JP5116085B2

JP5116085B2 - 放電灯

Info

Publication number: JP5116085B2
Application number: JP2007212578A
Authority: JP
Inventors: 哲明西田; 賢一小林; 明森重; 武士真辺
Original assignee: Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Current assignee: Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: JP2009048825A

Description

本発明は、表示装置等に用いられる放電灯に関するものである。

従来より、中空体に２個の電極を封入し放電により発光させる放電灯が用いられている。近年、表示装置等の高精細化や薄型化，低消費電力化等に伴い、放電灯も、素子の小型化や放電開始電圧の低減化を目的とした開発が行われている。
従来の技術としては、例えば（特許文献１）に「シリコンウェーハからなる基板と、前記基板上に形成された誘電体と、前記誘電体によって前記基板から電気的に絶縁された陽極と、前記誘電体及び前記陽極を貫通し前記基板内に中空陰極を形成する微小空洞と、前記微小空洞に封入された放電封入ガスと、を備えた放電ランプ」が開示されている。
特許３４５５２３４号公報

しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の図２には、微小空洞内に放電封入ガスを２０〜１００Ｔｏｒｒ（２．６〜１３ｋＰａ）の圧力で封入した放電ランプにおいて、約３００Ｖ（放電開始電圧）で放電が生じたことが記載されており、放電開始電圧が高いという課題を有していた。
（２）放電開始電圧が高いので、放電による放電封入ガスイオンの電極へのアタックにより電極が比較的短時間で磨耗するため、寿命が短く耐久性に欠けるという課題を有していた。
（３）陰極となるシリコンウェーハからなる基板を集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等を用いて加工すると、基板にイオン照射等のダメージによって劈開等が生じるため、微細加工が難しいという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、対向する２個の電極を１００μｍ程度やそれ以下の間隔で中空体内に配置させることができ、中空体を微細化させるとともに放電開始電圧を低減させて長寿命で耐久性に優れる放電灯を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の放電灯は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の放電灯は、中空体に２個の電極が封入された放電灯であって、前記電極が電子伝導性酸化物ガラスで形成され、２個の前記電極が、電子伝導性酸化物ガラス体の切断によって分割され１０ｎｍ〜１００μｍの間隔で対向した構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）電子伝導性酸化物ガラスは、結晶性固体の溶融急冷や蒸着法，スパッタ法，グロー放電法，ゾルゲル法等の極めて簡便な方法で製造することができるため生産性に優れる。
（２）電子伝導性酸化物ガラスは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等を用いて加工しても劈開等が生じないため、容易に１００μｍ程度やそれ以下の超微細加工をすることができる。このため、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等による切削加工で、対向する２個の電極の間隔を１００μｍ程度やそれ以下に近づけることができるので、放電開始電圧を低減させることができる。このため、放電による発熱量を小さくすることができ、発光ダイオード程度の大きさの微細な放電灯を実現できる。
（３）放電開始電圧を低減できるので、放電によって不活性ガスイオン等が電極へアタックするエネルギーが著しく小さいため、電極の磨耗がほとんど生じず、長寿命で耐久性に優れる。また、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等による切削加工で、対向する電極の先端を精密に鋭角的に加工できるため、発光効率を高めることができる。
（４）２個の電極が電子伝導性酸化物ガラス体の切断により分割され１０ｎｍ〜１００μｍの間隔で対向しているので、電子伝導性酸化物ガラスは加工性に優れるため製品得率が高く、さらに放電開始電圧を低減させることができる。

ここで、電子伝導性酸化物ガラスとしては、バナジウム，鉄，マンガン，チタン，タングステン等の遷移金属酸化物を含有する半導性ガラス、ＣｄＯ，ＰｂＯ等を含有し光伝導を示す酸化物光伝導ガラスが用いられ、例えば、Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５系，Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ系，ＷＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５系，ＣｄＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，ＣｄＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＧｅＯ_２系，ＰｂＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，ＰｂＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＧｅＯ_２系等の酸化物ガラスを挙げることができる。

