JPS63198252A - 低圧放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低圧放電灯に係り、特に放電容器が平板状であ
り、かつ陽極が負グロー内に設けられた小形の低圧放電
灯に関する。

〔従来の技術〕

従来、放電容器が平板状をした低圧放電灯としては、特
願昭５９−２０９７１４号公報に記載の平板状蛍光灯な
どが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の平板形低圧放電灯は、電通路を蛇行させるこ
とによって実質的に平板状を実現したものである。した
がって、小形化にあたっては、放電路が細くなり、その
結果、放電電圧および放電始動電圧が高くなる。効率が
低下する。構造が複雑になるなどの問題が生じる。

本発明の目的は、簡単な構造で、しかも放電電圧および
放電始動電圧が低く、高効率である小形の平板形低圧放
電灯を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明者等は放電容器とし
て仕切りのない単純な平板状容器を使用し、陰極と陽極
間の距離が比較的短く、希ガスを主成分とした放電用ガ
スを使用した低圧放電灯において、種々の検討を行った
。

その結街、負グローの中に陽極を設置した電極配置にす
ると、放電電圧および始動電圧が低く、かつ高効率の平
板形低圧放電灯が得られることを発見した。特に、主成
分である希ガスの最低準安定励起電圧をｖｌｌポル１〜
とするとき、放電電圧がｖ、−２ボルト以上でｖ、＋４
ボルト以下の範囲において、安定な放電と高効率が得ら
れた。放電電圧を上記の範囲にあるためには、陰極と陽
極間の距離を、主成分ガスがＸｅの場合には１８＋ａ以
下、Ｋｒの場合には１７＋ｒｒａ以下、Ａｒの場合には
１３ｎｎ以下、Ｎｅの場合には１５ｎｗｎ以下、Ｈｅの
場合には１４ｎｍ以下にすることが有効な手段であった
。即ち、本発明の低圧放電灯は、気密に形成された平板
状の放電容器内に少なくとも１個の陰極と１個の陽極と
放電用ガスを封入した低圧放電灯において、放電用ガス
の主成分を希ガスとし、かつ、陽極を負グロー内に設置
する。

〔作用〕

陽極が負グロー内に設置されていると、放電電圧が急激
に下り、効率は急激に高くなったが、その機構は以下の
ようであると思われる。すなわち、一般に、陰極と陽極
間の距離が短い低圧放電灯においては、陽光柱プラズマ
が存在しないので放電電圧ｖしは、陰極降下電圧をｖｋ
、陰極の仕事関数をＷｋ、陽極降下電圧を■＾、陽極の
仕事関係をＷΔとすると、（１）式で表わされる。

Ｖｔ、＝　（Ｖｈ−Ｗｂ）　＋（ＶＡ＋ＷＡ）　　”・
（１）また、放電電流をＩＬ、陰極降下に伴う光放射束
をΦｋ、陽極降下に伴う光放射束をΦＡとすると低圧放
電の光放射の効率ηは（２）式で表わせる。

陽極降下部からの光放射束Φ＾は、陰極降下に伴う光放
射束Φｋに比較すると、非常に小さく、無視できる程度
である。すなわち、陽極降下電圧■＾は、放電電圧を高
くし、かつ陽極を加熱して損失となり、光放射の効率を
低下させる原因となっている。

負グロー内に陽極があると、放電電圧が低下し効率が高
くなる原因は、プローブ測定などから、陽極降下電圧Ｖ
＾が急激に零に近づくことによることがわかった。すな
わち、陽極が負グロー内に設置された場合においては、
放電電圧は大幅に低下するが、光放射はほとんど低下せ
ず、したがって高効率が得られる。

また、一般の蛍光灯が陽光柱プラズマを利用しているの
に対し、本発明の低圧放電灯においては負グロープラズ
マを利用しているので、第１図に示したように電極が平
板形放電容器の中央部にだけ存在するのにもかかわらず
、負グロープラズマは平板形放電容器の隅々まで拡散し
、したがって発光分布の均一な平板形低圧放電灯が得ら
れる。

