JP2015041580A - Filament and light source - Google Patents
Filament and light source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015041580A JP2015041580A JP2013173247A JP2013173247A JP2015041580A JP 2015041580 A JP2015041580 A JP 2015041580A JP 2013173247 A JP2013173247 A JP 2013173247A JP 2013173247 A JP2013173247 A JP 2013173247A JP 2015041580 A JP2015041580 A JP 2015041580A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filament
- semiconductor
- visible light
- wavelength
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、エネルギー利用効率を改善した光源用フィラメントに関する。 The present invention relates to a light source filament with improved energy utilization efficiency.
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、図１に示すように赤外放射光成分が９０％以上である（図１の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、凡そ１５ ｌｍ／Ｗと低い値になる。一方、蛍光灯は、電力から可視光への変換効率が約９０ ｌｍ／Ｗであり、白熱電球よりも大きい。このため、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。 Incandescent light bulbs are widely used in which a current is passed through a tungsten filament or the like to heat the filament to form a light bulb. An incandescent bulb has a radiation spectrum with excellent color rendering properties close to that of sunlight, and the conversion efficiency from the power of the incandescent bulb to light is 80% or more, but the wavelength component of the emitted light is as shown in FIG. The infrared radiation component is 90% or more (in the case of 3000K in FIG. 1). For this reason, the conversion efficiency from the electric power of the incandescent light bulb to visible light is as low as about 15 lm / W. On the other hand, the fluorescent lamp has a conversion efficiency from electric power to visible light of about 90 lm / W, which is larger than the incandescent lamp. For this reason, incandescent bulbs are excellent in color rendering, but have a problem of a large environmental load.
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および２には、電球内部に不活性ガスやハロゲンガスを封入することにより、蒸発したフィラメント材料をハロゲン化してフィラメントに帰還させ（ハロゲンサイクル）、フィラメント温度をより高くする構成が提案されている。一般的にこれらはハロゲンランプと呼ばれている。これにより、可視光への電力変換効率の上昇およびフィラメント寿命の延長の効果が得られる。この構成では、高効率化並びに長寿命化のために、封入ガスの成分並びに圧力の制御が重要となる。
Various proposals have been made as attempts to increase the efficiency, brightness, and life of incandescent bulbs. For example,
特許文献３−５には、電球ガラスの表面に赤外線反射コートを施し、フィラメントから放射された赤外光を反射して、フィラメントに戻し、吸収させる構成が開示されている。これにより、赤外光をフィラメントの再加熱に利用し、高効率化を図っている。
特許文献６−９には、フィラメント自体に微細構造体を作製し，その微細構造体の物理的効果により，赤外放射を抑制し，可視光放射の割合を高めるという構成が提案されている。 Patent Documents 6-9 propose a configuration in which a fine structure is produced in the filament itself, and infrared radiation is suppressed and the proportion of visible light radiation is increased by the physical effect of the fine structure.
しかしながら，特許文献１，２のようにハロゲンサイクルを利用する技術は、寿命延伸効果を図ることはできるが、変換効率を大きく改善することは困難であり、現状，２０ ｌｍ／Ｗ程度の効率である。
However, the technologies using the halogen cycle as described in
また，特許文献３−５のように、赤外放射を赤外線反射コートで反射して、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良く起こらない。また，赤外線反射コート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。このため，本技術により、変換効率を大きく改善することは困難である。現状，２０ ｌｍ／Ｗ程度の効率となる。 In addition, as in Patent Documents 3-5, the technique of reflecting infrared radiation with an infrared reflecting coat and reabsorbing the filament to the filament has a high reflectivity of 70% for infrared light, so reabsorption is efficient. It does n’t happen well. Further, the infrared light reflected by the infrared reflective coating is absorbed by other parts other than the filament, such as the filament holding part and the base, and is not used for heating the filament. For this reason, it is difficult to greatly improve the conversion efficiency by this technology. Currently, the efficiency is about 20 lm / W.
特許文献６−９のように微細構造により赤外放射光の抑制効果を図る技術は、赤外放射スペクトルの極一部分の波長に対して放射増強並びに抑制効果を示す報告は存在するが（非特許文献１）、広範囲な赤外光全体に亘って赤外放射光の抑制を図ることは非常に困難である。これは、ある波長が抑制されると，別の波長は増強される性質のためである。このため、本技術を利用して大幅な効率改善を図ることは難しいと考えられている。また，微細構造作製に際して，電子ビームリソグラフィー等の高度な微細加工技術を利用するため，これを使用した光源は非常に高価なものとなる。更に，高温耐熱部材であるＷ基体上に微細構造を作り込んでも１０００℃程度の加熱温度で微細構造部分が溶融並びに破壊してしまうと言う問題も存在する。 There is a report showing a technique for enhancing the suppression effect of infrared radiation with a fine structure as in Patent Documents 6-9, which shows a radiation enhancement and suppression effect with respect to the wavelength of the extreme part of the infrared radiation spectrum (non-patent document). Reference 1), it is very difficult to suppress infrared radiation over a wide range of infrared light. This is because when one wavelength is suppressed, another wavelength is enhanced. For this reason, it is considered difficult to achieve significant efficiency improvements using this technology. In addition, since a fine structure such as electron beam lithography is used for manufacturing a fine structure, a light source using this is very expensive. Further, there is a problem that even if a fine structure is formed on a W substrate which is a high temperature heat-resistant member, the fine structure portion is melted and destroyed at a heating temperature of about 1000 ° C.
本発明の目的は、電力を可視光や近赤外光に変換する効率が高いフィラメントを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a filament having high efficiency for converting electric power into visible light or near infrared light.
上記目的を達成するために、本発明によればバンドギャップを有する材料で少なくとも一部が構成されたフィラメントが提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a filament at least partially composed of a material having a band gap.
