JP4528926B2 - 電界放出型素子の駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界放出型素子の駆動装置及びその駆動方法、特に電界放出型蛍光管の駆動装置及び駆動方法に関する。

一般に冷陰極蛍光管とは、いわゆる放電蛍光管であり、一対の電極をアルゴン等の希ガス及び水銀が封入されたガラス管内に配置させた構造である。これら電極は冷陰極と呼ばれ、強電界が印加されると表面から電界放出を生じ、飛び出した高エネルギー状態の電子が管内で衝突することにより二次電子が飛躍的に発生しグロー放電が発生する。数が増大した電子は水銀と衝突する際に紫外線を放射させ、この紫外線が管内壁の蛍光体を励起させて、より長波長の蛍光をもたらす。このような放電蛍光管は、液晶表示装置のバックライトに適用されている。

一方、ＦＥＤ（Field Emission Display）で知られる蛍光パネルでは、上記放電蛍光管とは異なって加速された高エネルギー状態の電子を直接蛍光体に衝突させて発光させるものである。したがって放電を生じない分、真空雰囲気で強電界を印加されて電界放射される冷陰極は、電子を効率的に表面から放出させなければならない。そのため、冷陰極を円錐形状としたり、或いは引き出しゲート電極を設けて電界を集中しやすい構造にしたり、単位面積あたりの電子放出効率を向上するためにカーボンナノチューブを用いることが試みられてきた。蛍光パネルの冷陰極に要求される特性は、放電管の冷陰極と異なっている。

このような放電することなく、電界放出によって発光する機構を持つ蛍光管として、特許文献１の電界放出型蛍光管には、導電性の繊維体を複数本のワイヤーで支持した構成の陰極が用いられている。また特許文献１の電界放出型蛍光管では、陰極と引き出し電極として機能する変調電極との間の電圧、並びに陰極と陽極との間の電圧は、用いられている材料や陰極、変調電極の構造に依存して設定されている。すなわち、発光時に、陰極と変調電極との間の電圧並びに陰極と陽極との間の電圧が固定電位となっている。
特表２００２−５０４２６０号公報

ところで、特許文献１の陰極は、繊維体を複数のワイヤで挟みワイヤーを撚りあわせるので、ランプの長手方向に対して繊維体の先端が螺旋を描くことになる。そのため、繊維体の先端と変調電極又は陽極との距離にバラツキが生じてしまう。陰極と陽極との間の電位差が一定であれば、陽極との距離が最も近い陰極の部位から電子が最も放出されやすくなり、この間に位置する蛍光体の発光輝度は高くなるのに対して、陽極との距離が遠い陰極の部位では電子が放出されにくく、この間に位置する蛍光体の発光輝度は低くなってしまう。したがって、蛍光管の部位によって輝度のバラツキが生じてしまう。また、この輝度バラツキを補正することを目的として、陽極との距離が相対的に遠い陰極からも多量の冷電子を放出するために陰極と陽極との間にさらに高い定電圧をかけ続けると、高エネルギー状態の電子の衝突が増大し、蛍光体で放射光に変換されないエネルギーが熱エネルギーとなって蛍光体の構造に損傷を与えやすく、劣化を促進してしまう。

本発明は、以上のような現状に鑑みてなされた発明であり、輝度のばらつきの少ない安定した電界放出型素子の駆動装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る電界放出型素子の駆動装置は、電界放出型素子の陰極及び陽極の間に、印加電圧に対して一次関数的に電流が増大する線形領域と電流の増加がなだらかになる非線形領域との間の閾値電圧である非線形閾値電圧以上の電圧と、電流密度１０μＡ／ｃｍ ^２ を越える閾値電圧以上であって且つ前記非線形閾値電圧未満の電圧と、を交互に出力することを特徴とする。

