放電灯
【課題】長期間にわたり安定した放電を行うことを可能にする。
【解決手段】水素を含む放電用ガス１２が封入された外囲器２と、外囲器内に設けられ、陰極支持体６、陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜７、および陰極支持体に接するとともに電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜８をそれぞれ有する一対の陰極５ａ、５ｂと、を備えている。
【解決手段】水素を含む放電用ガス１２が封入された外囲器２と、外囲器内に設けられ、陰極支持体６、陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜７、および陰極支持体に接するとともに電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜８をそれぞれ有する一対の陰極５ａ、５ｂと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯に関し、特に冷陰極放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上、生活上重要な技術であり、近年、特に冷陰極型の放電蛍光灯が液晶ディスプレイのバックライト光源として、急激に生産が拡大している。
【０００３】
冷陰極型の放電灯は、熱陰極型の放電灯に比べて、発光効率が低いという問題がある。しかし、Ｎｉ、Ｍｏ等の金属電極の換わりに導電性を有するダイヤモンド電極を用いることで、発光効率の改善を図ることが可能であり、消費電力の低減に寄与することができる。
【０００４】
ダイヤモンドはワイドバンドギャップの半導体であるため、ダイヤモンド／真空界面におけるエネルギー差（＝電子親和力）が小さい。そのため、ダイヤモンドは他材料と比べて高い電子放出能を有する。ダイヤモンドの表面を水素で終端すると、電子親和力が負となる負性電子親和力を示し、さらに高い電子放出能を持つようになる。長期間にわたり、水素で終端したダイヤモンド電極の高い電子放出能を維持するためには、放電ガス中へ微量の水素ガスを添加し、そのガス分圧を一定に保持しておく必要がある。
【０００５】
従来、放電灯の外囲器内に水素吸蔵合金を設置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この場合、水素放出量が温度、圧力に大きく依存すること、および放電灯の状態如何にかかわらず常に水素放出が起きることなど、制御性に欠け、長期間にわたり安定した放電を行うことができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１０８５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、長期間にわたり安定した放電を行うことのできる放電灯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】
【０００７】
本発明の一態様による放電灯は、水素を含む放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内に設けられ、陰極支持体、前記陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜、および前記陰極支持体に接するとともに前記電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜をそれぞれ有する一対の陰極と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による放電灯を図１に示す。本実施形態の放電灯１は、冷陰極を用いた放電灯であり、内面に蛍光体４が塗布された透明な細長いガラス管（外囲器）２と、このガラス管２内に封入された一対の冷陰極５ａ、５ｂと、これらの冷陰極５ａ、５ｂと外囲器２の外部の電源とを電気的に接続されるリード線１０ａ、１０ｂと、ガラス管２内に封入された封止ガス１２と、を備えている。
【００１１】
冷陰極５ａ、５ｂはそれぞれ、リード線１０ａ、１０ｂと電気的に接続する金属例えばタングステン（Ｗ）からなる陰極支持体６と、この陰極支持体６の表面に設けられる単結晶または多結晶のダイヤモンドからなる電子放出膜７と、陰極支持体６に接するとともに電子放出膜７に近接して設けられた水素含有膜８と、を備えている。本実施形態に係るこれらの冷陰極の平面図および断面図を図２（ａ）、２（ｂ）に示す。図２（ａ）、２（ｂ）に示すように、陰極支持体６は、円板形状の本体部６１と、本体部６１をリード線１０ａ、１０ｂに接続する接続部６２と、を備えている。本体部６１の、接続部６２が設けられた側と反対側の面の中央部に電子放出膜７が形成され、この電子放出膜７の周囲を取り囲むように水素含有膜８が形成されている。
【００１２】
本実施形態においては、水素含有膜８として水素含有炭素系材料（例えば、水素化アモルファスカーボン等）が用いられる。また、封止ガス１２として、希ガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等）またはこれらの混合希ガスと、水銀と、微量の水素を含むガスが用いられる。水素はガス分圧が２００ｐｐｍ程度であることが望ましく、１％以上含む場合は放電効率が小さくなる。
【００１３】
本実施形態の放電灯において、リード線１０ａ、１０ｂを交流電源に接続し、交流電圧を印加すると、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面に強い電界が発生し、この電界によりガラス管２内の残存電子がガラス管２内を高速に移動するとともに、電子放出膜７の表面から電子が放出される。そして、残存電子が、正の電位が印加された側の冷陰極に引かれて高速に移動する間に希ガスあるいはこれらの混合ガスに衝突する。この衝突により増殖した陽イオンが冷陰極５ａ、５ｂに衝突し、冷陰極５ａ、５ｂから２次電子が放出されてプラズマが発生し、放電が開始する。この放電により流れる電子および陽イオンは水銀原子と衝突する。これらの衝突により水銀原子はエネルギーを受け、紫外線を放出する。この紫外線により蛍光体４が励起され可視光線を発生する。発光色は蛍光体の種類によって異なり、白色、昼光色、青色など数々の色種の光が放電灯１から放射される。
【００１４】
次に、本実施形態の放電灯の効果を図３（ａ）乃至３（ｃ）を参照して説明する。
【００１５】
