発光装置及び面発光モジュール
【課題】蛍光体膜と反射板開口部との位置決めを容易にして製造工程を簡素化するとともに、発光効率を向上させることができる発光装置を提供する。
【解決手段】アノードガラス板１０を円板状に形成して中心部に円形の蛍光体膜１５を形成し、アノードガラス板１０とカソードガラス板１１との間に配設される反射板９の中心部に蛍光体膜１５と対向する開口部９ａを形成するとともに、円筒ガラス材１２に対して外縁を内接させた状態で反射板９を装入し、当該円筒ガラス材１２の両端部をアノードガラス板１０とカソードガラス板１１によって真空封止する。これにより、蛍光体膜１５に対し、反射板９の開口部９ａを容易且つ高精度に位置決めする。
【解決手段】アノードガラス板１０を円板状に形成して中心部に円形の蛍光体膜１５を形成し、アノードガラス板１０とカソードガラス板１１との間に配設される反射板９の中心部に蛍光体膜１５と対向する開口部９ａを形成するとともに、円筒ガラス材１２に対して外縁を内接させた状態で反射板９を装入し、当該円筒ガラス材１２の両端部をアノードガラス板１０とカソードガラス板１１によって真空封止する。これにより、蛍光体膜１５に対し、反射板９の開口部９ａを容易且つ高精度に位置決めする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極電子放出源から電界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及び面発光モジュールに関する。
【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、真空中で冷陰極電子放出源から電界放出され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る冷陰極電界放出型の発光装置が開発されており、電界放出型照明ランプ（Field Emission Lamp:FEL）や電界放出型表示装置（Field Emission Display:FED）としての用途が見込まれている。
【０００３】
これら発光装置のうち、特に、ランプ用の光源等に用途が特化されるＦＥＬは、ガラス基板が所定間隔で対向配置された真空容器内に、カソード電極やアノード電極等を配置した簡単な構成で実現することができる。
【０００４】
この種のＦＥＬとして、例えば、特許文献１には、直方体形状の真空容器内に投光面側から基底面側に向かって、アノード電極、ゲート電極、カソード電極を順に配置し、アノード電極の上層に蛍光体膜を形成すると共に、ゲート電極上のアノード電極との対向領域に複数の円孔からなるゲート開口部を穿設した技術が開示されている。さらに、蛍光体膜から真空容器内に放射された光についても有効利用するため、特許文献１に開示されたＦＥＬでは、蛍光体膜に対向する領域に開口部を有する反射板が、アノード電極とゲート電極との間に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】２００７−３２９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のようなＦＥＬにおいて、カソード側から放出された電子によって蛍光体膜を効率よく発光させるためには、ゲート開口部や反射板開口部等を蛍光体膜に対して精度良く位置決めすることが重要となる。しかしながら、上述のようなＦＥＬの製造には、各電極等を真空容器内に封止するための熱工程を必要とする。また、一般に、真空容器はガラス等で構成され、反射板等はアルミニウム等の金属で構成されるため、これらの線膨張係数は互いに異なる。従って、ＦＥＬの製造に際しては、反射板等を真空容器側に対して直接的に接着等することができず、各部の位置決めが極めて困難となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蛍光体膜と反射板開口部との位置決めを容易にして製造工程を簡素化するとともに、発光効率を向上させることができる発光装置及び面発光モジュール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】
【０００８】
本発明の発光装置は、中心部に円形の蛍光体膜が塗布された円板状のアノードガラス板と、前記蛍光体膜に対向する電子放出源を備えたカソード板と、前記アノードガラス板と前記カソード板との間に配設され、中心部に前記蛍光体膜に対向する開口部を有すると共に当該開口部の周部に前記蛍光体膜で発光した光を反射する反射部を有する反射板と、前記反射板の外縁が内接する円筒材とを備え、前記反射板を装入した円筒材の両端部を、前記アノードガラス板と、前記カソード板によって真空封止したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の面発光モジュールは、前記発光装置を光源として複数配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛍光体膜と反射板開口部との位置決めを容易にして製造工程を簡素化するとともに、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発光装置の要部を示す分解斜視図
【図２】電極ユニットの要部を示す分解斜視図
【図３】アノードガラス板を取り除いて発光装置の要部を示す平面図
【図４】発光装置を図３のIV−IV線に沿って示す要部断面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う要部断面図
【図６】発光装置の組立工程を示す説明図
【図７】（ａ）はブレーキランプの要部断面図であり（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図
【図８】カソード板の変形例を示す要部断面図
【図９】カソード板の変形例を示す要部断面図
【図１０】反射板の保持構造の変形例を示す分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１において符号１は、発光装置を示し、本実施形態においては、例えば、平面状の投光面を有する電界放出型照明ランプを示す。この発光装置１は、高真空状態に維持された真空容器５内に、アノード電極６と、ゲート電極７と、カソード電極８とが投光面側から基底面側に向かって順に配置された基本構成を有し、さらに、アノード電極６とゲート電極７との間に反射板９が介装されている。
【００１３】
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。具体的には、真空容器５は、投光面側に配置されるアノードガラス板１０と、このアノードガラス板１０に対向して基底面側に配置されるカソード板としてのカソードガラス板１１と、これらのガラス板１０，１１間に介装される円筒材としての円筒ガラス材１２とを有する。
【００１４】
図示のように、アノードガラス板１０は、円筒ガラス材１２の外径と略同径の円板状のガラス基板で構成されている。また、カソードガラス板１１は、円筒ガラス材１２の外径よりも大径の円板状のガラス基板で構成されている。このカソードガラス板１１の縁辺部には、放射状に延在する複数（例えば、４本）の配線パターン１１ａが回転対称位置（例えば、１/４回対称位置）毎に形成され、各配線パターン１１ａの先端側には、電極ピン１１ｂが固設されている。また、円筒ガラス材１２の両端部には、例えば、４５０℃〜５００℃で融解する低融点ガラス層１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成されている。そして、例えば、高真空引きされた真空炉内において、ガラス板１０，１１と円筒ガラス材１２とが低融点ガラス層１２ａ，１２ｂを介して同心上に融着されることにより、内部が高真空に維持された真空容器５が形成される。その際、低融点ガラス層１２ｂとカソードガラス板１１との融着部を各配線パターン１１ａが貫通することにより、真空容器５の内外が電気的に導通される。なお、真空容器５を構成するアノードガラス板１０、カソードガラス板１１、及び、円筒ガラス材１２は、市場において広く安価に流通しているソーダライムガラス等を加工することにより好適に構成される。
【００１５】
