JP2011071034A

JP2011071034A - 照明装置

Info

Publication number: JP2011071034A
Application number: JP2009222694A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kojima; 崇小島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】電界放出された電子からゲート電極を保護するのに適した照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の照明装置は、ゲート電極開口部の開口径Ｄ１が絶縁体開口部の開口径Ｄ２より大きい。このため、電子の通過する開口部において絶縁体が張り出した構成となり、電界放出された電子がゲート電極に衝突することを抑制することが出来る。よって、ゲート電極に電界放出された電子が衝突することに起因する問題を抑制することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界電子放出型の照明装置に関する。

近年、白熱電球、蛍光灯といった従来の照明装置に対し、電子放出源から電界放出された電子で蛍光体を励起発光させる照明装置が開発されており、電界放出型照明ランプ（ＦｅｉｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＬａｍｐ）として知られている。

電界電子放出型の照明装置は、カソード電極に対して正の電位を与えたゲート電極によって電子を引き出し、さらに正の高電圧を与えた蛍光体付きのアノード電極に電子を衝突させて蛍光発光させるものである。

例えば、電界電子放出型の照明装置において、カソード電極とアノード電極の間にイオン捕獲電極、ゲート電極、カソードマスクを配置する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３３９０１２号公報

しかしながら、カソード電極に対向してゲート電極を配置する場合、カソード電極とゲート電極の間の電界によって引き出された電子の一部がゲート電極に飛び込む恐れがある。
このとき、ゲート電極に電子が衝突することにより、（１）アノード電極側へ到達する電子数が減少し、発光効率が低下する、（２）電子衝突によりゲート電極に用いた金属がスパッタされ、電子放出源を損傷する、などの問題が発生する。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、電界放出された電子からゲート電極を保護するのに適した照明装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、電界電子放出型の照明装置において、電子放出源を有するカソード電極と、前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体と、を備え、
前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、前記絶縁体開口部の開口径Ｄ２と、の関係が、
Ｄ１＞Ｄ２であること
を特徴とする照明装置である。

また、前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、前記カソードマスク開口部の開口径Ｄ３と、の関係が、Ｄ１＞Ｄ３であることが好ましい。

本発明の照明装置は、ゲート電極開口部の開口径Ｄ１が絶縁体開口部の開口径Ｄ２より大きい。このため、電子の通過する開口部において絶縁体が張り出した構成となり、電界放出された電子がゲート電極に衝突することを抑制することが出来る。よって、ゲート電極に電界放出された電子が衝突することに起因する問題を抑制することが出来る。

本発明の照明装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明の照明装置について、具体的に説明を行なう。
本発明の照明装置は、電子放出源を有するカソード電極と、
前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、
前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、
前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体、を備える。

電子放出源は、電界を集中させ、電界放出を行なう部位である。電子放出源は電界を集中させるのに適した形状およびであることが好ましく、円錐、円柱、スピント型マイクロコーンなどの形状に加工されていてもよい。
また、シリコン、金属材料、金属酸化物ウィスカー、ナノ炭素材料などであってもよい。

また、電子放出源は、ナノ炭素材料であることが好ましい。炭素材料は、表面に酸化膜を形成しないため、シリコンや金属材料に比較して、低い表面仕事関数をもつ。さらに、ナノオーダーの先端構造を持つため、より低い電界での電子放出を得ることができる。
ここで、ナノ炭素材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノフィラメント、カーボンナノウォール、カーボンナノコイル、などが挙げられる。
特に、カーボンナノチューブは高密度で垂直配向して製造出来ることが知られており、垂直配向したカーボンナノチューブは電界集中に適した形状および特性を示すことから、本発明の電子放出素子において、電子放出源として用いるのに好ましい。

カソード電極は、導電性材料であれば良い。例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。

蛍光体は、前記アノード電極上に設けられ、電子放出源から放出された電子を受けて発光する部位である。
蛍光体は、発光する波長や用途に応じ、適宜選択してよい。例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどの微粒子を用いても良い。
蛍光体の塗布方法としては、適宜公知の薄膜塗布方法を用いることが出来る。例えば、薄膜塗布方法として、インクジェット、スクリーン印刷などを用いても良い。
また、蛍光体はパターン形成して塗布されてもよく、該パターンの上面形状は適宜設計してよい。例えば、全面に蛍光体層を形成してもよいし、蛍光体層に任意のパターン（ラインパターン、ドットパターンなど）を形成してもよい。

アノード電極は、前記ゲート電極を挟んで前記電子放出源と対向して配置される。
アノード電極は、透明導電膜であればよい。例えば、透明導電膜として、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化スズ、を用いても良い。
また、アノード電極はアノード基板により支持されていてもよい。アノード基板は透光性を示す材料であればよい。例えば、透光性を示す材料として、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、などを用いても良い。
アノード基板上にアノード電極を形成する場合、形成方法として、適宜公知の薄膜形成方法を用いることが出来る。例えば、薄膜形成方法として、スパッタ、真空蒸着、レーザーアブレーション、イオンプレーティング、ＣＶＤ、スプレー法、ディップ法、などを用いても良い。

ゲート電極は、カソード電極上の電子放出源から電子を放出させ、この電子をアノード電極の方向へと導くための電極であり、電子を通過させるゲート電極開口部を有する。
ゲート電極は、電子を通過させる開口部を有し、導電性材料よりなる。
ゲート電極に用いる導電性材料としては、例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。

