JP2006278226A

JP2006278226A - 電界放出型ライトのカソード

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Publication number: JP2006278226A
Application number: JP2005098058A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Koujiya; 睦糀屋; Shinya Fukahori; 真也深堀
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】
透明導電性膜を採用しつつＣＮＴの塗布パターンを改良し、透明導電性膜にＣＮＴをドットパターンで塗布するか、又は、透明導電性膜若しくは直接ガラス基板にＣＮＴ膜を薄膜のベタ塗りパターンで塗布し、カソードの透明度を高めてカソード内での光の損失を低減することによって、簡単な構造で、蛍光体で放たれた光を有効活用して、電界放出型ライトの輝度を高めることを目的とする。
【解決手段】
電界放出型エミッタを有するカソードと、表面に蛍光体を有するアノードとを備え、前記エミッタから放たれた電子を前記蛍光体で発光させる電界放出型ライトであって、
前記エミッタは、透明基板上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を透光性を有する塗布パターンで塗布してなり、前記カソードを透明体に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトや各種照明に用いられる電界放出型ライトの改良に関し、特に電界放出源としてカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという。）を用いたものに関する。

なお、本発明では、特許請求の範囲、明細書、及び要約書の記載で“透光”及び“透明”とは、光の透過率が５０％以上を意味する。

従来、テレビやパソコンなどの表示装置としてブラウン管ディスプレイ（ＣＲＴ）が用いられてきたが、薄型大画面用の表示装置に採用するには、重量や消費電力などに問題があるため、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）や液量ディスプレイ（ＬＣＤ）に移行しつつあるが、近年、電子放出源の材料としてＣＮＴを用いる電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の開発が活発になってきている。

この電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の発光原理は、電子を真空中に放って、その電子を画像表示面の画素毎に配置された蛍光物質にぶつけて発光させるようにしたものである。一方、電界放出型ライトは、アノードには画素がなく、蛍光物質を発光面全体に塗布した構造であり、発光原理は、ＦＥＤと同様に真空中に放った電子を蛍光体にぶつけるものである。例えば、図１０及び図１１は、電界放出の原理を利用した従来の２極管或いは３極管の発光構造を示す。

前者は、２極管の発光構造を示し、カソード５１は、ガラス基板５２上に導電性膜５３を介して、電子放出源であるＣＮＴ５４がベタ塗り状態で塗布された構造になっている。一方、アノード５５は、ガラス基板５６に導電性膜５７を介して蛍光体５８が配された構造になっている。そして、電源Ｖａによってカソード５１とアノード５５との間に電圧が印加されると、カソード５１側のＣＮＴ５４から放出された電子が、アノード５５側の蛍光体５８に衝突して発光する。

また、後者は、３極管の発光構造を示し、カソード６１は、ガラス基板６２に導電性膜６３を介して上部に、ゲート電極６４を有する絶縁層６５で構成されるゲート部Ｇが設けられる。この絶縁層６５の間には、多数の孔６６が設けられ、各孔６６に電子放出源であるＣＮＴ６７が配置された構造になっている。一方、アノード６８は、ガラス基板６９に導電性膜７０を介して蛍光体７１が配された構造になっている。そして、電源Ｖａ、Ｖｇによって、カソード６１とゲート電極６４との間に電圧が印可され、また、カソード６１とアノード６８との間にも電圧が印加され、カソード６１側のＣＮＴ６７から放出された電子が、アノード６８側の蛍光体７１に衝突して発光する。なお、電源Ｖｇは、電子放出（引出し）のためで、電源Ｖａは、電子加速のために配される。
「光エレクトロニクスの基礎」、（株）日本理工出版会、２００２年７月２０日再版発行

ところが、上記従来の発光構造では、電子放出源であるＣＮＴ５４、６７から放たれた電子は、蛍光体５８、７１に衝突して四方八方に発光するが、そのうちカソード５１、６１側に進む光は、カソード５１、６１で不透明なＣＮＴ５４、６７や絶縁層６５にほとんど吸収されてしまう。しかも、導電性膜５３、６３は、必ずしも透明ではなく、アルミニウムやクロム等の金属蒸着で膜製した場合、導電性膜５３、６３は不透明になって光を吸収してしまう。

