JP2006287028A - Laser luminescence structure - Google Patents
Laser luminescence structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006287028A JP2006287028A JP2005106145A JP2005106145A JP2006287028A JP 2006287028 A JP2006287028 A JP 2006287028A JP 2005106145 A JP2005106145 A JP 2005106145A JP 2005106145 A JP2005106145 A JP 2005106145A JP 2006287028 A JP2006287028 A JP 2006287028A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- laser
- light emitting
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 title abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 23
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000002233 thin-film X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical compound S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ディスプレイの照明、光ビーム発生のために利用できるレーザー発光構造体及びそれを用いた光学的放射源装置に関する。 The present invention relates to a laser emitting structure that can be used for illumination of a display and generation of a light beam, and an optical radiation source device using the same.
種々のレーザー結晶が、人間活動の各分野で、視覚のために作製されている。圧倒的に多い場合において、光源の作動原理は、光に電流変換することを意味している。空間の用途に依存して、光源は、放射強度と方向性、そのスペクトル分布、全寸法及びその他の特性に関する正確な要件をみたさなければならない。 Various laser crystals are made for vision in each field of human activity. In the overwhelming case, the principle of operation of the light source means to convert current into light. Depending on the spatial application, the light source must meet exact requirements regarding radiation intensity and directionality, its spectral distribution, overall dimensions and other characteristics.
1950年代から半導体を用いたレーザーの開発は進められた。半導体レーザーは一般的にダブルヘテロ構造から成る。そのために、レーザー発光構造が複雑になる。また、発光原理上、必ず、真性半導体、p型或いはn型の2種類以上の半導体材料が必要である。 Laser development using semiconductors has been underway since the 1950s. A semiconductor laser generally has a double heterostructure. This complicates the laser emission structure. In addition, an intrinsic semiconductor and two or more types of semiconductor materials, p-type and n-type, are always required in light emission principle.
それに対して、電子ビームを発光体に当てることにより行う、電界発光は、熱、フォトン及び他の種の励起発光とは異なり、カソード(エミッター)材料中でエネルギー吸収がなくて、発光するので、高効率光源を提供する。 In contrast, electroluminescence, which is performed by applying an electron beam to a light emitter, differs from heat, photons and other types of excited luminescence, and emits light without any energy absorption in the cathode (emitter) material. Provide high efficiency light source.
更に、その単純な構造により、構造コストを基本的に低下でき、更に、電子発光では、大きなパワーが得られ、明るい照明が容易に得られる。 Further, the simple structure can basically reduce the structural cost, and in the case of electroluminescence, a large power can be obtained and bright illumination can be easily obtained.
然し乍ら、電界‐発光カソードを用いて、実用的に十分高い電流密度を有する電子ビームを提供するためには、カソード表面に効果的な非常に高い電界強度(108〜109V/m)を印加しなければならない。
高い電界強度を得て高強度電子ビームを実現するために、カソードは尖針状とされるが、通常、サブミクロン程度の大きさのカソードからの発光は、非常に不安定であり、このため、電界効果発光は、広い目的の装置や機器でのチップ‐及びエッジ‐タイプの電界発光カソードの使用を基本的に妨げている。
However, in order to provide an electron beam with a practically high current density using an electro-luminescent cathode, a very high electric field strength (10 8 to 10 9 V / m) effective on the cathode surface is required. Must be applied.
In order to obtain a high-intensity electron beam by obtaining a high electric field strength, the cathode is pointed, but usually the light emission from a cathode with a size of about submicron is very unstable. Field-effect light emission fundamentally hinders the use of tip- and edge-type electroluminescent cathodes in wide-purpose devices and equipment.
