JP2003346707A

JP2003346707A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2003346707A
Application number: JP2002148532A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagameguri; 武志長廻; Sashiro Kamimura; 佐四郎上村
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構造で全体にムラなく高輝度で応答速
度が速く、かつ長寿命な照明として利用できる蛍光ラン
プを提供する。【解決手段】蛍光体層が内面に形成され内部が真空排
気された球状の発光容器と、この発光容器の内部に電界
放射冷陰極とを備えてなる蛍光ランプであって、上記電
界放射冷陰極は、陰極上に形成された電子放出源と、こ
の電子放出源を包囲するゲート電極とを備えてなる。ま
た、上記電界放射冷陰極は、上記発光容器の略中央部に
配置され、その陰極は球状または半球状であり該陰極表
面に上記電子放出源としてカーボンナノチューブ層が形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本発明は、電界放射冷陰極を用いた蛍光ラ
ンプに関し、特に冷陰極の電子放出源としてカーボンナ
ノチューブ層を用いた蛍光ランプに関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、電灯や照明としては、白熱灯や蛍
光灯が主に用いられている。白熱灯は、内部に配置した
タングステンフィラメントに通電することにより、ジュ
ール熱を発生させフィラメントを高温とし、この高温フ
ィラメントからの温度放射中の可視光部分を利用する光
源である。この白熱灯は、点光源であるため物体の影が
多くでき、物の立体感や質感を出しやすいので屋内では
食卓や寝室などで利用されることが多い。これに対して
蛍光灯は、細長いガラス管の内壁に蛍光体を塗布し、ガ
ラス管両端の電極間に高電圧を印加することにより、内
部に放電が起こり封入された不活性ガスなどから発生す
る紫外線が蛍光体を励起し発光するものである。蛍光灯
は、自然光に近い色を表現できる、または長寿命である
などの利点があり、屋内外の照明などとして広く利用さ
れている。また、これらの光源とは別に、電子放出部か
ら放出される電子を、グリッド電極により制御し蛍光体
に衝突させて発光させる構造の蛍光表示装置を光源とし
て利用する場合もある（例えば特開２００１−１７６４
３３号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、白熱灯
では、高温となるフィラメントが脆弱で切れやすく寿命
が短い、動作初期に余熱などが必要であり応答速度が遅
い、別途加熱電源などを必要とするため構造が複雑であ
るなどの問題がある。これに対して蛍光灯は、長寿命で
あり、構造体が単純で小型化しやすいなどの利点を有す
るが、経年劣化により端部電極付近と管中央部とで輝度
に差が生じてしまうことや、水銀使用のため環境へ悪影
響を及ぼすなどの問題がある。また、従来の蛍光表示装
置は、消費電力が少なく経年劣化しにくいが、平面発光
で一方向にしか光を照射できず、また発光量も白熱灯や
蛍光灯と比べると小さいことから、これらの代用とする
のは困難であるという問題がある。

【０００５】本発明はこのような問題に対処するために
なされたもので、電界放射冷陰極を用いた蛍光表示装置
の原理を利用し、簡易な構造で全体に高輝度で応答速度
が速く、かつ長寿命な照明として利用できる蛍光ランプ
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光ランプは、
蛍光体層が内面に形成され内部が真空排気された球状の
発光容器と、この発光容器の内部に電界放射冷陰極とを
備えてなる蛍光ランプであって、上記電界放射冷陰極
は、陰極上に形成された電子放出源と、この電子放出源
を包囲するゲート電極とを備えてなることを特徴とす
る。また、上記電子放出源がカーボンナノチューブ層で
あることを特徴とする。また、上記陰極は、球状または
半球状であることを特徴とする。また、上記電界放射冷
陰極は、発光容器の略中央部に配置されてなることを特
徴とする。

