JP2002298777A - 冷陰極および冷陰極放電装置 - Google Patents
冷陰極および冷陰極放電装置Info
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- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/02—Details
- H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
- H01J61/06—Main electrodes
- H01J61/067—Main electrodes for low-pressure discharge lamps
- H01J61/0675—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
- H01J61/0677—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode characterised by the electron emissive material
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２次電子放出効率と耐スパッタ性を兼ね備え
た冷陰極によって、発光効率が高く、かつ長寿命の冷陰
極放電灯を得る。 【解決手段】 ダイヤモンドとグラファイトの混在相か
らなる炭素系冷陰極１９、２０を用いることによって発
光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電灯を実現する。
望ましくは２００ｎｍ以下の主要発光波長を有する元素
例えばＸｅを放電ガスに混入する。
た冷陰極によって、発光効率が高く、かつ長寿命の冷陰
極放電灯を得る。 【解決手段】 ダイヤモンドとグラファイトの混在相か
らなる炭素系冷陰極１９、２０を用いることによって発
光効率が高く、かつ長寿命な冷陰極放電灯を実現する。
望ましくは２００ｎｍ以下の主要発光波長を有する元素
例えばＸｅを放電ガスに混入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷陰極および冷陰極
放電装置に関する。
放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷陰極放電灯に代表される冷陰極放電装
置は、加熱用フィラメントがなく簡単な構造であり、小
型化しやすくかつ低温で用いることができるため、比較
的寿命が長いことから、各種照明用や近年液晶装置のバ
ックライトなどとして幅広く用いられている。
置は、加熱用フィラメントがなく簡単な構造であり、小
型化しやすくかつ低温で用いることができるため、比較
的寿命が長いことから、各種照明用や近年液晶装置のバ
ックライトなどとして幅広く用いられている。
【０００３】一方で、冷陰極放電灯は内封する放電ガス
のイオン衝撃による冷陰極からの２次電子放出を用いて
放電を持続するために、通常は陰極部近傍に熱陰極型蛍
光灯などの熱陰極に比べて非常に大きな電界をかけるバ
イアス電圧印加が必要である。このために、点灯時も大
きな電圧が必要であり、これらによる電力の光への変換
効率という点で熱陰極放電灯に比べて劣る。しかし、熱
陰極型に比べて長寿命であるので、交換困難な用途に使
う場合が多いことから、ランプ寿命のよりいっそうの向
上が求められている。
のイオン衝撃による冷陰極からの２次電子放出を用いて
放電を持続するために、通常は陰極部近傍に熱陰極型蛍
光灯などの熱陰極に比べて非常に大きな電界をかけるバ
イアス電圧印加が必要である。このために、点灯時も大
きな電圧が必要であり、これらによる電力の光への変換
効率という点で熱陰極放電灯に比べて劣る。しかし、熱
陰極型に比べて長寿命であるので、交換困難な用途に使
う場合が多いことから、ランプ寿命のよりいっそうの向
上が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
冷陰極放電装置の発光効率、寿命という２つの課題を改
善し、より高効率発光でかつ長寿命化を実現することを
目的とするものである。
冷陰極放電装置の発光効率、寿命という２つの課題を改
善し、より高効率発光でかつ長寿命化を実現することを