そのため、光透過率が低くなってしまい、暗い電界放出型ライトしか得られないという問題があった。

カソード５１、６１を透明にするのが難しく、蛍光体５８、７１の発光がカソード５１、６１で吸収され、電界放出型ライトとして有効に利用できないという問題があった。

また、カラス基板７２上の導電性膜７３の表面には、図１２に示すように、電子放出源としてＣＮＴ５４、６７の代わりに、モリブデン製の円錐形スピント７４を多数配置したものが用いられることもある（非特許文献１参照）
ところが、スピント７４を使用する場合、放電性が悪いため、放電量を高めるためにゲート電圧が必要となり、不透明なゲートを有する三極管とせざるを得ず、しかも不透明なスピントの底面積が大きいので、光通過部分が僅少となってカソードはますます透明性が低かった。

そこで、本発明は、透明導電性膜を採用しつつＣＮＴの塗布パターンを改良し、透明導電性膜にＣＮＴをドットパターンで塗布するか、又は、透明導電性膜若しくは直接ガラス基板にＣＮＴ膜を薄膜のベタ塗りパターンで塗布し、カソードの透明度を高めてカソード内での光の損失を低減することによって、簡単な構造で、蛍光体で放たれた光を有効活用して、電界放出型ライトの輝度を高めることを目的とする。

本発明の前記目的は、電界放出型エミッタを有するカソードと、表面に蛍光体を有するアノードとを備え、前記エミッタから放たれた電子を前記蛍光体で発光させる電界放出型ライトであって、前記エミッタは、透明基板上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を透光性を有する塗布パターンで塗布してなり、前記カソードを透明体に形成したことにより、達成される。

また、前記目的は、前記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を、前記透明基板の表面に配された導電性膜上にドットパターンで塗布し、該ドットパターンのドット間ピッチを１００〜４００μｍとし、前記カソードを透明体にしたことにより、達成される。

また、前記目的は、前記ドットパターンのドット径を５０〜３００μｍとすることにより、効果的に達成される。

また、前記目的は、前記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を、前記透明基板の表面に配された導電性膜にベタ塗りパターンで塗布し、該ベタ塗りパターンの膜厚を１０μｍ以下とし、前記カソードを透明体にしたことにより、達成される。

また、前記目的は、前記カソードと前記アノードとで構成する２極管構造にしたことにより、達成される。

また、前記目的は、前記カソード及び前記アノードに透光性を備え、両側から照射する照射用ライトに利用することにより、改善効果が有効に利用できる。

また、前記目的は、前記カソード若しくはアノードのうち、いずれか一方の外側表面に反射板を設け、片側だけから照射する照射用ライトに利用することにより、改善効果が有効に利用できる。

また、前記目的は、前記カーボンナノチューブを前記透明基板に透明かつ導電性膜として直接塗布し、別個に導電膜を使用しないことにより、効果的に達成される。

以上のように、本発明に係る電界放出型ライトによると、エミッタとして使用されるＣＮＴの塗布パターンを、ドット径を５０〜３００μｍとし、ドットピッチ間隔を１００〜４００μｍとしたドットパターン、或いは１０μｍ以下の膜厚としたベタ塗りパターンで塗布した。すなわち、エミッタは、透光性を有するような塗布パターンでＣＮＴを塗布してなるので、透明なガラス基板や導電性膜とともに、カソード全体を透明にすることができる。これにより、反射板を設けず両側照射用ライトとして使用する場合でも、カソード側の光量が増加してアノード側の８０％以上にすることができ、両側を発光面として一つの光源で２つの表示部に光を供給することができる。よって、本発明の電界放出型ライトを、２つの液晶を搭載する携帯電話、広告照明、壁面照明などの両面表示用ライトとして使用すれば、コストの削減に繋がる。また、アノード或いはカソードのうち、いずれか一方の外側に反射板を設け、片側照射用ライトとして使用する場合、例えばカソード側に反射板を設けると、蛍光体で発する光のうちカソード側に進む光を反射板で反射させてアノード側に戻すことができるので、アノード側の光量を従来の１．８倍以上にすることができる。一方、カソード側を発光面とする場合も、カソードを透明にしたので、カソードで光の吸収による損失が減少し、蛍光体から放たれる発光を有効に活用することができる。

