JP4327385B2 - 光源管の電極構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源管に関し、特に光源管における電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源管は、真空外囲器内に、アノード、カソード、グリッドメッシュを備えた三極構造を有し、カソードから放出された電子を、例えばアノードに付着した蛍光体に衝突させることにより発光を得るものである。
図４は、光源管の電極構造を模式的に表す図である。同図において、グリッドメッシュ７は、図示しない真空外囲器内に略平行に対向配置されたカソード２とアノード３から離間してカソード２に略平行に配置される。ここでカソード２は、鉄を含む金属基板上にカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ等の電子放出材料を被着させたものである。
【０００３】
この電極構造においてグリッドメッシュ７は、複数の開口部７−１を有するメッシュ状に形成され、カソード２から電子を引き出す電子引き出し電極（制御電極）として作用する。すなわち、電子放出源であるカソード２に対しグリッドメッシュ７が正電位となるように電圧を印加すると、電界の作用によってカソード２から電子が放出される。カソード２から引き出された電子のうち電界によって加速されたグリッドメッシュ７の開口部７−１を通過したものは、グリッドメッシュ５により正電位となるように電圧を印加されたアノード３によりさらに加速され、この光源管が蛍光表示管の場合はアノード３上に付着した蛍光体（図示せず）に衝突する。この結果、蛍光面を構成する蛍光体が電子衝撃により励起され、その蛍光体に応じた色で蛍光面が発光する。しかしながら、カソード２から引き出された電子の一部は、グリッドメッシュ７の開口部７−１を通過してアノード電極３に流入するもの（アノード電流）の他に、グリッドメッシュ７に流入するものがある（グリッド電流）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
グリッドメッシュ７にグリッド電流が流れることにより、そこで電力が消費され、グリッドメッシュ７は発熱し、膨張する。膨張の度合いはグリッド電流に比例し、十分な輝度を得るためカソード−グリッドメッシュ間に高い電圧をかけるとそれに伴ってグリッド電流も多くなる結果、膨張が大きくなり、ついにはグリッドメッシュ７は変形してしまう。このとき、図４（ｂ）に示すようにグリッドメッシュ７がカソード２の方向に、つまりグリッドメッシュ７とカソード２との間隔が狭くなるように変形する場合は、カソード２近傍の電界強度が高まってより多くの電子が放出される結果、さらにグリッド電流が増えるために変形が増大し、最終的にはグリッドメッシュ７がカソード２と接触して、カソード２が破壊されるに至る場合がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、変形してもカソードに接触しないグリッドメッシュを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本願の第１発明（請求項１に係る発明）は、アノードと、このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放出材料が被着したカソードと、アノードとカソードとから離間してカソードに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから構成される光源管の電極構造において、グリッドメッシュは、アノードの方向に突出した直線的なリッジ部を有することを特徴とする。
この発明によれば、熱膨張によりグリッドメッシュが変形したとしても、グリッドメッシュがアノードの方向に変形するため、カソードとの接触を防ぐことができる。
また、グリッドメッシュがアノードの方向に変形することによって、カソード近傍の電界が弱まり、電子の放出量が低下する。その結果、グリッド電流も低下し、膨張の原因となる発熱を減らすという負帰還が作用する。
【０００７】
本願の第２発明（請求項２に係る発明）は、グリッドメッシュのリッジ部の根元付近がグリッドメッシュの支持部材に固定されていることを特徴とする。
この発明によれば、熱膨張によりグリッドメッシュが変形したとしても、リッジ部は根元付近を支持部材に固定されているのでほとんど変形せず、またリッジ部以外の部分は、リッジ部に略直角な方向に沿って外向きに膨張するため、カソードとの接触を防ぐことができる。
【０００８】
本願の第３発明（請求項３に係る発明）は、アノードと、このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放出材料が被着したカソードと、アノードとカソードとから離間してカソードに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから構成される光源管の電極構造において、グリッドメッシュは、その一部に開口部のないベタパターン部を有することを特徴とする。
