专利名称：放电灯管和照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如热阴极放电灯管的放电灯管以及包括放电灯管的照明装置。
背景技术：
通常将使用荧光物质的放电灯管用作为光源。
当放电灯管使用荧光物质时，可以例举出热阴极型放电灯管和冷阴极型放电灯管。
热阴极放电灯管具有一种结构，其中具有灯丝或螺线的电极设置在玻璃管的两端部分上，诸如氩气或水银的气体充满玻璃管内部的空间，并且荧光物质涂敷在玻璃管的内表面上(例如，参见所引用的专利参考1)。
冷阴极放电灯管具有一种结构，其中电极设置在玻璃管的两端部分上，诸如氩气或水银的气体充满玻璃管内部的空间，荧光物质涂敷在玻璃管的内表面上。冷阴极型放电灯管的电极上没有设置灯丝或螺线。
具体地，由于热阴极型放电灯管具有高发光效率和亮度，它通常被用作照明装置并且同时应用到液晶显示器的背景光。
〔所引用的专利参考1〕日本公开专利申请公报号.5-251042但是，由于相关技术的热阴极型放电灯管的直径达到20mm，因此并不适于用在小型设备的液晶显示器的背景光应用中。
另一方面，由于冷阴极型放电灯管在阴极中有大幅压降，它的发光效率就会不可避免地降低。
相应地，期望放电灯管的直径减少且其发光效率增加。
发明内容
考虑到前述方面，本发明旨在提供一种放电灯管，其直径减小，并可实现高发光效率。
同时，本发明旨在提供一种包含有该放电灯管的照明装置。
根据本发明的一方面，提供一种放电灯管，包括具有电子放射材料涂敷其上的电极的玻璃管，所述电极分别设置在玻璃管的两端，其中所述玻璃管具有密封其中的包括发光材料的气体，该玻璃管的直径小于6.5mm，并且密封在玻璃管内部的气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体，或者是从主要由Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。
依照本发明的另一方面，提供一种包括有放电管的照明装置，所述放电管包括具有电子放射材料涂敷其上的电极的玻璃管，所述电极分别设置在玻璃管的两端，其中所述玻璃管具有密封其中的包括发光材料的气体，并且具有涂敷在其内表面上的荧光材料，该玻璃管的直径小于6.5mm，并且密封在玻璃管内部的气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体，或者是从主要由Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。
根据本发明上述的结构，由于密封在玻璃管内部的气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体或者是从主要由Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体，所述Ar气、Kr气和Xe气的热导率小于在冷阴极型放电灯管等中所用的Ne气的热导率。因此，可以抑制由热传导所致的损耗并且改善发光效率。
随后，由于玻璃管的直径小于6.5mm，则可制造出细放电灯管。
根据本发明的上述放电灯管，由于放电灯管的发光效率得以改善，则可减少功耗并且增加亮度。
同时，可减少放电灯管的直径。
此外，由根据本发明的包含有放电灯管的照明装置(例如，液晶显示器的背景光装置)可以减少放电灯管的功耗，且可降低照明装置的功耗。
图1是示出根据本发明一实施例的放电灯管结构的示意图。
图2是示出在图1所示放电灯管的左侧端的电极附近处设置的组件的放大图。
图3是示出当密封在放电灯管内部的气体的气压和气体的种类改变时所获得的特征曲线的图表，并且参考这些曲线来解释加热器的温度和由该加热器所消耗的电功之间的关系；以及图4是示出当密封在放电灯管内部的气体种类和气体的混合比例改变时所获得的特征曲线的图表，并且参考这些曲线来解释密封到放电灯管中的气体的气压和由加热器所消耗的电功之间的关系。
具体实施例现在参照附图对本发明进行详细的描述。
附1是示出根据本发明一实施例的放电灯管结构的示意图。
大致由图1中标号1所指放电灯管包括细长的玻璃管2，同时在其两端分别附加有电极3，并且两个引线(引入线)连接到两电极3。
如图1所示，在玻璃管2的内表面上形成有荧光物质层2A(同时参见图2)。
同时，玻璃管2将诸如氩(Ar)气的稀有气体和水银(Hg)用作为封入到其内部的发光材料。
图2是示出在图1所示放电灯管1的左侧端的电极3附近处设置的组件的放大图。
