JP3540333B2 - Fluorescent lamp device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、ファクシミリ、複写機、イメージリーダなどの情報機器に利用される原稿照明用や、大型ディスプレイ装置、電光掲示板などの表示装置に利用される表示用放電ランプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ファクシミリ、複写機、イメージリーダなどの情報機器の原稿照明用光源や、大型カラーディスプレイ装置などの表示用光源として蛍光ランプが用いられている。これらの用途ではランプに対してより小型、高輝度、長寿命で、かつ信頼性が高いことが求められている。従来はランプ内部に電極を有することから多くの制約を受けて、そのためランプ内部に電極を持たない蛍光ランプが考えられている。
【0003】
図7(a),(b)及び(c)はそれぞれ、例えば特開平3−225745号公報に示された従来の蛍光ランプを示す斜視図、断面図及びその点灯装置を示す回路図であり、図において、1は蛍光ランプ、2は内部にキセノンガスを主体とした希ガスを封入した直管状のガラスバルブ、3はガラスバルブ2の内面に形成された蛍光体層、4はランプ内で発生した光をランプ外に照射する光出力部、5及び5bは光出力部4に沿う両側に、アルミ箔からなり、所定の幅員でガラスバルブ2の外壁にほぼ全長に亘って密着し、互いに対向して配設された帯状の外部電極、6は外部電極5a,5bを含めたガラスバルブ2上に被覆されたシリコンレジンの透明な絶縁性被膜である。また、7は蛍光ランプ1を点灯する高周波点灯回路、8は高周波点灯回路7を介して外部電極5a,5bに接続され、所定の高周波電圧を印加する交流電源である。
【0004】
外部電極5a及び5bに高周波点灯回路7より、正弦波交流電圧を印加すると、外部電極5a,5bに挟まれたガラスバルブ2の内部空間に、キセノンガスの放電を生じ、このキセノンガスの放電により紫外線が発生し、ガラスバルブ2の内面に形成した蛍光体層3を励起して可視光線を発生し、光出力部4よりランプ外に放射する。
【0005】
また我々の研究では、このようなガラスバルブの内部に希ガスを封入し、外壁に外部電極を設けた蛍光ランプは、電極間の放電によりガラスバルブ内側の電極部表面上に希ガスのエキシマ(excimer)が発生し、そのエキシマから放射される紫外線によって蛍光体が励起され可視光線を放射することが分かっている。従って、効率よく、より高輝度を得るには、外部電極面積を大きくし、電極間距離を短くすればよく、このような蛍光ランプが特願平4−23653号に示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の蛍光ランプは、誘電体であるガラスバルブを介して放電を行うので、高い電圧を印加する必要がある。またランプ電流は放電空間を含んだ電極間の静電容量によって決まるので、より高輝度を得ようとすると、さらに電極間の電圧値を上げなければならず、それにより、ガラスバルブ外側の沿面放電が問題になるだけでなく、回路上の絶縁対策を強化しなければならないなどの問題点があった。
【0007】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、電圧のピーク値を上げることなく、光出力が大きい蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。
また、放電開始電圧の低い蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる蛍光ランプ装置においては、内壁に発光体を有し、外壁に1対以上の導電体を有する誘電体の放電容器に希ガスを封入した蛍光ランプにおける上記導電体に、デューティー比が10%以上の交流の矩形パルス電圧を印加する手段を設け、導電体間の放電により放電容器内に希ガスのエキシマを発生させ、上記エキシマから放射される紫外線によって蛍光体を励起して可視光線を放射させるものである。ここで交流の矩形パルスとは、特に断わらない限り、電圧0の休止期間が1周期に二度ある矩形パルスを言う。
【0010】
また、外壁の導電体に電圧が0の休止期間が1周期に一度の交流の矩形パルス電圧を印加する手段を設け、導電体間の放電により放電容器内に希ガスのエキシマを発生させ、上記エキシマから放射される紫外線によって蛍光体を励起して可視光線を放射させるものである。
【0011】
【作用】
上記のように構成された蛍光ランプに交流の矩形パルスが印加されると、急激な電圧変化によって放電が発生し、強い紫外線を発生し、内壁の蛍光体を励起し大きな光出力が生ずる。
【0013】
また休止期間が1周期に一度の交流の矩形パルスでは1周期に一度、peakto peakの大きな電圧変化が発生し、強い紫外線が発生し、内壁の蛍光体を励起して大きな光出力が生ずる。
【0014】
【実施例】
実施例1.
