(57)【要約】【課題】グリッド電極に電子が衝突することが抑制され、高い効率で電子線を放射することができる電子線放射装置を提供する。【解決手段】表面にカーボンナノチューブ層が形成されてなるカソード基板と、このカソード基板におけるカーボンナノチューブ層から離間して当該カーボンナノチューブ層に対向するよう配置された、複数の開口孔を有するグリッド電極と、このグリッド電極の開口孔に対応して形成された複数の開口孔を有し、前記カーボンナノチューブ層の表面上に配置された金属製のシールド板とを備えてなる電子線放射装置であって、前記シールド板の開口孔は、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であることを特徴とする。【選択図】図１
2013222648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にカーボンナノチューブ層が形成されてなるカソード基板と、
このカソード基板におけるカーボンナノチューブ層から離間して当該カーボンナノチューブ層に対向するよう配置された、複数の開口孔を有するグリッド電極と、
このグリッド電極の開口孔に対応して形成された複数の開口孔を有し、前記カーボンナノチューブ層の表面上に配置された金属製のシールド板とを備えてなる電子線放射装置であって、
前記シールド板の開口孔は、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であることを特徴とする電子線放射装置。
【請求項２】
前記シールド板の厚み方向の断面における該シールド板に設けられた開口孔の内表面の外形が、テーパ状、凹面状、凸面状、または階段状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電子線放射装置。
【請求項３】
前記シールド板の厚み方向の断面における該シールド板に設けられた開口孔の内表面において、当該シールド板のカソード基板側表面に対するカソード基板側周縁とグリッド電極側周縁とを結ぶ直線のなす角が、１５〜４５°であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子線放射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子線励起型光源装置に用いられる電子線源として好適な電子線放射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子線を放射することによって半導体発光素子を発光させる電子線励起型光源装置は、小型で出力の高い紫外線を放射する光源装置として期待されている。
このような電子線励起型光源装置においては、半導体発光素子に電子線を放射する電子線放射装置が設けられており、かかる電子線放射装置としては、カーボンナノチューブ層が形成されたカソード基板を備えてなるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来の電子線放射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。この図において、８０はカソード基板であって、その表面にはカーボンナノチューブ層８１が形成されている。８５はグリッド電極であって、複数の開口孔８６を有し、カソード基板８０におけるカーボンナノチューブ層８１から離間して当該カーボンナノチューブ層８１に対向するよう配置されている。９０は金属製のシールド板（シールド電極とも称する）であって、グリッド電極８５の開口孔８６に対応して形成された複数の開口孔９１を有し、カソード基板８０におけるカーボンナノチューブ層８１の表面上に配置されている。９５は直流電源であって、その正極端子にはグリッド電極８５が電気的に接続され、負極端子にはカソード基板８０が電気的に接続されている。
【０００４】
上記の電子線放射装置においては、直流電源９５によって、カソード基板８０とグリッド電極８５との間に電圧が印加されると、カソード基板８０におけるカーボンナノチューブ層８１から金属製シールド板９０の開口孔９１を介してグリッド電極８５に向かって電子が放出される。そして、放出された電子が加速電圧によって加速されることにより、電子線として放射される。
このような電子線放射装置によれば、シールド板９０には、グリッド電極８５の開口孔８６に対応して複数の開口孔９１が形成されているため、シールド板９０の開口孔９１を介して放出された電子が、当該開口孔９１に対応するグリッド電極８５の開口孔８６を通過し、グリッド電極８５に衝突することを抑制することができるため、効率的に電子線を放射することができると共に、電子の衝突によるグリッド電極８５の発熱を抑制することができる、とされている。
【０００５】
しかしながら、上記の電子線放射装置においては、以下のような問題があることが判明した。
