JP2008097911A - 低圧窒素ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電による前処理を行うことなく、十分な窒素消失抑制効果が得られる低圧窒素ガス放電ランプを提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係る低圧窒素ガス放電ランプ１は、ガラスバルブ２内に発光ガスとして窒素ガスを封入し、放電により窒素ガスが放射する光を利用する低圧窒素ガス放電ランプ１において、ガラスバルブ２内面の少なくとも陽光柱を囲繞する部分に、放電空間との隔離膜３を設け、隔離膜３は低圧希ガス放電ランプで使用するものより厚くすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、発光ガスとして窒素ガスを封入した低圧窒素ガス放電ランプに関する。

従来より、一般照明やバックライトには水銀蛍光ランプが使用されているが、水銀の環境への影響が懸念されているため無水銀化が望まれている。無水銀化のため、水銀の代わりに窒素ガスを発光ガスとしたものである。しかし、放電中に窒素が内部電極及びガラス管に吸着することで消耗（クリーンアップ）してしまうという課題がある。そこで、ランプにアルゴンと窒素の混合ガスを封入する前に、放電による前処理をすることで、放電中の電極及びガラス管への吸着をある程度防ぐことができ、窒素の消耗の割合を抑えることができたという報告がある（例えば、非特許文献１参照）。

また、周囲温度依存性のない特性が望まれ、キセノン（Ｘｅ）を発光ガスとした希ガスランプも検討されてきた。キセノンが放電空間から消失するクリーンアップ現象も報告されており、これを抑制するには、バルブ内面に隔離膜を形成することが提案されている。しかし、これはキセノン（単原子分子で極めて反応性が低い原子）放電であり、窒素（２原子分子）放電とは異なる（例えば、特許文献１及び非特許文献２参照）。

一方、水銀を用いた低圧水銀蒸気放電蛍光ランプは、ガラス成分のナトリウム（Ｎａ）が蛍光体層中に拡散移動し、蛍光体層上で水銀と反応して光束維持率を低下させるので、これを抑制するためガラス管内面に、保護膜（隔離膜）を形成することが提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
特公平８−３９９３号公報 特公昭３６−７２４０号公報 特公昭５０−３５９６７号公報 「アルゴン−窒素混合気体放電管の窒素消耗対策」 平成１８年度照明学会第３９回全国大会、松田達也他 「熱陰極形希ガス放電蛍光ランプ（１） 基礎特性」 平成３年度照明学会第３９回全国大会、大澤隆司他

窒素ガスを発光ガスとして用いるランプでは、ランプにアルゴンと窒素の混合ガスを封入する前に、放電による前処理をすることで、放電中の電極及びガラス管への窒素の吸着をある程度防ぐことができ、窒素の消耗の割合を抑えることができるが、放電による前処理は、時間的なロス及び工程が複雑という課題があった。

そこで、発明者らが過去に行った希ガス放電の経験により、放電による前処理を行うことなく、隔離膜を用いることを思いついたが、非常に大きな単原子分子で、反応性が極めて少ないキセノンと、２原子分子でキセノンに比べ非常に小さい窒素分子では、その消失メカニズムが異なるためか、同一の形態では十分な窒素消失抑制効果が得られなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、放電による前処理を行うことなく、十分な窒素消失抑制効果が得られる低圧窒素ガス放電ランプを提供することを目的とする。

この発明に係る低圧窒素ガス放電ランプは、ガラスバルブ内に発光ガスとして窒素ガスを封入し、放電により窒素ガスが放射する光を利用する低圧窒素ガス放電ランプにおいて、ガラスバルブ内面の少なくとも陽光柱を囲繞する部分に、放電空間との隔離膜を設け、隔離膜は低圧希ガス放電ランプで使用するものより厚くすることを特徴とする。

また、この発明に係る低圧窒素ガス放電ランプは、隔離膜は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）薄膜であることを特徴とする。

また、この発明に係る低圧窒素ガス放電ランプは、酸化チタンは、テトラブチルチタネートを加熱分解させて形成した透光性を有するものであることを特徴とする。

この発明に係る低圧窒素ガス放電ランプは、ガラス管内面に設けられた隔離膜を、低圧希ガス放電ランプで用いるものより厚くすることで、バルブ内に封入された窒素ガスとガラスバルブ中の残渣との反応を抑制できるので、放電による前処理なしに窒素の消失を抑制できる。

実施の形態１．
図１乃至図２は実施の形態１を示す図で、図１は低圧窒素ガス放電ランプ１の一部を破断した部分平面図、図２は酸化チタン膜を用いた低圧窒素ガス放電ランプ１の寿命特性図である。図３は参考図で、酸化チタン膜を用いた低圧希ガス放電ランプの寿命特性図である。

