(57)【要約】【課題】エネルギー変換効率の高い発光体、および該発光体を用いた光源装置、熱放射装置、および熱電子放出装置を提供する。【解決手段】発光体は、融点が２０００Ｋ以上の金属からなる基体と、基体上に特定波長の光を放出する放射制御膜とを備える。放射制御膜は、室温における結晶構造が立方晶、、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなるＺｒＯ２膜またはＨｆＯ２膜を含むＺｒＯ２膜またはＨｆＯ２膜には、アルカリ土類金属の酸化物、および希土類元素の酸化物のいずれかが固溶されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点が２０００Ｋ以上の金属からなる基体と、
前記基体上に特定波長の光を放出する放射制御膜とを備え、
前記放射制御膜は、室温における結晶構造が立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなるＺｒＯ２膜またはＨｆＯ２膜を含むことを特徴とする発光体。
【請求項２】
前記ＺｒＯ２膜またはＨｆＯ２膜は、アルカリ土類金属の酸化物、および、希土類元素の酸化物のいずれかにより、少なくとも部分的に安定化されていることを特徴とする請求項１の発光体。
【請求項３】
請求項１または請求項２の発光体と、
前記基体に電気的に接続されたリード線とを備えた光源装置、熱放射装置、あるいは熱電子放出装置。
【請求項４】
透光性気密容器と、
前記透光性気密容器内に配置された発光体と、
前記発光体に電流を供給するリード線と、を有する白熱電球であって、
前記発光体は、請求項１または請求項２のいずれかの発光体であり、前記リード線は、前記発光体の前記基体に接続されていることを特徴とする白熱電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射制御膜を備えた発光体に関し、特にエネルギー利用効率を改善した耐熱温度の高い体発光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
タングステンフィラメント等に電流を流すことにより、フィラメントを加熱し、電球とする白熱電球が広く用いられている。白熱電球は、太陽光に近い演色性に優れた放射スペクトルが得られ、白熱電球の電力から光への変換効率は８０％以上になるが、放射光の波長成分は、赤外放射光成分が９０％以上である（３０００Ｋの場合）。このため、白熱電球の電力から可視光への変換効率は低く、白熱電球は、演色性に優れているが、環境負荷が大きいという問題がある。
【０００３】
白熱電球を高効率化・高輝度化・長寿命化する試みとして、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、電球ガラスの表面に、赤外線を反射し可視光を透過させる光学干渉被膜を備えた構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−１２９３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように赤外放射を光学干渉被膜で反射してフィラメントに再吸収させる技術は、フィラメントによる赤外光の反射率が７０％と高いために再吸収が効率よく起こらないという課題があった。
【０００６】
また、光学干渉被膜で反射された赤外光が、フィラメント以外の他の部分、例えばフィラメント保持部分並びに口金等に吸収され、フィラメントの加熱に利用されないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決して、エネルギー変換効率の高い発光体、また該発光体を用いた光源装置、熱放射装置、および熱電子放出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光体は、高融点材料により形成された基体と、基体上に特定波長の光を放出するＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜を含む放射制御膜とを備える。
【０００９】
