JP2003051287A - 光源管の電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変形してもカソードに接触しないグリッドメ
ッシュを提供する。 【解決手段】 真空外囲器４内に対向して略平行に設置
されたカソード２とアノード３の間に、それぞれに対し
て一定の間隔で略平行に離間配置されたグリッドメッシ
ュ１が配設された光源管の電極構造において、グリッド
メッシュ１はアノード３の方向に突出したリッジ部１−
４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源管に関し、特
に光源管における電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源管は、真空外囲器内に、アノード、
カソード、グリッドメッシュを備えた三極構造を有し、
カソードから放出された電子を、例えばアノードに付着
した蛍光体に衝突させることにより発光を得るものであ
る。図４は、光源管の電極構造を模式的に表す図であ
る。同図において、グリッドメッシュ７は、図示しない
真空外囲器内に略平行に対向配置されたカソード２とア
ノード３から離間してカソード２に略平行に配置され
る。ここでカソード２は、鉄を含む金属基板上にカーボ
ンナノチューブまたはカーボンナノファイバ等の電子放
出材料を被着させたものである。

【０００３】この電極構造においてグリッドメッシュ７
は、複数の開口部７−１を有するメッシュ状に形成さ
れ、カソード２から電子を引き出す電子引き出し電極
（制御電極）として作用する。すなわち、電子放出源で
あるカソード２に対しグリッドメッシュ７が正電位とな
るように電圧を印加すると、電界の作用によってカソー
ド２から電子が放出される。カソード２から引き出され
た電子のうち電界によって加速されたグリッドメッシュ
７の開口部７−１を通過したものは、グリッドメッシュ
５により正電位となるように電圧を印加されたアノード
３によりさらに加速され、この光源管が蛍光表示管の場
合はアノード３上に付着した蛍光体（図示せず）に衝突
する。この結果、蛍光面を構成する蛍光体が電子衝撃に
より励起され、その蛍光体に応じた色で蛍光面が発光す
る。しかしながら、カソード２から引き出された電子の
一部は、グリッドメッシュ７の開口部７−１を通過して
アノード電極３に流入するもの（アノード電流）の他
に、グリッドメッシュ７に流入するものがある（グリッ
ド電流）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】グリッドメッシュ７に
グリッド電流が流れることにより、そこで電力が消費さ
れ、グリッドメッシュ７は発熱し、膨張する。膨張の度
合いはグリッド電流に比例し、十分な輝度を得るためカ
ソード−グリッドメッシュ間に高い電圧をかけるとそれ
に伴ってグリッド電流も多くなる結果、膨張が大きくな
り、ついにはグリッドメッシュ７は変形してしまう。こ
のとき、図４（ｂ）に示すようにグリッドメッシュ７が
カソード２の方向に、つまりグリッドメッシュ７とカソ
ード２との間隔が狭くなるように変形する場合は、カソ
ード２近傍の電界強度が高まってより多くの電子が放出
される結果、さらにグリッド電流が増えるために変形が
増大し、最終的にはグリッドメッシュ７がカソード２と
接触して、カソード２が破壊されるに至る場合がある。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、変形しても
カソードに接触しないグリッドメッシュを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本願の第１発明（請求項１に係る発明）は、ア
ノードと、このアノードに対向して略平行に配置され表
面に電子放出材料が被着したカソードと、アノードとカ
ソードとから離間してカソードに対して略平行に配置さ
れたグリッドメッシュとから構成される光源管の電極構
造において、グリッドメッシュは、アノードの方向に突
出した直線的なリッジ部を有することを特徴とする。こ
の発明によれば、熱膨張によりグリッドメッシュが変形
したとしても、グリッドメッシュがアノードの方向に変
形するため、カソードとの接触を防ぐことができる。ま
た、グリッドメッシュがアノードの方向に変形すること
によって、カソード近傍の電界が弱まり、電子の放出量
が低下する。その結果、グリッド電流も低下し、膨張の
原因となる発熱を減らすという負帰還が作用する。

【０００７】本願の第２発明（請求項２に係る発明）
は、グリッドメッシュのリッジ部の根元付近がグリッド
メッシュの支持部材に固定されていることを特徴とす
る。この発明によれば、熱膨張によりグリッドメッシュ
が変形したとしても、リッジ部は根元付近を支持部材に
固定されているのでほとんど変形せず、またリッジ部以
外の部分は、リッジ部に略直角な方向に沿って外向きに
膨張するため、カソードとの接触を防ぐことができる。

