JP2011154906A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気密容器内に封入されているガスの発光過程で放射される励起光を蛍光体により波長変換して励起光よりも長波長の光を発光する発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device that emits light having a wavelength longer than that of excitation light by converting the wavelength of excitation light emitted in the light emission process of a gas sealed in an airtight container with a phosphor.
地球の環境問題に対する関心が高まるにつれて、発光装置として、水銀を利用せずに例えばキセノンガスなどの希ガスを透光性の気密容器内に封入した希ガス蛍光ランプのような無水銀蛍光ランプが各所で研究開発されている。 As interest in environmental problems on the earth increases, mercury-free fluorescent lamps such as rare gas fluorescent lamps that contain rare gas such as xenon gas in a light-tight airtight container without using mercury are used as light emitting devices. It is being researched and developed in various places.
しかしながら、希ガス蛍光ランプは、水銀を利用した従来の蛍光ランプに比べて、効率が低く、従来の蛍光ランプと同等の輝度を得るためには、透光性の気密容器内に配置された一対の放電用電極間により高い放電開始電圧(始動電圧)および放電維持電圧を印加しなければならないという問題があった。 However, the rare gas fluorescent lamp is less efficient than the conventional fluorescent lamp using mercury, and in order to obtain the same luminance as the conventional fluorescent lamp, a pair of rare gas fluorescent lamps arranged in a light-transmitting hermetic container is used. There is a problem in that a higher discharge starting voltage (starting voltage) and a sustaining voltage must be applied between the discharge electrodes.
これに対して、キセノンガスなどの希ガスからなるガスが封入された透光性の気密容器内に、一対の放電用電極とは別に電界放射型の電子源を配置し、一対の放電用電極間に電圧を印加する前に電子源を駆動して電子を放出させることにより、放電開始電圧を低減する技術が提案されており(例えば、特許文献1参照)、放電開始電圧を半分程度まで低減できることが知られている。なお、上記特許文献1に開示された発光装置では、気密容器の内面の適宜部位に、ガスの放電により発生した紫外光からなる励起光により励起されて発光する蛍光体からなる蛍光体層が形成されている。
On the other hand, a field emission type electron source is disposed separately from the pair of discharge electrodes in a light-transmitting hermetic container filled with a gas composed of a rare gas such as xenon gas, and the pair of discharge electrodes. There has been proposed a technique for reducing the discharge start voltage by driving the electron source to emit electrons before applying a voltage therebetween (see, for example, Patent Document 1), and reducing the discharge start voltage to about half. It is known that it can be done. In the light emitting device disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に開示された発光装置では、気密容器内にキセノンガスのイオン化エネルギ(12.13eV)以上の電子を供給する必要がある。しかしながら、キセノンガスのイオン化エネルギはキセノンガスから紫外光を発生させるのに必要な励起エネルギ(8.44eV)よりも大きいので、電子源の駆動用電極間に印加する電圧が必要以上に大きくなり、低消費電力化および単位入力電力当たりの発光効率の高効率化が制限されるとともに電子源の寿命が短くなって発光装置の寿命が短くなってしまう懸念があった。また、上記特許文献1に開示された発光装置では、放電プラズマのイオンが電子源や蛍光体層に衝突することにより電子源や蛍光体層にダメージが発生し、発光装置の寿命が短くなってしまうという懸念があった。また、希ガス蛍光ランプなどの代替として用いる発光装置においては、調色が可能なことも望まれている。
However, in the light emitting device disclosed in
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低消費電力化、高発光効率化、長寿命化を図れ、且つ、調色が可能な発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a light emitting device that can achieve low power consumption, high light emission efficiency, long life, and color matching. .
請求項1の発明は、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能なガスが封入され少なくとも一部が透光性材料により形成された気密容器と、気密容器内へガスを励起させる電子を供給する電子源と、気密容器内において電子源に対向配置されたアノード電極と、気密容器の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層と、電子源の駆動用電極間の電圧およびアノード電極と電子源との間の電圧を制御する制御装置とを備え、蛍光体層は、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有し、制御装置は、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an airtight container in which a gas capable of emitting light at a plurality of wavelengths in the vacuum ultraviolet to visible light region is enclosed and at least a part is formed of a light-transmitting material, and electrons that excite the gas into the airtight container An electron source for supplying light, an anode electrode disposed opposite to the electron source in the hermetic container, and light emitted by excitation light including light emitted in the light emission process of the excited gas disposed on the inner surface side of the hermetic container And a control device for controlling the voltage between the driving electrode of the electron source and the voltage between the anode electrode and the electron source, and the phosphor layer has a plurality of different light intensity excitation energy dependencies. The control device sets the voltage between the driving electrodes of the electron source so that the peak energy of the electron energy distribution is larger than the excitation energy of the gas and smaller than the ionization energy of the gas. And wherein the exciting the gas without discharging the gas by Gosuru.
