(57)【要約】【課題】電界放出光源素子であって、間隔を置いて設けられる陰極板（１１０）と陰極板（１２０）、及び前記間隔を置いて設けられる陽極板（１１０）と陰極板（１２０）とを一体に固定する絶縁支持体（１３０）を含む。陽極板（１１０）、陰極板（１２０）及び絶縁支持体（１３０）によって１つの真空密封の中空部を形成する。陽極板（１１０）は、透明セラミックスを材質とする基層（１１２）及び基層（１１２）の一表面に設けられる陽極導電層（１１４）を含む。陰極板（１２０）は、基板及び基板の表面に設けられる陰極導電層を含む。陽極導電層（１１４）は、陰極板（１２０）と対向に設けられる。透明セラミックスは導電性がよく、光透過性が高く、耐電子衝撃性が安定及び発光が均一である長所を有し、該電界放出光源素子は透明セラミックスを陽極板基層とするため、電子ビームの励起効率を有効に向上させ、電界放出光源素子の出力効率を向上させ、最終的にその発光効率を向上させる。さらに、本発明は電界放出光源素子の製造方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板、及び前記間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板とを一体に固定する絶縁支持体を含み、前記陰極板は基板及び前記基板の表面に設けられる陰極導電層を含み、前記陽極板、陰極板及び絶縁支持体によって１つの真空密封の中空部を形成する、電界放出光源素子において、
前記陽極板は、透明セラミックスを材質とする基層及び前記基層の一表面に設けられる陽極導電層を含み、前記陽極導電層は、前記陰極板と対向に設けられることを特徴とする電界放出光源素子。
【請求項２】
前記透明セラミックスは、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックス、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ透明セラミックス、ＬａＡｌＯ３：Ｔｍ透明セラミックスまたはＬａＧａＯ３：Ｔｍ透明セラミックスであり、前記透明セラミックスの可視光に対する透過率は５０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項３】
前記陽極導電層は、厚さ２０ｎｍ〜２００μｍのアルミ薄膜層であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項４】
前記陽極板は、直径１００ｍｍの球面ハウジングであり、前記陰極板は前記球面ハウジングの内腔の球心に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項５】
前記陽極板は、弦長５０ｍｍの曲面ハウジングであり、前記陰極板の外形構造は前記曲面ハウジングの内表面と一致し、前記陰極板は前記曲面ハウジングの内表面と平行に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項６】
前記絶縁支持体の材質はＡｌ２Ｏ３またはＺｒＯ２であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項７】
前記陰極導電層は、酸化インジウムスズ薄膜層及びカーボンナノチューブ層を含み、前記酸化インジウムスズ薄膜層は前記基板の表面に設けられ、前記カーボンナノチューブ層は前記酸化インジウムスズ薄膜層の表面に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出光源素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電界放出光源素子の製造方法において、
透明セラミックス材質の基層を形成し、且つ前記基層の一表面に１層の陽極導電層を設けて、陽極板を作るステップと、
基板の一表面に１層の陰極導電層を形成し、前記陰極板を作るステップと、
前記陰極板と前記陽極板とを間隔を置いて設け、且つ前記陰極板と前記陽極板における陽極導電層とを対向に設け、その後絶縁支持体によって前記陰極板と陽極板とを一体に固定し、且つ前記陰極板、陽極板及び絶縁体支持体の間に１つの中空部が形成されるステップと、
前記陰極板、陽極板及び絶縁体支持体によって形成された中空部を真空密封し、前記電界放出光源素子を作ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電界放出光源素子の製造方法。
【請求項９】
前記陽極板を形成するステップにおいて、透明セラミックス基材を、順にアセトン、無水エタノール、脱イオン水超音波及び通風乾燥処理する洗浄過程をさらに含み、前記陽極導電層は、マグネトロンスパッタリング法または蒸着法によって前記基層表面に沈積され、
前記陰極板を形成するステップにおいて、さらに、前記基板を順にアセトン、無水エタノール、脱イオン水超音波及び通風乾燥処理する洗浄過程を含み、前記陰極導電層はマグネトロンスパッタリング法によって前記基板に沈積され、
