(57)【要約】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。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極導体と、前記陰極導体と対向する陽極導体と、前記陽極導体の陰極側先端に取り付けられた蛍光体結晶と、前記陰極導体と前記陽極導体とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション点光源ランプ。
【請求項２】
前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を形成した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点光源ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載のフィールドエミッション点光源ランプを製造する製造方法において、前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成することを特徴とするフィールドエミッション点光源ランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  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。
【背景技術】  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。
【特許文献１】  特開平１０−２４７５９５号公報
【特許文献２】  特開２００３−１７００４号公報
【非特許文献１】  Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ  ａｌ．；”Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｃａｒｂｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２１５，（２００３）２１４−２２１．
【非特許文献２】  Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ  ａｌ．；”ＣＶＤ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｌｍｓ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５（２００２）３５７−３６２．
【非特許文献３】  Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ  ａｌ．；”Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｌｍｓ：ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｐｌａｓｍａ  ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”，Ｃａｒｂｏｎ  ４１（２００３），８３６−８３９．
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。
【発明の開示】
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。
【図面の簡単な説明】  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。
【発明を実施するための最良の形態】  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。
【産業上の利用可能性】  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。
【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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【国際調査報告】
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