WO2009145200A1 - 蛍光ランプ - Google Patents
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Abstract
Description
また、主としてグロー放電を行う蛍光ランプでは、陰極付近に生ずる陰極降下(電位差)が大きく、発光効率が低下するという問題があった。これに対して、前記電子管においては陰極の二次電子放出特性を向上させると上記の陰極降下を低減できるので、二次電子放出係数が大きく、電子管の製造に適した化学的に安定な陰極材料が求められていた。
また、キセノン(Xe)ガスを封入した蛍光ランプでは、Xe濃度を上げることによって紫外線の発光効率を向上させることができるが、放電電圧が高くなるという問題があり、電子放出特性に優れた電極または誘電体材料が求められていた。従来、電極としてNiやMoが放電電極の材料として用いられてきたが、電子放出特性が不十分であった。これに対して、電極表面に電子放出特性に優れた物質であるセシウム(Cs)を配置することが提案されたが(特許文献1参照)、充分な電子放出特性が得ることは困難であった。
本発明の蛍光ランプは、放電ガスを含むガラスで囲まれた放電空間と、放電電極と蛍光体とを備え、さらに前記放電ガスと接する内面の少なくとも一部にマイエナイト型化合物を備える蛍光ランプである。
すなわち、本発明の蛍光ランプは、内部に空間を有する管状または容器状のガラス、放電電極、蛍光体およびマイエナイト型化合物を有しており、前記ガラスの内部の空間には放電ガスが満たされ、前記放電ガスと接する内面の少なくとも一部に前記マイエナイト型化合物を備える蛍光ランプである。
また、熱電子放出においても、通常の金属電極と同程度に良好な熱電子放出特性を示すので、熱陰極型電子管の電極材料としても用いることができる。
特に、マイエナイト型化合物として後述する導電性マイエナイトを放電空間の内部に配置すると、二次電子放出係数が高いので放電ガス(ペニング混合ガス等)の紫外線発光効率が向上し、あわせて放電電圧、陰極降下電圧が低下するという効果も奏する。そして、蛍光ランプが省電力化され、放電用の回路を安価にできる。なお、導電性マイエナイトの仕事関数は概略2eVであるので、ポテンシャル放出による二次電子放出係数が大きい。
本発明の蛍光ランプにおいて放電電極は、放電空間に放電を生じさせるためのものであって導電材料を含むものである。また、ガラス管の内部に存する場合は二次電子放出係数が大きいことが好ましい。また、スパッタリングに対する耐久性が高いものであることが好ましい。
本発明の蛍光ランプにおいて蛍光体は特に限定されず、例えば従来公知のものを用いることができる。例えば希土類蛍光体やハロリン酸系蛍光体が挙げられる。具体的にはY2O3:Eu、(Y,Gd)BO3:Eu、LaPO4:Ce,Tb、Zn2SiO4:Mn、Y2SiO4:Tb、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mnなどが挙げられる。
本発明においてマイエナイト型化合物とは、ケージ(籠)構造を有する12CaO・7Al2O3(以下「C12A7」ともいう。)およびC12A7と同等の結晶構造を有する化合物(同型化合物)であることが好ましい。
そして、そのケージの中に酸素イオンを包接しており、C12A7結晶格子の骨格と骨格により形成されるケージ構造が保持される範囲で、骨格またはケージ中の陽イオンまたは陰イオンの一部が置換された化合物であってもよい。このケージ中に包接されている酸素イオンを、通例に従い、以下ではフリー酸素イオンともいう。
また、本発明においてマイエナイト型化合物は、フリー酸素イオンの一部または全てが電子で置換され、または置換された電子の一部がさらに陰イオンで置換されたものであってもよい。また、このようにフリー酸素イオンの一部または全てが電子で置換されて、電子密度が1.0×1015cm-3以上となったものであることが好ましい。このような電子密度となったマイエナイト型化合物を、本発明では「導電性マイエナイト」ともいう。
また、本発明においてマイエナイト型化合物は、Ca、AlおよびO(酸素)からなるC12A7結晶の結晶構造を有している限り、Ca、AlおよびOから選ばれる少なくとも1種の原子の一部ないし全部が他の原子や原子団に置換されていてもよい。例えばCaの一部はMg、Sr、Baなどの原子で置換されていてもよく、Alの一部はSi、Ge、BまたはGaなどで置換されていてもよい。前記マイエナイト型化合物が、12CaO・7Al2O3化合物、12SrO・7Al2O3化合物、これらの混晶化合物またはこれらの同型化合物であることが好ましい。また、フリー酸素の少なくとも一部が、前記フリー酸素よりも電子親和力が小さい原子の陰イオンで置換されていてもよい。
陰イオンとしてはハロゲンイオン、水素陰イオン、酸素イオン、水酸イオンなどが挙げられる。
