(57)【要約】【課題】管軸方向単位長当たりのエミッションサイト密度が高密度であるフィールドエミッションランプを提供すること。【解決手段】内部真空でかつ内周面に蛍光体６付きの陽極４が形成されているガラス管２と、このガラス管２内に配置された電子放出膜１４付き陰極ワイヤ８と、を備え、上記陰極ワイヤ８を、上記ガラス管２の管内中心を陽極４と相対向して管軸方向に沿って螺旋状に敷設した【選択図】図１
2008147132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部真空でかつ内周面に陽極が形成され、この陽極上に蛍光体が形成されているガラス管と、
このガラス管のほぼ管内中心を管軸方向に沿って上記陽極と相対向して配置された陰極ワイヤと、
を備え、
上記陰極ワイヤは、表面に陽極との対向間への電界印加で電子放出するエミッションサイトを備えると共にガラス管の管内中心を上記管軸方向に沿って螺旋状に敷設されている、ことを特徴とするフィールドエミッションランプ。
【請求項２】
上記陰極ワイヤは、ガラス管の管内中心を該ガラス管の長手方向全長に亘り架設されていると共にそのワイヤ両端がガラス管の長手方向両端の封止部分からガラス管外に引き出されている、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。
【請求項３】
上記ガラス管には上記陽極に電気的にコンタクトする陽極引出しが装着され、上記陽極引出しはガラス管の熱膨張率にほぼ同一ないし近い材料から構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィールドエミッションランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドエミッションランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、自発光することができない。そのために、液晶表示装置はバックライト等により照明することが必要である（特許文献１参照）。このバックライトの１つにフィールドエミッションランプが提案されている。
【０００３】
本出願人は、液晶表示装置用バックライトに用いるフィールドエミッションランプについて低消費電力で面状に均一発光可能なフィールドエミッションランプを開発することができるに至った。
【０００４】
この開発に係るフィールドエミッションランプの構造を説明する。
【０００５】
このフィールドエミッションランプはガラス管を備える。ガラス管は、一方向に細長くストレートに延びた円筒形状で内部が真空封止される。ガラス管の内面に透明な陽極が塗布されている。この陽極上に電子衝突により励起発光する蛍光体が形成されている。ガラス管内には陰極ワイヤがガラス管の管中心をその長手方向に一定のテンションを持たせて架設されている。陰極ワイヤはワイヤ外周面に電子放出膜が成膜されたものである。陰極ワイヤは、陽極との間での電界印加によりその電子放出膜から電子を蛍光体に向けて放射状に放出する。これにより蛍光体は面状に発光することができる。
【０００６】
上記フィールドエミッションランプでは、陰極ワイヤ外周面の電子放出膜は複数の電界放射サイト（エミッションサイト）を備えたものである。電界放射は電界集中により電子が真空に放射される現象であり、エミッションサイトは陽極との間に印加される電界が集中して電子放出を行うサイトである。上記フィールドエミッションランプでは、エミッションサイトから電界放射により陽極に向けて放出される電子を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。
【０００７】
上記構成のフィールドエミッションランプでは、ガラス管内を陰極ワイヤがストレートに延びて敷設されているのでエミッションサイトから蛍光体に対する単位面積当たりの電子放射密度は低い。
【０００８】
そのためガラス管の管面から見られる発光はちらつきが発生しやすい。そのうえ、単位管長さ当たりの発光強度を増大するには陰極ワイヤにエミッション電流を多く流す必要があるなど発光制御が難しい。
【０００９】
さらに、バックライトとして複数のフィールドエミッションランプを組み込んだ場合、フィールドエミッションランプ１つ当たりの発光強度に限界があるから、全体の発光強度を増加させるにはその組み込むフィールドエミッションランプの数を増大する必要があり、設備コスト増、設備大型化等を招く。
【００１０】
陰極ワイヤ表面のエミッションサイト数を増加するには陰極ワイヤ長さを長くする必要があるが、その陰極ワイヤが長くなると、その陰極ワイヤ表面エミッションサイトをプラズマＣＶＤ等で成膜する装置が大型化する。
