JP2012248295A - Field emission type light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カソード基板とアノード基板が略平行に対向して配置されており、カソード基板にはカソード電極および電子放出材料層が積層されており、アノード基板にはアノード電極および蛍光体層が積層されており、電子放出材料層から蛍光体層に電子を放射する電界放出型発光装置に関する。 In the present invention, a cathode substrate and an anode substrate are disposed so as to face each other substantially in parallel. A cathode electrode and an electron emission material layer are laminated on the cathode substrate, and an anode electrode and a phosphor layer are laminated on the anode substrate. The present invention relates to a field emission type light emitting device that emits electrons from an electron emission material layer to a phosphor layer.
現在、電界放出素子を利用した、フィールドエミッションランプである電界放出型発光装置が、次世代光源として期待されている。その理由として、省電力であること、高輝度な面光源を形成可能であること、水銀レスであること、などが挙げられる。 Currently, field emission light-emitting devices that are field emission lamps using field emission elements are expected as next-generation light sources. Reasons for this include power saving, the ability to form a high-luminance surface light source, and the absence of mercury.
電界放出素子は、カソード電極とアノード電極とを有し、カソード電極とアノード電極との間に電界を印加することで、カソード電極に配置した電子放出材料から電子を放出させるものである。 The field emission device has a cathode electrode and an anode electrode, and emits electrons from an electron emission material disposed on the cathode electrode by applying an electric field between the cathode electrode and the anode electrode.
電子放出材料は一般に高いアスペクト比を有し、その先端に電界が集中することで電子を放出する。アノード電極上に電子線励起発光の蛍光体を配置することで、発光装置を作製することができる。さらに、平面状のカソードとアノードを対向させることで、面発光する発光装置を作製することもできる。 Electron emission materials generally have a high aspect ratio, and electrons are emitted by the concentration of an electric field at the tip. A light-emitting device can be manufactured by disposing an electron beam-excited luminescent phosphor on the anode electrode. Furthermore, a light emitting device that emits a surface light can be manufactured by making a planar cathode and an anode face each other.
電子放出材料としては、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤー、スピント型エミッタといった、アスペクト比が高い導電性構造体が用いられる。カーボンナノチューブは、０．４ナノメートルから数１０ナノメートル程度の直径を持つ炭素の筒状構造体であるが、高いアスペクト比および高い耐電流密度といった利点から有望視されている。 As the electron emission material, a conductive structure having a high aspect ratio such as a carbon nanotube, a metal nanowire, or a Spindt emitter is used. A carbon nanotube is a carbon cylindrical structure having a diameter of about 0.4 nanometers to several tens of nanometers, and is promising because of its advantages such as a high aspect ratio and a high current resistance density.
さらに、ペースト化することで印刷によってもカソードを形成できるため、低コスト化および大面積化が容易である利点を持つ。この場合、カーボンナノチューブは粘着テープによる剥離等の方法によって起毛処理することで顕著に電界放出しやすくなる。 Furthermore, since the cathode can be formed by printing by forming a paste, there is an advantage that the cost can be reduced and the area can be easily increased. In this case, the carbon nanotubes can be remarkably easily emitted by raising the hair by a method such as peeling with an adhesive tape.
従来技術の電界放出型発光装置について、図面を用いて説明する。図１４、図１５はその断面図である。カソード基板３とアノード基板４が略平行に対向させて組み上げられており、カソード基板３上にカソード１が、アノード基板４上にアノード２が形成されている。
A conventional field emission light-emitting device will be described with reference to the drawings. 14 and 15 are cross-sectional views thereof. The
カソード１はカソード電極１Ａと電子放出材料層１Ｂから構成される。電子放出材料層１Ｂは、基本的に複数の電子放出材料が混在して層を成している。しかし、究極的には電子放出材料層１Ｂが一つの電子放出材料（例えば、一本のカーボンナノチューブ）であってもよい。
The
カソード電極１Ａのアノード電極２Ａ側の表面に電子放出材料層１Ｂが形成される。またカソード電極面に平行な方向について、カソード電極１Ａは電子放出材料層１Ｂよりも大きい。
An electron
一方、アノード２はアノード電極２Ａと蛍光体層２Ｂから構成される。蛍光体層２Ｂはアノード電極２Ａのカソード電極１Ａ側の表面に形成される。アノード電極面に平行な方向について、アノード電極２Ａは蛍光体層２Ｂよりも大きい。
On the other hand, the
また、蛍光体層２Ｂは、図１４のように、発光装置の断面図において電子放出材料層１Ｂの直上の領域に形成されるか、あるいは、図１５のように電子放出材料層１Ｂの直上を含有する、より広範囲な領域に形成される。
Further, the
カソード基板３とアノード基板４との間は真空に保たれるが、図１４および図１５では装置内部を真空封止するための構造は省略してある。電圧源５によって、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの間に電圧が印加されることで、電子放出材料層１Ｂの中にある電子放出材料に電界が印加され、電子６が放出される。
A vacuum is maintained between the
電子６はカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの表面に略垂直な方向に印加された電界によって加速され、蛍光体層２Ｂ中の蛍光体を励起する。励起された蛍光体から光７が放出される。
The
従来技術の電界放出型発光装置については、さらに、電子放出材料層を複数設ける場合もある。図１６にその断面図を示す。発光装置を構成する要素は図１４、図１５と同様であるが、電源は省略してある。 In the field emission light emitting device of the prior art, a plurality of electron emission material layers may be further provided. FIG. 16 shows a cross-sectional view thereof. Elements constituting the light emitting device are the same as those in FIGS. 14 and 15, but the power source is omitted.
図１６では電子放出材料層１Ｂは二個であるが、三個以上設けてもよい。電子放出材料層１Ｂを複数設けることで、まず、発光装置の大面積化が容易になる。すなわち、印刷、蒸着、その他プロセスで一度に電子放出材料層１Ｂを形成できる面積は限られているが、プロセスを繰り返すことで、大きな発光装置を作製できる。
In FIG. 16, the number of electron-emitting
さらに、複数の電子放出材料層１Ｂの間に間隙が存在することで、電子放出材料層１Ｂが全面に存在する場合に比べて、光の取り出し効率が向上できる。例えば、間隙に光反射層(図示せず)を設けることにより、蛍光体からカソード１の側に放射されて発光装置の外部に取り出せていなかった光を、アノード基板４の側に反射し、取り出すことで、発光装置としての光の取り出し効率が向上できる。
Furthermore, since the gap exists between the plurality of electron
現在、上述のような電界放出型発光装置として各種の提案がある（特許文献１〜３）。
Currently, there are various proposals for the field emission light emitting device as described above (
しかしながら、従来の電界放出型発光装置には次に述べる課題がある。 However, the conventional field emission light emitting device has the following problems.
