JP4631716B2

JP4631716B2 - 放電プラズマ生成補助装置

Info

Publication number: JP4631716B2
Application number: JP2006010458A
Authority: JP
Inventors: 浩一相澤; 崇幡井; 勉櫟原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: JP2007194050A

Description

本発明は、例えば、プラズマディスプレイパネル、紫外線ランプ、蛍光ランプなどの放電プラズマを利用する放電プラズマ装置に用いる放電プラズマ生成補助装置に関するものである。

従来から、放電ガス（放電媒体であるガス）が封入された気密容器と、気密容器に設けられて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段として放電ガスに電界を印加する一対の電極とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置として、放電ガス中へ電子を供給する電界放射型の電子源を気密容器内に配置し当該電子源を適宜駆動することで、放電開始電圧の低減、放電プラズマの維持電圧の低減、放電プラズマの安定化などの効果が得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、放電プラズマ生成補助装置を適用する放電プラズマ装置の例として、気密容器の内面に放電プラズマで生成される紫外線などで励起されて発光する蛍光体層を設けたプラズマディスプレイパネル、紫外線ランプ、蛍光ランプなどの発光装置が例示されている。

ここにおいて、上述の放電プラズマ生成補助装置を用いた紫外線ランプは、例えば、図１１に示すように、透光性を有する材料により形成され放電ガス（例えば、Ｘｅガス）が封入された気密容器１と、気密容器１内に配置され放電ガスを放電させて気密容器１内の放電プラズマ生成空間３に放電プラズマを生成するための一対の電極２ａ，２ａと、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給する電子源素子１０とを備えており、気密容器１内の放電ガスを放電させることで紫外線を放射させることができる。

しかしながら、図１１に示した構成では、放電プラズマ生成補助装置を構成する電子源素子１０の電子放出面が放電プラズマ生成空間３で生成された放電プラズマに曝されてイオン衝撃などによるダメージを受け、寿命が短くなるとともに信頼性が低下することが考えられる。

そこで、図１２に示すように、気密容器１内に配置する放電プラズマ生成補助装置Ａ’を、電子源素子１０と、電子源素子１０から放出された電子の通る複数の開口部１３１を有し且つ気密容器１内の放電プラズマ生成空間３で生成された放電プラズマのイオンから電子源素子１０を保護する保護カバー１３０とで構成することが提案されている。ここにおいて、保護カバー１３０のうち電子源素子１０の電子放出面に対向する部分を上述の複数の開口部１３１が形成された導電性部材１３２により構成するようにすれば、当該導電性部材１３２の電位を適宜制御することで電子源素子１０から放出され開口部１３１を通る電子の量を増加させることができる。
特開２００２−１５０９４４号公報

しかしながら、図１２における放電プラズマ生成補助装置Ａ’でも、保護カバー１３０における導電性部材１３２の電位、気密容器１内の電極２ａ，２ａの電位、気密容器１内の放電ガスのガス種および圧力、電子源素子１０と開口部１３１や電極２ａとの距離などによっては、保護カバー１３０の内側まで放電プラズマが侵入することがあり、電子源素子１０がイオン衝撃などによるダメージを受け、寿命が短くなるとともに信頼性が低下することがあった。

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、長寿命化を図れるとともに信頼性の向上を図れる放電プラズマ生成補助装置を提供することにある。

請求項１の発明は、放電ガスが封入された気密容器と、気密容器の内部と外部との少なくとも一方に配置され前記放電ガスを放電させて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置であって、前記放電ガス中へ供給する電子を放出する電子源素子と、電子源素子を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器とを備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内を真空としてなることを特徴とする。

この発明によれば、電子源素子を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器を備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内を真空としてあるので、電子源素子が放電プラズマに曝されるのを防止しつつ放電ガス中へ電子を供給することが可能となり、放電プラズマのイオンにより電子源素子がダメージを受けるのを防止することができ、長寿命化および信頼性の向上を図れる。

