JP2003346729A

JP2003346729A - 誘電体バリア放電蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2003346729A
Application number: JP2002153630A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nishikatsu; 健夫西勝
Original assignee: Osram Melco Ltd
Current assignee: Osram Melco Ltd
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体バリア放電蛍光ランプの発光を減じる
ことなく良好な始動特性を実現する。【解決手段】誘電体バリア放電蛍光ランプは、内部に
放電ガスを封入したガラスバルブ１と、少なくとも一つ
の電極が誘電体で被膜された一対の電極４，５とを有
し、ガラスバルブ１の端部から離れた位置で、ガラスバ
ルブ１の放電空間に露出するように電子放射材料の被膜
７を局部的に設けた。電子放射材料の被膜７は、蛍光体
被膜３の上に、放電空間に露出するよう塗布される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘電体バリア放
電蛍光ランプに関する。特に、コピー機や液晶のバック
ライト等に用いられる水銀を用いない蛍光ランプに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば、特開平４−２８４３４
８号公報に示された従来の放電灯装置を示す図である。
図において、１はガラスバルブを示し、ガラスバルブ１
の外面には、互いに対向して外部電極４，５が形成され
ている。これら外部電極４，５は、例えば、銀ペースト
をガラスバルブに沿って帯状に塗布して形成されてい
る。

【０００３】これら外部電極４，５は、高周波トランジ
スタインバータ回路のような高周波電源６に接続されて
いる。高周波電源６は、１ＫＨｚから１００ＫＨｚ程度
の高周波電力を発生するようになっている。

【０００４】ガラスバルブ１の内面には、蛍光体被膜３
が形成されている。ガラスバルブ１の端部には、アルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の電子放射材料の被膜７（電子放射
材料を用いた被膜）を形成してある。ガラスバルブ１の
端部には、蛍光体被膜３は塗布されていない。また、ガ
ラスバルブ１の内部には、キセノンを主体としたガスが
封入されている。

【０００５】高周波電源６から外部電極４，５に電圧が
印加されると、誘電体であるガラスを介して放電ガスの
充填してあるガラスバルブ１の内部空間に電界が印加さ
れて放電が始まる。放電電流は、誘電体であるガラスを
介して流れる。このように、電極が誘電体で覆われ、誘
電体の障壁（バリア）を介して行われる放電は、誘電体
バリア放電と呼ばれる。放電が始まると、キセノンガス
が励起されて１４７ｎｍの共鳴励起紫外線や２原子分子
（エキシマ）からの１７２ｎｍの真空紫外線が放射され
る。これらの紫外線は、バルブ内面の蛍光体に吸収され
て可視光線に変換される。

【０００６】電子放射材料の被膜７は、蛍光体表面など
と比べて、微弱な宇宙線や周囲の光によってより多くの
初期電子を放出し、また、高周波電源６により電圧が印
加されたときには、２次電子放出によって多くの電子を
放出する。これにより、電子放射材料の被膜７がない場
合と比べて、始動電圧の低下および始動開始までの放電
遅れ時間の短縮といった始動特性改善効果をもたらす。

【０００７】上記の例では、蛍光体被膜３のない端部に
電子放射材料の被膜７が設けられているが、その他とし
て、蛍光体被膜３に電子放射物質を混合する方法や蛍光
体被膜３の下地として電子放射材料の被膜を設ける方法
も考えられている。しかし、電子放射材料が放電ガス空
間にほとんど露出しないこのような構造では、始動特性
改善効果は小さい。

【０００８】また、キセノンの放射する紫外線は、１４
７ｎｍの共鳴放射紫外線および１７２ｎｍに中心をもつ
エキシマの放射する紫外線であり、非常に短波長である
ため、ほとんどの物質はこの紫外線を透過しない。電子
放射材料で、この波長域で良好な透過率を示すものは知
られていない。例えば、アルミナもこの波長域では十分
な透過特性を持っていないため、例えば、蛍光体に混合
した場合、かなりの真空紫外線を吸収して蛍光体に到達
するのを妨害し、輝度を低下させるという副作用を生じ
る。

【０００９】一方、このようなランプは、コピー機、フ
ァクシミリ、イメージスキャナ等の読み取り用光源また
は液晶バックライト用に用いられるため、ランプ中央か
ら端部まで均一に発光することが望まれる。しかし、ラ
ンプの中央付近では、その両側からも光が届くのに対し
て端部では片側からしか光がこないために、中央部に比
べて暗くなる傾向を必然的にもっている。

