JP4606456B2 - 平面蛍光ランプ - Google Patents

Description

本発明は，平面蛍光ランプに関し，特に安定放電と均一な輝度を備えた平面蛍光ランプに関する。

平面蛍光ランプに関する従来技術において，対向する電極が配置された平面蛍光ランプや，一面側に配置された直線電極を有する表面放電型の平面蛍光ランプが知られている。

市販されている平面蛍光ランプに関して，ドイツ国のオスラム社（Osram GmbH）から販売されている誘電体障壁放電を用いた平面蛍光ランプがある。

図７は，対向する電極が配置された従来の平面蛍光ランプの構造を示す断面図であり，前面及び背面パネルユニット１０，２０が，サポートフレーム３０に固定されて，不活性ガスが充填された放電空間が規定されている。

前面パネルユニット１０は透明電極層１１，前面ガラス基板１２及び，前面蛍光体層１３から成る。

背面パネルユニット２０は，順番に積み重ねられた背面ガラス基板２１，電極層２２，誘電体層２３及び，背面蛍光体層２４からなる。

この様な対向する電極が配置された従来の平面蛍光ランプは，前面及び背面パネルユニット１０，２０における蛍光体層１３，２４の配置によりガス放電により放射された紫外線を可視光線に効率的に変換することに特徴を有する。

しかし，ガス放電により発生する電子及び陽イオンが，蛍光体層に直接衝突して，蛍光体層をスパッタするので，平面蛍光ランプの寿命が短くなるという問題を有している。

次に，図８は，従来の平面蛍光ランプの他の例であって，一面側に配置された直線電極を有する表面放電型の平面蛍光ランプを示す。

図８の平面蛍光ランプにおいて，前面及び背面パネルユニット４０，５０は，サポートフレーム６０に固定され，不活性ガスを充填された放電空間を規定する。

前面パネルユニット４０は，下面に形成された蛍光体層４１を有する前面ガラス基板４２よりなる。

背面パネルユニット５０は，背面ガラス基板５１，直線電極５２及び，直線電極５２を電気的に絶縁し，放電電圧を低減する誘電体層５３が，順番に積み重ねられて形成されている。

一面側に配置された直線電極を備える平面蛍光ランプにおいて，前記電極は，図７の平面蛍光ランプと反対に，平面蛍光ランプの一方のガラス基板にのみに配置されている。

一面側に直線電極が配置される場合は，蛍光体層に電子及び陽イオンが直接衝突しないので，蛍光体層４１と直線電極５２はスパッタされない，従って蛍光ランプの寿命が延びるという利点を有する。

しかしながら，そのような平面蛍光ランプは直線電極を使用するので，点灯電圧が高く電力消費が大きくなるという問題がある。さらに，それぞれの蛍光ランプは，異なる極性の２本の直線電極を有しているので，大型のランプにあっては電極間の距離が大きく，放電開始電圧が上り，放電安定性が保てないという問題がある。

図９及び図１０は，更に従来の平面蛍光ランプの例であり，その基本的放電原理は，図７の蛍光ランプと同じである。そして，アノード電極対は放電に対して絶縁されている。

図９の蛍光ランプは，前面及び背面パネルユニット７０，８０の間に，不活性ガスが充填された放電空間を形成するサポートフレーム９０を有する。

前面パネルユニット７０は，下面に形成された蛍光体層７１を有する前面ガラス基板７２よりなる。

背面パネルユニット８０は，背面ガラス基板８１，直線電極８２及び，直線電極８２を電気的に絶縁し，放電電圧を低減する誘電体層８３及び，蛍光体層８４が，順番に積み重ねられて形成されている。

図１０は，図９の蛍光ランプに備わる直線電極の平面構成を示し，直線電極８２のそれぞれは，アノード８２ａとカソード８２ｂを有し，直流インパルスで駆動される。

アノード８２ａとカソード８２ｂは，裸導線で形成されている。特に，アノード８２ａは対を成し，一つのカソード８２ｂの裸導線が対応するアノード８２ａ対の直近に配置される。カソード８２ｂの裸導線は，部分放電のための複数の針状の突起Ｐを有している。

このような従来の平面蛍光ランプにおいて，直流インパルスがアノード８２ａとカソード８２ｂに供給される時，デルタ状の部分放電がアノード８２ａの裸導線とカソード８２ｂの裸導線の突起Ｐとの間に生じ，視感光線を放射する。

しかし，そのような従来の平面蛍光ランプにあっては，裸導線対のアノードと複数の突起を有する一本の裸導線に形成されたカソードは，異なる電極構造を有するので，電極構造の非対称性のために輝度の均一性が損なわれるという問題がある。

