JP2010055854A - 希ガス放電ランプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】屋外環境で使用する場合など環境温度の変化が著しい状況においてランプを調光させても、発光効率が低下せず、チラツキが発生することのない希ガス放電ランプ装置を提供することである。
【解決手段】キセノンガスが充填された放電容器１の外面に一対の電極２が配置された希ガス放電ランプと、この希ガス放電ランプに対して可変の電力を供給することで当該希ガス放電ランプを調光制御する機能を有する給電装置とより構成される装置において、前記電極間の距離をL（ｍｍ）、前記一方の電極面積をS（ｍｍ２）、前記希ガス放電ランプの電力をＰ（ｗ）、とするとき、
Ｐ（ｗ）／S（ｍｍ２） ＞ ６．８×１０−4 ×L（ｍｍ）−１．３×１０−3
であることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】キセノンガスが充填された放電容器１の外面に一対の電極２が配置された希ガス放電ランプと、この希ガス放電ランプに対して可変の電力を供給することで当該希ガス放電ランプを調光制御する機能を有する給電装置とより構成される装置において、前記電極間の距離をL（ｍｍ）、前記一方の電極面積をS（ｍｍ２）、前記希ガス放電ランプの電力をＰ（ｗ）、とするとき、
Ｐ（ｗ）／S（ｍｍ２） ＞ ６．８×１０−4 ×L（ｍｍ）−１．３×１０−3
であることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
この発明は希ガス放電ランプ装置に関し、特に、液晶テレビなどのバックライトとして使う希ガス放電ランプ装置に関する。
従来、液晶テレビ等のバックライト用光源には、主としてガラス管内に電極を対向配置した冷陰極蛍光ランプが用いられていた。しかし、冷陰極蛍光ランプの内部には、微量の水銀が含まれていることから、近年、水銀を含まない新しいバックライト用光源の開発が進められている。その１つとして、例えば、特開平１１−２４９６０３号公報に示されるような希ガス蛍光ランプが検討されつつある。
また、液晶テレビは大型化が著しく、例えば60インチ以上のインフォメーションディスプレイが登場してきている。このため、バックライトの使用環境も屋外を対象とすることになり、例えば−１０℃から４０℃の温度範囲にまで対応できるランプ特性が要求されてきている。
しかし、従来の希ガス放電ランプでは、例えば、低温下で点灯させて調光を行った場合に、ランプの放電柱が顕著となり、発光効率の極度の低下、さらには、放電柱の移動に伴う‘ちらつき’が発生する。結果として、液晶テレビの画面上で極端な光量低下、チラツキが発生するという問題があった。
特開平１１−２４９６０３号公報
特開２００６−２１６３９１号公報
しかし、従来の希ガス放電ランプでは、例えば、低温下で点灯させて調光を行った場合に、ランプの放電柱が顕著となり、発光効率の極度の低下、さらには、放電柱の移動に伴う‘ちらつき’が発生する。結果として、液晶テレビの画面上で極端な光量低下、チラツキが発生するという問題があった。
この発明が解決しようとする課題は、屋外環境で使用する場合など環境温度の変化が著しい状況においてランプを調光させても、発光効率が低下せず、チラツキが発生することのない希ガス放電ランプ装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明の外部電極型放電ランプは、キセノンガスが充填された放電容器の外面に一対の電極が配置された希ガス放電ランプと、この希ガス放電ランプに対して可変の電力を供給することで当該希ガス放電ランプを調光制御する機能を有する給電装置とより構成される装置において、前記電極間の距離をL（ｍｍ）、前記一方の電極面積をS（ｍｍ２）、前記希ガス放電ランプの電力をＰ（ｗ）、とするとき、
Ｐ（ｗ）／S（ｍｍ２） ＞ ６．８×１０−4 ×L（ｍｍ）−１．３×１０−3
であることを特徴とする。
Ｐ（ｗ）／S（ｍｍ２） ＞ ６．８×１０−4 ×L（ｍｍ）−１．３×１０−3
であることを特徴とする。
以上の構成により、本発明に係る希ガス放電ランプ装置は、屋外環境で使用する場合など環境温度の変化が著しい状況において、ランプを調光させても発光効率の低下がなく、チラツキの発生を抑制することができる。
図１は希ガス放電ランプの拡大図を示す。（ａ）は希ガス放電ランプの全体図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
図において、放電ランプは、管状ガラス管１により構成され、その外面に一対の電極２ａ、２ｂが設けられる。ガラス管１は、例えば、バリウムガラスからなるもので、その内部には希ガスとしてキセノンガス、あるいはキセノンガスを主成分とする混合ガスが封入されている。ガラス管は上記材質以外にコバールガラス、タングステンガラス、ソーダガラスを用いても良い。このときのガラス管外形は６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり肉厚は０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ以下となる。発光効率を良くするには特に管径を９．８ｍｍ〜１４ｍｍの範囲を選択すればよい。
