(57)【要約】【課題】  発光光の取り出し効率が高い車両用灯具を提供する。【解決手段】  車両用灯具１は、互いに離間配置され第１の電界を形成する陽極２３及び陰極２１と、陽極２３に形成され、蛍光物質からなる蛍光体２５と、を備えている。陰極２１から放出された電子は、第１の電界により陽極２３に向かって加速され、蛍光体２５の蛍光物質を励起して発光する。蛍光体２５から光出射方向と反対側に出射する光は、リフレクタ１１によって光出射方向に反射される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間配置され第１の電界を形成する陽極及び陰極と、
前記陽極に形成され、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第１の電界により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車両用灯具であって、
前記蛍光体から光出射方向と反対側に出射する光を前記光出射方向に反射するリフレクタを備えたことを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記リフレクタは、前記陽極と前記陰極との間の空間の側面を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記リフレクタの内径は前記陰極側から前記陽極側に進むにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記陽極と前記陰極との間に配置され、第２の電界を形成する第３電極を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記リフレクタは、前記陰極と前記陽極との間に配置され、かつ前記リフレクタの外面と内面とを貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔内に、前記第３電極が配置されたことを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
【請求項６】
前記貫通孔を形成する孔内壁の壁面は、前記陽極と前記陰極とを結ぶ直線に対して平行であることを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両灯や標識灯などに用いられる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電子を加速し、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によっ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】
上述したような電界放出ランプでは、蛍光体から出射する光は、蛍光体に入射する電子の入射方向に依存せず、等方的に全方位に発光する。したがって、ある一方向に光を取り出そうとすると、取り出される光の光量は、単純に全発光量の半分以下に減少してしまい、発光光の取り出し効率が低いという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点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い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）  互いに離間配置され第１の電界を形成する陽極及び陰極と、
前記陽極に形成され、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第１の電界により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車両用灯具であって、
前記蛍光体から光出射方向と反対側に出射する光を前記光出射方向に反射するリフレクタを備えたことを特徴とする車両用灯具。
（２）  前記リフレクタは、前記陽極と前記陰極との間の空間の側面を囲むように配置されていることを特徴とする（１）に記載の車両用灯具。
（３）  前記リフレクタの内径は前記陰極側から前記陽極側に進むにつれて大きくなっていることを特徴とする（１）または（２）に記載の車両用灯具。
（４）  前記陽極と前記陰極との間に配置され、第２の電界を形成する第３電極を有することを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の車両用灯具。
（５）  前記リフレクタは、前記陰極と前記陽極との間に配置され、かつ前記リフレクタの外面と内面とを貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔内に、前記第３電極が配置されたことを特徴とする（４）に記載の車両用灯具。
（６）  前記貫通孔を形成する孔内壁の壁面は、前記陽極と前記陰極とを結ぶ直線に対して平行であることを特徴とする（４）に記載の車両用灯具。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車両用灯具は、電子により励起され発光する蛍光体から光出射方向と反対側に出射する光を光出射方向に反射するリフレクタを有している。したがって、蛍光体から光出射方向と反対側に出射された光を無駄にすることなく、光出射方向に照射し、蛍光体で発光した光の利用効率を高め、明るい車両用灯具を提供することが可能となる。
【００１０】
