JP3437185B2 - スペーサと局部的に薄い蛍光体層厚さとを有する蛍光ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘電体妨害放電用の蛍光ランプに関する。こ
のような蛍光ランプは封入ガスを封入された放電容器を
有し、その場合に少なくとも１つの壁は光出射のために
透光面を備える。さらに当然ながら蛍光ランプは蛍光体
層を有し、本発明において蛍光体層の少なくとも一部が
前記透光面上に設けられる場合に検討がなされる。ここ
では電極とその上の誘電体層はさらに取り上げない。

このような蛍光ランプの場合に放電容器の部品を結合
し互いに一定間隔を保つスペーサを使用できる。この場
合にスペーサそれ自体は例えば枠体として平形発光器式
放電容器の２つの板を結合する放電容器の部品とするこ
とができる。他方では特に平面的な放電容器で、封入ガ
スの圧力が大気圧よりかなり低い場合、放電容器の内部
には放電容器の破裂を防止するスペーサを設けることも
必要であるが、このスペーサは境界の意味で放電容器に
直接属していない。破裂以外の理由で放電容器内にスペ
ーサを使用して付加的な安定化をはかることも好都合で
ある。

従来技術に関して下記の出願が参照され、それらの出
願は誘電体妨害放電について述べた形式の蛍光ランプを
示し、またその開示内容もここに組み込まれる。

独国特許出願公開第19636965号明細書 ＝国際公開第98/11596号パンフレット 独国特許出願公開第19526211号明細書 ＝国際公開第97/04625号パンフレット 西独特許第4311197号明細書 ＝国際公開第94/23442号パンフレット 本発明の課題は、良好な機械的安定性と優れた発光特
性とを示すように冒頭で述べた形式の蛍光ランプを開発
することにある。

この課題は、本発明によれば、封入ガスを封入された
放電容器と、放電容器の内部に設けられ放電容器の少な
くとも１つの壁を支持する少なくとも１つのスペーサと
を備え、放電容器の少なくとも１つの壁が、蛍光体層を
持ち可視光に対して少なくとも部分的に透光性である面
を有し、スペーサがこの面でその壁を支持している誘電
体妨害放電用の蛍光ランプにおいて、蛍光体層はスペー
サの周囲部位において厚さが減少していることによって
解決される。

本発明の開発に際して、放電容器の発光用に設けられ
た面部位におけるスペーサが不規則性、特に遮光を生じ
ることが明らかになっている。しかしながら多くの用途
の場合、蛍光ランプの光出射面の輝度が大幅に変わり過
ぎることは非常に不都合である。むしろ光ができるだけ
均一に発生されるように努めなければならない。これ
は、表示装置のバックライト、特に液晶表示スクリーン
のバックライトの場合に平形発光器に主に関係する。表
示装置または表示スクリーンの表示像と判読性とを乱さ
ないためには輝度変動が15％を越えないことが好まし
い。しかしながら本発明は平形発光器または表示装置の
バックライトの分野に限定されない。

本発明において、蛍光体層の層厚さの局部的な減少
は、可視光を発生する蛍光材料の使用量が少ないので最
初に予想されるかもしれないように暗さを生じないこと
が明らかになっている。反対に、層厚さがゼロまで減少
される場合、すなわち局部的切抜き開口が形成される場
合でも、薄い蛍光体層を有する箇所は周囲部位よりも比
較的明るく見える。これは、蛍光ランプ内部の光発生の
拡散特性により、隣接部位から捕捉される可視放射が薄
い蛍光体層厚さの部位においてより少ない吸収／反射を
生じるという過去の経験において理解できる。したがっ
て本発明においては、蛍光体層を備えた部分的に透光性
の面上のスペーサの周囲部位において層厚さが局部的減
少される。この場合に本発明は、減少された厚さ（請求
項１による）がゼロであるとき、すなわち層厚さの局所
的変化が切抜き開口に対応する場合を含む。

したがって一方では幾何学的に適切に合わせられる
と、下に位置するスペーサによる遮光を解消できる。他
方では本発明に従う解決策の場合にスペーサと透光性壁
との間の直接接触部位において幾分暗いスポットを残す
こともできるが、そのスポットは明るい周囲部位によっ
て本発明により光学的にほぼ解決される。一方ではこれ
は観察者の距離および明るい面と暗いスポットの幾何学
的面積の問題である。他方では光学的拡散器およびプリ
ズムディスクなどの既知の補正手段はそのまま局部的平
均化をもたらし、その場合に暗いスポットと明るい周囲
部位は相互に補正し合う。

