(57)【要約】【課題】本発明の目的は、従来の発光装置と比較して、よりエネルギー効率が高く、かつより輝度の高い発光装置を提供することである。【解決手段】電子放出源１０を形成した第１の基板Ｇ２と、前記電子放出源１０と対向する蛍光体Ｈ１〜Ｈ３を形成した第２の基板Ｇ１と、前記基板Ｇ１，Ｇ２間を密閉する封止部材とを有し、前記電子放出源１０は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ長さ０．１μｍ以上の突起物を有する金属酸化物部材であり、前記蛍光体Ｈ１〜Ｈ３は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ前記断面の円換算径に対する長さの比が１以上の突起物を有する金属酸化物部材であることを特徴とする発光装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出源を形成した第１の基板と、前記電子放出源と対向する蛍光体を形成した第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間を密閉する封止部材とを有し、前記電子放出源は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ長さ０．１μｍ以上の突起物を有する金属酸化物部材であり、前記蛍光体は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ前記断面の円換算径に対する長さの比が１以上の突起物を有する金属酸化物部材であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部が、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる層により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記電子放出源が有する突起物は、表面が導電性物質で被覆されており、さらに導電性物質で被覆された該突起物の少なくとも先端部が、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる絶縁物層により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記電子放出源が有する突起物は、断面の円換算径に対する長さの比が０．０１以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部を被覆する、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる層の厚みが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記電子放出源が有する突起物は、先端部が凸状になっており、その頂点部分を所定範囲で２次曲線に近似することにより算出される曲率半径が４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記電子放出源を形成する金属酸化物が導電性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記電子放出源を形成する金属酸化物は、少なくともＺｎ、Ａｌのいずれかからなる金属酸化物を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部を被覆する金属酸化物を構成する金属の少なくとも１種類が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｂｅ、Ｍｇの中から選ばれたものであることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に突起物を構成する母材とは異なる元素を含む賦活剤を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に賦活剤を均一に分散した状態で含有することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記蛍光体を形成する金属酸化物部材中の賦活剤に含まれる異種元素が金属であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記蛍光体を形成する金属酸化物部材及び該金属酸化物部材中の賦活剤に含まれる金属がＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔａ、Ｗ及びＰｂから選ばれたものであることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物の中心軸が相互に平行であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する、前記突起物を有する金属酸化物部材が金属酸化物単結晶であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材の突起物を構成する金属酸化物結晶が相互に平行に、かつ突起物が成長している結晶軸と同一方向に成長していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物が、突起物を構成する金属酸化物面上の１０μｍ×１０μｍの面積あたり０．０１〜１００００個の密度で存在することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物同士の隙間を、有機物質、無機物質、金属の少なくとも一種類で埋めていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１９】
前記電子放出源と前記蛍光体の間にさらに１個以上の電極を有していることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項２０】
前記電子放出源、前記蛍光体を形成する金属酸化物部材、前記電子放出源を形成する金属酸化物部材における突起物の表面を被覆する金属酸化物の中から選ばれる少なくとも一つは、空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物を原材料として用い、所定圧力の空気が存在する空間に設置された基板の面に、この金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて、金属酸化物を基板面上に成長させることによって得られたものであることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高輝度発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子としては、従来より、例えばブラウン管のような熱陰極素子が用いられてきた。しかし、熱陰極素子は、熱エネルギーによって電子を放出させるために、エネルギー効率が低いという問題点がある。そのため、近年は電子放出に熱エネルギーを必要としない冷陰極素子の需要が大きくなりつつある。
【０００３】
冷陰極素子の一例として、図５に示す構造のアレイ状電界放射冷陰極が挙げられる。この冷陰極素子は、シリコン基板９１上に、多数のコーン状電子放出素子９２が隙間を開けて並列に配置されている。各コーン状電子放出素子９２は絶縁層９３で分離された空洞内に配置され、この絶縁層９３の上に、各コーン状電子放出素子９２の先端部を露出させる穴９４を有するゲート電極９５が設けてある。この冷陰極素子では、ゲート電極９５とコーン状電子放出素子９２の間に高電圧を印加することにより、コーン状電子放出素子９２の先端に強い電界が生じて、コーン状電子放出素子９２の先端から電子が放出する。
【０００４】
