JP3569229B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、放電容器と、少なくとも一部が放電容器の内壁に配置されている金属製の内壁電極と、内壁電極と任意追加的に放電容器の関連する内壁との少なくとも一部を覆い、覆われた内壁電極に対して誘電体妨害として作用する少なくとも１つの誘電体妨害膜とを備え、誘電体妨害放電によって点灯される放電ランプに関する。
【０００２】
用語「放電ランプ」はこの場合ガス放電を基礎とする電磁放射源を含んでいる。放射スペクトルはその場合可視範囲もＵＶ（紫外）範囲／ＶＵＶ（真空紫外）範囲並びにＩＲ（赤外）範囲も含んでいる。さらに、不可視放射を可視放射に変換する発光体膜を設けることもできる。
【０００３】
この放電ランプにはいわゆる誘電体妨害（誘電体バリヤ）電極を備えた放電ランプがある。誘電体妨害電極としての電極は一般に例えば高伝導性銀から成る薄い金属条帯もしくは導体路に似た膜構造の形態で実現され、その内少なくとも一部が例えばスクリーン印刷のような印刷法によって放電容器の内壁に配置されている。この内壁電極の少なくとも一部は放電容器の内部に対して誘電体膜によって完全に被覆されており、この誘電体膜はランプ点灯中に放電に対する誘電体妨害（誘電体バリヤ）として機能する。
【０００４】
単極性の電極のみ、特に陽極のみをこの種の誘電体妨害膜によって被覆すると、単極性のパルス点灯方式（国際公開第９４／２３４４２号明細書参照）においては多数のデルタ形の部分放電から成るいわゆる片側誘電体妨害放電（誘電体バリヤ放電）が形成される。それに対して、全ての電極すなわち両極性の電極を誘電体妨害膜によって被覆すると、単極性点灯方式においてもまた両極性点灯方式においてもいわゆる両側誘電体妨害放電が形成される。例えば交流電圧又は両極性パルス（国際公開第９４／２３４４２号明細書参照）を用いた両極性点灯方式においては、各電極が交互に陽極の役割と陰極の役割とをしている。
【０００５】
何れにしてもこの種のランプの場合、電極から金属イオンが誘電体妨害膜内へ拡散し、放電に対する誘電体妨害としての機能に関するその特性が不所望に影響を受けることが明らかになっている。
【０００６】
片側誘電体妨害方式の場合、さらに、非妨害内壁電極の金属粒子がランプの製造中に、例えば誘電体膜の焼き付けプロセス、熱接合プロセス及び類似のプロセス中に蒸発し、コントロールされずにランプの中に沈積するという問題がある。さらに場合によっては電極路の導電率が減少する。上述の問題は、温度が高くなればなる程（特に４００℃以上）、またこの温度での経過時間が長くなればなる程はっきり現れる。ランプ点灯中にさらに金属粒子が非妨害電極からスパッタプロセスによって出され、同様に放電容器壁に沈積することがある。放電容器壁上への金属の沈積はランプの光束を減少させることになる。さらに、標準的な条帯状電極の厚み及び幅はその電流容量に影響し、このことは特に高いパルス電流の場合には問題である。しかも、電極幅は誘電体妨害放電に直接影響する電極装置容量に影響する。さらに、部分的に火花長が減少することがあり、このことは放電の均質性にマイナスに影響する。これは、陰極路が突出部を備えこのところでデルタ形の放電が開始される実施例を用いて詳細に説明する事例に対しても十分当てはまる。
【０００７】
誘電体妨害膜上に及び一般的に放電容器の内壁の他の部分上には、他の機能膜（例えば、１つの発光体又は発光体混合物から成る１つの膜及び／又は可視放射（光）及び／又はＵＶ放射のための１種又は複数種の反射膜）を被着することができる。反射膜は場合によっては可視光を適切に外部へ、すなわちランプの所定の優先方向のみにもたらすために使われる。当然のことながら例えば発光体膜のような多孔性の膜は電極路から金属イオンが蒸発又はスパッタするのを防止することが弱い。さらに電極路は何れにしてもこの膜が被着されるまでは焼き付けプロセス中に完全には保護されない。
【０００８】
