JP4848879B2 - 希ガス蛍光ランプ - Google Patents

Description

本発明は、希ガス蛍光ランプに係わり、特に、発光管内面に蛍光物質が塗布されるとともに希ガスが封入された発光管と、発光管の外表面に配設された複数の外部電極と、これらの外部電極が配設された箇所に対応する発光管の内表面に導電性物質を設けた希ガス蛍光ランプに関する。

従来から、ＯＡ機器の光源や液晶ディスプレイパネルのバックライト等に使用される蛍光ランプとして、発光管の外表面に複数本の帯状の外部電極を配設し、これらの外部電極に高周波電圧を印加して点灯する方式の希ガス蛍光ランプが知られている。

図７は従来技術に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図７（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）に示すＢ−Ｂ’の断面図である。
この希ガス蛍光ランプは、例えばガラス管にて密閉状に構成された直管状の発光管１から構成される。発光管１の内部空間に、例えばキセノンガスのような希ガスが充填される。発光管１の内表面に、蛍光体３が塗布され、その端部には、例えば、カーボンペーストや銀ペースト等よりリング状の導電性物質４が設けられる。発光管１の外面に、例えば、アルミニウムテープよりなる帯状の外部電極２が配設される。

外部電極２から希ガス蛍光ランプに高周波電圧を印加すると、外部電極２内側の発光管１内壁の電位は外部電極２の電位とほぼ等しくなる。導電性物質４の電位は両側の外部電極２の電位のほぼ中間になるため、導電性物質４近傍では、外部電極２内側の発光管１内壁と、導電性物質４との間に、非常に高い電界が加わる。これにより予備放電が生成され、外部電極２同士の主放電が発生し易くなる。一箇所で主放電が発生すれば連鎖的に発光管１全体に広がり、放電を生じさせる。この放電によって紫外線が放射され、放射された紫外線が、発光管１の内表面に塗布されている蛍光体３を励起し、これによって生じる可視光を発光管１外部へ放出する。

ところが、導電性物質４が設けられた箇所近傍は、光出力が下がり、デットスペース６となる。希ガス蛍光ランプは、ＯＡ機器の小型化に伴いコンパクト化が要求され、光出力が高い有効発光領域７を広く、デッドスペース６を狭くすることが望まれている。

図７に示す希ガス蛍光ランプにおいては、通常点灯中に、始動性改善のために設けられた導電性物質４に電荷が吸い寄せられ、発光管１の端部に不所望な沿面放電５が発生する。このため、光出力が低いデッドスペース６が広がり、有効発光領域７がさらに縮小してしまう。すなわち、導電性物質４を設けた場合、予備放電を生成し始動性が改善されるという点では好ましいが、その反面、通常点灯時に、発光管端部に広範囲にわたって沿面放電５が生成されてしまい、有効発光領域７を縮小するという不具合が生じる。

ここで、図８を用いて、上記のような沿面放電５が発生する原因について説明する。
外部電極２には、矩形波の高周波電圧が加えられ、電極が切替ると、放電空間内の電子１０は外部電極２が＋電位である側の発光管１内壁に蓄積し、陽イオン１１は−電位側の発光管１内壁に蓄積する。蓄積した電荷１２の多くは発光管１内壁に留まろうとするが、導電性物質４近傍にある電荷１２は、インピーダンスの小さい導電性物質４を経路として移動しようとする。導電性物質４近傍の電荷１２が無くなると、その隣の電荷１２が吸い寄せられ、発光管１内壁に沿って電荷１２が移動し、沿面放電５が発生する。沿面放電５が発生した領域には電荷１２が無くなっており、次に電極が切替っても放電が発生しにくくなる。そのため、蛍光体３を励起させるのに必要な紫外線を発生させることができず、デッドスペース６となり、有効発光領域７が縮小されてしまう。
特許３１４９７８０号 特開平１０−１８８９１０号公報

