WO1992016013A1

WO1992016013A1 - Cathode luminescence device and phosphor powder

Info

Publication number: WO1992016013A1
Application number: PCT/JP1992/000259
Authority: WO
Inventors: Ryuji Ozawa
Original assignee: Miyota Kabushiki Kaisha
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1992-09-17
Also published as: US5440200A; EP0529090A4; EP0529090B1; EP0529090A1

Description

明細書

発明の名称

陰極発光装置と蛍光体粉末技術分野

本発明は、陰極発光装置と蛍光体粉末に閬し、一層詳細には、室内照明、液晶表示装置の照明、大面面の映像表示装置の一面素分の発光装置等として使用可能な陰極発光装置とそれに用いて好適な蛍光体粉末に関する。背景技術

従来、例えば室内照明用の発光装置として蛍光灯が広く使用されている。蛍光灯は、水銀蒸気の放電により発生した紫外線を、蛍光管内壁面に塗布した蛍光膜面に衝突させ、可視光に変換する発光装置である。発明の開示

しかしながら、従来の蛍光灯には次のような課題が有る。

蛍光灯内で発生する紫外線の強度を上げると蛍光膜から発光する光度は上昇するが、実際には水銀蒸気の温度には物理的な規制が有るため、一定光度の蛍光灯しか得ることができない。従って、室内の照度を調整するためには発光させる蛍光灯の本数で調整するしか方法がない。

また、蛍光灯は線的な光源であるため、面光源を蛍光灯で実現するためには複数の蛍光灯を並設しなければならず、コスト上昇が避けられないという課題も有る。

さらに上記蛍光膜は、主に有機結合剤溶液、例えば硝化綿溶液と蛍光体粉末の混合から成るスラ：|一を基体上に塗布して形成される _t スラリ一塗布法にて、最適な蛍光体は、スラリー中で良く分散し、乾燥状態にある蛍光膜中で、大きな光散乱を与える蛍光体である。

ところで従来の蛍光体粉末は、微小単結晶を多量に含んでおり、蛍光膜中での光散乱係数は小さく、また、基体への接着力も弱かつた。このことが原因して、従来蛍光体粉末を使用した場合、得られる蛍光膜はピンホールの問題点があつた。

従って、本発明は光度調整が可能であると共に、安価で経済的な陰極発光装置と、該陰極発光装置に用いて好適であって、蛍光体粒子の基体への付着力を強固にすると同時に、乾燥蛍光膜中の光散乱係数を增強させる蛍光体粉末を提供することを目的とする。

本発明者は、陰極線発光を用いることにより、上記目的を達成できるのではないかと考え、本発明に到達したのであり、本発明は次の構成を備える。

まず、陰極発光装置は、第 1 の方向へ長尺に形成された線状陰極、電子を該線状陰極から抽出し、抽出した電子を前記第 1 の方向へ線状に集束すると共に、前記第 1 の方向に対して直角な第 2 の方向へ往復走査する中間電極を有する線電子銃と、基体上に形成された導電膜から成り、前記線電子銃から送出された電子を加速するための電圧が印加される陽極と、前記導電膜上に蛍光体粉末を塗布して形成された蛍光膜と、少なくとも放光面は可視光が透過可能に形成され、内部は陰極発光に必要な真空度が保持されると共に、前記線電子銃、および陽極を収容する容器とを具備することを特徴とする。

この構成により、中間電極への印加電圧を調整することにより蛍光膜上で発光する光の光度を調整可能となる。

また、線電子銃は抽出電子を第 1 の方向へ線状に集束すると共に、第 1 の方向に対して直角な第 2の方向へ往復走查するのて、 1 個の線電子銃で面光源が実現可能となる。

一方、上記陰極発光装置に用いて好適な蛍光体粉未は、個々 o fi 子が、表面が粗面に形成された、ほぼ球形をなす、 Y ₂ 0 _z Sの多結晶体の一次粒子から成り、例えば 4 0 0 メッシュの篩を通過する - 中央粒径が約 4 . 5 ^ mの粒子を用いればよい。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係る陰極発光装置の実施例を示した側面断面図。

第 2図は、その陰極発光装置の線電子銃を示した正面図。

第 3図は、その線電子銃の線状陰極を示した斜視図。

第 4図は、その線状陰極の取付方法を示した斜視図。

第 5図は、線状陰極の他の例を示した断面図。

第 6図は、線電子銃を構成する中間電極の他の例を示した説明図。第 7図は、線電子銃を構成する中間電極の他の例を示した説明図。第 8図は、線電子銃を構成する中間電極の他の例を示した説明図。第 9図は、線電子銃を構成する中間電極の他の例を示した説明図。第 1 0図は、線電子銃を構成する中間電極の他の例を示した説明図。

第 1 1図は、陽極および蛍光膜の構造を示した部分断面図。

第 1 2図は、陰極発光装置の他の実施例を示した正面断面図。

第 1 3図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 4図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 5図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 6図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 7図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 8図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 1 9図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

図 2 0図は、陰極発光装置の他の実施例を示した平面断面図。

第 2 1 図は、陰極発光装置の他の実施例を示した側面断面図。第 2 2図は、図 2 1 の陰極発光装置の B— B部断面図。

第 2 3図は、陰極発光装置の他の実施例を示した側面断面図。第 2 4図は、第 2 3図の陰極発光装置の正面図。

第 2 5図は、原料の加熱温度に依存した Y _z 0 ₂ S蛍光体の中央粒径（顕微鏡）の変化を示すグラフ。実施例

以下、本発明の好適な実施例について添付図面と共に詳述する。まず、陰極発光装置の構成について説明する。

第 1図において、 1 0 は容器の一例であるハウジングであり、奥壁部 1 2、周壁部 1 4および透明部 1 6から成る。少なくとも、放光面となる透明部 1 6は硝子等の透明部材で形成されている。奥壁部 1 2および周壁部 1 は不透明の金属等、耐熱性部材で形成してもよい。また、ハウジング 1 0内は陰極発光に必要な真空度が保持されている。

