画像表示装置
【課題】 電子放出素子を用いた画像表示装置の輝度を向上させる。
【解決手段】 電子放出素子３４を備えるリアプレート４１と、透明基板４３と、透明基板４３上に形成された透明なアノード電極４４と、アノード電極４４上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層４５と、を備えるフェースプレート４６と、を有する画像表示装置であって、蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、フェースプレート４６は、電子放出素子４３から放出された電子が蛍光体層４５を照射して発光した光を透明基板４３側に取り出すための光取り出し手段を有する。
【解決手段】 電子放出素子３４を備えるリアプレート４１と、透明基板４３と、透明基板４３上に形成された透明なアノード電極４４と、アノード電極４４上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層４５と、を備えるフェースプレート４６と、を有する画像表示装置であって、蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、フェースプレート４６は、電子放出素子４３から放出された電子が蛍光体層４５を照射して発光した光を透明基板４３側に取り出すための光取り出し手段を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置に関し、特に、電子放出素子を用いた平面型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を用いたディスプレイとして、これまでカソードレイチューブ（ＣＲＴ）が用いられてきた。ＣＲＴでは、電子銃から放出された電子線をアノード電極で加速しながら蛍光体に照射し、蛍光体を発光させることにより画像表示を行う。一般に、ＣＲＴに用いられる蛍光体としては、粒径が数μｍ程度の蛍光体粒子が用いられていた。
【０００３】
一方、電子放出素子を用いた平面型画像表示装置として、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の開発が進められている。ＦＥＤもＣＲＴと同様に、電子放出素子から放出された電子をアノード電極で加速しながら蛍光体に照射し、蛍光体を発光させることにより画像表示を行う。しかしながら、ＦＥＤではＣＲＴに比べて、アノード電極に高いアノード電圧を印加することが難しい。そのため、ＣＲＴで用いられるような粒径が数μｍ程度の蛍光体をＦＥＤに用いた場合、十分な発光輝度を得ることが難しい。
【０００４】
そこで、ＦＥＤの蛍光体としてナノ粒子の蛍光体を用いる構成が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電子放出素子を用いた画像表示装置の輝度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも低く、前記透明基板の前記蛍光体層が設けられた面とは反対の面と、前記蛍光体層との間に、屈折率が互いに異なる材料が交互に配置された構造を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の画像表示装置は、電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層と前記アノード電極との間に、前記蛍光体層よりも屈折率が低い層を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の画像表示装置は、電子放出素子を備えるリアプレートと、透明基板と、該透明基板上に形成された透明なアノード電極と、該アノード電極上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、を備えるフェースプレートと、を有する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であり、前記フェースプレートは、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射して発光した光を前記基板側に取り出すための光取出し手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子放出素子を用いた画像表示装置の輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像表示装置の構造の一例を示す斜視図である。
【図２】フェースプレートの構造の一例を示す図である。
【図３】フォトニック結晶構造の平面図である。
【図４】フェースプレートの構造の一例を示す図である。
【図５】ナノ粒子蛍光体の粒度分布を示す図である。
【図６】発光輝度の測定結果を示す図である。
【図７】（ａ）蛍光体層の屈折率と発光輝度の関係、（ｂ）蛍光体粒子の充填率と蛍光体層の屈折率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
（画像表示装置の構造）
本実施形態にかかる電子放出素子を有する画像表示装置について、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかる画像表示装置の構造の一例を示す斜視図であり、その内部構造を示すために一部を切り欠いて示している。図中、１は基板、３２は走査配線、３３は変調配線、３４は電子放出素子である。４１は基板１を固定したリアプレート、４６はガラス基板４３の内面にアノード電極４４と蛍光体層４５が形成されたフェースプレートである。４２は支持枠であり、この支持枠４２にリアプレート４１、フェースプレート４６がフリットガラス等を介して取り付けられ、外囲器４７を構成している。ここで、リアプレート４１は主に基板１の強度を補強する目的で設けられるため、基板１自体で十分な強度を持つ場合には、別体のリアプレート４１は不要である。また、フェースプレート４６とリアプレート４１との間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持たせた構成とすることもできる。
【００１４】
ｍ本の走査配線３２は、端子Ｄｘ１，Ｄｘ２，…Ｄｘｍと接続されている。ｎ本の変調配線３３は、端子Ｄｙ１，Ｄｙ２，…Ｄｙｎと接続されている（ｍ，ｎは、共に正の整数）。これらｍ本の走査配線３２とｎ本の変調配線３３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に絶縁している。
【００１５】
高圧端子はアノード電極４４に接続され、例えば数ｋＶの直流電圧が供給される。これは電子放出素子から放出される電子に蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。電子放出素子から放出され、加速された電子を蛍光体層４５に照射し、蛍光体層４５を発光させることにより画像表示を行う。
【００１６】
（フェースプレートの構造）
図２は、本実施形態にかかるフェースプレートの構造の一例を示す図である。
【００１７】
本実施形態に係るフェースプレートは、透明基板としてのガラス基板４３に、蛍光体層４５が発光した光をガラス基板４３側に取り出すための光取出し手段が設けられている。光取出し手段の詳細な構造については後述する。ガラス基板４３の上には、ＩＴＯ等の透明電極からなるアノード電極４４が設けられている。アノード電極４４上には、蛍光体層４５が設けられている。蛍光体層４５は多数の蛍光体粒子を含有している。蛍光体層４５の詳細な構成については後述する。また、隣り合う蛍光体層の間にはブラックマトリクス４８が設けられている。
【００１８】
（蛍光体層）
次に、本実施形態にかかる蛍光体粒子の製造方法について説明する。蛍光体粒子の平均粒径は５００ｎｍ以下である。蛍光体粒子はナノ粒子であることが好ましい。本実施形態におけるナノ粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下のものである。なお、本発明において、「平均粒径」は、中位径（メジアン径、すなわち粒度分布の中央値Ｄ５０）によって定義され、球相当径に基づく粒度分布（粒径分布）から統計的に求められる値である。粒度分布は、動的光散乱法を用いて計測する。また、蛍光体層４５の屈折率はエリプソメトリーによって測定される値である。即ち、蛍光体層４５の屈折率は、蛍光体層４５を構成する蛍光体粒子の屈折率（蛍光体材料固有の屈折率）ではなく、多数の蛍光体粒子が集合して構成される蛍光体層４５の全体としての実効的な屈折率である。
