JP5032079B2 - フィールドエミッションランプ - Google Patents

Description

本発明は、ランプ管内面に蛍光体層付きの陽極層が形成され、ランプ管内に上記陽極層と対向して電界放射陰極を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は、陽極層側に直流電源の正極性電圧を印加して電界放射陰極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面上の電子線励起型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９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。

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。

そこで、このようなチャージアップを防止するために蛍光体層の内面に例えば、アルミニウム蒸着によりアルミニウムの薄膜シートを設け、この薄膜シートでチャージアップを防止することが考えられるが、薄膜シートのシート抵抗によりチャージアップを緩和させるのに時間を要しており、その間は蛍光体層の各領域に向けて電子放出して発光させることができないので発光のちらつきを十分に抑制することができない。特に、フィールドエミッションランプの管径が数ｍｍ程度の極細管になってくると、このようなアルミニウム蒸着は困難でありフィールドエミッションランプを製作し難くする。

また、フィールドエミッションランプの管径がさらに１ｍｍ程度前後の極細管の内部をガラス管内面に非接触状態でその内部に長手方向に電界放射陰極を線状に空中架設している場合、線状の電界放射陰極がクーロン力で陽極層側に引き寄せられて接触してしまう。
特開２０００−０９０８５２号公報

本発明により解決すべき課題は、電界放射陰極が備える複数の電子放出点に対して面状に対向する蛍光体層が、上記複数の電子放出点から異なる複数箇所に電子線照射を受けて当該複数箇所それぞれで励起発光する発光形態において、蛍光体層全体の発光ちらつきを抑制して面状均一に発光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、真空封止されて長手方向に延びその内面略全体にわたり陽極層と共に蛍光体層が面状に積層されて設けられている内側ランプ管と、
上記内側ランプ管と間隔を隔てて同心状に設けられて長手方向に延びその内面に光散乱性を有する複数の微粒子を含む光散乱層が設けられている外側ランプ管と、
上記内側ランプ管の中心を当該内側ランプ管の内面に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
を備え、
上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が前記内側ランプ管内の真空層を介して当該内側ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記外側ランプ管の上記光散乱層に向け略直進して当該蛍光体層に略直角に入射し上記光散乱層に到達すると、当該光散乱層で散乱され上記外側ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該外側ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記外側ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、ことを特徴とするものである。

上記光散乱層は光を散乱させることができればその材料に限定されない。

蛍光体層は電子線照射で励起されて発光する光の種類に限定されない。例えば可視光でも紫外光でもよい。

光散乱層に関して特開２００２−２６７８１２号公報で透明樹脂と散乱物質とを含む光散乱層が開示されている。特開２００１−１２４９０８号公報には分散微粒子を含有する透明樹脂層としての光散乱層が開示されている。

上記では蛍光体層や光散乱層の層数に限定されない。

本発明第１では、上記蛍光体層からの発光に明暗のちらつきが存在していても、その発光は光散乱層で散乱・拡散されてしまうから、上記明暗のちらつきが緩和されほぼ均一発光のフィールドエミッションランプを得ることができる。

このフィールドエミッションランプはその用途に限定されない。

上記蛍光体層は、電子線照射により可視光または紫外光を励起発光する蛍光体からなることが好ましい。

上記光散乱層は、紫外光照射により可視光を励起発光する蛍光体層で構成されていることが好ましい。

微粒子の粒径は特に限定されないが、粒径は大きい方が好ましく、例えば１０μｍから数１０μｍがその粒径の範囲にすることができる。光散乱層は、これら微粒子により数層程度とすることが考えられる。

本発明によるフィールドエミッションランプは、真空封止されて長手方向に延びその内面に内径側から外径側に蛍光体層、光散乱性を有する複数の微粒子を含む光散乱層、および陽極層がこの順で面状に積層されて設けられているランプ管と、
上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内周に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
を備え、
上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、ことを特徴とする。

本発明によるフィールドエミッションランプは、真空封止されて長手方向に延びその内面に蛍光体層と陽極層とが内径側から外径側にこの順で面状に積層されて設けられその外面に透明性でその外周面に微細凹凸を有するシート状の光散乱層が設けられているランプ管と、
上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内面に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
を備え、
上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、ことを特徴とするものである。