この冷陰極素子はスピント型と称され、例えば以下のようにして製造される。まず、高導電率シリコン基板９１の上に、絶縁層９３となるシリコン酸化膜を形成し、その上にゲート電極９５となるモリブデン膜を成膜する。次に、このモリブデン膜の上にホールパターンを形成し、このホールパターンを用いてモリブデン膜とシリコン酸化膜をエッチングする。これにより、モリブデン膜とシリコン酸化膜に、各電子放出素子の位置に対応させた穴が形成される。次に、モリブデン膜の穴の部分に、アルミニウムの犠牲層を斜め蒸着した後、モリブデンをシリコン酸化膜の穴にコーン状に蒸着する。次に、アルミニウムの犠牲層をエッチングにより除去する。
【０００５】
しかしながら、図９に示すアレイ状電界放射冷陰極は、前述したように数多くの工程を必要とするために、生産のためには大掛かりな設備や多くのエネルギーを必要とするという課題があった。
【０００６】
かかる現状に鑑み、本発明者等は再表９９−５７３４５号公報（以下、特許文献１と記す）に記載した方法、すなわち、有機金属熱分解法（以下、ＭＯＣＶＤ法と記述する）を用いて突起物を有する金属酸化物構造体を提案した。
【０００７】
さらに、この突起物を有する金属酸化物構造体を用いて、特開２０００−２７６９９９号公報（以下、特許文献２と記す）に示すような電子放出素子を提案した。また、特開２００２−２７４８１９号公報（以下、特許文献３と記す）に示すような金属酸化物の針状体からなる電子放出材料が提案されている。これらの方法は、金属酸化物からなる突起物に金属、窒化炭素、金属酸化物等の化合物を積層させるものであり、従来の電子放出素子よりも少ない工程で製造され、さらにエネルギー効率の高い電子放出素子を提供することを目的とする。
【０００８】
一方、本発明者等は特許文献１に記載した方法を用い、特開２００３−１３８２５７号公報（以下、特許文献４に記す）に示すような蛍光構造体を提案した。
【０００９】
【特許文献１】再表９９−５７３４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２７６９９９号公報
【特許文献３】特開２００２−２７４８１９号公報
【特許文献４】特開２００３−１３８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来技術を更に発展させたものである。
【００１１】
本発明の目的は、エネルギー効率がより高く、且つより輝度の高い発光装置を提供することである。すなわち、一般にコーン状のような突起物の先端には電界が集中しやすいという特徴がある。これにより同じ電界をかけても電界が集中して突起物の先端から電子が放出されやすくなる。同様に、陽極と陰極の向きを逆にした場合は、突起物の先端に電子が集中しやすくなる。従って、電子放出源と蛍光体が共に突起物を有していれば、電子の放出と捕捉との効率が共に高い発光装置を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、発光装置として好ましく用いられる構造体について鋭意検討を行った結果、特定の形態を有する電子放出源と特定の形態を有する蛍光体とからなる発光装置により、エネルギー効率がより高く、且つより輝度の高い発光装置を提供できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明の発光装置は、電子放出源を形成した第１の基板と、前記電子放出源と対向する蛍光体を形成した第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間を密閉する封止部材とを有し、前記電子放出源は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ長さ０．１μｍ以上の突起物を有する金属酸化物部材であり、前記蛍光体は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ前記断面の円換算径に対する長さの比が１以上の突起物を有する金属酸化物部材であることを特徴とする。
【００１４】
更に本発明の発光装置は、「前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部が、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる層により被覆されていること」、或いは、「前記電子放出源が有する突起物は、表面が導電性物質で被覆されており、さらに導電性物質で被覆された該突起物の少なくとも先端部が、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる絶縁物層により被覆されていること」、或いは、「前記電子放出源が有する突起物は、断面の円換算径に対する長さの比が０．０１以上であること」、或いは、「前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部を被覆する、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる層の厚みが１００ｎｍ以下であること」、或いは、「前記電子放出源が有する突起物は、先端部が凸状になっており、その頂点部分を所定範囲で２次曲線に近似することにより算出される曲率半径が４０ｎｍ以下であること」、或いは、「前記電子放出源を形成する金属酸化物が導電性を有すること」、或いは、「前記電子放出源を形成する金属酸化物は、少なくともＺｎ、Ａｌのいずれかからなる金属酸化物を含有すること」、或いは、「前記電子放出源が有する突起物は、少なくとも先端部を被覆する金属酸化物を構成する金属の少なくとも１種類が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｂｅ、Ｍｇの中から選ばれたものであること」、或いは、「前記蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に突起物を構成する母材とは異なる元素を含む賦活剤を含有すること」、或いは、「前記蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に賦活剤を均一に分散した状態で含有すること」、或いは、「前記蛍光体を形成する金属酸化物部材中の賦活剤に含まれる異種元素が金属であること」、或いは、「前記蛍光体を形成する金属酸化物部材及び該金属酸化物部材中の賦活剤に含まれる金属がＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔａ、Ｗ及びＰｂから選ばれたものであること」、或いは、「前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物の中心軸が相互に平行であること」、或いは、「前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する、前記突起物を有する金属酸化物部材が金属酸化物単結晶であること」、或いは、「前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材の突起物を構成する金属酸化物結晶が相互に平行に、かつ突起物が成長している結晶軸と同一方向に成長していること」、或いは、「前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物同士の隙間を、有機物質、無機物質、金属の少なくとも一種類で埋めていること」、或いは、「前記電子放出源及び／または前記蛍光体を形成する金属酸化物部材における突起物同士の隙間を、有機物質、無機物質、金属の少なくとも一種類で埋めていること」、或いは、「前記電子放出源と前記蛍光体の間にさらに１個以上の電極を有していること」を好ましい様態として含むものである。
【００１５】
