专利名称：无汞灯和灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及无汞灯和包括该无汞灯的灯具。本发明特别涉及一种灯，例如具有被充以惰性气体的放电管的无汞灯。
背景技术：
无汞灯已引起人们注意，而且这种注意近年来考虑到环保尤其在上升，因为它使用象氙这样的惰性气体作为主要放电介质，而且完全不使用水银。此外，使用惰性气体的无汞灯具有的有益效果在于它提供一定水平的亮度，虽然它比水银灯较少受环境温度的影响(参见日本专利申请公开No.62-281256和日本实用新型申请公开No.2-67554)。
因此，组合了无汞灯和荧光灯的无汞荧光灯业已被开发用作一般照明。
然而，无汞荧光灯具有比含汞荧光灯低的亮度，(在下文中，仅仅的“荧光灯”预示为含汞的荧光灯)。因此，使用无汞荧光灯作为可选择的光源，用作广泛用于一般照明的荧光灯来说，需要提高其亮度。一种可能的设想是，为了提高亮度，只需提高其驱动电流。
然而，当在一定点上不断地提高驱动电流时，阳极区将从弥散状态转变为比弥散状态具有更低荧光亮度的收缩状态。就处于弥散状态的阳极区来说，亮度的提高与驱动电流成正比。然而随着阳极区从弥散状态转变为收缩状态，亮度急剧地下降。如由此可以显见的那样，仅仅提高驱动电流可能招致亮度下降的局面。
上述问题并不局限于无汞荧光灯，而且也可应用于发射紫外光线直接用于例如杀菌的无汞紫外灯。
因此，本发明的目的在于提供一种能够提高紫外光辐射量(亮度)，而不增加超过必要的驱动电流的无汞灯，以及包括该无汞灯的灯具。
发明内容
本发明的目的通过一种无汞灯来实现，其包括被充以惰性气体的放电管；被提供在该放电管内的第一内电极单元和第二内电极单元；以及外部电极，其提供在该放电管的外表面上，于点燃期间处于与第一和第二内电极单元之间形成的放电通路对应的区域内，以使沿此放电通路形成的阳极区，由该外部电极在横截面区域内扩展。由于所述结构，当向第一和第二内部电极单元供给电能，以在两个内部电极单元之间产生弥散的阳极区时，该弥散的阳极区由该外部电极在横截面区域内扩展。也就是说，放电通路被扩展(宽度增加)。这使受激励的惰性气体原子的数量增加，从而使紫外光辐射量增加。这便使紫外光辐射量能够增加，而不增加超过必要的电流。
本发明的灯具可提供与上述无汞灯相同的有益效果，因为它包括上述无汞灯和用于点燃该无汞灯的照明电路。
图1A和1B分别为实施例1的无汞荧光灯的局部剖视平面图和局部剖视侧面图；图2表示实施例1的灯具；图3为表示一对照灯中如何产生弥散的阳极区的照片；图4A和4B表示当在对照灯中产生弥散的阳极区时，电极之间的电压/电流波形；图5为表示对照灯中如何产生收缩的阳极区的照片；图6A和6B表示当在对照灯中产生收缩的阳极区时，电极之间的电压/电流波形；图7为表示对照灯点燃时的照片；图8为表示实施例1的无汞荧光灯点燃时的照片；图9A至9D分别表示实施例1的无汞荧光灯中，总光通量、功率消耗、发光效率和峰值电压随外部电极的位置改变而发生的变化；图10A至10D分别表示实施例1的无汞荧光灯中，总光通量、功率消耗、发光效率和峰值电压随外部电极的宽度改变而发生的变化；图11表示实施例2的无汞荧光灯；图12A至12C分别表示总光通量、功率消耗和发光效率，随着作为外部电极提供在实施例2的无汞荧光灯中的两块铝带之一位置的改变而发生的变化；图13为表示实施例2的无汞荧光灯点燃时的照片；图14表示实施例3的无汞荧光灯；图15为表示实施例3的无汞荧光灯点燃时的照片；图16表示用于在对照灯和实施例1至3的无汞荧光灯之间进行对比时作为不同灯特性的测量结果；图17A和17B分别为实施例4的无汞荧光灯的局部剖视平面图和局部剖视侧面图；图19为表示实施例4的无汞荧光灯中，发光效率如何随连接在外部电极上的电阻器的阻值改变而发生的变化；图20表示改进的实施例4的灯具；图21表示实施例5的灯具；图22A至22E表示外部电极的一些改型；图23A至23E主要表示玻璃泡的一些改型；图24A为扁平型无汞荧光灯的局部剖视平面图；图24B为沿图24A中J-J线所取的局部剖视截面图；图24C为沿图24A中K-K线所取的截面图；具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。
实施例1图1A为实施例1的无汞荧光灯2的局部剖视平面图。1B为无汞荧光灯2的局部剖视侧面图。在此应当指出，包括图1A和1B的附图中所示构件未被均匀地按比例缩小。
该无汞荧光灯2包括类圆柱形的玻璃泡4，它由钠钙玻璃制成，且在垂直其纵轴的平面上的截面为圆形。该玻璃泡4被作为放电管的示例表示。该玻璃泡4具有26mm的内径。
该无汞荧光灯2还包括由玻璃泡4的两端支撑的导线6，8，10，12，其中该玻璃泡被密封。导线6和8相互平行，导线10和12相互平行。导线6和10在同一轴线上，导线8和12在同一轴线上。
导线6，8，10，12的端部分别与设置在玻璃泡4内部的内电极14，16，18，20连接。也就是说，无汞荧光灯2在玻璃泡4内包括两对相对的内电极内电极14和16彼此相对而构成一对；内电极18和20彼此相对而构成一对。换而言之，该无汞荧光灯2包括在本实例中为阴极的第一内电极单元19，和在本实例中为阳极的第二内电极单元15，如随后将描述的那样。进一步，这可被理解为，第一内电极单元19包括多个(在本实例中为两个)电极18和20，第二内电极单元15包括多个(在本实例中为两个)电极14和16。
