專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置。詳細地說，涉及使密封在氣密容器內(nèi)的氣體激發(fā)從而發(fā)射 出被定義為第一光的激發(fā)光，接著用熒光體將該第一光轉(zhuǎn)換成具有與第一波長不同的波長 的第二光并發(fā)射的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
以往，使用利用了水銀的熒光燈。但是，隨著針對地球環(huán)境問題的關(guān)注高漲，各地 都在進行不使用水銀的發(fā)光裝置的研究。此種發(fā)光裝置即是所謂的無水銀熒光燈，該無水 銀熒光燈由具有透光性的氣密容器和密封在該氣密容器內(nèi)的氙氣(xenon)等稀有氣體構(gòu) 成。但是，稀有氣體熒光燈以特定效率發(fā)射光，該特定效率比利用水銀的以往的熒光 燈發(fā)射光的效率低。因此，為了發(fā)射出具有與以往的熒光燈發(fā)射的光的亮度相同的亮度的 光，稀有氣體熒光燈必須在氣密容器的內(nèi)部所配置的一對電極間施加較高的起動電壓及驅(qū) 動電壓。與之相對，日本公開專利公報特開2002-150944號公報公開了另一種以往的發(fā)光 裝置。該發(fā)光裝置包括具有透光性的氣密容器、密封在氣密容器內(nèi)部的氙氣等稀有氣體、一 對放電電極、電場放射型的電子源以及設(shè)置在氣密容器的內(nèi)表面的熒光體層。氣密容器收 納有一對放電電極和電子源。電子源具有一對驅(qū)動電極。該發(fā)光裝置通過驅(qū)動電子源來使 電子源發(fā)射電子，接著對一對放電用電極之間施加電壓。此種發(fā)光裝置以以往的起動電壓 的一半左右的起動電壓來發(fā)射第一光。通過熒光體層該第一光被轉(zhuǎn)換成具有比第一光的波 長長的波長的第二光。

發(fā)明內(nèi)容
在這里，為了使發(fā)光裝置發(fā)光，需要向?qū)饷苋萜鲀?nèi)的氙氣供應(yīng)氙氣的離子能即 12. 13eV以上的電子。氙氣的離子能大于使氙氣產(chǎn)生紫外光所需的激發(fā)能即8. 44eV。因此， 在電子源的驅(qū)動電極間施加有較大的電壓。因此，上述的發(fā)光裝置不能實現(xiàn)低耗電化，不能 實現(xiàn)提高每單位輸入電力的發(fā)光效率。在驅(qū)動電極間施加的較大的電壓將導(dǎo)致電子源的低 壽命化。另外，在上述發(fā)光裝置中會產(chǎn)生放電等離子的離子，并且該放電等離子的離子碰 撞電子源或熒光體層而賦予它們損傷，從而該碰撞將導(dǎo)致發(fā)光裝置的低壽命化。本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的。本發(fā)明的目的在于提供低耗電、高效率、長壽命 的發(fā)光裝置。為了解決此種問題，本發(fā)明的發(fā)光裝置具有氣密容器、氣體、電子源、陽極電極、控 制裝置以及熒光體。氣密容器具有氣密性，而且具有透光性。氣體被密封在氣密容器內(nèi)。氣 體受到電子的激發(fā)而發(fā)射出第一光，該第一光具有真空紫外至可見光范圍的波長。電子源 配置在氣密容器內(nèi)部。電子源具有第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極。通過對所述第一驅(qū)動電極與所述第二驅(qū)動電極之間施加驅(qū)動電壓，電子源發(fā)射所述電子。陽極電極配置在氣密容 器內(nèi)部，而且與所述電子源相向地進行配置?？刂蒲b置對第一驅(qū)動電極與所述第二驅(qū)動電 極之間施加所述驅(qū)動電壓?？刂蒲b置對所述電子源與所述陽極電極之間施加發(fā)射電壓，以 使所述電子移動到所述陽極電極。熒光體設(shè)置在氣密容器的內(nèi)部。熒光體受到第一光的激 發(fā)而發(fā)射出第二光，該第二光的波長與所述第一光的波長不同。通過施加所述發(fā)射電壓，電 子源發(fā)射電子，該電子的能量分布具有峰值能量。峰值能量比所述氣體的激發(fā)能大，比所述 氣體的離子能小。此時，控制裝置調(diào)整驅(qū)動電極間的電壓，從而使電子源發(fā)射出如下的電子該電子 的能量分布的峰值比氣體的激發(fā)能大而且比氣體的離子能小。