JP5274828B2 - Field emission lamp with cold cathode electron source - Google Patents
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本発明は、冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプに関する。 The present invention relates to a field emission lamp having a cold cathode electron source.
図5を参照して、内部真空10の図示略のランプ管内に蛍光体11付きアノード電極12に平行に配置した基板14上にカソード電極16を配置すると共に、このカソード電極16上に断面長方形状の絶縁層18と断面三角形状の電子エミッタ(エミッタ電極)20とを配置し、電子エミッタ20とカソード電極16とは直接接続で相互の電気的導通をとる一方で絶縁層18上に断面長方形状のゲート電極22を配置した構成のフィールドエミッションランプ24が従来から提案されている(例えば特許文献1参照)。このようなフィールドエミッションランプ24では、アノード電極12とカソード電極16との間に高電位を印加すると共にゲート電極22の電位制御で電子エミッタ20の頂点から電子放出を制御しつつ電界放射により電子を引き出して蛍光体11に加速衝突させて蛍光体11を励起発光させることができるようになっている。
Referring to FIG. 5, a
上記フィールドエミッションランプ24では、ゲート電極22とカソード電極16との位置関係は、電子エミッタ20からの電子引き出し特性に影響を与える。従ってこれら相互の絶縁距離は予め一定に設定できることが望ましい。
In the field emission lamp 24, the positional relationship between the
しかし、上記従来構造の冷陰極電子源26ではゲート電極22とカソード電極16との絶縁距離関係を高精度に設定するには精密な製造プロセスを要求されるものであり、製造歩留まりが必ずしもよくない。また、1つの電子放出サイトには単一の電子エミッタ20が連続使用されるようになっているので、早期に電子エミッタ20の電子放出寿命が到来し、ひいてはフィールドエミッションランプ24のランプ寿命特性が低い。
本発明では、製造歩留まりに優れ、かつ、電子放出寿命特性に優れた冷陰極電子源を提供するものである。本発明ではランプ寿命が長いフィールドエミッションランプを提供するものである。 The present invention provides a cold cathode electron source having excellent manufacturing yield and excellent electron emission lifetime characteristics. The present invention provides a field emission lamp having a long lamp life.
本発明に係る冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプは、冷陰極電子源と、この冷陰極電子源に対向配置される蛍光体付きアノード電極とを備えたフィールドエミッションランプにおいて、上記冷陰極電子源は、カソード電極とゲート電極とを交互に絶縁材を挟んで基板上に配置して一体化し、上記カソード電極とゲート電極とのうち少なくとも一方は上記交互に配置される並設方向で複数配置されるとともに、上記カソード電極とゲート電極とのうち少なくとも上記カソード電極の上記アノード電極と対向する側の端面に炭素膜を設けたことを特徴とするものである。 A field emission lamp comprising a cold cathode electron source according to the present invention is a field emission lamp comprising a cold cathode electron source and an anode electrode with a phosphor disposed opposite to the cold cathode electron source. The source is formed by alternately arranging the cathode electrode and the gate electrode on the substrate with the insulating material interposed therebetween, and at least one of the cathode electrode and the gate electrode is arranged in a plurality in the parallel arrangement direction. In addition, a carbon film is provided on an end face of the cathode electrode and the gate electrode on the side facing the anode electrode of at least the cathode electrode .
本発明では、冷陰極電子源の構成が複数の電極と複数の絶縁材が交互に配置されて一体化されているので、絶縁材の板厚調整で電極間の絶縁距離が一定化する。また、各電極に炭素膜を設けておくことにより、各電極を切り替えてカソード電極とすることができ、そのカソード電極とすることができ、そのカソード電極上の炭素膜を電子エミッタとして用いることにより、電子放出寿命が長い冷陰極電子源を得ることができる。このように、電子放出寿命が長い冷陰極電子源を用いるので、フィールドエミッションランプとしてランプ寿命が長い。 In the present invention, the structure of the cold cathode electron source is integrated by alternately arranging a plurality of electrodes and a plurality of insulating materials, so that the insulation distance between the electrodes is made constant by adjusting the plate thickness of the insulating material. In addition, by providing a carbon film on each electrode, each electrode can be switched to become a cathode electrode, which can be used as the cathode electrode, and by using the carbon film on the cathode electrode as an electron emitter. A cold cathode electron source having a long electron emission lifetime can be obtained. Thus, since the cold cathode electron source having a long electron emission lifetime is used, the lamp lifetime is long as a field emission lamp.
本発明において、好ましい態様の1つは、上記基板がフラットな形状であり、当該基板上にカソード電極とゲート電極とを交互に絶縁材を挟んで配置することである。 In the present invention, one preferred embodiment, the substrate is a flat shape, is to place across the insulating material alternately a cathode electrode and a gate electrode on the substrate.
