for forming a phosphor layer as in the prior art, and does not require a vacuum container or a carrier multiplication layer, so that it can be manufactured. The light emitting device of the present invention is useful as a light emitter constituting a unit pixel of a large screen display. Moreover, it is useful also as a light-emitting body applied to illumination, a light source, etc.

図1は本発明の実施の形態1における発光素子の断面図。1 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は本発明の実施の形態1における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は本発明の実施の形態1における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention. 図4は本発明の実施の形態1における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention. 図5は本発明の実施の形態1における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention. 図6は本発明の実施の形態1における多孔質発光層の断面を拡大した模式図。FIG. 6 is a schematic diagram enlarging the cross section of the porous light emitting layer in Embodiment 1 of the present invention. 図7は本発明の実施の形態2における発光素子の断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 2 of the present invention. 図8は本発明の実施の形態3における発光素子の断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 3 of the present invention. 図9は本発明の実施の形態4における発光素子の断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 4 of the present invention. 図10は本発明の実施の形態4における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in Embodiment 4 of the present invention. 図11は本発明の実施の形態4における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 11 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element according to Embodiment 4 of the present invention. 図12は本発明の実施の形態4における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 12 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in Embodiment 4 of the present invention. 図13は本発明の実施の形態4における発光素子の製造工程を説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in Embodiment 4 of the present invention. 図14は本発明の実施の形態5における多孔質発光層の断面を拡大した模式図。FIG. 14 is an enlarged schematic view of the cross section of the porous light emitting layer in the fifth embodiment of the present invention. 図15は本発明の実施の形態5における多孔質発光層の断面を拡大した模式図。FIG. 15 is a schematic diagram enlarging a cross section of a porous light-emitting layer in Embodiment 5 of the present invention. 図16は本発明の実施の形態6における発光素子の分解斜視図。FIG. 16 is an exploded perspective view of a light-emitting element according to Embodiment 6 of the present invention. 図17は本発明の実施の形態1における発光の作用機能を示す説明図。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the function of light emission in the first embodiment of the present invention. 図18は本発明の実施の形態7における発光素子の断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 7 of the present invention. 図19は本発明の実施の形態8における発光素子の断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 8 of the present invention. 図20は非特許文献2における従来例の発光素子の断面図。20 is a cross-sectional view of a conventional light emitting element in Non-Patent Document 2. FIG. 図21は特許文献3における従来例の発光素子の断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view of a conventional light emitting element in Patent Document 3. 図22は本発明の実施の形態9における発光素子の断面図。FIG. 22 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 9 of the present invention. 図23は本発明の実施の形態10における発光素子の断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 10 of the present invention. 図24は本発明の実施の形態11における発光素子の断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view of a light-emitting element according to Embodiment 11 of the present invention. 図25は本発明の実施の形態12における発光素子の断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 12 of the present invention. 図26は本発明の実施の形態13における発光素子の断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 13 of the present invention. 図27は本発明の実施の形態14における発光素子の断面図。FIG. 27 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 14 of the present invention. 図28は本発明の実施の形態15における発光素子の断面図。FIG. 28 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 15 of the present invention. 図29は本発明の実施の形態16における発光素子の断面図。FIG. 29 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 16 of the present invention. 図30A−Fは図29に示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図。30A-F are process cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 図31は本発明の実施の形態17における発光素子の断面図。FIG. 31 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 17 of the present invention. 図32A−Gは図31に示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図。32A-G are process cross-sectional views for explaining a manufacturing method of the light-emitting element shown in FIG. 図33は本発明の実施の形態18における発光素子の断面図。