電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイス
【課題】 単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できる電界放出発光装置を提供する。
【解決手段】 本発明の電界放出発光装置１０は、アノード電極２が基板面に配置されたアノード基板１と、カソード電極３が基板面に配置されたカソード基板６とを有し、アノード基板１およびカソード基板６は、前記基板面が互いに対面して配置され、アノード基板１は、さらに、複数の蛍光体層４を含み、複数の蛍光体層４は、アノード基板１とアノード電極２との間、および、アノード電極２上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、カソード基板６は、さらに、エミッタ５を含み、エミッタ５は、カソード電極３上に配置され、カソード電極３が、光反射性を有し、エミッタ５が、光透過性を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の電界放出発光装置１０は、アノード電極２が基板面に配置されたアノード基板１と、カソード電極３が基板面に配置されたカソード基板６とを有し、アノード基板１およびカソード基板６は、前記基板面が互いに対面して配置され、アノード基板１は、さらに、複数の蛍光体層４を含み、複数の蛍光体層４は、アノード基板１とアノード電極２との間、および、アノード電極２上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、カソード基板６は、さらに、エミッタ５を含み、エミッタ５は、カソード電極３上に配置され、カソード電極３が、光反射性を有し、エミッタ５が、光透過性を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱電球、蛍光灯等に代わる次世代の照明として、電子線励起型の照明が注目され、盛んに開発されている。前記電子線励起型の照明（電界放出発光装置）では、真空中で電子放出源から電子を放出させ、この電子により蛍光体を励起することで、光を取り出す。前記電子放出源の材料には、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の、アスペクト比および導電性が高く、機械的にも強靭なものが使用されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
電界放出発光装置は、蛍光体が設けられたアノードと、電子放出源が設けられたカソードとが対面して配置された構造が一般的である。そして、蛍光体の励起により発生した光が、前記アノードのガラス基板等を透過して外部に放射される。しかしながら、この一般的な構造の電子線励起型の照明では、前記蛍光体から発せられた光のうち、前記カソード側に放射された光は、損失となるため、発光効率が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、種々の電界放出発光装置が提案されている（例えば、特許文献３〜５）。
【０００５】
特許文献３には、カソードの電子放出源とアノードの蛍光体との間に、電子放出源に印加する電界を制御するゲート電極を形成し、そのゲート電極の蛍光体側に反射面を設けられた電界放出発光装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、カソードの電子放出源が形成されている面において、電子放出素子が形成されていない部分に、光反射膜が形成された電界放出発光装置が開示されている。
【０００７】
特許文献５には、膜厚が１０μｍ以下で、光透過率が５０％以上のエミッタと、カソードのエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられた電界放出発光装置が開示されている。この装置によれば、蛍光体から発生された光のうち、エミッタを透過した光を、反射鏡により反射させてアノード側に取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５９５２３３号
【特許文献２】特許第４３５４４３２号
【特許文献３】特許第４３４７３４３号
【特許文献４】特開２００６−２７８３１９号公報
【特許文献５】特開２００６−２７８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献３に記載の電界放出発光装置は、ゲート電極がカソードとアノードとの間に設けられ、そのゲート電極の蛍光体側に反射面が設けられているため、構造および製造工程が複雑でコストがかかる。しかも、蛍光体から発せられた光のうち、電子放出源に到達した光は、電子放出源に吸収等されてしまうため、放射光の損失を低減するのは困難であった。
【００１０】
また、前記特許文献４に記載の電界放出発光装置は、電子放出素子が形成されていない部分に、光反射膜を形成したのみであるため、構造は単純である。しかしながら、蛍光体から発せられた光のうち、電子放出素子に到達した光は、電子放出素子に吸収等されてしまうため、放射光の損失を低減するのは困難であった。
【００１１】
また、前記特許文献５に記載の電界放出発光装置は、カソードのエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられているため、構造および製造工程が複雑であるのみならず、装置全体の厚みが大きくなり、実用的でない。
【００１２】
そこで、本発明は、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できる電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の電界放出発光装置は、
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含み、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による、前記本発明の電界放出発光装置の製造方法は、
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の発光デバイスは、前記本発明の電界放出発光装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できる電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の電界放出発光装置の一例（実施形態１）の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、前記実施形態１における、各構成部材を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施例における、ピーリング回数とエミッタの厚みとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施例における、ピーリング後のエミッタを示す写真である。
【図５】図５は、本発明の実施例における、エミッタの厚さと発光特性との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施例における、蛍光体層の発光状態を示す写真である。
【図７】図７は、前記実施形態１におけるその他の例の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明において、前記「基板面に」は、特に断らない限り、前記基板面に直接接触している状態に限定されず、間に他の構成要素等が存在し、直接接触していない状態も含む。また、本発明において、前記アノード基板の前記「基板面」は、前記アノード基板の、前記カソード基板に対面する側の面であり、前記カソード基板の前記「基板面」は、前記カソード基板の、前記アノード基板と対面する側の面である。
【００１９】
本発明において、前記「上に」は、特に断らない限り、上面に直接接触している状態に限定されず、間に他の構成要素等が存在し、直接接触していない状態も含む。また、本発明において、前記「アノード電極上」は、前記アノード電極の、前記カソード基板に対面する側上であり、前記「カソード電極上」は、前記カソード電極の、前記アノード基板に対面する側上である。
【００２０】
本発明において、前記蛍光体層および前記エミッタの「サイズ」は、例えば、前記蛍光体層および前記エミッタの平面形状の面積、または、前記平面形状における辺の長さを意味する。前記辺の長さは、例えば、前記平面形状が、正方形の場合にはその一辺の長さ、正方形以外の矩形の場合にはその長辺または短辺の長さ、円形の場合にはその直径または半径の長さ、楕円形の場合には長径または短径の長さを意味する。
【００２１】
本発明において、前記カソード基板、前記カソード電極および前記エミッタをあわせて、「カソード」ということがあり、前記アノード基板、前記アノード電極および前記蛍光体層をあわせて、「アノード」ということがある。
【００２２】
つぎに、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明により限定されない。
【００２３】
［実施形態１］
本実施形態の電界放出発光装置は、平面型電界放出ランプの一例である。図１および図２に、本実施形態の電界放出発光装置の構成を示す。図１は、本実施形態の電界放出発光装置の一部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態の電界放出発光装置の各構成部材を模式的に示す平面図である。図１および図２において、同一部分には、同一符号を付している。
【００２４】
（１）全体構成
図１および図２に示すように、本実施形態の電界放出発光装置１０は、アノード基板１とカソード基板６とを有する。アノード基板１の基板面には、アノード電極２が形成されている。カソード基板６の基板面には、カソード電極３が形成されている。アノード基板１およびカソード基板６は、互いの基板面が対面して配置されている。アノード基板１は、さらに、複数の蛍光体層４を有し、アノード電極２上に、複数の蛍光体層４によりドットパターンが形成されている。カソード基板６は、さらに、複数のエミッタ５を有し、前記カソード電極３上に、複数のエミッタ５によりドットパターンが形成されている。本実施形態の電界放出発光装置１０では、蛍光体層４の各ドットは、エミッタ５の各ドットと一対一で対応するように形成されており、さらに、アノード基板１の基板面に垂直な方向（図１において、上下方向）から見て、エミッタ５の各ドットが、蛍光体層４の各ドットの内側に形成され、かつ、蛍光体層４の各ドットは、エミッタ５の各ドットより大きく設定されている。本実施形態の電界放出発光装置１０には、作動（発光）時にアノード基板１とカソード基板６との間を、例えば、真空に保つために、装置内部に、真空封止のための構造が設けられている。ただし、本発明は、前記構造により限定されない。なお、図１および図２では、説明の便宜上、前記構造の図示を省略している（以下、図７においても同様）。
【００２５】
（２）カソード
（２−１）カソード基板
カソード基板６は、特に制限されず、例えば、ガラス基板、石英基板、非ドープのシリコン基板等の電気的に絶縁性を有するものを使用できる。
【００２６】
（２−２）カソード電極
カソード電極３は、光反射性を有する電極である。このような電極の形成材料は、例えば、光反射性を有する金属等の導体材料があげられる。前記金属は、例えば、金属単体でも、２種類以上の前記金属からなる合金でもよい。前記金属は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等があげられる。カソード電極３の光反射率は、高いほど好ましく、例えば、５０％以上であり、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、理想的には１００％である。カソード電極３の形状は、光反射性を有すれば、特に制限されず、例えば、層状（膜状）、縞状、網目状等があげられる。層状（膜状）のカソード電極３は、カソード導電層（カソード導電膜）ということができる。カソード電極３の形成には、従来公知の方法が使用でき、例えば、カソード電極３が導電膜の場合には、選択した形成材料に応じて、例えば、スクリーン印刷、蒸着またはスパッタ法等から選択できる。