1 8 は反射部材であり、奥壁部 1 2 .および周壁部 1 4内面に形成されている。反射部材 1 8 は、後述する蛍光膜で発光した光のうち、ハウジング 1 0の透明部 1 6から外方へ放光されず、ハウジング 1 0内へ進んだ光を反射させ、透明部 1 6から外'方へ放光し、透明部 1 6から放光される光の光度を増すことが可能となる。反射部材 1 δ としては、例えばアルミ二ゥム、銀、クローム等の蒸着膜を用いることができる。

2 0 は線電子銃であり、奥壁部 1 2内面に固定されている。線電子銃 2 0 は、基板 2 2、制御電極 2 4、線状陰極 2 6、第 1 の中間電極 2 8、および第 2 の中間電極 3 0から成る。線電子銃 2 0 の正面図を第 2図に示す

線状陰極 2 6 は、電子を放出するために設けられ、第 1 の方向 (第 2図において左右方向）へ長尺に形成されている。線状陰極 2 6 を長尺に形成するのは、広範囲にわたり電子を均一に放出させたいためである。線状陰極 2 6 としては、例えばアルカリ土類の炭酸塩から成る陰極物質を表面に塗布した金属抵抗線（例えばタングステン線）を張設してもよいが、単に金属抵抗線を張設しただけでは熱膨張により歪むおそれがある。また、線状陰極 2 6 の表面積が小さいため電子の放出量も少ない。そこで本実施例では、第 3図および第 4図に示す線状陰極 2 6 を採用している。

第 3図において、 3 2 はセラミック芯であり、例えばアルミナ系やジルコユア系のセラミック材料で芯状に形成する。その際、セラミック材料を溶融させてセラミック芯 3 2 を形成してもよいが、融点が高いため製造に難がある。そこで、前記セラミック材料と化学反応を起こさず、しかも融点の高い金属線（例えば、タングステン線、モリブデン線、ジルコニウム線）の表面に、前記セラミック材料の微小粉末を均一な厚さで塗布し、焼結する。このようにして作られたセラミック芯 3 2を使用してもよい。セラミック芯 3 2 は、線状陰極 2 6 の加熱時でも、垂れ下がったり、断線しない太さでなければいけない。セラミック芯 3 2 の径は、 0 . l m mから 3 關の範囲にあり、好ましくは、 0 . 3 から 2 、最も好ましくは、 1 . 0 ± 0 . 5 m mでめる。

3 4 はヒーター線であり、線状陰極 2 6 を加熱するために設けられている。ヒーター線 3 4 は金属抵抗線であり、セラミック芯 3 2 の外周面に巻回されている。線状陰極 2 6 において、均一な熱電子放出を得るには、ヒーター線 3 4加熱時の線状陰極 2 6 の温度分布が、長さ方向へ均一（例えば、操作温度で ± 1 0 ΐ ) になっていることが必要である。線状陰極 2 6 の均一な温度分布は、セラミック芯 3 2 に、ヒーター線 3 4 を高密度でしかも均一に巻回すれば得られるヒーター線 3 4 を巻回することにより、ヒーター線の歪み等が防止可能になるのはもちろん . ヒーター線 3 4 の表面積が大きくてきるので放出する熱電子の量を増加させることが可能となる。

3 6 は陰極物質であり、巻回されたヒーター線 3 4 の外周に塗布されている。陰極物質 3 6 は、酸化物の原料（例えばアル力リ土類の炭酸塩）である。陰極物質 3 6 は、真空圧が、 1 0 - ⁵ t_{o r r}以下の雰囲気で加熱すると、酸化物に変る。この熱せられた酸化物から熱電子が放出される。

この線状陰極 2 6 は、第 4図に示すようにセラミック芯 3 2 の一端をベース 3 8へ固定し、他端は、熱膨張を逃すために、押さえ金具 4 0およびネジ 4 2でベース 3 8へ緩く止める。ベース 3 8 は基板 2 2へ固定されている（第 1図にベース 3 8 は図示せず）。

なお、第 5図に線状陰極 2 6の他の例を示す。

第 5図に示す線状陰極 2 6 は、金属製の筒状体 4 0 の内部にヒーターコイル 4 2を内蔵し、筒状体 4 0 の外周面に陰極物質を塗布して成る。筒扰体 4 0 は、陰極物質の最高加熱温度よりも高い融点を持ち、かつ、陰極物質と反応せず、陰極としての作用を防げない金属（例えば、ニッケル、ニッケル合金.）の薄板によって形成する。筒状体 4 0は、両端を開口したままでもよいし、また一端を閉じてもよい。コイルヒーター 4 2 は、タングステン線のようなヒーター線から成る。この場合、巻線間の電気短絡を防ぐ目的で、コイルヒ一ター 4 2 は、アルミナ、マグネシャ、その他の高温での電気絶縁体の微粉末の焼結体によって、被覆するとよい。陰極物質は、筒状体 4 0外周の全面に被覆してもよいし、電子を放出する前半面だけを被覆してもよい。筒状体 4 0 は、複数個の腕 4 4によって、基板 2 2へ支持、固定可能である。

いずれの線状陰極 2 6 においても、線状陰極 2 6の第 1 の方向の長さは、ハウジング 1 0内に形成されている蛍光膜（後述）の同方向の長さと同じか、僅かに長くする。線状陰極 2 6 は長尺に形成されているので、単位長さ当りの電子放射量は多く .. かつ操作時に線状陰極 2 6 は連続的に熱せられるので、電子放射を連続的に行うことが可能である。