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、始動性を改善すべく導電性物質を設けた場合においても、上記で説明したような沿面放電が発光管内面に広範囲にわたって広がることを確実に抑制することにより、有効発光領域が縮小されることのない希ガス蛍光ランプを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、内面に蛍光物質が塗布されるとともに希ガスが封入された発光管と、前記発光管の外表面に複数配設された帯状の外部電極と、これらの外部電極が配設された箇所に対応する発光管の内表面に設けられた導電性物質とを備えた希ガス蛍光ランプにおいて、前記導電性物質の近傍で、前記発光管の内表面に、少なくとも一の外部電極を周方向に覆うように、誘電体層を設けたことを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記導電性物質は発光管の端部に設けられ、前記誘電体層は、前記導電性物質より発光管の中央側に設けられることを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段において、誘電体層は、低融点ガラスを含有することを特徴とする。

第４の手段は、第１の手段において、低融点ガラスとガラス粉末、または、低融点ガラスとセラミック粉末の混合体よりなることを特徴とする。

内面に蛍光物質が塗布されるとともに希ガスが封入された発光管と、前記発光管の外表面に複数配設された帯状の外部電極と、これらの外部電極が配設された箇所に対応する発光管の端部の内表面に設けられた導電性物質とを備えた希ガス蛍光ランプの導電性物質の近傍で、発光管の内表面に誘電体層を設けることによって、発光管の内表面における導電性物質から発光管内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層の外表面に沿った距離が加算されるため、従来のランプに比して長いものとなる。すなわち、発光管の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層を設けることにより、発光管内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質に至るまでの距離が延長されるため、沿面放電が発生しにくくなり、有効発光領域が縮小される割合を抑制することができる。
また、誘電体層は、低融点ガラスを含有することにより、発光管は溶融しないが、誘電体層は溶融する温度に加熱して、誘電体層を発光管に溶着させることができる。

本発明の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図１（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図である。
希ガス蛍光ランプは、例えば、石英ガラス、鉛ガラス及びバリウムガラス等よりなるガラス管にて密閉状に構成された直管状の発光管１から構成される。発光管１の内面には希土類蛍光体、ハロリン酸塩蛍光体などよりなる蛍光体３が形成されている。発光管１の封着構造は発光管１の端部にディスク状の封着ガラス板を封着して構成される場合もあるが、例えば単に発光管１を加熱しながら縮径加工し溶断するシールによって構成することが、通常行われている。発光管１の外表面には、例えばアルミニウムテープを幅１ｍｍに切断した外部電極２が、希ガス蛍光ランプの中心軸を挟んだ対向位置に貼り付けられて構成されている。また、外部電極２は、例えば導電性ペーストをスクリーン印刷し、所定の温度で焼付けて形成したものであってもよい。
なお、この発光管１の内部空間には水銀などの金属蒸気を含まないＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種類以上を主成分とする希ガスが所定量封入されている。

導電性物質４は、発光管１の端部における内面に周方向へ延びるように設けられ、その周方向端部は、少なくとも発光管１の外面に配設された外部電極２の両方にかかり、導電性物質４と外部電極２とがガラスを介して重なるように設けられることが好ましい。導電性物質４は、カーボンペーストや銀ペースト等が用いられ、放電開始を容易にするために、発光管１の内部に少なくとも１箇所配置される。放電は、導電性物質４を起点に発生し、そこから連鎖的に発光管１の他方に広がり、希ガス蛍光ランプ全体に波及する。導電性物質４は、点灯中における光出力に影響を与えないように、通常、発光管１の端部等に設けられる。

また、外部電極２は、例えば、アルミニウムテープでできているが、帯状のものに限らず、線状やメッシュ状のものも用いられる。その材質は、アルミニウムテープに限らず、銅テープ等の金属テープや、銀ペースト等のような導電性塗料等であってもよい。

導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面に誘電体層８が設けられている。誘電体層８は、導電性物質４よりの発光管の端部側に設けても沿面放電に影響を及ぼすことができないため、導電性物質４より発光管の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍に設けなければならない。

誘電体層８は、外部電極２より周方向に長く延びる絶縁部材よりなり、発光管１の内表面に、外部電極２を周方向に覆うように設けられる。すなわち、図１（ｂ）に示すように、誘電体層８が設けられている箇所の径方向断面では、発光管１の内部空間から見ると、周方向に延びる誘電体層８は外部電極２を隠して覆うように、発光管１内表面に設けられている。このことを「周方向に覆う」ということにする。例えば、外部電極２の幅が１ｍｍであり、発光管１の肉厚が０．４ｍｍであるとき、誘電体層８の周方向の長さは１．８ｍｍ以上となる。

誘電体層８は、低融点ガラスに、例えば、ガラス粉末、セラミックス、樹脂、半導体等の高い電気抵抗を有する高抵抗材料を混ぜ合わせた絶縁部材よりなる。低融点ガラスを含有することにより、発光管１は溶融しないが、誘電体層８は溶融する温度に加熱して、誘電体層８を発光管１に焼成することができる。

次に、発光管１の内表面に誘電体層８を設ける方法の一例を説明する。酸化ビスマスと酸化ホウ素、酸化亜鉛を主な成分とする低融点ガラスと、例えばアルミナ粉末よりなるセラミック材料粉末を溶剤に練り合わせてシリンジに詰める。シリンジから混合液を定量吐出させて、発光管１の内表面に塗布し、乾燥させる。混合液が塗布された部分を発光管１の外表面から約５００°に加熱し、誘電体層８を発光管１の内表面に溶着させる。
なお、加熱温度を低めにして誘電体層８を発光管１の内表面に溶着させる場合、低融点ガラス粉末のみを溶剤に練り合わせたものを誘電体層８として形成することができる。また、セラミック材料粉末は、発光管１の熱膨張係数との差が、±１０×１０^−６（１/K）以内のものが好ましく、焼成温度条件も考慮して決める必要がある。発光管１のガラスの材質にもよるが、通常は、一般的な材料として、アルミナ粉末、シリカガラス粉末、酸化ジルコニウム粉末などが使用される。

導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面に誘電体層８を設けることによって、発光管１の内表面における導電性物質４から発光管１内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層８の外表面に沿った距離が加算されるため、従来のランプに比して長いものとなる。また、誘電体層８は絶縁部材よりなるため、電荷を吸い寄せてデッドスペース６を広げることもない。すなわち、発光管１の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層８を設けることにより、発光管１内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質３に至るまでの距離が延長されるため、沿面放電が発生しにくくなり、有効発光領域７が縮小される割合を抑制することができる。

なお、一方の外部電極２のみに、その外部電極２を周方向に覆うように発光管１の内面に誘電体層８を設けた場合にも、沿面距離を延ばすことができ、上記した沿面放電抑制効果を有する。しかし、誘電体層８が、外部電極２を周方向に覆うように設けられなければ、電荷は誘電体層８の合間から外部電極２に沿って導電性物質３に吸い寄せられるため、沿面距離を延ばすことができず、沿面放電抑制効果は有さない。

次に、本発明の第２の実施形態を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図２（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の一部断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図である。
導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、断面円状の誘電体層８が設けられる。例えば、誘電体層８は、幅１ｍｍで、発光管１の内面にリング状に設けられる。誘電体層８は、Ａ−Ａ’断面において、発光管１の内表面に、外部電極２を周方向に覆うように設けられる。なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応する。

図１に示す第１の実施形態においては、誘電体層８は外部電極２の配設位置に合わせて設けなければ沿面放電抑制効果を有さないため、発光管１の周方向に対して位置合わせをして塗布しなければならない。しかし、第２の実施形態のように誘電体層８をリング状に設ければ、誘電体層８は、発光管１の径方向に対して位置合わせをしなくても、必ず、外部電極２を周方向に覆うように設けることができる。

