JP5124625B2 - ３次元ファセット発光源装置および立体発光源装置 - Google Patents
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Description
この発明は、発光源装置（light-emitting source device）に関する。特に、３次元ファセット（3-demension facet）発光源装置および立体（stereoscopic）発光源装置に関する。
光源装置は、日常生活において広く使用されている。従来の点光源（point light source）の長年にわたる研究ならびに発展の後、低電力消費であり、均一な発光効果を有する平面発光装置（planar light- emitting device）が開発されてきており、それが平面ディスプレイ・ビルディング外観の広告掲示板または建築用照明等に広く利用できるようになっている。従来の点光源または平面光源、例えば、タングステンランプ・冷陰極線管（cold cathode-ray tube = CRT）あるいは発光ダイオード（light-emitting diode = LED）アレイ光源などについて言えば、使用されるランプは、一般に、円形および棒状のような標準的な形状を有しており、インスタレーションアートまたは装飾イルミネーションのような商用的使用において、余分なマスクまたは他の構造がインスタレーションアートの主要部分でない発光源を遮蔽するために使用されなければならない。従って、発光源の使用が限られたものとなる。
また、ビルディング外壁のインスタレーションアートまたはガラスショーケースについて言えば、現代建築は、環境に優しい材料として大量の透光ガラスを利用しており、長い使用寿命という利点およびメンテナンスの利便性などを達成している。ガラス建築材料の利点は、昼間の太陽光を人工的な照明の補助として使用することができることであり、照明に使用する電力を節約するとともに、快適で自然な照明スペースもまた提供する。ここ数年、有機エロクトロルミネセンス（organic electroluminescence）メカニズムを使用するディスプレイ装置がガラス建築材料に使用されているものの、高いコストという不利益ならびにメンテナンスの不便さのために、その使用率は低い。
この発明は、従来の発光源の照明デザインに対して異なる思考および使用習慣を提供するものであり、３次元・平面ディスプレイ装置またはダイナミックな発光芸術インスタレーションに柔軟に利用できる。そのため、発光源がイルミネーションとして使用されるだけでなく、異なる照明デザインに従って異なる発光パターンおよびカラーと協同して使用することができるので、発光源自体がインスタレーションアートの主要部分として供されることができるとともに、発光源の追加的な処理または余分なマスクの使用が不必要なものとなって、発光源の応用レベルを向上させる。
そこで、この発明の目的は、発光源の応用レベルを向上させることのできる、３次元ファセット発光源装置を提供することにある。
この発明の別な目的は、発光源の応用レベルを向上させることのできる、立体発光源装置を提供することにある。
この発明は、透明容器と、陽極板（アノードプレート）と、陰極板（カソードプレート）と、複数の透明板と、低圧ガス層とを含む３次元ファセット発光源装置を提供する。透明容器が第１サイドと第２サイドと密閉空間とを有する。陽極板が第１サイドに配置される。陰極板が第２サイドに配置され、かつ陽極板に対向して透明容器中に位置する。透明板が陽極板および陰極板間に配置されるとともに、各透明板が蛍光層を有する。低圧ガス層が密閉空間中に充填されて、電子を陰極板から発射するように誘導するとともに、電子が透明板に平行な方向へ飛行し、かつ各蛍光層を打撃して発光し、１組の３次元ファセットパターンを形成する。
この発明は、透明容器と、陽極板（アノードプレート）と、陰極板（カソードプレート）と、蛍光層と、低圧ガス層とを含む立体発光源装置を提供する。透明容器が第１サイドと第２サイドと密閉空間とを有する。陽極板が第１サイドに配置される。陰極板が第２サイドに配置され、かつ陽極板に対向して透明容器中に位置する。蛍光層が透明容器中の立体的な物件上に形成されるとともに、立体的な物件が透明物件または半透明物件を含む。低圧ガス層が密閉空間中に充填されて、電子を陰極板から発射するように誘導するとともに、電子が飛行し、かつ各蛍光層を打撃して発光し、立体的なパターンを形成する。
