JPH05334993A - １つ以上のチャンバを有する平面型蛍光・電界発光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２対の電極を有し、蛍光現象と電界発光現象
の両方によって光を放射する平面型の蛍光・電界発光ラ
ンプを提供する。 【構成】 平面型の蛍光・電界発光ランプは、２対の電
極を有している。ランプの外面にある平面電極が容量性
結合によりプラズマアークを形成する。又、平面電極
は、埋設されたホスファが電界発光現象により光を放射
するようにさせる。一実施例において、第２のチャンバ
が第１チャンバの上に設けられ、光は、第１チャンバか
ら第２チャンバを経て通され、ランプによって放射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面型の蛍光ランプに
係り、より詳細には、２対の電極を有すると共に、蛍光
現象及び電界発光現象の両方によって光を放射する平面
型蛍光ランプに係る。

【０００２】

【従来の技術】多くの用途においては、薄くて、平坦
で、且つ比較的面積の大きな光源が必要とされる。ＬＣ
Ｄでは、あらゆる環境でこれを読めるようにするため
に、しばしばバックライトを設けなければならない。Ｌ
ＣＤの薄いバックライトは、色々な角度及び低い光量状
態において読み取りできるようにする一方、薄型で、コ
ストが安く且つ日光で読み取れるというＬＣＤの従来の
長所をできるだけ維持することが所望される。航空機の
コックピットのような航空電子環境において使用するラ
ンプは、できるだけ軽量で、薄く且つ低電力であるのが
好ましい。

【０００３】薄い平面型の均一光線の光源を製品化しよ
うとする多くの厳しい挑戦が行われている。白熱ランプ
又はＬＥＤを光源として使用する場合には、多数の点光
源から平らな観察表面へと光を分散及び拡散する光学系
を設けて、局部的な明るいスポットや暗いスポットをな
くすようにしなければならない。更に、白熱ランプ又は
ＬＥＤによって発生された熱を消散したり、或いはＬＣ
Ｄ用の高温材料のみを使用したりする構成にしなければ
ならない。

【０００４】大型ＬＥＤアレイにおける最近の開発技術
は、明らかにこれらアレイをフラットパネルディスプレ
イに使用するのに適したものにした。しかしながら、配
列されたＬＥＤは、依然として比較的多量の電力を消費
し、しかも、ＬＥＤからの熱の影響を回避するために入
念な注意を必要とする。更に、ＬＥＤアレイによって放
射される光を拡散する問題や、ＬＥＤに本来あるスペク
トル制限の問題も依然として克服しなければならない。

【０００５】約３０年前に電界発光（エレクトロルミネ
センス）ランプが紹介されたときには、平面型ランプと
して選択できるというものであった。不幸にも、電界発
光ランプは、高い周波数において寿命が短く、しかも１
ワット当たり約１ルーメンというように根本的な輝度が
低いという問題があった。それでも、電界発光ランプ
は、そのスペクトルに制限があり且つ予想寿命に本来問
題があるにも関わらず、低い光量の表示出力に対する解
決手段として時々選択されることがあった。

【０００６】ディスプレイ用の光を発生するものとして
選択できるもう１つのものは、蛍光技術である。蛍光ラ
ンプは、比較的効率が良く且つ充分に明るい光を発生で
きるという利点を有する。バックライトとして作られた
小型の蛍光ライトは、典型的に、選択された直径と長さ
をもつ管状の構造体である。管状の蛍光ランプを用いた
バックライト機構は、一般に、反射板と、光を分配する
ための拡散板とを必要とする。光を導く部品の追加重量
及びサイズが管の体積に加わると、通常厚みが１インチ
を越えるようなかさばったパッケージになってしまう。
その上、小型の蛍光管は本来非常にもろいもので、しか
も大型の市販の対応部分よりも製造コストが高い。これ
らの蛍光管は、著しい欠点があるにも関わらず、今日の
ＬＣＤディスプレイや航空機のコックピットに必要なバ
ックライト照明を与えるのにしばしば選択されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】平面型の蛍光ランプは
公知である。モールドされたガラス部片をそれらの縁に
沿ってシールすることにより管が形成される。ある公知
の平面型ランプは、迷路のような放電チャンネルを含ん
でいる。例えば、米国特許第３，５０８，１０３号、第
３，６４６，３８３号及び第３，０４７，７６３号を参
照されたい。複雑なガラスモールド及び型抜きされた金
属ハウジングにより、公知の蛍光フラットパネルは製造
が困難な上に経費がかかる。これらのランプは、ランプ
全体にわたる輝度出力が非均一であり、しかも、バッテ
リを用いたポータブルコンピュータのスクリーン用とし
てはしばしば厚みが厚過ぎると共に効率が悪過ぎる。

【０００８】米国特許第４，８５１，７３４号に開示さ
れた１つのフラット蛍光ランプは、平らなガラスプレー
ト上に透明な電極を用いている。不都合なことに、プレ
ート間の狭いギャップにより正のカラムの長さに制約が
生じ、その結果、紫外線の放射が弱くなり、照度が低く
なる。更に、外部に電極をもつ実施例では、チャンバを
真空状態にするときに通常の大気圧による内破に耐える
に充分なほどガラスを厚くしなければならないために、
使用できる出力が減少される。この米国特許第４，８５
１，７３４号の図４に示された実施例では、電極間に絶
縁層をもたない状態で電極が互いに直接露出されるため
に、それらの実際の用途が甚だしく制限される。更に、
保護のない透明な薄膜電極は、蛍光管内のイオン衝撃に
より非常に迅速にスパッタリングで除去されてしまう。

【０００９】ＬＣＤのバックライト用として設計された
フラットな蛍光ランプが米国特許第４，７６７，９６５
号に開示されている。２つの平行なガラスプレートは、
互いに対向配置された２つの冷陰極を含むフレーム部片
によって支持される。最適な水銀蒸気圧レンジのプラズ
マ放電により電流がアークとして導通されるが、平面形
態ではない。その結果、平らなチャンバにおいて非均一
な放電が生じ、ランプの表面にわたる輝度変動は６０％
にも達する。更に、これらの平行なガラスプレートは、
管内に真空が引かれるときに大気による内破を回避する
ために厚くなければならない。

【００１０】米国特許第４，１１７，３７４号及び第
３，８８３，７６４号に教示されたように管状の蛍光ラ
ンプにおいて熱陰極とそれを取り巻く冷陰極との組み合
わせを用いることによって公知技術の幾つかの問題を解
決しようという試みがなされている。これらのランプは
大電流用に設計されており、可視光線に対して不透明で
あり、従って、ランプの管の両端に非均一の暗い領域を
呈する。

【００１１】そこで、断面が薄く、表面全体にわたって
輝度が均一である平面型のランプが依然として要望され
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
平面型の蛍光ランプは、真空チャンバの内面に一対の平
面電極を備えている。これら平面電極の少なくとも一方
は可視光線を透過するものである。チャンバ内において
各々の電極は薄い誘電体層によって完全に覆われる。チ
ャンバは排気され、不活性ガスが選択された圧力まで再
充填される。ホスファ層から蛍光を発することができる
ようにチャンバ内に水銀蒸気が入れられる。誘電体層は
低圧力のチャンバにまたがって高周波数電源を容量的に
結合し、紫外線を放射するプラズマを形成する。

【００１３】１つの実施例では、２対の電極が設けら
れ、１対は平面電極でありそしてもう１対は内部カソー
ドである。各対の電極は、別々の電源によって個々に駆
動される。これら電源は、異なった周波数であるのが好
ましい。或いは又、これら電源は、同じ周波数である
が、各電源の電気的な分離を確保するために互いに厳密
に９０°位相ずれされてもよい。

【００１４】１つの実施例において、チャンバは、曲が
りくねった細長い放電カラムを形成するように壁が設け
られている。放電路の長さは光出力を決定する１つのフ
ァクタであり、パッシェンの法則によれば、放電路が長
いほど、出力及び発光効率が大きくなることが一般に知
られている。又、水銀放射によってホスファが励起され
る低圧力、正カラムのランプにおいては、丸みを付けず
に放電カラムを構成したときに効率の改善及び大きな出
力が得られることも知られている。従って、曲がりくね
った薄膜空洞は、その曲がりくねったチャンバの各端に
電極をもつようにして平らな壁部材で分離される。

【００１５】１つの実施例では、ホスファは、蛍光ホス
ファと電界発光ホスファの組み合わせを含む。電界発光
ホスファは、電界が付与されたときにガラスプレートへ
直接光を放射する。電界発光ホスファにより放射される
光はランプにわたって一般に均一である。蛍光ホスファ
によって放射される光は所望の強い輝度を与える。

【００１６】平面型ランプは、１つの実施例によれば、
必要に応じて全部で２つ、３つ又はそれ以上のチャンバ
を含むことができる。上部のチャンバは、下部のチャン
バの上に配置され、下部のチャンバから出てくる光は上
部のチャンバを通過しなければならない。１つの実施例
では、上部のチャンバ（１つ又は複数）は排気され、そ
してホスファのライニングが設けられて、一次チャンバ
からの紫外線がそこに当たったときに光を放射するよう
になっている。下部チャンバの上面ガラスは、水銀の紫
外線放射がこれを通過して上部チャンバに入れるように
するために薄くなっている。或いは又、上部チャンバに
冷却液体が充填され、ランプ全体の温度が選択された値
に維持される。更に、それとは別に、上部チャンバを大
気に向かって開き、空気を充填して冷却エアーを通し、
ランプから光が出力される前にこれを均一に分散させて
もよい。

