(57)【要約】      （修正有）【課題】動作中にアノードとカソードとの間に提供される電界の均一性を向上し、放射光の分布を向上できる電界放出照明装置を提供する。【解決手段】アノード１０４とカソード１０２を備え、カソードの形状は真空容器１００の形状をもとに選択される。カソードは、真空容器の下部に、ベース構造１０６に向かって配置され、カソード表面とアノード構造との距離は、光学軸１１６に沿って最大になり、最短距離は、光学軸からの中心角が増えるに従って小さくなり、カソードの形状は、光学軸の−９０度から９０度の間で、電界強度の差が５０％未満の分布を有する電界強度を提供し、カソードは、光学軸に沿う法線を有する面について実質的に円形の断面を有し、円形の断面と垂直な面について実質的に楕円形の断面を有し、楕円形の断面における法線に沿う半軸の長さに対する法線に垂直な半軸の長さの比率は１．０５から２である。【選択図】図１
0003220295.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電界放出照明装置において、
電球状の真空容器であって、
前記電界放出照明装置の光学軸に沿って配置される電界放出カソードと、
透明導電層および光変換層への電子を含み、前記真空容器の内側に沿って配置されるアノード構造と、を有する真空容器と、
前記真空容器の下端に設けられるベース構造であって、前記ベース構造は、前記ベース構造内に電気的に一体化され、前記アノード構造および前記カソードに接続される電源を有し、前記電源は、電子が前記カソードから前記アノード構造に放出されるよう電圧を印加するように構成される、ベース構造と、
を備え、
前記電界放出カソードは、前記真空容器の所定の形状に基づいて選択される形状を有し、
前記電界放出カソードは、前記真空容器の下部に、前記真空容器の下端の前記ベース構造に向かって配置され、
前記カソードの表面と前記アノード構造との距離は、前記光学軸に沿って最大になり、前記カソードの表面と前記アノード構造との最短距離は、前記光学軸からの中心角が増えるに従って小さくなり、
カソードの形状の選択は、５０％未満異なる電界強度を提供し、
前記カソードは、前記光学軸に沿う法線を有する面について実質的に円形の断面を有する、実質的に楕円形の形状を有し、前記法線に沿う半軸と他の二本の半軸との比率は１．０５から２である、電界放出照明装置。
【請求項２】
前記カソードの表面と前記アノード構造との前記距離は、０．１ｍｍから１００ｍｍの間である、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項３】
前記カソードの形状の選択は、前記アノード構造内に均一な電流密度をもたらす電子の経路を提供する、請求項１または２に記載の電界放出照明装置。
【請求項４】
前記電界放出照明装置は、前記真空容器と前記ベース構造との間に配置された導電構造をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電界放出照明装置。
【請求項５】
前記導電構造は、前記カソードの電位Ｖｃに関する電位Ｖｐにて、Ｖｐ―Ｖｃが正になるように構成され、（Ｖｐ―Ｖｃ）／（Ｖａ―Ｖｃ）が０から２の範囲になるように、前記アノード構造の電位Ｖａに基づいて構成される、請求項４に記載の電界放出照明装置。
【請求項６】
前記電球状の真空容器は、半球、半パラボラ、もしくは半楕円状であり、前記ベース構造への円筒状、円錐状、もしくは直線状の接続を有する、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電界放出照明装置に関する。本考案は、さらに、そのような電界放出照明装置で使用する電界放出カソードの形状を選択することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の白熱電球は、現在、よりエネルギー効率がよく、環境への影響が少ない他の光源に切り替わっている。代替光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）装置および蛍光光源を含む。しかし、ＬＥＤ装置は比較的高価で作るのが複雑であり、また蛍光光源は水銀を含むことが知られ、それによって水銀暴露に伴う健康リスクによる潜在的な健康問題が提起される。さらに、水銀を含有することにより、蛍光光源のリサイクルは複雑でコストがかかる。
