JP2009146816A - 冷陰極電子源およびフィールドエミッションランプ - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりと電子放出寿命特性とを向上させること。
【解決手段】絶縁材を間に挟むように複数の電極を設けて一体化すると共に少なくとも１つの電極に炭素膜を設けた構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷陰極電子源およびフィールドエミッションランプに関する。

図５を参照して、内部真空１０の図示略のランプ管内に蛍光体１１付きアノード電極１２に平行に配置した基板１４上にカソード電極１６を配置すると共に、このカソード電極１６上に断面長方形状の絶縁層１８と断面三角形状の電子エミッタ（エミッタ電極）２０とを配置し、電子エミッタ２０とカソード電極１６とは直接接続で相互の電気的導通をとる一方で絶縁層１８上に断面長方形状のゲート電極２２を配置した構成のフィールドエミッションランプ２４が従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。このようなフィールドエミッションランプ２４では、アノード電極１２とカソード電極１６との間に高電位を印加すると共にゲート電極２２の電位制御で電子エミッタ２０の頂点から電子放出を制御しつつ電界放射により電子を引き出して蛍光体１１に加速衝突させて蛍光体１１を励起発光させることができるようになっている。

上記フィールドエミッションランプ２４では、ゲート電極２２とカソード電極１６との位置関係は、電子エミッタ２０からの電子引き出し特性に影響を与える。従ってこれら相互の絶縁距離は予め一定に設定できることが望ましい。

しかし、上記従来構造の冷陰極電子源２６ではゲート電極２２とカソード電極１６との絶縁距離関係を高精度に設定するには精密な製造プロセスを要求されるものであり、製造歩留まりが必ずしもよくない。また、１つの電子放出サイトには単一の電子エミッタ２０が連続使用されるようになっているので、早期に電子エミッタ２０の電子放出寿命が到来し、ひいてはフィールドエミッションランプ２４のランプ寿命特性が低い。
特開２００１−１８４０２０号公報

本発明では、製造歩留まりに優れ、かつ、電子放出寿命特性に優れた冷陰極電子源を提供するものである。本発明ではランプ寿命が長いフィールドエミッションランプを提供するものである。

本発明第１による冷陰極電子源は、絶縁材を間に挟むように複数の電極を設けて一体化すると共に少なくとも１つの電極に炭素膜を設けたことを特徴とするものである。

本発明第１によると、冷陰極電子源の構成が絶縁材を間に挟むように複数の電極を一体化して設けた構成であるので、比較的容易である絶縁材の板厚調整で基板上での各電極の絶縁距離を高精度に設定することが可能となり、各電極の配置位置の設定に精密な製造プロセスが要求されずに済み、製造歩留まりが高い。

また、本発明第１によると、上記した通り、絶縁材の板厚を高精度に一定化することが容易であるので、各電極間の絶縁距離を高精度に設定し、上記炭素膜を設けた少なくとも１つの電極をカソード電極とし、その炭素膜を電子エミッタとすると共に、他の電極のいずれかをゲート電極とした場合、電子エミッタからの電子引き出し特性が安定一定化した冷陰極電子源を得ることができ、製造歩留まりが高い。

本発明第１では、特に、上記両電極に炭素膜を設けた場合では、両電極を交互にカソード電極、ゲート電極として電圧を印加するようにした場合、それぞれの炭素膜を交互に電子エミッタとして用いることができるようになり、電子放出寿命が長い冷陰極電子源となる。

本発明第２による冷陰極電子源は、基板上に複数の電極と複数の絶縁材とを交互に配置一体化し、上記電極に対して並設方向１つ置きの電極または各電極に炭素膜を設けたことを特徴とするものである。

本発明第２では、本発明第１と同様に、冷陰極電子源の構成が電極と絶縁材が一体化されているので、絶縁材の板厚調整で電極間の絶縁距離が一定化する。また、各電極に炭素膜を設けておくことにより、各電極を切り替えてカソード電極とすることができ、そのカソード電極上の炭素膜を電子エミッタとして用いることにより、電子放出寿命が長い冷陰極電子源を得ることができる。

本発明第１、第２において、好ましい態様の１つは、上記基板がフラットな形状であり、上記基板上に複数の電極と複数の絶縁材とを交互に配置することである。

本発明第１、第２において、好ましい態様の１つは、上記基板が線状であり、この基板の周方向交互に複数の電極と複数の絶縁材とを配置一体化することである。

本発明第３によるフィールドエミッションランプは、蛍光体付きアノード電極と、このアノード電極に対向配置される冷陰極電子源とを備えたフィールドエミッションランプにおいて、上記冷陰極電子源として本発明の冷陰極電子源を用いたことを特徴とするものである。

本発明第３のフィールドエミッションランプでは、電子放出寿命が長い冷陰極電子源を用いるので、ランプ寿命が長いランプである。

本発明によれば、製造歩留まりないしは電子放出寿命特性に優れた冷陰極電子源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冷陰極電子源およびそれを用いたフィールドエミッションランプを説明する。

図１（ａ）（ｂ）を参照して本発明の実施の形態にかかる冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図１（ａ）は冷陰極電子源の断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の円Ａで囲む部分を拡大して示す。

