JP2008166245A - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い真空度を必要とすることなく、平面光源を容易に組み立てることができる光源装置を提供すること。
【解決手段】カソード構造と、アノード構造と、前記カソード構造と前記アノード構造との間に配置された蛍光層と、前記カソード構造と前記アノード構造との間に充填され、導電の機能を有する低圧ガス層とを備え、前記低圧ガス層は、作動電圧の下で少なくとも十分な量の電子を前記蛍光層に直接的に衝突させる電子平均自由行程を備えている。
【選択図】図３
【解決手段】カソード構造と、アノード構造と、前記カソード構造と前記アノード構造との間に配置された蛍光層と、前記カソード構造と前記アノード構造との間に充填され、導電の機能を有する低圧ガス層とを備え、前記低圧ガス層は、作動電圧の下で少なくとも十分な量の電子を前記蛍光層に直接的に衝突させる電子平均自由行程を備えている。
【選択図】図３
Description
本発明は光源装置に関する。更に詳細に述べると、本発明は、平面光源装置、例えば、所望の光を発生させることができる平面光源装置に関するものである。
光源装置は日常生活に広く使用されている。 白熱電球などの従来の光源装置は、電源を入れた後に高温を発生させてフィラメントを通して、可視光線を発生させている。白熱電球のような光源は、実質的に点光源である。 その後、管状の光源が開発されている。長い期間に渡る開発と変化を通して、パネル表示で広く使用されているように、平面光源も提供されている。
光源を発生させるためには、多くの機構がある。 図 1は平面光源の従来装置の機構の概略断面図である。図１を参照すると、この発光装置は、操作電圧の下の電場を発生させるために電源106に接続された2つの電極構造100、102を使用し、また、電子110をガス104でイオン化するためにプラズマ放出と呼ばれたガス放出をも使用している。電子110は、電場によって加速されて、電極構造102の上の赤、緑、青の蛍光層のように異なる色に対応する蛍光層108a、108b、108cに衝突される。可視光線112は、蛍光層の作用により発生し放出される。ここに、電極構造100は、光の出射側であり、光伝達材料は、一般に用いられ、例えば、ガラス基板およびインジウムスズ酸化物(ITO)の透明な導電性の層からなっている。
光源を発生させるための別の機構は、図２に示されるように電界放出機構である。図 2は、平面光源の別の従来装置の機構の概略断面図である。カソード構造層122は、ガラス基板120に配置される。複数の円錐の導体124がカソード構造層122に配置される。 ゲート層126は円錐の導体124に配置される。円錐の導体124に対応する複数の穴がゲート層126に配置される。別のアノード構造層128では、透明なアノード層がガラス基板に配置される。その上、蛍光層130はアノード構造層128に配置される。電子132は、カソードとアノードとの間の高度の電場の下にある円錐の導体124の先端から放出して、電場で加速され、それから可視光を放出するために蛍光層130に衝突する。
2つの従来の光放出機構は、それぞれ特有の利点および欠点を有している。ガス放電機構は、実現するのが簡単で、単純な構造となっている。しかし、プラズマは、処理過程中で発生させることが要求されるために電力が消耗される。電界放出の光源は、冷光源のうちの1つであり、カソード線管(CRT)に似た原理に基づいている。電子は、可視光線を放出するために高速真空の中で直接蛍光性の粉末に衝突される。電界放出のこの光源は、高い輝度と節電に有利であり、平板的構造に組み立てることも容易である、しかし、カソードに均一の発光材料を増加させるか、あるいは被膜しなければならない。例えば、軸構造に形成するか、あるいは、ナノカーボンチューブを使用しなければならない。大きなアスペクト比を備えたマイクロ構造は、電子が、カソードから真空空間へ放出するカソードの仕事関数を克服することを可能にするために使用される。このような方法では、均一に大きな面積のカソード構造を形成するのは難しい。更に、電界放出内のカソードとアノード間の距離が正確に制御される必要があり、したがって、スペーサーの仕様が非常に厳しく、真空包装もまた問題の1つとなる。
本発明は、光源装置を提供するものであり、この光源装置には、カソード構造、アノード構造、蛍光層および低圧ガス層が含まれる。蛍光層は、カソード構造とアノード構造の間に配置される。低圧ガス層は、カソード構造とアノード構造の間で充填され、導電の機能を有している。低圧ガス層は、電子の多くが作動電圧の下の蛍光層に直接衝突するための電子平均自由行程を持っている。
本発明は、光源装置に向けられたものであり、これは、非常に高い真空度を必要とすることなく平面光源を容易に組み立てることができるものであり、蛍光材料は、例えば、紫外線光源、赤外光、可視光線等を発生するために選択することができる。
本発明の前述、そして、他の目的、特徴、および利点を分かり易くするために、図面に基づいてなされた好適な実施例を以下に詳細に説明する。
尚、先の一般的な記述および下記の詳細な記述は、共に例示であり、また、クレームされる発明のさらなる説明を提供することを意図するものと理解される。
