(57)【要約】【課題】放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる放電点灯装置を提供する。【解決手段】気密容器１内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための一対の放電用電極であるアノード電極２ａおよびカソード電極２ｂと、気密容器１内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０と、電子源１０から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が上記電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御する制御手段２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源とを備え、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が前記電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられてなることを特徴とする放電点灯装置。
【請求項２】
前記一対の放電用電極が前記気密容器内において離間して配置され、前記一対の放電用電極が並んでいる方向と直交する一平面内に前記一対の放電用電極のうちの一方の放電用電極と前記電子源とが配置されてなることを特徴とする請求項１記載の放電点灯装置。
【請求項３】
前記電子源と前記一方の放電用電極とを一体としたことを特徴とする請求項２記載の放電点灯装置。
【請求項４】
気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され一対の放電用電極の並んでいる方向とは直交する一方向へ電子を供給可能な電子源と、前記一方向において電子源に対向配置された補助電極とを備え、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が補助電極と電子源との間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられてなることを特徴とする放電点灯装置。
【請求項５】
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電界放射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４のいずれか１項に記載の放電点灯装置。
【請求項６】
前記電子源を冷却可能な冷却手段を備え、前記制御手段は、冷却手段を制御する機能を有することを特徴とする請求項５記載の放電点灯装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電点灯装置およびそれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放電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、放電ガス中へ電子を供給可能な電子源を気密容器内に設け、適宜タイミングで電子源から電子を放出させることにより、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）。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。
【０００３】
ところで、放電プラズマ生成補助装置として利用する電子源としては、例えば、フィラメントのような熱電子を放出する電子源の他に、Spindt型電子源、ＢＳＤ（Ballistic electronSurface-emitting Device）型電子源、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型電子源、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型電子源などの電界放射型電子源がある。
【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】
一対の放電用電極と電子源とを備えた放電点灯装置において対をなす放電用電極間の放電開始電圧を低減するために必要な電子源の仕様は、気密容器内に封入されている放電ガスの種類やガス圧、放電用電極間の距離などの条件や、所望の放電開始電圧の低減量などの条件によって大きく異なるのが実状であり、放電プラズマ装置の仕様（放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極間の距離など）に基づいて電子源の仕様を容易に設計可能とするための設計指針が求められている。
【０００５】
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、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる放電点灯装置およびそれを用いた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源とを備え、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が前記電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられてなることを特徴とする。ここにおいて、電子源から放出された電子が対をなす放電用電極間の電界により得るエネルギは、対をなす放電用電極間の電界強度と放電ガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度は対をなす放電用電極間に印加される電圧と対をなす放電用電極間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器内の放電ガスの種類やガス圧に依存するから、電子源から放出される電子の初期エネルギによらず、放電点灯装置の仕様によってほぼ決まるものと考えられる。