また、蛍光体で発光する光は、電子の入射方向に依存せず、等方的に発光するため、さまざまな角度に伝搬する。したがって、陽極と陰極との間の空間の側面を囲むようにリフレクタが配置されていれば、蛍光体から光がどの方向に出射しても、光を光出射方向に反射することができ、蛍光体で発光した光の利用効率を高め、明るい車両用灯具を提供することが可能となる。
【００１１】
また、本発明によれば、リフレクタの内径は前記陰極から前記陽極側に進むにつれて大きくなるように構成されていることにより、蛍光体で発光した光がリフレクタに入射する回数をなるべく少なくして、光を光出射方向に照射することができる。したがって、リフレクタにおける反射による光の減衰をなるべく抑制して光量の低下を抑えることができ、明るい車両用灯具とすることが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、陽極と陰極間に形成される第１の電界とは別に、第２の電界を形成する第３電極を設けてもよい。第３電極を設けることにより、電子の加速用電界とは独立して電子の引き出し用電界を形成したり、陰極から出射した電子を収束させる収束電界を形成したりすることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、リフレクタに形成された貫通孔内に第３電極を配置するようにしてもよい。特に、第３電極とリフレクタとを一体に形成すれば、車両用灯具の組み立て時の部品点数の増加を抑制し、効率よく車両用灯具を組み立てることが可能となる。
【００１４】
また、本発明によれば、貫通孔を形成する孔内壁の壁面が陽極と陰極とを結ぶ直線に対して平行であれば、陰極から陽極に向かう電子を貫通孔の壁面によって阻害することがない。よって、電子の陽極到達率が向上して光の発光効率が向上し、明るい車両用灯具を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る車両用灯具の一実施形態について説明する。
【００１６】
本実施形態の車両用灯具は、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、ターンシグナルランプ、テールランプ、ストップランプ、バックランプ等の灯具として適用可能な灯具である。また、本実施形態の車両用灯具は、車両に取り付けられる灯具そのもの以外にも、各種照明用灯具及び標識灯として適用することも可能である。以下の説明では、車両に取り付けられる車両用灯具としての実施形態を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る実施形態の車両用灯具１を示す全体断面図である。
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１ａ内に、光を出射する灯具ユニット１０が配置されて構成されている。灯具ユニット１０は、例えば灯具ユニット１０の光軸調整可能なエイミング機構５，５を介してランプボディ２に取り付けられている。本実施形態の車両用灯具１は、灯具ユニット１０からカバー３に向かう光出射方向に光を出射し、前方に光を投影する灯具である。
【００１８】
図２は、灯具ユニット１０のみを取り出した拡大断面図である。
灯具ユニット１０は、主として略碗型形状を有するリフレクタ１１と、リフレクタ１１の前方に設けられた凸レンズ１３と、凸レンズ１３をリフレクタ１１に位置決めして取り付けるレンズホルダ１５と、を備えている。
【００１９】
リフレクタ１１は、例えば、内面側に中心軸Ａｘを軸とする略回転放物面形状を有する反射面１１ａが形成された反射部材である。リフレクタ１１は、略円形の開口１１ｂを備えており、開口１１ｂを規定する開口縁１１ｃに沿ってレンズホルダ１５が固着される。一方、開口縁１１ｃと反対側のリフレクタ１１の底部には、リフレクタ１１の中心軸Ａｘに沿ってリフレクタ１１の内面と外面とを貫通する円形の貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２には、貫通孔１２を塞ぐように貫通孔カバー１７が取り付けられている。この貫通孔カバー１７は、貫通孔１２を気密に封止している。
【００２０】
レンズホルダ１５は、一端がリフレクタ１１の開口縁に沿って固着された略円筒形状の支持部材である。レンズホルダ１５の他端には、環状のレンズ保持部１５ｂが形成されており、このレンズ保持部１５ｂに凸レンズ１３が嵌着されている。
【００２１】
凸レンズ１３は、前方側一面１３ａが凸面、後方側他面１３ｂが平面形状を有するレンズであり、凸側がカバー３側、すなわち前方側となるようにレンズホルダ１５に固定されている。
【００２２】
本実施形態では、リフレクタ１１の内面側の内部空間１０ａは、リフレクタ１１、凸レンズ１３、レンズホルダ１５および貫通孔カバー１７によって外部から気密に封止された状態となっている。本実施形態では、この内部空間１０ａ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。言い換えれば、本実施形態では、リフレクタ１１、凸レンズ１３、レンズホルダ１５および貫通孔カバー１７によって、真空容器が形成された構造となっている。内部空間１０ａ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。
【００２３】
