(57)【要約】  本発明に係る集積型蛍光放電灯は、管軸を平行にして束状配置された蛍光放電灯管群と、隣接する蛍光放電灯管同士を所定間隔離間させるスペーサと、前記蛍光放電灯管群を並列接続する並列接続部とを有し、前記蛍光放電灯管の両端の電極は内部の放電空間に対し電気的に絶縁された放電空間絶縁型電極から構成され、両端の前記並列接続部に高周波電圧を印加したとき、放電ガスが電子と陽イオンに電離して前記放電空間絶縁型電極の近傍に第３世代電子源（単に電子源とも称する）及び陽イオン源が形成される。集積型蛍光放電灯を包囲する保熱管や上下端に保熱端部を設けることにより、各蛍光放電灯管を放電最適温度である４０〜４５℃に保熱でき、全本数同時点灯しても、消費電力の低減化を達成すると同時に、本数に比例した高輝度発光を実現する。本発明者達が開発した第３世代電子源を使用すると、電極電圧降下やスパッタリングの問題は解消する。
2009104261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光用の蛍光膜を内面に形成した複数本の蛍光放電灯管の管軸を平行にして束状に配置された蛍光放電灯管群と、隣接する蛍光放電灯管同士を所定間隔だけ離間させるスペーサと、前記蛍光放電灯管群の個々の電極を電気的に並列接続する両端の並列接続部とを少なくとも有し、前記蛍光放電灯管の両端の電極は内部の放電空間に対し電気的に絶縁された放電空間絶縁型電極から構成され、両端の前記並列接続部に高周波電圧を印加したとき、前記蛍光放電灯管の内部に存在する放電ガスが電子と陽イオンに電離して前記放電空間絶縁型電極の近傍に第３世代電子源（単に電子源とも称する）及び陽イオン源が形成され、前記第３世代電子源からの電子が前記陽イオン源に前進する過程で放電ガスと衝突して発光し、しかも前記蛍光放電灯管群を同時に点灯させることを特徴とする集積型蛍光放電灯。
【請求項２】
前記蛍光放電灯管群を内挿して外方への放熱を遮断する保熱管を最外周に配置し、必要に応じ前記保熱管の両端又は一端の開口部を閉鎖する保熱端部を設けた請求項１に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項３】
前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の外部に配置された外部電極からなり、前記外部配置により前記外部電極が内部の前記放電空間から電気絶縁されており、前記外部電極と対向する前記蛍光放電灯管の内面に蛍光体粒子層が形成されている請求項１又は２に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項４】
前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の内部に配置された内部電極と前記内部電極の表面に塗着された蛍光体粒子層からなり、前記蛍光体粒子層の電気絶縁性により前記内部電極が前記放電空間に対し電気絶縁されている請求項１又は２に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項５】
前記蛍光放電灯管群は、中心管と、前記中心管の外周に配置された外周管層から構成され、前記外周管層が一層以上配置される請求項１〜４のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項６】
前記中心管と前記外周管は、径方向外方に従って管径が小さく設定される請求項５に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項７】
前記集積型蛍光放電灯の消費電力が、全本数消費電力＜一本消費電力×本数の不等式を満足する請求項１〜６のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項８】
前記蛍光放電灯管群を構成する前記蛍光放電灯管の直径が１０ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項９】
前記集積型蛍光放電灯の外直径が２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲にあり、前記集積型蛍光放電灯の長さが１０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲にある請求項１〜８のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１０】
前記蛍光放電灯管は直径が１０ｍｍ以下で長さが２００ｍｍ以下の形状を有し、前記集積型蛍光放電灯は口金の付いた基板上に配置され、前記基板と前記口金の間に形成された電源収納庫に駆動用電源を収納し、全体形状を電球型に形成して前記口金を電球型ソケットに着脱自在に装着して点灯させる請求項１〜９のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１１】
前記蛍光放電灯管として寿命の尽きた内部電極付き蛍光放電灯管を再生使用し、前記内部電極付き蛍光放電灯管に前記外部電極を設ける請求項３に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１２】
前記蛍光膜の表面において、管軸方向に、ＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に分散配置されている請求項１〜１０のいずれかに記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１３】
前記蛍光膜が、ＰＬ蛍光体粉とＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される請求項１２に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１４】
前記蛍光膜が、ハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される請求項１３に記載の集積型蛍光放電灯。
【請求項１５】
前記蛍光膜が、希土類ＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される請求項１３に記載の集積型蛍光放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス管の内面に蛍光膜を塗着した蛍光放電灯管を複数本使用した蛍光放電灯に関するもので、更に詳細には、本発明は、消費電力を大きく低減し且つ高輝度に発光し、また従来寿命が尽きて廃棄されていた蛍光放電灯管をも再生して使用できる集積型蛍光放電灯を提供する。
【背景技術】
【０００２】
[従来蛍光放電灯管の概説]
近年、地球の温暖化が進み、世界規模で炭酸ガス放出が問題化している。炭酸ガスを大量に放出する原因の一つに、化石燃料を使用する発電所が排出する炭酸ガスがある。夜の暗闇を昼間の明るさ（単位面積当たり単位時間に平均1022光子数）に照明する光源は、発電所で発電した電力を大量に使用する（約四分の一）。環境保護の観点から照明光源に使用するランプの稼動電力の大幅な低減が緊急課題になり、新聞やＴＶニュースの話題になっている。照明光源にはタングステン線を高温度に加熱し、熱放射に伴う可視光を利用する電球が、製造単価が低く、広範囲の輝度が得られるので現在でも広く使用されている。タングステン電球のエネルギー変換効率 は０．８％である。電球のエネルギー変換効率の低さから、電球に変わる光源として注目を集めているのが、蛍光放電灯管である。蛍光放電灯管のエネルギー変換効率は公称２０％と言われていることから、室内外の照明光源として蛍光放電灯管への変換が進められている。蛍光放電灯管にも種類があるが、現在注目されている蛍光放電灯管は、直径20 mm以下のガラス管を使用して作られる省電型蛍光放電灯管である。１蛍光放電灯管から発する光量は、蛍光膜の面積に比例するので、蛍光膜の面積の大きい管径が太い蛍光放電灯管を使用した方が省電型であると考えられるが、市販されている省電型蛍光放電灯管は直径が20 mm以下のガラス管を使用して作られている。しかし、その科学的な説明理由は出版された科学論文や放電ハンドブック等で見つけられない。【０００３】
省電型蛍光放電灯管では、紫外線で発光する蛍光体粉に、資源の存在を示すクラーク数が小さく(存在比が0.003 %以下)、しかも散在する砂粒の中に低濃度（５重量％以下）で存在する希土類元素を化学的手法で濃縮し、精製して得られる非常に高価な希土類元素を原料として使用する。１種類の蛍光体粉では白色が得られないので、個別に３色に発光する蛍光体粉を製造し、その蛍光体粉を機械的に混合して白色発光する蛍光体粉を塗布した蛍光膜を使用する。従来の蛍光放電灯管 (直径30 mm) で使用していた蛍光膜は単独で白色に発光し、しかも資源の豊富なハロ燐酸カルシウム[3Ca3(PO4)2CaFCl:Sb3+:Mn2+] 蛍光体であるが、この蛍光膜は直径20 mm以下の蛍光放電灯管では明るく発光しない経験則に従い、ハロ燐酸カルシウム蛍光体を省電型蛍光放電灯管に使用していない。希土類を使用した蛍光膜は、直径を20 mm以下とする蛍光放電灯管であり、直径30 mmの蛍光放電灯管の明るさよりも明るく発光するので選択している。しかし、その科学的な根拠は誰も与えていない。【０００４】
特に直径10 mmの直線型蛍光放電灯ガラス管を多数回曲げるか，螺旋状に曲げ電球型ガラス球に収納した蛍光放電灯が省電型蛍光放電灯と呼称して市販されている。だが、蛍光放電灯管の公示消費電力は、点灯ランプ単独の消費電力であり、点灯に必要な電源回路の消費電力が含まれていない。金属電極を内蔵した蛍光放電灯管の点灯において、電源装置のコンセントの所で測定する消費電力（電圧×電流＝ワット）を含めると、蛍光放電灯の実質消費電力は、表示電力の約２から３倍になる。公称１２ワットの省電型蛍光放電灯の実質消費電力は２５から３５ワットである。公称ワット数が同じなのに実質消費電力が製造者により変動する理由も分かっていない。消費電力の低減を問題にするには、本来ならばこの実質消費電力を問題とすべきである。【０００５】
[電極電圧降下：熱陰極管（第１世代）と冷陰極管（第２世代）]
現在市販されている蛍光放電灯管は、ガラス管内に配置された電子放射と電子収集の役割を果たす金属電極(陰極と陽極)、放電ガスとなるアルゴン（Ａｒ）ガスと水銀（Ｈｇ）滴、及び管内壁面に適度の厚さに塗布された蛍光膜を含む単純な構造になっている。この構造を基本とする蛍光放電灯管でガスを放電させているのは、運動エネルギーを持ってガス空間を移動する電子によるガス原子の非弾性衝突である。ガス空間を移動する電子経路には、必然的に、陰極直前に現れる陰極電圧降下と陽極直前に現れる陽極電圧降下が存在する。両者を合計すると放電路で発光に関与しない電力は、ガス放電の電力の約半分になる。蛍光放電灯管の放電から電圧降下を消去できれば、ガスの放電に必要な電力は半減すると考えられた。この計算には点灯に関与する電源装置の消費電力は考慮されていない。【０００６】
上記したように蛍光放電灯管の発光には、電子をガス空間に供給しなければ発光は起こらない。真空中又は低圧力にあるガス空間に電子を供給する手段として、Edisonの発見（１８８４年）になる熱電子放射を使用する熱陰極蛍光放電灯管（ＨＣＦＬ）(第一世代電子供給源)と、Flower Nordheim による金属―真空間のトンネル効果による電子放射の発見（１９２８年）から釣鐘型金属電極（第二世代電子供給源）が開発され、金属電極を使用した冷陰極蛍光放電灯管（ＣＣＦＬ）が市場に存在する。使い分けは、管径が5 mm以下と細い蛍光放電灯管にはＣＣＦＬが使われ、１0 mm以上の蛍光放電灯管にはＨＣＦＬが使われている。【０００７】
蛍光放電灯管中のガス放電は電極に交流電界を印加して発生させているので、ＨＣＦＬとＣＣＦＬは管の放電管の両端に上記した電極を据え付けて使用したとき、蛍光放電灯管には陰極と陽極の区別がなく、蛍光放電灯管の両端の電極で同じ現象が発生する。交流の半周期に限定してガス放電を検討する時、陰極と陽極の区別が生じる。蛍光放電灯管の放電現象の検討は、多くの場合、交流の半周期に現れる現象を検討していた。その代表が蛍光放電灯管中の放電は、陰極から放射された電子が、陰極と陽極間の電界(一方向)により放電路を一方向に動き、ガス原子と衝突してガス放電が発生すると考えている。一方向に進む電子がガス原子と遭遇する確率は、蛍光放電灯管中に存在するガス原子数を求めると計算できる。管中にあるガス原子のモル数、アボガドロ数、放電管の体積と電子の一方向に動いたときの体積を求めると、一方向に進む電子がガス原子と衝突する確率が算出できるが、この計算も行われていなかった。確率を計算すると、電子がガス原子に遭遇する確率は１０００ｍの移動で一個である。蛍光放電灯管の長さは１ｍよりも短いので、蛍光放電灯管中で陰極―陽極間の一方向電場で加速した電子はガス原子と衝突できず、従ってガス原子は発光しない。このように蛍光放電灯管の放電機構を検討する上で大切な基本を明確にしていない誤りを犯していた。電子の移動は、高周波の一周期間で検討すべきでなく、高周波電界の電場中で電子がどのように移動するかを検討すべきであった。【０００８】
[本発明者による第３世代電子源の発見：電極電圧降下とスパッタリングの完全な解消]
金属電極を使用した蛍光放電灯管の場合、陰極と陽極直前に出現する電圧降下は、電極に印加する高周波の周波数に無関係に存在し、検出される。電圧降下は省電を検討するときに重要な解決課題となっていたが、電圧降下が検出されてから１００年以上経過した今日でも解決不能として残されていた。放電路の電圧降下は電子放射と電子収集で金属電極表面が放電空間と電気絶縁されずに対向している事実、換言すれば金属電極表面に必然的に現れる正孔の存在に原因する。この事実は、本発明者が出願しているＰＣＴ／ＪＰ２００７／７０４３１（特許文献１）とＰＣＴ／ＪＰ２００７／７４８２９（特許文献２）に詳細に記述されている。電子放射源と収集源に、放電空間に電気絶縁されずに露出する金属電極を使用しなければ、陰極と陽極直前に出現する電圧降下は放電路から消える。本発明者は上記ＰＣＴ出願において、電子をガス空間に放出する「第三世代電子源」を発見し、前記電圧降下現象を解消することに初めて成功した。【０００９】