放射制御膜におけるＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜は、室温における結晶構造が立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の放射制御膜におけるＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜は、アルカリ土類金属の酸化物、希土類元素の酸化物のいずれかにより、少なくとも部分的に安定化されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光源装置、熱放射装置、および熱電子放出装置は、上記放射制御膜を備えた発光体と、発光体の基体に電流を供給するリード線とを備える。
【００１２】
特に、本発明の光源装置として構成される白熱電球は、透光性気密容器と、透光性気密容器内に配置され上記放射制御膜を備えたフィラメントと、フィラメントの基体に電流を供給するリード線とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光体およびこれを用いた光源装置、熱放射装置、および熱電子放出装置によれば、通電時にも高効率な光源装置、熱放射装置、および熱電子放出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）本発明の白熱電球の要部を示す断面図、（ｂ）本発明のフィラメントの要部を示す断面図である。
【図２】実施例１のフィラメントにおける放射制御膜のラマンスペクトルを示すグラフである。
【図３】実施例１のフィラメントの点灯時の各表面温度（１７００Ｋ、１８００Ｋ、１９００Ｋ、２０００Ｋ、２１００Ｋ）における分光放射率スペクトルを示すグラフである。
【図４】（ａ）実施例１のフィラメントの点灯前の表面の電子顕微鏡写真、（ｂ）実施例１のフィラメントの点灯後の表面の電子顕微鏡写真である。
【図５】比較例１のフィラメントの点灯時の各表面温度（１７００Ｋ、１８００Ｋ、１９００Ｋ、２０００Ｋ、２１００Ｋ）における分光放射率スペクトルを示すグラフである。
【図６】比較例１１のフィラメントの点灯後の表面の電子顕微鏡写真である。
【図７】比較例１のフィラメントにおける放射制御膜のラマンスペクトルを示すグラフである。
【図８】Ｙ２Ｏ３とＨｆＯ２との二元系状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る白熱電球１は、透光性気密容器２と、透光性気密容器の内部に配置されたフィラメント（発光体）３と、フィラメント３における基体３１の両端に電気的に接続されると共にフィラメント３を支持する一対のリード線４、５を備えて構成される。
【００１７】
透光性気密容器２は、例えばガラスバルブにより構成される。透光性気密容器２の内部は、１０−１〜１０−６Ｐａの高真空状態となっている。なお、透光性気密容器２の内部に１０５〜１０−１ＰａのＯ２、Ｈ２、ハロゲンガス、不活性ガス、並びにこれらの混合ガスを導入することによって、従来のハロゲンランプと同様に、フィラメント上に成膜された可視光反射率低下膜の昇華並びに劣化を抑制し、寿命の延伸効果を期待することが可能となる。
【００１８】
透光性気密容器２の封止部には、口金９が接合されている。口金９は、側面電極６と、中心電極７と、側面電極６と中心電極７とを絶縁する絶縁部８とを備える。リード線４の端部は、側面電極６に電気的に接続され、リード線５の端部は、中心電極７に電気的に接続されている。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発光体３は、基体３１とその表面に配置された、少なくとも所定の波長以下の光の放射率が基体３１よりも高い放射制御層３２とを備えて構成される。
【００２０】
本発明の発光体３における基体３１は、電流を流すことにより発熱する抵抗体であって、赤外波長の反射率が高く融点が２０００Ｋ以上の高融点材料より形成される。例えばＴａ（融点３２６９Ｋ）、Ｏｓ（融点３３１８Ｋ）、Ｉｒ（融点２７１６Ｋ）、Ｍｏ（融点２８９６Ｋ）、Ｒｅ（融点３４５３Ｋ）、Ｗ（融点３６５３Ｋ）、Ｒｕ（融点２５２３Ｋ）、Ｎｂ（融点２７４０Ｋ）、Ｖ（融点２０００Ｋ）、Ｃｒ（融点２１７６Ｋ）、Ｒｈ（融点２２３９Ｋ）、Ｚｒ（融点２１２８Ｋ）、およびＨｆ（融点２５０３Ｋ）のうちのいずれか、または、これらのいずれかを含有する合金からなる融点が２０００Ｋ以上の金属材料によって形成することができる。