FIG. 33 is a cross-sectional view of a light emitting element in an eighteenth embodiment of the present invention. 図34A−Cは図33に示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図。34A to 34C are process cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 図35は本発明の実施の形態19における発光素子の断面図。FIG. 35 is a cross-sectional view of a light-emitting element in Embodiment 19 of the present invention. 図36A−Dは図35に示した発光素子の製造方法を説明するための工程断面図。36A to 36D are process cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the light-emitting element shown in FIG. 図37A−Cは本発明の実施の形態20における電子放出体の製造方法を説明するための工程断面図。37A-C are process cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an electron emitter according to Embodiment 20 of the present invention. 図38は本発明の実施の形態21における発光素子を構成する多孔質発光体の断面図。FIG. 38 is a cross-sectional view of a porous light-emitting body constituting the light-emitting element in Embodiment 21 of the present invention. 図39は本発明の実施の形態21における発光素子を構成する多孔質発光体の断面図。FIG. 39 is a cross-sectional view of a porous light-emitting body constituting the light-emitting element in Embodiment 21 of the present invention. 図40は本発明の実施の形態21における発光素子を構成する多孔質発光体の断面図。FIG. 40 is a cross-sectional view of a porous light emitter that constitutes a light emitting element according to a twenty-first embodiment of the present invention. 図41は本発明の実施の形態21における発光素子を構成する多孔質発光体の断面の模式図。FIG. 41 is a schematic cross-sectional view of a porous light emitter that constitutes a light emitting element according to Embodiment 21 of the present invention. 図42は本発明の実施の形態21における発光素子を構成する多孔質発光体の断面の模式図。FIG. 42 is a schematic cross-sectional view of a porous light emitter that constitutes a light emitting element according to Embodiment 21 of the present invention. 図43は本発明の実施の形態22における電界放出ディスプレイの主要部の分解斜視図。FIG. 43 is an exploded perspective view of the main part of the field emission display according to Embodiment 22 of the present invention. 図44は本発明の実施の形態22における発光素子アレイの断面図。FIG. 44 is a cross-sectional view of the light-emitting element array according to Embodiment 22 of the present invention. 図45A−Cは本発明の実施の形態23における発光素子アレイの断面図。45A-C are cross-sectional views of the light-emitting element array according to Embodiment 23 of the present invention.

Claims (34)

異なる誘電率を有する少なくとも2種の電気的絶縁体層と、少なくとも2つの電極を含む発光素子であって、
前記電気的絶縁体層の1つは、多孔質発光体層であり、
前記電気的絶縁体層の別の1つは、気体層、強誘電体層又は比誘電率が100以上の誘電体層であり、
前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子又は絶縁層で被覆された蛍光体粒子で形成されており、
前記多孔質発光体層の上側及び/又は下側に前記絶縁体層の別の層が配置され、
前記2つの電極は、前記2種の電気的絶縁体層の少なくとも一方の層を挟むか、又は前記2種の電気的絶縁体層のうちいずれか一方の層に接するか若しくは層内に離れて配置され、
前記少なくとも2つの電極に直流又は交流電界を印加し、下記a〜cのいずれか一つの手段
a.前記少なくとも2つの電極間で前記気体層に絶縁破壊を起こさせる
b.前記強誘電体層又は比誘電率が100以上の誘電体層で分極反転させる
c.トンネル効果により電子放出体から電子を発生させ前記気体層を介して前記多孔質発光体層に衝突させる
により、一次電子(e−)を発生させ、前記一次電子(e−)は多孔質発光体層の蛍光体を含む蛍光体粒子に衝突し雪崩的に多数の二次電子(e−)を発生させ、同時に紫外線が発生させ、発生した前記二次電子及び紫外線が蛍光体を含む蛍光体粒子を励起発光させることを特徴とする発光素子。
A light emitting device comprising at least two electrical insulator layers having different dielectric constants and at least two electrodes ,
One of the electrical insulator layers is a porous light emitter layer;
Another one of the electrical insulator layers is a gas layer, a ferroelectric layer, or a dielectric layer having a relative dielectric constant of 100 or more,
The porous phosphor layer is formed of phosphor particles or phosphor particles coated with an insulating layer,
Another layer of the insulator layer is disposed above and / or below the porous light emitter layer;
The two electrodes sandwich at least one of the two types of electrical insulator layers, or are in contact with or separated from any one of the two types of electrical insulator layers. Arranged,
A DC or AC electric field is applied to the at least two electrodes, and any one of the following a to c
a. Causing a breakdown in the gas layer between the at least two electrodes;
b. Polarization is reversed by the ferroelectric layer or the dielectric layer having a relative dielectric constant of 100 or more.
c. Electrons are generated from the electron emitter by the tunnel effect and collide with the porous light emitter layer through the gas layer.
To generate primary electrons (e−), and the primary electrons (e−) collide with phosphor particles including the phosphor of the porous light emitting layer to generate a large number of secondary electrons (e−) in an avalanche manner. A light emitting device characterized in that ultraviolet rays are generated at the same time, and the generated secondary electrons and ultraviolet rays excite phosphor particles containing the phosphor .
