JP2000311660A - ガス放電ランプ - Google Patents
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- H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
- H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
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Abstract
つの容量性入力結合構造を有するガス放電ランプを提供
することにある。 【解決手段】 本発明は少なくとも1つの容量性入結合
構造(2)を有するガス放電ランプに関する。既知のガス
放電ランプの欠点は点灯用に駆動電子回路を必要とする
点にある。前記駆動電子回路はランプのガス放電を点弧
させるとともにランプの点灯中電気回路(4)に安定器
を与えるように作用し、これがないとランプは急速に破
壊されてしまう。改善された点灯特性を示す、少なくと
も1つの容量性入結合構造を具えるガス放電ランプを生
成するために、誘電飽和分極Pと有効表面Aを有する少
なくとも1つの誘電体(2)を用いて容量性入力結合構
造(2)を形成し、前記誘電飽和分極Pと有効表面Aの
積をP・A>10-5Cとする。このようなランプは、特
に駆動電子回路を含む回路なしで、一般家庭用の幹線電
圧(例えば230V/50Hz)で点灯させることができ
る。
Description
容量性入結合構造を具えるガス放電ランプに関するもの
である。
ガス放電を生ずる放電容器と、放電容器に封止された一
般に2つの金属電極とからなる。第1電極が放電用の電
子を供給し、これらの電子はその後第2電極を経て外部
電気回路に供給される。電子の供給は一般に熱電子放出
(熱電極)により行われるが、強電界による電界放出によ
り、又はイオン衝撃(イオン衝撃二次電子放出)(冷電極)
により直接行うこともできる。誘導性動作モードでは、
高周波数(低圧ガス放電ランプでは代表的には1MHz
以上)の交流電磁界によりガス体積内に電荷キャリアが
直接発生される。電子は放電容器内を円形パスに沿って
進み、この動作モードでは慣例の電極は不要である。容
量性動作モードでは、容量性入結合構造を電極として使
用する。これらの電極は、一方の面がガス放電と接触し
他方の面が外部回路と(例えば金属接点により)導電的に
接続された絶縁体(誘電体材料)として具体化されてい
る。交流電圧をこれらの容量性電極に供給すると、交流
電界が放電容器内に形成され、電荷キャリアが前記交流
電界のリニア電界に沿って移動する。高周波数範囲(>
10MHz)では、容量性ランプは誘導性ランプに類似
する。その理由は、この周波数範囲では、電荷キャリア
が全ガス体積内で発生するためである。この場合には
(所謂α放電モードでは)誘電体電極の表面特性はあま
り重要ではない。もっと低い周波数では、容量性ランプ
はその動作モードを変化し、放電に重要な電子を最初に
誘電体電極の表面で放出するとともに所謂陰極降下領域
内で増倍させて放電を維持する必要がある。従って、誘
電体材料の電子放出作用によりランプの機能が決まる
(所謂γ放電動作)。
駆動電子回路を必要とする点にある。前記駆動電子回路
はランプのガス放電を点弧させるとともにランプの点灯
中電気回路に安定器を与える作用をなす。外部電気回路
に適切なランプ安定器がないと、放電容器のガス体積内
の電荷キャリアの増加の結果としてガス放電ランプの電
流が強く増大してランプは急速に破壊されてしまう。
書US2624,858にも開示されている。容量性電
極を具えるガス放電ランプは、高誘電率ε>100(好
ましくはε>200)を有する誘電体材料を用いて、1
20Hz以下の動作周波数で点灯される。外部電圧は5
00V〜10,000Vの範囲にする必要がある。その
結果として、このような容量性ガス放電ランプは一般家
庭用の幹線電圧(230V,50Hz)により点灯させ
ることができず、駆動電子回路を含む回路を必要とす
る。
的は、改善された点灯特性を有する、少なくとも1つの
容量性入結合構造を具えるガス放電ランプを提供するこ
とにある。
成するために、少なくとも1つの容量性入結合構造を具
えるガス放電ランプにおいて、誘電飽和分極Pと有効表
面Aを有する誘電体を用いて容量性入結合構造を形成
し、前記誘電飽和分極Pと有効表面Aの積がP・A>1
0-5Cであることを特徴とする。
(例えば、低圧ガス放電ランプでは、不活性ガス又は水
