TWI404449B - Lighting device - Google Patents

Description

照明裝置

本發明，係關於場放射型之電子發射源所使用之照明裝置。

以往，作為電場放射型之電子發射源所使用之照明裝置，例如，曾提出日本特開平10－255699號公報所記載之照明裝置。此照明裝置係構成為，於真空密封管內設置一對平面玻璃基板，於其一之平面玻璃基板上設置電子發射源（陰極部），另一平面玻璃基板上設置附螢光體之透明電極膜（陽極部），由陰極部發射之電子與面狀之螢光體碰撞後螢光體被激發，而使可見光以平面單方向發光，而可利用於平面顯示器等。於是，考慮將此等之照明裝置，利用為由液晶顯示面板之背面側進行照明、即所謂之背光裝置。然而，如同液晶電視等之組裝有液晶顯示面板之電子機器，其薄型化、省電化的要求逐年升高，使用上述電子發射源之照明裝置，當作為背光裝置組裝於上述電子機器時所追求者為，非上述之平面方向發光而可全方位發光、並且可因應薄型而能組裝於狹窄之背面側、且能以低耗電量而高亮度發光。

本發明之照明裝置，其特徵在於，具備：沿軸方向設置之線狀陰極、與線狀陰極於軸方向上對向之附螢光體陽極、及將其等真空密封之真空密封管；其中，線狀陰極，具備導線與設置於導線全周面之作為電子發射源之碳膜；附螢光體陽極，具備陽極部、與設置於陽極部之螢光部。

較佳者為，將線狀陰極之表面附加凹凸，且將此凹凸表面之碳膜設置成尖銳、或比較尖銳之形狀。

又，上述之「線狀」並無限定為直線狀，係含螺旋狀、波紋狀等曲線狀、混合直線狀與曲線狀等者；又，亦不限中空或實心者；再者，其截面形狀，亦無特別限定，不限於圓形，亦可為橢圓形、矩形或其他形狀。上述之「凹凸」，並無限定於其尺寸，例如，係含由突起或溝槽所形成之肉眼可見尺寸之凹凸，至因表面粗度之微觀尺寸之凹凸。碳材料，係包含其尖銳部分為例如管狀、壁狀之碳材料。上述之「比較尖銳」部分之尖銳度，係因應電場之電子發射特性而決定，就算帶有些許圓角也能屬於尖銳。

依據本發明之照明裝置，藉由將真空密封管作成為細管，可達成伴隨如液晶電視等電子機器之薄型化、而對組裝於液晶顯示面板背面側之背光裝置之薄型化的要求。

又，藉由於線狀陰極部（設置於真空密封管之內部）的表面設置凹凸、而於此凹凸表面形成作為電子發射源之碳膜，使電場之電子發射部較易發生電場集中，僅需施加極低之電力，即可以作為液晶用背光裝置所需之充分之高光亮度進行發光，而為同時兼顧作為液晶面板用背光裝置之管徑細徑化之技術要求、及賦予液晶面板充分之發光亮度之技術要求者。

再者，依據本發明，由於線狀陰極與附螢光體陽極係沿真空管之長邊方向相對向配置，故能自真空密封管之全周圍發出可見光，而能提供一種照明裝置，其作為背光裝置組裝入電子機器之狹窄背面而達成薄型化、且即使以低耗電量亦能以高亮度發光。

依據本發明，由於可便可見光之發光由真空密封管之全方位進行，故能更適用於平面顯示器。

以下，參照圖式，說明本發明之實施型態相關之照明裝置。

圖1係照明裝置之一部分截斷立體圖，圖2係照明裝置之截面圖，圖3係表示照明裝置之前視圖。照明裝置，係於真空密封管中將附螢光體陽極與線狀陰極真空密封。真空密封管10之兩端雖為使內部真空而閉合著，但於圖式為利於了解而未顯示兩端部。附螢光體陽極，係由陽極部11a與螢光部11b所構成。真空密封管10，係由圓筒狀之玻璃管所構成，內部形成為真空或大致真空。陽極部11a，係由鋁、銅、鎳、SUS等金屬構成。陽極部11a可為實心亦可為中空，其表面係具有適於螢光部11b之黏著性、及螢光部11b發光之反射性之面。螢光部11b，係形成於陽極部11a之外周緣之全面。線狀陰極13，係由鎳、不鏽鋼、鐵等材料作成之細金屬導線所形成。線狀陰極13之全周緣，係成膜有未圖式之碳奈米管、碳奈米壁等微小之碳系線狀物。線狀陰極13，係延設於軸方向，且於螢光部11b之圓周方向等間隔設置複數個。