目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、支持体と、こ
の支持体に支持され電子を放出する電子放出体とを具備
する冷陰極において、前記電子放出体はダイヤモンド相
および導電性炭素の混在相からなることを特徴とする冷
陰極を得るものである。
の支持体に支持され電子を放出する電子放出体とを具備
する冷陰極において、前記電子放出体はダイヤモンド相
および導電性炭素の混在相からなることを特徴とする冷
陰極を得るものである。
【０００６】さらに、この場合、前記電子放出体のダイ
ヤモンド相はドナー性不純物を含有することが望まし
い。
ヤモンド相はドナー性不純物を含有することが望まし
い。
【０００７】さらに、前記ダイヤモンド相は粒状体でな
りこの粒状体界面間にグラファイトまたは非晶質炭素層
が形成されていることが望ましい。
りこの粒状体界面間にグラファイトまたは非晶質炭素層
が形成されていることが望ましい。
【０００８】さらに本発明は、放電用ガスが封入された
外囲器と、この外囲器内に配置された冷陰極とを具備す
る冷陰極放電灯において、前記冷陰極は支持体とこの支
持体に支持され電子を放出する電子放出体とを有し前記
電子放出体はダイヤモンド相および導電性炭素の混在相
からなり、前記放電用ガスは２００ｎｍ以下の主要発光
ピークを有する元素を含むガスを含むことを特徴とする
冷陰極放電装置を得るものである。
外囲器と、この外囲器内に配置された冷陰極とを具備す
る冷陰極放電灯において、前記冷陰極は支持体とこの支
持体に支持され電子を放出する電子放出体とを有し前記
電子放出体はダイヤモンド相および導電性炭素の混在相
からなり、前記放電用ガスは２００ｎｍ以下の主要発光
ピークを有する元素を含むガスを含むことを特徴とする
冷陰極放電装置を得るものである。
【０００９】さらに前記放電用ガスはＸｅを含むことが
望ましい。
望ましい。
【００１０】本発明は、負あるいは、金属等の電極に比
べて著しく小さい電子親和力を有するダイヤモンドと、
ダイヤモンドと同じ炭素からなりかつｓｐ２結合を有す
るグラファイトあるいは非晶質炭素の粒界層を具備する
炭素系材料を冷陰極用電極として用いることを骨子とす
る。また、望ましくはこのダイヤモンドを高品質化し、
ドナー性不純物具体的にはリン、イオウ、窒素、アルカ
リ金属類を添加し、フェルミレベルを上げたダイヤモン
ドを用いる。さらに、望ましくは放電灯の内部ガスにダ
イヤモンドのバンドギャップ以上のエネルギーを有する
励起発光波長を有するＸｅ等を加えることによって管内
の励起発光からの直接励起によって電子放出を促進する
ことを特徴とする。
べて著しく小さい電子親和力を有するダイヤモンドと、
ダイヤモンドと同じ炭素からなりかつｓｐ２結合を有す
るグラファイトあるいは非晶質炭素の粒界層を具備する
炭素系材料を冷陰極用電極として用いることを骨子とす
る。また、望ましくはこのダイヤモンドを高品質化し、
ドナー性不純物具体的にはリン、イオウ、窒素、アルカ
リ金属類を添加し、フェルミレベルを上げたダイヤモン
ドを用いる。さらに、望ましくは放電灯の内部ガスにダ
イヤモンドのバンドギャップ以上のエネルギーを有する
励起発光波長を有するＸｅ等を加えることによって管内
の励起発光からの直接励起によって電子放出を促進する
ことを特徴とする。
【００１１】本発明の冷陰極は、従来の冷陰極で用いら
れているＮｉ等の金属電極に代えて、ダイヤモンド相と
グラファイトあるいは非晶質炭素層を有する炭素系電極
を用いている。炭素は放電灯管の中に水銀とともに封入
されて、水銀の高効率励起を助ける役割を果たしている
Ａｒのイオン衝撃によるスパッタリングを比較した場合
に、ほとんどの元素中でもっともスパッタされにくい元
素のひとつである。一方、冷陰極放電灯の寿命を最終的
に決めているのは、スパッタリングによる電極の損耗で
あり、このような現象に対して、炭素系材料はきわめて
有効である。
れているＮｉ等の金属電極に代えて、ダイヤモンド相と
グラファイトあるいは非晶質炭素層を有する炭素系電極
を用いている。炭素は放電灯管の中に水銀とともに封入
されて、水銀の高効率励起を助ける役割を果たしている
Ａｒのイオン衝撃によるスパッタリングを比較した場合
に、ほとんどの元素中でもっともスパッタされにくい元
素のひとつである。一方、冷陰極放電灯の寿命を最終的
