(57)【要約】【課題】必要な熱放散能力を有し、高出力照明が可能な電界放出照明装置。【解決手段】本願発明は、第１の電界放出カソードと、蛍光体層を備えているアノード構造物と、内部にアノード構造物と第１の電界放出カソードが配置された真空外囲容器と、を備える電界放出照明装置に関する。ここで、アノード構造物は、電圧がアノード構造物と第１の電界放出カソードの間に印加されるときに、第１の電界放出カソードによって発される電子を受け取り、真空チャンバーから外へ蛍光体層によって生成された光を反射するように構成される。本願発明の優位点は、電界放出照明装置の光出力の増加ととともに、低電力消費を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電界放出カソードと、蛍光体層を備えているアノード構造物と、内部に前記アノード構造物と前記第１の電界放出カソードが配置された真空外囲容器と、を備える電界放出照明装置であって、
前記アノード構造物が、電圧がアノード構造物と第１の電界放出カソードの間に印加されるときに、前記第１の電界放出カソードによって発される電子を受け取り、前記真空外囲容器から外へ蛍光体層によって生成された光を反射するように構成される、電界放出照明装置。
【請求項２】
前記アノード構造物は、前記蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーされた第１のアノード・ユニットを有し、前記第１の電界放出カソードは前記第１のアノード・ユニットが部分である前記アノード・ユニットの軸に配置される、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項３】
第２の電界放出カソードに備え、
前記アノード構造物が、第２のアノード・ユニットを備え、
該第２の電界放出カソードが、前記第２のアノード・ユニットが部分である前記アノード・ユニットの軸に配置される、請求項２に記載の電界放出照明装置。
【請求項４】
前記第１のアノード・ユニットは、第１の蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーされ、
前記第２のアノード・ユニットは、第２の蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーされる、請求項３に記載の電界放出照明装置。
【請求項５】
前記第１の蛍光体層は、第１の主波長を有する光を発するように構成され、
前記第２の蛍光体層は、第２の主波長を有する光を発するように構成され、
該第１の主波長は、該第２の主波長と異なる、請求項４に記載の電界放出照明装置。
【請求項６】
前記第１の蛍光体層と前記第２の蛍光体層の少なくとも１つは、緑色光、青色光、赤色光の少なくとも１つを発する、請求項４または請求項５に記載の電界放出照明装置。
【請求項７】
前記アノード構造物は、熱的および電気的に伝導性であり、
光学的に反射する材料を備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電界放出照明装置。
【請求項８】
前記アノード構造物は、反射コーティングを有する熱伝導性材料を備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電界放出照明装置。
【請求項９】
前記第１の電界放出カソードは、連続セルラ構造物を有するカーボン化固体合成フォームから成り、
多重放出を提供する該連続セルラ構造物は、電圧が印加されるときに、アノードの上への電子放出を刺激する、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項１０】
前記第１の電界放出カソードは、サブストレートの上で成長したＺｎＯナノ構造物から成る、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項１１】
前記第１の電界放出カソードと前記アノード構造物に接続しており、電界放出照明装置を駆動するために、第１の周波数を有する駆動信号を提供するように構成された電源をさらに備え、
前記第１の周波数は、電界放出照明装置の共振における電力半値幅に対応する範囲の中にあるように選択される、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項１２】
電界放出照明装置を駆動するために、駆動信号を提供するように構成された、前記第１の電界放出カソードと、前記第２の電界放出カソードと、前記アノード構造物と、に接続された電源をさらに備え、
前記駆動信号は、前記第１の電界放出カソードと前記アノード構造物、および、前記第２の電界放出カソードと前記アノード構造物の間で、交互に電圧を提供するように制御される、請求項３に記載の電界放出照明装置。
【請求項１３】
前記アノード構造物は、電界放出照明装置のオペレーションの間、生成される熱を放散させるために、複数のヒートシンク・フランジを備える、請求項４または請求項５に記載の電界放出照明装置。
