JPH1069868A

JPH1069868A - 蛍光体発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1069868A
Application number: JP22488496A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Deguchi; 正洋出口; Makoto Kitahata; 真北畠; Hideo Kurokawa; 英雄黒川; Tetsuya Shiratori; 哲也白鳥
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】低温度で安定に熱電子を放出するカソード部
を含んだ構成にすることにより、効率的に発光する蛍光
体発光装置を提供する。【解決手段】電子放出源である前記カソード材の表面
に例えば微小ダイヤモンド粒子などを複数個配置するこ
とによって、熱電子放出が容易なカソードを得ることが
可能となる。その結果、高効率に発光する蛍光体発光装
置を得ることが可能となる。また平均粒径が０．２μｍ
以下の微小ダイヤモンド粒子をカソード材表面、あるい
は表層に分布させる工程を含むことによって、熱電子放
出が容易となるダイヤモンドを微小粒子あるいはその凝
集体の形態でカソード材表面、あるいは表層に再現性よ
く配置できるので、容易に高効率な蛍光体発光装置を形
成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線の照射によ
って蛍光体を発光させる蛍光体発光装置及びその製造方
法に関し、特に粒子状のダイヤモンドを表面、あるいは
表層に配置したカソードを構成要素として有する蛍光体
発光装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線の照射によって蛍光体を発光させ
る蛍光体発光装置の代表的なものとしては、ディスプレ
ィなどの画像表示装置がある。これは電子放出源である
カソードから発せられた電子線を走査し、任意の位置の
蛍光体を発光させることにより画像を表示するものであ
る。通常、そのカソードとしてはタングステン（Ｗ）な
どの高融点金属からの放出される熱電子を用いた電子銃
や、微細な突起状構造から電子を電界放出させる冷陰極
素子が挙げられる。特に後者は、薄型の平面ディスプレ
ィ用の電子源として注目されている。

【０００３】また蛍光体を発光させる他の装置として
は、蛍光灯に代表される照明器具がある。これは封止さ
れた容器内に充填されたガスを放電し、そのガス放電の
際に発せられる電子や紫外線のエネルギーによって蛍光
体を発光させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的な画像表示装置
に用いられるブラウン管は、単一の電子銃から発せられ
る電子線を走査することによって蛍光体を発光させてい
るため、適切な画像を得るためには電子銃と蛍光体面に
適当な距離が必要であった。すなわち、奥行きが必要な
ため、画像表示装置を薄型化することが困難であった。
さらに電子の放出は、高融点金属からの熱電子放出によ
るものであり、カソード源に用いる金属を高温（７００
℃以上）に加熱する必要があった。

【０００５】また冷陰極素子をアレイ化して平面カソー
ドとした画像表示装置は薄型化が可能となるが、得られ
る電子放出量はその電子放出部の形状に大きく依存して
おり、安定な放出電流を得るためには冷陰極部分の構造
や形状を精密に制御する必要があった。すなわち、均一
に電子放出部を作製したり、電子放出部分の形状を維持
するなどの点で、安定な画像表示装置を作製することが
困難であった。

【０００６】以上のような観点で従来技術をみた場合、
電子線照射によって蛍光体を発光させる画像表示装置に
おいて、安定でかつ効率的、省スペースの電子放出源を
作製することは困難であった。

【０００７】また蛍光灯などの照明器具は、ガス放電の
際に発せられる電子や紫外線のエネルギーによって蛍光
体を発光させるものであるが、その発光効率を高めるた
めに封止された容器中に水銀が混入されている。すなわ
ち、地球環境保護の面において有毒物質を使用せざる得
ないという問題点があった。

【０００８】そこで本発明は、従来技術における前記課
題を解決するため、電子放出源であるカソード材の表
面、あるいは表層に複数個の粒子、あるいは粒子の凝集
体が配置された構成を含むことにより、効率的で安定な
電子線放出が可能となるため、容易に蛍光体を発光させ
ることができる画像表示装置や照明器具などの蛍光体発
光装置を提供することを目的とする。

【０００９】また本発明方法は、平均粒径が０．２μｍ
以下の粒子状のダイヤモンドをカソード材表面、あるい
は表層に配置させる工程を含むことにより、容易に蛍光
体を発光させることのできるカソードを構成要素として
有する蛍光体発光装置を作製することができる方法を提
供することを目的とする。

【００１０】また本発明方法は、粒子状ダイヤモンドを
カソード材に配置した高効率蛍光体発光装置を作製する
際に重要な作製プロセス、並びに粒子状ダイヤモンドの
表面状態制御を容易にかつ合理的に行なう方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る蛍光体発光装置の構成は、少なくと
も、封止された容器と、前記容器の内部に配置された蛍
光体層と、前記蛍光体層に電子線を照射するカソードか
らなる蛍光体発光装置であって、電子放出源であるカソ
ード材の表面、あるいは表層に複数個の粒子、あるいは
粒子の凝集体が配置された構成を含むことを特徴とす
る。

【００１２】また本発明は、前記装置構成において、電
子放出源であるカソード材の形状が、線状構造であるこ
とが好ましい。

【００１３】また本発明は、前記装置構成において、カ
ソード材の表面、あるいは表層に配置される粒子の平均
粒径が、０．２μｍ以下であることが好ましい。さらに
好ましくは、粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以下であ
る。

