JP2004253246A

JP2004253246A - 外部電極蛍光ランプ及び照明装置

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Publication number: JP2004253246A
Application number: JP2003042388A
Authority: JP
Inventors: Naoya Imai; 直也今井; Takashi Nishihara; 隆史西原
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】高い輝度維持率化ないし長寿命化が図られ、ＯＡ機器類や液晶ディバイスの性能向上に寄与する外部電極蛍光ランプ及び照明装置の提供。
【解決手段】外部電極蛍光ランプの発明は、内壁面に蛍光体層２が設けられ、かつ水銀及び希ガスを放電媒体として封入したガラス管１と、前記ガラス管の両端側外周面に対向してそれぞれ嵌合的に配設された一対の放電電極とを有する外部電極蛍光ランプであって、
前記蛍光ランプの主光照射面を除いた領域の蛍光体層上に水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層を被着したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電極蛍光ランプ及び照明装置に係り、さらに詳しくは長時間に亘って高い輝度維持率を呈する外部電極蛍光ランプ及び照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば液晶ディスプレイ用の光源、あるいはスキャナーなどの文字・画像読み取り用ないし露光用の光源は、応用の拡大化ないし普及に伴って、高性能化、小形化、長寿命化などが要求されている。このような要求に対応して、たとえば液晶表示装置のバックライト光源としての蛍光ランプ（低圧放電灯）においては、細管形で、高性能化や長寿命化などのレベルアップが必然的に要望されている。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）は、バックライト用光源などとして、使用されている外部電極蛍光ランプの概略構成を示すもので、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６（ａ），（ｂ）において、１は内壁面に紫外線による刺激で発光する蛍光体層２が設けられ、かつネオンやアルゴンなどの稀ガス及び水銀系の放電媒体を封入したガラス管（ガラスバルブ）、３ａ，３ｂは前記ガラス管１の両端外周面に配設された一対の外部電極（放電電極）である。
【０００４】
ここで、ガラス管１は、内径１．２〜４ｍｍ程度、長さ５０〜１０００ｍｍ程度である。また、そのガラス管１内には、たとえば０．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ^３程度の水銀と、６０〜１５０Ｔｏｒｒ（８〜１９ｋＰａ）程度の稀ガスが放電媒体として封入されている。さらに、前記構成において、外部電極（放電電極）３ａ，３ｂは、たとえば肉厚０．０１〜１ｍｍ程度、長さ５〜３０ｍｍ程度の円筒形（たとえばニッケル、アルミ、Ｃｕ、Ｆｅ等のテープや薄膜）で構成されている。そして、外部電極３ａ，３ｂを外部接続端子ソケットなどに装着し、この外部電極３ａ，３ｂ間に所要の電圧を印加すると、ガラス管１内で紫外線が放射され、この紫外線を蛍光体層２によって可視光に変換して、蛍光ランプとして機能する。
【０００５】
また、上記構成の外部電極蛍光ランプは、内部電極蛍光ランプのように導入線の封止挿通、電極の封装など構造的な煩雑さが改善されるだけでなく、細管・短小な蛍光ランプでもバックライトユニット上の有効発光領域を大きく設定し易いと言う利点もある。ここで、有効発光領域を大きく設定し易いと言う特長は、図７に平面的に示すように、非発光部となる外部電極３ａ，３ｂを支持体５に装着して、主発光部が支持体５によって狭小化されるのを回避できる。したがって、コーナー部乃至周縁部などを含め全体的に一様な輝度、一様な色度など得易いことになり、たとえば液晶表示パネルのコンパクト化などを、より効果的に図れると言える。なお、器具に対する蛍光ランプ４の装着は、両端側に嵌合的に配設した外部電極３ａ，３ｂ（非発光部）端面を外部接続用端子面と電気的に接続する構成が採られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の外部電極蛍光ランプ４は、通常、長寿命化を目的として、放電媒体中の水銀量を多め（過剰）に選択されている。ここで、水銀の過剰な封入分は、点灯動作過程において、ガラス管１内の比較的低温の領域に凝集する。たとえば、この種の蛍光ランプ４を導光板と組合せ、導光板の端面に光を入射・導光させ、導光板の主面から光放射を行うバックライトユニットの場合、導光板側に水銀が凝集する。つまり、ガラス管１内壁面の蛍光体層２は、水銀に対してほぼ一様な親和性を呈するため、照射面領域であるか否かに拘わらず、低温領域に凝集・被着することになる。