【００１７】光放射チャンバのホスファ層は非常に薄
く、ガラスの誘電体層自体に向かって結晶化されるのが
好ましい。ガラスの誘電体層は、ホスファを劣化させな
いように鉛を含まないのが好ましい。ガラスは、リフロ
ー温度が約６００°Ｃのものが選択され、好ましくは、
ホスファの劣化が始まる７００°Ｃよりも充分低いもの
が選択される。

【００１８】ホスファはスラリーの状態でガラスに塗布
され、その組合体は、ガラスが若干ねばねばして濡れた
状態になるまで加熱され、これはほぼガラスのリフロー
温度において生じる。ホスファ被膜が置かれたガラス
は、次いで、冷却され、ガラス層自体にホスファ結晶が
埋設されたものが形成される。最終製品においては、ホ
スファ結晶の一部分がガラスに埋設されてそれにより取
り巻かれると共に、ホスファ結晶の一部分が水銀チャン
バ自体へ露出される。光はホスファ結晶からガラスへと
直接的に効率よく送り込まれて放射を生じる一方、ホス
ファとガラスの界面からの光の反射が最小にされる。更
に、光は、ホスファからガラスへの直接的な電界発光に
も基づいて放射される。

【００１９】

【実施例】図１は、チャンバ１２を有するランプ１０を
示している。チャンバ１２は、一対の平面プレートであ
る上部プレート１４及び下部プレート１６と、一対の側
壁１８及び２０を有する側壁構造体１７とのシールされ
た包囲体によって形成される。平面プレート１４及び１
６の内面には一対の平面電極２２及び２４が各々設けら
れる。これら平面電極２２及び２４の少なくとも一方
は、チャンバ１２から光を放出できるように透明になっ
ている。参考としてここに取り上げる米国特許第４，２
６６，１６７号（以下、’１６７号特許と称する）又は
第４，８５１，７３４号（以下、’７３４号特許と称す
る）に教示されたように、導電性ワイヤメッシュ又は他
の既知の導電性の透明導体を使用することができる。平
面電極２２及び２４は、チャンバ１２のプレート１４及
び１６の内面の大部分にわたって延びている。

【００２０】平面電極２２及び２４の上には誘電体ガラ
ス層２６及び２８が各々敷設されている。この誘電体層
２６及び２８の少なくとも一方そして通常は両方が透明
である。１つの実施例において、誘電体層はソーダ石灰
の鉛なしセラミックガラスであって、以下に述べる所望
の温度特性を有するものである。これらの誘電体層２６
及び２８の上にはホスファ層３０及び３２が各々設けら
れる。前記参考特許に説明された公知のホスファは、層
３０及び３２として適しているが、以下で述べるように
ホスファを特別に生成して塗布してもよい。

【００２１】チャンバ１２には、電気的に励起されたと
きに紫外線を発生するイオン化可能な雰囲気が充填され
る。周期律表のグループ０の不活性ガス又はその混合
物、例えば、低圧力のアルゴン、及び分圧が１ないし１
０ミクロンの範囲の水銀蒸気がチャンバ１２内の雰囲気
を形成する。一般に、液体状態の水銀の小滴がチャンバ
１２内にあり、チャンバ１２の一部分が４０°Ｃないし
５０°Ｃの温度に保持されて、２５３７Åの範囲の水銀
共鳴放射を発生する。良く知られているように、水銀蒸
気の圧力はチャンバ１２の最も低温の部分によって決定
され、それがチャンバの一部分である限り、チャンバ１
２全体をこの温度にする必要はない。チャンバ１２内の
プラズマによって放射される紫外線により、ホスファ層
３０及び３２は、既知の蛍光灯現象に基づいて、白色の
可視光線を放射する。

【００２２】チャンバ１２の内側にあるホスファ層３０
及び３２は、２つのパワーソースによって発生された紫
外線を、高い効率で、より長い可視光線に変換する。全
ての平面電極が透明であるときには、ランプ１０の上部
及び下部の両方から光が放射される。或いは又、他の実
施例に示すように、光が下部から反射されて、上部のみ
から放射されてもよい。

【００２３】一対の内部カソード３４及び３６もチャン
バ１２内に配置される。これらの内部カソードは、参考
としてここに取り上げる米国特許第４，７６７，９６５
号に開示された延びたバー形式のものでもよいし、又は
米国特許第３，５０８，１０３号に開示された短い形式
のものでもよい。好ましくは、内部カソード３４及び３
６は、図９ないし１１に示して以下に述べるフラットシ
ート型のものである。内部カソード３４及び３６は、以
下で詳細に述べるように、熱陰極式のもの、冷陰極式の
もの、又はそれらを組み合わせた熱陰極及び冷陰極式の
ものでもよい。従って、「垂直電極」という用語は、こ
の形式の電極で、チャンバ１２内にあってガス中に電子
の流れを形成する電極を指すのであって、特定形状の電
極を指すものではない。

【００２４】もし必要であれば、電極３８及び４０を有
する電気的なグランドシールド３７も設けられ、これ
は、ランプ１０がそれ自身の外部に発生することのある
電界を阻止する。このグランドシールド３７は、所望な
らば、取り去ってもよい。

【００２５】平面電極対２２、２４と、垂直電極対３
４、３６とに同時に電力を印加して、ランプ１０が光を
放出するようにする。交流電源４２は平面電極２２及び
２４に通電する。別の交流電源４４は内部カソード３４
及び３６に通電する。これらの交流電源４２及び４４
は、’１６７特許に述べられたように高周波数型のもの
であってもよいし、或いは今日の標準蛍光ランプに使用
される低周波数型のものであってもよい。２つの電源４
２及び４４は、電極がそれらの対のものではない電極に
対して短絡しないように確保するために別々の周波数で
あるのが好ましい。典型的に、駆動周波数は７００ボル
トにおいて４００ないし２０００Ｈｚの範囲内である。
１つの実施例では、駆動周波数が７００ボルトにおいて
２５ＫＨｚであるが、１３ワットの電力しか必要とせ
ず、従って、非常に小さい電流となる。電源４２及び４
４が同じ周波数の場合には、それらの間の干渉を最小に
するために９０°位相ずれするようにセットされる。１
つの実施例では、電源４２及び４４が単一の電源によっ
て構成され、これが回路によって２つの電源に電気的に
分離されそれらの位相が９０°ずらされる。（例えば、
１つの直流電源を、電源４２及び４４のための選択され
た周波数の交流電力に変換することができる）。交流電
源４２及び４４を互いに９０°位相ずれさせると、平面
電極２２及び２４が１つの対として動作しそして内部カ
ソード３４及び３６が別の対として動作するように確保
される。各対の電極を別々の電源で駆動しそして９０°
位相ずれすることにより、各対は互いに独立して動作す
るよう確保される。

【００２６】平面電極２２、２４は、容量性結合によっ
て電界を発生し、一次チャンバ１２内にプラズマを励起
させる。電極２２及び２４はキャパシタのプレートであ
り、キャパシタの誘電体層は、誘電体層２６及び２８
と、チャンバ１２内の雰囲気との組み合わせである。１
つの実施例においては、単一の電極２２又は２４のみが
誘電体で覆われ、他方の電極は覆われない。単一の電極
のみを覆うのは適当であるが、その両方を厳密に同じ厚
みの誘電体層２６及び２８で均一に覆うのが好ましい。
容量性結合によって水銀プラズマを励起することによ
り、均一な光発生を導く条件である安定で且つ均一のプ
ラズマと、紫外線の均一のソースとが形成される。

【００２７】一方、内部カソード３４及び３６は、これ
らにまたがる電圧がブレークダウン電圧と称するスレッ
シュホールド値を越えたときに放電を生じさせ、正のカ
ラムを形成する。放電アークは、カソードによって放出
されてアノードによって収集される電子の流れによって
持続される。交流動作においては、両端の電極が同一で
あり、交互にカソード及びアノードとして動作する。空
間電荷作用として知られている現象は、チャンバ１２内
の雰囲気を導通させてランプ間に電圧降下を生じさせ、
電子を加速することにより電気的エネルギーを運動エネ
ルギーに変化させる。水銀原子は、このプラズマ中に多
量の紫外線を放出する。

【００２８】２対の電極は、明るくて非常に均一な光源
を形成するように同時に動作する。各々の現象が互いに
他を補って各々の弱点を克服する。例えば、アーク放電
は、高い効率で大きな光出力を、即ちワット当たり大き
なルーメンを生じることが知られている。しかしなが
ら、最適な水銀圧力におけるプラズマ放電はアークとし
て導通し、広い表面積にわたって均一な放電とならない
ことがしばしばある。その結果、公知ランプの表面にわ
たり内部カソード間には輝度の非均一性が生じている。
平面型の容量性電極２２及び２４は、チャンバ１２全体
にわたって非常に均一なプラズマを形成するように働
く。これは、内部カソード３４及び３６の高い光出力性
能を補うものである。内部カソード３４と３６との間の
プラズマの形状は、水平電極によって更に均一なものに
変えられ、非常に均一で高い光出力のアークがチャンバ
全体にまたがって形成される。