図において、放電ランプは、管状ガラス管１により構成され、その外面に一対の電極２ａ、２ｂが設けられる。ガラス管１は、例えば、バリウムガラスからなるもので、その内部には希ガスとしてキセノンガス、あるいはキセノンガスを主成分とする混合ガスが封入されている。ガラス管は上記材質以外にコバールガラス、タングステンガラス、ソーダガラスを用いても良い。このときのガラス管外形は６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり肉厚は０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ以下となる。発光効率を良くするには特に管径を９．８ｍｍ〜１４ｍｍの範囲を選択すればよい。
ガラス管１の内壁面には、蛍光物質が塗布されて蛍光体層３を形成する。この蛍光物質は、例えば青色発光用BaMgAlO;Eu、緑色発光用；LaPO4;Te,ZnSi2O3；Mｎ、赤色発光用（Y,Gd）B2O3；Eu、（Y,V）B2O3；Eu、0.5MgF23.5MgOGeO2；Mnの２色以上の組み合わせて使用する。蛍光体の組み合わせは上記蛍光体に限定するものではなく、例えば紫外線発光の蛍光体を混合または単色で使用して用いてもよい。この蛍光体層３の膜厚は１０〜２５μｍであり蛍光体の組み合わせによって最も明るくなる膜厚を選定する。また、蛍光体層３の一部に蛍光体が塗布されていない、または、薄い部分を設けて光を取り出してもよい。
なお、蛍光体層３を形成することで、当該放電ランプは可視光、または紫外蛍光体を用いた場合、紫外線を放射することとなる。この場合は、希ガス蛍光ランプとも称される。
なお、蛍光体層３を形成することで、当該放電ランプは可視光、または紫外蛍光体を用いた場合、紫外線を放射することとなる。この場合は、希ガス蛍光ランプとも称される。
電極２ａ，２ｂは、全体形状が概略帯状であって、ガラス管１の外壁に軸方向（長手方向）に伸びるように配置する。この電極２ａ，２ｂは、例えば、アルミニウム、銅などの金属製テープや銀ペーストなどの導電性材料から形成される。銀ペーストを用いた場合には膜厚は２μｍ〜20μｍの範囲で銀箔薄膜を形成させるとよい。
また、電極２ａ，２ｂには、スリットや開口を設けることができる。これは、ガラス管１の内部で生じた発光を蛍光体部や開口部だけではなく、当該スリットからも放射させるためである。電極にスリットを設ける技術については、例えば、特開平９−２９８０４９号に開示される。
また、電極２ａ，２ｂには、スリットや開口を設けることができる。これは、ガラス管１の内部で生じた発光を蛍光体部や開口部だけではなく、当該スリットからも放射させるためである。電極にスリットを設ける技術については、例えば、特開平９−２９８０４９号に開示される。
放電ランプは、一対の電極２ａ，２ｂに印加される高周波電圧により、電極に挟まれたガラス管（ガラス材料）を誘電体として、誘電体障壁放電（バリア放電）を発生させ、この放電で発生した紫外線によりガラス内面に塗布された蛍光体層６を発光させている。
ここで、数値例をあげると、ガラス管１は、長さ１０００ｍｍ、外径φ１２ｍｍであり、発光長は９８０ｍｍ程度となる。ガラス管１に封入されるキセノンガスは１０ｋ〜４０ｋＰａの範囲から選択され、例えば、２０ｋＰａ封入される。電極２の幅は０．２〜４ｍｍの範囲から選択され、例えば、０．５ｍｍであり、希ガス蛍光ランプは、定格点灯電力２５Ｗ程度で点灯する。
図２は本発明の希ガス放電ランプ装置に係る給電装置を示す。希ガス蛍光ランプの給電装置は、電源から供給されるインバータ回路の出力に希ガス蛍光ランプが接続され、インバータ回路には制御部が接続されている。制御部はインバータの駆動信号を出力するインバータ回路駆動部からなる。調光にはインバータ駆動回路へ点灯制御信号の点灯期間と消灯期間の時間比率を制御してバースト調光を行う。バースト調光以外に点灯周波数、点灯電圧を組み合わせ、あるいは、単独で可変させて調光を行っても良い。
ここで、本発明者らは、希ガス放電ランプの発光効率低下、チラツキは、ランプ点灯時の電力密度に影響することを見出した。ここで言う「電力密度」とは‘電源に供給する入力電力／電極の面積’を意味するが、本発明においては、電力密度はランプ内部の放電柱の数と置き換えることができ、電極密度が大きいと放電柱の数は多くなる。
誘電体放電の場合、ランプ軸方向においても放電しやすい場所があり、例えば、誘電体表面のガス温度がより高温な部分、蛍光体や誘電体の膜厚の薄い部分、ランプ軸方向の電極端部等がそれに該当し、この部分では放電柱を形成している。このように、放電しやすい部分としにくい部分が同一面上に存在するため、目視において均一放電しているように見えても、ランプ軸方向においては放電柱の不均一性が存在する。