請求項２の発明は、放電ガスが封入された気密容器と、気密容器の内部と外部との少なくとも一方に配置され前記放電ガスを放電させて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置であって、前記放電ガス中へ供給する電子を放出する電子源素子と、電子源を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器とを備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内の圧力と気密容器内の圧力との圧力差を調整するガスであって前記放電ガスよりも放電の起こりにくいガスからなる圧力調整用ガスが保護容器内に封入されてなることを特徴とする。ここにおいて、圧力調整用ガスとしては、放電ガスよりも電離電圧の大きなガス、放電ガスよりも電離係数の小さなガス、負イオンになりやすいガス（負性ガス）を用いることができる。

この発明によれば、電子源素子を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器を備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内に放電ガスよりも放電の起こりにくい圧力調整用ガスが封入されているので、電子源素子が放電プラズマに曝されるのを防止しつつ放電ガス中へ電子を供給することが可能となり、放電プラズマのイオンにより電子源素子がダメージを受けるのを防止することができ、長寿命化および信頼性の向上を図れ、しかも、保護容器内の圧力調整用ガスの圧力を放電プラズマ生成空間の放電ガスの圧力と略同じに設定しておけば、薄膜の厚みをより薄くすることができ、電子源素子から放出された電子が薄膜を通過するように電子を加速する加速電圧の低電圧化を図れる。

請求項１，２の発明では、長寿命化を図れるとともに信頼性の向上を図れるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態では、放電プラズマ装置として、図１（ａ）に示すように、放電ガス（ここでは、Ｘｅガス）が封入された気密容器１と、気密容器１内に配置され放電ガスを放電させて気密容器１内の放電プラズマ生成空間３に放電プラズマを生成するための一対の電極２ａ，２ａとを備え、気密容器１内の放電ガスを放電させることで紫外線を放射する紫外線ランプを例示する。なお、放電プラズマ装置は、紫外線ランプに限らず、放電ガスもＸｅガスに限らず、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｎ_２ガス、ＣＯガス、Ｈｇ蒸気やそれらの二種以上からなる混合ガスなどを放電プラズマ装置の用途などに応じて適宜採用すればよい。

本実施形態における紫外線ランプは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、放電プラズマの生成を補助するために放電ガス中へ供給する電子を放出する電子源素子１０と、電子源素子１０を気密容器１内の放電プラズマ生成空間３から隔絶する保護容器３０とを備え、保護容器３０の一部を電子源素子１０から放出された電子が通過可能な薄膜３３により形成するとともに、保護容器３０内を真空としてある。ここにおいて、保護容器３０は、絶縁性材料（例えば、フッ素系樹脂などの絶縁性樹脂、絶縁性セラミックなど）により一面開口した矩形箱状に形成された保護カバー３１と、保護カバー３１において電子源素子１０に対向する前壁に形成された矩形状の開孔部３２を閉塞する形で配設された上述の薄膜３３と、保護カバー３１の上記一面側を閉塞する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）３４とで構成してある。なお、保護カバー３１は、必ずしも絶縁性材料により形成する必要はないが、少なくとも内面側側が電気的絶縁性を有する材料により形成されていることが望ましい。

なお、本実施形態では、一対の電極２ａ，２ａが気密容器１の内部に配置され放電ガスを放電させて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段を構成しており、電子源素子１０と保護容器３０とで放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置Ａを構成している。

本実施形態における紫外線ランプは直管形の紫外線ランプであり、気密容器１は、透光性材料（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、長手方向の両端部内それぞれに上述の電極２ａ，２ａが配設され、一方の電極２ａの側方に放電プラズマ生成補助装置Ａが配置されている。

電子源素子１０は、図２（ａ）に示すように、上述の絶縁性基板３４の一表面上に形成された金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極１２と、下部電極１２上に形成された強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上に形成された導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７とで構成してある。なお、本実施形態では、絶縁性基板３４が電子源素子１０を形成する素子形成基板を兼ねているが、絶縁性基板３４とは別の素子形成基板に電子源素子１０を形成してもよい。また、本実施形態では、強電界ドリフト層６が、電子が通過する電子通過層を構成している。また、本実施形態では、表面電極７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。