【特許文献１】特開２０００−８０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明により解決すべき課題は、ガラス管の管軸方向単位長さ当たりのエミッションサイト密度が高密度となるように陰極ワイヤを設置可能としてそのフィールドエミッションランプとしての発光量を増大可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるフィールドエミッションランプは、内部真空でかつ内周面に陽極が形成され、この陽極上に蛍光体が形成されているガラス管と、このガラス管の管内中心を管軸方向に沿って上記陽極と相対向して配置された陰極ワイヤと、を備え、上記陰極ワイヤは、表面に陽極との対向間への電界印加で電子放出するエミッションサイトを備えると共にガラス管のほぼ管内中心を上記管軸方向に沿って螺旋状に敷設されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記陰極ワイヤの螺旋状の敷設形態は、陰極ワイヤ線径、螺旋径、螺旋ピッチを特に限定しない。
【００１４】
上記陰極ワイヤは、ガラス管の管中心に沿い該ガラス管の長手方向全長に亘り架設されていると共にそのワイヤ両端がガラス管の長手方向両端の封止部分からガラス管外に引き出されていることが好ましい。
【００１５】
上記ガラス管には上記陽極に電気的にコンタクトする陽極引出しが装着され、上記陽極引出しはガラス管の熱膨張率にほぼ同一ないし近い材料から構成されていることが好ましい。
【００１６】
上記陰極ワイヤは、導電性ワイヤの表面に電子放出膜として電界放射により電子放出することができる複数のエミッションサイトが設けられたものであり、上記エミッションサイトは先端に向けて半径が小さくなる針状の炭素膜により構成されていることが好ましい。
【００１７】
上記導電性ワイヤは、全体が金属材料で構成されていてもよいし、絶縁性ワイヤの表面に導電体が皮膜されて構成されてもよい。導電性ワイヤは、螺旋状に折り曲げられた際にその折り曲げ形状を保持する形状保持性を有することが好ましい。
【００１８】
以下、本発明の作用効果を説明する。
【００１９】
第１の作用効果としてランプ単位長さ当たりの発光面積が増大し発光強度が増大する。すなわち、本発明では、ガラス管内における陰極ワイヤの敷設形態が管軸回りを螺旋して管軸方向に敷設する形態であるから、管軸方向に沿う直線状の敷設形態と比較して、ガラス管内の単位管長さ当たりの陰極敷設長が長くなり、ガラス管内面の蛍光体の単位面積当たりのエミッションサイト密度が増大する。そのため、本発明では、フィールドエミッションランプの単位ランプ長さ当たりの発光量を増大することができるようになり、バックライトに組み込んだ場合、従来よりも少ないフィールドエミッションランプの組み込み数でバックライトとして必要な発光強度のバックライトを提供することができるようになる。このことからバックライトを組み込む液晶表示機器の小型化に貢献することができる。勿論、本発明のフィールドエミッションランプはバックライトに限定されるものではなく、一般の照明ランプとして小型化にしても十分な発光強度のランプを実現することができるようになる。
【００２０】
第２の作用効果として必要な発光量を得るためのランプ長さが短くて済む。すなわち、本発明では、陰極ワイヤが螺旋状であるために必要な発光量を得るためのランプ長さが、陰極ワイヤが直線状である場合よりも短くて済む。
【００２１】
第３の作用効果として発光ちらつきが減少する。すなわち、本発明では、陰極ワイヤが螺旋状であるために、陰極ワイヤを周壁が螺旋状の円筒体であるから、その円筒体の外周面のみならず、内周面からも電子放出して蛍光体の発光に寄与するので、電子放出量が増大しガラス管表面の発光ちらつきが減少する。
【００２２】
第４の作用効果として陰極ワイヤの製造装置を小型化することができる。すなわち、陰極ワイヤの製造装置として、成膜室と、この成膜室内に配置されたプラズマ閉じ込め型筒状陰極とを備え、この筒状陰極内に陰極ワイヤを筒長さ方向に沿って配置し、当該筒状陰極内に発生したプラズマでその表面に炭素膜からなるエミッションサイトを生成するものがある。この製造装置の場合、筒状陰極の筒長さは陰極ワイヤの両端間長さ分に相当する長さが必要である。そして、本発明では、上記（１）（２）から必要な発光強度に対応した電子放出を行う陰極ワイヤは、直線状の陰極ワイヤよりも短いので、上記した筒状陰極の筒長さも短く済み、これにより当該製造装置としては小型のもので済む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、陰極ワイヤを管軸方向に沿って螺旋状に敷設したから、管軸方向の単位長さ当たりのエミッションサイト密度が高くなり、ランプ発光量が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１に実施の形態のフィールドエミッションランプの構成を断面図で示し、図２にフィールドエミッションランプ内の一端側を拡大断面図で示し、図３にフィールドエミッションランプの中央側を拡大断面図で示す。
