(57)【要約】【課題】放電開始電圧と放電維持電圧の低減により、発光効率が高く消費電力が小さい放電灯を実現すること。【解決手段】放電用ガスが封入された外囲器１と、この外囲器１内に配置された電極４ａとを備えた放電灯であって、電極４ａには電子放出部材が設けられ、当該電子放出部材は、その表面に、カーボンナノチュ―ブからなる微細導電性突起群６と、微細導電性突起群６を支持し微細導電性突起群６の材料よりも二次電子放出効率が高いダイヤモンドからなる電子放出膜５とを有することを特徴とする放電灯。【選択図】　図１
2004119175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電用ガスが封入された外囲器と、この外囲器内に配置された電極とを備えた放電灯であって、該電極には電子放出部材が設けられ、当該電子放出部材は、その表面に、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有することを特徴とする放電灯。
【請求項２】
放電用ガスが封入された外囲器と、この外囲器の外面に配置された電極とを備えた放電灯であって、前記外囲器を介して前記電極と対向する当該外囲器の内面に電子放出部材を有し、該電子放出部材は、その表面に、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有することを特徴とする放電灯。
【請求項３】
前記微細導電性突起群はＳＰ２混成軌道結合を含む炭素からなることを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯。
【請求項４】
前記微細導電性突起群として、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、及びカーボンオニオンの少なくとも一種以上が用いられたことを特徴とする請求項３記載の放電灯。
【請求項５】
前記電子放出膜の前記二次電子放出効率が高い材料はＳＰ３混成軌道結合を含む炭素からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放電灯。
【請求項６】
前記電子放出膜の前記二次電子放出効率が高い材料はダイヤモンドからなることを特徴とする請求項５記載の放電灯。
【請求項７】
前記微細導電性突起群の一部は前記電子放出膜に埋め込まれてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯に係わり、特に低消費電力化を図った冷陰極の放電灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯は、全照明光源の約半数を占める産業上及び生活上重要な技術分野であり、特に、最近冷陰極型の放電灯が液晶ディスプレイのバックライト光源として、急激に生産が拡大している。
【０００３】
冷陰極型放電灯の一例として冷陰極蛍光ランプがある。これは、一対の冷陰極をガラス管内部に対向して配置し、ガラス管内部には希ガスと微量のＨｇが封入されているものである（例えば、特許文献１参照。）。これらの一対の冷陰極間に高電圧を印加することによって、両電極間に放電を開始させ、この放電を維持することによって、水銀の励起による紫外線発光を生じさせて蛍光体を発光させる仕組みとなっている。また、バリヤ型と呼ばれる冷陰極放電灯も知られており、放電空間を形作る管の外部に電極が設けられ、当該電極は直接放電面に接していない構成となっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
このような冷陰極型放電灯は、従来より用いられている熱陰極型蛍光灯に比べて、加熱フィラメントの断線や電子放出用エミッタ物質の消耗などが少なく寿命が極めて長いという特徴を持っている。このため、光源の交換が困難な産業用機器の照明として用途が拡大しつつあり、特に液晶ディスプレイ用のバックライトとして近年急激な生産拡大を示している。この一方で、冷陰極型は、熱陰極型に比べて発光効率が低いという問題がある。この発光効率の向上が実現されれば、産業用としてのみでなく広く一般に照明として現在の蛍光灯に対する置き換えを狙うことができる。
【０００５】
冷陰極放電灯の性能向上を図るために、発明者らは特願２００１−９７４１６や特願２００１−３２３９９７に示されるように陰極の電子放出材料としてダイヤモンドを用いた冷陰極放電灯を考案した。ダイヤモンドは電子放出効率が高くスパッタ耐性も高いので、発光効率が高く寿命も長い放電灯を提供することができる。なお、ダイヤモンドを冷陰極に用い真空中で電子放出を行う技術は既に確立したものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
