(57)【要約】【課題】  低加速電圧下においても蛍光体薄膜表面にチャージアップが起こることなく、十分な発光輝度が得られる蛍光体薄膜及びその形成方法並びにこの蛍光体薄膜を用いた薄膜蛍光体基板及びその作製方法の提供。【解決手段】  母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成する。透明基板、導電膜、及び導電性蛍光体薄膜から３層構造の薄膜蛍光体基板を作製する。透明基板上に導電膜を形成し、この上に導電性蛍光体薄膜を形成するか、又は透明基板上に導電性蛍光体薄膜を形成し、この上に導電膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とが多元蒸着され、焼成されてなることを特徴とする導電性蛍光体薄膜。
【請求項２】
付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とが多元蒸着され、焼成されてなることを特徴とする導電性蛍光体薄膜。
【請求項３】
前記蒸着は、電子ビーム蒸着又はスパッタ法により行われることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性蛍光体薄膜。
【請求項４】
母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成することを特徴とする導電性蛍光体薄膜の形成方法。
【請求項５】
付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成することを特徴とする導電性蛍光体薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記蒸着を、電子ビーム蒸着又はスパッタ法により行うことを特徴とする請求項４又は５記載の導電性蛍光体薄膜の形成方法。
【請求項７】
透明基板、導電膜、及び導電性蛍光体薄膜を有する３層構造からなることを特徴とする薄膜蛍光体基板。
【請求項８】
前記導電性蛍光体薄膜は、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とが、又は付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とが電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により多元蒸着され、焼成されてなる薄膜であることを特徴とする請求項７記載の薄膜蛍光体基板。
【請求項９】
前記３層構造は、透明基板、導電膜、及び導電性蛍光体薄膜の順で構成されていることを特徴とする請求項７又は８記載の薄膜蛍光体基板。
【請求項１０】
前記３層構造は、透明基板、導電性蛍光体薄膜、及び導電膜の順で構成されていることを特徴とする請求項７又は８記載の薄膜蛍光体基板。
【請求項１１】
透明基板上に導電膜を形成し、この導電膜上に、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを、又は付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成して、３層構造の薄膜蛍光体基板を作製することを特徴とする薄膜蛍光体基板の作製方法。  
【請求項１２】
透明基板上に、母体酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを、又は付活材としてのランタノイド元素で付活された母体酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成し、その後この導電性蛍光体薄膜上に導電膜を形成して、３層構造の薄膜蛍光体基板を作製することを特徴とする薄膜蛍光体基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性蛍光体薄膜及びその形成方法、並びにこの導電性蛍光体薄膜を利用した薄膜蛍光体基板及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイの分野においてはフラットパネルディスプレイの発展が著しく、大型フラットパネルディスプレイの有力候補として、フィールドエミッションディスプレイ(ＦＥＤ)が注目されている。このＦＥＤ用の蛍光体として、粉末蛍光体と比べて平坦性に優れている、超高精細ディスプレイ用蛍光体である薄膜蛍光体が知られている。しかしながら、今までに、ＦＥＤ用蛍光体として薄膜蛍光体の実用例は報告されていない。この原因は、この薄膜蛍光体から発光した光はガラスを通して外部に取り出されるが、ガラスとの界面での反射(屈折)のためにガラス前面から効率よく光を取り出すことができず、光の波動効果によるガラス端面からの光の散逸が大きくなって、輝度の減少、視野角の減少、消費電力の増大という問題が生じるためである。
【０００３】
上述したような従来からの問題点を解決するための薄膜蛍光体基板が提案されている(例えば、特許文献１参照)。この場合の薄膜蛍光体基板は、透明基板、導電膜、蛍光体薄膜、及び低屈折率膜を有する４層構造からなる。この蛍光体薄膜は、導電性を持たない酸化物からなるものである。この蛍光体薄膜はまた、その膜厚が１μｍ以下であり、母材にランタノイド元素が付活されたものであって、電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により作製されている。また、低屈折率膜を設け、蛍光体薄膜から発光した光が透明基板の端面から放出されるのを防ぎ、十分な光を基板正面から取り出すことができるようにしている。しかし、このように構成された薄膜蛍光体基板をＦＥＤに用いるのには次のような問題が発生する虞れがある。ＦＥＤでは、その構造から放出される電子が低加速電圧であるので、放出された電子が蛍光体薄膜を通過できずに、蛍光体薄膜表面にチャージアップしてしまい、十分な発光輝度が得られなくなるという虞れがある。
