低壓水銀蒸氣放電燈、照明裝置及顯示裝置的製作方法

2023-08-13 17:15:11

專利名稱：：低壓水銀蒸氣放電燈、照明裝置及顯示裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及實現小直徑、高效率的低壓水銀蒸氣放電燈、照明裝置及顯示裝置。以往，作為採用雙層管的低壓水銀蒸氣放電燈，例如已知有日本實公平4-52932號公報所記載的結構。在該日本實公開4-52932號公報中所記載的低壓水銀蒸氣放電燈，在圍繞玻璃制的細長圓筒狀的內管外設有同軸狀的保持有間隙的玻璃制外管，利用兩端設置的保持構件將內管及外管加以保持，將內管處於絕熱狀態下防止與外部氣體接觸，即使輸入功率小、熱容量小，也能抑制在低溫氛圍中的發光效率下降。但是，在這樣將內管和及外管氣密連接時，對於保持構件要求絕熱性及對玻璃的浸潤性，以信難以廉價地形成氣密結構。另外，例如安裝在與導光體側面相對的後照光等顯示裝置的低壓水銀蒸氣放電燈，為了提高對於導光體的入射效率，更希望直徑小、輝度高。而上述以往的所述的結構，內管外徑雖然在6mm以下，但由於電極是熱陰極，所以小直徑有限度，將內管的內徑做成3mm以下目前還有困難。再加上，例如間隙為1-10mm，特別是與導光板安裝時，造成內管與導光板的入光面之間的間隙變大，光損耗變大等缺點。另外也考慮過，為了提高輝度，增加低壓水銀蒸氣放電燈的光管輸入功率，但是由於燈管效率下降，因此不能增加燈管輸入功率。再有，一般放電燈利用數10KHz以上的高頻點燈以提高效率，但是已經知道，一旦將該高頻點燈的放電燈安裝在機器上，效率有某些下降，效率下降的原因是由漏電流所致，外徑8mm以下的燈管特別顯著。本發明的低壓水銀蒸氣放電燈，包括在兩端封裝一對冷陰極的同時，在周圍施行透光性的絕熱手段，沒有溫度補償功能，周圍溫度接近0℃時，從起動開始60秒以內管輝度達到穩定點燈時的50％以上，外徑為8mm以下，輸入功率在3W以下時管壁負荷在0.04W/cm2以上的封管體。而且，即使輸入功率在3W以下，管壁負荷也達到0.04W/cm2以上，在提高輝度的同時外管外徑有的在8mm以下，利用減小燈管直徑，例如對於照明裝置等能夠儘可能減少光損耗，即使在低溫氛圍中也不降低燈管效率，在短時間內管面輝度上升而點燈。另外，本發明具有管內徑為3mm以下並在兩端封裝冷陰極的內管；以及間隙處於減壓狀態下圍繞內管的外管，使得在常溫氛圍中以大約0.1W/cm2的管壁負荷點燈時的輸入電壓與內管單體點燈時相比降低10％以上。而且在由具有間隙處於減壓狀態下圍繞內管的外管，使得與內管單體點燈時相比降低10％以上，因此通過減小內管直徑，例如對於照明裝置等能夠儘可能減少光損耗，不降低燈管效率而點燈。進而，本發明具有管內徑為3mm以下並在兩端封裝冷陰極的內管；以及間隙處於減壓狀態下圍繞內管的外管，使得在常溫氛圍中點燈時處於最高效率[1m/W]的輸入功率與內管單體點亮時相比降低15％以上。而且由於具有圍繞內管的外管，使得與內管單體點燈時相比，最高效率[1m/W]降低15％以下，因此通過減小內管直徑，例如對於照明裝置等能夠儘可能減少光損耗，為降低燈管效率而點燈。另外還有，本發明具有封入以水銀為主體的放電媒體並在兩端封裝一對電極的內管；以及隔有1mm以下間隙圍繞該內管並以1000Pa以下壓力被氣密密封的外徑為8mm以下的外管。由於具有外徑為8mm以下的外管及1mm以下的間隙，因此例如對於照明裝置等能夠儘可能減少光損耗，由於間隙壓力在1000Pa以下密封，因此利用自由分子熱傳導現象而產生的絕熱作用，能適當地保持內管的溫度，在低溫氛圍中也不降低燈管效率而點燈。另外，設內管的表面積為S[cm2]、間隙內的壓力為P[Pa]、燈管輸入功率為W[W]、間隙內主體填充氣體的分子量為m，當存在管壁負荷W/S＜0.1的關係時，滿足P＜0.3×m的條件下。即使是比較小的燈管輸入功率，也儘可能抑制從內管表面的散熱，防止燈管效率的下降。進而，設間隙內的壓力為P[Pa]、內管的表面積為S、間隙內主體填充氣體的分子量為m，當存在管壁負荷W/S≥0.1的關係時，滿足0.3×m≤P≤2×m的條件。即使是比較大的燈管輸入，也抑制由於輻射散熱的影響而導致的損耗，同時使從內管表面的散熱量為適當程度，防止燈管效率的下降。另外還有，內管和外管為玻璃製成，該內管及外管的兩端通過玻璃熔融而密封構成一體，為採用不同性質的材料，這樣既能夠可靠保持位置關係又能夠充分地氣密，同時利用內管和外管兩方面提高機械強度，有可能減少兩者的壁厚。另外，內管和外管分別由熱膨脹率相同的玻璃製成，該玻璃的壁厚為0.1mm至0.5mm。由於是有內管及外管的雙層結構，因此與沒有外管的情況相比強度增大2倍左右，但如果壁厚比0.1mm更厚，則目前使用上還有問題。反之，如果壁厚比0.5mm更厚，則管外徑在8mm以下的燈管制造上有困難，因此也不合適。另外，防止由於內管和外管的溫度差而導致膨脹不一樣、使內管或者內管產生斷裂。另外，內管和外管具有各有的密封部分，設內管的密封部分長度為1s1、外管的密封部分長度為1s2，則1s1≤1s2。在加熱外管熔焊在內管上時，在內管產生拉伸應力，若在內管存在稱之為格裡菲思(Grifrith)流的微小傷痕，則內管容易因拉伸應力而產生裂紋，由於在內管和外管的界面上作用的應力而產生剝離，容易因所謂未燒透而產生裂紋，當在內管的氣壓比大氣壓低的狀態下在大氣壓中熔焊時，則由於內管軟化，其軟化部分向內吸進去而產生裂紋，為了防止上述情況，取1s1≤1s2。另外，密封部分具有細長型的玻璃芯柱，有玻珠，軸向的封口長度比軸心看的玻珠直徑要長。利用細長型的玻珠芯柱，可以加長內管封口部分，能夠不影響外管而封焊內管。再有，主體填充氣體至少含有原子量比氮要大的稀有氣體和穩定氣體的任一種氣體。由於主體填充氣體含有原子量比氮要大的稀有氣體或穩定氣體，因此防止即使在低溫環境下的點燈效率的降低。另外，主體填充氣體至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一種。由於主體填充氣體至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一種，因此改善了色溫及輝度，即使在低溫環境下也防止了點燈效率的下降。再有，間隙中封入隨溫度變化而使壓力改變的物質。由於物質隨溫度變化其壓力也發生變化，因此間隙的絕熱效果變化，防止在低功率區域及低溫環境下絕熱較差等而導致的效率下降，同時防止在高功率區域因絕熱過分而溫度上升，使光輸出飽和。另外還有，物質中至少主要含有水銀、水銀化合物、碘、溴、水、碘化合物、溴化合物及水銀化合物中的任一種。在低溫時降低蒸氣壓，以提高絕熱效果，在高溫時增加蒸氣壓，以防止過分絕熱。另外，外管的外徑為內管外徑的2倍以內，外管的壁厚為外徑的10％以內。外管的外徑即使細到4mm以下，仍能有較高的燈管輝度，低溫有良好的光束上升特性。另外，具有厚度為外管外徑以上的導光板。導光板由於具有外管外徑以上的厚度，因此將外管照射的光束高效率地入射至導光板，提高發光效率。另外，具有封入以水銀為主體的放電媒體、兩端封裝粘附BaAl2O4的一對電極、全長為120mm以下、輸入功率為1.5W以下的內管，以及隔有1mm以下間隙圍繞該內管並以1000Pa以下壓力被氣密密封的外管。由於採用粘附BaAl2O4的一對電極，能防止低溫環境下的效率下降。另外，在外管外徑為2.6mm、內管外徑為1.8mm、內管與外管的間隙約為0.1mm、燈管長為100mm、燈管輸入功率為0.5W至1W時，將95％以下的氬(Ar)作為4Pa至10Pa的主體填充氣體封入，即使在低溫環境下也防止了點燈效率的下降。另外還有，內管以頻率60KHz以上、燈管電流5mA以下點燈。作為主要放電的內管與例如器具的反射板等之間的間隔可以利用外管設定為規定距離以上，難以產生漏電流。另外，具有安裝低壓水銀蒸氣放電燈的器具本體。另外，還具有照明裝置照射的顯示手段。圖1表示本發明的低壓水銀蒸氣放電燈的橫剖視圖。圖2表示圖1的低壓水銀蒸氣放電燈的縱剖視圖。圖3表示圖1的液晶顯示裝置的剖視圖。圖4表示壓力與輝度的關係的曲線圖。圖5表示壓力與燈管效率的關係的曲線圖。圖6表示每單位面積的功率與壓力的關係的曲線圖。圖7表示分子量與真空度的關係及與獲得最大輝度的真空度的關係的曲線圖。圖8表示間隙距離與燈管輝度的關係的曲線圖。圖9表示節能型點燈時間與管面輝度的關係的曲線圖。圖10表示高輝度型點燈時間與管面輝度的關係的曲線圖。圖11表示管壁負荷與輸入電壓的關係的曲線圖。圖12表示輸入功率與相對效率的關係的曲線圖。圖13表示功率與燈管輝度的關係的曲線圖。圖14表示燈管功率與燈管輝度的關係的曲線圖。圖15表示周圍溫度與相對輝度的關係的曲線圖。圖16表示其他實施形態的低壓水銀蒸氣放電燈的橫剖視圖。圖17表示其他實施形態的低壓水銀蒸氣放電燈的橫剖視圖。下面參照附圖對本發明液晶顯示裝置的實施例進行說明。圖1為表示低壓水銀蒸氣放電燈的橫剖視圖，圖2為表示低壓水銀蒸氣放電燈的縱剖視圖，都是概念性地加以表示，並設有正確繪出詳細的形狀及尺寸。如圖1及圖2所示，低壓水銀蒸氣放電燈1具有康寧公司(Corning)產品編號為7050的硼矽酸玻璃的作為內管的直管狀發光管2，與該發光管2同軸構成與發光管2同樣的硼矽酸玻璃製成的外管3，在發光管2內形成放電迴路4，在該發光管2與外管3之間形成間隙5，在發光管2與外管3的兩端形成一體的密封部分。康寧公司產品編號為7050的硼矽酸玻璃，其熱膨脹率為46×10-7/℃。另外，發光管2及外管3也可以由其他的鈉鈣鉛玻璃、鈉鈣玻璃、鉛玻璃或硬質玻璃等玻璃製成。另外，在發光管2及外管3的兩端密封部分6、6中設有分別與一根作為引線的杜美絲7、7相連的鎳(Ni)制圓筒狀的一對電場放射形電極的冷陰極8、8，同時裝有玻璃小球9、9。低壓水銀蒸氣放電燈1，全長200mm，發光管2的壁厚為0.2mm，管外徑DL為2.4mm，發光管2的內表面上直接或者通過保護膜塗布一層3波長熒炮體，內部封入氖氣(Ne)等稀有氣體1×104Pa及水銀蒸氣。