(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた発光効果を有し、電子放出発光素子を容易に製造すべく適用可能な発光方法、優れた均一の光源を提供し、かつ、製造コストが低く生産率のよい電子放出発光素子を用いた光源装置を目的とする。【解決手段】電子放出発光素子は、カソード構造２２０、アノード構造２１０、蛍光層２４０、および、低圧ガス層２３０を含む。蛍光層２４０は、カソード層構造２２０とアノード層構造２１０との間に配置される。カソード構造とアノード構造との間に充填される低圧ガス層は、カソードをして電子を均一に発射せしめる機能を有する。低圧ガス層は、動作電圧下で、少なくとも十分な電子量が蛍光層に直接衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一のカソード構造、一のアノード構造、および、一の蛍光層を含む一の素子に適合する電子放出発光方法であって、
前記カソード構造をして前記蛍光層に衝突する複数の電子を均一に発射せしめるべく、前記カソード構造と前記アノード構造との間に一の低圧ガス層を充填することを含む電子放出発光方法。
【請求項２】
前記低圧ガス層は、一の動作電圧下で、少なくとも十分な電子量が前記蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む、請求項１に記載の電子放出発光方法。
【請求項３】
前記低圧ガス層の一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項１に記載の電子放出発光方法。
【請求項４】
前記低圧ガス層の一のガスは、不活性ガス、Ｈ２、ＣＯ２、Ｏ２、または、空気である、請求項１に記載の電子放出発光方法。
【請求項５】
前記素子の前記アノード構造に一の正電圧を印加することと、
前記素子の前記カソード構造に一の接地電圧を印加することと、
をさらに含む、請求項１に記載の電子放出発光方法。
【請求項６】
前記素子の前記アノード構造に一の接地電圧を印加することと、
前記素子の前記カソード構造に一の負電圧を印加することと、
をさらに含む、請求項１に記載の電子放出発光方法。
【請求項７】
電子放出発光素子であって、
一のカソード構造と、
一のアノード構造と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に配置される一の蛍光層と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に充填され、前記カソード構造をして複数の電子を均一に発射せしめる一の低圧ガス層と、
を含む電子放出発光素子。
【請求項８】
前記低圧ガス層は、一の動作電圧下で、少なくとも十分な電子量が前記蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項９】
前記低圧ガスの一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１０】
前記アノード構造は、一の透明導電性材料を含む、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１１】
前記透明導電性材料は、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、または、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む、請求項１０に記載の電子放出発光素子。
【請求項１２】
前記蛍光層は、前記複数の電子が衝突した後、一の蛍光を生じる、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１３】
前記蛍光は、一の可視光、一の赤外光、または、一の紫外線（ＵＶ）光を含む、請求項１２に記載の電子放出発光素子。
【請求項１４】
前記蛍光層は、一の単層構造を有し、同一周波数の複数の光を生じる、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１５】
前記蛍光層は、対応する周波数の光をそれぞれ生じる複数の蛍光領域を含む、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１６】
前記蛍光層は、多数の異なる蛍光材料を含む一の層状構造または一の混合構造である、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１７】
前記アノード構造および前記カソード構造の少なくとも１つは、一の金属または一の導電材料からできている、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１８】