に決めているのは、スパッタリングによる電極の損耗で
あり、このような現象に対して、炭素系材料はきわめて
有効である。
【００１２】しかしながら、グラファイト系材料は２次
電子放出が極めて小さい。熱陰極放電灯と違い、冷陰極
放電灯では、電子は管内のＡｒ等のイオン衝撃による２
次電子放出（γ作用）が電子放出のメカニズムであるこ
とから、耐スパッタ性は優れていても、実際には冷陰極
電極材料として適用することは困難であった。
電子放出が極めて小さい。熱陰極放電灯と違い、冷陰極
放電灯では、電子は管内のＡｒ等のイオン衝撃による２
次電子放出（γ作用）が電子放出のメカニズムであるこ
とから、耐スパッタ性は優れていても、実際には冷陰極
電極材料として適用することは困難であった。
【００１３】本発明では、ダイヤモンドとグラファイト
系を組み合わせることによって、２次電子放出効率と耐
スパッタ性を両立し、結果として高効率で長寿命の冷陰
極放電灯を実現することを可能にする。
系を組み合わせることによって、２次電子放出効率と耐
スパッタ性を両立し、結果として高効率で長寿命の冷陰
極放電灯を実現することを可能にする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下、図面
に従って説明する。
に従って説明する。
【００１５】図１および図２は本発明の第1実施形態の
冷陰極放電灯およびその冷陰極を示しており、透明なガ
ラス製の細長い外囲器１０の両端はステム１１、１２で
形成され、リード線1３、1４が封着されている。リード
線の外囲器内に突出する部分はＮｉなどの金属でてきた
陰極支持体1５、1６となっており、この支持体に電子放
出体１７、1８が固着されて陰極支持体とともに冷陰極
１９、２０を構成している。外囲器内壁に螢光体膜２１
が塗布され、さらに外囲器内部にＡｒ、ＨｇおよびＸｅ
の放電用のガスが低圧封入されている。
冷陰極放電灯およびその冷陰極を示しており、透明なガ
ラス製の細長い外囲器１０の両端はステム１１、１２で
形成され、リード線1３、1４が封着されている。リード
線の外囲器内に突出する部分はＮｉなどの金属でてきた
陰極支持体1５、1６となっており、この支持体に電子放
出体１７、1８が固着されて陰極支持体とともに冷陰極
１９、２０を構成している。外囲器内壁に螢光体膜２１
が塗布され、さらに外囲器内部にＡｒ、ＨｇおよびＸｅ
の放電用のガスが低圧封入されている。
【００１６】外囲器から外部に露出したリード線部分1
３a、1４aは例えば交流電源２２に接続される電極端子
であり、電圧が印加されると外囲器管内は放電を開始
し、一方の電極例えば１７が冷陰極として電子を放出す
るときは、他方の電極例えば１８が陽極として動作す
る。
３a、1４aは例えば交流電源２２に接続される電極端子
であり、電圧が印加されると外囲器管内は放電を開始
し、一方の電極例えば１７が冷陰極として電子を放出す
るときは、他方の電極例えば１８が陽極として動作す
る。
【００１７】冷陰極１９を構成する電子放出体１７（１
８）は、グラファイト相とダイヤモンド相のダイヤモン
ド・グラファイト混在相であり、図２に示すように支持
体１５（１６）に塗布、焼結されて固着される。
８）は、グラファイト相とダイヤモンド相のダイヤモン
ド・グラファイト混在相であり、図２に示すように支持
体１５（１６）に塗布、焼結されて固着される。
【００１８】この製造方法は粒径５０ｎｍから５０μｍ
のダイヤモンド粒をグラファイト系バインダーを用いて
固め、熱処理して作製するもので、低価格で電極を作製
することができる。
のダイヤモンド粒をグラファイト系バインダーを用いて
固め、熱処理して作製するもので、低価格で電極を作製
することができる。
【００１９】図３は上記により得られる冷陰極の一部縦
断面を模式的に拡大しており、高品質ダイヤモンド相２
３とグラファイト相２４が共存している。
断面を模式的に拡大しており、高品質ダイヤモンド相２
３とグラファイト相２４が共存している。
【００２０】図５にγ作用による２次電子放出の一般的
な機構の概念図を示す。同図にあるように、通常、電子
放出体１７からの電子ｅの放出は、Ａｒ＋イオンが電界
で加速されて衝突することによって生じる。この際に、
電子を電極から飛び出させる効率はほぼ仕事関数から推
定することができる。一方、ダイヤモンドは負の電子親