【特許文献１】特開２００５−８２７０７号公報(特許請求の範囲等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、上記した従来技術の問題を解決することにあり、低加速電圧下においても蛍光体薄膜表面にチャージアップが起こることなく、十分な発光輝度が得られる導電性蛍光体薄膜及びその形成方法、並びにこの蛍光体薄膜を用いた薄膜蛍光体基板及びその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、蛍光体薄膜に導電性を付与することにより、低加速電圧下においても蛍光体薄膜表面にチャージアップが起こることなく、十分な発光輝度を得ることができるようしたものである。
【０００６】
本発明の導電性蛍光体薄膜は、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とが電子ビーム蒸着又はスパッタ法のような蒸着法により多元蒸着され、焼成されてなるものであることを特徴とする。この場合、付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とが多元蒸着され、焼成されてなるものでも良い。
【０００７】
本発明の導電性蛍光体薄膜の形成方法は、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを、電子ビーム蒸着又はスパッタ法のような蒸着法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成することを特徴とする。この場合、付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを多元蒸着し、次いで焼成することにより形成しても良い。
【０００８】
本発明の薄膜蛍光体基板は、透明基板、導電膜、及び導電性蛍光体薄膜を有する３層構造からなることを特徴とする。この導電性蛍光体薄膜は、上記したように多元蒸着した後に焼成することにより形成されているので、低加速電圧下においても、その表面にチャージアップが起こることもなく、十分な発光輝度を得ることができる。上記した従来型の薄膜蛍光体基板におけるように低屈折率膜を設ける必要はなく、簡易な構造で十分な発光輝度が得られる。
【０００９】
上記薄膜蛍光体基板は、透明基板、導電膜、及び導電性蛍光体薄膜の順で構成されているか、又は透明基板、導電性蛍光体薄膜、及び導電膜の順で構成されている。
【００１０】
本発明の薄膜蛍光体基板の作製方法は、透明基板上に導電膜を形成し、この導電膜上に、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを、又は付活材としてのランタノイド元素で付活された母材酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを電子ビーム蒸着法又はスパッタ法のような蒸着法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成して、３層構造の薄膜蛍光体基板を作製することを特徴とする。
【００１１】
本発明の薄膜蛍光体基板の作製方法はまた、透明基板上に、母体酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを、又は付活材としてのランタノイド元素で付活された母体酸化物と導電性酸化物となり得る物質とを電子ビーム蒸着法又はスパッタ法のような蒸着法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成し、その後この導電性蛍光体薄膜上に導電膜を形成して、３層構造の薄膜蛍光体基板を作製することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、扱いやすい複数の酸化物を用いる同時蒸着により成膜し、導電性の付与された蛍光体薄膜を提供できると共に、この薄膜を用いた薄膜蛍光体基板を提供できるので、導電性を付与していない蛍光体薄膜の場合と比べて、蛍光体薄膜表面にチャージアップが起こることもなく、低加速電圧でも顕著な発光輝度が得られ、さらに蛍光体基板の長寿命化を図ることが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明によれば、導電性蛍光体薄膜は、上記したように、例えば、母材酸化物、付活材としてのランタノイド元素及び薄膜形成時に導電性酸化物となり得る物質を多元蒸着して成膜し、次いで大気中で焼成することにより形成される。また、本発明によれば、透明基板、導電膜(好ましくは透明導電膜)、及び上記導電性蛍光体薄膜を有する３層構造からなる薄膜蛍光体基板は、例えば、透明基板上に導電膜を形成し、この導電膜上に、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により多元蒸着し、次いで焼成することにより導電性蛍光体薄膜を形成して作製される。この場合、成膜プロセスは、電子ビーム蒸着法又はスパッタ法に加えてガス中蒸着法による同時蒸着により実施することも可能である。
