JP2006190544A - Field-emission light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体に電子放射して励起発光する電界放出型光源に係り、特には、発光パネルの内面に蛍光体とアノードとを重ね合わせて設け、このアノードと間隔を隔てて電界放射型のカソードを配置し、蛍光体の周囲に電気伝導部材を放熱および放電のために配置してある電界放出型光源に関するものである。 The present invention relates to a field emission light source that emits electrons to a phosphor and emits light by excitation. In particular, a phosphor and an anode are provided on the inner surface of a light-emitting panel, and the field emission type is spaced apart from the anode. And a field emission type light source in which an electrically conductive member is disposed around a phosphor for heat dissipation and discharge.
この種の電界放出型光源においては、蛍光体付きの平面状のアノードと、このアノードのアノード面全体に電子を放出するカソードとを対向配置し、これらの間にカソードから電子を引き出すグリッドを介装し、グリッドを通過した電子を蛍光体に加速衝突させて該蛍光体を励起発光させるものがある(特許文献1等参照。)。蛍光体の発光においては、電子が持つ加速エネルギーから発光エネルギーを除いたエネルギーが蛍光体に付与される結果、蛍光体は発熱する。この発熱はアノードの面積が大きくなる程、増加する。 In this type of field emission light source, a planar anode with a phosphor and a cathode that emits electrons across the entire anode surface of the anode are arranged opposite to each other, and a grid that draws electrons from the cathode is interposed therebetween. In other words, the electrons that pass through the grid are accelerated and collided with the phosphor to cause the phosphor to excite and emit light (see Patent Document 1, etc.). In the light emission of the phosphor, the phosphor generates heat as a result of the energy obtained by removing the light emission energy from the acceleration energy of the electrons being applied to the phosphor. This heat generation increases as the anode area increases.
一般に、蛍光体の発光効率は、蛍光体の温度上昇に対して低下する傾向を示すものが多く、蛍光体は発熱で劣化する傾向を示す。そこで、従来からこの発熱に対する放熱を図った技術は提案されてきている(特許文献2、3,4等参照。)。しかしながら、こうした既存の放熱技術では、蛍光体全体の発熱が放熱されるまでには相当の時間がかかっており、放熱速度が遅く発熱に起因した蛍光体の寿命は早期に到来していた。また、蛍光体の放熱にはむらがあり蛍光体の各部で発光効率が異なり輝度むらの発生要因にもなっている。
本発明は、蛍光体の発熱を従来よりも早期に放熱可能として蛍光体の早期の劣化を図って寿命向上を可能とし、かつ、蛍光体全体にわたり発光効率を均一化して輝度むらを解消し、発光特性に優れた電界放出型光源を提供することである。 The present invention enables the heat generation of the phosphor to dissipate heat earlier than before, thereby improving the life of the phosphor by deteriorating the phosphor early, and uniforming the luminous efficiency over the entire phosphor to eliminate uneven brightness, It is an object to provide a field emission type light source having excellent emission characteristics.
本発明による電界放出型光源は、発光パネルの内面に蛍光体とアノードとを面状に重ね合わせて設け、このアノードと間隔を隔てて電界放射型のカソードを配置した電界放出型光源において、蛍光体のほぼ全体に線状電気伝導部材をストライプ状あるいはマトリクス状に配置したことを特徴とするものである。ストライプ状とは線状電気伝導部材を縦方向、横方向、斜め方向等の一方向に配置する形態であり、マトリクス状とは縦横方向を含む二方向に線状電気伝導部材を配置する形態である。線状とは直線状、曲線状、蛇行状等を含む。線状電気伝導部材の断面形状は限定されないが、円形、楕円形、矩形、半円形、半楕円形等のすべてを含む。アノードはメタルバック、メタルフロント形態のいずれも含む。メタルバックの場合、電子通過が可能でかつ蛍光体の発光を発光パネル側に反射することができる金属が好ましい。メタルフロントの場合、蛍光発光を通過できるITO等の金属が好ましい。蛍光体の種類は限定されない。 The field emission type light source according to the present invention is a field emission type light source in which a phosphor and an anode are provided in a planar shape on the inner surface of a light emitting panel, and a field emission type cathode is disposed at a distance from the anode. The linear electric conductive member is arranged in a stripe shape or a matrix shape on almost the entire body. The stripe shape is a form in which linear electric conductive members are arranged in one direction such as a vertical direction, a horizontal direction, an oblique direction, and the matrix form is a form in which linear electric conductive members are arranged in two directions including the vertical and horizontal directions. is there. The linear shape includes a linear shape, a curved shape, a meandering shape, and the like. The cross-sectional shape of the linear electrical conductive member is not limited, but includes all of circular, elliptical, rectangular, semicircular, semielliptical, and the like. The anode includes both metal back and metal front forms. In the case of a metal back, a metal that can pass electrons and can reflect light emitted from the phosphor toward the light emitting panel is preferable. In the case of a metal front, a metal such as ITO that can pass fluorescent light emission is preferable. The kind of phosphor is not limited.