前記密封ステップにおいて、密封に使用される材質は融点３８０℃〜５５０℃のガラススラリーであることを特徴とする、請求項８に記載の電界放出光源素子の製造方法。
【請求項１０】
前記密封ステップにおいて、真空化処理過程中、排気パイプにゲッターを置く処理がさらに含まれる、ことを特徴とする請求項８または９に記載の電界放出光源素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空電子素子分野に関し、特に電界放出光源素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出光源は、１種の新しい光源であり、電流密度が大きく、電力消耗が低く、応答が速いなどの特徴を有して、パネルディスプレイ装置、Ｘ線光源、マイクロ波増幅器等の真空電子分野の応用において非常に期待できる。電界放出光源のメカニズムは、電界の作用下において、低電位の金属チップ、カーボンナノチューブ等の電子発射体が電子を発射し、高電位における蛍光体に衝撃を与えることによって可視光を発射することである。
【０００３】
従来の電界放出光源素子は、主に照明及びディスプレイ分野に応用され、それは動作電圧が低くて事前加熱の遅延がなく、高度集積化、エネルギーの節約、環境保護、起動が速く、軽くて薄くまた環境への適応性が強いなどの利点を有する。さらに、電界放出光源素子は、次世代の照明分野の光源として、水銀がないこと、エネルギー消耗が低いこと、発光が均一でまた光強度が調節可能であることなどの利点を有するため、照明業界において迅速に発展された。従来の電界放出光源素子は、主に蛍光粉を使用して陽極とし、電子ビームで蛍光粉に衝撃を与えることによって、蛍光粉が電子ビームの励起下で可視光を発生する。通常、硫化物、酸化物またはケイ酸塩類蛍光粉が陽極発光材料として選ばれる。
【０００４】
酸化物またはケイ酸塩類の蛍光粉は、導電性が比較的悪くて、電子ビームの衝撃下で陽極における電荷累積が発生しやすいため、両極間の電位差の降下に至り、電界放出光源素子の発光効率に影響を与える。導電性の比較的よい硫化物蛍光粉により形成された陽極板を使用すると、長時間の電子ビームの励起下で、硫化物の分解が発生しやすくガスが放出されて、電界放出光源素子の真空度を下げるだけでなく、陰極を「中毒」させ、最終的に素子の寿命を下げる。
【発明の概要】
【０００５】
これに鑑みて、導電性がよく、耐電子衝撃性能が安定である陽極板を有する発光効率の高い電界放出光源素子を設計することは必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電界放出光源素子であって、間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板及び前記間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板とを一体に固定する絶縁支持体を含み、前記陰極板は基板及び前記基板の表面に設置される陰極導電層を含み、前記陽極板、陰極板及び絶縁支持体によって１つの真空密封の中空部を形成し、前記陽極板は透明セラミックスを材質とする基層及び前記基層の一表面に設置される陽極導電層を含み、前記陽極導電層は前記陰極板と対向に設置される。
【０００７】
好ましくは、前記透明セラミックスは、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックス、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ透明セラミックス、ＬａＡｌＯ３：Ｔｍ透明セラミックスまたはＬａＧａＯ３：Ｔｍ透明セラミックスであり、前記透明セラミックスの可視光に対する透過率は５０％以上である。
【０００８】
好ましくは、前記陽極導電層は、厚さ２０ｎｍ〜２００μｍのナノアルミ薄膜層である。
【０００９】
好ましくは、前記陽極板は、直径１００ｍｍの球面ハウジングであり、前記陰極板は前記球面ハウジングの内腔の球心に設置される。
【００１０】
好ましくは、前記陽極板は、弦長５０ｍｍの曲面ハウジングであり、前記陰極板の外形構造は前記曲面ハウジングの内表面と一致し、前記陰極板は前記曲面ハウジングの内表面と平行に設置される。
【００１１】
好ましくは、前記絶縁支持体の材質はＡｌ２Ｏ３またはＺｒＯ２である。
【００１２】
好ましくは、前記陰極導電層は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）薄膜層及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）層を含み、前記ＩＴＯ薄膜層は前記基板の表面に設置され、前記ＣＮＴ層は前記ＩＴＯ薄膜層の表面に設けられる。
【００１３】
前記電界放出光源素子の製造方法であって、
透明セラミックス材質の基層を形成し、且つ前記基層の一表面に１層の陽極導電層を設けて、陽極板を作るステップと、
