JP3878582B2 - 放電灯 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明や液晶ディスプレイのバックライト等に用いられる放電灯に係わり、特に冷陰極を用いた放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上及び生活上重要な技術分野であり、特に、最近冷陰極型の放電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】
冷陰極型放電灯の一例として冷陰極蛍光ランプがある。これは、一対の冷陰極をガラス管内部に対向して配置し、ガラス管内部には希ガスと微量のＨｇが封入されているものである。これらの一対の冷陰極間に高電圧を印加することによって、両電極間に放電を開始させ、この放電を維持することによって、水銀の励起による紫外線発光を生じさせて蛍光体を発光させる仕組みとなっている。また、バリヤ型と呼ばれる冷陰極放電灯も知られており、放電空間を形作る管の外部に電極が設けられ、当該電極は直接放電面に接していない構成となっている。
【０００４】
このような冷陰極型放電灯は、従来より用いられている熱陰極型蛍光灯に比べて、加熱フィラメントの断線や電子放出用エミッタ物質の消耗などが少なく寿命が極めて長いという特徴を持っている。このため、光源の交換が困難な産業用機器の照明として用途が拡大しつつあり、特に液晶ディスプレイ用のバックライトとして近年急激な生産拡大を示している。この一方で、冷陰極型は、熱陰極型に比べて発光効率が低いという問題がある。この発光効率の向上が実現されれば、産業用としてのみでなく広く一般に照明として現在の蛍光灯に対する置き換えを狙うことができる。
【０００５】
冷陰極放電灯の性能向上を図るために、発明者らは陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯を考案した（特許文献１及び２参照。）。ダイヤモンドは二次電子放出効率が高くスパッタ耐性も高いので、発光効率が高く寿命も長い放電灯を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９８７７７公報
【特許文献２】
特開２００３−１３２８５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた冷陰極放電灯では、陰極の電子放出効率が全体の発光効率を左右しており、また陰極の劣化が寿命を制限している。陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯によれば、ある程度は発光効率が高く寿命も長い放電灯を提供することができる。
【０００８】
しかしながら、本発明者の研究によれば、陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯においても、それが本来持つ高い発光効率及び長い寿命を十分に発揮することができないことが見出された。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、高い発光効率及び長い寿命を十分に発揮できる放電灯を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上述した課題を解決するために、本発明の第１の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第１乃至第２の放電灯において、前記ダイヤモンド部材は、前記電極の表面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の第４の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第５の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第４乃至第５の放電灯において、前記ダイヤモンド部材は、前記外囲器内面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の第１乃至第６の放電灯において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００１９】
（１）前記放電用ガスは、２００ｎｍ以下の主要発光ピークを有する元素を含むガスを含むこと。
【００２０】
（２）前記放電用ガスは希ガスと水銀とを含むこと。
【００２１】
（３）前記放電用ガスはＸｅを含むこと。
【００２２】
（４）前記放電用ガスは水素ガスを含むこと。
【００２３】
（作用）
本発明者の研究によれば、放電灯を長い間使用すると、放電の継続により電極表面のダイヤモンド部材の一部がスパッタリングされ、これにより放電空間に放出された炭素原子が前記ダイヤモンド部材の表面（放電面）に再付着することが見出された。即ち、ダイヤモンドは炭素原子によって構成されており、同じく炭素原子によって構成されるグラファイトのような同素体が存在し、自然にはグラファイトになりやすいため、上記再付着によって前記ダイヤモンド部材の表面には主にグラファイト成分からなる薄層やダイヤモンド成分とグラファイト成分を含み非晶質のアモルファカーボンからなる薄層等が形成される。
【００２４】
グラファイト等の非ダイヤモンド成分はダイヤモンドと同様にスパッタ率は小さいが、二次電子放出効率は高くないため、この非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層により放電面のダイヤモンドが被覆されてしまうと、陰極の電子放出効率が低下してしまい、ダイヤモンドの使用による高発光効率の効果が低減するという問題が生じていた。さらに、非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層により放電面のダイヤモンドが被覆される状態が続くと、陰極にダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯は放電しにくくなり、その寿命が著しく小さくなってしまうという問題もあった。
【００２５】
本発明の放電灯によれば、ダイヤモンド部材の放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去し、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極放電灯を実現することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。本実施形態に係る放電灯はいわゆる内部電極型の放電灯である。
【００２８】
