(57)【要約】【課題】電子線源から放射された電子線によって励起されて発光する半導体発光素子を備えてなる電子線励起型光源において、電子放射層からの電子線がグリッドの電子線通過口の近傍位置に衝突することによってグリッドから発生するガスや、電子放射層が加熱されて発生するガスが、グリッドとシールド部材間の空間に充満することを防止して、充満ガスに起因する異常放電を防止する構造を提供することである。【解決手段】前記グリッドには、電子通過口が形成されているとともに、その周辺の、前記シールド部材の電子放出開口に対向しない位置に、当該グリッドと前記シールド部材との間の空間に連通するガス排出口が形成されていることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と、この電子線源から放射された電子線によって励起されて発光する半導体発光素子とを備えてなる電子線励起型光源において、
前記電子線源は、カソード基板と、当該カソード基板上に形成された電子放射層と、当該電子放射層上に設けられたシールド部材と、当該シールド部材より電子放射方向に離間して設けられたグリッドからなり、
前記シールド部材には電子放出開口が形成され、
前記グリッドには、前記電子放出開口に対向する位置に電子通過口が形成されているとともに、前記電子放出開口に対向しない位置に、当該グリッドと前記シールド部材との間の空間に連通するガス排出口が形成されていることを特徴とする電子線励起型光源。
【請求項２】
前記シールド部材には、前記ガス排出口に対向した位置に、位置合わせ用の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子線励起型光源。
【請求項３】
前記グリッドにおける前記電子通過口と前記ガス排出口との離間距離は、前記グリッドと前記シールド部材との離間距離より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子線励起型光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子線励起型光源に関するものであり、特に、電子線源から放射された電子線によって励起されて発光する半導体発光素子を備えた電子線励起型光源に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
電子線源からの電子線によって半導体発光素子を発光させる電子線励起型光源は、小型で出力の高い紫外線を放射する光源として期待されている。
図５は、従来の電子線励起型光源の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。この電子線励起型光源は、レーザ光を放射するものであって、内部が負圧の状態で密閉された真空容器８０を備え、該真空容器８０には光透過窓８１が形成されている。この真空容器８０内には、光透過窓８１の内面に、半導体発光素子８２の両面に光反射部材８３、８４が配置されてなるレーザ構造体８５が配置されると共に、当該真空容器８０の底壁の内面には、電子線を照射する電子線源９０がレーザ構造体８５に対向するよう配置されていて、前記半導体発光素子８２に電子線を照射する。
前記半導体発光素子８２および電子線源９０は、真空容器８０の外部に設けられた、加速電圧を印加するための電子加速手段８７に電気的に接続されている。このような構造の電子線励起型光源は、特許３６６７１８８号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
このような電子線励起型光源においては、電子線源９０から放出された電子は、半導体発光素子８２と電子線源９０との間に印加された加速電圧によって加速されて電子線が形成され、この電子線が光反射部材８４を介して半導体発光素子８２に入射されることにより、半導体発光素子８２から光が放射され、この光は、光反射部材８３、８４によって共振されることにより、レーザ光として光透過窓８１を介して外部に放射される。
【０００４】
ところで、このような電子線励起型光源の電子線源としては、特開２００７−１０９５１４号公報（特許文献２）に開示されるような、カーボンナノチューブからなる電子放射層を有する電子線源が知られている。
かかる従来の電子線源を、図６を用いて説明する。
電子線源は、電子を放出するカソード基板３１と、電子通過口３４１を有するステンレス製のグリッド３４とを有し、該カソード基板３１とグリッド３４の間に高電圧を印加し、カソード基板３１からグリッド３４に向けて電子を放出するものである。
【０００５】
そして、前記カソード基板３１のグリッド３４に対向する上面には、電子を放出しやすいカーボンナノチューブからなる電子放射層３２が電界放出型エミッタとして形成されている。
また、この電子放射層３２上にはシールド部材３３が設けられており、電子放射層３２から放射された電子が、グリッド３４に衝突して該グリッド３４が加熱されることを防止するものである。そして、該シールド部材３３には電子放射層３２から放射された電子を放出するための電子放出開口３３１が形成されている。
また、このシールド部材３３の上方には、スペーサ３６を介して電子放射方向に離間して前記グリッド３４が電気的に絶縁状態で設けられている。該グリッド３４の中央部には電子通過口３４１が形成されており、該電子通過口３４１は、前記シールド部材３３の電子放出開口３３１に対向する位置に設けられている。
【０００６】
ところで、このような構造の電子線源では、以下のような問題があった。
図７に示すように、電子放射層３２から放射されて、シールド部材３３の電子放出開口３３１から放出された電子は、上方のグリッド３４の電子通過口３４１から通過していくが、どうしてもその一部の電子が依然として、グリッド３４の電子放出開口３４１の開口近傍位置３４ａに衝突することが避けられず、これによりグリッド３４からは、酸素や水素などのガスが放出され、シールド部材３３とグリッド３４との間の空間Ｓにガスが充満される。