第三世代電子源は、二つの方法で作ることができ、両者の効果は同じである。第一の方法は、金属内部電極に蛍光体粒子を適度な厚さに塗布した蛍光体粒子層絶縁型内部電極である。第二の方法は金属内部電極を使用せずに作られた蛍光放電灯管で、蛍光膜がある部分のガラス管外壁に外部電極を取り付ける方法で実現し、ガラス管絶縁型外部電極又は単に外部電極と称する。勿論、外部電極に対向したガラス管内面には蛍光体粒子層が形成されている。前記両電極とも、放電空間に対し金属電極表面が電気絶縁されており、本発明では前記両電極を纏めて放電空間絶縁型電極と称する。第三世代電子源が出来る理由は次のようになる。電極からの電界影響下にある蛍光体粒子は誘電分極する。誘電分極した粒子内の電荷による電位は、電極電位よりも高い。誘電分極した粒子の先端部分の高電位にある表面に放電ガスのイオン化により出来た自由電子と自由陽イオンを個別に集める。即ち、電極が正なら、蛍光体粒子層は負正に誘電分極し、正分極電荷の高電位にあるその表面に前記自由電子が集積する。また、電極が負なら、蛍光体粒子層は正負に誘電分極し、負分極電荷の高電位にあるその表面に前記自由陽イオンが集積する。個別箇所のガス空間に集められた電子と陽イオンをそれぞれ第三世代電子源と電子収集源（陽イオン源）とする。【００１０】
高周波の半周期で考えると、電子源と電子収集源（陽イオン源）の間で、電子源から取り出した電子の移動だけが考慮され、一方向の電子移動だけを考えていた。事実は電子源から取り出された電子は、電極間に形成している高周波電界中に入り、高周波電界と共鳴して放電路を移動しながらガス原子と非弾性衝突（ガス原子の励起とイオン化）する。励起したガス原子のみが光を放出する。検出した光を従来の研究者や技術者はガス放電と解釈しているので、移動電子によるガス原子の非弾性衝突による発光とイオン化の区別が解明できていなかった。非弾性衝突した電子は、瞬時の間、無作為に高周波電界中で移動方向を変えるが高周波電界中に残り、高周波電界の次の波と共鳴し、加速された後、再度他のガス原子と非弾性衝突する。陽光柱内では、同一電子による非弾性衝突の繰り返しが単位時間に単位長当たり５ x 10５回も起こり、一個の電子が 5 x 105個のガス原子と非弾性衝突する。電子収集源（陽イオン源）に到達した電子は陽イオンと再結合してガス原子に帰還する。この構造になる蛍光放電灯管には、放電路に金属電極は存在せず、従って放電路に陰極と陽極直前に出現する電圧降下は存在しない。その結果、蛍光放電灯管中で無駄に使用していた電圧降下による電力が消去され、蛍光放電灯管の放電電力は半分になると考える。【００１１】
蛍光放電灯管を点灯するときに資源節約も大切な因子である。資源節約の問題は点灯可能な時間（寿命）に関わる。第三世代電子供給源を使用すると、蛍光放電灯管の寿命を決めていた金属電極のスパッタリングと蛍光膜表面の残留ガスの吸着が解消する。その結果点灯寿命が半永久（初期輝度を2,000,000時間以上保持）となる蛍光放電灯管が得られる。従来の金属電極を使用した蛍光放電灯管の寿命は約2000時間である。【００１２】
先ず、従来の金属内部電極を使用した蛍光放電灯管の点灯寿命を決めていた因子を明らかにする。金属電極表面が電子を放射すると、不可欠に表面結合電子(電子雲)が金属電極表面に形成される。金属電極表面に固着した電子雲は、蛍光放電灯管に印加する高周波の存在に無関係であり、高い負電荷（105 V/cm）を持つ。質量の大きなＡｒ＋、Ｈｇ＋と陽イオン化した残留ガスは、高周波電界(103V/cm)では大きくその位置を動かさないが、それらの陽イオンは電子雲の強い負電荷による静電引力に吸引され、高速に加速する。加速された陽イオンが金属表面の微小面積に衝突し、金属電極の局所を金属が蒸発する高温度に加熱する。その結果、金属電極の蒸発（スパッタリング）が発生する。蒸発した金属原子は蛍光膜上に付着するので、電極周辺の蛍光膜は時間と共に黒化する。陽イオン衝突による金属電極の蒸発がＨＣＦＬとＣＣＦＬ蛍光放電灯管の寿命を決め、点灯不良になる寿命は2000時間前後である。【００１３】
第三世代電子供給源を使用すると、陽イオンが存在しても、陽イオンを吸引する電子雲は存在せず、金属電極の蒸発は完全に消失するので、寿命は2,000,000時間以上となる。【００１４】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２００７／７０４３１号公報（本発明者の先願）
【特許文献２】ＰＣＴ／ＪＰ２００７／７４８２９号公報（本発明者の先願）
【特許文献３】特開平６−３２４３８４号公報
【特許文献４】特開平８−１７１３５３号公報
【特許文献５】特開２０００−１８８００８公報
【特許文献６】特開２００２−６８１５公報
【非特許文献１】Journal Physics D Applied Physics, 32, (1999), pp 513-517
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上のように開発してきた蛍光放電灯管であるが、蛍光放電灯管１個当たりの明るさは、家庭の部屋を快適な照度で照明するには十分な明るさでない。家庭の部屋を快適照度に照明するために、複数本の蛍光放電灯を使用する場合には、本数の増えた分に比例して消費電力が増加する。一本の消費電力が公称４０ワットであれば、１０本を同時点灯すると、４０ワット×１０本＝４００ワットと消費電力が比例的に急増することが明らかである。この消費電力及び輝度の観点から、複数本の蛍光放電灯管を使用した従来技術（特許文献３〜６）を検討し、個々の消費電力の弱点を説明する。【００１６】
特開平６−３２４３８４号公報（特許文献３）では、前面が開放され、後面に反射体が設けられたハウジングと、ハウジングの前面と後面との間に配された多数のＵ字型蛍光放電灯管を有した照明装置が開示されている。多数の前記Ｕ字管は左右２列に平面状に配置された蛍光放電灯管群であるが、主としてスタジオでの携帯利便性に利点が置かれ、消費電力の記載は全くない。単に、多数本を高周波電源で点灯させることのみが記載され、全体消費電力＝一本消費電力×本数が成立し、本数増加による消費電力の急増は避けられない。しかも。複数本の平面配置であるから、【００１７】
特開平８−１７１３５３号公報（特許文献４）では、透光性の看板面に文字・図柄等を設け、その裏側に複数本の蛍光灯を配置した電光看板が開示されている。各蛍光灯が白、赤、黄、緑、青などのように発光色が異なり、蛍光灯を適宜切り替えて点滅制御される電光看板である。図面には、８本の蛍光灯が八角形状に垂直に配置されているが、切り替え点灯であるから、ネオンサインと比較して蛍光灯使用により電力コストが安くなると記載されている。つまり、輝度を上げるため８本を同時点灯した場合には、１本使用の８倍の消費電力になることを意味しており、同時点灯の消費電力の改善対策は全く採られていない。【００１８】
特開２０００−１８８００８公報（特許文献５）には、下方斜めに向く開口を有する本体と、前記開口を覆う本体に内装される反射板と、反射板の前方で前記開口に配置された平面配置された複数本の蛍光灯からなる照明器具が開示されている。各蛍光灯は各ソケットに装着され、２本づつ点灯制御されることが記載されている。同時点灯した場合には、本数に比例した消費電力となるため、２本づつを点灯制御する構造であり、全本数を同時点灯した場合の電力急増に対する対策は全く施されていない。【００１９】
特開２００２−６８１５公報（特許文献６）には、複数本の蛍光灯を平面配置したバックライトと、バックライトに重ねてＬＣＤパネルを備えた液晶表示装置が開示されている。前記バックライトは、一本づつの蛍光灯を順次に点灯させて消費電力を低減させるのが希望であるが、市販の蛍光灯の点灯速度が秒単位で遅いため、結局、全本数を同時点灯していることになる。全本数を同時点灯させた場合には、全体消費電力＝一本消費電力×本数が成立し、本数増加による消費電力の急増は避けることができない。【００２０】
以上のように、複数本の蛍光灯を配置した照明用光源は過去にも存在するが、全ての文献の消費電力は、全本数同時点灯では、全体消費電力＝一本消費電力×本数が成立し、本数の増加に応じて消費電力を低減させる工夫は全く存在しない。結局、一本づつを順次に点灯させて、一本の消費電力に制限するだけであり、そのために発光輝度は一本分しかなく、輝度の増大を確保できないという課題が厳然として立ち塞がっていた。【００２１】
従って、本発明の目的は、複数本の同時点灯においても、全体消費電力＜一本消費電力×本数が成立する条件を研究し、一本の蛍光放電灯管の消費電力（点灯回路込み）を従来より格段に低減させ、同時に多数本を束状に組み合わせても消費電力の増加は一本当たり１ワットと少なく、輝度のみが束ねた本数倍になる集積型蛍光放電灯を開発し、一個の集積型蛍光放電灯でも家庭の部屋を快適な照度で明るく照明でき、寿命が半永久的な環境汚染に優しい集積型蛍光放電灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記課題を解決するために為されたものであり、本発明の第１形態は、発光用の蛍光膜を内面に形成した複数本の蛍光放電灯管の管軸を平行にして束状に配置された蛍光放電灯管群と、隣接する蛍光放電灯管同士を所定間隔だけ離間させるスペーサと、前記蛍光放電灯管群の個々の電極を電気的に並列接続する両端の並列接続部とを少なくとも有し、前記蛍光放電灯管の両端の電極は内部の放電空間に対し電気的に絶縁された放電空間絶縁型電極から構成され、両端の前記並列接続部に高周波電圧を印加したとき、前記蛍光放電灯管の内部に存在する放電ガスが電子と陽イオンに電離して前記放電空間絶縁型電極の近傍に第３世代電子源（単に電子源とも称する）及び陽イオン源が形成され、前記第３世代電子源からの電子が前記陽イオン源に前進する過程で放電ガスと衝突して発光し、しかも前記蛍光放電灯管群を同時に点灯させる集積型蛍光放電灯である。【００２３】
本発明の第２形態は、前記第１形態において、前記蛍光放電灯管群を内挿して外方への放熱を遮断する保熱管を最外周に配置し、必要に応じ前記保熱管の両端又は一端の開口部を閉鎖する保熱端部を設けた集積型蛍光放電灯である。【００２４】
本発明の第３形態は、前記第１又は第２形態において、前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の外部に配置された外部電極からなり、前記外部配置により前記外部電極が内部の前記放電空間から電気絶縁されており、前記外部電極と対向する前記蛍光放電灯管の内面に蛍光体粒子層が形成されている集積型蛍光放電灯である。【００２５】
本発明の第４形態は、前記第１又は第２形態において、前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の内部に配置された内部電極と前記内部電極の表面に塗着された蛍光体粒子層からなり、前記蛍光体粒子層の電気絶縁性により前記内部電極が前記放電空間に対し電気絶縁されている集積型蛍光放電灯である。【００２６】
本発明の第５形態は、前記第１〜第４形態のいずれかにおいて、前記蛍光放電灯管群は、中心管と、前記中心管の外周に配置された外周管層から構成され、前記外周管層が一層以上配置される集積型蛍光放電灯である。【００２７】
本発明の第６形態は、前記第５形態において、前記中心管と前記外周管は、径方向外方に従って管径が小さく設定される集積型蛍光放電灯である。【００２８】
本発明の第７形態は、前記第１〜第６形態のいずれかにおいて、前記集積型蛍光放電灯の消費電力が、全本数消費電力＜一本消費電力×本数の不等式を満足する集積型蛍光放電灯である。【００２９】
本発明の第８形態は、前記第１〜第７形態のいずれかにおいて、前記蛍光放電灯管群を構成する前記蛍光放電灯管の直径が１０ｍｍ以下である集積型蛍光放電灯である。【００３０】
本発明の第９形態は、前記第１〜第８形態のいずれかにおいて、前記集積型蛍光放電灯の外直径が２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲にあり、前記集積型蛍光放電灯の長さが１０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲にある集積型蛍光放電灯である。【００３１】
本発明の第１０形態は、前記第１〜第９形態のいずれかにおいて、前記蛍光放電灯管は直径が１０ｍｍ以下で長さが２００ｍｍ以下の形状を有し、前記集積型蛍光放電灯は口金の付いた基板上に配置され、前記基板と前記口金の間に形成された電源収納庫に駆動用電源を収納し、全体形状を電球型に形成して前記口金を電球型ソケットに着脱自在に装着して点灯させる集積型蛍光放電灯である。【００３２】
本発明の第１１形態は、前記第３において、前記蛍光放電灯管として寿命の尽きた内部電極付き蛍光放電灯管を再生使用し、前記内部電極付き蛍光放電灯管に前記外部電極を設ける集積型蛍光放電灯である。【００３３】
本発明の第１２形態は、前記第１〜第１０形態のいずれかにおいて、前記蛍光膜の表面において、管軸方向に、ＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に分散配置されている集積型蛍光放電灯である。【００３４】
本発明の第１３形態は、前記第１２形態において、前記蛍光膜が、ＰＬ蛍光体粉とＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される蛍光放電灯管である。【００３５】
本発明の第１４形態は、前記第１３形態において、前記蛍光膜が、ハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される蛍光放電灯管である。【００３６】