【０００３】
魅力的な代替光源が、電界放出照明の形で現れた。従来の電界放出照明装置は、アノード構造と電界放出カソードとを備え、アノード構造は、透明導電層と、例えば透明ガラス管の形で提供される真空容器の内面に塗布される蛍光体の層のような光変換層からなる。蛍光体層は、カソードから放出される電子によって励起されると光を放出する。
【０００４】
従来より知られる電界放出照明装置は、しばしば管の形状をしており、従来の電球の形状をしていることは滅多にない。よって、電界放出照明装置に、例えば従来の白熱電球および対応するコンパクトな蛍光光源を後付けするのに適した形状因子を提供する必要がある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
電界放出照明装置の上記した所望の性質について、本考案の全体の目的は、例えば放射光の分布の向上によって、電界放出照明装置の性能の向上を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、真空容器内のカソードの代替形状および位置によって、カソードの外面に、最も重要なのはカソード表面の上半部に、より均一な電界を提供でき、それによって、ひいては、電子に入射するより均一な電子の分布を、電子エネルギーを例えば可視光に変換するのに用いられる光変換層に提供することを実現することに基づいている。したがって、形状および位置のこの選択および／または適合は、電界放出照明装置から放出される光の均一な空間的分布を可能にしうる。
【０００７】
本考案の第一の態様によれば、これらのおよび他の目的は、電界放出照明装置の光学軸に沿って配置される電界放出カソードと、透明導電層と光変換層への電子とを備え真空容器の内側に沿って配置されるアノード構造とを備える電球形状の前記真空容器と、前記真空容器の下端に設けられるベース構造と、を備える電界放出照明装置によって達成され、前記ベース構造は前記ベース構造内に電気的に一体化され前記アノード構造および前記カソードに接続される電源を備え、前記電源は、電子が前記カソードから前記アノード構造に放出されるよう電圧を印加するよう構成され、前記電界放出カソードは、前記カソードと前記アノード構造との距離が他の軸に沿うよりも前記光学軸に沿う方が大きくなるよう、前記真空容器の形状に基づいて選択される形状を有し、前記真空容器の下部に前記ベース構造に向かって配置され、それによって、前記カソードと前記アノード構造との距離が前記光学軸からの中心角が増えるのに伴って小さくなり、それによって前記電界の均一性が向上する。
【０００８】
本考案の文脈では、光学軸は、その周りに光学系から出力される光の回転対称が存在する軸と定義され、すなわち、本考案によれば、独創的な電界放出照明装置である。真空容器の（予め）決められた形状に基づいて電界放出カソードの形状および位置を選択する効果は、電界放出照明装置によって放出される光の均一性が向上する可能性である。真空容器の形状要因（例、形）は、あるいは、例えば後付け電球のような後付け照明装置に用いられる形状要因に関して、概して設計考慮によって決定される。
【０００９】
このように、カソード構造の所定の形状および適合によって、カソードの表面とアノード構造との距離が光学軸に沿うと最大になり、カソードの表面とアノード構造との最短距離は、光学軸からの中心角が大きくなるのに伴って小さくなる。
【００１０】