ゲート電極開口部において、ゲート電極開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、ゲート電極の開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、ゲート電極の開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。

カソードマスクは、電子放出源において電子を放出させる領域を制御し、電子放出源を保護するために形成され、電子を通過させるカソードマスク開口部を有する。
また、カソードマスクは、導電性材料よりなる。
カソードマスクに用いる導電性材料としては、例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。

カソードマスク開口部において、カソードマスク開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、カソードマスク開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、カソードマスク開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。

絶縁体は、カソードマスクとゲート電極との間に、カソードマスクとゲート電極との距離を制御するために設けられ、誘電率が高い材料を用いれば良い。
また、絶縁体は、電子を通過させる絶縁体開口部を有する。
また、電界電子放出型の照明装置では、カソードマスクとゲート電極との距離は数百マイクロメートル〜数ミリメートル程度であることから、絶縁体の厚みも数百マイクロメートル〜数ミリメートル程度（具体的には、１００μｍ以上５ｍｍ以下程度の範囲）であることが好ましい。
例えば、絶縁体として、（１）アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、などのセラミック、（２）樹脂、（３）ガラス、などを用いても良い。

絶縁体開口部において、絶縁体開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、絶縁体開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、絶縁体開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。

また、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されており、前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成していてもよい。
一体化されたゲート電極構造体とすることにより、照明装置の組み立てにおいて、カソードマスクとゲート電極との位置合わせをする必要がない。また、照明装置の組み立てにおいて、部材点数を抑制することが出来、組み立ての省力化を計れる。また、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されていることから、外部から衝撃を与えられても、カソードマスクとゲート電極の相対位置関係が歪むことがない。

また、前記ゲート電極、前記絶縁体、前記カソードマスクは互いに距離を置いて個別に配置されていても良い。

本発明の照明装置は、前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、前記絶縁体開口部の開口径Ｄ２と、の関係が、Ｄ１＞Ｄ２である。
本発明の構成によれば、電子の通過する開口部において絶縁体が張り出した構成となり、電界放出された電子がゲート電極に衝突することを抑制することが出来る。よって、ゲート電極に電界放出された電子が衝突することに起因する問題を抑制することが出来る。

また、本発明の照明装置は、前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、前記カソードマスク開口部の開口径Ｄ３と、の関係が、Ｄ１＞Ｄ３であることが好ましい。
ゲート電極開口部の開口径がカソードマスク開口部の開口径Ｄ３より大きいことにより、電子の通過する開口部においてカソードマスクが張り出した構成となり、電子放出源が存在する領域がゲート電極開口部の開口径の範囲に収まる。よって、ゲート電極に電界放出された電子が衝突することを抑制することが出来る。よって、ゲート電極に電界放出された電子が衝突することに起因する問題を抑制することが出来る。

図１に本発明の照明装置の実施の形態の一例を具体的に示す。
図１は、本発明の照明装置の一例を示す概略断面図であり、所定間隔で置かれた基板７と透光性基板１によって囲まれた内部を真空状態に維持し、この真空状態下でカソード電極６、電子放出源８、ゲート電極構造体１０、蛍光体３、アノード電極２を底面側から投光面側に向かって順に配置している。
また、ゲート電極構造体１０は、カソードマスク５、絶縁体９、ゲート電極４が積層されてなり、放出された電子が通過する開口部を有しており、ゲート電極開口部の開口径は絶縁体開口部の開口径より大きい。

本発明の照明装置は、（１）ディスプレイ用途：液晶バックライト、プロジェクタ光源、ＬＥＤディスプレイ光源、（２）シグナル用途：交通信号灯、産業／業務用回転灯・信号灯、非常灯・誘導灯、（３）センシング用途：赤外線センサ光源、産業用光センサ光源、光通信用光源、（４）医療・画像処理用途：医療用光源（眼底カメラ・スリットランプ）、医療用光源（内視鏡）、画像処理用光源、（５）光化学反応用途：硬化・乾燥／接着用光源、洗浄／表面改質用光源、水殺菌／空気殺菌用光源、（６）自動車用光源：ヘッドランプ、リアコンビネーションランプ、内装ランプ、（７）一般照明：オフィス照明、店舗照明、施設照明、舞台照明・演出照明、屋外照明、住宅照明、ディスプレイ照明（パチンコ機、自動販売機、冷凍・冷蔵ショーケース）、機器・什器組込照明、などの用途に用いられる照明装置として利用が期待される。

１…透光性基板
２…アノード電極
３…蛍光体
４…ゲート電極
５…カソードマスク
６…カソード電極
７…基板
８…電子放出源
９…絶縁体
１０…ゲート電極構造体

Claims

電界電子放出型の照明装置において、
電子放出源を有するカソード電極と、
前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、
前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、
前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体と、を備え、
前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、
前記絶縁体開口部の開口径Ｄ２と、の関係が、
Ｄ１＞Ｄ２であること
を特徴とする照明装置。
前記ゲート電極開口部の開口径Ｄ１と、
前記カソードマスク開口部の開口径Ｄ３と、の関係が、
Ｄ１＞Ｄ３であること
を特徴とする請求項１に記載の照明装置。