発光構造体、発光方法及び照明体
【課題】発光構造体，発光方法及び照明体において、付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するようにする。
【解決手段】発光部３が、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するよう構成される。
【解決手段】発光部３が、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するよう構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からエネルギが付与されると発光する、発光構造体，発光方法及び照明体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子線等により外部からエネルギが加えられると発光する発光構造体が種々開発されており、このような発光構造体としては例えば蛍光素子がある。蛍光素子は陰極線管や投射管等を利用して映像表示用途に広く用いられている（非特許文献１ 参照）。
【０００３】
そして、蛍光素子を始めとする発光構造体に関する実験は従来より種々行なわれている。
ここで、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して一般的な蛍光素子について説明すると、蛍光素子は、金属製の基材１０２と、基材１０２上に蛍光体を積層して形成される蛍光部１０３とをそなえて構成されている。
【０００４】
このような構成において、蛍光素子は、外部から加えられた電子線や電荷や電場等の電気エネルギにより、蛍光部１０３を構成する蛍光体の母体が励起され発光する。つまり、蛍光素子は、入力された電気エネルギ（励起エネルギ）を蛍光に変換して出力するようになっているのである。
一般的に、蛍光素子の発光強度は、このように外部から入力される励起エネルギの増加に対し単調増加するが、励起エネルギ量が所定エネルギ量を超えると増加の度合いが減少し、さらに励起エネルギ量が増加すると発光強度は飽和もしくは減少する傾向にある（非特許文献２ 参照）。
【０００５】
なお、ここでは、励起エネルギとしての電子線電流（電流値）Ａと発光強度Ｉとの相関関係を両対数グラフ上に表示した際、かかる相関関係を示すラインの傾き（以下、入出力微分変化率という）θ〔＝Δｌｏｇ（Ｉ）／Δｌｏｇ（Ａ）〕が正のものを、単調増加と称している。通常、この傾きは１程度となることが多い。上述したように、従来の蛍光素子ではこの入出力微分変化率θは電子線などの励起（入力）エネルギが大きくなると悪化（減少）する傾向にあった。
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ｂｙ Ｓ．Ｓｈｉｏｎｏｙａ ａｎｄ Ｗ． Ｍ． Ｙｅｎ， ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ， Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， ＦＬ， １９９８
【非特許文献２】Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ｂｙ Ｓ．Ｓｈｉｏｎｏｙａ ａｎｄ Ｗ． Ｍ． Ｙｅｎ， ＣＲＣＰｒｅｓｓ， Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， ＦＬ， １９９８， Ｐ．４８９−Ｐ．４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような状況下において創作されたもので、電子線や電荷や電場等により付与される励起エネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に増加する発光構造体を提供することを目的とする。
また、この発光構造体の発光強度が超線形的に増加することを利用した、照明体を提供することを目的とする。
【０００８】
さらには、発光強度が超線形的に増加する発光方法を提供することを目的とする。
なお、本発明でいう「超線形的」とは、付与されたエネルギが所定の閾値を超えたときに入出力微分変化率θが増加することをいう。特に、付与されたエネルギが閾値より下では入出力微分変化率θは１未満、一方、付与されたエネルギが閾値より上では入出力微分変化率θは１以上となる場合が多い。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明の発光構造体（請求項１）は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえて構成されていることを特徴としている。
この場合、該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として該発光部の発光色が変化することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
また、該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様の電気エネルギであることが好ましい（請求項３）。
さらに、該発光部が非導電性を有していることが好ましい（請求項４）。
また、本発明の発光構造体（請求項５）は、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する発光部をそなえて構成されていることを特徴としている。
【００１１】
この場合、該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造を形成することが好ましい（請求項６）。
また、該発光部の凸部と凹部における最大厚さは、最小厚さの３倍以上であることが好ましく（凸部に対応する最大厚さが凹部と対応する最小厚さの３倍以上であることが好ましく）（請求項７）、最小厚さの１０倍以上であることがさらに好ましい（凸部に対応する最大厚さが凹部と対応する最小厚さの１０倍以上であることが好ましい）（請求項８）。
【００１２】
また、該発光部の最小厚さは、５００μｍ以下であることが好ましく（請求項９）、５０μｍ以下であることがさらに好ましい（請求項１０）。
また、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角は、３０度から１５０度の範囲内にあることが好ましく（請求項１１）、５０度から１３０度の範囲内にあることがさらに好ましい（請求項１２）。
【００１３】
さらには、発光部を無機物質にすることが好ましい（請求項１３）。
また、該発光部が基材上に設けられていることが好ましい（請求項１４）。この場合、水溶性固着剤を使用せずに該発光部を該基材上に設けることが好ましい（請求項１５）。また、該発光部が帯電しやすい手法により該基材上に設けられていることが好ましい（請求項１６）。
【００１４】
本発明の照明体は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発光構造体を用いることを特徴としている（請求項１７）。
本発明の発光方法は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえた発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与することを特徴としている（請求項１８）。
【発明の効果】
【００１５】
以上詳述したように、本発明の発光構造体（請求項１）によれば、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえて構成されているので、広い用途に利用できる。例えば、高輝度発光を呈することから各種照明などに利用可能である。また、発光部の発光強度を介して電気エネルギの大きさを監視でき、検出装置，警報装置等として利用できるという利点がある。また、閾値を境に発光強度が変化するので、かかる閾値を境界とした発光強度の変化をオンオフ信号として抽出することにより、メモリや各種の制御素子として利用できるという利点がある。
【００１６】
この場合、該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として該発光部の発光色が変化するようになれば、発光状態の変化を視覚的に確認し易くなるという利点がある（請求項２）。
また、該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様の電気エネルギであれば、蛍光素子等のような一般的な発光構造体に用いられるエネルギ付与手段をそのまま使用できるようになる（請求項３）。
【００１７】
さらに、該発光部が非導電性を有していれば、発光部の帯電性を確保して、閾値を境界とした発光強度の急変や発光色の変化を顕著なものにでき、また、低い付与エネルギで、このような発光状態（発光強度や発光色）を変化させることができる（かかる閾値を低い値にできる）ようになる（請求項４）。
また、本発明の発光構造体（請求項５）によれば、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する発光部をそなえて構成されているので、凹凸構造に対して非接触的に付与された電気エネルギが所定の閾値を超えると、発光部の発光強度が超線形的に増加し、また、発光部の発光色が変化することもあるので、上記の発光構造体と同様の効果が得られる（請求項５）。
【００１８】
また、従来の発光体構造よりも高い発光強度が得られるので、高出力の照明機器を実現できるという利点もある。
さらに、発光部を微細な凹凸構造とするだけで良いので、従来の発光体について豊富に蓄えられた各種の知見をそのまま応用できるという利点がある。
この場合、該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造を形成すれば、微細な凹凸構造を容易に形成できようになる（請求項６）。
【００１９】
また、該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの３倍以上であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体の効果を安定して得られるようになる（請求項７）。さらに、該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの１０倍以上であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項８）。
【００２０】
また、該発光部の最小厚さが５００μｍ以下であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を安定して得られるようになる（請求項９）。さらに、該発光部の最小厚さが５０μｍ以下であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項１０）。
【００２１】
また、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が３０度から１５０度の範囲内にあれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を安定して得られるようになる（請求項１１）。さらに、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が５０度から１３０度の範囲内にあれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項１２）。
【００２２】
また、該発光部を無機物質にすれば、エネルギを付与した際の劣化が少なくなる（請求項１３）。
そして、該発光部が基材上に設けられていれば、発光部を安定した状態で形成できるようになる（請求項１４）。
この場合、水溶性固着剤を使用せずに該発光部を該基材上に設ければ、発光部の帯電性を確保できる（請求項１５）。
【００２３】
そして、該発光部を帯電しやすい手法により該基材上に設ければ、さらに発光部の帯電性を確保できる（請求項１６）。
本発明の照明体（請求項１７）によれば、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発光構造体を用いるので、供給されるエネルギと比較して高輝度の発光が得られるという利点がある。
【００２４】
本発明の発光方法（請求項１８）は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえた発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与することを特徴としているので、上記の発光構造体と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は本発明の一実施形態としての発光素子について示す図であり、図１はその構成を示す図であって、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す模式図、図２はその他の構成を示す図であって、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３断面を拡大して示す模式図である。
【００２６】
本発光素子（発光構造体）１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属製（例えば銅製）の基材２と、基材２上に設けられた非導電性の発光部３とをそなえて構成されており、発光部３には格子状の溝４が形成されている。
発光部３を形成する発光体は、非導電性のものであればよく、従来の蛍光素子に適用しうるものであれば適用可能であり、例えば市販されているテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）や青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）等が使用できる。
【００２７】
なお、非導電性とは、ここでは電気抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上であることを指している。発光体の材料としては特に電気抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上の材料が好ましい（勿論、絶縁性の材料を用いても良い）。
また、発光部３を形成する発光体は、有機発光体であっても無機発光体であっても良いが、電気エネルギを付与した際（特に電子線を付与した際）の安定性が高い（劣化しにくい）ことから、無機発光体であることが好ましい。勿論、無機発光体と有機発光体とを混合して発光部３を形成しても良いし、種類の異なる無機発光体を混合して発光部３を形成しても良いし、種類の異なる有機発光体を混合して発光部３を形成しても良い。
【００２８】
ここで、発光部３を形成する発光体の好ましい態様として、非導電性の無機発光体について説明する。なお、無機発光体としては、映像表示管，蛍光ランプ，Ｘ線・放射線用，その他蛍光表示管用などの用途に広く用いられている一般的なものが使用可能である。
無機発光体の代表例としては無機蛍光体があるが、無機蛍光体は一般的に粉末状で生産され、この蛍光体粉末を基材２に付着させて発光部３を形成するのが一般的な手法である。なお、金属板（基材）２と粉末層（発光部）３との間に適宜絶縁薄膜等が介装される。
