JP4618145B2 - Discharge plasma equipment - Google Patents

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JP4618145B2 JP2006023592A JP2006023592A JP4618145B2 JP 4618145 B2 JP4618145 B2 JP 4618145B2 JP 2006023592 A JP2006023592 A JP 2006023592A JP 2006023592 A JP2006023592 A JP 2006023592A JP 4618145 B2 JP4618145 B2 JP 4618145B2
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Description

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。   The present invention relates to a discharge plasma apparatus using discharge plasma.

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）。   Conventionally, a discharge plasma between discharge electrodes used in a discharge plasma device such as a light emitting device having an airtight container filled with a gas as a discharge medium and a pair of discharge electrodes arranged in the airtight container. As a discharge plasma generation auxiliary device that assists the generation of discharge plasma in the generation space, a field emission type electron source that supplies electrons into the gas is provided in the hermetic vessel, thereby reducing the discharge start voltage and maintaining the discharge plasma. It is known that effects such as voltage reduction and discharge plasma stabilization can be obtained (see, for example, Patent Document 1).

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。
特開２００２−１５０９４４号公報 In addition, in the above-mentioned Patent Document 1, as an application example of the discharge plasma generation auxiliary device, in addition to a plasma display panel in which a phosphor layer that emits light by being excited by ultraviolet light generated by discharge plasma is provided on the inner surface of an airtight container. Application to ultraviolet lamps, fluorescent lamps and the like is described. In Patent Document 1, a Spindt-type electron source is obtained by using a planar electron source such as a ballistic electron surface-emitting device (BSD) or an MIM electron source as an electron source. It is described that it is less susceptible to ion bombardment than when it is used.
JP 2002-150944 A

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。   However, depending on the conditions such as the type and pressure of the gas sealed in the hermetic container of the discharge plasma apparatus and the interval between the discharge electrodes, the discharge start voltage is very high. It may be difficult to start discharge at a low voltage. Therefore, it is conceivable that a preliminary discharge is generated in the vicinity of the plasma generation space between the discharge electrodes, and the generation of discharge plasma between the discharge electrodes is induced by a large amount of electrons generated by the preliminary discharge.

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。   By the way, a conventionally known high pressure mercury lamp includes an auxiliary electrode (preliminary discharge electrode) disposed in the vicinity of one main electrode of a pair of main electrodes (discharge electrodes). A lighting system is adopted in which a glow discharge (preliminary discharge) is generated between the main electrode and the auxiliary electrode, and the arc discharge is performed between the main electrodes. However, in a xenon lamp that does not use mercury, one of the main electrodes Even a preliminary discharge between the electrode and the auxiliary electrode may be difficult to occur.

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。   Here, an electron source for supplying electrons to a space (preliminary discharge region) between one main electrode and auxiliary electrode of a pair of main electrodes (anode electrode, cathode electrode) in an airtight container of a xenon lamp. It is conceivable to reduce the discharge start voltage of the preliminary discharge by arranging and supplying electrons to the preliminary discharge region before applying a voltage between the one main electrode and the auxiliary electrode.

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。   However, in such a xenon lamp, there is a concern that the electron source is exposed to the discharge plasma and damaged by ion bombardment, and the lifetime of the electron source is shortened and the reliability is lowered. Here, if an electron source is a planar electron source such as the above-mentioned BSD or MIM type electron source or a hot cathode, it is more affected by ion bombardment than an electron source such as a Spindt type electron source. Although it becomes difficult, it is necessary to avoid that the electron source is directly exposed to the discharge plasma in terms of stability over time.

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。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a discharge plasma apparatus capable of reducing a discharge start voltage between an anode electrode and a cathode electrode and improving stability over time. .

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。   According to the first aspect of the present invention, there is provided an airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas. And a discharge plasma generation assisting device having a grid electrode disposed opposite to the electron source and assisting generation of discharge plasma in a discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode, the grid electrode and the anode electrode, A control means for generating discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode is provided.

