(57)【要約】  【課題】薄膜形成のプロセス、真空系をほとんど必要としない構造や加工が容易である発光装置を提供する。  【解決手段】本発明の発光装置は、穴部を有する外部電極(204)と、前記穴部の内側に位置する内部電極(205)を含み、前記外部電極(204)及び内部電極(205)の間に多孔質発光体(206)が存在し、前記外部電極(204)及び内部電極(205)間に電界を印加することによって前記多孔質発光体(206)を発光させる。外部電極(204)は多重構造であってもよい。この構造により、カラー表示が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴部を有する外部電極と、
前記穴部の内側に位置する内部電極を含み、
前記外部電極及び内部電極の間に多孔質発光体が存在し、
前記外部電極及び内部電極間に電界を印加することによって前記多孔質発光体が発光する発光装置。
【請求項２】
互いに絶縁された大きさの異なる複数の電極を含み、
その複数の電極中で最小の電極以外は穴部を有し、
電極の大きさに従う順番において大きい方の電極の有する穴の内側に小さい方の電極が位置する入れ子構造を有しており、
各々の電極間に多孔質発光体が存在し、
電極間に電界を印加することによって前記多孔質発光体が発光する発光装置。
【請求項３】
前記発光装置の各電極間において複数の発光色を有する請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記電極の穴部は、直角又は直角よりも鈍角に形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
外部電極の穴端部における各々の点と最も近い内部電極との間隙は、一定の距離となるように配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
板状絶縁体と、
前記絶縁体の面上に形成された穴部を有する外部電極と、
前記穴部の内側に位置する内部電極を含み、
前記外部電極及び内部電極間の前記絶縁体の面上に多孔質発光体が存在し、
前記外部電極及び内部電極に電界を印加することで電荷移動させることにより、前記多孔質発光体を発光させる発光装置。
【請求項７】
前記板状絶縁体の面上及び又は多孔質発光体に電子雪崩による沿面放電を発生させて、多孔質発光体を発光させる請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記板状絶縁体が透明ないしは半透明である請求項６又は７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記発光装置における発光する部分に、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる部分を設けた請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光装置の発光する部分に、光を取り出す部分が同一位置及び同一方向となるように複数の前記発光装置を積み重ねて設置することにより、同一位置及び同一方向より複数の発光装置から光を取り出す構造を有する請求項８に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光装置における発光する部分に、光を取り出す方向と反対側の最外部に位置する発光装置に対して、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる構造を設けた請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記発光装置は、発光色の異なる複数の発光装置を持つ請求項１０又は１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
発光が常圧状態又は減圧状態の大気、不活性ガスから選ばれる少なくとも１つのガス雰囲気中で行われる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
発光色の異なる複数の請求項１〜１３のいずれかに記載の発光装置からなる発光装置群が、規則的かつ周期的に配置された画像表示装置。
【請求項１５】
前記発光装置群がマトリックス状に配置された請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記発光装置群がハニカム状に配置された請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記画像表示装置において、一定の規則に従って接続された前記発光装置の外部電極と、前記外部電極とは異なる一定の規則に従って接続された前記発光装置の内部電極を有する請求項１５又は１６に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置及びこれを用いた画像表示装置の電極構造に関するものであり、大型ディスプレイの単位画素を構成する発光装置及びこれを用いた画像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きている。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。前者は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。後者は発光層である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。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。
【０００３】
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強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７で示すように、一方の面に設置された平面電極１０２と他方の面に設置された格子状電極１０３を有するＰＺＴセラミック１０１を真空容器１０６中でグリッド電極１０５を介して白金電極１０４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。１０７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。