尚、前記非線形閾値電圧以上の電圧は周期的に出力されてもよい。
又、前記電界放出型素子は、管内が真空雰囲気の電界放出型蛍光管であってもよい。
又、前記電界放出型素子の前記陰極は、炭素材料からなる電界放出部を有してもよい。
又、前記電界放出型素子の前記電界放出部は、基体に設けられた複数の突起部と前記突起部の表面に形成された花弁状の炭素薄片群とを有してもよい。
又、前記花弁状の炭素薄片群は、複数の層のグラフェンシートで構成されてもよい。
又、駆動パルス周期が１ｍ秒以下で駆動されてもよい。

本発明の第２の観点に係る電界放出型素子の駆動方法は、電界放出型素子の陰極及び陽極の間に、印加電圧に対して一次関数的に電流が増大する線形領域と電流の増加がなだらかになる非線形領域との間の閾値電圧である非線形閾値電圧以上の電圧と、電流密度１０μＡ／ｃｍ ^２ を越える閾値電圧以上であって且つ前記非線形閾値電圧未満の電圧と、を交互に出力することを特徴とする。

尚、駆動パルス周期が１ｍ秒以下で駆動されてもよい。
このように、常時、非線形閾値電圧以上の電圧を電界放出型素子の陰極及び陽極の間に出力しないことにより、非線形閾値電圧以上の電圧による悪影響を緩和するとともに高い電界放出特性を得ることができる。

本発明によれば、電界放出型素子特性のばらつきを抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係る電界放出型素子としての電界放出型ランプ１０の要部断面図及び電界放出型素子の駆動装置１の回路構成を示す図である。
この電界放出型ランプ１０は、棒状の陰極１１と、陰極１１との間隔を例えば０．１ｍｍ〜６ｍｍ空けて対向する陽極１２，１２と、これらを１０^−６Torr程度に真空封止する硝子管１３とを備えている。陽極１２の陰極１１との対向面には、蛍光体１４，１４が塗料されている。輝度を均一化するように、陽極１２の陰極１１との距離が等間隔であることが望ましい。硝子管１３の両端には、陰極１１に導通する陰極導通配線１５と、陽極１２に導通する陽極導通配線１６とが、形成されている。

一方、電界放出型素子の駆動装置１は、直流電源２の正極に一次巻線の一端が接続されたトランス３と、その一次巻線の他端とグランドとの間に接続された切替スイッチであるＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ４と、ＭＯＳトランジスタ４のゲートを駆動する制御回路５としてのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ａ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ｂと、切替信号出力回路６とを備えている。

トランス３の二次巻線の一端が陰極導通配線１５に接続され、トランス３の二次巻線の他端が、グランドに接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ａのソースは、直流電源２の正極に接続され、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ａのドレインが、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ４のゲートとＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ｂのドレインとに接続されている。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ｂのソースは、グランドに接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ａ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ｂのゲートに、切替信号出力回路６が接続されている。

直流電源２の負極は、グランドに接続されている。また、電界放出型素子の駆動装置１は、基準電圧Ｖｓｓを発生する機能を有し、基準電圧Ｖｓｓを陽極導通配線１６に与える構成になっている。

電界放出型ランプ１０の陰極１１は、電界放出特性に優れた炭素薄膜を備えた電界放出型電極である。陰極１１の構造を図２〜図４を用いて説明する。
図２は、陰極１１の部分拡大断面図である。
図３（ａ）は、複数の花弁状炭素薄膜集合体のコロニーのＳＥＭ写真であり、図３（ｂ）は、花弁状炭素薄膜集合体単体を示す模式図であり、図３（ｃ）は、花弁状炭素薄膜集合体を拡大したＳＥＭ写真である。
図４は、花弁状炭素薄膜集合体を示す断面図である。

電界放出型電極においては、電子が放出される電界放出部は、その先端部付近に電子を引き出す強い電界集中が生じるので、低い印加電圧で電界放出が可能になる。そのため、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）が発見されてより、ナノメートルオーダーのＣＮＴを電界放出型電極に採用する技術が多数開発されている。

