JPWO2016010137A1

JPWO2016010137A1 - 発光装置

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Publication number: JPWO2016010137A1
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Authority: JP
Inventors: 明彦北川
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Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-04-27
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Abstract

発光量の低下を抑制することができる発光装置を提供する。発光装置（１０）であって、内部に放電空間となる凹部が設けられたセラミックパッケージ（２）および凹部を塞いで接合材（７）からなる接合層（７ａ）を介して取り付けられた透光性部材（３）を有する容器部材（１）と、放電空間内に封入された不活性ガス（６）と、セラミックパッケージ（２）の凹部内に互いに間を空けて配置された一対の放電用電極（４）とを備えており、接合材（７）は、白色を呈するガラスからなり、酸化物系セラミック粉末を含んでいる。

Description

本発明は、例えば、放電灯などの発光装置に関するものである。

従来、例えば、放電灯などの発光装置は、ガラス管内に不活性ガスが充填された構造が知られている。従来の発光装置において、一対の放電用電極は、ガラス管の端部から放電空間内に突き出るような状態でガラス管に固定されており、放電誘発用電極は、ガラス管の外周部に設けられている。このような放電灯としては、例えば、特開平０９−１８０６７７号公報に開示されたものがある。

近年、例えば、放電灯などの発光装置は、携帯型端末等に搭載するために、小型化に関する改善が求められている。しかしながら、従来のガラス管からなる発光装置の構造は、小型化しにくいという問題点があった。このような小型化の問題に対して、パッケージと該パッケージに接合された透光性部材とで構成され、容器部材の内部に放電空間を有する発光装置の構造が知られている。このような発光装置としては、例えば、特開２０１１−９６５６２号公報に開示されたものがある。

上述のパッケージと該パッケージに接合された透光性部材とで構成される発光装置は、パッケージと透光性部材とが接合材を介して接合されており、放電空間の内部で発生した光が接合材に吸収されやすくなり、発光量が低下するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッケージと透光性部材とを接合する接合材によって発光量が低下するのを抑制することができる発光装置を提供することにある。

本発明の一つの態様による発光装置は、内部に放電空間となる凹部が設けられたセラミックパッケージおよび該セラミックパッケージに前記凹部を塞いで接合材からなる接合層を介して取り付けられた透光性無機部材を有する容器部材と、前記放電空間内に封入された不活性ガスと、前記セラミックパッケージの前記凹部内に互いに間を空けて配置された一対の放電用電極とを備えており、前記接合材は、白色を呈するガラスからなり、酸化物系セラミック粉末を含んでいる。

（ａ）は接合材を除いた本発明の一つの実施の形態における発光装置を示す分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示された発光装置の放電誘発用電極を説明するためにセラミックパッケージを分解した分解斜視図である。図１に示す発光装置の下面側の状態を示す斜視図である。（ａ）は本発明の一つの実施の形態における発光装置の平面図であり、（ｂ）は透光性部材および接合材を除いた発光装置の平面図である。（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。（ａ）は図４（ａ）において符号Ａによって示す部分の拡大図であり、（ｂ）は図４（ｂ）において符号Ｂによって示す部分の拡大図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実施の形態における発光装置の他の例であり、図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。酸素雰囲気中でのアルミナ添加量と反射率およびＨｅリークレートとの関係を表すグラフである。非酸素雰囲気中でのアルミナ添加量と反射率およびＨｅリークレートとの関係を表すグラフである。非酸素雰囲気中でのアルミナ添加量と発光量との関係を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。また、発光装置は、説明の便宜上、直交座標系ＸＹＺを定義するとともに、Ｚ方向の正側を上方として、適宜、上面（表面）もしくは下面の語を用いるものとする。

また、実施形態等の説明において、既に説明した構成と同一もしくは類似する構成については、同一の符号を付して説明を省略することがある。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態に係る発光装置１０について、図１ないし図５を参照しながら以下に説明する。発光装置１０は、例えばスマートフォンなどの携帯端末やデジタルカメラなどの撮像装置に内蔵するものである。発光装置１０は、例えば、希ガスの放電作用を利用して、ＬＥＤと比較して、瞬間的に大光量の閃光を発することができる。

本発明の一つの実施の形態に係る発光装置１０は、図１ないし図５に示すような構成であり、容器部材１と、不活性ガス６と、一対の放電用電極４とを備えている。容器部材１は、内部に放電空間となる凹部２ｂが設けられたセラミックパッケージ２と、凹部２ｂを塞ぐように、接合材７からなる接合層７ａを介してセラミックパッケージ２に接合された透光性無機部材である透光性部材３とを有している。また、一対の放電用電極４は、セラミックパッケージ２の対向する側壁２ａに設けられているとともに、互いに対向するように配置された対向部４ｂを有している。そして、接合材７は、白色を呈するガラスであり、酸化物系セラミック粉末を含んでいる。また、発光装置１０の光出射方向は、Ｚ方向の正側である。

また、発光装置１０は、放電空間Ｓにおいて放電の始動を容易にするために、放電誘発用電極５をセラミックパッケージ２内に備えていてもよい。発光装置１０は、環状の放電誘発用電極５が、セラミックパッケージ２の内部に一対の放電用電極４の下方に位置するとともに凹部２ｂを囲むように設けられている。また、一対の放電用電極４は、平面透視において対向部４ｂが放電誘発用電極５の内周よりも内側に位置している。

このような構成によって、発光装置１０は、小型化を図りつつ一対の放電用電極４間において放電が発生しやすくなる。また、発光装置１０は、容器部材１がセラミックパッケージ２の内部に放電空間Ｓを十分に確保できるとともに、放電用電極４の電極面積を大きくできるので、一対の放電用電極４間で放電を効果的に生じさせることができる。