現在知られる光源は、導電性材料の小さいフィラメントが、電界‐発光カソードとして使用されるカソード発光光源(例えば、WO97/07531)である。このタイプのランプでは、カソードは、真空ガラスバルブ内に閉じ込め、その内側表面には、アノードとして機能する透明な導電性コーティングがある。電子線励起により発光する発光層は、その導電性コーティング上に形成される。然し乍ら、このような構成での欠点の1つは、電子発光に必要な十分に高い電界強度を与え、そして、実用的な目的にかなうように、アノードとカソードの間に電圧値を与えるために、非常に小さい直径(1μm〜15μm)のフィラメントを使用しなければならないことである。
本発明の基本的な課題は、ナノカーボングラファイト或いはカーボンナノチューブを用いて作成したカソードから電界放出により安定的に得られる電子線を発光体に照射し、共振ミラーによりレーザー発光させるレーザー発光構造体或いは発光ランプを提供することである。 A basic problem of the present invention is that a laser emitting structure that emits laser light by a resonant mirror by irradiating a light emitter with an electron beam stably obtained by field emission from a cathode prepared using nanocarbon graphite or carbon nanotubes or It is to provide a luminous lamp.
本発明の第2の課題は、半導体レーザーのように、ヘテロ構造をとる必要がなく、単純構造で、発光体もn型かp型或いは真性型をとればよいという比較的に簡単な構造体で作製できるレーザー発光構造体を提供することである。 The second object of the present invention is a relatively simple structure that does not require a heterostructure, such as a semiconductor laser, has a simple structure, and has only to be n-type, p-type, or intrinsic. It is to provide a laser light emitting structure that can be manufactured by the following method.
更に、第3の課題は、半導体レーザーのように、量子井戸構造をとる必要のない、単純構造で作製できる、輝度の大きく、高パワーのレーザー発光構造体を提供することである。 Furthermore, a third problem is to provide a high-luminance and high-power laser light-emitting structure that can be manufactured with a simple structure that does not require a quantum well structure like a semiconductor laser.
本発明の第4の課題は、発光色も、単結晶、多結晶へのドーピングの種類と量を変えることにより、容易に制御できるレーザー発光構造体を提供することである。 A fourth object of the present invention is to provide a laser light emitting structure in which the emission color can be easily controlled by changing the kind and amount of single crystal and polycrystal doping.
上記のような課題を解決するために、鋭意研究の結果、発光アノードが平面であり、面光源として使用でき、ナノカーボングラファイト或いはカーボンナノチューブを用いて作成したカソードから電界放出により安定的に得られる電子線を発光アノードに照射し、共振ミラーによりレーザー発光させるレーザー発光構造体を発明した。それは、輝度とパワーを高めることができる光源として利用できることが分かった。以下の各項の構成である。 In order to solve the above problems, as a result of earnest research, the light emitting anode is flat, can be used as a surface light source, and can be stably obtained by field emission from a cathode made using nanocarbon graphite or carbon nanotube. We have invented a laser light emitting structure that irradiates a light emitting anode with an electron beam and emits laser light with a resonant mirror. It has been found that it can be used as a light source that can increase brightness and power. The configuration of each item below.
(1)レーザー発光体として、半導体或いは酸化物材料のアモルファス、多結晶、単結晶発光体を平面アノード表面に形成し、その発光体を励起するためにナノカーボングラファイトを表面に形成したカソードを用いて、平面アノード表面に形成された前記アモルファス、多結晶、単結晶発光体に、前記カソードからの電子ビームを当て、電界発光の結果としてレーザー発光を起こす構造を有するレーザー発光構造体である。 (1) As a laser emitter, an amorphous, polycrystalline, or single crystal emitter made of a semiconductor or oxide material is formed on a planar anode surface, and a cathode having nanocarbon graphite formed on the surface is used to excite the emitter. Thus, a laser light emitting structure having a structure in which an electron beam from the cathode is applied to the amorphous, polycrystalline, or single crystal light emitter formed on the planar anode surface to cause laser light emission as a result of electroluminescence.
(2)そのカソードは、長尺平面体、線状、メッシュ状の平面体または円筒形であり、その表面にナノカーボングラファイト或いはカーボンナノチュ‐ブを形成し、それに対する位置に、該発光体層をアノード表面に設けたアノードを配置されたものである。
(3)そのカソードは、長尺平面体であり、その表面にナノカーボングラファイト或いはカーボンナノチュ‐ブ層を形成し、これに平行な位置に、鏡面反射層5、平面アノード6の順に配置し、該平面アノードは全体として、平面体或いは円筒形をなし、円筒形の場合は、底面と頂部平面には透明基体8と鏡面14を設け、その平面からレーザーを発射する。
(2) The cathode is in the form of a long planar body, a linear or mesh planar body, or a cylindrical body. Nanocarbon graphite or carbon nanotubes are formed on the surface of the cathode, and the light emitter is placed at a position relative to the nanocarbon graphite. An anode with a layer provided on the anode surface is arranged.