しかしながら、ＣＮＴを用いる電界放出型電極の製法では、例えば、ＣＮＴを気相で成長させた場合に反応炉壁にＣＮＴを付着させると、付着したＣＮＴをかき集める際に破損する恐れがあった。また、線状の複数のＣＮＴを有機溶媒で分散させて電解質を加えた溶液に金属基板を浸漬し、電気泳動によりＣＮＴを金属基板に付着させると、ＣＮＴはナノメータレベルの直径のため、外的な応力に対する機械的強度が脆弱で、溶液中に分散させたり、電気泳動することによる液相中の流体抵抗により破損してしまう恐れがある。このようにＣＮＴを陰極となる金属基板とは別のところで生成したり、その後電気泳動を行ったり、導電体を溶解させてＣＮＴを固着させたりするので、ＣＮＴが生成されてからの工程が煩雑になり、ＣＮＴのチューブ構造が破壊されやすい要因が増えてしまうといった問題があった。

特に、電界放出型ランプは、放電管と異なって放電による二次電子なしに蛍光体を励起しなければならないので、高い電流密度を可能にするには、冷陰極における電子を放出する箇所が多い程好ましい。ところが、ランダムに生成されたＣＮＴは微細な構造のために、金属基板上に選択的に密集させ且つ比較的陽極との距離を均等化することが難しく、このため電界放出特性が不十分であった。

そこで、本実施形態の陰極１１には、ＣＮＴを用いずに、良好な電界放出特性の炭素材料を適用している。
陰極１１は、図２のように、導電性の基体２０と基体２０上の所定位置に固着された複数の粒状の突起物２１とから構成された基材２２と、粒状の突起物２１上に花弁状の炭素薄片を高密度に密集してなる花弁状炭素薄片群２３と、基体２０上に形成させた平面状炭素薄片集合膜２４と、から構成されている。

基材２２を構成する導電性の基体２０は、ニッケルやシリコン基板等の約９５０℃以上の温度に耐えうる導電性材料から構成されている。
基材２２を構成する粒状の突起物２１は、グラファイトが成長可能で且つ約９５０℃以上の温度（製造時の熱処理温度）に耐えうるダイヤモンド、モリブデン、ＳiＣ，ＳiＮ等の材料の微粒子から構成されている。突起物２１の粒径は、５μｍ〜３０μｍ程度である。また、基体２０上の突起物２１の配置密度は、例えば、１０^４個／ｃｍ^２〜１０^７個／ｃｍ^２程度である。

なお、突起物２１は、後述するように、成長した花弁状炭素薄片群２３のグラファイト結晶が、製造過程の熱膨張の差、並びに製造終了後の熱降下による収縮の差によって損壊しないように熱膨張率或いは熱膨張係数が花弁状炭素薄片群２３に近似している材料であることが好ましい。

典型的な花弁状炭素薄片集合群２３は、粒状の突起物２１の表面を核として成長し、曲面をなす花弁状の複数の炭素薄片２３ａが、突起物２１の表面に対して起立しながらも、図３（ａ）のように、互いにランダムな方向に繋がりあって構成されている。各炭素薄片２３ａは、格子間隔が０．３４ｎｍの数層〜数十層のグラフェンシートから構成され、高さ、長さがともに平均１〜５μｍで、厚さが７ｎｍ以下であり、外辺開口部における薄片同士の間隔が例えば３μｍ以下である。

１つの花弁状炭素薄片群２３は、基体２０の表面又は基体２０上に形成された平面状炭素薄片集合膜２４に対し、炭素薄片２３ａがより密集しており、突起物２１の高さに相当する５μｍ〜３０μｍの高さを有している。このため、陽極１２に対して基体２０表面よりも接近しており、突起物２１を内包する花弁状構造による電界集中がおこる。

前記構造をとることにより、各炭素薄片２３ａの形状による電界集中と、花弁状炭素薄片集合群２３の形状による電界集中の相乗効果が発生する。対して粒状の突起物２１が形成されていない基材の場合、突起物２１の表面に相当する位置に花弁状炭素薄片集合群２３が形成されず、基材の平滑な表面に平坦な平面状炭素薄片集合膜２４が形成されるだけである。突起物２１及び花弁状炭素薄片集合群２３を備えた電界放出型電極は、突起物２１及び花弁状炭素薄片集合群２３のない平面状炭素薄片集合膜２４で電子を放出する電界放出型電極に比べて凹凸に富み、容易に電子の放出が可能となり、所定値の電界放出電流に達するまでの閾値電圧を引き下げることができる。