【００２７】
（２−３）エミッタ
エミッタ５は、光透過性を有する。エミッタ５の形状は、光透過性を有すれば、特に制限されず、例えば、層状であることが好ましい。エミッタ５の厚みは、光透過性の観点から、薄いほど好ましい。前記厚みは、例えば、０．１〜１．５μｍの範囲である。前記厚みを、０．１μｍ以上とすることで、発光特性の劣化を防ぐことができる。ここで、「発光特性」は、例えば、カソード電極とアノード電極との間に印加する電界（Ｅ）と電流密度（Ｊ）との関係（電流密度−電界曲線）をいい、「発光特性の劣化」は、例えば、前記関係において、印加された電界あたりの電流密度が低下することをいう。また、前記厚みを、１．５μｍ以下とすることで、例えば、透明性を確保できると共に、厚みを制御しやすいため、発光ムラの発生を防止できる。前記厚みの上限は、より好ましくは１．５μｍ以下であり、さらに好ましくは１．１、１．０４、１．０、０．９、０．８、０．７、０．４、０．３、または０．２μｍ以下である。前記厚みの下限は、より好ましくは０．１９μｍ以上である。
【００２８】
エミッタ５の光透過率（全光線透過率）は、高いほど好ましく、例えば、５０％以上であり、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、理想的には１００％である。エミッタ５の光透過率は、例えば、５０〜６０％の範囲である。
【００２９】
エミッタ５には、電子放出材料が含まれている。前記電子放出材料は、特に制限されず、例えば、アスペクト比が高いために電界集中が起こりやすく、かつ導電性を有するものを用いることが好ましく、カーボンナノ材料がより好ましい。前記カーボンナノ材料は、特に制限されず、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシート、カーボンファイバー、カーボンスティック、またはこれらの複合体等があげられる。前記カーボンナノ材料は、一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用した混合物として使用してもよい。これらの中でも、アスペクト比が高く、耐電流密度性が高いため、ＣＮＴが特に好ましい。カーボンナノチューブは、例えば０．４ナノメートルから数十ナノメートル程度の直径を持つ炭素の筒状構造体であり、高いアスペクト比および高い耐電流密度といった利点を有する。前記電子放出材料は、前記カーボンナノ材料の他に、例えば、金属ナノワイヤー、金属ナノチューブ等があげられる。前記金属ナノワイヤーの形成材料は、特に制限されず、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｕ等があげられる。金属ナノチューブの形成材料は、特に制限されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒがあげられる。
【００３０】
光透過性を有するエミッタ５の作製方法について、前記電子放出材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使用した場合を例にとり説明する。ただし、本発明は、この例には限定されない。
【００３１】
はじめに、ＣＮＴ含有ペーストを調製する。すなわち、まず、前記ＣＮＴを溶剤に添加し、これを、例えば、超音波処理して分散液を調製する。さらに、この分散液に、ガラスフリット、バインダー等を添加し、例えば、超音波処理して分散液を調製する。この分散液を、例えば、三本ロールミル等により機械的混練することにより、ＣＮＴ含有ペーストを調製する。つぎに、カソード基板の基板面に形成されたカソード電極上に、前記ペーストの塗膜を形成する。前記塗膜は、例えば、スプレー法、インクジェット法、スクリーン印刷、手塗り印刷、沈降法等により形成できる。前記塗膜の厚みは、特に制限されず、例えば、１〜１００μｍの範囲である。そして、前記塗膜を焼成して、ＣＮＴを含むエミッタを形成する。前記塗膜の焼成条件は、特に制限されず、雰囲気条件は、例えば、真空、不活性雰囲気、大気（空気）等であり、焼成温度は、例えば、３００〜６００℃の範囲が適している。
【００３２】
前記溶剤は、特に制限されず、例えば、有機溶剤等があげられる。前記有機溶剤は、例えば、低蒸気圧の溶剤が好ましい。前記低蒸気圧の溶剤は、例えば、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、α−テルピネオール、γ−ブチロラクトン等があげられる。また、前記有機溶剤は、例えば、乾燥速度の観点から、低沸点の溶剤を使用してもよい。前記低沸点の溶剤は、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、トルエン、ベンジルアルコール等があげられる。前記溶剤は、一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用してもよい。
【００３３】
前記ガラスフリットは、例えば、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＳｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス等を使用できる。特に、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、例えば、カーボンナノチューブ等のカーボン材料の燃焼を抑制する効果があるため好ましい。なお、前記電子放出材料の燃焼温度は、おおよそ５００℃以上であるが、前記電子放出材料の熱劣化を防止する観点から、焼成温度が低いほど好ましい。したがって、前記ＣＮＴ含有ペーストの焼成温度は、５００℃以下が好ましい。このため、前記ガラスフリット（ガラス粉末）は、軟化点が５００℃以下であることが好ましい。
【００３４】
前記バインダーは、特に制限されず、例えば、一般的な有機バインダー樹脂を使用できる。前記有機バインダー樹脂は、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース系；アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、シアノアクリル酸エステル、もしくは、これらのアクリル系単量体の共重合体等のアクリル樹脂系；酢酸ビニル系；ポリビニルアルコール系；ポリビニルアセタール系；ポリエステル系等の樹脂があげられる。
【００３５】
前記焼成により形成したエミッタを、表面処理して、光透過性を調整できる。前記表面処理は、例えば、前記エミッタを１回または複数回起毛させる処理（ピーリング処理）があげられる。この処理により、前記エミッタの厚みを制御することで、例えば、前記エミッタの光透過性を調整できる。前記ピーリング処理の回数は、特に制限されず、例えば、１〜１０回の範囲である。前記ピーリング処理は、例えば、テープ剥離法、レーザ法、プラズマ法、サンドブラスト法等があげられる。これらの中でも、操作が簡易であるため、テープ剥離法が特に好ましい。前記テープ剥離法に使用するテープは、特に制限されず、例えば、カプトンテープ、ダイシングテープ等があげられる。
【００３６】
また、例えば、前記ＣＮＴ含有ペースト中の前記ＣＮＴの含有率を調整することで、前記エミッタの光透過性を調整できる。前記ＣＮＴの含有量は、前記ペースト全量に対して、例えば、１〜３０ｗｔ％の範囲であり、好ましくは１〜１０ｗｔ％の範囲である。
【００３７】
エミッタ５は、前述のように、カソード電極３上に、ドットパターンを形成している。前記各ドットのサイズは、特に制限されず、前記各ドットの辺の長さが、例えば、０．１〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記各ドットの間隔は、特に制限されず、例えば、０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記ドットの平面形状は、特に制限されず、正方形、正方形以外の矩形、円形、楕円形等があげられる。前記各ドットのサイズ、間隔、平面形状等は、後述する蛍光体層４の各ドットのサイズ、間隔、平面形状等に対応させて設定するのが好ましい。
【００３８】
（３）アノード
（３−１）アノード基板
アノード基板１は、特に制限されず、例えば、ガラス基板、石英基板等の透明な基板を使用するのが好ましい。
【００３９】
（３−２）アノード電極
アノード電極２は、特に制限されず、例えば、光透過性を有する電極であることが好ましい。このような電極の形成材料は、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェンシート等があげられる。アノード電極２は、例えば、前記形成材料を使用して、従来公知の方法により、アノード基板１の前記基板面に形成できる。
【００４０】
（３−３）蛍光体層
蛍光体層４は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、すなわち、ブラウン管）に使用されるものと同様に、電子線が照射されると励起されて蛍光を発する電子線励起蛍光体を含む層である。前記電子線励起蛍光体は、特に制限されず、従来公知のものが使用でき、例えば、硫化物蛍光体、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体等を使用できる。
【００４１】
蛍光体層４の作製方法は、特に制限されない。蛍光体層４は、例えば、前記電子線励起蛍光体を含むペーストを調製し、アノード電極２上に前記ペーストの塗膜を形成し、前記塗膜を焼成して作製できる。前記塗膜は、例えば、スプレー法、インクジェット法、スクリーン印刷、手塗り印刷、沈降法等により形成できる。前記塗膜の厚みは、特に制限されず、例えば、０．１〜１００μｍの範囲である。前記塗膜の焼成条件は、特に制限されず、雰囲気条件は、例えば、大気（空気）、窒素雰囲気、真空等であり、焼成温度は、例えば、３００〜６００℃の範囲、焼成時間は、３０分〜２時間の範囲が適している。
【００４２】
蛍光体層４は、前述のように、アノード電極２上に、ドットパターンを形成している。前記各ドットのサイズは、特に制限されず、前記各ドットの辺の長さが、例えば、０．０１〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記各ドットの間隔は、特に制限されず、例えば、０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記ドットの平面形状は、特に制限されず、正方形、正方形以外の矩形、円形、楕円形等があげられる。前記各ドットのサイズ、間隔、平面形状等は、前述のエミッタ５の各ドットのサイズ、間隔、平面形状等に対応させて設定するのが好ましく、本実施形態の電界放出発光装置１０のように、蛍光体層４のドットサイズを、エミッタ５のドットサイズより大きく設定するのが、エミッタ５からの電子を効率良く利用できる点でより好ましい。詳細は、後述する。
【００４３】
（４）電界放出発光装置の製造方法
本実施形態の電界放出発光装置１０は、例えば、以下のようにして製造できる。すなわち、まず、前述のように、アノード基板１の基板面にアノード電極２を形成し、アノード電極２上に蛍光体層４を形成して前記アノードを準備する。一方、カソード基板６の基板面にカソード電極３を形成し、カソード電極３上にエミッタ５を形成して前記カソードを準備する。そして、前記アノードおよび前記カソードを、アノード基板１とカソード基板６とが、互いの基板面が対面するように配置することで製造できる。前述のように、本実施形態の電界放出発光装置１０では、カソード電極３が光反射性を有するため、例えば、前記特許文献３または５の電界放出発光装置のように、別途反射面または反射鏡等を作製する必要がなく、電界放出発光装置を簡易に、かつ、低コストに製造できる。なお、本発明の製造方法は、この例には限定されない。
