JP2004079264A

JP2004079264A - 光源管の電極構造

Info

Publication number: JP2004079264A
Application number: JP2002235565A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Ezaki; 江崎　智隆; Sashiro Kamimura; 上村　佐四郎
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】エミッション電流を増加させることができる光源管の電極構造を提供する。
【解決手段】ゲート構造体４は、メッシュ部４−１と周辺部４−２とから構成される。メッシュ部４−１は、複数の略六角形状の枠４−３とこの枠４−３内部に配設される複数のメッシュ４−４とから構成される。このメッシュ４−４は、カソード５側に突出した凸形状を有する。
【選択図】　　　　図２

Description

【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】
蛍光表示管やＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）などに代表される光源管は、真空外囲器内に、アノード、カソード、ゲートを備えた三極構造を有し、カソードに対してメッシュ状に構成されたゲートが正電位となるように電圧を印加することにより、カソードから放出された電子をアノードに向けて加速し、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。近年では、このような光源管において、金属基板上にＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏ　Ｔｕｂｅ）やカーボンナノファイバ等の電子放出材料を配置した電界放出型のカソードを使用することが提案されている。
【０００３】
上述したような光源管の発光輝度は、カソードから放出される電子の量、つまりカソードを流れる電流（以下、エミッション電流という）の量に関係し、エミッション電流が多いほど光源管の発光輝度が向上する。電界放出型のカソードにおいては一般に、エミッション電流は、カソードの面積が大きくなるほど増加する。このため、従来では、カソードの面積を大きくすることで光源管の発光輝度の向上を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電界放出型のカソードを用いた場合には、ゲートにカソードに対して正電位を印加してカソード近傍の電界強度を強くする必要があるため、電子放出材料が配置されたカソードの全面から電子を引き出すには、カソードに対向するゲートをカソードとほぼ同じ面積にしなければならない。また、ゲートは、カソードから引き出された電子を通過させるため、薄いほうが好ましいが、その面積が大きくなるほど、たわみやすくなる。したがって、例えば円曲面の凹凸など、わずかなギャップの違いによる局所的な電界集中が起こると、一部のＣＮＴのみに強電界がかかり、その他のＣＮＴには弱い電界しか印加されない。すると、電界が集中する一ヶ所の限られたＣＮＴのみからしか電子が放出されず、カソードの面積を大きくしても、エミッション電流を増加させることができなくなってしまう。
そこで、本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、エミッション電流を増加させることができる光源管の電極構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題を解決するために本発明にかかる光源管の電極構造は、真空外囲器内に少なくとも、蛍光材料が付着したアノードと、このアノードに対向して略平行に配置された導体基板表面に電子放出材料を配置したカソードと、アノードとカソードとの間にアノードとカソードより離間して配設されたゲートとを有する光源管の電極構造において、ゲートは、導電性材料からなるメッシュを備え、このメッシュに形成されたカソードの方向に突出した複数の突出部を有することを特徴とする。この光源管の電極構造によれば、ゲートとカソードとの距離は、突出部とこの突出部に対向するカソード上の部分が最も短くなる。
【０００６】
本発明にかかる他の形態の光源管の電極構造は、真空外囲器内に少なくとも、蛍光材料が付着したアノードと、このアノードに対向して略平行に配置された導体基板表面に電子放出材料を配置したカソードと、アノードとカソードとの間にアノードとカソードより離間して配設されたゲートとを有する光源管の電極構造において、ゲートは、複数の開口部を有する枠と、この枠上に配設された導電性材料からなるメッシュとを備え、このメッシュに形成され、枠の開口部よりカソードの方向に突出した突出部を有するようにしてもよい。この光源管の電極構造によれば、ゲートとカソードとの距離は、メッシュの突出した部分と、この部分に対向するカソード上の部分が最も短くなる。
また、枠に設けられた開口部は、平面視六角形状を有するようにしてもよい。このような構成にすることにより、開口部の面積を広くとることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる光源管の断面図、図２（ａ）は、ゲートの正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【０００８】