アノード電極６は、例えば、アノードガラス板１０の内面上に成膜された透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）によって構成されている。ここで、本実施形態において、例えば、図１，６（ａ）に示すように、このアノード電極６は、円筒ガラス材１２の内径よりも小径の円形に形成され、アノードガラス板１０と同心上に配設されている。
【００１６】
また、アノード電極６の上層には、カソード電極８側から放出される電子によって励起発光する蛍光体膜１５が塗布されている。この蛍光体膜１５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、電着法等によって円形に成膜され、アノードガラス板１０の中心部（同心上）に配置されている。
【００１７】
さらに、アノード電極６の上層には、当該アノード電極６と後述する反射板９との的確な導通を実現するための導電膜１６が形成されている。この導電膜１６は、例えば、スクリーン印刷法等によって銀ペースト等を塗布することにより、蛍光体膜１５と同心の略円環形状に成膜され、蛍光体膜１５の周囲を所定間隔隔てて囲繞する。なお、アノードガラス板１０の外面側において、導電膜１６よりも内側の領域は、蛍光体膜１５からの励起光を外部に投光するための投光面１０ａとして機能し、特に、導電膜１６と蛍光体膜１５とで囲まれた領域は、蛍光体膜１５から真空容器５内（反射板９側）に放射された励起光を反射板９で反射して外部に放出させるための透明窓として機能する。
【００１８】
ゲート電極７は、例えば、円板状の導電部材で構成され、その中央部に、蛍光体膜１５に対応する開口部７ａを有する。本実施形態において、この開口部７ａは、蛍光体膜１５と相似形状をなすものであり、より具体的には、蛍光体膜１５の外径と同径或いは電子の拡散等を考慮したやや小径の円孔（例えば、φ＝２．０ｍｍの円孔）で構成されている。また、ゲート電極７の周部からは、カソードガラス板１１上の配線パターン１１ａと電気接続するための端子部７ｂが突設されている。
【００１９】
ここで、ゲート電極７は、線膨張係数の小さい導電材料で構成されることが好ましく、具体的には、ステンレス材若しくはインバー材からなる金属板で構成されることが好ましい。本実施形態において、ゲート電極７には、例えば、４２％ニッケル鉄からなる板厚０．２ｍｍの薄板部材が好適に用いられている。
【００２０】
図２に示すように、カソード電極８は、例えば、導電部材で構成された基材２０上に、冷陰極電子放出源２１が実装されて要部が構成されている。さらに、基材２０上には、冷陰極電子放出源２１の周囲を囲繞する環状のスペーサ２２が重畳配置され、このスペーサ２２上には、冷陰極電子放出源２１に所定の微小間隔隔てて対向する環状のエミッタマスク２３が重畳配置されている。
【００２１】
基材２０は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円板状の部材で構成され、その周部からは、カソードガラス板１１上の配線パターン１１ａと電気接続するための一対の端子部２０ａが回転対称位置（例えば、１/２回対称位置）毎に突設されている。さらに、各端子部２０ａには、カソード電極８をカソードガラス板１１上に固定するための電極固定用ワイヤ２０ｂがスポット溶接等によって固設されている（図５参照）。ここで、基材２０は、ゲート電極７と同様に、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、具体的には、ステンレス材若しくはインバー材からなる金属板で構成されることが好ましい。本実施形態において、基材２０には、例えば、４２％ニッケル鉄からなる板厚０．２ｍｍの薄板部材が好適に用いられている。また、電極固定用ワイヤ２０ｂは、所定の弾性を有していることが好ましく、例えば、ニッケルワイヤが好適に用いられている。
【００２２】
冷陰極電子放出源２１は、例えば、表面にＮD−ＣＮＷ（ナノダイヤ−カーボンナノウォール）層２１ｂが一様に形成された板厚０．５ｍｍの円板状をなすＮ型シリコン基板２１ａで構成されている。そして、この冷陰極電子放出源２１は、基材２０上に実装された際に、Ｎ型シリコン基板２１ａの裏面側が基材２０と電気的に接続される。
【００２３】
スペーサ２２は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円環状の部材で構成されている。このスペーサ２２は、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、例えば、基材２０と同種の導電材料（例えば、４２％ニッケル鉄）からなる、板厚０．７５ｍｍの薄板部材で構成されている。
【００２４】
エミッタマスク２３は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円板状の部材で構成され、その中央部に、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）に対応する開口部２３ａを有する。本実施形態において、この開口部２３ａは、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）と相似形状をなすものであり、より具体的には、ゲート電極７の開口部７ａと同径或いは電子の拡散等を考慮したやや小径の円孔（例えば、φ＝１．８ｍｍの円孔）で構成されている。そして、エミッタマスク２３は、スペーサ２２を介して基材２０と電気的に接続されることで基材２０と同電位となり、これにより、開口部２３ａと対向する領域以外での冷陰極電子放出源２１からの電子の電界放出が抑制される。従って、冷陰極電子放出源２１は、エミッタマスク２３の開口部２３ａと対向する領域のみが電子を放出可能な領域として規定される。このエミッタマスク２３は、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、例えば、基材２０及びスペーサ２２と同種の導電材料（例えば、４２％ニッケル鉄）からなる、板厚０．２ｍｍの薄板部材で構成されている。
【００２５】
図２，４に示すように、カソード電極８は、ゲート電極７の下部にスペーサ２４を介して重畳配置され、電極ユニット３を構成する。そして、カソード電極８は、このように電極ユニット３として一体化された状態で、カソードガラス板１１上に保持されている。
【００２６】
具体的に説明すると、カソード電極８上において、開口部２３ａの周部には、エミッタマスク２３及びスペーサ２２を貫通する複数（例えば、４個）の孔部８ｈが回転対称位置（例えば、１/４回対称位置）毎に穿設されている。また、ゲート電極７上において、開口部７ａの周部には、カソード電極８側の孔部８ｈに対応する複数（例えば、４個）の貫通孔７ｈが回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）毎に穿設されている。
【００２７】
また、スペーサ２４は、ゲート電極７と同等の外径を有する円環状の部材で構成されている。スペーサ２４の中心部に開口する開口部２４ａは、ゲート電極７の開口部７ａよりも大径の円孔で構成され、その周部には、貫通孔７ｈ及び孔部８ｈに対応する複数（例えば、４個）の貫通孔２４ｈが回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）毎に穿設されている。このスペーサ２４は、ゲート電極７とカソード電極８との電気的な短絡を防止するため、例えば、絶縁性を有するセラミック部材で構成され、その板厚は、ゲート電極７とカソード電極８との対向距離を規定の下限値以上に設定すべく、例えば、１．０ｍｍに設定されている。なお、下限値は、ゲート電極７からカソード電極８への有害な金属スパッタの発生を防止可能な距離であると同時に、ゲート電極７とカソード電極８との距離が近すぎて電界が有効に発生せず冷陰極電子放出源２１から放出される電子が極端に少なくなることを防止可能な距離であり、例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００２８】
このようにスペーサ２４を介してカソード電極８上にゲート電極７が重畳配置された積層体において、互いに位置決めされた各貫通孔７ｈ，２４ｈ及び各孔部８ｈには、ピン２５が挿入されると共に、セラミック系の無機接着剤２６が充填されている。そして、ピン２５が無機接着剤２６を介して各貫通孔７ｈ，２４ｈ及び孔部８ｈの内周に接着されることにより、カソード電極８は、ゲート電極７を一体的に保持し、電極ユニット３を構成する。