(1)C12A7化合物の骨格のCaの一部がマグネシウムやストロンチウムに置換された混晶である、カルシウムマグネシウムアルミネート(Ca1-yMgy)12Al14O33やカルシウムストロンチウムアルミネートCa12-zSrzAl14O33。なお、yやzは0.1以下が好ましい。
(2)シリコン置換型マイエナイトであるCa12Al10Si4O35 。
(3)ケージ中のフリー酸素イオンがH-、H2 -、H2-、O-、O2 -、OH-、F-、Cl-、Br-、S2-またはAu-などの陰イオンによって置換された、例えば、Ca12Al14O32:2OH-またはCa12Al14O32:2F-。このようなマイエナイト型化合物は、耐熱性が高いため、400℃を超えるような封着などを必要とする蛍光ランプの製造に適している。
(4)陽イオンと陰イオンがともに置換された、例えばワダライトCa12Al10Si4O32:6Cl-。
ここで、二次電子放出係数γは導電性マイエナイトの電子密度を調整することで調整することができる。例えば電子密度を1.0×1019/cm3とすると、イオンのエネルギーを600eVとしたときに、Xeイオンの二次電子放出係数γを0.15とすることができる。また、例えば電子密度を1.0×1021/cm3とすると、二次電子放出係数γを0.18とすることができる。
初めに炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとを、CaOおよびAl2O3の酸化物換算のモル比で12:7程度(例えば11.8:7.2~12.2:6.8)となるように調合し、常温、常圧の空気中で1200~1350℃程度の温度で6時間程度保持し、固相反応させた後室温まで冷却する。このようにしてマイエナイト型化合物を製造することができる。
上記のようにして得られたマイエナイト型化合物の焼結物をタングステンカーバイド製遊星ミルなどを用いて粉砕した後、加圧成形してペレット状にし、再び1200~1350℃に加熱して焼結体を得る。次に得られた焼結体をカーボン、金属チタン、金属カルシウム、金属アルミニウム等の粉末または破片状の還元剤と共に蓋付き容器に入れ、容器内を低酸素分圧に保った状態で、600~1415℃に保持し、その後冷却すると導電性マイエナイト粒子を得ることができる。この温度が1415℃以下であるとマイエナイト型化合物が溶融し難く、安価な装置で処理できるので好ましい。600℃以上であると、マイエナイト型化合物のケージ中からフリー酸素イオンを引き抜く反応の速度が比較的速く、導電性マイエナイトを比較的早く得られるので好ましい。カーボン、金属チタン、金属カルシウム、金属アルミニウム等の還元剤からなる蓋付き容器(例えばカーボン製の蓋付き容器)に前記焼結体を入れて処理しても、同様に導電性マイエナイトを得ることができる。また、ここで容器内の酸素分圧を調整することで、得られる導電性マイエナイトの電子密度を調整することができる。
図1は本発明の蛍光ランプの実施態様の1つである冷陰極蛍光管を示す概略断面図である。図1に示す態様を、以下では態様1ともいう。
図1に示す冷陰極蛍光管11は、管状のガラス管12の両端に放電電極13が封着され、ガラス管12内の放電空間15には水銀を含む希ガスである放電ガス16が封入されて構成され、ガラス管12の内面には蛍光体14が塗布されている。また、放電電極13はカップ131とリード線132とからなるものであり、カップ131は円筒状であって末端部が円錐状で、当該末端部においてリード線132と溶接等され電気的に繋がっている。リード線132は、図1に示すようにガラス管12の内部から外部まで出ている。
そして、放電ガス16と接する内面、具体的には蛍光体14の表面およびカップ131の表面に層状のマイエナイト型化合物17が配置されている。
PO2=105×exp[{-7.9×104/(T+273)}+14.4] ・・・式(a)
なお、ここで用いる原料混合粉としては、C12A7化合物を構成する単体元素の化合物、例えば炭酸カルシウム、酸化アルミニウムを所定の組成比で混合して用いてもよく、また、CaとAlとの比が例えば3:1や1:1のカルシウムアルミネート化合物を用いてもよい。また、2種以上のCa/Al比のカルシウムアルミネート化合物を用いてもよい。
このようにして冷陰極蛍光管を得ることができる。
この場合の雰囲気圧力としては、通常のグロー放電プラズマが発生する圧力、すなわち0.1~1000Pa程度の圧力が好ましい。このような圧力となるように、雰囲気中に導入されるガスの流量を調節することが好ましい。
グロー放電を用いたプラズマ処理としては、例えばスパッタ装置を用いたプラズマ処理が挙げられる。スパッタ装置のターゲットにマイエナイト型化合物の結晶体を使用してスパッタ処理を行うことにより、発生したプラズマがターゲットであるマイエナイト型化合物の結晶体に接触し、その表面が導電性マイエナイトに変化する。このようなプラズマ処理法では、マイエナイト型化合物中のフリー酸素イオンが、選択スパッタリングにより効果的に電子に置換される。