【００２１】
本発明の発光体３における基体３１は、材料金属の焼結や線引き等の公知の工程により作製される。基体３１の形状は、高温に加熱できる形状であればどのような形状でもよく、線状（所定形状に巻きまわされた巻き線構造も含む）、棒状、薄板状等所望の形状に形成することができる。また、電流供給以外の方法により直接加熱される構造であってもよい。
【００２２】
本発明の発光体３における放射制御膜３２は、ＺｒＯ２あるいはＨｆＯ２からなる誘電体膜を含んで構成される。ＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜は、誘電体の中でも沸点が高く蒸気圧が低いため、発光体３が通電・点灯されて高温となった場合においても、蒸発または昇華することがない。
【００２３】
また、本発明の発光体３におけるＺｒＯ２あるいはＨｆＯ２からなる誘電体膜は、室温における結晶構造が、立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態から構成される。ここで、立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態とは、立方晶の割合が正方晶の割合より大きいことを意味する。このような結晶構造をとることにより、発光体３の通電・点灯により高温となった場合においても、相変態を抑制して、安定な光学特性を提供することができる。特に、結晶相が立方晶のみで構成されることが相変態を完全に抑制することができるため好ましい。
【００２４】
尚、ＺｒＯ２あるいはＨｆＯ２からなる誘電体膜が単斜晶である場合には、昇温に従い正方晶や立方晶への相変態、および体積収縮が起こり、放射制御膜３２および発光体３の光学特性が変化する。ＨｆＯ２膜では、約１８００Ｋから、ＺｒＯ２膜では約１５００Ｋから相変態が生じる。
【００２５】
放射制御膜３２におけるＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜は、アルカリ土類金属の酸化物、および、希土類元素の酸化物のいずれかにより、少なくとも部分的に安定化させることができる。つまり、放射制御膜３２におけるＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜は、アルカリ土類金属の酸化物、および、希土類元素の酸化物のいずれかを固溶させることにより、少なくとも部分的に安定化させることができる。ＺｒＯ２およびＨｆＯ２は、室温では単斜晶系であるが、アルカリ土類金属の酸化物、および、希土類元素の酸化物のいずれかを添加して固溶させることにより、室温においても立方晶および正方晶で安定とすることができる。ＺｒやＨｆとイオン価数の異なる元素の酸化物（例えば、Ｃｅなど）、あるいはＺｒやＨｆよりイオン半径の大きな元素の酸化物（すなわちアルカリ土類金属の酸化物、希土類元素の酸化物）を固溶させることにより、イオン結合性を増加することができるためである。
【００２６】
添加する材料（以下、安定化剤と呼称する）としては、例えば、アルカリ土類金属の酸化物として、ＣａＯ、ＭｇＯ、希土類金属の酸化物として、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＣｅＯ２およびＧｄ２Ｏ３などのランタノイド系列の希土類の酸化物などを用いることができる。
【００２７】
安定化剤の添加量は、安定化剤との二元系状態図に基づいて、結晶状態が立方晶あるいは、立方晶と正方晶との混合状態となるよう設定する。具体的には、状態図に示される融点以下の温度範囲において立方晶あるいは、立方晶と正方晶との混合状態となるよう添加量を定める。
【００２８】
一例として、図８を用いて、Ｙ２Ｏ３をＨｆＯ２に添加する場合の添加量について説明する。図８は、Ｙ２Ｏ３とＨｆＯ２の状態図である。図８の状態図は、Lei Shi et al., J. Appl. Phys. 107, 014104 (2010).より引用した。図８において、ＣとＦは立方晶、Ｔは正方晶、Ｍは単斜晶、Ｈは六方晶を示す。また、Ｌｉｑｕｉｄは液相であることを示す。また、図８に示す温度範囲は１７００〜２８００Ｋであるが、１７００Ｋ以下においても１７００Ｋと同じ結晶相を示す。