前記多孔質発光体層は、隣り合う画素同士の発光が互いに影響して発光効率を落とすクロストーク現象を回避するための放電分離手段により画素ごとに複数に分割されており、
前記放電分離手段は、隔壁によって形成されており、
前記画素の集合体が発光素子である請求項1に記載の発光素子。
The porous luminous body layer is divided into a plurality of pixels for each pixel by a discharge separation means for avoiding a crosstalk phenomenon in which the light emission between adjacent pixels affects each other and lowers the luminous efficiency .
The discharge separation means is formed by barrier ribs ,
The light emitting device according to claim 1, wherein the aggregate of pixels is a light emitting device.
前記強誘電体層又は誘電体層は、焼結体層、強誘電体材料又は誘電体材料を含む粒子と結合剤の混合層、及び、強誘電体材料又は誘電体材料を含む分子堆積薄膜から選ばれる少なくとも一つの層で形成されている請求項に記載の発光素子。The ferroelectric layer or dielectric layer includes a sintered body layer, a ferroelectric material or a mixed layer of particles including a dielectric material and a binder, and a molecular deposition thin film including a ferroelectric material or a dielectric material. The light emitting device according to claim 1 , wherein the light emitting device is formed of at least one selected layer. 前記強誘電体層又は誘電体層の背面には、さらに背電極が配置されている請求項に記載の発光素子。The strong on the back of the dielectric layer or the dielectric layer, the light emitting device according to claim 1 which is disposed further back of the electrode. 前記多孔質発光体層には、空気、窒素及び不活性ガスから選ばれた少なくとも1つの気体が存在している請求項1又は2に記載の発光素子。 3. The light emitting device according to claim 1, wherein at least one gas selected from air, nitrogen, and an inert gas is present in the porous light emitting layer . 前記多孔質発光体層は、前記多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、前記細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子により構成されている請求項1又は2に記載の発光素子。The said porous light-emitting body layer is comprised by the continuous pore connected to the said porous light-emitting body layer surface, the gas with which the said pore was filled, and fluorescent substance particle. Light emitting element. 前記多孔質発光体の見かけ気孔率が10%以上〜100%未満の範囲にある請求項1又は2に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein an apparent porosity of the porous light emitting layer is in a range of 10% to less than 100%. 前記多孔質発光体は、蛍光体粒子及び絶縁層で被覆された蛍光体粒子から選ばれる少なくとも一つの粒子と、絶縁性繊維で形成されている請求項1又は2に記載の発光素子。 3. The light emitting device according to claim 1, wherein the porous light emitting layer is formed of at least one particle selected from phosphor particles and phosphor particles covered with an insulating layer, and an insulating fiber. 前記発光素子全体が、加圧、常圧又は減圧雰囲気になるようにシールされている請求項1又は2に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 1, wherein the entire light emitting device is sealed so as to be in a pressurized, normal pressure or reduced pressure atmosphere. 前記電気的絶縁体層の1つが気体層であり、前記気体層は、厚みが1μm以上300μm以下の範囲で設けられている請求項に記載の発光素子。 One of said electrical insulator layer is a gas layer, the gas layer, the light emitting device according to claim 1, thickness is provided at 300μm or less the range of 1 [mu] m. 前記隔壁は、無機材料で形成されている請求項に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 2 , wherein the partition is made of an inorganic material. 前記放電分離手段は、空隙によって形成されている請求項に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 2 , wherein the discharge separation unit is formed by a gap. 前記電気的絶縁体層の1つが気体層であり、前記気体層は、リブによって厚み方向に仕切られている請求項に記載の発光素子。 One of said electrical insulator layer is a gas layer, the gas layer, the light emitting device according to claim 1 which is partitioned in the thickness direction by the ribs. 前記多孔質発光体層は、赤(R)、緑(G)及び青(B)の三色を発光するアレイが形成されており、アドレス電極を駆動させるか、マトリックス駆動若しくはアクティブ駆動させることにより、少なくとも赤(R)、緑(G)又は青(B)を別個に発光する請求項1又は2に記載の発光素子。The porous luminous body layer is formed with an array that emits three colors of red (R), green (G), and blue (B), and is driven by driving address electrodes, matrix driving or active driving. The light emitting device according to claim 1 , wherein at least red (R), green (G), or blue (B) emits light separately. 前記多孔質発光体層は、カラーフィルターで色の分離をすることにより、少なくとも赤(R)、緑(G)又は青(B)を別個に発光する請求項1又は2に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 1, wherein the porous light emitting layer emits at least red (R), green (G), or blue (B) separately by separating colors with a color filter. 