JP2006066315A - バックライト用電界電子放出型蛍光管 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの管径の細径化という技術要求と、液晶パネルに十分な発光輝度を与えるという技術要求とを、同時に成立させること。
【解決手段】内部が真空気密である細管１と、細管１の内表面に設けられた蛍光体付き線状陽極部２と、細管１の内部に線状陽極部２と対向して設けられた線状ないしは板状の線状陰極部３と、を備え、線状陰極部３の表面に凹凸４が付けられており、線状陰極部３の凹凸表面に電界電子放出部として尖鋭もしくは比較的尖鋭な形状を備えたカーボン膜５が設けられている構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト用電界電子放出型蛍光管に関する。

近年、テレビ、携帯端末、パソコン等の電子機器においては、ＴＦＴ液晶等の液晶は、当該機器の薄型化の促進に大きく貢献し、また、低消費電力であるとして、その表示部に多用されるに至っている（例えば、特許文献１参照。）。このような電子機器において、液晶を用いた表示部は、一般に、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルをバック側から照明するバックライト装置とにより構成されている。バックライト装置は、蛍光放電管等のバックライトを収納するためのバックライト収納用筐体と、１本ないしは複数本の管形状をなす蛍光放電管等のバックライトとから構成されている。しかしながら、このような電子機器は、液晶を用いたことにより、低消費電力化が達成されてきている一方で、消費電力の大半が、バックライト装置に組み込まれるバックライトにより消費されているという現状になっている。このような現状において、液晶テレビ等のごとく電子機器の薄型化に伴い、液晶パネルのバック側に組み込むバックライト装置も薄型化することが必要とされてきている。こうしたバックライト装置の薄型化は、必然的に、バックライトの管径を細径にする技術要求をもたらしている。一方では、バックライトの管径の細径化は、液晶パネルに対する発光輝度の不足をもたらすという不具合につながる結果となっている。
特開平０６−２４２４３９号公報

本発明により解決すべき課題は、バックライトの管径の細径化という技術要求と液晶パネルに十分な発光輝度を与えるという技術要求とを同時に成立させることにある。

本発明者らは、上述の相反する２つの技術要求を共に解決するべく、バックライトとして、電界電子放出型蛍光管に着目して以下の過程に従い鋭意研究を進めた結果、本発明を完成できるに至ったのである。説明すると、バックライトには、冷陰極型蛍光管がよく用いられている。この冷陰極型蛍光管には、内部に水銀が封入されていて環境性に劣る等の数々の欠点がある。そこで本発明者らは、電界電子放出型蛍光管に着目した。その着目の理由として、電界電子放出型蛍光管は、内部が真空状態であり環境性に優れていること、管壁が加熱されないから薄型で設置密度を高くすることができること、高い発光効率と高い発光輝度とを有すること、長寿命で高信頼性が得られること、等の利点を備えているからである。しかしながら、電界電子放出型蛍光管における上記利点である高い発光効率と高い発光輝度と言っても、上述した課題である細径化されると、発光輝度が不足するものである。そこで、本発明者らは、カーボン材料を電界電子放出部として電界電子放出型蛍光管に組み込むことを考え、さらに、研究の末に、その組み込み構造に格別な特徴を備えた本発明のバックライト用電界電子放出型蛍光管を完成できるに至ったのである。

すなわち、
本発明によるバックライト用電界電子放出型蛍光管は、内部が真空気密である細管と、前記細管の内部に挿通されて配置された蛍光体付き線状陽極部と、前記細管の内部に前記線状陽極部に対向する状態で挿通されて配置された線状陰極部とを備え、前記線状陰極部の表面に凹凸が付けられており、前記線状陰極部の前記凹凸表面に電界電子放出部として尖鋭ないしは比較的尖鋭な形状を備えたカーボン材料が設けられていることを特徴とするものである。

なお、上記「線状」とは、直線状に限定されず、螺旋線状や波線状等の曲線状、直線状と曲線状とが混合した形状を含み、また、中実、中空を問うものではなく、また、その断面形状は、特に限定されず、円形に限らず、楕円形、矩形やその他の形状であってもよい。上記「凹凸」とは、例えば、突起や溝等からなる可視的なサイズの凹凸から、表面粗さ等による微視的なサイズの凹凸までを含むものであり、そのサイズを問うものではない。カーボン材料は、微視的に小さい凹凸、例えば、チューブ状、ウォール状のカーボン材料を含む。上記「尖鋭ないし比較的尖鋭な形状」における比較的尖鋭な形状とは、多少の丸みがあっても電子放出特性を有するものであれば尖鋭に含むの意味である。