市場で入手できる光源は、好ましくは比較的寿命が長くなくてはならない。電界放出の技術分野においては、電界放出照明装置の寿命は、少なくとも部分的に、例えば照明粉粒体のような電子の光変換層（例、いわゆる蛍光体層）への変質によって、具体的には単位面積当たりの蓄積した電荷、すなわち経時入射電流密度により、決定される。したがって、光変換層への電子によって覆われる面積が可能な限り大きいアノード構造を用いることが望ましい。加えて、そのような市販可能な光源は、概して、同じ“ユニット”、あるいは照明装置の底部に設けられる必要な駆動エレクトロニクスを備える。またさらに、上記のように、照明装置は、概して電球である、今日既に市販されている光源に似た形状因子を有するのが好ましい。したがって、独創的な電界放出照明装置の形状因子は、今日入手可能な電球に似ているのが好ましく、同時にアノード構造の面積は最大であるべきなので、結果真空容器は概して半球として形成され、あるいは、動作の前に容器を真空にするため、および通常はアノードとカソードに電気接続フィードスルーを供給するために用いられる、例えばいわゆるポンプステム（真空容器の底部）の空間を利用するために、ベース構造に向かう下端の筒状の延長を有する。上述に続き、カソードの最も自然な位置は概して球の中心である。本実施形態における独創的な照明装置の設計はこのように真球とは異なるので、結果的にカソード上の電界は不均一になる。
【００１１】
電流は、ファウラーノルドハイム方程式：
【００１２】
【数１】
0003220295.tif 000003
【００１３】
に従い、
Ａｒは実効エミッタ面積であり、
ａは一次ファウラーノルドハイム定数；
【００１４】
【数２】
0003220295.tif 000004
【００１５】
であり、
ｂは二次ファウラーノルドハイム定数；
【００１６】
【数３】
0003220295.tif 000005
【００１７】
である。
【００１８】
Φは単位ｅＶの仕事関数であり、βは無次元の増強因子である。
【００１９】
したがって、電界の変化は電流の変化につながる。
【００２０】
適切な印加電圧（概して１０ｋＶ未満）での電界放出を達成するために、特別に設計された構造が、電界強度を局所的に高めるために、一実施形態で用いられうる。一般的な目安としては、電界放出を達成するのに１ＧＶ／ｍが必要である。本考案では、これは例えば一実施形態において、一つまたは好ましくは二つの工程で達成されうる。マクロ電界は、ここで定義されるように、基本的なマクロジオメトリおよび印加電圧によって提供される。本考案では、マクロ電界は、全体として（たとえ真球対称であっても）球対称の電界として定義され、
【００２１】
【数４】
0003220295.tif 000006
【００２２】
で示される。
【００２３】
Ｖは印加電圧、Ｒは外球の半径（アノード）であり、ｒは内球の半径（カソード）である。Ｖは一般的に１−２０ｋＶの範囲にあり、１−１０ｋＶの範囲にあるのが好ましい。ｒおよびＲは、（上述のように）例えば真空容器の所望の形状因子によって決定される。簡潔にするために、上記のマクロ電界は以降、単に“電界”または“電場”とも称する。
【００２４】
電界放出を達成するための十分な電界強度に達するために、本考案の一実施形態において、ナノメートルレベルまでジオメトリを加えることによってマクロ電界を増幅させるのが好ましい。第一（および場合によっては任意の）工程は、ミクロ突起をカソード球面に加えることで、マクロ電界をカソード面上で局所的に高めることである。第二工程は、ナノ構造を用いることである。両者とも、下記に簡潔に説明する。
【００２５】
光出力は、概して（ある一定の範囲内で）電流に比例すると見なすことができるので、もし均一な光出力を望むならば、カソード面上でマクロ電界を均一に保つことがきわめて重要である。カソード面の不均一な電界強度は、概して不均一な電子の放出につながり、光変換層への不均一な電子の照射ひいては不均一な光出力につながる。これを実践的に達成するために、マクロ電界は、好ましくは、カソード面の関連領域、概しておよそカソードの上半部にわたって、可能な限り均一であるべきである。あるいはまた、本考案によると、カソード面の関連領域にわたって、ミクロ突起の大きさの分布を注意深く制御することが可能でありうる。
【００２６】
上述のように、光変換層への電子は、例えば、入射する電子からのエネルギーを光に変換するよう構成された蛍光体層を備えうる。あるいはまた、入射する電子からのエネルギーを光に変換する量子ドットを導入もしくは用いることも可能でありうる。
【００２７】
