JP2008262805A

JP2008262805A - 誘電体バリア放電ランプ

Info

Publication number: JP2008262805A
Application number: JP2007104753A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kurachi; 敏明倉地
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】誘電体バリア放電ランプにおける内部電極近傍の収縮放電を固定し、チラツキを防止する。
【解決手段】誘電体バリア放電ランプ１において、内部電極３の外周面の一部の領域に電子放射性物質７を塗布するとともに、当該塗布領域が、内部電極３と外部電極４が最も近接する領域を含むことにより、収縮放電が内部電極３の淵を回ることによるチラツキを防止することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプに封着された内部電極とランプ外に配置された外部電極とを有する電極誘電体バリア放電ランプに関する。また、当該ランプを備える液晶バックライトや原稿読み取り装置用光源等に関する。

近年、液晶技術の発達と共にテレビやモニター等の情報表示装置として液晶ディスプレイが一般的に用いられている。液晶ディスプレイでは液晶の背面に光源装置（以下、バックライトと呼ぶ）を配置し、このバックライトからの光を液晶パネルから透過させて画面を表示する構造である。これらのバックライトの主な光源としては、細管の冷陰極蛍光ランプを多数配置したものが最も多く用いられている。

一方、液晶用バックライトへの応用を目指し、誘電体バリア放電ランプの研究開発が盛んに行われている。誘電体バリア放電ランプはランプ内部に水銀を含まず、希ガスの発光を利用するため、環境に優しく、リサイクル性に優れているなどの特長を持っている。さらに、誘電体バリア放電ランプは水銀を含まないため、従来の冷陰極蛍光ランプのようにランプ内部の水銀が暖まって充分に蒸気化するまでの光束の時間変化がほとんどなく、光の立ち上がりが早いという特長を有している。

誘電体バリア放電ランプの好適な例としては、図４に示すような内部―外部電極方式が開示されている（特許文献１参照）。まず、図４の誘電体バリア放電ランプの構成および動作を説明する。

誘電体バリア放電ランプ１は、ランプ放電媒体である希ガスが封入されたバルブ２の一端に、円柱状または一端の閉じた円筒状などの金属製内部電極３が封着されている。さらに該ランプは断面形状がコの字型の外部電極４の内部に挿入されるとともに、ランプ１と外部電極４との間の距離が適切に保たれるよう、保持部材５により固定されている。内部電極３および外部電極４は、点灯回路６に各々接続されている。

点灯回路６の動作により高周波電圧が内部電極３と外部電極４との間に印加されると、ランプ１の内部に誘電体バリア放電によるプラズマを発生し、可視光もしくは紫外線発する。なお、ランプ１の光は、外部電極４の開口部より取り出される。

図４に示す誘電体バリア放電ランプ１における課題として、内部電極３の近傍における領域で放電路が細くなる、いわゆる収縮放電によるチラツキが挙げられる。すなわち、所定の調光周波数で間欠駆動すると、ランプ１の放電休止期間を経て次の放電期間に入ってランプ１を点灯させた際、バルブ１の放電空間内において収縮放電が走る位置が変化し、その結果、内部電極２近傍の位置における輝度分布が変化するためにチラツキとして認識される。この課題に対する対策として、特許文献１では、内部電極３近傍の領域にシリコーン樹脂やガラスなどの誘電体材料８を配置することによって局所的に容量が高い位置を作り出し、誘電体８の方向に収縮放電の位置を引き寄せて固定するという方法が開示されている。
特開２００６−３５１５４１号公報（図１、段落番号００９５を参照）

しかしながら、誘電体８としてシリコーンのような樹脂材料を用いた場合、放電プラズマは誘電体８と隣接したバルブ２の表面を走ることになり、誘電体８は非常に高温となって、変色や熱による樹脂分子鎖の分解、低分子量の分子の飛散による収縮などの特性変化を生じ、チラツキ抑制効果を長時間維持することは困難である。一方、誘電体８としてガラスや誘電体セラミックスなどを用いた場合、固定の際にバルブ２に傷がつきやすく、リーク発生の原因となる恐れがあるばかりか、コストも高くなるという課題がある。