本発明の実施態様によれば、スペーサの前記周囲部位
がそれぞれ異なった発光体層厚さを持つ多くの面を有し
ている。この場合に局部的平均化からある程度生じる有
効発光層厚さの推移は、不連続な段付けでまたは連続層
として、種々の発光層厚さに変えることによりまたは種
々の面比率に変えることにより実施できる。この実施態
様に関して、同一の出願人により同一日に出願された
「Leuchtstofflampe mit auf die geometrische Entlad
ungsverteilung abgestimmer Leuchtstoffschichtdick
e」（「幾何学的放電分布に合わせた蛍光体層厚さを有
する蛍光ランプ」）という名称の平行出願が参照され
る。

本発明の別の着想は、スペーサとここで検討される壁
との間の当接面をできるだけ小範囲にするように構成す
ることにある。確かに機械的な検討によれば、スペーサ
による壁（一般にガラスから作られる）への点状負荷の
回避を妨げることとなる。しかしながらこの欠点は、本
発明により層厚さを減少することにより明るくすること
のできる面を最小化するために受け入れられる。この場
合にこの当接面を二次元に限定すること、すなわち当接
面をこの平面で考えられる全ての方向に少なく延ばすこ
とが好ましい。他方では主にスペーサが例えば放電容器
の枠体として直線状に設けられる場合に、当接面を一方
向だけに（スペーサのラインと直角方向に）限定すると
好都合である。

当接面のこの限定の定量的特徴づけは、放電容器のス
ペーサにより橋絡される間隔に、すなわち例えば平形発
光器式蛍光ランプの板間隔に実用的に関連する。この場
合に当接面のために述べた小範囲は、この間隔の30％未
満、好ましくは20％未満にするのがよい。

本発明の別の重要な実施態様は、電球の点灯中に不可
避的に実際に生じるような熱サイクルの場合にスペーサ
を有する放電容器の安定性に関する。本発明を開発する
際その場合に放電容器とスペーサとの種々の主要構成部
材の熱膨張係数を互いに合せることが重要であると判明
した。特にスペーサの熱膨張係数は放電容器の主要構成
部材の膨張係数の±30％の範囲にすべきである。放電容
器の主要構成部材は、それらの幾何学的寸法と放電容器
内のそれらの機能とによる熱膨張が放電容器全体の熱膨
張にとって重要である構成部材を意味すると解釈され
る。平形発光器の場合にこれらの構成部材は、例えば２
つの板およびそれらを結合する枠体である。点灯中の熱
負荷の程度に応じてこの部位に不整合があると、容器構
成部材とスペーサとの相互内部歪み及び変位を生じ、か
くして結合部の不安定化と緩みを生じて、ついには電球
の破損をもたらす。

軟質ガラスはスペーサにとり好ましい材料であること
が証明されている。このような軟質ガラスは材料技術的
にさらに処理された形態で、例えば結合剤により互いに
保持される粉末として、またはソルダーガラスとしても
使用できる。種々のセラミック材料、特にAlOセラミッ
クスが最終的に検討される。材料の選択と膨張係数の問
題に関して実施例を参照できる。

壁の透光面上にあるスペーサの当接面の既述した最小
化に関して、スペーサと壁との間の固定結合部は必ずし
も有利ではないことが判明している。むしろスペーサを
反対側へ向けて、すなわち対向位置する壁に固定するの
が有利なことがあり、それによりスペーサは取り付けが
完了すると固定される。適切な幾何学的設計により透光
面を有する壁はスペーサ上だけに載置され、ソルダーガ
ラス、または接着剤のような別の結合材料が使用されな
い。それにより当接面を最小にできる。

さらにこれは、スペーサにより結合される２つの壁間
に熱膨張の相違があっても利点を提供する。その相違に
より横方向変位が生じる場合にスペーサだけに当接する
壁は、過大な応力が生じる前にスペーサに対して滑るこ
とができる。

スペーサの像による光学的擾乱を減少する別の実施可
能な手段はスペーサを蛍光体層で被覆することである。
これによってスペーサは、透光性壁の反対側には、具体
的にはスペーサと壁との間の直接接触部位を除いて、遮
光体としてもはや現れないか、またはより目立たない仕
方で現れる。紫外光がそこへ殆ど到達しないので蛍光体
は感知できる程度まで励起されない。

