JPH07176292A

JPH07176292A - ガス放電装置

Info

Publication number: JPH07176292A
Application number: JP6190780A
Authority: JP
Inventors: Michael J Lengyel; ジェイ．レンジェルマイケル; Douglas A Kirkpatrick; エイ．キルクパトリックダグラス; Iii George L Bergeron; エル．バーゲロン，サードジョージ; Otto J Hunt; ジェイ．ハントオットー; James J Hickman; ジェイ．ヒックマンジェームズ; Stanley E Busby; イー．バズビースタンレイ
Original assignee: SCI APPL INTERNATL CORP; Science Applications International Corp SAIC
Current assignee: SCI APPL INTERNATL CORP; Science Applications International Corp SAIC
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1995-07-14
Also published as: EP0638918A1; EP0638918B1; US5495143A; DE69407363D1

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス放電の作動寿命が長くなるような適切な
形状と物質を備えたフィールド・エミッター・アレイを
提供すること。従来のランプより効率よく光を発生さ
せ、且つ寿命が長く信頼性のあるガス放電ランプを提供
すること。【構成】ガス放電装置は、低圧ガスを収容する容器
と、極微細なエミッター素子を備えるフィールド・エミ
ッター・アレイとを有している。極微細なエミッター素
子は、ガス中に電子を放射する。このガス放電装置は、
例えばガス放電ランプに使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス放電装置に関する。
特に、放電を開始・継続させる電界放射（フィールド・
エミッション）の原理で動作する極微細な電子エミッタ
ーのアレイを使用したガス放電装置に関する。本発明
は、従来のガス放電装置に比較して多数の利点を持った
ガス放電装置を提供する。本発明は、種々の非発光性ア
プリケーションのみならず、蛍光灯等のガス放電ランプ
に使用される。

【０００２】

【従来の技術】ガス放電には、背景ガスがイオン化し放
電が拡がっている間、カソードからアノードへ動く自由
電子の発生源を必要とする。カソードでは、電子は、熱
イオン放射プロセスや二次電子放射プロセスによって電
子が発生される。熱イオン放射プロセスでは、電子を周
囲に遊離させるに充分な高温まで温度が上がる仕事率の
低い物質が使われる。二次電子放射プロセスでは、イオ
ン、他の電子、光子がカソードに衝突するときに電子を
遊離させるため、二次電子生成効率の高い物質が使われ
る。

【０００３】熱イオンによる電子発生を行うカソード
は、一般に、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム
などのレアメタル（希少金属）の化合物で作られる。原
料の組み合わせとしては、仕事関数が低く気化の割合が
低いものを選ぶ。なぜなら、前者がカソードの温度を決
め、後者がカソードの作動耐久年数を決めるからであ
る。エミッター原料は作動時には非常に高い温度、一般
に１０００℃以上にまで温められる。作動温度におい
て、エミッターの原料による電子の発熱の影響は、原料
の結合エネルギーより高い熱的運動エネルギーを持つ電
子の数により与えられる。これにより、これらの電子が
効率的に原料から遊離し自由になる。それ故、派生して
生じた外場によりこれらの電子は容易に遊離される。

【０００４】熱イオンによる電子発生を行うカソードの
作動特質も、以下の欠点をもたらしている。第一に、カ
ソードは、自由電子を発生させるために非常に高い温度
にまで温められる。この温度上昇には、普通、外部に派
生された力が必要である。ある場合においては、この力
は、ガス放電によりエミッターの逆衝突（BASK-BOMBARD
MENT）により誘導される。第二に、カソードが温度上昇
するにつれて、カソード上の原子発生原料は、周囲の環
境に徐々に、気化流出していく。この気化流出の割合
が、一般的にカソードの作動寿命を決定する。この気化
流出をする原料も、ガス放電装置の化学的に感度の良い
別の原料、例えば、発光性化合物などの働きに有害な影
響を与える。最後に、カソード原料は、カソードの温度
上昇により、かなり化学反応を引き起こす。そして、そ
れ故に処理を行う際に、このシステムの別の原料がカソ
ードの電子発生原料と反応したり、害することの無いよ
うに注意をしなくてはいけない。

【０００５】二次的電子放射プロセスを使用するように
設計されたカソードは、自己継続性を有するカスケード
過程を開始するためのイオンや電子や光子に依存してい
る。アーク光の粒子の数が一定もしくは増加しているな
らば、投射された粒子は、カソードの物質より電子を一
つないしはそれ以上遊離させるだけのエネルギーを持っ
ていなくてはならない。ガス放電におけるアーク光のカ
ソードからの放射は、イオンの衝突によるものである。
また投射イオンが、表面での衝突の結果としてカソード
基版と充分なエネルギーをもって結合すると、その結果
として装置から反拡散電子（counter-propagating elec
trons ）の遊離に必要な量より大きなエネルギーがロス
されてしまう。この非常に大きな非能率性が、二次電子
放射を敬遠する根本的な理由である。

【０００６】ガス放電ランプは、電子流を使って励起し
たガス原子により光を発生させるランプである。図１
に、蛍光灯１００による従来のガス放電ランプの簡単な
例を記す。蛍光灯１００の本体は、管ガラスもしくは水
晶容器１１０からできている。容器１１０は、種々の形
や大きさからつくられる。容器１１０の内側の表面は、
光ルミネセンスリン光１１５の化合物で被われている。
光ルミネセンスリン光は、紫外線に反応して可視光線を
発するリン光である。容器１１０は、一般には２〜１０
トル（Torr）の低圧のアルゴンガスもしくはクリプトン
ガスと少量の水銀で満たされている。水銀は、室内の温
度で非金属の状態にまで圧縮されており、通常の作動温
度では気体になっている。衝突で励起した電子により、
水銀原子は励起されて紫外線と可視光線を発する。アル
ゴンガスもしくはクリプトンガスは、緩和ガス（バッフ
ァーガス）であり、容器１１０の内側がイオン化するの
を促している。

【０００７】従来の、カソードが高温になる蛍光灯で
は、両端が熱イオンカソードとアノードからできてい
る。これらは、アノード／カソード１２０とカソード／
アノード１３０として図１に記されている。ＡＣサイク
ル（例えば、６０Ｈｚ）の１／２サイクルの間、一端の
カソードと他端のアノードとを振動するランプにかかる
印加電圧が上がる。そして、後の１／２サイクルの間、
両端は逆の働きをする。任意の１／２サイクルの間、カ
ソードはアーク光に電子を放射し続ける。ランプの他端
のアノードは、電子の主な受け取り口そしてランプのキ
ャリアーの流れとして働く。アノードは一般に、モリブ
デン線またはその他の耐火性金属や合金からできてい
る。ランプが作動しているときアノードが加熱している
ためにすぐに融除しないように耐火性金属を必要とす
る。