また、電子放射層３２が加熱されることによって、二酸化炭素や水素などのガスが放出されることもあって、前記空間Ｓにはこれらのガスが合わさって充満する。
このように、シールド部材３３とグリッド３４との間の空間Ｓにガスが充満すると、シールド部材３３とグリッド３４との間で、異常放電Ｄが発生し、その異常放電Ｄの放電起点が電子放射層３２の表面に移動して、電子放射層３２が破損し、電子線の放射特性が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３６６７１８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、電子線源から放射された電子線によって励起されて発光する半導体発光素子を備えてなる電子線励起型光源において、電子線源における電子放射層から放射された電子が、シールド部材の電子放出開口を経て上方のグリッドの電子通過口の開口近傍位置に衝突することによってグリッドから放出されたガスや、加熱された電子放射層から放出されたガスが、シールド部材とグリッドとの間の空間Ｓに充満してしまうことを防止して、シールド部材とグリッドとの間での前記ガスに起因する異常放電の発生を未然に防止して、電子放射層の損傷を回避し、電子線放射特性の低下を防止できる構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明に係る電子線励起型光源においては、シールド部材上方のグリッドに、前記シールド部材の電子放出開口に対向した位置に電子通過口を形成するとともに、該電子放出開口に対向しない位置に、当該グリッドと前記シールド部材との間の空間に連通するガス排出口が形成されていることを特徴とする。
また、前記シールド部材には、前記ガス排出口に対向した位置に、位置合わせ用の凹部が形成されていることを特徴とする。
また、前記グリッドにおける前記電子通過口と前記ガス排出口との離間距離は、前記グリッドと前記シールド部材との離間距離より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子線励起型光源によれば、電子線源の電子放射層からの電子がグリッドの電子通過口の近傍位置に衝突して、該グリッドからガスが放出されたり、電子放射層が加熱されてガスが放出されたりしても、このガスは、グリッドに設けたガス排出口から排出されるので、グリッドとシールド部材の間の空間に充満することがなく、グリッドとシールド部材間に異常放電が発生することを防止できる。
これにより、電子放射層が損傷することがなく、安定的に電子放射特性が維持されるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電子線励起型光源の全体図。
【図２】本発明の電子線源の上面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）。
【図３】他の実施例の上面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）。
【図４】更に他の実施例の上面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）。
【図５】従来の電子線励起型光源の全体図。
【図６】従来の電子線源の上面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）。
【図７】従来例の不具合を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の電子線源を有する電子線励起型光源１の一例の全体構成の概略を示す説明図であり、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は平断面図である。
この電子線励起型光源１は、内部が負圧の状態で密閉された外形が直方体状の真空容器１０を有し、この真空容器１０は、上面に開口を有する容器基体１１と、この容器基体１１の開口に配置されて当該容器基体１１に気密に封着された光透過窓１２とによって構成されている。
【００１３】
真空容器１０内には、底壁から立設された支持台２１に半導体発光素子２０が支持固定されていて、その上面の光出射面２０ａが光透過窓１２に離間して対向するよう配置されるとともに、側面の電子線入射面２０ｂが、半導体発光素子２０の側方に配置された電子線源３０と対向配置されている。
半導体発光素子２０および電子線源３０は、真空容器１０の内部から外部に引き出された導電線を介して、真空容器１０の外部に設けられた、加速電圧を印加するための電子加速手段に、半導体発光素子２０が正極、電子線源３０が負極となるよう電気的に接続されている。
例えば、加速電圧は、６〜１２ｋＶであることが好ましい。加速電圧が過小である場合には、高い光の出力を得ることが困難となる。一方、加速電圧が過大である場合には、半導体発光素子２０からＸ線が発生しやすくなり、また、電子線のエネルギーにより、半導体発光素子２０がダメージを受けやすくなるため、好ましくない。
【００１４】
次に、図１における電子線源３０を、図２を用いて詳細に説明する。
電子線源３０は、カソード基板３１と、このカソード基板３１上に形成されたカーボンナノチューブからなる電子放射層３２と、この電子放射層３２上に設けられたステンレス製のシールド部材３３と、このシールド部材３３の電子放射方向の上方に設けられたステンレス製のグリッド３４とからなり、シールド部材３３とグリッド３４は絶縁部材からなるスペーサ３６によって離間している。
【００１５】
前記シールド部材３３には、中央に電子放出開口３３１が形成され、前記グリッド３４にはこの電子放出開口３３１に対向する位置に電子通過口３４１が形成されている。それとともに、該グリッド３４には、前記電子放出開口３３１に対向しない位置に、即ち、前記電子通過口３４１とは一致しない位置に、