【００２９】
ここで、カソード電極８とゲート電極７との電気的な短絡を防止するため、ピン２５は、例えば、絶縁性を有するセラミックピンで構成されている。また、無機接着剤２６は、アルミナ、マイカ、ソーダライムガラス、ニッケル、ニッケル鉄、ステンレス鋼等を好適に接着可能な接着剤である。
【００３０】
図５に示すように、この電極ユニット３は、真空容器５内において、カソードガラス板１１の中心部に配置されている。そして、カソード電極８の各端子部２０ａに設けられた電極固定用ワイヤ２０ｂの端部がセラミック接着剤２７を介してカソードガラス板１１に接着されることにより、電極ユニット３は、熱膨張時等における所定の弾性変位が許容された状態で、カソードガラス板１１上に位置決め保持されている。また、カソード電極８の各端子部２０ａには、カソードガラス板１１上の４本の配線パターン１１ａのうちの２本が、ボンディングワイヤ２８を介して電気的に接続されている。さらに、ゲート電極７の端子部７ｂには、他の１本の配線パターン１１ａが、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続されている。
【００３１】
反射板９は、例えば、導電性を有する板金部材で構成され、その中央部に蛍光体膜１５に対応する開口部９ａを有する。この開口部９ａは、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）と相似形状をなすものであり、より具体的には、蛍光体膜１５と同径或いはやや小径の円孔であって、ゲート電極７の開口部７ａよりもやや大径或いは同径の円孔で構成されている。
【００３２】
また、開口部９ａの周部には反射部９ｂが設けられ、この反射部９ｂには、アノードガラス板１０との対向面側に、例えば、回転放物面形状の反射面９ｃが形成されている。
【００３３】
さらに、反射部９ｂの外周部には、アノードガラス板１０上の導電膜１６と略同形状をなす略円環状の外向フランジ部９ｄが設けられ、この外向フランジ部９ｄの周部には、開口部９ａと同心の回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）から外周方向に放射状に延在する複数（例えば、４本）の脚部９ｅが設けられている。各脚部９ｅは、先端部が円筒ガラス材１２の内周面に当接可能な互いに等長の部材で構成され、その中途には、円筒ガラス材１２側からの応力に対して弾性変形を許容するための湾曲部９ｆが形成されている。
【００３４】
図４に示すように、反射板９は、外向フランジ部９ｄがアノードガラス板１０上の導電膜１６に当接するとともに、各脚部９ｅの先端が円筒ガラス材１２に内接した状態で、真空容器５内に配置されている。ここで、真空容器５内には、円筒ガラス材１２の内周に摺接する内筒部材３５が設けられ、この内筒部材３５は、先端部がアノードガラス板１０側に付勢された状態で、円筒ガラス材１２の内周にフリットガラス３６を介して固定されている。そして、この内筒部材３５の先端部とアノードガラス板１０との間に各脚部９ｅが挟持されることにより、反射板９は、真空容器５内に保持されている。なお、内筒部材３５は、円筒ガラス材１２と同一の材料で構成されることが好ましく、例えば、ソーダライムガラス等を加工することにより好適に構成されている。
【００３５】
また、図１，４，５に示すように、カソードガラス板１１上の４本の配線パターン１１ａのうち、端子部７ｂ，２０ａが接続されていない残り１本の配線パターン１１ａ上には、バネ性電極３７の基部がセラミック接着剤３８を介して固設されている。このバネ性電極３７は、円筒ガラス材１２及び内筒部材３５の内面に沿って反射板９側に延在され、内筒部材３５の内方に湾曲形成された先端部が反射部９ｂに弾性接触されている。これにより、反射板９は、アノード電極６と共に、配線パターン１１ａに対して電気的に接続されている。
【００３６】
次に、上述の発光装置１製造方法について、図６を参照して説明する。
この製造工程では、例えば、図６（ａ）に示すように、先ず、アノードガラス板１０に対し、円筒ガラス材１２が、低融点ガラス層１２ａを介して融着される。この場合において、アノードガラス板１０及び円筒ガラス材１２は共に外周形状が円形をなし、しかも、アノード電極６、蛍光体膜１５、及び、導電膜１６はアノードガラス板１０の中心を基準とする円形或いは略円環形状に形成されているため、アノードガラス板１０と円筒ガラス材１２とを融着する際の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。特に、本実施形態においては、アノードガラス板１０の外径と円筒ガラス材１２の外径とが互いに等しく設定されているため、より容易に位置決めを行うことができる。
【００３７】
次いで、例えば、図６（ｂ）に示すように、円筒ガラス材１２内に、反射板９が挿入される。この場合において、反射板９は、中心部に円形の開口部９ａを有し、且つ、反射板９の中心に対して回転対称に形成された複数の脚部９ｅの先端が円筒ガラス材１２に内接する構成であるため、円筒ガラス材１２内に挿入するだけの簡単な作業により、蛍光体膜１５に対して開口部９ａを的確に位置決めすることができる。
【００３８】
さらに、円筒ガラス材１２内に内筒部材３５が挿入され、当該内筒部材３５がアノードガラス板１０側に付勢された状態でフリットガラス３６を介して円筒ガラス材１２の内周に固設される。これにより、反射板９の脚部９ｅは、円筒ガラス材１２内において、アノードガラス板１０と内筒部材３５との間で挟持される。その際、反射板９の外向フランジ部９ｄが導電膜１６に押し当てられることにより、反射板９とアノード電極６とが電気的に接続される。
【００３９】
次いで、例えば、図６（ｃ）に示すように、カソードガラス板１１の中心部に電極ユニット３が実装される。すなわち、電極ユニット３がカソードガラス板１１の中心部に位置決めされた状態で、電極固定用ワイヤ２０ｂの端部がセラミック接着剤２７を介してカソードガラス板１１上に接着されるとともに、カソード電極８の各端子部２０ａ及びゲート電極７の端子部７ｂがボンディングワイヤ２８，２９を介して各配線パターン１１ａに電気的に接続される。この場合において、カソードガラス板１１及び電極ユニット３は共に外周形状が円形をなし、しかも、冷陰極電子放出源２１及び各開口部７ａ，２４ａ，２３ａ，２２ａ等は電極ユニット３の中心を基準とする円形に形成されているため、カソードガラス板１１と電極ユニット３との位置決めを容易且つ正確に行うことができる。
【００４０】
さらに、各端子部２０ａ或いは７ｂが接続されていない配線パターン１１ａ上には、バネ性電極３７がセラミック接着剤３８を介して固定され、電気的に接続される。この場合、例えば、図４，５に示したように、バネ性電極３７は、端部の１箇所のみがセラミック接着剤３８を介してカソードガラス板１１側に固定される。
【００４１】
次いで、例えば、図６（ｄ）に示すように、真空炉４０内において、電極ユニット３及びバネ性電極３７が実装されたカソードガラス板１１に対し、アノードガラス板１０が固着された円筒ガラス材１２が、低融点ガラス層１２ｂを介して融着（真空封止）される。この場合において、アノードガラス板１０、カソードガラス板１１、及び、円筒ガラス材１２は共に外周形状が円形をなし、しかも、蛍光体膜１５、電極ユニット３、及び、反射板９等は、何れも各円の中心を基準として配置された円形形状或いは回転対称形状等をなすため、カソードガラス板１１と円筒ガラス材１２とを融着する際の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。すなわち、蛍光体膜１５、反射板９の開口部９ａ、ゲート電極７の開口部７ａ、カソード電極８の開口部２３ａ、及び、冷陰極電子放出源２１等を、精度良く同軸上で対向配置することができる。なお、このとき、バネ性電極３７は反射板９に当接され、これらが電気的に接続される。
【００４２】
この工程においては、低融点ガラス層１２ｂを融解させるための熱処理を伴うが、脚部９ｅに形成された湾曲部９ｆの弾性変形によって反射板９の熱変形による歪み等が均等に吸収されることにより、反射板９は、蛍光体膜１５等に対して同軸上に対向させたまま維持される。同様に、電極固定用ワイヤ２０ｂの弾性変形によって電極ユニット３の熱変形による歪み等が均等に吸収されることにより、電極ユニット３は、蛍光体膜１５等に対して同軸上に対向させたまま維持される。また、バネ性電極３７は、カソードガラス板１１側に対して１箇所のみで固定されているため、熱変形等が発生した場合にも脱落されることがない。
