JP2006339091A - Fluorescent light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光光源に関する。さらに詳しくは、一般照明用、液晶バックライト、プラズマ・ディスプレー・パネル等に用いられる蛍光光源に関する。 The present invention relates to a fluorescent light source. More specifically, the present invention relates to a fluorescent light source used for general illumination, a liquid crystal backlight, a plasma display panel, and the like.
近年、世界的に地球環境の悪化に対する懸念が強くなってきて、電気機器への鉛、水銀、カドミウムの使用は原則として禁止することとなっている。この一環として蛍光灯についても、水銀の使用量が制限されている。
従来より一般的な蛍光ランプは、ガラス管の両端に熱電子放射物質を塗布した電極を取付け、管内の空気を除いた後、封入ガスとして、わずかなアルゴンと水銀を封入し、ガラス管内壁に蛍光体を塗った構造である。電極を熱して熱電子が放射しやすい状態にし、両端の電極に電圧を加えると、電極から飛び出した熱電子が封入ガスの水銀原子に衝突して紫外線を発する。この紫外線が、管壁に塗られた蛍光体を刺激して可視光線を出すことになる（非特許文献１）。液晶等のバックライトには主に水銀入りの冷陰極放電蛍光ランプが用いられているが、基本原理は前記した一般照明用の蛍光ランプと同様である。
In recent years, global concern about the deterioration of the global environment has increased, and in principle, the use of lead, mercury, and cadmium in electrical equipment has been prohibited. As part of this, the amount of mercury used in fluorescent lamps is also limited.
In conventional fluorescent lamps, an electrode coated with a thermionic emission material is attached to both ends of a glass tube. After removing the air in the tube, a small amount of argon and mercury are sealed as the sealing gas, and the inner wall of the glass tube is sealed. It is a structure coated with a phosphor. When the electrodes are heated so that thermionic electrons are likely to be emitted and a voltage is applied to the electrodes at both ends, the thermoelectrons jumping out of the electrodes collide with mercury atoms in the sealed gas and emit ultraviolet rays. This ultraviolet ray stimulates the phosphor coated on the tube wall to emit visible light (Non-patent Document 1). A cold cathode discharge fluorescent lamp containing mercury is mainly used for a backlight such as a liquid crystal, but the basic principle is the same as that of the fluorescent lamp for general illumination described above.
しかるに、近年は環境負荷の懸念から、代替としてキセノンを主とす希ガスを封入した放電灯の開発が進められている（非特許文献２，３）。
従来のランプが水銀の蒸気圧に影響されるため、周囲湿度や点灯開始時の輝度立上がりに時間がかかるのに対し、希ガス放電を用いると、湿度変化に強く、輝度応答速度が早いという利点があり、ほぼ実用化できるレベルになってきている。しかし、発光効率については、水銀使用ランプに対し７０％程度であって、まだ水銀入りの放電灯には及ばないのが現状である。
However, in recent years, due to concerns about environmental burden, development of a discharge lamp in which a rare gas mainly containing xenon is enclosed has been developed as an alternative (Non-Patent Documents 2 and 3).
Since conventional lamps are affected by the vapor pressure of mercury, it takes time to increase the ambient humidity and brightness at the start of lighting, whereas using rare gas discharge has the advantage of being resistant to changes in humidity and having a fast response speed. There is a level that can be practically used. However, the luminous efficiency is about 70% of that of a lamp using mercury, and it is not as high as that of a discharge lamp containing mercury.
本発明は上記事情に鑑み、水銀を用いないにも拘らず、発光効率が良好で安定した発光を行える蛍光光源を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fluorescent light source that has good luminous efficiency and can emit light stably although mercury is not used.
第１発明の蛍光光源は、封入ガスが、アルゴンに窒素を添加した混合ガスであることを特徴とする。
第２発明の蛍光光源は、第１発明において、封入ガスのアルゴンに対する窒素の混合割合が、0.1％〜５％であることを特徴とする。
第３発明の蛍光光源は、第１発明において、封入ガスのアルゴンに対する窒素の混合割合が、0.1％であることを特徴とする。
第４発明の蛍光光源は、第１発明において、封入ガスのアルゴンに対する窒素の混合割合が、１％であることを特徴とする。
The fluorescent light source of the first invention is characterized in that the sealed gas is a mixed gas obtained by adding nitrogen to argon.
The fluorescent light source of the second invention is characterized in that, in the first invention, the mixing ratio of nitrogen to argon as the sealing gas is 0.1% to 5%.