【００１９】
蛍光体粒子の製造には、固相法、液相法、噴霧熱分解法、気相法などの方法を用いることができる。
【００２０】
固相法は、原料粉末を混合し、高温条件で加熱して焼成したものをボールミル等で微粉砕して蛍光体粒子を形成する。液相法は、共沈法、ゾルゲル法などの液相反応を利用して蛍光体粒子を形成するものである。噴霧熱分解法は、原料溶液を噴霧して液滴化したのち、キャリアガス中でヒーターによって加熱し、溶媒の蒸発及び原料の熱分解により蛍光体粒子を形成するものである。気相法は、気相反応を利用して蛍光体粒子を形成するものであり、キャリアガスに浮遊させた蛍光体原料をプラズマ等の熱源による加熱域を通過させて急速に加熱、冷却することで、蛍光体粒子を形成する方法である。
【００２１】
赤色に発光する蛍光体のナノ粒子は、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＥｕ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｅｕの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる（ゾルゲル法）。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２２】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩としては、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であれば良く、例えば、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２３】
また、Ｅｕ及びＺｎの無機塩としては、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２４】
緑色に発光する蛍光体のナノ粒子は、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＴｂ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｔｂの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２５】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩は、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であればよく、例えば、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２６】
また、Ｔｂの無機塩、Ｚｎの無機塩としては、焼成により付活剤金属としてのＴｂ、Ｚｎを生成するものであればよく、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等が挙げられる。
【００２７】
青色に発光する蛍光体のナノ粒子は、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＴｍ、Ｂｉ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｔｍの無機塩、Ｂｉの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２８】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩は、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であれば良く、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２９】
また、Ｔｍ、Ｂｉ及びＺｎの無機塩としては、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００３０】
（光取出し手段）
光取出し手段として、本実施形態では図２の（ａ）に示すように、フォトニック結晶構造５０を用いる。フォトニック結晶構造は、互いに屈折率の異なる材料が交互に配置された構造である。フォトニック結晶構造は、互いに屈折率の異なる材料が周期的に配列されていることが好ましい。以下、フォトニック結晶構造５０の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、石英基板の上にレジスト膜を塗布する。石英基板の屈折率は１．４６である。その後、露光装置を用いて露光、現像し、図３に示すように、２次元正方格子状の微細孔パターンを形成する。ｐは微細孔のピッチであり、ｗは微細孔の孔径である。このレジストをマスクとして、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、微細孔を２次元正方格子状に形成する。その後、レジスト剥離液にてレジスト膜を剥離する。次に、四塩化チタンを用いて化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりＴｉＯ２膜を堆積する。ＴｉＯ２膜の屈折率は石英基板より高く、２．２である。その後、アニールを行う。次に、化学機械研磨法（ＣＭＰ法）により、表面研磨を行う。このようにして、フォトニック結晶構造５０が設けられた透明基板４３を形成する。
【００３２】
次に、透明基板４３の上（フォトニック結晶構造５０の上）に透明なアノード電極４４を形成する。透明なアノード電極４４としては、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜、ＳｎＯ膜等の透明導電膜を堆積して形成する。上記した透明導電膜の屈折率は典型的には１．８〜２．２の範囲である。その後、アノード電極４４の上に蛍光体層４５を形成する。蛍光体層４５の屈折率はアノード電極４４よりも低くする。換言すれば、アノード電極４４の屈折率は蛍光体層４５の屈折率よりも高いことになる。蛍光体層４５の屈折率を、蛍光体粒子の充填率を制御することにより設定することもできる。
【００３３】
本実施形態のように、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を用いる場合、フォトニック結晶構造による輝度の増大効果は、蛍光体層４５の屈折率によって影響を受ける。蛍光体層４５の屈折率がアノード電極４４の屈折率より高い場合、蛍光体層４５で生じた光束は、蛍光体層４５とアノード電極４４の界面で全反射し、フォトニック結晶構造５０に入射しない光束が生じる。このため、発光輝度が低下することが考えられる。これに対して、蛍光体層４５の屈折率がアノード電極４４の屈折率より低い場合、蛍光体層４５で生じた光束は、蛍光体層４５とアノード電極４４の界面でほとんど全反射することなく光取出し構造５０に入射し、さらに空気中に取出される。従って輝度を増大することができる。
【００３４】
そして、蛍光体層４５に平行な面内で互いに屈折率の異なる材料が交互に配置された構造を用いたフォトニック結晶構造５０により、蛍光体層４５で発光した光を、より多く透明基板４３側に取り出すことが可能となる。ここでは、フォトニック結晶構造５０を透明基板４３に設けた形態を説明したが、図２の（ｂ）に示すように、アノード電極４４に設けても良い。または、図２の（ｃ）に示すように、アノード電極４４と透明基板４３との間に、互いに異なる材料５０ａと５０ｂとで構成されたフォトニック結晶構造５０を設けても良い。つまり、フォトニック結晶構造５０は、透明基板４３の外面（蛍光体層４５が設けられた面（内面）とは反対の面）と、蛍光体層４５との間に設ければよい。特に、図２の（ｃ）に示したように、アノード電極４４と透明基板４３との間に、基板４３の材料とも、アノード電極４４の材料とも異なり、互いに異なる材料５０ａと５０ｂとで構成されたフォトニック結晶構造５０を設けるのが好適である。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を用いたが、本実施形態では、低屈折率層を用いる点が異なる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるため、低屈折率層を用いた光取出し手段について、以下に説明する。
