(57)【要約】  【課題】複雑な構成を要することなく、蛍光体に電子が突入して叩き出される正イオンや冷陰極電子放出源から放出された電子のゲート電極への突入を防止し、冷陰極電子放出源の損傷を確実に防止する。  【解決手段】ゲート電極１０に冷陰極電子放出源６の電子放出領域と同じか若干大き開口部１１を設け、アノード電極１５側から順に、イオン捕獲電極１２、ゲート板１３、ゲート電極１０を積層する。これにより、冷陰極電子放出源６から放出された略全ての電子を開口部１１を通過させて蛍光体１６に到達させると共に、蛍光体１６から叩き出された正のイオンをイオン捕獲電極１２で効率的に捕獲することができ、金属スパッタやガスの発生による局部的な真空度の劣化による放電を回避し、冷陰極電子放出源６の損傷を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷陰極電子放出源を有するカソード電極と、
上記カソード電極との間の真空中で上記冷陰極電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、
上記カソード電極と上記アノード電極との間で上記カソード電極に対向する面が真空中に露呈され、上記冷陰極電子放出源から放出された電子を通過させる開口部を有するゲート電極と、
上記ゲート電極の上記アノード電極側に配置され、上記蛍光体から放出される正イオンを捕獲するイオン捕獲電極とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記ゲート電極を、上記アノード電極側から順に、上記イオン捕獲電極、絶縁性を有するゲート板、上記ゲート電極を積層した積層構造で形成することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
上記ゲート電極の開口部を、上記冷陰極電子放出源の電子放出領域以上の大きさとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
上記冷陰極電子放出源の電子放出領域の周囲に、上記カソード電極を覆う導電性のカソードマスクを配置したことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極電子放出源から電界放出された電子によって蛍光体を励起発光させる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球や蛍光灯といった従来の発光装置に対し、真空中で冷陰極電子放出源から電界放出させた電子を高速で蛍光体に衝突させることにより、蛍光体を励起発光させる冷陰極電界放出型の発光装置が開発されており、電界放出型照明ランプ（Field Emission Lamp:FEL）や電界放出型表示装置（Field Emission Display:FED）としての用途が見込まれている。
【０００３】
この種の発光装置は、カソード電極に対して正の電位を与えたゲート電極によって電子を引き出し、更に正の高電圧を与えた蛍光板電極に電子を衝突させて蛍光発光させるものであるが、平面に冷陰極電子源を成膜したカソード電極に対向してゲート電極を配置する場合、カソード電極とゲート電極との間の電界によって引き出された電子は、一部は蛍光体に到達して発光に寄与するが、他はゲート電極に飛び込んで無駄に電力を損失したり、金属スパッタを発生させて冷陰極電子放出源を損傷すると言った問題がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、特許文献１には、ＦＥＬに関連して、カソード電極表面と略平行な略平板に孔を設け、この孔端をカソード電極側に突き出した構造のグリッド電極（ゲート電極）とする技術が開示されている。特許文献１の技術によれば、略平板領域における電界よりも孔端における電界を高くすることにより、カソード電極からグリッド電極に飛び込む無効電子を抑制することができる。
【０００５】
また、特許文献２には、同様にＦＥＬに関連して、部分的に開口を備えた半円筒状のグリッド電極が直方体形状カソード電極に対して間隙を持って囲む技術が開示されている。特許文献２の技術は、電子が蛍光板電極に突入したことによって叩き出された正イオンがカソード電極に突入することを抑制し、放電破壊を防止するものであるが、電子放出の軌跡を予め算出設計して開口を設けることにより、放出電子がグリッド電極に飛び込まずに開口を通り抜けて蛍光体に突入する確率を向上することができる。
【０００６】