【００２９】又、水平電極は空間電荷作用を減少するよ
うに働き、それに対応して電圧降下を減少させ、ホスフ
ァの寿命を延ばすと共に全体的な効率を高める。

【００３０】薄い平らな長方形ランプ間に得られる非常
に均一な光出力は、ランプを種々様々な用途に使用でき
るようにする。このランプは、コンピュータのＬＣＤス
クリーンや、航空電子ディスプレイや、サイン等のバッ
クライト照明として使用することができる。更に、多数
のランプの縁と縁を互いに接続して、大型サイン又は他
の用途のための大面積、均一光出力の光源を形成するこ
とができる。

【００３１】図２ないし４は、内部壁４８を有する平面
型ランプ１０の別の実施例を示している。図２に示すよ
うに、内部カソード３４及び３６は、放電カラム４６の
各端に配置される。放電カラム４６は、電極３４から電
極３６まで、曲がりくねった形態で、即ち前後に曲がっ
た形態で単一の細いカラムとして延びる。チャンバ１２
内の壁４８は、上部プレート１４及び下部プレート１６
においてシールされている。又、壁４８の各々は、側壁
構造体１７、例えば、側壁５０又は側壁５２にシールさ
れており、互いに他の側壁に向かいチャンバのほとんど
の巾にわたって延びている。各壁４８は、その対向壁に
到達する前に終わり、図２に示すような単一の接続され
た放電路を形成する。一般に、放電路４６の長さは、ラ
ンプの光出力及び発光効率を決定するための主たるファ
クタであり、パッシェンの法則により、放電路が長いほ
ど、光出力及び効率は大きくなる。曲がりくねった放電
路４６は、電極３４と３６との間に長い放電路を形成し
て、ランプの効率を更に高める。これに加えて、放電チ
ャンバ１２は丸みをもたないように長方形又は方形に構
成される。放電路が丸みをもたずに形成されたときに
は、一般に、動作効率の改善とワット当たり大きな出力
とが達成される。ランプ１０は差し渡しが０．２ないし
１２インチの範囲であり、厚みが０．２ないし０．７５
インチの範囲である。又、曲がりくねった壁４８はプレ
ート１４及び１６に対して支持を与え、内破の危険を伴
うことなく薄くできるので、これら壁により、大きくて
薄型のランプにすることができる。

【００３２】図２ないし４の実施例では、カソード３４
及び３６は、熱陰極及び冷陰極を組み合わせたカソード
である。電極３４は、熱陰極５４及び冷陰極５６を含
む。同様に、電極３６は、熱陰極５８及び冷陰極６０を
含む。平面電極２２、２４は容量性結合電極である。導
体９０−９６はこれらの電極を外部電源に接続できるよ
うにする。図４に示すように、冷陰極５６及び６０には
電極９２及び９３が接続される。熱陰極５４及び５８に
は電極９４及び９６が接続される。平面電極２２及び２
４には、電極９０及び９１が各々接続される。垂直の冷
陰極５６及び６０は、垂直の対向するメタルストリップ
を有していて、図２ないし４に示すように光を放出でき
るように上部及び下部が開いているのが好ましい。

【００３３】直流電源７４は、熱陰極５４の加熱電力を
供給する。直流−交流インバータ５１、５３及び５５
（電子的バラストと称することもある）は、直流電源
（図示せず）からの直流電圧を所望の交流周波数に変換
し、一般に各電極対ごとに１つのインバータが設けられ
る。例えば、インバータ５１は熱陰極５４及び５８の電
力を変換し、インバータ５３は冷陰極５６及び６０の電
力を変換し、そしてインバータ５５は平面電極２２及び
２４の電力を変換する。１つの実施例においては、同じ
インバータが各電極対に使用され、それらの位相が他の
回路によってずらされる。或いは又、各電極対ごとに個
別の直接の交流電源が設けられるか、又は直流電源７４
が電力用として使用される。電極に対する電源は種々の
適当な方法で構成されて電力を供給できることが明らか
であろう。

【００３４】熱陰極又は冷陰極のいずれかによって変更
されたカソード降下ゾーンを説明するのが有用であろ
う。カソードのすぐ前の遷移領域に電流が流れてカソー
ド降下即ち電圧降下を生じさせ、カソードから電子を引
き離すようにする。カソードの温度におけるカソード材
料の仕事関数と、電流搬送ガスのイオン化特性とによっ
て、カソード降下の大きさが決められる。カソード降下
が増加するにつれて、より多数の重たい水銀イオンがカ
ソードに当たり、カソードをゆっくりとスパッタリング
除去し、エネルギーを熱に変換させる。カソード降下
は、カソードのすぐ近くの領域に電力ロスを生じさせ
る。蛍光放電チャンバでは、これによりカソードの付近
に小さな暗い領域が生じる。

【００３５】熱陰極は、白熱電球によって与えられる赤
熱と同様であるがそれほど明るくはない赤熱を発するフ
ィラメントである。熱陰極は、熱イオン放出を利用する
もので、電子は高温のコイルフィラメントからのアーク
流に向かって本質的にボイルされ、コイルフィラメント
は約１０００°Ｃの温度にならねばならない。電子はフ
ィラメントのホットスポットから流れ、これは１２−１
５ボルトの全カソード降下しか生じない。数千フットラ
ンベルトの輝度が得られる。従って、熱陰極のランプ
は、冷陰極のランプよりも輝度を高くすることができ
る。更に、カソード降下領域は一般に非常に短く、従っ
て、ランプの端付近の暗いスペースも対応的に短く、放
電チャンバ全体にわたって光は更に均一となる。

【００３６】熱陰極上のホットスポットは、熱陰極であ
ることを維持するためには約１０００°Ｃの温度範囲に
保持しなければならない。陰極フィラメント上のホット
スポットがプラズマ加熱のアーク電流のみによって与え
られる温度から作動温度に到達できたときには、熱陰極
の補足的な加熱は必要とされない。しかしながら、低い
ランプ温度においては、熱陰極が冷陰極のように動作を
開始するのでホットスポットが冷たくなり過ぎる。更
に、熱陰極の材料及び構造は、冷陰極の動作には適して
いない。それ故、アーク電流が適切な熱陰極動作に充分
な熱をホットスポットに供給しないときには、例えば、
直流電源７４からの抵抗加熱のごときによってフィラメ
ントに補足的な加熱を与える必要がある。

【００３７】熱陰極は、そこで失われる電力が最小にさ
れるので、一般的に効率が高い。陰極を所望の動作温度
に維持するのに補足的な加熱が必要とされないときに、
最も効率的な動作が得られる。又、熱陰極は、所与の電
力量に対してより高い光出力を与えるという利点を有す
る。

【００３８】冷陰極は、高温フィラメントを使用せず、
典型的に放出コーティングが被覆された大きな放出表面
積を有している。冷陰極から、電子は、二次電子放出と
も称するフィールド放出によってプラズマに入る。冷陰
極の温度は一般に１５０°Ｃの範囲であり、通常は８０
ボルトを越えるカソード降下が生じる。冷陰極は一般に
熱陰極よりも最終輝度が低く、小型の蛍光管において通
常は千フットランベルトより低い。

【００３９】非常に低い電流においては、冷陰極のほう
が熱陰極よりも効率的である。というのは、熱陰極のフ
ィラメントは、低い電流においてフィラメントに赤熱を
維持するために補足加熱を必要とするからである。従っ
て、冷陰極は、複雑な駆動回路なしに、容易に暗くする
ことができる。又、冷陰極の大きな面積は長い寿命を与
える。というのは、電流が低い状態では、アークを維持
するのに数個の陰極電子しか必要とされず、大きな陰極
の電子は急激に尽きることがないからである。冷陰極の
欠点は、カソード降下電圧が大きくて、通常は８０ボル
トを越え、時には２００ボルトにも達し、大きなロス及
び効率低下を招くことである。

【００４０】熱陰極の使用は、所与のランプに対して非
常に明るい光線を発生するという利点がある。非常に高
い光出力が所望される場合には、熱陰極が使用される。
高温動作の場合には、上部プレートを含む全ての表面が
高温セラミック又は硬質ガラスで構成される。側壁構造
体１７、内壁４８及び下部プレート１６は、全て、不透
明な赤外線吸収セラミックとなる。

【００４１】電極で消費される実際のワット数は、電極
における電圧降下にプラズマアーク電流を掛けた積であ
る。冷陰極では電圧降下が大きく、熱陰極ではその等価
電圧降下が低いので、冷陰極ランプの端子のほうが、熱
陰極ランプの端子よりもワット数の消費が大きく、ひい
ては、より多くの熱を発生する。電極ではワット数のロ
スがあるので、熱陰極ランプは、常に、ワット当たりの
全ルーメンがより効率的である。というのは、熱陰極及
び冷陰極の両方についてアーク流へのワット数の消費が
同じだからである。上記の理由で、熱陰極は、多数の欠
点によるそれらの効率に関わりなく、ＬＣＤスクリーン
のバックライトとして使用されることが一般に分かって
いる。

