JP2008016308A - 電界放出型ライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アノード側に配される透明導電性膜を改良し、カソード側から放出される電子をアノード側に配された蛍光体の一部に集束させることにより、輝度均一性の向上を図った電子放出型ライトを提供する。
【解決手段】ガラス基板上に電界放出型エミッタが配されたカソードと、ガラス基板に透明導電性膜を介して蛍光体が配されたアノードとを備え、電界放出型エミッタから放出された電子が蛍光体に衝突することにより発光する電界放出型ライト装置において、透明導電性膜をそれぞれ電源駆動回路に接続された複数のセグメントに分割し、電源駆動回路の制御により、複数のセグメントのうちの一部にのみ電圧を印加するとともに、該電圧を印加するセグメントを順次切り替えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネル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装置の改良に関し、より詳細には、電界放出型ライト装置における輝度均一性の向上に関する。

従来、テレビやＰＣ（パーソナルコンピュータ）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）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのフラットパネルディスプレイに移行しつつある。ところが、近年、フラットパネルディスプレイとして、微小で集積可能な冷電子源を利用す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の発光原理は、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衝突させて発光させるようにしたものである（非特許文献１参照）。また、ＬＣＤのバックライトや各種照明などに用いられる電界放出型ライト装置は、蛍光物質を発光面全体に塗布した構造を有し、ＦＥＤの発光原理と同様、真空中に放った電子を蛍光体に衝突させるようにしたものである。例えば、図８および図９は、電界放出の原理を利用した従来の２極管あるいは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１０１は、ガラス基板１０２上に透明な導電性膜（ＩＴＯ膜）１０３を介して、電子放出源であるＣＮＴ１０４が塗布されている。一方、カソード１０１と数十μｍ〜数ｍｍの間隙で対向するように配されたアノード１０５は、ガラス基板１０６に透明な導電性膜１０７を介して、メタルバック層１０８に被覆された蛍光体１０９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１０１とアノード１０５との間に電圧が印加されると、カソード１０１側のＣＮＴ１０４から放出された電子１１０が、アノード１０５側の蛍光体１０９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１２１は、ガラス基板１２２に透明な導電性膜１２３を介して上部に、ゲート電極１２４を有する絶縁層１２５で構成されるゲート部１２６が設けられている。この絶縁層１２５の間には、多数の孔１２６ａが設けられ、各孔１２６ａに電子放出源であるＣＮＴ１２７が配置された構造になっている。一方、カソード１２１と数十μｍ〜数ｍｍの間隙で対向するように配されたアノード１２８は、ガラス基板１２９に透明な導電性膜１３０を介して、メタルバック層１３１に被覆された蛍光体１３２が配された構造になっている。そして、電源Ｖａ、Ｖｇによって、ＣＮＴ１２７とゲート電極１２４との間に電圧が印加され、また、カソード１２１とアノード１２８との間にも電圧が印加され、カソード１２１側のＣＮＴ１２７から放出された電子１３３が、アノード１２８側の蛍光体１３２に衝突して発光する。なお、電源Ｖｇは、電子放出用であり、また、電源Ｖａは、電子加速用として配されている。

特開平１１‐３１７１５５号公報 特開２００１‐３２５９０４号公報 「発光型ディスプレイ１」１８０〜１８１頁、共立出版（株）、２００１年２月発行

ところで、上記従来のような発光構造では、カソード１０１，１２１から放出された電子１１０，１３３は、カソード１０１，１２１に対向するアノード１０５，１２８に向かってほぼ直進して衝突し、これにより発光するようになっている。したがって、このような発光構造では、カソード１０１，１２１側の電子放出源であるＣＮＴ１０４，１２７の一部が何らかの損傷により電子を放出できなくなった場合に、その箇所が暗くなる、あるいは全く光らない状態になり、発光点輝度の低下および発光点分布にムラが生じて輝度均一性が低下してしまう、という問題があった。