上記ランプにおいて周囲温度を低くした場合、放電がしにくい部分のガス温度は、ランプ管表面の冷却に伴い更に低下し、一段と放電の不均一性が助長される。このため、ランプ軸方向において部分的な暗部が形成され、この部分の放電柱の揺らぎがちらつきとなって見える。ランプ軸方向においてはより均一放電ではなくなるため、ランプ効率は低下し、光量の減少につながる。
誘電体放電の場合、ランプ軸方向においても放電しやすい場所があり、例えば、誘電体表面のガス温度がより高温な部分、蛍光体や誘電体の膜厚の薄い部分、ランプ軸方向の電極端部等がそれに該当し、この部分では放電柱を形成している。このように、放電しやすい部分としにくい部分が同一面上に存在するため、目視において均一放電しているように見えても、ランプ軸方向においては放電柱の不均一性が存在する。
上記ランプにおいて周囲温度を低くした場合、放電がしにくい部分のガス温度は、ランプ管表面の冷却に伴い更に低下し、一段と放電の不均一性が助長される。このため、ランプ軸方向において部分的な暗部が形成され、この部分の放電柱の揺らぎがちらつきとなって見える。ランプ軸方向においてはより均一放電ではなくなるため、ランプ効率は低下し、光量の減少につながる。
上記問題点を解決するため放電空間において、適度に放電柱の数を多くすれば、ガラス管内表面における封入ガスの温度の場所的不均一を小さくすることができ、ガラス管内表面における封入ガスの温度がほぼ均一化され、たとえ低温下で調光（電力を下げる）したとしても、放電柱の発生放電ムラは発生せず、すなわち、場所的な不均一な発光（チラツキ）は生じないというわけである。言い換えれば、環境温度が低いとしても、特定面積に対して一定数の放電柱が生じるだけの下限電力を供給することができれば、発光効率の低下、チラツキの発生を防止できることを見出した。
次に、電力密度とチラツキに関する実験（実験１）について説明する。
ランプ電力１４Ｗ、外径9.8ｍｍの希ガス放電ランプを６種類用意して、それぞれの電力密度を電極幅を変えて変化させた。具体的な電極幅と、定格電力の30％まで調光させたときの電力密度は、ランプ１は電極幅1.0mm（電力密度0.0043Ｗ/cm２）、ランプ２は電極幅0.8mm（電力密度0.0053Ｗ/cm２）、ランプ３は電極幅0.7mm（電力密度0.0061Ｗ/cm２）、ランプ４は電極幅0.6mm（電力密度0.0071Ｗ/cm２）、ランプ５は電極幅0.5m（電力密度0.0086Ｗ/cm２）、ランプ６は電極幅0.4mm（電力密度0.0107Ｗ/cm２）とした。各ランプは、周囲温度−10℃（マイナス10℃）の環境においてチラツキの発生状況を確認した。
各ランプは、長さ1000ｍｍ、発光長は980ｍｍ、内部にキセノンガスを21ｋＰａ封入している。また、給電装置は、ハーフブリッジ型インバータ回路を使い、トランスは差動トランス方式を用いて50ｋＨｚで点灯させた。周囲温度は高温高湿槽の中にランプを入れ、周囲温度を任意の温度に設定できるようにした。
「チラツキ」は高温高湿槽のガラス窓に照度計を設置し、照度計のアナログ出力の変動幅を測定した。この変動幅は最大値と最小値の差を平均値で割り、パーセントに変換して数値化した。実際にランプを目視にて観察した「チラツキ」は、上記測定結果の１．７０％以上にて確認できる。
ランプ電力１４Ｗ、外径9.8ｍｍの希ガス放電ランプを６種類用意して、それぞれの電力密度を電極幅を変えて変化させた。具体的な電極幅と、定格電力の30％まで調光させたときの電力密度は、ランプ１は電極幅1.0mm（電力密度0.0043Ｗ/cm２）、ランプ２は電極幅0.8mm（電力密度0.0053Ｗ/cm２）、ランプ３は電極幅0.7mm（電力密度0.0061Ｗ/cm２）、ランプ４は電極幅0.6mm（電力密度0.0071Ｗ/cm２）、ランプ５は電極幅0.5m（電力密度0.0086Ｗ/cm２）、ランプ６は電極幅0.4mm（電力密度0.0107Ｗ/cm２）とした。各ランプは、周囲温度−10℃（マイナス10℃）の環境においてチラツキの発生状況を確認した。
各ランプは、長さ1000ｍｍ、発光長は980ｍｍ、内部にキセノンガスを21ｋＰａ封入している。また、給電装置は、ハーフブリッジ型インバータ回路を使い、トランスは差動トランス方式を用いて50ｋＨｚで点灯させた。周囲温度は高温高湿槽の中にランプを入れ、周囲温度を任意の温度に設定できるようにした。
「チラツキ」は高温高湿槽のガラス窓に照度計を設置し、照度計のアナログ出力の変動幅を測定した。この変動幅は最大値と最小値の差を平均値で割り、パーセントに変換して数値化した。実際にランプを目視にて観察した「チラツキ」は、上記測定結果の１．７０％以上にて確認できる。
実験１の結果は以下のとおりである。
ランプ１はチラツキが「4.00」、ランプ２はチラツキが「1.70」、ランプ３はチラツキが「1.00」、ランプ４はチラツキが「0.80」、ランプ５はチラツキが「0.70」、ランプ６はチラツキが「0.70」であった。