本実施形態の灯具ユニット１０では、内部空間１０ａに光源としての主要部品である陰極２１，陽極２３，および蛍光体２５が密封されている状態となっており、これら陰極２１、陽極２３および蛍光体２５によってＦＥＬ型の光源が構成されている。本実施形態では、陰極２１が貫通孔カバー１７の内部空間１０ａ側の一面１７ａ上に配置されており、そして陽極２３及び蛍光体２５が凸レンズ１３の後方側平面１３ｂ上に陰極２１と対向するように配置されている。陰極２１と陽極２３とは、リフレクタ１１の中心軸Ａｘに沿って配置されており、陰極２１と陽極２３との間に貫通孔１２が配置されるように形成されている。本実施形態では、陰極２１と陽極２３との間には貫通孔１２を形成する孔内壁の壁面１２ａが侵入しないように、この貫通孔１２の壁面１２ａは、リフレクタ１１の中心軸Ａｘに対して平行となるように形成されている。
【００２４】
陰極２１は、例えば平板形状を有し、凸レンズ１３側、すなわち陽極側平面２１ａがリフレクタ１１の中心軸Ａｘと略垂直となるように配置されている。陰極２１の陽極側表面２１ａ上には、図示せぬ冷陰極部材が配置されている。この冷陰極部材は、ナノオーダーの微細な表面構造を有するカーボンナノチューブ等で構成されており、冷陰極部材表面近傍に形成される電界によって電子を放出する。陰極２１の冷陰極部材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。
【００２５】
陽極２３は、例えば平板形状を有する光透過性の部材である。陽極２３は、例えばＩＴＯ等の光透過性の物質から構成され、その他陽極２３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等があげられる。
【００２６】
陰極２１と陽極２３との間には、車両用灯具１の外部に設けられた図示せぬ電源によって所定の電圧が印加され、この電圧により陰極２１との間に第１の電界が形成される。第１の電界は、陰極２１の冷陰極部材から電子を引き出す電子引き出し電界と、電子を加速させる電子加速電界として作用する。陰極２１から引き出されそして加速された電子は、陽極２３に引きつけられ、陽極２３上に配置された蛍光体２５に衝突する。
【００２７】
蛍光体２５は、電子の衝突により光を放出する蛍光物質から構成される。蛍光体２５を構成する蛍光物質は、所定以上のエネルギーを受け取ると励起して励起状態に遷移し、この励起状態となった蛍光物質が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。本実施形態では、陰極２１から出斜し蛍光体２５に入射する電子の運動エネルギーにより蛍光体１９の蛍光物質が励起状態に遷移し、基底状態に戻るときの発光光が放出される。すなわち、本実施形態では、陰極２１の冷陰極部材から電子を出射させて蛍光体２５に衝突させて発光する構成によりＦＥＬ型光源が構成されている。
【００２８】
図３は、本実施形態の車両用灯具１の発光パターンを模式的に示す断面図である。図３において、電子の流れを波線の矢印で、光の伝搬方向を実線の矢印で示している。実際には、電子は、陰極２１の陽極側表面２１ａ全体から出射されるが、図３では模式的に中央からの矢印のみで示している。
【００２９】
電子の衝突により蛍光体２５にて発光した光は、電子の入射方向にかかわらず等方的に放射され、一部の光は直接凸レンズ１３が配置された前方側に出射され、また一部の光は陰極２１が配置された後方側に出射される。前方側に出射され凸レンズ１３に入射した光は、そのまま凸レンズ１３により屈折されながら凸レンズ１３を介して灯具ユニット１０から前方に出射する。一方、後方側に出射された光は、リフレクタ１１の反射面１１ａにより凸レンズ１３側に反射される。反射により凸レンズ１３に入射した光は、凸レンズ１３により屈折されながら凸レンズ１３を介して灯具ユニット１０から前方に出射する。灯具ユニット１０から出射した光は、カバー３を介して車両用灯具１から前方に照射される。
【００３０】
このように、本実施形態では、リフレクタ１１が陽極２３と陰極２１との間の内部空間１０ａの側面を囲むように配置されており、陰極２１側に出射した光は、リフレクタ１１により凸レンズ１３側に反射されて、前方に照射されるように構成されている。すなわち、リフレクタ１１は、蛍光体２５から光出射方向と反対側に出射する光を光出射方向に反射するように構成されている。したがって、蛍光体２５から光出射方向と反対側に出射された光を無駄にすることなく、光照射方向である前方に照射し、発光光の利用効率を高めることが可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、リフレクタ１１の反射面１１ａの形状は、略回転放物面形状であるとしたが、これに限られることなく、蛍光体２５から光出射方向と反対側の後方側に出射した光を前方側に照射できる形状であればよく、その形状に特に制限はない。前方側への反射効率を考えると、リフレクタ１１の反射面１１ａの内径は、陰極２１側から陽極２３側に進むにつれて大きくなる形状であることが好ましい。このような形状であれば、光をなるべく少ない反射回数で前方側に送り出すことができ、反射による光量の減衰を抑制することができる。
【００３２】
また、特に、リフレクタ１１の反射面１１ａの形状の少なくとも一部が略回転放物面形状である場合（例えば鉛直断面形状のみが略回転放物面形状である場合等）には、蛍光体２５が回転放物面の焦点近傍に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、反射面１１ａにて反射した光がリフレクタ１１の中心軸、すなわち光出射方向と略平行となるように構成でき、効率的に光を前方に照射することができる。実際に、蛍光体２５がある程度の幅を持っている場合には、蛍光体２５の発光面が焦点に対して大きくなり完全に平行光とすることは難しいが、少なくとも一部の光は平行光とすることができ、光量の増大及び光の収束に寄与することができる。