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。   According to the present invention, the control means for generating the discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the anode electrode is provided. The discharge start voltage between the electrodes can be reduced, and the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the anode electrode, so that it is possible to prevent the electron source from being directly exposed to the discharge plasma of the preliminary discharge and to be stable over time. Can be improved.

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。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electric field strength between the anode electrode and the grid electrode is larger than the electric field strength between the grid electrode and the electron source. A potential difference between the grid electrode and the electron source and a potential difference between the anode electrode and the grid electrode are set.

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。   According to the present invention, the electric field strength between the anode electrode and the grid electrode is larger than the electric field strength between the grid electrode and the electron source. When generating predischarge plasma between the grid electrode and the electron source, it is possible to prevent unnecessary discharge from occurring, and the electron source is exposed to the discharge plasma and damaged. Can be prevented, and stability over time can be improved.

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。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the anode is arranged so that a discharge is more likely to occur between the anode electrode and the grid electrode than between the grid electrode and the electron source. An interval between the electrode and the grid electrode and an interval between the grid electrode and the electron source are set. If the space pressure is p and the interval is d, the ease of discharge is determined by the value of p × d according to Paschen's law.

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。   According to the present invention, unnecessary discharge plasma can be prevented from being generated between the grid electrode and the electron source, and the electron source can be prevented from being damaged by the unnecessary discharge plasma. be able to.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas. And a discharge plasma generation auxiliary device for assisting generation of discharge plasma in the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode having a grid electrode disposed opposite to the electron source, the electron source side of the grid electrode And a control means for generating a discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the preliminary discharge electrode. And is provided.

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。   According to the present invention, the preliminary discharge electrode disposed opposite to the side opposite to the electron source side in the grid electrode and the anode electrode and the cathode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the preliminary discharge electrode Since a control means for generating discharge plasma is provided between the electrode and the electrode, the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced, and the preliminary discharge is performed between the grid electrode and the preliminary discharge electrode. Therefore, it is possible to prevent the electron source from being directly exposed to the discharge plasma of the preliminary discharge, improve the stability over time, and increase the degree of freedom in designing the layout of the discharge plasma generation auxiliary device in the hermetic vessel. .

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。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the grid electrode and the preliminary discharge electrode are formed in the discharge plasma generation space in a direction crossing a direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged. It is arranged on both sides.

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。   According to the present invention, the preliminary discharge between the grid electrode and the preliminary discharge electrode is generated in a part of the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode. Since the generated electrons and cations are efficiently supplied to the discharge plasma generation space, the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced, and between the anode electrode and the cathode electrode It becomes possible to generate the discharge plasma more reliably.

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。   According to the first and fourth aspects of the invention, there is an effect that the discharge start voltage between the anode electrode and the cathode electrode can be reduced and the stability over time can be improved.

（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。 (Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the discharge plasma apparatus of the present embodiment includes an airtight container 1 in which a gas (for example, a rare gas such as Xe) as a discharge medium is sealed, and an anode electrode disposed inside the airtight container 1. The discharge lamp La is provided with 2a and a cathode electrode 2b, an electron source 10 that is arranged in the hermetic container 1 and supplies electrons into the gas, and a grid electrode 20 that is arranged to face the electron source 10.

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。   The grid electrode 20 is provided for accelerating electrons emitted from the electron source 10, and has a plurality of openings 22a through which the electrons emitted from the electron source 10 pass. Then, the electron source 10 and the grid electrode 20 constitute a discharge plasma generation assisting device that assists the generation of discharge plasma in the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b.