前記アノード構造および前記カソード構造は、一の基板の一の同じ側に配置される、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項１９】
前記低圧ガス層は、該低圧ガス層の一のガスがイオン化された後に十分な導電性を備える、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項２０】
前記低圧ガス層の一のガスは、不活性ガス、Ｈ２、ＣＯ２、Ｏ２、または、空気である、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項２１】
前記カソード構造および前記アノード構造の少なくとも１つは、一の誘導放電構造層を含む、請求項７に記載の電子放出発光素子。
【請求項２２】
前記誘導放電構造層は、一の金属材料、一のカーボンナノチューブ、一のカーボンナノウォール、一のカーボンナノポーラス、一のダイヤモンド膜、一の酸化亜鉛カラム、または、酸化亜鉛を含む、請求項２１に記載の電子放出発光素子。
【請求項２３】
前記誘導放電構造層は、前記カソード構造における一の第１の誘導放電構造と、前記アノード構造における一の第２の誘導放電構造とを含む、請求項２１に記載の電子放出発光素子。
【請求項２４】
電子放出発光素子であって、
一のカソード構造と、
一のアノード構造と、
前記カソード構造に配置される一の二次電子源材料層と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に配置される一の蛍光層と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に充填され、前記カソード構造をして複数の電子を均一に発射せしめる一の低圧ガス層と、
を含む電子放出発光素子。
【請求項２５】
前記低圧ガス層は、一の動作電圧下で、少なくとも十分な電子量が前記蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項２６】
前記低圧ガスの一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項２７】
前記アノード構造は、一の透明導電性材料を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項２８】
前記透明導電性材料は、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、または、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項２９】
前記蛍光層は、前記複数の電子が衝突した後、一の蛍光を生じる、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３０】
前記蛍光は、一の可視光、一の赤外光、または、一のＵＶ光を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３１】
前記蛍光層は、一の単層構造を有し、同一周波数の複数の光を生じる、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３２】
前記蛍光層は、対応する周波数の光をそれぞれ生じる複数の蛍光領域を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３３】
前記蛍光層は、多数の異なる蛍光材料を含む一の層状構造または一の混合構造を有する、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３４】
前記アノード構造および前記カソード構造の少なくとも１つは、一の金属または一の導電材料からできている、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３５】
前記アノード構造および前記カソード構造は、一の基板の一の同じ側に配置される、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３６】
前記低圧ガス層は、該低圧ガス層の一のガスがイオン化された後に十分な導電性を備える、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３７】
前記低圧ガス層の一のガスは、不活性ガス、Ｈ２、ＣＯ２、Ｏ２、または、空気である、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３８】
前記二次電子源材料層は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、または、ＣｅＯ２を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項３９】
