(57)【要約】【課題】  発光光の取り出し効率が高く高輝度な光源及びこの光源を用いた車両用灯具を提供する。【解決手段】  車両用灯具１は、略円筒形状の陽極４２と、陽極４２の内径面４２ｃ側に離間配置され、電子を放出する陰極４４と、陽極４２に設けられ蛍光物質からなる蛍光体４６と、を備えた光源ユニット３０を備えている。陰極４４からは電子が放出され、この電子が陽極４２に向かって加速されて蛍光体４６に衝突する。電子は蛍光体４６の蛍光物質を励起して発光する。発光した光は、リフレクタ２０の反射面２０ａによって反射され、所定の方向に対して照射される。【選択図】  図１
2006179343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の陽極と、
前記陽極の内径面側に離間配置され、電子を放出する陰極と、
前記陽極に設けられ、蛍光物質からなる蛍光体と、を備え、
前記陰極から放出された電子が前記陽極に向かって加速され、前記蛍光体の前記蛍光物質を励起して発光することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記陰極は、中空形状を有することを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
前記陽極と前記陰極は、互いに同軸配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光源と、
前記光源の側面を覆うように配置され、前記光源からの光を反射して所定方向に照射する反射鏡と、を備えたことを特徴とする車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を発する光源及びこの光源を備えた車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
四輪自動車や二輪自動車等の車両には、用途に応じて設計されたさまざまな車両用灯具が設けられている。例えば、車両には、夜間走行時の前方視認性を高めるために、車両前照灯が設けられるとともに、他の車両に対して自車の状態を示すものとして、旋回方向を示す方向指示器、ブレーキ制動状態を示す制動灯等の標識灯が設けられている。これらの車両用灯具に用いられる光源には、種々の光源を使用することができ、例えば、フィラメントを用いた白熱電球、ハロゲンガスを利用したハロゲンランプ、アーク放電を利用した放電ランプ（いわゆるＨＩＤランプ：High Intensity Discharge Lamp））等が挙げられる。
【０００３】
また、近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプも開発されてきている。ＬＥＤは、高輝度化が可能であるとともに、消費電力が小さいことが特徴であり、次世代の車両用光源として期待されている。
【０００４】
また、次世代の光源としては、電子源から放出された電子を加速して蛍光体に衝突させ、蛍光体を励起させることにより発光する電界放出ランプ（ＦＥＬ：Field Emission Lamp）も提案されてきている。この種のランプとしては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。
【０００５】
特許文献１に記載のランプでは、それぞれ平板形状の陽極と陰極を対向配置させ、陰極から陽極に向けて加速し、電子の運動エネルギーによって陽極上に配置された蛍光体を励起して可視光を一方向に向かって出射させるように構成されている。また、このランプでは、陽極と陰極との間の磁界を電磁石を用いて可変制御してやることにより、電子の軌道を変化させてやり、光軸を変化させるようにすると特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１９３０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に電子が照射された蛍光体は、等方性が強く全方位に向かって光を照射する。したがって、特許文献１のように平行平板からなる電極を並べた構成では、取り出し口に向かって伝搬する光は有効光として取り出すことができるが、裏側や側方等の取り出し口以外の方向に伝搬する光は、前方に照射されない。したがって、取り出し口のある一方向から照射される光の光量は、全発光量の半分以下となってしまい、発光光の取り出し効率が低い。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、発光光の取り出し効率が高く高輝度な光源及びこの光源を用いた車両用灯具を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  円筒形状の陽極と、
