JP5572652B2 - 蛍光発光装置と蛍光発光装置の蛍光体層の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光表示装置等の蛍光発光装置に関し、特に蛍光発光装置の蛍光体層と蛍光体層の形成方法に関する。

蛍光発光装置は、フィラメントや電界放出素子等の電子源から放出される電子により発光する蛍光体層を備えているが、図３により従来の蛍光発光装置の蛍光体層について説明する。
図３は、ガラス基板に形成したアルミニウム等の導体からなるアノード電極上に形成した蛍光体層の拡大断面図である。
図３において、１１は、ガラス基板、１２は、アノード電極、５１〜５３は、蛍光体層である。また大きな白丸６１は、蛍光体の粒子、小さい白丸６２は、ＳｉＯ₂等の超微粒子からなる固着材の粒子である。
蛍光体層は、通常図３（ａ）の蛍光体層５１のように、蛍光体粒子６１と固着材粒子６２によって形成し、必要に応じて導電材の粒子（図示せず）を添加してある。

固着材粒子６２は、蛍光体層５１をアノード電極１２に固着する接着材の役目を果たしている。
固着材粒子６２や導電材粒子は発光物質ではないから、それら粒子を蛍光体層５１に添加すると、蛍光体層５１の発光輝度が低下する原因の一つになる。即ち固着粒子６２等の非発光粒子は、蛍光体粒子６１から放射された光の進行を妨げたり、電子源から放出され蛍光体粒子６１へ向かう電子の進行を妨げたりするため、蛍光体層５１の発光輝度が低下することになる。
そこで蛍光体層５１の発光輝度を改善するため、図３（ｂ）のように、蛍光体層に固着材粒子や導電材粒子を添加しない蛍光体層５２が提案されている（特許文献１）。
蛍光体層５２は、非発光粒子である固着材粒子や導電材粒子を含まないから、蛍光体層５２の発光輝度は改善されるが、固着材粒子を含まないためアノード電極１２に対する固着力が弱く、アノード電極１２から剥がれてしまう。

そこで蛍光体層の発光輝度を低下させずにアノード電極１２に対する蛍光体層の固着力を高めるため、図３（ｃ）のように、アノード電極１２の表面にのみ固着材粒子６２を付着させた蛍光体層５３が提案されている（特許文献１）。
固着材粒子６２は絶縁体であるから、図３（ｃ）の場合、アノード電極上の固着材粒子６２の分布密度が高くなると、蛍光体層５３とアノード電極１２の間の電気抵抗が大きくなり、蛍光体層５３はチャージアップして発光の障害になる。そこで図３（ｃ）の蛍光体層５３は、アノード電極１２の表面に固着材粒子６２を点々と分布させてあるが、蛍光体層５３は、十分な接着強度が得られず剥れてしまうことがある。したがってアノード電極１２に固着材粒子６２を付着することにより、蛍光体層５３の所定の固着力と導電性を確保することは、困難であることが分かった。
また固着材粒子６２をアノード電極１２に付着する方法としては、所定量の固着材粒子６２を添加したペーストをアノード電極１２に塗布し、溶剤を蒸発させて固着材粒子６２をアノード電極１２に付着する方法がとられているが、この方法は、アノード電極上に固着材粒子６２を低密度で付着することが難しく高密度になってしまう。

特開２０１１−４９０９５号公報

従来の蛍光発光装置の蛍光体層は、前述したように、固着強度を大きくし、かつ同時に発光輝度を高くすることは困難であった。
本発明は、従来の蛍光発光装置の蛍光体層の前記問題点を改善することを目的とし、固着力が大きくかつ発光輝度の高い蛍光体層を備えた蛍光発光装置とその蛍光体層の形成方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の蛍光発光装置は、電子源から放出される電子によって発光する蛍光体層を備えた蛍光発光装置において、
蛍光体層は、アノード電極に形成した１層目の蛍光体層と１層目の蛍光体層に積層して形成した２層目の蛍光体層からなり、
１層目の蛍光体層は、ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体と固着材と導電材とＷＯ₃からなり、
２層目の蛍光体層は、ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体とＷＯ₃からなることを特徴とする。
請求項２に記載の蛍光発光装置は、請求項１に記載の蛍光発光装置において、
２層目のＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は、シリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体であることを特徴とする。
請求項３に記載の蛍光発光装置は、請求項２に記載の蛍光発光装置において、
１層目のＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は、シリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体であることを特徴とする。
請求項４に記載の蛍光発光装置は、請求項３に記載の発光表示装置において、
２層目のシリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体のシリカコート量を１層目のシリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体のシリカコート量よりも多くしたことを特徴とする。
請求項５に記載の蛍光発光装置は、請求項１に記載の蛍光発光装置において、
２層目の蛍光体層の膜厚を１層目の蛍光体層の膜厚よりも薄くしたことを特徴とする。
請求項６に記載の蛍光発光装置は、請求項１に記載の蛍光発光装置において、
２層目の蛍光体層の面積の大きさを１層目の蛍光体層の面積の大きさよりも小さくしたことを特徴とする。
請求項７に記載の蛍光発光装置は、請求項１に記載の蛍光発光装置において、
２層目の蛍光体層の蛍光体の平均粒径を１層目の蛍光体層の蛍光体の平均粒径よりも小さくしたことを特徴とする。
請求項８に記載の蛍光発光装置は、請求項１に記載の蛍光発光装置において、
１層目及び２層目の蛍光体層の膜厚の合計は、４０μｍ以下であることを特徴とする。
請求項９に記載の蛍光発光装置の蛍光体層の形成方法は、請求項１に記載の蛍光発光装置の蛍光体層の形成方法であって、アノード電極に１層目の蛍光体層形成用のペーストを塗布して乾燥し、その乾燥した１層目の蛍光体層に２層目の蛍光体層形成用のペーストを塗布して乾燥し、１層目及び２層目の蛍光体層を焼成することを特徴とする。