つまり、この発明の発光源装置中の低圧ガス層は、高真空パッケージが不必要なので、その製造プロセスが簡略化でき、大量生産に役立つ。また、この発明の発光源装置は、プレゼンテーション・イルミネーションおよびエネルギー節約において大きな改良点を有しているとともに、３次元・平面ディスプレイまたはダイナミックな発光アートインスタレーションに柔軟に応用できる。従って、発光源が照明に使用できるだけでなく、異なる照明デザインに基づいて異なる発光パターンおよび色彩と協同することができて、発光源自体がインスタレーションアートの主要部分として提供できるとともに、発光源の追加的な処理または余分なマスクの使用が不必要なものとなって、発光源の応用レベルを向上させる。
この発明は、３次元ファセット発光源装置を提供し、そのうち、低圧環境でのガス放出がカソードプレートからの十分な量の電子を誘導することができるとともに、希薄な低圧ガス中で電場（electric field）により電子が加速されて蛍光層へ飛行して打撃（hit）する。低圧ガス中での電子の平均自由行程（mean free path）が比較的長いため、十分な量の電子が蛍光層を打撃でき、電子の運動エネルギーが光線エネルギーに変換されて発光効果を達成する。
また、このような発光メカニズムは、一般的な光源では達成できない特性および利点を有する。例えば、前記発光メカニズムは、透明性および発光特性を有するとともに、発射された光線の波長が蛍光体パウダーの構成物に従って決定され、かつ異なる波長範囲を有する光源が照明環境の異なる必要性に基づいて決定される。また、上記した発光メカニズムは、短い発光応答時間および線形調光性などの特徴を有しているので、異なる環境の発光パターンを満足させる。人間工学（ergonomics）および視覚快適性について、平面光源は、単位面積の低い光線密度という利点を有し、平面光源は、眼を不愉快にさせる眩（まぶ）しさを発生させず、点光源と比較して、眩（まぶ）しい視覚残留を回避し、人類の健康および装飾的照明の基本的な要求に更に一致するものである。製作過程において、半導体または有機化学のような汚染物がなく、また、装置自体が水銀を含まず、グリーンな環境保護光源に属するとともに、未来の環境保護ニーズに適合するものである。これらの利点に基づいて、市場での応用の柔軟性ならびに３次元ファラット発光源装置の製品付加価値は、より高いものがある。従って、照明を提供できるだけでなく、この発明の発光メカニズムは、柔軟に３次元、平面ディスプレイ装置またはダイナミック発光アートインスタレーションに柔軟に適用することができる。この発明の透明基板の材料は、剛性材料または柔軟性材料であることができる。また、発光源装置が単側面、両側面またはファセット発光源装置であることができ、実際の必要性に従って変化させることができる。典型的な実施形態が更なる記述のため以下に提供されるが、この発明は、提供される典型的な実施形態に限定するたものものではなく、提供される典型的な実施形態は、相互に連結することができ、個別に独立した実施形態とされる必要はない。
以下の典型的な実施形態中、低圧ガス層中のガスは、不活性ガス、空気、水素（Ｈ２）、カーボン酸化物（ＣＯ２）または酸素（Ｏ２）である。以下の表１中、対応する駆動電圧および電流は、作業ガス（working gas）が窒素である場合を示している。
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１から図５は、この発明の５つの典型的な実施形態にかかる発光源装置をそれぞれ示す概略的な説明図である。図１と図２とにおいて、３次元ファセット発光源装置１０は、透明容器１００Ａまたは１００Ｂと、アノードプレート１１０（導電薄膜をメッキしたガラスまたは処理された金属プレートの一片とすることができる）と、複数の透明板１２０と、カソードプレート１３０（導電薄膜をメッキしたガラスまたは処理された金属プレートの一片とすることができる）と、低圧ガス層１４０とを少なくとも含む。透明容器１００Ａまたは１００Ｂの材料は、例えば、第１サイドＳ１、第２サイドＳ２および密閉空間Ｃ（図１参照）を有する透明ガラスである。アノードプレート１１０およびカソードプレート１３０は、透明容器１００Ａまたは１００Ｂ中に互いに対向するように配置される。低圧ガス層１４０は、カソードプレート１３０から発射される十分な量の電子ｅ−を密閉空間Ｃ中に充填されるとともに、電子ｅ−が透明板１２０と平行に飛行して透明板１２０上の蛍光層１２２を打撃し、発光する。
図１から図５は、この発明の５つの典型的な実施形態にかかる発光源装置をそれぞれ示す概略的な説明図である。図１と図２とにおいて、３次元ファセット発光源装置１０は、透明容器１００Ａまたは１００Ｂと、アノードプレート１１０（導電薄膜をメッキしたガラスまたは処理された金属プレートの一片とすることができる）と、複数の透明板１２０と、カソードプレート１３０（導電薄膜をメッキしたガラスまたは処理された金属プレートの一片とすることができる）と、低圧ガス層１４０とを少なくとも含む。透明容器１００Ａまたは１００Ｂの材料は、例えば、第１サイドＳ１、第２サイドＳ２および密閉空間Ｃ（図１参照）を有する透明ガラスである。アノードプレート１１０およびカソードプレート１３０は、透明容器１００Ａまたは１００Ｂ中に互いに対向するように配置される。低圧ガス層１４０は、カソードプレート１３０から発射される十分な量の電子ｅ−を密閉空間Ｃ中に充填されるとともに、電子ｅ−が透明板１２０と平行に飛行して透明板１２０上の蛍光層１２２を打撃し、発光する。
