JP2007227077A - 電界放出型光源 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光膜面のほぼ全領域にかけてその発光輝度を均一にすること。
【解決手段】蛍光膜１４付きのアノード電極１２と電界放射型のカソード電極１６との間に多数の電子通過孔１８ａを備えたグリッド電極１８を介装した電界放出型光源において、上記カソード電極１８に対向するグリッド電極面１８ｂ上に不連続な膜形状に絶縁薄膜２０をチャージアップ部材として設けた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光膜に電子放射して発光する電界放出型光源（フィールドエミッション型ランプ）に関する。

この種の電界放出型光源においては、蛍光膜付きの平面状のアノード電極と、このアノード電極のアノード電極面全体に電子を放出するカソード電極とを対向配置し、これらの間にカソード電極から電子を引き出しこの引き出した電子を多数設けた電子通過孔からアノード電極に向かわせるグリッド電極を介装し、グリッド電極を通過した電子を蛍光膜に衝突させて該蛍光膜を励起発光させるものがある（特許文献１等参照。）。しかしながら、このような電界放出型光源では、カソード電極から放出される電子密度が蛍光膜の蛍光膜面全体で不均一な箇所がある場合、蛍光膜の全蛍光膜面の均一な輝度での発光はできない。

本出願人は、上記に鑑み、特願２００５−８０５（平成１７年１月５日出願で発明の名称「電界放出型光源」）で、蛍光膜面のほぼ全領域にかけて衝突する電子の密度を均一にして発光面全体の発光輝度を均一にすることができる電界放出型光源を出願（先行出願）している。この電界放出型光源は、蛍光膜付きのアノード電極と、このアノード電極に対向配置された電界放射型のカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間に介装されたグリッド電極と、を備えた電界放出型光源において、上記アノード電極、カソード電極、グリッド電極それぞれの全領域を複数のアノード電極領域、カソード電極領域、グリッド電極領域に分割するとともに各グリッド電極領域に半導電性薄膜をチャージアップ部材として設け、各グリッド電極領域の半導電性薄膜は対応するカソード電極領域からの電子放出量に対して相対的に負にチャージアップしてグリッド電極領域からの電子通過量を制御して、各グリッド電極領域からそれに対応する各アノード電極領域への電子密度をほぼ同等化して蛍光膜がその全体から均一化した発光輝度で発光することを可能としたものである。

すなわち、この電界放出型光源においては、各カソード電極領域全体において電子の放出密度が同等な場合では、各グリッド電極領域それぞれの電子通過孔を通過する電子量は同等である。そして、各カソード電極領域からの放出電子密度が相違している場合、カソード電極領域それぞれの放出電子密度に対応して、各グリッド電極領域それぞれの半導電性薄膜がチャージアップし、例えば、放出電子密度が大きいカソード電極領域に対してはこれに対応するグリッド電極領域の半導電性薄膜のチャージアップ量は多く、放出電子密度が小さいカソード電極領域に対してはこれに対応するグリッド電極領域の半導電性薄膜のチャージアップ量は少なくなる。この半導電性薄膜のチャージアップ量が多いグリッド電極領域を通過する電子量を減少させ、チャージアップ量が少ないグリッド電極領域を通過する電子量を増大させることにより、グリッド電極領域全体からアノード電極領域全体に向けての電子量を等量化して蛍光膜の発光輝度を均一にしたものである。

しかしながら、上記のようにカソード電極から蛍光膜に向かって進む電子の移動経路をチャージアップ部材である半導電性薄膜により制御可能とした上記電界放出型光源においては、チャージアップ部材が半導電性薄膜であるために、チャージアップすると、所定時間チャージアップ状態を維持し、徐々に放電するようになっている。

そのため、上記先行出願においては、カソード電極領域からの放出電子密度の変化が早い場合、その早い変化に追随して半導電性薄膜のチャージアップ量が変化しなくなり、多数の電子通過孔を通過する電子量を増減制御してグリッド電極領域全体からアノード電極領域全体に向けての電子量の等量化が崩れて蛍光膜の発光輝度を均一にすることができなくなるという課題が残されていた。
特開平０５−２５１０２１号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、カソード電極からの放出電子密度の変化に追随してグリッド電極全体からアノード電極全体に向けての電子量を等量化して蛍光膜の発光輝度を均一可能にすることである。

本発明による電界放出型光源は、蛍光膜付きのアノード電極と電界放射型のカソード電極との間に、多数の電子通過孔を備えたグリッド電極を介装した電界放出型光源において、上記カソード電極に対向するグリッド電極面上に不連続な膜形状に絶縁薄膜を設け、この絶縁薄膜はカソード電極からの電子放出量に対して相対的に負にチャージアップするとともにそのチャージアップ量に対応してグリッド電極の電子通過孔における電子通過量を制御することを特徴とするものである。

上記不連続な膜形状の好ましい態様は、上記グリッド電極面に形成された多数の網状部分や島状部分を含み、かつ、これら各部分の隙間からグリッド電極面が露出していることである。