また、誘電体８を挿入することによって、ランプ１のもつ静電容量が大きくなり、発光効率が悪影響を受けるという課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光効率に悪影響を及ぼすことなく長時間に亘ってチラツキを防止することが可能で、かつ低コストの誘電体バリア放電ランプを提供することにある。

上記従来の課題を解決するため、本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、請求項１の発明によれば、少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入された透光性容器の一端に内部電極を有し、かつ透光性容器の長手方向に沿って配置された外部電極を有する誘電体バリア放電ランプであって、内部電極の外周面のうち、バルブと外部電極が最も近接した領域の少なくとも一部を含む領域に電子放射性物質が塗布したことを特徴とする。

さらに請求項２の発明によれば、前記外部電極と前記透光性容器との距離が、前記透光性容器の中心軸に垂直な断面において不均一であることを特徴とする。

さらに、請求項３の発明によれば、前記内部電極がカップ形状であり、かつ、前記透光性容器の内壁と前記内部電極とで構成される隙間が０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。

以上のように、本発明は、誘電体バリア放電ランプの発光効率に悪影響を及ぼすことなく、内部電極近傍のチラツキを長期に亘って防止することが出来る。また、低コストでチラツキ防止効果を得ることが出来る。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における誘電体バリア放電ランプを模式的に示すものである。

図１（ａ）の誘電体バリア放電ランプにおいて、ランプ１は例えばホウ珪酸ガラスからなるバルブ２の一端にカップ形状の内部電極３が封着されるとともに、放電ガスとしてキセノンガスが１４０Ｔｏｒｒ封入されている。また、バルブ２の内壁には蛍光体膜（図示せず）が形成されている。なお、本実施の形態におけるバルブ２の寸法は、内径２ｍｍ、外径３ｍｍ、長さ３７０ｍｍである。また、ランプ１の長手方向の軸に沿って、３ｍｍ一定の空隙距離を持って平板（リボン）状のアルミ板からなる外部電極４が配置されている。なお、ランプ１の両端部にはランプ１と外部電極４との間の距離を一定に保持するための保持部材５が接続されている。また、内部電極３および外部電極４は点灯回路６に各々接続されている。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）における誘電体バリア放電ランプのＡ−Ａ断面図である。内部電極３の表面のうち、外部電極４と最も近接している領域のみに、部分的に電子放射性物質７が塗布されている。

以上のように構成された誘電体バリア放電ランプについて、その動作を説明する。

点灯回路６の動作によって、内部電極３が外部電極４に対して負電圧となるような矩形波を印加すると、内部電極３と外部電極４の間に図２（ａ）に矢印で示すような電界が発生する。矩形波電圧の立ち上がり期間において、波高値の上昇に伴って電界が上昇していき、やがて放電開始に必要な電界に達すると、内部電極３のごく近傍の領域Ａで放電プラズマが発生する。すると、図２（ｂ）に示すように、放電プラズマ中の希ガスイオンＸｅ^＋および電子ｅ⁻は、電気的な引力によって、それぞれ内部電極３と外部電極４のうち領域Ａの部分に移動し、壁電荷を形成する。一方、バルブ２内に封入されたキセノンガスは放電プラズマ中で励起され、さらに別のキセノン原子とエキシマを形成し、紫外線発光または可視発光を呈する。続いて、図２（ｃ）に示すように、上記の壁電荷が作る電界により、領域Ａにおける電界強度が低下し、放電を停止する。しかしながら、領域Ａにおいて放電が開始した瞬間、領域Ａよりもわずかに内部電極３から離れた領域Ｂで電界強度が非常に高くなる。なぜなら、領域Ｂでは壁電荷の形成が終了していないばかりか、放電プラズマの先端部における電位はほぼ内部電極３に印加した電圧より僅かに低い程度であるためである。従って、次は領域Ｂにおいて壁電荷が形成され電界強度が低下するまで、領域Ｂで放電が行われる。なお、上述の動作は負電圧の矩形パルスを印加した場合の動作について記載したが、正電圧の矩形パルスを加えた場合も、電荷の移動方向が異なるだけでほぼ同一の動作となるため説明は割愛する。なお、実際の点灯動作は正負交番の矩形波で行う。また、簡単のため、上述の動作説明では、電子放射性物質７に関する記述は割愛したが、最初に領域Ａで放電を開始する際にランプ１に供給される放電電流が電子放射性物質７から集中的に供給されるというだけであり、放電の動作は基本的に同じである。