本発明の蛍光体層は、アノード電極に形成した１層目の蛍光体層と１層目の蛍光体層に積層して形成した２層目の蛍光体層からなり、１層目の蛍光体層は、蛍光体と非発光物質によって形成し、２層目の蛍光体層は、蛍光体によって形成してあるから、アノード電極に強固に固着し、発光輝度が高くなる。
本発明の蛍光体層は、１層目の蛍光体層に導電材を添加するから、導電性が高くなり、チャージアップすることがない。
本発明の蛍光体層は、１層目の蛍光体層形成用ペーストを乾燥し、焼成することなく２層目の蛍光体層形成用ペーストを塗布するから、２層目の蛍光体層形成用ペーストを塗布する際、スクリーンにより１層目の蛍光体層が剥れることがない。

図１は、本発明の実施例に係る蛍光体層の拡大断面図である。 図２は、本発明の実施例に係る蛍光体層の形成手順を示す図である。 図３は、従来の蛍光体層の拡大断面図である。

本発明の実施の形態に係る蛍光体層は、アノード電極に形成する１層目の蛍光体層と１層目の蛍光体層上に積層して形成する２層目の蛍光体層からなり、１層目の蛍光体層は、固着材や導電材等の非発光物質を含むが、２層目の蛍光体層は、非発光物質を含まない蛍光体で形成してある。即ち蛍光体層は、２層からなり、１層目の蛍光体層は、発光機能と固着力や導電性を高める機能を備え、２層目の蛍光体層は、発光機能のみを備え、２層の蛍光体層は、夫々固着・導電機能と発光機能とを分担してある。
本実施の形態に係る蛍光体層は、２層構造にして両蛍光体層の主たる機能を分けて分担することにより、固着力を大きくし発光輝度を高くすることができた。

図１により本発明の実施例に係る蛍光体層を説明する。
図１は、蛍光表示装置のアノード電極上に形成した蛍光体層の拡大断面図である。
図１において、１１は、ガラス等の絶縁材からなる基板、１２は、アルミニウム等の導電材からなるアノード電極、２は、蛍光体層、大きい白丸３１は蛍光体の粒子、小さい白丸３２は、固着材の粒子、黒丸３３は、導電材の粒子、Ｆは、タングステン等の芯線の表面に三元炭酸塩等の電子放出物質を被着させたフィラメント等の電子源である。蛍光体（低速電子線用）は、ＺｎＯ：Ｚｎを、固着材は、ＳｉＯ₂の超微粒子（平均粒径数ｎｍ〜数十ｎｍ）を、導電材は、Ｉｎ₂Ｏ₃を用いている。なおＳｉＯ₂の超微粒子は、アエロジル（登録商標）を用いた。
なお、蛍光表示装置は、内部が高真空雰囲気とされた気密容器部（図示しない）を有する。その気密容器部は、基板１１と対向する基板（図示しない）を所定間隔をおいて互いに平行に配置し、その周囲をシール材（図示しない）で封止している。また、必要に応じて対向する両基板の間に側面部材を挟み、これらをシールガラスで封止した箱型の気密容器部としてもよい。
蛍光体層２は、アノード電極１２上に形成した１層目の蛍光体層２１、蛍光体層２１上に積層して形成した２層目の蛍光体層２２からなる。２層目の蛍光体層２２は、電子源Ｆに近い側の蛍光体層である。