【０００８】可視光線の代わりに紫外線が必要ならば、
リン光のコーティングをしない。そして、水晶などの紫
外線を通し易い金属で容器を作れば良い。紫外光源は、
例えば、水洗浄に使用される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のガス放電ランプ
はカソードの性質と直に関係のある障害、例えば相対的
に寿命が短い、機械的障害を受け易いなどの障害が多く
ある。従来の、カソードが高温になる蛍光灯や紫外線ラ
ンプは、カソードを高温に保ち続けるための電気的な力
を必要とする。これは、エネルギーの浪費である。従来
のカソードが低温である蛍光灯や紫外線ランプでさえあ
まり効率的ではない。なぜなら、これらのランプのカソ
ードは、高いカソード・フォール電圧をもつ（このカソ
ード・フォール電圧はアーク光とカソードとのポテンシ
ャルの違いによるものである）。

【００１０】したがって、本発明の目的は、カソードに
極微細なエミッター素子を用いたフィールド・エミッタ
ー・アレイを使用したガス放電を開始、継続させるため
の改良された技術を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、ガス放電の作動寿命
が長くなるような適切な形状と物質を備えたフィールド
・エミッター・アレイを提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、カソードに極
微細なエミッター素子を用いたフィールド・エミッター
・アレイを使用した改良されたガス放電ランプを提供す
ることである。

【００１３】本発明のその他の目的は、従来のランプよ
り効率よく光を発生させ、且つ寿命が長く信頼性のある
蛍光灯やネオンランプなどの種々のガス放電ランプを提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、低圧ガ
スを収容した容器と、カソードを形成し、電子を前記ガ
ス中に放射する極微細なエミッター素子を有するフィー
ルド・エミッター・アレイと、前記カソードと離して設
けられたアノードと、前記カソードおよび前記アノード
にそれぞれ接続され、ガス放電が前記カソードおよび前
記アノード間を閉回路にするように、前記カソードおよ
び前記アノード間に電圧ポテンシャルを供給する第一お
よび第二の導体とを有するガス放電装置が得られる。

【００１５】本発明の第一の態様によるガス放電装置
は、低圧ガスを含む容器を持つ。フィールド・エミッタ
ー・アレイは、容器内部に位置しカソードを形成してい
る。フィールド・エミッター・アレイは、ガス中に電子
を発生させる極微細なエミッター素子を含んでいる。ア
ノードは容器内にカソードと離れた位置にある。第一の
コンダクターはカソードに、第二のコンダクターはアノ
ードにつながっており、ガス放電装置を作動させるため
にカソードとアノードの間には、電圧がかけられてい
る。この電圧により、カソードとアノードとの間の回路
を結ぶガス放電が生じる。一般的に、ガスには、０．１
トル（Torr）〜１０トル（Torr）の圧力がかけられてお
り、極微細なエミッター素子は、基板よりロッドが突き
出ており、最大横幅が１００ミクロン以下である。

【００１６】発明の他の態様によるガス放電ランプは、
ガスが電子により励起したときに光子を発生するような
ガスを内包する容器を有している。容器は、光が発生す
るために少なくとも一部が透明である。フィール・ドエ
ミッター・アレイは、ガスを励起させるためにガス中に
電子を発生させる極微細なエミッター素子を含んでい
る。良い具体例としてのガスは水銀である。発光性化合
物でコーティングするのは、可視光線中のガスによって
発生した光子を保護するためである。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図２は、本発明の一実施例によるガス放電
ランプ２００を示す。ランプ２００は、ガラスあるいは
水晶でできた容器２１０を有している。ランプが紫外光
源として使用される場合には、水晶容器が望ましい。容
器２１０の内面は、従来のフォトルミネッセンス燐光コ
ーティング２１５で被覆できる。容器２１０は、アルゴ
ンやクリプトン等の不活性ガスおよび小量の水銀で低圧
に満たされている。

【００１９】同一構成の二つのカソードーアノード電極
アセンブリ２３０および２５０は、容器２１０内に設け
られ、電子を交互に発生したり収集したりする。両アセ
ンブリ２３０および２５０間に電圧ポテンシャルが供給
されると、両アセンブリ間にガス放電が発生する。ガス
放電は、両アセンブリ間に電気的回路を作る。

【００２０】両アセンブリは、ＡＣ（交流）電源９００
によって交互に励起される。すなわち、アセンブリ２３
０がカソードとして動作するときには、アセンブリ２５
０はアノードとして動作し、さらに逆にも動作する。ア
センブリ２３０および２５０の詳細な構成については、
後述する。

【００２１】本説明のため、アセンブリ２３０が電子を
発生するのに使用され、アセンブリ２５０が電子収集器
として動作する励起サイクルのある相に関する説明に限
定する。多種類の発振波形が放電を励起させ得ること
は、当業技術者には、自明のことである。目的に応じ
て、例えば大電力電子保護装置では、ＤＣ（直流）電圧
が使用できる。

【００２２】アセンブリ２３０は第一のポテンシャルで
ある＋７７０ボルトに、アセンブリ２５０は第二のポテ
ンシャル、すなわちグランドに接続されている。アセン
ブリ２５０は事実上電子の供給量が制限されないような
電子供給が可能である。アセンブリ２３０および２５０
間のガスがアーク状伝播をもたらす。

【００２３】従来のホット・カソードで冷カソード・ラ
ンプに対して、本実施例のアセンブリ２３０および２５
０におけるカソードは、電子を容器２１０に放射する極
微細なエミッター素子を備えたフィールド・エミッター
・アレイを使用している。本実施例では、アセンブリ２
３０および２５０近傍のアーク発生および拡散から離れ
たガス放電において、アーク拡散の一般的性質は変化し
ない。