放電灯の動作時、ガラス管２内の水素ガス分圧が規定値であれば、図３（ａ）に示すように、陰極グロー放電プラズマ２０は、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の直上にのみ発生し、水素含有膜８のエッチングは起きず、水素含有膜８からの水素放出も発生しない。しかし、ガラス管２内の水素ガス分圧が減少すると、ダイヤモンドからなる電子放出膜７からの電子放出量が減少するため、その減少量を補填するためにプラズマ２０が拡がっていく。そして、図３（ｂ）に示すように、プラズマ２０が水素含有膜８の直上にまで達すると、水素含有膜８のプラズマ２０によるエッチングが始まり、水素含有膜８から水素が矢印２１に示すように放出される。この水素放出により、ガラス管２内の水素のガス分圧が規定量まで回復していくと、ダイヤモンドからなる電子放出膜７からの電子放出量も回復し、プラズマ２０も小さくなっていくため、水素含有膜８のエッチングが止まり、水素含有膜８からの水素放出も停止する（図３（ｃ）参照）。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態においては、ガラス管２内の水素のガス分圧が低下したときのみ水素含有膜のエッチングが起き、ガラス管２内の水素の減少量を補填する。このため、ガラス管２（外囲器２）内における水素のガス分圧を一定に保持することが可能となり、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００１７】
なお、水素含有膜８は必ずしも炭素系材料である必要はないが、放電灯１内の汚染、水銀や水素との化合物形成等を勘案すると、炭素系材料が望ましい。また、水素含有膜８として炭素系材料を用いた場合、炭素原子同士の結合様式（ｓｐ２およびｓｐ３）の比を比較的容易に変化させることができ、これによりプラズマによるエッチング速度、すなわち水素放出速度、を制御することが可能であるという利点がある。
【００１８】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法の第１の例を図４（ａ）乃至図４（ｅ）を参照して説明する。
【００１９】
まず、Ｗからなる陰極本体部６ａを、ダイヤモンド微粉を懸濁させた有機溶媒３２中で超音波処理し（図４（ａ））、陰極支持体６ａの表面にいわゆるダイヤ成長核３４の種付け処理をする（図４（ｂ））。なお、図４（ａ）において、符号３０は、有機溶媒３２が入る容器３０を示す。
【００２０】
続いて、マイクロ波ＣＶＤ等により陰極本体部６ａ上にダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成する（図４（ｃ））。この形成の際に、メタン、水素などの通常ガスに加えて、ボロン或いはリン等のドーピングガスを加えることによって、導電性を付与された電子放出膜７とすることが望ましい。また、窒素ガスを高濃度に加えること等によって、電子放出膜７に加えて、グラファイトのような導電性介在物相を意図的に生成させ、膜としての導電性を向上させることも有効である。
【００２１】
次に、別途用意した、ドーナツ形状の陰極本体部６ｂ上に、成膜条件を変えて炭素系材料からなる水素含有膜８を形成する（図４（ｄ））。水素含有量３０％〜５０％、ｓｐ３／ｓｐ２比〜１、膜厚が０．１μｍ〜１μｍ程度の水素化アモルファスカーボンが典型的な水素含有炭素系材料である。その後、二つの陰極本体部６ａ、６ｂを、それぞれの底面が同一面となるように、例えば溶接等で接合することで、本体部６１が完成する。どの後、この本体部６１にリード線との接続するための接続部（図示せず）を形成して陰極支持体６を完成する。
【００２２】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法の第２の例を図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照して説明する。
【００２３】
まず、Ｗからなる本体部６１を、ダイヤモンド微粉を懸濁させた有機溶媒３２中で超音波処理し（図５（ａ））、本体部６１の表面にいわゆるダイヤ成長核３４の種付け処理をする（図５（ｂ））。なお、図５（ａ）において、符号３０は、有機溶媒３２が入る容器３０を示す。
【００２４】
続いて、マイクロ波ＣＶＤ等により本体部６１上にダイヤモンドからなる電子放出膜３５を形成する（図５（ｃ））。この形成の際に、メタン、水素などの通常ガスに加えて、ボロン或いはリン等のドーピングガスを加えることによって、導電性を付与された電子放出膜３５とすることが望ましい。また、窒素ガスを高濃度に加えること等によって、電子放出膜３５に加えて、グラファイトのような導電性介在物相を意図的に生成させ、膜としての導電性を向上させることも有効である。
【００２５】
その後、図５（ｄ）に示すように、遮蔽板３６を用いて、電子放出膜３５の外周部のみに水素イオン３８の注入を行い、中央部にダイヤモンドの電子放出膜７を形成するとともに、この電子放出膜７の周囲に水素が含有された炭素のアモルファス膜８を形成する。
【００２６】
これらの製造方法によって製造された冷陰極を放電灯に用いれば、ガラス管２内の水素のガス分圧が低下したときのみ水素含有膜のエッチングが起き、ガラス管２内の水素の減少量を補填することができる。このため、ガラス管２（外囲器２）内における水素のガス分圧を一定に保持することが可能となり、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の放電灯を、図６を参照して説明する。図６は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ａの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図６に示す冷陰極５Ａに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ａは、図２に示す第１実施形態に係る冷陰極５ａ、５ｂにおいて、本体部６１の、電子放出膜７が形成される領域の周囲の領域上に、電子放出膜７から本体部の外周に向かって傾斜した金属（例えば、Ｗ）からなる傾斜部６３が設けられた陰極支持体６Ａを有し、この傾斜部６３上に水素含有膜８を形成した構成となっている。
【００２８】
本実施形態のように、電子放出膜７が形成される領域の周囲の領域上に傾斜部６３を設けたことにより、プラズマによる水素含有膜８のエッチングがある程度進行している状況においてもプラズマとの接触面積が変化せず、水素放出量が一定に保持される。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００２９】
なお、傾斜部６３の傾斜角度は、４５度以上９０度以下であることが好ましい。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の放電灯を、図７（ａ）、７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｂの平面図および断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図７（ａ）、７（ｂ）に示す冷陰極５Ｂに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｂは、図２に示す第１実施形態に係る冷陰極５ａ、５ｂにおいて、本体部６１を円柱状の金属（例えば、Ｗ）からなる本体部６ａ１に置き換えた陰極支持体６Ｂを有し、この本体部６ａ１の上面に電子放出膜７を設けるとともに本体部６ａ１の側面に水素含有膜８を形成した構成となっている。
【００３１】
一般に、プラズマは陰極の本体部の形状に沿う形で拡がるという性質を有しているので、本実施形態のように構成することにより、プラズマが水素含有膜８を上部から順次エッチングするようになる。このため、水素含有膜８の膜厚により水素放出量を厳密に制御することが可能となり、ガラス管２内の水素のガス分圧を一定に保持することができる。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００３２】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｂの製造方法を説明する。
