JP4976787B2 - フィールドエミッションランプ - Google Patents

Description

本発明は、面状の蛍光体層付きの陽極層と、複数の電界電子エミッタ（電界放射陰極）とを対向配置したフィールドエミッションランプに関するものである。

上記フィールドエミッションランプの駆動方法としては、陽極層側に直流電源の正極性電圧を印加して電界電子エミッタ上の多数の電子放出点それぞれから電界集中により陽極層に向けて電子を放出させ、この放出した電子を陽極層上の蛍光体層に衝突させて該蛍光体層を励起発光させるようになっている(特許文献１)。

このような駆動方法においては図８のｄ１→ｄ２→ｄ３→…で示すように蛍光体層の各発光領域に対応してそれまで励起発光して明るかった白抜き丸印で示す領域は暗くなり、それまで暗かった別の黒抜き丸印で示す領域は励起発光して明るくなる。

このように従来の駆動方法では、明暗のちらつき、すなわち、上記した白抜きと黒抜きとで示す多数の明暗斑点の集合からなりその明暗斑点の集合状態が定まらず複雑ランダムに変化するような発光状態が発生していた。

また、暗い領域が存在することにより、輝度の大きさにも影響している。さらに発光に寄与しないエネルギが熱に変わりフィールドエミッションランプの温度が極めて高温になってしまい、フィールドエミッションランプを扱い難くすると共にエネルギ損失も大きい。
特開２００２−３４３２７９号公報

本発明により解決すべき課題は、蛍光体層の発光ちらつきを抑制して均一発光を可能とし、輝度を向上して発光効率をアップ可能とし、管面温度の高温化を抑制し、かつ、製作容易化を達成可能とすることである。

本発明によるフィールドエミッションランプは、内面に蛍光体層付き陽極層を備えた透明なフロントパネルと、上記フロントパネルに対向するリアパネルと、上記リアパネル上に交互に配置された電界電子エミッタと制御電極とを備え、上記電界電子エミッタに対して上記蛍光体層付き陽極層が面状に対向配置され、上記蛍光体層は上記電界電子エミッタから放出される電子線の照射を受けて励起発光し、上記制御電極に交流電圧を印加して上記電界電子エミッタから放出される電子線により上記蛍光体層を照射する位置をスキャニング制御し、上記スキャニングが上記照射位置の一方向への移動の繰り返しまたは一方向への移動とその反対方向への移動との往復移動の繰り返しであることを特徴とする。

本発明ではこの電界電子エミッタは多数の電子放出点を有しており、各電子放出点から放出される電子線により蛍光体層は複数の領域で発光することができる。この場合、電界電子エミッタの多数の電子放出点からの電子線は蛍光体層を照射する位置をスキャニングされることになる。

したがって、本発明によると、電界電子エミッタから放出された多数の電子線が照射されて発光する蛍光体層の発光箇所がスキャニングされることにより、蛍光体層の発光箇所のすべてにわたり発光ちらつきがなくなり、すなわち、従来のような明暗斑点が無くなり全体的にソフトで均一な発光状態を得ることができる。

また、本発明によると、上記暗斑点が無くなることにより、全体の輝度が向上し、発光効率をアップすることができるようになる。

さらに、本発明によると、上記チャージアップの持続が短いために電子放出に用いたエネルギをほとんど発光に寄与させることができ、その分、フィールドエミッションランプの高温化が解消し扱い易くなり、消費エネルギ損失を小さくすることができる。

上記では繰り返しの周波数が、人間が視覚で感知することが可能な周波数応答の限界を超えた高周波であることがより好ましい。人間の目のちらつきへの感知の限界は５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度であり、この周波数を超えた高周波であることが好ましい。例えば商用電源周波数の２倍である１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚが好ましい。