由此，控制裝置不使氣體放 電而使氣體激發(fā)。被激發(fā)的氣體發(fā)射出作為第一光的激發(fā)光。氣體所發(fā)射的第一光照射到 熒光體上，由此熒光體將第一光轉(zhuǎn)換成第二光，該第二光的波長與第一光的波長不同。該第 二光由氣密容器發(fā)射。因此，通過對驅(qū)動電極間施加比使氣體放電并使熒光體發(fā)光的時所 需要的電壓低的電壓，能夠使發(fā)光裝置發(fā)光。因此，能夠獲得低耗電、高發(fā)光效率的發(fā)光裝 置。并且，放電等離子的離子不會對電子源及熒光體層造成損傷。因此，能夠獲得長壽命的 發(fā)光裝置。優(yōu)選地，氣體以2kPa至20kPa的壓力被密封在所述氣密容器中。此時，能夠防止氣體的放電。另外，能夠提高發(fā)光裝置的發(fā)光效率。更優(yōu)選地，氣體為稀有氣體。該氣體以具有規(guī)定的壓力的方式被密封在所述氣密 容器中。設(shè)定該氣體的規(guī)定的壓力以便通過激發(fā)氣體來形成激元(excimer)。此時，能夠生成激元(激發(fā)狀態(tài)的分子)。并且，此時能夠降低在熒光體上的斯托 克斯(Stokes)損失，由此能夠獲得高發(fā)光效率的發(fā)光裝置。優(yōu)選地，控制裝置對所述電子源施加矩形波的所述驅(qū)動電壓，由此，對所述電子源 提供接通(on)狀態(tài)和斷開(off)狀態(tài)。在所述接通狀態(tài)下，電子源在接通期間發(fā)射電子。 在斷開狀態(tài)下，禁止電子源在斷開期間發(fā)射電子。此時，控制裝置間歇性地驅(qū)動電子源。因此，該結(jié)構(gòu)能夠以比連續(xù)驅(qū)動電子源時所 消耗的電力低的電力來驅(qū)動發(fā)光裝置。更優(yōu)選地，氣體具有自所述電子源從所述接通狀態(tài)切換到所述斷開狀態(tài)時起，在 余輝期間發(fā)出余輝的特性。伴隨于此，所述斷開期間設(shè)定成比所述余輝期間短。此時，發(fā)光裝置在停止從電子源供應(yīng)電子的規(guī)定的期間也發(fā)光。因此，該結(jié)構(gòu)能夠 提高發(fā)光裝置的發(fā)光效率。更優(yōu)選地，電子源定義為彈道電子面發(fā)射型電子源。該彈道電子面發(fā)射型電子源 具有下部電極、表面電極以及強電場漂移(drift)層。表面電極與所述下部電極相向地進 行配置。所述表面電極定義為所述第一驅(qū)動電極。下部電極定義為所述第二驅(qū)動電極。強 電場漂移層配置在表面電極與下部電極之間。強電場漂移層由納米級的多個半導(dǎo)體微晶和 多個絕緣膜構(gòu)成。絕緣膜形成在半導(dǎo)體微晶各自的表面上。絕緣膜的膜厚比半導(dǎo)體微晶的 晶粒直徑小?？刂蒲b置對所述電子源施加作為交流電壓的所述矩形波的驅(qū)動電壓。此時，對電子源交替地賦予第一期間和第二期間。在第一期間，控制裝置對驅(qū)動電 極間施加正向偏壓電壓，由此從電子源向氣密容器內(nèi)供應(yīng)電子。在這里，通過對驅(qū)動電極間 施加正向偏壓電壓，強電場漂移層中的收集器(trap)捕獲電子。接著，在第二期間，控制裝置對驅(qū)動電壓間施加反向偏壓電壓，由此，強電場漂移層中的收集器所捕獲的電子向下部 電極發(fā)射。這樣，通過對電子源交替地賦予第一期間和第二期間，能夠抑制由強電場漂移層 中的收集器所捕獲的電子引起的電場的衰減，由此實現(xiàn)電子源的長壽命化。優(yōu)選地，控制裝置在所述陽極電極與所述電子源之間，施加與驅(qū)動電壓同步的矩 形波的所述發(fā)射電壓。該結(jié)構(gòu)能夠以比在所述陽極電極與所述電子源之間施加一定電壓時的耗電低的 耗電來驅(qū)動發(fā)光裝置。優(yōu)選地，控制裝置以所述陽極電極的電位高于所述電子源的電位的方式，對所述 陽極電極與所述電子源之間施加所述放電電壓。伴隨于此，斷開期間的放電電壓的電壓值 被設(shè)定成比接通期間的放電電壓的電壓值低。此時，能夠使電子源以低耗電工作。另外，該結(jié)構(gòu)能夠在斷開期間從所述陽極電極 提取電子。另外，優(yōu)選地，電子源與陽極電極之間的間隔設(shè)定成大于帕邢最小值。此時，能夠使氣體的放電難以發(fā)生。