The fluorescent light source of the third invention is characterized in that, in the first invention, the mixing ratio of nitrogen to argon of the sealing gas is 0.1%.
The fluorescent light source of the fourth invention is characterized in that, in the first invention, the mixing ratio of nitrogen to argon as the sealing gas is 1%.
第１発明によれば、封入ガスの窒素がペニング様効果により、アルゴンから窒素分子のＣ3Πuの準位へのエネルギーを移行させ、窒素分子の第２ポジティブバンドの300ｎｍ〜400ｎｍの近紫外線を放射させる。これにより、アルゴンの真空紫外放射と合わせて、蛍光体を励起することができるので、水銀を用いなくても発光効率が良好で、安定した発光を行える。
第２発明によれば、窒素のアルゴンに対する混合割合が、0.1〜５％にしているので、窒素の枯渇が生じにくく、かつ、良好な発光効率を発揮できるという命題を共に達成できる。
第３発明によれば、窒素の混合割合が0.1％であり、最も少ないので、発光効率が高く明るい蛍光光源が得られる。
第４発明によれば、窒素の混合割合が上限よりは少ないが、下限よりも多目の１％であるので、窒素の枯渇が生じにくく、長寿命となり、発光効率を寿命のバランスが最も良い蛍光光源が得られる。
According to the first invention, the nitrogen Penning-like effect of the filler gas, to shift the energy of the level of C 3 [pi u of nitrogen molecules from argon, near ultraviolet 300nm~400nm the second positive band of nitrogen molecules Radiate. Thereby, since the phosphor can be excited together with the vacuum ultraviolet radiation of argon, the light emission efficiency is good and stable light emission can be performed without using mercury.
According to the second aspect of the invention, since the mixing ratio of nitrogen to argon is 0.1 to 5%, it is possible to achieve both the propositions that nitrogen depletion hardly occurs and good luminous efficiency can be exhibited.
According to the third invention, the mixing ratio of nitrogen is 0.1%, which is the smallest, so that a bright fluorescent light source with high luminous efficiency can be obtained.
According to the fourth invention, the mixing ratio of nitrogen is less than the upper limit, but is 1% higher than the lower limit, so that nitrogen depletion is unlikely to occur, the lifetime is long, and the luminous efficiency is the best in balance of lifetime. A fluorescent light source is obtained.
（本発明の特徴）
本発明は、蛍光光源における封入ガスのガス組成に特徴がある。したがって、蛍光光源の構造は問わない。
換言すれば、電極から飛び出した熱電子が管内の封入ガス分子に衝突して紫外線を発し、それによって蛍光体を刺激して可視光線を出すことを原理とする蛍光光源であれば、本発明は、どのような構造の蛍光光源にも適用できるものである。
したがって構造が、イ）２つある電極の片側が放電管の外部にあり、もう一方は放電管の内部にあるタイプ、ロ）両側が内部にあるタイプ、ハ）両側が外部にあるタイプ、ニ）内部電極のペアに外部に補助電極があるタイプなど、種々の蛍光ランプに適用できる。また、陰極の冷熱タイプの別も問わない。熱陰極は電子放出をしやすくするために電極に予熱電流を流して電極を加熱して熱電子を放出させるタイプであり、冷陰極はこの予熱を行わないタイプであるが、このいずれのタイプにも本発明を適用できる。
(Features of the present invention)
The present invention is characterized by the gas composition of the sealed gas in the fluorescent light source. Therefore, the structure of the fluorescent light source does not matter.
In other words, the present invention can be applied to any fluorescent light source based on the principle that thermionic electrons jumping out of the electrode collide with the sealed gas molecules in the tube and emit ultraviolet rays, thereby stimulating the phosphor to emit visible light. It can be applied to a fluorescent light source having any structure.
Therefore, the structure is as follows: a) one side of the two electrodes is outside the discharge tube, the other is inside the discharge tube, b) both sides are inside, c) both sides are outside, ) Applicable to various fluorescent lamps such as a type in which an auxiliary electrode is provided outside the internal electrode pair. Also, it does not matter whether the cathode is cold or hot. In order to facilitate electron emission, the hot cathode is a type in which a preheating current is applied to the electrode to heat the electrode to emit thermoelectrons, and the cold cathode is a type in which this preheating is not performed. The present invention can also be applied.