【００４４】
（５）電界放出発光装置の作動（発光）
本実施形態の電界放出発光装置１０の作動（発光）について、図１を参照して説明する。
【００４５】
本実施形態の電界放出発光装置１０は、発光時において、カソード基板６とアノード基板１との間は、例えば、真空に保たれる。前記真空は、１×１０−３Ｐａ以下の真空度とすることが好ましく、１×１０−５Ｐａ以下の真空度とすることがより好ましい。前記真空度の下限値は、特に限定されず、例えば、０Ｐａ以上または０Ｐａを超える値である。
【００４６】
前記真空状態で、カソード電極３およびアノード電極２に接続された電圧源（図１において、図示せず）によって、前記両電極の間に電圧が印加されることで、エミッタ５に含まれる前記電子放出材料に電界が印加され、電子（ｅ−）が放出される。前記電子（ｅ−）は、前記両電極の間に印加された電界により加速され、蛍光体層４に含まれる前記電子線励起蛍光体を励起させる。これにより、蛍光体層４のアノード基板１側、すなわち、装置の外側と、蛍光体層４のカソード基板６（エミッタ５）側、すなわち、装置の内側とに、光が放射される。エミッタ５側に放射された光は、エミッタ５を透過してカソード電極３で反射され、アノード基板１側に放射される。また、エミッタ５側に放射された光は、カソード電極３のエミッタ５が存在しない部分において、カソード電極３で反射され、アノード基板１側に放射される。ここで、本実施形態の電界放出発光装置１０では、蛍光体層４が、ドットパターンを形成しているため、アノード電極２には、蛍光体層４が形成されていない部分が存在する。このため、カソード電極３で反射された光は、アノード電極２上の蛍光体層４が形成されていない部分、および、アノード基板１を透過し、装置の外側に放射される。このように、本実施形態の電界放出発光装置１０によれば、蛍光体から発せられた放射光を有効利用することで、発光効率を向上できる。また、本実施形態の電界放出発光装置１０は、エミッタ５側に放射された光を反射させるのに、光反射性を有するカソード電極３を使用しているため、エミッタ側に放射された光を反射させる構成を別途設ける必要がなく、構造が単純である。
【００４７】
図１に示すように、エミッタ５からの電子は、広がるように放出される。ここで、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４の各ドットのサイズが、エミッタ５の各ドットのサイズより、大きく形成されている。このため、各エミッタ５から広がって放出された電子が、装置の外部に損失されることなく、有効に蛍光体の励起に使用される。これにより、例えば、さらに、発光効率が向上する。なお、前記特許文献３〜５では、電子放出材料からの電子が広がりながら加速されることは考慮されていないため、発光体層のサイズをエミッタのサイズより大きくした構成の装置は開示されていない。したがって、このような効果は、従来技術から予測困難な有利な効果といえる。
【００４８】
また、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、カソード電極３が光反射性を有しているため、光反射層を別途設ける必要がない。このため、例えば、カソード基板のエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられている、前記特許文献５（特開２００６−２７８２２６号公報）に記載の電界放出発光装置と比較して、装置を薄型化できる。
【００４９】
（６）その他の形態
本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４がドットパターンを形成しているが、本発明は、これには限定されず、前記各蛍光体層は、互いに間隔をあけて配置されていればよい。そして、その配置態様は、前記ドットパターンの他に、例えば、ストライプ、格子状等があげられる。また、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４がアノード電極２上に形成されているが、本発明は、これには限定されない。前記蛍光体層は、例えば、前記アノード電極と前記アノード基板との間に配置されてもよい。言い換えると、例えば、電子線が通過できる程度の厚みのアノード電極を、前記蛍光体層の前記カソード基板側表面に形成し（メタルバックということがある）、これを前記アノード電極として利用する場合は、必ずしも、前記蛍光体層の前記アノード基板側に前記アノード電極は必要でない。なお、前記蛍光体層は、前記アノード電極のカソード基板側表面およびアノード基板側表面の両面に配置してもよい。
【００５０】
本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、エミッタ５がドットパターンを形成しており、蛍光体層４のドットパターンに対応して、前記各ドットが配置されているが、本発明は、これには限定されない。前記エミッタの配置態様は、前記蛍光体層の配置態様に合わせて設定するのが好ましい。また、前記エミッタは、例えば、図７に示す電界放出発光装置２０のように、カソード電極３上の全面に形成されたエミッタ２５でもよい。このような形態でも、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できるという、本発明の効果が得られる。
【００５１】
本実施形態の電界放出発光装置１０では、カソード電極３は、カソード基板６の前記基板面のほぼ全面を覆うように形成されているが、例えば、前記カソード電極が、前記エミッタが形成された部分のみに形成されている場合には、前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されてもよい。このような光反射層を形成する材料は、特に制限されず、例えば、光反射性を有する金属、白色散乱体等があげられる。前記光反射性を有する金属は、例えば、前述のカソード電極の形成材料があげられる。前記白色散乱体は、例えば、従来公知のものを使用できる。
【００５２】
（７）用途
以上のように、本発明の電界放出発光装置は、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減でき、その結果、発光効率を向上できる。したがって、本発明の電界放出発光装置の用途は、例えば、発光デバイス、電子放出素子等があげられる。前記光デバイスは、例えば、照明、ディスプレイ、バックライト等の用途があげられる。前記電子放出素子は、例えば、電子顕微鏡に使用するエミッタ等の用途があげられる。ただし、その用途は限定されず、広い分野に適用可能である。
【実施例】
【００５３】
つぎに、本発明の実施例を示し、さらに詳しく本発明について例示説明する。なお、本発明は、下記の実施例によって何ら限定および制限されない。
【００５４】
［実施例１］
（１）電界放出発光装置の作製
（１−１．カソードの作製）
電子放出材料として多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用い、ＣＮＴ含有ペーストを調製した。まず、多層ＣＮＴ１００ｍｇを、α−テルピネオール１５ｍＬに添加し、３０分間超音波処理して分散させた。この分散液に、セルロース系有機バインダー２００ｍｇおよびガラスフリット４００ｍｇを混合し、５分間超音波処理して分散させた。この分散液を、三本ロールミルによりペースト化した。このようにして、ＣＮＴ含有ペーストを調製した。
【００５５】
つぎに、Ａｌ膜を蒸着したガラス基板上に、前記ペーストを、１μｍよりもやや大きい厚みになるように、スクリーン印刷した。これを、有機バインダーを除去するために、窒素中５００℃で１時間焼成した。このようにして、カソード電極上にエミッタが形成されたカソードを作製した。
【００５６】
つぎに、前記エミッタを、ピーリング（剥離処理）した。前記ピーリングは、ピーリングテープを前記エミッタ上に貼り、その後テープを剥がすことで、カーボンナノチューブを起毛させて行った。前記ピーリングを繰り返すことで、前記エミッタの表面が剥がれていき、前記エミッタの膜厚が減少する。前記ピーリングテープとしてテクニテープ（商品名、テクニスコ社製）を使用し、前記ピーリングを、０〜８回行うことで、エミッタの厚みを制御した。
【００５７】
図３のグラフに、ピーリング回数（０〜５回）とエミッタの厚みとの関係を示す。図３において、横軸は、エミッタが形成されているカソード電極の長さ（ｍｍ）を示し、縦軸は、厚み（μｍ）を示す。図３において、（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）は、それぞれ、前記エミッタを、０回（ピーリングなし）、１回、２回、３回、４回、５回ピーリングしたことを示す。図３において、厚みが急に増加している５〜２５ｍｍの位置が、前記エミッタが形成されている位置である。前記エミッタの厚みは、レーザ段差計により測定した。厚み０μｍ以上がエミッタの厚みである。図３に示すように、エミッタの平均厚みは、ピーリング回数が、０回では１．２４５μｍ、１回では１．０３９μｍ、２回では０．８５μｍ、３回では０．６９３μｍ、４回では０．３４２μｍ、５回では０．１９５μｍであった。このように、ピーリング１回あたり、約０．２μｍずつエミッタが剥離されていた。
【００５８】
図４に、前記ピーリング後のエミッタの写真を示す。図４において、１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈ、８ｔｈは、それぞれ、前記エミッタを、１回、２回、３回、４回、５回、６回、７回、８回ピーリングしたことを示す。図４に示すように、前記ピーリング回数に応じて、徐々に前記エミッタの剥離量が増え、前記エミッタが徐々に薄くすけるようになっていった。前記エミッタの厚みは、前記ピーリングが、５回までで約０．１９μｍ以上であり、６回以上で０．１９μｍより小さかった。具体的には、ピーリング回数が６〜８回で、約０．０５μｍ以上約０．１９μｍ未満であった。前記ピーリング１〜８回のエミッタは、全て光透過性を示した。具体的には、前記ピーリング６回の場合の光透過率は、５０〜６０％程度であった。なお、前記ピーリング０回（ピーリングなし）での光透過性（光透過率）は、前記ピーリング１回の場合とほぼ同様であった。
【００５９】
（１−２．アノードの作製）
つぎに、スパッタによりＩＴＯ膜を形成したガラス基板上に、蛍光体を含むペーストを、ドットパターン（ドット（正方形）のサイズ：１ｍｍ、各ドットの間隔：１００μｍ）でスクリーン印刷し、これを、４５０℃で焼成した。このようにして、アノード電極上に蛍光体層が形成されたアノードを作製した。
【００６０】
（１−３．電界放出発光装置の作製）
前記カソードと前記アノードとを、前記アノード基板および前記カソード基板を、互いの基板面、すなわち、前記カソードのエミッタ側の面と前記アノードの蛍光体層側の面とが対面するように配置して、実施例１の電界放出発光装置を作製した。一方、光透過性を示さないエミッタ（厚み：１．５μmを超える）を使用したこと以外は、前記実施例１と同様にして、比較例の電界放出発光装置を作製した。
【００６１】
（２）発光効率
前記実施例１および前記比較例の電界放出発光装置を、装置内部の真空度４×１０−６Ｐａとし、アノード電極およびカソード電極の両電極間に電圧を印加して発光させた。この結果、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、前記実施例１の電界放出発光装置は、発光効率が向上した。具体的には、前記ピーリング６回のエミッタ（光透過率：５０〜６０％）を使用した電界放出発光装置の場合において、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、光の取り出し量が２０％増加した。