電子源素子１０の強電界ドリフト層６は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも、下部電極１２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酸化膜である多数のシリコン酸化膜（絶縁膜）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１２の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板３４の厚み方向に延びている）。

上述の電子源素子１０から電子を放出させるには、表面電極７が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極１２との間に駆動電圧を駆動電源により印加すれば、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（図２（ｂ）中の矢印は表面電極７を通して放出された電子ｅ⁻の流れを示す）。

ここに、本実施形態における電子源素子１０では、表面電極７と下部電極１２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１０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。なお、電子源素子１０へ与える駆動電圧は一定の直流電圧でもよいし、パルス状の電圧でもよい。また、駆動電圧をパルス状の電圧とした場合、駆動電圧を印加していない時に逆バイアスの電圧を印加するようにしてもよい。

本実施形態における電子源素子１０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７と下部電極１２との間に表面電極７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ電子ｅ⁻が注入される。一方、強電界ドリフト層６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６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７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極１２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７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６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。

なお、上述の強電界ドリフト層６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。

本実施形態における紫外線ランプでは、一対の電極２ａ，２ａ間に電圧を印加する前に電子源素子１０の駆動を開始して放電ガス中へ電子を供給しておくことにより（なお、図１（ａ），（ｂ）それぞれに示した矢印は電子源素子１０から放出された電子の流れを示している）、放電を開始させるのに必要な電極２ａ，２ａ間の電圧である放電開始電圧を低減することができ、一対の電極２ａ，２ａ間に電圧を印加した後も電子源素子１０を駆動するようにすれば放電プラズマの安定化を図れるとともに、放電維持電圧を低減することができ、低消費電力化を図れる。

ところで、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、上述の保護容器３０内を真空としてあるが、保護容器３０内での放電を防止するためには、より高真空が望ましく、真空度が１Ｐａ以下、好ましくは１０^−２Ｐａ以下であることが望ましい。なお、保護容器３０内を所望の真空度に維持できるように保護容器３０内に気体分子を吸着するゲッタを設置しておくことが望ましい。

また、保護容器３０内の一部を構成する上述の薄膜３３は、放電プラズマ生成空間３の圧力と保護容器３０内の圧力との圧力差に耐えられる強度を確保できる厚みが必要であるが、電子を通過させるためにはより薄い方が望ましい。ここにおいて、本実施形態の紫外線ランプにおける放電プラズマ生成空間３の圧力は１気圧以下の低圧なので、薄膜３３の厚みは１０μｍ以下とすることができ、１μｍ以下とすることも可能である。

また、上述の電子源素子１０から放出された電子を薄膜３３を通過させるためには、電子源素子１０から放出された電子を加速する必要があるが、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、薄膜３３を金属（例えば、Ｔｉなど）やＳｉなど導電性材料により形成しておき、薄膜３３が電子源素子１０から放出された電子を加速する加速電極を兼ねるようにし、薄膜３３が電子源素子１０に対して高電位となるように気密容器１の外部に配置された電圧源Ｖｃ（図１（ｂ）参照）から加速電圧を印加するようにすれば、薄膜３３の厚みを１０μｍ以下とした場合には、例えば５０ｋＶ以下の低加速電圧、場合によっては１０ｋＶ以下の低加速電圧でも電子を通過させることが可能となる。ただし、薄膜３３は、必ずしも導電性材料により形成する必要はなく、薄膜３３とは別体の加速電極などの電子加速手段を保護容器３０内に配設するようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、電子源素子１０を気密容器１内の放電プラズマ生成空間３から隔絶する保護容器３０を備え、保護容器３０の一部を電子源素子１０から放出された電子が通過可能な薄膜３３により形成するとともに、保護容器３０内を真空としてあるので、電子源素子１０が放電プラズマに曝されるのを防止しつつ放電ガス中へ電子を供給することが可能となり、放電プラズマのイオンにより電子源素子１０がダメージを受けるのを防止することができ、長寿命化および信頼性の向上を図れる。