圖1是表示實施方式的發(fā)光裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是在上述發(fā)光裝置所用的電子源的主要部分說明圖。圖3是上述發(fā)光裝置的特性說明圖。圖4是上述發(fā)光裝置的特性說明圖。圖5是上述發(fā)光裝置的動作說明圖。圖6是上述發(fā)光裝置的特性說明圖。圖7是上述發(fā)光裝置的動作說明圖。
具體實施例方式與添加的附圖一起說明本發(fā)明的實施方式涉及的發(fā)光裝置。圖1是本實施方式的 發(fā)光裝置的概略圖。本實施方式的發(fā)光裝置具有氣密容器1、電子源2、陽極電極3、熒光體 層4以及控制裝置5。氣密容器1具有透光性，而且具有氣密性。在氣密容器1的內(nèi)部密 封有氣體。通過激發(fā)該氣體產(chǎn)生被定義為第一光的激發(fā)光，該第一光具有真空紫外至可見 光范圍的波長。該氣體由例如氙等構(gòu)成。通過對表面電極27與下部電極25之間施加驅(qū)動 電壓，電子源2向氣密容器1的內(nèi)部供應(yīng)用于激發(fā)氣體的電子。陽極電極3由ITOandium Tin Oxide:銦錫氧化物)等形成的透明電極構(gòu)成，而且該陽極電極3與電子源2相向地進 行配置。熒光體層4將第一光轉(zhuǎn)換成作為可見光第二光，該第二光的波長比第一光的波長 長。該第二光被發(fā)射到具有透光性的氣密容器1的外部?？刂蒲b置5對電子源的表面電極 27與下部電極25之間施加電壓，而且對施加在電子源的表面電極27與陽極電極3之間的 電壓進行調(diào)整。另外，控制裝置5對陽極電極3與電子源2的表面電極27之間施加電壓， 而且對施加在陽極電極3與電子源2的表面電極27之間的電壓進行調(diào)整。另外，在本實施 方式中，表面電極27與下部電極25協(xié)力工作，表面電極27與下部電極25被定義為驅(qū)動電 極。表面電極27構(gòu)成第一驅(qū)動電極，下部電極25構(gòu)成第二驅(qū)動電極。
氣密容器1由背板(rear plate) 11、面板(face plate) 12及隔板13構(gòu)成。背板 11由玻璃等具有透光性的材料制成，而且形成為矩形板狀。面板12由玻璃等具有透光性的 材料制成，而且與背板11的一個表面?zhèn)认嘞虻剡M行配置，并形成為矩形板狀。隔板13介于 背板11與面板12之間，并且形成為矩形框狀。在背板11的與面板12相對的一個表面上 配置有電子源2。在面板12的與背板11相向的一個表面上設(shè)置有陽極電極。在陽極電極 3的與背板11相向的一個表面上設(shè)置有熒光體層4。另外，氣密容器1的形狀不限于上述 形狀。另外，背板11、面板12及隔板13的材料不限于玻璃，例如也可以是具有透光性的陶 瓷(ceramics)。另外，在本實施方式中，氣密容器1整體由透光性材料形成。但是，無需一 定是氣密容器1整體由具有透光性的材料形成。只要氣密容器1的至少一部分由透光性材 料形成即可。電子源2為彈道電子面發(fā)射型電子源(Ballistic electron Surface-emitting Device :BSD)。該彈道電子面發(fā)射型電子源具有所述下部電極25、所述表面電極27以及介 于下部電極25與表面電極27之間的強電場漂移層沈。下部電極25例如由如鎢(tungsten) 等的金屬膜構(gòu)成。表面電極例如由Au(金)等構(gòu)成，而且由膜厚為IOnm至15nm左右的導(dǎo) 電性薄膜構(gòu)成。但是，下部電極25以及表面電極27的材料并不限定于上述的材料。并且， 下部電極25及表面電極27分別可以是單層，也可以是多層。如圖2所示，強電場漂移層沈至少由晶粒(grain，半導(dǎo)體結(jié)晶061、硅氧化膜 沈2、硅微晶沈3、硅氧化膜264構(gòu)成。在下部電極25與表面電極27之間設(shè)置有晶粒沈1、 硅氧化膜262、硅微晶(半導(dǎo)體微晶)263以及硅氧化膜沈4。晶粒由多晶硅構(gòu)成，而且 該晶粒261在下部電極25的表面?zhèn)扰帕谐芍鶢?。在晶粒的表面上設(shè)置有較薄的硅氧 化膜沈2。多個納米級的硅微晶263介于各晶粒261之間。在各硅微晶沈3的表面上形成 有多個硅氧化膜264。該硅氧化膜264是膜厚比硅微晶沈3的晶粒直徑小的絕緣膜。各晶 粒261在下部電極25的厚度方向延伸。即，各晶粒261沿著背板11的厚度方向延伸。為了從上述的電子源2發(fā)射電子，控制單元fe控制驅(qū)動電源Vps，以表面電極27 具有的電位比下部電極25的電位高的方式，對表面電極27與下部電極25之間施加驅(qū)動電 壓。隨著對表面電極27與下部電極25之間施加驅(qū)動電壓，從下部電極25向強電場漂移層 沈注入電子。接著，注入到強電場漂移層沈的電子發(fā)生漂移，接著通過表面電極27而被發(fā) 射。在這里，通過對表面電極27與下部電極25之間施加驅(qū)動電源Vps為IOV至20V 左右的低電壓，也能夠使電子源2發(fā)射電子。另外，本實施方式的電子源2具有以下特征 電子發(fā)射特性的真空度依存性低，并且在電子發(fā)射時能夠不發(fā)生跳躍(hopping)現(xiàn)象，能 以高電子發(fā)射效率穩(wěn)定地發(fā)射電子。如以下說明，上述電子源如下所述地產(chǎn)生電子。即，對表面電極27與下部電極25 之間，以表面電極27比下部電極25高電位的方式施加電壓。如果對下部電極25施加電 壓，則從下部電極25注入電子e-。在這里，在強電場漂移層沈產(chǎn)生的電場的大部分被施加 到硅氧化膜264上。因此，通過硅氧化膜264產(chǎn)生的強電場，所注入的電子e_受到圖2的 箭頭所指向的力。受到了箭頭所指向的力的電子e-在表面上朝著強電場漂移層沈的晶粒 261之間的區(qū)域，向箭頭方向漂移。漂移后的電子e_通過表面電極27后被發(fā)射。這樣，在 強電場漂移層26中，從下部電極25注入的電子e-幾乎不因硅微晶263而散射，并且因在硅氧化膜264上產(chǎn)生的電場加速而漂移，接著電子e_通過表面電極27而被發(fā)射。這就是 所謂的彈道型電子發(fā)射現(xiàn)象。另外，在強電場漂移層沈產(chǎn)生的熱通過晶粒261而散出。因 此，在電子發(fā)射時不發(fā)生跳躍現(xiàn)象。由此，能夠穩(wěn)定地發(fā)射電子。另外，在上述強電場漂移層沈上，硅氧化膜264構(gòu)成絕緣膜，該絕緣膜由氧化工藝 形成。但是，也能夠用氮化工藝代替氧化工藝來構(gòu)成絕緣膜。此時，硅氮化膜代替硅氧化膜 262及硅氧化膜264形成為絕緣膜。另外，氧氮化工藝也能夠代替氧化工藝來構(gòu)成絕緣膜。 此時，硅氧氮化膜代替硅氧化膜262及硅氧化膜264形成為絕緣膜。另外，在本實施方式中， 電子源2直接形成在由玻璃基板構(gòu)成的背板11的一個表面?zhèn)?。但是，也能夠采用由硅基?和該硅基板的背面?zhèn)鹊臍W姆(ohmic)電極構(gòu)成的電子源。此種電子源也配置在背板11的 上述一個表面?zhèn)?。上述控制裝置5由驅(qū)動電源Vps、陽極電極用電源Va以及控制單元fe構(gòu)成。驅(qū)動 用電源Vps對電子源2的表面電極27與下部電極％之間施加電壓。陽極電極用電源Va對 陽極電極3與電子源2的表面電極27之間施加電壓?？刂茊卧缬晌⑿陀嬎銠C等構(gòu)成， 該微型計算機分別控制驅(qū)動電源Vps及陽極電極用電源Va。為了能夠從電子源2發(fā)射出具 有的能量分布且具有峰值能量的電子，控制單元fe控制驅(qū)動電源Vps對電子源2施加驅(qū)動 電壓，而且控制陽極電極用電源Va對陽極電極3與電子源2之間施加發(fā)射電壓。所述驅(qū)動 電壓及所述發(fā)射電壓被設(shè)定為電子的能量分布的峰值能量比密封在氣密容器1內(nèi)的氣體 即氙氣的激發(fā)能大，而且比氙氣的離子能小。即，所述驅(qū)動電壓被設(shè)定為電子的能量分布 的峰值能量比氙氣的激發(fā)能大，而且比氙氣的離子能小?？刂茊卧缈刂乞?qū)動電源Vps來 對表面電極27與下部電極25之間的電壓進行調(diào)整，由此氣體不放電而被激發(fā)。在這里，在本實施方式的發(fā)光裝置中，控制裝置5控制驅(qū)動電源Vps，以表面電極 27具有的電位比下部電極25具有的電位高的方式，對表面電極27與下部電極25之間施加 驅(qū)動電壓。另外，控制裝置5控制陽極電極用電源Va，以陽極電極3具有比電子源的表面電 極27具有的電位高的方式，對陽極電極3與電子源2的表面電極27之間是施加發(fā)射電壓。 因此，由于在陽極電極3與表面電極27之間產(chǎn)生的電場，電子源2所發(fā)射的電子e-受力。 由于受力，電子e-向陽極電極3移動，由此，與存在于陽極電極3與表面電極27之間的氙 原子碰撞。在這里，從電子源2發(fā)射出的電子由于陽極電極3與表面電極27之間的電場而獲 得的能量依賴于陽極電極3與表面電極27之間的電場強度與氣體中的電子的平均移動行 程的積。電場強度依賴于施加在陽極電極3與表面電極27之間的電壓和陽極電極3與表面 電極27之間的距離。平均自由程依賴于氣密容器1內(nèi)的氣體的種類及氣壓。在本實施方 式中，氣壓設(shè)定為5kPa，而且由于電子的平均自由程較短，所以從電子源2發(fā)射出的電子由 于陽極電極3與表面電極27之間的電場而獲得的能量小于從電子源2發(fā)射出的電子的能 量分布的峰值能量。因此，在電子源2發(fā)射出的電子的能量分布從與氣體發(fā)生碰撞的電子 的能量分布稍微向高能量側(cè)偏移。在這里，以表面電極27具有的電位比下部電極25具有 的電位高的方式，對所述電子源2的表面電極27與下部電極25之間施加20V的電壓。隨 著對表面電極27與下部電極25之間施加20V的電壓，電子源發(fā)射如下的電子該電子的能 量分布的峰值能量比氙氣的激發(fā)能大，而且比氙氣的離子能小。在這里，從電子源發(fā)射出的 電子具有IOeV左右的電子能量分布的峰值能量。
這樣，在本實施方式的發(fā)光裝置中，控制裝置5對表面電極27與下部電極25之間 施加電壓。受到電壓的電子源發(fā)射出如下的電子該電子的能量分布的峰值能量比氣體的 激發(fā)能大而且比氣體的離子能小。在圖1中，該電子用箭頭500表示。所發(fā)射的電子不對 填充在氣密容器1內(nèi)部的氣體放電而是激發(fā)該氣體。激發(fā)后的氣體發(fā)射出被定義為第一光 的激發(fā)光。該第一光在圖1中用箭頭501表示。發(fā)射出的第一光由熒光體層4轉(zhuǎn)換成第二 光，該第二光具有比第一光的波長長的波長。第二光從熒光體層4發(fā)射。通過對表面電極 27與下部電極25之間施加較低的電壓，該結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置發(fā)射第二光。因此，該結(jié)構(gòu)的發(fā) 光裝置用比使氣體放電并發(fā)射光的發(fā)光裝置低的電力來發(fā)射光。因此，能夠獲得耗電少、發(fā) 光效率高的發(fā)光裝置。另外，電子源2、熒光體層4也不會因放電等離子的離子而受到損傷。 因此，能夠得到長壽命的發(fā)光裝置。在這里，在本實施方式的發(fā)光裝置中，使電子源2與陽極電極3之間的間隔大于帕 邢最小值，為1cm。使電子源2與陽極電極3之間的間隔大于帕邢最小值，使得氣體的放電 難以發(fā)生。另外，電子源2與陽極電極3之間的間隔并不限定于1cm。另外，在本實施方式的發(fā)光裝置中，具有彈道電子面發(fā)射型電子源作為電子源 2。彈道電子面發(fā)射型電子源在氣體中也能夠穩(wěn)定地工作，能夠發(fā)射具有氙氣的激發(fā)能即 8. 44eV以上的初始能量的電子。即，彈道電子面發(fā)射型電子源能發(fā)射的電子的初始能量比 圓錐發(fā)射體(spindt)型電子源作為電子源所發(fā)射的電子的初始能量高。因此，能夠用比具 有圓錐發(fā)射體型電子源的發(fā)光裝置低的電壓來驅(qū)動具有彈道電子面發(fā)射型電子源作為電 子源2的發(fā)光裝置，由此，能夠獲得耗電低的發(fā)光裝置。可是，在本實施方式的發(fā)光裝置中，氣密容器1的內(nèi)部密封有氙氣。該氙氣被設(shè)定 成具有5kPa的壓力。但是，該氙氣的壓力并不限定于5kPa。圖3的(a)至圖3的(c)表示 利用光電倍增管來測定從密封了具有各種壓力的氙氣的發(fā)光裝置發(fā)射出的紫外光的發(fā)光 強度的結(jié)果。在該實驗中所利用的發(fā)光裝置由氣密容器1、氣體、電子源2、陽極電極3以及 控制裝置5構(gòu)成。即，該實驗中所利用的發(fā)光裝置不具有熒光體層4。在該發(fā)光裝置中，控 制裝置5對陽極電極3與表面電極27之間施加100V的電壓。