(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放射する冷陰極型のエミッタ部と、
前記エミッタ部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と、
前記エミッタ部に対向するように配置され、アノード電極と該アノード電極の内側に設けられた前記蛍光体層とを有するアノード部とを備え、
前記エミッタ部と前記アノード部との間に、絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層が挟まれており、
前記エミッタ部から放射された電子は、前記多孔質体層を透過して前記蛍光体層に照射され、
前記多孔質体は、三次元ネットワーク状に形成された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有し、
前記エミッタ部が、ＭＩＭ型、ＢＳＤ型、及びスピント型のうちいずれかの冷陰極型エミッタで構成されている、蛍光体発光素子。
【請求項２】
前記多孔質体層が前記エミッタ部と接している、請求項１に記載の蛍光体発光素子。
【請求項３】
前記多孔質体層が前記アノード部と接している、請求項１に記載の蛍光体発光素子。
【請求項４】
前記多孔質体層が前記エミッタ部および前記アノード部のいずれにも接している、請求項１に記載の蛍光体発光素子。
【請求項５】
前記多孔質体層における前記固体骨格部の体積比率が、０％を越えかつ１５％以下である、請求項１記載の蛍光体発光素子。
【請求項６】
前記多孔質体層における固体骨格部の体積比率が、３％以上１５％以下である、請求項５記載の蛍光体発光素子。
【請求項７】
前記多孔質体層の固体骨格部が、連結された複数個の粒子からなり、前記粒子の粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項１記載の蛍光体発光素子。
【請求項８】
前記粒子の粒径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項７記載の蛍光体発光素子。
【請求項９】
前記エミッタ部と前記アノード部との間の領域の気圧が１．３３×１０−３Ｐａ以上１．０１×１０５Ｐａ以下である、請求項１記載の蛍光体発光素子。
【請求項１０】
前記エミッタ部と前記アノード部との間の領域の気圧が１．３３×１０−２Ｐａ以上１．３３×１０−１Ｐａ以下である、請求項９記載の蛍光体発光素子。
【請求項１１】
前記蛍光体層が、多孔質体の空孔部分に蛍光体が分散されてなる多孔質蛍光体層で構成されている、請求項１記載の蛍光体発光素子。
【請求項１２】
前記多孔質蛍光体層が第１及び第２の多孔質蛍光体層で構成され、前記第１の多孔質蛍光体層が前記アノード電極に接して形成され、かつ前記第２の多孔質蛍光体層が前記多孔質体層の中に形成されている、請求項１１記載の蛍光体発光素子。
【請求項１３】
前記エミッタ部が、電子を供給するための電子供給層と、前記電子供給層から供給される電子が移動可能な電子輸送層と、前記電子供給層との間に印加される電圧によって前記電子輸送層を移動する電子を前記エミッタ部から放射するための制御電極層とを有している、請求項１記載の蛍光体発光素子。
【請求項１４】
前記電子輸送層の前記制御電極層側の表面が、負の電子親和力又は０に近い電子親和力を有している、請求項１３記載の蛍光体発光素子。
【請求項１５】
電子を放射するための冷陰極型のエミッタ部と、
前記エミッタ部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と、
前記エミッタ部に対向するように配置され、アノード電極と該アノード電極の内側に設けられた前記蛍光体層とを有するアノード部とを備えた蛍光体発光素子の製造方法において、
前記エミッタ部と前記アノード部との間に、三次元ネットワーク状に形成された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固体物であって絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層を設ける工程を有し、
前記エミッタ部から放射された電子は、前記多孔質体層を透過して前記蛍光体層に照射され、
前記エミッタ部が、ＭＩＭ型、ＢＳＤ型、及びスピント型のうちいずれかの冷陰極型エミッタで構成されている、蛍光体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記多孔質体層を、ゾル−ゲル転移反応を用いて形成する、請求項１５記載の蛍光体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記多孔質体層を形成する際に、湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥法により乾燥する、請求項１６の蛍光体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１記載の蛍光体発光素子を備えている、画像描画装置。
【請求項１９】
前記固体骨格部は、その全体が、シリカ、アルミナ、または酸化マグネシウムからなる、請求項１に記載の蛍光体発光素子。
【請求項２０】
前記固体骨格部は、その全体が、シリカ、アルミナ、または酸化マグネシウムからなる、請求項１５に記載の蛍光体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相と固相が混在した構造からなる多孔質体層、特に絶縁体からなる微小粒子で構成された多孔質構造の多孔質体層を備えた蛍光体発光素子及びその製造方法、並びに該蛍光体発光素子を利用した画像描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体からの電子放射現象を用いて蛍光体を発光させる素子及び装置の代表として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）が挙げられるが、近年、冷陰極型の微小電子放出素子をエミッタとした薄型の電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ；Field Emission Display）が注目されている。この冷陰極型エミッタは、加熱することなくトンネル効果等を用いて固体表面から電子を真空中に取り出すものであり、例えばスピント（Spindt）型、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型、ＢＳＤ（Ballistic electron Surface-emitting Display）型等が報告されている。
【０００３】
スピント型電子放出素子は、公知文献（例えば、特許文献１等参照）に開示されているもので、その作用はシリコン（Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属材料によって形成された微小な円錐状エミッタ部の先端に高電界（＞１×１０９Ｖ／ｍ）を印加することにより、電子を真空中に放出させるものである。
【０００４】