【０００４】
強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。
【０００５】
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装置は例えば、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８に示すように、基板１１５上に下部電極１１２、強誘電体薄膜１１１、上部電極１１３、キャリア増倍層１１８、発光層１１４、透明電極１１６の順で形成されており、上部電極は開口部１１７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。キャリア増倍層は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。
【特許文献１】特開平０７−６４４９０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
【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】Jun-ichi Asano 他,'Field-Excited 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】
【０００６】
前記従来技術において、真空を要するものは構造が複雑で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機構により発光するため、発光効率を高くすることが困難であり、大型のディスプレイにしたとき消費電力が大きいという問題がある。
【０００７】
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、設備が大型になること、大画面化が困難であることという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記のような薄膜プロセスや真空系をほとんど必要としないことやキャリア倍増層を必要としない構造であることから、加工が容易である発光装置及びこれを用いた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１番目の発光装置は、穴部を有する外部電極と、前記穴部の内側に位置する内部電極を含み、前記外部電極及び内部電極の間に多孔質発光体が存在し、前記外部電極及び内部電極間に電界を印加することによって前記多孔質発光体が発光する発光装置である。
【００１０】
本発明の第２番目の発光装置は、互いに絶縁された大きさの異なる複数の電極を含み、その複数の電極中で最小の電極以外は穴部を有し、電極の大きさに従う順番において大きい方の電極の有する穴の内側に小さい方の電極が位置する入れ子構造を有しており、各々の電極間に多孔質発光体が存在し、電極間に電界を印加することによって前記多孔質発光体が発光する発光装置である。
【００１１】
本発明の第３番目の発光装置は、板状絶縁体と、前記絶縁体の面上に形成された穴部を有する外部電極と、前記穴部の内側に位置する内部電極を含み、前記外部電極及び内部電極間の前記絶縁体の面上に多孔質発光体が存在し、前記外部電極及び内部電極に電界を印加することで電荷移動させることにより、前記多孔質発光体を発光させる発光装置である。
【００１２】
次に本発明の画像表示装置は、発光色の異なる複数の前記の発光装置からなる発光装置群が、規則的かつ周期的に配置されたという構成を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光装置では沿面放電による発光であるために、薄膜形成プロセスや真空系をほとんど必要としない。そのため構造や加工が容易である発光装置及びこれを用いた画像表示装置を提供できる。また、多色の発光が可能な点光源、板状の光源、ディスプレイ等を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、絶縁性蛍光体粒子を含む多孔質発光体からなり、前記多孔質発光体に所定以上の電界を印加して電荷移動させるように構成されている。また、本発明は、多孔質発光体は無機蛍光体粒子を含み、かつ多孔質発光体は電子放出体から発生する電子によって照射されるように電子放出体に隣接して配置され、電極は前記多孔質発光体の少なくとも一部に電界が印加されるように設置して構成されている。
【００１５】
上記のようにすれば、前記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。
【００１６】
本発明の第１番目の発光装置において、穴部は、例えば直径又は１辺が１μｍ以上５００μｍ以下の範囲の円又は矩形等の形状であり、深さは０．５μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることが好ましい。また、穴部を構成する外部電極は、例えばアルミウム、白金、金等の金属材料を用いて、厚み０．５μｍ以上５００μｍ以下の範囲の筒形とすることができる。前記穴部の内側に位置する内部電極は、例えばアルミニウム、白金、金等の金属材料を用いて、厚み０．５μｍ以上５００μｍ以下の範囲とすることができる。いかなる形状であってもよい。前記外部電極及び内部電極の間に存在させる多孔質発光体の厚みは０．０５μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることが好ましい。また、前記外部電極及び内部電極間に印加する電界は、０．５〜２０ｋＶ／ｍｍが好ましい。これにより、前記多孔質発光体が発光する。
【００１７】
