(57)【要約】【課題】薄膜形成のプロセス、真空系又はキャリア増倍層を必要とせず、発光効率が良好で大型ディスプレイを作製したときの消費電力が比較的小さい発光素子及び表示装置を提供する。【解決手段】気体層(100)と誘電体層(10)と多孔質発光体層(2)とＡ電極(6)とＢ電極(7)からなる一対の電極及びＣ電極(17)を含む発光素子(1)であって、多孔質発光体層(2)は誘電体層(10)に接して配置され、気体層(100)は多孔質発光体層(2)に接して配置され、Ａ電極(6)とＢ電極(7)からなる一対の電極は誘電体層(10)の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、Ｃ電極(17)は誘電体層(10)に電界が印加されるように誘電体層(10)に接して配置されている。Ａ電極(6)とＢ電極(7)の電極間の電圧が気体の絶縁破壊電圧に達すると一次電子が発生し、発光体層に注入され、沿面放電（電子雪崩）が発生し発光する。その際、Ｃ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光強度を調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、
前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、
前記気体層は前記多孔質発光体層に接して配置され、
前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、
前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記多孔質発光層で沿面放電を発生させ、前記多孔質発光体層を構成する蛍光体粒子の発光中心を励起させて発光させる請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記一対の電極に交番電圧を印加することにより、前記気体層で絶縁破壊を起こして一次電子と紫外線を発生させ、前記多孔質発光体層を励起し、前記多孔質発光層を発光させる請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記一次電子により前記多孔質発光体層で沿面放電による電子を増加させる請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記多孔質発光体層の発光時におけるＡ電極とＢ電極間のインピーダンスＺAB、Ａ電極とＣ電極間のインピーダンスＺAC及びＣ電極とＢ電極間のインピーダンスＺCAの関係は、
ＺAB＞ＺAC＋ＺCB
である請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記一対の電極であるＡ電極とＢ電極の間の気体層は、常圧、負圧又は加圧の状態で存在している請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記気体層が希ガス、大気、酸素、窒素又はその混合物からなる請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記多孔質発光体層は１画素ごとに分けられ、隣接する多孔質発光体層の間に隔壁を設けている請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記多孔質発光体層は、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）を発光する請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記多孔質発光体層は、多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子により構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子の表面が絶縁層でコーティングされている粒子とその空隙で構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記蛍光体粒子の平均粒径と前記蛍光体粒子の表面に形成された絶縁層の厚さの関係は、前者１に対して後者が１／１０〜１／５００の範囲にある請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記多孔質発光体層は、多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子と絶縁性繊維を含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記多孔質発光体層は、多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子と誘電体粒子を含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記多孔質発光体層は、多孔質発光体層表面につながる連続する細孔と、細孔に充填されている気体と、蛍光体粒子と誘電体粒子と絶縁性繊維を含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記多孔質発光体層の密度は、理論密度の１０〜９０％の範囲にある請求項１に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる一対の電極は表示電極であり、前記Ｃ電極はアドレス電極である請求項１に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記気体層は、１μｍ以上３００μｍ以下の範囲である請求項１に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記多孔質発光体層の厚さは、４０〜２８０μｍの範囲である請求項１に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記誘電体層の厚さは、１０〜５０００μｍの範囲である請求項１に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる一対の電極に電界を印加し、前記Ｃ電極に電界を印加することにより、前記多孔質蛍光体層の発光強度を変え、輝度調整を行う請求項１に記載の発光素子。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の発光素子を備え、前記発光素子は１色又は複数色の発光セルとして複数配列されるとともに、各発光セルに対応する色の多孔質蛍光体層又はカラーフィルター層が配設され、前記多孔質蛍光体層が沿面発光する表示パネルを備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子及び発光素子アレイに関するものである。特に多孔質発光体層からなるものであり構成が簡単で製造が容易であり、低消費電力であり、かつ大型ディスプレイ用として好適である発光素子及び表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型のフラットディスプレイとして液晶ディスプレイやプラズマディスプレイが広く使用されるようになってきているが、さらに高画質、高効率であるディスプレイを追求する開発が進められている。このようなディスプレイの候補として、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）や電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）がある。非特許文献1にはＥＬＤについて、概ね次のように記載されている。発光層である蛍光体に絶縁層を介して電界を加える構造を基本とするものであり、有機分散型と薄膜型が知られている。有機分散型は不純物のＣｕなどを添加したＺｎＳの粒子を有機物中に分散させ、この上に絶縁層を形成し、上下の電極で挟持する構造を有する。不純物は蛍光体粒子中にｐｎ接合を形成し、電界が印加されると接合面に発生する高電界により放出された電子が加速されたのち、正孔と再結合して発光する。薄膜型は発光層であるＭｎドープＺｎＳなどの蛍光体薄膜が絶縁体層を介して電極を配置する構造を有している。絶縁体層が存在することにより発光層には高電界を印加することが可能となり、電界で加速された放出電子が発光中心を励起し発光する。
【０００３】
一方、ＦＥＤは真空容器中に電子放出素子とこれに対向させた蛍光体よりなる構造を有し、電子放出素子により真空中に放出された電子を加速して蛍光体層に照射し発光させるものである。
【０００４】
いずれのデバイスも電子放出が発光のきっかけとなるため、低電圧、高効率で電子を放出する技術が重要である。このような技術として誘電体の分極反転による電子放出が着目されている。例えば、下記非特許文献２には、図２２で示すように、一方の面に設置された平面電極３２と他方の面に設置された格子状電極３３を有するＰＺＴセラミック３１を真空容器３６中でグリッド電極３５を介して白金電極３４に対向させ、電極間にパルス電圧を印加することにより、電子が放出されることを提案している。３７は排気口である。同提案によれば、容器内の圧力は1.33Pa(10-2Torr)であり、大気圧では放電しないと記載されている。
【０００５】
誘電体の分極反転により放出される電子を真空容器中で加速し、蛍光体層を発光させること、あるいはこの発光を用いたディスプレイは、下記特許文献１や下記特許文献２にも記載されているが、基本的な構成は非特許文献２の白金電極に代えて、蛍光体層を有する電極とする構成により、蛍光体層を発光させるものである。
【０００６】
一方、強誘電体の分極反転による放出電子を非真空中で用いた発光素子は例えば、下記特許文献３に電気発光面光源素子として開示されている。この素子は、図２３に示すように、基板４５上に下部電極４２、強誘電体薄膜４１、上部電極４３、キャリア増倍層４８、発光層４４、透明電極４６の順で形成されており、上部電極は開口部４７を有している。下部電極と上部電極間の印加電圧パルスを反転させることにより電子が上部電極開口部よりキャリア増倍層に放出され、さらに透明電極に印加された正の電圧により加速され、電子を増倍しつつ発光層に達して発光する。キヤリア増倍層は比誘電率が比較的低く、かつ発光層で放出される発光波長を吸収しないバンドギャップを有する半導体で構成されていることが記載されている。この素子は、一種のＥＬＤと考えることができる。また、特許文献４には、スパッタにより形成された蛍光体からなる発光層を表裏の絶縁層で挟持してパルス電界を印加する構成において、一方の絶縁体が強誘電体薄膜からなる構成が開示されている。
【０００７】
さらに、下記特許文献５には蛍光体層を有するカラー表示装置が開示されていて、図２４にその部分拡大図を示すようにガラス基板５１の上にはＸ電極５２及び誘電体層５３が配置され、もう１つのガラス基板５６にはＹ電極５５が配置されＹ電極５５の上に蛍光体層５４を全面的に形成した後その上を誘電体層５３で覆ってガス放電空間５９に接して対向させたものである。
【特許文献１】特開平０５−２１６５３０号公報
【特許文献２】米国特許第５４５３６６１号明細書
【特許文献３】特開平０６−２８３２６９号公報
【特許文献４】特開平０８−０８３６８６号公報
【特許文献５】特開昭４８−４５１６９号公報
【非特許文献１】松本正一編著、「電子ディスプレイ」、オーム社、平成７年７月７日、ｐ．１１３−１２５
【非特許文献２】Junichi Asano 他、'Field-Exited Electron Emission from Ferroelectric Ceramic in Vacuum' Japanese Journal of Applied Physics Vol.31 Part 1 p.3098-3101、Sep/1992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の従来技術において真空を要するものは構造が複雑であり、かつ高価になるといった問題がある。例えば、プラズマディスプレイは大型のパネルを構成できるが、真空容器を必要とし、かつ放電空間を形成する必要があるため構造が複雑で高価なものとなっている。また、プラズマディスプレイは放電エネルギーが一旦紫外線エネルギーに変換され、紫外線が蛍光体の発光中心を励起することによって発光させるため発光効率を高くすることが困難であり、大型ディスプレイを作製したとき消費電力が大きくなるといった問題がある。また、薄膜ＥＬを用いるものは薄膜形成プロセスを用いるため、設備が大規模になるといった問題がある。さらに、大画面のディスプレイの作製が困難であり、製品化されたものは知られていない。
【０００９】
本発明は、多孔質発光体層で構成される発光体からなるものであり、製造が容易な発光素子及び表示装置を提供する。また、多孔質発光体層を用いることにより発光効率が高く、低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な発光素子及び表示装置を提供する。さらに、本発明の発光素子は気体に電界を印加して気体層の絶縁破壊により発生する一次電子で多孔質発光体層を照射し、発光効率が良好な発光素子と表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発光素子は、気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、前記気体層は前記多孔質発光体層に接して配置され、前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の表示装置は、前記の発光素子を備え、前記発光素子は１色又は複数色の発光セルとして複数配列されるとともに、各発光セルに対応する色の多孔質蛍光体層又はカラーフィルター層が配設され、前記多孔質蛍光体層が沿面発光する表示パネルを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子は、多孔質発光体層で構成される発光体からなるものであり、製造が容易な発光素子及び表示装置を提供できる。また、多孔質発光体層を用いることにより発光効率が高く、低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な発光素子及び表示装置を提供できる。さらに、本発明の発光素子は気体に電界を印加して気体層の絶縁破壊により発生する一次電子で多孔質発光体層を照射し、発光効率が良好な発光素子と表示装置を提供できる。
【００１３】
また、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
【００１４】
また、本発明の発光素子は前記のＡ電極とＢ電極間に電圧を印加する。印加電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると前記気体層で一次電子と紫外線が発生する。この時発生した電子は誘電体層の影響で多孔質発光体層の方向に引っ張られ、電子が多孔質発光体層に注入される。そのため多孔質構造を有する発光体層では沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。また、気体層で発生した紫外線により多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。
【００１５】
その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に０バイアスや＋バイアスを印加すれば、多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を上げ、その結果として発光の程度が増強される。逆に−バイアスを印加すれば多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を下げ、結果として発光の程度が抑制される。このように本発明は誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整でき、発光輝度の階調表示ができる。
【００１６】
さらに、本発明の発光素子は発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子から構成される発光素子アレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の発光素子は気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように配置し、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
【００１８】
具体的には下記の構成を含む。
(i)  気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、隔壁間に前記誘電体層に接して前記多孔質発光体層を配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記隔壁の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記隔壁に接して設け、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(ii)  気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、前記誘電体に凹部と凸部を設け、前記誘電体の前記凹部に前記多孔質発光体層を前記誘電体層に接して配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記誘電体の前記凸部の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記誘電体の凸部に接して配置し、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(iii)  気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記気体層の少なくとも一部は前記Ａ電極と前記Ｂ電極を結ぶ直線上に位置し、かつ前記多孔質発光体は前記誘電体層に接して配置され、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(iv)  気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、隔壁間に前記誘電体層に接して前記多孔質発光体層を配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記隔壁の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記隔壁に接して設け、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に埋設する。
【００１９】
上記のように構成することにより、前記のＡ電極とＢ電極間に交番電圧を印加し、印加電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、前記気体層で一次電子と紫外線が発生する。この時発生した電子は誘電体層の影響で多孔質発光体層の方向に引っ張られ、電子が多孔質発光体層に注入される。そのため多孔質構造を有する発光体層では沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて多孔質発光体層が均一に満遍なく発光する。また、気体層で発生した紫外線により多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に０バイアスや＋バイアスを印加すれば、多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を上げ、その結果として発光の程度が増強される。逆にバイアスを印加すれば多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を下げ、その結果として発光の程度が抑制される。このように本発明は誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整し、発光輝度の階調表示ができる。
【００２０】
上述のように、本発明の発光素子は気体層と誘電体層と多孔質発光体層とＡ電極とＢ電極からなる一対の電極及びＣ電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記Ａ電極と前記Ｂ電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように配置し、前記Ｃ電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