【００４２】熱陰極及び冷陰極の詳しい資料について
は、１９８９年１１月の「インフォーメーション・ディ
スプレイ」の第８−１３頁に掲載されたマーサ及びシェ
ーク著の「ＬＣＤ用の蛍光バックライト」を参照された
い。

【００４３】図２ないし４の実施例では、冷陰極と熱陰
極を同時に動作することができる。或いは又、低い光線
レベルが所望されるときに冷陰極のみを動作してもよ
く、熱陰極のみを動作してもよい。更にそれとは別にそ
して通常は好ましいことであるが、熱陰極及び冷陰極を
平面電極２２及び２４と同時に動作してもよい。

【００４４】図５及び６には別の実施例が示されてお
り、ここでは、ランプ１０が一次チャンバ１２及び二次
チャンバ６２を備えている。光線６４はランプ１０の上
部のみから放射される。（図示明瞭化のため電極は詳細
に示していない。電極及び駆動回路は、公知の回路又は
本発明の他の実施例について既に述べた回路の組み合わ
せでよい。）

【００４５】一次チャンバ１２は、上部プレート６５、
下部プレート６６及び側壁１８及び２０をもつ側壁構造
体１７によって画成される。一次チャンバ１２は、図１
について述べたように、選択された圧力の不活性ガス及
び水銀蒸気を含んでいる。各プレート６５及び６６の上
には平らな水平電極２２及び２４が設けられる。この水
平電極２２及び２４の各々の上に鉛なしのガラス層２６
及び２８が各々設けられる。この鉛なしのガラスプレー
ト２６及び２８は、各電極２２及び２４をチャンバ１２
の内部から絶縁する誘電体である。誘電体層２８として
使用が受け入れられるのは、ソーダ石灰ガラス又は他の
鉛なしガラスである。各ガラス層２６及び２８の上には
各ホスファ層３０及び３２が設けられる。

【００４６】下部プレート６６は、ランプの前方から後
方に向かって熱を取り去る赤外線熱吸収体として働く黒
いセラミックガラスで構成される。下部プレート６６と
して黒いガラスを使用するのに代わって、赤外線の形態
の熱を吸収する同じ機能を果たす黒のセラミックフィル
ム被膜を施してももよい。又、プレート６６の上面にチ
タンをドープしたセラミックフィルムを施して、紫外線
をホスファフィルム３２へと後方に反射させ、ランプの
全効率を高めるようにしてもよい。この紫外線反射フィ
ルムは、ＺｎＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ジルコニア等の他の材料
で構成することもできる。もし所望ならば、電極３８及
び４０のグランドシールドを設けることができる。グラ
ンド電極４０の下には誘電体層３９が設けられ、この電
極を周囲環境から分離する。

【００４７】チャンバ１２の上部プレート６５は、白色
光を透過する内破防止プレートである。ホスファ層３０
及び３２によって放出された光は、透明プレート６５を
通過することによりチャンバ１２から出される。

【００４８】二次チャンバ６２は、平らなフェイスプレ
ート６８と、上部プレート６５（この上部プレートは実
際には二次チャンバ６２の下部プレートである）と、側
壁７０及び７２とで画成される。図５及び６の実施例で
は、上部チャンバ６２が大気圧にあり、空気に対して開
いている。この二次チャンバ６２には冷却エアー又は冷
却流体が流され、必要に応じてランプを冷却する。二次
チャンバ６２の内面において、フェイスプレート６８の
上には拡散被膜７４とグランド電極３８とがある。フェ
イスプレート６８の上面にはダイクロイック・ミラー６
９が設けられている。このダイクロイック・ミラーは、
白色光は透過するが赤外線のような熱はランプへと反射
して戻す既知の材料のダイクロイックフィルムで構成さ
れる。

【００４９】図５に簡単な形態で示されたように、ラン
プ１０は、ある実施例では複数のチャンバを含む。（図
５は、２チャンバランプの特徴を示しており、図示明瞭
化のためランプに存在する他の特徴は示していない。）
二次チャンバ６２は、一次チャンバ１２の上に形成され
る。一次チャンバ１２は一般に低圧力のチャンバであ
り、通常は、多量の紫外線を放出する水銀蒸気を含んで
いる。二次チャンバ６２は、平らなフェイスプレート６
８と、側壁構造体６７とを含んでいる。一次チャンバ１
２の上部プレート１４は、二次チャンバ６２の下部プレ
ートを形成する。二次チャンバは多数の使い方及び形状
があり、その幾つかの例について以下に説明する。

【００５０】二次チャンバ６２は、内破の危険を伴うこ
となくランプ１０に薄いプレートを使用できるようにす
る。最大光出力、即ち全効率を得るには、水銀蒸気を３
ないし８ミクロンの圧力範囲に保持しなければならいこ
とが知られている。更に、チャンバ１２は空気を抜い
て、非常に低圧力の不活性ガス、例えばアルゴンをある
選択された圧力まで再充填しなければならない。チャン
バ１２内のガス圧力が低過ぎると、平面プレート１４及
び１６がチャンバ１２に向かってつぶれてランプ１０を
破壊し、ランプの内破が生じる。これまで、このような
内破の危険性は、チャンバ１２内の低い圧力と大気圧と
の間の圧力差に耐えるようにプレート１４及び１６を充
分に厚くすることにより防護されていた。内破を防ぐた
めのこのような厚いプレートは、ホスファによって放出
された可視光線がチャンバ１２の内部からこの平面プレ
ートを通して進まねばならないので、多大な光ロスを生
じるという欠点がある。

【００５１】一実施例によれば、二次チャンバ６２の圧
力は、大気圧とチャンバ１２の低圧力との間の中間の圧
力にされる。これは、２つのチャンバ間の平面プレート
１４にかかるストレスを減少させる。それ故、平面プレ
ート１４は、内破の危険を伴うことなく著しく薄くする
ことができる。下部の平面プレート１６は、所望の厚み
のままにすることができる。というのは、光は上部の平
面プレート１４を通して放射されるからである。フェイ
スプレート６８は、二次チャンバ６２と大気圧との圧力
差によって生じる内破を防ぐに必要な厚みにされる。そ
れ故、フェイスプレート６８はかなり薄くすることがで
きる。というのは、チャンバ６２の圧力は大気圧よりも
若干低いだけであり、そしてチャンバ１２の圧力よりも
一般に高いからである。

【００５２】別の実施例では、二次チャンバ６２が周囲
の空気へ開くようにされる。この実施例では、二次チャ
ンバ６２が周囲の空気で冷却するか又は強制空気冷却を
することができるようにする。或いは又、二次チャンバ
６２の選択された位置に熱流体を充填し、この熱流体が
気化して一次チャンバ１２の選択された位置を局部的に
冷却し、水銀蒸気圧の少なくともある部分を４０°Ｃな
いし５０°Ｃの温度範囲に維持する一方、熱陰極を１０
００°Ｃの範囲の温度にすることができる。二次チャン
バ内に冷却流体を強制的に循環させてランプを選択され
た温度以下に維持してもよい。それとは別に、二次チャ
ンバ６２は、ランプ１０の前方から熱が放出するのを阻
止するように熱真空を形成してもよい。又、二次チャン
バは、チャンバ１２内の非均一な光源から均一な光をラ
ンプ外部へ放出する光拡散器であってもよい。二次チャ
ンバの最終的な使い方は、特定の用途に基づく。

【００５３】図５及び６の形状は実際のスケールではな
いことが明らかであろう。例えば、電極２２及び２４を
形成する導電性のフィルムは厚みが１ミクロン以下の程
度であり、一方、ガラスプレート６６は厚みが１／８イ
ンチ程度である。ホスファ結晶はその平均直径が３ない
し４ミクロン程度であり、誘電体層２８は、ピンホール
のない表面を呈するに充分な厚みで、通常は、５ミクロ
ンより大きく、１０ないし３０ミクロンの範囲であるこ
とが多い。

【００５４】図５ないし８は、特定の用途のためのマル
チチャンバ式ランプの例を示している。図５及び６は、
航空機のディスプレイパネルのバックライト照明のよう
な航空電子機器に使用される二重チャンバランプを示し
ている。図７及び８は、曲がりくねった一次チャンバの
上に、光を放射する二次チャンバが設けられた小型の構
成体で、調光が所望されるＬＣＤディスプレイ又は他の
用途に使用されるものを示している。ホスファ層３０及
び３２は、改善された性能を発揮するように特別に形成
される。誘電体層２８の上にホスファ層３２を形成する
一例について、以下に詳細に説明する。