【０００７】
この発明によれば、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が放電用電極間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられており、気密容器内において放電ガスの電離エネルギよりも大きなエネルギを有する電子により放電ガスが励起されるから、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記一対の放電用電極が前記気密容器内において離間して配置され、前記一対の放電用電極が並んでいる方向と直交する一平面内に前記一対の放電用電極のうちの一方の放電用電極と前記電子源とが配置されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記電子源が前記一対の放電用電極のうちの一方の放電用電極の近傍で他方の放電用電極側とは反対側に離間して配置されている場合に比べて、前記電子源から放出された電子が前記放電ガスに衝突しやすくなるので、前記電子源から放出された電子を前記放電ガスの励起に有効に利用することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記電子源と前記一方の放電用電極とを一体としたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記電子源と前記一方の放電用電極とが別体である場合に比べて、前記電子源から放出される電子を前記放電ガスの励起により有効に利用することができるとともに、放電点灯装置の構造の簡略化を図れる。
【００１２】
請求項４の発明は、気密容器内に封入されている放電ガスに電界を印加して放電プラズマを生成させるための少なくとも一対の放電用電極と、気密容器内に配置され一対の放電用電極の並んでいる方向とは直交する一方向へ電子を供給可能な電子源と、前記一方向において電子源に対向配置された補助電極とを備え、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が補助電極と電子源との間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられてなることを特徴とする。ここにおいて、電子源から放出された電子が補助電極と電子源との間の電界により得るエネルギは、補助電極と電子源との間の電界強度と放電ガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度は補助電極と電子源との間に印加される電圧と両者間の距離とに依存する一方で、平均自由行程は気密容器内の放電ガスの種類やガス圧に依存するから、電子源から放出される電子の初期エネルギおよび対をなす放電用電極間に印加する電圧によらず、放電点灯装置の仕様によってほぼ決まるものと考えられる。
【００１３】
この発明によれば、電子源から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が補助電極と電子源との間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源を制御する制御手段が設けられており、気密容器内において放電ガスの電離エネルギよりも大きなエネルギを有する電子により放電ガスが励起されるから、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４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電界放射型電子源からなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記電子源としてフィラメントやSpindt型電子源を採用した場合に比べて、前記電子源から放出される電子の初期エネルギが高くなるので、前記電子源から放出された電子が前記電界により得るエネルギを低減することが可能となり、放電点灯装置の仕様の関係などで前記電子源から放出された電子が前記電界により得るエネルギが小さな場合でも、放電開始電圧を低減することが可能となる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記電子源を冷却可能な冷却手段を備え、前記制御手段は、冷却手段を制御する機能を有することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、冷却手段により前記電子源が冷却されるように前記制御手段によって冷却手段を制御することにより、前記電子源の前記強電界ドリフト層内での電子の散乱が減少するので、前記電子源から放出される電子のエネルギ分布に関して初期エネルギの高い電子の割合が増加し、前記放電ガスの電離エネルギを超える電子の数を増加させることができるから、放電開始電圧をより確実に低減することが可能となる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の放電点灯装置を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１，４の発明では、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減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】
【００２１】
（実施形態１）
本実施形態の放電プラズマ装置は、図１（ａ）に示すように、放電ガス（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内に配置され放電ガス中へ電子を供給可能な電子源１０とを有する放電ランプＬａと、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界および電子源１０を制御するマイクロコンピュータなどからなる制御手段２０とを備えている。なお、本実施形態では、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとで一対の放電用電極（主電極）を構成しており、アノード電極２ａとカソード電極２ｂと電子源１０と制御手段２０とで放電点灯装置を構成している。
