(57)【要約】【課題】電界放射冷陰極を用い薄く長尺状であり画像読み取り装置の光源として利用でき、応答速度が速く、かつ輝度のムラがなくその分布が均一であるライン状光源管を提供する。【解決手段】複数のライン状の蛍光体層を内部に有する発光基板と、この発光基板に対向配置された電界放射冷陰極基板と、この電界放射冷陰極基板の上方に配置されて電界放射冷陰極より電子を引き出すゲート電極とを備え、上記発光基板および上記電界放射冷陰極基板の周縁部を密閉接続するスペーサーとからなる内部が真空排気された外囲器で構成されるライン状光源管であって、上記発光基板と上記電界放射冷陰極基板との間隔が上記蛍光体層のライン方向両端部の側面リブに上記発光基板に垂直に設けられたスリットに嵌合保持されたセンターリブにより保持される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のライン状の蛍光体層を内部に有する発光基板と、この発光基板に対向配置された電界放射冷陰極基板と、この電界放射冷陰極基板の上方に配置されて電界放射冷陰極より電子を引き出すゲート電極とを備え、前記発光基板および前記電界放射冷陰極基板の周縁部を密閉接続するスペーサーとからなる内部が真空排気された外囲器で構成されるライン状光源管であって、
前記発光基板と前記電界放射冷陰極基板との間隔が前記蛍光体層のライン方向両端部の側面リブに前記発光基板に垂直に設けられたスリットに嵌合保持されたセンターリブにより保持されてなることを特徴とするライン状光源管。
【請求項２】
前記センターリブが２枚設置され、センターリブおよび外囲器内側面との間にそれぞれ赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層がライン状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のライン状光源管。
【請求項３】
前記センターリブは、その両側面に導電層を形成してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のライン状光源管。
【請求項４】
前記電界放射冷陰極基板は、カーボンナノチューブ層を電子放出源とすることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のライン状光源管。
【請求項５】
前記側面リブは、前記発光基板側にゲッター配置用のスペースを形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のライン状光源管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、イメージスキャナ、複写機などの画像読み取り装置に用いる光源に関し、特に電界放出冷陰極電子源を用いて均一な輝度分布を有するライン状光源に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、イメージスキャナ、複写機などに用いられる光源としては蛍光灯などの冷陰極管が使用されている。これは、細長いガラス管の内壁に蛍光体を塗布し、ガラス管両端の電極間に高電圧を印加することにより、内部に放電が起こり封入された不活性ガスなどから発生する紫外線が蛍光体を励起し発光するものである。また、携帯用スキャナなどでは小型、軽量化が求められることから光源としてＬＥＤが用いられている。特に、カラースキャナなどでは色の異なる３つの光源を切り替えながら照射し、対象物からのＲＧＢの透過光もしくは反射光を、青紫、緑、赤のフィルタに透過させることで、対象物のもつ色の情報を、色分解された電気信号として得ており、このような光源として上記蛍光灯またはＲＧＢ３色のＬＥＤなどが用いられている。スキャナの色分解方式には、上記３色の光源を切り替えながら１個の受光素子を用いて１画素を３回で取り込む方式の他に、光源は白色で３個の受光素子を用いて１画素を１回で取り込む方式もあり、この場合でも上記のようなＲＧＢ３色を有する光源を利用している。