またＭＩＭ型冷陰極エミッタは、一対の金属電極層で非常に薄い絶縁体層をサンドイッチした構造（金属−絶縁体層−金属）からなるものであり、両金属電極間に電圧を印加することで中間の絶縁層をトンネリングした電子を真空中に放出させるものである。
【０００５】
またＢＳＤ型冷陰極エミッタは、公知文献（例えば、特許文献２等参照）に記載されているように、基本的にはＭＩＭ型と同様の原理であるが、電子がトンネリングする層に多孔質ポリシリコンを用いたものである。このような微結晶状のシリコン層を介して電子放出させることで、注入電子の励起エネルギーが高められるため、放出電子の平行性に優れているといった特徴を有している。
【０００６】
前記したような冷陰極エミッタを利用した蛍光体発光素子のうち、スピント型の冷陰極エミッタを利用した蛍光体発光素子（以下、第１の従来例という）を図８に示す。また、ＭＩＭ及びＢＳＤ型冷陰極エミッタを利用した蛍光体発光素子（以下、第２の従来例という）を図９に示す。
【０００７】
図８及び図９において、蛍光体発光素子７１，８１は画像描画装置の画面における１つの画素を構成している。通常、画面は多数の画素で構成されるので、図８及び図９は、１画素分の蛍光体発光素子７１，８１の構成を模式的に表したものである。
【０００８】
図８に示すように、第１の従来例では、内面（上面）に冷陰極エミッタ部７２が形成された板状の背面基材５１と、内面（下面）にアノード電極５７及び蛍光体層５６からなるアノード部５３が形成された板状の前面基材５８とが対向配置され、背面基材５１の縁部と前面基材５８の縁部との間にこれらの全周に渡ってスペーサ６１が配設され、スペーサ６１と背面基材５１及び前面基材５８の縁部との間がペースト等によりシールされている。
【０００９】
これにより、背面基材５１と前面基材５８との間に気密空間６２が形成され、この気密空間６２が実質的に真空状態に維持される。スピント型のエミッタ部７２は、下部電極５２、絶縁体層６３、ＳｉやＭｏからなる錐体構造物５３、及びゲート電極５４を有している。また、ゲート電極５４とアノード電極５７との間、及び下部電極５２とゲート電極５４との間には、それぞれ電圧（５９，６０）が印加される。
【００１０】
このように構成された第１の従来例では、冷陰極エミッタ部７２が有する錐体構造物５３から気密空間６２中に放射された電子（以下、放射電子と呼ぶことがある）が、ゲート電極５４とアノード電極５７との間に印加された電圧により加速されて蛍光体層５６に衝突し、蛍光体層５６が発光する。
【００１１】
また、図９に示すように、第２の従来例では、背面基材５１の内面に、第１の従来例におけるスピント型のエミッタ部７２に代えて、ＭＩＭ又はＢＳＤ型のエミッタ部８２が形成されている。エミッタ部８２がＭＩＭ型である場合には、エミッタ部８２は、下部金属電極５２、絶縁体層５３、及び上部金属電極５４を備える。エミッタ部８２がＢＳＤ型である場合には、エミッタ部８２は、下部電極５２、多孔質ポリシリコン層５３、及び上部電極５４を備える。そして、上部金属電極又は上部電極５４とアノード電極５７との間、及び下部金属電極又は下部電極５２と上部金属電極又は上部電極との間に、それぞれ電圧（５９，６０）が印加される。その他の点は第１の従来例と同様である。
【００１２】
なお、上述の第1、第２の従来例の他、本発明に関連する技術として、他の報告例（特許文献３及び特許文献４参照）がある。
【特許文献１】
米国特許３６６５２４１号等
【特許文献２】
特開平８−２５０７６６号公報等
【特許文献３】
特開２０００−２８５７９７号公報
【特許文献４】
特許第３１１２４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、このような、冷陰極型エミッタを用いた従来の蛍光体発光素子（第１、第２の従来例）では、いずれも気密空間６２中に電子が放射されるよう構成されており、安定な蛍光体発光特性を維持するためにはスペーサ６１等を用いて非常に狭い間隔（概ね0.1〜1mm程度）の気密空間６２を形成するとともに、その気密空間６２を高真空に維持する必要がある。
【００１４】
このため、従来の蛍光体発光素子においては、以下のような課題があった。
【００１５】
第１に、非常に間隔の狭い気密空間６２の形成が必須であり、大面積に精度良くその気密空間６２を作製することが困難である。
【００１６】
第２に、気密空間６２を形成する筐体（スペーサ６１、背面基材５１、及び前面基材５８からなる筐体）の内部を高真空に維持する必要があるため、この筐体は耐圧構造を備える必要があり、このため、筐体の材質を厚くする必要がある。
【００１７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされもので、強度保持用の筐体が不要な蛍光体発光素子及び画像描画装置を提供することを第１の目的としている。
【００１８】
また、本発明は、低気密性の筐体で済む蛍光体発光素子及び画像描画装置を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明に係る蛍光体発光素子は、電子を放射するための冷陰極型のエミッタ部と、前記エミッタ部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と、前記エミッタ部に対向するように配置され、アノード電極と該アノード電極の内側に設けられた前記蛍光体層とを有するアノード部とを備え、前記エミッタ部と前記アノード部との間に、絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層が挟まれている。
【００２０】
このような構成とすると、エミッタ部とアノード部との間に設けられた多孔質層が、空孔によってエミッタ部から放射される電子を通過させるとともに固体物として機能するため、蛍光体層を発光させる機能を保持しつつ強度保持用の筐体を不要とすることができる。
【００２１】
前記多孔質体は、三次元ネットワーク状に形成された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固体物からなっていてもよい。
【００２２】
このような構成とすると、多孔質体の連続空孔が放射電子の通路として機能し、多孔質体の固体骨格部が固体物として機能するので、より好適な多孔質体層を実現することができる。
【００２３】
前記多孔質体層が前記エミッタ部と接していてもよい。
【００２４】
前記多孔質体層が前記アノード部と接していてもよい。
【００２５】
前記多孔質体層が前記エミッタ部および前記アノード部のいずれにも接していてもよい。
【００２６】
前記多孔質体層における前記固体骨格部の体積比率が、０％を越えかつ１５％以下であることが好ましい。このような構成とすると、多孔質体層の固体物としての機能を保持しつつ放射電子のエネルギー損失を低減することができる。
【００２７】
前記多孔質体層における固体骨格部の体積比率が、３％以上１５％以下であることがより好ましい。このような構成とすると、放射電子のエネルギー損失をより低減することができる。
【００２８】
前記多孔質体層の固体骨格部が、連結された複数個の粒子からなり、前記粒子の粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。このような構成とすると、多孔質体層の固体物としての機能を保持しつつ放射電子のエネルギー損失を低減することができる。