図８は、従来の電子線放射装置におけるグリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間に作用する電界強度分布を模式的に示す曲線図であり、図９は、従来の電子線放射装置におけるグリッド電極とシールド板との間に生ずる電界の等電位線を示す説明図である。図８において、縦軸は電界強度を示し、横軸は開口孔における半径方向の位置を示す。  図９に示すように、グリッド電極８５の開口孔８６とシールド板９０の開口孔９１との間においては、開口孔９１の周縁領域（図９において一端側および他端側の領域）の電界強度が、開口孔９１の中央領域の電界強度より低下し、グリッド電極８５とシールド板９０との間に生ずる電界の等電位線は、図９に示すように、グリッド電極８５の開口孔８６の周縁領域において湾曲した状態となる。そして、カソード基板８０から放出された電子は、等電位線に対して垂直な方向に進むので、シールド板９０の開口孔９１の中央領域を通過した電子は、グリッド電極８５の開口孔８６の中央領域に向かって直進するが、シールド板９０の開口孔９１の周縁領域を通過した電子は、その軌道が変化する。具体的には、この電子はグリッド電極８５の開口孔８６の周縁領域に向かって直進せずに、グリッド電極８５の開口孔８６の周縁より外方に向かって進むため、電子がグリッド電極８５に衝突する。従って、シールド板９０の開口孔９１の周縁領域を通過した電子を有効に利用することができず、その結果、高い効率で電子線を放射することが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１０９５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、グリッド電極に電子が衝突することが抑制され、高い効率で電子線を放射することができる電子線放射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子線放射装置は、表面にカーボンナノチューブ層が形成されてなるカソード基板と、
このカソード基板におけるカーボンナノチューブ層から離間して当該カーボンナノチューブ層に対向するよう配置された、複数の開口孔を有するグリッド電極と、
このグリッド電極の開口孔に対応して形成された複数の開口孔を有し、前記カーボンナノチューブ層の表面上に配置された金属製のシールド板と、を備えてなる電子線放射装置であって、
前記シールド板の開口孔は、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電子線放射装置においては、前記シールド板の厚み方向の断面における該シールド板に設けられた開口孔の内表面の外形が、テーパ状、凹面状、凸面状、または階段状のいずれかであることが好ましい。
また、前記シールド板の厚み方向の断面における該シールド板に設けられた開口孔の内表面において、当該シールド板のカソード基板側表面に対するカソード基板側周縁とグリッド電極側周縁とを結ぶ直線のなす角が、１５〜４５°であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子線放射装置によれば、シールド板の開口孔は、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であることにより、グリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間において、それぞれの開口孔の周縁領域の電界強度が、開口孔の中央領域の電界強度より低下することが抑制されるので、グリッド電極に電子が衝突することが抑制される。従って、カソード基板から放出される電子の利用率が高くなり、高い効率で電子線を放射することができると共に、電子の衝突によるグリッド電極の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の電子線放射装置の一例における要部の構成を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示す電子線放射装置におけるシールド板の開口孔の周辺をカソード基板およびグリッド電極と共に拡大して示す説明用断面図である。
【図３】本発明の電子線放射装置の他の例におけるシールド板の開口孔の周辺ををカソード基板およびグリッド電極と共に拡大して示す説明用断面図である。
【図４】本発明の電子線放射装置を備えた電子線励起型光源装置の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は、紫外線取り出し窓を取り外した状態を示す平面図である。
【図５】図１に示す電子線励起型光源装置における半導体発光素子の構成を示す説明用断面図である。
【図６】実施例１〜２および比較例１に係る電子線放射装置について測定した、グリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間に作用する電界強度分布を示す曲線図である。
【図７】従来の電子線放射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図８】従来の電子線放射装置におけるグリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間に作用する電界強度分布を模式的に示す曲線図である。
