JP2006244855A - Field electron emission type lamp - Google Patents

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Masayuki Ichiyanagi
昌幸 一柳
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field electron emission type lamp capable of enhancing brightness by heightening electron density of light emission face and obtaining a uniform light emission face. <P>SOLUTION: The field electron emission type lamp is composed of an evacuated light-emitting container, on inner face of which a metal-back film (an anode) having an electron-beam excited phosphor layer is formed; an electron emission source (a cathode) and an electron draw-out electrode (a grid electrode) formed on a metal base plate; and an electromagnetic lens (an electromagnetic filter) converging the drawn-out electron beam. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、焦点距離を変化させることが可能な電界放出型ランプに関する。   The present invention relates to a field emission lamp capable of changing a focal length.

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。   Conventionally, incandescent lamps and fluorescent lamps are mainly used as electric lamps and lighting. An incandescent lamp is a light source that generates Joule heat by energizing a tungsten filament disposed therein to raise the temperature of the filament and uses a visible light portion in temperature radiation from the hot filament. Since this incandescent lamp is a point light source, the shadow of an object can be increased, and the three-dimensional effect and texture of the object can be easily obtained. In contrast, fluorescent lamps are generated by applying a phosphor to the inner wall of an elongated glass tube and applying a high voltage between the electrodes at both ends of the glass tube, thereby generating an internal discharge and generating an inert gas. Ultraviolet light excites the phosphor to emit light. Fluorescent lamps are advantageous in that they can express colors close to natural light or have a long lifetime, and are widely used as indoor and outdoor lighting.

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。   However, with incandescent lamps, high temperature filaments are fragile, have short lifespan, require initial heat at the beginning of operation, have a slow response speed, and require a separate heating power supply, and the structure is complicated. There is. In contrast, fluorescent lamps have advantages such as long life, simple structure and easy miniaturization, but due to aging, there is a difference in brightness between the end electrode and the tube center. There are problems such as adverse effects on the environment due to the use of mercury. In addition, conventional fluorescent display devices consume less power and are less likely to deteriorate over time, but can emit light only in one direction with flat light emission, and the amount of light emission is small compared to incandescent and fluorescent lamps. There is a problem that it is difficult to substitute.

そこで、電界放出電子源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が考案されている。例えば、下記特許文献1には、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ことが開示されている。   Therefore, a fluorescent lamp that can be used as illumination with a simple structure, high brightness, high response speed, and long life has been devised by utilizing the principle of a fluorescent display device using a field emission electron source. For example, Patent Document 1 below discloses that a fluorescent display device having a structure in which electrons emitted from an electron emitting portion are controlled by a grid electrode and collided with a phosphor to emit light is used as a light source.

特に、低消費電力で高輝度のランプとして、下記特許文献2には、図2に示すような、カーボンナノチューブをカソード電極として用いた電界放出型の画像管が開示されている。図2において、まず、外部回路からリードピン109a,109bに電圧を供給することで、カソードリード111a,111bを介して電極106とハウジング106dとの間に電界をかける。そして、このことにより、電極106上に固定配置された柱状グラファイト121のカーボンナノチューブ先端に高電界を集中させ、電子を引き出してメッシュ部106eより放出させる。そして、外部回路からリードピン109に高電圧を供給し、陽極リード110→陽極電極構体105(円筒状陽極105b)→接触片107aの経路をそれぞれ導通してAlメタルバック膜107にその高電圧が印加された状態をすることで、放出された電子を円筒状陽極105bにより加速し、Alメタルバック膜107を貫通させて蛍光面104に衝撃させる。この結果、蛍光面104を構成している蛍光体は電子衝撃により励起し、その蛍光体に応じた発光色を、フェースガラス102を透過して前面側(フェースガラス102側)に発光表示することになる。   In particular, as a lamp with low power consumption and high luminance, Patent Document 2 below discloses a field emission type image tube using carbon nanotubes as a cathode electrode as shown in FIG. In FIG. 2, first, an electric field is applied between the electrode 106 and the housing 106d via the cathode leads 111a and 111b by supplying a voltage to the lead pins 109a and 109b from an external circuit. As a result, a high electric field is concentrated on the tip of the carbon nanotube of the columnar graphite 121 fixedly arranged on the electrode 106, and electrons are drawn out and emitted from the mesh portion 106e. Then, a high voltage is supplied from the external circuit to the lead pin 109, and the high voltage is applied to the Al metal back film 107 through the paths of the anode lead 110 → the anode electrode assembly 105 (cylindrical anode 105b) → the contact piece 107a. In this state, the emitted electrons are accelerated by the cylindrical anode 105b and penetrate the Al metal back film 107 to be bombarded on the phosphor screen 104. As a result, the phosphor constituting the phosphor screen 104 is excited by electron impact, and the emission color corresponding to the phosphor is transmitted through the face glass 102 and is emitted and displayed on the front side (face glass 102 side). become.