図３は実験１の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0053Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、目視にて確認できないレベルになっていることがわかる。また、チラツキの減少量も極端に小さくなっている。
ランプ１はチラツキが「4.00」、ランプ２はチラツキが「1.70」、ランプ３はチラツキが「1.00」、ランプ４はチラツキが「0.80」、ランプ５はチラツキが「0.70」、ランプ６はチラツキが「0.70」であった。
図３は実験１の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0053Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、目視にて確認できないレベルになっていることがわかる。また、チラツキの減少量も極端に小さくなっている。
次に、ランプ電力とランプ径を変えて同様に電力密度をチラツキに関する実験（実験２）を行った。ランプ電力16Ｗ、外径φ１２の希ガス放電ランプを６種類用意して、同様に、電極幅を変えることで電力密度を変化させた。具体的には、ランプ１は電極幅1.0mm（電力密度0.0048Ｗ/cm２）、ランプ２は電極幅0.7mm（電力密度0.0068Ｗ/cm２）、ランプ３は電極幅0.6mｍ（電力密度0.0080Ｗ/cm２）、ランプ４は電極幅0.５mm（電力密度0.0096Ｗ/cm２）、ランプ５は電極幅0.4m（電力密度0.0120Ｗ/cm２）、ランプ６は電極幅0.3mm（電力密度0.0160Ｗ/cm２）とした。その他の条件は基本的に実験１と同じである。
実験２の結果を以下のとおりである。
ランプ１はチラツキが「4.85」、ランプ２はチラツキが「1.65」、ランプ３はチラツキが「1.22」、ランプ４はチラツキが「1.00」、ランプ５はチラツキが「0.85」、ランプ６はチラツキが「0.80」となった。
図４は実験２の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0068Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、また、チラツキの減少量も極端に小さくなっていることがわかる。
ランプ１はチラツキが「4.85」、ランプ２はチラツキが「1.65」、ランプ３はチラツキが「1.22」、ランプ４はチラツキが「1.00」、ランプ５はチラツキが「0.85」、ランプ６はチラツキが「0.80」となった。
図４は実験２の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0068Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、また、チラツキの減少量も極端に小さくなっていることがわかる。
次に、ランプ電力とランプ径を変えて同様に電力密度をチラツキに関する実験（実験３）を行った。ランプ電力1２Ｗ、外径φ８の希ガス放電ランプを６種類用意して、同様に、電極幅を変えることで電力密度を変化させた。具体的には、ランプ１は電極幅1.2mm（電力密度0.0031/cm２）、ランプ２は電極幅1.0mm（電力密度0.0037Ｗ/cm２）、ランプ３は電極幅0.9mm（電力密度0.0041Ｗ/cm２）、ランプ４は電極幅0.8mm（電力密度0.0046Ｗ/cm２）、ランプ５は電極幅0.7m（電力密度0.0053Ｗ/cm２）、ランプ６は電極幅0.5mm（電力密度0.0074Ｗ/cm２）とした。その他の条件は基本的に実験１、実験２と同じである。
実験３の結果を以下のとおりである。
ランプ１は「4.00」、ランプ２はチラツキが「2.00」、ランプ３はチラツキが「1.70」、ランプ４はチラツキが「1.40」、ランプ５はチラツキが「1.20」、ランプ６はチラツキが「0.80」となった。
図５は実験３の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0041Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、また、チラツキの減少量も極端に小さくなっていることがわかる。
ランプ１は「4.00」、ランプ２はチラツキが「2.00」、ランプ３はチラツキが「1.70」、ランプ４はチラツキが「1.40」、ランプ５はチラツキが「1.20」、ランプ６はチラツキが「0.80」となった。
図５は実験３の結果をグラフに示したものであり、縦軸に「チラツキ」、横軸に「電力密度」（Ｗ／ｍｍ２）を表している。グラフより、電力密度が0.0041Ｗ/cm２を超えた場合にチラツキは「1.70」より小さくなり、また、チラツキの減少量も極端に小さくなっていることがわかる。
図６は、実験１、実験２、実験３に基づいて、ランプ径と電力密度の関係を表したものであり、縦軸に電力密度（Ｗ／ｍｍ２）、横軸にランプ径（ｍｍ）を表す。
