JPH0424819B2

JPH0424819B2 -

Info

Publication number: JPH0424819B2
Application number: JP10623083A
Authority: JP
Inventors: Makoto Toho; Ryohei Itaya
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1992-04-28
Also published as: JPS59230254A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、例えばコンパクトで高効率の照明用
光源として利用し得る光放射電子管に関する。

（背景技術）照明用光源として、低圧水銀蒸着放電とけい光
体を組合せたけい光ランプが、その高効率性故、
古くから広く用いられている。しかし、かかるけ
い光ランプは陽光柱部の発光（紫外線放射）を利
用するため、一般に高効率たるためには管長が長
くなり、大形化する欠点がある。

また、上記発光原理とは全く異なる原理、すな
わち電子励起による発光方式がある。これはブラ
ウン管（以下CRTという）として実用化され、
古くからテレビ等に広く利用されている。この方
式は第１図に示す如く、外管１の内部を真空とし
て、熱電子放射性陰極（電子銃）２より放射され
た電子ｅを高圧電界で加速し、格子状陽極３を通
過せしめて直接けい光体（電子線励起形）４に衝
突・励起させるものであるが、この励起変換効率
が悪く、また電子の加速のため高電圧と相当の距
離を必要とするため、やはり大形化し、照明用光
源としては不向きである。なお、同図中５は偏向
用磁界装置、６は加速用直流電源、７は抵抗であ
る。

さらに、第２図に示す如く、上記CRT方式に
気体放電方式を折衷、組合わせたような方式が最
近提案されている（特開昭57−130364号）。かか
る方式は、透明外管１１内を上記CRT方式のよ
うに完全な真空とするのではなく、水銀蒸気が数
ｍTorr程度存在する低真空とし、熱電子放射性
陰極（電子銃）１２より放射された電子ｅを、上
記CRT方式と同様に電界印加で加速すると共に、
陽極１３をメツシユ状あるいは格子状構造にする
ことにより、電子の大半を通過せしめ、背後空間
１４で水銀蒸気の如き紫外線放射用気体に衝突さ
せ、水銀を励起し紫外線放射させ、この紫外線放
射をけい光体（紫外線励起形）１５に当て励起さ
せ、所望の可視光変換を行なわせる方式である。
なお、同図中１６は加速用直流電源、１７は抵抗
である。

かかる方式は、電子の加速空間に比し、陽極通
過後の水銀との衝突空間を十分大きくとること、
及び電子に適切な運動エネルギを印加せしめるこ
とにより、水銀の励起確率が極めて高くなり、全
体としての可視発光効率が従来のCRT方式に比
べ向上し、また、電子エネルギは水銀を共鳴励起
させる程度でよいため、加速電界及び加速空間は
CRT方式に比べ小さくてよいと報じられている。

しかしながら、かかる方式は背後空間を十二分
に有する必要があり、結果として発光管が大きく
なつてしまう欠点が残る。

（発明の目的）本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、極めてコンパクトな寸法で
しかも十分な発光効率が得られる光放射電子管を
提供するにある。

（発明の開示）本発明は、メツシユ状陽極に対し陰極を対称配
置することにより、上記陽極に対し電子を往復振
動させ、水銀の如き放射気体との衝突確率を飛躍
的に増大させ、従来の方式に比べ極めてコンパク
トな構成で、しかも高効率の放射（発光）を可能
とした光放射電子管を提供するものである。

以下、本発明を詳細に説明する。第３図は本発
明の基本構成を示す概念図で、所望の放射（発
光）に対して透光性を有する材料、例えば透明ガ
ラスにより気密に形成された外管２１の内部に
は、１対の陰極２２，２３と陽極２４が配設され
ており、両陰極２２，２３の少なくとも一方（同
図においては左側の陰極２２）は電子放射性陰極
（図示しない直流または交流電源により電流加熱
し、所望の熱電子放射温度を得るようにした陰
極、例えば、通常の螢光ランプ等に用いられるも
のと同類の熱電子放射型バリウムオキサイド被着
のタングステンフイラメントコイルの如き陰極）
で構成され、陽極２４は両陰極２２，２３の略中
間に配され、粗いメツシユ状または格子状（以下
メツシユ状陽極という）に形成されている。ま
た、外管２１内には蒸気化水銀の如き紫外線また
は可視線を照射する低気圧（10^-2〜10^-4Torrレ
ベル）の放射気体が封入されている。そして、陽
極２４と１対の陰極２２，２３との間にはそれぞ
れ正の直流電圧が、抵抗２５を介して直流電源２
６，２７により印加されている。

