JP4309003B2

JP4309003B2 - 蛍光ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP4309003B2
Application number: JP34804999A
Authority: JP
Inventors: 貴史上野
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001167733A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細長い透光性放電容器を備えた蛍光ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の蛍光ランプの縦断面図である。
【０００３】
図９は、図８のIX−IX'線に沿う拡大端面図である。
【０００４】
各図において、１１は透光性気密容器、１２は蛍光体層、１３、１３は一対の電極、１４は導入線、１５は水銀粒である。
【０００５】
透光性気密容器１１は、細長い透明なガラスバルブの両端を封止して形成されている。
【０００６】
蛍光体層１２は、透光性放電容器１１の両端部を除いた内面に被着して形成されている。
【０００７】
一対の電極１３、１３は、冷陰極構造であって、透光性放電容器１１の両端に導入線１４を介して封装されている。
【０００８】
放電媒体は、水銀および希ガスからなり、透光性気密容器１１の内部に封入されている。
【０００９】
そうして、蛍光ランプが点灯すると、低圧水銀蒸気放電が生起して、主として波長２５４ｎｍの紫外線が発生して、蛍光体層１２を照射する。蛍光体層１２は、紫外線によって励起されて可視光を発生し、透光性放電容器１１を透過して外部に導出され、照明に利用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、蛍光ランプの点灯中に蒸発して放電に寄与する水銀は、封入されている水銀の極く一部にすぎず、大部分が液相の状態のまま透光性放電容器１１内に残留している。しかも、液相のまま残留している水銀は、目視可能な程度に大きな水銀粒１５を形成して蛍光体層１２の内面に付着している。
【００１１】
そのため、水銀粒１５が付着している箇所においては、蛍光体層１２への紫外線の照射が遮られて、いわゆる発光斑を生じる。その結果、蛍光ランプの近傍に配設される被照体、たとえばサイドライト方式のバックライト装置の導光体に対する均一な配光が得られないという問題がある。
【００１２】
一方、アパーチャー形の蛍光ランプにおいては、蛍光体層の一部を透光性放電容器１１の長手方向に沿って除去して、アパーチャーと称する導光開口を備えているが、余剰の水銀が液相で残留して水銀粒１５を形成して、蛍光体層１２のみならず導光開口の内面にも付着する。
【００１３】
以上説明したように、余剰の水銀が大きな水銀粒１５となって蛍光体層１２や導光開口などに付着することにより、蛍光ランプの長手方向の配光が阻害されるのみならず、蛍光ランプの軸を中心とする円周方向の配光をも阻害する。
【００１４】
また、水銀粒１５は、機械的衝撃が蛍光ランプに加えられると、容易に移動する。すなわち、水銀粒１５は、その位置が一定しないため、発光斑の発生箇所が安定しにくく、これに伴って配光特性も変化しやすいという問題がある。
【００１５】
さらに、蛍光ランプの長手方向の一部に水銀が偏在していて、長手方向に十分拡散していない場合には、蛍光ランプの軸方向に著しい発光斑が生じる。特に透光性放電容器の内径が２ｍｍ以下の場合には、常温点灯中における蛍光ランプの軸方向への水銀の拡散が遅いので、発光斑が一層顕著になる。
【００１６】
本発明は、水銀粒の付着による発光斑を生じないようにした蛍光ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の蛍光ランプは、細長い透光性放電容器と；透光性放電容器の内面側に形成された蛍光体層と；透光性気密容器内に封装された一対の電極と；透光性放電容器内に封入された水銀および希ガスからなり、水銀はその殆どが蛍光体層内に含有されているとともに、その蛍光体層内に含有されている水銀の量が、蛍光体層が形成されている透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇである放電媒体と；を具備していることを特徴としている。