再び第 1図および第 2図において、線電子銃 2 0を構成する第 1 の中間電極 2 8 は、熱電子を線状陰極 2 6から抽出するために設けられている。第 1 の中間電極 2 8 は、前面にスリット 4 6 aが形成され、線状陰極 2 6 と同様、第 1 の方向へ長尺に形成されている。第 1 の中間電極にはパルス状の電圧を印加し、熱電子を線状陰極 2 6から抽出する。線状陰極 2 6から抽出された電子は、蛍光膜に向かって拡散されて、蛍光膜全体が、電子によって連続的に照射され. 発光する。

しかし、この発光は電子が拡散されるため光度はさほど高くない < そこで、十分な光度で発光させるために、線状陰極 2 6から抽出した電子を第 1 の方向へ線状に平行集束させ、集束した電子線を第 1 の方向と直角な第 2の方向（第 1図において上下方向）へ操り返し往復走査（走査角度を Aに示す）する第 2 の中間電極 3 0が設けられている。集束、走査は第 2 の中間電樺 3 0 へサイン波等の交流電圧を印加することにより行われる。第 2 の中間電極 3 0 も前面にスリット 4 6 bが形成され、線状陰極 2 6 と同様、第 1 の方向へ長尺に形成されている。

第 1 の中間電極 2 8 と第 2 の中間電極 3 0が両方とも長尺に形成されているため、高精度の位置決めが要求され、組立が困難な場合がある。位置決め精度が低いと電子密度分布の揺らぎが発生し、均一発光しないことがある。その場合、制御電極 2 4を設けることにより解決することができる。制御電極 2 4 は、線状陰極 2 6 に接近した基板 2 2上に配設されている。本実施例の制御電極 2 4 は前面側が開口した半円筒形に形成され、線状陰極 2 6を部分的に囲繞している。制御電極 2 4を半円筒形に形成することにより、線状陰極 2 6が太くても、制御電極 2 4 G電位によって、電子抽出制御を行うことができると共に、均一発光させることが可能となる。

第 1図および第 2図に示す実施例では中間電極として、第 1 の中間電極 2 8 と第 2の中間電極 3 0の 2個の中間電極が設けられている力、'、中間電極の構成は、第 1 の中間電極 2 8 と第 2の中間電極 3 0に限定されるものではない。次に、他の中間電極の例を示す。第 6図に示す例は、電子を線状陰極 2 6から抽出するための第 1 の中間電極 2 8 と、抽出した電子を第 1 の方向へ線状に集束する第 2の中間電極 3 0 と、線状に集束した電子を第 2 の方向へ往復走査する第 3の中間電極 5 0 とから成る中間電極である。電子の抽出、集束、往復走査をそれぞれ別個の電極で行うため、高精度の制御が可能になる。第 6図の例に前記制御電極を設けることもできる。第 7図に示す例は、最も簡単な中間電極である。この例は、線状陰極 2 6からの電子の抽出と抽出電子の集束を 1個の第 1 の中間電極 2 8で行う。第 1 の中間電極 2 8 へ、線状陰極 2 6に対して零または零に近い負電位、または正の電位を印加すると、熱電子が線状陰極 2 6から抽出される。第 1 の中間電極 2 8 によって、線状陰極 2 6からの電子抽出が制御されるが、電子分布は貧弱であり、発光ムラが発生するため、用途が制限される。

第 8図に示す例は、第 7図の有する課題を解決する構成であり、基本的には第 1図および第 2図に示す例と同じ構成である。つまり、中間電極は、電子を線状陰極 2 6から抽出するための第 1 の中間電極 2 8 と、抽出した電子を第 1 の方向へ線状に集束すると共に、第 2 の方向へ往復走査する第 2 の中間電極 3 0 とから成る。第 1 の中間電極 2 8に、例えばパルス電圧を印加して電子の抽出を行い、第 2の中間電極 3 0に高い正電圧を印加して抽出電子を集束させ、往復走查を行う。

第 9図に示す例は、平板状の制御電極 2 4を用いた例である。こ O制御電極 2 4 の機能は第 1図および第 2図に示す例と同一てある - 線状陰極 2 6が細い場合に用いて好適である。

第 1 0図に示す例は、第 7図の中間電極と、第 1図および第 2図の制御電極を組み合わせた例である。

なお、いずれの中間電極においても、中間電極への印加電圧を調整することにより、電子の線状陰極 2 6からの抽出量を制御可能となるので、後述する蛍光膜上で発光する光の光度を調整可能となる _e また、線電子銃 2 0 は中間電極を介して抽出電子を第 1 の方向へ線状に集束すると共に、線状に集束した電子を蛍光膜上において、第 2の方向へ操り返し往復走査するので、 1個の線電子銃 2 0で面光源を実現可能となる。

なお、本実施例では、厚さが 5 mm以下の第 2の中間電極 3 0を除けば、各電極は厚さが 2 «m以下の金属板によってできているので、線電子銃 2 0の厚みは 1 5 mm以下に組み立てられる。従って、肉薄の陰極発光装置を実現可能となる。集束電子の往復走査角度は、中間電極に印加される電圧によつて変り、印加電圧の上昇に従って大きくなる。また、線電子銃 2 0 と透明部 1 6 との距離にも関係する。従って、肉薄の陰極発光装置（例えば 3 cm ) を怍るには、往復走査角度を大きくすればよい。換言すれば、陰極発光装置の目的によつて、任意の厚さの陰極発光装置を作ることが可能となる。