【００３６】
（光取出し手段）
光取出し手段として、本実施形態では図４に示すように、アノード電極４４と蛍光体層４５の間に、蛍光体層４５よりも屈折率が低い層である、低屈折率層５１を設ける。このとき、蛍光体層４５の膜厚は十分薄くする。蛍光体層４５の膜厚は、蛍光体層４５の発光波長を、蛍光体層４５の屈折率で割った値以下が好ましく、蛍光体層４５の発光波長の１／２（半波長）を、蛍光体層４５の屈折率で割った値以下であることがより好ましい。また、低屈折率層５１の屈折率はアノード電極４４よりも低くすることが好ましい。
【００３７】
蛍光体層４５の膜厚が、蛍光体層４５の発光波長に対して十分に小さければ、蛍光体層４５と低屈折率層５１との界面での入射及び反射に幾何光学的な近似が適用されなくなる。したがって、低屈折率層５１よりも高屈折率な蛍光体層４５で発光した光束は、蛍光体層４５と低屈折率層５１との界面での全反射によって妨げられることなく低屈折率層５１に侵入する。さらにこの光束が低屈折率層５１からアノード電極４４と基板４３を介して、基板４３の外面から出射する際には、光束は、あたかも低屈折率層５１内で発光したように振舞う。そのため、基板４３と空気との界面での全反射によって基板４３の外面からの出射が妨げられる光束を、減少させることができ、高輝度化を達成できる。
【００３８】
この形態は、蛍光体層４５の屈折率が、アノード電極４４よりも高い場合に、特に効果的であるが、蛍光体層４５の屈折率が、アノード電極４４よりも低い場合にも効果がある。
【００３９】
低屈折率層５１は、低屈折率材料をアノード電極４４上にスピンコート法により形成することができる。低屈折率材料は、例えば、撥水性を有するヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザン等を含有した低比誘電率物質液のような疎水性多孔質シリカ材料が挙げられる。この他に、シリカ化合物、チタン化合物、スズ化合物、インジウム化合物、及びジルコニウム化合物等の無機材料、並びにアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、及びエポキシ樹脂等の有機材料を用いることもできる。これらは単独でも、又は２種以上を組み合わせて用いても良い。スピンコート後には焼成を行い、低屈折材料以外の成分を蒸発して除去する。
【実施例１】
【００４０】
（蛍光体のナノ粒子）
ゾルゲル法を用いて、赤色に発光するＹ２Ｏ３：Ｅｕのナノ粒子を作製した。図５は、本実施例の蛍光体粒子の粒度分布を測定した結果である。平均粒径は３０ｎｍのナノ粒子であった。蛍光体粒子の粒度分布及び平均粒径は、ゼータサイザーナノＺＳ（シスメックス株式会社製）を用いて測定した。
【００４１】
ゾルゲル法により得られたナノ粒子をボールミルに入れ、溶媒分散処理を行った。溶媒としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用い、分散剤としてアクリル系分散剤を用いた。
【００４２】
次に、インクジェット法に適した粘度と表面張力を付与するため、ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）にて溶媒置換を行い、蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを調製した。
【００４３】
（光取出し手段）
本実施例では、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を形成した。
【００４４】
まず、図３に示すように、石英基板に２次元正方格子状の微細孔パターンを形成した。微細孔のピッチｐは１７００ｎｍ、微細孔の孔径ｗは９２０ｎｍ、微細孔の深さは８８０ｎｍとした。石英基板の屈折率は１．４６であった。
【００４５】
次に、四塩化チタンを用いて化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりＴｉＯ２膜を堆積した。ＴｉＯ２膜の屈折率は、２．２であった。その後、アニールを行った。
【００４６】
次に、化学機械研磨法（ＣＭＰ法）により表面研磨を行った。表面研磨を行った後の微細孔深さｄは６７０ｎｍであった。
【００４７】
（フェースプレート）
上述したフォトニック結晶構造５０を有する基板４３の上に、スパッタ法を用いてアノード電極４４としてＩＴＯ膜を２５０ｎｍ堆積した。ＩＴＯ膜の屈折率は１．９であった。
【００４８】
次に、ＩＴＯ膜の表面に、インクジェット法を用いて、上述した蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを吐出した。その後、５５０℃にて１時間、焼成を行った。焼成後の蛍光体層４５の厚さは８２０ｎｍであった。また、エリプソメーターＶＡＳＥ（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社製）によって、焼成後の蛍光体層４５の屈折率を測定したところ、１．３であった。
【００４９】
このように形成したフェースプレートの表面と断面を走査電子顕微鏡にて観察した。その結果、蛍光体層４５中では、粒径１００ｎｍ以下の蛍光体粒子、すなわちナノ粒子が凝集していることが確認された。また、ナノ粒子間には明瞭な空隙が確認された。インクジェット用インクの吐出液滴に含まれる蛍光体粒子の質量、インクの吐出量、触針式段差計により測定した焼成後の蛍光体層の厚さから蛍光体粒子の充填率を求めたところ、３８％であった。また、別途、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて焼成後の蛍光体層のイットリウム原子数を測定し、上述の蛍光体層の厚さを用いて密度に換算する方法によっても測定したところ、上記した算出方法によって得た３８％と良い一致を示した。
【００５０】
（画像表示装置）
上述したように形成したフェースプレート４６、電子放出素子を有するリアプレート４１、支持枠４２を用いて、画像表示装置を形成した。電子放出素子としては、表面伝導型電子放出素子を用いた。
【００５１】
（輝度測定）
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した。
【００５２】
画像表示装置内の真空度は１×１０−６Ｐａであり、アノード電極４４には１０ｋＶのアノード電圧を印加した。電子放出素子にはパルス幅２０μｓｅｃ、パルス周波数１００Ｈｚの駆動パルスを印加し、電子放出素子３４から電子を放出した。このパルス電流密度は４．１ｍＡ／ｃｍ２であった。
【００５３】
このようにして蛍光体層を発光させた発光輝度の測定結果を図６に示す。横軸は波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は発光強度を示している。発光強度の値は、後述する比較例１における発光強度の最大値を基準とした相対値で示してある。
【００５４】
本実施例における発光強度の最大値は、後述する比較例１における発光強度の最大値の２．１倍となった。
【００５５】
（比較例１）
比較例１は、実施例１における光取出し手段としてのフォトニック結晶構造５０を形成しなかった点が異なる。すなわち、フェースプレート４６は、石英基板にフォトニック結晶構造５０を形成することなく、石英基板の上にＩＴＯ膜を形成した点が実施例１とは異なる。その他の構成については、実施例１と同様である。
【００５６】
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した結果を図６に示す。本比較例では、光取出し手段を設けなかったため、発光輝度が実施例１の場合を大きく下回った。
【実施例２】
【００５７】
実施例１の画像表示装置について、アノード電極４４の屈折率を１．８として、蛍光体層４５の屈折率を変化させた場合の発光輝度の変化をシミュレーションにより求めた。シミュレーション結果を図７（ａ）に示す。蛍光体層４５の屈折率が１．３から１．７までは、屈折率が増加すると発光輝度が増加している。一方、アノード電極４４の屈折率である１．８を超えると、逆に発光輝度が低下していることが分かる。このように、蛍光体層４５の屈折率はアノード電極４４の屈折率より低いことが好ましい。なお、ここでは、発光輝度が最大になる蛍光体層４５の屈折率（１．７）と、アノード電極４４の屈折率（１．８）との差が０．１であるが、この差はフォトニック結晶構造や、アノード電極４４の屈折率の違いによって異なってくる。
