JP2003514365A - 温度均質性を改善した放電ランプ - Google Patents

温度均質性を改善した放電ランプ

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フォルコンマー、フランク
ヒチュケ、ロタール
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ランプ内への／ランプからの熱輸送を不均質に制御することによって無声放電ランプの輝度の時間的及び場所的な均質性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［技術分野］ 本発明は誘電体バリア放電用に設計された放電ランプに関する。このような放
電ランプは通常、放電媒体（通常はキセノン、一般的には希ガスとの混合ガス）
を含む放電容器を有している。放電を点弧し維持するために電極が設けられてお
り、その場合誘電体バリア放電用に設計された放電ランプは少なくとも陽極とし
て設計された電極が放電容器の壁に設けられた誘電体膜によって放電媒体から分
離されていることを特徴とする。例えば両極性の電圧を給電される放電ランプに
も適するようにするためには、全ての電極が誘電体によって遮蔽されていてもよ
い。
【０００２】 ［従来の技術］ 誘電体バリア放電用の放電ランプの基本的な物理現象、技術的な特色及び利点
ならびに用途はここでは知られていることを前提とする。関係文献を参照できる
。
【０００３】 誘電体バリア放電用に設計された、すなわちいわゆる“無声”放電ランプの主
要な出力特徴は輝度の時間的及び場所的な均質性にある。この点に関して、放電
パターン発生の優先個所を形成する特殊な電極構造物によって、放電を放電空間
内に特に個々に局部化された放電パターンの形で分散させる特別な手段が開発さ
れた。このために例えばドイツ特許出願公開１９６３６９６５号明細書が参照さ
れる。電極構造物によって個々の放電を局部化することによって、輝度の良好な
分配を生じるように放電空間を満たす最適なパターンが空間的な配置に関して予
め定められる。しかしながら、とりわけ少なくとも１つの方向に或る程度の広が
りを有する放電ランプ（例えば、１つの長手方向を有する棒状ランプ及び２つの
長手方向を有する平面形ランプ）において、輝度の時間的及び場所的な均質性を
改善することが要求されている。
【０００４】 ［発明の説明］ 本発明は、輝度の時間的及び場所的な均質性を改善した無声放電ランプを提供
することを技術的な問題とする。
【０００５】 この問題は、本発明によれば、放電媒体を封入された放電容器と、少なくとも
部分的に誘電体膜によって放電媒体から分離された放電電極とを備え、放電容器
が少なくとも１つの長手方向に沿って延びている誘電体バリア放電用放電ランプ
において、ランプ内への／ランプからの熱輸送を長手方向に沿って不均質に制御
し、点灯時にランプ内の温度を長手方向に沿って均質化させる熱装置が設けられ
ていることを特徴とする放電ランプによって解決される。
【０００６】 本発明は、広がりを有する無声放電ランプ内の不均質性が部分的に点灯の時間
経過によって初めて発生するという認識に基づいている。その際、放電容器内の
温度分布の均質性と光放射の均質性との関係を推論できる。放電容器内には均質
に等しく分布した圧力が生ずるので、温度分布の不均質性が放電媒体の不均質な
密度分布を生ずることは明らかである。放電媒体の密度は放電の物理特性に影響
する。この意味において、取付け状態によって、ランプ自身の構造によって、外
部の温度不均質性又はその他の原因によって惹き起された温度不均質性がランプ
の広がりの少なくとも１つの長手方向に亘る輝度変動の原因となることは明らか
である。
【０００７】 特に、この密度変動が点灯時間の経過と共に形成される、すなわち純粋な場所
的変動によって一般的に点灯の始動期間における輝度分布の時間的変動に結び付