本発明の電界放出型光源によると、カソード電極から放出した電子の密度がグリッド電極面で不均一である場合、絶縁薄膜にはその不均一に対応した帯電量で電子の負電荷がチャージアップし、グリッド電極の各電子通過孔それぞれを通過する電子の密度は制御されて均一化される。

そして、この場合、絶縁薄膜が、グリッド電極面に不連続な膜形状に構成されているので、絶縁薄膜にチャージアップされた負電荷はグリッド電極面に放電されやすくなっており、カソード電極からの放出電子密度の変化が早くても、その早い変化に追随して絶縁薄膜の帯電量が変化し、グリッド電極全体からアノード電極全体に向けての電子量の等量化を維持して蛍光膜の発光輝度を均一にすることができる。

本発明によれば、カソード電極からの放出電子密度の変化に追随してグリッド電極全体からアノード電極全体に向けての電子量を等量化して蛍光膜の発光輝度を均一可能にすることができる。

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電界放出型光源を説明する。この電界放出型光源は例えば液晶表示装置の直下形バックライトとして用いることができる。図１は、実施の形態の電界放出型光源の断面図である。

図１において、この電界放出型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。この実施形態では説明の都合でフラット形としている。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はガラス基板、石英やサファイヤ等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。

この前面パネル１０ａの内面には平面形状のアノード電極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。アノード電極１２の膜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。アノード電極の材料は、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、アノード電極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。アノード電極の電気抵抗率は、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。

アノード電極１２にスラリー塗布法、スクリーン印刷、電気永動法、沈降法等により塗布することにより蛍光膜１４が形成されている。蛍光膜１４の材料は公知の材料（蛍光材料）を用いることができる。蛍光膜１４の厚さは、蛍光材料の粒径の１〜５倍程度に設定される。蛍光膜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。蛍光膜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。

カソード電極１６は、アノード電圧３〜１５ｋＶ程度の印加によりアノード電極１２との間で発生する電界によりアノード電極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電極である。カソード電極１６は、導線１６ａと、この導線１６ａの表面に形成された電界放射型の炭素膜１６ｂとにより形成されている。カソード電極１６は、図１に示すようにアノード電極１２やグリッド電極１８の平面領域において図１の左右方向に沿ってワイヤ状に配置されている。この場合、カソード電極１６は１つの導線をアノード電極１２やグリッド電極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電極１２やグリッド電極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。炭素膜１６ｂは、ナノチューブ状やナノウォール状やその他の微細突起を有する導電性の炭素膜である。

グリッド電極１８は、アノード電極１２とカソード電極１６との間に介装された平面形状をなし、カソード電極１６に対して正の電圧が印加されてカソード電極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１８ａを多数備えている。グリッド電極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。

図２および図３を参照して以上の構成を備えた電界放出型光源の特徴を説明する。図２は図１のグリッド電極１８の一部を拡大して示す断面図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１のグリッド電極面１８ｂに形成した絶縁薄膜２０の一部を拡大して示す平面図である。実施の形態においては、カソード電極１６と対向するグリッド電極面１８ｂに、当該グリッド電極面１８ｂが多数露出する不連続な膜構成の絶縁薄膜２０をチャージアップ部材として設けたことによりカソード電極１６から放出される電子の移動経路を効率よく制御し、蛍光膜１４の発光輝度を均一にすることを可能としたことに特徴を備える。

絶縁薄膜２０の絶縁材料としては例えばＭｎＯ₂やＳｉＯ₂等がある。

絶縁薄膜２０は、例えば、スプレー法、ロールコート法、カーテンフローコート法等の通常の塗布方法により絶縁材料を塗布することによりグリッド電極面１８ｂに形成することができる。

絶縁薄膜２０の不連続な膜構成は、スプレー法では例えばそのスプレー圧力、吐出量、絶縁材料の粘度等によって、調整することができる。

絶縁材料を印刷インキ化し、公知の印刷法により形成することもできる。

電子通過孔１８ａの全面積とグリッド電極１８の全面積との比率は、好ましくは２０〜６０％程度である。

絶縁薄膜２０は電子通過孔２０ｅを有しグリッド電極面１８ｂ全体を完全に被覆する膜構成ではない。

絶縁薄膜２０は図３（ａ）で示すように網状に繋がる網状部分２０ａや、図３（ｂ）で示すように独立した島状部分２０ｂや、図３（ｃ）で示すように各種形態の部分２０ｃが多少の膜厚差は存在するものの全体として薄膜状になっている。

絶縁薄膜２０は、これら各部分２０ａ，２０ｂ…に存在する膜不連続部分によりグリッド電極面１８ｂが露出する多数の開口部２０ｄを備えた構成になっている。

絶縁薄膜２０は、電子通過孔１８ａを含め、グリッド電極面１８ｂ全面に設けたり、電子通過孔１８ａを除くグリッド電極面１８ｂ全面に設けることができる。

絶縁薄膜２０はその絶縁性により、カソード電極１６からの電子の負電荷を容易にチャージアップする一方、金属面であるグリッド電極面１８ｂが露出した多数の開口部２０ｄを有するのでグリッド電極面１８ｂに急速に放電することができる。したがって、カソード電極１６側からの電子をその単位面積当たりを通過する電子量（電子密度）の変化に追随してチャージアップし、その放出電子の変化に追随して放電することができる。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）では絶縁薄膜２０の網状部分２０ａ、島状部分２０ｂや、各種形態の部分２０ｃにチャージアップされた電荷が矢印で示すように露出した電極面に放電して消滅していく様子が理解の都合で示されている。

