JP2004127539A

JP2004127539A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2004127539A
Application number: JP2002285790A
Authority: JP
Inventors: Eiju Yano; 矢野　英寿
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎ０．５％の場合においても、ランプの明るさΦ_ｍｉｎを０．５％以下に設定できる調光領域の広い蛍光ランプの提供。
【解決手段】内壁面に蛍光体被膜１が形成され、かつキセノンガスを含む放電媒体が封入されたガラス管２と、前記ガラス管２の一端側にリード線３を導出して封装された内部電極４と、前記ガラス管２の管軸方向のほぼ全長に亘って外周面に設けられた第１の外部電極５ａと、前記第１の外部電極５ａ形成外周面に絶縁体層８ａを介して設けられた第２の外部電極５ｂとを有する蛍光ランプであって、前記第１の外部電極５ａ及び第２の外部電極５ｂが互いに切り替え可能に電気的に独立し、かつ相互の設置面積が異なっていることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調光デューティ比に応じて任意な調光を行え、かつ安定した点灯が可能なバックライト用光源などに適する蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばパーソナルコンピューター、ナビゲーションなどに使用される液晶表示装置は、パーソナルコンピューターなどの普及とともに、高性能、長寿命化が要求されている。そして、それらの構成において、バックライト用光源として、一般的に、冷陰極蛍光ランプを使用しているが、光源系のさらなる高性能化も期待されている。
【０００３】
この期待に対応して、図４に構成例を縦断面的に示す蛍光ランプ（外面電極蛍光ランプ）が開発されている。すなわち、内壁面に蛍光体皮膜１が形成され、かつキセノンを主体とした希ガス（放電媒体）が気密に封入されたガラス管２と、前記ガラス管２の一端側にリード端子３を導出して封装された内部電極４と、前記ガラス管２の外周面に、管軸方向ほぼ全長に亘って所要のピッチで螺旋状に捲装された外部電極５とを有する蛍光ランプが使用されつつある。
【０００４】
ここで、ガラス管２は、外径１．２〜１５．０ｍｍ程度、長さ５０〜８００ｍｍ程度で、放電媒体としてたとえばキセノンガスを主体とした希ガスが封入されている。なお、図４において、６は外部電極５の端部、７は前記外部電極５の端部６を固定支持するために、前記ガラス管２の封止部に植設された外部電極固定用リード、８は前記外部電極５の捲装面を被覆する透光性の熱収縮チューブで、外部電極５の捲装位置ズレ防止などの機能を呈する。
【０００５】
上記蛍光ランプは、リード端子３を介して内部電極４、およびリード端子７を介して外部電極５に、電圧供給線９，１０を介して電源側１１から所要の矩形波電圧（たとえば１〜３ＫＶ）を印加すると、両電極４、５による放電が開始し、ガラス管２内で紫外線を放射する。こうして放射された紫外線が、ガラス管２内壁面の蛍光体皮膜１によって可視光線に変換され、発光効率が良好で、安定した点灯が行われる蛍光ランプとして機能する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の放電灯駆動装置の場合は、次のような不具合がある。すなわち、図４に図示した放電灯点灯方式の場合、たとえばガラス管外径３．２ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、ランプ入力Ｖ_ｐ−ｐ２０００Ｖの外面電極蛍光ランプ１３を点灯・駆動すると、蛍光ランプに対して、図５（ａ）に示すような電圧波形（パルストランス波形）の電力が印加・入力され、所要の点灯駆動が行われる。ところで、この種の蛍光ランプは、その使用過程において、発光の明るさを任意に変化・設定できること（調光性能）が要求されつつある。特に、自動車など車輌での使用においては、定格時（定常時）の明るさの約２％以下の明るさまで、安定して点灯できことが要求されている。
【０００７】
上記要求に対応した調光手段として、ＰＷＭ調光法が採られている。すなわち、定常点灯時における矩形波電圧（図５（ａ）参照）の何周期かごとに、一定期間の電圧休止期間を生じさせ（図５（ｂ）参照）、電圧を印加している期間（発光している期間）Ｔｏｎと、電圧を印加していない期間（発光していない期間）Ｔｏｆｆとの比率（デューティ比）Ｄは、
Ｄ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）……（１）
を変えることによって、ランプの明るさを変えることができる。ここで、ＰＷＭ調光周波数をｆとすると、
ｆ＝１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）……（２）
