(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置とを備え、グリッド電極とアノード電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段が設けられてなることを特徴とする放電プラズマ装置。
【請求項２】
前記グリッド電極と前記電子源との間の電界強度よりも前記アノード電極と前記グリッド電極との間の電界強度の方が大きくなるように前記グリッド電極と前記電子源との電位差および前記アノード電極と前記グリッド電極との電位差が設定されてなることを特徴とする請求項１記載の放電プラズマ装置。
【請求項３】
前記アノード電極と前記グリッド電極の間の方が前記グリッド電極と前記電子源との間よりも放電が起こりやすいように前記アノード電極と前記グリッド電極との間隔および前記グリッド電極と前記電子源との間隔が設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電プラズマ装置。
【請求項４】
放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置とを備え、グリッド電極における電子源側とは反対側に対向配置される予備放電用電極と、グリッド電極と予備放電用電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段とが設けられてなることを特徴とする放電プラズマ装置。
【請求項５】
前記グリッド電極と前記予備放電用電極とは、前記アノード電極と前記カソード電極とが並んでいる方向と交差する方向において前記放電プラズマ生成空間の両側に配置されてなることを特徴とする請求項４記載の放電プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電プラズマを利用する放電プラズマ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置された一対の放電用電極とを備えた発光装置のような放電プラズマ装置に用いられ放電用電極間の放電プラズマ生成空間での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置として、ガス中へ電子を供給する電界放射型の電子源を気密容器内に設けることで、放電開始電圧の低減、放電プラズマの維持電圧の低減、放電プラズマの安定化などの効果が得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
なお、上記特許文献１には、放電プラズマ生成補助装置の適用例として、気密容器の内面に放電プラズマで生成される紫外線などで励起されて発光する蛍光体層を設けたプラズマディスプレイパネルの他に、紫外線ランプ、蛍光ランプなどへ適用することが記載されている。また、上記特許文献１では、電子源として、弾道電子面放出型電子源（Ballistic electron Surface-emitting Device：ＢＳＤ）やＭＩＭ型電子源などの平面型電子源を用いることにより、スピント型電子源を用いる場合に比べて、イオン衝撃の影響を受けにくくなることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１５０９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放電プラズマ装置の気密容器内に封入されているガスの種類や圧力、放電用電極間の間隔などの条件によっては放電開始電圧が非常に高く、上述の放電プラズマ生成補助装置を用いても低電圧での放電の開始が困難な場合がある。そこで、放電用電極間のプラズマ生成空間の近傍で予備放電を発生させ、予備放電によって発生した多量の電子によって放電用電極間の放電プラズマの生成を誘起することが考えられる。
【０００５】
ところで、従来から知られている高圧水銀ランプは、一対の主電極（放電用電極）のうちの一方の主電極の近傍に配置される補助電極（予備放電用電極）を備えており、一方の主電極と補助電極との間にグロー放電（予備放電）を発生させ、主電極間のアーク放電に移行させる点灯方式が採用されているが、水銀を利用しないキセノンランプなどでは、一方の主電極と補助電極との間の予備放電すら発生しにくい場合がある。
【０００６】
ここにおいて、キセノンランプの気密容器内に、一対の主電極（アノード電極、カソード電極）のうちの一方の主電極と補助電極との間の空間（予備放電領域）へ電子を供給する電子源を配置し、一方の主電極と補助電極との間に電圧を印加する前から予備放電領域へ電子を供給しておくことで予備放電の放電開始電圧を低減することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このようなキセノンランプでは、電子源が放電プラズマに曝されてイオン衝撃による損傷を受け、電子源の寿命が短くなるとともに信頼性が低下してしまう懸念がある。ここで、電子源として、上述のＢＳＤやＭＩＭ型電子源などの平面型電子源や熱陰極などを用いれば、スピント型電子源のような電子源を用いる場合に比べてイオン衝撃の影響を受けにくくなるものの、電子源が放電プラズマに直接曝されるのは、経時安定性の点から避ける必要がある。
【０００８】
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、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき且つ経時安定性を向上できる放電プラズマ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置とを備え、グリッド電極とアノード電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段が設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、グリッド電極とアノード電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段が設けられているので、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極とアノード電極との間で発生させるので、電子源が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止でき、経時安定