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。 Further, the discharge plasma apparatus of the present embodiment includes a discharge power source V AK that supplies a DC voltage for discharge between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b with the anode electrode 2a on the high potential side, and an electron source 10 described later. a drive power supply V PS supplies a DC voltage for driving the surface electrode 17 as a high-potential side between the surface electrode 17 and the lower electrode 15, between the surface electrode 17 of the grid electrode 20 and the electron source 10 a power source V G supplies a DC voltage to the grid electrode 20 as the high potential side, a switch SW1 is inserted into the electric path between the discharge power supply V AK and the anode electrode 2a, and the drive power supply V PS and the surface electrode 17 a switch SW2 that is inserted into path between a switch SW3 inserted path between a power source V G and the grid electrode 20, and controls on and off of the switches SW1, SW2, SW3 Lee black and a control unit comprising a computer (not shown).

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。   The discharge lamp La in the present embodiment is a straight tube type discharge lamp, and the hermetic vessel 1 is formed in a cylindrical shape from a light-transmitting material (for example, glass, light-transmitting ceramic, etc.) and has one end in the longitudinal direction. The anode electrode 2a is disposed at the portion (the right end portion in FIG. 1), the cathode electrode is disposed at the other end portion in the longitudinal direction (the left end portion in FIG. 1), and the discharge plasma generation auxiliary device is in the vicinity of the anode electrode 2a. (In short, the electron source 10 and the grid electrode 20 are disposed outside the discharge plasma generation space 3 in the hermetic vessel 1. Note that the discharge lamp La in the present embodiment is a phosphor layer (not shown) that emits light by being excited by ultraviolet rays generated by the excitation of Xe gas on the inner surface of the hermetic vessel 1. It is provided, but the phosphor layer is not necessarily provided, if not provided with the phosphor layer, so that the ultraviolet light and visible light generated by excitation of Xe gas is emitted through the airtight container 1.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the electron source 10 includes a metal film (for example, a rectangular plate-like insulating substrate (for example, an insulating glass substrate, an insulating ceramic substrate) 14 on one surface. , A tungsten film, etc.), a strong electric field drift layer 16 is formed on the lower electrode 15, and a surface electrode 17 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 16. Is formed. Although the thickness of the conductive thin film constituting the surface electrode 17 is desirably set to about 10 to 15 nm, the conductive thin film is not limited to a single layer film but may be a multilayer film.

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。   In the electron source 10 in the present embodiment, the strong electric field drift layer 16 constitutes an electron passage layer, and electrons are emitted through the surface electrode 17 by the lower electrode 15, the strong electric field drift layer 16 serving as the electron passage layer, and the surface electrode 17. The electron source element 10a is configured.

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）。   As shown in FIG. 3, the strong electric field drift layer 16 of the electron source element 10 a includes at least columnar polycrystalline silicon grains (semiconductor crystals) 51 arranged on the surface side of the lower electrode 15, and the surface of the grain 51. A thin silicon oxide film 52 formed on the surface, a number of nanometer order silicon microcrystals (semiconductor microcrystals) 63 interposed between the grains 51, and a crystal of the silicon microcrystal 63 formed on the surface of each silicon microcrystal 63. It is composed of a large number of silicon oxide films 64 which are insulating films having a film thickness smaller than the grain size. Here, each grain 51 extends in the thickness direction of the lower electrode 15 (that is, extends in the thickness direction of the insulating substrate 14).

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。 In order to emit electrons from the above-described electron source element 10a, a driving voltage is applied between the surface electrode 17 and the lower electrode 15 by the driving power source VPS so that the surface electrode 17 is on the high potential side with respect to the lower electrode 15. When applied, electrons injected from the lower electrode 15 into the strong electric field drift layer 16 drift through the strong electric field drift layer 16 and are emitted through the surface electrode 17.

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。   Here, in the electron source element 10a in the present embodiment, electrons can be emitted even when the driving voltage applied between the surface electrode 17 and the lower electrode 15 is a low voltage of about 10 to 20V. The electron source element 10a of the present embodiment is characterized in that the electron emission characteristics are less dependent on the degree of vacuum, and a popping phenomenon does not occur during electron emission, and electrons can be stably emitted with high electron emission efficiency. Have.