【００２２】
放電ランプＬａは直管形の放電ランプであり、気密容器１が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ており、気密容器１の長手方向の一端部（図１（ａ）における左端部）にアノード電極２ａが配置され、長手方向の他端部（図１（ａ）における右端部）にカソード電極２ｂが配置され、カソード電極２ｂの近傍で当該カソード電極２ｂの側方に電子源１０が配置されている。すなわち、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとが気密容器１内において離間して配置され、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直交する一平面内にカソード電極２ｂと電子源１０とが配置されている。ここで、放電ランプＬａは、アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂが平板状の形状に形成されており、カソード電極２ｂにおけるアノード電極２ａとの対向面と電子源１０における電子放出面とが同一平面上に配置されている。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。
【００２３】
電子源１０は、ＢＳＤ型電子源と呼ばれている電界放射型電子源であり、図２（ａ）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。なお、本実施形態における電子源１０では、下部電極１５と強電界ドリフト層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。
【００２４】
電子源素子１０ａの強電界ドリフト層１６は、図２（ｂ）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）。
【００２５】
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。
【００２６】
ここに、上述の電子源素子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。
【００２７】
上述の電子源素子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２（ｂ）中の矢印の向き（図２（ｂ）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。
【００２８】
なお、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。
【００２９】
本実施形態の放電点灯装置では、制御手段２０によって駆動電源ＶＰＳから電子源１０の表面電極１７と下部電極１５との間に電子源１０の駆動用の直流電圧を印加させることにより、電子源１０から電子が放出される一方で、制御手段２０によって主電源ＶＡＫからアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に始動用電圧を印加させるので、電子源１０から放出された電子は、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、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中に存在する放電ガスのガス分子に衝突する。ここで、ガス分子に衝突する電子が持っているエネルギが放電ガスの電離エネルギよりも大きければ、放電ガスが励起されて電離するから、このような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急激に増大し放電プラズマが生成される。ここにおいて、電子源１０から放出された電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界により得るエネルギは、対をなすアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界強度と放電ガス中における電子の平均自由行程との積に依存し、電界強度は両電極２ａ，２ｂ間に印加される電圧と両電極２ａ，２ｂ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内の放電ガスの種類やガス圧に依存するから、電子源１０から放出される電子の初期エネルギによらず、放電点灯装置の仕様によってほぼ決まる。したがって、放電プラズマ装置における放電ガスの種類、ガス圧、各電極２ａ，２ｂの配置などが決まっている場合に、放電開始電圧を低減したときに放電プラズマが発生するか否か、言い換えれば、両電極２ａ，２ｂ間の放電プラズマ生成空間３に放電ガスの電離エネルギを超えるエネルギを有する電子が存在するか否かは、電子源１０から放出させる電子の初期エネルギ分布により決まることとなる。要するに、放電ガスの電離エネルギを超えるエネルギの電子が存在するように、電子源１０から放出させる電子の初期エネルギ分布を調整すれば、放電開始電圧の低減が可能となる。
【００３０】
そこで、本実施形態における制御手段２０は、電子源１０から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御するように構成してある。言い換えれば、制御手段２０は、電子源１０から放出される電子の放出直後の初期エネルギ分布と各電子が上記電界により得るエネルギとで決まる加速後のエネルギ分布の最大エネルギが放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御するように構成してある。
【００３１】