在本实例中，两个相对的每对内电极之间的距离D1为50mm，两对内电极之间的距离D2(基本上为平行设置的内电极之间中心到中心的距离)为10mm。此内电极14，16，18，20例如由镍制成。
荧光层22形成在玻璃泡4的内表面(内壁)上，以覆盖其与两对内电极对应的至少一个面积和夹在两对内电极当中的区域。荧光层22包括象被紫外线激励时发蓝光的BaMgAL10O17:Eu这样的荧光物质。
玻璃泡4被充以惰性气体的混合气体(未表示)氙(Xe)，氖(Ne)和氩(Ar)。此混合气体的混合比(压力比)为Xe∶Ne∶Ar＝70∶27∶3，而且充气压力为13,3kPa。
外部电极24被沿着圆周提供在玻璃泡4外表面上预定位置。该外部电极24为导电件，且在本实例中由铝带形成。该铝带的宽度W1为2,5mm，且其厚度为0,1mm。在实施例1中，该外部电极24，被通过沿管轴方向在距离内电极18和20为D3的位置将铝带缠绕在玻璃泡4周围而形成为环状外部电极。该距离D3将在随后描述。
图2表示包括该无汞荧光灯2的灯具30。
该灯具30包括作为照明电路实例的负脉冲照明电路32(下文中仅称为“照明电路32”)。该照明电路32包括直流电源34，10kΩ的电阻器36，电容器38，二极管40，FET42等。这些元件被连接如图2所示。在图2中，附图标记44和46表示调节流过无汞荧光灯2的电流用的“放电电流限流电阻”。这些放电电流限流电阻为其阻值可在0kΩ至100kΩ范围内改变的可变电阻。附图标记48，50和52表示被提供来通过示波器测量电流值(电流波形)的1kΩ的电阻器。如本实例的图2所示，内电极18和20(第一内电极单元19)为阴极，内电极14和16(第二内电极单元15)为阳极，而且外部电极24被连接到阳极(GND)一侧(下文中，内电极18和20可被称为内电极阴极18和20，内电极14和16可被称为内电极阳极14和16)。在这种情况下，如从图2所示电路图中显见的那样，在正常照明期间，外部电极24被保持一定的电位，该电位不同于沿着形成在相对的电极之间的放电通路形成的阳极区的电位(在本实例中，该外部电极24被保持在高于阳极区电位的电位上)。
这里，在开始描述如何通过灯具30点燃无汞荧光灯2之前，先来描述弥散的阳极区和收缩的阳极区。
通过从灯具30的无汞荧光灯2中除去外部电极，并在玻璃泡4中以6,7kPa的充气压力仅充以氙(Xe)作为填充气体，制备一样品灯，所制备的样品灯通过脉冲发光(pulse lighting)的照明电路32点燃。该脉冲的重复频率于点亮时测得为10kHz，脉冲宽度为20μs。
图3表示点亮时的照片。图4A和4B表示电极之间的电压/电流波形。图4A表示电极14和18之间的电压/电流波形。图4B表示电极16和20之间的电压/电流波形。在图4A和4B中，水平轴表示时间〔μs〕，左面的竖直轴表示电压〔V〕，右面的竖直轴表示电流〔mA〕，电压波形由实线代表，电流波形由短划线代表。而且，上方和下方的虚线分别代表0〔V〕线和0〔mA〕线。
如图3所示，在此点亮的灯中，阳极区在其整个长度上径向扩展(弥散，在此弥散状态下的阳极区称之为“弥散的阳极区”)。
在此弥散状态下，阳极区辐射大量的紫外光，且此紫外光通过荧光物质转换为大量的可见光，由此提供高亮度。也就是说，就处于弥散状态的阳极区来说，紫外光辐射量与电流的大小成比例地增加。
然而，如果电流超出一定的值(此值称为“状态转折点电流值”)，则阳极区转变为如图5的照片所示被收缩成一条线的状态(这种状态下的阳极区称为“收缩的阳极区”)。图6A和6B表示当阳极区处于收缩状态时，电极之间的电压/电流波形。图6A表示电极14和18之间的电压/电流波形，图6B表示电极16和20之间的电压/电流波形，如图4A和4B中的情况。
收缩的阳极区中的紫外光辐射量，远比弥散的阳极区中的紫外光辐射量小。其结果是，随着阳极区转变成收缩状态，灯的亮度急剧下降。也就是说，从阳极区中辐射出最大量的紫外光，是直接在阳极区从弥散状态过渡到收缩状态之前。
考虑到上述情况，本实施例中的灯具30控制可变电阻44和46，以使无汞荧光灯2直接是在阳极区从弥散状态过渡到收缩状态之前发光。
下面描述实施例1中的无汞荧光灯2如何被点燃。
此处应当指出，在以下的描述中，认为是在以下的照明条件下点燃无汞荧光灯2该脉冲重复频率为30kHz；脉冲宽度为20μs。
返回到图1A和1B，本实施例的无汞荧光灯2是在上述照明条件下被点燃，外部电极24形成在距内电极18和20为10mm的位置(作为距离D3)。图8表示点亮时照片。通过从灯具30的无汞荧光灯2中除去外部电极24，制备了对照灯，且此对照灯在同样的照明条件下被点燃。图7表示该对照灯的点燃情况。
由图7和图8可以理解，在包括外部电极24及其附近的区域内，阳极区已被进一步扩展(也就是说，阳极区的横截面积已经增大)。这是因为该阳极区被围绕它的、且被保持在比该阳极区电位高的电位上的外部电极24向外牵引。阳极区横截面积的增大，即放电通路的扩大，使得受激励的原子数增加，从而使紫外光辐射强度增加。这就使作为荧光物质转换结果而产生的可见光的量增加，并使灯的亮度改善(光通量增加)。此外，阳极区的扩大，引起从靠近荧光层的位置辐射紫外光。这又增加了光通量。上述有益效果通过以下实验被证实。
〔实验1〕通过在从0mm至50mm的范围内如图1A所示改变外部电极24和内电极18及20之间的距离D3，对于灯的特性进行测量。