スペーサの蛍光体被膜が壁における当接面を拡大する
ので、蛍光体層の壁当接部位が、この蛍光体層の照光に
よって、未被覆スペーサと同等程度でしか遮光体として
現れず、励起に利用できる紫外光が十分になることは明
確である。したがって当接面を最小化する上述の実施態
様から評価される有効当接面は、蛍光体層無しのスペー
サ（または十分に励起されない蛍光体層部位だけを有す
るスペーサ）当接面である。

スペーサの周囲部位を明るくする本発明による別の実
施可能な手段は、透光性壁側のスペーサ部位の反射被膜
である。これにより、壁上蛍光体層の本発明によって薄
くされた部位中への放電容器内側に拡散分布される光入
射が増大する。

冒頭に述べたように、図示された種々の手段により実
施されるスペーサの周囲部位を明るくすることは拡散散
乱される媒体を使用して分布できるので、スペーサと壁
とが直接当接する部位内において少なくとも避けること
のできない暗いスポットが、明るい周囲部位における拡
散散乱された媒体を通過した後に除去されているか、ま
たは媒体から離れて平均化されている。

本発明の実施において、乳白ガラス層は、一方では強
力に拡散散乱する作用と、他方では装置全体の効率を高
めるためにできるだけ高い透過率との間で特に好ましい
妥協をするようにされる。技術的理由のために放電容積
部を直接画成する層が他の技術的検討から指定されるガ
ラスから作られるのが有用なことがあり、一方乳白ガラ
ス層は被膜層としてその層の上に作られる。

しかしながら全体構造を単純化するために特定の乳白
ガラスの適切な加工に適した数量の場合に、透光性壁を
乳白ガラスから原則として（１層で）作ることもでき
る。

本発明におけるスペーサとして平形発光器式放電容器
の枠体の冒頭に述べた実施可能な手段の場合に、有効発
光面を拡大する利点がある。これは典型的な実施例にお
いて説明することにする。

本発明の具体的な実施例は以下で詳細に説明されかつ
添付図面に示されている。この場合に開示された個々の
特徴も他の組み合わせにおいて本発明にとって重要であ
る。

図１は本発明による平形発光器式蛍光ランプにおける
スペーサを断面で示した概略部分図であり、スペーサは
蛍光体層内の切抜き開口により全て周りが囲まれてい
る。

図２は本発明による平形発光器式蛍光ランプにおける
別のスペーサを断面で示した概略部分図であり、スペー
サは平形発光器枠体に一致しかつ蛍光体層内の切抜き開
口により片側が囲まれている。

図１には本発明による平形発光器式蛍光ランプの断面
図が示される。蛍光ランプは誘電体妨害放電用に設計さ
れ、この場合に大部分が既知の方法で製作され、既に引
用した従来技術が参照される。特に電極配置と誘電体妨
害放電の誘電体層とは以下でさらに取り扱われない。

ここで図１にはスペーサ６の周りの底板１と蓋板２
（まとめて２により示される）との一部を有するスペー
サ６の部位だけを表す部分図が示される。

スペーサ６は5mmの径を有する精密ガラス球体から構
成されている。底板１と蓋板２の厚さがそれぞれ2.5mm
であり約315mm×239mm×10mmの寸法を有する平形発光器
式蛍光ランプの場合には、例えば48個のこのようなスペ
ーサ６が使用される。

底板１には発生された可視光を透光性蓋板２へ向けて
反射する反射層７が設けられている。蛍光体層３が放電
容積側の反射層７と蓋板２とに設けられている。スペー
サ６がソルダーガラス５により底板１上に固定され、そ
のソルダーガラスは軟質ガラス粉末と結合剤との粘性混
合物として加えられ、ついで熱処理により乾燥および硬
化される。スペーサ６は球体形状のためにほぼ点状で蓋
板２に当接し、残りの不可避的当接面は関与する面の弾
性変形と凹凸により生じる。蓋板上の蛍光体層３はスペ
ーサ６と蓋板２との間のこの当接面の周りを削除され、
すなわちその当接面は蛍光体層にある切抜き開口８の中
間に位置決めされる。

さらにスペーサ６を形成するガラス球体は別の蛍光体
層3'で被覆される。この蛍光体層3'は有限の厚さにより
スペーサ６と蓋板２との間の当接面を既に詳細に説明し
たように僅か拡大し、蛍光体層3'は遮光には殆ど関与し
ない。

誘電体妨害ガス放電において発生する紫外光は蛍光体
層３と3'において可視光に変換され、その場合放電容積
内の可視光がかなり分散分布される。この分散分布は、
底板１の部位における損失を最小にするために反射層７
での反射により促進される。したがって可視光を蛍光体
層の無いスペーサ６の周りの部位８に入射させることが
でき、スペーサ６上の蓋板２側の特に蛍光体層3'の半分
の寄与は特に重要である。

