(57)【要約】【課題】  カソード  ルミネッセンス光源の構成を提供することである。【解決手段】  本発明のカソード発光光源は、電子源としての電界カソード、光反射表面を有するアノード、及び、その光反射表面上に設けられるカソード発光螢光体を備え、アノードは、アノード表面上の電子ビームによるカソード発光螢光体を照射するために、透明表面を設けた真空体の中に配置され、それから発射されるカソード発光により作られた光束が作成できるものである。
2005524195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−少なくとも表面部分が透明である、真空化される外装体、
−該外装体は、次の構成である、即ち、
−カソード面の表面が、鏡面光反射性を有し、電子励起螢光部材でコーティングされた少なくとも１つのアノード及び電界発光の結果として電子ビームを生成する少なくとも１つのカソードを有することを特徴とする発光源装置。
【請求項２】
外被体は円筒形であり、カソードは、糸状であり、長尺外被体の軸に沿って基本的に配置され、鏡面反射アノード表面は、内側円筒形外被体表面に部分的に重複しており、一方、その表面の残りの部分は、外被体内側で発生した光を通す部分であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
外被体は球形であり、カソードは、尖針状であり、基本的に球状外被体の中心に配置され、鏡面反射アノード表面は、内側球形外被体表面に部分的に重複しており、一方、その表面の残りの部分は、外被体内側で発生した光を通すものであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
アノード表面は、内側外被体表面の一部を電導性コーティングすることにより形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
半円筒形に近い形状を有し、基本的に平面ベース上に配置されるか、或いは、その中に形成され、そして、カソードは、糸状であり、その糸は、該アノードの上及びそれに沿って配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
多数のアノードは半円筒形に近い形状を有し、基本的に平面ベース上に配置され、カソードは、尖針状であり、該尖針は、該アノードの上に、本質的にその中心に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイバース構成と目的のイメージ使用ディスプレイを発光し、及び／或いは形成するための光学的放射源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の光源装置が、人間活動の各分野で、視覚用に作製されている。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、放射光の強度と方向性、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。光源のもっとも重要なパラメータは、光への電気エネルギー変換効率である。従って、種々の光源のパラメータは、発光に用いる物理的なファンダメンタル（基本）に依存して、広い範囲で変化できる。
【０００３】
特に、照明ランプでの可視光への電気エネルギー変換効率は、１％の低さである。種々の電子発光に基づく光源への電気エネルギー変換効率は、発光波長にひどく依存し、短波長（青色）スペクトル範囲での０．０１％から、長波長（赤色及び赤外領域）での１５％まである。種々のガス放電発光装置において、エネルギー変換効率は、放電種類と放射光スペクトル特性に依存して、１〜２０％の範囲で変化する。ガス−放電発光源は、特に更なる発光のためのＵＶ放射源として用いられる。
【０００４】
ＵＶ放射エネルギーを可視光に変換する効率は、６０％の高さであり、それは、フォトルミネッセンスランプ中のエネルギー効率（即ち、電気エネルギーを可視光に変換する全効率）を１０％のレベルにするものである。フォトルミネッセンスランプの比較的に高いエネルギー効率にもかかわらず、それらは、多数の短所を有する。最も基本的な短所の１つは、その中での水銀の使用である。発光を励起するためにのＵＶ放射に代わりに電子ビームに、それが使用される。そのようなカソード発光過程において、ＵＶ放射エネルギーを可視光に変換する効率は、３５〜４０％に達する。更に、カソード発光の光源の全効率は、必要な電子ビームを作るために消費される電力量の関数である。
【０００５】