本発明の第２番目の発光装置において、複数の電極間を互いに絶縁する絶縁層は、例えば材料はチタン酸バリウム等を使用し、厚さは０．５μｍ以上２０００μｍ以下の範囲が好ましい。異なる複数の電極のうち、最大の電極の大きさは１００μｍ2以上２５００００μｍ2以下の範囲が好ましく、順次１０％以上５０％以下の範囲で小さくなっているのが好ましい。最小の電極の大きさは１μｍ2以上１００００μｍ2以下の範囲が好ましい。
【００１８】
前記発光装置の各電極間において複数の発光色を有することが好ましい。
【００１９】
また、前記電極の穴部は、直角又は直角よりも鈍角に形成されているのが好ましい。鈍角は３０°以上９０°までが好ましい。
【００２０】
外部電極の穴端部における各々の点と最も近い内部電極との間隙は、一定の距離となるように配置されているのが好ましい。ここで一定の距離とは、例えば２μｍ以上５００μｍ以下である。他の構成は、前記第１番目の発明と同様である。
【００２１】
本発明の第３番目の発光装置では、板状絶縁体を用いる。板状絶縁体としては、例えば厚みが０．０１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲のチタン酸バリウムを使用する。他の構成は、前記第１〜２番目の発明と同様である。
【００２２】
前記板状絶縁体の面上及び又は多孔質発光体に電子雪崩による沿面放電を発生させて、多孔質発光体を発光させてもよい。
【００２３】
前記板状絶縁体が透明ないしは半透明であってもよい。
【００２４】
前記発光装置における発光する部分に、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる部分を設けてもよい。
【００２５】
前記発光装置の発光する部分に、光を取り出す部分が同一位置及び同一方向となるように複数の前記発光装置を積み重ねて設置することにより、同一位置及び同一方向より複数の発光装置から光を取り出す構造としてもよい。
【００２６】
前記発光装置における発光する部分に、光を取り出す方向と反対側の最外部に位置する発光装置に対して、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる構造を設けてもよい。
【００２７】
前記発光装置は、発光色の異なる複数の発光装置を持つようにしてもよい。
【００２８】
発光は常圧状態又は減圧状態の大気、不活性ガスから選ばれる少なくとも１つのガス雰囲気中でさせることができる。
【００２９】
本発明の画像表示装置は、発光色の異なる複数の前記の発光装置からなる発光装置群が、規則的かつ周期的に配置されている。
【００３０】
前記発光装置群はマトリックス状又はハニカム状に配置されていてもよい。
【００３１】
前記画像表示装置において、一定の規則に従って接続された前記発光装置の外部電極と、前記外部電極とは異なる一定の規則に従って接続された前記発光装置の内部電極を有するように構成してもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
（実施の形態１）
図１Ａ−Ｂ及び図２Ａ−Ｆを参照しながら、第１の実施の形態に一対の電極と透明の板状絶縁体、鏡面体を含む発光装置について説明する。本実施の形態の発光装置は、透明の板状絶縁体と、その面上に形成された穴部を有する外部の電極と、前記穴部の内側に位置する内部の電極からなり、前記外部電極及び内部電極間の前記絶縁体の面上に多孔質発光体を有し、前記外部電極及び内部電極に電界を印加することで電荷移動させることにより、前記多孔質発光体を発光させる発光装置であり、発光部分において、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる構造を設けた発光装置のことである。
【００３４】
図１Ａは本実施の形態における発光装置の平面図、及び図１Ｂは図１ＡのＩ−Ｉ線断面図である。２０４は外部電極、２０５は内部電極、２０６は多孔質発光体、２０７は絶縁体基板、２０８は鏡面体である。
【００３５】
まず、本実施の形態における発光装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図２Ａ−Ｆは図１Ａ−Ｂに示した発光装置の製造方法を説明するための工程図である。図２Ａに示すように、１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの大きさである硼珪酸ガラスの基板２０７に、直径約０．５ｍｍφの穴を空けた。
【００３６】
次に、図２Ｂに示すように、内部電極２０５を形成した。これは低収縮率のＡｇペーストを穴に埋め込むように塗布して乾燥させた。
【００３７】
次に、図２Ｃに示すように、ガラス基板２０７の表面上に、内径２ｍｍφ、外径２．５ｍｍφのドーナツ型の外部電極２０４をスクリーン印刷法によって印刷した。図面左手側に外部電極２０４のドーナツ型の電極より伸びた長方形の部分は、電極の引き出し部分である。図２Ｃは平面図であり、図２Ｄは図２ＣのII−II線断面図である。塗布したペーストは図２Ｂの工程で用いたのと同じ低収縮Ａｇペーストを用いた。ペーストを乾燥させた後に、ベルト炉を用い、５８０度において２時間の条件で外部電極２０４と内部電極２０５を焼き付けた。焼き付け後の外部電極２０４の厚さは、約１２０μｍであった。内外部の電極２０４及び２０５にはＡｇの代りに、Ａｕ、Ａｌ又はＮｉを用いても良い。本実施の形態においてはペーストを塗布し焼き付ける方法で内部電極２０５を形成したが、あらかじめ内部電極２０５の形状に形成したピンを基板へ打ち込むという方法で、内部電極２０５を形成しても良い。外部電極２０４はペーストをスクリーン印刷する代わりに、多孔質発光体２０６を塗布する部分をマスキングし、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法によって電極を形成しても良い。また、外部電極２０４は例えば樹脂フィルム、例えば金属板にスクリーン印刷やフォトリソグラフィの手法と電解エッチングとメッキによって電極パターンを印刷し、前記積層体に転写してもよい。
【００３８】