この発明によれば、制御装置により、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させ、励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光が蛍光体層で波長変換されるので、ガスを放電させて蛍光体層を発光させる場合に比べて、電子源の駆動用電極間に印加する電圧を低減できるから、低消費電力化および高発光効率化を図れる。また、放電プラズマのイオンに起因して電子源や蛍光体層がダメージを受けることもないから、長寿命化を図れる。また、気密容器に封入されたガスが、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能であり、蛍光体層が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しているので、制御装置による電子源の駆動用電極間の電圧の制御で電子のエネルギ分布のピークエネルギを変えて、ガスから発光させる各波長の光の相対的な割合を変えることにより、調色が可能となる。 According to this invention, the control device controls the voltage between the driving electrodes of the electron source so that the peak energy of the electron energy distribution is larger than the excitation energy of the gas and smaller than the ionization energy of the gas. When the gas is excited without discharging the gas, and the excitation light consisting of the light emitted in the emission process of the excited gas is wavelength-converted in the phosphor layer, so that the phosphor layer emits light by discharging the gas As compared with the above, since the voltage applied between the driving electrodes of the electron source can be reduced, low power consumption and high luminous efficiency can be achieved. Further, since the electron source and the phosphor layer are not damaged due to the ions of the discharge plasma, the lifetime can be extended. In addition, the gas sealed in the hermetic container can emit light at a plurality of wavelengths in the vacuum ultraviolet to visible light range, and the phosphor layer has a plurality of phosphors having different light intensity excitation energy dependencies. Therefore, color control is possible by changing the relative energy ratio of light emitted from the gas by changing the peak energy of the electron energy distribution by controlling the voltage between the driving electrodes of the electron source by the control device. It becomes.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ガスは、混合ガスからなることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the gas is a mixed gas.
この発明によれば、前記ガスで発光可能な波長の設計自由度が高くなる。 According to this invention, the design freedom of the wavelength which can be light-emitted by the gas becomes high.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記混合ガスは、2種類の希ガスからなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the mixed gas comprises two kinds of rare gases.
この発明によれば、各希ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。 According to this invention, it becomes possible to emit light at a plurality of wavelengths determined by each rare gas.
請求項4の発明は、請求項2の発明において、前記混合ガスは、希ガスとハロゲンガスとからなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the mixed gas is composed of a rare gas and a halogen gas.
この発明によれば、希ガスおよびハロゲンガス、希ガスの原子のハロゲン化物それぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。 According to the present invention, it is possible to emit light at a plurality of wavelengths determined by the rare gas, the halogen gas, and the halide of the rare gas atom.
請求項5の発明は、請求項2の発明において、前記混合ガスは、希ガスと希ガスを除く不活性ガスとからなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the mixed gas includes a rare gas and an inert gas excluding the rare gas.
この発明によれば、希ガスおよび不活性ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。 According to this invention, it becomes possible to emit light at a plurality of wavelengths determined by the rare gas and the inert gas.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5の発明において、前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた弾道電子面放出型電子源からなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the invention, the electron source is interposed between a lower electrode, a surface electrode opposed to the lower electrode, and the lower electrode and the surface electrode. Ballistic electron surface emission electron source comprising a large number of semiconductor microcrystals and a strong electric field drift layer having a large number of insulating films formed on the surface of each semiconductor microcrystal and having a thickness smaller than the crystal grain size of the semiconductor microcrystal It is characterized by comprising.
この発明によれば、前記電子源としてスピント型電子源を採用する場合に比べて、電子を安定して供給することができるとともに、前記電子源の前記駆動用電極間の電圧およびアノード電極と電子源との間の電圧を低減でき、低消費電力化を図れる。 According to the present invention, electrons can be supplied more stably than when a Spindt-type electron source is employed as the electron source, and the voltage between the driving electrodes of the electron source and the anode electrode and the electron can be supplied. It is possible to reduce the voltage between the power source and the power consumption.