【００２９】
前記粒子の粒径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。このような構成とすると、放射電子のエネルギー損失をより低減することができる。
【００３０】
前記エミッタ部と前記アノード部との間の領域の気圧が１．３３×１０−３Ｐａ以上１．０１×１０５Ｐａ以下であることが好ましい。このような構成とすると、低気密性の筐体で済む。
【００３１】
前記エミッタ部と前記アノード部との間の領域の気圧が１．３３×１０−２Ｐａ以上１．３３×１０−１Ｐａ以下であることがより好ましい。
【００３２】
前記多孔質体層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＯのうちのいずれかで構成されていてもよい。このような構成とすると、好適に絶縁性の多孔質体層を形成することができる。
【００３３】
前記蛍光体層が、前記多孔質体の空孔部分に蛍光体が分散されてなる多孔質蛍光体層で構成されていてもよい。このような構成とすると、実効的な蛍光体面積が増大するので、発光輝度が向上する。
【００３４】
前記多孔質蛍光体層が第１及び第２の多孔質蛍光体層で構成され、前記第１の多孔質蛍光体層が前記アノード電極に接して形成され、かつ前記第２の多孔質蛍光体層が前記多孔質体層の中に形成されていてもよい。このような構成とすると、蛍光体層が多孔質体層中にも設けられるので、その分、実効的な蛍光体面積が増大し、より発光輝度が向上する。
【００３５】
前記エミッタ部が、電子を供給するための電子供給層と、前記電子供給層から供給される電子が移動可能な電子輸送層と、前記電子供給層との間に印加される電圧によって前記電子輸送層を移動する電子を前記エミッタ部から放射するための制御電極層とを有していてもよい。
【００３６】
前記電子輸送層の前記制御電極層側の表面が、負の電子親和力又は０に近い電子親和力を有していてもよい。このような構成とすると、電子供給層から供給される電子が制御電極層の表面から容易に多孔質体層に放射されるので、放射電子のエネルギーのバラツキが小さくなる。
【００３７】
前記エミッタ部が、ＭＩＭ型、ＢＳＤ型、及びスピント型のうちのいずれかの冷陰極型エミッタで構成されていてもよい。
【００３８】
また、本発明に係る蛍光体発光素子の製造方法は、電子を放射するための冷陰極型のエミッタ部と、前記エミッタ部から放射される電子の衝突により発光する蛍光体層と、前記エミッタ部に対向するように配置され、アノード電極と該アノード電極の内側に設けられた前記蛍光体層とを有するアノード部とを備えた蛍光体発光素子の製造方法において、前記エミッタ部と前記アノード部との間に、三次元ネットワーク状に形成された固体骨格部と該固体骨格部の網目状に連続する空孔とを有する固体物であって絶縁性を有する多孔質体からなる多孔質体層を設ける工程を有する。
【００３９】
前記多孔質体層はゾル−ゲル転移反応を用いて形成してもよい。このような構成とすると、このような構成とすると、多孔質体層を容易に大面積にかつ均一性良く形成できるため、蛍光体発光素子の低コスト化や高品質化が可能になる。
【００４０】
前記多孔質体層を形成する際に、湿潤状ゲル構造を超臨界乾燥法により乾燥してもよい。このような構成とすると、乾燥時に起こり得る多孔質体層の変形及び破壊を起こすことなく、空孔部分が多い非常に微細な多孔質体層を容易に形成できる。
【００４１】
また、本発明に係る画像描画装置は、請求項１記載の蛍光体発光素子を備えている。このような構成とすると、強度保持用の筐体を必要としない画像描画装置を実現できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、以上に説明したような構成を有し、蛍光体発光素子及び画像描画装置において強度保持用の筐体が不要であるという効果を奏する。
【００４３】
また、本発明は、蛍光体発光素子及び画像描画装置において低気密性の筐体で済むという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
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。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【００４５】
図１において、本実施形態の蛍光体発光素子１１は、板状の背面基材１と板状の前面基材８とを有している。背面基材１の内面（上面）の所定位置には、冷陰極型のエミッタ部１２が形成されている。
【００４６】
ここで、蛍光体発光素子１１は、一般的には、画像描画装置の画面における１つの画素を構成する。通常、画面は多数の画素で構成されるので、図１は、１画素分の蛍光体発光素子１１の構成を示している。もちろん、１つの蛍光体発光素子１１を表示等に用いることもできる。
【００４７】
前面基材８の内面（下面）には、アノード電極７及び蛍光体層６が順に形成されており、これらアノード電極７及び蛍光体層６がアノード部１３を構成している。アノード電極７は、任意の数の画素毎に設けることができ、全画素に共通に１つ設けてもよい。
【００４８】
背面基材１と前面基材８とは、内面同士が対向するように所定の間隔（概ね０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下程度）で配置されている。背面基材１の内面と前面基材８の内面との間には、多孔質体層５が設けられている。
【００４９】
エミッタ部１２は、多孔質体層５に電子を放射する機能を有する部分であり、背面基材１上に順次に形成された、電子供給層２、電子輸送層３、及び制御電極層４を有している。電子供給層２は電子を供給し、電子輸送層３はその電子を放射面まで輸送し、制御電極層４は電子輸送及び放射のための電圧を印可するとともに電子を多孔質体層５に放射する。従って、エミッタ部１２は、これらの機能を有する各層で構成され、多孔質体層５に効率よく電子放射がなされるものであればよく、特定の構成に限定されるものではない。具体的には、スピント型、ＭＩＭ型、ＢＳＤ型及び他方式のいずれの冷陰極型エミッタであっても差し支えない。なお、図１には、ＭＩＭ型あるいはＢＳＤ型の冷陰極型エミッタで構成されたエミッタ部１２が示されている。
【００５０】
エミッタ部１２がＭＩＭ型の冷陰極型エミッタ（以下、単にＭＩＭ型という）で構成される場合には、電子供給層２、電子輸送層３、及び制御電極層４は、それぞれ、ＭＩＭ型の、下部金属電極、絶縁体層、及び上部金属電極で構成される。絶縁体層の材料として、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が用いられる。
【００５１】
エミッタ部１２が、ＢＳＤ型の冷陰極型エミッタ（以下、単にＢＳＤ型という）で構成される場合には、電子供給層２、電子輸送層３、及び制御電極層４は、それぞれ、ＢＳＤ型の下部金属電極、多孔質ポリシリコン層、及び上部電極で構成される。
【００５２】
アノード部１３は、多孔質体層５内で電子を加速するための電圧印加と、蛍光体を発光させる機能とを有する部分であり、上述のように、アノード電極７及び蛍光体層６を有している。アノード電極７は、多孔質体５内に放射された電子に対して加速用の電圧（以下、アノード電圧という）を印加し、蛍光体層６は電子が衝突して発光する。
