JP2008021546A - 誘電体バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ製作中に自然放置あるいは再熱加工する時に破損しにくくし、ランプ加工性が向上してランプコストが低くでき、また信頼性の高い誘電体バリア放電ランプを提供する。
【解決手段】本発明は、ガラス管２の内壁に蛍光体膜３を形成し、ガラス管の放電空間に水銀と希ガスとの放電媒体４を封入し、ガラス管の両端を封止し、ガラス管の外壁に電流導体層で成る外部電極５，６を設置した誘電体バリア放電ランプ１において、ガラス管２の両管端部、封止部及び胴体部の歪み量を７０ｎｍ以下にしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部電極を備えた誘電体バリア放電ランプに関する。

液晶表示装置などのバックライト光源や小型の照明装置の光源として使用される誘電体バリア放電ランプとして、従来、図７に示す構成のものが知られている。この図７に示した誘電体バリア放電ランプ１００は、管両端を封止したガラス管１０１の管端部の外壁に金属膜のような電流導体層を設置して外部電極１０２とし、ガラス管１０１の内壁に蛍光体膜（図示せず）を形成し、またガラス管１０１の内部の放電空間に水銀とネオン、アルゴンのような希ガスの混合ガスとを封入した構成である。

この誘電体バリア放電ランプ１００を点灯させるためには、電源１０６と高周波発振回路１０７を用意し、ガラス管１０１の両端部の外部電極１０２，１０２に対して高周波電圧を印加する。この高周波電圧の印加により、外部電極１０２，１０２の内側に存在するガラス材のＣ成分を介してガラス管１０１内に高周波電力が注入され、ガラス管１０１内で放電が生じて紫外線が発生し、この紫外線が蛍光体膜に入射して蛍光体を励起させ、可視光を外部に放出させる。

従来、このような誘電体バリア放電ランプ１００では、ガラス管１０１の素材には、用途が類似している冷陰極蛍光ランプで一般的に採用されている硼珪酸ガラスが使用されていた。これは、比誘電率、体積抵抗率のバランスが良く、また冷陰極蛍光ランプでの実績や冷陰極蛍光ランプとの部材の共用化ができることがその理由であると考えられる。

すべての高誘電率のガラスに当てはまる分けではないが、誘電率が高いガラスを設計する場合、アルカリ金属やアルカリ土類金属を多量に添加するので、変形しにくいガラスであることが多い。そのために、このようなガラスをランプ材料とすると、ランプ製作工程中に施される熱成形加工によってガラス成形部に歪みが残り、ガラス管を自然放置あるいは再熱加工した時にその歪みが残る部分から破損する不具合が発生しやすい。このため、比誘電率が６以上の特性を持つガラス管を採用する場合に、ランプ加工性が低下し、信頼性も低下し、歩留まりが悪くなってランプコストが高くなってしまう問題点があった。
特開２０００−３１１６５９号公報 特開２００５−９３４２２号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、製作中に自然放置あるいは再熱加工する時に破損しにくくし、ランプ加工性が向上してランプコストが低くでき、また信頼性の高い誘電体バリア放電ランプを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ガラス管の内壁に蛍光体膜を形成し、前記ガラス管の放電空間に水銀と希ガスとの放電媒体を封入し、前記ガラス管の両端を封止し、前記ガラス管の外壁に電流導体層で成る外部電極を設置した誘電体バリア放電ランプにおいて、前記ガラス管の両管端部、封止部及び胴体部の歪み量を７０ｎｍ以下にしたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の誘電体バリア放電ランプにおいて、前記ガラス管は、１ＭＨｚ、常温の条件において比誘電率が６以上の特性を有するものであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の誘電体バリア放電ランプにおいて、前記ガラス管は、体積抵抗率ｌｏｇρが１５０℃において１３［Ω・ｃｍ］、２５０℃において１０［Ω・ｃｍ］以上の特性を有するものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、そのランプ製作時の熱成形加工によるガラス成形部の歪み量を低く抑えることで、製作中に自然放置あるいは再熱加工する時に破損しにくくし、コストが低く、また信頼性が高い誘電体バリア放電ランプが提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１、図２は、本発明の第１の実施の形態の誘電体バリア放電ランプ１の構成を示している。本実施の形態の誘電体バリア放電ランプ１は、ガラス管２の内壁に蛍光体膜３を形成し、ガラス管２の放電空間に水銀と、ネオン、アルゴンなどの希ガスの混合ガスとで成る放電媒体４を封入し、さらにガラス管２の両端を封止し、ガラス管２の両端部の外壁に電流導体層で成る外部電極５，６それぞれを設置したものである。このガラス管２は１ＭＨｚ、常温の条件において比誘電率が６以上であり、そして、その製作工程において両管端部、封止部及び胴体部の歪み量を７０ｎｍ以下にしたことを特徴としている。