和力（ＮＥＡ）あるいはきわめて低い電子親和力を有し
ており、図６に示すエネルギーバンド図のコンダクショ
ンバンドＥｃから見た場合には、真空中のＥｖａｃに対
してほとんど放出障壁がない。このため、同じ炭素系で
ありながら、ダイヤモンドを用いることによって高い２
次電子放出効率を得ることができる。
な機構の概念図を示す。同図にあるように、通常、電子
放出体１７からの電子ｅの放出は、Ａｒ＋イオンが電界
で加速されて衝突することによって生じる。この際に、
電子を電極から飛び出させる効率はほぼ仕事関数から推
定することができる。一方、ダイヤモンドは負の電子親
和力（ＮＥＡ）あるいはきわめて低い電子親和力を有し
ており、図６に示すエネルギーバンド図のコンダクショ
ンバンドＥｃから見た場合には、真空中のＥｖａｃに対
してほとんど放出障壁がない。このため、同じ炭素系で
ありながら、ダイヤモンドを用いることによって高い２
次電子放出効率を得ることができる。
【００２１】さらに、高品質ダイヤモンドでは、図６お
よび図７に示すように、光ｈνによる直接バンド間遷移
を生じさせることでキャリヤを励起させ電子ｅを放出さ
せることができる。本発明では、これを利用して、通常
用いられるＡｒや水銀に加えてＸｅを加えることによっ
て、ダイヤモンドの直接励起波長より高エネルギーの深
紫外発光を管内に生じさせ、これをもって陰極のダイヤ
モンド相を光励起し、キャリヤの生成を促進させること
ができる。励起光波長２００ｎｍ以下が望ましい。水銀
Ｈｇ蒸気の主要発光スペクトルは２５１ｎｍであるため
にダイヤモンドの直接励起にあまり寄与しないが、Ｘｅ
ガスは２００ｎｍ以下に主要発光スペクトルを有するの
で、ダイヤモンド相を効率よく励起することができる。
よび図７に示すように、光ｈνによる直接バンド間遷移
を生じさせることでキャリヤを励起させ電子ｅを放出さ
せることができる。本発明では、これを利用して、通常
用いられるＡｒや水銀に加えてＸｅを加えることによっ
て、ダイヤモンドの直接励起波長より高エネルギーの深
紫外発光を管内に生じさせ、これをもって陰極のダイヤ
モンド相を光励起し、キャリヤの生成を促進させること
ができる。励起光波長２００ｎｍ以下が望ましい。水銀
Ｈｇ蒸気の主要発光スペクトルは２５１ｎｍであるため
にダイヤモンドの直接励起にあまり寄与しないが、Ｘｅ
ガスは２００ｎｍ以下に主要発光スペクトルを有するの
で、ダイヤモンド相を効率よく励起することができる。
【００２２】図８および図９は本発明の第２実施形態を
示すものである。なお図１の符号の部分と同一符号の部
分は同様部分を示す。透明な石英またはガラスでできた
放電灯用の管状外囲器１０の両端はリード線1３、1４が
気密に貫通するステム１１、１２で封着されている。リ
ード線の外囲器内に突出する部分はＮｉなどの金属でて
きた陰極支持体基板３０、３1が接続されている。この
支持体３０、３１面に層状電子放出体３２、３３が形成
されて冷陰極３４、３５を構成している。外囲器内壁に
螢光体膜２１が塗布され、さらに外囲器内部にＡｒ、Ｈ
ｇおよびＸｅの放電用のガスが低圧封入されている。
示すものである。なお図１の符号の部分と同一符号の部
分は同様部分を示す。透明な石英またはガラスでできた
放電灯用の管状外囲器１０の両端はリード線1３、1４が
気密に貫通するステム１１、１２で封着されている。リ
ード線の外囲器内に突出する部分はＮｉなどの金属でて
きた陰極支持体基板３０、３1が接続されている。この
支持体３０、３１面に層状電子放出体３２、３３が形成
されて冷陰極３４、３５を構成している。外囲器内壁に
螢光体膜２１が塗布され、さらに外囲器内部にＡｒ、Ｈ
ｇおよびＸｅの放電用のガスが低圧封入されている。
【００２３】電子放出体３２（３３）はダイヤモンド系
層で支持体基板３０（３１）上に形成される。この構造
により電極体積を低減するとともに、作製方法を簡単化
することができる。
層で支持体基板３０（３１）上に形成される。この構造
により電極体積を低減するとともに、作製方法を簡単化
することができる。
【００２４】本実施形態の場合、ＣＶＤにより冷陰極材
料であるダイヤモンド系層を電子放出体３２として基板
３０上に成膜形成する。この電子放出体は基板上に多結
晶ダイヤモンド膜として成膜し、ダイヤモンド相２３の
結晶粒界に導電性である非晶質炭素またはグラファイト