【００６２】
（３）発光特性
前記実施例１の電界放出発光装置について、発光特性を評価した。図５のグラフに、前記各厚みのエミッタを使用した電界放出発光装置における、電流密度（Ｊ）−電界（Ｅ）曲線を示す。図５において、横軸は、電界（ｋＶ／ｍｍ）を示し、縦軸は、電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。図５において、１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈ、８ｔｈは、それぞれ、図４と同様に、ピーリング回数を示す。図５に示すように、ピーリング７回または８回の場合、ピーリング６回までの場合と比較して、発光特性が著しく劣化していた。このような発光特性は、本発明者らが初めて見出した知見である。このように、本実施例によれば、光透過性を有するエミッタを、その厚みを調整して作製する場合には、発光効率と光透過性とのバランスを考慮して、エミッタの厚みを設定するのが重要であることが確認された。
【００６３】
図６に、前記各厚みのエミッタを使用した電界放出発光装置の発光写真を示す。図６に示すように、前記実施例１の電界放出発光装置では、無数に輝点がみられ、前記比較例の電界放出発光装置と比較すると、輝点数が多かった。この結果からも、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、前記実施例１の電界放出発光装置は、発光効率が向上していることが分かる。また、前記ピーリング回数６回までは、輝点数がほぼ同じであったが、ピーリング回数７回以上では、ピーリング回数６回までと比較して、輝点数が減少した。
【００６４】
［実施例２］
電極構造を変えた場合の発光効率の違いを確認するために、前記エミッタをドットパターンで形成し、前記蛍光体層のドットパターンにおける各ドットのサイズを、前記エミッタのドットパターンの各ドットサイズより大きくしたこと以外は、前記実施例１と同様にして、実施例２の電界放出発光装置を作製した。具体的には、前記カソードの作製において、前記エミッタのドットパターンを、ドット（正方形）サイズ：２ｍｍ、各ドットの間隔：１ｍｍでスクリーン印刷し、前記アノードの作製において、前記蛍光体層のドットパターンを、ドット（正方形）サイズ：２．１ｍｍ、各ドットの間隔：１ｍｍでスクリーン印刷した。この電界放出発光装置を、前記実施例１と同様にして発光させた。この電界放出発光装置は、前記実施例１の電界放出発光装置より、さらに、発光効率が高かった。この結果、前記エミッタから放出された電子が広がり、前記エミッタよりサイズが大きい、前記蛍光体層全体が発光したことが確認された。
【００６５】
［参考例］
エミッタの厚みを変更して光透過性を示さないエミッタを使用したこと以外は、前記実施例１と同様にして、参考例の電界放出発光装置を作製した。具体的には、前記カソードの作製において、前記ガラス基板上に、前記ペーストを、複数回塗布することで、塗膜を厚くし、この塗膜を焼成した。前記エミッタの厚みが１．５μｍを超える場合、前記エミッタは光透過性を示さない場合があった。この結果から、例えば、前記特許文献５（特開２００６−２７８２２６号公報）に示されているように、エミッタの膜厚が１０μｍ以下でも、エミッタは光透過性を示さない場合があることが明らかとなった。また、焼成後のエミッタの厚みを測定した結果、前記エミッタの厚みが大きいほど、中心部が僅かにへこむ傾向があった。このため、参考例の電界放出発光装置を発光させたところ、前記エミッタの厚みが１．５μｍを超える場合、発光にムラがあった。
【００６６】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。
【００６７】
（付記１）
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含む、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする、電界放出発光装置。
【００６８】
（付記２）
前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されていることを特徴とする付記１記載の電界放出発光装置。
【００６９】
（付記３）
前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする付記１または２記載の電界放出発光装置。
【００７０】
（付記４）
前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲であることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７１】
（付記５）
前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタが、前記蛍光体層の内側に配置され、かつ、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きいことを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７２】
（付記６）
前記複数の蛍光体層が、ドットパターンを形成するように配置され、
前記エミッタが、複数であり、かつ、ドットパターンを形成するように配置されていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７３】
（付記７）
前記複数のエミッタの位置が、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように配置されていることを特徴とする付記６記載の電界放出発光装置。
【００７４】
（付記８）
前記エミッタが、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７５】
（付記９）
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする、付記１記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７６】
（付記１０）
前記電界放出発光装置が、付記２記載の電界放出発光装置であり、
さらに、前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層を形成する光反射層形成工程を含むことを特徴とする付記９記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７７】
（付記１１）
前記電界放出発光装置が、付記３記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲となるように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記９または１０記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７８】
（付記１２）
前記電界放出発光装置が、付記４記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲となるように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記９から１１のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７９】
（付記１３）
前記エミッタ形成工程が、前記光透過性を有するエミッタを、ピーリングにより形成する工程を含むことを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８０】
（付記１４）
前記電界放出発光装置が、付記５記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタを、前記蛍光体層の内側に形成し、
前記蛍光体層形成工程において、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きくなるように、前記蛍光体層を形成することを特徴とする付記９から１３のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８１】
（付記１５）
前記電界放出発光装置が、付記６記載の電界放出発光装置であり、
前記蛍光体層形成工程において、ドットパターンを形成するように、前記蛍光体層を形成し、
前記エミッタ形成工程において、ドットパターンを形成するように、複数の前記エミッタを形成することを特徴とする付記９から１４のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８２】
（付記１６）
前記電界放出発光装置が、付記７記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記１５記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８３】
（付記１７）
前記電界放出発光装置が、付記８記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むペーストを、前記カソード電極に印刷する印刷工程を含むことを特徴とする付記９から１６のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８４】
（付記１８）
付記１から８のいずれかに記載の電界放出発光装置を含むことを特徴とする、発光デバイス。
【符号の説明】
【００８５】
１ アノード基板
２ アノード電極
３ カソード電極
４ 蛍光体層
５、２５ エミッタ
６ カソード基板
１０、２０ 電界放出発光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱電球、蛍光灯等に代わる次世代の照明として、電子線励起型の照明が注目され、盛んに開発されている。前記電子線励起型の照明（電界放出発光装置）では、真空中で電子放出源から電子を放出させ、この電子により蛍光体を励起することで、光を取り出す。前記電子放出源の材料には、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の、アスペクト比および導電性が高く、機械的にも強靭なものが使用されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
電界放出発光装置は、蛍光体が設けられたアノードと、電子放出源が設けられたカソードとが対面して配置された構造が一般的である。そして、蛍光体の励起により発生した光が、前記アノードのガラス基板等を透過して外部に放射される。しかしながら、この一般的な構造の電子線励起型の照明では、前記蛍光体から発せられた光のうち、前記カソード側に放射された光は、損失となるため、発光効率が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、種々の電界放出発光装置が提案されている（例えば、特許文献３〜５）。
【０００５】
特許文献３には、カソードの電子放出源とアノードの蛍光体との間に、電子放出源に印加する電界を制御するゲート電極を形成し、そのゲート電極の蛍光体側に反射面を設けられた電界放出発光装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、カソードの電子放出源が形成されている面において、電子放出素子が形成されていない部分に、光反射膜が形成された電界放出発光装置が開示されている。
【０００７】
