JP2007227061A - 誘電体バリア放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体バリア放電ランプでの外部電極ランプでも、内部電極ランプ並みの高輝度で、かつ、ランプの全長を短縮すること、また、その外部電極ランプを用いることにより、狭額縁化を実現した照明装置とを提供すること。
【解決手段】 外部電極ランプ１、１ａ、１ｂによる誘電体バリア放電ランプで、外部電極３、３ａ、３ｂは、ガラス管２、２ａの端部から管軸方向への寸法が、ガラス管２、２ａの円周方向で異なっているようにした。
【選択図】 図１

Description

ガラス管の端部の外周面に一対の外部電極が形成された誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを備えた照明装置に関する。

一般に誘電体バリア放電ランプとしては形状的に細長い管状の気密容器を用いて誘電体バリア放電を行う誘電体バリア放電ランプが知られている。細長い誘電体バリア放電ランプを用いることによって大きな表面積を有する被照射物に紫外線を照射することが可能になる。（例えば、特許文献１を参照）
また、電極の構造としては、外部電極方式が用いられているものが存在する。例えば、図１に断面図を示したリング形外部電極方式の水銀蛍光ランプである。（例えば特許文献２を参照）
外部電極方式の放電ランプは、電極を気密容器の外部に設けた点が構造上の特徴で、気密容器の内部に電極をもたないことから無電極放電ランプとも呼ばれる。気密容器の内部に電極を設けた構造のランプ（内部電極方式）に比べると、気密容器の外部から気密容器の内部の電極へ通じるリードの封止が不要であるので製造が容易である。

また、気密容器を細管化にしたり、あるいは薄型化にすることができるので小形化に有利である。点灯時の電子衝撃による電極の損傷や、電極のスパッタリングによる放電容器内部の汚れの発生がないので、点滅・点灯を繰り返したときの寿命が短くなる度合いが小さい等の多くの利点を持っていることから、例えば液晶表示装置の照明装置であるバックライトの光源や、複写機或いはファクシミリ装置その他イメージスキャナのような各種ＯＡ機器における、原稿照射用の光源などの用途に多く用いられている。（例えば特許文献２を参照）
特開２００５−２０９３９７号公報 ［０００２］ 特開２００５−２６７９０８号公報 ［０００３］、［００１５］

液晶表示装置の直下式のバックライトの光源として組み込まれるランプには、明瞭な画面を得るために、ランプの管軸方向の明るさが均一であると共に高輝度が要求される。ランプが高輝度を満足するためには、高電流をランプの電極に流す必要がある。そのため、ランプの気密容器のガラスをコンデンサとする外部電極方式のランプの場合は、電極がある一定以上の表面積が必要となる。

電極の表面積の大きさの寸法について、内部電極ランプと外部電極ランプとを比較すると、ランプ長が等しいランプで同程度の輝度を得ようする場合について、図７（ａ）に内部電極ランプ５０の内部電極５１の表面積の大きさを、また、図７（ｂ）外部電極ランプ６０の外部電極６１の表面積の大きさを対比した説明図を示した。つまり、内部電極５１の表面積の大きさに対応して、内部電極ランプ５０の無効発光長（ガラス管の長さ−有効発光長）は、片側約１０ｍｍであるのに対し、外部電極ランプ６０の外部電極６１による無効発光長は、片側約２０ｍｍ以上を必要としている。

現在のように液晶表示装置の大画面化が進んでいる状況では、大画面化に伴い、ランプ全長も必然的に長くなっている。しかも、外部電極ランプ６０の場合、ランプ長に比例した外部電極６１の表面積を必要とするため、ランプ全長が長くなるほど外部電極６１による無効発光部が長くなってしまうという問題がある。

その結果、各電極５１、６１を隠すための電極保護フレーム５２、６２についても、図８（ａ）に内部電極ランプ５０の電極保護フレーム５２の大きさを、図８（ｂ）外部電極ランプ６０の電極保護フレーム６２の大きさを対比した比較図を示したように、液晶表示装置等の照明装置に外部電極ランプ６０を用いる場合は、内部電極ランプ５０を用いる場合に比較すると、電極保護フレーム６２の幅Ｗ２が内部電極ランプ５０を用いた場合の幅Ｗ１より必然的に大きくなってしまう（広額縁化）、一方、電極保護フレーム６２の幅が大きくなった分の発光表面積は少なくなってしまう。したがって、液晶表示装置等の照明装置に用いた場合は、外部電極６１を隠すための電極保護フレーム６２による額縁の縁部の幅が広いもの（広額縁化）が必要になる。つまり、照明装置が広額縁化になり、液晶表示装置等の照明装置としては好ましくなく、照明装置としては狭額縁化（電極保護フレームにより形成される額縁の縁部の幅が狭いもの）が要求されている。