電子伝導性酸化物ガラスを製造する手段としては、遷移金属酸化物等の結晶質固体の混合物等を液体や気体に変えたのち、結晶化させないでガラス転移温度以下の固体である電子伝導性酸化物ガラスにできるものであれば特に制限されない。例えば、結晶質固体の混合物を加熱溶融したのち急冷することで電子伝導性酸化物ガラスを得ることができる。また、結晶質固体を、蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法，グロー放電法等で一旦、蒸気状態にすることでも電子伝導性酸化物ガラスを得ることができる。また、ゾルゲル法等のようにゲルを経ることによっても電子伝導性酸化物ガラスを得ることができる。

電極は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等による切削加工で、電子伝導性酸化物ガラス体から形成することができる。また、蒸着法，スパッタ法，グロー放電法，ゾルゲル法等で電子伝導性酸化物ガラスの薄膜層を形成し、これを電極とすることもできる。
ここで、電子伝導性酸化物ガラス体を切断するには、集束イオンビーム加工やレーザー加工等が用いられる。集束イオンビーム加工の際に電子電導性酸化物ガラスに照射するイオン種としては、Ｇａ等の液体金属、Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ等の希ガス等を用いることができる。
電極は、先端が根元より縮径して形成されているのが望ましい。１乃至複数個の突起を形成することもできる。電界を集中させ放電し易くするためである。
対向する電極の間隔が５０ｎｍより狭くなるにつれ、電子伝導性酸化物ガラス体の切断や電極先端の精密加工が困難になる傾向がみられ、５０μｍより広くなるにつれ放電開始電圧が大きくなる傾向がみられる。特に、１０ｎｍより狭くなるか１００μｍより広くなると、これらの傾向が著しくなるため、いずれも好ましくない。

中空体としては、アルミナ、石英ガラス、合成樹脂等の透光性材料で中空状に形成されたものを用いることができる。基板に空洞を形成し、ガラスや合成樹脂等で形成された透光性キャップで封止したものを用いることもできる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電灯であって、前記電子伝導性酸化物ガラスが、バナジン酸塩ガラスである構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）バナジン酸塩ガラスは高い電気伝導度を有しており、さらにガラス化させた後に熱処理を施すことによって、室温において１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１以上の高電気伝導度を発現できるため、電圧降下が生じず低電圧で安定に放電させることができる。熱処理を施すことによって、ガラス骨格の歪みを取り除き、電子がホッピングする活性化エネルギー（バンドギャップ）を小さくすることができるとともに、バナジン酸塩ガラス中の電子をエネルギー的に高い準位に分布させ、電子をホッピングさせるために必要な熱エネルギー（活性化エネルギー）を小さくできるので、電気伝導度を高くできるのではないかと推察している。

ここで、バナジン酸塩ガラスとしては、バナジウムを主成分又は副成分とする酸化物ガラスであって、バナジウムの他、カリウムやナトリウム等のアルカリ金属、バリウム，マグネシウム等のアルカリ土類金属、ホウ素，リン，セリウム，スズ，鉛，銅，鉄等のうちの１種若しくは複数種の構成元素の酸化物を含有するものが用いられる。
なかでも、バナジウム、バリウム及び鉄の酸化物を含有するものが好適に用いられる。これは、バナジウム、バリウム、鉄の原子が３次元的に関連しあったガラス骨格を形成させることができ、電子ホッピングによる高い電気伝導度を発現させることができ、さらに、ガラス骨格中に４価と５価のバナジウムと３価の鉄を配置できるので、電子ホッピングの確率が高められ電気伝導度を高めることができるからである。

ここで、バナジン酸塩ガラス中の酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の比率は、ガラス転移現象を示すのであれば特に限定されるものではないが、特に、酸化バリウム（Ｂ）の酸化バナジウム（Ｖ）に対するモル比（Ｂ：Ｖ）は、５：９０〜３５：５０にするのが好ましい。
これにより、以下のような作用が得られる。
（１）バナジウムを主骨格とした３次元構造のガラス骨格を形成できるので、熱処理を施すことによって電気伝導度を飛躍的に高めることができる。
（２）熱処理前の電子伝導性酸化物ガラスの電気伝導度のばらつきが少なくなるとともに熱処理によって結晶化し難いので、熱処理後の電子伝導性酸化物ガラスの電気伝導度を所定範囲に収めることができ生産安定性に優れる。
ここで、モル比（Ｂ：Ｖ）が５：９０より小さくなると、３次元構造のガラス骨格を形成させるのが困難になるとともに均質な電子伝導性酸化物ガラスが得られ難くなり、モル比（Ｂ：Ｖ）が３５：５０より大きくなるとガラス化が困難になり、熱処理によって結晶化し易くなり良好な導電性が発現されなくなるため好ましくない。