性を向上できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記グリッド電極と前記電子源との間の電界強度よりも前記アノード電極と前記グリッド電極との間の電界強度の方が大きくなるように前記グリッド電極と前記電子源との電位差および前記アノード電極と前記グリッド電極との電位差が設定されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記グリッド電極と前記電子源との間の電界強度よりも前記アノード電極と前記グリッド電極との間の電界強度の方が大きくなるので、前記アノード電極と前記グリッド電極との間で予備放電の放電プラズマを生成する際に、前記グリッド電極と前記電子源との間で不要な放電が発生するのを抑制でき、前記電子源が放電プラズマに曝されて損傷を受けるのを防止することができ、経時安定性を向上できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記アノード電極と前記グリッド電極の間の方が前記グリッド電極と前記電子源との間よりも放電が起こりやすいように前記アノード電極と前記グリッド電極との間隔および前記グリッド電極と前記電子源との間隔が設定されてなることを特徴とする。なお、空間の圧力をｐ、間隔をｄとすると、放電の起こりやすさは、パッシェンの法則より、ｐ×ｄの値で決まる。
【００１４】
この発明によれば、前記グリッド電極と前記電子源との間に不要な放電プラズマが生成されるのを防止することができ、当該不要な放電プラズマにより前記電子源が損傷を受けるのを防止することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、放電媒体であるガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極と、気密容器内に配置され前記ガス中へ電子を供給する電子源および電子源に対向配置されるグリッド電極を有しアノード電極とカソード電極との間の放電プラズマ生成空間での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置とを備え、グリッド電極における電子源側とは反対側に対向配置される予備放電用電極と、グリッド電極と予備放電用電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段とが設けられてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、グリッド電極における電子源側とは反対側に対向配置される予備放電用電極と、グリッド電極と予備放電用電極との間に予備放電を発生させた後でアノード電極とカソード電極との間に放電プラズマを発生させる制御手段とが設けられているので、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極と予備放電用電極との間で発生させるので、電子源が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止できて経時安定性を向上できるとともに、気密容器内における放電プラズマ生成補助装置の配置設計の自由度が高くなる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記グリッド電極と前記予備放電用電極とは、前記アノード電極と前記カソード電極とが並んでいる方向と交差する方向において前記放電プラズマ生成空間の両側に配置されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記グリッド電極と前記予備放電用電極との間の予備放電が前記アノード電極と前記カソード電極との間の前記放電プラズマ生成空間の一部で発生するので、前記予備放電で発生した電子や陽イオンが前記放電プラズマ生成空間へ効率的に供給されるので、前記アノード電極と前記カソード電極との間の放電開始電圧を低減できるとともに前記アノード電極と前記カソード電極との間に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１，４の発明では、アノード電極とカソード電極との間の放電開始電圧を低減でき且つ経時安定性を向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態の放電プラズマ装置は、図１に示すように、放電媒体であるガス（例えば、Ｘｅなどの希ガス）が封入された気密容器１と、気密容器１の内部に配置されたアノード電極２ａおよびカソード電極２ｂと、気密容器１内に配置され上記ガス中へ電子を供給する電子源１０と、電子源１０に対向配置されるグリッド電極２０とを備えた放電ランプＬａを備えている。
【００２１】
グリッド電極２０は、電子源１０から放出された電子を加速するために設けたものであって、電子源１０から放出された電子の通過する複数の開口部２２ａを有しており、本実施形態では、電子源１０とグリッド電極２０とで、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３での放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置を構成している。
【００２２】
また、本実施形態の放電プラズマ装置は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間にアノード電極２ａを高電位側として放電用の直流電圧を供給する放電用電源ＶＡＫと、電子源１０の後述の表面電極１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として駆動用の直流電圧を供給する駆動用電源ＶＰＳと、グリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間にグリッド電極２０を高電位側として直流電圧を供給する電源ＶＧと、放電用電源ＶＡＫとアノード電極２ａとの間の電路に挿入されたスイッチＳＷ１と、駆動用電源ＶＰＳと表面電極１７との間の電路に挿入されたスイッチＳＷ２と、電源ＶＧとグリッド電極２０と間の電路に挿入されたスイッチＳＷ３と、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフを制御するマイクロコンピュータからなる制御手段（図示せず）とを備えている。
【００２３】