すなわち，カソードの放電開始部分と放電が粗の部分とで大きな輝度差が生じるという問題が有る。

したがって，本発明は，上記の従来技術における問題を解決するものである。本発明の目的は，二本の電極が同じ構造を有し，ＡＣ電源により駆動されて安定な放電と均一な輝度分布を実現する平面蛍光ランプを提供することにある。

本発明の平面蛍光ランプは，蛍光体が形成された前面パネルと，反射プレートを含む背面パネルと，電気的に絶縁される様に印刷された第１及び第２の電極部分と，誘電体層と蛍光体物質及び，前記前面及び背面パネルを支持して，封止状態を保つサポートを有して構成される。第１及び第２の電極部分のそれぞれは，裸導線対に形成されて同じ電極を構成し，複数の突起は，対象に形成され，裸導線対上で，外方向に突き出るように形成され，そして，第１及び第２の電極部分は，交互に配置されている。

図１乃至図６は，本発明の平面蛍光ランプを示す。図１は，本発明の平面蛍光ランプの一部を切り欠いた斜視図である。図２は，本発明に従う平面蛍光ランプにおける電極構造の好ましい実施例を示す図である。図３は，本発明に従う平面蛍光ランプに有するスペーサーの好ましい実施例を示す図である。図４は，本発明に従う平面蛍光ランプの他の実施例を示す図である。図５は，本発明に従う平面蛍光ランプを駆動する駆動回路の好ましい実施例を示す図である。図６は，図５の駆動回路の入力及び出力信号の波形を示す図である。

以下に，本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して説明する。

図１に示す本発明の平面蛍光ランプは，前面パネル１１０と，背面パネル１７０及び，前面パネル１１０と背面パネル１７０の間に放電空間を規定するサポート１８０を有する。

前面パネル１１０は，発生された光を蛍光ランプから出力する光励起面として機能する，下面に形成した蛍光体物質１１１を有する。

背面パネル１７０は，反射板１２０と，第１及び第２の電極部分１３０，１４０と，誘電体層１５０と蛍光体物質１６０を有する。

背面パネル１７０の表面に形成された反射板１２０は，光励起面に向けて光を反射して光の効率的利用を高め，蛍光ランプの全体の光励起面を，全入射光の反射光量を制御して均一な輝度分布を有するようにする。

第２の電極部分１３０，１４０は，互いに電気的に絶縁されるように，反射板１２０の表面に印刷されている。

誘電体層１５０は，第１及び第２の電極１３０，１４０を電気的に絶縁し，電流を制限する。

蛍光体物質１６０は，誘電体層１５０の表面に形成される。

不活性ガスが表面プレート１１０と，背面プレート１７０及びサポート１８０により規定される放電室に封入される。しかし，不活性ガスは，水銀を含まないことが望ましい。特に，キセノン（Ｘｅ）ガス，Ｘｅを含むアルゴン（Ａｒ）ガス，ネオン（Ｎｅ）ガス，あるいはクリプトン（Ｋｒ）ガスを充填付加しても良い。

本発明において，均一な輝度特性を保つために，前面及び背面プレート間のギャップは，一定でなければならない。もし，そのようなギャップが一定でなければ，ミクロ放電中に非放射領域が生成される。これを補償するために，蛍光ランプは，３ｍｍあるいは，それより大きい厚みを有することが好ましい。より好ましくは，前面及び背面プレートのギャップは，３ｍｍ〜８ｍｍの範囲である。

図２は，本発明に従う平面蛍光ランプにおける電極構造の好ましい実施例を示す図であり，本発明における第１及び第２の電極部１３０，１４０のそれぞれは，裸導線対で構成され，同じ電極構造と，裸導線対１３１，１４１上に，同じ構造の，対称に外方に突き出た複数の突起を構成している。そして，第１及び第２の電極部１３０，１４０は，交互に配置されている。

複数の第１及び第２の電極部１３０，１４０は，それぞれ放電室の外側に配置された主電極１３２，１４２に接続されている。主電極１３２，１４２は電気的特性即ち，放電室内に生成される放電の特性に大きな影響を与えないので，本発明における主電極の構造は，特定の形態に限定されない。

突起Ｐは，裸導線１３１，１４１上に等間隔に形成されていることが好ましい。

一方，本発明は，裸導線１３１，１４１のそれぞれの一端が，背面パネル１７０とサポートの間で内部接続インタフェースの外側に位置していることが特徴である。

参考として，参照番号１８０ａは，サポートが固定される領域を示す。裸導線１３１，１４１のそれぞれの一端が少なくともサポートが固定される領域まで延びている。

両裸導線の端部が放電空間の外側に位置するので，放電室内で生成される放電に影響を与えない。これにより，安定な放電特性を得ることが可能である。すなわち，裸導線の端部及び中間部は，種々の放電態様で放電が行われることを防止し，蛍光ランプの中央と周辺部間で同じ均一な輝度が得られる。