また、発光装置１０は、環状の放電誘発用電極５を備えることによって、不活性ガス６全体をイオン化することができる、特に、放電用電極４付近の不活性ガス６をイオン化することができるので、一対の放電用電極４間で放電が発生しやすくなる。このように、発光装置１０は、放電誘発用電極５が放電の始動を容易にするとともに、一対の放電用電極４が効果的に放電を起こすことができる。

発光装置１０は、放電灯であり、一対の放電用電極４間での不活性ガス６の放電による発光を利用するものである。また、セラミックパッケージ２およびセラミックパッケージ２の側壁２ａに接合された透光性部材３を含む容器部材１と、対向する一対の放電用電極４および放電誘発用電極５とが、発光管（放電管）を構成している。例えば、スマートフォン等の携帯端末装置は、被写体を撮影するためにカメラ機能を有しており、夜間等の暗所での撮影時の照明光源を備えている。発光装置１０は、発光管（放電管）を放電させて閃光を発生させるように構成されており、スマートフォン等の携帯端末装置に用いることができる。また、発光装置１０は、用途が照明光源に限定されず、例えば急速加熱等の短時間で高出力のエネルギーを必要とする用途等に用いることができる。

容器部材１は、セラミックパッケージ２と、セラミックパッケージ２の側壁２ａに接合材７からなる接合層７ａを介して取り付けられた透光性部材３とを含んでいる。容器部材１は、放電空間Ｓを有しており、放電空間Ｓはセラミックパッケージ２と透光性部材３とによって画定されている。

また、放電用電極４とは、電位差によって気体に絶縁破壊を生じさせて、気体に電流を流すために用いられる電極のことをいい、陽極および陰極で一対である。また、放電誘発用電極とは、放電空間に放電を開始させるために、放電用電極４に追加して設けられる電極であり、一対の放電用電極４間の気体（不活性ガス）をイオン化させることにより、放電の始動を容易にする電極のことをいう。なお、放電誘発用電極５は、トリガー電極ともいう。

発光装置１０は、図１ないし図５に示すように、セラミックパッケージ２が、対向する側壁２ａに一対の段差部２ｃを有しており、この一対の段差部２ｃに一対の放電用電極４が設けられている。また、発光装置１０は、長手方向（Ｘ方向）の長さが、例えば３．２ｍｍ〜５０ｍｍであり、短手方向（Ｙ方向）の長さが、例えば１．２ｍｍ〜３０ｍｍであり、高さが、例えば０．３ｍｍ〜５ｍｍであり、図１ないし図５に示すような構成を備えており、小型化、薄型化または低背化を図ることができる。

容器部材１のセラミックパッケージ２が対向する側壁２ａに一対の段差部２ｃを有し、この一対の段差部２ｃに一対の放電用電極４が設けられている構成について以下に説明する。なお、後述するように、発光装置１０において、一対の放電用電極４は、一部が放電空間Ｓ内に露出して、一対の放電用電極４間で放電が生じるように設けられていればよい。

セラミックパッケージ２には、図１に示すように、側壁２ａに囲まれて放電空間Ｓとなる凹部２ｂが設けられている。この凹部２ｂの形状は、図４（ｂ）に示すような断面視形状が矩形状に限定されるものではなく、放電空間Ｓとなる凹部２ｂで放電による発光が生じるような断面視形状であればよい。凹部２ｂの形状は、例えば断面視形状がＶ型形状であってもよく、また、セラミックパッケージ２の上方側から下方側に向かって開口の幅が漸次狭くなるような形状であってもよい。

容器部材１は、セラミックパッケージ２に一対の放電用電極４を設けるために、対向する側壁２ａ（Ｘ方向の対向する側壁２ａ）のそれぞれに段差部２ｃが設けられており、これらの段差部２ｃが一対の段差部２ｃとなっている。すなわち、セラミックパッケージ２は、周縁部の４つの側壁２ａで中央部を含む領域を囲むようにして凹部２ｂが設けられており、長手方向（Ｘ方向）において、互いに対向する一対の側壁２ａの内周側に一対の段差部２ｃが設けられており、この一対の段差部２ｃに一対の放電用電極４が設けられている。このように、容器部材１は、長手方向（Ｘ方向）の一対の段差部２ｃ上に一対の放電用電極４を設けることによって、放電空間Ｓにおいて距離の長い長手方向（Ｘ方向）で放電を起こし、より多くの不活性ガス６を励起するので、発光効率を向上させることができる。

また、容器部材１は、セラミックパッケージ２に一対の放電用電極４を設けるために、短手方向（Ｙ方向）において、互いに対向する側壁２ａ（Ｙ方向において対向する側壁２ａ）に一対の段差部２ｃが設けられていてもよい。容器部材１は、短手方向（Ｙ方向）に一対の放電用電極４を設けることによって、一対の放電用電極４間の距離が短くなるので、放電空間Ｓにおいて放電が生じやすくなる。

図４に示すように、放電用電極４は段差部２ｃに設けられており、断面視において、段差部２ｃの上面は、凹部２ｂの底面２ｂａ（Ｘ軸）に対して略平行に設けられている。また、略平行とは、段差部２ｃの上面と凹部２ｂの底面２ｂａ（Ｘ軸）との成す角度が０°〜±５°の範囲内であることをいう。なお、角度０°が、段差部２ｃの上面と底面２ｂａとが平行の場合である。

また、段差部２ｃの上面は、凹部２ｂの底面２ｂａに向かって傾斜していてもよい。すなわち、段差部２ｃは、上面が、凹部２ｂの底面２ｂａ（Ｘ軸）に対して１０°〜６０°の範囲内で傾いていてもよい。傾いた段差部２ｃの上面に一対の放電用電極４を設けることによって、擬似的ではあるが、一対の放電用電極４は互いに向き合う面積が増加することになる。このように一対の放電用電極４の対向する面積が増加すると、電極寿命の低下を抑制することができる。

