本発明の内容を添付した図面を使用して� ��細に説明する。説明に当たり蛍光放電灯(FL) の点灯は、駆動回路に接続した金属電極に電 圧を印加し、放電灯管内のガスを放電させ、 ガスの励起により発光した不可視の紫外線を 放電灯管ガラス内壁面に塗布した蛍光膜によ り可視光に変換するまでの工程をさす。本発 明になる蛍光放電灯管は、金属電極に電圧を 印加し、蛍光放電灯管を点灯するが、放電に 必要な電子は、従来の蛍光放電灯管のように 電源回路に接続した金属電極から直接に放電 管内に注入しない。高周波点灯している放電 灯管内部にイオン化により形成された電子を 絶縁体粒子表面に累積して出来た新規の電子 源から電子をガス空間に取り出し、この電子 をガス放電に関与させた後、放電管の他端に 集積するイオンと再結合させ、内部回路が閉 じる。即ち、蛍光放電灯管の点灯に、放電灯 外部から電子を放電灯管内に注入せず、放電 灯管内部で電子を調達し、放電灯管内で調達 した電子の全てが消費される。ガス空間に入 った電子は消える事無く、同じ電子がガス原 子と非弾性衝突を何度も繰り返し、放電灯管 内を軸方向に進む。ガス放電に必要な電子数 は、放電灯管が含有するガス原子の数よりも 少なくなる。内部電流量は放電灯管あたり0.1 ~1mAと計算されるが、内部電流を直接に測定� �る方法が無いので確認できない。蛍光放電� �管の消費電力は、外部回路に流れる電流と� �圧の測定で決めている。本発明になる蛍光� �電灯管の消費電力も外部回路の電流と電圧� �測定で決めるが、放電灯内部の消費電力と1� ��1で対応していない。外部回路に流れる電流 は金属電極を覆う絶縁体粒子の分極と分極解 離に要する誘電電流であり、金属電極を覆う 絶縁体粒子数に比例して増減する。金属電極 の面積を最小化すると絶縁体粒子数も減少し 、外部回路の誘導電流も最小化し、見掛け上 蛍光放電灯の消費電力は減少する。本発明に なる蛍光放電灯管は、この見かけ上の消費電 力を従来の蛍光放電灯の消費電力の数分の一 に減少する。更に、本発明になる電子供給源 の使用では放電ガスに露出した金属は皆無で あるので、陽イオンによる金属スッパターは 起こらず、スッパターによる電子供給源の減 少は皆無である。蛍光放電灯管内に有機残留 ガスが存在しない場合、放電管内に輝度を減 少させる要因はなくなる。その結果、蛍光放 電灯管の点灯寿命が従来の蛍光放電灯管では 考えられない驚異的な長さに延長する。点灯 寿命は初期輝度を100,000時間以上も保持する� �

 本発明になる蛍光放電灯管内の電子の動� ��は、固体と液体中の電子の動きとは異なる� ��原子が規則正しく配列している固体中の電� ��電導は、格子振動(電気抵抗)に規制される� �無秩序に原子が配列している液体中の電子� �導は、イオンまたは電子濃度に比例する。� �光放電灯内の放電は電子が担うがその電子� �挙動は、固体や液体の場合と異なり、遙か� �大きな影響を蛍光膜の荷電分布から受け、� �の影響下で挙動が決まるので、放電灯管内� �電子の挙動にはオームの法則は通用しない� �蛍光放電灯管内の蛍光膜上には、(a)励起ガ� �原子が発した紫外線光子、(b)ガスと非弾性� �突して散乱した電子、(c)散乱電子が高周波� �界と共鳴し、高周波電界場から得た高エネ� �ギー電子である。紫外線光子は無電荷であ� �ので蛍光膜上の電荷の作用は受けない。過� �の放電で見過ごされていた点は、負電荷を� �って移動している電子は、蛍光膜中の各蛍� �体粒子の電荷の影響を顕著に受け電子軌道� �方向を変える。個々の蛍光体粒子が持つ負� �荷には、蛍光体粒子が内部分極による固有� �荷(PIP)と蛍光体粒子表面に出来る表面結合電 子(SBE)がある。SBEは蛍光体粒子表面に微少絶� ��体が付着していると微少絶縁体に不可避に� ��れる。SBEの負電界により、蛍光体粒子は隠� ��される。蛍光膜上にあるこれ等の負電界は� ��クーロン反発力により蛍光膜への電子接近� ��遠ざける結果、ガス放電路はSBE負電荷の鞘� ��収まり、蛍光膜からSBEの電荷量により決ま� ��距離を隔ててガス放電路(陽光柱)は存在す� �。陽光柱と蛍光膜の間隙には非励起Hgガスが 存在し、ガス放電路から放射する254 nm 紫外 線を効率よく吸収する結果、蛍光膜に到達す る254 nm 紫外線量が飽和する。即ち、SBE鞘の 存在が、従来の蛍光放電灯管の輝度の飽和現 象になり、輝度の最大値を規制していた。本 発明はSBEを取り去った蛍光体粒子とSBEを保持 している蛍光体粒子とを適切な割合で混合し 、その混合体で蛍光膜を作り、蛍光膜から高 輝度が得られる事を発見し、高輝度、長寿命 で、消費電力を顕著に低減した新規構造から なる蛍光放電灯を提供する。

 図1は、本発明におけるFLの放電機構の原理� ��図解した説明図である。放電灯の駆動回路� ��直結した金属電極2と3をガス放電灯管1内に� ��れ、放電灯外にある電源6より交流高周波電 界を金属電極に印加する。説明を容易にする 目的で、図1では各金属電極2と3上にそれぞれ 一個の絶縁体粒子4を置く。金属電極2と3に電 圧を印加すると、絶縁体粒子4は、図1に示し� ��分極方向で瞬時に分極する。一般に絶縁体� ��子の誘電率εは大きいので、絶縁体粒子4に� ��起した分極電荷の電位は、金属電極2と3の� �位よりε倍高い。絶縁体粒子4に誘起した分� �電荷の内、ガス空間側の電荷は電界をガス� �間に広げる。絶縁体粒子4と金属電極2と3がac 高周波電界中に置かれた時、金属電極周辺の ガスは瞬時にac高周波電界によりイオン化し� ��電子e ^- とイオンAr ⁺ が相互作用を持たない距離に分離する。即ち 、自由電子と自由イオンとなる。自由電子と 自由イオンはそれぞれガス空間中を対極とな る誘電体分極に引き寄せられる。引き寄せら れた自由電子(と自由イオン)は絶縁体粒子内� ��突入するだけのエネルギーを持たず、自由� ��子は絶縁体内の正電荷と界面を介して結合� ��る。この繰り返しにより、時間の経過と共� ��結合電子が絶縁体粒子表面に累積し、電子� ��給源7が絶縁体粒子4の表面に形成される。� �様にしてAr ⁺  によるイオン源8が絶縁体粒子4の表面に形成� ��れる。蛍光放電灯管内のガス発光は電子源7 から取り出された電子が移動し、Ar ⁺ の正イオン8に届く間で起こる。上記したよ� �に放電に必要な全電子は放電灯管内で調達� �、管内で消費され、ガス放電5に必要な電子� ��放電灯管外からは全然供給されない。これ� ��本発明になる電子源7の形成と放電5の特徴� �ある。

 図2は本発明になる蛍光放電灯の点灯時に 存在する2つの等価回路を示し、放電灯を実� �的に駆動する外部回路12と放電灯管内部で放 電を担当する内部回路15を図示する。図2(A)に 図示した外部回路12は2つのコンデンサー13と� ��源6から成る。コンデンサー13は、実質的に� ��属電極2と3を覆う絶縁体粒子4である。外部� ��路12には、ac高周波による駆動時、絶縁体粒 子4の分極と分極解離をする(コンデンサーと� ��価)誘導電流14が流れる。外部回路12には更� �放電灯内部で電子が動くと、その放電管内� �の電子流による誘導電流14が流れるが、その 大きさは小さい。外部回路12にdc電圧を印加� �るとき、外部回路12に電流は流れず,放電灯� �は放電しない。図2(B)に図示した内部回路15� �、電子供給源16と累積した正イオン源17と、� ��電管内で放電している陽光柱11からなる。� �電は、電子供給源16と累積正イオン源17間の� ��子移動で発生する。図から明らかなように� ��蛍光放電灯の内部回路15と外部回路12の間に は、直接な電子の流れが無い。