【請求項１４】
第１のアノード・ユニットと、蛍光体層と、を備える電界放出照明装置のためのアノード構造物であって、
前記第１のアノード・ユニットは、前記蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーされ、
前記アノード構造物は、反射コーティングを有する熱伝導性材料を備える、アノード構造物。
【請求項１５】
前記アノード構造物は、電界放出照明装置のオペレーションの間、生成される熱を放散させるために、少なくとも第２のアノード・ユニットとヒートシンク・フランジを備える、請求項１４に記載のアノード構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電界放出照明装置に関するものである。より詳しくは、本願発明は、電界放出照明装置のための反射型アノード構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、従来の電球を、よりエネルギー効率がよい選択肢により交換する傾向がある。また、従来の電球に似ている形の蛍光源が示されており、しばしばコンパクト型蛍光ランプ（ＣＦＬ）と呼ばれる。周知のように、すべての蛍光光源は、少量の水銀を含み、水銀暴露による健康への影響のために問題を起こす。その上、水銀の廃棄に関する厳重な規制のために、蛍光源のリサイクリングは、複雑で高価なものになる。
【０００３】
したがって、蛍光光源に対する代替選択肢を提供したいという願望がある。そのような選択肢の例がＷＯ２００５０７４００６において提供されており、水銀あるいは他のいかなる健康有害物質も含んでいない電界放出光源を開示している。その電界放出光源は、アノードとカソードを含み、そのアノードは、透明な導電層と、円筒形ガラス・チューブの内表面がコートされている蛍光体の層とから成る。電子によって励起されるときに、蛍光体は発光する。電子放出は、アノードとカソードの間での電圧に起因する。高い放出光を達成するためには、４−１２ｋＶの範囲で電圧を印加することが望ましい。
【０００４】
ＷＯ２００５０７４００６に開示された電界放出光源は、例えば、水銀の不使用が必要なより環境にやさしい照明に対する有望なアプローチを提供する。しかしながら、常にランプのデザインを改善することが、寿命を延長して、および／または、ランプの光源効率を上げるために望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００５０７４００６
【特許文献２】ＥＰ０９１８０１５５
【発明の概要】
【０００６】
本願発明の態様によると、上記は、少なくとも部分的には、第１の電界放出カソードと、蛍光体層を備えているアノード構造物と、内部にそのアノード構造物と、その第１の電界放出カソードは配置された真空外囲容器（好適には透明ガラスの）と、を備える電界放出照明装置であって、アノード構造物が、電圧がアノード構造物と第１の電界放出カソードの間に印加されるときに、第１の電界放出カソードによって発される電子を受け取り、その外囲容器から外へ蛍光体層によって生成された光を反射するように構成される、電界放出照明装置により達成される。
【０００７】
比較のために、先行技術の電界放出照明装置を考えると、オペレーションの間に、カソードが電子を発するように、構成されており、電子が蛍光体層に向かって加速される。放出された電子が蛍光体粒子と衝突するときに、蛍光体層は、発光することができる。蛍光体層から提供される光は、アノード層とガラスとを通過しなければならないが、その発光プロセスは、熱の発生を伴うものである。その熱を放散させる唯一の方法は、ガラスから空気までの導通と放射によるものであり、したがって、アノードの温度は、ますます高くなり、電力消費を増大させ、ランプの寿命を短くする。
【０００８】
本願発明によれば、アノード表面は、光を送るより、むしろ、光を反射させるようになっている。アノード材料の上の透明度条件の除外は、高い熱伝導率を有するアノード材料のより広い範囲の選択を可能にする。例えば金属や特注の複合材料などである。したがって、アノード構造物は、反射コーティングを有するガラスよりも、より熱伝導性で放射性である材料を備えることができる。熱は、アノード構造物から離れて、サーマルバスとして働くアノード接点に導通される。このように、ガラスのアノード構造物を用いた先行技術の電界放出照明装置は、必要な熱放散能力を提供しないので、高出力照明の状況に対して不適当である。
【０００９】
電界放出照明装置の発光を強化するために、アノード構造物を、第１の円筒が部分であるような円筒の軸に配置された単一の電界放出カソードに合致する少なくとも部分を蛍光体層によってカバーされる第１のアノード・ユニットを有するように構成することができる。この構造は、高出力かつ均一な発光を可能とする。アノード構造物のアノード・ユニットは、円、放物線、または双曲線または楕円の断面アーチ・シリンダー、および、正または負曲率のアーチ・トーラスの形をとることができる。蛍光体が、アノード表面にコートされている。