再び第 1図および第 2図において、ハウジング 1 0 の透明部 1 6 の内壁面には陽極と蛍光膜が形成されている。この構成について、第 1 1図をさらに参照して説明する。

第 1 1図において、透明部 1 6を形成している硝子は陽極の基体を兼ねている。基体 1 6 の内壁面上には光学的に透明な導電膜（例えば酸化錫、酸化ィンジゥム錫等）から成る陽極 5 2が形成されている。賜極 5 2 には、線電子銃 2 0から抽出された熟電子を加速するための電圧（例えば 2 K V ) が印加される。更に、金属薄膜で形成された反射部材 1 8 に、陽極電位を印加すると、ハウジング 1 0 内の電界は、一様な陽極電界となり、電子の往復走査が容易になる。この場合、線状陰極 2 6の背面側（第 1図において左側）に形成された反射部材 1 8 は、陰極と同電位でなければならない。

前記導電膜で形成された陽極 5 2の内側表面上には、蛍光体粉末

(粒子）を塗布して成る蛍光膜 5 4が形成されている。蛍光膜 5 4 は熱電子が衝突すると、当該熱電子の有するエネルギが光に変換され、蛍光として発光する。蛍光膜 5 4 は、導電性を有する部材上に形成した方が、絶緣部材上に作った場合よりも、約 5 0 %も発光強度が上昇する。従って、第 1図および第 2図に示す例では陰極発光装置の蛍光膜 5 4 は、導電膜で形成された陽極 5 2上に形成されている。基体 1 6が陰極線発光に対して、光学的に透明であり、かつ蛍光膜 5 が、適当な塗布膜厚（例えば、 mg Zcfn ² )であるとき、蛍光膜 5 4で発光した光は、透明部 1 6から有効に外部に取り出し可能となる。

蛍光膜 5 4の化学的構成については後で詳しく説明するが、蛍光膜 5 4の発光光度は、蛍光膜 5 4に照射する熱電子の条件（例えば、陽極 5 2への印加電圧、電子密度、電子の照射時間）によって顕著に変る。特に、高電子密度の照射を行うと、蛍光体粉末は、連続した照射時間の増加によって、加熱され、特定温度以上に加熱された蛍光体は、温度消光現象によって、急速に発光量を滅ずる。従って、集束した熱電子ビームによる蛍光体粉末の加熱を避ける必要がある。

その一方で、非常に高い密度の集束電子を短いパルスにして、蛍光体粉未に照射すると、蛍光体粉末は、加温されることなく、強い発光を示すことが知られている _e そこで、本実施例においては、集束された電子束をパルス状に蛍光体粉末へ照射すると共に、連続的に第 2の方向へ繰り返し、高速で蛍光膜 5 4上を往復走査することにより蛍光体粉末に著しい加熱を起こすこと無く、高光度の ¾光を可能::している次に、本発明に係る陰極発光装置の他の実施例について説明する < なお、前記実施例と同一の構成部材については同一の符号を付し、説明は省略する。

第 1 2図に示す例は、容器 5 6 の前面および外周面の全てを透明硝子で形成した電球状の陰極発光装置である。電力供給端子としてソケット 5 8 が設けられている。ソケット 5 8 のサイズを規格化することにより汎用性の高い発光装置となる。

第 1 3図に示す実施例は、複数個（例： 4偭）の線電子銃 2 0を有する陰極発光装置である。この場合、各中間電極は直列又は並列に接続され、更に制御電極も直列又は並列に接続されている。これにより、各線電子銃 2 0の動作は、同期させることができるので蛍光膜 5 4からは、発光の位相差により生じるフリッカ一は発生しない。

第 1 4図に示す実施例は、複数（単数でもよい）の線電子銃 2 0 を、曲率を持った硝子製ハウジング 1 0内に収容した例である。陰極発光装置の幅は、硝子板の真空耐圧によって決まつてくる。幅の広い陰極発光装置には厚い硝子板が要求され、その結果重量が増える。重量をあまり増やさずに陰極発光装置の幅を犬きくする方法として、平板硝子を用いずに曲率をもった硝子板'を使うとよい。蛍光膜 5 4 は、前方の透明または半透明の硝子板 6 0上に塗布し、後方の硝子板 6 2 の内面上に、線電子銃 2 0を配置する。光出'力は、蛍光膜 5 4が塗布された前方の硝子板 6 0から取り出される。

陰極発光装置のハウジング 1 0内における線電子銃 2 0の設置場所は、特定位置に限定されず、蛍光膜 5 4 に電子を照射できる設置であれば特に問題は無い。第 1 5図および第 1 6図に示す実施例は、第 7図または第 8図に示した線電子銃 0をハウジング 1 0内へ斜めに配設した例である。線電子銃 2 0を蛍光膜 5 4 に対して、直角に配置せず、傾けることによつて電子の蛍光膜 5 4 への照射効率を上げることができる。第 1 5図および第 1 6図の実施例においては反射部材 1 8を設けることにより、蛍光膜 5 4への照射電子の密度の差に起因する光度のばらつきを抑制している。線電子銃 2 0の構造は第 7図または第 8図に示した物に限定されるものではない。第 1 7図に示す実施例は、 2個の線電子銃 2 0をハウジング 1 0 内の両端に斜めに配設した例である。第 1 5図および第 1 6図の実施例と同様、線電子銃 2 0を蛍光膜 5 4に対して、直角に配置せず、傾けることによつて電子の蛍光膜 5 4への照射効率を上げている。また、ハウジング 1 0内面にはやはり反射部材 1 8が設けられている。