前記陽極の内径面側に離間配置され、電子を放出する陰極と、
前記陽極に設けられ、蛍光物質からなる蛍光体と、を備え、
前記陰極から放出された電子が前記陽極に向かって加速され、前記蛍光体の前記蛍光物質を励起して発光することを特徴とする光源。
（２）  前記陰極は、中空形状を有することを特徴とする請求項１記載の光源。
（３）  前記陽極と前記陰極は、互いに同軸配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
（４）  請求項１〜３の何れか一項に記載の光源と、
前記光源の側面を覆うように配置され、前記光源からの光を反射して所定方向に照射する反射鏡と、を備えたことを特徴とする車両用灯具。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、陽極が円筒形状を有しており、陽極の内径面側に陰極が配置されている。したがって、陰極から出射した電子は、どの方向に飛び出しても陽極に向かうことができる。よって、本発明の光源によれば、陰極から出射した電子をロスなく有効に陽極上の蛍光体に導くことができる。
【００１０】
また、本発明によれば、蛍光体にて発光した光は、等方的に出射するため、一部は、陽極の外方に向かわず内方に向かって出射されるが、陽極が円筒形状であるため、この光は再度蛍光体に入射して陽極から外方に向かって出射される。このように、本発明の光源は、平行平板からなる電極を並べた構成のように光の取り出し方向が規定されておらず、一度陰極側に向かった光であっても、陽極にたどり着くことができれば外方に出射することができるため光の取り出し効率が高い。
【００１１】
また、本発明の車両用灯具は、光源の周囲にリフレクタを配置しているので、リフレクタの中心軸を所定の方向に定めることにより、光源から発光した光を所定方向を発光中心軸として照射することができる。したがって、本発明の光源のように所定の方向に光を出射するのではなく、周囲全体に光を照射するタイプの光源を用いた場合であっても、光の照射方向を規定し、所定の方向を中心として光を照射することが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、陽極と陰極は、互いに同軸配置されているので、陽極と陰極間に形成される等電位線が軸対称な円形となる。したがって、陽極と陰極間の電位勾配が周方向で均一となり、陰極表面近傍における電位勾配のばらつきが少なくなる。したがって、電子が陰極の表面の各部位から均等に放出されやすくなり、ひいては陽極における発光部位のばらつきが小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る光源及びこの光源を用いた車両用灯具の一実施形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る実施形態の車両用灯具を示す全体断面図であり、図２は車両用灯具に設けられた光源ユニットの軸方向断面図であり、図３は光源ユニットの径方向断面図であり、図４及び図５は本実施形態の光源ユニットの発光パターンを示す模式的断面図であり、図６は本実施形態のリフレクタを介した光の照射方向を示す模式図である。
【００１５】
本実施形態の車両用灯具１は、ＦＥＬ型の車両用灯具であって、例えばランプボディ２と光透過性のカバー３によって覆われる灯室１０ａ内に、光を出射する灯具ユニット１１が配置されて構成されている。灯具ユニット１１は、例えばエイミング機構１５，１５を介してランプボディ２に取り付けられている。エイミング機構１５，１５は、ランプボディ２を例えば三点にて支持しており、灯具ユニット１１の取り付け角度を調整することが可能である。
【００１６】
灯具ユニット１１は、略半碗型形状を有するリフレクタ２０と、光を出射する光源ユニット（光源）３０とを備えている。
【００１７】
リフレクタ２０は、例えば、内径側に略回転放物形状を有する反射面２０ａが形成されている。リフレクタ２０の底部には、リフレクタ２０の中心軸Ａｘに沿って円形の開口２１が形成されており、この開口２１に光源ユニット３０が挿入される。そして、リフレクタ２０は、挿入された光源ユニット３０を開口２１の周囲に形成された光源ユニット支持部２２によって固定支持している。これにより、リフレクタ２０は、光源ユニット３０の側面を覆うように設けられている。
【００１８】
光源ユニット３０は、略筒状の発光部３１と、この発光部３１の一端を支持する基部３２とによって構成されている。基部３２は、図示せぬ固定手段によってリフレクタ２０の光源ユニット支持部２２に固定されている。