【００５８】
蛍光体層４５の屈折率（実効的な屈折率）は、蛍光体粒子の屈折率（蛍光体材料の固有の屈折率）に依存する。しかしながら、本発明の蛍光体層４５は、平均粒径が５００ｎｍ以下の蛍光体粒子を用いているために、蛍光体粒子の粒度分布、インク濃度、分散条件、焼成条件等を調整して、蛍光体層４５の充填率を変化させることにより制御が可能である。
【００５９】
画像表示装置に通常用いられる蛍光体粒子の屈折率は１．６〜２．６程度であるが、アノード電極４４より屈折率の高い蛍光体粒子については、充填率を制御して蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率より低くすることが好ましい。
【００６０】
実施例１に例示した、材料固有の屈折率が１．９であるＹ２Ｏ３：Ｅｕと、他の一般的な蛍光体である、材料固有の屈折率が２．４であるＺｎＳについて、蛍光体層４５における蛍光体粒子の充填率と蛍光体層４５の屈折率の関係を、Ｂｒｕｇｇｍａｎの式により算出した結果を図７（ｂ）に示す。
なおＢｒｕｇｇｍａｎの式は、
【００６１】
【数１】
【００６２】
で表される。ここで、εは層の実効的な誘電率、εａは物質ａの誘電率、ｆａは物質ａの層中における体積分率、εｂは物質ｂの誘電率、ｆｂは物質ｂの層中における体積分率である。物質ａを蛍光体粒子、物質ｂを真空、ｆａを蛍光体粒子の蛍光層中における充填率、ｆｂを蛍光体層の空隙率（ｆｂ＝１−ｆａ）、蛍光体粒子の透磁率を１とすることにより、蛍光体層の屈折率が、√εとして求められる。材料固有の屈折率は、ｆｂ＝０としたものと一致する。
【００６３】
図７（ｂ）から理解されるように、Ｙ２Ｏ３の蛍光体粒子を用いる場合には、蛍光体層４５の充填率を９０％未満とすることで、蛍光体層４５の屈折率を１．８以下とすることができる。特に、図７（ａ）のように、発光輝度が最大になる１．７とするには、充填率を８０％程度にすればよい。
【００６４】
また、ＺｎＳの蛍光体粒子を用いる場合には、充填率を６０％未満にすることで、蛍光体層４５の屈折率を１．８以下とすることができる。特に、図７（ａ）で発光輝度が最大になる１．７とするには、充填率を５０％程度にすればよい。
【００６５】
ここでは、アノード電極４４の屈折率を１．８とした例を用いたが、アノード電極４４の屈折率が１．８以上であって、蛍光体粒子の屈折率が２．４以下の場合には、蛍光体層４５の充填率を６０％未満とすればよい。充填率を６０％未満とすることで、蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率よりも小さくすることができる。例えば、実施例１のように、アノード電極４４として、ＩＴＯ（屈折率１．９）を用い、蛍光体粒子としてＺｎＳを用いる場合には、蛍光体粒子の充填率を７０％未満とすればよい。
【００６６】
このように、図７（ａ）、（ｂ）から、蛍光体層４５における蛍光体粒子の充填率を小さくすることで、蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率よりも低い所望の屈折率にすることができ、その結果、画像表示装置の発光輝度を高くすることができることがわかる。
【実施例３】
【００６７】
（ナノ粒子蛍光体）
実施例１と同様に、ゾルゲル法を用いて、赤色に発光するＹ２Ｏ３：Ｅｕのナノ粒子を作製した。平均粒径は３０ｎｍである。
【００６８】
ゾルゲル法により得られたナノ粒子をボールミルに入れ、溶媒分散処理を行った。溶媒としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用い、分散剤としてアクリル系分散剤を用いた。
【００６９】
次に、インクジェット法に適した粘度と表面張力を付与するため、ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）にて溶媒置換を行い、蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを調製した。
【００７０】
（フェースプレート）
まず、石英基板４３の上に、スパッタ法を用いてＩＴＯ膜４４を２５０ｎｍ堆積した。ＩＴＯ膜の屈折率は１．９であった。
【００７１】
次に、ＩＴＯ膜４４の上に、スピンコート法により、後述する蛍光体層よりも屈折率の低い低屈折率層５１を形成した。低屈折率層５１には、原料の疎水性多孔質シリカ材料として、ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザンを含有した低比誘電率物質液を用いた。形成された低屈折率層５１の屈折率は１．２であった。
【００７２】
続いて、低屈折率層５１の表面に、インクジェット法を用いて、上述した蛍光体粒子を含有したインクジェット用インクを吐出した。その後、５５０℃にて１時間、焼成を行い、蛍光体層４５を形成した。焼成後の蛍光体層４５の厚さは１５０ｎｍであった。
【００７３】
このように形成したフェースプレートの表面と断面を走査電子顕微鏡にて観察した。その結果、粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子が凝集していることが確認された。また、ナノ粒子間には明瞭な空隙が確認された。インクジェット用インクの吐出液滴に含まれる蛍光体粒子の質量、インクの吐出量、焼成後の蛍光体層４５の厚さから蛍光体粒子の充填率を求めたところ、３８％であった。また、焼成後の蛍光体層４５の屈折率は１．３であった。
【００７４】
（画像表示装置）
上述したように形成したフェースプレート４６、電子放出素子を有するリアプレート４１、支持枠４２を用いて、画像表示装置を形成した。電子放出素子としては、表面伝導型電子放出素子を用いた。
【００７５】
（輝度測定）
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した。
【００７６】
画像表示装置内の真空度は１×１０−６Ｐａであり、アノード電極４４には１０ｋＶのアノード電圧を印加した。電子放出素子にはパルス幅２０μｓｅｃ、パルス周波数１００Ｈｚの駆動パルスを印加し、電子放出素子３４から電子を放出した。このパルス電流密度は４．１ｍＡ／ｃｍ２であった。
【００７７】
このようにして赤色に発光する蛍光体層を発光させた発光輝度を測定すると、比較例１よりも高い発光強度が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
３４ 電子放出素子
４１ リアプレート
４４ アノード電極
４５ 蛍光体層
４６ フェースプレート
５０ フォトニック結晶構造
５１ 低屈折率層
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置に関し、特に、電子放出素子を用いた平面型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を用いたディスプレイとして、これまでカソードレイチューブ（ＣＲＴ）が用いられてきた。ＣＲＴでは、電子銃から放出された電子線をアノード電極で加速しながら蛍光体に照射し、蛍光体を発光させることにより画像表示を行う。一般に、ＣＲＴに用いられる蛍光体としては、粒径が数μｍ程度の蛍光体粒子が用いられていた。
【０００３】
一方、電子放出素子を用いた平面型画像表示装置として、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の開発が進められている。ＦＥＤもＣＲＴと同様に、電子放出素子から放出された電子をアノード電極で加速しながら蛍光体に照射し、蛍光体を発光させることにより画像表示を行う。しかしながら、ＦＥＤではＣＲＴに比べて、アノード電極に高いアノード電圧を印加することが難しい。そのため、ＣＲＴで用いられるような粒径が数μｍ程度の蛍光体をＦＥＤに用いた場合、十分な発光輝度を得ることが難しい。
【０００４】
