JP2007207517A - Discharge plasma device - Google Patents
Discharge plasma device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007207517A JP2007207517A JP2006023592A JP2006023592A JP2007207517A JP 2007207517 A JP2007207517 A JP 2007207517A JP 2006023592 A JP2006023592 A JP 2006023592A JP 2006023592 A JP2006023592 A JP 2006023592A JP 2007207517 A JP2007207517 A JP 2007207517A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- discharge
- electron source
- discharge plasma
- anode electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
本発明は、放電プラズマを利用する放電プラズマ装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge plasma apparatus using discharge plasma.
従来から、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置された一対の放電用電極とを備えた発光装置のような放電プラズマ装置に用いられ放電用電極間の放電プラズマ生成空間での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、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設けることで、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)。 Conventionally, a discharge plasma between discharge electrodes used in a discharge plasma device such as a light emitting device having an airtight container filled with a gas as a discharge medium and a pair of discharge electrodes arranged in the airtight container. As a discharge plasma generation auxiliary device that assists the generation of discharge plasma in the generation space, a field emission type electron source that supplies electrons into the gas is provided in the hermetic vessel, thereby reducing the discharge start voltage and maintaining the discharge plasma. It is known that effects such as voltage reduction and discharge plasma stabilization can be obtained (see, for example, Patent Document 1).
なお、上記特許文献1には、放電プラズマ生成補助装置の適用例として、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の他に、紫外線ランプ、蛍光ランプなどへ適用することが記載されている。また、上記特許文献1では、電子源として、弾道電子面放出型電子源(Ballistic electron Surface-emitting Device:BSD)やMIM型電子源などの平面型電子源を用いることにより、スピント型電子源を用いる場合に比べて、イオン衝撃の影響を受けにくくなることが記載されている。
しかしながら、放電プラズマ装置の気密容器内に封入されているガスの種類や圧力、放電用電極間の間隔などの条件によっては放電開始電圧が非常に高く、上述の放電プラズマ生成補助装置を用いても低電圧での放電の開始が困難な場合がある。そこで、放電用電極間のプラズマ生成空間の近傍で予備放電を発生させ、予備放電によって発生した多量の電子によって放電用電極間の放電プラズマの生成を誘起することが考えられる。 However, depending on the conditions such as the type and pressure of the gas sealed in the hermetic container of the discharge plasma apparatus and the interval between the discharge electrodes, the discharge start voltage is very high. It may be difficult to start discharge at a low voltage. Therefore, it is conceivable that a preliminary discharge is generated in the vicinity of the plasma generation space between the discharge electrodes, and the generation of discharge plasma between the discharge electrodes is induced by a large amount of electrons generated by the preliminary discharge.
ところで、従来から知られている高圧水銀ランプは、一対の主電極(放電用電極)のうちの一方の主電極の近傍に配置される補助電極(予備放電用電極)を備えており、一方の主電極と補助電極との間にグロー放電(予備放電)を発生させ、主電極間のアーク放電に移行させる点灯方式が採用されているが、水銀を利用しないキセノンランプなどでは、一方の主電極と補助電極との間の予備放電すら発生しにくい場合がある。 By the way, a conventionally known high pressure mercury lamp includes an auxiliary electrode (preliminary discharge electrode) disposed in the vicinity of one main electrode of a pair of main electrodes (discharge electrodes). A lighting system is adopted in which a glow discharge (preliminary discharge) is generated between the main electrode and the auxiliary electrode, and the arc discharge is performed between the main electrodes. However, in a xenon lamp that does not use mercury, one of the main electrodes Even a preliminary discharge between the electrode and the auxiliary electrode may be difficult to occur.