【００１８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１９】
＜透光性放電容器について＞
透光性放電容器は、一般的にはガラスによって形成されるが、要すればガラス以外の透光性材料たとえばセラミックスなどであってもよい。また、ガラスは、硬質ガラス、半硬質ガラスまたは軟質ガラス、石英ガラスなどであってもよい。
【００２０】
「透光性」とは、透光性放電容器の所要部分が透光性であれば、その他の部分は遮光性であってもよい。
【００２１】
また、透光性放電容器の内径は、一般的には５ｍｍ以下であれば本発明の作用効果を得ることができ、２ｍｍ以下で優れた作用効果が得られる。
【００２２】
さらに、透光性放電容器の軸方向の長さは、利用する照明装置の要求に応じて任意所望の値に設定することができる。
【００２３】
さらにまた、透光性放電容器は、直管状だけでなく、湾曲または屈曲した形状であってもよい。たとえば、円環状、半円状、Ｌ字状、Ｍ字状、Ｕ字状、コ字状、へ字状などであることを許容する。
【００２４】
＜蛍光体層について＞
蛍光体層は、透光性放電容器の内面に直接形成してもよいし、たとえば保護膜、反射膜などを介して間接的に形成してもよい。
【００２５】
また、使用する蛍光体は、その用途に応じて任意所望のものを用いることができる。たとえば、バックライト装置や車載計器照明用の蛍光ランプの場合は、３波長発光形蛍光体またはハロリン酸塩蛍光体などの白色系の蛍光体を用いることができる。また、読取用の蛍光ランプの場合は、希土類のリン酸塩蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋）のような単色蛍光体またはこれを含んだ蛍光体を用いることができる。
【００２６】
さらに、蛍光体層は、透光性放電容器の内面側の全周にわたり形成してもよいし、透光性放電容器の軸方向に沿って一部に蛍光体層を形成しないことにより、導光開口を配設することができる。
【００２７】
そうして、蛍光体層は、蛍光体粒子の重なりによって形成されているために多孔質であり、したがって蛍光体粒子の間には、わずかな隙間が形成されている。
【００２８】
＜一対の電極について＞
一対の電極は、透光性放電容器が内径５ｍｍ以下の場合においては、小形化が可能であることから、冷陰極を用いるのがよい。
【００２９】
冷陰極としては、筒状、板状などの金属製の電極基体に水銀放出合金を担持させてなるものを用いることができ、これにより水銀を電極の封装と同時に封入することができる。
【００３０】
電極基体は、ニッケル、アルミニウム・ジルコニウム合金などの金属からなることを許容する。なお、必要に応じて電極基体の表面に電子放射膜を被着させることができる。これにより、電子放射性が向上して電極降下電圧が低くなり、これに伴って電極降下電圧の低下分に見合った電極損失の低減が得られる。
【００３１】
水銀放出合金は、Ｔｉ_３Ｈｇなどからなり、アマルガムの一種であるが、主として最初に水銀を放出するためにのみ用いられる。
【００３２】
＜放電媒体について＞
放電媒体は、水銀および希ガスからなり、そのうち水銀は以下の所定量を封入する。
【００３３】
まず、水銀について説明する。
【００３４】
水銀は、蛍光体層が形成されている透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇが蛍光体層に含有されるように封入される。ここで、「蛍光体層が形成されている透光性放電容器の内表面積」とは、蛍光体層に対向している部分の透光性放電容器の内表面積をいう。したがって、一部にアパーチャーと称される導光開口を含んでいる場合は、当該アパーチャーに対向する部分の面積を含まない。
【００３５】
蛍光体層に含有されている水銀量が上記内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２ｍｇ未満であると、蛍光ランプの点灯初期において軸方向の温度分布の不均一性に起因した水銀蒸気圧の分布斑を生じ、その結果、蛍光ランプの軸方向における配光の均一化に要する時間が長くなりすぎる。特に透光性放電容器の内径が２ｍｍ以下の蛍光ランプにあっては水銀蒸気の拡散速度が遅いため、上記の現象が顕著に現れる。
【００３６】