また、放電プラズマの先端部における電位が僅かながら内部電極３に印加した電圧より僅かに低くなる理由は、あくまでプラズマの持つ導電率は有限であり、電荷がプラズマ先端部に移動する際に電圧降下を生じるためである。こうして、放電する位置が時間と共に内部電極３から遠い領域へと移動していきながら、ランプ１全体が点灯する。

上述の動作説明から判るように、放電プラズマにおける電位は、内部電極３近傍で最も高く、内部電極３から遠ざかるにつれて徐々に低下していく。同様に考えると、放電を発生するための電界強度も、内部電極３近傍で最も高く、内部電極３から遠ざかるにつれて徐々に低下していくことが判る。

このため、内部電極３に極めて近い位置では、電界強度が非常に高すぎるために放電が収縮し、雷状の放電が発生することが知られている。このような収縮放電は発生位置が時間的に変化し、ランプ１のチラツキとして視認される。さらに、調光した場合にチラツキが顕著に現れることが知られている。本願発明者の実験の結果、特に深く調光した場合（光出力を絞った場合）、最も多く発生するチラツキの発生モードとして、下記のような現象が確認された。すなわち、内部電極３の先端部に放電の開始点となる輝点が生じ、そこから収縮放電が伸び、さらに輝点がカップ状の内部電極３の淵に沿って回り続け、輝点の移動に伴って収縮放電がバルブ２内壁上をグルグル回るというものである。なお、この現象は太い棒状の内部電極３を用いた場合でも同様であった。また、細い棒状の内部電極３を用いると、雷のような収縮放電が、内部電極３からバルブ２内壁に達するパスが時間とともに動き（スネーキング）、結果的にチラツキを発生する場合があった。

この現象を踏まえ、本願発明者は、バルブ２内壁と内部電極３との隙間を狭くし、かつ輝点の発生位置を常に固定することがチラツキ抑制には最も好適であると考えた。

そこで、図１に示したように、カップ形状の内部電極３とバルブ２との僅かな隙間で、かつ外部電極４とバルブ２が最も近接した領域を含む狭い領域に電子放射性物質７を塗布した。すると、電子放射性物質７の位置に輝点が固定され、そこから収縮放電がバルブ２の内壁に沿って発生するものの、内部電極３の淵に沿って収縮放電が回ることによるチラツキを回避することが出来ることが判明した。

なお、電子放射性物質７の好適な塗布位置を記載した文献（特許第３６４２１５３号公報、図２を参照）がある。これによれば、電子放射性物質７の塗布位置として、カップ形状の内部電極３の内壁面に塗布することが好適であるとされている。その理由として、耐スパッタ性が挙げられている。すなわち、内部電極３の内壁面に塗布された電子放射性物質７がバルブ２に封入されたガスによるスパッタリングを受けて飛散した場合、内部電極３の内壁面に再付着し、再び電子放射性を発揮できる確率が高いと考えられるためである。ところが、本願発明者の実験の結果、上述の通り、内部電極３の内壁面全体に電子放射性物質７を塗布すると、輝点の移動によるチラツキが顕著に現れるため好ましくないことが判った。さらに、内部電極３の内壁面のうち、外部電極４と最も近接した領域のみに電子放射性物質７を塗布した場合でも、スパッタリングを受けて飛散した電子放射性物質７が外部電極４から離れた位置に付着する場合が多発し、結果的に内部電極３からバルブ２の壁面まで収縮放電が達する経路が一定とはならず、チラツキを発生する場合があった。以上のように、本願発明は電子放射性物質７の塗布位置が従来とは大きく異なり、その結果としてチラツキを抑止したものである。

