JP2005166281A

JP2005166281A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2005166281A
Application number: JP2003399741A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Suzuki; 滋生鈴木; Masakazu Inoue; 将一井上; Takahisa Takahashi; 隆寿高橋
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP4257190B2

Abstract

【課題】本発明は、蛍光ランプのガラス管の内壁に塗布された蛍光体から放出されてガラス内に入射した可視光のうち外部に放出される光の割合を高めることによって蛍光ランプの高輝度化を実現する。
【解決手段】蛍光ランプのガラス管６の両端部を封止するガラスビード２，１６に拡散材１を分散し、ガラス管６の内壁に塗布された蛍光体１１から放出されてガラス内に入射した可視光のうちガラス内に閉じ込められた光がガラスビード２，１６に分散された拡散材１に到達し、拡散光がガラスビード２，１６を介して外部に放出されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧水銀灯、熱陰極蛍光灯および冷陰極蛍光灯等の蛍光ランプに関するものであり、詳しくは蛍光ランプのガラス管内で発生した光の外部への取出し効率を高めて高輝度化を実現した蛍光ランプに関する。

従来の蛍光ランプの一般的な構造は、図４に示すように、内壁に蛍光体３１が一様に塗布されたガラス管３２の内部に一対の板電極３３，３４と適量の水銀３５およびＡｒ，Ｎｅ等の不活性ガス３６が数十Ｔｏｒｒの圧力で封入され、ガラス管３２の両端部はガラスビード３７，３８で封止されて板電極３３，３４に接続された導入線３９，４０がガラスビード３７，３８を介して外部に引出されている。

上記構造の蛍光ランプの発光原理は、外部から導入線３９，４０の両端間に電界を印加すると気体中に存する初期電子が加速され、ガラス管３２内に封入された水銀３５の気体原子および不活性ガス３６に衝突して励起し電離させて電子を発生させるといった連鎖反応を起こしてグロー放電が開始される。また、電子が衝突した水銀原子は励起されて紫外線（λｐ＝２５３．７ｎｍ）を放出し、この紫外線がガラス管３２の内壁に一様に塗布された蛍光体３１を励起して可視光に変換され、外部に放出される。
特開２０００−１４９８７１号公報

上述した従来の蛍光ランプにおいて、電子の衝突によって水銀原子から放出された紫外線を受けた蛍光体が波長変換して放出した可視光は、ガラス管の内部に閉じ込められるものとガラスに入射するものとに分かれる。図５はガラス４１に入射した光の光路のうち管軸方向の断面を示したもの、図６はガラス４１に入射した光の光路のうち管径方向の断面を示したものである。どちらの場合も、ガラスの光入射面の入射点４３から入射した光線のうちＬ１からＬ５までの光路を導光されてガラス４１の光出射面４２に至った光は、屈折率が異なるガラス４１と空気４４との界面となるガラス４１の光出射面４２で屈折されて外部に出射される。しかし、Ｌ６〜Ｌ８は屈折光にはならず外部には出射されない。これはＬ６からＬ８とガラス４１の出射面４２の出射点Ｓの法線ＳＮとの交角τが臨界角以上になるためであり、Ｌ６は交角τが臨界角に等しいために界面と平行光となり、Ｌ７,Ｌ８は交角τが臨界角より大きいために界面で反射して全反射になり、ガラス４１内で全反射を繰り返してガラス４１内に閉じ込められて迷光となる。