【００５３】
本実施形態では、蛍光体層６による発光を前面基材８側から取り出すように構成されているので、アノード電極７は一般的にＩＴＯ等からなる透明導電膜で構成され、前面基材８は透明なガラス基板等で構成されている。
【００５４】
蛍光体層６の材料には、ＺｎＯ：ＺｎやＺｎＳ系蛍光体等を所望の発光色に併せて選択した蛍光体材料が用いられる。但し、その選択に際し、加速される放射電子が持つエネルギー値、すなわちアノード電圧値を考慮した場合に最も効率の良い蛍光体材料を選ぶことが重要である。
【００５５】
電子供給層２と制御電極層４との間には、制御電源９によって電子放射用電圧が印加され、制御電極層４とアノード電極７との間には加速電源１０によってアノード電圧が印加される。
【００５６】
次に、本発明を特徴付ける多孔質体層５について詳しく説明する。
【００５７】
図２は、図１の多孔質体層５に用いられる多孔質体２０の微細構造を拡大して示す模式図である。
【００５８】
図２において、本発明において用いられる多孔質体（以下、単に多孔質体という）２０は、三次元ネットワーク状に形成された固体骨格部１７と、この固体骨格部１７の網目状に連続する空孔（以下、連続空孔という）１８とを有する固体物である。多孔質体２０は、母材粉体の成形、粉体焼成、化学発泡、物理発泡、ゾル−ゲル法等の方法で作製することができる。本発明の蛍光体発光素子１１においては、多孔質体としてナノメートルサイズの空孔を多数有することによって好ましい効果が得られる。
【００５９】
上述のように、多孔質体２０は、固体骨格部１７と連続空孔１８とを有している。固体骨格部１７は、大きさ（粒径）が３ｎｍ以上２０ｎｍの複数個の粒子が三次元ネットワーク状に連結されて構成されていることが好ましい。連続空孔１８は、固体骨格部１７の網目状の空隙として形成されており、その大きさ（直径）は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。多孔質体２０は、固体骨格部１７で固体としての形状を保ちながら、多数の連続空孔１８を含んでいる。このため、図１において、多孔質体層５に放射された電子を、アノード電極７に印加された電圧によって、あたかも空間中を伝搬する電子のように振る舞わせることができる。
【００６０】
当然のことながら、放射された電子の一部は、多孔質体２０の固体骨格部１８により散乱されてエネルギーを失うが、固体骨格部１８の大きさ（径）が数ｎｍ程度であるため、放射された電子の大部分を蛍光体層６に照射することが可能となる。すなわち、蛍光体層６を発光させることが可能となる。
【００６１】
一方、多孔質体２０は、固体骨格部１７によって固体としての形状を保つので、背面基材１と前面基材８との間隔が多孔質体層５によって保持される。従来例と同様、エミッタ部１２とアノード部１３との間に挟まれた空間は減圧される。そのため、本発明においても、エミッタ部１２とアノード部１３との間に挟まれた多孔質体層５を構成する多孔質体２０の連続空孔１８は減圧され（本発明におけるこの減圧の詳細については後述する）、背面基材８および前面基材１に外圧（多くの場合、大気圧）が加わる。しかし、従来例とは異なり、多孔質体層５を構成する多孔質体２０の固体骨格部１７がこの外圧に抗する。そのため、本実施の形態においては、図８に示すような、微細加工が必要なスペーサ６１を設ける必要は必ずしもない。また、図８に示すスペーサ６１は１画素ごとに設ける必要があるが、多孔質体２０は、後述するように、多孔質体２０となる溶液を背面基材１の全面に塗布すればよいので、従来例と比較して、製造も容易になる。また、作製が困難な高気密性の筐体を作製することは必要とされない。
【００６２】
但し、蛍光体発光素子１１の強度が不足する場合には、補強用の筐体を設けてもよい。また、後述するように、エミッタ部１２とアノード部１３との間を気密に保つことが必要とされる場合には、気密性保持用に筐体を設けてもよい。この補強用及び気密性保持用の筐体は、例えば、図８及び図９の従来例と同様に、背面基材１の縁部と前面基材８の縁部との間にこれらの全周に渡ってスペーサ６１を配設し、このスペーサ６１と背面基材１及び前面基材８の縁部との間をペースト等によりシールすることによって、構築することができる。また、図１に示すように、蛍光体発光素子１１の全体を収容し、かつ密封可能な筐体１０１で構成してもよい。
【００６３】
このような、多孔質体２０として、ゾル−ゲル法によって作製する乾燥ゲルを特に有力な候補として挙げることができる。ここで、乾燥ゲルとは、大きさが３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の粒子で構成される固体骨格部１８を持ち、平均空孔径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である連続空孔が形成されているナノサイズの多孔質体２０である。またその材質としては、加速電圧が印加されることから比較的高抵抗な電気特性を示すものが適当であり、中でも多孔質のシリカ（酸化ケイ素：ＳｉＯ２）、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等が好適である。
【００６４】
本発明で用いる乾燥ゲルからなる多孔質シリカを得る方法は、大きく分けて、湿潤ゲルを得る工程と、それを乾燥する工程とからなる。
【００６５】
まず湿潤ゲルは、溶媒中に混合したシリカの原料をゾル−ゲル反応させることによって合成できる。このとき必要に応じて触媒を用いる。この合成過程では、溶媒中で原料が反応しながら微粒子を形成し、その微粒子がネットワーク化して網目状の骨格を形成する。具体的には、所定の空孔度合の多孔質シリカが得られるように固体成分である原料及び溶媒の組成を決定する。その組成に調合した溶液に対して、必要に応じて触媒や粘度調整剤等を添加して撹拌し、注型／塗布等によって所望の使用形態にする。この状態で一定時間経過させることで、溶液はゲル化してシリカ湿潤ゲルが得られる。製造時の温度条件としては、通常の作業温度である室温近傍の温度で行なえるが、必要に応じて溶媒の沸点以下の温度まで加熱することもある。
【００６６】
シリカの原料としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン等のアルコキシシラン化合物、これらのオリゴマー化合物、またケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）、ケイ酸カリウム等の水ガラス化合物等、またコロイダルシリカ等を単独あるいは混合して用いることができる。
【００６７】
溶媒としては、原料が溶解してシリカを形成できれば良く、水やメタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、トルエン、ヘキサン等の一般的な有機溶媒を単独あるいは混合して用いることができる。
【００６８】
触媒としては、水や塩酸、硫酸、酢酸等の酸や、アンモニア、ピリジン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基を用いることができる。
【００６９】