ダイヤモンドを放電に用いた他の例としてプラズマディスプレイパネルが挙げられる（例えば、特許文献３参照。）。プラズマディスプレイパネルに係る当該文献においては、アモルファス状カーボン層でダイヤモンド粒子の表面を被覆したものを用いることにより、電子放出特性の向上、発光効率の向上が図られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−２７４１５６号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−２３６０８３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２００２−１１７７７１公報
【００１０】
【非特許文献１】
Ｋ・オカノ（Ｋ．Ｏｋａｎｏ）他，「ロー・スレッショルド・コールド・カソーヅ・メイド・オブ・ナイトロジェン−ドープト・ケミカル−ベーパー−デポジッテド・ダイヤモンド（Ｌｏｗ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｃｏｌｄ　ｃａｔｈｏｄｅｓ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｄｏｐｅｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｕｒ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｄｉａｍｏｎｄ）」，ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）　，（イギリス），マクミラン（Ｍａｃｍｉｌｌａｎ）　，１９９６年，第３８１巻，ｐ．１４０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各冷陰極放電灯は、所定の印加電圧を電極に印加することにより放電管内部で放電を開始し、放電状態を維持させて発光させるものである。しかしながら、従来の各冷陰極放電灯では、放電を開始するために印加する電圧及び放電状態を維持させるための電圧は低いとはいえず、このため消費電力が大きいという問題があった。
【００１２】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、発光効率が高く消費電力が小さい放電灯を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（構成）
前述した課題を解決するため、本発明の第１の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、この外囲器内に配置された電極とを備えた放電灯であって、該電極には電子放出部材が設けられ、当該電子放出部材は、その表面に、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第２の放電灯は、放電用ガスが封入された外囲器と、この外囲器の外面に配置された電極とを備えた放電灯であって、前記外囲器を介して前記電極と対向する当該外囲器の内面に電子放出部材を有し、該電子放出部材は、その表面に、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有することを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の第１及び第２の放電灯において、以下の構成を備えることが好ましい。
【００１６】
（１）前記微細導電性突起群はＳＰ２混成軌道結合を含む炭素からなること。
【００１７】
（２）前記微細導電性突起群として、カーボンナノチューブ、カーボンフラーレン、及びカーボンオニオンの少なくとも一種以上が用いられたこと。
【００１８】
（３）前記電子放出膜の前記二次電子放出効率が高い材料はＳＰ３混成軌道結合を含む炭素からなること。
【００１９】
（４）前記電子放出膜の前記二次電子放出効率が高い材料はダイヤモンドからなること。
【００２０】
（５）前記微細導電性突起群の一部は前記電子放出膜に埋め込まれてなること。
【００２１】
（６）前記放電用ガスは２００ｎｍ以下の主要発光ピークを有する元素を含むガスを含むこと。
【００２２】
（７）前記放電用ガスは希ガスと水銀を含むこと。
【００２３】
（８）前記放電用ガスはＸｅを含むこと。
【００２４】