放電容器の形状は特別な制限を有していない。例えば管形又は平面形の放電容器が良く使われている。平面形の放電容器はとりわけ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックグラウンド照明を行うためのいわゆる平面形ランプに適している。この種の技術的な詳細に関しては例えばドイツ連邦共和国特許第１９７１８３９５号明細書もしくは国際公開第９８／４３２７７号明細書を参照されたい。
【０００９】
［発明の説明］
本発明の課題は、上述の欠点を回避し、かつ、長時間特性に関して、特に電極が拡散によって薄くなることおよび誘電体膜への金属電極の影響が減少することに関しても改善された構成を有する冒頭で述べた放電ランプを提供することにある。
【００１０】
この課題は、冒頭で述べた放電ランプにおいて、内壁電極の少なくとも誘電体妨害膜によって覆われている部分が追加的に直接誘電体阻止膜によって覆われ、すなわち誘電体阻止膜がそれぞれ誘電体妨害膜とこれによって覆われている内壁電極との間に配置され、誘電体阻止膜がＳｎ−Ｚｎ−Ｐ−Ｏから構成されていることによって解決される。特に優れた実施態様は請求項２以降に記載されている。
【００１１】
片側誘電体妨害方式の場合、本発明によれば、内壁電極の少なくとも誘電体妨害膜によって覆われている部分が追加的に直接阻止膜によって覆われる、すなわち追加的な阻止膜がそれぞれ内壁電極と誘電体妨害膜との間に配置される。換言すれば、この場合膜の配置は放電容器の内壁から見て電極膜、阻止膜、誘電体妨害膜の順序で行われる。冒頭で述べたように金属粒子が電極から蒸発およびスパッタするのを防止するために、誘電体非妨害内壁電極をもこの種の阻止膜によって覆うと有利である。
【００１２】
両側誘電体妨害方式の場合、本発明によれば、全ての内壁電極、すなわち２つの極性の電極が直接阻止膜によって覆われる。阻止膜上には最終的に通常の誘電体妨害膜が続けられる。
【００１３】
阻止膜は少なくともそれぞれ電極全体を覆うべきであるが、場合によっては同様に‘全面’に設けられるようにしてもよい。すなわち、阻止膜が‘全面’に設けられる場合、電極全体が、この電極が配置されている放電容器壁を含めて単一の連続阻止膜によって覆われる。標準的には最初にペースト状の阻止膜が噴霧法、塗布法、ローラ法、スクリーン印刷法又は謄写印刷法等のような標準的な方法によって被着される。
【００１４】
阻止膜は誘電体（例えば、蒸発およびスパッタの他に、電極の金属イオンが阻止膜を通過して誘電体妨害放電のために重要な誘電体妨害膜内へ拡散するのを阻止するガラスろう）から構成される。この点に関して少なくとも部分結晶化された又は結晶化されたガラスろう、いわゆる焼結ガラスセラミックス、特にビスマスホウケイ酸ガラス（Ｂｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）が適していることが判明している。他の適当な結晶化ガラスろうには、例えば亜鉛ビスマスホウケイ酸ガラス（Ｚｎ−Ｂｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）、すず−亜鉛−リン酸ガラス（Ｓｎ−Ｚｎ−Ｐ−Ｏ）、および亜鉛ホウケイ酸ガラス（Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）がある。電極の誘電体妨害用として設けられている誘電体妨害膜に対して簡潔に表現しかつ良好な概念定義を行うために、拡散阻止膜、蒸発阻止膜およびスパッタ阻止膜として作用する誘電体膜は以下においては単に（誘電体）阻止膜と呼ばれる。
【００１５】
本発明による作用を得るために、この阻止膜の厚みが少なくとも約１μｍの大きさであると十分であることが判明している。標準的には阻止膜の厚みは１μｍと４０μｍとの間の範囲、好ましくは１μｍと３０μｍとの間の範囲、特に好ましくは５μｍと２０μｍとの間の範囲に位置する。実際上は標準的な数μｍ（例えば６μｍ）の厚みが選定される。何れにしても阻止膜の厚みは妨害膜の厚みより小さい。
【００１６】
さらに、阻止膜が実際上部分結晶化されて存在することは重要である。
【００１７】