發光管2的內表面面積S約為10cm2，外管3的壁厚to為0.3mm，管外徑DO為3.6mm。密封部分6內的杜美絲7的長度設定為2mm，冷陰極8的發熱向陰極周圍部分傳遞，防止出現最冷部位，防止效率下降。另外，由於是具有發光管2及外管3的雙層結構，因此與沒有外管3的情況相比強度增大2倍左右。但如果壁厚比0.1mm更薄，則目前使用上還有問題，反之，如果壁厚比0.5mm更厚，則管外徑在8mm以下的燈管制造上有困難，因此也不合適。再有，外管3的外徑在發光管2外徑的2倍以內，其厚度在外管3的外徑的10％以內，這樣既減小燈管直徑又提高光照射效率。另外，密封部分6內的杜美絲7的長度在5mm以下能得到同樣的效果。被保持部分的杜美絲7的長度包含暴露在外部氣體中的外管3或者通過與外管3熔焊粘接形成熱傳導部分，當這個部分分別保持杜美絲7時，合計這個部分的長度。另外，在發光管2的內表面設有3波長發光管的螢光體10，藍色例如採用(SrCaBa)5(PO4)3ClEu，綠色例如採用LaPO4Ce，Tb，紅色例如採用Y2O3Eu。另外，該間隙5在發光管2及外管3的徑向距離G為0.2mm，在間隙5中封入的氣體壓力或真空度(以下稱為壓力)為1000Pa(約7.5torr)，最好設定為100Pa以下，例如1pa以下的幾乎高真空。間隙5的徑向距離雖設定為0.2mm，但如果在1mm左右以下也沒有問題，若超過1mm，則產生的問題是，不僅使低壓水銀蒸氣放電燈1的直徑加大，而且當低壓水銀蒸氣放電燈1安裝在照明裝置等上面時，發光管2與光入射對象物之間離開了1mm以上，其分光損耗變大。另外，在冷陰極8、8附近的發光管2的內表面也可以分別設有α氧化鈷，以便利用產生的Exo電子容易起動。在形成低壓水銀蒸氣放電燈1時，首先將以水銀為主體的放電媒體封入發光管2中，並在兩端部裝入杜美絲7的玻璃小球9加以密封。然後將發光管2的一端與外管3的一端的位置對齊，用煤氣噴嘴將發光管2及外管3熔融，將杜美絲7的玻璃小球9的部分密封。再一面利用真空系統排氣，一面加高溫，例如400℃以上，排除間隙5內部的不純的氣體。最後，從外管3上對排氣側的發光管2的端部加熱，主要將發光管2及外管3在杜美絲7上加以密封，切斷髮光管2及外管3的兩端，低壓水銀蒸氣放電燈1。另外，冷陰極8、8與輸出電壓波形為頻率40KHz以上、電壓400-500V左右、燈管電流為5mm左右以下、燈管輸入功率為2W左右的點燈迴路(圖中未給出)相連。另外，當輸入功率在3W以下時，其結構也使得管壁負荷在0.04W/cm2以上。圖3為表示安裝了本實施形態低壓水銀蒸氣放電燈1的液晶顯示裝置的斷面圖。11為液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置11具有在前面有照射用開口12的薄壁狀殼體13，在該殼體13內裝有作為照明裝置的後照光單元14。該後照光單元14具有低壓水銀蒸氣放電燈1，在該低壓水銀蒸氣放電燈1的旁邊卷繞有在一個方向呈開口狀態且內包有該低壓水銀蒸氣放電燈1的外管3的兼作接近導體的鍍銀薄膜反射鏡15，在該反射鏡15的照射方向上設有丙烯樹脂製成的導光板16，該導光板16面對殼體13的開口12放置。另外，在導光板16的背面一側設有平面狀的反射板18，在導光板16與殼體13的開口12之間由擴散板20及聚光板21構成的遮光手段22。在殼體13的開口12的前面一側設有作為顯示手段的液晶顯示單元24。下面就上述實施形態的動作加以說明。首先，在冷陰極8、8之間利用點燈迴路加上電壓，則起動、點燈。然後，利用冷陰極8、8之間的放電激發水銀蒸氣，激發起波長254mm的紫外線，則3波長螢光體發光，用反射鏡15嚮導光板16的方向反射，利用導光板16引導光線，通過擴散板20及聚光板21從背面照射液晶顯示單元24，進行顯示。圖4為表示壓力與輝度的關係的曲線圖。圖4所示的a為管壁負荷即燈管輸入功率W[W]/發光管2內表面面積S[cm]為0.2時的曲線，b、c及d分別為管壁負荷W/S為0.15、0.1及0.05時的曲線。當間隙5的壓力處於近似1000Pa(7.5torr)以下時，上述任何一種情況的曲線均向上，根據該實驗確認，最好設定為100Pa以下。圖5為表示燈管效率的相對值與壓力的關係的曲線圖。圖5所示的a為管壁負荷即燈管輸入功率W[W]/發光管2內表面面積S[cm]為0.2時的曲線，b、c及d分別為管壁負荷W/S為0.15、0.1及0.05時的曲線，當間隙5的壓力處於近似1000Pa(7.5torr)以下時，上述任何一種情況的曲線均向上。另一方面，如該圖4及圖5所示，當間隙5的壓力減少、真空度提高時，若管壁負荷W/S增加，則由於發熱量也增加，因此發光管2的溫度上升至必要數值以上，而相反效率卻下降。在0.1Pa以下時，燈管效率的下降特別大。