このように、炭素、特にカーボンナノチューブをカソード電極として用いることにより、長期に安定して信頼性の高い電界放出型ランプを得ることができる。   Thus, by using carbon, particularly carbon nanotubes, as the cathode electrode, it is possible to obtain a field emission lamp that is stable and reliable over a long period of time.

一方、箱型の電界電子放出型ランプも知られている。図3に示すように、ガラス容器1内に、金属基板2上のカーボンナノチューブなどを材料とする電子源3からなる電子放出源(陰極)4から放出された電子を電子引出電極5で加速し、電子線励起蛍光体層7を有するメタルバック膜(陽極)6からなる。
特開2001−176433号公報 特開2004−152591号公報
On the other hand, a box-type field emission lamp is also known. As shown in FIG. 3, electrons emitted from an electron emission source (cathode) 4 composed of an electron source 3 made of carbon nanotubes or the like on a metal substrate 2 are accelerated by an electron extraction electrode 5 in a glass container 1. And a metal back film (anode) 6 having an electron beam excited phosphor layer 7.
JP 2001-176433 A JP 2004-152591 A

上記箱型の電界電子放出型ランプなどの従来のランプでは、電子源(エミッタ)からの電子放出が不均一なため、光源管の発光面に輝度のばらつきが見られるという問題があった。これは、電子源の外形、長さ、電子源先端と引出電極との距離等のエミッタの形状によって決まる構造因子の差が電界電子放出特性のばらつきを生じさせるためである。例えば、極端な場合、引出電極で加速された電子が曲がって進み光源管の外壁に衝突する割合も高かった。   Conventional lamps such as the box-type field electron emission lamps have a problem in that variations in luminance are observed on the light-emitting surface of the light source tube because electrons are not emitted uniformly from the electron source (emitter). This is because the difference in structure factor determined by the shape of the emitter, such as the outer shape and length of the electron source and the distance between the tip of the electron source and the extraction electrode, causes variations in field electron emission characteristics. For example, in an extreme case, the rate at which electrons accelerated by the extraction electrode are bent and collide with the outer wall of the light source tube is high.

従来技術の問題点に鑑み、本発明は、発光面の電子密度を上げることで高輝度化するとともに、均一な発光面を得ることのできる電界電子放出型ランプを提供することを目的とする。   In view of the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a field electron emission lamp capable of increasing brightness by increasing the electron density of a light emitting surface and obtaining a uniform light emitting surface.

本発明者は、電子流の焦点距離を変化させることで上記課題が解決されることを見出し本発明に到達した。   The present inventor has found that the above problem can be solved by changing the focal length of the electron flow, and has reached the present invention.

即ち、本発明は、電界電子放出型ランプの発明であり、電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が内面に形成され内部が真空排気された発光容器と、該発光容器の内部に陰極上に形成された電子放出源(陰極)と電子引出電極(グリッド電極)を備えてなる電界電子放出型ランプにおいて、引出された電子線を収束させる電磁レンズ(電磁フィルタ)を有することを特徴とする。   That is, the present invention is an invention of a field electron emission lamp, a light emitting container in which a metal back film (anode) having an electron beam excited phosphor layer is formed on the inner surface and the inside is evacuated, and the interior of the light emitting container A field electron emission lamp comprising an electron emission source (cathode) and an electron extraction electrode (grid electrode) formed on the cathode, and having an electromagnetic lens (electromagnetic filter) for converging the extracted electron beam. Features.

本発明において、前記電磁レンズは、前記メタルバック膜(陽極)の前に配置されればよいが、具体的には、前記メタルバック膜(陽極)と前記電子引出電極(グリッド電極)の間に配置されていることが好ましい。   In the present invention, the electromagnetic lens may be disposed in front of the metal back film (anode), and specifically, between the metal back film (anode) and the electron extraction electrode (grid electrode). It is preferable that they are arranged.

