JP2011108563A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ムラを抑えた電界放射型照明装置を提供する。
【解決手段】カソードマスクの開口部の中心とゲート電極の開口部の中心の平行方向の位置をずらすことにより、ゲート電極の開口部を通過する電子を偏向させ、電子軌道を傾けることができる。このため、アノード電極上の蛍光体において、ゲート電極の開口部以外に対応する部位であっても電子を衝突させることができ、発光ムラを抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極電子放出源を有する照明装置に関するものである。

近年、白熱電球、蛍光灯といった従来の照明装置に対し、真空中で冷陰極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（Field Emission Lamp）としての用途が見込まれている。
この種の照明装置は、カソード電極に対して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。特許文献１では、低い印加電圧下で大きい放出電流が得られる技術として、電子放出源にカソード電極にカーボンナノチューブを定着する方法が提案されている。また特許文献２では、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技術が開示されている。

特開２００１−０１５０７７「白色光源及びその製造方法」 特開２００６−３３９０１２「発光装置」

しかしながら、上記特許文献に記載された従来技術では、冷陰極電子放出源から放出された電子は、ゲート電極の開口部を通過してアノード電極に向かうため、ゲート電極の開口部以外の部分に電子の通過しない領域が存在する。このため、アノード電極上の蛍光体において、ゲート電極の開口部に対応する電子の衝突する部分と、ゲート電極の開口部以外に対応する電子の衝突しない部分との間に発光ムラが生じてしまう恐れがあった。

本発明の課題は、冷陰極電子放出源を有する照明装置の発光ムラを抑制することである。

前記目的を達成するために、本発明による照明装置は、冷陰極電子放出源を有するカソード電極と、該カソード電極との間の真空中で前記冷陰極電子放出源から放出される電子によって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、前記冷陰極電子放出源に対応する電子放出領域に、電子を通過させるための複数の開口部が形成されたゲート電極と、前記冷陰極電子放出源を覆い、前記ゲート電極の開口部と対応する複数の開口部が形成された導電性のカソードマスクと、を備え、前記ゲート電極の一部の開口部で、前記カソードマスクの開口部の中心位置に対する当該ゲート電極の開口部の中心位置をオフセットさせたことを特徴とする。

また、前記ゲート電極の複数の開口部のうち、平面視で、前記電子放出領域の中央部よりも端部側に形成された開口部ほど、前記カソードマスクの開口部の中心位置に対する当該ゲート電極の開口部の中心位置を、前記電子放出領域の端部方向にオフセットさせたことを特徴とする。

本発明による照明装置は、カソードマスクの開口部の中心位置とゲート電極の開口部の中心位置とをオフセットさせることにより、電界強度の偏りを生じさせ、電子軌道を傾けることができる。このため、アノード電極上の蛍光体において、ゲート電極の開口部以外に対応する部位であっても電子を衝突させることができ、発光ムラを抑えることができる。

本発明の発光装置の基本構成を示す断面図。 ゲート電極構造体のアノード電極側を示す平面図。 従来の発光装置の基本構成を示す断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２に示すように、本発明に供されるゲート電極１１はスペーサであるセラミック基板１２を介して、カソードマスク１３と一体構造になっている。
ゲート電極１１とカソードマスク１３は、導電性を有する金属材料であればよく、好ましくは銅、ニッケル、鉄等を主成分とする金属材料とするのがよい。またゲート電極１１とカソードマスク１３は同種の材料とした方が、ゲート電極構造体１の反りを抑制でき、より好ましい。セラミック基板１２の材料としては、アルミナや窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を主成分とするセラミック焼結体等が適用できる。

ゲート電極１１やカソードマスク１３をセラミック基板１２に貼り付けるには、例えばセラミック基板１２の表裏面に金属薄膜層を形成し、そこへ銀銅合金等のろう材を介してろう付けして構造体を得ることができる。ろう付けの前の各部材への穴あけ加工と、貼り付け時に各部材同士の穴の位置だしが必要である。
図２に示すように、ゲート電極構造体１の中央部ではゲート電極１１の開口部とカソードマスク１３の開口部の平行方向の位置は一致している。一方、ゲート電極構造体１の端部側では、ゲート電極１１の開口部の中心位置と、カソードマスク１３の開口部の中心位置とを、平行方向（面方向）にオフセット（変位）させている。すなわち、カソードマスク１３の開口部の中心位置と、ゲート電極１１の開口部の中心位置との平行方向における距離ｄを、少なくとも一部の開口部において、ｄ＞０とする。

具体的には、カソードマスク１３の開口部に対して、ゲート電極１１の開口部が端部方向に寄った構造をしている。すなわち、カソードマスク１３の開口部の中心位置に対して、ゲート電極１１の開口部の中心位置が、電子放出領域の外方に配置される。また、ゲート電極１１の開口部の中心位置に対して、カソードマスク１３の開口部の中心位置を電子放出領域の中央方向にオフセットさせてもよい。