【００２９】
そして、本発光構造体の大きな特徴であるが、上述したように発光部３には格子状の溝４が形成されている。この溝４は、例えば、後述する方法により蛍光体粉末を基材２に付着させて発光部３を形成した後、この発光部３を例えばピンセットの先端のような鋭利な治具で削ることで容易に形成できる。ここでは、溝４は、図１（Ａ）において、上下（縦）方向に沿って設けられた複数の縦溝４ａと、左右（横）方向に沿って設けられた複数の横溝４ｂとで構成されている。
【００３０】
発光部３は、外部から電子線，電荷及び電場のような電気エネルギを非接触的に（エネルギ源と直接接触させずに）付与されると発光するものであるが、本発明者らは、発光構造体に関する種々の試験を行なう過程で、発光部３に格子状の山，溝，孔，突起の何れか又はこれらを２つ以上組合わせて設けるなどしてこの発光部３の表面に微細な凹凸構造を形成することにより粗面化された発光部３に、所定の閾値を超えてエネルギが付与されると、凹凸近傍において新たな発光スペクトル成分が生じて、発光強度の増加傾向が上昇し、付与されるエネルギに対して発光部３の出力光の強度（発光強度）が超線形的に増加するとともに、条件によっては発光部３に付与されるエネルギ（励起エネルギ）に応じて発光色がかかる閾値の前後で変化することを見いだした。この場合、発光部から生じる光は、通常、インコヒーレントな光である。ここでいうインコヒーレント（非干渉性）とは、発光体の任意の２点から出る光が、相互に干渉を生じないことを指し、インコヒーレントな光は、レーザ光等のような干渉光と区別される。
【００３１】
ここで微細な凹凸構造とは、発光部３の該表面に微小な突起（凸部）・微小な細孔（凹部）を有したり、波形・矩形等の凹凸断面形状を有したりするような構造であり、これらの突起・細孔、波形・矩形等の凹凸断面形状が規則的又は不規則的に配置されることで構成されるような構造である。
このような凹凸構造は請求項６〜１２の何れかに記載の条件を満たすものであることが好ましい。一般に、凹凸構造は、三角錐や四角錐や円錐等のような錐体、截頭三角錐や截頭四角錐や截頭円錐等のような截頭錐体、頭部が山型や半球状となった擬錐体からなる多数の凸部と、これらの凸部に対する多数の凹部とから形成される凹凸模様状の構造とされ、特に、錐体，頭部が山型や半球状となった擬錐体からなる多数の凸部と、これらの凸部に対する凹部とから構成された凹凸模様状の構造が好ましい。これらの凹部及び凸部は規則的に配置されていても良いし、不規則に配置されていても良い。また、上記凹部が連続的に連なって溝状に形成されたり、上記凸部が連続的に連なって山脈状に形成されたりしても良い。
【００３２】
表面に粗面化（凹凸化）を施す前の発光部３の層厚は、特に限定されるものではなく、凹凸構造を支障なく加工できる厚みであればよい。上記層厚の好ましい範囲は１００μｍ〜３０００μｍである。粗面化された表面において凹凸形状が小さすぎると（凹部と凸部との高低差が小さすぎると）発光の増加が得難いため２０μｍ以内の局所的変動は無視して捉えられているものとする。換言すれば、凹部と凸部との高低差を２０μｍよりも大きく設定することが好ましい。
【００３３】
このような凹凸形状の発光構造体に非接触的にエネルギを付与した際に起きる発光状態の変化のメカニズムは明確には解析されていないが、特に励起エネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に増加することについては以下のようなメカニズムが推定される。
つまり、発光部３に電子線照射等のエネルギを付与すると、発光部３を形成する発光体の母体が励起され、発光体に電子正孔対が生じる。そして、この電子正孔対がエネルギを伴って発光体の発光中心へと移動することにより発光が生じるのが通常の発光構造体（蛍光素子）で得られる発光のメカニズムである。
【００３４】
また、蛍光体粉末層（発光部）３が非導電性だと、この粉末層３は帯電する。そして、上述したように発光部３に溝４を設けるなどして発光部３に厚さが不均一な微細な凹凸構造を形成することで、発光部３の電場は不均一になり、凹凸構造近傍において局所的に高電場が生じる。つまり、表面の粗面化により電界集中を起こす箇所が生じるのである。ここで、発光部３の微細な凹凸形状は一様な電場が生じないような構造でありさえすれば良いということが肝要である。
【００３５】
このように発光部３が極めて帯電しやすい場合には、外部から付与されるエネルギが高くなるにしたがって発光部３の表面近傍において多くの電子又は正孔が蓄えられ、これに応じて発光部３の表面近傍において極めて強い電場が生じるようになる。
この電場の強度が所定の閾値以上になると（即ち、付与されるエネルギが所定の閾値以上になると）、深い準位に捕われていた発光部の母体の電子且つ／又は正孔が、プール・フレンケル（Ｐｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ）過程及び／又はファウラー・ノードハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）過程により伝導帯且つ／又は価電子帯に放出され、電場によって加速され、発光中心を励起する。さらに／或いは、極めて強力な電場の印加により、電子且つ／又は正孔を閉じ込めていた障壁の幅が薄くなり、トンネル過程によるキャリヤ注入が生じ、このキャリヤが電場によって加速され発光中心を励起する。
【００３６】
そして、発光部３における発光中心は、意図的にドープされた単純金属・遷移金属を代表とする不純物だけではなく、発光部３の製造過程において生じた潜在的な点欠陥，線欠陥，面欠陥，表面欠陥も発光中心となりえる。このため、電子線励起のようなエネルギの付与によるキャリヤの発生に加え、非導電性の発光部３に対して溝４を設けるなどして発光部３を厚みが不均一な微細な凹凸構造にすることにより、上述したように高電場が発生し、この高電場の影響によって多数のキャリヤが発生する。そして、このキャリヤにより、意図的にドープされた発光中心の発する発光の強度が増強され、さらに、製造過程で生じた潜在的な欠陥・不純物を発光中心とした発光の強度が増強すると考えられる。これにより、電子線照射等によって付与されるエネルギが所定の閾値以上になると、発光部３の発光の強度が超線形的に増加するものと考えられる。
【００３７】
ここで、発光部３の発光状態が急変する入力エネルギの所定の閾値について説明すると、かかる所定の閾値は、発光部３の各種条件に依存しており、このような条件を調整することにより、かかる閾値を所望の値に設定することが可能である。このような閾値を所望の値に設定する発光部３の各種条件としては、例えば、材質，合成条件〔フラックスの種類と量，焼成温度，焼成時間，温度降下にかけた時間，後処理（粉砕方法，水洗方法，乾燥方法等）〕，基材２への蛍光体粉末の塗布の仕方（基材２への付着のさせ方）及びその後処理，微細な凹凸構造における凹凸の度合い（例えば厚さの不均一性であり、具体的には、溝４の本数，形状，深さ，或いは発光部３の表面粗さ等）である。
【００３８】
さて、図１に示す例では、各縦溝４ａ及び各横溝４ｂは、それぞれ所定の幅寸法Ｗａ，Ｗｂに形成され、また、それぞれ所定の間隔Ｄａ，Ｄｂを空けて等間隔に形成されている。かかる幅寸法Ｗａ，Ｗｂ及び間隔Ｄａ，Ｄｂは、ここでは１ｍｍ程度に設定されている。また、溝４の深さｄは、発光部３の最大厚さ（ここでは溝４が設けられていない部分の厚さ）ｔが、最小厚さ（ここでは溝４が設けられている部分の厚さ）ｔ1（＝ｔ−ｄ）の３倍以上〔ｔ≧３（ｔ−ｄ）〕になるように設定されるのが好ましく、最大厚さｔが最小厚さｔ1の１０倍以上〔ｔ≧１０（ｔ−ｄ）〕になるように設定されるのがさらに好ましい。特に、隣接した凹部と凸部とにおいて凸部に対応する最大厚さｔを凹部に対応する最小厚さｔ1の３倍以上に設定するのが好ましく、１０倍以上に設定するのがさらに好ましい。なお、溝４の深さ（凸部の高さ）ｄは本発明の発光性能が確保できるように２０μｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、発光部３の表面の凹凸構造を顕著なものとする観点から、図１に示す例では、最小厚さｔ1は、５００μｍ以下に設定されるのが好ましく、特に７０μｍ以下に設定されるのが好ましく、５０μｍ以下に設定されるのがさらに好ましい。また、最小厚さｔ1は、０．０１μｍ以上に設定することができ、０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上に設定することも可能である。
【００４０】
また、図１に示す例において、最大厚さｔは１００μｍ以上が好ましく、特に２００μｍ以上が好ましい。また、最大厚さｔは３ｍｍ以下とすることができ、５００μｍ以下とすることも可能である。
同様に、発光部３の表面の凹凸構造を顕著なものとする観点から、図１に示す例では、凹凸形状の傾斜角αが３０度から１５０度の範囲にあることが好ましく、５０度から１３０度の範囲にあることが更に好ましく、５０度から８８度の範囲にあることが一層好ましい。ここでいう凹凸面の傾斜角αとは、凹凸形状の側面（頭頂面・底面以外の面）が基板に平行な面に対してなす角度を指す。
【００４１】
発光部３の層厚及び凹凸形状の上記パラメータは非接触式の三次元測定機（例えばレーザ顕微鏡）を用いれば容易に測定することが可能である。例えばＭＩＴＵＴＯＹＯ社製の画像計測ＣＮＣ三次元測定機やＫＥＹＥＮＣＥ社製の超深度形状測定顕微鏡を用いれば、１つの凹凸形状の最大厚さ・最小厚さ、凹凸面の傾斜角を測定することが可能である。
【００４２】
上述したようにこの溝４は、発光部３の厚さを不均一にする等して発光部３を微細な凹凸構造とするものであれば、何らその形状は限定されない。
例えば、各寸法Ｗａ，Ｗｂ，Ｄａ，Ｄｂは上述した寸法値に限定されない。また、凹凸を設けた発光部３を基材２の端部に設けても良い。さらに、各縦溝４ａを等間隔に形成しなくても良いし、同様に、各横溝４ｂを等間隔に形成しなくても良い。また、溝４は、縦溝４ａと横溝４ｂとが略直交する格子状に形成されているが、等間隔或いは不規則な間隔で第１の方向に沿って形成される複数の溝と、等間隔或いは不規則な間隔で第２の方向に沿って形成される複数の溝とが、傾斜して交わるようにしても良い。
【００４３】
また、単数又は複数の縦溝４ａだけを設けるようにしても良いし、同様に単数又は複数の横溝４ｂだけを設けるようにしても良い。或いは、複数の溝を不規則な間隔で及び不規則な方向に沿って形成するようにしてもよい。
例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように発光素子１′を構成しても良い。発光素子１′は、基材２と、基材２上に形成された発光部３と、発光部３に形成された溝４′とをそなえて構成されている。溝４′は、図２（Ａ）中において、上下に等間隔で並べられた複数の横溝４ｂ′からなり、各横溝４ｂ′は左右方向に沿って形成されている。発光部３は図２（Ｂ）に示すように波形の断面形状を有しており、横溝４ｂ′の最も厚みの薄いところはほぼ基材２に達した構成となっている。
【００４４】
また、溝ではなく鋭角な治具により孔を等間隔又は不規則な間隔で発光部３に穿設したり、形状の規定されない欠陥を発光部３にランダムに設けたりしても良いし、溝や孔や不特定形状の欠陥を混在させて発光部３に設けても良い。
さて、ここで、基材２上に発光部３を形成すべく蛍光体粉末を基材２に付着させる方法について説明すると、このような付着方法としては、例えば、沈降塗布，ダステイング，ディップコーティング，蒸着，アブレーション，スパッタリング，ＣＶＤ，刷毛のような道具を使用して塗る方法等がある。
【００４５】
以下、水ガラス水溶液をバインダ（固着剤）として用いて沈降塗布により付着させる方法、及び、バインダを用いずにダスティングにより付着させる方法ついて説明する。
始めに、水ガラス水溶液をバインダとして用いた沈降塗布の一例について説明する。先ず、１７５ｍｌ（ミリリットル）のイオン交換水と、２５ｍｌの高濃度水ガラス水溶液（高濃度の珪酸カリウム水溶液）とを混合して水ガラス水溶液を作成し、１００ｍｌの容量のビーカに、この水ガラス水溶液を２０ｍｌだけ注ぎ、さらに、このビーカに蛍光体粉末に０．２９４５ｇを加えて、水ガラス水溶液と蛍光体粉末とを混合させる。この水ガラス水溶液と蛍光体粉末との混合溶液に対して超音波分散を１０分間程度行なう。
【００４６】
次に、酢酸バリウム水溶液（０．０５重量％）を２５ｍｌだけ１００ｍｌビーカに注ぎ、アルミ板上に載置した状態で２枚の基材２（例えば銅製）をこのビーカ内の酢酸バリウム水溶液に浸漬する。そして、基材２及び酢酸バリウム水溶液を収容するビーカに、超音波分散を終えた蛍光体粉末入りの水ガラス水溶液（水ガラス水溶液と蛍光体粉末との混合溶液）を攪拌しながら注入する。そして、この酢酸バリウム水溶液及び水ガラス水溶液の混合溶液において蛍光体粉末が沈殿し終わったら、この混合溶液からアルミ板とともに基材２を取り出し、この基材２を１日程度自然乾燥させる。これにより、基材２に蛍光体粉末を付着させて基材２に発光部３を形成できる。
【００４７】
次に、ダスティングにより、バインダを用いないで紛体（蛍光体粉末）を基材２に付着させる方法を説明する。この方法では、例えば、両面テープの一方の粘着面を基材２の表面に粘着させた後、この両面テープの他方の面に蛍光体粉末を振りかけることにより、蛍光体粉末を、両面テープを介して基材２に付着させる（基材２上に発光部３を形成する）ようになっている。
【００４８】
水ガラス水溶液をバインダとして用いると、発光部３に水ガラス成分が含まれることとなり、この場合、水ガラス水溶液は導電性を有するので、発光部３の非導電性の低下（＝帯電性の低下）を招く虞がある。したがって、水ガラス水溶液のようなバインダの不要なダスティングは、蛍光体粉末を基材２に付着させる方法として好ましい。
なお、ダスティングは、必ずしも粘着テープを使用する必要はなく、粘着剤（例えば酢酸バリウム水溶液）を基材２に塗布してからこの基材２に紛体（蛍光体粉末）を散布して乾燥させることにより行なっても良い。
【００４９】
より具体的なダスティングの実施例を説明する。珪酸カリウム水溶液（濃度２８．０３重量％、比重１．２４４）を、スポイトで２滴程度（約０．５ｍｌ）採取し、ニッケル鍍金された銅製基板（２８ｍｍ×２０ｍｍ）に垂らす。そして、この銅製基板を２〜３時間だけ自然乾燥させるか、もしくはドライヤ等で強制乾燥させる。次に酢酸バリウム溶液（濃度０．０５重量％）をスポイトで１滴程度（約０．２ｍｌ）採取し、前記基板の珪酸カリウム水溶液を塗布・乾燥させた部位に垂らす。
【００５０】
この処理により、基板上においてシリカのゾル状のものが生成される。その上にダスティングにより蛍光体紛体を塗布する。この時、塗布膜の重量密度が５０ｍｇ／ｃｍ2〜１００ｍｇ／ｃｍ2程度になるように上記塗布を行なうのが好ましいが、特にこれに限定するものではない。蛍光体粉体を塗工した後、真空乾燥で乾燥させることにより、ダスティング塗布膜を完成させる。
【００５１】
蛍光体粉末を基材２に付着させる方法は、上記方法に限定されるものではないが、上述したダスティングのように、導電性を付与せずに蛍光体粉末の非導電性を保持して発光部３を帯電し易いものに形成できる方法（蛍光体粉末を基材２に付着させてから後処理により発光部３を帯電し易い構造に容易に変更できるようなものも含む）が好ましい。
【００５２】
本発明の発光構造体の一実施形態としての発光素子は、上述したように構成されており、非導電性の発光部３に溝４を設けるなどして発光部３を厚さの不均一な微細な凹凸形状の構造とすることにより、以下のような現象が発生することを本発明者らは見いだした。