一例を挙げて説明すれば、放電ガスがＸｅガスであり、ガス圧が１０Ｐａの場合、放電ガスの電離エネルギは１２．１ｅＶ、放電ガス中における電子の平均自由行程は３５０μｍとなり、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の距離が１０ｃｍで、両電極２ａ，２ｂ間に印加する電圧が１ｋＶの場合、両電極２ａ，２ｂ間の電界強度は、１０ｋＶ／ｍとなるから、電子が平均自由行程の距離を進む間に上記電界により得るエネルギは３．５ｅＶとなる。ただし、この３．５ｅＶという値は電子が平均自由行程の距離だけ進むと仮定した場合に上記電界により得る平均のエネルギであるから、上記電界によって３．５ｅＶよりも高いエネルギを得る電子もあれば、電子源１０からの放出後すぐに放電ガスと衝突してしまい上記電界によるエネルギをほとんど得ることができない電子も存在する。
【００３２】
ここで、上述の電子源１０の駆動電圧を１６Ｖとすると、電子源１０から放出される電子の初期エネルギ分布は図１（ｂ）中に実線で示すような分布であり、電子数が最大となるエネルギが約７ｅＶ、最大エネルギが約１０ｅＶであるから、放電ガスの電離エネルギである１２．１ｅＶを超えるエネルギを有する電子は存在しないこととなる。これに対して、アノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間に上述のように１０ｋＶ／ｍの電界が印加され、当該電界によって電子が加速されると、上述のように電子は平均で３．５ｅＶのエネルギを得ることになる。したがって、電子源１０から放出されアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界によって加速された後の電子のエネルギ分布は、図１（ｂ）中に一点鎖線で示したような分布となる。図１（ｂ）中の一点鎖線で示した電子エネルギ分布から分かるように、一部の電子は、上記電界によるエネルギを得た結果、Ｘｅガスの電離エネルギである１２．１ｅＶを超えるエネルギを有することとなるから、当該エネルギを有する電子がＸｅガスに衝突することでＸｅガスの電離を引き起こすことができる。
【００３３】
また、放電ランプＬａの仕様が変更されることとなって電子が平均自由行程を進む間に得るエネルギが変化した場合でも、当該変化後のエネルギに応じて電子源１０から放出させる電子の初期エネルギ分布を調整すればよい。すなわち、平均自由行程が小さくなった場合には、電子源１０の駆動電圧を高くして初期エネルギ分布を高エネルギ側にシフトさせればよく、平均自由行程が大きくなった場合は電子源１０の駆動電圧を低くして初期エネルギ分布を低エネルギ側にシフトさせることが可能となり、電子源１０での電力消費の低減および電子源１０の長寿命化を図れる。
【００３４】
上述の例では、電子源１０としてＢＳＤ型電子源を用いているが、ＭＩＭ型電子源やＭＩＳ型電子源でも、放出される電子の初期エネルギ分布の形状はＢＳＤ型電子源と似た形状になり、駆動電圧を適宜制御することで、所望の初期エネルギ分布を得ることができる。ただし、電子源１０として、Spindt型電子源やフィラメント（熱陰極）を採用した場合には、電子源１０から放出された電子の初期エネルギはほとんどゼロなので、この種の電子源を採用する場合には、放電ガスの電離エネルギを超えるエネルギのほとんどをアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの電界から得る必要がある。ここにおいて、電子源１０から放出された電子の自由行程の分布はマックスウェル・ボルツマン分布に準じた分布となり、電子が電界から得るエネルギは自由行程と電界強度とを乗じた値となるから、電子源１０としてSpindt型電子源やフィラメントを採用した場合には、自由行程と電界強度とを乗じた値が放電ガスの電離エネルギ以上であれば放電プラズマが発生する。ここで、電子源１０から放出された全ての電子のうち電離エネルギ以上のエネルギを得ることのできる電子の割合は上述の自由行程の分布から演算することができるので、当該割合に応じて電子源１０から放出させる電子数を決め、当該電子数以上の電子が得られるように電子源１０を制御すればよい。これに対して、電子源１０として上述のようにＢＳＤ型電子源を採用した場合には、フィラメントやSpindt型電子源を採用した場合に比べて、電子源１０から放出される電子の初期エネルギが高くなるので、電子源１０から放出された電子が電界により得るエネルギを低減することが可能となり、放電点灯装置の仕様の関係などで電子源１０から放出された電子が電界により得るエネルギが小さな場合でも、放電開始電圧を低減することが可能となる。
【００３５】
以上説明した本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子がアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御する制御手段２０が設けられており、気密容器１内において放電ガスの電離エネルギよりも大きなエネルギを有する電子により放電ガスが励起されるから、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極（アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂ）の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる。また、一対の放電用電極であるアノード電極２ａとカソード電極２ｂとが気密容器１内において離間して配置され、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直交する一平面内にカソード電極２ｂと電子源１０とが配置されているので、電子源１０がカソード電極２ｂの近傍でアノード電極２ａ側とは反対側に離間して配置されている場合に比べて、電子源１０から放出された電子が放電ガスに衝突しやすくなるので、電子源１０から放出された電子を放電ガスの励起に有効に利用することができる。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、制御手段２０によって電子源１０への電源供給を停止させるようにすれば、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、制御手段２０によって各電源ＶＰＳ，ＶＡＫの出力電圧を制御するようにしているが、各電源ＶＰＳ，ＶＡＫに直列に接続したスイッチ（図示せず）を適宜にオンオフさせるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、一対の放電用電極（アノード電極２ａ，カソード電極２ｂ）の両方を気密容器１内に配置してあるが、一対の放電用電極の一方の放電用電極を気密容器１の外部に配置した構造でもよいし、対となる放電用電極を気密容器１内に配置する場合には、複数対の放電用電極を配置するようにしてもよい。