また、一対の段差部２ｃは、凹部２ｂの底面２ｂａからの高さが略同等となるようにセラミックパッケージ２の側壁２ａの内周側に設けられている。一対の段差部２ｃの底面２ｂａからの高さ（側面２ｃａの高さ）は、例えば１０μｍ〜５００μｍである。また、略同等とは、他方の段差部２ｃの底面２ｂａからの高さが、一方の段差部２ｃの底面２ｂａからの高さに対して６５％〜１３５％の範囲内にあることをいう。

また、セラミックパッケージ２は、実質的に絶縁材料からなり、平面視において略矩形形状を有している。セラミックパッケージ２の絶縁材料の例としては、例えばセラミック材料またはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、セラミックパッケージ２は、例えばセラミック材料であって絶縁性の白色を呈する材料からなる。そしてセラミックパッケージ２は、放電で発生した光をセラミックパッケージ２の凹部２ｂの内壁面で効率よく反射させるために、例えば、可視光領域（およそ４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲）のすべての波長において反射率が７０％以上の白色を呈する材料からなるものを用いることができる。このような材料の例としては、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）または低温同時焼成セラミックス等が挙げられる。セラミックパッケージ２が白色を呈することによって、セラミックパッケージ２の凹部２ｂの内壁面の反射率を高くすることができるので、発光量の低下を抑制することができる。また、容器部材１は、セラミックスからなるセラミックパッケージ２を含むことにより、使用耐性に関して改善される。

図１および図２に示すように、セラミックパッケージ２が略矩形形状を有しているとは、例えば搬送時または実装時などにおける損傷の可能性を低減させることを目的に、セラミックパッケージ２の４つの角部分に内側方向へ曲線状に窪んだ構造を有する形状、また、４つの角部分がＣ面取りまたはＲ面取りされた構造を有する形状を含んでいる。また、平面視とは、図１において、上方からＺ軸の負方向への視線によるものである。この曲線状の窪みは、セラミックパッケージ２の角部において、セラミックパッケージ２の上面から下面にかけて溝状に設けられている。この窪みの横断面形状は、曲面形状を有している。

また、セラミックパッケージ２が略矩形形状を有しているとは、図１および図２に示すように、容器部材１の下面側に、放電用電極４に接続された外部電極４ａおよび放電誘発用電極５に接続された外部電極５ａを設けるため、容器部材１の側面に内側方向へ曲線状に凹んだ構造を有する形状を含んでいてもよい。この場合には、この曲線状の凹みの壁面に外部電極４ａおよび外部電極５ａがそれぞれ設けられる。また、発光装置１０は、このように容器部材１の下面に外部電極４ａ、５ａを有する表面実装型にすることができる。そして、発光装置１０は、小型化、薄型化または低背化が可能であり、例えば電子機器などに搭載されることが可能となる。電子機器は、例えばデジタルカメラ、カメラ付き携帯電話、カメラ付きスマートフォン等である。

また、曲線状の凹みは、上述の曲線状の窪みと同様に、セラミックパッケージ２の側面においてセラミックパッケージ２の上面から下面にかけて溝状に設けられている。この凹みの横断面形状は曲面形状を有しており、例えば半円形状となっている。なお、この凹みの横断面形状は、半円形状に限らず、半長円形状または半楕円形状等であってもよく、形状は特に限定されない。

透光性部材３は、平面視において略矩形形状を有する透光性無機部材であり、セラミックパッケージ２の凹部２ｂを塞ぐように接合材７からなる接合層７ａを介してセラミックパッケージ２の側壁２ａの上面に接合されている。透光性部材３において、略矩形形状とは、例えば組み立て時などにおける損傷の可能性を低減させることを目的に、４つの角部分に外側方向へ曲線状に膨らんだ構造を有する形状を含んでいる。

また、発光装置１０においては、図３ないし図５に示すように、セラミックパッケージ２の上面側に位置する側壁２ａの内周側に全周にわたって段差部２ｄを設けて、この全周の段差部２ｄにセラミックパッケージ２の凹部２ｂを塞ぐように接合材７からなる接合層７ａを介して透光性部材３を接合してもよい。この場合も、容器部材１は、セラミックパッケージ２とセラミックパッケージ２の側壁２ａに凹部２ｂを塞ぐように接合材７からなる接合層７ａを介して接合された透光性部材３とで形成された中空の放電空間Ｓを内部に有することになる。

ここで、透光性部材３における透光性とは、放電空間Ｓ内における発光によって放射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。透光性部材３を構成する透光性無機部材は、実質的に絶縁材料からなる。絶縁材料の例としてはガラスであり、例えばホウケイ酸ガラスまたは石英ガラス等である。なお、接合材７からなる接合層７ａを介してのセラミックパッケージ２と透光性部材３との接合についての詳細は後述する。

放電空間Ｓは、平面視において略矩形形状を有している。放電空間Ｓにおいて、略矩形形状とは、例えば組み立て時などにおける損傷の可能性を低減させることを目的に、４つの角部分に外側方向へ曲線状に膨らんだ構造を有する形状を含んでいる。また、容器部材１において、放電空間Ｓは、縦断面においてセラミックパッケージ２の段差部２ｃを有する側壁２ａで形成される凹部２ｂと透光性部材３とによって画定される。

放電空間Ｓ内には、不活性ガス６が封入されている。不活性ガス６は、例えばキセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）を主成分とするもの、もしくはこれらの混合ガスである。

一対の放電用電極４は、図３に示すように、一端部側（側面２ｃａ側）が段差部２ｃに設けられて、上面の一部が放電空間Ｓ内に露出しており、他端部側の残りの部分がセラミックパッケージ２の側壁２ａの内部に設けられている。一対の放電用電極４は、図４においては、先端が段差部２ｃの側面２ｃａと同一面となるように設けられている。また、一対の放電用電極４は、対向部４ｂが放電誘発用電極５の内周よりも内側に位置していれば、段差部２ｃの側面２ｃａよりも外側に位置するように段差部２ｃの上面に設けられていてもよい。