全体を符号１で示す光源管は、円筒形のガラス管の一端に透光性を有するフェースガラスが低融点フリットガラスで接着固定され、他端に複数のリードピンが挿通されるとともに排気管が一体的に形成されたステムガラスが溶着されて形成された真空外囲器２を有し、この真空外囲器２内は１０^−３〜１０^−４Ｐａ程度の圧力に真空排気されている。
【０００９】
真空外囲器２内部には、フェースガラスが設けられた端部側にフェースガラスに対向する面に蛍光体（図示せず）が被着したアノード３が配置され、このアノード３に対向して略箱状のゲート構造体４がアノード３の方向にメッシュ部４−１を向けて配設され、このゲート構造体４の中にカソード５が絶縁体６を介して配設されている。そして、アノード３、ゲート構造体４およびカソード５のそれぞれには、真空外囲器２の外に引き出されたリードピンを介して電圧が印加される。
【００１０】
金属基板からなるアノード３は、ゲート構造体４およびカソード５のそれぞれに対して略平行に設置される。
【００１１】
ゲート構造体４は、メッシュ部４−１とこのメッシュ部４−１をカソードより所定の間隔だけ離間させて指示する周辺部４−２とから構成される。メッシュ部４−１は、図２（ａ）に示すように、平面視六角形状の開口が複数形成された枠４−３とこの枠４−３の各開口部内に配設されるメッシュ４−４とから構成される。このメッシュ４−４は、図２（ｂ）に示すように、カソード５側に突出した凸形状を有する。
このようなゲート構造体４は、エッチングにより略六角形状の開口が複数形成された枠４−３と、エッチングによりメッシュのパターンが形成された金属基板からなるメッシュ４−４とを貼り合わせたものである。枠４−３の複数の開口部から露出しているメッシュ４−４には、複数の突起を有する型でプレスすることにより、複数の突出部が形成されている。このメッシュ４−４に形成された突出部は、枠４−３の開口部と同一のピッチで形成されており、これらの２つの部材を貼り合わせると、メッシュ４−４の突出部が枠４−３から露出する。
なお、本実施の形態において、枠４−３の間隔（六角形の略平行に対向する辺の間隔）は、０．５〜５ｍｍ、メッシュ４−４の目のピッチは、０．０５〜０．５ｍｍが望ましい。
また、枠４−３の材質は、耐熱性があり、強固なものが望ましい。例えば、ステンレス等の導体の他、セラミック等の非導電体により形成することができるが、メッシュ４−４の材料には、その熱膨張率がほぼ等しいことが望ましい。
【００１２】
金属基板からなるカソード５は、ゲート構造体４に対向する表面に電子放出材料としてＣＮＴが配置されている。また、カソード５のゲート構造体４の枠４−３に対向する部分には、シールド５−１が配設されている。なお、ＣＮＴは、例えばＣＶＤ法などによりカソード５上に配置される。
【００１３】
次に、ゲート構造体４を図２に示すような形状にした理由について説明する。
発明者らは、カソードの面積とエミッション電流の関係について、光源管ランプ（ノリタケ伊勢電子製、ＮＳ０２７Ａ、フェースガラス直径約２７ｍｍ、全長約８１．６ｍｍ、アノード電圧：１０ｋＶ、アノード電流（エミッション電流）：２５０μＡ、ゲート電圧：２ｋＶ以下、ゲート電流：定電流駆動）を用いて実験を行った。電子放出材料としてＣＮＴが配置されたゲートの面積の１／５００のカソード（直径０．８ｍｍ）を光源管ランプに配設し、定格の駆動電圧をかけたところ、エミッション電流として１００μＡ以上の電流を安定に観測することができた。０．８ｍｍというカソードの直径は、ゲートとカソードとの間隔がほぼ一定である、つまり局所的な電界集中が発生しないと考えることができるほど、非常に小さい値である。したがって、この場合、カソードは、その全面から電子をゲートに向けて放出していると考えることができる。
これにより、もし、全てのＣＮＴがエミッションに寄与するならば、ゲートと同じ面積のカソードを用いた場合、概算すると最低でも５０ｍＡのエミッション電流を得る能力があると考えられる。しかし、現実には、ゲートのたわみ等の問題により、カソードに局所的な電界集中が発生してしまい、理論値通りのエミッション電流を得ることができない。
【００１４】
そこで、発明者らは、面積の小さなカソード、つまり小さな部分（スポット）でも電界集中が起こるなら１００μＡのエミッション電流を得ることができるのだから、その小さなスポットを複数つくるならエミッション電流を増大させることができると考え、ゲート構造体４の形状を、図２に示すような、カソード５側に突出した凸形状のメッシュ４−４が複数設けられるように形成した。本実施の形態にかかる光源管１は、ゲート構造体４に、カソード５側に突出したメッシュ４−４を複数設けることにより、ゲート構造体４とカソード５との距離が短い部分を複数形成し、カソード５上に電界強度が他の部分より強いスポットを複数つくり、エミッション電流の増大を図った。
【００１５】
次に、本実施の形態にかかる光源管１の動作について説明する。
まず、カソード５に対してゲート構造体４が正電位となるように電圧を印加すると、カソード５近傍の電界強度が強くなる。この際、カソード５のメッシュ４−４の頂上部付近に対向する部分は、ゲート構造体４との距離が最も短いので、カソード５の他の部分より電界強度が強くなる。このため、カソード５の複数のメッシュ４−４の頂上部付近に対向する部分に設置されているＣＮＴから電子が放出される。複数のメッシュ４−４の頂上部付近に対向する部分のカソード５から放出された電子は、ゲート構造体４−カソード５間の電界により加速され、メッシュ部４−１を通過してアノード３に向かい、このアノード３によってさらに加速され、真空外囲器２の前面内側に被着した蛍光体に衝突する。これにより光源管１は発光する。
【００１６】