誘電体妨害膜は個々の電極の上に条帯状に設けられていてもよく（片側および両側誘電体妨害）、また両側誘電体妨害放電の場合には内壁電極全体をそれに隣接して位置する放電容器壁部分を含めて被覆する単一の連続阻止膜によって‘全面’に設けられていてもよい。
【００１８】
誘電体妨害膜の厚みを適当に選定することは主に放電の物理的要求によって決められ、５０μｍと数百μｍとの間の大きさ、特に５０μｍと２００μｍとの間の範囲内にされる。誘電体膜の材料は同様に主に放電の物理的要求によって、特に所望の誘電体特性、例えば誘電率、電気的絶縁破壊強度等によって決められる。この材料としては例えば鉛ホウケイ酸ガラス（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）が適している。
【００１９】
［図面の説明］
以下において本発明を複数の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１ａ、１ｂ及び１ｃは、点灯中に白色光を放出する平面形蛍光ランプの概略平面図、概略側面図及びＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。これはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のバックグラウンド照明用として考えられている。
【００２０】
平面形ランプ１は、矩形状底面と、４つの条帯状の金属陰極３，４（−）並びに陽極（＋）とを備えた平面形放電容器２から構成されている。なお、陽極は３つが長目の二重陽極５として、２つが条帯状の単一陽極６として形成されている。放電容器２は他方では底板７と、正面板８と、枠体９とから構成されている。底板７および正面板８はそれぞれガラスろう１０によって枠体９に気密に結合され、それによって放電容器２の内部１１が直方体状に形成されている。底板７は正面板８より大きく、それゆえ放電容器２はその周囲に自由縁部を有している。正面板８の破断部は単に表示上のために破断されているだけであり、陰極３、４および陽極５、６を露出させて見えるようにしている。
【００２１】
陰極３、４および陽極５、６は交互にかつ平行に底板７の内壁上に配置されている。陽極５、６および陰極３、４はそれぞれその一端が延長され、底板７上を放電容器２の内部１１から両側で外部へ導かれている。底板７の縁部では条帯状電極３、４、５、６がそれぞれ１つの陰極用バス状外部リード１３もしくは陽極用バス状外部リード１４に移行している。両外部リード１３、１４は給電源（図示されていない）に接続するための接触部として使われる。
【００２２】
放電容器２の内部１１において、電極３〜６並びにそれに隣接して位置する放電容器壁は阻止膜として作用するＢｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ製焼結ガラスセラミック膜６１によって完全に覆われている（図１ｃ参照）。焼結ガラスセラミック膜６１の厚みは約６μｍである。阻止膜６１は他方ではＰｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏから成る誘電体妨害膜６２によって完全に覆われている。電極上における誘電体妨害膜６２の厚みは約２５０μｍである。ここではこのようにして両側誘電体妨害方式が採用されている。阻止膜６１は、電極３〜６から金属イオンが誘電体妨害膜６２内へ拡散するのを阻止する。誘電体妨害膜６２上には厚みが約４μｍであるＴｉＯ_２製反射膜６３が設けられている。この反射膜６３自身上ならびに正面板８の内壁上には、放電によって発生されたＵＶ／ＶＵＶ放射を可視白色光に変換する発光体混合物膜６４が設けられている（この膜は図１ａには分かり易くするために示されていない。図１ｃ参照）。この膜は、青色成分のＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋）と、緑色成分のＬＡＰ（ＬａＰＯ_４：［Ｔｂ^３＋、Ｃｅ^３＋］）と、赤色成分のＹＯＢ（［Ｙ、Ｇｄ］ＢＯ_３：Ｅｕ^３＋）とを有する３波長域発光体である。発光体混合物膜６４の厚みは約３０μｍである。
【００２３】
変形例（図示されていない）ではＴｉＯ_２膜と発光体膜との間に別のＡｌ_２Ｏ_３製反射膜が配置される。このようにして反射作用が改善される。そのＡｌ_２Ｏ_３膜の厚みは約５μｍである。
【００２４】
引き込み部と外部リード１３、１４とを含めた電極３〜６はそれぞれ連続する陰極側もしくは陽極側の導体路に似た膜状構造物を形成している。これらの両膜状構造物ならびにその上に続く他の機能膜（阻止膜６１、誘電体妨害膜６２、反射膜６３ならびに発光体膜６４）はスクリーン印刷技術によって定められた順序で底板７もしくは妥当ならば正面板８に直接設けられる。
【００２５】
膜６１〜６４を設けた後、底板７が枠体９に、この枠体９が正面板８にそれぞれガラスろう１０によって封着されて、完全な平面形ランプ１を構成する。熱接合は例えば真空炉の中で行われる。放電容器の各構成要素の封着前に、平面形ランプ１の内部１１には１０ｋＰａの封入圧を持つキセノンが封入される。
【００２６】
各対陽極５の両陽極条帯５ａ、５ｂは、条帯状電極３〜６に対して垂直に向けられている平面形ランプ１の両縁部１５、１６の方向へ向かって幅広に形成されており、しかも専らそれぞれ相手側条帯５ｂもしくは５ａの方向へ向かって非対称に幅広に形成されている。各対陽極５の両条帯の最大相互間隔は約４ｍｍであり、最小間隔は約３ｍｍである。両側の条帯状の単一陽極６は平面形ランプ１の条帯状電極３〜６に対して平行な両縁部１７、１８の直ぐ近くにそれぞれ配置されている。
【００２７】
条帯状陰極３、４はそれぞれ隣接して位置する陽極６に向けて突出した鼻状の半円形突出部１９を有している。この突出部は電界を局部的に制限して高めるのに作用し、その結果国際公開第９４／２４４４２号明細書に記載されたパルス点灯方式において生成されたデルタ形の個別放電（図１ａには示されていない）が専らこの個所で点弧される。突出部１９とそれぞれ直接それに隣接して位置する条帯状陽極との間の間隔は約６ｍｍである。半円形突出部１９の半径は約２ｍｍである。電極の具体的な構成はここでは重要ではないので、これに関してはドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３６９６５号もしくは第１９７１１８９２号明細書を参照されたい。
【００２８】
図２は図１ａの平面形ランプのＡ−Ａ線に沿った部分断面の変形例を示す部分断面図である。同一部分には同一符号が付されている。図１ｃとの相違はここでは片側誘電体妨害方式が採用されていること、すなわちそれぞれ陽極５ａ、５ｂのみが鉛ホウケイ酸ガラスから成る２５０μｍの厚みの誘電体妨害膜６２’によって覆われていることである。そしてこの実施例においても電極全体が、すなわち陰極３、４も同様に直接６μｍの厚みのＢｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ製阻止膜６１によって覆われている。誘電体妨害膜６２’はそれゆえ阻止膜６１の上側でしかも陽極５ａ、５ｂの範囲のみに配置されている。誘電体妨害膜６２’の‘焼付け’中および後のランプ点灯中にも、阻止膜６１は誘電体妨害膜６２’を備えていない陰極の蒸発を防止する。誘電体妨害膜６２’（陽極）および阻止膜６１（陰極および電極間の隣接して位置する内壁）の直ぐ上には約１５０μｍの厚みの発光体混合物膜６４が配置されている。この比較的厚い発光体混合物膜６４は同時にＵＶ反射膜として作用する。それゆえ、この簡単な変形例においては独立した反射膜が省略されている。それに対して正面板８の内壁では発光体混合物膜６４が可視光を透過させるために薄くされている。
【００２９】
純粋なＵＶ放射器用として構成するためには底板および正面板上の発光体膜がなくされる。効率上の理由から何れにしてもこの場合に底板上の１種又は複数種のＵＶ反射膜は省略されない。
【００３０】
本発明の枠内においてはさらに追加的な別の膜および膜装置を、本発明の有利な作用を失うことなく設けることもできる。ここで重要なことは、電極の金属イオンが上側の膜内へ、特に誘電体妨害放電のために重要な誘電体妨害膜内へ拡散するのを阻止する阻止膜が電極の直上に配置されていることのみである。