本発明では、バンドギャップを有する材料のバンドギャップ未満のエネルギー領域の放射率がほぼゼロになることを利用して、赤外波長領域の放射率が低く、可視光や近赤外光の放射率の高いフィラメントが得られる。 In the present invention, by utilizing the fact that the emissivity in the energy region below the band gap of the material having the band gap becomes almost zero, the emissivity in the infrared wavelength region is low, and the emissivity of visible light or near infrared light High filaments are obtained.
本発明のフィラメントの原理について図面を用いて説明する。 The principle of the filament of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明では、バンドギャップを有する材料で少なくとも一部が構成されたフィラメントが提供される。バンドギャップを有する材料は、バンドギャップ未満のエネルギー領域の放射率がほぼゼロになるため、供給されたエネルギーをバンドギャップ以上のエネルギー領域において放射することができる。これを利用して、可視光や近赤外光（波長１２００ｎｍ以下）の放射効率の高いフィラメントが得られる。 In the present invention, a filament at least partially composed of a material having a band gap is provided. A material having a band gap has an emissivity in an energy region below the band gap of approximately zero, and thus the supplied energy can be radiated in an energy region above the band gap. Utilizing this, a filament having high radiation efficiency of visible light or near infrared light (wavelength of 1200 nm or less) can be obtained.
フィラメントの材料は、バンドギャップエネルギーが、可視から赤外波長領域にあることが望ましい。特に、可視から近赤外波長領域（１２００ｎｍ以下）にあることが望ましい。例えば、バンドギャップエネルギーが、波長７００ｎｍ付近にあることが望ましい。 The filament material preferably has a band gap energy in the visible to infrared wavelength region. In particular, it is desirable to be in the visible to near-infrared wavelength region (1200 nm or less). For example, it is desirable that the band gap energy is in the vicinity of a wavelength of 700 nm.
フィラメントの材料は、反射率と透過率の和が、可視波長領域より赤外波長領域で高いことが望ましい。 It is desirable that the filament material has a higher sum of reflectance and transmittance in the infrared wavelength region than in the visible wavelength region.
フィラメント材料は、半導体、電気伝導性を生じる構造が導入された誘電体、ならびに、カーボンナノチューブやグラフェン等のナノ構造のカーボンを好適に用いることができる。例えば、Ｓｉ（バンドギャップエネルギー：１．１ｅＶ），ＧａＡｓ（同：１．４ｅＶ），β−ＳｉＣ（同：２．２ｅＶ），ＧａＮ（同：３ｅＶ），カーボンナノチューブ（直径２ｎｍの場合バンドギャップエネルギー：０．５ｅＶ、直径０．５ｎｍの場合：１．５ｅＶ）を用いることができる。（なお、カーボンナノチューブのバンドギャップエネルギーの直径依存については、非特許文献 Kataura,et al.,Synthetic Metals,103,2555(1999）参照．） As the filament material, a semiconductor, a dielectric in which a structure that generates electrical conductivity is introduced, and carbon having a nano structure such as a carbon nanotube or graphene can be preferably used. For example, Si (band gap energy: 1.1 eV), GaAs (same: 1.4 eV), β-SiC (same: 2.2 eV), GaN (same: 3 eV), carbon nanotubes (band gap energy in the case of 2 nm in diameter) : 0.5 eV, diameter 0.5 nm: 1.5 eV) can be used. (For the diameter dependence of the band gap energy of carbon nanotubes, see non-patent literature Kataura, et al., Synthetic Metals, 103, 2555 (1999).)
また、半導体、または、電気導電性を生じる構造が導入された誘電体をフィラメント材料として用いる場合には、フィラメントの表面を鏡面研磨することが望ましい。鏡面研磨後の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）１０μｍ以下、および、十点平均粗さ（Ｒｚ）１０μｍ以下の少なくとも一つを満たすことが望ましい。 Further, in the case of using a semiconductor or a dielectric material introduced with a structure that generates electrical conductivity as a filament material, it is desirable to mirror polish the surface of the filament. The surface roughness after mirror polishing satisfies at least one of a center line average roughness (Ra) of 1 μm or less, a maximum height (Rmax) of 10 μm or less, and a ten-point average roughness (Rz) of 10 μm or less. desirable.
半導体をフィラメント材料として用いる場合、半導体には不純物がドープされていることが望ましい。この不純物により、半導体の反射率と透過率が制御され、同時に電気伝導性を備えることができる。 When a semiconductor is used as the filament material, it is desirable that the semiconductor is doped with impurities. By this impurity, the reflectance and transmittance of the semiconductor are controlled, and at the same time, electrical conductivity can be provided.
上記フィラメント材料は、１５００Ｋ以上においても耐えられるものが望ましい。 The filament material is preferably one that can withstand 1500K or more.
また、半導体を材料とするフィラメントは、両端に電極が備えられ、外周には可視光反射膜が配置された構造にすることも可能である。この場合、可視光反射膜は、フィラメント内部で発生した可視光を共振させる共振器を構成することができるため、レーザー光を出射することが可能になる。 Further, a filament made of a semiconductor material may have a structure in which electrodes are provided at both ends and a visible light reflecting film is disposed on the outer periphery. In this case, since the visible light reflecting film can constitute a resonator that resonates visible light generated inside the filament, it is possible to emit laser light.
上記フィラメントを気密容器内に配置し、フィラメントに電流を供給するための電極をフィラメントに接続することによりフィラメントを加熱励起し、可視光や近赤外光（波長１２００ｎｍ以下）を出射する光源を構成することができる。気密容器内には、１０５Ｐａから１０７Ｐａの圧力で不活性ガスが封入されていることが好ましい。 The filament is placed in an airtight container, and an electrode for supplying current to the filament is connected to the filament to heat and excite the filament, thereby forming a light source that emits visible light or near infrared light (wavelength of 1200 nm or less). can do. It is preferable that an inert gas is sealed in the hermetic container at a pressure of 10 5 Pa to 10 7 Pa.