カソード発光の光源として機能するものには、種々のカソード発光ランプ、指示器、テレビ管、真空発光器などがある。原則として、このような機器での電子ビームは、高温カソードからの熱電子発射により行われる（例えば、英国特許＃２，００９，４９２号及びＲＦ特許＃２，０８９，００７号）。このような機器での電子エネルギーの可視光への変換効率は、低く過ぎるが、エネルギーの相当部分がカソードを熱するための熱消費に使われることを考慮しなければならない。更に、このような装置の適用電界は、その複雑な製造過程によりひどく制約され、また、該装置の動作条件に配慮される寸法とか要件により制約される。一方、その源（光−発射、２次的電子発射とか）としての電子の励起発射の他の種を用いると、高い効率のエネルギー−光への変換が不可能である。
【０００６】
電子ビームを作る代わりの方法としては、電界（或いは自然）発光の効果を用いるものがある。熱的、光電子的、熱電子的、光電子的及び他の種の励起発光とは異なり、電子の電界発光は、カソード（エミッター）材料中でエネルギー吸収がなくて、発生し、それは、高効率光源を提供する要件を確立する。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）になる。従って、このように高い電界強度は、十分に高い電圧値と／或いは局所の電界増幅に役立つ薄いチップやエッジのように形成されたカソードの使用を必要とする。
【０００７】
従って、実際的な観点から評価できる電圧値を得るためには、ミクロン及びサブミクロンのオーダーのチップ及びエッジでなければならなく、それは、その製造コストを基本的に上げるものである。更に、電子発光が、そのようなミクロン−サイズの尖針構造が周囲条件に鋭敏であるために非常に不安定に発生する。この環境条件が、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。
【０００８】
現在知られる技術は、導電性材料の小さいフィラメントを、電界−発光カソードとして使用す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を有する。電子流の効果により発光する能力の発光層は、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、電子発光の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には、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。
【０００９】
そのような細かいフィラメントは強度が低すぎ、配慮される光源のためのカソード作製に相当な問題を引き起こす。カソード発光ランプのこの構造の１つ以上の欠点は、電子ビームが、電子−励起発光層の側面上で最も効果的な励起を得ることであり、それは、カソードが即ち、ガラスブバルブで内側に面することである。従って、光束の相当の部分は、透過性の外側バルブ表面に近くに位置し、この電子−励起の発光体層中で吸収されるのである。光吸収により、エネルギーの一部が損失し、所定タイプのランプの一般的な効率に悪影響を与える。
【００１０】
炭素材料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）で発生することが観察され、それは、その構造要素の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特定の電子特性によるものである（ＷＯ００／４０５０８参照）。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。
【００１１】
１以上のカソード発光の光源が、ワイヤー表面上に炭素ナノメーターサイズチュ−ブ（ナノチュ−ブ）を形成した直径１mmの金属ワイヤーのような電界−発光カソードを備える円筒形熱ダイオードとして知られる（J.M>BONARD,T.Stoeckili,O.Noury,A.Chatelain, App.Phys.Lett.78,2001,2775〜2777参照）。炭素ナノチ ュ−ブを用いると、この場合、装置で使用される電圧値を低下させることが可能になる。然し乍ら、このタイプのランプでこうむる欠点の１つは、その製造過程で金属触媒を使用しなければならない炭素ナノチュ−ブの使用である。
【００１２】
そのような方法で作製されたナノチューブは、その端部で金属粒子を運び、それにより、ナノチューブは更に、化学的な処理を行い、その粒子を除去し、必要な電子発光効率を得るものである。このようなランプに固有の他の欠点は、電子励起にかけると、また、円筒形ガラスバルブの内側表面上に電子−励起された発光体が析出することである。その層により発射された光の一部は、光が透明ランプ表面を通過するので、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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の基本的な目的は、できるだけ高い電気エネルギー収束度になる光が得られるカソード発光の光源装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、目的のランプの簡単化された構成と製法技術を提供することである。
