JP2716306B2 - 高周波蛍光システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に蛍光システム、特
に高周波（ＲＦ）蛍光システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光システムは広範囲の局部的および全
体領域照明用として使用されている。これらは住居、事
務所および工場照明、並びに作業照明、バックライト、
ディスプレイ照明および警告灯を含む。

【０００３】既知の蛍光システムは典型的に蛍光ラン
プ、スタータおよびバラスト電源および固定装置を含ん
でいる。標準設備以外のものには反射器、拡散器、光セ
ンサ、調光制御装置が含まれる。既知の蛍光システム用
のバラストは一般に（ａ）コイルおよび磁気コア、また
は（ｂ）電気装置として分類されることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コイルおよび磁気コア
バラストシステムに関して考慮すべきことは電気入力の
光出力への変換のための効率が低いこと、並びに寸法が
大きく、重量が重いことである。このようなシステムは
また典型的に低い力率を有している。電気バラストシス
テムに関して考慮すべきことは変換率が低く、費用がか
かり、寸法が大きいことである。現在の蛍光システムの
すべてに共通して考慮すべきことは電極腐食およびガス
密封劣化に対するそれらの弱さによる制限された蛍光管
寿命が含まれる。さらに、いわゆる急速点灯設計を含む
通常の蛍光システムはオンへの切替えが比較的緩慢であ
り、いくつかの適用において使用が制限され、または除
外される。したがって、現在のシステムより小さく、明
るい蛍光システムを提供することが有効である。別の利
点は、現在のシステムより高い電力変換効率の蛍光シス
テムを提供することである。別の利点は長寿命のバルブ
を提供する蛍光システムを提供することである。さらに
別の利点は、現在のシステムより速く起動する蛍光シス
テムを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記およびその他の利点
は、本発明による内部蛍光物質被覆を有し、イオン化ガ
ス、蛍光管の内側または外側に支持された電界集中電極
および電界集中電極に結合された高周波電源を含むガス
収容管を備えた蛍光システムによって達成される。

【０００６】

【実施例】以下の詳細な説明およびいくつかの図面にお
いて、同じ素子は同じ参照符号を付けられている。

【０００７】図１を参照すると、商用60Ｈｚ電力のよう
なＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣからのＤＣ変換器
11を含む高周波蛍光システムのブロック図が示されてい
る。例えば、ＡＣ・ＤＣ変換器11は調節されたＤＣ出力
電圧を供給し、ＡＣ入力上で非常に高い力率を実現する
スイッチング電源を具備している。

【０００８】ＡＣ・ＤＣ変換器11は、光を暗くするとき
のように負荷が大きい範囲にわたって変動することがで
きる場合において有効な、例えば電圧源として適切なよ
うに構成された高周波電源12にＤＣ電力を供給する。高
周波電源12はＶＨＦ（約30ＭＨｚでスタートする）から
ＳＨＦ（約３ＧＨｚで始まる）までの範囲にある動作周
波数を有し、例えばここにおいて参照されている米国特
許第4,980,810 号明細書（1990年12月25日）に記載され
た高周波発振器、高周波前置増幅器、および高周波電力
増幅器のような既知の高周波電源設計を含むことができ
る。高周波電源は印刷回路板または電力ハイブリッド上
に個々にパッケージされた素子を有するような種々の形
態で構成されることができる。種々の電子管高周波回路
も使用されることができる。バッテリィのようなＤＣ電
源からの動作のために、変換器11は取除かれ、ＤＣ・Ｄ
Ｃ変換器によって置換されてもよい。

【０００９】高周波電源12の出力は、イオン化ガスを含
み、収容されたガスのイオン化によって生じた紫外線放
射に応答して可視光を放射する内部蛍光物質被覆を含む
密封されたガス封込収容ガラス管21の内側または外側に
固定された電極構造19に高周波電力を伝送する整合ネッ
トワーク17に供給される。ガラス管の内容における以下
の説明は、本発明がバルブのような別の形態のガス容器
を意図することに制限を与えるものではない。

【００１０】フィードバック制御回路25は高周波電源12
の出力レベルを制御し、例えば調光回路（示されていな
い）によって供給された基準信号に応答する。フィード
バック制御回路25に対するフィードバック入力は、光出
力および整合ネットワーク17の出力を感知する光センサ
23によって供給される。光センサ23は例えば光ダイオー
ドのような光検出器を具備している。その代りとして、
単一のフィードバック入力は整合ネットワーク17または
光検出器23のいずれかによって与えられることができ
る。後者の場合、光出力強度は長期間にわたって所定の
電力入力に対して十分に一定の状態であると考えられ、
これはほとんどの適用に対して妥当な仮定でなければな
らない。多数の適用において、フィードバック制御回路
および光センサは不要であり、その場合光出力は高周波
電源に対する入力電力と共に変動すると考えられなけれ
ばならない。ＡＣ・ＤＣ変換器はこの変動を最小にする
ように構成できることが理解されるべきである。

【００１１】整合ネットワーク17は効率的な電力伝送を
行い、ガスイオン化を保証するために電極19に必要な電
圧および管中のガスがイオン化されないときに大きい開
回路電圧を供給するように構成される。高周波電源12に
よって与えられる非常に低い電源インピーダンスのため
に、非常に大きい電圧ステップアップが点火のために要
求され、これは整合ネットワーク17によって容易に行わ
れ、ネットワークの負荷されたＱが点火された放電によ
ってのみ決定されることを要求する。例えば、整合ネッ
トワーク17はＬ形ネットワーク、π形ネットワーク、Ｔ
形ネットワークおよびオートトランスネットワークを含
む既知の高周波整合ネットワークにより構成されること
ができる。整合ネットワーク17は物理的に電極構造19に
近接して配置され、例えばガラス管の内側および外側に
印刷された素子、または電極構造の特定の構造に応じて
管の内側または外側に固定されたハイブリッド回路で構
成されていることが好ましい。

【００１２】その代りとして、高周波電源の出力は出力
がそれぞれ各電極構造に接続されている複数の整合ネッ
トワークに供給される分割ネットワークに供給されるこ
とができる。電力分割器はまた多数の蛍光管構造に電力
を供給するように使用されることができる。

【００１３】蛍光システムは適用に対して必要とされる
接地された電極の１つを有するように構成されることが
でき、或は電極が差動的に動作されることができる。接
地された電極の１つを有するように構成されることがで
きる。差動構造は180 °離された対称的な出力位相を与
える整合ネットワークを必要とし、電極間の差動ＲＭＳ
電圧は接地された電極構造と同じであることができる。
差動構造は接地された電極構造に比較して整合ネットワ
ーク部品および電極上における減少された逆フィールド
放射線（ＥＭＩ／高周波Ｉ）および減少された電界強度
の付加的な利点を有する。

【００１４】電極構造19は均一な電界を生成するように
高周波付勢電極によって生成された電界を正確に制御す
るように構成され、特に電界の形状およびその強度を制
御するための機構である。電極構造は電界集中器として
機能するため、それは管21の内側のガスと接触している
必要はなく、管21の外側に設けることが可能であり、こ
れは製造費用を減少し、信頼性を高めるものである。

【００１５】基本的に、電極構造は高周波電源からラン
プのガス媒体へのエネルギの最適な結合を行わせるべき
であり、高周波に関連したエネルギフィールドはランプ
のガスの領域に近接して含まれているべきである。

【００１６】以下は比較的緊密な結合特性を与える電極
構造の例である。図２および図３の実施例を参照する
と、ガス収容ガラス管121 の縦方向に延在し、管121 の
外側に配置された外部容量結合パッド161 ，163 によっ
てインピーダンス整合ネットワークに容量的に結合され
る平行な細長い内部電極151 ，153を含む電極構造119
が概略的に示されている。内部電極151 ，153 は管の長
さ方向に延在し、始動のために対向した点火タブ155 ，
157 を含んでいる。内部電極151 ，153 は例えば付着金
属層から構成され、管の外側の回路に対する物理的な電
気接続を持たない。蛍光物質被覆165 は管121 の内面お
よび内部電極151 および153 上に付着される。透明な絶
縁層131 は外部容量性結合パッド161 ，163上に配置さ
れ、光学的に透明であり、導電性シールド被覆133 は管
および絶縁層を覆っている。

【００１７】図４を参照すると、内部蛍光物質被覆265
を含み、イオン化ガスを含むガス収容管221 の外側上に
配置された平行な細長い外部電極251 ，253 を含む電極
構造219 が別の例として示されている。外部電極は管の
縦方向に沿って延在し、整合ネットワーク17に直接接続
される。始動のために、外部電極251 253 は図３に示さ
れた内部電極の点火タブ155 ，157 に実質的に類似した
対向した点火タブを含む。透明絶縁層231 は外部電極25
1 ，253 を覆って配置され、光学的に透明な導電シール
ド被覆233 が管および絶縁層を覆う。外部電極251 ，25
3 は例えば付着金属を含む。光学的に透明な絶縁層（示
されていない）は透明な導電シールド被覆233 上に配置
されてもよい。

【００１８】図５を参照すると、内部蛍光物質被覆365
を含むガス収容ガラス管321 上に配置された内部電極ま
たは外部電極（説明を容易にするために示された）とし
て構成されることができる電極構造319 が別の例として
概略的に示されている。電極構造319 は管の一端に帰線
パッド351aを、また管の他端に電力パッド353aを含む。
帰線パッド351 に共通して接続された平行な細長い復帰
電極351b，351c，351dは蛍光管321 の縦方向に沿って延
在し、電力パッド353aに共通して接続された平行な細長
い電力電極353b，353cと交互に配置されている。細長い
電力電極353b，353cの接続されていない端部は点火タブ
355 を含む。光学的に透明な絶縁層331は電極構造319
を覆って配置され、光学的に透明な導電シールド層333
は管および絶縁層を覆う。光学的に透明な絶縁層335 は
導電シールド層333 上に配置されている。

【００１９】電極構造319 の内部電極構成のために、図
２の電極構造用の容量性結合パッドに類似した容量性パ
ッドが上記で論じられたように電極構造に物理的に近接
している整合ネットワーク17に電力および帰線導電パッ
ドを容量的に結合する（図１）ために設けられている。

【００２０】図６は、内部蛍光物質被覆465 を含むガス
収容ガラス管421 上に配置された内部電極または外部電
極（説明を容易にするために示された）として構成され
ることができる電極構造419 の別の例を示す。電極構造
419 は蛍光管421 の縦方向に沿って延在する細長い帰線
電極451 、並びに帰線電極451 に平行である細長い分割
された直線電力電極453a，453bを含む。各電力電極は素
子417a，417bとして概略的に示された各整合ネットワー
クを介して駆動される。電力電極453a，453bの内部端部
は帰線電極451 の方向に突出し点火タブ455 を具備して
いる。光学的に透明な絶縁層431 は電極構造419 上に配
置され、光学的に透明な導電性のシールド層433 は管お
よび絶縁層を覆う。光学的に透明な絶縁層435 は導電シ
ールド層433 上に配置されている。

【００２１】電極構造419 の内部電極構成のために、図
２の電極構造用の容量性結合パッドに類似した容量性結
合パッドが上記に論じられたように電極構造に近接して
いる各整合ネットワークに帰線および電力電極を容量的
に結合するために設けられる。