前記誘導放電構造層は、前記カソード構造と、前記二次電子源材料層との間にさらに形成される、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項４０】
前記誘導放電構造層は、一の金属材料、一のカーボンナノチューブ、一のカーボンナノウォール、一のカーボンナノポーラス、一のダイヤモンド膜、一の酸化亜鉛カラム、または、酸化亜鉛を含む、請求項３９に記載の電子放出発光素子。
【請求項４１】
前記アノード構造は、一の誘導放電構造層を含む、請求項２４に記載の電子放出発光素子。
【請求項４２】
電子放出発光素子であって、
一の基板と、
前記基板上に配置される少なくとも１つのカソード構造と、
前記基板上に配置される少なくとも１つのアノード構造と、
前記基板上の前記少なくとも１つのカソード構造と前記少なくとも１つのアノード構造との間に配置される一の蛍光層と、
前記少なくとも１つのカソード構造と、前記少なくとも１つのアノード構造との間に充填され、前記カソード構造をして複数の電子を均一に発射せしめる一の低圧ガス層と、
を含む電子放出発光素子。
【請求項４３】
前記低圧ガス層は、一の動作電圧下で、少なくとも十分な電子量が前記蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４４】
前記低圧ガスの一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４５】
前記蛍光層は、前記アノードの一の表面上に配置される、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４６】
前記蛍光層は、前記複数の電子が衝突した後、一の可視光、一の赤外線または紫外線を生成する、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４７】
前記蛍光層は、一の単層構造を有し、同一周波数の複数の光を生じる、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４８】
前記蛍光層は、対応する周波数の光をそれぞれ生じる複数の蛍光領域を含む、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項４９】
前記蛍光層は、多数の異なる蛍光材料を含む一の層状構造または一の混合構造である、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５０】
前記アノード構造は、一の透明導電性材料を含む、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５１】
前記透明導電性材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、または、ＴＣＯを含む、請求項５０に記載の電子放出発光素子。
【請求項５２】
前記アノード構造および前記カソード構造の少なくとも１つは、一の金属または一の導電材料からできている、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５３】
前記アノード構造および前記カソード構造は、一の基板の一の同じ側に配置される、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５４】
前記低圧ガス層は、該低圧ガス層の一のガスがイオン化された後に十分な導電性を備える、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５５】
前記低圧ガス層の一のガスは、不活性ガス、Ｈ２、ＣＯ２、Ｏ２、または、空気である、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５６】
前記カソード構造の少なくとも１つと前記アノード構造の少なくとも１つとは、複数の光を発する複数の電極対を形成する、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【請求項５７】