【００２９】
例えば、Ｙ２Ｏ３を添加して、立方晶のＨｆＯ２からなる放射制御膜を成膜する場合、その添加量は、図８の状態図より、融点以下の温度範囲において、立方晶を維持することのできる７ｍｏｌ％以上５５ｍｏｌ％以下とすればよい。成膜時の偏析を考慮して完全な安定化とするために、１０ｍｏｌ％以上５５ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。また、高い融点（２６００℃以上）を維持するために、１０ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。
【００３０】
本発明の発光体３における放射制御膜３２は、用途に応じて積層構造や膜厚を設計することにより、発光体３の表面の放射率を制御して、特定波長の光を放出することができる。
放射制御膜３２は、ＺｒＯ２あるいはＨｆＯ２からなる誘電体の単層膜、もしくは、これらの単層膜を含む多層膜とすることができる。たとえば、ＺｒＯ２あるいはＨｆＯ２からなる誘電体膜と他の誘電体膜（例えばＭｇＯなど）とを積層した多層膜とすることができる。そして、放射制御膜３２は、０．４〜４μｍ以下の任意の波長の光の放射を制御することができる。
【００３１】
例えば、放射制御膜３２として、発光体３の所定の波長λ０以下の光の反射率が、所定の波長λ０よりも長波長の光に対する反射率よりも低くする膜を構成することができる。尚、キルヒホッフの法則より放射率とε(λ)と反射率Ｒ(λ)との間には、式（１）の関係がある。
（数１）
ε(λ)＝１−Ｒ(λ)              ・・・(１)
【００３２】
したがって、発光体３は、所定の波長λ０よりも短波長の光を多く放射するため、少なくとも所定の波長λ０以下の光の放射率が基体３１よりも高くなる。
【００３３】
このような放射制御膜３２において、例えば、可視光から近赤外光を高効率で放射する発光体３を提供する場合には、上記所定の波長λ０は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、特に、３μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
例えば、放射制御膜３２として、発光体３表面の可視光反射率を低下させる膜（可視光反射率低下膜と呼称する）を構成することもできる。可視光反射率低下膜は、可視光に対して透明で、可視光反射率低下膜の表面で反射される可視光と、可視光反射率低下膜を透過して基体表面で反射される可視光とを打ち消し合わせることにより、フィラメントの可視光反射率を低下させる。可視光反射率低下膜の膜厚は、その屈折率に応じて計算により、または実験またはシミュレーションにより、適切な値に設計されている。計算により設計する場合には、例えば、可視光に対する光学的光路長（λ／ｎ０、ただし、ｎ０は屈折率）が１／４波長程度になるように膜厚を設計する。
【００３５】
例えば、白熱電球に好適な発光体３とする場合には、波長４０００ｎｍ以上の赤外光領域で略０％の放射率を有し，７００ｎｍ以下の可視光領域で略１００％の放射率を有する（波長７００ｎｍ以下の可視光領域で０％に近い低反射率を有し、波長４０００ｎｍ以上の赤外光領域で１００％に近い反射率を有する）可視光反射率低下膜を構成することが好ましい。
【００３６】
また、例えば、放射制御層３２として、赤外光反射膜を構成することも可能である。この赤外光反射膜は、赤外光を透過する材料でそれぞれ構成され、かつ、積層された第１および第２の層の組を含む干渉膜の構造にすることができる。第１の層が、屈折率ｎ１、厚さｄ１、第２の層が、屈折率ｎ２、厚さｄ２である場合、赤外光の所定の波長λ１に対して
ｎ１・ｄ１＝ｎ２・ｄ２＝λ１／４
の関係を満たすように設計する。これにより、所定の波長λ１の赤外光を反射することができる。赤外光反射膜は、第１および第２の層の組を複数組積層した構造であり、各組は、反射する赤外光の所定の波長が異なるように構成することもできる。
【００３７】
例えば、熱放出装置に好適な発光体３とする場合には、１〜３μｍの赤外光を反射する赤外光反射膜を構成して、基体３１に赤外光を再吸収させて効率的に３〜２５μｍの遠赤外光を放出する発光体３を形成することができる。
【００３８】
