JP2526141B2 - 希ガス放電灯およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、細長い放電空間を形成したバルブを有し、
この放電空間内にキセノン、またはキセノンを主体とし
た希ガスを封入したキセノングロー放電灯に代表される
希ガス放電灯およびこれを用いた表示装置に関する。

（従来技術） 最近、計測機器や電気機器などの表示器に、キセノン
グロー放電灯を表示針として使用する試みがなされてい
る。

すなわち、このものは発光管バルブを、例えば内径が
2mm〜3mm程度のきわめて細い中空のガラス管で構成する
ことによりこの発光管バルブを計器の表示針とし、この
放電灯の一端をメータの表示回転軸に取付け、この表示
回転軸が回動すると上記放電灯も一体的に旋回されるよ
うにし、このため放電灯が表示針の機能を奏し、しか
も、この放電灯を点灯させることによりランプ自身が発
光し、かつ表示目盛を照らすので格別な照明が不要であ
るなどの利点がある。

このような計器の表示針として使用されるキセノング
ロー放電灯は、細長い放電空間を形成した棒状をなすバ
ルブの一端に内部電極を設けるとともに、このバルブ外
表面に軸方向に沿って帯状の外部電極を設け、かつ放電
空間に面した内面にけい光体被膜を設けてある。そし
て、上記内部電極として、寿命特性に優れた冷陰極を用
い、上記放電空間にはキセノンXe、またはキセノンを主
体としその他ネオンNe、クリプトンKr、アルゴンAr等を
混合したガスからなる希ガスを封入してある。このよう
なランプは、上記内部電極と外部電極との間に高周波電
力を与えると、放電空間内でキセノンを主体とした希ガ
スのグロー放電が発生するものである。

なお、バルブの外表面に合成樹脂よりなる遮光被膜を
形成し、この遮光被膜はバルブの軸方向に伸びる細い帯
状の光透過用スリットを除いて形成してあり、この細長
い帯状の光透過用スリットから光を放出するようになっ
ている。したがって、この種の放電灯はアパーチャ形の
ランプとなっており、このため表示針となる発光部が極
めて細い針形とされている。

ところで、上記キセノンを主体とした希ガスを封入し
たグロー放電灯は、両電極間のグロー放電によりキセノ
ンガス特有のスペクトルの紫外線を放出し、この短波長
光線によってけい光体を励起し、このけい光体から可視
光を発するものである。

キセノンガスの発光原理を説明すると、一般に封入ガ
スは、この原子に、放電に伴う電子やイオンが衝突する
と、核外電子が電子やイオンからエネルギーを受け取
り、エネルギー準位の高い状態に移り、すなわち励起さ
れ、この励起状態はきわめて不安定であるから短時間の
うちに元の状態に復帰、すなわち遷移する。この遷移時
に可視光、赤外線、紫外線等の電磁波を放出するもので
ある。

そして、キセノンの場合は、電子やイオンの衝突によ
って励起される時に熱電離現象を伴い熱を発する。した
がって、キセノンガスは熱損失の大きいガスである。

従来において、バルブの両端にそれぞれ内部電極を封
装した両内部電極タイプのキセノングロー放電灯は知ら
れている。しかしながら、従来の両内部電極タイプのラ
ンプは、上記キセノンが熱損失の大きなガスであるため
に、封入分圧を100Torr以上と高く封入してある。

これは、従来の両内部電極タイプのランプが一般照明
用光源として使用されることを目的とし、ある程度の光
量を確保しなければならないのでキセノンのガス圧を高
めに封入しておき、熱損失が伴うことを見越しつつ発光
量を多くしているためである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら通常、キセノンガスの封入分圧を100Tor
r以上に高くすると、陽光柱が集光する傾向がみられ
る。

上記両内部電極タイプのランプは、両電極間で細長い
陽光柱が発生する。

しかしながら、前述したメータの指針として使用され
る冷陰極キセノングロー放電灯の場合は、その先端部ま
で発光領域が欲しいものであり、先端側に内部電極を設
けるとこの電極の後部で発光を生じない暗部が発生する
から、バルブの基端側に内部電極を設けるとともに、バ
ルブの先端側にはバルブの外表面に軸方向に沿って延び
る帯状の外部電極を設けてある。