本発明は、ガス放電の基礎的な機構を利用し、ガスの真空度の制御により電界放出効果を実現することができる光源装置を提供する。したがって、本発明の光源装置は、均一な平面光源に容易に組み立てることができる。例えば、平面紫外線光源か他の可視光、赤外光等を発生するためにさらに蛍光材料を選択することができる。
本発明によって提供される光源装置は、十分な量の電子をカソードから導出させるためにガス導電特性を利用する。これらの電子は薄いガスの中で飛翔する。薄いガス中の電子平均自由行程が長くなるにつれて、十分な量の電子が、例えば、光を放出するようにアノード上の蛍光粉末材料に、なお直接衝突する。この蛍光粉末は、光を放出する電子によって励起されたのであろう。紫外線が必要な場合、紫外線を放出する蛍光粉末の要素割合は100ナノメートルから400ナノメートルの波長を備えた光を放出するように調節することができる。さらに、電圧変動は光を放出する強度を制御するのに使用することができる。本発明の光源装置は、少なくとも低価格、均一の放出光および簡単な構造の利点を達成することができる。
いくつかの例が、本発明の特徴を説明するために以下に記載されているが、本発明は、これらの記載された実施例に限定されるものではない。図３は、本発明の実施例に係る発光装置の概略断面図である。図３を参照すると、この発光装置の一実施例は、カソード構造層200とアノード構造層202とを含む。ここに、カソード構造層200およびアノード構造層202は、例えば、基板および基板上の電極層を実質的に含み、その実際の構造を実際の設計に応じて変えることができる。このことは、当業者に知られており、さらにここでは説明しない。蛍光層204が、カソード構造層200とアノード構造層202との間に配置され、例えば、概略には、アノード構造層202に配置される。さらに、石英またはガラスのような透明層206も発光範囲を規定するために配置され得る。低圧ガス208が、カソード構造層200とアノード構造層202との間で充填され、この場合、例えば、ガスは、1×10-2から1×10-3トルの範囲にあり、その結果、電子平均自由行程が約5mmより大きい。ここで、ガスは、通常の慣用技術によって達成することができる空間に封入される。ここでは、その詳細な説明をしない。さらに、電圧に関係のある出力・入力構成部品は、通常の慣用技術によって達成することができ、詳細に説明しない。
充填したガスが伝導のために使用され、従って、選択されるガスが、望ましくはイオン化され、伝導されることが容易なガスであるが、他のガスも使用することができることが留意されるべきである。使用されるガスは、大気の空気、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリブトン、キセノン、水素分子、二酸化炭素等である。充填ガスが、中間の真空にあるときに、電子平均自由行程は、十分な量の電子を好ましい光を放出するために、蛍光層204の材料に衝突するのに十分なエネルギー電場によって加速させるのに十分なほどなお大きい。
言い換えれば、ガス放出機構は、十分な量の電子を均一に発生させるために本発明においても使用される。また、電界放出機構は、所望の光を発生させるためにイオン化された電子を蛍光層204に衝突させるように使用される。光の波長は、蛍光層204の異なる材料に従って変わる。
図４は、本発明の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。図4を参照すると、例えば、平面発光装置は、カソード構造240およびアノード構造246を含んでいる。蛍光層244は、カソード構造240とアノード構造246との間、好ましくはアノード構造246の一側に配置される。スペーサー242がカソード構造240をある距離アノード構造246から分離させる。また、同時に空間が、低圧ガス208を充填するために封止される。前記の機構によって、適切な加工電圧が、カソード構造240およびアノード構造246に加えられる場合、所望の電場が、蛍光層244に衝突する電子を加速するために生成される。したがって、所望の光源210は、アノード構造246から放出される。アノード構造246は、例えば、光透過であり、そのアノード構造の導電材料は、例えば、インジウムスズ酸化物であり、その一方で支持基板は、例えば、石英又はガラスである。発生した光の漏洩を防ぐために、カソード構造240の表面には反射層を配置することができる。したがって、カソード構造240は反射機能を有している。例えば、カソード構造240のカソード物質は、反射能力を備えた金属を使用することができる。
また、カソード構造の表面は、金属、ナノカーボン材料および酸化亜鉛のような放出可能な材料でもよい。アノード構造のアノード材料は、例えばインジウムスズ酸化物、フッ素ドープ酸化スズ、透明導電酸化物および他の材料のように透明導電材料である。