【００２４】図３は、電極アセンブリ２５０の詳細図で
ある。アセンブリ２３０は、アセンブリ２５０と同様で
ある。図３に示されるように、アセンブリ２５０は、ア
センブリが電子収集器として動作するとき電子を収集す
る収集アノード２５２と、アセンブリ２５０が電子源と
して動作すると電子を放射する極微細なエミッター素子
を備えたフィールド・エミッター・アレイ２５４とを有
している。本実施例において、収集アノード２５２は、
平らな環状形状である。金属メッシュ２５５が、フィー
ルド・エミッター・アレイ２５４の反対側の環状開口を
覆っている。アセンブリ２５０が電子収集器として動作
するとき、メッシュ２５５はアノード２５２と電気的に
接続され電子を収集する。平らな環状形状およびスクリ
ーンの代わりに、フィールド・エミッター・アレイ２５
４の前面に同一な電界構造をもたらす他の位置関係が使
用可能である。

【００２５】タングステン、モリブデン、同様な合金等
の良導体で溶けにくい金属が、アノードおよびメッシュ
金属として最良である。しかしながら、低電力密度への
適用の場合には、低溶解点金属やニッケル等の合金が適
している。ランプとして動作させる場合には、非常に小
量のアノードおよび／またはメッシュ物質はいずれかの
アセンブリから取り去ることができる。したがって、鉄
などのようにフィールド・エミッター・アレイ２５４を
被覆したり酸化させる物質は、アノード２５２およびメ
ッシュ２５５では避けることができる。

【００２６】図４は、フィールド・エミッター・アレイ
２５４の基本パラメータを示している。本実施例では、
フィールド・エミッター・アレイ２５４は、シリコン基
板４２０に埋め込まれた極微細な二珪化タンタル（tant
alum disilicide ）のロッド４１０のアレイから成る。
ロッドは、基板の主表面に対してほぼ直角になってお
り、メッシュ２５５と向かい合うアレイの前面２５４ａ
から突き出している。基板表面から上のロッド部分が、
極微細なエミッター素子を構成している。図４に示され
ているロッドは、肉眼で見るには小さすぎるので、図３
では見えていない。本実施例では、ロッドは、容器２１
０内でアルゴン、クリプトン、水銀に化学的に反応しな
いので、基板表面から上のロッド部分は保護物質で被覆
されていない。しかしながら、他の例では、ロッドは化
学的に反応しないように被覆することが必要である。例
えば、水蒸気環境では、ロッドは化学的に不活性にする
ために金や他の物質で被覆しなければならない。

【００２７】印加された電界の影響により、二珪化タン
タルのロッドのそれぞれが、極微細なフィールド。エミ
ッターとして動作する。フィールド・エミッター・アレ
イ中でのエミッターは、その高さＨ、平均横方向間隔
Ｓ、平均のチップ曲率半径Ｒ、およびベースにおけるロ
ッドの最大横断面寸法Ｄによって特徴付けられている。
ロッドの断面が円形である場合、最大横断面寸法は、ロ
ッドの直径である。

【００２８】図５は、メッシュ２５５と向かい合うフィ
ールド・エミッター・アレイの表面のＳＥＭ（scanning
electron microscope）写真であり、その倍率は２，４
６０倍である。図５には、基準として、１０μｍ（１０
ミクロン）のスケールが示されている。この図では、白
のスパイク状が二珪化タンタル・ロッドの端部である。
黒い部分は、シリコン基板である。

【００２９】本実施例においては、ロッドは、シリコン
基板表面からほぼ８．０〜８．１ミクロン突き出た高さ
Ｈだけ伸び、８０〜１２０オングストロームのチップ曲
率半径Ｒを持ち、約１０⁶／ｃｍ²の面積密度を持って
いる。この面積密度は、約１０ミクロンの横方向間隔Ｓ
に対応する。アレイ全体を通してロッドからの電流が比
較的均一になるように、基板上のロッドの配置がロッド
間で比較的均一であることが重要である。ある例では、
ロッドは、０．０１〜１００ミクロン最大横断面寸法Ｄ
と、０．５〜１００ミクロンの高さＨと、１０⁴／ｃｍ
²〜１０⁸／ｃｍ²の面積密度を持つことができる。

【００３０】本実施例では、アレイ２５４のシリコン基
板の厚さは、０．５ミリメートルである。二珪化タンタ
ル・ロッドは、シリコン基板を完全に貫通してメッシュ
２５５と向かい合わない裏面２５４ｂまで達している。
ロッドの端は、裏面２５４ｂと同一面になっている。ロ
ッドは、裏面２５４ｂをコーティングしたＴｉ−Ｎｉ−
Ａｕ（チタン−ニッケル−金）を介して、電気的接触が
取られている。Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕコーティングは、チタ
ン（約５０ナノメートル）、ニッケル（約１５０ナノメ
ートル）、および金（約５００ナノメートル）の蒸着膜
を順次コーティングし、その後アレイ２５４をアニーリ
ングする。コーティングは、約３５０℃で約１５分間行
われる。Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕコーティングは、ロッドと基
板との両方お接触させ、アレイの電気的接触に加えてロ
ッドと基板との間のショットキー・バリアを橋絡する。
Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕコーティングは、肉眼で見るには薄す
ぎるので、図３では見えていない。

【００３１】基板は、電子流によって二珪化タンタル・
ロッド内に発生した熱のヒートシンクの役目を果たすの
で、基板は比較的厚いことが望ましい。基板が比較的厚
いということは、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕコーティングした部
分のロッド部分から電子放射するロッド先端までのロッ
ド長が比較的長いことを意味する。この長さは、ロッド
内に電気抵抗をもたらすが、これにより電流が大量に流
れることをロッドが抑えている。極微細なエミッター素
子を備えた二珪化タンタルのアレイは、種々の利点を有
している。すなわち、充分に均一な微細構造および有効
な熱伝導性を有し、高温では比較的不活性である。他の
物質と異なり、タンタルの熱伝導率は、温度上昇にによ
り高くなる。このタンタルの性質は、エミッターを許容
温度に保つように働く。

【００３２】図３〜４を参照して、実験室できたアセン
ブリの寸法および他の詳細構成について述べる。収集ア
ノード２５２およびフィールド・エミッター・アレイ２
５４は、円形のセラミック・リング２５３によって、
０．５０〜０．２５ミリメートル離して保持されてい
る。リングの外周は約９ミリメートルであり、内径は約
５ミリメートルである。この実施例において、リング２
５３は、ＭＡＣＯＲ等のセラミックからできている。メ
ッシュ２５５は、リング２５３と収集アノード２５２と
の間に取り付けられている。フィールド・エミッター・
アレイ２５４は、タングステン・カソード・コンタクト
２５６に設けられたくぼみ２５６ａの中に配置されてい
る。コンタクト２５６の寸法は、二つのセラミック２５
７ａおよび２５７ｂは、フィールド・エミッター・アレ
イ２５４と反対側のコンタクト２５６の端部２５６ｂに
はめ込まれている。リング２５７ａおよび２５７ｂは、
リング２５３と同じ寸法を有し、ＭＡＣＯＲ等のセラミ
ックからできている。

