KR20090038816A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20090038816A
KR20090038816A KR1020080100588A KR20080100588A KR20090038816A KR 20090038816 A KR20090038816 A KR 20090038816A KR 1020080100588 A KR1020080100588 A KR 1020080100588A KR 20080100588 A KR20080100588 A KR 20080100588A KR 20090038816 A KR20090038816 A KR 20090038816A
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KR1020080100588A
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히사야 다카하시
아츠시 난바
도시야 아라카와
미키오 오노
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후지 쥬코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 염가이면서 간단한 구성으로 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있는 발광 장치를 제공한다.
진공 용기(5) 내에 내열성을 갖는 유리 기판(51)을 설치하고, 이 유리 기판(51) 상에 애노드 전극(8)[및, 발광체(20)]을 설치하며, 유리 기판(51)을 진공층을 통해 유리 기판(11)으로부터 이격시킨다. 이에 따라, 캐소드 전극(6)과 애노드 전극(8) 사이의 전류 밀도를 높게 제어하여 발광체(20)를 고휘도 발광시킨 경우에도, 진공 용기(5)를 여기 발생에 의한 열 손상으로부터 적확하게 보호한다. 따라서, 진공 용기(5) 전체에 과도한 내열성을 갖게 할 필요가 없으며, 소다 석회 유리 등의 염가의 재료로 구성할 수 있고, 결과적으로 염가이면서 간단한 구성으로 발광 장치(1)의 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은, 냉음극 전자 방출원으로부터 전계 방출된 전자에 의해 발광체를 여기 발광시키는 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 백열 전구나 형광등이라고 하는 종래의 발광 장치에 대하여, 진공 속에서 냉음극 전자 방출원으로부터 전계 방출된 전자를 고속으로 발광체에 충돌시킴으로써, 발광체를 여기 발광시키는 냉음극 전계 방출형의 발광 장치가 개발되어 있으며, 전계 방출형 조명 램프(Field Emission Lamp: FEL)나 전계 방출형 표시 장치(Field Emission Display: FED)로서의 용도가 예상되고 있다.
이들 발광 장치 중, 특히 램프용의 광원 등으로 용도가 특화되는 FEL은, 유리 기판이 소정 간격으로 대향 배치된 진공 용기 내에, 캐소드 전극이나 애노드 전극 등을 배치한 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 이 경우, 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 일반적으로 애노드 전극은, 진공 용기 상에 투광면을 형성하는 유리 기판의 이면측에 ITO 등의 투명 도전막이 성막됨으로써 형성되며, 이 애노드 전극의 상층에 발광체가 성막된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-339012호 공보
그런데, 이 종류의 발광 장치에 있어서, 진공 용기는 고온 하에서의 진공 밀봉 공정을 거쳐 형성된다. 따라서, 이 진공 밀봉 공정 시의 열팽창에 의한 크랙 등의 발생을 방지하기 위해, 일반적으로 진공 용기는 선팽창 계수가 같은 유리 기재를 조합시킴으로써 구성된다. 이 경우, 유리 기재로서는, 석영 유리 등을 이용하는 것도 가능하지만, 제조 비용을 낮게 억제하기 위해, 가공이 용이한데다가 시장에 염가로 유통되고 있는 소다 석회 유리 등을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 소다 석회 유리 등은 내열성이 부족하며, 국소적으로 온도가 상승한 경우에, 열 왜곡에 의한 파괴가 일어나기 쉽다. 여기서, 발광체를 고휘도 발광시키기 위해서는 캐소드-애노드 사이의 전류 밀도를 높게 제어할 필요가 있지만, 주지하고 있는 바와 같이 전류 밀도를 높게 할 수록 발광체는 고온이 된다. 예컨대, 발광체는, 0.1 W/㎠의 발광 강도의 증가에 대하여, 30도 정도 승온한다. 따라서, 소다 석회 유리 등을 이용하여 진공 용기를 구성한 발광 장치에서는, 발광체를 고휘도 발광시키기에는 한계가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 염가이면서 간단한 구성으로 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉음극 전자 방출원을 갖는 캐소드 전극과, 상기 냉음극 전자 방 출원으로부터 전계 방출된 전자에 의해 여기 발광하는 발광체를 갖는 애노드 전극이 진공 용기 내에 수용된 발광 장치에 있어서, 상기 진공 용기의 투광면을 형성하는 투명 기재의 내면측에, 내열성을 갖는 유리 기판을 진공층을 통해 대향 배치하며, 상기 유리 기판 상에 상기 애노드 전극을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 장치에 따르면, 염가이면서 간단한 구성으로 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 형태를 설명한다. 도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 것으로, 도 1은 발광 장치의 주요부 단면도이며, 도 2는 발광 장치의 분해 사시도이고, 도 3은 전극 유닛의 분해 사시도이며, 도 4의 (a)는 전극 유닛의 저면도로서 (b)는 (a)의 I-I선을 따라 취한 주요부 단면도이고, 도 5는 유리 기판 및 고정 피팅의 분해 사시도이다.