請求項1の発明では、低消費電力化、高発光効率化、長寿命化を図れ、且つ、調色が可能となるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, there are effects that low power consumption, high luminous efficiency, long life can be achieved, and color matching is possible.
本実施形態の発光装置は、図1に示すように、真空紫外〜可視光域の光を発光するガス(例えば、キセノンガス)が封入され透光性材料により形成された気密容器1と、気密容器1内へガスを励起させる電子を供給する電子源2と、気密容器1内において電子源2に対向配置された透明電極(例えば、ITO膜など)からなるアノード電極3と、気密容器1の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層4と、電子源2の表面電極27と下部電極25との間の電圧およびアノード電極3と電子源2の表面電極27との間の電圧を制御する制御装置5とを備えており、励起されたガスの発光過程で放射される光(例えば、真空紫外光)が蛍光体層4で可視光に波長変換され気密容器1を通して放射されることとなる。なお、本実施形態では、電子源2における表面電極27と下部電極25とが一対の駆動用電極を構成している。また、図1中の直線の矢印は電子源2から放出される電子を示し、同図中の波線の矢印は励起されたガスの発光過程で放射される光を示している。
As shown in FIG. 1, the light emitting device of the present embodiment includes an
気密容器1は、透光性材料(例えば、ガラスなど)からなる矩形板状のリヤプレート11と、リヤプレート11の一表面側に対向配置された透光性材料(例えば、ガラスなど)からなる矩形板状のフェースプレート12と、リヤプレート11とフェースプレート12との間に介在する矩形枠状のスペーサ13とで構成され、リヤプレート11の上記一表面側に電子源2が配置され、フェースプレート12における電子源2との対向面側にアノード電極3が形成され、アノード電極3における電子源2との対向面側に蛍光体層4が形成されている。なお、気密容器1の形状は特に限定するものではない。また、リヤプレート11、フェースプレート12およびスペーサ13の材料はガラスに限らず、例えば、透光性セラミックでもよい。また、本実施形態では、気密容器1全体が透光性材料により形成されているが気密容器1は必ずしも全体が透光性材料により形成されている必要はなく、少なくとも一部が透光性材料により形成されていればよい。
The
電子源2は、弾道電子面放出型電子源(Ballistic electronSurface-emitting Device:BSD)であり、下部電極25と、下部電極25に対向した表面電極27と、下部電極25と表面電極27との間に介在する強電界ドリフト層26とを備えている。ここにおいて、下部電極25は、金属膜(例えば、タングステン膜など)により構成され、表面電極27は、膜厚が10〜15nm程度の導電性薄膜(例えば、Au膜など)により構成されているが、下部電極25および表面電極27の材料は特に限定するものではなく、いずれも単層膜に限らず、多層膜でもよい。
The
また、強電界ドリフト層26は、図2に示すように、少なくとも、下部電極25の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン(半導体結晶)261と、グレイン261の表面に形成された薄いシリコン酸化膜262と、グレイン261間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶(半導体微結晶)263と、各シリコン微結晶263の表面に形成され当該シリコン微結晶263の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリコン酸化膜264とから構成されている。ここに、各グレイン261は、下部電極25の厚み方向に延びている(つまり、リヤプレート11の厚み方向に延びている)。
Further, as shown in FIG. 2, the strong electric
上述の電子源2から電子を放出させるには、表面電極27が下部電極25に対して高電位側となるように表面電極27と下部電極25との間に駆動用電源Vpsから電圧を印加すれば、下部電極25から強電界ドリフト層26へ注入された電子が強電界ドリフト層26をドリフトし表面電極27を通して放出される。
In order to emit electrons from the
ここに、上述の電子源2では、表面電極27と下部電極25との間に印加する電圧を10〜20V程度の低電圧としても電子を放出させることができる。なお、本実施形態の電子源2は、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができるという特徴を有している。
In the