【００２１】
前記気体層の間隙は任意のものとすることができるが、１μｍ以上３００μｍ以下の範囲で設けることが好ましい。１μｍ未満では間隙の制御が困難となる傾向になり、３００μｍを超えると絶縁破壊を起こすのが困難となる傾向にある。一般的に大気中での空気の絶縁破壊は３ｋＶ／ｍｍで、３００Ｖ以上（１００μmの間隙で）の電界を印加する必要がある。減圧すれば３００Ｖ以下で絶縁破壊が起こるが、高電圧をかけるとセル構造の色々な箇所にダメージを生ずる。したがって、ダメージを生じない程度の電圧をかけるために前記間隔の範囲が好ましい。前記間隔は１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。
【００２２】
本発明の多孔質発光体層の形成には薄膜形成プロセス、真空系、キャリア増倍層等を必要としないものであり、それを用いて構成される発光素子自体の構造も比較的簡単であり、製造が容易であるという特徴を有している。また、本発明の発光素子は気体層で絶縁破壊を発生させ、その結果、放出される一次電子と紫外線を多孔質構造の発光体層中に注入し、一次電子により発光体層で沿面放電を発生させて蛍光体粒子の発光中心を励起、さらに紫外線励起により発光させるという点に特徴があり、そのため本発明の発光素子は発光効率が良好であり、ディスプレイを作製した際の消費電力が比較的小さいものとなる。さらに、本発明の発光素子は隣接する多孔質発光体層間に発光色の分離手段として隔壁を設けることにより、発光の際のクロストークを容易に回避することが可能である。
【００２３】
ここでクロストークとは、ある画素と隣り合う画素同士の発光が互いに影響して発光効率を落とす現象をいう。
【００２４】
本発明の放電分離手段は、特に隔壁及び／又は空間等を設けて構成することが好ましい。前記多孔質発光層を分離する隔壁は、厚さ８０〜３００μｍの電気的絶縁体とするのが好ましい。
【００２５】
隔壁にする場合は、無機材料で形成するのが好ましい。無機材料としては、ガラス、セラミック、誘電体等を使用することができる。誘電体としては、Y2O3,Li2O,MgO,CaO,BaO,SrO,Al2O3,SiO2,MgTiO3, CaTiO3,BaTiO3,SrTiO3,ZrO2,TiO2,B2O3,PbTiO3,PbZrO3,PbZrTiO3(PZT)等がある。
【００２６】
本発明は、一対の電極間に交番電界を印加することにより、放出された電子が多孔質発光体層で雪崩的に沿面放電を発生させる。その結果、放出された電子により発光中心を励起して前記多孔質発光体を発光させる。なお、前記の交番電界の代わりに直流電界でも差し支えない。
【００２７】
次に本発明の表示装置は、前記発光素子を用いて例えば全画素から白色光を発光させ、カラーフィルター層を用いて各画素ごとにカラー表示しても良いし、各画素をＲ，Ｇ，Ｂ色の発光セルとして複数配列させてカラー表示しても良い。
【００２８】
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。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における発光素子の断面図であり、図２乃至図６は本実施の形態における発光素子の製造工程を説明するための図である。これらの図において１００は気体層、１は発光素子、２は多孔質発光体層、３は蛍光体粒子、４は絶縁層、５は基板、６はＡ電極、７はＢ電極、８は透光性基板、１０は誘電体層、１１は隔壁及び１７はＣ電極である。また、図７は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図であり、図８は本実施の形態における他の発光素子の断面図である。さらに、図９は本実施の形態におけるＣ電極に印加される電圧の一例を示す図であり、図１０と図１１は本実施の形態におけるＡ電極とＢ電極間に交番電圧を印加により発生した一次電子がＣ電極に正電圧と負電圧がそれぞれ印加されたときにどの様に加速されるかの状態を示す模式図である。
【００３０】
図２に示すように、厚さ約１ｍｍからなるセラミック製の基板５の片面にＡｇペーストを幅約３００μｍ、厚さ約３０μｍの厚さに焼き付けて、Ｃ電極１７を基板５の表面に形成した。次に、図３に示すように誘電体層１０をＣ電極１７の上に形成した。具体的には、ＢａＴｉＯ3系粉末４０ｗｔ％に対してガラス粉末１５ｗｔ％を混合した粉体にα−テルピネオール４０ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練したスラリーを調製し、これを所定の形状にスクリーン印刷してから乾燥し、大気中において４００〜６００℃で熱処理することにより、約２００μｍの厚さの誘電体層１０を形成した。このときの比誘電率εは５０〜１００であった。
【００３１】
本実施の形態では誘電体としてＢａＴｉＯ3系を用いたが、ＳｒＴｉＯ3系、ＣａＴｉＯ3系、ＭｇＴｉＯ3系、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3）系、ＰｂＴｉＯ3系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。また、Ａｌ2Ｏ3系、ＭｇＯ系、ＺｒＯ2系などの誘電体を用いても同様の効果が得られるが、比誘電率εが大きい前記誘電体に比べ発光度が弱くなった。しかしながら、これは誘電体層の厚みを薄くすることで改善できる。また、誘電体層にはスパッタ、ＣＶＤ、蒸着、ゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで誘電体層を形成することもできる。
【００３２】
もちろん、セラミック製の基板５と誘電体層１０を同一の誘電体の焼結体として用いてもよく、誘電体層の焼結体に直接Ｃ電極１７を焼き付けたものを使用すれば、特に基板５を使用しなくても構わない。誘電体の焼結体を用いた方が比誘電率は大きかった。
【００３３】
なお、使用したＢａＴｉＯ3系粉末は焼結体にしたときの比誘電率εが２０００になるように各種添加剤を混合した。誘電体層の厚さは焼結体を使用した場合や、厚膜プロセスで形成した場合ではかなり異なる。したがって、実際には誘電体層の厚さは容量成分と比誘電率を考慮して調整する。
【００３４】
次に、誘電体層１０の両端部にガラスペーストをスクリーン印刷もしくは転写して乾燥させる操作を複数回に亘って繰り返し行ってから、６００℃で焼結した。これにより、図４に示すように、厚さが約１００〜５００μｍの隔壁１１が形成された。また、隔壁１１は誘電体からなるセラミック粒子を含有するガラスペーストを用いて形成することも可能である。具体的には、ＢａＴｉＯ3とガラス（重量比で３：１）の混合粒子５０ｗｔ％に対してα−テルピネオール５０ｗｔ％を加えて混練したペーストを所定のパターンにスクリーン印刷してから乾燥することを繰り返し、印刷された厚さが約１２０〜６００μｍになるように調整し、Ｎ2雰囲気中において、４００〜６００℃で２〜５時間、熱処理することにより上述の厚さの隔壁１１が形成された。なお、薄膜形成技術を用いれば、多孔質発光体層２の厚さに対応させてかなり薄い隔壁１１を形成することも可能である。なお、図１において隔壁の幅は約５０μｍ、高さ約１５０μｍ、隔壁間の間隔は約２５０μｍである。
【００３５】
次に、誘電体層１０の上に多孔質発光体層２をスクリーン印刷で所定のパターン状に以下の要領で形成した。先ず、ＭｇＯ等の金属酸化物からなる絶縁層４で表面を被覆した蛍光体粒子３を準備した。蛍光体粒子３として、平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）等の無機化合物を用いることが可能である。その表面にＭｇＯからなる絶縁層４を形成する方法はいずれの蛍光体粒子についても共通であり、具体的にはＭｇプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子３を加えて長時間にわたって攪拌してから蛍光体粒子を取り出して乾燥後、大気中において４００〜６００℃で熱処理することにより、ＭｇＯの均一なコーティング層、すなわち絶縁層４を蛍光体粒子３の表面に形成させた。
【００３６】
本実施の形態においては上記の絶縁層４を有する蛍光体粒子５０ｗｔ％に対してα−テルピネオール４５ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製した。これをスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行うことにより、図５に示すように印刷された多孔質発光体層２を形成した。厚さは約１２０μｍ、幅約２００μｍになるように調整した。
【００３７】
なお、多孔質発光体層は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の内のいずれかの発光が得られるように作製した。実際の表示装置等においては発光色毎に多孔質発光体層を順々に所定のパターン（例えば、ストライプ状）にそれぞれ印刷して、規則的に並べた多孔質発光体層を形成した。また、白色発光が得られる発光層を形成し、しかるのちにカラーフィルターで色の分離を行うことにより、所望の発光色が得られるようにすることも可能である。
【００３８】
上記のようにして、多孔質発光体層２を印刷した基板５を最終的にＮ2雰囲気中において、４００〜６００℃で２〜５時間にわたって熱処理することにより、１００μｍの厚さの多孔質発光体層２を形成した。なお、多孔質発光体層の厚さは４０〜２８０μｍの範囲に亘って使用できるが、特に５０〜１２０μｍの範囲が好適である。
【００３９】
また、前記ペーストは蛍光体粒子に有機バンダーや有機溶剤を加えて調製したが、蛍光体粒子にコロイダルシリカ水溶液を加えたペーストを用いても同様の結果が得られた。
【００４０】
次に、図６に示すように隔壁１１の上に、約３０μｍの厚さのＡ電極６とＢ電極７からなる一対のＡｇやＰｔなどの電極を形成したガラス板等の透光性基板８を貼付することにより、図１に示すような本実施の形態の発光素子が得られた。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、上述のように多孔質発光体を形成してから隔壁を設けたが、隔壁を形成する順序は変更しても何ら差し支えない。例えば、図８に示す発光素子１では隔壁１１を最初に形成してから、Ｃ電極１７、誘電体層１０及び多孔質発光体層２をそれぞれこの順に形成した。なお、上述したように隔壁１１は上記の工程の途中で形成することも可能である。