本発明の第１５形態は、前記第１３形態において、前記蛍光膜が、希土類ＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される蛍光放電灯管である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１形態によれば、発光用の蛍光膜を内面に形成した複数本の蛍光放電灯管の管軸を平行にして束状に配置された蛍光放電灯管群と、隣接する蛍光放電灯管同士を所定間隔だけ離間させるスペーサから構成されるから、各蛍光放電灯管から発生する熱が相互に蛍光放電灯管同士を保熱し、この保熱効果によって、蛍光輝度を著しく増大させることに成功した。このような保熱効果は、従来から存する平面配置された蛍光放電灯管では見られず、本発明の束状配置により初めて達成されたものである。しかも保熱効果により、各蛍光放電灯管内を４０℃〜４５℃の最適温度に常時保持でき、管内の水銀ガスの蒸気圧を定常的に保持できるから、蛍光放電灯管を最適発光条件に維持するから、高輝度発光を可能にすることができる。従来、一本の蛍光放電灯管の場合には、管表面から外気中への放熱が促進され、管内温度の低下により水銀蒸気圧が低下し、輝度の低下が必然的に生じていた。しかも、金属内部電極を用いた蛍光放電灯管では消費電力が極めて高く、消費電力が増大する結果となっていた。本発明による複数本の束状配置により、保熱効果が高まり、高輝度発光を可能にした。同時に、全本数を同時点灯させても、前記消費電力の低減化を達成し、消費電力の問題を一気に解決して省電化と高輝度発光を同時的に達成した画期的な集積型蛍光放電灯が実現できる。前記スペーサにより、隣接する蛍光放電灯管同士は所定間隔だけ離間されているから、蛍光放電灯管同士の隙間から放射光が外部に放出され、それらが重ね合わさって一層に高輝度に発光させることができる。前記スペーサにより形成される蛍光管同士の隙間の大きさは、蛍光放電灯管及び集積型蛍光放電灯のサイズに依存して自在に大小調整できるが、通常の場合には１ｍｍ〜２ｃｍの範囲が保熱効果及び放射光放出効果から好適である。
しかも、前記蛍光放電灯管の両端の電極は内部の放電空間に対し電気的に絶縁された放電空間絶縁型電極から構成されるから、金属電極からの放電空間内へ電子注入は一切無くなり、電子注入に伴う電極電圧降下も無くなり、電極電圧降下に伴う無駄な電力消費を消尽することに成功した。また、前記電子注入が無いから、陽イオンが金属電極に衝突して生じるスパッタリング現象も無く、電極損耗を消尽して蛍光放電灯管の長寿命化に成功したものである。
放電発光を駆動する電子は、高周波電圧の印加による放電ガスの電離により生成され、生成された電子と陽イオンが前記放電空間絶縁型電極の近傍に電気力で集積し、第３世代電子源（単に電子源とも称する）及び陽イオン源となる。本発明者はこの電子源を第３世代電子源と称し、前記第３世代電子源から電子が前記陽イオン源に前進する過程で放電ガスと衝突して発光し、電子と陽イオンが衝突して電気的に中性の放電ガスに帰還する。しかも再び高周波電圧により電離し、発光し、中性ガス化するサイクルを反復する。【００３８】
特に、蛍光放電灯管の放電空間絶縁型電極に高周波電源を接続した時、電源回路の入力側で検出する電流は、蛍光放電灯管内に高周波電界を形成するに要する電流であり、電流の大きさは放電灯管の管径や放電灯管の長さに無関係で、検出電流の値は蛍光膜の物性だけにより決まり、その値は０．１Ａから１Ａの範囲で蛍光膜の物性により変る。高周波電界を形成する電力は、蛍光放電灯管の輝度と無関係であり、蛍光放電灯管の消費電力を決めている。蛍光放電灯管の発光に関与する電子は、第三世代電子源から高周波電界中に取り出した電子で、その量は最大１ｍＡであり、高周波電界形成に要する電流（１Ａ）の千分の一以下であるので、蛍光放電灯管の消費電力への関与は無視できる。従来は蛍光放電灯管の輝度は、保熱効果に依存し、蛍光放電灯管の消費電力との関係は小さい。発明者達は従来の常識を基本から修正する新発見により、消費電力を極度に低減する蛍光放電灯を提供できるようになった。【００３９】
また、放電空間絶縁型電極の使用により、同一蛍光膜で作られた蛍光放電灯管の複数本を束状に配置した蛍光放電灯管群を作り、束状に配置した各蛍光放電灯管中に高周波電界を形成すると、蛍光放電灯管群の全管に高周波電界を形成する電力が著しく減少する。即ち、蛍光放電灯の点灯に要する消費電力が、蛍光放電灯を束状に配置し、集積すると著しく減少する事実の発見である。更に詳細に述べれば、放電空間絶縁型電極を取り付けた１本の蛍光放電灯管の電極に高周波電源を接続し、高周波電界を前記蛍光放電灯管内に形成すると、１蛍光放電灯管の消費電力はｗワットである。前記蛍光放電灯管の近隣に同種蛍光膜で作られた蛍光放電灯管の複数本（ｎ）を束状に配置すると、束状に配置（集積型）した全蛍光放電灯管内に同強度の高周波電界が誘発する。集積型蛍光放電灯管の全てに高周波電界を形成するに要する消費電力Ｗは、実験に使用した蛍光放電灯管では、１本の蛍光放電灯管の供給電力に一本当り１ワットを加算した合計電力となることをみいだした。即ち、Ｗ＝ｎｗではなくＷ＝ｎ＋ｗとなり、全体消費電力≪一本消費電力×本数の関係が成立し、集積型蛍光放電灯は低消費電力で点灯する。Ｗ＝ｎ＋ｗの関係は、蛍光放電灯管の管径と蛍光放電灯管の管長に無関係に成立する。【００４０】
集積型蛍光放電灯の各放電灯管の高周波電界に第三世代電子源から電子を注入し、注入電子により充填ガスを発光させると、蛍光膜が電子線発光蛍光体粒子と光発光蛍光体粒子の配列で作られている場合、集積蛍光放電灯からの輝度は、放電空間絶縁型電極を取り付けた蛍光放電灯管１本の輝度の集積本数倍になる。著しく低い消費電力（Ｗ＝ｎ＋ｗ）で高輝度な集積型蛍光放電灯が得られる。蛍光膜が光発光蛍光体だけで作られている場合、及び使用する蛍光体粒子表面が電気絶縁体の微細粒子で汚染している場合、集積蛍光放電灯の輝度は集積本数倍にならない。【００４１】
本発明の第２形態によれば、前記蛍光放電灯管群を内挿して外方への放熱を遮断する保熱管を最外周に配置したから、周囲空間への放熱が保熱管により遮断され、断熱効果が促進により、蛍光放電灯管内部の保熱効果が増大して、輝度の増大化に成功した。しかも放電空間絶縁型電極により電力消費量を急減させることにも成功した。保熱管としてガラス管が最適であるが、透明なプラスチック管でもよく、光透過性と断熱性の両性質を満足する素材が適宜に利用できる。
必要に応じ前記保熱管の両端又は一端の開口部を閉鎖する保熱端部を設けた集積型蛍光放電灯も提供される。前記保熱管だけの場合には、上下の開口部からの放熱がまだ存在するが、一端開口部又は両端開口部を保熱端部により閉鎖することにより、断熱効果が増加し、輝度の増大化と電力消費量の一層の低減化が実現できる。保熱端部の素材として、ガラスや透明プラスチックでもよいが、保熱端部からの光透過性が不要な場合には、光不透過性素材で断熱性を有する着色プラスチック、セラミックスその他の素材が利用できる。【００４２】
更に説明すると、与えられた蛍光放電灯管からの輝度は蛍光膜に照射する紫外線量に依存する。蛍光放電灯管内で紫外線を放射するのは水銀蒸気である。蛍光放電灯管内の水銀蒸気量は、放電ガス温度で決められ、最適な温度は４０oＣから４５ｏＣの温度範囲にある。蛍光放電灯管は通常室内に設置されて点灯しているので、蛍光放電灯管の外壁は冷たい部屋の空気（２２oＣ）と接しているので、蛍光放電灯管の周辺では温められた空気と冷たい空気による対流が起こり、蛍光放電灯管は冷却される。冷却されている蛍光放電灯管内のガスの平衡温度を最適水銀蒸気圧になる４０oＣから４５ｏＣの温度範囲に保つには、蛍光放電灯管内の放電ガス内に高温な熱源が必要になる。放電ガス内の熱源は、電子の非弾性衝突によるガスのイオン化で、原子が電子を真空空間に放出する際にエントロピー変化により発する熱を利用する。イオン化によりガスを高温度に加熱するのは、エネルギーの浪費になる。空冷によるエネルギーの浪費を防ぐには、蛍光放電灯管を直接に空気と接触させなければ良い。その目的を果たすのが、本形態の保熱管である。【００４３】
本発明の第３形態によれば、前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の外部に配置された外部電極からなるから、前記外部電極はガラス管により内部放電空間から電気的に絶縁されており、完全な電極電圧降下の消尽により無駄な電力消費を消滅できる。また、電極からの電子注入は一切無くなり、スパッタリングによる電極損耗も一切消尽し、長寿命化を実現できる。更に、前記外部電極と対向する前記蛍光放電灯管の内面に蛍光体粒子層が形成されているから、前記蛍光体粒子層の誘電分極により、前記蛍光体粒子層の近傍に第３世代電子源と陽イオン源を確実に形成できる。外部電極の構造は、コイル方式、リング方式、接点方式、小面積方式など各種存するが、コイル方式・リング方式では被覆電線を使用することにより導線間の微細放電が無くなり、発熱を無くして一層の低電力化を実現できる。特に、外部電極方式により、前記第１形態で述べた電力低減効果が顕著に発現し、消費電力の低減化（省電効果）が実現できる。【００４４】
本発明の第４形態によれば、前記蛍光放電灯管の前記放電空間絶縁型電極は、前記蛍光放電灯管の内部に配置された内部電極と前記内部電極の表面に塗着された蛍光体粒子層からなるから、前記蛍光体粒子層の電気絶縁性により前記内部電極が前記放電空間に対し電気的に絶縁される。従って、電極電圧降下の消尽により無駄な電力消費を消滅でき、電極からの電子注入は一切無くなり、スパッタリングによる電極損耗も一切消尽し、長寿命化を実現できる。同時に、前記蛍光体粒子層の誘電分極により、前記蛍光体粒子層の近傍に第３世代電子源と陽イオン源を確実に形成できる。【００４５】
本発明の第５形態によれば、前記蛍光放電灯管群は、中心管と、前記中心管の外周に配置された外周管層から構成されるから、中心管と複数の外周管の間、及び外周管同士の間で保熱効果が増進される。前記外周管層が一層の場合、更に二層、三層と多重化することができ、多重化により発光強度と保熱効果が一層に増大される。中心管も外周管も蛍光放電灯管であり、外周管は３本以上の蛍光放電灯管から構成されることが多い。【００４６】
本発明の第６形態によれば、前記中心管と前記外周管は、径方向外方に従って管径が小さく設定されるから、全体としての集積型蛍光放電灯のサイズを自在に調整できる。外方にゆくに従って、大径中心管、中径外周管、小径外周管とすることもできる。【００４７】
本発明の第７形態によれば、前記集積型蛍光放電灯の消費電力が、全本数消費電力＜一本消費電力×本数の不等式を満足する集積型蛍光放電灯が提供できる。従来の複数本を使用した照明装置では、蛍光放電灯管が相互干渉せずに独立蛍光管として作用するから、保熱効果が全く無く、全本数消費電力（Ｗ）＝一本消費電力（ｗ）×本数（ｎ）の電力式がほぼ成立していた。しかし、本発明では、第３世代電子源の使用により、全本数消費電力（Ｗ）＜一本消費電力（ｗ）×本数（ｎ）の不等式が成立する。具体的には、後述する実施例から分かるように、一本消費電力が４．５（ワット）でｎ本の場合、従来方式では、Ｗ＝４．５×ｎ（ワット）となるが、本発明実施例では、Ｗ＝（３．５＋ｎ）（ワット）となる。つまり、本発明では、最初の一本は３．５＋１＝４．５（ワット）であるが、２本目以後は、一本当り１（ワット）という計算になる。この式は、実施例の場合の特殊例であり、一般近似式としては、Ｗ＝ａ＋ｂ×ｎで表現され、上記実施例ではａ＝３．５、ｂ＝１に相当する。パラメータａ、ｂの数値は、スペーサや蛍光放電灯管や集積型蛍光放電灯のサイズにより種々に変化し、この変化は集積型蛍光放電灯の保熱特性に依存する。しかし、本発明の保熱効果がある限り、Ｗ＜ｗ×ｎは必ず成立し、その消費電力差だけ必ず消費電力量の低減化を図ることができる。【００４８】
本発明の第８形態によれば、前記蛍光放電灯管群を構成する前記蛍光放電灯管の直径が１０ｍｍ以下である集積型蛍光放電灯を提供できる。本発明では、第３世代電子源を使用するから、蛍光放電灯管の直径は自在に調整でき、従来のようにＨＣＦＬ方式では直径が１０ｍｍ以上、ＣＣＦＬ方式では直径が１０ｍｍ以下という制限が全く無い。従って、本発明では細管や微細管を作製することも可能であり、直径１０ｍｍ以下の細管や微細管を用いて、小サイズでコンパクトな集積型蛍光放電灯を製造することが可能になる。【００４９】
本発明の第９形態によれば、前記集積型蛍光放電灯の外直径が２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲にあり、前記集積型蛍光放電灯の長さが１０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲にある集積型蛍光放電灯を提供できる。上述したように、本発明では、第３世代電子源を使用するから、蛍光放電灯管の直径を自在に調整でき、またその長さも自在に変化できる。従って、外直径が２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲、且つ長さが１０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲にある小サイズ〜大サイズの集積型蛍光放電灯を製造することができる。【００５０】
本発明の第１０形態によれば、前記蛍光放電灯管は直径が１０ｍｍ以下で長さが２００ｍｍ以下の形状を有するから、通常の電球型の蛍光放電灯を構成できる。電球の直径は蛍光放電灯管の本数に依存する。しかも、前記集積型蛍光放電灯は口金の付いた基板上に配置され、前記基板と前記口金の間に形成された電源収納庫に駆動用電源を収納し、全体形状を電球型に形成して前記口金を電球型ソケットに着脱自在に装着して点灯させるから、電球形状の高輝度低電力の集積型蛍光放電灯を提供でき、一般家庭用や業務用の電球として普及することが可能である。【００５１】
本発明の第１１形態によれば、前記蛍光放電灯管として寿命の尽きた内部電極付き蛍光放電灯管を再生使用し、前記内部電極付き蛍光放電灯管に前記外部電極を設ける集積型蛍光放電灯を提供できる。従来の寿命が尽きた内部電極付き蛍光放電灯管は、スパッタリングにより内部電極が損耗したものが殆んどであり、その場合に放電ガスは漏洩しておらず、健在である。本発明の外部電極方式では、放電空間に放電ガスが存在しておれば蛍光管として駆動することが可能である。従って、寿命の尽きた内部電極付き蛍光放電灯管の外周に外部電極を設ければ、立派に蛍光管として再生することが本発明者等により初めて発見された。日本及び世界で廃棄される蛍光管の本数はほぼ無数であり、これらの蛍光管を本発明に利用すれば、極めて安価に、しかも環境に優しく、資源の無駄を省いた集積型蛍光放電灯を提供できる。【００５２】
本発明の第１２形態によれば、前記蛍光膜の表面において、管軸方向に、ＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に分散配置された集積型蛍光放電灯を提供できる。ガラス管軸方向に、ＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子を交互に分散配置するから、急速点灯とガラス管の全領域発光を可能にした蛍光放電灯管を実現できる。負電荷を持った蛍光体粒子として、光発光蛍光体（ＰＬ蛍光体）が存在する。光発光蛍光体の粒子内部に存在する不純物には電子がトラップされており、このトラップされた電子に起因して内部持続分極 (PIP)が形成され、内部持続分極の電子が蛍光膜表面に出現して前記負電荷を構成する。前記電子源から取り出された電子をＣＬ蛍光膜表面の表面伝導により加速し、前記加速電子の軌道を蛍光膜上の負電荷を持ったＰＬ蛍光体粒子によりガス空間に曲げ、蛍光放電灯管のガスを瞬時に点灯放電させる蛍光放電灯管が実現できる。従って、加速電子を曲げたい位置に光発光蛍光体を配置しておけば、その位置の光発光蛍光体の負電荷が、前記加速電子に対し曲げ作用を行う。蛍光体の選択により、前記負電荷の大小を可変調整でき、これにより蛍光膜上の表面伝導電子と放電ガスとの衝突を加速して、放電空間内の急速点灯を実現でき、蛍光放電灯管に従来から存在した遅延点灯を無くすことができる。