上述の電子源2の基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極27と下部電極25との間に表面電極27を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極25から強電界ドリフト層26へ電子e−が注入される。一方、強電界ドリフト層26に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜264にかかるから、注入された電子e−はシリコン酸化膜264にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層26におけるグレイン261の間の領域を表面に向かって図2中の矢印の向き(図2における上向き)へドリフトし、表面電極27をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層26では下部電極25から注入された電子がシリコン微結晶263でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜264にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極27を通して放出され(弾道型電子放出現象)、強電界ドリフト層26で発生した熱がグレイン261を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。
The basic configuration of the above-described
なお、上述の強電界ドリフト層26では、シリコン酸化膜264が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜262,264がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜262,264がいずれもシリコン酸窒化膜となる。また、本実施形態では、電子源2をガラス基板からなるリヤプレート11の上記一表面側に直接形成してあるが、電子源2の下部電極25をシリコン基板と当該シリコン基板の裏面側のオーミック電極とで構成して、リヤプレート11の上記一表面側に配置するようにしてもよい。
In the above-mentioned strong electric
ところで、上述の制御装置5は、電子源2の表面電極27と下部電極25との間に電圧を印加する駆動用電源Vpsと、アノード電極3と電子源2の表面電極27との間に電圧を印加するアノード電極用電源Vaと、駆動用電源Vpsおよびアノード電極用電源Vaそれぞれを制御するマイクロコンピュータなどにより構成される制御手段5aとで構成されており、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、気密容器1内に封入されているガス(例えば、キセノンガスなど)の励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源2の表面電極27・下部電極25間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させる。
By the way, the
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、制御装置5によって駆動用電源Vpsから電子源2の表面電極27と下部電極25との間に表面電極27側を高電位とする電圧を印加させることにより、電子源2から電子が放出される一方で、制御装置5によってアノード電極用電源Vaからアノード電極3と電子源2の表面電極27との間にアノード電極3を高電位側とする電圧を印加させるので、電子源2から放出された電子は、アノード電極3と表面電極27との間の電界によって加速され、アノード電極3と表面電極27との間に存在するガスの原子(例えば、キセノン原子)に衝突する。
Here, in the light emitting device of the present embodiment, the
ここで、電子源2から放出された電子がアノード電極3と表面電極27との間の電界により得るエネルギは、アノード電極3と表面電極27との間の電界強度とガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度はアノード電極3・表面電極27間に印加される電圧とアノード電極3・表面電極27間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器1内のガスの種類やガス圧に依存するが、本実施形態では、ガス圧を5kPaに設定してあり、電子の平均自由工程が短いので、電子源2から放出された電子がアノード電極3と表面電極27との間の電界により得るエネルギは電子源2から放出される電子のエネルギ分布のピークエネルギに比べて小さく、電子源2から放出される電子のエネルギ分布がガスに衝突する電子のエネルギ分布から若干、高エネルギ側にシフトする。ここで、本実施形態では、ガスとしてキセノンガスを用いる場合、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、キセノンガスの励起エネルギよりも大きくキセノンガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源2の駆動時に当該電子源2の表面電極27と下部電極25との間に表面電極27を高電位側として印加する電圧を20Vとしてあり、電子エネルギ分布のピークエネルギを10eV程度としてある。
Here, the energy obtained by the electron emitted from the
しかして、本実施形態の発光装置では、制御装置5により、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源2の表面電極27・下部電極25間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させ、励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光が蛍光体層4で波長変換されるので、ガスを放電させて蛍光体層4を発光させる場合に比べて、電子源2の表面電極27・下部電極25間に印加する電圧を低減できて低消費電力化を図れるから、低消費電力化および高発光効率化を図れ、また、放電プラズマのイオンに起因して電子源2や蛍光体層4がダメージを受けることもないから、長寿命化を図れる。