(3) The cathode is a long planar body, and a nanocarbon graphite or carbon nanotube layer is formed on the surface, and the mirror reflection layer 5 and the planar anode 6 are arranged in this order in parallel. The planar anode as a whole has a planar body or a cylindrical shape. In the case of a cylindrical shape, a transparent substrate 8 and a mirror surface 14 are provided on the bottom and top planes, and laser is emitted from the plane.
(4)その平面アノードと平面カソードとの空間は、レーザー発光が可能な真空度に保持されている。
(5)その平面発光のアノードの前部位置には、集光レンズを設け、発射された発光ビームを平行に保持する。
(4) The space between the planar anode and the planar cathode is maintained at a degree of vacuum that allows laser emission.
(5) A condenser lens is provided at the front position of the planar light emitting anode to hold the emitted light beam in parallel.
本発明の基本的な構造は、図1に示されるように、電子銃部と発光部の2つの装置で構成される。電子銃部は、ナノサイズカーボンを蒸着したカソード1とITO或いはアルミニウムなどの金属のアノード2で構成される。アモルファス、多結晶、単結晶発光体の発光部は、発光体5を2枚の誘電体4と6で挟んで構成される。 As shown in FIG. 1, the basic structure of the present invention comprises two devices, an electron gun unit and a light emitting unit. The electron gun section is composed of a cathode 1 on which nanosize carbon is deposited and an anode 2 made of metal such as ITO or aluminum. The light emitting portion of the amorphous, polycrystalline, or single crystal light emitter is configured by sandwiching the light emitter 5 between the two dielectrics 4 and 6.
本発明のレーザー発光構造体に利用する炭素材料は、一般的には、既知の技術であり、電界発光が、非常に低い電界強度(106 〜107 V/m)で発生することが知られている。これは、その構造要素がナノメーター寸法のためであり、また、ナノ構造の炭素に固有の電子特性によるものである(特許文献1参照)。電子エミッター(カソード)として、そのような材料を用いると、電子ビームを作るためのアノードとカソードの間にかけられる電圧値を基本的に低下できるものである。 The carbon material used for the laser light emitting structure of the present invention is generally a known technique, and it is known that electroluminescence is generated at a very low electric field strength (10 6 to 10 7 V / m). It has been. This is because the structural element is of a nanometer size, and is due to the electronic properties inherent to nanostructured carbon (see Patent Document 1). When such a material is used as the electron emitter (cathode), the voltage value applied between the anode and the cathode for producing an electron beam can be basically reduced.
即ち、本発明のレーザー発光構造体に用いられるそのような炭素材料としては、請求項に挙げられるように、ナノカーボングラファイト或いはカーボンナノチュ‐ブをカソード表面上に形成して用いる。
即ち、[ナノカーボングラファイト]とは、サブミクロン程度のサイズで粒子分布の幅が少ないカーボングラファイト結晶である。
図4は、本発明装置に用いられるナノカーボングラファイトをシリコンの上に析出させた薄膜の顕微鏡写真である。加速電圧25.0kVで析出させたもので、写真中の目盛り全目盛り幅は50マイクロメーターであり、1000倍の顕微鏡写真である。図5は、そのナノカーボングラファイト析出薄膜の元素分析のチャートであり、カーボンとシリコンの線が現れる。図6は、そのナノカーボングラファイト析出薄膜の薄膜X線回折チャートを示す。●はシリコンの回折線であり、〇はカーボンの回折線であることを示す。
That is, as such a carbon material used in the laser light emitting structure of the present invention, nanocarbon graphite or carbon nanotube is formed on the cathode surface and used as claimed.
That is, [nanocarbon graphite] is a carbon graphite crystal having a size of about submicron and a small width of particle distribution.