本実施形態における放電ランプＬａは直管形の放電ランプであり、気密容器１は、透光性を有する材料（例えば、ガラス、透光性セラミックなど）により円筒状に形成され、長手方向の一端部（図１における右端部）にアノード電極２ａが配置され、長手方向の他端部（図１における左端部）にカソード電極が配置されており、放電プラズマ生成補助装置が、アノード電極２ａの近傍でアノード電極２ａに対してカソード電極２ｂ側とは反対側に配置されている（要するに、電子源１０およびグリッド電極２０は、気密容器１内において放電プラズマ生成空間３の外に配置されている。なお、本実施形態における放電ランプＬａは、気密容器１の内面にＸｅガスの励起により発生した紫外線によって励起されて発光する蛍光体層（図示せず）を設けてあるが、蛍光体層は必ずしも設ける必要はなく、蛍光体層を設けていない場合には、Ｘｅガスの励起により発生した紫外線や可視光が気密容器１を通して放射されることとなる。
【００２４】
電子源１０は、図１および図２に示すように、矩形板状の絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）１４の一表面上に金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極１５が形成され、下部電極１５上に強電界ドリフト層１６が形成され、強電界ドリフト層１６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極１７が形成されている。なお、表面電極１７を構成する導電性薄膜の膜厚は１０〜１５ｎｍ程度に設定することが望ましいが、当該導電性薄膜は単層膜に限らず多層膜でもよい。
【００２５】
本実施形態における電子源１０では、強電界ドリフト層１６が電子通過層を構成しており、下部電極１５と電子通過層たる強電界ドリフト層１６と表面電極１７とで表面電極１７を通して電子を放出する電子源素子１０ａを構成している。
【００２６】
電子源素子１０ａの強電界ドリフト層１６は、図３に示すように、少なくとも、下部電極１５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）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１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）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３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６４とから構成されている。ここに、各グレイン５１は、下部電極１５の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板１４の厚み方向に延びている）。
【００２７】
上述の電子源素子１０ａから電子を放出させるには、表面電極１７が下部電極１５に対して高電位側となるように表面電極１７と下部電極１５との間に駆動電圧を駆動電源ＶＰＳにより印加すれば、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ注入された電子が強電界ドリフト層１６をドリフトし表面電極１７を通して放出される。
【００２８】
ここに、本実施形態における電子源素子１０ａでは、表面電極１７と下部電極１５との間に印加する駆動電圧を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素子１０ａ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。
【００２９】
本実施形態における電子源素子１０ａ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１７と下部電極１５との間に表面電極１７を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極１５から強電界ドリフト層１６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層１６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４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１６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図３中の矢印の向き（図３における上向き）へドリフトし、表面電極１７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層１６では下部電極１５から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極１７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１６で発生した熱がグレイン５１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。
【００３０】
なお、上述の電子源１０では、表面電極１７が電子放出部を構成している。また、上述の強電界ドリフト層１６では、シリコン酸化膜６４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５２，６４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５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３１】
また、上述のグリッド電極２０は、導電性材料（例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレスなど）により網状の形状に形成されており、該網状の各網目それぞれの部分が電子源１０から放出された電子の通る開口部２０ａを構成している。
【００３２】