蛍光ランプのガラス管に使用されるガラスには軟質鉛ガラスや硬質ガラス等があり、これらのガラスの屈折率は材質によって多少異なるが概ね１．５前後であり、そのとき光がガラスから空気に出るときの臨界角は約４２°となる。この場合、蛍光体から放出されてガラスに入射した光量に対して、ガラス内で全反射を繰り返しながらガラス内に閉じ込められて迷光となり、外部に放出されない光量の割合を概算すると７．６％となる。その分、光の利用効率が低下し、蛍光ランプとしての輝度低下の要因となるものである。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、蛍光ランプのガラス管のガラスに入射した光を効率良く外部に放出するようにして蛍光ランプの高輝度化を図ったものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、内壁に蛍光体が一様に塗布されて両端部がガラスビードで封止されたガラス管の内部に水銀と希ガスとが封入され、前記ガラス管の内部の両端近傍に設けられた電極に接合された導入線がガラスビードを貫通して外部に導かれている蛍光ランプであって、前記ガラスビードは拡散材、反射材および屈折材からなる群より選ばれた部材が多数分散されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記拡散材は、酸化チタン、アルミナ、シリカおよび顔料からなる群より選ばれた部材であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記反射材は、表面に反射面が形成された略球状の粒子であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１において、前記屈折材は、気泡であることを特徴とするものである。

本発明の蛍光ランプは、ガラス内部に閉じ込められていた光を取り出すことにより、ランプの発光効率を向上することができるものとなる。また、ガラス管の端部に位置するガラスビードの部分からも光が放出されるために非発光部が減少し、ガラス管の長さをほとんどそのまま有効発光長とすることができる。

蛍光ランプの高輝度化を実現する目的を、蛍光ランプのガラス管の両端を封止するガラスビードに拡散材を分散し、ガラス内に閉じ込められた光を拡散材に照射することによって拡散された光を外部に放出させ、外部への光取出し効率を高めることで実現した。

以下、この発明の好適な実施例を図１から図４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施例に限られるものではない。

図１は本発明の蛍光ランプのガラス管の両端部をガラスビードで封止する工程を示した組立図である。（ａ）あらかじめ多数の拡散材１を分散した管状のガラスビード２に金属の導入線３を通してガラスビード２をガスバーナー４で加熱し、（ｂ）導入線３に溶着する。次に、（ｃ）ガラスビード２が溶着された導入線の一方の端部に金属電極５を溶接してマウント１０を形成する。そして（ｄ）あらかじめ内壁に蛍光体が一様に塗布されたガラス管６の端部に（ｅ）マウント１０を挿入し、ガラス管６とガラスビード２をガスバーナー４で溶着する。その後、ガラス管内の空気と不純物ガスを排気して不活性ガスを封入し、もう一方のガラス管の端部にマウントを挿入してガラス管とガラスビードをガスバーナーで溶着する。

なお、電極は鉄にニッケルメッキを施したものをゲッターと水銀合金とでサンドイッチ構造にしたもので、この電極にガラス管の外側から高周波を加えて１０００℃程度に加熱し、水銀を気化させるとともにゲッターを活性化させてガラス管内部の不純物を吸着させると図２に示すような構造の蛍光ランプ２０が出来上がる。

蛍光ランプ２０が可視光を放出する原理は、上述した従来例で説明したように、外部から導入線３，７の両端間に電界を印加すると気体中に存する初期電子が加速され、ガラス管６内に封入された水銀８の気体原子および不活性ガス９に衝突して励起し電離させて電子を発生させるといった連鎖反応を起こしてグロー放電が開始される。また、電子が衝突した水銀８原子は励起されて紫外線（λｐ＝２５３．７ｎｍ）を放出し、この紫外線がガラス管６の内壁に塗布された蛍光体１１を励起して可視光に変換され、外部に放出される。

ここで、本発明の蛍光ランプのガラスビードの光学的な働きを図３の蛍光ランプの模式的拡大図によって説明する。ガラス管６内に封入された水銀８の気体原子に電子１３が衝突して水銀８の気体原子を励起して紫外線を放出させ、ガラス管６の内壁に一様に塗布された蛍光体１１がその紫外線によって励起されて放出した可視光のうちガラス１４に入射した光は、ガラス１４内を導光されてガラス１４の出射面１５から外部に放出される光Ｌｏと、ガラス１４内を導光されてガラス１４の出射面１５で全反射されてガラス１４内を全反射を繰り返しながらガラス管６を封止したガラスビード２に至る光Ｌｉに分岐される。このうちガラス１４内で全反射を繰り返す光Ｌｉは、従来はガラスの内部に閉じ込められて迷光となり、外部に放出されることはなかった。しかしながら、本発明の蛍光ランプ２０のガラスビード２には光を拡散する拡散材１が多数分散されている。そして、ガラス１４内を全反射を繰り返してガラスビード２に分散された拡散材１に到達した光は拡散材１によって拡散され、拡散光Ｌｄが蛍光ランプ２０の外部に放出される。つまり、ガラス１４内に閉じ込められた迷光の光路の方向を変えることによって従来は外部に放出されなかった光を外部に放出することができるようになった。