【００３３】
まず、本体部６ａ１の全面にマスク材を成膜する。マスク材として１０００℃程度の耐熱性、水素、ドーピングガスに対する耐性、および後工程の化学エッチング時における本体部６ａ１との十分な選択比などを有する材料、例えばＳｉＯ２等が望ましい。本体部６ａ１の上面のマスク材のみ化学エッチングで除去し、本体部６ａ１の上面を露出させる。その後、第１実施形態で説明したと同様の工程を用いて、本体部６ａ１の上面にダイヤモンド成長核の種付け処理を行う。続いて、本体部６ａ１の側面のマスク材を除去することで、上面にのみダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成させることができる。
【００３４】
次に、形成したダイヤモンドからなる電子放出膜７上にマスク材を再度成膜し、成膜条件を変えて、本体部６ａ１の側面に水素含有炭素系材料からなる膜８を形成する。このとき、マスク材上にも水素含有炭素系材料からなる薄膜が形成されるが、マスク材を化学エッチングすることで水素含有炭素系材料からなる上記薄膜をリフトオフで除去する。最後に水素プラズマ処理を短時間行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面を水素終端し、冷陰極５Ｂを完成する。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の放電灯を、図８を参照して説明する。図８は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｃの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｃに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｃは、円板状の金属（例えば、Ｗ）からなる本体部６１と、この本体部６１と図１に示すリード線１０ａ、１０ｂとを電気的に接続する金属（例えば、Ｗ）からなる接続部６２と、接続部６２が設けられた側と反対側の本体部６１の面上に設けられた円筒状の側壁部６４とを有する陰極支持体６Ｃを備えている。本体部６１と側壁部６４とでカップの形状を構成し、本体部６１の上面が上記カップの底面でかつ側壁部６４が上記カップの側壁となっている。なお、側壁部６４は本体部６１の上面に実質的に垂直な方向に延在するように形成されている。そして、冷陰極５Ｃは、上記カップの側壁の内面すなわち円筒状の側壁部６４の内面にダイヤモンドからなる電子放出膜７が形成され、上記カップの側壁の底面すなわち、本体部６１の上面に、例えば水素含有炭素系材料からなる水素含有膜８が形成された構成を有している。なお、本実施形態において、ガラス管２内の水素のガス分圧が規定量のときにプラズマが底部まで拡がらないようにダイヤモンドからなる電子放出膜７の長さ（カップの深さ方向の長さ）を調整しておく。
【００３６】
このよう構成としたことにより、水素のガス分圧が規定値より低下すると、プラズマはダイヤモンドからなる電子放出膜７に沿って底部方向に拡がっていき水素含有炭素系材料からなる水素含有膜８をエッチングする。すると、水素含有膜８から水素が放出される。ガラス管２内の水素のガス分圧の回復後は、プラズマは水素含有膜８に接触しなくなる。このため、カップの底部に水素含有膜８を配置することにより、プラズマの接触面積を常に一定にすることが可能になる。これにより、ガラス管２内の水素のガス分圧を一定に保持することができる。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００３７】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法を説明する。
【００３８】
まず、陰極支持体６Ｃの外側の全面に第３実施形態と同様のマスク材を成膜したあと、ダイヤモンド成長核の種付け処理を行う。マスク材を化学エッチング除去し、ダイヤモンド膜を形成する。その後、カップの内径（側壁部６４の内径）よりわずかに小さい遮蔽板をカップの直上に配置し、プラズマＣＶＤを用いて水素含有炭素系材料からなる膜８を成膜する。この際、イオン引き出し電極を用いてイオンを加速し直進性を持たせることで、カップの底部にのみ成膜させることができる。このとき、カップの底部に形成されていたダイヤモンド膜はアモルファス膜となり水素含有炭素系材料からなる膜の一部となる。また水素含有炭素系材料からなる膜の他の製法は、同様の遮蔽板を用いて、水素イオン注入により水素含有炭素系材料からなる膜８を形成してもよい。最後に水素プラズマ処理を短時間行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面を水素終端し、冷陰極５Ｃを完成する。
【００３９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態の放電灯を、図９を参照して説明する。図９は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｄの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｄに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｄは、第４実施形態に係る冷陰極５Ｃのカップ形状の陰極支持体６Ｃを有し、この冷陰極６Ｃのカップの底面および内側面にダイヤモンドからなる電子放出膜７が形成され、カップの外側面に水素含有膜８が形成された構成を備えている。
【００４０】
このような構成としたことにより、通常の状態（ガラス管２内の水素のガス分圧が規定値の状態）では、プラズマはカップ内に発生するが、電子放出膜７からの電子放出量が減少すると、プラズマは外壁面へと拡がる。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る冷陰極の製造方法を説明する。
【００４２】
まず、カップ状の陰極支持体６Ｃの内側の面全面に、選択的にダイヤモンド成長核の種付け処理を行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成する。次に、カップ状の陰極支持体６Ｃ内をマスク材で満たす、或いはカップ状の陰極支持体６Ｃを逆に置いた状態で、成膜条件を変えてカップ状の陰極支持体の外側の面に水素含有炭素系材料からなる膜８を形成する。なお、上記マスク材は化学エッチングで除去する。
【００４３】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態の放電灯を、図１０を参照して説明する。図１０は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｅの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｅに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｅは、第４実施形態に係る冷陰極５Ｄにおいて、カップ形状の陰極支持体６Ｃの外側面と水素含有膜８との間にもダイヤモンドからなる電子放出膜７を設けた構成となっている。