本考案の一実施形態によれば、前記カソードと前記アノード構造との前記距離は、０．１ｍｍから１００ｍｍの間、好ましくは０．２ｍｍから７０ｍｍの間、最も好ましくは０．５ｍｍから４０ｍｍの間で変化する。さらに、この大きさの電界放出照明装置は、例えば標準のＡ１９電球に匹敵しうるので、今日使われている多くの照明器具に適している。他の型の所定の形状はもちろん本考案の範囲内で可能である。
【００２８】
本考案の別の実施形態によれば、前記カソードは実質的に楕円形に形成され、前記光学軸に沿う法線を有する面について実質的に円形の断面を有し、前記法線に沿う半軸（ａ）と他の二本の半軸（ｂ）との比率は、比率ｂ／ａが１．０５から２の範囲にある。カソードを扁平な球形にすることで、実質的な楕円形により、真空容器内に均一な電界強度を提供することができる。すなわち上述の内容と十分に一致する。
【００２９】
本考案の一実施形態において、カソードの形状を選択することは、５０％未満、より好ましくは２０％未満、最も好ましくは１０％未満異なる電界強度を提供する。カソードの形状を選択することは、概して、電子の軌道を提供し、前記アノード構造の均一な電流密度につながる。
【００３０】
本考案のさらに別の実施形態によれば、前記電界放出照明装置は、前記真空容器と前記ベース構造との間に配置された導電構造をさらに備えうる。（すなわち、概して真空容器の外側にある。）前記導電構造は、本考案によれば、Ｖｐ―Ｖｃが正になるよう、カソードの電位Ｖｃについて電位Ｖｐで配置され、そして（Ｖｐ―Ｖｃ）／（Ｖａ―Ｖｃ）が０から２の範囲になるよう、前記アノード構造の電位Ｖａに基づいて配置されるのが好ましい。そうすることで、カソードからの電子を受け取るアノード構造の領域をさらに向上するために、アノード構造の下方領域、すなわちベース構造により近い部分によって受け取られる電子の軌道をさらに調整する。そのような導電構造は、加えて、電源をベース構造に向かって入射する電子から保護し、そしてまた、カソードおよび真空容器を、電源から発生する、分布し変化する電磁界から保護しうる。さらに、そのような導電構造は、その上面が、アノード構造から外側でなく内側に放出された光を反射するよう作られ、そしてさらに電界放出照明装置から放出される全光を向上させうる。またあるいは、導電構造は、真空容器の底部の内面に配置されうる。
【００３１】
本考案の別の実施形態によれば、前記カソードは、中心から中心の距離が１０μｍから１００μｍ、より好ましくは１０μｍから６０μｍ、最も好ましくは１０μｍから４０μｍで高さが５μｍから６０μｍであるよう突出ベース構造が配置される、基板に配置される前記突出ベース構造のアレイと、前記突出ベース構造のそれぞれに配置される少なくとも一つのナノ構造と、をさらに備えうる。
【００３２】
突出ベース構造は、上述のようにベース構造に配置されるナノ構造からの電界放出を達成するためにカソードに印加される必要がある電圧に関して有利でありうる。突出ベース構造のない表面については、提示した構造とは対照的に、電界放出を達成するのにより高い電圧が必要となる。提示した構造では、電圧が突出ベース構造に集中し、それによって、フィールドエミッタとして機能するナノ構造の位置で電界がより高くなる。
【００３３】
本明細書の文脈では、ナノ構造という文言は、少なくとも一つの寸法が  およそ数百ナノメートルまでの構造を表す。そのようなナノ構造は、例えば、ナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤ、ナノペンシル、ナノスパイク、ナノフラワー、ナノベルト、ナノニードル、ナノディスク、ナノウォール、ナノファイバー、ナノスフェアを含みうる。さらに、ナノ構造はまた、前述の構造のどれを合わせても形成されうる。ナノ構造のより好適な方向は、カソード面に実質的に垂直な方向である。本考案の一実施形態によれば、ナノ構造はＺｎＯナノロッドを備えうる。
【００３４】
本考案の代替の実施形態によれば、前記ナノ構造は、カーボンナノチューブを含みうる。カーボンナノチューブは、一部は、その細長い形状によって先端でより高い電界を集中させ生成しうるため、またその電気的特性のために、フィールドエミッタナノ構造として好適でありうる。
