JP4850648B2 - フィールドエミッションランプ - Google Patents

Description

本発明は、電界により電界電子エミッタから電子を放出させ、この電子を蛍光体に当てることにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションランプ（フィールドエミッションディスプレイを含む）および該フィールドエミッションランプの駆動方式に関するものである。

上記フィールドエミッションランプの駆動では、陽極側に直流電源の正極性電圧を印加して該陽極と対向配置された電界電子エミッタ上の多数の電子放出点それぞれから電界により陽極に向けて電子を放出させ、この放出した電子を陽極上の蛍光体に衝突させて該蛍光体を励起発光させるようになっている(特許文献１)。

このような駆動方法においては図８のｄ１→ｄ２→ｄ３→…で示すように蛍光体の各発光領域に対応してそれまで励起発光して明るかった白抜き丸印で示す領域は暗くなり、それまで暗かった別の黒抜き丸印で示す領域は励起発光して明るくなる。

このように従来の駆動方法では、明暗のちらつき、すなわち、上記した白抜きと黒抜きとで示す多数の明暗斑点の集合からなりその明暗斑点の集合状態が定まらず複雑ランダムに変化するような発光状態が発生していた。

また、暗い領域が存在することにより、輝度の大きさにも影響している。さらに発光に寄与しないエネルギが熱に変わりフィールドエミッションランプの温度が極めて高温になってしまい、フィールドエミッションランプを扱い難くすると共にエネルギ損失も大きい。
特開２００２−３４３２７９号公報

本発明により解決すべき課題は、蛍光体の発光ちらつきを抑制して均一発光を可能とし、輝度を向上して発光効率をアップ可能とし、管面温度の高温化を抑制し、かつ、製作容易化を達成可能とすることである。

本発明によるフィールドエミッションランプは、発光側となる透明なフロントパネルと、上記フロントパネルのバック側に平行配置されたリアパネルと、上記リアパネルの内面上に設けた電界により電子を放出する電界電子エミッタと、上記フロントパネルの内面に設けられ上記電界電子エミッタに対して面状に対向配置された蛍光体付きの陽極と、それぞれ複数の電子通過孔を有するとともに対向電極面に二次電子放出膜を有した少なくとも２枚の平面状のゲート電極を電子放出方向に平行かつ間隔を隔てて対向配置してなり、かつ、上記二次電子放出膜は相手のゲート電極の電子通過孔に少なくとも一部で対向した二次電子エミッタと、上記陽極と上記電界電子エミッタとの間に直流電圧を印加して上記電界電子エミッタから電界電子を放出させる直流電源と、上記両ゲート電極間に交流電圧を印加して上記電界電子エミッタから放出される電子を陰極に近い側のゲート電極の電子通過孔を通過させて陽極に近い側のゲート電極の電極面に設けた二次電子放出膜に衝突させ、この衝突で上記両ゲート電極の対向面に設けた上記両二次電子放出膜間で二次電子をアバランシェに増倍生成して両ゲート電極間に二次電子による電子雲領域を形成させる交流電源とを備え、上記電子雲領域から放出される二次電子を上記蛍光体に照射することにより発光させる、ことを特徴とする。

本発明ではこの電界電子エミッタは多数の電子放出点を有しており、各電子放出点から放出される電子（一次電子）は二次電子エミッタで増倍されて陽極に放出される。そして、この場合、一次電子は偏在していても、二次電子エミッタから放出される二次電子は偏在が減り全体的に平均化されて陽極に向けて放出することができる結果、蛍光体はこの二次電子の照射で全体的に平均化して発光することができるようになり、従来のような明暗斑点が無くなり全体的にソフトで均一な発光状態を得ることができる。また、本発明によると、上記暗斑点が無くなることにより、全体の輝度が向上し、発光効率をアップすることができるようになる。さらに、本発明によると、電子放出に用いたエネルギをほとんど発光に寄与させることができ、その分、フィールドエミッションランプの高温化が解消し扱い易くなり、消費エネルギ損失を小さくすることができる。