銀を含む不活性ガス)が封入された既知の透明放電容器
を具える。放電容器は少なくとも2つの空間的に分離さ
れた電極又は入結合構造を収容し、少なくとも一方は容
量性入結合構造に具体化される。本発明の容量性入結合
構造を、例えば金属電極と組み合わせることもできる。
容量性入結合構造の誘電体は1以上の層で構成すること
ができる。各誘電体層に対し、P・A>10-5Cを満足
する値を有する誘電飽和分極Pと有効表面A(即ち放電
容器内のプラズマ及び電気接点と接触する面積)を有す
る誘電体材料を用いる。その結果として、最大で電荷Q
=2P・Aを1周期中に輸送することができる。この場
合には、一方では、最大電荷Qを、点灯周波数fで平均
電流Q・Fが流れ得るように高く選択する必要があると
ともに、他方では、ランプに適切な安定器を最大電荷に
より与える必要がある。容量性入結合構造の誘電体とし
てP>10-5C/cm2の飽和分極と約10cm2の有効表
面Aを有する材料を用いるのが好ましい。誘電体材料の
材料特性と幾何寸法特性を適切に組合せることによって
本発明の特性を有する多くの他の入結合構造を、本発明
の範囲から逸脱することなく考えることができること勿
論である。
電流(例えば230V/50Hz)を用いて、駆動回路
を含む回路を必要とすることなく、点灯させることがで
きる。本発明ガス放電ランプの好適実施例は他の請求項
及び以下の記載から導くことができる。本発明のこれら
の特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例から明らか
になる。
ランプの第1の実施例を、図2は本発明によるガス放電
ランプの第2の実施例、図3は本発明によるガス放電ラ
ンプの第3の実施例を線図的に示す。
する出発材料は本発明に基づく特性を有する誘電体固体
材料である。容量性入結合構造の誘電体材料としては、
少量のMnアクセプタがドープされたBa(Ti0.9Zr0.1)O3を
用いるのが好ましい。その永久内部電気ダイポールはP
≒1.5・10-5C/cm2の飽和分極を有する。抗電界
強度はEc≒60V/mmである。その結果として、すべて
の実施例における容量性入結合構造に対し、飽和分極P
と有効表面Aの積が゛P・A>10-5Cであるととも
に、抗電界Ecと誘電体の有効厚さdの積がEc・d<2
00Vである。そのおかげで、これらのガス放電ランプ
は追加の駆動電子回路を必要とすることなく一般家庭用
の幹線電圧で直接点灯させることができる。しかし、誘
電体材料の選択は上述の材料に限定されない。その飽和
分極Pと有効表面Aの積がP・A>10-5Cの要件を満
足する他のすべての誘電体材料、好ましくは常誘電体材
料、強誘電体材料及び反強誘電体材料も使用することが
できる。
僅かに電子放出性である必要がある。誘電体の電子放出
特性を特徴づけるために、プラズマに面する誘電体の表
面におけるイオン電流と電子電流との比を使用する。こ
の比をイオン衝撃二次電子放出係数γと呼ぶ。幹線電圧
での点灯を可能にするためには、γを0.001より大
きくするのが有利である。その理由は、プラズマは低い
γ値では点弧しないためである。誘電体表面とプラズマ
の発光部分との間に、狭い、約1mm厚のプラズマ境界層
が形成される。このプラズマ境界層に加わる電圧部分が
高い値を示し得るので、ランプの効率(ルーメン/ワッ
ト)が著しく低下する。高い二次電子放出係数γはこの
電圧部分の低減をもたらし、ランプの効率を増大する。
これがため、誘電体用に特に好適に使用し得る材料は、
ランプの点灯中にプラズマに面する表面上に追加の電子
を堆積し、γ>0.01の二次電子放出係数をもたらす
ことが証明された材料である。
例において、ランプの圧力及び封入ガスを入結合構造が
非標準グローモードで点灯するように選択することによ
って、効率の改善又は電磁妨害放射の低減を達成するこ
とができる。その結果として、陰極降下領域がガス放電
ランプ全体に正のV/I特性を与える。
管1を具える容量性ガス放電ランプを示す。ガラス管1
はその内面に蛍光体が塗布され、50mmの内径を有する
とともに、5mbarのAr及び5mgのHgが封入されている。
ガラス管1の両端に、円板状誘電体層2と導電層3から
なる容量性誘電体入結合構造が設けられている。誘電体
層2は、少量のMnアクセプタがドープされたBa(Ti0.9Zr
0.1)O3からなる、5cmの直径及び0.5mmの厚さを有す
る円板からなる。誘電体層2はガス放電容器1にはんだ
付けにより固着し、気密封止を形成する。導電層3は銀
ペーストにより形成し、これにより外部電力線4に接続
するための電気接点を形成する。本例では、外部電力線
4は一般家庭用の幹線(230V、50Hz)とする。
幹線電圧をスイッチオンすると、ランプのガス放電が点
弧し、静ガス放電が形成される。電子が誘電体材料の表
面に到達し、そこに付着する。誘電体2がランプの点灯
中に充電され、誘電体入結合構造2の間に電界を生じ、
その結果として交流電圧源の次の半位相(電流逆転後)
において簡易再点弧が生じ、イオン衝撃二次電子放出係
数の増大が生ずる。その結果として、陰極降下領域(光
が発生しない入結合構造近傍の暗黒領域)が減少し、従
ってガス放電ランプの効率が増大する。
径を有するガラス管5を具えるランプを示す。このガラ
ス管5の内径はたったの9mmであり、その内面には蛍光
体が塗布され、15mbarのAr及び5mgのHgが封入されて
いる。この場合にも、ガラス管5の両端に、円板状誘電
体層2と導電層3からなる誘電体入結合構造が設けられ
ている。本例でも、誘電体層2は少量のMnアクセプタが
ドープされたBa(Ti0.9Zr0.1)O3の円板からなり、この円
板は5cmの直径及び0.5mmの厚さを有する。誘電体円
板2はガス放電容器1にガラスはんだ技術を用いて気密
に固着する。導電層3は銀ペーストにより形成し、これ
により外部電力線4に接続するための電気接点を形成す
る。本例でも、外部電力線4として一般家庭用の幹線
(230V、50Hz)を使用する。小さい内径の結果
として、ガス放電の陽光柱と電極及び陰極降下領域を個
別に最適にすることができるために、本実施例のランプ
は高い効率を示す。
なる放電容器を具える。このガラス管6はその内面に蛍
光体が塗布され、9mmの内径を有するとともに、15mb
arのAr及び5mgのHgが封入されている。ガラス管6の両
端に、誘電体入結合構造を誘電体材料(特にドープBaTi
O3)の円筒(管)7により形成する。この誘電体円筒7
は10mmの外径、0.5mmの壁厚及び60mmの長さを有
する。ガラス管6は円板状誘電体カバー8ではんだ付け
により気密に封止する。誘電体円筒7に導電性銀の層を
設けて電気接点を形成する。この接点を経て、ランプを
外部電力線4(230V,50Hz)に接続する。この
ガス放電ランプによれば高いコンパクト設計及び高い機
械的安定性を極めて良好な発光効率と組み合わせること
ができる。特に放電容器の設計又は入結合構造に使用す
る誘電体材料及び導電性材料の選択(例えばランプの形
状又は製造技術データに関する所定の要件を満たす)に
関し、本発明のガス放電ランプの他の実施例が考えられ
る。更に、本発明は、その電磁放射が可視スペクトル範
囲に制限されたランプに限定されないこと明かである。
を線図的に示す。
を示す。
を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 少なくとも1つの容量性入結合構造を具
えるガス放電ランプにおいて、誘電飽和分極Pと有効表
面Aを有する誘電体を用いて容量性入結合構造を形成
し、前記誘電飽和分極Pと有効表面Aの積がP・A>1
0-5Cであることを特徴とするガス放電ランプ。 - 【請求項2】 抗電界強度Ecと有効厚さdを有する誘
電体を用いて容量性入結合構造を形成し、前記抗電界強
度Ecと有効厚さdの積がEc・d<200Vであること
を特徴とする請求項1記載のガス放電ランプ。 - 【請求項3】 ブレークダウン電界強度Ebdと有効厚さ
dを有する誘電体を用いて容量性入結合構造を形成し、
ブレークダウン電界強度Ebdと有効厚さdの積がEbd・
d<200Vであることを特徴とする請求項2記載のガ
ス放電ランプ。 - 【請求項4】 前記誘電体は常誘電体、強誘電体又は反
強誘電体固体材料からなることを特徴とする請求項1記
載のガス放電ランプ。 - 【請求項5】 前記誘電体はアクセプタドーパントを含
むBa(Ti1-xZrx)O3からなることを特徴とする請求項1記
載のガス放電ランプ。 - 【請求項6】 ジルコニウム含有量x=0.10である
ことを特徴とする請求項5記載のガス放電ランプ。 - 【請求項7】 Mn3+を有するドーパントが前記アクセプ
タドーパントであることを特徴とする請求項5記載のガ
ス放電ランプ。 - 【請求項8】 前記誘電体がA>0.5cm2の有効表面
を有することを特徴とする請求項5記載のガス放電ラン
プ。 - 【請求項9】 前記誘電体がd<5mmの有効厚さを有す
ることを特徴とする請求項5記載のガス放電ランプ。
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