JPH05190138A

JPH05190138A - 色調の安定と寿命の延長を改善した負グロー放電ランプ

Info

Publication number: JPH05190138A
Application number: JP4173684A
Authority: JP
Inventors: John W Shaffer; ジョン・ダブリュー・シャファー
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1993-07-30
Also published as: US5432403A

Abstract

(57)【要約】【目的】ランプの寿命と色調の安定を改善した負グロ
ー放電ランプを提供する。【構成】本発明の負グロー放電ランプは、内部にカソ
ード電極１６とアノード電極１８をもつ球形部分１２
と、前記カソード電極１６と前記アノード電極１８を支
持する引き込み導線２０、２２、２６が封止されたウエ
ハステム組立体３０と、首部分１４とをもち、直流電源
に接続された光透過性の外囲器１０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、概して電灯に関し、さ
らに特定すると負グロー放電ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】負グロー放電ランプは、一般に関連した
引き込み導線によって支持されたカソード及びアノード
が位置付けられている密封して封止した光透過性外囲器
から構成される。ランプ外囲器の内面には蛍光材料被覆
が施されている。ある量の充填ガス及び水銀が、製造時
にランプ内へ封入される。このような負グロー放電ラン
プの一例は、米国特許番号第4,904,900 号に開示されて
いる。この特許は、Bouchard他に付与され、本出願と同
一承継人に譲渡される。

【０００３】一般的なグロー放電ランプの動作は、次の
通りである。カソードを電気加熱すると、電子の熱電子
放出が発生する。これらの電子は、カソード付近にある
空間電荷層の正の水銀イオンの存在によって約１５電子
ボルトのエネルギーまで加速される。これらの電子が、
ガスに衝突して、特に水銀原子が二次電子を放出してイ
オン化する。一次及び二次の電子は、水銀原子を励起す
ることができて紫外線光子としてエネルギーを放出す
る。蛍光材料に衝突して可視光を放射させるのはこの紫
外線光子である。電子がアノードに入ってランプを経由
する電気回路を完成する。

【０００４】負グロー放電蛍光ランプは、従来の陽光柱
蛍光ランプとは主として、ランプ内でプラズマ中の電子
が、カソード降下によって加速された全体的に活発な一
次電子と、その一次電子とランプのガス状態にある原子
との衝突によって放出された二次電子とから構成される
点で相違する。電子が「ドリフト」速度を得るような低
電圧勾配の陽光柱は存在しない。

【０００５】負グロー放電ランプの合理的な放電効果
（例えば、30ルーメン/ワット若しくはそれ以上）を達成するた
めには、活発な一次電子によって容易にイオン化もしく
は励起されない充填ガスを使用することが必要である。
この活発な一次電子は、約１５電子ボルトのエネルギー
をもつ。アルゴンやより重い不活性ガスは、このような
電子のエネルギーに励起され、一般にネオンと比較する
と４０％以上のルーメン損失となる。最もイオン化若し
くは励起しにくい不活性ガスであるヘリウムは、その小
さい原子質量とそれによる高い弾性散乱損失によってネ
オンに比較して大きなランプ効率損失を促進することが
分っている。多くの試験データは、したがって、充填ガ
スとしてネオンを使用することが負グロー蛍光ランプに
最適であることを示している。

【０００６】このようなランプ内の充填ガスとしてネオ
ンを使用する好ましくない結果は、例えば低い周辺温度
のようなランプ動作電圧を上昇させようとする条件が、
赤いネオンの励起と、ランプごとに色調のやっかいな不
均一を生じることである。このような色調の変化は、ラ
ンプ点火時にしばしば見られ、ある薄暗い状態の時にも
生じる。基本的にこの完全動作中に負グロー放電ランプ
を薄暗くすることができる機能は、このランプの魅力あ
る特徴の一つである。スパイク波形状態の上昇した電圧
のスパイク波形を供給する安定供給源は、ランプに寿命
がある間ネオンを励起し続けることを促進することがで
きる。さらに、電圧のこのような上昇を実現することが
できるランプの機能は、カソード被覆材料の重要なスパ
ッタリングを招き、放電電圧が例えば14.5ボルトのよう
に多少低い場合のランプ寿命に比較してその寿命は減る
ことになる。

【０００７】いろいろな量のクリプトンが水銀を含んで
いない放電グローランプに充填材料として使用されてい
る。例えば、米国特許第2,409,769 号は、赤若しくはピ
ンクの光を放つようにカドミウムホウ酸塩が被覆材料に
使用される場合の好ましいネオンの使用法について教示
している。この特許によると、ネオンによって生ずる特
有の赤い光が被覆材料を励起することによって生じる赤
い光を補助する。少量のクリプトン（すなわち、１％未
満）がネオンに添加される。