そこで、ＦＥＤの蛍光体としてナノ粒子の蛍光体を用いる構成が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電子放出素子を用いた画像表示装置の輝度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも低く、前記透明基板の前記蛍光体層が設けられた面とは反対の面と、前記蛍光体層との間に、屈折率が互いに異なる材料が交互に配置された構造を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の画像表示装置は、電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層と前記アノード電極との間に、前記蛍光体層よりも屈折率が低い層を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の画像表示装置は、電子放出素子を備えるリアプレートと、透明基板と、該透明基板上に形成された透明なアノード電極と、該アノード電極上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、を備えるフェースプレートと、を有する画像表示装置であって、前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であり、前記フェースプレートは、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射して発光した光を前記基板側に取り出すための光取出し手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子放出素子を用いた画像表示装置の輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像表示装置の構造の一例を示す斜視図である。
【図２】フェースプレートの構造の一例を示す図である。
【図３】フォトニック結晶構造の平面図である。
【図４】フェースプレートの構造の一例を示す図である。
【図５】ナノ粒子蛍光体の粒度分布を示す図である。
【図６】発光輝度の測定結果を示す図である。
【図７】（ａ）蛍光体層の屈折率と発光輝度の関係、（ｂ）蛍光体粒子の充填率と蛍光体層の屈折率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
（画像表示装置の構造）
本実施形態にかかる電子放出素子を有する画像表示装置について、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかる画像表示装置の構造の一例を示す斜視図であり、その内部構造を示すために一部を切り欠いて示している。図中、１は基板、３２は走査配線、３３は変調配線、３４は電子放出素子である。４１は基板１を固定したリアプレート、４６はガラス基板４３の内面にアノード電極４４と蛍光体層４５が形成されたフェースプレートである。４２は支持枠であり、この支持枠４２にリアプレート４１、フェースプレート４６がフリットガラス等を介して取り付けられ、外囲器４７を構成している。ここで、リアプレート４１は主に基板１の強度を補強する目的で設けられるため、基板１自体で十分な強度を持つ場合には、別体のリアプレート４１は不要である。また、フェースプレート４６とリアプレート４１との間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持たせた構成とすることもできる。
【００１４】
ｍ本の走査配線３２は、端子Ｄｘ１，Ｄｘ２，…Ｄｘｍと接続されている。ｎ本の変調配線３３は、端子Ｄｙ１，Ｄｙ２，…Ｄｙｎと接続されている（ｍ，ｎは、共に正の整数）。これらｍ本の走査配線３２とｎ本の変調配線３３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に絶縁している。
【００１５】
高圧端子はアノード電極４４に接続され、例えば数ｋＶの直流電圧が供給される。これは電子放出素子から放出される電子に蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。電子放出素子から放出され、加速された電子を蛍光体層４５に照射し、蛍光体層４５を発光させることにより画像表示を行う。
【００１６】
（フェースプレートの構造）
図２は、本実施形態にかかるフェースプレートの構造の一例を示す図である。
【００１７】
本実施形態に係るフェースプレートは、透明基板としてのガラス基板４３に、蛍光体層４５が発光した光をガラス基板４３側に取り出すための光取出し手段が設けられている。光取出し手段の詳細な構造については後述する。ガラス基板４３の上には、ＩＴＯ等の透明電極からなるアノード電極４４が設けられている。アノード電極４４上には、蛍光体層４５が設けられている。蛍光体層４５は多数の蛍光体粒子を含有している。蛍光体層４５の詳細な構成については後述する。また、隣り合う蛍光体層の間にはブラックマトリクス４８が設けられている。
【００１８】
（蛍光体層）
次に、本実施形態にかかる蛍光体粒子の製造方法について説明する。蛍光体粒子の平均粒径は５００ｎｍ以下である。蛍光体粒子はナノ粒子であることが好ましい。本実施形態におけるナノ粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下のものである。なお、本発明において、「平均粒径」は、中位径（メジアン径、すなわち粒度分布の中央値Ｄ５０）によって定義され、球相当径に基づく粒度分布（粒径分布）から統計的に求められる値である。粒度分布は、動的光散乱法を用いて計測する。また、蛍光体層４５の屈折率はエリプソメトリーによって測定される値である。即ち、蛍光体層４５の屈折率は、蛍光体層４５を構成する蛍光体粒子の屈折率（蛍光体材料固有の屈折率）ではなく、多数の蛍光体粒子が集合して構成される蛍光体層４５の全体としての実効的な屈折率である。
【００１９】
蛍光体粒子の製造には、固相法、液相法、噴霧熱分解法、気相法などの方法を用いることができる。
【００２０】
固相法は、原料粉末を混合し、高温条件で加熱して焼成したものをボールミル等で微粉砕して蛍光体粒子を形成する。液相法は、共沈法、ゾルゲル法などの液相反応を利用して蛍光体粒子を形成するものである。噴霧熱分解法は、原料溶液を噴霧して液滴化したのち、キャリアガス中でヒーターによって加熱し、溶媒の蒸発及び原料の熱分解により蛍光体粒子を形成するものである。気相法は、気相反応を利用して蛍光体粒子を形成するものであり、キャリアガスに浮遊させた蛍光体原料をプラズマ等の熱源による加熱域を通過させて急速に加熱、冷却することで、蛍光体粒子を形成する方法である。
【００２１】
赤色に発光する蛍光体のナノ粒子は、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＥｕ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｅｕの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる（ゾルゲル法）。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２２】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩としては、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であれば良く、例えば、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２３】
また、Ｅｕ及びＺｎの無機塩としては、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２４】
緑色に発光する蛍光体のナノ粒子は、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＴｂ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｔｂの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２５】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩は、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であればよく、例えば、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２６】
また、Ｔｂの無機塩、Ｚｎの無機塩としては、焼成により付活剤金属としてのＴｂ、Ｚｎを生成するものであればよく、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等が挙げられる。