【００４４】
プラズマは導電体に沿って拡がる性質をもっているので、本実施形態のような構成とすることによって、陰極支持体６Ｃの外側面へのプラズマの拡がりが更に促進される。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４５】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態の放電灯を、図１１を参照して説明する。図１１は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｆの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図１１に示す冷陰極５Ｆに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｆは、図８に示す第４実施形態に係る冷陰極５Ｃにおいて、カップ形状の陰極支持体６Ｃの外側面にもダイヤモンドからなる電子放出膜７を設けた構成となっている。
【００４６】
このような構成とすることにより、陰極支持体６Ｃの外側面へのプラズマの拡がりが更に促進される。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４７】
上記第１乃至第７実施形態においては、陰極支持体の表面に、単結晶または多結晶のダイヤモンドからなる電子放出膜を形成し、さらに上記陰極支持体に接するとともに電子放出膜７に近接して、水素を含む炭素系材料（水素化アモルファスカーボン、カーボンナノチューブなど）からなる水素含有膜を形成した構成を備えている。このような構成を備えていることにより、放電プラズマにより水素含有膜がエッチングされることで水素が供給され、ガラス管内の水素の分圧を一定に保つことが可能となる。これにより、ダイヤモンドからなる電子放出膜の陰極としての高い電子放出能を維持することが可能となり、放電灯の低消費電力化および長寿命化を実現することができる。
【００４８】
また、水素とともに放出される炭素はガラス管の壁面に付着した場合はガスバリア性を有する薄膜となり、ダイヤモンドからなる電子放出膜上に付着した場合も、ダイヤモンドと同元素であるため、汚染物にはならない。さらに、希ガスとともに多くの放電管において用いられている水銀蒸気と炭素系はアマルガムなどの合金を作ることがなく、取り込みによる水銀蒸気の消耗も少ない。これらが相まって、長寿命或いは水銀封入量の低減などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態による放電灯の断面図。
【図２】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極を示す図。
【図３】第１実施形態の放電灯の効果を説明する図。
【図４】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極の第１の製造方法を説明する図。
【図５】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極の第２の製造方法を説明する図。
【図６】第２実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図７】第３実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図８】第４実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図９】第５実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図１０】第６実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図１１】第７実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 放電灯
２ ガラス管（外囲器）
４ 蛍光体
５ａ 冷陰極
５ｂ 冷陰極
５Ａ 冷陰極
５Ｂ 冷陰極
５Ｃ 冷陰極
５Ｄ 冷陰極
５Ｅ 冷陰極
５Ｆ 冷陰極
６ 陰極支持体
６Ａ 陰極支持体
６Ｂ 陰極支持体
６Ｃ 陰極支持体
６１ 本体部
６２ 接続部
６３ 傾斜部
６４ 側壁部
７ 電子放出膜
８ 水素含有膜
１０ａ リード線
１０ｂ リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯に関し、特に冷陰極放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上、生活上重要な技術であり、近年、特に冷陰極型の放電蛍光灯が液晶ディスプレイのバックライト光源として、急激に生産が拡大している。
【０００３】
冷陰極型の放電灯は、熱陰極型の放電灯に比べて、発光効率が低いという問題がある。しかし、Ｎｉ、Ｍｏ等の金属電極の換わりに導電性を有するダイヤモンド電極を用いることで、発光効率の改善を図ることが可能であり、消費電力の低減に寄与することができる。
【０００４】
ダイヤモンドはワイドバンドギャップの半導体であるため、ダイヤモンド／真空界面におけるエネルギー差（＝電子親和力）が小さい。そのため、ダイヤモンドは他材料と比べて高い電子放出能を有する。ダイヤモンドの表面を水素で終端すると、電子親和力が負となる負性電子親和力を示し、さらに高い電子放出能を持つようになる。長期間にわたり、水素で終端したダイヤモンド電極の高い電子放出能を維持するためには、放電ガス中へ微量の水素ガスを添加し、そのガス分圧を一定に保持しておく必要がある。
【０００５】
従来、放電灯の外囲器内に水素吸蔵合金を設置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この場合、水素放出量が温度、圧力に大きく依存すること、および放電灯の状態如何にかかわらず常に水素放出が起きることなど、制御性に欠け、長期間にわたり安定した放電を行うことができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１０８５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、長期間にわたり安定した放電を行うことのできる放電灯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】
【０００７】
本発明の一態様による放電灯は、水素を含む放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内に設けられ、陰極支持体、前記陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜、および前記陰極支持体に接するとともに前記電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜をそれぞれ有する一対の陰極と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による放電灯を図１に示す。本実施形態の放電灯１は、冷陰極を用いた放電灯であり、内面に蛍光体４が塗布された透明な細長いガラス管（外囲器）２と、このガラス管２内に封入された一対の冷陰極５ａ、５ｂと、これらの冷陰極５ａ、５ｂと外囲器２の外部の電源とを電気的に接続されるリード線１０ａ、１０ｂと、ガラス管２内に封入された封止ガス１２と、を備えている。