負電荷を持たない蛍光体粒子には、電子線発光蛍光体（ＣＬ蛍光体）が含まれる。特に、低電圧電子線発光蛍光体は表面汚染が少なく、負電荷に帯電しない性質を有し、チャージアップしない特性を有する。前記蛍光膜の表面に負電荷を持たない蛍光体粒子（ＣＬ蛍光体）と負電荷を持った蛍光体粒子（ＰＬ蛍光体）を交互に配置させて、前記蛍光膜表面の複数箇所で前記加速電子を前記負電荷を有した蛍光体粒子により、電子をガス空間側に曲げる急速点灯と全面発光する高効率な蛍光放電灯管が提供される。本形態では、負電荷を持たない蛍光体領域ではクーロン反発力が発生しないから、蛍光膜を表面伝導する電子は加速される。他方、負電荷を持つ蛍光体領域では、加速電子はクーロン反発力により放電空間に曲げられ、放電ガスを強制的に放電させ、放電灯管は急速点灯する。しかも、本形態では、多数の負電荷領域が電子の表面伝導方向に点在するから、放電灯管の多数領域で放電が生起し、放電灯管の全体が明るく発光することができる。換言すると、前記負電荷性蛍光体粒子を蛍光膜上に加速電子の進行方向に沿って多数点在させると、加速電子と負電荷とのクーロン反発力により、多数の負電荷位置にて加速電子が放電空間中に強制的に曲げられ、加速電子と放電ガスとの多領域における全空間衝突により放電空間全領域での放電が生起し、急速点灯と全空間点灯が同時達成できる放電灯管を実現できる。【００５３】
本発明の第１３形態によれば、前記蛍光膜が、ＰＬ蛍光体粉とＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される集積型蛍光放電灯が提供できる。ＰＬ蛍光体粉とＣＬ蛍光体粉を混合し、この混合粉を蛍光放電灯管の内面に塗布して蛍光膜を形成すれば、蛍光膜の表面には、ＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に出現する。ＰＬ蛍光体粒子は負電荷を有し、ＣＬ蛍光体粒子は負電荷を有さないから、前記第１２形態で説明した、蛍光膜上のＰＬ蛍光体粒子が露出する無数点で電子軌道が放電空間側にクーロン曲回し、急速点灯と全面点灯を実現できる。【００５４】
本発明の第１４形態によれば、前記蛍光膜が、ハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される集積型蛍光放電灯が提供される。ハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体粉と電子線照射下で発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉を用いると、蛍光放電灯管の製造コストを低減できる効果がある。即ち、ハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体はクラーク数が低い希少な希土類元素を用いないから、蛍光体コスト低減できる。しかも、表面に負電荷を有するハロ燐酸カルシウムＰＬ蛍光体粉と表面に負電荷を有さないＣＬ蛍光体粉の混合粉から蛍光膜を形成すると、必然的にガラス管軸方向の蛍光膜表面にＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に無数に分散して存在することになる。無数のＰＬ蛍光体粒子の位置でその負電荷により伝導電子が曲げられて発光し、その領域は蛍光膜の全面であるから、急速点灯と全面発光が可能になる。ＣＬ蛍光体粉として安価なＺｎＯ蛍光体粉を使用すれば、一層の低価格化を実現できる。【００５５】
本発明の第１５形態によれば、前記蛍光膜が、希土類ＰＬ蛍光体粉と低電子線発光するＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成される集積型蛍光放電灯が提供できる。前記蛍光膜を、希土類ＰＬ蛍光体粉とＣＬ蛍光体粉の混合粉から形成するから、希土類蛍光膜を使用した蛍光放電灯管の製造コストを低減できる効果がある。希土類ＰＬ蛍光体粉は表面に負電荷を有する高性能のＰＬ蛍光体粉であるが、近年の希土類元素物質の高騰により、希土類蛍光膜を使用した蛍光放電灯管の製造コストは上昇しつつある。そこで、本形態のＣＬ蛍光体粉として、価格が比較的に安くて安定したＣＬ蛍光体であるＺｎＯ蛍光体を使用すれば、混合蛍光体粉の製造コストを低減させることを企図している。特に、ＺｎＯ蛍光体は紫外線により励起されてから発光するまでの減衰時定数が極めて短いから高速発光が可能であり、30 V以下の低電圧でも明るいCLを発光する特性を有する。しかも、表面に負電荷を有する希土類ＰＬ蛍光体粉と表面に負電荷を有さないＺｎＯ蛍光体粉の混合粉から蛍光膜を形成すると、必然的にガラス管軸方向の蛍光膜表面にＰＬ蛍光体粒子とＣＬ蛍光体粒子が交互に無数に分散して存在することになる。無数のＰＬ蛍光体粒子の位置でその負電荷により伝導電子が曲げられて発光し、その領域は蛍光膜の全面であるから、急速点灯と全面発光が可能になる。【００５６】
[本発明の更なる詳細説明：検出電流と点灯の関係]
発明者達は、高周波電源を第三世代電子源による蛍光放電灯管の電極に印加すると、電源回路の入力側で検出する電流に発光に関与しない高周波電界を形成する電流と、電子源から供給されてガス原子の発光に関与する電子電流の２種類が存在する事を発見した。高周波電界形成に必要な電流の大きさは、ガス原子を発光させるに必要な電子電流の大きさの千倍以上で１Ａ付近にある。従って、高周波電界形成電流は蛍光放電灯の発光には寄与せず、蛍光放電灯管の点灯時の消費電力のみを決める事実を発見した。ガス放電は電子源からの電子が高周波電界との共鳴でガス空間を移動して起しているが、この電子電流は電流量が小さく（１ｍＡ以下）、蛍光放電灯管の点灯に必要な実質電力に影響を与えていない。上記した発見は蛍光放電灯管の全機能を最適化し、今までに得られなかった水準の省電力で高輝度な蛍光放電灯管を開発する上で重要な事項である。【００５７】
更に、次の現象を発見した。一個の蛍光放電灯管中に形成する高周波電界は、複数の同種蛍光放電灯管を前記蛍光放電灯管の周辺に置くと、周辺に置かれた蛍光放電灯管内にも高周波電界が誘起されるが、最初の蛍光放電灯管の電極に接続した電源回路に流れる電流値は周辺に置かれた蛍光放電灯管数で僅かに増加するだけである。蛍光放電灯管が高周波電界を持っただけでは、蛍光放電灯管は発光しない。蛍光放電灯管を発光させるには、高周波電界中に電子を注入しなければならない。電子を高周波電界中に注入できる条件を調べた。【００５８】
外部電極蛍光放電灯管で、第三世代電子源からの電子が蛍光放電灯管内に形成した高周波電界中に注入できるか、出来ないかは前記電極蛍光放電灯管中に形成している高周波電界の大きさで顕著に変わる。前記電極蛍光放電灯管中に形成する高周波電界の大きさを、電源回路の入力側で検出する電流のモニターで検討する。外部電極に高周波電位を印加したとき、電源回路で検出する電流は蛍光膜の汚染（帯電）状態で大きく変る。蛍光膜を構成する蛍光体粒子表面が電気絶縁物の微細粒子で重度に汚染されていると電源で検出される電流は１Ａ付近である。蛍光体粒子表面に電気絶縁物の汚染がないと検出電流は最小になり、０.１Ａ付近まで減少する。検出電流が０.７Ａ以上の蛍光放電灯管の点灯は難しい。即ち検出電流が０.７Ａ以上であると、第三世代電子源からの電子は高周波電界中に注入できない。検出電流が０．５Ａ以下であると、蛍光放電灯管に形成している高周波電界中に電子が容易に注入できる。その結果、前記外部電極型蛍光放電灯点灯管は点灯する。【００５９】
検出電流が０．５Ａ以下の外部電極蛍光放電灯管の電極を並列に接続すると、並列に接続された外部電極蛍光放電灯管に第三世代電子供給源から高周波電界中に電子の注入が許容される。注入された電子はガス原子と非弾性衝突し、ガスを放電させるので並列接続の全蛍光放電灯管の蛍光膜は均一輝度で発光する。即ち、並列接続された複数の外部電極型蛍光放電灯管の点灯に要する消費電力は、外部電極型蛍光放電灯管を単独で点灯した場合より僅かに増加させただけで、発光強度のみが並列接続蛍光放電灯管数に比例して増加する。検出電流が０．５Ａ以下の外部電極型蛍光放電灯管の電極を並列に接続すると、大きな省電型蛍光放電灯が可能となる。ここで注意しなければならないことがある。市販蛍光放電灯管の多くは外部電極蛍光放電灯管に改変しても検出電流が０．７Ａ以上であり、第三世代電子供給源から改変蛍光放電灯管中の高周波電界に電子注入ができない。その結果、改変蛍光放電灯管を検出電流が０．５Ａ以下の蛍光放電灯と並列接続しても改変蛍光放電灯管は発光しない。参考として記すと、外形が３０ｍｍの市販蛍光放電灯管を外部電極型蛍光放電灯管に改変し、外部電極を並列接続しても、改変蛍光放電灯管は発光しない。【００６０】
第三世代電子源からの電子を高周波電界に注入する最適条件が複雑であった。蛍光体粒子表面に電気絶縁物の汚染が全然ないと、高周波電界に注入した電子は選択的に蛍光膜の表面伝導を取り、陽イオン源に到達し消滅する。その結果、表面伝導電子はガス原子と衝突せず、蛍光放電灯管の発光は起こらない。蛍光体粒子表面が電気絶縁物で重度に汚染していると、第三世代電子源からの電子は汚染物の帯電電荷の負電界からのクーロン反発を受け、ガス空間に入れず発光は起こらない。粒子表面が適度に汚染された蛍光体粒子と、汚染が無い粒子の混合粉で蛍光膜が作られている時のみ、電子がガス空間に侵入し、加速され、蛍光体粒子表面が帯電している負電荷の所で電子軌道をガス空間に曲げ、ガス原子と非弾性衝突する。その結果、蛍光放電灯は発光する。非弾性衝突した電子は軌道を散乱されるが高周波電界にある放電路に留まり、次の波の高周波電界により軌道修正され、加速されて他のガス原子と非弾性衝突する。この繰り返しにより蛍光放電灯管中の陽光柱が成立する。【００６１】
上記した複雑な蛍光膜の特性は、次の方法で制御できる。蛍光放電灯管の蛍光膜を低電圧電子線発光（CL）蛍光体と光発光（PL）蛍光体の混合で作る時、第三世代電子源からの電子は容易に蛍光膜上に侵入でき、並列接合した蛍光放電灯管の全てが同一輝度で発光する。蛍光放電灯管中に高周波電界を形成するに要する電源回路の検出電流は０．５Ａ以下である。この発見により、複数本の外部電極蛍光放電灯管を適度の隙間を置いて束ねて集積すれば、電源回路に流れる電流値を僅かに変えるだけで、集積蛍光放電灯の輝度のみが束ねた蛍光放電灯管数に比例して増加する。蛍光膜は白色の体色を持ち、蛍光膜で発光した可視光に対して光吸収を持たないので、束ねた蛍光放電管に間隙を設けると、内部に置かれた蛍光放電灯管の蛍光膜で発光した光が全て外部に取り出せる。一個の蛍光放電灯管の消費電力を僅かに増加させただけで複数個の蛍光放電灯管が発光するので、集積により小電力で高輝度に発光する集積型蛍光放電灯管が開発できた。即ち，１０本の蛍光放電灯管の集積で作られた集積型蛍光放電灯の電力消費は、１０本点灯に必要な電力の五分の一になり、輝度のみが１０倍になる。【００６２】
そればかりではない。金属電極の使用で寿命の尽きた蛍光放電灯管の外壁に新たに外部電極を設置すると、寿命の尽きた蛍光放電灯管は再点灯する。寿命が尽きた蛍光放電灯管は、外部電極を放電灯ガラス管端に設置すると、完全に再生し、新規に製造した外部電極蛍光放電灯管と同輝度で発光する。しかも、蛍光放電灯管内で寿命に影響を与える因子が全て消去される結果、外部電極蛍光放電灯管の寿命は半永久的になり、蛍光放電灯管の資源回収周期が非常に長くなる。このように第三世代電子源の使用は、蛍光放電灯管の省電だけでなく、資源の節約に大いに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】同一管径にある７本の蛍光放電灯管を束ねた本発明に係る集積型蛍光放電灯の全体構成図である。
【図２】図１に示された集積型蛍光放電灯の概略断面図である。
【図３】図１の集積型蛍光放電灯に使用される外部電極型蛍光放電灯管の断面構成図である。
【図４】図３の外部電極型蛍光放電灯管における第３世代電子源と陽イオン源の動作説明図である。
【図５】図１の集積型蛍光放電灯に使用される表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管の断面構成図である。
【図６】図５の表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管における第３世代電子源と陽イオン源の動作説明図である。
【図７】本発明に係る集積型蛍光放電灯の消費電力と蛍光放電灯管の本数の関係図である。
【図８】本発明に係る集積型蛍光放電灯の輝度と蛍光放電灯管の本数の関係図である。
【図９】大径中心管と中径外周管からなる二層構造の集積型蛍光放電灯の断面構成図である。
【図１０】大径中心管と中径外周管と小径外周管からなる三層構造の集積型蛍光放電灯の断面構成図である。
【図１１】電球ソケットに着脱可能な電球式集積型蛍光放電灯の全体構成図である。
【図１２】図１１の電球式集積型蛍光放電灯の概略断面図である。
【図１３】外部電極（樹脂被覆細銅線を巻回）を設けた新品４０ワット蛍光放電灯管（上部２本）とゴミ消却場から回収した寿命の尽きた同種４０ワット蛍光放電灯管（下部２本）を並列点灯した点灯図である。
【図１４】本発明において蛍光膜表面に導入する電子の挙動が、蛍光膜の荷電状態による変わる様子を説明する模式図である。
【図１５】本発明において低電圧電子線発光ＣＬ蛍光体粉と光発光ＰＬ蛍光体粉の混合粉で作られる最適な蛍光膜の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１          集積型蛍光放電灯
２          蛍光放電灯管
２ａ        外部電極型蛍光放電灯管
２ｂ        表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管
３          放電空間絶縁型電極
３ａ        外部電極
３ｂ        表面絶縁内部電極
３ｃ        内部電極
４          放電空間絶縁型電極
４ａ        外部電極
４ｂ        表面絶縁内部電極
４ｃ        内部電極
５          スペーサ
６          高周波電源
７          配線
７ａ        並列接続部
８          配線
８ａ        並列接続部
９          保熱管
９ａ        保熱端部
１０        ガラス管
１１        蛍光膜
１１ａ      蛍光体粒子層
１２        放電空間
１３        電子軌道
１４        大径蛍光放電灯管
１５        中径蛍光放電灯管
１６        小径蛍光放電灯管
１７        電極基板
１８        樹脂製基板
１９        高周波電源格納庫
２０        口金
２１        口金突起
２４        ＰＩＰを持つ蛍光膜（ＰＬ蛍光体膜）
２５        ＰＩＰを持たない蛍光膜（ＣＬ蛍光体膜）
２６        ＰＩＰ（ＰＩＰ負電荷又はＰＩＰ鞘）
Ａ          電子源（第３世代電子源）
Ｂ          陽イオン源
ＣＣＦＬ    冷陰極蛍光放電灯管
ＣＬ        電子線発光（Cathode Luminescence）
ｅ          電子（放出電子）
ＦＬ        蛍光放電灯
ＨＣＦＬ    熱陰極電極
ＬＣＤ      液晶ディスプレイ
ＰＩＰ      永続性内部分極
ＰＬ        光発光（Photo Luminescence）
ＳＢＥ      表面結合電子（surface-bound-electrons）
ＵＶ        紫外線
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
同一直径にあるガラス管を使用した蛍光放電灯管の複数を重ねて束ねると、束ねた蛍光放電灯管を集積した蛍光放電灯ができる。集積した蛍光放電灯からは集積本数の倍数で明るい発光が得られる。従来例で示したように、金属電極（即ち、非表面絶縁内部電極）を内蔵した蛍光放電灯管の使用では、集積した各個の蛍光放電管にそれぞれの駆動電源を接続するので、消費電力が集積する放電灯管の倍数で増加する。これでは蛍光放電灯管を個別に発光させた場合と同じであり、何らの利点が得られない。又、並列接続しても、金属陰極から電子を取り出す高電力を必要とするので、大きな点灯回路を必要とするので、実用性が無い。【００６６】
本発明者等は、第三世代電子源を使った蛍光放電灯管を使用すると、話が変ることを発見した。第三世代電子源を使用する蛍光放電灯管を複数本束ね、電極を並列接続してできる集積蛍光放電灯は、点灯に要する電力が１灯を点灯する電力を僅かに増加するだけで、発光輝度が集積する蛍光放電灯管数により顕著に増加する。【００６７】
第三世代電子源は以下に述べる２つの方法で作ることが出来る。第一は、通常の蛍光放電灯管と同じで、金属電極を使用するが、平均直径が数ミクロンにある絶縁体粉末で金属電極の全表面を覆う。実用化されている蛍光体粒子は、発光中心が非対称な結晶格子点を占有しており、しかも平均粒子径が数ミクロンにあるので、金属電極を覆う粉体に適合する絶縁体粉末である。が、他の絶縁体粉末の使用を禁じるものではない。本発明は平均粒子径が数ミクロンの絶縁体粉末の使用で、最大の効果が得られる。薄膜や単結晶の絶縁体使用は効果が薄いので除外する。上記した構造からなる蛍光放電灯管では第三世代電子源が放電に関与する電子を供給する。第二の方法は、金属電極を使用しない蛍光放電灯管を作る。この場合、管内壁面に塗布する蛍光膜は、管端まで塗布することが必要である。放電に必要な電極は放電灯のガラス管端の外壁面に付ける。この構造からなる蛍光放電灯管では第三世代電子源が放電に関与する。説明の理解を容易にする目的で、便宜的に以下の発明の詳細な説明を第二の方法で作られた蛍光放電灯管を使い、この蛍光放電灯管を「外部電極型蛍光放電灯管」と呼ぶが、発明の効果は、電気絶縁体粉で覆われた金属電極を使用した蛍光放電灯管を除外するものでなく、同質の集積蛍光放電灯ができる。【００６８】
第三世代電子源を内蔵した外部電極蛍光放電灯管を使用する特徴の一つは、放電灯を点灯する電源回路の小型化である。点灯電源回路の小型化できる理由の第一は、金属陰極電極から電子の取り出しに要する高電圧回路が不必要である。第二の理由は蛍光膜に注入する電子が容易にガス放電をするので、従来の蛍光放電灯管の点灯の難しさは消え、点灯に要した大型で大電力を消費するガス放電の点灯電気回路の工夫は不要である。第三の理由は第三世代電子源から高周波電界に注入する電子流は１ｍＡ以下であり、小型の集積回路の使用が可能となる。電源回路に流れる最大電流は蛍光放電灯管中に高周波電界を形成するに要する電力であり、１．０Ａ以下に限定されるので、電源回路の容積は小さくなる。これらを総合すると、外部電極蛍光放電灯の電源回路は、金属電極使用の従来の蛍光放電灯（直径２０ｍｍ）の点灯回路の容積を大幅に縮小し、５分の１以下になる。【００６９】
第三世代電子源を使用した蛍光放電灯管の電極に高周波電源（３０ｋＨｚ以上で数ｋＶｐ）の電圧を印加すると、蛍光膜を構成する蛍光体粒子表面の汚染状態により変わる電流が電源回路に流れる。高周波電界の形成は、直管型蛍光放電灯管では容易であるが、曲管型蛍光放電灯管では高周波電界が曲部で阻害され易く、管全体に及ばない場合がある。しかし、高周波電界の形成が管全体に及ぶ曲管型蛍光放電灯管も本発明に包含される。この理由で、本発明の以下の説明では、直管型蛍光放電灯管を使用する。蛍光体粒子表面が重度に汚染している時、高周波電界形成に起因した大きな電流が電源回路に流れても、外部電極蛍光放電灯は点灯しない。外部電極蛍光放電灯管内の高周波電界形成で電源回路に流れる電流は直接に蛍光放電灯管のガス放電に関与していない事実を示す。【００７０】
使用する蛍光体粒子表面が電気絶縁物で汚染している場合、電気絶縁物は一般に帯電している。蛍光体粒子表面が汚染した物質の帯電による負電荷がガス空間にも広がっている。第三世代電子源から取り出した電子の運動エネルギーはゼロに近いので、運動エネルギーの小さな電子は汚染した物質の帯電負電荷によりクローン反発を受け、ガス空間に入れず、蛍光放電灯管は放電しない。従来の放電ガス点灯方式 (瞬間的に高電圧を印加する)を瞬時の間採用すると、汚染物質の帯電は一部分消失するので、第三世代電子源の電子がガス放電路に侵入でき、ガス放電が見られるが、その強度は弱く、時間の経過と共に放電が消える。ガス放電が現れても高周波電界形成に起因した電源回路に流れる電流は不変である。外部電極蛍光放電灯に高周波を印加した時に流れる電源電流は、ガス放電に必要な電子流よりも遥かに大きい事を示す。その電源電流（即ち点灯回路の電力）は、図７に個々のFLで示した曲線となり、蛍光膜を構成する蛍光体粒子の特性により顕著に変わる。即ち、１本の蛍光放電灯管の消費電力ｗ（ワット）は、同種型の蛍光放電灯管でも、ｗ＝４〜７（ワット）の範囲で揺らぐ。【００７１】
蛍光膜が、蛍光体粒子表面の汚染がない低電圧電子線で発光するＣＬ蛍光体を２０％以上含むと、電源回路に流れる電流は半分以下に減少する。電源回路に流れる電流が０．５Ａ以下である場合、外部電極蛍光放電灯管は電源からの高周波印加で瞬時に点灯する。陽光柱内で発光に関与する電子は放電路で消えることなく繰り返し使用される(１０５回)ので、単位時間当たりに必要な電子数は極度に少ない。励起したガスは放電するとガス原子に帰り、再励起の機会を持つ。電子の非弾性衝突によるガス励起は、統計学では置換型サンプリングとして取り扱う。この事を考慮してガス励起に関与する最大電子数(電流)を計算すると，電源回路の入力側で計測した電源電流の千分の一前後（〜１ｍＡ）である。この電子数で単位時間に励起するガス原子数は、単位放電空間当たり１０２２個前後になる。励起ガスは一個の光子を放出して基底状態に帰るので、励起ガス数は蛍光膜から放出する光子数に相当する。蛍光放電灯から単位放電空間当たり１０２２個前後の光子数の放射は、昼間の照度で部屋を照明する光源として十分な光子数である。以上の計算より、外部電極型蛍光放電灯管に流れる電流は、外部電極蛍光放電灯管内に形成する高周波電界に必要な電源電流で主に決まり、ガス原子を励起する電子数でない事が明白に成る。発明者達は蛍光放電灯管の放電を論ずる上で放電管内を移動する電子数と高周波電界を形成する電源電流の差が果たす重要な役割を上述した計算と実験事実で発見し、省電力になる蛍光放電灯管を得るには、蛍光放電灯内で高周波電界を形成する蛍光膜の最適化が必要であることを明らかにした。【００７２】
外部電極型蛍光放電灯管で消費される電力は蛍光膜の電気特性の影響を受けて決まるので、蛍光膜の選択で外部電極型蛍光放電灯管の消費電力を最低化できる。又蛍光膜の汚染度合で外部電極型蛍光放電灯管の消費電力が変動するので、同じ種類の蛍光体粉を使用しても、製造ロットが異なると、外部電極型蛍光放電灯管を点灯する電力が変動する。更に同種類の蛍光体を使用し、蛍光膜の発光色を変えても点灯電力が変動する。図７に個々のFLとして示した曲線は、外部電極蛍光放電灯の点灯電力の管毎の変動を示す。蛍光放電灯の製造時の製品管理には、これらの点を考慮しなければならない。【００７３】
前記した外部電極型蛍光放電灯管で第三世代電子源から高周波電界中に流れる電流は、電源回路と接続する外部電極と外部電極型蛍光放電灯管内のガスとの間に電気絶縁体が介在するので、ガス空間で放電に関与する電子は電源回路から直接供与を受けず、ガス空間で自己調達するのは明白である。電極に接続した時に電源回路に流れるのは高周波電界形成に必要な電力であり、それに必要な電流が点灯電源回路で検出される。従来の蛍光放電灯管のガス放電では高周波電界形成に必要な電力とガス放電に関与する電子流が分離できず、注入電子とガス原子の励起数を最適化が出来なかった。本発明者等は、前述した第３世代電子源を用いることにより、蛍光放電灯管を点灯する時に電源回路に流れる高周波電界形成に必要な電力とガス放電に関与する電子流を分離できた。これは蛍光放電灯管のガス放電を研究する上で大きな発見である。【００７４】
蛍光放電灯管を点灯する電源回路の大きさについて検討する。従来の金属電極蛍光放電灯管ではガス放電の点灯が困難であった。金属電極蛍光放電灯管の点灯で主要な役割を果たしていた複雑で大容積を占めていた電源回路の細工は、第三世代電子供給源を使用すると蛍光放電灯管では不必要である。それ故、点灯に要した不必要な主要回路が電源回路から取り除け、それだけでも電源回路の消費電力は従来の五分の一以下となる。それに付随して電源回路装置の容積は従来の蛍光放電灯管の五分の１以下となり、小さな空間に収納出来る。と同時に電源回路の製造単価も極度に低減する。【００７５】
第三世代電子源を使用すると、外部電極蛍光放電灯管中に形成する高周波電界が蛍光膜の電気特性で大きく変わると述べた。外部電極蛍光放電管中の高周波形成電力を減少するには、蛍光膜を構成する蛍光体粒子の電気特性が大切である。本発明者達は、蛍光膜が低電圧電子線で発光する電子線発光（ＣＬ）蛍光体を３０重量％前後含み、光発光（ＰＬ）でのみ明るく発光するPL蛍光体を７０重量％含むとき、外部電極蛍光放電管中の高周波電界形成電力が最小であった。即ち外部電極蛍光放電灯管の点灯電力が最低になる。点灯電力は青色と緑色発光蛍光体粒子の表面状態により変動する。希土類蛍光体の内、赤色蛍光体に酸化イットリウム蛍光体を使用すると，電子線発光の臨界電圧は１１０Vであるので、この赤色混合希土類蛍光体粉を使用して蛍光膜を作るとき、酸化イットリウム赤色蛍光体粉の使用が多いとき、蛍光放電灯の点灯電力は減少する。電球色にする蛍光体粉は酸化イットリウム蛍光体を使用せず、他の赤色成分蛍光体（臨界電圧が高い）を使用するので、電源回路の電流は増加する。電源回路の電流を減少させるには、酸化イットリウム赤色蛍光体の臨界発光電圧１１０Ｖは未だ高い。ＣＬ蛍光体の効果は、２０Ｖ前後で発光するＣＬ蛍光体を混合するとき、電源回路の電流は最小になる。【００７６】
そのようなＣＬ蛍光体として、ＺｎＯ低電圧ＣＬ蛍光体（臨界電圧１０ｅＶ）がある。ＺｎＯ蛍光体を３０重量％含んだ、表面処理の無い白色発光ハロ燐酸カルシウム蛍光体で作られた蛍光膜を使用すると、細管の蛍光放電灯管でも明るく発光する。本発明で使用する外部電極型蛍光放電灯管では、ＺｎＯ低電圧ＣＬ蛍光体を３０重量％含んだ白色発光ハロ燐酸カルシウム蛍光体を照明目的で使用する。演色性を問題にする蛍光放電灯管では、従来の希土類混合蛍光体に、更にＺｎＯ低電圧ＣＬ蛍光体を１０重量％添加した蛍光膜を使用すると、発光色を変えずに高周波形成電力を減少させる蛍光膜が得られる。【００７７】
一個の外部電極蛍光放電灯管の点灯電力（駆動回路を含む）は、通常の金属電極を付けた蛍光放電灯の点灯に必要な電源回路の消費電力の５分の一以下になる。このように消費電力の少ない１本の外部電極蛍光放電灯管を点灯し、更にその周辺に別の同種蛍光膜で作られた外部電極蛍光放電灯管を置くと、第二の外部電極蛍光放電灯管内にも高周波電界が誘起される。２本の外部電極蛍光放電灯管の電極を電気的に並列接続すると、第二の蛍光放電灯管も点灯し、第一の外部電極蛍光放電灯管と同じ輝度で発光する。しかも電源回路に流れる電力を入力側で計測すると、一個の外部電極蛍光放電灯管の点灯で消費した電力より僅かに増加するだけである。更に第三、第四と同種蛍光膜で作られた外部電極蛍光放電灯管数を増加した時、並列接合した外部電極蛍光放電灯管のいずれもが同一輝度で発光する。
【実施例】
【００７８】
以下に、本発明に係る集積型蛍光放電灯の実施例を図面に従って詳細に説明する。
図1は、同一管径にある７本の蛍光放電灯管を束ねた本発明に係る集積型蛍光放電の全体構成図である。この集積型蛍光放電灯１は、６本の蛍光放電灯管２を相互にスペーサ５により所定間隔だけ離間して束状に配置されている。前記蛍光放電灯管２の左右端には放電空間絶縁型電極３、４が形成されている。放電空間絶縁型電極３、４は、蛍光放電灯管２の内部に形成された放電ガスを充填した放電空間１０に対し、電気的に絶縁された状態にある。７本の蛍光放電灯管２の放電空間絶縁型電極３、４には並列接続部７ａ、８ａが配設されており、高周波電源６を印加する配線７、８が夫々図示するように、前記並列接続部７ａ、８ａに接続されている。従って、高周波電源６の高周波電圧が、７本の蛍光放電灯管２の夫々に並列的に印加される。【００７９】
図２は、図１に示された集積型蛍光放電灯１の概略断面図である。１本の蛍光放電灯管２は中心管として中央に配置され、残りの６本の蛍光放電灯管２が外周管として、前記中心管の外周の円周方向（外周方向）に等間隔に配置されている。外周管と中心管とはスペーサ５により所定間隔だけ離間して配置される。外周管を取り巻く最外周には透明なガラス管からなる保熱管９が配置される。このような配置により、７本の同時点灯時に、各蛍光放電灯管２から発生する放射熱量が各蛍光放電灯管２の周囲に残留し、全体を保熱する作用をする。保熱管９が無い場合でも、６本の外周管が保熱作用を奏し、外周管と中心管との間隙に放射熱量が残留する。【００８０】
本発明に係る集積型蛍光放電灯１は、複数本の蛍光放電灯管２を束状に配置することにより、各蛍光放電灯管２からの放射熱量を間隙内に蓄積して、各蛍光放電灯管２の冷空気の対流による冷却を防止し、適度な温度に保持する作用を有する。蛍光放電灯管２の内部には、放電ガスとしてＡｒガス、及びＨｇ滴が包含されている。Ａｒは常時ガス状態に存在するが、Ｈｇは室温度では僅かな量が蒸発し、多くは水銀滴として存在し、このＨｇ滴を加熱蒸発させて０．７Ｐａ〜１．５Ｐａ程度の水銀蒸気圧にして、蛍光放電灯管を駆動すると最適な光出力が得られる。その最適温度範囲は４０℃〜４５℃である。１本の蛍光放電灯管では、表面が冷空気と接触し、空気対流により常時放熱するから、冷却を防止して最適温度を維持するためには放熱量に相当する熱量を発生させる電力を常時過剰に加えておく必要がある。換言すれば、蛍光放電灯管の消費電力でこの放熱電力だけ無駄に使用する。蛍光放電灯管内で熱を発生するのは、ガス原子のイオン化である。ガス原子のイオン化には、放電灯内の電子の運動エネルギーをイオン化電圧以上に加速する必要があり、それには放電灯管電極にMHzにある高周波電界の印加か、又は高電圧の印加を必要とする。外部電極を使用した外部電極型蛍光放電灯管では、MHzの高周波、又は数百kＶの電圧を外部電極に印加すると、外部電極型蛍光放電灯管の輝度は著しく増加するが、直ちに次に述べる弊害が発生する。電極内の多数箇所と電極層とガラス管の間でアーク放電が発生し、電極下の放電ガラス管の微小面積がアーク放電により軟化点以上の温度に加熱される。軟化したガラス管の箇所は大気圧に押されるので、ガラス管に穴が開き、真空破壊により蛍光放電灯管が破壊する。本発明では、蛍光放電灯管を束状配置することによって蛍光放電灯管を相互に保熱し、保熱作用により束状配置した蛍光放電灯管のガス温度を最適温度に速やかに上昇させ、ガス空間中の水銀蒸気圧を最適値にする。従来から複数の蛍光放電灯管を平面配置する照明装置は存在したが、平面配置では保熱効果は殆んど無く、ランプの空冷効果を予防できなかった。本発明の束状配置により、保熱効果を初めて発現することに成功し、更に保熱管の外周配置により一層の保熱効果を実現したものである。本発明の束状配置とは、複数本の蛍光放電灯管を相互に周面接触状態で把握した配置を称し、周面接触を避けるためにスペーサ５を介在させるものである。スペーサ５により隣接する蛍光放電灯管の間に適当な間隙が形成され、この間隙に放熱量が蓄熱され、全体の保熱作用が発現する。【００８１】
図示されていないが、保熱管９の上端開口部と下端開口部を保熱端部により閉鎖すると、保熱作用は一層に増大する。この場合、上端開口部だけ、また下端開口部だけを保熱端部により閉鎖しても良い。保熱作用が強すぎると、蛍光放電灯管２の内部温度が上昇しすぎ、Ｈｇ蒸気圧の最適領域から外れる場合も出現する。従って、保熱管９や保熱端部に孔を空けたり、一部を切り欠いて開放することにより最適温度に保持することができる。【００８２】
図３は、図１の集積型蛍光放電灯に使用される外部電極型蛍光放電灯管の断面構成図である。外部電極型蛍光放電灯管２ａでは、前記放電空間絶縁型電極３、４として、ガラス管１０の両端外周に外部電極３ａ、４ａが配置される。外部電極３ａ、４ａとして、被覆コイル、被覆リング、接点型電極又は小面積電極などが利用できるが、被覆コイルが端部巻回だけで済むので簡単である。ガラス管１０の内面には蛍光膜１１が形成されているが、外部電極３ａ、４ａの対向面にも前記蛍光膜１１は延長されており、この部分を蛍光体粒子層１１ａと称する。ガラス管１０の内部には、放電ガスを充填した放電空間１２が空洞として形成されている。【００８３】
図４は、図３の外部電極型蛍光放電灯管２ａにおける第３世代電子源と陽イオン源の動作説明図である。高周波電源６により印加される高周波電圧のある瞬時において、外部電極３ａには正電位、外部電極４ａには負電位が印加したと考える。そのとき、蛍光体粒子層１１ａは絶縁体であるから、逆極性で誘電分極する。即ち、外部電極３ａに対向する蛍光体粒子層１１ａは負正で誘電分極し、外部電極４ａに対向する蛍光体粒子層１１ａは正負で誘電分極する。蛍光体粒子層１１ａに誘電分極した電荷の電位は外部電極４ａの電位よりも数倍高い。高周波電界により、放電ガスであるＡｒはイオン化されてｅ−とＡｒ＋になり、クーロン引力により電子ｅ−は管内で最も正電位が高い蛍光体粒子１１ａ側に集積して電子源Ａが形成され、この電子源Ａが本発明における第３世代電子源を構成する。逆に、Ａｒ＋はクーロン引力により外部電極４ａ側にあり、管内で最も負電位が高い蛍光体粒子１１ａ側に集積して陽イオン源Ｂが形成される。電子源Ａの電子ｅ−は、陽イオン源Ｂに向かい、消滅することなく放電空間１２内のガス原子と非弾性衝突を繰り返し、電子軌道１３を描きながら前進し、Ａｒ＋と結合して中性のＡｒに戻る。本発明では、電子は外部回路から注入されないから、前述した電極電圧降下は全く生じないので、その分だけ消費電力を低減できる。また、外部電極３ａ、４ａには陽イオン衝突が無く、スパッタリングが生起せず、長寿命化が達成される。つまり、本発明では、電極電圧降下の消尽とスパッタリングの消尽が実現できる。【００８４】
図２に示されるように、７本の外部電極蛍光放電灯管２ａを束状配置した集積型蛍光放電灯２の点灯試験を行った。蛍光膜１１は、ＰＬ蛍光粉とＣＬ蛍光粉の混合蛍光体から形成されている。放電空間１２に面する蛍光膜１１の表面には、ＰＬ蛍光体粒子が管軸方向に分散して配置されている。高周波電源６を接続すると、集積蛍光放電灯１の全蛍光放電灯管は瞬時に点灯する。従来の蛍光放電灯管に見られた点灯遅れは全く観察されなかった。集積蛍光放電灯１からの発光強度(照度)は蛍光放電灯管２ａを単独で発光させた場合の約７倍と極めて明るかったが、集積蛍光放電灯１の点灯に必要な電力は単管の点灯電力に１灯当り１ワットの加算した値であり、全灯を個別に点灯して加算した場合の五分の一の電力で７倍の輝度が得られた。【００８５】
従来の蛍光放電灯管を用いた集積型蛍光放電灯の試験を行って、本発明の効果を明らかにする。つまり、第三世代電子源で作られた集積蛍光放電灯の消費電力と発光強度の増加の効果を明確にする目的で、従来の金属内部電極のみを使用した市販蛍光放電灯管（直径２０ｍｍ）を７本使用した。蛍光膜の赤色成分は酸化イットリウム蛍光体であった。１本の市販蛍光放電灯管の点灯電力は公称４０Ｗであるが、駆動電源回路を含めると点灯電力は８０Ｗであった。７本の蛍光放電灯を点灯するに必要な電源回路の電力は５６０Ｗである。これ等の蛍光放電灯管の金属内部電極を使用せず、被覆銅細線を巻き付ける方法で外部電極をガラス管の両端に取り付け、第三世代電子源になる外部電極型蛍光放電灯管に改変した。改変した７本の市販蛍光放電灯管で作られた集積蛍光放電灯を、図１に示されたようにガラス管からなる保熱管９に内挿し、ガラス管の両端を断熱材で封じてから点灯すると、全改変蛍光放電灯は明るく点灯した。電源回路の入力側で測定した消費電力は３０Wであった。市販蛍光放電灯を外部電極蛍光放電灯に改変し、試作集積蛍光放電灯にすると、７本の蛍光放電灯を点灯に要する実質電力は約二十分の一（＝３０Ｗ/５６０Ｗ）に減少した。しかも、集積蛍光放電灯全体を内面に可視光を散乱するガラス管からなる保熱管９内に挿入すると、ガラス外壁面が周囲空気と断熱され、各蛍光放電灯管は４０℃を保持し、少ない電力にも拘らず試作集積蛍光放電灯からは、２００Ｗに相当する照度の光が得られた。２００Ｗに相当する照度は一般家庭の１部屋を明るく照明するに十分な光源となる。又、大きなビル内の事務室の照明光源に集積蛍光放電灯を適用すれば、照明に要する蛍光放電灯数を十分の一以下に減少できるので、大きな電力の節約になる。集積蛍光放電灯の照度は、外部電極型蛍光放電灯管の蛍光膜の条件が同一である限り、集積蛍光放電灯を構成する蛍光灯管数を増やしても電源での消費電力は、後述する図７に示すように僅かに変化するだけで、照度のみが蛍光放電灯の本数で増加する。集積蛍光放電灯の省電効果と輝度の増加は、集積蛍光放電灯を構成する外部電極蛍光放電灯管数の増加でより顕著になる。この効果は第三世代電子源を使用した外部電極型蛍光放電灯で初めて実現できる。上述したように、開発した集積蛍光放電灯は、今まで誰も実現できなかった環境汚染の制御に非常に大きな貢献をする新規な照明光源である。【００８６】
図５は、図１の集積型蛍光放電灯１に使用される表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管２ｂの断面構成図である。表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管２ｂでは、金属の内部電極３ｃ、４ｃの表面に蛍光体粒子層１１ａが形成されて、表面絶縁内部電極３ｂ、４ｂが構成されている。蛍光体粒子層１１ａは内部電極３ｃ、４ｃと放電空間１２とを電気的に絶縁しており、内部電極から電子が放電空間１２に注入されることは全く無い。前記蛍光体粒子層１１ａを構成する蛍光体粒子は、ガラス管１０の内面の蛍光膜１１と同一の蛍光体が用いられることが好ましい。ガラス管１０の内部には、放電ガスを充填した放電空間１２が空洞として形成されている。【００８７】
図６は、図５の表面絶縁内部電極型蛍光放電灯管２ｂにおける第３世代電子源Ａと陽イオン源Ｂの動作説明図である。高周波電源６により印加される高周波電圧のある瞬時において、内部電極３ｃには正電位、内部電極４ｃには負電位が作用したと考える。そのとき、蛍光体粒子層１１ａは絶縁体であるから、逆極性で誘電分極する。即ち、内部電極３ｃ上の蛍光体粒子層１１ａは負正で誘電分極し、内部電極４ｃ上の蛍光体粒子層１１ａは正負で誘電分極する。高周波電圧により、放電ガスであるＡｒはイオン化されてｅ−とＡｒ＋になり、クーロン引力により電子ｅ−は表面絶縁内部電極３ｂ側に集積して電子源Ａが形成され、この電子源Ａが本発明における第３世代電子源を構成する。逆に、Ａｒ＋はクーロン引力により表面絶縁内部電極４ｂ側に集積して陽イオン源Ｂが形成される。電子源Ａの電子ｅ−は、陽イオン源Ｂに向かって電子軌道１３を描きながら前進し、Ａｒ＋と結合して中性のＡｒに戻る。本発明では、電子は外部回路から注入されないから、前述した電極電圧降下は全く生じないので、その分だけ消費電力を低減できる。また、内部電極３ｃ、４ｃには陽イオン衝突が無く、スパッタリングが生起せず、長寿命化が達成される。つまり、本発明では、電極電圧降下の消尽とスパッタリングの消尽が相乗効果的に発現する。【００８８】
図７は、本発明に係る集積型蛍光放電灯の消費電力と蛍光放電灯管の本数の関係図である。この関係図により、本発明の省電効果の全貌を明らかにする。外径２．５ｍｍのＣＣＦＬ（冷陰極管）を１０本使用し、各ＣＣＦＬの両端にコイル状外部電極を巻回して外部電極型蛍光放電灯管に改変した。並列接続した時に要する点灯電力を電源回路の入力側で計測した。全体消費電力Ｗは、実験式Ｗ＝（３．５＋ｎ）(watt)で示される。ｎは集積する外部電極型蛍光放電灯管の本数である。一本当りの消費電力ｗはｎ＝１の場合であり、ｗ＝４．５(watt)である。しかし、２本目からは一灯当たり１(watt)の増加だけである。高周波電界の隣接管への誘導により、束状配置に基づく外部電極型蛍光放電灯管の追加分一本当りの消費電力は、４．５(watt)から１(watt)に激減したことが分かる。電力消費量は激減したにもかかわらず、輝度Ｌは、一本当りの輝度をＬ０とすると、Ｌ＝Ｌ０×ｎで与えられることが分かった。つまり、電力消費量は激減し、輝度は比例的に増加することになり、本発明が顕著な効果を有することが実証された。【００８９】
比較のために、前記ＣＣＦＬにコイル状外部電極を巻回せずに、そのまま金属内部電極による蛍光放電灯管として集積した場合の全体消費電力を測定した。その全体消費電力Ｗは、点線で示すように、Ｗ＝４．５×ｎ(watt)で増加する。また、個々のＣＣＦＬの消費電力を測定すると、個々のＦＬで示されるように、４〜７(watt)の範囲にバラツクことも分かった。上記比較例と対照すると、本発明に係る集積型蛍光放電灯の省電効果及び高輝度効果が極めて優れていることが照明された。即ち、外部電極蛍光放電灯管を並列接合した時、少ない電力で集積蛍光放電灯が高輝度で点灯する事実は本発明者等の発見である。このように、放電空間絶縁型電極を有した蛍光放電灯管を使用すると、今まで考えられなかった低消費電力で高輝度な集積型蛍光放電灯の製造が可能であることが分かった。【００９０】
本発明者達は、更に次の新事実を発見した。図７で使用したＣＣＦＬの管径は２．５ｍｍであるので、単位体積のガス量に対する単位長さ当りのガラス管表面積比が大きいので、ＣＣＦＬ管中のガス温度はガラス管が露出する外気の影響を大きく受ける。点灯時のＣＣＦＬ管中のガス温度は、管中で２５４ｎｍ紫外線を放射する水銀蒸気量を最大にする温度４０ｏＣ〜４５ｏＣに保持しなければならない。室温よりも高い温度にある外部電極蛍光放電灯管のガラス管外壁は温度の低い空気（例えば２２ｏＣ）に接しているので、ガラス管外壁周辺で空気対流により空冷される。蛍光放電灯管中の発熱量は，管中でイオン化したガス量で決まる。内部電極付きＣＣＦＬ管でイオン化するガス量に比し、外部電極型蛍光放電灯管でのイオン化ガス量は少ない。その結果、空冷される外部電極型ＣＣＦＬの平衡温度は最適温度より低く３０ｏＣ前後であり、管内の水銀蒸気量は最適量より可なり低い。従って、同一電源を使用して点灯したとき、外部電極型ＣＣＦＬの輝度は、内部電極ＣＣＦＬの輝度よりも低い。外部電極型ＣＣＦＬの低い輝度を増加させる目的で、外部電極により多くの電力（高電圧と高周波）を供給し、ガスのイオン化を増加させると確かに外部電極型ＣＣＦＬの輝度は増加する。だが、大電力を供給されたＣＣＦＬの外部電極は、高温度に加熱されるだけでなく、外部電極層内で、更に電極層とガラス管外壁間で多数の小アーク放電が発生する。多くの場合、外部電極で覆われたガラス管の局所がアーク放電で融点近くまで加熱される。大気圧に対して減圧にあるＣＣＦＬ管の局所がガラスの軟化点以上の高温度に加熱された時、軟化したガラス部分が大気圧に押され、ガラス管に穴が開き真空が破られ、外部電極型ＣＣＦＬは破壊する。ＥＥＦＬが実用化できない理由は、アーク放電による真空破壊が理由である。ＥＥＦＬの真空破壊は、管径が極細のＣＣＦＬに限定されず、管径が３０ｍｍ以下のＥＥＦＬを高輝度に点灯する時、恒常的に発生する。真空破壊せずに高輝度に発光する外部電蛍光放電灯管を開発するには、放電管中で発光に関与するHgガス量（蒸気）と放電に必要な最大電子数の理解が必要であるが、この必要な数字を誰も計算していなかった。本発明者達は、真空破壊をしない点灯条件下で外部電極型ＣＣＦＬ蛍光放電灯を７０００ nit以上の高輝度に発光させるに必要な電子数と水銀蒸気量の制御法を発見した。【００９１】