上記の結果は、陽極と陰極を使用した直流放電における
ものであったが、この結果は、交流放電へも直接適用で
きる。

〔実施例〕

本発明の一実施例の平面断面図を第１図に、縦断面図を
第２図に示す。第１．２図において、４は４０Ｘ３０Ｘ
１０＋ｍ＋の平板状のソーダ石灰ガラス製の放電容器で
、一つの平板面、すなわち第２図の下方の面にＴｉ０ｚ
からなる白色反射層１０が塗布されており、その上にＹ
ｚＯａ：ＥとＬａＰＯｔ：Ｃｅ、Ｔｂを６：４で混合し
た希土類元素付活蛍光体の層が設けられている。

平板状放電容器４のほぼ中心に、タングステン二重コイ
ルからなる陰極１が設けられており、陰極１には（Ｂａ
、Ｓｒ、Ｃａ）Ｏを主成分とした熱電子放射物質３が塗
布されている。陽極２は、直径１．２■のニッケル棒で
ある。

上記の放電容器に放電用ガスとして２　、５　Ｔｏｒｒ
のネオンと水銀粒を封入した。

上記のような非常に単純な構成の平板形放電灯において
、陰極１と陽極２の間の距離Ｑを４ｗｎにして、放電電
流０．３Ａで放電したところ、始動電圧は約２５■、放
電電圧は１８Ｖである低始動電圧、低放電電圧の平板状
低圧放電灯が得られた。

また、電極が放電容器の中央部だけに存在するにもかか
わらず、一つの平板面はほぼ均一に発光し、効率は約２
５ＱｍＷ−’という高効率が得られた。

上記の実施例と同様な低圧放電灯において、陰極と陽極
間の距離Ｑを８Ｗ１１にし、かつ陽極の表面にＢａｚＣ
ａｔｉｌＯｅ粉を塗布したところ、上記の実施例とほぼ
同一の特性の低圧放電灯が得られた。この実施例のよう
に陰極と陽極間の距離が比較的大きいと、電極の配置組
み立てが簡単であるという利点が生じる。

電極構成および放電容器の大きさは第１の実施例と同一
で、ただし蛍光体およびＴ　ｉ　Ｏ２の膜が無く、封入
ガスをネオン２　、５　Ｔｏｒｒにした別の実施例にお
いては、放電流０．３Ａで放電したとこめ、放電電圧２
２Ｖで放電でき、かつ効率２０Ωｍ　Ｗ　−’の赤色光
の高効率低圧放電灯が得られた。

上記の水銀を含まない実施例においても、長時間の点灯
によってガラスが黒化した。この黒化は、ガラスの内表
面上にアルミニウムアルコキシドを利用して形成した透
明なＡ　１１２０８層を設けることにより、防止できた
。

他の実施例を第３図に示す。本実施例の放電灯１は電子
放射物質を塗布した二つの電極１，１′が設けられ、交
流で点灯する。放電電圧が低いので、一般の蛍光灯等で
はチラッキが大きくて使用不可能であった小形、軽量で
かつ安価なコンデンサー安定器で点灯できる。

本発明の別の実施例になる放電灯の縦断面図を第４図に
、平断面図を第５図に示す。この実施例の放電灯におい
ては、陽極２は板状をしており、かつ陰極２に沿って設
けられている。したがって、陽極２は陰極１から飛散し
た熱電子放射物質を効率よく捕集できるという利点を有
している。

また、本実施例の電極構成では、陽極は発光する平板面
と陰極との中間に存在するので、発光面への陰極物質の
拡散が効率よく防止されるという利点もある。

また、蛍光体５を放電容器ガラス４の中間に、ＡＱｘ０
８の層５が設けであるので、長時間点灯してもガラスが
黒化することがない。

別の実施例の縦断面図を第６図に示す。この実施例にお
いては、白色反射膜１０を塗布した平板面、すなわち第
６図の下方の面が曲面状をしており、平板形放電容器４
の中央部の空間が広くなっている。したがって、放電プ
ラズマが隅々まで拡散しやすく、かつ曲面状の反射膜に
よって効率よく光が分散されるので、より均一な発光面
が得られる。

前記（２）式から明らかなように、陽極の仕事関数Ｗ＾
が小さくなると、放電灯の効率は増大する。

たとえば、陰極と陽極間の距離は１．５ｎ＋ｎ＋以下、
放電用ガスの主成分はネオン、陰極はＢａＯを主成分と
した電子放射物質を被覆したタングステンコイル、陽極
はニッケルを使用した本発明の低圧放電灯においては、
放電電圧ＶＬは約１８Ｖと低いのに対して、陽極の仕事
関数Ｗ＾は４．８ｖもあるので、陽極の仕事関数による
損失は放電灯への電気入力の２７％にもなる。したがっ
て、本発明の低圧放電灯において５陽極の仕事関数を低
下させることは、効率の改善と特に著しい効果をもたら
す。

