CN101414542B

CN101414542B - 发光装置

Info

Publication number: CN101414542B
Application number: CN2008101702472A
Authority: CN
Inventors: 高桥久也; 难波笃史; 荒川俊也; 小野干夫
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: CN101414542A; EP2051284A3; US8142054B2; EP2051284A2; DE602008005688D1; US20090097256A1; JP2009099367A; EP2051284B1; KR20090038816A

Abstract

本发明提供一种发光装置，其可以由低价且简单的结构同时实现耐久性的提高和高亮度化。在真空容器(5)内配置具有耐热性的玻璃基板(51)，在该玻璃基板(51)上配置正极(8)(以及发光体(20))，同时，使玻璃基板(51)隔着真空层而与玻璃基板(11)远离。由此，即使在将负极(6)和正极(8)之间的电流密度控制得较高而使发光体(20)高亮度发光的情况下，也可以可靠地保护真空容器(5)避免由受激发光而导致热损坏。因此，无需使真空容器(5)整体过度具有耐热性，可以由钠钙玻璃等低价材料构成，其结果，可以由低价且简单的结构同时实现发光装置(1)的耐久性的提高和高亮度化。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，其利用从冷阴极电子发射源场致发射的电子而使发光体受激发光。

背景技术

近年，相对于白炽灯或荧光灯等现有的发光装置，已开发出冷阴极场致发射型发光装置，其通过在真空中，使从冷阴极电子发射源场致发射的电子高速地与发光体碰撞，而使发光体受激发光，该发光装置具有作为场致发射型照明灯(Field Emission Lamp：FEL)或场致发射型显示装置(Field Emission Display：FED)的用途。

在这些发光装置中，特别是专门用于灯用光源等的FEL，可以通过在以规定间隔相对配置有玻璃基板的真空容器内，配置负极或正极等的简单的结构来实现。在这种情况下，例如专利文献1所示，通常正极是通过在真空容器上形成投光面的玻璃基板的背面侧，形成ITO等透明导电膜而形成的，在该正极的上层形成发光体。

专利文献1：特开2006-339012号公报

发明内容

但是，在这种发光装置中，真空容器是经过高温下的真空密封工序而形成的。在这里，为了防止该真空密封工序时的热膨胀导致产生裂纹等，通常真空容器是通过将线膨胀系数相等的玻璃基材组合而构成的。这种情况下，作为玻璃基材，可以使用石英玻璃等，但为了降低制造成本，希望使用加工容易、且在市场上低价销售的钠钙玻璃(sodalime glass)等。

另一方面，钠钙玻璃等耐热性较差，在局部温度上升的情况下，容易由于热变形而导致破坏。因此，为了使发光体高亮度发光，需要将负极-正极之间的电流密度控制得较高，但如公知那样，电流密度越高则发光体的温度越高。例如，对于增加0.1W/cm²的发光强度来说，发光体升温30度左右。因此，在使用钠钙玻璃等而构成真空容器的发光装置中，对于使发光体高亮度发光存在限制。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种发光装置，可以由低价且简单的结构，同时实现耐久性的提高和高亮度化。

本发明是一种发光装置，其在真空容器内收容有：负极，其具有冷阴极电子发射源；以及正极，其具有由从前述冷阴极电子发射源场致发射的电子激励而进行发光的发光体，其特征在于，在前述真空容器的形成投光面的透明基材的内表面侧，隔着真空层相对配置具有耐热性的玻璃基板，并在前述玻璃基板上配置前述正极。

