JP5625113B2 - 電界放出面光源及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光源に関し、特に反射型電界放出面光源及びその製造方法に関するものである。

電界放出面光源は、エネルギー節約、環境保護、厳しい環境下での作業（例えば高低温環境）、軽薄等の面で優れているため、あらゆる照明分野に適用することができる。従来のバックライトモジュールと比較すると、電界放出面光源は、構造が簡単であるのみならず、省エネかつ体積が小さく、大面積平面化が容易であり、輝度が高いため、平面光源の将来の発展要求を満たしている。電界放出面光源は、将来の市場競争中において掛け替えのない優位性を持っているが、実際の応用には依然として解決すべき課題が存在している。

従来、電界放出面光源が液晶ディスプレーのバックライトモジュールに適用された場合は、電界放出面光源の陽極発光層が液晶パネルに直接近接し、陰極と液晶パネルとの間に挟まれる。陽極は、陰極から発射された電子衝撃を長期的に受け、温度が増加してしまい、生じた熱量を放射除去することが困難であるため、液晶パネルの寿命に影響を与えるのみならず、陽極が熱を受け変形し、さらには断裂してしまう。また、電界放出面光源は、バックライトに応用しない場合にも放熱の問題が存在している。なぜなら、陽極には通常、ガラス基板が採用され、ガラスの放熱特性が比較的に良くなく、また、陽極が出光面として用いられるため、その表面に金属散乱装置を加えることは容易ではないからである。

そこで、本発明は、放熱性能がよい電界放出面光源及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、陽極、陰極、出光パネル及びセパレータを含み、前記陽極及び前記出光パネルが平板状となっており、前記陽極が前記陰極に対して平行に配置される電界放出面光源において、前記陽極と前記出光パネルとの間に前記セパレータが介在し、前記陽極、前記出光パネル及び前記セパレータが共に真空密閉空間に形成され、前記陰極が前記真空密閉空間内に吊設され、前記陽極が、陽極基板と、前記陽極基板上に位置する金属反射層と、前記金属反射層上に位置する発光層とを含み、前記陰極が、間隔をおいて配列された複数の陰極基体と、前記陰極基体表面に位置する電子放出体とを含み、前記陽極は前記出力パネルに対して前記陰極を挟んで前記出力パネルの反対側にのみ形成されることを特徴とする電界放出面光源を提供する。好ましくは、陽極基板及び出光パネルは共に平板状であり、陰極基体は陽極基板に対して平行に配置される。

好ましくは、陰極基体は、平行に配置された金属糸又は金属糸からなるメッシュ構造である。

好ましくは、電子放出体は、薄膜形、準一次元形、錐形、若しくは薄膜形、準一次元形、錐形からなる複合形構造であり、電子放出体は、金剛石薄膜、炭素ナノチューブ、炭素ナノウォール、酸化銅ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノ棒、四角形ナノ酸化亜鉛又は酸化鉄ナノワイヤである。

好ましくは、陽極基板は、ガラス又はセラミックスであり、発光層は、蛍光粉、発光薄膜又は発光ガラスである。

好ましくは、陽極は、陽極基板と金属反射層との間に設けられた不透明陽極電極をさらに備える。

好ましくは、不透明陽極電極は、Ｃｒ、Ｍｏ、又は、Ａｌ電極である。

好ましくは、陽極は、陽極基板と金属反射層との間、若しくは金属反射層と発光層との間に設けられた透明陽極電極をさらに備える。

好ましくは、透明陽極電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）透明電極である。

電界放出面光源の製造方法は以下のステップを含む。
陽極基板上に１つの金属反射層を蒸着、電気めっき又はスパッタリングにより沈積した直後に、金属反射層上に１つの発光層を塗布又はマグネトロンスパッタリングにより形成するようにすることで、陽極を製造する工程と、
陰極基体上に電子放出体を塗布又は直接生長により形成するようにすることで、陰極を製造する工程と、
まず、形成された陽極を準位操作台に載置するとともに、セパレータを陽極基板の四周に固着した後、陰極をセパレータに固定し、電極を引き出し、陰極が陽極に対して平行であることを確保し、そして、出光パネルをセパレータに押圧固定し、密封し、最後に、密封された電界放出面光源を排気管を介して真空吸引し排気封止するようにすることで、電界放出面光源を組付ける工程。

好ましくは、陽極基板上に１つの透明又は不透明陽極電極を、若しくは金属反射層上に１つの透明陽極電極をマグネトロンスパッタリング又は蒸着により沈積する工程をさらに備える。

金属反射層を形成し、陰極を陽極と出光パネルとの間に設けることで、陽極発光層と出光パネルとの緊密な接触が避けられ、放熱性能がさらに向上するため、バックライトモジュールに適用された場合に発光層が液晶パネルに近すぎることによって液晶ディスプレーが加熱され液晶パネルの寿命に影響を与えるという問題の発生は回避される。また、金属反射層が金属材質であり、従来の非金属よりも放熱性がよいため、電界放出面光源は、安定性がよく、使用寿命がさらに向上する。