フィラメント励起部は、電流供給手法の他に、マイクロ波励起部，ＲＦ波励起部，放電励起部，伝導励起部，等，様々な物理的励起手法を採用することが出来る。特に，電気伝導性が低いフィラメントの場合，マイクロ波励起並びにＲＦ波励起等のフィラメント加熱励起手法が有効となる。 The filament excitation unit can employ various physical excitation methods such as a microwave excitation unit, an RF wave excitation unit, a discharge excitation unit, and a conduction excitation unit in addition to the current supply method. In particular, in the case of a filament with low electrical conductivity, filament heating excitation methods such as microwave excitation and RF wave excitation are effective.
本発明のフィラメントを構成する半導体並びに誘電体材料としては，上述してきた材料の他に，融点が１５００Ｋ以上である半導体ならびに誘電体材料を用いることが出来る。例えば、融点が１５００Ｋ以上である材料であって、禁制帯幅（バンドギャップ）が広く、絶縁特性を有する誘電体材料に，広義な意味での不純物を添加し、放射制御特性並びに電気伝導性を持たせた材料をフィラメントに用いることも可能である。具体的には、ダイヤモンド半導体のように、窒素ドープによる不純物準位形成方法や，イオン注入による欠陥準位形成方法、または、電子線照射による結晶欠陥生成方法等により誘電体に伝導特性を形成した材料によりフィラメントを形成することができる。 As the semiconductor and dielectric material constituting the filament of the present invention, in addition to the materials described above, semiconductors and dielectric materials having a melting point of 1500 K or more can be used. For example, a material having a melting point of 1500 K or more, having a wide forbidden band (band gap), and adding an impurity in a broad sense to a dielectric material having an insulating characteristic, thereby improving radiation control characteristics and electrical conductivity. It is also possible to use the provided material for the filament. Specifically, like diamond semiconductors, conductive properties were formed in the dielectric by an impurity level formation method by nitrogen doping, a defect level formation method by ion implantation, or a crystal defect generation method by electron beam irradiation. A filament can be formed of a material.
また、ダイヤモンド以外にも、誘電体材料としては、酸化物であるＣａＯ，ＣｅＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＣｏＯ，Ｄｙ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｇａ２Ｏ３，ＨｆＯ２，ＨｏＯ３，ＳｎＯ２，Ｆｅ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，ＭｇＡｌ２Ｏ４，ＭｇＯ，Ｎｄ２Ｏ３，ＮｂＯ，Ｎｂ２Ｏ３，Ｏｓ２Ｏ３，ＲｅＯ３，Ｓｍ２Ｏ３，Ｓｃ２Ｏ３，ＳｉＯ，ＳｉＯ２，ＳｒＯ，Ｔａ２Ｏ５，Ｔｂ２Ｏ３，ＴｈＯ２，ＴｉＯ，Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＵＯ２，ＶＯ２，Ｙｂ２Ｏ３，Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２，Ｙ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ４等，また，窒化物であるＡｌＮ，ＢＮ，ＨｆＮ，ＮｂＮ，Ｓｉ３Ｎ４，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＶＮ，ＺｒＮ等，炭化物材料であるＢｅ２Ｃ，Ｂ４Ｃ，グラフェン，ダイヤモンドライクカーボン，Ｃｒ３Ｃ２，Ｍｏ２Ｃ，ＮｂＣ，４Ｈ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣ，ＴｈＣ２，ＴｉＣ，Ｗ２Ｃ，ＵＣ２，ＶＣ，ＺｒＣ等、硫化物であるＣｄＳ，ＴｈＳ２，ＵＳ，ＺｎＳ等、ホウ化物であるＣｒＢ，ＭｏＢ２，ＨｆＢ２，ＮｂＢ２，ＴａＢ２，ＴｉＢ２，ＷＢ２，ＶＢ２，ＺｒＢ２等，ケイ素化物，および、リン化物ＧａＰ，ＶＳｉ２，ＺｒＳｉ２等を用いることが可能である。
In addition to diamond, as the dielectric material is an
また、本発明では、フィラメントの全体が半導体並びに誘電体で構成されたものに限定されるものではなく、高温耐熱性を有する導電性基材の表面に半導体や誘電体を配置した構成にすることも可能である。この場合，導電性基材としては、Ｔａ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｒｅ，Ｗ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｒｈ，Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＺｒＣ，ＴａＣ，ＨｆＣ，ＡｌＮ，ＢＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＴｉＮ，ＬａＢ６，ＺｒＢ２，ＨｆＢ２等を用いることができる。 In the present invention, the entire filament is not limited to a semiconductor and a dielectric, and the semiconductor and the dielectric are arranged on the surface of a conductive base material having high temperature heat resistance. Is also possible. In this case, as the conductive substrate, Ta, Os, Ir, Mo, Re, W, Ru, Nb, Cr, Zr, V, Rh, C, B 4 C, ZrC, TaC, HfC, AlN, BN, ZrN, HfN, TiN, LaB 6 , ZrB 2 , HfB 2 or the like can be used.
つぎに、本発明のフィラメントが、バンドギャップ以上のエネルギー領域（可視光や近赤外光（波長１２００ｎｍ以下））の光を効率よく出射する原理について説明する。 Next, the principle by which the filament of the present invention efficiently emits light in the energy region above the band gap (visible light or near infrared light (wavelength 1200 nm or less)) will be described.
自然対流熱伝達の無い条件下（例えば真空中）における材料（ここではフィラメント）の入力エネルギーに対するエネルギー損失は平衡状態では以下の式（１）で与えられる。
（数１）
P(total)=P(conduction)+P(radiation) ・・・(1)
The energy loss with respect to the input energy of the material (here, the filament) under conditions without natural convection heat transfer (for example, in a vacuum) is given by the following equation (1) in an equilibrium state.
