JP2004158467A

JP2004158467A - 蛍光ランプ装置

Info

Publication number: JP2004158467A
Application number: JP2004055006A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nishikatsu; 健夫西勝; Sadayuki Matsumoto; 貞行松本; Takehiko Sakurai; 毅彦櫻井; Junichiro Hoshizaki; 潤一郎星崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】印加電圧のピーク値を上げることなく、光出力が大きい蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入した蛍光ランプと、上記外壁の導電体に、電圧が０の休止期間が１周期に一度もない交流の矩形波電圧を印加する電圧印加手段とを備えた蛍光ランプ装置であって、上記導電体間の放電により上記放電容器内に上記希ガスのエキシマを発生させ、上記エキシマから放射される紫外線によって上記蛍光体を励起して可視光線を放射させるようにする。
【選択図】図４

Description

この発明は、ファクシミリ、複写機、イメージリーダなどの情報機器に利用される原稿照明用や、大型ディスプレイ装置、電光掲示板などの表示装置に利用される表示用放電ランプに関するものである。

近年、ファクシミリ、複写機、イメージリーダなどの情報機器の原稿照明用光源や、大型カラーディスプレイ装置などの表示用光源として蛍光ランプが用いられている。これらの用途ではランプに対してより小型、高輝度、長寿命で、かつ信頼性が高いことが求められている。従来はランプ内部に電極を有することから多くの制約を受けて、そのためランプ内部に電極を持たない蛍光ランプが考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

図７（ａ），（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、従来の蛍光ランプを示す斜視図、断面図及びその点灯装置を示す回路図であり、図において、１は蛍光ランプ、２は内部にキセノンガスを主体とした希ガスを封入した直管状のガラスバルブ、３はガラスバルブ２の内面に形成された蛍光体層、４はランプ内で発生した光をランプ外に照射する光出力部、５及び５ｂは光出力部４に沿う両側に、アルミ箔からなり、所定の幅員でガラスバルブ２の外壁にほぼ全長に亘って密着し、互いに対向して配設された帯状の外部電極、６は外部電極５ａ，５ｂを含めたガラスバルブ２上に被覆されたシリコンレジンの透明な絶縁性被膜である。また、７は蛍光ランプ１を点灯する高周波点灯回路、８は高周波点灯回路７を介して外部電極５ａ，５ｂに接続され、所定の高周波電圧を印加する交流電源である。

外部電極５ａ及び５ｂに高周波点灯回路７より、正弦波交流電圧を印加すると、外部電極５ａ，５ｂに挟まれたガラスバルブ２の内部空間に、キセノンガスの放電を生じ、このキセノンガスの放電により紫外線が発生し、ガラスバルブ２の内面に形成した蛍光体層３を励起して可視光線を発生し、光出力部４よりランプ外に放射する。

また我々の研究では、このようなガラスバルブの内部に希ガスを封入し、外壁に外部電極を設けた蛍光ランプは、電極間の放電によりガラスバルブ内側の電極部表面上に希ガスのエキシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）が発生し、そのエキシマから放射される紫外線によって蛍光体が励起され可視光線を放射することが分かっている。従って、効率よく、より高輝度を得るには、外部電極面積を大きくし、電極間距離を短くすればよく、このような蛍光ランプが特願平４−２３６５３号に示されている。

特開平３−２２５７４５号公報（第３頁左上欄第１７行〜左下欄第４行、第１図）

上記のような従来の蛍光ランプは、誘電体であるガラスバルブを介して放電を行うので、高い電圧を印加する必要がある。またランプ電流は放電空間を含んだ電極間の静電容量によって決まるので、より高輝度を得ようとすると、さらに電極間の電圧値を上げなければならず、それにより、ガラスバルブ外側の沿面放電が問題になるだけでなく、回路上の絶縁対策を強化しなければならないなどの問題点があった。

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、電圧のピーク値を上げることなく、光出力が大きい蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。
また、放電開始電圧の低い蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプ装置は、内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入した蛍光ランプと、上記外壁の導電体に、電圧が０の休止期間が１周期に一度もない交流の矩形波電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記導電体間の放電により上記放電容器内に上記希ガスのエキシマを発生させ、上記エキシマから放射される紫外線によって上記蛍光体を励起して可視光線を放射させるものである。