くことが判明した。それゆえ、不充分な温度均質性は二重に欠点となる。
【０００８】 本発明の一般的な構想は、ランプ内への及び／又はランプからの熱輸送を制御
する熱装置によって一般的な意味において温度分布に影響を与えることにある。
本発明において、この熱装置は、単純に例えば、冷却装置を相応に大きく設計す
ることによってランプの温度均質性を生じさせることを或る程度できる大容量の
冷却装置ではない。寧ろ、本発明は、熱装置がランプの固有温度特性に相補的に
関係したやり方で不均質に熱輸送に影響を与えることに基づいている。それによ
って、放電ランプ内に不均質な温度プロフィルが形成されることを妨げようとす
るものである。
【０００９】 ここで用いられた用語“熱装置”は基本的に熱輸送に影響を与える全ての手段
を含む。特に、ランプから外部への熱輸送の制御ならびにその逆の制御が含まれ
る。すなわち熱装置には、一般的な意味において、特別な冷却装置すなわち放電
ランプから外部への熱輸送を助成し改善する装置と、絶縁装置すなわち熱輸送を
減少させる装置と（これは一般的に放電ランプから外部への熱輸送を意味してい
る）、最後に加熱装置とがある。
【００１０】 非常に多くの場合、ランプの固有温度特性、すなわち本発明による熱装置を用
いない場合に生ずる不均質な温度プロフィルは、点灯中の放電ランプの縁部範囲
が中心範囲よりも強く加熱されないことを特徴とする。この理由は例えば、縁部
範囲の放電空間部分が大きな表面、従って強い熱損失を有することにある。しか
しながら、本発明は、例えば特別な取付け状態によって、熱を発生する他の部品
の近くに配置することによって、放電容器の特別な形状によって、又はその他の
やり方によって、不均質な温度プロフィルが発生するようにした異なった事例に
も関する。
【００１１】 本発明による熱装置の具体的な例は例えば冷却フィンを有し放電ランプに熱接
触する冷却装置である。冷却フィンの存在、その大きさ又はその配置密度は放電
ランプの固有温度特性に合わせて不均質にされる。例えば、冷却フィンはランプ
の中心部のみに設けられるか又はランプの中心部に密に配置されるか又は大面積
のものが使用される。 不均質な冷却は、例えば放電ランプの中心範囲に良好に熱伝導が行なわれるよ
うに結合されかつ良好な熱伝導性によって冷却装置として作用する取付け装置に
よっても行なうことができる。その場合例えば取付け装置は中実の金属体である
。 勿論、これらの２つの方式を組合わせることもできる。
【００１２】 他の例は、放電ランプの縁部範囲を外界から熱的に絶縁するか、又は何れにせ
よ存在する絶縁体又は絶縁特性を有する他の部品（例えば放電容器壁）によって
縁部範囲の絶縁を高めることである。これらの種々の例を詳細に説明するために
この明細書の以下の説明における実施例が参照される。
【００１３】 この明細書の序文において、個々の放電パターンの空間的分布に影響を与える
従来の手段を説明した。重要なことは、本発明によって提案された手段とこの従
来の手段とが決して相互に排除し合うのではなく、寧ろ結果的に助成し合うこと
である。その点で本発明は特に本件出願人によって開発されたパルス点灯法用に
設計された放電ランプに関する。このパルス点灯法は局部化された個々の放電パ
ターンを形成させる。詳細については従来の技術、特に国際公開第９４／２３４
４２号明細書が参照される。それゆえ特に本発明はパルス点灯法用に設計された
安定器を備え本発明に基づいて構成された放電ランプに関する。
【００１４】 無声放電ランプの重要な用途は長い棒状の放電容器を備えた放電ランプである
。この放電ランプは１つの長手方向のみへ延び、横断面においてその長手方向に
対して垂直な平面が比較的短い。このような“直線形放射器”の重要な用途は例
えばオフィスオートメーション（ＯＡ）の分野である。かかる放電ランプは例え
ばファックス装置、電子複写機におけるスキャン装置又はコンピュータ周辺機器
において使用されている。かかる放電ランプは同様に従来の光学式複写機にも良