上記電界電子エミッタは、導線と、該導線の表面に形成された、ｎｍオーダーの微細突起を電子放出点として多数有する炭素膜を備えたものであることが好ましい。

上記の交流電圧の波形は、正弦波やパルス波形やその他の波形とすることができる。また、交流電圧の大きさは特に限定されない。

本発明によれば、蛍光体層の発光ちらつきを抑制して均一に発光させることができるとともに、全体の輝度を向上させ、発光効率を大きくアップさせることができる。

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フィールドエミッションランプを説明する。実施の形態ではフィールドエミッションランプとしてフィールドエミッションディスプレイに適用するが、これに限定されない。

図１は、実施形態のフィールドエミッションランプの側面図、図２は図１のリアパネル上の平面図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はフィールドエミッションランプの駆動電圧の各波形を示す図、図４ないし図６は同フィールドエミッションランプの駆動の説明に供する電子線のスキャニング状態を示す図、図７はフロントパネルからの発光状態を示す図、である。

まず、図１、図２を参照して、１０はフィールドエミッションランプ、このフィールドエミッションランプ１０は、発光側となる平板状でガラス板からなって透明なフロントパネル１２と、そのバック側に平行配置される平板状のリアパネル１４と、フロントパネル１２とリアパネル１４の周縁部を相互間に配設した枠状の図示略のサイドパネルとで内部が真空封止されたフラットパネルタイプである。フロントパネル１２の内面には蛍光体層１６付きの陽極層１８が形成されている。透明とは光を透過することができる意義であり、その透過率に限定されない。

蛍光体層１６は、電子の照射により励起発光する蛍光体である。蛍光体層１６は、電子の照射により励起して可視光を発光する。蛍光体層１６は、周知の蛍光体でよく、特に限定されない。蛍光体層１６は、陽極層１８にスラリー塗布法、スクリーン印刷法、電気永動法、沈降法等により塗布等により形成することができる。陽極層１８は、透明導電膜である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。

リアパネル１４の内面上には複数の電界電子エミッタ２０がワイヤ状に互いに平行に延びて互いに等間隔に並設されている。電界電子エミッタ２０は、導線の外周に炭素膜からなるｎｍオーダーの微細突起からなる多数の電子放出点を有する。この電子放出点は、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、等により構成されていて微細な突起の先端への電界集中で電子放出するものである。

ワイヤ状の各電界電子エミッタ２０の並設間には、交流電圧が印加されて当該電子放出陰極２０周囲の等電位線を制御する複数の制御電極２２がワイヤ状にかつ互いに平行に延びて配置されている。

陽極層１８と複数の電界電子エミッタ２０との間に直流電源２４が接続されている。制御電極２２は１つおきに共通に接続された第１共通制御電極２２群と、また別の１つおきに共通に接続された第２共通制御電極２２群との間に交流電源２６が接続されている。すなわち、電界電子エミッタ２０の両側の制御電極２２には極性が異なる交流電圧が印加されることになる。この交流電圧の大きさは制限されるものではなく１００Ｖ程度から数ｋＶ程度でもよいし、１００Ｖ以下でもよい。この交流電圧の大きさは調整可能とすることができる。交流電圧の波形は特に限定されないが、例えば図３（ａ）−（ｃ）で示すように正弦波（図３（ａ））、矩形波（図３（ｂ））、リップルを含む矩形波（図３（ｃ））等の波形を採用することができる。