 図3は、本発明の電子源7を使用し、蛍光� �電灯9の操作を示す略図である。蛍光放電灯� ��容器は真空封止したガラス管9で作られる。 ガラス管9内には、多数の絶縁体粒子4で覆わ� ��た金属電極2と3が内蔵され、ガラス管9の内� ��面には蛍光膜10 が蛍光体粒子(大きさが4 μ m前後)の適度の厚さで塗布されている。ガス� ��電の陽光柱11は蛍光膜10に接近できず、蛍光 膜から僅かに距離を置きガラス管9の中央に� �置される。陽光柱11で発光したUV光は電荷を� ��たないので、蛍光膜内の蛍光体粒子の電荷� ��影響を受けずに蛍光膜10に到達し、蛍光膜10 で可視光に変換される。陽光柱11と蛍光膜10� �間に非励起の水銀蒸気が存在する。この非� �起の水銀蒸気が、陽光柱11で発光したUV光を� ��光膜に到達する前に吸収(自己吸収)するの� �、発光に飽和現象が現れる。詳細は後述の� �光膜のところで述べる。

 本発明は補完する二つの部分から成立し� ��いる。第一は蛍光放電灯内で電子の供給源� ��なる金属電極上の絶縁体粒子表面に出来る� ��子源16と累積正イオン17である。第二は放電 灯管内を移動し、ガスの発光を生起する電子 の振る舞いが、蛍光膜を構成する各蛍光体粒 子の電荷による作用を受けるので、影響を与 える蛍光体粒子の電荷の最適条件を見いだす 作業である。

 本発明になる蛍光放電灯は、電子供給源� ��して熱陰極を使わない。本発明になる新規� ��電子源は,冷陰極(CCFL)の金属電極を絶縁体粒 子で蔽い、絶縁体粒子上に累積する電子を供 給源とする。基材はCCFLの金属電極である。� �4はCCFLで考慮された冷陰極電極の中で、一般 的に使われる金属電極の表面を絶縁体粒子4� �覆った電極構造を示す。最も一般的に使わ� �る金属電極は、図4(A)に示した釣鐘型電極19� �ある。この釣鐘型電極19を使用することはで きるが、釣鐘型電極19は表面積が大きく、表� ��を覆う絶縁体粒子数が多くなり、絶縁体粒� ��の充放電で外部回路に大きな誘導電流が流� ��るので、実用で不利益になる。絶縁体粒子� ��充放電で流れる外部回路の誘導電流を最小� ��するには、金属電極の形状を平板状にする� ��良い。図4(B)は平板状金属電極21を使用し、� ��板状金属電極21の放電ガス面に絶縁体粒4を� ��着させてある。この電極構造では絶縁体表� ��に存在する電子の取り出しに顕著な異方性� ��現れる。前記釣鐘型電極19及び平板状金属� �極21には外部電圧印加用のリード電極18が接� ��されている。Physical Review Letters,Vol. 27, 197 1, P1345の論文 (非特許文献5)に従えば、電子� ��絶縁体界面に沿う平行方向に移動すると移� ��性が高いが、表面に対し垂直方向に電子を� ��り出すと移動性は悪い。従来の蛍光放電灯� ��は電子を陰極面に直角方向で取り出してい� ��ので、取り出した電子による放電で問題が� ��ていた。蛍光放電灯を瞬時に放電させるに� ��、電子をガス空間に直接入れるのでなく、� ��子供給源から先ず電子を蛍光膜上に取り出� ��、この電子を加速させた後にガス空間に向� ��って散乱させる順序を踏むと、10ミリ秒以� �の速度で蛍光放電灯管が点灯する。金属電� �21はこの順序になる電子の取り出しに非常に 適している。しかも、平板状金属電極21から� ��り出す電子は、蛍光放電灯管の管端から1mm� ��ら3mmの間の電子を取り出せるので、蛍光膜� ��管端から1mm付近まで塗布しておけば、蛍光� ��電灯管の全長が均一に発光する。従来のCCFL では金属電極の大きさにより、管端から10 mm 以上、HCFLでは熱陰極の大きさによりさらに� �く2から3 cmの間が暗くなる欠点があった。� �の問題は、本発明になる図4(B)の平板状金属� ��極21を採用するとき解決する。

 眼は部屋の照明に使われる蛍光放電管の1秒 前後の点灯速度の差を感知できないので、発 明した蛍光放電灯管を部屋の照明に使用して も点灯速度の差は眼で感知できない。本発明 に係る蛍光放電灯管をLCD等の表示装置の光源 (バックライト)に使用するとき、10ミリ秒以� �の速度の点灯が可能となり、バックライト� �線走査点滅が可能となる。その結果、スク� �ーン上に写される画質はLCDの特性への依存� �減少し、眼で明確に認識できる画質の向上� �ある。それは、画像の小さな揺れや歪みが� �くなり、石炭の黒を基準とし、薄曇りの昼� �の光照度である350 cd/m ² の照度との間のコントラスト比による自然に 近い鮮明な映像となる。現在のLCDスクリーン 上の映像を長く見ていると、黒水準に明るさ があり、その水準から高コントラスト値を取 るので上限輝度が高く、昼間の太陽の直射日 光の映像と等価な映像となる。更にLCDの特性 により、明確に認知できない映像の不鮮明を 長時間見るので、眼を永久に損傷する。その 結果、人は眼鏡を毎年変えなければならない 。この問題は本発明になるCCFLを使用したLCD� �は解決される。個人的な眼の永久損傷ばか� �でない。LCDの消費電力も大幅に減少する。LC Dの光透過率は8%前後であり、CCFLの点灯速度� �1秒前後であるので、線走査が不能となり全� ��を均一に光らしている。バックライトを線� ��査で光らせると、消費電力は走査線の数に� ��比例し、一次関数で減少する。走査線数が1 0本ならば、バックライトの消費電力は十分� �一に減少する。走査線数を20本にすれば、二 十分の一の電力消費となる。バックライトの 消費電力の減少は、直ちにLCD表示装置の省電 となる。

 平板状金属電極21はCCFLの放電管ガラス径� ��細くする上で有利である。放電管ガラス内� ��1.5 mmよりも細くなると図4(B)に示したよう� �、片面だけに絶縁体粒子を塗布しただけで� �十分な電子が取り出せない。その場合には� �図4(C)に図示したように、平板状金属電極21� �両面に絶縁体粒子を塗布すればよい。図4(C)� ��電極を使用すると、内径1mm以上で高輝度なC CFLの製造が可能となる。なお、図4(A)~(C)にお� ��て、小ガラス管20は、ガラス管9の内部を真� ��引きした後、ArガスやHgガスを注入する微小 ガラス管で、最後に前記小ガラス管20を溶着� ��てガラス管9を封止する。平板状金属電極21� ��材質は金属の電気抵抗が絶縁体粒子の分極� ��関係しないので、特別な要求はないが、硬� ��が高い材料を使用した方が作業性がよい。� ��板状金属電極21の電極厚さは、使用する金� �材料により変わる。選択基準は絶縁体粒子� �保持と、製造時の電極設定作業の容易さで� �どのような金属材料でも使える。考慮しな� �ればならない点は、金属表面の腐食による� �機ガスと無機ガスの吸着である。ガス吸着� �あると、蛍光放電灯の寿命、特に蛍光膜の� �光がそれらのガスの吸着で弱められるので� �意が必要である。使用するNi-Cr合金を使用し た場合、最適な厚みは0.2 mmから1 mmの間にあ る。平板状金属電極21の直径は、使用する蛍� ��放電管の管径により変わるが、内管径が15  mm以上の蛍光放電管には、直径10 mmの平板状� ��属電極21の使用が可能であるので最大直径� �10 mmである。蛍光放電管の内管径が5 mm か� ��15 mmの間である場合、金属電極の直径は内� ��より2 mm小さくすると良い。蛍光放電管の� �管径が5 mm から2 mmの場合、金属電極の大� �さは内径より1 mm小さくすると良い。蛍光放 電管の内管径が2 mm以下の場合、金属電極の� ��きさは内径より0.5 mm小さくすると良い。

 蛍光放電管の内管が2 mm 以下の場合、平 板状金属電極21の作業性を考え、棒状金属電� ��を採用することもできる。図5(A)に棒状金属 電極22の表面に絶縁体粒子を塗布した例が示� ��れている。棒状金属電極22は、ガラスに封� �るディメット線の先端に固い金属棒をウエ� �ダーで融接着し、金属棒に絶縁体粒子を付� �させるだけでできるので、細いCCFLの作業性� ��優れる。使用する金属棒の太さは0.5 mmから 1 mmであるが、太さに限定はない。長さは0.  5 mmから 5 mmの間であればよい。ここに示し た数字よりも長くても、また短くとも電極と して使えるのは勿論である。

