JP2003229093A

JP2003229093A - 誘電体バリア放電を利用した紫外線発光管及びバックライト

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Publication number: JP2003229093A
Application number: JP2002027146A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watanabe; 聡渡辺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の電子機器類、例えばテレビ、パソコ
ン、携帯電話等に用いられる液晶デイスプレイのバック
ライトの紫外線発光器は、封入ガス物質の可視光線への
転換率不足等のため、光度が十分ではなく画面がやや暗
いものが多かった。また、紫外線発光管のガス封止部分
は、従来技術では発光しないから、特に小中型のデイス
プレイでは、画面の周囲に２０〜３０％も存在していた
ので、研究者らは、多くのメ−カ−より、その改善を要
求されて来たが、今までのところ難問の１つとされ、未
解決であった。本発明は、この難問を解決して、液晶デ
イスプレイを用いる機器に完全に明るい画面を提供し、
かつ使用電力を極小化する手段を提供することを課題と
する。【解決手段】本発明は、その紫外線発光管１内に封入
するガスの種類を全く独創的に開発し、かつ、紫外線発
光管１の電極を、管の外部に設けると共に、蛍光体の塗
料を管の外部、特に封止部も含めて外側全部に塗ること
により、発光管全体が発光するように、革新的製法をも
開発したことにより解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の誘電体バリ
ア放電管よりも、遙かに超細管型で、かつ超小型で而
も、従来のバックライトよりも１０倍以上発光効率が良
く、長寿命であり、更に、画期的製造手段により、製造
し易く、従ってコストも安価であり、現在製造販売され
ている、紫外線発生装置を大幅に改善できることはもと
より、テレビ、パ−ソナルコンピュ−タ、携帯電話等の
液晶用バックライトも改善されデイスプレイが画期的に
見易く改善される等、極めて広範囲に応用が期待されう
る独創的、進歩性ある、紫外線発光管及びバックライト
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、紫外線を発光する装置は、非常に
多いが、いずれも構成上、発光の効率、或いは製造手段
において、未だ欠点ないし問題点を有する。第１の従来
技術は、特開平７−８５８３９のようなもので、２重管
形放電灯で、発光管を交換できるものである。これは金
属部材の酸化を防止できるので、長寿命となる。第２の
従来技術は特開平１１−１６５４１のようなもので、２
重管構造の無電極放電ランプである。この無電極放電ラ
ンプは、保護管内に収容され密閉されており、ランプを
効率良く点灯させると共に、ランプ保持材の寿命を十分
に延ばすことができる。

【０００３】第３の従来技術は、特開平７−２８８１１
３のようなもので誘電体バリア放電ランプである。これ
は２重管構造であるが、封入ガスはキセノンと塩素ガス
であり、管の太さは２３．５ｍｍと太く、封入部も長
い。第４の従来技術は、特開平９−２３７６０８のよう
なもので、封入物質として水銀を必ず入れ、共にアルゴ
ン、クリプトン、キセノン又はネオンのいずれかを封入
するが２重管ではない。用途は水処理用であり、太く
て、大きい構造である。

【０００４】第５の従来技術は、特開平１１−２６５６
８９のようなもので、封入用ガスはエキシマ用ガスとし
ており、ガスの種類が特定されていない。また、これは
２重管構造ではない。かつ内部電極のため、電極導出に
モリブデンの封じ部が必要であり、排気用チップが中央
部にある構造である。第６の従来技術は、特開平８−２
７３６２０のようなもので、バックライトであり、封入
ガスはキセノンと水銀で、内部電極である。また、冷陰
極放電管であるので、封止部があり水銀よりも融点の低
いキセノンを入れ低温での発光を容易ならしめる構造で
ある。