光散乱シートは例えば特開２００２−２５０８０６号公報に開示されている。同公報ではこの光散乱シートは互いに屈折率の異なる複数のポリマーで構成され、かつ少なくとも液滴相構造を有する光散乱層で構成されている。特開２０００−２５８６１２号公報には透明樹脂ベースに、有機系微粒子および／または無機系微粒子を分散させてなる光前方散乱機能層を有する光散乱シートが開示されている。特開２０００−２４１６０９号公報には熱可塑性の透明樹脂ベースに熱可塑性の樹脂又は、及び微粒子を溶融製膜により分散させた、厚みが３０〜３００μｍであり、光学特性の全光線透過率が８５％以上であるとともにヘーズ値が１０〜８０％の範囲にあり、且つ溶融製膜で製造される前方散乱機能を有する光散乱シートが開示されている。

本発明によるフィールドエミッションランプは、真空封止されて長手方向に延びその内面に光を励起発光する蛍光体粉末と光を拡散する光散乱粉末とを混合してなる蛍光体層／光散乱層と、陽極層とが、内径側から外径側にこの順で面状に積層されて設けられているランプ管と、
上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内周に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
を備え、
上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層／光散乱層の蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記蛍光体層／光散乱層の光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、内側からの電子線照射により光を励起発光する蛍光体層の外側に上記光を散乱させる光散乱層を配置したことから、蛍光体層全体の発光ちらつきを抑制して面状均一に発光させることができるようになる。

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。図１（ａ）は、フィールドエミッションランプの側面断面図、図１（ｂ）は図1（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は図１の要部を模式的に拡大して示す断面図、図３はさらに図２の要部を模式的に拡大して示す図である。

図１を参照して、１０はフィールドエミッションランプであり、このフィールドエミッションランプ１０は内外二重のランプ管１２，１４と、電界放射陰極１６とを備える。

図２、図３を参照して内側ランプ管１２は内部を真空封止された真空層１３を備える。内側ランプ管１２の内面に、蛍光体層１８と陽極層２０とが面状に積層形成されている。内側ランプ管１２の内部に陽極層２０に対向して長手方向にワイヤ状に延びた電界放射陰極１６が配置されている。

陽極層２０は、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。

蛍光体層１８は、電子線照射により励起発光する電子線励起蛍光体である。蛍光体層１８は、電界放射陰極１６から電子線が照射されると励起して可視光を発光する。蛍光体層１８は、周知の電子線励起蛍光体でよく、特に限定されない。

電界放射陰極１６は、内側ランプ管１２の略中央を該内側ランプ管１２長手方向にワイヤ状に延びている。電界放射陰極１６は、導線の外周に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が成膜されて構成されている。この炭素膜は例えば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、等であり、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。

フィールドエミッションランプ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ものであり、実施の形態のように細管形状に限定されず、図示略のフラットパネル形状やその他の形状とすることができる。

外側ランプ管１４は、内側ランプ管１２に対して空気層２２を介在させて該内側ランプ管１２の外周を覆うごとく設けられている。外側ランプ管１４の内面には光散乱層２４が形成されている。ただし、内側ランプ管１２と外側ランプ管１４との間の介在物は、空気層２２に限定されるものではない。空気層２２は必ずしも必要とするものでもない。蛍光体層１８と光散乱層２４とは、空気層２２を隔てて対向すなわち間隔を空けて対向している。

光散乱層２４は、粒径が１０μｍから数１０μｍの透光性で光散乱性を有する複数の微粒子２４ａを含む。光散乱層２４は、この微粒子２４ａだけで構成することができる。光散乱層２４は、図３で示すように透光性樹脂２４ｂ中に数層になって微粒子２４ａを分散した構成とすることもできる。この微粒子２４ａとしては無機粉末、例えばシリカ粉末等がある。また、この微粒子２４ａには紫外光照射により可視光を紫外光励起発光型の蛍光体微粒子により構成することができる。

光散乱層２４をシート状とすることができる。このシート状とした光散乱層２４は、特開平６−１８７０６号、同１０−２０１０３号、特開平１１−１６０５０５号、同１１−３０５０１０号、同１１−３２６６０８号、特開２０００−１２１８０９号、同２０００−１８０６１１号、および同２０００−３３８３１０号の各公報を挙げることができる。