前記カソード構造は、一の二次電子源材料層を含む、請求項４２に記載の電子放出発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、発光素子に関し、特に、電子放出発光方法および素子、そして、その応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大量生産の光源装置または表示装置は、主に、以下に説明するような２つのタイプの発光機構を採用している。１．ガス放電光源：例えば、ガス放電光源は、グロー放電により電子がガスに衝突することにより遷移し、紫外線を発するよう、カソードとアノードとの間の電界を用いることにより吐出チャンバに充たされるガスをイオン化するプラズマパネルまたはガス放電ランプに適用されることができる。また、同じ吐出チャンバに配置される蛍光層は、紫外線を吸収して可視光を発する。２．電界放出型光源：電界放出型光源は、例えば、超高真空環境を提供するカーボンナノチューブ電界放出ディスプレイなどに適用できる。また、カーボンナノ材料の電子エミッタがカソード上に作製されるが、これは、高アスペクト比の微細構造を電子エミッタで用いることにより、カソードから離れるために電子がカソードの仕事関数に打ち勝つ手助けとなる。さらに、カソードとアノードとの間の高電場によるカソードのカーボンナノチューブから電子が逃げるよう、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）でできたアノード上に蛍光層がコーティングされる。したがって、電子は、可視光を発するよう、真空環境においてアノード上の蛍光層に衝突する。
【０００３】
しかしながら、上記２つのタイプの発光構造には、不利な点がある。例えば、紫外線照射後に、減衰が起きることにより、ガス放電光源における材料を選択する際に特定の必要条件が考慮されなければならない。また、ガス放電発光機構が２つの工程を通じて可視光を発することにより、さらにエネルギーが消費され、工程中にプラズマが間違いなく生じるとすれば、さらに多くの電気が消費される。一方で、電界放出型光源は、カソード上に成長するかまたはコーティングされる均一な電子エミッタを必要とするが、このタイプのカソード構造の大量生産技術は成熟しておらず、電子エミッタの均一性と生産率の悪さとが未だボトルネックとなっている。さらに、電界放出型光源のカソードとアノードとの間の距離は、正確に制御されなければならず、また、超高真空包装はとても難しく、製造コストが嵩む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、優れた発光効果を有し、電子放出発光素子を容易に製造すべく適用可能な発光方法を目的とする。
【０００５】
本発明は、優れた均一の光源を提供し、かつ、製造コストが低く生産率のよい電子放出発光素子を用いた光源装置を目的とする。
【０００６】
本発明は、さらに、優れた表示品質を提供し、コストと製造時の複雑さを減らす表示画素として電子放出発光素子を用いる表示装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願明細書中に例示され、概括的に説明されるように、カソード構造、アノード構造、および、蛍光層を含む素子に適用可能な電子放出発光方法が提供される。方法は、カソード構造とアノード構造との間に低圧ガス層を充填することにより、カソードをして蛍光層に衝突する電子を均一に発射せしめることを含む。
【０００８】
本発明は、さらに、カソード構造、アノード構造、カソード構造とアノード構造との間に配置された蛍光層、および、カソード構造とアノード構造との間に充填され、カソードをして電子を均一に発射せしめる低圧ガス層を含む電子放出発光素子を提供する。
【０００９】
本発明は、さらに、カソード構造、アノード構造、カソード構造およびアノード構造の少なくとも１つに配置された誘導放電構造、カソード構造とアノード構造との間に充填され、カソードをして電子を均一に発射せしめる低圧ガス層を含む電子放出発光素子を提供する。
【００１０】
本発明は、さらに、基板、基板上に配置された少なくとも１つのカソード、基板上に配置された少なくとも１つのアノード、基板上の少なくとも１つのカソード構造と少なくとも１つのアノード構造との間に配置された蛍光層、少なくとも１つのカソード構造と少なくとも１つのアノード構造との間に充填され、カソードをして電子を均一に発射せしめる低圧ガス層を含む電子放出発光素子を提供する。
【００１１】
上記を鑑み、本発明は、カソードから電子を容易に誘導する薄いガスを用い、そうすることにより、カソード上に電子エミッタを製造することが原因で生じ得る問題を回避する。さらに、ガスが薄いと、ほとんどの電子が蛍光層と直接反応できるようになる大きい平均自由行程を有し、ガスと衝突する前に光を発するようになる。換言すれば、本発明の電子放出発光素子は、より高い発光効果を有し、製造が簡単であり、なおかつ優れた生産率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の図面は、本発明のさらなる理解をもたらし、本明細書の一部に組み込まれて本明細書の一部を形成する。
図面は、本発明の実施形態を示すと共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
