WO2005059949A1 - フィールドエミッション点光源ランプ - Google Patents

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Inventor
Kouichi Takase
Shinichi Hirabayashi
Original Assignee
Nihon University
Japan Communication Inc.
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J63/00Cathode-ray or electron-stream lamps
    • H01J63/06Lamps with luminescent screen excited by the ray or stream

Definitions

  • the present invention relates to a field emission point light source lamp, and more particularly to a field emission point light source lamp used for a projection light source of a projection type liquid crystal display device, a head lamp of an automobile, a medical lamp, or a laser excitation lamp.
  • a field emission point light source lamp used for a projection light source of a projection type liquid crystal display device, a head lamp of an automobile, a medical lamp, or a laser excitation lamp.
  • a halogen lamp or the like As a projection light source of a conventional projection type liquid crystal display device, a halogen lamp or the like is used.
  • the light source device shown in FIG. 5 (a) disclosed in Patent Document 1 is a lamp having characteristics close to a point light source. Uses a short arc metal halide lamp with a short arc length and lights with direct current. However, since the life of halogen lamps is short, it has been proposed to use field emission lamps with relatively long life as projection light sources.
  • Non-Patent Document 13 describes a method of forming a carbon film on a cathode of a field emission lamp by CVD.
  • Patent Document 1 JP-A-10-247595
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-17004
  • Non-Patent Document> 2 A. N. Obraztsov, et al; "CVD growth and field emission properties of nanostructured carbon films", J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) 357-362.
  • Non-Patent Document 3 AN Obraztsov, et al .; "Chemical vapor deposition of carbon films: in-situ plasma diagnostics ", Carbon 41 (2003), 836-839.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and realize a long-life field emission point light source lamp for a projection type liquid crystal display device. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a field emission point light source lamp comprising a cathode conductor, an anode conductor facing the cathode conductor, and a phosphor crystal attached to a cathode end of the anode conductor. And a vacuum container containing the cathode conductor and the anode conductor. In addition, a carbon film is formed on the anode-side surface of the cathode conductor by CVD.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a field emission point light source lamp according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view, a front view, and a rear view showing a state where the field emission point light source lamp according to the embodiment of the present invention is mounted on a reflector bracket;
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another example of the field emission point light source lamp in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of still another example of the field emission point light source lamp in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a conventional projector lamp. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a cathode conductor having a graphite film formed on a surface thereof by a CVD method is provided so as to face a phosphor crystal attached to an anode conductor attached to the cathode end, and the cathode conductor and the anode conductor are evacuated. It is a field emission point light source lamp housed in a container.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a field emission point light source lamp according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view, a front view, and a rear view showing a state where a field emission point light source lamp is attached to a reflector bracket.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another example of a field emission point light source lamp.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of still another example. 1 to 4, the cathode conductor 1 is a cathode-side electrode.
  • the anode conductor 2 is an electrode on the anode side.
  • the phosphor crystal 3 is a phosphor crystal disposed at the cathode end of the anode conductor 2.
  • the vacuum container 4 is a transparent container that houses the cathode conductor and the anode conductor.
  • the carbon film 5 is a graphite film formed on a cathode conductor by a CVD method in order to increase electron emission efficiency.
  • the reflector bracket is the same as that used for conventional halogen lamps.
  • a graphitic carbon film 5 is formed by a CVD method.
  • the thickness of the carbon film 5 is 2-3 im.
  • the density of the electron emission points of the carbon film 5 on the cathode conductor 1 can be made 10 7 m 2 .
  • non-patent literature:! ⁇ 3 etc. please refer to the method of forming a graphite film by the CVD method.
  • An anode conductor 2 is provided so as to face the cathode conductor 1.
  • 3d transition metals such as Ni, Fe, and Cu can be used.
  • a 3d transition metal film or the like is used, and as the anode conductor 2, a transparent ITO film or the like is used.
  • a phosphor crystal 3 that emits white light or one of the three primary colors is attached. The size of the phosphor crystal is about 1 mm X 1 mm.
  • the phosphor is Zno.2Cdo. 8 S: Ag, Cl (red), Zn for low voltage.
