(57)【要約】【課題】低消費電力化、高発光効率化、長寿命化を図れ、且つ、調色が可能な発光装置を提供する。【解決手段】複数の波長で発光可能なガスが封入された気密容器１と、気密容器１内へガスを励起させる電子を供給する電子源２と、電子源２に対向配置されたアノード電極３と、気密容器１の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層４と、電子源２の表面電極２７・下部電極２５間（駆動電極間）の電圧およびアノード電極３・電子源２間の電圧を制御する制御装置５とを備える。蛍光体層４が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有し、制御装置５は、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源２の表面電極２７・下部電極２５間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能なガスが封入され少なくとも一部が透光性材料により形成された気密容器と、気密容器内へガスを励起させる電子を供給する電子源と、気密容器内において電子源に対向配置されたアノード電極と、気密容器の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層と、電子源の駆動用電極間の電圧およびアノード電極と電子源との間の電圧を制御する制御装置とを備え、蛍光体層は、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有し、制御装置は、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ガスは、混合ガスからなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記混合ガスは、２種類の希ガスからなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記混合ガスは、希ガスとハロゲンガスとからなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項５】
前記混合ガスは、希ガスと希ガスを除く不活性ガスとからなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項６】
前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた弾道電子面放出型電子源からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密容器内に封入されているガスの発光過程で放射される励起光を蛍光体により波長変換して励起光よりも長波長の光を発光する発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球の環境問題に対する関心が高まるにつれて、発光装置として、水銀を利用せずに例えばキセノンガスなどの希ガスを透光性の気密容器内に封入し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。
【０００３】
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、透光性の気密容器内に配置された一対の放電用電極間により高い放電開始電圧（始動電圧）および放電維持電圧を印加しなければならないという問題があった。
【０００４】
これに対して、キセノンガスなどの希ガスからなるガスが封入された透光性の気密容器内に、一対の放電用電極とは別に電界放射型の電子源を配置し、一対の放電用電極間に電圧を印加する前に電子源を駆動して電子を放出させることにより、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。なお、上記特許文献１に開示された発光装置では、気密容器の内面の適宜部位に、ガスの放電により発生した紫外光からなる励起光により励起されて発光する蛍光体からなる蛍光体層が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発光装置では、気密容器内にキセノンガスのイオン化エネルギ（１２．１３ｅＶ）以上の電子を供給する必要がある。しかしながら、キセノンガスのイオン化エネルギはキセノンガスから紫外光を発生させるのに必要な励起エネルギ（８．４４ｅＶ）よりも大きいので、電子源の駆動用電極間に印加する電圧が必要以上に大きくなり、低消費電力化および単位入力電力当たりの発光効率の高効率化が制限されるとともに電子源の寿命が短くなって発光装置の寿命が短くなってしまう懸念があった。また、上記特許文献１に開示された発光装置では、放電プラズマのイオンが電子源や蛍光体層に衝突することにより電子源や蛍光体層にダメージが発生し、発光装置の寿命が短くなってしまうという懸念があった。また、希ガス蛍光ランプなどの代替として用いる発光装置においては、調色が可能なことも望まれている。
【０００７】