上述の実施形態における電子源素子１０は、弾道型電子放出現象により電子を放出する電子源であって弾道電子面放出型電子源（Ballistic electron Surface-emitting Device：ＢＳＤ）と呼ばれている。ここにおいて、電子源素子１０はＢＳＤに限らず、例えば、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて絶縁体層を採用したＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型の電子源素子、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて下部電極１２側の半導体層と表面電極７側の絶縁体層とを採用したＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型の電子源素子、スピント型の電子源素子、ＳＣＥ（Surface Conduction Electron emitter）型の電子源素子、カーボンナノチューブエミッタを用いた電子源素子などを用いてもよいが、電子源素子１０として、ＢＳＤ、ＭＩＭ型の電子源素子、ＭＩＳ型の電子源素子などを用いればスピント型の電子源素子を用いる場合に比べて低真空度でも使用できるという利点がある。

（実施形態２）
本実施形態における放電プラズマ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、放電プラズマ生成補助装置Ａの保護容器３０内が真空ではなく、保護容器３０内の圧力と気密容器１内の圧力との圧力差を調整するガスであって気密容器１内の放電ガスよりも放電の起こりにくいガスからなる圧力調整用ガスが保護容器３０内に封入されている点に特徴があり、他の構成は実施形態１と同じなので、図示および説明を省略する。

保護容器３０内に封入する圧力調整用ガスとしては、例えば、気密容器１内の放電ガスよりも電離電圧が大きなガスを採用すればよく、例えば、放電ガスがＸｅガスであれば、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、ＳＦ_６ガスなどを採用することができる。また、圧力調整用ガスとしては、気密容器１内の放電ガスよりも電離係数の小さなガスを採用してもよいし、負イオンになりやすいガス（負性ガス）を用いることができる。なお、放電ガスよりも電離係数の小さなガスとしては、例えば放電ガスがＸｅガスであれば、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、ＳＦ_６ガスなどを採用することができる。また、負性ガスとしては、例えば、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＳＦ_６などを採用することができる。

ここにおいて、保護容器３０内の圧力調整用ガスのガス種および圧力と、薄膜３３と電子源素子１０との間に印加する電圧（実施形態１にて説明した加速電圧）と、薄膜３３と電子源素子１０との間の距離とに基づいてパッシェンの法則から導き出される放電開始電圧が、薄膜３３と電子源素子１０との間に印加する電圧よりも大きくなるように、圧力調整用ガスのガス種、圧力、薄膜３３と電子源素子１０との間に印加する電圧、薄膜３３と電子源素子１０との間の距離などを適宜設計すればよいが、気密容器１内の放電プラズマ生成空間３の圧力と保護容器３０内の圧力とが略同じになるように圧力調整用ガスの圧力を設定すれば、放電プラズマ生成空間３の圧力と保護容器３０内の圧力との圧力差をより小さくすることができ、薄膜３３の厚みをより薄くすることができ、１μｍ以下、さらには０．１μｍ以下とすることも可能となり、上述の加速電圧を１０ｋＶ以下、場合によっては１ｋＶ以下としても電子を通過させることが可能となる。

以上説明した本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、電子源素子１０を気密容器１内の放電プラズマ生成空間３から隔絶する保護容器３０を備え、保護容器３０の一部を電子源素子１０から放出された電子が通過可能な薄膜３３により形成するとともに、保護容器３０内に放電ガスよりも放電の起こりにくい圧力調整用ガスが封入されているので、電子源素子１０が放電プラズマに曝されるのを防止しつつ放電ガス中へ電子を供給することが可能となり、放電プラズマのイオンにより電子源素子１０がダメージを受けるのを防止することができ、長寿命化および信頼性の向上を図れる。しかも、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、保護容器３０内の圧力調整用ガスの圧力を放電プラズマ生成空間３の放電ガスの圧力と略同じになるように設定しておけば、薄膜３３の厚みをより薄くすることができ、電子源素子１０から放出された電子が薄膜３３を通過するように電子を加速する加速電圧の低電圧化を図れる。