本発明において，それぞれの裸導線の両側に対称に形成された突起が針状を成している。

図２の一部が拡大された図を参照すると，それぞれの突起Ｐの先端Ｐ１は，好ましくは所定の曲率の径を有している。

湾曲した先端Ｐ１は放電開始電圧を上昇するという不利を有しているが，放電の効果的領域が広がる，電界の集中が減少し放電パスを広げる，瞬時的放電による熱発生の問題を解消する，更にランプの寿命を長くするという利点を有する。

さらに，突起の先端Ｐ１に加えて，突起の中間部Ｐ２及び下部Ｐ３が所定の曲率径を有しているので，突起の先端Ｐ１以外の部分に放電が生じるのを防止することができる。

突起に規定される曲線の曲率径が，Ｒ０．１−Ｒ０．８の範囲であることが好ましい。

次に，第１及び第２の電極の最隣接の裸導線間の距離は，適切に維持されなければならない。すなわち，第１及び第２の電極の最隣接の間の距離が，小さすぎると，放電開始電圧を低下させることができる。しかし，放電電流が急速に上昇し，放電効率を下げることになるという欠点がある。一方，隣接の裸導線間の距離が大きいと，放電開始電圧を高め，非放射エリアを生じることになる。したがって，適切な電極間のスペースは，輝度，効率及びインバータの性能の決定において非常に重要である。

本発明は，第１及び第２の電極部１３０，１４０の最隣接の裸導線１３１，１４１間のスペースｄ１が２乃至１０ｍｍであることを特徴とする。

次に，同じ電極構造の裸導線対間のスペースが最小に維持されることが好ましい。同じ電極構造の裸導線対間のスペースが大きいと，非放射エリアが増加し，輝度の均一性が損なわれる。

本発明は，同じ電極構造の裸導線対間のスペースｄ２が，１乃至７ｍｍであることを特徴とする。

さらに，本発明は，それぞれの裸導線の幅が０．１乃至１ｍｍであることを特徴とする。

本発明の蛍光ランプにおいて放電室内外の圧力差が大きいので，前面及び背面パネル間をサポートするスペーサーを付加できる。そのようなスペーサーは輝度の均一性を損なわないように影が最小となるものであることが好ましい。

図３は，本発明に従う平面蛍光ランプに備えられるスペーサーの好ましい実施例を示す図である。それぞれ六面体２１０と球体２２０を有するスペーサー２００が前面及び背面パネル２１０，２２０間に付加されている。

六面体２１０に対する球体２２０の比は，均一性及び輝度に対する妨害を最小とするように定められることが好ましい。蛍光体物質２１１及び２２１が，六面体２１０と球体２２０の表面に付与され，光放射効率を高める。

図４は，本発明に従う平面蛍光ランプの他の実施例を示す図であり，背面パネルに更に熱伝導性に優れた熱拡散部材を備え，熱拡散を促進する。

熱拡散部材は，背面パネル１７０の背面に設けられた背面熱拡散シートあるいはシリコンで急速な熱伝送を容易にする。

さらに，本発明の蛍光ランプにおいて，光拡散部材が前面パネルの上面に付加的に設けられ，異なる電極のミクロ放電領域間の輝度差による影響を補償し，これにより輝度及び均一性が改善される。

光拡散部材は，拡散シート４１０あるいはプリズムシート４２０を有する。

本発明は，平面蛍光ランプが矩形パルス型のＡＣ電源により駆動されることを特徴とする。

ＡＣ電源の極性は同一機能を果たすと考えられるので，第１及び第２の電極部は互いに区別して識別されない。

図５は，本発明に従う平面蛍光ランプを駆動する駆動回路の好ましい実施例を示す図であり，高電圧矩形波のＡＣパルスが４つの高速ＦＥＴと変圧器の組み合わせにより出力される。

すなわち，ＤＣ電圧＋ＶがＱ１とＱ３ドレインに与えられた状態で，適切な信号をそれぞれのＦＥＴのゲートに入力することにより，矩形波ＡＣパルスが得られる。図６ａを参照すると，Ｑ３とＱ４が同時にＯＮにされると，およそ“＋Ｖ”の電圧が変圧器の一次側の両端に生成される。Ｑ１とＱ２が同時にＯＮにされると，およそ“−Ｖ”の電圧が変圧器の一次側の両端に生成される。

図６（ａ）及び（ｂ）は，図５の駆動回路の入力ゲート信号の波形と，出力電圧の波形を，それぞれ示す。変圧器の一次側に生成される出力電圧は，昇圧され，第１及び第２の電極部を通して供給される。

このように構成された本発明の蛍光ランプにおいて，矩形波のＡＣパルスが第１及び第２の電極部１３０，１４０に供給されるとき，第１及び第２の電極部１３０，１４０のそれぞれの裸導線１３１，１４１間の突起Ｐを通して，部分放電が発生する。