ここにおいて、キセノンランプの気密容器内に、一対の主電極(アノード電極、カソード電極)のうちの一方の主電極と補助電極との間の空間(予備放電領域)へ電子を供給する電子源を配置し、一方の主電極と補助電極との間に電圧を印加する前から予備放電領域へ電子を供給しておくことで予備放電の放電開始電圧を低減することが考えられる。 Here, an electron source for supplying electrons to a space (preliminary discharge region) between one main electrode and auxiliary electrode of a pair of main electrodes (anode electrode, cathode electrode) in an airtight container of a xenon lamp. It is conceivable to reduce the discharge start voltage of the preliminary discharge by arranging and supplying electrons to the preliminary discharge region before applying a voltage between the one main electrode and the auxiliary electrode.
しかしながら、このようなキセノンランプでは、電子源が放電プラズマに曝されてイオン衝撃による損傷を受け、電子源の寿命が短くなるとともに信頼性が低下してしまう懸念がある。ここで、電子源として、上述のBSDやMIM型電子源などの平面型電子源や熱陰極などを用いれば、スピント型電子源のような電子源を用いる場合に比べてイオン衝撃の影響を受けにくくなるものの、電子源が放電プラズマに直接曝されるのは、経時安定性の点から避ける必要がある。 However, in such a xenon lamp, there is a concern that the electron source is exposed to the discharge plasma and damaged by ion bombardment, and the lifetime of the electron source is shortened and the reliability is lowered. Here, if an electron source is a planar electron source such as the above-mentioned BSD or MIM type electron source or a hot cathode, it is more affected by ion bombardment than an electron source such as a Spindt type electron source. Although it becomes difficult, it is necessary to avoid that the electron source is directly exposed to the discharge plasma in terms of stability over time.
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、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき且つ経時安定性を向上できる放電プラズマ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a discharge plasma apparatus capable of reducing a discharge start voltage between an anode electrode and a cathode electrode and improving stability over time. .
請求項1の発明は、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での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を備え、グリッド電極とアノード電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段が設けられてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas. And a discharge plasma generation assisting device having a grid electrode disposed opposite to the electron source and assisting generation of discharge plasma in a discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode, the grid electrode and the anode electrode, A control means for generating discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode is provided.
この発明によれば、グリッド電極とアノード電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段が設けられているので、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極とアノード電極との間で発生させるので、電子源が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止でき、経時安定性を向上できる。 According to the present invention, the control means for generating the discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the anode electrode is provided. The discharge start voltage between the electrodes can be reduced, and the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the anode electrode, so that it is possible to prevent the electron source from being directly exposed to the discharge plasma of the preliminary discharge and to be stable over time. Can be improved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記グリッド電極と前記電子源との間の電界強度よりも前記アノード電極と前記グリッド電極との間の電界強度の方が大きくなるように前記グリッド電極と前記電子源との電位差および前記アノード電極と前記グリッド電極との電位差が設定されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electric field strength between the anode electrode and the grid electrode is larger than the electric field strength between the grid electrode and the electron source. A potential difference between the grid electrode and the electron source and a potential difference between the anode electrode and the grid electrode are set.
この発明によれば、前記グリッド電極と前記電子源との間の電界強度よりも前記アノード電極と前記グリッド電極との間の電界強度の方が大きくなるので、前記アノード電極と前記グリッド電極との間で予備放電の放電プラズマを生成する際に、前記グリッド電極と前記電子源との間で不要な放電が発生するのを抑制でき、前記電子源が放電プラズマに曝されて損傷を受けるのを防止することができ、経時安定性を向上できる。 According to the present invention, the electric field strength between the anode electrode and the grid electrode is larger than the electric field strength between the grid electrode and the electron source. When generating predischarge plasma between the grid electrode and the electron source, it is possible to prevent unnecessary discharge from occurring, and the electron source is exposed to the discharge plasma and damaged. Can be prevented, and stability over time can be improved.
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、前記アノード電極と前記グリッド電極の間の方が前記グリッド電極と前記電子源との間よりも放電が起こりやすいように前記アノード電極と前記グリッド電極との間隔および前記グリッド電極と前記電子源との間隔が設定されてなることを特徴とする。なお、空間の圧力をp、間隔をdとすると、放電の起こりやすさは、パッシェンの法則より、p×dの値で決まる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the anode is arranged so that a discharge is more likely to occur between the anode electrode and the grid electrode than between the grid electrode and the electron source. An interval between the electrode and the grid electrode and an interval between the grid electrode and the electron source are set. If the space pressure is p and the interval is d, the ease of discharge is determined by the value of p × d according to Paschen's law.