図５は、本発明の他の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。図５を参照すると、同じ設計原理により、上下の基板250およびスペーサーズ256は、所望の低圧ガスの充填のための密封空間とすることが可能である。しかしながら、この実施例のアノード構造254およびカソード構造252は、横断電場を形成すると共に下側の基板250に配置されている。この構造では、蛍光層も、アノード構造254とカソード構造252間の下側の基板250に配置される。例えば、発生した光を片面側の方へ放出可能とするために、下側基板250も反射機能付きで設計されてもよい。
図６は、本発明の他の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。図６を参照すると、同じ設計原理の下に、直線照明管又はわん曲照明管のように管状の発光装置も設計することが可能である。アノード構造に含まれている電極導電層262と蛍光層264は、管壁260に配置される。管壁260は、低圧ガスを充填するための密閉空間を形成することになる。カソード構造266は、照明管の形状に従って延びる線状の構造である。例えば、照明管の部分が円形であるときには、アノード構造は円の中心に配置される。カソード構造は、例えば金属、ナノカーボン管、ナノカーボン壁、ナノカーボン炭素物質および酸化亜鉛のような放電可能な材料である。アノード構造は、例えば透明な導電材料である。
図７は、本発明の他の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。図7を参照すると、平面発光装置は、密閉空間を形成するための下側基板270および上側基板278を含んでいる。この実施例における設計は、カソード構造とアノード構造を異なる配置としているが、それでも基本的な機構には、変化はない。一つ又は複数の溝が、下側基板２７０の内側表面に配置され、これらの溝の断面の輪郭はわん曲しており、好ましくは円弧である。アノード構造層272と蛍光層274は溝の表面に配置される。カソード構造276は、例えば溝272に対応して配置されている直線的な形状で、例えば円弧の中央に配置される。カソード構造276の材料は、例えば図6中のカソード構造266と同じである。アノード構造層272は、光反射機能も有している。光反射機能を有しているものとして、平面光源は、複数のアノード構造層272およびカソード構造276とされることができる。
図８は、本発明の他の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。図８を参照すると、この実施例で使用される線状のカソード構造286も、また前述の記述と同様のものである。しかしながら、アノード構造層282は、平面で、基板280に配置される。好ましくは、アノード構造層282は、基板280の一つの凹部283にある。蛍光層284はアノード構造層282に配置される。前述の伝導ガスは、例えば基板288と基板280の空間に封入される。この実施例のアノード構造層282は、平板に構成され、一方、複数のカソード構造層286は、平面光源とするためにアノード構造層282上に配置される。
図９は、本発明の他の実施例に係る平面発光装置の概略断面図である。本実施例の発光機構は、光触媒が付加されていることを除いては、上述の発光機構と同様である。図９を参照すると、平面発光装置は、カソード構造290とアノード構造296とを含有している。蛍光層294は、アノード構造296の内側表面に配置される。また、スぺーサーズ292は、さらにカソード構造290とアノード構造296の間に配置されて、例えば、設計に応じてカソード構造290と蛍光層294の間に配置されることができる。図４と同様に、カソード構造290は、光反射能力がある構造であることが好ましい。例えば、電極の材料自体は、反射能力がある金属、または、基板が光透過性を有する場合には、反射層は、カソード構造290の外側に追加して配置される。スぺーサーズ292の使用によって、カソード構造290とアノード構造296は、距離をおいて隔離され、低圧ガスを充填するために密閉空間を形成する。例えば、アノード構造296は、透明な電極層である。
この実施例では、光触媒298も、アノード構造296の外側表面に配置される。光触媒298は、蛍光層294から放出された紫外線のような光300を可視光に変換する。したがって、光源の装置は、直接、照明装置として使用することができる。
本発明の光源装置は、多数の他の異なる装置およびシステム、例えば、バイオ薬品や環境保護等の為の照射機械および洗浄工程、構成材に使用される紫外線、において配置された所望の光源として使用することが出来る。本発明の光源の波長は、赤外線、可視光線あるいは紫外線とすることが出来る。
本発明は、節電効果を達成するために蛍光機構により発光して、少なくともいくつかの利点を有している。本発明の構造は単純である。カソードは単純な平板構造で、特別な処置が不要であり、他の材料を配置することを必要としない。本発明は、高度の真空包装を必要としない。従って、製造工程が単純で、大規模生産へ利益をもたらす。カソードの金属構造は反射率を増強することができ、それにより、輝度を増加し、光を放出する効率を改善する。光源装置によって放出された光の波長は、異なる設計によって要求される異なる波長範囲に適合するように蛍光材料によって決定される。光源装置は、水平、線状、点光源、または、これらを組み合わせて設計され得る。同じ機構によって、適切な形状の設計を通じて、平面か照明管構造として設計されることが出来る。蛍光材料は、赤外線、可視光、または紫外線等の様々な波長の光を放出するものから選択される。
