(57)【要約】【課題】本発明は、カソードマスクとゲート電極との位置合わせが不要であり、外部からの衝撃に強い電界電子放出型の照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の照明装置は、「前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成していること」から、照明装置の組み立てにおいて、カソードマスクとゲート電極との位置合わせをする必要がない。また、照明装置の組み立てにおいて、部材点数を抑制することが出来、組み立ての省力化を計れる。また、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されていることから、外部から衝撃を与えられても、カソードマスクとゲート電極の相対位置関係が歪むことがない。【選択図】図３
2011065810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界電子放出型の照明装置において、
電子放出源を有するカソード電極と、
前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、
前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、
前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体と、を備え、
前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されており、
前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成していること
を特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ゲート電極開口部の平均開口径Ｄ１と、
前記絶縁体開口部の平均開口径Ｄ２と、
前記カソードマスク開口部の平均開口径Ｄ３と、の関係が、
Ｄ２≧Ｄ１≧Ｄ３
であること
を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ゲート電極開口部の開口形状と、前記カソードマスク開口部の開口形状と、は略相似形であること
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の照明装置。
【請求項４】
前記ゲート電極および前記カソードマスクは同一の材料よりなること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界電子放出型の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球、蛍光灯といった従来の照明装置に対し、真空中で冷陰極電子放出源から電界放出された電子で蛍光体を励起発光させる照明装置が開発されており、電界放出型照明ランプ（Ｆｅｉｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌａｍｐ）としての用途が見込まれている。
【０００３】
電界電子放出型の照明装置は、カソード電極に対して正の電位を与えたゲート電極によって電子を引き出し、さらに正の高電圧を与えた蛍光体付きのアノード電極に電子を衝突させて蛍光発光させるものである。
【０００４】
例えば、電界電子放出型の照明装置において、カソード電極とアノード電極の間にイオン捕獲電極、ゲート電極、カソードマスクを配置し、これにより蛍光体に電子が突入してたたき出される正イオンや電子放出源から放出された電子のゲート電極への突入を防止し、電子放出源の損傷を防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、カソードマスクを形成する場合、照明装置の組み立てにあたり、カソードマスクの開口部とゲート電極の開口部との位置合わせを適切に行なう必要がある。
また、外部からの衝撃などを与えられた場合、ゲート電極の配置が歪むことにより、ゲート電極の開口部の位置がカソードマスクで遮蔽された部位に移動し、電界放出された電子がアノード電極に到達する効率が悪化する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３９０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、カソードマスクとゲート電極との位置合わせが不要であり、外部からの衝撃に強い電界電子放出型の照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、電界電子放出型の照明装置において、電子放出源を有するカソード電極と、前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体、を備え、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されており、前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成していることを特徴とする照明装置である。
【０００９】
また、前記ゲート電極開口部の平均開口径Ｄ１と、前記絶縁体開口部の平均開口径Ｄ２と、前記カソードマスク開口部の平均開口径Ｄ３と、の関係が、
Ｄ２≧Ｄ１≧Ｄ３
であることが好ましい。
【００１０】
また、前記ゲート電極開口部の開口形状と、前記カソードマスク開口部の開口形状と、は略相似形であることが好ましい。
【００１１】
また、前記ゲート電極および前記カソードマスクは同一の材料よりなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の照明装置は、「前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成していること」から、照明装置の組み立てにおいて、カソードマスクとゲート電極との位置合わせをする必要がない。また、照明装置の組み立てにおいて、部材点数を抑制することが出来、組み立ての省力化を計れる。
また、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されていることから、外部から衝撃を与えられても、カソードマスクとゲート電極の相対位置関係が歪むことがない。
よって、カソードマスクとゲート電極との位置合わせが不要であり、外部からの衝撃に強い電界電子放出型の照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の照明装置に係るゲート電極構造体を示す斜視図である。
