(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出源を有するカソード電極と、前記電子放出源から電界放出された電子により励起発光する蛍光体を有するアノード電極とを真空容器内に収容し、当該真空容器に設定した透光部から前記蛍光体で励起発光した光を外部に放射する発光装置において、
前記アノード電極を前記透光部との対向領域に配設するとともに、前記アノード電極の上層の前記蛍光体の表面を、当該蛍光体と前記透光部との間に焦点を有する回転放物面或いは当該回転放物面の部分形状からなり、且つ、前記透光部に励起光を指向させる凹面で形成し、
前記カソード電極を、前記蛍光体から前記透光部に入射する前記励起発光の光路に対してオフセットする前記透光部の周部に、前記アノード電極の前記蛍光体に対向するよう配置し、
前記透光部をコリメーションレンズで構成して当該コリメーションレンズの前記凹面と対向する焦点を前記蛍光体の前記焦点と一致する位置に設定したことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源から放出された電子によって蛍光体を励起発光させる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球や蛍光灯といった従来の発光装置に対し、真空容器中で電子放出源から放出させた電子を高速で蛍光体に衝突させることにより、蛍光体を励起発光させて照明や画像表示に用いる電子線励起型の発光装置が開発されている。
【０００３】
この種の発光装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、蛍光体層の表面の発光を蛍光体層の裏側のガラス基板を透過して外部に放射する構造が一般的であるが、この構造では、電子線が照射される蛍光体面が最も強い発光をしているにも拘らず、その発光は無駄な発光として真空容器内部に放出されてしまい、装置の発光効率が必ずしも良いとは言えない。
【０００４】
このため、電子線励起型の表示蔵置では、蛍光体層の電子線が照射される面にアルミニウムを蒸着する等してメタルバック層を形成することで、輝度を向上させる技術が知られている。メタルバックは、蛍光体からの装置内部側への光を装置外部側（表示面側或いは照明面側）に鏡面反射させて輝度を向上させることの他、発光面に所定の電位を与えることにより、蛍光面に帯電した電子によるダメージや、装置内で発生した負イオンの衝突によるダメージから蛍光体を保護すること等を目的としており、例えば、特許文献２に開示されている。
【０００５】
特許文献２の技術は、蛍光膜を発光させて画像を表示させる画像形成装置において、蛍光膜の内面側に設けられたメタルバックを複数の部分に分割し、分割の複数の間隙を導電性材料で被覆することにより、真空中で発生する異常放電による間隙部分表面の沿面放電を防止し、表示品位の安定化を図っている。
【０００６】
しかしながら、メタルバックを用いて装置の発光効率を向上させる技術では、電子線がメタルバック層に侵入する際、加速エネルギーが損失し、蛍光体の励起効率の低下を招いてしまう。特に、照明装置としての用途においては、加速エネルギーの損失に伴う蛍光体の励起効率の低下を無視できず、根本的な発光効率の改善には繋がらない。
【０００７】
このため、特許文献３には、画素を構成する領域にエミッタティップを備えたエミッタ電極ラインと、画素を構成する領域でエミッタ電極ラインと交差するように配置されたゲートとを設けた陰極板と、蛍光体層を有する陽極板とを一定間隔を置いて対向配置した薄型表示装置に関して、エミッタ電極ラインとゲート電極ラインの少なくとも画素を構成する領域を共に透明電極膜で形成し、蛍光体層の発光を個の透明導電膜を通して観察する、すなわち蛍光体表面側から蛍光体の発光を見るようにする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２０７０６６号公報
【特許文献２】特開２０００−２５１７９７号公報
【特許文献３】特開平１０−１２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に開示の技術は、蛍光体表面側から蛍光体の発光を見ることで、表示装置として用いた場合には、高輝度の表示を得ることができるが、照明としての用途を考慮した場合、蛍光体層に対向する陰極板を通して照明光を得ることになる。すなわち、陰極板上のエミッタティップ、エミッタ電極ラインやゲート電極ラインの下層金属導電膜の間の隙間から外部に放出される光を照明光として用いることになり、蛍光体から照射される光に減衰や散乱を生じ、蛍光体層全面の発光を有効に利用することができない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蛍光体層の全面で発光する光を妨げることなく外部に放射させ、発光効率を向上して高輝度の外部放射光を得ることができる発光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】
【００１０】