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、低消費電力化、高発光効率化、長寿命化を図れ、且つ、調色が可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能なガスが封入され少なくとも一部が透光性材料により形成された気密容器と、気密容器内へガスを励起させる電子を供給する電子源と、気密容器内において電子源に対向配置されたアノード電極と、気密容器の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層と、電子源の駆動用電極間の電圧およびアノード電極と電子源との間の電圧を制御する制御装置とを備え、蛍光体層は、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有し、制御装置は、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、制御装置により、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させ、励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光が蛍光体層で波長変換されるので、ガスを放電させて蛍光体層を発光させる場合に比べて、電子源の駆動用電極間に印加する電圧を低減できるから、低消費電力化および高発光効率化を図れる。また、放電プラズマのイオンに起因して電子源や蛍光体層がダメージを受けることもないから、長寿命化を図れる。また、気密容器に封入されたガスが、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能であり、蛍光体層が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しているので、制御装置による電子源の駆動用電極間の電圧の制御で電子のエネルギ分布のピークエネルギを変えて、ガスから発光させる各波長の光の相対的な割合を変えることにより、調色が可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ガスは、混合ガスからなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記ガスで発光可能な波長の設計自由度が高くなる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記混合ガスは、２種類の希ガスからなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、各希ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記混合ガスは、希ガスとハロゲンガスとからなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、希ガスおよびハロゲンガス、希ガスの原子のハロゲン化物それぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項２の発明において、前記混合ガスは、希ガスと希ガスを除く不活性ガスとからなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、希ガスおよび不活性ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記電子源は、下部電極と、下部電極に対向した表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備えた弾道電子面放出型電子源からなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記電子源としてスピント型電子源を採用する場合に比べて、電子を安定して供給することができるとともに、前記電子源の前記駆動用電極間の電圧およびアノード電極と電子源との間の電圧を低減でき、低消費電力化を図れる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、低消費電力化、高発光効率化、長寿命化を図れ、且つ、調色が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態を示す発光装置の概略構成図である。
【図２】同上に用いる電子源の要部説明図である。
【図３】同上の特性説明図である。
【図４】同上の特性説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の特性説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、真空紫外〜可視光域の光を発光するガス（例えば、キセノンガス）が封入され透光性材料により形成された気密容器１と、気密容器１内へガスを励起させる電子を供給する電子源２と、気密容器１内において電子源２に対向配置された透明電極（例えば、ＩＴＯ膜など）からなるアノード電極３と、気密容器１の内面側に配置され励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光によって励起され発光する蛍光体層４と、電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間の電圧およびアノード電極３と電子源２の表面電極２７との間の電圧を制御する制御装置５とを備えており、励起されたガスの発光過程で放射される光（例えば、真空紫外光）が蛍光体層４で可視光に波長変換され気密容器１を通して放射されることとなる。なお、本実施形態では、電子源２における表面電極２７と下部電極２５とが一対の駆動用電極を構成している。また、図１中の直線の矢印は電子源２から放出される電子を示し、同図中の波線の矢印は励起されたガスの発光過程で放射される光を示している。