また、ガラス基板に、直接に１０μｍ以下の膜厚としてベタ塗りパターンでＣＮＴを塗布し、ＣＮＴに導電性膜としての機能を備えれば、カソードが透明であるため、ライトの輝度が増加するとともに、カソード側のＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）などで形成される導電性膜が不要になり、製造コストの低減を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る２極管構造の電界放出型ライトの概略構成を示す。同図において、２つの透明なガラス基板１、２によって挟まれて真空の空間Ａが形成され、カソード３からは電界放出によって真空中に電子が放たれ、アノード４で蛍光物質との衝突によって発光するようになっている。

また、ガラス基板１の表面には、透明な導電性膜５が薄膜状に配され、電子を真空中に放出する機能を有する電界放出型エミッタ６が配されている。このエミッタ６は、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）などからなる部材で形成され、ＣＮＴは、アーク放電法、レーザ蒸発法、化学的蒸発法などの公知の製造方法によって製造される微細中空炭素繊維である。

一方、ガラス基板２には、透明な導電性膜７が薄膜状に配され、該導電性膜７上に蛍光体８が配されている。この蛍光体８は、複合金属化合物からなる可視光発光体であり、複合金属化合物として、例えば、青色発光体として、ＢａＭｇＡｌ_１４Ｏ_２３：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋などを、緑色発光体として、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^５＋、Ｔｂ^３＋、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ^２＋、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ^３＋などを、赤色発光体として、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、ＹＶＯ_４：Ｅｕ^３＋などを挙げることができる。また、蛍光体８は、スクリーン印刷法、沈殿法、スラリー法などにより形成することができる。その厚さに特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。

また、アノードに使用され、また必要によりカソードにも使用される前記導電性膜５、７は、例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ、透明電極）などで形成された膜を挙げることができる。この導電性膜５、７を形成する方法として、スプレー法をはじめとする化学的製膜法、真空蒸着法、およびスパッタ法で代表される物理的製膜法などを挙げることができる。この導電性膜５、７の厚さに特に制限はないが、通常１０〜４００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。

また、カソード３は、図２及び図３に示すように、透明なガラス基板１に導電性膜５が積層され、該導電性膜５にドット状のＣＮＴがドットパターンで塗布され、カソード３の表面にドットパターンからなる電界放出型エミッタ６が形成される。このドットパターンは、ドット径を５０〜３００μｍとし、ドット間のピッチpを１００〜４００μｍとする。また、ドットの厚みは、多少厚くてもよく、例えば１００μｍである。このドットパターンによって、カソード３を透明に形成することができる。

また、図４及び図５は、前記塗布パターンの第２実施形態を示し、透明なガラス基板１に積層された導電性膜５に、膜厚ｔ１を１０μｍ以下としたベタ塗りパターンでＣＮＴが塗布されて薄膜状のエミッタ９が形成されている。さらに、図６及び図７は、前記塗布パターンの第３実施形態を示し、透明なガラス基板１に直接に膜厚ｔ２を１０μｍ以下としたベタ塗りパターンでＣＮＴが塗布されて薄膜状の電界放出型エミッタ１０が形成されている。この場合、ＣＮＴは、ガラス基板１に透明かつ導電性膜として直接塗布されるため、前記各実施形態の導電性膜５、或いは別個の導電膜が存在しなくなり、カソード３の透明性は、より一層高まる。

ちなみに、ＣＮＴの塗布方法として、ＣＮＴを有機バインダーに混ぜてペースト状とし、このペーストを、スクリーン印刷などによってドットパターン又は薄膜のベタ塗りパターンで塗布した後に、ベーキング処理を施すようになっている。ここで、塗布パターンは、できるだけ透明にするため、ＣＮＴの含有量を全ペースト中の１０ｗｔ％以下が望ましい。