本発明のバックライト用電界電子放出型蛍光管によると、細管であるから、液晶テレビ等のごとく電子機器の薄型化に伴い、液晶パネルのバック側に組み込むバックライト装置の薄型化の要求に沿うことができる一方で、細管の内部に設けた電界電子放出部の構成が、線状陰極部に設けた凹凸の表面に電界電子放出部である尖鋭あるいは比較的尖鋭な部分を有するカーボン材料を形成したことにより、あるいは、線状陰極部に設けた尖鋭な形状の凹凸表面に電界電子放出部であるカーボン材料を形成したことにより、電界電子放出部に電界集中が起こり易く、極めて低い電力の印加により液晶用バックライトとして必要とするに十分に高い発光輝度で発光することができるものであり、液晶パネル用バックライトとして管径の細径化という技術要求と、液晶パネルに十分な発光輝度を与えるという技術要求とを同時に成立させることができるものである。

特に、本発明による第１および第２のバックライト用電界電子放出型蛍光管によると、細管のため、直管ではもちろん、Ｕ字管では多少径が太い細管でも、その細管内表面に蛍光材料を塗布したり陽極材料を蒸着したりすることが困難な場合に有用である。すなわち、本発明においては、細管の内部に対して陽極部と陰極部とを線状として対向配置しているから、製造が容易な構造のものとなる。

本発明によれば、バックライトの管径の細径化という技術要求と、液晶パネルに十分な発光輝度を与えるという技術要求とを同時に成立させることができる電界電子放出型蛍光管を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係るバックライト用電界電子放出型蛍光管を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るバックライト用電界電子放出型蛍光管の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を拡大して示す図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を拡大して示す図である。図１の仮想円Ｃは、図１の線状陰極部の一部分の断面を拡大して示している。

これらの図において、１は直管形状の細管であり、この細管１は、ソーダライムガラスからなり内部が真空気密状態とされた、管長４５０ｍｍの長尺で、かつ、外径４ｍｍ、内径３．２ｍｍの細管構成を有する。細管１の上記外径および内径は、単なる一例であり、本発明を限定するものではない。また、細管１は、直管形状ではなく、Ｕ字管形状でもよい。さらに、細管１はソーダライムガラス製であるが、その素材は一例にすぎない。

２は、蛍光体付きの線状陽極部であり、この線状陽極部２は、細管１の内部に挿通されて一端側がガラス製のステム６で支持され、他端側が不図示の石英製のサポートで支持されることにより、細管１内部に当該細管１の内面に平行に配置されている。この線状陽極部２は、直径０．５ｍｍのニッケル、コバール、等からなる芯線２ａと、この芯線２ａの外表面に形成された蛍光膜２ｂとから構成されている。芯線２ａは、蛍光膜２ｂの発光に対して、光反射面を形成する。この線状陽極部２は、芯線２ａの外表面に蛍光体スラリーを用い、スプレー法やディップ法で塗布し、乾燥する。この後、空気中、あるいは窒素気流中で、４５０℃焼成をすることにより、芯線２ａの外表面に蛍光膜２ｂを付着させたものである。蛍光膜２ｂの蛍光材料は、電子衝突により発光する材料であればよく、特に限定されない。

３は、直径０．５ｍｍのニッケル製の線状陰極部であり、この線状陰極部３は、線状陽極部２から２．０ｍｍ離隔した状態で細管１の内部に挿通されて一端側がコバールガラス製のステム６で支持され、他端側が不図示の石英製のサポートで支持されることにより、細管１内部に線状陽極部２に平行に配置されている。

線状陰極部３は、そのほぼ全周に均等に可視的なサイズの凹凸４が多数形成されている。凹凸４の形成方法、形状、等は、特に限定されないが、例えば、線状陰極部３の表面をネジ切り加工したり、引き伸ばしたりすることにより、形成することができる。この凹凸４の大きさや形状や個数等は特に限定されないが、線状陰極部３のほぼ全周にわたり、凹凸４それぞれは互いに対して均等あるいはほぼ均等な高さ、尖鋭度で揃うことが線状陰極部４のほぼ全周にわたり均一で高輝度に発光するうえで好ましい。また、凹凸４は、可視的なサイズに限らず、微視的なサイズでもよい。例えば、線状陰極部３の外表面の表面粗さを粗くすることで、凹凸をつけることでもよい。線状陰極部３の材料は導電性を有するものであれば、ニッケルに限定されるものではなく、その他として例えば、鉄、コバルト等がある。

５は、線状陰極部３の表面の凹凸４上に形成された電界電子放出部として形成されたカーボン材料（カーボン膜）である。このカーボン膜５は、微視的に尖鋭もしくは比較的尖鋭な形状部分を有するカーボン材料、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォールが好ましい。