【００２３】
気密容器１は、透光性材料（例えば、ガラスなど）からなる矩形板状のリヤプレート１１と、リヤプレート１１の一表面側に対向配置された透光性材料（例えば、ガラスなど）からなる矩形板状のフェースプレート１２と、リヤプレート１１とフェースプレート１２との間に介在する矩形枠状のスペーサ１３とで構成され、リヤプレート１１の上記一表面側に電子源２が配置され、フェースプレート１２における電子源２との対向面側にアノード電極３が形成され、アノード電極３における電子源２との対向面側に蛍光体層４が形成されている。なお、気密容器１の形状は特に限定するものではない。また、リヤプレート１１、フェースプレート１２およびスペーサ１３の材料はガラスに限らず、例えば、透光性セラミックでもよい。また、本実施形態では、気密容器１全体が透光性材料により形成されているが気密容器１は必ずしも全体が透光性材料により形成されている必要はなく、少なくとも一部が透光性材料により形成されていればよい。
【００２４】
電子源２は、弾道電子面放出型電子源（Ballistic electronSurface-emitting Device：ＢＳＤ）であり、下部電極２５と、下部電極２５に対向した表面電極２７と、下部電極２５と表面電極２７との間に介在する強電界ドリフト層２６とを備えている。ここにおいて、下部電極２５は、金属膜（例えば、タングステン膜など）により構成され、表面電極２７は、膜厚が１０〜１５ｎｍ程度の導電性薄膜（例えば、Ａｕ膜など）により構成されているが、下部電極２５および表面電極２７の材料は特に限定するものではなく、いずれも単層膜に限らず、多層膜でもよい。
【００２５】
また、強電界ドリフト層２６は、図２に示すように、少なくとも、下部電極２５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）２６１と、グレイン２６１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜２６２と、グレイン２６１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）２６３と、各シリコン微結晶２６３の表面に形成され当該シリコン微結晶２６３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２６４とから構成されている。ここに、各グレイン２６１は、下部電極２５の厚み方向に延びている（つまり、リヤプレート１１の厚み方向に延びている）。
【００２６】
上述の電子源２から電子を放出させるには、表面電極２７が下部電極２５に対して高電位側となるように表面電極２７と下部電極２５との間に駆動用電源Ｖｐｓから電圧を印加すれば、下部電極２５から強電界ドリフト層２６へ注入された電子が強電界ドリフト層２６をドリフトし表面電極２７を通して放出される。
【００２７】
ここに、上述の電子源２では、表面電極２７と下部電極２５との間に印加する電圧を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２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。
【００２８】
上述の電子源２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２７と下部電極２５との間に表面電極２７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極２５から強電界ドリフト層２６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層２６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜２６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜２６４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２６におけるグレイン２６１の間の領域を表面に向かって図２中の矢印の向き（図２における上向き）へドリフトし、表面電極２７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層２６では下部電極２５から注入された電子がシリコン微結晶２６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜２６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極２７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２６で発生した熱がグレイン２６１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。
【００２９】