Thus, in the light emitting device of the present embodiment, the
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、電子源2とアノード電極3との間隔をパッシェンミニマムよりも大きな1cmに設定してあり、ガスの放電が起こりにくくなっている。なお、電子源2とアノード電極3との間の間隔は1cmに限定するものではない。
Here, in the light emitting device of the present embodiment, the distance between the
また、本実施形態の発光装置では、電子源2として、上述の弾道電子面放出型電子源を採用しているので、ガス中でも安定して動作可能で、例えばキセノンガスの励起エネルギである8.44eV以上の初期エネルギを有する電子を放出することができ、電子源2としてスピント型電子源を採用した場合に比べて、電子源2から放出される電子の初期エネルギが高くなるから、電子源2の駆動電圧(表面電極27・下部電極25間の電圧)やアノード電極3と表面電極27との間に印加する電圧を低減でき、低消費電力化を図れる。
Further, in the light emitting device of the present embodiment, since the above-described ballistic electron surface emission type electron source is adopted as the
ところで、本実施形態の発光装置では、気密容器1内に封入するガスとしてキセノンガスを採用し、キセノンガスの圧力を5kPaに設定してあるが、当該ガス圧は5kPaに限定するものではない。ここで、気密容器1内に蛍光体層4を設けずに、気密容器1内のガス圧を100Pa〜50kPaの範囲で変えたものについて、アノード電極3と表面電極27との間に印加する電圧(以下、アノード電圧と称する)を100Vとして、電子源2の表面電極27と下部電極25との間に表面電極27を高電位側として20Vのパルス電圧を印加したときに発生する紫外光の発光強度を光電子増倍管により測定した結果を図3に示す。図3から、ガス圧を2kPa〜20kPaの範囲内で設定すれば、キセノンガスの放電を防止することができるとともに発光効率の向上を図れることが確認された。なお、ガス圧が100Paのもの、1kPaのものについては、放電が起こったため光電子増倍管による測定は行っていない。
By the way, in the light emitting device of this embodiment, xenon gas is adopted as the gas sealed in the
また、アノード電極3と電子源2の表面電極27との距離を1cm、ガス圧を5kPaとして、アノード電圧を変化させたときの紫外光の発光強度を光電子増倍管により測定した結果を図4に示す。ここで、アノード電圧を0〜180Vとした範囲では、放電は起こっておらず、アノード電極3と電子源2の表面電極27との間の電界強度E〔V/m〕とガス圧p〔Pa〕とを用いてE/pで規定される換算電界強度を0〜3.6〔V/mPa〕の範囲で設定することで、放電を防止できることが分かる。なお、図4から、アノード電圧を増加させることにより紫外光の発光強度が増加していることが分かるが、これは、アノード電圧の増加に伴い電子のエネルギ分布のピークエネルギが高エネルギ側へシフトし、キセノンガスが励起される確率が増加するためであると推測される。
4 shows the result of measuring the emission intensity of ultraviolet light with a photomultiplier tube when the anode voltage is changed with the distance between the
また、図5に示すように、キセノン原子をイオン化して放電させるには12.13eVのエネルギが必要であるのに対して、波長147nmの紫外光を放射させるためには8.44eVの励起エネルギでよく、エキシマ(ここでは、励起状態のキセノン分子)を生成することにより147nmよりも長波長である172nmの発光を得ることができる。なお、図5中の下向きの矢印に付した数値は発光波長を示している。 Also, as shown in FIG. 5, 12.13 eV energy is required to ionize and discharge xenon atoms, whereas 8.44 eV excitation energy is required to emit ultraviolet light having a wavelength of 147 nm. In other words, emission of 172 nm, which is longer than 147 nm, can be obtained by generating an excimer (here, an xenon molecule in an excited state). In addition, the numerical value attached | subjected to the downward arrow in FIG. 5 has shown the light emission wavelength.