なお、ガラスビードに分散される拡散材は酸化チタン、アルミナ、シリカおよび顔料のなかから選択して使用される。また、光の光路を変えるためには反射材や屈折材も有効であり、反射材の場合は、例えば表面を反射面とする略球状の粒子をガラスビードに分散させることで実現できる。屈折材の場合は、粉末ガラスを焼き固めて細かな気泡を含ませたガラスビードを形成することで実現できる。

以上のように、本発明の蛍光ランプはガラス管の両端を封止するガラスビードに多数の光拡散部または光屈折部または光反射部を分散して設け、蛍光体から放出されてガラスに入射し、ガラス内を全反射を繰り返しながらガラスビードに至った光の方向を変えてガラスビードから外部に出射させることができる。従って、従来の蛍光ランプでは取り出せなかった光を外部に取り出せるようになったことで蛍光ランプの輝度を高めることが出来る。ちなみに、蛍光ランプをこのような構成にすることによって、従来の蛍光ランプにおいてガラス内に入射した光のうち外部に放出される光量を１００％とした場合、本発明の蛍光ランプにおいてはこれを１０８％まで増加させる可能性を有している。

また、従来の蛍光ランプにおいては、光を放出する範囲（有効発光長）は陽極側の電極と陰極側の電極との間の放電領域の長さによって制約され、夫々の電極近傍からガラス管の端部までは光が放出されない非発光部となってしまう。従って、このような蛍光ランプを機器に組み込んで照明用の光源にする場合、照明に寄与しない非発光部のスペースも確保しなければならないために機器の小型化に対して障害となるといった問題が生じていた。これに対し、本発明の蛍光ランプは放電領域外のガラス管の端部に位置するガラスビードの部分からも光が放出されるために非発光部が減少し、ガラス管の長さがほとんどそのまま有効発光長となるために機器に組み込んだ場合でも無駄なスペースが不要になり、機器の小型化を実現するに際しては有効なものとなる。などといった優れた効果を奏するものである。

本発明の実施例に係わる蛍光ランプのガラス管の端部にガラスビードを溶着するまでの組立図である。本発明の実施例に係わる蛍光ランプの斜視図である。本発明の実施例に係わる蛍光ランプの光路を説明する模式的拡大図である。従来の蛍光ランプの斜視図である。管軸方向の断面での蛍光ランプのガラス管のガラス内に入射した光の光路を説明する模式的拡大図である。管径方向の断面での蛍光ランプのガラス管のガラス内に入射した光の光路を説明する模式的拡大図である。

符号の説明

１拡散材
２ガラスビード
３導入線
４ガスバーナー
５電極
６ガラス管
７導入線
８水銀
９不活性ガス
１０マウント
１１蛍光体
１２電極
１３電子
１４ガラス
１５光出射面
１６ガラスビード
２０蛍光ランプ

Claims

内壁に蛍光体が一様に塗布されて両端部がガラスビードで封止されたガラス管の内部に水銀と希ガスとが封入され、前記ガラス管の内部の両端近傍に設けられた電極に接合された導入線がガラスビードを貫通して外部に導かれている蛍光ランプであって、前記ガラスビードは拡散材、反射材および屈折材からなる群より選ばれた部材が多数分散されていることを特徴とする蛍光ランプ。
前記拡散材は、酸化チタン、アルミナ、シリカおよび顔料からなる群より選ばれた部材であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記反射材は、表面に反射面が形成された略球状の粒子であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
前記屈折材は、気泡であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。