このため、キセノンの封入分圧を高くすると陽光柱が
集光してランプの先端部まで届かず、途中で陽光柱が拡
散する現象が見られる。この場合、陽光柱が拡散する部
分の境界部では陽光柱が振動を起こす。

そして、上記アパーチャ形としたランプの場合は、上
記陽光柱の振動幅が上記光透過用スリットの幅から外
れ、ちらつきとなって現れる不具合がある。

本発明の１番目の目的は、陽光柱が振動を起こすこと
がなく、したがってちらつきの発生を防止した希ガス放
電灯およびこれを用いた表示装置を提供しようとするも
のである。

本発明の２番目の目的は、上記第１の発明の目的に加
えて寿命中に希ガスが消失してしまうことが防止され、
光束維持率を低下させることのない希ガス放電灯および
これを用いた表示装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 第１の請求項に記載の発明は、バルブ内部に封入され
るキセノンガスの分圧を5Torr以上、40Torr以下にした
ことを特徴とする。

第２の請求項に記載の発明は、上記キセノンガスの分
圧は、特に好ましい範囲として5Torr、40Torrとしたこ
とを特徴とする。

第３の請求項に記載の発明は、バルブの内部に設けた
電極は、冷陰極であることを特徴とする。

第４の請求項に記載の発明は、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯を表示器
の回転軸に取付けて表示針として使用したことを特徴と
する表示装置である。

第５の請求項に記載の発明は、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯をバック
ライトとして使用したことを特徴とする表示装置であ
る。

（作用） 第１の請求項に記載の発明によると、キセノンガスの
分圧を従来より低く、すなわち５〜40Torrの範囲にした
から、放電空間内で発生するグロー放電の陽光柱は集光
せずに拡散することになり、陽光柱の境界がなくなり、
陽光柱の揺れが発生せず、ちらつきが解消または低減
し、しかも始動性の低下がなくなる。

第２の請求項に記載の発明によると、寿命中に放電空
間内からキセノンガスが消失してしまうことが防止さ
れ、所定の輝度（光束）維持率を保つことができる。

第３の請求項に記載の発明によると、内部電極は冷陰
極を用いるから長寿命になる。

第４の請求項に記載の発明によると、第１の請求項な
いし第３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯
は、細く形成できるから、表示針として使用することに
より、これ自身が光るので表示効果が大きく、かつ他に
格別な光源が不要である。

第５の請求項に記載の発明によると、第１の請求項な
いし第３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯
は、ちらつきが少ないので、バックライトとして用いた
場合に表示面のちらつきが少なくなる。

（実施例） 以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき
説明する。

図において１は、計器の表示針に使用される冷陰極キ
セノングロー放電灯を示し、この放電灯１は内部に細長
い放電空間３（第３図に示す）を形成したガラスバルブ
２を備えている。ガラスバルブ２は、例えば外径2.5m
m、全長60mm程度としてあり、略針状に形成されてい
る。

バルブ２の一端には内部電極として冷陰極４が封装さ
れており、この冷陰極４はバルブ２の封止端を気密に貫
通されたリード線５に接続されている。

バルブ２の上記放電空間３に面した内面にはけい光体
被膜６（第３図に示す）が形成されており、かつこのバ
ルブ２内にはキセノンガスが５〜40Torr、好ましくは20
〜40Torr、具体的には30Torr程度封入されている。

バルブ２の外表面には、軸方向に沿って帯状をなす外
部電極７が設けられている。この外部電極７はカーボン
フェノールまたは銀エポキシなどのペーストをバルブ２
の先端部から所定長さの部分に帯状をなして塗着し、こ
れを焼成して構成したものである。

上記バルブ２には、内部冷陰極４を封止した端部の外
表面に第１の受電端子10が被膜状に形成されている。そ
して、この第１の受電端子10は上記バルブ２の封止端を
気密に貫通されたリード線５に接続され、内部の冷陰極
４と接続されているものである。

また、バルブ２の外表面には、上記第１の受電端子10
に対して軸方向に離間した位置に第２の受電端子11が形
成されている。第２の受電端子11も、銀エポキシなどの
導電性ペーストよりなり、所定の幅を有して周方向に形
成されており、上記外部電極７に接続されている。な
お、第２の受電端子11は後述する遮光被膜８のスリット
部９を避けて形成されている。