【０００５】第７の従来技術は、特開２００１−４３８
３０のようなもので、バックライトであり、封入ガスは
キセノンと水銀で、内部電極である。紫外線の発生部に
セリウムを塗布して紫外線が外部に出てこないようにす
る。第８の従来技術は、特開２０００−１１９５３のよ
うなもので多重管構造であるが、これは、単にガラス管
が破損しないように保護することを目的としている。ま
た有機材料のスペ−サを使用するもので内部陰極構造で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
種の従来技術には、次に述べるような、多くの問題点、
諸欠点が存在する。第１の従来技術では、２重管は一体
になっていないので、構造上弱く不安定なものである。
また、この構造は、保温の目的もあるから、細くすると
２重にしても、保温の役には立たず、従って細くはでき
ない。次に、この構造では、蛍光体を塗布することがで
きないからバックライトに使用できない。内部電極管使
用では寿命が短い等、多くの欠点を有する。また第２の
従来技術は、２重管は一体ではなく、発光に無効な部分
がある。外管は単なる保護管の関係であるから、いわゆ
る２重管による紫外線発光器とは、目的も構造も異な
る。また、封入されているガスは、チッ素ガスであるか
ら、紫外線は透過困難であり、またこの構造では蛍光体
を塗布することができないから紫外線発光器の目的が達
せられないなどの多くの欠点を有している。

【０００７】次に、前記第３の従来技術では、２重管構
造ではあるが、封入ガスはキセノンと塩素ガスであり、
塩素とガラス容器とが反応して、寿命が短いという欠点
がある。また、管径も２３．５ｍｍと太く、蛍光体を塗
布する場所は管内部であり、管径を細くすると、蛍光体
が塗布しにくく、この構造では、塗布厚が薄いことを必
要とする。前記第４の従来技術は、２重管ではない。か
つ、封入ガス中に必ず水銀を入れるので、自然環境によ
くない。更に、これは水処理用であるから、太くて大
きい構造であり、従ってバツクライトの目的に関しては
欠点がある。

【０００８】第５の従来技術は、封入ガスをエキシマ用
といっているが、ガス種の幅が広く漠然としており、特
定されていないという問題点がある。また、内部電極使
用であり、２重管構造ではないから、エキシマガスと内
部電極とが、化学反応して、寿命が短く、発光効率は上
がらないという問題点がある。第６の従来技術はバック
ライトであり、封入ガスはキセノンと水銀であるから、
発光効率は上がらないという問題点がある。また内部電
極を導出する封止部が両端にあり無効な部分であり、発
光効率が上がらない原因となる。更に、冷陰極放電管使
用であるから、放電原理が異なり、旧式なものであるか
ら、誘電体バリア放電と比較すると、紫外線の発光効率
は低いという欠点がある。

【０００９】次に、第７の従来技術は、バックライトで
あるが、封入ガスがキセノンと水銀であり、また、内部
電極使用であるから、封じ部に欠点があり、従って、発
光効率は上がらないという問題点がある。更に、冷陰極
放電管使用であるから、放電の原理が旧式であり、従っ
て、誘電体バリア放電に比較して発光効率は低くまた、
セリウムを塗布することを要件にしているが、セリウム
使用では紫外線が外部に出ないという欠点がある。更
に、第８の従来技術は多重管構造であるが、その構造
上、ガラス管の破損に対する保護が目的のものであり、
有機材料のペ−サを使用するもので、発光効率は上がら
ないという欠点がある。また内部陰極を使用するため、
封じ部に欠点があり矢張り発光効率は低いという欠点が
ある。