このような構成の陰極１１においては、各炭素薄片２３ａは、基材２２と接する部分が曲線状で、垂直配向したカーボンナノチューブにおける点状接触と比較して、大面積で接触しているので、基材２２との密着強度は点状接触のＣＮＴよりも非常に高い。

ここで、上記構成を有する陰極１１の製造方法を説明する。
まず、基体３０をエタノールとアセトンで、それぞれ１０分間超音波洗浄する。続いて、粒径１０μｍ〜３０μｍの窒化ケイ素等のセラミック粒子、ダイヤモンド、炭化珪素の少なくとも何れかを含む微粒子（砥粒）１ｇを有機溶剤（エタノール）２５ｍｌに加えた懸濁液を作成し、十分に攪拌する。有機溶剤には、微粒子が有機溶剤内で均等に分散されるように、有機溶剤の比重を微粒子の比重に近似させるような添加剤を加えてもよい。

続いて、洗浄後の基体２０を、この混濁液に浸漬させ、４３ｋＨｚの超音波を１０分間印加する。
その後、基体２０を取り出し、エタノールとアセトンで、それぞれ１０分間超音波洗浄を施す。以上の工程により、基体２０の表面にダイヤモンドからなる粒状の突起物２１が固着した基材２２が形成される。
この基材２２を、ＤＣ（直流）プラズマＣＶＤ装置の処理容器内の下部電極上に載置する。

このＤＣプラズマＣＶＤ装置は、下部電極と上部電極を有する汎用的な処理装置でよい。基材２２の載置が完了すると、次に、処理容器内を1Ｐａ程度に減圧する。続いて、処理容器内に９２vol％の水素ガスと８vol％のメタン等の炭素含有ガスとを導き、５０ｃｍ離した上部電極と下部電極との間に７００Ｖの電圧を印加し、流れる電流を制御することにより、プラズマ状態及び基材２２の温度を制御する。基材２２の温度を９５０℃以上１２００℃以下に制御することが望ましい。この処理を４０〜１８０分程度継続して、突起物２１を核とした花弁状炭素薄片群２３を結晶成長させる。

処理を一定時間実行したのち、電圧の印加を停止し、続いて、処理ガスの供給を停止し、処理容器内に窒素ガスを供給して常圧に復帰した後、基材２２を取り出す。このようにすると、比較的簡易な工程により、電界放出特性に優れた電界放出型の陰極１１を製造することができる。

突起物２１を核として結晶成長された花弁状炭素薄片群２３は最も電界放出しやすい箇所であり、この部位を多くすることが高い電流密度を可能とする。高密度に密集した炭素薄片群である花弁状炭素薄片群２３は突起物２１上に選択的に形成されるので、花弁状炭素薄片群２３が基体２０上にムラなく均等且つ高密度に分布されるために、突起物２１を基材２２に均等且つ高密度に分布させることが好ましい。このため、基体２０の表面の所定の位置に、突起物２１の一部が埋没するような窪みを設けて突起物２１を含む懸濁液を基体２０上に散布して窪みに突起物２１を入り込ませ、この後、上述のように突起物２１上に花弁状炭素薄片群２３を生長させれば、所定の位置に選択的に花弁状炭素薄片群２３を形成することができる。

次に、電界放出型ランプ１０の駆動方法を、図５、図６を参照しつつ説明する。
図５は、花弁状炭素薄片群２３を有する陰極１１を備えた炭素系電界放出素子の電流電圧特性を示す特性図である。
図６は、電界放出型ランプ１０に印加する電圧を示す図である。
一般的な炭素系電界放出素子の陰極と陽極との間に電圧を印加し、その電流電圧特性を調べると、その電流電圧特性がトンネル効果に依存することから、図５のように、ファウラー・ノルドハイムの式に近似した大きな非線形を持つ。