（本発明の技術原理）
本発明は既述のごとく、封入ガスの組成が重要であり、アルゴンに窒素を添加した混合ガスを用い、水銀は全く用いないことが特徴である。このように、水銀を用いないにも拘らず、発光効率がよく、放電が安定するのは次の理由からである。
１）発光効率の向上
窒素分子（Ｎ２）のプラズマは、図１（Ａ）に示すように蛍光体を刺激しやすい近紫外域（300ｎｍ〜400ｎｍ）に多数のバンドスペクトルを放射することが分かっている。この窒素をアルゴンに添加すると、アルゴンから窒素へのエネルギー転移によって近紫外スペクトルを効率良く放射させることができる。本発明はこの原理を利用したものである。
さらに詳細に説明する。窒素とアルゴンのエネルギー準位は、図１（Ｂ）に示すとおりである。窒素の近紫外スペクトルを放射する準位はＣ3Πuであるが、これは寿命の長いアルゴンの準安定準位（11.5,11.7ｅＶ）とエネルギーレベルが近いので、アルゴンの準安定準位から窒素のＣ3Πuへのエネルギー転移ができ、効率よくＣ3Πu準位の窒素分子を生成できる。このように生成された窒素分子が蛍光体を刺激する近紫外線を放射するので、可視光線を出すことができる。
２）放電の安定化
アルゴン雰囲気中での準安定原子（分子）の拡散係数は、アルゴンは４５ｃｍ２・ｓ-1・Ｔｏｒｒであり、窒素は１５７ｃｍ２・ｓ-1・Ｔｏｒｒである。窒素の準安定分子の方が拡散係数が大きいことから、窒素を添加することでガス分子の管軸から管壁に向かう拡散が活発になり、放電の管軸付近への集中を妨げる作用が働くので放電は安定化する。
実際に使用する光源では、放電が不安定な状態では使用できないため、窒素添加により放電が安定するメリットは大きいと言える。
(Technical principle of the present invention)
As described above, the present invention is characterized in that the composition of the sealed gas is important, and a mixed gas obtained by adding nitrogen to argon is used, and mercury is not used at all. As described above, although the mercury is not used, the light emission efficiency is good and the discharge is stabilized for the following reason.
1) Improvement of luminous efficiency It turns out that the plasma of nitrogen molecule (N 2 ) emits many band spectra in the near ultraviolet region (300 nm to 400 nm) that easily stimulates the phosphor as shown in FIG. ing. When this nitrogen is added to argon, the near-ultraviolet spectrum can be efficiently emitted by energy transfer from argon to nitrogen. The present invention utilizes this principle.
Further details will be described. The energy levels of nitrogen and argon are as shown in FIG. The level that emits the near-ultraviolet spectrum of nitrogen is C 3 Π u , which is close to the long-lived argon metastable level (11.5, 11.7 eV), so the energy level is close to the argon metastable level. it is energy transfer to the C 3 Π u of nitrogen, can generate a nitrogen molecule efficiently C 3 Π u level. Since the nitrogen molecules thus generated emit near ultraviolet rays that stimulate the phosphor, visible light can be emitted.
2) Stabilization of discharge The diffusion coefficient of metastable atoms (molecules) in an argon atmosphere is 45 cm 2 · s -1 · Torr for argon and 157 cm 2 · s -1 · Torr for nitrogen. Since the metastable molecule of nitrogen has a larger diffusion coefficient, the addition of nitrogen activates the diffusion of gas molecules from the tube axis to the tube wall, and acts to prevent the concentration of discharge near the tube axis. Therefore, the discharge is stabilized.
Since the light source actually used cannot be used when the discharge is unstable, it can be said that the merit of stabilizing the discharge by adding nitrogen is great.
（窒素の混合割合）
本発明において、アルゴンに対する窒素の混合割合は、0.1〜５％が好ましい範囲である。
後述する実験によると、５％を超えると輝度が低下してくるので、上限は５％が好ましい。また、0.1％未満では初期輝度は高いが、窒素の枯渇（おそらく蛍光体への吸着）により寿命が短くなるので、下限は0.1％が好ましい。従って、好ましい範囲は0.1％以上５％以下である。
ペニング電離現象を利用している水銀−アルゴン蛍光ランプの動作条件では、水銀は0.001％以下であるが、十分明るく光っている。しかし、水銀−アルゴン蛍光ランプでは、水銀は液体状態で封入されているので、気体水銀が減少しても、液体水銀が気化してこれを捕える。そのため水銀の枯渇の心配はほとんどない。
一方、本発明が用いた窒素−アルゴンの場合もベニング様励起現象を利用しているので、水銀と同程度の分圧比で効率よく窒素が発光すると予測できるが、窒素を液体ないしは固体封入することはできず、ガスでしか封入できないため、窒素の封入圧力をある程度高くする必要がある。しかしながら、それを高くしすぎると、今度は、窒素自身の電離も増えてしまい、エネルギーの有効利用ができなくなる。そのため、初期輝度とランプ寿命のバランスにより、封入圧力を適切に選ぶ必要がある。この観点から、上限と下限は、５％と0.1％が良いと考えられる。
(Nitrogen mixing ratio)
In the present invention, the mixing ratio of nitrogen to argon is preferably 0.1 to 5%.