【００４３】
このような構成による発光装置１は、カソード電極８に対してアノード電極６を正の高電位に維持し、ゲート電極７でカソード電極８に印加するゲート電圧を制御して蛍光体膜１５を発光させ、アノードガラス板１０から外部へ光を出射させる。すなわち、冷陰極電子放出源２１に電界が印加され、冷陰極電子放出源２１を形成する固体の表面に電界が集中すると、固体表面から電子が真空中に放出され、この電界放出された電子がアノード電極６に向かって加速され、ゲート電極７及び反射板９の各開口部７ａ，９ａを通過した電子線が蛍光体膜１５に照射される。そして、この電子線の照射により、蛍光体膜１５が励起され発光する。
【００４４】
このとき、発光装置１の投光面１０ａから外部に放射される光は、発光体膜１５からアノードガラス板１０に向けて直接放射される光と、発光体膜１６から真空容器５内に放射され、反射面９ｃで反射された後に放射される光とで構成される。そして、このように真空容器５内に放射された光を有効利用することにより、大幅な光量の増加と消費電力の抑制とを両立することができる。
【００４５】
このような実施形態によれば、アノードガラス板１０を円板状に形成して中心部に円形の蛍光体膜１５を形成し、アノードガラス板１０とカソードガラス板１１との間に配設される反射板９の中心部に蛍光体膜１５と対向する開口部９ａを形成するとともに、円筒ガラス材１２に対して外縁を内接させた状態で反射板９を装入し、当該円筒ガラス材１２の両端部をアノードガラス板１０とカソードガラス板１１によって真空封止することにより、蛍光体膜１５に対し、反射板９の開口部を９ａを容易且つ高精度に位置決めすることができる。従って、冷陰極電子放出源２１から放出された電子を、反射板９の位置ズレ等に起因して損失させることなく蛍光体膜１５に到達させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００４６】
この場合において、円筒ガラス材１２に対する反射板９の内接は、開口部９ａと同心の回転対称形状をなす弾性変形可能な複数の脚部９ｅによって行うことにより、製造時の熱変形等に対しても、蛍光体膜１５と開口部９ａとの相対位置を的確に維持することができる。
【００４７】
ところで、上述の発光装置１は、例えば、車両用のヘッドランプやテールランプ等の各種面発光モジュールの光源として好適に用いることが可能である。例えば、複数の発光装置１をテールランプ５０の光源として適用する場合、図７に示すように、テールランプ５０のレンズ部５１に意匠上要求される曲面形状に対応させて各実装面５２を段状に形成し、これら実装面５２に各発光装置１を実装することにより、任意の外観形状をなすテールランプ５０を容易に実現することができる。
【００４８】
すなわち、例えば、大型な単一の発光装置を用いてテールランプ等を構成した場合、所望の形状に応じた大容量の真空容器を形成する必要があるが、このような大容量の真空容器は、耐久性等を確保するため各部の板厚等を厚くする必要があり、重量及びコストが増加する。また、テールランプに要求される形状に応じてアノードガラス板を湾曲等させることは、製造上、現実的でない。これに対し、上述のように、複数の小型な発光装置１を光源として採用することにより、テールランプ５０等の面発光モジュールを容易に実現することができる。すなわち、円筒形状を基本形状とする小型の発光装置１を光源とすることにより、重量増加等を招くことなく真空容器５の耐久性を確保することができる。しかも、各発光装置１のアノードガラス板１０を、テールランプ等の形状に拘束されることなく平坦に形成することができるため、製造上も有利なものとなる。
【００４９】
ここで、本実施形態のカソードガラス板１１は、円板状のものに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように矩形のものを採用してもよい。このように構成すれば、面発光モジュールを構成する際の実装効率を向上することができる。
【００５０】
さらに、カソードガラス板１１を、アノードガラス板１０及び円筒ガラス材１２と同径の円板状の部材で構成することも可能である。この場合、例えば、図９に示すように、配線パターン１１ａに対応するカソードガラス板１１上の要所に貫通孔１１ｃを設け、電極ピン１１ｂが貫通された貫通孔１１ｃを低融点ガラス１１ｄ等によって封止することにより、真空容器５を構成することも可能である。
【００５１】
また、蛍光体膜１５に対して反射板９の開口部９ａを位置決めするための構成は、上述のように、脚部９ｅの内接によるものに限定されるものではなく、例えば、円筒ガラス材１２等に対して反射板９の熱変形量が小さい場合には、脚部９ｅを廃止し、外向フランジ部９ｄの外周を円筒ガラス材１２に内接させる構成を採用することも可能である。さらに、例えば、内筒部材３５等を用いることなく、円筒ガラス材１２に形成した段部１２ｃによって反射板９を保持する構成を採用することも可能である。
【００５２】
なお、上述の実施形態において、円筒ガラス材１２に脚部９ｅを内接させることによって反射材９の位置決めを行う場合、脚部９ｅの本数は上述の４本に限定されるものではなく、２本以上、より好ましくは、３本以上であってもよいことは勿論である。
【００５３】
また、上述の実施において、真空容器５は、カソードガラス板１１及び円筒ガラス材１２に代えて、例えば、セラミック製のカソード板及び円筒材等を用いて構成することも可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ … 発光装置
３ … 電極ユニット
５ … 真空容器
６ … アノード電極
７ … ゲート電極
７ａ … 開口部
７ｂ … 端子部
７ｈ … 貫通孔
８ … カソード電極
８ｈ … 孔部
９ … 反射板
９ａ … 開口部
９ｂ … 反射部
９ｃ … 反射面
９ｄ… 外向フランジ部
９ｅ … 脚部
９ｆ … 湾曲部
１０ … アノードガラス板
１０ａ … 投光面
１１ … カソードガラス板
１１ａ … 配線パターン
１１ｂ … 電極ピン
１１ｃ … 貫通孔
１１ｄ … 低融点ガラス
１２ … 円筒ガラス材
１２ａ … 低融点ガラス層
１２ｂ … 低融点ガラス層
１２ｃ … 段部
１５ … 蛍光体膜
１６ … 導電膜
２０ … 基材
２０ａ … 端子部
２０ｂ … 電極固定用ワイヤ
２１ … 冷陰極電子放出源
２１ａ … Ｎ型シリコン基板
２１ｂ … ナノダイヤ−カーボンナノウォール層
２２ … スペーサ
２３ … エミッタマスク
２３ … カソード電極
２３ａ … 開口部
２４ … スペーサ
２４ａ … 開口部
２４ｈ … 貫通孔
２５ … ピン
２６ … 無機接着剤
２７ … セラミック接着剤
２８ … ボンディングワイヤ
２９ … ボンディングワイヤ
３５ … 内筒部材
３６ … フリットガラス
３７ … バネ性電極
３８ … セラミック接着剤
４０ … 真空炉
５０ … テールランプ（面発光モジュール）
５１ … レンズ部
５２ … 実装面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極電子放出源から電界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及び面発光モジュールに関する。
【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、真空中で冷陰極電子放出源から電界放出され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る冷陰極電界放出型の発光装置が開発されており、電界放出型照明ランプ（Field Emission Lamp:FEL）や電界放出型表示装置（Field Emission Display:FED）としての用途が見込まれている。
【０００３】
これら発光装置のうち、特に、ランプ用の光源等に用途が特化されるＦＥＬは、ガラス基板が所定間隔で対向配置された真空容器内に、カソード電極やアノード電極等を配置した簡単な構成で実現することができる。
【０００４】