【００３７】
（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３に示すように、電子源１０とカソード電極２ｂとを一体とし、電子源１０の表面電極１７をカソード電極２ｂに兼用している点が相違する。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。
【００３８】
ところで、気密容器１内において電子源１０から放出された電子の平均自由行程は、放電ガスのガス圧にもよるが、通常はμｍのオーダであり、気密容器１内における電子源１０の配置位置によっては、電子源１０と放電プラズマ生成空間３との距離が大きくなりすぎてしまい、電子源１０から放出された電子が放電プラズマ生成空間３に到達する前に放電ガスと衝突し、放電プラズマの生成には有効に寄与しない。
【００３９】
これに対して、本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０が一対の放電用電極（アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂ）のうちの一方の放電用電極であるカソード電極２ｂを兼ねているので、実施形態１のように電子源１０とカソード電極２ｂとが別体である場合に比べて、電子源１０から放出される電子を放電プラズマ生成空間３へ効率的に供給することができて、電子源１０から放出された電子を放電ガスの励起のためにより有効に利用することができるとともに、放電点灯装置の構造の簡略化を図れる。
【００４０】
（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１と略同じであり、図４に示すように、電子源１０が気密容器１内においてアノード電極２ａとカソード電極２ｂとの並んでいる方向とは直交する一方向へ電子を供給可能とするように配置されるとともに、気密容器１内において電子源１０に対向配置された補助電極３０とを備えており、マイクロコンピュータなどからなる制御手段２０が、電子源１０から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が補助電極３０と電子源１０との間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御する点が相違する。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。
【００４１】
補助電極３０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と補助電極３０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。
【００４２】
ところで、実施形態１や実施形態２の放電点灯装置では、電子源１０から放出された電子が電界から得るエネルギが電子の平均自由行程と対をなす放電用電極間（アノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間）の電界とで決まってしまうので、電界から得るエネルギを大きくするには、ガス圧を下げて平均自由行程を長くするか、アノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間の電圧を高くするか、アノード電極２ａ・カソード電極２ｂ間の距離を短くするなどして電界強度を高くするしかないが、放電ランプＬａの特性を変えてしまうので、容易に実施できない場合が多い。
【００４３】
これに対して、本実施形態の放電点灯装置は、上述の補助電極３０を備えており、補助電極３０と電子源１０との間の距離や、補助電極３０と電子源１０との間に印加する電圧を変えることによって、放電ランプＬａの特性には影響を与えることなく、電子を加速するための電界強度を変えることが可能であり、制御手段２０によって補助電極３０と電子源１０の表面電極１７との間に加速用電源ＶＧから印加させる電圧を制御するようにしてある。
【００４４】
以上説明した本実施形態の放電点灯装置では、電子源１０から放出される電子の少なくとも一部について電子の初期エネルギと当該電子が補助電極３０と電子源１０との間の電界により得るエネルギとの和が放電ガスの電離エネルギを超えるように電子源１０を制御する制御手段２０が設けられており、気密容器１内において放電ガスの電離エネルギよりも大きなエネルギを有する電子により放電ガスが励起されるから、放電ガスの種類、ガス圧、放電用電極（アノード電極２ａおよびカソード電極２ｂ）の配置などの仕様に応じて放電開始電圧を低減できる。なお、本実施形態では、制御手段２０によって各電源ＶＰＳ，ＶＧ，ＶＡＫの出力電圧を制御するようにしているが、各電源ＶＰＳ，ＶＧ，ＶＡＫに直列に接続したスイッチ（図示せず）を適宜にオンオフさせるようにしてもよい。
【００４５】
（実施形態４）
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と同じであり、図５に示すように、電子源１０における絶縁性基板１４の一表面側に電子源１０を冷却可能な冷却手段としてのペルチェ素子４０が形成されている点に特徴がある。なお、他の構成は実施形態１と同じなので、図示および説明を省略する。