蛍光体層１８と光散乱層２４は、それぞれスラリー塗布法、スクリーン印刷法、電気永動法、沈降法等によりそれぞれ内側ランプ管１２、外側ランプ管１４の各内面に形成されている。

以上の構成を備えたフィールドエミッションランプ１０の動作を図４を参照して説明する。図４で内側ランプ管１２の外面１２ａ上で示す白抜き丸印は明るい輝度で発光する明部Ｐ、黒抜き丸印は発光状態から非発光状態になって発光していない暗部Ｑである。これら明部Ｐ、暗部Ｑについては図９で説明したからその説明を略する。

内側ランプ管１２と外側ランプ管１４との間の空気層２２においてハッチングは暗部Ｑに対応していて発光は存在しない。空気層２２においてハッチングとハッチングとの間の白抜きは可視光Ｂが内側ランプ管１２の外面１２ａから外側ランプ管１４の内面の光散乱層２４に向け略直進している様子を示している。可視光Ｂは上記明部Ｐと暗部Ｑとがフィールドエミッションランプ１０外側から見えることから図中矢印で示すように直進していると考えられる。

次いで、光散乱層２４に到達した可視光Ｂは、当該光散乱層２４で図中矢印で示すように散乱される結果、該光散乱層２４から外側ランプ管１４に出射するまでに拡散し、外側ランプ管１４から可視光Ｂ１はほぼ均一に出射することができる。なお、図中矢印の光拡散は理解のため単純に示したものであり、光拡散方向はより複雑であると考えられる。

上記光拡散により、外側ランプ管１４の前方から当該外側ランプ管１４の外面１４ａを見ると、この外面１４ａには暗部が無く、ほぼ全面にわたり均一な発光状態となっている。この場合、外面１４ａは全体が明部であって暗部が無いため明部の状態の図示は略している。

光散乱層２４での光散乱は、散乱用微粒子２４ａの粒径が大きいと全周方向に散乱強度が強くなり、特に前方向の散乱光強度が強くなる。一方、粒径が小さくなるに従い、全体的に散乱光強度が弱くなり、特徴的な強い前方散乱光が弱まる。実施形態ではこの散乱用微粒子２４ａの粒径は、実験で適宜に設定することができる。

以上の結果、実施形態のフィールドエミッションランプ１０ではちらつきが殆どないか全く無い均一発光のフィールドエミッションランプを得ることができる。

上記においては、図５で示すように、内側ランプ管１２内面の蛍光体層１８を、電子線Ａの照射により紫外光Ｃを励起発光する蛍光体とし、外側ランプ管１４内面の光散乱層２４を紫外光Ｃの照射により可視光を励起発光する蛍光体で構成し、これによって内側ランプ管１２からの紫外光Ｃを光散乱層２４に照射することにより可視光を励起発光しその可視光を内部で拡散しつつ外方へちらつきのない可視光Ｂ１として出射することができる。上記蛍光体層１８を構成する蛍光体としては、微粉末状の酸化亜鉛蛍光体を挙げることができる。

上記においは、図６で示すように、ランプ管を二重管構成とするのではなく、外側ランプ管１４を省略し、内側ランプ管１２単独の一重管構成とし、この内側ランプ管１２の外周面に光散乱層として透明な光散乱シート２６を接着することにより、内側ランプ管１２からの発光を散乱させることができるようにしてもよい。この光散乱シート２６は外面に微細な凹凸を付けることにより一層光散乱を起こし易くなる。なお、外側ランプ管１４が省略されるので内側ランプ管１２は単にランプ管１２となる。

上記散乱とは、外側ランプ管１４から出射する光があらゆる方向から来た光のようにするための光線の散乱状態を言うが、本明細書ではこの散乱の意義に光の拡散も含めるものとする。