例えば、熱電子放出装置の熱陰極に好適な発光体３とする場合には、２μｍ以上の赤外光を反射する赤外光反射膜を構成して、赤外放射を抑えて発光体の再加熱に利用可能な発光体３を構成することができる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【実施例１】
【００４０】
本発明の実施例１に係るフィラメント（発光体）および白熱電球について説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施例に係るフィラメントおよび白熱電球の概略断面図である。
【００４２】
白熱電球１は、透光性気密容器２と、ガラスバルブからなる透光性気密容器の内部に配置されたフィラメント３と、フィラメント３における基体３１の両端に電気的に接続されると共にフィラメント３を支持する一対のリード線４、５を備える。
【００４３】
フィラメント３は、本実施例において、線材形状のフィラメントをらせん状に巻き回した構造である。
【００４４】
本実施例においてフィラメント３は、基体３１と基体上に形成された放射制御膜３２から構成されている。
【００４５】
本実施例において、基体３１は、Ｗで構成されている。
【００４６】
本実施例において、放射制御膜３２は、希土類元素Ｙの酸化物であるＹ２Ｏ３を２４ｍｏｌ％添加した膜厚１２０ｎｍのＨｆＯ２膜から構成されている。ＨｆＯ２膜は、０．８〜１．６μｍの近赤外波長領域の放射を高める膜厚とした。相変態を抑制する安定化剤としてＹ２Ｏ３が添加されている。
【００４７】
安定化剤であるＹ２Ｏ３は、添加することにより、ＨｆＯ２に固溶して、室温において、立方晶あるいは立方晶を主相とする正方晶を形成し、高温においても放射制御膜３２の膜形状や機能を維持することができる。本実施例においては、安定化剤であるＹ２Ｏ３を２４ｍｏｌ％添加しているため、室温において立方晶を形成している。
【００４８】
図２に本実施例の放射制御膜３２のラマン分光測定結果（ラマンスペクトル）を示す。横軸はラマンシフト（波数）、縦軸は任意単位で示したラマン散乱強度である。測定は、本実施例のフィラメント３を点灯後（点灯時のフィラメント表面温度：２１００Ｋ）、室温において行った。また、励起波長５３２ｎｍのグリーンレーザを用いた。
【００４９】
図２によれば、６２０ｃｍ−１付近にブロードなピークが１つ現れていた。
ここで、立方晶のＨｆＯ２においてラマン活性の振動モードは１つであり、６２５ｃｍ−１にブロードなピークを１つ有するラマンスペクトルであることが知られており、図２のスペクトルは、立方晶のＨｆＯ２のスペクトルであることが確認できた。つまり、点灯後の結晶状態は室温において完全に立方晶であることが確認できた。尚、図２において、立方晶由来のピークは、スペクトルにショルダが現れる程度の強度であるが、もともとブロードなピークであること、放射制御膜の膜厚が１２０ｎｍと薄いことによる。
【００５０】
一方、ＨｆＯ２膜、ＺｒＯ２膜は、相変態を抑制する安定化剤を添加しない場合には、その結晶状態は単斜晶系となる。そして、ＨｆＯ２膜では、約１８００Ｋから、ＺｒＯ２膜では約１５００Ｋから相変態が生じる。
そのため、電球を点灯した際、フィラメント３の表面温度の上昇にともない、放射制御膜３２が相変態することにより、放射制御膜３２および発光体３の光学特性を維持することができない。
【００５１】
本実施例のフィラメント３を用いた白熱電球について、点灯時の放射率を測定した。放射率は、白熱電球を点灯して発光体の表面温度が１７００Ｋ、１８００Ｋ、１９００Ｋ、２０００Ｋ、２１００Ｋとなったときの放射率をＦＴ−ＩＲ（Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ社 Ｆｒｏｎｔｉｅｒ  ＮＩＲ）により測定した。発光体の実温度は、タングステンの抵抗―温度特性をもとに、フィラメントの抵抗値より得た。
【００５２】
図３に各表面温度における分光放射率スペクトルを示す。１７００〜２１００Ｋにおいて、放射率は多少変化するものの、放射率スペクトルの形状は変化していなかった。特に、いずれの表面温度における放射率スペクトルのピーク波長も、約１．１μｍであり、表面温度によって変化していなかった。つまり、放射制御膜３２は、特定の波長の放射を強めるという放射制御機能を少なくとも２１００Ｋまで維持できることが確認できた。尚、各温度で放射率が異なるのは、物質の放射率は温度依存性があるためである。