つまり、発光部３にエネルギを付与することで発光部３から出力される発光強度は、付与されるエネルギが所定の閾値を超えると、かかるエネルギの入力に対して発光強度が超線形的に増加し、且つ従来の蛍光素子（発光構造体）よりも極めて高い発光強度が得られ、さらには、条件によって、発光体に付与されるエネルギ（励起エネルギ）に応じて発光色がかかる閾値の前後で変化することを見いだしたのである。
【００５３】
本発光素子によれば、このように入力されるエネルギの大きさに応じてかかる閾値を境に発光部３の発光状態が急激に変化するので、例えば、発光部３の発光状態（発光強度や発光色）を監視することにより、発光部３に入力されるエネルギが所定値（閾値）よりも高くなった場合又は低くなった場合には、これを視覚的に検出できる。したがって、検出装置や警報装置として利用することが可能である。
【００５４】
また、閾値を境に発光部３の発光状態が急激に変化するので、かかる閾値を境界とした発光状態の変化をオンオフ信号として抽出することが可能であり、メモリや各種の制御素子として利用することが可能である。
さらに、従来よりも高い発光強度が得られるので、高照度の照明機器などの照明体を実現できる。照明体としては、用途例として後述する画像管、陰極線ランプ等の表示管のみならず、屋内照明、プロジェクタ、バックライト等にも本発光構造体を適用できる。
【００５５】
いずれにしても、本発光素子によれば、かかる発光状態の急変や高出力を利用して、広範囲の分野において有益な効果をもたらす可能性を有しており、極めて重要な発明であるといえる。さらに、従来の蛍光素子（発光構造体）に対して、単に溝を設けるなどして発光部を微細な凹凸構造とするだけで良いので、従来の蛍光素子の製造プロセスを利用でき、また、従来の蛍光素子について豊富に蓄えられた各種の知見をそのまま流用して本発光素子の製品開発等に利用することが可能である。
【００５６】
なお、本発明の発光体構造（発光素子）は上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、発光部３の全域に渡って溝４が設けられているが、発光部３の一部分に溝４を設けても良い。この場合でも、溝４が設けられた発光部３の領域については、入力エネルギに応じて所定の閾値を境界として発光状態が急変する。
【００５７】
また、上述の実施形態では、本発明の発光体構造の発光部を蛍光体により構成した例を説明したが、蛍光体のみならず、他の発光体を用いることも可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の発光構造体の実施例についてさらに図面を用いて具体的に説明する。図３〜図８は本実施例の発光素子及び比較対象となる蛍光素子について示す図である。なお、図４，図５，図７，図８では、図中のドットは実際の測定値を示し、これらのドットを滑らかに結んで発光強度の電流依存性曲線を作成している。また、上述の実施形態の説明で用いた図１（Ａ），（Ｂ）及び従来技術の説明で用いた図１１（Ａ），（Ｂ）についても流用して説明する。なお、本発明の発光構造体は、この実施例に限定されるものではない。
（Ａ）第１実施例
本実施例にかかる発光素子１Ａは、上述した実施形態の発光素子１と同様に図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、基材２と、基材２上に形成される発光部３と、発光部３に形成される格子状の溝４とをそなえて構成された。基材２には銅板が使用され、また、発光部３は、粉末状のテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）を水ガラス水溶液で沈降塗布して十分に乾燥させることにより基材２上に形成された。
【００５９】
また、格子状の溝４は、複数の縦溝４ａと複数の横溝４ｂとをそれぞれ等間隔（例えば１ｍｍ）に並べて形成されており、各溝４ａ，４ｂはそれぞれ例えばピンセットの先端のような鋭角な治具により発光部３を削って作成された。
凹凸形状の各種パラメータは、非接触式の三次元測定機による測定の結果、最大厚さは２００μｍ〜５００μｍの範囲内、最小厚さは２０μｍ〜５０μｍの範囲内、凹凸面の傾斜角は５０度〜８８度の範囲内であった。
【００６０】
また、発光素子１Ａとの比較対象として従来構造の蛍光素子１０１Ａを作成した。この従来構造の蛍光素子１０１Ａは、溝４を設けない以外は、発光素子１Ａと同一の構成であり、またその製作法も溝４を設ける手順が無い以外は、発光素子１Ａと同一の手法により作成された。即ち、この従来構造の蛍光素子１０１Ａは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材１０２と、この基材上に形成される蛍光部１０３とをそなえて構成され、蛍光部１０３は、粉末状のテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）を基材に水ガラス水溶液で沈降塗布して形成された。
【００６１】
そして、これらの発光素子１Ａ及び従来蛍光素子１０１Ａについて図３に示す実験装置５０を用いて発光強度の電流依存性の測定を行なった。
ここで、実験装置５０について説明すると、実験装置５０は、図３に示すように、測定試料（蛍光素子）１Ａ，１０１Ａを収容し測定中は内部が略真空（例えば約１０-5Ｐａ）とされる真空装置５１と、真空装置５１内の測定試料に電子線を照射する電子銃５２と、電子銃５２に高電圧電力を供給する高圧電源５３と、真空装置５１内を真空にするためのスパッタイオンポンプ５４Ａ及びターボ分子ポンプ５４Ｂと、真空装置５１内を観察するための覗き窓５５とをそなえて構成され、覗き窓５５は、電子線評価装置５６又は発光スペクトル測定装置（図示略）の検出端を真空装置５１内部に差し込むための差込口としても使用されるようになっている。
【００６２】
このような装置５０において、先ず、真空装置５１内に発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａをセットした後、スパッタイオンポンプ５４Ａ及びターボ分子ポンプ５４Ｂを適宜操作して真空装置５１の内部を所定の真空度（例えば約１０-5Ｐａ）にする。そして、高圧電源５３を作動させて電子銃５２から真空装置５１内の発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａに電子線を照射して、発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａについて、電子線評価装置５６により発光強度の電流依存性を測定した。
【００６３】
図４に示すグラフは両対数グラフであり、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が、電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａ（つまり発光素子１Ａ又は蛍光素子１０１Ａに付与されるエネルギ）を表している。従来蛍光素子１０１Ａでは、図４中に
【数１】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが３０μＡ付近まで電流値Ａの増加に応じて単調増加しているが、電流値Ａが３０μＡを超える辺りから発光強度Ｉは減少してしまった。
【００６４】
これに対し、本発光素子１Ａの発光強度Ｉは、図４中に
【数２】
で示すように、電流値Ａが２０μＡ付近までは従来蛍光素子１０１Ａと略同様に電流値Ａの増加に応じて単調増加していたが、電流値Ａが２０μＡを超える辺りから、従来蛍光素子１０１Ａとは反対に、その増加傾向が急上昇し、超線形的に増加して極めて高い発光強度が得られた。
【００６５】
つまり、発光部３に溝４を設けて発光部３を厚さの不均一な微細な凹凸構造にすることで、電流値Ａが所定の閾値Ａ０（ここでは約２０μＡ）を超えると発光強度Ｉが超線形的に増加し、且つ従来の蛍光素子１０１Ａよりも高い出力を得られることが実証されたのである。
なお、電流値Ａが閾値Ａ０以下では、本発光素子１Ａの発光強度Ｉは、従来蛍光素子１０１Ａよりも低くなっているが、これは、本発光素子１Ａの溝４を含めた発光部３の面積と、従来蛍光素子１０１Ａの蛍光部１０３の面積とを一致させていることから、溝４を設けた分、本発光素子１Ａは従来蛍光素子１０１Ａよりも発光部３の発光面積が少なくなっているためである。
（Ｂ）第２実施例
本実施例では、本発明者の中の数名が発明した青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）を用いて、本発明の第２実施例としての（溝４を有する）発光素子１Ｂと従来構造の（溝４を有さない）蛍光素子１０１Ｂとが製造された。
【００６６】
つまり、発光素子１Ｂは、上述した第１実施例の発光素子１Ａと同様に図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材２，発光部３及び格子状の溝４とをそなえて構成され、発光部３は、青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末を基材２に水ガラス水溶液で沈降塗布して十分に乾燥させることにより基材２に形成された。
また、従来構造の蛍光素子１０１Ｂは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材１０２と、この基材上に青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）を水ガラス水溶液で沈降塗布して形成される蛍光部１０３とをそなえて構成された。
【００６７】
なお青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末合成は、特開平８−２８３７１３、特開平１０−１２１０４１、特開平１０−１２１０４３に記載された方法に基づいて行なうことができる。
通常、青色蛍光体の粉末合成では、Ｓｒ（ストロンチウム）の酸化物，水酸化物，炭酸塩又は硝酸塩等や、Ｈｆ（ハフニウム）の酸化物等を所定量秤量して十分に混合し、この混合物を、ルツボ等の耐熱容器に充填し、空気中もしくは酸化雰囲気中において８００〜１６００℃で１〜１２時間かけて一回以上焼成する。
【００６８】
ここでは、具体的には青色蛍光体の粉末合成は以下のようにして行なわれた。
原料としてＳｒＣＯ3（４Ｎ），ＨｆＯ2（３Ｎ），Ｔｍ2Ｏ3（粉末３Ｎ）又はＴｍ（ＮＯ3）3（溶液，３Ｎ）を用意した。またフラックスとしてはアルカリ金属塩化物（炭酸塩、硝酸塩など）が用いられるが、ここではＮａ2ＣＯ3（４Ｎ）を、製造する蛍光体の１０ｍｏｌ％だけ容易した。なお上記の括弧内の数値は純度を示す。
【００６９】
そして、これらを化学量論比で秤量し、乳鉢中で湿式混合し、アルミナ坩堝等の耐熱容器に充填し、空気中もしくは酸化雰囲気中において１６００℃で４〜５時間かけて焼成した。そして、この焼成物に対し、粉砕，水洗，乾燥及び篩を行なって、粗い粒子を除去し、青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末合成を行なった。
そして、図３に示す装置５０により、発光素子１Ｂ及び蛍光素子１０１Ｂについて、電子線評価装置５６により発光強度の電流依存性を測定し、さらに、発光スペクトル測定装置により発光スペクトルの測定を行なった。図５に発光強度の電流依存性に関する測定結果を、図６に発光スペクトルの測定結果を示す。なお、発光スペクトル測定装置を行なう場合は、図３において電子線評価装置５６の代わりに発光スペクトル測定装置（図示略）がセットされる。
【００７０】
先ず、発光強度の電流依存性に関する測定結果について説明する。図５の両対数グラフでは、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。溝のない従来蛍光素子１０１Ｂでは、図５中に
【数３】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが３０μＡ付近まで電流値Ａの増加に応じて単調増加しているが、電流値Ａが３０μＡを超える辺りから増加傾向が低下し、電流値Ａが１００μＡを超える辺りでは発光強度Ｉが飽和してしまった。
【００７１】
一方、溝４を有する本発光素子１Ｂでは、図５中に
【数４】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが１００μＡ付近までは電流値Ａの増加に応じて略単調増加していたが、電流値Ａが１００μＡを超える辺りから、従来蛍光素子１０１Ａとは反対に、その増加傾向が急上昇し、超線形的に増加した。つまり、１００μＡ前後を所定の閾値Ａ０として電流値Ａがこの閾値Ａ０（ここでは約１００μＡ）を超えると発光強度Ｉが超線形的に増加したのである。
【００７２】
次に、発光スペクトルの測定結果について説明する。図６は、本発光素子１Ｂに関するもので、閾値Ａ０よりも大きな電流値Ａが電子銃５２に供給された際の発光素子１Ｂの発光スペクトルを示しており、横軸が発光の波長λ〔ｎｍ〕を表し、縦軸が発光強度Ｉを示している。
図６に示すように波長λが４５０ｎｍ付近で発光強度Ｉのピーク（発光ピーク）Ｓ１が発生している。この発光ピークＳ１は、発光部３を構成する青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の発光中心であるＴｍのｆ−ｆ遷移に起因した青色発光スペクトルバンドであり、電流値Ａが閾値Ａ０より低い場合でも本発光素子１Ｂにおいて発生するものであり、また、この青色蛍光体を使用しているものであれば従来構造の蛍光体素子においても発生するものである。
【００７３】
しかし、本発光素子１Ｂにおいては、電流値Ａが閾値Ａ０を超えると、図６に示すように、この青色発光スペクトルバンドＳ１に加え、波長λの５００ｎｍから１２００ｎｍの範囲において幅広い発光スペクトルバンドＳ２が新たに発生して発光色が白色になった。
したがって、この測定から、発光部３に溝４を設けることで発光部３を厚みの不均一な微細な凹凸構造とすることにより、電流値Ａが閾値Ａ０を超えると、発光強度Ｉが超線形的に増加し、さらには、発光色が変化する（この場合は青色から白色に変化する）ことが実証されたのである。
（Ｃ）第３実施例
本発明の第３実施例としての発光素子１Ｃは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材２と、基材２上に蛍光体粉末をダスティングして形成された発光部３と、発光部３に形成された格子状の溝４とをそなえて構成され、蛍光体粉末には、フラックスとしてＫＣｌを１０ｍｏｌ％含む青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末を使用した。この蛍光素子１Ｃについて図３に示す実験装置５０により測定した発光強度の電流依存性を図７に示す。
【００７４】
図７の両対数グラフでは、縦軸が発光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。
本実施例の発光素子１Ｃでは、図７に示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが１０μＡ近辺を所定の閾値Ａ０として、この閾値Ａ０を超えると一旦降下するものの、閾値Ａ０よりも低い領域に比べ大きな増加傾向で超線形的に増加した。
【００７５】