陽極の材料としては、タングステン、タンクルニッケル
などの高融点金属が望ましいが、これらの全屈元素の仕
事関数はそれぞれ４．５，４．１゜４．８■である。こ
れらの金属の表面にＢａ。

Ｂ　ａ　Ｏ、Ｌ　ａ　Ｂ６．　Ｂａ２ＣａＷＯｅから選
ばれた少なくとも一種の層を設けると、仕事関数は１．
２　から２．０■程度まで低下し、その結果低圧放電灯
の効率は増大する。

一般に、陰極にはＢａｄ、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）０　、
　Ｂａ２ＣａｌｉｌＯｅ　Ｌ　ａ　Ｂ　ｅなどからなる
熱電子放射物質が使用される。陰極と陽極間の距離を小
さくすると、陰極から飛散した上記の熱電子放射物質が
陽極に付着し、ｌＩ＃極の仕事関数を低くし、ＢａＯな
どの物質を別途に陽極に被覆しなくても放電灯の効率を
高くする。陰極と陽極間の距離が８ｍ以下になると、陽
極への陰極からの飛散物質の付着が顕著になり、放電灯
の効率の改善が顕著になつた。

特に、第４図から第６図のように陰極に沿って陽極を設
けたような電極構成においては、陰極から飛散した電子
放射物質は、効率よく陽極に付着し、効率の改善が顕著
になった。

負グロー内に陽極を設置し、放電用ガスとして希ガスと
水銀蒸気の混合ガスを使用した低圧放電灯において、放
電容器の内面に種々の蛍光体を塗布して発光特性を調べ
た。その結果、従来の蛍光灯に最も多く使用されている
蛍光体である３Ｃａｓ（ＰＯａ）　ｘ・Ｃａ　（Ｆｔ　
Ｃｎ）ｔ：　Ｓ　ｂ、　Ｍｎや３Ｓｒａ　（ＰＯａ）　
２・ＳｒＦ２：　ｓｂ、Ｍｎ等を使用した場合には、短
時間の点灯によって著しい光束劣化が発生した。この光
束劣化の機構は、必ずしも明確ではないが、以下のよう
であると推測される６すなわち、本発明の低圧放電灯は
、一般の蛍光灯のように陽光柱プラズマを利用している
のではなく、陰極近傍のプラズマを利用している。

したがって、プラズマ中には十数ボルトの陰極降下電圧
に伴う高エネルギーの電子が存在し、したかって、放電
容器の壁に飛来する光および粒子も高エネルギーを有し
ている。この高エネルギーの光および粒子が蛍光体を劣
化させるものと考えられる。

一方、蛍光体として希土類元素付活蛍光体であるＳｒ○
・Ｓ　ｒＦ２・２１３ｔＯａ：　Ｅｕ、　５ｒ２Ｐｚ（
ｈ：Ｅｕ、Ｓ　ｒｓ（ＰＯｉ）ａｃＱ：　Ｅｕ、（Ｓ　
ｒ、Ｃａ）ａ（ＰＯ４，）ａＣＱ：　Ｅｕ、ＢａＭｇｘ
ＡＱｔｅＯ２７：　Ｅｕ（Ｂａ。

Ｃａ　＋　Ｍ　ｇ　）５（Ｐ　Ｏ４）８　ＣＱ　：　Ｅ
　ｔ＋　＋　（Ｃｅ　＋　Ｔ　ｂ　）ＭｇＡＱｔｚＯｘ
ｏ、ＬａＰＯａ：　Ｃｅ＋　Ｔｂ、ＹｚＯｓ：　Ｅｕ。

Ｙ　（Ｐ、Ｖ）○ｔ：Ｅｕ、などを使用すると、光束劣
化は著しく改善された。すなわち、本発明の低圧放電灯
においては、希土類元素付活の蛍光体を使用して初めて
実用可能になることがわかった。