도 1에서, 도면 부호 1은 발광 장치를 나타내며, 본 실시형태에서는, 예컨대 차량의 헤드 램프나 테일 램프 등의 광원으로서 적합한 평면 형상의 전계 방출형 조명 램프를 나타낸다.
이 발광 장치(1)는, 고진공 상태로 유지된 진공 용기(5) 내에, 캐소드 전극(6)과, 게이트 전극(7)과, 애노드 전극(8)을 기저면(基底面)측에서 투광면측을 향하여 차례대로 배치한 기본 구성을 갖고 있다.
진공 용기(5)는, 예컨대 복수의 유리 부재의 접합체로 구성되어 있다. 구체 적으로, 진공 용기(5)는, 기저면측과 투광면측에서 상호 대향 배치되는 평면에서 보아 직사각형 형상을 이루는 한쌍의 유리 기판(10, 11)과, 이들 유리 기판(10, 11) 사이에 개재되는 프레임(12)을 갖는다. 프레임(12)은 양 유리 기판(10, 11)의 연변부(緣邊部)를 따라 환형으로 형성된 유리 부재로 구성되며, 이 프레임(12)에는, 각 유리 기판(10, 11)과의 접촉면에, 예컨대 450℃∼500℃에서 융해되는 저융점 유리층(12a, 12b)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 예컨대 고진공화(vacuuming)된 진공로 내에서, 유리 기판(10, 11)과 프레임(12)이 저융점 유리층(12a, 12b)을 통해 융착됨으로써, 내부가 고진공 상태로 유지된 진공 용기(5)가 형성된다. 또한, 진공 용기(5)를 구성하는 유리 기판(10, 11) 및 프레임(12)은, 시장에서 널리 염가로 유통되고 있는 소다 석회 유리 등을 가공하는 것에 의해 적합하게 구성된다.
캐소드 전극(6)은, 예컨대 평면에서 보아 직사각형 형상을 이루는 평판 형상의 기재(15) 상에 냉음극 전자 방출원(16)이 실장되어 주요부가 구성되어 있다. 또한, 기재(15) 상에는, 냉음극 전자 방출원(16)의 주위를 둘러싸는 환형의 스페이서(17)가 중첩 배치되며, 이 스페이서(17) 상에는, 냉음극 전자 방출원(16)에 소정의 미소 간격을 두고 대향하는 에미터 마스크(18)가 중첩 배치되어 있다.
여기서, 기재(15)는 선팽창 계수가 작은 도전 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 스테인레스 재료 혹은 인바(invar) 재료로 이루어지는 금속판으로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 기재(15)에는, 예컨대 42％ 니켈철로 이루어지는 판 두께 0.2 ㎜의 박판 부재가 적합하게 이용되고 있다.
또한, 냉음극 전자 방출원(16)은, 예컨대 표면에 ND-CNW(나노다이아-카본 나노 월)층(16b)이 균등하게 형성된 판 두께 0.5 ㎜의 N형 실리콘 기판(16a)으로 구성되어 있다. 그리고, 이 냉음극 전자 방출원(16)은, 기재(15) 상에 실장되었을 때에, N형 실리콘 기판(16a)의 이면측이 기재(15)와 전기적으로 접속된다.
또한, 스페이서(17)는, 예컨대 기재(15)와 동종의 도전 재료(예컨대, 42％ 니켈철)로 이루어지는, 판 두께 0.75 ㎜의 박판 부재로 구성되어 있다.