この発明によれば、前記グリッド電極と前記電子源との間に不要な放電プラズマが生成されるのを防止することができ、当該不要な放電プラズマにより前記電子源が損傷を受けるのを防止することができる。 According to the present invention, unnecessary discharge plasma can be prevented from being generated between the grid electrode and the electron source, and the electron source can be prevented from being damaged by the unnecessary discharge plasma. be able to.
請求項4の発明は、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での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を備え、グリッド電極における電子源側とは反対側に対向配置される予備放電用電極と、グリッド電極と予備放電用電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段とが設けられてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas. And a discharge plasma generation auxiliary device for assisting generation of discharge plasma in the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode having a grid electrode disposed opposite to the electron source, the electron source side of the grid electrode And a control means for generating a discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the preliminary discharge electrode. And is provided.
この発明によれば、グリッド電極における電子源側とは反対側に対向配置される予備放電用電極と、グリッド電極と予備放電用電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段とが設けられているので、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極と予備放電用電極との間で発生させるので、電子源が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止できて経時安定性を向上できるとともに、気密容器内における放電プラズマ生成補助装置の配置設計の自由度が高くなる。 According to the present invention, the preliminary discharge electrode disposed opposite to the side opposite to the electron source side in the grid electrode and the anode electrode and the cathode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the preliminary discharge electrode Since a control means for generating discharge plasma is provided between the electrode and the electrode, the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced, and the preliminary discharge is performed between the grid electrode and the preliminary discharge electrode. Therefore, it is possible to prevent the electron source from being directly exposed to the discharge plasma of the preliminary discharge, improve the stability over time, and increase the degree of freedom in designing the layout of the discharge plasma generation auxiliary device in the hermetic vessel. .
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記グリッド電極と前記予備放電用電極とは、前記アノード電極と前記カソード電極とが並んでいる方向と交差する方向において前記放電プラズマ生成空間の両側に配置されてなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the grid electrode and the preliminary discharge electrode are formed in the discharge plasma generation space in a direction crossing a direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged. It is arranged on both sides.
この発明によれば、前記グリッド電極と前記予備放電用電極との間の予備放電が前記アノード電極と前記カソード電極との間の前記放電プラズマ生成空間の一部で発生するので、前記予備放電で発生した電子や陽イオンが前記放電プラズマ生成空間へ効率的に供給されるので、前記アノード電極と前記カソード電極との間の放電開始電圧を低減できるとともに前記アノード電極と前記カソード電極との間に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。 According to the present invention, the preliminary discharge between the grid electrode and the preliminary discharge electrode is generated in a part of the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode. Since the generated electrons and cations are efficiently supplied to the discharge plasma generation space, the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced, and between the anode electrode and the cathode electrode It becomes possible to generate the discharge plasma more reliably.
請求項1,4の発明では、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき且つ経時安定性を向上できるという効果がある。 According to the first and fourth aspects of the invention, there is an effect that the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced and the stability over time can be improved.