【００２２】図７を参照すると、内部蛍光物質被覆565
を有するガス収容管521 中に配置された中心電力電極55
3 を含む電極構造519 のさらに別の例が示されている。
特に、中心電力電極553 は管の縦軸上に配置され、管の
両端の間に延在する。帰線電極551 は管の外側の光学的
に透明な導電被覆で構成されている。中心電極553 およ
び導電被覆電極551 は整合ネットワーク17に直接接続さ
れる。光学的に透明な絶縁層567 および光学的に透明な
導電シールド被覆569 は導電被覆電極551 上に配置され
ている。

【００２３】上記の内部および外部電極構造において、
電界集中電極の幅およびそれらの間の間隔はガス圧、高
周波電源の動作周波数、ガス組成および管の幾何学形状
を含む要因に依存している。内部電極構造に関して、容
量性結合電極は内部電極の長さを延長しない領域を含む
ことができる。内部電極はまた管中の適切な導電素子お
よびガスシールによって整合ネットワーク17に直接接続
できることが理解されるべきである。

【００２４】細長い電極素子の使用に関して、電極の長
さが動作の周波数において波長の重要な部分である場
合、高周波電圧は電極素子の長さに沿って大きく変動す
ることができる。測定可能なことに加えて、この変化は
ランプのいくつかの領域が他よりも輝いて現れる発光の
形態で視覚的に現れる。この問題に対する１つの解決方
法は例えば図６に示されたような分割された電極素子の
使用である。別の解決方法はここでは参照文献として引
用されている米国特許第4,352,188 号明細書に記載され
た技術にしたがって位相補正を使用することである。図
８の概略図を参照すると、このような位相補正は基本的
に電力および帰線電極19a ，19b の長さに沿って予め定
められた間隔でシャントインダクタンスＬ_p を使用する
ことを含む。このようなインダクタンスは、例えば電力
電極と帰線電極との間に接続され、電極構造を支持する
同じガス収容管表面上に適切に配置された印刷されたイ
ンダクタを含む。

【００２５】電極構造の別の形態は、ガス容器の形状お
よび寸法、高周波電源の動作周波数、および持続電圧に
対する点火電圧の要求された比率等の要因に応じて使用
できることが理解されるべきである。

【００２６】以上は、ガスイオン化電界を生成するため
に高周波回路を有効に使用し、現在のシステムより小さ
くて明るく、現在のシステムより高い電力変換率を有
し、長いバルブ寿命を提供し、現在のシステムより速い
点灯速度を有する蛍光システムを開示するものである。

【００２７】上記は本発明の特定の実施例の説明および
図示に過ぎず、当業者は添付の特許請求の範囲によって
限定されたような本発明の技術的範囲を逸脱することな
く種々の修正および変化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高周波蛍光システムのブロック
図。

【図２】図１の高周波蛍光システムの内部電極構造の実
施例の図。

【図３】図１の高周波蛍光システムの内部電極構造の実
施例の図。

【図４】図１の高周波蛍光システムの外部電極構造の実
施例の図。

【図５】図１の高周波蛍光システム電極構造の別の実施
例の図。

【図６】図１の高周波蛍光システム電極構造の別の実施
例の図。

【図７】図１の高周波蛍光システム電極構造の別の実施
例の図。

【図８】細長い素子を含む電極構造と共に使用されるこ
とができる位相補正回路の概略図。

フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エフ・マクラナハン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91355、バレンシア、ノース・セコイ ア・グレン27781 (72)発明者 ロバート・ディー・ワッシュバーン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90265、マリブ、キングスポート・ドラ イブ 18425 (56)参考文献 特開 昭61−185857（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309250（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−309552（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314751（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部蛍光物質被覆を有し、イオン化可能
   なガスを含むガス収容管と、 電力信号を生成する高周波駆動手段と、 前記ガス収容管の外部に配置された電極であって、前記
   ガス収容管の縦方向に沿って延在する細長い電極と、前
   記細長い電極に平行な分割された同一直線上の電極、 とを具備していることを特徴とする蛍光システム。