【００３５】
本考案の一実施形態によれば、前記突出ベース構造は、四角錐状である。突出ベース構造は四角錐状であるのが好ましい。四角錐は鋭くはっきりした先端を提供することで、さらに電界を集中させ、またフィールドエミッタとしてのナノ構造により高い電界を提供しうる。円筒、四角形の突起、あらゆる不規則な突出ジオメトリ等の他の型の突出ベース構造は、本考案の範囲内でもちろん可能である。本考案の一実施形態によれば、前記突出ベース構造は、ベースの大きさが２０μｍから４０μｍである四角錐状である。
【００３６】
本考案の別の実施形態によれば、電球状の真空容器は半球、半パラボラ、もしくは半楕円状であり、前記ベース構造への円筒状、円錐状、もしくは直線状の接続を備える。ベース構造への接続は、カソードを、真空容器内の異なる点で光学軸に沿って位置させる能力を提供しうる。有利には、これによって、カソードの形状が制限されている場合も、均一な電界を可能にしうる。
【００３７】
さらに、この特徴はまた、電界放出照明装置を、例えばエジソンねじ込み口金のような標準の白熱電球ソケットに後付けするものとして使用する能力を提供しうる。加えて、この大きさの電界放出照明装置は、標準のＡ１９電球に匹敵しうるので、今日使われている多くの照明器具に適している。
【００３８】
本考案の別の態様によれば、電界放出照明装置で使用する電界放出カソードの形状を選択することが提供され、前記電気放出照明装置は、アノード構造が透明な導電層および光変換層への電子を備える、真空容器の内側に沿って配置される前記アノード構造を有する電球状の前記真空容器と、前記真空容器の下端に設けられるベース構造と、を備え、前記電界放出カソードは前記電界放出照明装置の光学軸に沿って前記真空容器の下部に前記ベース構造に向かって配置され、前記アノード構造によって覆われる前記真空容器の内側の形状を決定することと、前記アノード構造と相関して前記電界放出カソードが前記真空容器の下部に配置される位置の空間関係を決定することと、前記真空容器の内側の前記電界放出カソードと前記アノード構造との距離が他のどの軸に沿うよりも前記光学軸に沿う方が大きくなるよう、前記電界放出カソードの形状を選択し、それによって、前記電界放出カソードと前記アノード構造との距離が前記光学軸からの中心角が増えるのに伴って小さくなることと、を備える。本態様は、本考案の前の態様に関連した同様の利点を提供する。
【００３９】
本考案のさらなる特徴および利点は、添付の請求の範囲および以下の記述を参照すると明らかになる。当業者であれば、本考案の異なる特徴は、本考案の範囲を逸脱することなく、組み合わせて以下で記述する以外の実施形態を作り出しうることを理解する。
【００４０】
独自の特徴および利点を含む本考案の種々の態様は、以下の詳細な記述および付属の図面からすぐに理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本考案の一実施形態による電界放出照明装置の模式的な断面図。
【図２ａ】適切に形成されたカソードの考案概念を適用する例と適用しない例を、あるいは上述のような導電構造と組み合わせて示す。
【図２ｂ】適切に形成されたカソードの考案概念を適用する例と適用しない例を、あるいは上述のような導電構造と組み合わせて示す。
【図２ｃ】適切に形成されたカソードの考案概念を適用する例と適用しない例を、あるいは上述のような導電構造と組み合わせて示す。
【図２ｄ】適切に形成されたカソードの考案概念を適用する例と適用しない例を、あるいは上述のような導電構造と組み合わせて示す。
【図２ｅ】適切に形成されたカソードの考案概念を適用する例と適用しない例を、あるいは上述のような導電構造と組み合わせて示す。
【図３】本考案の現在好ましい実施形態による電界放出照明装置の図。
【考案を実施するための形態】
【００４２】
本考案は、本考案の現在好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して、以下により完全に説明される。しかしながら、本考案は、多くの異なる形状で実施されうるので、本明細書で述べる実施形態に限定されると見なすべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底性と完璧性を期するために提供され、本考案の範囲を当業者に完全に伝える。全体として、同じ参照文字は、同じ要素を表す。