发明的效果

根据本发明的发光装置，可以由低价且简单的结构，同时实现耐久性的提高和高亮度化。

附图说明

图1涉及本发明的第一实施方式，是发光装置的要部剖面图。

图2同上，是发光装置的分解斜视图。

图3同上，是电极单元的分解斜视图。

图4同上，(a)是电极单元的仰视图，(b)是(a)的沿I-I线的要部剖面图。

图5同上，是玻璃基板及固定金属件的分解斜视图。

图6涉及本发明的第二实施方式，是发光装置的要部剖面图。

图7同上，是发光装置的分解斜视图。

图8同上，是由固定金属件单元化的玻璃基板及反射部的分解斜视图。

图9同上，是表示图8中的玻璃基板的变形例的分解斜视图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。图1至图5涉及本发明的第一实施方式，图1是发光装置的要部剖面图，图2是发光装置的分解斜视图，图3是电极单元的分解斜视图，图4(a)是电极单元的仰视图，图4(b)是(a)的沿I-I线的要部剖面图，图5是玻璃基板及固定金属件的分解斜视图。

在图1中，标号1表示发光装置，在本实施方式中，表示例如适于作为车辆的前照灯或尾灯等的光源使用的平面状场致发射型照明灯。

该发光装置1具有下述基本结构：在维持高真空状态的真空容器5内，从基底面侧向投光面侧依次配置负极6、门极7、正极8。

对于真空容器5，例如由多个玻璃部件的接合体构成。具体地说，真空容器5具有：俯视成矩形形状的一对玻璃基板10、11，它们彼此相对地配置在基底面侧和投光面侧；以及框体12，其安装于上述玻璃基板10、11之间。框体12由沿两个玻璃基板10、11的边缘部形成环状的玻璃部件构成，在该框体12的与各玻璃基板10、11的抵接面上，分别形成例如在450℃～500℃熔解的低熔点玻璃层12a、12b。这样，例如在被抽至高真空的真空炉内，通过经由低熔点玻璃层12a、12b使玻璃基板10、11和框体12熔接，从而形成内部维持高真空状态的真空容器5。另外，构成真空容器5的玻璃基板10、11及框体12，可以通过对市场上广泛地低价销售的钠钙玻璃等进行加工而构成。

负极6通过例如将冷阴极电子发射源16安装在俯视呈矩形形状的平板状基材15上而构成要部。并且，在基材15上重叠配置有围绕冷阴极电子发射源16周围的环状衬垫17，在该衬垫17上重叠配置有发射极掩模18，该发射极掩模18以规定的微小间隔与冷阴极电子发射源16相对。

在这里，基材15优选由线膨胀系数较小的导电材料构成，具体地说，优选以由不锈钢材料或殷钢(invar)材料构成的金属板构成。在本实施方式中，基材15优选使用例如由42％镍铁构成的板厚为0.2mm的薄板部件。

此外，冷阴极电子发射源16由例如表面均匀地形成有ND-CNW(纳米金刚石—碳纳米壁，Nano-Diamond/Carbon Nanowall)层16b的板厚为0.5mm的N型硅基板16a构成。并且，在将该冷阴极电子发射源16安装在基材15上时，N型硅基板16a的背面侧与基材15电气连接。

此外，衬垫17通过例如由与基材15相同种类的导电材料(例如，42％镍铁)构成的板厚为0.75mm的薄板部件构成。

此外，发射极掩模18通过例如由与基材15及衬垫17相同种类的导电材料(例如，42％镍铁)构成的板厚为0.2mm的薄板部件构成。在该发射极掩模18上开设有多个开口部18a，它们用于规定冷阴极电子发射源16上的电子发射区域。发射极掩模18通过经由衬垫17与基材15电气连接，从而与基材15成为相同电位，由此在冷阴极电子发射源16上的除了与开口部18a相对的区域之外，抑制电子的场致发射。因此，冷阴极电子发射源16中，仅将与发射极掩模18的开口部18a相对的区域规定为电子发射区域。另外，在本实施方式中，开口部18a的开口尺寸设定为例如直径φ1＝1.6mm，这样，直径较大的开口部18a可以使用蚀刻等而容易地形成。

门极7通过例如在由与负极6的基材15等相同种类的导电材料构成的俯视呈矩形形状的平板状基材19上，开设与发射极掩模18对应的多个开口部19a而构成要部。另外，考虑到与负极6的对准误差等，优选将门极7的开口部19a设定为直径比发射极掩模18的开口部18大。在本实施方式中，开口部19a的开口尺寸设定为例如直径φ2＝1.8mm，这样，直径较大的开口部19a可以使用蚀刻等而容易地形成。