また、輝度均一性の向上を図る技術として、例えば特許文献１には、活性化ガス雰囲気中にて電子放出源にパルス電圧を印加することにより、輝度均一性の向上を図るものが開示されているが、これは技術的に非常に困難であるため、電界放出型ライト装置の輝度均一性を低コストで容易に向上させるのは困難であった。

また、特許文献２には、アノード側に配される電極を複数に分割し、各電極をそれぞれ抵抗体を介して加速電圧印加手段に接続し、かつ、分割された各電極毎に印加する電圧を設定する電圧印加装置が開示されているが、これは両極間での放電の影響を抑制することを目的としたものであり、輝度均一性を向上させるものではなかった。すなわち、上記電圧印加装置において、カソード側の電子放出素子から放出された電子は、アノード側の電極の対向する部位にほぼ直進して衝突するため、上述したように電子放出素子の一部が電子を放出できなくなった場合には、発光点輝度の低下および発光点分布にムラが生じてしまう虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アノード側に配される透明導電性膜を改良し、カソード側から放出される電子をアノード側に配された蛍光体の一部に集束させることにより、輝度均一性の向上を図った電子放出型ライトを提供することにある。

本発明の上記目的は、ガラス基板上に電界放出型エミッタが配されたカソードと、ガラス基板に透明導電性膜を介して蛍光体が配されたアノードとを備え、前記電界放出型エミッタから放出された電子が前記蛍光体に衝突することにより発光する電界放出型ライト装置において、前記透明導電性膜は、それぞれが電源駆動回路に接続された複数のセグメントに分割され、前記電源駆動回路の制御により、前記複数のセグメントのうちの一部にのみ電圧が印加されるとともに、該電圧が印加されるセグメントが順次切り替わることにより、達成される。

また、上記目的は、前記複数のセグメントのうち、電圧が印加されるセグメントが１つであることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記複数のセグメントが前記ガラス基板の一方向に沿って所定の間隔で平行に配されることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記複数のセグメントが前記ガラス基板の縦方向および横方向に沿って所定の間隔で平行に配されることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記複数のセグメントの幅が０．０２ｍｍないし５０ｍｍであることにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記複数のセグメントの間隔が０．０２ｍｍないし２ｍｍであることにより、効果的に達成される。

本発明に係る電界放出型ライト装置によると、アノード側のガラス基板上に配される透明導電性膜をセグメント化するとともに、各セグメントを電源駆動回路に接続した。そして、電源駆動回路の制御により、複数のセグメントのうちの一部にのみ電圧を印加するとともに、該電圧を印加するセグメントを順次切り替えるようにした。これにより、カソード側の電界放出型エミッタから放出された電子は、電圧が印加された透明導電性膜のセグメント上の蛍光体に集束される。よって、何らかの損傷によりカソード側の電界放出型エミッタの一部が電子を放出できなくなった場合でも、電圧が印加されるセグメント上の蛍光体に衝突する電子を高密度に維持することができるので、電子放出分布のムラを緩和することができる。

また、本発明に係る電界放出型ライト装置では、アノード側に配される透明導電性膜をセグメント化し、各セグメントに対する電圧印加を電源駆動回路によって制御するという簡明な構造であるため、電界放出型ライト装置における輝度均一性を容易に向上させることができるとともに、その製造コストの軽減を図ることができる。

また、電圧が印加される透明導電性膜のセグメントは、電源駆動回路の制御によって、高速で順次切り替えられる（ドライビングされる）ので、発光部を見る人間の目には、全面が発光しているように見える。したがって、本発明に係る電界放出型ライト装置では、電圧が印加されていない透明導電性膜のセグメントが少なくとも１つは存在するので、アノード側の全面に電圧を印加していた従来の装置よりも消費電力の低減を図ることができ、透明導電性膜の複数のセグメントのうち、電圧が印加されるセグメントを１つとすることで、さらに消費電力を低減することができる。

