JP2005044616A

JP2005044616A - フィールドエミッションランプ

Info

Publication number: JP2005044616A
Application number: JP2003277216A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hirabayashi; 真一平林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】液晶表示装置のバックライトに利用できる平面発光型のフィールドエミッションランプの寿命を長くする。
【解決手段】平面状の陰極側ガラス基板１上に、複数の直線状の陰極導体３を平行に配置する。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をCVD法により形成する。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置し、各陰極導体３に対応して設けた溝部７、陽極導体５を設け、陽極導体５上に蛍光体５を塗布する。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを、真空容器に収容する。炭素皮膜８を形成した複数の直線状の陰極導体３を平行に配置したので、ランプ寿命を長くしながら、発光面を平面状にでき、液晶表示装置のバックライトに最適なフィールドエミッションランプが実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールドエミッションランプに関し、特に、液晶表示装置のバックライトに用いる平面発光型のフィールドエミッションランプに関する。

従来、液晶表示装置のバックライト光源としては、冷陰極蛍光灯が使用されている。蛍光灯は、発光効率が高くないので、エネルギー損失が大きい。また、蛍光灯は水銀を使用しているので、使用済みの蛍光灯を適切に処理しないと、環境に害を及ぼす。そこで、これらの欠点のないフィールドエミッションランプを、液晶表示装置のバックライトとして使用することが提案されている。

従来のフィールドエミッションランプの例をいくつかあげて、簡単に説明する。図４（ａ）に断面図を示すフィールドエミッションランプは、３極管構造のランプである。このランプを、投射型液晶表示装置のプロジェクタ光源として利用することが提案されている。図４（ｂ）に斜視図を示すフィールドエミッションランプが、非特許文献１に開示されている。陰極導体上に、ナノカーボン薄膜を化学蒸着法で生成する。カーボンナノチューブやグラファイトナノ結晶などの薄膜から、高効率で冷陰極電子が放出される。図４（ｃ）に断面図を示すフィールドエミッションランプが、特許文献１に開示されている。このランプは、２極管あるいは３極管構造のフィールドエミッションランプである。ランプ容器の裏と下側から各電極に接続できるので、個々のランプを互いに接近させて配置することができる。

図４（ｄ）に斜視図を示すフィールドエミッションランプが、特許文献２に開示されている。カーボンナノチューブ（CNT）のフィールドエミッション電極により点灯する平面型カラーランプである。この平面型カラーランプは、３つに区切られたランプ室で構成されている。基板上に、エミッタスタックが形成されている。カバー基板の上に３つの蛍光体がある。各蛍光体は、ナノチューブエミッタスタックから放出される電子で、赤緑青の３原色の光を発生する。ナノチューブスタックは、炭素やダイアモンドなどのナノメートルサイズの中空繊維をバインダと混合して印刷する厚膜印刷技術を用いて、低コストで形成できる。平面型カラーランプを液晶表示装置のバックライトに使うことで、液晶表示装置を、小型低コストにできる。図５（ａ）に断面図を示すフィールドエミッションランプが、非特許文献２に開示されている。ガラス-Si-ガラス構造と、ガラス-ガラス構造を、静電接着法により形成することができる。その方法で、シリコン基板の電界放出素子配列を真空容器中に密封して、フィールドエミッションランプを構成する。

特許文献３、４には、図５（ｂ）に示すように、フィールドエミッタアレイにより照明される画素を有する液晶表示装置が開示されている。このフィールドエミッタアレイは、各々の画素を個別に照明するために用いられる。表示装置全体を照明するためのバックライトランプとしても利用できる。フィールドエミッタアレイをバックライトに用いる液晶表示装置は、蛍光ランプを用いる場合と比べて、より小形になり、発光効率も輝度も高く、寿命も長い。このフィールドエミッタアレイは、すべての色の光を発生できるので、液晶表示装置にカラーフィルタを使用する必要がない。
米国特許第6008595号明細書米国特許第6426590号明細書米国特許第5646702号明細書特表平10-508120号公報 A. N. Obraztsov, et al.;"Field emission characteristics of nanostructured thin film carbonmaterials", Applied Surface Science 215, (2003) 214-221. D. -J. Lee et al.; "Vacuum Sealing of Field-Emission Arrays Using Field-Assisted BondingMethod", SID'98, 589-592, (1998). A. N. Obraztsov, et al.;"CVD growth and field emission properties of nanostructured carbonfilms", J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) 357-362. A. N. Obraztsov, et al.;"Chemical vapor deposition of carbon films: in-situ plasmadiagnostics", Carbon 41 (2003), 836-839.

しかし、従来のフィールドエミッションランプでは、液晶表示装置のバックライトに利用できる寿命の長い平面発光ランプを実現できないという問題があった。平面状に発光するランプでは、電子を放出するエミッタを点状にしているので、陰極の電流密度が大きくなり、重い負荷で寿命が短くなる。寿命が長い線状の陰極を有するランプでは、発光面が円筒状になり、液晶表示装置のバックライトに使用するには、厚さが厚くなりすぎる。本発明は、上記従来の問題を解決して、液晶表示装置用の寿命の長い平面型フィールドエミッションランプを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、フィールドエミッションランプを、平面状の陰極側ガラス基板と、陰極側ガラス基板上に並行して配列された複数の直線状の陰極導体と、陰極側ガラス基板に対向して配置され、各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側ガラス基板と、溝部に設けられた陽極導体と、陽極導体上に塗布された蛍光体と、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを収容する真空容器とを具備する構成とした。また、陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をCVD法により形成する。