なお、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、保護容器３０内に上述の圧力調整用ガスを適宜圧力で封入するので、電子源素子１０として、ＢＳＤ、ＭＩＭ型の電子源素子、ＭＩＳ型の電子源素子などのガス中でも使用可能な電子源素子を用いることで、超寿命化および信頼性の向上を図れる。

（実施形態３）
図３に示す本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであり、気密容器１内に配置され電子源素子１０から放出され薄膜３３を通過した電子の衝突により放電ガス中へ二次電子を放出する材料（例えば、Ｃｓ、Ａｇ、ＢａＯ、ＭｇＯ、アモルファスカーボン、ダイヤモンドなど）を有する二次電子放出部材２０を備えている点、薄膜３３が保護カバー３１の内側において開孔部３２を閉塞する形で配設されている点が相違するだけで、他の構成は実施形態１と同じである。なお、薄膜３３は実施形態１と同様に保護カバー３１の外側において開孔部３２を閉塞する形で配設してもよい。

本実施形態における放電プラズマ生成補助装置では、電子源素子１０を駆動することにより、電子源素子１０から放出された薄膜３３を通過した電子および二次電子放出部材２０から放出された二次電子が放電プラズマ生成空間３の放電ガス中へ供給される（なお、図３中の矢印は電子源素子１０から放出された電子の流れを示している）ので、一対の電極２ａ，２ａ間に電圧を印加する前に電子源素子１０の駆動を開始してガス中へ電子を供給しておくことにより、放電を開始させるのに必要な電極２ａ，２ａ間の電圧である放電開始電圧を低減することができ、一対の電極２ａ，２ａ間に電圧を印加した後も電子源素子１０を駆動するようにすれば放電プラズマの安定化を図れるとともに、放電維持電圧を低減することができ、低消費電力化を図れる。

ところで、二次電子放出部材２０は、例えば、多数の穴２１ａが形成された板状の基材２１に二次電子を放出する材料からなる二次電子放出膜（図示せず）が被着されたものを用いればよい。ここにおいて、二次電子放出部材２０は、薄膜３３から当該薄膜３３の厚み方向に離間して配置されているが、少なくとも薄膜３３との対向面側に二次電子放出膜を被着しておけば、基材２１における薄膜３３側とは反対側の放電プラズマ生成空間３へ電子源素子１０から放出され薄膜３３を通過した電子および二次電子放出膜から放出された二次電子を供給することが可能となる。

しかして、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａでは、電子源素子１０および二次電子放出部部材２０を備えているので、放電プラズマ生成空間３の放電ガス中へは電子源素子１０から放出され薄膜３３を通過した電子だけでなく二次電子放出部材２０から放出された二次電子も供給されるので、電子源素子１０のみから電子を供給する場合に比べて、電子源素子１０を放出電子量が少なくなるような比較的緩やかな駆動条件で駆動することができ、電子源素子１０の長寿命化を図れるとともに信頼性の向上を図れる。また、二次電子放出部材２０が気密容器１内の放電プラズマ生成空間３に配置されているので、二次電子放出部材２０では放電プラズマ中の電子が衝突することによっても二次電子が放出されることとなるから、電子源素子１０の電子放出量の低減が可能となり、更に長寿命化を図れるとともに信頼性の向上を図れる。

ここにおいて、二次電子放出部材２０の基材２１を導電性材料（例えば、ニッケル、ステンレス、アルミニウムなど）により形成しておき、電子源素子１０に駆動電圧を印加するとともに、二次電子放出部材２０の基材２１が薄膜３３に対して高電位側となるように基材２１と薄膜３３との間に電圧を印加するようにすれば、電子源素子１０が上記駆動電圧により駆動されて表面電極７を通して電子が放出され、表面電極７を通して放出された電子が上記加速電圧および基材２１と薄膜３３との間の電圧により加速されて二次電子放出膜に照射されることとなるから、基材２１と薄膜３３との間の電圧を適宜設定することで二次電子効率を高めることができて二次電子の放出量を増加させることができるので、電子源素子１０の電子放出量を低減することが可能となり、電子源素子１０の長寿命化および信頼性の向上を図れ、結果的に、放電プラズマ生成補助装置Ａの長寿命化および信頼性の向上を図れる。なお、二次電子放出部材２０の基材２１と薄膜３３との間に印加する電圧を、二次電子放出部材２０における二次電子放出効率が略最高値となるように設定すれば、効率良く二次電子が生成されるので、電子源素子１０の放出電子量をより低減することが可能となる。