本実施例の蛍光体素子１Ｃにおける閾値Ａ０は約１０μＡであり、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂの閾値Ａ０が約１００μＡに対し低い値となっている。このように閾値Ａ０を低下させることができた（低い電流値Ａで超線形的な発光強度の上昇及び増加傾向の上昇が得られた）要因として以下のことが考えられる。
【００７６】
つまり、上述したように、発光素子に入力されるエネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に上昇するのは、発光部３の帯電性に起因していると推定でき、帯電性が大きくなるほどこのような閾値を低下させることができると推定できる。本発明の発光素子では、発光部３に帯電性をもたせるべく蛍光体粉末として非導電性のものを使用しているが、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂでは、発光部３を基材２状に形成するために導電性を有する水ガラスをバインダとして用いており、発光部３は水ガラス成分を含んでその非導電性が希釈されて帯電性が若干低下してしまう。これに対し、本第３実施例では水ガラスを用いずにダスティングにより発光部を形成していることから非導電性を維持して高い帯電性を維持でき、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂよりも低い電流値Ａで超線形的な発光強度の上昇が得られたものと推定できる。
（Ｄ）比較実施例
蛍光体粉末として導電性を有する市販の蛍光体ＺｎＯ（電気抵抗率が１０〜３００Ω・ｃｍと推定される）を使用して、上述した第１実施例及び第２実施例と同様に実験を行なった。
【００７７】
つまり、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、蛍光体粉末ＺｎＯを銅製の基材２に水ガラス水溶液を用いて沈降塗布し十分乾燥させることにより、基材２上に粉末層（発光部）３を形成し、この粉末層３に対してピンセットなどの先端が尖った道具を用いて１ｍｍ間隔の格子状溝４を設けて発光素子１Ｄを製造し、また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、蛍光体粉末ＺｎＯを基材１０２に水ガラス水溶液を用いて沈降塗布し十分乾燥させることにより、基材１０２上に粉末層（蛍光部）１０３を形成し、従来構造の蛍光素子１０１Ｄを製造した。
【００７８】
これらの発光素子１Ｄ及び蛍光素子１０１Ｄについて図３に示す実験装置５０により発光強度の電子線電流依存性をそれぞれ測定した。その結果を図８に示す。
図８の両対数グラフでは、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。なお、発光素子１Ｄ（溝あり）については図中に
【数５】
で示し、蛍光素子１０１Ｄ（溝なし）については図中に
【数６】
で示す。
【００７９】
図８からも明らかなように、発光素子１Ｄ及び蛍光素子１０１Ｄによらず（即ち、溝の有無にかかわらず）、発光強度Ｉは、電流値Ａが１００μＡ付近で最高値を示し、それ以上の電流値では低下した。つまり、発光部を導電性試蛍光体を用いて構成した場合には、所定の閾値を境界に電流値Ａに応じて発光強度Ｉが超線形的に増加する現象は発生せす、溝４による効果は得られなかった。
【００８０】
これは、溝４を設けて発光部３を厚さが不均一な微細な凹凸構造化して電荷を貯めやすい構造にしても、粉体（蛍光体）そのものが導電性で帯電性が低いためであると推定でき、上記現象（所定の閾値を境界に電流値Ａに応じて発光強度Ｉが超線形的に増加する現象）が、発光部３の帯電性に起因しているという本発明者の推定を裏付ける結果が得られた。
（Ｅ）第１用途例
以下、本発明の発光構造体を、蛍光表示装置（照明体）である画像管に適用した用途例を、図面を参照して説明する。図９は本発明の発光構造体の第１用途例としての画像管の構成を示す模式図である。
【００８１】
本画像管では、図９に示すように、円筒形のガラス管球６１にフェースガラス６２が接着固定され、真空容器（外囲器）６３が構成されている。そして、この真空容器（外囲器）６３内には、蛍光面（発光部）６４，陽極電極構体（基材）６５、さらに電子放出部（グリッド６６及び陰極６７）を構成するカソード構体が配置されており、上記の蛍光面６４及び陽極電極構体６５には本発明の発光構造体が適用されている。
【００８２】
陽極電極構体６５は、一般にはアルミニウム，銅などの金属電極又はこれらの金属鍍金電極から構成される。電子放出部の陰極６７は、代表的には従来使用されているフィラメント（例えばタングステン細線に電子放射物である酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムを塗布したもの）やカーボンナノチューブなどから構成される。
【００８３】
この画像管では、グリッド６６に所定の電位が印加され、これにより電極６７から電子が放出される状態となる。そして、陽極電極構体６５に所定の電位が印加されることにより、陰極６７から放出された電子が加速されて陽極電極構体６５に衝突して貫通し、さらに蛍光面６４に衝撃を与える。この結果、蛍光面６４は電子衝撃により励起し、蛍光面６４を構成する発光体に応じた発光色が、フェースガラス６２を透過して前面側に発光６８として表示されることとなる。
（Ｆ）第２用途例
以下、本発明の発光構造体を、照明体である陰極線発光ランプに適用した用途例を、図面を参照して説明する。図１０は本発明の発光構造体の第２用途例としての陰極線発光ランプの構成を示す模式図である。
【００８４】
本陰極線発光ランプでは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガラス管球６１Ａとフェースガラス６２Ａとから真空容器（外囲器）６３Ａが構成されている。そして、この真空容器（外囲器）６３Ａ内には、蛍光面（発光部）６４Ａ，陽極電極構体（基材）６５Ａ、さらに電子放出部（グリッド６６Ａ及び陰極６７Ａ）を構成するカソード構体が配置されており、上記の蛍光面６４Ａ及び陽極電極構体６５Ａには本発明の発光構造体が適用されている。
【００８５】
陽極電極構体６５Ａは、一般にはアルミニウム，銅などの金属電極又はこれらの金属鍍金電極から構成される。電子放出部の陰極６７Ａは、代表的には従来使用されているフィラメント（例えばタングステン細線に電子放射物である酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムを塗布したもの）などから構成される。
【００８６】
この陰極線発光ランプでは、グリッド６６Ａに所定の電位が印加され、これにより電極６７Ａから電子が放出される状態となる。そして、陽極電極構体６５Ａに所定の電位が印加されることにより、陰極６７Ａから放出された電子が陽極電極構体６５Ａに向かって加速され蛍光面６４Ａに衝突し衝撃を与える。この結果、蛍光面６４Ａは電子衝撃により励起し、蛍光面６４Ａを構成する発光体に応じた発光色が、フェースガラス６２Ａを透過して前面側に向けて発光することとなる。
【００８７】
上述したように、上記の第１用途例及び第２用途例では、蛍光面６４，６４Ａを、表面に微細な凹凸構造を有する発光構造体により構成した。したがって、上記用途例によれば、このように発光構造体の形状、具体的には発光部（塗布層）の表面を微細な凹凸構造にする工夫により、輝度の高い画像管や陰極線発光ランプ等の照明体を実現できるようになる。
【００８８】
なお、上記用途例では、画像管及び陰極線発光ランプについて説明したが、このような用途例は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。例えば、図９に示す上記第１用途例の画像管において、陽極電極構体６５と蛍光面６４との位置関係を逆転させて発光を取り出す方向を陰極側に向けることや、グリッド６６のない構成とすることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態としての発光素子（発光構造体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態としての発光素子（発光構造体）の他の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３断面を拡大して示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例にかかる実験装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図４】本発明の第１実施例としての発光素子（発光構造体）及び従来蛍光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例としての発光素子（発光構造体）及び従来蛍光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例としての発光素子（発光構造体）における発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例としての発光素子（発光構造体）における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図８】本発明に対する比較実施例としての発光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図９】本発明の第１用途例としての発光素子（発光構造体）を利用した画像管（照明体）の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２用途例としての発光素子（発光構造体）を利用した陰極線ランプ（照明体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な断面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面と垂直な断面を示す模式図である。
【図１１】従来の蛍光素子（発光構造体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）の模式的なＸ２−Ｘ２断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１，１′，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｃ 発光素子（発光体構造）
２ 基材
３ 発光部
４ 格子状の溝
４′ 溝
４ａ 縦溝
４ｂ，４ｂ′ 横溝
５０ 実験装置
５１ 真空装置
５２ 電子銃
５３ 高圧電源
５４Ａ スパッタイオンポンプ
５４Ｂ ターボ分子ポンプ
５５ 覗き窓
５６ 電子線評価装置
６１，６１Ａ ガラス管球
６２，６２Ａ フェースガラス
６３，６３Ａ 真空容器
６４，６４Ａ 蛍光面（発光部）
６５，６５Ａ 陽極電極構体（基材）
６６，６６Ａ グリッド
６７，６７Ａ 陰極
６８ 発光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からエネルギが付与されると発光する、発光構造体，発光方法及び照明体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子線等により外部からエネルギが加えられると発光する発光構造体が種々開発されており、このような発光構造体としては例えば蛍光素子がある。蛍光素子は陰極線管や投射管等を利用して映像表示用途に広く用いられている（非特許文献１ 参照）。
【０００３】
そして、蛍光素子を始めとする発光構造体に関する実験は従来より種々行なわれている。
ここで、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して一般的な蛍光素子について説明すると、蛍光素子は、金属製の基材１０２と、基材１０２上に蛍光体を積層して形成される蛍光部１０３とをそなえて構成されている。
【０００４】
このような構成において、蛍光素子は、外部から加えられた電子線や電荷や電場等の電気エネルギにより、蛍光部１０３を構成する蛍光体の母体が励起され発光する。つまり、蛍光素子は、入力された電気エネルギ（励起エネルギ）を蛍光に変換して出力するようになっているのである。
一般的に、蛍光素子の発光強度は、このように外部から入力される励起エネルギの増加に対し単調増加するが、励起エネルギ量が所定エネルギ量を超えると増加の度合いが減少し、さらに励起エネルギ量が増加すると発光強度は飽和もしくは減少する傾向にある（非特許文献２ 参照）。
【０００５】
なお、ここでは、励起エネルギとしての電子線電流（電流値）Ａと発光強度Ｉとの相関関係を両対数グラフ上に表示した際、かかる相関関係を示すラインの傾き（以下、入出力微分変化率という）θ〔＝Δｌｏｇ（Ｉ）／Δｌｏｇ（Ａ）〕が正のものを、単調増加と称している。通常、この傾きは１程度となることが多い。上述したように、従来の蛍光素子ではこの入出力微分変化率θは電子線などの励起（入力）エネルギが大きくなると悪化（減少）する傾向にあった。
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ｂｙ Ｓ．Ｓｈｉｏｎｏｙａ ａｎｄ Ｗ． Ｍ． Ｙｅｎ， ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ， Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， ＦＬ， １９９８
【非特許文献２】Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ｂｙ Ｓ．Ｓｈｉｏｎｏｙａ ａｎｄ Ｗ． Ｍ． Ｙｅｎ， ＣＲＣＰｒｅｓｓ， Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， ＦＬ， １９９８， Ｐ．４８９−Ｐ．４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような状況下において創作されたもので、電子線や電荷や電場等により付与される励起エネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に増加する発光構造体を提供することを目的とする。
また、この発光構造体の発光強度が超線形的に増加することを利用した、照明体を提供することを目的とする。
【０００８】
さらには、発光強度が超線形的に増加する発光方法を提供することを目的とする。
なお、本発明でいう「超線形的」とは、付与されたエネルギが所定の閾値を超えたときに入出力微分変化率θが増加することをいう。特に、付与されたエネルギが閾値より下では入出力微分変化率θは１未満、一方、付与されたエネルギが閾値より上では入出力微分変化率θは１以上となる場合が多い。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明の発光構造体（請求項１）は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえて構成されていることを特徴としている。
この場合、該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として該発光部の発光色が変化することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
また、該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様の電気エネルギであることが好ましい（請求項３）。