図１に示すように、ガラス管１の内部には一対の電極１２ａ、１２ｂ（冷陰極）がガラス管１の両端部分に設けられている。これらの電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなる金属ロッド１５ａ、１５ｂと、これらの表面にそれぞれ形成されたダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂから構成される。電極１２ａ、１２ｂの金属ロッド１５ａ、１５ｂは、引き出しリード１６ａ、１６ｂを介して外部電源と接続される構造となっている。また、ガラス管１の内部２には放電用ガスが封入されている。例えば、ガラス管１内には放電を容易にするために封止ガスとして、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスと水素ガスが６０ｈPaの圧力で封止されている。水素ガスの分圧は１％である。また、数ｍｇの微量の水銀１０が封入されている。本実施形態では、さらに微量の酸素ガス１１が全圧に対する分圧の割合で１％封入されている。
【００２９】
本実施形態の放電灯では、一対の電極１２ａ、１２ｂに対して、外部電源より高電圧、例えば５００Ｖが引き出しリード１６ａ、１６ｂを介して印加される。ここで、一般的には放電を生じさせるために交流電圧を電極１２ａ、１２ｂ間に印加する構成となっており、電極１２ａ、１２ｂの片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は陽極として作用する。
【００３０】
電圧を印加する前は、ガラス管１内は絶縁状態であるが、電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加すると、管内に残存する電子が陽極に引かれて高速に移動する間に希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、新たな電子と希ガスイオンが生成される。この衝突過程が繰り返され、増殖した陽イオン１３ａがエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド膜１４ａ（或いは１４ｂ）から二次電子１７が放出されて放電が開始する。
【００３１】
２次電子１７も同様に封止された希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、衝突された原子は陽イオン１３ａとなってエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド膜１４ａ（或いは１４ｂ）から再び二次電子１７が放出されて放電が維持されることになる。放電の維持に必要な電圧は放電の開始に必要な電圧よりも低下する。
【００３２】
この時、二次電子放出効率の大きなダイヤモンドを用いているため、放電の開始及び維持に要する電圧は従来のＮｉ等の金属を冷陰極として用いたものよりも大幅に低下する。また、放電用ガス中の水素がダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面に終端することにより、電子１７を効率よく放電空間２に放出させることが可能であり、放電の開始電圧と維持電圧をさらに下げることが可能である。
【００３３】
この放電により電子１７の一部はガラス管１内に封止した水銀原子１０と衝突する。或いは放出された電子１７の一部は、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突してこれを励起し、励起された原子１３ｂは水銀原子１０と衝突する。水銀原子１０は衝突によりエネルギーを受け紫外線１８を放出する。この紫外線１８により蛍光体４が励起され可視光線１９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ランプから放射される。
【００３４】
以上のようにダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを電子放出源として用いることにより、放電の開始及び維持を低電圧で行うことができ、消費電力の少ない放電灯を提供することができるが、本実施形態の放電灯によれば、かかる効果に加えて、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより以下に述べる効果を奏する。
【００３５】
まず、放電用ガス中の原子のイオン化により生じた陽イオン１３ａがダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面（放電面）に衝突すると、放電の維持に必要な二次電子１７が放出される他に、スパッタリングが生じてダイヤモンドを構成する炭素が主に中性原子状で放出される。放出された中性原子は希ガス原子１３ｂ、水銀原子１０等に衝突してその一部はダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面（放電面）に再付着する。
【００３６】
この再付着層は、前述したように主にグラファイト成分からなる薄層やダイヤモンド成分とグラファイト成分を含み非晶質のアモルファカーボンからなる薄層等であり、非ダイヤモンド成分を含む炭素層となっている。この再付着層は二次電子放出効率が小さいため、陰極１２ａ、１２ｂの電子放出効率は低下し、ダイヤモンドの使用による高発光効率の効果が低減するという問題が生じていた。さらに、非ダイヤモンド成分を含む再付着層により放電面のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂが被覆される状態が続くと、陰極にダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯は放電しにくくなり（放電開始電圧の増加に相当。）、その寿命が著しく小さくなってしまうという問題もあった。
【００３７】
本実施形態の放電灯によれば、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む再付着層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去することができる。即ち、酸素を含むプラズマ中では、グラファイトやアモルファスカーボンのような非ダイヤモンド成分はダイヤモンドに比較してエッチングレートが高い。このため、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂに対して非ダイヤモンド成分を含む再付着層を酸素により選択的に除去することが可能である。したがって、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極放電灯を実現することが可能である。
【００３８】
次に、本発明の放電灯において、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧について、その好ましい範囲を説明する。図３は、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧と放電開始電圧との関係を示す特性図である。
【００３９】