以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。図1において、1はこの発明の蛍光ランプ、2は蛍光ランプ1を構成する直径3mm、厚さ0.3mmの誘電体である鉛ガラス製の直状円筒状のガラスバルブ、ガラスバルブの内壁のほぼ半面には蛍光体層3が形成されており、残りの半面はランプ内部で発生した光をランプ外に照射する光出力部4となっている。5a,5bはそれぞれ幅2.5mmの導電体である外部電極で、ガラスバルブ2の外壁に電極間距離0.4mmで設けられている。ガラスバルブ2の内部にはキセノンを主体とした希ガスが数十Torr以上の圧力で封入されている。また、図2において7は蛍光ランプ1を点灯するための電圧印加手段を構成する駆動回路で、駆動回路7はトランジスタなどのスイッチング素子8a,8b,8c,8dで構成されたフルブリッジ回路で、9は駆動回路7に直流電圧を供給するための直流電源である。また、駆動回路7はリード線10a,10bによって、蛍光ランプ1の外部電極5a,5bに接続されている。
【0015】
このような構成の蛍光ランプ装置について動作を説明する。直流電源9から駆動回路7に供給された直流電圧は、スイッチング素子8a,8b,8c,8dをそれぞれON−OFF制御することによって、外部電極5a及び5bの間には矩形波交流電圧が印加され、放電が発生する。その際発生した紫外線は蛍光体層3を励起し、蛍光体によって決定される可視光に変換される。蛍光体から発生した可視光は光出力部4から放射される。
【0016】
以下、この放電の特徴について詳しく説明する。電力は誘電体であるガラスバルブを介して、すなわち外部電極と放電ガスの容量結合によりランプ内部に印加される。放電電流は誘電体により制限され、グロー放電からアーク放電といった形態には発展しない。また特定の場所に放電が集中せず、外部電極に面したガラスバルブ内面全体から放電が発生する。放電は外部電極間に電圧を印加し、ランプ内部が放電可能な電界になると開始する。その後、放電により発生した電子やイオンなどの電荷がガラスバルブ表面に蓄積し、その結果、ランプ内部の電界が弱まり放電を持続することができなくなり、放電が停止する。このため、電流は印加した電圧の極性が反転した直後に多く流れ、電流はほぼパルス状になる。ランプ内部の放電状態を詳細に観察すると、外部電極に面したガラスバルブ内面全体がほぼ一様な光に覆われており、さらに対となる電極間に糸状の放電が多数発生しているのが見られる。
【0017】
図3(a)は蛍光ランプ1に印加した矩形パルス状の電圧波形であり、図3(b)はそのときの印加電圧−輝度特性である。図3(b)には従来の正弦波で点灯した特性を比較のために示した。なお封入ガスはキセノン60Torr、印加電圧の周波数は40kHzである。印加電圧は0−peak値で示してある。
【0018】
図3(b)より同じ印加電圧の場合、正弦波に比べ矩形パルスのほうが高い輝度が得られることが分かる。これは正弦波の実効値に対するpeak値の比が変わる効果だけでなく、正弦波と矩形パルスでは放電状態が異なるためと考えられる。正弦波では電圧が穏やかに変化するため、ばらばらのタイミングで糸状の放電が発生し、様々な状態の放電がみられる。このため紫外線の発生に対して必ずしも最適な放電条件ではない。これに対して矩形パルスでは電圧の急激な変化により、糸状の放電が一斉に、ほぼ均一に発生し、紫外線の発生に適した状態が得られるためと考えられる。
【0019】
また放電開始電圧は、例えば40kHzで、正弦波の場合、約500Vであるのに対して矩形パルスの場合は約430Vであり、放電開始電圧が低下する。このため矩形パルスの場合、放電開始を含めて低いピーク電圧で動作させることが可能である。放電開始電圧が低下する現象は、放電開始時と電圧印加時に遅れ時間があることが一つの要因と考えられる。正弦波の場合、ピーク電圧は瞬間的にしか印加されないが、矩形パルスの場合は高い電圧が継続して印加されることが影響している。
【0020】
実施例2.