【００３３】アセンブリ全体は、図３に示すように、収
集アノード２５２によって形成されたカン内に保持され
ている。保持リング２５８は、収集アノード２５２の裏
側の開口部に挿入され、セラミック・リング２５７ｂに
押し付けられている。保持リング２５８は、内部部材の
動きを防止する位置にスポット溶接されている。コンタ
クト・ワイヤ２５９および２６０が、（収集アノード２
５２と電気的に接触している）保持リング２５８および
カソード・コンタクト２５６と、それぞれコンタクト２
５９ａおよび２６０ａを介して、接続されている。

【００３４】実験機では、電子収集器として動作するア
センブリ２３０のリード２５９および２６０は、＋７７
０ボルトの電源に接続され、電子源として動作するアセ
ンブリ２５０のリード２５９および２６０は接地されて
いる。ランプ２００が直流電源で使う場合、数ミリアン
ペアの電流が流れ、可視光および紫外光を発生する。

【００３５】真空フィールド・エミッター・プロセス
は、エミッター表面の仕事関数に敏感である。外部環境
とのエミッター物質の反応は、避けるべき可能な不都合
な立場である。なぜなら、酸化表面の薄層は、三つまた
はそれ以上の要因により得られる放射電流を達成するの
に必要なフィールドを変更するからである。二次反応の
可能性は、物質の実際の化学反応なしに、ガス分子がエ
ミッター表面へ吸収されることである。吸収された分子
は、エミッター表面の仕事関数を変更してパフォーマン
スＷＰ確実に低下させる。

【００３６】イオンの逆衝突（BACK-BOMBARDMENT）の付
加的効果は、放射プロセスの直接的結果である。正イオ
ンは、放射電子とニュートラルなバックグランド・ガス
との衝突あるいはアノード物質をスパッタリングするこ
とによって放電中に発生する。これらの正電荷イオンは
カソードに向かって拡がり、イオンが生成された放電中
で決まる運動エネルギーでカソードをたたく。エミッタ
ー構造のスパッタリングの程度は、フィールド・エミッ
ター・あっれいの形状、放電量、エミッター物質、アノ
ード物質、およびバックグランド・ガス圧力に依存す
る。

【００３７】極微細なエミッター素子を備えるフィール
ド・エミッター・アレイは、他の物質で製造されたり、
および／または他の寸法や他の面積密度とすることがで
きる。アレイ２５４の裏面２５４ｂをコーティングする
Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕの代わりに、多くの他の物質が使用で
きる。例えば、極微細なエミッター素子を備えたフィー
ルド・エミッター・アレイは、ニオブ、タングステンや
モリブデン混合物等の共融混合物から、ガリウム−砒素
パターンド・デバイスから、有生分子デバイスから作る
ことができる。例えば、製造上の理由からコーティング
が高温でなされる場合には、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕコーティ
ングが、プラチナ−チタン−タングステン・コーティン
グと代替できる。後者のコンタクトは、最初に５−１５
％チタン含有のチタン−タングステン合金（約１００ナ
ノメートル）をデポジットし、その後プラチナ（約２０
ナノメートル）をデポジットすることによって、適用さ
れる。

【００３８】極微細なエミッター素子を備えたフィール
ド・エミッター・アレイのバックグランドおよび詳細な
技術情報については、次の文献に示されている。

【００３９】（１）米国特許第５，１３８，２２０号明
細書（１９９２年８月１１日）（２）アップライド・フィジックス・レターズ（Applie
d Physics Letters ），６１巻２１号（１９９２年１１
月２３日）の２５１８ページ所載の論文「Surface Comp
osition of Si-TaSi2 Eutectic Cathodes and Its Effe
ct on Vacuum Field Emission 」（３）アップライド・フィジックス・レターズ（Applie
d Physics Letters ），６０巻１７号（１９９２年４月
２７日）の２０６５ページ所載の論文「Analysisof Fie
ld Emission From Three-Dimensional Structure 」（４）アップライド・フィジックス・レターズ（Applie
d Physics Letters ），６０巻１３号（１９９２年３月
３０日）の１５５６ページ所載の論文「Demonstration
of Vacuum Field Emission From a Self-Assembling Bi
omolecular Microstructure Composite 」（５）アップライド・フィジックス・レターズ（Applie
d Physics Letters ），５９巻１７号（１９９１年１０
月２１日）の２０９４ページ所載の論文「VacuumField
Emission From a Si-TaSi2 Semiconductor-Metal Eutec
tic Composite」。

【００４０】次に、ランプ２００の動作について詳細に
説明する。

【００４１】電子収集器として動作するアセンブリ２３
０と電子源として動作するアセンブリ２５０との間に電
圧差を与えると、アセンブリ２５０内のフィールド・エ
ミッター・アレイ２５４の近傍に静電界が発生する。図
４〜５に示された二珪化タンタル・ロッドの先端近傍
に、この静電界が充分に増強され、二珪化タンタル・ロ
ッドの先端から電子を遊離させる。この電圧差は、また
アセンブリ２３０とアセンブリ２５０との間にアークを
生成する。

【００４２】フィールド・エミッター・アレイ２５４か
らの電子放射は、冷放射であり、熱的分離機構を必要と
しない。シリコン基板による逆衝突やアセンブリ２３０
のアノード構造がアーク光線流に貢献するにもかかわら
ず、電子放射は、アーク光による逆衝突も必要としな
い。電子がアセンブリ２５０のアレイ２５４から遊離し
た後、アセンブリ２５０とアセンブリ２３０との間の電
圧差によって、アセンブリ２５０、メッシュ２５５の方
に進み、メッシュ２５５を通り、アセンブリ２３０の方
へ左から右へランプの長さ方向に動く。アセンブリ２３
０の働きは、ランプの反対側アセンブリ２５０の端で電
子を収集することによって電子流路を提供することであ
る。

【００４３】図２において左から右へランプの長さ方向
に電子が動くにつれて、容器２１０内で水銀原子の外側
電子シェル内に電子が弾力的に衝突して水銀原子を励起
する。水銀原子がリラックスすると、１８６および２５
４ナノメートル紫外線光子の形で光（不可視ではある
が）を放射する。これらの１８６および２５４ナノメー
トルの紫外線光子は、順次発光性コーティング２１５と
反応して可視光を生成する。