また、前記電子放出源、前記蛍光体を形成する金属酸化物部材、前記電子放出源を形成する金属酸化物部材における突起物の表面を被覆する金属酸化物の中から選ばれる少なくとも一つは、空気中の酸素または水と反応して酸化物を形成する金属化合物を原材料として用い、所定圧力の空気が存在する空間に設置された基板の面に、この金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて、金属酸化物を基板面上に成長させる工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、よりエネルギー効率が高く、且つより発光輝度の高い発光装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る発光装置について、以下具体的に例示して説明する。
【００１８】
図１に本発明の実施の形態に係る発光装置の断面図を示す。
【００１９】
この発光装置は、導電性膜Ｄ２を被覆した基板（第１の基板）Ｇ２上に、電子放出源１０が配置されている。さらに、開口部４１を持つゲート電極４が絶縁性区画部材６を介して配置されている。対極側は、透明導電性膜Ｄ１を被覆した透明基板（第２の基板）Ｇ１上に、電子放出源１０に向き合う形で可視光領域における３種類の異なる波長の光を発光する蛍光体Ｈ１〜Ｈ３が絶縁性区画部材Ｚを介して配置されている。透明基板Ｇ１と基板Ｇ２の間は封止部材（図示しない）によって密閉された構造になっており、内部は減圧されている。また、透明導電性膜Ｄ１と導電性膜Ｄ２は外部と電気的に導通を取ることができるようになっている。
【００２０】
透明基板Ｇ１は光を透過しさえすれば光の透過率はいずれであっても差し支えないが、好ましくは全光線透過率で７０％以上、好ましくは８０％以上である。全光線透過率が低すぎると発光装置からの光の輝度が下がり好ましくない。
【００２１】
本実施形態中の透明導電性膜Ｄ１とは、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下、好ましくは１０Ω／ｃｍ以下である物質である透明部材のことをいう。光の透過率はいずれであっても差し支えないが、好ましくは全光線透過率で７０％以上、好ましくは８０％以上である。全光線透過率が低すぎると発光素子からの光が光触媒層に到達する割合が低くなり、エネルギー効率が下がり好ましくない。
【００２２】
透明導電性膜Ｄ１の具体例としては、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ガリウムドープ酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、酸化錫等が挙げられる。
【００２３】
また、本実施形態中の導電性膜Ｄ２とは、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下、好ましくは１０Ω／ｃｍ以下である物質である部材のことをいう。
【００２４】
透明導電性膜Ｄ１、導電性膜Ｄ２共に固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍを越えると、抵抗が過大となり、発光装置としてのエネルギー効率が低くなりすぎるので使用できない。
【００２５】
本実施形態中の蛍光体Ｈ１〜Ｈ３は、金属酸化物の薄膜（数ｎｍ〜数十ｎｍ）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物を有する金属酸化物部材である。なお、図１では、蛍光体を構成する、金属酸化物の薄膜は図示せず、同じ種類の金属酸化物からなる突起物のみを図示している。よって、以下、蛍光体を突起物Ｈ１〜Ｈ３ともいう。この金属酸化物からなる蛍光体が有する突起物Ｈ１〜Ｈ３は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ前記断面の円換算径に対する長さの比が１以上である。
【００２６】
前記蛍光体である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、該突起物Ｈ１〜Ｈ３の断面（突起物の長さ方向中心点での断面）の円換算径は小さいほど好ましいが、後述する方法では断面の円換算径が０．０１μｍ未満の突起物を得ることは困難である。突起物の断面の円換算径が１００μｍを超えると、蛍光体が突起物を有することで得られる蛍光の輝度を改善する効果に乏しく好ましくない。
【００２７】
前記蛍光体を構成する突起物Ｈ１〜Ｈ３の断面の円換算径の好ましい範囲は０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、より好ましい範囲は０．０１μｍ以上１０μｍ以下であり、さらに好ましい範囲は０．１μｍ以上３μｍ以下である。
【００２８】
なお、円換算径とは、例えば画像解析を利用した従来公知の方法で測定された突起物の１／２の長さにおける断面積を、円周率πで除した値の平方根を２倍した値である。
【００２９】
突起物の円換算径、長さは以下の方法による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって求める。まず、該金属酸化物の試料を、その上側表面の中心部を通りかつ突起物の長手方向と平行に延びる平面に沿って切断して断面を得る。得られた１つの断面について、上記の中心部を起点にして、突起物の長手方向に直角な方向に左右それぞれ１００μｍずつの範囲をＳＥＭで観察し、その範囲内で断面側から観察可能な突起物のうち、断面側から突起物のそれぞれの側面全体が他の突起物によって視界がさえぎられずに観察が可能な突起物について、和平均円換算径と和平均長さを求める。この場合、複数の突起物の円換算径や長さは均一であってもまちまちであってもいずれであっても差し支えない。
【００３０】
前記蛍光体である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物Ｈ１〜Ｈ３の長さは０．０１μｍ以上１００００μｍ以下であることが好ましい。突起物の長さが０．０１μｍ未満であると蛍光体が突起物を有することで得られる蛍光の輝度を改善する効果が十分に得られ難く好ましくない。さらに、１００００μｍを超えると突起物の機械的強度が著しく低下し、好ましくない。突起物の長さのより好ましい範囲は０．０５μｍ以上１０００μｍ以下であり、さらに好ましい範囲は０．１μｍ以上５００μｍ以下である。
【００３１】
前記蛍光体である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物Ｈ１〜Ｈ３の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）は１以上１００未満であることが好ましい。アスペクト比が１未満の場合、蛍光の輝度を改善する作用が十分でない場合があり、好ましくない。また、アスペクト比が１００を超えると、使用時に変形を生じる可能性が高くなる。
【００３２】
突起物が複数存在する場合、突起物の円換算径、長さ、突起物の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）は和平均値で算出される。なお、突起物の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）の和平均値は、和平均円換算径に対する和平均長さの比として定義される。
【００３３】
前記蛍光体である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物Ｈ１〜Ｈ３の配置密度は大きいほど好ましいが、後述する方法によって、基板面１００μｍ２あたりの配置密度が１００００本を超える突起物を得ることは困難である。基板面１００μｍ２あたりの突起物の配置密度が０．０１本未満であると、蛍光体が突起物を有することで得られる蛍光の輝度を改善する効果が十分に得られ難く好ましくない。基板面１００μｍ２あたりの突起物の配置密度の好ましい範囲は０．０１本以上１００００本以下であり、より好ましい範囲は０．０１本以上１０００本以下であり、さらに好ましい範囲は１本以上５００本以下である。
【００３４】
