(57)【要約】      （修正有）【課題】光の指向性と消費電力当たりの全光束量を高め、且つ低電圧でも点灯可能でハイブリッド化が容易なタングステン発光源の構造を提供する。【解決手段】白熱光源１０は、少なくとも一対の電極１２と、前記電極間にあって２次元的に配置され、断面矩形の薄膜化したタングステンフィラメント１７とを具備し、基板上に積層した金属膜をフォトレジスト法で形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極と、前記電極間にあって２次元的に配置され、断面矩形の薄膜化したフィラメント材とからなることを特徴とする白熱光源。
【請求項２】
前記少なくとも一対の電極は基板上に設けられることを特徴とする請求項１記載の白熱光源。
【請求項３】
前記薄膜化したフィラメント材を複数個有することを特徴とする請求項１又は２記載の白熱光源。
【請求項４】
前記フィラメント材は、タングステン、ドープタングステン及びタングステン合金から選択された１つからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つ記載の白熱光源。
【請求項５】
基板を用意する工程と、
前記基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上にフィラメント材の薄膜を成膜する工程と、
前記フィラメント材薄膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
マスクを介して前記フォトレジスト膜を露光し、フィラメントパターンを形成する工程と、
前記フィラメント材薄膜をエッチングして前記フィラメントパターンを有するフィラメント材薄膜を形成する工程と、
前記フィラメントパターンを有するフィラメント材薄膜下の前記金属膜を選択的に除去する工程と、
からなることを特徴とする白熱光源の製造方法。
【請求項６】
前記フィラメントパターンを有するフィラメント材薄膜下の前記金属膜をウエットエッチングにより除去することを特徴とする請求項５記載の白熱光源の製造方法。
【請求項７】
前記フィラメント材は、タングステン、ドープタングステン及びタングステン合金から選択された１つからなることを特徴とする請求項５又は６記載の白熱光源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光源となるフィラメント材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱電球は、ガラスからなるバルブの一端に一対の導入線を直接或いは導入線を備えたステムを封止し、前記導入線間にタングステン線を巻回したフィラメントコイルのレグ部を継線すると共にバルブ内部を真空にするか、或いはアルゴンを主体とする不活性ガスを封入した構造が採られている。
【０００３】
そして、導入線を介しフィラメントコイルの両端に電圧を印加すると、フィラメントコイルに電流が流れ、タングステン線の電気抵抗によって、オームの法則とジュールの法則に基づく熱エネルギーでタングステン線が加熱されて発光する。
【０００４】
一般に、従来の白熱電球に用いるタングステンフィラメントは断面形状が円形の線状体からなり、主としてモリブデン線を芯材として、それにタングステン線を巻線加工し、高熱処理を施した後、酸処理によって芯材を溶解除去して得られる。
【０００５】
また、発光体として電球に用いられるタングステンフィラメントを細長い板状に成形し、通電による発光に必要な電気抵抗を得るようにすることは特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３４９４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した方法で製造されたタングステンフィラメントは、その断面形状がほぼ円形であることから通電による発光が放射状に生じ、このため光の指向性が小さいという問題があり、また、バルブ封止や継線するため、構造的に全高を低くできないという問題もあった。
【０００８】
消費電力はフィラメントの電気抵抗で決まるので、同一の長さのフィラメントの消費電力はその断面で決まる。また、全光束量はフィラメントの表面積に比例するので、断面形状が円形である従来のフィラメントでは、その消費電力当たりの全光束量が最も少ないため、光束を得るのに設計上フィラメント長を長くする必要があった。
【０００９】