【００４２】
また、図１に示す本実施の形態における発光素子では、一対の電極であるＡ電極６とＢ電極７は隔壁１１の上に隔壁と透光性基板で挟持するように設けられている。図７は本実施の形態における多孔質発光体層２の断面を拡大した模式図であり、ＭｇＯからなる絶縁層４で均一に被覆された蛍光体粒子３を熱処理した結果、それぞれの粒子は互いに点接触した状態で多孔質発光体層を形成している様子を示している。本実施の形態においては一次電子が図７に示す多孔質構造を有する発光体層に注入されると、多孔質発光体層で沿面放電を発生し、電子増倍と紫外線を生じるようになり、その結果、蛍光体粒子の発光中心が励起されて多孔質発光層全体が効率よく発光する。発光体層が緻密な状態で形成されていると、発光が層表面のみで起こり全体に発光せず効率が落ちる。
【００４３】
上述したように、本実施の形態においては電子照射に基づく発光であるため、発光効率に優れること、高輝度化が達成できること及び発光素子の駆動電圧の低減に寄与することができるという利点がある。
【００４４】
なお、本実施の形態においては発光素子の製造に際して、熱処理温度が比較的低く設定されているため、多孔質発光体層の気孔率は大きくなり、その密度は理論密度の１０〜９０％の範囲にある。気孔率が大きくなり、密度が理論密度で上記の範囲より小さくなると、発光効率が発光体層内部での気体放電がおこる。その結果、発光効率は低下することになり好ましくない。逆に、気孔率が１０％以下の場合、すなわち密度が理論密度で９０％より大きくなると、発光体層の内部での沿面放電の発生が阻害される。その結果、この場合も発光効率が低下する。因みに、密度が理論密度の１０〜９０％の範囲においては図７に示すように、蛍光体粒子が三次元的に隣り合うように互いに点接触している状態に近いものと推定される。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、蛍光体粒子３の表面をＭｇＯからなる絶縁層４で被覆したものを使用したが、これはＭｇＯの抵抗率が高く（１０9Ω・ｃｍ以上）、沿面放電を効率よく発生させることができるからである。絶縁層の抵抗率が低い場合には沿面放電が発生し難く、ときには蛍光体の一部が還元、短絡するおそれがあるため好ましくない。このような理由から蛍光体粒子は抵抗率が高い電気絶縁性金属酸化物で被覆することが望ましい。
【００４６】
勿論、使用する蛍光体粒子自体の抵抗率が高い場合には、絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生する。本実施例で使用したＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）で主として使用されるＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）等の蛍光体では、絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生した。但し、絶縁性金属酸化物で被覆したほうが蛍光体の還元や短絡による発光効率の劣化が抑えられる。
【００４７】
絶縁層としては、上記のＭｇＯ以外に、Ｙ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2から選択される少なくとも１つを用いることができる。これらの酸化物の標準生成自由エネルギーΔＧf0は非常に小さく（例えば、室温で−１００kcal/mol以下）安定な物質である。また、これらの絶縁層は抵抗率が高く、還元され難い物質であるため、電子による蛍光体粒子の還元や劣化を抑制する保護膜としても優れていて、その結果蛍光体の耐久性も高くなり好都合である。
【００４８】
また、絶縁層の形成には上述のゾル・ゲル法以外に化学吸着法や、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法、レーザ法、剪断応力法などを用いる物理吸着法によって行うことも可能である。絶縁層は均質、均一であって剥離しないことが望ましく、絶縁層を形成する際には蛍光体の粒子を酢酸、シュウ酸、クエン酸などの弱酸溶液に浸漬し、表面に付着している不純物を洗浄することが好ましい。
【００４９】
さらに、絶縁層を形成する前に蛍光体の粒子を窒素雰囲気中で２００〜５００℃、１〜５時間程度前処理することが望ましい。通常の蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでいる場合があり、このような状態で絶縁層を形成すると輝度低下や発光スペクトルのシフト等の寿命特性に好ましくない影響を及ぼすことになるからである。蛍光体の粒子を弱酸性溶液で洗浄する場合にはその後によく水洗してから上記の前処理を行う。
【００５０】
また、多孔質発光体層を形成する熱処理工程で留意すべきことは、熱処理温度と雰囲気である。本実施の形態では窒素雰囲気中で４５０〜１２００℃の温度範囲で熱処理を施したために、蛍光体にドープされた希土類原子の価数に変化がなかった。しかし、上記の温度範囲より高温で処理するときには希土類原子の価数が変化することや、絶縁層と蛍光体からなる固溶体が発生する可能性があり、注意が必要である。さらに、熱処理温度の上昇と共に多孔質発光体層の密度が大きくなることにも注意が必要であり、これらのことから判断すると熱処理温度としては４５０〜１２００℃の範囲が好ましい。熱処理雰囲気については、蛍光体粒子にドープされている希土類原子の価数に影響を及ぼさないようにするために窒素雰囲気が好ましい。
【００５１】
絶縁層の厚さは、本実施の形態では０．１〜２．０μm程度としたが、これは蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電を効率よく発生させることを考慮して決定される。蛍光体の平均粒径がサブミクロンオーダーになると、比較的薄く被覆する方がよい。絶縁層が厚くなると発光スペクトルのシフト、輝度低下等が発生するため好ましくない。逆に、絶縁層が薄くなると沿面放電がやや発生し難くなることが推定される。したがって、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者１に対して後者が１／１０〜１／５００の範囲にあることが望ましい。
【００５２】
また、Ａ電極６、Ｂ電極７に貴金属のＡｇ、Ｐｔ等を用いたが、これは発光時に金属の酸化が激しく起こるためである。従って、例えばＰＤＰで使用されているＭｇＯコートを用いればＣｕ、Ｎｉ等の卑金属を使用することが可能となる。
【００５３】
次に、この発光素子１の発光作用について図１を参照しながら説明する。発光素子１を大気中で駆動するために、図１のＡ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加する。電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【００５４】
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層１００で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。そうすると、Ａ電極とＢ電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では、注入された一次電子の影響で沿面放電（電子雪崩）が発生し、電子増倍を招くようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の強度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することができる。
【００５５】
なお、一対の電極であるＡ電極とＢ電極に印加する交流電界の波形を、正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は、正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子３の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【００５６】
本実施の形態においては大気中で発光素子１の一対の電極ＡＢ間に０．７０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．５０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
【００５７】
次に、電極Ａ−Ｂ間の電圧と、電極Ｃ−Ｇ（Ｇはグランド）間の電圧と発光強度の関係を説明する。図９Ａは電極Ａ−Ｂ間の電圧、図９Ｂは電極Ｃ−Ｇ間の電圧、図９Ｃは多孔質発光層の発光強度を示す。すなわち、電極Ａ−Ｂ間に１００Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加し、電極Ｃ−Ｇ間に５０Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加すると、電極Ａ−Ｂ間の電圧がＨと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＬとなる領域、及び電極Ａ−Ｂ間の電圧がＬと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＨとなる領域で発光がＯＮとなり、その他の領域では発光はオフとなった。これにより発光のスイッチ機能が発生した。
【００５８】
次に、電極Ａ−Ｂ間の電圧、及び／又は電極Ｃ−Ｇ間の電圧を高くすると、発光強度が高くなり、前記電圧を低くすると発光強度も低くなり、発光強度の調整ができた。すなわち、電極Ａ−Ｂ間に１００Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加し、電極Ｃ−Ｇ間に２５Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は１０Cdであり、電極Ａ−Ｂ間の電圧をそのまま保持した状態で電極Ｃ−Ｇ間に５０Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は２５Cdであり、７５Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は５０Cdであり、１００Ｖ（１ｋＨｚ）の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は１００Cdであった。このようにして、多孔質発光体層の発光の強度を調整でき、発光輝度の階調表示ができた。
【００５９】
上記の理由を図１０と図１１を参照しながら説明する。図１０はＣ電極１７に正電圧が印加された場合における一次電子の放出の状態を示す模式図、図１１はＣ電極に負電圧が印加された場合における一次電子の放出の状態を示す模式図である。一対の電極ＡＢ間での一次電子の放出は直進又は円弧を描いて対極へ向うが（図示せず）、第三の電極であるＣ電極を誘電体に接して設けた場合には事情は異なってくる。すなわち、電極Ａ−Ｂ間の電圧がＨと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＬとなる領域、及び電極Ａ−Ｂ間の電圧がＬと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＨとなる領域では、一次電子は図１０のようにＣ電極の方向へ引っ張られながら放出されるのに対して、その他の領域では、一次電子は図１１に示すようにＣ電極から遠ざかるようにして放出される。その結果、前者においては電子が多孔質発光体層へ効率よく注入されるため発光の程度は著しく増強されるが、他方後者の場合には発光体層への電子の注入が格段に抑制されるため発光しにくくなる。
【００６０】
また、本実施の形態においてはＡ、Ｂ及びＣ電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はＡ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺAB、Ａ電極とＣ電極間のインピーダンスをＺAC及びＣ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺCAとすると、これら３者の関係がＺAB＞ＺAC＋ＺCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、Ａ、Ｂ及びＣ電極のディメンジョンと配置を調整し、Ａ電極とＢ電極間における一次電子の放出を効率よく行った。
【００６１】
次に、本実施の形態における発光素子を、負圧にされた希ガス中において駆動した。具体的には図１の発光素子１を石英管中に挿入し、ＮｅとＸｅの混合ガスをわずかに負圧の状態で封入した。
【００６２】
発光素子１を駆動するために、Ａ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加した。この場合、０．３０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．２０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。負圧にすることで発光開始電圧を低下させることができた。
【００６３】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、電極Ａ−Ｂ間の電圧がＨと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＬとなる領域、及び電極Ａ−Ｂ間の電圧がＬと電極Ｃ−Ｇ間の電圧がＨとなる領域では０．１５ｋVの正電圧が印加され発光の程度は著しく増強されるが、その他の領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．１５ｋVの負電圧が印加される領域では発光しなくなった。
【００６４】
次に、加圧にされた希ガス中において本実施の形態の発光素子を実際に駆動させた。具体的には図１の発光素子１を石英管中に挿入し、ＮｅとＸｅの混合ガスをわずかに加圧の状態で封入した。
【００６５】
発光素子１を駆動するために、Ａ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加した。この場合、大気中での駆動とほぼ同様に、０．７０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．５０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。その結果、大気中での駆動と比較して著しく高輝度の発光が得られることから発光効率が良好であることが判明した。
【００６６】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【００６７】
また、図８に示す本実施の形態の他の発光素子を大気中で実際に駆動させるに当たり、Ａ電極６とＢ電極７の間に０．８０ｋVの交番電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後は０．５０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。その結果、既述の図１に示す本実施の形態における発光素子と同様に著しく高輝度の発光が得られることが判明した。
【００６８】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．４０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．４０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【００６９】
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【００７０】
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【００７１】
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
【００７２】
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果多孔質構造を有する発光体層の全体が均一に発光することから高輝度の発光が得られる。
【００７３】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると、電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。
【００７４】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態の発光素子を図１２を参照しながら説明する。図１２は本実施の形態における発光素子の断面図である。図１２において１００は気体層、１は発光素子、２は多孔質発光体層、６はＡ電極、７はＢ電極、８は透光性基板、１０は誘電体層及び１７はＣ電極である。
【００７６】
先ず、図１２に示すように、基板と兼用して、厚さ約４００μｍの比誘電率ε：２０００、容量温度特性Ｂ特性のＢａＴｉＯ3系の焼結体からなる誘電体層１０を用意とた。その片面に幅２５０μ、深さ１５０μｍの溝（凹部）を切削加工で設け、他の面にＣ電極として厚さ３０μのＡｇペーストを焼き付けた。
【００７７】
本実施の形態では誘電体としてＢａＴｉＯ3系を用いたが、ＳｒＴｉＯ3系、ＣａＴｉＯ3系、ＭｇＴｉＯ3系、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3）系、ＰｂＴｉＯ3系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。また、Ａｌ2Ｏ3系、ＭｇＯ系、ＺｒＯ2系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。
【００７８】
上記の誘電体層１０の表面の凹部に多孔質発光体層を塗布させる。本実施の形態における多孔質発光体層の作製には、平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）等の無機化合物からなる蛍光体粒子を用いた。蛍光体粒子３とコロイダルシリカ水溶液を混合しスプレーで塗布し、乾燥機で１５０℃、１０〜３０分乾燥させた。この工程を複数回繰り返し、さらに、はみ出した部分をふき取ることで凹部に厚み約１２０μmの多孔質発光体層２を形成した。
【００７９】
多孔質発光体層の密度が理論密度の９０％以上になると、発光体層に電子が衝突した際、その表面では発光するが、電子が発光層の内部までは注入されないため、層内ではほとんど発光しないので発光効率が低いものとなる。そのため沿面放電により発生した電子が多孔質発光体層の内部へ円滑に注入され、多孔質発光体層の内部においても沿面放電が生じるように、本実施の形態における多孔質発光体の密度は理論密度の９０％未満の多孔質構造を有するものであることが望ましい。逆に、多孔質発光体の密度が非常に小さくなり、すなわち気孔率がきわめて大きくなると、かえって発光効率が低下することや多孔質発光体層の内部において沿面放電が発生しにくくなるため密度は理論密度の１０〜９０％の範囲が好ましい。特に、５０〜８５％の範囲が好適である。
【００８０】
また、本実施の形態の多孔質発光体層はコロイダルシリカを用いてスプレー塗布したが、有機溶剤等でペースト化しスクリーン印刷により誘電体層の上に多孔質発光体層を形成することも可能である。具体的には、実施の形態１と同様に絶縁層４を有する蛍光体粒子５０ｗｔ％に対してα−テルピネオール４５ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製し、これを誘電体層の表面に設けた溝（凹部）にスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行ってから６００℃で熱処理することにより、所望の厚さの多孔質発光体層を形成することが可能である。
【００８１】
しかるのちに、誘電体層の凸部に約３０μｍの厚さのＡ電極６とＢ電極７からなる一対のＡｇやＰｔなどの電極を形成したガラス板等の透光性基板８を貼付することにより、誘電体層の凸部は隔壁として機能させることができる。また、実施の形態１のように、Ａ電極とＢ電極が隔壁を介在させて誘電体層に形成されている場合、すなわち異質の材料を介在させてそれぞれの電極が誘電体層に形成されている場合に比較すると、本実施の形態においては一対の電極が均一な材料である誘電体層に直に形成されていることから誘電体層の分極の反転により一次電子が効率よく発生し、その結果発光効率の向上に寄与することができる。なお、上述の発光素子の製造方法において、Ａ電極とＢ電極は誘電体層の凸部に接して形成したが、必ずしもこのように形成する必要はなく透光性基板に接して形成しても差し支えない。そのように形成された発光素子の一例を図１３に示す。
【００８２】
次に、この発光素子１の発光作用について図１２を参照しながら説明する。発光素子１を大気中で駆動するために、図１２のＡ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【００８３】
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層１００で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。Ａ電極とＢ電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整できる。
【００８４】
また、既述したように本実施の形態においては一対の電極が誘電体層に直に形成されていることから誘電体層の分極の反転により一次電子が効率よく発生し、その結果駆動電圧を低減することができる。
【００８５】
なお、Ａ電極とＢ電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子３の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【００８６】
本実施の形態においては大気中で上記の一対の電極に０．７０ｋVの交番電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．５０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
【００８７】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加する場合、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【００８８】
また、本実施の形態においてはＡ、Ｂ及びＣ電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はＡ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺAB、Ａ電極とＣ電極間のインピーダンスをＺAC及びＣ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺCAとすると、これら３者の関係がＺAB＞ＺAC＋ＺCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、Ａ、Ｂ及びＣ電極のディメンジョンと配置を調整した。
【００８９】
なお、図１３に示す本実施の形態における他の発光素子について大気中で実際に駆動させるに当たり、Ａ電極６とＢ電極７の間に０．６０ｋVの交番電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後は０．４０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。その結果、図１２の発光素子と同様に著しく高輝度の発光が得られることが判明した。
【００９０】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【００９１】
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【００９２】
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【００９３】
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
【００９４】
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果発光層全体が発光することから高輝度の発光が得られる。
【００９５】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。
【００９６】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【００９７】
（実施の形態３）
本実施の形態の発光素子について図１４を参照しながら説明する。図１４は本実施の形態における発光素子の断面図である。図において１００は気体層、１は発光素子、２は多孔質発光体層、６はＡ電極、７はＢ電極、８は透光性基板、１０は誘電体層及び１７はＣ電極である。
【００９８】
実施の形態３において、表面に凹部と凸部を形成していない比誘電率ε：２０００、容量温度特性Ｂ特性のＢａＴｉＯ3系の平滑な誘電体層１０を用いたこと、厚さ約１２０μｍの多孔質発光体層２を配備したこと及び一対の電極として厚さ１５０μｍのＡ電極６とＢ電極７を誘電体層に形成したこと以外は実施の形態２と同様に発光素子を作製した。
【００９９】
次に、この発光素子１の発光作用について図１４を参照しながら説明する。発光素子１を大気中で駆動するために、図１４のＡ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【０１００】
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層１００で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。Ａ電極とＢ電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
【０１０１】
また、本実施の形態においては一対の電極が誘電体層に直に形成され電極自体が隔壁を兼用していて、図１４に示すようにやや高い電極を形成するだけで隔壁を設ける手間が省けて好都合である。上述のような位置関係を有する構成においてはＡ電極とＢ電極間に交番電圧が印加されると誘電体層での分極の反転の結果、発生した一次電子が多孔質発光体層を照射し易くなり、駆動電圧の低減に寄与することができる。すなわち、本実施の形態においては一対の電極であるＡ電極とＢ電極を直線で結ぶ位置に多孔質発光体層の少なくとも一部が存在していて、このような位置関係では放出された電子の多孔質発光体層への注入が効率よく行われる。
【０１０２】
なお、Ａ電極とＢ電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子３の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【０１０３】
本実施の形態の発光素子においては大気中で一対の電極に０．６０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．４０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。
【０１０４】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【０１０５】
また、一対の電極であるＡ電極とＢ電極間の放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１０６】
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【０１０７】
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
【０１０８】
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果発光体層の表面だけでなく多孔質構造を有する発光体層の全体が均一に満遍なく発光することから高輝度の発光が得られる。
【０１０９】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。
【０１１０】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【０１１１】
（実施の形態４）
本実施の形態の発光素子について図１５を参照しながら説明する。図１５は本実施の形態における発光素子の断面図である。図において１００は気体層、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は基板、６はＡ電極、７はＢ電極、８は透光性基板、１０は誘電体層、１１は隔壁及び１７はＣ電極である。
【０１１２】
図１５に示すように、本実施の形態の発光素子は実施の形態１とほぼ同様の方法で作製することが可能である。すなわち、実施の形態1においてセラミック製の基板５の代わりに表面に２００μmの厚さの比誘電率ε：２０００、容量温度特性Ｂ特性のＢａＴｉＯ3系の誘電体層１０があらかじめ所定の箇所に形成された基板５を使用したこと以外は実施の形態１と同様にして発光素子を作製した。すなわち、上述の基板を用いて厚膜形成の手法で隔壁、Ｃ電極、誘電体層及び多孔質発光体層をそれぞれ形成して図１５に示すような本実施の形態の発光素子を作製した。
【０１１３】
次に、この発光素子１の発光作用について図１５を参照しながら説明する。発光素子１を大気中で駆動するために、図１５のＡ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【０１１４】
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層１００で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。Ａ電極とＢ電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
【０１１５】
なお、Ａ電極とＢ電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子３の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【０１１６】
本実施の形態においては大気中で上記の一対の電極に０．５０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．４０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
【０１１７】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【０１１８】
また、本実施の形態においてはＡ、Ｂ及びＣ電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はＡ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺAB、Ａ電極とＣ電極間のインピーダンスをＺAC及びＣ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺCAとすると、これら３者の関係がＺAB＞ＺAC＋ＺCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、Ａ電極、及びＢ電極の配置とディメンジョンを調整した。
【０１１９】
さらに、本実施の形態においては図１５に示すように、Ｃ電極を誘電体層に埋設させたものであり、その埋設の位置により、上述したインピーダンスの相互関係を調整することができる。また、Ｃ電極に印加する電圧の調整も行うことができるので好都合である。
【０１２０】
また、一対の電極であるＡ電極とＢ電極間の放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１２１】
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【０１２２】
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
【０１２３】
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果発光することから高輝度の発光が得られる。
【０１２４】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。
【０１２５】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【０１２６】
（実施の形態５）
本実施の形態の発光素子において、特に多孔質発光体層について図１６と図１７を参照しながら説明する。
【０１２７】
図１６と図１７は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図である。これらの図において、２は多孔質発光体層、３は蛍光体粒子、４は絶縁層、１８は絶縁性繊維である。図１８に示すように絶縁性ビーズ４００を存在させても良い。
【０１２８】
本実施の形態においては蛍光体粒子表面の絶縁層の有無によらず、蛍光体粒子とセラミックやガラスビーズ等の絶縁性繊維１８又は絶縁性ビーズ４００からなる多孔質発光体層２を形成した。絶縁性繊維１８の一例として、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維を使用し、その直径は０．１〜５μｍ、長さは０．５〜２０μｍであることが好ましく、この範囲のサイズの繊維を蛍光体粒子２重量部、繊維１重量部の割合で混合して用いることにより気孔率が比較的大きくなり、その結果沿面放電が多孔質発光体層内部で満遍なく発生するようになり好ましいものとなる。本実施の形態においては多孔質発光体層を形成する際に、蛍光体粒子と絶縁性繊維の混合物５０ｗｔ％に対してα−テルピネオール４５ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練したペーストを調製し、実施の形態１と同様にペーストをスクリーン印刷して多孔質発光体層を形成した。このようにして得られた絶縁性繊維１８を含有する多孔質発光体層の断面を拡大した模式図を図１６と図１７に示す。図１６は表面が絶縁層４で被覆された蛍光体粒子３と絶縁性繊維１８からなる多孔質発光体層２であり、図１７は蛍光体粒子３と絶縁性繊維からなる多孔質発光体層である。
【０１２９】
また、図２５は直径約１０μmのＳｉＯ2系のガラスビーズ２００を含有する多孔質発光体層２を用いた発光素子の断面図、図２６は多孔質発光体層２の部分拡大断面図を示す。図２７はＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維３００を多孔質発光体層に存在させた断面図である。
【０１３０】
このような多孔質発光体層を用いて実施の形態１と同様の発光素子を作製した。
【０１３１】
絶縁性繊維としてＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維又はＳｉＯ2系のビーズを選定した理由は、熱的、化学的に安定で抵抗率が１０9Ω・ｃｍ以上であること、多孔質発光体層において１０〜９０％の大きな気孔率が容易に得られること、及び繊維の表面で放電が発生し易く結果的に多孔質発光体層全体で沿面放電の発生が可能になることからである。なお、上記以外にＳｉＣ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4系のものを含有する絶縁性繊維又はビーズを用いてもほぼ同様の結果が得られる。
【０１３２】
次に、この発光素子１の発光作用について図１５を参照しながら説明する。発光素子１を大気中で駆動するために、図１５のＡ電極６とＢ電極７の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【０１３３】
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層１００で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。Ａ電極とＢ電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたＣ電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、Ｃ電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
【０１３４】
なお、Ａ電極とＢ電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子３の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【０１３５】
本実施の形態においては大気中で、いずれの発光素子においても上記の一対の電極に０．５０ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．４０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子３の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
【０１３６】
その際、Ｃ電極（対極は接地）に一例として図９に示すような矩形波電圧を印加すると、０．３０ｋVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−０．３０ｋVの負電圧が印加されるｃｄ間では発光しなくなった。
【０１３７】
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１３８】
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【０１３９】
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果多孔質発光体層の内部まで全体が発光することから高輝度の発光が得られる。
【０１４０】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。
【０１４１】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【０１４２】
（実施の形態６）
本実施の形態の表示装置とその動作について図１９を参照しながら説明する。図１９は本実施の形態における表示装置の分解斜視図である。図において、２は多孔質発光体層、５は基板、８は透光性基板、１０は誘電体層、１１は隔壁、２１はアドレス電極（Ｃ電極）、２２ａは表示電極（Ａ電極）、２２ｂは表示電極（Ｂ電極）及び３０は表示装置である。
【０１４３】
このような本実施の形態における発光素子のアレイは実施の形態１で記述した方法で作製することができる。すなわち、基板５に上にアドレス電極２１、その上に誘電体層１０と多孔質発光体層２をそれぞれこの順に形成し、しかるのちに隔壁１１を形成し、最終的に表示電極２２ａ，２２ｂを形成した透光性基板８を隔壁１１に貼付したものである。なお、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体を形成してから、隔壁を設けたが、隔壁を最初に形成してからＣ電極、誘電体層及び多孔質発光体層をそれぞれこの順に形成しても差し支えなく、また隔壁は上記の工程の途中で随時に形成してもよい。
【０１４４】
得られた発光素子のアレイの概要は図１９に示すように、基板５の上に約２５０μｍの間隔を隔てて、高さ約１３０μｍ、幅約５０μｍ隔壁１１がストライプ状に配置されていて、このような隔壁の間に赤（Ｒ）緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の発色が得られるように幅約２００μｍ、厚さ約１００μｍのストライプ状の多孔質発光体層２が配置されている。多孔質発光体層の下面にはそれに接して約２００μｍの厚さのストライプ状の誘電体層１０が形成され、またこの誘電体層の下面にはそれに接して実施の形態１で記述したＣ電極に対応するアドレス電極２１がストライプ状に形成されている。このように構成された発光素子のアレイの上に透光性基板８が配置される。透光性基板８の多孔質発光体層２に対向する面には実施の形態１で記述したように、ストライプ状のＩＴＯからなるＡ電極とＢ電極からなる一対の電極に対応する表示電極２２ａ，２２ｂが上記のアドレス電極２１に交差するように約１００μｍの間隔で隔てられて形成されている。
【０１４５】