更に、ＦＥＤ等においては、フォトリソグラフィー技術等により、カソード電極とゲート電極とを極めて近い距離で配置し、ゲート電極に電子が吸収されないように工夫している。図５は、ＦＥＤにおけるカソード側の代表的な構造を示すものであり、カソード電極１００上に、電子放出源１０１及び絶縁層１０２を成膜し、絶縁層１０２の上層に金属材からなるゲート電極１０３を成膜している。絶縁層１０２の厚さＡは、例えば２０μｍ以下であり、ゲート電極１０３の開口寸法Ｂは、例えば、数μ〜数十μｍ程度である。
【特許文献１】特開２００４−２０７０６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術において、グリッド電極の孔端の加工精度を維持することは必ずしも容易でなく、コストアップの要因となる虞がある。同様に、特許文献２の技術においても、グリッド電極の形状が若干特殊なものとなり、加工精度、製造工程の面で不利であるばかりでなく、グリッド電極の開口設計により放出電子が蛍光体に突入する確率を均一化することは、必ずしも容易ではない。
【０００８】
また、ＦＥＤ等におけるフォトリソグラフィー技術は、設備と生産プロセスの費用が高額であることから、製品価格が安価なＦＥＬの製造工程には適合が困難である。更に、カソード電極とゲート電極とを極めて近い距離に配置することは、真空容器内で高速移動しているイオンがゲート電極に衝突して金属スパッタが発生し易いという欠点につながり、この金属スパッタによって冷陰極電子放出源が損傷したり、冷陰極電子放出源に正イオンが衝突して損傷を招く虞がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な構成を要することなく、蛍光体に電子が突入して叩き出される正イオンや冷陰極電子放出源から放出された電子のゲート電極への突入を防止し、冷陰極電子放出源の損傷を確実に防止することのできる発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明による発光装置は、冷陰極電子放出源を有するカソード電極と、上記カソード電極との間の真空中で上記冷陰極電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、上記カソード電極と上記アノード電極との間で上記カソード電極に対向する面が真空中に露呈され、上記冷陰極電子放出源から放出された電子を通過させる開口部を有するゲート電極と、上記ゲート電極の上記アノード電極側に配置され、上記蛍光体から放出される正イオンを捕獲するイオン捕獲電極とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
その際、ゲート電極は、アノード電極側から順に、イオン捕獲電極、絶縁性を有するゲート板、ゲート電極を積層した積層構造で形成することが望ましい。また、ゲート電極の開口部は、冷陰極電子放出源の電子放出領域以上の大きさとし、更には、この電子放出領域の周囲に、カソード電極を覆う導電性のカソードマスクを配置することが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による発光装置は、複雑な構成を要することなく、蛍光体に電子が突入して叩き出される正イオンや冷陰極電子放出源から放出された電子のゲート電極への突入を防止し、冷陰極電子放出源の損傷を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係り、図１は発光装置の基本構成図、図２はゲート極のカソード電極側を示す平面図、図３はゲート極のアノード電極側を示す平面図、図４はゲート電極とカソード電極と冷陰極電子放出源との関係を示す説明図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態における発光装置１は、例えば平面状の電界放出型照明ランプとして用いられる発光装置であり、所定間隔で対向配置されたガラス基板２，３の内部を真空状態に維持し、この真空状態下で、カソード電極５、ゲート電極１０、アノード電極１５を基底面側から投光面側に向かって順に配置した基本構成を有している。
【００１５】
カソード電極５は、基底面となるガラス基板２上に形成された導電材からなり、例えば、アルミニウムやニッケル等の金属を蒸着やスパッタ法等によって堆積したり、銀ペースト材を塗布して乾燥・焼成する等して形成される。このカソード電極５の表面には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、スピント型マイクロコーン、金属酸化物ウィスカー等のエミッタ材料が膜状に塗布され、冷陰極電子放出源６が形成されている。