本発明はこれらの事情についてなされたもので、誘電体バリア放電ランプでの外部電極ランプでも、内部電極ランプ並みの高輝度で、かつ、ランプの全長を短縮すること、また、その外部電極ランプを用いることにより、狭額縁化を実現した照明装置とを提供することを目的としている。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、内壁面に蛍光体層が設けられ、放電媒体が封入されたガラス管と、前記ガラス管の両端側の外周面に配設された一対の外部電極を有する誘電体バリア放電ランプであって、
前記外部電極は、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が、前記ガラス管の円周方向によって異なっていることを特徴とする誘電バリア放電ランプである。

また本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、前記外部電極は、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が、前記ガラス管の円周方向によって連続的又は断続的に異なっていることを特徴とする誘電バリア放電ランプである。

また本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、前記外部電極は、前記ガラス管が曲管であり、該曲管の曲管部位の管軸方向の最外周端からの寸法が、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が前記ガラス管の円周方向によって異なっていることを特徴とする誘電バリア放電ランプである。

また本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、底部に反射板が形成された筐体の内部に上記のいずれかの誘電バリア放電ランプが装着され、該誘電バリア放電ランプの上方が発光面である照明装置であって、
前記誘電バリア放電ランプは、外部電極のガラス管の管軸方向への寸法が円周方向で短い側を前記発光面の側に向けて設置されていることを特徴とする照明装置である。

本発明によれば、誘電体バリア放電ランプでの外部電極ランプでも、内部電極ランプ並みの高輝度で、かつ、ランプの全長を短縮することができる。また、その外部電極ランプを用いることにより、狭額縁化を実現した照明装置をそれぞれ実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第１の実施形態を示す正面図、図１（ｂ）は、その平面図である。

外部電極ランプ１は、ガラス管２（ガラスバルブ）の両端外周面に、一対の外部電極３、３（放電電極）が嵌合的に配設されている。この外部電極ランプ１は、外部電極３、３を外部接続端子ソケット（不図示）に装着し、この外部電極３、３間に所要の電圧を印加すると、ガラス管２の内部で紫外線が放射され、この紫外線を蛍光体層４によって可視光に変換して、蛍光ランプとして機能する。

ガラス管２は、例えば、内径１．４〜４．０ｍｍ程度、長さ５０〜１０００ｍｍ程度の密閉容器で形成されている。また、ガラス管２の内壁面に紫外線による刺激で発光する蛍光体層４が設けられ、かつ、ガラス管２の内部には放電媒体（不図示）として、例えば、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）などや、これらの希ガスを含む混合ガス、あるいはこれらの希ガスに水銀蒸気を含んだものを用いている。

外部電極３、３は、ガラス管２の外周面に、ガラス管２の内面に形成された蛍光体層４の面上で、かつ、光主照射面を除いた領域にニッケル（Ｎｉ）、アルミ（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）等のテープや薄膜等により被着形成され、例えば、肉厚０．１ｍｍ程度、長さ２５ｍｍ程度で、ガラス管２の端部からの寸法が円周方向ごとに連続的に変化して異なる裁頭円筒状に形成されている。裁頭円筒状の頂部と底部との差は図１（ａ）および図１（ｂ）に表示したように１０ｍｍである。

なお、外部電極３、３としては、外部電極ランプ１の両端部分(端面から約２〜３ｃｍ程度の範囲内)の表面に、超音波を用いた半田デッピングによる半田層により形成することもできる。

この外部電極ランプ１では、２個の外部電極３、３の間に、例えば周波数：２５ｋＨｚ、電圧：２５００Ｖ程度の正弦波あるいはパルス波による高周波、高電圧の交流電圧を印加する。それにより、誘電体であるガラス管２において、外部電極３、３の直下のガラスに誘電分極が生じ、その部分の内表面が電極として作用する。その結果、ガラス管２の内部に高電圧が導入されて、容器内に誘電体バリア放電が生じる。この誘電体バリア放電によって放電媒体の気体中の水銀が紫外線を放射する。蛍光体層４はその水銀が放射した紫外線によって励起されて、例えば可視光のような、励起紫外光とは波長の異なる光を発光する。そして、その蛍光体層４が発した波長変換された光が、透明のガラス管２を通して外部に放射される。

この外部電極ランプ１では、一定の外部電極３、３の表面積において、外部電極３、３のガラス管２の管軸方向の寸法が円周方向で連続的に異なるように形成されている。したがって、外部電極ランプ１の無効発光長も外部電極３、３の寸法に従って変化している。それにより、ランプの設置の際に設置角度に応じて無効発光長の長さを任意に選択することが出来る。しかも、外部電極３、３の表面積が一定であるので、ランプの消費電力やランプの発光効率等のランプの性能低下の問題は生じない。