ここで、本実施形態では、ガスとして希ガスの一種であるキセノンガスを採用し、気密容器1内のガスの圧力をエキシマの生成が可能な圧力である5kPaに設定してあるので、気密容器1内に電子源2から電子を供給することにより、エキシマ(励起状態の分子)を生成することが可能となり、蛍光体層4の蛍光体でのストークス損失を低減することができ、発光効率の向上を図れる。
Here, in this embodiment, xenon gas, which is a kind of rare gas, is used as the gas, and the pressure of the gas in the
また、本実施形態の発光装置における制御装置5は、電子源2から気密容器1内に周期的に電子が供給されるように、上述の駆動用電源Vpsから電子源2の表面電極27と下部電極25との間に表面電極27を高電位側として矩形波電圧を印加させるようにしている。しかして、本実施形態の発光装置では、制御装置5が電子源2を間欠的に駆動するので、電子源2を連続駆動する場合に比べて、低消費電力化を図れる。
Further, the
ここにおいて、気密容器1内に蛍光体層4を設けずに、気密容器1内のキセノンガスの圧力を5kPaとし、電子源2の表面電極27と下部電極25との間に表面電極27を高電位側として20Vのパルス電圧を印加した場合の紫外光の発光強度の経時変化を測定した結果を図6に示す(なお、図6中の「ON」は電子源2にパルス電圧が印加されている期間を示し、「OFF」は電子源2にパルス電圧が印加されていない期間を示す)。図6から、電子源2へのパルス電圧の印加停止から、20μsec程度の間、残光が得られていることが分かる。要するに、残光時間が20μsec程度であることが分かる。
Here, without providing the
そこで、制御装置5では、上述の矩形波電圧の1周期において電子源2からの電子の供給を停止させるオフ期間を、電子源2から電子を供給させるオン期間からオフ期間へ移行したときのキセノンガスの残光時間よりも短くなるように設定してある。ここで、上述の矩形波電圧の周波数およびオンデューティを変化させた場合のオフ時間(オフ期間の時間)を図7に示す。図7は、横軸が周波数、縦軸がオフ時間であり、「イ」がオンデューティを1%とした場合、「ロ」がオンデューティを10%とした場合、「ハ」がオンデューティを50%とした場合を示している。
Therefore, in the
しかして、本実施形態の発光装置では、電子源2からの電子の供給を停止させるオフ期間にも紫外光の発光が継続されるので、発効効率を向上させることができる。
Therefore, in the light emitting device of the present embodiment, since the emission of ultraviolet light is continued even during the off period in which the supply of electrons from the
また、本実施形態では、上述のように電子源2が、下部電極25と、下部電極25に対向した表面電極27と、下部電極25と表面電極27との間に介在する強電界ドリフト層26とを備えた弾道電子面放出型電子源により構成されているので、制御装置5が上述の矩形波電圧を交流電圧とすれば、電子源2の表面電極27・下部電極25間に順バイアス電圧が印加されて電子源2から気密容器1内へ電子が供給される期間と、表面電極27・下部電極25間に逆バイアス電圧が印加されて順バイアス電圧印加時に電子源2の強電界ドリフト層26中のトラップに捕獲されていた電子を強電界ドリフト層26外の下部電極25へ放出させる期間とが繰り返されるので、強電界ドリフト層26中のトラップに捕獲された電子に起因した電界の緩和を抑制することができ、電子源2の長寿命化を図れる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態の発光装置では、制御装置5が、電子源2の表面電極27・下部電極25間に印加する矩形波電圧である第1の矩形波電圧に同期する第2の矩形波電圧をアノード電極3と電子源2の表面電極27との間に印加させるようにすれば、アノード電極3と電子源2との間に一定電圧を印加する場合に比べて、低消費電力化を図れる。
In the light emitting device of the present embodiment, the
ここにおいて、制御装置5が、上記第2の矩形波電圧をアノード電極3の電位が電子源2よりも高電位であり且つ上記オン期間よりも上記オフ期間の方が低い電位となるように設定してあるようにすれば、電子源2の低消費電力化を図りつつ上記オフ期間に電子をアノード電極3に引き抜くことができる。
Here, the
ところで、本実施形態の発光装置では、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能なガスとして、キセノンガスを用いており、蛍光体層4が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しており、制御装置5は、電子源2から放射される電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源2の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させる。なお、蛍光体としては、周知の蛍光体を適宜採用すればよい。
By the way, in the light emitting device of this embodiment, xenon gas is used as a gas that can emit light at a plurality of wavelengths in the vacuum ultraviolet to visible light region, and the
しかして、本実施形態の発光装置では、気密容器に封入されたガスが、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能であり、蛍光体層4が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しているので、制御装置5による電子源2の駆動用電極間の電圧の制御で電子のエネルギ分布のピークエネルギを変えて、ガスから発光させる各波長の光の相対的な割合を変えることにより、調色が可能となる。例えば、蛍光体として、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体それぞれについて光強度の励起エネルギ依存性の異なる2種類の蛍光体を有するようにすれば、白色系での調色が可能となる。
Thus, in the light emitting device of the present embodiment, the gas sealed in the hermetic container can emit light at a plurality of wavelengths in the vacuum ultraviolet to visible light range, and the
ここにおいて、気密容器1に封入されるガスを混合ガスとすれば、気密容器1(図1参照)内に図8(a)に示すように互いに異なるガス原子(もしくはガス分子)A,Bが存在するので、ガスで発光可能な波長の設計自由度が高くなる。
Here, if the gas sealed in the
このような混合ガスとしては、例えば、2種類の希ガスの混合ガスを用いればよい。2種類の希ガスは、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスの群から適宜選択すればよい。この場合は、各希ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となり、図8(b)のように、相対的に励起準位の低いガス原子A(例えば、キセノン原子)の励起準位により決まる波長λA、相対的に励起準位の高いガス原子B(例えば、クリプトン原子)の励起準位により決まる波長λB、それぞれで発光可能となる。 As such a mixed gas, for example, a mixed gas of two kinds of rare gases may be used. The two kinds of rare gases may be appropriately selected from the group of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas. In this case, light can be emitted at a plurality of wavelengths determined by each rare gas, and is determined by the excitation level of a gas atom A (for example, xenon atom) having a relatively low excitation level as shown in FIG. 8B. wavelength lambda a, relatively excitation level of high gas atoms B (e.g., krypton atom) wavelength lambda B determined by the excitation level of the possible emission, respectively.