另外，控制裝置5以表面電 極27具有的電位比下部電極25具有的電位高的方式，對表面電極27與下部電極25之間 施加20V的脈沖電壓。由圖3的(b)及圖3的(c)可知，通過在以2kPa至20kPa的范圍的 壓力氣密容器中密封氙氣，能夠防止氙氣的放電，并提高發(fā)光效率。另外，在密封了 100 和IkPa的壓力的氙氣的氣密容器1中，由于發(fā)生放電，未利用光電倍增管進行測定。另一方面，圖4表示利用光電倍增管測定紫外光發(fā)光強度的另一個例子。在圖4 的例子中，從表面電極27隔開Icm地設(shè)置陽極電極3。氙氣具有的壓力地填充到氣密 容器1中。在陽極電壓為OV至180V的情況下，不發(fā)生放電。即，可知通過將換算電場強度 設(shè)定在0至3.6(V/mPa)的范圍，能夠防止放電。該換算電場強度由利用了陽極電極3與電 子源2的表面電極27之間的電場強度E (v/m)和氣壓ρ (Pa)的Ε/ρ來規(guī)定。從圖4可知 紫外光的發(fā)光強度隨著陽極電壓的增加而增加。推測該增加是由于電子的能量分布的峰值 能量隨著陽極電壓的增加而向高能量側(cè)偏移，從而氙氣受激發(fā)的幾率增加而引起的。另外，如圖5所示，為了使氙原子離子化并放電，需要12. 13eV的能量。與之相對， 為了使氙原子激發(fā)并發(fā)射出波長147nm的紫外光，僅僅需要8. 44eV的激發(fā)能。另外，通過 生成激發(fā)狀態(tài)的氙分子即激元，發(fā)射出具有比147nm長的波長的172nm的光。另外，圖5中的向下的箭頭上標注的數(shù)值表示發(fā)光波長。在這里，在本實施方式中，采用作為稀有氣體的一種的氙氣作為氣體。并且在氣密 容器1中密封具有5kPa的壓力的氣體，以便能夠生成激元。因此，通過從電子源2向氣密 容器1內(nèi)供應(yīng)電子，在氣密容器1內(nèi)生成激元(激發(fā)狀態(tài)的分子)。即，能夠降低熒光體層 4在熒光體中的斯托克斯損失，由此能夠獲得提高了發(fā)光效率的發(fā)光裝置。另外，本實施方式的控制單元如對驅(qū)動電源Vps發(fā)送控制信號。接收到控制信號 的驅(qū)動電源Vps以表面電極27具有的電位比下部電極25具有的電位高的方式，對表面電 極27與下部電極25之間施加矩形波的驅(qū)動電壓。即，通過施加矩形波的驅(qū)動電壓，接收到 控制信號的驅(qū)動電源Vps對電子源2交替地賦予接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)，所述接通狀態(tài)是向 氣密容器1內(nèi)供應(yīng)電子的狀態(tài)，所述斷開狀態(tài)是在規(guī)定的期間禁止向氣密容器1內(nèi)供應(yīng)電 子的狀態(tài)。其結(jié)果，接收到矩形波的驅(qū)動電壓的電子源2周期性地對氣密容器1內(nèi)供應(yīng)電 子。這樣，控制裝置5以表面電極27具有的電位比下部電極25具有的電位高的方式，對表 面電極27與下部電極25之間施加矩形波電壓。其結(jié)果，電子源2周期性地對氣密容器1 內(nèi)供應(yīng)電子。由此，本實施方式的發(fā)光裝置中，控制裝置5間歇性地驅(qū)動電子源2。因此，根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠獲得以比具有連續(xù)性地驅(qū)動電子源2的控制裝置5的發(fā)光裝置低的耗電來 驅(qū)動電子源2的發(fā)光裝置。圖6表示對從發(fā)光裝置發(fā)射的紫外光的發(fā)光強度的經(jīng)時變化進行測定的結(jié)果。通 過具有氣密容器1、氙氣、電子源2、陽極電極3及控制裝置5但不具有熒光體層4的發(fā)光裝 置來進行該測定。另外，控制裝置5以表面電極27具有的電位比下部電極25具有的電位高 的方式，對表面電極27與下部電極25之間施加20V的脈沖電壓。在這里，圖6的接通(ON) 表示對電子源2施加脈沖電壓的期間。圖6的斷開(OFF)表示未對電子源2施加脈沖電壓 的期間。由圖6可知停止對電子源2施加脈沖電壓之后，可得到20ysec左右的余輝。總 之，可知余輝期間為20 μ sec左右。因此，將控制裝置5輸出的矩形波設(shè)定為電子源2處于斷開狀態(tài)的規(guī)定的期間比 余輝期間短。圖7表示使上述的矩形波電壓的頻率及占空系數(shù)(on duty)變化時的斷開期 間的時間(即斷開時間)。在圖7中，橫軸表示頻率、縱軸表示斷開時間?！癆”表示使占空 系數(shù)為時的頻率與斷開時間之間的關(guān)系?！癇”表示使占空系數(shù)為10%時的頻率與斷開 時間之間的關(guān)系?！癈”表示使占空系數(shù)為50%時的頻率與斷開時間之間的關(guān)系。由圖7可知，在本實施方式的發(fā)光裝置中，電子源2在斷開期間也供應(yīng)電子。因 此，氣密容器1內(nèi)的氣體在斷開期間也被電子激發(fā)，由此，在斷開期間也繼續(xù)進行紫外線的 激發(fā)。因此，能夠獲得提高了發(fā)光效率的發(fā)光裝置。另外，在本實施方式中，如上所述，電子源2由彈道電子面發(fā)射型電子源構(gòu)成，該 彈道電子面發(fā)射型電子源具有下部電極25、與下部電極25相向的表面電極27以及介于下 部電極25與表面電極27之間的強電場漂移層26。因此，控制裝置5對電子源施加正向偏 壓電壓和反向偏壓電壓，該反向偏壓電壓具有與正向偏壓電壓相反的電位。即，控制裝置5 對表面電極27與下部電極25之間施加正向偏壓電壓和反向偏壓電壓。在對電子源2施加 正向偏壓電壓時，電子源2向氣密容器1內(nèi)供應(yīng)電子。隨著電子源2受到正向偏壓電壓，強 電場漂移層沈中的收集器捕獲電子。接著，若對電子源施加反向偏壓電壓，則收集器所捕 獲的電子向下部電極25發(fā)射。這樣，控制裝置5對電子源2交替地賦予施加正向偏壓電壓的正向期間和施加反向偏壓電壓的反向期間。由此，能夠抑制收集器所捕獲的電子所引起 的電場的衰減。由此，實現(xiàn)電子源2的長壽命化。另外，在本實施方式的發(fā)光裝置中，優(yōu)選地，控制裝置5對陽極電極3與電子源2 之間施加與矩形波的驅(qū)動電壓同步的矩形波的發(fā)射電壓。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠獲得用比對陽 極電極3與電子源2之間施加一定電壓的發(fā)光裝置低的電力來發(fā)光的發(fā)光裝置。此時，更優(yōu)選地，控制裝置5以陽極電極3的電位比電子源2具有的電位高的方 式，對陽極電極3與電子源2之間施加矩形波的發(fā)射電壓。伴隨于此，優(yōu)選地，設(shè)定成上述 接通期間的發(fā)射電壓的電壓值比上述斷開期間的發(fā)射電壓的電壓值低。由此，能夠使電子 源2以低耗電工作。另外，在上述斷開期間，能夠繼續(xù)使電子移動到陽極電極3。另外，在上述實施方式中，采用氙氣作為密封到氣密容器1內(nèi)的氣體，但密封到 氣密容器1內(nèi)的氣體并不限定于氙氣，例如也可以是氦氣(helium)、氖氣(neon)、氬氣 (argon)、氪氣(krypton)、氮氣以及它們的混合氣體等。另外，上述各結(jié)構(gòu)能夠進行分別組
I=I ο
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于， 包括氣密容器，其具有透光性，氣體，其被密封在所述氣密容器內(nèi)，而且受到電子的激發(fā)而發(fā)射第一光，該第一光具有 真空紫外至可見光范圍的波長，電子源，其配置在所述氣密容器的內(nèi)部，而且具有第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極，通過 在所述第一驅(qū)動電極與所述第二驅(qū)動電極之間所施加的驅(qū)動電壓來發(fā)射所述電子， 陽極電極，其配置在所述氣密容器的內(nèi)部，并與所述電子源相向配置， 控制裝置，其對所述第一驅(qū)動電極與所述第二驅(qū)動電極之間施加所述驅(qū)動電壓，而且， 對所述電子源與所述陽極電極之間施加發(fā)射電壓，以使所述電子移動到所述陽極電極，以 及熒光體，其設(shè)置在所述氣密容器的內(nèi)部，受到所述第一光的激發(fā)而發(fā)射第二光，該第二 光的波長與所述第一光的波長不同；通過施加所述發(fā)射電壓，使所述電子源發(fā)射電子，該電子的能量分布具有峰值能量； 所述峰值能量比所述氣體的激發(fā)能大，而且比所述氣體的離子能小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述氣體以2kPa至20kPa的壓力被 密封在所述氣密容器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述氣體為稀有氣體，并且以規(guī)定的壓力被密封在所述氣密容器中， 所述規(guī)定的壓力設(shè)定成能夠通過激發(fā)所述氣體來形成激元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述控制裝置對所述電子源施加矩 形波的所述驅(qū)動電壓，由此交替提供接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)，所述接通狀態(tài)是使所述電子源 在接通期間內(nèi)發(fā)射所述電子的狀態(tài)，所述斷開狀態(tài)是禁止所述電子源在斷開期間內(nèi)發(fā)射所 述電子的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述氣體具有如下特性自所述電子源從所述接通狀態(tài)切換到所述斷開狀態(tài)時起，在 余輝期間發(fā)出余輝，所述斷開期間被設(shè)定為比所述余輝期間短。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述電子源定義為彈道電子面發(fā)射型電子源，該彈道電子面發(fā)射型電子源具有下部電 極、表面電極及強電場漂移層；所述表面電極與所述下部電極相向配置，所述表面電極定義為所述第一驅(qū)動電極，所 述下部電極定義為所述第二驅(qū)動電極；所述強電場漂移層配置在所述表面電極與所述下部電極之間，強電場漂移層具有納米 級的多個半導(dǎo)體微晶以及多個絕緣膜，所述絕緣膜形成在各半導(dǎo)體微晶各自的表面上，而 且該絕緣膜的膜厚小于半導(dǎo)體微晶的晶粒直徑；所述控制裝置對所述電子源施加交流且所述矩形波的驅(qū)動電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述控制裝置對所述陽極電極與所 述電子源之間施加與所述驅(qū)動電壓同步的矩形波的所述發(fā)射電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述控制裝置以所述陽極電極的電位比所述電子源的電位高的方式，對所述陽極電極 與所述電子源之間施加所述放電電壓；所述斷開期間內(nèi)的放電電壓的電壓值比所述接通期間內(nèi)的放電電壓的電壓值低。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述電子源與所述陽極電極之間的 間隔大于帕邢最小值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于， 所述氣體為氙氣；所述電子源的所述能量分布的峰值能量為8. 44eV以上且12. 13eV以下。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)光裝置由氣密容器(1)、氣體、電子源(2)、陽極電極(3)、控制裝置(5)及熒光體(4)構(gòu)成。氣密容器具有氣密性。氣體被密封在氣密容器(1)，并該氣體受到電子(500)的激發(fā)而發(fā)射第一光(501)。電子源(2)配置在氣密容器(1)內(nèi)部，因施加驅(qū)動電壓而發(fā)射電子(500)。陽極電極(3)配置在氣密容器(1)內(nèi)部。控制裝置(5)向電子源(2)施加驅(qū)動電壓。熒光體(4)設(shè)置在氣密容器(1)的內(nèi)部，并受到所述第一光(501)的激發(fā)而發(fā)射第二光。電子源(2)因施加放電電壓而發(fā)射出電子(500)，該電子(500)的能量分布具有峰值。能量分布的所述峰值比所述氣體的激發(fā)能大，比所述氣體的離子能小。
文檔編號H01J63/06GK102089853SQ20098012659
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者幡井崇, 櫟原勉 申請人:松下電工株式會社