【００５５】ランプ１０を組み立てる前に、ホスファ３
２及びガラス層２８の両方が冷えた状態にある間にホス
ファ３２がガラス層２８に付着される。ホスファ層３２
は、スクリーン印刷、厚膜印刷、スプレー掛け、ディッ
ピング、又はブラシ掛けを含む受け入れられる技術、又
はその他の受け入れられる技術によって付着される。ホ
スファ３２は、通常、これをガラス層２８に付着する前
に混合されてスラリーとなり、ホスファのスラリーを形
成する技術は公知である。誘電体層２８に使用されるガ
ラスは、選択されたリフロー温度、即ちガラスがねばね
ばした状態になって溶融を開始する温度を有するもので
ある。好ましくは、ガラスのリフロー温度は約６００°
Ｃである。

【００５６】次いで、ガラス層２８は、その上にホスフ
ァ層を載せた状態で、ほぼそのリフロー温度まで加熱さ
れる。このリフロー温度においては、ガラスがかなりね
ばねばした状態となり、表面が若干溶融し始める。ホス
ファが劣化する温度より低いリフロー温度が選択され
る。誘電体層は、チャンバ１２内に均一の電界を形成す
るためには適当な厚みを有していなければならない。殆
どのガラス材料の場合、誘電体層にピンホールを生じる
ことなく均一に覆うよう確保するために、５ミクロンよ
り大きな厚みが使用される。この厚みは、良好な光透過
特性を与えるためには２５ミクロン未満であることが好
ましい。従って、誘電体層２６及び２８は５ないし２５
ミクロンの範囲のものが受け入れられるが、ある環境で
は別の厚みを用いてもよい。７００°Ｃ又はそれより低
い温度で劣化するホスファの場合、ガラス２８のリフロ
ー温度は、その温度より低く選択され、好ましくは６０
０°Ｃないし６５０°Ｃの範囲で選択される。重金属を
含まない軟質ガラスは、ホスファがこのガラス中で劣化
しないように選択される。適当なリフロー温度をもつ非
磁器ガラスは受け入れられるものである。

【００５７】硬質ガラスは、一般に、軟質ガラスよりも
紫外線を透過し、通常は上部プレート６５及びフェイス
プレート６８として好ましいものである。ある環境にお
いては、誘電体ガラス層２６及び２８として硬質ガラス
を使用することができる。例えば、アルミナ・シリケー
ト、ボロ・シリケート、石英、パイレックス等は硬質ガ
ラスと考えられ、一般に、リフロー温度が６５０°Ｃで
あるが、誘電体層２６及び２８としてこれを使用するこ
とができる。硬質ガラスは、一般に、軟質ガラスよりも
リフロー温度が高く、７００°Ｃないし１０００°Ｃの
範囲の更に高いリフロー温度をもつガラスも使用できる
が、このような選択をした場合は、誘電体層２８として
選択されたガラスのリフロー温度まで加熱したときに著
しく劣化することのないホスファが選択されるのが好ま
しい。誘電体層として硬質ガラスが使用された場合に
は、同様の熱膨張係数をもつようにするために上部プレ
ート及び下部プレートも硬質ガラスとなる。ガラスの誘
電体層にホスファを埋設するために温度が上昇されたと
きにプレートが溶融しないよう確保するため、誘電体層
のリフロー温度はプレートのリフロー温度よりも高くな
いのが好ましい。

【００５８】ガラス層２８の表面領域が若干ねばねばし
た状態になるにつれて、ホスファ層が非常に僅かな深さ
でガラスに向かって埋設されるようになる。ガラス２８
は、その液状の溶融点まで加熱されるのではなく、表面
がねばねばした状態になって表面領域が若干溶融するに
充分なほど加熱されるだけである。ガラス層２８は、そ
の表面にホスファを載せた状態で、その後に冷却され、
ガラス層内に埋設されたホスファ結晶を捕獲する。冷却
の速度及び仕方は特に重要ではなく、キルンをオフにし
て周囲の空気に向けて通気することによりガラスを室温
に向けて冷却させ、時間の経過と共に冷却させることに
より、自然に行うことができる。１分当たり１°Ｃない
し２５°Ｃの範囲の冷却速度が受け入れられると分かっ
た。大量生産の間に、多量のガラスプレートを一緒に冷
却する場合は、空気のような循環流体を用いた強制冷却
が必要であるが、蛍光ランプを製造する際のガラスの冷
却技術は一般に公知であり、クラックが生じないように
ガラスの完全さを維持する技術であれば、いかなる技術
も受け入れられる。

【００５９】ガラス２８が冷却した後、緩んだホスファ
はガラスから拭い去られる。残りのホスファ層３２が、
ガラスに付着されるか、又はガラスに付着したホスファ
結晶に付着される。それ故、ホスファ層３２は、かなり
薄く、通常は３ないし５枚の結晶層である。１つの実施
例においては、非常に薄いホスファの層だけが最初にガ
ラス層２８に付着され、余計なホスファを拭い去ること
は、不要であるために省略される。

【００６０】ホスファ層３２は、その一部分がガラス層
２８へと延び、その一部分が表面にありそしてその一部
分がガラス層２８から延び出すようにして示されてい
る。ガラスがその上のホスファ層３２と共に冷却するに
つれて、ある結晶はガラス層２８内に完全に埋設され、
ある結晶は部分的に埋設されて他の結晶によって完全に
取り巻かれ、他の結晶は部分的に埋設されて大気中へ部
分的に露出され、一方、更に他の結晶は大きな表面領域
上で大気中に露出されて他の結晶によって部分的に取り
巻かれる。ホスファ層３２は、ある結晶７１がガラス層
２８内に完全に埋設されそしてある結晶７３がガラス層
２８の表面領域上で完全にガラス層２８の外側に来るこ
とを説明するために段階的に示されている。埋設された
結晶７１は内実の状態でガラス層２８内に完全に埋設さ
れ、チャンバ１２内の雰囲気に露出されない。一方、結
晶７３はチャンバ１２の雰囲気に露出される。

【００６１】ホスファ層をガラスに付着する１つの技術
を説明するために誘電体ガラス層２８及びホスファ層３
２について説明した。誘電体層２６、並びに本発明の種
々の実施例の誘電体及びホスファ層は、もし必要であれ
ば、同様に構成することができる。例えば、単一のチャ
ンバしかもたない図１ないし３のランプは、前記したよ
うに、埋設／露出されたホスファで構成することができ
る。

【００６２】ホスファ層３２は、図１ないし８に実施例
が示されたランプ１０に使用できるようにガラス層２８
に埋設されることが明らかであろう。ガラス層２８にホ
スファ層３２を付着する前に、ガラス層２８は、平面プ
レート１６か又は不透明プレート６６に固定された電極
２４の上に敷設される。チャンバの一部分を形成するプ
レート１６は、ガラス層２８よりもリフロー温度が高い
ガラスである。プレート１６は、例えば、アルミナ・シ
リケートガラスであるか、ボラ・シリケートガラスであ
るか、或いは６５０°Ｃより高い同等のリフロー温度を
有する他の硬質ガラスである。電極２４及びガラス層２
８を付着することによってプレート１６が準備された後
に、ホスファ層３２が付着され、全組立体が加熱されそ
して上記のように冷却される。ガラスプレートは、ガラ
ス層２８よりもリフロー温度が高いので、溶融しない。

【００６３】上記したように、上部プレート１４及び下
部プレート１６が準備された後に、これらプレートは、
図１ないし８に示すものと同様の完成したランプ１０へ
と組み立てられる。ランプの組み立ては、ランプを形成
するガラスプレート及び側壁構造体を互いに隣接配置し
そしてそれらを適当な接着剤で互いに接合することによ
り行われる。適当な接着剤としては、選択されたリフロ
ー温度を有していて各ガラスへ接合するためのガラス又
はセラミック、ＵＶエポキシ樹脂、シリコン接着剤（水
槽に使用される形式の）、或いはランプのガラス構造体
を互いに永久的に接合する他の適当な接着剤を含む。

【００６４】１つの実施例においては、ホスファ層が誘
電体層に付着されそしてランプが組み立てられてから、
付加的な加熱段階が行われる。ランプの最終組み立て中
に、各部材を接合するためにランプ全体が加熱される。
これは、リフロー温度の低いガラスを接合に使用した場
合に行われる。接合プロセス中にランプ全体を加熱する
間に、ガラス層２６及び２８は若干溶融し、ホスファが
その下のこれら層内に部分的に埋設された状態となる。

【００６５】ガラス層２８内で結晶化したホスファ層３
２を部分的に埋設しそして部分的に露出することは、以
下に述べるように、光の放出量及びランプ輝度の制御性
を高めるという著しい効果を発揮する。

【００６６】ホスファ層３２の幾つかの結晶をガラス層
２８内に埋設することは、光透過の効率を高める。蛍光
現象によりホスファ層３２から発生された光は、高い効
率でホスファ層３２の結晶構造体を直接通過してガラス
層２８へ入り込む。更に、蛍光及び電界発光の両方の現
象によって誘電体層２８内のホスファ結晶から発生され
た光は、高い透過効率で、ガラスに埋設された結晶から
ガラス自体へ直接通過される。これは、ホスファ層が単
にガラスに散りばめられてガラス自体の中に埋設されて
いない公知技術と異なる。公知技術では、ホスファによ
って放出された光の若干が、ホスファ／ガラス／ガラス
の界面によって反射され、ホスファからランプ内部への
光の透過効率を減少する。埋設されたホスファ層は、ホ
スファ／ガラス界面からの白色光の反射を減少する。