また、バナジン酸塩ガラス中の酸化鉄（Ｆ）の酸化バナジウム（Ｖ）に対するモル比（Ｆ：Ｖ）は、５：９０〜１５：５０にするのが好ましい。
これにより、以下のような作用が得られる。
（１）バナジウムを主骨格とした３次元構造のガラス骨格を形成できるので、熱処理によって電気伝導度を飛躍的に高めることができる。
ここで、モル比（Ｆ：Ｖ）が５：９０より小さくなるとガラス化し難くなり、モル比（Ｆ：Ｖ）が１５：５０より大きくなると、均質なバナジン酸塩ガラスが得られ難くなるので、いずれも好ましくない。

また、バナジン酸塩ガラス中の酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５），酸化バリウム（ＢａＯ），酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の３成分系における酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）は、４０〜９８モル％好ましくは６０〜８５モル％が好適である。６０モル％より少なくなるにつれ、バナジウムを主骨格とするガラス骨格を維持させるのが困難になるうえ高い電気伝導度を得ることが困難になる傾向がみられ、８５モル％より多くなるにつれ、相対的に副成分の含有量が減るため、副成分による電気伝導度や機械的特性等の調整機能が低下する傾向がみられる。特に、４０モル％より少なくなるか９８％より多くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
バナジン酸塩ガラス中の上記３成分系における酸化バリウム（ＢａＯ）は、１〜４０モル％好ましくは１０〜３０モル％が好適である。１０モル％より少なくなるにつれ均質なガラス化が困難になる傾向がみられ、３０モル％より多くなるにつれ機械的強度が低下しガラス化し難くなる傾向がみられる。特に、１モル％より少なくなるか４０モル％より多くなると、これらの傾向が著しいためいずれも好ましくない。
バナジン酸塩ガラス中の上記３成分系における酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）は、１〜２０モル％好ましくは５〜２０モル％が好適である。５モル％より少なくなるにつれ、鉄の価電子による電子ホッピングへの寄与が低下し電気伝導度が向上し難くなる傾向がみられ、１モル％より少なくなるとこの傾向が著しくなるため好ましくない。また、２０モル％より多くなると機械的強度が低下しガラス化し難くなるため好ましくない。
特に、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）のモル比が、それぞれ６０〜８５モル％、１０〜３０モル％、５〜２０モル％の範囲にあると、バナジン酸塩ガラスに熱処理を施すことによって、室温における電気伝導度を数桁以上上昇させて１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１以上にすることができるため好ましい。

なお、バナジン酸塩ガラスは、ＡｇＩ、ＮａＩ、Ａｇ、Ａｇ_２Ｏ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＲｅＯ_２の添加剤が添加されたものでもよい。添加剤の効果によって電気伝導度を高めることができるからである。また、ＡｇＩ、ＮａＩ、Ａｇ等に加えてＣｅＯ_２等の還元防止剤を添加してもよい。これにより、ＡｇＩ、ＮａＩ、Ａｇ等の添加剤が還元されるのを防止して高い電気伝導度を維持できる。

バナジン酸塩ガラスに施す熱処理条件としては、ガラス化させたバナジン酸塩ガラスを加熱してガラス転移温度以上、融点以下の温度領域、好ましくは結晶化温度以上、融点以下の温度領域に保持するものが用いられる。
ここで、熱処理温度がバナジン酸塩ガラスの結晶化温度より低くなるにつれ、バナジン酸塩ガラスに与えられる熱エネルギーが小さいため、電気伝導度の増加率が小さく、また増加率にばらつきがみられる傾向が強まり、ガラス転移点未満になると、この傾向が著しくなるため好ましくない。また、熱処理温度がバナジン酸塩ガラスの融点を超えると、酸化物ガラスの溶融や結晶の析出が促進され、電気伝導度が低下するため好ましくない。