【０００７】
上記低温領域での水銀凝集は、所謂黒化の問題を提起し、凝集領域の輝度低下ないし輝度維持率の低下を招来し、光の入射効率の低下となり、結果的に、バックライトユニット等の輝度低下となる。すなわち、点灯時間の経過に伴って、全体的な発光・輝度の一様性が損なわれ、また、発光・輝度の維持率も低下して、所要の機能を十分に果たせない状態を呈する。ここで、発光・輝度維持率の低下問題は、たとえば液晶装置のフロントライトとしの利用においては、水銀の凝集部が影として視認され、また、スキャナーなどの読み取り光源としての利用においては、水銀凝集部が読み取り感度の低下を招来する。
【０００８】
上記のように、過剰な水銀封入による外部電極蛍光ランプの長寿命化対策は、一方において露光面に影として視認され、あるいは読み取り感度の低下を招来するなど、不所望な問題の発生が懸念される。つまり、一般的な照明用光源、複写機の露光用光源、ファクシミリの原稿読み取り用光源、液晶ディバイスのフロントライト用光源、バックライト用光源などに望まれている高い輝度維持率、長寿命化など高性能化において、なお、十分に対応できるものとは言えない。
【０００９】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、高い輝度維持率化ないし長寿命化が図られ、ＯＡ機器類や液晶ディバイスの性能向上に寄与する外部電極蛍光ランプ及び照明装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ水銀及び希ガスを放電媒体として封入したガラス管と、前記ガラス管の両端側外周面にそれぞれに配設された一対の放電電極とを有する外部電極蛍光ランプであって、
前記蛍光ランプの主光照射面を除いた領域の蛍光体層上に水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層を被着したことを特徴とする外部電極蛍光ランプである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の外部電極蛍光ランプにおいて、水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物がＳｉ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｎの少なくとも１種の金属元素を含む酸化物であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２記載の外部電極蛍光ランプにおいて、水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物の被覆がガラス管円周方向で１８０°以下の帯状に成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３いずれか一記載の外部電極蛍光ランプにおいて、ガラス管の外径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか一記載の外部電極蛍光ランプにおいて、放電電極がガラス管の両端側がほぼ直角に折り曲げられた領域に配設されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、外部電極蛍光ランプと、前記蛍光ランプの装着・点灯が可能な照明装置本体とを有する照明装置であって、
前記蛍光ランプが請求項１ないし請求項５いずれか一記載の外部電極蛍光ランプであることを特徴とする照明装置である。
【００１６】
すなわち、請求項１ないし請求項４の発明は、ガラス管内に放電媒体として希ガス及び水銀を封入するとともに、ガラス管の両端側外周面に外部電極（放電電極）を配設して成る外部電極蛍光ランプにおいて、主光照射面を除いた領域の一部もしくは全蛍光体層面に、水銀に対して親和性の高い金属の酸化物層を被覆・配置することを骨子とする。換言すると、水銀が正に帯電し易いことに着目して、主光照射面を除く領域の蛍光体層面に、水銀に対して親和性の高い負の帯電傾向を有する金属酸化物（複合酸化物を含む）を塗布（被覆）した点で特徴付けられる。
【００１７】