なお、上述の強電界ドリフト層２６では、シリコン酸化膜２６４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２６２，２６４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２６２，２６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。また、本実施形態では、電子源２をガラス基板からなるリヤプレート１１の上記一表面側に直接形成してあるが、電子源２の下部電極２５をシリコン基板と当該シリコン基板の裏面側のオーミック電極とで構成して、リヤプレート１１の上記一表面側に配置するようにしてもよい。
【００３０】
ところで、上述の制御装置５は、電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に電圧を印加する駆動用電源Ｖｐｓと、アノード電極３と電子源２の表面電極２７との間に電圧を印加するアノード電極用電源Ｖａと、駆動用電源Ｖｐｓおよびアノード電極用電源Ｖａそれぞれを制御するマイクロコンピュータなどにより構成される制御手段５ａとで構成されており、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、気密容器１内に封入されているガス（例えば、キセノンガスなど）の励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源２の表面電極２７・下部電極２５間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させる。
【００３１】
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、制御装置５によって駆動用電源Ｖｐｓから電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に表面電極２７側を高電位とする電圧を印加させることにより、電子源２から電子が放出される一方で、制御装置５によってアノード電極用電源Ｖａからアノード電極３と電子源２の表面電極２７との間にアノード電極３を高電位側とする電圧を印加させるので、電子源２から放出された電子は、アノード電極３と表面電極２７との間の電界によって加速され、アノード電極３と表面電極２７との間に存在するガスの原子（例えば、キセノン原子）に衝突する。
【００３２】
ここで、電子源２から放出された電子がアノード電極３と表面電極２７との間の電界により得るエネルギは、アノード電極３と表面電極２７との間の電界強度とガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度はアノード電極３・表面電極２７間に印加される電圧とアノード電極３・表面電極２７間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器１内のガスの種類やガス圧に依存するが、本実施形態では、ガス圧を５ｋＰａに設定してあり、電子の平均自由工程が短いので、電子源２から放出された電子がアノード電極３と表面電極２７との間の電界により得るエネルギは電子源２から放出される電子のエネルギ分布のピークエネルギに比べて小さく、電子源２から放出される電子のエネルギ分布がガスに衝突する電子のエネルギ分布から若干、高エネルギ側にシフトする。ここで、本実施形態では、ガスとしてキセノンガスを用いる場合、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、キセノンガスの励起エネルギよりも大きくキセノンガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源２の駆動時に当該電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に表面電極２７を高電位側として印加する電圧を２０Ｖとしてあり、電子エネルギ分布のピークエネルギを１０ｅＶ程度としてある。
【００３３】
しかして、本実施形態の発光装置では、制御装置５により、電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源２の表面電極２７・下部電極２５間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させ、励起されたガスの発光過程で放射される光からなる励起光が蛍光体層４で波長変換されるので、ガスを放電させて蛍光体層４を発光させる場合に比べて、電子源２の表面電極２７・下部電極２５間に印加する電圧を低減できて低消費電力化を図れるから、低消費電力化および高発光効率化を図れ、また、放電プラズマのイオンに起因して電子源２や蛍光体層４がダメージを受けることもないから、長寿命化を図れる。
【００３４】
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、電子源２とアノード電極３との間隔をパッシェンミニマムよりも大きな１ｃｍに設定してあり、ガスの放電が起こりにくくなっている。なお、電子源２とアノード電極３との間の間隔は１ｃｍに限定するものではない。
【００３５】
また、本実施形態の発光装置では、電子源２として、上述の弾道電子面放出型電子源を採用しているので、ガス中でも安定して動作可能で、例えばキセノンガスの励起エネルギである８．４４ｅＶ以上の初期エネルギを有する電子を放出することができ、電子源２としてスピント型電子源を採用した場合に比べて、電子源２から放出される電子の初期エネルギが高くなるから、電子源２の駆動電圧（表面電極２７・下部電極２５間の電圧）やアノード電極３と表面電極２７との間に印加する電圧を低減でき、低消費電力化を図れる。