(Equation 1)
P (total) = P (conduction) + P (radiation) (1)
ここで，P(total)は、全入力エネルギー，P(conduction)は、フィラメントに電流を供給するリード線を経て損失されるエネルギー，P(radiation)は、フィラメントが、加熱された温度で外部空間に光を放射して損失するエネルギーである。フィラメントは、その温度が２５００Ｋ以上の高温になると，リード線を経て損失されるエネルギーはわずか５％程度になり，残りの９５％以上のエネルギーは、光放射によって外部にエネルギー損失されるため，入力電力の殆ど全てのエネルギーを光に代えることが出来る。しかしながら，従来の一般的なフィラメントから放射される放射光の内，可視光成分の割合はわずか１０％程度で，大部分が赤外放射光成分であるため，そのままでは効率の良い可視光源とはならない。 Where P (total) is the total input energy, P (conduction) is the energy lost through the lead that supplies current to the filament, and P (radiation) is the temperature at which the filament is heated. It is the energy lost by radiating light. When the temperature of the filament reaches 2500K or higher, the energy lost through the lead wire is only about 5%, and the remaining 95% or more is lost to the outside by light radiation. Almost all the electric energy can be replaced by light. However, of the radiated light emitted from the conventional general filament, the proportion of visible light component is only about 10%, and most of it is infrared radiated light component. Don't be.
上記式（１）におけるP(radiation)の項は一般的に、下記式（２）で記述することができる。
（数３）
ε(λ)＝１−τ(λ)−Ｒ(λ) ・・・(3)
In general, the term of P (radiation) in the above formula (1) can be described by the following formula (2).
(Equation 3)
ε (λ) = 1−τ (λ) −R (λ) (3)
式（２）と式（３）を関連付けて議論すると，仮に、透過率と反射率の和が全ての波長に亘って１である半導体材料は，式（３）よりε(λ)＝０となり，ひいては，式（２）における積分値が０となるため放射による損失が起こらなくなる。この物理的意味は，P(total)=P(conduction)となるため，少量の入力エネルギーでも光放射による損失が無く，フィラメントが非常に高い温度まで達することを意味している。一方，反射率と透過率の和が全ての波長に亘って０である材料は、完全黒体とよばれ，（３）式よりε(λ)＝１となる。この結果，（２）式における積分値は最大となり，ひいては，放射による損失量が最大となる。通常の材料は、放射率ε(λ)が０＜ ε(λ)＜１の間に存在し、かつ、その波長依存性は、劇的に変化することは無い（波長λ，温度Ｔに対する緩慢な依存性は存在する）。そのため、赤外から可視光領域における光放射は、図２の２点鎖線で示すように略可視から赤外領域に亘って均一に起こる。なお、図２では、議論を簡略化するため全波長領域でε(λ)＝１として黒体放射スペクトルをプロットしている。 When discussing the relationship between Equation (2) and Equation (3), it is assumed that a semiconductor material in which the sum of transmittance and reflectance is 1 over all wavelengths is ε (λ) = 0 from Equation (3). As a result, the integral value in equation (2) becomes 0, so that loss due to radiation does not occur. This physical meaning means that since P (total) = P (conduction), there is no loss due to light radiation even with a small amount of input energy, and the filament reaches a very high temperature. On the other hand, a material in which the sum of reflectance and transmittance is 0 over all wavelengths is called a complete black body, and ε (λ) = 1 from equation (3). As a result, the integral value in equation (2) is maximized, and hence the amount of loss due to radiation is maximized. In ordinary materials, the emissivity ε (λ) exists between 0 <ε (λ) <1, and its wavelength dependence does not change dramatically (wavelength λ, slow with respect to temperature T). There is a major dependency). Therefore, light emission in the infrared to visible light region occurs uniformly from substantially visible to the infrared region as shown by the two-dot chain line in FIG. In FIG. 2, the black body radiation spectrum is plotted with ε (λ) = 1 in the entire wavelength region in order to simplify the discussion.
一方、図２に一点鎖線で示すように赤外光領域で略０％の放射率を有し，７００ｎｍ以下の可視光領域で，略１００％の放射率を有する材料を，真空中で加熱した熱放射は、以下の（４）式で表現出来る。
式（４）において、θ(λ−λ０） は、長波長から可視光のある波長λ０までは放射率が０であり，ある波長λ０よりも短波長の領域では放射率が１である階段関数的振る舞いを示す関数である。得られる放射スペクトルは階段関数的な放射率と黒体放射スペクトルを畳み込んだ形状となり，計算の結果は、図２の破線で示すスペクトルとなる。即ち，式（４）の物理的意味は，フィラメントへの入力エネルギーの小さい低温領域では輻射損失が抑えられており，式（４）のP (radiation)の項が0となるため，エネルギー損失がP (conduction)のみとなり，非常に効率良くフィラメント温度が上昇する。一方、フィラメント温度が高温になり，黒体放射スペクトルのピーク波長がλ０より短くなるような温度領域になると，フィラメントに入力したエネルギーを図２の破線で示したスペクトルのように可視光放射として損失するようになる。 In equation (4), θ (λ−λ 0 ) has an emissivity of 0 from a long wavelength to a wavelength λ 0 where visible light is present, and an emissivity of 1 in a region shorter than a certain wavelength λ 0. It is a function that shows some step function behavior. The obtained radiation spectrum has a shape obtained by convolving the stepwise emissivity and the blackbody radiation spectrum, and the result of the calculation is a spectrum indicated by a broken line in FIG. In other words, the physical meaning of equation (4) is that radiation loss is suppressed in the low temperature region where the input energy to the filament is small, and the term of P (radiation) in equation (4) is 0, so the energy loss is Only P (conduction) occurs, and the filament temperature rises very efficiently. On the other hand, the filament temperature is a high temperature, the peak wavelength of black-body radiation spectrum is a temperature region as shorter than lambda 0, as a visible light emission as the spectrum that shows an energy input to the filament by a broken line in FIG. 2 To lose.