導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面にリング状の誘電体層８を設けることによって、発光管１の内表面における導電性物質４から発光管１内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層８の外表面に沿った距離が加算されるため、従来のランプに比して長いものとなる。すなわち、発光管１の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層８を設けることにより、発光管１内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質３に至るまでの距離が延長されるため、沿面放電が発生しにくくなり、有効発光領域７が縮小される割合を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図３（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の一部断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図である。
導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、径方向断面に対し断面Ｃ字状の誘電体層８が設けられる。例えば、誘電体層８は、幅１ｍｍで、発光管１の内面にＣ字状に設けられる。誘電体層８は、Ａ−Ａ’断面において、発光管１の内表面に、少なくとも一方の外部電極２を周方向に覆うように設けられる。なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応する。

図１に示す第１の実施形態においては、誘電体層８は外部電極２の配設位置に合わせて設けなければ沿面放電抑制効果を有さないため、発光管１の周方向に対して位置合わせをして塗布しなければならない。しかし、第３の実施形態のように誘電体層８をＣ字状に設ければ、周方向断面の１８０°以上に誘電体層８が設けられるので、発光管１の周方向に対して位置合わせをしなくても、誘電体層８は、必ず、発光管１の内表面に、少なくとも一方の外部電極２を周方向に覆うように設けることができる。

導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面に径方向断面に対しＣ字状の誘電体層８を設けることによって、発光管１の内表面における導電性物質４から発光管１内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層８の外表面に沿った距離が加算されるため、従来のランプに比して長いものとなる。すなわち、発光管１の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層８を設けることにより、発光管１内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質３に至るまでの距離が延長されるため、沿面放電が発生しにくくなり、有効発光領域７が縮小される割合を抑制することができる。

次に、本発明の第４の実施形態を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図４（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の一部断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図である。
導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、径方向断面に対し断面Ｃ字状の誘電体層８が複数設けられる。例えば、幅１ｍｍのＣ字状の誘電体層８が、発光管１の内面に３本設けられる。誘電体層８は、Ａ−Ａ’断面において、発光管１の内表面に、少なくとも一方の外部電極２を周方向に覆うように設けられる。なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応する。

図３に示す第３の実施形態においては、少なくとも一方の外部電極２を周方向に覆う誘電体層８は一箇所だけ設けられるが、第４の実施形態においては、少なくとも一方の外部電極２を周方向に覆う誘電体層８は複数箇所設けられる。発光管１の内表面における導電性物質４から発光管１内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層８の外表面に沿った距離が加算されるため、誘電体層８が複数箇所設けられる第４の実施形態では、第３の実施形態より沿面距離が長くなる。

導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面にＣ字状の誘電体層８を複数箇所設けることによって、沿面距離が、第３の実施形態に比してさらに長いものとなる。すなわち、発光管１の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層８を設けることにより、発光管１内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質３に至るまでの距離がさらに延長されるため、沿面放電がさらに発生しにくくなり、有効発光領域７が縮小される割合をさらに抑制することができる。

次に、本発明の第５の実施形態を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図であり、図５（ａ）は希ガス蛍光ランプの軸方向の一部断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図である。
発光管1の全長が、例えば５００ｍｍを超えるような長い場合、放電が発光管１全体に広がるには時間がかかるため、導電性物質４を発光管１の端部以外に形成する。これにより、導電性物質４を起点として発生する放電が、希ガス蛍光ランプ全体に連鎖的に広がる長さを、導電体物質４を端部に形成する場合に比べ、短縮することができる。これより、放電が発光管１全体に広がる時間を短縮することができる。このとき、上記した誘電体層８を導電性物質４の発光管軸方向の両側の近傍に形成する。

導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面に誘電体層８を設けることによって、発光管１の内表面における導電性物質４から発光管１内面に蓄積された電荷に至るまでの沿面距離は、誘電体層８の外表面に沿った距離が加算されるため、従来のランプに比して長いものとなる。すなわち、発光管１の内表面には、バリア放電が形成されることにより電荷が蓄積されるが、誘電体層８を設けることにより、発光管１内面に蓄積された電荷が吸い寄せられて導電性物質３に至るまでの距離が延長されるため、沿面放電が発生しにくくなり、有効発光領域７が縮小される割合を抑制することができる。