【図１】従来の発光構造の発光機構と、本発明の電子放出発光素子との比較を示す図である。
【００１４】
【図２】本発明の電子放出発光素子の基本アーキテクチャを概略的に示す。
【００１５】
【図３】本発明の他の実施形態に従う電子放出発光素子を概略的に示す。
【００１６】
【図４Ａ−４Ｃ】本発明の構造を有するさまざまな電子放出発光素子を概略的に示す。
【００１７】
【図５】本発明の一実施形態に従う面内放射型発光構造を概略的に示す。
【００１８】
【図６】本発明の一実施形態に従う光源装置を概略的に示す。
【００１９】
【図７】本発明の一実施形態に従う表示装置を概略的に示す。
【００２０】
【図８−１０】本発明の他の実施形態に従う電子放出発光素子を概略的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態への詳細な参照がなされ、その例が添付の図面に示される。同一または同様な部分を参照するに当たっては、可能な限り、図面および説明において同じ参照番号が用いられる。
【００２２】
本発明により提供される電子放出発光素子は、従来のガス放電光源および電界放出型光源の長所を備え、上記２つの従来の発光構造の欠点を克服する。図１を参照すると、２つの従来の発光構造と本発明の電子放出発光素子との比較を表す略図が示される。詳しくは、従来のガスグロー放電光源は、紫外線を生成すべくガスを用いることにより電子が他のガス分子に衝突するよう、カソードとアノードとの間の電界を利用して吐出チャンバに充填されたガスをイオン化し、蛍光層が紫外線を吸収することにより可視光を生成する。さらに、従来の電界放出光源は、カソード上の電子エミッタの高アスペクト比構造を用いることにより、超高真空環境においてカソードから離れるために電子がカソードの仕事関数に打ち勝つ手助けをする。したがって、電子は、カソードとアノードとの間の高電界によりカソードの電子エミッタから逃げ、アノード上の蛍光層に衝突することにより、可視光を発する。換言すると、蛍光層の材料は、設計機構の必要条件に従い、可視光、赤外線、または、紫外線を発することができる材料であってよい。
【００２３】
上記２つの従来の発光機構とは異なり、本発明の電子放出発光素子は、電子エミッタの変わりに希薄ガスを用いることにより、電子が蛍光層と直接反応して光線を発するよう、電子をしてカソードから容易に発射せしめる。
【００２４】
従来のガスグロー放電光源と比較して、本発明の電子放出発光素子に充填されるガスの量は、電子をカソードから誘導するのに十分なだけでよく、その一方で、蛍光層に照射するために紫外線を用いることにより光線は生じない。したがって、紫外線照射による素子内の材料の減衰は生じない。実験と理論により、本発明の電子放出発光素子内のガスは薄く、したがって、電子の平均自由行程は、訳５ｍｍ以上まで可能であることが検証される。換言すると、ほとんどの電子は、ガス分子に衝突する前に、蛍光層に直接衝突することにより光線を発する。さらに、本発明の電子放出発光素子は、２つのプロセスを経て光線を生じる必要がないので、より高い発光効果を有し、電力消費は低減する。
【００２５】
一方、従来の電界放出型光源は、カソード上の電子エミッタとして機能する微細構造を成す必要があり、微細構造は、大量生産工程で制御するのが難しい。最も一般的な微細構造は、カーボンナノチューブであるが、カソード上にコーティングされると、チューブの長さが異なり、集まって塊になるという問題が生じ、発光表面にダークスポットができて発光の均一性が満たされない。これが技術のボトルネックであり、電界放出型光源の主なコストになる。本発明の電子放出発光素子は、ガスを用いることにより、カソードから均一に電子を誘発でき、単純なカソードプレーナ構造のみを使用して電子放出発光パネルに対し７５％の発光均一性を得る事ができる。したがって、発光の均一性を向上させるのが難しいという従来の電界放出発光装置のボトルネックを解消する。したがって、製造コストを著しく節約でき、プロセスはより簡単になる。さらに、本発明の電子放出発光素子は、希薄ガスで満たされるため、超高真空環境は必要ない。したがって、超高真空包装の間に直面する困難を回避することができる。また、さらに、実験結果では、本発明の電子放出発光素子は、電源投入電圧をガスの力を借りて約０．４Ｖ／μｍまで下げることができることが示され、これは、一般的な電界放出電源の１から３Ｖ／μｍまでの電源投入電圧と比べかなり低い。
【００２６】
さらに、チャイルド‐ラングミュア式に基づき、本発明の電子放出発光素子の実際の関連データを方程式に置き換えた後、本発明の電界放出発光素子のカソードの暗い領域の分布は、約１０ｃｍから２５ｃｍまでの範囲となることが計算され、これは、アノードとカソードとの間の距離よりかなり大きい。換言すると、本発明の電子放出発光素子は、陰極の電子を誘発するためにガスを用い、電子は、直接蛍光層と接触して光を発する。