前記少なくとも2つの電極は前記少なくとも1つの誘電体層と多孔質発光体層を挟んで配置され、交流電界を印加することにより、前記多孔質発光体層を発光させる請求項に記載の発光素子。Wherein the at least two electrodes arranged across said at least one dielectric layer and a porous light-emitting body layer, by applying an AC electric field, the light emitting device according to claim 1 for emitting the porous light-emitting body layer . 前記少なくとも2つの電極は、アドレス電極又は表示電極である請求項に記載の発光素子。The light emitting device according to claim 1 , wherein the at least two electrodes are address electrodes or display electrodes. 前記少なくとも2つの電極のうち、1つの電極は透明電極であり、観察面側に配置されている請求項に記載の発光素子。The light emitting element according to claim 1 , wherein one of the at least two electrodes is a transparent electrode and is disposed on the observation surface side. 前記電気的絶縁体層の1つが気体層であり、前記気体層は、前記多孔質発光体層と前記観察面側の透明電極との間、及び前記多孔質発光体層と背面電極との間から選ばれる少なくとも一方に形成されている請求項に記載の発光素子。 One of the electrical insulator layers is a gas layer, and the gas layer is between the porous light emitter layer and the transparent electrode on the observation surface side, and between the porous light emitter layer and the back electrode. The light emitting device according to claim 1 , wherein the light emitting device is formed on at least one selected from the group consisting of: 前記電気的絶縁体層の別の1つは強誘電体層であり、前記多孔質発光体層は前記強誘電体層に接して配置されている請求項に記載の発光素子。Wherein another one of the electrical insulator layer is a ferroelectric layer, the pre-Symbol porous phosphor layer emitting device according to claim 1 which is disposed in contact with the ferroelectric layer. 前記少なくとも2つの電極に印加される電流が交流電界であり、前記電界が前記多孔質発光体層の一部にも印加されるよう前記電極の少なくとも一つが多孔質発光体層に隣接して配置されている請求項に記載の発光素子。Wherein at least two current AC electric field applied to the electrodes, at least one of said electrodes so that said exchanges electric field is also applied to a portion of the porous light-emitting body layer adjacent to the porous light-emitting body layer The light emitting device according to claim 1 , wherein the light emitting device is disposed . 前記電気的絶縁体層の1つが強誘電体層であり、前記少なくとも2つの電極が強誘電体層と多孔質発光体層を挟んで形成されている請求項に記載の発光素子。2. The light emitting device according to claim 1 , wherein one of the electrical insulator layers is a ferroelectric layer, and the at least two electrodes are formed with the ferroelectric layer and the porous light emitting layer sandwiched therebetween. 前記電気的絶縁体層の1つが強誘電体層であり、前記少なくとも2つの電極が共に強誘電体層に隣接して配置されている請求項に記載の発光素子。 One of said electrical insulator layer is a ferroelectric layer, the light emitting device of claim 1, wherein the at least two electrodes are disposed adjacent to both the ferroelectric layer. 前記電気的絶縁体層の1つが強誘電体層であり、前記少なくとも2つの電極がともに強誘電体層と多孔質発光体層の境界に形成されている請求項に記載の発光素子。2. The light emitting device according to claim 1 , wherein one of the electrical insulator layers is a ferroelectric layer, and both of the at least two electrodes are formed at a boundary between the ferroelectric layer and the porous light emitting layer. 前記電気的絶縁体層の1つが強誘電体層であり、前記少なくとも2つの電極のうち一方の電極が強誘電体層と多孔質発光体層の境界に形成され、他方の電極が強誘電体層に隣接して配置されている請求項に記載の発光素子。One of the electrical insulator layers is a ferroelectric layer, one of the at least two electrodes is formed at the boundary between the ferroelectric layer and the porous light emitter layer, and the other electrode is a ferroelectric layer. The light emitting device according to claim 1 , which is disposed adjacent to the layer. 前記電気的絶縁層の1つが強誘電体層であり、
前記少なくとも2つの電極は、一対の電極と、他の電極を含み、
前記一対の電極は前記強誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、
前記他の電極は、前記一対の電極のいずれか一方との間に存在する前記多孔質発光体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置されている請求項に記載の発光素子。
One of the electrically insulating layers is a ferroelectric layer;
The at least two electrodes include a pair of electrodes and another electrode;
The pair of electrodes are arranged such that an electric field is applied to at least a part of the ferroelectric layer,
2. The light emitting device according to claim 1 , wherein the other electrode is disposed such that an electric field is applied to at least a part of the porous light emitting layer existing between one of the pair of electrodes. .