【００４４】図２で左から右へ電子が移動すると、正イ
オンが右から左へ移動する。これらのイオンは、アセン
ブリ２５０の近傍で、中性化あるいは吸収される。ＡＣ
動作中には、１サイクルの後半に、電子は右から左へ移
動し、イオンが左から右へ移動する。

【００４５】ランプ２００は、化そーどをホットに保持
する電源を必要としないので、ホット・カソード・ラン
プより有用である。さらに、本実施例に使用されたカソ
ードは、従来のホット・フィラメント・カソードに不向
きなバックグランド・ガス不純物により向いている。

【００４６】さらに、本実施例のカソードは、電子が放
射されるときの物質ロスがない。このことは、パフォー
マンスを劣化させることなく、高運転状態での動作を可
能にする。本実施例によるランプのＭＴＢＦ（mean tim
e between failure ）は、従来のホット・フィラメント
・ガス放電ランプのＭＴＢＦに比して４倍長くなる。炭
坑や爆発性物質を持つ他の場所などのようにホット・フ
ィラメントの使用が望ましくない場所での光使用時、あ
るいは汚れた工場等のように長寿命で信頼性がクリティ
カルである状況下で特に有効である。

【００４７】本発明での配置、デザイン、および動作条
件は、メッシュ２５５で接地平面の発生だけでなく、フ
ィールド・エミッター・アレイ２５５のエミッター端の
周囲にプラズマ鞘を生成する。図４に示されるように、
プラズマ鞘は、シリコン基板表面およびロッドから伸び
ている。プラズマ鞘および接地平面は、エミッター先端
で、イオン逆衝突からシールドされ、アレイ寿命を飛躍
的に伸ばす。

【００４８】鞘のパラメータは、電位Ｖｋのカソードと
電位Ｖｐのアーク・プラズマとの間の電位差が低下する
デバイ・レングス（Debye Length）を制定する。Ｖｋと
Ｖｐとの差は、カソード降下電圧と呼ばれる。デバイ・
レングスλD は、λD ＝ＶTC／ωPCで与えられる。な
お、ＶTCは電子熱速度、ωPCはプラズマ鞘内の電子プラ
ズマ周波数である。プラズマ鞘の電位は、ほぼｅｘｐ
（−ｘ／λD ）である。なお、ｘはカソード表面構造上
の距離、λD はデバイ・レングスである。プラズマ鞘の
１／（ｅｘｐ（th））長は、先端の高さＨもオーダーで
あり、図４のラインＬに対応する。プラズマに対する一
般的情報は、マグローヒル社発行の「プラズマ科学の原
理（Principles of Plasma Physics：クラルおよびトリ
ベルピース（Krall and Trivelpiece ）に示されてい
る。

【００４９】プラズマ鞘は、事実上アノードの働きを
し、電子をロッドから引き離す。装置の短絡やプラズマ
の悪影響を避けるためには、プラズマ鞘を不利に混乱さ
せないようにすることが重要である。したがって、ロッ
ド以外の構造は、鞘の中に配置すべきではない。

【００５０】光応用に使用されるガス放電のパラメータ
では、λD は１〜１０ミクロンのオーダーである。エミ
ッター端の電圧Ｖｋとアーク・プラズマの電位Ｖｐとの
間の電位差は、短距離を通して現れ、エミッター端の構
造によってさらに増強される。エミッター構造に依存す
るフィールドの正確な増強は、プラズマ鞘の詳細に依存
し、数値シュミレーション装置によって正確に計算され
る。増強の大体の値は、デバイ・レングスとエミッター
端の曲率半径の比から計算できる。この計算によれば、
フィールド増強度は１００と１０００との間である。１
ボルトのエミッター先端とアーク・プラズマとの間の電
位差は、エミッター・チップに１０7 Ｖ／ｃｍの局所的
電界をつくる。局所的電界のこのレベルは、極微細なフ
ィールド・エミッター・アレイ領域で平均すると数アン
ペア〜１０アンペアの放射電子密度をもたらす。

【００５１】熱イオン放射カソードのカソード降下電圧
は、約１０ボルトであり、一方二次放射カソードのそれ
はほぼ６０ボルトである。アーク光を保持するため、充
分な電子流を放射するには、エミッター形状によって要
求されるそれぞれの電位差がある。上記分析によれば、
種々の応用におけるフィールド・エミッター・アレイに
応じた降下電圧は１ボルト以下のオーダーである。

【００５２】図３の構成は、それじ自身が自由電子源と
して動作するガス放電を発生させるように変更すること
ができる。自由電子は、例えば、ガスをイオン化するの
に使用される。

【００５３】本構成において、ワイヤ２５９および２６
０に印加される電圧は数百ボルト異なる。ある例では、
ワイヤ２５９には３００ボルトが印加され、ワイヤ２６
０は接地される（０ボルト）。これらの電圧が印加され
ると、アレイ２５４はカソード（電子放射器）となり、
メッシュ２５５はアノード（電子収集器）となる。ガス
放電が、アレイ２５４とメッシュ２５５との間で発生
し、アレイ２５４とメッシュ２５５との間の電気回路が
完成する。ガス放電は、ガス放電周辺領域に移動する自
由電子を発生する。メッシュは、メッシュと同じ働きを
する他のアノード構造と代えることができる。

【００５４】本発明をいかに他の応用に使用するかを説
明して、本発明の他の特徴および利点を明らかにする。

【００５５】軍用平面パネルディスプレイのバックライ
ト：軍事航空電子工学のような、現代軍事機器の多くの
タイプは、機器操作の情報を与えるアクティブ・マトリ
ックス・固体水晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤｓ）のよう
な平面パネルディスプレイを使用している。これらのデ
ィスプレイは、バックライトと呼ばれる光源が必要であ
る。平面パネルについては、米国特許第５，１６１，０
４１号明細書に詳細に示されている。

【００５６】いくつかのアプリケーションで要求される
ほの暗い光が０．５フィートランバートもしくはそれ以
下であるのに対して、日中でも見やすいディスプレイを
持った機器は、一般に発光レベルが１５０フィートラン
バート以上必要である。つまり多くの軍用アプリケーシ
ョンでは、明暗比（bright-to-dim ratio ）の大きいデ
ィスプレイが必要である。