基板の一表面に１層の陰極導電層を形成し、前記陰極板を作るステップと、
前記陰極板と前記陽極板とを間隔を置いて設け、且つ前記陰極板と前記陽極板における陽極導電層とを対向に設置し、その後絶縁支持体によって前記陰極板と陽極板とを一体に固定し、前記陰極板、陽極板及び絶縁体支持体の間に１つの中空部が形成されるステップと、
前記陰極板、陽極板及び絶縁体支持体によって形成された中空部を真空密封し、前記電界放出光源素子を作る。
【００１４】
好ましくは、前記陽極板を形成するステップにおいて、さらに、透明セラミックス基材を、順にアセトン、無水エタノール、脱イオン水超音波及び通風乾燥処理する洗浄過程を含み、前記陽極導電層はマグネトロンスパッタリング法または蒸着法によって前記基層表面に沈積される。
【００１５】
前記陰極板を形成するステップにおいて、さらに、前記基板を順にアセトン、無水エタノール、脱イオン水超音波及び通風乾燥処理する洗浄過程を含み、前記陰極導電層はマグネトロンスパッタリング法によって前記基板に沈積される。
【００１６】
前記密封ステップにおいて、密封に使用される材質は、融点３８０℃〜５５０℃のガラススラリーである。
【００１７】
好ましくは、前記密封ステップにおいて、真空化処理過程中、排気パイプにゲッターを置く処理がさらに含まれる。
【００１８】
このような電界放出光源素子は、透明セラミックスを使用して陽極板基層とすることによって、透明セラミックスの導電性の良いこと、光透過性の高いこと、耐電子衝撃性能が安定でありかつ発光が均一であるという長所を活かして、電子ビームの励起の効率を有効に向上させ、電界放出光源素子の出力効率を向上させ、最終的に電界放出素子の発光効率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】１つの実施態様の電界放出光源素子の製造フローチャートである。
【図２】実施例１の電界放出光源素子の断面説明図である。
【図３】実施例２の電界放出光源素子の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、主に図面及び具体的な実施例を参照して電界放出光源素子及びその製造方法に対してさらに詳しく説明する。
【００２１】
１つの実施態様の電界放出光源素子であって、間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板、及び前記間隔を置いて設けられる陽極板と陰極板とを一体に固定する絶縁支持体を含み、陽極板、陰極板及び絶縁支持体によって１つの真空密封の中空部を形成し、陽極板は基層及び基層の一表面に設けられる陽極導電層を含み、陰極板は基板及び基板の表面に設けられる陰極導電層を含み、陽極導電層は陰極板と対向に設けられる。
【００２２】
基層の材質は透明セラミックスであり、具体的な例として、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックス、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ透明セラミックス、ＬａＡｌＯ３：Ｔｍ透明セラミックスまたはＬａＧａＯ３：Ｔｍ透明セラミックスなどが挙げられ、前記透明セラミックスの可視光に対する透過率は５０％以上である。
【００２３】
符号「：」は後者が前者にドーピングされたことを表し、例えばＹ２Ｏ３：ＥｕはＥｕがドーピングされたＹ２Ｏ３である。
【００２４】
前記電界放出光源素子は、透明セラミックスを使用して陽極板基層とすることによって、透明セラミックスの導電性がよく、光透過性が高く、耐電子衝撃性能が安定及び発光が均一である長所を活かして、電子ビームの励起率を有効に向上させ、電界放出光源素子の出力効率を向上させ、最終的に電界放出素子の発光効率を向上させる。さらに、このような電界放出光源素子は、省エネ及びエコの発展に適するため、良好な発展が期待できる。
【００２５】
陽極導電層の厚さは２０ｎｍ〜２００μｍであり、陽極導電層の材質は良好な導電性を有する金属から選ばれ、一般的にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられ、好ましくはＡｌを選ぶ。
【００２６】
支持体の材質は、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とのうちの１種である。
【００２７】
陽極板は、一定の曲率半径を有する透明パーツであり、陽極板は直径１００ｍｍの球面ハウジングであってもよく、陰極板は球面ハウジングの中空部の球心に設けられ、陽極板はさらに弦長５０ｍｍの曲面ハウジングであってもよく、陰極板の外形構造が曲面ハウジングの内表面と一致して、即ち両者は比例が異なっているが、形状が類似して、陰極板と曲面ハウジングの内表面とが平行に設けられる。
【００２８】
陰極板は、基板、基板の表面に沈積される陰極導電層を含み、陰極導電層はＩＴＯ薄膜層及びＣＮＴ層を含み、ＩＴＯ薄膜は基板の表面に設けられ、ＣＮＴ層はＩＴＯ薄膜層の表面に設けられる。