【図２】本発明の照明装置に係るゲート電極構造体を示す平面図である。
【図３】本発明の照明装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の照明装置について、具体的に説明を行なう。
本発明の照明装置は、電子放出源を有するカソード電極と、
前記カソード電極と対向する位置に設けられ、前記電子放出源から電界放出された電子により励起されて発光する蛍光体を有するアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるゲート電極開口部を有するゲート電極と、
前記カソード電極の上層に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させるカソードマスク開口部を有するカソードマスクと、
前記ゲート電極と前記カソードマスクとの間に設けられ、前記電子放出源から放出された電子を通過させる絶縁体開口部を有する絶縁体、を備える。
【００１５】
電子放出源は、電界を集中させ、電界放出を行なう部位である。電子放出源は電界を集中させるのに適した形状およびであることが好ましく、円錐、円柱、スピント型マイクロコーンなどに形状に加工されていてもよい。
また、シリコン、金属材料、金属酸化物ウィスカー、ナノ炭素材料などであってもよい。
【００１６】
また、電子放出源は、ナノ炭素材料であることが好ましい。炭素材料は、表面に酸化膜を形成しないため、シリコンや金属材料に比較して、低い表面仕事関数をもつ。さらに、ナノオーダーの先端構造を持つため、より低い電界での電子放出を得ることができる。
ここで、ナノ炭素材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノフィラメント、カーボンナノウォール、カーボンナノコイル、などが挙げられる。
特に、カーボンナノチューブは高密度で垂直配高して製造出来ることが知られており、垂直配高したカーボンナノチューブは電界集中に適した形状および特性を示すことから、本発明の電子放出素子において、電子放出源として用いるのに好ましい。
【００１７】
カソード電極は、導電性材料であれば良い。例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。
【００１８】
蛍光体は、前記アノード電極上に設けられ、電子放出源から放出された電子を受けて発光する部位である。
蛍光体は、発光する波長や用途に応じ、適宜選択してよい。例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどの微粒子を用いても良い。
蛍光体の塗布方法としては、適宜公知の薄膜塗布方法を用いることが出来る。例えば、薄膜塗布方法として、インクジェット、スクリーン印刷などを用いても良い。
また、蛍光体はパターン形成して塗布されてもよく、該パターンの上面形状は適宜設計してよい。例えば、全面に蛍光体層を形成してもよいし、蛍光体層に任意のパターン（ラインパターン、ドットパターンなど）を形成してもよい。
【００１９】
アノード電極は、前記ゲート電極を挟んで前記電子放出源と対向して配置される。
アノード電極は、透明導電膜であればよい。例えば、透明導電膜として、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化スズ、を用いても良い。
また、アノード電極はアノード基板により支持されていてもよい。アノード基板は透光性を示す材料であればよい。例えば、透光性を示す材料として、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、などを用いても良い。
アノード基板上にアノード電極を形成する場合、形成方法として、適宜公知の薄膜形成方法を用いることが出来る。例えば、薄膜形成方法として、スパッタ、真空蒸着、レーザーアブレーション、イオンプレーティング、ＣＶＤ、スプレー法、ディップ法、などを用いても良い。
【００２０】
ゲート電極は、カソード電極上の電子放出源から電子を放出させ、この電子をアノード電極の方向へと導くための電極であり、電子を通過させるゲート電極開口部を有する。
ゲート電極は、電子を通過させる開口部を有し、導電性材料よりなる。
ゲート電極に用いる導電性材料としては、例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。
【００２１】
ゲート電極開口部において、ゲート電極開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、ゲート電極の開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、ゲート電極の開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。
【００２２】
カソードマスクは、電子放出源において電子を放出させる領域を制御し、電子放出源を保護するために形成され、電子を通過させるカソードマスク開口部を有する。
また、カソードマスクは、導電性材料よりなる。
カソードマスクに用いる導電性材料としては、例えば、金属材料または半金属材料であれば良く、具体的には、銅、銀、タングステン、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、鋼、ステンレス、インバー、コバール、シリコン、単結晶シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化インジウムスズ、などであってもよい。
【００２３】
カソードマスク開口部において、カソードマスク開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、カソードマスク開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、カソードマスク開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。
【００２４】
絶縁体は、カソードマスクとゲート電極と接合し、カソードマスクとゲート電極との距離を制御するために設けられ、誘電率が高い材料を用いれば良い。  また、絶縁体は、電子を通過させる絶縁体開口部を有する。
また、電界電子放出型の照明装置では、カソードマスクとゲート電極との距離は数百マイクロメートル〜数ミリメートル程度であることから、絶縁体の厚みも数百マイクロメートル〜数ミリメートル程度（具体的には、１００μｍ以上５ｍｍ以下程度の範囲）であることが好ましい。