また、薄平板型、動作電圧が低い、ＲＧＢを表示できるなどの利点から上記の光源の代わりとして、ＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｓｐｌａｙ）や、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）を利用する場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両端部を電極として不活性ガスを封入した内部に放電する方式の冷陰極管では、経年劣化しやすく端部電極付近と管中央部とで輝度に差が生じるため、画像読み取り品質が同画像内で一定でないという問題がある。また、このような冷陰極管は、カラースキャナの光源として用いる場合、ＲＧＢ切り替えの応答速度が遅く読み取りに時間がかかるという問題、起動時のウォーム・アップ時間が長いという問題、また、これを解消するために点灯していない間も小電流を供給するため消費電力が多いなどの問題もある。小型である上記ＬＥＤ光源では、消費電力こそ少ないものの蛍光管と比較して輝度が低いため、小型携帯用としては十分であるが、大型の装置に用いる光源としては利用できないという問題がある。
また、平板型ディスプレイであるＶＦＤを光源として用いる場合では蛍光面のドットピッチが粗い、輝度が十分でないなどの問題がある。一方、ＦＥＤを用いる場合では、十分な蛍光面の高精化が可能であるが、光源としての利用では形状が長尺状となるため、大気圧により外囲器が変形しやすく、変形に伴い輝度ムラが発生してしまうという問題がある。また、この変形を抑えるためにスペーサーを備えると、その配置によっては、光源利用において重要となる長手方向の発光が部分的に遮られたり、スペーサーの帯電によりその周囲で輝度ムラが発生したりするという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、電界放射冷陰極を用い薄く長尺状であり画像読み取り装置の光源として利用でき、応答速度が速く、かつ輝度のムラがなくその分布が均一であるライン状光源管を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のライン状光源は、複数のライン状の蛍光体層を内部に有する発光基板と、この発光基板に対向配置された電界放射冷陰極基板と、この電界放射冷陰極基板の上方に配置されて電界放射冷陰極より電子を引き出すゲート電極とを備え、上記発光基板および上記電界放射冷陰極基板の周縁部を密閉接続するスペーサーとからなる内部が真空排気された外囲器で構成されるライン状光源管であって、上記発光基板と上記電界放射冷陰極基板との間隔が上記蛍光体層のライン方向両端部の側面リブに上記発光基板に垂直に設けられたスリットに嵌合保持されたセンターリブにより保持されてなることを特徴とする。
また、上記電界放射冷陰極基板は、カーボンナノチューブ層を電子放出源とすることを特徴とする。
また、上記センターリブは、その両側面に導電層を形成してなることを特徴とする。
また、上記側面リブは、上記発光基板側にゲッター配置用のスペースを形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
センターリブを光源管ライン方向に沿って側面リブに嵌合固定することにより、内部が真空排気された外囲器内で発光基板と電界放射冷陰極基板との間隔を大気圧によりセンターリブの高さに保持できる。長尺のライン状光源であっても発光基板と電界放射冷陰極基板との間隔を一定に保持できるので、輝度ムラがなくなる。また、電界放射冷陰極を用い、その電子放出源としてカーボンナノチューブを使用することにより応答速度の向上および高輝度化が図れる。
【０００８】
発光基板と電界放射冷陰極基板とを離間する側面リブにゲッター配置用のスペースを形成することにより光源管を薄くすることができ、該光源管を利用する画像読み取り装置の薄型化が図れる。
【０００９】
センターリブ両側面に導電層を形成し、その一端を接地することにより、リブ側面で電荷がチャージアップすることを防止でき、輝度の向上および輝度ムラの抑制が図れる。
【００１０】
赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層の３色の蛍光体層を形成することにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）および白色、またはその他の色を表現でき、スキャナなどの光源として好適に利用できる。また、各蛍光体層をセンターリブで区切ることにより、対応する冷陰極からの電子のみが各蛍光体層に到達し、所定の色をムラなく正確に表現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のライン状光源管の一例を図１、図２および図３を参照して説明する。図１はライン状光源管の平面図を、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を、図３は図１におけるＢ−Ｂ拡大断面図をそれぞれ示す。
