JPS59230254A - 光放射電子管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明け、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、低圧水銀蒸気放電とけい光体を組合
せたけい光ランプが、その高効率性数、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、す表わち電子
励起による発光方式がある。とれけプリラン管（以下Ｃ
ＲＴ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の内部を真空としく２） て、熱電子放射性陰極（電子銃）２よシ放射された電子
Ｃ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、やけシ大形
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、？Ｆｉ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Ｔｏｒｒ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Ｃを、上記ＣＲＴ方式と同様に電界印
加で加速すると共に、陽極口をメツシュ状あるいは格子
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１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、同図中部は
加速用直流電源、１７け抵抗である。

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外ってしまう欠
点が残る。

（発明の目的） 本発明は上記の６県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、メツシュ状陽極に対し陰極を対称配置するこ
とによシ、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、本発明の詳細な説明する。第３図は本発明の基本
構成を示す概念図で、所望の放射Ｃ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４の内部には、１対の＠ｔＭ２２．’ｚｓと陽
極例が配設されており、両陰極ｎ、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
で構成され、陽極ツは両陰極４．２３の略中間に配され
、粗いメツシュ状または格子状（以下メツシュ状陽極と
いう）に形成されている。また、外管４内には蒸気化水
銀の如き紫外線または可視線を放射する低気圧（１０〜
１０　　Ｔｏｒｒレベル）の放射気体が封入されている
。そして、陽極例と１対の陰極４．２３との間に（５） けそれぞれ正の直流電圧が、抵抗δを介して直流電源加
、２７によシ印加されている。

而して、上記直流電圧の大きさけ、一方の陰極器よ）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
て陽極例に到達せしめ、該陽極例を通過した後は減速し
、他方の陰極部に到達する直前で速度ＯＫなるように設
定きれている。

次に動作を説明する。まず第１の陰４Ｍ２＞すなわち電
子放射性熱陰極器によシ熱電子ｅが放射されると、陽極
例との間に正電界が印加されているため、熱電子Ｃは加
速される。そして、陽極２Ａは粗いメツシュ状または格
子状であるため、熱電子ｅの大半はそのまま陽極例を通
シ抜けて、陽極例と第２の陰極器によシ形成される減速
電界域へ入る。

ここでけ熱電子ｅは減速を受け、第２の陰極ｎの直前で
失速し速度がＯとなる。すると今度は陽極例と第２の陰
極列間に加わる正電界で、上記方向とけ逆方向に加速さ
れ再び陽極例に達し、陽極例を通り抜ける。以下、陽極
例と第１の陰極ηは上記と同様に減速電界となるため、
熱電子ｅけ減速し、第１の陰極ｎの直前で再び反転し、
陽ＦＭ２４に向う。以降この動作を繰シ返えし、熱電子
Ｃけ陽［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４で形成さ
れる気密空間に水銀を封入し、外管乙の内面にへロリン
酸カルシウムの如きけい光体墓を塗布した場合、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近くの気圧で存在してい
る。今、陽極ツと両陰極’ｚｚ、”ｚｓ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５ｅ
Ｖ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６　Ｐ、の共鳴励起準位（中性の基底準位よシ約４．
９ｅＶ高い単位）へ励起せしめることが　できる。かか
る励起は直ちに２５４　ｎｍの紫外線を放射し、外管４
の内面に塗布せるけい光体Ｚによシ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ップの少ない陽
極構造設計をすること、陽極通過後の電子が次の陰樹の
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とと
が肝要である。

具体例を第４図を基に説明する。ｌ対の陰極ｎ、２３Ｆ
ｉ共に熱電子放射性のフィラメントで構成され、該フィ
ラメントは図示しない外部補助電源によシ加熱され、Ｉ
Ａ程度の電子放射が十分可能なように構成されている。

陽極囚と両陰極ρ、２３間のそれぞれの距離は約１〜数
１で、両極間の印加電圧はそれぞれ約１０　Ｖ程度であ
る。外管ｌ内に封入される放射気体は水銀数〜ｌＯ数ｍ
Ｖで、管内最冷温度は１０〜６０℃内であり、必要に応
じＱＩ　Ｔｏｒｒ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１〜１０　ｅ
ＶＶ程度エネルギとなシ、水銀を励起し２５４ｎｍの紫
外線（約（ｇ　ｅＶ相当）またｌｄ　１８６　ｎｍの紫
外線（約６．７　ｅＶ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、アルゴンの如き全剣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ｔｉｔ
対の陰極が配され、該両陰極の少なくとも一方は熱電子
放射性陰極であシ、両陰極の略中間にはメツシュ状陽極
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）さすべき気体が叛く低
気圧（を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、１Ｏ（９） （至）以上では全体の寸法が大きくなシすぎ、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、５備以下では陽極及び陰極の構成がしに＜
＜、寅界の均一化も難かしく実用に供し得ない。従って
、電極間距Ｍは０．５〜ｌＯ−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。

水銀によシ所望の紫外線（２５４ｎｍ　）を得るには、
電子をｓ　ｅＶ前後に加速するのが最適であシ、上述の
如く電極間距離を０．５〜ｔｏ　ａｍとすると、この間
でそれぞれ５　ｅＶＶ程度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口・スを考慮して変換効
率を約５０９６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
Ｉｒ１５〜２０Ｖ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、
５　ｅＶ前後を得る空間及び（ｌＯ） 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６°Ｃとすると５〜１００°Ｃが望ましい。

水銀気体が最も効率良（２５４ｎｍの紫外線放射をする
のけ、周知の如く約４０　°Ｃであり、蒸気圧にしテ約
５　ｖ　１０　　Ｔｏｒｒ　　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。従って、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、２００〜４００ｎｍ域（具体的に該当す
るスペクトルけ２５４　ｎｍ　。

２９７　ｎｍ　、　３１３　ｎｍ　、　３５５　ｎｍ　
、　３５５　ｎｍ　）の紫外放射効率が最も高いのけ、
大略２５〜１００℃と云える。

５°Ｃ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ｌＯＯ°Ｃ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ってし
まう。

（発明の効果う 本発明は上記のように、メツシュ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、完密空間内の放射気体との衝突確率を
飛躍的に増大させることができる。従って、コンパクト
外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。 特許出願人 松下電工株式会社 代理人弁理士　　竹　元　敏　丸 （ほか２名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に低気圧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ュ状の
   陽極とより成る電子管であって、上記陽極と両陰極間に
   それぞれ正の直流電圧を印加し、一方の陰極よシ放射さ
   れた熱電子を加速してＩＩ％極に到達せしめ、陽極通過
   後は減速し他方の陰極直前で方向を反転せしめたことを
   特徴とする光放射電子管。
2. （２）上記放射気体の主気体を蒸気化水銀とした特許請
   求の範囲第１項記載の光放射電子管。
3. （３）上記外管の内面にけい光体を被着した特許請求の
   範囲第１項またけ第２項記載の光放射電子管。
4. （４）上記陽極と陰極間距離を０５〜ｌＯ−とじ、ｔｌ
   　　＼ 陽極と陰極間室圧を５〜″！ｎｖとし、動作時の外管最
   冷温度を周囲温度５℃のとき２５〜１００°Ｃ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。