陰極及び陽極間に印加する電圧を上昇させると、電流密度１０μＡ／ｃｍ^２を超えて急激に電流が増大し始める閾値電圧Ｖ０がある。また、陰極及び陽極間に印加する電圧を、閾値電圧Ｖ０よりも更に高くしていくと、電流がファウラー・ノルドハイムの式からずれて飽和し、印加電圧に対して一時関数的に電流が増大する線形領域と電流の増加がなだらかになる非線形領域との間の閾値電圧である非線形閾値電圧Ｖ１になる。

電界放出型ランプ１０では、各炭素薄片２３ａの高さは概ね均等なので花弁状炭素薄片集合群２３の先端と陽極１２との距離は、均等な径の突起物２１を用いることによって概ね均等になる。このため花弁状炭素薄片集合群２３の各所から比較的電界放出しやすい。しかし、微視的にみると、陰極と陽極との距離は完全に一定ではない。このような状態で閾値電圧Ｖ０を越えた定電圧を印加し続けると、電界集中に不均衡が生じ、蛍光体１４で輝度ムラが生じてしまいやすい。

また、輝度ムラを解消するために電流密度の低い部位にも十分な電流を流そうと常時、非線形閾値電圧Ｖ１以上の電圧を印加し続けると、蛍光体１４に電子の衝突による熱が蓄積され蛍光体１４の結晶構造に著しく悪影響を及ぼす恐れがある。

また、このような駆動方法では、蛍光体１４の位置的な輝度ムラに加え、時間的に輝度が変化する場合がある。輝度逓減には、種々の原因が考えられる。その一つとして、真空封止された硝子管１３内でイオン化したガス種の電界放出部への吸着及び脱離がある。

電界放出型ランプ１０は製造時に真空封止されるため、一旦硝子管１３内で生成されたガスを外に排気することができない。硝子管１３内で蛍光体１４や封止材から発生した脱ガスは、発光時の電子衝突によりイオン化され、陰極１１の電界放出部に引き寄せられる。

陰極１１及び陽極１２間に閾値電圧Ｖ０より十分高く非線形閾値電圧Ｖ１より十分低い電圧を印加する場合、陰極１１の電界放出部の温度が初期にはあまり高くならないので、蛍光体１４の劣化を抑える代わりにその電界放出部にガス種が吸着したまま脱離せずに電界放出を阻害する。その後、電界放出型ランプ１０の周囲環境の温度上昇或いは陰極における温度の緩やかな上昇により、ガス種が電界放出部から脱離して電界放出が回復し、また周囲環境の温度の低下によって吸着を繰り返すようになる。このようなイオン化したガス種の振る舞いにより、電界放出特性が経時的に変化し、ちらつきとなる。

また、他の原因として、陽極１２の表面の蛍光体に電荷がチャージアップされて、陰極１１と蛍光体１４との間の電場を歪ませ、電界放出部から放出される電子線の起動を揺らすことが考えられる。蛍光体１４は、その電気特性が絶縁性である場合が多いためキャパシタとして機能してしまい、チャージアップした蛍光体１４から電荷を放出させるためには、数秒オーダの時定数が必要であるが、陰極１１及び陽極１２間に閾値電圧Ｖ０より十分高い電圧を印加し続けると、蛍光体１４に蓄積された電荷を放出できずに、視認できる周期での輝度のちらつきが発生する。

本実施形態の駆動装置１では、陽極１２を基準電圧Ｖｓｓに固定し、切替信号出力回路６が交互に制御回路のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ａ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ５ｂをオン、オフさせ、切替スイッチのＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ４を繰り返してオン、オフさせることによって、トランス３からの出力を変位させて、図６に示す波形の出力信号Ｓを電界放出型ランプ１０の陰極１１と陽極１２との間に出力する。則ち、非線形閾値電圧Ｖ１未満の電圧と非線形閾値電圧Ｖ１以上の電圧とを、切替信号出力回路６の出力によって断続的且つ交互に繰り返して出力するパルス駆動を行う。なお、基準電位Ｖｓｓは接地電位、負電位、正電位のいずれであってもよい。

