放電点灯装置および照明器具。
【課題】放電開始電圧の低減を図れ且つ長寿命化を図れる放電点灯装置および照明器具を提供する。
【解決手段】気密容器１内の放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための一対の放電用電極（アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ）と、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０と、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備える。電子源１０の電子放出部（表面電極１７）の表面と電子源１０を囲む環状のカソード電極２ｂの表面とを同一平面上に揃えてある。気密容器１、アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ、電子源１０などにより、照明器具用の放電ランプＬａを構成する。
【解決手段】気密容器１内の放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための一対の放電用電極（アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ）と、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０と、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備える。電子源１０の電子放出部（表面電極１７）の表面と電子源１０を囲む環状のカソード電極２ｂの表面とを同一平面上に揃えてある。気密容器１、アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ、電子源１０などにより、照明器具用の放電ランプＬａを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密容器内に封入されている放電ガスを放電させて放電プラズマを生成する放電点灯装置および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球の環境問題に対する関心が高まるにつれて、水銀を利用せずに例えばキセノンガスなどの希ガスを放電ガスとして透光性の気密容器内に封入した希ガス蛍光ランプのような無水銀蛍光ランプが各所で研究開発されている。
【０００３】
しかしながら、希ガス蛍光ランプは、水銀を利用した従来の蛍光ランプに比べて、効率が低く、従来の蛍光ランプと同等の輝度を得るためには、透光性の気密容器内に配置された一対の放電用電極間により高い放電開始電圧（始動電圧）を印加しなければならないという問題があった。
【０００４】
これに対して、放電ガスとしてキセノンガスが封入された透光性の気密容器内に、一対の放電用電極とは別に電界放射型の電子源を配置し、一対の放電用電極間に電圧を印加する前に電子源を駆動して電子を放出させることにより、放電開始電圧を低減する技術が提案されており（例えば、特許文献１参照）、放電開始電圧を半分程度まで低減できることが知られている。ここにおいて、一対の放電用電極と電子源とを備えた放電点灯装置では、一対の放電用電極間の放電プラズマ生成空間の外に電子源を配置することで、放電プラズマに起因したダメージが電子源に発生するのを抑制していた。
【特許文献１】特開２００２−１５０９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の放電プラズマ装置では、放電開始電圧を更に低減するためにより大きな電流を流すと、放電プラズマが電子源の電子放出面に達したり、放電用電極と電子源との間で放電が起こって、電子源の電子放出面に放電プラズマの粒子（例えば、プラスイオンなど）が衝突することにより電子源に損傷が発生し、電子源の寿命が短くなって、結果的に放電点灯装置の寿命が短くなってしまうという懸念があった。
【０００６】
そこで、電子源を保護する保護部材として導電性材料により形成された網状体を電子源の電子放出面に対向配置することによって、電子源の電子放出面へのプラスイオンの衝突を抑制することが考えられるが、電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するには網状体の網目のサイズを小さくする必要があり、電子源から放出された電子の一部が網状体に衝突したり捕らえられたりし、放電ガスであるキセノンガス中への電子の供給量が減少し、放電開始電圧が高くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放電開始電圧の低減を図れ且つ長寿命化を図れる放電点灯装置および照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源と、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備え、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備えていることにより、保護部材を設けることなく電子源への放電プラズマの粒子の入射が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れ、しかも、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてあることにより、電子源から放出される電子を放電プラズマ生成空間へ効率的に供給することができるとともに、放電が開始されるまでは電子源が電子を供給するだけでなく放電用電極としても機能するので、電子源から放出された電子を放電プラズマ生成空間へエネルギロス無く供給することが可能となり、放電開始電圧のより一層の低減を図れる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がカソード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子放出部の電位とカソード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をカソード電極の電位よりも高電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、カソード電極の近傍に配置された前記電子源の前記電子放出部へのプラスイオンの入射を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記一方の放電用電極が環状に形成され、前記電子源が当該環状の放電用電極の内側に配置されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記一方の放電用電極の側方に前記電子源が並設されている場合に比べて、前記電子源から放出される電子を放電プラズマ生成空間へ、より効率的に供給することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記電子源は、前記環状の放電用電極により囲まれた空間の中央に配置されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、放電の開始後に放電プラズマの広がる範囲を広くすることが可能となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がアノード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子源の電子放出部の電位とアノード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をアノード電極の電位よりも低電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、アノード電極の近傍に配置された前記電子源の前記電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制することができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記放電用電極の対を複数対備え、離間距離の短い対に対して前記電子源が配置されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、離間距離の長い対に対して前記電子源を配置する場合に比べて、放電開始電圧をより低減することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記制御手段は、前記放電用電極間に矩形波電圧を印加させることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記放電用電極間に一定の直流電圧を印加する場合に比べて、より低い電力で放電を開始させることが可能となり、低消費電力化を図れる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた電界放射型電子源からなり、表面電極が前記電子放出部を構成していることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記電子源としてフィラメントやスピント型電子源を採用した場合に比べて、前記電子源から放出される電子の初期エネルギが高くなるので、前記放電ガスの電離が起こりやすくなり、放電開始電圧をより確実に低減できる。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明では、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施形態１）
