JP5023392B2 - 電界放出型カソードおよび、電界放出型ランプ - Google Patents

Description

本発明は、電界放出型カソードおよび、それを用いた電界放出型ランプに関する。

近年、液晶を利用したディスプレイが多く利用されている。液晶ディスプレイはバックライトが必要であり、バックライトとして冷陰極蛍光ランプ（CCFL）が利用されている。電界放出型ランプは、この冷陰極蛍光ランプ（CCFL）にかわり、液晶ディスプレイのバックライトとして有望視されている。

また、一般照明で使用されている蛍光灯は水銀を使用しているため、環境への対応を考慮しなければいけないが、電界放出型ランプは水銀を使用しないため、よりクリーンな蛍光灯としても利用できる。

電界放出型ランプの発光方法は、以下のとおりである。カソード基板に形成されたエミッタに、強い電界を印加することによって、エミッタから電子を放出させる。そして、放出された電子を、カソード基板に離間して配置されたアノード電極上の発光体に衝突させることで、発光体を発光させる。

このような電界放出型ランプを液晶ディスプレイ用のバックライトとして使用するためには、高輝度化と省エネルギー化が必要である。

電界放出型ランプを容易に作製することや、コスト削減という観点から、ゲート電極をカソード基板側に設けたラテラルゲート方式の電界放出型ランプや電界放出型カソードなどが提案されている（特許文献１，２参照）。

上記特許文献１に開示されている電界放出型ランプは、平面形状のアノード基板と平面形状のカソード基板とを有する。図９を参照すると、平面形状のアノード基板６１には、透明電極６２が設置されており、その透明電極６２上には蛍光体６３が塗布されている。また、カソード基板には、カソード電極とゲート電極とが設置され、これらの電極は絶縁膜によって覆われている。また、カソード電極上とゲート電極上を覆っている絶縁膜にはエミッタが形成されている。
特開２００６−１５６３８８号公報 特開２００６−１５６３８９号公報

しかし、上記特許文献１や２に開示されている電界放出型カソードでは、平面形状のカソード基板を用いているため、電子の放出源であるエミッタが平坦な面に形成されている。したがって、エミッタから放出される電子の数は、エミッタの領域、つまりエミッタが形成されているカソード基板の基板面積に依存する。そのため、エミッタから放出した電子が蛍光体に衝突したときの発光輝度は、カソード基板の基板面積で制限される。つまり、平面形状のカソード基板を有する電界放出型ランプの輝度は、カソード基板の大きさによって制限されてしまう。

本発明の目的は、上記背景技術の課題に鑑み、平坦なカソード基板にエミッタが形成されているものに比べ、蛍光体により多くの電子を放出させられる電界放出型カソード、およびこれを用いた電界放出型ランプを提供することである。

本発明の電界放出型カソードは、一方の面に複数の凸条部が隣接して配置されたカソード基板からなる。各々の凸条部の側面は、凸条部の頂点から末広がりの斜面になっている。カソード基板の斜面には、カソード電極が設置されている。カソード電極には、エミッタが形成されている。さらに、カソード基板の隣接する凸条部の中間と前記凸条部の頂点とには、ゲート電極が設置されている。

また、本発明の電界放出型ランプは、上記電界放出型カソードとアノード基板とから構成される。カソード基板とアノード基板とは、対面するように離間して配置されている。アノード基板のカソード基板に対向する面には、透明電極が設置されている。また、透明電極には発光体が形成されている。

本発明によれば、平坦なカソード基板にエミッタが形成されているものに比べ、より多くの電子を放出させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（電解放出型ランプの実施例）
図１は、本実施例における電界放出型ランプの斜視図である。但し、図１では電界放出型ランプの内部構造を示すことができるように、正面側のスペーサは図示していない。また図２は、図１で示された直線A-A'によって切断した電界放出型ランプの断面図である。但し、図２では図１に示されているスペーサ３１を省略してある。

これらの図に示すように、本実施例の電界放出型ランプは、カソード基板１１と、アノード基板２１と、スペーサ３１とからなる。カソード基板１１とアノード基板２１とは、対面するように離間して配置されている。