【０００７】電子放出源としてカーボンナノチューブを
使用することにより、放出される電子の量が多くなる。
そのため蛍光ランプは照明利用として十分な高輝度化が
図れる。また、電界放射冷陰極を用いることにより、白
熱灯などの使用時に問題となる余熱などが必要なく応答
速度の向上が図れる。また、発光容器の略中央部に配置
された球状または半球状の陰極表面に電子放出源として
カーボンナノチューブ層を形成し、該放出源外側を覆う
ようにゲート電極を配置することにより、電界放射冷陰
極の球表面全体から電子が引き出され発光容器内面の発
光部の略全領域に電子が衝突し発光するので輝度ムラの
ない蛍光ランプが得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の蛍光ランプの一実施例を
図１および図２を参照して説明する。図１は蛍光ランプ
の模式断面図を、図２は図１におけるＡ部拡大断面図を
示す。蛍光ランプは、球状ガラス容器１ａとこの内面に
形成された蛍光部１ｂとからなる内部が真空排気された
蛍光容器１と、球状の電極となる陰極２ａと陰極２ａの
外表面に形成された電子放出源２ｂとこの電子放出源２
ｂの外側を覆うように所定距離離間して配置され、電子
放出源２ｂから電子を引き出すためのゲート電極２ｃと
からなる電界放射冷陰極２と、冷陰極２をガラス容器１
の略中央部で支持する支持台３と、該支持台３と蛍光容
器１とを固定するソケット４とを備えている。使用時に
は、ソケット４を介して外部回路に電気的に接続されて
電源供給を受けて動作する。

【０００９】図２に示すように、蛍光部１ｂは、ガラス
容器１ａ内面に形成された蛍光体層１ｃと、この蛍光体
層１ｃ表面に形成された陽極となるメタルバック層（Ａ
ｌ）１ｄとからなる。メタルバック層１ｄは、陽極とし
ての機能の他に、輝度の増大、蛍光体面へのイオン衝撃
防止などの効果を有する。また、メタルバック層１ｄの
形成は、蛍光体層表面にアルミニウム膜を蒸着すること
により行なう。メタルバック層は、厚さが薄すぎるとピ
ンホールが増加して蛍光体層１ｃへの反射が減少し、厚
さが厚すぎると蛍光体層１ｃへの電子の衝突が阻害され
て発光量が減少するという理由から、Ａｌメタルバック
膜は厚さを１５０ｎｍ程度の厚さで形成することが好ま
しい。なお、動作時に蛍光体層１ｃに電圧を印加するた
めにメタルバック層１ｄには陽極用のリードピン５ａが
電気的に接続されている。

【００１０】蛍光体層１ｃは、用途に応じて白色蛍光
体、または赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を組合
わせて用いることができ、これらの蛍光体を溶媒に溶か
したペーストをガラス容器内面に印刷・スラリー法等の
方法で塗布した後、乾燥して形成する。具体的に用いる
蛍光体は、電灯・照明など白色光を必要とする場合で
は、白色蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇ＋ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａ
ｌ＋Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺や、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ＋Ｙ₂Ｏ₃：Ｅ
ｕなどを、色付き照明として利用する場合では、赤色蛍
光体Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、緑色蛍光体ＺｎＳ：Ｃｕ、青色蛍光
体ＺｎＳ：Ａｇなどを組合わせたものが好適に利用でき
る。

【００１１】電界放射冷陰極を構成する電子放出源２ｂ
は、ソケット４に固定された絶縁材からなる支持台３に
より球状ガラス容器１ａの略中央部に設置されている。
支持台の上端部３ａに台との設置箇所を除いて略球状の
陰極２ａが設置されており、この陰極２ａの球表面には
電子放出源２ｂが形成されている。また、陰極２aには
電圧を印加するための陰極用のリードピン５ｂが電気的
に接続されている。

【００１２】ここで、支持台３の絶縁材質としてはガラ
ス、セラミックス類などが使用でき、例えばフォルステ
ライト、白板・カリガラス、青板・ソーダガラスなどが
使用できる。また、支持台３上に設置する陰極２ａに
は、半導体チップなどに使用できる配線材料を使用する
ことができる。例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃ
ｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびこれらの合金、化合物を
挙げることができる。