次に、図２Ｅに示すように、外部電極２０４と内部電極２０５の間に多孔質発光体２０６を塗布する。これは、蛍光体粒子と重量比５％コロイダルシリカ溶液と蒸留水を１：１：１の割合で混合してペーストを作成し、スクリーン印刷法によって塗布し、その後に１２０度で３０分間乾燥させることにより形成した。乾燥後の多孔質発光体の厚さは１００μｍであった。ここで用いた蛍光体粒子は平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）の３種類の無機化合物であり、所望の発光を得るために、それぞれ単独又はそれらを混合したものを用いることが可能である。多孔質発光体２０６はスクリーン印刷の代わりに、外部電極２０４と同じくスパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法によって形成しても良い。また、今回用いたペーストをさらにペーストを適量の蒸留水と混合して、スプレーガンを用い前記ペーストを吹き付ける方法で塗布してもよい。多孔質発光体は基本的に絶縁体であり、電極上に塗布されても短絡するなどの問題は発生しないため、この工程では必ずしもマスキングをする必要はない。このため、絶縁体基板２０７の外部電極２０４を形成した面全体に、ダイコーターなどを用いて、多孔質発光体２０６のペーストを塗布してもよい。
【００３９】
最後に、図２Ｆに示すように、外部電極２０４と多孔質発光体２０６を形成した面とは反対の面に、スパッタリングによってＡｇを塗布し、鏡面体２０８とする。ここではスパッタリングの代わりにＡｇ箔や板を絶縁体基板に張り付けてもよい。この鏡面体２０８はＡｇの代わりに、Ａｌを用いてもよい。また、この鏡面体２０８は内部電極２０５と電気的に導通させ、電界を印加する際の引き出し電極としてもよい。また鏡面体の厚は出来る限り大きい方が好ましい。鏡面体が厚くなると、発光時に発生する熱を拡散する効果が得られるためである。さらに引き出し電極として用いている場合には、電極による抵抗値が低下するという効果も生じる。加えて鏡面体の上に金属製の放熱フィンや放熱ファンなどを張り付けることにより、放熱効果をより向上させても良い。
【００４０】
また、本実施の形態では硼珪酸ガラスを絶縁体基板２０７として用いたが、例えばポリエチレンなどの透明又は半透明樹脂を絶縁体基板２０７として用いてもよい。ただしこれらの樹脂基板は加熱によって融解してしまうため、ペースト焼付けによる電極形成は不可能である。そのためピン打ち込みとスパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィなどによって外部電極２０４と内部電極２０５を形成する必要がある。
【００４１】
次に、本実施の形態における発光装置の発光作用について説明する。
【００４２】
発光装置を駆動するために、まず図１の外部電極２０４と内部電極２０５の間に交番電界を印加した。電荷の移動に伴い多孔質発光体２０６内部と絶縁体基板２０７表面上で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、多孔質発光体２０６に含まれる蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、加速された電子が発光中心に衝突した多孔質発光体２０６が励起されて発光した。その際には紫外線も発生し、これによっても励起発光した。
【００４３】
また、印加する交番電界の波形を正弦波からノコギリ波や矩形波に変えることにより、電子放出や沿面放電、紫外線がより激しく生じ、その結果として発光輝度が向上する。同じく周波数を数十Ｈｚから数千Ｈｚに上げることでも、同様の現象が発生した。
【００４４】
いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生し、抵抗加熱により発熱もするので、光線による多孔質発光体２０６の劣化や発光装置の温度上昇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。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。
【００４５】
また、放電時の電流値は１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％に低下させても発光が継続し、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。
【００４６】
本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。
【００４７】
また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管（ＣＲＴ）で使用されているＺｎＳ：Ａｇ（青）やＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ，Ａｌ（緑）、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）でも同様の発光を確認できた。ただし後者の蛍光体粒子を用いると、発光効率は低下する。
【００４８】
また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。なお、本実施の形態においては外部電極２０４と内部電極２０５の間に交番電界を印加したが直流電界でも差し支えない。
【００４９】
本実施の形態の発光装置によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア倍増層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。
【００５０】
（実施の形態２）
図３Ａ−Ｂを参照しながら、第２の実施の形態における４つの電極を含む発光装置について説明する。本実施の形態の発光装置は、互いに絶縁された大きさの異なる４つの電極からなり、その内で最小の電極以外は穴部を有し、電極の大きさに従う順番で大きい方の電極の有する穴の内側に小さい方の電極が位置するという入れ子構造を有しており、各々の電極間に多孔質発光体を具備し、電極間に電界を印加することによって前記多孔質発光体が発光する発光装置であり、カラー表示及び単位面積当たりの発光面積（開口率）を確保することができる。
【００５１】