【００２７】
図２は、本発明の電子放出発光素子の基礎アーキテクチャを示す。図２を参照すると、電子放出発光素子２００は、主に、アノード２１０、カソード２２０、ガス２３０、および、蛍光層２４０を含む。ガス２３０は、アノード２１０とカソード２２０との間に配置され、ガス２３０が電界下で適当な量の陽イオン２０４を生じることにより、カソードが複数の電子２０２を発するようになる。本発明のガス２３０の環境ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルであって、好ましくは、２×１０−２トル乃至１０−３トル、あるいは、２×１０−２トル乃至１．５×１０−１トルである。さらに、蛍光層２４０は、電子２０２と反応して光Ｌを発するよう、電子２０２の移動経路に配置される。
【００２８】
この実施形態では、蛍光層２４０は、例えば、アノード２１０の表面にコーティングされる。また、例えば、アノード２１０は、光Ｌがアノード２１０を通過して、電子放出発光素子２００から現れるような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）でできている。透明導電性酸化物は、例えば、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、または、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）から選択される一般的な材料であってよい。もちろん、他の実施形態では、アノード２１０またはカソード２２０は、導電性に優れる金属または他の材料からできていてもよい。
【００２９】
本発明で使用されるガス２３０は、その性質に特別な条件が要求されるわけではなく、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガス、または、イオン化の後に良好な導電性を有するＨ２およびＣＯ２などのガス、あるいは、Ｏ２および空気などの一般的なガスであってよい。また、蛍光層２４０のタイプを選択することにより、電子放出発光素子２００は、可視光、赤外線、または、紫外線など異なるタイプの光を発することができる。
【００３０】
また、いわゆるカソードおよびアノードは、低電圧および高電圧の２つの電圧源をそれぞれ示すことにより、必要な動作電圧差または対応する電界強度を生成する。したがって、一般的には、アノード２１０は、正電圧を印加し、カソード２２１は、接地電圧を印加する。しかしながら、アノード２１０は、接地電圧を印加することもでき、カソード２２０は、発光効果を実現する負電圧を印加することもできる。また、低圧ガスの圧力は、動作電圧にも関係している。実際の設計の間、ガス圧力および動作電圧の適当な条件が選択されてよい。例えば、アノードは約０ボルト、カソードは約−７ＫＶである条件の下で望ましい光源から発光される場合、カソードとアノードとの間の距離は、２ｃｍより小さく、低圧ガスは、約２×１０−２トルである。あるいは、アノードが約０Ｖの条件の下では、カソードは、約−７ＫＶの動作電圧を有し、カソードとアノードとの間の距離は、１ｃｍに等しく、低圧ガスは、約１．３×１０−１トルである。しかしながら、低圧ガスが１．２×１０−４トルであり、実際のガス圧力および動作電圧がカソードとアノードとの間の異なる距離、ガス分類、および、構造によって変化する場合、光は発せられない。
【００３１】
一般的に言って、チップ構造を有するカソードとは異なり、金属プレートとして設計されるカソードは、簡単に電子を誘発できず、電圧が低すぎるかあるいはガス圧力が低すぎると、電界放出効果が引き起こされないため、十分な光が生じないばかりか、光がまったく生じないこともある。
【００３２】
図２における実施形態に加え、発光効果を向上させる目的で、本発明は、さらに、追加の電子源を提供すべく、カソード上に電子を簡単に生成する材料をさらに形成する。図３に示すような本発明の他の実施形態に従う電子放出発光素子３００では、例えば、カソード３２０は、二次電子源材料層３２２と共に形成される。二次電子源材料層３２２は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、または、ＣｅＯ２のなどの材料で形成されてよい。ガス３３０は、電離イオン３０４を生じ、イオン３０４は陽イオンとなってアノード３１０から離れたカソード３２０へと移動し、イオン３０４がカソード３２０上の二次電子源材料層３２２に突き当たると、さらなる第２の電子３０２'が生成される。さらなる電子（最初の電子３０２および第２の電子３０２'を含む）は、蛍光層３４０と反応し、発光効果および放出の安定性を向上させる手助けとなるさらなる電離イオン３０４を生成する。二次電子源材料層３２２は、第２の電子を生成するばかりでなく、イオン３０４がカソード３２０に過剰にぶつからないようにする助けとなり得ることに注目されたい。