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。 The basic configuration of the electron source element 10a in this embodiment is well known, and it is considered that electron emission occurs in the following model. That is, by applying a voltage between the surface electrode 17 and the lower electrode 15 with the surface electrode 17 being on the high potential side, electrons e − are injected from the lower electrode 15 into the strong electric field drift layer 16. On the other hand, since most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 16 is applied to the silicon oxide film 64, the injected electrons e − are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64, and the strong electric field drift layer 16. 3 drifts toward the surface in the direction of the arrow in FIG. 3 (upward in FIG. 3), and the surface electrode 17 is tunneled and emitted. Thus, in the strong electric field drift layer 16, electrons injected from the lower electrode 15 are almost scattered by the silicon microcrystal 63 and are accelerated and drifted by the electric field applied to the silicon oxide film 64 and emitted through the surface electrode 17. Thus, since the heat generated in the strong electric field drift layer 16 is dissipated through the grains 51, no popping phenomenon occurs during electron emission, and electrons can be stably emitted.

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。   In the electron source 10 described above, the surface electrode 17 constitutes an electron emission portion. Further, in the above-described strong electric field drift layer 16, the silicon oxide film 64 constitutes an insulating film, and an oxidation process is employed for forming the insulating film, but a nitriding process or an oxynitriding process is employed instead of the oxidation process. Alternatively, when the nitriding process is adopted, each of the silicon oxide films 52 and 64 becomes a silicon nitride film, and when the oxynitriding process is adopted, each of the silicon oxide films 52 and 64 is silicon oxynitride. Become a film.

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。   The grid electrode 20 described above is formed in a net-like shape from a conductive material (for example, nickel, aluminum, stainless steel, etc.), and each part of the net-like net is a portion of electrons emitted from the electron source 10. An opening 20a is formed.

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。   As the grid electrode 20 described above, a nickel mesh having a side of a square mesh of 0.6 mm and a wire diameter of 0.25 mm, which is called 30 mesh, is used. The size, that is, the size of the opening 20a is not particularly limited, as long as the electrons emitted from the electron source 10 can pass through and the intrusion of ions from the discharge plasma generated in the discharge plasma generation space 3 can be suppressed. For example, the length of one side of the square opening 20a may be set as appropriate within a range of about 0.1 mm to 2 mm. In the present embodiment, the grid electrode 20 is formed in a net-like shape. However, the grid electrode 20 is not limited to the net-like shape, and is, for example, a flat plate-like conductive base material and the surface of the electron source 10. An opening having the same shape as that of the surface electrode 17 may be provided in a portion facing the electrode 17.

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。 In a discharge plasma apparatus of the present embodiment, by driving the discharge plasma generating assist device, i.e., the surface electrode 17 and the lower electrode of the electron source 10 from the driving power source V PS by turning on the switch SW2, SW3 by the control means by applying a DC voltage for acceleration between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 from the power supply V G is applied with a DC voltage for driving between 15, electrons grid emitted from the electron source 10 It is accelerated by the electrode 20 and supplied to the space between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 (hereinafter referred to as a preliminary discharge region). Here, if the switch SW1 is turned on by the control means, an electric field determined by the potential difference between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 and the distance between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 is between the anode electrode 2a and the grid electrode 20. The electrons supplied to the preliminary discharge region are accelerated by the electric field between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 and collide with gas molecules existing in the preliminary discharge region to knock out the electrons. Is repeated, the current flowing between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 increases, and preliminary discharge occurs. In this way, by supplying the initial electrons necessary for starting the discharge between the anode 2a and the grid electrode 20 from the electron source 10 to the preliminary discharge region, the discharge between the anode 2a and the grid electrode 20 is started. The voltage can be reduced.

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。   In the discharge plasma apparatus according to the present embodiment, a large amount of electrons and cations generated in the preliminary discharge region between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 generate a discharge plasma generation space between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b. The electrons supplied to the discharge plasma generation space 3 are accelerated by the electric field between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b, collide with gas molecules existing in the discharge plasma generation space 3, and knock out the electrons. By repeating this process, the current flowing between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b increases, and discharge plasma is generated. Further, there also occurs a process in which electrons and cations generated between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 directly excite gas molecules present in the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b.