若考慮作為最大輝度的關係，包括管壁負荷W/S與間隙5內的壓力的關係，則如圖6所示，設壓力為P，就可用下式的關係表示P＝exp[(j1·W/S)×j2]j1＝80、10-5＜j2＜1另外，圖6中用X繪製的各點為以各管壁負荷W/S點燈時表示最大輝度值時的實施形態X的壓力[Pa]值，實線表示各X的近似直線。再如表1所示，若將發光管2及外管3的壁厚均為0.2mm的情況導光板16的面輝度設為100，則隨著壁厚的厚度增加，導光板16的面輝度將下降。另一方面，發光管2及外管3由於是有發光管2及外管3的雙層結構，因此與沒有外管的情況相比強度增大2倍左右，但如果壁厚比0.1mm更薄，則目前使用上還有問題，反之，如果壁厚比0.5mm更厚，則管外徑在8mm以下的燈管制造上有困難，且光利用效率上也不利。因而，發光管2及外管3的壁厚最好為0.1mm至0.5mm。表1另外，冷陰極8分別利用一根杜美絲線7保持在發光管2及外管3的共同的密封部分6，因此與兩根以上的情況相比，變形小，密封部分6及其他部分不易產生破損。再有，關於分子量與獲得最大輝度的真空度的關係，如圖7所示可知，分子量越大，絕熱性越好，隨著分子量的增加，最大輝度增加。由此求出各功率的最佳真空度與分子量的關係。分子量為83.8的氪(Kr)及分子量為131.3的氙(Xe)與氮(N2)相比，分子量大4倍左右，絕熱性很好。另外，當0.1＜(W/S)＜0.3時，以100Pa左右的氣體壓力效果較好，在製造上1Pa左右的真空度的控制非常難，而如果在該壓力範圍能足以控制，能實現質量穩定的生產。另外，在氪或氙中也可以含有殘留水(H2O)可以利用該殘留水進行散熱。另外，殘留水的水蒸氣因溫度上升而壓力也上升，因此熱傳導性提高，散熱效果增加。作為分子量大的穩定氣體，例如有分子量為347.6的SiBr4。設發光管2的管外徑為20mm，並設定各種外管3，則如圖8所示。間隙5的距離在1mm以上並達到10000Pa，則因保溫效果而導致輝度上升，但是反之，在10Pa情況發光管2的溫度上升過度而使輝度下降。但是，間隙5的距離在1mm以下時，儘管是很小的距離，由於自由分子熱傳導導致的絕熱效果，燈管輝度上升。也就是說，自由分子熱傳導在內部氣體的平均自由行程超過相互的間隔時成立，因此在1mm以上、100Pa以上，特別是超過1000Pa時，自由分子熱傳導的效果消失，必須要增加間隙5的距離，得到絕熱效果。再有，間隙5的徑向距離越長，保溫效果越好，溫度特性也得到改善，當將壓力取為1torr以下，如上述實施的形態所示，這樣可以減小低壓水銀蒸氣放電燈1的直徑，變得小於導光板16的板厚，能夠提高導光板16對於低壓水銀蒸氣放電燈1發光的利用效率。也就是說，能利用間隙5的自由分子熱傳導的絕熱效果得到最佳的保溫效果。如果設有例如車載用的測量儀器的顯示板代替上述實施形態的液晶顯示單元，就可構成車載顯示裝置。發光管2的外徑不限於3.6mm，如果在8mm以下，最好在4mm以下，也能獲得同樣的效果。由於反射鏡15可以採用蒸鍍金屬膜的薄膜的導電構件，因此可以提高低壓水銀蒸氣放電燈1發光的利用效率，也可以採用導電構件以外的各種合成薄膜或塑料構件。發光管2及外管3最好採用同樣性質的玻璃，但也可各採用不同材料，例如也可以某一個軟質玻璃，另一個用硬質玻璃。下面就其他的實施形態加以說明。其他的實施形態也與圖1及圖2所示的實施形態相同，該低壓水銀蒸氣放電燈1的全長為120mm，發光管2的管外徑為3mm以下，例如為2.4mm，外管3的管外徑為4mm以下，例如為3.4mm，間隙5為0.2mm，壓力為100Pa以下。作為電極的冷陰極8是將電子放射物質Ba2AlO4及導電金屬例如W、Fe、Co、Ni中的一種或LaB6以1.5∶1至2∶1左右的比例噴鍍在鎳金屬上構成。低壓水銀蒸氣放電燈1的輸入功率為1W以下。根據上述的實施形態，發光管2的外形為4mm以下，空隙5的壓力為100Pa以下，因此沒有氣體損耗，絕熱性能好。由於採用上述的冷陰極8，使冷陰極8附近的溫度上升變快，能維持足夠高的水銀蒸氣壓。雖然採用單純的鎳製冷陰極時溫度也上升，但溫度上升過度，使發光效率下降。低壓水銀蒸氣放電燈1的全長為120mm以下時，冷陰極8的溫度對燈管全體產生影響。作為比較例子，與採用熱陰極的燈管和採用水銀合金冷陰極的燈管進行比較，根據實驗，上述實施形態的燈管，在5℃的低溫區域也明亮，在35℃亮度也不下降，而採用熱陰極的燈管，在10℃以下感覺到亮度下降，採用水銀合金冷陰極的燈管，在5℃的低溫區域雖然明亮，但反過來在35℃亮度下降。上述實施形態的陰極電壓下降為80V，而水銀合金冷陰極為120V，因此即使流過相同的電流，實施形態燈管的發光管2的溫度越高，對於具有發光管2及外管3的雙層構造燈管，上述實施形態的高溫區域效率高。而採用熱陰極的燈管，其陰極電壓降為12左右，由於燈管電流為10mA，因此加熱發光管2的功率為0.18W，上述實施形態為0.4W，所以上述實施形態即使在低溫區域溫度上升也迅速，最冷部分不容易出現在冷陰極8的周圍，燈管明亮。