本実施形態の放電点灯装置は、図１（ａ）に示すように、気密容器１内に封入されている放電ガス（例えば、Ｘｅガスなど）に電界を印加して放電プラズマを生成させるためのアノード電極２ａおよびカソード電極２ｂと、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０と、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０への放電プラズマの粒子（ここでは、プラスイオン）の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備えている。ここにおいて、本実施形態では、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが一対の放電用電極を構成している。また、本実施形態では、表面電極１７が電子放出部を構成している。
【００２８】
気密容器１は、透光性を有する材料（例えば、ガラス、透光性セラミックなど）により円筒状に形成されており、長手方向の一端部（図１（ａ）における左端部）にアノード電極２ａが配置され、長手方向の他端部（図１（ａ）における右端部）にカソード電極２ｂが配置されている。すなわち、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが気密容器１内において気密容器１の長手方向に離間して配置されている。なお、本実施形態では、気密容器１の内面に、放電ガスであるＸｅガスの励起により発生した紫外線によって励起されて発光する蛍光体層（図示せず）を設けてあり、気密容器１、アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ、電子源１０などにより希ガス蛍光ランプを構成しているが、蛍光体層は必ずしも設ける必要はなく、蛍光体層を設けていない場合には、Ｘｅガスの励起により発生した紫外線や可視光が気密容器１を通して放射されることとなる。
【００２９】
電子源１０は、弾道電子面放出型電子源（Ballistic electronSurface-emitting Device：ＢＳＤ）と呼ばれている電界放射型電子源であり、図２（ａ）に示すように、矩形板状の絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）１４の一表面上に金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極１５が形成され、下部電極１５上に強電界ドリフト層１６が形成され、強電界ドリフト層１６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極１７が形成されている。なお、表面電極１７を構成する導電性薄膜の膜厚は１０〜１５ｎｍ程度に設定することが望ましいが、当該導電性薄膜は単層膜に限らず多層膜でもよい。なお、本実施形態における電子源１０では、下部電極１５と強電界ドリフト層１６と表面電極１７とで表面電極１７を通して電子を放出する電子源素子１０ａを構成している。
【００３０】
電子源素子１０ａの強電界ドリフト層１６は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも、下部電極１５の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリコン酸化膜６４とから構成されている。ここに、各グレイン５１は、下部電極１５の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板１４の厚み方向に延びている）。
【００３１】
上述の電子源素子１０ａから電子を放出させるには、表面電極１７が下部電極１５に対して高電位側となるように表面電極１７と下部電極１５との間に駆動電圧を駆動用の電源６（図１（ａ）参照）により印加すれば、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ注入された電子が強電界ドリフト層１６をドリフトし表面電極１７を通して放出される。
【００３２】
ここに、上述の電子源素子１０ａでは、表面電極１７と下部電極１５との間に印加する駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。なお、本実施形態の電子源素子１０ａは、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができるという特徴を有している。
【００３３】
上述の電子源素子１０ａの基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層１６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層１６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図２（ｂ）中の矢印の向き（図２（ｂ）における上向き）へドリフトし、表面電極１７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層１６では下部電極１５から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極１７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電界ドリフト層１６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。
【００３４】
なお、上述の強電界ドリフト層１６では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３５】
本実施形態の放電点灯装置では、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を供給する電源（以下、第１の電源と称す）５と、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に電圧を供給する電源（以下、第２の電源と称す）６とを制御手段３０によって制御するように構成されており、制御手段３０によって第２の電源６から電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７側を高電位とする直流電圧を印加させることにより、電子源１０から電子が放出される一方で、制御手段３０によって第１の電源５からアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間にアノード電極２ａを高電位側とする電圧を印加させるので、電子源１０から放出された電子は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界によって加速され、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３中に存在する放電ガスのガス分子に衝突する。ここで、ガス分子に衝突する電子が持っているエネルギが放電ガスの電離エネルギよりも大きければ、放電ガスが励起されて電離するから、このような過程が繰り返されることによってアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に流れる電流が急激に増大し放電プラズマが生成される。なお、電子源１０から放出された電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界により得るエネルギは、対をなすアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界強度と放電ガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度は両電極２ａ，２ｂ間に印加される電圧と両電極２ａ，２ｂ間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器１内の放電ガスの種類やガス圧に依存するから、電子源１０から放出される電子の初期エネルギによらず、放電点灯装置の仕様によってほぼ決まる。