또한, 에미터 마스크(18)는, 예컨대 기재(15) 및 스페이서(17)와 동종의 도전 재료(예컨대, 42％ 니켈철)로 이루어지는, 판 두께 0.2 ㎜의 박판 부재로 구성되어 있다. 이 에미터 마스크(18)에는, 냉음극 전자 방출원(16) 상의 전자 방출 영역을 규정하기 위한 복수의 개구부(18a)가 개구되어 있다. 에미터 마스크(18)는, 스페이서(17)를 통해 기재(15)와 전기적으로 접속되어 기재(15)와 동 전위가 되고 있으며, 이에 따라, 냉음극 전자 방출원(16) 상의 개구부(18a)와 대향하는 영역 이외에서는 전자의 전계 방출이 억제된다. 따라서, 냉음극 전자 방출원(16)은, 에미터 마스크(18)의 개구부(18a)와 대향하는 영역만이 전자 방출 영역으로서 규정된다. 또한, 본 실시형태에서, 개구부(18a)의 개구 치수는, 예컨대 직경 Φ1=1.6 ㎜로 설정되어 있으며, 이와 같이 비교적 대직경인 개구부(18a)는 에칭 등을 이용하여 용이하게 개구할 수 있다.
게이트 전극(7)은, 예컨대 캐소드 전극(6)의 기재(15) 등과 동종의 도전 재료로 구성되고 평면에서 보아 직사각형 형상을 이루는 평판 형상의 기재(19) 상에, 에미터 마스크(18)에 대응하는 복수의 개구부(19a)가 개구되어 주요부가 구성되어 있다. 또한, 게이트 전극(7)의 개구부(19a)는, 캐소드 전극(6)과의 얼라이먼트 오차 등을 고려하여, 에미터 마스크(18)의 개구부(18a)보다도 대직경으로 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 개구부(19a)의 개구 치수는, 예컨대 직경 Φ2=1.8 ㎜로 설정되어 있으며, 이와 같이 비교적 대직경인 개구부(19a)는 에칭 등을 이용하여 용이하게 개구할 수 있다.
여기서, 게이트 전극(7)은, 캐소드 전극(6) 상에 유지되어 전극 유닛(3)을 구성하며, 캐소드 전극(6)의 이면측에 고정 설치되는 복수의 레그부(30)를 통해 유리 기판(10) 상에 일체적으로 유지되어 있다.
구체적으로 설명하면, 캐소드 전극(6)의 4코너에는 기재(15), 스페이서(17) 및 에미터 마스크(18)를 관통하는 관통 구멍(6h)이 각각 개구되어 있다. 또한, 게이트 전극(7)의 4코너에는, 캐소드 전극(6)의 각 관통 구멍(6h)에 대향하는 위치에, 기재(19)를 관통하는 관통 구멍(7h)이 각각 개구되어 있다.
또한, 캐소드 전극(6)의 4코너에는, 게이트 전극(7)과의 사이에, 관통 구멍(6h, 7h)에 대응하는 관통 구멍(25h)을 구비한 스페이서(25)가 각각 설치되어 있다. 이들 스페이서(25)는, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(7)의 전기적인 단락을 방지하기 위해, 예컨대 절연성을 갖는 세라믹 부재로 구성되어 있다. 또한, 이들 스페이서(25)의 판 두께는, 게이트 전극(7)과 캐소드 전극(6)의 대향 거리를 규정 하한값 이상으로 설정하도록, 예컨대 1.0 ㎜로 설정되어 있다. 또한, 하한값은, 유해한 금속 스퍼터가 게이트 전극(7)에서 캐소드 전극(6)으로 발생하는 것을 방지 가능한 거리인 동시에, 게이트 전극(7)과 캐소드 전극(6)의 거리가 너무 근접하여 전계가 유효하게 발생하지 않으며 냉음극 전자 방출원(16)으로부터 방출되는 전자가 극단적으로 적어지는 것을 방지하기 위한 거리이고, 예컨대 0.1 ㎜∼5 ㎜의 범위로 설정된다.
이와 같이 스페이서(25)를 통해 캐소드 전극(6) 상에 게이트 전극(7)이 중첩 배치된 적층체의 4코너에서 각각 연속하는 관통 구멍(6h, 25h, 7h)에는, 핀(26)이 삽입되며, 세라믹계의 무기 접착제(27)가 충전되어 있다. 그리고, 핀(26)이 무기 접착제(27)를 통해 캐소드 전극(6), 스페이서(25), 게이트 전극(7)의 각 관통 구멍(6h, 25h, 7h)의 내주(內周)에 접착됨으로써, 게이트 전극(7)은 캐소드 전극(6)에 일체적으로 유지되며, 전극 유닛(3)을 구성한다.
여기서, 핀(26)은 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(7)의 전기적인 단락을 방지하기 위해, 절연성을 갖는 세라믹핀으로 구성되어 있다.