式（４）におけるθ(λ−λ０）は、上述のように長波長から可視光のある波長λ０までは放射率が０であり，ある波長λ０よりも短波長の領域では放射率が１である材料である。このような材料は、式（３）のキルヒホッフの法則により、図２に実線で示したように、波長λ０以下で反射率と透過率の和が０で、波長λ０よりも長波長領域で反射率と透過率の和が１となる。 In the equation (4), θ (λ−λ 0 ) has an emissivity of 0 from a long wavelength to a wavelength λ 0 where visible light is present as described above, and in an area shorter than a certain wavelength λ 0 Is a material that is 1. According to Kirchhoff's law of equation (3), such a material has a sum of reflectance and transmittance of 0 or less at a wavelength λ 0 as shown by a solid line in FIG. 2, and a longer wavelength region than wavelength λ 0 The sum of reflectance and transmittance is 1.
そこで本発明は、波長λ０以下の可視光域の反射率と透過率の和が０に近く、波長λ０よりも長波長領域で反射率と透過率の和が１に近い値を有するフィラメントとして、バンドギャップを有する材料で構成されたフィラメントを提供する。このフィラメントは、バンドギャップ未満のエネルギー領域（例えば、７００ｎｍ以上の赤外光）の放射率がほぼゼロになる。 Accordingly, the present invention provides a filament in which the sum of the reflectance and transmittance in the visible light region having a wavelength λ 0 or less is close to 0, and the sum of the reflectance and transmittance in the wavelength region longer than the wavelength λ 0 is close to 1. As a filament made of a material having a band gap. This filament has almost zero emissivity in an energy region below the band gap (for example, infrared light of 700 nm or more).
（実施形態１）
実施形態１として、Ｓｉ半導体を材料とするフィラメントについて説明する。このフィラメントは、１７００ Ｋの温度でも赤外領域の放射率がほぼゼロ（すなわち、透過率と反射率の和がほぼ１）の放射特性を示す。
(Embodiment 1)
As
まず、Ｓｉ半導体を材料とするフィラメントの製造方法について説明する。Ｐ型またはＮ型で、比抵抗０．０１Ωｃｍ程度の面方位（１００）のＳｉ基板を用意する。Ｓｉ基板は、ＦＺ（フローティングゾーン）法等で成長させたものが望ましい。ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で成長させたＳｉ基板は、酸素を大量に含み０．１ｅＶから０．５ｅＶに亘って多数の不純物準位が形成されている（例えば，半導体デバイス，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，産業図書出版Ｐ．２２参照）ため、加熱すると、不純物準位内の束縛電子が励起され自由電子となり，これに起因した長波長赤外放射が出現する（赤外放射抑制効果の劣化）。このため、不純物に起因する赤外線放射をなるべく少なく抑制したＳｉ基板を用意することが望ましい。 First, a method for manufacturing a filament made of Si semiconductor will be described. A P-type or N-type Si substrate with a plane orientation (100) having a specific resistance of about 0.01 Ωcm is prepared. The Si substrate is preferably grown by the FZ (floating zone) method or the like. A Si substrate grown by a CZ (Czochralski) method contains a large amount of oxygen, and a large number of impurity levels are formed from 0.1 eV to 0.5 eV (for example, semiconductor devices, SM Sze, Therefore, when heated, bound electrons in the impurity level are excited and become free electrons, and long-wavelength infrared radiation resulting from this appears (deterioration of infrared radiation suppression effect). For this reason, it is desirable to prepare a Si substrate that suppresses infrared radiation caused by impurities as much as possible.
用意したＳｉ基板を、図３に示すように、直方体や円柱状等の棒状やコイル形状等所望のフィラメント形状に加工する。棒状に加工する場合、サイズとしては、例えば０．１×０．１×１０（ｍｍ３）〜０．５×０．５×２０ （ｍｍ３）程度に加工することができる。棒状に加工する際には、劈開、ダイシング、レーザースクライビング等のＳｉ基板の加工に用いられる周知のプロセスを用いる。劈開により加工する場合、劈開の容易さから結晶面が面方位（１００）のＳｉ基板を準備することが好ましい。レーザースクライビング等の加工プロセスを用いる場合は，フィラメントの加工が面方位に影響を受けないので，他の面方位，例えば（１１０），（１１１），等の基板を用いることをできる。コイル形状等、他の所望の形状にＳｉ基板を加工する場合には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の加工プロセス等を用いることができる。 As shown in FIG. 3, the prepared Si substrate is processed into a desired filament shape such as a rectangular parallelepiped or columnar rod shape or a coil shape. In the case of processing into a rod shape, the size can be processed to about 0.1 × 0.1 × 10 (mm 3 ) to 0.5 × 0.5 × 20 (mm 3 ), for example. When processing into a rod shape, a known process used for processing of a Si substrate such as cleavage, dicing, laser scribing, or the like is used. In the case of processing by cleavage, it is preferable to prepare a Si substrate having a crystal orientation (100) in the crystal plane for ease of cleavage. When a processing process such as laser scribing is used, since the processing of the filament is not affected by the plane orientation, a substrate having another plane orientation, for example, (110), (111), etc. can be used. When the Si substrate is processed into another desired shape such as a coil shape, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) processing process or the like can be used.
形成した所望の形状のＳｉフィラメントの表面を鏡面研磨することが望ましい。これにより、表面粗さが大きな半導体表面に生じる表面準位を抑制できるため、表面準位が加熱時に放射する赤外放射を防止できる。よって、フィラメントの赤外光の放射抑制の作用をより高めることができる。鏡面研磨後の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下，最大高さ（Ｒｍａｘ）１０μｍ以下、および，十点平均粗さ（Ｒｚ）１０μｍ以下のうち少なくとも一つを満たすことが望ましい。 It is desirable to mirror-polish the surface of the formed Si filament having a desired shape. Thereby, since the surface level which arises in the semiconductor surface with large surface roughness can be suppressed, the infrared radiation which a surface level radiates | emits at the time of a heating can be prevented. Therefore, it is possible to further enhance the action of suppressing the emission of infrared light from the filament. The surface roughness after mirror polishing should satisfy at least one of centerline average roughness (Ra) of 1 μm or less, maximum height (Rmax) of 10 μm or less, and ten-point average roughness (Rz) of 10 μm or less. Is desirable.