【００１５】
本発明のその目的は、第１に、本発明に沿うものであり、カソードに面する表面が、鏡面光反射表面を有する事実である。
【００１６】
更に、その目的は、使用の光源装置の特別の構成配置によるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の好適な具体例の１つには、光源装置の外被体が、円筒形で、鏡面アノード表面が、その内側表面の一部と重複しており、それにより、外被体の残り表面が、発生した光に透明であり、その内側から通過していくものである。カソードは、外被体の長尺軸に沿って線状に配置される。
【００１８】
本発明の他の好適な具体例では、外被体は、球形であり、その鏡面アノード表面は、該球体内側表面の一部と重複しており、カソードは、外被体の球形表面の中心に、或いはその中心近くに配置された尖針として形成される。
【００１９】
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、それは、溝状或いは半球状凹部のどちらかの形状をなす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明によるカソード発光ランプは、図１に示されるような円筒形真空ダイオードに形成される。この目的のために、先ず、円筒形ガラスバルブ１を用意し、そこに、アルミニウム、或いは、良好な光反射性を有する他の金属の層２を、内側の円筒形バルブ表面の一部の上に形成する。その反射金属層は、バルブ３の外側表面に配置された電極と電気的に結合される。電子励起発光体の層４が、反射性金属層２上に形成される。バルブ３は、高い効率の電界電子発光性を有する炭素材料の層でコーティングされた円筒形金属ワイヤー５としてある電界−発光カソードに適合している。炭素材料として、ナノメーター−サイズのグラファイト結晶、即ち、ＷＯ００／４０５０８公報に記載の炭素ナノチュ−ブよりなる薄層を用いることは、著しく好適である。
【００２１】
カソードは、バルブ長尺軸の長さに配置されるのが合理的であり、それは、バルブ３の外側表面７に配置された電極と電気的に結合されている。ワイヤーの直径は、次のように作られ、即ち、円筒形バルブ３の直径は、アノードとカソードの間に掛けられる、予め決めた動作電圧値になるように選択され、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、前記の、ＷＯ００／４０５０８公報に記載の炭素材料のためには、１．２５×１０６Ｖ／ｍの値以上の必要な電界強度が、直径ｄ＝１ｍｍの直径 を有するカソードで、直径Ｄ＝２０ｍｍのアノードには、、既知の（Ｉ）Ｆ＝Ｖ／［ｄ  ｌｎ（Ｄ／ｄ）］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。
【００２２】
それは、カソード発光の光束８が、ガラスバルブ９の表面の透明領域（非金属化の）に向けられたスペクトル反射アノード表面を設置によるものである。ランプは、更に、電子ビーム（即ち、焦点を結び、屈折し、変調するもの）の制御を目的とする電極（図示せず）を使用することができる。すべての電極が、ランプ内部の位置に固定されると、後者は、必要なレベルまで真空にされ、気密シールにされる。ランプ中を長い間にわたり、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。
【００２３】
本発明によるカソード発光は、図２に示すような球形真空ダイオードとして示される。このような場合、ランプは、球形ガラスバルブ１０から作製される。バルブ内側表面の領域の一部は、アノードの役目をする金属コーティング１１を備える。アノード表面は、電子励起の発光層１２でコーティングされる。カソードは、球形に近い表面１３を有するものである。カソード表面は、前記の実施例で説明されたものと同様の炭素薄層１４でコーティングされる。炭素薄層でコーティングされた球形カソード部分は、バルブ中心のほぼ位置する点にある。
【００２４】
カソードとアノードは、ガラスバルブ１５と１６の外側表面に設けた電極と電気的に結合される。前記の実施例と同様に、カソード発光から得られる光束は、ランプから、その表面が金属化されない部分の表面部分から発せられる。球形ランプの場合、ランプの形状的な特性（即ち、カソード直径ｄやアノード直径Ｄ）による式は、適用したボルト（Ｖ）及び電界強度により、電界Ｆ＝２ＶＤ／［ｄ（Ｄ−ｄ）］である。式によると、球形が、低電界強度値を用いる場合に、低電界強度値を用いる場合或いは円筒形に比較して、ランプ電極の全寸法が小さいときには、炭素表面上にかけられる、必要な電界強度により、カソード表面上にかけられる必要な電界強度を可能になる。