となる。ところで、電圧印加期間Ｔｏｎは、電圧印加期間Ｔｏｎにおける周期数ｎと矩形波電圧１周期の時間Ｔとの積、
Ｔｏｎ＝ｎ×Ｔ……（３）
で表すことができる。したがって、上記（１），（２），（３）の各式より、
Ｄ＝ｎ×Ｔ×ｆ……（４）
となり、この（４）によって、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎは、ｎ＝１の場合で、
Ｄ_ｍｉｎ＝Ｔ×ｆ……（５）
で示される。
【０００８】
上記のように、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎを低くするためには、矩形波電圧１周の時間Ｔ及び調光周波数ｆを共に小さくすればよいことになる。しかし、上記構成の蛍光ランプは、通常、２０ｋＨｚ（Ｔ＝５０μｓ）で点灯され、これ以上に周波数ｆを高くして矩形波電圧１周期の時間Ｔを短く設定すると、発光にチラツキを生じ易いという問題がある。また、ＰＷＭ調光周波数ｆを１００Ｈｚ以下にすると、非発光時間が長くなって点滅しているような状態を呈し、所要の安定した発光が得られない。
【０００９】
すなわち、矩形波電圧１周の時間Ｔ＝５０μｓ、ＰＷＭ調光周波数ｆ＝１００Ｈｚの場合、全光束Φ（相対値）とＰＷＭ調光デューティ比Ｄとの関係は、図６に示すように、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎは、０．５％である。ここで、ランプの明るさΦ_ｍｉｎ（調光率）は、定格点灯時の明るさの約０．５％程度で、それ以下の明るさに調光することができず調光に限界があって、実用上充分な調光を確保できていない状況にある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎ０．５％の場合においても、ランプの明るさΦ_ｍｉｎを０．５％以下に設定できる蛍光ランプの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光ランプは、内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつキセノンガスを含む放電媒体が封入されたガラス管と、前記ガラス管の一端側にリード線を導出して封装された内部電極と、前記ガラス管の管軸方向のほぼ全長に亘って外周面に設けられた第１の外部電極と、前記第１の外部電極形成外周面に絶縁体層を介して設けられ、前記第１の外部電極とは異なる設置面積を有する第２の外部電極と、前記内部電極及び前記第１あるいは第２の外部電極間に印加する交流電圧を発生する交流電源と、この交流電源によって発生する交流電圧を、前記内部電極と前記第１の外部電極間、および、前記内部電極と第２の外部電極間に選択的に印加する切り替え手段とを備え、前記切り替え手段は、調光デューティ比に応じて前記第１の外部電極及び第２の外部電極を切り替えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の蛍光ランプにおいては、前記第１の外部電極及び第２の外部電極は、それぞれ前記ガラス管の管軸方向のほぼ全長に亘って外周面に導体を捲回してなる螺旋状電極であり、かつ、互いに巻線ピッチが異なることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の蛍光ランプにおいては、前記第１の外部電極の巻線密度は前記第２の外部電極の巻線密度より大であり、前記切り替え手段は、前記調光デューティ比が大きい場合は前記内部電極と前記第１の外部電極間に交流電圧を印加し、前記調光デューティ比が小さい場合は前記内部電極と前記第２の外部電極間に交流電圧を印加するように切り替え制御することを特徴とするものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、内部電極と外部電極との間に所定の電圧が印加されるランプ構成において、外部電極の設置面積が小さいほど、ガラス管の静電容量が小さくなるため、ランプのインピーダンスが増加して管電流が低くなり、その結果、ランプの明るさを暗く制御できる。また、外部電極を互いに隔絶させて、かつ設置面積を異ならせて分割型化しておき、デューティ比Ｄの小さい領域で外部電極を切り替えて点灯させることによって、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎにおいても、ランプの明るさをさらに暗く設定（調光範囲の拡大）できることに着目して達成されたものである。
【００１５】
本発明において、蛍光ランプは一方の放電電極が発光管内に封装され、他方の放電電極が発光管外周面に配置された構成の外部電極型の蛍光ランプである。そして、前記外部電極が互いに異なった設置面積を有する分割型に、かつ絶縁隔離され、切り替え可能に設置されている点で特徴付けられる。
【００１６】