【図９】従来の電子線放射装置におけるグリッド電極とシールド板との間に生ずる電界の等電位線を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の電子線放射装置の一例における要部の構成を示す説明用断面図である。この電子線放射装置３０は、基板本体３１ａの表面にカーボンナノチューブ層３２が形成されてなるカソード基板３１を有する。このカソード基板３１は、例えば鉄−ニッケル合金よりなる板状のカソードベース３３上に固定され、このカソードベース３３は、セラミックスよりなる支持台３４上に固定されている。
カソード基板３１の上方には、グリッド電極３５が、カソード基板３１におけるカーボンナノチューブ層３２の表面から離間して当該カーボンナノチューブ層３２に対向するよう配置されている。このグリッド電極３５には、それぞれ縦横に並ぶ複数の開口孔３５Ｈが形成されている。グリッド電極３５の周縁部は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）よりなるキャップ３６に保持されており、このキャップ３６は、スペーサ３７を介して例えば４２６合金（ニッケル（Ｎｉ）４２％、クロム（Ｃｒ）６％、残部鉄（Ｆｅ））よりなるグリッド電極ベース３８上に固定され、このグリッド電極ベース３８は、支持台３４上に固定されている。
カソード基板３１におけるカーボンナノチューブ層３２の表面上には、金属製のシールド板３９が配置されている。このシールド板３９には、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈに対応してそれぞれ縦横に並ぶ複数の開口孔３９Ｈが形成されている。また、シールド板３９の周縁部は下方に突出するよう形成されており、当該周縁部がカソードベース３３上に固定されている。
そして、カソード基板３１には、電子線放出用電源（図示省略）における負極端子が電気的に接続され、グリッド電極３５には、電子線放出用電源における正極端子が電気的に接続されている。
【００１３】
図２は、シールド板３９の開口孔３９Ｈの周辺をカソード基板３１およびグリッド電極３５と共に拡大して示す説明用断面図である。シールド板３９の開口３９Ｈは、カーボンナノチューブ層３２側の周縁の径ｄより、グリッド電極３５側の周縁の径が大きいものとされている。また、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈの径Ｄは、グリッド電極３５の厚み方向にわたって一様である。
カソード基板３１における基板本体３１ａの厚みは、０．１〜０．２ｍｍであることが好ましい。
カソード基板３１における基板本体３１ａを構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。
カソード基板３１におけるカーボンナノチューブ層３２の厚みは、１５〜３０μｍであることが好ましい。
基板本体３１ａ上にカーボンナノチューブ層３２を形成する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。例えば、表面に金属触媒層が形成された基板本体３１ａを加熱し、一酸化炭素（ＣＯ）やアセチレン等のカーボンソースガスを供給することにより、基板本体３１ａの表面に形成された金属触媒層上にカーボンを堆積することによってカーボンナノチューブ層３２を形成する熱ＣＶＤ法を用いることができる。また、アーク放電法等によって形成されたカーボンナノチューブの粉体および有機バインダーが液状媒体中に含有されてなるペーストを調製し、このペーストをスクリーン印刷によって基板本体３１ａの表面に塗布して乾燥することによってカーボンナノチューブ層３２を形成するスクリーン印刷法なども好適に用いることができる。
【００１４】
グリッド電極３５において、開口孔３５Ｈの径Ｄは０．２〜１．５ｍｍであることが好ましい。
また、隣接する開口孔３５Ｈの離間距離は０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。  また、グリッド電極３５の厚みは、例えば０．０５〜０．２ｍｍである。
グリッド電極３５を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。
また、グリッド電極３５とカソード基板３１との離間距離Ｇは、０．２５〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
シールド板３９において、開口孔３９Ｈの各々は、図２にも拡大して示すように、そのカソード基板３１側（図１において下側）の周縁よりグリッド電極３５側（図１において上側）の周縁が大径のものとされている。図示の例では、開口孔３９Ｈの各々は、該シールド板３９の厚み方向の断面における内面の外形が、カソード基板３１側からグリッド電極３５側に向かって大径となるテーパ状に形成されている。