そして、各ランプ径においてチラツキの減少量が極端に小さくなっている電力密度をプロットすると、電力密度をＹ、ランプ径をＸとするとき、Ｙ＝（（６．８×10−４×（Ｘ））−１．３×10−3）の関係式を導くことができる。すなわち、電極密度（Ｙ）は、（（６．８×10−４×（Ｘ））−１．３×10−3）より大きい場合に、チラツキの発生が良好に抑えられる。
そして、各ランプ径においてチラツキの減少量が極端に小さくなっている電力密度をプロットすると、電力密度をＹ、ランプ径をＸとするとき、Ｙ＝（（６．８×10−４×（Ｘ））−１．３×10−3）の関係式を導くことができる。すなわち、電極密度（Ｙ）は、（（６．８×10−４×（Ｘ））−１．３×10−3）より大きい場合に、チラツキの発生が良好に抑えられる。
以上の構成により、本発明に係る外部電極型放電ランプは、製造が簡単であり、簡易な構造であって、発光効率を高くできる。
１ ガラス管
２ａ 電極
２ｂ 電極
３ 蛍光体層
２ａ 電極
２ｂ 電極
３ 蛍光体層
Claims (1)
- キセノンガスが充填された放電容器の外面に一対の電極が配置された希ガス放電ランプと、この希ガス放電ランプに対して可変の電力を供給することで当該希ガス放電ランプを調光制御する機能を有する給電装置とより構成される希ガス放電ランプ装置において、
前記電極間の距離をL（ｍｍ）、前記一方の電極面積をS（ｍｍ２）、前記希ガス放電ランプの電力をＰ（ｗ）、とするとき、
Ｐ（ｗ）／S（ｍｍ２） ＞ ６．８×１０−4 ×L（ｍｍ）−１．３×１０−3
であることを特徴とする希ガス放電ランプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008217605A JP2010055854A (ja) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | 希ガス放電ランプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008217605A JP2010055854A (ja) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | 希ガス放電ランプ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2010055854A true JP2010055854A (ja) | 2010-03-11 |
Family
ID=42071560
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010003381A1 (de) * | 2010-03-29 | 2011-09-29 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselstrom-Gasentladungslampe, Verfahren zum Bereitstellen von Licht mittels dieser Wechselstrom-Gasentladungslampe sowie Beleuchtungsvorrichtung mit dieser Wechselstrom-Gasentladungslampe |
| JP2013528910A (ja) * | 2010-06-04 | 2013-07-11 | アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー | 誘導結合誘電体バリア放電ランプ |
-
2008
- 2008-08-27 JP JP2008217605A patent/JP2010055854A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010003381A1 (de) * | 2010-03-29 | 2011-09-29 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselstrom-Gasentladungslampe, Verfahren zum Bereitstellen von Licht mittels dieser Wechselstrom-Gasentladungslampe sowie Beleuchtungsvorrichtung mit dieser Wechselstrom-Gasentladungslampe |
| JP2013528910A (ja) * | 2010-06-04 | 2013-07-11 | アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー | 誘導結合誘電体バリア放電ランプ |
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