【００５７】さらに、このディスプレイは、ナイト・ヴ
ィジョン・イメージング・システム（ＮＶＩＳ）の感度
に影響され易くてはならない。ＮＶＩＳのスペクトル感
度をとおした放射が、ＮＶＩＳに備え付けられた自動光
度調節器の働きを妨げないようにチェックされている場
合、このディスプレイはＮＶＩＳに適用できると考えら
れる。ナイト・ヴィジョン・ゴーグルへの適用限界は、
軍事特別番号ＭＩＬ−Ｌ−８５７６２Ａに記述されてい
る。つまり、これらの限界は、ディスプレイもしくはそ
の他の発光装置の発することができる程度の値とゴーグ
ルの感度を妨げない程度の値が、近赤外線（６２０−９
３０ナノメートル）の最大値によって決まる。

【００５８】現在、二者可換可能なランプ技術におい
て、非軍事的なアプリケーションにおいては、平面パネ
ルディスプレイを背面から照らす方法がとられている：
高温カソードや低温カソード。

【００５９】従来の低温カソードランプは、軍事機器に
おいてバックライトとしては使用できなかった。なぜな
ら、それらは夜間軍事用のアプリケーションとして必要
な限界値に対して暗くならないからである。ランプ動作
に必要な高い電圧値は、普通の動作状態に対し低いと満
足せず、ランプは消えてしまう。このように、従来の低
温カソードは、軍用平面パネルディスプレイのバックラ
イトとしの使用には適さない。

【００６０】あいにく、軍用平面パネルのバックライト
として高温カソードランプの利用には欠点がなかった。
現在までの軍用平面パネルディスプレイのバックライト
の一般的な使用法として、均一発光を必要とするディフ
ーザーと共に、反射するくぼみに曲がりくねった形をし
た高温カソード蛍光灯を使用することである。高温カソ
ード蛍光灯は、かなり欠陥のリスクが低い実証された技
術であるから、一般的に利用されている。日中でも見や
すい程度の発光性の供給、長い寿命、適度な光度、及び
構造的な保全に関して、そのリスクの平均をとったもの
は、低い値を示す。高温カソードの使用により、高温の
フィラメントにより生じる近赤外成分によって、ナイト
・ヴィジョン・イメージング機器の感度に影響され易く
なる。

【００６１】さらに、一般に平面パネル固体水晶ディス
プレイで使用されている物質は、可視光線を選択的に減
少するのに非常に有効的である。しかしながら、ＮＶＩ
Ｓゴーグルがとても敏感に反応するような高熱フィラメ
ントランプによって発する光の近赤外成分を減少させる
のには、とても効率が悪い。軍が使用する平面パネルデ
ィスプレイは、使用強度のダイナミックレンジに関する
きびしい要求、例えば暗さや明るさに関する要求があ
る。一般的には、２０００：１の以上のレンジが要求さ
れる。この要求は、日の光でも充分見やすく、ＮＶＩＳ
の要求にも適応している。

【００６２】高温カソード蛍光灯は、繰り返し低い電圧
だが制御された速度で点灯・消灯を行うとランプは暗く
なる。ランプの発光は、瞬時のピークでの発光と、リン
光の崩壊による発光を平均したものである。点灯に必要
な高い電圧と、繰り返しの高い使用頻度により、高発光
性ランプを作動したときに起こるカソード物質のロスと
同様な方法でカソード物質のロスが生じる。このよう
に、高熱カソードランプが暗くなるのは、ランプの寿命
を非常に短くするのである。

【００６３】本発明によるランプでは、カソードは物質
のロスに耐えられない。カソードの動作時間は、カソー
ドが現実に働いている放射サイクルの間の時間にのみ関
係している。このように、種々の動作サイクルを持つ本
発明によるランプが暗くなることにより、ランプの寿命
が非常に短くなる。

【００６４】高熱フィラメントランプも軍事的な衝撃や
振動の環境に適さない。軍事的な衝撃や振動の環境の下
では、壊れ易いランプフィラメントでつくられたコイル
は、破損、燃焼、および／または機械的ストレスによっ
て簡単に切れてしまう。

【００６５】本発明によるランプは、衝撃や振動による
欠陥をおこしにくい単純な構造をしている。本発明で
は、衝撃や振動により壊れ易い部品、例えばコイルなど
を使用していない。本発明のエレクトロン・エミッター
は衝撃や振動に対してかなりダメージに耐えられる物質
である。

【００６６】本発明を使用したバックライトされた平面
パネルディスプレイ３００の単純化した装置を、図６に
記す。平面パネルディスプレイ３００は、伝達可能な
（トランスミッシブ）ＡＭＬＣＤ３１０、ライトディフ
ューザー３２０、本発明を使用したガス放電蛍光灯３３
０、及びバックリフレクターを含んでいる。ガス放電蛍
光灯３３０は、ランプのチューブに電子を発生する極微
細なエミッター素子を持つフィールド・エミッター・ア
レイを使用している。これらの電子は、順々にチューブ
の水銀原子を励起させる。チューブの内側にコーティン
グされたリン光により、ディスプレイをバックライトす
るための可視光線を発生させる紫外線を、この水銀原子
は基底状態になるときに発生する。

【００６７】制御装置３５０（例えば、コンピュータ）
によりＡＭＬＣＤ３１０に与えられた、電気的制御信号
により、ランプ３３０による光を遮断したり伝達させた
りして、観測者により観測されるディスプレイ３１０の
表面の映像を作り出す（観測者は、図６のディスプレイ
の左側に位置している。）。

【００６８】本発明は、上述された物に加えて、種々の
アプリケーションに応用することが出来る。一般的に言
って、低圧ガス放電装置において電子の発生源を必要と
する任意のアプリケーションに使用することが出来る。
例えば、本発明は、セミコンダクターに応用できる。そ
れ故、本発明がある特定の具体例の説明だけしか述べら
れていないが、本発明の応用範囲は、上述の具体例に限
られたものではない。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、カソードに極微細なエミッター素子を用いたフィー
ルド・エミッター・アレイを使用することにより、ガス
放電の作動寿命が長くなる。また、従来より効率よく光
を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の蛍光ランプを示す図である。