  • the minimum distance between the electrodes of the cathode conductor 1 and the anode conductor 2 is 10 to 20 ⁇ m, but can be increased to about 10 mm.
  • the cathode conductor 1 and the anode conductor 2 are housed in a vacuum container 4. Vacuum is 10_ 2 ⁇ 10 3 torr.
  • a unipolar pulse voltage is applied between the cathode conductor 1 and the anode conductor 2.
  • the voltage is between 500 and 1 kV.
  • the voltage can be as high as 10 kV.
  • the frequency is between 1 and 5 kHz.
  • the pulse width is 3-8 / i sec.
  • the firing voltage is 1 VI ⁇ m.
  • the current density of the cathode is 10 mA / cm 2 (at 10 V / m).
  • the basic configuration of the lighting power supply may be the same as that for the conventional field emission lamp.
  • Brightness is about 30,000 cd / m 2 at about 200,000 cd / m ⁇ white monochromatic.
  • the luminous efficiency is about 30%.
  • the life of a monochromatic lamp is about 50,000 hours.
  • a field emission point light source lamp As described above, in the embodiment of the present invention, a field emission point light source lamp, a cathode conductor having a graphite film formed on the surface thereof by a CVD method, and an anode conductor having a phosphor crystal attached to the cathode end thereof are opposed to each other. Since the cathode conductor and the anode conductor are housed in a vacuum vessel, a long-life projection light source for a projection-type liquid crystal display device can be realized. Industrial applicability
  • a field emission point light source lamp having a long life and optimum for a projection light source for a projection type liquid crystal display device can be realized by having the above configuration.
  • the use of carbon film as a cathode for electron emission it is possible to take out the 107 or so of the electronic per 1 cm 2. This value is about 10,000 times the conventional number of electrons of 10 3 , so that higher brightness than the conventional one can be obtained.
  • Field emission point light sources have a longer life than halogen lamps because they can suppress the generation of heat. It can also be used as a head lamp for automobiles, a medical lamp, a laser excitation lamp, and a general-purpose lighting device.

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  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
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Description

フィ一ルドエミ ツション点光源ランプ 技術分野
本発明は、 フィールドェミ ッショ ン点光源ランプに関し、 特に、 投射型液晶 表示装置の投射光源や、 自動車のヘッ ドランプや、 医療用ランプや、 レーザー 励起用ランプに用いるブイ一ルドエミッション点光源ランプに関する。 背景技術 明
従来の投射型液晶表示装置の投射光源としては、 ハロゲンランプなどが使用 されている。 特許文献 1に開示されている食第 5図 (a ) に示す光源装置は、 点 光源に近い特性のランプである。 アーク長の短いショートアークメタルハラィ ドランプを使用し、 直流電流で点灯する。 しかし、 ハロゲンランプは、 寿命が 短いので、 比較的寿命の長いフィールドェミッションランプを、 投射光源とし て利用することが提案されている。
従来のフィールドェミ ッショ ンランプの例を簡単に説明する。 第 5図 (b ) に断面図を示すフィールドエミッションランプは、 特許文献 2に開示されてい る 3極管構造のランプである。 このランプを、 投射型液晶表示装置のプロジェ クタ光源として利用する。 また、 従来のフィールドェミ ッショ ンランプには、 非特許文献 1に記載されているような円筒型のものもある。 非特許文献 1 3 には、 フィールドエミツションランプの陰極に CVDによりカーボン皮膜を形成 する方法が記載されている。
(特許文献 1 ) 特開平 10-247595号公報
(特許文献 2 ) 特開 2003-17004号公報
(非特 S午文献 1 ) A. N. Obraztsov, et al.; "Field emission characteristics of nanostructured thin film carbon materials", Applied Surface Science 215, (2003) 214-221.
(非特許文 > 2 ) A. N. Obraztsov, et al; "CVD growth and field emission properties of nanostructured carbon films", J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) 357-362.
(非特許文献 3 ) A. N. Obraztsov, et al.; "Chemical vapor deposition of carbon films: in-situ plasma diagnostics", Carbon 41 (2003) , 836-839.