蛍光体層２１は、蛍光体粒子３１、固着材粒子３２、導電材粒子３３により形成されているから、固着材粒子３２によりアノード電極１２に強固に固着し、また導電材粒子３３により高い導電性を有する。なお導電材粒子３３は、蛍光体の種類等により混入する必要のない場合もあるが、その場合には、固着材粒子３２のみを添加する。蛍光体層２２は、蛍光体粒子３１のみからなり、固着材粒子３２、導電材粒子３３は、添加していない。蛍光体層２２は、固着材粒子３２、導電材粒子３３等の非発光粒子を含まないから、発光輝度が高くなる。
蛍光体層２は、蛍光体層２１が主として固着・導電機能を担当し、蛍光体層２２が発光機能を担当しているから、固着強度が高く、導電性も高く、かつ発光輝度も高くなる。
蛍光体層２の発光輝度は、層厚と成分が蛍光体層２１と同じ、従来の１層の蛍光体層に比べて３０％程度アップすることが分かった。

蛍光体層２は、後述するように、まずアノード電極１２上に蛍光体層２１の形成用ペーストを塗布して乾燥し、その蛍光体層２１上に蛍光体層２２の形成用ペーストを塗布して形成するから、仮に蛍光体層２１の塗布層にピンホールが生じても蛍光体層２２の塗布層によりそのピンホールは塞がれるため、蛍光体層２のピンホールの発生箇所を減らすことができる、又は蛍光体層２にピンホールが生じることがない。

蛍光体層２の層厚は、固着強度の点から４０μｍ以下（１層目の蛍光体層の層厚の２倍以下）、量産を考えた場合には３５μｍ以下（同１．７５倍以下）が望ましく、蛍光体層２２の層厚は、蛍光体層２１の層厚と同じか、蛍光体層２１よりも薄くすることが望ましい。また蛍光体層２２の蛍光体の粒径は、発光効率の点から蛍光体層２１の粒径（平均粒径）と同じか、蛍光体層２１の粒径（平均粒径）よりも小さくすることが望ましい。本実施例は、蛍光体層２１に粒径が３μｍの蛍光体を、蛍光体層２２に粒径が２．５μｍの蛍光体を用いた。
蛍光体層２２は、大きさ（塗布したパターンの面積）を蛍光体層２１と同じか、蛍光体層２１よりも小さくするとペーストの塗布が容易になる。

印加するアノード電圧が高い場合、例えば、７０Ｖ以上の場合には、従来蛍光体の耐電圧性を高めるために、蛍光体粒子にシリカをコートした、いわゆるシリカコート蛍光体を用いているが、本実施例の蛍光体層２は、２層目の蛍光体層２２にシリカコート蛍光体を用いると耐電圧性が高くなることが分かった。この場合、２層目の蛍光体層のみシリカコート蛍光体を用いるか、又は、１層目及び２層目の蛍光体層の双方にシリカコート蛍光体を用いて２層目のシリカコート量を多くする。また従来蛍光表示装置の駆動中に蛍光体層に発生するガスにより蛍光体層の発光効率が低下するのを防止するため、蛍光体粒子をＷＯ₃により被覆することもあるが、本実施例においても少なくとも２層目の蛍光体層２２にＷＯ₃（輝度改善物質）を用いることができる。この場合、２層目の蛍光体層は、蛍光体とＷＯ₃からなり、固着材を含んでいない。
蛍光体層２１，２２に用いる蛍光体は、ＺｎＯ：Ｚｎに限らず、他の蛍光体を用いてもよい。また蛍光体層２１，２２に用いる蛍光体は、同じ種類のものを用いてもよいし、蛍光体層毎に異なる種類のものを用いてもよい。

次に図２により図１の蛍光体層の形成手順（工程）と蛍光体層の形成用ペーストについて説明する。
まず図２（ａ）により蛍光体層の形成手順（工程）を説明する。
ステップＳ１においてアノード電極上に１層目の蛍光体層形成用ペーストを所定のパターン（グラフィック、七セグメント、キャラクタ等）で塗布し、ステップＳ２においてオーブンにより１００℃で３０分間乾燥し、ステップＳ３においてその乾燥した１層目の蛍光体層の上に２層目の蛍光体層形成用ペーストを所定のパターンで塗布し、ステップＳ４においてオーブンにより１００℃で３０分間乾燥し、ステップＳ５において乾燥した１層目、２層目の蛍光体層を５００℃で焼成する。
１層目、２層目の蛍光体層形成用ペーストの塗布は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィーのいずれであってもよい。なおスクリーン印刷の場合、１層目のペーストを乾燥して焼成すると、２層目のペーストを塗布する際、焼成した１層目の蛍光体層にスクリーンが当たって１層目の蛍光体層が剥れることがあるが、本実施例は、１層目のペーストを乾燥させた後焼成せずに２層目のペーストを塗布するから、１層目の蛍光体層が剥れることはない。