【０００８】本願の第３発明（請求項３に係る発明）
は、アノードと、このアノードに対向して略平行に配置
され表面に電子放出材料が被着したカソードと、アノー
ドとカソードとから離間してカソードに対して略平行に
配置されたグリッドメッシュとから構成される光源管の
電極構造において、グリッドメッシュは、その一部に開
口部のないベタパターン部を有することを特徴とする。
この発明によっても、グリッドメッシュがアノードの方
向に変形するため、カソードとの接触を防ぐことができ
る。また、本願の第１発明と同様に、負帰還が作用す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 ［実施の形態１］図１（ａ）は本発明の一実施の形態に
係る電極構造を備えた光源管の断面図、図１（ｂ）はグ
リッドメッシュの構造示す平面図および側面図、図１
（ｃ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。
同図において、図３と同一符号は同一或いは同等構成要
素を示し、その説明は省略する。

【００１０】本実施の形態では、ガラス等の透明材から
なる真空外囲器４の中にカソード２とアノード３が対向
して略平行に配置されている。カソード２は、ガラスま
たはセラミック等の絶縁体からなる基板８上に載置さ
れ、グリッドメッシュ１は、基板８上に載置された支持
部材５によって支持されて、カソード２から所定の距離
だけ離間して配設される。その結果、このカソード２と
アノード３の間にグリッドメッシュ１が、カソード２と
アノード３のそれぞれに対して略平行に配設される。支
持部材５は、基板８上にカソード２をはさんで互いに略
並行に垂設された導体部材である。支持部材５は、フリ
ットガラス等で基板８に固定されている。そして、グリ
ッドメッシュ１，カソード２およびアノード３のそれぞ
れには、真空外囲器４の外に引き出された電線によって
電圧が印加される。

【００１１】本実施の形態では、グリッドメッシュ１は
メッシュ部１−１を有し、メッシュ部１−１は開口部１
−２と線１−３から構成される。そしてグリッドメッシ
ュ１にはプレス加工等によりアノードの方向に突出した
リッジ部１−４が設けられている。メッシュ部１−１の
周囲にはフレーム部１−５が形成されている。なお、フ
レーム部１−５を構成する金属板の一部を折り曲げるこ
とにより、上述した支持部材５を形成してもよい。ま
た、カソード２は、鉄を含む金属基板上にカーボンナノ
チューブまたはカーボンナノファイバ等電子放出材料が
付着したものである。また、アノード３には蛍光材料が
付着させられている。

【００１２】このような構造において、カソード２に対
してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印
加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超える
と、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。
放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の
電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突
してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通
過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グ
リッド電流により熱膨張するが、この時グリッドメッシ
ュ１には上述したリッジ部１−４が設けられているの
で、グリッドメッシュ１は必ずアノード３の方向へ変形
する。このためグリッドメッシュ１は、カソード２に接
触しない。

【００１３】これにより、光源管の不良率が低減すると
ともに突発的なカソードの破壊がなくなることによる長
寿命化が可能となる。また、グリッドメッシュ１がカソ
ード２に接触しないので、グリッドメッシュ１とカソー
ド２の距離を従来以上に短くすることができ、これによ
ってグリッドメッシュ−カソード間の電圧を下げ、省エ
ネルギー化を実現することができる。

【００１４】前述したようにグリッドメッシュ１がアノ
ード３の方向に変形すると、グリッドメッシュ１とカソ
ード２の距離が長くなるため、カソード２近傍の電界強
度が低下して、カソード２からの電子の放出量が減る。
すると、グリッド電流も減少するため、グリッドメッシ
ュ１は相対的に冷えて収縮し、グリッドメッシュ１の張
力により電圧を印加する前の元の場所に戻ろうとする。
グリッドメッシュ１とカソード２の距離がまた短くなる
と、再びカソード２からの電子放出量、ひいては、グリ
ッド電流が増大し、グリッドメッシュ１は膨張してカソ
ード２から遠ざかる方向に変形する。図１（ｃ）に矢印
で示すように、グリッドメッシュ１の加熱および冷却に
よる変形により、グリッド電流に対する負帰還が起こ
る。このため、グリッド電流の安定化が特別な回路およ
びグリッド材料を用いることなく実現できる。これによ
り回路の簡素化および低価格化を図ることができる。さ
らに、グリッドメッシュの変形が電流制限回路と同じ働
きをするので、局所的な電界集中で生じるカソードのエ
ミッターの破壊が減り、カソードの寿命が向上する。

【００１５】本発明ではグリッドメッシュ１を変形させ
ることを念頭に置いて発明されたため、グリッドメッシ
ュ１が変形しやすいようにグリッドメッシュ１の板厚を
薄くすることができる。これにより電流分配率が向上
し、無駄な電流が減少するため高効率化が期待できる。