【００３６】
ところで、上述の説明から分かるようにアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電流−電圧特性が放電開始前後で大きく変化する（放電の開始前には電流がほとんど流れていないのに対し、放電の開始後は電流が増加し且つ電圧が低下する）。すなわち、放電が開始されると、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンス、電流、電圧それぞれが急激に変化する。そこで、本実施形態における放電検出手段２０は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンスの変化に基づいて放電の開始を検出するようにしてある。なお、放電検出手段２０は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンスの変化に限らず、電流の変化もしくは電圧の変化に基づいて放電の開始を検出するようにしてもよく、いずれにしても、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電気的特性の変化により放電の開始を確実に検出することができる。
【００３７】
また、制御手段３０は、上述のように、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときに電子源１０の表面電極１７への放電プラズマの粒子（ここでは、プラスイオン）の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する。なお、制御手段３０は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成すればよい。
【００３８】
ここで、制御手段３０について、より具体的に説明すれば、制御手段３０は、放電の開始前には、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として第２の電源６から電圧を印加させるとともに、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間にアノード電極２ａを高電位側として第１の電源５から電圧を印加させるが、この際、図３（ａ）に示すように、表面電極１７の電位とカソード電極２ｂの電位とを同電位とするように各電源５，６を制御する。したがって、アノード電極２ａの電位に対して電子源１０の表面電極１７の電位が低電位となるので、放電の開始前に電子源１０から放出された電子をアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３へ効率良く供給することができる。
【００３９】
また、制御手段３０は、放電検出手段２０により放電の開始が検出されると（つまり、放電後には）、図３（ｂ）に示すように電子源１０の電位をカソード電極２ｂの電位よりも高くするように、表面電極１７および下部電極１５の電位を制御する。したがって、電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制することができ、放電プラズマのプラスイオンが電子源１０の表面電極１７へ入射することによる電子源１０のダメージの発生を抑制することができる。ここで、電子源１０の表面電極１７の電位をプラズマ電位に近い値まで高くすることで、プラスイオンの入射によるダメージをより低減することが可能となる。なお、図３（ｂ）に示した例では、表面電極１７と下部電極１５とを同電位としているので、電子源１０から電子は放出されない。言い換えれば、放電開始後には電子源１０の駆動が停止される。
【００４０】
ところで、本実施形態の放電点灯装置では、アノード電極２ａが円形状の形状に形成されるとともに、カソード電極２ｂが図１（ｂ）に示すように環状（図示例では、円環状）に形成されており、アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂが円筒状の気密容器１と同心的に配置され、電子源１０がカソード電極２ｂの内側に配置されている。ここにおいて、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０の表面電極１７の表面とカソード電極２ｂにおけるアノード電極２ａ側の表面とが同一平面上に揃うように電子源１０とカソード電極２ｂとの相対的な位置関係を設定してあり、電子源１０から放出される電子を放電プラズマ生成空間３へ効率的に供給することができるとともに、放電が開始されるまでは電子源１０が電子を供給するだけでなくカソード電極２ｂとしても機能するので、電子源１０から放出された電子を放電プラズマ生成空間３へエネルギロス無く供給することが可能となり、放電開始電圧のより一層の低減を図れる。なお、表面電極１７の表面とカソード電極２ｂの表面とは略面一であればよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態の放電点灯装置では、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備えていることにより、保護部材を設けることなくカソード電極２ｂの近傍に配置された電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。しかも、カソード電極２ｂが環状に形成され、電子源１０がカソード電極２ｂの内側に配置されていることにより、カソード電極２ｂの側方に電子源１０が並設されている場合に比べて、電子源１０から放出された電子を放電プラズマ生成空間３へ、より効率的に供給することができる。
【００４２】
また、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０がカソード電極２ｂにより囲まれた空間の中央に配置されているので、放電の開始後に放電プラズマの広がる範囲を広くすることが可能となり、放電ガスの励起により発生した紫外線を気密容器１の内面に設けてある上記蛍光体層へ効率良く照射することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０として、上述の弾道電子面放出型電子源を採用しているので、放電ガス中でも安定して動作可能で、数ｅＶ以上の比較的高い初期エネルギを有する電子を放出することができ、電子源１０としてフィラメントやスピント型電子源を採用した場合に比べて、電子源１０から放出される電子の初期エネルギが高くなるから、放電ガスの電離が起こりやすくなり、放電開始電圧をより確実に低減できる。
【００４４】
ところで、上述の実施形態では、一対の放電用電極（アノード電極２ａ，カソード電極２ｂ）の両方を気密容器１内に配置してあるが、一対の放電用電極の一方あるいは両方を気密容器１の外部に配置するようにしてもよい。ここで、環状のカソード電極２ｂを気密容器１の外部に配置する場合には、カソード電極２ｂの内側に気密容器１が配置され、気密容器１の内側に電子源１０が配置されるようにすればよい。なお、このような配置の場合も、放電が開始されるまでは電子源１０もカソード電極として機能するが、放電の開始後に電子源１０の表面電極１７の電位をカソード電極２ｂの電位よりも高電位とすることで、電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制することができる。
【００４５】