【００１１】
冷陰極５ａ、５ｂはそれぞれ、リード線１０ａ、１０ｂと電気的に接続する金属例えばタングステン（Ｗ）からなる陰極支持体６と、この陰極支持体６の表面に設けられる単結晶または多結晶のダイヤモンドからなる電子放出膜７と、陰極支持体６に接するとともに電子放出膜７に近接して設けられた水素含有膜８と、を備えている。本実施形態に係るこれらの冷陰極の平面図および断面図を図２（ａ）、２（ｂ）に示す。図２（ａ）、２（ｂ）に示すように、陰極支持体６は、円板形状の本体部６１と、本体部６１をリード線１０ａ、１０ｂに接続する接続部６２と、を備えている。本体部６１の、接続部６２が設けられた側と反対側の面の中央部に電子放出膜７が形成され、この電子放出膜７の周囲を取り囲むように水素含有膜８が形成されている。
【００１２】
本実施形態においては、水素含有膜８として水素含有炭素系材料（例えば、水素化アモルファスカーボン等）が用いられる。また、封止ガス１２として、希ガス（アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等）またはこれらの混合希ガスと、水銀と、微量の水素を含むガスが用いられる。水素はガス分圧が２００ｐｐｍ程度であることが望ましく、１％以上含む場合は放電効率が小さくなる。
【００１３】
本実施形態の放電灯において、リード線１０ａ、１０ｂを交流電源に接続し、交流電圧を印加すると、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面に強い電界が発生し、この電界によりガラス管２内の残存電子がガラス管２内を高速に移動するとともに、電子放出膜７の表面から電子が放出される。そして、残存電子が、正の電位が印加された側の冷陰極に引かれて高速に移動する間に希ガスあるいはこれらの混合ガスに衝突する。この衝突により増殖した陽イオンが冷陰極５ａ、５ｂに衝突し、冷陰極５ａ、５ｂから２次電子が放出されてプラズマが発生し、放電が開始する。この放電により流れる電子および陽イオンは水銀原子と衝突する。これらの衝突により水銀原子はエネルギーを受け、紫外線を放出する。この紫外線により蛍光体４が励起され可視光線を発生する。発光色は蛍光体の種類によって異なり、白色、昼光色、青色など数々の色種の光が放電灯１から放射される。
【００１４】
次に、本実施形態の放電灯の効果を図３（ａ）乃至３（ｃ）を参照して説明する。
【００１５】
放電灯の動作時、ガラス管２内の水素ガス分圧が規定値であれば、図３（ａ）に示すように、陰極グロー放電プラズマ２０は、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の直上にのみ発生し、水素含有膜８のエッチングは起きず、水素含有膜８からの水素放出も発生しない。しかし、ガラス管２内の水素ガス分圧が減少すると、ダイヤモンドからなる電子放出膜７からの電子放出量が減少するため、その減少量を補填するためにプラズマ２０が拡がっていく。そして、図３（ｂ）に示すように、プラズマ２０が水素含有膜８の直上にまで達すると、水素含有膜８のプラズマ２０によるエッチングが始まり、水素含有膜８から水素が矢印２１に示すように放出される。この水素放出により、ガラス管２内の水素のガス分圧が規定量まで回復していくと、ダイヤモンドからなる電子放出膜７からの電子放出量も回復し、プラズマ２０も小さくなっていくため、水素含有膜８のエッチングが止まり、水素含有膜８からの水素放出も停止する（図３（ｃ）参照）。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態においては、ガラス管２内の水素のガス分圧が低下したときのみ水素含有膜のエッチングが起き、ガラス管２内の水素の減少量を補填する。このため、ガラス管２（外囲器２）内における水素のガス分圧を一定に保持することが可能となり、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００１７】
なお、水素含有膜８は必ずしも炭素系材料である必要はないが、放電灯１内の汚染、水銀や水素との化合物形成等を勘案すると、炭素系材料が望ましい。また、水素含有膜８として炭素系材料を用いた場合、炭素原子同士の結合様式（ｓｐ２およびｓｐ３）の比を比較的容易に変化させることができ、これによりプラズマによるエッチング速度、すなわち水素放出速度、を制御することが可能であるという利点がある。
【００１８】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法の第１の例を図４（ａ）乃至図４（ｅ）を参照して説明する。
【００１９】
まず、Ｗからなる陰極本体部６ａを、ダイヤモンド微粉を懸濁させた有機溶媒３２中で超音波処理し（図４（ａ））、陰極支持体６ａの表面にいわゆるダイヤ成長核３４の種付け処理をする（図４（ｂ））。なお、図４（ａ）において、符号３０は、有機溶媒３２が入る容器３０を示す。
【００２０】
続いて、マイクロ波ＣＶＤ等により陰極本体部６ａ上にダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成する（図４（ｃ））。この形成の際に、メタン、水素などの通常ガスに加えて、ボロン或いはリン等のドーピングガスを加えることによって、導電性を付与された電子放出膜７とすることが望ましい。また、窒素ガスを高濃度に加えること等によって、電子放出膜７に加えて、グラファイトのような導電性介在物相を意図的に生成させ、膜としての導電性を向上させることも有効である。
【００２１】
次に、別途用意した、ドーナツ形状の陰極本体部６ｂ上に、成膜条件を変えて炭素系材料からなる水素含有膜８を形成する（図４（ｄ））。水素含有量３０％〜５０％、ｓｐ３／ｓｐ２比〜１、膜厚が０．１μｍ〜１μｍ程度の水素化アモルファスカーボンが典型的な水素含有炭素系材料である。その後、二つの陰極本体部６ａ、６ｂを、それぞれの底面が同一面となるように、例えば溶接等で接合することで、本体部６１が完成する。どの後、この本体部６１にリード線との接続するための接続部（図示せず）を形成して陰極支持体６を完成する。
【００２２】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法の第２の例を図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照して説明する。
【００２３】
まず、Ｗからなる本体部６１を、ダイヤモンド微粉を懸濁させた有機溶媒３２中で超音波処理し（図５（ａ））、本体部６１の表面にいわゆるダイヤ成長核３４の種付け処理をする（図５（ｂ））。なお、図５（ａ）において、符号３０は、有機溶媒３２が入る容器３０を示す。
【００２４】