【００４３】
この詳細な説明において、本考案による電界放出照明装置の実施形態は、主に、実質的に楕円形のカソードを備える電界放出照明装置を参照して述べられる。尚、これは決して本考案の範囲を限定するものではなく、例えば他の形状の真空容器もしくはカソードで用いるような、他の状況においても応用可能である。
【００４４】
本考案は、添付の図面を参照して説明される。図面は初めに構造に注目し、次に電界放出照明装置の機能を説明する。
【００４５】
図１では、電界放出照明装置１１８は断面を介して表され（すなわち側面図）、真空容器１００および真空容器１００の内側に沿うアノード構造１０４が示される。アノード構造１０４は、透明な導電層および、例えばＰ２２のような標準蛍光体（および／または例えば上記の量子ドット）を用いた蛍光体層のような光変換層への電子を備える。さらに、（上述し、また以下で詳しく述べる）わずかに楕円形を有する電界放出カソード１０２は、電界放出照明装置１１８の光学軸１１６に沿って配置され、電界放出照明装置１１８のベース構造１０６に近接して、真空容器１００の下端に配置される。尚、図示した実施形態における電界放出カソード１０２は、本考案によると、上から見た場合（すなわち上面図であり、図３からも見ることができる）円形状であるのが好ましい。光学軸は、カソード内の中心点を介して延長する。
【００４６】
ベース構造１０６は、アノード構造１０４の透明な導電層およびカソード１０２に電気接続される（図示せず）電源１０８を備える。電源は、好ましくは、ＤＣ（直流電流）電圧をアノード構造１０４およびカソード１０２に伝えうる。他の選択肢は本考案の範囲内で可能である。図１で示す実施形態では、電界放出照明装置１１８は、導電構造１１０を、例えば電源１０８に電気接続される（図示せず）導電性の“シールド”“ホイル”もしくは“プレート”の形状で、さらに備える。
【００４７】
第一の矢印は、光学軸１１６に沿った、カソード１０２からアノード構造１０４への距離を示し、第二の矢印１１４は、カソードの中心点を介して延長するまた別の軸に沿った、カソード１０２の表面からアノード構造１０４への距離を示す。つまり、第二の矢印１１４は、光学軸１１６と比較して角度をなす。第一の矢印１１２に沿った距離は、第二の矢印１１４に沿った距離よりも大きい。これはカソード１０２の形状および位置のためである。さらに、カソード１０２とアノード構造１０４との距離は、第二の矢印１１４に示される光学軸１１６からの中心核の関数として、円滑に継続的に減少する。図１では、真空容器１００の典型的なポンプステム１２０を追加で示す。このように、カソードの表面とアノード構造との最短距離は、第一の矢印１１２と第二の矢印１１４との角度に伴って増える。
【００４８】
図２ａでは、カソードの状況による電界強度のグラフを示す。図２ａの電界強度値（尚、絶対値は印加電圧によるため、対象ではない）は、球状のカソードジオメトリ（すなわち、典型的な従来技術の電界放出カソード）から計算される。説明されるアーク長は、（カソードの上端面の点から点の太線で示すように）光学軸から−９０度で始まり、光学軸から＋９０度で終わる。図２ａから、球状のカソードの場合の電界強度の最大値は光学軸の方向で、光学軸と直交する方向は電界強度が最も低いことが明らかであり、また、より重要なのは、明らかに変動が大きいことである。使用すると、球状のカソードは、光学軸に向かう電子の放出を増加させ、同軸に直交する方向への放出はより少なく、放射光の均一な分布を提供しない。従来技術の電界放出照明装置に関連して提供される対応する電子の軌道は、図２ｂで見られる。
【００４９】