(実施形態1)
本実施形態の放電プラズマ装置は、図1に示すように、放電媒体であるガス(例えば、Xeなどの希ガス)が封入された気密容器1と、気密容器1の内部に配置されたアノード電極2aおよびカソード電極2bと、気密容器1内に配置され上記ガス中へ電子を供給する電子源10と、電子源10に対向配置されるグリッド電極20とを備えた放電ランプLaを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the discharge plasma apparatus of the present embodiment includes an
グリッド電極20は、電子源10から放出された電子を加速するために設けたものであって、電子源10から放出された電子の通過する複数の開口部22aを有しており、本実施形態では、電子源10とグリッド電極20とで、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での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を構成している。
The
また、本実施形態の放電プラズマ装置は、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を高電位側として放電用の直流電圧を供給する放電用電源VAKと、電子源10の後述の表面電極17と下部電極15との間に表面電極17を高電位側として駆動用の直流電圧を供給する駆動用電源VPSと、グリッド電極20と電子源10の表面電極17との間にグリッド電極20を高電位側として直流電圧を供給する電源VGと、放電用電源VAKとアノード電極2aとの間の電路に挿入されたスイッチSW1と、駆動用電源VPSと表面電極17との間の電路に挿入されたスイッチSW2と、電源VGとグリッド電極20と間の電路に挿入されたスイッチSW3と、各スイッチSW1,SW2,SW3のオンオフを制御するマイクロコンピュータからなる制御手段(図示せず)とを備えている。
Further, the discharge plasma apparatus of the present embodiment includes a discharge power source V AK that supplies a DC voltage for discharge between the
本実施形態における放電ランプLaは直管形の放電ランプであり、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、長手方向の一端部(図1における右端部)にアノード電極2aが配置され、長手方向の他端部(図1における左端部)にカソード電極が配置されており、放電プラズマ生成補助装置が、アノード電極2aの近傍でアノード電極2aに対してカソード電極2b側とは反対側に配置されている(要するに、電子源10およびグリッド電極20は、気密容器1内において放電プラズマ生成空間3の外に配置されている。なお、本実施形態における放電ランプLaは、気密容器1の内面に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。
The discharge lamp La in the present embodiment is a straight tube type discharge lamp, and the
電子源10は、図1および図2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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施形態における電子源10では、強電界ドリフト層16が電子通過層を構成しており、下部電極15と電子通過層たる強電界ドリフト層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。
In the
電子源素子10aの強電界ドリフト層16は、図3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)。
As shown in FIG. 3, the strong electric
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電源VPS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。
In order to emit electrons from the above-described electron source element 10a, a driving voltage is applied between the
ここに、本実施形態における電子源素子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。
Here, in the electron source element 10a in the present embodiment, electrons can be emitted even when the driving voltage applied between the
本実施形態における電子源素子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3中の矢印の向き(図3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。
The basic configuration of the electron source element 10a in this embodiment is well known, and it is considered that electron emission occurs in the following model. That is, electrons e − are injected from the
なお、上述の電子源10では、表面電極17が電子放出部を構成している。また、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。
In the
また、上述のグリッド電極20は、導電性材料(例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレスなど)により網状の形状に形成されており、該網状の各網目それぞれの部分が電子源10から放出された電子の通る開口部20aを構成している。
The