続いて、マイクロ波ＣＶＤ等により本体部６１上にダイヤモンドからなる電子放出膜３５を形成する（図５（ｃ））。この形成の際に、メタン、水素などの通常ガスに加えて、ボロン或いはリン等のドーピングガスを加えることによって、導電性を付与された電子放出膜３５とすることが望ましい。また、窒素ガスを高濃度に加えること等によって、電子放出膜３５に加えて、グラファイトのような導電性介在物相を意図的に生成させ、膜としての導電性を向上させることも有効である。
【００２５】
その後、図５（ｄ）に示すように、遮蔽板３６を用いて、電子放出膜３５の外周部のみに水素イオン３８の注入を行い、中央部にダイヤモンドの電子放出膜７を形成するとともに、この電子放出膜７の周囲に水素が含有された炭素のアモルファス膜８を形成する。
【００２６】
これらの製造方法によって製造された冷陰極を放電灯に用いれば、ガラス管２内の水素のガス分圧が低下したときのみ水素含有膜のエッチングが起き、ガラス管２内の水素の減少量を補填することができる。このため、ガラス管２（外囲器２）内における水素のガス分圧を一定に保持することが可能となり、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の放電灯を、図６を参照して説明する。図６は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ａの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図６に示す冷陰極５Ａに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ａは、図２に示す第１実施形態に係る冷陰極５ａ、５ｂにおいて、本体部６１の、電子放出膜７が形成される領域の周囲の領域上に、電子放出膜７から本体部の外周に向かって傾斜した金属（例えば、Ｗ）からなる傾斜部６３が設けられた陰極支持体６Ａを有し、この傾斜部６３上に水素含有膜８を形成した構成となっている。
【００２８】
本実施形態のように、電子放出膜７が形成される領域の周囲の領域上に傾斜部６３を設けたことにより、プラズマによる水素含有膜８のエッチングがある程度進行している状況においてもプラズマとの接触面積が変化せず、水素放出量が一定に保持される。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００２９】
なお、傾斜部６３の傾斜角度は、４５度以上９０度以下であることが好ましい。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の放電灯を、図７（ａ）、７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｂの平面図および断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図７（ａ）、７（ｂ）に示す冷陰極５Ｂに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｂは、図２に示す第１実施形態に係る冷陰極５ａ、５ｂにおいて、本体部６１を円柱状の金属（例えば、Ｗ）からなる本体部６ａ１に置き換えた陰極支持体６Ｂを有し、この本体部６ａ１の上面に電子放出膜７を設けるとともに本体部６ａ１の側面に水素含有膜８を形成した構成となっている。
【００３１】
一般に、プラズマは陰極の本体部の形状に沿う形で拡がるという性質を有しているので、本実施形態のように構成することにより、プラズマが水素含有膜８を上部から順次エッチングするようになる。このため、水素含有膜８の膜厚により水素放出量を厳密に制御することが可能となり、ガラス管２内の水素のガス分圧を一定に保持することができる。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００３２】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｂの製造方法を説明する。
【００３３】
まず、本体部６ａ１の全面にマスク材を成膜する。マスク材として１０００℃程度の耐熱性、水素、ドーピングガスに対する耐性、および後工程の化学エッチング時における本体部６ａ１との十分な選択比などを有する材料、例えばＳｉＯ２等が望ましい。本体部６ａ１の上面のマスク材のみ化学エッチングで除去し、本体部６ａ１の上面を露出させる。その後、第１実施形態で説明したと同様の工程を用いて、本体部６ａ１の上面にダイヤモンド成長核の種付け処理を行う。続いて、本体部６ａ１の側面のマスク材を除去することで、上面にのみダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成させることができる。
【００３４】
次に、形成したダイヤモンドからなる電子放出膜７上にマスク材を再度成膜し、成膜条件を変えて、本体部６ａ１の側面に水素含有炭素系材料からなる膜８を形成する。このとき、マスク材上にも水素含有炭素系材料からなる薄膜が形成されるが、マスク材を化学エッチングすることで水素含有炭素系材料からなる上記薄膜をリフトオフで除去する。最後に水素プラズマ処理を短時間行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面を水素終端し、冷陰極５Ｂを完成する。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の放電灯を、図８を参照して説明する。図８は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｃの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｃに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｃは、円板状の金属（例えば、Ｗ）からなる本体部６１と、この本体部６１と図１に示すリード線１０ａ、１０ｂとを電気的に接続する金属（例えば、Ｗ）からなる接続部６２と、接続部６２が設けられた側と反対側の本体部６１の面上に設けられた円筒状の側壁部６４とを有する陰極支持体６Ｃを備えている。本体部６１と側壁部６４とでカップの形状を構成し、本体部６１の上面が上記カップの底面でかつ側壁部６４が上記カップの側壁となっている。なお、側壁部６４は本体部６１の上面に実質的に垂直な方向に延在するように形成されている。そして、冷陰極５Ｃは、上記カップの側壁の内面すなわち円筒状の側壁部６４の内面にダイヤモンドからなる電子放出膜７が形成され、上記カップの側壁の底面すなわち、本体部６１の上面に、例えば水素含有炭素系材料からなる水素含有膜８が形成された構成を有している。なお、本実施形態において、ガラス管２内の水素のガス分圧が規定量のときにプラズマが底部まで拡がらないようにダイヤモンドからなる電子放出膜７の長さ（カップの深さ方向の長さ）を調整しておく。
【００３６】
このよう構成としたことにより、水素のガス分圧が規定値より低下すると、プラズマはダイヤモンドからなる電子放出膜７に沿って底部方向に拡がっていき水素含有炭素系材料からなる水素含有膜８をエッチングする。すると、水素含有膜８から水素が放出される。ガラス管２内の水素のガス分圧の回復後は、プラズマは水素含有膜８に接触しなくなる。このため、カップの底部に水素含有膜８を配置することにより、プラズマの接触面積を常に一定にすることが可能になる。これにより、ガラス管２内の水素のガス分圧を一定に保持することができる。これにより、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００３７】