なお、バルブ２と外部電極４の間の距離が、バルブ２の中心軸に垂直な断面において不均一であり、内部電極３と外部電極４との最短距離が特定可能な形状である必要がある。何故なら、電子放射性物質７から伸びた収縮放電がバルブ２の壁面に達する経路が一意に決まらず、複数の収縮放電経路がある場合、深く調光した場合にチラツキ抑制効果が得られなくなるためである。従って、例えばバルブ２と外部電極４が同心円（または円弧）であると効果が得られなくなる。

また、スパッタリングによる電子放射性物質７の飛散については、バルブ２と内部電極３との隙間を出来る限り狭くすることによって、電子放射性物質７が内部電極３遠方まで飛散することを抑制するとともに、内部電極３の外壁面に再付着する確率を高めることで対応できる。なお、バルブ２の寸法公差は通常は外径寸法と肉厚で管理され、内径寸法は現実的には管理が難しい。従って、バルブ２の内径寸法公差は非常に大きくなることが多い。従って、生産性を考慮すると、本実施の形態で用いた内径２ｍｍのバルブの場合、バルブ２の内壁面とカップ状内部電極３との間の隙間は、寸法公差を考慮すると、現実的には０．１５ｍｍ以上とする必要がある。また、チラツキを抑制できる隙間の上限は、好適には０．３ｍｍ以下である。

なお、本実施の形態ではバルブ２の寸法を内径２ｍｍ、外径３ｍｍ、長さ３７０ｍｍとしたが、本発明の趣旨である収縮放電の位置固定原理はバルブ２の寸法に依存しない。また、外部電極４の形状は種々の形状をとることが出来る。例えば、図３に示すような、バルブ２の長さ方向の軸に垂直な断面における外部電極４の形状を円弧状にすることが出来る。ただし、バルブ２と外部電極４との間の最短距離が規定できないような形状にすると、うまく収縮放電の位置を規定できなくなる。なお、仮に最短距離になる領域が複数ある場合、特に点灯初期にチラツキを発生しやすい。その理由は、ある程度ランプを点灯した後でなければ、電子放射性物質７から放電電子が安定的に出ないためである。最短距離となる領域が一意に決まれば、短時間のエージングによって、電子放射性物質７を塗布した領域から安定的に電子が放出され、点灯初期のチラツキを回避しやすくなる。

本発明の誘電体バリア放電ランプは、収縮放電によるチラツキを抑止できる効果があるため、液晶用のバックライト、コピーやスキャナなどの原稿読み取り装置の光源等として有用である。

本発明の実施の形態における誘電体バリア放電ランプの構成を示す図本発明の実施の形態における誘電体バリア放電ランプの動作を示す図本発明の実施の形態における誘電体バリア放電ランプの他の構成例を示す図従来の誘電体バリア放電ランプの構成を示す図

符号の説明

１ランプ
２バルブ
３内部電極
４外部電極
５保持部材
６点灯回路
７電子放射性物質
８誘電体

Claims

少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入された透光性容器の一端に内部電極を有し、
かつ前記透光性容器の長手方向に沿って配置された外部電極を有する誘電体バリア放電ランプであって、
前記内部電極の外周面のうち少なくとも一部の領域に電子放射性物質が塗布されており、
かつ前記塗布領域が前記内部電極と前記外部電極とが最も近接した領域の少なくとも一部を包含していることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
前記外部電極と前記透光性容器との距離が、前記透光性容器の中心軸に垂直な断面において不均一であることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
前記内部電極がカップ形状であり、かつ、前記透光性容器の内壁と前記内部電極とで構成される隙間が０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。