ガラス管２の組成は、ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｌｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ，Ｂ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２，ＺｒＯ_２，Ｋ_２Ｏの中から１乃至複数種を選んで含有させたものであり、これによって、１ＭＨ、常温の条件において比誘電率を６以上に調整している。また、当該誘電体バリア放電ランプ１の製作工程において、ガラス管２の両管端部、封止部及び胴体部の歪み量を７０ｎｍ以下にした。

尚、上記の実施の形態において、ガラス管２は、その組成がＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｌｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ，Ｂ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２，ＺｒＯ_２，Ｋ_２Ｏの中から１乃至複数種を選んで含有させたものであり、体積抵抗率ｌｏｇρが１５０℃において１３［Ω・ｃｍ］以上、２５０℃において１０［Ω・ｃｍ］以上の特性を持つものを採用することができる。

また、上記のガラス管２として、ＴｉＯ_２を１％〜１０％又は／及びＣｅＯ_２を０．１％〜１０％含有させることで、紫外線遮断効果を高めたものを採用することもできる。

ＳｉＯ２にＡｌ_２Ｏ_３，Ｂ_２Ｏ_３，ＢａＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｌｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２を含有させた組成の、比誘電率７．２、外径４．０ｍｍ、内径３．０ｍｍ、ランプ長３６０ｍｍのガラス管２に対して、ランプ加工時の熱成形加工による歪み量を変化させ、常温放置また温度差によるガラス管２の破損について評価した。

評価結果は、図３の表１に示すものであった。ただし、表１において、歪み量のＴは引張り歪み、Ｃは圧縮歪みである。これにより、同じ比誘電率７．２のガラス管２であっても、ランプ加工時の熱成形加工による歪み量により、常温放置また温度差によりガラス管２が破損することがあることを確認した。

この結果により、歪み量を７０ｎｍ以下にした場合、２５℃に常温放置し、温度差４５０℃にしても破損するガラス管が発生しないことが分かった。

（第２の実施の形態）外部電極誘電体バリア放電ランプに高周波電力を注入する高周波発振回路に要求される出力は使用電流とガラス管の静電容量成分の大きさとで決定されるが、この出力電圧が実効値で２４００Ｖ程度を超過するとコロナ放電が発生し、大気中の酸素を分解し、再結合させることでオゾンを発生させる。このオゾンの発生は環境上好ましくない。

そこで、オゾンの発生を抑制する対策としては、高周波発振回路の出力を抑えることである。そして高周波発振回路の出力を抑えるには、誘電体の静電容量を大きくする、つまり、誘電体バリア放電ランプの外部電極の面積を大きくとることでリアクタンスを減少させ、必要な電圧を減少させる必要がある。図４は、３２インチ液晶表示装置に対するバックライト装置を想定した場合、周波数６５ｋＨｚの設定でガラス管の比誘電率とランプ電圧との関係を示している。電極長によらず、比誘電率が大きければランプ電圧を低下する。そして、外部電極の厚みを同じにして電極長を変化させることで、つまり、電極面積を変化させることで、電極面積が広いほどランプ電圧を低下する。しかしながら、誘電体バリア放電ランプの構造上、電極面積の増大は非発光面積の増大を意味し、発光部分が減ることによって効率低下、バックライト装置の部分的な明るさ低下が生じてしまう。

他方、誘電体であるガラスの温度が一定以上に上がると、ガラスの絶縁抵抗が低下し、発生したジュール熱と絶縁抵抗低下の循環が発生することで、最終的には絶縁破壊が発生してしまうことがある。この絶縁破壊が発生すると、該当部分のガラスが局部的に溶解し、ガラス管内の気密性が保たれなくなってランプが不点灯になってしまう。この対策として、現在までのところ、誘電体バリア放電ランプの使用電流に限度を設け、バックライト装置に組み込んだ状態においても規定の温度を超えて上昇しないように配慮することで対応している。このため、誘電体バリア放電ランプは用途、使用電流に制限が課せられている。

本実施の形態の誘電体バリア放電ランプは、ガラス管を高誘電率、低誘電正接、高体積抵抗率の素材で形成することで、温度上昇循環現象への移行温度を高め、また絶縁破壊に至る温度を高め、用途、使用電流の制限が緩和できるようにしたものである。

すなわち、本実施の形態の誘電体バリア放電ランプ１の構造、そしてガラス管２の組成は、図１、図２に示した第１の実施の形態のものと共通である。

これにより、ガラス管２は、１ＭＨｚ、常温の条件において比誘電率７．２、誘電正接０．００１、また、体積抵抗率ｌｏｇρは、１５０℃で１４．１［Ω・ｃｍ］、２５０℃で１０．９［Ω・ｃｍ］の特性を持つ。

このように、高誘電率、低誘電正接、高体積抵抗率の素材で形成したガラス管２を採用することで、温度上昇循環現象への移行温度を高め、また絶縁破壊に至る温度を高め、用途、使用電流の制限が緩和できる。

尚、本実施の形態にあっても、上記のガラス管２として、上記の組成に対してさらに、ＴｉＯ_２を０．１％〜１０％又は／及びＣｅＯ_２を０．１％〜１０％含有させることで、紫外線遮断効果を高めたものを採用することもできる。

実施例１と同じ組成のガラス管２で、１ＭＨｚ、常温で比誘電率７．２、誘電正接０．００１を示し、また、体積抵抗率ｌｏｇρは、１５０℃で１４．１［Ω・ｃｍ］、２５０℃で１０．９［Ω・ｃｍ］の特性を持つものと、比較例として従来の硼珪酸ガラス組成のコバール封着用ガラスのガラス管で、１ＭＨｚ、常温の条件において比誘電率５．３、体積抵抗率ｌｏｇρが１５０℃で１０．９［Ω・ｃｍ］、２５０℃で１０．２［Ω・ｃｍ］のものとに対してランプ電圧特性、誘電体の温度上昇循環現象への移行温度を測定した。測定結果は、図５、図６のグラフを示した。いずれのガラス管も、外径４．０ｍｍ、内径３．０ｍｍ、ランプ長３６０ｍｍのものである。

この実験結果から、本実施例において、ランプ電流６ｍＡを想定した場合、ランプ電圧（高周波発振回路の出力電圧）を３４０Ｖ低減することが可能である。また、温度上昇循環現象への移行温度は比較例が１８０℃であったのに対して、本実施例は２３０℃まで改善できた。

実施例１と同じ組成、特性のガラス管で、外部電極のリアクタンスを２３０ｋΩに設定し、本発明の場合、外部電極の電極長は１３．７ｍｍとし、比較例では２０ｍｍとした。

電極部のリアクタンスＸｃは、次の式で決定される。

Ｘｃ＝１／２πｆ・Ｃ
ただし、ｆは周波数［ｋＨｚ］、Ｃは静電容量［Ｆ］である。

このように、静電容量は比誘電率に比例するため、従来品（比較例）の電極長（リアクタンス）を何ｍｍにしても、実施例の電極長は常に３０％程度短くできる。

本発明の第１の実施の形態の誘電体バリア放電ランプの正面図。 上記実施の形態の誘電体バリア放電ランプの断面図。 上記実施の形態におけるガラス管の熱成形加工による歪み量と常温放置した時及び温度差を加えた時との破損の発生状況を示す表。 本発明の第２の実施の形態におけるガラス管の比誘電率とランプ電圧との関係を示すグラフ。 従来例と実施例２とのランプ電流・電圧特性を比較したグラフ。 従来例と実施例２との温度上昇循環現象の発生温度を示すグラフ。 従来例の誘電体バリア放電ランプの正面図。

符号の説明

１ 誘電体バリア放電ランプ
２ ガラス管
３ 蛍光体層
４ 放電媒体
５，６ 外部電極

Claims (3)

1. ガラス管の内壁に蛍光体膜を形成し、前記ガラス管の放電空間に水銀と希ガスとの放電媒体を封入し、前記ガラス管の両端を封止し、前記ガラス管の外壁に電流導体層で成る外部電極を設置した誘電体バリア放電ランプにおいて、
   前記ガラス管の両管端部、封止部及び胴体部の歪み量を７０ｎｍ以下にしたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 前記ガラス管は、１ＭＨｚ、常温の条件において比誘電率が６以上の特性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
3. 前記ガラス管は、体積抵抗率ｌｏｇρが１５０℃において１３［Ω・ｃｍ］、２５０℃において１０［Ω・ｃｍ］以上の特性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
   
   

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