而して、上記直流電圧の大きさは、一方の陰極
２２より放射された熱電子ｅを加速すると共に、
ビーム状に形成して陽極２４に到達せしめ、該陽
極２４を通過した後は減速し、他方の陰極２３に
到達する直前で速度０になるように設定されてい
る。

次に動作を説明する。まず第１の陰極２２すな
わち電子放射性熱陰極２２により熱電子ｅが放射
されると、陽極２４との間に正電界が印加されて
いるため、熱電子ｅは加速される。そして、陽極
２４は粗いメツシユ状または格子状であるため、
熱電子ｅの大半はそのまま陽極２４を通り抜け
て、陽極２４と第２の陰極２３により形成される
減速電界域へ入る。ここでは熱電子ｅは減速を受
け、第２の陰極２３の直前で失速し速度が０とな
る。すると今後は陽極２４と第２の陰極２３間に
加わる正電界で、上記方向とは逆方向に加速され
再び陽極２４に達し、陽極２４を通り抜ける。以
下、陽極２４と第１の陰極２２は上記と同様に減
速電界となるため、熱電子ｅは減速し、第１の陰
極２２の直前で再び反転し、陽極２４に向う。以
降この動作を繰り返えし、熱電子ｅは陽極２４を
中心に電気振動する。

而して、第４図に示す実施例のように、外管２
１で形成される気密空間に水銀を封入し、外管２
１の内面にハロリン酸カルシウムの如きけい光体
２８を塗布した場合、水銀の一部は管壁最冷温度
に相応した蒸気圧の気体となるため、管内は常温
では数ｍTorr近くの気体で存在している。今、
陽極２４と両陰極２２，２３間のそれぞれの電圧
及び寸法関係を、電子ｅの平均運動エネルギが
5eV程度になるように設計すると、上述の電気振
動による何回もの往復運動の中で、電子は効率よ
く気体水銀原子を6³P₁の共鳴励起準位（中性の基
底準位より約4.9eV高い準位）へ励起せしめるこ
とができる。かかる励起は直ちに254nｍの紫外
線を放射し、外管２１の内面に塗布せるけい光体
２８により可視光に変換され放射される。

なお、電子の運動と励起衝突を確率良く生起せ
しめるには、発光（放射）さすべき気体の必要な
励起エネルギに相当した電子エネルギＥを、第５
図において実線で示すように平均的に得るよう
に、電極間の加速電圧と距離を設計すること、加
速電子の陽極へのトラツプの少ない陽極構造設計
をすること、陽極通過後の電子が次の陰極の直前
で速度ｖ＝０（第５図において破線で示す）に減
速され反転するように電極間電圧及び距離を設計
することが肝要である。

具体例を第４図を基に説明する。１対の陰極２
２，２３は共に熱電子放射性のフイラメントで構
成され、該フイラメントは図示しない外部補助電
源により加熱され、１Ａ程度の電子放射が十分可
能なように構成されている。陽極２４と両陰極２
２，２３間のそれぞれの距離は約１〜数cmで、両
極間の印加電圧はそれぞれ約10V程度である。外
管１内に封入される放射気体は水銀数〜10数ｍｇ
で、管内最冷温度は10〜60℃内であり、必要に応
じ0.1Torr以下の希ガスが封入される。

以上のように設定すると、放射電子は平均１〜
10eV程度のエネルギとなり、水銀を励起し254n
ｍの紫外線（約4.9eV相当）または185nｍの紫外
線（約6.7eV相当）を効率的に放射できる。

なお、発光すべき気体は上述の水銀のような部
分的金属蒸気でも、アルゴンの如き全気体でもい
ずれでもよい。また、けい光体を介さず直接紫外
線等の放射をさせてもよい。要は、外管により形
成される気密空間内には１対の陰極が配され、該
両陰極の少なくとも一方は熱電子放射性陰極であ
り、両陰極の略中間にはメツシユ状陽極が配され
ていること。上記陽極と陰極間の電圧及び距離
は、一方の陰極より放射された電子が陽極を介し
て往復運動を継続するように設定されているこ
と。

上記気密空間には、放射（発光）さすべき気体
が極く低気圧（電子の弾性衝突及び電離衝突によ
るロスが全体入力に対して相対的に無視しうるレ
ベル。水銀であれば数ｍTorr程度内である）封
入されていることである。

次に、本発明を効果的に実施し得る範囲につい
て説明する。

まず、電極間（陽極と陰極との間）距離は、10
cm以上では全体の寸法が大きくなりすぎ、また加
速電子の外管壁面への拡散ロスが増大し、有効発
光（紫外線放射）域の相対的限定が起るため実用
的に不利益となる。また0.5cm以下では陽極及び
陰極の構成がしにくく、電界の均一化も難かしく
実用に供し得ない。従つて、電極間距離は0.5〜
10cmが望ましい。

次に陽極と陰極間の印加電圧は５〜20Vが望ま
しい。水銀により所望の紫外線（254nｍ）を得
るには、電子を5eV前後に加速するのが最適であ
り、上述の如く電極間距離を0.5〜10cmとすると、
この間でそれぞれ5eV程度のエネルギが与えられ
るためには、約5Vの電圧が必要である。そして
電子の衝突ロス及び散乱ロスを考慮して変換効率
を約50％とすると、実質的には倍の電圧10Vを印
加するのが望ましく、さらに分布を考慮すれば最
適域は５〜20Vとなる。なお、5V以下では水銀
気体との衝突ロス等で、所望の電子エネルギに達
し得ない可能性が増大し、20V以上では電子エネ
ルギが強過ぎ、5eV前後を得る空間及び電子密度
が相対的に減少し、放射効率が低下してしまう。

最後に、動作時における外管内面最冷温度は、
周囲温度を25℃とすると25〜100℃が望ましい。
水銀気体が最も効率良く254nｍの紫外線放射を
するのは、周知の如く約40℃であり、蒸気圧にし
て約５×10^-3Torrの近辺である。そして、これ
より高温になる程、より長波長スペクトルの発光
へとシフトし、逆に低温になると短波長スペクト
ルへとシフトする。従つて、水銀紫外〜近紫外放
射をけい光体を介して可視光変換させ、高効率の
照明用光源を得ようとする場合には、200〜400n
ｍ域（具体的に該当するスペクトルは254nｍ、
297nｍ、313nｍ、365nｍ、366nｍ）の紫外放射
率が最も高いのは、大略25〜100℃と云える。25
℃以下では上記効率の低下と共に、水銀の蒸気圧
そのものも非常に小さくなるため、絶対放射強度
そのものが低下する。また100℃以上では、もは
や紫外の放射効率の低下が著しく、可視そのもの
の放射になつてしまう。

（発明の効果）本発明は上記のように、メツシユ状陽極に対し
て対称的に、少なくとも一方が熱電子放射性を有
する１対の陰極を配設すると共に、両陰極間で電
子の往復動を継続せしめることにより、気密空間
内の放射気体との衝突確立を飛躍的に増大させる
ことができる。従つて、コンパクトな構成にもか
かわらず、効率的な放射を得ることができる光放
射電子管を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来例を示す簡略図、第３
図は本発明の基本構成を示す概念図、第４図は本
発明に係る一実施例を示す簡略図、第５図は本発
明に係る電子の運動状況及びエネルギ状況を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】１内部に低気圧（10^-2〜10^-4Torrレベル）の
放射気体が封入され、放射に対して透光性を有す
る外管と、上記外管内の略両端に配設され、少な
くとも一方が熱電子放射性を有する一対の陰極
と、上記両陰極の略中間に配設された粗いメツシ
ユ状の陽極とより成る電子管であつて、上記陽極
と陰極間距離を0.5〜10cmとし、上記陽極と両陰
極間にそれぞれ５〜20Vの直流電圧を印加したこ
とを特徴とする光放射電子管。２上記放射気体の主気体を蒸気化水銀とし、動
作時の外管最冷温度を周囲温度25℃のとき25〜
100℃とし、外管の内面に紫外線励起形可視変換
けい光体を被着した特許請求の範囲第１項記載の
光放射電子管。