実施の形態の冷陰極電子源２６は、基板１４上において、絶縁材２８の両側面に電極３２ａ，３２ｂを積層一体化して構成している。

実施の形態の冷陰極電子源２６において、図１（ｂ）で拡大して示すように、一方の電極３２ａがゲート電極、他方の電極３２ｂがカソード電極となって、ゲート電極３２ａ表面には炭素膜は形成されていないが、カソード電極３２ｂには電子エミッタとして電子放出作用がある炭素膜３０ｂが形成されている。

この炭素膜３０ｂは、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、黒鉛、等の電界放射により電子放出することができる多数のｎｍサイズの鋭端を備えた炭素膜である。この構造では、カソード電極３２ｂ上の炭素膜３０ｂからは、電子ｅ−がゲート電極３２ａで引き出されて図１（ｂ）の矢印で示すように放出される。

なお、実施の形態ではカソード電極３２ｂの表面にのみ炭素膜３０ｂを形成することに限定するものではなく、図１（ｃ）で示すように、両電極３２ａ，３２ｂの電極表面に炭素膜３０ａ、３０ｂを形成してもよい。図１（ｃ）の構造では、電極３２ａ，３２ｂをカソード電極、ゲート電極として切り替えて用いる。すなわち、電極３０ａをカソード電極とし電極３０ｂをゲート電極とする場合では実線矢印で示すように電子ｅ−を放出させ、電極３０ａをゲート電極とし電極３０ｂをカソード電極とする場合では点線矢印で示すように電子ｅ−を放出させる。この切り替えは、ある周期で交互に切り替えて、使うこともでき、あるいは、片方の電極表面の炭素膜に電子エミッタとしての寿命が来るときに、切り替えを行っても良い。このように、双方の電極表面の炭素膜を電子放出に使用することができ、冷陰極電子源２６の寿命を向上させることができる。

図２（ａ）に本発明の他の実施の形態の冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面、図２（ｂ）にその冷陰極電子源の電子放出状態を模式的に示す。これらの図において図５と対応する部分には同一の符号を付している。図２（ａ）の円Ｂで囲む部分を拡大して示している。

図２（ａ）を参照して図示略の内部真空１０のフラットパネル内に共にフラット形状の蛍光体１１付きアノード電極１２と、基板１４と、が平行に対向配置されている。基板１４上には、アノード電極１２に対向して、図２（ａ）の紙面を垂直に貫通する方向に線状に延びる冷陰極電子源２６が配置されている。なお、冷陰極電子源２６は模式的に図示したものであり、その断面直径等の各部寸法等は特に限定しない。冷陰極電子源２６は説明の都合で基板１４上に単一配置の形態で示されているが、基板１４上に複数配置の形態であってもよいことは勿論である。

冷陰極電子源２６は、ゲート電極２２、絶縁材２８、カソード電極１６がアノード電極１２に対して交互に配置されている。換言すれば、ゲート電極２２とカソード電極１６は絶縁材２８の両側面に一体構造化されている。この一体構造は、図５で示すような従来とは異なって絶縁材２８の両側面に電極２２，１６を設けた構造になっている。絶縁材２８の図１上での左右方向幅は図解の都合で示すものであり、フィルム、膜、基板状、等でもよく、その材質は両電極２２，１６を電気的に絶縁できればよい。

カソード電極１６に対してはアノード電極１２に対向する側の端面１６ａに電界電子放出機能を有する炭素膜３０が成膜されている。この場合、炭素膜３０はゲート電極２２に成膜されてもよい。また、炭素膜３０は図２では上記端面１６ａに成膜されたが、両電極２２，１６の側面に成膜されてもよいことは勿論である。

以上の構成の冷陰極電子源２６を備えたフィールドエミッションランプ３２においては、アノード電極１２とカソード電極１６との間に図示略の高電圧電源から高電圧（アノード・カソード間電圧）が印加され、また、ゲート電極２２に図示略の電圧電源から電子引出しに必要なゲート電圧が印加されたとき、図２（ｂ）で示すように、炭素膜３０は電子エミッタとして電界放射により電子放出するが、この電子放出に際しゲート電極２２で電子引き出しが行われると共にアノード電極１２に向けて電子ｅ−が放出され、該電子ｅ−が蛍光体１１に加速衝突して当該蛍光体１１が励起発光する。

上記実施の形態の冷陰極電子源２６は、絶縁材２８の両側面にゲート、カソード両電極２２，１６を一体化して設け、少なくともカソード電極１６に炭素膜３０を設けたので、ゲート、カソード両電極２２，１６の絶縁距離や互いの相対高さの寸法関係等は絶縁材２８で一定化されるので、これらの製造プロセスにはそれらの寸法関係を高精度に維持する精密プロセスをそれほど要求されずに済み、製造歩留まりが向上する。

また、カソード電極１６に炭素膜３０を成膜するだけでなくその両側に位置するゲート電極２２にも炭素膜３０を設けた場合では、カソード電極１６上の炭素膜３０に電子エミッタとしての寿命が来るときは、カソード電極１６をゲート電極とし、ゲート電極２２をカソード電極とし、ゲート電極２２上の炭素膜３０を電子エミッタとして用いることができ、冷陰極電子源の電子放出寿命が向上する。