さらに、バルブ２の外表面には上記遮光被膜８が形成
されている。

遮光被膜８はカーボン、エポキシ樹脂および接着剤の
成分を有しており、バルブ２の上記外部電極７を設けた
面にこの外部電極７を覆って形成されているとともに、
この外部電極７を設けた面と反対側の面には軸方向に伸
びて遮光被膜８を形成しない光透過用スリット部９が形
成されている。すなわち、バルブ２の外表面には第３図
に断面して示すように、一方の面に外部電極７が設けら
れており、この外部電極７に対して180度対向した他側
面に、遮光被膜８が形成されていない光透過用スリット
部９が形成されているものである。したがって、バルブ
２内の光は光透過用スリット部９のみを通じて外部に放
出され、このためこのけい光ランプ、つまり放電灯１は
アパーチャ形をなしているものである。

なお、上記遮光被膜８は、上記光透過用スリット部９
の外に、第１の受電端子10および第２の受電端子11を除
いてバルブ２の全面に形成されており、第１の受電端子
10および第２の受電端子11はランプ１の外表面に露出さ
れているものである。

このように構成したキセノン放電灯１は、ランプホル
ダ20に取付けられる。

ランプホルダ20は電気絶縁材料により断面Ｕ字形に形
成されており、長手方向に離間して第１および第２の給
電端子舌片21,22を固定してある。これら給電端子舌片2
1,22はリン青銅などのような導電性の板ばねを略Ｕ字形
に屈曲してなり、第３図の想像線で示すように互いに対
向する挟持片23a,23bによってバルブ２を挟持するもの
である。

上記ランプホルダ20は計器の表示回転軸25に固定され
ており、この回転軸25が回転すると一体的に旋回される
ようになっている。

なお、本実施例の回転軸25は、図示しないが中空軸に
て構成され、この中空表示回転軸25内に２本の被覆コー
ド（図示しない）が挿通され、これら被覆コードの一端
はそれぞれ前記第１および第２の給電端子舌片21,22に
接続されているとともに、他端は高周波電源に接続され
ている。

上記放電灯１は、その内部電極４を封装した端部側が
上記ランプホルダ20に取付けられるようになっている。
すなわち、バルブ２に外表面に形成した第１の受電端子
10および第２の受電端子膜11を、ランプホルダ20側の第
１の給電端子舌片21および第２の給電端子舌片22に対向
させて、このランプ１をランプホルダ20の開口部側から
押し込むと、第１および第２の給電端子舌片21,22のそ
れぞれ挟持片23a,23bが、第１受電端子10および第２の
受電端子11の部分を挟持してバルブ２を機械的に支持す
る。したがって放電灯１はランプホルダ20に固定され
る。

この場合、第１および第２の給電端子舌片21,22はそ
れぞれ第１受電端子10および第２受電端子11に接触する
ので、内部電極４および外部電極７が高周波電源に接続
される。

このような構成による実施例の構造によると、放電灯
１はその内部電極４を封装した端部側がランプホルダ20
に支持され、この場合バルブ軸方向に難間した２か所に
位置する第１給電端子舌片21および第２給電端子舌片22
により挟持されるから、端部のみを支持するにも拘らず
ランプの支持強度が高くなる。

また、内部電極４および外部電極７には、第１受電端
子10および第２受電端子11から第１給電端子舌片21およ
び第２給電端子舌片22を介して高周波電力が供給される
ので、放電空間３内において内部電極４と外部電極７と
の間でグロー放電が発生される。

このグロー放電は放電空間３内に封入したキセノンガ
スを励起し、キセノンガス特有のスペクトルの紫外線を
放出させる。この短波長光線はけい光体被膜６を励起
し、このけい光体被膜６から可視光を発生させる。

けい光体被膜６から出る発光はスリット部９より外部
に放出される。このため、もともとバルブ２が細いこと
に加えてスリット部９がさらに細い光の帯を呈するの
で、この放電灯１は表示針として表示目盛を差し示すの
に好適する。しかもこれ自身が光るから、他に格別の光
源は不要となる。

上記ランプホルダ20は表示回転軸25に固定され、この
回転軸25が回転するとランプホルダ20も一体的に回動さ
れるので、該ランプホルダ20に取り付けられた放電灯１
も一緒に旋回されることになり、表示目盛を差し示すこ
とができる。