さらに、該発光部が非導電性を有していることが好ましい（請求項４）。
また、本発明の発光構造体（請求項５）は、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する発光部をそなえて構成されていることを特徴としている。
【００１１】
この場合、該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造を形成することが好ましい（請求項６）。
また、該発光部の凸部と凹部における最大厚さは、最小厚さの３倍以上であることが好ましく（凸部に対応する最大厚さが凹部と対応する最小厚さの３倍以上であることが好ましく）（請求項７）、最小厚さの１０倍以上であることがさらに好ましい（凸部に対応する最大厚さが凹部と対応する最小厚さの１０倍以上であることが好ましい）（請求項８）。
【００１２】
また、該発光部の最小厚さは、５００μｍ以下であることが好ましく（請求項９）、５０μｍ以下であることがさらに好ましい（請求項１０）。
また、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角は、３０度から１５０度の範囲内にあることが好ましく（請求項１１）、５０度から１３０度の範囲内にあることがさらに好ましい（請求項１２）。
【００１３】
さらには、発光部を無機物質にすることが好ましい（請求項１３）。
また、該発光部が基材上に設けられていることが好ましい（請求項１４）。この場合、水溶性固着剤を使用せずに該発光部を該基材上に設けることが好ましい（請求項１５）。また、該発光部が帯電しやすい手法により該基材上に設けられていることが好ましい（請求項１６）。
【００１４】
本発明の照明体は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発光構造体を用いることを特徴としている（請求項１７）。
本発明の発光方法は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえた発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与することを特徴としている（請求項１８）。
【発明の効果】
【００１５】
以上詳述したように、本発明の発光構造体（請求項１）によれば、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえて構成されているので、広い用途に利用できる。例えば、高輝度発光を呈することから各種照明などに利用可能である。また、発光部の発光強度を介して電気エネルギの大きさを監視でき、検出装置，警報装置等として利用できるという利点がある。また、閾値を境に発光強度が変化するので、かかる閾値を境界とした発光強度の変化をオンオフ信号として抽出することにより、メモリや各種の制御素子として利用できるという利点がある。
【００１６】
この場合、該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として該発光部の発光色が変化するようになれば、発光状態の変化を視覚的に確認し易くなるという利点がある（請求項２）。
また、該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様の電気エネルギであれば、蛍光素子等のような一般的な発光構造体に用いられるエネルギ付与手段をそのまま使用できるようになる（請求項３）。
【００１７】
さらに、該発光部が非導電性を有していれば、発光部の帯電性を確保して、閾値を境界とした発光強度の急変や発光色の変化を顕著なものにでき、また、低い付与エネルギで、このような発光状態（発光強度や発光色）を変化させることができる（かかる閾値を低い値にできる）ようになる（請求項４）。
また、本発明の発光構造体（請求項５）によれば、非導電性であるとともに表面に微細な凹凸構造を有し、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する発光部をそなえて構成されているので、凹凸構造に対して非接触的に付与された電気エネルギが所定の閾値を超えると、発光部の発光強度が超線形的に増加し、また、発光部の発光色が変化することもあるので、上記の発光構造体と同様の効果が得られる（請求項５）。
【００１８】
また、従来の発光体構造よりも高い発光強度が得られるので、高出力の照明機器を実現できるという利点もある。
さらに、発光部を微細な凹凸構造とするだけで良いので、従来の発光体について豊富に蓄えられた各種の知見をそのまま応用できるという利点がある。
この場合、該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造を形成すれば、微細な凹凸構造を容易に形成できようになる（請求項６）。
【００１９】
また、該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの３倍以上であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体の効果を安定して得られるようになる（請求項７）。さらに、該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの１０倍以上であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項８）。
【００２０】
また、該発光部の最小厚さが５００μｍ以下であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を安定して得られるようになる（請求項９）。さらに、該発光部の最小厚さが５０μｍ以下であれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項１０）。
【００２１】
また、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が３０度から１５０度の範囲内にあれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を安定して得られるようになる（請求項１１）。さらに、該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が５０度から１３０度の範囲内にあれば、微細な凹凸構造を顕著なものとして上記の発光構造体と同様の効果を一層安定して得られるようになる（請求項１２）。
【００２２】
また、該発光部を無機物質にすれば、エネルギを付与した際の劣化が少なくなる（請求項１３）。
そして、該発光部が基材上に設けられていれば、発光部を安定した状態で形成できるようになる（請求項１４）。
この場合、水溶性固着剤を使用せずに該発光部を該基材上に設ければ、発光部の帯電性を確保できる（請求項１５）。
【００２３】
そして、該発光部を帯電しやすい手法により該基材上に設ければ、さらに発光部の帯電性を確保できる（請求項１６）。
本発明の照明体（請求項１７）によれば、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発光構造体を用いるので、供給されるエネルギと比較して高輝度の発光が得られるという利点がある。
【００２４】
本発明の発光方法（請求項１８）は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光の発光部をそなえた発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与することを特徴としているので、上記の発光構造体と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は本発明の一実施形態としての発光素子について示す図であり、図１はその構成を示す図であって、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す模式図、図２はその他の構成を示す図であって、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３断面を拡大して示す模式図である。
【００２６】
本発光素子（発光構造体）１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、金属製（例えば銅製）の基材２と、基材２上に設けられた非導電性の発光部３とをそなえて構成されており、発光部３には格子状の溝４が形成されている。
発光部３を形成する発光体は、非導電性のものであればよく、従来の蛍光素子に適用しうるものであれば適用可能であり、例えば市販されているテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）や青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）等が使用できる。
【００２７】
なお、非導電性とは、ここでは電気抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上であることを指している。発光体の材料としては特に電気抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上の材料が好ましい（勿論、絶縁性の材料を用いても良い）。
また、発光部３を形成する発光体は、有機発光体であっても無機発光体であっても良いが、電気エネルギを付与した際（特に電子線を付与した際）の安定性が高い（劣化しにくい）ことから、無機発光体であることが好ましい。勿論、無機発光体と有機発光体とを混合して発光部３を形成しても良いし、種類の異なる無機発光体を混合して発光部３を形成しても良いし、種類の異なる有機発光体を混合して発光部３を形成しても良い。
【００２８】
ここで、発光部３を形成する発光体の好ましい態様として、非導電性の無機発光体について説明する。なお、無機発光体としては、映像表示管，蛍光ランプ，Ｘ線・放射線用，その他蛍光表示管用などの用途に広く用いられている一般的なものが使用可能である。
無機発光体の代表例としては無機蛍光体があるが、無機蛍光体は一般的に粉末状で生産され、この蛍光体粉末を基材２に付着させて発光部３を形成するのが一般的な手法である。なお、金属板（基材）２と粉末層（発光部）３との間に適宜絶縁薄膜等が介装される。
【００２９】
そして、本発光構造体の大きな特徴であるが、上述したように発光部３には格子状の溝４が形成されている。この溝４は、例えば、後述する方法により蛍光体粉末を基材２に付着させて発光部３を形成した後、この発光部３を例えばピンセットの先端のような鋭利な治具で削ることで容易に形成できる。ここでは、溝４は、図１（Ａ）において、上下（縦）方向に沿って設けられた複数の縦溝４ａと、左右（横）方向に沿って設けられた複数の横溝４ｂとで構成されている。
【００３０】
発光部３は、外部から電子線，電荷及び電場のような電気エネルギを非接触的に（エネルギ源と直接接触させずに）付与されると発光するものであるが、本発明者らは、発光構造体に関する種々の試験を行なう過程で、発光部３に格子状の山，溝，孔，突起の何れか又はこれらを２つ以上組合わせて設けるなどしてこの発光部３の表面に微細な凹凸構造を形成することにより粗面化された発光部３に、所定の閾値を超えてエネルギが付与されると、凹凸近傍において新たな発光スペクトル成分が生じて、発光強度の増加傾向が上昇し、付与されるエネルギに対して発光部３の出力光の強度（発光強度）が超線形的に増加するとともに、条件によっては発光部３に付与されるエネルギ（励起エネルギ）に応じて発光色がかかる閾値の前後で変化することを見いだした。この場合、発光部から生じる光は、通常、インコヒーレントな光である。ここでいうインコヒーレント（非干渉性）とは、発光体の任意の２点から出る光が、相互に干渉を生じないことを指し、インコヒーレントな光は、レーザ光等のような干渉光と区別される。
【００３１】
ここで微細な凹凸構造とは、発光部３の該表面に微小な突起（凸部）・微小な細孔（凹部）を有したり、波形・矩形等の凹凸断面形状を有したりするような構造であり、これらの突起・細孔、波形・矩形等の凹凸断面形状が規則的又は不規則的に配置されることで構成されるような構造である。
このような凹凸構造は請求項６〜１２の何れかに記載の条件を満たすものであることが好ましい。一般に、凹凸構造は、三角錐や四角錐や円錐等のような錐体、截頭三角錐や截頭四角錐や截頭円錐等のような截頭錐体、頭部が山型や半球状となった擬錐体からなる多数の凸部と、これらの凸部に対する多数の凹部とから形成される凹凸模様状の構造とされ、特に、錐体，頭部が山型や半球状となった擬錐体からなる多数の凸部と、これらの凸部に対する凹部とから構成された凹凸模様状の構造が好ましい。これらの凹部及び凸部は規則的に配置されていても良いし、不規則に配置されていても良い。また、上記凹部が連続的に連なって溝状に形成されたり、上記凸部が連続的に連なって山脈状に形成されたりしても良い。
【００３２】
表面に粗面化（凹凸化）を施す前の発光部３の層厚は、特に限定されるものではなく、凹凸構造を支障なく加工できる厚みであればよい。上記層厚の好ましい範囲は１００μｍ〜３０００μｍである。粗面化された表面において凹凸形状が小さすぎると（凹部と凸部との高低差が小さすぎると）発光の増加が得難いため２０μｍ以内の局所的変動は無視して捉えられているものとする。換言すれば、凹部と凸部との高低差を２０μｍよりも大きく設定することが好ましい。
【００３３】
このような凹凸形状の発光構造体に非接触的にエネルギを付与した際に起きる発光状態の変化のメカニズムは明確には解析されていないが、特に励起エネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に増加することについては以下のようなメカニズムが推定される。
つまり、発光部３に電子線照射等のエネルギを付与すると、発光部３を形成する発光体の母体が励起され、発光体に電子正孔対が生じる。そして、この電子正孔対がエネルギを伴って発光体の発光中心へと移動することにより発光が生じるのが通常の発光構造体（蛍光素子）で得られる発光のメカニズムである。
【００３４】
また、蛍光体粉末層（発光部）３が非導電性だと、この粉末層３は帯電する。そして、上述したように発光部３に溝４を設けるなどして発光部３に厚さが不均一な微細な凹凸構造を形成することで、発光部３の電場は不均一になり、凹凸構造近傍において局所的に高電場が生じる。つまり、表面の粗面化により電界集中を起こす箇所が生じるのである。ここで、発光部３の微細な凹凸形状は一様な電場が生じないような構造でありさえすれば良いということが肝要である。
【００３５】
このように発光部３が極めて帯電しやすい場合には、外部から付与されるエネルギが高くなるにしたがって発光部３の表面近傍において多くの電子又は正孔が蓄えられ、これに応じて発光部３の表面近傍において極めて強い電場が生じるようになる。
この電場の強度が所定の閾値以上になると（即ち、付与されるエネルギが所定の閾値以上になると）、深い準位に捕われていた発光部の母体の電子且つ／又は正孔が、プール・フレンケル（Ｐｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ）過程及び／又はファウラー・ノードハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）過程により伝導帯且つ／又は価電子帯に放出され、電場によって加速され、発光中心を励起する。さらに／或いは、極めて強力な電場の印加により、電子且つ／又は正孔を閉じ込めていた障壁の幅が薄くなり、トンネル過程によるキャリヤ注入が生じ、このキャリヤが電場によって加速され発光中心を励起する。