本発明においては、シールド板３９の厚み方向の断面における開口孔３９Ｈの内面において、当該シールド板３９のカソード基板側表面に対するカソード基板側周縁とグリッド電極側周縁とを結ぶ直線のなす角（以下、「開口孔傾斜角度」という。）θが、１５〜４５°であることが好ましい。この開口孔傾斜角度θが上記の範囲にあれば、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈとシールド板３９の開口孔３９Ｈとの間において、それぞれの開口孔３５Ｈ，３９Ｈの周縁領域の電界強度が、開口孔３５Ｈ，３９Ｈの中央領域の電界強度より低下することが十分に抑制される。
【００１６】
シールド板３９の開口孔３９Ｈにおけるカソード基板側周縁の径ｄは、０．２〜１．５ｍｍであることが好ましい。
また、シールド板３９の開口孔３９Ｈにおけるカソード基板側周縁の径ｄは、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈの径Ｄと同等または小さいことが好ましく、具体的には、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈの径Ｄに対するシールド板３９の開口孔３９Ｈにおけるカソード基板側周縁の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が０．５〜１であることが好ましい。
また、シールド板３９の厚みは、０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
シールド板３９を構成する金属材料としては、４２６合金（Ｎｉ４２％、Ｃｒ６％、残部Ｆｅ）などを用いることができる。
また、シールド板３９に開口孔３９Ｈを形成する方法としては、ドリル加工、研磨加工、ホットプレス加工、エッチング処理、サンドブラスト処理などによる方法を利用することができる。
【００１８】
上記の電子線放射装置３０においては、電子線放出用電源によって、カソード基板３１とグリッド電極３５との間に電圧が印加されると、カソード基板３１におけるカーボンナノチューブ層３２からシールド板３９の開口孔３９Ｈを介してグリッド電極３５の開口孔３５Ｈに向かって電子が放出され、更に、放出された電子が加速電圧によって加速されることにより、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈから電子線として放射される。
【００１９】
而して、このような電子線放射装置３０によれば、シールド板３９の開口孔３９Ｈが、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であることにより、グリッド電極３５の開口孔３５Ｈとシールド板３９の開口孔３９Ｈとの間において、それぞれの開口孔３５Ｈ，３９Ｈの周縁領域の電界強度が、開口孔３５Ｈ，３９Ｈの中央領域の電界強度より低下することが抑制されるので、グリッド電極３５に電子が衝突することが抑制される。従って、カソード基板３１から放出される電子の利用率が高いので、高い効率で電子線を放射することができると共に、電子の衝突によるグリッド電極３５の発熱を抑制することができる。
【００２０】
本発明の電子線放射装置においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えばシールド板３９の開口孔３９Ｈは、そのカソード基板側周縁よりグリッド電極側周縁が大径であれば、その具体的な形状は、該シールド板３９の厚み方向の断面における該開口孔３９Ｈの内表面の外形がテーパ状のものに限定されず、図３に示す形状のものであってもよい。具体的には、図３（ａ）に示す例は、凹面状のものであり、図３（ｂ）に示す例は、凸面状のものであり、図３（ｃ）に示す例は、階段状のものであり、図３（ｄ）に示す例は、一部にテーパ状を有するものである。また、図３（ａ）〜（ｄ）に示すいずれの構成のシールド板３９においても、開口孔傾斜角度θは１５〜４５°であることが好ましい。
【００２１】
図４は、本発明の電子線放射装置を備えた電子線励起型光源装置の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は、光透過窓部材を取り外した状態を示す平面図である。この電子線励起型光源装置は、真空容器１１を有する真空容器装置１０と、真空容器１１内に収容された半導体発光素子２０とを有する。また、該真空容器１１内には、半導体発光素子２０に電子線を放射する、電子線放射装置３０（図１）が収容されている。更に、該真空容器１１内には、電子線放射装置３０から放射された電子線の軌道を半導体発光素子２０に向かって指向させる電界制御用電極４０が収容されている。
【００２２】
真空容器装置１０における真空容器１１は、直方体状の外形を有し、その内部が負圧の状態で密閉された状態とされている。この真空容器１１は、矩形の筒状の周壁部材１１ａと、この周壁部材１１ａの一方の開口を塞ぐよう配置された底壁部材１１ｂと、周壁部材１１ａの他方の開口を塞ぐよう配置された光透過窓部材１１ｃとによって構成されている。また、底壁部材１１ｂは、ガラスフリットによるガラス層１２ａによって周壁部材１１ａに気密に封着され、光透過窓部材１１ｃは、ガラスフリットによるガラス層１２ｂによって周壁部材１１ａに気密に封着されている。