図１に示した典型的な実施形態中、透明容器１００Ａが透明中空柱体１０２と第１エンドプレート１０４と第２エンドプレート１０６とを含み、それらが展示用のガラスショーケースとして供されることができる。第１エンドプレート１０４および第２エンドプレート１０６が透明中空柱体１０２の２端に位置して密閉空間Ｃを形成する。また、アノードプレート１１０およびカソードプレート１３０がそれぞれ透明容器１００Ａの第１サイドＳ１ならびに第２サイドＳ２に配置されるとともに、複数の溝１１２（dentations = 歯牙状の刻み目）を有する細長片形状（strip-shaped）のプレートであり、透明板１２０が２つの細長片形状プレートの長さ方向に沿って間隔をあけて配列されることができ、かつ溝１１２中に固定されることができる。この典型的な実施形態中、各透明板１２０が蛍光層１２２を有し、異なる蛍光材料に基づいて必要な波長を有する可視光線を発射できる。電子ｅ−によって間接的に打撃される時、各蛍光層１２２が発光して、１組の３次元ファセットパターンを形成する。各蛍光層１２２のパターンは、ある実際的な必要性に従って設計（例えば、銀河系マップ Milky Way galaxy mapとして設計）され、スクリーン印刷またはスプレー（spraying）を介して透明板１２０上に直接プリントできる。透明板１２０の数量は、５つに限定されておらず、実際的な必要性に従って増減することができる。
図２の典型的な実施形態中、透明容器１００Ｂは、上部、下部、左、右、前、後の透明構造から形成された中空ボックスであり、それらは、展示用のガラスショーケースとして供されることができる。図１の構成に類似しており、図２のアノードプレート１１０およびカソードプレート１３０は、透明容器１００Ｂの第１サイドＳ１ならびに第２サイドＳ２に配置されるとともに、複数の溝１１２（歯牙状の刻み目）を有する細長片形状のプレートであり、透明板１２０が２つの細長片形状プレートの長さ方向に沿って間隔をあけて配列されることができ、かつ溝１１２中に固定されることができる。この典型的な実施形態中、各透明板１２０が蛍光層１２２を有しており、電子ｅ−によって打撃される時、各蛍光層１２２が発光して、１組の３次元ファセットパターンを形成する。
図３において、図３の典型的な実施形態中、立体発光源装置２０が透明容器２００とアノードプレート２１０と蛍光層２２０とカソードプレート２３０と低圧ガス層２４０とを少なくとも含む。透明容器２００が更に立体的な物件２０２を有し、それが例えばインスタレーションアートの主要部分であるとともに、蛍光層２２０が立体的な物件２０２上に形成され、かつ異なる蛍光材料に基づいて必要な波長を有する可視光線を発射できる。電子ｅ−が蛍光層２２０を打撃して光線を発射して、立体的なパターンを形成する。立体的なパターンは、蛍光層２２０によって少なくとも２つの色彩またはパターンを有するものに形成されるとともに、蛍光層２２０が立体的な物件２０２の異なる表面上に形成される。蛍光層２２０のパターンは、立体的な物件２０２の形状に従って決定され、球形、ラインまたは任意の立体的な形状にすることができる。立体的な物件２０２の形状および材料は、この典型的な実施形態により限定されないとともに、立体的な物件２０２が透明物件または半透明物件、例えば、ガラスチューブ、金属チューブまたは適した形状を有する任意の別なワイヤーロッドであることができる。
図４の典型的な実施形態中、立体発光源装置３０が透明容器３００Ａとアノードプレート３１０と蛍光層３２０とカソードプレート３３０と低圧ガス層３４０とを少なくとも含む。透明容器３００Ａが透明中空柱体３０２と第１エンドプレート３０４と第２エンドプレート３０６とを含み、発光源のロッド形状ランプとして提供できるとともに、例えば蛍光灯の形状を有するものの、その発光メカニズムが蛍光灯のそれとは異なり、かつ蛍光材料もまた異なるものである。第１エンドプレート３０４および第２エンドプレート３０６は、透明中空柱体３０２の二端に位置して密閉空間Ｃ（図１参照）を形成する。また、アノードプレート３１０およびカソードプレート３３０が透明容器透明容器３００Ａの第１エンドプレート３０４および第２エンドプレート３０６にそれぞれ配置される。蛍光層３２０が透明中空柱体３０２の内壁に形成され、異なる蛍光材料に基づいて必要な波長を有する可視光線を発射できる。電子ｅ−が蛍光層３２０を打撃する時、立体的なパターンが形成される。
