JPH06132017A

JPH06132017A - 発光装置

Info

Publication number: JPH06132017A
Application number: JP27894292A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ichinose; 修一一ノ瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】陰極の電子放射能力の寿命劣下が生じにく
く、かつ光量の寿命劣下が生じにくい光源を提供するこ
と。【構成】熱電子を放出する陰極と、前記陰極に対して
高電圧を印加する陽極と、前記陽極に密着して配置した
蛍光体とを有し、密閉した真空空洞を形成してなる発光
管において、前記陰極の表面に塗布したエミッタと前記
陽極との間に遮蔽手段を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として画像を読み込
む際に使用するイメージスキャナー、デジタル複写機、
ファクシミリ等の画像入力装置の照明装置、及び屋外用
ＴＶ等に使用される大型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ランプやラインハロゲンランプ等の
従来光源に替わり、画像入力装置等に使用される線状の
光源として、小型で、有効光出力が大きく、消費電力の
低いカソードルミネッセンスを利用した光源が特開昭５
６−７３９７０号で提案されている。

【０００３】カソードルミネッセンスを用いた光源の構
成斜視図を図６に示す。

【０００４】所定真空度に保たれたガラス管(12)の中に
該ガラス管(12)の管軸に沿って陰極(14)を架張する。ガ
ラス基板(16)上に蛍光体(18)をガラス管(12)の管軸に沿
って線状に塗布し、その上にメタルバックとなるアルミ
ニウム薄膜からなる陽極(20)を蒸着する。0.3〜1mm程度
のスリット(22)が真中に入った金属板で構成されるグリ
ッド(42)は陰極(14)と陽極(20)との間に配置されてい
る。蛍光体材料として、主に発光効率の高い硫化亜鉛系
を母体とする材料（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ等）を使用す
る。

【０００５】陰極(14)に電流を流し、ジュール熱により
陰極(14)表面のエミッタから熱電子(26)が放射しやすい
状態とする。ここで、陰極(14)に対して正電圧をグリッ
ド(42)に印加すると、陰極(14)から放出される熱電子(2
6)はグリッド(42)のスリット(22)を通過し、高電圧を印
加した陽極(20)に衝突する。陽極(20)を通過した一部の
熱電子(26)は蛍光体(18)に衝突しカソードルミネッセン
ス発光を行う。

【０００６】通常、陰極(14)の表面にはエミッタ材料を
塗布する。これは、陰極表面からの熱電子の放出量が温
度と仕事関数に依存するためである。

【０００７】これらの関係式を下式に示す。

【０００８】

【数１】

【０００９】ここで、Ｉは飽和熱電子量、Ｋは定数、φ
は仕事関数［ｅＶ］、ｋはボツルマン定数、Ｔは絶対温
度である。ちなみに一般的に使用されるエミッタ材料で
ある（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｏの仕事関数は、０．９ｅＶ
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常、カソードルミネ
ッセンスを用いた光源の寿命劣下モードは、陰極の電子
放射能力の劣下として現れる。即ち、陰極への通電量を
一定とした場合、陰極から放出される熱電子の量が徐々
に点灯時間と共に減少し、結果として光源から放出され
る光量が減少する劣下モードが現れる。

【００１１】この原因を図６を用いて以下に説明する。
陽極(20)の一部には、ピンホール(28)と呼ばれる直径0.
1μｍから数μｍ程度の極小な穴が多数開いている。こ
の部分より、蛍光体(18)の一部が熱電子(26)のスパッタ
リングにより剥離され、またはガス化され飛翔体(30)と
してガラス管(12)容器中に拡散する。拡散した飛翔体(3
0)は真空中を直線運動し、グリッド(42)表面に付着した
り、スリット(22)を通過したりして陰極(14)の表面に付
着する。

【００１２】ところが、陰極(14)の表面に塗布したエミ
ッタに飛翔体(30)が付着すると、陰極表面での仕事関数
を上げる。この仕事関数の上昇により、同一温度での熱
電子放出量は低下する（前述の式参照）。その結果、光
源から放出される光量が減少する。

【００１３】本発明では上記のような問題点を解決する
もので、その目的とするところは陰極の電子放射能力の
寿命劣下が生じにくく、かつ光量の寿命劣下が生じにく
い光源を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この様な課題を解決する
ために本発明の発光装置は、熱電子を放出する陰極と、
前記陰極に対して高電圧を印加する陽極と、前記陽極に
密着して配置した蛍光体とを有し、密閉した真空空洞を
形成してなる発光管において、前記陰極の表面に塗布し
たエミッタと前記陽極との間に遮蔽手段を設けたことを
特徴とする。