また、蛍光体層に含有される水銀量が上記内表面積１ｃｍ^２当たり０．３ｍｇを超えると、蛍光体層に含有される水銀が飽和するので、蛍光体層に含有されないで蛍光体層上に残留した水銀が目視可能な大きな水銀粒を形成しやすくなる。
【００３７】
したがって、蛍光体層に含有される水銀量が上記内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇの範囲であれば、水銀の殆どを蛍光体層中に含有させることができる。さらに、水銀は、前述したように水銀放出合金の形で封入することができるが、要すれば液体水銀を直接封入することができる。
【００３８】
さらにまた、水銀蒸気圧特性が液体水銀に比較的近いＺｎＨｇのようなアマルガムの形で水銀を封入することができる。
【００３９】
次に、希ガスについて説明する。
【００４０】
希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用し、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびヘリウムなどを一種または複数種混合して用いることができる。希ガスの混合としては、たとえばネオンおよびアルゴンや、ネオンおよびヘリウムなどである。
【００４１】
＜熱処理について＞
透光性放電容器内に封入した水銀を透光性放電容器の内部全体に均一に分散させるとともに、水銀を微細粒化して蛍光体層内に含有させるための手段として、蛍光ランプを熱処理することができる。
【００４２】
熱処理は、たとえば蛍光ランプを３００〜４００℃で１０〜２０分間加熱し、その後全体を均一に徐冷することによって行う。
【００４３】
＜本発明の作用について＞
本発明においては、蛍光体層内に含有されている水銀量を透光性放電容器内の蛍光体層に対向している部分の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇに規定していることにより、透光性放電容器内に封入した水銀の殆どが蛍光体層内に含有されている。このため、目視可能な大きな水銀粒が形成されて蛍光体層や透光性放電容器の内面に付着するようなことがないので、点灯初期において軸方向の温度分布の不均一に起因する水銀蒸気圧の発光斑が生じない。
【００４４】
したがって、本発明によれば、目視可能な水銀粒が生じないので、蛍光ランプの軸方向および軸回りのそれぞれの配光特性が均一になる。
【００４５】
また、配光の均一化に長時間を要するようなことがないとともに、所期の寿命を得ることができる。
【００４６】
さらに、機械的衝撃を受けても水銀の配置の変化がなくなり、このため配光特性が安定している。
【００４７】
本発明の蛍光ランプの好ましい第１の態様において、水銀は、その殆どが蛍光体層の蛍光体粒子の間に分散して含有されていて、蛍光体層上には実質的に目視できない。
【００４８】
本態様は、余剰の水銀が透光性放電容器内の全体に良好に分散していて、しかも蛍光体層内に含有されている状態の蛍光ランプを外観によって規定している。
【００４９】
すなわち、余剰の水銀の封入量が前述の本発明に規定する値であって、かつ熱処理などによって透光性放電容器内に均一に分散しているならば、余剰の水銀は、微細粒となって蛍光体層の蛍光体粒子の間の隙間に進入しているので、目視可能な程度の大きな水銀粒を形成して蛍光体層や透光性放電容器の内面に付着するようなことはない。
【００５０】
なお、目視可能であるか否かの判定は、蛍光ランプをＸ線撮影したり、透視によって行うことができる。
【００５１】
本発明の蛍光ランプの好ましい第２の態様は、透光性放電容器は、内径が２．０ｍｍ以下である。
【００５２】
本態様は、余剰の水銀が大きな水銀粒を形成して配光特性に影響しやすく、したがって本発明による効果が顕著に現れる透光性放電容器の内径範囲を規定している。
【００５３】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１または２記載の蛍光ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００５４】
本発明において、「照明装置」とは、蛍光ランプの発光を利用する全ての装置を含む広い概念であり、たとえばバックライトユニットを備えた液晶表示装置および液晶表示装置を組み込んだパーソナルコンピュータ、携帯情報端末機、液晶テレビジョン受像装置などの液晶表示装置組込み機器、ならびに自動車などの移動体用計器パネル照明装置、装飾用照明器具などである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５６】