【００６７】上記したように形成されたホスファ層３２
は、真空蛍光現象及び電界発光現象のもとで光を放射す
る。背景技術として、真空蛍光現象及び電界発光現象を
説明するのが有用であろう。

【００６８】真空蛍光現象は、ホスファに当たる紫外線
から可視光線が放出するというもので、紫外線はチャン
バ１２内の水銀蒸気により発生される。放電チャンバ１
２の電極に電力を加えると、約２５３７Åの電磁紫外線
が放射される。この電磁紫外線がホスファ被膜３２に当
たり、ホスファを励起して光を放射させる。次いで、ラ
ンプ１０により可視光線が放射される。従って、蛍光現
象は、紫外線がホスファに当たったときの可視光線光子
の励起である。

【００６９】一方、電界発光は、ソリッド・ステート電
界現象である。硫化亜鉛粉末が埋設されたセラミックの
ようなある固体材料は、強い交流電界を受けたときに光
を放射することが示されている。セラミックはキャパシ
タの誘電体であり、例えば、ホスファ粒子が埋設された
セラミック層７が電界に曝されてその固体セラミックブ
ロックが光を放出するような電界発光ランプが米国特許
第２，９００，５４５号に開示されている。電界発光現
象によって電界発光ホスファが光を放射することが発見
された後に、電界発光現象と蛍光現象とに基づいて同時
に動作する構造体を構成することが望まれるようになっ
た。

【００７０】ホスファ層３２は、蛍光ホスファ及び電界
発光ホスファの両方を含むのが好ましい。１つの実施例
では、既知の電界発光ホスファである硫化亜鉛が、銅、
銀、マンガン、塩素等の適当な元素と共にドープされた
ものが使用される。又、その同じホスファスラリーに蛍
光ホスファが混合される。蛍光ホスファは多数のものが
知られており、好ましくは、１つが赤で、１つが緑でそ
して１つが青である３つのトリバンド希土類ホスファの
混合物がスラリーに混合される。選択されたホスファ
は、所望のスペクトル及び輝度出力を与えるように種々
の割合で組み合わされる。（蛍光ホスファは公知であ
り、当業者であれば、例えば、マーサ著の前記文献や又
はワイマウス、ジョンＦによる「放電ランプ」 MIT Pre
ss、IBSN 0262-23058-8 のような文献に公表された公知
技術に従って各用途ごとに所望される特定の希土類ホス
ファ及びスペクトル比率を選択することができよう。）

【００７１】一実施例においては、ホスファのスラリー
は、９０重量％の蛍光ホスファと、１０重量％の電界発
光ホスファを含んでいる。例えば、このスラリーは、１
０重量％の硫化亜鉛と、９０重量％の希土類燐とを含
む。２０％及び８０％、４５％及び５５％、又は５５％
及び４５％といった他の割合を用いてもよい。

【００７２】もし所望ならば、ホスファ層３２を付着す
る前に、酸化マグネシウムの追加の薄膜を、セラミック
誘電体膜の上に約２５０Åないし５ミクロンの厚みまで
直接敷設してもよい。良く知られているように、酸化マ
グネシウムのこの追加層は、ホスファが光を放出するオ
ン／オフスレッシュホールドを低下させる。もし所望な
らば、二次放出のオン／オフスレッシュホールドを変更
する他の材料、例えばＹ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｔｉ
Ｏ₂ 、ＺｎＯ₂ 、ＢＮ₆ 、ＳｉＯ₂ 、ＢａＴｉＯ₂等を
使用することができる。

【００７３】図５及び６の実施例において、ランプ１０
は、蛍光による光線と、電界発光による光線を同時に出
力する。両現象による光線は、光出力として合成され
る。

【００７４】蛍光現象は、プラズマアークを発生する垂
直カソード３４及び３６によるか、又は電気エネルギー
を紫外線に変換する蛍光チャンバ１２内の正のカラムに
より形成され、ホスファ層３２が紫外線を可視光線に変
換する。又、平面電極２２及び２４は、蛍光現象に基づ
く均一な明るい光線を発するために、チャンバ１２の雰
囲気内により均一なプラズマアークを形成するよう助成
する。又、これら水平電極２２及び２４は、固体誘電体
層２８に電界をかけるものでもあり、誘電体層２８には
ホスファ層３２からのホスファ結晶が埋設されている。
この固体誘電体材料は、この電界に曝されたときに電界
発光現象に基づいて直接可視光線を放出する。内部カソ
ード３４及び３６と、水平電極２２及び２４は、蛍光現
象又は電界発光現象に基づく光出力の割合を選択的に制
御するように個々に制御される。一般に、放出される光
は、蛍光現象による光と電界発光現象による光を組み合
わせたものであり、両現象は単一のランプ内で同時に生
じる。

【００７５】電界発光材料は、比較的低い温度で動作し
ながら均一な光を放射するという利点がある。しかしな
がら、電界発光ランプは一般に最終的な輝度が低く、ワ
ット当たり約１ルーメンである。電界発光の低い輝度は
欠点であると一般に考えられる。しかしながら、本発明
においては、低レベル光出力の電界発光を有するランプ
が、高レベル光出力の蛍光ランプと効果的に組み合わせ
て使用されて、有用なランプを提供する。ある環境にお
いては、ランプからの光を広範囲に変えることが所望さ
れる。前記したように、熱陰極は多量の光を放射し、フ
ルパワーにおいて非常に効率が良いが、熱陰極は必要な
動作温度を維持できないので、熱陰極を有する蛍光ラン
プを調光することは非常に困難である。

【００７６】本発明の原理によれば、熱陰極の蛍光現象
が、冷陰極及びホスファからの電界発光現象に関連して
使用される。ランプを調光することが所望されるときに
は、熱陰極が完全にオフにされて電力を消費しないよう
にし、同じランプの冷陰極と電界発光現象との組み合わ
せによって所望の調光レベルが得られるようにする。更
に低レベルの光制御については、冷陰極がオフにされ、
平面電極２２及び２４のみがオンに保持される。これら
平面電極は、ある用途で所望される低輝度の均一な電界
発光を形成する。又、これら平面電極は、印加電圧に基
づいて容量性結合により蛍光を発生することもできる。
所望の光出力を発生するように電圧を調整することがで
きる。それ故、蛍光現象及び電界発光現象を組み合わせ
て使用することにより低い光レベルの照光範囲及び調光
性能が著しく増大される。

【００７７】図７及び８は、シールされた二次チャンバ
６２を有するランプ１０を示している。他の図面につい
て既に述べたように、図７のランプ１０は、曲がりくね
った壁４８を有する一次チャンバ１２を備えている。曲
がりくねった壁は上部プレート６５を支持し、これらの
中間壁がない場合に考えられるものよりも上部プレート
を若干薄くすることができる。垂直カソード３４及び３
６は、前記のように、各々熱陰極５８及び５４と冷陰極
５６及び６０とを含んでいる。電源５５は、平面電極２
２、２４、７６及び７７に電力を供給する。電極２４及
び７６は電源５５の片側に接続され、電極２２及び７７
がその他側に接続される。電源５１及び５３は内部カソ
ード３４及び３６に電力を供給する。直流電源７４は、
必要に応じて熱陰極５８及び５４を加熱するための付加
的な電力を供給する。

【００７８】上部チャンバ６２の内面は、その上面にホ
スファ層７８を含んでいる。１つの実施例では、一対の
平面電極７６及び７７が各誘電体層８２及び８３によっ
てその上に設けられており、二次チャンバ６２に電界が
加えられる。第２対の平面電極７６及び７７は、第１対
の平面電極２２及び２４と同じ電源５５から付勢され
る。或いは又、各対の平面電極ごとに個別の電源が設け
られてもよい。

【００７９】二次チャンバ６２の内部には、不活性ガス
のような適当な雰囲気が適当な圧力で充填される。二次
チャンバ６２は、一実施例では水銀蒸気を含まず、別の
実施例では水銀蒸気を含む。同様に、一実施例では、二
次チャンバ６２内に内部カソードはない。しかしなが
ら、別の実施例では、垂直及び平面電極の両方が設けら
れる。

【００８０】二次チャンバ６２の圧力は、大気圧と、一
次チャンバ１２の非常に低い圧力との中間の圧力であ
る。二次チャンバ６２については水銀で８−２５ｍｍの
範囲の圧力が受け入れられ、一次チャンバ１２は水銀で
２−６ｍｍの範囲である。比較的厚い内破防止の下部プ
レート６６は、該プレート６６の周囲の大気圧と一次チ
ャンバ１２の低い内部圧力との間の差による内破を防止
する。一方、上部プレート６５は非常に薄いプレートで
あり、大気圧と一次チャンバ１２の低い圧力との間の圧
力差に基づく内破を防止するのにそれ自体必ずしも充分
に強力である必要はない。しかしながら、上部プレート
６５は大気圧を受けない。そうではなく、二次チャンバ
６２と一次チャンバ１２との間の圧力差しか受けない。
それ故、上部プレート６５は非常に薄くすることがで
き、従って、白色の可視光線と紫外線とを良く透過す
る。ある紫外線は一次チャンバ１２から上部プレート６
５を完全に通過して二次チャンバ６２へ送り込まれる。
この紫外線は上部チャンバ６２内のホスファ層７８に当
たり、この上部層７８から蛍光を発生させる。それ故、
たとえ電極７６及び７７が存在しなくても、ホスファ層
７８は、一次チャンバ１２から漏出する紫外線に基づい
て光を放射する。白色光放射のこの二次光源は、紫外線
の大部分が使用されるので、より均一で明るい光線を発
生する。

