JP2007317369A

JP2007317369A - フィールドエミッションランプ

Info

Publication number: JP2007317369A
Application number: JP2006142437A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Hiraki; 博久平木; Hideki Harazono; 英樹原園
Original assignee: Dialight Japan Co Ltd
Current assignee: Dialight Japan Co Ltd
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】残留ガスが電子衝突によりイオン化しても、そのイオンによる陰極劣化を抑制して寿命特性を向上すること
【解決手段】真空封止管内に蛍光体２０付きの陽極２４と電子放出部３０ｂ付きの陰極３０とを対向配置し、上記陽極２４と上記陰極３０との間に電界を印加して当該陰極３０表面の電子放出部３０ｂから電子を陽極２４に向けて放出させて蛍光体２０に電子衝突させることにより該蛍光体２０を励起発光させるフィールドエミッションランプにおいて、陰極３０を挟んで陽極２４とは反対側の位置に陰極電位よりも負電位のイオン吸収導電体２６を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空封止管内に蛍光体付き陽極と、炭素膜等の電子放出部付きの陰極とを対向配置し、上記陽極と陰極との間に電界を印加して陰極表面の電子放出部から電子を陽極に向けて放出させて蛍光体に電子衝突させることにより該蛍光体を励起発光させるフィールドエミッション（電界放射）型光源に関するものである。

例えば真空封止管の形状がフラットパネルタイプのフィールドエミッションランプには、フロントパネル内面に蛍光体付き陽極を設け、リアパネル内面側にこの陽極に対向して電界放射陰極として陰極をワイヤ状に延ばして配置したものがある（特許文献１参照。）。

このフィールドエミッションランプでは、陽極に対して陰極よりも数ｋＶ程度高い電圧が印加されて、陰極表面の炭素膜(電子放出部)からは電界集中により電子が放出され、この電子は蛍光体に衝突することにより、蛍光体を励起発光する。このフィールドエミッションランプでは、フラットパネル内部がほぼ真空状態に排気されているが、この真空状態は長期間の使用後も維持されている必要がある。その理由は、ランプ用ガラス管内部に真空状態に排気されずに残留ガスがあると、陰極の電子放出部の先端に異種原子が吸着して、電子放出部の仕事関数が大幅に変化したり、放出された電子の一部がイオン化し、そのイオンが電子放出部の先端をスパッタしたりして、陰極が劣化してランプ寿命が縮められ、また安定な電子放出特性も得られなくなるからである。

従来から、このような管内に排気しきれずに残留した残留ガスや管内の構成部材から放出されるガスを吸着し、管内を高真空度に維持するために、ゲッタが管内に配置されて使用される。しかしながら、フィールドエミッションランプにおいてランプ用ガラス管の管長さが限定されたり、あるいはランプ用ガラス管の管径が極めて細くなるなどしてランプ管内にゲッタを配置するスペースが無い場合では、ランプ用ガラス管を単に真空排気するだけとなり、上記した理由からランプ寿命が短く、かつ安定した電子放出が得られないフィールドエミッションランプとなる。
特開２００６−１００２５４

したがって、本発明により解決すべき課題は、真空封止管内部に存在する残留ガスが、放出した電子の衝突によりイオン化しても、そのイオンを吸収できるようにして、イオン衝撃による陰極劣化を抑制し、寿命特性が向上したフィールドエミッションランプを提供することである。

本発明により解決すべき別の課題は、そうしたフィールドエミッションランプにおいて、電子が陽極上の蛍光体に均等に分散して照射されるようにして、ランプとしての均一発光特性を向上することである。

本発明によるフィールドエミッションランプは、真空封止管内に蛍光体付き陽極と電子放出部付き陰極とを対向配置し、上記陽極と陰極との間に電界を印加して当該陰極表面の電子放出部から電子を陽極に向けて放出させて蛍光体に電子衝突させることにより該蛍光体を励起発光させるフィールドエミッションランプにおいて、陰極を挟んで陽極とは反対側の位置に陰極電位よりも負電位のイオン吸収導電体を配置したことを特徴とする。

本発明では、陰極表面の電子放出部から電界放射により電子が放出し、この電子が真空封止管内部の残留ガスに衝突してこの残留ガスがイオン化した場合、このイオンはイオン吸収導電体に吸収されるので、イオンが陰極に衝突して陰極を劣化することを抑制することができるようになる。その結果、本発明では陰極の劣化抑制により、長寿命化を達成することができる。

上記の場合、真空封止管の形状をフラットパネル形状とし、このフラットパネル内に陰極をワイヤ状にして複数適宜間隔をあけて配置するとともに、この陰極を間にして一方のパネル内面側に上記蛍光体付き陽極を面状に形成し、また、他方のパネル内面側に上記イオン吸収導電体を配置することが好ましい。

上記の場合、真空封止管の形状を管形状とし、この管内に陰極を管中央部を管軸方向に沿ってワイヤ状に延設し、この陰極を間にして管の一方の内面に上記陽極を、また、他方の内面に上記イオン吸収導電体を配置することが好ましい。