図１において、主にＯＡ関連機器用の光源として使用される低圧窒素ガス放電ランプ１は、例えば管径１５．５ｍｍのガラスバルブ２を使用する。このガラスバルブ２は、フッ素が０．００４重量％、塩素が０．０３１重量％程度残渣として含有されている極一般的なソーダガラスである。

ガラスバルブ２の内面には、酸化チタン膜で構成される隔離膜３が形成されている。酸化チタン膜は、テトラブチルチタネートを塗布・乾燥し、これを焼付け分解して得たものである。隔離膜３は、ガラスバルブ２の内面全体に形成する必要はなく、少なくとも電極（フィラメント７）間での放電により形成される陽光柱を囲繞するガラスバルブ内面の部分に設けらればよい。

隔離膜３の上に光を反射する反射膜４が形成される。

さらに、反射膜４の内面に蛍光体層５が設けられる。

低圧窒素ガス放電ランプ１は、主にＯＡ関連機器用の光源として使用されるので、反射膜４から反射される光を集中的に放射するアパーチャー開口部６がガラスバルブ２の長手方向に形成されている。当然ではあるが、アパーチャー開口部６には、反射膜４は形成されていない。

電極となるフィラメント７には、電子放射物質が塗布されている。

ガラスバルブ２内部には、混合ガス（アルゴン：９０％、窒素：１０％）が約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）封入されている。

点灯条件は、４５ＫＨｚの正弦波高調波とし、ランプ電流は１００ｍＡ一定とした。

図２は、上記のように構成された低圧窒素ガス放電ランプ１において、封入ガス圧を変化させた場合の寿命（相対値）を示している。尚、パラメータとして、ガラスバルブ内面上の隔離膜３である酸化チタン付着量をとった。即ち、図２に示す曲線ア（実線）は酸化チタン付着量が０（ｍｇ／ｃｍ^２）、曲線イ（一点鎖線）は酸化チタン付着量が０．００１（ｍｇ／ｃｍ^２）、曲線ウ（ニ点鎖線）は酸化チタン付着量が０．００５（ｍｇ／ｃｍ^２）、曲線エ（破線）は酸化チタン付着量が０．０５（ｍｇ／ｃｍ^２）の場合である。

低圧窒素ガス放電ランプ１の寿命とは放電により発生する窒素ガススペクトルが実質的になくなり、代わってバッファーガスとして封入しているアルゴンガスが発光し、その発光スペクトルが支配的になった時をいう。寿命は純窒素ガス１３３００Ｐａ（約１００Ｔｏｒｒ）を封入した際の寿命を１００％とし、相対値で示した。

図２より、酸化チタン付着量を増すことにより低圧窒素ガス放電ランプ１の寿命は飛躍的に延長することが解る。

参考までに、図３に酸化チタン膜を用いた低圧希ガス放電ランプの寿命特性を示す。キセノンが放電空間から消失するクリーンアップ現象を抑制する酸化チタン付着量は、図２の低圧窒素ガス放電ランプ１の場合よりも少なくてよいことが解る。逆に言えば、低圧窒素ガス放電ランプ１では、低圧希ガス放電ランプよりも、クリーンアップ現象を抑制するためには、酸化チタン付着量（隔離膜３の厚さ）を５〜１０倍増やす必要がある。

また、別の実験で、隔離膜３として酸化アルミニウム、酸化ケイ素を試験したが、窒素消失の抑制効果は確認できなかった。このことからも、通常の水銀蒸気放電蛍光ランプと異なるようであり、どちらかと言えば、低圧希ガス放電ランプのキセノンクリーンアップ抑制作用に近いと推測された。

実施の形態１を示す図で、低圧窒素ガス放電ランプ１の一部を破断した部分平面図である。 実施の形態１を示す図で、酸化チタン膜を用いた低圧窒素ガス放電ランプ１の寿命特性図である。 参考図で、酸化チタン膜を用いた低圧希ガス放電ランプの寿命特性図である。

符号の説明

１ 低圧窒素ガス放電ランプ、２ ガラスバルブ、３ 隔離膜、４ 反射膜、５ 蛍光体層、６ アパーチャー開口部、７ フィラメント。

Claims (3)

1. ガラスバルブ内に発光ガスとして窒素ガスを封入し、放電により前記窒素ガスが放射する光を利用する低圧窒素ガス放電ランプにおいて、
   前記ガラスバルブ内面の少なくとも陽光柱を囲繞する部分に、放電空間との隔離膜を設け、前記隔離膜は低圧希ガス放電ランプで使用するものより厚くすることを特徴とする低圧窒素ガス放電ランプ。
2. 前記隔離膜は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）薄膜であることを特徴とする請求項１記載の低圧窒素ガス放電ランプ。
3. 前記酸化チタンは、テトラブチルチタネートを加熱分解させて形成した透光性を有するものであることを特徴とする請求項２記載の低圧窒素ガス放電ランプ。

Images