本発明の電子放出源(陰極)の形状は制限されないが、特に平面状である場合には、電子線量が多く、電磁レンズによる収束によって、より高輝度にすることができるとともに、均一化の効果が大きくなる。   The shape of the electron emission source (cathode) of the present invention is not limited, but particularly in the case of a planar shape, the electron dose is large, and it is possible to achieve higher brightness by focusing with an electromagnetic lens, and to achieve a uniform effect. Becomes larger.

本発明の電界電子放出型ランプでは、電子源の材料は特に限定されないが、例えば、電子放出源(陰極)が導電性材料または半導体材料であることが好ましい。より具体的には、先端曲率半径が小さく、低い印加電圧で電界電子放出現象が起きるカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、先鋭ダイアモンドが好ましく例示される。電子放出源としてカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバー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、電界電子放出源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。   In the field electron emission lamp of the present invention, the material of the electron source is not particularly limited. For example, the electron emission source (cathode) is preferably a conductive material or a semiconductor material. More specifically, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and sharp diamonds that have a small radius of curvature at the tip and cause a field electron emission phenomenon at a low applied voltage are preferably exemplified. By using carbon nanotubes or carbon nanofibers as the electron emission source, the amount of electrons emitted is increased. For this reason, the fluorescent lamp can achieve a sufficiently high brightness for illumination. In addition, by using a field electron emission source, it is possible to improve the response speed without the need for residual heat that becomes a problem when using an incandescent lamp or the like.

本発明の電界電子放出型ランプの形状は特に限定されず、様々な形状を取ることができる。その中でも、前記電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が平面であり、前記発光容器が箱型である場合と、前記電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が曲面であり、前記発光容器が球状または半球状である場合が典型的である。また、発光容器の下に配置された平面状の陰極表面に電子放出源を配置することにより、電界電子放出源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。同様に、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を配置することにより、電界電子放出源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。   The shape of the field electron emission lamp of the present invention is not particularly limited, and can take various shapes. Among them, the metal back film (anode) having the electron beam excited phosphor layer is planar, and the light emitting container is box-shaped, and the metal back film (anode) having the electron beam excited phosphor layer is Typically, it is a curved surface and the luminous container is spherical or hemispherical. In addition, by arranging the electron emission source on the surface of the flat cathode disposed under the light emitting container, electrons are drawn from the entire field electron emission source, and the electrons collide with almost the entire region of the light emitting portion on the inner surface of the light emitting container. Since it emits light, a fluorescent lamp without uneven brightness can be obtained. Similarly, by arranging the electron emission source on the spherical or hemispherical cathode surface arranged in the substantially central portion of the light emitting container, electrons are drawn from the entire field electron emission source and substantially the entire region of the light emitting part on the inner surface of the light emitting container. Since the electrons collide with each other and emit light, a fluorescent lamp without uneven brightness can be obtained.

電子線を収束可能な電磁レンズを備えた電界電子放出型ランプとすることでその進行方向を一定化することができる。この結果、発光面の電子密度を上げ高輝度化するとともに、均一な発光面を得ることができる。又、電子線を収束することで、電子線を1点に集中させ高輝度にすることも可能である。   By using a field electron emission lamp provided with an electromagnetic lens capable of focusing an electron beam, the traveling direction can be made constant. As a result, it is possible to increase the electron density on the light emitting surface to increase the brightness and obtain a uniform light emitting surface. Further, by converging the electron beam, it is possible to concentrate the electron beam at one point to increase the luminance.

本発明の電界電子放出型ランプの一実施例を図1を参照して説明する。図1は電界電子放出型ランプの模式断面図を示す。電界電子放出型ランプは、特定形状、図1では箱型のガラス容器1中に、電子線励起蛍光体層7を有するメタルバック膜(陽極)6が内面に形成され、ガラス容器1の内部に金属基板の陰極2上に形成された電子源3からなる電子放出源(陰極)4と電子引出電極(グリッド電極)5を備えてなる。ガラス容器1の内部は真空排気されている。更に、電磁レンズ(電磁フィルタ)8が、メタルバック膜(陽極)6と電子引出電極(グリッド電極)5の間に配置されている。ガラス容器1外には、陰極2とメタルバック膜(陽極)6の間に所定の電界電子放出電圧を、また陰極2と電子引出電極(グリッド電極)5の間に所定の電子加速電圧をそれぞれ印加するための電源を配置する。   An embodiment of the field electron emission lamp of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a field electron emission lamp. In the field electron emission lamp, a metal back film (anode) 6 having an electron beam excitation phosphor layer 7 is formed on the inner surface in a glass container 1 having a specific shape, in FIG. An electron emission source (cathode) 4 composed of an electron source 3 and an electron extraction electrode (grid electrode) 5 formed on the cathode 2 of the metal substrate are provided. The inside of the glass container 1 is evacuated. Further, an electromagnetic lens (electromagnetic filter) 8 is disposed between the metal back film (anode) 6 and the electron extraction electrode (grid electrode) 5. Outside the glass container 1, a predetermined field electron emission voltage is provided between the cathode 2 and the metal back film (anode) 6, and a predetermined electron acceleration voltage is provided between the cathode 2 and the electron extraction electrode (grid electrode) 5. Arrange the power supply to apply.