【００１６】なお、リッジ部１−４の形状は本実施の形
態で示した形状に限定されず、対向する折曲部１−４ａ
が均等の角度を有しているなら例えばリッジ部１−４の
頂上が鋭角や円弧状等に適宜変形、変更することは自由
である。また、グリッドメッシュ１に設けるリッジ部１
−４の数も１本に限定されず、適宜自由に変更すること
ができる。さらに、本実施の形態においてグリッドメッ
シュ１は、平面視矩形状を有しているが、グリッドメッ
シュ１の形状はこれに限定されず、例えば楕円形状や円
形状など必要に応じて適宜変形、変更することは自由で
ある。

【００１７】［実施の形態２］図２（ａ）は本発明の一
実施の形態に係る光源管のグリッドメッシュの平面図、
（ｂ）はグリッドメッシュと支持部材の位置関係を示す
模式図、（ｃ）はグリッドメッシュと支持部材を固定し
た模式図、（ｄ）は光源管の電極構造の動作を示す概略
図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に
図１（ａ）に示す光源管の電極構造である。図２におい
て、図１および図４と同一符号は同一或いは同等構成要
素を示し、その説明は省略する。

【００１８】本実施の形態においてグリッドメッシュ１
は、楕円形状を有している。また、支持部材５−１は、
フレーム部１−５の形状に対応した端部５−２を備えた
断面が楕円状の筒形状を有している。

【００１９】本実施の形態においてグリッドメッシュ１
は、フレーム部１−５と支持部材５−１の端部５−２を
接触させて、レーザ溶接により支持部材５−１に固定さ
れる。レーザ溶接は、リッジ部１−４の根元付近のフレ
ーム部１−５に、符号６で示す場所に行われる。

【００２０】このような構造において、カソード２に対
してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印
加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超える
と、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。
放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の
電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突
してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通
過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グ
リッド電流により熱膨張するが、この時グリッドメッシ
ュ１は溶接部６によりリッジ部の根元付近を支持部材５
−１により固定されているので、リッジ部１−４はほと
んど変形しないが、変形したとしてもリッジ部１−４の
突出する方向、すなわちアノード３の方向に変形する。
また、グリッドメッシュ１のリッジ部１−４以外の場所
は、グリッドメッシュ１に水平な方向に膨張する。この
ためグリッドメッシュ１は、カソード２に接触しないだ
けでなく、アノード３の方向への変形も抑制できる。

【００２１】これにより、光源管の不良率が低減すると
ともに突発的なカソード破壊がなくなることによる長寿
命化が実現する。そして、グリッドメッシュ１がカソー
ド２に接触しないため、グリッドメッシュ１とカソード
２の距離を従来以上に短くでき、グリッドメッシュ−カ
ソード間の電圧を下げられるので、省エネルギー化が可
能になる。また、本発明では、グリッドメッシュ１を変
形させることを念頭に置いて発明されたため、グリッド
メッシュ１が変形しやすいようにグリッドメッシュ１の
板厚を薄くすることができ、これは電流分配率の向上を
引き起こすので、無駄な電流が減少するために高効率化
が期待できる。さらに、本発明では、グリッドメッシュ
１の上下方向への変形が抑制できるため、カソード２全
域に均一な電界を加えることができる。これにより光源
管の長寿命化および輝度分布の均一化が実現できる。

【００２２】なお、支持部材５−１の形状は本実施の形
態で示した形状に限定されず、例えば円筒形状や断面が
矩形の筒形状等、必要に応じて適宜自由に変形、変更す
ることができる。グリッドメッシュ１のメッシュ部１−
１およびフレーム部１−５の形状も同様に必要に応じて
自由に変形、変更することができる。

【００２３】また、本実施の形態においてグリッドメッ
シュ１と支持部材５−１を固定するのにレーザ溶接を用
いたが、溶接方法および固定方法はこれに限定されず必
要に応じて自由に変更することが可能である。さらに本
実施の形態では、リッジ部１−４の根元付近４ヶ所を溶
接するとしたが（図２（ｃ）参照）、例えばリッジ部１
−４の１端側の２ヶ所若しくは１ヶ所、またはリッジ部
１−４の両端において１ヶ所ずつを溶接してもよい。

【００２４】［実施の形態３］図３（ａ）は本発明の一
実施の形態に係る光源管のグリッドメッシュの平面図、
（ｂ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に図１（ａ）
に示す光源管の電極構造である。図３において、図１、
図２および図４と同一符号は同一或いは同等構成要素を
示し、その説明は省略する。

【００２５】本実施の形態では、グリッドメッシュ１の
メッシュ部１−１に、十字形状を有するベタパターン部
１−６が設けられている。このベタパターン部１−６
は、本来は開口部１−２になるべきところをあえて開口
部１−２を設けず、電子がグリッドメッシュを通過でき
ないようにしたものである。そのためにベタパターン部
１−６は、カソード２から引き出された電子が大量に衝
突するのでグリッドメッシュ１の中で熱膨張により最も
変形しやすい部分となる。このようなグリッドメッシュ
１は、例えば金属板にエッチングにより開口部１−２を
形成する際にベタパターン部１−６に相当する部分をマ
スクすることにより得ることができる。