該發光管2的表面積為S[cm2]、間隙5內的壓力為P[Pa]、燈管輸入功率為W[W]、間隙5內的主體填充氣體的分子量為m，當有管壁負荷W/S/0.1的關係時，若滿足P＜0.3×m的條件，則即使比較小的燈管輸入功率也儘可能抑制從發光管2的表面的散熱，防止點燈效率的下降。另一方面，當有管壁負荷W/S≥0.1的關係時，若滿足0.3×m≤P≤2×m的條件，則即使比較大的燈管輸入也抑制因輻射散熱的影響而導致的損耗，同時使從發光管2表面的散熱量適當，防止點燈效率的下降。下面參照圖9及圖10說明其他的實施形態。圖9為表示節能型的點燈時間與管面輝度的關係的曲線圖，圖10為表示高輝度型的點燈時間與管面輝度的關係的曲線圖。圖9所示的節能型特性的低壓水銀蒸氣放電燈，全長為160mm，輸入功率為0.9W，當周圍氛圍溫度為0℃時，起動後60秒鐘管面輝度達到穩定點燈時的50％以上。圖10所示的高輝度型特性的低壓水銀蒸氣放電燈，全長為160mm，輸入功率為2.0W，當周圍氛圍溫度為0℃時，同樣起動後60秒鐘管面輝度達到穩定點燈時的50％以上。無論哪一種實施形態，在輸入功率為3W以下、管壁負荷為0.04W/cm2以上，採用例如長度為140mm、內徑為1.6mm的發光管2進行實驗，若將僅僅有發光管2的情況a、有外管3的高輝度型的情況b及節能型的情況c的燈管進行比較，則如圖11所示，有外管3的高輝度型的情況b及有外管3的節能型的情況c與僅僅有發光管2的情況a相比，輸入電壓分別下降約10％及約25％。根據上述的實施形態，輸入電壓下降約10％以上，最好下降25％以上。再有，在輸入功率3W以下，管壁負荷為0.04W/cm2以上，採用例如長度為140mm、內徑為1.6mm的發光管2就最高效率的輸入功率進行實驗，若將僅僅有發光管2的情況a、有外管3的發光管2的壓力為10Pa的高輝度型的情況b及發光管2的壓力為1Pa的節能型的情況c進行比較，則如圖12所示，有外管3的高輝度型的情況b與僅僅有發光管2的情況a相比，輸入功率下降15％左右，有外管3的節能型的情況c與僅僅有發光管2的情況a相比，輸入功率下降30％左右。根據上述的實施形態，輸入功率下降約15％以上。另外，利用含有氙氣，可以不用加熱器等加熱手段，使起動特性、輝度及色溫度特性進一步提高。其理由是，水銀蒸氣壓低，在剛起動後的上升時或調光時，利用氙氣防止由於氖氣而產生的紅色照射所致。氙氣雖也有467nm的紅色可見光線的放射，但比氖氣小，不成為問題。另一方面，在僅僅氙氣的放電中，已經知道，若封入量大，會出現陽極光柱收縮的現象，產生放電起伏、閃爍等問題，但使分壓為10torr以下可以防止。另外，若使氙氣的分壓為1Pa以下，則有可能打進螢光體10或發光管2的玻璃表面，氣體可能消失，因此不希望為1Pa以下。氙氣還有100nm～200nm的紫外線照射，若使用與該紫外線相應的螢光體，則能增加輝度。另外，在放電氣體中含有水銀蒸氣，加上氙氣或含有氪氣來代替，可以含有分壓為1Pa至1000Pa的該氙氣或氪氣。氪氣雖燃也有587nm的紅色可見光線的放射，但比氖氣小，不成為問題，也有100nm-200nm紫外線照射，若使用與該紫外線相應的螢光體，則能增加輝度。另外，氪氣的情況也與氙氣的情況相同，必須使其分壓為10torr以下。另外，氬氣有600nm-700nm的可見光照射，同時電離電壓為15.76eV和比水銀的10.4eV高，因此，造成燈管電壓上升等不理想的後果。下面就其他實施形態的低壓水銀蒸氣放電燈加以說明。該實施形態，作為封入間隙6的物質，不限於水銀或水銀化合物，可以有100倍以上的蒸氣壓變化，例如採用碘(B)、水銀化合物或碘化合物等那樣隨溫度上升蒸氣壓上升的物質，也能得到同樣的效果。該低壓水銀蒸氣放電燈1的全長為200mm、發光管2的管外徑為2.4mm、外管3的管外徑為3.6mm、發光管2及外管3的壁厚為0.3mm，在發光管2的內部封入氖氣(Ne)等稀有氣體1×104Pa及水銀蒸氣。密封部分6內的杜美絲7的長度設定為2mm，防止冷陰極8的發熱向陰極周圍部分熱傳導而出現最冷部分，防止效率下降。另外，密封部分6內的杜美絲7的長度若為5mm以下，也能獲得同樣的效果。該間隙5在發光管2及外管3的徑向距離為0.2mm，間隙5內封入的水銀蒸氣的壓力或真空度(以下稱為壓力)，溫度為-20℃時壓力為10-3Pa，20℃時為10-1Pa，80℃時為10Pa，壓力變10000倍以上。間隙5的徑向距離雖設定為0.2mm，但如果在1mm以下也沒有問題，若超過1mm，則產生的問題是，不僅使低壓水銀蒸氣放電燈1的直徑加大，而且當低壓水銀蒸氣放電燈1安裝在照明裝置等上面時，發光管2與光入射對象物之間離開了1mm以上，其分光損耗變大。在形成低壓水銀蒸氣放電燈1時，首先將以水銀(Hg)為主體的放電煤體封入發光管2中，並在兩端部裝入杜美絲7加以密封。然後將發光管2的一端與外管3的一端的位置對齊，用煤氣噴嘴將發光管2及外管2熔融，將杜美絲7的部分密封。再一面利用真空系統排氣，一面加高溫，例如400℃以上，排除間隙5內部的不純的氣體，在10-5Pa的高真空狀態下封入水銀。最後，從外管3上對排氣側的發光管2的端部加熱，主要將發光管2及外管3在杜美絲7上加以密封，完成低壓水銀蒸氣放電燈1。兩冷陰極8、8與輸出電壓波形為脈衝狀的頻率40kHz以上、電壓400～500V左右、燈管電流為5mA左右以下、燈管輸入功率為2w左右的點燈迴路(圖中未給出)相連。下面就上述實施例的動作加以說明。首先，在冷陰極8、8之間利用點燈迴路加上電壓，則起動、點燈，然後，利用冷陰極8、8之間的放電激發水銀蒸氣，激發起波長254mm的紫外線，則3波長螢光體發光。在低溫時的-20℃，間隙5的蒸氣壓為10-3Pa，非常低，絕熱性很高，在常溫時的20℃，間隙5的蒸氣壓為10-1Pa，略微上升，絕熱性能略微下降，在高溫時的80℃，間隙5的蒸氣壓上升至10Pa，絕熱性能受到抑制，防止在低功率區域和低溫環境下因絕熱不充分等而導致效率下降，同時防止在大功率區域因絕熱過分、溫度上升而使光輸出飽和，使輝度增大。間隙5的熱傳導率，嚴格講與溫度成比例有微小變化，而真空度的變化有數十倍左右，熱傳導率的變化很小，根據功率區域決定最佳真空度。也就是說，如圖13所示，在間隙5中封入碘的情況a及封入水銀的情況b與間隙5為真空的情況c相比，在大功率區域的輝度飽和較小，能產生很高的燈管輝度，與間隙5為大氣壓的情況d相比，能在低功率區域保護較高的燈管輝度。特別對於長度為200mm的燈管，如圖14所示，間隙5為真空(10-1Pa)的情況c與間隙5為大氣壓的情況e及氮(N2)為10Pa的情況f相比，雖然燈管功率較低時燈管輝度增加，但隨著燈管功率增加，與單管的情況e相比，燈管輝度要低。但是，封入碘的情況a在燈管功率較低時與間隙5為真空(10-1Pa)的情況c有相同的輝度，當燈管功率增加時與10Pa的情況有相同的輝度。因而從整體考慮認為，與單管的情況相比，燈管輝度高的封入碘的情況a較好，這是由於碘分子本身稀薄、難以傳導熱量所致。另外，與周圍溫度的關係，如圖15所示，間隙5中封入碘的情況a在低溫區域與真空的情況C相比，相對燈管輝度雖然略微下降，但是封入碘的情況a及封入水銀的情況b這兩種情況任一種與間隙5為真空的情況c相比，在高溫區域輝度的飽和較小，可以提高相對燈管輝度，與間隙5為大氣壓的情況d相比，可以提高在低溫區域的相對燈管輝度。另外，熱傳導率與間隙5的距離成比例，而與內部壓力沒有直接關係。但是，若內部氣體的平均自由行程大於間隙5，則由於自由分子的熱傳導就變得與蒸氣壓有關。為了適應裝置的薄形化並獲得與不是雙層管的低壓蒸氣放燈幾乎相同的光學特性，必須使間隙5為1mm以下，絕大部分的原子及分子由於蒸氣壓的下降其平均自由行程在該間隙5的間隔以上，隨著蒸氣壓的變化，熱傳導率變化。因此，若減小間隙5，蒸氣壓的變化將對燈管的輝度有影響。下面參照附圖就其他的實施形態加以說明。圖16為表示其他實施形態所示的低壓水銀放電燈的剖視圖，如該圖16所示，發光管2的全長為250mm、管外徑為2.6mm、壁厚為3mm，內面塗布了波長螢光體，內部封入氖氣(Ne)80torr、氙氣(Xe)及水銀蒸氣。該發光管2的周圍隔有1torr以下、最好為10-2torr以下例如10-5torr的幾乎高真空壓力的間隙5設置外管3。該外管3的全長為250mm、管外徑為4mm、壁厚為0.3mm，在間隙中裝有支持杜美絲7的吸收氣體用的收氣構件31。兩冷陰極8、8與輸出電壓波形為脈衝狀的頻率60kHz以上、最好為100kHz、電壓400～500V左右、燈管電流為5mA左右以下的點燈迴路(圖中未給出)相連。下面就上述實施形態的動作加以說明。首先，在冷陰極8、8之間利用點燈迴路加上電壓，則起動、點燈，然後，利用冷陰極8、8之間的放電激發水銀蒸氣，激發起波長254mm的紫外線，則3波長螢光體發光。在管外徑為2.6mm的發光管2外圍套有管外徑為4.0mm、管內徑為3.4mm的外管3，由於在該外管3上裝有反射鏡15，因此發光管2與反射鏡15之間有0.8mm以上距離的間隙5，可以認為由於間隙5為10-5torr的幾乎高真空，寄生電容減少，從發光管2流向作為接近導體的反射鏡15的微小電流減少，能夠減少漏電流。因而，特別是便攜機器等小功率裝置，由於漏電流減少、效率提高，能滿足長時間使用及電源小型化的要求。由於利用間隙5也能得到保溫效果，即使是消耗功率小、熱容量小的放電燈1，也能保持發光管2的溫度，可以認為這也是一個理由。由於設有吸收氣體用的收氣構件31，因此即使在密封外管3時加熱等導致發光管2或杜美絲7吸附的氣體再放出，也能利用吸收氣體用的收氣構件31吸附氣體，內部的真空度不下降。吸收氣體用的收氣構件31僅設置在放電燈1的一端，但設在兩端也能得到同樣的效果。反射鏡15可以採用導電構件即蒸鍍金屬膜的薄膜，因此能提高放電燈1的光線利用效率，也可以採用導電構件以外的各種合成薄膜或塑料構件，雖然增加了寄生電容，但由於有間隙4，可以減少寄生電容、減少漏電流。另外，例如通過採用陶瓷壓電元件代替繞線的變壓器，由於頻率增加，明顯可以減小尺寸，能實現電路小型化及提高電路效率。