スペーサ３１は、カソード基板１１とアノード基板２１とを離間した状態で固定するように、両基板の間に設置される。このとき、スペーサ３１を両基板の端部に沿って取り囲むように設置することで、スペーサ３１とカソード基板１１とアノード基板２１とで内部に空間を形成する。また、この空間はランプ使用状態において真空に維持される。

本実施例におけるカソード基板１１の構成を、図３を参照して説明する。図３は、本発明の一実施例において使用される電界放出型カソードのカソード基板の一部拡大断面図である。この図に示すように、カソード基板１１の一方の面には、断面視台形の複数の凸条部が隣接して配置されている。各々の凸条部の側面は凸条部の頂点から末広がりの斜面になっている。本実施例では、カソード基板１１の斜面の形状は平面である。また、この斜面の傾斜角度は任意に決めることができる。カソード基板１１の斜面には、カソード電極１３が設置されており、そのカソード電極１３上にはエミッタ１４が形成されている。さらに、カソード基板１１の隣接する凸条部の中間点と、各凸条部の頂点とには、ゲート電極１２が設置されている。

また、上記のようにカソード電極１３、エミッタ１４およびゲート電極１２が構成されたカソード基板が、本発明の電界放出型カソードに相当する。

カソード電極１３上に形成されるエミッタ１４としては、カーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンを利用することが望ましい。カーボンナノチューブやカーボンナノホーンは、仕事関数が小さく、低電圧で電子を放出することが出来るため、省エネルギー化が可能である。カーボンナノチューブなどの炭素系ナノ材料は、スクリーン印刷やＣＶＤ法などにより、カソード電極１３上に直接成長させることによって形成される。勿論、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン以外でエミッタ１４を構成してもよい。

図４は、本実施例においてエミッタが形成される領域を説明するための概念図である。図４のように、エミッタ１４が傾斜角度θだけ傾いた斜面に形成される場合、底面積がＬ１×Ｌのカソード基板１１に形成されるエミッタ１４（図４中の斜線の領域）の面積は、Ｌ１×Ｌ／ｃｏｓθとなる。これに対して、カソード基板が平面形状であり、エミッタが形成される平面に傾斜がない場合は、エミッタ領域の面積はカソード基板の底面積と等しい。

したがって、同じ大きさの底面積を持つカソード基板を用いた場合、本実施例では、エミッタ領域の面積を、カソード基板に傾斜がない場合と比較して、１／ｃｏｓθ倍の大きさにすることが出来る。図５は、同じ底面積を持つカソード基板を用いた場合のエミッタ領域の面積増加率を、傾斜角度θを変数として図示したものである。このように、エミッタが形成される面の傾斜角度θを大きくすることによって、電子の放出源であるエミッタの面積を増加することができる。

上記エミッタから電子を放出させるには、ゲート電極に電圧をかけて、エミッタに強い電界を印加すればよい。また、放出された電子をアノード基板の方へ引き寄せるために、アノード基板側の極性を正にしておく。このようにして本実施例における電界放出型カソードから電子が放出される様子を、図６を参照して説明する。図６に示すように、ゲート電極に電圧をかけることによって、エミッタが形成されている斜面近傍の等電位面４１は、カソード基板の斜面にほぼ平行な面となる。すなわち、エミッタが形成されている斜面には、ほぼ均等な電界が印加される。このように、エミッタにほぼ均等な電界を印加することによって、エミッタから均等に電子を放出させて、さらにはアノード基板へ向かう電子の流れ４２を良くすることができる。

したがって、本実施例における電界放出型カソードは、平坦な面にエミッタが形成されているものに比べ、より多くの電子をアノード基板側へ向けて放出することができる。

次に、本実施例におけるアノード基板２１の構成を、図７を参照して説明する。アノード基板２１の電界放出カソードに対向する面には、透明電極２２が設置されている。透明電極２２としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）など、導電性を有し、かつ透明である物質が利用可能である。また、透明電極２２には、蛍光体２３が塗布されている。さらに、アノード基板２１の透明電極２２を有する面とこの面とは反対側の面とが、上記カソード基板の凸条部が配置された方向に、略半円が波打った形状を有している。

アノード基板２１を上記のような波打ち形状にすることによって、平面形状のアノード基板２１と比較して、基板面積をおおよそπ／２（約１．５７）倍にすることができる。すなわち、蛍光体２３の塗布領域の面積をおおよそπ／２倍にすることができる。このようにして、蛍光体２３の塗布面積を大きくし、上記の電界放出型カソードを用いることで、電界放出型ランプの輝度を高めることができる。尚、アノード基板２１の透明電極２２を有する波打ち状の面のうちの凹曲面が、上記カソード基板の隣接する凸条部間の領域と対向配置される。

次に、本実施例におけるアノード基板について、上記構成とは別の構成について、図８を参照して説明する。アノード基板２１の電界放出カソードに対向する面には、透明電極２２が設置されている。また、透明電極５２には蛍光体５３が塗布されている。本構成におけるアノード基板５１は、透明電極５２を有する面が、上記カソード基板の凸条部が配置された方向に、略半円が波打った形状を有している。また、透明電極を有する面とは反対側の面の形状は平面である。

このように、透明電極５２を有する面とは反対側の面、すなわち蛍光を放射する面を平面にすることによって、アノード基板５１に拡散板のようなフィルムを容易に設置することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、本実施例では、カソード基板の一方の面を、断面視台形の複数の凸条部が隣接して配置された形状にしたが、凸条部の断面形状はエミッタを効率よく形成することができれば、断面視台形に限らない。また、アノード基板の透明電極を有する面の形状は、発光体を塗布する面積を大きくでき、かつ塗布した蛍光体に電子を衝突させることが出来れば、どのような形状でも利用できる。

本発明の一実施例における電界放出型ランプの斜視図。 本発明の一実施例における電界放出型ランプの断面図。 本発明の一実施例において使用される電界放出型カソードのカソード基板の一部拡大断面図。 カソード基板の斜面に形成されたエミッタ領域を説明する図。 エミッタ領域の面積増加率を説明する図。 アノード基板とカソード基板との間に生じる電界による電位と電子の流れを説明する図。 本発明の一実施例において使用されるアノード基板の断面図。 本発明の別の実施例において使用されるアノード基板の断面図。 背景技術である、平面形状のアノード基板の断面図。

符号の説明

１１ カソード基板
１２ ゲート電極
１３ カソード電極
１４ エミッタ
２１ アノード基板
２２ 透明電極
２３ 蛍光体
３１ スペーサ
４１ 等電位面
４２ 電子の流れ
５１ アノード基板
５２ 透明電極
５３ 蛍光体
６１ アノード基板
６２ 透明電極
６３ 蛍光体

Claims (6)

1. 一方の面に複数の凸条部が隣接して配置されたカソード基板であって各々の該凸条部の側面が該凸条部の頂点から末広がりの斜面になっているカソード基板と、
   前記カソード基板の前記斜面に設置されたカソード電極と、
   前記カソード電極に形成されたエミッタと、
   前記カソード基板の隣接する前記凸条部の中間と前記凸条部の頂点とに設置されたゲート電極と、
   を有する電界放出型カソード。
2. 前記カソード基板の前記斜面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型カソード。
3. 前記エミッタがカーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンであることを特徴とする請求項１または２に記載の電界放出型カソード。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電界放出型カソードと、
   該電界放出型カソードに離間して配置されたアノード基板であって該アノード基板における前記電界放出カソードに対向する面に蛍光体が塗布された透明電極を有するアノード基板と、
   を有する電界放出型ランプ。
5. 前記アノード基板の前記透明電極を有する面とこの面とは反対側の面とが、前記凸条部が配置された方向に波打った形状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ランプ。
6. 前記アノード基板の前記透明電極を有する面が、前記凸条部が配置された方向に波打った形状を有し、かつ、前記アノード基板の前記透明電極を有する面とは反対側の面が平面であることを特徴とする請求項４に記載の電界放出型ランプ。

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