第 1 8図に示す実施例、蛍光膜 5 4を、ハウジング 1 0の前面側の透明部 1 6内壁面および後方側の奥壁部 1 2内壁面の両面に形成されている。線電子銃 2 0 は、ハウジング 1 0内の両端に、互いに対向するよう設けられている。蛍光膜 5 4を 2倔設けることにより、癸光面積は 2倍になるので、発光光度を倍加させることができる。

第 1 9図に示す実施例は、蛍光膜 5 4を透明部 1 6 の内壁面に形成せず、奥壁部 1 2の内壁面のみに形成した例である。ハウジング 1 0内の両端に斜めに配設した 2個の線電子銃 2 0から電子を操り返し照射する蛍光膜 5 4で発光した光は、蛍光膜が形成されていない透明部 1 6から、陰極発光装置外に取り出し可能になっている。なお、第 1 8図および第 1 9図において、奥壁部 1 2内壁面に形成される蛍光膜 5 4 は、光の外部への取り出しには無閔係なので、膜厚を厚くできる利点がある。

第 2 0図に示す実施例は、第 1 3図の実施例に反射部材 1 8を設けた例である。線電子銃 2 0の往復走査範囲 6 6 は互いに重合する部分が有るが、各線電子銃 2 0からの電子の蛍光面上での重なりによる発光強度のむらを防ぐ目的て、各線電子銃 2 0の中間電極を並列に接続すると良い。このように接続すると、各線電子銃 2 0からの電子は、同期して同じ方向へ往復走査するので、往復走査の重なりは発生せず、発光むらの発生を防止可能になる。

本発明に係る陰極発光装置は、照明光源として使用する場合、蛍光膜 5 4 で発光した光を、蛍光膜 5 4を塗布した透明部 1 6から取り出すので、拡散光からなる平面光源となる。この拡散平面光源を、一般家庭の室や事務所の照明光源として利用する場合、陰極発光装置を壁面又は天井に並設すればよい。また、面光源としてだけでなく、既設の照明ランプと互換しても使える。その場合、第 1 2図に示したように全面発光する構造にし、通常の電球と互換性の有るソケットを設けるとよい。

続いて、本発明に係る陰極発光装置の応用例について説明する。厚さの薄い陰極発光装置は、液晶表示装置（ L C D ) の背面光源として、最適である。 L C Dの背面光源として使用する場合、面平均輝度よりも、蛍光面内の蛍光体粉末の瞬時発光輝度が重要な働きをする。往復走査された集束電子ビームによる蛍光体粉末の瞬時発光輝度は、面輝度の 1 0 0倍以上の強度である。それ故、 L C Dのァドレス点と、陰極発光ランプの蛍光膜 5 4 のァドレス点を同期させると、 L C Dのアドレス点を高輝度の光で照射可能となる。

また、陰極発光装置は、単色又はカラーの大型表示装置を構成する画素として使うことができる。表示装置は、多数の画素を X — y マトリクスに配列し、発光する画素を X — yアドレシングして、映像を構成する。前述した各陰極発光装置を、単色表示装置の 1 画素として利用することができる。ビデオ映像を表示装置上に表示するには、各画素を構成する各陰極発光装置の制御電極 2 4 に、ビデオ信号を印加すればよい。

さらに、 1個の陰極発光装置内に複数の同色又は異色の蛍光膜を作ることができる- 第 2 1 図（側面断面図）および第 2 2図 ίハウジング 1 0の B— B部断面図）に示す陰極発光装置は、 3個の蛍光膜 5 が並設され、各蛍光膜 5 4 は黒色炭素によって作られた黒色部材 6 4によって画成されている。 1個の大きな蛍光膜 5 4を黒色部材 6 4で画成してもよい。線電子銃 2 0 は、蛍光膜 5 4 の数と同数設けられており、各線電子銃 2 0 は、対応する 1偭の蛍光膜 5 4 について電子を照射する。従って、線電子銃 2 0 は、 1個の蛍光腠 5 4だけを往復走査するため、線電子銃 2 0 の長さは、蛍光膜 5 4 の長さと同じか、僅かに長くする。このように配置された線電子銃 2 0 の各制御電極 2 4 の電位を制御することにより、各蛍光膜 5 4 の発光を制御できるので、表示装置の 3画素分として使える。更に、この陰極発光装置の場合、 3俪の蛍光膜 5 4を赤、緑、青と 3色の異なった蛍光体を用いて塗布した場合、一組のカラー 1面素を構成する 1個の陰極発光装置が得られる。これを X — yマトリクス配置すると、カラー表示装置が得られる。

電光掲示板に代表される表示装置を実現させる場合について第 2 3図（表示装置の側面断面図）および第 2 4図（表示装置の正面図）と共に説明する。 1個の線電子銃 2 0に含まれている 1本の線状陰極 2 6からの電子抽出を、 X方向に複数個（例えば' m個）の独立区分に分割し、抽出をそれぞれの区分で独立に行'うと、 1個の線電子銃 2 0に対応する蛍光膜 5 4の発光を、複数の異なった区分で発光させることができる。この場合、制御電極 2 を X方向へ複数に分割し、その各制御電極 2 4に対応して各中間電極 6 8を設ければよい。即ち、 1個の線電子銃 2 0を用いて、 X方向の複数の異なった蛍光膜 5 4を独立して発光させることができる。加えて Y方向へ複数の線電子銃 2 0を設ければ、 X— Y方向へマトリクス状に形成されると共に、独立して発光可能な蛍光膜 5 4を、 1倔の陰極発光装置内に作ることができる。蛍光膜 5 の区分間は、黒色部材 6 4 によって画成されている； X— Y方向へマトリクス状に画成されると共に、独立発光する蛍光膜 5 4を持った陰極発光装置は、そのままでも低濃度の情報表示装置としても使われるが、大きな表示装置の 1部分として使用すると、映し出される像の解像力が向上するだけでなく、輝度も向上する。独立して発光する蛍光膜 5 4 は、単色に発光する蛍光体によって作られても良く、またカラー蛍光体を塗布して、カラ一表示用とすることもできる。