当業者であれば、発明の範囲または精神から逸脱しないで本発明の構造を様々な変更変形をすることが出来ることは、明白である。前述の記述を考慮すれば、下記の特許請求の範囲およびこれらと均等の範囲において本発明は、変更と変形の保護を意図している。
２００ カソード構造層
２０２ アノード構造層
２０４ 蛍光層
２０２ アノード構造層
２０４ 蛍光層
Claims (20)
- カソード構造と、
アノード構造と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に配置された蛍光層と、
前記カソード構造と前記アノード構造との間に充填され、導電の機能を有する低圧ガス層とを備え、
前記低圧ガス層は、作動電圧の下で少なくとも十分な量の電子を前記蛍光層に直接的に衝突させる電子平均自由行程を備えていることを特徴とする光源装置。 - 前記低圧ガス層の空気圧が1×10-2から1×10-3トルの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記アノード構造から前記カソード構造を分離し、且つ前記低圧ガス層を収容するための封入された空間を構成するためのスペーサーを更に備えている請求項１に記載の光源装置。
- 前記カソード構造および前記アノード構造が板構造であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記蛍光層が前記アノード構造の第一の面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
- 前記蛍光層で励起された光を受け入れるように前記アノード構造の第二の表面に配置された光触媒層を更に備えている請求項５に記載の光源装置。
- 前記アノード構造が透過性構造であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記アノード構造が長い管状であり、前記カソード構造が前記アノード構造の内部空間に位置され、前記長い管に相応して延びる直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記長い管が直線管形状、または、わん曲管形状であることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
- 前記カソード構造は、少なくとも線状のカソードであり、前記アノード構造は、反射機能を有する金属平面板であり、前記蛍光層は、前記アノード構造に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 凹部面を有する基板構造を更に備え、前記アノード構造は、前記凹部面に配置される請求項１０に記載の光源装置。
- 前記線状のカソードの前記表面が放電材料であることを特徴とする請求項１０記載の光源装置。
- 少なくともわん曲面溝を有する基板構造を更に備え、前記カソード構造は、前記わん曲溝の上方に対応して延びる少なくとも線形状のカソードであり、前記アノード構造は、反射機能を持ち、前記基板構造の前記わん曲面溝に配置され、前記蛍光層は、前記アノードに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記線状カソードは、金属片であり、ナノカーボン金属が金属片の表面に取り付けられていることを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
- 前記線状カソードは、前記わん曲面溝の上方で前記わん曲面の略中心に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
- 更に基板を備え、前記カソード構造および前記アノード構造は、前記基板の二つの側に位置しており、前記蛍光層は、前記基板および前記カソード構造と前記アノード構造の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記カソード構造と前記アノード構造は、２つの平行な金属片であり、前記蛍光層の前記蛍光材料に衝突するために電子を横方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記蛍光層が所望の光源を発生させる為に電子によって衝突されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記平面光源が前記カソード構造および前記アノード構造によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 電子は、前記低圧ガス層によって伝導されたガスを用いて前記カソード構造から引き出され、電子は、発光の為に前記蛍光層に衝突するように電場によって加速されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
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