【００１０】
電界放出照明装置は、第２の電界放出カソードを更に含むことができる。ここで、このアノード構造物が、第２のアノード・ユニットを備え、また、この第２の電界放出カソードは、第２の円筒が部分である円筒の軸に配置される。第１のアノード・ユニットは、第１の蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーすることができ、また、第２のアノード・ユニットは、第２の蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーすることができる。第１の蛍光体層および第２の蛍光体層は、好適には、それらには、例えば、異なる主波長のような異なる発光の特徴があるという事実によって特徴づけられる。第１蛍光体層と第２の蛍光体層との少なくとも１つは、また、緑色光、青色光、赤色光の少なくとも１つを発するように構成することができる。アノード構造物の異なるセクションに蛍光体層の異なるタイプを提供することによって、異なる対応するカソードの個々を制御するようにできることを可能とすることができる。したがって、電界放出照明装置の異なるセクションによって発せられる光の異なるタイプを混合することができ、異なる色温度を有する白色光と同様に、例えば、アノード構造物の１つのセクションに「白色光蛍光体」を提供し、そのアノード構造物の別のセクションに「赤色光蛍光体」を提供することができるようにすることによって、色光の異なるタイプの提供が可能になる。赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体の割合の調節によって、出力光の色温度を、制御することができる。複数のアノード・ユニットおよび対応する電界放出カソードを含むことが可能であり、本願発明の範囲内にあるものである。たとえば、好適な実施形態は、３つ、４つ、および、５つの円弧を含む。電界放出カソードとともにアノード構造物のインプリメンテーションは、発明の詳細な説明に関連して、さらに以下に議論される。
【００１１】
電界放出照明装置の高い光出力を達成するために、第１の電界放出カソードは、連続セルラ構造物を有するカーボン化固体合成フォームを備えることができ、多重発光を提供するその連続セルラ構造物は、電圧が印加されるときに、アノードの上への電子放出を刺激する。代替的に、第１の電界放出カソードは、サブストレートの上で成長したＺｎＯナノ構造物を備えることができる。第１の電界放出カソードの材料の選択は（第２の電界放出カソードと同様に）、電界放出照明装置のインプリメンテーションに依存することができる。
【００１２】
本願発明の好適な実施形態において、電界放出照明装置は、さらに、前記第１の電界放出カソードと前記アノード構造物に接続しており、電界放出照明装置を駆動するために、第１の周波数を有する駆動信号を提供するように構成された電源を備え、ここで、この第１の周波数は、電界放出照明装置の共振において電力半値幅に対応する範囲の中にあるように選択される。本願発明に従って、電界放出照明装置の共振における電力半値幅が達成されるような第１の周波数の選択は、第１の周波数は、電界放出照明装置の共振周波数のあたりで、また、トータルパワーの半分が含まれるような範囲を有する中心になるように選択されることを意味すると理解される。別の言い方をすると、第１の周波数は、駆動信号が、最大のものはその振幅のために高く評価する特定の半分を上回って、より大きいパワーを有する周波数の範囲の中のどこかにあるように選ばれる。これは、ＥＰ０９１８０１５５において、出願人により、さらに議論されている。参照により、本願明細書のその全体が組みこまれる。
【００１３】
電界放出照明装置を共振に対して準備する駆動信号の選択とともに、インダクタを含むことの利点は、電界放出照明装置の光出力の増加とともに、電界放出照明装置の低電力消費を含む。
【００１４】
電界放出照明装置を駆動するために、駆動信号を提供するように構成された、前記第１の電界放出カソードと、前記第２の電界放出カソードと、アノード構造物と、に接続された電源を提供することも可能である。駆動信号は、第１の電界放出カソードとアノード構造物、および、第２の電界放出カソードとアノード構造物の間で、交互に電圧を提供するように制御される。これは、単一ユニットからの発光の個々の制御と同様に、アノードの異なるセクション内からの光の交互放射を可能とする。同様に、そのユニットを、アノード構造物のインプリメンテーションに依存するカソードに関して、等しいか異なる電位に置くことができる
【００１５】
好適には、アノード構造物は、電界放出照明装置のオペレーションの間、生成される熱を放散させるために、複数のヒートシンク・フランジを備える。フランジは、たとえば、円弧から内部に面している方向に、配置することができる。上記したように、電界放出カソードに関連したアノード構造物のインプリメンテーションは、発明の詳細な説明に関連して、さらに以下に議論される。