蛍光体の吸収及び反射が、蓋板２上の蛍光体層３の通
常の厚さを有する遠隔部位との比較において無くされる
ことによって、スペーサ６の周囲部位では特に大量の光
が蓋板２を貫通できる。

図１には、蓋板２が２つの部分層、具体的には底板１
と同様に材料技術の理由でB270ガラス（以下にさらに正
確に説明される）から成る下部ガラス層2aと、その層の
上に位置決めされ出射する可視光を拡散散乱する乳白ガ
ラス重なり層2bとから製作されていることがさらに示さ
れている。材料技術のこれらの理由は、一方では加工特
性、具体的には好ましい状態の708℃の軟化温度に関連
し、他方では発生するプラズマとガラス内部のアルカリ
マイグレーションとに対する優れた化学的耐性、以下に
詳細に取り扱われる熱膨張係数および最後に好ましい透
過特性に関連する。

さらに乳白ガラス重なり層2bの上にプリズム箔４が設
けられ、その箔は重心に関して光出射の立体角を狭くす
る（メーカの3Mから入手できるいわゆる輝度強化箔）。
さらにプリズム箔は乳白ガラス重なり層2bの作用を越え
る輝度の付加的な平均化の特性も有する。

ほぼ部分的に反射偏光子である、メーカの3Mから入手
できるいわゆるDBEF箔（または同等な機能の箔）を使用
することもできる。したがって液晶表示装置の偏光特性
に合わせることにより液晶表示スクリーンのバックライ
トに適用の場合に効率を高めることができる。

全般的に乳白ガラス重なり層2bとプリプズム箔４との
組み合わせにより、スペーサ６の蓋板２への直接当接で
生じた小さい暗いスポットが蛍光体の切抜き開口８部位
における明るい周囲部位により解消されるような輝度分
布の不均質性の優れた平滑化がもたらされる。さらに部
位８の明るい方の周囲部位はスペーサ６の下の底板１の
部位から、特にソルダーガラス５の部位からの光の寄与
が無いのを補う。

図の上半分においてスペーサ６を形成するガラス球体
には、真下の蛍光体層3'の代わりに反射層７に対応する
反射層を設けることができる。

図２には、平形発光器式蛍光ランプの縁部が示される
が、図１にほぼ相当する断面図が示されている。そこに
はガラス枠体の形態でスペーサ6'が示され、そのスペー
サは縁部においてかつ板１と２との間に放電容器を形成
し、また以下でさらに説明されるB270ガラスから作られ
る。上側と下側においてこのガラス枠体はソルダーガラ
ス層５を経て底板１と蓋板２とに結合される。安定化の
理由でここでは蓋板２上の当接面の最小化はなされてい
ない。むしろガラス枠体6'は平らな当接面の上部と下部
と共にその端部において矩形の断面形状を有する。

放電容積側に向かって、図の右に向かって、スペーサ
すなわちガラス枠体6'には、前図におけるガラス球体上
の対応する蛍光体層に類似する機能を有する蛍光体層3'
が設けられている。スペーサ6'の細長い（ほぼ一次元）
形状寸法に従って、薄肉部位８が片側だけに向けて、具
体的には放電容積部へ向けてだけ蓋板２の蛍光体層３に
形成されている。この薄肉部位８において蛍光体層３の
厚さはスペーサ6'から横方向間隔の減少と共に薄くな
り、蛍光体層3'との接触点でほぼゼロになっている。層
厚さの減少開始から始まるこの移行はほぼ直線状であ
り、層厚さの滑らかな減少の正確な数学的な推移および
蛍光体層3'の直ぐの周囲部位における正確な層厚さ（理
論的にゼロ）は製造技術上の理由で限定された程度まで
だけ制御できる。

ほかの点では層の構造は、図１の構造に全く対応する
ので、ここでは詳細に述べないことにする。関与するも
のは基本的に同一の層構造の異なる個所の断面だけが取
扱われている。

この個所における本発明の利点は、枠体またはスペー
サ6'の周辺における電球の暗さをガラス枠体6'側からは
拡散放射の貢献をなくすことによって補償することにあ
る。層厚さ減少の部位８についての標準的な幅は1cmま
でであり、層厚さの減少しない暗い部位に対応する。

さらに乳白ガラス重なり層2bまたは外部光学的拡散器
とプリプズム箔４の平滑化作用により、ガラス枠体6'の
既に暗い部位以上に部位８において増加する明るさで
「塗りつぶし」を生じさせることによって、有効な発光
面を拡大することもできる。