較佳之構成為，增廣線狀陰極13與螢光部11b之間隔以施加高電位，或增加線狀陰極之個數以縮窄彼此間之間隔，以使螢光部11b之全面皆可發射電子。間隔物14，係為使螢光部11b與線狀陰極13之間隔固定為既定大小而使用，而由外嵌於螢光部11b之環狀體14a、與此環狀體周圍之複數之突出片14b所構成。線狀陰極13，係架設於，於螢光部11b兩端之外周面所設置之間隔物14的相對向之突出片14b間，而配置為與螢光體表面之間相隔既定間隔。環狀體14a亦可與螢光部11b黏結。線狀陰極13，彼此透過導體15而形成電氣連接。

脈衝電源17，係透過附螢光體陽極11與線狀陰極13間之電線16而連接，而於附螢光體陽極11與線狀陰極13之間施加電壓。其發射之電子與附螢光體陽極11之螢光部11b碰撞而發光。若使脈衝電壓上昇至流通1mA/cm² 之電流，則該發光之亮度成為20萬Cd。作為此情況之條件，係於Φ1mm之長10cm之線狀陰極13上，以3mm之間隔，構成Φ2cm之長10cm之附螢光體陽極，而於10^{－ 6} Torr之真空下藉施加脈衝電壓6kV(1KHz)以流通1mA/cm² 之電流。

依上述之照明裝置，可由真空密封管之全面發射光。又，於螢光部11b之外周緣配置線裝陰極13時，由於使用間隔物14，故容易將線狀陰極13與螢光部11b之間隔設定為既定大小，能以高精度控制線狀陰極13與附螢光體陽極11間之間隔，而以線狀陰極13與附螢光體陽極11之間隔0.5mm於電壓800V下能得到300lm/W之高效率。

圖4所示之照明裝置中，線狀陰極13係形成螺旋狀，而與螢光體表面隔以既定間隔而環繞著。間隔物14，係於環狀體14a上將一突出片14b朝外側折彎而構成。間隔物14係外嵌於附螢光體陽極11之兩端。線狀陰極13，其全周緣係成膜有碳奈米壁等碳膜，並以螺旋狀環繞於附螢光體陽極11之周圍。線狀陰極13之兩端固定著間隔物14之突出片14b。藉此，線狀陰極13，係配置成與螢光體表面相隔既定間隔。若施加電壓於線狀陰極13與附螢光體陽極11之間，則由線狀陰極13發射電子，此被發射之電子碰撞於螢光部11b而發光。以上之照明裝置，亦可於全面發光，並可容易將線材與螢光體之間隔控制於既定大小。而且，由於線狀陰極13形成為螺旋狀而配置於附螢光體陽極11之周緣，故容易使螢光部11之360°全面發光。

參照圖5至圖8說明本發明進一步之其他實施型態相關照明裝置。其中，真空密封管10，例如，由管長250mm之長形且外徑為15mm及內徑為10mm之細管構成。真空密封管10，可為直管形狀亦可為U字形管形狀。

附螢光體陽極11，其膜厚為例如1μm，於真空密封管10內表面由圖中之右側之起始端側起至圖中左側之終端側呈密合設置。又，附螢光體陽極11，係由層狀螢光部11b與層狀陽極部11a所構成；該層狀螢光部11b，係由因電子線激發而發出白色光之螢光體粉末所構成；該層狀陽極部11a，係蒸鍍導電性優異之金屬（以鋁為佳）而構成。

附螢光體陽極11之形成方法，係將因電子線激發而發出白色光之螢光體粉末，於空氣中或氮等非氧化氣體之減壓環境氣氛中之任一者，加入藉450℃燒成而揮發之PVA（聚乙烯醇）等黏結劑、與黏度調整用水性液體，作成漿料，將此漿料塗布於真空密封管10之內面進行乾燥後形成螢光部11b。其次，為使此螢光部11b之表面平坦化，塗布有機物漿料，使其充分乾燥，之後，使用鋁蒸鍍裝置，以使膜厚成為0.1~0.3μm之方式蒸鍍鋁。以此蒸鍍之狀態置入電爐中以450℃除去黏結劑，並且將螢光體粉末黏附於真空密封管10之內面而形成陽極部11a。如此，於真空密封管之內面，形成螢光部11b與陽極部11a之2層構造之附螢光體陽極11。