図３において、横軸はガラス管内の全圧（ｐ［Ｐａ］）と一対のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂ間の最短距離（ｄ［ｃｍ］）との積の値（ｐ×ｄ［Ｐａ・ｃｍ］）を示し、縦軸は放電開始電圧（Ｖｆ［Ｖ］）の値を示す。図中には参考として陰極に金属(本例ではＭｏ)を用いた場合の値も併記している。積の値ｐ×ｄが大きくなるにつれて一般的に放電開始電圧Ｖｆの値も大きくなる。図３に示すように、酸素ガスの割合（全圧に対する酸素ガス分圧の割合，％表示）が大きくなるにつれて放電開始電圧Ｖｆも上昇する。これは、電離しにくい酸素ガスの割合が増え、放電が起こりにくくなるためである。酸素ガスの割合が１２．５％以下では放電開始電圧Ｖｆは金属よりも十分低い水準にあるが、酸素ガスの割合が１５％を越えると放電開始電圧Ｖｆは金属の値よりも高くなってしまう。したがって、酸素ガス分圧の割合は１２．５％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であることが望ましい。
【００４０】
ここで、酸素ガスの割合が０％、即ち酸素ガスが含まれていない場合は、放電開始電圧Ｖｆはかなり低い値であるが、これは放電継続時間が０、即ち初めて放電を行う場合の値である。酸素ガスが含まれていない場合、この放電開始電圧Ｖｆの値は放電継続時間が長くなるにつれて大きくなってしまい、放電が不可能となる場合もある。表１は、酸素ガスの割合（全圧に対する酸素ガス分圧の割合，％表示）と放電継続時間と放電開始電圧Ｖｆの関係を示す表である。表1における放電開始電圧Ｖｆは、交流電圧を印加し、半サイクルで放電の開始と停止を繰り返す場合の放電が開始する電圧であり、表1では放電開始電圧Ｖｆが放電継続時間とともにどのように変化するかを示している。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１に示されるように、酸素ガスの割合が０％、即ち酸素ガスが含まれていない場合は、放電継続時間が長くなるにつれて、放電開始電圧Ｖｆは大きくなり、さらには放電が不可能となってしまう。また、酸素ガスの割合が０．００１％、０．００１５％の場合も同様に、放電継続時間が長くなるにつれて放電開始電圧Ｖｆの増大、さらには放電不能を招いてしまう。これは、酸素が存在しないか或いは殆ど存在しないため、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面に非ダイヤモンド成分を含む再付着層が形成されることを抑制できないためである。
【００４３】
これに対して、酸素ガスの割合が０．００２％、０．００５％、１％の場合は、放電開始電圧Ｖｆは増加しないか、或いはあまり増加しない。これは、酸素が十分存在し、この酸素によりダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面に非ダイヤモンド成分を含む再付着層が形成されることを抑制できるためである。したがって、酸素ガス分圧の割合は０．００２％以上、好ましくは０．００５％以上であることが望ましい。
【００４４】
次に、本実施形態に係る放電灯の製造方法について説明する。まず、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなる金属ロッド１５ａ、１５ｂを準備し、この金属ロッド１５ａ、１５ｂの表面に厚さ１０μｍ程度の多結晶のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを形成する。ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂ中にはＢ（ホウ素）がドーピングされる。ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの成膜にはマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。メタノール２．６８ｃｃにホウ酸(Ｂ2Ｏ3)を０．２ｇ溶かし、これを１３７ｃｃのアセトンと混合させ、キャリアガスとして水素を用いて、反応室内に原料供給を行い、マイクロ波プラズマＣＶＤによりダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを成膜する。アセトンとメタノールの混合液が炭素（ダイヤモンド）源となり、ホウ酸(Ｂ2Ｏ3)がＢ（ホウ素）源となる。この時の成膜条件は、基板温度を８５０℃、反応室内圧力を８０Ｔｏｒｒ、キャリアガスの流量を２００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを２ｋＷ、成膜時間を３時間とした。以上により、電極１２ａ、１２ｂが完成し、この電極１２ａ、１２ｂに引き出しリード１６ａ、１６ｂを取り付ける。
【００４５】
次に、蛍光体膜４を内面に塗布形成したガラス管１を準備した。蛍光体膜４の材料としてはハロリン酸カルシウム蛍光体等を用いることができ、スラリー状に調製した原料をガラス管１の内面に塗布すればよい。次に、引き出しリード１６ａ、１６ｂを取り付けた電極１２ａ、１２ｂをガラス管１の両端位置に配置するとともに、ガラス管１内部に前述した放電用ガスを導入して、ガラス管１両端の封止部においてガラス管１の封止を行う。例えば、８００℃の温度でガラス管１両端の封止部を熱処理することにより当該部分を軟化、流動させて封止を行うことができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。図１と同一部分には同一の符号を記す。本実施形態に係る放電灯はいわゆるバリヤ型の放電灯であり、放電管の外面に電極が設けられ、この電極に対して電圧が印加されることにより、放電管内部に放電を誘起して発光させるものである。
【００４７】
図２に示されるように本実施形態に係る放電灯は、ガラス管２１と、その内面に形成され紫外線により可視光を発生する蛍光体膜２６と、ガラス管２１の両端内面に取り付けられた円筒状の一対のダイヤモンド層２４ａ、２４ｂと、これらのダイヤモンド層２４ａ、２４ｂに対してガラス管２１を介して対向するようにガラス管２１の両端外面に取り付けられた円筒状の一対の外部電極２３ａ、２３ｂとを有する。一対の外部電極２３ａ、２３ｂのそれぞれはＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなるものである。外部電極２３ａ、２３ｂとダイヤモンド層２４ａ、２４ｂが電極２２ａ、２２ｂを構成する。
【００４８】
ガラス管２１の内部２５には第１の実施形態と同様に放電用ガスが封入されている。即ち、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスと水素ガス、微量の水銀１０、さらに微量の酸素ガス１１が全圧に対する分圧の割合で１％封入されている。
【００４９】
次に、本実施形態のバリア型放電灯の動作について説明する。
【００５０】
まず、放電を開始させるために、一対の外部電極２３ａ、２３ｂ間に周波数４０ｋＨｚ、１５００Ｖの高周波電圧を印加する。電極２２ａ、２２ｂの片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は対極電極（陽極）として作用する。この高周波電圧の印加により、管内に残存する電子が陽極に引かれて高速に移動する間に希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、新たな電子と希ガスイオンが生成される。この衝突過程が繰り返され、増殖した陽イオン１３ａがエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド層２４ａ（或いは２４ｂ）から電子が放出されて放電が開始する。