 金属電極の表面に絶縁体粒子が付着し易� ��ように金属の表面を粗面にすると良いが, � ��面を化学エッチングで作らない方が良い。� ��学エッチングした面は絶縁体粒子には滑面� ��なり、絶縁体粒子の付着が難しい。金属表� ��を粗面にするには、粉末粒子径が絶縁体粒� ��径より僅かに小さく、平均値で1から3 μmの 粉末研磨剤を使用すると良い。

 図5(B)には、棒状金属電極22の表面にガラス� ��リット23を被覆形成し、このガラスフリッ� �23の表面に絶縁体粒子を塗布した例が示され ている。この例では、絶縁体粒子を更に強固 に金属表面に付着させる目的で、非晶質フリ ットガラス23を金属の表面に先ず付け、熔融� ��以上の温度に加熱した後に絶縁体粒子を塗� ��し、再度加熱し、フリットガラス23を熔融� �た後に室温まで冷却すると、絶縁体粒子が� �融フリットガラス23の助けにより強固に接着 する。しかし、フリットガラス無しで作った 方が性能は良い。
 図5(C)には、金属電極であるフィラメント電 極28の表面に絶縁体粒子4を塗着した例が示さ れている。従来、HCFLではフィラメント電極� �電流を通電して加熱し、熱電子放出させて� �たが、このフィラメント電極28の両端28c、28d を結線してリード電極18に接続して通電不能� ��し、リード電極18に電位を印加するだけで� �発明の金属電極に転換できる。HCFLに使用さ� ��るフィラメント電極にはBaOのような絶縁体� ��子4が塗着されており、このフィラメント電 極28に電位を印加しても通電しないから熱電� ��放出はなく、HCFLとしては機能しない。しか し、リード電極18を介して結線されたフィラ� ��ント電極28に電位を印加すると絶縁体粒子4� ��誘電分極を生起できる。この誘電分極によ� ��絶縁体粒子4の近傍に放電ガスに由来する電 子源や陽イオン源を形成できる。
 図5(D)には、断線したフィラメント電極28の� ��面に絶縁体粒子4を塗着した例が示されてい る。HCFLでは、断線部28aによりフィラメント� �極28が断線すると、通電不能により熱電子放 出が消失し、発光しなくなった蛍光放電灯管 は不良品として廃棄されていた。しかし、こ の断線したフィラメント電極28の両端28c、28d� ��結線してリード電極18に接続すると、リー� �電極18に電位を印加することによりフィラメ ント電極28の全体を同電位に電位印加するこ� ��が可能になる。フィラメント電極に絶縁体� ��子4が塗着されていると、電位印加により絶 縁体粒子4に誘電分極を生起できる。この誘� �分極により絶縁体粒子4の近傍に放電ガスに� ��来する電子源や陽イオン源を形成できる。� ��って、断線したフィラメント電極を結線す� ��だけで本発明の金属電極として利用でき、� ��来廃棄されていた蛍光放電灯管を再生する� ��とが可能になり、本発明により再生効果と� ��エネルギー効果を発揮できる。
 図5(E)には、フィラメント電極28の一端28cに� ��ード電極18を接続し、他端28dを浮かせた例� �示されている。他端28dを電気的に浮かせて� �るから、前記フィラメント電極28は通電不能 になり、また一端28cをリード電極18に接続し� ��いるから、リード電極18に電位を印加する� �けでフィラメント電極28の全体を本発明の金 属電極に転換できる。その作用効果は図5(C)� �同様であるから、その詳細を省略する。
 図5(F)には、断線したフィラメント電極28の� ��端28cにリード電極18が接続され、他端28dを� �気的に浮かせた例が示されている。前記リ� �ド電極18に電気的に導通したフィラメント電 極28の部分には電位が印加され、前記フィラ� ��ント電極部分に塗着された絶縁体粒子4は誘 電分極して、絶縁体粒子4の近傍に電子源又� �陽イオン源が形成される。他方、電気的に� �いたフィラメント電極部分には誘電分極が� �じず、電子源又は陽イオン源の形成には寄� �しない。その作用効果は図5(D)とほぼ同様で� ��るから、その詳細を省略する。

 金属電極上に塗布する絶縁体材料4は誘電 率εが3~50までの値を持つ絶縁体ならばいずれ も絶縁体粒子として使える。誘電率εが50以� �の絶縁体を使用すると、外部回路のac電圧の 立ち上がりと立下りが遅くなり、放電灯の点 灯速度が遅くなる。同時に電力も増えるので 得策でない。無機絶縁材料の蒸発温度は一般 的に言えば非常に高温度まで安定であるので 、蛍光放電灯管の寿命に影響を与えない。更 に、蛍光放電管中の正イオンは絶縁体粒子を 直撃することもなく、図1で明らかなように� �電位の金属陰極に衝突することもない。従� �て、陰極に原因した蛍光放電灯管の寿命因� �は本発明の蛍光放電灯管から消える。ここ� �蛍光放電灯管の寿命についてもう少し述べ� �整理する。蛍光放電灯管で寿命を決めるも� �一つの因子は、蛍光膜輝度の経時劣化であ� �。蛍光膜の輝度の経時劣化は、蛍光体の発� �中心の破壊による劣化とする説明が出版書� �の中で確立しているが、この説明は間違い� �ある。結晶の格子点を占有している発光中� �は非常に安定である。だが蛍光体粒子の界� �付近は不安定で、沢山の格子欠陥が製造時� �出来る。特にイオン半径の大きな陰イオン� �結晶界面で存在が不安定であり、結晶格子� �ら抜け出し陰イオン欠陥を、原子層で表面� �ら5層ぐらいの間に作る。蛍光体の製造にお� ��て還元性雰囲気中で高温加熱すると、強制� ��に酸素欠陥数が増加する。これらの陰イオ� ��欠陥を持った蛍光体粒子は、製造した蛍光� ��電管中の残留ガスを吸着する。蛍光体粒子� ��面に吸着した有機ガスは、蛍光膜に照射す� ��254 nm紫外線を吸収するので、蛍光体粒子に 到達する紫外線強度はその分だけ減少する。 蛍光膜輝度は吸着ガスの量に従って減少する 理由である。化合物結晶の表面から陰イオン 欠陥を完全に取り除く方法はない。蛍光膜の 劣化の主因は有機残留ガスである。残留ガス は蛍光放電灯の製造時の脱ガス工程で無視で きる水準まで除ける。即ち、蛍光放電灯管の 製造工程を改良すれば残留ガスの影響は無視 できる。有機残留ガスを無視できる所まで取 り除いた本発明になる蛍光放電灯管の寿命は 、寿命に関与する全因子が無視できるので、 初期輝度を 100,000時間以上も保持する。

 絶縁材料の話に戻る。使用する絶縁体粒� ��は各粒子が個別化した粒子でなければなら� ��い。凝集粒子を含まないことが大切である� ��0.5μm以下の粒子が粉体材料に含まれている� ��、粉体の保存中に小さい粒子の接触面に毛� ��凝縮で空気中の水が吸着し、吸着水と絶縁� ��粒子表面との間に電気化学反応が起こり、� ��子は凝集する。従って、使用する絶縁体粉� ��0.5μm以下の粒子が含まれないことが望まし� ��。絶縁体粒子の平均粒子径は、顕微鏡下で� ��きさを決定する方法で1μm~10μmであれば使用 できる。特に、平均粒子径が1μm~7μmにある絶 縁体粒子を使用すると良い結果が得られる。

 絶縁体粒子材料は、化学ハンドブックに記� ��されている無機酸化物であればどれも使用� ��きる。それらの中で望ましい酸化物として� ��MgO, SiO ₂ , Al ₂ O _3,  CaO, SrO, BaO, Y ₂ O ₃ , La ₂ O ₃ , CaAlO ₃ , アルミ酸塩と珪酸塩、及びその複合化合物 などがある。これらの酸化物の他に、蛍光体 の基体結晶がある。蛍光体の基体結晶は非対 称の格子点を持っており、高い誘電率を持つ ので有利である。絶縁体素材として使える蛍 光体粒子は、Y ₂ O ₃ , Y ₂ O ₂ S, YVO ₄ , YPO ₄ , ZnS, ZnO, (Y,Gd) ₂ O ₃ , (Y,Gd)BO ₃ , Y(P,V)O ₄ , LaPO ₄ , BaMgAl ₁₀ O ₁₇ 等である。上記した蛍光体の基体結晶に蛍光 体の発光中心となる付活剤を導入した蛍光体 粒子も使用できる。但し、化学的に活性なS� �含む化合物は、Hg蒸気と化学反応してHgS(黒� �物質)を形成するので使用できない。粒子表� ��層にSを含まなければ使用可能である。利用 する粒子表面は化学的にも物理的にも清浄な 表面が要求される。上記した化合物以外に誘 電率の大きなペロブスカイト粒子が知られて いる。その代表として、PbZrO ₃ , PbTiO ₃ , CaTiO ₃ , SrTiO ₃ , BaTiO ₃ , PbTiO ₃ と PbZrO ₃ の固溶体 (PZT)、PbTiO ₃ とCaTiO ₃ の固溶体などがある。ペロブスカイト粒子の 誘電率は非常に大きい。既に述べたように、 粒径が大き過ぎる誘電率材料の粒子は、例え 沢山の自由電子やイオンを累積しても、ペロ ブスカイト粒子の充放電で外部回路の誘起電 流の速度が遅くなるので使えない。

 発明した新電子源は、蛍光放電灯管製造の� ��品として扱われる。部品としての新電子源� ��作り方を実施例により、詳細に述べる。
[実施例1]
 本発明になる電子源の部品は、絶縁体粒子� ��金属電極上に適当な厚さに塗布することで� ��る。絶縁体粒子は粉末であるので、絶縁体� ��子とビヒクルと呼ばれる結合剤溶液を調合� ��、塗布液(スラリー)を作る。一般に使用さ� �るビヒクルには表1に示す2種類がある。どち らのビヒクルを使用しても同じ結果が得られ る。

 Ni金属棒電極にY(V,P)O ₄ :Eu赤色蛍光体粉末を絶縁体粒子に選び、ビヒ クルAでスラリーを作る。その調合割合を表2� ��示す。表2の材料を秤により正確に秤量し、 両者をよく混ぜ合わせるとスラリーが出来る 。Ni金属棒電極をスラリーに漬け、直ちに引� ��上げると、Ni金属棒電極表面にスラリーが� �着する。付着した絶縁体粒子層数は、表2に� ��した混合割合を変えて調節する。引き上げ� ��れたNi金属棒電極上の絶縁体粒子層はスラ� �ーで濡れているので、50 ℃前後の温風を吹� ��つけ乾燥する。乾燥後、電極を蓋のない炉� ��いれ550℃で10分~30分加熱する。加熱により� �機物が酸化され、水蒸気と炭酸ガスになり� �気中に放散する。Ni金属棒電極を室温まで下 げると、Y(V,P)O ₄ :Eu赤色蛍光体の白色粉末が塗布したNi金属棒� ��極が得られる。この白色粉末を塗布したNi� �属棒電極はCCFL電極として使用できる。

[実施例2]
 Ni-Cr円盤状金属電極にY ₂ O ₃ :Eu赤色蛍光体粉末を絶縁体粒子として選択し 、ビヒクルBを選択し、スラリーを調合する� �スラリーを作る時の調合割合を表3に示す。� ��3の材料を秤により正確に秤量し、両者をよ く混ぜ合わせるとスラリーが出来る。このス ラリーにNi-Cr円盤状金属電極を漬け、引き上� ��ると、Ni-Cr円盤状金属電極の両表面にスラ� �ーが付着する。付着した絶縁体粒子層数は� �表3に示した混合割合を変えて調節する。引� ��上げられたNi-Cr円盤状金属電極上の絶縁体� �子層はスラリーで濡れているので、弱い温� �を吹きつけて乾燥する。乾燥後、電極を蓋� �ない炉に入れ550℃で10分~30分加熱すると、有 機物が酸化により分解し、水蒸気と炭酸ガス となり空気中に放散する。Ni-Cr円盤状金属電� ��を室温まで下げると、Y ₂ O ₃ :Eu赤色蛍光体の白色粉末が塗布したNi-Cr円盤� ��金属電極が得られる。この白色粉末を塗布� ��たNi-Cr円盤状金属電極はCCFLの電極として使� ��できる。

[実施例3]
 Ni金属棒電極にBaO絶縁体粒子とビヒクルBを� ��び、スラリーを作る。調合割合を表4に示す 。製造工程は実施例1と2に述べたと同じ工程� ��あるので略す。この白色粉末を塗布したNi� �属棒電極がCCFLの電極として使用できる。

[実施例4]
 Niカップ電極にBaMgAl ₁₀ O ₁₇ 絶縁体粒子とビヒクルAを選び、スラリーを� �る。調合割合を表5に示す。製造工程は実施� ��1と2に述べたと同じ工程であるので略す。� �の白色粉末を塗布したNiカップ電極がCCFLの� �極として使用できる。

 実施例に示さない酸化物、複合酸化物の� ��末粉を使用しても、実施例2~4に示したと同� ��結果が得られるので、これ等の実施例の既� ��を略すが、本発明から除外するものではな� ��。

[実施例5]
 実施例5では、HCFLに広く使われている熱陰� �を本発明になる電子源で置換するとどの問� �が解決するかが述べられる。世界で最も広� �使用されている電極は熱陰極である。熱陰� �は800℃前後に加熱したタングステンフィラ� �ントを酸化バリウム(BaO)等で被覆した陰極で ある。熱したBaO層の最上層に配置したBaから� ��子が真空中に放出する。HCFLを操作すると、 電極付近の管壁温度が他の部分の管壁温度よ りも高くなる。管内径が10 mmより細い省電型 HCFLでは手で触れない高温度 (50 ℃から60 ℃ )に加熱する。電極周辺の放電管の管壁温度� �上昇する原因が明らかで無かったので、対� �が採られていない。本発明者の研究によれ� �、陰極表面は不可避的に形成される表面結� �電子SBE (10 ⁵  V/cm)で覆われており、SBEの負電界を越えて� �極から電子を取り出すには、10 ⁵  V/cm以上の陽極電圧の印加が陰極に必要であ る。陰極から取り出された電子は当然ながら 10 ⁵ V/cm以上のエネルギーを持つ高速電子である� �ガス原子の満ちたガス空間に突入した高速� �子は、陰極と陽極間の強い一方向の電場に� �り、電子は一方向に進む。一方向に進む高� �電子はガス原子を励起するよりもガス空間� �ある距離だけ通過すると、ガス原子と非弾� �衝突し、ガス原子をイオン化して電子とイ� �ンに分離する。イオン化に当たりガス原子� �エントロピーの変化で熱が出る。この熱に� �り陰極周辺の広い範囲で放電灯の管壁温度� �高くなる。高速電子はガス原子と非弾性衝� �を繰り返しながらエネルギーを僅かずつ失� �、陰極からある距離を移動した所で、移動� �子のエネルギーはガス原子を励起するエネ� �ギーまで減少する。電子によるガス原子の� �起には熱の放出を伴わない。それ故、以後� �管軸長では管壁温度は一定となる。陰極付� �の管壁温度が上昇するのが第一のHCFLの問題� ��ある。この問題は、蛍光放電灯管の主放電� ��関与しないガス原子のイオン化が発生して� ��る事実を示す。これは蛍光放電管の点灯に� ��無駄なエネルギーの消費である。本発明に� ��る電子源を電子供給源に採用すると、HCFLは CCFLとなるが、電子源から取り出された電子� �エネルギーはゼロ速度に近く、ガス原子の� �オン化は起こらない。従って、蛍光放電灯� �の点灯で、蛍光放電管端周辺の温度上昇は� �い。それ故、本発明になる電子源を使用し� �CCFLの点灯電力は、従来のHCFLとCCFL蛍光放電� �管の点灯電力より顕著に減少する。

 第二の問題は陰極前面で発生する大きな陰� ��電圧降下である。蛍光放電灯の全エネルギ� ��の30%~40%のエネルギーが陰極電圧降下で失わ れる。陰極電圧降下はCCFLでも発生している� �ら、熱電子陰極に固有でないので一般論と� �て述べる。上述したように電子を真空中に� �接取り出す陰極は、不可避にできる強い負� �荷のSBE (10 ⁵  V/cm)で覆われている。陰極から電子を取り� �すには、10 ⁵  V/cm以上の陽極電圧の印加が陰極に必要にな る。取り出された電子は陰極と陽極間の強い 一方向の電場により、一方向に進む。一方向 に進む高速電子はガス原子を励起するよりも ガス空間を通過する中、ガス原子と非弾性衝 突し、ガス原子をイオン化して電子とイオン に分離する。高速電子はガス原子と非弾性衝 突を繰り返しながらエネルギーを僅かずつ失 い、陰極からある距離を移動した所で、移動 電子のエネルギーがガス原子を励起するエネ ルギーの水準まで減少する。電子によるガス 原子の励起には熱の放出が伴わないことは既 に述べた。以後の放電に関与する電子は、ガ ス原子を励起する水準のエネルギーを持った 電子の挙動で決まり、陰極に出来たSBEの影響 を受けない放電となる。この放電が陽光柱放 電である。陰極電圧降下が起こる範囲は、陰 極表面と陽光柱の始まるまでの間に一致する 。

 この範囲には、陰極から取り出された場� ��によりエネルギー値が異なる高速電子、ガ� ��原子のイオン化により発生した自由イオン� ��自由電子が混在するが、各荷電粒子の分布� ��均一でなく、陰極面からの距離により不規� ��に変わる。この変化の中でガス原子を励起� ��きるエネルギーを持った電子もあり、ガス� ��子を励起し発光させるが、その数は少ない� ��その他のエネルギーを持った電子とイオン� ��ガス原子を発光させない。電子のエネルギ� ��を決める1因子に、電子とイオンの質量の差 がある。イオン化して出来たイオンと電子は 陰極と陽極の電界により、電界中を移動する が、移動速度、移動方向、移動距離が大きく 異なるのでガス空間中で偏って分布する。偏 積分布したイオンの電界(陽極電界と逆方向)� ��軽量で動く電子に作用する。エネルギー値� ��異なる高速電子、偏積したイオン、電界強� ��により容易に動く電子の複雑な分布が、こ� ��等の荷電粒子が均一に分布することを許さ� ��、それに基づいた線状発光縞が観察される� ��陰極電圧降下の起こる範囲は線状発光縞が� ��生する範囲に相当する。従来の陰極を使用� ��る限り、SBEは陰極面に不可避に出来るので� ��陰極電圧降下も不可避に発生する。従来の� ��極電極を本発明の電子源で置き換えるだけ� ��、陰極電圧降下は蛍光放電灯から完全に消� ��る。その結果、本発明の電子源を使用したC CFLの点灯消費電力は、従来品に比して約40 %� �減少するので、環境汚染問題に大いに貢献� �る。

 第三の問題は蛍光放電灯の点灯寿命であ� ��。HCFLを使用した蛍光放電灯の寿命は、電極 金属周辺に出来た陽イオンが陰極電位に引き 寄せられ、陰極に弾性衝突し、陰極金属の局 部を高温度に加熱し、そこから金属蒸気が蒸 発することに原因する。本発明になる電子源 を採用すると、放電ガス内に陽イオンにさら された金属は皆無である。従って、寿命の飛 躍的な延長が可能となる。

 以上までに記した詳細な発明の内容は、� ��光放電灯管の電子供給源の改良であった。� ��発明になる電子源を使用すると、初速ゼロ� ��近い電子が放電路に取り出せる。その結果� ��従来の蛍光放電灯管の研究では解明が困難� ��あった現象が解明できるようになった。そ� ��らは蛍光放電灯管の放電点灯開始時間の遅� ��、陽光柱のSBE鞘への収納である。この問題� ��、蛍光膜を構成する各蛍光体粒子の荷電状� ��に原因する。今まで誰もが蛍光体粒子の物� ��が理解出来なかったので、この問題の解明� ��手を付なかった。以下に各蛍光体粒子の荷� ��状態が放電電子に関与する状態を詳述する� ��

 FL管内のガス放電に影響を与える蛍光膜� �4つの荷電状態と電子軌道の変化を図6に図解 する。図6(A)は、蛍光放電灯管ガラス9の内壁� ��に市販放電灯用 (PL) 蛍光体粉を塗布して� �来た蛍光膜24の部分図である。市販PL用蛍光� ��の全粒子は持続性内部分極 (PIP)を製造時か ら保持して居り、粒子外にPIPの負電荷 (約 1 50 V )の電界を及ぼす。当然の理で市販PL蛍� �体を使って作った蛍光膜24の上面はPIPの負電 荷で覆われる。そこに初速ゼロに近い電子源 からの電子eが近づくと、電子eはPIPの負電界� ��ら静電反発を受け、蛍光膜上に入れない。� ��れだけではない。ガス空間はガス原子の最� ��殻を充填している外殻電子による負電界で� ��ち、電子eはガス空間にも入れない。ガス原 子は放電しない。即ちガス放電は点灯しない 。

 蛍光放電管中のガス空間に侵入できる電� ��は、高エネルギー電子だけである。従来の� ��電灯管は、高エネルギー電子を陰極から取� ��出したので、電子はガス空間に突入できた� ��、高エネルギー電子は蛍光膜上の表面伝導� ��出来ず、ガス放電を点火出来なかった。蛍� ��放電灯管のガス放電には、ガス放電に先立� ��、蛍光膜上に低速電子の導入が必要である� ��使用した高エネルギー電子は一方向に直進� ��、散乱電子は蛍光膜のPIP負電界に打ち勝つ� ��とが出来なかった。蛍光膜周辺に電導体を� ��置し、300 V前後の正電圧を印加すると、放� ��灯のガスが点火する現象を経験的に見出し� ��。特殊CRT開発者も経験的に知っていた。蛍� ��膜のPIPは200 V以上の正電界を蛍光膜に印加� ��ると蛍光膜から消える。蛍光膜のPIPの存在� ��その消去の方法は、乾式複写機や電子写真� ��感光板に実用されている。蛍光体材料も感� ��板として使えるが性能が低いので実用化で� ��ない。蛍光膜のPIPは特殊CRT (蓄積管)にも利 用されている。蛍光放電灯管の放電の点火法 として、蛍光放電灯管の技術者は蛍光膜のPIP の消去法を経験的に見つけたが、PIPそのもの の存在を理解できなかったので動作原理が不 明であった。PIPの消去により付随して発生す る諸問題の除去に苦労し、経験で見つけた方 法を社内機密とした。本発明者は、蛍光体の 選択により、PIPの問題を全面的に解決する。 蛍光体の種類と作り方を制御すると、蛍光膜 にPIPを作らない蛍光体を作ることが出来る。

 図6(B)に蛍光体粒子がPIPを持たない蛍光体を 使用して作られた蛍光膜25上に初速ゼロに近� ��電子を導入した時の、蛍光膜表面伝導電子� ��状態を示す。PIPを持たない蛍光体としては� ��15 V以下の低電子線の照射下で発光するCL蛍 光体である。代表的な蛍光体は、緑白色に発 光する又は390 nmにピークを持って鋭い線状� �光する酸化亜鉛 (ZnO) 蛍光体、ナトリウム� �化合物を融剤に使わずに作られた青色発光� �化亜鉛 (ZnS:Ag:Cl) 蛍光体、緑色発光硫化亜� � (ZnS:Cu:Al) 蛍光体,及び特殊条件下で作られ� ��MgOがある。蛍光膜に照射する電子のエネル� ��ーを120 Vまで上げると、酸化亜鉛過剰で製� ��された珪酸亜鉛 (Zn ₂ SiO ₄ :Mn) 蛍光体、表面を化学エッチングして作ら れた硫酸化イットリウム (Y ₂ O ₂ S:Eu or Tb)蛍光体、融剤を使用しないで作ら� �た酸化イットリウム (Y ₂ O ₃ :Eu or Dy) 蛍光体等が加わる。図6(B)の例はZnO 蛍光体で蛍光膜を作った場合を示す。蛍光膜 表面に入った低速電子は、PIP負電界が存在し ないため、容易に蛍光膜上に入り、放電管の 他端にある累積イオン8の電界により加速さ� �、蛍光膜表面上を一方向に進み、累積イオ� �8に到達し再結合によりガス原子に戻る。通� ��のFL管(管長50 cm)で一方向に進む電子軌道に ガス原子が存在する確率は計算できる。その 値は10 ^-6 であり、一方向に進む加速電子がガス原子と 衝突する確率はゼロと考えて良い。表面伝導 する電子によるガス原子の発光はない。更に 蛍光膜上を表面伝導する電子の直接計測法が ない。間接には放電管の外壁に設置した導体 に大きな誘導電流が検出できるので、大きな 表面伝導電流が流れていると理解できる。次 の事実を観測できた。ZnO蛍光膜は完全な平滑 面で無いので、蛍光膜表面上を一方向に進む 加速電子は蛍光膜の突起した部分に衝突し、 その部分の蛍光体はCL発光する。微弱なCL発� �であるが一方向に進む加速電子の存在を確� �できる。蛍光膜が完全な平滑面であると、� �子の動きは検出出来ない。加速電子の検出� �Y ₂ O ₃ :Eu 蛍光体 (110 Vの電子照射で発光する)の蛍 光膜を使用すると、次のことが観測できる。 Y ₂ O ₃ :Eu 蛍光体には数少ない蛍光体粒子に欠陥が� ��り、その粒子の負電荷により、一方向に進� ��電子軌道が曲げられ、表面伝導で加速され� ��電子がガス原子の充満したガス空間に入る� ��ガス空間に軌道を曲げられた加速電子はガ� ��空間のガス原子と非弾性衝突する。非弾性� ��突でエネルギーを受けたガス原子 (Hg) は� �起され、紫外線を発光する。発光した紫外� �は蛍光膜に照射され、蛍光膜はPLを発光する 。非弾性衝突で軌道を曲げられた電子はガス 空間に留まり、ガス空間に印加されている高 周波電界により加速され、ガス空間の他のガ ス原子を励起する。この繰り返しがガス空間 で起こりガス原子は放電を開始する。蛍光膜 中に含まれ、一方向に進む電子軌道を曲げる 粒子数は少ないので、PL発光強度は低いが、Z nO蛍光膜の場合より多くの蛍光体粒子がPL発� �する。このように一方向に進む加速電子と� �加速電子の軌道をガス空間に曲げ、ガス原� �を励起する方法が、PL発光の観察により明確 に検出できる。同じ結果はZn ₂ SiO ₄ :Mn緑色発光蛍光体やY ₂ O ₂ S:Eu赤色蛍光体を使用しても検出できる。だ� �これ等の蛍光体から単独で作った蛍光膜の� �光は、実用水準の発光強度に比較するとか� �り低い。上述した実験は実務を大切にする� �電灯技術者には低輝度であるので無視され� �。しかし、上述したように非常に重要な科� �情報を提供しているのを見逃した。

 PIPを持たない蛍光膜は、低速電子の蛍光� ��上の電子電導を容易に許容し、電子を加速� ��る(引き金の役割)が、蛍光放電灯管中のガ� �の励起には直接貢献しない。蛍光膜中に負� �電している蛍光体粒子が存在すると、加速� �子の軌道はそこで曲げられガス空間に入り� �ガス原子を励起する。励起したガス原子は� �外線を発光する。非弾性衝突した電子は、� �ス空間に留まり、高周波電界により加速さ� �、他のガス原子を励起する。この繰り返し� �ガス放電は点火する。これが実用蛍光放電� �管のガス放電を瞬時に点灯する機構である� �この観察は蛍光放電灯管を科学解析する上� �非常に重要な発見である。

 図6(C)は上記した発見を確認する目的で、 蛍光放電灯管の蛍光膜の終端の小面積にZnO蛍 光体粒子25(PIP無し)を塗布し、残りの大面積� �市販PL蛍光体粒子を配列した蛍光膜24(PIP有り )で蛍光放電管内壁面を覆う。実験的には先� �市販PL蛍光体粒子をガラス内壁面に塗布し、 乾燥してから結合剤を焼却する。ガラス端の 蛍光膜を柔らかい布でふき取った後、ZnO蛍光 体粒子25を拭き取ったガラス面に塗布する。� ��燥してから結合剤を焼却する。この方法に� ��り、図6(C)の蛍光膜が出来る。

 この蛍光膜に本発明になる電子源を設置� ��、初速ゼロに近い電子を導入する。電子はZ nO蛍光体粒子25の配列した所で加速され、ガ� �原子の励起可能なエネルギーを持つ。加速� �子は、しかし市販蛍光膜24上に立ち入ること が出来ず、電子軌道を曲げてガス空間に入る 。ガス空間に入った電子はガス原子と非弾性 衝突し、ガス原子を励起し、ガス空間の放電 を点灯する。この現象が蛍光放電灯管のガス 放電の瞬時点灯となる。非弾性衝突した電子 は、ガス空間の高周波の波に乗り、高周波電 界から適切なエネルギーを獲得し、次のガス 原子を非弾性衝突で励起する。放電路を伝播 する高周波の波と共鳴した電子はこの繰り返 しによりガス原子を励起しながら放電管中を 管端まで移動し、最後にイオンと結合して消 える。蛍光放電管中を高周波の波と共鳴して 移動する電子は、我々の眼で観察したとき、 蛍光放電灯管は均一強度で発光する蛍光膜と して観察される。しかし、大切な事実が見過 ごされていた。

 放電路中を移動する電子は加速によりエネ� ��ギーを持ち、ガス原子と非弾性衝突をする� ��非弾性衝突した電子の軌道方向は無作為で� ��る。無作為方向に散乱された電子の中には� ��光膜に接近する機会を持つ電子があるが、� ��光膜にはPIP26の負電荷が存在するので、そ� �電子は蛍光膜に接近できず、陽光柱内に戻� �。高周波の波に共鳴しているガス原子を発� �させる電子の活動範囲は、ガス放電管の全� �間ではなく、蛍光膜から一定の距離を保持� �た放電管の中央のガス空間内に限定される� �それがPIP鞘26に収められた陽光柱である。ガ ス原子は電気的に中性であり、電界や電荷の 影響を受けず、放電管内に均一濃度で分布す る。PIP鞘26に収められた陽光柱と蛍光膜の間� ��ガス原子(未励起ガス原子)が均一濃度で分� �している。陽光柱で発光した光がガス原子� �励起準位から基底準位への電子遷移で発生� �ているならば、発光した光はガス原子によ� �吸収が許容となる。その場合陽光柱内で発� �した光は陽光柱と蛍光膜間に介在するガス� �子により吸収され、蛍光膜に届くのは吸収� �れた残量になる。蛍光放電灯の場合、低圧Hg 蒸気の発光を利用する。発光はHgの励起準位 ⁶ pから基底準位 ⁶ sへの電子遷移であるので、陽光柱と蛍光膜� �に存在するHg蒸気により吸収を受ける。光は 電荷を持たない粒子であるのでPIPの影響を受 けず、陽光柱と蛍光膜間に存在するHg蒸気に� ��り吸収を受けた残量だけが蛍光膜に到達す� ��。蛍光体粒子は大きな光屈折率を持った粒� ��であるので、紫外線の一部が蛍光膜の表層� ��配列した蛍光体粒子に突入し、発光中心に� ��接吸収されて可視光を発光する。表層粒子� ��反射した紫外線は散乱光となり蛍光膜の深� ��にある蛍光体粒子に突入し,発光する。与え られた蛍光放電灯管で蛍光膜に到達する紫外 線量を増加させるには、蛍光膜がPIP負電荷で 覆われないようにすると良い。即ち、PIP鞘を 作らないようにすると良い。

 蛍光膜に接近して配置した導体に正電位� ��印加すると蛍光膜のPIP電荷は消える。その� ��果、PIP鞘26は消え、陽光柱は蛍光膜まで広� �、輝度が増加すると期待すると、そうでは� �い。PIPが存在しない蛍光膜は図6(B)に示した� ��光膜25と等価になり、電子は負電界のガス� �間に入れず、蛍光膜表面上を一方向に進む� �面伝導になり、蛍光放電灯管の輝度は著し� �減少する。高輝度に発光する蛍光膜には、� �光膜を表面伝導により電子を加速する働き� �、その電子軌道をガス空間に曲げるPIP蛍光� �粒子の両者の蛍光体粒子の組み合わせが必� �である。実務的にはPIP電荷の作用の及ばな� �所に陽光柱を作れば良いことになり、Hg原子 による自己吸収を容認し、管径が25 mm以上と 大きな蛍光放電灯が実用され、最適条件を経 験的に求めた。これが従来の蛍光放電灯であ り、陽光柱内でHgが発光した254 nm紫外線の自 己吸収を許容し、発光の飽和現象のある蛍光 放電灯を実用化してきた。