ライン状光源管１は、フロントガラス２ａおよびフロントガラス２ａ内面に形成された蛍光体層６とからなる発光基板２と、これに対向し側面リブ７ａ、７ｂおよびセンターリブ８ａ、８ｂにより発光基板２と厚さＤ３だけ隔離して配置され、絶縁基板３ａと該基板上に形成され電子放出層３ｃを有する冷陰極３ｂとからなる電界放射冷陰極基板３と、該冷陰極３ｂの上方で蛍光体層６と平行に配置され、冷陰極３ｂから電子を引き出すためのゲート電極４と、発光基板２および電界放射冷陰極基板３の周縁部を密閉接続するスペーサーからなり、チップ管９により内部を真空排気した外囲器５と、内部で発生するガスを吸収するゲッター１０とを備えている。
スキャナなどの光源として利用されるライン状光源管１は、図１に示すように、ライン方向幅Ｄ１、側幅Ｄ２（Ｄ１＞Ｄ２）の長尺の平板形状である。好ましい形態としては側幅Ｄ２が略１ｃｍで、ライン方向幅Ｄ１が数　１０　ｃｍである。各蛍光体層は、該光源の発光基板内部にそのライン方向に沿って配置される。ライン方向幅Ｄ１は、原稿などを読み取る画像読み取り装置の光源として利用する場合、ライン方向に沿って配置されるセンターリブ８を延長することにより用途に応じて長尺に変更できる。また、ライン方向全域を支持することにより、安定してフロントガラス２ａを支持できるためフロントガラス２ａ自体の厚さを薄くすることができる。この結果、本発明の光源を利用する画像読み取り装置の薄型化および製造コストの削減が図れる。
【００１２】
図１および図２に示すように側面リブ７ａは、フロントガラス２ａの端部で、フロントガラス２ａと絶縁基板３ａとの間に配置され、該リブ７ａの外囲器内部側に水平断面が長方形で、外囲器厚さ方向に柱状のスリット７ｃおよび７ｄが形成されている。また、フロントガラス２ａに接する該リブ７ａの上面には、ゲッター保持用の段差状スペース７ｅが形成されている。同様に、側面リブ７ａと対向する光源管端部に配置された側面リブ７ｂは、スリット７ｃおよび７ｄに対応するスリット７ｆ、７ｇと、段差状スペース７ｈが形成されている。なお、側面リブの材質としては、ガラス、セラミックス類などの絶縁体が使用でき、スリットなどが成形しやすいことからガラスを用いることが好ましい。
センターリブ８ａは、厚さが上記スリット断面の側幅と略同一で、長さがスリット７ｃ側面と７ｆ側面との間隔と略同一である平板形状であり、上記スリット７ｃおよび７ｆに両端部を嵌合することにより仮固定される。センターリブ８ｂは、センターリブ８ａと同一形状であり、スリット７ｄ、７ｇにより仮固定される。両センターリブ８ａおよび８ｂは、フロントガラス２ａと基板３ａとの間に大気圧により挟み込まれ、冷陰極３ｂとゲート電極４とが配置される陰極部高さ分だけ嵩上げされた位置に固定配置される。
側面リブ７ａ、７ｂとセンターリブ８ａ、８ｂにより大気圧によるフロントガラス２ａの撓みを防止することにより、フロントガラス２ａと絶縁基板３ａとの距離Ｄ３を一定に保持することができる。この結果、陽極、陰極、ゲート電極それぞれの電極間の距離を一定に保てるので、輝度ムラを抑制することができる。
【００１３】
側面リブ７ａ、７ｂにそれぞれゲッター配置用のスペース７ｅ、７ｈを形成することにより、通常のＦＥＤよりもゲッター配置分だけ光源管を薄くすることができる。また、スペース７ｅ、７ｈを蛍光体層６があるフロントガラス２ａ側に形成することにより、蛍光体層６から放出されるガスを効率よく吸収し、管内部の真空度を一定に保つことができる。
また、ゲッター１０は、側面リブ７ａおよび７ｂとの間に放熱用の伝熱層を介して設置し、また、スペース７ｅ、７ｈの高さをゲッター高さよりも高くすることにより、リブまたはフロントガラスへの接触によるガラスの破損などを防止することができる。
【００１４】
図３に示すように、絶縁材であるセンターリブ８ａ、８ｂの両側面に導電層８ｃを形成し、その一端を接地することが好ましい。導電層８ｃは電界放射冷陰極３ｂより放出された電子がセンターリブの両側面でチャージアップされない大きさに形成される。導電層８ｃとしてはインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）、酸化錫などの透明導電膜を形成することが好ましい。導電層８ｃは冷陰極３ｂより放出された電子がそのまま蛍光体に衝突して輝度の向上および経時的な輝度ムラの抑制を図る機能を有する。
【００１５】
フロントガラス２ａは、平面、湾曲面などに任意に加工できる。例えば、据え置きスキャナ、コピー機では平板状、携帯用ハンディ型スキャナなどでは湾曲状など多種の光源用途に応じて加工する。また、凹凸などのレンズを加えることにより光の集光位置などを調節できる。