【００３６】
そして、発光部３における発光中心は、意図的にドープされた単純金属・遷移金属を代表とする不純物だけではなく、発光部３の製造過程において生じた潜在的な点欠陥，線欠陥，面欠陥，表面欠陥も発光中心となりえる。このため、電子線励起のようなエネルギの付与によるキャリヤの発生に加え、非導電性の発光部３に対して溝４を設けるなどして発光部３を厚みが不均一な微細な凹凸構造にすることにより、上述したように高電場が発生し、この高電場の影響によって多数のキャリヤが発生する。そして、このキャリヤにより、意図的にドープされた発光中心の発する発光の強度が増強され、さらに、製造過程で生じた潜在的な欠陥・不純物を発光中心とした発光の強度が増強すると考えられる。これにより、電子線照射等によって付与されるエネルギが所定の閾値以上になると、発光部３の発光の強度が超線形的に増加するものと考えられる。
【００３７】
ここで、発光部３の発光状態が急変する入力エネルギの所定の閾値について説明すると、かかる所定の閾値は、発光部３の各種条件に依存しており、このような条件を調整することにより、かかる閾値を所望の値に設定することが可能である。このような閾値を所望の値に設定する発光部３の各種条件としては、例えば、材質，合成条件〔フラックスの種類と量，焼成温度，焼成時間，温度降下にかけた時間，後処理（粉砕方法，水洗方法，乾燥方法等）〕，基材２への蛍光体粉末の塗布の仕方（基材２への付着のさせ方）及びその後処理，微細な凹凸構造における凹凸の度合い（例えば厚さの不均一性であり、具体的には、溝４の本数，形状，深さ，或いは発光部３の表面粗さ等）である。
【００３８】
さて、図１に示す例では、各縦溝４ａ及び各横溝４ｂは、それぞれ所定の幅寸法Ｗａ，Ｗｂに形成され、また、それぞれ所定の間隔Ｄａ，Ｄｂを空けて等間隔に形成されている。かかる幅寸法Ｗａ，Ｗｂ及び間隔Ｄａ，Ｄｂは、ここでは１ｍｍ程度に設定されている。また、溝４の深さｄは、発光部３の最大厚さ（ここでは溝４が設けられていない部分の厚さ）ｔが、最小厚さ（ここでは溝４が設けられている部分の厚さ）ｔ1（＝ｔ−ｄ）の３倍以上〔ｔ≧３（ｔ−ｄ）〕になるように設定されるのが好ましく、最大厚さｔが最小厚さｔ1の１０倍以上〔ｔ≧１０（ｔ−ｄ）〕になるように設定されるのがさらに好ましい。特に、隣接した凹部と凸部とにおいて凸部に対応する最大厚さｔを凹部に対応する最小厚さｔ1の３倍以上に設定するのが好ましく、１０倍以上に設定するのがさらに好ましい。なお、溝４の深さ（凸部の高さ）ｄは本発明の発光性能が確保できるように２０μｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、発光部３の表面の凹凸構造を顕著なものとする観点から、図１に示す例では、最小厚さｔ1は、５００μｍ以下に設定されるのが好ましく、特に７０μｍ以下に設定されるのが好ましく、５０μｍ以下に設定されるのがさらに好ましい。また、最小厚さｔ1は、０．０１μｍ以上に設定することができ、０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上に設定することも可能である。
【００４０】
また、図１に示す例において、最大厚さｔは１００μｍ以上が好ましく、特に２００μｍ以上が好ましい。また、最大厚さｔは３ｍｍ以下とすることができ、５００μｍ以下とすることも可能である。
同様に、発光部３の表面の凹凸構造を顕著なものとする観点から、図１に示す例では、凹凸形状の傾斜角αが３０度から１５０度の範囲にあることが好ましく、５０度から１３０度の範囲にあることが更に好ましく、５０度から８８度の範囲にあることが一層好ましい。ここでいう凹凸面の傾斜角αとは、凹凸形状の側面（頭頂面・底面以外の面）が基板に平行な面に対してなす角度を指す。
【００４１】
発光部３の層厚及び凹凸形状の上記パラメータは非接触式の三次元測定機（例えばレーザ顕微鏡）を用いれば容易に測定することが可能である。例えばＭＩＴＵＴＯＹＯ社製の画像計測ＣＮＣ三次元測定機やＫＥＹＥＮＣＥ社製の超深度形状測定顕微鏡を用いれば、１つの凹凸形状の最大厚さ・最小厚さ、凹凸面の傾斜角を測定することが可能である。
【００４２】
上述したようにこの溝４は、発光部３の厚さを不均一にする等して発光部３を微細な凹凸構造とするものであれば、何らその形状は限定されない。
例えば、各寸法Ｗａ，Ｗｂ，Ｄａ，Ｄｂは上述した寸法値に限定されない。また、凹凸を設けた発光部３を基材２の端部に設けても良い。さらに、各縦溝４ａを等間隔に形成しなくても良いし、同様に、各横溝４ｂを等間隔に形成しなくても良い。また、溝４は、縦溝４ａと横溝４ｂとが略直交する格子状に形成されているが、等間隔或いは不規則な間隔で第１の方向に沿って形成される複数の溝と、等間隔或いは不規則な間隔で第２の方向に沿って形成される複数の溝とが、傾斜して交わるようにしても良い。
【００４３】
また、単数又は複数の縦溝４ａだけを設けるようにしても良いし、同様に単数又は複数の横溝４ｂだけを設けるようにしても良い。或いは、複数の溝を不規則な間隔で及び不規則な方向に沿って形成するようにしてもよい。
例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように発光素子１′を構成しても良い。発光素子１′は、基材２と、基材２上に形成された発光部３と、発光部３に形成された溝４′とをそなえて構成されている。溝４′は、図２（Ａ）中において、上下に等間隔で並べられた複数の横溝４ｂ′からなり、各横溝４ｂ′は左右方向に沿って形成されている。発光部３は図２（Ｂ）に示すように波形の断面形状を有しており、横溝４ｂ′の最も厚みの薄いところはほぼ基材２に達した構成となっている。
【００４４】
また、溝ではなく鋭角な治具により孔を等間隔又は不規則な間隔で発光部３に穿設したり、形状の規定されない欠陥を発光部３にランダムに設けたりしても良いし、溝や孔や不特定形状の欠陥を混在させて発光部３に設けても良い。
さて、ここで、基材２上に発光部３を形成すべく蛍光体粉末を基材２に付着させる方法について説明すると、このような付着方法としては、例えば、沈降塗布，ダステイング，ディップコーティング，蒸着，アブレーション，スパッタリング，ＣＶＤ，刷毛のような道具を使用して塗る方法等がある。
【００４５】
以下、水ガラス水溶液をバインダ（固着剤）として用いて沈降塗布により付着させる方法、及び、バインダを用いずにダスティングにより付着させる方法ついて説明する。
始めに、水ガラス水溶液をバインダとして用いた沈降塗布の一例について説明する。先ず、１７５ｍｌ（ミリリットル）のイオン交換水と、２５ｍｌの高濃度水ガラス水溶液（高濃度の珪酸カリウム水溶液）とを混合して水ガラス水溶液を作成し、１００ｍｌの容量のビーカに、この水ガラス水溶液を２０ｍｌだけ注ぎ、さらに、このビーカに蛍光体粉末に０．２９４５ｇを加えて、水ガラス水溶液と蛍光体粉末とを混合させる。この水ガラス水溶液と蛍光体粉末との混合溶液に対して超音波分散を１０分間程度行なう。
【００４６】
次に、酢酸バリウム水溶液（０．０５重量％）を２５ｍｌだけ１００ｍｌビーカに注ぎ、アルミ板上に載置した状態で２枚の基材２（例えば銅製）をこのビーカ内の酢酸バリウム水溶液に浸漬する。そして、基材２及び酢酸バリウム水溶液を収容するビーカに、超音波分散を終えた蛍光体粉末入りの水ガラス水溶液（水ガラス水溶液と蛍光体粉末との混合溶液）を攪拌しながら注入する。そして、この酢酸バリウム水溶液及び水ガラス水溶液の混合溶液において蛍光体粉末が沈殿し終わったら、この混合溶液からアルミ板とともに基材２を取り出し、この基材２を１日程度自然乾燥させる。これにより、基材２に蛍光体粉末を付着させて基材２に発光部３を形成できる。
【００４７】
次に、ダスティングにより、バインダを用いないで紛体（蛍光体粉末）を基材２に付着させる方法を説明する。この方法では、例えば、両面テープの一方の粘着面を基材２の表面に粘着させた後、この両面テープの他方の面に蛍光体粉末を振りかけることにより、蛍光体粉末を、両面テープを介して基材２に付着させる（基材２上に発光部３を形成する）ようになっている。
【００４８】
水ガラス水溶液をバインダとして用いると、発光部３に水ガラス成分が含まれることとなり、この場合、水ガラス水溶液は導電性を有するので、発光部３の非導電性の低下（＝帯電性の低下）を招く虞がある。したがって、水ガラス水溶液のようなバインダの不要なダスティングは、蛍光体粉末を基材２に付着させる方法として好ましい。
なお、ダスティングは、必ずしも粘着テープを使用する必要はなく、粘着剤（例えば酢酸バリウム水溶液）を基材２に塗布してからこの基材２に紛体（蛍光体粉末）を散布して乾燥させることにより行なっても良い。
【００４９】
より具体的なダスティングの実施例を説明する。珪酸カリウム水溶液（濃度２８．０３重量％、比重１．２４４）を、スポイトで２滴程度（約０．５ｍｌ）採取し、ニッケル鍍金された銅製基板（２８ｍｍ×２０ｍｍ）に垂らす。そして、この銅製基板を２〜３時間だけ自然乾燥させるか、もしくはドライヤ等で強制乾燥させる。次に酢酸バリウム溶液（濃度０．０５重量％）をスポイトで１滴程度（約０．２ｍｌ）採取し、前記基板の珪酸カリウム水溶液を塗布・乾燥させた部位に垂らす。
【００５０】
この処理により、基板上においてシリカのゾル状のものが生成される。その上にダスティングにより蛍光体紛体を塗布する。この時、塗布膜の重量密度が５０ｍｇ／ｃｍ2〜１００ｍｇ／ｃｍ2程度になるように上記塗布を行なうのが好ましいが、特にこれに限定するものではない。蛍光体粉体を塗工した後、真空乾燥で乾燥させることにより、ダスティング塗布膜を完成させる。
【００５１】
蛍光体粉末を基材２に付着させる方法は、上記方法に限定されるものではないが、上述したダスティングのように、導電性を付与せずに蛍光体粉末の非導電性を保持して発光部３を帯電し易いものに形成できる方法（蛍光体粉末を基材２に付着させてから後処理により発光部３を帯電し易い構造に容易に変更できるようなものも含む）が好ましい。
【００５２】
本発明の発光構造体の一実施形態としての発光素子は、上述したように構成されており、非導電性の発光部３に溝４を設けるなどして発光部３を厚さの不均一な微細な凹凸形状の構造とすることにより、以下のような現象が発生することを本発明者らは見いだした。
つまり、発光部３にエネルギを付与することで発光部３から出力される発光強度は、付与されるエネルギが所定の閾値を超えると、かかるエネルギの入力に対して発光強度が超線形的に増加し、且つ従来の蛍光素子（発光構造体）よりも極めて高い発光強度が得られ、さらには、条件によって、発光体に付与されるエネルギ（励起エネルギ）に応じて発光色がかかる閾値の前後で変化することを見いだしたのである。
【００５３】
本発光素子によれば、このように入力されるエネルギの大きさに応じてかかる閾値を境に発光部３の発光状態が急激に変化するので、例えば、発光部３の発光状態（発光強度や発光色）を監視することにより、発光部３に入力されるエネルギが所定値（閾値）よりも高くなった場合又は低くなった場合には、これを視覚的に検出できる。したがって、検出装置や警報装置として利用することが可能である。
【００５４】
また、閾値を境に発光部３の発光状態が急激に変化するので、かかる閾値を境界とした発光状態の変化をオンオフ信号として抽出することが可能であり、メモリや各種の制御素子として利用することが可能である。
さらに、従来よりも高い発光強度が得られるので、高照度の照明機器などの照明体を実現できる。照明体としては、用途例として後述する画像管、陰極線ランプ等の表示管のみならず、屋内照明、プロジェクタ、バックライト等にも本発光構造体を適用できる。
【００５５】
いずれにしても、本発光素子によれば、かかる発光状態の急変や高出力を利用して、広範囲の分野において有益な効果をもたらす可能性を有しており、極めて重要な発明であるといえる。さらに、従来の蛍光素子（発光構造体）に対して、単に溝を設けるなどして発光部を微細な凹凸構造とするだけで良いので、従来の蛍光素子の製造プロセスを利用でき、また、従来の蛍光素子について豊富に蓄えられた各種の知見をそのまま流用して本発光素子の製品開発等に利用することが可能である。
【００５６】
なお、本発明の発光体構造（発光素子）は上述した実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、発光部３の全域に渡って溝４が設けられているが、発光部３の一部分に溝４を設けても良い。この場合でも、溝４が設けられた発光部３の領域については、入力エネルギに応じて所定の閾値を境界として発光状態が急変する。
【００５７】
また、上述の実施形態では、本発明の発光体構造の発光部を蛍光体により構成した例を説明したが、蛍光体のみならず、他の発光体を用いることも可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の発光構造体の実施例についてさらに図面を用いて具体的に説明する。図３〜図８は本実施例の発光素子及び比較対象となる蛍光素子について示す図である。なお、図４，図５，図７，図８では、図中のドットは実際の測定値を示し、これらのドットを滑らかに結んで発光強度の電流依存性曲線を作成している。また、上述の実施形態の説明で用いた図１（Ａ），（Ｂ）及び従来技術の説明で用いた図１１（Ａ），（Ｂ）についても流用して説明する。なお、本発明の発光構造体は、この実施例に限定されるものではない。
（Ａ）第１実施例
本実施例にかかる発光素子１Ａは、上述した実施形態の発光素子１と同様に図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、基材２と、基材２上に形成される発光部３と、発光部３に形成される格子状の溝４とをそなえて構成された。基材２には銅板が使用され、また、発光部３は、粉末状のテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）を水ガラス水溶液で沈降塗布して十分に乾燥させることにより基材２上に形成された。
【００５９】
また、格子状の溝４は、複数の縦溝４ａと複数の横溝４ｂとをそれぞれ等間隔（例えば１ｍｍ）に並べて形成されており、各溝４ａ，４ｂはそれぞれ例えばピンセットの先端のような鋭角な治具により発光部３を削って作成された。
凹凸形状の各種パラメータは、非接触式の三次元測定機による測定の結果、最大厚さは２００μｍ〜５００μｍの範囲内、最小厚さは２０μｍ〜５０μｍの範囲内、凹凸面の傾斜角は５０度〜８８度の範囲内であった。
【００６０】
また、発光素子１Ａとの比較対象として従来構造の蛍光素子１０１Ａを作成した。この従来構造の蛍光素子１０１Ａは、溝４を設けない以外は、発光素子１Ａと同一の構成であり、またその製作法も溝４を設ける手順が無い以外は、発光素子１Ａと同一の手法により作成された。即ち、この従来構造の蛍光素子１０１Ａは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材１０２と、この基材上に形成される蛍光部１０３とをそなえて構成され、蛍光部１０３は、粉末状のテレビ用赤色蛍光体（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｔｂ）を基材に水ガラス水溶液で沈降塗布して形成された。
【００６１】