上述したように、本実施の形態によれば、ゲート構造体４がカソード５の方向に突出した複数のメッシュ４−４を有することにより、カソード５近傍において電界強度が強くなるスポットを複数つくることができるので、カソード５から引き出される電子の量が増大し、結果としてエミッション電流を増大させることができる。
【００１７】
本実施の形態によれば、耐熱性のある強固な枠４−３を設けることによりゲート構造体４の熱変形の問題を解消することができる。
これにより、本実施の形態にかかる光源管１には、例えば５０μｍ以下の薄いメッシュ４−４を利用することができるので、分配率が向上し、低消費電力化を実現することができる。
また、熱変形の問題が解消されたため、ゲート構造体４−カソード５間のギャップを精密に制御することも可能となる。これにより、本実施の形態にかかる光源管１は、駆動電圧のばらつきを小さくすること、および駆動電圧の低下を実現することもできる。例えば、上述した光源管ランプ（ノリタケ伊勢電子製、ＮＳ０２７Ａ）において、従来はゲートに２ｋＶ以下の駆動電圧をかけて得たのと同等の輝度が、本実施の形態（メッシュ部４−１の面積８０ｍｍ^２、枠４−３の間隔０．５ｍｍ、メッシュ４−４の目のピッチ０．０５ｍｍ）によれば５００Ｖ以下の駆動電圧で得ることができた。
さらに、本実施の形態によれば、枠４−３が六角形状を有するので、ゲート構造体４の強度の保ち、かつ開口面積を大きくすることができるので、分配率が向上する。
【００１８】
なお、本実施の形態において、メッシュ４−４に形成されるパターンは、図２に示すような格子状に限らず、例えば図３に示すような六角形状など適宜自由に変形、変更することができる。
【００１９】
また、本実施の形態において、カソード５にシールド５−１が設けられているが、このシールド５−１を設ける替わりに、カソード５上に配置するＣＮＴをＣＶＤ法によってメッシュ４−４に対向する部分に選択成長させ、枠４−３に対向する部分にＣＮＴを配置しないようにしてもよい。
さらに、本実施の形態において、カソード５上に配置される電子放出材料にＣＮＴが用いられているが、電子放出材料としてはＣＮＴに限定されず、例えばカーボンナノファイバやＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）など電界放出型の各種電子放出材料を用いることができる。
【００２０】
また、本実施の形態において、ゲート構造体４に設けられている枠４−３は、必要に応じて設けなくてもよい。
さらに、本実施の形態において、メッシュ４−４は、図２（ｂ）に示されるように、枠４−３のアノード３側から枠４−３と貼り合わされているが、枠４−３のカソード５側から枠４−３と貼り合わせるようにしてもよい。
また、本実施の形態において、ゲート構造体４は、枠４−３とメッシュ４−４とを貼り合わせた後に、これらの部材を複数の突起を有する型でプレスすることにより、枠４−３の開口部から露出しているメッシュ４−４に突出部を形成するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ゲートにカソードの方向に突出したメッシュを設けることにより、カソード上に電界強度が強くなる部分を複数つくり、カソードから引き出される電子の量を増大させることにより、エミッション電流を増大させることができる。
また、本発明によれば、枠を設けることにより、ゲートの変形を防ぐことができるので薄いメッシュの利用および精密なギャップ制御が可能となる。これにより、分配率の向上による低消費電力化、駆動電圧のばらつきの低下および駆動電圧の低下を実現することができる。
【００２２】
さらに、本実施の形態によれば、枠が六角形状を有するので、ゲートの強度の保ち、かつ開口面積を大きくすることができるので、分配率が向上し、低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光源管の断面図である。
【図２】（ａ）ゲートの正面図、（ｂ）図２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】ゲートの変形例である。
【符号の説明】
１…光源管、２…真空外囲器、３…アノード、４…ゲート構造体、４−１…メッシュ部、４−２…周辺部、４−３…枠、４−４…メッシュ、５…カソード、６…絶縁体。

Claims

真空外囲器内に少なくとも、蛍光材料が付着したアノードと、
このアノードに対向して略平行に配置された導体基板表面に電子放出材料を配置したカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に前記アノードと前記カソードより離間して配設されたゲートとを有する光源管の電極構造において、
前記ゲートは、導電性材料からなるメッシュを備え、
このメッシュに形成された前記カソードの方向に突出した複数の突出部を有することを特徴とする光源管の電極構造。
真空外囲器内に少なくとも、蛍光材料が付着したアノードと、
このアノードに対向して略平行に配置された導体基板表面に電子放出材料を配置したカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に前記アノードと前記カソードより離間して配設されたゲートとを有する光源管の電極構造において、
前記ゲートは、複数の開口部を有する枠と、
この枠上に配設された導電性材料からなるメッシュとを備え、このメッシュに形成され、前記枠の開口部より前記カソードの方向に突出した突出部を有することを特徴とする光源管の電極構造。
請求項２記載の光源管の電極構造において、
前記開口部は、平面視六角形状を有すること特徴とする光源管の電極構造。