粒相２４がマトリックス状に存在する混在相となる。非
晶質炭素またはグラファイト粒が混在する程度はＣＶＤ
による膜の製造条件を適宜調節すればよい。
料であるダイヤモンド系層を電子放出体３２として基板
３０上に成膜形成する。この電子放出体は基板上に多結
晶ダイヤモンド膜として成膜し、ダイヤモンド相２３の
結晶粒界に導電性である非晶質炭素またはグラファイト
粒相２４がマトリックス状に存在する混在相となる。非
晶質炭素またはグラファイト粒が混在する程度はＣＶＤ
による膜の製造条件を適宜調節すればよい。
【００２５】基板材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍ
ｏなどの金属材料の他、低抵抗Ｓｉや、ＳｉＣ、ＧａＮ
などの半導体基板、さらにはセラミック基板上に上記し
た金属薄膜を形成したものなどを用いることができる。
金属薄膜には上記に加えて、Ｐｔ、Ｉｒなどの貴金属を
選ぶこともできる。
ｏなどの金属材料の他、低抵抗Ｓｉや、ＳｉＣ、ＧａＮ
などの半導体基板、さらにはセラミック基板上に上記し
た金属薄膜を形成したものなどを用いることができる。
金属薄膜には上記に加えて、Ｐｔ、Ｉｒなどの貴金属を
選ぶこともできる。
【００２６】このようにして準備された導電性を付与さ
れた表面を有する基板３０上にＣＶＤ法によってダイヤ
モンド系材料を成膜する。この場合に、ホットフィラメ
ントＣＶＤや、マイクロ波プラズマＣＶＤ、直流プラズ
マＣＶＤなど、知られている各種のＣＶＤ装置を用いる
ことができる。ガス原料としては、炭素源として、メタ
ン、アセトン、各種アルコールやＣＯ、ＣＯ２などを用
い、雰囲気ガスとして水素を用いるほか、適宜酸素など
を用いることが出来る。また、リンや硫黄などの元素を
ドーピングすることによって、電子キャリヤの生成を促
したり、ボロンなどをドーピングすることによって、低
抵抗化を計ってもよい。
れた表面を有する基板３０上にＣＶＤ法によってダイヤ
モンド系材料を成膜する。この場合に、ホットフィラメ
ントＣＶＤや、マイクロ波プラズマＣＶＤ、直流プラズ
マＣＶＤなど、知られている各種のＣＶＤ装置を用いる
ことができる。ガス原料としては、炭素源として、メタ
ン、アセトン、各種アルコールやＣＯ、ＣＯ２などを用
い、雰囲気ガスとして水素を用いるほか、適宜酸素など
を用いることが出来る。また、リンや硫黄などの元素を
ドーピングすることによって、電子キャリヤの生成を促
したり、ボロンなどをドーピングすることによって、低
抵抗化を計ってもよい。
【００２７】これらの中で標準的な条件を挙げれば、マ
イクロ波プラズマＣＶＤで、メタンガスと水素ガスを用
い、メタン／水素ガス流量比を５％、圧力を１００Ｔｏ
ｒｒ、基板温度７８０℃で、基板に負のバイアス電圧を
印加しながら成膜を行う。膜厚は、成膜条件や時間を変
えることによって、任意に調整することができるが、
０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲が適当である。
イクロ波プラズマＣＶＤで、メタンガスと水素ガスを用
い、メタン／水素ガス流量比を５％、圧力を１００Ｔｏ
ｒｒ、基板温度７８０℃で、基板に負のバイアス電圧を
印加しながら成膜を行う。膜厚は、成膜条件や時間を変
えることによって、任意に調整することができるが、
０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲が適当である。
【００２８】ＣＶＤにより作製された電子放出体の微細
構造は、一例として表面をＡＦＭで拡大観察した図４に
示すように、ダイヤモンド結晶粒子２３と当該結晶粒子
間に導電性のsp2結合を有するグラファイト成分２４が
混在してなる複合構造を有している。ここでグラファイ
ト成分というのは、結晶性のものだけでなく、広くsp2
結合を有し、導電性を示す非ダイヤモンド結晶成分をい
う。さらに、ダイヤモンド結晶粒子内にも微細な導電性
領域２５を分布させている。これは、例えば、ＣＶＤ時
のメタン濃度を高したり、成長時にバイアス電圧を印加
して核成長を促進する等の手段によって実現することが
できる。
構造は、一例として表面をＡＦＭで拡大観察した図４に
示すように、ダイヤモンド結晶粒子２３と当該結晶粒子
間に導電性のsp2結合を有するグラファイト成分２４が
混在してなる複合構造を有している。ここでグラファイ