この発明によっても、グリッドメッシュがアノードの方向に変形するため、カソードとの接触を防ぐことができる。
また、本願の第１発明と同様に、負帰還が作用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１（ａ）は本発明の一実施の形態に係る電極構造を備えた光源管の断面図、図１（ｂ）はグリッドメッシュの構造示す平面図および側面図、図１（ｃ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。同図において、図３と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００１０】
本実施の形態では、ガラス等の透明材からなる真空外囲器４の中にカソード２とアノード３が対向して略平行に配置されている。カソード２は、ガラスまたはセラミック等の絶縁体からなる基板８上に載置され、グリッドメッシュ１は、基板８上に載置された支持部材５によって支持されて、カソード２から所定の距離だけ離間して配設される。その結果、このカソード２とアノード３の間にグリッドメッシュ１が、カソード２とアノード３のそれぞれに対して略平行に配設される。支持部材５は、基板８上にカソード２をはさんで互いに略並行に垂設された導体部材である。支持部材５は、フリットガラス等で基板８に固定されている。そして、グリッドメッシュ１，カソード２およびアノード３のそれぞれには、真空外囲器４の外に引き出された電線によって電圧が印加される。
【００１１】
本実施の形態では、グリッドメッシュ１はメッシュ部１−１を有し、メッシュ部１−１は開口部１−２と線１−３から構成される。そしてグリッドメッシュ１にはプレス加工等によりアノードの方向に突出したリッジ部１−４が設けられている。メッシュ部１−１の周囲にはフレーム部１−５が形成されている。
なお、フレーム部１−５を構成する金属板の一部を折り曲げることにより、上述した支持部材５を形成してもよい。
また、カソード２は、鉄を含む金属基板上にカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ等電子放出材料が付着したものである。また、アノード３には蛍光材料が付着させられている。
【００１２】
このような構造において、カソード２に対してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超えると、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グリッド電流により熱膨張するが、この時グリッドメッシュ１には上述したリッジ部１−４が設けられているので、グリッドメッシュ１は必ずアノード３の方向へ変形する。このためグリッドメッシュ１は、カソード２に接触しない。
【００１３】
これにより、光源管の不良率が低減するとともに突発的なカソードの破壊がなくなることによる長寿命化が可能となる。
また、グリッドメッシュ１がカソード２に接触しないので、グリッドメッシュ１とカソード２の距離を従来以上に短くすることができ、これによってグリッドメッシュ−カソード間の電圧を下げ、省エネルギー化を実現することができる。
【００１４】
前述したようにグリッドメッシュ１がアノード３の方向に変形すると、グリッドメッシュ１とカソード２の距離が長くなるため、カソード２近傍の電界強度が低下して、カソード２からの電子の放出量が減る。すると、グリッド電流も減少するため、グリッドメッシュ１は相対的に冷えて収縮し、グリッドメッシュ１の張力により電圧を印加する前の元の場所に戻ろうとする。グリッドメッシュ１とカソード２の距離がまた短くなると、再びカソード２からの電子放出量、ひいては、グリッド電流が増大し、グリッドメッシュ１は膨張してカソード２から遠ざかる方向に変形する。図１（ｃ）に矢印で示すように、グリッドメッシュ１の加熱および冷却による変形により、グリッド電流に対する負帰還が起こる。このため、グリッド電流の安定化が特別な回路およびグリッド材料を用いることなく実現できる。これにより回路の簡素化および低価格化を図ることができる。
さらに、グリッドメッシュの変形が電流制限回路と同じ働きをするので、局所的な電界集中で生じるカソードのエミッターの破壊が減り、カソードの寿命が向上する。
【００１５】
本発明ではグリッドメッシュ１を変形させることを念頭に置いて発明されたため、グリッドメッシュ１が変形しやすいようにグリッドメッシュ１の板厚を薄くすることができる。これにより電流分配率が向上し、無駄な電流が減少するため高効率化が期待できる。
【００１６】
なお、リッジ部１−４の形状は本実施の形態で示した形状に限定されず、対向する折曲部１−４ａが均等の角度を有しているなら例えばリッジ部１−４の頂上が鋭角や円弧状等に適宜変形、変更することは自由である。
また、グリッドメッシュ１に設けるリッジ部１−４の数も１本に限定されず、適宜自由に変更することができる。
さらに、本実施の形態においてグリッドメッシュ１は、平面視矩形状を有しているが、グリッドメッシュ１の形状はこれに限定されず、例えば楕円形状や円形状など必要に応じて適宜変形、変更することは自由である。