また、上述の実施形態では、カソード電極２ｂを環状の形状としてカソード電極２ｂの内側に電子源１０を配置してあるが、カソード電極２ｂではなくアノード電極２ａを環状の形状としてアノード電極２ａの内側に電子源１０を配置するようにし、放電の開始後に電子源１０の表面電極１７の電位をアノード電極２ａの電位よりも低電位とするようにしてもよい。また、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの両方を環状の形状として両方それぞれの内側に電子源１０を配置するようにしてもよく、この場合には、放電プラズマ生成空間３への電子の供給量を増加させることができ、より確実に放電開始電圧を低減することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、一対の放電用電極がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとで構成されており、第１の電源５からアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に直流電圧を印加させるようにしてあるが、一対の放電用電極間に印加する電圧は、直流、交流のいずれでもよく、交流に限らず直流についても、矩形波電圧、三角波電圧などの周期波電圧でもよい。ここで、制御手段３０が、第１の電源５からアノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間に矩形波電圧を印加させるようにすれば、アノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間に一定の直流電圧を印加する場合に比べて、より低い電力で放電を開始させることが可能となり、放電ランプＬａの所望の輝度をより低い電力で得ることが可能となり、発光効率の向上を図れるととともに低消費電力化を図れる。また、放電用電極間に印加する電圧と、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に印加する電圧との両方を矩形波電圧とし、両矩形波電圧の少なくとも立ち上がりを同期させることによって、より低い電力で放電を開始させることが可能となる。なお、交流の矩形波電圧を印加する場合には、一対の放電用電極の両方を環状の形状として、各放電用電極それぞれの内側に電子源１０を配置することが望ましい。
【００４７】
（実施形態２）
本実施形態の放電プラズマ装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、放電用電極の対として、図３に示すように、気密容器１の長手方向（図３における左右方向）に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対の他に、上記長手方向に直交する一方向（図３における上下方向であって気密容器１の径方向）に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対を備えており、離間距離の短い対に対して電子源１０が配置されている点などが相違する。すなわち、本実施形態では、上記長手方向に直交する一方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対に関して、カソード電極２ｂを環状の形状として、当該環状のカソード電極２ｂの内側に電子源１０を配置してある。ここにおいて、上記長手方向に直交する一方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対には、第１の電源５から電圧が印加され、上記長手方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対には、別の電源（以下、第３の電源と称す）７から電圧が印加されるようにしてあり、制御手段３０が各電源５〜７を各別に制御できるようになっている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
しかして、本実施形態の放電点灯装置では、放電用電極の対を２対備え、離間距離の短い対に対して電子源１０を配置してあるので、離間距離の長い対に対して電子源１０を配置する場合に比べて、電子源１０から放出された電子が放電用電極間の電界から得るエネルギが高くなるので、放電開始電圧をより低減することができる。
【００４９】
ところで、上記各実施形態の放電点灯装置は、例えば、図５に示すような照明器具に利用することができる。図５に示した照明器具は、いわゆる富士型の照明器具であって、天井面のような施工面に取り付けられる器具本体１００と、器具本体１００の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた各一対のソケット１０２と、器具本体１００に器具本体１００を覆うように取り付けられる断面Ｖ字形の反射板１０３と、器具本体１００に長手方向が一致する形でそれぞれソケット１０２間に保持される２本の直管形のランプ１０４と、２本のランプ１０４を点灯させる点灯装置（図示せず）とを備えている。ここにおいて、ランプ１０４として、上述の放電ランプＬａを用い、点灯装置に、放電検出手段２０、制御手段３０などを設けることにより、上述の放電点灯装置を備えた照明器具を実現することができ、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【００５０】
また、上記各実施形態では、気密容器１内に封入するガスとしてＸｅガスを採用しているが、気密容器１内に封入するガスは、Ｘｅガスに限定するものではなく、例えば、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｎ２ガス、ＣＯガス、Ｈｇ蒸気や、それらの混合ガスなどのようにエネルギを供給することで放電を起こすガスであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は放電点灯装置の概略構成図、（ｂ）はカソード電極と電子源との位置関係の説明図である。
【図２】同上に用いる電子源を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】実施形態２の放電点灯装置の概略構成図である。
【図５】照明器具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 気密容器
２ａ アノード電極（放電用電極）
２ｂ カソード電極（放電用電極）
１０ 電子源（電界放射型電子源）
１５ 下部電極
１６ 強電界ドリフト層
１７ 表面電極（電子放出部）
２０ 放電検出手段
３０ 制御手段
６３ シリコン微結晶（半導体微結晶）
６４ シリコン酸化膜（絶縁膜）
Ｌａ 放電ランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密容器内に封入されている放電ガスを放電させて放電プラズマを生成する放電点灯装置および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球の環境問題に対する関心が高まるにつれて、水銀を利用せずに例えばキセノンガスなどの希ガスを放電ガスとして透光性の気密容器内に封入した希ガス蛍光ランプのような無水銀蛍光ランプが各所で研究開発されている。
【０００３】
しかしながら、希ガス蛍光ランプは、水銀を利用した従来の蛍光ランプに比べて、効率が低く、従来の蛍光ランプと同等の輝度を得るためには、透光性の気密容器内に配置された一対の放電用電極間により高い放電開始電圧（始動電圧）を印加しなければならないという問題があった。
【０００４】
これに対して、放電ガスとしてキセノンガスが封入された透光性の気密容器内に、一対の放電用電極とは別に電界放射型の電子源を配置し、一対の放電用電極間に電圧を印加する前に電子源を駆動して電子を放出させることにより、放電開始電圧を低減する技術が提案されており（例えば、特許文献１参照）、放電開始電圧を半分程度まで低減できることが知られている。ここにおいて、一対の放電用電極と電子源とを備えた放電点灯装置では、一対の放電用電極間の放電プラズマ生成空間の外に電子源を配置することで、放電プラズマに起因したダメージが電子源に発生するのを抑制していた。
【特許文献１】特開２００２−１５０９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の放電プラズマ装置では、放電開始電圧を更に低減するためにより大きな電流を流すと、放電プラズマが電子源の電子放出面に達したり、放電用電極と電子源との間で放電が起こって、電子源の電子放出面に放電プラズマの粒子（例えば、プラスイオンなど）が衝突することにより電子源に損傷が発生し、電子源の寿命が短くなって、結果的に放電点灯装置の寿命が短くなってしまうという懸念があった。