熱処理を施す手段としては、例えば、電気炉等を予め熱処理温度に設定しておき炉内の温度が一定になったところで、バナジン酸塩ガラスを炉内に入れ、目標とする時間が経過したら直ちに電気炉等からバナジン酸塩ガラスを取り出し、空気や水，氷水等の流体、冷却した銅板やステンレス板，銅製やステンレス製等のローラ等の部材で冷却するものが用いられる。あるいは、上記バナジン酸塩ガラスを電気炉等の炉内で一定時間再加熱後、炉内の温度を徐々に下げたり炉内の加熱源から少しずつ遠ざけたりしてバナジン酸塩ガラスを炉内で放冷するものが用いられる。熱処理を施す炉内は空気、窒素，アルゴン等の不活性ガス雰囲気等にすることができる。

ガラス転移点、結晶化温度、融点は、バナジン酸塩ガラスを示差熱分析（ＤＴＡ）や示差走査熱量測定（ＤＳＣ）等により実測することによって求めることができる。また、推定される構成成分の状態図を用いた熱力学的計算等を行うことで求めることもできる。
示差熱分析（ＤＴＡ）によって結晶化温度を求める場合、結晶化の発熱ピークの中心点又は裾の高温側測点温度における温度を結晶化温度とする。また、示差熱分析（ＤＴＡ）によって融点を求める場合、結晶化温度より高温における吸熱ピークの中心点における温度を融点とする。

熱処理条件において熱処理温度領域の保持時間としては、熱処理を経たバナジン酸塩ガラスの電気伝導度が高くなるように適宜最適な時間に設定することができる。保持時間は、バナジン酸塩ガラスの組成や熱容量、熱処理温度によっても異なるが、例えば１〜１８０分に設定される。保持時間が１分より短くなると、バナジン酸塩ガラスに与えられる熱エネルギーが小さいため、電気伝導度の増加率が小さく、また増加率にばらつきがみられ、１８０分より長くなると、結晶が析出したり溶融したりすることにより電気伝導度が低下することがあるとともに生産性が低下するため、いずれも好ましくない。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の放電灯であって、前記中空体に、放電用ガスが１０^−２〜１０^２Ｐａの圧力で封入された構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）中空体に放電用ガスが１０^−２〜１０^２Ｐａの圧力で封入されているので、放電効率が高く、かつ、長寿命を実現できる。

ここで、放電用ガスとしては、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等の不活性ガスが用いられる。不活性ガスに加え、水銀やヨウ化物等の発光物質を封入することもできる。放電用ガスや発光物質の種類に応じて発光色を変えることができる。
封入された放電用ガスの圧力が１０^−２Ｐａより小さくなると、発光しないか発光効率が低下する傾向がみられ、１０^２Ｐａより大きくなると電極が早期に磨耗し寿命が短くなる傾向がみられるため、いずれも好ましくない。