【図２】本発明の一実施例によるランプを示す図であ
る。

【図３】図２に示した実施例における電極アセンブリを
詳細に示す図である。

【図４】本実施例における極微細なエミッター素子を備
えたフィールド・エミッター・アレイの種々のパラメー
タを示す図である。

【図５】図２〜４に示した実施例に使用されるのに適し
た極微細なエミッター素子を備えたフィールド・エミッ
ター・アレイを示す図である。

【図６】本発明の他の実施例によるフラット・パネル・
ディスプレイを示す図である。

【符号の説明】

２００ガス放電ランプ２１０容器２１５コーティング２３０，２５０カソード−アノード・アセンブリ９００電源２５２収集アノード２５３セラミック・リング２５４フィールド・エミッター・アレイ２５５金属メッシュ２５６コンタクト２５７ａ，２５７ｂリング２５８保持リング２５９，２６０４１０二珪化タンタル４２０シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダグラスエイ．キルクパトリックアメリカ合衆国，メリーランド 20708, ローレル，ロスマリンウェイ 9407 (72)発明者ジョージエル．バーゲロン，サードアメリカ合衆国，ヴァージニア 22151, スプリングフィールド，ケニルワースドライヴ 8718 (72)発明者オットージェイ．ハントアメリカ合衆国，カリフォルニア 92111, サンディエゴ，コムリーシィーティー．6627 (72)発明者ジェームズジェイ．ヒックマンアメリカ合衆国，ヴァージニア 22102, ホールスチャーチ，ウィロウポイントドライヴ 7749 (72)発明者スタンレイイー．バズビーアメリカ合衆国，カリフォルニア 92122, サンディエゴ，マーサーレイン 3352