平行金属糸又は金属糸からなる平面メッシュ構造の陰極を採用し、その上に電子放出体を塗布することにより、電子放出体の間の分布に有利し、電子放出体先端の間の距離が増大し、電界放出のマスク効果が低下し、電子を効果的に放出可能な発射体の数量が増加するため、発射効率が高く、発射が安定である光源を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る電界放出面光源の正面断面模式図である。 図１の実施形態に係る電界放出面光源の側面断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る電界放出面光源の正面断面模式図である。

以下、本発明に係る電界放出面光源について、図面及び具体的な実施形態を参照しながら詳しく説明する。

図１及び２に示すように、１つの実施形態として、電界放出面光源は、略方形であり、陽極１１０、陰極１２０、出光パネル１３０、及び複数のセパレータ１４０を含む。

陽極１１０は、略平板状となる陽極基板１１２と、陽極基板１１２上に位置する金属反射層１１４と、金属反射層１１４上に位置する発光層１１６とを備え、陰極１２０に対して平行に配置される。出光パネル１３０は、略平板状となっており、陽極１１０に対向する。複数のセパレータ１４０は、陽極１１０と出光パネル１３０との間に位置する。陽極１１０、出光パネル１３０、及び複数のセパレータ１４０は、共に真空密閉空間１５０に形成される。陰極１２０は、真空密閉空間１５０内に位置し、前記真空密閉空間１５０内に吊設される。陰極１２０は、間隔をおいて配列された陰極基体１２２を複数含み、それらの陰極基体１２２の両端が、それぞれ２つの対向するセパレータ１４０に固定される。陰極基体１２２の表面には電子放出体１２４が塗布される。

陽極１１０及び陰極１２０は、それぞれ導線を介して電源（図示せず）に接続される。電源がオンになった場合、陰極基体１２２表面の電子放出体１２４は、外部からの電界によって電子を発射する。発光層１１６は、陰極から発射された、加速された電子衝撃を受け、蛍光を発する。発光層１１６からの蛍光は、複数の陰極基体１２２の間の間隙を通して出光パネル１３０から出射される。陽極基板１１２上に金属反射層１１４が設けられているため、発光層１１６からの蛍光の一部は、金属反射層１１４によって上へ反射される。従って、電界放出面光源の発光強度及び発光効率はさらに一層向上する。

金属反射層１１４を形成し、陰極１２０を陽極１１０と出光パネル１３０との間に設けることにより、発光層１１６と出光パネル１３０とは所定の距離だけ保持することができるため、前記電界放出面光源がバックライトモジュールに適用された場合に発光層１１６が表示器である液晶パネルに近すぎることによって液晶パネルの使用寿命に影響を与えるという問題を回避することができる。また、金属反射層１１４が金属材質であり、放熱性がよいため、電界放出面光源は、安定性が向上し、使用寿命が増加する。

本実施形態における陰極基体１２２は、前記真空密閉空間１５０に吊設された平行に配置された金属糸からなり、複数の陰極基体１２２がともに形成された平面は、陽極基板１１２の位置する平面と平行である。陰極基体１２２の表面には金剛石薄膜からなる電子放出体１２４が設けられる。

本実施形態における陽極基板１１２は、ガラス材質である。金属反射層１１４は、反射率が高いＡｌからなる。発光層１１６は、略平板状となる発光ガラスからなる。

図３に示すように、他の実施形態において、電界放出面光源の陽極１１０は、陽極電極１１８をさらに含む。陽極電極１１８は、不透明の金属材質であり、金属反射層１１４と陽極基板１１２との間に設けられる。

また、陽極電極１１８は、透明の材質であってもよい。陽極電極１１８は、透明の材質である場合、図３に示すように、金属反射層１１４と発光層１１６との間、若しくは金属反射層１１４と陽極基板１１２との間に設けてもよい。

その他の実施形態において、陰極基体１２２は、金属糸からなるメッシュ構造であってもよく、金属糸の表面には電子放出体１２４が設けられるのが好ましい。電子放出体１２４は、薄膜形、準一次元形、錐形、若しくは薄膜形、準一次元形、錐形からなる複合形構造であってもよい。また、電子放出体１２４は、その他の材料からなってもよく、例えば炭素基質における炭素ナノチューブ又は炭素ナノウォール、酸化物系ナノ材料における酸化物ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノ棒、四角形ナノ酸化亜鉛又は酸化鉄ナノワイヤ等が挙げられる。