図4(a)は図3(a)と異なり休止期間のない、デューティー比が100%の矩形波の電圧波形である。図4(b)は図4(a)の電圧波形を印加したときの印加電圧−輝度特性である。図4(b)では比較のために休止期間のある矩形パルス(デューティー比10〜70%)、および正弦波(図3(b))の場合が示してある。なお、印加電圧の周波数は80kHzである。
【0021】
図4(b)よりデューティー比が10%以上の休止期間のある矩形パスルを印加すれば正弦波を印加するより高い輝度を示すことがわかる。また、デューティー比が100%の矩形波(図4(a))は休止期間のある矩形パルス(図3(a))に比べて大幅に高い輝度を示すことがわかる。これは矩形パルス(図3(a))の場合、瞬間的には0−peak値の電圧差が発生するのに対して、矩形波(図4(a))の場合、peak to peakの大きな電圧差が発生するため高電圧を印加された場合と類似の効果が生じるためと考えられる。
【0022】
実施例3.
図5(a)は図3(a)とは異なり、1周期に1回の休止期間を有する矩形パルスの電圧波形を示す。図5(b)は図5(a)の電圧波形を印加したときの印か電圧−輝度特性である。比較のために図3(a)の電圧波形の特性を示してある。いずれの矩形パルスも1周期のうち電圧が印加されている期間が50%の場合である。
【0023】
図5(b)より、図5(a)の矩形パルスは図3(a)の矩形パルスに比べて高い輝度が得られることが分かる。これは矩形パルス(図3(a))の場合、瞬間的には常に0−peak値の電圧差が発生するのに対して、図5(a)の矩形パルスの場合、1周期に一度、peak to peakの大きな電圧差が発生するため高電圧を印加された場合と類似の効果が生じるためと考えられる。
【0024】
実施例4.
図6(a)はガラスバルブ2の外壁に複数対の外部電極5a,5bを設けて、それぞれの外部電極対に印加する電圧を制御して、部分発光制御可能な蛍光ランプを示したものである。また図6(b)は図6(a)の蛍光ランプを複数配置し画像表示装置を構成したものであり、このような構成の蛍光ランプ及び画像表示装置においても、実施例1〜4に示す波形の電圧印加が適用でき、同様の効果が得られる。
【0025】
なお、外壁電極の形状及び配置は特に上記実施例1〜4に示したものに限るものではなく、外壁に面状に配置されていれば、任意の形状及び配置で設けてよい。
【0026】
また、蛍光ランプを点灯する駆動回路も、上記実施例では、スイッチング素子のフルブリッジ回路としたが、ハーフブリッジ回路でもよく、また、所望の電圧波形を発生させることができるものであれば、任意の駆動回路でよい。
【0027】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成され、動作するので低い電圧で放電が開始しまた、低いピーク電圧で大きな光出力を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による蛍光ランプの斜視図である。
【図2】この発明の一実施例による蛍光ランプ装置を示す図である。
【図3】この発明の実施例1による印加電圧波形と輝度特性の図である。
【図4】この発明の実施例2による印加電圧波形と輝度特性の図である。
【図5】この発明の実施例3による印加電圧波形と輝度特性の図である。
【図6】この発明の実施例4による蛍光ランプ及び画像表示装置を示す斜視図である。
【図7】従来の蛍光ランプの斜視図、断面図及びその点灯回路図である。
【符号の説明】
1 蛍光ランプ
2 放電容器のガラスバルブ
3 蛍光体層
5 導電体の外部電極
7 電圧印加手段を構成する駆動回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a discharge lamp for originals used for information devices such as facsimile machines, copiers, and image readers, and a display lamp used for display devices such as large display devices and electric bulletin boards.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a fluorescent lamp has been used as a light source for illuminating a document of an information device such as a facsimile, a copying machine, or an image reader, or as a display light source for a large-sized color display device. In these applications, the lamp is required to be smaller, have higher brightness, have a longer life, and have higher reliability. Conventionally, there are many restrictions due to having an electrode inside the lamp, and therefore, a fluorescent lamp having no electrode inside the lamp has been considered.