前記蛍光体を構成する突起物Ｈ１〜Ｈ３の中心軸は相互に平行であることが好ましい。前記蛍光体、すなわち金属酸化物の薄膜（不図示）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物Ｈ１〜Ｈ３を有するものは単結晶であることが好ましい。前記突起物Ｈ１〜Ｈ３が金属酸化物結晶である場合は、該突起物は相互に平行に、かつ突起物が成長している結晶軸と同一方向に成長していることが好ましい。
【００３５】
前記蛍光体である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物Ｈ１〜Ｈ３の中心軸が相互に平行であることは、ＳＥＭ、Ｘ線ロッキング曲線法、φ−スキャン法等通常公知の方法によって確認することができる。
【００３６】
本実施形態中の蛍光体は電子線の刺激によってルミネセンスを発する金属酸化物であればいずれであっても差し支えない。
【００３７】
蛍光体が放出する光は、蛍光、燐光いずれであっても差し支えないし、蛍光と燐光の両方を含んでいても差し支えない。さらに、蛍光体が放出する光の波長は遠紫外線から遠赤外線までいずれの波長であっても差し支えない。好ましくはピーク波長が１ｎｍ〜８３０ｎｍである。さらに好ましくはピーク波長が３６０ｎｍ〜８３０ｎｍである。
【００３８】
これら蛍光体は１種類で用いても、２種類以上を用いても差し支えない。
【００３９】
蛍光体として励起子束縛エネルギーが２５ｍｅＶ以上の物質が好ましく用いられる。
【００４０】
蛍光体として用いられる金属酸化物中の金属種はいずれであっても差し支えない。好ましくは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂの少なくとも１種の金属を含む酸化物である。これらの金属種は単独で用いられても、２種類以上を組み合わせて用いられてもどちらでもよい。
【００４１】
金属酸化物蛍光体の具体例として、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｓｒ）ＴａＯ４：Ｎｂ、Ｙ２Ｏ３：Ｔｂ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、（ＳｒＣａＢａＭｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｔｍ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＣａＷＯ４、Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｚｎ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ、ＣａＷＯ４、ＣａＷＯ４：Ｐｂ、ＭｇＷＯ４、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｍｎ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｙｂ等が挙げられる。勿論これ以外の蛍光体であっても差し支えない。
【００４２】
金属酸化物は結晶、非晶いずれでもよいが、結晶であることが蛍光体としての効果に優れ好ましく、単結晶であることがさらに好ましい。また、蛍光体として使用する金属酸化物中に賦活剤を添加しても差し支えない。なお、蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に突起物を構成する母材とは異なる元素を含む賦活剤を含有してもよい。また、蛍光体を形成する金属酸化物部材が、突起物中に賦活剤を均一に分散した状態で含有してもよい。さらには、蛍光体を形成する金属酸化物部材中の賦活剤に含まれる異種元素が金属であってもよい。さらに、蛍光体として使用する金属酸化物は導電性を有していても絶縁物でも差し支えない。
【００４３】
導電性膜を有する基材上に前記蛍光体を形成する方法は、通常公知のいずれの方法であってもよい。本実施形態のように蛍光体に金属酸化物を用いる場合は、被覆する金属酸化物を気相や液相を通じて物理的または化学的に金属酸化物上に形成する方法、例えば、蒸着、スパッタリング、ディッピング、及び溶液鍍金等の鍍金、塗布、印刷が挙げられる。また、焼き付け法等の方法も挙げられる。
【００４４】
また、前述したように、蛍光体として突起物を有する金属酸化物部材を用いる場合には、所定圧力の空気が存在する空間に導電性膜を有する基材を加熱した状態で設置し、導電性膜を有する基材に空気中の酸素または水等の大気中に含まれる化合物と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて導電性膜を有する基材上に前記突起物を有する金属酸化物部材を形成する方法が好ましく用いられる。
【００４５】
この方法は、まず原材料である金属化合物を気体化及び／または微粒子化する。金属化合物を微粒子化する方法としては、例えば、金属化合物を蒸気圧が十分高くなる温度に加熱して気体化した後に得られた蒸気を冷却する方法、金属化合物を液状で噴霧する方法、金属化合物を固体の状態ですりつぶす方法等が挙げられる。
【００４６】
この工程では、系内に酸素や水を存在させないか、その存在量を極めて少なくしておくことが好ましい。このようにしないと、金属化合物と酸素または水との反応が生じ、配管につまりが生じたり、所望の形態の金属酸化物が基板上に形成されないおそれがある。ただし、使用する金属化合物の酸素及び水との反応速度が極めて遅い場合には、系内に酸素や水を共存させてもよい。
【００４７】
原材料である金属化合物としては、空気中の酸素または水と反応して目的とする金属酸化物が形成されるものを使用する。
【００４８】
このような金属化合物としては、例えば（１）アルコキシド類、（２）配位子として、アセチルアセトン、エチレンジアミン、ピペリジン、ピピラジン、シクロヘキサンジアミン、テトラアザシクロテトラデカン、エチレンジアミンテトラ酢酸、エチレンビス（グアニド）、エチレンビス（サリチルアミン）、テトラエチレングリコール、アミノエタノール、グリシン、トリグリシン、ナフチリジン、フェナントロリン、ペンタンジアミン、ピリジン、サリチルアルデヒド、サリチリデンアミン、ポルフィリン、チオ尿素などから選ばれる１種以上を有する錯体、（３）配位子として、カルボニル基、アルキル基、アルケニル基、フェニルあるいはアルキルフェニル基、オレフィン基、アリール基、シクロブタジエン基をはじめとする共役ジエン基、シクロペンタジエニル基をはじめとするジエニル基、トリエン基、アレーン基、シクロヘプタトリエニル基をはじめとするトリエニル基などから選ばれる１種以上を有する、各種の有機金属化合物及びハロゲン化有機金属化合物が挙げられる。また、その他の金属錯体も使用することができる。
【００４９】
この中でも、アセチルアセトンを配位子として有する錯体及びアルコキシド類がより好ましく用いられる。
【００５０】
次に、気化及び／または微粒子化させた金属化合物を、所定圧力の空気が存在する雰囲気中で基板に向けて移動させ、金属化合物を酸素または水と反応させて基板上に金属酸化物部材を成長させる。
【００５１】
金属化合物の気体及び／または微粒子のみをそのまま基板面に向かわせてもよいし、キャリアガスを用いて金属化合物の気体及び／または微粒子を積極的に移動させ、キャリアガスとの混合状体でノズルから基板面に吹き付けてもよい。この場合のキャリアガスの流量は、気化及び／または微粒子化された金属化合物の温度や基板を設置する空間の雰囲気によってその最適値が異なるが、基板の設置空間が室温、常圧雰囲気である場合には、キャリアガスの流量を、空間体積値が２０／分以下になるようにすることが好ましく、５／分以下となるようにすることがさらに好ましい。ここで、空間体積値とは、キャリアガスの流量Ｒ（１分あたりの体積）と、金属化合物を気体化及び／または微粒子化させる加熱槽（キャリアガスが導入される空間）の体積Ｖとの比（Ｒ／Ｖ）に相当する。