次に、本実施形態の放電灯に係る冷陰極の製造方法を説明する。
【００３８】
まず、陰極支持体６Ｃの外側の全面に第３実施形態と同様のマスク材を成膜したあと、ダイヤモンド成長核の種付け処理を行う。マスク材を化学エッチング除去し、ダイヤモンド膜を形成する。その後、カップの内径（側壁部６４の内径）よりわずかに小さい遮蔽板をカップの直上に配置し、プラズマＣＶＤを用いて水素含有炭素系材料からなる膜８を成膜する。この際、イオン引き出し電極を用いてイオンを加速し直進性を持たせることで、カップの底部にのみ成膜させることができる。このとき、カップの底部に形成されていたダイヤモンド膜はアモルファス膜となり水素含有炭素系材料からなる膜の一部となる。また水素含有炭素系材料からなる膜の他の製法は、同様の遮蔽板を用いて、水素イオン注入により水素含有炭素系材料からなる膜８を形成してもよい。最後に水素プラズマ処理を短時間行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７の表面を水素終端し、冷陰極５Ｃを完成する。
【００３９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態の放電灯を、図９を参照して説明する。図９は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｄの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｄに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｄは、第４実施形態に係る冷陰極５Ｃのカップ形状の陰極支持体６Ｃを有し、この冷陰極６Ｃのカップの底面および内側面にダイヤモンドからなる電子放出膜７が形成され、カップの外側面に水素含有膜８が形成された構成を備えている。
【００４０】
このような構成としたことにより、通常の状態（ガラス管２内の水素のガス分圧が規定値の状態）では、プラズマはカップ内に発生するが、電子放出膜７からの電子放出量が減少すると、プラズマは外壁面へと拡がる。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る冷陰極の製造方法を説明する。
【００４２】
まず、カップ状の陰極支持体６Ｃの内側の面全面に、選択的にダイヤモンド成長核の種付け処理を行い、ダイヤモンドからなる電子放出膜７を形成する。次に、カップ状の陰極支持体６Ｃ内をマスク材で満たす、或いはカップ状の陰極支持体６Ｃを逆に置いた状態で、成膜条件を変えてカップ状の陰極支持体の外側の面に水素含有炭素系材料からなる膜８を形成する。なお、上記マスク材は化学エッチングで除去する。
【００４３】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態の放電灯を、図１０を参照して説明する。図１０は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｅの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図８に示す冷陰極５Ｅに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｅは、第４実施形態に係る冷陰極５Ｄにおいて、カップ形状の陰極支持体６Ｃの外側面と水素含有膜８との間にもダイヤモンドからなる電子放出膜７を設けた構成となっている。
【００４４】
プラズマは導電体に沿って拡がる性質をもっているので、本実施形態のような構成とすることによって、陰極支持体６Ｃの外側面へのプラズマの拡がりが更に促進される。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４５】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態の放電灯を、図１１を参照して説明する。図１１は本実施形態の放電灯に係る冷陰極５Ｆの断面図である。本実施形態の放電灯は、図１に示す放電灯において、冷陰極５ａ、５ｂを図１１に示す冷陰極５Ｆに置き換えた構成を有している。この冷陰極５Ｆは、図８に示す第４実施形態に係る冷陰極５Ｃにおいて、カップ形状の陰極支持体６Ｃの外側面にもダイヤモンドからなる電子放出膜７を設けた構成となっている。
【００４６】
このような構成とすることにより、陰極支持体６Ｃの外側面へのプラズマの拡がりが更に促進される。これにより水素含有膜８を上部から順次エッチングし、水素含有膜８から水素が放出され、ガラス管内の水素のガス分圧は一定に保たれる。このため、長期間にわたり安定した放電を行うことができる。
【００４７】
上記第１乃至第７実施形態においては、陰極支持体の表面に、単結晶または多結晶のダイヤモンドからなる電子放出膜を形成し、さらに上記陰極支持体に接するとともに電子放出膜７に近接して、水素を含む炭素系材料（水素化アモルファスカーボン、カーボンナノチューブなど）からなる水素含有膜を形成した構成を備えている。このような構成を備えていることにより、放電プラズマにより水素含有膜がエッチングされることで水素が供給され、ガラス管内の水素の分圧を一定に保つことが可能となる。これにより、ダイヤモンドからなる電子放出膜の陰極としての高い電子放出能を維持することが可能となり、放電灯の低消費電力化および長寿命化を実現することができる。
【００４８】
また、水素とともに放出される炭素はガラス管の壁面に付着した場合はガスバリア性を有する薄膜となり、ダイヤモンドからなる電子放出膜上に付着した場合も、ダイヤモンドと同元素であるため、汚染物にはならない。さらに、希ガスとともに多くの放電管において用いられている水銀蒸気と炭素系はアマルガムなどの合金を作ることがなく、取り込みによる水銀蒸気の消耗も少ない。これらが相まって、長寿命或いは水銀封入量の低減などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態による放電灯の断面図。
【図２】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極を示す図。
【図３】第１実施形態の放電灯の効果を説明する図。
【図４】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極の第１の製造方法を説明する図。
【図５】第１実施形態の放電灯に係る冷陰極の第２の製造方法を説明する図。
【図６】第２実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図７】第３実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図８】第４実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図９】第５実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図１０】第６実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【図１１】第７実施形態の放電灯に係る冷陰極の断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 放電灯