本発明では、上記のように構成したことにより、液晶表示装置用のバックライトに最適な寿命の長い平面発光型のフィールドエミッションランプを実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をCVD法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に蛍光体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容したフィールドエミッションランプである。

本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの構成と製法を説明する。図１は、本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの斜視図と一部断面図である。図２は、フィールドエミッションランプの断面図である。図３は、フィールドエミッションランプの平面図である。これらは模式的な概念図であり、各部の比率などは、実際とは異なる。図１〜図３において、陰極側ガラス基板１は、光が放射される側の平面状のガラス基板である。陽極側ガラス基板２は、溝部を有するガラス基板である。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置する。陰極導体３は、陰極側ガラス基板上に並行して配列された直線状の電極である。陽極導体４は、溝部に蒸着されたアルミニウム電極である。蛍光体５は、陽極導体上に塗布された蛍光体である。真空容器６は、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを収容する容器である。溝部７は、陽極を設けるために陽極側ガラス基板２に形成された溝である。炭素皮膜８は、電子放出効率を高めるために、陰極導体上にCVD法により形成された炭素皮膜である。

平面状の陰極側ガラス基板１上に、複数の直線状のNiの陰極導体３を平行に等間隔で配列する。陰極導体３は、Niの他にFeやCu等を使うこともできる。陰極導体３の太さを、溝部７のサイズに対して十分細くして、光がむら無く放射されるようにする。輝度を一様にするために、散光板や偏光板を使ってもよい。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をCVD法により形成する。炭素皮膜８の厚さは、２〜３μmである。CVD法の条件を適切に制御することで、陰極導体３上の炭素皮膜８の電子放出点の密度を、10⁷/cm²にすることができる。CVD法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１や非特許文献３や非特許文献４などを参照されたい。

各陰極導体３に対応する溝部７を、陽極側ガラス基板２に設ける。溝部７に、Alを蒸着して形成した陽極導体４を設ける。陽極導体４の厚さは１〜２μmである。陽極導体４は、反射板の役目も兼ねている。陽極導体４上に、白色を発生するように蛍光体５を塗布する。蛍光体の厚さは、５〜７μmである。蛍光体は、低電圧用では、Zn_0.2Cd_0.8S:Ag,Cl（赤）、Zn_0.62Cd_0.98S:Ag,Cl（緑）、ZnS:Ag,Al（青）を用いる。高電圧用では、Y₂O₃:Eu（赤）、Gd₂O₂S:Tb（緑）、ZnS:Ag（青）を用いる。

陰極導体３と陽極導体４との電極間距離は、10〜20μmであるが、10mm程度まで大きくすることも可能である。したがって、溝部７のサイズもこれと同程度となる。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを密着させて、真空容器６に収容する。真空容器６を使わず、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じてもよい。真空度は10^-1〜10^-3torrである。全体の大きさは、約10cm×10cm程度であるが、約１ｍ×１ｍ程度まで大きくできる。

上記のように構成された本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの動作を説明する。陰極導体３と陽極導体４との間に単極性のパルス電圧を印加する。電圧は250〜500Vで、電流は約１mAである。電圧は、10ｋV程度まで高くすることも可能である。周波数は１〜５kHzである。パルス幅は、３〜８μsecである。放電開始電圧は、１V/μmである。陰極の電流密度は、100mA/cm²（10V/μmのとき）である。点灯用電源の基本的構成は、従来のフィールドエミッションランプ用のものと同じでよい。点灯用電源は、陰極導体３と陽極導体４の１組あるいは複数組ごとに別々に設けてもよいし、全ての組に共通に１つにしてもよい。

陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、光を発生する。蛍光体５から出た光は、陰極側ガラス基板１から直接出射するとともに、陽極導体４で反射されて陰極側ガラス基板１から出射する。輝度は、単色で約20万cd/m²、白色で約３万cd/m²である。発光効率は約30％である。ランプの寿命は約５万時間である。このようにして、発光面を平面状にしながら、フィールドエミッションランプの寿命を長くできる。

上記のように、本発明の実施例では、フィールドエミッションランプを、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をCVD法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に蛍光体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容する構成としたので、液晶表示装置用の寿命の長いバックライトを実現できる。

本発明のフィールドエミッションランプは、液晶表示装置のバックライト光源として最適である。また、天井などに設置する照明装置としても利用できる。

本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの斜視図と一部断面図、本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの断面図、本発明の実施例におけるフィールドエミッションランプの平面図、従来のフィールドエミッションランプの概念図、従来のフィールドエミッションランプの概念図である。

符号の説明

１陰極側ガラス基板
２陽極側ガラス基板
３陰極導体
４陽極導体
５蛍光体
６真空容器
７溝部
８炭素皮膜

Claims

平面状の陰極側ガラス基板と、前記陰極側ガラス基板上に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極側ガラス基板に対向して配置され、前記各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側ガラス基板と、前記溝部に設けられた陽極導体と、前記陽極導体上に塗布された蛍光体と、前記陰極側ガラス基板と前記陽極側ガラス基板とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッションランプ。
前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を形成したことを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションランプ。
請求項２記載のフィールドエミッションランプを製造する製造方法において、前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成することを特徴とするフィールドエミッションランプの製造方法。