上記電界放出型光源によれば、蛍光体に線状電気伝導部材がストライプ状あるいはマトリクス状に配置されているから、蛍光体のいずれの位置に存在する電子も最も近い位置に配置されている線状電気伝導部材に移動し蛍光体の周縁側の線状電気伝導部材へと移動することになる結果、蛍光体の発光に伴う該蛍光体の発熱は、蛍光体外部に速やかに放熱させることが可能となり、蛍光体の発熱に伴う発光効率の低下、劣化を抑制し、その寿命を向上することができる。また、蛍光体全体から発熱が早期に放熱される結果、蛍光体全体の発光効率の均一化が可能となり発光むらを抑制することができる。 According to the field emission light source, since the linear electric conductive members are arranged in a stripe shape or a matrix shape on the phosphor, a line in which electrons existing at any position of the phosphor are arranged at the closest position. As a result, the heat generated in the phosphor accompanying light emission from the phosphor can be quickly dissipated to the outside of the phosphor. It becomes possible, the fall of the luminous efficiency accompanying the heat_generation | fever of fluorescent substance, deterioration can be suppressed, and the lifetime can be improved. In addition, as a result of the heat generated from the entire phosphor being radiated at an early stage, the luminous efficiency of the entire phosphor can be made uniform, and uneven emission can be suppressed.
なお、上記電界放出型光源によれば、放熱だけではなく、蛍光体にチャージしている電荷を外部へと逃がす(放電)ことができ、これによって蛍光体に電子線を侵入させることができ、発光効率が向上する。 In addition, according to the field emission type light source, not only heat dissipation but also the charge charged in the phosphor can be released to the outside (discharge), thereby allowing the electron beam to enter the phosphor, Luminous efficiency is improved.
線状電気伝導部材は蛍光体の周縁に近い程、部材厚を厚くすることが好ましい。こうした場合、電子の通過がスムーズに行われ、蛍光体全体を通しての放熱状態を良好にすることができる。 It is preferable to increase the thickness of the linear electric conductive member closer to the periphery of the phosphor. In such a case, the passage of electrons is performed smoothly, and the heat dissipation state throughout the phosphor can be improved.
線状電気伝導部材の素材は電子移動速度の点から低抵抗である鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム合金、窒化アルミニウム等の金属が好ましい。線状電気伝導部材は、アルミニウム含浸カーボン、グラファイトとアモルファスカーボンとの複合炭素材、膨張黒鉛、グラファイト焼結体、等の電気伝導部材を用いることができる。線状電気伝導部材は材質が繊維状のものとすることができる。繊維状の電気伝導部材では短繊維でも長繊維でも用いることができるが、均一に放熱体に熱を伝達しやすいという点から、短繊維よりも長繊維が好ましく用いられる。電気伝導部材は、シート状でもよい、不織布、織物、編物等の形態でシートとなしても良い。 The material of the linear electrically conductive member is preferably a metal such as iron, copper, aluminum, magnesium alloy, and aluminum nitride, which has a low resistance in terms of electron transfer speed. As the linear electrically conductive member, an electrically conductive member such as aluminum-impregnated carbon, a composite carbon material of graphite and amorphous carbon, expanded graphite, and a graphite sintered body can be used. The linear electrically conductive member can be made of a fibrous material. In the fibrous electrical conductive member, either short fibers or long fibers can be used, but long fibers are preferably used rather than short fibers because heat can be easily transferred to the heat radiator. The electrically conductive member may be a sheet or may be a sheet in the form of a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric or the like.