【００５２】
キャリアガスは、原材料の金属化合物と反応しないものであれば特に限定されない。具体例として、窒素ガスやヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガス、炭酸ガス、有機弗素ガス、あるいはヘプタン、ヘキサン等の有機物質等が挙げられる。これらのうちで、安全性、経済性の上から不活性ガスが好ましい。特に窒素ガスが経済性の面より好ましい。
【００５３】
キャリアガスを用いて、金属化合物をノズルから基板面に吹き付ける方法を採用する場合は、ノズルの吹き出し口と基板面との距離を所定範囲内とすることが好ましい。この範囲は、吹き出し口の開口部の長軸（断面が長方形である場合には長辺の長さ、正方形である場合には１辺の長さ）をＬ、吹き出し口と基板面との距離をＫとしたときに、その比（Ｋ／Ｌ）が０．０１以上１以下となるようにすることが好ましく、０．０５以上０．７以下となるようにすることがより好ましく、０．１以上０．５以下となるようにすることがさらに好ましい。この比（Ｋ／Ｌ）が１を超えると、金属化合物が金属酸化物に変換される効率が低くなる。
【００５４】
基板の設置空間の雰囲気は、減圧下、常圧下、あるいは加圧下のいずれでもよい。しかしながら、高度な減圧下、例えば超真空下であると、酸化物単結晶の成長速度が遅く、生産性に劣るため好ましくない。加圧下で実施する場合、酸化物単結晶の成長速度に関しては問題ないが、加圧するための設備が必要となって好ましくない。従って、基板の設置空間の雰囲気は、１．０１×１０２〜２．０３×１０６Ｐａ（０．００１〜２０ａｔｍ）とすることが好ましく、１．０１×１０４〜１．０１×１０６Ｐａ（０．１〜１０ａｔｍ）とすることがより好ましく、常圧とすることが最も好ましい。
【００５５】
基板面上に形成される金属酸化物の状態は、主に、基板温度と原材料である金属化合物の過飽和度（［（実際の蒸気圧−平衡蒸気圧）／平衡蒸気圧］×１００）によって決定される。
【００５６】
基板温度は原材料の基板面での拡散距離を決定する因子であり、この拡散距離によって単位面積あたりの金属酸化物結晶の数、すなわち核生成密度が決定される。核形成密度は、金属酸化物の形状に影響を及ぼす。一般に、基板温度が高いと核生成密度は小さくなって、単位面積あたりの金属酸化物結晶の数が小さくなる。基板温度が低いと核生成密度は大きくなって、単位面積あたりの金属酸化物結晶の数が大きくなる。従って、基板温度は、必要とする突起物の形成密度に応じて設定すればよい。この基板温度としては、０℃以上８００℃以下が好ましく、２０℃以上８００℃以下がより好ましく、１００℃以上７００℃以下がさらに好ましい。また、基板温度が金属化合物ガスの温度より高い温度で、かつ基板近傍及び表面で金属酸化物が形成され得る温度であることも好ましい。
【００５７】
金属化合物の過飽和度は結晶晶癖を決定する因子であり、この結晶晶癖で金属酸化物結晶の径及び長さ、すなわちアスペクト比が決定される。一般に、過飽和度が低いと、金属酸化物結晶は、基板面に垂直な方向よりも水平な方向に成長する傾向にあるため、アスペクト比が小さくなる。過飽和度が高いと、金属酸化物結晶は、基板面に水平な方向よりも垂直な方向に成長する傾向にあるため、アスペクト比が大きくなる。
【００５８】
金属酸化物結晶のアスペクト比を１以上とするためには、過飽和度を１％以上とすることが好ましい。また、この過飽和度は１０％以上とすることがより好ましく、さらに好ましくは２０％以上である。
【００５９】
金属化合物を空気中の酸素または水と反応させて、金属酸化物を基板上にエピタキシャル成長させるための最適な反応時間は、反応条件や使用する原材料の種類に応じて異なる。例えば原材料として亜鉛アセチルアセトネートを用いた場合には、通常の室温、常圧雰囲気下では１０分以上とすることが好ましい。さらに好ましくは３０分以上、特に好ましくは１時間以上である。
【００６０】
金属酸化物が基板面上でエピタキシャル成長しているかどうかは、通常のＸ線回折法により確認することができる。特に、基板と金属酸化物結晶との面内方位関係を、φスキャン法で観察する方法を採用することが好ましい。
【００６１】
図４に、本発明に係る蛍光体を形成する好ましい一例である、突起物を有する金属酸化物部材（すなわち、金属酸化物の薄膜上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物を有するもの）の製造装置の一例を示す。この製造装置は、キャリアガスである窒素の供給源５１と、キャリアガスの流量を調整する流量計５２と、原材料である金属化合物を気化する加熱槽５３と、キャリアガスを加熱槽５３に導入する配管５４と、加熱槽５３で気化された金属化合物を基板１１に向かわせる配管５５と、基板１１を加熱状態で保持する基板ステージ５６とで構成されている。配管５４には液体窒素トラップ５７が設けてある。この液体トラップ５７は、供給源５１から供給されたキャリアガス中に含まれる水を除去するためのものである。
【００６２】
配管５５の先端部には所定形状の吹き出し口５８が接続してあり、この吹き出し口５８の開口部５８ａは、配管５５からの気体が、基板１１の突起物１２を形成する面全体に吹き出されるように形成されている。また、配管５５及び吹き出し口５８はリボンヒーターで加熱されている。
【００６３】
なお、基材の所定の位置に選択的に蛍光体を形成する必要がある場合には、通常公知のマスキング方法を用いることができる。
【００６４】
本実施形態中の電子放出源１０は、金属酸化物の薄膜（数ｎｍ〜数十ｎｍ）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物を有する金属酸化物部材である。なお、図１では、電子放出源を構成する、金属酸化物の薄膜は図示せず、同じ種類の金属酸化物からなる突起物のみを図示している。よって、以下、電子放出源を突起物１０ともいう。この金属酸化物からなる電子放出源が有する突起物１０は、断面の円換算径０．０１〜１００μｍ、かつ長さ０．１μｍ以上である。
【００６５】
前記電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起部１０の断面（突起物の長さ方向中心点での断面）の円換算径は小さいほど好ましいが、後述する方法では断面の円換算径が０．０１μｍ未満の突起物を得ることは困難である。突起物の断面の円換算径が１００μｍを超えると、電子放出源としての効果に乏しく好ましくない。
【００６６】
前記電子放出源を構成する突起物１０の断面の円換算径の好ましい範囲は０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、より好ましい範囲は０．０１μｍ以上１０μｍ以下であり、さらに好ましい範囲は０．１μｍ以上３μｍ以下である。
【００６７】
なお、円換算径とは、例えば画像解析を利用した従来公知の方法で測定された突起物の１／２の長さにおける断面積を、円周率πで除した値の平方根を２倍した値である。
【００６８】
突起物の円換算径、長さは以下の方法による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって求める。まず、該金属酸化物の試料を、その上側表面の中心部を通りかつ突起物の長手方向と平行に延びる平面に沿って切断して断面を得る。得られた１つの断面について、上記の中心部を起点にして、突起物の長手方向に直角な方向に左右それぞれ１００μｍずつの範囲をＳＥＭで観察し、その範囲内で断面側から観察可能な突起物のうち、断面側から突起物のそれぞれの側面全体が他の突起物によって視界がさえぎられずに観察が可能な突起物について、和平均円換算径と和平均長さを求める。この場合、複数の突起物の円換算径や長さは均一であってもまちまちであってもいずれであっても差し支えない。
【００６９】