ここで、分割型外部電極は、たとえば２分割型である。そして、各分割外部電極は、設置面積が互いに異なる状態に設定される。すなわち、同一径の導線を捲装配置する場合には、捲装ピッチを変えて、また、異径の導線を捲装配置する場合には、同一捲装ピッチもしくは捲装ピッチを変えて、ガラス管外周面に対向する（設置する）面積が互いに異なる状態に設定されている必要がある。なお、各外部電極は、導電線の捲装に替えて、導電性箔の貼着方式などでもよく、また、設置面積比は、一般的に、１０：１２　〜１０：５０程度でよい。さらに、各分割型外部電極間の電気的な絶縁は、一般的に、分割型外部電極層間に透光性絶縁フィルムなどの介挿で行われるが、要は、分割型外部電極間の絶縁が確保されればよく、この絶縁の手段は他の方式であってもよい。
【００１７】
本発明に係わる蛍光ランプは、内部電極及び外部電極に矩形波駆動電圧を印加して駆動・点灯するに当たって、分割型外部電極が使い分けられる。すなわち、調光（調光率の選択）に応じて、設置面積の大きい外部電極への給電、あるいは設置面積の小さい外部電極への給電に切り替えスイッチＳで切り替えられる。したがって、実際の点灯駆動に当たっては、各分割型外部電極に対応する接続端子を有すると共に、切り替えスイッチ機構を備えた点灯回路装置を使用することになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２及び図３を参照して実施例を説明する。
【００１９】
図１は、実施例に係る蛍光ランプの概略構成を示す断面図で、次のような構造と成っている。すなわち、内壁面に蛍光体皮膜１が形成され、かつキセノンを主体とした希ガス（放電媒体）が気密に封入されたガラス管２と、前記ガラス管２の一端側にリード端子３を導出して封装された内部電極４と、前記ガラス管２の外周面に、管軸方向ほぼ全長に亘って、かつ互いに絶縁隔離されて所要のピッチで螺旋状に捲装された外部電極５ａ，５ｂとを有する蛍光ランプである。
【００２０】
ここで、ガラス管２は、外径１．２〜１５．０ｍｍ程度、長さ５０〜８００ｍｍ程度で、放電媒体としてたとえばキセノンガスを主体とした希ガスが封入されている。また、この実施例の場合、外部電極５ａ，５ｂは、一方の外部電極５ａが比較的密なピッチで捲装配置され、他方の外部電極５ｂが比較的粗なピッチで捲装配置されている。つまり、ガラス管２の外周面に対する外部電極５ｂの設置面積に較べて、外部電極５ａの設置面積を相対的に大きく設定した構成と成っている。
【００２１】
そして、これら外部電極５ａ，５ｂの捲装配置面は、それぞれ透光性の熱収縮チューブで８ａ，８ｂで被覆され、外部電極５ａ，５ｂの捲装位置ズレ防止などの機能も併せて呈する構成を採っている。なお、図１において、６ａ，６ｂは外部電極５ａ，５ｂのリード端子であり、前記熱収縮チューブで７ａ，７ｂの被覆に伴って固定的に支持されている。
【００２２】
上記蛍光ランプは、リード端子３を介して内部電極４、およびリード端子６ａもしくは６ｂを介して外部電極５ａもしくは５ｂに、電圧供給線９，１０を介して電源１１から所要の矩形波電圧（たとえば１〜３ＫＶ）を印加すると、内部電極４と、外部電極５ａもしくは５ｂとの間で放電が開始し、ガラス管２内で紫外線を放射する。こうして放射された紫外線が、ガラス管２内壁面の蛍光体皮膜１によって可視光線に変換され、発光効率が良好で、安定した点灯が行われる蛍光ランプとして機能する。
【００２３】
上記点灯動作において、ＰＷＭ調光を行う際は、調光デューティ比Ｄに応じて、以下のように外部電極５ａ，５ｂに対する給電を切り替える。すなわち、調光デューティ比Ｄが高い範囲では、内部電極４と設置面積の大きい外部電極５ａとの間に高周波電圧を印加して放電を行わせる。逆に、調光デューティ比Ｄが低い範囲では、内部電極４と設置面積の小さい外部電極５ｂとの間に高周波電圧を印加して放電を行わせる。なお、外部電極５ａ，５ｂの設置面積は、相対的なものであるから、外部電極５ａの設置面積に較べて、外部電極５ｂの設置面積を大きく設定してもよい。勿論、この場合は、調光デューティ比Ｄが高い範囲では、内部電極４と設置面積の大きい外部電極５ｂとの間に高周波電圧を印加して放電を行わせる。逆に、調光デューティ比Ｄが低い範囲では、内部電極４と置面積の小さい外部電極５ａとの間に高周波電圧を印加して放電を行わせる。
【００２４】
より具体的に説明すると、たとえば外径３ｍｍ、内径２．４ｍｍ、長さ１６０ｍｍのガラス管２で、内壁面に蛍光体被膜１が設けられ、また、キセノンを主体とする放電媒体を封入すると共に、一端側に内部電極４を封装する一方、外周面に第１の外部電極５ａ及び第２の外部電極５ｂを設置した蛍光ランプを用意する。ここで、第１の外部電極５ａは、径０．１ｍｍの導線をピッチ２．０〜４．０ｍｍ程度で捲装して形成され、また、第２の外部電極５ｂは、径０．１ｍｍの導線をピッチ３．０〜５．０ｍｍ程度で捲装して形成されており、両外部電極５ａ，５ｂは、熱収縮性チューブ８ａで絶縁された構成と成っている。なお、外部電極５ａ，５ｂの捲装ピッチは、内部電極４から遠ざかる方向で小さく設定されている。
【００２５】