次に図2Aおよび図2Bを用いて説明する。
図2Aおよび図2Bは本発明の蛍光ランプの実施態様の1つである外部電極式蛍光ランプを示す概略図である。図2Aは概略外観図であり、図2Bは軸方向における概略断面図である。図2Aおよび図2Bに示す態様を、以下では態様2ともいう。
マイエナイト型化合物27をこのように配置すると、イオンのフラックスが多い領域が、スパッタリング耐性に優れたマイエナイト型化合物により被覆されるので、ランプの寿命が長くなるほか、良好な二次電子放出効果が得られ、発光効率が向上し、さらに放電開始電圧が低下する。
例えば、図2Aおよび図2Bに示すような両端が開放された円筒状の放電電極(外部電極)でなく、ガラス管22の封止部分にわたって電極を形成してもよい。また、図2Aおよび図2Bに示すような直管型のガラス管22ではなく、種々の形状のものとすることができ、例えばL字形状やU字形状であってもよい。また、ガラス管22の全長、外径および内径は特に限定されるものではなく、例えば外径4mm、内径3mmのものなどを使用できる。また、ガラス管2を構成するガラス材料は特に限定されるものではない。
また、例えば、蛍光体、溶媒およびバインダーからなるスラリーを調製し、ディップコートなどによりガラス管の内壁に塗布した後、乾燥、焼成を行って、バインダーを除去して、ガラス管内壁に蛍光体を配置する。このガラス管の一方の端部を封止した後、もう一方の端部側に水銀放出合金を挿入し、排気した後、希ガスを導入して封止する。次に水銀放出合金を高周波加熱して水銀を放出させたあと、水銀放出合金の挿入部よりも内側の位置で封止する。このガラス管の外表面に一対の放電電極を形成することにより、外部電極式蛍光ランプが完成する。放電電極は導電性テープによってガラス管外表面を被覆するか、金属ペーストをスクリーン印刷や転写印刷などにより塗布した後、焼成して形成する。
図3に示す態様の外部電極式蛍光ランプは開口部(アパーチャ:α)を有しており、主としてコピー機等に用いられる。
図3に示す態様を、以下では態様3ともいう。
このような領域にマイエナイト型化合物が備えられると、マイエナイト型化合物からの電子放出効果によって、外部電極式蛍光ランプの放電開始電圧が低下し、発光効率が増大する。特に好ましい実施形態の1つでは、前記放電ガスはXeを含む混合ガスである。この場合、前記Xeの濃度は20%超であることが好ましい。マイエナイト型化合物は、Xe励起の二次電子放出特性に優れるので、放電ガス中のXe濃度が大きいほど放電開始電圧低下の効果が顕著となる。
図4は本発明の蛍光ランプの実施態様の1つである平面ランプを示す概略断面図である。図4に示す態様を、以下では態様4ともいう。
例えば、放電電極43は前面ガラス基板421または背面ガラス基板422の少なくとも一方の表面に形成されていてよい。すなわち、放電電極43は前面ガラス基板421および/または背面ガラス基板422の表面の少なくとも一部に形成されていてよい。また、マイエナイト型化合物47はガラス容器42で囲まれた放電空間45の前面ガラス基板421の内面上に配置された蛍光体44に含有されていてもよい。また、マイエナイト型化合物47は誘電体層48に含有されていてもよく、誘電体層48の表面上に配置されていてもよい。
マイエナイト型化合物として導電性マイエナイトを用いる場合には、導電性マイエナイトの酸化作用が促進されないような温度が好ましい。その際には、100~600℃の温度範囲が好ましい。また、焼成時間は10分程度が好ましい。
オープンセル放電測定装置は例えば図6に示す態様である。オープンセル放電測定装置では、真空チャンバ内で2つの試料(試料1、試料2)を対向させ、ArまたはXeなどの希ガスを導入したのち、両試料間に交流または直流電圧を印加する。そして、試料間に放電を生じさせ、放電開始電圧、陰極降下電圧、二次電子放出係数γを測定することができる。
(Al還元バルク電子密度1021/cm-3のγ)
炭酸カルシウムと酸化アルミニウムをモル比で12:7となるように混合して、大気中で1300℃で6時間保持し12CaO・7Al2O3化合物を作製した。この粉末を1軸プレス機を用いて成型体とし、該成型体を空気中で1350℃で3時間保持して、焼結体を作製した。この焼結体は白色であり、電流電圧計を用いて導電性を測定したところ、導電性は示さない絶縁体であった。この焼結体を金属アルミニウムと一緒に蓋付きアルミナ容器に入れ、真空炉中で1300℃まで昇温して10時間保持した後、室温まで徐冷した。得られた熱処理物は黒茶色を呈し、X線回折測定によりマイエナイト型化合物であることが確認された。日立製U3500を用いて測定した光吸収スペクトルから、電子密度が1.4×1021/cm-3であることがわかった。van der Pauwの方法により120S/cmの電気伝導率を有することがわかった。また、得られた熱処理物の電子スピン共鳴(以下ESR)シグナルをJEOL社 JES-TE300で測定したところ、1021/cm3超の高い電子濃度の導電性マイエナイト型化合物に特徴的なg値1.994を有する非対称形であることがわかった。ここで得られたものは導電性マイエナイトであり、以下試料Aともいう。