【００１５】

【作用】陰極に通電するとジュール熱により陰極が加熱
され、陰極表面に塗布したエミッタ表面は熱電子を放出
しやすい状態となる。陽極に高電圧を印加するとエミッ
タ表面より熱電子が放出される。熱電子は陽極に密着し
て配置した蛍光体に照射され、蛍光体は可視光を放射す
る。一方、熱電子により蛍光体の一部はスパッタリング
され発光管内に拡散する飛翔体となる。前記遮蔽手段
は、該飛翔体によるエミッタ汚染を防止する。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による照明装置の発光管(34)の
概略構造である。また、図２は発光管(34)内の熱電子(2
6)の流れを示す動作説明断面図であり、図１におけるＡ
−Ａ’断面図である。

【００１７】以下、図２を中心に説明する。発光管(34)
を構成する前面プレート(36)の内側には、平方センチメ
ートル当り０．１から１００ｍｇ、最適には４ミリグラ
ムのカソードルミネッセンス用の蛍光体(70)が発光管(3
4)の長手方向に塗布されている。蛍光体(70)は真空蒸着
により0.1から0.4μｍの厚みにされたアルミニウムの陽
極(72)により覆われている。

【００１８】発光管(34)を構成する背面プレート(38)の
内側には、その長手方向にアルミニウムからなる背面電
極(40)が真空蒸着等により形成されている。また、背面
電極(40)の直上には陰極(74)が架張されている。陰極(7
4)はタングステンからなる直径５から100μｍの細線か
ら成る。陰極(74)の表面にはエミッタ(76)を塗布する。
陰極表面からの熱電子の放出量は温度と熱電子放出物
質の仕事関数に依存し、仕事関数が低い程放出量は多
い。エミッタ材料には、例えば（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ
を使用する。

【００１９】陽極(72)と陰極(74)との間を遮る位置にグ
リッド(60)を備える。グリッド(60)は打ち抜きや電鋳等
により穿孔された複数の開口部(44)を持つ金属板から成
る。開口部(44)は陰極(74)の直上には配置しない。この
陰極(74)の直上のグリッド(60)における非開口部を遮蔽
手段(46)とする。即ち、図２において前面プレート(36)
上に塗布した蛍光体(70)の両端部と遮蔽手段(46)の両端
部を結んだ２つの直線、Ｌ１及びＬ２と遮蔽手段(46)が
つくる三角形の中に陰極(74)がくるように配置する。

【００２０】陽極(72)、グリッド(60)、陰極(74)、背面
電極(40)は発光管(34)の外部に引きだした端子により後
述する点灯回路(48)と電気的導通を取ることが可能にな
っている。

【００２１】発光管(34)は、ガラス容器により密閉した
真空空洞を形成し、図１に示した排気管(50)より真空度
１０^ー1から１０^ー4パスカル程度まで排気した後、ガス燃
焼加熱を行い、排気管(50)を溶かして封止することによ
り発光管(34)内部の真空を維持している。

【００２２】図３は図１に示した発光管(34)の点灯を行
うための点灯回路(48)のブロック図を発光管(34)の断面
概略図と共に示したものである。陰極(74)に電源Ｅ１に
より電圧Ｖ１を印加すると、ジュール熱により陰極(74)
の表面より熱電子(26)が放出される。熱電子(26)は、電
源Ｅ２により８ｋＶ程度の高電圧が印加されている陽極
(72)に向けて加速される。陽極(72)に照射された熱電子
(26)は薄膜のアルミニウムからなる陽極(72)を突き抜
け、蛍光体(70)を励起しカソードルミネッセンス発光の
原理で可視光Ｌ５を発光管(34)の外側に向かって放射す
る。背面電極(40)は電源Ｅ３により適当な電圧が印加さ
れ、陰極(74)より放出される熱電子(26)を効率良く陽極
(72)に導く役割を果たしている。また、グリッド(60)に
はグリッド電源Ｅ４により適当な正の電圧が印加されて
いる。

【００２３】図２を使って遮蔽手段(46)によるエミッタ
汚染を防止するメカニズムを詳細に説明する。熱電子(2
6)は、初速度を持って陰極(74)より放射状に放出され拡
散する。一部の熱電子(26)はグリッド(60)中央部の遮蔽
手段(46)に捉えられる。

【００２４】また、他の熱電子(26)は負の電圧が印加さ
れた背面電極(40)により跳ね返され、円弧軌跡をたどり
ながらグリッド(60)の開口部(44)を経て、陽極(72)にた
たきつけられる。熱電子(26)によるスパッタリングによ
り弾かれた蛍光体(70)の一部が飛翔体(30)となり、陽極
(72)上に散在するピンホール(28)を通じて発光管（３
４）内に放出される。

【００２５】飛翔体（３０）の一部はグリッド(60)の表
面に付着する。また、一部はグリッド(60)の開口部(44)
を通過して背面電極(40)表面に付着する。蛍光体(70)か
ら放出される飛翔体(30)はグリッド(60)の開口部(44)を
通過して直進運動を成し、背面電極(40)に付着するもの
の、蛍光体(70)から見た場合、陰極(74)は遮蔽手段(46)
の影となるため、飛翔体(30)が陰極(74)に付着すること
は決してない。