加工並びに研磨によって生じた歪が、Ｓｉフィラメントに種々の欠陥・表面準位を形成し、赤外光を放射する恐れがあるため、フィラメント作製後，バッファードＨＦ等を用いて酸化被膜除去並びに表面洗浄を行い，その後，フィラメントを加熱して，結晶欠陥の回復作業等を施すことが望ましい。さらに，このような結晶欠陥の回復作業を施したフィラメントの表面に、Ｓｉ半導体をホモエピタキシャル成長させることも可能である。これにより、結晶欠陥・表面準位の発生をさらに抑えることができるため、より高品質なフィラメントを形成すること出来る。 Strain generated by processing and polishing may form various defects and surface states in the Si filament and radiate infrared light. After the filament is prepared, the oxide film is removed using buffered HF and the surface. It is desirable to perform cleaning, and then heat the filament to recover crystal defects. Furthermore, it is also possible to homoepitaxially grow a Si semiconductor on the surface of the filament subjected to such a crystal defect recovery operation. Thereby, since generation | occurrence | production of a crystal defect and a surface level can further be suppressed, a higher quality filament can be formed.
すでに述べたように、形成したフィラメントは、比抵抗０．０１Ωｃｍ程度であることが好ましい。これにより、Ｓｉフィラメントに低電圧（１０Ｖ程度）である程度の電流（１〜１０Ａオーダー）を流して加熱することができるためである。ただし、必ずしも比抵抗は０．０１Ωｃｍ以下でなくてもよい。フィラメントが短い場合や、フィラメントが薄膜形状である場合には、比抵抗が大きくても，以下の（５）式に示すように，フィラメント長さＬの3乗に反比例し、フィラメント電圧Ｖの２乗に比例する空間電化制限電流Ｊを流して加熱することができる。
（数５）
Ｊ ∝ Ｖ２／Ｌ３ ・・・（５）
As already described, it is preferable that the formed filament has a specific resistance of about 0.01 Ωcm. This is because the Si filament can be heated by passing a certain amount of current (on the order of 1 to 10 A) at a low voltage (about 10 V). However, the specific resistance is not necessarily 0.01 Ωcm or less. When the filament is short or has a thin film shape, even if the specific resistance is large, it is inversely proportional to the cube of the filament length L as shown in the following equation (5), and the filament voltage V is 2 Heating can be performed by flowing a space electrification limiting current J proportional to the power.
(Equation 5)
J ∝ V 2 / L 3 (5)
一般的には，比抵抗の大きい半導体材料の方が，不純物準位が少なく，加熱による自由電子の生成，延いてはこれによる長波長赤外放射生成の影響を受け難いより良好な赤外光の放射抑制の効果を期待することが出来る。 In general, a semiconductor material having a higher specific resistance has a lower level of impurities and better infrared light that is less susceptible to the generation of free electrons by heating, and hence the generation of long-wavelength infrared radiation. The effect of radiation suppression can be expected.
半導体材料の不純物特性は、Ｐ型であってもＮ型であってもよい。 The impurity characteristics of the semiconductor material may be P-type or N-type.
上記工程により製造されたＳｉフィラメントを、１７００Ｋに加熱することによって，図４に示すような放射特性を得ることが出来る。図４から明らかなように、Ｓｉフィラメントは、波長１０００ｎｍ以上において、反射率と透過率の和がほぼ１で，放射率は０になっており，波長１０００ｎｍ以上の赤外放射が抑制され、比較的低温の１７００Ｋの加熱温度においても可視光が２８．３ ｌｍ／Ｗという高効率で放射されている。因みに一般的に電球で使用されているタングステン材料を１７００Ｋに加熱した際に得られる光束効率は高々１．５ ｌｍ／Ｗであり，Ｓｉ半導体材料を用いることによってタングステン材料の略２０倍の光束効率を実現出来る。 By heating the Si filament manufactured by the above process to 1700K, radiation characteristics as shown in FIG. 4 can be obtained. As is clear from FIG. 4, the Si filament has a sum of reflectance and transmittance of about 1 at a wavelength of 1000 nm or more and an emissivity of 0, and infrared radiation at a wavelength of 1000 nm or more is suppressed. Even at a heating temperature of 1700 K, which is a low temperature, visible light is radiated with a high efficiency of 28.3 lm / W. Incidentally, the luminous efficiency obtained when a tungsten material generally used in a light bulb is heated to 1700 K is 1.5 lm / W at most. By using a Si semiconductor material, the luminous efficiency is approximately 20 times that of tungsten material. Can be realized.
（実施形態２）
実施形態１と同様の製造工程により、ＧａＡｓからなるフィラメントを製造した。図５に、ＧａＡｓフィラメントを１５００Ｋに加熱した場合の放射特性を示す。図５から明らかなようにＧａＡｓフィラメントは、波長９００ｎｍ以上において反射率と透過率の和がほぼ１であり，放射率が０になっており，波長９００ｎｍ以上の赤外放射が抑制され、比較的低温の１５００Ｋの加熱温度においても可視光が２９．３ ｌｍ／Ｗという高効率で放射されている。因みに一般的に電球で使用されているタングステン材料を１５００Ｋに加熱した際に得られる光束効率は高々０．４ ｌｍ／Ｗであり，ＧａＡｓ半導体材料を用いることによってタングステン材料の略７０倍の光束効率を実現出来る。
(Embodiment 2)
A filament made of GaAs was manufactured by the same manufacturing process as in the first embodiment. FIG. 5 shows radiation characteristics when a GaAs filament is heated to 1500K. As apparent from FIG. 5, the GaAs filament has a sum of reflectance and transmittance of about 1 at a wavelength of 900 nm or more, has an emissivity of 0, suppresses infrared radiation at a wavelength of 900 nm or more, and is relatively Even at a low heating temperature of 1500 K, visible light is emitted with a high efficiency of 29.3 lm / W. Incidentally, the luminous efficiency obtained when a tungsten material generally used in a light bulb is heated to 1500 K is 0.4 lm / W at most. By using a GaAs semiconductor material, the luminous efficiency is approximately 70 times that of tungsten material. Can be realized.