本発明の一態様による発光装置は、電子放出源を有するカソード電極と、前記電子放出源から電界放出された電子により励起発光する蛍光体を有するアノード電極とを真空容器内に収容し、当該真空容器に設定した透光部から前記蛍光体で励起発光した光を外部に放射する発光装置において、前記アノード電極を前記透光部との対向領域に配設するとともに、前記アノード電極の上層の前記蛍光体の表面を、当該蛍光体と前記透光部との間に焦点を有する回転放物面或いは当該回転放物面の部分形状からなり、且つ、前記透光部に励起光を指向させる凹面で形成し、前記カソード電極を、前記蛍光体から前記透光部に入射する前記励起発光の光路に対してオフセットする前記透光部の周部に、前記アノード電極の前記蛍光体に対向するよう配置し、前記透光部をコリメーションレンズで構成して当該コリメーションレンズの前記凹面と対向する焦点を前記蛍光体の前記焦点と一致する位置に設定したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光装置によれば、蛍光体の全面で発光する光を妨げることなく外部に放射させ、発光効率を向上して高輝度の外部放射光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は発光装置の要部断面図、図２は発光装置を透光部側から見た平面図、図３は発光装置の要部を示す分解斜視図、図４は発光装置の変形例を透光部側から見た平面図である。
【００１３】
図１において、符号１は発光装置であり、例えば、懐中電灯やサーチライトの光源として用いられる。この発光装置１は、電子放出源１１を有するカソード電極１０と、電子放出源１１から電界放出された電子によって励起発光する蛍光体１６を有するアノード電極１５と、が真空容器５内に収容されて要部が構成されている。
【００１４】
真空容器５は、例えば、複数のガラス部材の接合体で構成されている。本実施形態において、真空容器５は、先端側が開口する容器本体６と、この容器本体６の開口部を真空封止する蓋体７とを有する。
【００１５】
図１，３に示すように、容器本体６は、例えば、内面６ａが回転放物面形状に形成された石英ガラス等のガラス成型品で構成され、この容器本体６の内面６ａの基部側にはアノード電極１５が配設されている。本実施形態において、アノード電極１５は、容器本体６の内面６ａに成膜された導電性パターンで構成されている。この導電性パターンは、例えば、ＩＴＯ、アルミニウム、ニッケル等を蒸着やスパッタ法等によって堆積したり、銀ペースト材を塗布して乾燥・焼成する等して成膜されている。
【００１６】
ここで、図１に示すように、容器本体６の一部には内外を貫通する貫通孔２０が開口され、この貫通孔２０には、容器本体６と熱膨張率が近い導電部材２１が充填されている。容器本体６の内部において、導電部材２１にはアノード電極１５が電気的に接続され、これにより、アノード電極１５は容器本体６の外部と導通されている。一方、容器本体６の外部において、導電部材２１はシリコンゴム等からなるアノードキャップ２２で被覆され、このアノードキャップ２２からは、導電部材２１と電気接続する導電線２３が延出されている。なお、容器本体６を石英ガラス等で構成した場合においては、鉄にニッケル及びコバルトを配合した合金であるコバールを導電部材２１として好適に用いることが可能である。
【００１７】
アノード電極１５の上層には、例えば、平面視略矩形形状をなす帯状の領域に、蛍光体１６が成膜されている（図２参照）。この蛍光体１６は、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、フォトグラフィ法、沈殿法、電着法等によって成膜されている。そして、回転放物面形状をなす容器本体６の内面６ａに沿って成膜されたアノード電極１５の上層に成膜されることにより、蛍光体１６の表面（発光面）１６ａは、回転放物面を基本形状とする凹状の曲面で構成される。すなわち、本実施形態において、蛍光体１６の表面１６ａは回転放物面の部分形状をなす。これにより、蛍光体１６の表面１６ａで励起発光した光は、回転放物面の焦点Ｆに集光した後、拡散される。
【００１８】
また、容器本体６の開口端部には、例えば、４５０℃〜５００℃で融解する低融点ガラス層８が形成されている。そして、例えば、高真空引きされた真空炉内において、容器本体６と蓋体７とが低融点ガラス層８を介して融着されることにより、容器本体６は真空封止される。なお、低融点ガラス層８を融解させて真空封止を行う際の熱膨張率の相違に起因する破損等を防止するため、蓋体７は、容器本体６と線膨張係数の等しい光透過性の材料（例えば、石英ガラス等）で構成されることが望ましい。
【００１９】
蓋体７には、アノード電極１５（及び蛍光体１６）と対向する略中央の領域に、蛍光体１６からの励起光を外部に放出するための透光部３０が設定されている。本実施形態において、透光部３０は、例えば、真空容器５の外部にレンズ曲面３０ａが突出する片凸のコリメーションレンズで構成され、このコリメーションレンズの前側焦点が、蛍光体１６の表面１６ａの焦点Ｆと一致する位置に設定されている。そして、透光部３０（コリメーションレンズ）は、前側焦点が蛍光体１６の表面１６ａの焦点Ｆと一致する位置に設定されることにより、蛍光体１６からの入射光を略平行光に調光する。