特許文献５には、膜厚が１０μｍ以下で、光透過率が５０％以上のエミッタと、カソードのエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられた電界放出発光装置が開示されている。この装置によれば、蛍光体から発生された光のうち、エミッタを透過した光を、反射鏡により反射させてアノード側に取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５９５２３３号
【特許文献２】特許第４３５４４３２号
【特許文献３】特許第４３４７３４３号
【特許文献４】特開２００６−２７８３１９号公報
【特許文献５】特開２００６−２７８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献３に記載の電界放出発光装置は、ゲート電極がカソードとアノードとの間に設けられ、そのゲート電極の蛍光体側に反射面が設けられているため、構造および製造工程が複雑でコストがかかる。しかも、蛍光体から発せられた光のうち、電子放出源に到達した光は、電子放出源に吸収等されてしまうため、放射光の損失を低減するのは困難であった。
【００１０】
また、前記特許文献４に記載の電界放出発光装置は、電子放出素子が形成されていない部分に、光反射膜を形成したのみであるため、構造は単純である。しかしながら、蛍光体から発せられた光のうち、電子放出素子に到達した光は、電子放出素子に吸収等されてしまうため、放射光の損失を低減するのは困難であった。
【００１１】
また、前記特許文献５に記載の電界放出発光装置は、カソードのエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられているため、構造および製造工程が複雑であるのみならず、装置全体の厚みが大きくなり、実用的でない。
【００１２】
そこで、本発明は、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できる電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の電界放出発光装置は、
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含み、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による、前記本発明の電界放出発光装置の製造方法は、
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の発光デバイスは、前記本発明の電界放出発光装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できる電界放出発光装置、電界放出発光装置の製造方法および発光デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の電界放出発光装置の一例（実施形態１）の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、前記実施形態１における、各構成部材を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施例における、ピーリング回数とエミッタの厚みとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施例における、ピーリング後のエミッタを示す写真である。
【図５】図５は、本発明の実施例における、エミッタの厚さと発光特性との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施例における、蛍光体層の発光状態を示す写真である。
【図７】図７は、前記実施形態１におけるその他の例の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明において、前記「基板面に」は、特に断らない限り、前記基板面に直接接触している状態に限定されず、間に他の構成要素等が存在し、直接接触していない状態も含む。また、本発明において、前記アノード基板の前記「基板面」は、前記アノード基板の、前記カソード基板に対面する側の面であり、前記カソード基板の前記「基板面」は、前記カソード基板の、前記アノード基板と対面する側の面である。
【００１９】
本発明において、前記「上に」は、特に断らない限り、上面に直接接触している状態に限定されず、間に他の構成要素等が存在し、直接接触していない状態も含む。また、本発明において、前記「アノード電極上」は、前記アノード電極の、前記カソード基板に対面する側上であり、前記「カソード電極上」は、前記カソード電極の、前記アノード基板に対面する側上である。
【００２０】
本発明において、前記蛍光体層および前記エミッタの「サイズ」は、例えば、前記蛍光体層および前記エミッタの平面形状の面積、または、前記平面形状における辺の長さを意味する。前記辺の長さは、例えば、前記平面形状が、正方形の場合にはその一辺の長さ、正方形以外の矩形の場合にはその長辺または短辺の長さ、円形の場合にはその直径または半径の長さ、楕円形の場合には長径または短径の長さを意味する。
【００２１】
本発明において、前記カソード基板、前記カソード電極および前記エミッタをあわせて、「カソード」ということがあり、前記アノード基板、前記アノード電極および前記蛍光体層をあわせて、「アノード」ということがある。
【００２２】
つぎに、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明により限定されない。
【００２３】
［実施形態１］
本実施形態の電界放出発光装置は、平面型電界放出ランプの一例である。図１および図２に、本実施形態の電界放出発光装置の構成を示す。図１は、本実施形態の電界放出発光装置の一部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態の電界放出発光装置の各構成部材を模式的に示す平面図である。図１および図２において、同一部分には、同一符号を付している。
【００２４】
（１）全体構成
図１および図２に示すように、本実施形態の電界放出発光装置１０は、アノード基板１とカソード基板６とを有する。アノード基板１の基板面には、アノード電極２が形成されている。カソード基板６の基板面には、カソード電極３が形成されている。アノード基板１およびカソード基板６は、互いの基板面が対面して配置されている。アノード基板１は、さらに、複数の蛍光体層４を有し、アノード電極２上に、複数の蛍光体層４によりドットパターンが形成されている。カソード基板６は、さらに、複数のエミッタ５を有し、前記カソード電極３上に、複数のエミッタ５によりドットパターンが形成されている。本実施形態の電界放出発光装置１０では、蛍光体層４の各ドットは、エミッタ５の各ドットと一対一で対応するように形成されており、さらに、アノード基板１の基板面に垂直な方向（図１において、上下方向）から見て、エミッタ５の各ドットが、蛍光体層４の各ドットの内側に形成され、かつ、蛍光体層４の各ドットは、エミッタ５の各ドットより大きく設定されている。本実施形態の電界放出発光装置１０には、作動（発光）時にアノード基板１とカソード基板６との間を、例えば、真空に保つために、装置内部に、真空封止のための構造が設けられている。ただし、本発明は、前記構造により限定されない。なお、図１および図２では、説明の便宜上、前記構造の図示を省略している（以下、図７においても同様）。
【００２５】
（２）カソード
（２−１）カソード基板
カソード基板６は、特に制限されず、例えば、ガラス基板、石英基板、非ドープのシリコン基板等の電気的に絶縁性を有するものを使用できる。
【００２６】
（２−２）カソード電極
カソード電極３は、光反射性を有する電極である。このような電極の形成材料は、例えば、光反射性を有する金属等の導体材料があげられる。前記金属は、例えば、金属単体でも、２種類以上の前記金属からなる合金でもよい。前記金属は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等があげられる。カソード電極３の光反射率は、高いほど好ましく、例えば、５０％以上であり、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、理想的には１００％である。カソード電極３の形状は、光反射性を有すれば、特に制限されず、例えば、層状（膜状）、縞状、網目状等があげられる。層状（膜状）のカソード電極３は、カソード導電層（カソード導電膜）ということができる。カソード電極３の形成には、従来公知の方法が使用でき、例えば、カソード電極３が導電膜の場合には、選択した形成材料に応じて、例えば、スクリーン印刷、蒸着またはスパッタ法等から選択できる。
【００２７】
（２−３）エミッタ
エミッタ５は、光透過性を有する。エミッタ５の形状は、光透過性を有すれば、特に制限されず、例えば、層状であることが好ましい。エミッタ５の厚みは、光透過性の観点から、薄いほど好ましい。前記厚みは、例えば、０．１〜１．５μｍの範囲である。前記厚みを、０．１μｍ以上とすることで、発光特性の劣化を防ぐことができる。ここで、「発光特性」は、例えば、カソード電極とアノード電極との間に印加する電界（Ｅ）と電流密度（Ｊ）との関係（電流密度−電界曲線）をいい、「発光特性の劣化」は、例えば、前記関係において、印加された電界あたりの電流密度が低下することをいう。また、前記厚みを、１．５μｍ以下とすることで、例えば、透明性を確保できると共に、厚みを制御しやすいため、発光ムラの発生を防止できる。前記厚みの上限は、より好ましくは１．５μｍ以下であり、さらに好ましくは１．１、１．０４、１．０、０．９、０．８、０．７、０．４、０．３、または０．２μｍ以下である。前記厚みの下限は、より好ましくは０．１９μｍ以上である。
【００２８】
エミッタ５の光透過率（全光線透過率）は、高いほど好ましく、例えば、５０％以上であり、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、理想的には１００％である。エミッタ５の光透過率は、例えば、５０〜６０％の範囲である。
【００２９】
エミッタ５には、電子放出材料が含まれている。前記電子放出材料は、特に制限されず、例えば、アスペクト比が高いために電界集中が起こりやすく、かつ導電性を有するものを用いることが好ましく、カーボンナノ材料がより好ましい。前記カーボンナノ材料は、特に制限されず、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシート、カーボンファイバー、カーボンスティック、またはこれらの複合体等があげられる。前記カーボンナノ材料は、一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用した混合物として使用してもよい。これらの中でも、アスペクト比が高く、耐電流密度性が高いため、ＣＮＴが特に好ましい。カーボンナノチューブは、例えば０．４ナノメートルから数十ナノメートル程度の直径を持つ炭素の筒状構造体であり、高いアスペクト比および高い耐電流密度といった利点を有する。前記電子放出材料は、前記カーボンナノ材料の他に、例えば、金属ナノワイヤー、金属ナノチューブ等があげられる。前記金属ナノワイヤーの形成材料は、特に制限されず、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｕ等があげられる。金属ナノチューブの形成材料は、特に制限されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒがあげられる。
【００３０】
光透過性を有するエミッタ５の作製方法について、前記電子放出材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使用した場合を例にとり説明する。ただし、本発明は、この例には限定されない。
【００３１】