 図5の結果より、図6(D)に図示したように� �PIPを持つ市販PL蛍光体24とPIPを持たない低電� ��CL蛍光体25をガラス管内面に交互に配列する 。PIP26の作用は大いに減殺され,ガス放電の点 火が早く、陽光柱の広がりによる輝度上昇が 見られた。ここで低電圧CL蛍光体25の選択が� �要になった。低電圧CL蛍光体25の候補は前記� ��た。これ等の蛍光体のどれでもが使用でき� ��とは限らない。市販されているこれ等の蛍� ��体の中には、表面処理と言って絶縁体の微� ��粒子が表面に付着している。他の場合、蛍� ��体製造時の処理が不十分で残留物が粒子表� ��に残っている。陽光柱から散乱により蛍光� ��粒子に照射した電子は、蛍光体粒子内に入� ��、蛍光体粒子から二次電子を真空中に放出� ��る。その時蛍光体粒子の中に正孔を残す。� ��の正孔と二次電子が真空中で結合し、金属� ��極の場合と同様な機構で粒子表面にSBEを形� ��する。不純物が付着していると、その不純� ��の表面にもSBEが形成する。CL蛍光体粒子の� �光は、電子の入射で蛍光体粒子内に沢山で� �る正孔と電子が発光中心で再結合して発光� �る。CL蛍光体粒子の表面が清浄であると、CL� ��光体粒子の表面にあるSBEは結合相手である� ��光体粒子内の正孔を失う。相手を失った真� ��中の電子は自由電子となり、加速され電子� ��道を陽光柱に曲げられ放電に寄与する。問� ��は粒子表面に付着している不純物上にでき� ��SBEである。PIPと等価の作用をもつ。困った� ��とに不純物上のSBEの消去はできない。この� ��由で、低電圧CL蛍光体の選別が大切となる� �最も確かな低電圧CL蛍光体はZnO蛍光体である 。ここでCL蛍光体の方がPL蛍光体より明るい� �由を説明する。蛍光体粒子内に突入した1個� ��入射電子により作られる電子と正孔対数は� ��射電子が結晶格子と非弾性散乱する数に相� ��する(約1,000個)。一方、PL蛍光体粒子では一� ��の光子は一個の発光中心しか励起できない� ��CL蛍光体が明るい理由である。

 蛍光放電灯管の内壁面にPL蛍光体24と低電 圧CL蛍光体25を隣り合わせにして蛍光膜を製� �するのは至難の業である。出版された論文� �Journal Physics D Applied Physics,32, (1999), pp 513 -517(非特許文献6)によれば、FLの最適蛍光膜厚 は蛍光体粒子の3層で出来ている。この蛍光� �に照射する電子の突入できる粒子は、最上� �に配列した粒子だけであり、紫外線は粒子� �荷電に影響を受けず、蛍光膜中に突入する� �突入深度は粒子層数にして3層である。この� ��由で、市販蛍光体粒子24を3層になるように� ��ラス管内壁面に塗布し、乾燥後低電圧CL蛍� �体25を市販蛍光体層24の上に散布するように� ��布すると、本発明になる蛍光膜が製造でき� ��。このようにして作られた蛍光膜の模式図� ��図7(A)に示す。

 蛍光膜を2度に分けて塗布するのは、作業 工程が複雑になる。蛍光体スラリーの一回塗 布で蛍光膜を作る方法を考案した。市販PL蛍� ��体の平均粒子径を4 μmとする。低電圧CL蛍� �体の粒子径を2 μmとする。粒子径が異なる2� ��類の蛍光体粉を、重量比でPL蛍光体:CL蛍光� �=7:3の割合で秤量し、秤量粉体を混合瓶に入� ��、均一に混ざるまで混合し、蛍光体塗布液� ��作り放電管ガラス内壁面に塗布する。塗布� ��が乾燥しないとき、ガラス管壁に近い所に� ��大きなPL蛍光体粒子24が選択的に集まり、蛍 光膜の表面に小さなCL蛍光体粒子25が多く集� �るので、図7(B)に示した蛍光膜が得られる。� ��7(B)の蛍光膜を使い蛍光放電灯管を作ると、 表面層にあるCL蛍光体粒子はSBEを形成しない� ��で、陽光柱内で高エネルギーを持った電子� ��CL蛍光体粒子に達する。その結果、陽光柱� �蛍光膜の所まで接近して紫外線を放射する� �この紫外線は未励起Hg原子が介在せず、より 多くの紫外線がPL蛍光体層に入射する。その� ��果、蛍光膜のPL強度が増加する。ここに使� �するCL蛍光体粒子の大きさは、PL蛍光体の平� ��粒子径が4μmであるとき、平均値で1μm~3μmで あるとき、良好な結果が得られた。この粒子 径はPL蛍光体の粒子径により変わる。注意す� ��ことは、CL蛍光体粒子が1μm以下と小さい時� ��粒子は蛍光膜の表面に配列せず、蛍光膜の� ��燥時に蛍光膜の底に集まり、CL蛍光体粒子� �効果は減退する。以下に実施例を用いて更� �詳細に蛍光膜に付いて述べる。

[実施例6]
 本発明になる低電圧発光CL蛍光体を混合し� �蛍光膜の一例を述べる。蛍光膜は表6に示し� ��蛍光体粉を混合して作った。性能の良い低� ��圧CL蛍光体としてZnS系蛍光体があるが、基� �結晶の硫黄Sが放電中にHg蒸気と化学反応しHg Sを形成するので避けた。

 表6の各蛍光体粉の重量を秤量し、混合瓶 に入れ秤量蛍光体粉が良く混ざるまで混合す る。この混合粉体に、ビヒクルAを150グラム� �加し、蛍光体粒子がスラリー中に良く分散� �るように攪拌する。蛍光体スラリーを外径5� �mmのガラス管内に導入し、暫しの間放置した 後、スラリーをガラス管内から取り去ると、 ガラス内壁面に蛍光体粒子が付着し、蛍光膜 がガラス管内壁面に塗布される。蛍光膜を温 風乾燥した後、600 ℃で30分間蓋のない炉で� �熱し、蛍光膜内の有機結合剤を熱分解によ� �水蒸気と炭酸ガスとして管内から取り去る� �、蛍光体粒子だけからなる蛍光膜がガラス� �壁に残る。ガラス管壁端にある蛍光膜を柔� �かな布で拭き取る。拭き取ったガラス管の� �所に、実施例4と5のうちのどちらかの電極を 挿入する。一方の管端はガラス管を溶融して 電極を封着する。もう一方の管端のガラス管 を僅かに溶融し管径を細くする。細くなった 管径の先にHgアマルガムとBaゲッターを設置� �た後、開口した小ガラス管20を排気装置に接 続し、ガラス管内の空気を真空ポンプを用い て取り去る。HgアマルガムとBaゲッターを設� �したガラス管の箇所を除き、ガラス管全体� �炉内にいれ、500 ℃前後に加熱してガラス管 内の材料から脱ガスをする。脱ガス工程が終 わったならば、温度を室温近くまで下げる。 その後にHgアマルガムとBaゲッターを僅かに� �熱し、それらからのガス放出を行う。ガス� �ポンプで排気する。その後、70 Torr前後のAr� ��スを導入し、HgアマルガムとBaゲッターが収 納された先のガラスを融解してガラス管を排 気装置から切り離す。切り離し後、Hgアマル� ��ムとBaゲッターを加熱し活性化する。その� �、電極部分の排気細管を融解して封じると� �外径5mmのCCFL蛍光放電灯管が得られる。このC CFLは10ミリ秒前後の速度で放電が点灯する。� ��灯速度は暗所でも変わらないのは当然の理� ��ある。この放電灯には陰極電圧降下が無く� ��外部回路で測定した点灯電力は従来のCCFLよ りも30%減少する。更に陽光柱の径を規制した SBE鞘が無いので、蛍光放電灯管の蛍光膜から は13 % 以上の光が取り出せる。

[実施例7]
 表7は本発明になる低電圧発光CL蛍光体粉を� ��合した蛍光膜の他の例である。市販PL蛍光� �は、青色に化学式 (Ca,Sr,Ba,Mg)(PO ₄ ) ₆ Cl:Eu ²⁺ 、緑色にBaMgAl ₁₀ O ₁₇ :Eu ²⁺ :Mn ²⁺ 、赤色にY(V,P)O ₄ :Eu ³⁺ の蛍光体を混合して白色発光になるように調 製され、更に低電圧CL蛍光体にZnO蛍光体粉を� ��加する。蛍光膜の製造工程と蛍光放電灯管� ��製造工程は実施例6に述べたと同じであるの で略す。