電子放出源(陰極)4から放出された電子線は電子引出電極(グリッド電極)5で加速され、電磁レンズ(電磁フィルタ)8で収束されて、メタルバック膜(陽極)6に1点または所定の面積で照射される。この電子線により電子線励起蛍光体層7が高輝度且つ均一に発光する。   The electron beam emitted from the electron emission source (cathode) 4 is accelerated by the electron extraction electrode (grid electrode) 5 and converged by the electromagnetic lens (electromagnetic filter) 8, and one point or a predetermined point on the metal back film (anode) 6. Irradiated with an area of. The electron beam-excited phosphor layer 7 emits light with high brightness and uniformity by this electron beam.

図1では箱型の電界電子放出型ランプを例に説明したが、本発明の電界電子放出型ランプは球状であっても良い。   Although a box-type field electron emission lamp has been described as an example in FIG. 1, the field electron emission lamp of the present invention may be spherical.

電子線励起蛍光体層7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,Al+YS:Eu3+や、YS:Tb+Y:Euなどを、色付き照明として利用する場合では、赤色蛍光体Y: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。 The electron beam-excited phosphor layer 7 can be used in combination with a white phosphor, a red phosphor, a green phosphor, or a blue phosphor depending on the application, and a paste obtained by dissolving these phosphors in a solvent is made of glass. After coating on the inner surface of the container by a method such as printing / slurry method, it is formed by drying. When the phosphor used specifically is white light such as an electric lamp or an illumination, the white phosphor is ZnS: Ag + ZnS: Cu, Al + Y 2 O 2 S: Eu 3+ , Y 2 O 2 S: Tb + Y 2 O When 3 : Eu or the like is used as colored illumination, a combination of red phosphor Y 2 O 3 : Eu, green phosphor ZnS: Cu, blue phosphor ZnS: Ag, or the like can be suitably used.

電子放出源(陰極)4を構成する電子源3は、ソケットに固定された絶縁材からなる支持台によりガラス容器1の下部に設置されている。金属基板2には電圧を印加するための陰極用のリードピンが電気的に接続されている。   The electron source 3 constituting the electron emission source (cathode) 4 is installed in the lower part of the glass container 1 by a support base made of an insulating material fixed to a socket. A cathode lead pin for applying a voltage is electrically connected to the metal substrate 2.

ここで、支持台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、支持台上に設置する金属基板2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(Cu)、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。   Here, glass, ceramics, and the like can be used as the insulating material of the support base. For example, forsterite, white plate / potassium glass, blue plate / soda glass, and the like can be used. Moreover, the metal substrate 2 installed on a support stand can use the wiring material which can be used for a semiconductor chip etc. Examples thereof include titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), and alloys and compounds thereof.

電子放出源3としては、平面状、球状または半球状の金属基板2の表面に形成でき、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電界電子放出型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、金属基板2は鉄(Fe)を含む金属が好適である。   As the electron emission source 3, any material can be used as long as it can be formed on the surface of the planar, spherical or hemispherical metal substrate 2 and easily emits electrons. Examples of such materials include carbon-based electron emission materials such as carbon nanotubes, diamond-like carbon (DLC), single crystal diamond, polycrystalline diamond, amorphous diamond, and amorphous carbon. In particular, carbon nanotubes can be preferably used because the voltage required for electron emission is low and the amount of emitted electrons is large, so that the field electron emission lamp can achieve power saving and high brightness. As the utilization form of the carbon nanotube layer, a carbon nanotube layer having a single-layer structure, a carbon nanotube layer having a coaxial multilayer structure, or the like can be used. In the case where the carbon nanotube layer is formed by the thermal CVD method, the metal substrate 2 is preferably a metal containing iron (Fe).