例えば、絶縁体として、（１）アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、などのセラミック、（２）樹脂、（３）ガラス、などを用いても良い。
【００２５】
絶縁体開口部において、絶縁体開口部の形成方法は、機械加工、エッチング、スクリーン印刷などの加工方法を用いて良い。
また、絶縁体開口部において、開口部を形成する領域は、ゲート電極上において、ゲート電極およびカソード電極に対して垂直な方向から見たとき、少なくともカソード電極上の電子放出源が形成された部分の直上に形成されていればよい。
また、絶縁体開口部において、開口部の形状は、円形、矩形、ライン状など適宜設計し、決定してよい。
【００２６】
本発明の照明装置では、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されており、前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクは一体化されたゲート電極構造体を形成している。
このため、照明装置の組み立てにおいて、カソードマスクとゲート電極との位置合わせをする必要がない。また、照明装置の組み立てにおいて、部材点数を抑制することが出来、組み立ての省力化を計れる。また、前記絶縁体は、前記ゲート電極および前記カソードマスクと接合されていることから、外部から衝撃を与えられても、カソードマスクとゲート電極の相対位置関係が歪むことがない。
【００２７】
前記絶縁体、前記ゲート電極および前記カソードマスクが一体化されたゲート電極構造体を製造するにあたり、「絶縁体開口部を設けた絶縁体、ゲート開口部を設けたゲート電極、カソードマスクを設けたカソードマスクを、それぞれ積層する方法」、を用いることが好ましい。このとき、絶縁体に対しゲート電極およびカソードマスクを接着してもよい。接着に用いる方法としては、例えば、お互いをろう材を介してろう付けしてもよい。ろう材としては、例えば、銀銅合金等のろう材を用いても良い。
【００２８】
また、ゲート電極開口部、絶縁体開口部、カソードマスク開口部の開口部の寸法をそれぞれ異なるものにする場合、開口部の加工をそれぞれ個別に行なうことが出来ることから、「絶縁体開口部を設けた絶縁体、ゲート開口部を設けたゲート電極、カソードマスクを設けたカソードマスクを積層する方法」が好ましい。
【００２９】
また、絶縁体の厚みを１００μｍ以上５ｍｍ以下程度の範囲とする場合、「絶縁体開口部を設けた絶縁体、ゲート開口部を設けたゲート電極、カソードマスクを設けたカソードマスクを積層する方法」が好ましい。個別に開口部を設けることにより、用いた材料および厚みに応じた開口部の形成方法をそれぞれの層で個別に適宜選択することができ、好適に所望する開口部形状を形成することが出来る。
【００３０】
また、前記ゲート電極開口部の平均開口径Ｄ１と、前記絶縁体開口部の平均開口径Ｄ２と、前記カソードマスク開口部の平均開口径Ｄ３と、の関係が、
Ｄ２≧Ｄ１≧Ｄ３
であることが好ましい。
前記ゲート電極開口部の平均開口径Ｄ１と、前記絶縁体開口部の平均開口径Ｄ２と、前記カソードマスク開口部の平均開口径Ｄ３と、の関係が、
Ｄ２≧Ｄ１≧Ｄ３
である場合、放出された電子が絶縁体に衝突、消失することなくアノード電極まで到達するため、損失の少ない安定した発光品質を実現できる。
【００３１】
また、前記ゲート電極開口部の開口形状と、前記カソードマスク開口部の開口形状と、は略相似形であることが好ましい。
前記ゲート電極開口部の開口形状と、前記カソードマスク開口部の開口形状と、は略相似形である場合、放出された電子がゲート電極に衝突、消失することなくアノード電極まで到達するため、損失の少ない安定した発光品質を実現できる。
なお、本願明細書において、略相似形の略とは、楕円形状であれば短径と長径の比についての両者の差が１０％以下、多角形の場合は各内角についての両者の差が１０％以下であることをいう。
【００３２】
また、前記ゲート電極および前記カソードマスクは同一の材料よりなることが好ましい。
前記ゲート電極および前記カソードマスクが同一の材料よりなる場合、絶縁体の両面に同一材料の金属層が形成されることから、異種材料の積層に起因する応力が互いに相殺され、ゲート電極構造体全体の反りを小さくすることが出来る。
【００３３】
図１および図２に、本発明の照明装置に係るゲート電極構造体の一例を示す。
ここで、図１は、ゲート電極構造体１の斜視図であり、カソードマスク１３に絶縁体１２が積層され、絶縁体１２にゲート電極１１が積層されており、カソードマスク１３、絶縁体１２およびゲート電極１１を貫通するに開口部が形成されている。
また、図２は、ゲート電極構造体の平面図であり、絶縁体１２にゲート電極１１が積層されている。
【００３４】
図３に本発明の照明装置の実施の形態の一例を具体的に示す。
図３は、照明装置の一例を示す概略断面図であり、所定間隔で置かれたガラス基板３１と発光装置筐体３２によって囲まれた内部を真空状態に維持し、この真空状態下でカソード電極３３、電子放出源３５、ゲート電極構造体１、蛍光体３６、アノード電極３４を底面側から投光面側に向かって順に配置している。
また、ゲート電極構造体１は、カソードマスク１３、絶縁体１２、ゲート電極１１が積層されてなり、放出された電子が通過する開口部を有している。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の照明装置は、（１）ディスプレイ用途：液晶バックライト、プロジェクタ光源、ＬＥＤディスプレイ光源、（２）シグナル用途：交通信号灯、産業／業務用回転灯・信号灯、非常灯・誘導灯、（３）センシング用途：赤外線センサ光源、産業用光センサ光源、光通信用光源、（４）医療・画像処理用途：医療用光源（眼底カメラ・スリットランプ）、医療用光源（内視鏡）、画像処理用光源、（５）光化学反応用途：硬化・乾燥／接着用光源、洗浄／表面改質用光源、水殺菌／空気殺菌用光源、（６）自動車用光源：ヘッドランプ、リアコンビネーションランプ、内装ランプ、（７）一般照明：オフィス照明、店舗照明、施設照明、舞台照明・演出照明、屋外照明、住宅照明、ディスプレイ照明（パチンコ機、自動販売機、冷凍・冷蔵ショーケース）、機器・什器組込照明、などの用途に用いられる照明装置として利用が期待される。
【符号の説明】
【００３６】
１……ゲート電極構造体
１１……ゲート電極
１２……セラミック基板
１３……カソードマスク
３１……ガラス基板
３２……照明装置筐体
３３……カソード電極
３４……アノード電極
３５……電子放出源
３６……蛍光体
【図１】
2011065810.tif 000003
【図２】
2011065810.tif 000004
【図３】
2011065810.tif 000005