裸導線間に発生する部分放電により生成される自由電子が，放電室に充填されているＸｅ原子を励起し，励起されたＸｅ原子は，紫外線を放射し，安定状態になる。

前面及び背面パネル１１０，１７０に付けられた蛍光体物質１１１，１６０と紫外線が反応して，視感光線を放射する。

表１は，従来の平面蛍光ランプと本発明の平面蛍光ランプとを比較して示す。

上記比較から本発明の平面蛍光ランプは，優れた輝度均一性，輝度及び光放射効率を有していることが判る。更に，従来の平面蛍光ランプと比べ，本発明の平面蛍光ランプの寿命が伸びていることも判る。

上記したように，本発明の平面蛍光ランプに従うと，ＡＣ電源により駆動される２本の電極のそれぞれが裸導線対を有し，同じ構造を有するので，ＤＣ電源により駆動される従来例と比較すると，２本の電極での放電の数が増加し，輝度及び均一性が改善されているという有利な点を有する。

さらに，所定の湾曲の径を有する針状の突起がそれぞれの電極の裸導線上に形成されているので，放電開始及び放電パスを予め決定することができる。したがって，安定した放電を発生することができる。

本発明の平面蛍光ランプの一部を切り欠いた斜視図である。 本発明に従う平面蛍光ランプにおける電極構造の好ましい実施例を示す図である。 本発明に従う平面蛍光ランプに有するスペーサーの好ましい実施例を示す図である。 本発明に従う平面蛍光ランプの他の実施例を示す図である。 本発明に従う平面蛍光ランプを駆動する駆動回路の好ましい実施例を示す図である。 図５の駆動回路の入力及び出力信号の波形を示す図である。 従来の平面蛍光ランプの種々の例を示す図である。 従来の平面蛍光ランプの種々の例を示す図である。 従来の平面蛍光ランプの種々の例を示す図である。 従来の平面蛍光ランプの種々の例を示す図である。

Claims (16)

1. 蛍光体物質が付与された前面パネルと、
   反射プレート、電気的に絶縁されて印刷された第１及び第２の電極部、誘電体層及び、蛍光体物質を含む背面パネルと、
   前記前面パネルと背面パネルを支持し、封止した状態にするサポートを有し、
   前記第１及び第２の電極部のそれぞれは、裸導線対で、同じ電極の構造に形成され、複数の突起が前記裸導線対のそれぞれに、等間隔で同じ位置に前記裸導線対の対向する側と反対の外方向に突き出るように対称に形成され、
   前記第１及び第２の電極部は、交互に配置されている、
   ことを特徴とする平面蛍光ランプ。
2. 請求項１において、
   前記対称に形成された突起は、針状に形成されていることを特徴とする平面蛍光ランプ。
3. 請求項２において、
   各々の突起の先端は、湾曲されていることを特徴とする蛍光ランプ。
4. 請求項２において、
   各々の突起の先端及び下端が曲線により接続されていることを特徴とする蛍光ランプ。
5. 請求項２において、
   各々の突起の下端が前記裸導線の対応する一つが曲線により接続されていることを特徴とする蛍光ランプ。
6. 請求項３〜５のいずれかにおいて、
   各々の突起の前記曲線の曲率径がＲ０．１〜Ｒ０．８の範囲であることを特徴とする蛍光ランプ。
7. 請求項１において、
   同じ電極を構成する裸導線対の間のスペースが、１−７ｍｍであることを特徴とする蛍光ランプ。
8. 請求項１において、
   前記第１及び第２の電極の最隣接の裸導線対間のスペースが、２−１０ｍｍであることを特徴とする蛍光ランプ。
9. 請求項１において、
   前記突起は、それぞれの裸導体に等間隔に形成されていることを特徴とする蛍光ランプ。
10. 請求項１において、
    それぞれの裸導体の一端が、前記背面パネルとサポート間で内部接続インタフェースの外側に配置されていることを特徴とする蛍光ランプ。
11. 請求項１において、
    前面及び背面パネル間のスペースが３−８ｍｍであることを特徴とする蛍光ランプ。
12. 請求項１において、
    前面及び背面パネル間に更にスペーサーが設けられ、前記スペーサーのそれぞれは、蛍光体物質付与された六面体と、球体を有していることを特徴とする蛍光ランプ。
13. 請求項１において、
    熱拡散部材が更に、背面パネルのバックスペースに取り付けられていることを特徴とする蛍光ランプ。
14. 請求項１において、
    光拡散部材が更に、前面パネルの上面に取り付けられて、均一性を改善することを特徴とする蛍光ランプ。
15. 請求項１において、
    前記第１及び第２の電極は、供給されるＡＣ電源により駆動されることを特徴とする蛍光ランプ。
16. 請求項１５において、
    前記ＡＣ電源は、矩形波パルスであることを特徴とする蛍光ランプ。

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