本発明において、好ましい態様の1つは、上記基板が線状であり、当該基板の周方向にカソード電極とゲート電極とを交互に絶縁材を挟んで配置することである。 In the present invention, one preferred embodiment, the substrate is linear, is to place across the insulating material in the circumferential direction of the substrate alternately a cathode electrode and a gate electrode.
本発明によれば、製造歩留まりないしは電子放出寿命特性に優れた冷陰極電子源を用いたフィールドエミッションランプとなりランプ寿命が長いランプとなる。 According to the present invention, a field emission lamp using a cold cathode electron source excellent in manufacturing yield or electron emission lifetime characteristics is obtained , and the lamp has a long lamp lifetime.
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冷陰極電子源を備えるフィールドエミッションランプを説明する。なお、図1は参考例を示すものであり、図2、図3、図4は、それぞれ、本発明の実施の形態を示す。 Hereinafter, a field emission lamp including a cold cathode electron source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a reference example, and FIGS. 2, 3, and 4 each show an embodiment of the present invention.
図1(a)(b)を参照して参考例の冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図1(a)は冷陰極電子源の断面を示し、図1(b)は図1(a)の円Aで囲む部分を拡大して示す。 A field emission lamp equipped with a cold cathode electron source of a reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows a cross section of the cold cathode electron source, and FIG. 1B shows an enlarged portion surrounded by a circle A in FIG.
実施の形態の冷陰極電子源26は、基板14上において、絶縁材28の両側面に電極32a,32bを積層一体化して構成している。
The cold
実施の形態の冷陰極電子源26において、図1(b)で拡大して示すように、一方の電極32aがゲート電極、他方の電極32bがカソード電極となって、ゲート電極32a表面には炭素膜は形成されていないが、カソード電極32bには電子エミッタとして電子放出作用がある炭素膜30bが形成されている。
In the cold
この炭素膜30bは、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、黒鉛、等の電界放射により電子放出することができる多数のnmサイズの鋭端を備えた炭素膜である。この構造では、カソード電極32b上の炭素膜30bからは、電子e−がゲート電極32aで引き出されて図1(b)の矢印で示すように放出される。
The
なお、実施の形態ではカソード電極32bの表面にのみ炭素膜30bを形成することに限定するものではなく、図1(c)で示すように、両電極32a,32bの電極表面に炭素膜30a、30bを形成してもよい。図1(c)の構造では、電極32a,32bをカソード電極、ゲート電極として切り替えて用いる。すなわち、電極30aをカソード電極とし電極30bをゲート電極とする場合では実線矢印で示すように電子e−を放出させ、電極30aをゲート電極とし電極30bをカソード電極とする場合では点線矢印で示すように電子e−を放出させる。この切り替えは、ある周期で交互に切り替えて、使うこともでき、あるいは、片方の電極表面の炭素膜に電子エミッタとしての寿命が来るときに、切り替えを行っても良い。このように、双方の電極表面の炭素膜を電子放出に使用することができ、冷陰極電子源26の寿命を向上させることができる。
In the embodiment, the
図2(a)に本発明の実施の形態の冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプの部分断面、図2(b)にその冷陰極電子源の電子放出状態を模式的に示す。これらの図において図5と対応する部分には同一の符号を付している。図2(a)の円Bで囲む部分を拡大して示している。 FIGS. 2 (a) to implementation in the form of a cold-cathode electron source field emission lamp part cross-section with the present invention, showing the electron emitting state of the cold-cathode electron source schematically in FIG. 2 (b). In these drawings, portions corresponding to those in FIG. The part enclosed with the circle | round | yen B of Fig.2 (a) is expanded and shown.
図2(a)を参照して図示略の内部真空10のフラットパネル内に共にフラット形状の蛍光体11付きアノード電極12と、基板14と、が平行に対向配置されている。基板14上には、アノード電極12に対向して、図2(a)の紙面を垂直に貫通する方向に線状に延びる冷陰極電子源26が配置されている。なお、冷陰極電子源26は模式的に図示したものであり、その断面直径等の各部寸法等は特に限定しない。冷陰極電子源26は説明の都合で基板14上に単一配置の形態で示されているが、基板14上に複数配置の形態であってもよいことは勿論である。
Referring to FIG. 2A, a
冷陰極電子源26は、ゲート電極22、絶縁材28、カソード電極16がアノード電極12に対して交互に配置されている。換言すれば、ゲート電極22とカソード電極16は絶縁材28の両側面に一体構造化されている。この一体構造は、図5で示すような従来とは異なって絶縁材28の両側面に電極22,16を設けた構造になっている。絶縁材28の図1上での左右方向幅は図解の都合で示すものであり、フィルム、膜、基板状、等でもよく、その材質は両電極22,16を電気的に絶縁できればよい。
In the cold
カソード電極16に対してはアノード電極12に対向する側の端面16aに電界電子放出機能を有する炭素膜30が成膜されている。この場合、炭素膜30はゲート電極22に成膜されてもよい。また、炭素膜30は図2では上記端面16aに成膜されたが、両電極22,16の側面に成膜されてもよいことは勿論である。
For the
以上の構成の冷陰極電子源26を備えたフィールドエミッションランプ32においては、アノード電極12とカソード電極16との間に図示略の高電圧電源から高電圧(アノード・カソード間電圧)が印加され、また、ゲート電極22に図示略の電圧電源から電子引出しに必要なゲート電圧が印加されたとき、図2(b)で示すように、炭素膜30は電子エミッタとして電界放射により電子放出するが、この電子放出に際しゲート電極22で電子引き出しが行われると共にアノード電極12に向けて電子e−が放出され、該電子e−が蛍光体11に加速衝突して当該蛍光体11が励起発光する。
In the
上記実施の形態の冷陰極電子源26は、絶縁材28の両側面にゲート、カソード両電極22,16を一体化して設け、少なくともカソード電極16に炭素膜30を設けたので、ゲート、カソード両電極22,16の絶縁距離や互いの相対高さの寸法関係等は絶縁材28で一定化されるので、これらの製造プロセスにはそれらの寸法関係を高精度に維持する精密プロセスをそれほど要求されずに済み、製造歩留まりが向上する。
In the cold
また、カソード電極16に炭素膜30を成膜するだけでなくその両側に位置するゲート電極22にも炭素膜30を設けた場合では、カソード電極16上の炭素膜30に電子エミッタとしての寿命が来るときは、カソード電極16をゲート電極とし、ゲート電極22をカソード電極とし、ゲート電極22上の炭素膜30を電子エミッタとして用いることができ、冷陰極電子源の電子放出寿命が向上する。
Further, when the
図3を参照して本発明の他の実施の形態にかかる冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図3(a)の円Cで囲む部分を拡大して示している。この実施の形態の冷陰極電子源26は、図3(a)で示すように基板14上において、高さがh1の電極34a、高さがh2(>h1)の電極34bが絶縁材28を介して並設一体化されている。各電極34a,34bそれぞれの端面には炭素膜30a,30bが成膜されている。
A field emission lamp including a cold cathode electron source according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The part enclosed by the circle C of Fig.3 (a) is expanded and shown. In the cold
この実施の形態の冷陰極電子源26を備えたフィールドエミッションランプ32においては、図3(b)で示すように、高さh2の電極34bをゲート電極、高さh1の電極34aをカソード電極とすると、ゲート電極がカソード電極より高いので、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源26として、また、高さh1の電極34aをゲート電極とする場合、高さh2の電極34bはカソード電極となり、ゲート電極がカソード電極より低いので、アンダーゲートタイプの冷陰極電子源26として、用いることができる。いずれのタイプの冷陰極電子源26にするかをユーザは選択することができるようになる。
In the
図4を参照して本発明のさらに他の実施の形態にかかる冷陰極電子源を備えたフィールドエミッションランプを説明する。図4(b)の円Dで囲む部分を拡大して示している。 A field emission lamp including a cold cathode electron source according to still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The part enclosed with the circle | round | yen D of FIG.4 (b) is expanded and shown.
図4(a)で示すフィールドエミッションランプ32はフラットパネルタイプであり、その冷陰極電子源26は平坦なアノード電極12に対して電極36aと、絶縁材28と,電極36bとをこの順序で並設したフラットな構成になっている。例えば電極36aをゲート電極、電極36bをカソード電極とし、カソード電極36b表面にのみ図示略の炭素膜を形成したり、あるいはゲート電極36a、カソード電極36bの両表面共に図示略の炭素膜を形成することができる。
The
図4(b)で示すフィールドエミッションランプ32はランプ管形状であり、その冷陰極電子源26は、この断面円形の蛍光体11付きのアノード電極12に対して断面円形になっていて、紙面を垂直方向線状に延びる断面円形の基板14上に円周方向に電極38aと、絶縁材28と、電極38bとをこの順序で設けると共に電極38aをゲート電極とし、電極38bをカソード電極とし、電極38bのアノード電極12に対向する側の端面に炭素膜30を設けた構成になっている。この場合、両電極38a,38bに共に炭素膜を設けてもよい。また、基板36は断面円形に限定されず断面多角形であってもよい。電極38a,38bと絶縁材28は図4(b)の紙面を垂直に貫通する方向に線状に延びた形状になっている。なお、ゲート電極となる電極38aやカソード電極となる電極38bに対する電圧の印加の説明は略する。
The
10 真空
11 蛍光体
12 アノード電極
14 基板
16 カソード電極
22 ゲート電極
28 絶縁材
30 炭素膜
30a,30b 炭素膜
32a,32b 電極
34a,34b 電極
36a,36b 電極
38a,38b 電極
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