図３を参照して本発明のさらに他の実施の形態にかかる冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図３（ａ）の円Ｃで囲む部分を拡大して示している。この実施の形態の冷陰極電子源２６は、図３（ａ）で示すように基板１４上において、高さがｈ１の電極３４ａ、高さがｈ２（＞ｈ１）の電極３４ｂが絶縁材２８を介して並設一体化されている。各電極３４ａ，３４ｂそれぞれの端面には炭素膜３０ａ，３０ｂが成膜されている。

この実施の形態の冷陰極電子源２６を備えたフィールドエミッションランプ３２においては、図３（ｂ）で示すように、高さｈ２の電極３４ｂをゲート電極、高さｈ１の電極３４ａをカソード電極とすると、ゲート電極がカソード電極より高いので、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源２６として、また、高さｈ１の電極３４ａをゲート電極とする場合、高さｈ２の電極３４ｂはカソード電極となり、ゲート電極がカソード電極より低いので、アンダーゲートタイプの冷陰極電子源２６として、用いることができる。いずれのタイプの冷陰極電子源２６にするかをユーザは選択することができるようになる。

図４を参照して本発明のさらに他の実施の形態にかかる冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図４（ｂ）の円Ｄで囲む部分を拡大して示している。

図４（ａ）で示すフィールドエミッションランプ３２はフラットパネルタイプであり、その冷陰極電子源２６は平坦なアノード電極１２に対して電極３６ａと、絶縁材２８と，電極３６ｂとをこの順序で並設したフラットな構成になっている。例えば電極３６ａをゲート電極、電極３６ｂをカソード電極とし、カソード電極３６ｂ表面にのみ図示略の炭素膜を形成したり、あるいはゲート電極３６ａ、カソード電極３６ｂの両表面共に図示略の炭素膜を形成することができる。

図４（ｂ）で示すフィールドエミッションランプ３２はランプ管形状であり、その冷陰極電子源２６は、この断面円形の蛍光体１１付きのアノード電極１２に対して断面円形になっていて、紙面を垂直方向線状に延びる断面円形の基板１４上に円周方向に電極３８ａと、絶縁材２８と、電極３８ｂとをこの順序で設けると共に電極３８ａをゲート電極とし、電極３８ｂをカソード電極とし、電極３８ｂのアノード電極１２に対向する側の端面に炭素膜３０を設けた構成になっている。この場合、両電極３８ａ，３８ｂに共に炭素膜を設けてもよい。また、基板３６は断面円形に限定されず断面多角形であってもよい。電極３８ａ，３８ｂと絶縁材２８は図４（ｂ）の紙面を垂直に貫通する方向に線状に延びた形状になっている。なお、ゲート電極となる電極３８ａやカソード電極となる電極３８ｂに対する電圧の印加の説明は略する。

図１（ａ）は本発明の実施形態に係る冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）の冷陰極電子源においてカソード電極表面にのみ炭素膜が形成されている場合の電子放出状態を示す図、図１（ｃ）は図１（ａ）の冷陰極電子源においてゲート電極とカソード電極両表面に炭素膜が形成されている場合の電子放出状態を示す図である。 図２（ａ）は本発明の実施形態に係る冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）の冷陰極電子源の電子放出状態を示す図である。 図３（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面を示す図、図３（ｂ）は各電極がゲート電極となった場合のオーバーゲートタイプとアンダーゲートタイプとを示す図である。 図４（ａ）はアノード電極がフラットな場合の冷陰極電子源の断面、図４（ｂ）はアノード電極が断面円形の場合の冷陰極電子源の断面を示すである。 従来の冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面を示す図である。

符号の説明

１０ 真空
１１ 蛍光体
１２ アノード電極
１４ 基板
１６ カソード電極
２２ ゲート電極
２８ 絶縁材
３０ 炭素膜
３０ａ，３０ｂ 炭素膜
３２ａ，３２ｂ 電極
３４ａ，３４ｂ 電極
３６ａ，３６ｂ 電極
３８ａ，３８ｂ 電極

Claims (5)

1. 絶縁材を間に挟むように複数の電極を設けて一体化すると共に少なくとも１つの電極に炭素膜を設けた、冷陰極電子源。
2. 基板上に複数の電極と複数の絶縁材とを交互に配置して一体化し、上記電極に対して並設方向１つ置きの電極または各電極に炭素膜を設けた、冷陰極電子源。
3. 上記基板がフラットな形状であり、上記基板上に複数の電極と複数の絶縁材とを交互に配置した、請求項２に記載の冷陰極電子源。
4. 上記基板が線状であり、この基板の周方向に複数の電極と複数の絶縁材とを交互に配置した、請求項２に記載の冷陰極電子源。
5. 蛍光体付きアノード電極と、このアノード電極に対向配置される冷陰極電子源とを備えたフィールドエミッションランプにおいて、上記冷陰極電子源が請求項１ないし４のいずれかに記載の冷陰極電子源である、フィールドエミッションランプ。

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