According to the experiment described later, the luminance is lowered when it exceeds 5%, so the upper limit is preferably 5%. Further, the initial luminance is high at less than 0.1%, but the lifetime is shortened by nitrogen depletion (possibly adsorption to a phosphor), so the lower limit is preferably 0.1%. Therefore, a preferable range is 0.1% or more and 5% or less.
Under the operating conditions of a mercury-argon fluorescent lamp that utilizes the Penning ionization phenomenon, mercury is 0.001% or less, but it is sufficiently bright. However, in the mercury-argon fluorescent lamp, since mercury is sealed in a liquid state, even when gaseous mercury is reduced, liquid mercury is vaporized and captured. Therefore, there is almost no worry about mercury depletion.
On the other hand, in the case of nitrogen-argon used in the present invention, since Benning-like excitation phenomenon is used, it can be predicted that nitrogen emits light efficiently at the same partial pressure ratio as mercury. However, nitrogen or liquid should be sealed. Therefore, it is necessary to raise the nitrogen filling pressure to some extent. However, if it is set too high, the ionization of nitrogen itself will increase and energy cannot be used effectively. Therefore, it is necessary to select the sealing pressure appropriately depending on the balance between the initial luminance and the lamp life. From this point of view, it is considered that the upper and lower limits are preferably 5% and 0.1%.
（窒素の最適混合割合）
窒素の添加量は、それが少なくても、第２ポジティブバンドの発光が強く出ていることから、アルゴンの準安定準位からの窒素のＣ3Πu へのエネルギー転移が起こっている。したがって、使用開始直後の輝度のみの観点からは、混合割合0.1％でも、輝度が高く最良と考えられるのであるが、点灯時間の経過による窒素の枯渇を避けられないので、ある程度初期封入圧力を高めにしなければならず、この点を考慮すると、１％が最も良いということになる。
(Optimum mixing ratio of nitrogen)
Amount of nitrogen, even it is small, since the emission of the second positive band is out strongly, energy transfer to C 3 [pi u of nitrogen from metastable argon is happening. Therefore, from the point of view of luminance only immediately after the start of use, even if the mixing ratio is 0.1%, the luminance is considered high and the best. However, since the exhaustion of nitrogen due to the passage of lighting time is inevitable, the initial sealing pressure is increased to some extent. Considering this point, 1% is the best.
つぎに、本発明の実施例につき、行った実験例を示す。
実験装置および方法は、下記のとおりである。
（実験要領）
本実験では図２に示す片側外部電極ランプを用いた。このランプ１は、片側は通常の冷陰極ランプと同様の内部電極を封入し、外側にワイヤー状の電極をらせん状に巻いたものであり、片側の電極がガラス（誘導体）を介した放電となるバリア放電ランプである。ランプ外周には、透光性絶縁体である熱収縮チューブを被せている。ランプ長は、200ｍｍ、直径は外径φ3.0ｍｍ、内径φ2.6ｍｍ、電極間ピッチは５ｍｍである。外部電極はニッケル（Ｎｉ）製で、直径φ0.1ｍｍである。蛍光体は青、緑、赤の各３種の発光色のものを混合して内部に塗布した（日亜化学製、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ（ＮＰ−107），ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ（ＮＰ−220），（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ（ＮＰ−360）。
点灯回路は、電源２と、バラスト抵抗３（１０ｋΩ）、ランプ１、電流値測定用抵抗４（100Ω）を直列に接続し、電源電圧は３０ｋＨｚの矩形波（Ｄｕｔｙ比５０％）とした。管電圧波形、管電流波形をそれぞれプローブにてオシロスコープに取り込み、瞬時管電力波形はこれらを掛け合わせたものとしている。以下で述べる管電力とは、この瞬時管電力を積分し時間平均したものである。輝度は、トプコン製ＳＲ−２、分光分布はＯｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ製ＵＳＢ2000で測定した。
Next, an example of an experiment performed on the example of the present invention will be shown.
The experimental apparatus and method are as follows.
(Experiment procedure)
In this experiment, the one-side external electrode lamp shown in FIG. 2 was used. The lamp 1 has an internal electrode similar to that of a normal cold cathode lamp on one side, and a wire-like electrode wound in a spiral shape on the outer side. The electrode on one side is a discharge through glass (derivative). This is a barrier discharge lamp. A heat shrinkable tube, which is a translucent insulator, is placed on the outer periphery of the lamp. The lamp length is 200 mm, the diameter is an outer diameter of φ3.0 mm, the inner diameter is φ2.6 mm, and the pitch between the electrodes is 5 mm. The external electrode is made of nickel (Ni) and has a diameter of 0.1 mm. Phosphors were mixed in three light emission colors of blue, green and red and applied to the inside (manufactured by Nichia, BaMgAl 10 O 17 : Eu (NP-107), LaPO 4 : Ce, Tb ( NP-220), (Y, Gd) BO 3: Eu (NP-360).
In the lighting circuit, a power source 2, a ballast resistor 3 (10 kΩ), a lamp 1, and a current value measuring resistor 4 (100 Ω) were connected in series, and the power source voltage was a rectangular wave of 30 kHz (duty ratio 50%). The tube voltage waveform and tube current waveform are each captured by an oscilloscope with a probe, and the instantaneous tube power waveform is multiplied by these. The tube power described below is obtained by integrating and instantaneously averaging the instantaneous tube power. The luminance was measured with Topcon SR-2, and the spectral distribution was measured with Ocean Optics USB2000.
封入ガスは窒素とアルゴンの混合ガスであり、窒素の混合比を0.1％と１％，５％の３通りに変化させた。実施例１〜３は、窒素の混合比を0.1％、１％，５％としたものである。全圧は4.67ｋＰａ（３５Ｔｏｒｒ）から13.3ｋＰａ（100Ｔｏｒｒ）の範囲で変化させた。作成したランプの一覧を表１に示す。
比較例１として、アルゴンのみを用いたもの、比較例２として、窒素のみ用いたものも同一条件で実験した。
なお、表１、以下の混合比の表示および図において、Ａｒはアルゴンを示し、Ｎ２は窒素を示している。
An experiment using only argon as Comparative Example 1 and an experiment using only nitrogen as Comparative Example 2 were performed under the same conditions.
In Table 1 and the following mixing ratio displays and figures, Ar represents argon and N 2 represents nitrogen.
実験結果は、以下のとおりである。
（放電の様子）
図３は点灯状態を示す写真であり、（Ａ）図はＡｒ：Ｎ２＝99.9：0.１（実施例１）、（Ｂ）図はＡｒ：Ｎ２＝９９：１（実施例２）、（Ｃ）図は９５：５（実施例３）、（Ｄ）図はアルゴン100％（比較例１）、（Ｅ）図は窒素100％（比較例２）の、それぞれの蛍光ランプの放電の様子を示している。全圧は、いずれも9.31ｋＰａである。ここでは、放電の様子を観察するため、ガラス管内壁に蛍光体を塗布していない。さらに撮影条件を、シャッター速度１／５秒、絞り１６に統一している。
実施例１では、ガラス管内に陽光柱が見られる（図３（Ａ）参照）。
実施例２では、Ｎ２による400ｎｍ付近の可視光が混じって、やや白っぽい赤色に見える。陽光柱は、ガラス管内いっぱいに広がっていることがわかる（図３（Ｂ）参照）。
実施例３では、再び陽光柱が収縮し始めるが、また充分な明るさを有している（図３（Ｃ）参照）。
以上のことから窒素をアルゴンに微量添加することで、放電が広がり安定することが分かる。
上記に対し、比較例１は明らかに陽光柱が収縮して細くなっており（図３（Ｄ）参照）、比較例２では充分な放電が得られなかった（図３（Ｅ）参照）。よって、窒素がなくアルゴンのみの場合、アルゴンがなく窒素のみの場合のいずれの場合も蛍光ランプとして利用できないことがわかる。
The experimental results are as follows.
(State of discharge)
FIG. 3 is a photograph showing the lighting state. FIG. 3A shows Ar: N 2 = 99.9: 0.1 (Example 1), and FIG. 3B shows Ar: N 2 = 99: 1 (Example 2). , (C) Figure 95: 5 (Example 3), (D) Figure 100% argon (Comparative Example 1), (E) Figure 100% nitrogen (Comparative Example 2) discharge of each fluorescent lamp. The state of is shown. All the pressures are 9.31 kPa. Here, in order to observe the state of discharge, the phosphor is not applied to the inner wall of the glass tube. Furthermore, the shooting conditions are unified to a shutter speed of 1/5 second and an aperture 16.
In Example 1, a positive column is seen in the glass tube (see FIG. 3A).