【００１５】
本発明で用いる母材酸化物としては、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｎＧａ２Ｏ４、及びＳｒＴｉＯ３等から選ばれた少なくとも一種の酸化物を挙げることができる。付活材としてのランタノイド元素は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれた少なくとも一種であれば良い。また、導電性酸化物となり得る物質としては、大気中焼成により導電性酸化物を生成し得る金属、例えば、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｍ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ、及びＴｉから選ばれた少なくとも１種の金属を挙げることができる。
【００１６】
スパッタ法で多元蒸着としての成膜プロセスを実施する場合には、そのスパッタリングターゲットとして、母材酸化物、付活材の酸化物及び導電性酸化物となり得る物質の酸化物のそれぞれで構成されたターゲットを用いれば良い。電子ビーム蒸着法及びガス中蒸着法の場合も、これらの母材酸化物、付活材の酸化物及び導電性酸化物となり得る物質の酸化物のそれぞれを構成し得る材料を用いれば良く、例えば、上記した材料を用いる。なお、上記酸化物の代わりに金属単体を用いて成膜しても良く、成膜後、焼成を行うため、最終的には酸化物となる。
【００１７】
上記成膜プロセスをスパッタリング法で行う場合、例えば、公知のＲＦスパッタリング法を用い、ターゲットとして、酸化ランタノイドからなるターゲットと、母材酸化物からなるターゲットと、導電性酸化物からなるターゲットとを同時に用いてスパッタ成膜して前駆体を得、この前駆体を大気中所定の温度で焼成することにより、所望の導電性蛍光体薄膜を形成することができる。同時スパッタリングは、例えば、母材酸化物のスパッタターゲットの表面にそれより径の小さな酸化ランタノイドのスパッタターゲットと導電性酸化物のターゲットとを好ましくは複数個乗せたターゲット配置形状で同時にスパッタを行えば良い。このターゲット形状は、特に制限はなく、所望の目的を達成できるようなものであれば良い。
【００１８】
また、電子ビーム蒸着法の場合は、導電性蛍光体薄膜の各成分元素を蒸発源とし、個々の蒸発源からの分子状の成分元素を基板上で反応させて所望の薄膜を形成しても良い。
【００１９】
本発明の導電性蛍光体薄膜は、母材酸化物にランタノイド元素が付活され、更に導電性酸化物が分散されたものであり、その組成をａｔｍ％で表示すれば、一般に、ランタノイド元素の酸化物として、０．１〜１０ａｔｍ％程度、好ましくは２〜５ａｔｍ％であり、導電性酸化物となり得る物質として、１〜４０ａｔｍ％程度、好ましくは１〜５ａｔｍ％であり、残部は母材酸化物である。この範囲内の組成を有する導電性蛍光体薄膜であれば電子線による所望の発光を示す。
【００２０】
なお、焼成後に得られた導電性蛍光体薄膜は、例えば、[Ａ(１−ｘ)Ｂｘ]２Ｏ３Ｃｙ(式中、Ａは母材金属、Ｂはランタノイド元素、Ｃは導電性酸化物を形成し得る金属、０＜ｘ＜０．０５、０＜ｙ＜０．１である)の組成になっていると思われる。
【００２１】
この透明基板としては、特に制限されるものではなく、例えばガラス基板、ＩＴＯ膜からなる基板、ＺｎＯ膜からなる基板等を挙げることができる。
【００２２】
本発明によれば、上記した多元蒸着の後に大気中で焼成して導電性蛍光体薄膜を形成するが、その際の焼成温度は、基板の耐熱温度以下であることが必要である。例えば、通常のガラス基板を用いた場合、その耐熱温度である５００℃程度であれば、所望の薄膜を生成できる。
【００２３】
本発明では、大気中で、母材酸化物と付活材としてのランタノイド元素と導電性酸化物となり得る物質とを用いて同時に成膜処理しているので、母材酸化物内に均等に付活材が分散し、焼成時に結晶性が上昇すると共に、導電性酸化物となり得る物質も同時に成膜処理しているので、母材酸化物中に均等に分散し、得られた導電性蛍光体薄膜の発光輝度が高くなる上、蛍光体表面でのチャージアップも抑制され得る。この場合、母材酸化物に予めランタノイド元素を付活したものを用いて導電性酸化物となり得る物質と共に多元蒸着しても、同様の結果が得られる。
【００２４】
本発明では、透明基板又は導電膜上に直接導電性蛍光体薄膜を形成でき、かつ、その膜厚制御も比較的容易に行える。例えば、膜厚が１μｍ以下(例えば、１００〜５００ｎｍ程度)の薄膜を形成することもでき、このような膜厚を有する導電性蛍光体薄膜で本発明の目的を達成することができる。
【００２５】
これに対して、従来のように、蛍光体薄膜を作製する時にスパッタ法やＥＢ蒸着法を用いて母材酸化物と付活材とを交互に積層させるだけでは、焼成時に付活材が母材酸化物の内部に十分に分散しないので、主に母材酸化物と付活材との界面のみが発光してしまい、発光輝度が低くなる。
【００２６】
以下に、本発明について実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
本発明に従ってＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎからなる導電性蛍光体薄膜を形成した。
【００２８】