FIG. 4 is a photomicrograph of a thin film in which nanocarbon graphite used in the apparatus of the present invention is deposited on silicon. It was deposited at an acceleration voltage of 25.0 kV, and the full scale width of the scale in the photograph was 50 micrometers, which is a 1000 × micrograph. FIG. 5 is an elemental analysis chart of the nanocarbon graphite deposited thin film, in which carbon and silicon lines appear. FIG. 6 shows a thin film X-ray diffraction chart of the nanocarbon graphite deposited thin film. ● indicates a silicon diffraction line, and ○ indicates a carbon diffraction line.
また、[カーボンナノチュ‐ブ]とは、サブミクロン程度の径のチュ‐ブ状のカーボンをいう。
[カーボンナノチューブ]の作製には金属触媒が使用されており、この方法で作製された[カーボンナノチューブ]は金属触媒を含んでいる。この[カーボンナノチューブ]を電子エミッターとして使用するとナノチューブ表面に金属触媒粒子が偏析し、電子放出効率が低下する。発光に必要な電子放出効率を得るためには、化学的な処理により金属微粒子を取り除かなければならない。
[Carbon nano tube] means tube-like carbon having a diameter of about submicron.
A metal catalyst is used for the production of [carbon nanotube], and the [carbon nanotube] produced by this method contains a metal catalyst. When this [carbon nanotube] is used as an electron emitter, metal catalyst particles are segregated on the surface of the nanotube, and the electron emission efficiency is lowered. In order to obtain the electron emission efficiency necessary for light emission, the metal fine particles must be removed by chemical treatment.
このような発光体に固有の他の欠点は、発光体に電子線が照射されると発光体の一部が蒸発し、円筒形ガラスバルブの内側表面上に円筒形ガラスバルブの内側表面上にその発光体が析出することである。その層により放射された光の一部は、光が透明ランプ表面を通過する場合に、吸収され、それにより、光への電気エネルギー全変換効率が悪影響を受けることである。 Another disadvantage inherent in such illuminants is that when the illuminant is irradiated with an electron beam, a portion of the illuminant evaporates and onto the inner surface of the cylindrical glass bulb. It is that the luminous body precipitates. Some of the light emitted by the layer is absorbed when the light passes through the transparent lamp surface, thereby adversely affecting the total conversion efficiency of electrical energy into light.
本発明では、1mm程度の厚さに切断された発光体単結晶としてII‐VI族、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、III-V族、酸化物などの単結晶試料や層状オキシサルファイド(LaO)CuSまたは、アモルファスAl2O3を用い、図1の断面図に示すような2つの誘電体ミラーで挟まれる位置に配置される。これら全体は真空容器中に封入される。II-VI,III-Vの発光体の代わりに量子移動基盤を用いることもできる。
本発明の更なる好適な具体例では、光源は、真空にされる透明な外被体中に封入されたベースに設けられる。
In the present invention, single crystal samples such as II-VI group, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, III-V group, oxides, etc. as layered oxy Sulfide (LaO) CuS or amorphous Al 2 O 3 is used and disposed at a position sandwiched between two dielectric mirrors as shown in the cross-sectional view of FIG. All of these are enclosed in a vacuum vessel. Instead of II-VI and III-V light emitters, a quantum transfer substrate can also be used.
In a further preferred embodiment of the invention, the light source is provided on a base enclosed in a transparent envelope that is evacuated.
本発明によるレーザー発光装置は、図1に示されるような原理的に示された断面構造体をとる。負電極に結合されたカソード1は,膜厚1μm以下で正電極と結合したITOのアノード2に平行な位置に置かれ,電圧を印加することで電子ビーム3を得る.ここで,カソード表面には,電極間に印加された電界により高い効率で電子線を発生できる炭素系のナノカーボン素材薄膜層が形成されている.この素材としては,ナノメーター−サイズのグラファイト結晶が、著しく好適である。ITOの背面には、膜厚1μm以下の良好な光反射性を有する金属または反射率が90%以上の誘電体層4が形成され、これに対向する位置に発光体5が配置される。誘電体6には透明基板7が構造支持のために配置される。電子線照射による得られる光を反射し,位相をそろえるための反射率が90%以上の誘電体ミラー6が発光体に対向する位置に置かれる。2つのミラーにより位相がそろえられた光は、強度がある値以上になるとレーザー光15となり発せられ、レンズ10により平行光あるいは集光されたレーザーにされる。 The laser light emitting device according to the present invention has a cross-sectional structure shown in principle as shown in FIG. The cathode 1 coupled to the negative electrode is placed at a position parallel to the anode 2 of ITO coupled to the positive electrode with a film thickness of 1 μm or less, and an electron beam 3 is obtained by applying a voltage. Here, a carbon-based nanocarbon material thin film layer that can generate an electron beam with high efficiency by the electric field applied between the electrodes is formed on the cathode surface. As this material, nanometer-sized graphite crystals are extremely suitable. On the back surface of the ITO, a metal having a good light reflectivity with a film thickness of 1 μm or less or a dielectric layer 4 having a reflectivity of 90% or more is formed, and a light emitter 5 is disposed at a position facing this. A transparent substrate 7 is disposed on the dielectric 6 for structural support. A dielectric mirror 6 having a reflectivity of 90% or more for reflecting the light obtained by electron beam irradiation and aligning the phases is placed at a position facing the light emitter. The light whose phases are aligned by the two mirrors is emitted as laser light 15 when the intensity exceeds a certain value, and is converted into parallel light or condensed laser by the lens 10.