発光に必要な印加電圧は電気抵抗に比例する。抵抗はフィラメントの断面積に反比例するので、従来のバルクのフィラメントの低電圧での発光には限りがある。
【００１０】
また、従来のフィラメントを用いた白熱光源は一般的に断線したら、光源としての機能を失っていた。
【００１１】
それ故、本発明の目的は、前記した従来のタングステンフィラメントの問題点を解消し、光の指向性と消費電力当たりの全光束量を高め、形状的に全高を低くし上面をフラットにでき、且つ低電圧でも点灯可能でハイブリッド化が容易なタングステン発光源の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によると、白熱光源は、少なくとも一対の電極と、前記電極間にあって２次元的に配置され、断面矩形の薄膜化したフィラメント材とを具備している。
【００１３】
本発明の第２の態様によると、白熱光源の製造方法は、基板を用意する工程と、前記基板上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上にフィラメント材の薄膜を成膜する工程と、前記フィラメント材薄膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、マスクを介して前記フォトレジスト膜を露光し、フィラメントパターンを形成する工程と、前記フィラメント材薄膜をエッチングして前記フィラメントパターンを有するフィラメント材薄膜を形成する工程と、前記フィラメントパターンを有するフィラメント材薄膜下の前記金属膜を選択的に除去する工程とを具備している。
【発明の効果】
【００１４】
従来のフィラメントとして最小の径は、直径５．７μｍである。この断面積は２６μｍ２である。仮に、厚さ１μｍ、幅１３μｍの薄膜フィラメントを作製した場合、その断面積は、従来の最小のフィラメントの１／２の１３μｍ２となり、従来のフィラメントの１／２の電圧で点灯可能である。さらに、薄く幅の狭い薄膜フィラメントは容易に作製できるので、点灯可能な電圧は容易に下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
最初に、消費電力と全光束量との関係を考慮してフィラメントの断面が円形よりも矩形の方が全光束量が有効であることについて説明する。
【００１６】
図１に示すように、フィラメントの断面が円形（ａ）と矩形（ｂ）とする。円の半径をｒとし、矩形の幅をｗ、高さをｔとすると、円形のフィラメントの断面積ＳＢ及び矩形のフィラメントの断面積ＳＦはそれぞれ式１で表される。
【００１７】
ＳＢ＝πｒ２、  ＳＦ＝Ｗｔ                      式１
また、円形フィラメントの周囲の長さＬＢ及び矩形フィラメントの周囲の長さＬＦはそれぞれ式２で現わされる。
【００１８】
ＬＢ＝２πｒ、  ＬＦ＝２（Ｗ＋ｔ）            式２
ここで、断面積が同じであれば、同じ消費電力になることから、ＳＢ＝ＳＦとした場合、式１より下記のような式３が導かれる。
【数１】
2007194033.tif 000003
【００１９】
光束量は周囲の長さに比例することから、光束量の比ＬＦ／ＬＢを考えると、式２及び式３から下記のような式４が導かれる。
【数２】
2007194033.tif 000004
【００２０】
前記式４により断面積が同じであれば、同じ電圧で点灯させた場合、円形よりも矩形の方が全光束量は常に大きいことが分かる。
【００２１】
図２は膜厚と全光束量との比の関係を示すグラフである。膜厚が小さくなるほど円形と矩形である薄膜フィラメントの全光束量の比は大きくなることが分かる。
【００２２】
次に、本発明による実施例を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図３（ａ）−（ｈ）は薄膜フィラメントを用いた白熱光源の作製プロセスを示す。即ち、アルミナ基板１１上にメッキによって銅の厚膜１２を形成する（図３ａ）。次いで、銅厚膜１２上にマグネトロンスパッタ法でタングステンの薄膜１３を成膜する（図３ｂ）。
【００２４】
しかる後、紫外線感光性のフォトレジストをスピンコートしてフォトレジスト膜１４を形成する（図３ｃ）。フィラメントパターンを有するマスク１５を用いて前記フォトレジスト膜１４を紫外光により露光する（図３ｄ）。フォトレジスト膜の感光した部分を強アルカリ溶液で溶かすと残留したフォトレジスト膜にフィラメントパターン１６が転写される（図３ｅ）。
【００２５】