测量结果被表示在图9A至图9D中。图9A表示外部电极位置和总光通量之间的关系。图9B表示外部电极位置和功率消耗之间的关系。图9C表示外部电极位置和发光效率之间的关系。图9D表示外部电极位置和所施加电压(内电极之间的峰值电压)之间的关系。在图9A至图9D中，虚线代表对照灯的测量结果。在此应当指出，总光通量乃是由使用积分光度计测得的照度值转换来的值。
如图9A所示，不论外部电极24的位置如何，无汞荧光灯2的总光通量总是高于对照灯。也就是说，无汞荧光灯2的总光通量总是高于对照灯，不论连接在阴极(GND)一侧的外部电极沿玻璃泡4管轴方向(也就是在，沿稳定照明期间形成的放电通路的方向上)是定位在内电极阴极18和20附近，还是定位在内电极阴极14和16附近。当距离D3为7,5mm时，测得总光通量的最大值(24,0〔lm〕)。随着距离D3变得大于7,5mm，总光通量逐渐下降。作为整体，无汞荧光灯2的总光通量比对照灯高约10％。上述测量结果表明，从获得尽可能高的光通量的观点看，优选外部电极24被置于比内电极阳极14和16更靠近内电极阴极18和20(在D3＝7,5mm的位置最为可取)。这是因为当外部电极24被置于内电极阴极18和20附近时，外部电极24能够防止电流聚集在内电极阴极18和20上面而趋于形成阴极辉点，并且防止阳极区被发生在内电极之间的放电收缩。
如图9B所示，作为整体，无汞荧光灯2的功率消耗比对照灯高约10％。而且作为整体，无汞荧光灯2的功率消耗约为固定的，几乎不变而与外部电极24的位置无关。然而当距离D3＝0mm时，无汞荧光灯24的功率消耗急剧增加。
其中原因之一认为，当外部电极24和内电极18及20间的距离为0时，在外部电极24和内电极18及20之间发生放电。
如图9C所示，随着距离D3变得大于0mm，发光效率逐渐提高，且当大约D3＝15mm时变成最大，然后逐渐降低。而且，当D3在从10mm至40mm的范围内时，无汞荧光灯2的发光效率可靠地比较高。
如图9D所示，本实验中无汞荧光灯2所施加的电压总比对照灯低。这可归因于无汞荧光灯2中提供外部电极24这一事实。约当D3＝15mm时，无汞荧光灯2所施加的电压变成最低。施加的电压越低，电源的尺寸可以越小，其便于灯的设计。由图9D判断，优选D3在从5mm至20mm的范围内，更为优选D3在从10mm至20mm的范围内。
〔实验2〕作为第二个实验，通过在从1mm至17,5mm的范围内改变外部电极的宽度W1(参见图1A)，对于灯的特性进行测量。在这个实验中，距离D3被固定在10mm，对于此，比较大的总光通量和比较高的发光效率在实验中曾被测量过。
测量结果被表示在图10A至图10D中。在图10A至图10D中，水平轴表示外部电极的宽度W1，竖直轴表示与图9A至9D中相同的内容。在图10A至图10D中，虚线表示对照灯的测量结果。在此应当指出地是，虽然对照灯的值于图9A和10A之间、于图9B和10B之间，以及于图9C和10C之间略有变化，这是由于实验1和2是在不同的时间进行的。这还适用于实验1和2的结果与实验3和4的结果之间的关系，将在随后叙述。
如图10A所示，无汞荧光灯2的总光通量在本试验中总是高于对照灯。当宽度W1在从5mm至15mm的范围内时，无汞荧光灯2的总光通量约为固定的。当宽度W1为此范围内的10mm时，总光通量的最大值(23,8〔lm〕)被测得。随着宽度W1变得大于10mm，总光通量逐渐降低。这是由于本实例中用作外部电极的铝带遮光。
如图10B和10C所示，随着宽度W1变大，功率消耗变大，而且发光效率下降。发光效率的降低归因于功率消耗的增加。功率消耗的增加被认为归因于下面的原因。也就是说，发生在外部电极和内电极之间的放电为介电壁垒放电(a dielectric barrier discharge)，其中存在于外部电极和内电极之间的玻璃泡变成了电容。这就是说，随着外部电极宽度的增大，外部电极与玻璃泡外表面接触的面积增加。这也就增加了电容，而且同样地增加了流入外部电极的电流。这就使功率消耗增加。
如图10D所示，随着外部电极24宽度W1变大，所施加的电压下降。
顾及实验1和2的结果，优选外部电极24和内电极18及20间的距离为10mm，而且优选外部电极24的宽度W1为2,5mm或更小。
在上述实例中，仅蓝荧光物质(BaMgAl10O17:Eu)被用作构成荧光层的荧光物质。然而并不局限于此，作为构成荧光层的荧光物质，可以使用蓝荧光物质(BaMgAl10O17:Eu)、红荧光物质(Y2O3:Eu)、绿荧光物质(LaPO4:Ce，Tb)的混合荧光物质，以便作为整体发出白光。
与实施例1中无汞荧光灯2相符合的灯被制造过，其中上述三色荧光物质被用来形成荧光层，而且外部电极24被提供为放置2,5mm宽的铝带在距离内电极18及20为10mm(以作为距离D3)的位置。所制造的灯提供以180〔lm〕的总光通量，和50〔lm×W-1〕的发光效率。
实施例2图11为实施例2的无汞荧光灯60的局部剖视平面图。在实施例1的无汞荧光灯2中(参见图1A和1B)，外部电极由一块铝带组成。在实施例2的无汞荧光灯60中，两块铝带被用作外部电极。在其他方面，实施例2的无汞荧光灯60具有与实施例1的无汞荧光灯2基本相同的结构。因此，以下对实施例2的描述将以与实施例1的区别为中心，对于共同组件则赋予相同的附图标记，并且省略对共同组件的描述。