（実施形態３）
実施形態１と同様の製造工程により、ＧａＮからなるフィラメントを製造した。図６に、ＧａＮフィラメントを２５００Ｋに加熱した場合の放射特性を示す。図６から明らかなようにＧａＮフィラメントは、波長７００ｎｍ以上において反射率と透過率の和がほぼ１であり，放射率が０になっており，波長７００ｎｍ以上の赤外放射が抑制され、２５００Ｋの加熱温度において可視光が２０８．１ ｌｍ／Ｗという高効率で放射されている。因みに一般的に電球で使用されているタングステン材料を２５００Ｋに加熱した際に得られる光束効率は高々１７ ｌｍ／Ｗであり，ＧａＮ半導体材料を用いることによってタングステン材料の略１２倍の光束効率を実現出来る。
(Embodiment 3)
A filament made of GaN was manufactured by the same manufacturing process as in the first embodiment. FIG. 6 shows the radiation characteristics when the GaN filament is heated to 2500K. As is apparent from FIG. 6, the GaN filament has a reflectance and transmittance sum of about 1 at a wavelength of 700 nm or more, an emissivity of 0, and infrared radiation at a wavelength of 700 nm or more is suppressed, and 2500K Visible light is radiated with high efficiency of 208.1 lm / W at the heating temperature. Incidentally, the luminous efficiency obtained when heating tungsten material generally used in light bulbs to 2500K is at most 17 lm / W, and by using GaN semiconductor material, the luminous efficiency is approximately 12 times that of tungsten material. I can do it.
（実施形態４）
図７に直径１ｎｍのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をフィラメントとし、３０００Ｋに加熱した場合の放射特性を示す。図７から明らかなようにＣＮＴフィラメントは、波長１２００ｎｍ以上において反射率と透過率の和がほぼ１であり，放射率が０になっており，波長１２００ｎｍ以上の赤外放射が抑制され、３０００Ｋの加熱温度において可視光が７１．６ ｌｍ／Ｗという高効率で放射されている。因みに一般的に電球で使用されているタングステン材料を３０００Ｋに加熱した際に得られる光束効率は高々３６．７ ｌｍ／Ｗであり，ＣＮＴ材料を用いることによってタングステン材料の略２倍の光束効率を実現出来る。
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows radiation characteristics when carbon nanotubes (CNT) having a diameter of 1 nm are used as filaments and heated to 3000K. As is apparent from FIG. 7, the CNT filament has a sum of reflectance and transmittance of about 1 at wavelengths of 1200 nm and above, and has an emissivity of 0, which suppresses infrared radiation at wavelengths of 1200 nm and above. Visible light is emitted at a high efficiency of 71.6 lm / W at the heating temperature. Incidentally, the luminous efficiency obtained when a tungsten material generally used in a light bulb is heated to 3000K is at most 36.7 lm / W. By using a CNT material, the luminous efficiency is almost twice that of tungsten material. It can be realized.
ＣＮＴフィラメント等に代表されるナノ構造カーボン材料は，１０５Ｐａにおける昇華温度が凡そ３８００Ｋと高いので，優れた放射特性を示すことが出来る。 Nanostructured carbon materials typified by CNT filaments and the like can exhibit excellent radiation characteristics because the sublimation temperature at 10 5 Pa is as high as about 3800K.
（実施形態５）
ダイヤモンド半導体をフィラメントとし、２５００Ｋに加熱した場合の放射特性を図８に示す。このダイヤモンド半導体は、窒素ドープによる不純物準位形成方法や，イオン注入による欠陥準位形成方法、または、電子線照射による結晶欠陥生成方法等により、ダイヤモンドに放射制御性及び伝導特性を形成した材料である。図８から明らかなようにダイヤモンドフィラメントは、波長１０００ｎｍ以上において反射率と透過率の和がほぼ１であり，放射率が０になっており，波長１２００ｎｍ以上の赤外放射が抑制され、２５００Ｋの加熱温度において可視光が６７．７ ｌｍ／Ｗという高効率で放射されている。因みに一般的に電球で使用されているタングステン材料を２５００Ｋに加熱した際に得られる光束効率は高々１７ ｌｍ／Ｗであり，ダイヤモンド材料を用いることによってタングステン材料の略４倍の光束効率を実現出来る。
(Embodiment 5)
FIG. 8 shows radiation characteristics when a diamond semiconductor is used as a filament and heated to 2500K. This diamond semiconductor is a material in which radiation controllability and conduction characteristics are formed in diamond by the impurity level formation method by nitrogen doping, the defect level formation method by ion implantation, or the crystal defect generation method by electron beam irradiation. is there. As is apparent from FIG. 8, the diamond filament has a sum of reflectivity and transmittance of about 1 at a wavelength of 1000 nm or more, has an emissivity of 0, and suppresses infrared radiation at a wavelength of 1200 nm or more. Visible light is emitted with high efficiency of 67.7 lm / W at the heating temperature. Incidentally, the luminous efficiency obtained when a tungsten material generally used in a light bulb is heated to 2500K is at most 17 lm / W. By using a diamond material, a luminous efficiency almost 4 times that of tungsten material can be realized. .