上記の場合、イオン吸収導電体の表面に二次電子放出膜を形成することが好ましい。

二次電子放出膜は、陰極からの電子が衝突することにより二次電子が放出し、この二次電子は分散して蛍光体に衝突する結果、蛍光体は均一発光することができるようになり、光源としてその均一発光特性の向上に貢献することができる。

なお、二次電子放出膜の材料には、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｌｏ₂Ｏ₃、・・・等がある。二次電子放出材料は薄膜法としてＥＢ蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等によって二次電子放出膜を薄膜にして形成できることが知られている。また、厚膜法として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の原料である塩基性炭酸マグネシウムをスプレーコート法により基板上に厚膜を形成した後、焼成して金属酸化物とする方法や、酸化マグネシウム微粉末を、焼成後に酸化物となる液体バインダーに分散させ、酸化マグネシウム含有膜とする方法が知られている。

上記の場合、蛍光体付き陽極を真空封止管の内面に面状に配置すると共に、二次電子放出膜を上記蛍光体付き陽極と対向して面状に配置することが好ましい。

こうすることにより、二次電子放出膜から陽極に向けて電子が均等に放出される結果、蛍光体が均一に発光することができ、均一発光特性に優れたフィールドエミッションランプを得ることができる。

上記陰極表面の電子放出部は、電界集中により電子放出する炭素膜であることが好ましい。この炭素膜は、特に限定しないが、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、その他の炭素膜を含むことができる。

本発明によれば、電子放出部付き陰極に対して蛍光体付き陽極とは反対側の位置にイオン吸収導電体を配置したので、陰極表面の電子放出部から発生した電子が残留ガスに衝突することにより発生するイオンをイオン吸収導電体に吸収させることができ、これにより、陰極がイオン衝撃で劣化することを抑制することができる結果、陰極の長寿命化を達成して、寿命特性に優れたフィールドエミッションランプを提供することができる。

さらに本発明によれば、イオン吸収導電体表面に二次電子放出膜を設けたので、陰極から発生した電子が二次電子放出膜に衝突して多量の二次電子を発生し、これにより蛍光体に電子が均一に分散衝突して均一発光することができ、均一発光特性が向上したフィールドエミッションランプ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フィールドエミッションランプを詳細に説明する。

図１および図２を参照して本発明の実施の形態に係るフィールドエミッションランプを説明する。図１は、フィールドエミッションランプの側面方向の断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

これらの図を参照して、フィールドエミッションランプ１０は、リアパネル１２と、フロントパネル１４と、リアパネル１２の周囲から垂直に立ち上がる４つのサイドパネル１６ａ−１６ｄとからなる、内部真空密封のフラットパネル１８を有する。

リアパネル１２およびサイドパネル１６は樹脂等の絶縁材料から成形され、フロントパネル１４は、透明ないしは半透明のガラスや樹脂等の光透過性材料から成形されている。

フロントパネル１４の内面には、蛍光体２０付きの面状陽極２４が配置されている。なお、蛍光体２０の外表面に電子衝突の照射により蛍光体２０がチャージアップしたり、分解、劣化したり等の現象を防止するため酸化インジウム等の特性劣化防止膜を設けてもよい。また、蛍光体２０の表面には二次電子放出特性に優れた化合物を設け、該蛍光体に衝突した電子がその化合物に衝突して二次電子を発生させ、蛍光体２０をより多く高輝度で発光させることができるようにしてもよい。これは化合物から二次電子が放出するとその化合物が正に帯電し蛍光体に帯電する負の電子を中和させる結果、蛍光体２０に衝突する電子が反発されずに容易に蛍光体２０中に入りこんで発光を維持することができるからである。

リアパネル１２の内面には、イオン吸収導電体２６が配置されている。このイオン吸収導電体２６の表面にはイオンの透過が可能な、網状ないしは多数細孔を有する電気的絶縁膜２８が設けられている。イオン吸収導電体２６は導電性を有する金属であれば特に限定しないが、例えばアルミニウム蒸着あるいはアルミニウムに銀等を蒸着した光反射性に優れた金属を形成してもよい。こうすると、蛍光体２０の発光をこのイオン吸収導電体２６で反射させてより高輝度で発光させることができる。

この絶縁膜２８上にワイヤ状陰極３０が適宜間隔でほぼ平行に延びて配設されている。なお、ワイヤ状陰極３０がイオン吸収導電体２６と電気的に離隔して配設されている場合は、上記絶縁膜２８を省略することができる。

イオン吸収導電体２６は、ワイヤ状陰極３０を挟んで面状陽極２４とは反対側の位置に配置されている。イオン吸収導電体２６はワイヤ状陰極３０の電位よりも負の電位が印加されている。

直流電源３１はその正極側が面状陽極２４に接続され、その負極側が接地されている。ワイヤ状陰極３０は接地されている。直流電源３３はその正極側が接地されるとともに、その負極側がイオン吸収導電体２６に接続されている。これにより、イオン吸収導電体２６にはワイヤ状陰極３０よりも負の電位が印加されて、面状陽極２４とワイヤ状陰極３０との間に発生した正イオンはこのイオン吸収導電体２６に吸収することができるようになっている。