【００２７】
青色に発光する蛍光体のナノ粒子は、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等の酸化物を母体とし、この母体にＴｍ、Ｂｉ、Ｚｎ等の付活剤金属を添加してなるものである。Ｙの無機塩又はＧｄの無機塩と、Ｔｍの無機塩、Ｂｉの無機塩及びＺｎの無機塩と、有機酸とを溶媒に溶解又は分散させる。その後、得られた溶液又は分散液を加熱してゲル化させる。その後、例えば大気中で焼成する。
【００２８】
このＹの無機塩、Ｇｄの無機塩は、焼成の際に分解して酸化物となり得る化合物であれば良く、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００２９】
また、Ｔｍ、Ｂｉ及びＺｎの無機塩としては、例えば硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩、酢酸塩、水酸化物、ハロゲン化物（例えば、塩化物や臭化物等）等を挙げることができる。
【００３０】
（光取出し手段）
光取出し手段として、本実施形態では図２の（ａ）に示すように、フォトニック結晶構造５０を用いる。フォトニック結晶構造は、互いに屈折率の異なる材料が交互に配置された構造である。フォトニック結晶構造は、互いに屈折率の異なる材料が周期的に配列されていることが好ましい。以下、フォトニック結晶構造５０の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、石英基板の上にレジスト膜を塗布する。石英基板の屈折率は１．４６である。その後、露光装置を用いて露光、現像し、図３に示すように、２次元正方格子状の微細孔パターンを形成する。ｐは微細孔のピッチであり、ｗは微細孔の孔径である。このレジストをマスクとして、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、微細孔を２次元正方格子状に形成する。その後、レジスト剥離液にてレジスト膜を剥離する。次に、四塩化チタンを用いて化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりＴｉＯ２膜を堆積する。ＴｉＯ２膜の屈折率は石英基板より高く、２．２である。その後、アニールを行う。次に、化学機械研磨法（ＣＭＰ法）により、表面研磨を行う。このようにして、フォトニック結晶構造５０が設けられた透明基板４３を形成する。
【００３２】
次に、透明基板４３の上（フォトニック結晶構造５０の上）に透明なアノード電極４４を形成する。透明なアノード電極４４としては、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜、ＳｎＯ膜等の透明導電膜を堆積して形成する。上記した透明導電膜の屈折率は典型的には１．８〜２．２の範囲である。その後、アノード電極４４の上に蛍光体層４５を形成する。蛍光体層４５の屈折率はアノード電極４４よりも低くする。換言すれば、アノード電極４４の屈折率は蛍光体層４５の屈折率よりも高いことになる。蛍光体層４５の屈折率を、蛍光体粒子の充填率を制御することにより設定することもできる。
【００３３】
本実施形態のように、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を用いる場合、フォトニック結晶構造による輝度の増大効果は、蛍光体層４５の屈折率によって影響を受ける。蛍光体層４５の屈折率がアノード電極４４の屈折率より高い場合、蛍光体層４５で生じた光束は、蛍光体層４５とアノード電極４４の界面で全反射し、フォトニック結晶構造５０に入射しない光束が生じる。このため、発光輝度が低下することが考えられる。これに対して、蛍光体層４５の屈折率がアノード電極４４の屈折率より低い場合、蛍光体層４５で生じた光束は、蛍光体層４５とアノード電極４４の界面でほとんど全反射することなく光取出し構造５０に入射し、さらに空気中に取出される。従って輝度を増大することができる。
【００３４】
そして、蛍光体層４５に平行な面内で互いに屈折率の異なる材料が交互に配置された構造を用いたフォトニック結晶構造５０により、蛍光体層４５で発光した光を、より多く透明基板４３側に取り出すことが可能となる。ここでは、フォトニック結晶構造５０を透明基板４３に設けた形態を説明したが、図２の（ｂ）に示すように、アノード電極４４に設けても良い。または、図２の（ｃ）に示すように、アノード電極４４と透明基板４３との間に、互いに異なる材料５０ａと５０ｂとで構成されたフォトニック結晶構造５０を設けても良い。つまり、フォトニック結晶構造５０は、透明基板４３の外面（蛍光体層４５が設けられた面（内面）とは反対の面）と、蛍光体層４５との間に設ければよい。特に、図２の（ｃ）に示したように、アノード電極４４と透明基板４３との間に、基板４３の材料とも、アノード電極４４の材料とも異なり、互いに異なる材料５０ａと５０ｂとで構成されたフォトニック結晶構造５０を設けるのが好適である。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を用いたが、本実施形態では、低屈折率層を用いる点が異なる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるため、低屈折率層を用いた光取出し手段について、以下に説明する。
【００３６】
（光取出し手段）
光取出し手段として、本実施形態では図４に示すように、アノード電極４４と蛍光体層４５の間に、蛍光体層４５よりも屈折率が低い層である、低屈折率層５１を設ける。このとき、蛍光体層４５の膜厚は十分薄くする。蛍光体層４５の膜厚は、蛍光体層４５の発光波長を、蛍光体層４５の屈折率で割った値以下が好ましく、蛍光体層４５の発光波長の１／２（半波長）を、蛍光体層４５の屈折率で割った値以下であることがより好ましい。また、低屈折率層５１の屈折率はアノード電極４４よりも低くすることが好ましい。
【００３７】
蛍光体層４５の膜厚が、蛍光体層４５の発光波長に対して十分に小さければ、蛍光体層４５と低屈折率層５１との界面での入射及び反射に幾何光学的な近似が適用されなくなる。したがって、低屈折率層５１よりも高屈折率な蛍光体層４５で発光した光束は、蛍光体層４５と低屈折率層５１との界面での全反射によって妨げられることなく低屈折率層５１に侵入する。さらにこの光束が低屈折率層５１からアノード電極４４と基板４３を介して、基板４３の外面から出射する際には、光束は、あたかも低屈折率層５１内で発光したように振舞う。そのため、基板４３と空気との界面での全反射によって基板４３の外面からの出射が妨げられる光束を、減少させることができ、高輝度化を達成できる。
【００３８】
この形態は、蛍光体層４５の屈折率が、アノード電極４４よりも高い場合に、特に効果的であるが、蛍光体層４５の屈折率が、アノード電極４４よりも低い場合にも効果がある。
【００３９】
低屈折率層５１は、低屈折率材料をアノード電極４４上にスピンコート法により形成することができる。低屈折率材料は、例えば、撥水性を有するヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザン等を含有した低比誘電率物質液のような疎水性多孔質シリカ材料が挙げられる。この他に、シリカ化合物、チタン化合物、スズ化合物、インジウム化合物、及びジルコニウム化合物等の無機材料、並びにアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、及びエポキシ樹脂等の有機材料を用いることもできる。これらは単独でも、又は２種以上を組み合わせて用いても良い。スピンコート後には焼成を行い、低屈折材料以外の成分を蒸発して除去する。
【実施例１】
【００４０】
（蛍光体のナノ粒子）
ゾルゲル法を用いて、赤色に発光するＹ２Ｏ３：Ｅｕのナノ粒子を作製した。図５は、本実施例の蛍光体粒子の粒度分布を測定した結果である。平均粒径は３０ｎｍのナノ粒子であった。蛍光体粒子の粒度分布及び平均粒径は、ゼータサイザーナノＺＳ（シスメックス株式会社製）を用いて測定した。
【００４１】
ゾルゲル法により得られたナノ粒子をボールミルに入れ、溶媒分散処理を行った。溶媒としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用い、分散剤としてアクリル系分散剤を用いた。
【００４２】