【００１０】また、その他の従来技術では、図４、図５
のような例もあるが、いずれも欠点がある。図４は従来
の代表的なバックライトの構造を示す。細管１０の内部
に、蛍光塗膜６ｂが塗布され、間隙７ｂにＡｒ，Ｈｇ，
Ｘｅガスが挿入される。１２は内電極であり、これを導
出するために、封止部１３があり、この封止部１３を保
護するためにゴムブッシュ１１がある。これは冷陰極放
電管であるので、内電極も、近辺に陰極降下部があり、
発熱する。また、Ｌ字型などに加工する場合は、内間隙
の遮断が起こると、機能不良となるという欠点がある。
図５は従来のバックライトの使い方であるが、ＬＣＤ導
光板１４の幅より、封止部１３が、はみ出した構造とな
らざるを得ず、これも機能に障害があるなど欠点があ
る。本発明は、前記多くの従来技術の問題点、諸欠点を
除去して、従来に比し、発光効率は、無発光な部分がな
く、格段に向上する、画期的新規の紫外線発光管及びバ
ックライト、加わえて、若干の独創的なその製造方法を
も提供することを、その目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の手段を創始し諸問題を解決した。即
ち、その第１の特徴は、不活性ガスとハロゲンガスを充
填した二重管構造を有するガラス製放電容器と誘電体バ
リア放電を行なう為の電極とからなる誘電体バリア放電
ランプにおいて、前記充填するガスを、不活性ガスと六
フッ化硫黄と同位体臭素を封入した紫外線発光管である
ことである。また、第２の特徴は、前記不活性ガスがア
ルゴン及び／又はクリプトン及び／又はキセノンであ
り、希釈ガス（キヤリアガス）がヘリウム及び／又はネ
オン及び／又はアルゴンとして、不活性ガスがアルゴン
の時は１６１ｎｍ又は１９９ｎｍ、クリプトンの時は２
４８ｎｍ、キセノンの時は３５１ｎｍと、それぞれの波
長を主体的に発光させる紫外線発光管及びバックライト
であることである。次に第３の特徴は、該外管を４ｍｍ
以下の石英細管とし、更に、該外管外側に、２重管両端
の封止部、頭部も含めて蛍光体を塗布した誘電体バリア
放電を利用した紫外線発光管及びバックライトであるこ
とである。

【００１２】上記、本発明の課題を解決する手段につい
て、更に説明する。不活性ガス、エキシマガスという名
称は幅が広く、特定できない。本発明では、蛍光体を刺
激して発光させることができ、目的とする紫外線を発光
させる封入ガス構成である。波長１６１ｎｍを発光させ
るにはＡｒＢｒの化合物が必要であり、波長１９３ｎｍ
を発光させるにはＡｒＦの化合物が必要であり、波長２
４８ｎｍを発光させるにはＫｒＦの化合物が必要であ
り、波長３５１ｎｍを発光させるにはＸｅＦの化合物が
必要である。しかし、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性ガ
スは化学反応しにくい。したがって、ＡｒＢｒ，Ａｒ
Ｆ，ＫｒＦ，ＸｅＦは特殊な条件下でのみしか存在しな
い化合物である。そこで、本発明では、ＳＦ₆（六フッ
化硫黄）が常温でガス状であること、臭素が⁷⁹Ｂｒ（５
０．６９％），⁸¹Ｂｒ（４９．３１％）の同位体を持
ち、常温下では液体であるが、６０℃ではガス状である
こと、その為、瞬時に入れかわる機会が増し、フッ素が
瞬間分離する機会が増し、放電という特殊な条件下で
は、ＡｒＢｒ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦの化合物が出来
ることである。フッ素はもともと非常に反応性が強く、
硝子容器と反応して消耗してゆきランプ寿命は、甚だし
く短い。上記理由によりフッ素と臭素が入れかわること
で、つまり臭素の同位体効果により、実用的にバックラ
イトとして使用可能な長寿命管が達成できる。考えるこ
とができる主な化学式は次の通りである。Ａｒ＋２ＳＦ₆＋Ｂｒ→ＳＦ₆・ＳＦ₅Ｂｒ＋ＡｒＦＳｉＯ₂＋４Ｆ→ ＳｉＦ₄＋Ｏ₂ ^↑ SiF₄ ＋ 4 Br → SiB
r₄ ＋４Ｆ^↑