【００２５】
本発明によるカソード発光ランプは、多数のカソードとアノードを有する平面装置にできる。図３は、図式的に、カソードとアノードを有する、平面ランプの発光構造構成を示す。この場合、ランプアノードは、円筒形プロファイル１９か或いは球形プロファイル２０のどちらかを有する１以上の凹部を有する平面ランプ１８になる。その平面は、電導性光反射性材料或いは絶縁性（例えば、ガラス）材料で作成され得、そして、金属化される。金属化層は、連続的なもの２１か、或いは、別々にした電気的に絶縁性の部分２２のどちらかにする。
【００２６】
光反射性アノード表面は、電子−励起された螢光体でコーティングされ、上記の具体例と同様に、カソードは、必要な電子発生特性から与えられる炭素層でコーティングされた、電導性のワイヤー２３か、或いは、尖針２４のどちらかになる。そのワイヤーは、アノード板の上に配置され、それにより、発射された電子の効果の下でカソード発光を起こす。ガラス或いは石英のファイバー２５が、アノードから予め決めた間隔をとって機械的に固定されるようにして使用される。尖針状カソードを有するカソードワイヤー及び糸を、そのファイバー上にそれから垂直になるように配置される。その発射し絶縁性の糸は、互いに結合され、単一のネットワークを成す。後者の場合、カソードからの絶縁性糸によるそのようなネットワークは、アノード板の上に置かれ、ダイオード形を形成する。
【００２７】
ワイヤーのようなカソードは、各々のアノード板の上に機械的に保持されて、組立てた状態の全構造体は、光が通過する透明表面を有する機密シールされた外被体内に入れられる。図４は、アノード２６とカソード２７を備え、アノードとカソードを互いに隔離する誘電体ファイバー２８を有する発光要素２８を有する平面ランプを図式的に示す。機密シールのランプ外被体２９は、カソード３０、アノード３１及び他の電極を結合する電界、更に、発光光束３２を出すための透明窓を備える。
【００２８】
図５は、本発明により作製した円筒形ランプのボルト−アンペア特性を示す。この場合のランプカソードは、炭素電子−発射材料の層でコーティングされた、直径１ｍｍのニッケル線から作られ、カソード長は４０ｍｍである。アノードは、直径２０ｍｍのガラスバルブの側面の金属化表面として見え；この金属化領域は、２０ｍｍ幅で、４０ｍｍの長さである。その電流−電圧特性は、特性として、アンペア（Ｉ）対ボルト（Ｖ）を示す曲線で示される（図５ａ）、そして、フウロ−ノルデハイム（Fowler-Nordeheim)座標に（即ち、Ｉ／ＶからのＩ／Ｖ２の比率のロガリズムをとる）とる。後者の場合、その関係は、電界電子発射の線形特性タイプである。
【００２９】
図６は、ランプ照度（Ｂ）とアノードとカソードの間の電圧（Ｖ）の関係を示す。その関係は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（ニチア社から得られる）の化学組成を有する電子−励起の螢光体を用いるランプの場合を参照するものである。データに対して実施された実際の評価は、図５、６に示され、本発明により作製されたランプは、３０％もの高さの電気エネルギーの光への変換効率を有し、それは、現在までに知られるすべての光源の効率をはるかに超えるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明で提案されたカソード発光の光源装置は、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。
【００３１】
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。適当に選択された電子−励起の螢光体により、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、問題のランプは、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による、円筒形のランプの具体例を示す（１ａは側面図、１ｂは端面図であり、１ｃは斜視図である）
【図２】本発明による、球形状ランプの具体例を示す。
【図３】本発明による、平面状ランプの具体例を示し、多数のカソードとアノードを有し、３ａと３ｂは、各々、糸状のカソードを有するランプの斜視図と平面図であり、３ｃと３ｄは、尖針状カソードを有するランプのものである。
【図４】同様に、外被体を示す。
【図５】本発明により作製された円筒形ランプのボルト−アンペアの特性を示すグラフである。
【図６】本発明により作製されたランプの輝度と電圧の関係を示すグラフである。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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