そして、これらの発光素子１Ａ及び従来蛍光素子１０１Ａについて図３に示す実験装置５０を用いて発光強度の電流依存性の測定を行なった。
ここで、実験装置５０について説明すると、実験装置５０は、図３に示すように、測定試料（蛍光素子）１Ａ，１０１Ａを収容し測定中は内部が略真空（例えば約１０-5Ｐａ）とされる真空装置５１と、真空装置５１内の測定試料に電子線を照射する電子銃５２と、電子銃５２に高電圧電力を供給する高圧電源５３と、真空装置５１内を真空にするためのスパッタイオンポンプ５４Ａ及びターボ分子ポンプ５４Ｂと、真空装置５１内を観察するための覗き窓５５とをそなえて構成され、覗き窓５５は、電子線評価装置５６又は発光スペクトル測定装置（図示略）の検出端を真空装置５１内部に差し込むための差込口としても使用されるようになっている。
【００６２】
このような装置５０において、先ず、真空装置５１内に発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａをセットした後、スパッタイオンポンプ５４Ａ及びターボ分子ポンプ５４Ｂを適宜操作して真空装置５１の内部を所定の真空度（例えば約１０-5Ｐａ）にする。そして、高圧電源５３を作動させて電子銃５２から真空装置５１内の発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａに電子線を照射して、発光素子１Ａ及び蛍光素子１０１Ａについて、電子線評価装置５６により発光強度の電流依存性を測定した。
【００６３】
図４に示すグラフは両対数グラフであり、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が、電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａ（つまり発光素子１Ａ又は蛍光素子１０１Ａに付与されるエネルギ）を表している。従来蛍光素子１０１Ａでは、図４中に
【数１】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが３０μＡ付近まで電流値Ａの増加に応じて単調増加しているが、電流値Ａが３０μＡを超える辺りから発光強度Ｉは減少してしまった。
【００６４】
これに対し、本発光素子１Ａの発光強度Ｉは、図４中に
【数２】
で示すように、電流値Ａが２０μＡ付近までは従来蛍光素子１０１Ａと略同様に電流値Ａの増加に応じて単調増加していたが、電流値Ａが２０μＡを超える辺りから、従来蛍光素子１０１Ａとは反対に、その増加傾向が急上昇し、超線形的に増加して極めて高い発光強度が得られた。
【００６５】
つまり、発光部３に溝４を設けて発光部３を厚さの不均一な微細な凹凸構造にすることで、電流値Ａが所定の閾値Ａ０（ここでは約２０μＡ）を超えると発光強度Ｉが超線形的に増加し、且つ従来の蛍光素子１０１Ａよりも高い出力を得られることが実証されたのである。
なお、電流値Ａが閾値Ａ０以下では、本発光素子１Ａの発光強度Ｉは、従来蛍光素子１０１Ａよりも低くなっているが、これは、本発光素子１Ａの溝４を含めた発光部３の面積と、従来蛍光素子１０１Ａの蛍光部１０３の面積とを一致させていることから、溝４を設けた分、本発光素子１Ａは従来蛍光素子１０１Ａよりも発光部３の発光面積が少なくなっているためである。
（Ｂ）第２実施例
本実施例では、本発明者の中の数名が発明した青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）を用いて、本発明の第２実施例としての（溝４を有する）発光素子１Ｂと従来構造の（溝４を有さない）蛍光素子１０１Ｂとが製造された。
【００６６】
つまり、発光素子１Ｂは、上述した第１実施例の発光素子１Ａと同様に図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材２，発光部３及び格子状の溝４とをそなえて構成され、発光部３は、青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末を基材２に水ガラス水溶液で沈降塗布して十分に乾燥させることにより基材２に形成された。
また、従来構造の蛍光素子１０１Ｂは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材１０２と、この基材上に青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）を水ガラス水溶液で沈降塗布して形成される蛍光部１０３とをそなえて構成された。
【００６７】
なお青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末合成は、特開平８−２８３７１３、特開平１０−１２１０４１、特開平１０−１２１０４３に記載された方法に基づいて行なうことができる。
通常、青色蛍光体の粉末合成では、Ｓｒ（ストロンチウム）の酸化物，水酸化物，炭酸塩又は硝酸塩等や、Ｈｆ（ハフニウム）の酸化物等を所定量秤量して十分に混合し、この混合物を、ルツボ等の耐熱容器に充填し、空気中もしくは酸化雰囲気中において８００〜１６００℃で１〜１２時間かけて一回以上焼成する。
【００６８】
ここでは、具体的には青色蛍光体の粉末合成は以下のようにして行なわれた。
原料としてＳｒＣＯ3（４Ｎ），ＨｆＯ2（３Ｎ），Ｔｍ2Ｏ3（粉末３Ｎ）又はＴｍ（ＮＯ3）3（溶液，３Ｎ）を用意した。またフラックスとしてはアルカリ金属塩化物（炭酸塩、硝酸塩など）が用いられるが、ここではＮａ2ＣＯ3（４Ｎ）を、製造する蛍光体の１０ｍｏｌ％だけ容易した。なお上記の括弧内の数値は純度を示す。
【００６９】
そして、これらを化学量論比で秤量し、乳鉢中で湿式混合し、アルミナ坩堝等の耐熱容器に充填し、空気中もしくは酸化雰囲気中において１６００℃で４〜５時間かけて焼成した。そして、この焼成物に対し、粉砕，水洗，乾燥及び篩を行なって、粗い粒子を除去し、青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末合成を行なった。
そして、図３に示す装置５０により、発光素子１Ｂ及び蛍光素子１０１Ｂについて、電子線評価装置５６により発光強度の電流依存性を測定し、さらに、発光スペクトル測定装置により発光スペクトルの測定を行なった。図５に発光強度の電流依存性に関する測定結果を、図６に発光スペクトルの測定結果を示す。なお、発光スペクトル測定装置を行なう場合は、図３において電子線評価装置５６の代わりに発光スペクトル測定装置（図示略）がセットされる。
【００７０】
先ず、発光強度の電流依存性に関する測定結果について説明する。図５の両対数グラフでは、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。溝のない従来蛍光素子１０１Ｂでは、図５中に
【数３】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが３０μＡ付近まで電流値Ａの増加に応じて単調増加しているが、電流値Ａが３０μＡを超える辺りから増加傾向が低下し、電流値Ａが１００μＡを超える辺りでは発光強度Ｉが飽和してしまった。
【００７１】
一方、溝４を有する本発光素子１Ｂでは、図５中に
【数４】
で示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが１００μＡ付近までは電流値Ａの増加に応じて略単調増加していたが、電流値Ａが１００μＡを超える辺りから、従来蛍光素子１０１Ａとは反対に、その増加傾向が急上昇し、超線形的に増加した。つまり、１００μＡ前後を所定の閾値Ａ０として電流値Ａがこの閾値Ａ０（ここでは約１００μＡ）を超えると発光強度Ｉが超線形的に増加したのである。
【００７２】
次に、発光スペクトルの測定結果について説明する。図６は、本発光素子１Ｂに関するもので、閾値Ａ０よりも大きな電流値Ａが電子銃５２に供給された際の発光素子１Ｂの発光スペクトルを示しており、横軸が発光の波長λ〔ｎｍ〕を表し、縦軸が発光強度Ｉを示している。
図６に示すように波長λが４５０ｎｍ付近で発光強度Ｉのピーク（発光ピーク）Ｓ１が発生している。この発光ピークＳ１は、発光部３を構成する青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の発光中心であるＴｍのｆ−ｆ遷移に起因した青色発光スペクトルバンドであり、電流値Ａが閾値Ａ０より低い場合でも本発光素子１Ｂにおいて発生するものであり、また、この青色蛍光体を使用しているものであれば従来構造の蛍光体素子においても発生するものである。
【００７３】
しかし、本発光素子１Ｂにおいては、電流値Ａが閾値Ａ０を超えると、図６に示すように、この青色発光スペクトルバンドＳ１に加え、波長λの５００ｎｍから１２００ｎｍの範囲において幅広い発光スペクトルバンドＳ２が新たに発生して発光色が白色になった。
したがって、この測定から、発光部３に溝４を設けることで発光部３を厚みの不均一な微細な凹凸構造とすることにより、電流値Ａが閾値Ａ０を超えると、発光強度Ｉが超線形的に増加し、さらには、発光色が変化する（この場合は青色から白色に変化する）ことが実証されたのである。
（Ｃ）第３実施例
本発明の第３実施例としての発光素子１Ｃは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、銅製の基材２と、基材２上に蛍光体粉末をダスティングして形成された発光部３と、発光部３に形成された格子状の溝４とをそなえて構成され、蛍光体粉末には、フラックスとしてＫＣｌを１０ｍｏｌ％含む青色蛍光体（ＳｒＨｆＯ3：Ｔｍ）の粉末を使用した。この蛍光素子１Ｃについて図３に示す実験装置５０により測定した発光強度の電流依存性を図７に示す。
【００７４】
図７の両対数グラフでは、縦軸が発光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。
本実施例の発光素子１Ｃでは、図７に示すように、発光強度Ｉは、電流値Ａが１０μＡ近辺を所定の閾値Ａ０として、この閾値Ａ０を超えると一旦降下するものの、閾値Ａ０よりも低い領域に比べ大きな増加傾向で超線形的に増加した。
【００７５】
本実施例の蛍光体素子１Ｃにおける閾値Ａ０は約１０μＡであり、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂの閾値Ａ０が約１００μＡに対し低い値となっている。このように閾値Ａ０を低下させることができた（低い電流値Ａで超線形的な発光強度の上昇及び増加傾向の上昇が得られた）要因として以下のことが考えられる。
【００７６】
つまり、上述したように、発光素子に入力されるエネルギが所定の閾値を超えると発光強度が超線形的に上昇するのは、発光部３の帯電性に起因していると推定でき、帯電性が大きくなるほどこのような閾値を低下させることができると推定できる。本発明の発光素子では、発光部３に帯電性をもたせるべく蛍光体粉末として非導電性のものを使用しているが、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂでは、発光部３を基材２状に形成するために導電性を有する水ガラスをバインダとして用いており、発光部３は水ガラス成分を含んでその非導電性が希釈されて帯電性が若干低下してしまう。これに対し、本第３実施例では水ガラスを用いずにダスティングにより発光部を形成していることから非導電性を維持して高い帯電性を維持でき、上述した各実施例の発光素子１Ａ，１Ｂよりも低い電流値Ａで超線形的な発光強度の上昇が得られたものと推定できる。
（Ｄ）比較実施例
蛍光体粉末として導電性を有する市販の蛍光体ＺｎＯ（電気抵抗率が１０〜３００Ω・ｃｍと推定される）を使用して、上述した第１実施例及び第２実施例と同様に実験を行なった。
【００７７】
つまり、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、蛍光体粉末ＺｎＯを銅製の基材２に水ガラス水溶液を用いて沈降塗布し十分乾燥させることにより、基材２上に粉末層（発光部）３を形成し、この粉末層３に対してピンセットなどの先端が尖った道具を用いて１ｍｍ間隔の格子状溝４を設けて発光素子１Ｄを製造し、また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、蛍光体粉末ＺｎＯを基材１０２に水ガラス水溶液を用いて沈降塗布し十分乾燥させることにより、基材１０２上に粉末層（蛍光部）１０３を形成し、従来構造の蛍光素子１０１Ｄを製造した。
【００７８】
これらの発光素子１Ｄ及び蛍光素子１０１Ｄについて図３に示す実験装置５０により発光強度の電子線電流依存性をそれぞれ測定した。その結果を図８に示す。
図８の両対数グラフでは、縦軸が発光素子又は蛍光素子の発光強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）Ｉを表し、横軸が電子銃５２に供給される電流値（Ｂｅａｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ）Ａを表している。なお、発光素子１Ｄ（溝あり）については図中に
【数５】
で示し、蛍光素子１０１Ｄ（溝なし）については図中に
【数６】
で示す。
【００７９】
図８からも明らかなように、発光素子１Ｄ及び蛍光素子１０１Ｄによらず（即ち、溝の有無にかかわらず）、発光強度Ｉは、電流値Ａが１００μＡ付近で最高値を示し、それ以上の電流値では低下した。つまり、発光部を導電性試蛍光体を用いて構成した場合には、所定の閾値を境界に電流値Ａに応じて発光強度Ｉが超線形的に増加する現象は発生せす、溝４による効果は得られなかった。
【００８０】
これは、溝４を設けて発光部３を厚さが不均一な微細な凹凸構造化して電荷を貯めやすい構造にしても、粉体（蛍光体）そのものが導電性で帯電性が低いためであると推定でき、上記現象（所定の閾値を境界に電流値Ａに応じて発光強度Ｉが超線形的に増加する現象）が、発光部３の帯電性に起因しているという本発明者の推定を裏付ける結果が得られた。
（Ｅ）第１用途例
以下、本発明の発光構造体を、蛍光表示装置（照明体）である画像管に適用した用途例を、図面を参照して説明する。図９は本発明の発光構造体の第１用途例としての画像管の構成を示す模式図である。
【００８１】
本画像管では、図９に示すように、円筒形のガラス管球６１にフェースガラス６２が接着固定され、真空容器（外囲器）６３が構成されている。そして、この真空容器（外囲器）６３内には、蛍光面（発光部）６４，陽極電極構体（基材）６５、さらに電子放出部（グリッド６６及び陰極６７）を構成するカソード構体が配置されており、上記の蛍光面６４及び陽極電極構体６５には本発明の発光構造体が適用されている。
【００８２】
陽極電極構体６５は、一般にはアルミニウム，銅などの金属電極又はこれらの金属鍍金電極から構成される。電子放出部の陰極６７は、代表的には従来使用されているフィラメント（例えばタングステン細線に電子放射物である酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムを塗布したもの）やカーボンナノチューブなどから構成される。
【００８３】
この画像管では、グリッド６６に所定の電位が印加され、これにより電極６７から電子が放出される状態となる。そして、陽極電極構体６５に所定の電位が印加されることにより、陰極６７から放出された電子が加速されて陽極電極構体６５に衝突して貫通し、さらに蛍光面６４に衝撃を与える。この結果、蛍光面６４は電子衝撃により励起し、蛍光面６４を構成する発光体に応じた発光色が、フェースガラス６２を透過して前面側に発光６８として表示されることとなる。