【００２６】
これらの図を参照して、このフィールドエミッションランプ１はガラス管２を備える。ガラス管２は、一方向に細長くストレートに延びた円筒形状をなしその内部が真空封止される。ガラス管２は溶解温度が低いソーダライムガラスや鉛ガラスなどの軟質ガラスが好ましい。ガラス管２はケイ酸ガラスや石英ガラスなどの硬質ガラスでもよい。また、ガラス管２は半硬質ガラスでもよい。
【００２７】
ガラス管２の内面にＩＴＯ等よりなる陽極４が膜状に塗布されている。
【００２８】
ガラス管２には短円筒状陽極引出し５が装着されている。陽極引出し５はジュメット線、コバール、その他、ガラスの熱膨張率にほぼ同一ないし近い材料から構成されている。
【００２９】
この陽極４上に電子衝突により励起発光する蛍光体６が膜状に形成されている。蛍光体６は、既知又は新規の蛍光体の中から、目的や用途に応じて任意の蛍光体を選択することができる。さらに、２種以上の蛍光体が混合されてなる蛍光体を用いることもできる。
【００３０】
ガラス管２内には陰極ワイヤ８がその管中心に沿い該ガラス管２の全長に亘り一定のテンションを持たせて架設されている。
【００３１】
陰極ワイヤ８の両端はガラス管２の両端からガラス管２外に引き出されている。
【００３２】
陰極ワイヤ８は、ガラス材の熱膨張係数とほぼ同等の熱膨張係数に調製された金属材から構成されており、そのワイヤ両端はガラス管両端を封止する封止部分である封止用のガラスビーズ１０，１２で気密に固定支持されている。
【００３３】
上記金属材には熱膨張や収縮が生じてもガラス管２両端の封止部分と陰極ワイヤ８両端との間に隙間ができないよう熱膨張係数がガラスの熱膨張係数と同一ないしはほぼ同一の材料が好ましい。
【００３４】
このような材料として、例えば、ニッケル合金、鉄ニッケル合金、鉄ニッケルコバルト系合金（コバール）あるいは鉄ニッケル系合金線の心材を銅層または銅含有合金層で被覆したジュメット線が好ましい。
【００３５】
コバールはその熱膨張係数が軟質ガラスにほぼ等しく、ガラスとのなじみおよび加工性がよい。
【００３６】
陰極ワイヤ８は、ガラス管２の管内中心を陽極４と相対向して管軸方向に沿って螺旋状に敷設されている。陰極ワイヤ８はその表面に電子放出膜である炭素材料からなるエミッションサイト１４がプラズマＣＶＤ法等により形成されている。このエミッションサイト１４は電界放射により電子放出することができるサイトであり、先端に向けて半径が小さくなる針状の炭素膜により構成されている。
【００３７】
このエミッションサイト１４は、陽極４との間の電界印加によりその先端から電子を蛍光体６に向けて放射状に放出する電子放出源（電子エミッタ）となっている。これにより蛍光体６は面状に発光することができる。
【００３８】
上記構成においては、ガラス管２内における陰極ワイヤ８の架設長が長く確保され、ガラス管２における発光領域が拡大した構造になっている。
【００３９】
上記構成を備えたフィールドエミッションランプにおいては、図４で示すように、陰極ワイヤ８が螺旋状になって敷設されている。この陰極ワイヤ８は、その線径ｄ、螺旋径Ｄ、螺旋ピッチｐ、等を適宜設定することができる。
【００４０】
上記構成を備えたフィールドエミッションランプにおいては、図５（ａ）で示すガラス管２の管軸方向に沿う直線状の陰極ワイヤ８ａの敷設形態と図５（ｂ）の螺旋状の陰極ワイヤ８の敷設形態とを比較して、実施の形態の螺旋状の陰極ワイヤ８の方がガラス管２内の単位管長さ当たりの陰極敷設長が長くなり、ガラス管内面の蛍光体の単位面積当たりのエミッションサイト密度が増大する。
【００４１】
そのため、実施の形態では、フィールドエミッションランプ１の単位ランプ長さ当たりの発光量を増大することができるようになり、バックライトに組み込んだ場合、従来よりも少ないフィールドエミッションランプ１の組み込み数でバックライトとして必要な発光強度のバックライトを提供することができるようになる。このことからバックライトを組み込む液晶表示機器の小型化に貢献することができる。
【００４２】
さらに、実施の形態では、例えば、フィールドエミッションランプ１内の陰極ワイヤ８を周壁が螺旋状に構成された円筒体と仮定した場合、その円筒体の外周面および内周面から光が出射されるので、フィールドエミッションランプとしての発光輝度が大幅に向上する。特に、螺旋状であるためにフィールドエミッションランプ単位長さ当たりの発光量も多いため、高い発光輝度の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。
【００４３】