また、従来と同じ外部電極３、３の表面積のランプを照明装置に用いた場合に、照明装置の小型化が可能になり、それに伴うランプの短縮も可能となる。その結果、省電力化も図ることが出来る。したがって、照明装置に従来のランプを組み込んだ場合と比べて、本実施形態の照明装置では片側１５ｍｍの狭額縁化（［発明が解決しようとする課題］の項で説明したように、後述する電極保護フレームにより形成される額縁の縁部の幅が狭いもの）が可能となり、発光面積が拡大することが出来る。それにより、内部電極ランプと比較した際には劣勢であったランプ全長に対する無効発光長が長いという不具合の問題が解決された。

（第２の実施形態）
図２（ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第２の実施形態を示す一部切断正面図、図２（ｂ）は、その平面図である。

第２の実施形態でも、外部電極３ａ、３ａの形状を除いた外部電極ランプ１ａ自体の基本構造は上述の第１の実施形態と同じであるので、同一機能箇所には同一符号を付してその個々の説明を省略する。

第２の実施形態の外部電極３ａ、３ａの形状は、図２（ａ）に示したように、一定の外部電極３ａ、３の表面積において、外部電極３ａ、３ａのガラス管２の管軸方向の寸法が断続的に変化する段差状に形成されている。つまり、外部電極３、３の一部をアパーチャ構造として透光性のアパーチャ部位５を形成している。したがって、アパーチャ部位５の箇所からの発光によりガラス管２の発光面の隅の輝度低下を抑制する効果がある。共に、外部電極ランプ１ａの設置角度に応じて無効発光長の長さを段階的に選択することが出来る。しかも、外部電極３ａ、３ａの表面積が一定であるので、ランプの消費電力やランプの発光効率等のランプの性能低下の問題は生じない。

また、従来と同じ外部電極３ａ、３ａの表面積のランプを照明装置に用いた場合に、照明装置の小型化が可能で、それに伴うランプの短縮も可能となり、省電力化も図ることが出来る。したがって、照明装置に従来のランプを組み込んだ場合と比べて、本実施形態の照明装置では狭額縁化が可能となり、発光面積を拡大することが出来る。それにより、内部電極ランプと比較した際には劣勢であったランプ全長に対する無効発光長が長いという不具合の問題が解決された。

なお、図２（ａ）においては、外部電極３ａ、３ａの段数が１段であるが、必要に応じて、段差を増やして任意の段数を設けることが出来る。

（第３の実施形態）
図３（ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第３の実施形態を示す一部切断正面図、図３（ｂ）は、その平面図である。なお、図３（ａ）および（ｂ）において、図１（ａ）および（ｂ）と同一機能箇所には同一符号を付してその個々の説明を省略する。

第３の実施形態では、外部電極ランプ１ｂとして、直管ではなく曲管であるＵ字管またはＣ字管に用いている。直管部の外部電極（不図示）の構造自体は上述の第１の実施形態と同様であるが、それを曲管部位２Ａにも適用している。

つまり、ガラス管２ａの曲管部位２Ａに形成された外部電極３ｂの寸法は、一定の外部電極３ｂの表面積において、曲管部位２Ａの最外周端から管軸方向への寸法が、ガラス管２ａの円周方向で連続的に異なるように外部電極３ｂが形成されている。

したがって、外部電極ランプ１ｂの無効発光長も外部電極３ｂの寸法に従って変化しているので、ランプの設置方向（表側にするか裏側にするか）に応じて無効発光長の長さを選択することが出来る。しかも、電極の表面積が一定であるので、ランプの消費電力やランプの発光効率等のランプの性能低下の問題は生じない。

また、従来と同じ外部電極３ｂの表面積のランプを照明装置に用いた場合に、照明装置の小型化が可能で、それに伴うランプ長の短縮も可能となり、省電力化も図ることが出来る。したがって、照明装置に従来のランプを組み込んだ場合と比べて、本実施形態の照明装置では狭額縁化が可能となり、発光面積が拡大することが出来る。それにより、内部電極ランプと比較した際には劣勢であったランプ全長に対する無効発光長が長いという不具合の問題が解決された。

なお、外部電極３ｂ構造を上述の第２の実施形態を曲管部位２Ａにも適用し、段差構造に形成してもよい。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニットの要部構成の一実施形態を示す一部切開平面図である。

液晶ディバイスのバックライトユニット（照明装置）６は、底部７ａに反射シートを用いたリフレクタが形成された筐体７の両側壁に形成された給電部８に上述の第１乃至３の実施形態で説明した外部電極ランプ１が並列に装着されている。この場合、外部電極ランプ１は、外部電極３、３のガラス管２の管軸方向の寸法が短い方が平面図で見て上面になるように装着されている。したがって、有効発光長が上面側が下面側に比べて長くなるようになる。

また、図５に断面正面図を示すように、外部電極３、３の上方を隠すように電極保護フレーム９が配置されている。この電極保護フレーム９は、外部電極３、３の表面積が同じ場合の従来例と比較すると外部電極３、３の上方部では外部電極３、３が短くなっている分に対応して短くなっている。したがって、外部電極ランプ１の発光の有効長が長くなり、電極保護フレーム９による額縁の幅が狭くなり狭額縁化が達成できる。それにより発光面積の効率のよい照明装置が実現できる。

なお、電極保護フレーム９の上方には光拡散シート等の光学シート類１０が配置されている。

なお、光拡散シートは、たとえばアクリル樹脂製であり、また、リフレクタ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を用いることが出来る。

この照明装置では、表示装置に搭載した場合、照明装置を表示装置の発光面側に向けて設置することで、電極保護フレーム９によって形成される額縁を狭額縁化することや、電極の表面積を広げなくて済むために省電力化が可能となる。

（第５の実施形態）
図６は、本発明の照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニットの要部構成の一実施形態を示す一部切開平面図である。

第５の実施形態の照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニット６ａは、第４の実施形態で説明した照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニット６と基本構造は同じであるが、筐体７の底部７ａのリフレクタとして用いた反射シートの形状が異なる。

すなわち、第５の実施形態の照明装置は反射シートがピッチの異なる鋸歯状に形成されている。鋸歯状のピッチはガラス管２の外部電極３、３に近いほど密に形成されている。したがって、反射面の勾配が外部電極３、３に近いほど急角度に形成されている。それにより、反射面による反射光が外部電極３、３側に多く反射することになり、照明装置の隅部の照度低下を防止することが出来る。

その結果、ランプの外部電極３、３の勾配と、それに伴う電極保護フレーム９の勾配を緩やかにでき、更なる狭額縁化が可能となる。

なお、反射シートの形状を鋸歯状に形成したが、鋸歯状に限定しなくても額縁側に光を多く反射できる形状であれば、その他の形状であってもよいことは言うまでもない。

なお、本発明は上記の各実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

（ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第１の実施形態を示す正面図、（ｂ）は、その平面図。 （ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第２の実施形態を示す正面図、（ｂ）は、その平面図。 （ａ）は、本発明の外部電極ランプによる誘電体バリア放電ランプの第３の実施形態を示す正面図、（ｂ）は、その平面図。 本発明の照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニットの要部構成の一実施形態を示す一部切開平面図。 外部電極と電極保護フレームとの配置を説明する断面正面図。 本発明の照明装置である液晶ディバイスのバックライトユニットの要部構成の一実施形態を示す一部切開平面図。 （ａ）は、内部電極ランプの電極の表面積の大きさを示し、（ｂ）は、外部電極ランプの電極の表面積の大きさを示した対比説明図。 （ａ）は、内部電極ランプの電極保護フレームの大きさを示し、（ｂ）は、外部電極ランプの電極保護フレームの大きさを示した対比比較図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…外部電極ランプ、２、２ａ…ガラス管、２Ａ…曲管部位、３、３ａ、３ｂ…外部電極、４…蛍光体層、５…アパーチャ部、６…バックライト（照明装置）、７…筐体、７ａ…底部、８…給電部、９…電極保護フレーム、１０…光学シート類

Claims (4)

1. 内壁面に蛍光体層が設けられ、放電媒体が封入されたガラス管と、前記ガラス管の両端側の外周面に配設された一対の外部電極を有する誘電体バリア放電ランプであって、
   前記外部電極は、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が、前記ガラス管の円周方向によって異なっていることを特徴とする誘電バリア放電ランプ。
2. 前記外部電極は、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が、前記ガラス管の円周方向によって連続的又は断続的に異なっていることを特徴とする請求項１記載の誘電バリア放電ランプ。
3. 前記外部電極は、前記ガラス管が曲管であり、該曲管の曲管部位の管軸方向の最外周端からの寸法が、前記ガラス管の管軸方向の端部からの寸法が前記ガラス管の円周方向によって異なっていることを特徴とする請求項１記載の誘電バリア放電ランプ。
4. 底部に反射板が形成された筐体の内部に請求項１乃至３のいずれか１項に記載された誘電バリア放電ランプが装着され、該誘電バリア放電ランプの上方が発光面である照明装置であって、
   前記誘電バリア放電ランプは、外部電極のガラス管の管軸方向への寸法が円周方向で短い側を前記発光面の側に向けて設置されていることを特徴とする照明装置。

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