一般的に、本発明のレーザー発光構造体では、その平面状のアノードは、長尺平面体であり、その平面全体から発光する。
そして、例えば、次のようなパラメータ条件で行う。
発光材料:ZnS,真空度=10‐6Torr
このとき、発光構造体からの発光強度は、印加電圧に依存して次のように変化する。
印加電圧= 4kV、発光強度= 20,000cd/m2
印加電圧= 5kV、発光強度= 30,000cd/m2
印加電圧=10kV、発光強度=100,000cd/m2
Generally, in the laser light emitting structure of the present invention, the planar anode is a long planar body and emits light from the entire plane.
For example, the following parameter conditions are used.
Luminescent material: ZnS, degree of vacuum = 10 −6 Torr
At this time, the intensity of light emitted from the light emitting structure changes as follows depending on the applied voltage.
Applied voltage = 4 kV, emission intensity = 20,000 cd / m 2
Applied voltage = 5 kV, emission intensity = 30,000 cd / m 2
Applied voltage = 10 kV, emission intensity = 100,000 cd / m 2
カソードは、図2に示されるように、負電位をかけられるように、真空容器の外側で負電極と電気的に結合されている。即ち、アノード3とカソード2の間に、予め決めた動作電圧値になるように電位がかけられ、必要な大きさの電子発光電流になるために必要なカソード上で効果にある電界強度のレベルになる。
例えば、1.25×106V/mの値以上の必要な電界強度が、長さlと幅w の長方形面積sのカソードにより、
面積Smm2 のアノードに対して
(I)F=V/[d ln(S/s)]によれば、4kV以上の電圧(V)で達せられる。
従って、4kV以上のボルトをかけると、カソードから発射される電子は、電極間の空間で速度が促進され、アノード表面発光での電子‐励起発光が可能になる。
As shown in FIG. 2, the cathode is electrically coupled to the negative electrode outside the vacuum vessel so that a negative potential can be applied. That is, a potential is applied between the anode 3 and the cathode 2 so as to obtain a predetermined operating voltage value, and the electric field intensity level effective on the cathode necessary for obtaining an electroluminescent current of a necessary magnitude. become.
For example, a required electric field strength of a value of 1.25 × 10 6 V / m or more is caused by a cathode having a rectangular area s having a length l and a width w.
According to the anode area Smm 2 in (I) F = V / [ d ln (S / s)], achieved at 4kV or higher voltage (V).
Therefore, when a voltage of 4 kV or more is applied, the speed of electrons emitted from the cathode is accelerated in the space between the electrodes, and electron-excited emission by anode surface emission becomes possible.
本発明の装置では、電子ビームの強度を制御することのできる引き出し電極を使用することができる。この電極に与える電圧を適当に選択することにより、空間電荷の状態を調整し、電子ビーム強度を制御する。これらの全ての電極は、ランプ内部の位置に固定され、必要なレベルまで真空にされ、気密シールされる。ランプ内部を長い間にわたり、必要な真空レベルに保持するために、ゲッターを使用できる。 In the apparatus of the present invention, an extraction electrode capable of controlling the intensity of the electron beam can be used. By appropriately selecting the voltage applied to this electrode, the state of space charge is adjusted and the electron beam intensity is controlled. All these electrodes are fixed in place inside the lamp, evacuated to the required level and hermetically sealed. A getter can be used to keep the interior of the lamp at the required vacuum level for a long time.