上述のグリッド電極２０としては、３０メッシュと呼ばれる、正方形状の網目の部分の１辺が０．６ｍｍで線材の径が０．２５ｍｍのニッケル製の網状体を用いているが、網目の部分のサイズ、つまり、開口部２０ａのサイズは、特に限定するものではなく、電子源１０から放出された電子が通過でき且つ放電プラズマ生成空間３で生成された放電プラズマからのイオンの侵入を抑制できればよく、例えば、正方形状の開口部２０ａの１辺の長さを０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。なお、本実施形態では、グリッド電極２０を網状の形状に形成してあるが、グリッド電極２０は、網状の形状に限らず、例えば、平板状の導電性基材であって電子源１０の表面電極１７に対向する部分に表面電極１７と同一形状の開口部を設けたものでもよい。
【００３３】
本実施形態の放電プラズマ装置では、放電プラズマ生成補助装置を駆動することにより、つまり、上記制御手段によりスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンさせて駆動用電源ＶＰＳから電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に駆動用の直流電圧を印加するとともに電源ＶＧからグリッド電極２０と表面電極１７との間に加速用の直流電圧を印加することにより、電子源１０から放出された電子がグリッド電極２０で加速されてアノード電極２ａとグリッド電極２０との間の空間（以下、予備放電領域と称す）に供給される。ここにおいて、上記制御手段によりスイッチＳＷ１をオンさせれば、アノード電極２ａとグリッド電極２０との電位差とアノード電極２ａとグリッド電極２０との間隔により決まる電界がアノード電極２ａとグリッド電極２０との間に印加されるので、予備放電領域に供給された電子は、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間の電界によって加速され、予備放電領域中に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという過程が繰り返されることによってアノード電極２ａとグリッド電極２０との間に流れる電流が増大し、予備放電が発生する。このようにアノード電極２ａとグリッド電極２０との間での放電開始に必要な初期の電子を電子源１０から予備放電領域に供給することにより、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間の放電開始電圧を低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間の予備放電領域で発生した多量の電子や陽イオンがアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３へ供給され、放電プラズマ生成空間３に供給された電子は、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界によって加速され、放電プラズマ生成空間３に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという過程が繰り返されることによってアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に流れる電流が増大し、放電プラズマが発生する。また、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間で発生した電子や陽イオンがアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３に存在するガス分子を直接励起するという過程も起こる。
【００３５】
以上説明した本実施形態の放電プラズマ装置では、上記制御手段が、グリッド電極２０とアノード電極２ａとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御するので、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極２０とアノード電極２ａとの間で発生させるので、電子源１０が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止でき、経時安定性を向上できる。なお、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３に放電プラズマが生成された後は、上記制御手段によってスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフさせれば、低消費電力化を図れるとともに電子源１０の長寿命化を図れる。なお、本実施形態では、上記制御手段によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を適宜オンオフさせるようにしてあるが、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を設ける代わりに、上記制御手段によって、各電源ＶＡＫ，ＶＰＳ，ＶＧそれぞれの出力電圧を制御することで、グリッド電極２０とアノード電極２ａとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。また、本実施形態では、上記制御手段が、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間に電圧を印加させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を印加させることにより、グリッド電極２０とアノード電極２ａとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしているが、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を印加させた後でアノード電極２ａとグリッド電極２０との間に電圧を印加させることにより、グリッド電極２０とアノード電極２ａとの間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。
【００３６】
ところで、本実施形態では、グリッド電極２０と電子源１０との間の電界強度よりもアノード電極２ａとグリッド電極２０との間の電界強度の方が大きくなるようにグリッド電極２０、電子源１０、アノード電極２ａそれぞれの電位を設定してある。一例を挙げれば、グリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間隔を４ｍｍ、アノード電極２ａとグリッド電極２０と間隔を３ｍｍ、電子源１０の表面電極１７の電位を０Ｖ、グリッド電極２０の電位を６０Ｖ、アノード電極２ａの電位を３００Ｖ以上としてある。