粘度調整剤としては、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコール、シリコン油等を用いることができるが、湿潤ゲルを所定の使用形態にできるのであれば、これらに限られるものではない。
【００７０】
次に湿潤ゲルから乾燥ゲルを得る乾燥工程について説明する。
【００７１】
乾燥方法としては、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥の通常乾燥法や、超臨界乾燥法、凍結乾燥法等を用いることができる。しかしながら一般に、通常の乾燥法では溶媒蒸発時のストレスによって多孔質体２０が収縮してしまう。よって、乾燥ゲルを形成する方法としては、本発明では、超臨界乾燥を用いることが好ましい。また湿潤ゲルの固体成分表面を撥水処理等して、乾燥時のゲル収縮を防ぐこともできる。
【００７２】
この超臨界乾燥に用いる溶媒には、湿潤ゲルの溶媒を用いることができる。また必要に応じて、超臨界乾燥において扱いやすい溶媒に置換しておくことが好ましい。置換する溶媒としては、超臨界流体として用いられるメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類や二酸化炭素、水等が挙げられる。またこれらの超臨界流体に溶出しやすいアセトン、酢酸イソアミル、ヘキサン等一般的に取り扱い易い有機溶剤に置換しておいてもよい。
【００７３】
超臨界乾燥条件としては、乾燥をオートクレーブ等の圧力容器中で行ない、例えばメタノールではその臨界条件である圧力８．０９ＭＰａ、温度２３９．４℃以上にし、温度一定の状態で圧力を徐々に開放して乾燥を行なう。また二酸化炭素の場合は、臨界圧力７．３８ＭＰａ、臨界温度３１．１℃以上にして、同じように温度一定の状態で超臨界状態から圧力を徐々に開放して乾燥を行なう。また水の場合は、臨界圧力２２．０４ＭＰａ、臨界温度４７４．２℃以上にして乾燥を行なう。乾燥には、超臨界流体によって湿潤ゲル中の溶媒が１回以上入れ替わる時間以上の時間が経過することが必要とされる。
【００７４】
湿潤ゲルを撥水処理してから乾燥する方法では、撥水処理のための表面処理剤を湿潤ゲルの固体成分表面に化学反応させる。これによって湿潤ゲルの網目構造の空孔内に発生する表面張力を低減し、通常の乾燥時に発生する収縮を抑制することができる。
【００７５】
表面処理剤としては、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシラン等のハロゲン系シラン処理剤やトリメチルメトシシラン、トリメチルエトキシシラン等のアルコキシ系シラン処理剤、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマー等のシリコン系シラン処理剤、ヘキサメチルジシラザン等のアミン系シラン処理剤、プロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール系処理剤等を用いることができるが、同様の効果が得られるものならばこれらの表面処理剤に限られるものではない。
【００７６】
なお本方法で得られる乾燥ゲルの材質としては、シリカのみではなく他の無機材料や有機高分子材料等を用いることもできる。無機酸化物の乾燥ゲルの固体骨格部は、シリカ（酸化ケイ素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化マグネシウム等ゾル−ゲル反応で得られる一般的なセラミックスを成分として用いることができる。
【００７７】
また、多孔質体２０として、上述の乾燥ゲルの他に、例えば、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等のセラミックスの粉体を焼結してなる焼結体を用いることができる。
【００７８】
次に、以上のように構成された蛍光体発光素子１１の動作を説明する。
【００７９】
図１及び図２において、電子供給層２と制御電極層４との間に制御電源９によって電子放射用電圧が印加されるとともに電子供給層２と制御電極層４との間に加速電源１０によってアノード電圧が印加されると、電子供給層２から電子が電子輸送層３に供給され、この供給された電子が電子輸送層３を通って制御電極層４から多孔質体層５に放射される。この放射された電子は多孔質体層５の連続空孔１８を通りながらアノード電圧によって加速されて蛍光体層６に衝突する。それにより、蛍光体層６が発光し、この発光された光が前面基材８から外部に出射する。
【００８０】
次に、本実施形態に係る蛍光体発光素子１１の具体的な実施例を説明する。
［第１の実施例］
本実施例では、図１の蛍光体発光素子１１の作製例を示す。
【００８１】
図１を参照して、最初に、エミッタ部１２の作製手順について示す。まず、ガラス板からなる背面基材１の一主面上に、電子供給層２として金属下部電極と、電子輸送層３として陽極酸化により多孔質化された多結晶ポリシリコン層とを順に形成した。そして、電子輸送層３の上に、制御電極層４として金からなる上部電極を形成し、これにより、いわゆるＢＳＤ型と類似したエミッタ部１２を形成した。
【００８２】
本実施例においては背面基材１としてガラスを用いたが、他の絶縁性基材（セラミック基板）を用いてもよいし、また低抵抗シリコン基板や金属基板等の導電性基材を用いた場合は電子供給層２を省略してもよい。さらに電流安定化のために、絶縁性の背面基材１上に金属膜と抵抗性膜とを積層させた構造によって電子供給層２を構成してもよい。
【００８３】
電子輸送層３として機能する多孔質ポリシリコン層は、原料ガスにシランガスを用いたＬＰＣＶＤ(Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法によって形成した後、フッ化水素水溶液を用いた陽極酸化法で形成した。本実施例では約２μｍの厚さの多孔質ポリシリコン層が形成された。本実施例においては前記の方法で多孔質ポリシリコン層を形成したが、これには限られず、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等でポリシリコン層を形成してもよい。
【００８４】
制御電極層４として機能する金電極は、電子供給層２及び電子輸送層３を経て放射面に導かれてきた電子をトンネル効果によりそこから放射する必要があることから、その厚さは概ね１０ｎｍ程度である。本実施形態においては、金薄膜を抵抗加熱蒸着により形成した。
【００８５】
次いで、このようにエミッタ部１２が形成された１背面基材の表面上に多孔質体層５を形成した。本実施例においてはゾル−ゲル法を用いて厚さ約１００μｍの多孔質シリカ層を形成した。
【００８６】
具体的には、シリカ原料を含んだ溶液として、テトラメトキシシランとエタノールとアンモニア水溶液（０．１規定）をモル比で１：３：４の割合で調製し、撹拌処理した後、適度な粘度となったところで、このゲル原料液を背面基材１上に厚さ１００μｍとなるよう印刷塗布した。その後、ゾル重合反応により、塗膜がゲル化して、図２に示したようなＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の三次元ネットワークからなるシリカ湿潤ゲル構造が形成された。なお，本実施例では厚さが約１００μｍの多孔質シリカ層を形成したが、アノード電圧値によってこの膜厚最適値は変化する。その値としては、アノード電圧値にも依存するが、概ね１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。