また、その他の実施形態において、陽極基板１１２は、セラミックス又は有機ガラス等から製造してもよい。発光層１１６は、金属反射層１１４表面に塗布される蛍光粉又は発光薄膜であってもよい。また、陽極電極１１８は、金属電極又は非金属電極であってもよく、例えば不透明の金属Ｃｒ、Ｍｏ又はＡｌ電極、透明のＩＴＯ電極等が挙げられる。

上述図３の構造を有する電界放出面光源の製造プロセスについて、以下のように詳しく説明する。

第１に、陽極１１０を製造する。陽極基板１１２上に１つの陽極電極１１８をマグネトロンスパッタリング又は蒸着により沈積し、そして、陽極電極１１８の表面に１つの金属反射層１１４を形成し、金属反射層１１４は、蒸着、電気めっき、スパッタリングにより形成することができる。その後、金属反射層１１４上に１つの発光層１１６をさらに形成し、該発光層１１６は、白色の蛍光粉又はカラーの蛍光粉であってもよく、電子が蛍光粉に衝撃した場合、白色又は対応する色のカラー光を発する。発光層１１６は、粉体である場合、塗布により形成することができ、発光膜である場合、マグネトロンスパッタリングにより発光薄膜を形成することもできる。

第２に、陰極１２０を製造する。陰極１２０は、陰極基体１２２及び電子放出体１２４を含み、陰極基体１２２は、平行に配置された金属糸又は金属糸からなる平面メッシュ構造である。電子放出体１２４は、一次元ナノ材料であってもよく、薄膜形材料であってもよい。電子放出体１２４は、塗布又は直接成長により形成してもよい。例えば、陰極基体１２２上に炭素ナノチューブ電子放出体１２４をスプレーにより塗布することができる。

第３に、電界放出面光源を組付ける。形成された陽極１１０を準位操作台に載置し、セパレータ１４０を陽極１１０の四周に設け、低融点ガラス粉で固定し、その後、陰極１２０をセパレータ１４０上に固定し、電極を引き出すことで、陰極１２０が陽極１１０と平行であることを確保する。その後、出光パネル１３０をセパレータ１４０に押圧固定し、密封する。最後に、密封された電界放出面光源を排気管を介して真空吸引し排気封止する。

以下、具体的な実施形態を説明する。

（実施形態１）
本実施形態に係る陽極基板には、厚さが４ｍｍであるＩＴＯガラスが使用される。陽極基板は、順次にアセトン、アルコール、脱イオン水により１５分間超音波洗浄して吹き付け又はベークで乾かした後、ＩＴＯガラス上に厚さが２μｍである反射アルミニウム層を蒸着により蒸着し、そして反射アルミニウム層表面上に厚さが３５μｍである白光発光粉層をスクリーン印刷により印刷する。陰極基体には、ニッケル糸が採用される。ニッケル糸が炭素ナノチューブの生長活性剤として直接使用可能であるため、本実施例においては炭素ナノチューブを電子放出体として使用する。ニッケル糸を石英チューブの中央位置に入れ、アルゴンガスの保護下で６５０℃に温度上昇し、次にアルゴンガスを１ｈ導入し、サンプルに対して表面処理を行い、その後、生長温度に速やかに温度上昇し、アセチレン又はメタンを含む混合ガスを５−２０ｍｉｎ導入し、最後にアルゴンガスの保護下で室温に温度下降することで、炭素ナノチューブ電子放出体が完成する。陰極が形成された後、上述製造プロセスに応じてデバイスを封止し、その後、それを排気台に取り付け、デバイスのチャンバーに対して真空を１０^−４Ｐａよりも小さくなるように吸引した後に封止する。

（実施形態２）
本実施形態に係る陽極基体には、厚さが４ｍｍであるセラミックス板が使用される。セラミックス板は、順次、アセトン、アルコール、脱イオン水により１５分間超音波洗浄して吹き付け又はベークで乾かした後、セラミックス板上に厚さが３００ｎｍであるクロム電極を沈積し、その後、クロム電極がメッキされたセラミックス板上に厚さが約１μｍである反射アルミニウム層を蒸着により蒸着し、反射アルミニウム層表面上に厚さが３５μｍである白光発光粉層をスクリーン印刷により印刷する。陰極には、酸化銅ナノワイヤが電子放出体として採用され、配合された銅粉スラリーを導電性機能を有するＩＴＯ層表面に塗布し、大気中において４００℃の温度で３ｈ焼結するだけで、陰極基体の外表面に酸化銅ナノワイヤを直接形成することができる。陰極が形成された後、上述製造プロセスに応じてデバイスを封止し、その後、それを排気台に取り付け、デバイスのチャンバーに対して真空を１０^−４Ｐａよりも小さくなるように吸引した後に封止する。

上述構造を有する電界放出面光源は、放熱性能に優れているため、照明光源又は液晶表示等の分野に適用することができる。また、上述製造方法は、操作が簡単であるため、応用の促進がより容易になる。