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。 In the discharge plasma apparatus of the present embodiment described above, the control unit generates a discharge plasma between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b after generating a preliminary discharge between the grid electrode 20 and the anode electrode 2a. Since the switches SW1 to SW3 are controlled so as to be generated, the discharge start voltage between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b can be reduced, and the preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the anode electrode 2a. Further, it is possible to prevent the electron source 10 from being directly exposed to the preliminary discharge discharge plasma, and to improve the temporal stability. Note that after the discharge plasma is generated in the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b, the switches SW2 and SW3 are turned off by the control means, so that the power consumption can be reduced and the electrons can be reduced. The life of the source 10 can be extended. In the present embodiment, the switches SW1 to SW3 are appropriately turned on and off by the control means. Instead of providing the switches SW1 to SW3, the power supplies V AK , V PS , and V G are provided by the control means. By controlling the output voltage, discharge plasma may be generated between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b after the preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the anode electrode 2a. In the present embodiment, the control means applies a voltage between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b after applying a voltage between the anode electrode 2a and the grid electrode 20, whereby the grid electrode After a preliminary discharge is generated between the anode electrode 2a and the anode electrode 2a, a discharge plasma is generated between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b, but between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b. By applying a voltage between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 after applying the voltage, a preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the anode electrode 2a, and then the anode electrode 2a and the cathode electrode A discharge plasma may be generated between 2b.

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。   By the way, in this embodiment, the grid electrode 20, the electron source 10, and the electric field strength between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 are larger than the electric field strength between the grid electrode 20 and the electron source 10. The potential of each anode electrode 2a is set. As an example, the distance between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10 is 4 mm, the distance between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 is 3 mm, the potential of the surface electrode 17 of the electron source 10 is 0 V, The potential is 60V, and the potential of the anode electrode 2a is 300V or more.

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。   Therefore, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the electric field strength between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 is larger than the electric field strength between the grid electrode 20 and the electron source 10, and therefore the anode electrode 2a When the discharge plasma of the preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the grid electrode 20, it is possible to suppress unnecessary discharge from occurring between the grid electrode 20 and the electron source 10, and the surface electrode 17 of the electron source 10 is discharged. It can be prevented from being damaged by being exposed to plasma, and stability over time can be improved.

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。   In the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the anode electrode 2a and the grid are arranged so that the discharge is more likely to occur between the anode electrode 2a and the grid electrode 20 than between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10. The distance between the electrode 20 and the distance between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10 are set. Here, the ease of discharge is determined by a value of p × d according to Paschen's law, where p is the space pressure and d is the interval. When Xe gas is used as the discharge gas as in the present embodiment, discharge is most likely to occur when p [Pa] × d [m] = 1. In this embodiment, since the pressure of the Xe gas is set to 1 kPa, discharge is more likely to occur as d is closer to 1 mm. However, as described above, the distance between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10. 4 mm, and the distance between the anode electrode 2 a and the grid electrode 20 is set to 3 mm. Therefore, the gap between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10 is between the anode electrode 2 a and the grid electrode 20. Therefore, it is possible to prevent unnecessary discharge plasma from being generated between the grid electrode 20 and the surface electrode 17 of the electron source 10, and the unnecessary discharge plasma causes electrons to be generated. The source 10 can be prevented from being damaged.