【００２６】その結果、発光管(34)の寿命劣下原因の主
要因である飛翔体(30)の陰極(74)表面への付着現象が生
じにくくなり、寿命を飛躍的に長くする効果を有する。

【００２７】図４は本発明による第２の実施例を示す発
光管(54)内の熱電子(26)の流れを示す動作説明断面図で
ある。

【００２８】陰極(74)とグリッド(62)の間に遮蔽手段(8
0)を配置する。遮蔽手段(80)は金属からなり、遮蔽手段
用電源(56)Ｅ２０により適当な負の電圧を印加する。陰
極(74)より放出した熱電子(26)は、負の電圧が印加され
た遮蔽手段(80)を避け、円弧軌跡をたどった後、グリッ
ド電源Ｅ２４により適当な正の電圧が印加されたグリッ
ド(62)に引きつけられる。一部の熱電子(26)は開口部(8
2)を通過して陽極(72)に照射される。熱電子(26)による
スパッタリングにより弾かれた蛍光体(70)の一部が飛翔
体(30)となり、陽極(72)上に散在するピンホール(28)を
通じて発光管(54)内に放出される。飛翔体(30)の一部
は、グリッド(62)の表面に付着する。また、一部はグリ
ッド(62)の開口部(82)を通過して遮蔽手段(80)表面に付
着する。

【００２９】蛍光体(70)から放出される飛翔体(30)はグ
リッド(62)の開口部(82)を通過して直進運動を成し、背
面電極(40)に付着するものの、蛍光体(70)から見た場
合、陰極(74)は遮蔽手段(80)の影となるため、飛翔体(3
0)が陰極(74)に付着することは、決してない。その結
果、発光管(34)の寿命劣下原因の主要因である飛翔体(3
0)の陰極(74)表面への付着現象が生じにくくなり寿命を
飛躍的に長くする効果を有する。

【００３０】図５（ａ）は本発明による第３の実施例を
示す発光管(58)内の熱電子(26)の流れを示す動作説明断
面図である。また、図５（ｂ）は陰極(90)部の部分拡大
図である。

【００３１】陰極(90)の表面にはエミッタ(92)を円周上
の下半分（１８０度）のみ塗布してある。製造方法はエ
ミッタ(92)を塗布する工程において陰極全面にエミッタ
材料を塗布した後、機械的に削ぎ落とすことにより得ら
れる。

【００３２】この陽極に面するエミッタ(92)を削ぎ落と
した陰極(90)の陽極側の半円周は、エミッタ(92)が無
く、熱電子放出は反対側の半円周と比べ著しく低下す
る。その結果、熱電子放出の抑制手段(94)として作用す
る。

【００３３】熱電子(26)のスパッタリングにより弾かれ
た蛍光体(70)の一部が、飛翔体(30)となり、陽極(72)上
に散在するピンホール(28)を通じて発光管(58)内に放出
される。飛翔体(30)の一部はグリッド(62)の開口部(82)
を通過して陰極(90)表面に付着する。

【００３４】しかし、この付着面は抑制手段(94)部であ
り、点灯初期の段階において熱電子を放出する表面とし
て使用していないため、熱電子放出量の変化は生じな
い。その結果、発光管(58)の寿命を飛躍的に長くする効
果を有する。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、陰極の電子放射能力の
寿命劣下が低減され、光源の寿命劣下を延ばせるという
絶大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明装置の発光管(34)の概略構造
を示す図である。

【図２】発光管(34)内の熱電子(26)の流れを示す動作説
明断面図であり、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図３】図１に示した発光管(34)の点灯を行うための点
灯回路(48)のブロック図を発光管(34)の断面概略図と共
に示した図である。

【図４】本発明による第２の実施例を示す発光管(54)内
の熱電子(26)の流れを示す動作説明断面図である。

【図５】（ａ）は本発明による第３の実施例を示す発光
管(58)内の熱電子(26)の流れを示す説明図であり、
（ｂ）は（ａ）の陰極(90)部の部分拡大図である。

【図６】従来の光源を示す構成斜視図である。

【符号の説明】

(74) 陰極 (70) 蛍光体 (72) 陽極 (76) エミッタ (26) 熱電子 (28) ピンホール (30) 飛翔体 (34) 発光管 (60) グリッド (44) 開口部 (46) 遮蔽手段 (48) 点灯回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子を放出する陰極と、前記陰極に対
して高電圧を印加する陽極と、前記陽極に密着して配置
した蛍光体とを有し、密閉した真空空洞を形成してなる
発光管を有する発光装置において、前記陰極の表面に塗
布したエミッタと前記陽極との間に遮蔽手段を設けたこ
とを特徴とする発光装置。
【請求項２】請求項１記載の発光装置の発光管におい
て、陰極表面の陽極に面する側に熱電子放出の抑制手段
を設けたことを特徴とする発光装置。