【００３７】
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極２０と電子源１０との間の電界強度よりもアノード電極２ａとグリッド電極２０との間の電界強度の方が大きくなるので、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間で予備放電の放電プラズマを生成する際に、グリッド電極２０と電子源１０との間で不要な放電が発生するのを抑制でき、電子源１０の表面電極１７が放電プラズマに曝されて損傷を受けるのを防止することができ、経時安定性を向上できる。
【００３８】
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、アノード電極２ａとグリッド電極２０の間の方がグリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間よりも放電が起こりやすいようにアノード電極２ａとグリッド電極２０との間隔およびグリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間隔が設定されている。ここにおいて、放電の起こりやすさは、空間の圧力をｐ、間隔をｄとすると、パッシェンの法則より、ｐ×ｄの値で決まる。本実施形態のように、放電ガスとしてＸｅガスを用いた場合には、ｐ[Ｐａ]×ｄ[ｍ]＝１程度の条件のときに最も放電が発生しやすくなる。本実施形態では、Ｘｅガスの圧力を１ｋＰａに設定してあるので、ｄが１ｍｍに近いほど放電が起こりやすくなるが、上述のように、グリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間隔を４ｍｍ、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間隔を３ｍｍに設定してあるので、グリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間の方が、アノード電極２ａとグリッド電極２０との間よりも放電が起こりにくい条件となっており、グリッド電極２０と電子源１０の表面電極１７との間に不要な放電プラズマが生成されるのを防止することができ、当該不要な放電プラズマにより電子源１０が損傷を受けるのを防止することができる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態の放電プラズマ装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、グリッド電極２０における電子源１０側とは反対側に対向配置される予備放電用電極３０と、予備放電用電極３０と電子源１０の下部電極１５との間に予備放電用電極３０を高電位側として直流電圧を供給する電源Ｖ４と、電源Ｖ４と予備放電用電極３０との間の電路に挿入されたスイッチＳＷ４とを備え、電源ＶＧがグリッド電極２０と電子源１０の下部電極１５との間に直流電圧を印加するように接続されている点、実施形態１で説明した制御手段の代わりに、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させる制御手段を備えている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
予備放電用電極３０は、グリッド電極２０と同様の網状の形状に形成してあるが、網状の形状に限らず、例えば、平板状の導電性基材に開口部を設けた形状でもよいし、ワイヤ状の形状でもよい。
【００４１】
本実施形態の放電プラズマ装置では、放電プラズマ生成補助装置を駆動することにより、つまり、上記制御手段によりスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をオンさせて駆動用電源ＶＰＳから電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に駆動用の直流電圧を印加するとともに電源ＶＧからグリッド電極２０と下部電極１５との間に加速用の直流電圧を印加し、さらに電源Ｖ４から予備放電用電極３０と下部電極１５との間に予備放電用の直流電圧を印加することにより、電子源１０から放出された電子がグリッド電極２０で加速されてグリッド電極２０と予備放電用電極３０との間の空間（以下、予備放電領域と称す）に供給される。ここにおいて、上記制御手段によりスイッチＳＷ１をオンさせれば、予備放電用電極３０とグリッド電極２０との電位差と予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間隔により決まる電界が予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間に印加されるので、予備放電領域に供給された電子は、予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間の電界によって加速され、予備放電領域中に存在するガス分子に衝突して電子をたたき出すという過程が繰り返されることによって予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間に流れる電流が増大し、予備放電が発生する。このように予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間での放電開始に必要な初期の電子を電子源１０から予備放電領域に供給することにより、予備放電用電極３０とグリッド電極２０との間の放電開始電圧を低減することができる。
【００４２】
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極２０における電子源１０側とは反対側に対向配置される予備放電用電極３０と、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御する制御手段とが設けられているので、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電開始電圧を低減でき、また、予備放電はグリッド電極２０と予備放電用電極３０との間で発生させるので、電子源１０が予備放電の放電プラズマに直接曝されるのを防止できて経時安定性を向上できるとともに、気密容器１内における放電プラズマ生成補助装置の配置設計の自由度が高くなり、本実施形態のようにアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に配置する場合に限らず、実施形態１のようにアノード電極２ａの近くに配置したり、カソード電極２ｂの近くに配置したりすることも可能となる。
