(57)【要約】【課題】従来の電子エミッタを用いたことによる諸課題を解決し、かつ、従来の電子エミッタと比較して高い発光効率を得ること。【解決手段】本電界放射型発光装置１０はアノード側に蛍光体２０を配置し、カソード側から蛍光体２０に向けて負に帯電した微粒子２４を電界印加により衝突させて蛍光体２０を励起発光する構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側に蛍光体を配置し、カソード側から蛍光体に向けて負に帯電した微粒子を電界印加により衝突させて蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする電界放射型発光装置。
【請求項２】
カソード側を微粒子帯電用のキャパシタで構成し、このキャパシタで微粒子を帯電する、ことを特徴とする請求項１に記載の電界放射型発光装置。
【請求項３】
アノード側に蛍光体を配置し、カソード側に微粒子を配置してなり、この微粒子が、キャパシタにより負に帯電するステップと、電界により蛍光体に衝突し蛍光体との衝突により中性化するステップと、この中性化後に重力でカソード側に戻って再びキャパシタにより負に帯電するステップとを繰り返して、継続発光する、ことを特徴とする電界放射型発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放射によって蛍光体を励起発光する電界放射型発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放射型発光装置は一般的にアノード側に蛍光体、カソード側に電子エミッタを配置し、電界印加により電子エミッタから電子を引き出してアノード側の蛍光体に電子衝突させることによって蛍光体を励起発光させるようになっている（特許文献１参照。）。電子エミッタは、冷陰極とも呼ばれるものであり、常温においても電子を効率的に放出することができるので、高温に加熱する必要がなく、また、印加電圧に対する電子放出の効果も高いので、低電圧で微小な電界でも電子放出を行うことができるなどの特質がある。そのため、従来から各種の電子エミッタが開発されてきている。このような電子エミッタには、アノード側に向けて円錐形をなすスピント型電子エミッタや、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバを用いた電子エミッタ、等がある。しかしながら、スピント型電子エミッタは、エミッタ先端を鋭利に形成する必要があり、このような鋭利な先端を備えるエミッタを高精度に形成することは極めて困難であるとともに、放出電流量に寄与する各エミッタ先端の形状を均一に形成することも困難であり、特にエミッタ材料である半導体や金属の表面状態が不安定で極端な温度環境に対する耐性にも劣るという課題がある。一方、カーボンファイバを用いた電子エミッタは、アスペクト比が高く低電界での電子放出が可能であるなどの長所を有する反面、高アスペクト比のため細いことにより先端が電子放出の熱で微量酸素の存在下で燃焼したりゆらいだりして発光のちらつきがあり、また、長さが不均一になりやすいことによる発光輝度の不均一などの課題がある。さらに、両タイプの電子エミッタでは、安定した電子放出電流を得るために、エミッタと蛍光体との対向空間を高真空に保つ必要があり、この高真空に対応した構造等が要求され、この点からも製造コストが高くつくうえ、内部真空度の低下により寿命も早期に到来する可能性が高い。
【特許文献１】特開２００１−２３５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明が解決する課題は、電子エミッタを用いないことにより、上記諸課題を解決するとともに、電子エミッタに代わり、長期にわたり高安定かつ高効率で発光することが可能な斬新で有用な電界放射型発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による第１の電界放射型発光装置は、アノード側に蛍光体を配置し、カソード側から蛍光体に向けて負に帯電した微粒子を電界印加により衝突させて蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。
【０００５】
上記第１の電界放射型発光装置は、電子エミッタが無いので、スピント型電子エミッタのごとく、エミッタ先端の高精度な加工、これに伴う加工コスト、エミッタ材料の選定といった諸課題を解決することができ、またもカーボンファイバを用いた電子エミッタのごとく、高アスペクト比が大きく細いことによる電子放出に起因した先端の燃焼やゆらぎによる発光のちらつき、長さが不均一による発光輝度の不均一といった諸課題を解決することができる。
【０００６】