또한, 무기 접착제(27)는 알루미나, 운모, 소다 석회 유리, 니켈, 니켈철, 스테인리스강 등을 적합하게 접착 가능한 접착제이다. 그 필요 능력은, 예컨대 선팽창 계수가 5×10-6∼10×10-6(㎝/㎝/℃)의 범위이고, 특히 6.5×10-6∼8.5×10-6(㎝/㎝/℃)의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 점도가 10,000∼80,000(cps), 특히 30,000∼40,000(cps)의 범위인 것이 바람직하다. 이 무기 접착제(27)로서는, 예컨대 세라마 본드가 적합하게 이용된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 이 전극 유닛(3)에 있어서, 캐소드 전극(6)의 이면의 각 변에는, 탄성을 갖는 무기 재료로 구성된 한쌍의 레그부가 각각 고정 설 치되어 있다. 각 레그부(30)는, 예컨대 각각 3개 1조의 두멧선(dumetwire)(30a)이 기재(15)의 이면에 스폿 용접 등이 됨으로써 구성되어 있다. 또한, 보강을 위해, 기재(15)의 이면에는, 예컨대 각 레그부(30)를 피복하는 니켈 리본(31)이 스폿 용접 등에 의해 고정 설치되어 있다. 또한, 전극 유닛(3)의 유지 시에, 적절한 탄성을 확보하면서 충분한 지지 강도를 실현하기 위해, 본 실시형태에서 각 두멧선(30a)은, 예컨대 직경 Φ=0.3 ㎜의 것이 적합하게 이용되고 있다. 또한, 니켈 리본(31)은, 예컨대 두께 t=0.2 ㎜, 폭 w=3 ㎜의 것이 적합하게 이용되고 있다.
한편, 유리 기판(10) 상에서, 예컨대 캐소드 전극(6)의 각 변에 설치된 각 쌍의 레그부(30) 중, 3쌍의 각 레그부(30)에 각각 대응하는 위치에는, 각 레그부(30)의 연장 방향을 따라 각각 연장되는 가이드 홈(32)이 오목하게 마련되어 있다. 그리고, 각 가이드 홈(32)에는, 대응하는 각 레그부(30)의 선단부가 삽입되며, 세라믹계의 무기 접착제(예컨대, 전술한 세라마 본드)(33)를 통해 유리 기판(10)에 고착되어 있다.
또한, 유리 기판(10) 상에 있어서, 캐소드 전극(6)에 설치된 나머지 한쌍의 레그부(30)에 대응하는 위치에는, 진공 용기(5)의 내외를 도통하는 패턴 배선(34)이 배치되어 있다. 그리고, 패턴 배선(34)에 대응하는 각 레그부(30)는, 그 선단부가 은 페이스트 등을 통해 패턴 배선(34)과 도통된 후, 세라믹계의 무기 접착제(예컨대, 전술한 세라마 본드)(35)를 통해 유리 기판(10)에 고착되어 있다.
이들 레그부(30)를 통한 지지 구조에 의해, 전극 유닛(3)은, 유리 기판(10)에 대하여, 소정 거리 이격된 상태로 탄성적으로 유지되어 있다. 동시에, 각 레그 부(30)중의 적어도 1개[본 실시형태에서는, 한쌍의 레그부(30)]는, 패턴 배선(34)과 전기적으로 접속됨으로써, 캐소드 전극(6)에 대한 도전선으로서의 기능을 겸한다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 캐소드 전극(6)과 전기적으로 접속되는 패턴 배선(34)의 근방에는, 진공 용기(5)의 내외를 도통하는 패턴 배선(37)이 배치되어 있으며, 이 패턴 배선(37)에는 게이트 전극(7)이 도전선(38)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
애노드 전극(8)은, 진공 용기(5) 내에 설치된 유리 기판(51) 상에 마련되어 있다. 이 애노드 전극(8)은, 예컨대 유리 기판(51) 상에 배치된 투명 도전막(예컨대, ITO막)으로 이루어지며, 게이트 전극(7)[캐소드 전극(6)]에 대향되어 있다. 또한, 애노드 전극(8)의 상층에는, 냉음극 전자 방출원(16)으로부터 방출된 전자에 의해 여기되는 형광체(20)가 성막되어 있다. 또한, 제조 공정을 간소화하기 위해, 애노드 전극(8)으로서 기능하게 할 수 있는 투명 도전막(예컨대, ITO막)이 유리 기판(51)에 미리 성막되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 형광체(20)는, 예컨대 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 포토그래피법, 침전법, 전착법 등에 의해, 애노드 전극(8) 상에 성막할 수 있다.