線状陰極部３の表面の凹凸４上にカーボン膜５を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷、コーティング、ＣＶＤ（化学的蒸着法）、等の簡単で低コストの公知の技術により形成することができ、例えば、カーボンナノチューブの形状は、外径が１〜数１０ｎｍ、長さが１〜数μｍのチューブ形状をなしており、このチューブ形状により、その先端に電界が集中しやすく、電子が放出しやすいという特性を有している。なお、カーボンナノチューブやカーボンナノウォールは、線状陰極部３に直接成膜する方が、線状陰極部３との電気的接触の観点から好ましい。また、カーボンナノウォールは、好ましくは、線状陰極部３に直接プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が良い。何故ならば、カーボンナノチューブに必要な触媒を必要としないからである。

線状陰極部３と線状陽極部２との間に電圧を印加すると、カーボン膜５、例えば、カーボンナノウォールの尖鋭な形状の部分に電界が集中し、量子トンネル効果により電子がエネルギ障壁を突き抜けて真空中へと放出される。放出された電子は、線状陽極部２に引き付けられて線状陽極部２に衝突し、これによって、線状陽極部２の蛍光体２ａが励起されて発光する。

線状陽極部２と線状陰極部３はそれぞれ、互いにほぼ平行に対向しているので、線状陽極部２の蛍光膜２ｂは、均一高輝度で発光することができるものとなる。

以上の構成を備えたバックライト用蛍光管に対して性能試験を実施したところ、５ｋＶの電圧印加により、３０，０００ｃｄ／ｍ²の発光輝度が得られた。

次に、５ｋＶの電圧を１週間（２４×７時間＝１６８時間）連続印加した後、細管１の外壁の温度を測定したところ、室温と同じであり、発光による温度上昇は無く、輝度にも変化が無かった。この結果、実施の形態のバックライト用蛍光管は、低消費電力で全体が均一な輝度でかつ高輝度で液晶表示パネルをバック側から照明するバックライト装置用として非常に適した蛍光管であることを確認することができた。

以上の構成を備えたバックライト装置用蛍光管においては、て管径の細径化という技術要求と、液晶パネルに十分な発光輝度を与えるという技術要求とを同時に成立させることができるものである。

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

（１）図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面において、他の変形例を示す。図４で示すように、線状陽極部２における芯線２ａの外表面に対して蛍光膜をほぼ半周で形成したものでもよい。この形成方法としては、芯線２ａのほぼ半周にトシール剤を塗布しておいて芯線２ａの全周に蛍光体スラリーが塗布されないにし、この状態で蛍光体スラリーを塗布すると、芯線２ａのほぼ半周に蛍光膜２ｂを形成することができる。この場合、トシール剤は３００℃程度で揮発または除去することができる。

（２）図５は、液晶テレビ１０と、該液晶テレビ１０に組み込まれているＴＦＴ液晶表示パネル１１と、ＴＦＴ液晶表示パネル１１のバック側を照明するバックライト装置１２とを示す。このバックライト装置１２は、バックライト収納用筐体１３と、この筐体１３に収納されるバックライト１４とを備える。実施の形態のバックライト用電界電子放出型蛍光管は、このバックライト１４として組み込まれている。

本発明の実施の形態に係るバックライト用電界電子放出型蛍光管を断面で示す図である。 図１のＡ−Ａ線の断面を拡大して示す図である。 図１のＢ−Ｂ線の断面を拡大して示す図である。 図１のＢ−Ｂ線において線状陽極部の変形例を拡大して示す断面図である。 実施の形態に係るバックライト用電界電子放出型蛍光管が組み込まれたバックライト装置と、このバックライト装置を備えた液晶テレビとを示す斜視図である。

符号の説明

１ 細管
２ 線状陽極部
２ａ 芯線
２ｂ 蛍光膜
２ｃ 陽極膜
３ 線状陰極部
４ 凹凸
５ カーボン膜（電界電子放出部）

Claims (2)

1. 内部が真空気密である細管と、
   前記細管の内部に挿通されて配置された蛍光体付き線状陽極部と、
   前記細管の内部に前記線状陽極部に対向する状態で挿通されて配置された線状陰極部と、
   を備え、
   前記線状陰極部の表面に凹凸が付けられており、
   前記線状陰極部の前記凹凸表面に電界電子放出部として尖鋭ないしは比較的尖鋭な形状を備えたカーボン材料が設けられている、ことを特徴とするバックライト用電界電子放出型蛍光管。
2. 前記カーボン材料が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノウォールである、ことを特徴とする請求項１に記載のバックライト用電界電子放出型蛍光管。
   
   

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