次に、インクジェット法に適した粘度と表面張力を付与するため、ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）にて溶媒置換を行い、蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを調製した。
【００４３】
（光取出し手段）
本実施例では、光取出し手段としてフォトニック結晶構造５０を形成した。
【００４４】
まず、図３に示すように、石英基板に２次元正方格子状の微細孔パターンを形成した。微細孔のピッチｐは１７００ｎｍ、微細孔の孔径ｗは９２０ｎｍ、微細孔の深さは８８０ｎｍとした。石英基板の屈折率は１．４６であった。
【００４５】
次に、四塩化チタンを用いて化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりＴｉＯ２膜を堆積した。ＴｉＯ２膜の屈折率は、２．２であった。その後、アニールを行った。
【００４６】
次に、化学機械研磨法（ＣＭＰ法）により表面研磨を行った。表面研磨を行った後の微細孔深さｄは６７０ｎｍであった。
【００４７】
（フェースプレート）
上述したフォトニック結晶構造５０を有する基板４３の上に、スパッタ法を用いてアノード電極４４としてＩＴＯ膜を２５０ｎｍ堆積した。ＩＴＯ膜の屈折率は１．９であった。
【００４８】
次に、ＩＴＯ膜の表面に、インクジェット法を用いて、上述した蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを吐出した。その後、５５０℃にて１時間、焼成を行った。焼成後の蛍光体層４５の厚さは８２０ｎｍであった。また、エリプソメーターＶＡＳＥ（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社製）によって、焼成後の蛍光体層４５の屈折率を測定したところ、１．３であった。
【００４９】
このように形成したフェースプレートの表面と断面を走査電子顕微鏡にて観察した。その結果、蛍光体層４５中では、粒径１００ｎｍ以下の蛍光体粒子、すなわちナノ粒子が凝集していることが確認された。また、ナノ粒子間には明瞭な空隙が確認された。インクジェット用インクの吐出液滴に含まれる蛍光体粒子の質量、インクの吐出量、触針式段差計により測定した焼成後の蛍光体層の厚さから蛍光体粒子の充填率を求めたところ、３８％であった。また、別途、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて焼成後の蛍光体層のイットリウム原子数を測定し、上述の蛍光体層の厚さを用いて密度に換算する方法によっても測定したところ、上記した算出方法によって得た３８％と良い一致を示した。
【００５０】
（画像表示装置）
上述したように形成したフェースプレート４６、電子放出素子を有するリアプレート４１、支持枠４２を用いて、画像表示装置を形成した。電子放出素子としては、表面伝導型電子放出素子を用いた。
【００５１】
（輝度測定）
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した。
【００５２】
画像表示装置内の真空度は１×１０−６Ｐａであり、アノード電極４４には１０ｋＶのアノード電圧を印加した。電子放出素子にはパルス幅２０μｓｅｃ、パルス周波数１００Ｈｚの駆動パルスを印加し、電子放出素子３４から電子を放出した。このパルス電流密度は４．１ｍＡ／ｃｍ２であった。
【００５３】
このようにして蛍光体層を発光させた発光輝度の測定結果を図６に示す。横軸は波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は発光強度を示している。発光強度の値は、後述する比較例１における発光強度の最大値を基準とした相対値で示してある。
【００５４】
本実施例における発光強度の最大値は、後述する比較例１における発光強度の最大値の２．１倍となった。
【００５５】
（比較例１）
比較例１は、実施例１における光取出し手段としてのフォトニック結晶構造５０を形成しなかった点が異なる。すなわち、フェースプレート４６は、石英基板にフォトニック結晶構造５０を形成することなく、石英基板の上にＩＴＯ膜を形成した点が実施例１とは異なる。その他の構成については、実施例１と同様である。
【００５６】
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した結果を図６に示す。本比較例では、光取出し手段を設けなかったため、発光輝度が実施例１の場合を大きく下回った。
【実施例２】
【００５７】
実施例１の画像表示装置について、アノード電極４４の屈折率を１．８として、蛍光体層４５の屈折率を変化させた場合の発光輝度の変化をシミュレーションにより求めた。シミュレーション結果を図７（ａ）に示す。蛍光体層４５の屈折率が１．３から１．７までは、屈折率が増加すると発光輝度が増加している。一方、アノード電極４４の屈折率である１．８を超えると、逆に発光輝度が低下していることが分かる。このように、蛍光体層４５の屈折率はアノード電極４４の屈折率より低いことが好ましい。なお、ここでは、発光輝度が最大になる蛍光体層４５の屈折率（１．７）と、アノード電極４４の屈折率（１．８）との差が０．１であるが、この差はフォトニック結晶構造や、アノード電極４４の屈折率の違いによって異なってくる。
【００５８】
蛍光体層４５の屈折率（実効的な屈折率）は、蛍光体粒子の屈折率（蛍光体材料の固有の屈折率）に依存する。しかしながら、本発明の蛍光体層４５は、平均粒径が５００ｎｍ以下の蛍光体粒子を用いているために、蛍光体粒子の粒度分布、インク濃度、分散条件、焼成条件等を調整して、蛍光体層４５の充填率を変化させることにより制御が可能である。
【００５９】
画像表示装置に通常用いられる蛍光体粒子の屈折率は１．６〜２．６程度であるが、アノード電極４４より屈折率の高い蛍光体粒子については、充填率を制御して蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率より低くすることが好ましい。
【００６０】
実施例１に例示した、材料固有の屈折率が１．９であるＹ２Ｏ３：Ｅｕと、他の一般的な蛍光体である、材料固有の屈折率が２．４であるＺｎＳについて、蛍光体層４５における蛍光体粒子の充填率と蛍光体層４５の屈折率の関係を、Ｂｒｕｇｇｍａｎの式により算出した結果を図７（ｂ）に示す。
なおＢｒｕｇｇｍａｎの式は、
【００６１】
【数１】
【００６２】
で表される。ここで、εは層の実効的な誘電率、εａは物質ａの誘電率、ｆａは物質ａの層中における体積分率、εｂは物質ｂの誘電率、ｆｂは物質ｂの層中における体積分率である。物質ａを蛍光体粒子、物質ｂを真空、ｆａを蛍光体粒子の蛍光層中における充填率、ｆｂを蛍光体層の空隙率（ｆｂ＝１−ｆａ）、蛍光体粒子の透磁率を１とすることにより、蛍光体層の屈折率が、√εとして求められる。材料固有の屈折率は、ｆｂ＝０としたものと一致する。
【００６３】
図７（ｂ）から理解されるように、Ｙ２Ｏ３の蛍光体粒子を用いる場合には、蛍光体層４５の充填率を９０％未満とすることで、蛍光体層４５の屈折率を１．８以下とすることができる。特に、図７（ａ）のように、発光輝度が最大になる１．７とするには、充填率を８０％程度にすればよい。
【００６４】
また、ＺｎＳの蛍光体粒子を用いる場合には、充填率を６０％未満にすることで、蛍光体層４５の屈折率を１．８以下とすることができる。特に、図７（ａ）で発光輝度が最大になる１．７とするには、充填率を５０％程度にすればよい。
【００６５】
ここでは、アノード電極４４の屈折率を１．８とした例を用いたが、アノード電極４４の屈折率が１．８以上であって、蛍光体粒子の屈折率が２．４以下の場合には、蛍光体層４５の充填率を６０％未満とすればよい。充填率を６０％未満とすることで、蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率よりも小さくすることができる。例えば、実施例１のように、アノード電極４４として、ＩＴＯ（屈折率１．９）を用い、蛍光体粒子としてＺｎＳを用いる場合には、蛍光体粒子の充填率を７０％未満とすればよい。
【００６６】
このように、図７（ａ）、（ｂ）から、蛍光体層４５における蛍光体粒子の充填率を小さくすることで、蛍光体層４５の屈折率をアノード電極４４の屈折率よりも低い所望の屈折率にすることができ、その結果、画像表示装置の発光輝度を高くすることができることがわかる。
【実施例３】
【００６７】