なお、図６（ａ）は従来の直線状の陰極ワイヤを用いたフィールドエミッションランプの発光状態を示す写真、図６（ｂ）は実施の形態の螺旋状の陰極ワイヤを用いたフィールドエミッションランプの発光状態を示す写真である。この発光写真では直線状と螺旋状の陰極ワイヤは長さ比で１：２である。両発光写真を比較して明らかであるように実施の形態のフィールドエミッションランプがより強く発光している状態が示される。上記発光写真では陰極ワイヤの長さ比が一例として１：２に設定したが、陰極ワイヤの線径、螺旋ピッチ、螺旋径、等を適宜設定することにより、実施の形態のフィールドエミッションランプではより明るくかつちらつき無しか少なく発光調節することがより容易に可能であることが理解できる。
【００４４】
実施の形態のフィールドエミッションランプはガラス管が直管形状に限定されるものではなく、図７で示すようにサークル状のガラス管の管内に螺旋状のワイヤ状陰極を配置する形態にも適用することができる。
（他の実施の形態）
なお、陰極ワイヤ８は、その全体もしくは少なくともそのワイヤ両端が上記封止部分であるガラスビーズ１０，１２の熱膨張係数とほぼ同等の熱膨張係数に調製された金属材を備えることが好ましい。この場合、ガラスビーズ１０，１２が軟質ガラスであるか、硬質ガラスであるか、あるいは半硬質ガラスであるかにより、それぞれ、陰極ワイヤ８の金属材としてはそれに対応した熱膨張係数を有する金属材を選定することができる。
【００４５】
例えばガラスビーズ１０，１２が軟質である場合、陰極ワイヤの材料としては、例えば、ニッケル合金、鉄ニッケル合金、鉄ニッケルコバルト系合金であるコバールあるいは鉄ニッケル系合金線の心材を銅層または銅含有合金層で被覆したジュメット線が好ましい。
【００４６】
あるいは陰極ワイヤ８の材料としては、さらにコバールよりも熱伝導率が高い金属材料や電気比抵抗が低い金属材料例えばタングステンやモリブデン等を採用することができる。
【００４７】
また、陰極ワイヤ８は、ワイヤ両端に封止部分であるガラスビーズ１０，１２の熱膨張係数とほぼ同等の熱膨張係数を有する金属材を被覆した構成とすることができる。
【００４８】
また、陰極ワイヤ８は、ワイヤ中央部分に電子放出膜であるエミッションサイト１４を形成し、このワイヤ中央部分の両側に封止部分であるガラスビーズ１０，１２の熱膨張係数とほぼ同等の熱膨張係数に調製された金属材を溶接等による接合してワイヤ両端部分を構成することができる。
【００４９】
また、陰極ワイヤ８は、ワイヤ両端部分の熱伝導性を高めることにより、ガラス管２外への熱搬出を促進することができるように放熱性に優れた金属材を用いて、陰極ワイヤ８の過熱を防止して、ガラス管端部での黒化促進を抑制しランプ寿命を延ばすことができるようにしてもよい。
【００５０】
実施の形態では、陽極４に対して陰極ワイヤ８をガラス管２の管中心、すなわち、陰極ワイヤ８と陽極４との対向距離をガラス管２のほぼ全長に亘り等距離にすることができるので、陰極ワイヤ８からの電子放出をそのワイヤ全長から均等にしてランプとしての均一発光性能を向上する。
【００５１】
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】
【００５２】
【図１】図１は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の断面図である。
【図２】図２はフィールドエミッションランプの一端側を拡大して示す部分断面図である。
【図３】図３はフィールドエミッションランプの中央側を拡大して示す部分断面図である。
【図４】図４は陰極ワイヤの構成を説明するための図である。
【図５】図５は直線状の陰極ワイヤと螺旋状の陰極ワイヤとを比較して示す図である。
【図６】図６（ａ）は従来の直線状の陰極ワイヤを用いたフィールドエミッションランプの発光状態を示す写真、図６（ｂ）は実施の形態の螺旋状の陰極ワイヤを用いたフィールドエミッションランプの発光状態を示す写真である。
【図７】図７は本発明の他の実施の形態に係るフィールドエミッションランプの断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  フィールドエミッションランプ
２  ガラス管
４  陽極
６  蛍光体
８  陰極ワイヤ
１０，１２  ガラスビーズ
１４  エミッションサイト（電子放出膜）
【図１】
2008147132.tif 000003
【図２】
2008147132.tif 000004
【図３】
2008147132.tif 000005
【図４】
2008147132.tif 000006
【図５】
2008147132.tif 000007
【図７】
2008147132.tif 000008
【図６】
2008147132.tif 000009