図２ｃでは、カソードの光学軸を備えた状況による電界強度のグラフを示す。図２ｃにおける電界強度値は、例えば、図１の電界放出照明装置１１８に関して示されるように、より理想的な方法で本考案の真空容器の半球部分の中心の下に（好ましくは０―５ミリ下）に位置する、実質的に楕円形のカソードから計算される。図２ｃの図を介して提供される情報により、本考案のカソードの光学軸を備える状況による電界強度は、図２ａおよび２ｂに図示する従来技術と比べ、カソードの表面の（改良され）実質的に均一な電界強度を提供することが教示される。その結果となる電界強度は、使用の際、アノード構造に向かって放射される電子の実質的に均一な分布を提供する。（蛍光体層のような光変換層への電子を概して備える）アノード構造に入射する電子は、例えば変換過程に使用される蛍光材料の励起を介して、電子が光変換層に衝突した際に光を生成する。そしてそれによって、電界放出照明装置から放出される実質的に均一な空間分布を生成する。それに対応して、考案概念に沿って提供される調節された電子の軌道が、図２ｄに関連して図示される。
【００５０】
最適な形状を有し、最適な位置に位置する新規のカソード形状を導入すると、電界の均一性は図２ｃに示すように、＋／−５パーセントと、大きく向上しうる。図２ｄから分かるように、対応する電子の軌道は、当該電子の軌道が真空容器の半球のほとんどを覆うよう、対応して調節される。（例えば電位Ｖ＝Ｖ（アノード）を用いて）導電構造１１０を真空容器の下端に向けて追加で導入すると、電子の軌道は、半球以上が放出電子で覆われるよう、またさらに向上する。この概念は、図２ｅでさらに図示する。
【００５１】
電界放出照明装置１１８の特徴からの機能的態様を、図３を参照して説明する。図３は、図１に示した電界放出照明装置１１８の現在好まれる実施形態を表す。
【００５２】
図３において、カソード１０２およびアノード構造１０４に電気接続される電源１０８が、カソード１０２とアノード構造１０４とで異なる電位を供給する。電位差の典型的な値は、４−１２ｋＶの範囲であり（アノード電位はカソード電位よりも“より”正である）、これは本考案の特定の用途および実施形態に適用される。より小さいもしくはより大きい電位差も好適でありうるし、もしくは他の電位差の範囲もまた本考案の範囲内である。電位差は、電界放出照明装置１１８の動作中、カソード１０２からアノード構造１０４への電子の放出をもたらす。上述の透明導電層および光変換層への電子を備えるアノード構造１０４に入射する電子は、まず光変換層への電子に衝突し、そして光子を光変換層への電子から／によって放出させる。光子は透明導電層を介して移動し、観測者まで到達し、光が必要な部屋または他の場所を照らす。
【００５３】
さらに、図３のカソード１０２は、本考案によって形成され、位置する。電界強度の均一性が向上し、それによって電界放出照明装置１１８から放出される光の均一な空間分布を提供するよう、楕円形をしており、電球状の真空容器１００に基づいて選択される真空容器内に位置する。つまり、電界放出カソード１０２の形状を決定する過程は、概して、アノード構造１０４によって覆われる真空容器１００の内側の形状を決定することと、図１の矢印で示すようにアノード構造１０４と相関して電界放出カソード１０２が真空容器１００の下部に配置される位置の空間関係を決定することと、それから真空容器１００の内側に位置する電界放出カソード１０２とアノード構造１０４との距離が他のどの軸に沿うよりも光学軸に沿う方が大きくなるよう、電界放出カソード１０２の形状を選択し、それによって、電界放出カソード１０２とアノード構造１０４との距離が光学軸からの中心角が増えるのに伴って小さくなることと、を備える。その結果、図１、２ｂ、２ｄ、２ｅおよび３のすべてから分かるように、実質的に楕円形のカソードになる。
【００５４】
さらに、導電構造１１０は、図３の現在好ましい実施形態で示されており、電源１０８に接続され、特定の用途に適用される電位によってバイアスされる。導電構造１１０は、カソード１０２によって放出される電子から電源を保護するよう構成される。導電構造１１０を電位でバイアスすることによって、電源１０８のさらなる保護が達成される。導電構造１１０を電位でバイアスする別の目的は、電界強度をさらに高めることである。図３に示す現在好ましい実施形態では、ベース構造１０６の接続点１２０も含まれる。接続点は、標準の電球ソケットに嵌合するよう適応される。
