JP4528966B2

JP4528966B2 - 電界放出型光源

Info

Publication number: JP4528966B2
Application number: JP2005000807A
Authority: JP
Inventors: 方紀羽場
Original assignee: Pureron Japan Co Ltd
Current assignee: Pureron Japan Co Ltd
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-01-05
Also published as: JP2006190544A

Description

本発明は、蛍光体に電子放射して励起発光する電界放出型光源に係り、特には、発光パネルの内面に蛍光体とアノードとを重ね合わせて設け、このアノードと間隔を隔てて電界放射型のカソードを配置し、蛍光体の周囲に電気伝導部材を放熱および放電のために配置してある電界放出型光源に関するものである。

この種の電界放出型光源においては、蛍光体付きの平面状のアノードと、このアノードのアノード面全体に電子を放出するカソードとを対向配置し、これらの間にカソードから電子を引き出すグリッドを介装し、グリッドを通過した電子を蛍光体に加速衝突させて該蛍光体を励起発光させるものがある（特許文献１等参照。）。蛍光体の発光においては、電子が持つ加速エネルギーから発光エネルギーを除いたエネルギーが蛍光体に付与される結果、蛍光体は発熱する。この発熱はアノードの面積が大きくなる程、増加する。

一般に、蛍光体の発光効率は、蛍光体の温度上昇に対して低下する傾向を示すものが多く、蛍光体は発熱で劣化する傾向を示す。そこで、従来からこの発熱に対する放熱を図った技術は提案されてきている（特許文献２、３，４等参照。）。しかしながら、こうした既存の放熱技術では、蛍光体全体の発熱が放熱されるまでには相当の時間がかかっており、放熱速度が遅く発熱に起因した蛍光体の寿命は早期に到来していた。また、蛍光体の放熱にはむらがあり蛍光体の各部で発光効率が異なり輝度むらの発生要因にもなっている。
特開平０５−２５１０２１号公報特開２０００−１７３５５０号公報特開２０００−２０８０７７号公報特開２００３−２３７１２６号公報

本発明は、蛍光体の発熱を従来よりも早期に放熱可能として蛍光体の早期の劣化を図って寿命向上を可能とし、かつ、蛍光体全体にわたり発光効率を均一化して輝度むらを解消し、発光特性に優れた電界放出型光源を提供することである。

本発明による電界放出型光源は、発光パネルの内面に蛍光体とアノードとを面状に重ね合わせて設け、このアノードと間隔を隔てて電界放射型のカソードを配置した電界放出型光源において、蛍光体のほぼ全体に線状電気伝導部材をストライプ状あるいはマトリクス状に配置し、蛍光体上の線状電気伝導部材の部材厚を、蛍光体中央側よりも蛍光体周縁側で厚くしたことを特徴とするものである。ストライプ状とは線状電気伝導部材を縦方向、横方向、斜め方向等の一方向に配置する形態であり、マトリクス状とは縦横方向を含む二方向に線状電気伝導部材を配置する形態である。線状とは直線状、曲線状、蛇行状等を含む。線状電気伝導部材の断面形状は限定されないが、円形、楕円形、矩形、半円形、半楕円形等のすべてを含む。アノードはメタルバック、メタルフロント形態のいずれも含む。メタルバックの場合、電子通過が可能でかつ蛍光体の発光を発光パネル側に反射することができる金属が好ましい。メタルフロントの場合、蛍光発光を通過できるＩＴＯ等の金属が好ましい。蛍光体の種類は限定されない。

上記電界放出型光源によれば、蛍光体に線状電気伝導部材がストライプ状あるいはマトリクス状に配置されているから、蛍光体のいずれの位置に存在する電子も最も近い位置に配置されている線状電気伝導部材に移動し蛍光体の周縁側の線状電気伝導部材へと移動することになる結果、蛍光体の発光に伴う該蛍光体の発熱は、蛍光体外部に速やかに放熱させることが可能となり、蛍光体の発熱に伴う発光効率の低下、劣化を抑制し、その寿命を向上することができる。また、蛍光体全体から発熱が早期に放熱される結果、蛍光体全体の発光効率の均一化が可能となり発光むらを抑制することができる。

なお、上記電界放出型光源によれば、放熱だけではなく、蛍光体にチャージしている電荷を外部へと逃がす（放電）ことができ、これによって蛍光体に電子線を侵入させることができ、発光効率が向上する。

また、本発明の電界放出型光源では、線状電気伝導部材は蛍光体の周縁に近い程、部材厚を厚くしているから、電子の通過がスムーズに行われ、蛍光体全体を通しての放熱状態を良好にすることができる。