図１は、本発明の蛍光ランプの一実施形態を示す縦断面図である。
【００５７】
図２は、同じく拡大横断面図である。
【００５８】
図３は、図１における部分Ａを顕微鏡写真的に拡大した模式図である。
【００５９】
各図において、１は透光性放電容器、２は蛍光体層、３、３は一対の電極、４は導入線である。
【００６０】
透光性放電容器１は、ガラス製で、内径２．０ｍｍ、後述する蛍光体層２を形成する領域の長さが２２０ｍｍである。
【００６１】
蛍光体層２は、透光性放電容器１の内面の上記領域に３波長発光形蛍光体を用いて形成されている。
【００６２】
一対の電極３、３は、冷陰極からなり、導入線４の先端に支持されていて、導入線４を透光性放電容器１の両端に封着することによって、透光性放電容器１の両端の内部に封装されている。
【００６３】
放電媒体は、希ガスが混合比９５：５のネオンおよびアルゴンであり、また水銀が透光性放電容器１の軸方向の長さ２２０ｍｍの範囲に形成されている蛍光体層２に含有されていて、上記長さにおける透光性放電容器１の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０７ｍｇ、総量で１ｍｇ封入されている。
【００６４】
図４は、蛍光ランプの蛍光体層に対向している部分の透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たりの水銀含有量に対する軸方向の配光の均一化に要する時間の関係を示すグラフである。
【００６５】
図において、横軸は蛍光体層に対向する透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たりの水銀含有量（ｍｇ／ｃｍ^２）を、縦軸は軸方向の配光の均一化に要する時間（秒）を、それぞれ示す。
【００６６】
また、図中曲線Ａは本発明の一実施形態、曲線Ｂは比較例、をそれぞれ示す。
【００６７】
図から理解できるように、水銀含有量が０．０２ｍｇ／ｃｍ^２未満になると、配光の均一化に要する時間が急激に増加して１００秒以上になる。なお、この測定結果は、前述した本発明の一実施形態と同じ仕様の蛍光ランプにおいて水銀封入量のみを変化させて得たものである。
【００６８】
図５は、本発明の蛍光ランプの一実施形態における軸方向の配光特性を比較例のそれとともに示すグラフである。
【００６９】
図において、横軸は蛍光ランプの軸方向の位置を、縦軸は発光強度（相対値）を、それぞれ示す。
【００７０】
なお、比較例は、水銀が蛍光体層に含有されていない以外は本実施形態と同一仕様である。
【００７１】
曲線Ｂは本発明の実施形態、曲線Ｃは比較例、をそれぞれ示す。
【００７２】
図から理解できるように、本発明の実施形態においては、ほぼフラットな配光特性であるが、比較例は２箇所に顕著に発光強度の低い部分が見られる。これは当該箇所に大きな水銀粒が蛍光体層の内面にに付着しているからである。
【００７３】
図６は、本発明の蛍光ランプの一実施形態における蛍光ランプの軸を中心とする円周方向の配光特性を比較例のそれとともに示すグラフである。
【００７４】
図において、０°〜２７０°は蛍光ランプの軸周りの角位置を示す。
【００７５】
曲線Ｄは本発明の実施形態、曲線Ｅは比較例、をそれぞれ示す。
【００７６】
図から理解できるように、本実施形態においては、曲線Ｄに示すように、ほぼ完全な円状の配光特性である。これに対して、比較例においては、曲線Ｅに示すように、蛍光体層の内面に大きな水銀粒が付着しているため、当該箇所を中心に発光強度が低下して、配光特性が非円形になっている。
【００７７】
図７は、本発明の照明装置の一実施形態としての液晶表示装置を示す要部断面図である。
【００７８】
図において、６はバックライトユニット、７は液晶表示部である。
【００７９】
＜バックライトユニット６について＞
バックライトユニット６は、導光体６ａ、蛍光ランプ６ｂ、樋状反射板６ｃ、背面反射板６ｄ、拡散板６ｅ１および集光板６ｅ２備え、図示しないケースに収納される。
【００８０】
導光体６ａは、アクリル樹脂などの高屈折率を有する透明体から構成されている。
【００８１】
蛍光ランプ６ｂは、導光体６ａの端面に対向して配設され、その発光を導光体６ａの端面から内部へ入射させる。