この発明は低い電圧で放電が開始し、また、低いピーク電圧で大きな光出力を得ることができる効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。図１において、１はこの発明の蛍光ランプ、２は蛍光ランプ１を構成する直径３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの誘電体である鉛ガラス製の直状円筒状のガラスバルブ、ガラスバルブの内壁のほぼ半面には蛍光体層３が形成されており、残りの半面はランプ内部で発生した光をランプ外に照射する光出力部４となっている。５ａ，５ｂはそれぞれ幅２．５ｍｍの導電体である外部電極で、ガラスバルブ２の外壁に電極間距離０．４ｍｍで設けられている。ガラスバルブ２の内部にはキセノンを主体とした希ガスが数十Ｔｏｒｒ以上の圧力で封入されている。また、図２において７は蛍光ランプ１を点灯するための電圧印加手段を構成する駆動回路で、駆動回路７はトランジスタなどのスイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで構成されたフルブリッジ回路で、９は駆動回路７に直流電圧を供給するための直流電源である。また、駆動回路７はリード線１０ａ，１０ｂによって、蛍光ランプ１の外部電極５ａ，５ｂに接続されている。

このような構成の蛍光ランプ装置について動作を説明する。直流電源９から駆動回路７に供給された直流電圧は、スイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄをそれぞれＯＮ−ＯＦＦ制御することによって、外部電極５ａ及び５ｂの間には矩形波交流電圧が印加され、放電が発生する。その際発生した紫外線は蛍光体層３を励起し、蛍光体によって決定される可視光に変換される。蛍光体から発生した可視光は光出力部４から放射される。

以下、この放電の特徴について詳しく説明する。電力は誘電体であるガラスバルブを介して、すなわち外部電極と放電ガスの容量結合によりランプ内部に印加される。放電電流は誘電体により制限され、グロー放電からアーク放電といった形態には発展しない。また特定の場所に放電が集中せず、外部電極に面したガラスバルブ内面全体から放電が発生する。放電は外部電極間に電圧を印加し、ランプ内部が放電可能な電界になると開始する。その後、放電により発生した電子やイオンなどの電荷がガラスバルブ表面に蓄積し、その結果、ランプ内部の電界が弱まり放電を持続することができなくなり、放電が停止する。このため、電流は印加した電圧の極性が反転した直後に多く流れ、電流はほぼパルス状になる。ランプ内部の放電状態を詳細に観察すると、外部電極に面したガラスバルブ内面全体がほぼ一様な光に覆われており、さらに対となる電極間に糸状の放電が多数発生しているのが見られる。

図３（ａ）は蛍光ランプ１に印加した矩形パルス状の電圧波形であり、図３（ｂ）はそのときの印加電圧−輝度特性である。図３（ｂ）には従来の正弦波で点灯した特性を比較のために示した。なお封入ガスはキセノン６０Ｔｏｒｒ、印加電圧の周波数は４０ｋＨｚである。印加電圧は０−ｐｅａｋ値で示してある。

図３（ｂ）より同じ印加電圧の場合、正弦波に比べ矩形パルスのほうが高い輝度が得られることが分かる。これは正弦波の実効値に対するｐｅａｋ値の比が変わる効果だけでなく、正弦波と矩形パルスでは放電状態が異なるためと考えられる。正弦波では電圧が穏やかに変化するため、ばらばらのタイミングで糸状の放電が発生し、様々な状態の放電がみられる。このため紫外線の発生に対して必ずしも最適な放電条件ではない。これに対して矩形パルスでは電圧の急激な変化により、糸状の放電が一斉に、ほぼ均一に発生し、紫外線の発生に適した状態が得られるためと考えられる。

また放電開始電圧は、例えば４０ｋＨｚで、正弦波の場合、約５００Ｖであるのに対して矩形パルスの場合は約４３０Ｖであり、放電開始電圧が低下する。このため矩形パルスの場合、放電開始を含めて低いピーク電圧で動作させることが可能である。放電開始電圧が低下する現象は、放電開始時と電圧印加時に遅れ時間があることが一つの要因と考えられる。正弦波の場合、ピーク電圧は瞬間的にしか印加されないが、矩形パルスの場合は高い電圧が継続して印加されることが影響している。