【００１３】電子放出源２ｂとしては、球状または半球
状の陰極２ａ表面に形成でき、電子放出しやすい材料で
あれば用いることができる。そのような材料としては、
例えばカーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカー
ボン（ＤＬＣ）、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモ
ンド、非晶質ダイヤモンド、非晶質カーボン等の炭素系
電子放出材料が挙げられる。特に、カーボンナノチュー
ブは電子放出に必要な電圧が低く、また、放出される電
子の量も多いため蛍光ランプの省電力および高輝度化が
図れることから好適に用いることができる。カーボンナ
ノチューブ層の利用形態としては、単層構造のカーボン
ナノチューブ層、同軸多層構造のカーボンナノチューブ
層などを用いることができる。なお、熱ＣＶＤ法でカー
ボンナノチューブ層を形成する場合、陰極２ａは鉄（Ｆ
ｅ）を含む金属が好適である。

【００１４】電子放出源の形成方法は、印刷法、浸漬塗
布法、電着塗装法、静電塗装法、乾式法などが用いられ
る。これらの中でも本発明に好適なカーボンナノチュー
ブ層を陰極２ａ表面に形成する方法としては、乾式法が
好ましい。ここで乾式法とは、レーザー蒸着法、抵抗加
熱法、プラズマ法、熱ＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法、電子線蒸着法等、主に気相成長により電子放出
源となるカーボンナノチューブなどを形成する方法をい
う。好ましくは、不活性ガス若しくは水素ガス存在下に
反応ガスを導入する乾式法が好ましく、より好ましくは
水素ガス存在下に一酸化炭素を導入し、熱分解した成分
を鉄（Ｆｅ）を含む金属からなる陰極表面上にカーボン
ナノチューブとして析出させる方法が好ましい。また、
陰極上に直接カーボンナノチューブを形成することによ
り、金属板の表面に滑らかな被膜が形成できる。そのた
め、電界が該表面に均一に印加されることにより、各箇
所で電子が均一に放出されるので、輝度ムラの発生を防
止することができる。

【００１５】ゲート電極２ｃは電子放出源２ｂから電子
を引き出す電極であり、金属網、開口部を有する金属薄
板等で構成され、電子放出源２ｂから引き出された電子
が蛍光部１ｂに到達できる形状で形成される。ゲート電
極２ｃの材質としては、４２６合金、ステンレス（ＳＵ
Ｓ３０４）、インバー、スーパーインバー、ニッケル
（Ｎｉ）などが好適に利用できる。また、ゲート電極２
ｃの形状は、複数の開口部を有し、電子放出源２ｂの球
形状に合わせた球面形状とし、冷陰極から所定距離離間
して設置している。ゲート電極の開口部は金属薄板をエ
ッチング加工などにより形成することができ、その平面
形状は電子放出源から引き出される電子に対して電界強
度分布が均一になる円形である。また、ゲート電極２ｃ
に吸収される無効電流を抑え、効率的に電界を印加する
ために、ゲート電極２ｃの電子放出源２ｂに対向する面
に絶縁層を形成することができる（図示省略）。絶縁層
としては、ゲート電極２ｃの球形状を保持できる薄膜で
あれる、スパッタリング方法で形成される金属化合物薄
膜などを用いることができる。なお、ゲート電極２ｃの
支持台３への固定は、固定用フリットガラスと、耐熱性
導電ペーストとを用いて行なうことが好ましい。この両
者を併用することで、ゲート電極２ｃの固定とゲート用
のリードピン５ｃの電気的接続が同時にできる。

【００１６】上記のような構成において、外部回路から
リードピン５ｂ、５ｃを介して陰極２ａおよびゲート電
極２ｃに電圧を供給し、陰極２ａとゲート電極２ｃとの
間に電界をかけ、カーボンナノチューブ層２ｂより電子
を引き出す。この時、リードピン５ａを介して陽極側の
メタルバック層１ｄに高電圧を供給しておくことによ
り、上記冷陰極より放出した電子が陽極側の蛍光体層１
ｃに衝突し、それぞれの蛍光体に応じた発光色で発光す
る。