本発明によるカソード発光の1例は、図2に示すような構造の発光体として示される。このような場合、ランプは、レーザー光15の出る面を前面に設け、発光体から光束を制御することもできる。 One example of cathodic light emission according to the present invention is shown as a light emitter having a structure as shown in FIG. In such a case, the lamp can be provided with a surface from which the laser beam 15 is emitted on the front surface, and the luminous flux can be controlled from the light emitter.
カソード表面1は、ナノカーボングラファイト蒸着層で被膜されている。アノードは、平面形体のもので、その表面は、ITO若しくはアルミニウム等でコーティングされる。そして、誘電体鏡面層4を介して、発光体層5を設け、鏡面体6を設ける。カソードから発射された電子ビームの効果により、発光体5は発光し、鏡面体4と6との間に共鳴されて、レーザー発光が起こる。
なお、予め決めた間隔をとって機械的に固定されたカソードとアノードは、互いに電気的に結合されている。
The cathode surface 1 is coated with a nanocarbon graphite vapor deposition layer. The anode has a planar shape, and its surface is coated with ITO or aluminum. Then, the light emitter layer 5 is provided through the dielectric mirror surface layer 4, and the mirror body 6 is provided. Due to the effect of the electron beam emitted from the cathode, the light emitter 5 emits light and is resonated between the mirror bodies 4 and 6 to cause laser emission.
The cathode and the anode, which are mechanically fixed at a predetermined interval, are electrically coupled to each other.
図1は、アノード2とカソード1を備え、アノードとカソードを互いに隔離し、カソード表面1(ナノカーボングラファイト層表面)で生成した電子ビーム3をアノード2表面に当てて、アノード中の発光体層5で発光した光が、誘電体の鏡面体4と7の間で増幅変調を受け、レザービーム15の形で発射され、光束15が発射する平面ランプ装置を図式的に示す。この装置は、機密シールで真空に置かれた外被体(図示せず)中に設置される。 FIG. 1 includes an anode 2 and a cathode 1, the anode and the cathode are separated from each other, an electron beam 3 generated on the cathode surface 1 (nanocarbon graphite layer surface) is applied to the surface of the anode 2, and a phosphor layer in the anode 5 schematically shows a flat lamp device in which the light emitted in 5 is amplified and modulated between dielectric mirror bodies 4 and 7, emitted in the form of a razor beam 15, and emitted by a light beam 15. FIG. This device is placed in a jacket (not shown) placed in a vacuum with a security seal.
図2は、本発明により作製した平面型レーザー発光構造体の具体例を示す断面図である。この場合、カソード1は平面電極体であり、その表面にナノカーボングラファイト薄層(約2μm厚)が蒸着形成されている。発光体層5は,反射率が90 %以上である誘電体ミラー4,6で挟まれ,これらは,カソード1とアノード2の間に配置される.装置全体は,透明な外被体中11に保持され,真空封入される。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific example of a planar laser emission structure manufactured according to the present invention. In this case, the cathode 1 is a planar electrode body, and a nanocarbon graphite thin layer (about 2 μm thick) is formed on the surface thereof by vapor deposition. The phosphor layer 5 is sandwiched between dielectric mirrors 4 and 6 having a reflectance of 90% or more, and these are disposed between the cathode 1 and the anode 2. The entire apparatus is held in a transparent outer casing 11 and is vacuum-sealed.
カソード1は、平面の蒸着ナノカーボングラファイト層3から電子ビーム15を発射させる。電子ビーム3は、アノード2の鏡面体層から浸透し、発光体層6に当たり、光束を発する。この場合、カソードとアノードの発光体との距離は、0.1〜30.0mmであり、カソードのサイズは、例えば、25×25mmとし、外被体中は、1気圧より低い真空度とする。 ナノカーボングラファイト薄層の厚さは、約2μmであり、発光体層の厚さは、0.1〜1mmである。 The cathode 1 emits an electron beam 15 from the planar deposited nanocarbon graphite layer 3. The electron beam 3 penetrates from the mirror body layer of the anode 2, hits the light emitter layer 6, and emits a light beam. In this case, the distance between the cathode and the light emitter of the anode is 0.1 to 30.0 mm, the size of the cathode is, for example, 25 × 25 mm, and the degree of vacuum is lower than 1 atm in the outer casing. . The thickness of the nanocarbon graphite thin layer is about 2 μm, and the thickness of the phosphor layer is 0.1 to 1 mm.