【００３３】
さらに、本発明は、アノードまたはカソードあるいは両方の上に電界放出型光源の電子エミッタと同様の構造を形成することができ、その結果、電極上の定常電圧を減少させてより簡単に電子を生成する。図４Ａから４Ｃは、本発明の誘導放出構造を有するさまざまな電子放出発光素子を示し、類似した素子は同じ番号で示され、以下に繰り返し説明しない。
【００３４】
図４Ａを参照すると、誘導放出構造４５２は、電子放出発光素子４００ａのカソード４２０上に形成され、誘導放出構造４５２は、例えば、金属材料、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノポーラス、ダイヤモンド膜、酸化亜鉛カラム、および、酸化亜鉛などの材料からできている微細構造である。誘導放出構造４５２は、前述の二次電子源材料層と共に追加されてもよい。さらに、ガス４３０は、アノード４１０とカソード４２０との間に配置され、蛍光層４４０は、アノード４１０の表面上に配置される。アノード４１０とカソード４２０との間の定常電圧は、電子４０２がさらに簡単に生成されるよう、誘導放出構造４５２により減少され得る。電子４０２は、蛍光層４４０と反応することにより、光Ｌを生じる。
【００３５】
図４Ｂにおける電子放出発光素子４００ｂは、図４Ａにおける電子放出発光素子と同様であり、明白な差異は、誘導放出構造４５４がアノード４１０上に配置されていることであり、上述のように、誘導放出構造４５４は、金属材料、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノポーラス、ダイヤモンド膜、酸化亜鉛カラム、および、酸化亜鉛などの材料からできている微細構造であってよい。また、誘導放出構造４５４は、前述の二次電子源材料層と共に追加されてよい。さらに、蛍光層４４０は、誘導放出構造４５４上に配置される。
【００３６】
図４は、誘導放出構造４５４および４５２を含む電子放出発光素子４００ｃを示し、誘導放出構造４５４は、アノード４１０上に配置され、蛍光層４４０は、誘導放出構造４５４上に配置され、誘導放出構造４５２は、カソード４２０上に配置される。ガス４３０は、アノード４１０とカソード４２０との間に配置される。
【００３７】
誘導放出構造４５２および／または４５４を有する異なる電子放出発光素子４００ａ、４００ｂ、または、４００ｃは、図３に示されるような二次電子源材料層３２２の設計と一体化されることにより、カソード４２０上に二次電子源材料層を形成し得る。カソード４２０が誘導放出構造４５４を伴い形成される場合、二次電子源材料層は、誘導放出構造４５４を覆う。したがって、電子４０２がより簡単に生成されるようアノード４１０とカソード４２０との間の定常電圧が低下するばかりでなく、二次電子源材料層を介し電子４０２の量が増加することにより発光効果もさらに向上する。
【００３８】
平行プレート構造に加え、本発明により提供される電子放出発光素子は、発光構造として機能し、異なる形状を有し得る。
【００３９】
まず、図５は、他の面内放射型発光構造６００を示す。アノード６０１、カソード６２０、および、蛍光層６４０は、例えば、基板６８０の同じ側に配置される。例えば、基板６８０は、ガラス基板であり、アノード６１０およびカソード６２０の材料は、例えば、金属である。蛍光層６４０は、アノード６１０とカソード６２０との間に配置され、ガス６３０により誘発される電子６０２は、蛍光層６４０を透過して光Ｌを発する。他の素子については、上記実施形態において例示しており、ここでは再び説明しない。また、ガス６３０の閉環境は、一般的な技術よって得ることもでき、その詳細は、ここでは述べない。
【００４０】
図５の発光構造は、例示に過ぎず、本発明の発光構造の形状を限定するものではないことに留意されたい。例えば、他の実施形態では、上記発光構造は、異なる必要条件を満たすべく、異なる考慮事項に基づく図３の二次電子源材料層３２２、あるいは、図４Ａから４Ｃまでの誘導放出構造４５２および４５４の組み合わせであってよい。
【００４１】
本発明の電子放出発光素子は、例えば、上記のいくつかの実施形態におけるいずれかの電子放出発光素子で構成されることにより光源を提供するような光源装置の製造に用いられることができる。図６は、本発明の一実施形態に従う光源装置を示す。図６を参照すると、光源装置８００は、一列に並べられて面光源Ｓを提供する複数の電子放出発光素子８００ａを含む。本実施形態で選択される電子放出発光素子８００ａの設計は、例えば、上記いくつかの実施形態のいずれか１つを含む。例えば、光源装置８００は、図６の発光構造６００と同様な設計を用いることができ、基板８８０上に数組のアノード８１０を作製することにより、大規模な目的を達成することができる。