（９）前記放電用ガスは水素ガスを含むこと。
【００２５】
（１０）前記ダイヤモンドはドナー性不純物を含有すること。
【００２６】
（１１）微細導電性突起群の直径は１００ｎｍ以下であること。
【００２７】
（１２）微細導電性突起群のアスペクト比（長さ／直径）は３：１以上１０００：１以下であること。
【００２８】
（作用）
本発明の放電灯によれば、電極に設けられた電子放出部材が、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有する。かかる構成では、まず放電開始時に、前記微細導電性突起群の先端に電界が集中しこの先端から放電空間へ電子が容易に放出されるので、低い電圧で放電を開始することが可能である。さらに、放電開始後には、微細導電性突起群を支持する形でその根元部分に前記電子放出膜が設けられているので、放電空間内のイオン等が当該電子放出膜に対して入射する。当該電子放出膜は、上記微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなるので、入射したイオン等により多量の二次電子が放出され、低電力で発光効率の高い放電を維持することが可能である。したがって、発光効率が高く消費電力が小さい放電灯を提供することが可能である。
【００２９】
また、外囲器の外面に電極が配置され、当該外囲器を介して前記電極と対向する外囲器内面に電子放出部材を有する放電灯においても、当該電子放出部材が、その表面に、微細導電性突起群と、該微細導電性突起群を支持し該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜とを有するので、低い電圧で放電を開始することができ、かつ低電力で発光効率の高い放電を維持することが可能である。したがって、発光効率が高く消費電力が小さい放電灯を提供することが可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る放電灯は、蛍光体３を塗布したガラス管１と、ガラス管１の両端に取り付けられた一対の電極４、４´（冷陰極）と、ガラス管１の外面に設けられた透明導電膜７（例えば、ＩＴＯ（インジウムすず酸化物）、ＳｎＯ２（酸化すず）等。）を有する。ガラス管１の内部２には放電用ガスが封入されている。例えば、ガラス管１内には放電を容易にするために封止ガスとしてアルゴン又は混合希ガス（例えば、アルゴン、ネオン、キセノン等の混合ガス。）と微量の水銀が４〜８０ｈＰａの圧力で封止されている。
【００３２】
一対の電極４、４´のそれぞれは、図１の拡大図に示されるように、Ｗ（タングステン）等からなる電極部材４ａを有し、この電極部材４ａの表面には電子放出膜としてダイヤモンド膜５が形成されている。ダイヤモンド膜５の表面には微細導電性突起群としてカーボンナノチュ―ブ群６が形成されており、カーボンナノチュ―ブ群６それぞれの一部（根元部分）はダイヤモンド膜５に埋め込まれている。カーボンナノチュ―ブ群６の直径は１００ｎｍ以下であり、そのアスペクト比（長さ／直径）は３：１以上１０００：１以下である。直径が１００ｎｍより大きいと放電開始電圧低減に顕著な効果を得にくいという問題がある。また、アスペクト比が３：１未満であると同様に効果が不十分となってしまい、１０００：１より大きいと突起構造が壊れやすくなってしまう。
【００３３】
かかる構成によりカーボンナノチュ―ブ群６はダイヤモンド膜５の表面に支持され、カーボンナノチュ―ブ群６の存在しないダイヤモンド膜５の表面５ａがガラス管１の内部２に露出した状態となっている。ダイヤモンド膜５は、カーボンナノチュ―ブ群６の材料よりも二次電子放出効率が高い材料（ダイヤモンド）からなっている。なお、二次電子放出効率は放電特性評価により測定することが可能であり、カーボンナノチュ―ブの二次電子放出効率は０．０１以下、ダイヤモンドの二次電子放出効率は０．１以上である。
【００３４】
次に、本実施形態の放電灯の動作について説明する。
【００３５】
まず、放電を開始させるために、一対の電極４、４´間に高電圧、例えば１５００Ｖを印加する。ここで、一般的には放電を生じさせるために交流電圧を電極４、４´間に印加する構成となっており、電極４、４´の片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は対極電極（陽極）として作用する。電圧を印加し始める時は、ガラス管１内は絶縁状態であり、両端の電極４、４´に印加された電圧は、陰極表面のカーボンナノチュ―ブ群６の先端において電界集中を生じて局所的に強電界を生じる。この強電界により陰極から放出された電子は対極電極（陽極）側に移動し、放電が開始する。本実施形態においては、カーボンナノチュ―ブ群６を設けない場合に比べて大幅に低い印加電圧で放電を開始させることができる。
