Brevet FR2752480A1 — publié le 19980220

LAMPE FLUORESCENTE A CATHODE FROIDE L'invention concerne une lampe fluorescente à cathode froide en vue de son utilisation en tant que source lumineuse pour des compteurs d'automobiles, en tant que source d'éclairage par l'arrière pour des écrans à cristaux liquides, en tant que source de lumière pour des dispositifs lecteurs d'images pour fac-similés et analogues. Plus spécialement, elle concerne une lampe fluorescente à cathode froide comportant un élément chauffant disposé autour d'une ampoule pour améliorer les propriétés de démarrage par temps froid. Ce type de lampe fluorescente comprenant un dispositif de chauffage selon l'art antérieur est décrit dans la demande de brevet Japon publiée No. Hei 4-172221, par exemple. La demande publiée décrit une lampe fluorescente dans laquelle un fil chauffant est enroulé en spirale autour du tube de la lampe fluorescente avec un pas prédéterminé qui est plus petit que le diamètre de l'ampoule. La figure 1(C) de cette demande publiée montre un mode de réalisation dans lequel le fil est entouré en spirale autour du tube de façon plus dense au niveau de la portion centrale de celle-ci qu'au niveau des portions terminales. Dans le cas de la susdite lampe fluorescente conventionnelle comportant un dispositif de chauffage, le temps de démarrage est amélioré sans l'excessive liquéfaction de la vapeur de mercure par temps froid. D'un autre côté, il a été trouvé que la présence du dispositif de chauffage entraîne les problèmes suivants. Tout d'abord, lorsque le pas est faible dans la portion centrale du tube comme montré à la figure 1(C) de la susdite demande publiée, la distribution de la température dans la direction de la longueur L du tube au moment du préchauffage avant l'allumage est telle que la température de la partie centrale devient plus élevée que celle des deux parties terminales du tube comme montré par la courbe P de la figure 4. Deuxièmement, étant donné que la vapeur de mercure à l'intérieur du tube a la propriété de se déplacer dans la direction des parties à température basse et se déplace vers les deux extrémités de ce tube qui ont une température basse par rapport à la partie centrale de ce dernier, la partie centrale du tube est débarrassée de la vapeur de mercure immédiatement après qu'une tension d'allumage est appliquée. Ainsi, c'est seulement environ 50% de la brillance qui peut être obtenue au moment de l'allumage normal. Ainsi, une brillance suffisante ne peut pas être obtenue au moment de l'allumage. De plus, le temps de fonctionnement de la lampe fluorescente comportant un dispositif de chauffage est grandement raccourci en comparaison avec une lampe fluorescente ordinaire sans dispositif de chauffage car la décharge est effectuée pendant que la vapeur de mercure vient à manquer, comme décrit ci-dessus. En tant que moyen pour résoudre les susdits problèmes de l'art antérieur, la présente invention fournit une lampe fluorescente à cathode froide comportant un dispositif de chauffage autour du tube lui- même pour améliorer les propriétés d'allumage, dans laquelle le dispositif de chauffage est disposé autour du tube sur toute la longueur du tube de la lampe fluorescente à cathode froide et la valeur calorifique en est contrôlée en fonction de la portion le long du tube pour obtenir une distribution de température presque uniforme de telle sorte que la température d'une portion centrale de la lampe fluorescente à cathode froide n'est pas beaucoup plus élevée que celle des deux portions terminales de celle-ci avant que la lampe fluorescente à cathode froide ne s'allume. Ainsi, la brillance au moment du démarrage est améliorée et une réduction de la durée de fonctionnement de la lampe fluorescente est minimisée. Ces buts et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à partir de la description qui suit en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale avec arrachement partiel d'une lampe fluorescente à cathode froide selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est un graphique montrant la distribution de température le long de toute la longueur du tube de la lampe fluorescente à cathode froide selon un mode de réalisation de la présente invention au moment du préchauffage avant l'allumage; la figure 3 est un diagramme d'explication des parties