[実施例8]
 表8は本発明になる低電圧発光CL蛍光体粉を� ��合した蛍光膜の更に他の例である。実施例6 と7に使用した蛍光体では、貴重な希土類元� �を使うので、非常に高価である。特に、資� �の枯渇が見込まれるテルビウムTb元素を多量 に使用する。これ等の貴重な元素を使用しな い明るい蛍光放電灯の開発が急がれる。NTSC� �x-y色度座標点で緑色に明るく発光する蛍光� �はZn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体である。Zn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体粉にはPL 用とCL用により2種類の異な った製造法がある。従来の蛍光放電灯管に使 われていたのはPL用Zn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体粉で、粒子表面にSiO ₂  絶縁体微粒子を多量に付着した蛍光体粒子� ��であった。この蛍光体粉末は、管径の大き� ��蛍光放電灯に使用できたが、蛍光膜に形成� ��る強いSBE鞘に陽光柱が収まるので、管径を� ��くした蛍光放電灯管の蛍光膜には使用でき� ��かった。蛍光放電灯管の内壁面でSBEを形成� ��ないZn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体粉は、120 eVの電子線照射下で明るく CL発光するZn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺ 蛍光体粉である。このCL発光Zn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺ 蛍光体粉を希土類付活した青色蛍光体粉と赤 色蛍光体粉と混合すると、白色に発光する蛍 光体粉が得られる。この蛍光体粉を管径15 mm 以下のCCFL管の内壁に塗布する蛍光膜に採用� �ると、CL発光Zn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体粉の粒子上にはSBEが形成せず、陽光柱 は蛍光膜まで接近し明るく発光する。従って 、多色のPL蛍光体粉との混合粉で白色を出す� ��光膜にCL発光Zn ₂ SiO ₄ : Mn ²⁺  蛍光体粉を使用できる。管径が15 mm 以下の� ��管のCCFLが得られる。貴重なTbを多量に使用� ��なくとも、白色に発光するCCFLが得られる。 表8に緑色がNTSC色度座標点を持つ白色蛍光膜� ��得る蛍光体粉の混合割合を示す。調合粉は� ��8に示したPL蛍光体粉に限定されず、CCFLに使 用する他種類のPL青色発光蛍光体粉と他種類� ��PL赤色蛍光体粉の混合粉を使用しても同じ� �果が得られる。蛍光膜の製造工程と蛍光放� �灯管の製造工程は実施例6に述べたと同じで� ��るので略す。

[実施例9]
 経験で得られた結果によると、実施例8の細 管CCFLの蛍光膜の構成は、約35重量%のCL緑色蛍 光体粉と23 重量%のPL緑色蛍光体粉が含まれ� �時に最高の輝度が得られた。調合割合を表9� ��示す。表9の調合は実施例としての1例であ� �、調合するPL蛍光体は表9に示したPL蛍光体に 限定されず、CCFLに使用する他種類のPL青色発 光蛍光体粉と他種類のPL赤色蛍光体粉の混合� ��を使用しても同じ結果が得られる。蛍光膜� ��製造工程と蛍光放電灯管の製造工程は実施� ��6に述べたと同じであるので略す。

[実施例10]
 実施例6~9に使用した蛍光体は、クラーク数� ��小さく資源の枯渇が心配される貴重な希土� ��元素を使うので、非常に高価である。特に� ��資源の枯渇が見込まれるテルビウムTbとEu元 素を多量に使用する。これ等の貴重な元素を 使用しない明るい蛍光放電灯の開発が急がれ る。本発明者は、旧来、蛍光放電灯管に使用 していたハロ燐酸カルシウム白色発光蛍光体 Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (F,Cl):Sb ³⁺ :Mn ²⁺  に着目した。本発明者の研究によれば、ハロ 燐酸カルシウム蛍光体で作られた蛍光膜は、 蛍光放電管中でPIPに原因した放電発光の点灯 に問題があった。更に、点灯中に蛍光膜に強 いSBEが形成され、陽光柱は強いSBE鞘に収まり 、陽光柱と蛍光膜間に介在するHg蒸気による2 54 nm紫外線の吸収があり、蛍光放電灯管の光 出力を強く規制していた。このような現象が 発生する主因は、ハロ燐酸カルシウム蛍光体 の発光は、発光中心がSb ³⁺ とMn ²⁺ の増感作用を利用しており、1つの蛍光体粒� �中で、Sb ³⁺ が直接254 nm 紫外線を吸収し、Sb ³⁺ の発光した青色光の一部をMn ²⁺ が吸収して黄色の幅広いバンドで発光し、2� �の発光バンドで白色を出していた。付活剤� �励起機構の分類に従えば、直接励起蛍光体� �あり、基体結晶の電子と正孔は発光に関与� �ない。この種の蛍光体は、電子線照射下で� �暗いCLしか発光しない。これは公知の事実で ある。見過ごされた点は、直接励起蛍光体粒 子の物性は、基体結晶の電子と正孔が関与し ないので、電子線照射下で絶縁体の特性を持 つ事であった。既述したように、蛍光放電灯 管内の蛍光膜には、陽光柱内で非弾性衝突し た直後の電子の進行方向は無作為であり、蛍 光膜にも高エネルギーを持った電子が届く。 絶縁体に電子が照射すると、絶縁体粒子表面 にSBEが形成する。SBE量は時間と共に積算され 、結果として強いSBEができる。これがハロ燐 酸カルシウム蛍光体を使用すると陽光柱はSBE 鞘の中に入り、蛍光膜の輝度飽和現象となる 。SBE鞘の問題を解決すれば、ハロ燐酸カルシ ウム蛍光体を内径2mmのCCFLの蛍光膜に適用で� �る。CCFLにハロ燐酸カルシウム蛍光体が使用� ��きれば、資源の枯渇が心配されている希土� ��元素を使用しないで、安価な白色発光CCFLが 得られる。ハロ燐酸カルシウム蛍光体が抱え ていた放電発光の点灯遅れの問題は、蛍光放 電灯に使用しているPL蛍光体に共通した問題� ��あり、問題は解決できる。以下に実施例で� ��決法を述べる。

 表10に示したように白色発光ハロ燐酸カ� �シウム蛍光体粉70グラムと青白色に発光する 低電圧CL ZnO蛍光体粉30グラムを秤量し、粉体 混合する。この混合粉体を150グラムのビヒク ルAと混合してスラリーを作る。以後の蛍光� �の製造工程は実施例6に述べたと同じである� ��で略す。得られた内径2 mmのCCFLはミリ秒の� ��位で瞬時に点灯し、蛍光膜上にSBEは殆ど検� ��できず、従来の25 mm管による蛍光放電灯よ� ��も遥かに明るく発光するCCFLが得られる。本 発明になるハロ燐酸カルシウム蛍光体粉の材 料コストは現在市販されているCCFLよりも非� �に低く、約十分の一である。開発した内径5� �mm以上のCCFL蛍光放電灯は室内照明用として� �適である。特に外径15~20 mmのCCFLは部屋の照� ��に適する。開発した蛍光灯は安価であり、� ��命は100,000時間以上と長いので、使用者の利 益となる。

[実施例11]
 実施例10で示したCCFLをLCDのバックライトに� ��用した時、赤色の光が足りない。純赤色で� ��光する蛍光体はEu ³⁺ イオンを発光中心とする蛍光体である。Eu ³⁺ を付活剤とする蛍光体は数多く発表されてお り、実用Eu ³⁺ 蛍光体のいずれもが、電子線照射下で明るく 発光する蛍光体である。それらの中で、110 e Vの電子線で発光する蛍光体はY ₂ O ₃ :Eu ³⁺ 蛍光体である。実施例11はY ₂ O ₃ :Eu ³⁺ 蛍光体を赤色の補強とした例であるが、この 蛍光体に限定されず、他の赤色蛍光体も赤色 の補強に使用できることを限定するものでは ない。

 表11は白色発光Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (F,Cl):Sb ³⁺ :Mn ²⁺ の赤色波長範囲の光を補強する目的で、表10� ��混合蛍光体粉に赤色発光Y ₂ O ₃ :Eu ³⁺ 蛍光体粉 (611 nmに線発光波長を持つ)を添加� ��た場合である。混合蛍光体粉はビヒクル A� �を使用してスラリーを調合した。以後の蛍� �膜の製造工程は実施例6に述べたと同じであ� ��ので略す。得られた外形2 mm のCCFLは1ミリ� ��前後の速度で瞬時に放電し、Y ₂ O ₃ :Eu ³⁺ 蛍光体 (611 nmに線発光)の発光で色補正がな� ��れ、LCDのバックライトに使用できる。その� ��で陰極電圧降下は観察できず、点灯してい� ��CCFL管中の蛍光膜上にSBEは殆ど検出できない 特徴を示す。