【００１７】
［実施の形態２］
図２（ａ）は本発明の一実施の形態に係る光源管のグリッドメッシュの平面図、（ｂ）はグリッドメッシュと支持部材の位置関係を示す模式図、（ｃ）はグリッドメッシュと支持部材を固定した模式図、（ｄ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に図１（ａ）に示す光源管の電極構造である。図２において、図１および図４と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００１８】
本実施の形態においてグリッドメッシュ１は、楕円形状を有している。
また、支持部材５−１は、フレーム部１−５の形状に対応した端部５−２を備えた断面が楕円状の筒形状を有している。
【００１９】
本実施の形態においてグリッドメッシュ１は、フレーム部１−５と支持部材５−１の端部５−２を接触させて、レーザ溶接により支持部材５−１に固定される。レーザ溶接は、リッジ部１−４の根元付近のフレーム部１−５に、符号６で示す場所に行われる。
【００２０】
このような構造において、カソード２に対してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超えると、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グリッド電流により熱膨張するが、この時グリッドメッシュ１は溶接部６によりリッジ部の根元付近を支持部材５−１により固定されているので、リッジ部１−４はほとんど変形しないが、変形したとしてもリッジ部１−４の突出する方向、すなわちアノード３の方向に変形する。また、グリッドメッシュ１のリッジ部１−４以外の場所は、グリッドメッシュ１に水平な方向に膨張する。このためグリッドメッシュ１は、カソード２に接触しないだけでなく、アノード３の方向への変形も抑制できる。
【００２１】
これにより、光源管の不良率が低減するとともに突発的なカソード破壊がなくなることによる長寿命化が実現する。
そして、グリッドメッシュ１がカソード２に接触しないため、グリッドメッシュ１とカソード２の距離を従来以上に短くでき、グリッドメッシュ−カソード間の電圧を下げられるので、省エネルギー化が可能になる。
また、本発明では、グリッドメッシュ１を変形させることを念頭に置いて発明されたため、グリッドメッシュ１が変形しやすいようにグリッドメッシュ１の板厚を薄くすることができ、これは電流分配率の向上を引き起こすので、無駄な電流が減少するために高効率化が期待できる。
さらに、本発明では、グリッドメッシュ１の上下方向への変形が抑制できるため、カソード２全域に均一な電界を加えることができる。これにより光源管の長寿命化および輝度分布の均一化が実現できる。
【００２２】
なお、支持部材５−１の形状は本実施の形態で示した形状に限定されず、例えば円筒形状や断面が矩形の筒形状等、必要に応じて適宜自由に変形、変更することができる。グリッドメッシュ１のメッシュ部１−１およびフレーム部１−５の形状も同様に必要に応じて自由に変形、変更することができる。
【００２３】
また、本実施の形態においてグリッドメッシュ１と支持部材５−１を固定するのにレーザ溶接を用いたが、溶接方法および固定方法はこれに限定されず必要に応じて自由に変更することが可能である。
さらに本実施の形態では、リッジ部１−４の根元付近４ヶ所を溶接するとしたが（図２（ｃ）参照）、例えばリッジ部１−４の１端側の２ヶ所若しくは１ヶ所、またはリッジ部１−４の両端において１ヶ所ずつを溶接してもよい。
【００２４】
［実施の形態３］
図３（ａ）は本発明の一実施の形態に係る光源管のグリッドメッシュの平面図、（ｂ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に図１（ａ）に示す光源管の電極構造である。図３において、図１、図２および図４と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００２５】
本実施の形態では、グリッドメッシュ１のメッシュ部１−１に、十字形状を有するベタパターン部１−６が設けられている。このベタパターン部１−６は、本来は開口部１−２になるべきところをあえて開口部１−２を設けず、電子がグリッドメッシュを通過できないようにしたものである。そのためにベタパターン部１−６は、カソード２から引き出された電子が大量に衝突するのでグリッドメッシュ１の中で熱膨張により最も変形しやすい部分となる。
このようなグリッドメッシュ１は、例えば金属板にエッチングにより開口部１−２を形成する際にベタパターン部１−６に相当する部分をマスクすることにより得ることができる。
【００２６】