電子放出源4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金属基板2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CVD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金属基板2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、金属基板2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。   As a method for forming the electron emission source 4, a printing method, a dip coating method, an electrodeposition coating method, an electrostatic coating method, a dry method, or the like is used. Among these, as a method for forming the carbon nanotube layer suitable for the present invention on the surface of the metal substrate 2, a dry method is preferable. Here, the dry method refers to laser deposition, resistance heating, plasma, thermal CVD, microwave plasma CVD, electron beam deposition, etc., mainly forming carbon nanotubes as electron emission sources by vapor phase growth. How to do. Preferably, a dry method in which a reaction gas is introduced in the presence of an inert gas or hydrogen gas, more preferably, carbon monoxide is introduced in the presence of hydrogen gas, and a thermally decomposed component is converted from a metal containing iron (Fe). A method of depositing carbon nanotubes on the surface of the metal substrate 2 is preferable. Further, by forming carbon nanotubes directly on the metal substrate 2, a smooth coating can be formed on the surface of the metal plate. Therefore, when an electric field is uniformly applied to the surface, electrons are emitted uniformly at each location, so that unevenness in luminance can be prevented.

電子引出電極(グリッド電極)5は電子放出源4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4から引き出された電子が蛍光体7に到達できる形状で形成される。電子引出電極5の材質としては、426合金、ステンレス(SUS304)、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、電子引出電極5の形状は、複数の開口部を有し、電子放出源4の平面状または球形状に合わせ、電子放出源4から所定距離離間して設置している。電子引出電極5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4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または矩形である。また、電子引出電極5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、電子引出電極5の電子放出源4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、電子引出電極5の形状を保持できる薄膜であり、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、電子引出電極5の支持台への固定は、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、電子引出電極5の固定と電子引出電極5用のリードピンの電気的接続が同時にできる。   The electron extraction electrode (grid electrode) 5 is an electrode for extracting electrons from the electron emission source 4 and is composed of a metal net, a thin metal plate having an opening, etc., and the electrons extracted from the electron emission source 4 reach the phosphor 7. It is formed in a shape that can be made. As a material of the electron extraction electrode 5, 426 alloy, stainless steel (SUS304), invar, super invar, nickel (Ni), or the like can be suitably used. Further, the shape of the electron extraction electrode 5 has a plurality of openings, and is arranged at a predetermined distance from the electron emission source 4 according to the planar shape or spherical shape of the electron emission source 4. The opening of the electron extraction electrode 5 can be formed by etching a thin metal plate or the like, and its planar shape is a circle or a rectangle in which the electric field strength distribution is uniform with respect to the electrons extracted from the electron emission source 4. In addition, an insulating layer can be formed on the surface of the electron extraction electrode 5 facing the electron emission source 4 in order to suppress the reactive current absorbed by the electron extraction electrode 5 and efficiently apply an electric field (not shown). ). As an insulating layer, it is a thin film which can hold | maintain the shape of the electron extraction electrode 5, and the metal compound thin film etc. which are formed by the sputtering method can be used. The electron extraction electrode 5 is preferably fixed to the support using a fixing frit glass and a heat resistant conductive paste. By using both of these, the electron extraction electrode 5 can be fixed and the lead pins for the electron extraction electrode 5 can be electrically connected simultaneously.

上記のような構成において、外部回路からリードピンを介して金属基板2および電子引出電極5に電圧を供給し、金属基板2と電子引出電極5との間に電界をかけ、カーボンナノチューブ層などの電子源3より電子を引き出す。この時、リードピンを介して陽極側のメタルバック膜6に高電圧を供給しておくことにより、電子源3より放出した電子が陽極側の蛍光体層7に衝突し、それぞれの蛍光体に応じた発光色で発光する。   In the configuration as described above, a voltage is supplied from an external circuit to the metal substrate 2 and the electron extraction electrode 5 via a lead pin, an electric field is applied between the metal substrate 2 and the electron extraction electrode 5, and electrons such as a carbon nanotube layer are formed. Extract electrons from source 3. At this time, by supplying a high voltage to the anode-side metal back film 6 through the lead pins, electrons emitted from the electron source 3 collide with the anode-side phosphor layer 7 and correspond to each phosphor. It emits light with a different emission color.