真空容器１１における周壁部材１１ａおよび底壁部材１１ｂを構成する材料としては、コバールガラス、石英ガラス等のガラスや、アルミナ等のセラミックスなどの絶縁性基材を用いることができる。
また、真空容器１１における光透過窓材１１ｃを構成する材料としては、後述する半導体発光素子２０からの光を透過し得るものが用いられ、その具体例としては、石英ガラス、サファイアなどが挙げられる。
ガラス層１２ａ，１２ｂを形成するためのガラスフリットとしては、例えばＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を主成分とするものを用いることができる。
【００２３】
真空容器１１の寸法の一例を挙げると、周壁部材１１ａは、外形が４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×２４ｍｍ（高さ）で、肉厚が２．２ｍｍ、底壁部材１１ｂは、４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×３．５ｍｍ（厚み）、光透過窓部材１１ｃは、４０ｍｍ（縦幅）×４０ｍｍ（横幅）×２．５ｍｍ（厚み）である。
また、真空容器１０の内部の圧力は、例えば１０-4〜１０-6Ｐａである。
【００２４】
真空容器１１における底壁部材１１ｂの内面には、電子線放射装置３０を保持するための電子線放射装置保持用金属部材１３と、電界制御用電極４０を保持するための電極保持用金属部材１４とが、それぞれ所定の位置に配置されてガラスフリットによる固着材によって固定されている。
電子線放射装置保持用金属部材１３および電極保持用金属部材１４を構成する金属材料としては、４２合金等の鉄−ニッケル合金、コバールなどの熱膨張率が低いものを用いることが好ましい。
【００２５】
真空容器１１における底壁部材１１ｂの内面の中央位置には、当該底壁部材１１ｂの内面に対して垂直な方向（図４（ａ）において上方）に伸びる円柱状の高熱伝導部材２８が設けられ、この高熱伝導部材２８上には、半導体発光素子２０が、その表面（図４（ａ）において上面）２０ａが光透過窓部材１１ｃに離間して対向するよう配置されている。この半導体発光素子２０には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた、加速電圧を印加するための電子加速手段５０における正極端子が電気的に接続されている。
高熱伝導部材２８を構成する材料としては、銅などの熱伝導性の高い金属を用いることができる。
【００２６】
半導体発光素子２０は、図５に示すように、例えばサファイアよりなる基板２１と、この基板２１の一面上に形成された例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなるバッファ層２２と、このバッファ層２２の一面上に形成された、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する活性層２５とにより構成されている。
この例における半導体発光素子２０は、活性層２５が真空容器１１における光透過窓部材１１ｃに対向した状態で、基板２１が高熱伝導部材２８にロウ付け等で接合されている。
基板２１の厚みは、例えば１０〜１０００ｎｍであり、バッファ層２２の厚みは、例えば１００〜１０００ｎｍである。
また、半導体発光素子２０における活性層２５と電子線放射装置３０との離間距離は、例えば５〜１５ｍｍである。
また、半導体発光素子２０における光が出射される表面２０ａと光透過窓部材１１ｃの内面との距離は、例えば３〜２５ｍｍである。
【００２７】
活性層２５は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であり、単一または複数の量子井戸層２６と単一または複数の障壁層２７とが、バッファ層２２上にこの順で交互に積層されて構成されている。
量子井戸層２６の各々の厚みは、例えば０．５〜５０ｎｍである。また、障壁層２７はその禁制帯幅が量子井戸層２６のそれよりも大きくなるように組成を選択され、一例としては、ＡｌＮを用いればよく、各々の厚みは量子井戸層２６の井戸幅より大きく設定され、具体的には、例えば１〜１００ｎｍである。
活性層２５を構成する量子井戸層２６の周期は、量子井戸層２６、障壁層２７および活性層２５全体の厚みや、用いられる電子線の加速電圧などを考慮して適宜設定されるが、通常、１〜１００周期である。
【００２８】
上記の半導体発光素子２０は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって形成することができる。具体的には、水素および窒素からなるキャリアガスと、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアからなる原料ガスとを用い、サファイアよりなる基板２１の（０００１）面上に気相成長させることにより、所要の厚みを有するＡｌＮからなるバッファ層２２を形成した後、水素ガスおよび窒素ガスからなるキャリアガスと、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアからなる原料ガスとを用い、バッファ層２２上に気相成長させることにより、所要の厚みを有するＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する活性層２５を形成し、以て、半導体発光素子２０を形成することができる。