【００２０】
また、透光部３０の周部には、真空容器５の先端側から基部側へと拡開する環状のテーパ面３１が形成され、このテーパ面３１上には、蛍光体１６と対向する一対のカソード電極１０が配設されている。本実施形態において、カソード電極１０は、テーパ面３１に成膜された導電性パターンで構成されている。この導電性パターンは、例えば、ＩＴＯ、アルミニウム、ニッケル等を蒸着やスパッタ法等によって堆積したり、銀ペースト材を塗布して乾燥・焼成する等して成膜されている。
【００２１】
ここで、図１に示すように、カソード電極１０からは導電部３２が外方に延出されており、この導電部３２の端部が低融点ガラス層８を貫通して真空容器５の外部に露呈されることにより、カソード電極１０は、容器本体６の外部と導通されている。
【００２２】
カソード電極１０の上層には、電子放出源１１が成膜されている。本実施形態において、電子放出源１１は、電界の印加によって固体表面から真空中に電子を放出する冷陰極型の電子放出源であり、例えば、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、ＣＮＷ（カーボンナノウォール）、スピント型マイクロコーン、金属酸化物ウィスカー等のエミッタ材料をカソード電極１０の上層に膜状に塗布して形成されている。
【００２３】
このような構成において、電子放出源１１に電界が印加されると、電子放出源１１は、蛍光体１６の表面１６ａに指向して電子を放出する。この電界放出された電子によって蛍光体１６の表面１６ａは励起発光され、励起光は、焦点Ｆを通過した後、透光部３０に入射される。そして、透光部３０に入射された光は、コリメートされた後、外部に放射される。
【００２４】
このような実施形態によれば、カソード電極１０を透光部３０の周部に配設するとともに、アノード電極１５を透光部３０との対向領域に配設し、アノード電極１５の上層に配設される蛍光体１６の表面１６ａを凹面で形成することにより、カソード電極１０（電子放出源１１）を透光部３０の周部にオフセットさせた場合にも蛍光体１６の表面１６ａに的確に対向させることができ、しかも、蛍光体１６の表面１６ａ全面からの励起光をカソード電極１０等と干渉させることなく透光部３０に入射させることができる。従って、透光部３０の発光効率を向上して高輝度の外部放射光を得ることができる。
【００２５】
この場合において、特に、蛍光体１６の表面１６ａを回転放物面に基づく凹曲面で形成することにより、励起光を散乱させることなく焦点Ｆに一旦集光させることができるので、蛍光体１６の表面１６ａからの励起光の略全てを透光部３０に的確に入射させることができる。さらに、透光部３０をコリメーションレンズで構成すれば、焦点Ｆに集光した励起光を好適にコリメートして放射することができる。
【００２６】
ここで、例えば、図４に示すように、カソード電極１０及び電子放出源１１をテーパ面３１の全周に亘って環状に形成するとともに、アノード電極１５及び蛍光体１６を容器本体６の内面６ａの基部側の全周に亘って形成することも可能である。このように構成すれば、発光装置１をより高い光量で発光させることができる。
【００２７】
なお、上述の実施形態においては、蛍光体１６の表面１６ａを回転放物面に基づく凹曲面で形成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、蛍光体の表面形状は各種用途に応じて適宜変更可能である。すなわち、蛍光体１６の表面１６ａの凹面形状は、透光部３０の周部にオフセットされた電子放出源１１が直接的に対向可能であって、且つ、励起光を透光部３０に指向させるものであればよい。
【００２８】
また、上述の実施形態においては、蛍光体１６の表面１６ａの形状を容器本体６の内面６ａの形状に依存させて形成する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、凹状に成形した導電板等を用いてアノード電極を構成し、このアノード電極の上層に蛍光体を成膜することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】発光装置の要部断面図
【図２】発光装置を透光部側から見た平面図
【図３】発光装置の要部を示す分解斜視図
【図４】発光装置の変形例を透光部側から見た平面図
【符号の説明】
【００３０】
１  …  発光装置
５  …  真空容器
６  …  容器本体
６ａ  …  内面
７  …  蓋体
８  …  低融点ガラス層
１０  …  カソード電極
１１  …  電子放出源
１５  …  アノード電極
１６  …  蛍光体
１６ａ  …  表面
２０  …  貫通孔
２１  …  導電部材
２２  …  アノードキャップ
２３  …  導電線
３０  …  透光部
３０ａ  …  レンズ曲面
３１  …  テーパ面
３２  …  導電部
Ｆ  …  焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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