前記電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起部１０の長さは０．１μｍ以上１００００μｍ以下であることが好ましい。突起物の長さが０．１μｍ未満であると電子放出源としての効果が発現しない。さらに、１００００μｍを超えると突起物の機械的強度が著しく低下し、好ましくない。突起物の長さのより好ましい範囲は０．５μｍ以上１０００μｍ以下であり、さらに好ましい範囲は１μｍ以上５００μｍ以下である。
【００７０】
前記電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起部１０の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）は０．０１以上１００未満であることが好ましい。アスペクト比が０．０１未満の場合、電子放出源としての効果が十分でない場合があり、好ましくない。また、アスペクト比が１００を超えると、使用時に変形を生じる可能性が高くなる。
【００７１】
突起物が複数存在する場合、突起物の円換算径、長さ、突起物の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）は和平均値で算出される。なお、突起物の断面の円換算径に対する長さの比（アスペクト比）の和平均値は、和平均円換算径に対する和平均長さの比として定義される。
【００７２】
前記電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起部１０の配置密度は大きいほど好ましいが、後述する方法によって、基板面１００μｍ２あたりの配置密度が１００００本を超える突起物を得ることは困難である。基板面１００μｍ２あたりの突起物の配置密度が０．０１本未満であると、電子放出源としての効果に乏しく好ましくない。基板面１００μｍ２あたりの突起物の配置密度の好ましい範囲は０．０１本以上１００００本以下であり、より好ましい範囲は０．０１本以上１０００本以下であり、さらに好ましい範囲は１本以上５００本以下である。
【００７３】
前記電子放出源を構成する突起物１０の中心軸は相互に平行であることが好ましい。前記電子放出源、すなわち金属酸化物の薄膜（不図示）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物１０を有するものは単結晶であることが好ましい。前記突起物１０が金属酸化物結晶である場合は、該突起物は相互に平行に、かつ突起物が成長している結晶軸と同一方向に成長していることが好ましい。
【００７４】
前記電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起部１０の中心軸が相互に平行であることは、ＳＥＭ、Ｘ線ロッキング曲線法、φ−スキャン法等通常公知の方法によって確認することができる。
【００７５】
本実施形態中の電子放出源１０において、突起物を有する金属酸化物部材を構成する金属種はいずれであっても差し支えない。好ましくはＺｎ及びＡｌのいずれかからなる金属を少なくとも含むものである。
【００７６】
電子放出源を導電性膜に接合する方法は、ワイヤーボンディング、銀ペーストによる接着、スポット溶接等、通常公知のいずれの方法であってもよいが、好ましくは電子放出源を導電性膜に直接形成する方法である。また、電子放出源と導電性膜の間に１種類以上の導電性物を介しても差し支えない。
【００７７】
さらに好ましくは、上述した方法、すなわち、所定圧力の空気が存在する空間に導電性膜を有する基材を加熱した状態で設置し、導電性膜を有する基材に空気中の酸素または水等の大気中に含まれる化合物と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて導電性膜を有する基材上に前記突起物を有する金属酸化物部材を形成する方法が好ましく用いられる。
【００７８】
さらに、前記電子放出源を構成する突起物１０は、少なくとも先端部がＮ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物部材とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる層により被覆されているものもまた好ましい。
【００７９】
また、前記電子放出源を構成する突起物１０は、表面が導電性物質で被覆されており、さらに導電性物質で被覆された該突起物の少なくとも先端部がＮ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物部材とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる絶縁物層により被覆されているものもまた好ましい。
【００８０】
アモルファス乃至は微結晶炭素として具体的には、アモルファス炭素（ａ−Ｃ）の他に、ａ−Ｃ膜中に水素の入っているアモルファス水素化炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）、窒素の入っているアモルファス窒化炭素（ａ−ＣＮＸ）、水素と窒素の入っているアモルファス水素化窒化炭素（ａ−ＣＮＸ：Ｈ）等がある。
【００８１】
本実施形態中のＮ−Ｈ終端を含有するアモルファスの中で、赤外線吸収スペクトルにおける吸収面積が［Ｎ−Ｈ終端の吸収面積］／［Ｃ−Ｈ終端の吸収面積］≧１であるものが好ましい。ここで、Ｎ−Ｈ終端の吸収面積とは、Ｎ−Ｈ終端を含有するアモルファスの赤外線吸収スペクトルにおいて、３３００ｃｍ−１付近におけるアミノ基に起因する吸収ピークの面積のことをいう。また、Ｃ−Ｈ終端の吸収面積とは、該赤外線吸収スペクトルの２８００ｃｍ−１〜３０００ｃｍ−１におけるメチル基及びメチレン基に起因する吸収ピークの面積のことをいう。なお、これら吸収ピークの面積は積分法により算出される。
【００８２】
本実施形態中の電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物１０の少なくとも先端部を被覆する金属酸化物は、少なくとも１種類が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｂｅ、Ｍｇの中から選ばれたものであることが好ましい。さらに好ましくは、少なくともＲｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの中から選ばれる１種類を含有していることである。
【００８３】
本実施形態中の電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物１０の少なくとも先端部を被覆する金属酸化物は、二次電子利得の極大値が５以上であることが好ましい。さらに好ましくは二次電子利得の極大値が１０以上である。二次電子利得の極大値が５未満の場合、電子放出性能に劣り好ましくない。二次電子利得の極大値は大きければ大きいほど好ましい。二次電子利得の極大値が５以上である金属酸化物の具体例として、ＭｇＯ、Ｃｓ２Ｏ等が挙げられる。これらの中でも、ＭｇＯが電子に対する保護膜としての効果に優れ、特に好ましく用いられる。勿論これ以外の金属酸化物であっても、二次電子利得の極大値が５以上であればいずれの種類であっても差し支えない。
【００８４】
本実施形態中の電子放出源である、前記突起物を有する金属酸化物部材において、突起物１０の少なくとも先端部を被覆する金属酸化物は、仕事関数が小さいことが好ましい。具体的には、平板状の金属酸化物を用いて電場電子放出法により得られた仕事関数値で５ｅＶ以下であるものである。さらに好ましくは４ｅＶ以下である。仕事関数値が５ｅＶを超えた場合は、電子放出性能に劣り好ましくない。
【００８５】
本実施形態中の電子放出源を構成する突起物１０の少なくとも先端部を被覆する上記被覆物からなる層の好ましい厚さは１００ｎｍ以下である。
【００８６】