如图2所示，电极3包括加热器4，它由螺线部分4A、均连接到螺线部分4A的第一引线部分4B和第二引线部分4C所构成。加热器4由诸如钨(W)或铼钨(Re-W)的导线材料所制成。
加热器4包括基本为圆柱形的螺线部分4A，它是通过将导线材料螺旋缠绕成双重或三重螺旋的形状、从而导线材料并不相互接触而制成的。此外，两引导部分4B和4C从螺线部分4A的后端伸展出。
同时加热器4由电子放射材料3A，例如由钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)所构成的三元碱土金属氧化物所覆盖。
电子放射材料并不限于上述的三元碱土金属氧化物，并且诸如二元钡氧化物的其它材料可用作为电子放射材料。
由于加热器4具有双重或三重螺旋结构，则为形成螺线部分4A就需要很长的导线材料，从而螺线部分4A的表面面积可增加。相应地，涂敷在螺线部分4A上的电子放射材料的量也可增加，这样可延长电极3的寿命。
直径大约在25μm到70μm范围内的导线材料可用作形成加热器4的导线材料。期望导线材料的直径从，例如大约45μm到55μm的范围内，从而当加热器4具有双重螺旋的结构时容易对导线材料进行缠绕，并且可以维持足够的强度。
如图2所示，电极3具备第一加热片5A和第二加热片5B以支撑加热器4。通过焊接将加热器4的第一导线部分4B的后侧与第一加热片5A接合，并通过焊接将加热器4的第二导线部分4C的后侧与第二加热片5B接合。
第一和第二加热片5A和5B可由诸如不锈钢(SUS304)的板材所制成。
电极3通过第一加热片5A和第二加热片5B连接到引导线(导入线)6A和6B。引导线(导入线)6A和6B彼此基本平行并且从外部穿过玻璃管2的端部到其内部。
通过焊接将第一加热片5A与第一导入线6A伸展到玻璃管2内的顶端部分接合。通过焊接将第二加热片5B与第二导入线6B伸展到玻璃管2内的顶端部分接合。
如上所述，由引导线(导入线)6A和6B所支撑的电极3具有垂直的设置，其中加热器4的螺线部分4A可沿着玻璃管2的管轴伸展。因此，由放电而产生的离子主要轰击在螺线4A的顶端，从而由于离子轰击，电子放射材料3A难以在螺线4A的侧表面上分散。
同时，由于电极3通过从螺线部分4A的后侧伸展的两引线部分4B和4C来将加热器4支撑在导入线6A和6B上，因此没有张力施加在加热器4，并且因此不大会发生导线断裂的情况。
此外，如图2所示，电极3具有套管7，以防止电子放射材料3A分散和蒸发。套管7是防分散元件的一示例。套管7可由诸如镍(Ni)和钼(Mo)的合适材料制成并且形如两端开口的圆筒。
套管7以加热器4的螺线部分4A基本平行于套管7的方式插入到加热器4的内部。随后，套管7通过套管引导件8而附加在第一加热片5A上，藉此套管7在螺线部分4A的顶端侧和后端侧都是开放的状态下覆盖住螺线部分4A的周边。
套管引导件8是由类似于第一和第二加热片5A和5B的不锈钢(SUS304)制成。同时套管引导件8还可保护第二加热片5B。
套管7的内直径大于加热器4的螺线部分4A的外直径，从而当加热器4的螺线部分4A沿着加热器4的螺线部分4A与套管7基本平行的方向上插入到套管7的内部时，可以防止螺线部分4A与套管7相接触。
同时，套管7的外直径小于玻璃管2的内直径，从而避免套管7和玻璃管2彼此接触。
此外，套管7以螺线部分4A的顶端部分不会从套管7的开口端面7A中伸出的这样一种位置关系而附加在加热器4上。虽然最好是以螺线部分4A的顶端部分置于套管7的开口端面7A内的位置关系来设置套管7和加热器4，但是套管7的开口端面7A和螺线部分4A的顶端部分也可彼此齐平(flush)。
同时，套管7比螺线部分4A要长，并且螺线部分4A的整个侧表面都由套管7覆盖。
在玻璃管2的内表面上涂敷荧光物质层2A的范围止于电极3的套管7的开口端面7A稍许外侧的位置上。荧光物质层2A的该涂层范围变为放电灯管1的发光部分。
在根据该实施例的放电灯管1中，具体地，密封在玻璃管2内部的气体可以是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体或者是从主要由Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。
因此，由于Ar气、Kr气和Xe气的热导率相对较小，则可减少由热传导所致的损耗并且因此可改善发光效率。
此外，密封在玻璃管2内部的气体总压强最好是选定落在10到60Torr的范围内。
如果气体的总压强是选定落在上述的范围内，则特别是可增加放电灯管1的发光效率。