以上のように、本発明の放電灯によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）電極となる電子伝導性酸化物ガラスは、結晶性固体の溶融急冷や蒸着法，スパッタ法，グロー放電法，ゾルゲル法等の極めて簡便な方法で製造することができるため、生産性に優れた放電灯を提供できる。
（２）電子伝導性酸化物ガラスは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等を用いて加工しても劈開等が生じないため、容易に１００μｍ程度やそれ以下の超微細加工をすることができるので、対向する２個の電極の間隔を１００μｍ程度やそれ以下に近づけることができ、微細化させることができるとともに放電開始電圧を低減させることができ、このため放電による発熱量を小さくすることができ発光ダイオード程度の大きさの微細な放電灯を提供できる。
（３）放電開始電圧を低減できるので、放電によって不活性ガスイオン等が電極へアタックするエネルギーが著しく小さいため、電極の磨耗がほとんど生じず、長寿命で耐久性に優れるとともに、発光効率の高い放電灯を提供できる。
（４）電子伝導性酸化物ガラスは加工性に優れるため製品得率が高く、さらに放電開始電圧を低減させることができる放電灯を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）バナジン酸塩ガラスは高い電気伝導度を有しており、さらにガラス化させた後に熱処理を施すことによって、室温において１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１以上の高電気伝導度を発現できるため、電圧降下が生じず低電圧で安定に放電させることができる放電灯を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）中空体に放電用ガスが１０^−２〜１０^２Ｐａの圧力で封入されているので、放電効率が高く、かつ、長寿命の放電灯を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における放電灯の断面図であり、図２は図１のＡ部の拡大図であり、図３は図１のＢ部の拡大図であり、図４はＢ部の変形例の拡大図である。
図１において、１は本発明の実施の形態１における放電灯、２はアルミナ，石英ガラス等の透光性材料で形成された中空体、３は中空体２の内側に形成された中空室、４は中空体２の両端部に中空室３と連通して形成された開口部、５はＣｕ−Ａｇ系，Ｃｕ−Ｚｒ系等の合金等で棒状に形成され開口部４に挿入された端子、６はＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系等のガラス材で形成され端子５と開口部４の内壁面との間に封入され中空室３と外部とを気密状態に封着する封着部、７は両端が端子５，５に接続されて中空室３内に配設された電極部材である。
図２において、８はＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｆｅ_２Ｏ_３系，Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５系，ＷＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５系，ＣｄＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，ＣｄＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＧｅＯ_２系，ＰｂＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系，ＰｂＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＧｅＯ_２系等の導電性ガラスで形成され抵抗率が１０^６〜１０^８Ω・ｍに調製された電極部材７の高抵抗の外周部、９は外周部８内に埋設された繊維状のバナジン酸塩ガラスの電子伝導性酸化物ガラス体、１０は電子伝導性酸化物ガラス体９の両端が外周部８の両端から延設した延設部であり、端子５に接続されている。
図３において、１１は電極部材７の外周部８の外周面から切削して電子伝導性酸化物ガラス体９を切断して分割した分割部、１２は電子伝導性酸化物ガラス体９が分割されたことによって分割部１１の内壁面に露出した電子伝導性酸化物ガラスにより形成された電極である。なお、分割部１１は電子伝導性酸化物ガラス体９を分割しているが、外周部８を完全に切断していないため、電極部材７は外周部８で繋がっている。
図４において、１１ａは電極部材７の外周部８から切削して電子伝導性酸化物ガラス体９を切断して分割した分割部、１２ａは電子伝導性酸化物ガラス体９が分割されたことによって分割部１１の内壁面に対向して配置され先端に行くに従って鋭角状に縮径して形成された電極である。

以上のように構成された実施の形態１における放電灯の製造方法の一例について、以下説明する。
まず、二重るつぼ法等により、繊維状（糸状）に形成された電子伝導性酸化物ガラス体９の表面にＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｆｅ_２Ｏ_３系（ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｆｅ_２Ｏ_３のモル比は７０：２０：６、他はＫ_２Ｏ，ＭｇＯなど）等の高抵抗の導電性ガラスの外周部８を形成する。電子伝導性酸化物ガラス体９の両端を残して外周部８を形成することで、両端に延設部１０が形成された電極部材７を作製することができる。次に、電極部材７の両端と端子５，５とを溶着等によって接合して、電子伝導性酸化物ガラス体９の延設部１０と端子５とを電気的に接続する。
次に、電極部材７を電子伝導性酸化物ガラス体９のガラス転移温度以上、融点以下の温度領域、好ましくは結晶化温度以上、融点以下の温度領域に保持する熱処理を施す。これにより、電子伝導性酸化物ガラス体９の室温における電気伝導度を１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１程度、若しくはそれ以上にすることができる。
次に、集束イオンビーム加工やレーザー加工等を用い、電極部材７の外周部８から切削して電子伝導性酸化物ガラス体９を切断し１０ｎｍから１００μｍの幅で分割部１１を形成することにより、分割部１１の内壁面に対向した電極１２，１２を形成する。外周部８の抵抗率はガラスの組成に依存して１０^６〜１０^８Ω・ｍに調製されているので、集束イオンビーム加工でも絶縁破壊による劈開が生じることなく、外周部８を切削し分割部１１を形成することができる。
次に、中空体２の開口部４から電極部材７の端子５を挿入し、中空室３内に電極部材７を配設する。放電灯封着装置を用いて、封着部６を形成するガラス材を赤外線等により加熱溶融させて開口部４と端子５との間を気密状態に封着するとともに、放電用ガスを１０^−２〜１０^２Ｐａの圧力で中空室３内に封入することにより、実施の形態１における放電灯１を製造することができる。
実施の形態１における放電灯１の端子５，５間に交流電圧を印加すると、低抵抗の電子伝導性酸化物ガラス体９で形成された電極１２，１２間に放電が生じ、封入された放電用ガスや発光物質の種類に応じた色の発光が生じる。