【００３６】
ところで、本実施形態の発光装置では、気密容器１内に封入するガスとしてキセノンガスを採用し、キセノンガスの圧力を５ｋＰａに設定してあるが、当該ガス圧は５ｋＰａに限定するものではない。ここで、気密容器１内に蛍光体層４を設けずに、気密容器１内のガス圧を１００Ｐａ〜５０ｋＰａの範囲で変えたものについて、アノード電極３と表面電極２７との間に印加する電圧（以下、アノード電圧と称する）を１００Ｖとして、電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に表面電極２７を高電位側として２０Ｖのパルス電圧を印加したときに発生する紫外光の発光強度を光電子増倍管により測定した結果を図３に示す。図３から、ガス圧を２ｋＰａ〜２０ｋＰａの範囲内で設定すれば、キセノンガスの放電を防止することができるとともに発光効率の向上を図れることが確認された。なお、ガス圧が１００Ｐａのもの、１ｋＰａのものについては、放電が起こったため光電子増倍管による測定は行っていない。
【００３７】
また、アノード電極３と電子源２の表面電極２７との距離を１ｃｍ、ガス圧を５ｋＰａとして、アノード電圧を変化させたときの紫外光の発光強度を光電子増倍管により測定した結果を図４に示す。ここで、アノード電圧を０〜１８０Ｖとした範囲では、放電は起こっておらず、アノード電極３と電子源２の表面電極２７との間の電界強度Ｅ〔Ｖ／ｍ〕とガス圧ｐ〔Ｐａ〕とを用いてＥ／ｐで規定される換算電界強度を０〜３．６〔Ｖ／ｍＰａ〕の範囲で設定することで、放電を防止できることが分かる。なお、図４から、アノード電圧を増加させることにより紫外光の発光強度が増加していることが分かるが、これは、アノード電圧の増加に伴い電子のエネルギ分布のピークエネルギが高エネルギ側へシフトし、キセノンガスが励起される確率が増加するためであると推測される。
【００３８】
また、図５に示すように、キセノン原子をイオン化して放電させるには１２．１３ｅＶのエネルギが必要であるのに対して、波長１４７ｎｍの紫外光を放射させるためには８．４４ｅＶの励起エネルギでよく、エキシマ（ここでは、励起状態のキセノン分子）を生成することにより１４７ｎｍよりも長波長である１７２ｎｍの発光を得ることができる。なお、図５中の下向きの矢印に付した数値は発光波長を示している。
【００３９】
ここで、本実施形態では、ガスとして希ガスの一種であるキセノンガスを採用し、気密容器１内のガスの圧力をエキシマの生成が可能な圧力である５ｋＰａに設定してあるので、気密容器１内に電子源２から電子を供給することにより、エキシマ（励起状態の分子）を生成することが可能となり、蛍光体層４の蛍光体でのストークス損失を低減することができ、発光効率の向上を図れる。
【００４０】
また、本実施形態の発光装置における制御装置５は、電子源２から気密容器１内に周期的に電子が供給されるように、上述の駆動用電源Ｖｐｓから電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に表面電極２７を高電位側として矩形波電圧を印加させるようにしている。しかして、本実施形態の発光装置では、制御装置５が電子源２を間欠的に駆動するので、電子源２を連続駆動する場合に比べて、低消費電力化を図れる。
【００４１】
ここにおいて、気密容器１内に蛍光体層４を設けずに、気密容器１内のキセノンガスの圧力を５ｋＰａとし、電子源２の表面電極２７と下部電極２５との間に表面電極２７を高電位側として２０Ｖのパルス電圧を印加した場合の紫外光の発光強度の経時変化を測定した結果を図６に示す（なお、図６中の「ＯＮ」は電子源２にパルス電圧が印加されている期間を示し、「ＯＦＦ」は電子源２にパルス電圧が印加されていない期間を示す）。図６から、電子源２へのパルス電圧の印加停止から、２０μｓｅｃ程度の間、残光が得られていることが分かる。要するに、残光時間が２０μｓｅｃ程度であることが分かる。
【００４２】
そこで、制御装置５では、上述の矩形波電圧の１周期において電子源２からの電子の供給を停止させるオフ期間を、電子源２から電子を供給させるオン期間からオフ期間へ移行したときのキセノンガスの残光時間よりも短くなるように設定してある。ここで、上述の矩形波電圧の周波数およびオンデューティを変化させた場合のオフ時間（オフ期間の時間）を図７に示す。図７は、横軸が周波数、縦軸がオフ時間であり、「イ」がオンデューティを１％とした場合、「ロ」がオンデューティを１０％とした場合、「ハ」がオンデューティを５０％とした場合を示している。
【００４３】
しかして、本実施形態の発光装置では、電子源２からの電子の供給を停止させるオフ期間にも紫外光の発光が継続されるので、発効効率を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上述のように電子源２が、下部電極２５と、下部電極２５に対向した表面電極２７と、下部電極２５と表面電極２７との間に介在する強電界ドリフト層２６とを備えた弾道電子面放出型電子源により構成されているので、制御装置５が上述の矩形波電圧を交流電圧とすれば、電子源２の表面電極２７・下部電極２５間に順バイアス電圧が印加されて電子源２から気密容器１内へ電子が供給される期間と、表面電極２７・下部電極２５間に逆バイアス電圧が印加されて順バイアス電圧印加時に電子源２の強電界ドリフト層２６中のトラップに捕獲されていた電子を強電界ドリフト層２６外の下部電極２５へ放出させる期間とが繰り返されるので、強電界ドリフト層２６中のトラップに捕獲された電子に起因した電界の緩和を抑制することができ、電子源２の長寿命化を図れる。