はじめに、ＣＮＴ含有ペーストを調製する。すなわち、まず、前記ＣＮＴを溶剤に添加し、これを、例えば、超音波処理して分散液を調製する。さらに、この分散液に、ガラスフリット、バインダー等を添加し、例えば、超音波処理して分散液を調製する。この分散液を、例えば、三本ロールミル等により機械的混練することにより、ＣＮＴ含有ペーストを調製する。つぎに、カソード基板の基板面に形成されたカソード電極上に、前記ペーストの塗膜を形成する。前記塗膜は、例えば、スプレー法、インクジェット法、スクリーン印刷、手塗り印刷、沈降法等により形成できる。前記塗膜の厚みは、特に制限されず、例えば、１〜１００μｍの範囲である。そして、前記塗膜を焼成して、ＣＮＴを含むエミッタを形成する。前記塗膜の焼成条件は、特に制限されず、雰囲気条件は、例えば、真空、不活性雰囲気、大気（空気）等であり、焼成温度は、例えば、３００〜６００℃の範囲が適している。
【００３２】
前記溶剤は、特に制限されず、例えば、有機溶剤等があげられる。前記有機溶剤は、例えば、低蒸気圧の溶剤が好ましい。前記低蒸気圧の溶剤は、例えば、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、α−テルピネオール、γ−ブチロラクトン等があげられる。また、前記有機溶剤は、例えば、乾燥速度の観点から、低沸点の溶剤を使用してもよい。前記低沸点の溶剤は、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、トルエン、ベンジルアルコール等があげられる。前記溶剤は、一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用してもよい。
【００３３】
前記ガラスフリットは、例えば、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＳｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス等を使用できる。特に、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、例えば、カーボンナノチューブ等のカーボン材料の燃焼を抑制する効果があるため好ましい。なお、前記電子放出材料の燃焼温度は、おおよそ５００℃以上であるが、前記電子放出材料の熱劣化を防止する観点から、焼成温度が低いほど好ましい。したがって、前記ＣＮＴ含有ペーストの焼成温度は、５００℃以下が好ましい。このため、前記ガラスフリット（ガラス粉末）は、軟化点が５００℃以下であることが好ましい。
【００３４】
前記バインダーは、特に制限されず、例えば、一般的な有機バインダー樹脂を使用できる。前記有機バインダー樹脂は、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース系；アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、シアノアクリル酸エステル、もしくは、これらのアクリル系単量体の共重合体等のアクリル樹脂系；酢酸ビニル系；ポリビニルアルコール系；ポリビニルアセタール系；ポリエステル系等の樹脂があげられる。
【００３５】
前記焼成により形成したエミッタを、表面処理して、光透過性を調整できる。前記表面処理は、例えば、前記エミッタを１回または複数回起毛させる処理（ピーリング処理）があげられる。この処理により、前記エミッタの厚みを制御することで、例えば、前記エミッタの光透過性を調整できる。前記ピーリング処理の回数は、特に制限されず、例えば、１〜１０回の範囲である。前記ピーリング処理は、例えば、テープ剥離法、レーザ法、プラズマ法、サンドブラスト法等があげられる。これらの中でも、操作が簡易であるため、テープ剥離法が特に好ましい。前記テープ剥離法に使用するテープは、特に制限されず、例えば、カプトンテープ、ダイシングテープ等があげられる。
【００３６】
また、例えば、前記ＣＮＴ含有ペースト中の前記ＣＮＴの含有率を調整することで、前記エミッタの光透過性を調整できる。前記ＣＮＴの含有量は、前記ペースト全量に対して、例えば、１〜３０ｗｔ％の範囲であり、好ましくは１〜１０ｗｔ％の範囲である。
【００３７】
エミッタ５は、前述のように、カソード電極３上に、ドットパターンを形成している。前記各ドットのサイズは、特に制限されず、前記各ドットの辺の長さが、例えば、０．１〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記各ドットの間隔は、特に制限されず、例えば、０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記ドットの平面形状は、特に制限されず、正方形、正方形以外の矩形、円形、楕円形等があげられる。前記各ドットのサイズ、間隔、平面形状等は、後述する蛍光体層４の各ドットのサイズ、間隔、平面形状等に対応させて設定するのが好ましい。
【００３８】
（３）アノード
（３−１）アノード基板
アノード基板１は、特に制限されず、例えば、ガラス基板、石英基板等の透明な基板を使用するのが好ましい。
【００３９】
（３−２）アノード電極
アノード電極２は、特に制限されず、例えば、光透過性を有する電極であることが好ましい。このような電極の形成材料は、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェンシート等があげられる。アノード電極２は、例えば、前記形成材料を使用して、従来公知の方法により、アノード基板１の前記基板面に形成できる。
【００４０】
（３−３）蛍光体層
蛍光体層４は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、すなわち、ブラウン管）に使用されるものと同様に、電子線が照射されると励起されて蛍光を発する電子線励起蛍光体を含む層である。前記電子線励起蛍光体は、特に制限されず、従来公知のものが使用でき、例えば、硫化物蛍光体、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体等を使用できる。
【００４１】
蛍光体層４の作製方法は、特に制限されない。蛍光体層４は、例えば、前記電子線励起蛍光体を含むペーストを調製し、アノード電極２上に前記ペーストの塗膜を形成し、前記塗膜を焼成して作製できる。前記塗膜は、例えば、スプレー法、インクジェット法、スクリーン印刷、手塗り印刷、沈降法等により形成できる。前記塗膜の厚みは、特に制限されず、例えば、０．１〜１００μｍの範囲である。前記塗膜の焼成条件は、特に制限されず、雰囲気条件は、例えば、大気（空気）、窒素雰囲気、真空等であり、焼成温度は、例えば、３００〜６００℃の範囲、焼成時間は、３０分〜２時間の範囲が適している。
【００４２】
蛍光体層４は、前述のように、アノード電極２上に、ドットパターンを形成している。前記各ドットのサイズは、特に制限されず、前記各ドットの辺の長さが、例えば、０．０１〜１００ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記各ドットの間隔は、特に制限されず、例えば、０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜１０ｍｍの範囲、または、０．１〜１ｍｍの範囲である。前記ドットの平面形状は、特に制限されず、正方形、正方形以外の矩形、円形、楕円形等があげられる。前記各ドットのサイズ、間隔、平面形状等は、前述のエミッタ５の各ドットのサイズ、間隔、平面形状等に対応させて設定するのが好ましく、本実施形態の電界放出発光装置１０のように、蛍光体層４のドットサイズを、エミッタ５のドットサイズより大きく設定するのが、エミッタ５からの電子を効率良く利用できる点でより好ましい。詳細は、後述する。
【００４３】
（４）電界放出発光装置の製造方法
本実施形態の電界放出発光装置１０は、例えば、以下のようにして製造できる。すなわち、まず、前述のように、アノード基板１の基板面にアノード電極２を形成し、アノード電極２上に蛍光体層４を形成して前記アノードを準備する。一方、カソード基板６の基板面にカソード電極３を形成し、カソード電極３上にエミッタ５を形成して前記カソードを準備する。そして、前記アノードおよび前記カソードを、アノード基板１とカソード基板６とが、互いの基板面が対面するように配置することで製造できる。前述のように、本実施形態の電界放出発光装置１０では、カソード電極３が光反射性を有するため、例えば、前記特許文献３または５の電界放出発光装置のように、別途反射面または反射鏡等を作製する必要がなく、電界放出発光装置を簡易に、かつ、低コストに製造できる。なお、本発明の製造方法は、この例には限定されない。
【００４４】
（５）電界放出発光装置の作動（発光）
本実施形態の電界放出発光装置１０の作動（発光）について、図１を参照して説明する。
【００４５】
本実施形態の電界放出発光装置１０は、発光時において、カソード基板６とアノード基板１との間は、例えば、真空に保たれる。前記真空は、１×１０−３Ｐａ以下の真空度とすることが好ましく、１×１０−５Ｐａ以下の真空度とすることがより好ましい。前記真空度の下限値は、特に限定されず、例えば、０Ｐａ以上または０Ｐａを超える値である。
【００４６】
前記真空状態で、カソード電極３およびアノード電極２に接続された電圧源（図１において、図示せず）によって、前記両電極の間に電圧が印加されることで、エミッタ５に含まれる前記電子放出材料に電界が印加され、電子（ｅ−）が放出される。前記電子（ｅ−）は、前記両電極の間に印加された電界により加速され、蛍光体層４に含まれる前記電子線励起蛍光体を励起させる。これにより、蛍光体層４のアノード基板１側、すなわち、装置の外側と、蛍光体層４のカソード基板６（エミッタ５）側、すなわち、装置の内側とに、光が放射される。エミッタ５側に放射された光は、エミッタ５を透過してカソード電極３で反射され、アノード基板１側に放射される。また、エミッタ５側に放射された光は、カソード電極３のエミッタ５が存在しない部分において、カソード電極３で反射され、アノード基板１側に放射される。ここで、本実施形態の電界放出発光装置１０では、蛍光体層４が、ドットパターンを形成しているため、アノード電極２には、蛍光体層４が形成されていない部分が存在する。このため、カソード電極３で反射された光は、アノード電極２上の蛍光体層４が形成されていない部分、および、アノード基板１を透過し、装置の外側に放射される。このように、本実施形態の電界放出発光装置１０によれば、蛍光体から発せられた放射光を有効利用することで、発光効率を向上できる。また、本実施形態の電界放出発光装置１０は、エミッタ５側に放射された光を反射させるのに、光反射性を有するカソード電極３を使用しているため、エミッタ側に放射された光を反射させる構成を別途設ける必要がなく、構造が単純である。
【００４７】
図１に示すように、エミッタ５からの電子は、広がるように放出される。ここで、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４の各ドットのサイズが、エミッタ５の各ドットのサイズより、大きく形成されている。このため、各エミッタ５から広がって放出された電子が、装置の外部に損失されることなく、有効に蛍光体の励起に使用される。これにより、例えば、さらに、発光効率が向上する。なお、前記特許文献３〜５では、電子放出材料からの電子が広がりながら加速されることは考慮されていないため、発光体層のサイズをエミッタのサイズより大きくした構成の装置は開示されていない。したがって、このような効果は、従来技術から予測困難な有利な効果といえる。
【００４８】
また、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、カソード電極３が光反射性を有しているため、光反射層を別途設ける必要がない。このため、例えば、カソード基板のエミッタが設けられている側とは反対側の面に反射鏡が設けられている、前記特許文献５（特開２００６−２７８２２６号公報）に記載の電界放出発光装置と比較して、装置を薄型化できる。
【００４９】
（６）その他の形態