【００１３】手段について更に説明する。六フッ化硫
黄、臭素などは、重量が重く、細い放電管内を自由に拡
散できない。そこで、封入する不活性ガスよりも軽いキ
ャリアガスを合せて封入するが、これも目的とする紫外
線発光放電に影響を与えない不活性ガスとする。具体的
には、安価であることも条件であるので、ヘリウム，ネ
オン，アルゴンのいずれかとする。キャリアガスは全体
構成比の７０〜８５％である。

【００１４】手段について更に説明する。臭素は常温で
液体である。臭化メチルなど気体もあるが、オゾン層破
壊物質であると特定され２００５年迄に使用できなくな
る。そこで液体臭素を用いる臭素は、多孔質なシリカ
（シリカエアロゾル）に浸漬し放電管内に導入する。そ
の具体的手法は外形１ｍｍ程度のガラス細管内に多孔質
シリカを入れガラス管内部を十分な真空にしておく。液
体臭素内において、ガラス管の先を破壊して、真空吸引
力により臭素をポ−ラスシリカに吸引させ、必要量のカ
プセルを作成する。使用法は放電管内に導入し、ＳＦ₆
とキャリアガスと不活性ガスを導入後、カプセルを加熱
破壊してＢｒをとり出す。

【００１５】手段について更に説明する。バックライト
は液晶デイスプレイの光源として必要な物である。液晶
デイスプレイは超薄型を特徴としており、導光板の側面
から光を導入し、前平面から均一に光を拡散させ、液晶
に照射する必要がある。従来のバックライトは、蛍光
管、冷陰極蛍光管などが使用されるが、内部電極構造で
あり、その内部電極の導出の為、必ず導入線部、つまり
封止する部分があり、この部分が発光しない。超薄型、
超小形を要求する液晶デイスプレイにとって、大きな欠
点である。本発明は誘電体バリア放電である為、外管の
外側にメッシュ状或いは透明な電極であり、発光出力を
妨げない。封止部についても蛍光体を塗布できるので、
発光管のすみからすみ迄、全体を発光体ならしめる構造
である。その為、液晶デイスプレイにとって管全長を有
効な光源として使用できる。携帯形の電子手帳の様に比
較的小さな液晶デイスプレイには非常に有効な手段であ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。蛍光体は管外部に塗布されるが、紫外線に対して
可視光に変換する効率の良い蛍光体と、光透過を妨げな
い粘着液が必要である。蛍光体はデイスプレイ用とし
て、赤緑青の３原色を使用する。具体例は、次の材料を
用いる。赤；イットリウムガドリニウムボレ−トのユ−ロピュウ
ム付活緑；けい酸亜鉛のマンガン付活青；バリウムマグネシウムアルミネ−トのユ−ロピュウ
ム付活粘着液には無機系の物が使用できる。蛍光体塗布後焼成
した後に残る結着材がＳｉＯ2 であるような結着液たと
えばトウペ製ポ−セリン♯２００が使用できる。実施の
形態について更に説明する。バックライトは液晶デイス
プレイの導光板周囲から均一に有効に光を導入させる目
的でＬ字形、コの字形に折り曲げて使用する場合があ
る。本発明では２重管を構成した後に上記形状に変形加
工を行なう。かつ、電極が外部に設けられる為に、従来
の内部電極形に比べて、変形加工が自由であり、加工後
に電極のとりつけ、蛍光体の塗布が可能である。