【００４５】
また、本実施形態の発光装置では、制御装置５が、電子源２の表面電極２７・下部電極２５間に印加する矩形波電圧である第１の矩形波電圧に同期する第２の矩形波電圧をアノード電極３と電子源２の表面電極２７との間に印加させるようにすれば、アノード電極３と電子源２との間に一定電圧を印加する場合に比べて、低消費電力化を図れる。
【００４６】
ここにおいて、制御装置５が、上記第２の矩形波電圧をアノード電極３の電位が電子源２よりも高電位であり且つ上記オン期間よりも上記オフ期間の方が低い電位となるように設定してあるようにすれば、電子源２の低消費電力化を図りつつ上記オフ期間に電子をアノード電極３に引き抜くことができる。
【００４７】
ところで、本実施形態の発光装置では、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能なガスとして、キセノンガスを用いており、蛍光体層４が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しており、制御装置５は、電子源２から放射される電子のエネルギ分布のピークエネルギが、ガスの励起エネルギよりも大きくガスのイオン化エネルギよりも小さくなるように電子源２の駆動用電極間の電圧を制御することでガスを放電させずにガスを励起させる。なお、蛍光体としては、周知の蛍光体を適宜採用すればよい。
【００４８】
しかして、本実施形態の発光装置では、気密容器に封入されたガスが、真空紫外〜可視光域において複数の波長で発光可能であり、蛍光体層４が、光強度の励起エネルギ依存性の異なる複数の蛍光体を有しているので、制御装置５による電子源２の駆動用電極間の電圧の制御で電子のエネルギ分布のピークエネルギを変えて、ガスから発光させる各波長の光の相対的な割合を変えることにより、調色が可能となる。例えば、蛍光体として、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体それぞれについて光強度の励起エネルギ依存性の異なる２種類の蛍光体を有するようにすれば、白色系での調色が可能となる。
【００４９】
ここにおいて、気密容器１に封入されるガスを混合ガスとすれば、気密容器１（図１参照）内に図８（ａ）に示すように互いに異なるガス原子（もしくはガス分子）Ａ，Ｂが存在するので、ガスで発光可能な波長の設計自由度が高くなる。
【００５０】
このような混合ガスとしては、例えば、２種類の希ガスの混合ガスを用いればよい。２種類の希ガスは、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスの群から適宜選択すればよい。この場合は、各希ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となり、図８（ｂ）のように、相対的に励起準位の低いガス原子Ａ（例えば、キセノン原子）の励起準位により決まる波長λＡ、相対的に励起準位の高いガス原子Ｂ（例えば、クリプトン原子）の励起準位により決まる波長λＢ、それぞれで発光可能となる。
【００５１】
また、上述の混合ガスは、希ガスと希ガスを除く不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス）とで構成してもよく、この場合は、希ガスおよび不活性ガスそれぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。なお、Ｎ２ガスとしては、フォーミングガス（例えば、９７％のＮ２と３％のＨ２とで構成されるフォーミングガスや、９５％のＮ２と３％のＨ２とで構成されるフォーミングガスなど）を用いてもよい。
【００５２】
また、上述の混合ガスは、希ガスとハロゲンガスとで構成してもよい。この場合は、希ガスおよびハロゲンガス、希ガスの原子のハロゲン化物それぞれにより決まる複数の波長で発光可能となる。すなわち、図８（ｃ）のように、相対的に励起準位の低いガス原子Ａ（例えば、キセノン原子）の励起準位により決まる波長λＡ、相対的に励起準位の高いガス原子Ｂ（例えば、ヨウ素原子）の励起準位により決まる波長λＢ、希ガスの原子のハロゲン化物（例えば、ヨウ化キセノン）の励起準位により決まる波長λＡＢ、それぞれで発光可能となる。また、上述の混合ガスは、上述の組み合わせに限らず、例えば、ハロゲンガスどうしの組み合わせ、不活性ガス同士の組み合わせ、ハロゲンガスと不活性ガスとの組み合わせでもよく、不活性ガスは希ガスやハロゲンガスに比べて安価であるという利点がある。
【符号の説明】
【００５３】
１  気密容器
２  電子源（弾道電子面放出型電子源）
３  アノード電極
４  蛍光体層
５  制御装置
２５  下部電極（駆動用電極）
２６  強電界ドリフト層
２７  表面電極（駆動用電極）
２６３  シリコン微結晶（半導体微結晶）
２６４  シリコン酸化膜（絶縁膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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