（実施形態４）
本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａの基本構成は実施形態３と略同じであって、図４に示すように、二次電子放出部材２０を複数設けてある点が相違する。ここにおいて、本実施形態では、３個の二次電子放出部材２０を薄膜３３の厚み方向に沿って並べてある。なお、実施形態３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。

しかして、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置Ａによれば、放電ガス中へ供給される二次電子の量を増大させることができるから、電子源素子１０からの放出電子量をより低減することができ、より一層の長寿命化および信頼性の向上を図れる。なお、本実施形態では、複数の二次電子放出部材２０を薄膜３３の厚み方向に沿って並べてあるが、薄膜３３に平行な面内で並設するようにしてもよい。

ここにおいて、薄膜３３の厚み方向に沿って配置された複数の二次電子放出部材２０それぞれの電位を薄膜３３から離れる（つまり、電子源素子１０から離れる）ほど高電位となるように設定すれば、二次電子放出の増倍効果が起こるので、二次電子の放出量をより多くすることができ、電子源素子１０からの放出電子量をより低減することができる。なお、他の実施形態においても二次電子放出部材２０を複数設けてもよい。

ところで、上記各実施形態では、気密容器１を円筒状の形状としてあるが、気密容器１の形状は円筒状の形状に限らず、例えば、電球のような球状の形状でもよいし、直方体状の形状や立方体状の形状などでもよいし、一対の平板と両平板との間に介在するフレームとで構成される平面型の気密容器でもよい。

また、上記各実施形態では、エネルギ供給手段として、図５（ａ）に示すように円筒状の気密容器１の内部に一対の電極２ａ，２ａを気密容器１の長手方向に離間して配置してあるが、エネルギ供給手段の配置や構成は特に限定するものではなく、例えば、図５（ｂ）に示すように円筒状の気密容器１の外部において気密容器１に近接して巻回された誘導コイル４により構成してもよいし、図５（ｃ）に示すように円筒状の気密容器１の外部において気密容器１の長手方向に沿って配置された一対の面状の電極２ｂ，２ｂで構成してもよいし、図５（ｄ）に示すように気密容器１の内部において長手方向の一端部に配置された電極２ａと気密容器１の外部において気密容器１の長手方向に沿って配置された面状の電極２ｂとで構成してもよいし、図５（ｅ）に示すように円筒状の気密容器１の内部で長手方向の両端部それぞれに１つずつ配置された２つの電極２ａ，２ａと気密容器１の外部に配置された円環状の、少なくとも１つ以上の電極２ｂとで構成してもよいし、図５（ｆ）に示すように円筒状の気密容器１の内部に配置された二対の電極２ａ，２ａ、２ａ，２ａにより構成してもよいし、図５（ｇ）に示すように円筒状の気密容器１の外部において気密容器１の長手方向に所定間隔ずつ離れて配置された複数（図示例では、５つ）の円環状の電極２ｂにより構成してもよいし、図５（ｈ）に示すように円筒状の気密容器１の外部において気密容器１の長手方向に所定間隔ずつ離れて配置された複数（図示例では、５つ）の面状の電極２ｂにより構成してもよいし、図５（ｉ）に示すように直方体状の気密容器１の内部に配置された一対の電極２ａ，２ａにより構成してもよいし、図５（ｊ）に示すように気密容器１の内部において並設された一対の電極２ａ，２ａにより構成してもよい。なお、エネルギ供給手段に印加する電圧は、直流電圧、交流電圧、パルス電圧などから適宜選択すればよい。ここで、エネルギ供給手段として、図５（ｇ）に示すように気密容器１の長手方向に複数の電極２ｂが所定間隔ずつ離れて配置されている場合には、例えば、図６（ａ）に示すように、複数の電極２ｂが２組の電極群に分かれるように結線するにあたって隣り合う電極２ｂ同士が異なる電極群となるように結線し、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、一方の電極群に印加する矩形波の交流電圧Ｖ１と他方の電極群に印加する矩形波の交流電圧Ｖ２とを逆位相とすることで、気密容器１の長手方向の寸法が比較的長い場合でも気密容器１内の略全長に亘って放電プラズマを生成することが可能となる。同様に、図５（ｈ）に示すように気密容器１の長手方向に複数の電極２ｂが所定間隔ずつ離れて配置されている場合には、例えば、図７（ａ）に示すように、隣り合う電極２ｂ同士が異なる電極群となるように結線し、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、一方の電極群に印加する矩形波の交流電圧Ｖ１と他方の電極群に印加する矩形波の交流電圧Ｖ２とを逆位相とすればよい。