なお、図５（ｂ）において、誘電体層８は外部電極２の配設位置に合わせて設けられたものを示しているが、リング状または径方向断面に対し断面Ｃ字状の誘電体層８を設けたものや、誘電体層８を複数設けたもの、またこれらを適宜組み合わせて使用したものについても、当然のことながら、本発明の効果を有する。

次に、本発明に係る希ガス蛍光ランプの実験結果について以下に説明する。
実施例
図１に示す構成の希ガス蛍光ランプを作製した。
発光管１は、外径が１０ｍｍであり、全長が５００ｍｍ、肉厚が０．４ｍｍである。
発光用ガスはＸｅガス及びＮｅガスをＸｅ：Ｎｅ＝２：８の割合で混合した混合ガスであり、Ｘｅ分圧が１２ｋＰａである。
外部電極２は、アルミテープからなり、全長は発光管全長とほぼ同じであり、幅は１ｍｍである。
導電性物質４は、外部電極２に対応する箇所であって、外部電極２の端部に設けられ、その幅は約１ｍｍである。
誘電体層８は、外部電極２の幅より長い周方向に延びる絶縁部材よりなり、周方向の長さは３ｍ
ｍであり、発光管１の内表面に、外部電極２を周方向に覆うように設けられる。
比較例
図７に示すような、誘電体層８を有さず、実施例１と同様の仕様を有する希ガス蛍光ランプを作製した。

上記の実施例及び比較例の希ガス蛍光ランプを、入力電力１０Ｗで点灯し、軸方向に沿って、その点灯照度を測定した。図６は、導電性物質４が設けられている側の外部電極２端部からの軸方向距離に対して、軸方向中央部の輝度を１００％としたときの相対輝度を表したものである。
実施例と比較例とを比較すると、実施例の希ガス蛍光ランプは、電極端部からの軸方向距離が２５ｍｍ以上では、相対輝度が９０％以上となった。一方、比較例の希ガス蛍光ランプは、電極端部からの軸方向距離が４０ｍｍ以上で、相対輝度が９０％以上となった。以上より、導電性物質４より発光管１の中央側であって、かつ導電性物質４の近傍において、発光管１の内表面に誘電体層８を設けることによって、導電性物質が設けられている側の発光管内部で沿面放電が発生することを抑制し、有効発光領域７が縮小される割合を抑制し、発光管の端部の輝度が上昇することが確認された。

第１の実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図である。 第２の実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図である。 第３の実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図である。 第４の実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図である。 第５の実施形態の発明に係る希ガス蛍光ランプを示す図である。 本発明に係る希ガス蛍光ランプの実験結果 従来技術に係る希ガス蛍光ランプの一例を示す図である。 発光管端部の広範囲にわたって沿面放電が生成されてしまう不具合の発生原因を説明するための図である。

符号の説明

１ 発光管
２ 外部電極
３ 蛍光体層
４ 導電性物質
５ 沿面放電
６ デッドスペース
７ 有効発光領域
８ 誘電体層
１０ 電子
１１ 陽イオン
１２ 電荷

Claims (2)

1. 内面に蛍光物質が塗布されるとともに希ガスが封入された発光管と、前記発光管の外表面に複数配設された帯状の外部電極と、これらの外部電極が配設された箇所に対応する発光管の内表面に設けられた導電性物質とを備えた希ガス蛍光ランプにおいて、
   前記導電性物質は発光管の端部に設けられ、該導電性物質より発光管の中央側であって、該導電性物質に離間して、前記発光管の内表面に、発光管の内部空間から見た場合に、少なくとも一の外部電極を周方向に覆うように、誘電体層を設けたことを特徴とする希ガス蛍光ランプ。
2. 前記誘電体層は、低融点ガラスを含有することを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ。
   

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