【００１６】
本願発明の別の態様にしたがって、第１のアノード・ユニットと、蛍光体層と、を備える、電界放出照明装置のためのアノード構造物が提供される。ここで、この第１のアノード・ユニットは、蛍光体層によって少なくとも部分的にカバーされ、アノード構造物は、反射コーティングを有する熱伝導性材料を備える。本願発明のこの態様は、本願発明の第１の態様と同様の利点を提供する。
【００１７】
好適には、アノード構造物は、電界放出照明装置のオペレーションの間、生成される熱を放散させるために、少なくとも第２のアノード・ユニットとヒートシンク・フランジを備える。
【００１８】
本願発明による更なる特徴、利点が、添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討されれば、明らかになる。当業者は、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で、以下に記載される実施形態以外の実施形態をつくるために、本願発明の異なる特徴を、組み合わせることができることを理解する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
特定の特徴および効果を含む、本願発明の種々の態様が、以下の詳しい説明と添付の図面から容易に理解される。
【００２０】
【図１】本願発明の現在の好適な実施形態による、アノード構造物を備える概念的な電界放出照明装置を図示する。
【図２】電界放出照明装置の本願発明の現在の好適な実施形態における別の実施形態を図示する。
【図３】電界放出照明装置のさらに可能なインプリメンテーションを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願発明が、次に、添付の図面を参照して、以下により完全に記載され、本願発明の現在の好適な実施形態が示される。しかしながら、この発明は、多くの異なる形で実施することができ、また、ここに述べられる実施形態に限られていると解釈されてはならない。むしろ、これらの実施形態は、完全かつ徹底して提供されるものであり、当業者に対して、発明の範囲を十分に伝えるものである。明細書全体にわたり、同じ参照記号は、同じ要素を指すものとする。
【００２２】
次に、図面、特に、図１を参照すると、本願発明の現在の好適な実施形態による、アノード構造物１０２を備える概念的な電界放出照明装置１００の平面図が描かれている。例えば銅、アルミニウムなど、固体金属構造物の熱および電気伝導部材１０４を含む。電界放出照明装置１００は、更に、アノード構造物１０２から等距離に配置されたカソード１０６と、を含む。したがって、図示された実施形態によるアノード構造物１０２は、カソード１０６に対向する弧状部分（アノード・ユニット）を備える。カソード１０６に対向する弧状部分は、蛍光体層１０８を少なくとも部分的に備えている。アノード構造物１０２とカソード１０６は、両方とも、例えばガラス・チューブのような真空の、少なくとも部分的に光学的に透明な外囲容器（図示せず）に配置される。
【００２３】
電界放出照明装置１００のオペレーションの間、高電圧（例えば４−１２ｋＶ）が、アノード１０２とカソード１０６の熱的、電気的に伝導性の部材１０４の間に印加される。その高電圧および、アノード構造物１０２とカソード１０６の間の本質的に等距離のために、電子がカソード１０６から放出される。カソード１０６から放出された電子は、アノード１０２の熱的、電気的に伝導性の部材１０４の方へ飛んでいき、光を発するように蛍光体層１０８に衝突する。蛍光体層１０８から前方へ発される光は、熱的、電気的に伝導性の部材１０４の方向にさらに動く。好適には反射する熱的、電気的に伝導性の部材１０４と共に使用される材料（例えば、金属、磨かれた金属、熱的、電気的に伝導性の部材１０４とともに配置された反射層等）に依存して、その光は、熱的、電気的に伝導性の部材１０４によって、電界放出照明装置１００の外側の方へ反射される。一方、後ろの放出光は、ガラスの外囲容器から直接外へ進む。
【００２４】
電子／光変換のプロセスは、熱を生成し、また、熱的、電気的に伝導性の部材１０４は、生成された熱の移動や消散を可能にする。よって、蛍光体層１０８が配置された領域の、または、そのまわりで温度が、できるだけ低くしてされるように、熱的、電気的に伝導性の部材１０４に対して使われるバルク材料を最大化することが望ましい。したがって、熱的、電気的に伝導性の部材１０４は、更に、熱放散を増やすための熱フランジを含むことができる。１０４のために、蛍光体層１０８がコートされた領域で、低い温度に達することができ、蛍光体の寿命を長くして、電力消費を減少させる。このように、電界放出光源１００に対して、先行技術電界放出光源に関して、改善することができる。
【００２５】