この種のＦＥＬとして、例えば、特許文献１には、直方体形状の真空容器内に投光面側から基底面側に向かって、アノード電極、ゲート電極、カソード電極を順に配置し、アノード電極の上層に蛍光体膜を形成すると共に、ゲート電極上のアノード電極との対向領域に複数の円孔からなるゲート開口部を穿設した技術が開示されている。さらに、蛍光体膜から真空容器内に放射された光についても有効利用するため、特許文献１に開示されたＦＥＬでは、蛍光体膜に対向する領域に開口部を有する反射板が、アノード電極とゲート電極との間に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】２００７−３２９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のようなＦＥＬにおいて、カソード側から放出された電子によって蛍光体膜を効率よく発光させるためには、ゲート開口部や反射板開口部等を蛍光体膜に対して精度良く位置決めすることが重要となる。しかしながら、上述のようなＦＥＬの製造には、各電極等を真空容器内に封止するための熱工程を必要とする。また、一般に、真空容器はガラス等で構成され、反射板等はアルミニウム等の金属で構成されるため、これらの線膨張係数は互いに異なる。従って、ＦＥＬの製造に際しては、反射板等を真空容器側に対して直接的に接着等することができず、各部の位置決めが極めて困難となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蛍光体膜と反射板開口部との位置決めを容易にして製造工程を簡素化するとともに、発光効率を向上させることができる発光装置及び面発光モジュール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】
【０００８】
本発明の発光装置は、中心部に円形の蛍光体膜が塗布された円板状のアノードガラス板と、前記蛍光体膜に対向する電子放出源を備えたカソード板と、前記アノードガラス板と前記カソード板との間に配設され、中心部に前記蛍光体膜に対向する開口部を有すると共に当該開口部の周部に前記蛍光体膜で発光した光を反射する反射部を有する反射板と、前記反射板の外縁が内接する円筒材とを備え、前記反射板を装入した円筒材の両端部を、前記アノードガラス板と、前記カソード板によって真空封止したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の面発光モジュールは、前記発光装置を光源として複数配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛍光体膜と反射板開口部との位置決めを容易にして製造工程を簡素化するとともに、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発光装置の要部を示す分解斜視図
【図２】電極ユニットの要部を示す分解斜視図
【図３】アノードガラス板を取り除いて発光装置の要部を示す平面図
【図４】発光装置を図３のIV−IV線に沿って示す要部断面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う要部断面図
【図６】発光装置の組立工程を示す説明図
【図７】（ａ）はブレーキランプの要部断面図であり（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図
【図８】カソード板の変形例を示す要部断面図
【図９】カソード板の変形例を示す要部断面図
【図１０】反射板の保持構造の変形例を示す分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１において符号１は、発光装置を示し、本実施形態においては、例えば、平面状の投光面を有する電界放出型照明ランプを示す。この発光装置１は、高真空状態に維持された真空容器５内に、アノード電極６と、ゲート電極７と、カソード電極８とが投光面側から基底面側に向かって順に配置された基本構成を有し、さらに、アノード電極６とゲート電極７との間に反射板９が介装されている。
【００１３】
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。具体的には、真空容器５は、投光面側に配置されるアノードガラス板１０と、このアノードガラス板１０に対向して基底面側に配置されるカソード板としてのカソードガラス板１１と、これらのガラス板１０，１１間に介装される円筒材としての円筒ガラス材１２とを有する。
【００１４】
図示のように、アノードガラス板１０は、円筒ガラス材１２の外径と略同径の円板状のガラス基板で構成されている。また、カソードガラス板１１は、円筒ガラス材１２の外径よりも大径の円板状のガラス基板で構成されている。このカソードガラス板１１の縁辺部には、放射状に延在する複数（例えば、４本）の配線パターン１１ａが回転対称位置（例えば、１/４回対称位置）毎に形成され、各配線パターン１１ａの先端側には、電極ピン１１ｂが固設されている。また、円筒ガラス材１２の両端部には、例えば、４５０℃〜５００℃で融解する低融点ガラス層１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成されている。そして、例えば、高真空引きされた真空炉内において、ガラス板１０，１１と円筒ガラス材１２とが低融点ガラス層１２ａ，１２ｂを介して同心上に融着されることにより、内部が高真空に維持された真空容器５が形成される。その際、低融点ガラス層１２ｂとカソードガラス板１１との融着部を各配線パターン１１ａが貫通することにより、真空容器５の内外が電気的に導通される。なお、真空容器５を構成するアノードガラス板１０、カソードガラス板１１、及び、円筒ガラス材１２は、市場において広く安価に流通しているソーダライムガラス等を加工することにより好適に構成される。
【００１５】
アノード電極６は、例えば、アノードガラス板１０の内面上に成膜された透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）によって構成されている。ここで、本実施形態において、例えば、図１，６（ａ）に示すように、このアノード電極６は、円筒ガラス材１２の内径よりも小径の円形に形成され、アノードガラス板１０と同心上に配設されている。
【００１６】
また、アノード電極６の上層には、カソード電極８側から放出される電子によって励起発光する蛍光体膜１５が塗布されている。この蛍光体膜１５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、電着法等によって円形に成膜され、アノードガラス板１０の中心部（同心上）に配置されている。
【００１７】
さらに、アノード電極６の上層には、当該アノード電極６と後述する反射板９との的確な導通を実現するための導電膜１６が形成されている。この導電膜１６は、例えば、スクリーン印刷法等によって銀ペースト等を塗布することにより、蛍光体膜１５と同心の略円環形状に成膜され、蛍光体膜１５の周囲を所定間隔隔てて囲繞する。なお、アノードガラス板１０の外面側において、導電膜１６よりも内側の領域は、蛍光体膜１５からの励起光を外部に投光するための投光面１０ａとして機能し、特に、導電膜１６と蛍光体膜１５とで囲まれた領域は、蛍光体膜１５から真空容器５内（反射板９側）に放射された励起光を反射板９で反射して外部に放出させるための透明窓として機能する。
【００１８】
ゲート電極７は、例えば、円板状の導電部材で構成され、その中央部に、蛍光体膜１５に対応する開口部７ａを有する。本実施形態において、この開口部７ａは、蛍光体膜１５と相似形状をなすものであり、より具体的には、蛍光体膜１５の外径と同径或いは電子の拡散等を考慮したやや小径の円孔（例えば、φ＝２．０ｍｍの円孔）で構成されている。また、ゲート電極７の周部からは、カソードガラス板１１上の配線パターン１１ａと電気接続するための端子部７ｂが突設されている。
【００１９】
ここで、ゲート電極７は、線膨張係数の小さい導電材料で構成されることが好ましく、具体的には、ステンレス材若しくはインバー材からなる金属板で構成されることが好ましい。本実施形態において、ゲート電極７には、例えば、４２％ニッケル鉄からなる板厚０．２ｍｍの薄板部材が好適に用いられている。
【００２０】
図２に示すように、カソード電極８は、例えば、導電部材で構成された基材２０上に、冷陰極電子放出源２１が実装されて要部が構成されている。さらに、基材２０上には、冷陰極電子放出源２１の周囲を囲繞する環状のスペーサ２２が重畳配置され、このスペーサ２２上には、冷陰極電子放出源２１に所定の微小間隔隔てて対向する環状のエミッタマスク２３が重畳配置されている。