【００４６】
ペルチェ素子４０は、ｐ形熱電半導体材料（例えば、ｐ形のＢｉ２Ｔｅ３）よりなる第１熱電要素４１とｎ形熱電半導体材料（例えば、ｎ形のＢｉ２Ｔｅ３）よりなる第２熱電要素４２とが図５の左右方向において離間して交互に配設され、金属材料（例えば、アルミニウム、銅など）からなる電極４３を介して接合されている。すなわち、ペルチェ素子４０は、絶縁性基板１４の厚み方向に直交する面内で第１熱電要素４１と第２熱電要素４２とが交互に立設されており、電気的には第１熱電要素４１と第２熱電要素４２とが交互に並んだ形で直列接続されている。
【００４７】
したがって、ペルチェ素子４０へ外部から電圧を印加して電流を流すと（つまり、複数の第１熱電要素４１と複数の第２熱電要素４２との直列回路へ電流を流すと）、絶縁性基板１４の厚み方向において絶縁性基板１４に近い側（図５における下側）の電極４３は吸熱し、絶縁性基板１４から遠い側（図５における上側）の電極４３は発熱するので、ペルチェ素子４０へ電流を流すことで電子源１０の電子源素子１０ａを冷却することができる。
【００４８】
本実施形態の放電点灯装置では、上述のペルチェ素子４０を備えており、マイクロコンピュータなどからなる制御手段２０がペルチェ素子４０も制御する機能を有しているので、ペルチェ素子４０により電子源１０を冷却させることにより、電子源１０の強電界ドリフト層１６内での電子の散乱が減少して、電子源１０から放出される電子のエネルギ分布に関して初期エネルギの高い電子の割合が増加し、放電ガスの電離エネルギを超える電子の数を増加させることができるから、放電開始電圧をより確実に低減することが可能となる。ここで、一例として、電子源素子１０ａの室温（３００Ｋ）での電子放出特性を図６の「イ」に示し、１００Ｋでの電子放出特性を同図の「ロ」に示す。なお、図６は、横軸が電子エネルギ、縦軸が放出電子数であり、図６から、室温では放出電子のエネルギ分布が比較的広くなっているのに対して、１００Ｋでは放出電子のエネルギ分布が狭くなるとともにエネルギの高い電子の割合が増加していることが分かる。
【００４９】
ここにおいて、３００Ｋにおける放出電子のエネルギ分布が比較的広くなっている原因の一つとしては、シリコン微結晶６３を構成しているシリコン原子の格子振動による散乱が考えられる。これに対して、１００Ｋにおける放出電子のエネルギ分布が狭くなっているのは、強電界ドリフト層１６が冷却されることによってシリコン原子の格子振動が小さくなって強電界ドリフト層１６での電子の散乱確率が減少するためであると考えられる。要するに、強電界ドリフト層１６を冷却することによって、放出電子に関してほぼ理論通りのエネルギ分布特性を得ることができるものと考えられる。
【００５０】
なお、上述の絶縁性基板１４上に図示しないサーミスタ素子からなる感温素子を設け、制御手段２０が感温素子による検出温度に基づいてペルチェ素子４０へ流す電流の電流値を制御するようにすれば、ペルチェ素子４０に流す電流値を制御することで電子源１０の冷却温度を所望の温度（規定温度範囲内）に調節することができ、電子源１０の電子放出特性を安定させることができる。
【００５１】
ところで、上記各実施形態の放電点灯装置は、例えば、図７に示すような照明器具に利用することができる。図７に示した照明器具は、いわゆる富士型の照明器具であって、天井面のような施工面に取り付けられる器具本体１００と、器具本体１００の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた各一対のソケット１０２と、器具本体１００に器具本体１００を覆うように取り付けられる断面Ｖ字形の反射板１０３と、器具本体１００に長手方向が一致する形でそれぞれソケット１０２間に保持される２本の直管形のランプ１０４と、２本のランプ１０４を点灯させる点灯装置（図示せず）とを備えている。ここにおいて、ランプ１０４として、上述の放電ランプＬａにおいて気密容器１の内面に蛍光体層を形成したものを用い、点灯装置に制御手段２０を設けることにより、上述の放電点灯装置を備えた照明器具を実現することができ、照明器具における放電点灯装置の放電開始電圧の低電圧化を図れる。
【００５２】
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Ｌａを例示したが、放電ランプＬａに限らず、例えば、プラズマディスプレイパネルなどでもよい。また、上記各実施形態における放電プラズマ装置では、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】
【００５３】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は放電プラズマ装置の概略構成図、（ｂ）は放電点灯装置の動作原理の説明図である。
【図２】同上に用いる電子源を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。
【図３】実施形態２の放電プラズマ装置の概略構成図である。
【図４】実施形態３の放電プラズマ装置の概略構成図である。
【図５】実施形態４における要部概略断面図である。
【図６】同上における電子源の電子放出特性の説明図である。
【図７】照明器具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  気密容器
２ａ  アノード電極（放電用電極）
２ｂ  カソード電極（放電用電極）
３  放電プラズマ生成空間
１０  電子源（電界放射型電子源）
１５  下部電極
１６  強電界ドリフト層
１７  表面電極
２０  制御手段
３０  補助電極
４０  ペルチェ素子（冷却手段）
６３  シリコン微結晶（半導体微結晶）
６４  シリコン酸化膜（絶縁膜）
Ｌａ  放電ランプ
【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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