【００８２】
樋状反射板６ｃは、蛍光ランプ６ｂから導光体６ａに直接入射しない方向へ放射された光を反射して導光体６ａに入射させるとともに、蛍光ランプ６ｂの発光が導光体６ａ以外の箇所から漏光しないように遮蔽する。
【００８３】
背面反射板６ｄは、導光体６ａの背面から出る光を反射して導光体６ａの前面から出射させる。また、その際に光がなるべく均一に出射するように、背面反射板６ｃの反射率を部分的に制御することができる。
【００８４】
拡散板６ｅ１は、導光体６ａの前面に配設されて、導光体６ａから前方へ出射する光を拡散して輝度分布をなるべく均一化する。
【００８５】
集光板６ｅ２は、拡散板６ｅ１から出射した光を集光して、液晶表示部７に対する入射効率を高める。
【００８６】
＜液晶表示部７について＞
液晶表示部７は、バックライトユニット６の前面に重ねて配設され、その背面からバックライトユニット６により照明され、液晶表示が行われる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、蛍光体層内に含有されている水銀の量が、蛍光体層が形成されている部分に対向する透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇであるであることにより、透光性放電容器内に封入した水銀の殆どが蛍光体層に含有されて透光性放電容器の長手方向の全体に分散されて実質的に目視できないから、発光斑が生じないとともに、軸方向の配光特性および軸を中心とする円周方向の配光特性が良好で、かつ機械的衝撃を受けても配光特性が安定している蛍光ランプを提供することができる。
【００８８】
また、放電媒体の水銀が蛍光体層の蛍光体粒子の間に分散して含有されて蛍光体層上には実質的に目視できない程度であることにより、発光斑が生じないとともに、軸方向および軸を中心とする円周方向の配光特性が良好で、かつ安定している蛍光ランプを提供することができる。
【００８９】
さらに、透光性放電容器の内径が２．０ｍｍ以下であれば、薄形の液晶表示装置などの照明装置に好適であるとともに、透光性放電容器の内径が小さくても水銀が透光性放電容器の長手方向に分散しているから、発光斑が生じにくくて、しかも配光特性が水銀粒によって阻害されない蛍光ランプを提供することができる。
【００９０】
本発明によれば、本発明の蛍光ランプの効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍光ランプの第１の実施形態を示す縦断面図
【図２】同じく拡大横断面図
【図３】図２における部分Ａの顕微鏡写真的拡大の模式図
【図４】蛍光ランプの蛍光体層を形成している透光性放電容器の長手方向の領域の内表面積１ｃｍ^２当たりの水銀含有量に対する軸方向の配光の均一化に要する時間の関係を示すグラフ
【図５】本発明の蛍光ランプの一実施形態における軸方向の配光特性を比較例のそれとともに示すグラフ
【図６】本発明の蛍光ランプの一実施形態における蛍光ランプの軸を中心とする円周方向の配光特性を比較例のそれとともに示すグラフ
【図７】本発明の照明装置の一実施形態としての液晶表示装置を示す要部断面図
【図８】従来の蛍光ランプの縦断面図
【図９】図８のIX−IX'線に沿う拡大端面図
【符号の説明】
１…透光性気密容器
２…蛍光体層
３…電極
４…導入線

Claims

透光性放電容器と；
透光性放電容器の内面側に形成された蛍光体層と；
透光性気密容器内に封装された一対の電極と；
透光性放電容器内に封入された水銀および希ガスからなり、水銀はその殆どが蛍光体層内に含有されているとともに、その蛍光体層内に含有されている水銀の量が、蛍光体層が形成されている透光性放電容器の内表面積１ｃｍ^２当たり０．０２〜０．３ｍｇである放電媒体と；
を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
水銀は、その殆どが蛍光体層の蛍光体粒子の間に分散して含有されていて、蛍光体層上には実質的に目視できないことを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ。
照明装置本体と；
照明装置本体に支持された請求項１または２記載の蛍光ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。