上記蛍光ランプをバックライト用装置に装着し、常套的な手段によって、内部電極４と第１の外部電極５ａとの間、もしくは内部電極４と第２の外部電極５ｂとの間に、一定の高周波電圧を印加して点灯駆動し、ＰＷＭ調光デューティ比Ｄ（％）と蛍光ランプの全光束Φとの関係は、図２に示す如くであった。図２において、直線Ａは第１の外部電極５ａ側に高周波電圧を印加した場合であり、また、直線Ｂは第２の外部電極５ｂ側に高周波電圧を印加した場合である。
【００２６】
図２から分かるように、蛍光ランプの明るさは、いずれの場合もＰＷＭ調光のデューティ比Ｄに、ほぼ比例して変化しているが設置面積の大きい第１の外部電極５ａを使用した場合の方が、設置面積の小さい第２の外部電極５ｂを使用した場合に較べて明るくなる。したがって、図３に示すように、ＰＷＭ調光のデューティ比Ｄが高い領域では、ランプの明るさを明るくできる第１の外部電極５ａを使用し、また、ＰＷＭ調光のデューティ比Ｄが低い領域では、ランプの明るさを暗くできる第２の外部電極５ｂを使用するように切り替えることによって、最低デューティ比Ｄ_ｍｉｎ（＝０．５％，ｆ＝１００Ｈｚ，Ｔ＝５０μｓ）における明るさをΦ_Ｂｍｉｎまでの暗さまで調光できるので、従来の蛍光ランプに較べて調光範囲の広い蛍光ランプとして機能する。
【００２７】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば外部電極を３以上の分割型とし、コレラを切り替える構造としてもよいし、また、ガラス管の形状・寸法、あるいは外部電極の材質や形状なども適宜選択できる。また、上記本発明およびその実施形態の説明においては、外部電極５ａを第１の外部電極とし、外部電極５ｂを第２の外部電極としたが、これらを互いに逆にしてもよいことはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、内部電極及び外部電極に高周波（矩形波）電圧を印加して蛍光ランプを駆動・点灯するに当たり、予め相互の設置面積を変えて分割型に設置してある外部電極を切り替え使用する構成を採っている。つまり、外部電極の選択によって、互い異なったＰＷＭ調光デューティ比Ｄの発光（明るさ）が得られるため、外部電極の切り替え使用で、さらに幅広い範囲での調光が可能である。したがって、高品位な画像表示など期待される液表表示装置などのバックライトとして好適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る蛍光ランプの概略構成を示す断面図。
【図２】内部電極及び設置面積を異ならせた外部電極に高周波電圧を印加して発光させたときの全光束とＰＷＭ調光デューティ比との関係例を示す特性図。
【図３】実施例に係る蛍光ランプにおける全光束とＰＷＭ調光デューティ比との関係例を示す特性図。
【図４】従来の蛍光ランプの概略構成を示す断面図。
【図５】図４の蛍光ランプの点灯回路の駆動電圧波形を示す図で、（ａ）蛍光ランプ点灯回路による定格点灯時の高周波電圧波形図、（ｂ）蛍光ランプ点灯回路によるＰＷＭ調光時の高周波電圧波形図。
【図６】従来のＰＷＭ調光方式による全光束とＰＷＭ調光デューティ比との関係例を示す特性図。
【符号の説明】
１……蛍光体被膜
２……ガラス管
３……内部電極リード端子
４……内部電極
５ａ……第１の外部電極
５ｂ……第２の外部電極
６ａ……第１の外部電極リード端子
６ｂ……第２の外部電極リード端子

Claims

内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつキセノンガスを含む放電媒体が封入されたガラス管と、前記ガラス管の一端側にリード線を導出して封装された内部電極と、前記ガラス管の管軸方向のほぼ全長に亘って外周面に設けられた第１の外部電極と、前記第１の外部電極形成外周面に絶縁体層を介して設けられ、前記第１の外部電極とは異なる設置面積を有する第２の外部電極と、
前記内部電極及び前記第１あるいは第２の外部電極間に印加する交流電圧を発生する交流電源と、
この交流電源によって発生する交流電圧を、前記内部電極と前記第１の外部電極間、および、前記内部電極と第２の外部電極間に選択的に印加する切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は、調光デューティ比に応じて前記第１の外部電極及び第２の外部電極を切り替えることを特徴とする蛍光ランプ。
前記第１の外部電極及び第２の外部電極は、それぞれ前記ガラス管の管軸方向のほぼ全長に亘って外周面に導体を捲回してなる螺旋状電極であり、かつ、互いに巻線ピッチが異なることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
前記第１の外部電極の巻線密度は前記第２の外部電極の巻線密度より大であり、前記切り替え手段は、前記調光デューティ比が大きい場合は前記内部電極と前記第１の外部電極間に交流電圧を印加し、前記調光デューティ比が小さい場合は前記内部電極と前記第２の外部電極間に交流電圧を印加するように切り替え制御することを特徴とする請求項２記載の蛍光ランプ。