初めに、陰極として試料Aおよび陽極として金属Moを、約0.4mmの間隔で対向させた状態で真空チャンバ内に設置した。ここで陰極および陽極の設置には、シリカガラス製の試料用治具を用いた。次に、真空チャンバ内を約10-4Paまで排気した後、キセノンガスを導入した。そして、1kHzの交流電圧を印加して放電開始電圧を測定したところ、Pd積が約1.05torr・cmのとき308Vであった。ここで、Pは真空チャンバ内のガス圧、dは陰極-陽極間の距離である。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて(すなわち、陰極として金属Moを用い、陽極として試料Aを用いて)、同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は334Vであった。これより、試料Aを陰極として用いることで26Vの電圧低減効果が得られることが分かった。
次に、上記のように陰極として試料Aまたは金属Moを用いた場合の各々について、圧力を種々変化させて、図7に示すようなパッシェンカーブを得た。パッシェンの法則から、試料Aの二次電子放出係数(γMo(Xe))と、金属Moの二次電子放出係数(γA(Xe))との比(γA(Xe)/γMo(Xe))を求めたところ、2.0であった。
次に、上記のように陰極として試料Aまたは金属Moを用いた場合の各々について、陰極-陽極間電圧の時間変化を測定した。その結果、試料Aを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約308Vであった(図8参照)。また、ガス圧および陰極-陽極間距離を全く同様として、金属Moを陰極として用いた場合は、陰極降下電圧は約318Vであった。これより試料Aを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった。
次に、キセノンガスに代えてアルゴンガスを導入して、上記の放電開始電圧測定試験(その1)と同様に放電開始電圧を測定した。その結果、Pd積が約0.89torr・cm のとき、試料Aを陰極として用いた場合の放電開始電圧は238V、金属Moを陰極として用いた場合の放電開始電圧は256Vであり、18Vの電圧低減効果が得られることが分かった。
同様にキセノンガスに代えてアルゴンガスを導入して、上記の二次電子放出係数測定試験(その1)と同様の操作を行った。そして、試料Aおよび金属Moについてパッシェンカーブを得た。その結果、γA(Ar) /γMo(Ar)の値は1.8であった。
同様にキセノンガスに代えてアルゴンガスを導入して、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Aを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約216Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約224Vであった。
これより、試料Aを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった。
陰極として試料Cおよび陽極として金属Moを、約0.7mmの間隔で対向させた状態で真空チャンバ内に設置した。次に、真空チャンバ内を約10-4Paまで排気した後、アルゴンガスを導入した。そして、1kHzの交流電圧を印加して放電開始電圧を測定したところ、Pd積が約1.79torr・cmのとき200Vであった。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は214Vであった。これより、試料Cを陰極として用いることで14Vの電圧低減効果が得られたことが分かった。
次に、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Cを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約192Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約200Vであった。これより、試料Cを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった。