【０００８】米国特許番号第2,421,571 号は、水銀を含
んでいない別のグロー放電ランプに関する。この特許に
よって教示されたガス状雰囲気は、周辺もしくは動作温
度で凝結しない完全な不活性ガスからなる。この特許に
よれば、水銀蒸気のようなある種の材料の雰囲気が使用
されると、ランプから放射されるかなりの量の可視光を
見えにくくする凝結によって、ランプの寿命や効率が大
いに減少される。ピンク及び黄色のランプのある例に
は、95〜99％がネオンで残りがクリプトンの混合気体が
教示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】標準的な陽光柱蛍光ラ
ンプにおいてのクリプトンの使用はよく知られているけ
れども、高い所望のルーメン出力（100 ルーメン以上）
の負グロー型の放電ランプでの使用は、負グロー放電ラ
ンプ作成における当業者に不利益であると考えられてい
る。

【００１０】従来技術の欠点を排除することが、本発明
の第一の目的である。改善された色調の安定をもつ負グ
ロー放電ランプを提供することが本発明の第二の目的で
ある。延命させた寿命をもつ負グロー放電ランプを提供
することが本発明の第三の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、光透過
性外囲器を有する負グロー放電ランプの提供により本発
明のある態様において達成される。この外囲器は、低圧
でイオン化できる媒質を含んでいる。この媒質は、水銀
とガス状充填材料を有する。このガス状充填材料は、基
本的にネオンとある設定量のクリプトンからなる。この
クリプトンの設定量は、全ガス状充填材料の５％未満で
あって、色調の安定を改善するのに効果的であるととも
にランプ寿命を伸ばす。一対の電極が外囲器内に配さ
れ、ガス状充填材料に晒されている。引き出し導線は、
電極に接続されて、そこから伸び、外囲器内に密封して
封止されている。

【００１２】本発明の別の教示に従うと、クリプトンの
量は、ガス状充填材料の２％未満、好ましくは0.5 ％で
ある。前記目的は、光透過性外囲器を有する負グロー放
電ランプの提供により本発明の別の態様において実施さ
れる。この外囲器は、低圧でイオン化できる媒質を有す
る。この媒質は、水銀とガス状充填材料を有する。この
ガス状充填材料は、基本的にネオンとクリプトンからな
る。このクリプトンは、ガス状充填材料の５％未満のあ
る量に等しい。

【００１３】本発明の付加的な目的、利点及び顕著な特
徴は、以下の記述に説明されていて、部分的には以下の
説明を考察すれば当業者には明らかであろうし、本発明
の実施例から分かるであろう。本発明の前記目的及び利
点は、請求項において指摘した複数の手段及びそれらの
組み合わせによって実現及び達成される。

【００１４】

【実施例】図面を参照すると、図面は、球根状若しくは
球形部分１２と首部分１４をもつ光透過性の密閉して封
止した外囲器１０を有する負グロー放電ランプを図示し
ている。外囲器１０の部分１２は、34.925mm(1.375インチ)
のような内部半径Ｒを有する。外囲器１０の球形部分１
２には、カソード電極１６とアノード電極１８のような
一対の電極が配される。これらの電極は、一般に約1 〜
3cm の間隔を置かれて離されている。

【００１５】カソード電極１６は、一般にタングステン
製励起コイルに沈殿する一般に炭酸ストロンチウムと炭
酸カルシウムと炭酸バリウムから構成される共沈した三
つの炭酸塩の分散体をもつタングステン製励起コイルで
あってもよい。カソード電極は、要求される点火時の特
徴や、期待される寿命や、性能を保持する電流次第で大
きさ、質量、寸法を変えることができる。ランプの製造
段階で、炭酸塩は、良く知られた電流が設定時間カソー
ドを通過する絶縁破壊もしくは活性プロセスの間に酸化
物に転換される。引き出し線２０及び２２は、カソード
電極１６を支持して電力をそこへ供給する。アノード電
極１８は、単一引き込み導線２６によって支持された耐
高熱金属ストリップ２４からなる。

【００１６】引き込み導線２０、２２、２６は、図面に
図示されているようにランプ外囲器の首部分の底を閉じ
るウエハステム組立体３０によるまでして密閉して封止
される。この引き込み導線は、例えば5.08×10^-3〜7.62
×10^-3mm(20 〜30mil)の直径のような棒であってもよ
い。