ト成分というのは、結晶性のものだけでなく、広くsp2
結合を有し、導電性を示す非ダイヤモンド結晶成分をい
う。さらに、ダイヤモンド結晶粒子内にも微細な導電性
領域２５を分布させている。これは、例えば、ＣＶＤ時
のメタン濃度を高したり、成長時にバイアス電圧を印加
して核成長を促進する等の手段によって実現することが
できる。
【００２９】このようにダイヤモンド結晶領域２３とグ
ラファイトあるいは導電性領域２４、２５が近接して分
布しており、全体としてチャージアップしにくく、且つ
電子放出しやすい特性を保持している。
ラファイトあるいは導電性領域２４、２５が近接して分
布しており、全体としてチャージアップしにくく、且つ
電子放出しやすい特性を保持している。
【００３０】以上のようにして得た成膜基板を外囲器管
内に納めるのに適した寸法に切断し、リード端子にカシ
メ・ロウ付け・合金接合・ネジ止めなど周知の方法で固
定して電極とする。
内に納めるのに適した寸法に切断し、リード端子にカシ
メ・ロウ付け・合金接合・ネジ止めなど周知の方法で固
定して電極とする。
【００３１】図１０は本発明の第３実施形態を示すもの
である。ダイヤモンド相と導電性の非晶質炭素相の混在
相である電子放出体４０は低抵抗化されており、自己保
持可能な機械的強度をもつので、図示のように、冷陰極
の大部分を電子放出体４０で形成し、放出体の一部を支
持体４１で支持することにより冷陰極とすることができ
る。したがって小型化された放電灯の小電極に用いても
電極の損耗に耐え、灯の長寿命化に有利である。
である。ダイヤモンド相と導電性の非晶質炭素相の混在
相である電子放出体４０は低抵抗化されており、自己保
持可能な機械的強度をもつので、図示のように、冷陰極
の大部分を電子放出体４０で形成し、放出体の一部を支
持体４１で支持することにより冷陰極とすることができ
る。したがって小型化された放電灯の小電極に用いても
電極の損耗に耐え、灯の長寿命化に有利である。
【００３２】以上実施の形態で説明したように、本発明
によれば、まず、冷陰極放電灯の課題であった発光効率
の向上を図ることができる。なぜならば、ダイヤモンド
は、前述のようにそのバンド構造から高い２次電子放出
効率を有する。特に、イオン衝撃によるγ作用によるだ
けでなく、高品質半導体ダイヤモンドに特有の深紫外線
による電子とホールの直接励起を当該バンドギャップ以
上の高エネルギー励起波長を有するガス種を混合封入す
ることによって促し、放出の高効率化を図ることができ
る。
によれば、まず、冷陰極放電灯の課題であった発光効率
の向上を図ることができる。なぜならば、ダイヤモンド
は、前述のようにそのバンド構造から高い２次電子放出
効率を有する。特に、イオン衝撃によるγ作用によるだ
けでなく、高品質半導体ダイヤモンドに特有の深紫外線
による電子とホールの直接励起を当該バンドギャップ以
上の高エネルギー励起波長を有するガス種を混合封入す
ることによって促し、放出の高効率化を図ることができ
る。
【００３３】また、ダイヤモンドだけでは、高抵抗であ
るため、たとえ表面近傍での電子放出のための電界は小
さくてすんでも、内部に大きな電位が生じてしまい、あ
るいは絶縁性の高さによって、全体がチャージアップし
て陰極としての電位がかからなくなってしまうなどの問
題が生じるが、これを同じ炭素である導電性のグラファ
イト系マトリックスで補い、低抵抗で帯電しない電極を
実現している。また導電性炭素中に金属粒を混入させる
こともでき、さらに金属粒で代替することもできる。
るため、たとえ表面近傍での電子放出のための電界は小
さくてすんでも、内部に大きな電位が生じてしまい、あ
るいは絶縁性の高さによって、全体がチャージアップし
て陰極としての電位がかからなくなってしまうなどの問
題が生じるが、これを同じ炭素である導電性のグラファ
イト系マトリックスで補い、低抵抗で帯電しない電極を
実現している。また導電性炭素中に金属粒を混入させる
こともでき、さらに金属粒で代替することもできる。
【００３４】さらに、電極材料として、炭素系は、前述
のように耐スパッタ性が高く、長寿命化を実現できる。
これは、単にスパッタされにくいだけでなく、スパッタ
されたものも水銀とアマルガムを作ることがないことか
ら、積極的な水銀の消耗を起こさないという特徴があ
る。加えて、炭素系は、地球環境にやさしく、使用後は