【００５１】
この時、放電用ガス中の水素がダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの表面に終端することにより、電子を効率よく放電空間２５に放出させることが可能である。放出された電子は対極電極（陽極）側に移動し、放電が開始する。
【００５２】
以上の機構により第１の実施形態と同様に断続放電が生じ、それによって生じる紫外線１８により蛍光体膜２６が励起されて発光１９が生じる。本実施形態では水銀蒸気を用いたが、バリア型放電灯では、外部電極２３ａ、２３ｂを放電空間２５に晒していないため、外部電極２３ａ、２３ｂが消耗されるのを抑制するためにガラス管２１内に水銀蒸気を存在させる必要がない。したがって、ガラス管２１の内部に封入するガスとして水素ガスと希ガスのみを使用することも可能である。
【００５３】
本実施形態のバリヤ型放電灯においても、二次電子放出効率の大きなダイヤモンドを用いているため、放電の開始に要する電圧は従来のＮｉ等の金属を冷陰極として用いたものよりも大幅に低下する。また、放電用ガス中の水素がダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの表面に終端することにより、電子１７を効率よく放電空間に放出させることが可能であり、放電の開始電圧を下げることが可能である。
【００５４】
以上のようにダイヤモンド層２４ａ、２４ｂを電子放出源として用いることにより、放電の開始を低電圧で行うことができ、消費電力の少ない放電灯を提供することができるが、本実施形態の放電灯によれば、かかる効果に加えて、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５５】
即ち、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む再付着層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去することができる。したがって、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極バリヤ型放電灯を実現することが可能である。
【００５６】
本実施形態の放電灯においても、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧について調べたところ、その好ましい範囲は第１の実施形態と同様であり、酸素ガス分圧の割合が０．００２％以上、好ましくは０．００５％以上であることが望ましく、１２．５％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であることが望ましい。
【００５７】
次に、本実施形態に係る放電灯の製造方法について説明する。まず、マスク等を用いることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂをガラス管２１両端内面のみに形成し、次に蛍光体膜２６をガラス管２１の内面に塗布形成した。ダイヤモンドの成膜方法は、導電性が不要であるために、ホウ酸(Ｂ2Ｏ3)を添加しないことを除き第1の実施形態と同様である。また、蛍光体膜２６の材料及び作製方法も第１の実施形態と同様である。蛍光体膜２６は、マスク等を用いることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂが設けられたガラス管２１両端内面には形成しないようにした。
【００５８】
次に、ガラス管２１内部に前述した放電用ガスを導入して、ガラス管２１両端の封止部においてガラス管２１の封止を行う。例えば、８００℃の温度でガラス管２１両端の封止部を熱処理することにより当該部分を軟化、流動させて封止を行うことができる。最後に、ガラス管２１の外面の両端部に一対の外部電極２３ａ、２３ｂを形成して本実施形態の放電灯が完成する。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、電極材料はタングステン、モリブデンに限定されず、他の材料、例えばＴａ（タンタル）を用いることが可能である。また、電極の形状も膜状に限定されず、例えば板状、棒状、線状、コイル状その他の形状を採用することが可能である。
【００６０】
また、バリヤ型の放電灯の場合において、蛍光膜及びダイヤモンド部材がそれぞれ外囲器内面の異なる位置に設けられているが、これに限られず、例えば蛍光膜とダイヤモンド部材とを重ねて設けても良い。即ち、外囲器内面に蛍光膜を設けその上にダイヤモンド部材を設けても良い。
【００６１】
その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率な放電灯を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係わる冷陰極放電灯を示す断面図。
【図２】 本発明の第２の実施形態に係わる冷陰極放電灯を示す断面図。
【図３】 ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧と放電開始電圧との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ ガラス管
２ ガラス管１の内部（放電空間）
１０ 水銀原子
１１ 酸素
１２ａ、１２ｂ 一対の電極（冷陰極）
１３ａ 希ガス陽イオン
１３ｂ 希ガス原子
１４ａ、１４ｂ ダイヤモンド膜
１５ａ、１５ｂ 金属ロッド
１６ａ、１６ｂ 引き出しリード
１７ 電子（二次電子）
１８ 紫外線
１９ 可視光線
２１ガラス管
２２ａ、２２ｂ 電極
２３ａ、２３ｂ 外部電極
２４ａ、２４ｂ ダイヤモンド層
２５ ガラス管２１の内部（放電空間）
２６ 蛍光体膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明や液晶ディスプレイのバックライト等に用いられる放電灯に係わり、特に冷陰極を用いた放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上及び生活上重要な技術分野であり、特に、最近冷陰極型の放電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】
冷陰極型放電灯の一例として冷陰極蛍光ランプがある。これは、一対の冷陰極をガラス管内部に対向して配置し、ガラス管内部には希ガスと微量のＨｇが封入されているものである。これらの一対の冷陰極間に高電圧を印加することによって、両電極間に放電を開始させ、この放電を維持することによって、水銀の励起による紫外線発光を生じさせて蛍光体を発光させる仕組みとなっている。また、バリヤ型と呼ばれる冷陰極放電灯も知られており、放電空間を形作る管の外部に電極が設けられ、当該電極は直接放電面に接していない構成となっている。
【０００４】
このような冷陰極型放電灯は、従来より用いられている熱陰極型蛍光灯に比べて、加熱フィラメントの断線や電子放出用エミッタ物質の消耗などが少なく寿命が極めて長いという特徴を持っている。このため、光源の交換が困難な産業用機器の照明として用途が拡大しつつあり、特に液晶ディスプレイ用のバックライトとして近年急激な生産拡大を示している。この一方で、冷陰極型は、熱陰極型に比べて発光効率が低いという問題がある。この発光効率の向上が実現されれば、産業用としてのみでなく広く一般に照明として現在の蛍光灯に対する置き換えを狙うことができる。
【０００５】
冷陰極放電灯の性能向上を図るために、発明者らは陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯を考案した（特許文献１及び２参照。）。ダイヤモンドは二次電子放出効率が高くスパッタ耐性も高いので、発光効率が高く寿命も長い放電灯を提供することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９８７７７公報
【特許文献２】
特開２００３−１３２８５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた冷陰極放電灯では、陰極の電子放出効率が全体の発光効率を左右しており、また陰極の劣化が寿命を制限している。陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯によれば、ある程度は発光効率が高く寿命も長い放電灯を提供することができる。
【０００８】
しかしながら、本発明者の研究によれば、陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯においても、それが本来持つ高い発光効率及び長い寿命を十分に発揮することができないことが見出された。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、高い発光効率及び長い寿命を十分に発揮できる放電灯を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上述した課題を解決するために、本発明の第１の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第１乃至第２の放電灯において、前記ダイヤモンド部材は、前記電極の表面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の第４の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第５の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第４乃至第５の放電灯において、前記ダイヤモンド部材は、前記外囲器内面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の第１乃至第６の放電灯において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００１９】
（１）前記放電用ガスは、２００ｎｍ以下の主要発光ピークを有する元素を含むガスを含むこと。
【００２０】
（２）前記放電用ガスは希ガスと水銀とを含むこと。
【００２１】
（３）前記放電用ガスはＸｅを含むこと。
【００２２】
（４）前記放電用ガスは水素ガスを含むこと。
【００２３】
（作用）
本発明者の研究によれば、放電灯を長い間使用すると、放電の継続により電極表面のダイヤモンド部材の一部がスパッタリングされ、これにより放電空間に放出された炭素原子が前記ダイヤモンド部材の表面（放電面）に再付着することが見出された。即ち、ダイヤモンドは炭素原子によって構成されており、同じく炭素原子によって構成されるグラファイトのような同素体が存在し、自然にはグラファイトになりやすいため、上記再付着によって前記ダイヤモンド部材の表面には主にグラファイト成分からなる薄層やダイヤモンド成分とグラファイト成分を含み非晶質のアモルファカーボンからなる薄層等が形成される。
【００２４】
グラファイト等の非ダイヤモンド成分はダイヤモンドと同様にスパッタ率は小さいが、二次電子放出効率は高くないため、この非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層により放電面のダイヤモンドが被覆されてしまうと、陰極の電子放出効率が低下してしまい、ダイヤモンドの使用による高発光効率の効果が低減するという問題が生じていた。さらに、非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層により放電面のダイヤモンドが被覆される状態が続くと、陰極にダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯は放電しにくくなり、その寿命が著しく小さくなってしまうという問題もあった。
【００２５】
本発明の放電灯によれば、ダイヤモンド部材の放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む炭素薄層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去し、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極放電灯を実現することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。本実施形態に係る放電灯はいわゆる内部電極型の放電灯である。
【００２８】
図１に示すように、ガラス管１の内部には一対の電極１２ａ、１２ｂ（冷陰極）がガラス管１の両端部分に設けられている。これらの電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなる金属ロッド１５ａ、１５ｂと、これらの表面にそれぞれ形成されたダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂから構成される。電極１２ａ、１２ｂの金属ロッド１５ａ、１５ｂは、引き出しリード１６ａ、１６ｂを介して外部電源と接続される構造となっている。また、ガラス管１の内部２には放電用ガスが封入されている。例えば、ガラス管１内には放電を容易にするために封止ガスとして、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスと水素ガスが６０ｈPaの圧力で封止されている。水素ガスの分圧は１％である。また、数ｍｇの微量の水銀１０が封入されている。本実施形態では、さらに微量の酸素ガス１１が全圧に対する分圧の割合で１％封入されている。
【００２９】
本実施形態の放電灯では、一対の電極１２ａ、１２ｂに対して、外部電源より高電圧、例えば５００Ｖが引き出しリード１６ａ、１６ｂを介して印加される。ここで、一般的には放電を生じさせるために交流電圧を電極１２ａ、１２ｂ間に印加する構成となっており、電極１２ａ、１２ｂの片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は陽極として作用する。