上記の場合、図７で示すように、ランプ管を二重管構成とするのではなく、外側ランプ管１４を省略し、内側ランプ管１２単独の一重管構成とし、蛍光体層１８を電子線照射により可視光を励起発光する内層側とし、光散乱層２４を蛍光体層２８からの可視光を拡散する外層側とした内外二層構成とすることができる。外側ランプ管１４が省略されるので内側ランプ管１２は単にランプ管１２となる。この場合、蛍光体層１８と光散乱層２４は直接積層されている。上記では蛍光体層１８、光散乱層２４、陽極層２０がランプ管１２の内径側から外径側にこの順で積層されていることになる。

上記の場合、図８で示すように、電子線照射により光を励起発光する蛍光体粉末３４と、光を拡散する光散乱粉末３６とを混合して蛍光体層／光散乱層３８を設けた構成とすることができる。

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。

図１（ａ）は、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の側面断面図、図１（ｂ）は図1（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図２は図１のフィールドエミッションランプの一部を拡大して示す断面図である。 図３は図２の要部をさらに模式的に拡大して示す断面図である。 図４は実施形態のフィールドエミッションランプにおいてその動作説明に供する、図２の要部に対応する断面図である。 図５は他の実施形態に係るフィールドエミッションランプの一部を拡大して示す断面図である。 図６はさらに他の実施形態に係るフィールドエミッションランプの一部を拡大して示す断面図である。 図７はさらに他の実施形態に係るフィールドエミッションランプの一部を拡大して示す断面図である。 図８はさらに他の実施形態に係るフィールドエミッションランプの一部を拡大して示す断面図である。 図９は従来のフィールドエミッションランプの課題の説明に用いる図である。

符号の説明

１０ フィールドエミッションランプ
１２ 内側ランプ管
１４ 外側ランプ管
１６ 電界放射陰極
１８ 蛍光体層
２０ 陽極層
２２ 空気層
２４ 光散乱層
Ａ 電子線
Ｂ 可視光
Ｂ１ 可視光
Ｃ 紫外光

Claims (4)

1. 真空封止されて長手方向に延びその内面略全体にわたり陽極層と共に蛍光体層が面状に積層されて設けられている内側ランプ管と、
   上記内側ランプ管と間隔を隔てて同心状に設けられて長手方向に延びその内面に光散乱性を有する複数の微粒子を含む光散乱層が設けられている外側ランプ管と、
   上記内側ランプ管の中心を当該内側ランプ管の内面に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
   を備え、
   上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が前記内側ランプ管内の真空層を介して当該内側ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記外側ランプ管の上記光散乱層に向け略直進して当該蛍光体層に略直角に入射し上記光散乱層に到達すると、当該光散乱層で散乱され上記外側ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該外側ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記外側ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、
   ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
2. 真空封止されて長手方向に延びその内面に内径側から外径側に蛍光体層、光散乱性を有する複数の微粒子を含む光散乱層、および陽極層がこの順で面状に積層されて設けられているランプ管と、
   上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内周に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
   を備え、
   上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、
   ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
3. 真空封止されて長手方向に延びその内面に蛍光体層と陽極層とが内径側から外径側にこの順で面状に積層されて設けられその外面に透明性でその外周面に微細凹凸を有するシート状の光散乱層が設けられているランプ管と、
   上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内面に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
   を備え、
   上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、
   ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
4. 真空封止されて長手方向に延びその内面に光を励起発光する蛍光体粉末と光を拡散する光散乱粉末とを混合してなる蛍光体層／光散乱層と、陽極層とが、内径側から外径側にこの順で面状に積層されて設けられているランプ管と、
   上記ランプ管の中心を当該ランプ管の内周に略平行にワイヤ状に延びて設けられその外周面に多数の電子放出点が設けられている電界放射陰極と、
   を備え、
   上記電界放射陰極の上記多数の電子放出点からの電子が上記ランプ管内面の上記蛍光体層／光散乱層の蛍光体層に衝突すると、上記蛍光体層は励起発光する複数の明部領域と励起発光しない複数の暗部領域の状態となると共にそれら両領域による明暗斑点の集合が定まらずランダムに変化する状態で、上記明部領域からの励起発光光は、上記蛍光体層／光散乱層の光散乱層に入射され、当該光散乱層で散乱されると共に上記ランプ管から出射されるまでの間に拡散して当該ランプ管の外側へは略均一光として出射し上記ランプ管の外面は全体が明部で暗部が無い状態となる、
   ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。

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