【００１６】
本形態においては、冷陰極電子放出源６は、所定の領域毎にパターン化され、パターン化された領域（電子放出領域）の周囲に、カソード電極５を覆うカソードマスク７が配置されている。カソードマスク７については、後述する。
【００１７】
アノード電極１５は、投光面となるガラス基板３の裏面側に配置された透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）からなり、ゲート電極１０（カソード電極５）に対向する面に、冷陰極電子放出源６から放出された電子によって励起発光される蛍光体１６が成膜されている。蛍光体１６は、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、フォトグラフィ法、沈殿法、電着法等により、アノード電極１５上に成膜されている。
【００１８】
一方、カソード電極５とアノード電極１５との間の真空の空間内に配置されるゲート電極１０は、冷陰極電子放出源６のパターン領域から放出された電子を通過させる開口部１１を有する平板状に形成されている。このゲート電極１０の一方の面は、カソード電極５に対向して真空中に露呈され、他方の面側に、蛍光体１６への電子の衝突によって放出される正イオンを捕獲するためのイオン捕獲電極１２が配置されている。
【００１９】
本形態においては、ゲート電極１０とイオン捕獲電極１２との間に絶縁性を有するゲート板１３を介在させ、アノード電極１５側から順に、イオン捕獲電極１２、ゲート板１３、ゲート電極１０を一体的に積層した積層構造のゲート極として形成している。このゲート極は、所定位置に配置された図示しないサポータを介してカソード電極５上に支持されている。
【００２０】
ゲート電極１０は、ニッケル材、ステンレス材、アンバー材等の導電性金属材料を用い、単純な機械加工、エッチング、スクリーン印刷等により、例えば厚さ１ｍｍ以下の電極としてゲート板１３上に形成され、図２に示すように、カソード電極５側が真空中に露呈されてゲート極のカソード電極５側の表層を形成している。ゲート板１３は、セラミックやマイカ等の絶縁材料により、或いは金属板に絶縁被膜をコーティングして形成されている。
【００２１】
また、イオン捕獲電極１２は、例えば、厚さ１ｍｍ以下のニクロム板に、チタン、ジルコニウム、バナジウム、鉄、アルミニウム等のイオンゲッター材をコーティングして形成されている。図３に示すように、イオン捕獲電極１２は、アノード電極１５側において、ゲート電極１０の開口部１１以外の非開口領域を覆うように配置され、ゲート極のアノード電極１５側の表層を形成している。
【００２２】
尚、ゲート板１３は、必ずしも必要ではなく、ゲート電極１０とイオン捕獲電極１２との絶縁を必要としない場合等には、省略することができ、例えば、ゲート電極１０とイオン捕獲電極１２とを僅かに離間させて配置することにより、ゲート板１３を用いることことなく、ゲート電極１０とイオン捕獲電極１２とを絶縁しても良い。また、ゲート電極１０のアノード電極１５側の面にイオンゲッターをコーティングする等して、ゲート電極１０の一部をイオン捕獲電極として機能させるようにしても良い。
【００２３】
ゲート電極１０の開口部１１は、本形態においては、図２及び図３に示すように、ランド状に形成された冷陰極電子放出源６のパターン領域と同じか若干大きく形成された円孔として形成されている。これにより、冷陰極電子放出源６から放出される略全ての電子を通過させて発光に寄与する有効電子とすることができ、ゲート電極１０での電力損失を低減し、無損失ゲートの実現を可能としている。
【００２４】
この無損失ゲートを有効に実現するには、図４に示すゲート電極１０とカソード電極５との対向距離Ｈ、及び冷陰極電子放出源６のパターン領域の寸法Ｄ１、ゲート電極１０の開口部１１の開口寸法Ｄ２の関係を適切に設定する必要がある。
【００２５】
先ず、ゲート電極１０とカソード電極５との対向距離Ｈは、規定の下限値以上に設定される。この下限値は、ゲート電極１０からカソード電極５への有害な金属スパッタの発生を防止可能な距離であると同時に、ゲート電極１０とカソード電極５との距離が近すぎて電界が有効に発生せず冷陰極電子放出源６から放出される電子が極端に少なくなることを避けるための距離であり、例えば、Ｈ＝０．１ｍｍ〜５ｍｍに設定される。
【００２６】
また、冷陰極電子放出源６のパターン領域の寸法Ｄ１とゲート電極１０の開口部１１の開口寸法Ｄ２との関係は、蛍光体１６の発光に要する電界強度やゲート電極１０とカソード電極５とのアライメント誤差等を考慮して設定される。例えば、冷陰極電子放出源６のパターン領域の寸法Ｄ１をＤ１＝０．１ｍｍ〜５ｍｍとした場合、ゲート電極１０の開口部１１の開口寸法Ｄ２は、Ｄ２＝Ｄ１〜Ｄ１＋１ｍｍの範囲に設定される。