しかし、 従来のフィールドェミッションランプでは、 陰極の表面積当たりの 電子数すなわち電流量が少なかったため、 点光源にすることは困難であった。 また、 蛍光体の大きさを点光源に近づけると、 電流密度が大きくなつて、 熱に よる劣化が早く進んで寿命が短くなるので、 投射型液晶表示装置の投射光源用 の長寿命点光源ランプを実現できなかった。 本発明は、 上記従来の問題を解決 して、 投射型液晶表示装置用の寿命の長いフィールドエミッション点光源ラン プを実現することを目的とする。 発明の開示
上記の課題を解決するために、 本発明では、 フィールドェミ ッショ ン点光源 ランプを、 陰極導体と、 陰極導体と対向する陽極導体と、 陽極導体の陰極側先 端に取り付けられた蛍光体結晶と、 陰極導体と陽極導体とを収容する真空容器 とを具備する構成とした。 また、 陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を CVD法に より形成する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例におけるフィールドエミッション点光源ランプの 断面模式図、
第 2図は、 本発明の実施例におけるフィールドエミッション点光源ランプを 反射板ブラケッ トに取り付けた状態を示す断面図と正面図と背面図、
第 3図は、 本発明の実施例におけるフィールドエミッション点光源ランプの 他の例の断面模式図、
第 4図は、 本発明の実施例におけるフィールドエミッション点光源ランプの さらに他の例の断面模式図、
第 5図は、 従来のプロジヱクタ用ランプの概念図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を実施するための最良の形態について、 第 1図〜第 4図を参照 しながら詳細に説明する。 本発明の実施例は、 表面にグラフアイ ト皮膜を CVD法により形成した陰極導 体を、 蛍光体結晶を陰極側先端に取り付けた陽極導体に対向させて設け、 陰極 導体と陽極導体とを真空容器に収容したフィ一ルドエミツション点光源ランプ である。
本発明の実施例におけるフィールドエミッション点光源ランプの構成と製法 を説明する。 第 1図は、 本発明の実施例におけるフィールドェミ ッション点光 源ランプの断面模式図である。 第 2図は、 フィールドェミ ッション点光源ラン プを反射板ブラケッ トに取り付けた状態を示す断面図と正面図と背面図である。 第 3図は、 フィールドエミッション点光源ランプの他の例の断面模式図である。 第 4図は、 さらに他の例の断面模式図である。 第 1図〜第 4図において、 陰極 導体 1は、 陰極側の電極である。 陽極導体 2は、 陽極側の電極である。 蛍光体 結晶 3は、 陽極導体 2の陰極側先端に配置された蛍光体の結晶である。 真空容 器 4は、 陰極導体と陽極導体とを収容する透明な容器である。 炭素皮膜 5は、 電子放出効率を高めるために、 陰極導体上に CVD法により形成されたグラファ イ ト皮膜である。 反射板ブラケッ トは、 従来のハロゲンランプ用と同様のもの である。
陰極導体 1の表面には、グラフアイ トの炭素皮膜 5を CVD法により形成する。 炭素皮膜 5の厚さは、 2〜3 i mである。 CVD法の条件を適切に制御すること で、 陰極導体 1上の炭素皮膜 5の電子放出点の密度を、 107 m2 にすることがで きる。 CVD 法によりグラフアイ ト皮膜を形成する方法については、 非特許文献 :!〜 3などを参照されたい。
陰極導体 1に対向させて陽極導体 2を設ける。 陰極導体 1 と陽極導体 2とし ては、 Niや Feや Cu等の 3d遷移金属を使うことができる。 第 3図の例の陰極 導体 1 としては、 3d遷移金属膜などを用い、 陽極導体 2としては、 透明な ITO 膜などを用いる。 陽極導体 2の陰極側先端に、 白色光または 3原色の 1つを発 生する蛍光体結晶 3を取り付ける。 蛍光体の結晶のサイズは、 約 1 mm X 1 mm である。 蛍光体は、 低電圧用では、 Zno.2Cdo.8S:Ag,Cl (赤)、 Zn。62Cd。98S:Ag,Cl (緑)、 ZnS:Ag,Al (青) を用いる。 高電圧用では、 Y23:Eu (赤)、 Gd202S:Tb (緑)、 ZnS:Ag (青) を用いる。 蛍光体結晶 3としては、 高温になっても劣化しないものが適 している。 従来の粉末の蛍光塗料では、 温度が 200 °Cを超えると、 試料に含ま れる高蒸気圧元素が試料中から抜け出してしまうため、 蛍光塗料の劣化が始ま る。 蛍光体結晶及び結晶発光体 (現在 LED に使用されている結晶発光体)、 特 に単結晶を使用することにより、 温度による劣化を抑えることができる。 ただ し、 結晶の融点を超えると結晶構造が壊れてしまうので、 発光体の機能を有し なくなる。