図３Ａは本実施の形態における発光装置の平面図、及び図３Ｂは図３ＡのIII−III線断面図である。２０６は多孔質発光体、２０７は板状絶縁体の基板、３０４は最内部の電極Ａ、３０５は電極Ｂ、３０６は電極Ｃ、３０７は電極Ｄ、３０８が緑色多孔質発光体、３０９が赤色多孔質発光体、３１０が青色多孔質発光体、３１１が絶縁体基板である。
【００５２】
本実施の形態における発光装置の製造方法は、実施の形態１とほぼ同一であるため省略するが、以下に示す相違点がある。
【００５３】
まず、本実施の形態においても同じ硼珪酸ガラスを透明の絶縁体基板２０７として用いたが、例えばポリエチレンなどの透明又は半透明樹脂を絶縁体基板２０７として用いてもよい。加えて発光装置の光を取り出す側と逆の面に鏡面体を形成していないため、絶縁体基板２０７は透明もしくは半透明である必要はない。このため、より沿面放電が発生しやすく、成形・電極印刷が容易な多孔質のセラミック基板を用いることが可能である。この場合は以下のような製法で作製することができる。まずセラミック材料である例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、例えばチタン酸バリウムＢａＴｉＯ3を溶剤と有機バインダとともにボールミルで混練し、スラリーを作製した。このスラリーをダイコーターでシート成形し、乾燥、シートを切断した後に積層を行った。そして図３Ｂに示した、シートの所望する部分にパンチャーで穴を開け、Ａｇの導電性ペーストを穴の内部に塗布した。そして片面に図３Ａで示した電極Ａ３０４〜電極Ｄ３０７の電極パターンをスクリーン印刷法によって印刷した。電極Ａ３０４〜電極Ｄ３０７はペーストをスクリーン印刷する代わりに、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法によって電極を形成しても良い。また、電極Ａ３０４〜電極Ｄ３０７は、例えば樹脂フィルム又は金属板にスクリーン印刷やフォトリソグラフィの手法と電解エッチングとメッキによって電極パターンを印刷し、前記積層体に転写してもよい。電極を印刷後に焼成を行う。
【００５４】
さらなる相違点として、３色の多孔質発光体３０８〜３１０のパターンを作製する必要があるため、ダイコーターやスプレーガンを用いた手法は行えない。このため、３色の多孔質発光体３０８〜３１０はスクリーン印刷、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法などによって各々を形成する必要がある。ここで用いた蛍光体粒子は平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）の３種類の無機化合物であり、所望の発光を得るために、それぞれ単独又はそれらを混合したものを用いることが可能である。
【００５５】
また、裏面に鏡面体は形成しない。必要ならば蛍光体を形成した面と逆の面に、引き出し電極をスクリーン印刷など電極Ａ３０４〜電極Ｄ３０７と同じ手法を用いて形成しても良い。
【００５６】
次に、本実施の形態における発光装置の発光作用について説明する。
【００５７】
発光装置を駆動するために、図３Ａ−Ｂの電極Ａ３０４と電極Ｂ３０５間、電極Ｂ３０５と電極Ｃ３０６間、電極Ｃ３０６と電極Ｄ３０７間にそれぞれ交番電界を印加する。電荷の移動に伴い各々の電極間で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、３色の多孔質発光体３０８〜３１０に含まれる蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、加速された電子が発光中心に衝突した３色の多孔質発光体３０８〜３１０が励起されて発光する。その際には紫外線も発生し、これによっても励起発光する。
【００５８】
また、印加する交番電界の波形を正弦波からノコギリ波や矩形波に変えることにより、電子放出や沿面放電、紫外線がより激しく生じ、その結果として発光輝度が向上する。同じく周波数を数十Ｈｚから数千Ｈｚ上げることでも、同様の現象が発生する。
【００５９】
いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生し、抵抗加熱により発熱もするので、光線による多孔質発光体３０８〜３１０の劣化や発光装置の温度上昇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。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。
【００６０】
また、放電時の電流値は１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％に低下させても発光が継続し、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。
【００６１】
本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。
【００６２】
また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管（ＣＲＴ）で使用されているＺｎＳ：Ａｇ（青）やＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ，Ａｌ（緑）、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）でも同様の発光を確認できた。ただし後者の蛍光体粒子を用いると、発光効率は低下する。
【００６３】
また、本実施の形態では内側より緑、青、赤の蛍光体粒子を用いたが、これらを入れ替えたり、混合しても同様の結果を得ることができた。なお、本実施の形態においては電極間に交番電界を印加したが直流電界でも差し支えない。
【００６４】
本実施の形態の発光装置によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア倍増層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。また、同心円上に複数の異なる発光色が得られるため、画像表示素子として前記発光装置を用いれば、画質の高精細化が可能となる。