線状電気伝導部材の素材は電子移動速度の点から低抵抗である鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム合金、窒化アルミニウム等の金属が好ましい。線状電気伝導部材は、アルミニウム含浸カーボン、グラファイトとアモルファスカーボンとの複合炭素材、膨張黒鉛、グラファイト焼結体、等の電気伝導部材を用いることができる。線状電気伝導部材は材質が繊維状のものとすることができる。繊維状の電気伝導部材では短繊維でも長繊維でも用いることができるが、均一に放熱体に熱を伝達しやすいという点から、短繊維よりも長繊維が好ましく用いられる。電気伝導部材は、シート状でもよい、不織布、織物、編物等の形態でシートとなしても良い。

線状電気伝導部材の線幅は不可視な線幅例えば１００μｍ以下が好ましい。線状電気伝導部材の配置間隔は、特に限定されず、例えば、印刷することができる配置間隔が好ましいが、半導体製造技術でフォトリソグラフィ技術で印刷形成する場合において、その印刷精度が許容する限り適宜にその配置間隔を選択することができる。線状電気伝導部材はメタルバックの場合では蛍光体の前面が好ましいが、蛍光体内部でもよい。メタルフロントの場合では蛍光体の背面が好ましいが蛍光体内部でもよい。電界放出型光源は、液晶表示装置用バックライト、照明ランプ、その他の用途に適用することができる。

本発明によれば、蛍光体の発熱を従来よりも早期に放熱可能として蛍光体の早期の劣化を防止することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放出型光源（本光源と称する）を説明する。図１は、本光源の断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は前面パネル、アノード、蛍光体を分離して示す斜視図、図４は蛍光体の背面図である。これらの図において、本光源は内部が所定の真空圧とされた真空容器１０を有する。この真空容器１０の形状はバックライトを始めとして光源の用途に応じて様々な形態をとることができる。実施の形態では説明の都合で比較的フラットな箱形としている。真空容器１０は前面パネル１０ａ、背面パネル１０ｂ、スペーサパネル１０ｃからなり、前面パネル１０ａは石英やサファイヤ等のガラス基板からなり光源光を外部に照射することができるようになっている。前面パネル１０ａの内面には平面形状のアノード１２がＩＴＯ（酸化インジウム・錫）やアルミニウム等の金属をスパッタリングやＥＢ蒸着等により薄膜状にして形成されている。アノード１２の部材厚は用いる金属材料の抵抗率等により適宜に設定される。アノードの材料は、蛍光発光を直接見るタイプ（直視タイプ）ではＩＴＯ、アルミニウムのいずれでもよいが、アノードを介して蛍光発光を見る透過タイプではＩＴＯを用いることが好ましい。直視タイプでは、特に材料の限定はないが、例えば、上記酸化インジウム・錫の他に酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、カルコゲン化亜鉛、窒化ガリウム、窒化インジウム、ＣｄＴｅなどの無機材料を挙げることができる。ただし、電子速度が高速の場合はアルミニウムを電子が透過できるので、透過タイプでもＩＴＯ、アルミニウムのいずれでもよい。アノードの電気抵抗率は、１０⁴オームｃｍ以下であればよく、極端に低抵抗である必要はない。

蛍光体１４は、アノード１２にスラリー塗布法、電気永動法、沈降法等により塗布することにより平面形状に形成されている。蛍光体１４の材料は公知の材料（蛍光材料）を用いることができる。蛍光体１４の厚さは、蛍光材料の粒径の１〜５倍程度に設定される。蛍光体１４は電子線励起により高効率で発光することができることが好ましい。蛍光材料は、導電性材料と反応しにくい材料が好ましい。例えば、希土類酸化物蛍光材料がある。蛍光体１４を構成する蛍光粒子の平均粒径は、蛍光面に凹凸が少なく発光むらが生じにくく、発光効率の向上に貢献することができる値が好ましい。