上記実施例のランプ１では、放電空間３内に封入した
キセノンのガス圧を従来よりも低い圧力の５〜40Torr、
具体的には30Torr封入したから、放電空間３内で発生す
るグロー放電の陽光柱が集光せずに拡散することにな
る。このため、陽光柱で集光部と拡散部との境界部分が
発生しなくなり、この境界部分が揺動するなどの不具合
が未然に防止される。すなわち、放電空間３内でグロー
放電は拡散してぼやけることになり、ちらつきが解消さ
れる。

この結果、スリット部９から放出される光にちらつき
が無くなり、見易くなる。

ところで、キセノンの封入圧が過度に低くなり過ぎる
と始動電圧が急激に高くなる。これは、キセノンガスが
少ないのでキセノンからの電子の放出が起こり難くな
り、励起が起こり難くなるためである。

さらに、キセノンガスは寿命中にそのイオンが外部電
極７に引かれてバルブ２に侵入し、放電空間３からキセ
ノンが消失する傾向がある。キセノンガスが消失する
と、上記始動電圧の低下を招くとともに、キセノンガス
の励起が少なくなって遷移も減少し、したがって可視
光、赤外線、紫外線等の電磁波を放出する割合が低減す
る。この結果明るさが極端に落ち、輝度（光束）も低下
する。

これを防止するには、キセノンガスをある程度多く封
入する必要があり、したがってキセノンの封入ガス圧
は、上記５〜40Torrの範囲でさらに20〜40Torrの範囲で
あることが好ましい。

このような封入圧の限定は、本発明者等の実験によっ
ても確かめられており、以下実験結果を説明する。

第４図は、キセノンガスの封入圧と始動電圧との関係
を調べた結果の特性図であり、このグラフから、キセノ
ンガスの封入圧が5torr未満であると始動電圧が800V以
上に急激に高くなることが判った。

したがって、ランプの始動性の観点から、キセノンガ
スの封入圧は5Torr以上にする必要があることが確認さ
れた。

また、第５図は、キセノンガスの封入圧とちらつきの
発生具合との関係を調べた結果の特性図である。

第５図中、領域Ａはグロー放電の陽光柱のちらつきが
全く生じない範囲、領域Ｂは充分に注意して見るとやっ
とちらつきが識別できる範囲、領域Ｃは大きなちらつき
が感じられる範囲をそれぞれ示す。そして、範囲ａは充
分に注意して見ると試験したランプの半分がやっとちら
つきを感じる領域であり、範囲ｂは試験したランプの半
分が大きなちらつきを感じる領域である。

この特性から、実用上で使用に支承のない範囲は、範
囲Ｂに達しない領域とすることができ、したがって、キ
セノンガスの封入圧は40Torr以下にする必要がある。

これら第４図および第５図の実験結果から理解できる
通り、グロー放電のちらつきが生じなく、しかも始動特
性を良好に保つには、キセノンガスの封入圧を5Torr以
上で40Torr以下にする必要があることが判る。

一方、第６図は、キセノンガスの封入圧と輝度維持率
との関係を調べた結果の特性図である。輝度維持率はキ
セノンガスの封入圧が高ければ高いほど良好であり、こ
れはキセノンガスのイオンがバルブ２に侵入して消失し
ても、全体量にさ程の影響を及ぼさないためと考えられ
る。

キセノンガスの封入圧が40Torrのもの（特性Ｄで示
す）、キセノンガスの封入圧が30Torrのもの（特性Ｅで
示す）およびキセノンガスの封入圧が20Torrのもの（特
性Ｆで示す）を、それぞれ輝度が低下した途中のd1、e
1、f1点でキセノンを補充してやると、輝度はそれぞれd
2、e2、f2点に変化することが確められている。このこ
とから、放電空間３内のキセノンガスの封入圧が明るさ
に影響を与えていることが判る。

ところで、上記のようなキセノングロー放電灯は、上
記した各種計器の表示針として使用する場合のみなら
ず、液晶表示装置のバックライトなど、OA機器の光源と
しても使用され、これら光源の条件は、1000時間点灯後
で輝度維持率を60％以上であることが要求される。この
ため、第６図からキセノンガスの封入圧は20Torr以上で
あることが望まれる。

すなわち、上記したように始動特性を良好に維持する
目的を達成するには、キセノンガスの封入圧を5Torr以
上にすればよいが、これに加えてさらに輝度維持率を良
好にするにはキセノンガスの封入圧を20Torr以上にする
ことが好ましいことになる。

なお、本発明は上記実施例の構成に制約されるもので
はない。

すなわち、バルブ内に封入されるガスはキセノンのみ
に制約されるものではなく、キセノンを主体としこれに
ネオン、アルゴン、クリプトン等の少なくとも１種を混
合した混合ガスを封入してもよい。この場合、たとえば
キセノンとネオンの混合ガスを使用する場合、全体の封
入ガス圧が40Torrを越えても、キセノンガスの分圧が例
えば40Torr以下となる等のように、要するにキセノンガ
スのみの封入圧が５〜40Torr、好ましくは20〜40Torrで
あればよい。

また、上記実施例では本発明の放電灯を計器の表示針
として使用する場合について説明したが、本発明は既に
上述したように液晶表示装置のバックライトなどに使用
される放電灯であってもよく、表示面のちらつきを防止
することができる。

そして、バルブは直線形状に限らず、屈曲形状のもの
であってもよい。

さらに、内部の電極は、冷陰極を用いると長寿命にな
るが、熱陰極を使用した場合であっても実施可能であ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように第１の請求項の発明によれば、バ
ルブに封入されるキセノンガスの封入圧を従来よりも低
い範囲の５〜40Torrとしたので、放電空間内で陽光柱が
拡散して、陽光柱の集光部と拡散部の区別がなくなり、
したがってこれらの境界部が揺動することなく、いわゆ
るちらつきを解消、または低減することができ、かつ始
動性の低下を防止することができる。

また、第２の請求項の発明によると、キセノンガスの
分圧を特に好ましくは20〜40Torrの範囲に制限したか
ら、寿命中に放電空間内からキセノンガスが消失してし
まうことが防止され、陽光柱のちらつきおよび始動性の
低下を防止し、なおかつ輝度（光束）維持率を高く保つ
ことができる。

第３の請求項の発明によると、内部電極が冷陰極によ
り構成されているから長寿命になる。

第４の請求項の発明によると、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯は、細く
形成できることから、表示針として使用することによ
り、これ自身が光るので表示効果が大きく、かつ他に格
別な光源が不要である。

第５の請求項の発明によると、第１の請求項ないし第
３の請求項のいずれか１に記載の希ガス放電灯は、ちら
つきが少ないので、バックライトとして用いた場合に表
示面のちらつきが少なくなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はメータの指針
として使用されるキセノングロー放電灯とランプホルダ
とを分解した斜視図、第２図はその平面図、第３図は第
２図中III−III線の断面図、第４図はキセノンの封入圧
と始動電圧との関係を示す特性図、第５図はキセノンの
封入圧とちらつき感との関係を示す特性図、第６図はキ
セノンの封入圧と輝度維持率との関係を示す特性図であ
る。 １……キセノン放電灯、２……バルブ、３……放電空間 ４……内部電極、６……けい光体被膜、７……外部電極 ８……遮光被膜、９……光透過用スリット部 20……ランプホルダ。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細長い放電空間をもつバルブの一端内部に
   電極を設けるとともに、バルブの外面に外部電極を設
   け、上記放電空間に臨むバルブの内面にけい光体被膜を
   形成し、かつ上記放電空間内にキセノンガス、またはキ
   セノンと他の希ガスを混合した混合ガスを封入した希ガ
   ス放電灯において、 上記キセノンガスの分圧を5Torr以上、40Torr以下とし
   たことを特徴とする希ガス放電灯。
2. 【請求項２】上記キセノンガスの分圧を20Torr以上、40
   Torr以下としたことを特徴とする第１の請求項に記載の
   希ガス放電灯。
3. 【請求項３】バルブの内部に設けた電極は、冷陰極であ
   ることを特徴とする第１の請求項または第２の請求項に
   記載の希ガス放電灯。
4. 【請求項４】第１の請求項ないし第３の請求項のいずれ
   か１に記載の希ガス放電灯を表示器の回転軸に取付けて
   表示針として使用したことを特徴とする表示装置。
5. 【請求項５】第１の請求項ないし第３の請求項のいずれ
   か１に記載の希ガス放電灯をバックライトとして使用し
   たことを特徴とする表示装置。