【００３６】
この放電により電子はガラス管１内に封止した水銀原子と衝突する。水銀原子は衝突によりエネルギーを受け紫外線を放出する。この紫外線により蛍光体３が励起され可視光線を発生する。発光色は蛍光体の種類によって異なり、白色、昼光色、青色など数々の色種の光がランプから放射される。
【００３７】
次に、放電が始まるとガラス管１内は電離ガスによって満たされるため、このような絶縁空間での幾何形状による電界集中効果は弱まり、電子放出も陰極への放電ガスイオン（Ａｒ等の希ガスイオン等）の接近や衝突による二次電子放出が主因となる。このときの電子放出のしやすさは、形状でなく、陰極表面材料の電子構造、特に電子親和力に大きく依存する。
【００３８】
ダイヤモンド膜５等の電子放出膜は、広いバンドギャップと小さな電子親和力を有し、微細導電性突起群（カーボンナノチュ―ブ群６等）の材料よりも二次電子放出効率が高い材料であるダイヤモンド等のワイドギャップ半導体からなっており、電極４、４´の表面にはダイヤモンド膜５の表面５ａとカーボンナノチュ―ブ群６とが並置された構造となっている。このため、放電開始後には、ダイヤモンド膜５の表面５ａに放電ガスイオンが接近したり衝突することにより、ダイヤモンド膜５の表面５ａから二次電子を効率的に放出させることが可能である。したがって、放電を維持するための電圧を低減することが可能である。以上の構成の組合せによって、放電開始電圧及び放電維持電圧をともに低減させることが可能となり、低消費電力の冷陰極放電灯を得ることができる。
【００３９】
この際、ガラス管１に沿って透明導電膜７が設けられていることによって、ガラス管１の長手方向の主要部分での電位降下を回避して、陰極近傍に電位降下すなわち電界を多く分配させることができる。この効果を組み合わせることによって、よりいっそう効果的に放電開始電圧及び放電維持電圧の低減化を図ることができる。
【００４０】
さらに、本実施形態において採用されたダイヤモンドとカーボンナノチューブの組合せは、冷陰極における寿命決定の主要因であるＡｒ等の希ガスイオンのアタックに対して極めてスパッタされにくい特性を持っている。例えば、Ａｒイオンのアタックに対するスパッタリング率は従来より用いられているＮｉの約１／１０と小さい。さらに、希ガスとともに多くの放電管において用いられているＨｇ蒸気と炭素系材料（ダイヤモンドとカーボンナノチューブ等）とはアマルガム等の合金を作ることがなく、巻き込みによるＨｇ蒸気の消耗も少ない。これらの特性も相俟って放電灯の長寿命化やＨｇ封入量の低減化等の効果を得ることができる。
【００４１】
次に、本実施形態の放電灯の製造方法について説明する。図２はその製造方法を説明するための工程断面図である。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すようにＷ（タングステン）等からなる電極部材４ａを準備する。次に、粒径が約１００ｎｍのダイヤモンド微粉、及び直径１００ｎｍ以下でアスペクト比（長さ／直径）３：１以上１０００：１以下のカーボンナノチューブを有機溶媒（例えば、アセトン等。）に懸濁させ、懸濁液の中に電極部材４ａを浸して超音波処理を行う。この処理により、図２（ｂ）に示すように電極部材４ａの表面において、いわゆるダイヤモンド成長核の種付け（核は図示せず。）とともにカーボンナノチューブ６の残置処理が行われる。
【００４３】
次に、かかる処理が行われた電極部材４ａの表面にマイクロ波ＣＶＤ法等によってダイヤモンド膜５を成膜する（図２（ｃ））。成膜条件は、マイクロ波パワーを４ｋＷ、反応ガス圧力を４０ｈＰａ、水素ガス流量を４００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を４ｓｃｃｍ、基板温度を８５０℃、成膜時間を６０分とした。この際に、メタン、水素などのガスに加えて、ボロン或いはリン等のドーピングガスを加えることによって、導電性を付与した膜を形成することが望ましい。また、窒素ガスを高濃度に加えることなどによって、ダイヤモンド膜に加えて、グラファイトライクな導電性介在物相を意図的に生成させ、膜としての導電性を向上させることも有効である。以上の工程により、ダイヤモンド膜５を形成するとともに、カーボンナノチュ―ブ群６のダイヤモンド膜５へのアンカーリング（植え付け）を行うことができ、プロセスを簡略にすることが可能である。
【００４４】