下面參照附圖就其他的實施形態加以說明。圖17為表示其他實施形態所示的低壓水銀放電燈的剖視圖。如該圖17所示，採用軸向封焊長度比玻珠直徑要長的長條型玻心柱32，用以封焊發光管2及外管3，在設發光管2的封焊長度為1s1時，可以取該發光管2的封焊長度1s1為所希望的長度，同時若設計管3的封焊長度為1s2，則能設定1s1≤1s2。這樣，若設定1s1≤1s2，則加熱外管3熔焊發光管2時防止發光管2產生拉伸應力，即使發光管2存在所謂格裡菲思流的微小傷痕，發光管2也難以因拉伸應力產生裂紋。另外，即使由於在發光管2及外管3的界面上作用的應力而產生剝離，也難以產生因所謂未燒透而導致的裂紋。而且，發光管2的氣壓處於低於大氣壓的狀態，在大氣壓中熔焊，即使因發光管2的軟化，其軟化部分向內被吸進去，也難以產生裂紋等。任何一種實施形態，外管在8mm以下的情況都能適用，但若考慮到被安裝的機器等的小型化的傾向，則希望為4mm以下，最好為3mm以下，壁厚為1mm以下，希望為0.1-0.7mm，最好為0.3左右。全長為任意長度均可，但希望為30～300mm，最好為50-200mm。所謂主體填充，氣體是指間隙內全部氣體中存在的分壓比一般超過50％的氣體。發光管2及外管3由例如由納鈣玻璃、鉛玻璃或硬質玻璃等任意材料形成，最好是同樣性質的材料，但即使是不同性質的材料也沒有任何問題。另外，發光管2及外管3最好是熱膨脹係數α為50以下的半硬質玻璃，但分別是不同性質的材料也行，例如一個用軟質玻璃，另一個用硬質玻璃也行。斷面形狀不限於圓形，可以設定為非圓形，例如橢圓或其他任意形狀，長度方向的形狀不限於直管，可任意選擇管形、半圓形、L字型、U字型或W字型等。發光管2的外徑包含絕熱手段。常溫氛圍是指周圍溫度為25℃，例如裝入作為後照光等的裝置的狀態時，也可以是該裝置的周圍溫度。壁厚可以是內管及外管相同，也可以某一個較厚。通過發光管2及外管3的各自的端部互相熔焊，因此發光管2及外管3之間氣密密封，由於不藉助於其他構件，因此容易製造，同時由於密封時的加熱導致的變形較小，難以破損，真空氣密性好，即使是高真空也不擔心洩漏。冷陰極8在鎳或不鏽鋼(SUS)套筒內具有水銀(Hg)合金，外側可以噴鍍BaAl2O4。BaAl2O4以外也可以是LiAlO2。加有鋰(Li)、鋇(Ba)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鋯(Zr)等金屬中某一種的複合氧化物也可以適用。冷陰極8中可以含有電子放射物質，該電子放射物質可以是在正離子轟擊等的γ作用下積極放出2次電子的物質或其他物質，例如可以採用LaSrCoO3、LaB6+BaAl2O4、LaSrCoO3+BaAl2O4、LaSrCrCoO3+BaAl2O4、LaSrCoO3+LaB6+BaAl2O4、LaSrCrCoO3+LaB6+BaAl2O4、LaB6+BaTiO3、LaSrCoO3+BaTiO3、LaSrCrCoO3+BaTiO3、LaSrCoO3+LaB6+BaTiO3、或LaSrCrCoO3+LaB6+BaTiO通過冷陰極8在γ作用下積極放出2次電子，防止低環境下效率下降。另外，不限於冷陰極8，也可以採用熱陰極。螢光體10不限於3波長發光型，也可採用單色或其他任意材料。關於放電媒體，多數情況下使用水銀及稀有氣體，例如氖或氬作為主成分，而不使用水銀、僅僅使用作為稀有氣體的氙氣，利用氙氣放電而導致的紫外線發光激發螢光體10。另外也可以封入氙氣及水銀，利用氙氣放電及水銀蒸氣放電兩种放電產生具有各自波長的紫外線。再有，作為與水銀一起封入的稀有氣體，如果採用氬和氖、氬、氖和氦的各自的混合氣體，也能改善因彭寧(Penning)效應的起動性能。水銀可以是純水銀或水銀合金的任何一種形態封入。權利要求1.一種低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，包括在兩端封裝一對冷陰極的同時，在周圍施行透光性的絕熱手段，沒有溫度補償的功能，周圍溫度接近0℃時，從起動開始60秒以內管面輝度達到穩定點燈時的50％以上，外徑為8mm以下，輸入功率在3W以下時管壁負荷在0.04w/cm2以上的封管體。2.如權利要求1所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，具有管內徑為3mm以下並在兩端封管冷陰極的內管；以及間隙處於減壓狀態下圍繞內管的外管，使得在常溫氛圍中以大約0.1w/cm2的管壁負荷點燈時的輸入電壓與內管單體點燈時相比降低10％以上。3.如權利要求1所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，具有管內徑為3mm以下並在兩端封裝冷陰極的內管；以及間隙處於減壓狀態下圍繞內管的外管，使得在常溫氛圍中點燈時處於最高效率[1m/w]的輸入功率與內管單體點亮時相比降低15％以上。4.