出力信号Ｓが、非線形閾値電圧Ｖ１以上の期間には次のような作用効果を奏する。
陰極１１の電界放出部の花弁状炭素薄片群２３から電子が放出され、その電子が加速されて陽極１２表面に塗布された蛍光体１４に入り、蛍光体１４が起されて発光する。このとき、放出された電子は高電圧によって十分加速されているので、比較的発光効率の低い蛍光体１４の表面のみにとどまることなく蛍光体１４の深さ方向に進入することができるため、効率的に電子の持つ運動エネルギーによって蛍光体１４を励起することができ発光効率を向上できる。

また陰極１１と陽極１２との間の距離が比較的長いために低い電圧下で輝度の低い部位があった場合でも十分高い輝度で発光するので位置的な輝度ムラを著しく改善できる。さらにこのような高電圧時には、表面積が大きい花弁状炭素薄片群２３に吸着されていたガス（特に駆動前に吸着されていたガス）が、花弁状炭素薄片群２３に形成された強電界によって吹き飛ばされ電界放出特性を損なうことがない。加えて出力信号Ｓでは高電圧時を短い周期で断続的に繰り返すことによって駆動時のガスの吸着を抑制することができる。

出力信号Ｓの電圧が非線形閾値電圧Ｖ１未満の期間には、次のような作用効果を奏する。
出力信号Ｓを非線形閾値電圧Ｖ１以上の電位から低くしているため電子の放出は低減もしくはなくなるが、駆動装置１では、この周期を人の視覚的分解能を越えるように１ｍ秒以下と短い駆動パルス周期に設定しているので、再び非線形閾値電圧Ｖ１以上にして電流密度を増大するまでの短い低電圧期間、蛍光体１４の残光でランプの輝度は継続して維持され、ちらつきを生じることはない。

そして、出力信号Ｓが常時非線形閾値電圧Ｖ１以上であるのに比べて、蛍光体１４における電子の衝突を低減もしくは消失させているので、衝突による蛍光体１４の加熱を抑えて蛍光体１４の寿命を長くすることができ、さらに印加電圧が非線形閾値電圧Ｖ１より低い期間が長い程、消費電力を抑えることができる。また蛍光体１４での電荷の経時的な蓄積を抑制でき、特に、非線形閾値電圧Ｖ１よりも低い期間の陰極１１と陽極１２との間の電圧が０ボルト若しくは負電界になるほど蓄積を阻害して、よりちらつきの少ない発光を実現できる。

以上のように、駆動装置１は、出力信号Ｓとして周期的に非線形閾値電圧Ｖ１以上の電圧と非線形閾値電圧Ｖ１未満の電圧とを繰り返して出力することによって、相互の電圧時のメリットを維持するとともに、一方の電圧時のデメリットを他方の電圧時に緩和させることができる。

さらに、本実施形態の電界放出型ランプ１０は、次のような作用効果を奏する。
（１） 陰極１１に、ナノ構造の複数の花弁状炭素薄片群２３を所定位置に選択的に設けることができ、また花弁状炭素薄片群２３の炭素薄片２３ａが密集しているために電界放出部の単位面積当たりの数が多いので、電流密度を高くすることができる。

（２） ＣＮＴではその高さが揃えにくいが、花弁状炭素薄片群２３は、高さをほぼ均等にできるので、輝度の場所的なばらつき（輝度の不均一による斑模様）を解消できる。
図７は、蛍光体の発光状態を示す説明図であり、同図（ａ）は直流電圧を印加した場合の発光状態であり、同図（ｂ）は、図７（ａ）と同程度の輝度を得るために本発明のパルス駆動を行った場合の発光状態である。