【００５５】
図は工程の特定の順を示しうるが、工程の順は描写されものとは異なることがある。また、二つ以上の工程を、同時にもしくは部分的に同時に実行しうる。そのような変形例は、例えばシステムおよび設計考察による。そのような変形例はすべて、本開示の範囲内である。さらに、本考案がその特定の例示的な実施掲載を参照して説明されたとしても、多くの異なる変更、修正などは当業者に明らかになる。開示した実施形態の変形例は、図面、本明細書、および添付の請求の範囲を検討することで、請求した考案を実行する際に、当業者に理解され、作り出されることができる。さらに、請求の範囲において、“備える”という用語は他の要素もしくは工程を除外するものではなく、“一つ”もしくは“一つの”という不定冠詞は、複数形を除外するものではない。
【図１】
0003220295.tif 000007
【図２ａ】
0003220295.tif 000008
【図２ｂ】
0003220295.tif 000009
【図２ｃ】
0003220295.tif 000010
【図２ｄ】
0003220295.tif 000011
【図２ｅ】
0003220295.tif 000012
【図３】
0003220295.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月18日(2018.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電界放出照明装置において、
電球状の真空容器であって、
前記電界放出照明装置の光学軸に沿って配置される電界放出カソードと、
透明導電層および光変換層への電子を含み、前記真空容器の内側に沿って配置されるアノード構造と、を有する真空容器と、
前記真空容器の下端に設けられるベース構造であって、前記ベース構造は、前記ベース構造内に電気的に一体化され、前記アノード構造および前記電界放出カソードに接続される電源を有し、前記電源は、電子が前記電界放出カソードから前記アノード構造に放出されるよう電圧を印加するように構成される、ベース構造と、
を備え、
前記電界放出カソードは、前記真空容器の所定の形状に基づいて選択される形状を有し、
前記電界放出カソードは、前記真空容器の下部に、前記真空容器の下端の前記ベース構造に向かって配置され、
前記電界放出カソードの表面と前記アノード構造との距離は、前記光学軸に沿って最大になり、前記電界放出カソードの表面と前記アノード構造との最短距離は、前記光学軸からの中心角が増えるに従って小さくなり、
電界放出カソードの形状の選択は、光学軸の−９０度から９０度までの間で、電界強度の差が５０％未満となる分布を有する電界強度を提供し、
前記電界放出カソードは、前記光学軸に沿う法線を有する面について実質的に円形の断面を有し、前記実質的に円形の断面と垂直な面について実質的に楕円形の断面を有し、前記実質的に楕円形の断面における前記法線に沿う半軸の長さに対する前記法線に垂直な半軸の長さの比率は１．０５から２である、電界放出照明装置。
【請求項２】
前記電界放出カソードの表面と前記アノード構造との前記距離は、０．１ｍｍから１００ｍｍの間である、請求項１に記載の電界放出照明装置。
【請求項３】
前記電界放出カソードの形状の選択は、前記アノード構造内に均一な電流密度をもたらす電子の経路を提供する、請求項１または２に記載の電界放出照明装置。
【請求項４】
前記電界放出照明装置は、前記真空容器と前記ベース構造との間に配置された導電構造をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電界放出照明装置。
【請求項５】
前記導電構造は、前記電界放出カソードの電位Ｖｃに関する電位Ｖｐにて、Ｖｐ―Ｖｃが正になるように構成され、（Ｖｐ―Ｖｃ）／（Ｖａ―Ｖｃ）が０から２の範囲になるように、前記アノード構造の電位Ｖａに基づいて構成される、請求項４に記載の電界放出照明装置。
【請求項６】
前記電球状の真空容器は、半球、半パラボラ、もしくは半楕円状であり、前記ベース構造への円筒状、円錐状、もしくは直線状の接続を有する、請求項１に記載の電界放出照明装置。