このワイヤ状陰極３０は、導体ワイヤ３０ａの表面に電子放出部として、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状等の先端尖鋭な凹凸を有する炭素膜３０ｂが形成されている。炭素膜３０ｂ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る。カーボンナノウォールは、導体ワイヤ３０ａに、直接成膜する方が、ワイヤ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、ワイヤ表面に直流プラズマＣＶＤ法で成膜する方法が良い。

イオン吸収導電体２６の表面の絶縁膜２８は、二次電子放出材料膜で構成することができる。この二次電子放出材料として例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を設けることが好ましい。酸化マグネシウムは絶縁体であるとともに、二次電子を発生することができる。

以上の構成を有するフィールドエミッションランプにおいては、図３（ａ）で示すように、直流電源３１によりワイヤ状陰極３０から電界放射により電子が面状陽極２４に向けて放出される一方、図３（ｂ）で示すようにワイヤ状陰極３０と面状陽極２４との間の残留ガスがこの電子放出によりイオン化し、正イオンが発生すると、その正イオンは直流電源３３によりワイヤ状陰極３０より負電位状態にあるイオン吸収導電体２６に引き寄せられる。そして、イオン吸収導電体２６に引き寄せられてくる正イオンは、図３（ｃ）で示すように、二次電子放出膜２８に衝突し、この衝突により、図３（ｄ）で示すように、当該二次電子放出膜２８から二次電子が放出され、この放出された二次電子は、面状陽極２４に向けて加速されて蛍光体２０に電子衝突し、該蛍光体２０を励起発光させることができる。

その結果、二次電子放出材料膜２８を面状陽極２４と対向させて形成することにより、蛍光体２０の発光が分散されるようになる結果、発光を均一化することができる。すなわち、ワイヤ状陰極３０は面状陽極２４に対して複数互いに適宜間隔毎に配置されているので、蛍光体２０に衝突する電子量を蛍光体２０全体に均等に分布制御することに限界がある。上記二次電子放出膜２８は蛍光体２０に対してそのほぼ全面に対応して設けることができるので、蛍光体２０全体に電子を衝突させることができ、蛍光体２０全体をより効果的に均一発光させることができる。

図４および図５を参照して本発明の他の実施の形態に係るフィールドエミッションランプを説明する。図４はそのフィールドエミッションランプの側面断面図、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。このフィールドエミッションランプは真空封止管である直管３２の内部中央部を管軸方向に沿ってワイヤ状陰極３０を延設すると共に、管内面の円周方向３分の２程度に蛍光体２０付きの面状陽極２４を形成し、円周方向３分の１以下にイオン吸収導電体２６を形成し、このイオン吸収導電体２６の表面に二次電子放出膜２８を形成したものである。ただし、管内面における面状陽極２４とイオン吸収導電体２６との形成割合は限定しない。このフィールドエミッションランプにおいても面状陽極２４、ワイヤ状陰極３０、イオン吸収導電体２６それぞれに対する電位の印加は上記実施の形態と同様である。

図１は本発明の実施の形態に係るフィールドエミッションランプの断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は実施の形態のフィールドエミッションランプ内部における挙動の説明に用いる図である。図４は本発明の他の実施の形態に係るそのフィールドエミッションランプの側面断面図である。図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０フィールドエミッションランプ
１８フラットパネル
２０蛍光体
２４面状陽極
２６イオン吸収導電体
２８絶縁膜(二次電子放出材料膜)
３０ワイヤ状陰極
３０ｂ炭素膜（電子放出部）

Claims

真空封止管内に蛍光体付き陽極と電子放出部付き陰極とを対向配置し、上記陽極と上記陰極との間に電界を印加して当該陰極表面の電子放出部から電子を陽極に向けて放出させて蛍光体に電子衝突させることにより該蛍光体を励起発光させるフィールドエミッションランプにおいて、陰極を挟んで陽極とは反対側の位置に陰極電位よりも負電位のイオン吸収導電体を配置した、ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
真空封止管の形状をフラットパネル形状とし、このフラットパネル内に陰極をワイヤ状にして複数適宜間隔をあけて配置するとともに、この陰極を間にして一方のパネル内面側に上記陽極を面状に形成し、また、他方のパネル内面側に上記イオン吸収導電体を配置した、ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッションランプ。
真空封止管の形状を管形状とし、この管内に陰極を管中央部を管軸方向に沿ってワイヤ状に延設し、この陰極を間にして管の一方の内面に上記陽極を、また、他方の内面に上記イオン吸収導電体を配置した、ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッションランプ。
上記イオン吸収導電体の表面に二次電子放出膜を形成した、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィールドエミッションランプ。
上記蛍光体付き陽極を真空封止管の内面に面状に配置すると共に、上記二次電子放出膜を上記蛍光体付き陽極と対向して面状に配置した、ことを特徴とする請求項４に記載のフィールドエミッションランプ。
上記陰極表面の電子放出部は、電界集中により電子放出する炭素膜である、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフィールドエミッションランプ。