(57)【要約】【課題】光の利用率の良い白熱電球を提供すること。【解決手段】フィラメント４にマイクロキャビティ５を設け、マイクロキャビティ５の開口面の法線を照明したい方向に向けた白熱電球により、光の放射方向を決定することができ、光の利用率を向上させることができる。【選択図】  図２
2004158319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスバルブと、
前記ガラスバルブの端部の封止部に封着されたステムと、
前記ステムのリード線に電気的に接続されたフィラメントと、を備え、
前記フィラメントは、放射率を向上させる構造を有し、
前記放射率を向上させる構造が、照明しようとする方向に向けられている白熱電球。
【請求項２】
前記放射率を向上させる構造が、マイクロキャビティである、請求項１に記載の白熱電球。
【請求項３】
前記フィラメントが、リボン形状であり、
前記マイクロキャビティの開口面の法線が照明しようとする方向に向いている請求項２に記載の白熱電球。
【請求項４】
前記フィラメントが螺旋状に配置されている、請求項３に記載の白熱電球。
【請求項５】
前記フィラメントが直線状に配置されている、請求項３に記載の白熱電球。
【請求項６】
前記マイクロキャビティのピッチが該直径の２倍以下である、請求項２から５の何れか一つに記載の白熱電球。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白熱電球に関し、特に、マイクロキャビティを有する放射効率の改善された白熱電球に関する。
【０００２】
【従来の技術】
白熱電球は、演色性に優れ簡単な使用器具で点灯でき、また歴史的に長く使用されている関係で広く普及している。しかし、フィラメントの発熱による放射を利用する白熱電球は、可視波長域の放射が全体の１０％程度でそれ以外は赤外放射である。このため、ランプ効率は１５ｌｍ／Ｗ程度と低いため効率の向上という課題があった。
【０００３】
この放射効率を良くする発明として、フィラメントに３５０ｎｍの四角柱上のキャビティ（孔）を設け、７００ｎｍ以上の放射をカットする白熱電球がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１０２７０１号公報（実施例２，図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、７００ｎｍ以上の放射がカットされることは記載されているが、実現したい配光に対してキャビティをどのように配置するかは記載されていない。白熱電球では、放射効率を向上させることに加えて、フィラメントから放射された光を物体にどのように照射するかが、光の利用に取って重要となる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、キャビティ（孔）を設けたフィラメントの配置による光利用率が向上した白熱電球を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の白熱電球は、ガラスバルブと、前記ガラスバルブの端部の封止部に封着されたステムと、前記ステムのリード線に電気的に接続されたフィラメントと、を備え、前記フィラメントは、放射率を向上させる構造を有し、前記放射率を向上させる構造が、照明しようとする方向に向けられている。
【０００８】
また、本発明の白熱電球において、前記放射率を向上させる構造は、マイクロキャビティである。
【０００９】
前記フィラメントがリボン形状であり、前記マイクロキャビティの開口面の法線が照明しようとする方向に向いていることが好ましい。
【００１０】
好適な一実施形態として、前記フィラメントが螺旋状に配置されている。
【００１１】
好適な一実施形態として、前記フィラメントが直線状に配置されている。
【００１２】
また、前記マイクロキャビティの直径が０．５以上０．７μｍ以下、前記マイクロキャビティのピッチが該直径の２倍以下、前記マイクロキャビティの深さが該直径の２倍以上であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下の新たな知見によってなされたものである。
【００１４】
フィラメント上に特定の波長の放射率を向上させる構造であるマイクロキャビティを設けた場合、フィラメントから放射される光のビーム角は放射面の法線からの角度±３０度において概ね平ら（極端なピークがない）と考えられていた。これは、平面からの熱放射の配光は完全拡散のため、余弦則に従うのが一般的だからである。しかし、フィラメント上に孔を設けて実験してみると、驚くべきことにフィラメントの放射面の法線に対して±３０度においてピークを持つことがわかった。
【００１５】
その結果を図１に示す。図１は、タングステンからなるリボン形状のフィラメントにマイクロキャビティを加工したものと、マイクロキャビティを加工しなかったものとの、加工面の法線からの角度に対する放射強度を示したものである。ここで、フィラメントは、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍであり、このフィラメント上の３ｍｍ×３ｍｍの領域にマイクロキャビティを加工した。加工したマイクロキャビティは円柱形状であって、直径０．７μｍ、深さ４μｍ、ピッチ（マイクロキャビティの中心軸間の距離）１．４μｍである。このフィラメントをアルゴン中に置き、フィラメントを６００Ｋに加熱して、加工部の法線に対する放射強度を調べた。
【００１６】
図１から、マイクロキャビティを加工したフィラメントは加工面の法線からの角度±１０度の半値幅のピークがあるのに対し、マイクロキャビティを加工していないフィラメントは法線からの角度±３０度において略平らになっていることがわかる。
【００１７】
この結果から、白熱電球において、マイクロキャビティが加工されたフィラメントの指向性を利用して配光を制御できることがわかる。すなわち、照明しようとする方向にマイクロキャビティの開口面の法線を向けることで、光利用率の良い照明を実現できる。なお、放射率を向上させる構造として、円柱形状を用いたが、四角柱形状でも同様な効果が得られる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡素化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１９】
（実施の形態１）
図２にマイクロキャビティを加工したフィラメントを使用した白熱電球の例を示す。白熱電球は、ガラスバルブ１と、ガラスバルブ１の端部に封着されたステム２と、ステム２に封着されて外部の口金５に電気的に接続されたリード線３と、リード線３の間に電気的に接続されたフィラメントとからなる。ガラスバルブ１内は、アルゴンで充填されている。また口金５は、１２Ｖのダイクロビーム電球と互換性を持たせるため、ＥＺ１０（ＪＩＳ  Ｃ  ７７０９）を使用した。なお、ガラスバルブ１を充填しているアルゴンは、他の希ガスや窒素でも良く、真空にしても良い。また、口金５はＥＺ１０には限定されない。
【００２０】
フィラメント４は、リボン形状であって螺旋に配置されている。リボン形状のフィラメント４は幅０．７５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍである。マイクロキャビティ６はリボン形状の幅０．７４ｍｍの面（以降、単に加工面）に加工されており、直径０．７μｍ、深さ２．８μｍ、ピッチ（マイクロキャビティの中心軸間の距離）１．４μｍで設けられている。リボン形状の加工面の法線は、電球の照明方向に向くように配置しており、マイクロキャビティの指向性を利用して、照明方向への放射エネルギーを増大（光利用率を向上）させる構造となっている。また、フィラメントの加工面以外は、鏡面仕上げされており、放射率を抑え、赤外波長域の放射も抑えている。
【００２１】
上記構成により、照明方向への放射エネルギーを増加させて光利用率を向上させているので、ダイクロビーム電球に対して、反射鏡を必要としないため、ガラスバルブを薄くできる。
【００２２】
なお、本実施形態では、リボン形状のフィラメント４を用いたが、フィラメント形状はリボン形状に限定されず、マイクロキャビティの開口面の法線が照明したい方向に向いていれば板形状や円筒形状でも同様な効果が得ることができる。ただし、マイクロキャビティの加工や螺旋形状の配置を考えると、リボン形状や板形状の方が好ましい。
【００２３】
また、マイクロキャビティの直径の倍の波長がカットされることを利用して、赤外放射のすべてをカットするには、マイクロキャビティの直径は約０．３９μｍとするのが好ましい。ただし、マイクロキャビティの直径をコントロールすることによりカットする波長がコントロールできるので、マイクロキャビティの直径を０．３９μｍ以下とすることにより、電球の可視放射の赤成分をカットでき、光色をコントロールできる。
【００２４】
隣接するマイクロキャビティを上からみた時のマイクロキャビティの中心点を結ぶ図形（図２を参照）が正三角形になるようにマイクロキャビティを配置した場合、マイクロキャビティのピッチは、マイクロキャビティの直径の２倍以下が好ましい。これは、マイクロキャビティが加工されている面の面積に対するマイクロキャビティの穴の面積の比率（開口率）が２０％以上になり、赤外放射を抑制する効果が顕著になるからである。なお、マイクロキャビティの外周と隣接するマイクロキャビティの外周との最短距離（図２を参照）は、０．１μｍ以上であることが構造的に好ましい。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は、直線形状の白熱電球を示す図である。この白熱電球は、液晶用バックライト光源として利用できる。
【００２６】
白熱電球は、直線形状のガラスバルブ１の内部に、マイクロキャビティ６が加工されたリボン形状のフィラメント４が配置されている。フィラメント４にはリード線３が電気的に接続されており、ガラスバルブ１の両端の封止部７からリード線３が外に引き出されている。ガラスバルブ１の内部には、アルゴンガスが充填されている。なお、ガラスバルブ１を充填しているアルゴンは、他の希ガスや窒素でも良く、真空にしても良い。
【００２７】
リボン形状のフィラメント４のマイクロキャビティが加工された面は、液晶用バックライトシステムの導光板に向けられている。なお、図４に示すように、導光板のエッジへの光の集光を良くするために、リボン形状のフィラメント４を導光板８のエッチ部９面に対して凹面になるように湾曲させても良い。
【００２８】
本発明の白熱電球は、従来の液晶用バックライトに使用されていた冷陰極蛍光ランプのように発光に水銀蒸気を使用しないため、光束の温度依存性がほとんどなく、カーナビなどの温度環境が厳しい場面で明るさが変化しない。また、水銀を使用しないので、環境の面でも本発明の方が冷陰極蛍光ランプよりも優れている。さらに、本発明の白熱電球は４０ｌｍ／Ｗと蛍光ランプとほぼ同等の効率が得られるので、冷陰極蛍光ランプと同等である。
【００２９】
なお、マイクロキャビティが加工されていない面には、鏡面加工が施されており、放射率を抑えることができる。また、ガラスバルブ１の外表面に反射膜を設けることで、可視域や一部の赤外線をフィラメント１に戻すことができ、エネルギーの損失を抑えることができる。
【００３０】
【発明の効果】
フィラメントにマイクロキャビティを設け、マイクロキャビティの開口面の法線を照明したい方向に向けた白熱電球により、光の放射方向を決定することができ、光の利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロキャビティによる配光の指向性を示す図
【図２】本発明の実施形態１の白熱電球を示す図
【図３】本発明の実施形態２の白熱電球を示す図
【図４】本発明の実施形態２の白熱電球と導光板８との配置を示す図
【符号の説明】
１  ガラスバルブ
２  ステム
３  リード線
４  フィラメント
５  口金
６  マイクロキャビティ
７  封止部
８  導光板
【図１】
2004158319.tif 000003
【図２】
2004158319.tif 000004
【図３】
2004158319.tif 000005
【図４】
2004158319.tif 000006