【００２９】
透明セラミックス陽極に対して曲面設計を行い、電界放出光源素子の出力効率を向上させることによって、電界放出光源素子の発光効率が向上される。
【００３０】
図１に示すのは、前記電界放出光源素子の製造フローチャートであり、以下のステップを含む。
【００３１】
−Ｓ１、陽極板を製造する−
透明セラミックスハウジングを作り、
透明セラミックスハウジングを順にアセトン、無水エタノール及び脱イオン水によって超音波処理し、通風乾燥の後洗浄処理した透明セラミックスを得る。
【００３２】
洗浄後の透明セラミックスのハウジングの表面に陽極導電層を蒸着法またはマグネトロンスパッタリング法で、陽極板を作る。
【００３３】
−Ｓ２、陰極板及び支持体を提供する−
適当な基板を提供し、その両面を研磨処理して、アセトン、無水エタノール及び脱イオン水の順で超音波処理を行い、通風乾燥する。その後表面に１層のＩＴＯ薄膜をスパッタリングし、最後にＩＴＯ薄膜層の表面に１層の薄膜を印刷法または成長法で陰極板を得る。
【００３４】
一般的に、市販のＣＮＴ陰極を直接購入してもよい。
【００３５】
材質がＡｌ２Ｏ３またはＺｒＯ２である支持体を提供し、アセトン、無水エタノール及び脱イオン水の順で超音波処理を行い、送風乾燥する。
【００３６】
−Ｓ３、電界放出素子を組み立て及び密封する−
陰極板を陽極板と間隔を置いて設け、且つ陰極板を陽極板における陽極導電層と対向に設け、その後絶縁支持体によって前記陰極板と陽極板とを一体に固定し、且つ陰極板、陽極板及び絶縁支持体との間に１つの中空部を形成して、組み立てを完成する。
【００３７】
融点３８０℃〜５５０℃のガラススラリーを陰極板、陽極板及び絶縁支持体の間に塗布し、３８０℃〜５５０℃の熱封着処理をした後、封着後の電界放出素子を排気ステーションに配置し、且つ排気パイプにゲッターを加え、１×１０−５Ｐａ〜９．９×１０−５Ｐａまで真空化させ、密封完成後の電界放出素子を得る。
【００３８】
以下は、具体的な実施例である。
【００３９】
（実施例１）
図２に示されるのは実施例１の電界放出光源素子の構造図であり、直径１００ｍｍの球型ハウジング状の陽極板１１０、サイズ７０ｍｍ×６０ｍｍ×２５ｍｍの陰極板１２０、絶縁の支持体１３０、導線１４０及び駆動電源１５０を含む。球型ハウジング状の陽極板１１０は、基層１１２及び基層１１２の内表面に沈積される陽極導電層１１４を含む。陰極板１２０は、球型ハウジング状の陽極板１１０の球心に設けられる。陽極板１１０及び陰極板１２０は、間隔を置いて設けられた後支持体１３０によって固定される。２本の導線１４０が支持体１３０を通過して、一端がそれぞれ陽極導電層１１４、陰極板１３０と接続され、他端が駆動電源１５０と接続される。
【００４０】
支持体１３０の材質はＡｌ２Ｏ３で、絶縁及び固定の役割を果たし、その他の実施例においては、ＺｒＯ２材質の支持体を使用してもよい。
【００４１】
基層１１２の材質は、可視光に対する透過率が５０％以上であるＹ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックスであり、その他の実施例においては、基層材質がＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックス、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ透明セラミックス、ＬａＡｌＯ３：Ｔｍ透明セラミックスまたはＬａＧａＯ３：Ｔｍ透明セラミックスであってもよい。
【００４２】
陽極導電層１１４の厚さは２００μｍ、材質はＡｌであり、その他の実施例においては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の導電性のよい金属であってもよい。
【００４３】
前記電界放出光源素子の製造方法は以下の通りである。
【００４４】
−陽極板１１０を作る−
Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックスを一定のサイズに基づいて直径１００ｍｍの球型ハウジング状のハウジングを製造して陽極板基層１１２とし、その後表面研磨処理を行い、その後Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックスを順にアセトン、無水エタノール及び脱イオン水によってそれぞれ２０分間超音波処理を行い、最後にきれいに洗浄した後のＹ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックスを送風乾燥する。Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックスの内表面に１層のＡｌ膜を蒸着またはマグネトロンスパッタリングして陽極導電層１１４とする。
【００４５】
−陰極板１２０を作る−
