JP3645897B2 - 外部電極方式放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部電極方式の放電ランプに関し、特に、外部電極直下のガラス容器の穴明きを防止するのに有効な技術に関する。

放電ランプは、透明な密閉容器内に気体を封入し、これを放電媒体として容器内に放電を生じさせ、放電によって放射された光を容器外に取り出して照明などの用途に用いるものであるが、電極が設けられている場所という観点から分類した場合の形式の一つに、外部電極方式の放電ランプがある。

外部電極方式の放電ランプは、電極を容器の外部に設けた点が構造上の特徴になっており、容器内に電極をもたないことから無電極放電ランプとも呼ばれる。容器内に電極を設けた構造のランプに比べ、容器の外部から容器内の電極へ通じるリードの封止が不要であるので製造が容易である、容器を細管化したり薄型化することができるので小形化に有利である、点灯時の電子衝撃による電極の損傷や、電極のスパッタリングによる放電容器内部の汚れの発生がなく、点滅点灯を繰り返したときの寿命が短くなる度合いが小さい、などの多くの利点を持っていることから、例えば液晶表示装置のバックライトの光源や、複写機或いはファクシミリ装置その他イメージスキャナのような各種ＯＡ機器における、原稿照射用の光源などの用途に多く用いられている。

放電容器には主にガラスが使われ、円筒状をしたものが多い。電極にはいろいろな種類の形状のものがあり、例えば特許文献１に例示されているように、円筒形のガラス容器の外側を円周に沿って取り巻くリング状の一対の電極を、ガラス容器の長手方向に間を空けて並べたもの（便宜上、リング形と記す）や、ガラス容器の長手方向に沿う長い二本の帯状の電極を、ガラス容器の円周に沿ってスリットを空けて並べた、いわゆるアパーチャー形と称されるものや、平行な二本の細長い電極をガラス容器に螺旋状に巻きつけたもの（同、螺旋形）などが考えられている。

図２に、従来の外部電極方式放電ランプの斜視図及び断面図を、リング形の放電ランプを例にして示す。図２を参照して、密閉された円筒状のガラス容器１の両端近傍の外壁に、ガラス容器をその円周に沿って取り巻く二つのリング状電極２Ａ，２Ｂが設けられている。電極の材質には、一般的には金属が用いられることが多いが、例えばＩＴＯのような透明の導電材を用いたり、これと金属とを併用したりすることもある。

ガラス容器１の内部の空間には、放電媒体４として、キセノン（Ｘｅ）やアルゴン（Ａｒ）のような希ガスと水銀ガスとの混合ガスが、例えば２×１０^３ 〜１５×１０^３ Ｐａ（１５〜１１３Ｔｏｒｒ）程度の圧力で封入されており、ガラス容器１の内壁には、必要に応じて、蛍光体膜３が形成されている。尚、上記放電媒体の気体４には、水銀を含まない希ガスだけが用いられることもある。よく知られている、希ガス放電ランプである。

この外部電極方式の放電ランプにおいて、図２（ｂ）に示すように、二つの外部電極２Ａ，２Ｂの間に、例えば周波数：２５ｋＨｚ、電圧：２５００Ｖ程度の正弦波あるいはパルス波というような高周波、高電圧の交流電圧を印加すると、誘電体であるガラス容器１で、外部電極２Ａ，２Ｂの直下のガラスに誘電分極が生じ、その部分の内壁が電極として作用する。これにより、ガラス容器１内に高電圧が導入されて、容器内に誘電体バリア放電が生じる。この誘電体バリア放電によって放電媒体４中の水銀が紫外線を放射し、蛍光体膜３はその水銀が放射した紫外線によって励起されて、例えば可視光のような、励起紫外光とは波長の異なる光を発光し、その蛍光体３が発した波長変換された光が、透明ガラス容器１を通して外部に放射される。例えば殺菌灯などのように、水銀輝線の紫外線をそのまま利用するときは、蛍光体膜３は設けないで、水銀が放射した紫外光をそのままガラス容器１を通して取り出す。

このように、外部電極方式の放電ランプは、同じ放電ランプとはいえ、ランプ容器の内部の両端近傍に電極を設けた、いわゆる冷陰極ランプや熱陰極ランプとは、単に電極の配設場所が異なるのみならず、特に、ガラス容器の内壁の外部電極２Ａ，２Ｂ直下の部分が電極として作用するという点で、ガラス容器が果たす役割も大きく異なるランプである。

特開２００２−２１６７０４号公報（図１〜図１０）

本発明者らは、従来の外部電極方式の放電ランプにおいて、点灯時間の経過につれて、ガラス容器１の外部電極２Ａ，２Ｂ直下の部分に内側から穴が開き始め、進行してゆき、ついには外面にまで達してガラス容器の気密が保たれなくなる現象を見出した。この穴明き現象は、特に放電媒体の気体４に水銀ガスを含む場合に顕著で、早期に現れ進行速度も速かった。

この現象は、外部電極２Ａ，２Ｂ間に印加する高周波交流電圧の電圧を低下させることで軽減できることが分かったが、寿命特性はわずかに良くなるものの、その分、ランプ輝度が低下してしまう。

従って、本発明は、外部電極方式の放電ランプにおいて、従来と同じ点灯条件のもとで、ガラス容器の外部電極直下の部分の穴明き現象を防止することを目的とする。

本発明の外部電極方式放電ランプは、密閉のガラス容器と、前記ガラス容器内に封入された放電媒体の気体と、前記ガラス容器内に誘電体バリア放電を生じさせるための、ガラス容器の外壁に設けられた外部電極とを含んでなる外部電極方式の放電ランプにおいて、前記ガラス容器の内壁の、外部電極に相当する部分を少なくとも含む部分に、オクチル酸イットリウム及びプロピオン酸イットリウムの少なくとも一種以上を含む溶液から焼成により形成した酸化イットリウム膜を有することを特徴とする。

本発明によれば、外部電極方式の放電ランプにおいて、従来と同じ点灯条件のもとで、ガラス容器の外部電極直下の部分の穴明き現象を防止することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明の一実施の形態に係るリング形外部電極方式の水銀蛍光ランプの断面図を示す図１を参照して、この図に示す水銀蛍光ランプは、外観は従来の水銀蛍光ランプと同じである（図２（ａ）参照）。しかし、図１に示すように、ガラス容器１の内面側の、外部電極２Ａ，２Ｂ直下の部分に、酸化イットリウム（Ｙ_２ Ｏ_３ ）膜５Ａ，５Ｂが形成されている点が異なっている。この酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂは、オクチル酸イットリウム、プロピオン酸イットリウム又はそれらの混合溶液を焼成して得られたもので、外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分に、リング状に設けられている。

本発明者らは、図１に示す外部電極方式の水銀蛍光ランプの第１の実施例のもの（実施例１）を以下のようにして製作した。先ず、両端開放の円筒状のガラス容器を準備し、その両端側の外壁に、従来公知の方法で、リング状の外部電極２Ａ，２Ｂを形成する。

次いで、オクチル酸イットリウムを適当な溶媒に溶解させ粘度を調整した溶液を、ガラス容器１の内壁の、外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分に塗布し、熱を加えて溶媒を揮発させる。更に、大気雰囲気中で５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより、緻密な酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂを形成する。

その後、従来公知の方法でガラス容器１の内壁に蛍光体膜３を形成し、ガラス容器内をいったん真空に引いた後、放電媒体４である水銀ガスを含むキセノンガスを封入して、本実施例に係る外部電極方式の水銀蛍光ランプを完成する。

尚、外部電極２Ａ，２Ｂの形成については、上に述べた例では、例えば導電性ペーストの焼成で形成するために、一番最初に形成してある。使用する蛍光体膜３によっては、加熱によって性質が変化するものもあることから、外部電極の形成に加熱を必要とするような方法を採るときは、蛍光体膜３の形成に先立って外部電極を形成しておくことが好ましい。外部電極２Ａ，２Ｂに例えばアルミニウム箔を用い、これをガラス容器１の外壁に接着などの方法で固着させるのであれば、蛍光体膜３の形成の後に外部電極を形成することもできる。すなわち、蛍光体膜３を形成した後、放電媒体の気体４を封入する前に外部電極を形成する、或いは、先に放電媒体の気体４を封入してから、一番最後に外部電極を形成してもよい。

次に、第２の実施例として、酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂをプロピオン酸イットリウムの焼成で形成した以外は実施例１と同じ外部電極方式の水銀蛍光ランプ（実施例２）を制作した。本実施例において、酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂは、次のようにして形成した。すなわち、プロピオン酸イットリウムを溶媒に溶解させ、粘度を調整し、これをガラス容器１の内壁の外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分に塗布する。そして、熱を加えて溶媒を揮発させ、更に、大気雰囲気中で５００〜６００℃程度の温度で焼成することにより、酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂを得た。

実施例１に係る外部電極方式水銀蛍光ランプも、実施例２に係る外部電極方式水銀蛍光ランプも、図２に示す従来の水銀蛍光ランプと同様に、二つの外部電極２Ａ，２Ｂの間に高周波、高電圧の交流電圧を加えることによって放電するのであるが、どちらの実施例においても、従来のランプとは違って、ガラス容器１の外部電極２Ａ，２Ｂ直下の部分に穴明きが生じることはなかった。従来の外部電極方式水銀蛍光ランプでは、放電開始後約３０００時間あたりから、ガラス容器の穴明きにより瞬発的に点灯不能になるものが発生し始めるのに対し、実施例１、実施例２においては、この程度の時間ではガラス容器の内壁に目視で確認できる程度の変化は認められなかった。これは、次のように考えられる。

先に述べたように、外部電極方式の放電ランプでは、ガラス容器１の内壁の外部電極２Ａ，２Ｂの直下の部分は、放電の際、電極として作用する。そこで、点灯の最中には、その電極として作用しているガラス容器の内壁部分に、水銀のイオンが加速されて強く打ち込まれ、スパッタリングが生じる。保護膜が無くガラス容器１の内壁の上記部分が剥き出しのときや、内壁に直接蛍光体膜Ｃが形成されている場合は、水銀イオンはスパッタによりガラスを削り、内部に浸透する。水銀イオンのスパッタ、浸透が繰り返されると、ガラスの厚さが減少し温度が上昇して、耐電圧が低下するため放電電流が増大し、以後、耐電圧の低下、放電電流の増大という正帰還により急激に熱暴走を起こして、最終的にガラスに穴が開いてしまうのである。

この水銀イオンのスパッタによるガラス容器の穴明きを防ぐには、ガラス容器１の内壁の少なくとも外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分を保護膜で覆って、水銀イオンとガラス容器との直接接触を妨げるようにすればよいと考え、酸化アルミニウム（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２ ）のような金属酸化物の膜を形成することを試みたが、本実施例の場合には、有効ではなかった。また、同じ酸化イットリウム膜ではあっても、例えば酸化イットリウムの微粉を溶媒に分散させた懸濁液を用いて、これをガラス容器１の内壁の外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分に塗布し、乾燥させて得た保護膜の場合は、やはり効果は小さかった。

前述したように、外部電極方式の水銀蛍光ランプにおいては、ガラス容器の電極直下の部分は電極として作用するので、その部分には水銀イオンが集中して、しかも加速されて衝突する。そのような水銀イオンのスパッタに対して、粉体の酸化イットリウム膜は、粒子どうしの間に空間が多く緻密でないことから、スパッタによってエッチングされやすいからであろう。一方、実施例１や実施例２で用いた酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂはオクチル酸イットリウムを焼成し、或いはプロピオン酸イットリウムを焼成したものであり、粉体の酸化イットリウム膜に比べて緻密であるので、加速水銀イオンの衝撃に対する阻止能力が高いと考えられる。

ここで、外部電極方式の放電ランプにおいて、電極として作用しているガラス容器の内壁部分に対する放電媒体の気体のイオンによるスパッタは、水銀を含まない希ガスのみの場合であっても当然生じていることであるが、ガラスの穴明き現象が水銀ガスを含む場合に特に顕著であるのは、水銀イオンはＸｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅなどに代表される放電ランプ用の希ガスに比べて重く、スパッタ効果が大きいからであると推測される。

本発明者らは、オクチル酸イットリウムとプロピオン酸イットリウムとを混合した液を用い、これを塗布、乾燥、焼成して酸化イットリウム膜５Ａ，５Ｂを形成した場合について調査した結果、実施例１及び実施例２と同様に、ガラス容器の穴明き防止効果が認められることを確認した。オクチル酸イットリウムとプロピオン酸イットリウムの混合比率による効果の相違は認められなかった。

尚、保護膜（オクチル酸イットリウム、或いはプロピオン酸イットリウム、或いはオクチル酸イットリウムとプロピオン酸イットリウムの混合溶液の焼成による酸化イットリウム膜）は、ガラス容器１の内壁の、少なくとも外部電極２Ａ，２Ｂの直下に形成されていれば本発明の目的を達することはできるのであるが、この保護膜は透光性であるので、ランプ容器１の内壁の全域に渡って形成してもよい。このようにすると、保護膜形成工程でガラス容器１の内壁にオクチル酸イットリウムを塗布する際に、外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分以外をマスクする必要がないので、そのぶん保護膜形成工程が簡略化、簡素化され、製造コストを削減することができる。

