CN1089541C - 低压水银蒸气放电灯、照明装置及显示装置 - Google Patents

低压水银蒸气放电灯、照明装置及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提示一种低压水银蒸气放电灯(1)，分别具有壁厚0.3mm的玻璃制发光管(2)及玻璃制的管外径3.6mm的同轴外管(3)。发光管(2)与外管(3)之间有0.1mm的间隙(5)，在发光管(2)及外管(3)的两端有整体的密封部分(b)。两端的密封部分有分别与一根杜美丝(7)相连的冷阴极(8、8)。间隙(5)设定为1Pa以下的几乎高真空的压力。

Description

低压水银蒸气放电灯、照明装置及显示装置
技术领域
本发明涉及实现小直径、高效率的低压水银蒸气放电灯、照明装置及显示装置。
背景技术
以往，作为采用双层管的低压水银蒸气放电灯，例如已知有日本实公平4-52932号公报所记载的结构。
在该日本实公开4-52932号公报中所记载的低压水银蒸气放电灯，在围绕玻璃制的细长圆筒状的内管外设有同轴状的保持有间隙的玻璃制外管，利用两端设置的保持构件将内管及外管加以保持，将内管处于绝热状态下防止与外部气体接触，即使输入功率小、热容量小，也能抑制在低温氛围中的发光效率下降。
但是，在这样将内管和及外管气密连接时，对于保持构件要求绝热性及对玻璃的浸润性，难以廉价地形成气密结构。
另外，例如安装在与导光体侧面相对的后照光等显示装置的低压水银蒸气放电灯，为了提高对于导光体的入射效率，更希望直径小、辉度高。而上述以往的所述的结构，内管外径虽然在6mm以下，但由于电极是热阴极，所以小直径有限度，将内管的内径做成3mm以下目前还有困难。再加上，例如间隙为1-10mm，特别是与导光板安装时，造成内管与导光板的入光面之间的间隙变大，光损耗变大等缺点。另外也考虑过，为了提高辉度，增加低压水银蒸气放电灯的光管输入功率，但是由于灯管效率下降，因此不能增加灯管输入功率。
再有，一般放电灯利用数10KHz以上的高频点灯以提高效率，但是已经知道，一旦将该高频点灯的放电灯安装在机器上，效率有某些下降，效率下降的原因是由漏电流所致，外径8mm以下的灯管特别显著。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有将内管和外管气密连接时保持构件具有绝热性及对玻璃的浸润性，并能廉价地形成气密结构的低压水银蒸气放电灯。
本发明的低压水银蒸气放电灯，包括在两端封装一对冷阴极的同时，在周围施行透光性的绝热装置，没有温度补偿功能，周围温度接近0℃时，从起动开始60秒以内管辉度达到稳定点灯时的50％以上，外径为8mm以下，输入功率在3W以下时管壁负荷在0.04W/cm2以上的封管体。而且，即使输入功率在3W以下，管壁负荷也达到0.04W/cm2以上，在提高辉度的同时外管外径有的在8mm以下，利用减小灯管直径，例如对于照明装置等能够尽可能减少光损耗，即使在低温氛围中也不降低灯管效率，在短时间内管面辉度上升而点灯。
另外，本发明具有管内径为3mm以下并在两端封装冷阴极的内管；以及间隙处于减压状态下围绕内管的外管，使得在常温氛围中以大约0.1W/cm2的管壁负荷点灯时的输入电压与内管单体点灯时相比降低10％以上。而且在由具有间隙处于减压状态下围绕内管的外管，使得与内管单体点灯时相比降低10％以上，因此通过减小内管直径，例如对于照明装置等能够尽可能减少光损耗，不降低灯管效率而点灯。
进而，本发明具有管内径为3mm以下并在两端封装冷阴极的内管；以及间隙处于减压状态下围绕内管的外管，使得在常温氛围中点灯时处于最高效率[1m/W]的输入功率与内管单体点亮时相比降低15％以上。而且由于具有围绕内管的外管，使得与内管单体点灯时相比，最高效率[1m/W]降低15％以下，因此通过减小内管直径，例如对于照明装置等能够尽可能减少光损耗，为降低灯管效率而点灯。
另外还有，本发明具有封入以水银为主体的放电媒体并在两端封装一对电极的内管；以及隔有1mm以下间隙围绕该内管并以1000Pa以下压力被气密密封的外径为8mm以下的外管。由于具有外径为8mm以下的外管及1mm以下的间隙，因此例如对于照明装置等能够尽可能减少光损耗，由于间隙压力在1000Pa以下密封，因此利用自由分子热传导现象而产生的绝热作用，能适当地保持内管的温度，在低温氛围中也不降低灯管效率而点灯。
另外，设内管的表面积为S[cm2]、间隙内的压力为P[Pa]、灯管输入功率为W[W]、间隙内主体填充气体的分子量为m，当存在管壁负荷W/S＜0.1的关系时，满足P＜0.3×m的条件下。即使是比较小的灯管输入功率，也尽可能抑制从内管表面的散热，防止灯管效率的下降。
进而，设间隙内的压力为P[Pa]、内管的表面积为S、间隙内主体填充气体的分子量为m，当存在管壁负荷W/S≥0.1的关系时，满足0.3×m≤P≤2×m的条件。即使是比较大的灯管输入，也抑制由于辐射散热的影响而导致的损耗，同时使从内管表面的散热量为适当程度，防止灯管效率的下降。