以上のように構成された実施の形態１における放電灯によれば、以下のような作用が得られる。
（１）電子伝導性酸化物ガラス体９は、蒸着法，スパッタ法，グロー放電法等の極めて簡便な方法で製造することができるため生産性に優れる。
（２）電子伝導性酸化物ガラス体９は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工やレーザー加工等を用いて加工しても劈開等が生じないため、容易に１００μｍ程度やそれ以下の超微細加工をすることができる。このため、対向する電極１２，１２の間隔を１００μｍ程度やそれ以下に近づけることができるので、放電開始電圧を低減させることができる。この結果、放電による発熱量を小さくすることができ、発光ダイオード程度の大きさの微細な放電灯を実現できる。
（３）放電開始電圧を低減できるので、放電によって不活性ガスイオン等が電極１２へアタックするエネルギーが著しく小さいため、電極１２の磨耗がほとんど生じず、長寿命で耐久性に優れる。
（４）バナジン酸塩ガラスは高い電気伝導度を有しており、さらにガラス化させた後に熱処理を施すことによって、室温において１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１以上の高電気伝導度を発現できるため、電圧降下が生じず低電圧で安定に放電させることができる。
（５）中空体２に放電用ガスが１０^−２〜１０^２Ｐａの圧力で封入されているので、放電効率が高く、かつ、長寿命を実現できる。
（６）２個の電極１２，１２が電子伝導性酸化物ガラス体９の切断により分割され１０ｎｍ〜１００μｍの間隔で対向した電子伝導性酸化物ガラスで形成されているので、加工性に優れるため製品得率が高く、さらに放電開始電圧を低減させることができる。
（７）繊維状の電子伝導性酸化物ガラス体９を外周部８に埋設させた電極部材７を用いているので、電子伝導性酸化物ガラス体９を外周部８が補強し耐久性に優れる。

また、以上のように構成された実施の形態１の変形例における放電灯によれば、実施の形態１に記載した作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）対向する電極１２ａ，１２ａの先端が縮径した鋭角状に形成されているので、放電を集束させ発光効率を高めることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
始めに、示差熱分析用の試料を作製するため、酸化バリウム（ＢａＯ）が２０モル％、五酸化二バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）が７０モル％、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）が１０モル％で全量が１０ｇになるように試薬特級の各試薬を秤量し、メノウ乳鉢で混合したのち白金るつぼに入れた。白金るつぼに入れた混合物を１０００℃に昇温した電気炉内で大気中９０分間加熱し溶融させて示差熱分析用の溶融物を得た。この溶融物を厚さ１０ｍｍのステンレス板の上に流し出して室温まで冷却し、板状に固化したガラスを得た。
このガラスを棒状に切り出し試料を作製し、示差熱分析（ＤＴＡ）を行った。示差熱分析（ＤＴＡ）は、基準物質にαアルミナを使用し窒素雰囲気中で１０℃／分の昇温速度で行った。示差熱分析の結果、ガラス転移温度は３２８℃、結晶化温度は３９２℃、融点は５４０℃であることがわかった。
次に、放電灯の電極を作製するため、同様に、酸化バリウム（ＢａＯ）が２０モル％、五酸化二バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）が７０モル％、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）が１０モル％で全量が１０ｇになるように試薬特級の各試薬を秤量し、白金るつぼ内で同様に溶融して熱電対式温度センサ用の溶融物を得た。幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、深さ１ｍｍの矩形状の溝が形成されたステンレス製の型を準備し、この型を電気炉で３５０℃に加熱した後、型を電気炉から取り出して溝内に前記溶融物を流し込んだ。
この型を再び３５０℃に維持された電気炉内に戻した後、６０分かけて電気炉の温度を、ガラスの結晶化温度以上融点以下の５００℃まで上昇させた。電気炉を５００℃で２０分間保持する熱処理を行った後、電気炉のスイッチを切って型を電気炉内で放冷した。電気炉内を室温になるまで冷却させたら電気炉から型を取り出し、固化した電子伝導性酸化物ガラス体を型から取り出した。電子伝導性酸化物ガラス体は、表面をダイヤモンドで研磨し平滑化した。なお、得られた電子伝導性酸化物ガラス体の室温における電気伝導度を直流四探針法で測定したところ、１×１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１であった。