如權利要求1所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，具有封入以水銀為主體的放電媒體並在兩端封裝一對電極的內管；以及隔有1mm以下間隙圍繞該內管並以1000Pa以下壓力被氣密密封的外徑為8mm以下的外管。5.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，設內管的表面積為S[cm2]、間隙內的壓力為P[Pa]、燈管輸入功率為W[W]、間隙內主體填充氣體的分子量為m，當存在管壁負荷w/s＜0.1的關係時，滿足P＜0.3×m的條件。6.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，設間隙內的壓力為P[Pa]、內管的表面積為S、間隙內主體填充氣體的分子量為m，當存在管壁負荷w/s≥0.1的關係時，滿足0.3×m≤P≤2×m的條件。7.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，內管和外管為玻璃製成，該內管和外管的兩端通過玻璃熔融而密封構成一體。8.如權利要求7所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，內管和外管分別由熱膨脹率相同的玻璃製成，該玻璃的壁厚為0.1mm至0.5mm。9.如權利要求8所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，內管和外管具有各自的密封部分，設內管的密封部分長度為1s1、外管的密封部分長度為1s2，則1s1≤1s2。10.如權利要求9所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，密封部分具有細長型的玻璃芯柱，有玻珠，軸向的封口長度比軸心看的玻珠直徑要長。11.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，主體填充氣體至少含有原子量比氮要大的稀有氣體的穩定氣體的任一種氣體。12.如權利要求11所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，主體填充氣體至少含有氙(Xe)和氪(Kr)的任一種。13.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，間隙中封入隨溫度變化壓使壓力改變的物質。14.如權利要求13所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，物質至少主要含有水銀、水銀化合物、碘、溴、水、碘化合物、溴化合物及水銀化合物中任一種。15.如權利要求4所述的低層水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，外管的外徑為內管外徑的2倍以內，外管的壁厚為外徑的10％以內。16.如權利要求15所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，具有厚度為外管外徑以上的導光板。17.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，具有封入以水銀為主體的放電媒體、兩端封裝粘附BaAl2O4的一對電極、全長為120mm以下、輸入功率為1.5W以下的內管，以及隔有1mm以下間隙圍繞該內管並以1000Pa以下壓力被氣密密封的外管。18.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，在外管外徑為2.6mm、內管外徑為1.8mm、內管與外管的間隙約為0.1mm、燈管長為100mm、燈管輸入功率為0.5W至1W時，將95％以上的氬(Ar)作為4Pa至10Pa的主體填充氣體封入。19.如權利要求4所述的低壓水銀蒸氣放電燈，其特徵在於，內管以頻率60kHz以上、燈管電流5mA以下點燈。20.一種照明裝置，其特徵在於，具有安裝所述低壓水銀蒸氣放電燈的器具本體。21.一種顯示裝置，其特徵在於，具有所述照明裝置照射的顯示手段。全文摘要本發明揭示一種低壓水銀蒸氣放電燈(1),分別具有壁厚0.3mm的玻璃制發光管(2)及玻璃制的管外徑3.6mm的同軸外管(3)。發光管(2)與外管(3)之間有0.1mm的間隙(5),在發光管(2)及外管(3)的兩端有整體的密封部分(b)。兩端的密封部分有分別與一根杜美絲(7)相連的冷陰極(8、8)。間隙(5)設定為1Pa以下的幾乎高真空的壓力。文檔編號H01J61/72GK1184400SQ9712128公開日1998年6月10日申請日期1997年10月31日優先權日1996年10月31日發明者西村潔,石崎有義,湯淺邦夫,涉谷增夫,高木將實,筒井直樹,齊藤美保,持丸真次申請人:東芝照明技術株式會社