在这里，门极7被保持在负极6上而构成电极单元3，并经由固定设置在负极6的背面侧的多个脚部30，一体地保持在玻璃基板10上。

具体地说，在负极6的四角分别开设有贯穿基材15、衬垫17及发射极掩模18的通孔6h。此外，在门极7的四角的与负极6的各通孔6h相对的位置上，分别开设有贯穿基材19的通孔7h。

此外，在负极6和门极7之间，在负极6的四角分别配置衬垫25，上述衬垫25具有与通孔6h、7h对应的通孔25h。为了防止负极6和门极7之间的电气短路，这些衬垫25由例如具有绝缘性的陶瓷部件构成。此外，这些衬垫25的板厚应当设定为使门极7和负极6之间的相对距离大于或等于规定的下限值，例如设定为1.0mm。另外，下限值是可以防止从门极7向负极6发生有害的金属溅射的距离，同时也是用于防止因门极7和负极6之间的距离过近而不能有效形成电场，使从冷阴极电子发射源16发射的电子极度减少的距离，例如设定为0.1mm～5mm的范围。

对于这样隔着衬垫25在负极6上重叠配置门极7而成的层叠体，在该层叠体的四角彼此相连的通孔6h、25h、7h内插入销钉26，同时填充有陶瓷类无机粘接剂27。这样，通过使销钉26经由无机粘接剂27与负极6、衬垫25、门极7的各个通孔6h、25h、7h的内周粘接，而将门极7一体地保持在负极6上，构成电极单元3。

在这里，为了防止负极6和门极7的电气短路，销钉26由具有绝缘性的陶瓷销钉构成。

此外，无机粘接剂27是可以良好地粘接氧化铝、云母、钠钙玻璃、镍、镍铁、不锈钢等的粘接剂。作为其必要能力，例如线膨胀系数落在5×10^-6～10×10^-6(cm/cm/℃)的范围内，特别地，优选6.5×10^-6～8.5×10^-6(cm/cm/℃)的范围。并且，粘度为10,000～80,000(cps)，特别地，优选30,000～40,000(cps)的范围。作为该无机粘接剂27，例如可以使用称为“セラマボンド”的粘结剂。

如图4所示，在该电极单元3中，在负极6的背面各边上分别固定设置由具有弹性的无机材料构成的一对脚部。各脚部30分别通过例如使三根一组的镀铜铁镍合金(dumet)线30a点焊在基材15的背面而构成。并且，为了进行加固，在基材15的背面，例如利用点焊等固定设置有包覆各脚部30的镍带31。另外，在保持电极单元3时，为了确保合适的弹性且实现充分的支撑强度，在本实施方式中，各镀铜铁镍合金线30a优选使用例如直径φ＝0.3mm的线。此外，镍带31优选使用例如厚度t＝0.2mm、宽度w＝3mm的镍带。

另一方面，在玻璃基板10上，例如在与配置于负极6各边上的各对脚部30中的三对脚部30分别对应的位置上，凹设有分别沿各脚部30的延伸方向延伸的引导槽32。然后，在各引导槽32中插入对应的各脚部30的前端部，经由陶瓷类无机粘接剂(例如，上述“セラマボンド”)33固定在玻璃基板10上。

此外，在玻璃基板10上，在与配置于负极6上的剩下的一对脚部30对应的位置上，配置有将真空容器5的内外导通的电路图案配线34。然后，与电路图案配线34对应的各脚部30，使其前端部经由银导电膏等与电路图案配线34导通后，经由陶瓷类无机粘接剂(例如，上述“セラマボンド”)35固定在玻璃基板10上。

利用由这些脚部30构成的支撑构造，将电极单元3相对于玻璃基板10以隔有规定距离的状态弹性地进行保持。同时，各脚部30中的至少一个(在本实施方式中为一对脚部30)，通过与电路图案配线34电气连接，兼作负极6的导电线而起作用。