另外还有，内管和外管为玻璃制成，该内管及外管的两端通过玻璃熔融而密封构成一体，为采用不同性质的材料，这样既能够可靠保持位置关系又能够充分地气密，同时利用内管和外管两方面提高机械强度，有可能减少两者的壁厚。
另外，内管和外管分别由热膨胀率相同的玻璃制成，该玻璃的壁厚为0.1mm至0.5mm。由于是有内管及外管的双层结构，因此与没有外管的情况相比强度增大2倍左右，但如果壁厚比0.1mm更厚，则目前使用上还有问题。反之，如果壁厚比0.5mm更厚，则管外径在8mm以下的灯管制造上有困难，因此也不合适。另外，防止由于内管和外管的温度差而导致膨胀不一样、使内管或者内管产生断裂。
另外，内管和外管具有各有的密封部分，设内管的密封部分长度为1s1、外管的密封部分长度为1s2，则1s1≤1s2。在加热外管熔焊在内管上时，在内管产生拉伸应力，若在内管存在称之为格里菲思(Grifrith)流的微小伤痕，则内管容易因拉伸应力而产生裂纹，由于在内管和外管的界面上作用的应力而产生剥离，容易因所谓未烧透而产生裂纹，当在内管的气压比大气压低的状态下在大气压中熔焊时，则由于内管软化，其软化部分向内吸进去而产生裂纹，为了防止上述情况，取1s1≤1s2。
另外，密封部分具有细长型的玻璃芯柱，有玻珠，轴向的封口长度比轴心看的玻珠直径要长。利用细长型的玻珠芯柱，可以加长内管封口部分，能够不影响外管而封焊内管。
再有，主体填充气体至少含有原子量比氮要大的稀有气体和稳定气体的任一种气体。由于主体填充气体含有原子量比氮要大的稀有气体或稳定气体，因此防止即使在低温环境下的点灯效率的降低。
另外，主体填充气体至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一种。由于主体填充气体至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一种，因此改善了色温及辉度，即使在低温环境下也防止了点灯效率的下降。
再有，间隙中封入随温度变化而使压力改变的物质。由于物质随温度变化其压力也发生变化，因此间隙的绝热效果变化，防止在低功率区域及低温环境下绝热较差等而导致的效率下降，同时防止在高功率区域因绝热过分而温度上升，使光输出饱和。
另外还有，物质中至少主要含有水银、水银化合物、碘、溴、水、碘化合物、溴化合物及水银化合物中的任一种。在低温时降低蒸气压，以提高绝热效果，在高温时增加蒸气压，以防止过分绝热。
另外，外管的外径为内管外径的2倍以内，外管的壁厚为外径的10％以内。外管的外径即使细到4mm以下，仍能有较高的灯管辉度，低温有良好的光束上升特性。
另外，具有厚度为外管外径以上的导光板。导光板由于具有外管外径以上的厚度，因此将外管照射的光束高效率地入射至导光板，提高发光效率。
另外，具有封入以水银为主体的放电媒体、两端封装粘附BaAl2O4的一对电极、全长为120mm以下、输入功率为1.5W以下的内管，以及隔有1mm以下间隙围绕该内管并以1000Pa以下压力被气密密封的外管。由于采用粘附BaAl2O4的一对电极，能防止低温环境下的效率下降。
另外，在外管外径为2.6mm、内管外径为1.8mm、内管与外管的间隙约为0.1mm、灯管长为100mm、灯管输入功率为0.5W至1W时，将95％以下的氩(Ar)作为4Pa至10Pa的主体填充气体封入，即使在低温环境下也防止了点灯效率的下降。
另外还有，内管以频率60KHz以上、灯管电流5mA以下点灯。作为主要放电的内管与例如器具的反射板等之间的间隔可以利用外管设定为规定距离以上，难以产生漏电流。
另外，本发明的照明装置具有安装本发明任一种低压水银蒸气放电灯的器具本体。
另外，本发明的显示装置是具有本发明的照明装置照射的显示装置。
附图说明
图1表示本发明的低压水银蒸气放电灯的横剖视图。
图2表示图1的低压水银蒸气放电灯的纵剖视图。
图3表示图1的液晶显示装置的剖视图。
图4表示压力与辉度的关系的曲线图。
图5表示压力与灯管效率的关系的曲线图。
图6表示每单位面积的功率与压力的关系的曲线图。
图7表示分子量与真空度的关系及与获得最大辉度的真空度的关系的曲线图。
图8表示间隙距离与灯管辉度的关系的曲线图。
图9表示节能型点灯时间与管面辉度的关系的曲线图。
图10表示高辉度型点灯时间与管面辉度的关系的曲线图。
图11表示管壁负荷与输入电压的关系的曲线图。
图12表示输入功率与相对效率的关系的曲线图。
图13表示功率与灯管辉度的关系的曲线图。
图14表示灯管功率与灯管辉度的关系的曲线图。
图15表示周围温度与相对辉度的关系的曲线图。
图16表示其他实施形态的低压水银蒸气放电灯的横剖视图。
图17表示其他实施形态的低压水银蒸气放电灯的横剖视图。
下面参照附图对本发明液晶显示装置的实施例进行说明。
具体实施方式
图1为表示低压水银蒸气放电灯的横剖视图，图2为表示低压水银蒸气放电灯的纵剖视图，都是概念性地加以表示，并设有正确绘出详细的形状及尺寸。
如图1及图2所示，低压水银蒸气放电灯1具有康宁公司(Corning)产品编号为7050的硼硅酸玻璃的作为内管的直管状发光管2，与该发光管2同轴构成与发光管2同样的硼硅酸玻璃制成的外管3，在发光管2内形成放电回路4，在该发光管2与外管3之间形成间隙5，在发光管2与外管3的两端形成一体的密封部分。康宁公司产品编号为7050的硼硅酸玻璃，其热膨胀率为46×10-7/℃。另外，发光管2及外管3也可以由其他的钠钙铅玻璃、钠钙玻璃、铅玻璃或硬质玻璃等玻璃制成。
另外，在发光管2及外管3的两端密封部分6、6中设有分别与一根作为引线的杜美丝7、7相连的镍(Ni)制圆筒状的一对电场放射形电极的冷阴极8、8，同时装有玻璃小球9、9。低压水银蒸气放电灯1，全长200mm，发光管2的壁厚为0.2mm，管外径DL为2.4mm，发光管2的内表面上直接或者通过保护膜涂布一层3波长荧炮体，内部封入氖气(Ne)等稀有气体1×104Pa及水银蒸气。
发光管2的内表面面积S约为10cm2，外管3的壁厚to为0.3mm，管外径DO为3.6mm。密封部分6内的杜美丝7的长度设定为2mm，冷阴极8的发热向阴极周围部分传递，防止出现最冷部位，防止效率下降。
另外，由于是具有发光管2及外管3的双层结构，因此与没有外管3的情况相比强度增大2倍左右。但如果壁厚比0.1mm更薄，则目前使用上还有问题，反之，如果壁厚比0.5mm更厚，则管外径在8mm以下的灯管制造上有困难，因此也不合适。
再有，外管3的外径在发光管2外径的2倍以内，其厚度在外管3的外径的10％以内，这样既减小灯管直径又提高光照射效率。
另外，密封部分6内的杜美丝7的长度在5mm以下能得到同样的效果。被保持部分的杜美丝7的长度包含暴露在外部气体中的外管3或者通过与外管3熔焊粘接形成热传导部分，当这个部分分别保持杜美丝7时，合计这个部分的长度。
另外，在发光管2的内表面设有3波长发光管的荧光体10，蓝色例如采用(SrCaBa)5(PO4)3Cl：Eu，绿色例如采用LaPO4：Ce，Tb，红色例如采用Y2O3：Eu。
另外，该间隙5在发光管2及外管3的径向距离G为0.2mm，在间隙5中封入的气体压力或真空度(以下称为压力)为1000Pa(约7.5torr)，最好设定为100Pa以下，例如1pa以下的几乎高真空。间隙5的径向距离虽设定为0.2mm，但如果在1mm左右以下也没有问题，若超过1mm，则产生的问题是，不仅使低压水银蒸气放电灯1的直径加大，而且当低压水银蒸气放电灯1安装在照明装置等上面时，发光管2与光入射对象物之间离开了1mm以上，其分光损耗变大。
另外，在冷阴极8、8附近的发光管2的内表面也可以分别设有α氧化钴，以便利用产生的Exo电子容易起动。
在形成低压水银蒸气放电灯1时，首先将以水银为主体的放电媒体封入发光管2中，并在两端部装入杜美丝7的玻璃小球9加以密封。然后将发光管2的一端与外管3的一端的位置对齐，用煤气喷嘴将发光管2及外管3熔融，将杜美丝7的玻璃小球9的部分密封。再一面利用真空系统排气，一面加高温，例如400℃以上，排除间隙5内部的不纯的气体。最后，从外管3上对排气侧的发光管2的端部加热，主要将发光管2及外管3在杜美丝7上加以密封，切断发光管2及外管3的两端，低压水银蒸气放电灯1。
另外，冷阴极8、8与输出电压波形为频率40KHz以上、电压400-500V左右、灯管电流为5mm左右以下、灯管输入功率为2W左右的点灯回路(图中未给出)相连。另外，当输入功率在3W以下时，其结构也使得管壁负荷在0.04W/cm2以上。
图3为表示安装了本实施形态低压水银蒸气放电灯1的液晶显示装置的断面图。11为液晶显示装置，该液晶显示装置11具有在前面有照射用开口12的薄壁状壳体13，在该壳体13内装有作为照明装置的后照光单元14。该后照光单元14具有低压水银蒸气放电灯1，在该低压水银蒸气放电灯1的旁边卷绕有在一个方向呈开口状态且内包有该低压水银蒸气放电灯1的外管3的兼作接近导体的镀银薄膜反射镜15，在该反射镜15的照射方向上设有丙烯树脂制成的导光板16，该导光板16面对壳体13的开口12放置。另外，在导光板16的背面一侧设有平面状的反射板18，在导光板16与壳体13的开口12之间由扩散板20及聚光板21构成的遮光装置22。在壳体13的开口12的前面一侧设有作为显示装置的液晶显示单元24。
下面就上述实施形态的动作加以说明。
首先，在冷阴极8、8之间利用点灯回路加上电压，则起动、点灯。然后，利用冷阴极8、8之间的放电激发水银蒸气，激发起波长254mm的紫外线，则3波长荧光体发光，用反射镜15向导光板16的方向反射，利用导光板16引导光线，通过扩散板20及聚光板21从背面照射液晶显示单元24，进行显示。
图4为表示压力与辉度的关系的曲线图。图4所示的a为管壁负荷即灯管输入功率W[W]/发光管2内表面面积S[cm]为0.2时的曲线，b、c及d分别为管壁负荷W/S为0.15、0.1及0.05时的曲线。当间隙5的压力处于近似1000Pa(7.5torr)以下时，上述任何一种情况的曲线均向上，根据该实验确认，最好设定为100Pa以下。
图5为表示灯管效率的相对值与压力的关系的曲线图。图5所示的a为管壁负荷即灯管输入功率W[W]/发光管2内表面面积S[cm]为0.2时的曲线，b、c及d分别为管壁负荷W/S为0.15、0.1及0.05时的曲线，当间隙5的压力处于近似1000Pa(7.5torr)以下时，上述任何一种情况的曲线均向上。
另一方面，如该图4及图5所示，当间隙5的压力减少、真空度提高时，若管壁负荷W/S增加，则由于发热量也增加，因此发光管2的温度上升至必要数值以上，而相反效率却下降。在0.1Pa以下时，灯管效率的下降特别大。
若考虑作为最大辉度的关系，包括管壁负荷W/S与间隙5内的压力的关系，则如图6所示，设压力为P，就可用下式的关系表示
P＝exp[(j1·W/S)×j2]
j1＝80、10-5＜j2＜1
另外，图6中用X绘制的各点为以各管壁负荷W/S点灯时表示最大辉度值时的实施形态X的压力[Pa]值，实线表示各X的近似直线。
再如表1所示，若将发光管2及外管3的壁厚均为0.2mm的情况导光板16的面辉度设为100，则随着壁厚的厚度增加，导光板16的面辉度将下降。另一方面，发光管2及外管3由于是有发光管2及外管3的双层结构，因此与没有外管的情况相比强度增大2倍左右，但如果壁厚比0.1mm更薄，则目前使用上还有问题，反之，如果壁厚比0.5mm更厚，则管外径在8mm以下的灯管制造上有困难，且光利用效率上也不利。因而，发光管2及外管3的壁厚最好为0.1mm至0.5mm。
表1
      壁厚(mm)         管外径(mm)   导光板面辉度相对值
  发光管    外  管   发光管   外  管
    0.3     0.5    2.6     4     75
    0.3     0.3     2.6     4     85
0.2 0.2 2.0 3 100
    0.5     0.5     2.8     4     60
另外，冷阴极8分别利用一根杜美丝线7保持在发光管2及外管3的共同的密封部分6，因此与两根以上的情况相比，变形小，密封部分6及其他部分不易产生破损。
再有，关于分子量与获得最大辉度的真空度的关系，如图7所示可知，分子量越大，绝热性越好，随着分子量的增加，最大辉度增加。由此求出各功率的最佳真空度与分子量的关系。
分子量为83.8的氪(Kr)及分子量为131.3的氙(Xe)与氮(N2)相比，分子量大4倍左右，绝热性很好。另外，当0.1＜(W/S)＜0.3时，以100Pa左右的气体压力效果较好，在制造上1Pa左右的真空度的控制非常难，而如果在该压力范围能足以控制，能实现质量稳定的生产。另外，在氪或氙中也可以含有残留水(H2O)可以利用该残留水进行散热。另外，残留水的水蒸气因温度上升而压力也上升，因此热传导性提高，散热效果增加。作为分子量大的稳定气体，例如有分子量为347.6的SiBr4。
设发光管2的管外径为20mm，并设定各种外管3，则如图8所示。间隙5的距离在1mm以上并达到10000Pa，则因保温效果而导致辉度上升，但是反之，在10Pa情况发光管2的温度上升过度而使辉度下降。但是，间隙5的距离在1mm以下时，尽管是很小的距离，由于自由分子热传导导致的绝热效果，灯管辉度上升。也就是说，自由分子热传导在内部气体的平均自由行程超过相互的间隔时成立，因此在1mm以上、100Pa以上，特别是超过1000Pa时，自由分子热传导的效果消失，必须要增加间隙5的距离，得到绝热效果。
再有，间隙5的径向距离越长，保温效果越好，温度特性也得到改善，当将压力取为1torr以下，如上述实施的形态所示，这样可以减小低压水银蒸气放电灯1的直径，变得小于导光板16的板厚，能够提高导光板16对于低压水银蒸气放电灯1发光的利用效率。也就是说，能利用间隙5的自由分子热传导的绝热效果得到最佳的保温效果。
如果设有例如车载用的测量仪器的显示板代替上述实施形态的液晶显示单元，就可构成车载显示装置。
发光管2的外径不限于3.6mm，如果在8mm以下，最好在4mm以下，也能获得同样的效果。
由于反射镜15可以采用蒸镀金属膜的薄膜的导电构件，因此可以提高低压水银蒸气放电灯1发光的利用效率，也可以采用导电构件以外的各种合成薄膜或塑料构件。
发光管2及外管3最好采用同样性质的玻璃，但也可各采用不同材料，例如也可以某一个软质玻璃，另一个用硬质玻璃。
下面就其他的实施形态加以说明。
其他的实施形态也与图1及图2所示的实施形态相同，该低压水银蒸气放电灯1的全长为120mm，发光管2的管外径为3mm以下，例如为2.4mm，外管3的管外径为4mm以下，例如为3.4mm，间隙5为0.2mm，压力为100Pa以下。
作为电极的冷阴极8是将电子放射物质Ba2AlO4及导电金属例如W、Fe、Co、Ni中的一种或LaB6以1.5∶1至2∶1左右的比例喷镀在镍金属上构成。
低压水银蒸气放电灯1的输入功率为1W以下。
根据上述的实施形态，发光管2的外形为4mm以下，空隙5的压力为100Pa以下，因此没有气体损耗，绝热性能好。
由于采用上述的冷阴极8，使冷阴极8附近的温度上升变快，能维持足够高的水银蒸气压。虽然采用单纯的镍制冷阴极时温度也上升，但温度上升过度，使发光效率下降。
低压水银蒸气放电灯1的全长为120mm以下时，冷阴极8的温度对灯管全体产生影响。
作为比较例子，与采用热阴极的灯管和采用水银合金冷阴极的灯管进行比较，根据实验，上述实施形态的灯管，在5℃的低温区域也明亮，在35℃亮度也不下降，而采用热阴极的灯管，在10℃以下感觉到亮度下降，采用水银合金冷阴极的灯管，在5℃的低温区域虽然明亮，但反过来在35℃亮度下降。
上述实施形态的阴极电压下降为80V，而水银合金冷阴极为120V，因此即使流过相同的电流，实施形态灯管的发光管2的温度越高，对于具有发光管2及外管3的双层构造灯管，上述实施形态的高温区域效率高。
而采用热阴极的灯管，其阴极电压降为12左右，由于灯管电流为10mA，因此加热发光管2的功率为0.18W，上述实施形态为0.4W，所以上述实施形态即使在低温区域温度上升也迅速，最冷部分不容易出现在冷阴极8的周围，灯管明亮。
该发光管2的表面积为S[cm2]、间隙5内的压力为P[Pa]、灯管输入功率为W[W]、间隙5内的主体填充气体的分子量为m，当有管壁负荷W/S/0.1的关系时，若满足P＜0.3×m的条件，则即使比较小的灯管输入功率也尽可能抑制从发光管2的表面的散热，防止点灯效率的下降。另一方面，当有管壁负荷W/S≥0.1的关系时，若满足0.3×m≤P≤2×m的条件，则即使比较大的灯管输入也抑制因辐射散热的影响而导致的损耗，同时使从发光管2表面的散热量适当，防止点灯效率的下降。
下面参照图9及图10说明其他的实施形态。
图9为表示节能型的点灯时间与管面辉度的关系的曲线图，图10为表示高辉度型的点灯时间与管面辉度的关系的曲线图。
图9所示的节能型特性的低压水银蒸气放电灯，全长为160mm，输入功率为0.9W，当周围氛围温度为0℃时，起动后60秒钟管面辉度达到稳定点灯时的50％以上。
图10所示的高辉度型特性的低压水银蒸气放电灯，全长为160mm，输入功率为2.0W，当周围氛围温度为0℃时，同样起动后60秒钟管面辉度达到稳定点灯时的50％以上。
无论哪一种实施形态，在输入功率为3W以下、管壁负荷为0.04W/cm2以上，采用例如长度为140mm、内径为1.6mm的发光管2进行实验，若将仅仅有发光管2的情况a、有外管3的高辉度型的情况b及节能型的情况c的灯管进行比较，则如图11所示，有外管3的高辉度型的情况b及有外管3的节能型的情况c与仅仅有发光管2的情况a相比，输入电压分别下降约10％及约25％。根据上述的实施形态，输入电压下降约10％以上，最好下降25％以上。
再有，在输入功率3W以下，管壁负荷为0.04W/cm2以上，采用例如长度为140mm、内径为1.6mm的发光管2就最高效率的输入功率进行实验，若将仅仅有发光管2的情况a、有外管3的发光管2的压力为10Pa的高辉度型的情况b及发光管2的压力为1Pa的节能型的情况c进行比较，则如图12所示，有外管3的高辉度型的情况b与仅仅有发光管2的情况a相比，输入功率下降15％左右，有外管3的节能型的情况c与仅仅有发光管2的情况a相比，输入功率下降30％左右。根据上述的实施形态，输入功率下降约15％以上。
另外，利用含有氙气，可以不用加热器等加热装置，使起动特性、辉度及色温度特性进一步提高。
其理由是，水银蒸气压低，在刚起动后的上升时或调光时，利用氙气防止由于氖气而产生的红色照射所致。氙气虽也有467nm的红色可见光线的放射，但比氖气小，不成为问题。
另一方面，在仅仅氙气的放电中，已经知道，若封入量大，会出现阳极光柱收缩的现象，产生放电起伏、闪烁等问题，但使分压为10torr以下可以防止。
另外，若使氙气的分压为1Pa以下，则有可能打进荧光体10或发光管2的玻璃表面，气体可能消失，因此不希望为1Pa以下。
氙气还有100nm～200nm的紫外线照射，若使用与该紫外线相应的荧光体，则能增加辉度。
另外，在放电气体中含有水银蒸气，加上氙气或含有氪气来代替，可以含有分压为1Pa至1000Pa的该氙气或氪气。氪气虽燃也有587nm的红色可见光线的放射，但比氖气小，不成为问题，也有100nm～200nm紫外线照射，若使用与该紫外线相应的荧光体，则能增加辉度。另外，氪气的情况也与氙气的情况相同，必须使其分压为10torr以下。
另外，氩气有600nm～700nm的可见光照射，同时电离电压为15.76eV和比水银的10.4eV高，因此，造成灯管电压上升等不理想的后果。
下面就其他实施形态的低压水银蒸气放电灯加以说明。
该实施形态，作为封入间隙6的物质，不限于水银或水银化合物，可以有100倍以上的蒸气压变化，例如采用碘(B)、水银化合物或碘化合物等那样随温度上升蒸气压上升的物质，也能得到同样的效果。
该低压水银蒸气放电灯1的全长为200mm、发光管2的管外径为2.4mm、外管3的管外径为3.6mm、发光管2及外管3的壁厚为0.3mm，在发光管2的内部封入氖气(Ne)等稀有气体1×104Pa及水银蒸气。密封部分6内的杜美丝7的长度设定为2mm，防止冷阴极8的发热向阴极周围部分热传导而出现最冷部分，防止效率下降。另外，密封部分6内的杜美丝7的长度若为5mm以下，也能获得同样的效果。
该间隙5在发光管2及外管3的径向距离为0.2mm，间隙5内封入的水银蒸气的压力或真空度(以下称为压力)，温度为-20℃时压力为10-3Pa，20℃时为10-1Pa，80℃时为10Pa，压力变10000倍以上。间隙5的径向距离虽设定为0.2mm，但如果在1mm以下也没有问题，若超过1mm，则产生的问题是，不仅使低压水银蒸气放电灯1的直径加大，而且当低压水银蒸气放电灯1安装在照明装置等上面时，发光管2与光入射对象物之间离开了1mm以上，其分光损耗变大。
在形成低压水银蒸气放电灯1时，首先将以水银(Hg)为主体的放电煤体封入发光管2中，并在两端部装入杜美丝7加以密封。然后将发光管2的一端与外管3的一端的位置对齐，用煤气喷嘴将发光管2及外管2熔融，将杜美丝7的部分密封。再一面利用真空系统排气，一面加高温，例如400℃以上，排除间隙5内部的不纯的气体，在10-5Pa的高真空状态下封入水银。最后，从外管3上对排气侧的发光管2的端部加热，主要将发光管2及外管3在杜美丝7上加以密封，完成低压水银蒸气放电灯1。
两冷阴极8、8与输出电压波形为脉冲状的频率40kHz以上、电压400～500V左右、灯管电流为5mA左右以下、灯管输入功率为2w左右的点灯回路(图中未给出)相连。
下面就上述实施例的动作加以说明。
首先，在冷阴极8、8之间利用点灯回路加上电压，则起动、点灯，然后，利用冷阴极8、8之间的放电激发水银蒸气，激发起波长254mm的紫外线，则3波长荧光体发光。
在低温时的-20℃，间隙5的蒸气压为10-3Pa，非常低，绝热性很高，在常温时的20℃，间隙5的蒸气压为10-1Pa，略微上升，绝热性能略微下降，在高温时的80℃，间隙5的蒸气压上升至10Pa，绝热性能受到抑制，防止在低功率区域和低温环境下因绝热不充分等而导致效率下降，同时防止在大功率区域因绝热过分、温度上升而使光输出饱和，使辉度增大。间隙5的热传导率，严格讲与温度成比例有微小变化，而真空度的变化有数十倍左右，热传导率的变化很小，根据功率区域决定最佳真空度。
也就是说，如图13所示，在间隙5中封入碘的情况a及封入水银的情况b与间隙5为真空的情况c相比，在大功率区域的辉度饱和较小，能产生很高的灯管辉度，与间隙5为大气压的情况d相比，能在低功率区域保护较高的灯管辉度。
特别对于长度为200mm的灯管，如图14所示，间隙5为真空(10-1Pa)的情况c与间隙5为大气压的情况e及氮(N2)为10Pa的情况f相比，虽然灯管功率较低时灯管辉度增加，但随着灯管功率增加，与单管的情况e相比，灯管辉度要低。但是，封入碘的情况a在灯管功率较低时与间隙5为真空(10-1Pa)的情况c有相同的辉度，当灯管功率增加时与10Pa的情况有相同的辉度。因而从整体考虑认为，与单管的情况相比，灯管辉度高的封入碘的情况a较好，这是由于碘分子本身稀薄、难以传导热量所致。
另外，与周围温度的关系，如图15所示，间隙5中封入碘的情况a在低温区域与真空的情况C相比，相对灯管辉度虽然略微下降，但是封入碘的情况a及封入水银的情况b这两种情况任一种与间隙5为真空的情况c相比，在高温区域辉度的饱和较小，可以提高相对灯管辉度，与间隙5为大气压的情况d相比，可以提高在低温区域的相对灯管辉度。
另外，热传导率与间隙5的距离成比例，而与内部压力没有直接关系。但是，若内部气体的平均自由行程大于间隙5，则由于自由分子的热传导就变得与蒸气压有关。为了适应装置的薄形化并获得与不是双层管的低压蒸气放灯几乎相同的光学特性，必须使间隙5为1mm以下，绝大部分的原子及分子由于蒸气压的下降其平均自由行程在该间隙5的间隔以上，随着蒸气压的变化，热传导率变化。因此，若减小间隙5，蒸气压的变化将对灯管的辉度有影响。
下面参照附图就其他的实施形态加以说明。
图16为表示其他实施形态所示的低压水银放电灯的剖视图，如该图16所示，发光管2的全长为250mm、管外径为2.6mm、壁厚为3mm，内面涂布了波长荧光体，内部封入氖气(Ne)80torr、氙气(Xe)及水银蒸气。
该发光管2的周围隔有1torr以下、最好为10-2torr以下例如10-5torr的几乎高真空压力的间隙5设置外管3。该外管3的全长为250mm、管外径为4mm、壁厚为0.3mm，在间隙中装有支持杜美丝7的吸收气体用的收气构件31。
两冷阴极8、8与输出电压波形为脉冲状的频率60kHz以上、最好为100kHz、电压400～500V左右、灯管电流为5mA左右以下的点灯回路(图中未给出)相连。
下面就上述实施形态的动作加以说明。
首先，在冷阴极8、8之间利用点灯回路加上电压，则起动、点灯，然后，利用冷阴极8、8之间的放电激发水银蒸气，激发起波长254mm的紫外线，则3波长荧光体发光。
在管外径为2.6mm的发光管2外围套有管外径为4.0mm、管内径为3.4mm的外管3，由于在该外管3上装有反射镜15，因此发光管2与反射镜15之间有0.8mm以上距离的间隙5，可以认为由于间隙5为10-5torr的几乎高真空，寄生电容减少，从发光管2流向作为接近导体的反射镜15的微小电流减少，能够减少漏电流。因而，特别是便携机器等小功率装置，由于漏电流减少、效率提高，能满足长时间使用及电源小型化的要求。
由于利用间隙5也能得到保温效果，即使是消耗功率小、热容量小的放电灯1，也能保持发光管2的温度，可以认为这也是一个理由。
由于设有吸收气体用的收气构件31，因此即使在密封外管3时加热等导致发光管2或杜美丝7吸附的气体再放出，也能利用吸收气体用的收气构件31吸附气体，内部的真空度不下降。
吸收气体用的收气构件31仅设置在放电灯1的一端，但设在两端也能得到同样的效果。
反射镜15可以采用导电构件即蒸镀金属膜的薄膜，因此能提高放电灯1的光线利用效率，也可以采用导电构件以外的各种合成薄膜或塑料构件，虽然增加了寄生电容，但由于有间隙4，可以减少寄生电容、减少漏电流。
另外，例如通过采用陶瓷压电元件代替绕线的变压器，由于频率增加，明显可以减小尺寸，能实现电路小型化及提高电路效率。
下面参照附图就其他的实施形态加以说明。
图17为表示其他实施形态所示的低压水银放电灯的剖视图。如该图17所示，采用轴向封焊长度比玻珠直径要长的长条型玻心柱32，用以封焊发光管2及外管3，在设发光管2的封焊长度为1s1时，可以取该发光管2的封焊长度1s1为所希望的长度，同时若设计管3的封焊长度为1s2，则能设定1s1≤1s2。这样，若设定1s1≤1s2，则加热外管3熔焊发光管2时防止发光管2产生拉伸应力，即使发光管2存在所谓格里菲思流的微小伤痕，发光管2也难以因拉伸应力产生裂纹。另外，即使由于在发光管2及外管3的界面上作用的应力而产生剥离，也难以产生因所谓未烧透而导致的裂纹。而且，发光管2的气压处于低于大气压的状态，在大气压中熔焊，即使因发光管2的软化，其软化部分向内被吸进去，也难以产生裂纹等。
任何一种实施形态，外管在8mm以下的情况都能适用，但若考虑到被安装的机器等的小型化的倾向，则希望为4mm以下，最好为3mm以下，壁厚为1mm以下，希望为0.1～0.7mm，最好为0.3左右。全长为任意长度均可，但希望为30～300mm，最好为50～200mm。
所谓主体填充，气体是指间隙内全部气体中存在的分压比一般超过50％的气体。
发光管2及外管3由例如由纳钙玻璃、铅玻璃或硬质玻璃等任意材料形成，最好是同样性质的材料，但即使是不同性质的材料也没有任何问题。另外，发光管2及外管3最好是热膨胀系数α为50以下的半硬质玻璃，但分别是不同性质的材料也行，例如一个用软质玻璃，另一个用硬质玻璃也行。断面形状不限于圆形，可以设定为非圆形，例如椭圆或其他任意形状，长度方向的形状不限于直管，可任意选择管形、半圆形、L字型、U字型或W字型等。
发光管2的外径包含绝热装置。
常温氛围是指周围温度为25℃，例如装入作为后照光等的装置的状态时，也可以是该装置的周围温度。
壁厚可以是内管及外管相同，也可以某一个较厚。
通过发光管2及外管3的各自的端部互相熔焊，因此发光管2及外管3之间气密密封，由于不借助于其他构件，因此容易制造，同时由于密封时的加热导致的变形较小，难以破损，真空气密性好，即使是高真空也不担心泄漏。
冷阴极8在镍或不锈钢(SUS)套筒内具有水银(Hg)合金，外侧可以喷镀BaAl2O4。BaAl2O4以外也可以是LiAlO2。加有锂(Li)、钡(Ba)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、锆(Zr)等金属中某一种的复合氧化物也可以适用。
冷阴极8中可以含有电子放射物质，该电子放射物质可以是在正离子轰击等的γ作用下积极放出2次电子的物质或其他物质，例如可以采用LaSrCoO3、LaB6+BaAl2O4、LaSrCoO3+BaAl2O4、LaSrCrCoO3+BaAl2O4、LaSrCoO3+LaB6+BaAl2O4、LaSrCrCoO3+LaB6+BaAl2O4、LaB6+BaTiO3、LaSrCoO3+BaTiO3、LaSrCrCoO3+BaTiO3、LaSrCoO3+LaB6+BaTiO3、或LaSrCrCoO3+LaB6+BaTiO.通过冷阴极8在γ作用下积极放出2次电子，防止低环境下效率下降。
另外，不限于冷阴极8，也可以采用热阴极。
荧光体10不限于3波长发光型，也可采用单色或其他任意材料。
关于放电媒体，多数情况下使用水银及稀有气体，例如氖或氩作为主成分，而不使用水银、仅仅使用作为稀有气体的氙气，利用氙气放电而导致的紫外线发光激发荧光体10。另外也可以封入氙气及水银，利用氙气放电及水银蒸气放电两种放电产生具有各自波长的紫外线。再有，作为与水银一起封入的稀有气体，如果采用氩和氖、氩、氖和氦的各自的混合气体，也能改善因彭宁(Penning)效应的起动性能。水银可以是纯水银或水银合金的任何一种形态封入。

Claims (21)

1.一种低压水银蒸气放电灯(1)，其特征在于，包括在两端封装一对冷阴极(8，8)的同时，在周围施行透光性的绝热装置，没有温度补偿的功能，周围温度接近0℃时，从起动开始60秒以内管面辉度达到稳定点灯时的50％以上，外径为8mm以下，输入功率在3W以下时管壁负荷在0.04w/cm2以上的封管体(2，3，5)。
2.如权利要求1所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，具有管内径为3mm以下并在两端封管冷阴极的内管；以及间隙处于减压状态下围绕内管的外管，使得在常温氛围中以大约0.1w/cm2的管壁负荷点灯时的输入电压与内管单体点灯时相比降低10％以上。
3.如权利要求1所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，具有管内径为3mm以下并在两端封装冷阴极的内管；以及间隙处于减压状态下围绕内管的外管，使得在常温氛围中点灯时处于最高效率[1m/w]的输入功率与内管单体点亮时相比降低15％以上。
4.如权利要求1所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，具有封入以水银为主体的放电媒体并在两端封装一对电极的内管；以及隔有1mm以下间隙围绕该内管并以1000Pa以下压力被气密密封的外径为8mm以下的外管。
5.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，设内管的表面积为S[cm2]、间隙内的压力为P[Pa]、灯管输入功率为W[W]、间隙内主体填充气体的分子量为m，当存在管壁负荷w/s＜0.1的关系时，满足P＜0.3×m的条件。
6.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，设间隙内的压力为P[Pa]、内管的表面积为S、间隙内主体填充气体的分子量为m，当存在管壁负荷w/s≥0.1的关系时，满足0.3×m≤P≤2×m的条件。
7.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，内管和外管为玻璃制成，该内管和外管的两端通过玻璃熔融而密封构成一体。
8.如权利要求7所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，内管和外管分别由热膨胀率相同的玻璃制成，该玻璃的壁厚为0.1mm至0.5mm。
9.如权利要求8所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，内管和外管具有各自的密封部分，设内管的密封部分长度为1s1、外管的密封部分长度为1s2，则1s1≤1s2。
10.如权利要求9所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，密封部分具有细长型的玻璃芯柱，有玻珠，轴向的封口长度比轴心看的玻珠直径要长。
11.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，主体填充气体至少含有原子量比氮要大的稀有气体的稳定气体的任一种气体。
12.如权利要求11所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，主体填充气体至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一种。
13.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，间隙中封入随温度变化压使压力改变的物质。
14.如权利要求13所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，物质至少主要含有水银、水银化合物、碘、溴、水、碘化合物、溴化合物及水银化合物中任一种。
15.如权利要求4所述的低层水银蒸气放电灯，其特征在于，外管的外径为内管外径的2倍以内，外管的壁厚为外径的10％以内。
16.如权利要求15所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，具有厚度为外管外径以上的导光板。
17.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，具有封入以水银为主体的放电媒体、两端封装粘附BaAl2O4的一对电极、全长为120mm以下、输入功率为1.5W以下的内管，以及隔有1mm以下间隙围绕该内管并以1000Pa以下压力被气密密封的外管。
18.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，在外管外径为2.6mm、内管外径为1.8mm、内管与外管的间隙约为0.1mm、灯管长为100mm、灯管输入功率为0.5W至1W时，将95％以上的氩(Ar)作为4Pa至10Pa的主体填充气体封入。
19.如权利要求4所述的低压水银蒸气放电灯，其特征在于，内管以频率60kHz以上、灯管电流5mA以下点灯。
20.一种照明装置，其特征在于，具有安装如权利要求1至19任一项所述的低压水银蒸气放电灯的器具本体。
21.一种显示装置，其特征在于，具有如权利要求20所述的照明装置照射的显示装置。
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