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低圧ガスを収容した容器と、カソードを形成し、電子を前記ガス中に放射する極微細
なエミッター素子を有するフィールド・エミッター・ア
レイと、前記カソードと離して設けられたアノードと、前記カソードおよび前記アノードにそれぞれ接続され、
ガス放電が前記カソードおよび前記アノード間を閉回路
にするように、前記カソードおよび前記アノード間に電
圧ポテンシャルを供給する第一および第二の導体とを有
するガス放電装置。
【請求項２】前記ガスの圧力が１０トル以下である請
求項１記載のガス放電装置。
【請求項３】前記ガスの圧力が０．１トル以上である
請求項１記載のガス放電装置。
【請求項４】前記ガスの圧力がが０．１トルと１０ト
ルとの間である請求項１記載のガス放電装置。
【請求項５】前記極微細なエミッター素子が基板から
突出したロッドを有し、前記ロッドが１００ミクロン以
下の最大横断面寸法を有する請求項１記載のガス放電装
置。
【請求項６】前記極微細なエミッター素子が基板から
突出したロッドを有し、前記ロッドが１．０１ミクロン
と１００ミクロンとの間の最大横断面寸法を有する請求
項１記載のガス放電装置。
【請求項７】前記フィールド・エミッター・アレイが
シリコン基板中に二珪化タンタルのロッドを有する請求
項１〜６の中の任意の請求項記載のガス放電装置。
【請求項８】前記フィールド・エミッター・アレイが
シリコン基板中に二珪化タンタルのロッドと、前記ロッ
ドと前記基板との間のショットキー・バリアを橋短する
ために前記ロッドと前記基板とを接続する金属層とを有
する請求項１〜６の中の任意の請求項記載のガス放電装
置。
【請求項９】前記フィールド・エミッター・アレイ中
の前記極微細なエミッター素子の面積密度が、少なくと
も１，０００／平方センチメートルである請求項１記載
のガス放電装置。
【請求項１０】前記基板中の前記二珪化タンタル・ロ
ッドの面積密度が、少なくとも１０，０００／平方セン
チメートルである請求項７記載のガス放電装置。
【請求項１１】ガスが電子によって励起されるとき光
子を放射するガスを収容し、光を放射するために部分的
に透明である容器と、カソードを形成し、前記ガスを励起するために電子を前
記ガス中に放射する極微細なエミッター素子を備えたフ
ィールド・エミッター・アレイとを有するガス放電ラン
プ。
【請求項１２】前記カソードと離して設けられたアノ
ードと、前記カソードおよび前記アノードにそれぞれ接続され、
ガス放電が前記カソードおよび前記アノード間を閉回路
にするように、前記カソードおよび前記アノード間に電
圧ポテンシャルを供給する第一および第二の導体とをさ
らに有する請求項１１記載のガス放電ランプ。
【請求項１３】前記ガスが水銀ガスである請求項１１
記載のガス放電ランプ。
【請求項１４】前記ガスの圧力が１０トル以下である
請求項１１記載のガス放電ランプ。
【請求項１５】前記ガスの圧力が０．１トル以上であ
る請求項１１記載のガス放電ランプ。
【請求項１６】前記ガスの圧力がが０．１トルと１０
トルとの間である請求項１１記載のガス放電ランプ。
【請求項１７】前記ガスによって放射された光子を可
視光に変換する燐光コーティングをさらに有する請求項
１１記載のガス放電ランプ。
【請求項１８】前記ガスが水銀ガスであり、且つ前記
ガスによって放射された光子を可視光に変換する燐光コ
ーティングをさらに有する請求項１１記載のガス放電ラ
ンプ。
【請求項１９】前記フィールド・エミッター・アレイ
がシリコン基板中に二珪化タンタルのロッドを有する請
求項１１〜１８の中の任意の請求項記載のガス放電ラン
プ。
【請求項２０】前記フィールド・エミッター・アレイ
がシリコン基板中に二珪化タンタルのロッドと、前記ロ
ッドと前記基板との間のショットキー・バリアを橋短す
るために前記ロッドと前記基板とを接続する金属層とを
有する請求項１１〜１８の中の任意の請求項記載のガス
放電ランプ。
【請求項２１】前記フィールド・エミッター・アレイ
中の前記極微細なエミッター素子の面積密度が、少なく
とも１，０００／平方センチメートルである請求項１１
〜１８の中の任意の請求項記載のガス放電ランプ。
【請求項２２】前記フィールド・エミッター・アレイ
が前記容器の一端にあり、発振サイクルの一期間中に電
子を前記ガス中に放射し、前記ガス放電ランプが、前記容器の反対端に付加カソー
ドを形成する付加フィールド・エミッター・アレイをさ
らに有し、前記付加フィールド・エミッター・アレイが、前記ガス
を励起するために前記発振サイクルの第二の期間中に電
子を前記ガス中に放射する極微細なエミッター素子を有
する請求項１１記載のガス放電ランプ。
【請求項２３】前記基板中の前記二珪化タンタル・ロ
ッドの面積密度が、少なくとも１０，０００／平方セン
チメートルである請求項１９記載のガス放電ランプ。
【請求項２４】（ａ）極微細なエミッター素子を備え
るフィールド・エミッター・アレイを有するカソードと
アノードとの間に電圧ポテンシャルを供給するステップ
と、（ｂ）前記極微細なエミッター素子からガス放電容器に
電子を放射して、前記カソードと前記アノードとの間で
ガス放電を起こさせ、前記カソードと前記アノードとの
間で回路を完成させて光を発生するステップとを含む光
を発生させる方法。
【請求項２５】制御信号に応じて、光を透過したり遮
断する伝達物質層と、前記伝達物質層をバックライトするガス放電ランプとを
有し、前記ガス放電ランプが、極微細なエミッター素子を備え
るフィールド・エミッター・アレイを有するフラット・
パネル・ディスプレイ装置。
【請求項２６】前記フィールド・エミッター・アレイ
がシリコン基板中に二珪化タンタルのロッドを有する請
求項２５記載のフラット・パネル・ディスプレイ装置。
【請求項２７】前記フィールド・エミッター・アレイ
がシリコン基板中に二珪化タンタルのロッドと、前記ロ
ッドと前記基板との間のショットキー・バリアを橋短す
るために前記ロッドと前記基板とを接続する金属層とを
有する請求項２５記載のフラット・パネル・ディスプレ
イ装置。
【請求項２８】（ａ）極微細なエミッター素子を備え
るフィールド・エミッター・アレイを有するカソードと
アノードとの間に電圧ポテンシャルを供給するステップ
と、（ｂ）前記極微細なエミッター素子からガス放電容器に
電子を放射して、前記カソードと前記アノードとの間で
ガス放電を起こさせ、前記カソードと前記アノードとの
間で回路を完成させるガス放電を生成する方法。
【請求項２９】（ａ）電子によって励起されると光子
を放射するガスを内包するガス放電容器と、（ｂ）前記ガス放電容器内の第一のカソード−アノード
・アセンブリと、（ｃ）前記ガス放電容器内の第二のカソード−アノード
・アセンブリとを有し、前記第一のカソード−アノード・アセンブリは、（１）前記第一のカソード−アノード・アセンブリが第
一のポテンシャルに接続されたとき、前記ガスを励起す
るために電子を前記ガス中に放射する極微細なエミッタ
ー素子を備える第一のフィールド・エミッター・アレイ
と、（２）前記第一のカソード−アノード・アセンブリが第
二のポテンシャルに接続されたとき、前記ガス中に電子
を集める第一の収集アノードとを有し、前記第二のカソード−アノード・アセンブリは、（１）前記第二のカソード−アノード・アセンブリが第
二のポテンシャルに接続されたとき、前記ガスを励起す
るために電子を前記ガス中に放射する極微細なエミッタ
ー素子を備える第二のフィールド・エミッター・アレイ
と、（２）前記第二のカソード−アノード・アセンブリが第
二のポテンシャルに接続されたとき、前記ガス中に電子
を集める第二の収集アノードとを有するガス放電ラン
プ。
【請求項３０】前記第一のフィールド・エミッター・
アレイの前方にメッシュをさらに有する請求項２９記載
のガス放電ランプ。
【請求項３１】前記第一の収集アノードが円形形状で
ある請求項２９記載のガス放電ランプ。
【請求項３２】前記第一の収集アノードが円形形状で
あり、前記第一のカソードーアノード・アセンブリが、
前記第一の収集アノードの中心部分における前記第一の
フィールド・エミッター・アレイの前方に配置されたメ
ッシュをさらに有する請求項２９記載のガス放電ラン
プ。
【請求項３３】前記第一のカソードーアノード・アセ
ンブリが、前記第一フィールド・エミッター・アレイを
保持するコンタクトをさらに有する請求項３２記載のガ
ス放電ランプ。
【請求項３４】電子によって励起されると紫外光を放
射するガスを内包し、紫外光に少なくとも部分的に透明
である容器と、カソードを形成するフィールド・エミッター・アレイと
を有し、前記フィールド・エミッター・アレイが、前記ガスを励
起するために前記ガス中に電子を放射する極微細なエミ
ッター素子を備える紫外線ガス放電ランプ。
【請求項３５】パネル・ディスプレイの赤外線発生を
最小に保ちながら前記パネル・ディスプレイを発光させ
る方法において、（ａ）制御信号に応じて光を透過したり遮断する伝達物
質層と、前記伝達物質層をバックライトするように配置
されたガス放電管（前記ガス放電管は、電子によって励
起されると光子放射するガスを内包する容器と、極微細
なエミッター素子を含むフィールド・エミッター・アレ
イとを有し、前記フィールド・エミッターアレイは、前
記ガス放電管からの赤外線成分の放射を最小にする冷カ
ソードを構成する）とをパネル・ディスプレイを用い、（ｂ）極微細なエミッター素子を含む前記フィールド・
エミッター・アレイ間に電気ポテンシャルを供給し、（ｃ）前記極微細なエミッター素子から、フィールド放
射により、前記ガス中に電子を放射し、（ｄ）ステップ（ｃ）で放射された前記電子を使って前
記ガス中に原子を励起させ、（ｅ）ステップ（ｄ）で励起された原子をリラックスさ
せて前記パネル・ディスプレイをバックライトする光を
発生させる発光方法。
【請求項３６】電子によって励起されると光子を放射
する水銀を内包する容器と、コーティングされていない極微細な二珪化タンタル・ロ
ッドを備えるフィールド・エミッター・アレイとを有
し、前記ロッドは、前記水銀に電子を放射して前記水銀を励
起し、それによって光を発生するガス放電ランプ。
【請求項３７】赤外線発生を少なくしたパネル・ディ
スプレイにおいて、制御信号に応じて光を透過したり遮断する伝達物質層
と、前記伝達物質層をバックライトするように配置されたガ
ス放電管とを有し、前記ガス放電管は、電子によって励起されると光子を放
射するガスを内包する容器と、極微細なエミッター素子
を備えたフィールド・エミッター・アレイとを有し、前記フィールド・エミッター・アレイが、前記ガス放電
管からの赤外線発生を最小にする冷カソードを形成する
パネル・ディスプレイ。
【請求項３８】（ａ）極微細なエミッター素子を備え
たフィールド・エミッター・アレイを含むカソードとア
ノードとの間に電気ポテンシャルを供給し、（ｂ）前記カソードと前記アノードとの間でガス放電を
形成するように、前記極微細なエミッター素子からガス
放電容器に電子を放射し、前記ガス放電により自由電子
を発生し、前記カソードと前記アノードとの間で回路を
完成する自由電子を発生させる方法。