【００２１】
基材２０は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円板状の部材で構成され、その周部からは、カソードガラス板１１上の配線パターン１１ａと電気接続するための一対の端子部２０ａが回転対称位置（例えば、１/２回対称位置）毎に突設されている。さらに、各端子部２０ａには、カソード電極８をカソードガラス板１１上に固定するための電極固定用ワイヤ２０ｂがスポット溶接等によって固設されている（図５参照）。ここで、基材２０は、ゲート電極７と同様に、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、具体的には、ステンレス材若しくはインバー材からなる金属板で構成されることが好ましい。本実施形態において、基材２０には、例えば、４２％ニッケル鉄からなる板厚０．２ｍｍの薄板部材が好適に用いられている。また、電極固定用ワイヤ２０ｂは、所定の弾性を有していることが好ましく、例えば、ニッケルワイヤが好適に用いられている。
【００２２】
冷陰極電子放出源２１は、例えば、表面にＮD−ＣＮＷ（ナノダイヤ−カーボンナノウォール）層２１ｂが一様に形成された板厚０．５ｍｍの円板状をなすＮ型シリコン基板２１ａで構成されている。そして、この冷陰極電子放出源２１は、基材２０上に実装された際に、Ｎ型シリコン基板２１ａの裏面側が基材２０と電気的に接続される。
【００２３】
スペーサ２２は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円環状の部材で構成されている。このスペーサ２２は、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、例えば、基材２０と同種の導電材料（例えば、４２％ニッケル鉄）からなる、板厚０．７５ｍｍの薄板部材で構成されている。
【００２４】
エミッタマスク２３は、例えば、ゲート電極７と同等の外径を有する円板状の部材で構成され、その中央部に、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）に対応する開口部２３ａを有する。本実施形態において、この開口部２３ａは、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）と相似形状をなすものであり、より具体的には、ゲート電極７の開口部７ａと同径或いは電子の拡散等を考慮したやや小径の円孔（例えば、φ＝１．８ｍｍの円孔）で構成されている。そして、エミッタマスク２３は、スペーサ２２を介して基材２０と電気的に接続されることで基材２０と同電位となり、これにより、開口部２３ａと対向する領域以外での冷陰極電子放出源２１からの電子の電界放出が抑制される。従って、冷陰極電子放出源２１は、エミッタマスク２３の開口部２３ａと対向する領域のみが電子を放出可能な領域として規定される。このエミッタマスク２３は、線膨張係数の小さい導電材で構成されることが好ましく、例えば、基材２０及びスペーサ２２と同種の導電材料（例えば、４２％ニッケル鉄）からなる、板厚０．２ｍｍの薄板部材で構成されている。
【００２５】
図２，４に示すように、カソード電極８は、ゲート電極７の下部にスペーサ２４を介して重畳配置され、電極ユニット３を構成する。そして、カソード電極８は、このように電極ユニット３として一体化された状態で、カソードガラス板１１上に保持されている。
【００２６】
具体的に説明すると、カソード電極８上において、開口部２３ａの周部には、エミッタマスク２３及びスペーサ２２を貫通する複数（例えば、４個）の孔部８ｈが回転対称位置（例えば、１/４回対称位置）毎に穿設されている。また、ゲート電極７上において、開口部７ａの周部には、カソード電極８側の孔部８ｈに対応する複数（例えば、４個）の貫通孔７ｈが回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）毎に穿設されている。
【００２７】
また、スペーサ２４は、ゲート電極７と同等の外径を有する円環状の部材で構成されている。スペーサ２４の中心部に開口する開口部２４ａは、ゲート電極７の開口部７ａよりも大径の円孔で構成され、その周部には、貫通孔７ｈ及び孔部８ｈに対応する複数（例えば、４個）の貫通孔２４ｈが回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）毎に穿設されている。このスペーサ２４は、ゲート電極７とカソード電極８との電気的な短絡を防止するため、例えば、絶縁性を有するセラミック部材で構成され、その板厚は、ゲート電極７とカソード電極８との対向距離を規定の下限値以上に設定すべく、例えば、１．０ｍｍに設定されている。なお、下限値は、ゲート電極７からカソード電極８への有害な金属スパッタの発生を防止可能な距離であると同時に、ゲート電極７とカソード電極８との距離が近すぎて電界が有効に発生せず冷陰極電子放出源２１から放出される電子が極端に少なくなることを防止可能な距離であり、例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定される。
【００２８】
このようにスペーサ２４を介してカソード電極８上にゲート電極７が重畳配置された積層体において、互いに位置決めされた各貫通孔７ｈ，２４ｈ及び各孔部８ｈには、ピン２５が挿入されると共に、セラミック系の無機接着剤２６が充填されている。そして、ピン２５が無機接着剤２６を介して各貫通孔７ｈ，２４ｈ及び孔部８ｈの内周に接着されることにより、カソード電極８は、ゲート電極７を一体的に保持し、電極ユニット３を構成する。
【００２９】
ここで、カソード電極８とゲート電極７との電気的な短絡を防止するため、ピン２５は、例えば、絶縁性を有するセラミックピンで構成されている。また、無機接着剤２６は、アルミナ、マイカ、ソーダライムガラス、ニッケル、ニッケル鉄、ステンレス鋼等を好適に接着可能な接着剤である。
【００３０】
図５に示すように、この電極ユニット３は、真空容器５内において、カソードガラス板１１の中心部に配置されている。そして、カソード電極８の各端子部２０ａに設けられた電極固定用ワイヤ２０ｂの端部がセラミック接着剤２７を介してカソードガラス板１１に接着されることにより、電極ユニット３は、熱膨張時等における所定の弾性変位が許容された状態で、カソードガラス板１１上に位置決め保持されている。また、カソード電極８の各端子部２０ａには、カソードガラス板１１上の４本の配線パターン１１ａのうちの２本が、ボンディングワイヤ２８を介して電気的に接続されている。さらに、ゲート電極７の端子部７ｂには、他の１本の配線パターン１１ａが、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続されている。
【００３１】
反射板９は、例えば、導電性を有する板金部材で構成され、その中央部に蛍光体膜１５に対応する開口部９ａを有する。この開口部９ａは、蛍光体膜１５（及びゲート電極７の開口部７ａ）と相似形状をなすものであり、より具体的には、蛍光体膜１５と同径或いはやや小径の円孔であって、ゲート電極７の開口部７ａよりもやや大径或いは同径の円孔で構成されている。
【００３２】
また、開口部９ａの周部には反射部９ｂが設けられ、この反射部９ｂには、アノードガラス板１０との対向面側に、例えば、回転放物面形状の反射面９ｃが形成されている。
【００３３】
さらに、反射部９ｂの外周部には、アノードガラス板１０上の導電膜１６と略同形状をなす略円環状の外向フランジ部９ｄが設けられ、この外向フランジ部９ｄの周部には、開口部９ａと同心の回転対称位置（例えば、１／４回対称位置）から外周方向に放射状に延在する複数（例えば、４本）の脚部９ｅが設けられている。各脚部９ｅは、先端部が円筒ガラス材１２の内周面に当接可能な互いに等長の部材で構成され、その中途には、円筒ガラス材１２側からの応力に対して弾性変形を許容するための湾曲部９ｆが形成されている。
【００３４】