【００１４】また本発明は、前記装置構成において、カ
ソード材の表面、あるいは表層に配置される粒子あるい
は粒子の凝集体が、ダイヤモンドからなることが好まし
い。

【００１５】また本発明は、前記装置構成において、カ
ソード材の表面、あるいは表層に配置されるダイヤモン
ドの最表面の炭素原子が、水素原子との結合によって終
端された構造を含むことが好ましい。さらに好ましく
は、ダイヤモンドの最表面の炭素原子と結合した水素の
量が、２×10¹⁵個/cm²以上である。

【００１６】また前記目的を達成するため、本発明に係
る少なくとも、封止された容器と、前記容器の内部に配
置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電子線を照射する
カソードからなる蛍光体発光装置の製造方法は、平均粒
径が０．２μｍ以下の粒子状ダイヤモンドをカソード材
の表面、あるいは表層に分布させる工程を含むことを特
徴とする。

【００１７】また前記目的を達成するため、本発明に係
る蛍光体発光装置の製造方法は、平均粒径が０．２μｍ
以下の粒子状ダイヤモンドをカソード材の表面、あるい
は表層に分布させる工程と、前記粒子状ダイヤモンド上
にダイヤモンド層を成長させる工程を含むことを特徴と
する。

【００１８】また本発明は、前記製造方法において、カ
ソード材の表面、あるいは表層への粒子状ダイヤモンド
の分布方法が、平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイ
ヤモンドを分散させた溶液をカソード材に塗布すること
が好ましい。さらに好ましくは、用いる粒子状ダイヤモ
ンドの平均粒径が０．０５μｍ以下である。

【００１９】また本発明は、前記製造方法において、カ
ソード材の表面、あるいは表層への粒子状ダイヤモンド
の分布方法が、平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイ
ヤモンドを分散させた溶液中にカソード材を設置し、前
記溶液に超音波振動を印加することが好ましい。さらに
好ましくは、用いる粒子状ダイヤモンドの平均粒径が
０．０５μｍ以下である。

【００２０】また本発明は、前記製造方法において、カ
ソード材の表面、あるいは表層への粒子状ダイヤモンド
の分布方法が、平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイ
ヤモンドを分散させた溶液中にカソード材を設置し、前
記カソード材の導電部分と溶液を入れた容器との間、あ
るいは前記カソード材の導電部分と溶液中に設置された
電極との間に電圧を印加することが好ましい。さらに好
ましくは、用いる粒子状ダイヤモンドの平均粒径が０．
０５μｍ以下である。

【００２１】また前記目的を達成するため、本発明に係
る蛍光体発光装置の製造方法は、カソード材に粒子状ダ
イヤモンドを配置した後、前記カソード材を少なくとも
水素を含むガスを放電分解して得られるプラズマに晒す
工程、あるいは前記カソード材を少なくとも水素を含む
ガス中で加熱する工程を有することを特徴とする。

【００２２】本発明の構成によれば、少なくとも、封止
された容器と、前記容器の内部に配置された蛍光体層
と、前記蛍光体層に電子線を照射するカソードからなる
蛍光体発光装置であって、電子放出源であるカソード材
の表面、あるいは表層に複数個の粒子、あるいは粒子の
凝集体が配置された構成を含むことを特徴とするため、
以下のような作用を奏することができる。

【００２３】図１は本発明にかかる蛍光体発光装置の基
本的な構造を示す断面図の一例である。図１に示すよう
に、本蛍光体発光装置は、主な構成部分としてカソード
部１と、蛍光体部２と、導電層３と、封止された容器４
とからなる。ここで、カソード部１の表面、あるいは表
層には、複数個の粒子、あるいは粒子の凝集体５が配置
された構成となっている。

【００２４】本発明で用いられるカソード部１の材質、
形状としては、従来用いられているものと同様であり、
特に限定されるものではないが、例えばタングステン
（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）の線（直径：数十μｍ程度）
や、絶縁性の基材上にパターニングされたＷ層などを用
いることができる。また蛍光体部２、導電層３及び封止
された容器４は、従来用いられているものと全く同様の
ものを用いることができる。

【００２５】このカソード部１に従来技術と同様に通電
し、加熱することにより熱電子６が放出されるが、カソ
ード部１表面、あるいは表層に複数個の粒子、あるいは
粒子の凝集体が配置されていない従来構造で、は熱電子
６が十分に放出されるのに少なくとも７００℃以上の加
熱が必要であるのに対し、本構成ではカソード材上に配
置した粒子、あるいは粒子の凝集体５の作用により、熱
電子６が放出され易くなり、より低温で、かつ安定な熱
電子放出が可能となる。

【００２６】この様な蛍光体発光装置の構成例として
は、図１に示した構成に限定されるものではなく、例え
ば図２の様にカソード部１の一部の領域（蛍光体部２と
対向した領域）にのみに複数個の粒子、あるいは粒子の
凝集体５を配置する構成でも良い。また熱電子６がカソ
ード部１から放出されやすくするための引き出し電極７
を、カソード部１と蛍光体部２の間に付加した構成（図
３）や、封止した容器４の内面に配置された導電層３を
なくし、引き出し電極７のみとした構成（図４）でも可
能である。さらには、カソード部１に絶縁体層８を介し
て引き出し電極７を一体化させた構成（図５）でも良
い。

