JP4876779B2

JP4876779B2 - 放電装置

Info

Publication number: JP4876779B2
Application number: JP2006227080A
Authority: JP
Inventors: 勉櫟原; 浩一相澤; 崇幡井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2007087936A

Description

本発明は、放電プラズマを利用する放電装置に関するものである。

従来の蛍光ランプは、透光性の気密容器内に封入した水銀を含む放電媒体を放電により励起させて紫外線を発生させ、気密容器の内面に被着した蛍光体層を励起させて発光させるものである。

これに対して、近年、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媒体として用い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。

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、放電用電極間により高い電圧を印加しなければならないという問題があった。

これに対して、キセノンガスが封入された気密容器内に一対の放電用電極および電界放射型電子源を配置し、放電用電極間に電圧を印加するのと同時に電界放射型電子源を駆動する（つまり、電界放射型電子源をイグナイタとして動作させる）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、キセノンガスを封入した透光性の気密容器内に一対の放電用電極および電界放射型電子源を収納配置した希ガス蛍光ランプのような放電管では、気密容器の長手方向に離間して一対の放電用電極を配置し、一方の放電用電極（アノード電極）の近傍において上記一方の放電用電極に対して他方の放電用電極（カソード電極）とは反対側に電界放射型電子源を配置することで放電プラズマのプラスイオンが電界放射型電子源に衝突しにくいようにしていた。
特開２００２−１５０９４４号公報

しかしながら、上記放電管では、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、放電プラズマが電界放射型電子源の電子放出面に達したり、放電用電極と電界放射型電子源との間で放電が起こって、電界放射型電子源の電子放出面にプラスイオンが衝突することにより電界放射型電子源にダメージを与えてしまい、電界放射型電子源の寿命が短くなって、結果的に放電管の寿命が短くなってしまうという不具合があった。

そこで、電界放射型電子源を保護する保護部材として網状体を電界放射型電子源の電子放出面に対向配置することにより電界放射型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、電界放射型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、電界放射型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、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。また、電界放射型電子源からの電子放出量を増加させるために電界放射型電子源の駆動電圧を高くすると、電界放射型電子源の寿命が短くなってしまう。

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、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる放電装置を提供することにある。

請求項１の発明は、放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するものであり、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、カソード電極の近傍でカソード電極に対してアノード電極側とは反対側に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御することを特徴とする。

この発明によれば、制御手段では、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源の駆動を停止し且つ電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御するので、保護部材を設けることなく電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。また、この発明によれば、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するので、放電が開始されると、電界放射型電子源の電位が高くなって電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突が抑制される。また、この発明によれば、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、カソード電極の近傍でカソード電極に対してアノード電極側とは反対側に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御するので、カソード電極の近傍に配置した電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制することができる。
請求項２の発明は、放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するものであり、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、アノード電極とカソード電極との間に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御することを特徴とする。
この発明によれば、制御手段では、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源の駆動を停止し且つ電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御するので、保護部材を設けることなく電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。また、この発明によれば、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するので、放電が開始されると、電界放射型電子源の電位が高くなって電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突が抑制される。また、この発明によれば、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、アノード電極とカソード電極との間に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御するので、アノード電極とカソード電極との間に配置した電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制することができる。

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、放電検出手段は、放電用電極間のインピーダンスもしくは放電用電極間の電流もしくは放電用電極間の電圧の変化に基づいて放電管の放電開始を検出することを特徴とする。

この発明によれば、放電用電極間の電気的特性の変化により放電管の放電開始を確実に検出することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、制御手段は、電界放射型電子源の駆動を開始させた後、放電用電極間に電圧を印加させることを特徴とする。

この発明によれば、放電用電極間に電圧を印加してから放電が開始されるまでの遅れ時間を短くすることができる。

請求項５の発明は、放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、放電検出手段は、放電用電極間の電流の変化に基づいて放電管の放電状態を検出するものであり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出された後に放電検出手段により異常放電が検出されたときには電界放射型電子源を再駆動させることを特徴とする。

この発明によれば、制御手段では、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源の駆動を停止し且つ電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御するので、保護部材を設けることなく電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。また、この発明によれば、異常放電が起こったときには電界放射型電子源が再駆動されて電子が供給されるので、異常放電から正常放電へ移行しやすくなる。

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。

（実施形態１）
本実施形態の放電装置は、図１（ａ）に示すように、放電媒体であるガスを封入した気密容器１内に一対の放電用電極２ａ，２ｂと上記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源３と電界放射型電子源３の電子放出面に対向するグリッド電極４とが収納配置された放電管Ａと、放電管Ａの放電用電極２ａ，２ｂ間に電圧を印加する電源５と、放電管Ａの放電状態を検出する放電検出手段６と、放電検出手段６により放電管Ａの放電開始が検出されたときに電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源３の電位を制御する制御手段７とを備えている。なお、グリッド電極４は、電界放射型電子源３から放出された電子の通過する開口部（図示せず）を有しており、本実施形態では、電界放射型電子源３とグリッド電極４とでイグナイタを構成している。

本実施形態の放電装置では、電界放射型電子源３を駆動することにより、電界放射型電子源３から放出されグリッド電極４の上記開口部を通った電子が両放電用電極２ａ，２ｂの間の空間へ供給される（なお、図１（ａ）中の矢印は電界放射型電子源３から放出されグリッド電極４の上記開口部を通った電子ｅ⁻の流れを示している）ので、放電を開始させるのに必要な放電開始電圧を低減することができ低消費電力化を図れ、放電開始後も電界放射型電子源３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、より一層の低消費電力化を図れる。

放電管Ａは、直管形の希ガス蛍光ランプであり、気密容器１が透光性材料（例えば、石英ガラス、透光性セラミックスなど）により形成されており、気密容器１内に上記ガスとしてキセノンガスが封入されるとともに、気密容器１の内面にキセノンガスの励起により発生した紫外線により励起されて発光する蛍光体層（図示せず）が設けられている。

また、本実施形態の放電装置は、図示しない電源スイッチを投入したときに、電源５から放電管Ａの一対の放電用電極２ａ，２ｂ間に直流電圧を印加することにより放電管Ａを放電させる、つまり、希ガス蛍光ランプを構成する放電管Ａを直流点灯させるようになっている。ここにおいて、放電管Ａは、一対の放電用電極２ａ，２ｂのうち気密容器１の長手方向の一端部（図１（ａ）における左端部）に配置された一方の放電用電極２ａがアノード電極を構成し、長手方向の他端部（図１（ａ）における右端部）に配置された他方の放電用電極２ｂがカソード電極を構成しており、電界放射型電子源３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。なお、本実施形態では、電源５として直流のパルス電圧を出力するパルス電源を用いている。

電界放射型電子源３は、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）３１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３２が形成され、下部電極３２上に強電界ドリフト層３３が形成され、強電界ドリフト層３３上に金属薄膜（例えば、金薄膜）からなる表面電極３４が形成されている。

本実施形態における電界放射型電子源３では、強電界ドリフト層３３が電子通過層を構成しており、下部電極３２と電子通過層たる強電界ドリフト層３３と表面電極３４とで表面電極３４を通して電子を放出する電子源素子３ａを構成しており、表面電極３４の表面が電子放出面を構成している。

電子源素子３ａの強電界ドリフト層３３は、図２（ｂ）に示すように、少なくとも、下部電極３２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３２の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板３１の厚み方向に延びている）。

上述の電子源素子３ａから電子を放出させるには、表面電極３４が下部電極３２に対して高電位側となるように表面電極３４と下部電極３２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３２から強電界ドリフト層３３へ注入された電子が強電界ドリフト層３３をドリフトし表面電極３４を通して放出される。

ここに、本実施形態における電子源素子３ａでは、表面電極３４と下部電極３２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３ａ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。

本実施形態における電子源素子３ａ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３４と下部電極３２との間に表面電極３４を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極３２から強電界ドリフト層３３へ電子ｅ⁻が注入される。一方、強電界ドリフト層３３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３３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３４をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層３３では下部電極３２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３４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３３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３３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。

ところで、上述のように電界放射型電子源３の電子放出面にはグリッド電極４が対向配置されているので、電界放射型電子源３に駆動電圧を印加しているときに、グリッド電極４と電界放射型電子源３の表面電極３４との間に、グリッド電極４を高電位側として例えば１００Ｖ程度の電圧を印加することにより、電界放射型電子源３から放出された電子がグリッド電極４側へ引き寄せられるが、グリッド電極４が上記開口部を有しているから、上記開口部を通して電子をアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の空間へ供給することができる。なお、グリッド電極４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）により網状に形成され各網目それぞれが上記開口部となるものを用いてもよいし、導電性材料により形成された板状部材に上記開口部として複数の円形状の穴や複数の矩形状の穴を形成したものを用いてもよい。

また、上述の放電装置では、放電管Ａのアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電流−電圧特性が図１（ｃ）に示すように放電開始前後で大きく変化する（なお、図１（ｃ）中の点Ｐ１は放電前の電流−電圧特性で電流がほとんど流れていないことを示し、点Ｐ２は放電後の電流−電圧特性で電流が増加し且つ電圧が低下していることを示している）。つまり、放電管Ａは、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。ここで、本実施形態における放電検出手段６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管Ａの放電状態を検出するようになっているので、当該インピーダンスの変化により放電管Ａの放電開始を検出することができる。なお、放電検出手段６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管Ａの放電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管Ａの放電開始を確実に検出することができる。

ここにおいて、本実施形態の放電装置では、上述のように放電検出手段６により放電管Ａの放電開始が検出されたときに電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源３の電位を制御する制御手段７を備えており、放電開始後は、図１（ｂ）に示すように、電界放射型電子源３の駆動を停止し、放電プラズマ１０からのプラスイオンが電界放射型電子源３へ衝突するのを抑制している。

より具体的に説明すれば、電界放射型電子源３の表面電極３４と下部電極３２との間に駆動電圧を印加し且つグリッド電極４と表面電極３４との間にグリッド電圧を印加し且つアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電開始のための電圧を印加したときに放電管Ａが放電していない放電前の状態における電位分布が図３（ａ）の下段に示すようになっているとする。ここにおいて、放電管Ａの放電前は、電界放射型電子源３から放出された電子を効率良くアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の空間へ供給するために、アノード電極２ａに対して、表面電極３４が低電位となるようにすることが望ましい。ここで、グリッド電極４、表面電極３４、下部電極３２のいずれかをアノード電極２ａと同じ電位とすれば、制御手段７による電位の制御が容易になるという利点があるが、電子放出効率を高くするには、グリッド電極４とアノード電極２ａとを同じ電位にするのが望ましい。なお、図３（ａ）中の「表面電位」は表面電極３４の電位、「下部電位」は下部電極３２の電位、「グリッド電位」はグリッド電極４の電位、「アノード電位」はアノード電極２ａの電位、「カソード電位」はカソード電極２ｂの電位を示している。

そして、制御手段７は、放電検出手段６により放電開始が検出されると（つまり、放電後には）、図３（ｂ）に示すように電界放射型電子源３の電位およびグリッド電極４の電位をアノード電極２ａの電位よりも高くする（正バイアスする）ように表面電極３４、下部電極３２、グリッド電極４の電位を制御する。つまり、制御手段７は、放電検出手段６により放電開始が検出されると、電界放射型電子源３の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御する。なお、図３（ｂ）に示した例では、表面電極３４と下部電極３２とグリッド電極４とを同電位としている。制御手段７は、マイクロコンピュータなどにより構成すればよい。

以上説明した本実施形態の放電装置によれば、制御手段７では、放電検出手段６により放電管Ａの放電開始が検出されたときに電界放射型電子源３の駆動を停止し且つ電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源３の電位を制御するので、従来のような保護部材を設けることなく電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突が抑制されるから、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる。なお、本実施形態の放電装置では、グリッド電極４の上記開口部の開口面積を、プラスイオンの侵入を防止する目的で使用する従来の保護部材である網状体の網目の開口面積に比べて十分に大きくできるので、イグナイタの電子放出効率が高くなり、放電開始電圧をより低減することが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態の放電装置の基本構成は実施形態１と同じであって、制御手段７の動作が相違するだけなので、制御手段７の動作について図４に基づいて説明する。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。

ところで、実施形態１の放電装置では、電界放射型電子源３とグリッド電極４とからなるイグナイタが、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ので、電界によってはイグナイタから放出された電子がアノード電極２ａに吸収されてしまい、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の空間へ供給される電子の量が低下してしまうことがある。

これに対して、本実施形態における制御手段７では、図４（ａ）に示すように放電前にまずグリッド電極４の電位がアノード電極２ａよりも高電位となるようにしてイグナイタから電子の放出を開始させることで、アノード電極２ａでの電子の吸収を防止する。ここにおいて、イグナイタから放出された電子は気密容器１内での寿命がミリ秒オーダなので、制御手段７が、当該ミリオーダの時間が経過する前（つまり、電子がイオンなどと再結合して消滅する前）に図４（ｂ）に示すようにアノード電極２ａの電位を上昇させる（図４（ｂ）ではグリッド電極４の電位と同電位まで上昇させている）ことで放電が開始される。そして、制御手段７は、放電検出手段６により放電開始が検出されると（つまり、放電後には）、実施形態１と同様、図４（ｃ）に示すように電界放射型電子源３の電位およびグリッド電極４の電位をアノード電極２ａの電位よりも高くする（正バイアスする）ように表面電極３４、下部電極３２、グリッド電極４の電位を制御する。

ところで、上記各実施形態では、制御手段７が、放電検出手段６により放電開始が検出されると、電界放射型電子源３の電位をアノード電極２ａの電位よりも高い電位に制御しているが、アノード電極２ａと同電位に制御するようにしてもよい。また、制御手段７が、電界放射型電子源３の駆動を開始させた後、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ような制御を行うようにすれば、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を印加してから放電が開始されるまでの遅れ時間を短くすることができる。