好に適する。これに関係して、本発明は可視光を発生する放電ランプに関すると
共に例えば紫外線放射器にも関する。
【００１５】 この直線形放射器の分野において、本発明は本発明によって除去されるか又は
少なくとも軽減された欠点が経験上強く発生する比較的出力の強い直線形放射器
の場合に特別な利点を奏する。出力の強い直線形放射器は例えば０．３Ｗ／ｃｍ
以上の直線出力密度を有する。
【００１６】 本発明は例えば液晶ディスプレイのバックライト用の平面形放射器（すなわち
ほぼ二次元に平面的に広がる放電ランプ）における用途にも良好に適する。かか
る平面形放射器においても、縁部範囲に比べて中心範囲の強い冷却、又は中心範
囲に比べて縁部範囲の良好な絶縁、又は縁部範囲の加熱、すなわち本発明におけ
る意味での熱装置は有利である。このために基本的には既に詳細に述べた構成（
例えば冷却フィン）が選定される。その場合、冷却フィンは（平面形放射器の平
面における）長手方向に沿って並びにそれに対する直角方向に沿っても不均質に
配置される。このための例は以下においてさらに詳細に説明する実施例の構成要
素である。
【００１７】 実施例においても示されている他の例は、平面形放射器の放電容器に平面的に
熱接触する薄板を有する。この薄板には空所が設けられ、この空所によって、薄
板の少なくとも１つの中心範囲を縁部範囲から分離する橋絡片と、付加的に中心
範囲から縁部範囲に向けて段付けされた多数の中間範囲とが形成される。薄板の
中心範囲は、薄板自身が例えば冷却フィンを備えた冷却装置として形成されるか
又は冷却装置に熱接触することによって冷却される。橋絡片によって縁部範囲か
ら冷却された中心範囲への熱輸送を制御することが可能になり、それゆえランプ
から薄板への熱輸送の不均質な制御を行なうことができる。薄板の直接に冷却さ
れる中心範囲はランプを、橋絡片を介して中心範囲に結合された外側範囲よりも
強く冷却する。
【００１８】 ［図面の説明］ 以下において本発明を種々の実施例に基づいて詳細に説明する。その際に開示
された特徴は個々にも又は図示された組合わせとは異なる組合わせにおいても本
発明にとっては重要である。 図１は本発明の第１の実施例による放電ランプの概略図、 図２は本発明の第２の実施例による放電ランプの概略図、 図３は図２による放電ランプの横断面図、 図４は本発明の第３の実施例による放電ランプの概略図、 図５は図４の放電ランプの縁部範囲の横断面図、 図６は図４の放電ランプの中心部範囲の横断面図、 図７は本発明の第４の実施例による平面形放射器の概略平面図、 図８Ａ，８Ｂ，８Ｃは図７に示された実施例の断面図、 図９は本発明の第５の実施例による平面形放射器を示す。
【００１９】 図１は本発明の第１の実施例による無声放電ランプを示す。この放電ランプは
主として片側を閉鎖された長いガラス管１から構成され、このガラス管は開口端
部を独立した栓２によって閉鎖されている。このランプには電極構造物、発光体
被膜等の細部を付設されているが、これらは本発明にとって重要ではないので、
ここには示されていない。しかしながら、その補足としてドイツ特許第１９７１
８３９５号明細書を参照できる。勿論、この文献に示されている内側電極の代わ
りに、１つ又は複数の外側電極を使用することもできる。
【００２０】 図１において水平方向に延びる長手方向に沿って、放電ランプのできるだけ均
質な輝度が得られねばならない。これは本発明によれば冷却体３によって助成さ
れる。この冷却体はランプの全長に沿って実質的にこのランプに熱伝導結合され
ている、すなわち平面的に接している、押付けられている又は接着されている。
冷却体３は長手方向に対して垂直に配置され冷却面を形成する多数のフィン４を
有している。これらのフィンは段付けされて互いに平行に配置されている。冷却
フィン４は放電ランプの左端周辺及び右端周辺に位置する外側縁部範囲６では比
較的小さく設定されている、すなわち冷却体３のランプ近くのベース部から僅か