また、透明導電性膜の複数のセグメントを、アノード側のガラス基板の一方向に沿って所定の間隔で平行に配された帯形状にすることによって、容易にエリアコントロールを行うことができる。さらに、透明導電性膜の複数のセグメントを、アノード側のガラス基板の縦方向および横方向に沿って所定の間隔で平行に配された矩形状にすることによって、より細かなエリアコントロールが可能である。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る２極管構造の電界放出型ライト装置の概略構成図であり、図２は、図１のII‐II線における断面を示す概略構成図である。図１において、電界放出ライト１は、２つのガラス基板２，３に挟まれて形成された真空の空間Ａを有し、カソード４から空間Ａに放出された電子がアノード５で蛍光物質と衝突することにより、発光を得るようになっている。

カソード４側のガラス基板２には、薄膜状の透明導電性膜６を介して、電子を真空中に放出する機能を有する電子放出型エミッタ７が塗布されている。このエミッタ７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、ＣＮＴ７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。ちなみに、ＣＮＴ７の塗布方法としては、スクリーン印刷、スピンコート、スプレー法などが用いられる。スクリーン印刷の場合、ＣＮＴを有機バインダーに混ぜてペースト状とし、該ペーストをドットパターンまた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。

一方、アノード５側のガラス基板３には、透明導電性膜８を介して、メタルバック層９に被覆された蛍光体１０が配されている。この蛍光体１０は、複合金属化合物からなる可視光発光体であり、例えば青色発光体として、ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋などを、緑色発光体として、ＬａＰＯ４：Ｃｅ５＋、Ｔｂ３＋、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ２＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ３＋などを、赤色発光体として、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ２＋、ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋などを挙げることができる。また、蛍光体１０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。この発光体の厚さに関しては、特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。

透明導電性膜６，８としては、例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などで形成された膜を挙げることができる。この透明導電性膜６，８を形成する方法としては、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がある。この透明導電性膜６，８の厚さに関しては、特に制限は無いが、通常は１０〜４００ｎｍであり、好ましくは１０〜１００ｎｍである。

また、本実施形態に係る電界放出型ライト装置１では、図２に示すように、アノード５側に配される透明導電性膜８が、帯状の複数のセグメント８Ａ〜８Ｄに分割されている。この透明導電性膜８は、既存技術であるエッチング法またはマスク等を用いて形成され、実際には多数のセグメントに分割されているが、本実施形態では説明を簡略化するために、４つのセグメントに分割された透明導電性膜８について説明する。

図２において、アノード５側のガラス基板３上に配される透明導電性膜８は、帯形状を有する複数のセグメント８Ａ〜８Ｄからなり、該複数のセグメント８Ａ〜８Ｄは、それぞれが電源駆動回路１１に接続されている。各セグメント８Ａ〜８Ｄは、電源駆動回路１１の制御により、１つのセグメントにのみ電圧が印加されるとともに、該電圧が印加されるセグメントが高速で順次切り替えられる（ドライビングされる）。この電源駆動回路１１は、一般的には矩形波駆動であり、その周波数は、発光部が人間の目で全面発光していると認識できるようにするために、１００Ｈｚ以上であることが望ましい。

また、帯形状のセグメント８Ａ〜８Ｄは、ガラス基板３の一方向（本実施形態では図２の左右方向）に沿って、所定の間隔で平行に配されている。この帯形状のセグメント幅Wは、特に制限は無いが、０．０２ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましく、また、セグメント間隔Ｓは、０．０２ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。

次に、本実施形態に係る電界放出型ライト装置１の発光動作について、図３ないし図６を参照にしながら説明する。図３ないし図６は、本実施形態に係る電界放出型ライト装置１の第１〜第４発光状態を示す説明図である。

図３の第１発光状態では、最も左側に配された透明導電性膜８のセグメント８Ａにのみ、電圧が印加され、該セグメント８Ａに電気力線（図３の矢印直線）が集中する。すなわち、セグメント８Ａより明らかに大きい表面積を有する電界放出型エミッタ７から放出された電子が、電気力線に沿って移動してセグメント８Ａに集束される。そして、セグメント８Ａ上の蛍光体１０に電子が集中的に衝突し、セグメント８Ａ上の蛍光体１０が発光する。