また、制御手段７が、放電検出手段６により放電開始が検出された後に放電検出手段６により異常放電が検出されたときには電界放射型電子源３を再駆動させるようにすれば、異常放電が起こったときには電界放射型電子源３が再駆動されて電子が供給されるので、異常放電から正常放電へ移行しやすくなる。

また、上記各実施形態では、電界放射型電子源３とグリッド電極４とで構成されるイグナイタをアノード電極２ａの近傍に配置してあるが、イグナイタはアノード電極２ａの近傍ではなく、例えば、カソード電極２ｂの近傍でカソード電極２ｂに対してアノード電極２ａ側とは反対側に配置するようにしてもよく、この場合には、制御手段７が、放電検出手段６により放電開始が検出されたときに、電界放射型電子源３の電位およびグリッド電極４の電位をアノード電極２ａの電位とカソード電極２ｂの電位との間の電位に制御するようにすれば、カソード電極２ｂの近傍に配置した電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突を抑制することができる。また、イグナイタをアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に配置してもよく、この場合には、制御手段７が、放電検出手段６により放電開始が検出されたときに、電界放射型電子源３の電位およびグリッド電極４の電位をアノード電極２ａの電位とカソード電極２ｂの電位との間の電位に制御するようにすれば、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に配置した電界放射型電子源３へのプラスイオンの衝突を抑制することができる。

また、上記各実施形態では、放電管Ａの気密容器１の内面に上記蛍光体層を設けてあるが、蛍光体層を設けずに、放電管Ａを紫外線ランプとしてもよい。

また、上記各実施形態における電界放射型電子源３は、絶縁性基板３１の上記一表面側に下部電極３２を形成しているが、絶縁性基板３１に代えてシリコン基板などの半導体基板を用い、半導体基板と当該半導体基板の裏面側に積層した導電性層（例えば、オーミック電極）とで下部電極を構成するようにしてもよい。また、上記各実施形態における電界放射型電子源３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）と呼ばれているが、電界放射型電子源３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３３に代えて絶縁体層を採用したＭＩＭ型の電子源や、上述の電子通過層として強電界ドリフト層３３に代えて下部電極３２側の半導体層と表面電極３４側の絶縁体層とを採用したＭＩＳ型の電子源などのように、ＢＳＤと同様に低真空度でも使用可能なものを採用すれば、いわゆるスピント型電極を採用する場合に比べて、電界放射型電子源３の長寿命化および信頼性向上を図れる。また、ＢＳＤでは、放出電子のエネルギが比較的大きいので、放電開始電圧の低減や放電維持電圧の低減の点で有利である。

実施形態１の放電装置の説明図である。同上に用いる電界放射型電子源に関し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。同上の動作説明図である。実施形態２の放電装置の動作説明図である。

符号の説明

１気密容器
２ａ放電用電極（アノード電極）
２ｂ放電用電極（カソード電極）
３電界放射型電子源
４グリッド電極
５電源
６放電検出手段
７制御手段
１０放電プラズマ

Claims

放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するものであり、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、カソード電極の近傍でカソード電極に対してアノード電極側とは反対側に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御することを特徴とする放電装置。
放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位を当該検出前の電位よりも高い電位に制御するものであり、一対の放電用電極の一方がアノード電極、他方がカソード電極であり、電界放射型電子源が、アノード電極とカソード電極との間に配置され、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出されると、電界放射型電子源の電位をアノード電極の電位とカソード電極の電位との間の電位に制御することを特徴とする放電装置。
放電検出手段は、放電用電極間のインピーダンスもしくは放電用電極間の電流もしくは放電用電極間の電圧の変化に基づいて放電管の放電開始を検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電装置。
制御手段は、電界放射型電子源の駆動を開始させた後、放電用電極間に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３のいずれか１項に記載の放電装置。
放電媒体であるガスを封入した気密容器内に少なくとも一対の放電用電極と前記ガス中へ電子を供給する電界放射型電子源とが収納配置された放電管と、放電管の放電状態を検出する放電検出手段と、放電検出手段により放電管の放電開始が検出されたときに電界放射型電子源へのプラスイオンの衝突を抑制するように電界放射型電子源の電位を制御する制御手段とを備えてなり、放電検出手段は、放電用電極間の電流の変化に基づいて放電管の放電状態を検出するものであり、制御手段は、放電検出手段により放電開始が検出された後に放電検出手段により異常放電が検出されたときには電界放射型電子源を再駆動させることを特徴とする放電装置。