CN102169807B - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种照明装置，其具备：沿轴方向设置的线状阴极、与线状阴极在轴方向上相对向的带荧光体的阳极、及将其真空密封的真空密封管。其中，线状阴极具备导线与设置于导线全周的碳膜；带荧光体的阳极具备阳极部、和设置于该阳极部的荧光部。
Description
技术领域
本发明涉及使用电场发射型的电子发射源的照明装置。
背景技术
以往，作为使用电场发射型的电子发射源的照明装置，例如，提出有日本特开平10-255699号公报所记载的照明装置。此照明装置，在真空密封管内设置一对平面玻璃基板，在其中一个平面玻璃基板上设置电子发射源(阴极部)，在另一平面玻璃基板上设置带荧光体的透明电极膜(阳极部)，由阴极部发射的电子与面状的荧光体碰撞后，荧光体被激发，而使可见光以平面单方向发光，可利用于平面显示器等。于是，考虑将此等的照明装置，用作由液晶显示面板的背面侧进行照明、即所谓的背光装置。然而，液晶电视等组装有液晶显示面板的电子设备，其薄型化、低功耗化的要求逐年升高，对于使用上述电子发射源的照明装置，希望当其作为背光装置组装于上述电子设备时，非上述的平面方向发光而可全方位发光、并且可对应薄型而能组装于狭窄的背面侧、且能以低耗电量而高亮度发光。
发明内容
本发明的照明装置，其特征在于，具备：沿轴方向设置的线状阴极、与线状阴极在轴方向上对向的带荧光体的阳极、及将其真空密封的真空密封管；其中，线状阴极具备导线与设置于导线全周面的作为电子发射源的碳膜；带荧光体的阳极具备阳极部、与设置于阳极部的荧光部。
优选在线状阴极的表面附加凹凸，且将此凹凸表面的碳膜设置成尖锐、或比较尖锐的形状。
另外，上述的“线状”并非限定为直线状，而包括螺旋线状、波纹状等曲线状、直线状与曲线状等混合的形状；另外，亦不限中空或实心；再者，其截面形状，亦无特别限定，不限于圆形，亦可为椭圆形、矩形或其他形状。上述的“凹凸”，并不限定其尺寸，例如，是包括由突起或沟槽等所形成的肉眼可见尺寸的凹凸，和基于表面粗糙度等的微观尺寸的凹凸。碳材料包含其尖锐部分为例如管状、壁状的碳材料。上述的“比较尖锐”的尖锐度，根据电场电子发射特性而决定，就算带有些许圆角也能包含于尖锐。
依据本发明的照明装置，藉由将真空密封管作成为细管，可满足伴随如液晶电视等电子设备的薄型化、而对组装于液晶显示面板背面侧的背光装置的薄型化的要求。
另外，通过在设置于真空密封管内部的线状阴极的表面设置凹凸，并在此凹凸表面形成作为电子发射源的碳膜，可以使电场的电子发射部较易发生电场集中，仅需施加极低的电力，即能够以作为液晶用背光装置所需的充分的发光亮度进行发光，能够同时兼顾作为液晶面板用背光装置的管径细径化的技术要求、及赋予液晶面板充分的发光亮度的技术要求。
再者，依据本发明，由于线状阴极与带荧光体的阳极沿真空密封管的长边方向相对向配置，故能自真空密封管的全周围发出可见光，从而能提供一种照明装置，其作为背光装置组装入电子设备的狭窄背面空间而实现薄型化，且即使以低耗电量亦能以高亮度发光。
依据本发明，由于可使可见光由真空密封管的全方位进行发光，故能适用于平面显示器。
附图说明
图1是本发明的实施方式的照明装置的局部透视立体图。
图2是本发明的实施方式的照明装置的截面图。
图3是本发明的实施方式的照明装置的前视图。
图4是本发明的其他实施方式的照明装置的局部透视立体图。
图5是显示关于本发明的其他实施方式的背光用电场电子发射型荧光管的截面图。
图6是将图5中以圆A圈住部分扩大显示的图。
图7是将图5中以圆B圈住部分扩大显示的图。
图8是将图5中以圆C圈住部分扩大显示的图。
图9A是显示细管与阴极部的变形例的立体图。
图9B是显示细管与阴极部的其他变形例的立体图。
图9C是显示细管与阴极部的其他变形例的立体图。
图9D是显示细管与阴极部的其他变形例的立体图。
图9E是显示阳极部的变形例的立体图。
图10是显示本发明的其他实施方式的背光用电场电子发射型荧光管的截面的图。
图11是将图10的A-A线的截面扩大显示的图。
图12是将图10的B-B线的截面扩大显示的图。
图13是在图10的B-B线截面的线状阳极部的变形例的扩大显示截面图。