線狀陰極13，係設置於附螢光體陽極11之內徑側。線狀陰極13，外徑並無特別限定，而具備例如1mm左右之直線狀導線13a。此導線13a之表面形成有凹凸13b。此凹凸13b，除了線狀陰極13之起始端部與終端部外，較佳為於其大致全周緣均勻地形成可見尺寸的凹凸。凹凸13b，可藉由例如於線狀陰極13之表面進行螺紋切削加工、拉伸而形成。凹凸13b，例如，分布於線狀陰極13之大致全周面，並以互相為均等或大致均等之高度、尖銳度成對，藉此，能夠於線狀陰極13之大致全周緣均勻且高亮度地發光。導線13a之材料，並無特別限定，但例如以不鏽鋼、石墨、鎳、鐵、鈷等為佳。

線狀陰極13表面之凹凸13b上，形成有作為電場電子發射部之碳膜13c。碳膜13c，係具有多數微觀之尖銳的微細部分之碳膜材料，例如，以碳奈米管、碳奈米壁為佳。碳膜13c之微觀形狀並未特別圖式。

線狀陰極13表面之凹凸13b上之碳膜的形成方法，並無特別限定，例如，可藉由網版印刷、塗布、CVD（化學蒸鍍法）等簡單、廉價之周知技術來形成，而碳奈米管之形狀，例如，係外徑1~數10nm、長1~數μm之管狀，由於此管之形狀，具有於其前端容易集中電場、容易發射電子之特性。又，碳奈米管及碳奈米壁，以與導線13a之電氣性接觸的觀點考量，以直接成膜於導線13a上為佳。又，碳奈米壁，較佳者為，於導線13a之凹凸13b表面上直接以電漿CVD法成膜之方法。其理由在於，不需要於碳奈米管上所需之觸媒之故。

此凹凸13b與碳膜13c之組合，係凹凸13b之形狀為可見之尺寸、而碳膜13c之形狀為微觀尺寸。若導線13a之表面為平坦，則僅利用碳膜13c之電子發射特性惡劣，藉由於導線13a之表面附上凹凸13b，碳膜13c，例如碳奈米壁、碳奈米管，特別容易集中於此凹凸13b之凸部，而因凸部之形狀與其尖銳之前端的相乘效果，藉由本發明人等之實驗，確認格外提昇電子發射特性之效果。

若施加電壓於線狀陰極13與附螢光體陽極11間，則電場集中於碳膜13c，例如碳奈米管之尖銳部分，基於量子通道效果電子會穿破能量障壁而發射至真空中。被發射之電子，被附螢光體陽極11吸引而碰撞於附螢光體陽極11，藉此螢光部11b被激發而發光。

線狀陰極13，係呈線狀，而在細真空密封管內部從起始端側至終端側與附螢光體陽極之周圍以大致等距離對向配置，故施加以低電力即能均一、高亮度地發光，而為作為背光裝置之極優異者。

引出線18，係由將附螢光體陽極11由真空密封管拉出至外部之科瓦合金(Kovar)等所構成。引出線19，係由將線狀陰極13由真空密封管拉出至外部之科瓦鐵鎳鈷合金等所構成。碳糊20，係連接附螢光體陽極11之陽極部11a與引出線18；碳糊21係連接線狀陰極13與引出線19。線狀陰極13終端側之範圍D，係以碳糊21被覆而防止該終端側之電場集中。引出線18、19之熱膨脹係數，係分別配合真空密封管10，藉此而為不易受溫度變化影響之構造。22係表示熔接部。

對具備以上構成之背光裝置用螢光管實施如下所述之試驗。

首先，使用高脈衝電源17，透過引出線18、19，於附螢光體陽極11與線狀陰極13間，施加8kV、脈衝寬5μs、頻率6kHz之直流脈衝。結果，得到100000cd/m² 之發光亮度。

其次，連續施加脈衝電壓1週（24×7小時＝168小時）後，測定真空密封管10外壁之溫度時，係與室溫相同，並無因發光而使溫度上昇，亮度亦無變化。此試驗結果顯示，實施型態之背光裝置用螢光管，係非常適於作為以低耗電量、高亮度而由大型液晶電視等液晶顯示面板之背面側進行照明之背光裝置。