【００３３】
また、特に、リフレクタ１１の反射面１１ａの形状の少なくとも一部が略回転楕円形状である場合（例えば鉛直断面形状のみが略回転楕円形状である場合等）には、蛍光体２５を回転楕円の第１焦点近傍に配置し、そして凸レンズ１３の後方焦点と回転楕円の第２焦点とを一致させるように配置してもよい。このように構成することにより、反射面１１ａにて反射した光がリフレクタ１１の中心軸、すなわち光出射方向と略平行となるように構成でき、効率的に光を前方に照射することができる。実際に、蛍光体２５がある程度の幅を持っている場合には、蛍光体２５の発光面が焦点に対して大きくなり完全に平行光とすることは難しいが、少なくとも一部の光は平行光とすることができ、光量の増大及び光の収束に寄与することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、電極としては陰極２１と陽極２３のみを配置する構成としたが、これに限られず、陰極２１からの電子引き出し電界を形成したり、陰極２１から出射した電子を収束させる電界を形成する第３の電極を陰極２１及び陽極２３の間にさらに配置したりするようにしてもよい。
【００３５】
例えば、図４は、本実施形態の車両用灯具の変形例を示す図であり、貫通孔１２内に第３の電極として、電子引き出し用のゲート電極３０をさらに配置した構成の灯具ユニット１１０が示されている。
【００３６】
ゲート電極３０は、この陰極２１の冷陰極部材近傍に電子引き出し用の電界（第２の電界）を形成する電極である。ゲート電極３０は、貫通孔１２内の壁面１２ａ上に陰極２１の近傍となるように固定されており、貫通孔１２内を塞ぐようにリフレクタ１１と一体化されて配置されている。本変形例でも、陰極２１と陽極２３との間には貫通孔１２を形成する孔内壁の壁面１２ａが侵入しないように、この貫通孔１２の壁面１２ａは、リフレクタ１１の中心軸Ａｘに対して平行となるように形成されている。ゲート電極３０は、例えば微細なメッシュ構造を有しており、ゲート電極３０の厚さ方向、すなわち陰極２１から陽極２３に向かう方向に電子を通過させることが可能である。
【００３７】
ゲート電極３０と陰極２１との間には、車両用灯具１の外部に設けられた図示せぬ電源によって電圧が印加される。この電圧によりゲート電極３０と陰極２１との間に電子引き出し電界が形成される。電子引き出し電界は、冷陰極部材１５から電子を引き出し、そして引き出された電子をゲート電極３０側に加速しながら導く。加速した電子は、ゲート電極３０をすり抜けて通過し、ゲート電極３０を通過した電子は陰極２１及び陽極２３間に形成された加速用電界により陽極２３に導かれ、蛍光体２５に衝突して発光する。発光後の光の伝搬パターンは、図３を参照して説明したものと同様である。
【００３８】
このように、本変形例では、ゲート電極３０を陰極２１の近傍に設けたので、陰極２１から電子を取り出す引き出し電界を電子を加速する電子加速用電界とは独立して形成することができる。また、ゲート電極３０は、リフレクタ１１と予め一体に形成しておけば、灯具ユニットの組み立てにおいて部品点数が減少し、組み立て効率が向上する。
【００３９】
また、本変形例では、ゲート電極３０が固着される貫通孔１２の壁面１２ａが陰極２１と陽極２３との間に侵入しないように、壁面１２ａがリフレクタ１１の中心軸Ａｘに対して平行となるように形成されている。したがって、陰極２１から引き出された電子を壁面１２ａによって阻害することなく、陽極２３に導くことができる。よって、電子の陽極到達率を向上させることができ、ひいては発光効率を向上させることが可能となる。
【００４０】
なお、上記説明では、貫通孔１２を挟んで陰極２１と陽極２３とを配置するように構成したが、これに限られることはなく、たとえば、リフレクタ１１の反射面１１ａ上に陰極２１を配置してもよい。この場合にも、陰極２１と陽極２３との間に、必要に応じてゲート電極３０を設けるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記説明では、陽極２３の陰極２１側表面に蛍光体２５が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２３に阻害される以前に蛍光体２５に入射可能であれば、例えば陽極２３の陰極２１とは逆側表面に蛍光体２５が配置されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る車両用灯具の一実施形態を示す断面図である。
【図２】灯具ユニットを示す断面図である。
【図３】灯具ユニットにおける電子と光の伝搬を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る車両用灯具の変形例の灯具ユニットを示す断面図である
【符号の説明】
【００４３】
１  車両用灯具
２  ランプボディ
３  カバー
５  エイミング機構
１０  灯具ユニット
１０ａ  内部空間
１１  リフレクタ
１２  貫通孔
１３  凸レンズ
１５  レンズホルダ
２１  陽極
２３  陰極
２５  蛍光体
３０  ゲート電極
【図１】
2006221979.tif 000003
【図２】
2006221979.tif 000004
【図３】
2006221979.tif 000005
【図４】
2006221979.tif 000006