In Example 2, visible light near 400 nm by N 2 is mixed, and it looks a slightly whitish red. It can be seen that the positive column extends all over the glass tube (see FIG. 3B).
In Example 3, the positive column begins to contract again, but has sufficient brightness (see FIG. 3C).
From the above, it can be seen that discharge is spread and stabilized by adding a small amount of nitrogen to argon.
On the other hand, in Comparative Example 1, the positive column was clearly contracted and thinned (see FIG. 3D), and in Comparative Example 2, sufficient discharge was not obtained (see FIG. 3E). Therefore, it can be seen that in the case of only argon without nitrogen and in the case of only nitrogen without argon, it cannot be used as a fluorescent lamp.
本発明の実施例１〜３それぞれの特性は、下記のとおりである。
（実施例１［Ｎ２：0.1％］の特性）
図４（Ａ）にランプ電力と輝度の関係を示す。封入ガス圧が4.67ｋＰａと9.31ｋＰａでは輝度が低いが、13.3ｋＰａではランプ電力に比例して輝度が高くなり、最高で4000ｃｄ／ｍ２位である。この状態での光源効率は6.8 ｌｍ/Ｗ（ルーメン/ワット）である。光源効率は、（２Π２ｒｌＢ）／Ｗで算出している。但し、ｒ：半径、ｌ：長さ、Ｂ：輝度、Ｗ：入力。
なお、図４（Ｂ）は、蛍光体を塗布していない部分の分光分布を示したものである。
より少ない窒素が比較的強い窒素第２ポジティブバンド放射を生じさせていることが分る。しかし、窒素の量を増やし過ぎると、窒素放射強度が低下する。
The characteristics of Examples 1 to 3 of the present invention are as follows.
(Characteristics of Example 1 [N 2 : 0.1%])
FIG. 4A shows the relationship between lamp power and luminance. Although the luminance is low when the sealed gas pressure is 4.67 kPa and 9.31 kPa, the luminance increases in proportion to the lamp power at 13.3 kPa, which is about 4000 cd / m 2 at the maximum. The light source efficiency in this state is 6.8 lm / W (lumen / watt). Luminous efficiency is calculated by (2Π 2 rlB) / W. However, r: radius, l: length, B: luminance, W: input.
FIG. 4B shows the spectral distribution of the portion where the phosphor is not applied.
It can be seen that less nitrogen produces a relatively strong nitrogen second positive band emission. However, if the amount of nitrogen is increased too much, the nitrogen radiation intensity decreases.
（実施例２［Ｎ２：１％］の特性）
図５（Ａ）にランプ電力と輝度の関係を示す。封入ガス圧が4.67ｋＰａの場合、２Ｗ以上では、輝度が低下している。これは、陽光柱が収縮状態になって発光効率が低下したことが要因である。全圧が低いほど発光効率が高いのに対し、最高輝度は全圧が高いほど高くなっている。達成された輝度は、3.75Ｗ、全圧9.3ｋＰａにて4500ｃｄ／ｍ２である。この状態で、達成された光源効率は7.1 ｌｍ/Ｗ（ルーメン/ワット）である。
分光分布を図５（Ｂ）に示す。4.67ｋＰａにおいては、Ｎ２の発光スペクトルが見られないが、9.31ｋＰａや13.3ｋＰａにおいては、350ｎｍ〜400ｎｍ付近にかけて、わずかだがＮ２の発光が見られる。
(Characteristics of Example 2 [N 2 : 1%])
FIG. 5A shows the relationship between lamp power and luminance. When the sealed gas pressure is 4.67 kPa, the luminance is reduced at 2 W or more. This is because the luminous efficiency is lowered due to the contraction of the positive column. The lower the total pressure is, the higher the luminous efficiency is, whereas the highest luminance is higher as the total pressure is higher. The achieved luminance is 4500 cd / m 2 at 3.75 W and a total pressure of 9.3 kPa. In this state, the light source efficiency achieved is 7.1 lm / W (lumens / watt).
The spectral distribution is shown in FIG. At 4.67 kPa, the emission spectrum of N 2 is not observed, but at 9.31 kPa and 13.3 kPa, a slight emission of N 2 is observed from 350 nm to 400 nm.
（実施例３［Ｎ２：５％］の特性）
図６（Ａ）に電力と輝度の関係を示す。封入ガス圧が9.31ｋＰａのランプの最高輝度が1500ｃｄ／ｍ２であり、4.67ｋＰａ封入ランプよりも高いが、実施例２で得られたような高い輝度は得られなかった。発光効率も低下している。
分光分布を図６（Ｂ）に示す。4.67ｋＰａ封入ランプにおいては、実施例２と同じようにＮ２の発光が見られないが、9.31ｋＰａ封入ランプにおいては、350ｎｍ〜400ｎｍ付近にかけて、Ｎ２の発光がはっきりと見られる。その代わり、700ｎｍ付近以上のＡｒの発光は極端に抑えられていることが分かる。さらに450ｎｍ付近をピークとした青色蛍光体の発光が緑、赤に比べて相対的に強くなっていることが分かる。青色蛍光体は、350ｎｍ〜400ｎｍに励起感度を持つので、Ｎ２の発光によって励起されるが、緑色蛍光体と赤色蛍光体は350ｎｍ以上に励起感度を持たないため、主にＡｒの真空紫外放射により励起されていると考えられる。
(Characteristics of Example 3 [N 2 : 5%])
FIG. 6A shows the relationship between power and luminance. The maximum luminance of the lamp with the enclosed gas pressure of 9.31 kPa is 1500 cd / m 2 , which is higher than that of the 4.67 kPa enclosed lamp, but the high luminance as obtained in Example 2 was not obtained. Luminous efficiency is also reduced.
The spectral distribution is shown in FIG. In the 4.67 kPa enclosed lamp, N 2 emission is not observed as in Example 2. However, in the 9.31 kPa enclosed lamp, N 2 emission is clearly seen in the vicinity of 350 nm to 400 nm. Instead, it can be seen that the emission of Ar above 700 nm is extremely suppressed. Furthermore, it can be seen that the emission of the blue phosphor having a peak at around 450 nm is relatively stronger than green and red. Since the blue phosphor has excitation sensitivity at 350 nm to 400 nm, it is excited by the emission of N 2 , but the green phosphor and the red phosphor do not have excitation sensitivity above 350 nm, so mainly Ar vacuum ultraviolet radiation. It is thought that it is excited by.
（比較例１［Ａｒ：100％］の特性）
Ａｒ100％（比較例１）の場合、陽光柱は管軸に向かって収縮して細くなり、濃い赤に見える。
図７（Ａ）にランプ電力に対する輝度の関係を示す。ランプ電流を流しすぎると、発熱によりランプが破損してしまうため、１０ｍＡ程度を最大としている。発光効率（ここでは、輝度をランプ電力で割ったもの）は、13.3ｋＰａよりも、9.31ｋＰａの方がよい。図７（Ｂ）に分光分布を示す。ガス圧によって大きな差は認められなかったので、ここでは9.31ｋＰａの場合のみを示す。蛍光体の発光に加え、およそ700ｎｍ以上の波長域にＡｒの強い発光が見られる。
(Characteristics of Comparative Example 1 [Ar: 100%])
In the case of Ar 100% (Comparative Example 1), the positive column shrinks toward the tube axis and becomes thinner, and appears dark red.
FIG. 7A shows the relationship of the luminance with respect to the lamp power. If too much lamp current is passed, the lamp will be damaged by heat generation, so the maximum is about 10 mA. The luminous efficiency (here, the luminance divided by the lamp power) is better at 9.31 kPa than at 13.3 kPa. FIG. 7B shows the spectral distribution. Since no significant difference was observed depending on the gas pressure, only the case of 9.31 kPa is shown here. In addition to the light emission of the phosphor, strong Ar light emission is observed in the wavelength region of approximately 700 nm or more.
（比較例２［Ｎ２：100％］の特性）
比較例２は、低い入力電力では放電が内部電極近傍の短い範囲でしか存在しなかった。電力を上昇させるとこの放電範囲は若干広がるが電極の温度が上昇し、ランプが破損し、光学的・電気的特性を評価するに至らなかった。
(Characteristics of Comparative Example 2 [N 2 : 100%])
In Comparative Example 2, discharge was present only in a short range near the internal electrode at a low input power. When the electric power was increased, this discharge range was slightly widened, but the electrode temperature increased, the lamp was damaged, and the optical / electrical characteristics could not be evaluated.