そして、この金属酸化物層の負帯電傾向によって、主光照射面を除いた蛍光体層面に、過剰な水銀を選択的に凝集（密集）化させ、主光照射面側における影の発生ないし輝度の低下を防止する。つまり、発光・照射に支障のない主光照射面を除いた領域（たとえばリフレクター側）の蛍光体層面に、負帯電傾向を有する金属酸化物を塗着しておき、これに正帯電性の水銀を選択的な静電的作用で凝集させ、前記水銀の凝集による照射面側の輝度低下を防止ないし回避を図ったものである。
【００１８】
請求項１ないし請求項５の発明において、外部電極蛍光ランプの主光照射面を除いた領域の蛍光体層面に塗布（被覆）する金属酸化物（複合酸化物を含む）は、たとえばＳｉ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｎの少なくとも１種の酸化物、もしくは前記金属元素を少なくとも２種含む複合酸化物である。ここで、蛍光体層面への塗布（被覆）は、前記金属酸化物微粒子の分散液などの塗布・焼き付けで行われる。
【００１９】
なお、水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層の被着・形成領域や形態は、外部電極蛍光ランプの使用形態によって決められる。すなわち、主光照射面がガラス管の円周方向で、たとえば１２０°程度の場合、１８０°程度の場合、２１０°の場合など、所謂アパチャー形に相応するような使用形態を採るときは、前記主光照射面を除いた他の領域面であるガラス管円周方向で、たとえば２４０°程度以内、１８０°程度以内、１７０°程度以内の蛍光体層面に設定される。
【００２０】
一般的には、使用形態の汎用性を考慮すると、ガラス管円周方向で１８０°程度以内に選択・設定することが望ましい。そして、金属酸化物層の被着・塗布（被覆）は、対応する蛍光体層面全体に、一様もしくは斑点ないし島状であってもよいし、あるいは対応する領域内の一部に帯状もしくは斑点ないし島状であってもよい。
【００２１】
請求項１ないし請求項５の発明において、ガラス管は、一般的に、内径２．０ｍｍ程度、長さ５０〜１０００ｍｍ程度であり、ガラス管内には、放電媒体として、たとえばネオン，アルゴン，クリプトン，キセノンなどの１種以上の稀ガス６０〜１５０Ｔｏｒｒ（８〜１９ｋＰａ）程度、及び水銀０．５〜２．５ｍｇ／ｃｍ^３程度の放電媒体が封入されている。
【００２２】
請求項１ないし請求項５の発明において、外部電極（放電電極）は、たとえば肉厚０．０１〜１ｍｍ程度、長さ５〜３０ｍｍ程度の導電性金属の円筒形、あるいは導電性金属酸化物層（テープ）等で構成されている。そして、この外部電極は、その端面に電気的に接続する外部リード線もしくは外部接続端子ソケットを介して所要の接地や電圧が印加される。ここで外部電極は、ガラス管外周面密着的に接合・配設することが望ましく、そのために導電性層を介在させてもよい。
【００２３】
請求項６の発明において、蛍光ランプの装着・点灯が可能な照明装置本体は、一般的な照明器具本体、ＯＡ機器類の露光用光源器具や読み取り用光源器具、液晶ディバイスのフロントライト用光源器具やバックライト用光源器具などである。
【００２４】
請求項１ないし請求項５の発明では、主光照射面を除いた領域の蛍光体層面に、水銀に対して親和性の高い負の帯電傾向を有する金属酸化物が被着され、これによって放電媒体として過剰分の水銀が凝集ないし密集される。つまり、過剰分の水銀は、光照射に影響しない領域に凝集ないし密集されるので、所謂黒化の現象が起こっても、輝度の維持率が低下する恐れがなくなり、長時間に亘って高い発光・輝度を維持する。
【００２５】
請求項６の発明では、光源を成す外部電極蛍光ランプが、長期の点灯に十分耐え、かつ高い輝度維持率を呈するので、ＯＡ機器類、液晶ディバイスなどの性能向上を容易に図ることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図１（ａ），（ｂ）、図２、図３、図４及び図５（ａ），（ｂ）を参照して実施例を説明する。
【００２７】
図１（ａ）は、第１の実施例に係る外部電極蛍光ランプの要部構成を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１において、１は内壁面に紫外線による刺激で発光する蛍光体層２が設けられ、かつ希ガス及び水銀が封入されたガラス管（ガラスバルブ）、３ａ，３ｂは前記ガラス管１の両端外周面に嵌合的に配設された一対の外部電極（放電電極）、６は、前記蛍光体層２面上で、かつ光主照射面を除いた領域に被着形成された水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層である。
【００２８】