【００１６】
蛍光体層６として、フロントガラス２ａの内面において、外囲器５の内側面５ａとセンターリブ８ａとの間に赤色蛍光体層６ａが、センターリブ８ａとセンターリブ８ｂとの間に緑色蛍光体層６ｂが、センターリブ８ｂと外囲器５の内側面５ｂとの間に青色蛍光体層６ｃがそれぞれ形成されている。これらを単独、２つ、または３つ組合わせることにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれの単色、白色、またはその他の色を表現でき、カラースキャナなどの光源としても好適に利用できる。また、各蛍光体層６ａ、６ｂ、６ｃをセンターリブ８ａ、８ｂで区切ることにより、冷陰極の電子が対向する蛍光体層ではなく、その隣接する蛍光体層に当たり発光ムラが発生するという問題が起こらず、対応する冷陰極からの電子のみが各蛍光体層に到達し、所定の色をムラなく正確に表現することができる。
【００１７】
各蛍光体層６は、フロントガラス２ａ内面に形成された陽極となる透明導電層６ｄ上に形成される。透明導電層６ｄは、公知のＩＴＯ膜などを用いることができる。また、透明導電層６ｄには電圧を印加するための外部引き出し線６ｆが電気的に接続されている。なお、透明導電層６ｄは、必ずしもその物質が光学的に全面が透光性を有するものでなくてもよく、例えばアルミニウム電極などをメッシュ状にパターニングする、またはＡｌ蒸着によりメタルバック層を施してもよい。また、各蛍光体層６は、ＣＲＴ用蛍光体や、蛍光表示管などで用いられる低いエネルギーで加速された電子で発光する蛍光体を用いることができる。
【００１８】
電界放射型冷陰極３ｂは、絶縁基板３ａ上に形成された陰極３ｄと、この陰極３ｄ上に形成された電子放出層３ｃとからなる。陰極３ｄは所定幅で光源管１のライン方向に垂直または平行に複数個列設されている。個数および幅は光源管の幅Ｄ１に合わせて変更することができる。各冷陰極３ｂ毎に印加電圧を加えその直上発光部における輝度を調節することから、ライン方向に均一な輝度を得るために冷陰極３ｂはライン方向に垂直に細かく高精度で列設することが好ましい。
【００１９】
ここで、絶縁基板３ａとしてガラス、セラミックス類などが使用でき、例えばフォルステライト、白板・カリガラス、青板・ソーダガラスなどが使用できる。また、基板３ａ上に形成される陰極３ｄは、半導体チップなどに使用できる配線材料を使用することができる。例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、およびこれらの合金、化合物を挙げることができる。また、陰極３ｄの形成方法は、スパッタリング法やＣＶＤ法など半導体チップなどに用いられる周知の方法を採用することができる。
【００２０】
電子放出層３ｃとしては、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）層を好適に用いることができる。カーボンナノチューブ層としては、単層構造のカーボンナノチューブ層、同軸多層構造のカーボンナノチューブ層などを用いることができる。
カーボンナノチューブ層は陰極３ｄ上に化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成してもよく、あるいはカーボンナノチューブを印刷法で塗布してもよい。またはマトリクス状の貫通孔を有する金属板にカーボンナノチューブの被膜を形成してもよい。電界放出冷陰極において電子放出層３ｃとしてカーボンナノチューブを用いることにより、放出される電子の量が多く光源の高輝度化が図れる。
また、陰極上に直接カーボンナノチューブを形成することにより、金属板の表面に滑らかな被膜が形成できる。そのため、電界が該表面に均一に印加されることにより、各箇所で電子が均一に放出されるので、輝度ムラの発生を防止することができる。また、電子の電界放出に必要な電圧も従来の冷陰極管と比較して低いため、消費電力を抑えることができる。
【００２１】
ゲート電極４は電子放出層３ｃから電子を引き出す電極であり、金属薄板で形成される。また、絶縁体板上にゲート電極をアルミニウムペーストや銀ペーストなどの導電性ペーストを用いた印刷法、ＣＶＤ法やＰＶＤ法による導電性薄膜形成法等により形成し、絶縁体板と陰極３ｄとを連通する電子通過孔を有する構造でもよい。
金属薄板の具体的としては、４２６合金、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、ニッケル（Ｎｉ）などが好適に利用できる。また、ゲート電極４は複数の開口部がエッチング加工などにより形成されている。