次に、電界放出照明装置２００の断面において、本願発明の概念を図示する図２を参照する。図２中の電界放出照明装置２００は、アノード構造物１０２のもう一つのインプリメンテーションを含む。ここで、アノード構造物２０２は、アノード構造物２０２の中心軸から外へ面した５つのアノード・ユニット２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を備える。対応して、電界放出照明装置２００は、また、アノード・ユニット２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の各々の軸に配置された５つの個々に制御可能なカソード２１４、２１６、２１８、２２０、２２２を備える。アノード構造物２０２とカソード２１４、２１６、２１８、２２０、２２２が、光学的に透明な真空ガラス・チューブ２２４において、再び提供される。その上、アノード構造物２０２は中心軸において中空で、電界放出照明装置２００のオペレーションの間に生成される熱を放散させるためにヒートシンク・フランジ２２６を備えている。なお、アノード・ユニット２０４、２０６、２０８、２１０、２１２は、それぞれ、同じもの、および／または、電子から光への変換に関して、同じ、および／または、異なる特徴を有する異なる蛍光体層の混合物（蛍光体層２２８と２３０が示され、残りの３つの蛍光体層は隠れている）を備えている。例えば、５つの異なる蛍光体層を結合することによって、電子を、本質的に白色、赤色、緑色、青色、マゼンタ色の光へ変換し、電界放出照明装置２００によって、発される複合光の色および／または色温度制御をできるようにすることが可能である。より詳しくは、オペレーションの間に、カソード２１４、２１６、２１８、２２０、２２２の各々とアノード構造物２０２の間の高電圧の個々の印加を可能にすることによって（例えば、カソード２１４、２１６、２１８、２２０、２２２の全てに対しての組み合わせた基準として機能して）、混合色光を提供することができる。
【００２６】
例としてあげると、白い蛍光体層に対向しているカソードを最大効果で駆動するならば、電界放出照明装置２００によって発される光は、白色光を発する。次に、青色蛍光体層に対向しているカソードを、例えば、半減効果で駆動する場合には、電界放出照明装置２００は、いくらか青みかかった白色光を発し、高い色温度（すなわち「冷光」）を有する白色光を事実上提供する。対応して、代わりに、赤い蛍光体層に対向しているカソードと共に白い蛍光体層に対向しているカソード駆動することによって、低い色温度（すなわち「暖かい光」）を有する光を提供することが可能である。他の混合の可能性は、もちろん可能であり、本願発明の範囲内である。同様に、多くて５つのアノード・ユニットと、対応するカソードは、もちろん可能でもあり、本願発明の範囲内でもある。
【００２７】
図３は、本願発明のさらに別の好適な実施形態による独立型電界放出照明装置３００の概念的な図を示す。電界放出照明装置３００は、内部に複数のカソード３０４、３０６が配置された真空円筒形ガラス・チューブ３０２を備える。電界放出照明装置３００は、また、各々の蛍光体層３１４、３１６を備えている複数のアノード・ユニット３１０、３１２を備えるアノード構造物３０８を備える。電界放出照明装置３００は、更に、ベース３１８とソケット３２０を含み、電界放出照明装置３００を、従来の電球を改良するために使用されることを可能にしている。ベース３１８は、好適には、カソード３０４、３０６への駆動信号（すなわち高電圧）の制御を提供するために制御ユニットを備える。たとえ本願発明が、その実施形態を特定して例示して記載されたとしても、多くの異なる変更、修正などは、当業者にとって明らかであろう。本願明細書、図面等を研究して、本願発明を実施する場合に、当業者は、開示された実施形態のバリエーションを可能であることを理解し、達成することができる。例えば、図１−３におけるアノード構造物の形状は、本質的に直線的であるように示されている。しかしながら、異なる形状、例えば、本質的に曲線を描くように、アノード構造物（例えばアノード構造物１００、２００）を造ることは可能であり、本願発明の範囲内である。そのような場合には、カソードは、アノード構造物の形状に対応するのに適している必要がある。可能な実施形態は、本質的に円形／楕円形を有する電界放出照明装置を含む。
【００２８】
なお、特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他の要素あるいはステップを排除するものではない。また、「１つの」は、「複数の」を排除するものではない。
【図１】
2013515339.tif 000003
【図２】
2013515339.tif 000004
【図３】
2013515339.tif 000005
【国際調査報告】
2013515339.tif 000006
2013515339.tif 000007
2013515339.tif 000008