【００３０】
電圧を印加する前は、ガラス管１内は絶縁状態であるが、電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加すると、管内に残存する電子が陽極に引かれて高速に移動する間に希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、新たな電子と希ガスイオンが生成される。この衝突過程が繰り返され、増殖した陽イオン１３ａがエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド膜１４ａ（或いは１４ｂ）から二次電子１７が放出されて放電が開始する。
【００３１】
２次電子１７も同様に封止された希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、衝突された原子は陽イオン１３ａとなってエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド膜１４ａ（或いは１４ｂ）から再び二次電子１７が放出されて放電が維持されることになる。放電の維持に必要な電圧は放電の開始に必要な電圧よりも低下する。
【００３２】
この時、二次電子放出効率の大きなダイヤモンドを用いているため、放電の開始及び維持に要する電圧は従来のＮｉ等の金属を冷陰極として用いたものよりも大幅に低下する。また、放電用ガス中の水素がダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面に終端することにより、電子１７を効率よく放電空間２に放出させることが可能であり、放電の開始電圧と維持電圧をさらに下げることが可能である。
【００３３】
この放電により電子１７の一部はガラス管１内に封止した水銀原子１０と衝突する。或いは放出された電子１７の一部は、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突してこれを励起し、励起された原子１３ｂは水銀原子１０と衝突する。水銀原子１０は衝突によりエネルギーを受け紫外線１８を放出する。この紫外線１８により蛍光体４が励起され可視光線１９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ランプから放射される。
【００３４】
以上のようにダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを電子放出源として用いることにより、放電の開始及び維持を低電圧で行うことができ、消費電力の少ない放電灯を提供することができるが、本実施形態の放電灯によれば、かかる効果に加えて、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより以下に述べる効果を奏する。
【００３５】
まず、放電用ガス中の原子のイオン化により生じた陽イオン１３ａがダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面（放電面）に衝突すると、放電の維持に必要な二次電子１７が放出される他に、スパッタリングが生じてダイヤモンドを構成する炭素が主に中性原子状で放出される。放出された中性原子は希ガス原子１３ｂ、水銀原子１０等に衝突してその一部はダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの表面（放電面）に再付着する。
【００３６】
この再付着層は、前述したように主にグラファイト成分からなる薄層やダイヤモンド成分とグラファイト成分を含み非晶質のアモルファカーボンからなる薄層等であり、非ダイヤモンド成分を含む炭素層となっている。この再付着層は二次電子放出効率が小さいため、陰極１２ａ、１２ｂの電子放出効率は低下し、ダイヤモンドの使用による高発光効率の効果が低減するという問題が生じていた。さらに、非ダイヤモンド成分を含む再付着層により放電面のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂが被覆される状態が続くと、陰極にダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯は放電しにくくなり（放電開始電圧の増加に相当。）、その寿命が著しく小さくなってしまうという問題もあった。
【００３７】
本実施形態の放電灯によれば、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む再付着層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去することができる。即ち、酸素を含むプラズマ中では、グラファイトやアモルファスカーボンのような非ダイヤモンド成分はダイヤモンドに比較してエッチングレートが高い。このため、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂに対して非ダイヤモンド成分を含む再付着層を酸素により選択的に除去することが可能である。したがって、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極放電灯を実現することが可能である。
【００３８】
次に、本発明の放電灯において、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧について、その好ましい範囲を説明する。図３は、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧と放電開始電圧との関係を示す特性図である。
【００３９】
図３において、横軸はガラス管内の全圧（ｐ［Ｐａ］）と一対のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂ間の最短距離（ｄ［ｃｍ］）との積の値（ｐ×ｄ［Ｐａ・ｃｍ］）を示し、縦軸は放電開始電圧（Ｖｆ［Ｖ］）の値を示す。図中には参考として陰極に金属(本例ではＭｏ)を用いた場合の値も併記している。積の値ｐ×ｄが大きくなるにつれて一般的に放電開始電圧Ｖｆの値も大きくなる。図３に示すように、酸素ガスの割合（全圧に対する酸素ガス分圧の割合，％表示）が大きくなるにつれて放電開始電圧Ｖｆも上昇する。これは、電離しにくい酸素ガスの割合が増え、放電が起こりにくくなるためである。酸素ガスの割合が１２．５％以下では放電開始電圧Ｖｆは金属よりも十分低い水準にあるが、酸素ガスの割合が１５％を越えると放電開始電圧Ｖｆは金属の値よりも高くなってしまう。したがって、酸素ガス分圧の割合は１２．５％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であることが望ましい。
【００４０】