【００２７】また本発明の装置構成において、電子放出
源であるカソード部１の形状が、線状構造であるという
好ましい例によれば、線状の電子放出源を容易に得るこ
とができるため、平面ディスプレィ用などの電子放出源
として最適である。

【００２８】また本発明の装置構成において、カソード
材の表面、あるいは表層に配置される粒子の平均粒径
が、０．２μｍ以下、さらに望ましくは粒子の平均粒径
が、０．０５μｍ以下であるという好ましい例によれ
ば、熱電子放出が容易となる領域を多数カソード部１に
配置させることが可能となる。すなわち、カソード材の
表面、あるいは表層に配置される粒子、あるいは粒子の
凝集体５の分布密度を、少なくとも１平方センチメート
ル当たり１×10¹⁰個以上という高密度に配置することが
可能なので、容易に大きな熱電子放出を得ることが可能
になる。

【００２９】また本発明の装置構成において、カソード
材の表面、あるいは表層に配置される粒子、あるいは粒
子の凝集体がダイヤモンドからなるという好ましい例に
よれば、ダイヤモンドは広禁制帯幅半導体（５．５ｅ
Ｖ）、高硬度、耐磨耗性、高熱伝導率、化学的に不活性
といった電子放出材料として非常に適した性質を有する
ので、低い加熱温度でかつ安定性に熱電子放出可能なカ
ソード部を有する蛍光体発光装置を実現することが可能
となる。

【００３０】また本発明の装置構成において、カソード
材の表面、あるいは表層に配置されるダイヤモンドの最
表面の炭素原子が水素原子との結合によって終端された
構造、さらに望ましくは、ダイヤモンドの最表面の炭素
原子と結合した水素の量が、２×10¹⁵個/cm²以上である
構造を含むという好ましい例によれば、水素終端された
ダイヤモンド表面は負の電子親和力状態であることか
ら、非常に電子を放出をしやすい状態にすることが可能
となる。

【００３１】また前記本発明方法によれば、少なくと
も、封止された容器と、前記容器の内部に配置された蛍
光体層と、前記蛍光体層に電子線を照射するカソードか
らなる蛍光体発光装置の製造方法であって、平均粒径が
０．２μｍ以下の粒子状ダイヤモンドをカソード材の表
面、あるいは表層に分布させる工程を含むことを特徴と
するので、以下のような作用を奏することができる。

【００３２】すなわち、熱電子放出を容易にするダイヤ
モンドを微小粒子、あるいはその凝集体の形態でカソー
ド材表面、あるいは表層に再現性よく配置することがで
きるので、容易に安定で高効率なカソード部を形成する
ことが可能となる。その結果、効率的な蛍光体発光装置
を容易に形成することが可能となる。

【００３３】さらにカソード材表面、あるいは表層に配
置された微小ダイヤモンド粒子を核にして、ダイヤモン
ド層を成長した構造によっても同様な効果を得ることが
できる。用いる粒子状ダイヤモンドの平均粒径として
は、上記の通り０．２μｍ以下とすることで十分効果は
得られるが、できるだけ小さい方が良く、望ましくは平
均粒径が０．０５μｍ以下である。

【００３４】また前記本発明方法の構成において、カソ
ード材の表面、あるいは表層への粒子状ダイヤモンドの
分布方法が平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイヤモ
ンドを分散させた溶液をカソード材に塗布する、あるい
は平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイヤモンドを分
散させた溶液中にカソード材を設置し、溶液に超音波振
動を印加する、あるいはカソード材の導電部と溶液を入
れた容器との間、あるいはカソード材の導電部と溶液中
に設置された電極との間に電圧を印加するという好まし
い例によれば、線状や板状など任意形状のカソード材に
対しても均一にかつ制御性、再現性良く粒子状ダイヤモ
ンドを分布させることが可能となる。また粒子状ダイヤ
モンドの分布位置の選択も可能となる。

【００３５】その際、用いる溶液中に分散させた粒子状
ダイヤモンドの量としては、溶液１リットル当たり０．
０１ｇ以上、１００ｇ以下、さらに望ましくは溶液１リ
ットル当たり０．１ｇ以上、２０ｇ以下である。具体的
な最適ダイヤモンド粒子量としては、用いるダイヤモン
ド粒子の平均粒径にも依存し、粒径が０．０１μｍ場合
概ね１ｇ程度、粒径が０．０４μｍの場合、概ね１６ｇ
程度である。このような溶液中には粒子状ダイヤモンド
が溶液１リットル当たり１×10¹⁶個〜１×10²⁰個程度分
散しており、充分な量の微小ダイヤモンド粒子数を容易
にカソード材に分布させることが可能である。また用い
る溶液の分散媒としては、扱いの容易性から水あるいは
アルコールを主成分とする溶液が主として用いられる。

【００３６】また本発明の蛍光体発光装置のカソード部
の構成においては、配置された粒子状ダイヤモンドの表
面制御が非常に重要である。なぜなら、ダイヤモンドの
表面状態によって、熱電子放出特性が変化するからであ
る。粒子状ダイヤモンドの表面構造を最適にする方法と
しては特に限定するものではないが、ダイヤモンド表面
の炭素原子と結合する元素を制御することが容易な方法
である。具体的な例として、水素終端表面とすることで
ダイヤモンドを熱電子が出やすい状態にすることができ
る。このような表面状態変化を任意に制御することで、
高効率蛍光体発光装置の構成並びに作製プロセスを簡便
にすることができる。

【００３７】そこで前記本発明方法の構成によれば、カ
ソード材に粒子状ダイヤモンドを配置した後、前記カソ
ード材を少なくとも水素を含むガスを放電分解して得ら
れるプラズマに晒す工程、あるいは前記カソード材を少
なくとも水素を含むガス中で加熱する工程を有すること
を特徴とするので、選択的にダイヤモンド粒子の最表層
炭素原子に水素原子を結合させることが可能となり、そ
の結果容易に熱電子を放出し易い状態の領域を形成する
ことが可能になる。

【００３８】以上のようにカソード材に配置されたダイ
ヤモンドの表面状態を任意に制御することにより、高効
率蛍光体発光装置の構成並びに作製プロセスを簡便にす
ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明をさ
らに具体的に説明する。

【００４０】＜第１の実施の形態＞まずカソード材に配
置される粒子として、微小なダイヤモンド粒子を用いた
場合の結果について記す。

【００４１】まずカソード材を準備する。このカソード
材として用いる材料は特に限定されるものではないが、
本実施例では直径が２０μｍのタングステン（Ｗ）線を
用いた。次に、このＷ線を通常の洗浄工程で清浄化した
後に、平均粒径が０．０２μｍの微小ダイヤモンド粒子
を分散させた溶液中に浸透させることによって、その表
面に微小ダイヤモンド粒子を塗布した。本実施の形態で
は、１リットルの純水に０．４ｇのダイヤモンド粒子を
分散した溶液を用いた。すなわち、ダイヤモンド粒子数
として溶液１リットル当たり約２×10¹⁷個含まれた溶液
を用いた。ダイヤモンド粒子塗布後、Ｗ線は赤外線ラン
プ光の照射によって乾燥された。

【００４２】以上のような方法で得られたＷ線の表面を
走査電子顕微鏡で観察すると、微小なダイヤモンド粒子
が点在して分布していることが確認された。その分布密
度は５×10¹⁰個/cm²程度であった。

【００４３】この微小ダイヤモンド粒子が配置されたＷ
線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置し、Ｗ線に通電す
ることにより加熱した結果、約３００〜４００℃の温度
領域で、熱電子が放出されていることが確認された。そ
れに対し、微小ダイヤモンド粒子が配置されていない従
来のＷ線では、同様の熱電子放出を得るのに７００℃以
上の加熱が必要であった。すなわち、微小ダイヤモンド
粒子が配置されたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源
として作用していることが確認された。

【００４４】そこでさらに支持部材に微小ダイヤモンド
粒子が配置されたＷ線を数十本架張し、各Ｗ線を通電加
熱（温度：約４００℃）することで熱電子を得て、対向
に配置されたＲ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射したとこ
ろ、十分な輝度の発光が得られることが確認された。

【００４５】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
カソード材の形状、サイズを変えた場合、また塗布する
ダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調合した場
合、溶媒としてエタノールなどのアルコールを用いた場
合、さらには粒子をシリコンカーバイドに変えた場合な
どにおいても、同様の結果が得られた。

【００４６】さらに本発明者らは、微小ダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線と蛍光体部の間に引き出し電極を設
置し、引き出し電極に電圧を印加することによって、放
出される熱電子流の軌道を制御することが可能であるこ
とも確認した。

【００４７】＜第２の実施の形態＞第１の実施の形態と
同様に、直径２０μｍのＷ線に微小ダイヤモンド粒を配
置した後、さらにそのダイヤモンド粒子を核としてダイ
ヤモンド層を成長させた場合の結果について記す。

【００４８】用いるカソード材、及びＷ線上への微小ダ
イヤモンド粒の配置方法等は前記第１の実施の形態と同
様である。本実施の形態においては、微小ダイヤモンド
粒分散溶液にＷ線を浸透し、表面に微小ダイヤモンド粒
を塗布した後、さらにＷ線表面に分布されたダイヤモン
ド粒子上にダイヤモンド層を形成した。ダイヤモンド層
の合成方法としては特に限定はされないが、気相合成法
が容易であることから良く用いられる。気相合成方法
は、一般的には原料ガスにメタン、エタン、エチレン、
アセチレン等の炭化水素ガス、アルコール、アセトン等
の有機化合物及び一酸化炭素などの炭素源を水素で希釈
したものを用い、その原料ガスを分解することによって
行なわれるものである。その際、さらに原料ガスに適宜
酸素や水等を添加することもできる。適用可能な気相合
成法に関しても特に限定はされないが、本実施例におい
てはマイクロ波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド
層の形成を行なった。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は原
料ガスにマイクロ波を印加することによってプラズマ化
し、ダイヤモンドの形成を行なう方法である。具体的な
条件としては、原料ガスに水素で１〜１０ｖｏｌ％程度
に希釈された一酸化炭素ガスを用いた。反応温度及び圧
力はそれぞれ８００〜９００℃及び２５〜４０Ｔｏｒｒ
である。また形成時間は１分から５分程度で充分であ
る。

【００４９】以上のような方法でＷ線上の微小ダイヤモ
ンド粒子上にＣＶＤダイヤモンド層を形成した結果、塗
布により配置された微小ダイヤモンド粒子の表面は、良
質なＣＶＤダイヤモンド層でコートされた。また得られ
たダイヤモンド粒の表面状態は、水素で終端された状態
であった。