【００６５】
（実施の形態３）
図４Ａ−Ｂを参照しながら、第３の実施の形態における複数の発光装置を積層した構造を持つ発光装置について説明する。本実施の形態の発光装置は、実施の形態１における発光装置の発光する部分において、光を取り出す部分が同一位置及び同一方向となるように複数の発光装置を積み重ねて設置することにより、同一位置及び同一方向より複数の発光装置から光を取り出す構造を有する発光装置である。且つ、光を取り出す方向と反対側の最外部に位置する発光装置に対して、光を取り出す方向と反対側の面に鏡面となる構造を設けた発光装置である。
【００６６】
図４Ａは本実施の形態における発光装置の平面図、及び図４Ｂは図４ＡのIV−IV線断面図である。４０４は第１層の外部電極、４０５は第２層の外部電極、４０６は第３層の外部電極、４０７は内部電極、４０８は青色多孔質発光体、４０９は赤色多孔質発光体、４１０は緑色多孔質発光体、４１１は第１層絶縁体基板、４１２は第２層絶縁体基板、４１３は第３層絶縁体基板、４１４は鏡面体、４１５は発光部分（断面図４０３では省略）である。
【００６７】
まず、本実施の形態における発光装置の製造方法について説明する。１０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの硼珪酸ガラス基板４１１〜４１３の中央部、内部電極４０７の位置に、直径約０．５ｍｍφの穴を空けた。
【００６８】
次に、Ａｇペーストを用いて外部電極４０４〜４０６を絶縁体基板４１１〜４１３にそれぞれスクリーン印刷法によって印刷した。図面左手側にドーナツ型の電極より伸びた長方形の部分は、電極の引き出し部分である。ペーストを乾燥させた後に、ベルト炉を用い、５８０度において２時間の条件で外部電極４０４〜４０６それぞれ焼き付けた。焼き付け後の外部電極２０４の厚さはおおよそ１２０μｍであった。外部電極４０４〜４０６にはＡｇの代りに、Ａｕ、Ａｌ又はＮｉを用いても良い。本実施の形態においてはペーストをスクリーン印刷するという方法で外部電極４０４〜４０６を形成したが、代わりにマスキングを行い、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法によって電極を形成しても良い。また、外部電極４０４〜４０６を、例えば樹脂フィルム、例えば金属板にスクリーン印刷やフォトリソグラフィの手法と電解エッチングとメッキによって電極パターンを印刷し、前記積層体に転写してもよい。
【００６９】
次に、絶縁体基板４１１〜４１３に多孔質発光体４０８〜４０９をそれぞれ印刷する。これは、蛍光体粒子と重量比５％コロイダルシリカ溶液と蒸留水を重量比１：１：１の割合で混合してペーストを作成し、スクリーン印刷法によって塗布し、その後に１２０度で３０分間乾燥させることにより形成した。乾燥後の多孔質発光体の厚さは１００μｍであった。本実施例では実施例１、２と異なり、電極間全体に蛍光体を塗布するのではなく、図４に示したように中間に空間部分を設けた。ここで用いた蛍光体粒子は平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）の３種類の無機化合物であり、所望の発光を得るために、それぞれ単独又はそれらを混合したものを用いることが可能である。多孔質発光体４０８〜４０９はスクリーン印刷の代わりに、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法によって形成しても良い。
【００７０】
次に３枚の絶縁体基板４１１〜４１３を穴及び多孔質発光体の印刷パターンが垂直方向（図４Ｂの上方向）で重なるよう、コロイダルシリカ、水ガラス又はエポキシ樹脂を用いて貼付する。積層する順番は、発光強度の弱い発光体が上面に来るようにすることが好ましい。ここでは上から順に青、赤、緑の順で張り合わせた。
【００７１】
次にＡｌを材料として、内部電極４０７を図４Ａ−Ｂに示した形状に加工した。内部電極４０７にはＡｌの代りに、Ａｕ、Ａｇ又はＮｉを用いても良い。この内部電極４０７を張り合わせた絶縁体基板４１１〜４１３の中心に差し込んだ。
【００７２】
最後に、第３層絶縁体基板４１３の第３層外部電極４０６と緑色多孔質発光体４１０を形成した面とは反対の面に、スパッタリングによってＡｇを塗布し、鏡面体４１１とした。ここではスパッタリングの代わりにＡｇ箔や板を絶縁体基板に張り付けてもよい。この鏡面体４１１はＡｇの代わりに、Ａｌを用いてもよい。また、この鏡面体４１１は内部電極４０７と電気的に導通させ、電界を印加する際の引き出し電極としてもよい。また鏡面体の厚は出来る限り大きい方が好ましい。鏡面体の厚くなると、発光時に発生する熱を拡散する効果が得られるためである。引き出し電極として用いている場合には、電極による抵抗値が低下するという効果も生じる。さらに鏡面体の上に金属製の放熱フィンや放熱ファンなどを張り付けることにより、放熱効果をより向上させても良い。
【００７３】
また、本実施の形態では硼珪酸ガラスを絶縁体基板４１１〜４１３として用いたが、例えばポリエチレンなどの透明樹脂を絶縁体基板４１１〜４１３として用いてもよい。ただしこれらの樹脂基板は加熱によって融解してしまうため、ペースト焼付けによる電極形成は不可能である。スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィなどによって外部電極４０４〜４０６を形成する必要がある。
【００７４】
次に、本実施の形態における発光装置の発光作用について説明する。
【００７５】
発光装置を駆動するために、まず図１の外部電極４０４〜４０６と内部電極４０７の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い多孔質発光体４０８〜４１０内部及び周辺部分と絶縁体基板４１１〜４１３表面上で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、多孔質発光体４０８〜４１０に含まれる蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、加速された電子が発光中心に衝突した多孔質発光体４０８〜４１０が励起されて発光する。その際には紫外線も発生し、これによっても励起発光する。