【００５３】
本実施例の白熱電球を点灯前後において、フィラメント表面の観察を行った。点灯時の発光体表面温度は２１００Ｋとなった。
【００５４】
図４（ａ）に点灯前のフィラメント表面の電子線顕微鏡写真、図４（ｂ）に点灯後のフィラメント表面の電子線顕微鏡写真を示す。
【００５５】
点灯前後もいずれも放射制御膜が連続膜として確認することができた。図４（ｂ）の点灯後のフィラメント表面においては、加熱による膜の緻密化に起因した微小な膜形状変化、および空孔と思われる微小な白点は生じたが、上記放射率測定結果が示すように放射特性には影響していなかった。
【００５６】
つまり、放射制御膜３２の室温における結晶状態が立方晶であることにより、高温においても膜形状を保持して、放射制御性を維持したものと考える。
【００５７】
［本発明の実施例１の製造方法］
次に、本発明の実施例１の白熱電球におけるフィラメントの製造方法について説明する。
【００５８】
Ｗからなる基体の表面に電子ビーム蒸着（ＥＢ）法により、Ｙ２Ｏ３を添加したＨｆＯ２膜を成膜してフィラメントを構成した。Ｙ２Ｏ３粉末とＨｆＯ２粉末とを共沈法により調整し、この混合粉末を１７００Ｋの温度で２時間保持して焼成した。その後、得られた焼結体を蒸着源としてＥＢ蒸着を行った。Ｙ２Ｏ３の添加量は、焼結体を構成する粉末の割合および焼成条件を調整することにより制御することができる。また、成膜時に４００℃でＷ基体の加熱を行った。
【００５９】
尚、放射制御膜は、電子ビーム蒸着法に代えて、スパッタ法、ＣＶＤ法等種々の方法を用いることができる。
【００６０】
また、本実施例では行わなかったが、１３００Ｋ〜３０００Ｋの温度範囲でアニール処理を行うこともできる。放射制御膜の基体への密着性を高めるとともに放射制御膜自体の膜質を高めることができる。
[比較例１]
【００６１】
以下に、本発明の比較例のフィラメントおよび白熱電球について説明する。比較例のフィラメントおよび白熱電球は、実施例における放射制御膜の安定化剤を添加しないものである。つまり、放射制御膜をＹ２Ｏ３を添加しない膜厚１２０ｎｍのＨｆＯ２膜に変更した以外は、実施例のフィラメントおよび白熱電球と同じ構成を有している。
【００６２】
実施例１と同様に、比較例のフィラメント３を用いた白熱電球について、点灯時の放射率を測定した
【００６３】
図５に各表面温度における分光放射スペクトルを示す。１７００Ｋ、１８００Ｋ、１９００Ｋ、２０００Ｋ、２１００Ｋにおいて、それぞれ大きく放射スペクトルの形状が変化した。特に、実施例１では放射スペクトルのピーク波長が変化しなかったのに対し、比較例においては放射スペクトル形状が変化した。つまり、比較例において放射制御膜３２は、特定の波長の放射を強めるという放射制御機能を高温では維持できていないことがわかった。
【００６４】
比較例の白熱電球を点灯前後において、フィラメント表面の観察を行った。点灯時の発光体表面温度は２１００Ｋとなった。
【００６５】
図６に点灯後のフィラメントの電子線顕微鏡写真を示す。尚、点灯前のフィラメントの電子線顕微鏡写真は、図４（ａ）と同様であったので、省略する。
【００６６】
図６に示すように、点灯後フィラメント表面においては、放射制御膜が粒化し、基体表面が露出していた。図５において白く塊状に現れている部分が放射制御膜であり、その周囲の黒い部分が基体表面である。つまり、点灯前に連続膜として形成されていた放射制御膜が破壊されていた（不連続膜となっていた）。
【００６７】
図７に比較例のフィラメントの放射制御膜のラマン分光測定結果（ラマンスペクトル）を示す。ラマンスペクトルにおいて、単斜晶のみのピークが現れていた。測定は、本実施例のフィラメント３を点灯後（点灯時のフィラメント表面温度：２１００Ｋ）、室温において行った。また、励起波長５３２ｎｍのグリーンレーザを用いた。
【００６８】
図７によれば、ラマン活性な単斜晶由来の複数の振動モードに由来するピークが複数現れた。つまり安定化剤を添加しないＨｆＯ２の結晶状態は、室温において単斜晶であることが確認できた。
【実施例２】
【００６９】
以下に、本発明の実施例２に係るフィラメント、および白熱電球について説明する。