【０００６】
そこで、電子源を保護する保護部材として導電性材料により形成された網状体を電子源の電子放出面に対向配置することによって、電子源の電子放出面へのプラスイオンの衝突を抑制することが考えられるが、電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するには網状体の網目のサイズを小さくする必要があり、電子源から放出された電子の一部が網状体に衝突したり捕らえられたりし、放電ガスであるキセノンガス中への電子の供給量が減少し、放電開始電圧が高くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放電開始電圧の低減を図れ且つ長寿命化を図れる放電点灯装置および照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源と、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備え、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備えていることにより、保護部材を設けることなく電子源への放電プラズマの粒子の入射が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れ、しかも、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてあることにより、電子源から放出される電子を放電プラズマ生成空間へ効率的に供給することができるとともに、放電が開始されるまでは電子源が電子を供給するだけでなく放電用電極としても機能するので、電子源から放出された電子を放電プラズマ生成空間へエネルギロス無く供給することが可能となり、放電開始電圧のより一層の低減を図れる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がカソード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子放出部の電位とカソード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をカソード電極の電位よりも高電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、カソード電極の近傍に配置された前記電子源の前記電子放出部へのプラスイオンの入射を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記一方の放電用電極が環状に形成され、前記電子源が当該環状の放電用電極の内側に配置されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記一方の放電用電極の側方に前記電子源が並設されている場合に比べて、前記電子源から放出される電子を放電プラズマ生成空間へ、より効率的に供給することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記電子源は、前記環状の放電用電極により囲まれた空間の中央に配置されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、放電の開始後に放電プラズマの広がる範囲を広くすることが可能となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がアノード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子源の電子放出部の電位とアノード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をアノード電極の電位よりも低電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、アノード電極の近傍に配置された前記電子源の前記電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制することができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記放電用電極の対を複数対備え、離間距離の短い対に対して前記電子源が配置されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、離間距離の長い対に対して前記電子源を配置する場合に比べて、放電開始電圧をより低減することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記制御手段は、前記放電用電極間に矩形波電圧を印加させることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記放電用電極間に一定の直流電圧を印加する場合に比べて、より低い電力で放電を開始させることが可能となり、低消費電力化を図れる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた電界放射型電子源からなり、表面電極が前記電子放出部を構成していることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記電子源としてフィラメントやスピント型電子源を採用した場合に比べて、前記電子源から放出される電子の初期エネルギが高くなるので、前記放電ガスの電離が起こりやすくなり、放電開始電圧をより確実に低減できる。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明では、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施形態１）
本実施形態の放電点灯装置は、図１（ａ）に示すように、気密容器１内に封入されている放電ガス（例えば、Ｘｅガスなど）に電界を印加して放電プラズマを生成させるためのアノード電極２ａおよびカソード電極２ｂと、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０と、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０への放電プラズマの粒子（ここでは、プラスイオン）の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備えている。ここにおいて、本実施形態では、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが一対の放電用電極を構成している。また、本実施形態では、表面電極１７が電子放出部を構成している。
【００２８】
気密容器１は、透光性を有する材料（例えば、ガラス、透光性セラミックなど）により円筒状に形成されており、長手方向の一端部（図１（ａ）における左端部）にアノード電極２ａが配置され、長手方向の他端部（図１（ａ）における右端部）にカソード電極２ｂが配置されている。すなわち、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが気密容器１内において気密容器１の長手方向に離間して配置されている。なお、本実施形態では、気密容器１の内面に、放電ガスであるＸｅガスの励起により発生した紫外線によって励起されて発光する蛍光体層（図示せず）を設けてあり、気密容器１、アノード電極２ａ、カソード電極２ｂ、電子源１０などにより希ガス蛍光ランプを構成しているが、蛍光体層は必ずしも設ける必要はなく、蛍光体層を設けていない場合には、Ｘｅガスの励起により発生した紫外線や可視光が気密容器１を通して放射されることとなる。
【００２９】
電子源１０は、弾道電子面放出型電子源（Ballistic electronSurface-emitting Device：ＢＳＤ）と呼ばれている電界放射型電子源であり、図２（ａ）に示すように、矩形板状の絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）１４の一表面上に金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極１５が形成され、下部電極１５上に強電界ドリフト層１６が形成され、強電界ドリフト層１６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極１７が形成されている。なお、表面電極１７を構成する導電性薄膜の膜厚は１０〜１５ｎｍ程度に設定することが望ましいが、当該導電性薄膜は単層膜に限らず多層膜でもよい。なお、本実施形態における電子源１０では、下部電極１５と強電界ドリフト層１６と表面電極１７とで表面電極１７を通して電子を放出する電子源素子１０ａを構成している。