上述のグリッド電極20としては、30メッシュと呼ばれる、正方形状の網目の部分の1辺が0.6mmで線材の径が0.25mmのニッケル製の網状体を用いているが、網目の部分のサイズ、つまり、開口部20aのサイズは、特に限定するものではなく、電子源10から放出された電子が通過でき且つ放電プラズマ生成空間3で生成された放電プラズマからのイオンの侵入を抑制できればよく、例えば、正方形状の開口部20aの1辺の長さを0.1mm〜2mm程度の範囲内で適宜設定すればよい。なお、本実施形態では、グリッド電極20を網状の形状に形成してあるが、グリッド電極20は、網状の形状に限らず、例えば、平板状の導電性基材であって電子源10の表面電極17に対向する部分に表面電極17と同一形状の開口部を設けたものでもよい。
As the
本実施形態の放電プラズマ装置では、放電プラズマ生成補助装置を駆動することにより、つまり、上記制御手段によりスイッチSW2,SW3をオンさせて駆動用電源VPSから電子源10の表面電極17と下部電極15との間に駆動用の直流電圧を印加するとともに電源VGからグリッド電極20と表面電極17との間に加速用の直流電圧を印加することにより、電子源10から放出された電子がグリッド電極20で加速されてアノード電極2aとグリッド電極20との間の空間(以下、予備放電領域と称す)に供給される。ここにおいて、上記制御手段によりスイッチSW1をオンさせれば、アノード電極2aとグリッド電極20との電位差とアノード電極2aとグリッド電極20との間隔により決まる電界がアノード電極2aとグリッド電極20との間に印加されるので、予備放電領域に供給された電子は、アノード電極2aとグリッド電極20との間の電界によって加速され、予備放電領域中に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという過程が繰り返されることによってアノード電極2aとグリッド電極20との間に流れる電流が増大し、予備放電が発生する。このようにアノード電極2aとグリッド電極20との間での放電開始に必要な初期の電子を電子源10から予備放電領域に供給することにより、アノード電極2aとグリッド電極20との間の放電開始電圧を低減することができる。
In a discharge plasma apparatus of the present embodiment, by driving the discharge plasma generating assist device, i.e., the
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、アノード電極2aとグリッド電極20との間の予備放電領域で発生した多量の電子や陽イオンがアノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電プラズマ生成空間3へ供給され、放電プラズマ生成空間3に供給された電子は、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、放電プラズマ生成空間3に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという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増大し、放電プラズマが発生する。また、アノード電極2aとグリッド電極20との間で発生した電子や陽イオンがアノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電プラズマ生成空間3に存在するガス分子を直接励起するという過程も起こる。
In the discharge plasma apparatus according to the present embodiment, a large amount of electrons and cations generated in the preliminary discharge region between the
以上説明した本実施形態の放電プラズマ装置では、上記制御手段が、グリッド電極20とアノード電極2aとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにスイッチSW1〜SW3を制御するので、アノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極20とアノード電極2aとの間で発生させるので、電子源10が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止でき、経時安定性を向上できる。なお、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に放電プラズマが生成された後は、上記制御手段によってスイッチSW2,SW3をオフさせれば、低消費電力化を図れるとともに電子源10の長寿命化を図れる。なお、本実施形態では、上記制御手段によってスイッチSW1〜SW3を適宜オンオフさせるようにしてあるが、スイッチSW1〜SW3を設ける代わりに、上記制御手段によって、各電源VAK,VPS,VGそれぞれの出力電圧を制御することで、グリッド電極20とアノード電極2aとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。また、本実施形態では、上記制御手段が、アノード電極2aとグリッド電極20との間に電圧を印加させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に電圧を印加させることにより、グリッド電極20とアノード電極2aとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしているが、アノード電極2aとカソード電極2bとの間に電圧を印加させた後でアノード電極2aとグリッド電極20との間に電圧を印加させることにより、グリッド電極20とアノード電極2aとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。
In the discharge plasma apparatus of the present embodiment described above, the control unit generates a discharge plasma between the
ところで、本実施形態では、グリッド電極20と電子源10との間の電界強度よりもアノード電極2aとグリッド電極20との間の電界強度の方が大きくなるようにグリッド電極20、電子源10、アノード電極2aそれぞれの電位を設定してある。一例を挙げれば、グリッド電極20と電子源10の表面電極17との間隔を4mm、アノード電極2aとグリッド電極20と間隔を3mm、電子源10の表面電極17の電位を0V、グリッド電極20の電位を60V、アノード電極2aの電位を300V以上としてある。
By the way, in this embodiment, the
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極20と電子源10との間の電界強度よりもアノード電極2aとグリッド電極20との間の電界強度の方が大きくなるので、アノード電極2aとグリッド電極20との間で予備放電の放電プラズマを生成する際に、グリッド電極20と電子源10との間で不要な放電が発生するのを抑制でき、電子源10の表面電極17が放電プラズマに曝されて損傷を受けるのを防止することができ、経時安定性を向上できる。
Therefore, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the electric field strength between the
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、アノード電極2aとグリッド電極20の間の方がグリッド電極20と電子源10の表面電極17との間よりも放電が起こりやすいようにアノード電極2aとグリッド電極20との間隔およびグリッド電極20と電子源10の表面電極17との間隔が設定されている。ここにおいて、放電の起こりやすさは、空間の圧力をp、間隔をdとすると、パッシェンの法則より、p×dの値で決まる。本実施形態のように、放電ガスとしてXeガスを用いた場合には、p[Pa]×d[m]=1程度の条件のときに最も放電が発生しやすくなる。本実施形態では、Xeガスの圧力を1kPaに設定してあるので、dが1mmに近いほど放電が起こりやすくなるが、上述のように、グリッド電極20と電子源10の表面電極17との間隔を4mm、アノード電極2aとグリッド電極20との間隔を3mmに設定してあるので、グリッド電極20と電子源10の表面電極17との間の方が、アノード電極2aとグリッド電極20との間よりも放電が起こりにくい条件となっており、グリッド電極20と電子源10の表面電極17との間に不要な放電プラズマが生成されるのを防止することができ、当該不要な放電プラズマにより電子源10が損傷を受けるのを防止することができる。
In the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the
(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、図4に示すように、グリッド電極20における電子源10側とは反対側に対向配置される予備放電用電極30と、予備放電用電極30と電子源10の下部電極15との間に予備放電用電極30を高電位側として直流電圧を供給する電源V4と、電源V4と予備放電用電極30との間の電路に挿入されたスイッチSW4とを備え、電源VGがグリッド電極20と電子源10の下部電極15との間に直流電圧を印加するように接続されている点、実施形態1で説明した制御手段の代わりに、グリッド電極20と予備放電用電極30との間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させる制御手段を備えている点などが相違する。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。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the discharge plasma apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4, the
予備放電用電極30は、グリッド電極20と同様の網状の形状に形成してあるが、網状の形状に限らず、例えば、平板状の導電性基材に開口部を設けた形状でもよいし、ワイヤ状の形状でもよい。
The
本実施形態の放電プラズマ装置では、放電プラズマ生成補助装置を駆動することにより、つまり、上記制御手段によりスイッチSW2,SW3,SW4をオンさせて駆動用電源VPSから電子源10の表面電極17と下部電極15との間に駆動用の直流電圧を印加するとともに電源VGからグリッド電極20と下部電極15との間に加速用の直流電圧を印加し、さらに電源V4から予備放電用電極30と下部電極15との間に予備放電用の直流電圧を印加することにより、電子源10から放出された電子がグリッド電極20で加速されてグリッド電極20と予備放電用電極30との間の空間(以下、予備放電領域と称す)に供給される。ここにおいて、上記制御手段によりスイッチSW1をオンさせれば、予備放電用電極30とグリッド電極20との電位差と予備放電用電極30とグリッド電極20との間隔により決まる電界が予備放電用電極30とグリッド電極20との間に印加されるので、予備放電領域に供給された電子は、予備放電用電極30とグリッド電極20との間の電界によって加速され、予備放電領域中に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという過程が繰り返されることによって予備放電用電極30とグリッド電極20との間に流れる電流が増大し、予備放電が発生する。このように予備放電用電極30とグリッド電極20との間での放電開始に必要な初期の電子を電子源10から予備放電領域に供給することにより、予備放電用電極30とグリッド電極20との間の放電開始電圧を低減することができる。
In a discharge plasma apparatus of the present embodiment, by driving the discharge plasma generating assist device, i.e., the
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極20における電子源10側とは反対側に対向配置される予備放電用電極30と、グリッド電極20と予備放電用電極30との間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにスイッチSW1〜SW4を制御する制御手段とが設けられているので、アノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極20と予備放電用電極30との間で発生させるので、電子源10が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止できて経時安定性を向上できるとともに、気密容器1内における放電プラズマ生成補助装置の配置設計の自由度が高くなり、本実施形態のようにアノード電極2aとカソード電極2bとの間に配置する場合に限らず、実施形態1のようにアノード電極2aの近くに配置したり、カソード電極2bの近くに配置したりすることも可能となる。
Therefore, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極20および予備放電用電極30を放電プラズマ生成空間3に配置してあるので、グリッド電極20と予備放電用電極30との間の予備放電により発生した電子がアノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電プラズマ生成空間3へ効率的に供給されるから、アノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電開始電圧を低減できるとともにアノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電プラズマ生成空間3に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。
Further, in the discharge plasma apparatus according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、上記制御手段によってスイッチSW1〜SW4を適宜オンオフさせるようにしてあるが、スイッチSW1〜SW4を設ける代わりに、上記制御手段によって、各電源VAK,VPS,VG,V4それぞれの出力電圧を制御することで、グリッド電極20と予備放電用電極30との間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。また、本実施形態では、上記制御手段が、グリッド電極20と予備放電用電極30の間に電圧を印加させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に電圧を印加させることにより、グリッド電極20と予備放電用電極30との間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしているが、アノード電極2aとカソード電極2bとの間に電圧を印加させた後でグリッド電極20と予備放電用電極30との間に電圧を印加させることにより、グリッド電極20と予備放電用電極30との間に予備放電を発生させた後でアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the switches SW1 to SW4 are appropriately turned on and off by the control means. However, instead of providing the switches SW1 to SW4, the power supplies V AK , V PS , V G , By controlling the output voltage of each V 4 , a discharge plasma is generated between the
(実施形態3)
本実施形態の放電プラズマ装置の基本構成は実施形態2と略同じであり、グリッド電極20と予備放電用電極30とが、アノード電極2aとカソード電極2bとが並んでいる方向と交差する方向において放電プラズマ生成空間3の両側に配置されている点が相違するだけである。要するに、本実施形態では、グリッド電極20と予備放電用電極30とが、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を挟むように配置されている点が相違するだけである。なお、実施形態2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。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the discharge plasma apparatus according to the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, and the
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極20と予備放電用電極30との間の予備放電がアノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電プラズマ生成空間3の一部で発生するので、予備放電で発生した電子や陽イオンが放電プラズマ生成空間3へ効率的に供給されるので、アノード電極2aとカソード電極2bとの間の放電開始電圧を低減できるとともにアノード電極2aとカソード電極2bとの間に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。
Thus, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the preliminary discharge between the
ところで、上述の各実施形態では、電子源10としてBSDを用いているが、電子源10としては、BSDに限らず、MIM型電子源や、スピント型の電子源や、カーボンナノチューブを用いた電子源や、熱陰極などを採用してもよい。ただし、BSD以外の電子源は放出される際の電子のエネルギが1eV以下の低い電子エネルギしか有していないのに対して、BSDは、放出される電子が数eV以上の高い電子エネルギを有しているので、電子源10としてBSDを採用することにより、ガス分子を電離させる効果が高まり、放電開始電圧のより一層の低電圧化を図ることが可能となる。
By the way, in each of the embodiments described above, BSD is used as the
また、上記各実施形態では、放電プラズマ装置としてXeガスを用いた放電ランプを例示したが、放電ランプに限らず、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い。 In each of the above embodiments, a discharge lamp using Xe gas is exemplified as the discharge plasma apparatus. However, the present invention is not limited to the discharge lamp, and for example, a fluorescent lamp for illumination or a plasma display panel may be used.