【００１７】次に、石英ガラス容器の２重管構造では、
内、外管は、真空紫外線を含む紫外線透過硝子の石英硝
子管を用い、外管直径は４ｍｍ以下、これに伴い内管直
径は約２ｍｍ以下となる。而して、それ等の長さは任意
であるけれども、２０〜１０００ｍｍ以上と広い範囲に
設定することができる。内管内には、例として、メッシ
ュ状、棒状等の金属の内電極を設け、外管の外側には、
ＳnＯ2やＩＴＯ（インジニュウムチタンオキサイド）な
どの透明な導電膜及び／又はステンレス，アルミニュ−
ムなどにより構成されたメッシュ状電極を設ける。更
に、最外側に蛍光体を塗布したものを用いる。内外管の
間隙には、上記の不活性ガスと、ハロゲンガスとして、
６フッ化硫黄と同位体臭素を、キヤリアガスと共に封入
する。臭素は、自然界より採取したＢr ７９と８１の同
位体がほぼ半分づつふくまれているので、これを利用す
る。発生させる所望の紫外線の波長により、不活性ガス
の種類を選ぶ方式である。例えば、１９３ｎｍ所望なら
ばＡｒＦであり、２４８ｎｍならばＫｒＦであり３５１
ｎｍならばＸｅＦを選ぶという実施の形態による。

【００１８】（実施例１）図１は本発明の実施例１の紫
外線発光管１の縱断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線
拡大横断面図である。図示のように、紫外線発光管１
は、石英硝子製の外管２と、同じく石英硝子製の内管３
と、外管２を囲むメッシュ状の外電極４と、内管３内に
配置されるメッシュ状ないしは棒状の内電極５と、外電
極４を被包する蛍光塗膜６と、外電極４と内電極５間に
架設される高周波電圧源８等とから構成される。直径Ｄ
₁の外管２直径ｄ₁の内管３は、超細円筒状の管からな
り、外管２の端部は尖頭状又は丸状のガス封入部９が形
成されている。また外管２と内管３との間には間隙７が
あり、この間隙７内にはＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性
ガスとハロゲンガスとして六フッ化硫黄および同位体臭
素とが封入されている。次に、高周波電圧源８に２００
０Ｖ，２０ＫＨｚ程度の高周波電圧をかけると紫外線が
発生し、外側の蛍光塗膜６が発光し、従来にない格段に
輝度の強い光線が発光される。また、逆に、従来と同一
程度の輝度を得るためには約１０分の１程度の電力で済
むことが解った。また、この発光をテレビやパソコンの
バックライトとして使用すると、従来と同一の画面の明
るさを得るためには、従来の約１０分の１の電力でデス
プレイを見ることができる。従って、本発明における同
一消費電力に対する発光効率は従来に対して約１０倍で
あることが確認された。本発明の発光管の発熱は均一で
あり、従来のものよりも、温度が低い。

【００１９】（実施例２）図３は本発明の実施例２の紫
外線発光管１ａの縦断面図である。その構成内容は図
１、２に示した紫外線発光管１とほぼ同一である。ただ
し全体として小型のものからなる。即ち、外管２ａの直
径Ｄ₂はＤ₁より小径であり、例えばＤ₁が４ｍｍの場
合、Ｄ₂は２ｍｍである。また、内管３ａの直径ｄ₂はｄ
₁より小径であり、例えばｄ₁が２ｍｍの場合、ｄ₂は
０．５ｍｍである。この場合、内管３ａの直径ｄ₂は細
いため、内部に挿入する内電極５ａは細い線状電極でよ
い。例えば、鋼線、モリブデン線などである。また、全
長も紫外線発光管１が３００ｍｍに対して紫外線発光管
１ａは２０〜１００ｍｍと短い。この紫外線発光管１ａ
の機能としては実施例１の紫外線発光管１とほぼ同一で
あり、重複説明を省略する。また、本発明の発光管は、
コの字形などの変形加工において、間隙７ａが遮断され
ても、外部電極であるため、影響はない。

【００２０】

【発明の効果】１）本発明によれば、従来、この技術分
野に使用されていなかった同位体臭素と六フッ化硫黄の
混合ガスの適用を独創したので、誘電体バリア放電を利
用した放電管も、格段に寿命が長くなり、発生する真空
紫外線も蛍光体励起可能となり、可視光への変換効率
が、画期的に良くなり、従って、同一消費電力で、約１
０倍以上の光度を得ることができる。これによって、デ
イスプレイ使用機器の画面の明るさが画期的に大とな
り、従来と同一の明るさにする場合は、消費電力は数分
の一となる絶大な効果を得ることができる。２）テレビ、パソコン、携帯電話等のバックライトは、
発光管の封止部の無効発光部を小さくして、有効発光部
を拡大する必要性を、各方面から要求され、未解決の難
問であったところ、本発明ではこの難問の大部分を解決
する効果を有する。即ち、従来技術では紫外線が透過せ
ず発光しなかった発光管の封止部も発光できるようにし
た。つまり、本発明では、汎用バックライトの無効発光
部を０にして、光度を飛躍的に上げる効果を得ることが
できる。３）本発明では、紫外線発光管の構造が独創的、超細型
であるから、１本が外径４ｍｍ以下で構成することがで
きるので、発光効率が、従来の約１０倍となり広範囲の
技術分野に利用できるという、大きな効果を奏する。４）更に、本発明では蛍光体を紫外線発光管の外管の外
部に塗布する構成を創出したので、製作上作りやすく、
従って製造原価を大幅に低下させ得る。５）本発明の構成によれば、電極を管内部に封止する必
要がなくなるから、この点からも、作り易く、更に製造
原価の引き下げが可能という顕著な効果を得ることがで
きる。６）常温では液体の同位体臭素の採用は、臭化メチルな
ど、有機性臭化ガスがオゾン層破壊に関与し、近い将来
使用不可となるので、本発明は環境にやさしい技術であ
るといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の紫外線発光管の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大横断面図である。

【図３】本発明の極細紫外線発光管の縦断面である。

【図４】従来の代表的なバックライトの構造の説明図で
ある。

【図５】従来のバックライトの使い方の説明図である。

【符号の説明】

１紫外線発光管１ａ紫外線発光管２外管２ａ外管３内管３ａ内管４外部電極（メッシュ状電極或いは透明導電膜）４ａ外部電極（メッシュ状電極或いは透明導電膜）５内電極５ａ内電極６蛍光塗膜６ａ螢光塗膜７間隙７ａ間隙８高周波電圧源８ａ高周波電圧源９ガス封入部ｄ₁ 内管の直径Ｄ₁ 外管の直径１０ガラス管１１ゴムブッシュ１２内電極１３封止部１４ＬＣＤ導光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不活性ガスとハロゲンガスを充填した、二
重管構造を有する放電容器と電極とからなる、誘電体バ
リア放電ランプにおいて、前記充填するガスとして、不
活性ガスと六フッ化硫黄と同位体臭素を封入し、かつ前
記２重管の外管直径を４ｍｍ以下の石英細管としたこと
を特徴とする誘電体バリア放電を利用した紫外線発光管
及びバックライト。
【請求項２】前記不活性ガスがアルゴン及び／又はクリ
プトン及び／又はキセノンであり、希釈（キャリア）ガ
スとしてヘリウム及び／又はネオン及び／又はアルゴン
である請求項１に記載の誘電体バリア放電を利用した紫
外線発光管及びバックライト。
【請求項３】前記紫外線発光管は、その２重管の両端の
封止部及び該発光管の頭部を含めて、該発光管の外側全
体に蛍光体を塗布したものである請求項１又は２に記載
の誘電体バリア放電を利用した紫外線発光管及びバック
ライト。
【請求項４】前記バックライトが、その形状において、
Ｌ字形、コの字形、逆コの字形を含め、適用する液晶デ
スプレイの形状に合せて製作されるものである請求項１
ないし３のいずれかに記載の誘電体バリア放電を利用し
た紫外線発光管及びバックライト。
【請求項５】前記紫外線発光管の２重管は、その内管構
造が金属ワイヤを包含した極細管で構成されたものであ
る請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電誘電体バリ
ア放電を利用した紫外線発光管及びバックライト。