実施の形態２．
図４（ａ）は図３（ａ）と異なり休止期間のない矩形波の電圧波形である。図４（ｂ）は図４（ａ）の電圧波形を印加したときの印加電圧−輝度特性である。図４（ｂ）では比較のために休止期間のある矩形パルス（図３（ｂ））の場合を示してある。なお、印加電圧の周波数は８０ｋＨｚである。

図４（ｂ）より矩形波（図４（ａ））は休止期間のある矩形パルス（図３（ａ））に比べて大幅に高い輝度を示すことがわかる。矩形パルスのデューティー比を大きくして休止期間のない矩形波に近づけた場合でも明らかに異なった輝度特性を示している。これは矩形パルス（図３（ａ））の場合、瞬間的には０−ｐｅａｋ値の電圧差が発生するのに対して、矩形波（図４（ａ））の場合、ｐｅａｋｔｏｐｅａｋの大きな電圧差が発生するため高電圧を印加された場合と類似の効果が生じるためと考えられる。

実施の形態３．
図５（ａ）は図３（ａ）とは異なり、１周期に１回の休止期間を有する矩形パルスの電圧波形を示す。図５（ｂ）は図５（ａ）の電圧波形を印加したときの印か電圧−輝度特性である。比較のために図３（ａ）の電圧波形の特性を示してある。いずれの矩形パルスも１周期のうち電圧が印加されている期間が５０％の場合である。

図５（ｂ）より、図５（ａ）の矩形パルスは図３（ａ）の矩形パルスに比べて高い輝度が得られることが分かる。これは矩形パルス（図３（ａ））の場合、瞬間的には常に０−ｐｅａｋ値の電圧差が発生するのに対して、図５（ａ）の矩形パルスの場合、１周期に一度、ｐｅａｋｔｏｐｅａｋの大きな電圧差が発生するため高電圧を印加された場合と類似の効果が生じるためと考えられる。

実施の形態４．
図６（ａ）はガラスバルブ２の外壁に複数対の外部電極５ａ，５ｂを設けて、それぞれの外部電極対に印加する電圧を制御して、部分発光制御可能な蛍光ランプを示したものである。また図６（ｂ）は図６（ａ）の蛍光ランプを複数配置し画像表示装置を構成したものであり、このような構成の蛍光ランプ及び画像表示装置においても、実施の形態１〜４に示す波形の電圧印加が適用でき、同様の効果が得られる。

なお、外壁電極の形状及び配置は特に上記実施の形態１〜４に示したものに限るものではなく、外壁に面状に配置されていれば、任意の形状及び配置で設けてよい。

また、蛍光ランプを点灯する駆動回路も、上記実施の形態では、スイッチング素子のフルブリッジ回路としたが、ハーフブリッジ回路でもよく、また、所望の電圧波形を発生させることができるものであれば、任意の駆動回路でよい。

この発明の実施の形態１による蛍光ランプの斜視図である。この発明の実施の形態１による蛍光ランプ装置を示す図である。この発明の実施の形態１による印加電圧波形と輝度特性の図である。この発明の実施の形態２による印加電圧波形と輝度特性の図である。この発明の実施の形態３による印加電圧波形と輝度特性の図である。この発明の実施の形態４による蛍光ランプ及び画像表示装置を示す斜視図である。従来の蛍光ランプの斜視図、断面図及びその点灯回路図である。

符号の説明

１蛍光ランプ、２放電容器のガラスバルブ、３蛍光体層、５導電体の外部電極、７電圧印加手段を構成する駆動回路。

Claims

内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入した蛍光ランプと、上記外壁の導電体に、電圧が０の休止期間が１周期に一度もない交流の矩形波電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記導電体間の放電により上記放電容器内に上記希ガスのエキシマを発生させ、上記エキシマから放射される紫外線によって上記蛍光体を励起して可視光線を放射させることを特徴とする蛍光ランプ装置。
電圧印加手段は、外壁の導電体に、電圧が８００Ｖより小さい交流の矩形波電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ装置。
管状の放電容器の外壁に一対の導電体を設けると共に、上記一対の導電体は、上記放電容器の長手方向に沿って帯状に、互いの長辺の一端側が隣接配置するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光ランプ装置。
放電容器内にキセノンガスを封入したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光ランプ装置。