ここで、ガラス管１は、内径１．４〜４．０ｍｍ程度、長さ５０〜１０００ｍｍ程度である。また、そのガラス管１内には、たとえば０．５〜２．０ｍｇ／ｃｍ^３程度の水銀と、６０〜１５０Ｔｏｒｒ（８〜１９ｋＰａ）程度の稀ガスが放電媒体として封入されている。さらに、前記構成において、外部電極（放電電極）３ａ，３ｂは、たとえば肉厚０．１ｍｍ程度、長さ２５ｍｍ程度の円筒形（たとえばＮｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕのテープや薄膜）で構成されており、主光照射面ａを除いた蛍光体層２領域面に被着形成された金属酸化物層６はＳｉＯ_２層である。
【００２９】
そして、この蛍光ランプは、外部電極３ａ，３ｂを外部接続端子ソケットに装着し、この外部電極３ａ，３ｂ間に所要の電圧を印加すると、ガラス管１内で紫外線が放射され、この紫外線を蛍光体層２によって可視光に変換して、蛍光ランプとして機能する。
【００３０】
上記外部電極式蛍光ランプの構成では、一対の放電電極３ａ，３ｂに所要の電圧を印加すると、この電圧を印加によってガラス管１中で紫外線が放射され、その紫外線が蛍光体層２により可視光線に変換して、所要の光源として作用させる過程において、従来の蛍光ランプで遭遇していた低温部における水銀の凝集に起因する輝度維持率の変化が抑制・防止された蛍光ランプとして機能する。
【００３１】
上記構成の外部電極蛍光ランプについて、周囲温度２５℃、ランプ電流５ｍＡの条件で、連続的な点灯試験を行ったところ、主光照射面ａにおける輝度率の変化は、図２の曲線Ａで示す如く、１００００時間、あるいは１２０００時間経過後でも、点灯初期の８０％程度の輝度を保持・発揮し、寿命及び発光効率の点ですぐれていることが確認された。比較のため、この実施例に係る外部電極蛍光ランプの構成において、蛍光体層２面上にＳｉＯ_２層を設けなかった他は、同一条件とし、また、同一条件で、連続的な点灯試験を行って、主光照射面ａにおける輝度率の変化を調べたところ、図２の曲線ａで示す如くであった。つまり、比較例の場合は、点灯試験６０００時間経過時点で、点灯初期の６５％程度に輝度が低下していた。
【００３２】
次に、上記外部電極蛍光ランプの応用例を説明する。図３は、液晶ディバイスのバックライトユニットの要部構成を示す断面図である。図３において、７は導光板、たとえばアクリル樹脂系の透明板であり、光放射面を成す一主面側に光拡散シート８が、また、他主面側にリフレクターシート９が配置されている。さらに、前記導光板７の一端面側には、リフレクター１０付きの外部電極蛍光ランプ１１が装着・配置された構成を採っている。
【００３３】
ここで、光拡散シート８は、たとえばアクリル樹脂製であり、リフレクターシート９は白色に着色したポリエチレンテレフタレート樹脂製などであり、また、リフレクター１０は鏡面加工された金属製、もしくは白色に着色したポリエチレンテレフタレート樹脂製である。なお、外部電極蛍光ランプ１１は、その主光照射面ａを導光板７の一端面に対向させて、装着・配置されている。
【００３４】
上記構成のバックライトユニットにおいては、外部電極蛍光ランプ１１に対する電圧印加で、一対の外部電極３ａ，３ｂ間の放電で生じ紫外線が蛍光体層２で可視光に変換される。このとき、外部電極蛍光ランプ１１内壁面の蛍光体層２面の一部には、換言すると、主光照射面ａを除いた領域の蛍光体層２面に、水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層６が被着されているため、点灯動作時において、過剰な水銀は、金属酸化物層６面に吸着ないし凝集する。
【００３５】
つまり、外部電極蛍光ランプ１１内における水銀の過剰分は、照射にほとんど影響しない蛍光体層２面に凝集され、主光照射面ａへの吸着・凝集が抑制ないし回避されるので、主光照射にほとんど影響が及ばない。したがって、外部電極蛍光ランプ１１の主光照射面ａから、導光板７に入射する光輝度の変化も抑制され、連続的な点灯動作において、高い輝度率の光が導光板７を導光され、光拡散板８から照射されることになる。
【００３６】
図４は、第２の実施例に係わる外部電極蛍光ランプの直下型バックライトへの応用例を示す要部平面図である。ここで、外部電極蛍光ランプ１１は、基本的には、図１（ａ），（ｂ）に図示した場合と同様の構成を採っているが、ガラス管２の両端側をほぼ直角に折り曲げ、この折り曲げられた領域に外部電極３ａ，３ｂを配設したと成っている。
【００３７】
外部電極蛍光ランプ１１を上記構造とした場合は、発光照射面となるバックライトユニット本体１２に発光部を臨ませ、また、非発光部となる外部電極３ａ，３ｂをバックライトユニット本体１２の周縁部外に、設置・装着できるため、所要の光束維持、及び全面に亘る光束の一様化が確実、かつ容易に達成される。すなわち、点灯経時によって生じる黒化領域を無発光部領域に導出・配置することができ、これによって全面に亘って一様な光束が維持され、高輝度で一様な発光面が得られることになる。