そのまま焼却してしまうことができるという利点をも
つ。
のように耐スパッタ性が高く、長寿命化を実現できる。
これは、単にスパッタされにくいだけでなく、スパッタ
されたものも水銀とアマルガムを作ることがないことか
ら、積極的な水銀の消耗を起こさないという特徴があ
る。加えて、炭素系は、地球環境にやさしく、使用後は
そのまま焼却してしまうことができるという利点をも
つ。
【００３５】さらに本発明の冷陰極はプラズマディスプ
レイ（ＰＤＰ）などのガス放電を利用し冷陰極をもつデ
ィスプレイに適用できることは言うまでもない。冷陰極
は第２実施形態の構造、製法を用いて平板基板上に多画
素に対して共通の電子放出体を形成すればよい。この場
合、放電ガスにＸｅなどの光波長２００ｎｍ以下に主要
発光スペクトルをもつガスを含めることにより、２次電
子放出の良好な陰極として作用する。
レイ（ＰＤＰ）などのガス放電を利用し冷陰極をもつデ
ィスプレイに適用できることは言うまでもない。冷陰極
は第２実施形態の構造、製法を用いて平板基板上に多画
素に対して共通の電子放出体を形成すればよい。この場
合、放電ガスにＸｅなどの光波長２００ｎｍ以下に主要
発光スペクトルをもつガスを含めることにより、２次電
子放出の良好な陰極として作用する。
【００３６】
【発明の効果】本発明によって、従来の冷陰極放電灯な
どの放電装置に比べて高効率、長寿命かつ環境にやさし
い放電装置例えば放電灯を実現することができる。
どの放電装置に比べて高効率、長寿命かつ環境にやさし
い放電装置例えば放電灯を実現することができる。
【図１】 第１実施形態の断面図。
【図２】 第１実施形態の要部拡大図。
【図３】 本発明に係る冷陰極の一部を模式的に拡大し
て説明する断面図。
て説明する断面図。
【図４】 本発明に係る冷陰極の表面をＡＦＭで観察し
た平面図。
た平面図。
【図５】 γ作用による２次電子放出を説明する概略
図。
図。
【図６】 電子放出のエネルギーバンドモデル図。
【図７】 光作用による２次電子放出を説明する概略
図。
図。
【図８】 第２実施形態の断面図。
【図９】 第２実施形態の要部拡大図。
【図１０】 第３実施形態の要部拡大図。
１０：外囲器 １２、１３：リード線 １５、１６：陰極支持体 １７、１８：電子放出体 １９、２０：冷陰極 ２３：ダイヤモンド相 ２４：グラファイト相
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 尚志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 張 暁美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5C015 EE06 PP05
Claims (6)
- 【請求項１】 支持体と、この支持体に支持され電子を
放出する電子放出体とを具備する冷陰極において、前記
電子放出体はダイヤモンドおよび導電性炭素の混在相か
らなることを特徴とする冷陰極。 - 【請求項２】 前記電子放出体のダイヤモンドはドナー
性不純物を含有することを特徴とする請求項1に記載の
冷陰極。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド相は粒状体でなりこの
粒状体界面にグラファイトまたは非晶質炭素層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷
陰極。 - 【請求項４】 放電用ガスが封入された外囲器と、この
外囲器内に配置された冷陰極とを具備する冷陰極放電装
置において、前記冷陰極は支持体とこの支持体に支持さ
れ電子を放出する電子放出体とを有し、前記電子放出体
はダイヤモンドおよび導電性炭素の混在相からなり、前
記放電用ガスは２００ｎｍ以下の主要発光ピークを有す
る元素を含むガスを含むことを特徴とする冷陰極放電装
置。 - 【請求項５】 前記放電用ガスはＸｅを含むことを特徴
とする請求項４に記載の冷陰極放電装置。 - 【請求項６】 冷陰極放電装置が冷陰極放電灯である請
求項４または５に記載の冷陰極放電装置。
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2004
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