次に、以上の工程により作製した一対の電極４、４´を、蛍光体３を内面に形成したガラス管１内に放電用ガスとともに封止し、さらにガラス管１の外面に透明導電膜７を形成して放電灯が完成する。
【００４５】
本実施形態の一対の電極４、４´は、以下のようにして作製することも可能である。図３はその製造方法を示す工程断面図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示すようにＷ（タングステン）等からなる電極部材４ａを準備し、図３（ｂ）に示すようにいったんダイヤモンド膜３５ａだけを成膜する。成膜条件は、マイクロ波パワーを４ｋＷ、反応ガス圧力を４０ｈＰａ、水素ガス流量を４００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を４ｓｃｃｍ、基板温度を８５０℃、成膜時間を６０分とした。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように上述した方法と同様の方法により、ダイヤモンド微粉とカーボンナノチューブを薄く懸濁した有機溶媒に対してダイヤモンド膜３５ａ表面を浸すことにより、カーボンナノチューブ群３６をダイヤモンド膜３５ａの表面に離散的に残置し、併せてダイヤモンド成長核の種付け処理を行う。
【００４８】
次に、図３（ｄ）に示すようにマイクロ波ＣＶＤ法等によってダイヤモンド膜３５ｂを成膜する。成膜条件は図２（ｃ）の工程と同様である。これにより、ダイヤモンド膜３５ｂを形成するとともに、カーボンナノチュ―ブ群３６のダイヤモンド膜３５ｂへのアンカーリングを行うことができ、プロセスを簡略にすることが可能である。この方法によれば、カーボンナノチュ―ブ群３６のダイヤモンド膜３５ｂへのアンカーリングをより確実に行うことが可能であり、この方法によって形成された放電灯は、カーボンナノチューブが強固に固定されていて、安定であるばかりでなく、ダイヤモンド表面がある程度損耗しても、カーボンナノチューブが抜けたりすることが無く、長寿命化をはかることができるという効果を有する。
【００４９】
なお、ダイヤモンド膜を成膜した後に、Ｆｅなどの触媒金属を極薄く分散させた溶媒（例えば、エタノール等。）に当該ダイヤモンド膜を浸漬し、メタンガス等を用いてダイヤモンドよりも低温でＣＶＤ法を行うことにより、上記ダイヤモンド膜表面に直接カーボンナノチューブを形成してもよい。この方法によれば、カーボンナノチューブの配向性や分布をより細かく制御することが可能であり、この方法によって形成された放電灯は、放電特性の再現性がよいという効果を有する。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。図１と同一部分には同一の符号を記す。
【００５１】
図４に示されるように、本実施形態に係る放電灯は、蛍光体３を塗布したガラス管１と、ガラス管１の両端に取り付けられた一対の電極４４、４４´（冷陰極）と、ガラス管１の外面に設けられた透明導電膜７を有する。ガラス管１の内部２には放電用ガスが封入されている。
【００５２】
一対の電極４４、４４´のそれぞれは、図４の拡大図に示されるように、引き出し電極４４ａの先端にＷ（タングステン）等からなる電極板４４ｂを有し、この電極板４４ａの表面には電子放出膜としてダイヤモンド膜４５が形成されている。ダイヤモンド膜４５の表面には微細導電性突起群としてカーボンナノチュ―ブ群４６が形成されており、カーボンナノチュ―ブ群４６それぞれの一部（根元部分）はダイヤモンド膜４５に埋め込まれている。カーボンナノチュ―ブ群４６の直径やアスペクト比（長さ／直径）は第１の実施形態と同様である。
【００５３】
かかる構成によりカーボンナノチュ―ブ群４６はダイヤモンド膜４５の表面に支持され、カーボンナノチュ―ブ群４６の存在しないダイヤモンド膜４５の表面４５ａがガラス管１の内部２に露出した状態となっている。ダイヤモンド膜４５は、カーボンナノチュ―ブ群４６の材料よりも二次電子放出効率が高い材料（ダイヤモンド）からなっている。
【００５４】