【００３８】
また、図５（ａ）に平面的に、（ｂ）に断面的にそれぞれ示したように装着・配置してエッジ型のバックライトを構成した場合も、発光照射面となるバックライトユニット本体１２に発光部を臨ませ、また、非発光部となる外部電極３ａ，３ｂをバックライトユニット本体１２の周縁部に形設した溝１２ａに係合・装着し、電圧印加の手段を共通化すると共に構成を簡略化できる。そして、図４に図示した構成の場合と同様に、所要の光束維持、及び全面に亘る光束の一様化が確実、かつ容易に達成される。すなわち、点灯経時によって生じる黒化領域を無発光部領域に導出・配置することができ、これによって全面に亘って一様な光束が維持され、高輝度で一様な発光面が得られることになる。
【００３９】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣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。たとえば発光管を成すガラス管の径や長さの寸法、放電電極間隔、蛍光体層を形成する蛍光体の種類、水銀に対して高い親和性（負の帯電傾向）を有する金属酸化物の種類、金属酸化物層の形態など適宜変更・設定できる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項５の発明によれば、過剰分の水銀は、照射に影響のない領域に凝集ないし密集されるので、所謂黒化の現象が起こっても、輝度の維持率が低下する恐れがなくなり、長時間に亘って高い発光・輝度を維持する外部電極蛍光ランプが提供される。
【００４１】
請求項６の発明によれば、長期の点灯に十分耐え、かつ高い輝度維持率を呈する冷陰極蛍光ランプを光源とするので、ＯＡ機器類、液晶ディバイスなどの性能向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は第１の実施例に係る外部電極蛍光ランプの要部構成を示す断面図。
【図２】第１の実施例に係る外部電極蛍光ランプ及び従来の外部電極蛍光ランプの点灯時間と輝度維持率との関係を比較して示す特性図。
【図３】第１の実施例に係る照明装置の要部構成を示す断面図。
【図４】第２の実施例に係る外部電極蛍光ランプを応用した照明装置の要部構成を示す平面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は第２の実施例に係る外部電極蛍光ランプを応用した他の照明装置の要部構成を示す断面図。
【図６】（ａ），（ｂ）は従来の外部電極蛍光ランプの要部構成を示す断面図。
【図７】従来の外部電極蛍光ランプを応用した照明装置の要部構成を示す平面図。
【符号の説明】
１……ガラス管
２……蛍光体層
３ａ，３ｂ……外部電極
６……水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層
７……導光板
８……光拡散板
９……リフレクターシート
１０……リフレクター
１１……外部電極蛍光ランプ

Claims

内壁面に蛍光体層が設けられ、かつ水銀及び希ガスを放電媒体として封入したガラス管と、
前記ガラス管の両端側外周面に配設された一対の放電電極を有する外部電極蛍光ランプであって、
前記蛍光ランプの主光照射面を除いた領域の蛍光体層上に水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物層を被着したことを特徴とする外部電極蛍光ランプ。
水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物がＳｉ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｎの少なくとも１種の金属元素を含む酸化物であることを特徴とする請求項１記載の外部電極蛍光ランプ。
水銀に対して高い親和性を有する金属酸化物の被覆がガラス管円周方向で１８０°以下の帯状に成されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の外部電極蛍光ランプ。
ガラス管の外径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一記載の外部電極蛍光ランプ。
放電電極がガラス管の両端側がほぼ直角に折り曲げられた領域に配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一記載の外部電極蛍光ランプ。
外部電極蛍光ランプと、前記蛍光ランプの装着・点灯が可能な照明装置本体とを有する照明装置であって、
前記蛍光ランプが請求項１ないし請求項５いずれか一記載の外部電極蛍光ランプであることを特徴とする照明装置。