その後、図４に示すように、電圧が印加される透明導電性膜８のセグメントは、電源駆動回路１１の制御により、セグメント８Ａから該セグメント８Ａの右隣に配されたセグメント８Ｂに切り替えられる（第２発光状態）。電圧が印加されたセグメント８Ｂには、上述した第１発光状態と同様、電気力線（図４の矢印直線）が集中する。電界放出型エミッタ７から放出された電子は、電気力線に沿って移動し、セグメント８Ｂ上の蛍光体１０に集中的に衝突して発光する。

さらにその後、図５に示すように、電圧が印加される透明導電性膜８のセグメントは、電源駆動回路１１の制御により、セグメント８Ｂから該セグメント８Ｂの右隣に配されたセグメント８Ｃに切り替えられる（第３発光状態）。電圧が印加されたセグメント８Ｃには、上述した第１および第２発光状態と同様、電気力線（図５の矢印直線）が集中する。電界放出型エミッタ７から放出された電子は、電気力線に沿って移動し、セグメント８Ｃ上の蛍光体１０に集中的に衝突して発光する。

さらにその後、図６に示すように、電圧が印加される透明導電性膜８のセグメントは、電源駆動回路１１の制御により、セグメント８Ｃから該セグメントＣの右隣に配されたセグメント８Ｄに切り替えられる（第４発光状態）。電圧が印加されたセグメント８Ｄには、上述した第１〜第３発光状態と同様、電気力線（図６の矢印直線）が集中する。電界放出型エミッタ７から放出された電子は、電気力線に沿って移動し、セグメント８Ｄ上の蛍光体１０に集中的に衝突して発光する。

そして、第４発光状態のように最端のセグメント８Ｄまで電圧が印加された後は、電源駆動回路１１の制御により、図３の第１発光状態に戻り、この順次切り替え（ドライビング）が繰り返される。このドライビングは、実際には非常に高速で行われ、これにより、発光部を見る人間の目には、全面が発光しているように見える。

以上のように、本実施形態では、透明導電性膜８を複数のセグメント８Ａ〜８Ｄに分割するとともに、該複数のセグメント８Ａ〜８Ｄをそれぞれ電源駆動回路１１に接続した。そして、該電源駆動回路１１の制御により、複数のセグメント８Ａ〜８Ｄのうちの１つのセグメントにのみ電圧を印加するとともに、該電圧が印加されるセグメントを高速で順次切り替えるようにした。これにより、電圧が印加されるセグメントよりも明らかに大きい表面積を有する電界放出型エミッタ７から放出される電子を、電圧が印加されたセグメントに集束することができるので、該セグメント上の蛍光体１０に高密度で衝突させることができる。この結果、何らかの損傷によりカソード４側の電界放出型エミッタ７の一部が電子を放出できなくなった場合でも、蛍光体１０に衝突する電子密度を、損傷前の電子密度と同程度に維持できるので、カソードの電子放出分布のムラが緩和され、輝度均一性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、２極管構造の電界放出型ライト装置１について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば図９に示すような３極管構造の電界放出型ライト装置のアノード側の透明導電性膜を複数のセグメントに分割し、各セグメントへの電圧印加をドライビングするようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、電圧が印加される透明導電性膜８のセグメントは、１セグメント単位で順次切り替えられるとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば隣接する２つのセグメントを１単位として、電圧が順次印加されるようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る電界発光型ライト装置の変形例について、図７を参照にしながら説明する。

図７は、本実施形態に係る電界放出型ライト装置の変形例を示す概略構成図であって、アノード側の透明導電性膜の表面に沿った断面を示す図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