また、ゲート電極４に吸収される無効電流を抑え、効率的に電界を印加するために、ゲート電極４の電子放出層３ｃに対向する面に絶縁層を形成することができる（図示省略）。絶縁層としては、金属薄板からなるゲート電極４に反りを発生させることのない薄膜であれば、スパッタリング方法や金属アルコキシドを焼成する方法で形成される金属化合物薄膜、あるいは全芳香族ポリイミドなどの耐熱性樹脂薄膜等を用いることができる。
ゲート電極４は絶縁基板３ａ上に絶縁層、またはスペーサーなどにより電子放出層３ｃと離間して大気圧に押圧されたセンターリブにより押えられ固定される。また、フリットガラス等を用いて固定することもできる。このゲート電極４の固定と外部引き出し線との電気的接続は耐熱性導電性ペーストを用いて行なう。
【００２２】
上記のような構成において、電子放出層３ｃに数ｋＶ程度の電位を印加すると共に、ゲート電極４に０Ｖの電位を印加すると、電子放出層３ｃとゲート電極４との交差領域から電子が放出される。このとき、陽極となる透明導電層６ｄに＋数ｋＶ程度の電位を印加しておくと、放出された電子は上記の交差領域と対向する部分の各蛍光体層６ａ、６ｂ、６ｃに到達しこの部分が発光する。
本発明のライン状光源管では上記動作により瞬時にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色を切り替えることができるので、カラースキャナなどに好適に利用でき、その読み取り速度の向上が図れる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のライン状光源は、複数のライン状の蛍光体層を内部に有する発光基板と、この発光基板に対向配置された電界放射冷陰極基板と、この電界放射冷陰極基板の上方に配置されて電界放射冷陰極より電子を引き出すゲート電極とを備え、上記発光基板および上記電界放射冷陰極基板の周縁部を密閉接続するスペーサーとからなる内部が真空排気された外囲器で構成されるライン状光源管であって、上記発光基板と上記電界放射冷陰極基板との間隔が上記蛍光体層のライン方向両端部の側面リブに上記発光基板に垂直に設けられたスリットに嵌合保持されたセンターリブにより保持されてなるので、センターリブを光源管ライン方向に沿って側面リブに嵌合固定することにより、大気圧によるフロントガラスおよび基板の撓みが防止でき、各電極間の距離が所定の値に保持されるため輝度ムラをなくすことができる。
また、電界放射冷陰極を用いることにより、応答速度が速く画像読み取り装置において読み取り速度の向上が図れる。さらに、形状が薄型、消費電力が少ないなどの利点もあるため、画像読み取り装置の薄型化および小電力化が図れる。
【００２４】
上記電界放射冷陰極基板は、カーボンナノチューブ層を電子放出源とするので、光源の高輝度化および小電力化が図れる。
【００２５】
上記センターリブは、その両側面に導電層を形成してなるので、その一端を接地することにより、リブ表面の電荷のチャージアップを防止でき、輝度の向上および輝度ムラの抑制を図れる。
【００２６】
上記側面リブは、上記発光基板側にゲッター配置用のスペースを形成されてなるので、ゲッター分だけ光源管を薄くすることができ、該光源管を利用する画像読み取り装置の薄型化が図れる。
【００２７】
上記センターリブが２枚設置され、センターリブおよび外囲器内側面との間にそれぞれ赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層がライン状に形成されてなるので、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）および白色、またはその他の色を表現でき、スキャナなどの光源として好適に利用できる。また、各蛍光体層をセンターリブで区切ることにより、対応する冷陰極からの電子のみが各蛍光体層に到達し、所定の色をムラなく正確に表現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るライン状光源の平面図である
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面の拡大図である
【符号の説明】
１　　ライン状光源管
２　　発光基板
３　　電界放射冷陰極基板
４　　ゲート電極
５　　外囲器
６　　蛍光体層
７　　側面リブ
８　　センターリブ
９　　チップ管
１０　ゲッター
【図１】
2004063100.tif 000003
【図２】
2004063100.tif 000004
【図３】
2004063100.tif 000005