本実施形態の放電灯によれば、第１の実施形態と同様に、放電開始電圧及び放電維持電圧をともに低減させることが可能となり、低消費電力の冷陰極放電灯を得ることができる。さらに、板状の電極板４４を用いることにより、多数の陰極を大面積基板に一括作製し、各々の陰極に分割して用いることが可能となる。したがって、陰極の作製プロセスを大量生産化することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。本実施形態に係る放電灯はいわゆるバリヤ型の放電灯であり、放電管の外面に電極が設けられ、この電極に対して電圧が印加されることにより、放電管内部に放電を誘起して発光させるものである。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る放電灯は、蛍光体５３を塗布したガラス管５１と、ガラス管５１の両端外面に取り付けられた円筒状の一対の電極５４、５４´（冷陰極）とを有する。ガラス管５１の内部５２には放電用ガスが封入されている。例えば、ガラス管５１内には放電を容易にするために封止ガスとしてアルゴン又は混合希ガス（例えば、アルゴン、ネオン、キセノン等の混合ガス。）が８０ｈＰａの圧力で封止されている。
【００５７】
ガラス管５１を介して一対の電極５４、５４´と対向するガラス管５１内面には、それぞれ一対の円筒状の電子放出部材５７、５７´が設けられている。一対の電子放出部材５７、５７´それぞれの構造は図５の拡大図に示される通りであり、ガラス管５１内面に電子放出膜としてダイヤモンド膜５５が形成されている。この実施形態においては、ダイヤモンド膜に必ずしも導電性を付与する必要はなく、絶縁性でもよい。ダイヤモンド膜５５の表面には微細導電性突起群としてカーボンナノチュ―ブ群５６が形成されており、カーボンナノチュ―ブ群５６それぞれの一部（根元部分）はダイヤモンド膜５５に埋め込まれている。カーボンナノチュ―ブ群５６の直径は１００ｎｍ以下であり、そのアスペクト比（長さ／直径）は３：１以上１０００：１以下である。直径が１００ｎｍより大きいと放電開始電圧低減の効果を得にくいという問題がある。また、アスペクト比が３：１未満であると同様に効果が不十分となってしまい、１０００：１より大きいと突起構造が弱くなってしまう。
【００５８】
かかる構成によりカーボンナノチュ―ブ群５６はダイヤモンド膜５５の表面に支持され、カーボンナノチュ―ブ群５６の存在しないダイヤモンド膜５５の表面５５ａがガラス管５１の内部５２に露出した状態となっている。ダイヤモンド膜５５は、カーボンナノチュ―ブ群５６の材料よりも二次電子放出効率が高い材料（ダイヤモンド）からなっている。
【００５９】
次に、本実施形態のバリア型放電灯の動作について説明する。
【００６０】
まず、放電を開始させるために、一対の電極５４、５４´間に周波数４０ｋＨｚ、１５００Ｖの高周波電圧を印加する。電極５４、５４´の片方がエミッタ（陰極）として作用するときは他方は対極電極（陽極）として作用する。この高周波電圧の印加により、絶縁体であるガラス壁（バリア層と呼ばれる。）間の空間５２において、陰極表面のカーボンナノチュ―ブ群５６の先端において電界集中を生じて局所的に強電界を生じる。この強電界により陰極から放出された電子は対極電極（陽極）側に移動し、放電が開始する。本実施形態においては、カーボンナノチュ―ブ群６を設けない場合に比べて大幅に低い印加電圧で放電を開始させることができる。
【００６１】
以上の機構により断続放電が生じ、それによって生じる紫外線により蛍光体が励起されて発光が生じる。このように、バリア型放電灯では、電極５４、５４´を放電空間に晒していないため、電極５４、５４´が消耗されるのを抑制するためにガラス管５１内に水銀蒸気を存在させる必要がない。したがって、ガラス管５１の内部に封入するガスとして希ガスのみを使用すればよい。
【００６２】
次に、放電が始まるとガラス管５１内は電離ガスによって満たされるため、このような絶縁空間での幾何形状による電界集中効果は弱まり、電子放出も陰極への放電ガスイオン（Ａｒ等の希ガスイオン等）の接近や衝突による二次電子放出が主因となる。このときの電子放出のしやすさは、形状でなく、陰極表面材料の電子構造、特に電子親和力に大きく依存する。
【００６３】
ダイヤモンド膜５５等の電子放出膜は、広いバンドギャップと小さな電子親和力を有し、微細導電性突起群（カーボンナノチュ―ブ群５６等）の材料よりも二次電子放出効率が高い材料であるダイヤモンド等のワイドギャップ半導体からなっており、電子放出部材５７、５７´の表面にはダイヤモンド膜５５の表面５５ａとカーボンナノチュ―ブ群５６とが並置された構造となっている。このため、放電開始後には、ダイヤモンド膜５５の表面５５ａに放電ガスイオンが接近したり衝突することにより、ダイヤモンド膜５５の表面５５ａから二次電子を効率的に放出させることが可能である。したがって、放電を維持するための電圧を低減することが可能である。以上の構成の組合せによって、放電開始電圧及び放電維持電圧をともに低減させることが可能となり、低消費電力の冷陰極放電灯を得ることができる。