前記電子放出体がカソード電極、ゲート電極、及び前記2つの電極の間に介在させたスピント型エミッタを含み、前記カソード電極と前記ゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、前記スピント型エミッタから放出される電子を前記多孔質発光体層に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter includes a cathode electrode, a gate electrode, and a Spindt-type emitter interposed between the two electrodes, and applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode allows the Spindt-type emitter to be applied. The light emitting device according to claim 1 , wherein the porous light emitting layer is irradiated with electrons emitted from the light to emit light. 前記スピント型エミッタが円錐形状である請求項27に記載の発光素子。28. The light emitting device according to claim 27 , wherein the Spindt emitter has a conical shape. 前記スピント型エミッタがモリブデン、ニオブ、ジルコニウム、ニッケル、及びモリブデン鋼から選ばれる少なくとも一種の金属で構成される請求項27に記載の発光素子。28. The light emitting device according to claim 27 , wherein the Spindt emitter is made of at least one metal selected from molybdenum, niobium, zirconium, nickel, and molybdenum steel. 前記電子放出体がカソード電極、ゲート電極、及び前記2つの電極の間に介在させたカーボンナノチューブを含み、前記カソード電極と前記ゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、前記カーボンナノチューブから放出される電子を前記多孔質発光体層に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter includes a cathode electrode, a gate electrode, and a carbon nanotube interposed between the two electrodes, and is emitted from the carbon nanotube by applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode. The light emitting device according to claim 1 , wherein the porous light emitting layer is irradiated with emitted electrons to emit light. 前記電子放出体が表面伝導型電子放出素子であって、金属酸化膜に間隙を設け、前記金属酸化膜に配備した電極に電界を印加することによって、前記間隙から発生した電子を前記多孔質発光体に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter is a surface conduction electron-emitting device, the gap formed in the metal oxide film, by applying an electric field to the electrodes deployed on the metal oxide film, the porous emitting electrons generated from said gap The light emitting device according to claim 1 , wherein the light is emitted by irradiating the body. 前記電子放出体が、酸化膜を有するポリシリコンで挟持された酸化膜を有するシリコン微結晶からなり、前記酸化膜を有するシリコン微結晶に電圧を印加することにより発生させた電子を前記多孔質発光体層に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter is composed of a silicon microcrystal having an oxide film sandwiched between polysilicon having an oxide film, and electrons generated by applying a voltage to the silicon microcrystal having the oxide film are emitted from the porous light emission. The light emitting device according to claim 1 , wherein the body layer is irradiated with light to emit light. 前記電子放出体がカソード電極、ゲート電極、及び前記2つの電極の間に介在させたウィスカーエミッタを含み、前記カソード電極と前記ゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、前記ウィスカーエミッタから放出される電子を前記多孔質発光体層に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter includes a cathode electrode, a gate electrode, and a whisker emitter interposed between the two electrodes, and emits from the whisker emitter by applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode. The light emitting device according to claim 1 , wherein the porous light emitting layer is irradiated with emitted electrons to emit light. 前記電子放出体がカソード電極、ゲート電極、及び前記2つの電極の間に介在させた炭化珪素又はダイアモンド薄膜を含み、前記カソード電極と前記ゲート電極の間にゲート電圧を印加することにより、前記電子放出体から放出される電子を前記多孔質発光体層に照射して発光させる請求項に記載の発光素子。The electron emitter includes a cathode electrode, a gate electrode, and a silicon carbide or diamond thin film interposed between the two electrodes. By applying a gate voltage between the cathode electrode and the gate electrode, the electrons The light emitting device according to claim 1 , wherein the porous light emitting layer is irradiated with electrons emitted from the emitter to emit light.
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