无汞荧光灯60配备有与外部电极24类似的铝带62，且被沿其外围设置在玻璃泡4的外表面上。也就是说，在实施例2的无汞荧光灯60中，外部电极64由两决铝带24和62组成。为方便起见，24这块铝带又称为第一外部电极24，62这块铝带又称为第二外部电极62。尽管并未表示，第二电极62被导线连接在图2所示的电路中，以使此第二外部电极62被保持在与第一外部电极24相同的电位下。
〔实验3〕作为第三个实验，实验3以与实验1相同的方式进行，即通过将第一外部电极24和第二外部电极62两者的宽度设置为2,5mm，将外部电极24距内部电极18和20的距离D3固定在10mm，并且改变第二外部电极62至内部电极18和20的距离D4。图13为表示当第二外部电极置于玻璃泡4中间时(D4＝25mm)，点亮的无汞荧光灯60的照片。
测量结果被表示在图12A至12C中。图12A表示第二外部电极62的位置和总光通量之间的关系。图12B表示第二外部电极62的位置和功率消耗之间的关系。图12C表示第二外部电极62的位置和发光效率之间的关系。在图12A至图12C中，虚线代表对照灯的测量结果。而且短划线表示仅使用第一外部电极24且距离D3被设置为10mm时，从实验1获得的最佳值。
如图12A所示，不论第二外部电极62的位置如何，无汞荧光灯60的总光通量总是高于对照灯。作为整体，无汞荧光灯60的总光通量高于对照灯约30％。随着第二外部电极62更加远离内部电极18和20，总光通量增加。当距离D4为50mm时，测得总光通量的最大值(26,0〔lm〕)。而且，当第二外部电极62置于比第一外部电极24更靠近内电极阳极14和16时，测得的总光通量超过只使用第一外部电极24的灯由短划线表示的总光通量。据认为，这是由于在第一外部电极24和内电极14及16之间的空间中，由第一外部电极24扩展的阳极区，被第二外部电极62防止收缩。
如图12B所示，实施例2中无汞荧光灯60的功率消耗大于由虚线表示的对照灯约30％，但与仅使用第一外部电极24的灯由短划线表示的大致相同。而且此功率消耗大致为固定的，不论第二外部电极62的位置如何。据认为这是由于与玻璃泡4的外表面相接触的第一外部电极24和第二外部电极62的总面积不变，，即使第二外部电极62的位置发生变化。
如图12C所示，随着实施例2中无汞荧光灯60的第二外部电极62越来越远离内电极18和20，发光效率在提高。当距离D4在从5mm至小于30mm的范围内时，无汞荧光灯60的发光效率，约与仅使用第一外部电极24的灯由虚线表示的发光效率相同。然而当距离D4为30mm或更大时，无汞荧光灯60的发光效率超过仅使用第一外部电极24的灯。由此可以判断，就发光效率而论，优选第一外部电极24被置于更靠近一组电极(在本实例中为内部电极阴极18和20)，而且第二外部电极62被置于更靠近另一组电极(在本实例中为内电极阳极14和16)。
实施例3图14为实施例3中无汞荧光灯70的平面图。实施例3的无汞荧光灯70具有与实施例1中无汞荧光灯2基本上相同的结构，除了外部电极的形状之外。因此，以下对实施例3的叙述将以与实施例1的区别为中心，对于共同的组件则赋予同样的附图标记，而且省略对共同组件的描述。
无汞荧光灯70配备以外部电极72，其由沿玻璃泡4外围螺旋缠绕在其外表面周围的2,5mm宽的铝带组成。铝带在玻璃泡4周围开始缠绕，是在其表面上与其内部存在的内电极阴极18和20对应的位置；铝带在玻璃泡4周围结束缠绕，是在其表面上与其内部存在的内电极阳极14和16对应的位置。铝带以相同的节距在其周围被缠绕多次(在本实例中为4次)。而且引线(未表示)被连接在铝带的阴极侧一端，以使外部电极72被保持在不同于阳极区电位的电位下。
图15为表示当无汞荧光灯70被图2所示的照明电路32点亮时，其发光情况的照片。
当与图8所示实施例1的无汞荧光灯2的发光、与图13所示实施例2的无汞荧光灯60的发光进行对比时，可以发现，图15的无汞荧光灯70沿管轴方向，在玻璃泡4的整个长度上呈现最大的阳极区扩展。
〔实验4〕相应地，与对照灯、无汞荧光灯2、无汞荧光灯60和无汞荧光灯70符合的灯被制成，其中仅以10,7kPa的充气压力在玻璃泡4中被充以氙气(Xe)作为填充气体(这些灯分别被称为对照灯L、无汞荧光灯2L、无汞荧光灯60L和无汞荧光灯70L)。这些灯被进行实验，并且灯的各种特性被进行测量。
此处，在无汞荧光灯2L，60L和70L中，构成外部电极的铝带的宽度被设置为2,5mm。在无汞荧光灯2L中，第一外部电极24距内电极阴极18和20的距离D3(参见图1A)被设置为10mm。在无汞荧光灯60L中，第一外部电极24和第二外部电极62距内电极阴极18和20的距离D3和D4(参见图11)，分别被设置为10mm和25mm。在无汞荧光灯70L中，螺旋的节距被设置为10mm。
测量结果被表示在图16中。
如图16所示，无汞荧光灯70L的总光通量最高，接下来依次是无汞荧光灯60L、无汞荧光灯2L和对照灯L。作为放电电压的测量结果(同为峰值电压)，呈现相反的顺序，而且无汞荧光灯70L最低。对照灯L的功率消耗最小，接下来依次为无汞荧光灯2L、无汞荧光灯60L和无汞荧光灯70L。据认为这是由于，随着与玻璃泡外表面接触的外部电极面积的增大，功率消耗增加。由于这个原因，作为发光效率的测量结果，与功率消耗的结果类似。