【００１７】さらに図面に図示されているように、引き
込み導線２０及び２６は、直流電源の負端子及び正端子
にそれぞれ接続される。ランプを始動すると、引き込み
導線２２及び２６を共に瞬間的に接続することによっ
て、予熱電流がカソード電極１６に供給される。図のよ
うに、従来のグロー放電の始動装置Ｓは、引き込み導線
２２及び２６に接続して予熱及び始動を容易にすること
ができる。点火すると、グロー放電が、カソード電極１
６とアノード電極１８の間に発生される。

【００１８】外囲器１２は、蛍光被覆１５が施され、励
起時に紫外線放射を放射するイオン化できる媒質を有す
る。イオン化できる媒質は、水銀と、主にネオンからな
るガス状充填材料とを有する。主要な充填ガスとしてア
ルゴン、クリプトン及びキセノンのような比較的重い不
活性ガスの使用は負グロー蛍光放電ランプのルーメン損
失になるけれども、少量の好ましくはクリプトンをネオ
ン充填ガスへ添加することが注目すべき利点を提供する
ということが分かった。このクリプトンの添加は、充填
ガス中のクリプトンの１％当たりにつきランプのルーメ
ンが約７％減少することも分かった。光出力に関するこ
の損失は、改善された色調の安定と、増大されたルーメ
ンの維持と、増大されたランプ寿命によって十二分に補
償されることが発見された。有益な効果は、５％以上の
レベルでも現れるけれども、ルーメン損失は、最も一般
的な点灯という目的にとって受け入れがたいと判断され
る。

【００１９】本発明の教示に従うと、水銀の他に負グロ
ー放電ランプのイオン化できる媒質は、主にネオンと平
衡材料としてのクリプトンからなるガス状充填材料を含
んでいる。クリプトンの量は、一般に全充填材料の５％
未満で、好ましくは全充填材料の２％未満である。

【００２０】クリプトンが好まれているけれども、キセ
ノンも同様に使用できると考えられる。キセノンは、充
填材料中の割合がクリプトンよりも少量しか必要でない
けれどもクリプトンと同様の効果を示すだろう。しかし
ながら、キセノンの相対コストやクリプトンと比較して
知られている利点が少ないことが、その使用を困難にし
ている。充填ガスへの少量の添加物としてのクリプトン
の利点は、Bouchardに付与され本発明と同一承継人に譲
渡される米国特許第4,929,868 号に開示されている窒素
に対する利点とともに実現できることが期待される。

【００２１】本発明の教示に従って製造された負グロー
放電ランプの非制限的な代表例として、一連のランプ
が、図面に図示されているものと同様に構成された。各
ランプは、相関関係を持たせた色調温度の2800ケルビン
を提供するために混合された蛍光材料で内部的に被覆さ
れた69.85mm (2.75inch)の直径(R=34.925mm(1.375inc
h)) の白熱電球から製造された。このランプのカソード
は、バリウム、ストロンチウム及びカルシウムの炭酸塩
と二酸化ジルコニウムとから組成された従来の放出被覆
材料約25mgで被覆されていた。各ランプは、厚さ2.54×
10^-2mm(0.001inch)のモリブデン箔から製造されたアノ
ード電極を含んでいた。4.7625mm×15.875mm(3/16inch
×5/8inch)の面積をもち、カソードから12.7mm(0.5inc
h) 離れていた。ランプの充填ガスは、1.5 トルの気圧
であった。水銀の適量は、16mgであった。

【００２２】前記ランプの光度測定は、ランプの焼き慣
らしを一夜１６時間に渡って行った後に実施された。試
験ランプは、1 ％か5 ％のいずれかのクリプトンと残部
ネオンを含んでいた。試験ランプは、99.5％のネオンと
0.5％のアルゴンを含んだ対照ランプと比較された。次
の表１は、2 アンペアの直流回路で動作する各グループ
ごとの電灯の出力と効率を示す。

【００２３】

【表１】充填ガスランプ番号電圧ワットルーメンルーメン/ワット 99％Ne/ 4 14.5 29.1 855 29.4 1 ％Kr 95％Ne/ 3 12.2 24.7 597 24.2 5 ％Kr

【００２４】表１に含まれるデータは、充填材料中のク
リプトンの割合を増大することによって得られた電気パ
ラメータに基ずく結果を示す。さらに特定すると、クリ
プトンの割合が１％から５％へ増大するにつれて、放電
電圧、ランプのワット、ランプのルーメンおよびワット
当りのルーメン(ルーメン/ワット(LPW)) は減少する傾向にあ
る。