【００８７】
次に、このシリカ湿潤ゲルを形成した背面基材１をエタノールで洗浄（溶媒置換）した後に、二酸化炭素による超臨界乾燥を行なって、乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。超臨界乾燥条件は、圧力１２ＭＰａ、温度５０℃の条件の下で４時間経過後、圧力を徐々に開放し大気圧にしてから降温した。なお得られた乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層の空孔率は約９２％であった。またブルナウアー・エメット・テラー法（BET法）により平均空孔直径を見積もったところ、約２０ｎｍであった。乾燥された背面基材１は、最後に窒素雰囲気中で４００℃のアニール処理を施し、多孔質体層５への吸着物質を除去した。
【００８８】
次に、ガラス板からなる前面基材８の一主面上に、アノード電極７として機能する透明導電膜（ＩＴＯ）を積層し、その上に蛍光体層６としてＺｎＯ：Ｚｎを塗布し、それによりアノード部１３を形成した。
【００８９】
次いで、真空槽内で、エミッタ部１２及び多孔質体層５が形成された背面基材１とアノード部１３が形成された前面基材８とを、多孔質体層５とアノード部１３とが当接するようにして貼り合わせ、それによって、図１に示すような蛍光体発光素子１１を作製した。
【００９０】
次に、このように作製した蛍光体発光素子１１の特性を真空槽内において測定した。すなわち、蛍光体発光素子１１の電子供給層２と制御電極層４との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、エミッタ部１２から多孔質体層５に電子を放射させるとともに、制御電極層４とアノード電極７との間に３００Ｖの電圧を印加し、放射電流及び蛍光体発光輝度を測定した。その結果、放射電流密度として数十ｍＡ／ｃｍ２の値が観測され、２００〜３００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られた。
［第２の実施例］
本実施例は、第１の実施例における蛍光体発光素子１１の作製方法において、多孔質体層５の形成方法を変えた場合における結果を示す。
【００９１】
多孔質体層５の形成工程において、まず、ケイ酸ソーダの電気透析を行ない、ｐＨ９〜１０のケイ酸水溶液（水溶液中のシリカ成分濃度：１４重量％）を作製する。そのケイ酸水溶液をｐＨ５．５に調製した後、このゲル原料液を背面基材１の表面上に厚さ１００μｍとなるように印刷塗布した。その後、塗膜がゲル化し、固体化したシリカ湿潤ゲル層が形成された。
【００９２】
このシリカ湿潤ゲル層が形成された背面基材１をジメチルジメトキシシランの５重量％イソプロピルアルコール溶液中に浸し疎水化処理した後、減圧乾燥を行なって乾燥ゲルからなる多孔質シリカ層を得た。乾燥条件は、圧力０．０５ＭＰａ、温度５０℃で３時間であり、当該時間経過後に圧力が大気圧になってから降温した。乾燥された背面基材１は、最後に窒素雰囲気中で４００℃のアニール処理が施され、多孔質体層５への吸着物質が除去された。その結果、第１の実施例とほぼ同様の多孔質シリカ層からなる多孔質体層５が得られた。
【００９３】
次に、このように作製した蛍光体発光素子１１の特性を真空槽内において測定した。すなわち、蛍光体発光素子１１の電子供給層２と制御電極層４との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、エミッタ部１２から多孔質体層５に電子を放射させるとともに、制御電極層４とアノード電極７との間に３００Ｖの電圧を印加し、放射電流及び蛍光体発光輝度を測定した。その結果、第１の実施例とほぼ同じ放射電流密度と蛍光体発光輝度が得られた。
［第３の実施例］
本実施例では、第１の実施例と同様の手法により蛍光体発光素子１１を作製し、その際、多孔質体層５として用いる多孔質シリカ層の構造を変化させて、多孔質シリカ層の構造に対する蛍光体発光素子１１の特性の依存性を調べた。その結果、多孔質シリカ層におけるその全体に対する固体骨格部１７の体積比率（以下、単に固体骨格部１７の体積比率という）が１５％以上になると、加速された放射電子の平均的なエネルギーが散乱により低下するため、蛍光体の発光輝度が著しく低下することがわかった。また同様に、多孔質シリカ層を構成する粒子の大きさが２０ｎｍ以上になった場合も同様の理由により、発光輝度の低下が観測された。
【００９４】
以上より、充分強固な三次元ネットワークを形成するとともに放射電子を通過させる機能を有する多孔質シリカ層の好適な構造は以下の通りであることが示唆された。
【００９５】
すなわち、固体骨格部１７の体積比率（この体積比率は、多孔質体２０において固体骨格部１７が占める体積を多孔質体２０が占める体積（つまり、固体骨格部１７が占める体積と連続空孔１８が占める体積との和）により除した値として定義される）は、０％を越えかつ１５％以下であることが好ましく、３％以上１５％以下であることがより好ましい。３％未満では、固体骨格部１７の形状保持機能が不十分になる可能性があり、１５％を越えると放射電子のエネルギー損失が大きくなるからである。
【００９６】
また、固体骨格部１７を構成する粒子の粒径は、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。３ｎｍ未満では、粒子のネットワークが十分つながらない可能性があり、２０ｎｍを越えると放射電子のエネルギー損失が大きくなるからである。
【００９７】
さらに、本実施例において、多孔質体層５の好適な真空度（エミッタ部１２とアノード部１３との間の領域の気圧（気体圧力））について調べた結果、以下の通りであることが判明した。
【００９８】
すなわち、多孔質体層５の気圧は、１．３３×１０−３Ｐａ以上１．０１×１０５Ｐａ（大気圧）以下であることが好ましく、１．３３×１０−２Ｐａ以上１．３３×１０−１Ｐａ以下であることがより好ましい。
【００９９】
これは、放射電子のエネルギー損失は、一般には、気圧が低い（真空度が高い）程減少するが、本発明の蛍光体発光素子１１では、電子の加速領域が多孔質構造であるが故、電子の通り道である空孔部分における気体分子の存在確率が低く、その結果、電子が散乱されにくい。従って、多孔質体層５を真空雰囲気に維持するための真空ポンプや筐体の性能等を考慮すると、上述のような範囲が好適なものとなる。例えば、気圧が、従来例のように、１．３３×１０−４Ｐａであると、高性能な真空ポンプが必要とされるとともに、気密性の高い筐体が必要とされるのに対し、気圧が１．３３×１０−３Ｐａであると、通常の性能の真空ポンプで済むとともに、筐体（例えば、図１の筐体１０１）もそれ程高い気密性が必要とされないという利点がある。
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。図３において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【０１００】