図５の典型的な実施形態中、透明容器３００Ｂが第１エンドプレート３０４と第２エンドプレート３０６と２つの透明基板３０８，３０８とを含み、両側発光源のランプとして提供できる。第１エンドプレート３０４と第２エンドプレート３０６とがフレームを形成できるとともに、２つの透明基板３０８，３０８を接続して密閉空間Ｃ（図１参照）を形成できる。また、アノードプレート３１０およびカソードプレート３３０がそれぞれ透明容器３００Ｂの第１エンドプレート３０４ならびに第２エンドプレート３０６に配置される。蛍光層３２０が２つの透明基板３０８，３０８の内壁に形成され、異なる蛍光材料に基づいて必要な波長を有する可視光線を発射できる。電子ｅ−が蛍光層３２０を打撃する時、立体的なパターンが形成される。蛍光層３２０は、単一蛍光材料により形成されるパターンに限定されるものではなく、それがグレイレベル画像、テキストまたはカラー画像などでもあることができる。
上記した典型的な実施形態中、アノードプレート１１０，２１０＆３１０およびカソードプレート１３０，２３０＆３３０は、その上に透明導電性材料を有するとともに、直流（direct current = DC）電力源、交流（alternating current = AC）電力源またはＤＣパルス電力源により駆動されて、アノードプレートおよびカソードプレート間に電場を発生させる。透明導電性材料は、例えば、インジウム錫酸化物（indium tin oxide = ITO）、インジウム亜鉛酸化物（indium zinc oxide = IZO）、フッ素ドープド錫酸化物（flourine-doped tin oxide = FTO）、アルミニウムドープド錫酸化物（aluminum-doped zinc oxide = AZO）または他の透明導電性酸化物などである。
低圧ガス層１４０，２４０または３４０のガス圧は、例えば、１０−１０−３ torrの範囲内である。低圧ガス層のガスは、不活性ガス、空気、水素（hydrogen = Ｈ２）、二酸化炭素（carbon dioxide = ＣＯ２）、酸素（oxygen =Ｏ２）、そのうち、不活性ガスが窒素（nitrogen = Ｎ２）、ヘリウム（helium = Ｈe）、ネオン（neon = Ｎｅ）、アルゴン（argon = Ａｒ）、クリプトン（krypton = Ｋｒ）、キセノン（xenon = Ｘｅ）を含む。
低圧ガス層１４０，２４０または３４０のガス圧が密閉空間Ｃ（図１参照）に充填されて、電子をカソードプレートから均一に誘導するために使用される。さらに、低圧ガス層が電子ための平均自由行程を有するので、操作電圧において十分な量の電子ｅ−を加速してアノードプレートの方向へ移動させることができるとともに、電子が、間接的に蛍光層を打撃して発光させることができる。また、低圧ガス層中、幾つかの遊離陽イオン（free positive ions）がカソードプレートを打撃して幾つかの二次電子（secondary electrons）E2を生成し、電子の量を増大させることができる。
カソードプレート１３０，２３０または３３０から電子を容易に誘導するために、（図４に示すように）二次電子源層３５０をカソードプレートの表面に選択的に形成できるとともに、その材料が例えばマグネシウム酸化物（magnesium oxide = MgO）、シリコン酸化物（silicon dioxide = SiO2）、テルビウム酸化物（terbium oxide = Tb2O3）、ランタン酸化物（lanthanum oxide = La2O3）、アルミニウム酸化物（aluminum oxide = Al2 O3）またはセリウム酸化物（cerium oxide = CeO2）である。二次電子源層３５０がカソードプレートを被覆して二次電子の数量を増大させ、かつ保護機能も備える。また、カソードプレート１３０，２３０または３３０から電子を容易に誘導するために、（図５に示すように）電子放射層３５２がカソードプレートの表面に選択的に形成できるとともに、電子放射層３５２が、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノ多孔（carbon nano-porous）材、柱状亜鉛酸化物（columnar zinc oxide = ZnO）、亜鉛酸化物またはダイアモンド薄膜などにより形成されることができ、カソードプレートが電子を放出するとともに操作電圧を低減することを補助する。また、図示していないが、この典型的な実施形態中、二次電子源層３５０および電子放射層３５２がまたアノードプレート１１０，２１０または３１０上に形成されてカソードプレートから電子を誘導するという同じ目的を有するが、その詳細な記述は繰り返さない。
以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
１０ ３次元ファセット発光源装置
１００Ａ，１００Ｂ 透明容器
１０２ 透明中空柱体
１０４ 第１エンドプレート
１０６ 第２エンドプレート
１０８ 透明基板
１１０ アノードプレート（陽極板）
１１２ 溝（歯牙状の刻み目）
１２０ 透明板
１２２ 蛍光層
１３０ カソードプレート（陰極板）
１４０ 低圧ガス層
Ｓ１ 第１サイド
Ｓ２ 第２サイド
Ｃ 密閉空間
ｅ− 電子
２０，３０ 立体発光源装置
２００ 透明容器
２０２ 立体的な物件
２２０ 蛍光層
２３０ カソードプレート（陰極板）
２４０ 低圧ガス層
３００Ａ，３００Ｂ 透明容器
３０２ 透明中空柱体
３０４ 第１エンドプレート
３０６ 第２エンドプレート
３０８ 透明基板
３１０ アノードプレート（陽極板）
３２０ 蛍光層
３３０ カソードプレート（陰極板）
３４０ 低圧ガス層
３５０ 二次電子源層
３５２ 電子放射層
１００Ａ，１００Ｂ 透明容器
１０２ 透明中空柱体
１０４ 第１エンドプレート
１０６ 第２エンドプレート
１０８ 透明基板
１１０ アノードプレート（陽極板）
１１２ 溝（歯牙状の刻み目）
１２０ 透明板
１２２ 蛍光層
１３０ カソードプレート（陰極板）
１４０ 低圧ガス層
Ｓ１ 第１サイド
Ｓ２ 第２サイド
Ｃ 密閉空間
ｅ− 電子
２０，３０ 立体発光源装置
２００ 透明容器
２０２ 立体的な物件
２２０ 蛍光層
２３０ カソードプレート（陰極板）
２４０ 低圧ガス層
３００Ａ，３００Ｂ 透明容器
３０２ 透明中空柱体
３０４ 第１エンドプレート
３０６ 第２エンドプレート
３０８ 透明基板
３１０ アノードプレート（陽極板）
３２０ 蛍光層
３３０ カソードプレート（陰極板）
３４０ 低圧ガス層
３５０ 二次電子源層
３５２ 電子放射層
Claims (10)
- 第１サイド、第２サイドおよび密閉空間を有する透明容器と；
前記第１サイドに配置されるアノードプレートと；
前記第２サイドに配置されるとともに、前記アノードプレートに対向して前記透明容器中に位置するカソードプレートと；
前記アノードプレートおよび前記カソードプレート間に配置され、それぞれが蛍光層を有する、複数の透明板と；
前記密閉空間に充填されて前記カソードプレートから発射するように電子を誘導し、そのうち前記電子が前記透明板と平行な方向へ飛行するとともに、前記各蛍光層を打撃して発光し、１組の３次元ファセットパターンを形成する、低圧ガス層と
を備える３次元ファセット発光源装置。 - 前記透明容器が、中空柱体または中空ボックスを備える請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記アノードプレートおよび前記カソードプレートが、複数の溝を有する細長片形状プレートであるとともに、前記透明板が前記２つの細長片形状プレートの長さ方向に沿って間隔をあけて配列され、かつ前記溝中に固定される請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記アノードプレートおよび前記カソードプレートが、直流（ＤＣ）電力源、交流（ＡＣ）電力源またはＤＣパルス電力源によって駆動される請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記アノードプレートおよび前記カソードプレートが、透明導電性材料である請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記アノードプレートおよび／または前記カソードプレートの上にさらに電子放射層を有する請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記電子放射層の材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノ多孔材、亜鉛酸化物またはダイアモンド薄膜を含む請求項６記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記アノードプレートおよび／または前記カソードプレートの上にさらに二次電子源材料層を含む請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記二次電子源材料層の材料が、MgO，SiO2， Tb2O3， La2O3，Al2 O3またはCeO2を含む請求項８記載の３次元ファセット発光源装置。
- 前記低圧ガス層のガス圧が、１０−１０−３ トル（torr）の範囲内である請求項１記載の３次元ファセット発光源装置。
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