なお、上述の図１９に示した発光素子１のアレイは多孔質発光体層２と隔壁１１をいずれもストライプ状に配列したものであるが、本実施の形態の他の発光素子アレイとして多孔質発光体層２を格子状に並べたものを実施の形態１と同様の方法で作製することも可能であり、誘電体層１０に接して形成された多孔質発光体層２の複数個を格子状に配列した発光素子アレイを図２０に示す。このような発光素子のアレイにおいては、図示のように格子状の隔壁をそれぞれの発光素子の単体を囲繞するように厚膜形成の手法を用いて形成すれば、発光の際のクロストークを確実に回避することが可能になる。
【０１４６】
次に、この発光素子アレイの発光作用については図１９と図２０を参照しながら説明する。それぞれの発光素子のアレイを大気中で駆動するために、表示電極に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
【０１４７】
電圧がしだいに上昇し、気体の絶縁破壊電圧に達すると一次電子が発生するようになる。多孔質発光体層は放出された電子で照射され、電子は発光体層に注入される。その結果、本発明の多孔質構造を有する発光体層で沿面放電（電子雪崩）が発生し、電子増倍を生じるようになり、多孔質発光体層を構成する蛍光体粒子の発光中心が電子で励起されて発光する。その際、アドレス電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光のＯＮ／ＯＦＦを行うことができる。すなわち、アドレス電極に正電圧を印加すれば、発光がＯＮになり、逆に負電圧を印加すれば発光がＯＦＦになる。このように本実施の形態はアドレス電極を誘電体層に接して配置することにより、多孔質発光体層の発光のＯＮ／ＯＦＦを行わせる。
【０１４８】
本実施の形態においては、いずれの発光素子アレイにおいても表示電極に０．７１ｋVの電界を印加して蛍光体粒子３を発光させて、その後０．５０ｋVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて多孔質発光体層２発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。また、発光が持続している状態でアドレス電極に−０．６２ｋＶの電圧を印加することにより発光を停止することができた。
【０１４９】
上述したように、このような本実施の形態における表示装置の特性は実施の形態１における単一素子とほぼ同じであった。
【０１５０】
また、本実施の形態においてはＡ、Ｂ及びＣ電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はＡ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺAB、Ａ電極とＣ電極間のインピーダンスをＺAC及びＣ電極とＢ電極間のインピーダンスをＺCAとすると、これら３者の関係がＺAB＞ＺAC＋ＺCBに設定されていて、こうすることで発光素子の駆動に好ましいものとなる。
【０１５１】
また、上記の発光素子アレイにおいて表示電極間の放電時の電流値はいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１５２】
本実施の形態においては実施の形態１の発光素子と同様に大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
【０１５３】
本実施の形態の発光素子アレイによれば、実施の形態１と同様に厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
一対の電極である表示電極の間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電（電子雪崩）が発生し、その結果発光することから高輝度の発光が得られる。
【０１５４】
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。
【０１５５】
さらに、本実施の形態においては隔壁を形成することが容易に行えるため、発光のクロストークを回避するのに好都合である。
【０１５６】
このように構成された本実施の形態における発光素子のアレイに２次元の映像を表示することができる。すなわち、本実施の形態の発光素子１では所謂単純マトリックス駆動が可能であり、表示電極に順次パルス信号を送り、そのタイミングに合わせてアドレス電極にＯＮ／ＯＦＦ情報を入れることによりアドレス電極と表示電極の交差する箇所の画素をＯＮ／ＯＦＦに応じて発光させて１ラインを表示する。走査パルスを順次切り替えることにより、２次元の像が表示できる。また、マトリックス状に配置された画素の１つ１つにトランジスタを置き、それぞれの画素をＯＮ／ＯＦＦすることによりアクティブ駆動も可能になる。
【０１５７】
本実施の形態においては図１９と図２０に示すように、多孔質発光体層の間に隔壁を設けて発光のクロストークを確実に回避しているが、特に図２０に示す発光素子アレイの場合、それぞれの発光素子は互いに分離されているため、わざわざ隔壁を設置しなくても発光のクロストークはほぼ解消される。
【０１５８】
図２１は本実施の形態の多孔質発光体層からなる発光素子のアレイで構成されてなる表示パネルを用いた表示モジュールのブロック図を示す。図示するように、先ず表示情報は画像メモリ２３に蓄積され、続いて情報は表示コントローラ２４の指示でタイミング・コントローラ２５が受け取る。そして、最終的に表示情報はタイミング・コントローラ、Ｘドライバー２６及びＹドライバー２７からなるドライバーＩＣにより映像として表示パネル２８に映し出される。このような本実施の形態における多孔質発光体層からなる発光素子で構成される表示パネルはプラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると発光効率がきわめて良好であり、消費電力が比較的小さくなるといった特徴を有するものである。
【０１５９】
本実施の形態のように、誘電体に接してＣ電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。
【０１６０】
［産業上の利用可能性］
本発明は蛍光体層として多孔質発光体層を用いるものであり、簡単な構成により発光が得られることから発光素子における発光体として有用である。また、本発明は多孔質発光体層への電子の注入による沿面放電による発光であり、発光効率の優れた発光が得られるために一般のディスプレイ用の発光体として有用である。従来のような蛍光体層の形成に薄膜形成プロセス使用することがなく、真空系やキャリア増倍層も必要としないので加工が容易であるという特徴を有するものであり、かつ消費電力も少ないことから大型ディスプレイの作製にも有用である。さらに、本発明は多孔質発光体層からなる発光素子であり、発光素子間に隔壁の設置が比較的容易であることから発光のクロストークの回避に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明の実施の形態１における発光素子の断面図。
【図２】本発明の実施の形態１における発光素子の製造工程を説明するための図。
【図３】本発明の実施の形態１における発光素子の製造工程を説明するための図。
【図４】本発明の実施の形態１における発光素子の製造工程を説明するための図。
【図５】本発明の実施の形態１における発光素子の製造工程を説明するための図。
【図６】本発明の実施の形態１における発光素子の製造工程を説明するための図。
【図７】本発明の実施の形態１における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図８】本発明の実施の形態１における他の発光素子の断面図。
【図９】Ａ−Ｃは本発明の実施の形態１におけるＡ−Ｂ電極とＣ−Ｇ電極に印加される電圧と発光強度を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるＣ電極に正電圧されたときの一次電子が放出される状態を示す模式図。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるＣ電極に負電圧が印加されたときの一次電子が放出される状態を示す模式図。
【図１２】本発明の実施の形態２における発光素子の断面図。
【図１３】本発明の実施の形態２における他の発光素子の断面図。
【図１４】本発明の実施の形態３における発光素子の断面図。
【図１５】本発明の実施の形態４における発光素子の断面図。
【図１６】本発明の実施の形態５における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図１７】本発明の実施の形態５における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図１８】本発明の実施の形態５における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図１９】本発明の実施の形態６における発光素子アレイの分解斜視図。
【図２０】本発明の実施の形態６における発光素子アレイの分解斜視図。
【図２１】本発明の実施の形態６における多孔質発光体層からなる発光素子のアレイで構成される表示パネルを用いた表示モジュールのブロック図。
【図２２】非特許文献２における従来例の発光素子の断面図。
【図２３】特許文献３における従来例の発光素子の断面図。
【図２４】特許文献５における従来例の発光素子の断面図。
【図２５】本発明の一実施形態の発光素子の断面図。
【図２６】同、多孔質発光体層の部分拡大断面図。
【図２７】同、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維を多孔質発光体層に存在させた断面図。
【符号の説明】
【０１６２】
１  発光素子
２  多孔質発光体層
３  蛍光体粒子
４  絶縁層
５  基板
６  Ａ電極
７  Ｂ電極
８  透光性基板
１０  誘電体層
１１  隔壁
１７  Ｃ電極
１８  絶縁性繊維
２１  アドレス電極
２２ａ，２２ｂ  表示電極
２３  画像メモリ
２４  表示コントローラ
２５  タイミング・コントローラ
２６  Ｘドライバー
２７  Ｙドライバー
２８  表示パネル
３０  発光素子アレイ
１００  気体層
２００  ガラスビーズ
３００  ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系繊維
４００  絶縁性ビーズ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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