図３に示すように、本実施形態の蛍光体発光素子１１は、エミッタ部４２がスピント型で構成されている。このエミッタ部４２は、第１の実施形態の蛍光体発光素子１１における電子供給層２、電子輸送層３、及び制御電極層４にそれぞれ相当する、下部電極２、ＳｉやＭｏからなる錐体構造物１９、及びゲート電極４を有しており、下部電極２とゲート電極４との間が絶縁体層１９によって絶縁されている。
【０１０１】
そして、ゲート電極４とアノード電極７との間、及び下部電極２とゲート電極４との間に、それぞれ、加速電圧及び制御電圧が印加される。
【０１０２】
これ以外の点は、第１の実施形態と同様である。
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。図４において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【０１０３】
図４に示すように、本実施形態の蛍光体発光素子２１は、第１の実施形態の蛍光体発光素子１１における蛍光体層６に代えて、多孔質蛍光体層２５が設けられている。この多孔質蛍光体層２５とアノード電極７とがアノード部２３を構成している。エミッタ部２２は第１の実施の形態におけるエミッタ部１２と同様に構成されている。これ以外の点は、第１の実施形態と同様である。
【０１０４】
次に、多孔質蛍光体層２５の形成方法含む蛍光体発光素子２１の作製方法及び特性を説明する。
【０１０５】
まず、蛍光体として用いるナノサイズの半導体微粒子（例えばＺｎＳｅ系、ＺｎＳ系、ＣｄＴｅ系）を水溶液法や共沈法と呼ばれる方法等で作製する。さらに、得られた半導体微粒子を溶媒中に分散した後、シリカ多孔質のゲル原料液に混合した。この混合液を、以下、第２のゲル原料液という。
【０１０６】
一方、半導体微粒子を混合していないシリカ多孔質のゲル原料液（以下、第１のゲル原料液という）を用意しておき、エミッタ部２２が形成された１背面基材の表面上に、第１のゲル原料液及び第２のゲル原料液を順にそれぞれ所定の厚さに塗布（印刷）した。その後、第１の実施形態と同様にゾル−ゲル反応を用いて乾燥ゲル構造を形成した。これにより、第１の実施形態で述べた多孔質体層５上に、シリカからなる多孔質体の空孔部分に半導体微粒子を分散させたナノコンポジット構造体からなる多孔質蛍光体層２５が形成された。なお、この場合における背面基材１上への第１及び第２の原料溶液塗布はスピンコートにより実施した。得られた多孔質蛍光体層２５の膜厚は５μｍ程度である。
【０１０７】
次いで、真空槽内で、以上のように作製した背面基材１と、第１の実施形態と同様に作製した前面基材８とを、多孔質蛍光体層２５とアノード電極７とが当接するようにして、貼り合わせた。これにより、本実施形態の蛍光体発光素子２１を得た。
【０１０８】
次に、このように作製した蛍光体発光素子２１の特性を真空槽内において測定した。すなわち、蛍光体発光素子２１の電子供給層２と制御電極層４との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、エミッタ部２２から多孔質体層５に電子を放射させるとともに、制御電極層４とアノード電極７との間に３００Ｖの電圧を印加し、放射電流及び蛍光体発光輝度を測定した。その結果、ナノサイズの多孔質構造からなる蛍光体層２５を採用したことで、実効的な蛍光体面積が大きくなると共に発光効率が向上したため、４００〜５００ｃｄ／ｍ２の発光輝度が得られた。
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。図５において図４と同一符号は、同一又は相当する部分を示す。
【０１０９】
図５に示すように、本実施形態の蛍光体発光素子２１では、第２の多孔質蛍光体層２５ｂが多孔質体層５内にも設けられている。その他の点は第３の実施形態と同様である。なお、第３の実施形態と同一の多孔質蛍光体層２５は、この第４の実施形態では、第１の多孔質蛍光体層２５ａと表記され、区別される。
【０１１０】
多孔質体層５内に多孔質蛍光体層２５を形成する方法は、第３の実施形態に準拠するのでその説明を省略する。本実施例に示されるように、放射電子の加速領域が従来例のように空間ではなく多孔質からなる固体構造体５で構成されているので、放射電子の加速領域内にも蛍光体層を配置することが可能となる。その結果、実質的な蛍光体領域を増やすことができるので、蛍光体の発光輝度をさらに向上させることが可能になる。
（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。図６において図１と同一符号は、同一又は相当する部分を示す。
【０１１１】
図６に示すように、本実施形態の蛍光体発光素子３１では、エミッタ部３２の電子輸送層１４の制御電極層４側の表面が負の電子親和力あるいは０に近い電子親和力を有している。そして、このようなエミッタ部３２が形成される背面基材１がサファイヤ基板で構成されている。アノード部３３は第１の実施形態におけるアノード部１３と同様に構成されている。これ以外の点は、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
具体的には、電子供給層２がｎ−ＧａＮで構成され、電子供給層２から制御電極層４まで電子を円滑に移動させる電子輸送層１４が、ノンドープでＡｌ含有比ｘが厚み方向に連続的に変化する傾斜組成を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘは０から１までほぼ連続的に増加する変数）で構成され、制御電極層４が白金（Pt）等の金属により構成されている。このような構成とすることにより、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる電子輸送層１４の表面は負の電子親和力が作用する状態にあり、非常に電子を放射しやすい状態となっている。
【０１１３】
次に、本実施形態の蛍光体発光素子３１の作製方法を説明する。
【０１１４】
ここでは、本実施形態を特徴付けるエミッタ部３２の形成方法を説明する。その他の部分の作製方法は、第１の実施形態と同様である。
【０１１５】
まず、サファイア基板１の上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic CVD)法によりトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ３）とを反応させて、ＧａＮバッファ層（図示せず）を形成した後、同様の反応ガスにシラン（ＳｉＨ４）を添加して、電子供給層であるｎ−ＧａＮ層２を形成する。
【０１１６】
次に、ドープガスであるＳｉＨ４の供給を停止した後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入して、Ａｌの添加量を徐々に増大させながらＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１４を形成し始め、途中よりＴＭＧの供給を徐々に減少させていくことによって、Ａｌ含有比の高いＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１４を連続的に形成する。
【０１１７】