外部電極型蛍光放電灯管を点灯すると、ガラス管壁は部屋の冷たい空気に露出しているので、ガラス管壁は冷たい空気の対流により冷却される。通常の外部電極型ＣＣＦＬの点灯条件では、管壁温度は３０oＣ前後で平衡温度になっている。室温よりも高い温度で平行温度になっている点を考慮すると、外部電極型ＣＣＦＬの点灯条件では、管内で蒸発しているHg蒸気量が最適Hg蒸気量よりも少ない。一方、第三世代電子源からから放電ガス空間に取り出されている電子数は１mA（６ｘ１０１５電子）であり、１電子は電子軌道の単位長当り５ｘ１０４回もガス原子と非弾性衝突するので、３ｘ１０２０個の光子を放射する。第三世代電子源からから取り出す電子数は実用に十分である。外部電極蛍光放電灯管の輝度が低いのは、管内にあるHg蒸気量が少なく、従って励起されるHg原子数が少ない。放電管内のHg蒸気量を増加させるには、管内のガスを加熱する熱源を増加させればよい。それには２つの方法がある。１つは管内のガスを加熱しているのは、電子の非弾性衝突によるイオン化で発生する熱である。管内でイオン化ガス量を増加させるには、電極により高い電圧か、より高い周波数（ＭＨｚ）を印加すればよい。事実、電極に高電圧（又は高周波）を印加すると、放電灯管の温度が上昇し、蛍光膜からの発光強度が増加する。この方法をとると特許文献７から１２に記載されているように、外部電極下の放電灯ガラス管に穴が開き蛍光放電灯管は真空破壊する。他の方法は、放電灯管を空気対流による冷却から断熱すればよい。既に記したように、ガス放電を起すに必要な電子量は少なく、通常のＣＣＦＬの点灯条件で十分にガス空間に供給されている。水銀蒸気量のみが少ないと結論する。この解決は点灯しているＣＣＦＬのガラス管壁からガラス管壁の空気対流による冷房を取り去れば、ガラス管壁と管内ガスの温度は上昇し、放電空間にある水銀蒸気が増加する。水銀蒸気が増加すると発光するＵＶ量も増加する。その結果、ＣＣＦＬの蛍光膜が発光する光強度も増加する。ガラス管壁の空気冷房を取り去る方法は、空気対流の遮断である。それには既に詳細に述べたように複数のＣＣＦＬ管を束状配置し、束状ＣＣＦＬをガラス管内に挿入し、ガラス管の両端を断熱在で塞げばよい。【００９２】
図８は、本発明に係る集積型蛍光放電灯の輝度と蛍光放電灯管の本数の関係図である。この関係図により、本発明の高輝度効果の全貌を明らかにする。外径２．５ｍｍのＣＣＦＬ（冷陰極管）を１０本使用し、各ＣＣＦＬの両端にコイル状外部電極を巻回して外部電極型蛍光放電灯管に改変した。保熱管を有さない裸の個々の外部電極型蛍光放電灯管の輝度を測定したところ、個別ＦＬの輝度をＬ０としたとき、白十字で示すように、Ｌ０＝約０．８（任意単位）であった。これらの個別ＦＬを２本、３本、４本・・と集積して集積型従来ＦＬ（保熱管を有さず）を構成し、その全体輝度をＬで表すと、白丸で示すように、Ｌはｎ×Ｌ０よりかなり小さくなること、即ちＬ≪ｎ×Ｌ０が分かった。輝度が直線的に増加しないのは、この集積型従来ＦＬには外周を取巻く保熱管が配置されていないから、保熱効果が無いことが原因である。他方、保熱管を外周に配置した本発明保熱管集積型ＦＬを構成した。一本の外部電極型蛍光放電灯管に保熱管を配置した場合に、Ｌ０＝約２（任意単位）になり、保熱管が無い場合の０．８と比較すると、保熱効果により輝度が２．５倍に増加する。しかもｎ本を束ねて最外周に保熱管を配置すると、本数ｎに対する全体輝度Ｌは、Ｌ＝Ｌ０×ｎで与えられることが分かった。この式においてＬ０＝２である。つまり、保熱管を設けることにより、全体輝度Ｌは本数ｎに比例して増加することが分かった。従って、図７と組み合わせて判断すると、電力消費量は激減し、同時に輝度は比例的に増加することになり、本発明が顕著な効果を有することが実証された。即ち、保熱管で最外周を囲った束状配置の外部電極蛍光放電灯管を並列接合した時、少ない電力で集積蛍光放電灯が高輝度で点灯する事実は本発明者等の発見である。このように、放電空間絶縁型電極を有した蛍光放電灯管を使用すると、今まで考えられなかった低消費電力で高輝度な集積型蛍光放電灯の製造が可能であることが分かった【００９３】
図９は、大径中心管１４と中径外周管１５からなる二層構造の集積型蛍光放電灯１の断面構成図である。大径蛍光放電灯管１４を中心管として使用し、その外周にスペーサ５を介して１２本の中径蛍光放電灯管１５を外周管として配置する。図２及び図３と同様の点灯試験を実施したところ、消費電力の急減化と高輝度化が観察され、本発明の効果が同様に確認された。一般的に言えば、同一電源からの電圧を外部電極型蛍光放電灯管に印加した時、管径を細くした蛍光放電灯管の方が、蛍光膜の単位面積あたりの発光量が多い。発光量の増加は水銀による自己吸収が減少するためと考えられる。従って図９に断面図で示したように、集積蛍光放電灯の中心管として直径１５ｍｍの外部電極蛍光放電灯管を配し、その外側に直径１０ｍｍ前後の外部電極蛍光放電灯管を配置すると、集積蛍光放電灯１の直径は小さくなる。集積蛍光放電灯の内部に配置した蛍光放電灯管は、外側に配置した蛍光放電灯管による保温効果が現れ、水銀蒸気を作るに最適な４５℃前後の温度になり、励起水銀蒸気の増加により非常に明るく発光する（６０００ｃｄ／ｍ２から７０００ｃｄ／ｍ２）。外側に配置する中径の蛍光放電灯管はガス放電の体積に対するガラス表面積比が大きくなり、外気への熱放出が大きい。その結果、放電灯管の温度が３０℃前後と低く、外側配置の中径蛍光放電灯管の輝度は暗い。集積蛍光放電灯全体を内径が僅かに大きな保熱管９（ガラス管又はプラスチック管）内に収め、両端を断熱材で塞ぐと、中径蛍光放電灯管（外周管）は外気と直接に接触しないので、保熱管による保温効果が現れ外側配置の中径蛍光放電灯管の温度も４５℃前後に上昇し明るく発光する。温度上昇による点灯電力の増加は検出されない。
スペーサ５として、透明で表面の形状を蛍光放電灯管の曲率に合わせた小樹脂片を適度な間隔で配置する。スペーサ５は微量な接着剤により蛍光放電管の管外壁に接着させると、集積蛍光放電灯が一体となり動かず、機械的に強固となるので長い集積蛍光放電灯の取り扱いが容易になる。【００９４】
図１０は、大径中心管１４と中径外周管１５と小径外周管１６からなる三層構造の集積型蛍光放電灯１の断面構成図である。大径蛍光放電灯管１４を中心管として使用し、その外周にスペーサ５を介して１２本の中径蛍光放電灯管１５を外周管として配置し、更にその外周にスペーサ５を介して２４本の小径蛍光放電灯管１６を最外周管として配置する。図９と同様に、図２及び図３の点灯試験を実施したところ、消費電力の急減化と高輝度化が観察され、本発明の効果が確認された。
図１０に示したように、中心に直径１５ｍｍ前後の外部電極蛍光放電灯管（大径中心管１４）を配し、その外側周辺に直径が中型である外部電極型蛍光放電灯管（中径外周管１５）を配し、最外周に直径３ｍｍ前後の外部電極型蛍光放電灯管（小径外周管１６）を配し、内径が集積放電灯の直径より僅かに大きな保熱管９（ガラス管）内に挿入すると、直径を大幅に広げることなく、又点灯に必要な電力を大きく変えることなく、照度のみが著しく増加した集積蛍光放電灯が得られる。スペーサ５として、透明な小樹脂片を各外部電極蛍光放電灯管間に配置し間隙を作るのは勿論である。【００９５】
図９及び図１０にて説明した蛍光放電灯管の直径は例示であり、相対関係の表示である。従って、集積蛍光放電灯を任意の直径にある外部電極型蛍光放電灯管の組み合わせで集積蛍光放電灯を作ることが出来る。更に同一直径にある外部電極型蛍光放電灯管の集積もこの範疇に入る。即ち、使用者の要求に答え、同一小管径にある任意数の外部電極型蛍光放電灯を束ねて集積蛍光放電灯を作ると直径が小さくとも非常に明るい集積蛍光放電灯を作ることが出来る。集積蛍光放電灯の点灯時の温度は５０oCを越えることは無いので、保熱管９として光拡散ガラス管を使用せず、より単価の低い樹脂性光拡散管を使用することも出来る。このように集積蛍光放電灯の外側を光拡散ガラス管で包むと、発光強度が非常に高い管径３ｍｍ以下の外部電極蛍光放電灯管だけで、集積密度の高い集積蛍光放電灯を作ることが出来る。【００９６】
図１１は、電球ソケットに着脱可能な電球式集積型蛍光放電灯の全体構成図であり、また図１２は図１１の電球式集積型蛍光放電灯の概略断面図である。本図では、一般に言われている電球ソケットを付けた一般家庭の小部屋の照明に最適な集積蛍光放電灯の例が示される。外部電極型蛍光放電灯管を可能な限り蜜に配列した方が輝度の高い省電型集積放電灯が提供できる。この集積型蛍光放電灯１は、中央に直径１５ｍｍの大径蛍光放電灯管１４（外部電極型蛍光放電灯管）を配し、その周辺を中管径の中径蛍光放電灯管１５（外部電極型蛍光放電灯管）を配し、更に最外側に小管径の小径蛍光放電灯管１６（外部電極型蛍光放電灯管）を配して構成されている。中央に直径１５ｍｍの大径蛍光放電灯管１４を配する理由は、周辺に配する中径管１５及び小径管１６を支える支柱の役割である。
両管端に電極基板１７を付け、樹脂製基板１８に前もって開けられた穴に排気管が付いた蛍光放電灯管１４、１５、１６を挿入し、接着剤を使用して各蛍光放電灯管を樹脂製基板１８に固着する。適度な箇所に透明なスペーサ５を貼り付け、配列した蛍光放電灯管の間に間隙を作ると同時に、集積蛍光放電灯内の放電灯管を固着して一体化する。電極基板１７には、蛍光放電灯管の間に出来た間隙を利用し、電源からのリード線を接続する。配列した集積蛍光放電灯を保護する目的で、頭部を封じた半透明な保熱管９（ガラス管又は硬質樹脂管）を集積蛍光放電灯に被せると輝度が増加する。勿論、集積蛍光放電灯を露出しても使用できるのは当然である。【００９７】
図１１及び図１２では、集積蛍光放電灯を構成する支柱に、直径１５ｍｍの蛍光放電灯管を使用した。支柱となる１５mmの外部電極蛍光放電灯管を５ｍｍ前後の硬質樹脂棒と取替ることも出来る。硬質樹脂棒を樹脂製基板１８に前もって固着すると、管径が１５ｍｍにある外部電極蛍光放電灯を使用する理由が無くなり、１０ｍｍ以下の管径にある均一直径又は異なる径の外部電極型蛍光放電灯の多数を蜜に配列できる。樹脂製基板１８上に配列した蛍光放電灯管の設定は上述したと同じ方法をとるので省略する。高周波電源格納庫１９には高周波電源装置が格納されてコンパクト化されており、その下方に口金２０と口金突起２１が配置されている。この口金２０及び口金突起２１を電球ソケット（図示せず）に羅合して電源に接続する。また、保熱管９の両端開口部は保熱端部９ａ、９ａにより閉鎖され、内部の保熱効果を向上させている。
電球ソケットを付けた集積蛍光放電灯の長さは、特に規定は無いが、長い集積蛍光放電灯を使用した方が、消費電力は同一で１個の集積放電灯の光出力が増加する。開発した集積放電灯では長さの変化による消費電力の変化は無い。小型電球と置換する目的であるならば、５ｃｍから８ｃｍの集積蛍光放電灯が適している。明るさを問題にする場合、１５ｃｍから２０ｃｍの長さの集積蛍光放電灯が適している。しかし、特に長さの規制はなく、消費者の好みに合わせて決めるべきである。【００９８】
図１３は、外部電極（樹脂被覆細銅線を巻回）を設けた新品４０ワット蛍光放電灯管（上部２本）とゴミ消却場から回収した寿命の尽きた同種４０ワット蛍光放電灯管（下部２本）を並列点灯した点灯図である。外部電極蛍光放電灯管を使用すると、次の効果が現れる。図１３に示したように、寿命の尽きた蛍光放電灯管をごみ捨て場から収集し、被覆銅細線を巻回して外部電極を付けると、寿命の尽きた蛍光放電灯管（scrapped FL lamps）は再生して放電する。更に、この外部電極型蛍光放電灯管を点灯すると、周期的に誘電分極する蛍光体粒子表面がガス空間で触媒作用を持ち、有機残留ガスを重合し、重合した有機残留ガスは蛍光体粒子表面に固体となって付着する。即ち、有機残留ガスに対しゲッター作用を持つ。寿命の尽きた蛍光放電灯管内の蛍光膜の表面に吸着した残留ガス（蛍光体粒子に到達する前に紫外線を吸収する）は点灯時間に従い周期的に分極する蛍光体粒子表面に固体となって吸着され、蛍光膜表面から消える。その結果、寿命の尽きた蛍光放電灯管の蛍光膜は、ある時間経過すると完全に再生し、図１３に示すように新規に製造した外部電極蛍光放電灯管（new FL lamps）と同輝度で発光する。しかも、蛍光放電灯管内で寿命に影響を与える因子が全て消去される結果、外部電極型蛍光放電灯管の寿命は半永久的になり、蛍光放電灯管の資源回収周期が非常に長くなる。このように第三世代電子源の使用は、新規に製造する蛍光放電灯管の省電だけでなく、破棄蛍光放電灯管を再生させるので、資源の節約に大いに貢献する。【００９９】
図１４は、本発明において蛍光膜表面に導入する電子の挙動が、蛍光膜の荷電状態により変わる様子を説明する模式図である。FL管内のガス放電に影響を与える蛍光膜の４つの荷電状態と電子軌道の変化を図１４に図解する。図１４（Ａ）は、ガラス管１０の内壁面に市販放電灯用 (PL) 蛍光体粉を塗布して出来た蛍光膜２４の部分図である。市販PL用蛍光体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 150 V )の電界を及ぼす。当然の理で市販PL蛍光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の負電界から静電反発を受け、蛍光膜上に入れない。それだけではない。ガス空間はガス原子の最外殻を充填している外殻電子による負電界で満ち、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。【０１００】