[0003]
FIGS. 7A, 7B, and 7C are a perspective view, a cross-sectional view, and a circuit diagram, respectively, showing a conventional fluorescent lamp disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-225745. In the figure, 1 is a fluorescent lamp, 2 is a straight tube-shaped glass bulb in which a rare gas mainly containing xenon gas is enclosed, 3 is a phosphor layer formed on the inner surface of the
[0004]
When a sine-wave AC voltage is applied to the
[0005]
In our research, a fluorescent lamp in which a rare gas is sealed inside such a glass bulb and an external electrode is provided on the outer wall has a rare gas excimer (excimer) on the surface of the electrode inside the glass bulb due to discharge between the electrodes. excimer) is generated, and it is known that the phosphor is excited by ultraviolet rays emitted from the excimer to emit visible light. Therefore, in order to obtain higher luminance efficiently and efficiently, it is sufficient to increase the area of the external electrodes and shorten the distance between the electrodes. Such a fluorescent lamp is disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 4-23653.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional fluorescent lamp as described above discharges through a dielectric glass bulb, a high voltage needs to be applied. Also, since the lamp current is determined by the capacitance between the electrodes including the discharge space, in order to obtain higher brightness, the voltage value between the electrodes must be further increased, thereby causing a creeping discharge outside the glass bulb. In addition to the above, there is a problem that the insulation measures on the circuit must be strengthened.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to obtain a fluorescent lamp device having a large light output without increasing the peak value of the voltage.
Another object is to obtain a fluorescent lamp device having a low discharge starting voltage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the fluorescent lamp device according to the present invention, a duty ratio is applied to the conductor in a fluorescent lamp in which a rare gas is sealed in a dielectric discharge vessel having a luminous body on the inner wall and one or more pairs of conductors on the outer wall. A means for applying an AC rectangular pulse voltage of 10% or more is provided , a rare gas excimer is generated in the discharge vessel by a discharge between the conductors, and the phosphor is excited by ultraviolet rays emitted from the excimer to emit visible light. Is emitted . Here, the AC rectangular pulse means a rectangular pulse in which a rest period of
[0010]
Further, a means is provided for applying a rectangular pulse voltage of alternating current to the electric conductor on the outer wall once every period in which a zero period of voltage is 0, and excimer of a rare gas is generated in the discharge vessel by electric discharge between the electric conductors. The phosphor is excited by ultraviolet rays emitted from the excimer to emit visible light .
[0011]
[Action]
When an AC rectangular pulse is applied to the fluorescent lamp configured as described above, a discharge occurs due to a sudden change in voltage, generates strong ultraviolet rays, excites the phosphor on the inner wall, and generates a large light output.
[0013]
In addition, in the case of an AC rectangular pulse with a pause period of once per cycle, a large voltage change of peak to peak occurs once per cycle, strong ultraviolet rays are generated, and a phosphor on the inner wall is excited to generate a large light output.
[0014]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a fluorescent lamp of the present invention, 2 is a straight cylindrical glass bulb made of lead glass, which is a dielectric material having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.3 mm, which constitutes the
[0015]
The operation of the fluorescent lamp device having such a configuration will be described. The DC voltage supplied from the
[0016]
Hereinafter, the characteristics of this discharge will be described in detail. Electric power is applied to the inside of the lamp via a dielectric glass bulb, that is, by capacitive coupling between the external electrode and the discharge gas. The discharge current is limited by the dielectric and does not evolve from glow discharge to arc discharge. Further, the discharge does not concentrate on a specific place, and the discharge is generated from the entire inner surface of the glass bulb facing the external electrode. The discharge starts when a voltage is applied between the external electrodes and the inside of the lamp becomes a dischargeable electric field. Thereafter, charges such as electrons and ions generated by the discharge accumulate on the surface of the glass bulb, and as a result, the electric field inside the lamp is weakened, so that the discharge cannot be sustained and the discharge is stopped. Therefore, a large amount of current flows immediately after the polarity of the applied voltage is reversed, and the current becomes substantially pulse-shaped. When observing the discharge state inside the lamp in detail, it is clear that the entire inner surface of the glass bulb facing the external electrode is almost uniformly covered with light, and that a number of string-like discharges are generated between the paired electrodes. Can be seen.