２ ガラス管（外囲器）
４ 蛍光体
５ａ 冷陰極
５ｂ 冷陰極
５Ａ 冷陰極
５Ｂ 冷陰極
５Ｃ 冷陰極
５Ｄ 冷陰極
５Ｅ 冷陰極
５Ｆ 冷陰極
６ 陰極支持体
６Ａ 陰極支持体
６Ｂ 陰極支持体
６Ｃ 陰極支持体
６１ 本体部
６２ 接続部
６３ 傾斜部
６４ 側壁部
７ 電子放出膜
８ 水素含有膜
１０ａ リード線
１０ｂ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む放電用ガスが封入された外囲器と、
前記外囲器内に設けられ、陰極支持体、前記陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜、および前記陰極支持体に接するとともに前記電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜をそれぞれ有する一対の陰極と、
を備えていることを特徴とする放電灯。
【請求項２】
前記水素含有膜は、炭素系材料であることを特徴とする請求項１記載の放電灯。
【請求項３】
前記外囲器の内面に蛍光体膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯。
【請求項４】
前記陰極支持体は対向する第１および第２表面を有し、前記電子放出膜は前記第１表面の中央部に設けられ、前記水素含有膜は前記第１表面上に前記電子放出膜を取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項５】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられ前記第１表面の中心から半径方向に沿って傾斜した傾斜部とを有し、
前記電子放出膜は前記第１領域に形成され、前記水素含有膜は前記傾斜部上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項６】
前記陰極支持体は柱の形状を有しており、前記電子放出膜は前記柱の上面に設けられ、前記水素含有膜は前記柱の側面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項７】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側の側面に形成され、前記水素含有膜は前記本体部の前記第１表面上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項８】
前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面にも形成されていることを特徴とする請求項７記載の放電灯。
【請求項９】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側の側面および前記本体部の前記第１表面に形成され、前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項１０】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側および外側の側面ならびに前記本体部の前記第１表面を覆うように形成され、前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面に、前記電子放出膜を挟むように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項１】
水素を含む放電用ガスが封入された外囲器と、
前記外囲器内に設けられ、陰極支持体、前記陰極支持体の表面に設けられたダイヤモンドの電子放出膜、および前記陰極支持体に接するとともに前記電子放出膜に近接して設けられた水素含有膜をそれぞれ有する一対の陰極と、
を備えていることを特徴とする放電灯。
【請求項２】
前記水素含有膜は、炭素系材料であることを特徴とする請求項１記載の放電灯。
【請求項３】
前記外囲器の内面に蛍光体膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯。
【請求項４】
前記陰極支持体は対向する第１および第２表面を有し、前記電子放出膜は前記第１表面の中央部に設けられ、前記水素含有膜は前記第１表面上に前記電子放出膜を取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項５】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられ前記第１表面の中心から半径方向に沿って傾斜した傾斜部とを有し、
前記電子放出膜は前記第１領域に形成され、前記水素含有膜は前記傾斜部上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項６】
前記陰極支持体は柱の形状を有しており、前記電子放出膜は前記柱の上面に設けられ、前記水素含有膜は前記柱の側面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項７】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側の側面に形成され、前記水素含有膜は前記本体部の前記第１表面上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項８】
前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面にも形成されていることを特徴とする請求項７記載の放電灯。
【請求項９】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側の側面および前記本体部の前記第１表面に形成され、前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【請求項１０】
前記陰極支持体は、対向する第１および第２表面を有する本体部と、前記第１表面の中央部に位置する第１領域を取り囲む前記第１表面の第２領域に設けられた壁状の側壁部とを有し、
前記電子放出膜は前記側壁部の内側および外側の側面ならびに前記本体部の前記第１表面を覆うように形成され、前記水素含有膜は前記側壁部の外側の側面に、前記電子放出膜を挟むように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放電灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１５２０９６（Ｐ２００９−１５２０９６Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２９７６４（Ｐ２００７−３２９７６４）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]