また、上記各実施形態では、放電プラズマ装置を構成する発光装置の一例として紫外線ランプを例示したが、発光装置は紫外線ランプに限らず、例えば、照明用の蛍光ランプやプラズマディスプレイパネルなどでもよく、蛍光ランプの場合には、図８に示すように、気密容器１の内面の適宜部位に、紫外線により励起されて所望の波長の光を放射する蛍光体層５を設ければよい（なお、図８では、放電プラズマ生成補助装置の図示を省略してある）。

また、上記各実施形態では、発光装置として紫外線ランプを例示しており気密容器１を透光性材料により形成してあるが、本発明の放電プラズマ生成補助装置は、図９や図１０に示すように、気密容器１の一部のみが透光性材料（例えば、ガラスなど）からなる透光板１ｂにより形成されるような発光装置への適用も可能である。なお、図９の発光装置では、透光板１ｂを通して気密容器１の外部へ紫外線が放射され、図１０の発光装置では、蛍光体層５で発光した可視光が透光板１ｂを通して気密容器１の外部へ放射される。

実施形態１を示し、（ａ）は放電プラズマ生成補助装置を用いた発光装置の概略構成図、（ｂ）は放電プラズマ生成補助装置の概略構成図である。同上における電子源素子の説明図である。実施形態３における放電プラズマ生成補助装置の概略構成図である。実施形態４における放電プラズマ生成補助装置の概略構成図である。発光装置におけるエネルギ供給手段の構成例の説明図である。発光装置におけるエネルギ供給手段の構成例の説明図である。発光装置におけるエネルギ供給手段の構成例の説明図である。発光装置の他の構成例の概略構成図である。発光装置の他の構成例の概略構成図である。発光装置の他の構成例の概略構成図である。従来例を示す発光装置の概略構成図である。他の従来例を示す発光装置の概略構成図である。

符号の説明

Ａ放電プラズマ生成補助装置
１気密容器
２ａ電極
３放電プラズマ生成空間
１０電子源素子
３０保護容器
３３薄膜

Claims

放電ガスが封入された気密容器と、気密容器の内部と外部との少なくとも一方に配置され前記放電ガスを放電させて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置であって、前記放電ガス中へ供給する電子を放出する電子源素子と、電子源素子を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器とを備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内を真空としてなることを特徴とする放電プラズマ生成補助装置。
放電ガスが封入された気密容器と、気密容器の内部と外部との少なくとも一方に配置され前記放電ガスを放電させて放電プラズマを生成するためのエネルギを供給するエネルギ供給手段とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置であって、前記放電ガス中へ供給する電子を放出する電子源素子と、電子源を気密容器内の放電プラズマ生成空間から隔絶する保護容器とを備え、保護容器の一部を電子源素子から放出された電子が通過可能な薄膜により形成するとともに、保護容器内の圧力と気密容器内の圧力との圧力差を調整するガスであって前記放電ガスよりも放電の起こりにくいガスからなる圧力調整用ガスが保護容器内に封入されてなることを特徴とする放電プラズマ生成補助装置。