カソード１６は、アノード１２と間隔を隔てて一方向にワイヤ状に延びて配置される。カソード１６は、アノード電圧１０〜１５ｋＶ程度の印加によりアノード１２との間で発生する電界によりアノード１２の平面領域全体をカバーするよう電子を放出する電界放射型のカソードである。カソード１６は、導線１６ａと、この導線１６ａの表面に形成された多数のナノチューブ状あるいはナノウォール状の微細突起を有する炭素薄膜１６ｂとにより形成されている。この場合、炭素化合物も実施することができる。カソード１６は、１つまたは複数の導線をアノード１２やグリッド１８の平面領域全体をカバーするよう蛇行屈曲させた構成でもよいし、複数の導線を拠り合わせてアノード１２やグリッド１８の平面領域全体をカバーする構成でもよい。導線１６ａはニッケルやその合金等がある。炭素薄膜１６ｂは、ナノチューブ状やナノウォール状の微細突起を有する。ナノウォール状の炭素薄膜は、プラズマＣＶＤ法により、例えば、電子サイクロトロン共鳴法（ＥＣＲ−ＰＣＶＤ法）により形成することができる。

カソード１６は、導線１６ａの表面が電界集中をより発生しやすくする表面粗さに積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸１６ｃは炭素薄膜１６ｂだけの微細突部にさらに全体の凹凸１６ｄを形成しており微細突部での電界集中を助長する電界集中補助部として作用する。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。

グリッド１８は、カソード１６の周囲に介装された管形状をなし、カソード１６に対して正の電圧が印加されてカソード１６から電子を引き出すものであり、電子が通過する電子通過孔を多数備えている。グリッド１８の材料は公知の金属であり、その金属から適宜に設定することができる。グリッド１８は、必ずしも、必須のものではない。

以上の構成を備えた本光源においては、蛍光体１４の背面全体にマトリクス状に線状電気伝導部材２０が配置されている。すべての線状電気伝導部材２０は相互に接続されている。線状電気伝導部材２２は例えばアルミニウムで構成されている。例えば、図５で示すように、蛍光体１４の発熱箇所Ｇ１における電子は実線Ｌ１で示す経路を最短経路として周縁側に移動し、発熱箇所Ｇ２における電子は、実線Ｌ２で示す経路を最短経路として周縁側に移動する。このように蛍光体１４のいずれの位置の電子も、マトリクス配置した線状電気伝導部材２２で構成される放熱経路のうち、最短の放熱経路を移動することができる。線状電気伝導部材２２の線径は１００μｍ以下が不可視的となって好ましい。線状電気伝導部材２２の配置間隔は印刷することができる程度であればよい。線状電気伝導部材２２の配置間隔は、半導体製造工程のフォトリソグラフィ技術を用いる場合、さらに狭めることができる。

以上から実施の形態の電界放出型光源では、蛍光体１４の発光に伴う発熱は、線状電気伝導部材２０を介して最短の経路で放熱されるので、蛍光体１４の発熱に伴う発光効率の低下や劣化等を防止することができるようになり、蛍光体１４の寿命向上、ひいては電界放出型光源の発光むらの解消にも貢献することができる。

線状電気伝導部材２０は、図６で示すように、蛍光体１４の背面中央を含む周縁から最も遠い位置である最遠領域Ｚ１内の線状電気伝導部材２０₁を最も薄い部材厚、その次に遠い位置である第１中間領域内Ｚ２の線状電気伝導部材２０₂の部材厚を厚く、周縁に近づいた第２中間領域Ｚ３内の線状電気伝導部材２０₃の部材厚をさらに厚く、周縁に最も近い領域Ｚ４内の線状電気伝導部材２０₄の部材厚を最も厚くしている。蛍光体１４の電子は周縁に近い程その周囲から集まって量的に増大しているが、部材厚が漸次的に厚くなっているので、電子は線状電気伝導部材２０をスムーズに移動することができる。したがって、蛍光体１４全体の放熱はスムーズに行われる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

本発明の実施の形態に係る電界放出型光源の断面図である。図１のＡ−Ａ線の断面図である。図１の前面パネル、アノード、蛍光体を分離して示す斜視図である。線状電気伝導部材の配置を示す蛍光体の背面図である。線状電気伝導部材に対する電子の移動経路を説明するための蛍光体の要部背面図である。線状電気伝導部材の他の構造例を示す蛍光体の背面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

符号の説明

１２アノード
１４蛍光体
１６カソード
１８グリッド
２０線状電気伝導部材

Claims

発光パネルの内面に蛍光体とアノードとを面状に重ね合わせて設け、このアノードと間隔を隔てて電界放射型のカソードを配置した電界放出型光源において、蛍光体のほぼ全体に線状電気伝導部材をストライプ状あるいはマトリクス状に配置し、蛍光体上の線状電気伝導部材の部材厚を、蛍光体中央側よりも蛍光体周縁側で厚くした、ことを特徴とする電界放出型光源。
線状電気伝導部材の線幅を１００μｍ以下とした、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型光源。