【００５０】このような手順で作製したダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置
し、通電加熱した結果、約３００〜４００℃の温度領域
で、熱電子が放出されていることが確認された。また水
素終端されたＣＶＤダイヤモンド層の表面は非常に安定
であるため、比較的真空度が悪い環境（１×10^-4Ｔｏｒ
ｒ程度）においても安定な熱電子放出特性を有すること
が確認された。すなわち、微小ダイヤモンド粒子が配置
されたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源として作用
していることが確認された。

【００５１】そこでさらに、このＷ線を通電加熱（温
度：約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射
したところ、十分な輝度の発光が得られることが確認さ
れた。

【００５２】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
塗布するダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調
合した場合、さらには他の形成条件でダイヤモンド層を
形成した場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００５３】さらに本発明者らは、微小ダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線と蛍光体部の間に引き出し電極を設
置し、引き出し電極に電圧を印加することによって、放
出される熱電子流の軌道を制御することが可能であるこ
とも確認した。

【００５４】＜第３の実施の形態＞次にＷ線に微小ダイ
ヤモンド粒を配置する方法として、超音波振動を用いた
場合の結果について記す。

【００５５】用いるカソード材等は、前記第１の実施の
形態と同様である。本実施の形態においては、洗浄処理
されたＷ線を平均粒径が０．０２μｍ程度の微小ダイヤ
モンド粒子を分散させた溶液が入った容器内に設置し、
容器全体に超音波振動を与える（以後、「超音波振動処
理」と記す）ことによって、Ｗ線上に微小ダイヤモンド
粒子を分布させた。本実施の形態では、１リットルの純
水に０．４ｇのダイヤモンド粒子を分散した溶液を用い
た。また超音波振動処理の際に印加した電力は１００Ｗ
程度であり、処理時間は５〜１５分である。超音波振動
処理を施したＷ線は純水中で洗浄された後、窒素ガスで
ブローすることにより乾燥された。

【００５６】この超音波振動処理を施されたＷ線の表面
を走査電子顕微鏡で観察したところ、溶液に分散させた
微小ダイヤモンド粒が均一に分布していることがわかっ
た。またその分布密度は〜１×10¹¹個/cm²程度であっ
た。

【００５７】このような方法で作製したダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置
し、Ｗ線を通電加熱した結果、約３００〜４００℃の温
度領域で、微小ダイヤモンド粒子が配置されたＷ線より
熱電子が放出されていることが確認された。すなわち、
微小ダイヤモンド粒子が配置されたＷ線カソードが効率
的な熱電子放出源として作用していることが確認され
た。

【００５８】そこでさらに、このＷ線を通電加熱（温
度：約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射
したところ、十分な輝度の発光が得られることが確認さ
れた。

【００５９】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
塗布するダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調
合した場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００６０】さらに本発明者らは、微小ダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線と蛍光体部の間に引き出し電極を設
置し、引き出し電極に電圧を印加することによって、放
出される熱電子流の軌道を制御することが可能であるこ
とも確認した。

【００６１】＜第４の実施の形態＞次に超音波振動処理
の条件を変化させて行なった場合の結果について記す。

【００６２】用いたカソード材、並びに超音波振動処理
に用いた溶液等は、前記第３の実施の形態と同様であ
る。本実施の形態では、カソード材の超音波振動処理を
印加電力：３５０Ｗ、処理時間：３０分の条件で行なっ
た。この条件で超音波振動処理を施したＷ線の表面を同
様に走査電子顕微鏡で観察したところ、Ｗ線上に分布し
た微小ダイヤモンド粒子に加えて、Ｗ線の表層に半ば埋
め込まれた形で分布する微小ダイヤモンド粒子が数多く
見受けられた。これは本実施例の超音波振動処理条件の
印加電力および処理時間が、第３の実施の形態と比較し
て大きいことに起因するものと考えられる。Ｗ線表面、
及び表層に埋め込まれて分布している微小ダイヤモンド
粒子の分布密度は、さらに大きくなって〜５×10¹¹個/c
m²程度に達した。

【００６３】このような方法で作製したダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置
し、Ｗ線を通電加熱した結果、第３の実施の形態と同様
に約３００〜４００℃の温度領域で、熱電子が放出され
ていることが確認された。すなわち、微小ダイヤモンド
粒が配置されたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源と
して作用していることが確認された。

【００６４】そこでさらに、このＷ線を通電加熱（温
度：約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射
したところ、十分な輝度の発光が得られることが確認さ
れた。

【００６５】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
塗布するダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調
合した場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００６６】＜第５の実施の形態＞続いてＷ線上に微小
ダイヤモンド粒子を配置する方法として、超音波振動処
理を施した後、さらに微小ダイヤモンド粒子上にダイヤ
モンド層を形成した場合の結果について記す。

【００６７】用いるカソード材、及びＷ線上への微小ダ
イヤモンド粒子の分布方法等は前記第４の実施の形態と
同様である。またダイヤモンド層の形成方法について
は、前記第２の実施の形態と同様である。

【００６８】以上のような方法で、微小ダイヤモンド粒
子上にダイヤモンド層を形成した結果、超音波処理によ
り配置された微小ダイヤモンド粒子の表面は、良質なＣ
ＶＤダイヤモンド層でコートされた。またダイヤモンド
粒の表面状態は、水素で終端された状態であった。

【００６９】このような方法で作製したダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置
し、通電加熱した結果、約３００〜４００℃の温度領域
で、熱電子が放出されていることが確認された。また水
素終端されたＣＶＤダイヤモンド層の表面は非常に安定
であるため、比較的真空度が悪い環境（１×10^-4Ｔｏｒ
ｒ程度）においても安定な熱電子放出特性を有すること
が確認された。すなわち、微小ダイヤモンド粒が配置さ
れたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源として作用し
ていることが確認された。

【００７０】そこでさらに、このＷ線を通電加熱（温
度：約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射
したところ、十分な輝度の発光が得られることが確認さ
れた。

【００７１】＜第６の実施の形態＞次に微小ダイヤモン
ド粒子を分散させた溶液中にカソード材を設置し、その
カソード材と溶液中に設置された電極間に電圧を印加さ
せてカソード材上に微小ダイヤモンド粒子を配置した結
果について記す。

【００７２】用いたカソード材は、前記実施の形態と同
様である。続いてこのカソード材と白金製の平板電極
を、平均粒径が０．０２μｍ程度の微小ダイヤモンド粒
子を分散させた溶液が入った容器内に設置し、Ｗ線と白
金電極間に直流電圧を印加する（以後、「電圧印加処
理」と記す）ことによって、Ｗ線に微小ダイヤモンド粒
子を分布させた。本実施の形態では、１リットルの純水
に０．４ｇの微小ダイヤモンド粒子を分散した溶液を用
いた。また電圧印加処理の条件は、白金電極側を負極、
Ｗ線側を正極として、５０Ｖの電圧を１５分間印加し
た。電圧印加処理を施したＷ線は純水で洗浄された後、
窒素ガスでブローすることにより乾燥された。

【００７３】この電圧印加処理を施されたＷ線の表面を
走査電子顕微鏡で観察したところ、溶液に浸透させたＷ
線表面に微小ダイヤモンド粒子が均一に分布しているこ
とがわかった。また、その分布密度は〜３×10¹⁰個/cm²
程度であった。これは溶液中でコロイド状となった微小
ダイヤモンド粒子が負の電荷を帯びているため、電圧印
加処理によってＷ線に引き寄せられたためと考えられ
る。

【００７４】このような方法で作製した微小ダイヤモン
ド粒子が配置されたＷ線を10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に
設置し、通電加熱した結果、第３の実施の形態と同様に
約３００〜４００℃の温度領域で、熱電子が放出されて
いることが確認された。すなわち、微小ダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源と
して作用していることが確認された。

【００７５】そこでさらにこのＷ線を通電加熱（温度：
約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射した
ところ、十分な輝度の発光が得られることが確認され
た。

【００７６】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
塗布するダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調
合した場合、白金電極を用いず導電性の容器を負極とし
て用いた場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００７７】＜第７の実施の形態＞次にＷ線上に微小ダ
イヤモンド粒子を分布させる方法として、電圧印加処理
を施した後、さらに微小ダイヤモンド粒子上にダイヤモ
ンド層を形成した場合の結果について記す。

【００７８】用いたカソード材、並びに電圧印加処理に
用いた溶液中の微小ダイヤモンド粒の分散量等は、前記
第６の実施の形態と同様である。またダイヤモンド層の
形成方法についても、前記第３の実施の形態と同様であ
る。

【００７９】以上のような方法で微小ダイヤモンド粒子
上にダイヤモンド層を形成した結果、電圧印加処理によ
り配置されたダイヤモンド粒子の表面は、良質なＣＶＤ
ダイヤモンド層でコートされた。またダイヤモンド粒の
表面状態は、水素で終端された状態であった。

【００８０】このような方法で作製したダイヤモンド粒
子が配置されたＷ線を１×10^-7Ｔｏｒｒ以下の真空中に
設置し、通電加熱した結果、約３００〜４００℃の温度
領域で、熱電子が放出されていることが確認された。ま
た水素終端されたＣＶＤダイヤモンド層の表面は非常に
安定であるため、比較的真空度が悪い環境（１×10^-4Ｔ
ｏｒｒ程度）においても安定な熱電子放出特性を有する
ことが確認された。すなわち、ダイヤモンド粒子が配置
されたＷ線カソードが効率的な熱電子放出源として作用
していることが確認された。

【００８１】そこでさらにこのＷ線を通電加熱（温度：
約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射した
ところ、十分な輝度の発光が得られることが確認され
た。

【００８２】＜第８の実施の形態＞本実施の形態では、
絶縁性の基材上にパターニングされたＷ層パターンに対
して行なった場合について記す。

【００８３】まず基材であるガラスを通常の洗浄工程で
清浄化した後、カソード部分となるＷ層を線状に形成し
た。

【００８４】続いてガラス基材の全面に絶縁体層となる
二酸化シリコン層をスパッタリングあるいはＣＶＤ法等
の方法で形成した後、フォトレジスト材のパターンニン
グを行なった。パターニングの形状については特に限定
はされるものではないが、本実施例では直径２０μｍ線
状の窓をＷ層上のフォトレジスト材に形成した。

【００８５】次にこの基材と白金製の平板電極を、平均
粒径が０．０２μｍ程度の微小ダイヤモンド粒子を分散
させた溶液が入った容器内に平行になるよう設置し、Ｗ
層と白金電極間に直流電圧を印加する電圧印加処理を行
なった。本実施の形態で用いた電圧印加処理の条件は、
前記第６の実施の形態と同じ条件である。電圧印加処理
を施した基材は純水で洗浄された後、窒素ガスでブロー
することにより乾燥された。

【００８６】この電圧印加処理を施された基材の表面を
走査電子顕微鏡で観察したところ、電圧が印加されたＷ
層の線状部分にのみ、溶液に分散させた微小ダイヤモン
ド粒子が均一に分布していることがわかった。また、そ
の分布密度は〜３×10¹⁰個/cm²程度であった。

【００８７】このような方法で作製した微小ダイヤモン
ド粒子が配置されたＷ層を有する基材を１×10^-7Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中に設置し、Ｗ層を通電を加熱した結果、
第３の実施の形態と同様に約３００〜４００℃の温度領
域で、熱電子が放出されていることが確認された。すな
わち、微小ダイヤモンド粒が配置されたＷ層線カソード
が効率的な熱電子放出源として作用していることが確認
された。

【００８８】そこでさらにこのＷ層を通電加熱（温度：
約４００℃）して、Ｒ、Ｇ、Ｂ対応の蛍光体に照射した
ところ、十分な輝度の発光が得られることが確認され
た。

【００８９】本実施の形態において、カソード材の種類
を他材料、例えばタンタル（Ｔａ）などに変えた場合や
塗布するダイヤモンド粒子の粒径や量を変えて溶液を調
合した場合、白金電極を用いず導電性の容器を負極とし
て用いた場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００９０】また他の方法、例えば超音波振動処理など
の方法で微小ダイヤモンド粒をカソード材表面に配置し
た場合も同様の結果が得られた。

【００９１】＜第９の実施の形態＞第１の実施の形態で
作製した微小ダイヤモンド粒子が配置されたＷ線を蛍光
灯等の照明器具で用いられているフィラメント部に適用
した結果について記す。

【００９２】用いるカソード材、及びＷ線上への微小ダ
イヤモンド粒の配置方法等は前記第１の実施の形態と同
様である。

【００９３】この微小ダイヤモンド粒子が配置されたＷ
線から放出される熱電子による封止容器中の充填ガスの
放電効率を調べた結果、従来よりも高効率にガス放電が
なされることが確認された。その結果、従来よりも封止
容器内に含有量される水銀量を減少させた場合において
も、同様の輝度で蛍光体を発光させることが可能である
ことを確認した。

【００９４】＜第１０の実施の形態＞熱電子放出源であ
るカソード材表面に配置されたダイヤモンド粒子の表面
構造制御の方法として、カソード材を水素ガスを放電分
解して得られるプラズマに晒した結果について記す。

【００９５】まず前記のような方法で表面に微小ダイヤ
モンド粒子が配置されたＷ線を準備した。この配置され
たダイヤモンド粒子の表面状態を調べたところ、一部が
酸素で終端された表面を有していることがわかった。そ
こで水素ガスのＥＣＲ放電プラズマにこのＷ線を晒し
た。その際の水素プラズマ照射時間としては20秒間であ
る。その結果、水素プラズマに晒された領域の最表面炭
素は、水素との結合に変わっていることが確認され、熱
電子放出特性が改善されていることがわかった。すなわ
ち、このプロセスを用いることによって、ダイヤモンド
粒子の表面状態を制御することが可能であることが確認
された。

【００９６】また水素ガスのＥＣＲ放電プラズマに晒す
時間を変えた場合や水素ガスをアルゴンや窒素で１０％
程度に希釈した場合、他の方法で形成した水素プラズマ
に晒した場合などにおいても、同様の結果が得られた。

【００９７】＜第１１の実施の形態＞熱電子放出源であ
るカソード材表面に配置されたダイヤモンド粒子の表面
構造制御の方法として、カソード材を水素ガス中で加熱
した結果について記す。

【００９８】まず前記のような方法で表面に微小ダイヤ
モンド粒子が配置されたＷ線を準備した。この配置され
たダイヤモンド粒子の表面状態を調べたところ、一部が
酸素で終端された表面を有していることがわかった。そ
こで水素ガスを流した円筒形の容器内に微小ダイヤモン
ド粒子が配置されたＷ線を設置し、６００℃まで加熱し
た。その際の処理時間としては１０分間である。その結
果、水素雰囲気中で加熱されたダイヤモンド粒子の最表
面炭素は、水素との結合に変わっていることが確認さ
れ、Ｗ線カソードの熱電子放出特性が改善されているこ
とがわかった。すなわち、このプロセスを用いることに
よって、ダイヤモンド粒子の表面状態を制御することが
可能であることが確認された。

【００９９】また容器に流す水素ガスをアルゴンや窒素
で１０％程度に希釈した場合や加熱温度を４００〜９０
０℃の範囲で変化された場合などにおいても、同様の結
果が得られた。

【０１００】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る蛍光体発光
装置によれば、少なくとも、封止された容器と、前記容
器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電子
線を照射するカソードからなる蛍光体発光装置であっ
て、電子放出源であるカソード材の表面、あるいは表層
に複数個の粒子、あるいは粒子の凝集体が配置された構
成を含むことを特徴とするため、より高効率で、かつ安
定な電子放出特性を有するカソード部を有する蛍光体発
光装置が可能となる。また本発明において、電子放出源
であるカソード部の形状を線状構造にすることにより、
平面ディスプレィ用などの電子放出源としても適してい
る。

【０１０１】また前記本発明方法によれば、少なくと
も、封止された容器と、前記容器の内部に配置された蛍
光体層と、前記蛍光体層に電子線を照射するカソードか
らなる蛍光体発光装置の製造方法であって、平均粒径が
０．２μｍ以下の粒子状ダイヤモンドをカソード材の表
面、あるいは表層に分布させる工程を含むことを特徴と
するので、熱電子放出を容易にするダイヤモンドを微小
粒子、あるいはその凝集体の形態でカソード部表面、あ
るいは表層に再現性よく配置することが可能となるり、
その結果効率的な蛍光体発光装置を容易に形成すること
が可能となる。

【０１０２】また前記本発明方法の構成によれば、カソ
ード材に粒子状ダイヤモンドを配置した後、前記カソー
ド材を少なくとも水素を含むガスを放電分解して得られ
るプラズマに晒す工程、あるいは前記カソード材を少な
くとも水素を含むガス中で加熱する工程を有することを
特徴とするので、選択的にダイヤモンドの最表層炭素原
子に水素原子を結合させることが可能となり、その結果
容易に熱電子を放出し易いカソード部を有した蛍光体発
光装置を形成することが可能になる。

【０１０３】以上のようにカソード部に配置されたダイ
ヤモンドの表面状態を任意に制御することにより、高効
率蛍光体発光装置の構成並びに作製プロセスを簡便にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蛍光体発光装置の基本的な構造を
示す断面図

【図２】本発明に係る他の蛍光体発光装置の基本的な構
造を示す断面図

【図３】本発明に係る他の蛍光体発光装置の基本的な構
造を示す断面図

【図４】本発明に係る他の蛍光体発光装置の基本的な構
造を示す断面図

【図５】本発明に係る他の蛍光体発光装置の基本的な構
造を示す断面図

【符号の説明】

１カソード部２蛍光体部３導電層４封止された容器５粒子あるいは粒子の凝集体６熱電子７引き出し電極８絶縁体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白鳥哲也大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、封止された容器と、前記容
器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電子
線を照射するカソードからなる蛍光体発光装置であっ
て、電子放出源である前記カソード材の表面、あるいは
表層に複数個の粒子、あるいは粒子の凝集体が配置され
た構成を含むことを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項２】電子放出源であるカソード材の形状が、
線状構造であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光
体発光装置。
【請求項３】カソード材の表面、あるいは表層に配置
される粒子の平均粒径が、０．２μｍ以下であることを
特徴とする請求項１に記載の蛍光体発光装置。
【請求項４】カソード材の表面あるいは表層に配置さ
れる粒子あるいは粒子の凝集体が、ダイヤモンドからな
ることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体発光装置。
【請求項５】カソード材の表面あるいは表層に配置さ
れるダイヤモンドの最表面の炭素原子が、水素原子との
結合によって終端された構造を含むことを特徴とする請
求項４に記載の蛍光体発光装置。
【請求項６】少なくとも、封止された容器と、前記容
器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電子
線を照射するカソードからなる蛍光体発光装置の製造方
法であって、平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイヤ
モンドをカソード材の表面、あるいは表層に分布させる
工程を含むことを特徴とする蛍光体発光装置の製造方
法。
【請求項７】少なくとも、封止された容器と、前記容
器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電子
線を照射するカソードからなる蛍光体発光装置の製造方
法であって、平均粒径が０．２μｍ以下の粒子状ダイヤ
モンドをカソード材の表面、あるいは表層に分布させる
工程と、前記粒子状ダイヤモンド上にダイヤモンド層を
成長させる工程を含むことを特徴とする蛍光体発光装置
の製造方法。
【請求項８】カソード材の表面、あるいは表層への粒
子状ダイヤモンドの分布方法が、平均粒径が０．２μｍ
以下の粒子状ダイヤモンドを分散させた溶液をカソード
材に塗布することであることを特徴とする請求項６、７
いずれかに記載の蛍光体発光装置の製造方法。
【請求項９】カソード材の表面、あるいは表層への粒
子状ダイヤモンドの分布方法が、平均粒径が０．２μｍ
以下の粒子状ダイヤモンドを分散させた溶液中にカソー
ド材を設置し、前記溶液に超音波振動を印加することで
あることを特徴とする請求項６、７いずれかに記載の蛍
光体発光装置の製造方法。
【請求項１０】カソード材の表面、あるいは表層への
粒子状ダイヤモンドの分布方法が、平均粒径が０．２μ
ｍ以下の粒子状ダイヤモンドを分散させた溶液中にカソ
ード材を設置し、前記カソード材の導電部分と溶液を入
れた容器との間、あるいは前記カソード材の導電部分と
溶液中に設置された電極との間に電圧を印加することで
あることを特徴とする請求項６、７いずれかに記載の蛍
光体発光装置の製造方法。
【請求項１１】少なくとも、封止された容器と、前記
容器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電
子線を照射するカソードからなる蛍光体発光装置の製造
方法であって、カソード材に粒子状ダイヤモンドを配置
した後、前記カソード材を少なくとも水素を含むガスを
放電分解して得られるプラズマに晒す工程、あるいは前
記カソード材を少なくとも水素を含むガス中で加熱する
工程を有することを特徴とする蛍光体発光装置の製造方
法。