JPWO2005059949A1 - Field emission point light source lamp - Google Patents
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Abstract
投射型液晶表示装置の投射光源に利用できるフィールドエミッション点光源ランプの寿命を長くすることを目的として、陰極導体１の表面に、グラファイトの炭素皮膜５をＣＶＤ法により形成する。陰極導体１に対向させて陽極導体２を設け、陽極導体２の先端に蛍光体結晶３を取り付ける。陰極導体１と陽極導体２とを、真空容器４に収容する。炭素皮膜５を形成した陰極導体１を用いるので、効率よく冷陰極電子を発生することができる。蛍光体結晶３を用いるので、点光源であってもランプ寿命を長くでき、投射型液晶表示装置の投射光源に最適なフィールドエミッション点光源ランプが実現できる。A graphite carbon film 5 is formed on the surface of the cathode conductor 1 by a CVD method for the purpose of extending the life of a field emission point light source lamp that can be used as a projection light source of a projection type liquid crystal display device. An anode conductor 2 is provided facing the cathode conductor 1, and a phosphor crystal 3 is attached to the tip of the anode conductor 2. The cathode conductor 1 and the anode conductor 2 are accommodated in the vacuum vessel 4. Since the cathode conductor 1 on which the carbon film 5 is formed is used, cold cathode electrons can be generated efficiently. Since the phosphor crystal 3 is used, the lamp life can be extended even with a point light source, and a field emission point light source lamp optimum for the projection light source of the projection type liquid crystal display device can be realized.
Description
本発明は、フィールドエ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フィールドエミッション点光源ランプに関する。 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, an automobile head lamp, a medical lamp, and a laser excitation lamp.
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イドランプを使用し、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エ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。
従来のフィールドエ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、従来のフィールドエ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、フィールドエミッ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。
An example of a conventional field emission lamp will be briefly described. The field emission lamp whose sectional view is shown in FIG. 5 (b) is a lamp having a triode structure disclosed in Patent Document 2. This lamp is used as a projector light source of the projection type liquid crystal display device. Further, some conventional field emission lamps have a cylindrical shape as described in Non-Patent Document 1. Non-Patent Documents 1 to 3 describe a method of forming a carbon film on the cathode of a field emission lamp by CVD.
しかし、従来のフィールドエ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って、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。 However, in the conventional field emission lamp, since the number of electrons per cathode surface area, that is, the amount of current is small, it is difficult to make a point light source. In addition, when the size of the phosphor is brought close to a point light source, the current density increases, the deterioration due to heat progresses quickly, and the life is shortened. Therefore, a long-life point light source lamp for a projection light source of a projection type liquid crystal display device It could not be realized. An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to realize a field emission point light source lamp having a long lifetime for a projection type liquid crystal display device.
上記の課題を解決するために、本発明では、フィールドエ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。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, a field emission point light source lamp includes a cathode conductor, an anode conductor facing the cathode conductor, a phosphor crystal attached to the cathode-side tip of the anode conductor, and a cathode conductor. And a vacuum vessel that accommodates the anode conductor. Also, a carbon film is formed on the anode side surface of the cathode conductor by a CVD method.
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、従来のプロジェクタ用ランプの概念図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a field emission point light source lamp in an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view, a front view and a rear view showing a state in which the field emission point light source lamp in the embodiment of the present invention is attached to the reflector plate bracket,
FIG. 3 is a schematic 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 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.
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、表面にグラファイト皮膜を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ールドエミッ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エ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、グラファイトの炭素皮膜５をＣＶＤ法により形成する。炭素皮膜５の厚さは、２〜３μｍ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／ｃｍ２にすることができる。ＣＶＤ法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１〜３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１ｍｍ×１ｍｍである。蛍光体は、低電圧用では、Ｚｎ０．２Ｃｄ０．８Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ（赤）、Ｚｎ０．６２Ｃｄ０．９８Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ（緑）、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ（青）を用いる。高電圧用では、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ（赤）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：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℃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１０〜２０μｍ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１０−２〜１０−３ｔｏｒｒ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５００〜１ｋＶである。電圧は、１０ｋＶ程度まで高くすることも可能である。周波数は１〜５ｋＨｚである。パルス幅は、３〜８μｓｅｃである。放電開始電圧は、１Ｖ／μｍである。陰極の電流密度は、１０ｍＡ／ｃｍ２（１０Ｖ／μｍ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／ｍ２、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、フィールドエミッション点光源ランプを、表面にグラファイト皮膜を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。Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
In the embodiment of the present invention, a cathode conductor having a graphite film formed on the surface by a CVD method is provided to face an anode conductor having a phosphor crystal attached to the tip on the cathode side, and the cathode conductor and the anode conductor are accommodated in a vacuum vessel. This is a field emission point light source lamp.
The structure and manufacturing method of the field emission point light source lamp in the Example of this invention are demonstrated. FIG. 1 is a schematic sectional view of a field emission point light source lamp in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view, a front view, and a rear view showing a state in which 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 an electrode on the cathode side. The anode conductor 2 is an electrode on the anode side. The phosphor crystal 3 is a phosphor crystal disposed at the cathode-side tip of the anode conductor 2. The vacuum vessel 4 is a transparent vessel that accommodates a cathode conductor and an anode conductor. The carbon film 5 is a graphite film formed on the cathode conductor by a CVD method in order to increase the electron emission efficiency. The reflector bracket is the same as that for a conventional halogen lamp.
A carbon film 5 of graphite is formed on the surface of the cathode conductor 1 by a CVD method. The thickness of the carbon film 5 is 2 to 3 μm. By appropriately controlling the conditions of the CVD method, the density of the electron emission points of the carbon film 5 on the cathode conductor 1 can be 10 7 / cm 2 . For the method of forming a graphite film by the CVD method, see Non-Patent Documents 1 to 3 and the like.
An anode conductor 2 is provided to face the cathode conductor 1. As the cathode conductor 1 and the anode conductor 2, a 3d transition metal such as Ni, Fe, or Cu can be used. The cathode conductor 1 in the example of FIG. 3 uses a 3d transition metal film or the like, and the anode conductor 2 uses a transparent ITO film or the like. A phosphor crystal 3 that generates white light or one of the three primary colors is attached to the tip of the anode conductor 2 on the cathode side. The size of the phosphor crystal is about 1 mm × 1 mm. Phosphors are Zn 0.2 Cd 0.8 S: Ag, Cl (red), Zn 0.62 Cd 0.98 S: Ag, Cl (green), ZnS: Ag, Al (blue) for low voltage use. ) Is used. For high voltage use, Y 2 O 3 : Eu (red), Gd 2 O 2 S: Tb (green), and ZnS: Ag (blue) are used. As the phosphor crystal 3, one that does not deteriorate even at a high temperature is suitable. In the conventional powder fluorescent paint, when the temperature exceeds 200 ° C., the high vapor pressure element contained in the sample escapes from the sample, so that the deterioration of the fluorescent paint starts. By using phosphor crystals and crystal light emitters (crystal light emitters currently used in LEDs), particularly single crystals, deterioration due to temperature can be suppressed. However, since the crystal structure is broken when the melting point of the crystal is exceeded, the function of the light emitter is lost.
The distance between the electrodes of the cathode conductor 1 and the anode conductor 2 is 10 to 20 μm at the shortest, but can be increased to about 10 mm. The cathode conductor 1 and the anode conductor 2 are accommodated in the vacuum vessel 4. The degree of vacuum is 10 −2 to 10 −3 torr.
The operation of the field emission point light source lamp in the embodiment of the present invention configured as described above will be described. A unipolar pulse voltage is applied between the cathode conductor 1 and the anode conductor 2. The voltage is 500-1 kV. The voltage can be increased to about 10 kV. The frequency is 1 to 5 kHz. The pulse width is 3 to 8 μsec. The discharge start voltage is 1 V / μm. The current density of the cathode is 10 mA / cm 2 (at 10 V / μm). The basic configuration of the lighting power source may be the same as that for a conventional field emission lamp.
When a voltage is applied between the cathode conductor 1 and the anode conductor 2, cold cathode electrons jump out of the carbon film 5 on the cathode conductor 1 by field emission, hit the phosphor crystal 3, and generate fluorescence. The fluorescence emitted from the phosphor crystal 3 is emitted in each direction. In the example of FIG. 3, the light transmitted through the cathode conductor 1 is emitted from above the drawing. In the example of FIG. 4, the light emitted from the phosphor crystal 3 is emitted from the upper part of the drawing, and the light emitted from the lower part of the drawing is also reflected by the lamp shade and emitted from the upper part of the drawing. Brightness, about 200,000 cd / m 2 in a single color, white, is about 30,000 cd / m 2. The luminous efficiency is about 30%. The lifetime of a monochromatic lamp is about 50,000 hours. By using the phosphor crystal 3 in this way, the life of the field emission point light source lamp can be extended.
As described above, in an embodiment of the present invention, a field emission point light source lamp is provided with a cathode conductor having a graphite film formed on the surface by a CVD method so as to face an anode conductor having a phosphor crystal attached to the tip on the cathode side. Since the cathode conductor and the anode conductor are housed in the vacuum vessel, a long-life projection light source for a projection type liquid crystal display device can be realized.
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、１ｃｍ２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、レーザー励起用ランプや、汎用の照明装置としても利用できる。According to the present invention, the configuration as described above makes it possible to realize a field emission point light source lamp having a long lifetime that is optimal for a projection light source for a projection type liquid crystal display device. By using a carbon film as the cathode for electron emission, about 10 7 electrons can be taken out per 1 cm 2 . This value is about 10,000 times the conventional number of electrons of 10 3 , which makes it possible to obtain higher brightness than the conventional one. Field emission point light sources have a longer life than halogen lamps because heat generation can be suppressed. It can also be used as an automobile headlamp, a medical lamp, a laser excitation lamp, or a general-purpose lighting device.
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