【００２９】
上記のバッファ層２２、量子井戸層２６および障壁層２７の各形成工程において、処理温度、処理圧力および各層の成長速度などの条件は、形成すべきバッファ層２２、量子井戸層２６および障壁層２７の組成や厚み等に応じて適宜に設定することができる。
また、ＩｎＡｌＧａＮよりなる量子井戸層２６を形成する場合には、原料ガスとして、上記のものに加えてトリメチルインジウムを用い、処理温度をＡｌＧａＮよりなる量子井戸層２６を形成する場合よりも低く設定すればよい。
また、半導体多層膜の形成方法は、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）なども用いることができる。
【００３０】
半導体発光素子２０の周辺領域、具体的には、半導体発光素子２０の表面上の領域および裏面上の領域以外の当該半導体発光素子２０に近接した領域には、図１に示す構造の電子線放射装置３０が、当該半導体発光素子２０を取り囲むよう配置されている。図４に示す例では、電子線放射装置３０のカソード基板３１は円環状の帯状体よりなり、カーボンナノチューブ層３２における電子線が放射される表面が真空容器１１の光透過窓部材１１ｃを向いた姿勢で、半導体発光素子２０を取り囲むよう配置されている。この電子線放射装置３０の下面には、当該カソード基板３１の裏面に対して垂直方向に伸びる支持部材５５が設けられ、この支持部材５５が電子線放射装置保持用金属部材１３に保持されており、これにより、電子線放射装置３０が、支持部材５５および電子線放射装置保持用金属部材１３を介して、真空容器１１における底壁部材１１ｂに固定されている。
この電子線放射装置３０におけるカソード基板３１には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、電子加速手段５０における負極端子が電気的に接続されている。
また、カソード基板３１には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた電子線放出用電源５１における負極端子が電気的に接続され、グリッド電極３５には、真空容器１１の内部から外部に引き出されたコバールよりなる導電線を介して、電子線放出用電源５１における正極端子が電気的に接続されている。
【００３１】
半導体発光素子２０に対して電子線放射装置３０より外方の位置には、電子線放射装置３０から放射された電子線の軌道を半導体発光素子２０における光が放射される表面２０ａに向かって指向させる電界制御用電極４０が配置されている。具体的には、電界制御用電極４０は、電子線放射装置３０の外径より大きい内径を有する胴部４１と、この胴部４１に連続して形成された、先端（図４（ａ）において上端）に向かって小径となるテーパ部４２とよりなる円筒体よりなり、電子線放射装置３０の外周を取り囲むよう配置されている。この電界制御用電極４０の基端は、真空容器１１における底壁部材１１ｂに固定されている。電子線放射装置３０および電界制御用電極４０は、真空容器１１の内部から外部に引き出された導電線を介して、真空容器１１の外部に設けられた電界制御用電源５２に、電子線放射装置３０が正極、電界制御用電極４０が負極となるよう電気的に接続されている。
【００３２】
電界制御用電極４０を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム、銀、銅、チタン、ジルコニウムのいずれかを含む金属材料などを用いることができる。
電界制御用電極４０の寸法の一例を示すと、胴部４１の内径が３４ｍｍ、軸方向の長さが１２ｍｍ、テーパ部４２の先端における内径が２８ｍｍ、軸方向の長さが３ｍｍ、胴部４１に対するテーパ部４２の傾きは例えば４５°、電界制御用電極４０を構成する円筒体の肉厚が０．３ｍｍである。
【００３３】
上記の電子線励起型光源装置においては、電子線放射装置３０のカソード基板３１とグリッド電極３５との間に電圧が印加されると、当該電子線放射装置３０におけるカーボンナノチューブ層３２からグリッド電極３５に向かって電子が放出され、この電子は、半導体発光素子２０と電子線放射装置３０との間に印加された加速電圧によって、半導体発光素子２０に向かって加速されて電子線が形成される。更に、加速電圧および電界制御用電源５２によって電子線放射装置３０と電界制御用電極４０との間に印加される電圧により、電子線放射装置３０からの電子線は、半導体発光素子２０における光が放射される表面２０ａに向かって指向されてその軌道が放物線状となる。それらの結果、当該電子線は、半導体発光素子２０の表面２０ａすなわち活性層２５の表面に入射される。
そして、半導体発光素子２０においては、電子線が入射されることによって活性層２５の電子が励起され、これにより、当該半導体発光素子２０における電子線が入射された表面２０ａから紫外線などの光が放射され、真空容器１１における光透過窓部材１１ｃを介して当該真空容器１１の外部に出射される。