（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。 (Embodiment 2)
The basic configuration of the discharge plasma apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4, the preliminary discharge electrode 30 disposed opposite to the electron source 10 side of the grid electrode 20 A power source V 4 for supplying a DC voltage between the pre-discharge electrode 30 and the lower electrode 15 of the electron source 10 with the pre-discharge electrode 30 as a high potential side, and between the power source V 4 and the pre-discharge electrode 30 and a switch SW4 which is inserted into electrical path, that power V G is connected to a DC voltage is applied between the lower electrode 15 of the grid electrode 20 and the electron source 10, described in embodiment 1 Instead of the control means, a control means for generating a discharge plasma between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b after the preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 is provided. etc To differences. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

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。   The preliminary discharge electrode 30 is formed in a net-like shape similar to the grid electrode 20, but is not limited to the net-like shape, and may be, for example, a shape in which an opening is provided in a flat conductive base material, It may be a wire shape.

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。 In a discharge plasma apparatus of the present embodiment, by driving the discharge plasma generating assist device, i.e., the surface electrodes 17 of the electron source 10 from the driving power source V PS by turning on the switch SW2, SW3, SW4 by the control means and DC voltage for acceleration between the grid electrode 20 and the lower electrode 15 from the power supply V G is applied with a DC voltage for driving is applied between the lower electrode 15, the preliminary discharge electrode 30 further from the power supply V 4 By applying a DC voltage for preliminary discharge between the electrode 15 and the lower electrode 15, electrons emitted from the electron source 10 are accelerated by the grid electrode 20, and a space between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 is obtained. (Hereinafter referred to as a preliminary discharge region). Here, when the switch SW1 is turned on by the control means, the electric field determined by the potential difference between the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20 and the interval between the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20 is Since it is applied between the grid electrode 20, the electrons supplied to the preliminary discharge region are accelerated by the electric field between the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20, and become gas molecules existing in the preliminary discharge region. By repeating the process of colliding and knocking out electrons, the current flowing between the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20 increases, and preliminary discharge occurs. Thus, by supplying the initial electrons necessary for starting the discharge between the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20 from the electron source 10 to the preliminary discharge region, the preliminary discharge electrode 30 and the grid electrode 20 It is possible to reduce the discharge start voltage.

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。   Therefore, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the preliminary discharge electrode 30 disposed opposite to the side opposite to the electron source 10 side of the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 is provided between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30. Since control means for controlling the switches SW1 to SW4 is provided so as to generate discharge plasma between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b after the discharge is generated, the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b In addition, since the pre-discharge is generated between the grid electrode 20 and the pre-discharge electrode 30, it is possible to prevent the electron source 10 from being directly exposed to the pre-discharge plasma. Thus, the stability over time can be improved, and the degree of freedom in the layout design of the discharge plasma generation auxiliary device in the hermetic vessel 1 is increased. Not limited to be disposed between the electrode 2a and the cathode electrode 2b, or be located close to the anode electrode 2a as in the embodiment 1, it is possible to or placed close to the cathode electrode 2b.

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。   Further, in the discharge plasma apparatus according to the present embodiment, the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 are arranged in the discharge plasma generation space 3, and therefore generated by the preliminary discharge between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30. Since the generated electrons are efficiently supplied to the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b, the discharge start voltage between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b can be reduced, and the anode electrode 2a It becomes possible to generate discharge plasma more reliably in the discharge plasma generation space 3 between the cathode electrode 2b.

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。 In the present embodiment, the switches SW1 to SW4 are appropriately turned on and off by the control means. However, instead of providing the switches SW1 to SW4, the power supplies V AK , V PS , V G , By controlling the output voltage of each V 4 , a discharge plasma is generated between the anode electrode 2 a and the cathode electrode 2 b after a preliminary discharge is generated between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30. It may be. In the present embodiment, the control means applies a voltage between the anode electrode 2 a and the cathode electrode 2 b after applying a voltage between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30. After a preliminary discharge is generated between the electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30, a discharge plasma is generated between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b. The anode electrode 2a and the cathode electrode 2b After generating a preliminary discharge between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 by applying a voltage between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 after applying a voltage between Thus, a discharge plasma may be generated between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b.

（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。 (Embodiment 3)
The basic configuration of the discharge plasma apparatus according to the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, and the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 intersect with the direction in which the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b are aligned. The only difference is that they are arranged on both sides of the discharge plasma generation space 3. In short, the present embodiment is different in that the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 are arranged so as to sandwich the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b. . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 2, and description is abbreviate | omitted.

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。   Thus, in the discharge plasma apparatus of the present embodiment, the preliminary discharge between the grid electrode 20 and the preliminary discharge electrode 30 is generated in a part of the discharge plasma generation space 3 between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b. Therefore, since electrons and cations generated in the preliminary discharge are efficiently supplied to the discharge plasma generation space 3, the discharge start voltage between the anode electrode 2a and the cathode electrode 2b can be reduced and the anode electrode 2a and the cathode electrode can be reduced. It becomes possible to generate discharge plasma more reliably between 2b.

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。   By the way, in each of the embodiments described above, BSD is used as the electron source 10, but the electron source 10 is not limited to BSD, but is an MIM type electron source, a Spindt type electron source, or an electron using a carbon nanotube. A source, a hot cathode, or the like may be employed. However, electron sources other than BSD have a low electron energy of 1 eV or less when emitted, whereas BSD has a high electron energy of several eV or more. Therefore, by adopting BSD as the electron source 10, the effect of ionizing gas molecules is enhanced, and the discharge start voltage can be further reduced.

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。   In each of the above embodiments, a discharge lamp using Xe gas is exemplified as the discharge plasma apparatus. However, the present invention is not limited to the discharge lamp, and for example, a fluorescent lamp for illumination or a plasma display panel may be used.

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。 Further, in the light emitting device in each of the above embodiments, Xe gas is adopted as the gas sealed in the hermetic container 1, but the gas sealed in the hermetic container 1 is not limited to Xe gas. Any gas that causes discharge by supplying energy such as He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, N 2 gas, CO gas, Hg vapor, or a mixed gas thereof may be used.

実施形態１の放電プラズマ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the discharge plasma apparatus of Embodiment 1. 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。It is a schematic sectional drawing of the discharge plasma production auxiliary | assistance apparatus used for the same as the above. 同上に用いる電子源の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the electron source used for the same as the above. 実施形態２の放電プラズマ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the discharge plasma apparatus of Embodiment 2. 実施形態３の放電プラズマ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the discharge plasma apparatus of Embodiment 3.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container 2a Anode electrode 2b Cathode electrode 3 Discharge plasma production space 10 Electron source 20 Grid electrode La Discharge lamp

Claims (5)

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。   An airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas, and an electron source. A discharge plasma generation auxiliary device that assists the generation of discharge plasma in the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode and generates a preliminary discharge between the grid electrode and the anode electrode And a control means for generating discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode. 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。   The potential difference between the grid electrode and the electron source and the anode electrode so that the electric field strength between the anode electrode and the grid electrode is larger than the electric field strength between the grid electrode and the electron source. The discharge plasma apparatus according to claim 1, wherein a potential difference from the grid electrode is set. 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。   The distance between the anode electrode and the grid electrode and the distance between the grid electrode and the electron source so that the discharge is more likely to occur between the anode electrode and the grid electrode than between the grid electrode and the electron source. The discharge plasma apparatus according to claim 1 or 2, wherein an interval is set. 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。   An airtight container in which a gas as a discharge medium is sealed, an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container, an electron source disposed in the airtight container and supplying electrons into the gas, and an electron source. A discharge plasma generation auxiliary device that assists the generation of discharge plasma in the discharge plasma generation space between the anode electrode and the cathode electrode, and is opposed to the electron source side of the grid electrode. And a control means for generating discharge plasma between the anode electrode and the cathode electrode after the preliminary discharge is generated between the grid electrode and the preliminary discharge electrode. A discharge plasma apparatus characterized by the above. 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。   5. The grid electrode and the preliminary discharge electrode are arranged on both sides of the discharge plasma generation space in a direction crossing a direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged. The discharge plasma apparatus described.
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