ここで、酸素ガスの割合が０％、即ち酸素ガスが含まれていない場合は、放電開始電圧Ｖｆはかなり低い値であるが、これは放電継続時間が０、即ち初めて放電を行う場合の値である。酸素ガスが含まれていない場合、この放電開始電圧Ｖｆの値は放電継続時間が長くなるにつれて大きくなってしまい、放電が不可能となる場合もある。表１は、酸素ガスの割合（全圧に対する酸素ガス分圧の割合，％表示）と放電継続時間と放電開始電圧Ｖｆの関係を示す表である。表1における放電開始電圧Ｖｆは、交流電圧を印加し、半サイクルで放電の開始と停止を繰り返す場合の放電が開始する電圧であり、表1では放電開始電圧Ｖｆが放電継続時間とともにどのように変化するかを示している。
【００４１】
【表１】
表１に示されるように、酸素ガスの割合が０％、即ち酸素ガスが含まれていない場合は、放電継続時間が長くなるにつれて、放電開始電圧Ｖｆは大きくなり、さらには放電が不可能となってしまう。また、酸素ガスの割合が０．００１％、０．００１５％の場合も同様に、放電継続時間が長くなるにつれて放電開始電圧Ｖｆの増大、さらには放電不能を招いてしまう。これは、酸素が存在しないか或いは殆ど存在しないため、ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面に非ダイヤモンド成分を含む再付着層が形成されることを抑制できないためである。
【００４３】
これに対して、酸素ガスの割合が０．００２％、０．００５％、１％の場合は、放電開始電圧Ｖｆは増加しないか、或いはあまり増加しない。これは、酸素が十分存在し、この酸素によりダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの放電面に非ダイヤモンド成分を含む再付着層が形成されることを抑制できるためである。したがって、酸素ガス分圧の割合は０．００２％以上、好ましくは０．００５％以上であることが望ましい。
【００４４】
次に、本実施形態に係る放電灯の製造方法について説明する。まず、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなる金属ロッド１５ａ、１５ｂを準備し、この金属ロッド１５ａ、１５ｂの表面に厚さ１０μｍ程度の多結晶のダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを形成する。ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂ中にはＢ（ホウ素）がドーピングされる。ダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂの成膜にはマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。メタノール２．６８ｃｃにホウ酸(Ｂ2Ｏ3)を０．２ｇ溶かし、これを１３７ｃｃのアセトンと混合させ、キャリアガスとして水素を用いて、反応室内に原料供給を行い、マイクロ波プラズマＣＶＤによりダイヤモンド膜１４ａ、１４ｂを成膜する。アセトンとメタノールの混合液が炭素（ダイヤモンド）源となり、ホウ酸(Ｂ2Ｏ3)がＢ（ホウ素）源となる。この時の成膜条件は、基板温度を８５０℃、反応室内圧力を８０Ｔｏｒｒ、キャリアガスの流量を２００ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを２ｋＷ、成膜時間を３時間とした。以上により、電極１２ａ、１２ｂが完成し、この電極１２ａ、１２ｂに引き出しリード１６ａ、１６ｂを取り付ける。
【００４５】
次に、蛍光体膜４を内面に塗布形成したガラス管１を準備した。蛍光体膜４の材料としてはハロリン酸カルシウム蛍光体等を用いることができ、スラリー状に調製した原料をガラス管１の内面に塗布すればよい。次に、引き出しリード１６ａ、１６ｂを取り付けた電極１２ａ、１２ｂをガラス管１の両端位置に配置するとともに、ガラス管１内部に前述した放電用ガスを導入して、ガラス管１両端の封止部においてガラス管１の封止を行う。例えば、８００℃の温度でガラス管１両端の封止部を熱処理することにより当該部分を軟化、流動させて封止を行うことができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。図１と同一部分には同一の符号を記す。本実施形態に係る放電灯はいわゆるバリヤ型の放電灯であり、放電管の外面に電極が設けられ、この電極に対して電圧が印加されることにより、放電管内部に放電を誘起して発光させるものである。
【００４７】
図２に示されるように本実施形態に係る放電灯は、ガラス管２１と、その内面に形成され紫外線により可視光を発生する蛍光体膜２６と、ガラス管２１の両端内面に取り付けられた円筒状の一対のダイヤモンド層２４ａ、２４ｂと、これらのダイヤモンド層２４ａ、２４ｂに対してガラス管２１を介して対向するようにガラス管２１の両端外面に取り付けられた円筒状の一対の外部電極２３ａ、２３ｂとを有する。一対の外部電極２３ａ、２３ｂのそれぞれはＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等からなるものである。外部電極２３ａ、２３ｂとダイヤモンド層２４ａ、２４ｂが電極２２ａ、２２ｂを構成する。
【００４８】
ガラス管２１の内部２５には第１の実施形態と同様に放電用ガスが封入されている。即ち、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスと水素ガス、微量の水銀１０、さらに微量の酸素ガス１１が全圧に対する分圧の割合で１％封入されている。
【００４９】
次に、本実施形態のバリア型放電灯の動作について説明する。
【００５０】
まず、放電を開始させるために、一対の外部電極２３ａ、２３ｂ間に周波数４０ｋＨｚ、１５００Ｖの高周波電圧を印加する。電極２２ａ、２２ｂの片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は対極電極（陽極）として作用する。この高周波電圧の印加により、管内に残存する電子が陽極に引かれて高速に移動する間に希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等）或いはこれらの混合希ガスの原子に衝突し、新たな電子と希ガスイオンが生成される。この衝突過程が繰り返され、増殖した陽イオン１３ａがエミッタ（陰極）１２ａ（或いは１２ｂ）に対して入射する。これによりダイヤモンド層２４ａ（或いは２４ｂ）から電子が放出されて放電が開始する。
【００５１】
この時、放電用ガス中の水素がダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの表面に終端することにより、電子を効率よく放電空間２５に放出させることが可能である。放出された電子は対極電極（陽極）側に移動し、放電が開始する。
【００５２】
以上の機構により第１の実施形態と同様に断続放電が生じ、それによって生じる紫外線１８により蛍光体膜２６が励起されて発光１９が生じる。本実施形態では水銀蒸気を用いたが、バリア型放電灯では、外部電極２３ａ、２３ｂを放電空間２５に晒していないため、外部電極２３ａ、２３ｂが消耗されるのを抑制するためにガラス管２１内に水銀蒸気を存在させる必要がない。したがって、ガラス管２１の内部に封入するガスとして水素ガスと希ガスのみを使用することも可能である。
【００５３】
本実施形態のバリヤ型放電灯においても、二次電子放出効率の大きなダイヤモンドを用いているため、放電の開始に要する電圧は従来のＮｉ等の金属を冷陰極として用いたものよりも大幅に低下する。また、放電用ガス中の水素がダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの表面に終端することにより、電子１７を効率よく放電空間に放出させることが可能であり、放電の開始電圧を下げることが可能である。
【００５４】
以上のようにダイヤモンド層２４ａ、２４ｂを電子放出源として用いることにより、放電の開始を低電圧で行うことができ、消費電力の少ない放電灯を提供することができるが、本実施形態の放電灯によれば、かかる効果に加えて、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５５】
即ち、放電用ガス中に微量の酸素１１を含ませることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂの放電面からスパッタされた炭素原子が該放電面に再付着して形成される非ダイヤモンド成分を含む再付着層を、放電用ガス中に含まれる酸素により選択的に除去することができる。したがって、該放電面においてダイヤモンドが常に露出するようにできるため、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率冷陰極バリヤ型放電灯を実現することが可能である。
【００５６】
本実施形態の放電灯においても、ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧について調べたところ、その好ましい範囲は第１の実施形態と同様であり、酸素ガス分圧の割合が０．００２％以上、好ましくは０．００５％以上であることが望ましく、１２．５％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であることが望ましい。
【００５７】
次に、本実施形態に係る放電灯の製造方法について説明する。まず、マスク等を用いることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂをガラス管２１両端内面のみに形成し、次に蛍光体膜２６をガラス管２１の内面に塗布形成した。ダイヤモンドの成膜方法は、導電性が不要であるために、ホウ酸(Ｂ2Ｏ3)を添加しないことを除き第1の実施形態と同様である。また、蛍光体膜２６の材料及び作製方法も第１の実施形態と同様である。蛍光体膜２６は、マスク等を用いることにより、ダイヤモンド層２４ａ、２４ｂが設けられたガラス管２１両端内面には形成しないようにした。
【００５８】
次に、ガラス管２１内部に前述した放電用ガスを導入して、ガラス管２１両端の封止部においてガラス管２１の封止を行う。例えば、８００℃の温度でガラス管２１両端の封止部を熱処理することにより当該部分を軟化、流動させて封止を行うことができる。最後に、ガラス管２１の外面の両端部に一対の外部電極２３ａ、２３ｂを形成して本実施形態の放電灯が完成する。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、電極材料はタングステン、モリブデンに限定されず、他の材料、例えばＴａ（タンタル）を用いることが可能である。また、電極の形状も膜状に限定されず、例えば板状、棒状、線状、コイル状その他の形状を採用することが可能である。
【００６０】
また、バリヤ型の放電灯の場合において、蛍光膜及びダイヤモンド部材がそれぞれ外囲器内面の異なる位置に設けられているが、これに限られず、例えば蛍光膜とダイヤモンド部材とを重ねて設けても良い。即ち、外囲器内面に蛍光膜を設けその上にダイヤモンド部材を設けても良い。
【００６１】
その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンドを用いた陰極の二次電子放出性能を維持し、実用的な長寿命を持つ高効率な放電灯を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係わる冷陰極放電灯を示す断面図。
【図２】 本発明の第２の実施形態に係わる冷陰極放電灯を示す断面図。
【図３】 ガラス管内に封入する酸素ガスの分圧と放電開始電圧との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ ガラス管
２ ガラス管１の内部（放電空間）
１０ 水銀原子
１１ 酸素
１２ａ、１２ｂ 一対の電極（冷陰極）
１３ａ 希ガス陽イオン
１３ｂ 希ガス原子
１４ａ、１４ｂ ダイヤモンド膜
１５ａ、１５ｂ 金属ロッド
１６ａ、１６ｂ 引き出しリード
１７ 電子（二次電子）
１８ 紫外線
１９ 可視光線
２１ガラス管
２２ａ、２２ｂ 電極
２３ａ、２３ｂ 外部電極
２４ａ、２４ｂ ダイヤモンド層
２５ ガラス管２１の内部（放電空間）
２６ 蛍光体膜
Claims (10)
- 放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする放電灯。
- 放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器内に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記電極の表面に設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする放電灯。
- 前記ダイヤモンド部材は、前記電極の表面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の放電灯。
- 放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が含まれていることを特徴とする放電灯。
- 放電用ガスが封入された外囲器と、前記外囲器内面に設けられた蛍光体からなる蛍光膜と、前記外囲器外面に設けられ該外囲器内に放電を生じさせる電極と、前記外囲器内面に前記電極と対向して設けられたダイヤモンド部材とを具備し、前記放電用ガス中には酸素が０．００２％以上１２．５％以下含まれていることを特徴とする放電灯。
- 前記ダイヤモンド部材は、前記外囲器内面の少なくとも一部を覆うダイヤモンド膜であることを特徴とする請求項４乃至５のいずれかに記載の放電灯。
- 前記放電用ガスは、２００ｎｍ以下の主要発光ピークを有する元素を含むガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放電灯。
- 前記放電用ガスは希ガスと水銀とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放電灯。
- 前記放電用ガスはＸｅを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の放電灯。
- 前記放電用ガスは水素ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の放電灯。
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