例えば２３００ｃｄ／ｍ^２の輝度を得るために、電界放出型ランプ１０を直流駆動する場合、直流７．４ボルトを印加すると、図７（ａ）のように蛍光体１４が発光し、輝度の部分的なばらつきも生じやすい。これに対し、電子の放出を停止する期間を設けることにより、同じ２３００ｃｄ／ｍ^２の輝度を得る場合でも。図７（ｂ）のように、輝度の場所によるばらつきが低減される。

図８は、輝度の時間方向のばらつき（ちらつき）を示す図であり、同図８（ａ）は、図７（ａ）と同様に直流駆動の場合を示し、同図８（ｂ）は、図７（ｂ）と同様に本発明におけるパルス駆動の場合を示す。
蛍光体１４の表面を動画像として５秒間撮影し、蛍光体１４の各位置における輝度の標準偏差σ１を求め、グレースケールで示す（標準偏差が高い方を白、低い方を黒とする）と、直流駆動の場合は、図８（ａ）のように、２５６階調での標準偏差σ１が５０となり、パルス駆動の場合には図８（ｂ）のように、標準偏差σ１が５となる。則ち、パルス駆動を行うことで、各場所での輝度のばらつきと、時間方向の輝度のばらつきの両方が低減されていることが確認された。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、電界放出型ランプ１０の形状について、用途に応じて変形が可能である。また、出力信号Ｓにおいて、非線形閾値電圧Ｖ１以上の電圧の割合は、図６に限定されるものではなく、これを変化させて輝度を調整するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る電界放出型ランプの要部断面図及び電界放出型素子の駆動装置１の回路構成を示す図である。 陰極の部分拡大断面図である。 花弁状炭素薄膜集合体を示す図である。 花弁状炭素薄膜集合体を示す断面図である 炭素系電界放出素子の電流電圧特性を示す特性図である。 電界放出型ランプに印加する電圧を示す図である。 蛍光体の発光状態を示す説明図であ。 輝度の時間方向のばらつきを示す図である。

符号の説明

１０……電界放出型ランプ、１１……陰極、１２……陽極、１３……硝子管、１４……蛍光体、２０……基体、２１……突起物、２３……花弁状炭素薄片群、Ｖ０……閾値電圧、Ｖ１……非線形閾値電圧

Claims (9)

1. 電界放出型素子の陰極及び陽極の間に、印加電圧に対して一次関数的に電流が増大する線形領域と電流の増加がなだらかになる非線形領域との間の閾値電圧である非線形閾値電圧以上の電圧と、電流密度１０μＡ／ｃｍ^２を越える閾値電圧以上であって且つ前記非線形閾値電圧未満の電圧と、を交互に出力することを特徴とする電界放出型素子の駆動装置。
2. 前記非線形閾値電圧以上の電圧は周期的に出力されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型素子の駆動装置。
3. 前記電界放出型素子は、管内が真空雰囲気の電界放出型蛍光管であることを特徴とする請求項１又２に記載の電界放出型素子の駆動装置。
4. 前記電界放出型素子の前記陰極は、炭素材料からなる電界放出部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界放出型素子の駆動装置。
5. 前記電界放出型素子の前記電界放出部は、基体に設けられた複数の突起部と前記突起部の表面に形成された花弁状の炭素薄片群とを有することを特徴とする請求項４に記載の電界放出型素子の駆動装置。
6. 前記花弁状の炭素薄片群は、複数の層のグラフェンシートで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電界放出型素子の駆動装置。
7. 駆動パルス周期が１ｍ秒以下で駆動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電界放出型素子の駆動装置。
8. 電界放出型素子の陰極及び陽極の間に、印加電圧に対して一次関数的に電流が増大する線形領域と電流の増加がなだらかになる非線形領域との間の閾値電圧である非線形閾値電圧以上の電圧と、電流密度１０μＡ／ｃｍ^２を越える閾値電圧以上であって且つ前記非線形閾値電圧未満の電圧と、を交互に出力することを特徴とする電界放出型素子の駆動方法。
9. 駆動パルス周期が１ｍ秒以下で駆動されることを特徴とする請求項８に記載の電界放出型素子の駆動方法。