essentielles d'une lampe fluorescente à cathode froide selon un autre mode de réalisation de la présente invention et la figure 4 est un graphique montrant la distribution de température le long de toute la longueur du tube d'une lampe fluorescente à cathode froide conventionnelle au moment du préchauffage avant l'allumage. La présente invention est décrite en détail en référence aux modes de réalisation préférés montrés dans les dessins ci-joints. On désigne par 1 dans la figure 1 une lampe fluorescente à cathode froide conforme à la présente invention. La lampe fluorescente à cathode froide comprend une lampe fluorescente 2 à cathode froide ayant un tube 3 comportant une portion centrale 3b et deux portions terminales 3c, 3c, des électrodes 5 comprises à l'intérieur du tube 3 et des fils de plomb 6 qui sont en contact électrique avec lesdites électrodes respectivement et qui pénètrent à travers le tube 3 pour se relier aux électrodes à partir de l'extérieur du tube 3, et un dispositif de chauffage 4 sur la surface périphérique extérieure 3a du tube 3 de ladite lampe fluorescente 2 à cathode froide en vue de réduire le temps de démarrage par temps froid. Dans le cas de la présente invention, le dispositif de chauffage 4 est disposé autour du tube sur toute la longueur L du tube 3 en vue de l'obtention d'une distribution de température presque uniforme dans la direction de la longueur L du tube 3 de telle sorte que la température d'une portion centrale 3b ne devient pas beaucoup plus élevée que celle des deux portions terminales 3c lorsque la lampe fluorescente 1 à cathode froide est en phase de préchauffage. Comme montré par la courbe de température de chauffage H sur la figure 2, il n'y a pas une grande différence de température entre la portion centrale 3b et les deux portions terminales 3c. Les deux portions terminales 3c du tube 3 ont une efficacité de radiation élevée vers l'air extérieur par rapport à la portion centrale du tube 3 en raison du fait qu'elles ont un contact plus étendu avec l'air extérieur que la portion centrale 3b et du fait qu'elle comporte par ailleurs des électrodes 5 et des fils de plomb 6. Lorsque le dispositif de chauffage 4 est constitué en entourant un fil de chauffage d'un diamètre prédéterminé à un pas prédéterminé autour du tube 3, la chaleur générée par le fil de chauffage est distribuée avec la même valeur le long de la direction de longueur L du tube 3 et les températures des deux portions terminales 3c deviennent inférieures à la température de la portion centrale 3b. Dans le cas de la présente invention, le dispositif de chauffage 4 constitué par l'enroulement du fil de chauffage avec un faible pas compense la différence de la fonction de radiation à l'intérieur du tube 3, ce grâce à quoi la distribution de la température à l'intérieur du tube 3 devient presque uniforme. Dans le cas de la présente invention, le dispositif de chauffage 4 n'a pas besoin d'être constitué par un enroulement du susdit fil de chauffage et peut être constitué en arrangeant une électrode transparente telle qu'en oxyde d'indium et d'étain (ITO) sur la totalité de la surface périphérique 3a du tube 3, des portions non nécessaires étant enlevées par décapage de telle sorte que la susdite distribution uniforme de température peut être obtenue. Une description est donnée ci-après du fonctionnement et de l'effet de la lampe fluorescente à cathode froide 1 conforme à la présente invention et constituée comme il vient d'être décrit. Tout d'abord, lorsque le préchauffage est effectué par le dispositif de chauffage 4 avant l'allumage de la lampe fluorescente 2 à cathode froide par un temps froid, la distribution de température à l'intérieur du tube 3 est telle que la température de la portion centrale 3b est inférieure de façon appropriée à celle des deux portions terminales 3c en raison de la susdite constitution selon la présente invention. Deuxièmement, étant donné que le mercure à l'état de vapeur est maintenu grâce au dispositif de chauffage 4, il se déplace vers et se trouve présent au voisinage de la portion centrale 3b qui a une température plus basse que les deux portions terminales 3c lorsqu'une tension d'allumage est appliquée entre les électrodes 5 dans cet état, une raréfaction de la vapeur de mercure ne se produit pas à partir du démarrage de la décharge, rendant ainsi possible l'obtention d'une brillance suffisante dès le moment de l'allumage. Suivant les résultats d'essais de fabrication et d'étude par les inventeurs en vue de réaliser cette invention, 90% de la brillance au moment d'un fonctionnement stable sont obtenus immédiatement après que la lampe fluorescente à cathode froide 1 est démarrée et il ne se pose pas de problème du point de vue de l'applicabilité pratique de la lampe lorsqu'elle est utilisée comme une source lumineuse pour des compteurs d'automobiles et comme une source de lumière d'éclairage arrière pour des écrans à cristaux liquides étant donné la constitution de la présente invention. Troisièmement, lorsque la décharge démarre, une quantité suffisante de vapeur de mercure est présente dans le voisinage de la portion centrale 3b, ce par quoi la décharge entre les électrodes 5 avec une raréfaction de la vapeur de mercure est évitée. Comme conséquence, il est possible d'éviter une réduction de la durée de fonctionnement d'une lampe fluorescente à cathode froide 1 qui serait provoquée par la raréfaction de la vapeur de mercure. Conformément aux résultats des susdits essais de fabrication et d'étude, la durée de fonctionnement de la lampe fluorescente peut être allongée de 3 à 5 fois par rapport à celle d'une lampe fluorescente à cathode froide conventionnelle comportant un dispositif de chauffage. Le seul fait d'éviter la liquéfaction du mercure par le dispositif de chauffage 4 n'est pas suffisant pour permettre à une lampe fluorescente à cathode froide comportant un dispositif de chauffage de fonctionner efficacement par temps froid. Un effet satisfaisant ne peut être obtenu sauf si la distribution de la vapeur de mercure à l'intérieur du tube est contrôlée par une optimisation de la distribution de température telle que proposée par la présente invention. La figure 3 montre un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans l'utilisation effective de la lampe fluorescente 2 à cathode froide, un composant 7 externe tel qu'une douille est souvent fixé aux deux portions terminales 3c de la lampe fluorescente 2 à cathode froide en vue d'installer la lampe fluorescente 2 dans un châssis ou analogue. Dans ce cas, il existe la possibilité que la distribution de température à l'intérieur du tube 3 soit rendue différente de la distribution de température qui avait été expliquée dans le cas du mode de réalisation précédent en raison de la fixation du composant externe 7. Ce mode de réalisation vise à correspondre à une utilisation de ce type et le but de la présente invention est atteint en contrôlant la valeur calorifique du dispositif de chauffage 4 qui dépend de la portion de la lampe fluorescente 2 à cathode froide en accord avec une modification de l'efficacité de radiation des deux parties terminales 3c causée par la fixation du composant externe 7 en vue de réaliser la courbe de chauffage H de la figure 2. La valeur calorifique du dispositif de chauffage 4 est contrôlée en prenant en considération la conductivité à la chaleur d'un membre formant le composant externe 7. Par exemple, lorsque le composant externe 7 est fait dans un métal ayant une excellente conductivité de la chaleur, la valeur calorifique du dispositif de chauffage 4 est accrue au niveau de la portion du tube qui correspond au composant externe 7 en réduisant le pas de l'enroulement du fil de chauffage ou analogue. Dans un autre exemple, lorsque le composant externe 7 est constitué en une résine ayant d'excellentes propriétés isolantes contre la chaleur, la valeur calorifique du dispositif de chauffage 4 à la portion du tube correspondant au composant externe 7 est réduite en augmentant le pas de l'enroulement du fil de chauffage ou analogue. Comme décrit ci-dessus conformément à l'invention, une lampe fluorescente à cathode froide comportant un dispositif de chauffage est agencée de telle sorte qu'un dispositif de chauffage est prévu sur toute la longueur du tube de la lampe fluorescente à cathode froide et la valeur calorifique du dispositif de chauffage est contrôlée en fonction de la portion du tube pour obtenir une distribution de température presque uniforme de façon telle qu'une portion centrale de la lampe fluorescente à cathode froide ne devient pas beaucoup plus chaude que les deux parties terminales de ce tube avant que la lampe fluorescente à cathode froide soit allumée. Etant donné que la vapeur de mercure est présente au voisinage de la portion centrale du tube qui a de façon appropriée une basse température au moment du préchauffage à l'aide du dispositif de chauffage avant l'allumage, une brillance d'allumage d'un niveau pratique peut être obtenue immédiatement après le démarrage de la décharge par application d'une tension d'allumage. Ainsi, la présente invention fournit un effet extrêmement excellent, à savoir que la performance de ce type de lampe fluorescente à cathode froide avec dispositif de chauffage est améliorée. Etant donné que la décharge est effectuée alors qu'une quantité suffisante de mercure se trouve à l'intérieur du tube de la lampe fluorescente à cathode froide comportant un dispositif de chauffage, les décharges avec raréfaction de vapeur de mercure qu'on rencontrait dans l'art antérieur sont évitées. Ainsi, la présente invention présente cet autre effet excellent comme quoi la réduction de la durée de fonctionnement de ce type de lampe fluorescente à cathode froide comportant un dispositif de chauffage est évitée même lorsque la lampe est utilisée à basse température. De plus, la façon décrite ci-dessus de contrôler la distribution de température sur la lampe fluorescente à cathode froide est également efficace lorsqu'un composant externe est de plus fixé à la lampe fluorescente à cathode froide étant donné que ce composant peut compenser un changement dans la distribution de température dû à la fixation d'une douille, ou analogue, permettant d'obtenir une distribution de température substantiellement uniforme à l'intérieur du tube de la lampe fluorescente à cathode froide. Il apparaîtra clairement à l'homme du métier que de nombreuses modifications et variations peuvent être apportées aux lampes fluorescentes à cathode froide comportant un dispositif de chauffage conformes à la présente invention sans se départir de l'esprit ou de l'étendue de l'invention. Le but est que la présente invention couvre les modifications et variations de cette invention sous réserve qu'elles tombent à l'intérieur de l'étendue et de l'esprit des revendications ci-jointes et de leurs équivalents. REVENDICATIONS 1. Lampe fluorescente à cathode froide 1 comprenant: une électrode 5 et un fil de plomb 6 en contact électrique avec ladite électrode 5; un tube 3 enfermant cette électrode 5 et comprenant une portion centrale 3b et deux portions terminales 3c; ce fil de plomb pénétrant à travers le tube 3 pour connecter l'électrode 5 depuis l'extérieur du tube; et un dispositif de chauffage 4 prévu autour du tube 3 sur toute la longueur de ce dernier pour améliorer les propriétés de démarrage, caractérisée par le fait que le dispositif de chauffage 4 est agencé de telle sorte que sa valeur calorifique soit contrôlée en fonction de la portion du tube en vue d'obtenir une distribution de température presque uniforme le long du tube, de telle sorte qu'une température de la portion centrale du tube ne soit pas plus élevée que celle des deux parties terminales du tube avant que la lampe fluorescente à cathode froide ne soit allumée. 2. Lampe fluorescente à cathode froide 1 selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif de chauffage 4 est formé par un enroulement d'un fil de chauffage en spirale autour du tube 3 et par le fait que la valeur calorifique est contrôlée par le pas de l'enroulement du fil de chauffage. 3. Lampe fluorescente à cathode froide 1 selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif de chauffage 4 est agencé par l'arrangement d'une électrode transparente sur la totalité de la surface périphérique extérieure du tube et en enlevant les portions non nécessaires de l'électrode transparente en vue de satisfaire aux conditions de distribution de température, la valeur calorifique étant contrôlée par la surface de l'électrode transparente. 4. Lampe fluorescente à cathode froide 1 selon la revendication 1 comprenant de plus un composant externe 7 pour supporter la lampe fluorescente 2 à cathode froide, caractérisée par le fait que la valeur calorifique du dispositif de chauffage 4 est contrôlée en fonction de la portion du tube grâce à laquelle est compensé l'effet d'un composant externe 7 en vue de maintenir la distribution de température sur la lampe fluorescente à cathode froide.