【００２６】このような構造において、カソード２に対
してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印
加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超える
と、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。
放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の
電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突
してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通
過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グ
リッド電流により熱膨張するが、このときグリッドメッ
シュ１は、上述したベタパターン部１−６を中心として
グリッドメッシュ１全体が変形する。それで、グリッド
メッシュ１をアノード３の方向へテンションをかけて光
源管内に配設しておくと、グリッドメッシュ１はベタパ
ターン部１−６を中心としてアノード３の方向へ全体が
変形する。このためグリッドメッシュ１は、カソード２
に接触しない。

【００２７】本実施の形態においても、図３（ｂ）にお
いて矢印で示すグリッド電流に対する負帰還によるグリ
ッド電流の安定化や光源管の長寿命化、省エネルギー
化、簡素化および低価格化、高効率化等の第１の実施の
形態で得られたのと同様の効果を得ることができる。

【００２８】なお、ベタパターン部１−６の形状は十字
型に限定されず、例えば直線状など適宜変形、変更等は
自由である。

【００２９】実施の形態１、２および３において、本発
明の電極構造を図１（ａ）で示すような光源管の構成要
素として説明したが、本発明を構成要素とする装置は光
源管であればその種類は限定されず、蛍光表示管やＦＥ
Ｄ等種々の光源管の電極構造に用いることができる。ま
た、実施の形態２において用いられている支持部材５−
１は、実施の形態１および３においても用いることがで
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、グリッドメッシュにリッジ部を設けるこ
とにより、光源管にカソードに対してグリッドメッシュ
が正電位となる電圧を印加したときに熱膨張したグリッ
ドメッシュがアノードの方向に変形するので、グリッド
メッシュがカソードと接触することを防止することがで
きる。

【００３１】また、本発明によれば、グリッドメッシュ
におけるリッジ部の根元付近のフレーム部を溶接するこ
とによって支持部材に固定したことにより、グリッドメ
ッシュがカソードを接触することを防止することができ
る。

【００３２】さらに、本発明によれば、グリッドメッシ
ュのメッシュ部にベタパターン部を設けてもグリッドメ
ッシュがカソードと接触することを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る電
極構造を備えた光源管の断面図、（ｂ）は本発明の一実
施の形態（実施の形態１）を示す光源管のグリッドメッ
シュの平面図および側面図、（ｃ）は光源管の電極構造
の動作を示す概略図である。

【図２】 （ａ）は本発明の一実施の形態（実施の形態
２）を示す光源管のグリッドメッシュの平面図、（ｂ）
はグリッドメッシュと支持部材の位置関係を示す模式
図、（ｃ）はグリッドメッシュと支持部材を固定した模
式図、（ｄ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図で
ある。

【図３】 （ａ）は本発明の一実施の形態（実施の形態
３）を示す光源管のグリッドの平面図、（ｂ）は光源管
の電極構造の動作を示す概略図である。

【図４】 従来の光源管の電極構造の模式図である。

【符号の説明】

１…グリッドメッシュ、１−１…メッシュ部、１−２…
開口部、１−３…線、１−４…リッジ部、１−４ａ…折
曲部、１−５…フレーム部、１−６…ベタパターン部、
２…カソード、３…アノード、４…真空外囲器、５…支
持部材、５−１…支持部材、５−２…端部、６…溶接
部、７…グリッドメッシュ、７−１…開口部、８…基
板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 余谷 純子 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 (72)発明者 山田 弘 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 (72)発明者 長廻 武志 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 (72)発明者 前岨 剛 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 (72)発明者 倉知 宏行 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE08 EF01 EF14 EG16 EH01 5C039 MM02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アノードと、 このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放
   出材料が被着したカソードと、 前記アノードと前記カソードとから離間して前記カソー
   ドに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから
   構成される光源管の電極構造において、 前記グリッドメッシュは、アノードの方向に突出した直
   線的なリッジ部を有することを特徴とする光源管の電極
   構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光源管の電極構造におい
   て、 さらに前記グリッドメッシュを支持する支持部材を備
   え、 前記グリッドメッシュは、前記リッジ部の根元付近にお
   いて前記支持部材に固定されていることを特徴とする光
   源管の電極構造。
3. 【請求項３】 アノードと、 このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放
   出材料が被着したカソードと、 前記アノードと前記カソードとから離間して前記カソー
   ドに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから
   構成される光源管の電極構造において、 前記グリッドメッシュは、その一部に開口部のないベタ
   パターン部を有することを特徴とする光源管の電極構
   造。