图14A是显示组装有实施方式的背光用电场电子发射型荧光管的背光装置、及具备此背光装置的液晶电视的立体图。
图14B是显示使用电场电子发射型荧光管的背光的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式的照明装置。
图1是照明装置的局部截断立体图，图2是照明装置的截面图，图3是表示照明装置的前视图。照明装置在真空密封管10中真空密封有带荧光体的阳极11与线状阴极13。真空密封管10的两端虽为使内部真空而闭合，但附图中为利于了解而未显示两端部。带荧光体的阳极11由阳极部11a与荧光部11b所构成。真空密封管10由圆筒状的玻璃管所构成，内部形成为真空或大致真空。阳极部11a由铝、铜、镍、SUS等金属构成。阳极部11a可为实心亦可为中空，其表面具有适于荧光部11b的粘着性及荧光部11b发光的反射性的面。荧光部11b形成于阳极部11a的外周缘的全面。线状阴极13由镍、不锈钢、铁等材料的细金属导线所形成。在线状阴极13的全周缘成膜有未图示的碳纳米管、碳纳米壁等微小的碳系线状物。线状阴极13延设于轴方向，且于荧光部11b的圆周方向等间隔设置多个。
较佳的构成为，扩大线状阴极13与荧光部11b的间隔以施加高电位，或增加线状阴极13的个数以缩窄彼此间的间隔，以使荧光部11b的全面皆可发射电子。间隔物14用于使荧光部11b与线状阴极13的间隔固定为既定大小，而由外嵌于荧光部11b的环状体14a、与此环状体14a周围的多个突出片14b所构成。线状阴极13架设于设置在荧光部11b两端的外周面的间隔物14的相对向的突出片14b间，而配置为与荧光体表面之间相隔既定间隔。环状体14a亦可与荧光部11b粘结。线状阴极13之间通过导体15而形成电气连接。
脉冲电源17通过电线16和带荧光体的阳极11与线状阴极13连接，而在带荧光体的阳极11与线状阴极13之间施加电压。线状阴极13通过该电压的施加而发射电子。该发射的电子与带荧光体的阳极11的荧光部11b碰撞而发光。若使脉冲电压上升至流通1mA/cm2的电流，则该发光的亮度成为20万Cd。作为此时的条件，于φ1mm的长10cm的线状阴极13上，以3mm的间隔，构成φ2cm的长10cm的带荧光体的阳极11，而于10-6Torr的真空下施加脉冲电压6kV(1KHz)，从而流通1mA/cm2的电流。
依上述的照明装置，可由真空密封管10的全面发射光。另外，于荧光部11b的外周缘配置线状阴极13时，由于使用间隔物14，故容易将线状阴极13与荧光部11b的间隔设定为既定大小，能以高精度控制线状阴极13与带荧光体的阳极11间的间隔，而在线状阴极13与带荧光体的阳极11的间隔为0.5mm、电压800V下，能得到300lm/W的高效率。
(其他实施方式)
图4所示的照明装置中，线状阴极13形成螺旋状，而与荧光体表面隔开既定间隔而环绕着。间隔物14在环状体14a上将一突出片14b朝外侧折弯而构成。间隔物14外嵌于带荧光体的阳极11两端。线状阴极13，其全周缘成膜有碳纳米壁等碳膜，并以螺旋状环绕于带荧光体的阳极11周围。线状阴极13的两端固定于间隔物14的突出片14b。藉此，线状阴极13配置成与荧光体表面相隔既定间隔。若施加电压于线状阴极13与带荧光体的阳极11之间，则由线状阴极13发射电子，此被发射的电子碰撞于荧光部11b发光。以上的照明装置，亦可于全面发光，并可容易将线材与荧光体的间隔控制为既定大小。而且，由于线状阴极13形成为螺旋状而配置于带荧光体的阳极11的周缘，故容易使荧光部11b以360°全面发光。
(此外的其他实施方式)
参照图5至图8说明本发明的此外的其他实施方式的照明装置。其中，真空密封管10具有例如管长250mm的长形且外径为15mm、内径为10mm的细管构成。真空密封管10，可为直管形状亦可为U字形管形状。
带荧光体的阳极11，其膜厚为例如1μm，于真空密封管10内表面由图中的右侧的始端侧起至图中左侧的终端侧密合设置。另外，带荧光体的阳极11，由层状荧光部11b与层状阳极部11a所构成；该层状荧光部11b由因电子线激发而发出白色光的荧光体粉末所构成；该层状阳极部11a蒸镀导电性优异的金属(以铝为佳)而构成。
带荧光体的阳极11的形成方法是，将因电子线激发而发出白色光的荧光体粉末，于空气中或氮等非氧化气体的减压环境气氛中的任一者，加入通过450℃烧结而挥发的PVA(聚乙烯醇)等粘结剂、与粘度调整用水性液体，作成浆料，将此浆料涂布于真空密封管10的内面进行干燥后形成荧光部11b。其次，为使此荧光部11b的表面平坦化，涂布有机物浆料，使其充分干燥，之后，使用铝蒸镀装置，以使膜厚成为0.1-0.3μm的方式蒸镀铝。以此蒸镀的状态置入电炉中，以450℃除去粘结剂，并且将荧光体粉末密合于真空密封管10的内面而形成阳极部11a。如此，于真空密封管10的内面，形成荧光部11b与阳极部11a的2层构造的带荧光体的阳极11。
线状阴极13设置于带荧光体的阳极11的内径侧。线状阴极13，外径并无特别限定，而具备例如1mm左右的直线状导线13a。此导线13a的表面形成有凹凸13b。此凹凸13b，除了线状阴极13的始端部与终端部外，优选为于其大致全周缘均匀地形成的可见尺寸的凹凸。凹凸13b，例如可藉由例如于线状阴极13的表面进行螺纹切削加工、拉伸而形成。凹凸13b，例如分布于线状阴极13的大致全周面，并具有互相为均等或大致均等的高度、尖锐度，藉此，能够于线状阴极13的大致全周缘均匀且高亮度地发光。导线13a的材料，并无特别限定，但例如以不锈钢、石墨、镍、铁、钴等为佳。
线状阴极13表面的凹凸13b上，形成有作为电场电子发射部的碳膜13c。碳膜13c是微观上具有多个尖锐的微细部分的碳膜材料，例如，以碳纳米管、碳纳米壁为佳。碳膜13c的微观形状并未特别图示。
在线状阴极13表面的凹凸13b上形成碳膜13c的方法，并无特别限定，例如，可藉由网版印刷、涂布、CVD(化学蒸镀法)等简单、廉价的周知技术来形成，例如，碳纳米管的形状是外径1～数10nm、长1～数μm的管状，由于此管形状，而具有电场容易集中于其前端、容易发射电子的特性。另外，碳纳米管及碳纳米壁，以与导线13a的电接触的观点考量，以直接成膜于导线13a上为佳。另外，碳纳米壁优选在导线13a的凹凸13b表面上直接以等离子体CVD法成膜的方法。其理由在于，不需要于碳纳米管所需的触媒。
在此凹凸13b与碳膜13c的组合中，凹凸13b的形状为可见的尺寸、而碳膜13c的形状为微观尺寸。若导线13a的表面平坦，则仅利用碳膜13c的话，电子发射特性恶劣，而通过在导线13a的表面附上凹凸13b，碳膜13c、例如碳纳米壁、碳纳米管，特别容易集中于此凹凸13b的凸部，而因凸部的形状与其尖锐的前端的相乘效果，藉由本发明人等的实验，确认了可以显著提高电子发射特性。
若施加电压于线状阴极13与带荧光体的阳极11间，则电场集中于碳膜13c、例如碳纳米管的尖锐部分，基于量子通道效应，电子会穿破能量势垒而发射至真空中。被发射的电子，被带荧光体的阳极11吸引而碰撞于带荧光体的阳极11，藉此荧光部11b被激发而发光。
线状阴极13呈线状，且在细真空密封管10内部从始端侧至终端侧与带荧光体的阳极11按照其周围大致等距离的方式对向配置，故施加以低功耗即能均匀、高亮度地发光，作为背光装置极其优异。。
引出线18由将带荧光体的阳极11从真空密封管10拉出至外部的科瓦铁镍钴合金(Kovar)等所构成。引出线19由将线状阴极13从真空密封管10拉出至外部的科瓦铁镍钴合金等所构成。碳糊20连接带荧光体的阳极11的阳极部11a与引出线18；碳糊21连接线状阴极13与引出线19。线状阴极13的终端侧的区域D，被碳糊21覆盖而防止该终端侧的电场集中。引出线18、19的热膨胀系数，与真空密封管10的热膨胀系数相一致，藉此而为不易受温度变化影响的构造。22表示熔接部。
对具备以上构成的背光装置用荧光管实施了如下所述的试验。
首先，使用高脉冲电源17，通过引出线18、19，于带荧光体的阳极11与线状阴极13间，施加8kV、脉冲宽5μs、频率6kHz的直流脉冲电压。结果，得到了100000cd/m2的发光亮度。
其次，连续施加脉冲电压1周(24×7小时＝168小时)后，测定真空密封管10外壁的温度时，与室温相同，并无因发光而使温度上升，亮度亦无变化。此试验结果显示，实施方式的背光装置用荧光管，是非常适于作为以低功耗、高亮度而由大型液晶电视等液晶显示面板的背面侧进行照明的背光装置。
具备以上构成的背光装置用荧光管，能同时兼顾作为液晶面板用背光装置的管径细径化的技术要求、及赋予液晶面板充分的发光亮度的技术要求。
(此外的其他上述方式)