より具体的には、電子通過口３４１の周辺に、複数個のガス排出口３４２が形成されていて、このガス排出口３４２は、前記シールド部材３３と前記グリッド３４の間の空間Ｓに連通している。
また、前記グリッド３４のガス排出口３４２と電子線通過口３４１との距離Ｌは、グリッド３４とシールド部材３３との離間距離ｄよりも大きくとることが好ましい。こうすることで、電子通過口３４１とガス排出口３４２の距離を十分に離れるように確保できるので、ガス排出口３４２から排出されたガスの気流によって、電子通過口３４１を通過した電子が曲げられることなく、直進することができるものである。
【００１６】
図２の構造を有する前記電子線源３０は、図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、真空容器１０内で支持脚３８によって支持されて、グリッド３４の電子通過口３４１が前記半導体発光素子２０の電子線入射面２０ｂに対向配置される。なお、電子線源３０の前方には、電子線結束用電極４０が支持脚４１によって支持されて配置されている。
【００１７】
図２の電子線源３０によれば、グリッド３４にガス排出口３４２を設けることにより、グリッド３４の電子放出開口３４１の開口近傍位置３４ａに電子が衝突してグリッド３４から酸素や水素などのガスが放出され、あるいは、電子放射層３２が加熱されることによって、二酸化炭素や水素などのガスが放出されて、グリッド３４とシールド部材３３との間の空間Ｓにガスが放出されても、ガス排出口３４２からガスが放出されるので、該空間Ｓに滞留・充満することがなく、シールド部材３３とグリッド３４との間での異常放電の発生を防止することができる。これにより、電子放射層３２が破損せず、電子線源から所望の電子が放射され、電子線励起型光源から安定な光出力が得られる。
【００１８】
図３に、本願発明の電子線励起型光源の電子線源の他の実施例が示されている。
この実施例では、図２の実施例に対して、シールド部材３３に位置合わせ用の凹部３３２が形成されている点で異なる。該凹部３３２はグリッド３４のガス排出口３４２に対向した位置に形成されている。こうすることにより、電子線源の組み立て時に、シールド部材３３の凹部３３２と、グリッド３４のガス排出口３４２を用いて位置合わせすることによって、シールド部材３３の電子放出開口３３１とグリッド３４の電子通過口３４１を正確に位置合わせすることができる。これにより、シールド部材３４の電子放出開口３３１からの電子がグリッド３４の電子通過口３４１を正確に通過し、グリッド３４の電子通過口３４１の近傍位置への電子の衝突を極力減らし、かつ、半導体発光素子への電子線の照射を効率よいものとすることができるという効果を奏する。
【００１９】
図４は、電子線源の更に他の実施例であって、２つの別の実施例を同じ図面で表している。
即ち、そのひとつの実施例では、グリッド３４のガス排出口３４２ａが矩形状であり、同時にシールド部材３３の位置合わせ用の凹部３３２ａがこれと同形状の矩形状である。
また、他の実施例では、前記ガス排出口３４２ｂと前記位置合わせ用凹部３３２ｂが、略コ字形状となっている。
これらの実施例では、直角に交わる２辺が形成されているために、位置合わせ操作が簡便化し、かつ正確になされる。
【００２０】
なお、図２〜図４に係る本発明の電子線源３０は、半導体発光素子２０との対応配置においては、図１に示すような対応関係のみならず、従来例として示した図５に示すような対応関係であってもよく、さまざまな対応配置が採用できるものである。
【００２１】
以上説明したように、本発明の電子線励起型光源は、シールド部材とグリッドを備えた電子線源において、前記グリッドに電子通過口とは別にガス排出口を形成して、グリッドとシールド部材の間の空間に連通させたので、電子放射層から放射されてシールド部材の電子放出開口から放出された電子の一部がグリッドの電子通過口の近傍位置に衝突して、グリッドからガスが発生したり、また、電子放射層が加熱されてガスが放出されたりすることがあっても、これらガスが前記ガス排出口から逃げるので、グリッドとシールド部材間の空間に充満することがない。そのため、グリッドとシールド部材あるいは電子放射層間に異常放電が発生することを防止できるものである。
加えて、シールド部材に位置合わせ用の凹部を形成することによって、グリッドのガス排出口を利用してグリッドとシールド部材の位置合わせをすることができるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２２】
１        電子線励起型光源
１０      真空容器
１１      容器基体
１２      光透過窓
２０      半導体発光素子
２０ａ    光出射面
２０ｂ    電子線入射面
３０      電子線源
３１      カソード基板
３２      電子放射層
３３      シールド部材
３３１    電子放出開口
３３２    位置合わせ用凹部
３３２ａ  位置合わせ用凹部（矩形状）
３３２ｂ  位置合わせ用凹部（コ字形状
３４      グリッド
３４１    電子通過口
３４２    ガス排出口
３４２ａ  ガス排出口（矩形状）
３４２ｂ  ガス排出口（コ字形状）
３６      スペーサ
４０      電子線集束用電極
【図１】
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【図２】
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【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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