本発明に係る陰極発光装置において、蛍光膜の発光強度は、単位時間当りに与えられたエネルギー量に応じて変化するが、蛍光膜を構成する蛍光体粉末にも大きく依存する。

そこで、以下では、陰極発光装置に用いて好適な蛍光体粉末についてその製造方法と共に説明する。

先ず、蛍光体と融剤の構成化合物、例えば、 Y 2 0 ₃ 、発光色を決める E u ₂ 0 ₃ 等の付活剤の化合物、硫黄粉末、及び融剤となるアルカリ金属の炭酸塩の適当量を、乾燥室内で秤量する。秤量された混合物は、 V型混合機又はボールミル等を用いて、混合物が均一になるように混合する。

融剤の基本は、硫黄とアルカリ金属塩の反応によつて形成される硫化ナトリウム ( N a S X ) である。球状粒子を成長させるには、 N a S x中に、硫化リチウム（ L i ₂ S ) の存在が不可欠である。 N a S X融剤が、適度の濃度のリチウム（ L i ) イオンを含んだ時、 Y z 0 ₂ Sの結晶成長速度は加速され、単結晶体の成長よりも、結晶成長軸を多量に含んだ多結晶体が成長する。若し、 N a S X融剤が、カリ（ K ) イオンを舍むと、 Y ₂ 0 z S の平板状結晶が選択的に、かつ Κ イオン量に依存した量だけ成長する。それ故、或る限界値（例えば 5重量バーセント）以上の添加は好ましくない。 L i ィオンの原料混合物への混入は、加熱したとき、分解し、混合物中の硫黄と反応して L i _z Sを形成する L i の化合物、例えば、 L i ₂ C 0 3 . L i 3 P 0 ₄ 、 L i 0 H等によっても良い _c N a S x中に含まれる L i ィォンの最適量は、広範囲にあり、 L i濃度に鋭敏に影響されない。全融剤中に含まれる L i S X量が、 5 %から 6 0 %の範囲で舍まれた時、球状粒子が得られるが、 L i 量の増加によって、焼成後の混合物は硬く焼結する。焼結強度の強い時、融剤の完全な除去を困難にする。この困難を緩和するには、 L i z Sの舍有量が、 2 0 %から 5 0 %の範囲にあることが望ましく、最も望ましい範囲は、 3 0 %から 4 0 %の範囲内である。焼結作用を緩和する目的で、 5 %前後の K₂ S xを加えると良い。

良い再現性を持って、高品質の蛍光体粉末を得るには、粉体である原料の混合を均一にすると良い。粉体原料の均一混合には、混合する原料粉の各粒子がほぼ同一の重量（質量）を持っていることが望ましい。若し、混合原料粉の粒子の質量が大きく異なっている場合、混合時間を長く取っても、混合結果には、粉体の質量差による偏りが生じ、常に不均一となる。原料の不均一混合は、蛍光体粉末内での特性の不均一に連なり、生産の再現性の大きな変動要因となるので、避けなければならない。この理由によって、硫黄粉末、 N a ₂ C 0₃ 、 L i z C 0₃ 、その他の粉体原料の質量の均一化が必要である。質量の均一化の基準は、 Y_z 0₃ 原料（沈降法粒度で約 3. 5 ^m) の粒子質量に取ると良い。高輝度な蛍光体を得るには、 Y z 0₃ 原料の粒径は、可能な限り小さい方が良い。 Υ ζ 0₃ の粒径は、工業的生産法に制約を受けて、上記 3. δ m以下の粒径を入手し難い。 Y ₂ 0₃ と付活剤酸化物を除いた他の原料粉は、 6 0 メッシュ、望ましくは 1 0 0メッシュの篩を通過した粉末を、実用的には使用できる。

微細粉体を混合する場合、粉体原料を高温多湿な室に貯蔵した場合、また高湿度の室で秤量した場合、粉体が空気中の水分を毛管凝縮により.吸収する結果、粉体の凝集が発生する。凝集した粒子は、大粒子の原料粉を用いたと等価になるのて、避けなければならない- それ故、原料粉の貯蔵、及び秤量と調合は、相対湿度が 5 0 %以下の室で行なうことが必要である。

均一に混合された粉末原料は、粉末中に舍まれる空気を充分に取り除きながら、アルミナルツボに入れられる。粉体中の空気を除くには、ルツボを機械的に振動させると良い。粉体中の空気は、熱絶緣体であり、原料粉の均一加熱の妨げになるだけでなく、急激に加熱された時、粉体の突沸現象を発生させて、炉内を汚染するので、避けなければならない。

原料粉を入れたアルミナルツボは、アルミナで出来たルツボ蓋を用いて封ずる。このルツボをマツフル炉中に移し、炉を加熱する _e この場合、混合粉体中からの水分や、粉体中の気泡脱出を目的として、 1 5 0て前後に 3 0分位の間保持すると良い。また、アル力リ金属と硫黄の反応によって出来るアルカリ金属の硫化物の融点より僅かに高い温度（例えば 6 0 0て）に、炉を 3 0分から 6 0分の間保持すると、 Y _z 0 ₃ や付活剤化合物の粒子表面が溶融した融剤によって包まれるので、好ましい結果が得られる。このような前処理を施した後、炉の温度を 8 0 0 て前後に上昇させて、 3 0分前後保持すると、 Υ ₂ 0 3 Sの粒子径の成長なしに、 Υ ₂ 0 3 から Υ ₂ 0 2 Sへの変換が進められて完了するので、好ましい結果が得られる。このようにして、 Υ _ζ 0 3 を Υ ₂ 0 _z Sに変換した後、炉の温度を所定の粒子径が得られる温度条件に上昇させて、ルツボを加熱すると良い。加熱温度が 1 1 0 0 'C以上になる場合、炉内雰囲気中に、外部より空気の侵入しないように配慮する必要がある。