また、上記各実施形態における発光装置では、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。
Further, in the light emitting device in each of the above embodiments, Xe gas is adopted as the gas sealed in the
1 気密容器
2a アノード電極
2b カソード電極
3 放電プラズマ生成空間
10 電子源
20 グリッド電極
La 放電ランプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006023592A JP4618145B2 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Discharge plasma equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006023592A JP4618145B2 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Discharge plasma equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007207517A true JP2007207517A (en) | 2007-08-16 |
JP4618145B2 JP4618145B2 (en) | 2011-01-26 |
Family
ID=38486795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006023592A Expired - Fee Related JP4618145B2 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Discharge plasma equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4618145B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007265682A (en) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge plasma generation assist device |
JP2007329096A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge lighting device and lighting fixture using it |
JP2007329094A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge lamp lighting device and lighting fixture |
JP2010176898A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Helios Techno Holding Co Ltd | Ultra high pressure discharge lamp |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02242561A (en) * | 1989-02-15 | 1990-09-26 | Commiss Energ Atom | Plane light source |
JPH04342951A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-30 | Sony Corp | Cold cathode type fluorescent discharge tube |
JPH06215883A (en) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Method for starting low-voltage discharge lamp |
JPH11329213A (en) * | 1997-10-29 | 1999-11-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Field emission type electron source and its manufacture, and planar light-emitting device, display device and solid vacuum device thereof |
JP2000512070A (en) * | 1996-12-11 | 2000-09-12 | パテント―トロイハント―ゲゼルシャフト フュール エレクトリッシェ グリューラムペン ミット ベシュレンクテル ハフツング | Cold cathode for discharge lamp, discharge lamp provided with this cold cathode, and method of operating this discharge lamp |
-
2006
- 2006-01-31 JP JP2006023592A patent/JP4618145B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02242561A (en) * | 1989-02-15 | 1990-09-26 | Commiss Energ Atom | Plane light source |
JPH04342951A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-30 | Sony Corp | Cold cathode type fluorescent discharge tube |
JPH06215883A (en) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Method for starting low-voltage discharge lamp |
JP2000512070A (en) * | 1996-12-11 | 2000-09-12 | パテント―トロイハント―ゲゼルシャフト フュール エレクトリッシェ グリューラムペン ミット ベシュレンクテル ハフツング | Cold cathode for discharge lamp, discharge lamp provided with this cold cathode, and method of operating this discharge lamp |
JPH11329213A (en) * | 1997-10-29 | 1999-11-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Field emission type electron source and its manufacture, and planar light-emitting device, display device and solid vacuum device thereof |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007265682A (en) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge plasma generation assist device |
JP4692348B2 (en) * | 2006-03-27 | 2011-06-01 | パナソニック電工株式会社 | Discharge plasma generation auxiliary device |
JP2007329096A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge lighting device and lighting fixture using it |
JP2007329094A (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Matsushita Electric Works Ltd | Discharge lamp lighting device and lighting fixture |
JP2010176898A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Helios Techno Holding Co Ltd | Ultra high pressure discharge lamp |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4618145B2 (en) | 2011-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2002150944A (en) | Luminous device having electron emitter | |
US8946993B2 (en) | Fluorescent excimer lamps | |
US8063564B2 (en) | Starting aid for HID lamp | |
JP4618145B2 (en) | Discharge plasma equipment | |
US7397190B2 (en) | Gas discharge lamp for extreme UV radiation | |
JP5129674B2 (en) | Light emitting device | |
JP4944502B2 (en) | Discharge lighting device and lighting fixture. | |
JP2006164648A (en) | Plasma igniter and device with the same mounted thereon | |
JP4631716B2 (en) | Discharge plasma generation auxiliary device | |
JP4876779B2 (en) | Discharge device | |
JP2002304968A (en) | High-pressure discharge lamp and its starting method | |
JP4692348B2 (en) | Discharge plasma generation auxiliary device | |
JP5237538B2 (en) | Discharge plasma equipment | |
JP5102442B2 (en) | Discharge plasma generation auxiliary device | |
JP2007087937A (en) | Electric discharge plasma generation auxiliary device | |
JP2005519437A (en) | Discharge light source with electron beam excitation | |
JP2008108635A (en) | Discharge plasma generation auxiliary device, light-emitting device, and lighting fixture | |
CN101625955A (en) | Starting aid for hid lamp | |
JP2006294548A (en) | Cold cathode fluorescent lamp | |
JP2006179202A (en) | Flat face light source | |
JP2000077027A (en) | Ultraviolet generating device | |
JP4944503B2 (en) | Discharge lighting device and lighting apparatus using the same | |
JP2006004954A (en) | Light emitting device with electron emitter | |
WO2007023945A1 (en) | Discharge plasma generation auxiliary device | |
JP2007012610A (en) | Cold cathode lamp and electrode for same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081015 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100729 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100921 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100928 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101011 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |