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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine als Signallicht verwendete
Fluoreszenzlampe, und insbesondere auf den Aufbau einer nur ein
Ende aufweisende Subminiaturfluoreszenzlampe, bei welcher die Spannungsversorgungsanschlüsse nur
an einem Ende eines Kolbens angeordnet sind und der Kolben die selbe
Form hat wie der einer typischen Halogenlampe, die als Signallicht
verwendet wird.
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Die 5–7 zeigen
den Stand der Technik. 5 ist eine Querschnittsansicht
entlang der Lampenachse Z einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe 90. 6 ist
eine weitere Querschnittsansicht entlang der Linie B-B der 5.
Die herkömmliche Fluoreszenzlampe 90 weist
folgendes auf: Einen Kolben 94, ein auf einer inneren Oberfläche des
Kolbens 94 aufgebrachtes Fluoreszenzmaterial 94a,
eine Basis 91, eine mit Gas und Quecksilber gefüllte Entladungskammer 94b,
luftdicht durch die Basis 91 geführte Leitungsdrähte 91a, 91a', 91a'', ein von den Leitungsdrähten 91a und 91a' getragenes
thermisches Kathodenfilament 92, wobei das thermische Kathodenfilament 92 mit
einem elektronenemittierenden Material 92a beschichtet
ist, und eine von dem Leitungsdraht 91a'' getragene
ringförmige
Anode 93. Beim Starten der herkömmlichen Fluoreszenzlampe 90 wird
eine Gleichspannung DC von 5 V zwischen dem Leitungsdraht 91a und
dem Leitungsdraht 91a' angelegt
und thermische Elektronen werden emittiert. Dann wird eine Gleichspannung
von DC von 24 V zwischen dem thermischen Kathodenfilament 92 und
der ringförmigen
Anode 93 angelegt und die vom thermischen Filament 92 emittierten
thermischen Elektronen werden in Richtung der ringförmigen Anode 93 gelenkt,
so daß eine
Entladung beginnt, wodurch das Fluoreszenzmaterial 94a angeregt
und Licht emittiert wird.
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Die
herkömmliche
Fluoreszenzlampe 90 weist folgende Probleme auf:
Erstens
ist die Umwandlungseffizienz oder der Umwandlungswirkungsgrad von
elektrischer Leistung zu Leuchtdichte der herkömmlichen Fluoreszenzlampe 90 ungefähr 3,7 lm/W,
was ausreichend für
die Verwendung als Signallicht ist, jedoch ist die Lichtmenge nicht
genug für
die Verwendung für
eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige.
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Zweitens
bewegt sich, wie in 7 gezeigt ist, obwohl die Entladung
zwischen der ringförmigen Anode 93 und
einem geerdeten Ende S des thermischen Kathodenfilaments 92 vorliegen
sollte, der Entladungspunkt P auf dem geerdeten Ende S in Richtung
eines Endes U der thermischen Kathode auf der positiven Seite im
Verlauf der Betriebszeit, und zwar aufgrund der Verschlechterung
des elektronenemittierenden Materials 92a. Wenn eine Gleichspannung
DC von 5 V am thermischen Kathodenfilament 92 angelegt
wird, bewegt sich der Entladungspunkt P auf dem thermischen Kathodenfilament 92 zum
Mittelpunkt T des thermischen Kathodenfilaments 92, wobei
der Mittelpunkt T eine höhere
Spannung von ungefähr
2,5 V als das geerdete Kathodenende S aufweist. Mit anderen Worten
nimmt das elektrische Potential zwischen dem thermischen Kathodenfilament 92 und
der ringförmigen
Anode 93 um ungefähr
2,5 V ab, wodurch der Entladungsstrom und die Luminanz der Subminiaturfluoreszenzlampe 90 ebenso
abnehmen. Wenn sich der Entladungspunkt P über den Mittelpunkt T des thermischen
Kathodenfilaments 92 hinwegbewegt und sich weiter in Richtung
des thermischen Kathodenendes U auf der positiven Seite bewegt,
nimmt ferner die Luminanz der Fluoreszenzlampe 90 stark
ab, wie durch die Linie BO der 3 gezeigt
ist, weil der Entladungsabstand zwischen dem Entladungspunkt P und
der ringförmigen
Anode 93 zusätzlich
zum Spannungsabfall zwischen dem thermischen Kathodenfilament 92 und der ringförmigen Anode 93 zunimmt.
Ebenso hat die Anode 93 ein hohles Inneres, wobei das Innere
mit einem Gettermaterial und einer Quecksilberlegierung gefüllt ist.
Daher ist die Konstruktion der Fluoreszenzlampe 1 von Einschränkungen
bezüglich
der Dimension begleitet. Es ist unmöglich, den äußeren Durchmesser der Fluoreszenzlampe
auf kleiner als 4 mm zu reduzieren.
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Eine
weitere herkömmliche
Fluoreszenzlampe ist aus der Druckschrift
US 5 027 030 bekannt. Diese Glühentladungslampe
weist einen Kolben, Fluoreszenzmaterial, mit welchem eine Innenoberfläche des
Kolbens beschichtet ist, eine Basis, eine mit Gas und Quecksilber
gefüllte
Entladungskammer, ein mit einem elektronenemittierendem Material
beschichtetes thermischen Kathodenfilament, eine Anode, und Leitungsdrähte, die
das thermische Kathodenfilament und die Anode tragen, auf, wobei
die Anode eine im wesentlichen rechteckige Platte ist.
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Hinsichtlich
des Standes der Technik wird ferner hingewiesen auf die Druckschriften
US 4 904 900 ,
US 4 879 493 und
JP 2-236942 A .
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluoreszenzlampe
vorzusehen, die im wesentlichen eines oder mehrere der zuvor genannten
Probleme aufgrund der Einschränkungen und
Nachteile des Stands der Technik vermeidet und es insbesondere ermöglicht,
höhere
Umwandlungseffizienz von Wattleistung zu Luminanz zu ermöglichen,
so daß die
Fluoreszenzlampe eine hohe Luminanz beibehält, auch nachdem sich der Entladungspunkt über den
Mittelpunkt des thermischen Kathodenfilaments bewegt, und zwar mit
verbesserter Effizienz der Fluoreszenzlampe, und welche es ebenso ermöglicht,
einen kleinen externen Durchmesser eines Kolbens bis zu weniger
als 4 mm vorzusehen.
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Dieses
Ziel wird durch eine im wesentlichen rechteckige Anodenplatte erreicht,
wobei eine Seite der Anode zum thermischen Kathodenfilament hinweist,
und zwar parallel dazu in einer Querschnittsansicht (1)
entlang der Lampenachse Z, wobei in einer weiteren Querschnittsansicht
(2) senkrecht zur Kolbenachse Z die eine Seite
der rechteckigen Anodenplatte und das Kathodenfilament in einer
solchen Position vorliegen, daß die
eine bezüglich
einer parallelen Ebene innerhalb eines Winkelbereichs von 30–60 Grad
gedreht zur anderen vorliegt. Des weiteren sind ein Leitungsdraht,
der die Anode trägt,
und die Anode so angeordnet, daß sie
in ihrer Kombination im wesentlichen fahnenförmig sind, wobei der Leitungsdraht
sich nicht in die Entladungskammer in Richtung des thermischen Kathodenfilaments über ein
oberes Ende der Anode hinaus erstreckt.
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Die
Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
eine höhere
Luminanz, die ausreicht zur Verwendung als Hintergrundbeleuchtung
für eine
Flüssigkristallanzeige.
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Die
Fluoreszenzlampe der Erfindung behält des weiteren eine hohe Luminanz
bei, auch nachdem sich ein Entladungspunkt über den Mittelpunkt des thermischen
Kathodenfilaments bewegt hat.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die
Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Schnittansicht entlang der Lampenachse Z eines ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1 des ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Diagramm, das die Luminanzeigenschaften des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Ausführung als
eine Funktion der Betriebszeit zeigt;
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4 eine
schematische Ansicht der Anode und des Leitungsdrahts, der die Anode
trägt,
und zwar gemäß eines
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang einer Lampenachse Z einer herkömmlichen
Fluoreszenzlampe;
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6 eine
Querschnittsansicht der herkömmlichen
Fluoreszenzlampe entlang Linie B-B in 5;
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7 ein
Diagramm, das die Positionsverschiebung eines Entladungspunkts auf
einem thermischen Kathodenfilament einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe zeigt.
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1 illustriert
auf zur Querschnittsansicht der 5 analoge
Weise eine Querschnittsansicht entlang einer Lampenachse Z eines
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung und 2 illustriert
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
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Die
Fluoreszenzlampe 1 weist folgendes auf: Einen Kolben 5,
Fluoreszenzmaterial 5a, mit dem eine Innenoberfläche des
Kolbens 5 beschichtet ist, eine Basis 2, eine
mit Gas und Quecksilber gefüllte Entladungskammer 5b,
luftdicht durch die Basis 2 geführte Leitungsdrähte 2a, 2a', 2a'', ein durch die Leitungsdrähte 2a und 2a' getragenes
thermisches Kathodenfilament 3, wobei das Kathodenfilament 3 mit elektronenemittierendem
Material 3a beschichtet ist, und eine durch den Leitungsdraht 2a'' getragene Anode. Die Anode 4 ist
eine im wesentlichen rechteckige Platte mit einer geringeren Dicke
t als die der herkömmlichen
ringförmigen
Anode.
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Eine
Seite 4a der rechteckigen Anode 4 weist zum thermischen
Kathodenfilament 3 hin und die Seite 4a ist in
einer Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung der rechteckigen
Anodenplatte 4 parallel zum thermischen Kathodenfilament 3,
wie in der 1 gezeigt. Das thermischen Kathodenfilament 3 liegt
in einer Ebene, die senkrecht zur Kolbenachse Z ist.
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Wie
in 2 gezeigt, und zwar einer Querschnittsansicht
entlang der Linie A-A der 1, kreuzt
die Linie A-A die Lampenachse Z unter einem rechten Winkel. Aus
dieser Perspektive liegt der Winkel α zischen der Seite 4a und
dem thermischen Kathodenfilament 3 in einem Winkelbereich
von 30–60 Grad.
Der Leitungsdraht 2a'' ist auf der
rechteckigen Anodenplatte 4 mittels Punktschweißen angebracht, und
zwar so, daß die
Anode 4 und der Leitungsdraht 2a' fahnenförmig kombiniert sind. Das obere
Ende des Leitungsdrahtes 2a'' erstreckt sich
nicht in die Entladungskammer 5b in Richtung des thermischen Kathodenfilaments 3,
d. h. der Leitungsdraht 2a'' ragt nicht über ein
oberes Ende der rechteckigen Anodenplatte 4 hinaus. Die
rechteckige Anodenplatte 4 hat eine mit einer Quecksilberlegierung
beschichtete Oberfläche
und eine weitere Oberfläche,
die mit einem Gettermaterial, wie Zirkon oder Aluminium beschichtet
ist. Ein Beschichtungsverfahren für die Quecksilberlegierung
und das Gettermaterial kann beispielsweise Aufstreichen sein.
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Die
betriebsmäßigen Vorteile
der Leuchtstofflampe 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
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Erstens
wird ein stärkeres
elektrisches Feld angelegt, da die Dicke t der rechteckigen Anodenplatte 4 kleiner
als beim Stand der Technik ist. Demgemäß wird ein kleinerer Entladungspunkt
auf dem thermischen Kathodenfilament 3 erreicht und die Temperatur
des Kathodenpunkts steigt an, was ermöglicht, die thermische Elektronenemissionseffizienz
zu verbessern. Da die thermische Elektronenemission in einem größeren Ausmaß vorliegt,
werden Ultraviolettstrahlen ebenso in einem größeren Ausmaß emittiert als beim Stand
der Technik. Daher wird eine hellere Leuchtstofflampe 1 mit
verbesserter Effizienz vorgesehen.
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Zweitens
ist, mit zunehmender Betriebszeit und wenn der Entladungspunkt P
auf der thermischen Kathode 3 sich vom geerdeten Ende S
zum thermischen Kathodenende U auf der positiven Seite bewegt, der
Abstand zwischen dem Entladungspunkt P und der rechteckigen Anodenplatte 4 kleiner
als beim Stand der Technik, weil, und zwar in einer Querschnittsansicht
der Leuchtstofflampe 1 senkrecht zur Kolbenachse Z gesehen,
der Winkel zwischen der thermischen Kathode 3 und der rechteckigen
Anode 4 in einem Bereich von 30–60 Grad liegt, während die thermische
Kathode 92 die ringförmige
Anode 93 im wesentlichen unter einem rechten Winkel kreuzt.
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Drittens
liegt, da der die Anode 4 tragende Leitungsdraht 2a'' sich nicht in die Entladungskammer 5b in
Richtung des thermischen Kathodenfilaments 3 erstreckt,
indem er über
das obere Ende der Anode 4 hinaus ragt, die Entladung immer
zwischen dem thermischen Kathodenfilament 3 und der Anode 4 vor,
was heißt,
daß eine
Entladung vom Oberende des Leitungsdrahtes 2a'' unterbunden ist. Daher wird eine
stabilere Entladung erreicht. Demgemäß nimmt, wie durch die Linie
BN der 3 gezeigt ist, die Luminanz der Leuchtstofflampe 1 allmählich ab
und behält
eine hohe Luminanz bei, nachdem sich der Entladungspunkt durch die
Mitte des thermischen Kathodenfilaments 3 bewegt hat, und
zwar verglichen mit der Linie BO, die die Luminanz charakteristik
der herkömmlichen
Leuchtstofflampe 90 zeigt.
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Viertens
ist die Anode 4 leicht zu formen, da sie eine im wesentlichen
rechteckige Platte ist. Der erforderliche Prozeß zur Bildung der Anode 4 ist Schneiden
einer Nickelplatte mit einer Preßmaschine. Bei der Nickelplatte
sind genaue Anforderungen nicht erforderlich und eine standardmäßig auf
dem Markt erhältliche
ist ausreichend. Fünftens
ist ein flexibleres Design, im spezielleren eine Gesamtgrößenreduzieruhg,
eine Durchmesserreduzierung der Fluoreszenzlampe 1 möglich, während die
Quecksilberlegierung in einer ausreichenden Menge beibehalten wird.
Wenn die Anode 4 eine Fläche von zumindest 15 mm2 für
die Fluoreszenzlampe 1 haben muß, um eine ausreichende Menge
von der Quecksilberlegierung aufzuweisen, sind die typischen rechteckigen Dimensionen
der Anode 4 wie folgt: 2 × 7,5 mm, 2,5 × 6 mm,
3 × 5
mm, 3,5 × 4,3
mm oder 4 × 3,8
mm. Irgendein Element dieser Dimensionskombinationen ist ausreichend
für die
Seite 4a der rechteckigen Anodenplatte 4, die
zum thermischen Kathodenfilament 3 hinweist. Daher ist
die Form und Dimension der Seite 4a abhängig von einem internen Durchmesser des
Kolbens 5.
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4 illustriert
eine schematische Ansicht einer Anode 6 eines zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anode 6 eine
im wesentlichen rechteckige Platte, und zwar in einer Querschnittsansicht
entlang der Kolbenachse Z; und in einer Querschnittsansicht senkrecht
zur Kolbenachse Z ist eine Seite 6a der Anode 6 gleich
einer kontinuierlichen Welle mit gleicher Höhe und Länge. Wenn der Flächeninhalt
der rechteckigen Anodenplatte 4 des ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
und das der Anode 6 gleich sind, dann muß die Anode 6 eine
kleinere projizierte Fläche
haben als die Anode 4. Demgemäß erlaubt die Anode 6,
die Gesamtgröße der Leuchtstofflampe 1 zu
reduzieren.