【００１０】このため、上記のように電子放射材料を端
部に露出して設ける方法は、その部分に蛍光体を設けた
場合を考えると、それに比べて得られる端部の輝度が低
くなる。また、始動に寄与する電子放出は、電界によっ
て加速されたイオンの衝突による２次電子放出の影響を
受けるため、電極上に比べて高電界の発生しない電極か
らはずれた位置にある場合は、始動特性改善の効果は小
さくなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電灯装置は、
以上のように構成されていたので、端部の輝度低下を避
けることができなかった。

【００１２】また、始動特性の改善効果が不十分である
といった問題点があった。

【００１３】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、良好な輝度および輝度分布を
保ちつつ良好な始動特性を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る誘電体バ
リア放電蛍光ランプは、内部に放電ガスを封入したラン
プ管と、少なくとも一つの電極が誘電体で被膜された一
対の電極とを有する誘電体バリア放電蛍光ランプにおい
て、上記ランプ管の端部から離れた位置で、ランプ管の
放電空間に露出するように電子放射材料の被膜を局部的
に設けたことを特徴とする。

【００１５】この発明に係る誘電体バリア放電蛍光ラン
プは、内部に放電ガスを封入したランプ管と、少なくと
も一つの電極が誘電体で被膜された一対の電極とを有す
る誘電体バリア放電蛍光ランプにおいて、上記ランプ管
は、上記ランプ管の内面に塗布された蛍光体被膜と、上
記ランプ管の端部から離れた位置であって、上記蛍光体
被膜上の一部分に、上記放電空間に露出するように設け
た電子放射材料の被膜とを備えることを特徴とする。

【００１６】この発明に係る誘電体バリア放電蛍光ラン
プは、内部に放電ガスを封入したランプ管と、少なくと
も一つの電極が誘電体で被膜された一対の電極とを有す
る誘電体バリア放電蛍光ランプにおいて、上記ランプ管
の端部を除く部分であって、ランプ管の一部分に、ラン
プ管の放電空間に露出するように電子放射材料の被膜を
設けたことを特徴とする。

【００１７】上記電子放射材料の被膜は、上記一対の電
極の一方が配置された範囲の一部分に設けられることを
特徴とする。

【００１８】上記放電ガスは、キセノンガスを主体とし
て含むことを特徴とする。

【００１９】上記電子放射材料の被膜は、上記ランプ管
の端部よりも輝度が高い位置に設けられることを特徴と
する。

【００２０】上記電子放射材料の被膜は、上記ランプ管
の中央部分であって、上記一対の電極の一方が配置され
た範囲に設けられることを特徴とする。

【００２１】上記が電子放射材料は、酸化マグネシウム
とアルミナとのいずれかであることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわる誘電体バ
リア放電蛍光ランプを、その実施の一形態を示す図面に
基づき具体的に説明する。なお、図において、同一符号
は、従来のものと同一または相当のものを示す。

【００２３】実施の形態１．図１は、本発明にかかわる
誘電体バリア放電蛍光ランプの一部破断側面図であり、
図２は、図１のＸ−Ｘ’断面図である。図において、１
は外径１０ｍｍ、内径８．４ｍｍ、全長３５０ｍｍのガ
ラスバルブ（ランプ管）、２はガラスバルブ１の内面に
設けられた酸化チタンあるいはアルミナ等からなる反射
膜、３は反射膜２の上に塗布された蛍光体被膜、４，５
はガラスバルブ１の外面に設けられた銀ペーストまたは
アルミテープ等の導電体からなる帯状の外部電極（電
極）、６は外部電極４，５に接続され、１ＫＨｚ〜２０
０ＫＨｚ程度の高周波電力を供給するトランジスタイン
バータ等の高周波電源、７はガラスバルブの端部から離
れたほぼガラスバルブの中央で、外部電極の位置に相当
する蛍光体被膜上に形成されたアルミナまたは酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）等の電子放射材料の被膜（電子放射
材料を用いた被膜）である。ガラスバルブ１内には図示
されないが、放電ガスとして、キセノンガスが１３３０
０Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）〜１９９５０Ｐａ（１５０Ｔ
ｏｒｒ）程度封入されている。放電ガスは、放電のため
に封入するガスである。なお、蛍光体被膜３は、内面全
面を覆っているが、反射膜同様、一部分膜のない開口部
を持つアパーチャ形としてもよい。

【００２４】高周波電源６より電圧が電極４，５に印加
されると、誘電体であるガラスバルブ１とその内面の反
射膜２、蛍光体膜３を介してバルブ内部のガス空間に電
界が発生する。ガス空間に微量に存在する初期電子は、
この電界により加速されて増倍を開始する。電界により
加速されたイオンは、電極上の蛍光体に衝突する。その
一部は、電子放射材料の被膜７に衝突する。電子放射材
料の被膜７は、イオンの衝突により、２次電子を放出す
る。この２次電子放出により電子増倍が起こり、放電開
始に至る。

【００２５】始動改善の効果を調べるため、端部より１
０ｃｍ（端部から長さ方向に１０ｃｍ）の電極の位置に
３ｍｍ角のアルミナおよび酸化マグネシウムの粉体の被
膜を設けて暗黒中で始動時間を測定した。高周波電圧を
７０ＫＨｚ、０−ｐｅａｋ値（ゼロピーク値）で２００
０Ｖ（ボルト）とし、５時間暗黒中で放置後、暗黒中で
平均始動時間を測定した。なお、封入ガスは、キセノン
１５９６０Ｐａ（１２０Ｔｏｒｒ）とした。

【００２６】電子放射材料の被膜７のない場合、平均遅
れ時間は０．１５秒であった。これに対して、電子放射
材料の被膜７としてアルミナを用いた場合は０．０１
秒、電子放射材料の被膜７として酸化マグネシウムを用
いた場合は０．００２秒であった。なお、電極部４，５
の上ではなく、二つの電極４，５の中間に同様に酸化マ
グネシウムを配置した場合（図３）、平均遅れ時間は
０．０８秒であった。二つの電極４，５の中間とは、長
さ方向の中間ではなく、径方向の中間を意味する。従っ
て、二つの電極上ではなく、電極のない部分に電子放射
材料の被膜７が配置される。このことから電子放射材料
の効果は、イオン衝突による２次電子放出の影響が大き
いことが考えられる。

【００２７】一方、酸化マグネシウムなどの電子放射材
料は、キセノンから放射される真空紫外線が蛍光体に到
達することを妨げるため、その影響を調べた。コピー機
などでは、ランプから５〜１５ｍｍ程度の位置の原稿面
照度が問題になる。ここでは、ランプから８ｍｍの距離
の照度分布を測定したが、電子放射材料の被膜７の近傍
（前後２０ｍｍ）では、照度の変動幅はわずかに２％以
下であり、電子放射材料の被膜７に明らかに依存する大
きな照度の落ち込みは観測されなかった。これは、電子
放射材料の面積が小さいことと、材料が反射率の良好な
白色材料であることとのためと考えられる。

【００２８】一方、比較のためガラスバルブの端部に、
３ｍｍ幅で内面全周に酸化マグネシウムを塗布した場合
の端部付近の照度を測定した。発光部の端部から３０ｍ
ｍの位置で、ランプから８ｍｍの距離の照度は、ランプ
中央での照度に比べて、端部に酸化マグネシウムのある
場合、８２％であったのに対して、８６％の照度が得ら
れた。

【００２９】電子放射材料の被膜７の蛍光体被膜３に対
する面積の割合について検討する。電子放射材料の被膜
７は発光しないため、蛍光体被膜３に対する面積の割合
に比例して、全体の明るさが低下する。このため電子放
射材料の被膜７の面積は十分に小さい必要がある。一般
的には、１％以下が適当（好ましい）といえる。

【００３０】次に、電子放射材料の被膜７を配置する、
ガラスバルブの端部から距離について検討する。電子放
射材料の被膜７は、端部の影響のないところに設けるこ
とになる。この距離は、ランプ（ランプ管）の管径がお
もに影響する。また照度の測定距離も影響する。蛍光体
被膜３の条件でも多少変わることが考えられる。従っ
て、一つのデータからは厳密には決められないが、一例
としては次のように考えられる。

【００３１】図１に示したランプの端部からの照度をみ
ると、端部から５０ｍｍのところで中央の９７％の照度
（ランプから８ｍｍの距離の照度）があり、端部の影響
はわずかである。ランプの外径は１０ｍｍであるので、
ランプの外径の５倍でほぼ端部の影響がなくなったとい
える。１００ｍｍ（１０倍）では、明らかな低下は認め
られない。一般的には、管径の５倍以上の距離があれば
十分であるといえる。上記は管状型のランプで検討した
が、平板型のランプの場合は、管径の代わりに厚みを代
用に使うことによって、同様に考えることができる。

【００３２】図４は、本実施例の製造方法の例であり、
先端部に電子放射材料の粉体のペーストを付着させた棒
状の冶具８を矢印方向にガラスバルブの一端から挿入し
た後、蛍光体膜に押し付けて転写する。その後、ガラス
バルブに放電ガスを封入して端部を密閉する。

【００３３】実施の形態２．以上の実施の形態の説明で
は、外面電極４，５の場合について述べたが、ガラスバ
ルブの内面に電極を形成して誘電体層で被覆した内面電
極型にも応用が可能である。

【００３４】図５は、このような内面電極型の誘電体バ
リア放電蛍光ランプの一実施例を示す断面図である。図
において、４，５はガラスバルブ１の内面に印刷用銀ペ
ーストなどの導体からなる帯状の電極であり、これら電
極は低融点ガラスなどで形成された誘電体層９で被覆さ
れている。さらに、誘電体層９は、反射膜２、蛍光体被
膜３で被覆されている。さらに、その上に電子放射材料
の被膜７が形成されている。上記以外の図１と同じ符号
を付けた構成要素は、実施の形態１と同様であるため、
説明を省略する。以下の図においても同様である。

【００３５】実施の形態３．また、これまで述べてきた
実施の形態においては、円筒型のガラスバルブを例に説
明したが、必ずしもこれに限られることはなく、例え
ば、箱型形状のランプに形成することも可能である。図
６は、箱型構造の誘電体バリア放電の一実施例を示す断
面図である。図において、ランプはコの字断面（Ｕ字型
の断面）のガラス部材１０と前面ガラス板１１の二つの
部品から構成されている。これら二つの部品は、ガラス
フリットによって気密に封着される。４と５の電極は、
外面に導電性金属ペーストなどで設けられる。

【００３６】この場合、電子放射物質の被膜の形成は、
図４のように側面から行う必要はなく、コの字の開口面
から行うことができる。なお、電極は、図５のような内
面電極にすることも可能である。

【００３７】実施の形態４．これまでの実施の形態にお
いては、概略、直線状のランプについて説明したが、必
ずしもこれに限られることはなく、例えば、平面型の誘
電体バリア放電蛍光ランプに適用することも可能であ
る。

【００３８】図７は、このような平面型の誘電体バリア
放電蛍光ランプの部分断面図である。図８は、全体の電
極の配置を示す正面図である。図において、１１は前面
ガラス板、１２は背面ガラス板、１３はガラス枠であ
る。ガラス枠１３は、図１のガラスバルブに相当し、ラ
ンプ管の一例である。電極は、多数の平行な陰極１４と
陽極１５からなっており、陰極１４および陽極１５は、
誘電体層９で被覆されている。その上には反射膜２が形
成されており、さらに、蛍光体被膜３で被覆されてい
る。また、前面ガラス板１１の内面にも蛍光体膜３が形
成されている。陽極１５は、陰極１４の両側に位置する
ように配置されている。

【００３９】陰極１４および陽極１５は、端部で共通に
接続されており、全体としてそれぞれ櫛型の構造をして
いる。また、陰極１４は多数の小さな突起を有してお
り、この突起部から最も近い陽極との間で放電が発生す
る。また、中央付近の陰極１４の突起上に酸化マグネシ
ウムなどの電子放射材料の被膜７が厚膜印刷などの方法
で形成されている。この場合は、電極構造が陰極１４と
陽極１５で異なっており、対称な交流電圧ではなく、陰
極１４に負の高電圧となる非対称なパルス電圧で点灯さ
れる。

【００４０】なお、電極の配置は、この例に限られるも
のではなく、例えば、陰極１４と陽極１５が交互に並ぶ
構成でもよい。また、他の実施の形態のように、電極は
陰極１４と陽極１５が同じ構造であってもよい。さら
に、電極は、放電容器の内表面に限らず、外表面にあっ
てもよい。また、一つの電極が外表面にあり、もう一方
の電極が内表面に設けることも可能である。