【００７０】
実施例２に係るフィラメントは、Ｙ２Ｏ３の代わりにＬｕ２Ｏ３を添加している。それ以外の構成に関しては、実施例１のフィラメントの構成と同一である。
【００７１】
実施例２においては、Ｌｕ２Ｏ３を２０ｍｏｌ％添加した膜厚１００ｎｍの放射制御膜を形成している。
【００７２】
白熱電球の点灯前後（点灯時のフィラメント表面温度：２１００Ｋ）のフィラメントの表面観察の結果、表面状態に変化はなく、放射制御膜の膜形状が維持されていることが確認できた。特に点灯後に比較例１で見られたような放射制御膜の粒化は見られなかった。
【００７３】
つまり、実施例２におけるＬｕ２Ｏ３を添加したＨｆＯ２膜からなる放射制御膜３２も、高温においても膜形状を保持して、放射制御性を維持できる。
【００７４】
尚、本発明のフィラメントは、上記した実施例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内において種々変更を加えることは勿論である。
【００７５】
上記実施例では、ＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜を含む放射制御膜の室温における結晶構造を立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態とするために、アルカリ土類金属の酸化物、および、希土類元素の酸化物のいずれかを固溶させる手法を用いたが、本発明はこれに限らず、他の手法により上記結晶構造としてもよい。
【００７６】
例えば、基体上に成膜したＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜を含む放射制御膜を、成膜後に放射制御膜３２側から急速に加熱することで結晶構造が立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなる放射制御膜が得ることができる。放射制御膜３２側からの急速な加熱は、ハロゲンランプやキセノンランプまたはレーザなどにより放射制御膜３２上面を加熱することで行うことができる。
【００７７】
また、例えば、基体を所定温度で加熱してＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜を成膜することにより、結晶構造が立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなる放射制御膜を形成することができる。また、成膜時の基体の加熱は、ヒータ等の加熱装置により加熱してもよく、基体に直接電流を流すことにより加熱してもよい。基体に直接電流を流すことによる加熱は、効率良く均一に加熱を行うことができる点で好適である。
【００７８】
また、例えば、基体上に所定の下地層を形成して、ＺｒＯ２膜あるいはＨｆＯ２膜をすることにより、結晶構造が立方晶、あるいは立方晶を主相とする立方晶と正方晶との混合状態からなる放射制御膜を形成することができる。下地層としては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の立方晶の格子定数と同じ格子定数を有するものを用いることができる。
【００７９】
上記実施例では、本発明のフィラメント３を白熱電球１のフィラメント３として用いることを説明したが、白熱電球１以外に用いることも可能である。例えば、ヒーター用電線、溶接加工用電線等の熱放射装置、Ｘ線管や電子顕微鏡等に用いられる熱電子放出装置として採用することができる。
【００８０】
尚、本発明の白熱電球を含む光源装置、熱放射装置、熱電子放出装置、およびフィラメントは、上記した実施例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内において種々変更を加えることは勿論である。
【符号の説明】
【００８１】
１：白熱電球
２：透光性気密容器
３：フィラメント
３１：基体
３２：放射制御膜
４：リード線
５：リード線
６：側面電極
７：中心電極
８：絶縁部
９：口金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図６】
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