上述した実施形態では、透明導電性膜８の複数のセグメント８Ａ〜８Ｄは，帯形状を有し、ガラス基板３の一方向に沿って所定の間隔Ｓで平行に配されていたが、本変形例に係る透明導電性膜８´の複数のセグメントは、図７に示すように、矩形状を有し、アノード５´のガラス基板（図７では不図示）の縦方向および横方向に沿って所定の間隔Ｓ１，Ｓ２で平行に配されている。この透明導電性膜８´の各セグメントの縦方向のセグメント幅Ｗ１および横方向のセグメント幅Ｗ２は、特に制限は無いが、０．０２ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。また、透明導電性膜８´の各セグメントの縦方向のセグメント間隔Ｓ１および横方向のセグメント間隔Ｓ２は、特に制限は無いが、０．０２ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。

また、透明導電性膜８´の各セグメントは、それぞれ電源駆動回路１１´に接続され、上述した実施形態の発光動作と同様、電源駆動回路１１´の制御により、最端のセグメントから電圧が印加され、該電圧が印加されるセグメントが高速で順次切り替えられる。

以上のように、本変形例では、透明導電性膜８´の複数のセグメントを、上述した実施形態の帯形状のものよりも小型化した矩形状とし、アノード５´のガラス基板の横方向だけでなく縦方向に対しても、透明導電性膜８´の分割（セグメント化）を施した。これにより、上述した実施形態に係る電界放出型ライト装置１と同様の作用効果が得られることはもとより、さらに細かなエリアコントロール（画面上の光らせたいエリアの輝度をコントロールする技術）が可能であり、かつ、消費電力の低減化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係る電界放出型ライト装置の概略構成図である。 図１のII‐II線における断面を示す概略構成図である。 本実施形態に係る電界放出型ライト装置の第１発光状態を示す説明図である。 本実施形態に係る電界放出型ライト装置の第２発光状態を示す説明図である。 本実施形態に係る電界放出型ライト装置の第３発光状態を示す説明図である。 本実施形態に係る電界放出型ライト装置の第４発光状態を示す説明図である。 本実施形態に係る電界放出型ライト装置の変形例を示す概略構成図である。 従来の２極管構造である電界放出型ライト装置を示す概略構成図である。 従来の３極管構造である電界放出型ライト装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 電界放出型ライト装置
２ ガラス基板（カソード側）
３ ガラス基板（アノード側）
４ カソード
５ アノード
６ 透明導電性膜（カソード側）
７ 電界放出型エミッタ（ＣＮＴ）
８ 透明導電性膜（アノード側）
８Ａ〜８Ｄ （透明導電性膜の）セグメント
９ メタルバック層
１０ 蛍光体
１１ 電源駆動回路
Ｓ セグメント間隔
Ｓ１ （縦方向の）セグメント間隔
Ｓ２ （横方向の）セグメント間隔
Ｗ セグメント幅
Ｗ１ （縦方向の）セグメント幅
Ｗ２ （横方向の）セグメント幅

Claims (6)

1. ガラス基板上に電界放出型エミッタが配されたカソードと、ガラス基板に透明導電性膜を介して蛍光体が配されたアノードとを備え、前記電界放出型エミッタから放出された電子が前記蛍光体に衝突することにより発光する電界放出型ライト装置であって、
   前記透明導電性膜は、それぞれが電源駆動回路に接続された複数のセグメントに分割され、前記電源駆動回路の制御により、前記複数のセグメントのうちの一部にのみ電圧が印加されるとともに、該電圧が印加されるセグメントが順次切り替わることを特徴とする電界放出型ライト装置。
2. 前記複数のセグメントのうち、電圧が印加されるセグメントは１つである請求項１に記載の電界放出型ライト装置。
3. 前記複数のセグメントは、前記ガラス基板の一方向に沿って所定の間隔で平行に配される請求項１または２に記載の電界放出型ライト装置。
4. 前記複数のセグメントは、前記ガラス基板の縦方向および横方向に沿って所定の間隔で平行に配される請求項１または２に記載の電界放出型ライト装置。
5. 前記複数のセグメントの幅は、０．０２ｍｍないし５０ｍｍである請求項３または４に記載の電界放出型ライト装置。
6. 前記複数のセグメントの間隔は、０．０２ｍｍないし２ｍｍである請求項１ないし５の何れかに記載の電界放出型ライト装置。

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