图9A显示上述实施方式的真空密封管10的部分截断图；图9B中，与图9A对比而显示线状阴极13的截面矩形形状；图9C显示真空密封管10的截面矩形形状、与线状阴极13的截面圆形形状。图9D显示真空密封管10的截面矩形形状、与线状阴极13的截面矩形形状。图9B至图9D的各例，与图9A的例具有同样的作用效果。图9E显示带荧光体的阳极11呈网状。带荧光体的阳极11即使为网状，亦能由碳膜13c进行电子发射。
(此外的其他上述方式)
参照图10至图12，线状带荧光体的阳极11，其插通于细管10内部，而一端侧是以玻璃制的套筒26所支承，另一端侧是以未图示的石英制支承体支承，藉此，在真空密封管10内部平行配置于该真空密封管10的内面。线状带荧光体的阳极11，由芯线11a、与形成于该芯线11a外表面的荧光膜11b所构成，该芯线11a是由直径0.5mm的镍、钴等所构成。芯线11a对于荧光膜11b的发光，形成光反射面。该线状带荧光体的阳极11，在芯线11a的外表面使用荧光体浆料，以喷涂法或浸涂法涂布、干燥。之后，在空气中、或氮气流中，藉由进行450℃烧结，在芯线11a的外表面附着荧光膜11b。荧光膜11b的荧光材料，只要为能因电子碰撞而发光的材料即可，并无特别限定。直径0.5mm的镍制线状阴极13，以与线状带荧光体的阳极11隔离2.0mm的状态，插通于真空密封管10的内部，一端侧由玻璃制的套筒26所支承，另一端侧由未图示的石英制支承体所支承，藉此，在真空密封管10内部配置为与线状带荧光体的阳极11平行。
对于具备以上构成的背光装置用荧光管实施性能试验时，藉由施加5kV的电压得到了30000cd/m2的发光亮度。
其次，连续施加5kV电压1周(24×7小时＝168小时)后，测定真空密封管10外壁的温度时，与室温相同，并无因发光而使温度上升，亮度亦无变化。此试验结果显示，实施方式的背光装置用荧光管，非常适于作为低功耗、整体均匀且高的亮度的从大型液晶电视等液晶显示面板的背面侧进行照明的背光装置者。
(此外的其他实施方式)
图13是显示沿图10中B-B线的截面的其他变形例。如图13所示，亦可在线状带荧光体的阳极11中的芯线11a的外表面，形成大致半周面的荧光膜。作为此形成方法，预先在芯线11a的大致半周上涂布密封剂，且不在芯线11a的全周面上涂布荧光体浆料，以此状态涂布荧光体浆料，则可于芯线11a的大致半周面形成荧光膜11c。此场合，密封剂可在300℃左右使其挥发、去除。
(实施方式的应用例)
图14A显示：液晶电视23、组装于液晶电视23内的TFT液晶显示面板24、及于TFT液晶显示面板24的背面侧进行照明的背光装置25。此背光装置25，具备：背光源收纳用框体25a、及收纳于该框体25a的背光源25b。实施方式的背光装置用荧光管，作为该背光源25b而组装于其中。利用该背光用荧光管的背光源25b，如图14B所示，亦可为U字型形状。26表示发光部。
Claims (6)
1.一种照明装置，其特征在于，具备：
沿轴方向设置的线状阴极，
在轴方向上与线状阴极相对向的带荧光体的阳极，及
将所述线状阴极与所述带荧光体的阳极真空密封的真空密封管；
其中，线状阴极具备导线、和设置于该导线外周面的作为电子发射源的碳膜；带荧光体的阳极具备阳极部、和设置于该阳极部的荧光部，
上述线状阴极在带荧光体的阳极的周围以等间隔设置多个。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在线状阴极的表面设有凹凸，且该凹凸表面上设置有所述碳膜，该碳膜具备尖锐的形状。
3.如权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，上述碳膜的材料为碳纳米管或碳纳米壁。
4.如权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，上述带荧光体的阳极为线状。
5.如权利要求1或2的照明装置，其特征在于，
带荧光体的阳极，沿轴方向设置于真空密封管的内部中央；
6.如权利要求1或2的照明装置，其特征在于，
带荧光体的阳极与线状阴极，在真空密封管的内部沿轴方向平行配置。
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