図3は、カソード1と円筒形アノード2に電圧を印加して得られる電子ビーム3を、内側にある発光体層5に照射し、電子線発光させ、その光は、左右及び上下に設けた誘電体或いは絶縁体で構成される鏡面体4,6,8,9の間で共振を起こし、レーザー結晶発光が、右の鏡面体9から発射するレーザー結晶発光構造体の具体例を示す断面図である。即ち、鏡面体8の反射率は100%に対して、鏡面体9の反射率は95%である。 FIG. 3 shows an electron beam 3 obtained by applying a voltage to the cathode 1 and the cylindrical anode 2 to irradiate an inner light emitter layer 5 to emit an electron beam. Sectional drawing which shows the specific example of the laser crystal light emission structure which raise | generates resonance between the mirror surface bodies 4,6,8,9 comprised with a dielectric material or an insulator, and a laser crystal light emission emits from the right mirror surface body 9 It is. That is, the reflectance of the mirror body 8 is 100%, and the reflectance of the mirror body 9 is 95%.
カソードと発光体の距離は、0.1〜10mmとり、その間にかける電圧は、1〜50kVとし、電流は、0.1〜30mA/cm2とする。この構造では、カソ ード2の内側表面に蒸着形成したナノカーボングラファイト層により、電子ビームの密度が非常に高くなり、特に図示のような構造のレーザー発光構造体では、その効果が顕著である。電子は、約3μm発光体中に浸透し、そのエネルギーにより発光する。なお、発光体5は、II‐VI、III‐Vの元素を用いた単結 晶、多結晶またはアモルファス構造を有し、n構造又はp構造のどちらかを有するものであり、発光波長は、発光体の種類により決められる。 The distance between the cathode and the light emitter is 0.1 to 10 mm, the voltage applied between them is 1 to 50 kV, and the current is 0.1 to 30 mA / cm 2 . In this structure, the density of the electron beam is very high due to the nanocarbon graphite layer deposited on the inner surface of the cathode 2, and the effect is particularly remarkable in the laser light emitting structure having the structure as shown in the figure. . Electrons penetrate into the light emitter of about 3 μm and emit light by the energy. The light emitter 5 has a single crystal, polycrystal, or amorphous structure using elements II-VI and III-V, and has either an n structure or a p structure. It depends on the type of illuminant.
本発明で提案されたカソード発光のレーザー発光構造体は、新規なタイプの発光装置(ランプ)である。本発明により作られたランプの構成は、他の既知のタイプの光源と比較して、より高い電気エネルギーの光への変換効率を実現させるものである。所定のタイプのランプは、上記の既知の光源に代えて使用する種々の目的のための適用分野が見いだされる。所定タイプのランプは、高い輝度と最小の熱放射を要する場合、既知の光源以上の基本的な長所を有するものである。 The cathode-emitting laser emission structure proposed in the present invention is a novel type of light-emitting device (lamp). The construction of the lamp made according to the present invention achieves a higher conversion efficiency to light of electrical energy compared to other known types of light sources. Certain types of lamps find application areas for various purposes that may be used in place of the known light sources described above. Certain types of lamps have basic advantages over known light sources when high brightness and minimal heat radiation are required.