【００４３】
また、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極２０および予備放電用電極３０を放電プラズマ生成空間３に配置してあるので、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間の予備放電により発生した電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３へ効率的に供給されるから、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電開始電圧を低減できるとともにアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、上記制御手段によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を適宜オンオフさせるようにしてあるが、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を設ける代わりに、上記制御手段によって、各電源ＶＡＫ，ＶＰＳ，ＶＧ，Ｖ４それぞれの出力電圧を制御することで、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。また、本実施形態では、上記制御手段が、グリッド電極２０と予備放電用電極３０の間に電圧を印加させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を印加させることにより、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしているが、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に電圧を印加させた後でグリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に電圧を印加させることにより、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間に予備放電を発生させた後でアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマを発生させるようにしてもよい。
【００４５】
（実施形態３）
本実施形態の放電プラズマ装置の基本構成は実施形態２と略同じであり、グリッド電極２０と予備放電用電極３０とが、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが並んでいる方向と交差する方向において放電プラズマ生成空間３の両側に配置されている点が相違するだけである。要するに、本実施形態では、グリッド電極２０と予備放電用電極３０とが、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３を挟むように配置されている点が相違するだけである。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
しかして、本実施形態の放電プラズマ装置では、グリッド電極２０と予備放電用電極３０との間の予備放電がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電プラズマ生成空間３の一部で発生するので、予備放電で発生した電子や陽イオンが放電プラズマ生成空間３へ効率的に供給されるので、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の放電開始電圧を低減できるとともにアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に放電プラズマをより確実に生成することが可能となる。
【００４７】
ところで、上述の各実施形態では、電子源１０としてＢＳＤを用いているが、電子源１０としては、ＢＳＤに限らず、ＭＩＭ型電子源や、スピント型の電子源や、カーボンナノチューブを用いた電子源や、熱陰極などを採用してもよい。ただし、ＢＳＤ以外の電子源は放出される際の電子のエネルギが１ｅＶ以下の低い電子エネルギしか有していないのに対して、ＢＳＤは、放出される電子が数ｅＶ以上の高い電子エネルギを有しているので、電子源１０としてＢＳＤを採用することにより、ガス分子を電離させる効果が高まり、放電開始電圧のより一層の低電圧化を図ることが可能となる。
【００４８】
また、上記各実施形態では、放電プラズマ装置としてＸｅガスを用いた放電ランプを例示したが、放電ランプに限らず、例えば、照明用の蛍光ランプやプラズマディスプレイパネルなどでもよい。
【００４９】
また、上記各実施形態における発光装置では、気密容器１内に封入するガスとしてＸｅガスを採用しているが、気密容器１内に封入するガスは、Ｘｅガスに限定するものではなく、例えば、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｎ２ガス、ＣＯガス、Ｈｇ蒸気や、それらの混合ガスなどのようにエネルギを供給することで放電を起こすガスであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態１の放電プラズマ装置の概略構成図である。
【図２】同上に用いる放電プラズマ生成補助装置の概略断面図である。
【図３】同上に用いる電子源の動作説明図である。
【図４】実施形態２の放電プラズマ装置の概略構成図である。
【図５】実施形態３の放電プラズマ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  気密容器
２ａ  アノード電極
２ｂ  カソード電極
３  放電プラズマ生成空間
１０  電子源
２０  グリッド電極
Ｌａ  放電ランプ
【図１】
0004618145.tif 000002
【図２】
0004618145.tif 000003
【図３】
0004618145.tif 000004
【図４】
0004618145.tif 000005
【図５】
0004618145.tif 000006