本発明の電界電子放出型ランプは、電磁レンズを有しているので、電子線の進行方向を一定化することができる。この結果、発光面の電子密度を上げ高輝度化するとともに、均一な発光面を得ることのできる。又、電子線を収束することで、電子線を1点に集中させ高輝度にすることも可能である。あるいは、発光容器内面の蛍光体層の略全領域に電子を衝突させることも可能なので、輝度ムラのない電界電子放出型ランプが得られる。   Since the field electron emission lamp of the present invention has an electromagnetic lens, the traveling direction of the electron beam can be made constant. As a result, it is possible to increase the electron density on the light emitting surface to increase the brightness and obtain a uniform light emitting surface. Further, by converging the electron beam, it is possible to concentrate the electron beam at one point to increase the luminance. Alternatively, since electrons can collide with substantially the entire region of the phosphor layer on the inner surface of the luminous container, a field electron emission lamp free from luminance unevenness can be obtained.

更に、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、電界放出型陰極を用いるため、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、電界電子放出型ランプの寿命が大幅に長くなる。   Furthermore, since the voltage required for electron emission is low and the amount of emitted electrons is large, it is possible to achieve high brightness sufficient for power saving and illumination use. In addition, since a field emission type cathode is used, the handling and manufacture thereof become easy, such as the need for a heating power source is eliminated, the response speed can be improved, and the life of the field electron emission type lamp is greatly prolonged.

これらにより、本発明の電界電子放出型ランプは種々の分野で用いられる。   Thus, the field emission lamp of the present invention is used in various fields.

本発明の電界電子放出型ランプの一実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows one Example of the field electron emission type | mold lamp of this invention. 従来の電界電子放出型ランプの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the conventional field electron emission type | mold lamp. 従来の電界電子放出型ランプの他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the conventional field electron emission type | mold lamp.

符号の説明Explanation of symbols

1:ガラス容器、2:金属基板、3:電子源、4:電子放出源(陰極)、5:電子引出電極(グリッド電極)、6:メタルバック膜(陽極)、7:電子線励起蛍光体層、8:電磁レンズ(電磁フィルタ)。 1: glass container, 2: metal substrate, 3: electron source, 4: electron emission source (cathode), 5: electron extraction electrode (grid electrode), 6: metal back film (anode), 7: electron beam excited phosphor Layer 8: Electromagnetic lens (electromagnetic filter).

Claims (7)

電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が内面に形成され内部が真空排気された発光容器と、該発光容器の内部に陰極上に形成された電子放出源(陰極)と電子引出電極(グリッド電極)を備えてなる電界電子放出型ランプにおいて、引出された電子線を収束させる電磁レンズ(電磁フィルタ)を有することを特徴とする電界電子放出型ランプ。   A light emitting container having a metal back film (anode) having an electron beam-excited phosphor layer formed on the inner surface and evacuated inside, and an electron emission source (cathode) formed on the cathode inside the light emitting container and an electron extraction A field electron emission lamp comprising an electrode (grid electrode), comprising an electromagnetic lens (electromagnetic filter) for converging an extracted electron beam. 前記電磁レンズは、前記メタルバック膜(陽極)と前記電子引出電極(グリッド電極)の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出型ランプ。   2. The field electron emission lamp according to claim 1, wherein the electromagnetic lens is disposed between the metal back film (anode) and the electron extraction electrode (grid electrode). 前記電子放出源(陰極)が平面状であることを特徴とする請求項1または2に記載の電界電子放出型ランプ。   3. The field electron emission lamp according to claim 1, wherein the electron emission source (cathode) is planar. 前記電子放出源(陰極)が導電性材料または半導体材料であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電界電子放出型ランプ。   4. The field electron emission lamp according to claim 1, wherein the electron emission source (cathode) is a conductive material or a semiconductor material. 前記電子放出源(陰極)がカーボンナノチューブ層またはカーボンナノファイバー層であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電界電子放出型ランプ。   The field electron emission lamp according to any one of claims 1 to 4, wherein the electron emission source (cathode) is a carbon nanotube layer or a carbon nanofiber layer. 前記電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が平面であり、前記発光容器が箱型であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電界電子放出型ランプ。   6. The field electron emission lamp according to claim 1, wherein the metal back film (anode) having the electron beam-excited phosphor layer is a flat surface, and the light emitting container is a box shape. 前記電子線励起蛍光体層を有するメタルバック膜(陽極)が曲面であり、前記発光容器が球状または半球状であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電界電子放出型ランプ。   6. The field electron emission type according to claim 1, wherein the metal back film (anode) having the electron beam-excited phosphor layer is a curved surface, and the luminous container is spherical or hemispherical. lamp.
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