（実施形態６）
半導体で構成されたフィラメントをレーザー共振器構造とした実施形態について図９を用いて説明する。
(Embodiment 6)
An embodiment in which a filament made of a semiconductor has a laser resonator structure will be described with reference to FIG.
図９のように、直方体形状の半導体材料のフィラメントの両端には、電極１１が備えられ、４つの側面は、可視光反射膜１２で覆われている。４つの側面のうち３面の可視光反射膜１２の反射率は、９９．９％以上であり、１面（前面）の可視光反射膜１２ａの反射率は、９０％である。可視光反射膜１２は、フィラメント内部で発生した可視光を共振させる共振器を構成し、レーザー光が、前面の可視光反射膜１２ａを透過して、出射される。これにより、半導体にＰＮ接合を形成しなくても，フィラメントからコヒーレンスの高い光を出射させることができる。
As shown in FIG. 9,
可視光反射膜１２としては、一般的に利用されている誘電体多層膜ミラー等の公知の薄膜ミラーを用いることができる。また、可視光反射膜１２に代えてフォトニック結晶構造をフィラメントに形成して共振器を形成することも可能である。 As the visible light reflection film 12, a known thin film mirror such as a generally used dielectric multilayer mirror can be used. Further, it is also possible to form a resonator by forming a photonic crystal structure in a filament instead of the visible light reflecting film 12.
（実施形態７）
実施形態７として、本発明のフィラメントを用いた光源を図１０を用いて説明する。光源１は、気密容器２と、気密容器２内に配置されたフィラメント３と、フィラメント３に電流を供給するための電極（リード線）４，５とを有する。気密容器２は、可視光または近赤外光（波長１２００ｎｍ以下）を透過する材料、例えばガラスにより構成される。リード線４，５は、フィラメント３の両端に電気的に接続されると共にフィラメント３を支持している。
(Embodiment 7)
As
フィラメント３は、上述してきた本発明のフィラメントであり、バンドギャップを有する材料（半導体、誘電体、カーボンナノ材料等）により構成されている。フィラメント３を構成する材料が、半導体並びにカーボンナノ構造材料である場合には、金属と比較して融点・沸点が低いので，気密容器２内に不活性ガスを例えば１０気圧程度に加圧した環境下において使用することが好ましい。
The
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。
A
フィラメント３は、図１０の例では、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が、上述してきたように棒状や他の形状のものを用いることができる。
In the example of FIG. 10, the
本実施形態のフィラメントは、赤外光の放射が抑制され、可視光や近赤外光（波長１２００ｎｍ以下）を高効率で放射することができるため、図１０の光源は、エネルギー変換効率のよい光源となる。 Since the filament of this embodiment can suppress the emission of infrared light and can emit visible light and near infrared light (wavelength of 1200 nm or less) with high efficiency, the light source of FIG. 10 has good energy conversion efficiency. It becomes a light source.
本発明のフィラメントを用いた光源は、照明用光源，自動車用照明光源，プロジェクター用光源，液晶バックライト光源等の各種光源として、用いることが可能である。また、近赤外光の加熱効果を利用して、コピー機やプリンターのトナーを定着させる加熱装置等の加熱装置として用いることができる。 The light source using the filament of the present invention can be used as various light sources such as an illumination light source, an automobile illumination light source, a projector light source, and a liquid crystal backlight light source. Further, it can be used as a heating device such as a heating device for fixing toner of a copying machine or a printer using the heating effect of near infrared light.
１…光源、２…気密容器、３…フィラメント、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、１１…電極、１２…可視光
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記フィラメントは、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のものであることを特徴とする光源。 A light source having an airtight container, a filament disposed in the airtight container, and an electrode for supplying current to the filament;
The light source according to claim 1, wherein the filament is one according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013173247A JP2015041580A (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Filament and light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013173247A JP2015041580A (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Filament and light source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015041580A true JP2015041580A (en) | 2015-03-02 |
Family
ID=52695611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013173247A Pending JP2015041580A (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Filament and light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015041580A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019225726A1 (en) * | 2018-05-25 | 2021-06-17 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Stacked radiant light source |
-
2013
- 2013-08-23 JP JP2013173247A patent/JP2015041580A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019225726A1 (en) * | 2018-05-25 | 2021-06-17 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Stacked radiant light source |
| JP6994274B2 (en) | 2018-05-25 | 2022-02-04 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Stacked radiant light source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2013099759A1 (en) | Light source device and filament | |
| US20080185950A1 (en) | Electric Lamp With Electrode Rods Having Longitudinal Grooves | |
| JP5689934B2 (en) | light source | |
| JP6223186B2 (en) | Light source device and filament | |
| WO2013099760A1 (en) | Light source device and filament | |
| JP2015041580A (en) | Filament and light source | |
| US9252006B2 (en) | Incandescent bulb, filament, and method for manufacturing filament | |
| JP6371075B2 (en) | filament | |
| JP6153734B2 (en) | Light source device | |
| US8823250B2 (en) | High efficiency incandescent lighting | |
| JP6239839B2 (en) | Light source device and filament | |
| JP2016015260A (en) | Filament, light source using the same, and method for manufacturing filament | |
| JP2015050001A (en) | Near-infrared heater | |
| JP6253313B2 (en) | Filament and light source using the same | |
| JP6189682B2 (en) | Incandescent bulb and filament | |
| JP2014112477A (en) | Light source device and filament | |
| JP2014063667A (en) | Incandescent lamp | |
| JP6279350B2 (en) | Visible light source | |
| JP2015185221A (en) | Filament and light source device | |
| JP2015167111A (en) | visible light source | |
| Bermel et al. | High efficiency incandescent lighting | |
| JP2015046349A (en) | Luminous body, light source device, heat radiation device, thermal electron emission device and incandescent lamp | |
| JP2013118202A (en) | Electrode for short-arc type discharge lamp | |
| JP2015156314A (en) | Filament, light source employing the same, and heater |