得られた球状粒子は、一個の粒子内に複数個の結晶軸を持つた多結晶体で作られる。第 2 5図の曲線 Aは加熱温度に依存した球形粒子の中央粒径の変化を示す。多結晶体は、結晶成長が速いことが理解されよう。それ故、決められた粒径の球状粒子を再現性良く得るためは、ルツボ内の加熱温度を厳密に制御する必要がある .· ル '：' ボ内での粉体混合物中の熱伝導は良くないので、短時間の加熱では、広い粒度分布の蛍光体が得られる。粒度分布の狭い蛍光体を得るには、ルツボを決められた温度に長時間保持する必要がある。実用的には、 5 0 0 m 1 のルツボを用いた場合、 2時間から 3時間の保温が必要である。多結晶体の場合と対照的なのは、微小単結晶の成長である。微小単結晶は、遅い結晶成長速度で成長する。第 2 5図の曲線 Bは、微小単結晶の成長速度の加熱温度への依存性を示す。

充分に加熱されたルツボは、アルミナルツボの熱歪みから発生する破損を防ぐ目的で、徐冷によって室温近くまで冷却される。冷却されたルツボ中には、融剤の固体化によって、硬く焼結した状態の加熱ロッドが得られる。この加熱ロッドから融剤だけを取り去ると、蛍光体粒子の集合体である粉末が得られる。融剤を取り去るには、加熱口ッドを、 7 0てから 9 0 ΐの熱水に浸ける必要がある。融剤は、徐々であるが、熱水中に溶解する。融剤を完全に取り除くには、強く撹拌した熱水中に、蛍光体を数時間懸濁させると良い。良い結果を得るには、上記操作を数回くり返すと良い。

次いで、規定濃度の塩酸や硝酸を用いて、粒子表面をエッチングする必要がある。エッチングを全粒子に均一に行なうためには、蛍光体の懸濁した酸溶液を出来得る限り強く撹拌すると良い。このようにして、粒子表面は、選択的にエッチングされる。

例えば、 Υ ₂ 0 ₂ S蛍光体粉末は、硝酸か塩酸でヱツチングできる。 Υ ₂ 0 z S蛍光体表面を粗にするには、 3〜 4 0 %の酸濃度が良く、更に 5〜 2 0 %の酸濃度の方が良好な結果が得られ、 8 〜 1 0 %の酸濃度の時、最も好ましい結果が得られる。若し、酸濃度が 3 %以下であるならば、蛍光体表面は、酸によって充分にエッチングされない。エッチングされた粉末は、残余の酸を取り去るために、純水を用いて数回洗う。

二 … ：ゲされた蛍光体 G表面は.、化学的及び物理的に不安定てあり、空気中にさらしたとき湿気、空気、炭酸ガスその他によって汚染される。エッチングした表面は、希燐酸又は爝酸化合物の水溶液に懸濁させると安定化する。粉体全体の表面を均一に安定化するためには、粒子の沈降を防ぐ目的で、懸濁液を強く撹拌すると良い, 燐酸の濃度は、 0. 1 〜 3 0 %の範囲にあることが望ましく、更に詳細には、 1 〜 1 0 %の範囲が好ましく、 3〜 6 %の範囲にある時に、最も好ましい結果が得られる。燐酸ソーダ溶液を用いる場合、溶液の濃度は、 1 〜 2 0 %の範囲にする時に、好結果が得られ、 1 〜 1 0 %の範囲にて、好ましい結果が得られる。表面を安定化した後、蛍光体粉末は、純水を用いて数画洗浄し、残余の燐酸及び燐酸塩を取り去る。

洗浄後、濾過して水を除去し、 1 5 O 'Cに熱しられた乾燥機を用いて乾燥する。乾燥後、室温にて 4 0 0 メッシュの篩を用いてふるうと、篩を通過した粉末は、フローイングの良い蛍光体粉末が得られる。この粉体は、粗表面を持った球状に近い一次粒子から成る集合体である。この粉末を用いて、陰極線管の蛍光膜に塗布するとき、従来の蛍光体に比して著しく、膜質の向上した蛍光膜が得られる。以下に蛍光体粉末の製造方法の具体的な実施例を示す。

1 0 0 メッシュの篩を通過した Y₂ 03 ( 1 0 0 グラム）、 S

( 5 0 グラム）、 E u ₂ 0₃ ( 4. 0 グラム）、 N a ₂ C 0₃ ( 3 5 グラム）、 L i ₂ C 0₃ ( 2 0 グラム）、 N a ₂ H P 0₄ ( 5 グラム）を乾燥した室で秤量し、ガラス瓶に入れる。このガラス瓶をボールミル装置を用いて、 1 日の間混合する。混合の済んだ原料は、 2 0 0 m 1 のアルミナルツボに移し、機械的に振動をルツボに加えて、原料粉中の空気を除く。このルツボに蓋をしてから、電気炉