（Ｆ）第２用途例
以下、本発明の発光構造体を、照明体である陰極線発光ランプに適用した用途例を、図面を参照して説明する。図１０は本発明の発光構造体の第２用途例としての陰極線発光ランプの構成を示す模式図である。
【００８４】
本陰極線発光ランプでは、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガラス管球６１Ａとフェースガラス６２Ａとから真空容器（外囲器）６３Ａが構成されている。そして、この真空容器（外囲器）６３Ａ内には、蛍光面（発光部）６４Ａ，陽極電極構体（基材）６５Ａ、さらに電子放出部（グリッド６６Ａ及び陰極６７Ａ）を構成するカソード構体が配置されており、上記の蛍光面６４Ａ及び陽極電極構体６５Ａには本発明の発光構造体が適用されている。
【００８５】
陽極電極構体６５Ａは、一般にはアルミニウム，銅などの金属電極又はこれらの金属鍍金電極から構成される。電子放出部の陰極６７Ａは、代表的には従来使用されているフィラメント（例えばタングステン細線に電子放射物である酸化バリウム・酸化カルシウム・酸化ストロンチウムを塗布したもの）などから構成される。
【００８６】
この陰極線発光ランプでは、グリッド６６Ａに所定の電位が印加され、これにより電極６７Ａから電子が放出される状態となる。そして、陽極電極構体６５Ａに所定の電位が印加されることにより、陰極６７Ａから放出された電子が陽極電極構体６５Ａに向かって加速され蛍光面６４Ａに衝突し衝撃を与える。この結果、蛍光面６４Ａは電子衝撃により励起し、蛍光面６４Ａを構成する発光体に応じた発光色が、フェースガラス６２Ａを透過して前面側に向けて発光することとなる。
【００８７】
上述したように、上記の第１用途例及び第２用途例では、蛍光面６４，６４Ａを、表面に微細な凹凸構造を有する発光構造体により構成した。したがって、上記用途例によれば、このように発光構造体の形状、具体的には発光部（塗布層）の表面を微細な凹凸構造にする工夫により、輝度の高い画像管や陰極線発光ランプ等の照明体を実現できるようになる。
【００８８】
なお、上記用途例では、画像管及び陰極線発光ランプについて説明したが、このような用途例は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。例えば、図９に示す上記第１用途例の画像管において、陽極電極構体６５と蛍光面６４との位置関係を逆転させて発光を取り出す方向を陰極側に向けることや、グリッド６６のない構成とすることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態としての発光素子（発光構造体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態としての発光素子（発光構造体）の他の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３断面を拡大して示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例にかかる実験装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図４】本発明の第１実施例としての発光素子（発光構造体）及び従来蛍光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例としての発光素子（発光構造体）及び従来蛍光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例としての発光素子（発光構造体）における発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例としての発光素子（発光構造体）における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図８】本発明に対する比較実施例としての発光素子における発光強度の電流依存性試験の測定結果を示す図である。
【図９】本発明の第１用途例としての発光素子（発光構造体）を利用した画像管（照明体）の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２用途例としての発光素子（発光構造体）を利用した陰極線ランプ（照明体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な断面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面と垂直な断面を示す模式図である。
【図１１】従来の蛍光素子（発光構造体）の構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）の模式的なＸ２−Ｘ２断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１，１′，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｃ 発光素子（発光体構造）
２ 基材
３ 発光部
４ 格子状の溝
４′ 溝
４ａ 縦溝
４ｂ，４ｂ′ 横溝
５０ 実験装置
５１ 真空装置
５２ 電子銃
５３ 高圧電源
５４Ａ スパッタイオンポンプ
５４Ｂ ターボ分子ポンプ
５５ 覗き窓
５６ 電子線評価装置
６１，６１Ａ ガラス管球
６２，６２Ａ フェースガラス
６３，６３Ａ 真空容器
６４，６４Ａ 蛍光面（発光部）
６５，６５Ａ 陽極電極構体（基材）
６６，６６Ａ グリッド
６７，６７Ａ 陰極
６８ 発光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材上に設けられた発光部とを備えて構成され、
該発光部は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光を発光する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項２】
基材と、該基材上に設けられた、表面に凹凸構造を有する発光部とを備えて構成され、
該発光部は、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項３】
該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造が形成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の発光構造体。
【請求項４】
該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの３倍以上であることを特徴とする、請求項２又は３記載の発光構造体。
【請求項５】
該発光部の最小厚さが５００μｍ以下である
ことを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項６】
該発光部の凸部と凹部との高低差が２０μｍより大きい
ことを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項７】
該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が３０度から１５０度の範囲内にあることを特徴とする、請求項２〜６の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項８】
該発光部が、有機発光体及び／又は無機発光体により形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項９】
該発光部が無機蛍光体からなる
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項１０】
該発光部が蛍光体粉末層である
ことを特徴とする、請求項１〜９何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項１１】
水溶性固着剤が使用されることなく該発光部が該基材上に設けられている
ことを特徴とする、請求項１０記載の発光構造体。
【請求項１２】
該発光部がダスティングにより該基材上に設けられた
ことを特徴とする、請求項１０又は１１記載の発光構造体。
【請求項１３】
該発光部が非導電性である
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１４】
該発光部の電気抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上である
ことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１５】
基材と、該基材上に蛍光体を付着させて形成された層とを備えて構成され、
該層は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光を発光する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項１６】
該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として発光色が変化する
ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１７】
該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様により付与される励起エネルギである
ことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１８】
該基板が金属製である
ことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の発光構造体を用いる
ことを特徴とする、照明体。
【請求項２０】
基板と、該基板上に設けられた発光部とを備えて構成され、該発光部は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光を発光する発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与する
ことを特徴とする、発光方法。
【請求項１】
基材と、該基材上に設けられた発光部とを備えて構成され、
該発光部は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光を発光する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項２】
基材と、該基材上に設けられた、表面に凹凸構造を有する発光部とを備えて構成され、
該発光部は、該凹凸構造に対して非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項３】
該発光部の厚さを不均一にすることにより該凹凸構造が形成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の発光構造体。
【請求項４】
該発光部の凸部と凹部における最大厚さが最小厚さの３倍以上であることを特徴とする、請求項２又は３記載の発光構造体。
【請求項５】
該発光部の最小厚さが５００μｍ以下である
ことを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項６】
該発光部の凸部と凹部との高低差が２０μｍより大きい
ことを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項７】
該凹凸構造の凹凸面の傾斜角が３０度から１５０度の範囲内にあることを特徴とする、請求項２〜６の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項８】
該発光部が、有機発光体及び／又は無機発光体により形成されている
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項９】
該発光部が無機蛍光体からなる
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項１０】
該発光部が蛍光体粉末層である
ことを特徴とする、請求項１〜９何れか一項に記載の発光構造体。
【請求項１１】
水溶性固着剤が使用されることなく該発光部が該基材上に設けられている
ことを特徴とする、請求項１０記載の発光構造体。
【請求項１２】
該発光部がダスティングにより該基材上に設けられた
ことを特徴とする、請求項１０又は１１記載の発光構造体。
【請求項１３】
該発光部が非導電性である
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１４】
該発光部の電気抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上である
ことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１５】
基材と、該基材上に蛍光体を付着させて形成された層とを備えて構成され、
該層は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光強度が増加するインコヒーレント光を発光する
ことを特徴とする、発光構造体。
【請求項１６】
該エネルギに応じて上記の所定の閾値を境界として発光色が変化する
ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１７】
該エネルギが、電子線，電荷及び電場の何れかの態様により付与される励起エネルギである
ことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１８】
該基板が金属製である
ことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の発光構造体。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の発光構造体を用いる
ことを特徴とする、照明体。
【請求項２０】
基板と、該基板上に設けられた発光部とを備えて構成され、該発光部は、非接触的に付与されたエネルギが所定の閾値を超えるまでは発光強度が略単調増加し、該所定の閾値を超えると超線形的に発光の強度が増加するインコヒーレント光を発光する発光構造体に対し、該閾値以上のエネルギを付与する
ことを特徴とする、発光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２４２６２４（Ｐ２００７−２４２６２４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７１０８２（Ｐ２００７−７１０８２）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【分割の表示】特願２００１−３９２２９６（Ｐ２００１−３９２２９６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【分割の表示】特願２００１−３９２２９６（Ｐ２００１−３９２２９６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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