線状電気伝導部材の線幅は不可視な線幅例えば100μm以下が好ましい。線状電気伝導部材の配置間隔は、特に限定されず、例えば、印刷することができる配置間隔が好ましいが、半導体製造技術でフォトリソグラフィ技術で印刷形成する場合において、その印刷精度が許容する限り適宜にその配置間隔を選択することができる。線状電気伝導部材はメタルバックの場合では蛍光体の前面が好ましいが、蛍光体内部でもよい。メタルフロントの場合では蛍光体の背面が好ましいが蛍光体内部でもよい。電界放出型光源は、液晶表示装置用バックライト、照明ランプ、その他の用途に適用することができる。 The line width of the linear electrically conductive member is preferably an invisible line width, for example, 100 μm or less. The arrangement interval of the linear electrically conductive members is not particularly limited, and for example, an arrangement interval that can be printed is preferable. However, when printing is performed by a photolithography technique in a semiconductor manufacturing technique, the arrangement interval is appropriately set as long as the printing accuracy permits. The arrangement interval can be selected. In the case of a metal back, the linear electrically conductive member is preferably the front surface of the phosphor, but may be inside the phosphor. In the case of a metal front, the back surface of the phosphor is preferable, but it may be inside the phosphor. The field emission light source can be applied to backlights for liquid crystal display devices, illumination lamps, and other applications.
本発明によれば、蛍光体の発熱を従来よりも早期に放熱可能として蛍光体の早期の劣化を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat_generation | fever of fluorescent substance can be thermally radiated earlier than before, and the early deterioration of fluorescent substance can be prevented.
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電界放出型光源(本光源と称する)を説明する。図1は、本光源の断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図、図3は前面パネル、アノード、蛍光体を分離して示す斜視図、図4は蛍光体の背面図である。これらの図において、本光源は内部が所定の真空圧とされた真空容器10を有する。この真空容器10の形状はバックライトを始めとして光源の用途に応じて様々な形態をとることができる。実施の形態では説明の都合で比較的フラットな箱形としている。真空容器10は前面パネル10a、背面パネル10b、スペーサパネル10cからなり、前面パネル10aは石英やサファイヤ等のガラス基板からなり光源光を外部に照射することができるようになっている。前面パネル10aの内面には平面形状のアノード12がITO(酸化インジウム・錫)やアルミニウム等の金属をスパッタリングやEB蒸着等により薄膜状にして形成されている。アノード12の部材厚は用いる金属材料の抵抗率等により適宜に設定される。アノードの材料は、蛍光発光を直接見るタイプ(直視タイプ)ではITO、アルミニウムのいずれでもよいが、アノードを介して蛍光発光を見る透過タイプではITOを用いることが好ましい。直視タイプでは、特に材料の限定はないが、例えば、上記酸化インジウム・錫の他に酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、カルコゲン化亜鉛、窒化ガリウム、窒化インジウム、CdTeなどの無機材料を挙げることができる。ただし、電子速度が高速の場合はアルミニウムを電子が透過できるので、透過タイプでもITO、アルミニウムのいずれでもよい。アノードの電気抵抗率は、104オームcm以下であればよく、極端に低抵抗である必要はない。
Hereinafter, a field emission light source (referred to as a “light source”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view of the light source, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view showing the front panel, the anode, and the phosphor separately, and FIG. FIG. In these drawings, the present light source has a