【００８１】別の実施例では、上部の平面電極７６及び
７７に電力が送られ、上部チャンバ６２内にプラズマア
ークを発生して、紫外線を局部的に生じさせ、これがホ
スファ層７８に当たって白色光を放出させる。二次チャ
ンバ６２は、更にホスファを含んでもよく、一般に一次
チャンバ１２よりはかなり高い異なった圧力で動作され
てもよい。これにより、内破の危険を伴うことなく、上
部のフェイスプレート６８及び上部プレート６５とし
て、より薄い大面積のガラスプレートを使用することが
できる。この実施例では、二次チャンバ６２は、局部的
に生じる電界発光現象と、一次チャンバ１２から漏出す
る紫外線により生じる蛍光現象とに基づいて光を放射す
る。

【００８２】図９ないし１１は、内部の冷陰極５６及び
６０として考えられる形状を示している。図２ないし８
の実施例では、冷陰極５６及び６０が、２つの位置で曲
げられたフラットな導電性ストリップで形成された。こ
れらメタルストリップは上部及び下部が開いていて、上
部又は下部から放射する光を妨げることのないようにな
っている。好ましくは、図２に示すように、冷陰極の２
つの側面は壁２０及び内部壁４８に隣接し、背面は壁５
２に隣接している。図９及び１０に示す実施例では、冷
陰極及び熱陰極の両方に交流電源が電気的に接続され
る。直流電源は、必要に応じて補足的な加熱を行うため
に熱陰極のみに接続される。

【００８３】図１１に示すように、冷陰極は、図１のオ
ープンチャンバランプに使用するための一般的にフラッ
トな薄いストリップである。このストリップは、ランプ
の縁においてホスファに当たる紫外線又は放射された白
色光線を妨げないようにフラットにされている。その両
端は曲げられてランプの側面に沿って短い距離だけ延び
ているが、これは必ずしも必要ではなく、ある実施例で
は、カソードがその全長にわたってフラットな平面メタ
ルストリップである。平面ストリップをカソードとして
使用することにより、ランプの前面にわたり、その縁ま
でも、均一で明るい光とすることができる。次いで、ラ
ンプを背中合わせに配置して多数のランプのアレイを形
成し、広い面域をカバーすると共に、このように多数の
ランプが使用されても均一な光を放射することができ
る。

【００８４】図９ないし１１のカソードは、もし所望で
あれば、それらの隣接壁に直接固定することができる
が、１０ないし１０００ミクロンの範囲の短い距離だけ
壁から離すのが好ましい。

【００８５】種々の実施例について本発明を説明した。
当業者であれば、ある実施例に述べた本発明の多数の特
徴を他の実施例に述べた本発明の特徴と組み合わせて使
用できることが理解されよう。ランプ１０の種々の実施
例について説明した。種々の実施例において特定の特徴
を示した。もし所望であれば、１つの実施例の特徴を他
の実施例の特徴と組み合わせることができる。例えば、
埋設された層ではなくて、図１に示す標準的な公知技術
によって形成したホスファ層を、図２ないし８のランプ
の層として使用することができる。同様に、図１の単一
のオープンチャンバ構成に壁４８をもたせ、曲がりくね
ったチャンバを形成することもできる。或いは、図２な
いし８のランプが全てオープンエリアチャンバであって
もよい。図１の平面電極は、図５ないし８の２チャンバ
構成では必要とされず、このようなランプは、もし所望
ならば、チャンバ自体の内部カソードのみで動作でき
る。１つのランプの全ての特徴を使用せずに、種々の実
施例の他の全ての特徴を必要に応じて組み合わせること
もでき、このようなランプも本発明の範囲内に入る。更
に、本発明の範囲内で、ここに述べた構造に代わって等
価構造を使用し、同じ機能を実質的に同様に実行するこ
ともでき、本発明は、上記実施例に限定されるものでは
なく、請求の範囲のみによって規定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による平面型ランプの断面図
である。