まず、電界がカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの両電極面に略垂直な方向に印加されていても、電子線は両電極面に平行な方向に広がりを持つ。従来、この広がりに対応した構造設計ができていなかった。そのため、図１４に例示するように、蛍光体層の形成範囲が狭いために、蛍光体に当たらず発光に寄与しない電子線６'が生じてしまう問題があった。
First, even if an electric field is applied in a direction substantially perpendicular to both electrode surfaces of the
また、図１５や図１６に例示するように、蛍光体層の範囲が広すぎるため、あるいは電子放出材料層１Ｂ間の距離が大きすぎるために、電子線が当たらず発光に寄与しない蛍光体層２Ｂ'が大きくなってしまう問題が生じていた。
Further, as illustrated in FIG. 15 and FIG. 16, the phosphor layer does not contribute to light emission because it does not hit an electron beam because the range of the phosphor layer is too wide or the distance between the electron
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、電子線を効率的に光に変換でき、かつ構造上の無駄のない電界放出型発光装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a field emission light-emitting device that can efficiently convert an electron beam into light and has no structural waste.
本発明の電界放出型発光装置は、カソード基板とアノード基板が略平行に対向して配置されており、カソード基板にはカソード電極および電子放出材料層が積層されており、アノード基板にはアノード電極および蛍光体層が積層されており、電子放出材料層から蛍光体層に電子を放射する電界放出型発光装置であって、電子放出材料層と蛍光体層との表面方向で電子放出材料層が形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極とアノード電極との距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層の縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層が対向している。 In the field emission type light emitting device of the present invention, a cathode substrate and an anode substrate are arranged to face each other substantially in parallel, a cathode electrode and an electron emission material layer are laminated on the cathode substrate, and an anode electrode is provided on the anode substrate. And a phosphor layer, and a field emission type light emitting device that emits electrons from the electron emission material layer to the phosphor layer, wherein the electron emission material layer has a surface direction between the electron emission material layer and the phosphor layer. Having a first region formed, having a second region outside the edge of the electron emission material layer up to 0.05 to 0.3 times the distance between the cathode electrode and the anode electrode in the surface direction; The phosphor layer faces the third region obtained by adding the second region to the outer periphery of one region.
なお、本発明で云う表面方向とは、相互に平行な電子放出材料層と蛍光体層との表面と平行な二次元方向を意味している。 In the present invention, the surface direction means a two-dimensional direction parallel to the surfaces of the electron emission material layer and the phosphor layer that are parallel to each other.
本発明の電界放出型発光装置では、電子放出材料層と蛍光体層との表面方向で電子放出材料層が形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極とアノード電極との距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層の縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層が対向している。このため、電子線の広がりに対応した領域に蛍光体層が設けられるため、従来の技術に比べて発光に寄与しない電子線が少なく、さらに発光に寄与しない蛍光体層が少ない。そのため、従来の技術に比べて電子線を効率的に光に変換でき、かつ構造上の無駄が少ない。 The field emission light emitting device of the present invention has a first region in which the electron emission material layer is formed in the surface direction of the electron emission material layer and the phosphor layer, and the distance between the cathode electrode and the anode electrode in the surface direction. The phosphor layer is opposed to a third region having a second region outside from the edge of the electron emission material layer up to 0.05 to 0.3 times, and adding the second region to the outer periphery of the first region. Yes. For this reason, since the phosphor layer is provided in a region corresponding to the spread of the electron beam, there are fewer electron beams that do not contribute to light emission and fewer phosphor layers that do not contribute to light emission than the conventional technology. Therefore, the electron beam can be converted into light more efficiently than in the prior art, and structural waste is small.
まず、本発明の実施の第一の形態を図面を参照して以下に説明する。ただし、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明は省略する。 First, a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the same portions as those of the conventional example described above with respect to the present embodiment are denoted by the same names, and detailed description thereof is omitted.
まず、電子放出材料層が一個だけ設けられる場合について説明する。図１は本発明の実施形態の模式的な縦断正面図であり、図２はアノード基板４の表面に垂直な方向から見た模式的な平面図である。 First, the case where only one electron emission material layer is provided will be described. FIG. 1 is a schematic longitudinal front view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view seen from a direction perpendicular to the surface of the anode substrate 4.
図２では電子放出材料層１Ｂは長方形の形状としているが、三角形・六角形・円形など、任意の形状とすることができる。装置を構成する要素は図１４の従来技術と同様である。
In FIG. 2, the electron
そして、本実施の形態の電界放出型発光装置では、図１に示すように、カソード基板３とアノード基板４が略平行に対向して配置されており、カソード基板３にはカソード電極１Ａおよび電子放出材料層１Ｂが積層されており、アノード基板４にはアノード電極２Ａおよび蛍光体層２Ｂが積層されており、電子放出材料層１Ｂから蛍光体層２Ｂに電子を放射する。
In the field emission light-emitting device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
ただし、本実施の形態の電界放出型発光装置では、図１および図２に示すように、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの表面方向で電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層１Ｂの縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層２Ｂが対向している。
However, in the field emission light emitting device of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the electron
より具体的には、カソード基板３とアノード基板４は略平行に対向させて組み上げられており、カソード基板３上にカソード１が、アノード基板４上にアノード２が形成されている。
More specifically, the
カソード１はカソード電極１Ａと電子放出材料層１Ｂから構成される。カソード電極１Ａは、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの表面に平行な方向（「表面方向」と呼ぶ）について、電子放出材料層１Ｂよりも大きいことが好ましい。
The
ただし、電子放出材料層１Ｂが何らかの活性化処理（カーボンナノチューブに対する起毛処理など）によって顕著に電界放出しやすい状態に変化しうる場合、つまり活性化処理された領域が実質的に電界放出特性を支配する場合は、この限りではない。
However, in the case where the electron
すなわち、電子放出材料層１Ｂのうち活性化処理された領域が、表面方向について、カソード電極１Ａよりも小さいことが好ましい。一方で、電子放出材料層１Ｂそのものがカソード電極１Ａと略同じ大きさか、カソード電極１Ａより大きくてもよい。以下、電子放出材料層１Ｂが活性化処理によって顕著に電界放出しやすい状態に変化しうる場合は、「電子放出材料層１Ｂ」は、活性化処理された領域を指す。
That is, it is preferable that the activated region of the electron
一方、アノード２はアノード電極２Ａと蛍光体層２Ｂから構成される。蛍光体層２Ｂはアノード電極２Ａのカソード電極１Ａ側の表面に形成することができる。ただし、電子線が通過できる程度の層厚の電極をカソード電極１Ａ側の蛍光体層２Ｂ表面に形成し、これをアノード電極２Ａとして利用する場合はこの限りではない。また表面方向について、アノード電極２Ａは蛍光体層２Ｂと略同じ形状か、蛍光体層２Ｂよりも大きいことが好ましい。
On the other hand, the
このようにカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとを単純な平行平板状の導電体にすると、各電極をパターニングする場合に比べて構造が単純で製造コストが抑えられる。さらに、表面方向の導電領域が広く、絶縁性の基板が露出する領域が小さいために、基板上への帯電が生じにくく、従って異常放電が抑えられる。
Thus, if the
カソード基板３とアノード基板４との間は真空に保たれる。なお、図１においては装置内部を真空封止するための構造は省略してある。また、図１においては電圧源も省略してあるが、図１４と同様に電圧源によって、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの間に電圧が印加される。
A vacuum is maintained between the
なお、電圧源からカソード電極１Ａまでの配線は、カソード基板３の表面上に配置してもよいし、カソード基板３内を通してもよい。電圧源からアノード電極２Ａまでの配線も同様である。
The wiring from the voltage source to the
カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとが平行平板状であるため、マクロに見ると、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの間には、両層の表面に略垂直で一様な電界が加わる。
Since the
一方で、ミクロに見ると、すなわち電子放出材料層１Ｂ中の電子放出材料の近傍で見ると、印加電界は電子放出材料に集中し、電子放出材料から電子６が放出される。電子６は電界によって加速され、蛍光体層２Ｂ中の蛍光体を励起する。このため、励起された蛍光体から光が放出される。
On the other hand, when viewed microscopically, that is, when viewed in the vicinity of the electron emission material in the electron
ここで、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの位置関係および大小関係について説明する。本実施の形態の電界放出型発光装置では、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの表面方向で電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層１Ｂの縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層２Ｂが対向している。
Here, the positional relationship and magnitude relationship between the electron
図１において、表面方向（図中の横方向）に関して電子放出材料層１Ｂの「外側」とは電子放出材料層１Ｂの左端の左側、あるいは右端の右側である。図２において上記「外側」とは、電子放出材料層１Ｂの左端の左側、あるいは右端の右側、あるいは上端の上側、あるいは下端の下側、である。以下、表面方向に関して電子放出材料層１Ｂの外側とは、同様の領域を指す。
In FIG. 1, the “outside” of the electron
図１では、表面方向で、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域の直上と、電子放出材料層１Ｂの左右それぞれの端部から電子放出材料層１Ｂの外側に０．０５ｄ〜０．３ｄの領域の直上と、を加えた範囲に、蛍光体層２Ｂが存在している。
In FIG. 1, 0.05 d to 0 in the surface direction is directly above the first region where the electron
ここで、図１に示すように、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離＝ｄとした。また、図２に示すように、表面方向で、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、第一領域と電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．０５ｄ〜０．３ｄまでの領域と、を加えた領域に蛍光体層２Ｂが形成されている。
Here, as shown in FIG. 1, the distance between the
蛍光体層２Ｂの形成領域が、上記範囲より狭い場合、蛍光体に当たらない電子線が生じるため、発光効率が低下するため好ましくない。すなわち、電子放出材料層１Ｂの形成領域と、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．０５ｄ未満の領域とを加えた領域にだけ蛍光体層２Ｂが存在する場合、発光効率は低下するため好ましくない。また、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域に蛍光体層２Ｂが存在しない場合も同様に、発光効率が低下するため、好ましくない。
When the formation region of the
逆に、蛍光体の形成領域が上記範囲より広い場合、電子線の当たらない蛍光体層が増大するため、構造上無駄が生じてしまうため好ましくない。すなわち、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．３ｄより大きな領域まで蛍光体層２Ｂが存在している場合、構造上無駄が生じてしまうため好ましくない。
On the other hand, if the phosphor formation region is wider than the above range, the phosphor layer that is not exposed to the electron beam is increased, which is not preferable because the structure is wasted. That is, when the
以上のような実施形態により、電子線の表面方向の広がりに適した発光装置を形成できる。以下にその説明を行う。まず、従来技術では、電子線の表面方向の広がりが十分に分析・考慮されず、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層とが適切な位置関係、適切な大きさで形成されていなかった。
According to the embodiment as described above, it is possible to form a light emitting device suitable for spreading in the surface direction of the electron beam. This will be described below. First, in the prior art, the spread in the surface direction of the electron beam is not sufficiently analyzed and taken into account, and the electron
一方、本実施の形態の電界放出型発光装置では、電子線の表面方向の広がりを分析・考慮した適切な構造を提供する。本実施の形態の電界放出型発光装置では、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂの両面に略垂直な電界の印加下において、電子線の表面方向の広がりが、表面方向について略等方的であり、電子放出材料の種類・形状に大きくは依存せず、さらにカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離に法則性をもって依存する、という知見が得られた。
On the other hand, the field emission light emitting device of this embodiment provides an appropriate structure that analyzes and takes into account the spread of the electron beam in the surface direction. In the field emission type light emitting device of the present embodiment, the spread of the electron beam in the surface direction is substantially isotropic in the surface direction when an electric field substantially perpendicular to both surfaces of the electron
この知見をもとに、電子線の表面方向の広がりが特定され、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの適切な位置関係、適切な大きさが設定された電界放出型発光装置の構造が新たに見出された。
Based on this knowledge, the spread of the electron beam in the surface direction is specified, and the structure of the field emission light emitting device in which the appropriate positional relationship between the electron emitting
多層カーボンナノチューブを電子放出材料とした場合の電子線の広がりを例として、説明を続ける。図３（Ａ）、図３（Ｂ）はそれぞれ、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離が１ｍｍ、６ｍｍの場合の発光写真の模式図である。
The description will be continued with an example of the spread of an electron beam when a multi-walled carbon nanotube is used as an electron emission material. 3A and 3B are schematic diagrams of light emission photographs in the case where the distance between the
ここで電子放出材料層１Ｂ・蛍光体層２Ｂ間には、両面に略垂直な一定電界が印加されており、両図について電界の大きさは略同じである。白色の領域が発光部分である。それぞれの図について、発光は略円形の輝点から構成されており、その大きさは互いに略同じである。すなわち、電子線は表面方向に略等方的な軌道をしており、また、異なる電子放出材料からの電子線の軌道は略同じである。
Here, a constant electric field substantially perpendicular to both surfaces is applied between the electron
一方で、図３（Ａ）と図３（Ｂ）を比較すると、後者の輝点が大きい。つまりカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の大きいほうが、電子線の広がりが大きい。これは電子が一定電界の下で等加速度運動をしているため、すなわち電子線の軌道が放物線状であるため、と理解しうる。
On the other hand, when FIG. 3A and FIG. 3B are compared, the latter bright spot is large. That is, the greater the distance between the
以下、このことを示す。図４に、放物線状の軌道の簡単なモデルを示す。等方的な表面方向の初速度を持って電子が放出されるとすると、電子線は一定電界の下、図４のように放物線状の軌道を描き、略円形の輝点９を生じせしめる。 This is shown below. FIG. 4 shows a simple model of a parabolic trajectory. Assuming that electrons are emitted with an initial velocity in the isotropic surface direction, the electron beam draws a parabolic orbit as shown in FIG.
そのため、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離ｄが大きいほど、電子線半径ｒ（輝点の半径）が大きい。図５は、ｄとｒの関係について実験結果をプロットしたものである。この実験結果から、ｒ∝ｄ１／２の関係が成り立つことがわかった。これは、電子線の軌道が放物線状であると理解できることを示している。
Therefore, the greater the distance d between the
さらに、このモデルを詳しく式で表す。電子が電子放出材料から表面方向の初速度ｖ０で放出されるとすると、式は下記の式（１）のように書くことができる。 Further, this model is expressed in detail. Assuming that electrons are emitted from the electron emitting material at the initial velocity v 0 in the surface direction, the equation can be written as the following equation (1).
ｍａ＝ｅＶ／ｄ, ｄ＝ａｔ２／２, ｒ＝ｖ０ｔ （１）
ここで、ｍは電子の質量、ａは加速度、ｅは素電荷、Ｖは印加電圧、ｔは電子が電界放出されてからアノード電極２Ａに達するまでの所要時間である。
ma = eV / d, d = at 2/2, r = v 0 t (1)
Here, m is the mass of the electron, a is the acceleration, e is the elementary charge, V is the applied voltage, and t is the time required for the electron to reach the
以上の式を変形すると、下記の式（２）の関係が得られる。
ｒ／ｄ∝Ｖ１／２ （２）
When the above equation is modified, the relationship of the following equation (2) is obtained.
r / d∝V 1/2 (2)
図６は、合成方法、形状の異なる単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）に関して、式（２）の関係を調べた実験結果である。 FIG. 6 shows the experimental results of examining the relationship of the formula (2) with respect to the synthesis method and single-walled carbon nanotubes (SWNT), double-walled carbon nanotubes (DWNT), and multi-walled carbon nanotubes (MWNT) having different shapes.
式（２）の関係は、様々な合成方法、様々な形状のカーボンナノチューブについて同様に成り立ち、さらに比例定数も略同じであることがわかった。図６の結果から、電子線の表面方向の広がりに対応した発光装置の構造設計が可能となる。 The relationship of the formula (2) is similarly established for various synthesis methods and carbon nanotubes having various shapes, and the proportionality constant is substantially the same. From the result of FIG. 6, it is possible to design the structure of the light emitting device corresponding to the spread of the electron beam in the surface direction.
まず、電子線励起の蛍光体を十分に効率よく発光させるためには、印加電圧をある程度大きくする必要がある。そこで、印加電圧は１ｋＶ〜３０ｋＶが好ましい。この電圧範囲では、図６より、ｒ／ｄ＝０．０５〜０．３となる。このｒ／ｄの値を考慮した、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂの位置関係、大きさを設けることが有用となる。
First, it is necessary to increase the applied voltage to some extent in order to cause the electron-excited phosphor to emit light sufficiently efficiently. Therefore, the applied voltage is preferably 1 kV to 30 kV. In this voltage range, r / d = 0.05 to 0.3 from FIG. It is useful to provide the positional relationship and size between the electron
以上から、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂの両面に略垂直な電界の印加下において、電子線の表面方向の広がりが、電子放出材料の種類や形状に大きく依存せず、等方的であることがわかり、さらに十分な印加電圧により高い発光効率を得るためには、ｒ／ｄ＝０．０５〜０．３という電子線の広がりを考慮することが好ましいことがわかる。
From the above, under the application of an electric field substantially perpendicular to both surfaces of the electron
従って、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの表面方向で電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層１Ｂの縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層２Ｂが対向する本実施の形態の電界放出型発光装置は、発光に寄与しない電子が少なく、また電子が当たらず発光に寄与しない蛍光体が少ない。
Therefore, it has a first region where the electron
つまり、電子線が効率的に光に変換でき、かつ構造上の無駄が少ない。蛍光体の形成領域が、上記範囲より狭い場合、蛍光体に当たらない電子線が生じるため、発光効率が低下するため好ましくない。 That is, the electron beam can be efficiently converted into light, and there is little structural waste. When the formation region of the phosphor is narrower than the above range, an electron beam that does not strike the phosphor is generated, which is not preferable because the light emission efficiency is lowered.
すなわち、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．０５ｄ未満の領域とを加えた領域にだけ蛍光体層２Ｂが存在する場合、発光効率は低下するため好ましくない。また、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域に蛍光体層２Ｂが存在しない場合も同様に、発光効率が低下するため、好ましくない。
That is, the
逆に、蛍光体の形成領域が上記範囲より広い場合、電子線の当たらない蛍光体層２Ｂが増大するため、構造上無駄が生じてしまうため好ましくない。すなわち、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．３ｄより大きな領域まで蛍光体層２Ｂが存在している場合、構造上無駄が生じてしまうため好ましくない。
On the other hand, when the phosphor formation region is wider than the above range, the
蛍光体層２Ｂの形成領域はさらに、使用する蛍光体の種類に応じて好適な範囲がある。ＣＲＴ(Cathode-Ray Tube)用蛍光体など比較的高電圧に適した蛍光体を用いる場合、加速電圧を２０ｋＶ〜３０ｋＶと高くすることで発光効率を高くすることができる。この場合、図６より、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．０５ｄ〜０．０７ｄの領域に蛍光体層２Ｂが存在することが好ましい。
The formation region of the
ただし、同じ蛍光体を用いる場合でも、発光装置を薄型化したい場合は、アノード・カソード間の距離の低減に対応して加速電圧も下げる必要がある。加速電圧は１０ｋＶ〜２０ｋＶが好適であり、高効率と装置の薄型化が両立できる。この場合、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．０７ｄ〜０．１ｄの領域に蛍光体層２Ｂが存在することが好ましい。
However, even when the same phosphor is used, if it is desired to reduce the thickness of the light emitting device, it is necessary to reduce the acceleration voltage corresponding to the reduction in the distance between the anode and the cathode. The acceleration voltage is preferably 10 kV to 20 kV, and both high efficiency and thinning of the apparatus can be achieved. In this case, it is preferable that the
一方、高電圧型ＦＰＤ用蛍光体など比較的低電圧に適した蛍光体を用いる場合、好適な加速電圧範囲５ｋＶ〜１０ｋＶに対応して、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．１ｄ〜０．１４ｄの領域に蛍光体層２Ｂが存在することが好ましい。
On the other hand, when using a phosphor suitable for a relatively low voltage, such as a high-voltage FPD phosphor, 0.1 d outward from the edge of the electron
さらに、低電圧型ＦＰＤ用蛍光体などより低電圧に適した蛍光体を用いる場合、好適な加速電圧範囲１ｋＶ〜５ｋＶに対応して、電子放出材料層１Ｂの縁部から外側に０．１４ｄ〜０．３ｄの領域に蛍光体層２Ｂが存在することが好ましい。
Furthermore, when using a phosphor suitable for a lower voltage than a phosphor for a low-voltage type FPD, 0.14d to the outside from the edge of the electron
以上の蛍光体層２Ｂの形成領域は電子放出材料層１Ｂの外側について述べたが、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域も含むことが好ましい。また、それぞれの蛍光体について述べた好適な形成領域を外れて蛍光体層２Ｂを形成することで発光効率の低下や構造の無駄が生じるのは、前記と同様である。
The region where the
カソード電極１Ａには、Ａｌ、Ｃｕなどの金属、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２などの金属酸化物、およびその他任意の導電性物質を用いることができる。カソード電極１Ａは、蒸着・スパッタ・めっきにより形成することができる。
For the
この際、パターニングにはフォトリソグラフィやメタルマスクを用いることができる。あるいは、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷方法によっても形成することができるが、これらに限られない。 At this time, photolithography or a metal mask can be used for patterning. Alternatively, it can be formed by a printing method such as screen printing or inkjet, but is not limited thereto.
また、電子放出材料層１Ｂ自身が十分な表面方向の導電性を有する場合は、カソード電極１Ａは必須ではない。この場合、カソード電極１Ａと電子放出材料層１Ｂとを同一として議論できる。
Further, when the electron
電子放出材料層１Ｂには、電子放出材料を含有させる。電子放出材料には、アスペクト比が高いために電界集中が起こりやすく、また導電性を有するものを用いることができる。
The electron
上記の例では様々なカーボンナノチューブで同様の電子線広がりが生じていたことから、カーボンナノチューブ以外にも、例えば、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブ・カーボンナノホーン複合体、カーボンファイバー、カーボンスティックなどの炭素材料、あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。 In the above example, since the same electron beam spread occurred in various carbon nanotubes, in addition to the carbon nanotubes, for example, carbon materials such as carbon nanohorns, carbon nanotube / carbon nanohorn composites, carbon fibers, carbon sticks, Alternatively, a mixture of these can be used.
このうち、カーボンナノチューブは特にアスペクト比が高く、耐電流密度性が高いために好ましい。カーボンナノチューブとしては、単層・二層・多層のいずれのカーボンナノチューブを用いることもできる。 Among these, carbon nanotubes are particularly preferable because of their high aspect ratio and high current resistance density. As the carbon nanotube, any of single-walled, double-walled, and multi-walled carbon nanotubes can be used.
特に、低電圧で電子を放出させる場合は単層が好ましく、また特に耐久性をより上げたい場合は多層とすることが好ましく、低電圧で電子を放出させ、かつ耐久性も上げたい場合は二層とすることができる。 In particular, a single layer is preferable when electrons are emitted at a low voltage, and a multilayer is preferable particularly when durability is desired to be further increased, and a double layer is desired when electrons are emitted at a low voltage and durability is also desired to be enhanced. It can be a layer.
さらに、電子放出材料としては、金属ナノワイヤーを用いることもできる。同ワイヤーの金属の材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｕを用いることができるが、これらに限定されない。 Furthermore, metal nanowires can also be used as the electron emission material. Ni, Co, Fe, and Au can be used as the metal material of the wire, but are not limited thereto.
さらに電子放出材料としては、金属ナノチューブを用いることもできる。同チューブの金属の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒを用いることができるが、これらに限定されない。 Furthermore, a metal nanotube can also be used as an electron emission material. As the metal material of the tube, Au, Ag, Pt, Rh, and Ir can be used, but are not limited thereto.
電子放出材料としてカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、あるいはこれらの複合体、混合体を用いる場合、電子放出材料をペーストやインクに含有させ、印刷により形成することができる。 When carbon nanotubes, carbon nanohorns, or composites or mixtures thereof are used as the electron emission material, the electron emission material can be contained in a paste or ink and formed by printing.
ペーストを印刷する場合、ペースト中にはエチルセルロースなどの有機バインダーや、テルピネオールなどの溶媒を混合することも可能である。さらに、固着を補助するためにガラスフリットや金属、金属酸化物なども含有させることができる。印刷後には、焼成処理によって固着を促進することも可能である。焼成環境は、例えば、大気などの酸素含有雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空とすることができる。 When printing a paste, it is also possible to mix an organic binder such as ethyl cellulose and a solvent such as terpineol in the paste. Furthermore, a glass frit, a metal, a metal oxide, or the like can be contained to assist the fixation. After printing, it is possible to promote fixation by baking. The firing environment can be, for example, an oxygen-containing atmosphere such as air, an inert gas atmosphere, or a vacuum.
また、電子放出材料を直接合成することもできる。例えば、カーボンナノチューブの場合、化学気相成長法によって直接合成することができる。この場合、まず、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏなどのカーボンナノチューブ成長触媒を配置する。その後、エチレン・アセチレンなどのガスやエタノール、メタノール、ベンゼン、トルエンなどの蒸気を炭素源として流し、高温にさらすことでカーボンナノチューブを成長させることができる。この際、希釈ガスとしてアルゴン、窒素、水素などを用いることができる。 Moreover, an electron emission material can also be directly synthesized. For example, carbon nanotubes can be directly synthesized by chemical vapor deposition. In this case, first, a carbon nanotube growth catalyst such as Fe, Ni, Co, and Mo is disposed. Thereafter, a carbon nanotube can be grown by flowing a gas such as ethylene / acetylene or a vapor such as ethanol, methanol, benzene, or toluene as a carbon source and exposing to a high temperature. At this time, argon, nitrogen, hydrogen or the like can be used as a dilution gas.
アノード電極２Ａには、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２などの金属酸化物、あるいはカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどの炭素電極、といった透明電極を用いることができる。蛍光体層２Ｂには、電子線励起発光の蛍光体を用いることができる。
As the
また、蛍光体層２Ｂのカソード電極１Ａ側の表面に電子線が透過できる導電膜を形成する場合、導電膜にはＡｌなどの金属薄膜を用いることができる。この金属薄膜により、蛍光体からの光をアノード基板の側に反射することができる。
When a conductive film capable of transmitting an electron beam is formed on the surface of the
カソード基板３には、ガラス基板や石英基板、非ドープのシリコン基板など、電気的に絶縁性を有するものを用いることができる。アノード基板４には、ガラス基板や石英基板などの透明な基板が用いられるが、これらに限定されない。
As the
カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離dは０．１ｍｍから３００ｍｍであることが好ましく、より好適には１ｍｍから１０ｍｍであるが、これらに限定されない。カソード基板３とアノード基板４の間は、１．０×１０−３Ｐａ以下、より好適には１．０×１０−４Ｐａ以下の真空度とすることが好ましい。
The distance d between the
次に、電子放出材料層１Ｂが二個以上設けられる場合について説明する。図７は第一の変形例の電界放出型発光装置の模式的な縦断正面図であり、図８はアノード基板４の表面に垂直な方向から見た平面図である。装置を構成する要素は図１４と同様である。
Next, a case where two or more electron
図８では電子放出材料層１Ｂは長方形の形状としているが、三角形・六角形・円形など、任意の形状とすることができる。また、図８では電子放出材料層１Ｂは二個のみであるが、三個以上設けてもよい。
In FIG. 8, the electron
カソード基板３とアノード基板４は略平行に対向させて組み上げられており、カソード基板３上にカソード１が、アノード基板４上にアノード２が形成されている。カソード１はカソード電極１Ａと電子放出材料層１Ｂから構成される。カソード電極１Ａは、表面方向について、電子放出材料層１Ｂよりも大きいことが好ましい。
The
一方、アノード２はアノード電極２Ａと蛍光体層２Ｂから構成される。蛍光体層２Ｂはアノード電極２Ａのカソード電極１Ａ側の表面に形成することができる。ただし、電子線が通過できる程度の層厚の電極をカソード電極１Ａ側の蛍光体層２Ｂ表面に形成し、これをアノード電極２Ａとして利用する場合はこの限りではない。また、表面方向について、アノード電極２Ａは蛍光体層２Ｂと略同じ形状か、蛍光体層２Ｂよりも大きいことが好ましい。
On the other hand, the
このようにカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとを単純な平行平板状の導電体にすると、各電極をパターニングする場合に比べて構造が単純で製造コストが抑えられる。さらに、表面方向の導電領域が広く、絶縁性の基板が露出する領域が小さいために、基板上への帯電が生じにくく、従って異常放電が抑えられる。
Thus, if the
カソード基板３とアノード基板４との間は真空に保たれる。なお、図７においては装置内部を真空封止するための構造は省略してある。また、図７においては電圧源も省略してあるが、図１４と同様に電圧源によって、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの間に電圧が印加される。
A vacuum is maintained between the
なお、電圧源からカソード電極１Ａまでの配線は、カソード基板３の表面上に配置してもよいし、カソード基板３内を通してもよい。電圧源からアノード電極２Ａまでの配線も同様である。
The wiring from the voltage source to the
カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとが平行平板状であるため、マクロに見ると、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの間には、両層の表面に略垂直で一様な電界が加わる。
Since the
一方で、ミクロに見ると、すなわち電子放出材料層１Ｂ中の電子放出材料の近傍で見ると、印加電界は電子放出材料に集中し、電子放出材料から電子６が放出される。電子６は電界によって加速され、蛍光体層２Ｂ中の蛍光体を励起する。励起された蛍光体から光７が放出される。
On the other hand, when viewed microscopically, that is, when viewed in the vicinity of the electron emission material in the electron
図７、図８に示した実施形態では、電子放出材料層１Ｂを複数に形成することで、発光装置の大面積化が容易である。さらに、電子放出材料層１Ｂの間に間隙が存在することで、電子放出材料層１Ｂが全面に存在する場合に比べて、光の取り出し効率が向上できる。
In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, it is easy to increase the area of the light emitting device by forming a plurality of electron
例えば、間隙に光反射層(図示せず)を設けることにより、蛍光体からカソードの側に放射されて装置外部に取り出せていなかった光を、アノード基板４の側に反射することで、光の取り出し効率が向上できる。なお、光反射層はカソード基板３の装置内部側に設けてもよいし、装置外部側に設けてもよい。
For example, by providing a light reflection layer (not shown) in the gap, light that has been emitted from the phosphor to the cathode side and has not been extracted outside the apparatus is reflected to the anode substrate 4 side. The extraction efficiency can be improved. The light reflecting layer may be provided on the
ここで、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの位置関係および大小関係について説明する。本実施の形態の電界放出型発光装置では、表面方向に関して間隙を設けて対向した電子放出材料層１Ｂの端部間について、最近接端部間の距離がカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の０．０５〜０．３倍である。
Here, the positional relationship and magnitude relationship between the electron
さらに、電子放出材料層１Ｂを蛍光体層２Ｂの面に垂直投影した場合に、電子放出材料層１Ｂの上記最近接端部間に蛍光体層２Ｂが存在する。ここで「最近接端部」とは、図８における、左の電子放出材料層１Ｂの右辺、および右の電子放出材料層１Ｂの左辺、であり、「最近接端部間」とは、この両辺に挟まれた領域を指す。最近接端部に相当する辺は、略平行であることが好ましい。以下、「最近接端部」、「最近接端部間」という場合は、同様の領域を指す。
Further, when the electron
このように隣接する電子放出材料層１Ｂの間に適切な間隔を設けることによって、本発明では、隣接する電子放出材料層１Ｂの最近接端部間の蛍光体が十分に励起される。理由は、電子放出材料層１Ｂが一個の場合について述べた通りである。すなわち、図１６の従来技術のような蛍光体の無駄が低減される。
By providing an appropriate space between the adjacent electron
最近接端部間の距離には、さらに、使用する蛍光体の種類に応じて好適な範囲がある。ＣＲＴ用蛍光体など比較的高電圧に適した蛍光体を用いる場合、加速電圧を２０ｋＶ〜３０ｋＶと高くすることで発光効率を高くすることができる。この場合、図６より、最近接端部間の距離は０．０５ｄ〜０．０７ｄが好ましい。 Further, the distance between the closest ends has a preferred range depending on the type of phosphor used. When a phosphor suitable for a relatively high voltage such as a CRT phosphor is used, the luminous efficiency can be increased by increasing the acceleration voltage to 20 kV to 30 kV. In this case, from FIG. 6, the distance between the closest ends is preferably 0.05d to 0.07d.