本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４がドットパターンを形成しているが、本発明は、これには限定されず、前記各蛍光体層は、互いに間隔をあけて配置されていればよい。そして、その配置態様は、前記ドットパターンの他に、例えば、ストライプ、格子状等があげられる。また、本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、蛍光体層４がアノード電極２上に形成されているが、本発明は、これには限定されない。前記蛍光体層は、例えば、前記アノード電極と前記アノード基板との間に配置されてもよい。言い換えると、例えば、電子線が通過できる程度の厚みのアノード電極を、前記蛍光体層の前記カソード基板側表面に形成し（メタルバックということがある）、これを前記アノード電極として利用する場合は、必ずしも、前記蛍光体層の前記アノード基板側に前記アノード電極は必要でない。なお、前記蛍光体層は、前記アノード電極のカソード基板側表面およびアノード基板側表面の両面に配置してもよい。
【００５０】
本実施形態の電界放出発光装置１０では、前述のように、エミッタ５がドットパターンを形成しており、蛍光体層４のドットパターンに対応して、前記各ドットが配置されているが、本発明は、これには限定されない。前記エミッタの配置態様は、前記蛍光体層の配置態様に合わせて設定するのが好ましい。また、前記エミッタは、例えば、図７に示す電界放出発光装置２０のように、カソード電極３上の全面に形成されたエミッタ２５でもよい。このような形態でも、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減できるという、本発明の効果が得られる。
【００５１】
本実施形態の電界放出発光装置１０では、カソード電極３は、カソード基板６の前記基板面のほぼ全面を覆うように形成されているが、例えば、前記カソード電極が、前記エミッタが形成された部分のみに形成されている場合には、前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されてもよい。このような光反射層を形成する材料は、特に制限されず、例えば、光反射性を有する金属、白色散乱体等があげられる。前記光反射性を有する金属は、例えば、前述のカソード電極の形成材料があげられる。前記白色散乱体は、例えば、従来公知のものを使用できる。
【００５２】
（７）用途
以上のように、本発明の電界放出発光装置は、単純な構造で、蛍光体から発せられた放射光の損失を低減でき、その結果、発光効率を向上できる。したがって、本発明の電界放出発光装置の用途は、例えば、発光デバイス、電子放出素子等があげられる。前記光デバイスは、例えば、照明、ディスプレイ、バックライト等の用途があげられる。前記電子放出素子は、例えば、電子顕微鏡に使用するエミッタ等の用途があげられる。ただし、その用途は限定されず、広い分野に適用可能である。
【実施例】
【００５３】
つぎに、本発明の実施例を示し、さらに詳しく本発明について例示説明する。なお、本発明は、下記の実施例によって何ら限定および制限されない。
【００５４】
［実施例１］
（１）電界放出発光装置の作製
（１−１．カソードの作製）
電子放出材料として多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用い、ＣＮＴ含有ペーストを調製した。まず、多層ＣＮＴ１００ｍｇを、α−テルピネオール１５ｍＬに添加し、３０分間超音波処理して分散させた。この分散液に、セルロース系有機バインダー２００ｍｇおよびガラスフリット４００ｍｇを混合し、５分間超音波処理して分散させた。この分散液を、三本ロールミルによりペースト化した。このようにして、ＣＮＴ含有ペーストを調製した。
【００５５】
つぎに、Ａｌ膜を蒸着したガラス基板上に、前記ペーストを、１μｍよりもやや大きい厚みになるように、スクリーン印刷した。これを、有機バインダーを除去するために、窒素中５００℃で１時間焼成した。このようにして、カソード電極上にエミッタが形成されたカソードを作製した。
【００５６】
つぎに、前記エミッタを、ピーリング（剥離処理）した。前記ピーリングは、ピーリングテープを前記エミッタ上に貼り、その後テープを剥がすことで、カーボンナノチューブを起毛させて行った。前記ピーリングを繰り返すことで、前記エミッタの表面が剥がれていき、前記エミッタの膜厚が減少する。前記ピーリングテープとしてテクニテープ（商品名、テクニスコ社製）を使用し、前記ピーリングを、０〜８回行うことで、エミッタの厚みを制御した。
【００５７】
図３のグラフに、ピーリング回数（０〜５回）とエミッタの厚みとの関係を示す。図３において、横軸は、エミッタが形成されているカソード電極の長さ（ｍｍ）を示し、縦軸は、厚み（μｍ）を示す。図３において、（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）は、それぞれ、前記エミッタを、０回（ピーリングなし）、１回、２回、３回、４回、５回ピーリングしたことを示す。図３において、厚みが急に増加している５〜２５ｍｍの位置が、前記エミッタが形成されている位置である。前記エミッタの厚みは、レーザ段差計により測定した。厚み０μｍ以上がエミッタの厚みである。図３に示すように、エミッタの平均厚みは、ピーリング回数が、０回では１．２４５μｍ、１回では１．０３９μｍ、２回では０．８５μｍ、３回では０．６９３μｍ、４回では０．３４２μｍ、５回では０．１９５μｍであった。このように、ピーリング１回あたり、約０．２μｍずつエミッタが剥離されていた。
【００５８】
図４に、前記ピーリング後のエミッタの写真を示す。図４において、１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈ、８ｔｈは、それぞれ、前記エミッタを、１回、２回、３回、４回、５回、６回、７回、８回ピーリングしたことを示す。図４に示すように、前記ピーリング回数に応じて、徐々に前記エミッタの剥離量が増え、前記エミッタが徐々に薄くすけるようになっていった。前記エミッタの厚みは、前記ピーリングが、５回までで約０．１９μｍ以上であり、６回以上で０．１９μｍより小さかった。具体的には、ピーリング回数が６〜８回で、約０．０５μｍ以上約０．１９μｍ未満であった。前記ピーリング１〜８回のエミッタは、全て光透過性を示した。具体的には、前記ピーリング６回の場合の光透過率は、５０〜６０％程度であった。なお、前記ピーリング０回（ピーリングなし）での光透過性（光透過率）は、前記ピーリング１回の場合とほぼ同様であった。
【００５９】
（１−２．アノードの作製）
つぎに、スパッタによりＩＴＯ膜を形成したガラス基板上に、蛍光体を含むペーストを、ドットパターン（ドット（正方形）のサイズ：１ｍｍ、各ドットの間隔：１００μｍ）でスクリーン印刷し、これを、４５０℃で焼成した。このようにして、アノード電極上に蛍光体層が形成されたアノードを作製した。
【００６０】
（１−３．電界放出発光装置の作製）
前記カソードと前記アノードとを、前記アノード基板および前記カソード基板を、互いの基板面、すなわち、前記カソードのエミッタ側の面と前記アノードの蛍光体層側の面とが対面するように配置して、実施例１の電界放出発光装置を作製した。一方、光透過性を示さないエミッタ（厚み：１．５μmを超える）を使用したこと以外は、前記実施例１と同様にして、比較例の電界放出発光装置を作製した。
【００６１】
（２）発光効率
前記実施例１および前記比較例の電界放出発光装置を、装置内部の真空度４×１０−６Ｐａとし、アノード電極およびカソード電極の両電極間に電圧を印加して発光させた。この結果、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、前記実施例１の電界放出発光装置は、発光効率が向上した。具体的には、前記ピーリング６回のエミッタ（光透過率：５０〜６０％）を使用した電界放出発光装置の場合において、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、光の取り出し量が２０％増加した。
【００６２】
（３）発光特性
前記実施例１の電界放出発光装置について、発光特性を評価した。図５のグラフに、前記各厚みのエミッタを使用した電界放出発光装置における、電流密度（Ｊ）−電界（Ｅ）曲線を示す。図５において、横軸は、電界（ｋＶ／ｍｍ）を示し、縦軸は、電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。図５において、１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈ、８ｔｈは、それぞれ、図４と同様に、ピーリング回数を示す。図５に示すように、ピーリング７回または８回の場合、ピーリング６回までの場合と比較して、発光特性が著しく劣化していた。このような発光特性は、本発明者らが初めて見出した知見である。このように、本実施例によれば、光透過性を有するエミッタを、その厚みを調整して作製する場合には、発光効率と光透過性とのバランスを考慮して、エミッタの厚みを設定するのが重要であることが確認された。
【００６３】
図６に、前記各厚みのエミッタを使用した電界放出発光装置の発光写真を示す。図６に示すように、前記実施例１の電界放出発光装置では、無数に輝点がみられ、前記比較例の電界放出発光装置と比較すると、輝点数が多かった。この結果からも、前記比較例の電界放出発光装置と比較して、前記実施例１の電界放出発光装置は、発光効率が向上していることが分かる。また、前記ピーリング回数６回までは、輝点数がほぼ同じであったが、ピーリング回数７回以上では、ピーリング回数６回までと比較して、輝点数が減少した。
【００６４】
［実施例２］
電極構造を変えた場合の発光効率の違いを確認するために、前記エミッタをドットパターンで形成し、前記蛍光体層のドットパターンにおける各ドットのサイズを、前記エミッタのドットパターンの各ドットサイズより大きくしたこと以外は、前記実施例１と同様にして、実施例２の電界放出発光装置を作製した。具体的には、前記カソードの作製において、前記エミッタのドットパターンを、ドット（正方形）サイズ：２ｍｍ、各ドットの間隔：１ｍｍでスクリーン印刷し、前記アノードの作製において、前記蛍光体層のドットパターンを、ドット（正方形）サイズ：２．１ｍｍ、各ドットの間隔：１ｍｍでスクリーン印刷した。この電界放出発光装置を、前記実施例１と同様にして発光させた。この電界放出発光装置は、前記実施例１の電界放出発光装置より、さらに、発光効率が高かった。この結果、前記エミッタから放出された電子が広がり、前記エミッタよりサイズが大きい、前記蛍光体層全体が発光したことが確認された。
【００６５】
［参考例］
エミッタの厚みを変更して光透過性を示さないエミッタを使用したこと以外は、前記実施例１と同様にして、参考例の電界放出発光装置を作製した。具体的には、前記カソードの作製において、前記ガラス基板上に、前記ペーストを、複数回塗布することで、塗膜を厚くし、この塗膜を焼成した。前記エミッタの厚みが１．５μｍを超える場合、前記エミッタは光透過性を示さない場合があった。この結果から、例えば、前記特許文献５（特開２００６−２７８２２６号公報）に示されているように、エミッタの膜厚が１０μｍ以下でも、エミッタは光透過性を示さない場合があることが明らかとなった。また、焼成後のエミッタの厚みを測定した結果、前記エミッタの厚みが大きいほど、中心部が僅かにへこむ傾向があった。このため、参考例の電界放出発光装置を発光させたところ、前記エミッタの厚みが１．５μｍを超える場合、発光にムラがあった。
【００６６】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。
【００６７】
（付記１）
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含む、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする、電界放出発光装置。