図１４（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上に初速ゼロに近い電子を導入した時の、蛍光膜表面伝導電子の状態を示す。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発光する酸化亜鉛 (ZnO) 蛍光体、ナトリウムの化合物を融剤に使わずに作られた青色発光硫化亜鉛 (ZnS:Ag:Cl) 蛍光体、緑色発光硫化亜鉛 (ZnS:Cu:Al) 蛍光体，及び特殊条件下で作られたMgOがある。蛍光膜に照射する電子のエネルギーを120 Vまで上げると、酸化亜鉛過剰で製造された珪酸亜鉛 (Zn2SiO4: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 (Y2O2S:Eu or Tb)蛍光体、融剤を使用しないで作られた酸化イットリウム (Y2O3:Eu or Dy) 蛍光体等が加わる。図１４（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陽イオン源Ｂの電界により加速され、蛍光膜表面上を一方向に進み、陽イオン源Ｂに到達し再結合によりガス原子に戻る。通常の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。【０１０１】
図１４（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、残りの大面積に市販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。実験的には先ず市販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。乾燥してから結合剤を焼却する。この方法により、図１４（Ｃ）の蛍光膜が出来る。【０１０２】
この蛍光膜に本発明になる電子源を設置し、初速ゼロに近い電子を導入する。電子はZnO蛍光体粒子２５の配列した所で加速され、ガス原子の励起可能なエネルギーを持つ。加速電子は、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。【０１０３】
放電路中を移動する電子は加速によりエネルギーを持ち、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ある。無作為方向に散乱された電子の中には蛍光膜に接近する機会を持つ電子があるが、蛍光膜にはPIP２６の負電荷が存在するので、その電子は蛍光膜に接近できず、陽光柱内に戻る。高周波の波に共鳴しているガス原子を発光させる電子の活動範囲は、ガス放電管の全空間ではなく、蛍光膜から一定の距離を保持し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にガス原子（未励起ガス原子）が均一濃度で分布している。陽光柱で発光した光がガス原子の励起準位から基底準位への電子遷移で発生しているならば、発光した光はガス原子による吸収が許容となる。その場合陽光柱内で発光した光は陽光柱と蛍光膜間に介在するガス原子により吸収され、蛍光膜に届くのは吸収された残量になる。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6pから基底準位6sへの電子遷移であるので、陽光柱と蛍光膜間に存在する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蒸気により吸収を受けた残量だけが蛍光膜に到達する。蛍光体粒子は大きな光屈折率を持った粒子であるので、紫外線の一部が蛍光膜の表層に配列した蛍光体粒子に突入し、発光中心に直接吸収されて可視光を発光する。表層粒子で反射した紫外線は散乱光となり蛍光膜の深部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。【０１０４】
最後に、図１４(Ｄ)に図示したように、PIPを持つ市販PL蛍光体２４とPIPを持たない低電圧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の選択が必要になった。低電圧CL蛍光体２５の候補は前記した。これ等の蛍光体のどれでもが使用できるとは限らない。市販されているこれ等の蛍光体の中には、表面処理と言って絶縁体の微細粒子が表面に付着している。他の場合、蛍光体製造時の処理が不十分で残留物が粒子表面に残っている。陽光柱から散乱により蛍光体粒子に照射した電子は、蛍光体粒子内に入り、蛍光体粒子から二次電子を真空中に放出する。その時蛍光体粒子の中に正孔を残す。この正孔と二次電子が真空中で結合し、金属陰極の場合と同様な機構で粒子表面に表面結合電子（SBE）を形成する。不純物が付着していると、その不純物の表面にもSBEが形成する。CL蛍光体粒子の発光は、電子の入射で蛍光体粒子内に沢山できる正孔と電子が発光中心で再結合して発光する。CL蛍光体粒子の表面が清浄であると、CL蛍光体粒子の表面にあるSBEは結合相手である蛍光体粒子内の正孔を失う。相手を失った真空中の電子は自由電子となり、加速され電子軌道を陽光柱に曲げられ放電に寄与する。問題は粒子表面に付着している不純物上にできたＳＢＥである。PIPと等価の作用をもつ。困ったことに不純物上のSBEの消去はできない。この理由で、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蛍光体より明るい理由を説明する。蛍光体粒子内に突入した１個の入射電子により作られる電子と正孔対数は入射電子が結晶格子と非弾性散乱する数に相当する（約1,000個）。一方、PL蛍光体粒子では一個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。【０１０５】
図１５は、本発明において低電圧電子線発光ＣＬ蛍光体粉と光発光ＰＬ蛍光体粉の混合粉で作られる最適な蛍光膜の状態を示す模式図である。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造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１）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。この蛍光膜に照射する電子の突入できる粒子は、最上層に配列した粒子だけであり、紫外線は粒子の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。この理由で、市販蛍光体粒子２４を３層になるようにガラス管内壁面に塗布し、乾燥後低電圧CL蛍光体２５を市販蛍光体層２４の上に散布するように塗布すると、本発明になる蛍光膜が製造できる。このようにして作られた蛍光膜の模式図を図１５（Ａ）に示す。【０１０６】
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蛍光体の平均粒子径を4 μmとする。低電圧CL蛍光体の粒子径を2 μmとする。粒子径が異なる2種類の蛍光体粉を、重量比でPL蛍光体：CL蛍光体＝７：３の割合で秤量し、秤量粉体を混合瓶に入れ、均一に混ざるまで混合し、蛍光体塗布液を作り放電管ガラス内壁面に塗布する。塗布液が乾燥しないとき、ガラス管壁に近い所には大きな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が多く集まるので、図１５（Ｂ）に示した蛍光膜が得られる。図１５（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を形成しないので、陽光柱内で高エネルギーを持った電子はCL蛍光体粒子に達する。その結果、陽光柱が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。その結果、蛍光膜のPL強度が増加する。ここに使用するCL蛍光体粒子の大きさは、PL蛍光体の平均粒子径が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。注意することは、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、蛍光膜の乾燥時に蛍光膜の底に集まり、CL蛍光体粒子の効果は減退する。【０１０７】
本発明の重要な点を下記に記しておく。集積蛍光放電灯の最外周に配置した蛍光放電灯管の保熱管外壁（ガラス外壁）は温度の低い周囲空気に露出する。ガスのイオン化で加熱されたガラス管壁と室温との間に可なりの温度差があるので、空気対流によりガラス管壁は熱を失う。第三世代電子源からの電子を使用すると、単位時間当たりのガスのイオン化量が少ないので、蛍光放電灯管の温度が上がらず、最適水銀蒸気圧を与える温度より低い３０oC前後であった。一方、内側に配置した蛍光放電灯管は外側に配置した蛍光放電灯管により熱的に保護され、空気対流は少なく、外壁温度が４５oC前後に上昇する。同量の電子数で水銀蒸気を励起し発光させているので、水銀蒸気の励起数は管中の水銀数に比例して増減する。蛍光放電灯管内の水銀蒸気数が少ないと暗くなり、水銀蒸気数が多くなると明るく発光する。集積蛍光放電灯では温度差による大きな輝度差が発生し、最外部に配列した蛍光放電灯管の発光は暗い。最外部に配列した蛍光放電灯管の保温をするには、集積蛍光放電灯をよりやや太いガラス管内に挿入し、ガラス管端を断熱材で封じると、最外部に配置した蛍光放電灯管は内部配置蛍光放電灯と熱平衡状態になり、集積蛍光放電灯管の全てが均一輝度で発光する。その結果、累積蛍光放電灯の輝度は、集積した蛍光放電灯管数の倍数で増加する。【０１０８】
上述した結果は次の分野への応用ができることを示す。集積蛍光放電灯は外部電極型蛍光放電灯管を束ねて作ってあるが、この束を解き、平面に配列する。このとき各外部電極蛍光放電灯管を放電灯管の外径より僅かに大きな内径にある保熱管（ガラス管）９内に挿入し、ガラス管９の両端を断熱材で封じ、蛍光放電灯管を外部空気と断熱すると、各蛍光放電灯管の温度は最適な水銀蒸気圧を与える温度に保温できる。空気に露出した蛍光放電灯管で最適な水銀蒸気圧を与える温度に保温するに必要なガスのイオン化エネルギーは必要でなくなる。その結果、平面上に配列した外部電極蛍光放電灯管（EEFL）の点灯に必要な消費電力は数分の一と少なくても高輝度な平面型光源が得られる。この平面型光源をLCDのバックライトに使用した時、点灯速度がミリ秒単位であるので、平面上に配列した集積蛍光放電灯を幾つかのブロックに分割し、分割した各集積蛍光放電灯を順次に線走査できる。バックライトを分割して線順次走査すると、LCDのスクリーンには、LEDをバックライトに使用した場合よりも遥かに高輝度であり、鮮明な映像が映し出される。【０１０９】
図１に示した集積蛍光放電灯の管軸方向の長さは限定されず、任意の長さにしても放電に関与する電子数は同じで、ガス原子と非弾性衝突してガス原子を発光させる繰り返し数のみが増えるだけであるので、消費電力は殆ど変らず、発光する蛍光膜の面積のみが増加する。その結果、輝度のみが集積蛍光放電灯の軸方向の長さに比例して増加する。家庭の居間や、高層ビルの事務所の照明光源として天井に配置して使用するときには、長い集積蛍光放電灯の使用を推奨する。適度の照度を得るに必要な蛍光放電灯数は、集積蛍光放電灯を使用すれば大幅に減少する。更に集積蛍光放電灯は駆動電源回路の電力を含め、同一照度を得るに必要な使用電力を従来の金属電極による蛍光放電灯の点灯の１０分の一以下に出来る。その上で、集積蛍光放電灯は点灯時の蛍光放電灯管のガラス管表面温度は水銀蒸気圧を最適にする４０oC前後に保たれるが、集積蛍光放電灯を挿入する外管で熱遮蔽されているので、空気の熱対流が抑制される。夏場の事務室の冷房電力をも大幅に節減する利点を持つ。【０１１０】
蛍光放電灯管の管径を20 mmよりも太くすると、蛍光放電管中に形成する陽光柱内に励起されないHｇガスが存在し、陽光柱内でHgが発光した254 nm紫外線を自己吸収する結果、発光効率が低下する。この理由で、集積蛍光放電灯には、管径20 mm以上の蛍光放電灯管を使用しない方が好ましい。が使用の限定を意味するものでなく、管径20 mm以上の蛍光放電灯管を使用して、集積蛍光放電灯を作っても差し支えない。【０１１１】
蛍光放電灯管の点灯で長期間（５０年以上）問題となっていたガス放電の点灯の困難は第三世代電子供給源を使用し、蛍光膜にZnO低電圧CL蛍光体粉を適度な割合で混合すると消える。蛍光膜にZnO低電圧CL蛍光体粉を混合する他の利点は、集積蛍光放電灯の駆動電力を引き下げる蛍光膜が可能となる。混合蛍光体粉による蛍光膜を使用すると、ガス点灯の困難は完全に消え、高周波電源６は非常に小型となる。小型化した高周波駆動電源は電源格納庫１９内に収納する。駆動回路の電源は家庭に配線された電源を使用するので、通常のタングステン電球で開発済みの口金２０、２１を使用する。このようにして、現在市販されている省電型蛍光放電灯（公称１２Ｗ、実質３７Ｗ）よりも消費電力が７分の１の５Wと極度に少なくても、市販省電型蛍光放電灯の数倍も明るく発光する省電型集積蛍光放電灯が第三世代の電子源を使用した外部電極蛍光放電灯管の使用により提供できる。【０１１２】
上記した集積蛍光放電灯は外部電極型蛍光放電灯管を使用した例で述べた。同一効果は、金属電極を用いた蛍光放電灯管で、金属電極表面を蛍光体粒子等の電気絶縁体粒子で覆って作られる第三世代電子源を内蔵した蛍光放電灯管を使用しても、同様な集積蛍光放電灯を作ることが出来る。従来の金属電極による蛍光放電灯管では集積蛍光放電灯は出来ない。電気絶縁体粒子で覆われた電極を使用し、高電圧にある高周波電源を電極に印加すると、ガス原子をイオン化する運動エネルギーを持った電子がガス空間に存在できる。イオン化したガスは熱をガス空間に放出するので、ガラス管壁温度をイオン化するガス量で制御できる利点を持つが、イオン化に必要なエネルギーを消費する。イオン化で生じた過剰エネルギーは、熱として放電空間に放出されるので、蛍光放電灯管の温度を４０℃に保持できる。一方、外部電極型蛍光放電灯管を使用すると、電子源から取り出した電子によるイオン化率は低くなる。蛍光放電灯管を部屋の空気と直接接触しない断熱効果を持つ保熱管（ガラス管）９内に挿入すれば、外部電極型蛍光放電灯管の温度は最適水銀蒸気圧になる４５℃前後に保温でき、蛍光放電灯管を駆動する電力はこちらの方が少ない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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