放電開始電圧測定試験(その1)と同様の方法で、陰極として試料Eおよび陽極として金属Moを、約1.3mmの間隔で対向させた状態で真空チャンバ内に設置した。次に、真空チャンバ内を約10-4Paまで排気した後、アルゴンガスを導入した。そして、1kHzの交流電圧を印加して放電開始電圧を測定したところ、Pd積が約1.66torr・cmのとき242Vであった。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は272Vであった。これより、試料Eを陰極として用いることで30Vの電圧低減効果が得られたことが分かった。
次に、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Eを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約196Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約248Vであった。これより、試料Eを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった(図9)。
金属タングステン基板の代わりに金属モリブデン基板を用いたこと以外は、試料Eを得る場合と同様の方法で、試料Fを得た。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は278Vであった。これより、試料Fを陰極として用いることで50Vの電圧低減効果が得られたことが分かった。
次に、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Fを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約178Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約248Vであった。これより、試料Fを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった(図10)。
<放電開始電圧測定試験(その6)>
金属タングステン基板の代わりに金属ニッケル基板を用いたこと以外は、試料Eを得る場合と同様の方法で、試料Gを得た。
放電開始電圧測定試験(その1)と同様の方法で、陰極として試料Gおよび陽極として金属Moを、約0.16mmの間隔で対向させた状態で真空チャンバ内に設置した。次に、真空チャンバ内を約10-4Paまで排気した後、アルゴンガスを導入した。そして、10Hzの交流電圧を印加して放電開始電圧を測定したところ、Pd積が約3.45torr・cmのとき212Vであった。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は248Vであった。これより、試料Gを陰極として用いることで36Vの電圧低減効果が得られたことが分かった。
<陰極降下電圧(その6)>
次に、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Gを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約164Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約208Vであった。これより、試料Gを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった(図11)。
<放電開始電圧測定試験(その7)>
金属タングステン基板の代わりに金属コバール基板を用いたこと以外は、試料Eを得る場合と同様の方法で、試料Hを得た。
放電開始電圧測定試験(その1)と同様の方法で、陰極として試料Hおよび陽極として金属Moを、約1.3mmの間隔で対向させた状態で真空チャンバ内に設置した。次に、真空チャンバ内を約10-4Paまで排気した後、アルゴンガスを導入した。そして、10Hzの交流電圧を印加して放電開始電圧を測定したところ、Pd積が約2.22torr・cmのとき248Vであった。
次に、陰極と陽極とを入れ換えて同様の測定を行った。その結果、同一のPd積のときの放電開始電圧は268Vであった。これより、試料Hを陰極として用いることで20Vの電圧低減効果が得られたことが分かった。
<陰極降下電圧(その7)>
次に、上記の陰極降下電圧(その1)と同様の操作を行った。その結果、試料Hを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約178Vであり、金属Moを陰極として用いた場合の陰極降下電圧は約240Vであった。これより、試料Hを陰極として用いると陰極降下電圧が低減されることが分かった(図12)。