上記の放電灯の放電容器としては、加工性４価格などの
点から、鉛ガラスあるいはソーダ石灰ガラスが望ましい
。しかし、これらのガラスを使用した場合には、希土類
元素付活の蛍光体を用いても、長時間の点灯によってガ
ラスが黒化し、光束の劣化が発生した。高エネルギーの
粒子がガラスを黒化するものと思われる。ガラスと蛍光
体の中間ニ、Ａ　Ｑ　ｗｏ８．　Ｓ　ｉ　Ｏｘ、　Ｐ２
Ｏ１１，Ｓ　ｂ　２０５１Ｍｇｏの少なくとも一種から
なる緻密なコーティング層を設けると、高エネルギーの
粒子はガラスまで致達せず、ガラスは黒化せず、光束劣
化も小さくなった。

平板状放電容器の一つの平面に、Ａ　ｆｌ　ｘ○８゜Ｔ
　ｊ、　Ｏｘ、　Ｍ　ｇ　Ｏなどの白色粉末の反射層を
設けると、光の大部分は残りの平面から放出され、効率
よく光を利用できる。

一般の蛍光灯は陽光柱プラズマを利用しているのに対し
、本発明の低圧放電灯においては陰極近傍のプラズマを
利用している。したがって本発明の放電灯においては長
時間の点灯によって放電容器の内壁に陰極から飛散した
電子放射物質が付着し、その結果、光の透過率が低下し
、放電灯の効率が低下しやすい。本発明者等は、第４図
から第６図に示したように、（陰極に沿って陽極を設け
る）ような電極構成にすると、長時間点灯しても放電容
器の光の透過率が低下せず、高効率を維持できることを
発見した。この機構は以下のようであると思われる。す
なわち、陰極から飛散した電子放射物質は、光のように
直進するのではなく、ネオン中を拡散によって移動する
。したがって、陰極の近傍に電子放射物質を付着する物
体が存在すると、飛散した電子放射物質の大部分は陰極
近傍の物体に向って拡散してゆき、放電容器への電子放
射物質の移動は少なくなる。本発明の低圧放電灯におい
ては、陰極に沿って設けられた陽極が、電子放射物を付
着する物体になっており、陰極から飛散した電子放射物
質の大部分は陽極に付着し、放電容器の内壁への付着量
は小さく、したがって、放電容器の透過率は低下せず、
放電灯の効率も低下しない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、単純な構成で、低始動電圧。

低放電電圧および高効率の平板形低圧放電灯が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１．３．５図は、本発明の実施例になる平板の平板形
低圧放電灯の縦断面図である。 １・・・陰極、２・・・陽極、３・・・電子放射物質、
４・・・平板状放電容器、Ｓ・・・コーティング層、６
・・・希土類元素付活蛍光体膜、１ｏ・り白色反射膜。 ＄７目 第２図 ＄３馴

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気密に形成された放電容器内に少なくとも一対の電
   極と放電用ガスを封入した低圧放電灯において、前記放
   電容器は平板状であり、かつ前記電極の一つが陽極とし
   て動作した時に陽極として動作する電極を負グロー内に
   設置したことを特徴とする低圧放電灯。 ２、前記放電用ガスの主成分を希ガスとし、希ガスの最
   低準安定電圧をＶ＿ｍボルトで表わした時、放電電圧が
   Ｖ＿ｍ−２ボルト以上でＶ＿ｍ＋４ボルト以下であるこ
   とを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の低圧放電灯
   。 ３、上記一対の電極の１個を陰極、他の１個を陽極とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１、第２項記載の
   低圧放電灯。 ４、前記一対の電極は時間的に交互に陰極および陽極と
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１、第２項記載
   の低圧放電灯。 ５、前記放電用ガスとして希ガスと水銀蒸気の混ガスを
   使用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ４項記載の低圧放電灯。 ６、上記放電容器の内面に希土類元素付活蛍光体膜を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項
   記載の低圧放電灯。 ７、上記陽極、Ｂａ、ＢａＯ、Ｂａ＿２ＣａＷＯ＿６、
   ＬａＢ＿６の少なくとも一種の層を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の低圧放電灯。 ８、上記放電容器の材質をソーダ石灰ガラスあるいは鉛
   ガラスとし、上記ガラスと蛍光体との中間にＡｌ＿２Ｏ
   ＿３、ＳｉＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５、Ｓｂ＿２Ｏ＿５、Ｍ
   ｇＯの少なくとも一種からなる層を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の低圧放電灯。 ９、上記平板状放電容器の少なくとも一面に、Ａｌ＿２
   Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２、ＭｇＯなどから白色反射層を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項記
   載の低圧放電灯。