（ナノ粒子蛍光体）
実施例１と同様に、ゾルゲル法を用いて、赤色に発光するＹ２Ｏ３：Ｅｕのナノ粒子を作製した。平均粒径は３０ｎｍである。
【００６８】
ゾルゲル法により得られたナノ粒子をボールミルに入れ、溶媒分散処理を行った。溶媒としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用い、分散剤としてアクリル系分散剤を用いた。
【００６９】
次に、インクジェット法に適した粘度と表面張力を付与するため、ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）にて溶媒置換を行い、蛍光体のナノ粒子を含有したインクジェット用インクを調製した。
【００７０】
（フェースプレート）
まず、石英基板４３の上に、スパッタ法を用いてＩＴＯ膜４４を２５０ｎｍ堆積した。ＩＴＯ膜の屈折率は１．９であった。
【００７１】
次に、ＩＴＯ膜４４の上に、スピンコート法により、後述する蛍光体層よりも屈折率の低い低屈折率層５１を形成した。低屈折率層５１には、原料の疎水性多孔質シリカ材料として、ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザンを含有した低比誘電率物質液を用いた。形成された低屈折率層５１の屈折率は１．２であった。
【００７２】
続いて、低屈折率層５１の表面に、インクジェット法を用いて、上述した蛍光体粒子を含有したインクジェット用インクを吐出した。その後、５５０℃にて１時間、焼成を行い、蛍光体層４５を形成した。焼成後の蛍光体層４５の厚さは１５０ｎｍであった。
【００７３】
このように形成したフェースプレートの表面と断面を走査電子顕微鏡にて観察した。その結果、粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子が凝集していることが確認された。また、ナノ粒子間には明瞭な空隙が確認された。インクジェット用インクの吐出液滴に含まれる蛍光体粒子の質量、インクの吐出量、焼成後の蛍光体層４５の厚さから蛍光体粒子の充填率を求めたところ、３８％であった。また、焼成後の蛍光体層４５の屈折率は１．３であった。
【００７４】
（画像表示装置）
上述したように形成したフェースプレート４６、電子放出素子を有するリアプレート４１、支持枠４２を用いて、画像表示装置を形成した。電子放出素子としては、表面伝導型電子放出素子を用いた。
【００７５】
（輝度測定）
このように形成した画像表示装置の発光輝度を測定した。
【００７６】
画像表示装置内の真空度は１×１０−６Ｐａであり、アノード電極４４には１０ｋＶのアノード電圧を印加した。電子放出素子にはパルス幅２０μｓｅｃ、パルス周波数１００Ｈｚの駆動パルスを印加し、電子放出素子３４から電子を放出した。このパルス電流密度は４．１ｍＡ／ｃｍ２であった。
【００７７】
このようにして赤色に発光する蛍光体層を発光させた発光輝度を測定すると、比較例１よりも高い発光強度が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
３４ 電子放出素子
４１ リアプレート
４４ アノード電極
４５ 蛍光体層
４６ フェースプレート
５０ フォトニック結晶構造
５１ 低屈折率層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも低く、
前記透明基板の前記蛍光体層が設けられた面とは反対の面と、前記蛍光体層との間に、屈折率が互いに異なる材料が交互に配置された構造を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、
前記蛍光体層と前記アノード電極との間に、前記蛍光体層よりも屈折率が低い層を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記蛍光体粒子の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記蛍光体層の膜厚は、前記蛍光体層の発光波長を、前記蛍光体層の屈折率で割った値以下であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
電子放出素子を備えるリアプレートと、
透明基板と、該透明基板上に形成された透明なアノード電極と、該アノード電極上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、を備えるフェースプレートと、を有する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であり、
前記フェースプレートは、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射して発光した光を前記基板側に取り出すための光取出し手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
前記光取出し手段は、前記透明基板に設けられたフォトニック結晶構造であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光取出し手段は、前記蛍光体層と前記透明基板との間に設けられた、前記蛍光体層よりも屈折率の低い層であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項１】
電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、前記蛍光体層の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも低く、
前記透明基板の前記蛍光体層が設けられた面とは反対の面と、前記蛍光体層との間に、屈折率が互いに異なる材料が交互に配置された構造を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
電子放出素子と、透明基板と、前記透明基板上に設けられた、蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、前記透明基板と前記蛍光体層との間に設けられた透明なアノード電極と、を備え、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、
前記蛍光体層と前記アノード電極との間に、前記蛍光体層よりも屈折率が低い層を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記蛍光体粒子の屈折率が前記アノード電極の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記蛍光体層の膜厚は、前記蛍光体層の発光波長を、前記蛍光体層の屈折率で割った値以下であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
電子放出素子を備えるリアプレートと、
透明基板と、該透明基板上に形成された透明なアノード電極と、該アノード電極上に形成された蛍光体粒子を含有する蛍光体層と、を備えるフェースプレートと、を有する画像表示装置であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であり、
前記フェースプレートは、前記電子放出素子から放出された電子が前記蛍光体層を照射して発光した光を前記基板側に取り出すための光取出し手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
前記光取出し手段は、前記透明基板に設けられたフォトニック結晶構造であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光取出し手段は、前記蛍光体層と前記透明基板との間に設けられた、前記蛍光体層よりも屈折率の低い層であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１１４０６９（Ｐ２０１０−１１４０６９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７３２７（Ｐ２００９−２１７３２７）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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