一対の放電用電極４は、図３に示すように、セラミックパッケージ２の互いに対向する側壁２ａの段差部２ｃに設けられているとともに、互いに対向するように配置された対向部４ｂを有している。このように、一対の放電用電極４は、対向部４ｂが放電空間Ｓ内に互いに対向して位置するように設けられている。すなわち、一対の放電用電極４は、放電空間Ｓ内で放電を発生させるために、放電空間Ｓ内に少なくとも一部が露出するように、セラミックパッケージ２の側壁２ａの段差部２ｃの上面に設けられている。

また、放電用電極４は、図４に示すように、段差部２ｃの上面の全てを覆うように設けられている。また、放電用電極４は、段差部２ｃの上面のＹ方向の両側の一部が露出するように段差部２ｃの上面に設けられていてもよい。

一対の放電用電極４は、段差部２ｃの上面に設けられているので、放電用電極４とセラミックパッケージ２の底面２ｂａとの間での放電が生じにくく、発光効率の低下を抑制することができる。

また、図３に示すように、一対の放電用電極４は、互いの先端部が対向部４ｂであり、先端同士が互いに対向するように放電空間Ｓ内に配置されている。また、一対の放電用電極４の対向部４ｂ間の間隔は、例えば３ｍｍ〜２０ｍｍである。

また、対向する一対の段差部２ｃのそれぞれの高さ（側面２ｃａの高さ）は、他方の段差部２ｃの底面２ｂａからの高さが、一方の段差部２ｃの底面２ｂａからの高さに対して６５％〜１３５％の範囲内になるように設けられる。したがって、Ｚ方向において、一対の段差部２ｃのそれぞれの高さは上記の範囲内にあり、この段差部２ｃに一対の放電用電極４が設けられる場合には、一対の放電用電極４は、互いに対向するように配置された対向部４ｂを有しているものとする。すなわち、Ｚ方向において、一対の放電用電極４は、対向部４ｂが上記の範囲内でずれていてもよい。また、一対の放電用電極４は、Ｚ方向において互いに対向するように配置された対向部４ｂを有していれば、放電用電極４がＹ方向にずれていてもよい。

一対の放電用電極４は、図１ないし図３に示すように、セラミックパッケージ２の長手方向（Ｘ方向）のそれぞれの側面において、容器部材１の放電空間Ｓ内から外部電極４ａによって容器部材１の下面側に引き出されており、放電用電極４と外部電極４ａとは、電気的および物理的に接続されている。なお、外部電極４ａは、容器部材１の下面に設けられている電極も含んでいる。また、外部電極４ａの材料例は、例えばタングステン、モリブデン、マンガン、ストロンチウム、ランタンまたは白金等である。

また、一対の放電用電極４のうち、一方の放電用電極４が陽極であり、他方の放電用電極４が陰極である。放電用電極４が陽極の場合には、放電用電極４の材料例は、タングステンなどを含む高融点金属である。また、放電用電極４が陰極の場合には、放電用電極４の材料例は、主成分であるタングステンの他に、電子放出特性に優れた酸化ランタン、酸化イットリウムまたは酸化セリウムを含んでいてもよい。放電用電極４は、電極の厚みが、例えば５μｍ〜５００μｍである。

放電誘発用電極５は、図３に示すように、環状の形状を有しており、一対の放電用電極４の下方に位置するとともに、平面透視において凹部２ｂを囲むようにセラミックパッケージ２の内部に設けられている。また、放電誘発用電極５は、図２に示すように、環状の形状を有しており、凹部２ｂの底面２ｂａ（底部）を囲むように設けられている。放電誘発用電極５は、凹部２ｂがＶ型形状の場合には、一対の放電用電極４の下方に位置するとともに、凹部２ｂの底面２ｂａ（底部）を囲むように、または凹部２ｂの内壁面に近接するようにセラミックパッケージ２の内部に設けることができる。なお、放電誘発用電極５は、図３（ｂ）においては点線で示している。

このように、環状の放電誘発用電極５は、凹部２ｂの底面２ｂａを囲むとともに放電空間Ｓに露出しないようにセラミックパッケージ２の内部に設けられているので、発光装置１０では、放電空間Ｓ内で放電誘発用電極５が起因となるような発光の乱反射が生じにくくなる。また、発光装置１０では、発光の妨げにならないように、環状の放電誘発用電極５が放電空間Ｓに露出しないように一対の放電用電極４の下方のセラミックパッケージ２の内部に設けられているので、発光量の低下が抑制される。

また、放電誘発用電極５は、一対の放電用電極４の下方に位置しており、放電空間Ｓ内に露出しないように、容器部材１のセラミックパッケージ２の内部に設けられている。すなわち、放電誘発用電極５は、図３および図４に示すように、セラミックパッケージ２の内部の側壁２ａの周辺部に設けられているので、Ｘ方向またはＺ方向において、放電用電極４と放電誘発用電極５との距離を短くすることができる。これにより、放電誘発用電極５によって放電空間Ｓ内での放電が誘発されやすくなる。また、一対の放電用電極４は、図３に示すように、平面透視において対向部４ｂが環状の放電誘発用電極５の内周よりも内側に位置している。

また、放電誘発用電極５は、電極の厚みが例えば５μｍ〜３００μｍであり、電極の幅が例えば３０μｍ〜５００μｍである。

また、平面透視で放電用電極４と放電誘発用電極５とが重なっている領域において、Ｚ方向における放電用電極４と放電誘発用電極５との間隔は、例えば２５μｍ〜３００μｍである。環状の放電誘発用電極５が放電用電極４に接触しない範囲であれば、放電を誘発しやすくするために、距離を短くすることができる。

また、セラミックパッケージ２の側壁２ａの内周面（側面２ｃａ）と放電誘発用電極５の内周との距離は、例えば１０μｍ〜５００μｍである。この距離は、環状の放電誘発用電極５が側壁２ａの内周面に露出しない範囲であれば、放電を誘発しやすくするために、短くすることができる。

放電誘発用電極５は、図１ないし図３に示すように、セラミックパッケージ２の短手方向（Ｙ方向）のそれぞれの側面において、容器部材１の内部から外部電極５ａによって容器部材１の下面側に引き出されており、放電誘発用電極５と外部電極５ａとは、電気的および物理的に接続されている。なお、外部電極５ａは、容器部材１の下面に設けられている電極も含んでいる。また、外部電極５ａの材料例は、例えばタングステン、モリブデン、ストロンチウム、ランタン、マンガンまたは白金等である。また、放電誘発用電極５の材料例は、タングステン、モリブデン、ストロンチウム、ランタン、マンガンまたは白金などの高融点金属である。発光装置１０は、放電誘発用電極５を含んでいることにより、予備放電を行なえるものになる。したがって、発光装置１０は、一対の放電用電極４および放電誘発用電極５によって、主放電の開始が安定することになる。

上述のように、透光性部材３は、図３ないし図５に示すように、接合材７からなる接合層７ａを介してセラミックパッケージ２の側壁２ａに接合されている。また、発光装置１０は、図３ないし図５に示すように、段差部２ｄがセラミックパッケージ２の側壁２ａの内周側に全周にわたって設けられており、その段差部２ｄに透光性部材３が接合材７からなる接合層７ａを介して接合されている。

接合材７は、白色を呈するガラスであり、このガラスに酸化物系セラミック粉末が含まれていることから、酸化物系セラミック粉末の分子がガラスの分子間に存在することになる。特に、セラミックパッケージ２と透光性部材３の材料のガラス等との接合性が良好であるものとして、低融点ガラスを用いることができる。低融点ガラスとは、融点が４００℃〜６５０℃の範囲にあるガラスをいう。

接合材７は、例えば、酸化ビスマス、酸化亜鉛または酸化ケイ素を主成分とする低融点ガラスに酸化物系セラミック粉末としてアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）粉末またはジルコニア（二酸化ジルコニウム、ＺｒＯ_２）粉末を添加したものである。

低融点ガラスおよび酸化物系セラミック粉末は、それぞれ同程度の粒径のものを粉末状態で３本ロールを用いて混合してペースト化する。そのため、低融点ガラス内に添加した酸化物系セラミック粉末は低融点ガラス内に均一に分散した状態であるので、ガラスの溶融温度が大きく変わることはない。また、低融点ガラスおよび酸化物系セラミック粉末は、共に酸化物であるため、両者の間で接合性が良く、低融点ガラスと酸化物系セラミック粉末との間で空隙等が生じにくい。さらに、酸化ビスマス系低融点ガラスは、熱膨張係数、ガラス転移点、軟化温度等のガラス特性を酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化ホウ素、アルカリ土類金属酸化物の微量添加による組成制御によって調整することが可能なため、接合対象物に合わせた材料設計ができる。

なお、セラミックパッケージ２と透光性部材３との接合は、例えば加熱温度が５００℃〜７００℃で行なわれる。ここで、酸化ビスマス、酸化亜鉛または酸化ケイ素を主成分とする低融点ガラスとは、その主成分が５０〜９０質量％で構成され、残りの成分として酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化ホウ素、アルカリ土類金属酸化物のいずれかを含むガラスのことをいう。

また、酸化物系セラミック粉末は、例えば、可視光領域（およそ４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲）のすべての波長において反射率が７０％以上の白色を呈する材料からなる粉末のことをいい、そのような材料としては、アルミナ以外には例えばジルコニア等である。また、酸化物系セラミック粉末は、白色を呈しているので、低融点ガラスに添加することによって反射率を高めることができる。

このように、発光装置１０は、図３ないし図５に示すように、セラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合材７からなる接合層７ａを介して接合されており、接合層７ａが段差部２ｄと透光性部材３との間に位置しており、接合層７ａの一部が放電空間Ｓ内に面している。

接合材７は、具体的には、酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスにアルミナ粉末またはジルコニア粉末を添加したものであり、例えばＢｉ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２／Ｂ_２Ｏ_３を含む低融点ガラスにアルミナ粉末が添加されている。また、酸化亜鉛を主成分とする低融点ガラスにアルミナ粉末またはジルコニア粉末を添加したものであり、例えばＺｎＯ／ＳｉＯ_２／Ｂ_２Ｏ_３／Ｒ_２Ｏ（Ｒはアルカリ金属でリチウム、ナトリウムまたはカリウム）を含む低融点ガラスにアルミナ粉末またはジルコニア粉末が添加されている。また、酸化ケイ素を主成分とする低融点ガラスにアルミナ粉末またはジルコニア粉末を添加したものであり、例えばＳｉＯ_２／ＲＯ／Ｒ_２Ｏ（Ｒはアルカリ金属でリチウム、ナトリウムまたはカリウム）を含む低融点ガラスにアルミナ粉末が添加されている。

ここで、接合材７として、白色を呈する低融点ガラスが酸化ビスマスを主成分とするものであり、酸化物系セラミック粉末がアルミナ粉末である場合について以下に説明する。

図７には、アルミナ添加量（質量％）と反射率との関係およびアルミナ添加量（質量％）とＨｅリークレートとの関係を示している。図７では、酸素雰囲気中において、セラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合材７で接合される場合におけるアルミナ粉末添加量（質量％）と反射率との関係およびアルミナ粉末添加量（質量％）とＨｅリークレートとの関係を示している。

また、接合材７は、アルミナ粉末添加量が０質量％の場合には低融点ガラスのみであり、また、アルミナ粉末添加量が１００質量％の場合にはアルミナ粉末のみである。ただし、アルミナ粉末添加量が１００質量％の場合は、接合材としては機能しない。また、接合材７は、例えばアルミナ粉末添加量が４０質量％の場合は低融点ガラスが６０質量％であることを示している。

ここで、図７に示す反射率とＨｅリークレートについてそれぞれ以下に説明する。

反射率は、酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスに対してアルミナ粉末の添加量を変えたものについての値を示している。反射率は、透光性部材３上にアルミナ粉末を添加した低融点ガラスを１００ｎｍ程度の厚みで塗布し、セラミックパッケージ２の製造プロセスと同じ熱履歴を加えて作製したサンプルを用いて、分光光度計によって可視光領域にて測定した。

また、Ｈｅリークレートは、Ｈｅリーク試験で得られるものであり、セラミックパッケージ２と透光性部材３との接合による容器部材１の気密性を評価するものである。測定方法は、まず、容器部材１（セラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合されたもの）をＨｅ加圧下に置く。そして、仮にＨｅ加圧下におかれた容器部材１にリークパス（気密性が破壊された部分）が存在する場合には、リークパスからＨｅが容器部材１の内部に入ることになる。したがって、容器部材１の内部に入ったＨｅを真空引きして効率的に容器部材１の内部から取り出して、検出されたＨｅガス量からＨｅリークレートを求めることができる。

容器部材１は、接合材７からなる接合層７ａを介して、セラミックパッケージ２に対して透光性部材３が取り付けられたものであり、接合層７ａが側壁２ａの段差部２ｄと透光性部材３との間に位置しており、接合層７ａの一部が放電空間Ｓ内に面している。したがって、容器部材１の放電空間Ｓ内で一対の放電用電極４間の放電によって発生した光は、一部が接合層７ａに入射されることになる。例えば、接合層７ａに入射した光は、一部の光が接合層７ａで反射され、残りの光が接合層７ａを透過して内部で拡散反射されて容器部材１の内部または外部に放射されたり、接合層７ａの内部に吸収されたりするので、容器部材１は、接合層７ａで光の損失が生じやすくなる。このように、接合層７ａでの光の損失によって、発光装置１０は、発光量の低下が生じてしまうおそれがある。

しかしながら、発光装置１０は、接合材７からなる接合層７ａを介してセラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合されており、接合材７が酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスにアルミナ粉末を添加したものであるので、図７に示すように、アルミナ粉末添加量が増加するにつれて反射率が高くなっている。例えば、アルミナ粉末添加量が１０質量％の場合には、反射率が５０％となっており、アルミナ粉末を添加しないアルミナ粉末添加量が０質量％の場合の反射率３０％よりも高くなっている。発光装置１０は、接合材７にアルミナ粉末を添加することによって反射率が高くなっているが、反射率をさらに向上させるために、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量を２０質量％以上とするとよい。

したがって、発光装置１０において、接合層７ａに入射した光は、接合層７ａの反射率が高くなることによって、放電空間Ｓ内に反射される光量が多くなり、発光量の低下を抑制することができる。このように、接合層７ａの反射率の向上によって、発光装置１０は、例えば、接合層７ａで反射した光が一対の放電用電極４の上面（表面）に入射し、入射した光が放電用電極４の上面（表面）で反射されて透光性部材３を透過して外部に放射されることになり、発光量の低下を抑制することができる。また、発光装置１０は、接合層７ａで反射した光がセラミックパッケージ２内部の内壁面に入射し、入射した光が内壁面で反射されて透光性部材３を透過して外部に放射されることになり、発光量の低下を抑制することができる。

また、一方、図７に示すように、アルミナ粉末添加量が増加するにつれて、気密性の低下が生じやすくなり、容器部材１の内部に封入された不活性ガス６の気密性を保持するためには、発光装置１０は、Ｈｅリークレートが１．０×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃよりも小さいことが好ましい。なお、図７のグラフでは１．０×１０^−１０を１．０Ｅ−１０と表示している。したがって、発光装置１０は、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量を４０質量％以下とすることが好ましい。なお、接合性または気密性の観点からは、アルミナ粉末添加量を５０質量％未満とすることが好ましい。

したがって、発光装置１０は、反射率と気密性との両立を考慮して、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量を２０質量％以上４０質量％以下の範囲とすることができる。

また、図８には、非酸素雰囲気中において、セラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合材７で接合される場合におけるアルミナ粉末添加量（質量％）と反射率との関係およびアルミナ粉末添加量（質量％）とＨｅリークレートとの関係を示している。図８では、非酸素雰囲気中において、発光装置１０のセラミックパッケージ２と透光性部材３とが接合材７からなる接合層７ａを介して接合される場合のアルミナ粉末添加量と反射率およびＨｅリークレートとの関係を示している。図８において、非酸素雰囲気中は窒素雰囲気中である。

一対の放電用電極４は、放電時の熱に耐えられるように、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属材料が用いられる。ただし、高融点金属材料は、酸化されやすい性質を有している。一対の放電用電極４として、例えばタングステンが用いられている場合には、酸素雰囲気中においてセラミックパッケージ２と透光性部材３とを接合材７からなる接合層７ａを介して接合を行なうと、接合層７ａが酸化されて、放電用電極としての機能が低下して、放電効率の低下が生じやすくなる。さらに、放電用電極４の酸化が進行すると放電しなくなる。したがって、セラミックパッケージ２と透光性部材３とは、一対の放電用電極４に酸化しやすい金属材料が用いられる場合には、一対の放電用電極４の酸化を抑制するために非酸素雰囲気中で接合される。

上述のように、セラミックパッケージ２と透光性部材３との接合は非酸素雰囲気で行なわれているが、非酸素雰囲気中は窒素雰囲気中に限らない。非酸素雰囲気中でのセラミックパッケージ２と透光性部材３との接合は、例えば、真空中またはフォーミングガス（水素とアンモニアの混合ガス）中であってもよく、また、還元性雰囲気中であればよい。なお、真空中では、加熱によって酸化ビスマスの解離（還元）が生じて亜酸化状態から金属状態になりやすい。また、フォーミングガス中では水素ガスの還元作用によって酸化ビスマスが亜酸化状態から金属状態になりやすい。

図８に示すように、窒素雰囲気中においてアルミナ粉末添加量が０質量％の場合には、反射率が１０％となっている。この理由は以下の通りである。すなわち、窒素雰囲気中において、接合材７からなる接合層７ａを介してセラミックパッケージ２と透光性部材３とを接合すると、雰囲気中の窒素の還元性によって、酸化ビスマスは酸素が奪われて、亜酸化状態になりやすい。これによって、接合材７は、ビスマスの金属成分の色になりやすく、黒色化されて、反射率が酸素雰囲気中で接合した場合よりも低くなる。したがって、反射率は、酸素雰囲気中においてアルミナ粉末添加量が０質量％の場合の反射率３０％よりも低くなっている。

添加されたアルミナ粉末は、亜酸化状態の酸化ビスマスに対して酸素を供給することになり、これによって、亜酸化状態の酸化ビスマスはアルミナ粉末から酸素を貰うことで酸化が進行して元の酸化ビスマスの白色を維持することができるので、反射率の低下を抑制することができる。さらに、白色を呈するアルミナ粉末の添加によっても、反射率を高くすることができる。

接合材７は、酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスにアルミナ粉末を添加したものであり、図８に示すように、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量が増加するにつれて反射率が高くなっている。例えば、アルミナ粉末添加量が１０％の場合には反射率が２５％となっており、アルミナ粉末を添加しないアルミナ粉末添加量が０質量％の場合の反射率１０％よりも高くなっている。

このように、アルミナ粉末の添加は、反射率を高くするとともに、亜酸化状態の酸化ビスマスに酸素を供給することによって、酸化ビスマスが亜酸化状態になることを抑制して、酸化ビスマスの白色を維持して、反射率の低下を抑制することができる。

発光装置１０は、アルミナ粉末を添加することによって反射率が高くなっているが、反射率をさらに向上させるために、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量を２０質量％以上とすることができる。

したがって、発光装置１０によれば、接合層７ａに入射した光は、接合層７ａの反射率が向上することによって、放電空間Ｓ内に反射される光量が多くなり、発光量の低下を抑制することができる。このように、発光装置１０によれば、接合層７ａの反射率の向上によって、例えば接合層７ａで反射した光が一対の放電用電極４の上面（表面）に入射し、入射した光が放電用電極４の上面（表面）で反射されて透光性部材３を透過して外部に放射されることになり、発光量の低下を抑制することができる。また、発光装置１０は、例えば接合層７ａで反射した光がセラミックパッケージ２内部の内壁面に入射し、入射した光が内壁面で反射されて透光性部材３を透過して外部に放射されることになり、発光量の低下を抑制することができる。

また、一方、図８に示すように、アルミナ粉末添加量が増加するにつれて、気密性の低下が生じやすくなり、容器部材１の内部に封入された不活性ガス６の気密性を保持するためには、Ｈｅリークレートが１．０×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃよりも小さくてもよい。なお、図８のグラフにおいても１．０×１０^−１０を１．０Ｅ−１０と表示している。したがって、発光装置１０は、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量が４０質量％以下であってもよい。

このように、発光装置１０は、反射率と気密性とを両立させることを考慮すると、低融点ガラスに対するアルミナ粉末添加量は２０質量％以上４０質量％以下の範囲内にあってもよい。

また、図９には、アルミナ粉末添加量（質量％）と発光量比率（％）との関係を示している。図９では、接合材７のアルミナ粉末添加量が０質量％の場合には低融点ガラスのみであり、また、アルミナ粉末添加量が１００質量％の場合にはアルミナ粉末のみである。ただし、アルミナ粉末添加量が１００質量％の場合は、接合材としては機能しない。また、接合材７は、例えば、アルミナ粉末添加量が４０質量％の場合は低融点ガラスが６０質量％であることを示している。

ここで、図９に示す発光量比率について説明する。発光量比率は、アルミナ粉末添加量が０質量％の場合を基準に、アルミナ粉末添加量を増やしたときの発光量の比率を示している。低融点ガラスにアルミナ粉末添加量を増やしていくと、アルミナ粉末添加量が４０質量％まで発光装置の発光量が改善することが分かる。さらにアルミナ粉末添加量を増やした場合は、接合材７の低融点ガラス量が少なくなるため、発光装置の気密不良が発生することにより測定不可であった。なお、発光量の測定は、測定計器はコニカミノルタ製CM-A148を用いて、測定波長領域は３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下とし、全光束測定によって発光量を測定した。

ここで、発光装置１０の製造方法について以下に説明する。

セラミックパッケージ２は、互いに積層された複数の絶縁層で構成されている。絶縁層は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料等の電気絶縁材料から成るものである。セラミックパッケージ２は、例えば、セラミックグリーンシート積層法等を用いて、複数層のセラミックグリーンシートを積層することで形成される。

セラミックパッケージ２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿状にする。その後、これをドクターブレード法等のシート形成方法によってシート状にすることによって、絶縁層となるセラミックグリーンシートを得る。

そして、セラミックパッケージ２の一対の放電用電極４および放電誘発用電極５等の構成に応じて、例えば、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷等を用いて、一対の放電用電極４および放電誘発用電極５となるペースト層を形成する。また、同様にして、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷等を用いて、セラミックパッケージ２の下面の外部電極４ａおよび外部電極５ａとなるペースト層を形成する。

また、セラミックパッケージ２の側面の外部電極４ａおよび外部電極５ａは、同様にして、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷等を用いて、外部電極４ａおよび外部電極５ａとなるペースト層を形成する。そして、セラミックグリーンシート積層法等を用いて、外部電極４ａおよび外部電極５ａの位置に打ち抜き加工された複数層のセラミックグリーンシートを積層することで形成される。

また、セラミックパッケージ２の凹部２ｂを形成するために、セラミックグリーンシートに打ち抜き金型等を用いた孔加工方法によって凹部２ｂとなる貫通孔を形成する。

セラミックパッケージ２が、例えばセラミック材料からなる場合には、それぞれの電極には、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）または銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属材料を用いることができる。

上述したセラミックパッケージ２用のセラミックグリーンシートを作製する工程において、電極となる導体ペーストは、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）または銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒等を添加混合して得られる。この導体ペーストを、セラミックパッケージ２となるセラミックグリーンシートに対して、予めスクリーン印刷法を用いて所定のパターンに印刷塗布しておくことにより、ペースト層を形成する。その後、セラミックパッケージ２となる積層された複数のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、セラミックパッケージ２の所定位置に、一対の放電用電極４、放電誘発用電極５、外部電極４ａおよび外部電極５ａが被着形成される。

これらのセラミックグリーンシートを適当な大きさに切断して、セラミックパッケージ２の構成となるように複数のセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって、複数の絶縁層が積層されたセラミックパッケージ２が作製される。また、還元雰囲気中は、例えば窒素雰囲気中である。

上述のようにして、セラミックパッケージ２は、一対の放電用電極４および放電誘発用電極５が設けられ、側面および下面には放電用電極４に接続された外部電極４ａおよび放電誘発用電極５に接続された外部電極５ａが設けられることになる。

このセラミックパッケージ２に対して、凹部２ｂを塞ぐように接合材７からなる接合層７ａを介して透光性部材３を接合する。

酸素雰囲気中において接合を行なう場合には、次のような方法によって行なうことができる。すなわち、セラミックパッケージ２と透光性部材３との接合領域の形状に合わせてスクリーン印刷法を用いて、接合材７としてのガラスペースト（アルミナ粉末を添加した低融点ガラスに適当なバインダーおよび溶剤等を添加混合して得られたもの）を側壁２ａまたは透光性部材３の接合領域に塗布する。次に、透光性部材３またはセラミックパッケージ２の形状に合わせたアライメント治具を用いて、セラミックパッケージ２の側壁２ａの段差部２ｄに透光性部材３を落とし込んで、例えば２００℃〜３００℃の加熱温度で、接合材７に含まれる溶剤成分またはバインダー成分を除去するための脱バインダーを行なう。次に、例えば５００℃〜７００℃の加熱温度で、セラミックパッケージ２と透光性部材３とを接合する。これらの工程によって、容器部材１を得ることができる。

なお、例えば放電用電極４がタングステン等の酸化しやすい金属材料であっても、加熱温度が２００℃〜３００℃では酸化しにくい。

また、非酸素雰囲気中において接合を行なう場合には、酸素雰囲気中で接合を行なう場合と同様の方法によって接合する。なお、２００℃〜３００℃の加熱温度で、接合材７としてのガラスペーストに含まれる溶剤成分またはバインダー成分を除去する脱バインダーを、酸素雰囲気中で行なってもよい。

また、例えばセラミックパッケージ２には容器部材１に不活性ガス６を導入するためのガス導入孔（図示せず）が設けられており、そのガス導入孔を通して、容器部材１の内部に不活性ガス６（Ｘｅガス）が導入される。なお、ガス導入孔は、不活性ガス６の導入後に封止される。

次に、接合材７として、白色を呈する低融点ガラスに酸化物系セラミック粉末を添加する方法について説明する。

接合材７は、粉末からなる酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスと粉末からなるアルミナとを適当な溶剤もしくはバインダーを用いて乳鉢により粉末を解砕しながら混合し、さらに、３本ロール等を用いて分散させることで得られる。

また、酸化ビスマスを主成分とする低融点ガラスは、例えば粒径が０．５μｍ〜１０μｍの粉末であり、アルミナ粉末は、例えば粒径が０．２μｍ〜１０μｍである。

本発明は、上述の実施の形態の発光装置１０に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下に本発明の他の実施の形態について説明する。なお、他の実施の形態に係る発光装置のうち、実施の形態に係る発光装置１０と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

発光装置１０Ａは、図６（ａ）に示すように、一対の放電用電極４が側壁２ａの内周面に沿って下方側（底面２ｂａ側）に延在するような構成であってもよい。この場合には、一対の放電用電極４は、下方側に延在して内周面に設けられた部分が対向部４ｂである。

また、一対の放電用電極４は、放電空間Ｓ内に露出しており、不活性ガス６（Ｘｅ）中において、露出している一方の放電用電極４から、対向する他方の放電用電極４に対して電極間距離が一番短い部分に対して放電することになる。このとき、放電用電極４は、局所的に放電した部分が摩耗して丸みを帯びることになり、次回の放電では、一方の放電用電極４の別の箇所から他方の放電用電極４に対して放電することになる。

また、発光装置１０Ｂは、図６（ｂ）に示すように、一対の放電用電極４は、側壁２ａの内部から内周面に到達するようにセラミックパッケージ２の側壁２ａに設けられ、内周面に到達した部分から側壁２ａの内周面（側面２ｃａ）に沿って下方側（底面２ｂａ側）に延在するように設けられてもよい。この場合には、一対の側壁２ａの内周面（側面２ｃａ）に設けられた箇所が、放電用電極４の対向部４ｂである。

Claims

内部に放電空間となる凹部が設けられたセラミックパッケージおよび該セラミックパッケージに前記凹部を塞いで接合材からなる接合層を介して取り付けられた透光性無機部材を有する容器部材と、
前記放電空間内に封入された不活性ガスと、
前記セラミックパッケージの前記凹部内に互いに間を空けて配置された一対の放電用電極とを備えており、
前記接合材は、白色を呈するガラスからなり、酸化物系セラミック粉末を含んでいることを特徴とする発光装置。
前記ガラスは、酸化ビスマス、酸化亜鉛または酸化ケイ素のいずれかを主成分とする低融点ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記酸化物系セラミック粉末は、アルミナ粉末であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
前記セラミックパッケージの内部に、前記一対の放電用電極の下方に位置するとともに前記凹部を囲むように環状の放電誘発用電極を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置。