次に図２（ｂ）により図２（ａ）の１層目と２層目の蛍光体層の形成に用いるペーストについて説明する。
１層目の蛍光体層形成用ペーストは、蛍光体（ＺｎＯ：Ｚｎ）が６０ｗｔ％，導電材（Ｉｎ₂Ｏ₃）が３ｗｔ％，固着材（ＳｉＯ₂の超微粒子）が１ｗｔ％、有機溶剤（ターピネオール）が３６ｗｔ％のものを用い、２層目の蛍光体層形成用ペーストは、蛍光体（ＺｎＯ：Ｚｎ）が６０ｗｔ％，導電材と固着材子が０ｗｔ％、有機溶剤（ターピネオール）が４０ｗｔ％のものを用いている。更に各ペーストに樹脂を加えてもよい。
蛍光体層２の発光輝度は、１層目の蛍光体層に添加する導電材を０．５ｗｔ％から増やすと、その添加量の増加に伴って上昇し、添加量２ｗｔ％でピークに達する。したがって１層目の蛍光体層の導電材の添加量は、３ｗｔ％に限らず０．５〜３ｗｔ％の範囲であればよい。

なお導電材料は、少なすぎると蛍光体層の抵抗が大きくなって蛍光体層はチャージアップしやすくなるし、多すぎると発光に寄与しない無効電流が大きくなる。また蛍光体に添加する導電材の量は、蛍光体自体の抵抗（蛍光体の母体抵抗）によって異なり、現在使用されているカラー蛍光体は、一般に母体抵抗が大きいため導電材を１５ｗｔ％程度添加することもある。
蛍光体に添加する導電材や固着材、有機溶剤は、上記以外のものであってもよい。
前記実施例は、熱電子放出用フィラメントを備えた蛍光表示装置について説明したが、電界放出型電子源（ＦＥＣ）を備えたものであってもよい。また蛍光表示装置に限らず、光源等の蛍光体層を備えた蛍光発光装置であってもよい。

１１ ガラス基板
１２ アノード電極
２，２１，２２ 蛍光体層
３１ 蛍光体の粒子
３２ 固着材の粒子
３３ 導電材の粒子

Claims (9)

1. 電子源から放出される電子によって発光する蛍光体層を備えた蛍光発光装置において、
   蛍光体層は、アノード電極に形成した１層目の蛍光体層と１層目の蛍光体層に積層して形成した２層目の蛍光体層からなり、
   １層目の蛍光体層は、ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体と固着材と導電材とＷＯ₃からなり、
   ２層目の蛍光体層は、ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体とＷＯ₃からなることを特徴とする蛍光発光装置。
2. 請求項１に記載の蛍光発光装置において、
   ２層目のＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は、シリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体であることを特徴とする蛍光発光装置。
3. 請求項２に記載の蛍光発光装置において、
   １層目のＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は、シリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体であることを特徴とする蛍光発光装置。
4. 請求項３に記載の発光表示装置において、
   ２層目のシリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体のシリカコート量を１層目のシリカコートＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体のシリカコート量よりも多くしたことを特徴とする蛍光発光装置。
5. 請求項１に記載の蛍光発光装置において、
   ２層目の蛍光体層の膜厚を１層目の蛍光体層の膜厚よりも薄くしたことを特徴とする蛍光発光装置。
6. 請求項１に記載の蛍光発光装置において、
   ２層目の蛍光体層の面積の大きさを１層目の蛍光体層の面積の大きさよりも小さくしたことを特徴とする蛍光発光装置。
7. 請求項１に記載の蛍光発光装置において、
   ２層目の蛍光体層の蛍光体の平均粒径を１層目の蛍光体層の蛍光体の平均粒径よりも小さくしたことを特徴とする蛍光発光装置。
8. 請求項１に記載の蛍光発光装置において、
   １層目及び２層目の蛍光体層の膜厚の合計は、４０μｍ以下であることを特徴とする蛍光発光装置。
9. 請求項１に記載の蛍光発光装置の蛍光体層の形成方法であって、アノード電極に１層目の蛍光体層形成用のペーストを塗布して乾燥し、その乾燥した１層目の蛍光体層に２層目の蛍光体層形成用のペーストを塗布して乾燥し、１層目及び２層目の蛍光体層を焼成することを特徴とする蛍光発光装置の蛍光体層の形成方法。

Images