【００４２】
上記のさまざまな電子放出発光素子は、表示装置にも応用できるのはもちろんである。図７は、本発明の一実施形態に従う表示装置を示す。図７を参照すると、表示装置９００の各表示画素９０２は、複数の表示画素９０２が静止または動画を表示する１つの表示フレームを形成するように電子放出発光素子により構成される。電子放出発光素子は、表示画素９０２として用いられるので、電子放出発光素子は、例えば、赤、緑、青の光を発することができる蛍光層を採用することにより、赤い表示画素Ｒ、緑の表示画素Ｇ、および、青い表示画素Ｂを形成し、それによって、フルカラー表示効果を得ることができる。
【００４３】
さらに、蛍光層は、同一の周波数の光を生成する単層構造、あるいは、異なる周波数の光を生成する異なる蛍光材料の層状構造またはいくつかの領域を有するよう設計されることができる。図８は、本発明の一実施形態に従う光源装置である。図８を参照すると、発光素子２００Ａは、例えば、図２の構造に基づき、蛍光層２４２は、例えば、それぞれの周波数を有する混合光を生成する様々な蛍光材料で構成される。
【００４４】
さらに、蛍光層は、図９に示すような別々の領域から構成されてもよい。本実施形態では、発光素子２００Ｂの蛍光層２４４は、それぞれが同一周波数の光を発するか、あるいは、それぞれに対応する周波数を発することのできるいくつかのブロックから構成される。また、蛍光層の設計により、発光素子２００Ｃは、図１０に示すような異なる周波数の蛍光層を重ねることにより得られる。例えば、赤、緑、青の蛍光層２４６、２４８、２５０から構成される層状組織は、光の混合後、白光を発することができ、これも本発明の変形の１つである。さらに、例えば、異なる蛍光材料を混合することにより蛍光混合層が形成されてよい。
【００４５】
さらに、上記いくつかの実施形態は、実際の設計の必要条件に基づき、異なる組み合わせおよび変形を成し得る。本発明の実施形態の検証によれば、９０ｍｍ×１１０ｍｍの空間平面に関し、底部のほぼ中央位置に面光源が配置され、５つの測定点は、例えば、順番に、左上コーナー（ポイント１）、右上コーナー（ポイント２）、右下コーナー（ポイント３）、左下コーナー（ポイント４）、および、中点（ポイント５）であり、測定点で得られる輝度パフォーマンスを表１に記載する。表１は、本発明が実際に光源の設計を成し得ていることを示す。ポイント５は、光源の真正面に配置され、光源に近接し、明るさは、ポイント５で最高になる。ポイント３および４は、光源の底部両側に配置され、したがって、明るさは、ポイント３および４で最低になる。例えば、最小／最大で計算される発光の均一性は、２７９０／３７００＝０．７５４も得る。
【表１】
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【００４６】
上記鑑み、本発明により提供される電子放出発光素子、および、素子を用いる光源装置および表示装置は、節電、高発光効果、応答時間の短さ、製造の簡単さ、そして、環境にやさしい（水銀フリー）という特徴を有するため、光源装置および表示装置の他のオプションも市場に提供する。従来の発光構造と比較して、本発明により提供される電子放出発光素子は、カソードがプレーナ構造である限りにおいては正常に動作するという単純な構造を有し、関連する二次電子源材料層または誘導放出構造は、任意であり、不可欠な要素ではない。さらに、本発明の電子放出発光素子は、超高真空包装を必要としないので、生産プロセスを単純化でき、大量生産を容易にする。
【００４７】
一方、本発明の電子放出発光素子のカソードは、金属であってよく、したがって、反射率が向上し、明るさおよび発光効果も向上する。さらに、電子放出発光素子により発せられる光の波長は、蛍光層のタイプにより変化し、異なる波長範囲の光源は、光源装置または表示装置の異なる使用法に従い設計されることができる。また、本発明の電子放出発光素子は、表示装置および光源装置（例えば、バックライトモジュール、または、照明ランプ）の異なる使用要件に見合うよう、プレーナ光源、線形光源、または、スポット光源に設計されることができる。
【００４８】
当業者にとり、本発明の範囲または趣旨から逸脱せずに本発明の構造に様々な修正および変更が成され得ることは明らかであろう。上記に鑑み、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内で本発明の修正および変更を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【外国語明細書】
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