上記第１の電界放射型発光装置は、エミッタが無いことからエミッタと蛍光体との対向空間を高真空に保つ必要も無くなり、従来のごとく高真空に対応した構造等が要求されずに済み、製造コストを低減し、長寿命化を達成することができる。
【０００７】
上記第１の電界放射型発光装置では、上記従来の電子エミッタタイプの諸課題を解決できることに加えて、電子エミッタとは異なり微粒子の使用により高真空環境が不要で簡単な構成となり、製造コストが安価に済むとともに、従来の電子エミッタタイプよりも低電圧の印加で発光駆動することができる。
【０００８】
上記第１の電界放射型発光装置では、さらに、従来の電子だけによる蛍光体への衝突とは異なり、負に帯電し電子よりも千数倍重量があり運動エネルギーが格段に大きい微粒子による衝突であるので従来の電子エミッタと例えば同等の電圧の印加でも従来の電子エミッタよりも高い発光効率で発光することができる。
【０００９】
上記第１の電界放射型発光装置の好ましい態様は、カソード側を微粒子帯電用のキャパシタで構成し、このキャパシタで微粒子を帯電することである。この態様では蛍光体との衝突で微粒子が電荷的に中性化するとキャパシタで再帯電することができ、発光効率をさらに向上させることができる。
【００１０】
上記第１の電界放射型発光装置の好ましい態様は、アノード側に蛍光体を配置し、カソード側に微粒子を配置してなり、この微粒子は、キャパシタにより負に帯電するステップと、電界により蛍光体に衝突するステップと、蛍光体との衝突により中性化するステップと、中性化後に重力でカソード側に戻って再びキャパシタにより負に帯電するステップとを繰り返すことにより発光を継続することである。この態様によると、上記ステップの繰り返す平衡状態においては安定した発光状態を確保することができるようになる。
【００１１】
本発明の電界放射型発光装置は、例えば、内部が閉塞されたケースと、ケースの内部に配置されて発光する電界放射型発光装置とを備えた自発光型の表示装置に用いることが好ましい。この表示装置によると、内蔵する電界放射型発光装置が上記した効果を有するものであるから、表示品質に優れた表示装置を実現することができるようになる。この表示装置には、フラットパネルディスプレイや、携帯電話等の表示装置等がある。本発明の電界放射型発光装置は、例えば、液晶表示装置のバックライト等の照明光源等にも有効に利用することができる。特に、本発明の電界放射型発光装置は、微粒子が重力落下してキャパシタで帯電させることにより、蛍光体を再度励起発光させるタイプであるので、微粒子が重力落下しない向きにその装置の姿勢を変更させれば、発光を停止させることができることになり、電源を通電状態としておき、装置の姿勢を制御して発光状態を強弱あるいはその中間に制御して情報の伝達を行うなど、その用途はさらに広がる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来の電子エミッタを用いていないので従来の諸課題を解決することができるとともに、さらに、従来の電子エミッタと比較して高い発光効率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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電界放射型発光装置を説明すると、図１は、同電界放射型発光装置の概略化した断面図である。図１に示す電界放射型発光装置１０は、平面視矩形形状の前面パネル１２と、前面パネル１２と同形状で前面パネル１２から一定の距離を隔てて対向する背面パネル１４と、両パネル１２，１４間に介装された側面パネル１６とで内部が閉塞されたパネルケースになっている。パネルケースにおいて前面パネル１２の内面がアノード側であり、背面パネル１４の内面がカソード側になっている。アノード側には透明電極（アノード電極）１８が設けられ、この透明電極１８上に蛍光体２０が配置されている。カソード側にはキャパシタ（蓄電器）２２が配置され、このキャパシタ２２上に微粒子２４が配置されている。微粒子２４の粒径は、１〜１００ｎｍの範囲が好ましく、１〜４０ｎｍの範囲がより好ましい。微粒子２４は、負に帯電しやすいが、より負に帯電しやすい微粒子、例えば、コロイダルシリカ、ジルコニア、チタニア、ダイヤモンド等が好ましい。キャパシタ２２は、誘電体２２ａと、この誘電体２２ａの両側に配置した電極（グランド電極２２ｂとカソード電極２２ｃ）とから構成されている。誘電体２２ａには特に限定されないが、例えば二酸化ケイ素、ジルコニア、ハフニウムオキサイド、窒化珪素等が好ましい。アノード電極１８とカソード電極２２ｃとの間に高圧側直流電源２６により例えば１ｋＶ〜２ｋＶの電圧が印加され、カソード電極２２ｃとグランド電極２２ｂとの間には低圧側直流電源２８により例えば１２Ｖの電圧が印加される。
【００１４】