配慮されたランプの構成も製造技法も、無毒或いはエコロジカルに害がない材料を使用するものである。適当に選択された螢光体により、所定タイプのランプが、高いエネルギー効率で予定のスペクトル特性を有する光を発生することができる。ここに提案された構成のランプでは、液晶ディスプレイ及び低電力消費及び十分な光度の指示器の用途が見出される。最後に、電気的に絶縁されたアノードを有する、本発明のランプは、色のコントロールが容易で、尚且つ、出力のコントロールも容易なので、医療機器、工作機器、プロジェクター、自動車などのヘッドランプ、レーザーディスプレイ、指示器及び可視情報を与えるための同様の装置として役立つものである。 Considered lamp construction and manufacturing techniques use materials that are non-toxic or ecologically harmless. With a suitably selected phosphor, a given type of lamp can generate light with a predetermined spectral characteristic with high energy efficiency. In the lamp of the proposed configuration, a liquid crystal display and low power consumption and sufficient luminous intensity indicator applications are found. Finally, the lamp of the present invention having an electrically insulated anode is easy to control the color and easy to control the output, so that the headlamp of a medical device, machine tool, projector, automobile, etc. It serves as a laser display, indicator, and similar devices for providing visual information.
1…カソード、2…アノード、3…電子ビーム、4,6,7,9…誘電体の鏡面体、5…発光体層、11…外被体、15…レーザービーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... Anode, 3 ... Electron beam, 4, 6, 7, 9 ... Dielectric mirror surface body, 5 ... Light-emitting body layer, 11 ... Cover body, 15 ... Laser beam
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005106145A JP2006287028A (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Laser luminescence structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005106145A JP2006287028A (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Laser luminescence structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006287028A true JP2006287028A (en) | 2006-10-19 |
Family
ID=37408581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005106145A Pending JP2006287028A (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Laser luminescence structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006287028A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012063585A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | ウシオ電機株式会社 | Electron-beam-pumped light source |
| JP2012104642A (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ushio Inc | Electron beam excitation type light source |
| JP2012104643A (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ushio Inc | Electron beam excitation type light source |
-
2005
- 2005-04-01 JP JP2005106145A patent/JP2006287028A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012063585A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | ウシオ電機株式会社 | Electron-beam-pumped light source |
| JP2012104642A (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ushio Inc | Electron beam excitation type light source |
| JP2012104643A (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-31 | Ushio Inc | Electron beam excitation type light source |
| US9184559B2 (en) | 2010-11-10 | 2015-11-10 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Electron-beam-pumped light source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100397720B1 (en) | Fluorescent lamp | |
| WO1996014206A1 (en) | Semiconductor nanocrystal display materials and display apparatus employing same | |
| CN104755584B (en) | Target for ultraviolet light generation, electron beam excitation ultraviolet light source, and manufacturing method of target for ultraviolet light generation | |
| EP1498931B1 (en) | Cathodoluminescent light source | |
| JP5468079B2 (en) | Vacuum ultraviolet light emitting device | |
| JPH0118117B2 (en) | ||
| CN100543921C (en) | Field Emission Luminescence Lighting Source | |
| CN100365754C (en) | Amorphous diamond material and related methods of use and manufacture thereof | |
| US7358658B2 (en) | Amorphous diamond materials and associated methods for the use and manufacture thereof | |
| JP2006287028A (en) | Laser luminescence structure | |
| EP1739724A1 (en) | Two-way reciprocal amplification electron/photon source | |
| RU2274924C1 (en) | Cathodoluminescence light source (alternatives) | |
| JP2009238415A (en) | Deep ultraviolet phosphor thin film, and lamp using deep ultraviolet phosphor thin film | |
| CN112687520B (en) | Space electron excited reflective deep ultraviolet light source | |
| JP2003020476A (en) | Phosphor thin film, thin film electroluminescence display device, field emission display device, and method of forming phosphor thin film | |
| JP5343531B2 (en) | Electron emitting device, manufacturing method thereof, and surface light emitting device | |
| Cao et al. | A field emission light source using a reticulated vitreous carbon (RVC) cathode and cathodoluminescent phosphors | |
| JP5024813B2 (en) | Method for manufacturing surface light emitting device | |
| JP2006294494A (en) | Fluorescent lamp | |
| US20080197765A1 (en) | Layered amorphous diamond materials and associated methods for enhanced diamond electroluminescence | |
| CN1619762A (en) | Cathode cold light source | |
| RU2382436C1 (en) | Diode cathode-luminescent lamp | |
| JPWO2005048294A1 (en) | Field emission UV lamp | |
| JP5293352B2 (en) | Method of manufacturing a triode structure type field emission lamp | |
| JP2011034867A (en) | Electron emission element, and illuminating lamp |