然后，由于上述的气压范围高于通常所用的热阴极管的气压(少于10Torr，并且通常在3到8Torr的范围内)，则可减少密封气体的离子在电极上的离子轰击，并因此延长了放电灯管1的寿命。
同时，在根据该实施例的放电灯管1中，玻璃管2的直径均匀，并且玻璃管2的直径选定为小于6.5mm。
结果，玻璃管2在其端部没有设置排气管，并因此减少了玻璃管2的直径。同时，可以减少放电灯管1的无效发光长度。
然后，由于玻璃管2的直径小于6.5mm，则可制成细的放电灯管1。
较佳地，玻璃管2的直径可以是大约2mm到3mm。
当密封的气体是包含有Ne气的混合气体时，期望Ne气在混合气体中的比例选定少于50％。
这样做的原因是由于Ne气的热导率相对较大，如果混合气体中的Ne气含量过大，则损耗增加，从而不能充分地增加发光效率。
其次，将描述根据该实施例的放电灯管1的工作。
首先，例如大约5V的电压施加在各个电极3上以启用加热器4对电子放射材料3A进行加热。然后，例如600V的电压通过引导线(导入线)6A和6B以高频率施加在两电极3和3上。结果，从电子放射材料3A中发射出电子，以导致在两电极3和3之间产生辉光放电。
在两电极3和3之间产生辉光放电之后，例如大约300V的电压在控制状态下施加在两电极3和3上。此时，放电维持在5到30mA范围内，例如10mA的管电流。
在从电子放射材料3A中发射之后被加速的电子撞击在水银电子上以激发水银电子。这些受激发的水银电子发出紫外线并且这些紫外线通过荧光材料层2A的荧光材料被转换成可见光，以藉此给予放电灯管1能量而发射出光。
虽然在放电期间所产生的离子撞击电极3和3以引起电子放射材料3A分散，但由于螺线部分4A置于沿着玻璃管2的管轴伸展的纵向上，离子主要是撞击在螺线部分4A的顶端部分上。结果，在螺线部分4A的大部分侧表面上可以抑制电子放射材料3A的分散。
同时，由于螺线部分4A插入到套管7内，并且套管7的开口端面从螺线部分4A的顶端部分伸出，则可以减少离子轰击在螺线部分4A的顶端部分上。结果，可以保持电子放射材料在很长一段时间内不会被耗尽。
相应地，由于电极3可以长时间地发射电子，则电极3的寿命也可延长。
此外，当放电灯管1不具备套管7时，所蒸发的电子放射材料可能会蒸汽淀积在玻璃管2的内表面上。
在另一方面，根据本发明的实施例，由于螺线部分4A插入到套管7中，则从加热器4蒸发的电子放射材料蒸汽淀积在套管7的内表面上。随后，当加热器4被供以能量时，套管7也被加热以致使电子从淀积在套管7的内表面上的电子放射材料中发射出。结果，就可以延长电极3的寿命。
因为如上所述电极3的寿命可以延长，从而就可以延长放电灯管1的寿命。
同时，由于加热器4插入到套管7中，加热器4可以通过热辐射在低电压被加热至预期的温度。例如，可将为预热加热器4而施加的电压从大约5V降到3V。
已知当密封气体的种类或压强改变时，阳极柱的电极电势梯度改变，从而管电压得以改变。
这种改变随着密封气体的不同而不同。例如，可以理解当增加具有优良导热性的诸如He(氦)气和Ne(氖)气的气体的压强时，则将加热器保持在恒温下所需的功耗也会增加。
这样就会导致放电灯管的功耗增加，从而导致放电灯管的发光效率不可避免地变差。
在密封气体的压强和密封气体的种类改变的同时，对加热器的温度和由加热器所消耗的电功之间的关系进行分析。
考虑到密封气体压强的变化，在使用Ar(氩)气并且密封Ar气的压强选定为25Torr、60Torr和90Torr的状态中对加热器的温度和电功之间的关系进行测量。
在气体种类是Ne(氖)气、Kr(氪)气和Xe(氙)气并且这些气体的压强被分别选定为90Torr的状态下对加热器的温度和电功之间的关系进行测量。
同时，作为比较例对真空中的加热器的温度和电功之间的关系进行测量。
图3示出测量的结果。
对图3的研究揭示了当密封气体的压强增加时，密封气体和加热器的热导率增加，从而功耗增加，藉此导致发光效率变差。
同时，从图3所示的测量结果可知，虽然在将Ne(氖)气用作密封气体时功耗会增加，但是在将Ar(氩)气、Kr(氪)气和Xe(氙)气用作为密封气体是所需的功耗要小于将Ne气用作密封气体时所需的功耗。
其次，在密封气体的种类和密封气体的混合比例改变的同时对密封气体的压强和发光效率之间的关系进行分析。
在选择密封气体的种类和密封气体的混合比例，可以确定Ar 100％、Ar50％-Ne50％、Ar 5％-Ne 95％、Kr 50％-Ne 50％以及Xe 50％-Ne 50％的同时，对密封气体的压强和发光效率之间的关系进行测量。
图4示出测量的结果。垂直轴上的发光效率是1m/W。