図５は実施例１における放電灯の製造方法を説明する模式図であり、（ａ）は基板及び電子伝導性酸化物ガラス体の模式平面図であり、（ｂ）は基板及び電子伝導性酸化物ガラス体の模式側面図であり、（ｃ）は電子伝導性酸化物ガラス体を切断して電極を形成した基板及び電子伝導性酸化物ガラスの模式側面図である。
図５（ａ），（ｂ）において、２０はアルミナ製の基板、２１は基板２０の上面に形成されたアルミニウムの蒸着層、２２は蒸着層２１及び基板２０の一部を切削した幅１ｍｍの溝、２３は溝２２を跨ぐようにして溝２２の両側の蒸着層２１と導電性ペーストで接合された電子伝導性酸化物ガラス体である。
図５（ｃ）において、２４は電子伝導性酸化物ガラス体２３を集束イオンビームにより切断して幅１μｍの間隔で分割した分割部、２５は基板の上面に１μｍの間隔で対向した電極である。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、上面にアルミニウムの蒸着層２１を形成した後、蒸着層２１及び基板２０の一部を切削して幅１ｍｍの溝２２を形成し、溝２２の両側の蒸着層２１を絶縁したアルミナ製の基板２０を準備した。次いで、溝２２を跨ぐようにして溝２２の両側の蒸着層２１と電子伝導性酸化物ガラス体２３を導電性ペーストで接合した。次に、基板２０に形成された溝２２の上で、電子伝導性酸化物ガラス体２３を集束イオンビームにより切断して分割し、分割された電子伝導性酸化物ガラス体２３によって、基板２０の上面に１μｍの間隔で対向した電子伝導性酸化物ガラスで電極２５，２５を形成した。電極２５，２５が形成された基板２０を、図示しない光透過性ガラス管（中空体）に収容するとともに、中空体にＮｅを５０Ｐａの圧力で封入した。溝２２の両側の蒸着層２１には高周波電源を接続した。
高周波電源を用いて１．５Ｖの電圧を印加したところ、放電が開始され発光が観察された。

以上の実施例によれば、電極となる電子伝導性酸化物ガラスは加工性に優れているため、対向する２個の電極の間隔を近づけることができ、数ボルト以下の低電圧で放電を開始させられる放電灯が得られることが明らかになった。

本発明は、表示装置等に用いられる放電灯に関し、対向する２個の電極を１００μｍ程度やそれ以下の間隔で中空体内に配置させることができ、中空体を微細化させることができるとともに放電開始電圧を低減させることのできる放電灯を提供することができる。

実施の形態１における放電灯の断面図図１のＡ部の拡大図図１のＢ部の拡大図Ｂ部の変形例の拡大図（ａ）基板及び電子伝導性酸化物ガラス体の模式平面図（ｂ）基板及び電子伝導性酸化物ガラス体の模式側面図（ｃ）電子伝導性酸化物ガラス体を切断して電極を形成した基板及び電子伝導性酸化物ガラスの模式側面図

符号の説明

１放電灯
２中空体
３中空室
４開口部
５端子
６封着部
７電極部材
８外周部
９電子伝導性酸化物ガラス体
１０延設部
１１，１１ａ分割部
１２，１２ａ電極
２０基板
２１蒸着層
２２溝
２３電子伝導性酸化物ガラス体
２４分割部
２５電極

Claims

中空体に２個の電極が封入された放電灯であって、前記電極が電子伝導性酸化物ガラスで形成され、２個の前記電極が、電子伝導性酸化物ガラス体の切断により分割され１０ｎｍ〜１００μｍの間隔で対向していることを特徴とする放電灯。
前記電子伝導性酸化物ガラスが、バナジン酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の放電灯。
前記中空体に、放電用ガスが１０^-2〜１０²Ｐａの圧力で封入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電灯。