以上において、電子線放出用電源５１によって電子線放射装置３０のカソード基板３１とグリッド電極３５との間に印加される電圧は、例えば１〜５ｋＶである。
また、電子加速手段５０によって印加される電子線の加速電圧は、６〜１２ｋＶであることが好ましい。加速電圧が過小である場合には、高い光の出力を得ることが困難となる。一方、加速電圧が過大である場合には、半導体発光素子２０からＸ線が発生しやすくなり、また、電子線のエネルギーにより、半導体発光素子２０がダメージを受けやすくなるため、好ましくない。
また、電界制御用電源５２によって電子線放射装置３０と電界制御用電極４０との間に印加される電圧は、例えば−２〜２ｋＶである。
【００３４】
上記の電子線励起型光源装置によれば、図１に示す構造の電子線放射装置を備えてなるため、半導体発光素子２０に高い効率で電子線が照射され、これにより、高い光の出力が得られる。
【実施例】
【００３５】
〈実施例１〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の仕様により、電子線放射装置を作製した。
［カソード基板］                                                                  基板本体の材質：４２６合金（Ｎｉ４２％、Ｃｒ６％、残部Ｆｅ），基板本体の厚み：０．２ｍｍ，カーボンナノチューブ層の厚み：２５μｍ
［グリッド電極］
材質：４２合金（Ｎｉ４２％、残部Ｆｅ），厚み：０．１ｍｍ，開口孔の径：１．１ｍｍ，隣接する開口孔間の離間距離：０．１ｍｍ，カソード基板との離間距離：０．５ｍｍ
［シールド板］
材質：４２６合金（Ｎｉ４２％、Ｃｒ６％、残部Ｆｅ），厚み：０．０７５ｍｍ，開口孔のカソード基板側周縁の径：１．１ｍｍ，厚み方向の断面における該シールド板に設けられた開口孔の内表面形状：テーパ状，開口孔傾斜角度：１５°
【００３６】
〈実施例２〉
開口孔傾斜角度を１５°から４５°に変更したこと以外は、実施例１と同様の仕様の電子線放射装置を作製した。
【００３７】
〈比較例１〉
開口孔傾斜角度を１５°から９０°（開口孔の径がカソード基板側周縁からグリッド電極側周縁まで一様なもの）に変更したこと以外は、実施例１と同様の仕様の電子線放射装置を作製した。
【００３８】
［電界強度分布の測定］
実施例１〜２および比較例１に係る電子線放射装置について、カソード基板とグリッド電極との間に３ｋＶの電圧を印加すると共に、カソード基板とアノードとの間に８ｋＶの加速電圧を印加し、この状態で、グリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間に作用する電界強度分布を測定した。
【００３９】
図６は、実施例１〜２および比較例１に係る電子線放射装置について測定した、グリッド電極の開口孔とシールド板の開口孔との間に作用する電界強度分布を示す曲線図である。図６において、縦軸は電界強度を示し、横軸は開口孔の周縁からの半径方向の距離を示す。
この図６に示す結果から、実施例１〜２に係る電子線放射装置によれば、グリッド電極の開口孔の周縁から０．１ｍｍ離間した位置において、開口孔の中心位置の電界強度の８０％以上の電界強度が維持されており、開口孔の周縁領域の電界強度が、開口孔の中央領域の電界強度より低下することが抑制されることが確認された。従って、実施例１〜２に係る電子線放射装置によれば、グリッド電極に電子が衝突することが抑制され、高い効率で電子線を放射することが可能で、電子の衝突によるグリッド電極の発熱を抑制することが可能であることが理解される。
これに対して、比較例１に係る電子線放射装置においては、グリッド電極の開口孔の周縁から０．１ｍｍ離間した位置において、開口孔の中心位置の電界強度の７０％程度の電界強度であった。
【００４０】
１０  真空容器装置
１１  真空容器
１１ａ  周壁部材
１１ｂ  底壁部材
１１ｃ  光透過窓部材
１２ａ  第１のガラス層
１２ｂ  第２のガラス層
１３  電子線放射装置保持用金属部材
１４  電極保持用金属部材
２０  半導体発光素子
２０ａ  表面
２１  基板
２２  バッファ層
２５  活性層
２６  量子井戸層
２７  障壁層
２８  高熱伝導部材
３０  電子線放射装置
３１  カソード基板
３１ａ  基板本体
３２  カーボンナノチューブ層
３３  カソードベース
３４  支持台
３５  グリッド電極
３５Ｈ  開口孔
３６  キャップ
３７  スペーサ
３８  グリッド電極ベース
３９  シールド板（シールド電極）
３９Ｈ  開口孔
４０  電界制御用電極
４１  胴部
４２  テーパ部
５０  電子加速手段
５１  電子線放出用電源
５２  電界制御用電源
５５  支持部材
８０  カソード基板
８１  カーボンナノチューブ層
８５  グリッド電極
８６  開口孔
９０  シールド板（シールド電極）
９１  開口孔
９５  直流電源
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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