通常应用在背景光中的冷阴极型放电灯管的发光效率可落入大约50到55〔1m/W〕的范围内。
对图4的研究揭示了当主要使用Ar气并且Ar气的混合比例变动时，在Ar气的混合比例增加时发光效率的最大值增加。
当Ar气的混合比例变化时，当发光效率变为最大值时所需气压的趋势会偏移至高压侧。
同时，当气体的种类变化时，在Ar气的发光效率在低压侧相对较高的同时，Kr气和Xe气的发光效率在高压侧相对较高。
此外，可以理解，当气体压强选定在10到60Torr的范围内时，使用任何气体都会实现高于55〔m/W〕的发光效率，从而发光效率增加。
发明示例接下来在实际中制造出具有图1和2所示结构的放电灯管，并且对上述的放电灯管1的特性进行测量。
玻璃管2的直径选定为2mm，在玻璃管2中密封的气体选定为Ar95％-Ne 5％的混合气体，在玻璃管2中密封的气体压强选定为20Torr，制造出放电灯管1。
其次，本发明示例的放电灯管1被安装在10.6英寸边缘光型液晶显示器背景光上，并且对该边缘光型液晶显示器背景光的功耗以及具有冷阴极型放电灯管安装其上的背景光的功耗进行测量。
从测量结果中可知本发明示例的放电灯管1的功耗减少到2.43W，与之相比的是冷阴极型放电灯管的功耗为3.36W，并且背景光的功耗从4.5W降至3.0W，降幅大约为35％。
如上所述，根据本发明的放电灯管可减少功耗。同时，根据本发明的放电灯管，可以增加包含有该放电灯管的照明装置(例如液晶显示器的背景光装置)的发光效率，从而增加了照明装置的发光亮度。
同时，如果当电流超过6mA时使用用于背景光的冷阴极型放电灯管，则其寿命不可避免地要缩短。但是，如果使用根据本发明的放电灯管，在电流增至大约30mA时仍可使用该放电灯管，该放电灯管的寿命也可延长。
虽然在上述实施例中电极3具有如图2所示的加热器4和套管7，但是根据本发明的荧光管不限于图2所示的结构，并且可以采用各种其它结构。
根据本发明上述的放电灯管，由于放电灯管的发光效率得以改善，则功耗可减少并且亮度可提高。
同时可以减小该放电灯管的直径。
此外，由于包含有根据本发明的放电灯管的照明装置(例如，液晶显示器的背景光装置)可以减少放电灯管的功耗，则照明装置的功耗也可减少。
本领域一般技术人员可以理解依照这些涉及要求和其它因素可以产生各种修改、结合、子结合以及变化，只要它们都落于所附权利要求及其等效体的范围内。
权利要求
1.一种放电灯管，包括玻璃管，具有电子放射材料涂敷其上的电极，所述电极分别设置在所述玻璃管的两端，其中所述玻璃管将包含有发光材料的气体密封其中，并且在其内表面上涂敷有荧光材料，所述玻璃管的直径小于6.5mm，并且在所述玻璃管中密封的所述气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体，或者是由主要从Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。
2.如权利要求1所述的放电管，其特征在于，所述密封气体是包含有Ne(氖)气的混合气体，所述Ne气的比例少于50％。
3.如权利要求1所述的放电管，其特征在于，所述密封气体的总气压在10到60Torr的范围内。
4.一种照明装置，包括一种放电管，所述放电管包括玻璃管，具有电子放射材料涂敷其上的电极，所述电极分别设置在所述玻璃管的两端，其中所述玻璃管将包含有发光材料的气体密封其中，并且在其内表面上涂敷有荧光材料，所述玻璃管的直径小于6.5mm，并且在所述玻璃管中密封的所述气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体，或者是由主要从Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。
全文摘要
放电灯管(1)包括具有电子放射材料涂敷其上的电极(3)的玻璃管(2)，所述电极(3)分别设置在所述玻璃管(2)的两端，其中所述玻璃管(2)将包含有发光材料的气体密封其中，并且在其内表面上涂敷有荧光材料，所述玻璃管(2)的直径小于6.5mm，并且在所述玻璃管(2)中密封的所述气体是从Ar(氩)气、Kr(氪)气以及Xe(氙)气中选中的多种气体，或者是由主要从Ar气、Kr气以及Xe气中选中的多种气体所构成的混合气体。因此，放电灯管(1)可以减少其直径，并且可提供高发光效率。
文档编号H01J61/72GK1838372SQ20061006791
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年3月24日
发明者原通雄 申请人:索尼株式会社