(マツフル炉）に投入して加熱する。加熱は、. 1 5 0 てで 3 0分間., 次いで、 6 0 G 'Cで 3 0分間、 8 0 0 てにて 3 0分間それぞれ保温した後、 1 2 0 0ての高温に 2時間保温する _t 保温の終わった時 ώ で、電気炉の電源を切断して、ルツボを冷却する。電気炉の温度が室温付近になったならば、ルツボを電気炉より取り出す。ツルボの中には、硬く焼結した蛍光体粉と融剤の混合物が、口ッド状になつている。このロッドをルツボから取り出して、ステンレスの容器の中で、 8 0 'Cに加熱された水に 1 0時間浸ける。融剤は選択的に熱水中に溶解するので、蛍光体粉末だけが容器の底に堆積する。融剤の溶けた熱水を取り去った後、蛍光体粉末を再度、 8 0 'Cに加熱された温水中に懸濁させ、懸濁液を強力に撹拌する。このように撹拌することによって、蛍光体粒子表面に残っていた融剤を取り去ることが出来る。撹拌時間は 3時間とする。この操作が終わった後、融剤の溶けた溶液を取り去り、 2回程、純水を用いて、ゆすぎを粉体に加える。ゆすぎの終わった粉末は、 1 0 %の硝酸溶液中に懸濁させ、 2時間の間、強く撹拌する。撹拌終了後、酸溶液を取り去り、 2回程、純水でゆすぐ。その後、 5 %の燔酸溶液中に懸濁させ、 1 時間程強く撹拌する。癀酸溶液を取り去り、純水を用いて数面蛍光体粉末をゆすぐ。ゆすぎの各回毎に、婕過操作を入れると、ゆすぎの効果は高められる。ゆすぎの終了した蛍光体は、水を逋別した後で、 1 3 0 に加温された乾燥機中で、 5時間の間、乾燥する。乾燥した蛍光体粉は、 4 0 0メッシュの篩を用いて、ふるう時、対数正規分布に従って分布した一次粒子から成る粉末が、篩を通過してくる。この蛍光体の中央粒径は、顕微鏡法によれば、 4 . 5 ^ πι ある。また、各粒子は、表面を粗面とした球形に近い粒子である。このようにして得られた蛍光体粉末は、通常の P V A —蛍光体スラリ一の方法を用いて、容易にフュースプレート（基体）上に塗布で §る。

付活剤に E u ₂ 0 ₃ を用いると赤に発色する蛍光体粉末が得られるが、公知の付活剤を選択して、上記と同様にして緑、白色の発光色が得られる蛍光体粉未が得られる。青の発光色が得られる蛍光体粉末: : 硫化亜鉛粉末を主体とする蛍光体粉末等を用いる。

上記のようにして得られた蛍光体粉末をフースブレート（基体）に塗布したとき、ピンホール、クロスコンタミネーシヨン、蛍光膜のパターン切れなどが顕著に改善され、解像力が向上した。それだけではなく、得られた陰極発光装置の蛍光膜の発光強度も増加した。なお本発明に係る蛍光体粉末は、テレビジョン受像機やコンビュータなどの陰極線管の蛍光体粉末としても好適に用いることができることはもちろんであり、本発明に包舍されるものである。

Claims

請求の範囲、第 1 の方向へ長尺に形成された線状陰極、電子を該線状陰極から抽出し、抽出した電子を前記第 1 の方向へ線状に集束すると共に、前記第 1 の方向に対して直角な第 2 の方向へ往復走査する中間電極を有する線電子銃と、基体上に形成された導電膜から成り、前記線電子銃から送出された電子を加速するための電圧が印加される陽極と、前記導電膜上に蛍光体粉末を塗布して形成された蛍光膜と、少なくとも放光面は可視光が透過可能に形成され、内部は陰極発光に必要な真空度が保持されると共に、前記線電子銃、および陽極を収容する容器とを具備することを特徴とする陰極発光装置。、前記中間電極は、電子を前記線状陰極から抽出するための第 1 の中間電極と、抽出した電子を前記第 1 の方向へ線状に集束すると共に、前記第 1 の方向に対して直角な第 2 の方向へ往復走査する第 2の中間電極とから成ることを特徴とする請求項 1記載の陰極発光装置。、前記中間電極は、電子を前記線状陰極から抽出するための第 1 の中間電極と、抽出した電子を前記第 1 の方向へ線状に集束する第 2 の中間電極と、線状に集束した電子を前記第 1 の方向に対して直角な第 2 の方向へ往復走査する第 3 の中間電極とから成ることを特徴とする請求項 1記載の陰極発光装置。、前記線状陰極は、セラミック芯と、該セラミック芯の外周に巻面されたヒーター線と、巻面された該ヒーター線の外周面に酸化物を塗布して成ることを特徴とする請求項 1 、 2 または 3記載の陰極発光装置。、前記線状陰極は、筒状体内部にヒーターコイルを内蔵し、該筒状体の外周面に酸化物を塗布して成ることを特徴とする請求項 1 、 2また 3記載の陰極発光装置。、前記中間電極は複数設けられ、それぞれ独立して電子を前記線状陰極から抽出することを特徴とする請求項 1 、 4、または 5記載の陰極発光装置。、前記蛍光膜と陽極とを複数組並設して成ることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5 または 6記載の陰極発光装置。、前記蛍光膜と陽極とを複数組に分割して成ることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5 または 6記載の陰極発光装置。、並設または分割された前記蛍光膜と陽極の組同士の間は、黒色部材で仕切られていることを特徴とする請求項 7 または 8記載の陰極発光装置。 0、個々の粒子が、表面が粗面に形成された、ほぼ球形をなす、 Y z O z Sの多結晶体の一次粒子から成ることを特徴とする蛍光体粉末。

1、 4 0 0 メッシュの篩を通過する、中央粒径が約 4 . 5 mの粒子であることを特徴とする請求項 1 0記載の蛍光体粉末。

2、蛍光膜中に請求項 9記載の蛍光体粉末を舍むことを特徴とする請求項 1 、 2、

3、

4、

5、

6、

7、 8または 9記載の陰極発光装置。