【図２】曲がりくねった放電チャンバを有する別の実施
例の上部断面図である。

【図３】図２の３−３線に沿った側部断面図である。

【図４】図２の実施例の斜視図である。

【図５】２つのチャンバとアース電極とを有する本発明
の別の実施例の側部断面図である。

【図６】図５の断面図のある領域を示す拡大図である。

【図７】曲がりくねったマルチチャンバランプの別の実
施例を示す断面図である。

【図８】図７のランプの上面図である。

【図９】熱陰極と冷陰極を組み合わせた上面図である。

【図１０】図９の組み合わせ陰極の斜視図である。

【図１１】冷陰極の別の実施例の斜視図である。

【符号の説明】

１０ ランプ １２ チャンバ １４ 上部プレート １６ 下部プレート １７ 側壁構造体 １８、２０ 側壁 ２２、２４ 平面電極

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの透明電極をもつ平面型
   ランプにおいて、 チャンバの上壁及び下壁を形成する一対の対向する平面
   プレートを具備し、これらプレート各々は、上記チャン
   バの内部に面した内面と、上記チャンバの外部に面した
   外面とを有し、上記電極の少なくとも１つが光を透過す
   るようになっており、 更に、上記支持プレートの周囲領域に接続されて、上記
   プレートを互いに一定の距離に保持する側壁構造体を具
   備し、この側壁構造体はその高さが上記プレートの側面
   領域よりも実質的に低く、この側壁構造体と上記プレー
   トでチャンバの包囲体が形成され、 更に、上記チャンバ内に収容された選択された組成及び
   選択された圧力のガスを具備し、 更に、上記プレートの各内面に接続された一対の平面電
   極を具備し、これらの電極の少なくとも一方は光を透過
   しそしてこれら電極は上記プレートの内面領域にほぼ等
   しい大きな表面積を有し、 更に、一方の上記プレートの少なくとも１つの内面に接
   続されて、そのプレートに接続された電極を完全に覆い
   そして光を透過する薄い誘電体層を具備し、 更に、上記一対の電極に接続されて、これら電極に電圧
   を選択的に印加し、上記ランプを付勢するための電源を
   具備し、そして更に、上記誘電体層の内面に設けられて
   上記チャンバ内で上記ガスに曝される蛍光材料であっ
   て、上記電極に電圧を印加したときに蛍光現象により上
   記ランプから光を放射するような蛍光材料を具備したこ
   とを特徴とする平面型ランプ。
2. 【請求項２】 更に、上記チャンバへと延び、上記チャ
   ンバ内で上記ガスに取り巻かれ、上記チャンバ内にプラ
   ズマアークを発生する第２対の電極と、 上記第２対の電極に接続され、上記第２対の電極に電圧
   を選択的に印加する第２の電源であって、上記第２対の
   一方の電極から他方の電極へ上記チャンバ内のガスを経
   て電流路を形成するような第２の電源とを具備する請求
   項１に記載の平面型ランプ。
3. 【請求項３】 上記第１の電源と第２の電源は、どちら
   も同じ周波数の交流電源であり、互いに位相ずれして駆
   動される請求項２に記載のランプ。
4. 【請求項４】 上記第１の電源と第２の電源はどちらも
   異なる周波数の交流電源である請求項２に記載のラン
   プ。
5. 【請求項５】 更に、上記チャンバ内の上記誘電体層に
   固定された電界発光材料を具備し、この電界発光材料
   は、上記一対の平面型電極に電圧が印加されたときに光
   を放射するもので、蛍光現象によって蛍光材料が光を放
   射するのと同時に電界発光現象によって光を放つ請求項
   １に記載のランプ。
6. 【請求項６】 更に、上記第１対のプレート内の透明プ
   レートの上に配置された第３の平面プレートであって、
   上記第１チャンバの上の第２チャンバの壁を形成する第
   ３の平面型支持プレートと、 この第３の平面型プレートと上記透明の支持プレートと
   の間で周囲領域に配置された第２対の側壁とを具備し、
   この第２対の側壁と、上記第３の平面型プレートと、上
   記透明なプレートとで上記第１チャンバ上に第２チャン
   バが画成され、この第２チャンバは、上記第１チャンバ
   によって放射された光がこの第２チャンバを通過するよ
   うに上記第１チャンバの光放射路に配置される請求項１
   に記載のランプ。
7. 【請求項７】 上記第２チャンバは上記第２対の側壁に
   よってハーメチックシールされ、これら側壁は上記第３
   の平面型支持プレート及び透明プレートにハーメチック
   シールされて、ハーメチックシールされた第２のチャン
   バを形成し、 上記第２チャンバ内には選択された圧力のガスが収容さ
   れ、そして上記第２チャンバの内面には蛍光材料が設け
   られ、この蛍光材料は、紫外線が上記透明プレートを通
   って上記第２チャンバへ入ってこの蛍光材料に当たると
   きに光を放射し、ランプによって放射されるこの光は上
   記第１チャンバ及び第２チャンバからの光を組み合わせ
   たものである請求項６に記載のランプ。
8. 【請求項８】 上記第１チャンバ内のガスの圧力は、上
   記第２チャンバ内のガスの圧力よりも低く、上記透明電
   極をその外面と内面との間の小さな圧力差に曝すことが
   でき、従って、上記透明プレートを、これが外面の大気
   圧及び内面の低圧力に曝される場合よりも薄くすること
   ができる請求項７に記載のランプ。
9. 【請求項９】 上記第２チャンバ内に第２対の平面型電
   極を更に具備し、この第２対の電極の各々は透明であ
   り、そしてこの第２対の電極の１つが上記第１対の透明
   電極の外面と上記第３の平面型電極の内面とに配置さ
   れ、 上記第２対の平面電極の各々を完全に覆う薄い誘電体層
   であって、光を透過するような誘電体層を具備し、 更に、上記第２対の平面型電極に接続されて、この第２
   対の電極に電圧を選択的に印加する電源を具備し、そし
   て更に、上記第２対の平面型電極を覆う上記誘電体層上
   にあって上記第２チャンバ内の上記ガスに曝される蛍光
   材料であって、上記第２対の平面型電極に電圧を印加し
   たときに、上記第１チャンバから光が放射されるのと同
   時に上記第２チャンバから光が放射されるようになった
   蛍光材料を具備している請求項６に記載のランプ。
10. 【請求項１０】 上記側壁構造体から第１チャンバへと
    延びそして第１チャンバ内で終了する複数の内壁を更に
    具備し、これら内壁は上部プレートから下部プレートへ
    と延びて、プラズマアークのための拡張された長さの屈
    曲チャンネル領域を定め、内部カソードの１つはこの屈
    曲チャンネル領域の一端に配置されそして内部カソード
    の他方はこの屈曲チャンネル領域の他端に配置される請
    求項２に記載のランプ。
11. 【請求項１１】 上記チャンバへと延び、上記チャンバ
    内のガスによって取り巻かれていて、チャンバ内にプラ
    ズマアークを形成するための第３対の電極を更に具備
    し、この第３対の電極は熱陰極型のもので、上記第２対
    の電極は冷陰極型のものであり、そして上記第３対の電
    極は上記第２の電源によって付勢される請求項２に記載
    のランプ。
12. 【請求項１２】 上記蛍光材料と上記誘電体層との間に
    酸化マグネシウムの層を更に具備し、上記蛍光材料は、
    そのオン／オフスレッシュホールドを低くするために上
    記酸化マグネシウムの上に敷設される請求項１に記載の
    ランプ。
13. 【請求項１３】 上記電極の各々は、一般的に均一厚み
    の薄い誘電体層で覆われる請求項１に記載のランプ。
14. 【請求項１４】 上記誘電体層は、重金属を含まないガ
    ラスである請求項１２に記載のランプ。
15. 【請求項１５】 蛍光現象及びこれと同時の電界発光現
    象に基づいて光を放射するランプにおいて、 選択された圧力のガスを収容するシールされたチャンバ
    を具備し、上記ガスは電界を受けたときに紫外線を放射
    する水銀蒸気を含んでおり、 更に、上記シールされたチャンバの付近にあって、その
    チャンバ内の上記ガスに電界を加えるように配置された
    一対の電極を具備し、この対の各電極は誘電体層によっ
    て上記チャンバから分離されており、 更に、上記チャンバの壁を形成する光透過部材と、 上記チャンバ内で上記光透過部材の付近にあって、上記
    電極によって電界を加えたときに上記ガスにより放射さ
    れる紫外線に曝されるように配置された蛍光ホスファ
    と、 上記光透過部材内に少なくとも部分的に埋設され、上記
    電極により電界が加えられたときに可視光線を放射する
    電界発光ホスファとを具備することを特徴とするラン
    プ。
16. 【請求項１６】 上記蛍光ホスファは、上記光透過部材
    の内面に取り付けられる請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 上記電界発光ホスファは、上記光透過
    部材に少なくとも部分的に埋設される請求項１５に記載
    のランプ。
18. 【請求項１８】 ２対の電極を有する蛍光ランプにおい
    て、 選択された圧力のガスを収容するシールされたチャンバ
    を具備し、上記ガスは電界を受けたときに紫外線を放射
    する水銀蒸気を含んでおり、 上記シールされたチャンバの付近にあって、そのチャン
    バ内の上記ガスに電界を加えるように配置された第１対
    の電極を具備し、これら電極の各々は誘電体層によって
    上記ガスから分離されており、 更に、上記シールされたチャンバ内にあって、上記ガス
    により取り巻かれ、上記シールされたチャンバ内の上記
    ガスに電流を導通するように配置された第２対の電極
    と、 上記第１及び第２対の電極に電力を供給する電源手段と
    を具備することを特徴とする蛍光ランプ。
19. 【請求項１９】 上記電源手段は、上記対の電極各々に
    互いに独立して電力を供給するための２つの独立した電
    源を備えている請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 上記電源手段は、上記対の電極各々に
    異なった周波数の交流電力を供給するための単一の直流
    電源及びインバータ回路を備えている請求項１８に記載
    の装置。
21. 【請求項２１】 一方が他方の上部に配置された２つの
    シールされたチャンバを有する蛍光ランプにおいて、 選択的な圧力のガスを収容した第１のシールされたチャ
    ンバを具備し、上記ガスは電界を受けたときに紫外線を
    放射する水銀蒸気を含んでおり、 上記第１のシールされたチャンバ内にある上記ガスに電
    界を加えて、上記ガスに紫外線を放射させるように配置
    された第１対の電極を具備し、 上記第１のシールされたチャンバの壁を形成する光透過
    部材を更に具備し、上記光はこの光透過部材から放射さ
    れ、 上記光透過部材の付近にあって、上記電極により電界が
    加えられたときに上記ガスにより放射された紫外線に曝
    されて上記光透過部材から光を放射させるように上記チ
    ャンバ内に配置された蛍光ホスファを更に具備し、 更に、上記第１のシールされたチャンバに取り付けられ
    て、上記光透過部材の上に配置された第２のチャンバを
    具備し、上記第１のシールされたチャンバから放射され
    た光は、上記蛍光ランプによって放射される前にこの第
    ２チャンバに通されるようになっており、そしてこの第
    ２チャンバは少なくとも１つの光透過部材を含んでいる
    ことを特徴とする蛍光ランプ。
22. 【請求項２２】 上記第２のチャンバは、選択された圧
    力のガスを含むシールされたチャンバであり、そして上
    記第２のシールされたチャンバ内にあって、上記第１チ
    ャンバ内の上記ガスにより放射される紫外線に曝される
    ように配置された蛍光ホスファを具備し、上記第２チャ
    ンバの上記蛍光ホスファは、上記第１チャンバからの紫
    外線に曝されたときに光を放射するようになっている請
    求項２１に記載の蛍光ランプ。
23. 【請求項２３】 上記第２チャンバは冷却流体を含むシ
    ールされたチャンバであり、この冷却流体は、上記ラン
    プが効果的に冷却されるように上記第１のシールされた
    チャンバにより放射される熱を吸収する請求項２１に記
    載の蛍光ランプ。
24. 【請求項２４】 ランプ内に使用するように表面にホス
    ファを付着する方法において、 ホスファを液体と混合してスラリーを形成し、 上記スラリーを透明ガラス層の表面領域に接触配置し、 上記スラリーが接触した上記透明ガラス層をほぼこのガ
    ラス層のリフロー温度まで加熱し、やがて、このガラス
    層はスラリーが接触した表面領域において部分的に溶融
    し始めて、上記ホスファ層を上記ガラス層の表面に少な
    くとも部分的に入り込ませ、そして上記ホスファのスラ
    リーが部分的に埋設された状態で上記ガラス層を冷却
    し、ホスファ結晶が埋設されると共にホスファ結晶が表
    面領域から突出したガラス部材を得るようにしたことを
    特徴とする方法。
25. 【請求項２５】 上記冷却段階の後に上記ガラス部材か
    ら余計なホスファを拭い落とし、上記ガラス部材に付着
    しなかったホスファを除去する段階を更に含む請求項２
    ４に記載の方法。
26. 【請求項２６】 上記スラリーを上記表面領域に置く前
    に上記透明ガラス部材の上記表面領域に酸化マグネシウ
    ムの層を付着する段階を更に含む請求項２４に記載の方
    法。
27. 【請求項２７】 上記ガラス層にホスファのスラリーを
    置く前に上記ガラス層をガラス部材に配置し、このガラ
    ス部材は上記ガラス層よりもリフロー温度が高いもので
    あり、そして上記ガラス層の上記冷却段階の後に壁構造
    体に複数の上記ガラス部材を接続して、上記ガラス部材
    を用いたランプを形成する段階を更に含む請求項２４に
    記載の方法。