【００３０】
電子源素子１０ａの強電界ドリフト層１６は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも、下部電極１５の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリコン酸化膜６４とから構成されている。ここに、各グレイン５１は、下部電極１５の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板１４の厚み方向に延びている）。
【００３１】
上述の電子源素子１０ａから電子を放出させるには、表面電極１７が下部電極１５に対して高電位側となるように表面電極１７と下部電極１５との間に駆動電圧を駆動用の電源６（図１（ａ）参照）により印加すれば、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ注入された電子が強電界ドリフト層１６をドリフトし表面電極１７を通して放出される。
【００３２】
ここに、上述の電子源素子１０ａでは、表面電極１７と下部電極１５との間に印加する駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。なお、本実施形態の電子源素子１０ａは、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができるという特徴を有している。
【００３３】
上述の電子源素子１０ａの基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層１６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層１６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図２（ｂ）中の矢印の向き（図２（ｂ）における上向き）へドリフトし、表面電極１７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層１６では下部電極１５から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極１７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電界ドリフト層１６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。
【００３４】
なお、上述の強電界ドリフト層１６では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３５】
本実施形態の放電点灯装置では、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を供給する電源（以下、第１の電源と称す）５と、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に電圧を供給する電源（以下、第２の電源と称す）６とを制御手段３０によって制御するように構成されており、制御手段３０によって第２の電源６から電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７側を高電位とする直流電圧を印加させることにより、電子源１０から電子が放出される一方で、制御手段３０によって第１の電源５からアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間にアノード電極２ａを高電位側とする電圧を印加させるので、電子源１０から放出された電子は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界によって加速され、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３中に存在する放電ガスのガス分子に衝突する。ここで、ガス分子に衝突する電子が持っているエネルギが放電ガスの電離エネルギよりも大きければ、放電ガスが励起されて電離するから、このような過程が繰り返されることによってアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に流れる電流が急激に増大し放電プラズマが生成される。なお、電子源１０から放出された電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界により得るエネルギは、対をなすアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界強度と放電ガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度は両電極２ａ，２ｂ間に印加される電圧と両電極２ａ，２ｂ間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器１内の放電ガスの種類やガス圧に依存するから、電子源１０から放出される電子の初期エネルギによらず、放電点灯装置の仕様によってほぼ決まる。
【００３６】
ところで、上述の説明から分かるようにアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電流−電圧特性が放電開始前後で大きく変化する（放電の開始前には電流がほとんど流れていないのに対し、放電の開始後は電流が増加し且つ電圧が低下する）。すなわち、放電が開始されると、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンス、電流、電圧それぞれが急激に変化する。そこで、本実施形態における放電検出手段２０は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンスの変化に基づいて放電の開始を検出するようにしてある。なお、放電検出手段２０は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間のインピーダンスの変化に限らず、電流の変化もしくは電圧の変化に基づいて放電の開始を検出するようにしてもよく、いずれにしても、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電気的特性の変化により放電の開始を確実に検出することができる。
【００３７】
また、制御手段３０は、上述のように、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときに電子源１０の表面電極１７への放電プラズマの粒子（ここでは、プラスイオン）の入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する。なお、制御手段３０は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成すればよい。
【００３８】
ここで、制御手段３０について、より具体的に説明すれば、制御手段３０は、放電の開始前には、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として第２の電源６から電圧を印加させるとともに、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間にアノード電極２ａを高電位側として第１の電源５から電圧を印加させるが、この際、図３（ａ）に示すように、表面電極１７の電位とカソード電極２ｂの電位とを同電位とするように各電源５，６を制御する。したがって、アノード電極２ａの電位に対して電子源１０の表面電極１７の電位が低電位となるので、放電の開始前に電子源１０から放出された電子をアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３へ効率良く供給することができる。
【００３９】