【００６８】
（付記２）
前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されていることを特徴とする付記１記載の電界放出発光装置。
【００６９】
（付記３）
前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする付記１または２記載の電界放出発光装置。
【００７０】
（付記４）
前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲であることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７１】
（付記５）
前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタが、前記蛍光体層の内側に配置され、かつ、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きいことを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７２】
（付記６）
前記複数の蛍光体層が、ドットパターンを形成するように配置され、
前記エミッタが、複数であり、かつ、ドットパターンを形成するように配置されていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７３】
（付記７）
前記複数のエミッタの位置が、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように配置されていることを特徴とする付記６記載の電界放出発光装置。
【００７４】
（付記８）
前記エミッタが、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の電界放出発光装置。
【００７５】
（付記９）
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする、付記１記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７６】
（付記１０）
前記電界放出発光装置が、付記２記載の電界放出発光装置であり、
さらに、前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層を形成する光反射層形成工程を含むことを特徴とする付記９記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７７】
（付記１１）
前記電界放出発光装置が、付記３記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲となるように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記９または１０記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７８】
（付記１２）
前記電界放出発光装置が、付記４記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲となるように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記９から１１のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００７９】
（付記１３）
前記エミッタ形成工程が、前記光透過性を有するエミッタを、ピーリングにより形成する工程を含むことを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８０】
（付記１４）
前記電界放出発光装置が、付記５記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタを、前記蛍光体層の内側に形成し、
前記蛍光体層形成工程において、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きくなるように、前記蛍光体層を形成することを特徴とする付記９から１３のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８１】
（付記１５）
前記電界放出発光装置が、付記６記載の電界放出発光装置であり、
前記蛍光体層形成工程において、ドットパターンを形成するように、前記蛍光体層を形成し、
前記エミッタ形成工程において、ドットパターンを形成するように、複数の前記エミッタを形成することを特徴とする付記９から１４のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８２】
（付記１６）
前記電界放出発光装置が、付記７記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程において、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように、前記エミッタを形成することを特徴とする付記１５記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８３】
（付記１７）
前記電界放出発光装置が、付記８記載の電界放出発光装置であり、
前記エミッタ形成工程が、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むペーストを、前記カソード電極に印刷する印刷工程を含むことを特徴とする付記９から１６のいずれかに記載の電界放出発光装置の製造方法。
【００８４】
（付記１８）
付記１から８のいずれかに記載の電界放出発光装置を含むことを特徴とする、発光デバイス。
【符号の説明】
【００８５】
１ アノード基板
２ アノード電極
３ カソード電極
４ 蛍光体層
５、２５ エミッタ
６ カソード基板
１０、２０ 電界放出発光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含み、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする、電界放出発光装置。
【請求項２】
前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電界放出発光装置。
【請求項３】
前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の電界放出発光装置。
【請求項４】
前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項５】
前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタが、前記蛍光体層の内側に配置され、かつ、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項６】
前記複数の蛍光体層が、ドットパターンを形成するように配置され、
前記エミッタが、複数であり、かつ、ドットパターンを形成するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項７】
前記複数のエミッタの位置が、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように配置されていることを特徴とする請求項６記載の電界放出発光装置。
【請求項８】
前記エミッタが、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項９】
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする、請求項１記載の電界放出発光装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の電界放出発光装置を含むことを特徴とする、発光デバイス。
【請求項１】
アノード電極が基板面に配置されたアノード基板と、
カソード電極が基板面に配置されたカソード基板とを有し、
前記アノード基板および前記カソード基板は、前記基板面が互いに対面して配置され、
前記アノード基板は、さらに、複数の蛍光体層を含み、
前記複数の蛍光体層は、前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、互いに間隔を置いて配置され、
前記カソード基板は、さらに、エミッタを含み、
前記エミッタは、前記カソード電極上に配置され、
前記カソード電極が、光反射性を有し、
前記エミッタが、光透過性を有することを特徴とする、電界放出発光装置。
【請求項２】
前記カソード基板の前記基板面における、前記カソード電極が配置されていない位置に、光反射性を有する光反射層が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電界放出発光装置。
【請求項３】
前記エミッタの厚みが、０．１〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の電界放出発光装置。
【請求項４】
前記エミッタの厚みが、０．１９〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項５】
前記アノード基板の前記基板面に垂直な方向から見て、前記エミッタが、前記蛍光体層の内側に配置され、かつ、前記蛍光体層のサイズが、前記エミッタのサイズより大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項６】
前記複数の蛍光体層が、ドットパターンを形成するように配置され、
前記エミッタが、複数であり、かつ、ドットパターンを形成するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項７】
前記複数のエミッタの位置が、前記複数の蛍光体層と一対一で対応するように配置されていることを特徴とする請求項６記載の電界放出発光装置。
【請求項８】
前記エミッタが、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェンシートおよびこれらの複合体からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電界放出発光装置。
【請求項９】
アノード電極が基板面に形成されたアノード基板を提供するアノード基板提供工程と、
光反射性を有するカソード電極が基板面に形成されたカソード基板を提供するカソード基板提供工程と、
前記アノード基板と前記アノード電極との間、および、前記アノード電極上の少なくとも一方に、複数の蛍光体層を、互いに間隔を置いて形成する蛍光体層形成工程と、
前記カソード電極上に、光透過性を有するエミッタを形成するエミッタ形成工程と、
前記アノード基板および前記カソード基板を、前記基板面が互いに対面するように配置する基板配置工程とを含むことを特徴とする、請求項１記載の電界放出発光装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の電界放出発光装置を含むことを特徴とする、発光デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９５１１２（Ｐ２０１２−１９５１１２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７２２６（Ｐ２０１１−５７２２６）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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