なお、図４、図５を参照して以上の構成を備えた電界放出型光源において、絶縁薄膜２０のチャージアップによりカソード電極１６からの電子の軌道が曲げられたりしてグリッド電極１８の電子通過孔１８ａにおける電子通過量が制御される状態を説明する。なお、実施の形態ではその説明の都合でカソード電極１６を複数のカソード電極領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１、これらにそれぞれ対応してグリッド電極１８をグリッド電極領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２（絶縁薄膜２０もこのグリッド電極領域に対応した領域構成になっている）、これらにそれぞれ対応してアノード電極１２をアノード電極領域Ａ３，Ｂ３，Ｃ３、に分割している。

図４では、カソード電極１６の各カソード電極領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１が同図に示す配置方向の各部で等量の電子をグリッド電極１８の各グリッド電極領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２に引き出されており、絶縁薄膜２０それぞれの電子通過孔２０ａおよび各グリッド電極領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２それぞれの電子通過孔１８ａを通過してアノード電極１２の各アノード電極領域Ａ３，Ｂ３，Ｃ３に向けて放出する様子が示されている。

図４、図５の矢印は電子軌道を示し、矢印の左右間隔は電子密度を示している。矢印の間隔が狭いときは電子密度が高く、矢印の間隔が広いときは電子密度が低いことを示す。

したがって、図４では、カソード電極１６の各カソード電極領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１全体において電子の放出密度が同等であり、グリッド電極１８の各グリッド電極領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２それぞれの電子通過孔１８ａを通過する電子量も同等である。

これに対して図５では、カソード電極１６の各カソード電極領域からの放出電子密度が相違している。カソード電極領域Ａ１では放出電子密度が高く、カソード電極領域Ｂ１では放出電子密度が低く、カソード電極領域Ｃ１では放出電子密度が高い。

絶縁薄膜２０は、各カソード電極領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１それぞれの放出電子密度に対応してチャージアップ（負に帯電）しており、カソード電極領域Ａ１に対向するグリッド電極領域Ａ２に対応する絶縁薄膜２０のチャージアップ量は多く、カソード電極領域Ｂ１に対向するグリッド電極領域Ｂ２に対応する絶縁薄膜２０でのチャージアップ量は少なく、カソード電極領域Ｃ１に対向するグリッド電極領域Ｃ２に対応する絶縁薄膜２０でのチャージアップ量は多くなっている。

そのため、カソード電極領域Ａ１、Ｃ１から放出した電子の一部はグリッド電極領域Ａ２，Ｃ２ではなく、隣接のグリッド電極領域Ｂ２に軌道を曲げられる。その結果、絶縁薄膜２０とグリッド電極領域Ａ２、Ｃ２それぞれの電子通過孔２０ａ，１８ａを通過する電子の量は減少し、絶縁薄膜２０とグリッド電極領域Ｂ２それぞれの電子通過孔２０ａ，１８ａを通過する電子の量は増大する。

以上の結果、グリッド電極領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２それぞれの電子通過孔１８ａを通過する電子の量は等量となり、アノード電極１２においてこれらグリッド電極領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２それぞれに対応する各アノード電極領域Ａ３，Ｂ３，Ｃ３に加速衝突する電子量は等量化され、蛍光膜の発光輝度は均一となる。

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。

図１は本発明の実施の形態に係る光源の断面図である。 図２は図１のグリッド電極１８の一部を拡大して示す断面図である。 図３は図１のグリッド電極面１８ｂに形成した絶縁薄膜２０の一部を拡大して示す平面図である。 図４は実施の形態において各カソード電極領域それぞれからの電子放出密度が等しい場合の説明図である。 図５は実施の形態において各カソード電極領域それぞれからの電子放出密度が相違する場合の説明図である。

符号の説明

１２ アノード電極
１４ 蛍光膜
１６ カソード電極
１８ グリッド電極
１８ａ 電子通過孔
１８ｂ グリッド電極面
２０ 絶縁薄膜
２０ａ 網目状部分
２０ｂ 島状部分
２０ｄ 開口部
２０ｅ 電子通過孔

Claims (2)

1. 蛍光膜付きのアノード電極と電界放射型のカソード電極との間に、多数の電子通過孔を備えたグリッド電極を介装した電界放出型光源において、
   上記カソード電極に対向するグリッド電極面上に不連続な膜形状に絶縁薄膜を設け、
   この絶縁薄膜はカソード電極からの電子放出量に対して相対的に負にチャージアップするとともに、そのチャージアップ量に対応してグリッド電極の電子通過孔における電子通過量を制御する、ことを特徴とする電界放出型光源。
2. 上記不連続な膜形状が、上記グリッド電極面に形成された多数の網状部分や島状部分を含み、かつ、これら各部分の隙間からグリッド電極面が露出している膜形状である、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型光源。

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