初めに、導電性マイエナイト型化合物を放電電極として用いて、図1と同様の放電ランプを作製した。この放電ランプは、ガラス管の両端に放電電極が封着され、ガラス管内の放電空間には放電ガスとしてArガスが封入されて構成されている。ただし、ガラス管の内面には蛍光体14は塗布されていない。そして、一方の端の放電電極は、導電性マイエナイト型化合物からなるカップと、カップに固定されたねじつきのニッケル製のピンと、このピンに溶接されたKovar製のリード線とからなるものであり、カップは円筒状であって、外径8mm、内径5mm、長さ16mm、深さ5mmであり、円筒状の窪みであるhollow部を有している。また、リード線はガラス管の内部から外部まで出ている。また、他方の端の放電電極は、金属ニッケルからなるカップが用いられている他は、上記の一方の端の放電電極と同様である。これら2つの放電電極は1cmの間隔でhollow部を対向させて配置されている。この放電ランプは、放電ガスと接する内面に、マイエナイト型化合物が配置されている。
初めに、炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとを、CaOおよびAl2O3の酸化物換算のモル比で12:7となるように調合し、混合した。得られた混合物を空気中において1300℃で6時間程度保持し、固相反応させた後室温まで冷却した。そして得られた焼結物をボールミルを用いて粉砕した後、加圧成形してペレット状にし、再び1350℃に加熱して焼結体を得た。
次に、得られた焼結体を切削加工してカップ状に成型した後、蓋つきのカーボン容器に入れ、真空中において1200~1300℃で6時間保持した。
次に、得られた導電性マイエナイト型化合物からなるカップを、円盤状ガラス(以下、ステムともいう)に封着されたリード線部と接続した。火炎旋盤を用いて、このステムとガラス管の端部とを接合して、一体のガラス管とした。また、ガラス管のもう一方の端には、ニッケルからなるカップを有する放電電極、リード線およびステムを、同様な操作で接合した。このガラス管を排気台に設置して、ステム部に設けられた排気管を用いて、油拡散ポンプにより、10-6Torr に排気した後、500℃で3時間保持して、真空加熱排気を行った。さらに、ガラス管内にArガスを5Torrの圧力で導入した後、排気管を封じて、放電ランプを作製した(以下、放電ランプAともいう)。
放電電極として、マイエナイト型化合物に代えて、同形状に加工した金属モリブデンを用い、かつ、金属モリブデンにあらかじめ1000℃での真空熱処理を行ったこと以外は、上記の<放電ランプ作製(その1)>と同様の操作を行って、放電ランプを作製した(以下、放電ランプBともいう)。この放電ランプの陰極降下電圧は170Vであった。また、放電開始電圧は、336Vであった。
放電ガスとして、Arに代えて、Xeを用いたこと以外は、<放電ランプ作製(その1)>と同様の操作を行って放電ランプを作製した(以下、放電ランプCともいう)。
そして、<放電ランプ作製(その1)>と同様に、導電性マイエナイト型化合物からなる放電電極を陰極とし、直流電圧を印加して、放電ランプCを放電させた。さらに印加電圧を変化させて、最低放電維持電圧を測定したところ150Vであった。この放電ランプは電極間隔が1cmであり、陽光柱もほぼ生じていないことから、陰極降下電圧は150Vである。
また、印加電圧を10Hzのパルス形状として、放電開始電圧を測定したところ342Vであった。
放電電極として、マイエナイト型化合物に代えて、同形状に加工したモリブデン金属を用いて、かつ、モリブデン金属にあらかじめ1000℃での真空熱処理を行ったこと以外は、上記の<放電ランプ作製(その3)>と同様の操作を行って、放電ランプを作製した(以下、放電ランプDともいう)。この放電ランプの陰極降下電圧は198Vであった。また、放電開始電圧は、440Vであった。
次に、図1に示したものと同様の放電ランプの一形態である冷陰極蛍光ランプであって、導電性マイエナイト型化合物からなる放電電極を用いたものと、その代わりに金属モリブデンからなる放電電極を用いたものとを作製し、各々の最低放電維持電圧、管電流、発光輝度および発光効率を測定して比較した。
初めに、導電性マイエナイト型化合物を放電電極として用いて、図1と同様の放電ランプである冷陰極蛍光ランプを作製した。この冷陰極蛍光ランプは、ガラス管の両端に放電電極が封着され、ガラス管内の放電空間には放電ガスとしてArガスが封入されて構成されている。ガラス管は外径3mm,内径2mmであり、ガラス管の内面には蛍光体が塗布されていて、蛍光体が塗布された領域の長さは15cmであった。そして、放電電極は、直径0.8mm、長さ6mmの円筒状の導電性マイエナイト型化合物と、マイエナイト型化合物を固定する、外径1mm,内径0.8mmのニッケル製のスリーブと、このスリーブに溶接されたKovar製のリード線とからなるものである。また、リード線はガラス管の内部から外部まで出ている。これら2つの放電電極は約16cmの間隔で導電性マイエナイト型化合物を対向させて配置されている。この放電ランプは、放電ガスと接する内面に、マイエナイト型化合物が配置されている。