【００６４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図である。本実施形態に係る放電灯はいわゆるバリヤ型の放電灯であり、放電管外面の長手方向に一対の外部電極を設けたものである。図５と同一部分には同一の符号を記す。
【００６５】
図６に示すように、本実施形態に係る放電灯は、ガラス管５１と、ガラス管５１の外面に取り付けられた一対の電極６４、６４´（冷陰極）とを有する。一対の電極６４、６４´はそれぞれ、ガラス管５１外面の長手方向に短冊状にお互いに対向して設けられている。ガラス管５１の内部５２には上記実施形態と同様に放電用ガスが封入されている。
【００６６】
一対の電極６４、６４´と対向するガラス管５１内面には、それぞれ一対の電子放出部材６７、６７´が設けられている。一対の電子放出部材６７、６７´はそれぞれ、ガラス管５１内面の長手方向に短冊状にお互いに対向して設けられている。一対の電子放出部材６７、６７´それぞれの構造は図６の拡大図に示される通りであり、ガラス管５１内面に電子放出膜としてダイヤモンド膜６５が形成されている。なお、この実施形態におけるダイヤモンド膜は絶縁性あるいは高抵抗であることが望ましい。ダイヤモンド膜６５の表面には微細導電性突起群としてカーボンナノチュ―ブ群６６が形成されており、カーボンナノチュ―ブ群６６それぞれの一部（根元部分）はダイヤモンド膜６５に埋め込まれている。カーボンナノチュ―ブ群６６の直径やアスペクト比（長さ／直径）は第３の実施形態と同様である。かかる構成によりカーボンナノチュ―ブ群６６はダイヤモンド膜６５の表面に支持され、カーボンナノチュ―ブ群６６の存在しないダイヤモンド膜６５の表面６５ａがガラス管５１の内部５２に露出した状態となっている。
【００６７】
本実施形態の放電灯によれば、第３の実施形態と同様に、放電開始電圧及び放電維持電圧をともに低減させることが可能となり、低消費電力の冷陰極放電灯を得ることができる。さらに、放電プラズマの拡散性がよく、水銀を用いないネオンやキセノン等の希ガスのみによる放電にも適用することができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、微細導電性突起群に用いられたＳＰ２混成軌道結合を含む炭素として、カーボンナノチューブ以外に、カーボンフラーレンやカーボンオニオン等を用いることも可能である。また、二次電子放出効率が高い材料であるＳＰ３混成軌道結合を含む炭素としてダイヤモンドを用いたが、その他、ダイヤモンドライクカーボン等を用いることも可能である。
【００６９】
また、微細導電性突起群と該微細導電性突起群の材料よりも二次電子放出効率が高い材料からなる電子放出膜との組み合わせとして、他の組み合わせを用いることができ、例えば、微細導電性突起群として、既述のカーボンナノチューブ、カーボンオニオン、カーボンフラーレン等の他、炭素ファイバー、金属ウィスカー・ファイバー等を、電子放出膜として、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等の他、アルミニウム窒化物、ガリウム窒化物、ボロン窒化物、これらのうち少なくとも二種類からなる混晶等のワイドギャップ半導体等を用いることも可能である。
【００７０】
さらにまた、ダイヤモンド膜の二次電子放出効率を高めるために、放電用ガス中に水素（水素ガス等。）を混入することも可能である。
【００７１】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、発光効率が高く消費電力が小さい放電灯を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る放電灯の製造方法を示す工程断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る放電灯の他の製造方法を示す工程断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る放電灯の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１　ガラス管
２　ガラス管１の内部
３　蛍光体
４、４´　一対の電極
４ａ　電極部材
５　ダイヤモンド膜
５ａ　ダイヤモンド膜５の表面
６　カーボンナノチュ―ブ群
７　透明導電膜
【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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