[0017]
FIG. 3A shows a rectangular pulse voltage waveform applied to the
[0018]
From FIG. 3B, it can be seen that, with the same applied voltage, higher luminance is obtained with a rectangular pulse than with a sine wave. This is considered to be due not only to the effect of changing the ratio of the peak value to the effective value of the sine wave but also to the difference in the discharge state between the sine wave and the rectangular pulse. Since the voltage changes gently with a sine wave, thread-like discharges occur at discrete timings, and various states of discharge are observed. For this reason, the discharge conditions are not always optimal for generation of ultraviolet rays. On the other hand, it is considered that a string-like discharge is generated all at once and almost uniformly due to a sudden change in voltage in the rectangular pulse, and a state suitable for generating ultraviolet light is obtained.
[0019]
The discharge start voltage is, for example, 40 kHz, which is about 500 V in the case of a sine wave, and about 430 V in the case of a rectangular pulse, and the discharge start voltage decreases. Therefore, in the case of a rectangular pulse, it is possible to operate at a low peak voltage including the start of discharge. One reason for the phenomenon that the discharge start voltage decreases is that there is a delay time between the start of discharge and the application of voltage. In the case of a sine wave, the peak voltage is applied only instantaneously, but in the case of a rectangular pulse, a high voltage is continuously applied, which has an effect.
[0020]
FIG. 4A shows a voltage waveform of a rectangular wave having no pause period and a duty ratio of 100%, unlike FIG. 3A. FIG. 4B shows an applied voltage-luminance characteristic when the voltage waveform of FIG. 4A is applied. FIG. 4B shows, for comparison, the case of a rectangular pulse having a pause period (duty ratio 10 to 70%) and a sine wave (FIG. 3B). The frequency of the applied voltage is 80 kHz.
[0021]
From FIG. 4B, it can be seen that when a rectangular pulse having a pause period with a duty ratio of 10% or more is applied, higher luminance is obtained than when a sine wave is applied. In addition, it can be seen that the rectangular wave having the duty ratio of 100% (FIG. 4A) has a much higher luminance than the rectangular pulse having the pause period (FIG. 3A). This is because a rectangular pulse (FIG. 3A) instantaneously generates a voltage difference of 0-peak value, whereas a rectangular wave (FIG. 4A) has a large peak to peak. It is considered that a similar effect as in the case where a high voltage is applied occurs because a voltage difference occurs.
[0022]
FIG. 5A shows a voltage waveform of a rectangular pulse having one idle period in one cycle, unlike FIG. 3A. FIG. 5 (b) shows a mark or voltage-luminance characteristic when the voltage waveform of FIG. 5 (a) is applied. The characteristics of the voltage waveform in FIG. 3A are shown for comparison. In each rectangular pulse, the period during which the voltage is applied in one cycle is 50%.
[0023]
FIG. 5B shows that the rectangular pulse of FIG. 5A has higher luminance than the rectangular pulse of FIG. 3A. In the case of the rectangular pulse (FIG. 3A), a voltage difference of 0-peak value always occurs instantaneously, whereas in the case of the rectangular pulse of FIG. This is probably because a large voltage difference between peak and peak is generated, and an effect similar to that when a high voltage is applied occurs.
[0024]
FIG. 6A shows a fluorescent lamp capable of controlling partial light emission by providing a plurality of pairs of
[0025]
The shape and arrangement of the outer wall electrodes are not particularly limited to those shown in the first to fourth embodiments, and may be provided in any shape and arrangement as long as they are arranged in a plane on the outer wall.
[0026]
In the above embodiment, the driving circuit for lighting the fluorescent lamp is also a full-bridge circuit of switching elements. However, a half-bridge circuit may be used, and any drive circuit that can generate a desired voltage waveform may be used. Drive circuit may be used.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, it has an effect that a discharge is started at a low voltage and a large light output can be obtained at a low peak voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a fluorescent lamp according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a fluorescent lamp device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an applied voltage waveform and luminance characteristics according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an applied voltage waveform and luminance characteristics according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an applied voltage waveform and luminance characteristics according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a fluorescent lamp and an image display device according to
FIG. 7 is a perspective view, a sectional view, and a lighting circuit diagram of a conventional fluorescent lamp.
[Explanation of symbols]
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