サイズ７０ｍｍ×６０ｍｍ×２５ｍｍの基板を切断し、その両面を研磨処理し、アセトン、無水エタノール及び脱イオン水によって順に超音波処理を行い、送風乾燥する。その後その表面に１層のＩＴＯ薄膜をスパッタリングし、最後にＩＴＯ薄膜表面に１層のＣＮＴ薄膜を印刷法または成長法で形成する。
【００４６】
−組み立て及び密封−
形成された低融点のガラススラリーを、陽極板１１０と、陰極板１２０と、支持体１３０との間に塗布し、３８０℃に加熱し９０分間保温して、素子の封着を達成する。封着後の素子を、排気パイプにゲッターを加え、排気ステーションに置き、１×１０−５Ｐａまで真空化させ、焼き出して、密封を完成し、最後に導線１４０及び駆動電源１５０を組み立て、前記電界放出光源素子を得る。
【００４７】
（実施例２）
図３に示すのは実施例２の電界放出光源素子の構造図であり、弦長５０ｍｍの曲面球型ハウジング状の陽極板２１０、陰極板２２０、絶縁の支持体２３０及び駆動電源２４０を含む。陽極板２１０は、基層２１２及び基層２１２に位置する陽極導電層２１４を含む。陰極板２２０の外形は陽極板２１０の内表面とほぼ同様であり、且つ陰極板２２０は陽極板２１０の内表面と平行に設けられる。陰極板２２０は、基板表面に沈積されるＩＴＯ薄膜層及びＩＴＯ被覆層に沈積されるＣＮＴ層を含む。陽極板２１０及び陰極板２２０は間隔を置いて設けられた後、支持体２３０を介して駆動電源２４０のハウジングに固定される。
【００４８】
支持体２３０の材質はＺｒＯ２で、絶縁及び固定の役割を果たし、その他の実施例においては、Ａｌ２Ｏ３材質の支持体を使用してもよい。
【００４９】
基層２１２の材質は、可視光に対する透過率が５０％以上であるＹ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックスであり、その他の実施例において、基層材質はＹ２Ｏ３：Ｅｕ透明セラミックス、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックス、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ透明セラミックス、ＬａＡｌＯ３：Ｔｍ透明セラミックスまたはＬａＧａＯ３：Ｔｍ透明セラミックスであってもよい。
【００５０】
陽極導電層２１４の厚さは２０ｎｍ、材質はＡｌであり、その他の実施例においては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の導電性のよい金属であってもよい。
【００５１】
前記電界放出光源素子の製造方法は以下の通りである。
【００５２】
−陽極板２１０を作る−
一定の曲率半径、弦長５０ｍｍに基づいてＹ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックスのハウジングを製造して基層２１２とし、それに対して研磨処理を行い、その後Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックスを、順にアセトン、無水エタノール及び脱イオン水によってそれぞれ２０分間超音波処理を行い、最後にきれいに洗浄した後のＹ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックスを送風乾燥する。Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ透明セラミックスの内表面に１層のＡｌ膜を蒸着またはマグネトロンスパッタリングして陽極導電層２１４とする。
【００５３】
−陰極板２２０を作る−
辺長５５×５５ｍｍの基板を取り、その両面を研磨処理し、アセトン、無水エタノール及び脱イオン水によって順に超音波処理を行い、送風乾燥する。その後その表面に１層のＩＴＯ薄膜をスパッタリングし、最後にＩＴＯ薄膜表面に１層のＣＮＴ薄膜を印刷法または成長法で形成する。
【００５４】
−組み立て及び密封−
形成された低融点のガラススラリーを、陽極板２１０と、陰極板２２０と、支持体２３０との間に塗布し、５５０℃に加熱して５分間保温して、素子の封着を達成する。封着後の素子を、排気パイプにゲッターを加え、排気ステーションに置き、９．９×１０−５Ｐａまで真空化させ、焼き出して、密封を完成し、最後に駆動電源２４０を組み立て、前記電界放出光源素子を得る。
【００５５】
以上の実施例は、本発明の複数種の実施態様を表したのみであり、その説明は比較的具体的及び詳細であるが、本発明の特許範囲に対する制限を意図するものではない。本分野の当業者にとって、本発明の構想を離脱しない前提で、さらに複数の変形及び改善を行うことができるが、これらは全て本発明の保護範囲に属されるべきである。そのため、本発明の特許の保護範囲は添付の請求項に準ずるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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