図２および図３を参照して実施の形態の電界放射型発光装置１０の動作を説明すると、図２（ａ）は電源２６，２８が印加されていない状態である。次いで、電源２６，２８が印加されると、負に帯電し易い性質を有する微粒子２４は、キャパシタ２２のカソード電極２２ｃに発生する正の電荷により誘導した負の誘導電荷で過飽和状態にまで帯電される。
【００１５】
こうして負に帯電された微粒子２４は、図２（ｂ）で示すようにアノード電極１８とカソード電極２２ｃとの間に形成される電界により蛍光体２０に向けて上昇を開始する。図２（ｂ）では、微粒子２４の帯電状態および微粒子２４の移動方向（矢印方向）を拡大円で囲む部分に示している。この部分では微粒子２４は矢印で示す方向にあるアノード電極１８にクーロン力で引き寄せられ、アノード電極１８上の蛍光体２０に衝突する。蛍光体２０は微粒子２４の衝突により励起発光する。こうして図２（ｃ）で示すように、微粒子２４は連続的に蛍光体２０に衝突するので蛍光体２０は連続発光するようになる。図２（ｃ）でも、微粒子２４の帯電状態および微粒子２４の移動方向（矢印方向）を拡大円で囲む部分に示している。この場合、蛍光体２０は正の電荷に帯電しているので微粒子２４はこの蛍光体２０との衝突で電気的に中性化されてのち、重力作用でカソード電極２２ｃ方向に落下する。カソード電極２２ｃに落下してきた微粒子２４は、再び、キャパシタ２２により負に帯電される。このような状態では、微粒子２４は、キャパシタ２２により負に帯電するステップと、電界により蛍光体２０に衝突するとともに蛍光体２０との衝突により中性化するステップと、微粒子２４が中性化後に重力でカソード側に戻って再びキャパシタ２２により負に帯電するステップとを繰り返すことになる。これらステップを繰り返す運動サイクルの状態を図３に示している。図２（ｄ）では、微粒子２４の帯電状態および微粒子２４の移動方向（矢印方向）を拡大円で囲む部分に示している。この図２（ｄ）は蛍光体２０の発光状態が平衡した状態を示す。電源２６，２８が停止すると、図２（ｅ）で示すように、微粒子２４はほとんど全てが重力でカソード電極２２ｃ上に落下してくる。
【００１６】
以上の図２（ａ）ないし図２（ｅ）の過程で、電源電圧の制御により、微粒子２４の速度を制御して発光強度を任意に制御することができる。また、微粒子２４の収納量、あるいは微粒子２４の種類を適宜調整することにより、発光状態を任意に制御することができる。
【００１７】
以上のことにより、本実施の形態では、電子エミッタが無いので、スピント型電子エミッタにおけるエミッタ先端の高精度な加工、これに伴う加工コスト、エミッタ材料の選定といった諸課題、カーボンファイバを用いた電子エミッタにおける高アスペクト比が大きく細いことによる電子放出に起因した先端の燃焼やゆらぎによる発光のちらつき、長さが不均一による発光輝度の不均一といった諸課題を解消することができる上にエミッタが無いことからエミッタと蛍光体との対向空間を高真空に保つ必要も無くなり、従来のごとく高真空に対応した構造等が要求されずに済み、製造コストを低減し、長寿命化を達成することができる。
【００１８】
本実施の形態では、従来の電子だけによる蛍光体への衝突とは異なり、負に帯電し電子よりも千数倍重量のある微粒子２４による衝突であるので従来の電子エミッタにおける電子の衝突よりも大きな運動エネルギーで蛍光体２０に衝突するので、例えば同等の電圧の印加でも従来の電子エミッタよりも高い発光効率で発光することができる。
【００１９】
本実施の形態では、蛍光体２０の発光は、前面パネル１２からその前方に出射するのであるが、例えば、アノード電極１８側に光反射板を設置し、蛍光体２０の発光をその光反射板で反射させ、パネルケース内の微粒子２４で乱反射させるようにすればパネルケース全体が発光したようになり、照明ランプとして有効に利用することができる。
【００２０】
本実施の形態による電界放射型発光装置は、光源として利用することができるので、液晶表示装置におけるバックライトとして、また、家庭用の照明として、さらに携帯電話等の表示板に利用することができる、などその応用範囲はきわめて広い。
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態に係る電界放射型発光装置の概略化断面図である。
【図２】電界放射型発光装置の動作説明に供する図である。
【図３】電界放射型発光装置の平衡状態での微粒子の運動サイクルを示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  電界放射型発光装置
１２  前面パネル
１４  背面パネル
１６  サイドパネル
１８  アノード電極
２０  蛍光体
２２  キャパシタ
２２ａ  誘電体
２２ｂ  グランド電極
２２ｃ  カソード電極
２４  微粒子
２６  電源
２８  電源
【図１】
2006216488.tif 000003
【図２】
2006216488.tif 000004
【図３】
2006216488.tif 000005