【００７６】
また、任意の発光色のみ、例えば、緑色の光を得たい場合は、内部電極４０７と第３層外部電極４０６間に電界を印加する。一般的に多孔質発光体４０８〜４１０は多孔質故に不透明なため、青色多孔質発光体４０８及び赤色多孔質発光体４０９の存在する部分は緑色の発光色は透過しないが、多孔質発光体４０８〜４１０間のギャップ部分は光を取り出す方向（図４Ｂの上方向）には透明な絶縁体基板４１１及び４１２しか存在していない。多孔質発光体４０８〜４１０は方向性の依存無く全方向に発光するため、多孔質発光体４０８〜４１０に設けたギャップ部分も光が透過する。このため、光を取り出す方向より緑色の光を得ることができる。同様な手順と理由でもって、第２層の関色多孔質発光体４０９の光のみも得ることが可能である。また、任意の組み合わせで同時発光させることも可能である。
【００７７】
また、印加する交番電界の波形を正弦波からノコギリ波や矩形波に変えることにより、電子放出や沿面放電、紫外線がより激しく生じ、その結果として発光輝度が向上する。同じく周波数を数十Ｈｚから数千Ｈｚ上げることでも、同様の現象が発生する。
【００７８】
いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生し、抵抗加熱により発熱もするので、光線による多孔質発光体４０８〜４１０の劣化や発光装置の温度上昇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。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。
【００７９】
また、放電時の電流値は１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％に低下させても発光が継続し、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。
【００８０】
本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。
【００８１】
また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管（ＣＲＴ）で使用されているＺｎＳ：Ａｇ（青）やＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ，Ａｌ（緑）、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）でも同様の発光を確認できた。ただし後者の蛍光体粒子を用いると、発光効率は低下する。
【００８２】
また、本実施の形態ではそれぞれ青、赤、緑色の蛍光体粒子を用いたが、これらの混合粒子においても同様の結果が得られた。なお、本実施の形態においては外部電極４０４〜４０６と内部電極４０７の間に交番電界を印加したが直流電界でも差し支えない。
【００８３】
（実施の形態４）
図５Ａ−Ｃ及び図６Ａ−Ｂを参照しながら、第４の実施の形態における発光装置を３×４のマトリックス状に配置した模擬的な画像表示装置について説明する。本実施の形態の発光装置は、発光色の異なる複数の発光装置からなる発光装置群が、規則的かつ周期的に配置され、一定の規則に従って接続された前記発光装置の外部電極と、前記外部電極とは異なる一定の規則に従って接続された前記発光装置の内部電極を有する画像表示装置である。
【００８４】
図５Ａは本実施の形態における平面図、図５Ｂは図５ＡのＶ−Ｖ線断面図、及び図５Ｃは図５ＡのＶＩ−ＶＩ線断面図である。５０６は外部電極、５０７は内部電極、５０８は絶縁体基板、５０９は青色多孔質発光体、５１０は赤色多孔質発光体、５１１は緑色多孔質発光体、５１２は鏡面体である。
【００８５】
図６Ａは本実施の形態における平面図、及び図６Ｂは背面図（光を取り出す方向とは逆側の平面の図）である。
【００８６】
本実施の形態における画像表示装置の製造方法は、実施の形態１の発光装置とほぼ同一であるため省略するが、以下に示す相違点がある。
【００８７】
３色の多孔質発光体５０９〜５１１のパターンを作製する必要があるため、ダイコーターやスプレーガンを用いた手法は行えない。このため、３色の多孔質発光体５０９〜５１１はスクリーン印刷、スパッタリングや蒸着、フォトリソグラフィの手法などによって各々を形成する必要がある。ここで用いた蛍光体粒子は平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）の３種類の無機化合物であり、所望の発光を得るために、それぞれ単独又はそれらを混合したものを用いることが可能である。
【００８８】
また、背面の鏡面体５１２はマスキングを行った上でスパッタリングによってＡｇを塗布することにより、図６Ｂに示す電極パターンを形成した。この鏡面体５１２は内部電極５０７（図５Ａ−Ｂ）と電気的に導通させ、電界を印加する際の引き出し電極としても良い。また、スパッタリングの代わりにＡｇ箔や板を絶縁体基板に張り付けてもよい。この鏡面体５１２はＡｇの代わりに、Ａｌを用いてもよい。
【００８９】
次に、本実施の形態における発光装置の発光作用について説明する。
【００９０】
任意の発光装置を駆動するために、発光装置の内部電極５０７と外部電極５０６の間に交番電界を印加する。電荷の移動に伴い多孔質発光体５０９〜５１１内部と絶縁体基板５０８表面上で沿面放電が発生するようになる。沿面放電は連鎖的に継続して生じ、多孔質発光体５０９〜５１１に含まれる蛍光体粒子の周りで電荷移動が発生し、加速された電子が発光中心に衝突した多孔質発光体５０９〜５１１が励起されて発光する。その際には紫外線も発生し、これによっても励起発光する。
【００９１】