従って、前記各実施形態では、電界放出型ライトのカソード３が透明に形成され、アノード側或いはカソード側を発光面として外部に光を照射するようになっている。例えば、アノード側を発光面とする場合、図８に示すように、カソード３の裏面に反射鏡１１が貼付される。そして、蛍光体８からの光は、同図矢印方向に、真空中を四方八方に進んで、カソード３側に進む光は、透明なカソード３の内部を通って反射鏡１１で反射してアノード４に向けて進む。その結果、電界放出型ライトの発光損失が少なくなって、ライトの輝度が増加する。なお、カソード側を発光面とし、図９に示すように、アノード４の裏面に反射鏡１２を貼付してもよく、カソード３の内部で光の吸収による損失が少ないため、ライトの輝度が増加する。

また、第３実施形態に係る電界放出型ライトのカソード３では、カソード側のＩＴＯなどで形成される導電性膜が要らなくなるので、コストを低減することができる。

また、前記各実施形態は、本発明に係るカソードを２極管構造の電界放出型ライトに使用した場合を説明したが、３極管構造の電界放出型ライトに使用してもよい。その場合、絶縁層やゲート電極の部分は不透明のままであるが、その他のカソード部分を透明にすることができ、カソード３の不透明な部分での損失が少なくなって、従来よりも輝度は増加する。

また、上記各実施形態の電界放出型ライトを、２つの液晶を搭載した携帯電話、広告照明、壁面照明などに使用した場合、一つの光源で２つの表示部へ光を供給することができ、コストの低減に繋がる。

なお、上記各実施形態で、膜厚の数値（例えば、膜厚ｔ１、ｔ２：１０μｍ）は、ベーキング処理後で、樹脂などの成分が除去された後の数値である。

本発明の第１実施形態に係る電界放出型ライトの概略構成を示す図である。前記ライトに使用されるカソードの平面図である。図２のIII−III線における断面図である。本発明の第２実施形態に係る電界放出型ライトに使用されるカソードの平面図である。図４のV−V線における断面図である。本発明の第３実施形態に係る電界放出型ライトに使用されるカソードの平面図である。図６のVII−VII線における断面図である。アノード側を発光面とする場合の光の進行経路を説明する図である。カソード側を発光面とする場合の光の進行経路を説明する図である。従来の２極管構造である電界放出型ライトを説明する図である。従来の３極管構造である電界放出型ライトを説明する図である。従来の電界放出型ライトで使用される電界放出源を説明する図である。

符号の説明

１ガラス基板
２ガラス基板
３カソード
４アノード
５導電性膜
６エミッタ（ＣＮＴ）
７導電性膜
８蛍光体
９エミッタ（ＣＮＴ）
１０エミッタ（ＣＮＴ）
１１反射鏡
１２反射鏡
５１、６１カソード
５４、６７ＣＮＴ
５５、６８アノード
５８、７１蛍光体

Claims

電界放出型エミッタを有するカソードと、表面に蛍光体を有するアノードとを備え、前記エミッタから放たれた電子を前記蛍光体で発光させる電界放出型ライトであって、
前記エミッタは、透明基板上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を透光性を有する塗布パターンで塗布してなり、前記カソードを透明体に形成したことを特徴とする電界放出型ライト。
前記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、前記透明基板の表面に配された導電性膜上にドットパターンで塗布され、該ドットパターンのドット間ピッチを１００〜４００μｍとし、前記カソードを透明体にした請求項１に記載の電界放出型ライト。
前記ドットパターンのドット径は、５０〜３００μｍである請求項２に記載の電界放出型ライト。
前記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、前記透明基板の表面に配された導電性膜にベタ塗りパターンで塗布され、該ベタ塗りパターンの膜厚を１０μｍ以下とし、前記カソードを透明体にした請求項１に記載の電界放出型ライト。
前記カソードと前記アノードとで構成される２極管構造である請求項１乃至４のいずれかに記載の電界放出型ライト。
前記カソード及び前記アノードに透光性を備え、両側から照射する両側照射用ライトである請求項１乃至５のいずれかに記載の電界放出型ライト。
前記カソード若しくは前記アノードのうち、いずれか一方の外側表面に反射板を設け、片側だけから照射する片側照射用ライトである請求項１乃至５のいずれかに記載の電界放出型ライト。
前記カーボンナノチューブを前記透明基板に透明かつ導電性膜として直接塗布し、別個に導電膜を使用しない請求項４に記載の電界放出型ライト。