しか突出していない。それに対して、ランプの中央部に相当する中心範囲５では
、冷却フィン４は非常に長く形成されており、従って明らかに強い冷却作用を有
している。中心範囲５と縁部範囲６との間の冷却フィンは流線的な移行部を形成
している。
【００２１】 それとは異なり、図２には、図１に相当する放電ランプが金属外被７を備えて
いる第２の実施例が示されている。金属外被は放電ランプに良好に熱接触してい
る。図３は図２に関して水平方向に見た図２の中心範囲５の横断面図を示す。金
属外被７は放電ランプを両側から包囲しているが、断面円形の放電ランプの上側
の約１／３の部分が光放射のために空けられている。それに応じて、放電ランプ
の内部には外被７の包囲に対応する反射膜９が設けられている（ドイツ特許第１
９７１８３９５号明細書参照）。
【００２２】 図３の断面図において、反射膜９とガラス管１との間には互いに対向位置する
条帯状電極１２が設けられている。この条帯状電極はランプの上側の１／３の部
分に位置する開口部に対して対称に位置している。この個所では、外被７が条帯
状電極１２の範囲においてガラス管１に対して間隔を有する湾曲部１３を持って
いることによって、外被７とガラス管１との間に間隔が設けられている。外被７
は条帯状電極１２の少し上側及び少し下側でガラス管１に接している。この構造
は外被７と条帯状電極１２との容量性結合を僅かにする利点を有している。外被
７のその他の範囲ではガラス管１との良好な熱接触が行なわれているので、かか
る構造は熱特性にとっては重要ではない。他の実施例もほぼ同じ構造を有するこ
とができるが、これは図示されていない。
【００２３】 金属外被７は中心範囲５に脚部８を有している。この脚部はヒートシンクもし
くは熱緩衝器として作用する図示されていない他の関係する基部に良好な熱伝導
が行われるように取付けられている。これによって、中心範囲５の脚部８は外被
７、従って放電ランプから、脚部が設けられていない縁部範囲６よりも大量に熱
を排出する。すなわち、中心範囲５に脚部８を有する外被７は、第１の実施例の
場合のように、放電ランプの水平の長手方向に沿って不均質に作用する冷却体を
形成している。
【００２４】 図４，５，６に他の例が示されている。図５は図３に対応する断面図を示すが
、図４の縁部範囲６の断面図である。それに対して、図６は中心範囲５の対応す
る断面図を示す。金属外被１０は放電ランプ１０に良好に熱接触しているが、こ
の場合には冷却装置として使われているのではなく、放電ランプからの電磁放射
の遮蔽体としてだけに使われている。この機能は因みに図２の金属外被７も有す
ることができる。両事例において外被７，１０はこのためにアースされると好ま
しい。図４に示された第３の実施例の場合、縁部範囲６においては外被１０の周
りに補助的な熱絶縁体１１が設けられており、それゆえ中心範囲５は放電の損失
熱を縁部範囲６よりも良好に外部へ排出できる。この第３の実施例は放電ランプ
の長手方向に沿って放電ランプの不均質な熱絶縁を行なうという意味においては
本発明による熱装置を示している。
【００２５】 勿論、上記実施例に示された解決策は組合わせることもでき、例えば第３の実
施例による絶縁を第１又は第２の実施例による冷却と組合わせることができる。
３つの全ての事例は、直線形放射器の長手方向における温度均質性が明らかに改
善されるという点で共通している。放電ランプの内部においては同一圧力でかつ
広範囲に亘って均質な温度である場合に広範囲に亘って均質なガス密度が得られ
るので、非常に均質な輝度分布も実現される。
【００２６】 図７は平面形放射器１４の形の実施例を示す。平面形放射器１４は、専門家に
は技術的な細部に関して従来の技術から良く知られているので、ここでは平面的
に二次元に広がる板として示されている。例えば国際公開第９８４３２７６号明
細書が参照される。
【００２７】 平面形放射器１４には光放射面とは反対側の平面に冷却体１５が取付けられて
おり、この冷却体は平面形放射器の中心範囲を覆っている。図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ
は、図７に示されている線Ａ，Ｂ，Ｃに沿った平面形放射器１４及び冷却体１５
の断面図を示す（冷却体１５の側面図と共に）。冷却体は、図１の実施例の場合
のように、互いに平行に間隔をおいて延びている冷却フィン１６を有している。
冷却フィン１６は冷却体１５の中心範囲においては最高に高くなるように形成さ
れている。このために冷却フィン１６は両端部から中心の最高部位に向かって高
くなるプロフィルを有し、その場合冷却フィンの中心最高部位は、図８Ａの個々
の冷却フィン１６のプロフィルが冷却フィン１６全体の図８Ｂに示された最高部
位の包絡線にほぼ一致するように段付けされている。全体としてこれにより、冷
却フィン１６をこのように形成することによってかつ冷却体１５を縁部を含まな
い中心部に配置することによって生ぜしめられる、冷却作用の不均質性が平面形
放射器１４の中心部に重心をもって生じる。
【００２８】 図９は最後に同様に平面形放射器に関する最終の実施例を示す。この平面形放
射器は概略的に示されており、全体に符号１７を付されている。平面形放射器１
７の詳細に図示されていない放電容器の面積にほぼ一致する大きさの薄板１８が
その放電容器に平面的に良好に熱接触している。薄板１８は図９に詳細に示され
た空所を有している。この空所によって、薄板１８の中心範囲２１を縁部範囲２
０に結合する種々の橋絡片１９が形成されている。図９においては中心範囲２１
と縁部範囲２０との間にさらに中間範囲が設けられているが、これは必ずしも必
要ではない。このような１つの中間範囲によって又は複数の中間範囲によって、
放電ランプへの熱影響の不均質性が一様に形成される。
【００２９】 中心範囲２１は詳細に示されていない冷却装置（例えば冷却フィン）に接触し
ている。中心範囲２１と縁部範囲２０との間の熱輸送を薄板１８の橋絡片によっ
て制限することによって、中心範囲２１は間接的にのみ冷却される縁部範囲２０
よりも非常に強く冷却される。中間範囲はその場合勿論中間状態を取る。
【００３０】 この熱輸送の制御は橋絡片の個数と幅（図９にａ，ｂを付されている）とによ
って行なうことができる。
【００３１】 この実施例も、他の全ての実施例と同様に、ランプからの電磁放射を遮蔽する
遮蔽体としての機能を満たすか又はそのような遮蔽体と組合わせることもできる
。
【００３２】 ここに示された実施例の場合、温度変動が数１０ケルビンの標準的な範囲内に
ある限り、輝度と温度との重要な関係は判明しなかった。実際にそれから、放電
の物理特性にとって決定的なエネルギーに比較して重要になってはならない熱エ
ネルギーが発生した。ガス密度の不均質性の生成によって不等質な放電状態が発
生されない限り、場所的な均質性が改善されると共に時間的な始動挙動が実質的
に回避される。
【００３３】 特にここに示された直線形放射器の場合、さらに点灯状態に関係してすなわち
とりわけ温度の付加的な垂直不均質性を有する垂直点灯において、本発明を用い
ない場合には長い大出力の直線形放射器の内部の点弧条件が不均質になり、放電
がガス密度の低い範囲にのみ、従って大きな自由飛程でのみ発生するという状態
が生じる。かかる範囲には熱損失も集中するので、このメカニズムは自己増幅特
性を有する。本発明はここで有効な救済手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例による放電ランプの概略図
【図２】 本発明の第２の実施例による放電ランプの概略図
【図３】 図２による放電ランプの横断面図
【図４】 本発明の第３の実施例による放電ランプの概略図
【図５】 図４の放電ランプの縁部範囲の横断面図
【図６】 図４の放電ランプの中心部範囲の横断面図
【図７】 本発明の第４の実施例による平面形放射器の概略平面図
【図８】 図８Ａ，８Ｂ，８Ｃは図７に示された実施例の断面図
【図９】 本発明の第５の実施例による平面形放射器の概略図
【符号の説明】
１ ガラス管 ２ 栓 ３ 冷却体 ４ 冷却フィン ５ 中心範囲 ６ 縁部範囲 ７ 金属外被 ８ 脚部 ９ 反射膜 １０ 金属外被 １１ 熱絶縁体 １２ 条帯状電極 １３ 湾曲部 １４ 平面形放射器 １５ 冷却体 １６ 冷却フィン １７ 平面形放射器 １８ 薄板 １９ 橋絡片 ２０ 縁部範囲 ２１ 中心範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルコンマー、フランク ドイツ連邦共和国 デー‐82131 ブーヘ ンドルフ ノイリーダーシュトラーセ 18 (72)発明者 ヒチュケ、ロタール ドイツ連邦共和国 デー‐81737 ミュン ヘン テオドール‐アルト‐シュトラーセ ６

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放電媒体を封入された放電容器（１，２）と、少なくとも部
    分的に誘電体膜によって放電媒体から分離された放電電極とを備え、放電容器（
    １，２）が少なくとも１つの長手方向に沿って延びている誘電体バリア放電用放
    電ランプにおいて、ランプ内への／ランプからの熱輸送を長手方向に沿って不均
    質に制御し、点灯時にランプ内の温度を長手方向に沿って均質化させる熱装置（
    ３，４，７，８，１０，１１）が設けられていることを特徴とする放電ランプ。
  2. 【請求項２】 不均質性が放電ランプの中心範囲（５）を縁部範囲（６）と
    区別している請求項１記載の放電ランプ。
  3. 【請求項３】 熱装置（３，４，７，８，１０，１１）が冷却装置（３，４
    ，７，８）を有している請求項１又は２記載の放電ランプ。
  4. 【請求項４】 冷却フィン（４）が設けられ、この冷却フィンを配置した長
    手方向に沿って冷却フィンの幅及び／又は配置密度が不均質である請求項３記載
    の放電ランプ。
  5. 【請求項５】 良好な熱伝導が行なわれるように中心範囲（５）に結合され
    た取付け装置（８）が設けられている請求項２乃至４の１つに記載の放電ランプ
    。
  6. 【請求項６】 熱装置（１０，１１）が絶縁装置（１１）を有している請求
    項１乃至５の１つに記載の放電ランプ。
  7. 【請求項７】 縁部範囲（６）が熱絶縁されている請求項２又は６記載の放
    電ランプ。
  8. 【請求項８】 熱装置が加熱装置を有している請求項１乃至７の１つに記載
    の放電ランプ。
  9. 【請求項９】 パルス点灯法用に設計された安定器を備えている請求項１乃
    至８の１つに記載の放電ランプ。
  10. 【請求項１０】 放電電極が個々の放電の位置を決定する構造物を有してい
    る請求項１乃至９の１つに記載の放電ランプ。
  11. 【請求項１１】 放電容器（１，２）が棒状に長く形成されている請求項１
    乃至１０の１つに記載の放電ランプ。
  12. 【請求項１２】 長手方向に沿って０．３Ｗ／ｃｍ以上の直線出力密度用に
    設計されている請求項１１記載の放電ランプ。
  13. 【請求項１３】 複写装置又はスキャン装置用に設計されている請求項１１
    又は１２の放電ランプ。
  14. 【請求項１４】 平面形放射器（１４，１７）として形成されている請求項
    １乃至１３の１つに記載の放電ランプ。
  15. 【請求項１５】 放電容器に平面的に熱接触する薄板（１８）が、橋絡片（
    １９）を規定する空所を有し、橋絡片（１９）を介して薄板（１８）の縁部範囲
    （２０）に結合される中心範囲（２１）が冷却装置を有するか又は冷却装置に結
    合されている請求項１４記載の放電ランプ。
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