另外，如图2所示，在与负极6电气连接的电路图案配线34的附近，配置有将真空容器5的内外导通的电路图案配线37，该电路图案配线37经由导电线38与门极7电气连接。

正极8设置于玻璃基板51上，该玻璃基板51配置在真空容器5内。该正极8由例如配置于玻璃基板51上的透明导电膜(例如，ITO膜)构成，与门极7(负极6)相对。此外，在正极8的上层覆膜形成荧光体20，该荧光体20由从冷阴极电子发射源16发射的电子进行激发。另外，为了简化制造工序，玻璃基板51优选预先覆膜形成有可以作为正极8起作用的透明导电膜(例如，ITO膜)。此外，荧光体20可以通过例如丝网印刷法、喷墨法、照相法、沉淀法、电沉积法等，覆膜形成在正极8上。

玻璃基板51由例如相对于大于或等于100度的高温具有耐热性的玻璃材料构成，隔着真空层与真空容器5的形成投光面的玻璃基板11的内表面相对。在这里，本实施方式中所谓相对于大于或等于100度具有耐热性的玻璃材料是指，例如具有即使在升温至大于或等于100度的情况下，也不会由热变形等导致产生裂纹等这样的耐久性(换句话说，即使在升温至大于或等于100度的情况下，也几乎不产生热变形的特性)的玻璃材料。作为这种玻璃材料51，优选使用例如石英玻璃。

如图1所示，在本实施方式中，玻璃基板51由俯视略呈矩形形状的平板部件构成，经由固定设置于边缘部的固定金属件55保持在真空容器5内，其中，该玻璃基板51与门极7(发射极掩模18)上的开口部19a(开口部18a)的整个开口区域相对。

如图5所示，固定金属件55具有：金属件主体56，其具有与玻璃基板51大致相等的板厚；以及衬垫57、58，其重叠配置在该金属件主体56的两面。

金属件主体56由环状板型部件构成，其外周与框体12的内周嵌合，利用该金属件主体56的内周部嵌合保持玻璃基板51。此外，衬垫57、58由例如具有0.几mm～1mm程度板厚的环状板型部件构成，通过例如点焊等固定设置在金属件主体56上(参照图2)。衬垫57、58的内周设定为比金属件主体56的内周小(参照图1、5)，在固定设置金属件主体56时，衬垫57、58通过与玻璃基板51的边缘部抵接，防止玻璃基板51从金属件主体56脱落。

如图1、2所示，在框体12的内周面，例如经由“セラマボンド”等无机粘接剂61固定设置有陶瓷制推压板60，通过使固定金属件55夹持在该推压板60和玻璃基板11之间，而将玻璃基板51保持在真空容器5内。此时，通过在玻璃基板11、51之间设置衬垫58，使玻璃基板51隔着真空层与玻璃基板11相对。

在这里，固定金属件55(金属件主体56、及衬垫57、58)优选由线膨胀系数较小的导电材料构成，具体地说，优选通过由不锈钢或殷钢构成的金属板构成。在本实施方式中，金属件主体56及衬垫57、58优选使用例如由42％镍铁构成的薄板材料。这样，通过由导电材料构成，使固定金属件55与正极8电气连接。如图2所示，在玻璃基板11上配置有将真空容器5的内外导通的电路图案配线59，通过使衬垫58与该电路图案配线59抵接，固定金属件55还可以作为将正极8与电路图案配线59电气连接的导电部件起作用。

根据所述实施方式，将负极6和门极7分别由板状功能部件独立构成，可以低价地进行制造，而无需使用微处理。并且，通过在上述负极6和门极7上分别开设彼此相对的通孔6h、7h，同时插入贯穿这些通孔6h、7h的销钉26，经由陶瓷类无机粘接剂27将插入的销钉26与负极6和门极7粘接，由此，即使在由于真空容器5的气密密封时的热膨胀等而在负极6及门极7的面方向上作用有应力等的情况下，也可以由销钉26抑制上述相对变形，可靠地维持两个电极6、7的接合状态。并且，通过将陶瓷类无机粘接剂27用作使销钉26与两个电极6、7等粘接的粘接剂，可以可靠地防止真空容器5内的有机物污染。