【００１９】
図２及び図３に示すように、発光部３１は、フィールドエミッション（ＦＥ：Field Emission）の原理に基づいて発光する発光素子であり、主として、先端４２ａが閉塞されかつ基端４２ｂが開口した中空の円筒形状を有する陽極４２と、両端が開口した中空の円筒形状を有する陰極４４とを備えている。陰極４４は、陽極４２の内径よりも小さい外径を有しており、陽極４２の内側、すなわち陽極４２の内径面４２ｃによって囲まれる内部空間３４内に配置されている。また、陽極４２と陰極４４は、それぞれ基部３２の取り付け部３２ａに基準軸Ｚに沿って同軸となるように離間配置されている。これにより、陰極４４は、陽極４２と基部３２の取り付け部３２ａによって完全に外部から封止された状態となっている。
【００２０】
また、陽極４２と基部３２の取り付け部３２ａによって囲まれる内部空間３４は、予め真空引きが為されて減圧された状態となっている。すなわち、本実施形態では、陽極４２が真空容器の外壁を構成している。この内部空間３４は、10-5ｔｏｒｒ以下となるように真空引きされていることが好ましく、また10-7ｔｏｒｒ以下となるように真空引きされていることがさらに好ましい。
【００２１】
本実施形態の陽極４２は、ＩＴＯ等の光透過性の物質から構成される。その他、陽極４２を構成するものとしては、例えば、金属製の素材を網目状に構成したメッシュや、ガラス等の基材状に金属を蒸着させたものであっても良い。
【００２２】
本実施形態の陰極４４は、電子を放出する電子源であり、カーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブを外表面に備えた物質によって構成されている。陰極４４を構成する物質としては、カーボンナノチューブの他にも、例えば、シリコンを尖らせてエッチングを施したもの等、アスペクト比が高い微細構造を有する表面形状を有するものであればよい。
【００２３】
陽極４２の内径面４２ｃ上には、蛍光物質からなる蛍光体４６が層状に形成配置されている。蛍光体４６を構成する蛍光物質としては、電子線を励起するものであればよく、特に限定されない。
【００２４】
陽極４２と陰極４４との間には外部に設置された電源により電位差Ｖが印加され、陽極４２と陰極４４との間に電位差Ｖに応じた電位勾配が形成される。陰極４４は、この電位勾配によって外表面４４ａから電子を放出する。放出された電子は、内部空間３４が真空引きされているため、内部空間３４内を容易に伝搬することができ、陽極４２と陰極４４との間の電位差Ｖによって加速され、陽極４２上に形成された蛍光体４６に入射する。蛍光体４６に入射した電子は、蛍光物質を励起させて励起状態とする。この励起状態となった蛍光物質は、基底状態に戻るときに励起状態と基底状態の差分のエネルギーを光として放出することにより発光する。
【００２５】
具体的には、図４及び図５に示すように、電位差Ｖが印加されると、電子は、陰極４４から等方的にで陽極４２に向かって放出され蛍光体４６に入射する。そして、蛍光体４６に入射した電子により発光する蛍光物質は、電子の入射方向に関わらず等方的に発光する。蛍光体４６にて発光した光は、一部はそのまま陽極４２を透過して外部に放出され、また一部は内部空間３４を経て再度蛍光体４６に入射し、蛍光体４６及び陽極４２を透過して外部に放出される。したがって、蛍光体４６は全体が一様に発光し、発光した光は、光源ユニット３０から外部に向かって放出される。
【００２６】
光源ユニット３０から出射した光は、図６に示すように、一部は、光源ユニット３０からそのまま前方に向かって照射され、また一部はリフレクタ２０の反射面２０ａにて反射されて前方、すなわちリフレクタ２０の中心軸Ａｘ方向を中心として照射される。
なお、光源ユニット３０がリフレクタ２０に設定された焦点部位に比べて十分に大きい場合には、光を一方向に導くことは難しいが、光源ユニット３０がリフレクタ２０に設定された焦点部位に収まる程度の発光部位を有していれば、集光光学系を維持した状態で、例えば平行光を外部に出射することが可能である。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態の車両用灯具１は、略円筒形状の陽極４２と、陽極４２の内径面４２ｃ側に離間配置され、電子を放出する陰極４４と、陽極４２に設けられ蛍光物質からなる蛍光体４６と、を備えた光源ユニット３０を備えている。そして、陰極４４から放出された電子が陽極４２に向かって加速され、蛍光体４６の蛍光物質を励起して発光する。
【００２８】