【００１７】ゲート電極２ｃの形状を、電子放出源２ｂ
の球形状に合わせた球面形状とし、電子放出源２ｂと
0.1 〜 1 ｍｍ程度離間して略全体を覆うように設置す
る。ゲート電極２ｃおよび電子放出源２ｂに電圧を供給
することにより、球状の冷陰極表面を覆う電子放出源全
体から電子が引き出される。電子放出源２ｂ自体が球状
の発光容器１の略中央部に設置されており、電子放出源
２ｂから引き出された電子が、球状発光容器１の内面に
形成された蛍光体層の略全体に衝突し発光するので、輝
度ムラが発生しない。また、電子放出源としてカーボン
ナノチューブ層を用いることにより、放出される電子の
量が多く高輝度な蛍光ランプが得られる。さらに、この
ような電界放射冷陰極２を用いることにより、フィラメ
ントのような脆弱な部品を必要としないため、加熱電源
が必要なくなるなどその取り扱いおよび製造が容易とな
り、蛍光ランプの寿命も大幅に長くなる。また、余熱な
どが必要ないため、応答速度が速いという利点も有す
る。

【００１８】本発明の蛍光ランプの他の実施例を図３を
参照して説明する。図３は電子放出源が半球状である蛍
光ランプの模式断面図を示す。ランプ全方向への発光を
必要とせず一定方向のみ必要な用途において、図３に示
す半球状冷陰極の蛍光ランプを好適に利用できる。陰極
とその表面に形成された電子放出源とからなる陰極６、
およびゲート電極７を半球状とすることにより、陰極
６、ゲート電極７の支持台８への設置が球状の場合より
も容易となる。また、蛍光容器９の上半球方向について
は、電界放射冷陰極が球状の場合と同等の効果が得ら
れ、かつ、必要のない方向への発光を無くすことによ
り、消費電力を抑えることができる

【発明の効果】

【００１９】本発明の蛍光ランプは、蛍光体層が内面に
形成され内部が真空排気された球状の発光容器と、この
発光容器の内部に電界放射冷陰極とを備えてなる蛍光ラ
ンプであって、上記電界放射冷陰極は、陰極上に形成さ
れた電子放出源と、この電子放出源を包囲するゲート電
極とを備えてなり、上記電子放出源としてカーボンナノ
チューブ層を用いるので、電子放出に必要な電圧が低
く、放出される電子の量も多いため省電力および照明利
用として十分な高輝度化が図れる。また、電界放射冷陰
極を用いるため、加熱電源が必要なくなるなどその取り
扱いおよび製造が容易となり、応答速度の向上が図れる
とともに、蛍光ランプの寿命が大幅に長くなる。

【００２０】また、上記電界放射冷陰極は球状または半
球状であり、上記発光容器の略中央部に配置されてなる
ので冷陰極の電子放出源の球表面全体から電子が引き出
され発光容器内面の蛍光体層の略全領域に電子が衝突し
発光するので輝度ムラのない蛍光ランプが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る蛍光ランプの模式断面
図である。

【図２】図１におけるＡ部の拡大断面図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る蛍光ランプの模式断
面図である。

【符号の説明】

１発光容器２電界放射冷陰極３支持台４ソケット５リードピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蛍光体層が内面に形成され内部が真空排
気された球状の発光容器と、この発光容器の内部に電界
放射冷陰極とを備えてなる蛍光ランプであって、前記電界放射冷陰極は、陰極上に形成された電子放出源
と、この電子放出源を包囲するゲート電極とを備えてな
ることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項２】前記電子放出源がカーボンナノチューブ
層であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
【請求項３】前記陰極は、球状または半球状であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の蛍光ラン
プ。
【請求項４】前記電界放射冷陰極は、前記発光容器の
略中央部に配置されてなることを特徴とする請求項１、
請求項２または請求項３記載の蛍光ランプ。