また、上述の混合ガスは、希ガスと希ガスを除く不活性ガス(例えば、N2ガス、COガス、CO2ガス)とで構成してもよく、この場合は、希ガスおよび不活性ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。なお、N2ガスとしては、フォーミングガス(例えば、97%のN2と3%のH2とで構成されるフォーミングガスや、95%のN2と3%のH2とで構成されるフォーミングガスなど)を用いてもよい。 Further, the above-mentioned mixed gas may be composed of a rare gas and an inert gas excluding the rare gas (for example, N 2 gas, CO gas, CO 2 gas). In this case, the rare gas and the inert gas Light can be emitted at a plurality of wavelengths determined by each. As the N 2 gas, a forming gas (for example, a forming gas composed of 97% N 2 and 3% H 2 or a forming gas composed of 95% N 2 and 3% H 2 is used. Gas, etc.) may be used.
また、上述の混合ガスは、希ガスとハロゲンガスとで構成してもよい。この場合は、希ガスおよびハロゲンガス、希ガスの原子のハロゲン化物それぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。すなわち、図8(c)のように、相対的に励起準位の低いガス原子A(例えば、キセノン原子)の励起準位により決まる波長λA、相対的に励起準位の高いガス原子B(例えば、ヨウ素原子)の励起準位により決まる波長λB、希ガスの原子のハロゲン化物(例えば、ヨウ化キセノン)の励起準位により決まる波長λAB、それぞれで発光可能となる。また、上述の混合ガスは、上述の組み合わせに限らず、例えば、ハロゲンガスどうしの組み合わせ、不活性ガス同士の組み合わせ、ハロゲンガスと不活性ガスとの組み合わせでもよく、不活性ガスは希ガスやハロゲンガスに比べて安価であるという利点がある。 Further, the above mixed gas may be composed of a rare gas and a halogen gas. In this case, it is possible to emit light at a plurality of wavelengths determined by the rare gas, the halogen gas, and the halide of the rare gas atom. That is, as shown in FIG. 8C, the wavelength λ A determined by the excitation level of the gas atom A (for example, xenon atom) having a relatively low excitation level, and the gas atom B ( For example, light can be emitted at a wavelength λ B determined by an excitation level of iodine atoms) and a wavelength λ AB determined by an excitation level of a halide of rare gas atoms (for example, xenon iodide). Further, the above mixed gas is not limited to the above combination, and may be, for example, a combination of halogen gases, a combination of inert gases, or a combination of a halogen gas and an inert gas. There is an advantage that it is cheaper than gas.
1 気密容器
2 電子源(弾道電子面放出型電子源)
3 アノード電極
4 蛍光体層
5 制御装置
25 下部電極(駆動用電極)
26 強電界ドリフト層
27 表面電極(駆動用電極)
263 シリコン微結晶(半導体微結晶)
264 シリコン酸化膜(絶縁膜)
1
3
26 Strong electric
263 Silicon microcrystal (semiconductor microcrystal)
H.264 silicon oxide film (insulating film)
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- 2010-01-27 JP JP2010015800A patent/JP2011154906A/en active Pending
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