本実施形態中の電子放出源（金属酸化物構造体）における突起物１０の少なくとも先端部を被覆する上記被覆物からなる層の厚さは、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の通常公知の方法によって測定できる。具体的には、ＴＥＭ観察において、本実施形態中の電子放出源における突起物の部分を断面観察することで測定する。
【００８７】
本実施形態中の電子放出源（金属酸化物構造体）における突起物１０の少なくとも先端部を被覆する物質からなる層は、場合によっては被覆物質単独で突起物上に積層される場合がある。この場合は、突起物上に単独で積層している被覆物質の円換算径をもって金属酸化物の厚さとする。
【００８８】
本実施形態中の電子放出源における突起物１０の先端部は、凸状になっており、更に具体的には尖鋭化されている方が電子放出源として好ましく利用できる。具体的には曲率半径４０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以下がさらに好ましい。以下、図２を用いて、基部が円柱状で、先端部が円錐状である場合を例にとって曲率半径を説明する。
【００８９】
図２（ａ）は電子放出源を構成する突起物の斜視図であり、この突起物１２は、先端部１２ｂをなす円錐の頂点Ｃと、基部１２ａをなす円錐の中心軸Ｏとが一致している。図２（ｂ）は、中心軸Ｏに沿った平面で突起１２を切断した面を示す図である。図２（ｂ）には、突起物１２の外形線を示す線Ｅが示されるが、この線Ｅのうち先端部１２ｂの頂点Ｃ（基部１２ａの底面円の中心点と同じ）から突起物１２の幅方向（基部１２ａの底面円の半径方向）両側に１００ｎｍの範囲Ｗにある部分Ｅ０を、図２（ｃ）に示すように、頂点Ｃを原点とした２次曲線に近似する。そして、この２次曲線を示す２次方程式（ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ）の２次の項の係数ａを２倍した値の逆数（１／（２ａ））が前記曲率半径である。
【００９０】
前記電子放出源である、導電性を持つ突起物を有する金属酸化物部材において、該突起物の少なくとも先端部を他のＮ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物部材とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる物質で被覆する方法、及び／または前記突起物の表面が導電性物質で被覆された後に、該導電性物質で被覆された突起物の少なくとも先端部をＮ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素、電子放出源を形成する金属酸化物部材とは異なった種類の金属酸化物の少なくとも１種からなる絶縁物で被覆する方法としては、被覆物質を気相や液相を通じて物理的または化学的に金属酸化物上に形成する通常公知の方法、例えば、スパッタリング、ディッピング、及び溶液鍍金等の鍍金、塗布、印刷が挙げられる。また、焼き付け法等の方法が挙げられる。
【００９１】
これらの中で好ましい被覆方法は被覆物質の種類により異なる。例えば被覆物質がＮ−Ｈ終端を含有するアモルファス、微結晶窒化炭素物、アモルファス乃至は微結晶炭素の場合は、蒸着、スパッタリング、ディッピング、プラズマＣＶＤ法が好ましく、被覆物質が金属酸化物の場合は、上述した方法、すなわち、所定圧力の空気が存在する空間に導電性膜を有する基材を加熱した状態で設置し、導電性膜を有する基材に空気中の酸素または水等の大気中に含まれる化合物と反応して酸化物を形成する金属化合物の気体及び／または微粒子を向かわせて導電性膜を有する基材上に前記突起物を有する金属酸化物部材を形成する方法が好ましく用いられる。
【００９２】
なお、導電性膜の所定の位置に選択的に電子放出源を形成する必要がある場合には、通常公知のマスキング方法を用いることができる。
【００９３】
本実施形態中のゲート電極４とは、固有抵抗率が１００ｋΩ／ｃｍ以下で、少なくとも１箇所の導電体で囲まれた開口平面を持つものであればいずれであっても差し支えない。また、ゲート電極４は、少なくとも一部の表面が絶縁膜で被覆されていても差し支えない。
【００９４】
本実施形態中のゲート電極４としての、少なくとも１箇所の導電体で囲まれた開口平面を持つ導電体の具体例としては、金属板のような板状導電体に少なくとも１箇所の穴を開けたもの、金属線のような線状導電体が網目状または織物状に接合または組み合わせられることで少なくとも１箇所の開口平面を持つもの、金属線のような線状導電体が少なくとも１箇所略円状、円状、略多角形状、多角形状につながることで少なくとも1箇所の開口平面を持つもの等が挙げられる。
【００９５】
ゲート電極４は、導電性膜Ｄ２と電気的に絶縁された状態で接合、または封止材等の第三の物質（絶縁性区画部材６）を介して導電性膜Ｄ２と電気的に絶縁されている。
【００９６】
ゲート電極４と導電性膜Ｄ２または封止材（絶縁性区画部材６）を接合する方法は、フリットガラスまたはトールシール等による接着、固定金属ピンとのカシメやスポット溶接等、通常公知のいずれの方法であってもよいが、好ましくはフリットガラスによる接着である。
【００９７】
また、ゲート電極４は、発光装置の形状、用途によっては省略される場合がある。
【００９８】
本実施形態に係る電子放出源及び／または蛍光体、すなわち突起物を有する金属酸化物部材を用いる場合、突起物が倒れたり折れたりすることを防止するために、隣り合う突起物同士の隙間を、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、及びシアノアクリレートのような瞬間接着剤等の有機物質、ガラスやセラミックス等の無機物質、金属等で埋めても差し支えない。
【００９９】
本実施形態に係る発光装置として、電子放出源と蛍光体の間にさらに１個以上の電極を有していても差し支えない。具体的には、前記ゲート電極４でもよいし、収束電極やシールド電極等のように、発光装置で通常用いられる電極であればいずれであっても差し支えない。また、これらを組み合わせた複数の電極であっても差し支えない。
【０１００】
上述したように、本実施形態によれば、従来の発光装置と比較して、よりエネルギー効率が高く、且つより発光輝度の高い発光装置が得られる。すなわち、一般にコーン状のような突起物の先端には電界が集中しやすいという特徴がある。これにより同じ電界をかけても電界が集中して突起物の先端から電子が放出されやすくなる。同様に、陽極と陰極の向きを逆にした場合は、突起物の先端に電子が集中しやすくなる。従って、電子放出源と蛍光体が共に突起物を有していれば、電子の放出と捕捉との効率が共に高い発光装置を得ることができる。
【実施例】
【０１０１】
本発明を実施例に基づいて説明する。
【０１０２】
［実施例１］
図１に示す発光装置を作製した。
【０１０３】
まず、図３に示すように、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１００μｍのステンレス板１３を２枚用意した。ステンレス板１３には縦軸及び横軸の端部から各々２．５ｍｍ隔てて開口部１３ａの端部が存在し、開口部１３ａは横軸方向に６個存在している。開口部１３ａの大きさは、縦軸に平行な方向の長さが３４ｍｍ、横軸に平行な方向の長さが５ｍｍであり、開口部１３ａ相互は１ｍｍの間隔で配置している。
【０１０４】
図４に示すような製造装置を用い、図３に示すステンレス板１３を絶縁膜で被覆した板状物を製造し、絶縁性区画部材Ｚとする。
【０１０５】
具体的には、吹き出し口５８および基板ステージ５６を常温の実験室内に配置し、吹き出し口５８と基板ステージ５６との間の空間を大気圧とする。ステンレス板１３は、開口部１３ａを持つ面を上に向けて基板ステージ５６に設置する。ステンレス板１３を基板ステージ５６で６００℃に加熱するとともに、加熱槽５３内にアルミニウムアセチルアセトネートを入れて１３０℃に加熱する。
【０１０６】
この状態で、供給源５１から配管５４に窒素を１．２ｄｍ３／分で供給することにより、金属化合物の気体と窒素ガスとの混合気体を、配管５５を介して吹き出し口５８からステンレス板１３の間に吹きつける。なお、配管５５および吹き出し口５８はリボンヒーターで１３０℃に加熱されている。