蛍光体14は、アノード12にスラリー塗布法、電気永動法、沈降法等により塗布することにより平面形状に形成されている。蛍光体14の材料は公知の材料(蛍光材料)を用いることができる。蛍光体14の厚さは、蛍光材料の粒径の1〜5倍程度に設定される。蛍光体14は電子線励起により高効率で発光することができることが好ましい。蛍光材料は、導電性材料と反応しにくい材料が好ましい。例えば、希土類酸化物蛍光材料がある。蛍光体14を構成する蛍光粒子の平均粒径は、蛍光面に凹凸が少なく発光むらが生じにくく、発光効率の向上に貢献することができる値が好ましい。
The
カソード16は、アノード12と間隔を隔てて一方向にワイヤ状に延びて配置される。カソード16は、アノード電圧10〜15kV程度の印加によりアノード12との間で発生する電界によりアノード12の平面領域全体をカバーするよう電子を放出する電界放射型のカソードである。カソード16は、導線16aと、この導線16aの表面に形成された多数のナノチューブ状あるいはナノウォール状の微細突起を有する炭素薄膜16bとにより形成されている。この場合、炭素化合物も実施することができる。カソード16は、1つまたは複数の導線をアノード12やグリッド18の平面領域全体をカバーするよう蛇行屈曲させた構成でもよいし、複数の導線を拠り合わせてアノード12やグリッド18の平面領域全体をカバーする構成でもよい。導線16aはニッケルやその合金等がある。炭素薄膜16bは、ナノチューブ状やナノウォール状の微細突起を有する。ナノウォール状の炭素薄膜は、プラズマCVD法により、例えば、電子サイクロトロン共鳴法(ECR−PCVD法)により形成することができる。
The
カソード16は、導線16aの表面が電界集中をより発生しやすくする表面粗さに積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸16cは炭素薄膜16bだけの微細突部にさらに全体の凹凸16dを形成しており微細突部での電界集中を助長する電界集中補助部として作用する。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。
The
グリッド18は、カソード16の周囲に介装された管形状をなし、カソード16に対して正の電圧が印加されてカソード16から電子を引き出すものであり、電子が通過する電子通過孔を多数備えている。グリッド18の材料は公知の金属であり、その金属から適宜に設定することができる。グリッド18は、必ずしも、必須のものではない。
The grid 18 is in the form of a tube interposed around the
以上の構成を備えた本光源においては、蛍光体14の背面全体にマトリクス状に線状電気伝導部材20が配置されている。すべての線状電気伝導部材20は相互に接続されている。線状電気伝導部材22は例えばアルミニウムで構成されている。例えば、図5で示すように、蛍光体14の発熱箇所G1における電子は実線L1で示す経路を最短経路として周縁側に移動し、発熱箇所G2における電子は、実線L2で示す経路を最短経路として周縁側に移動する。このように蛍光体14のいずれの位置の電子も、マトリクス配置した線状電気伝導部材22で構成される放熱経路のうち、最短の放熱経路を移動することができる。線状電気伝導部材22の線径は100μm以下が不可視的となって好ましい。線状電気伝導部材22の配置間隔は印刷することができる程度であればよい。線状電気伝導部材22の配置間隔は、半導体製造工程のフォトリソグラフィ技術を用いる場合、さらに狭めることができる。
In the present light source having the above configuration, the linear electric
以上から実施の形態の電界放出型光源では、蛍光体14の発光に伴う発熱は、線状電気伝導部材20を介して最短の経路で放熱されるので、蛍光体14の発熱に伴う発光効率の低下や劣化等を防止することができるようになり、蛍光体14の寿命向上、ひいては電界放出型光源の発光むらの解消にも貢献することができる。
As described above, in the field emission type light source of the embodiment, the heat generated by the light emission of the
線状電気伝導部材22は、図6で示すように、蛍光体14の背面中央を含む周縁から最も遠い位置である最遠領域Z1内の線状電気伝導部材201を最も薄い部材厚、その次に遠い位置である第1中間領域内Z2の線状電気伝導部材202の部材厚を厚く、周縁に近づいた第2中間領域Z3内の線状電気伝導部材203の部材厚をさらに厚く、周縁に最も近い領域Z4内の線状電気伝導部材204の部材厚を最も厚くしている。蛍光体14の電子は周縁に近い程その周囲から集まって量的に増大しているが、部材厚が漸次的に厚くなっているので、電子は線状電気伝導部材20をスムーズに移動することができる。したがって、蛍光体14全体の放熱はスムーズに行われる。
Linear electrically conductive member 22, as shown in Figure 6, the thinnest member thickness linear electrical
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various changes or modifications within the scope described in the claims.
12 アノード
14 蛍光体
16 カソード
18 グリッド
20 線状電気伝導部材
12
Claims (3)
3. The field emission light source according to claim 1, wherein the line width of the linear electric conductive member is an invisible line width.
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