また、制御手段３０は、放電検出手段２０により放電の開始が検出されると（つまり、放電後には）、図３（ｂ）に示すように電子源１０の電位をカソード電極２ｂの電位よりも高くするように、表面電極１７および下部電極１５の電位を制御する。したがって、電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制することができ、放電プラズマのプラスイオンが電子源１０の表面電極１７へ入射することによる電子源１０のダメージの発生を抑制することができる。ここで、電子源１０の表面電極１７の電位をプラズマ電位に近い値まで高くすることで、プラスイオンの入射によるダメージをより低減することが可能となる。なお、図３（ｂ）に示した例では、表面電極１７と下部電極１５とを同電位としているので、電子源１０から電子は放出されない。言い換えれば、放電開始後には電子源１０の駆動が停止される。
【００４０】
ところで、本実施形態の放電点灯装置では、アノード電極２ａが円形状の形状に形成されるとともに、カソード電極２ｂが図１（ｂ）に示すように環状（図示例では、円環状）に形成されており、アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂが円筒状の気密容器１と同心的に配置され、電子源１０がカソード電極２ｂの内側に配置されている。ここにおいて、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０の表面電極１７の表面とカソード電極２ｂにおけるアノード電極２ａ側の表面とが同一平面上に揃うように電子源１０とカソード電極２ｂとの相対的な位置関係を設定してあり、電子源１０から放出される電子を放電プラズマ生成空間３へ効率的に供給することができるとともに、放電が開始されるまでは電子源１０が電子を供給するだけでなくカソード電極２ｂとしても機能するので、電子源１０から放出された電子を放電プラズマ生成空間３へエネルギロス無く供給することが可能となり、放電開始電圧のより一層の低減を図れる。なお、表面電極１７の表面とカソード電極２ｂの表面とは略面一であればよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態の放電点灯装置では、気密容器１内での放電の開始を検出する放電検出手段２０と、放電検出手段２０により放電の開始が検出されたときには電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制するように電子源１０の電位を制御する制御手段３０とを備えていることにより、保護部材を設けることなくカソード電極２ｂの近傍に配置された電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。しかも、カソード電極２ｂが環状に形成され、電子源１０がカソード電極２ｂの内側に配置されていることにより、カソード電極２ｂの側方に電子源１０が並設されている場合に比べて、電子源１０から放出された電子を放電プラズマ生成空間３へ、より効率的に供給することができる。
【００４２】
また、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０がカソード電極２ｂにより囲まれた空間の中央に配置されているので、放電の開始後に放電プラズマの広がる範囲を広くすることが可能となり、放電ガスの励起により発生した紫外線を気密容器１の内面に設けてある上記蛍光体層へ効率良く照射することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０として、上述の弾道電子面放出型電子源を採用しているので、放電ガス中でも安定して動作可能で、数ｅＶ以上の比較的高い初期エネルギを有する電子を放出することができ、電子源１０としてフィラメントやスピント型電子源を採用した場合に比べて、電子源１０から放出される電子の初期エネルギが高くなるから、放電ガスの電離が起こりやすくなり、放電開始電圧をより確実に低減できる。
【００４４】
ところで、上述の実施形態では、一対の放電用電極（アノード電極２ａ，カソード電極２ｂ）の両方を気密容器１内に配置してあるが、一対の放電用電極の一方あるいは両方を気密容器１の外部に配置するようにしてもよい。ここで、環状のカソード電極２ｂを気密容器１の外部に配置する場合には、カソード電極２ｂの内側に気密容器１が配置され、気密容器１の内側に電子源１０が配置されるようにすればよい。なお、このような配置の場合も、放電が開始されるまでは電子源１０もカソード電極として機能するが、放電の開始後に電子源１０の表面電極１７の電位をカソード電極２ｂの電位よりも高電位とすることで、電子源１０の表面電極１７へのプラスイオンの入射を抑制することができる。
【００４５】
また、上述の実施形態では、カソード電極２ｂを環状の形状としてカソード電極２ｂの内側に電子源１０を配置してあるが、カソード電極２ｂではなくアノード電極２ａを環状の形状としてアノード電極２ａの内側に電子源１０を配置するようにし、放電の開始後に電子源１０の表面電極１７の電位をアノード電極２ａの電位よりも低電位とするようにしてもよい。また、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの両方を環状の形状として両方それぞれの内側に電子源１０を配置するようにしてもよく、この場合には、放電プラズマ生成空間３への電子の供給量を増加させることができ、より確実に放電開始電圧を低減することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、一対の放電用電極がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとで構成されており、第１の電源５からアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に直流電圧を印加させるようにしてあるが、一対の放電用電極間に印加する電圧は、直流、交流のいずれでもよく、交流に限らず直流についても、矩形波電圧、三角波電圧などの周期波電圧でもよい。ここで、制御手段３０が、第１の電源５からアノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間に矩形波電圧を印加させるようにすれば、アノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間に一定の直流電圧を印加する場合に比べて、より低い電力で放電を開始させることが可能となり、放電ランプＬａの所望の輝度をより低い電力で得ることが可能となり、発光効率の向上を図れるととともに低消費電力化を図れる。また、放電用電極間に印加する電圧と、電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に印加する電圧との両方を矩形波電圧とし、両矩形波電圧の少なくとも立ち上がりを同期させることによって、より低い電力で放電を開始させることが可能となる。なお、交流の矩形波電圧を印加する場合には、一対の放電用電極の両方を環状の形状として、各放電用電極それぞれの内側に電子源１０を配置することが望ましい。
【００４７】
（実施形態２）
本実施形態の放電プラズマ装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、放電用電極の対として、図３に示すように、気密容器１の長手方向（図３における左右方向）に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対の他に、上記長手方向に直交する一方向（図３における上下方向であって気密容器１の径方向）に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対を備えており、離間距離の短い対に対して電子源１０が配置されている点などが相違する。すなわち、本実施形態では、上記長手方向に直交する一方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対に関して、カソード電極２ｂを環状の形状として、当該環状のカソード電極２ｂの内側に電子源１０を配置してある。ここにおいて、上記長手方向に直交する一方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対には、第１の電源５から電圧が印加され、上記長手方向に離間したアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの対には、別の電源（以下、第３の電源と称す）７から電圧が印加されるようにしてあり、制御手段３０が各電源５〜７を各別に制御できるようになっている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
しかして、本実施形態の放電点灯装置では、放電用電極の対を２対備え、離間距離の短い対に対して電子源１０を配置してあるので、離間距離の長い対に対して電子源１０を配置する場合に比べて、電子源１０から放出された電子が放電用電極間の電界から得るエネルギが高くなるので、放電開始電圧をより低減することができる。
【００４９】
ところで、上記各実施形態の放電点灯装置は、例えば、図５に示すような照明器具に利用することができる。図５に示した照明器具は、いわゆる富士型の照明器具であって、天井面のような施工面に取り付けられる器具本体１００と、器具本体１００の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた各一対のソケット１０２と、器具本体１００に器具本体１００を覆うように取り付けられる断面Ｖ字形の反射板１０３と、器具本体１００に長手方向が一致する形でそれぞれソケット１０２間に保持される２本の直管形のランプ１０４と、２本のランプ１０４を点灯させる点灯装置（図示せず）とを備えている。ここにおいて、ランプ１０４として、上述の放電ランプＬａを用い、点灯装置に、放電検出手段２０、制御手段３０などを設けることにより、上述の放電点灯装置を備えた照明器具を実現することができ、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【００５０】
また、上記各実施形態では、気密容器１内に封入するガスとしてＸｅガスを採用しているが、気密容器１内に封入するガスは、Ｘｅガスに限定するものではなく、例えば、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｎ２ガス、ＣＯガス、Ｈｇ蒸気や、それらの混合ガスなどのようにエネルギを供給することで放電を起こすガスであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は放電点灯装置の概略構成図、（ｂ）はカソード電極と電子源との位置関係の説明図である。
【図２】同上に用いる電子源を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】実施形態２の放電点灯装置の概略構成図である。
【図５】照明器具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 気密容器
２ａ アノード電極（放電用電極）
２ｂ カソード電極（放電用電極）
１０ 電子源（電界放射型電子源）
１５ 下部電極
１６ 強電界ドリフト層
１７ 表面電極（電子放出部）
２０ 放電検出手段
３０ 制御手段
６３ シリコン微結晶（半導体微結晶）
６４ シリコン酸化膜（絶縁膜）
Ｌａ 放電ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源と、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備え、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてなることを特徴とする放電点灯装置。
【請求項２】
前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がカソード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子放出部の電位とカソード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をカソード電極の電位よりも高電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする請求項１記載の放電点灯装置。
【請求項３】
前記一方の放電用電極が環状に形成され、前記電子源が当該環状の放電用電極の内側に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電点灯装置。
【請求項４】
前記電子源は、前記環状の放電用電極により囲まれた空間の中央に配置されてなることを特徴とする請求項３記載の放電点灯装置。
【請求項５】
前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がアノード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子源の電子放出部の電位とアノード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をアノード電極の電位よりも低電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする請求項１記載の放電点灯装置。
【請求項６】
前記放電用電極の対を複数対備え、離間距離の短い対に対して前記電子源が配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記放電用電極間に矩形波電圧を印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項８】
前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた電界放射型電子源からなり、表面電極が前記電子放出部を構成していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源と、気密容器内での放電の開始を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電の開始が検出されたときには電子源の電子放出部への放電プラズマの粒子の入射を抑制するように電子源の電位を制御する制御手段とを備え、一対の放電用電極のうちの少なくとも一方の放電用電極の表面と電子源の電子放出部の表面とを同一平面上に揃えてなることを特徴とする放電点灯装置。
【請求項２】
前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がカソード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子放出部の電位とカソード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をカソード電極の電位よりも高電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする請求項１記載の放電点灯装置。
【請求項３】
前記一方の放電用電極が環状に形成され、前記電子源が当該環状の放電用電極の内側に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電点灯装置。
【請求項４】
前記電子源は、前記環状の放電用電極により囲まれた空間の中央に配置されてなることを特徴とする請求項３記載の放電点灯装置。
【請求項５】
前記一対の放電用電極がアノード電極とカソード電極とであって、前記一方の放電用電極がアノード電極であり、前記制御手段は、前記放電検出手段により放電の開始が検出されるまでは前記電子源の電子放出部の電位とアノード電極の電位とを同電位とするように前記電子源の電位を制御し、前記放電検出手段により放電の開始が検出されたときには前記電子放出部の電位をアノード電極の電位よりも低電位とするように前記電子源の電位を制御することを特徴とする請求項１記載の放電点灯装置。
【請求項６】
前記放電用電極の対を複数対備え、離間距離の短い対に対して前記電子源が配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記放電用電極間に矩形波電圧を印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項８】
前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた電界放射型電子源からなり、表面電極が前記電子放出部を構成していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３２９０９４（Ｐ２００７−３２９０９４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６１４２０（Ｐ２００６−１６１４２０）
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]