図１に示すように、本実施の形態における発光装置は、例えば平面上の電界放出型照明ランプとして用いられる発光装置であり、所定間隔で置かれたガラス基板３１と発光装置筐体３２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３３、ゲート電極構造体１、アノード電極３４を底面側から投光面側に向かって順に配置した基本構成を有している。

カソード電極３３は、底面となる筐体３２上に形成された導電材からなり、例えば、アルミニウムやニッケル等の金属を蒸着やスパッタ法等によって堆積したり、銀ペースト材を塗布して乾燥・焼成する等して形成される。このカソード電極３３の表面には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、スピント型マイクロコーン、金属酸化物ウィスカー等のエミッタ材料が膜状に塗布され、冷陰極電子放出源３５が形成されている。

アノード電極３４は、投光面となるガラス基板３１の裏面側に配置された透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）からなり、ゲート電極１１（カソード電極３３）に対向する面に、冷陰極電子放出源３５から放出された電子によって励起発光される蛍光体３６が成膜されている。蛍光体３６は、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、フォトグラフィ法、沈殿法、電着法等により、アノード電極３４上に成膜されている。

一方、カソード電極３３とアノード電極３４との間の真空の空間内に配置されるゲート電極１１は、冷陰極電子放出源３５のパターン領域から放出された電子を通過させる開口部を有する平板状に形成されている。
冷陰極電子放出源３５は、電界を集中させ、電界放出を行うものである。カソードマスク１３は、冷陰極電子放出源３５において電子を放出させる領域を制御する。ゲート電極１１は、カソード電極３３上の冷陰極電子放出源３５から電子を放出させ、この電子をアノード電極３４の方向へと導くための電極である。アノード電極３４は、ゲート電極１１を挟んで冷陰極電子放出源３５に対向して配置される。蛍光体３６は、アノード電極３４上に設けられ、冷陰極電子放出源３５から放出された電子を受けて発光するものである。

＜実施例１＞
図１に示した本発明の照明装置において、発光面の大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍ、ゲート電極１１とアノード電極３４の距離を１００ｍｍとした。カソードマスクの開口径は１．８ｍｍ、開口径のピッチは５．０ｍｍである。ゲート電極の開口径は３．０ｍｍであり、ゲート電極中央部ではカソードマスクの開口部中心と平行方向の位置ずれを０とし、ゲート電極中央部以外では、カソードマスクに対するゲート電極の平行方向の位置ずれが、Ｘ方向およびＹ方向について、それぞれ端部に向かって最大０．６ｍｍとなるよう、ゲート電極の面内の位置に応じてずれ量を段階的に増加させて、ゲート電極開口部を配置させた。

すなわち、ゲート電極の複数の開口部のうち、平面視で、電子放出領域の中央部よりも端部に形成された開口部ほど、カソードマスクの開口部の中心位置に対するゲート電極の開口部の中心位置を、電子放出領域の端部にオフセットさせている。
カソード電極３３に０Ｖ、ゲート電極１１に１００Ｖ、アノード電極３４に５ｋＶの電圧を印加し、照明装置を駆動させた。

目視での確認より、発光ムラは観察されなかった。カソードマスクの開口部の中心とゲート電極の開口部の中心の平行方向の位置をずらすことにより、電界強度の偏りが生じ、電子軌道を傾けることができる。これにより、ゲート電極の開口部を通過する電子を偏向させ、発光ムラを抑えることができた。

＜実施例２＞
ゲート電極開口部のピッチを５．０ｍｍとし、カソードマスクの開口部中心と平行方向の位置ずれが存在しない以外は、実施例１と同様の方法にて、発光させた。
目視での確認より、ゲート電極１１の開口部に対応した発光ムラが確認された。アノード電極３４上の蛍光体において、ゲート電極１１の開口部に対応する電子の衝突する部分と、ゲート電極１１の開口部以外に対応する電子の衝突しない部分との間に発光ムラが生じた。

１ ゲート電極構造体
１１ ゲート電極
１２ セラミック基板
１３ カソードマスク
３１ ガラス基板
３２ 照明装置筐体
３３ カソード電極
３４ アノード電極
３５ 冷陰極電子放出源
３６ 蛍光体
３７ 発光部

Claims (2)

1. 冷陰極電子放出源を有するカソード電極と、
   該カソード電極との間の真空中で前記冷陰極電子放出源から放出される電子によって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、前記冷陰極電子放出源に対応する電子放出領域に、電子を通過させるための複数の開口部が形成されたゲート電極と、
   前記冷陰極電子放出源を覆い、前記ゲート電極の開口部と対応する複数の開口部が形成された導電性のカソードマスクと、を備え、
   前記ゲート電極の一部の開口部で、前記カソードマスクの開口部の中心位置に対する当該ゲート電極の開口部の中心位置をオフセットさせたことを特徴とする照明装置。
2. 前記ゲート電極の複数の開口部のうち、平面視で、前記電子放出領域の中央部よりも端部側に形成された開口部ほど、前記カソードマスクの開口部の中心位置に対する当該ゲート電極の開口部の中心位置を、前記電子放出領域の端部方向にオフセットさせたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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