そして最終的にＡｌ含有比ｘを１、つまりＧａ含有比を０にすることで、制御電極４側の表面をＡｌＮ層とした。このとき、高品質なＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１４を成長させるために、反応温度も徐々に変化させてもよい。このような手法により、電子供給層であるｎ−ＧａＮ層２、電子輸送層であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１４を連続的に、かつ高品質に形成することができる。本実施形態においては、ｎ−ＧａＮ層２の厚みを４μｍ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１４の厚みを０．０７μｍとした。なお、ｎ−ＧａＮ層２、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層、及びＡｌＮ層の形成方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、ＭＯＣＶＤ法に代えて、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等を用いて形成することも可能である。
【０１１８】
さらに、電子輸送層１４の表面上に制御電極層４を形成する。制御電極層４の材料は、適宜選択されるが、Pt、Au、Ni、Ti等を用いることが好ましい。また、制御電極層４の形成方法についても、特に限定されるものではないが、電子ビーム蒸着法が一般的である。本実施形態では、制御電極層４の厚みを５〜１０ｎｍとした。
【０１１９】
次いで、真空槽内で、エミッタ部３２及び多孔質体層５が形成された背面基材１とアノード部３３が形成された前面基材８とを、多孔質体層５とアノード部３３とが当接するようにして貼り合わせ、それによって、図６に示すような蛍光体発光素子３1を作製した。
【０１２０】
次に、このように作製した蛍光体発光素子３１の特性を真空槽内において測定した。すなわち、蛍光体発光素子３１の電子供給層２と制御電極層４との間に制御電極側を正とした電圧を印加し、エミッタ部３２から多孔質体層５に電子を放射させるとともに、制御電極層４とアノード電極７との間に３００Ｖの電圧を印加し、放射電流及び蛍光体発光輝度を測定した。その結果、放射電流密度として数百ｍＡ／ｃｍ２の値が観測され、約５００ｃｄ／ｃｍ２の発光輝度が得られた。
（第６の実施形態）
第１乃至第５の実施形態では、単独の蛍光体発光素子を例示したが、これらを二次元的に複数個配置し、個々の発光量を制御することにより、画像や文字を表示する装置に適用することができる。
【０１２１】
図７は、本発明の第６の実施形態に係る画像描画装置の構成を模式的に示す断面斜視図である。図７において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【０１２２】
図７に示すように、本実施形態の画像描画装置では、背面基材１上に複数本（ここでは３本）の短冊状の下部電極２が一定の間隔で互いに平行に形成されている。下部電極２は電子供給層として機能する。各下部電極２の上には、帯状の多孔質ポリシリコン層３がそれぞれ形成されている。多孔質ポリシリコン層３は電子輸送層として機能する。そして、多孔質ポリシリコン層３の上に、複数本（ここでは３本）の短冊状の上部電極４が一定の間隔で互いに平行にかつ下部電極２に直交するように形成されている。上部電極４は制御電極として機能する。そして、このように下部電極２、多孔質ポリシリコン層３、及び上部電極４が形成された背面基材１の表面上に多孔質体層５が形成されている。
【０１２３】
一方、前面基材８の内面（下面）にはアノード電極７及び蛍光体層６が形成されている。そして、この前面基材８が、蛍光体層６と背面基材１の多孔質体層５とが当接するように背面基材１に対向して配置されている。
【０１２４】
下部電極２及び上部電極には、図１における制御電源９に相当するエミッタ部駆動用のドライバ１５及び１６がそれぞれ接続されている。また、上部電極とアノード電極との間には加速電源（図７には示さず。図１参照。）が接続されている。
【０１２５】
つまり、本実施の形態の画像描画装置は、通常（単純）マトリックス駆動と呼ばれる画像描画方式を採用している。通常マトリックス駆動方式では、平面視において、下部電極２と上部電極４とが交差する部分１１が画素を構成している。従って、この画像描画装置は、３行×３列＝９個の画素からなる画面を有している。一方、この画像描画装置における画素に相当する部分は、図１（第１の実施例）の蛍光体発光素子を構成しており、また、下部電極２と上部電極４とが重なる部分１２が蛍光体発光素子１１のエミッタ部を構成している。従って、この画像描画装置においては、図１の蛍光体発光素子が二次元的に複数個（ここでは９個）配置されていることになる。
【０１２６】
このように構成された画像描画装置では、一対のドライバ１５，１６に対して同期信号に併せて画像データが入力されると、その画像データに応じて、特定の画素の蛍光体発光素子１１におけるエミッタ部１２の電子放射面から、特定量の電子が多孔質体層５に放射され、この放射された電子がアノード電極７に印加されたアノード電圧により多孔質体層５内で加速されて蛍光体層６に衝突し、蛍光体層６が発光する。従って、蛍光体層６が画像データに応じて発光する。それ故、任意形状及び任意輝度の画像を画像データとしてこの画像描画装置に入力することにより、これを描画することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明に係る蛍光体発光素子は、画像描画装置として有用である。
【０１２８】
本発明に係る画像描画装置は、文字や画像を表示する表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の多孔質体層に用いられる多孔質体の微細構造を拡大して示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る画像描画装置の構成を模式的に示す断面斜視図である。
【図８】スピント型の冷陰極エミッタを利用した従来の蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】ＭＩＭ及びＢＳＤ型の冷陰極エミッタを利用した従来の蛍光体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  基材
２  電子供給層
３  電子輸送層
４  制御電極層
５  多孔質体層
６  蛍光体層
７  アノード電極層
８  前面基材
９  制御電源
１０  加速電源
１１，２１，３１ 蛍光体発光素子
１２，２２，３２，４２ エミッタ部
１３，２３，３３ アノード部
１４  負の電子親和力を持つ電子輸送層
１５、１６  駆動ドライバ
１７  固体骨格部
１８  連続空孔
１９  絶縁体層
２０  多孔質体
２５  多孔質蛍光体層
１０１  筐体
【図１】
0003705803.tif 000002
【図２】
0003705803.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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