また、任意の発光装置のみ発光させたい場合は、その発光装置の外部電極５０６と内部電極５０７に電界を印加すればよい。背面の鏡面体５１２と内部電極５０７が電気的に導通している構造になっている場合は、任意の発光装置の外部電極５０６と、内部電極５０７が導通している鏡面体５１２に電界を印加すれば、電界を印加した電極が交わる部分の発光装置に電界が印加されるため、任意の発光装置のみを発光させることができる。
【００９２】
また、印加する交番電界の波形を正弦波からノコギリ波や矩形波に変えることにより、電子放出や沿面放電、紫外線がより激しく生じ、その結果として発光輝度が向上する。同じく周波数を数十Ｈｚから数千Ｈｚに上げることでも、同様の現象が発生する。
【００９３】
いったん沿面放電が開始されると連鎖的に放電が繰り返され、絶えず紫外線や可視光線を発生し、抵抗加熱により発熱もするので、光線による多孔質発光体５０９〜５１１の劣化や発光装置の温度上昇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。なお、その際印加する電界は大きい方が電子の発生を促進するが、小さすぎると電子の放出は不十分になる。
【００９４】
また、放電時の電流値は１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％に低下させても発光が継続し、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。
【００９５】
本実施の形態においては駆動を大気中で行ったが、不活性ガス中や、減圧気体中で実施しても同様に発光することを確認した。
【００９６】
また、蛍光体粒子として現行のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）で使用されている紫外線発光の粉体を用いたが、陰極線管（ＣＲＴ）で使用されているＺｎＳ：Ａｇ（青）やＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ，Ａｌ（緑）、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ（赤）でも同様の発光を確認できた。ただし後者の蛍光体粒子を用いると、発光効率は低下する。
【００９７】
また、本実施の形態では青色の蛍光体粒子を用いたが、赤又は緑を用いても同様の結果が得られることが判明した。なお青、赤、緑の混合粒子においても同様の結果が得られた。なお、本実施の形態においては外部電極５０７と内部電極５０７の間に交番電界を印加したが直流電界でも差し支えない。
【００９８】
本実施の形態の発光装置によれば、沿面放電による発光であるために、従来のような蛍光体層形成に薄膜形成プロセスをほとんど用いることがなく、真空系やキャリア倍増層を必要としないので構造が簡単であり加工も容易である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明にかかる発光装置は沿面放電による発光であり、発光装置の形成に薄膜形成プロセスや真空系を使用することが少ないので加工が比較的容易である。さらに同一部分より複数色の発光（カラー表示）が可能である。本発明の発光装置は大型ディスプレイの単位画素を構成する発光体としても高精細化に有用である。また、液晶ディスプレイ用のバックライトなどに適用される発光体としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】Ａは本発明の実施の形態１における発光装置の平面図、ＢはＡのＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】Ａ−Ｆは図１Ａ−Ｂに示した発光装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】Ａは本発明の実施の形態２における発光装置の平面図、ＢはＡのIII−III線断面図である。
【図４】Ａは本発明の実施の形態３における発光装置の平面図、ＢはＡのIV−IV線断面図である。
【図５】Ａは本発明の実施の形態４における平面図、ＢはＡのＶ−Ｖ線断面図、ＣはＡのＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図６】Ａは本発明の実施の形態４における平面図、Ｂは背面図（光を取り出す方向とは逆側の平面の図）である。
【図７】非特許文献２における従来例の表示装置の断面図。
【図８】特許文献３における従来例の表示装置の断面図。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１  ＰＺＴセラミック
１０２  平面電極
１０３  格子状電極
１０４  白金電極
１０５  グリッド電極
１０６  真空容器
１０７  排気口
１１１  強誘電体薄膜
１１２  下部電極
１１３  上部電極
１１４  発光層
１１５  基板
１１６  透明電極
１１７  開口部
１１８  キャリア増倍層
２０４  外部電極
２０５  内部電極
２０６  多孔質発光体
２０７  絶縁体基板
２０８  鏡面体
３０４  電極Ａ
３０５  電極Ｂ
３０６  電極Ｃ
３０７  電極Ｄ
３０８  緑色多孔質発光体
３０９  赤色多孔質発光体
３１０  青色多孔質発光体
４０４  第１層外部電極
４０５  第２層外部電極
４０６  第３層外部電極
４０７  内部電極
４０８  青色多孔質発光体
４０９  赤色多孔質発光体
４１０  緑色多孔質発光体
４１１  第１層絶縁体基板
４１２  第２層絶縁体基板
４１３  第３層絶縁体基板
４１４  鏡面体
４１５  発光部分
５０６  外部電極
５０７  内部電極
５０８  絶縁体基板
５０９  青色多孔質発光体
５１０  赤色多孔質発光体
５１１  緑色多孔質発光体
５１２  鏡面体
５１３  画像表示装置の背面図
【図１】
2005317212.tif 000003
【図２】
2005317212.tif 000004
【図３】
2005317212.tif 000005
【図４】
2005317212.tif 000006
【図５】
2005317212.tif 000007
【図６】
2005317212.tif 000008
【図７】
2005317212.tif 000009
【図８】
2005317212.tif 000010