유리 기판(51)은, 예컨대 100도 이상의 고온에 대한 내열성을 갖는 유리 재료로 구성되며, 진공 용기(5)의 투광면을 형성하는 유리 기판(11)의 내면에, 진공층을 통해 대향되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서, 100도 이상의 내열성을 갖는 유리 재료란, 예컨대 100도 이상으로 승온된 경우에도 열 왜곡 등에 의한 크랙 등 이 발생하지 않는 내구성(바꾸어 말하면, 100도 이상으로 승온된 경우에도 거의 열 왜곡을 발생시키지 않는 특성)을 갖는 유리 재료를 말한다. 이러한 유리 재료(51)로서는, 예컨대 석영 유리를 적합하게 이용할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서, 유리 기판(51)은, 게이트 전극(7)[에미터 마스크(18)] 상에서의 개구부(19a)[개구부(18a)]의 전체 개구 영역에 대향하며 평면에서 보아 대략 직사각형 형상을 이루는 평판 부재로 구성되며, 연변부에 고정 설치된 고정 피팅(55)을 통해 진공 용기(5) 내에 유지되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 고정 피팅(55)은, 유리 기판(51)과 대략 같은 판 두께를 갖는 피팅 본체(56)와, 이 피팅 본체(56)의 양면에 중첩 배치되는 스페이서(57, 58)를 갖는다.
피팅 본체(56)는 외주(外周)가 프레임(12)의 내주에 끼워 맞춰지는 환형의 판 부재로 구성되며, 내주부에 유리 기판(51)을 끼워 맞추어 유지한다. 또한, 스페이서(57, 58)는, 예컨대 0.수 ㎜∼1 ㎜ 정도의 판 두께를 갖는 환형의 판 부재로 구성되며, 예컨대 스폿 용접 등에 의해 피팅 본체(56)에 고정 설치되어 있다(도 2 참조). 스페이서(57, 58)의 내주는, 피팅 본체(56)의 내주보다도 작게 설정되어 있으며(도 1, 도 5 참조), 스페이서(57, 58)는 피팅 본체(56)에 고정 설치되었을 때에, 유리 기판(51)의 연변부에 접촉함으로써, 유리 기판(51)이 피팅 본체(56)로부터 탈락되는 것을 방지한다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 프레임(12)의 내주면에는, 예컨대 세라믹제의 홀딩 판(60)이 세라마 본드 등의 무기 접착제(61)를 통해 고정 설치되어 있으 며, 이 홀딩 판(60)과 유리 기판(11) 사이에 고정 피팅(55)이 협지(挾持)됨으로써, 유리 기판(51)은 진공 용기(5) 내에 유지된다. 이 경우, 유리 기판(11, 51) 사이에 스페이서(58)가 개재됨으로써, 유리 기판(51)은 진공층을 통해 유리 기판(11)에 대향된다.
여기서, 고정 피팅(55)[피팅 본체(56) 및 스페이서(57, 58)]은 선팽창 계수가 작은 도전 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 스테인레스 혹은 인바 재료로 이루어지는 금속판으로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 피팅 본체(56) 및 스페이서(57, 58)에는, 예컨대 42％ 니켈철로 이루어지는 박판 재료가 적합하게 이용된다. 그리고, 고정 피팅(55)은 도전 재료로 구성됨으로써, 애노드 전극(8)과 전기적으로 접속되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(11)에는 진공 용기(5)의 내외를 도통하는 패턴 배선(59)이 배치되어 있으며, 이 패턴 배선(59)에 스페이서(58)가 접촉함으로써, 고정 피팅(55)은 애노드 전극(8)과 패턴 배선(59)을 전기적으로 접속하는 도전 부재로서도 기능한다.
이러한 실시형태에 따르면, 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(7)을 각각 판 형상의 기능 부품으로 개별적으로 구성함으로써, 이들을 마이크로 프로세스 등을 이용하지 않고서 염가로 제조할 수 있다. 그리고, 이들 캐소드 전극(6) 및 게이트 전극(7)에 상호 대향하는 관통 구멍(6h, 7h)을 각각 개구하며, 이들 관통 구멍(6h, 7h)을 관통하는 핀(26)을 삽입하고, 삽입한 핀(26)을 세라믹계의 무기 접착제(27)를 통해 캐소드 전극(6)과 게이트 전극(7)에 접착함으로써, 진공 용기(5)의 기밀 밀봉 시의 열팽창 등에 의해 캐소드 전극(6) 및 게이트 전극(7)의 면방향으로 응력 등이 작용한 경우에도, 이들의 상대적인 왜곡 등을 핀(26)에 의해 억제하며, 양 전극(6, 7)의 접합 상태를 적확하게 유지할 수 있다. 더구나, 양 전극(6, 7) 등에 핀(26)을 접착하는 접착제로서 세라믹계의 무기 접착제(27)를 이용함으로써, 진공 용기(5) 내의 유기물 오염을 적확하게 방지할 수 있다.