このような構造において、カソード２に対してグリッドメッシュ１が正電位となるように電圧を印加し、カソード２近傍の電界強度が所定の値を超えると、カソード２の電子放出材料から電子が放出される。放出された電子はグリッドメッシュ１−カソード２間の電界により加速され、一部はグリッドメッシュ１に衝突してグリッド電流となり、残りはメッシュ部１−１を通過してアノード３に向かう。グリッドメッシュ１は、グリッド電流により熱膨張するが、このときグリッドメッシュ１は、上述したベタパターン部１−６を中心としてグリッドメッシュ１全体が変形する。それで、グリッドメッシュ１をアノード３の方向へテンションをかけて光源管内に配設しておくと、グリッドメッシュ１はベタパターン部１−６を中心としてアノード３の方向へ全体が変形する。このためグリッドメッシュ１は、カソード２に接触しない。
【００２７】
本実施の形態においても、図３（ｂ）において矢印で示すグリッド電流に対する負帰還によるグリッド電流の安定化や光源管の長寿命化、省エネルギー化、簡素化および低価格化、高効率化等の第１の実施の形態で得られたのと同様の効果を得ることができる。
【００２８】
なお、ベタパターン部１−６の形状は十字型に限定されず、例えば直線状など適宜変形、変更等は自由である。
【００２９】
実施の形態１、２および３において、本発明の電極構造を図１（ａ）で示すような光源管の構成要素として説明したが、本発明を構成要素とする装置は光源管であればその種類は限定されず、蛍光表示管やＦＥＤ等種々の光源管の電極構造に用いることができる。
また、実施の形態２において用いられている支持部材５−１は、実施の形態１および３においても用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、グリッドメッシュにリッジ部を設けることにより、光源管にカソードに対してグリッドメッシュが正電位となる電圧を印加したときに熱膨張したグリッドメッシュがアノードの方向に変形するので、グリッドメッシュがカソードと接触することを防止することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、グリッドメッシュにおけるリッジ部の根元付近のフレーム部を溶接することによって支持部材に固定したことにより、グリッドメッシュがカソードを接触することを防止することができる。
【００３２】
さらに、本発明によれば、グリッドメッシュのメッシュ部にベタパターン部を設けてもグリッドメッシュがカソードと接触することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る電極構造を備えた光源管の断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態（実施の形態１）を示す光源管のグリッドメッシュの平面図および側面図、（ｃ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。
【図２】 （ａ）は本発明の一実施の形態（実施の形態２）を示す光源管のグリッドメッシュの平面図、（ｂ）はグリッドメッシュと支持部材の位置関係を示す模式図、（ｃ）はグリッドメッシュと支持部材を固定した模式図、（ｄ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。
【図３】 （ａ）は本発明の一実施の形態（実施の形態３）を示す光源管のグリッドの平面図、（ｂ）は光源管の電極構造の動作を示す概略図である。
【図４】 従来の光源管の電極構造の模式図である。
【符号の説明】
１…グリッドメッシュ、１−１…メッシュ部、１−２…開口部、１−３…線、１−４…リッジ部、１−４ａ…折曲部、１−５…フレーム部、１−６…ベタパターン部、２…カソード、３…アノード、４…真空外囲器、５…支持部材、５−１…支持部材、５−２…端部、６…溶接部、７…グリッドメッシュ、７−１…開口部、８…基板。

Claims (3)

1. アノードと、
   このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放出材料が被着したカソードと、
   前記アノードと前記カソードとから離間して前記カソードに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから構成される光源管の電極構造において、
   前記グリッドメッシュは、当該グリッドメッシュの中央部に設けられ、アノードの方向に突出した直線的なリッジ部を有することを特徴とする光源管の電極構造。
2. 請求項１記載の光源管の電極構造において、
   さらに前記グリッドメッシュを支持する支持部材を備え、
   前記グリッドメッシュは、前記リッジ部の根元付近において前記支持部材に固定されていることを特徴とする光源管の電極構造。
3. アノードと、
   このアノードに対向して略平行に配置され表面に電子放出材料が被着したカソードと、
   前記アノードと前記カソードとから離間して前記カソードに対して略平行に配置されたグリッドメッシュとから構成される光源管の電極構造において、
   前記グリッドメッシュは、前記アノードの方向にテンションをかけて配設され、少なくとも中央部を含むその一部に開口部のないベタパターン部を有することを特徴とする光源管の電極構造。

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