図４以降を参照してフィールドエミッションランプ１０の駆動を説明する。図４ないし図６では説明の都合で電界放出陰極２０を挟んで図中左側の制御電極２２を符号２２１、右側の制御電極２２は符号２２２としている。図４ないし図６においては電界放出陰極２０と制御電極２２とが交互に配置され、かつ、これらに対向して蛍光体層１６が平行に配置されている。図４では電界放出陰極２０の両側の制御電極２２に電圧が印加されていない場合、図５では電界放出陰極２０の図中左側の制御電極２２１に正の電圧が、右側の制御電極２２２に負の電圧が印加され、図６では電界放出陰極２０の図中左側の制御電極２２１に負の電圧が、右側の制御電極２２２に正の電圧が印加されている場合を示している。図中のＰは電子線、Ｑは等電位線を示す。まず、図４では電界放出陰極２０の両側の制御電極２２に電圧が印加されていないので等電位線Ｑは電界放出陰極２０に対して図中ほぼ平行であるから電界放出陰極２０からの電子線Ｐは蛍光体層１６に向けてほぼ直進する。図５では電界放出陰極２０の左側の制御電極２２１に正電圧が印加され、電界放出陰極２０の右側の制御電極２２２に負電圧が印加されているので等電位線Ｑは電界放出陰極２０に対して図中、左傾斜となり、電子線Ｐは蛍光体層１６の領域１６ａを照射し、領域１６ｂを照射しない。そのため、領域１６ａは発光し、領域１６ｂは発光しない。次に、図６で示すように、制御電極２２１に負電圧、制御電極２２２に正電圧が印加されている場合、電界電子エミッタ２０周囲の等電位線Ｑは図示のように電界電子エミッタ２０の図上、右傾斜となり、電子線Ｐは蛍光体層１６の領域１６ａを照射し、領域１６ｂを照射しない。そのため、領域１６ａは発光し、領域１６ｂは発光しない。

以上の図４ないし図６が交互に繰り返されるが、この繰り返し周波数は、人間が視覚で感知することが可能な周波数応答の限界を超えた高周波、例えば５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度以上、好ましくは１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚであるために、蛍光体層１６は人間では発光ちらつきが全く無いように視覚される結果、均一発光状態となる。

このため、図７のｄ１→ｄ２→ｄ３→…で示すように、で示すようにフロントパネル１２全体が白抜き丸印の明るい領域となり、従来のように明暗に輝度変化することが無く、全体的にほぼ一様な輝度で発光することができ、発光ちらつきが解消される。また、実施形態では全体の輝度変化が少なくなりソフトで均一な発光状態に駆動することができ、照明ランプとして用いた場合に好適なフィールドエミッションランプを提供することができるようになる。

なお、実施形態のフラットパネルタイプであったが、管状タイプでもよい。

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。

図１は、実施形態のフィールドエミッションランプの側面図である。 図２は図１のリアパネル上の平面図である。 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はフィールドエミッションランプの駆動電圧の各波形を示す図である。 図４は電界放出陰極の両側の制御電極に電圧が印加されていない場合を示す図である。 図５は電界放出陰極の図中左側の制御電極に正の電圧が、右側の制御電極に負の電圧が印加されている場合を示す図である。 図６は電界放出陰極の図中左側の制御電極に負の電圧が、右側の制御電極に正の電圧が印加されている場合を示す図である。 図７はフィールドエミッションランプの発光状態を示す図である。 図８は従来のフィールドエミッションランプの説明に供する図である。

符号の説明

１０ フィールドエミッションランプ
１２ フロントパネル
１４ リアパネル
１６ 蛍光体層
１８ 陽極層
２０ 電界電子エミッタ
２２ 制御電極
２４ 直流電源
２６ 交流電源

Claims (4)

1. 内面に蛍光体層付き陽極層を備えた透明なフロントパネルと、
   上記フロントパネルに対向するリアパネルと、
   上記リアパネル上に交互に配置された電界電子エミッタと制御電極とを備え、
   上記電界電子エミッタに対して上記蛍光体層付き陽極層が面状に対向配置され、上記蛍光体層は上記電界電子エミッタから放出される電子線の照射を受けて励起発光し、
   上記制御電極に交流電圧を印加して上記電界電子エミッタから放出される電子線により上記蛍光体層を照射する位置をスキャニング制御し、
   上記スキャニングが上記照射位置の一方向への移動の繰り返しまたは一方向への移動とその反対方向への移動との往復移動の繰り返しである、ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
2. 上記繰り返しの周波数が、人間が視覚で感知することが可能な周波数応答の限界を超えた高周波である、ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッションランプ。
3. 上記高周波が５０−６０Ｈｚを超える周波数である、ことを特徴とする請求項２に記載のフィールドエミッションランプ。
4. 上記電界電子エミッタは、導線と、該導線の表面に形成された、ｎｍオーダーの微細突起を電子放出点として多数有する炭素膜を備えたものである、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィールドエミッションランプ。

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