이 경우에, 캐소드 전극(6) 및 게이트 전극(7)의 기재(15, 19) 등으로서 선팽창 계수가 작은 동종의 인바 재료(특히, 43％ 니켈)를 채용함으로써, 양 전극(6, 7)의 열변형에 의한 왜곡을 억제할 수 있다. 또한, 무기 접착제(27)로서, 인바 재료와 선팽창 계수가 비슷하며, 친화성이 높은 세라마 본드를 채용함으로써, 보다 적합하게 양 전극(6, 7)의 접합 상태를 유지할 수 있다.
또한, 게이트 전극(7)과 함께 유닛화한 캐소드 전극(6)에, 탄성을 갖는 무기 재료로 이루어지는 복수의 레그부(30)를 고정 설치하고, 이 레그부(30)를 통해 캐소드 전극(6)을 진공 용기(5)에 유지함으로써, 진공 밀봉 시의 열팽창 등에 의해 진공 용기(5)[유리 기판(10) 등]와 전극 유닛(3)[캐소드 전극(6) 등] 사이에 상대적으로 왜곡이 발생한 경우에도, 이 왜곡을 레그부(30)에서 흡수하여 전극 유닛(3)을 진공 용기(5) 내에 적확하게 유지할 수 있다. 따라서, 진공 용기(5)의 유리 기판(10) 등에 염가의 소다 석회 유리 등을 이용할 수 있어, 발광 장치(1)의 저비용화를 한층 더 실현할 수 있다.
이 경우에 있어서, 레그부(30)에 대응하는 가이드 홈(32)을 진공 용기(5)[유리 기판(10)]에 마련하고, 이 가이드 홈(32)의 내부에서 레그부(30)의 선단부를 무기 접착제(33)를 통해 유리 기판(10)에 고착시킴으로써, 간단한 구성으로, 보다 확 실하게, 전극 유닛(3)을 진공 용기(5)에 유지할 수 있다. 게다가, 만일 레그부(30)에 대한 무기 접착제(33)의 접착이 떨어진 경우에도, 레그부(30)는 무기 접착제(33)에 의해 막힌 가이드 홈(32) 안을 아주 조금 미끄럼 이동하기만 하므로, 전극 유닛(3)은 유리 기판(10) 상에 적확하게 유지된다.
또한, 가이드 홈(32)에 의한 레그부(30)의 유지 구조 대신에, 레그부(30)를 유리 기판(10)과 프레임(12) 사이에서 저융점 유리(12a)에 의해 고착시키면, 보다 간단한 구성으로, 전극 유닛(3)을 진공 용기(5) 내에 유지할 수 있다.
또한, 복수의 레그부(30) 중 적어도 1개를, 캐소드 전극(6)의 도전선으로서 겸용함으로써, 발광 장치(1)를 보다 간소화할 수 있다.
또한, 투광면이 되는 유리 기판(11)에 진공층을 통해 대향하는 유리 기판(51)을 진공 용기(5) 내에 배치하고, 이 유리 기판(51)을 내열성을 갖는 유리 재료로 구성하며, 유리 기판(51) 상에 애노드 전극(8)을 배치함으로써, 염가이면서 간단한 구성으로, 발광 장치(1)의 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있다.
즉, 진공 용기(5) 내에 내열성을 갖는 유리 기판(51)을 설치하고, 이 유리 기판(51) 상에 애노드 전극(8)[및 형광체(20)]을 설치하며, 유리 기판(51)을 진공층을 통해 유리 기판(11)으로부터 이격시킴으로써, 캐소드 전극(6)과 애노드 전극(8) 사이의 전류 밀도를 높게 제어하여 발광체(20)를 고휘도 발광시킨 경우에도, 진공 용기(5)를 여기 발생에 의한 열 손상으로부터 적확하게 보호할 수 있다. 따라서, 진공 용기(5) 전체에 과도한 내열성을 갖게 할 필요가 없으며, 소다 석회 유 리 등의 염가의 재료로 구성할 수 있고, 결과적으로 염가이면서 간단한 구성으로 발광 장치(1)의 내구성의 향상과 고휘도화의 양립을 실현할 수 있다.