初めに、炭酸カルシウムと酸化アルミニウムとを、CaOおよびAl2O3の酸化物換算のモル比で12:7となるように調合し、混合した。得られた混合物を空気中において1300℃で6時間程度保持し、固相反応させた後室温まで冷却した。そして得られた焼結物をボールミルを用いて粉砕した後、加圧成形してペレット状にし、再び1350℃に加熱して焼結体を得た。
次に、得られた焼結体を切削加工してカップ状に成型した後、蓋つきのカーボン容器に入れ、真空中において1200~1300℃で6時間保持した。
次に、得られた導電性マイエナイト型化合物からなる放電電極を、ガラス管の一方の端に封着した。このガラス管を排気台に設置して、ガラス管の放電電極が封着されていない、もう一方の端を用いて、油拡散ポンプにより、10-6Torr に排気した後、500℃で3時間保持して、真空加熱排気を行った。さらに、ガラス管内に水銀およびArガスを30Torrの圧力で導入した後、あらかじめガラス管の端部に設置した導電性マイエナイト型化合物からなる放電電極を封着して、冷陰極蛍光ランプを作製した(以下、冷陰極蛍光ランプAともいう)。
放電電極として、マイエナイト型化合物に代えて、同形状に加工した金属モリブデンを用い、かつ、金属モリブデンにあらかじめ1000℃での真空熱処理を行ったこと以外は、上記の<冷陰極蛍光ランプ作製(その1)>と同様の操作を行って、冷陰極蛍光ランプを作製した(以下、冷陰極蛍光ランプBともいう)。この冷陰極蛍光ランプの最低放電維持電圧は、580Vであった。また、管電流および輝度を測定し、発光効率を求めたところ(図13)、印加電圧が1kVのときの冷陰極蛍光ランプBの発光効率は、65lm/Wであった。
上記の冷陰極蛍光ランプAおよびBの最低放電維持電圧および発光効率の比較から、マイエナイト型化合物を放電ランプに用いると、最低放電維持電圧が低下し、発光効率が高くなることがわかった。
本出願は、2008年5月30日出願の日本特許出願2008-142911、2008年11月26日出願の日本特許出願2008-300978および2009年4月6日出願の日本特許出願2009-092082に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
12、22、32、42 ガラス管
421 前面ガラス基板
422 背面ガラス基板
13、23(a、b)、33(a、b)、43(a、b) 放電電極
131 カップ
132 リード線
14、24、34、44 蛍光体
15、25、35、45 放電空間
16、26、36、46 放電ガス
17、27、37 マイエナイト型化合物
38 反射膜
39 チューブ
48 誘電体層
Claims (9)
- 放電ガスを含むガラスで囲まれた放電空間と、放電電極と、蛍光体とを備え、さらに前記放電ガスと接する内面の少なくとも一部にマイエナイト型化合物を備える蛍光ランプ。
- 前記放電空間を介して対向する前面ガラス基板および背面ガラス基板と、前記前面ガラス基板または前記背面ガラス基板の少なくとも一方の表面に形成された放電電極と、前記放電電極を被覆する誘電体層とを備え、前記誘電体層が前記マイエナイト型化合物を含む、請求項1に記載の蛍光ランプ。
- 前記放電ガスと接する内面の少なくとも一部に蛍光体が配置され、前記放電空間内に一対の前記放電電極が対向配置され、前記マイエナイト型化合物が前記誘電体層に含有されている、もしくは前記誘電体層の表面上に配置されている、請求項1に記載の蛍光ランプ。
- 前記放電空間を囲む前記ガラスがガラス管であり、前記ガラス管の外面に一対の前記放電電極が配置され、前記放電ガスと接する内面の少なくとも一部に蛍光体および前記マイエナイト型化合物が配置されている請求項1に記載の蛍光ランプ。
- 前記マイエナイト型化合物が、12CaO・7Al2O3化合物、12SrO・7Al2O3化合物、これらの混晶化合物またはこれらの同型化合物である、請求項1~4のいずれかに記載の蛍光ランプ。
- 前記マイエナイト型化合物が含有するAlの一部が、Si、Ge、BまたはGaで置換されている、請求項1~5のいずれかに記載の蛍光ランプ。
- 前記マイエナイト型化合物が、それを構成するフリー酸素の少なくとも一部が電子で置換され、1×1015cm-3以上の電子密度を有している、請求項1~6のいずれかに記載の蛍光ランプ。
- 前記マイエナイト型化合物が、それを構成するフリー酸素の少なくとも一部が前記フリー酸素よりも電子親和力が小さい原子の陰イオンで置換されている、請求項1~7のいずれかに記載の蛍光ランプ。
- 前記放電ガスが、He、Ne、Ar、KrおよびXeからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む、請求項1~8のいずれかに記載の蛍光ランプ。
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