（分光分布の時間変化）
Ｎ２の発光の変化を調べるために、ランプ作成直後からの分光分布の経時変化を測定した。
結果を図８に示す。上段から（Ｅ）図は比較例１（Ａｒ100％）（全圧9.31ｋＰａ）、（Ａ）図は実施例２（全圧4.67ｋＰａ）、（Ｂ）図は実施例２（全圧9.31ｋＰａ）、（Ｃ）図は実施例２（全圧13.3ｋＰａ）、（Ｄ）図は実施例３（全圧9.31ｋＰａ）である。Ｎ２の発光については357ｎｍのピーク強度を観察し、蛍光体の発光については、青色蛍光体は445ｎｍ、緑色蛍光体は544ｎｍ、赤色蛍光体は592ｎｍのピーク強度を、Ａｒについては、772ｎｍのピーク強度を観察した。
実施例２の場合、（Ａ）図に示すように4.67ｋＰａにおいては、点灯120分後にＮ２の発光がほとんどなくなっているその原因としては、点灯中にＮ２分子が枯渇すると考えられる。枯渇する原因としては、ランプ内部の材料と化合し窒化物を生成するか、ガラス管内壁や蛍光体層に吸着されてしまうのであろう。これに対し、（Ｂ）図や（Ｃ）図に示すように、全圧が高くなるにつれて、Ｎ２の発光の減少速度が遅くなった。また、（Ｄ）図に示すように、実施例３では、若干の増加が見られる。Ａｒの発光強度については、4.67ｋＰａでは点灯開始直後に増加し、約１０分後から徐々に低下したのに対し、9.31ｋＰａおよび13.3ｋＰａでは点灯直後から単調に増加した。Ｎ２を添加した場合、蛍光体の発光強度は、Ｎ２よりもＡｒの発光強度の時間変化に近い傾向を示した。
要するに、ガス圧を9.31ｋＰａや13.3ｋＰａまで高くすることで、Ｎ２の発光強度の低下はかなり抑えることができる。
(Change in spectral distribution over time)
In order to examine the change in emission of N 2 , the time-dependent change in spectral distribution immediately after the lamp was created was measured.
The results are shown in FIG. From the top, (E) shows Comparative Example 1 (Ar 100%) (total pressure 9.31 kPa), (A) shows Example 2 (total pressure 4.67 kPa), (B) shows Example 2 (total pressure 9.31 kPa). FIGS. 4C and 4C show Example 2 (total pressure 13.3 kPa), and FIG. 4D shows Example 3 (total pressure 9.31 kPa). A peak intensity of 357 nm is observed for the emission of N 2 , a peak intensity of 445 nm for the blue phosphor, a 544 nm for the green phosphor, a 592 nm for the red phosphor, and a 772 nm peak for Ar for the phosphor emission. The intensity was observed.
In the case of Example 2, as shown in FIG. 4A, at 4.67 kPa, it is considered that N 2 molecules are almost exhausted during lighting because the N 2 emission is almost lost after 120 minutes of lighting. As a cause of exhaustion, it may combine with the material inside the lamp to form nitride, or be adsorbed on the inner wall of the glass tube or the phosphor layer. On the other hand, as shown in FIGS. (B) and (C), the decrease rate of the emission of N 2 was slowed as the total pressure increased. Further, as shown in FIG. (D), in Example 3, a slight increase is observed. The light emission intensity of Ar increased immediately after the start of lighting at 4.67 kPa and gradually decreased after about 10 minutes, whereas it increased monotonically at 9.31 kPa and 13.3 kPa immediately after lighting. When N 2 was added, the emission intensity of the phosphor tended to be closer to the temporal change in Ar emission intensity than N 2 .
In short, by reducing the gas pressure to 9.31 kPa or 13.3 kPa, the decrease in the emission intensity of N 2 can be suppressed considerably.
本発明の蛍光光源は、液晶バックライト、プラズマ・ディスプレー・パネル、表示灯、ブラックライト、一般照明用などの用途に利用することができる。 The fluorescent light source of the present invention can be used for applications such as liquid crystal backlights, plasma display panels, indicator lamps, black lights, and general lighting.
１ ランプ
２ 電源
３ バラスト抵抗
４ 電流値測定用抵抗
1 Lamp 2 Power supply 3 Ballast resistance 4 Current measurement resistance
Claims (4)
ことを特徴とする蛍光光源。 A fluorescent light source, wherein the sealed gas is a mixed gas obtained by adding nitrogen to argon.
ことを特徴とする請求項１記載の蛍光光源。 2. The fluorescent light source according to claim 1, wherein a mixing ratio of nitrogen to argon as the sealing gas is 0.1% to 5%.
ことを特徴とする請求項１記載の蛍光光源。 2. The fluorescent light source according to claim 1, wherein a mixing ratio of nitrogen to argon of the sealing gas is 0.1%.
ことを特徴とする請求項１記載の蛍光光源。 2. The fluorescent light source according to claim 1, wherein a mixing ratio of nitrogen to argon as the sealing gas is 1%.
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