实施例4图17A为实施例4的无汞荧光灯90的局部剖视平面图。图17B为无汞荧光灯90的局部剖视侧面图。
实施例4的无汞荧光灯90具有与实施例1的无汞荧光灯2(参见图1A和1B)基本相同的结构，除了荧光层和阴极侧内电极单元的结构之外。因此，以下对实施例4的叙述将以与实施例1的区别为中心，对于共同的组件则赋予同样的附图标记，而且省略对共同组件的描述。
在实施例1的无汞荧光灯2中，只有蓝色荧光物质(BaMgAl10O17:Eu)被用作构成荧光层的荧光物质。然而在实施例4的无汞荧光灯90中，荧光层91由蓝荧光物质(BaMgAl10O17:Eu)、绿荧光物质(LaPO4:Ce，Tb)和红荧光物质(Y2O3:Eu)组成，以至于作为整体发出白光。
在实施例1的无汞荧光灯2中，阴极侧内电极单元和阳极侧内电极单元中的每个均由多个电极(在本实例中为2个)组成。然而在实施例4的无汞荧光灯90中，阴极侧内电极单元由单个内电极92组成。这种结构方便灯的制造，因为它使灯的结构简化。此外，这种结构还使供电系统简化，因为它只需要一条线来对阴极侧供电。
在垂直于玻璃泡4管轴方向的方向上，内电极92的长度D6被设置为足以面向内电极14和16。也就是说，D5和D6之间的关系被表示为D5 D6。经过与之相连接的导线94，向内电极92(下文中，内电极92可被称为内电极阴极92)供电。
在实施例4中，外部电极24的宽度W1被设置为2,5mm，而且外部电极24在离开内电极92为5mm的位置(距离D3)被缠绕在玻璃泡的周围。在玻璃泡4中，仅以10,7kPa的充气压力被充以氙(Xe)作为填充气体。在此应当指出，外部电极的形式或位置，或则填充气体的类型或充气压力，并不局限于上述那些，但其可被设置为与实施例1-3中所列举相同的值。
图18表示包括上述无汞荧光灯90的灯具100。
灯具100与图2所示实施例1的相应灯具的区别在于，电阻器102被连接在较靠近内电极阴极92设置的外部电极24上，其中该电阻器102为一例限制流过外部电极24的电流的限流元件。也就是说，外部电极24经过电阻器102被连接在从直流电源34(照明电路32)伸出并且到达内电极阳极14和16的供电通路104上。
为什么电阻器102被连接在外部电极24上的理由如下。在上述实施例2中已被确认，随着外部电极24的宽度W1逐渐变大，功率消耗变大，而且发光效率降低。考虑到这种情况，假想发光效率的改善，可以通过减小(限制)流过外部电极24而不对发光直接作出贡献的电流来做到。
如上假想的有益效果，通过以下的实验已被证实。
〔实验5〕图18所示电阻器102的电阻值在从1kΩ至104kΩ的范围内改变，而且与此电阻值改变对应的发光效率〔lm/W〕变化也被测量。在本实验中，脉冲的重复频率被设置为25kHz，而且脉冲宽度被设置为2μs。
实验结果被表示在图19中。在图19的图形中，虚线表示该灯在未提供外部电极的情况下测得的发光效率。与此类似，双短划线表示该灯在提供有外部电极但其未与照明装置电路的任何组件连接的情况下(也就是说在开放状态下)，所谓的电不定状态(electricallyfloating state)下，测得的发光效率。
图19表明发光效率随电阻器102的电阻值增大而提高的趋势。该图还表示当电阻值超过100kΩ时，无汞荧光灯90的发光效率高于未提供以外部电极的灯的发光效率。
在上述实施例1-4中，外部电极被连接在阳极侧。然而外部电极也可被连接在阴极侧。
作为实施例4的改型，图20表示外部电极被连接在阴极侧情况下的实例。图20表示包括本改型的无汞荧光灯110的灯具112的概略结构。在图20中，与在图18中所示为共同的组件，被赋予同样的附图标记，而且省略对共同组件的描述。
如图20所示，无汞荧光灯110的外部电极24被连接在阴极侧。也就是说，外部电极24经过电阻器102被连接在从直流电源34(照明电路32)伸出并且到达内电极阴极92的供电通路114上。而且，外部电极24沿玻璃泡4的管轴方向被设置为比内电极阴极92更靠近内电极阳极14和16。
已被确认，如无汞荧光灯90(图18)的情况那样，具有上述结构(图20)的无汞荧光灯110，可以获得比未提供以外部电极的传统无汞荧光灯更大的光通量。然而也还确认，无汞荧光灯90比无汞荧光灯110获得更大的光通量。
归因于以下原因，无汞荧光灯90在点燃电压方面比无汞荧光灯110低。电子从阴极(内电极阴极92)释放出来，并且朝向阳极(内电极阳极14和6)移动。据认为，电子从无汞荧光灯90中的内电极阴极92释放，比无汞荧光灯110中更容易。在无汞荧光灯90中，(i)外部电极24沿玻璃泡4的管轴方向被提供为更靠近内电极阴极92，而且(ii)外部电极24被连接在阳极侧，以致外部电极24被保持在比内电极阴极92的电位高的电位下。与此对比，在无汞荧光灯110中，(i)外部电极24被提供在比无汞荧光灯90中更远离内电极阴极92，而且(ii)外部电极24被连接在阴极侧，以致外部电极24被保持在比内电极阴极92的电位低的电位下。由于这种结构上的差异，外部电极24在无汞荧光灯90中对从内电极阴极92提取电子的作用，比在无汞荧光灯110中更强。
在此应当指出，在上述改型的无汞荧光灯110中，外部电极24被置于由实线表示的位置，也就是说，被置于沿玻璃泡4管轴方向更靠近内电极阳极14和16的位置(在本实例中是在内电极阳极14和16的附近)。然而并不局限于此，外部电极24可被置于由虚线表示的位置，也就是说，被置于沿玻璃泡4管轴方向更靠近内电极阴极92的位置(在本实例中是在内电极阴极92的附近)。曾被确认，即使具有这种结构，此改型的无汞荧光灯110比未提供以外部电极的传统无汞荧光灯，可获得更大的光通量。