【００３１】
この点でさらに、図１ｃおよび図２に大まかに概略的に示された膜が底板の面全体に亘って形成されていなければならないことは必ずしも必要ではないことを指摘しておく。重要なことは、少なくとも当該の又は場合によっては各々の電極が完全に相応な膜によって覆われることのみである。
【００３２】
さらに、個々の膜は図１ｃおよび図２に簡略的に示されているように完全に平坦である必要がない。寧ろ、個々の膜、特に非常に薄い膜は実際上自分自身が平坦でなくてもよい。これは特に、１種又は複数種の膜が電極より薄く、その結果その膜が電極を備えた底板の表面形状を形成すると認められる場合に特に有効である。
【００３３】
他の実施例（図示されていない）は管形のアパーチャ形ランプである。放電容器の形状が異なっていることは別として、図１の平面形ランプと比べた主要な相違は容器形状の変更に合せられた製造方法である。特にこの発光体は圧力技術によってではなく、例えばフラッシングによって内壁上にもしくは予めその上に配置された別の機能膜上に設けることができる。個々の機能膜の原理的な順序ならびに機能、特に電極の金属イオンが誘電体妨害膜内へ拡散するのを防止する阻止膜の本発明による作用は図１のものと同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは底板上に配置された電極を備える本発明による平面形放電ランプを一部分を破断して示す概略平面図、図１ｂは図１ａの平面形ランプの概略側面図、図１ｃは図１ａの平面形ランプのＡ−Ａ線に沿った部分断面図。
【図２】図１ａの平面形ランプのＡ−Ａ線に沿った部分断面の変形例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１ 平面形ランプ
２ 放電容器
３、４ 陰極
５、６ 陽極
５ａ、５ｂ 陽極条帯
７ 底板
８ 正面板
１０ ガラスろう
１１ 放電容器の内部
１３、１４ 外部リード
１５、１６ 縁部
１７、１８ 縁部
１９ 突出部
６１ 阻止膜、焼結ガラスセラミック膜
６２ 誘電体妨害膜
６３ 反射膜
６４ 発光体膜

Claims (6)

1. 放電容器（２）と、少なくとも一部が前記放電容器（２）の内壁に配置されている金属製の内壁電極（３〜６）と、前記内壁電極（３〜６）と任意追加的に前記放電容器（２）の関連する内壁との少なくとも一部を覆い、覆われた前記内壁電極（３〜６）に対して誘電体妨害として作用する少なくとも１つの誘電体妨害膜（６２；６２'）とを備え、誘電体妨害放電によって点灯される放電ランプにおいて、前記内壁電極（３〜６；５ａ、５ｂ）の少なくとも前記誘電体妨害膜（６２；６２'）によって覆われている部分が追加的に直接誘電体阻止膜（６１）によって覆われ、すなわち前記誘電体阻止膜（６１）がそれぞれ前記誘電体妨害膜（６２；６２'）とこれによって覆われている前記内壁電極（３〜６；５ａ、５ｂ）との間に配置され、前記誘電体阻止膜（６１）がＳｎ−Ｚｎ−Ｐ−Ｏから構成されていることを特徴とする放電ランプ。
2. 前記誘電体阻止膜（６１）の厚みが約１μｍ又はそれ以上の大きさである請求項１記載の放電ランプ。
3. 前記誘電体阻止膜（６１）の厚みが１μｍと４０μｍとの間の範囲、好ましくは１μｍと３０μｍとの間の範囲、特に好ましくは５μｍと２０μｍとの間の範囲に位置する請求項２記載の放電ランプ。
4. 前記誘電体阻止膜（６１）の厚みが前記誘電体妨害膜（６２；６２'）の厚みより小さい請求項２又は３記載の放電ランプ。
5. 前記誘電体妨害膜（６２；６２'）がＰｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏから構成されている請求項１乃至４の１つに記載の放電ランプ。
6. 前記内壁電極上における前記誘電体妨害膜（６２；６２'）の厚みが約５０μｍ又はそれ以上、特に５０μｍと２００μｍとの間の範囲に位置する請求項１乃至５の１つに記載の放電ランプ。

Images