陰極導体 1と陽極導体 2との電極間距離は、 最短で 10〜 20 μ mであるが、 10mm程度まで大きくすることも可能である。 陰極導体 1と陽極導体 2とを真 空容器 4に収容する。 真空度は 10_2〜 103torrである。
上記のように構成された本発明の実施例におけるフィールドエミッション点 光源ランプの動作を説明する。 陰極導体 1と陽極導体 2との間に単極性のパル ス電圧を印加する。 電圧は 500〜 1 kVである。 電圧は、 10 k V程度まで高く することも可能である。 周波数は 1〜 5 kHzである。 パルス幅は、 3〜8 /i sec である。 放電開始電圧は、 1 VI μ mである。 陰極の電流密度は、 10mA/cm2 ( 10V/ mのとき) である。 点灯用電源の基本的構成は、 従来のフィールドエミッシ ョンランプ用のものと同じでよい。
陰極導体 1と陽極導体 2との間に電圧を印加すると、 陰極導体 1上の炭素皮 膜 5から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、 蛍光体結晶 3に当たり、 蛍光 を発生する。 蛍光体結晶 3から出た蛍光は各方向に出射する。 第 3図の例では、 陰極導体 1を透過した光が、 図面上方から出射する。 第 4図の例では、 蛍光体 結晶 3から出た光が、 図面上方から出射するとともに、 図面下方から出た光も ランプシェードで反射されて図面上方から出射する。 輝度は、 単色で約 20万 cd/m\ 白色で約 3万 cd/m2である。 発光効率は約 30 %である。 単色ランプの寿 命は約 5万時間である。 このように蛍光体結晶 3を用いることで、 フィールド エミッション点光源ランプの寿命を長くできる。
上記のように、 本発明の実施例では、 フィールドェミッション点光源ランプ を、 表面にグラフアイ ト皮膜を CVD法により形成した陰極導体を、 蛍光体結晶 を陰極側先端に取り付けた陽極導体に対向させて設け、 陰極導体と陽極導体と を真空容器に収容する構成としたので、 投射型液晶表示装置用の寿命の長い投 射光源を実現できる。 産業上の利用可能性
本発明によると、 上記のように構成したことにより、 投射型液晶表示装置用 の投射光源に最適な寿命の長いフィールドエミッション点光源ランプを実現で きる。電子放射用陰極としてカーボン皮膜を用いることにより、 1 cm2当たり 107 個程度の電子を取り出すことができる。 この値は、 従来の電子数 103の約 10000 倍であり、 これにより、 従来のものより高い輝度を得ることができる。 フィー ルドエミ ッショ ン点光源では、 熱の発生を抑制できるので、 ハロゲンランプよ り長寿命となる。 また、 自動車のヘッ ドランプや、 医療用ランプや、 レーザ一 励起用ランプや、 汎用の照明装置としても利用できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 陰極導体と、 前記陰極導体と対向する陽極導体と、 前記陽極導体の陰極側 先端に取り付けられた蛍光体結晶と、 前記陰極導体と前記陽極導体とを収容す る真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション点光源ラン プ。
2 . 前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を形成したことを特徴とする請求項 1に記載のフィールドエミッション点光源ランプ。
3 . 請求項 1に記載のフィールドエミツション点光源ランプを製造する製造方 法において、 前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を C V D法により形成する ことを特徴とするフィールドエミツション点光源ランプの製造方法。
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