다음에, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 것으로, 도 6은 발광 장치의 주요부 단면도이며, 도 7은 발광 장치의 분해 사시도이고, 도 8은 고정 피팅으로 유닛화되는 유리 기판 및 리플렉터의 분해 사시도이며, 도 9는 도 8에서의 유리 기판의 변형예를 도시하는 분해 사시도이다. 또한, 본 실시형태는, 캐소드 전극을 진공 용기의 기저면측의 유리 기판 상에 직접 배치한 점, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 리플렉터를 설치한 점이, 전술한 제1 실시형태에 대하여 주로 다르다. 그 외에, 전술한 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 도면 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 발광 장치(101)에 있어서, 전극 유닛(103)은, 캐소드 전극(105)과 복수의 개구부를 갖는 게이트 전극(104)으로 구성되어 있다. 또한, 캐소드 전극(105)은, 예컨대 유리 기판(10) 상에 형성된 도전막(106)의 상층에, 냉음극 전자 방출원(107)이 형성되어 주요부가 구성되어 있다.
도전막(106)은, 예컨대 알루미늄이나 니켈 등의 금속을 증착이나 스퍼터법 등에 의해 퇴적하거나, 은 페이스트재를 도포하여 건조ㆍ소성하는 것 등에 의해 형성된다. 또한, 냉음극 전자 방출원(107)은, 예컨대 도전막(106)의 상층에 카본 나노 튜브, 카본 나노 월, 스핀트형 마이크로콘, 금속 산화물 위스커 등의 에미터 재료가 막 형상으로 도포되어 형성되어 있다. 본 실시형태에서, 이들 도전막(106) 및 냉음극 전자 방출원(107)은, 유리 기판(10) 상의 대략 중앙부에 설정된 비교적 협소한 영역에 형성되어 있다. 또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 도전막(106)에는 패턴 배선(34)이 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 유리 기판(51)에는, 캐소드 전극(105)과 대향하는 측의 면 상의 전면(全面)에, 애노드 전극(8)을 구성하는 투명 도전막(ITO 등)이 형성되며, 이 애노드 전극(8)의 상층에 있어서, 냉음극 전자 방출원(107)과 정면으로 마주 대하는 영역에는, 형광체(110)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서, 애노드 전극(8)은 반드시 유리 기판(51)의 전면에 형성될 필요는 없으며, 적어도 냉음극 전자 방출원(107)에 대향하는 영역에 형성되고 또한 고정 피팅(55)과의 도통이 도모되어 있으면 된다.
또한, 상호 대향하는 캐소드 전극(105)과 애노드 전극(8)[발광체(110)] 사이에는, 리플렉터(115)가 개재되어 있다. 이 리플렉터(115)는, 예컨대 도전성을 갖는 판금 부재로 구성되며, 대략 중앙부에, 캐소드 전극(105) 및 애노드 전극(8)의 실효 영역[즉, 발광체(110)]에 대향하는 개구부(116)를 갖는다(도 6 참조). 또한, 개구부(116)의 주변에는, 예컨대 개구부(116)를 기저(基底)로 하여 유리 기판(51)측으로 확개(擴開)되는 테이퍼 형상의 반사면(117)이 형성되며, 또한 반사면(117)의 외주부에는 외향 플랜지(118)가 형성되어 있다. 외향 플랜지(118)는 유리 기판(51)과 함께 피팅 본체(56)의 내주부에 끼워 맞추어 유지된 상태로 스페이서(57, 58) 사이에 협지되며, 이에 따라 리플렉터(115)는, 유리 기판(51)과 일체로, 고정 피팅(55)을 통해 진공 용기(5) 내에 유지된다. 그리고, 리플렉터(115)는, 발광 체(110)로부터 유리 기판(10)측으로 출사되는 빛을 반사면(117)에서 반사하여 투광면[유리 기판(11)]으로 유도한다. 또한, 리플렉터(115)는 도전성을 갖고 있기 때문에, 스페이서(57)와의 사이에 리플렉터(115)를 개재시킨 경우에도, 애노드 전극(8)은 고정 피팅(55)을 통해 패턴 배선(59)과 적확하게 도통된다.