このように、本実施形態では、陽極４２が円筒形状を有しており、陽極４２の内径面４２ｃ側に陰極４４が配置されているので、陰極４４から出射した電子は、どの方向に飛び出しても陽極４２に向かう。したがって、陰極４４から出射した電子をロスなく有効に陽極４４上の蛍光体４６に導くことができる。
【００２９】
また、陽極４２上の蛍光体４６にて発光した光は、等方的に出射するため、一部は、陽極４２の外方に向かわず内方の内部空間３４に向かって出射されるが、この光は図４に示すように再度蛍光体４６に入射して陽極４２から外方に向かって出射される。このように、本実施形態では、平行平板からなる電極を並べた構成のようにある一方向に光を取り出すように構成されていない。したがって、一度陰極側に向かった光であっても、陽極にたどり着くことができれば外方に出射することができ、光の取り出し効率が高い。したがって、高い出力を有する光源ユニット３０を構成することができる。
【００３０】
また、本実施形態の車両用灯具１は、光源ユニット３０の周囲にリフレクタ２０を配置しているので、リフレクタ２０の中心軸Ａｘを所定の方向に定めることにより、光源ユニット３０から発光した光を所定方向を発光中心軸として照射することができる。したがって、光源ユニット３０のように所定の方向に光を出射するのではなく、周囲全体に光を照射するタイプの光源を用いた場合であっても、光の照射方向を規定し、所定の方向を中心として光を照射することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態の車両用灯具１では、陽極４２と陰極４４は、互いに同軸配置されているので、陽極４２と陰極４４間の内部空間３４に形成される等電位線が軸対称な円形となる。したがって、陽極４２と陰極４４間の電位勾配が周方向で均一となり、陰極４４表面近傍における電位勾配のばらつきが少なくなる。したがって、電子が陰極４４の表面の各部位から均等に放出されやすくなり、ひいては陽極４２における発光部位のばらつきが小さくすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、陰極４４は、中空形状の円筒型であるとして説明を行ったが、これに限られることはなく、例えば中実形状を有する円柱型であってもよい。また、陰極の断面形状としては、円形が好ましいがこれに限られるものではなく、陽極４２と陰極４４間の等電位線の形状にこだわらなければ、例えば楕円型、多角形型（いわゆる角柱型）等であってもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、電極として陽極４２と陰極４４の二つの電極のみを例示したが、これに限られることはなく、陰極４４の近傍に陰極４４からの電子取り出し用の電界を形成するゲート電極を配置してもよい。また、電子収束用の電界または磁界を形成し、陽極４２の所定の領域にのみ電子を照射させるため電極、磁石または電磁石を設けても良い。
【００３４】
また、本実施形態では、陽極４２が真空容器の外壁を構成しているため、陽極４２の先端４２ａは閉塞されているが、陽極４２の外部に真空容器を別体として設け、この真空容器内に陽極４２と陰極４４とを配置する構成であれば、陽極４２の先端４２ａは開口していても良い。この場合には、陽極４２は、単純な円筒形状によって構成することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、陽極４２の内径面４２ｃ側に蛍光体４６が蛍光層として配置されているとして説明を行ったが、これに限られることはなく、電子が陽極に捕捉される以前に蛍光物質に入射可能であれば、例えば陽極４２の外径面側に蛍光体４６が配置されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る実施形態の車両用灯具を示す全体断面図である。
【図２】車両用灯具に設けられた光源ユニットの軸方向断面図である。
【図３】光源ユニットの径方向断面図である。
【図４】光源ユニットの発光パターンを示す模式的断面図である。
【図５】光源ユニットの発光パターンを示す模式的断面図である。
【図６】リフレクタを介した光の照射方向を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    車両用灯具
１０  灯具ユニット
２０  リフレクタ
２０ａ  反射面
３０  光源ユニット（光源）
４２  陽極
４４  陰極
４６  蛍光体
【図１】
2006179343.tif 000003
【図２】
2006179343.tif 000004
【図３】
2006179343.tif 000005
【図４】
2006179343.tif 000006
【図５】
2006179343.tif 000007
【図６】
2006179343.tif 000008