この場合、上記両ゲート電極の対向電極面は相手側に向けて凹面状または凸面状であることがより好ましい。

本発明によれば、蛍光体の発光ちらつきを抑制して均一に発光させることができるとともに、全体の輝度を向上させ、発光効率を大きくアップさせることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るフィールドエミッションランプを説明する。

図１は、実施形態のフィールドエミッションランプの側面図、図２は図１のフィールドエミッションランプを分解して示す斜視図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はフィールドエミッションランプの駆動電圧の各波形を示す図、図４および図５はゲート電極の変形例を示す図、図６は同フィールドエミッションランプの駆動の説明に供する図、図７はフロントパネルからの発光状態を示す図、である。

まず、図１、図２を参照して、１０はフィールドエミッションランプであり、このフィールドエミッションランプ１０は、発光側となる平板状でガラス板からなって透明なフロントパネル１２と、そのバック側に平行配置される平板状のリアパネル１４と、フロントパネル１２とリアパネル１４の周縁部を相互間に配設した枠状の図示略のサイドパネルとで内部が真空封止されたフラットパネルタイプになっている。フロントパネル１２の内面には蛍光体１６付きの陽極１８が形成されている。透明とは光を透過することができる意義であり、その透過率に限定されない。

蛍光体１６は、電子の照射により励起発光する蛍光体である。蛍光体１６は、電子の照射により励起して可視光を発光する。蛍光体１６は、周知の蛍光体でよく、特に限定されない。蛍光体１６は、陽極１８にスラリー塗布法、スクリーン印刷法、電気永動法、沈降法等により塗布等により形成することができる。陽極１８は、透明導電膜であるＩＴＯ（酸化インジウム・錫）やアルミニウム等の金属をスパッタリングやＥＢ蒸着等により薄膜状にして形成されている。

リアパネル１４の内面上には複数の電界電子エミッタ２０がワイヤ状に互いに平行に延びて互いに等間隔に並設されている。電界電子エミッタ２０は、導線の外周に炭素膜からなるｎｍオーダーの微細突起からなる多数の電子放出点を有する。この電子放出点は、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、等により構成されていて微細な突起の先端への電界集中で電子放出するものである。陽極１８と複数の電界電子エミッタ２０との間に直流電源２２，２４が接続されている。

以上の構成において実施形態のフィールドエミッションランプ１０では、電界電子エミッタ２０と陽極１８との間に二次電子エミッタ２６を配置したことを特徴とする。この二次電子エミッタ２６は、複数の電子通過孔２８ａ，３０ａを有する第１、第２ゲート電極２８，３０を少なくとも２枚平行かつ間隔を隔てて対向配置し、上記両ゲート電極２８，３０間に交流電源３２からの交流電圧を印加して電界電子エミッタ２０から放出される電子Ｐ（一次電子）から二次電子Ｑを増倍生成し、その増倍生成した二次電子Ｑを蛍光体１６に向けて照射するようになっている。なお、交流電圧の波形は特に限定されないが、例えば図３（ａ）−（ｃ）で示すように正弦波（図３（ａ））、矩形波（図３（ｂ））、リップルを含む矩形波（図３（ｃ））等の波形を採用することができる。上記において両ゲート電極２８，３０の対向電極面には二次電子放出膜２８ｂ，３０ｂが形成されている。この二次電子放出膜２８ｂ，３０ｂは相手のゲート電極２８，３０の電子通過孔２８ａ，３０ａに少なくとも一部で対向している。上記では両ゲート電極２８，３０の対向電極面は相手側に向けて図４で示すように凹面状または図５で示すように凸面状にしてその凹面状または凸面状の電極面に二次電子放出膜２８ｂ，３０ｂを形成してあることが二次電子の増倍においては、より好ましい。

図６を参照して動作を説明すると、まず、図６（ａ）で示すように電界電子エミッタ２０からの一次電子Ｐは、第２ゲート電極３０の電子通過孔３０ａを通過して第１ゲート電極２８の電極面に設けた二次電子放出膜２８ｂに衝突する。これにより二次電子放出膜２８ｂから二次電子が生成される。この二次電子は第２ゲート電極３０の電位の極性に応じて当該第２ゲート電極３０の二次電子放出膜３０ｂに衝突あるいは反発され、また、第２ゲート電極３０の二次電子放出膜３０ｂに衝突した二次電子は第１ゲート電極２８の電極面に設けた二次電子放出膜２８ｂに衝突あるいは反発されるなどにより、両ゲート電極２８，３０間には二次電子が増倍生成され、図６（ｂ）で示すように電子雲３４が生成される。この電子雲３４は二次電子が偏在することなく平均化されて存在している。

こうしてこれら電子雲３４は図６（ｃ）で示すように第１ゲート電極２８の電子通過孔２８ａから陽極１８に向けて電子が引き出されて蛍光体１６を照射する。その結果、蛍光体１６が発光するが、この場合、二次電子は平均化しているので、蛍光体１６は均一に発光することができる。

このため、フロントパネル１２側から見ると、図７で示すようにフロントパネル１２全体が均一に発光した明るい領域となり、従来のように明暗に輝度変化することが無く、全体的にほぼ一様な輝度で発光することができ、発光ちらつきが解消される。また、実施形態では全体の輝度変化が少なくなりソフトで均一な発光状態に駆動することができ、照明ランプとして用いた場合に好適なフィールドエミッションランプを提供することができるようになる。なお、実施形態のフラットパネルタイプであったが、管状タイプでもよい。この場合では、円筒状ランプ管の内面に蛍光体付き陽極を形成すると共にその管中心に電界電子エミッタをワイヤ状に空中架設し、ワイヤ状陰極と蛍光体付き陽極との間に円周方向に上記二次電子エミッタを配置するとよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

図１は、実施形態のフィールドエミッションランプの側面図である。 図２は図１のフィールドエミッションランプを分解して示す斜視図である。 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はフィールドエミッションランプの駆動電圧の各波形を示す図である。 図４はゲート電極の変形例を示す図である。 図５はゲート電極の別の変形例を示す図である。 図６はフィールドエミッションランプの動作説明に供する図である。 図７はフィールドエミッションランプの発光状態を示す図である。 図８は従来のフィールドエミッションランプの説明に供する図である。

符号の説明

１０ フィールドエミッションランプ
１２ フロントパネル
１４ リアパネル
１６ 蛍光体
１８ 陽極
２０ 電界電子エミッタ
２６ 二次電子エミッタ
２８，３０ ゲート電極
２８ａ，３０ａ 電子通過孔
２８ｂ，３０ｂ 二次電子放出膜
３２ 交流電源
３４ 電子雲

Claims (2)

1. 発光側となる透明なフロントパネルと、
   上記フロントパネルのバック側に平行配置されたリアパネルと、
   上記リアパネルの内面上に設けた電界により電子を放出する電界電子エミッタと、
   上記フロントパネルの内面に設けられ上記電界電子エミッタに対して面状に対向配置された蛍光体付きの陽極と、
   それぞれ複数の電子通過孔を有するとともに対向電極面に二次電子放出膜を有した少なくとも２枚の平面状のゲート電極を電子放出方向に平行かつ間隔を隔てて対向配置してなり、かつ、上記二次電子放出膜は相手のゲート電極の電子通過孔に少なくとも一部で対向した二次電子エミッタと、
   上記陽極と上記電界電子エミッタとの間に直流電圧を印加して上記電界電子エミッタから電界電子を放出させる直流電源と、
   上記両ゲート電極間に交流電圧を印加して上記電界電子エミッタから放出される電子を陰極に近い側のゲート電極の電子通過孔を通過させて陽極に近い側のゲート電極の電極面に設けた二次電子放出膜に衝突させ、この衝突で上記両ゲート電極の対向面に設けた上記両二次電子放出膜間で二次電子をアバランシェに増倍生成して両ゲート電極間に二次電子による電子雲領域を形成させる交流電源と、
   を備え、
   上記電子雲領域から放出される二次電子を上記蛍光体に照射することにより発光させる、ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
2. 上記両ゲート電極の対向電極面は相手側に向けて凹面状または凸面状である、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ランプ。

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