이러한 실시형태에 따르면, 발광체(110)로부터 진공 용기(5)의 기저면측[유리 기판(10)측]을 지향하여 발광하는 빛을 리플렉터(115)에서 반사하여 투광면측[유리 기판(11)측]으로 유도함으로써, 발광체(110)로부터 출사하는 빛의 이용 효율을 현격하게 향상시킬 수 있다. 그 반면, 이와 같이 리플렉터(115)를 개재시킨 구성에서는, 발광체(110)를 형성 가능한 영역이 협소한 영역에 한정되어 버려, 특히 이와 같이 협소한 발광체(110)로 충분한 발광량을 확보하기 위해서는 캐소드 전극(105)과 애노드 전극(8) 사이의 전류 밀도를 높게 제어할 필요가 있으며, 발광체(110)에 대응하는 영역이 매우 고온이 되는 것이 상정되지만, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 본 실시형태의 발광체(110)는, 진공층을 통해 유리 기판(11)에 대향하는 내열성의 유리 기판(51) 상에 배치되어 있기 때문에, 진공 용기(5)에 열해를 끼치는 일 없이, 염가이면서 간단한 구성으로 발광 장치(1)의 고휘도화를 실현할 수 있다.
여기서, 예컨대 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 리플렉터(115)의 대략 전 영역에 대향하는 유리 기판(51) 대신에, 발광체(110)와 대략 동일한 폭의 단척(短尺) 형상을 이루는 유리 기판(151)을 이용하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성하면, 석영 유리 등의 고가의 내열성 유리의 사용료를 저감할 수 있 으며, 보다 염가의 발광 장치(101)를 구성할 수 있다. 게다가, 반사면(117)에서 반사한 빛의 대부분이 유리 기판(151)을 투과하는 일 없이 유리 기판(11)에 직접 입사되기 때문에, 유리 기판(151)에서의 빛의 손실을 저감할 수 있으며, 발광체(110)로부터 출사되는 빛의 이용 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치(1) 및 발광 장치(101)의 적용은, 차량의 헤드 램프나 테일 램프 등에만 한정되는 것이 아니며, 그 밖의 각종 조명 장치 등에도 적용 가능한 것은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광 장치의 주요부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 유닛의 분해 사시도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 유닛의 저면도이며, (b)는 (a)의 I-I선을 따라 취한 주요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유리 기판 및 고정 피팅의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 발광 장치의 주요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 발광 장치의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따라 고정 피팅으로 유닛화되는 유리 기판 및 리플렉터의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 도 8에서의 유리 기판의 변형예를 도시하는 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 발광 장치
3 : 전극 유닛
5 : 진공 용기
6 : 캐소드 전극
6h : 관통 구멍
7 : 게이트 전극
7h : 관통 구멍
8 : 애노드 전극
10 : 유리 기판
11 : 유리 기판
12 : 프레임
12a, 12b : 저융점 유리층
15 : 기재
16 : 냉음극 전자 방출원
16a : N형 실리콘 기판
16b : 나노다이아-카본 나노 월층
17 : 스페이서
18 : 에미터 마스크
18a : 개구부
19 : 기재
19a : 개구부
20 : 발광체
25 : 스페이서
25h : 관통 구멍
26 : 핀
27 : 무기 접착제
30 : 레그부
30a : 두멧선(dumetwire)
31 : 니켈 리본
32 : 가이드 홈
33 : 무기 접착제
34 : 패턴 배선
37 : 패턴 배선
38 : 도전선
51 : 유리 기판(내열성을 갖는 유리 기판)
55 : 고정 피팅
56 : 피팅 본체
57, 58 : 스페이서
59 : 패턴 배선
60 : 홀딩 판
61 : 무기 접착제
101 : 발광 장치
103 : 전극 유닛
104 : 게이트 전극
105 : 캐소드 전극
106 : 도전막
107 : 냉음극 전자 방출원
110 : 발광체
115 : 리플렉터
116 : 개구부
117 : 반사면
118 : 외향 플랜지
151 : 유리 기판(내열성을 갖는 유리 기판)

Claims (3)

  1. 냉음극 전자 방출원을 갖는 캐소드 전극과, 상기 냉음극 전자 방출원으로부터 전계 방출된 전자에 의해 여기 발광하는 발광체를 갖는 애노드 전극이 진공 용기 내에 수용된 발광 장치에 있어서,
    상기 진공 용기의 투광면을 형성하는 투명 기재의 내면측에, 내열성을 갖는 유리 기판을 진공층을 통해 대향 배치하며,
    상기 유리 기판 상에 상기 애노드 전극을 설치한 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판은 100도 이상의 고온에 대한 내열성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상호 대향하는 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이에 개재하는 리플렉터를 구비하며,
    상기 리플렉터는, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극의 대향 영역에 개구되는 개구부와, 상기 애노드 전극 상의 상기 발광체에서 발광한 빛을 반사하여 상기 투광면으로 유도하는 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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