まず、酸化イットリウムターゲットと酸化ユーロピウムターゲットとＺｎＯターゲットとを用いて、通常の条件でガラス基板に対して同時にスパッタ成膜した。そして、得られた前駆体の形成された基板を電気炉に入れ、大気中５００℃で焼成した。この場合、５００℃まで３０分で上昇させ、そのまま６０分間保持した。その後、自然放冷で室温まで下げ、処理された基板を取り出した。また、比較のために、上記方法に準じて、酸化イットリウムターゲットと酸化ユーロピウムターゲットとを用い、導電性を付与していない蛍光体薄膜を作製した。かくして得られた薄膜の組成は、導電性蛍光体薄膜の場合、Ｅｕ：２ａｔｍ％、Ｚｎ：５ａｔｍ％、残部Ｙ２Ｏ３であり、導電性を付与していない蛍光体薄膜の場合、Ｅｕ：２ａｔｍ％、残部Ｙ２Ｏ３であった。また、得られた薄膜の膜厚は、それぞれ、約４００ｎｍであった。
【００２９】
上記の方法で得られた導電性を付与したＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ蛍光体薄膜及び導電性を付与していないＹ２Ｏ３：Ｅｕ蛍光体薄膜のそれぞれに対して、加速電圧３ｋＶまでの電子線を照射した時に得られる輝度を電流密度２．５ｍＡ／ｃｍ２で測定した。その結果を、図１に、加速電圧(ｋＶ)に対する輝度(ｃｄ／ｍ２)の変化として示す。図１から明らかなように、導電性を付与したサンプルの方が高輝度を示していることが分かる。従って、本実施例で得られた導電性を付与した蛍光体薄膜は、低加速電圧でも高輝度を示し、かつ、チャージアップもなかったため、ＦＥＤ等において十分使用に耐え得ることが分かる。
【実施例２】
【００３０】
実施例１と同様の手法で作製したＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ蛍光体薄膜とＹ２Ｏ３：Ｅｕ蛍光体薄膜とを用いて、スタート輝度を１１０ｃｄ／ｍ２とした時の加速電圧３ｋＶの電子線の照射による寿命測定を行った。その結果を、図２に、時間(分)に対する輝度(ｃｄ／ｍ２)の変化として示す。図２から明らかなように、導電性を付与していないサンプルは、蛍光体表面のチャージアップにより発光輝度が時間と共に減少しているが、導電性を付与することにより、２０分程度で輝度の減少が治まり安定状態になった。つまり寿命が長くなったと言える。
【００３１】
実施例１及び２から、導電性を付与することで輝度が上昇するだけでなく、帯電の抑制効果も同時に得られるため、低加速電圧でも十分な発光輝度が得られ、ＦＥＤ等のように電子が低加速電圧で放出されるディスプレイ分野で蛍光体として有用である。
【００３２】
上記実施例では、酸化イットリウムと酸化ユーロピウムと酸化亜鉛とを用いて蛍光体薄膜を作製したが、その他の上記した酸化物も用いても同様な結果が得られる。
【実施例３】
【００３３】
本発明に従って、電子ビーム蒸着法によりＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ導電性蛍光体薄膜を形成した。
【００３４】
まず、酸化イットリウムのＥＢターゲットを第１の坩堝に入れ、第１の電源を用いて、また、酸化ユーロピウムのＥＢターゲットを第２の坩堝に入れ、第２の電源を用いて、また、ＺｎＯのＥＢターゲットを第３の坩堝に入れ、第３の電源を用いて、同時に蒸着操作を行って成膜した。その後、得られた前駆体の形成された基板を電気炉に入れ、大気中５００℃で焼成した。この場合、５００℃まで３０分で上昇させ、そのまま６０分間保持した。その後、自然放冷で室温まで下げ、処理された基板を取り出した。また、比較のために、上記方法に準じて、酸化イットリウムのＥＢターゲットと酸化ユーロピウムのＥＢターゲットとを用い、導電性を付与していない蛍光体薄膜を作製した。かくして得られた薄膜の組成は、導電性蛍光体薄膜の場合、Ｅｕ：２ａｔｍ％、Ｚｎ：５ａｔｍ％、残部Ｙ２Ｏ３であり、導電性を付与していない蛍光体薄膜の場合、Ｅｕ：２ａｔｍ％、残部Ｙ２Ｏ３であった。また、得られた薄膜の膜厚は、それぞれ、約４００ｎｍであった。
【００３５】
上記の方法で得られた導電性を付与したＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ蛍光体薄膜及び導電性を付与していないＹ２Ｏ３：Ｅｕ蛍光体薄膜のそれぞれに対して、加速電圧３ｋＶまでの電子線を照射した時に得られる輝度を実施例１と同様に測定した。その結果、導電性を付与したサンプルの方が導電性を付与しないサンプルより高輝度を示した。本実施例で得られた導電性を付与した蛍光体薄膜は、低加速電圧でも高輝度を示し、かつ、チャージアップもなかったため、ＦＥＤ等において十分使用に耐え得ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、低加速電圧でも十分に発光輝度が得られ、長寿命化を図ることが可能な蛍光体薄膜を提供できるので、この薄膜を用いた蛍光体基板はＦＥＤや高精細ＣＲＴのディスプレイ等の分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１におけるＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ蛍光体薄膜及びＹ２Ｏ３：Ｅｕ蛍光体薄膜についての、加速電圧と輝度との関係を示すグラフ。
【図２】実施例２におけるＹ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ蛍光体薄膜及びＹ２Ｏ３：Ｅｕ蛍光体薄膜についての寿命測定結果を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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