図示された形態においてガラス枠体6'は平面図におい
て矩形状の平形発光器形状の周りに矩形体として張り巡
らされている。この結果平形発光器の全ての側面におけ
る発光部位が広くなるので、全体的に固有発光面の「可
視対角線」が拡大する。

検討される種々のガラス材料に関して下記のように述
べることができる。一般に軟質ガラスと硬質ガラスとの
区別がなされ、区別規準は軟化温度（10^7.6dPas）のレ
ベルである。本発明の場合において中間ガラスが主に使
用されるが、軟質ガラスもまた使用される、具体的には
９×10^-6K^-1±30％（好ましくは20％、10％）の熱膨張
係数の範囲である。通常硬質ガラスは４×10^-6K^-1の範
囲に入り、軟質ガラスはほぼ９×10^-6K^-1の範囲に入
る。

ここで、9.5×10^-6K^-1の熱膨張係数と708℃の軟化温
度を有するメーカDESAG（グルーネン市のドイツ特殊ガ
ラス株式会社）から入手できるガラスB270が特に好まし
い。大部分の軟質ガラスは熱膨張係数のこの範囲にある
ので、軟質ガラスまたは軟質ガラスに基づく材料がスペ
ーサ用として好ましい。また検討されるものは9.1×10
^-6K^-1の熱膨張係数を有するそのメーカから入手できる
いわゆるARガラス（No.8350）である（B270について述
べた技術的理由はARガラスにも大部分が当てはまる）。
さらに8.5乃至8.8×10^-6K^-1の熱膨張係数を有するAl₂O₃
セラミックを使用することもできる。

反対に不利なものは、優れたUV透光性のためにこの技
術分野において頻繁に使用される石英ガラスである。一
方ではその平均線膨張係数は約4.5〜5.9×10^-7K^-1であ
るので、結局放電容器に使用される物質の係数の約５〜
６％になる。さらに石英ガラスは検討される蛍光体の大
部分に対する接着特性が悪い。また石英ガラスは高価で
あるので、放電容器自体の製作および原則としてスペー
サ製作の例外的な場合にだけ検討される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒチュケ、ロタール ドイツ連邦共和国 デー―81737 ミュ ンヘン テオドール―アルト―シュトラ ーセ ６ (56)参考文献 特開 平６−231731（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 61/30 H01J 65/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】封入ガスを封入された放電容器（１、２）
   と、放電容器の内部に設けられ放電容器の少なくとも１
   つの壁（２）を支持する少なくとも１つのスペーサ
   （６）とを備え、放電容器の少なくとも１つの壁（２）
   が、蛍光体層（３）を持ち可視光に対して少なくとも部
   分的に透光性である面を有し、スペーサ（６）がこの面
   でその壁（２）を支持している誘電体妨害放電用の蛍光
   ランプにおいて、蛍光体層（３）はスペーサ（６）の周
   囲部位（８）において厚さが減少していることを特徴と
   する蛍光ランプ。
2. 【請求項２】周囲部位（８）が異なる蛍光体層厚さの面
   を有することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
3. 【請求項３】周囲部位（８）が蛍光体層無しの面を有す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光ランプ。
4. 【請求項４】スペーサ（６）が小範囲の面で壁（２）に
   当接してその壁を支持することを特徴とする請求項１乃
   至３の１つに記載の蛍光ランプ。
5. 【請求項５】当接面がその平面の全ての方向で小範囲で
   あることを特徴とする請求項４記載の蛍光ランプ。
6. 【請求項６】スペーサ（６）が放電容器の主構成部材
   （１、２）の熱膨張係数の±30％の公差に相当する熱膨
   張係数を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つ
   に記載の蛍光ランプ。
7. 【請求項７】スペーサ（６）が軟質ガラス、軟質ガラス
   を主に含有する材料またはセラミック材料から主として
   構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つ
   に記載の蛍光ランプ。
8. 【請求項８】スペーサ（６）が結合材料のない状態で壁
   （２）に当接していることを特徴とする請求項１乃至７
   の１つに記載の蛍光ランプ。
9. 【請求項９】スペーサ（６）が外部蛍光体膜（3'）を有
   することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の蛍
   光ランプ。
10. 【請求項１０】スペーサがその壁側部位に反射被膜を有
    することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の蛍
    光ランプ。
11. 【請求項１１】面（２）が乳白ガラス層（2b）を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至10の１つに記載の蛍光ラ
    ンプ。