在这种情况下，通过采用线膨胀系数较小的同种殷钢材料(特别是43％镍)作为负极6以及门极7的基材15、19，可以抑制由于两个电极6、7的热变形而导致形变。并且，通过采用与殷钢材料线膨胀系数接近的、亲合性较高的“セラマボンド”作为无机粘接剂27，可以更好地维持两个电极6、7之间的接合状态。

此外，通过在与门极7一起单元化的负极6上，固定设置由具有弹性的无机材料构成的多个脚部30，经由该脚部30将负极6保持在真空容器5内，从而即使在由于真空密封时的热膨胀等而使真空容器5(玻璃基板10等)和电极单元3(负极6等)之间产生相对变形的情况下，也可以由脚部30吸收该变形，使电极单元3可靠地保持在真空容器5内。因此，真空容器5的玻璃基板10等可以使用钠钙玻璃等，可以实现发光装置1的进一步低成本化。

在这种情况下，通过在真空容器5(玻璃基板10)上设置与脚部30对应的引导槽32，在该引导槽32的内部经由无机粘接剂33将脚部30的前端部固定在玻璃基板10上，从而可以由简单的结构将电极单元3更可靠地保持在真空容器5内。并且，即使万一出现无机粘接剂33对脚部30的粘接松动的情况下，脚部30也仅可以在由无机粘接剂33填满的引导槽32内进行微小滑动，由此使电极单元3可靠地保持在玻璃基板10上。

此外，如果取代由引导槽32构成的脚部30的保持构造，利用低熔点玻璃12a将脚部30固定在玻璃基板10和框体12之间，则可以通过更简单的结构将电极单元3保持在真空容器5内。

此外，通过将多个脚部30中的至少一个兼作负极6的导电线使用，可以使发光装置1进一步简化。

另外，通过将隔着真空层与成为投光面的玻璃基板11相对的玻璃基板51配置于真空容器5内，由具有耐热性的玻璃材料构成该玻璃基板51，同时在玻璃基板51上配置正极8，可以由低价且简单的结构同时实现发光装置1的耐久性的提高和高亮度化。

即，通过在真空容器5内配置具有耐热性的玻璃基板51，在该玻璃基板51上配置正极8(以及荧光体20)，同时使玻璃基板51隔着真空层与玻璃基板11远离，由此即使在将负极6和正极8之间的电流密度控制得较高而使发光体20高亮度发光的情况下，也可以可靠地保护真空容器5避免由受激发光导致热损害。因此，不需要使真空容器5整体过度具有耐热性，可以由钠钙玻璃等低价材料构成，其结果，可以由低价且简单的结构同时实现发光装置1的耐久性的提高和高亮度化。

下面，图6至图9涉及本发明的第二实施方式，图6是发光装置的要部剖面图，图7是发光装置的分解斜视图，图8是由固定金属件单元化的玻璃基板及反射部的分解斜视图，图9表示图8中的玻璃基板的变形例的分解斜视图。另外，本实施方式相对于上述第一实施方式的主要区别在于：将负极直接配置于真空容器的基底面侧的玻璃基板上这一点；以及将反射部配置于负极和正极之间这一点。除此之外，对于与上述第一实施方式相同的结构，标注相同的标号并省略说明。

如图6、7所示，在本实施方式的发光装置101中，电极单元103由负极105和具有多个开口部的门极104构成。此外，负极105通过例如在形成于玻璃基板10上的导电膜106的上层形成冷阴极电子发射源107而构成要部。