また、本発明は、蛍光体を用いない放電ランプにも適用できることはもちろんであるが、水銀ガスを含む気体と蛍光体膜３とを用いる、いわゆる水銀蛍光ランプの場合は、以下のようにするとより良い。すなわち、蛍光体膜３は、一般に、粒状の蛍光体からなり、蛍光体の粒子どうしの間には隙間が多い。そのため、水銀蛍光ランプでは、上記蛍光体粒子の間の隙間に水銀が凝集し、点灯時間の経過につれてガラス容器１内の水銀ガスの蒸気圧が低下してゆき、ランプの輝度が低下してしまうので、蛍光体膜３の面積はできるだけ小さい方が望ましい。そこで、外部電極方式の水銀蛍光ランプの場合は、外部電極２Ａ，２Ｂに当たる部分には蛍光体膜を形成しない方が好ましい。

尚また、外部電極については、リング状の二つの電極２Ａ，２Ｂを形成した場合を例示したが、電極数は特に二つに限るわけではない。電位的に一対になればよいのであって、幾何学的な電極の数はいくつであってもよい。電極の形状についても、リング形のものに限らず、アパーチャー形や螺旋形のものでもよい。更に、ガラス容器は円筒状のものに限らず、平たい角筒状のガラス容器を用いた平板形の放電ランプであってもよい。

本発明は、放電媒体に水銀ガスを含む外部電極方式の水銀放電ランプに用いて、特に有効である。

本発明の一実施の形態に係るリング形外部電極方式水銀蛍光ランプの断面図である。 従来の外部電極方式水銀蛍光ランプの一例の斜視図及び断面図である。

符号の説明

１ ガラス容器
２Ａ，２Ｂ 外部電極
３ 蛍光体膜
４ 放電媒体の気体
５Ａ，５Ｂ 酸化イットリウム膜

Claims (7)

1. 密閉のガラス容器と、前記ガラス容器内に封入された放電媒体の気体と、前記ガラス容器内に誘電体バリア放電を生じさせるための、ガラス容器の外壁に設けられた外部電極とを含んでなる外部電極方式の放電ランプにおいて、
   前記ガラス容器の内壁の、外部電極に相当する部分を少なくとも含む部分に、オクチル酸イットリウム及びプロピオン酸イットリウムの少なくとも一種以上を含む溶液から焼成により形成した酸化イットリウム膜を有することを特徴とする外部電極方式放電ランプ。
2. 前記放電媒体が水銀ガスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の外部電極方式放電ランプ。
3. 前記酸化イットリウム膜を前記ガラス容器の内壁の全面に設けたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の外部電極方式放電ランプ。
4. 前記ガラス容器の内面側の最表層に蛍光体膜を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の外部電極方式放電ランプ。
5. 前記蛍光体膜は、外部電極に相当する部分を除く部分に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の外部電極方式放電ランプ。
6. 円筒状の密閉ガラス容器と、
   前記円筒状のガラス容器をその円周に沿って取り巻く一対のリング状電極であって、前記ガラス容器の長手方向に沿って間を空けて並べて設けられた電極と、
   前記ガラス容器内に封入された、水銀ガスを含む放電媒体の気体と、
   前記ガラス容器の内壁の外部電極に相当する部分を少なくとも含む部分に設けられた、オクチル酸イットリウム及びプロピオン酸イットリウムの少なくとも一種以上を含む溶液から焼成により形成した酸化イットリウム膜と、
   前記ガラス容器の内面側の最表層に形成された蛍光体膜であって、前記外部電極に相当する部分を除く部分に形成された蛍光体膜とを含んでなる外部電極方式放電ランプ。
7. 請求項６に記載の外部電極方式放電ランプを製造する方法であって、
   両端開放の円筒状のガラス容器の外壁に、前記リング状の一対の外部電極を形成する過程と、
   前記ガラス容器の内壁の、前記外部電極に相当する部分を少なくとも含む部分にオクチル酸イットリウム及びプロピオン酸イットリウムの少なくとも一種以上を含む溶液を塗布する過程と、
   前記溶液を乾燥させ、焼成して前記酸化イットリウム膜を得る過程と、
   前記蛍光体膜を形成する過程と、
   前記ガラス容器内に前記水銀ガスを含む放電媒体の気体を封入する過程とを少なくとも含むことを特徴とする外部電極方式放電ランプの製造方法。
   

Images