【００４１】実施の形態５．上記実施の形態１から実施
の形態４において、封入する放電ガスは、キセノンに限
られるものではなく、キセノンにネオンなどの他の希ガ
スを混合したものを使用することもできる。放電ガス
は、放電させるために封入するガスであれば、他のガス
であってもよい。また、付着強度を改善するため、あら
かじめ電子放射材料被膜部分の蛍光体膜を除去した上で
電子放射材料の被膜を形成することも可能である。ま
た、上記実施の形態では、電子放射材料の被膜７を一つ
配置した例を用いて説明したが、複数の電子放射材料の
被膜７を配置しても構わない。また、ガラスバルブ、ガ
ラス枠は、ランプ管の一例であり、ガラス以外の他の材
質の場合もあり得る。

【００４２】以上のように、上記実施の形態の誘電体バ
リア放電蛍光ランプは、キセノンガスを主体とした放電
ガスを封入するとともに、少なくとも一つの電極が誘電
体で被覆された蛍光ランプにおいて、ランプ端部から離
れた位置で、電極表面の放電空間に接する面に局部的に
電子放射材料の被膜を設けたことを特徴とする。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下のような効果を奏する。

【００４４】ランプ端部から離れた位置で、電極表面の
放電空間に接する面に局部的に電子放射材料の被膜を設
けたことによって、端部の輝度低下を招くことなく、良
好な始動特性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部破断側面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ’断面図。

【図３】図２において電子放射材料の被膜の位置を変
更した場合の断面図。

【図４】電子放射材料被膜の形成方法を示す一部破断
断面図。

【図５】内面電極を有する実施例の断面図。

【図６】箱型構造の実施例の断面図。

【図７】平面型構造の実施例の部分断面図。

【図８】平面型構造の電極の配置例を示す図。

【図９】従来の蛍光ランプの断面図。

【符号の説明】

１ガラスバルブ、２反射膜、３蛍光体被膜、４，
５電極、６高周波電源、７電子放射材料の被膜、
８冶具、９誘電体層、１０ガラス部材、１１前
面ガラス板、１２背面ガラス板、１３ガラス枠、１
４陰極、１５陽極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に放電ガスを封入したランプ管と、
少なくとも一つの電極が誘電体で被膜された一対の電極
とを有する誘電体バリア放電蛍光ランプにおいて、上記ランプ管の端部から離れた位置で、ランプ管の放電
空間に露出するように電子放射材料の被膜を局部的に設
けたことを特徴とする誘電体バリア放電蛍光ランプ。
【請求項２】内部に放電ガスを封入したランプ管と、
少なくとも一つの電極が誘電体で被膜された一対の電極
とを有する誘電体バリア放電蛍光ランプにおいて、上記ランプ管は、上記ランプ管の内面に塗布された蛍光体被膜と、上記ランプ管の端部から離れた位置であって、上記蛍光
体被膜上の一部分に、上記放電空間に露出するように設
けた電子放射材料の被膜とを備えることを特徴とする誘
電体バリア放電蛍光ランプ。
【請求項３】内部に放電ガスを封入したランプ管と、
少なくとも一つの電極が誘電体で被膜された一対の電極
とを有する誘電体バリア放電蛍光ランプにおいて、上記ランプ管の端部を除く部分であって、ランプ管の一
部分に、ランプ管の放電空間に露出するように電子放射
材料の被膜を設けたことを特徴とする誘電体バリア放電
蛍光ランプ。
【請求項４】上記電子放射材料の被膜は、上記一対の
電極の一方が配置された範囲の一部分に設けられること
を特徴とする請求項１から３いずれかに記載の誘電体バ
リア放電蛍光ランプ。
【請求項５】上記放電ガスは、キセノンガスを主体と
して含むことを特徴とする請求項１から３いずれかに記
載の誘電体バリア放電蛍光ランプ。
【請求項６】上記電子放射材料の被膜は、上記ランプ
管の端部よりも輝度が高い位置に設けられることを特徴
とする請求項１から３いずれかに記載の誘電体バリア放
電蛍光ランプ。
【請求項７】上記電子放射材料の被膜は、上記ランプ
管の中央部分であって、上記一対の電極の一方が配置さ
れた範囲に設けられることを特徴とする請求項１から３
いずれかに記載の誘電体バリア放電蛍光ランプ。
【請求項８】上記が電子放射材料は、酸化マグネシウ
ムとアルミナとのいずれかであることを特徴とする請求
項１から３いずれかに記載の誘電体バリア放電蛍光ラン
プ。