ただし、同じ蛍光体を用いる場合でも、発光装置を薄型化したい場合は、アノード・カソード間距離の低減に対応して加速電圧も下げる必要がある。加速電圧は１０ｋＶ〜２０ｋＶが好適であり、高効率と装置の薄型化が両立できる。この場合、最近接端部間の距離は０．０７ｄ〜０．１ｄが好ましい。 However, even when the same phosphor is used, if it is desired to reduce the thickness of the light emitting device, it is necessary to reduce the acceleration voltage corresponding to the reduction in the distance between the anode and the cathode. The acceleration voltage is preferably 10 kV to 20 kV, and both high efficiency and thinning of the apparatus can be achieved. In this case, the distance between the closest ends is preferably 0.07d to 0.1d.
一方、高電圧型ＦＰＤ用蛍光体など比較的低電圧に適した蛍光体を用いる場合、好適な加速電圧範囲５ｋＶ〜１０ｋＶに対応して、最近接端部間の距離は０．１ｄ〜０．１４ｄが好ましい。 On the other hand, when using a phosphor suitable for a relatively low voltage, such as a high-voltage FPD phosphor, the distance between the nearest ends corresponds to a suitable acceleration voltage range of 5 kV to 10 kV. 14d is preferred.
さらに、低電圧型ＦＰＤ用蛍光体などより低電圧に適した蛍光体を用いる場合、好適な加速電圧範囲１ｋＶ〜５ｋＶに対応して、最近接端部間の距離は０．１４ｄ〜０．３ｄが好ましい。 Further, when a phosphor suitable for a lower voltage than a phosphor for a low voltage type FPD is used, the distance between the nearest end portions is 0.14d to 0.3d corresponding to a suitable acceleration voltage range of 1 kV to 5 kV. Is preferred.
さらに、蛍光体層２Ｂの形成範囲については、図７、図８に例示するように、電子放出材料層１Ｂと蛍光体層２Ｂとの表面方向で、電子放出材料層１Ｂが形成されている第一領域を有し、表面方向でカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離の０．０５〜０．３倍まで電子放出材料層１Ｂの縁部から外側の第二領域を有し、第一領域の外周に第二領域を加えた第三領域に蛍光体層２Ｂが対向していることが、さらに好ましい。
Further, as to the formation range of the
こうすることで、他の電子放出材料層１Ｂが隣接しないような電子放出材料層１Ｂの端部（図８では左の電子放出材料層１Ｂの上辺、左辺、下辺、あるいは右の電子放出材料層１Ｂの上辺、右辺、下辺）からの電子線が十分に発光に寄与し、また蛍光体層２Ｂの無駄が少ない。ここで、蛍光体層２Ｂの形成領域に、蛍光体の種類に応じて好適な範囲があることは、電子放出材料層１Ｂが一個の場合について説明したことと同様である。
By so doing, the end of the electron
電子放出材料層１Ｂは、図９に示すように、表面方向について、略四角形の形状とし、格子状に並べることも可能である。また図１０に示すように、略三角形の形状とし、格子状に並べることも可能である。
As shown in FIG. 9, the electron
さらに、図１１に示すように、略六角形の形状とし、格子状に並べることも可能である。以上のように、略四角形、略三角形、略六角形を採用することで、電子放出材料層１Ｂの領域、および電子放出材料層１Ｂの最近接端部間の領域によって略最密に平面を敷き詰めることができる。従って、対向する蛍光体層２Ｂを略全面発光させることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 11, it is possible to form a substantially hexagonal shape and arrange them in a lattice shape. As described above, by adopting a substantially rectangular shape, a substantially triangular shape, or a substantially hexagonal shape, the plane is spread almost densely by the region of the electron
さらに、上記四角形は平行四辺形であることが、平面充填が容易であるために好ましい。また、設計の容易さから、正方形あるいは長方形であることが、より好ましい。上記六角形は、平面充填が容易であるために平行六辺形であることが好ましい。以上の電子放出材料層１Ｂの形状は、複数種類を組み合わせて使用してもよい。
Furthermore, it is preferable that the quadrangular shape is a parallelogram because plane filling is easy. Moreover, it is more preferable that it is square or a rectangle from the ease of design. The hexagon is preferably a parallelogram because it can be easily filled in a plane. The shape of the electron
さらに、図９、図１０、図１１に示す電子放出材料層１Ｂの一個ずつは、表面方向で、カソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離を直径とする円に含まれる大きさであることが好ましい。
Furthermore, each of the electron-emitting
このように電子放出材料層１Ｂを表面方向に関して小さくすることで、電子放出材料層１Ｂ間の間隙の表面積を電子放出材料層１Ｂ自身の表面積に対して相対的に大きくすることができる。
Thus, by making the electron
電子放出材料層１Ｂ間の間隙が相対的に大きければ、光の取り出し効率が向上しやすくなる。例えば、間隙に光反射層を設けることにより、蛍光体からカソード１の側に放射され発光装置の外部に取り出せていなかった光を、アノード基板４の側に反射し、取り出すことができる。
If the gap between the electron
さらに、図１２に示すように、電子放出材料層１Ｂは、表面方向で、横幅がカソード電極１Ａとアノード電極２Ａとの距離以下の帯状とすることも可能である。このように単純なパターンとすることで、均一かつ取り出し効率の高い発光装置を、容易に製造することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 12, the electron
その他、基板、電極、電子放出材料、蛍光体の材料や構造については、電子放出材料層１Ｂが一個の場合について説明したものと同様とすることができる。以上すべての実施形態について、蛍光体層２Ｂは、表面方向で、内部に空隙を有しない、とすることも可能である。こうすることで、蛍光体層２Ｂの形成を容易に行うことができ、また均一な発光面を得ることができる。
In addition, the material and structure of the substrate, the electrode, the electron emission material, and the phosphor can be the same as those described in the case of the single electron
続いて、具体的な実施例を用いて、本発明の電界放出型発光装置を説明する。電子放出材料としては単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ１、ＳＷＮＴ２）を用いた。まず、以下のようにカーボンナノチューブ含有ペーストを作製した。 Subsequently, the field emission light-emitting device of the present invention will be described using specific examples. Single-walled carbon nanotubes (SWNT1, SWNT2) were used as the electron emission material. First, a carbon nanotube-containing paste was prepared as follows.