【００２７】
この場合、ゲート電極１０の開口部１１と冷陰極電子放出源６のパターン領域（電子放出領域）とは、円形の形状に限らず矩形状等の他の形状でも良く、互いに相似形状であれば良い。上述した寸法Ｄ１，Ｄ２の関係は、ゲート電極１０側と冷陰極電子放出源６側とで互いに相似となる開口部の面積が同じかゲート電極１０側が若干大きい関係にあれば良いことを意味している。
【００２８】
更に、無損失ゲートの実現に際しては、冷陰極電子放出源６のパターン領域の周囲に配置されるカソードマスク７が有効に作用する。このカソードマスク７は、ゲート電極１０と同様の導電性の部材で形成され、冷陰極電子放出源６のパターン領域周縁への電界の集中を防止するものである。このカソードマスク７を用いることにより、冷陰極電子放出源６から放出された電子のゲート電極１０への突入を防止して金属スパッタの発生を確実に防止すると共に、冷陰極電子放出源６から放出される略全ての電子をゲート電極１０の開口部を通過させてアノード電極１５に到達させ、発光に寄与する有効電子としてゲート電極１０での電力損失を効果的に低減することができる。
【００２９】
尚、冷陰極電子放出源６をパターン化することなく、カソード電極５上に冷陰極電子放出源６を一様に成膜し、この一様に成膜した冷陰極電子放出源６上に、ゲート電極１０の開口部１１と相似形状で開口部１１の面積以下の開口部を備えたカソードマスクを配置するようにしても良い。
【００３０】
以上の発光装置１においては、カソード電極５に対して、アノード電極１５を正の高電位に維持し、ゲート電極１０からカソード電極５へ所定のゲート電圧を印加すると共に、イオン捕獲電極１２をゲート電圧に近い電位に保持する。これにより、冷陰極電子放出源６から真空中に電子が放出され、この電界放出した電子がアノード電極１５に向って加速され、図１に示すように、ゲート電極１０の開口部１１を通過した電子線２０が蛍光体１６に衝突し、蛍光体１６を励起して発光させる。
【００３１】
このとき、ゲート電極１０の開口部１１を冷陰極電子放出源６の電子放出領域と同じか若干大きく形成していることから、冷陰極電子放出源６から放出された略全ての電子を開口部１１を通過させて蛍光体１６に到達させることができる。しかも、冷陰極電子放出源６の電子放出領域の周囲にカソード電極５を覆うカソードマスク７を配置しているため、ゲート電極１０からの有害な金属スパッタやガスの発生を防止することができ、無効電子による無駄な電力消費を効果的に防止することができる。更には、ゲート電極１０をカソード電極５から適切な距離に離間させて配置しているため、ゲート電極１０に印加する電圧が必要以上に高電圧化することもない。
【００３２】
また、蛍光体１６に電子が突入して正のイオン２１が叩き出されても、このイオン２１がカソード電極５側に向かう途中で、アノード電極１５に対向して配置されたイオン捕獲電極１２によって効率的に捕獲することができる。これにより、イオン２１のゲート電極１０及び冷陰極電子放出源６への突入を回避し、ゲート電極１０からの金属スパッタや、ガスの発生による局部的な真空度の劣化による放電を回避し、冷陰極電子放出源６の損傷を防止することができる。
【００３３】
特に、発光面積の大きい照明用として考慮した場合、冷陰極電子放出源から放出された電子や蛍光体からの正イオンがゲート電極へ突入する確率が大きいことから、簡素な構成でありながら冷陰極電子放出源の損傷を効果的に防止することのできる本発明の発光装置は有用であり、装置の安定化と信頼性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】発光装置の基本構成図
【図２】ゲート極のカソード電極側を示す平面図
【図３】ゲート極のアノード電極側を示す平面図
【図４】ゲート電極とカソード電極と冷陰極電子放出源との関係を示す説明図
【図５】従来の電界放出型表示装置におけるカソード側の代表的な構造を示す説明図
【符号の説明】
【００３５】
１  発光装置
５  カソード電極
６  冷陰極電子放出源
７  カソードマスク
１０  ゲート電極
１１  開口部
１２  イオン捕獲電極
１３  ゲート板
１５  アノード電極
１６  蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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