【００２５】ランプがカソードの下方12.7mmの電気的に
浮遊している導線に接続されたST-198ゲッター（SAES G
etters/U.S.A.,Inc から市販されている）の溶接の5mm
のストリップをもつということを除く他は、上記と同様
な試験ランプグループを製造した。これらのランプの半
分は、対照ランプ（Ｃ）として機能するために0.5%のア
ルゴンを含有するネオンで充填されていて、残り半分
は、試験ランプ（Ｔ）として0.5%のクリプトンを含有す
るネオンで充填された。次の表２にあるデータにおい
て、パーセントルーメンの維持が、136 時間のルーメン
出力に引用された。LPW の計算は、カソード電力を含ん
でいる。この点に関して、カソード電力が４ワットに等
しかった2230時間のグループを除いて、カソード電力
は、各記録した区間で２ワットに等しい。

【００２６】

【表２】時間ランプ番号ボルトワットルーメンルーメン/ワット %ルーメン維持 %カソード被覆 136 C: 3 14.1 28.2 858 28.4 100 100 T: 3 13.3 26.7 804 28.0 100 100 592 C: 3 14.6 29.2 753 24.1 88 - T: 3 13.7 27.4 752 25.6 94 - 1028 C: 3 15.1 30.2 733 22.8 86 40 T: 3 14.5 29.0 750 24.2 93 80+ 2230 C: 1 15.5 31.0 660 18.9 77 10 (2 つ破損) T: 3 13.7 27.5 664 21.1 82 70 2806 C: 1 14.9 29.5 557 17.5 64 10 T: 3 14.0 28.1 611 20.3 82 47 5038 C: 0 (3 つ全て破損) T: 3 連続して燃焼、光度測定なし

【００２７】ランプ寿命が、カソード被覆材料の消耗に
よって決定されることから、5,038時間点灯し続ける三
つの試験ランプは、さらに長い時間点灯し続けることが
明らかである。全対照ランプが破損した。

【００２８】

【発明の効果】クリプトン添加物の放電電圧を安定化さ
せる効果は、このデータから非常に明白である。これ
は、優れたカソード被覆材料の保持と、試験ランプにお
いて観測される安定なランプの色調を説明している。対
照ランプは、136 時間の前半ほどピンクのネオングロー
の変色が現れた。さらに、表２にある、改良したルーメ
ンの維持のためにクリプトンに対する約500 時間を越え
る初期のルーメンとルーメン／ワットの欠点が現れなか
ったことの発見が示されている。

【００２９】このように、改良した負グロー放電ランプ
を図示し説明した。水銀を含む負グロー放電ランプのネ
オン充填材料に添加されるクリプトンの少量の質量がラ
ンプ寿命と、色調の安定と、ルーメンの維持との顕著な
増大を導くということを発見した。

【００３０】現在本発明の好ましい実施例と考えられる
ものを図示し説明したけれども、本発明の範囲から逸脱
することなしに種々の変更及び訂正ができることは、当
業者にとっては明白であろう。上記記述で説明した問題
や添付図面は、図面によって提案されただけのものであ
って制限するものでない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による負グロー放電ランプの好ましい実
施例の正面断面図。

【符号の説明】

１０外囲器１２球状部１４首部分１５蛍光材料１６カソード２０、２２、２６引き込線３０ウエハステム組立体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水銀と、実質的にネオンと全ガス状充填
材料の５％未満で色調安定を改善しランプ寿命を延長す
る所定量のクリプトンと、からなるガス状充填材料を含
むある気圧でイオン化できる媒質を有する光透過性外囲
器と、前記外囲器内に配され、前記充填材料にさらされている
一対の電極と、電極に接続されていて、そこから伸びて、密閉して前記
外囲器内に封止されている引き込線と、を有する負グロ
ー放電ランプ。
【請求項２】前記クリプトンの量が全ガス状充填材料
の２％未満である請求項１に記載の負グロー放電ラン
プ。
【請求項３】前記クリプトンの量が全ガス状充填材料
の０．５％に等しい請求項２に記載の負グロー放電ラン
プ。
【請求項４】前記気圧が１．５トルである請求項１に
記載の負グロー放電ランプ。
【請求項５】水銀と、実質的にネオンと全ガス状充填
材料の５％未満のクリプトンと、からなるガス状充填材
料を含むある気圧でイオン化できる媒質を有する光透過
性外囲器と、前記外囲器内に配され、前記充填材料にさらされている
一対の電極と、電極に接続されていて、そこから伸びて、密閉して前記
外囲器内に封止されている引き込線と、を有する負グロ
ー放電ランプ。
【請求項６】前記クリプトンの量が全ガス状充填材料
の２％未満である請求項５に記載の負グロー放電ラン
プ。
【請求項７】前記クリプトンの量が全ガス状充填材料
の０．５％に等しい請求項６に記載の負グロー放電ラン
プ。
【請求項８】前記気圧が１．５トルである請求項５に
記載の負グロー放電ランプ。