ペーストの組成は、ＳＷＮＴ１については、カーボンナノチューブ６０ｍｇ、セルロース系有機バインダー１２０ｍｇ、ガラスフリット４２０ｍｇ、αテルピネオール１０ｍｌとした。 The composition of the paste for SWNT1 was 60 mg carbon nanotubes, 120 mg cellulose organic binder, 420 mg glass frit, and 10 ml α-terpineol.
ＳＷＮＴ２については、カーボンナノチューブ６０ｍｇ、セルロース系有機バインダー１２０ｍｇ、ガラスフリット４２０ｍｇ、αテルピネオール６ｍｌとした。これらの混合物を、それぞれ機械的混練を行い、ペーストを作製した。
For SWNT2, carbon nanotubes 60 mg, cellulose organic binder 120 mg, glass frit 420 mg, and α-
カソード基板にはガラス板を用い、カソード電極１Ａには３０ｍｍ角にパターニングしたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を用いた。カソード電極１Ａ内部に上記ペーストをスクリーン印刷した。
A glass plate was used for the cathode substrate, and ITO (indium tin oxide) patterned to a 30 mm square was used for the
その後、基板を窒素中、５００℃で１時間焼成した。ＩＴＯの厚みは１μｍ以下、カーボンナノチューブ層の厚みは１〜２μｍであった。評価直前には、粘着テープの剥離による起毛処理を行い、カーボンナノチューブを基板面に垂直な方向へ起毛させた。 Thereafter, the substrate was baked in nitrogen at 500 ° C. for 1 hour. The thickness of ITO was 1 μm or less, and the thickness of the carbon nanotube layer was 1 to 2 μm. Immediately before the evaluation, raising treatment was performed by peeling off the adhesive tape, and the carbon nanotubes were raised in a direction perpendicular to the substrate surface.
アノードについてもカソードと同様に、基板にガラス板を用い、電極には３０ｍｍ角のＩＴＯを用いた。アノード電極２Ａ内部にＰ２２蛍光体含有ペーストをスクリーン印刷した。その後、基板を大気中、４８０℃で１時間焼成した。蛍光体層２Ｂの厚みは５μｍであった。
Similarly to the cathode, a glass plate was used for the anode, and 30 mm square ITO was used for the electrode. A P22 phosphor-containing paste was screen-printed inside the
続いて、カソード基板３とアノード基板４とを、略平行に対向させた。ここで、基板面に垂直な方向から見た場合に、蛍光体層２Ｂ端部が電子放出材料層１Ｂの外側に位置するようにした。
Subsequently, the
表面方向に関して電子放出材料層１Ｂ端部から電子放出材料層１Ｂの外側に所定の距離Ｌまで蛍光体層２Ｂを設け、またカソード・アノード間距離ｄを所定の距離に設定することで、本発明の実施例および従来技術の比較例とした。
With respect to the surface direction, the
表１に上記距離の設定をまとめた。表１の（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の実施例であり、一方、（Ｆ）、（Ｇ）は従来技術の比較例である。なお、Ｌ／ｄ＜０．０５の場合は、ｄが大きいために、同じ電界放出を実現しようとしても高電圧が必要となり、異常放電を引き起こしてしまうため、実施していない。 Table 1 summarizes the distance settings. (A) to (E) in Table 1 are examples of the present invention, while (F) and (G) are comparative examples of the prior art. In the case of L / d <0.05, since d is large, a high voltage is required to achieve the same field emission, and abnormal discharge is caused.
図１３（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の電界放出型発光装置と従来の電界放出型発光装置との発光写真の模式図である。図１３（Ｆ）、（Ｇ）は比較例の発光写真の模式図である。略円形の白い点が輝点である。 13A to 13E are schematic diagrams of light emission photographs of the field emission light-emitting device of the present invention and a conventional field emission light-emitting device. FIGS. 13F and 13G are schematic diagrams of emission photographs of comparative examples. A substantially circular white spot is a bright spot.
本発明の実施例については、まず、輝点が蛍光体層２Ｂ内部におおよそ含まれている。すなわち、蛍光体に当たらない電子線が少ない。さらに、蛍光体層２Ｂのうち、電子線が当たらない無駄な領域が少ない。一方、従来技術の比較例では、蛍光体層２Ｂのうち、電子線が当たらない無駄な領域が多い。以上のように、本発明の実施例では、従来技術の比較例に比べて、電子線を効率的に光に変換でき、かつ構造上の無駄が少ない。
In the embodiment of the present invention, first, the bright spot is roughly included in the
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
１ カソード
１Ａ カソード電極
１Ｂ 電子放出材料層
２ アノード
２Ａ アノード電極
２Ｂ 蛍光体層
２Ｂ′ 発光に寄与しない蛍光体層
３ カソード基板
４ アノード基板
５ 電圧源
６ 電子
７ 光
８ 電子放出材料層の最近接端部間の間隙
９ 輝点
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電子放出材料層と前記蛍光体層との表面方向で前記電子放出材料層が形成されている第一領域を有し、
前記表面方向で前記カソード電極と前記アノード電極との距離の０．０５〜０．３倍まで前記電子放出材料層の縁部から外側の第二領域を有し、
前記第一領域の外周に前記第二領域を加えた第三領域に前記蛍光体層が対向していることを特徴とする、電界放出型発光装置。 A cathode substrate and an anode substrate are arranged to face each other substantially in parallel. The cathode substrate is laminated with a cathode electrode and an electron emission material layer, and the anode substrate is laminated with an anode electrode and a phosphor layer. A field emission type light emitting device that emits electrons from the electron emission material layer to the phosphor layer,
A first region in which the electron emission material layer is formed in a surface direction of the electron emission material layer and the phosphor layer;
A second region outside the edge of the electron emission material layer up to 0.05 to 0.3 times the distance between the cathode electrode and the anode electrode in the surface direction;
The field emission light-emitting device, wherein the phosphor layer is opposed to a third region obtained by adding the second region to the outer periphery of the first region.
前記表面方向で分断されている複数の前記電子放出材料層の最近接端部間の距離が前記カソード電極と前記アノード電極との距離の０．０５〜０．３倍であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出型発光装置。 The electron-emitting material layer is divided into a plurality in the surface direction;
The distance between the closest ends of the plurality of electron emission material layers divided in the surface direction is 0.05 to 0.3 times the distance between the cathode electrode and the anode electrode. The field emission light-emitting device according to claim 1.
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Cited By (2)
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