上記のように、これらの実施形態は本発明のいくつかの実施形態について具体的かつ詳しく説明されているが、本発明は、これらによって限定されるものではない。本発明は、この技術分野に精通した者により本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に修正や変更されることが可能であり、そうした修正や変更は、本発明の特許請求の範囲に入るものである。本発明に係る実質的な技術内容は、特許請求の範囲に定義される。

１１０ 陽極
１１２ 陽極基板
１１４ 金属反射層
１１６ 発光層
１１８ 陽極電極
１２０ 陰極
１２２ 陰極基体
１２４ 電子放出体
１３０ 出光パネル
１４０ セパレータ
１５０ 真空密閉空間

Claims (9)

1. 陽極、陰極、出光パネル及びセパレータを含み、前記陽極及び前記出光パネルが平板状となっており、前記陽極が前記陰極に対して平行に配置される電界放出面光源において、
   前記陽極と前記出光パネルとの間に前記セパレータが介在し、前記陽極、前記出光パネル及び前記セパレータが共に真空密閉空間に形成され、前記陰極が前記真空密閉空間内に吊設され、前記陽極は、陽極基板と、前記陽極基板上に位置する金属反射層と、前記金属反射層上に位置する発光層を含み、前記陰極は、間隔をおいて配列された複数の陰極基体と、前記陰極基体表面に位置する電子放出体を含み、前記陽極は前記出力パネルに対して前記陰極を挟んで前記出力パネルの反対側にのみ形成されることを特徴とする電界放出面光源であって、
   前記陽極は、前記陽極基板と前記金属反射層との間に設けられた不透明陽極電極をさらに備える、電界放出面光源。
2. 前記不透明陽極電極は、Ｃｒ、Ｍｏ、又は、Ａｌ電極であることを特徴とする請求項１に記載の電界放出面光源。
3. 陽極、陰極、出光パネル及びセパレータを含み、前記陽極及び前記出光パネルが平板状となっており、前記陽極が前記陰極に対して平行に配置される電界放出面光源において、
   前記陽極と前記出光パネルとの間に前記セパレータが介在し、前記陽極、前記出光パネル及び前記セパレータが共に真空密閉空間に形成され、前記陰極が前記真空密閉空間内に吊設され、前記陽極は、陽極基板と、前記陽極基板上に位置する金属反射層と、前記金属反射層上に位置する発光層を含み、前記陰極は、間隔をおいて配列された複数の陰極基体と、前記陰極基体表面に位置する電子放出体を含み、前記陽極は前記出力パネルに対して前記陰極を挟んで前記出力パネルの反対側にのみ形成されることを特徴とする電界放出面光源であって、
   前記陽極は、前記陽極基板と前記金属反射層との間、若しくは前記金属反射層と前記発光層との間に設けられた透明陽極電極をさらに備える電界放出面光源。
4. 前記透明陽極電極は、酸化インジウムスズ透明電極であることを特徴とする請求項３に記載の電界放出面光源。
5. 前記陰極基体は、平行に配置された金属糸又は金属糸からなるメッシュ構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電界放出面光源。
6. 前記電子放出体は、薄膜形、準一次元形、錐形、若しくは薄膜形、準一次元形、錐形からなる複合形構造であり、前記電子放出体は、金剛石薄膜、炭素ナノチューブ、炭素ナノウォール、酸化銅ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノワイヤ、酸化亜鉛ナノ棒、四角形ナノ酸化亜鉛又は酸化鉄ナノワイヤであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電界放出面光源。
7. 前記陽極基板は、ガラス又はセラミックスであり、前記発光層は、蛍光粉、発光薄膜又は発光ガラスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電界放出面光源。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電界放出面光源を製造する方法において、
   陽極基板上に１つの金属反射層を蒸着、電気めっき又はスパッタリングにより沈積した直後に、金属反射層上に１つの発光層を塗布又はマグネトロンスパッタリングにより形成するようにすることで、陽極を製造する工程と、
   陰極基体上に電子放出体を塗布又は直接生長により形成するようにすることで、陰極を製造する工程と、
   まず、形成された陽極を準位操作台に載置するとともに、セパレータを陽極基板の四周に固着した後、陰極をセパレータに固定し、電極を引き出し、陰極が陽極に対して平行であることを確保し、そして、出光パネルをセパレータに押圧固定し、密封し、最後に、密封された電界放出面光源を排気管を介して真空吸引し排気封止するようにすることで、電界放出面光源を組付ける工程と、含むことを特徴とする電界放出面光源の製造方法。
9. 前記陽極基板上に１つの透明又は不透明陽極電極を、若しくは前記金属反射層上に１つの透明陽極電極をマグネトロンスパッタリング又は蒸着により沈積する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電界放出面光源の製造方法。

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