导电膜106通过例如蒸镀或溅射法等沉积铝或镍等金属，或涂敷银导电膏材料并干燥·烧结等而形成。此外，冷阴极电子发射源107通过例如在导电膜106的上层以膜状涂敷碳纳米管、碳纳米壁、Spindt型微锥、金属氧化物晶须等发射极材料而形成。在本实施方式中，上述导电膜106及冷阴极电子发射源107，形成于在玻璃基板10上的大致中央部设定的较狭小区域内。另外，如图7所示，导电膜106与电路图案配线34电气连接。

另一方面，在玻璃基板51上，在与负极105相对侧的表面上的整个表面形成构成正极8的透明导电膜(ITO等)，在该正极8的上层，在与冷阴极电子发射源107正对的区域形成荧光体110。另外，在本实施方式中，正极8并不必须在玻璃基板51的整个表面形成，只要至少在与冷阴极电子发射源107相对的区域形成且实现与固定金属件55之间的导通即可。

此外，在彼此相对的负极105和正极8(发光体110)之间安装有反射部115。该反射部115由例如具有导电性的板金部件构成，在大致中央部具有与负极105及正极8的有效区域(即，发光体110)相对的开口部116(参照图6)。另外，在开口部116的周部，例如形成将开口部116作为基底向玻璃基板51侧扩展的锥形反射面117，并且，在反射面117的外周部形成外向凸缘118。外向凸缘118与玻璃基板51一起，以由金属件主体56的内周部嵌合保持的状态夹持在衬垫57、58之间，由此使反射部115与玻璃基板51一体地经由固定金属件55保持在真空容器5内。这样，反射部115通过反射面117将从发光体110向玻璃基板10侧射出的光反射而向投光面(玻璃基板11)引导。另外，由于反射部115具有导电性，因此即使在将反射部115隔在正极8和衬垫57之间的情况下，也可以使正极8经由固定金属件55与电路图案配线59可靠地导通。

根据所述实施方式，通过利用反射部115将从发光体110指向真空容器5的基底面侧(玻璃基板10侧)发出的光反射而向投光面侧(玻璃基板11侧)引导，可以显著提高从发光体110射出的光的利用效率。与此相对，在这种设有反射部115的结构中，可以形成发光体110的区域被限定在狭小的区域，特别地，为了由这样狭小的发光体110确保充分的发光量，需要将负极105和正极8之间的电流密度控制得较高，可以想到与发光体110对应的区域会变成极高温，但与上述第一实施方式同样地，由于本实施方式的发光体110配置在隔着真空层而与玻璃基板11相对的耐热性玻璃基板51上，因此不会对真空容器5造成热损害，可以由低价且简单的结构实现发光装置1的高亮度化。

在这里，例如图9所示，在本实施方式中，也可以取代与反射部115的大致整个区域相对的玻璃基板51，而使用与发光体110大致同宽度的长方形形状的玻璃基板151。根据所述结构，可以减少石英玻璃等高价耐热性玻璃的使用量，可以进一步低价构成发光装置101。并且，因为由反射面117反射的光的大部分不透过玻璃基板151，而是直接入射至玻璃基板11，所以可以减少玻璃基板151中的光损耗，可以进一步提高从发光体110射出的光的利用效率。

另外，本发明的发光装置1及发光装置101的使用，并不仅限于车辆的前照灯或尾灯等，除此之外，当然也可以在各种照明装置等中使用。

Claims

1.一种发光装置，其在真空容器内收容有：负极，其具有冷阴极电子发射源；以及正极，其具有由从前述冷阴极电子发射源场致发射的电子激励而进行发光的发光体，

其特征在于，

在前述真空容器的形成投光面的透明基材的内表面侧，隔着真空层相对配置由石英玻璃构成的玻璃基板，并且，

相对于前述玻璃基板，在基底面侧，与该玻璃基板之间隔着真空层而配置前述负极，

在与前述负极相对侧的前述玻璃基板上配置前述正极。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

该发光装置具有反射部，其设置在彼此相对的前述负极和前述正极之间，

前述反射部具有：开口部，其开设于前述负极和前述正极之间的相对区域；以及反射面，其将由前述正极上的前述发光体发出的光反射而向前述投光面引导。