【０１０７】
これにより、原材料である金属化合物は、ステンレス板面上およびその近傍で、空気中の酸素または水と反応して金属酸化物となり、この金属酸化物が絶縁膜としてステンレス板面上を厚みが３μｍになるように被覆する。
【０１０８】
この状態では、ステンレス板１３が基板ステージ５６に接している面は絶縁膜が被覆されないので、片面が絶縁されたステンレス板１３を裏返して先の操作を再度繰り返し、ステンレス板１３の全面を絶縁膜で被覆する。これを絶縁性区画部材Ｚとする。
【０１０９】
縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１００μｍの大きさの透明電極層（透明導電性膜Ｄ１）が形成されたガラス基板（透明基板Ｇ１）の透明電極層Ｄ１が被覆されている側の面に蛍光体を形成する。また、ガラス基板Ｇ１は石英ガラスからなる。
【０１１０】
図４に示すような製造装置を用い、透明電極層Ｄ１上に蛍光体Ｈ１〜Ｈ３（すなわち、金属酸化物の薄膜（数ｎｍ〜数十ｎｍ）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物を有する金属酸化物部材）を形成する。
【０１１１】
ここでは蛍光体Ｈ１としてＹ２Ｏ３：Ｅｕ、蛍光体Ｈ２としてＹ２Ｏ３：Ｔｂ、蛍光体Ｈ３としてＹ２Ｏ３：Ｔｍを利用する。
【０１１２】
ガラス基板Ｇ１の透明導電層Ｄ１が形成された側に図３に示すステンレス板１３を置き、６５０℃に加熱する。さらに中央の４個の開口部１３ａをステンレス板でマスクする。
【０１１３】
加熱槽５３内にＹ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２＝ｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎａｔｏ、以下ＤＰＭと記載）とＥｕ（ＤＰＭ）３を２／１の重量比で仕込み、２２０℃に加熱する。
【０１１４】
この状態で、供給源５１から配管５４に窒素を１．２ｄｍ３／分で供給することにより、金属化合物の気体と窒素ガスとの混合気体を、配管５５を介して吹き出し口５８からガラス基板Ｇ１の透明電極層Ｄ１上に５０分間吹きつけて蛍光体Ｈ１を形成する。なお、配管５５および吹き出し口５８はリボンヒーターで２３０℃に加熱されている。
【０１１５】
内部に蛍光体が形成されていない開口部１３ａの２つを残して他の部分をステンレス板でマスクした状態で、Ｈ２、Ｈ３の蛍光体を順次形成する。蛍光体Ｈ２としてＹ２Ｏ３：Ｔｂを形成する場合、加熱槽５３内にＹ（ＤＰＭ）３とＴｂ（ＤＰＭ）３を２／１の重量比で仕込み、蛍光体Ｈ３としてＹ２Ｏ３：Ｔｍを形成する場合、加熱槽５３内にＹ（ＤＰＭ）３とＴｍ（ＤＰＭ）３を２／１の重量比で仕込む以外は、蛍光体Ｈ１と同じ条件で蛍光体Ｈ２、Ｈ３を形成する。
【０１１６】
マスクを外した後、区画部材Ｚの開口部が蛍光体Ｈ１〜Ｈ３の場所に相当するように区画部材Ｚを配置し、絶縁性の封止材（図示しない）を用いて固定する。
【０１１７】
こうして、透明電極層Ｄ１が形成されたガラス基板Ｇ１上に蛍光体Ｈ１〜Ｈ３が形成されたものを陽極として使用する。
【０１１８】
図４に示すような製造装置を用い、加熱槽５３内に亜鉛アセチルアセトネートを仕込み、１１５℃に加熱し、配管５５および吹き出し口５８をリボンヒーターで１３０℃に加熱し、導電性膜Ｄ２が形成された基板Ｇ２を５５０℃に加熱した以外は、蛍光体Ｈ１〜Ｈ３と同じ条件で、基板Ｇ２上の導電性膜Ｄ２が形成された面上に酸化亜鉛からなる突起物を有する金属酸化物部材（すなわち、金属酸化物の薄膜（数ｎｍ〜数十ｎｍ）上に同じ種類の金属酸化物からなる突起物を有する金属酸化物部材）を形成する。
【０１１９】
次に、加熱槽５３内にマグネシウムアセチルアセトネートを入れて２３０℃に加熱する。さらに、導電性膜Ｄ２上に酸化亜鉛ウイスカーが堆積した基板Ｇ２を基板ステージ５６で６００℃に加熱した状態で、供給源５１から配管５４に窒素を１．２ｄｍ３／分で供給することにより、金属化合物の気体と窒素ガスとの混合気体を、配管５５を介して吹き出し口５８から基板Ｇ２の間に１０分間吹き付ける。こうして得られた酸化マグネシウム被覆酸化亜鉛ウイスカーを電子放出源１０とする。
【０１２０】
電子放出源１０が導電性膜Ｄ２上に形成された基板Ｇ２を陰極として使用する。
【０１２１】
ゲート電極４は、縦３０．２５ｍｍ×横４０．２５ｍｍ、厚さ１００μｍのステンレス板を使用する。ステンレス板には短軸及び長軸の端部から各々５ｍｍ隔てて開口部の端部が存在し、開口部は短軸方向に３４個、長軸方向に６８個、合計２３１２個存在している。開口部の大きさは、短軸に平行な方向の長さが２００μｍ、長軸に平行な方向の長さが７３０μｍであり、開口部相互は、短軸に平行な方向に７０μｍ、長軸に平行な方向に７５μｍの間隔で配置している。
【０１２２】
厚さ１５０μｍのガラス板をスペーサー（区画部材６）として使用し、陰極とゲート電極４をスペーサー６を介して絶縁性の封止材（図示しない）を用いて固定する。
【０１２３】
次に、陽極を蛍光体Ｈ１〜Ｈ３がゲート電極４及び電子放出源１０に向き合うようにして、ゲート電極４と蛍光体Ｈ１〜Ｈ３との間に所定の間隔を開けて平行に配置する。その状態で側面部全体を枠部材（封止部材）で囲い、内部を真空にして密封する。このとき、陰極、陽極、ゲート電極は外部と電気的に導通できるようにする。
【０１２４】
この発光装置の電源Ｂ１から陰極Ｄ２とゲート電極４との間に、また、電源Ｂ２から陰極Ｄ２と陽極Ｄ１との間にそれぞれ高電圧を印加することにより、電子放出源１０の先端に強い電界が生じて電子放出源１０の先端から電子が放出され、その電子が加速されて蛍光体（発光体）Ｈ１〜Ｈ３に衝突することにより発光体Ｈ１〜Ｈ３が発光する。発光体Ｈ１はピーク波長を６１２ｎｍに、発光体Ｈ２はピーク波長４８２ｎｍと５４２ｎｍに、発光体Ｈ３はピーク波長４５０ｎｍに持つ光を発光する。その結果、ガラス基板Ｇ１から光が放射される。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明により、よりエネルギー効率が高く、かつより輝度の高い発光装置が得られる。この発光装置は、照明、表示等の従来公知の発光装置が利用される分野いずれにも使用できる。また、ディスプレイ等の表示装置の分野にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の一実施形態に相当する電子放出素子を示す概略構成図である。
【図２】電子放出源の先端部の曲率半径を説明するための図である。
【図３】絶縁性区画部材を構成するステンレス板の一例を示す概略構成図である。
【図４】突起状の金属酸化物を製造するための製造装置を示す概略構成図である。
【図５】従来のアレイ状電界放射冷陰極の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２７】
Ｂ１，Ｂ２ …電源
Ｄ１  …透明導電性膜
Ｄ２  …導電性膜
Ｇ１  …透明基板（ガラス基板）
Ｇ２  …基板
Ｈ１〜Ｈ３ …蛍光体（突起物を有する金属酸化物部材）
Ｚ    …絶縁性区画部材
４    …ゲート電極
６    …絶縁性区画部材（スペーサー）
１０  …電子放出源（突起物を有する金属酸化物部材）
１１  …基板
１２  …突起物
１２ａ …基部
１２ｂ …先端部
１３  …ステンレス板
１３ａ …開口部
４１  …ゲート電極開口部
５１  …供給源
５２  …流量計
５３  …加熱槽
５４，５５ …配管
５６  …基板ステージ
５７  …液体窒素トラップ
５８  …吹き出し口
５８ａ …開口部
【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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