図４に示すように、反射板９は、外向フランジ部９ｄがアノードガラス板１０上の導電膜１６に当接するとともに、各脚部９ｅの先端が円筒ガラス材１２に内接した状態で、真空容器５内に配置されている。ここで、真空容器５内には、円筒ガラス材１２の内周に摺接する内筒部材３５が設けられ、この内筒部材３５は、先端部がアノードガラス板１０側に付勢された状態で、円筒ガラス材１２の内周にフリットガラス３６を介して固定されている。そして、この内筒部材３５の先端部とアノードガラス板１０との間に各脚部９ｅが挟持されることにより、反射板９は、真空容器５内に保持されている。なお、内筒部材３５は、円筒ガラス材１２と同一の材料で構成されることが好ましく、例えば、ソーダライムガラス等を加工することにより好適に構成されている。
【００３５】
また、図１，４，５に示すように、カソードガラス板１１上の４本の配線パターン１１ａのうち、端子部７ｂ，２０ａが接続されていない残り１本の配線パターン１１ａ上には、バネ性電極３７の基部がセラミック接着剤３８を介して固設されている。このバネ性電極３７は、円筒ガラス材１２及び内筒部材３５の内面に沿って反射板９側に延在され、内筒部材３５の内方に湾曲形成された先端部が反射部９ｂに弾性接触されている。これにより、反射板９は、アノード電極６と共に、配線パターン１１ａに対して電気的に接続されている。
【００３６】
次に、上述の発光装置１製造方法について、図６を参照して説明する。
この製造工程では、例えば、図６（ａ）に示すように、先ず、アノードガラス板１０に対し、円筒ガラス材１２が、低融点ガラス層１２ａを介して融着される。この場合において、アノードガラス板１０及び円筒ガラス材１２は共に外周形状が円形をなし、しかも、アノード電極６、蛍光体膜１５、及び、導電膜１６はアノードガラス板１０の中心を基準とする円形或いは略円環形状に形成されているため、アノードガラス板１０と円筒ガラス材１２とを融着する際の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。特に、本実施形態においては、アノードガラス板１０の外径と円筒ガラス材１２の外径とが互いに等しく設定されているため、より容易に位置決めを行うことができる。
【００３７】
次いで、例えば、図６（ｂ）に示すように、円筒ガラス材１２内に、反射板９が挿入される。この場合において、反射板９は、中心部に円形の開口部９ａを有し、且つ、反射板９の中心に対して回転対称に形成された複数の脚部９ｅの先端が円筒ガラス材１２に内接する構成であるため、円筒ガラス材１２内に挿入するだけの簡単な作業により、蛍光体膜１５に対して開口部９ａを的確に位置決めすることができる。
【００３８】
さらに、円筒ガラス材１２内に内筒部材３５が挿入され、当該内筒部材３５がアノードガラス板１０側に付勢された状態でフリットガラス３６を介して円筒ガラス材１２の内周に固設される。これにより、反射板９の脚部９ｅは、円筒ガラス材１２内において、アノードガラス板１０と内筒部材３５との間で挟持される。その際、反射板９の外向フランジ部９ｄが導電膜１６に押し当てられることにより、反射板９とアノード電極６とが電気的に接続される。
【００３９】
次いで、例えば、図６（ｃ）に示すように、カソードガラス板１１の中心部に電極ユニット３が実装される。すなわち、電極ユニット３がカソードガラス板１１の中心部に位置決めされた状態で、電極固定用ワイヤ２０ｂの端部がセラミック接着剤２７を介してカソードガラス板１１上に接着されるとともに、カソード電極８の各端子部２０ａ及びゲート電極７の端子部７ｂがボンディングワイヤ２８，２９を介して各配線パターン１１ａに電気的に接続される。この場合において、カソードガラス板１１及び電極ユニット３は共に外周形状が円形をなし、しかも、冷陰極電子放出源２１及び各開口部７ａ，２４ａ，２３ａ，２２ａ等は電極ユニット３の中心を基準とする円形に形成されているため、カソードガラス板１１と電極ユニット３との位置決めを容易且つ正確に行うことができる。
【００４０】
さらに、各端子部２０ａ或いは７ｂが接続されていない配線パターン１１ａ上には、バネ性電極３７がセラミック接着剤３８を介して固定され、電気的に接続される。この場合、例えば、図４，５に示したように、バネ性電極３７は、端部の１箇所のみがセラミック接着剤３８を介してカソードガラス板１１側に固定される。
【００４１】
次いで、例えば、図６（ｄ）に示すように、真空炉４０内において、電極ユニット３及びバネ性電極３７が実装されたカソードガラス板１１に対し、アノードガラス板１０が固着された円筒ガラス材１２が、低融点ガラス層１２ｂを介して融着（真空封止）される。この場合において、アノードガラス板１０、カソードガラス板１１、及び、円筒ガラス材１２は共に外周形状が円形をなし、しかも、蛍光体膜１５、電極ユニット３、及び、反射板９等は、何れも各円の中心を基準として配置された円形形状或いは回転対称形状等をなすため、カソードガラス板１１と円筒ガラス材１２とを融着する際の位置決めを容易且つ正確に行うことができる。すなわち、蛍光体膜１５、反射板９の開口部９ａ、ゲート電極７の開口部７ａ、カソード電極８の開口部２３ａ、及び、冷陰極電子放出源２１等を、精度良く同軸上で対向配置することができる。なお、このとき、バネ性電極３７は反射板９に当接され、これらが電気的に接続される。
【００４２】
この工程においては、低融点ガラス層１２ｂを融解させるための熱処理を伴うが、脚部９ｅに形成された湾曲部９ｆの弾性変形によって反射板９の熱変形による歪み等が均等に吸収されることにより、反射板９は、蛍光体膜１５等に対して同軸上に対向させたまま維持される。同様に、電極固定用ワイヤ２０ｂの弾性変形によって電極ユニット３の熱変形による歪み等が均等に吸収されることにより、電極ユニット３は、蛍光体膜１５等に対して同軸上に対向させたまま維持される。また、バネ性電極３７は、カソードガラス板１１側に対して１箇所のみで固定されているため、熱変形等が発生した場合にも脱落されることがない。
【００４３】
このような構成による発光装置１は、カソード電極８に対してアノード電極６を正の高電位に維持し、ゲート電極７でカソード電極８に印加するゲート電圧を制御して蛍光体膜１５を発光させ、アノードガラス板１０から外部へ光を出射させる。すなわち、冷陰極電子放出源２１に電界が印加され、冷陰極電子放出源２１を形成する固体の表面に電界が集中すると、固体表面から電子が真空中に放出され、この電界放出された電子がアノード電極６に向かって加速され、ゲート電極７及び反射板９の各開口部７ａ，９ａを通過した電子線が蛍光体膜１５に照射される。そして、この電子線の照射により、蛍光体膜１５が励起され発光する。
【００４４】
このとき、発光装置１の投光面１０ａから外部に放射される光は、発光体膜１５からアノードガラス板１０に向けて直接放射される光と、発光体膜１６から真空容器５内に放射され、反射面９ｃで反射された後に放射される光とで構成される。そして、このように真空容器５内に放射された光を有効利用することにより、大幅な光量の増加と消費電力の抑制とを両立することができる。
【００４５】
このような実施形態によれば、アノードガラス板１０を円板状に形成して中心部に円形の蛍光体膜１５を形成し、アノードガラス板１０とカソードガラス板１１との間に配設される反射板９の中心部に蛍光体膜１５と対向する開口部９ａを形成するとともに、円筒ガラス材１２に対して外縁を内接させた状態で反射板９を装入し、当該円筒ガラス材１２の両端部をアノードガラス板１０とカソードガラス板１１によって真空封止することにより、蛍光体膜１５に対し、反射板９の開口部を９ａを容易且つ高精度に位置決めすることができる。従って、冷陰極電子放出源２１から放出された電子を、反射板９の位置ズレ等に起因して損失させることなく蛍光体膜１５に到達させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００４６】
この場合において、円筒ガラス材１２に対する反射板９の内接は、開口部９ａと同心の回転対称形状をなす弾性変形可能な複数の脚部９ｅによって行うことにより、製造時の熱変形等に対しても、蛍光体膜１５と開口部９ａとの相対位置を的確に維持することができる。
【００４７】
ところで、上述の発光装置１は、例えば、車両用のヘッドランプやテールランプ等の各種面発光モジュールの光源として好適に用いることが可能である。例えば、複数の発光装置１をテールランプ５０の光源として適用する場合、図７に示すように、テールランプ５０のレンズ部５１に意匠上要求される曲面形状に対応させて各実装面５２を段状に形成し、これら実装面５２に各発光装置１を実装することにより、任意の外観形状をなすテールランプ５０を容易に実現することができる。