具備以上構成之背光裝置用螢光管，係能同時兼顧作為液晶面板用背光裝置之管徑細徑化之技術要求、及賦予液晶面板充分之發光亮度之技術要求者。

於圖9A，顯示上述實施型態之真空密封管10之部分截斷圖；於圖9B，使與圖9A對比，顯示線狀陰極13之截面矩形形狀；於圖9C，顯示真空密封管10之截面矩形形狀、與線狀陰極13之截面圓形形狀。於圖9D，顯示真空密封管10之截面矩形形狀、與線狀陰極13之截面矩形形狀。圖9B至圖9D之各例，係與圖9A之例具有同樣之作用效果。於圖9E，顯示附螢光體陽極11呈網狀。附螢光體陽極11即使為網狀，亦能由碳膜13進行電子發射。

參照圖10至圖12，線狀附螢光體陽極11，其插通於細管10內部，而一端側係以玻璃製之套筒26所支承，另一端側係以未圖示之石英製支承體支承，藉此，於真空密封管10內部配置為與該真空密封管之內面平行。線狀附螢光體陽極11，係由芯線11a、與形成於該芯線外表面之螢光膜11b所構成，該芯線11a係由直徑0.5mm之鎳、鈷等所構成。芯線11a，係對於螢光膜11b之發光，形成光反射面。該線狀附螢光體陽極11，於芯線11a之外表面使用螢光體漿料，以噴塗法或浸塗法塗布、乾燥。之後，於空氣中、或氮氣流中，藉由進行450℃燒成，形成於芯線11a之外表面黏著有螢光膜11b者。螢光膜11b之螢光材料，只要為能因電子碰撞而發光之材料即可，並無特別限定。直徑0.5mm之鎳製線狀陰極13，係以與線狀附螢光體陽極11隔離2.0mm之狀態，插通於真空密封管10之內部，一端側係以玻璃製之套筒26所支承，另一端側係以未圖式之石英製支承體所支承，藉此，於真空密封管10內部配置為與線狀附螢光體陽極11平行。

對於具備以上構成之背光裝置用螢光管實施性能試驗時，藉由施加5kV之電壓得到30000cd/m² 之發光亮度。

其次，連續施加5kV之電壓1週（24×7小時＝168小時）後，測定真空密封管10外壁之溫度時，係與室溫相同，並無因發光而使溫度上昇，亮度亦無變化。此試驗結果顯示，實施型態之背光裝置用螢光管，係非常適於作為以低耗電量、高亮度之由大型液晶電視等液晶顯示面板之背面側進行照明之背光裝置者。

圖13，係顯示沿圖10中B－B線之截面的其他變形例。如圖13所示，亦可對線狀附螢光體陽極11中之芯線11a之外表面，形成大致半周面之螢光膜。此形成方法，係對塗布有大致半周面密封劑之芯線11a上，以不對芯線11a之全周面塗布螢光體漿料之方式，以此狀態塗布螢光體漿料，則可於芯線11a之大致半周面形成螢光膜。此場合，密封劑可以300℃左右使其揮發、去除。

圖14A，係顯示：液晶電視23、組裝於液晶電視23內之TFT液晶顯示面板24、及於TFT液晶顯示面板24之背面側進行照明之背光裝置25。此背光裝置25，係具備：背光源收納用框體25a、及收納於該框體25a之背光源25b。實施型態之背光裝置用螢光管，係作為該背光源25b而組裝於其中。利用該背光用螢光管之背光源25b，如圖14B所示，亦可為U字型形狀。26係表示發光部。

10．．．真空密封管

11．．．附螢光體之陽極

11a．．．陽極部

11b．．．螢光部

13．．．線狀陰極

13a．．．導線

13b．．．凹凸

13c．．．碳膜

14．．．間隔物

14a．．．環狀體

14b．．．突出片

15．．．導體

16．．．電線

17．．．脈衝電源

18、19．．．引出線

20、21．．．碳糊

22．．．熔接部

23．．．液晶電視

24．．．TFT液晶顯示面板

25．．．背光裝置

26．．．發光部

圖1，係本發明之實施型態之照明裝置之局部透視立體圖。

圖2，係本發明之實施型態之照明裝置之截面圖。

圖3，係本發明之實施型態之照明裝置之前視圖。

圖4，係本發明之其他實施型態之照明裝置之局部透視立體圖。

圖5，係顯示關於本發明之其他實施型態之背光用電場電子發射型螢光管之截面圖。

圖6，係圖5中以圓A圈住部分之擴大顯示圖。

圖7，係圖5中以圓B圈住部分之擴大顯示圖。

圖8，係圖5中以圓C圈住部分之擴大顯示圖。

圖9A，係顯示細管與陰極部之變形例之立體圖。

圖9B，係顯示細管與陰極部之其他變形例之立體圖。

圖9C，係顯示細管與陰極部之其他變形例之立體圖。

圖9D，係顯示細管與陰極部之其他變形例之立體圖。

圖9E，係顯示陽極部之變形例之立體圖。

圖10，係顯示關於本發明之其他實施型態之背光用電場電子發射型螢光管之截面圖。

圖11，係圖10A－A線之截面擴大顯示圖。

圖12，係圖10B－B線之截面擴大顯示圖。

圖13，係於圖10B－B線截面之線狀陽極部之變形例之擴大顯示截面圖。

圖14A，係顯示組裝於關於實施型態之背光用電場電子發射型螢光管之背光裝置、及具備此背光裝置之液晶電視之立體圖。

圖14B，係顯示電場電子發射型螢光管所使用之背光之變形例之圖。

10．．．真空密封管

11．．．附螢光體陽極

11a．．．陽極部

11b．．．螢光部

13．．．線狀陰極

14．．．間隔物

14a．．．環狀體

14b．．．突出片

15．．．導體

16．．．電線

17．．．脈衝電源

Claims (10)

1. 一種照明裝置，其係具備：沿軸方向設置之線狀陰極、於軸方向上與線狀陰極相對向之附螢光體陽極、及將其等真空密封之真空密封管；該線狀陰極，具備導線、與設置於該導線外周面之作為電子發射源之碳膜；該附螢光體陽極，具備陽極部、與設置於該陽極部之螢光部；該線狀陰極，其表面設有凹凸，且該凹凸之表面，設置有具備尖銳或比較尖銳形狀之碳膜。
2. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該線狀陰極，係於附螢光體陽極之周圍以等間隔設置複數個。
3. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該線狀陰極，係形成為螺旋狀。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之照明裝置，其中，該碳膜之材料，係碳奈米管或碳奈米壁。
5. 如申請專利範圍第3項之照明裝置，其中該附螢光體陽極，係呈線狀，而於真空密封管內與線狀陰極對向配置。
6. 如申請專利範圍第4項之照明裝置，其中該附螢光體陽極，係呈線狀，而於真空密封管內與線狀陰極對向配置。
7. 一種照明裝置，其係具備：沿軸方向設置之線狀陰極、於軸方向上與線狀陰極相對向之附螢光體陽極、及 將其等真空密封之真空密封管；該線狀陰極，具備導線、與設置於該導線外周面之作為電子發射源之碳膜；該附螢光體陽極，具備陽極部、與設置於該陽極部之螢光部；附螢光體陽極，係沿軸方向設置於真空密封管之內部中央；線狀陰極，係於附螢光體陽極之周圍，配置1個至複數個；該線狀陰極之表面設置有凹凸，而於該凹凸之表面設置碳膜。
8. 一種照明裝置，其係具備：沿軸方向設置之線狀陰極、於軸方向上與線狀陰極相對向之附螢光體陽極、及將其等真空密封之真空密封管；該線狀陰極，具備導線、與設置於該導線外周面之作為電子發射源之碳膜；該附螢光體陽極，具備陽極部、與設置於該陽極部之螢光部；線狀陰極，係沿軸方向設置於真空密封管之內部中央；附螢光體陽極，係沿軸方向設置於真空密封管之內周面；該線狀陰極之表面設置有凹凸，而於該凹凸之表面設置碳膜。
9. 一種照明裝置，其係具備：沿軸方向設置之線狀陰極、於軸方向上與線狀陰極相對向之附螢光體陽極、及將其等真空密封之真空密封管；該線狀陰極，具備導線、與設置於該導線外周面之作為電子發射源之碳膜；該附螢光體陽極，具備陽極部、與設置於該陽極部之螢光部；附螢光體陽極與線狀陰極，係於真空密封管之內部配置成沿軸方向大致平行；該線狀陰極之表面設置有凹凸，而於該凹凸之表面設置碳膜。
10. 如申請專利範圍第7至9項之照明裝置，其中該碳膜，係碳奈米管或碳奈米壁。