タングステン薄膜１３をドライエッチングしてフィラメントパターン１６以外の不要な部分を除去する（図３ｆ）。フィラメントパターン形状を有するタングステン薄膜１７上のフィラメントパターン１６を有機溶媒で溶解し、除去する（図３ｇ）。しかる後、フィラメントパターンを有するタングステン薄膜１７下にある銅厚膜１２をウエットエッチングにより除去する（図３ｈ）。このようなプロセスによりタングステンフィラメントを用いた白熱光源は完成する。
【００２６】
なお、実施例においては、基板としてアルミナ基板を使用しているが、シリコン基板等を用いることもでき、また、電極として銅を用いているが、金などの他の金属材料でもよい。
【００２７】
さらに、前記実施例において、フィラメント材として純タングステンを使用しているが、一般的に用いられているドープ剤を含有するドープタングステン又はレニウム（Ｒｅ）を含有するＲｅ−Ｗの合金からなるレニウムタングステンを使用することもできる。
【００２８】
ドープタングステンはＡｌ、Ｓｉ、Ｋ等の微量添加により、再結晶温度が高く、ノンサグ性に優れている。また、レニウムタングステンはＲｅ−Ｗの合金により高温強度、再結晶後の延性に優れている。
【００２９】
図４は、図３（ｈ）の拡大斜視図であって前記プロセスにより形成され、薄膜化したタングステンフィラメントを有する白熱光源１０を示す。この白熱光源１０は基板１１、一対の電極１２及び基板上において２次元的或いは平面的に配置されたタングステン薄膜１７から構成される。
【００３０】
また、前記プロセスにより、発光部の寸法をそれぞれ膜厚０．５μｍ、幅５０μｍ、長さ０．８ｍｍとしている。さらに、前記基板１１に対して発光部であるタングステン薄膜１７が接触しないように前記電極１２である銅薄膜を８０μｍとしている。
【００３１】
図５は、前記薄膜タングステンフィラメント１７からなる白熱光源１０を減圧したチャンバー内で点灯に伴う電圧（Ｖ）・電流（ｍＡ）値を示す。
【００３２】
従来の小型白熱電球点灯時の電圧・電流値は１．５Ｖ／７０ｍＡであるのに対して、本発明による薄膜タングステンフィラメントを用いた白熱光源の点灯時の電圧・電流値は０．７Ｖ／７．８ｍＡが得られた。
【００３３】
図６は、薄膜化したタングステンフィラメントを複数個有する白熱光源２０の平面図を示す。即ち、前記した白熱光源２０においては、基板２１上に複数対の電極２２が形成され、図４と同様に、一対の電極２２間には薄膜化したタングステンフィラメント２３が設けられており、各電極２２にはリード線２４が接続されている。
【００３４】
このような構造にすれば、前記リード線２４を結線することにより、前記各タングステンフィラメント２３を直列或いは並列に接続されて、種々の用途に対応することが可能となる。また、並列にした場合は、フィラメントの１箇所が断線しても点灯し続けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の円形フィラメント（ａ）と本発明における矩形フィラメント（ｂ）を示す斜視図である。
【図２】膜厚と全光束量との比の関係を示すグラフである。
【図３】薄膜フィラメントを用いた白熱光源の作製プロセスを示す図である。
【図４】本発明の実施例による薄膜化したタングステンフィラメントを有する白熱光源の拡大斜視図である。
【図５】本発明の実施例による薄膜タングステンフィラメントからなる白熱光源を減圧したチャンバー内で点灯に伴う電圧（Ｖ）・電流（ｍＡ）値を示す。
【図６】本発明の実施例による薄膜化したタングステンフィラメントを複数個有する白熱光源を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…白熱光源、１１…基板、１２…銅の厚膜、１３…タングステン薄膜、１４…フォトレジスト膜、１５…マスク、１６…フィラメントパターン、１７…タングステン薄膜、２０…白熱光源、２１…基板、２２…電極、２３…タングステンフィラメント、２４…リード線
【図１】
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【図２】
2007194033.tif 000006
【図３】
2007194033.tif 000007
【図４】
2007194033.tif 000008
【図５】
2007194033.tif 000009
【図６】
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