【００４８】
すなわち、例えば、大型な単一の発光装置を用いてテールランプ等を構成した場合、所望の形状に応じた大容量の真空容器を形成する必要があるが、このような大容量の真空容器は、耐久性等を確保するため各部の板厚等を厚くする必要があり、重量及びコストが増加する。また、テールランプに要求される形状に応じてアノードガラス板を湾曲等させることは、製造上、現実的でない。これに対し、上述のように、複数の小型な発光装置１を光源として採用することにより、テールランプ５０等の面発光モジュールを容易に実現することができる。すなわち、円筒形状を基本形状とする小型の発光装置１を光源とすることにより、重量増加等を招くことなく真空容器５の耐久性を確保することができる。しかも、各発光装置１のアノードガラス板１０を、テールランプ等の形状に拘束されることなく平坦に形成することができるため、製造上も有利なものとなる。
【００４９】
ここで、本実施形態のカソードガラス板１１は、円板状のものに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように矩形のものを採用してもよい。このように構成すれば、面発光モジュールを構成する際の実装効率を向上することができる。
【００５０】
さらに、カソードガラス板１１を、アノードガラス板１０及び円筒ガラス材１２と同径の円板状の部材で構成することも可能である。この場合、例えば、図９に示すように、配線パターン１１ａに対応するカソードガラス板１１上の要所に貫通孔１１ｃを設け、電極ピン１１ｂが貫通された貫通孔１１ｃを低融点ガラス１１ｄ等によって封止することにより、真空容器５を構成することも可能である。
【００５１】
また、蛍光体膜１５に対して反射板９の開口部９ａを位置決めするための構成は、上述のように、脚部９ｅの内接によるものに限定されるものではなく、例えば、円筒ガラス材１２等に対して反射板９の熱変形量が小さい場合には、脚部９ｅを廃止し、外向フランジ部９ｄの外周を円筒ガラス材１２に内接させる構成を採用することも可能である。さらに、例えば、内筒部材３５等を用いることなく、円筒ガラス材１２に形成した段部１２ｃによって反射板９を保持する構成を採用することも可能である。
【００５２】
なお、上述の実施形態において、円筒ガラス材１２に脚部９ｅを内接させることによって反射材９の位置決めを行う場合、脚部９ｅの本数は上述の４本に限定されるものではなく、２本以上、より好ましくは、３本以上であってもよいことは勿論である。
【００５３】
また、上述の実施において、真空容器５は、カソードガラス板１１及び円筒ガラス材１２に代えて、例えば、セラミック製のカソード板及び円筒材等を用いて構成することも可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ … 発光装置
３ … 電極ユニット
５ … 真空容器
６ … アノード電極
７ … ゲート電極
７ａ … 開口部
７ｂ … 端子部
７ｈ … 貫通孔
８ … カソード電極
８ｈ … 孔部
９ … 反射板
９ａ … 開口部
９ｂ … 反射部
９ｃ … 反射面
９ｄ… 外向フランジ部
９ｅ … 脚部
９ｆ … 湾曲部
１０ … アノードガラス板
１０ａ … 投光面
１１ … カソードガラス板
１１ａ … 配線パターン
１１ｂ … 電極ピン
１１ｃ … 貫通孔
１１ｄ … 低融点ガラス
１２ … 円筒ガラス材
１２ａ … 低融点ガラス層
１２ｂ … 低融点ガラス層
１２ｃ … 段部
１５ … 蛍光体膜
１６ … 導電膜
２０ … 基材
２０ａ … 端子部
２０ｂ … 電極固定用ワイヤ
２１ … 冷陰極電子放出源
２１ａ … Ｎ型シリコン基板
２１ｂ … ナノダイヤ−カーボンナノウォール層
２２ … スペーサ
２３ … エミッタマスク
２３ … カソード電極
２３ａ … 開口部
２４ … スペーサ
２４ａ … 開口部
２４ｈ … 貫通孔
２５ … ピン
２６ … 無機接着剤
２７ … セラミック接着剤
２８ … ボンディングワイヤ
２９ … ボンディングワイヤ
３５ … 内筒部材
３６ … フリットガラス
３７ … バネ性電極
３８ … セラミック接着剤
４０ … 真空炉
５０ … テールランプ（面発光モジュール）
５１ … レンズ部
５２ … 実装面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に円形の蛍光体膜が塗布された円板状のアノードガラス板と、
前記蛍光体膜に対向する電子放出源を備えたカソード板と、
前記アノードガラス板と前記カソード板との間に配設され、中心部に前記蛍光体膜に対向する開口部を有すると共に当該開口部の周部に前記蛍光体膜で発光した光を反射する反射部を有する反射板と、
前記反射板の外縁が内接する円筒材とを備え、
前記反射板を装入した円筒材の両端部を、前記アノードガラス板と、前記カソード板によって真空封止したことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射板は、前記開口部と同心の回転対称位置から外周方向に延在する弾性変形可能な複数の脚部を有し、前記各脚部の先端が前記円筒材に内接することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記反射板は、前記開口部と同心の円環状の外向フランジ部を有し、当該外向フランジ部の外周が前記円筒材に内接することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記アノードガラス板は、前記蛍光体膜の下層に形成された透明電極膜と導通する環状の導電パターンを有し、
前記反射板は、前記反射部の外周側が前記導電パターに当接することにより前記透明電極膜と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発光装置を光源として複数配置したことを特徴とする面発光モジュール。
【請求項１】
中心部に円形の蛍光体膜が塗布された円板状のアノードガラス板と、
前記蛍光体膜に対向する電子放出源を備えたカソード板と、
前記アノードガラス板と前記カソード板との間に配設され、中心部に前記蛍光体膜に対向する開口部を有すると共に当該開口部の周部に前記蛍光体膜で発光した光を反射する反射部を有する反射板と、
前記反射板の外縁が内接する円筒材とを備え、
前記反射板を装入した円筒材の両端部を、前記アノードガラス板と、前記カソード板によって真空封止したことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射板は、前記開口部と同心の回転対称位置から外周方向に延在する弾性変形可能な複数の脚部を有し、前記各脚部の先端が前記円筒材に内接することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記反射板は、前記開口部と同心の円環状の外向フランジ部を有し、当該外向フランジ部の外周が前記円筒材に内接することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記アノードガラス板は、前記蛍光体膜の下層に形成された透明電極膜と導通する環状の導電パターンを有し、
前記反射板は、前記反射部の外周側が前記導電パターに当接することにより前記透明電極膜と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発光装置を光源として複数配置したことを特徴とする面発光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２５３１９（Ｐ２０１０−２２５３１９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６８４７９（Ｐ２００９−６８４７９）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 電気自動車用の超高効率な省エネ型ランプの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 電気自動車用の超高効率な省エネ型ランプの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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