实施例5在上述实施例中，外部电极不是被连接在阴极侧，就是被连接在阳极侧。然而当多个导电件(多块铝带)被用作外部电极时，多个导电件中的每个导电件可被连接在阴极侧和阳极侧中不同的一侧。这种连接的实例将利用实施例2的无汞荧光灯60(图11)加以说明。
图21表示包括无汞荧光灯60的灯具130。
在此实例中，第一外部电极24被置于更靠近内电极阴极18和20(在本实例中是在内电极阴极18和20的附近)，而且第二外部电极62被置于更靠近内电极阳极14和16的位置(在本实例中是在内电极阳极14和16的附近)。
而且，第一外部电极24被连接在阳极侧。也就是说，第一外部电极24经过电阻器134被连接在从直流电源34伸出并到达内电极阳极14和16的供电通路132上。
另一方面，第二外部电极62被连接在阴极侧。也就是说，第二外部电极62经过电阻器138被连接在从直流电源34伸出并到达内电极阴极18和20的供电通路136上。
如上所述，上述实施例的无汞荧光灯和灯具，通过使用照明电路从内电极阴极和内电极阳极供电而产生弥散的阳极区，并且通过使围绕此阳极区提供的外部电极保持在比阳极区电位高的电位上，而使此阳极区被径向扩展。这样的结构能使放电通路扩展(能使放电通路的宽度增加)，并使被激励的惰性气体原子数量增加。这便容许紫外光辐射强度增加，从而使经过荧光物质向外发出的可见光量增大。此外，弥散的阳极区的径向扩展，引起紫外光从靠近荧光层的位置辐射出去。这又提高了光通量。
上述有益效果，可从如下的另一方面耒理解。也就是说，随着放电通路被扩展，阳极区中的电阻减小。这导致所流过电流的增大。换句话说，供给外部电极，使其有可能提高“状态转变电流值”，即阳极区从弥散状态转变到收缩状态时的电流值。也就是说，供给外部电极，使其能够提高阳极区保持在弥散状态时流过的电流。这增加了紫外光辐射的量，从而提高了光通量。
此外，尽管在此未提供详细数据，然而已被证实，上述实施例的无汞荧光灯在点燃电压方面比对照灯低。这是由于以下原因发生的。也就是说，由于提供外部电极，外部电极和内电极(阴极)之间的放电，通过在内电极之间施加比点燃电压低的电压而被启动。这引起初始电子被供应，有助于内电极之间放电的启动。
而且，通过将外部电极经由电阻器与照明电路相连，并不直接对发光作贡献的电流(流过外部电极的电流)被减小(被限制)。这又提高了发光效率。
迄今，本发明已通过实施例作出解释。然而，并不局限于上述实施例，本发明还可以下述形式作出。
(1)在上述实施例中，外部电极被通过将铝带缠绕在玻璃泡周围的整个周长上而形成。然而，外部电极并不局限于这种形式，而是可以如图22A至22E所示那样构成。
(i)图22A和22B表示上述情况的一个实例，其中外部电极被通过在垂直于玻璃泡4管轴方向，沿圆周将多块(在本实例中为8块)矩形的导电金属薄片(在本实例中为铝薄片)82，以一定间隔(在本实例中以规则的间隔)固定在玻璃泡4的外表面上来形成。图22A为玻璃泡4和外部电极一部分的透视图。图22B为沿通过图22A所示外部电极(导电金属薄片)的线截取的剖面图。为简单起见，图22B中的玻璃泡4仅由其圆周代表。由于供给具有上述结构的外部电极，通过使每块导电金属薄片82保持在不同于阳极区电位的电位上，因为金属薄片82和阳极区之间的电位差(the difference)，通过每块铝金属薄片82将阳极区向外部拉伸，则如上述实施例同样的有益效果可以获得。
在此应当指出，导电金属薄片的形状并不局限于矩形，而是可以为任意形状。而且，多块铝金属薄片并不必需以规则的间隔设置，而是可以以任意间隔设置。
(ii)在上述形式(i)中，外部电极包括8块导电金属薄片82。然而并不局限于此，外部电极可以通过例如沿玻璃泡4的圆周方向将3块导电金属薄片82A-82C设置在其外表面上来形成，如图22C所示。在此情况下，阳极区在横截面中的中心，被包括在由3块导电金属薄片82A-82C和连接相邻一对导电金属薄片82A-82C端部的线(图22C中的短划线)所环绕的区域中。由于这种结构，阳极区被3块导电金属薄片82A-82C(沿三个方向)向外拉伸，而且阳极区的横截面积通过被拉伸部分的面积而增加。换句话说，这种结构的做法是，通过将多块导电金属薄片设置在玻璃泡4外表面上彼此相隔的位置，以使阳极区在横截面中的中心，被包括在由多块导电金属薄片和连接相邻一对导电金属薄片端部的线所环绕的区域中。
(iii)图22D表示通过将两块铝带84A和84B彼此相对设置在玻璃泡4外表面上而形成外部电极的实例。而且在此实例中，两块导电金属薄片(铝带84A和84B)被沿玻璃泡4圆周方向设置在其外表面上彼此相隔的位置，以使阳极区在横截面中的中心，被包括在由两块导电金属薄片(铝带84A和4B)和连接两块导电金属薄片(铝带84A和4B)端部的线(图22D中的短划线)所环绕的区域中。因此，本形式可提供与上述形式(ii)相同的有益效果。
(iv)图22E表示通过将一块铝带86缠绕在玻璃泡4周围以覆盖其圆周一半而形成外部电极的实例。而且在此实例中，阳极区在横截面中的中心，被包括在由这块导电金属片(铝带86)和连接这块导电金属片(铝带86)端部的线(图22E中的短划线)所环绕的区域中。在此应当指出，这种情况下，外部电极的形成，可以通过将一块铝带缠绕在玻璃泡4周围以覆盖多余其圆周一半耒实现，也就是说，通过缠绕一块铝带，以使在横截面中通过这块铝带和连接玻璃泡4中心及这块铝带两端的线形成的扇形的中心角，为180度或者更大。
(2)在上述实施例中，带或者矩形的导电金属薄片被用作构成外部电极的构件。然而并不局限于此，金属丝也可以使用。也就是说，外部电极可以通过将金属丝缠绕在玻璃泡4周围来形成。
(3)在上述实施例中，铝被用作外部电极的材料。然而并不局限于此，其它金属也可以使用。
而且，外部电极可以通过由ITO(In2O3:SnO2)制成的透明导电薄膜来形成。在这种情况下，外部电极的形成，是通过将此透明的导电薄膜缠绕在玻璃泡4周围，以覆盖(环绕)玻璃泡整个外圆周于阳极区的整个长度上耒实现。
(4)玻璃泡的形状并不局限于上述实施例中所示的那些形状。例如玻璃泡可以为以下形状。
(i)上述实施例中使用的玻璃泡的横截面为圆形。然而并不局限于此，玻璃泡可以为任意形状。例如玻璃泡的横截面可以为基本上的椭圆形。
尤其希望将横截面基本为椭圆的玻璃泡应用于上述实施例1-5，以减小亮度的不均匀性。其理由将参照图23A和23B进行描述。
图23A为沿图1A中H-H线截取的实施例1的无汞荧光灯2的剖面图。由于无汞荧光灯2包括两对内电极，所以阳极区便在相对的内电极14和18之间以及相对的内电极16和20之间产生(参见图1A)。
无汞荧光灯2中产生的阳极区，形成如图23A中短划线表示的横截面形状。也就是说，阳极区PC1和PC2分别对应于内电极14和16产生，且此阳极区PC1和PC2彼此部分重叠。在图23A所示的本实例中，阳极区PC1和PC2沿水平方向对准。在这种情况下，如果玻璃泡4的横截面为圆形，则荧光层22和阳极区PC1及PC2之间的距离(间隙)，在垂直方向大而在水平方向小。这引起亮度不均匀。因此，优选玻璃泡4被加工成一定形状，以保持荧光层22和阳极区PC1及PC2之间的距离在横截面中不变。由于这个原因，优选玻璃泡140被加工成如图23B所示的椭圆形状。也就是说，优选玻璃泡140被加工成一定的横截面形状，其比较类似于由沿垂直于阳极区(放电通路)的平面设置的内电极14和16形成的横截面形状。在此应当指出，在图23B至23E中，短划线表示阳极区在横截面中的形状。
图23C表示的案例，其中玻璃泡144被加工成类似于由水平排成一行的内电极142A至142E形成的横截面形状的、基本为水平长距形的横截面形状。在此应当指出，该实例也是随后将要描述的扁平型玻璃泡实例。
图23D表示的案例，其中玻璃泡148被加工成类似于由内电极146A至146C形成的三角形横截面形状的、基本为三角形的横截面形状。
图23E表示的案例，其中玻璃泡152被加工成类似于由内电极150A至150D形成的方形横截面形状的、基本为方形的横截面形状。
(ii)玻璃泡在沿垂直其纵轴的平面截取的横截面中可以为矩形的形状。也就是说，玻璃泡可以为所谓的扁平型玻璃泡，即扁盒的形状。
图24A至24C表示包括这种扁平型玻璃泡的无汞荧光灯160的实例。
图24A为此无汞荧光灯160的局部剖视平面图。图24B为沿图24A中J-J线所取的局部剖视截面图。图24C为沿图24A中K-K线所取的截面图。
无汞荧光灯160包括扁平型玻璃泡162。
无汞荧光灯160还包括被玻璃泡162的两端支撑且沿纵向排列的一些导线164，166，168和170，玻璃泡162被密封在其上面。导线164，166和168彼此平行，而且导线166和170在同一轴线上。导线164，166，168和170的端部相应地与设置在玻璃泡内部的内电极172，174，176和178相连接。也就是说，无汞荧光灯160在其玻璃泡162内包括一组多个(在本实例中为3个)与单个内电极178相对的内电极172，174和176。内电极172，174，176和178例如由镍制成。
荧光层180被形成在玻璃泡162的内表面上。荧光层180可以与实施例1的荧光层相同。
玻璃泡162被填充以惰性气体氙(Xe)，氖(Ne)和氩(Ar)的混合气体(未表示)。
外部电极182被沿着圆周提供在玻璃泡162外表面上的预定位置处。外部电极182可以象实施例1的情况那样由铝带形成。此外，外部电极182可以为实施例2-5中描述的外部电极中的任意形式。
在具有上述结构的无汞荧光灯160中，当通过导线164，166，168和170供电时，产生与多个(在本实例中为3个)内电极172，174和176一样多的阳极区。由这些阳极区产生的紫外线，通过荧光层180被转换成可见光，且此可见光被发射到玻璃泡162外部。
上述扁平型无汞荧光灯160，预期可被用作作为移动电话、汽车导航系统之类的显示单元用的比较小的液晶显示设备的背景光光源。
(iii)玻璃泡并不局限于直的玻璃泡，而是可以为字母U的形状，螺旋形状，或者球形。
(5)在上述实施例1-3中，两对内电极被提供在玻璃泡中。然而并不局限于此，在玻璃泡中也可以只提供一对内电极。换一种方式，也可以在玻璃泡中提供3或更多个内电极。
(6)在上述实施例1-3中，两个内电极单元中的每个包括相同数量的电极(在本实例中为2个)。然而并不局限于此，两个内电极单元中的每个可以包括不同数量的电极。例如两个内电极单元可以分别包括3个电极和2个电极。
(7)充填在玻璃泡内的惰性气体的类型和充填压力，并不局限于上述那些。
(8)构成荧光层的荧光物资的类型和组合，并不局限于每个实施例中以上描述的那些。例如在实施例1-3和5中，只有蓝荧光物资被用作构成荧光层的荧光物资。然而并不局限于此，荧光层可以包括蓝、绿和红荧光物资，以至于作为整体发出白光。相反，实施例4中的荧光层可以只包括蓝荧光物资。换一种方式，实施例1-5中的荧光层可以包括白荧光物资〔Ca10(PO4)6FCl:Sb，Mn〕。
(9)在上述实施例中，本发明已被应用于无汞荧光灯。然而并不局限于荧光灯，本发明还可应用于无汞紫外线灯。也就是说，可以从上述实施例中叙述的荧光灯中去除荧光层(或者可以不必在其中形成)，而且不带荧光层的荧光灯可以用作无汞紫外线灯。紫外线灯将紫外线发射到物体上，例如用于该物体的杀菌。
(10)在上述实施例中，其中在所述任何情况下的外部电极，均被连接到无汞荧光灯照明电路上。然而并不局限于此，外部电极也可被连接在其它目标上。例如，外部电极可被连接在有别于包括照明电路的系统的系统中的电路上。总括地说，外部电极可以任何方式被连接至其被保持在不同于阳极区电位的电位上。
工业适用性本发明对环境保护作出贡献。本发明适用于例如无汞紫外线灯无汞荧光灯领域。
权利要求
1.一种无汞灯，包括被充以惰性气体的放电管；提供在该放电管内的第一内电极单元和第二内电极单元，以及外部电极，其提供在该放电管的外表面上，于点亮期间处于与第一和第二内电极单元之间形成的放电通路对应的区域内，以使阳极区沿该放电通路产生，并由该外部电极在横截面区域内扩展。
2.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被设置为围绕该放电管外表面，且被保持在不同于阳极区电位的电位上。
3.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被提供在该放电管的外表面上，处于与该放电管中产生的阳极区对应的区域内。
4.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极由包括第一导电件和第二导电件的至少两个导电件组成，其间以一定距离沿该放电通路被对准在该放电管的外表面上。
5.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被形成为环形形状。
6.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被形成为螺旋形状。
7.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被形成为透明导电薄膜。
8.根据权利要求1的无汞灯，其中该外部电极被与限制流过它的电流的限流元件相连接。
9.根据权利要求8的无汞灯，其中该外部电极沿该放电通路，被设置在比第二内电极单元更靠近第一内电极单元，而且该外部电极经过该限流元件，被连接在从无汞灯的照明电源伸出并到达第二内电极单元的供电通路上。
10.根据权利要求9的无汞灯，其中该第一内电极单元在放电期间作为阴极工作。
11.根据权利要求4的无汞灯，其中该第一导电件被设置在比第二内电极单元更靠近第一内电极单元，该第二导电件被设置在比第一内电极单元更靠近第二内电极单元。
12.根据权利要求11的无汞灯，其中该第一导电件经过第一限流元件，被连接在从无汞灯的照明电源伸出到达第二内电极单元的供电通路上，而且该第二导电件经过第二限流元件，被连接在从无汞灯的照明电源伸出到达第一内电极单元的供电通路上。
13.根据权利要求1的无汞灯，进一步包括形成在该放电管内表面上的荧光层，当受到紫外光线激励时，该荧光层发光。
14.根据权利要求1的无汞灯，其中第一内电极单元和第二内电极单元中的至少一个包括多个电极，且在点亮时，产生与电极一样多的阳极区。
15.根据权利要求14的无汞灯，进一步包括形成在该放电管内表面上的荧光层，当受到紫外光线激励时，该荧光层发光，其中与该放电管中产生的阳极区对应的该放电管的至少一部分，被加工成一定的横截面形状，其类似于由沿垂直于放电通路的平面设置的多个电极形成的横截面形状。
16.根据权利要求14的无汞灯，其中该放电管为扁平盒形状。
17.一种灯具，包括权利要求1至16之一所述的无汞灯，和用于点燃该无汞灯的照明电路。
18.根据权利要求17的灯具，其中该照明电路通过保持该阳极区为弥散状态而点燃该无汞灯。
19.根据权利要求17的灯具，其中该照明电路容许外部电极被保持在不同于阳极区电位的电位上。
全文摘要
一种无汞灯，包括被充以惰性气体的玻璃泡(4)；提供在玻璃泡(4)内的第一内电极单元(19)和第二内电极单元(15)；和外部电极(24)，其提供在玻璃泡(4)的外表面上，于点亮期间处于与第一内电极单元(19)和第二内电极单元(15)之间形成的放电通路对应的区域内，以使阳极区沿该放电通路产生，并由该外部电极在横截面区域内扩展。第一内电极单元(19)包括内电极(18)和(20)，第二内电极单元(15)包括内电极(14)和(16)。
文档编号H01J61/10GK101048849SQ20058003709
公开日2007年10月3日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月27日
发明者神野雅文, 本村英树, 堀井滋 申请人:松下电器产业株式会社, 神野雅文, 本村英树