JP4683549B2 - External electrode discharge lamp - Google Patents

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本発明は、放電管や放電パネル等の放電体の内部ではなく、外部に電極を形成した外部電極放電ランプに関するものである。   The present invention relates to an external electrode discharge lamp in which an electrode is formed outside rather than inside a discharge body such as a discharge tube or a discharge panel.

液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる冷陰極管は、照明用の蛍光ランプと同様に、放電管の内部に電極（蛍光ランプの場合はフィラメント）が配置されている。この放電管は、内壁面に蛍光体が塗布された細長い直管円筒状のガラス管の内部に低圧の例えばアルゴンガスと水銀蒸気からなる放電ガスを封入して両端を封口したものである。また、電極は、このガラス管の内部の両端部にそれぞれ配置され、ガラス管の両端の封口の際にリード材だけが封止されて外部に引き出されるようになっている。   A cold cathode tube used as a backlight of a liquid crystal display has an electrode (a filament in the case of a fluorescent lamp) arranged inside a discharge tube, like a fluorescent lamp for illumination. In this discharge tube, a low-pressure discharge gas composed of, for example, argon gas and mercury vapor is sealed in an elongated straight tube-shaped glass tube whose inner wall surface is coated with a phosphor, and both ends are sealed. In addition, the electrodes are respectively disposed at both ends of the inside of the glass tube, and only the lead material is sealed and drawn out to the outside when the both ends of the glass tube are sealed.

ここで、上記冷陰極管の発光原理を図１に基づいて説明する。なお、図１の冷陰極管は、図面を見やすくするために、管長に対して管径を実際よりも広くデフォルメして図示している。この冷陰極管は、放電管１の内部の両端部に配置された電極１ａ，１ｂに高電圧を印加すると、電場Ｅが発生し管内に存在する電子ｅが加速されて、矢印（１）に示すように水銀原子Ｈｇに衝突する。すると、この水銀原子Ｈｇは、衝突した電子ｅの運動エネルギーを吸収して、矢印（２）に示すように最外殻電子ｅを放出するので、矢印（３）に示すようにイオン化して水銀イオンＨｇ+となる。しかも、電子ｅは、水銀原子Ｈｇとの衝突のたびに新たな電子ｅを発生させるので、電子なだれによって数が急激に増大する。また、このようにして励起状態となった水銀イオンＨｇ+は、矢印（４）に示すように一定の時定数に従って電子ｅと再結合することにより基底状態である水銀原子Ｈｇに戻ると共に、矢印（５）に示すように、このときのエネルギーを波長２４５ｎｍの紫外線として放出する。そして、この水銀原子Ｈｇが発した紫外線が放電管１の内壁面に形成された蛍光体層１ｃによって可視光に変換されて、矢印（６）に示すように外部に放射されることになる。 Here, the light emission principle of the cold cathode tube will be described with reference to FIG. The cold cathode tube shown in FIG. 1 is shown with the tube diameter deformed wider than the actual tube length to make the drawing easier to see. In this cold cathode tube, when a high voltage is applied to the electrodes 1a and 1b disposed at both ends inside the discharge tube 1, an electric field E is generated and electrons e existing in the tube are accelerated, and the arrow (1) As shown, it collides with mercury atom Hg. Then, the mercury atom Hg absorbs the kinetic energy of the colliding electron e and emits the outermost electron e as shown by the arrow (2). It becomes ion Hg + . Moreover, since the electron e generates a new electron e every time it collides with the mercury atom Hg, the number rapidly increases due to the avalanche of electrons. Further, the mercury ion Hg + thus excited is returned to the mercury atom Hg in the ground state by recombining with the electron e according to a certain time constant as shown by the arrow (4), and the arrow As shown in (5), the energy at this time is emitted as ultraviolet rays having a wavelength of 245 nm. The ultraviolet rays emitted from the mercury atoms Hg are converted into visible light by the phosphor layer 1c formed on the inner wall surface of the discharge tube 1, and are emitted to the outside as indicated by the arrow (6).

しかしながら、上記のように、放電管１の内部に電極１ａ，１ｂが存在すると、放電プラズマ中でイオン化した水銀イオンＨｇ+やアルゴンイオンが矢印（７）に示すように負極となる電極１ａ，１ｂに衝突するので（図１では電極１ｂに衝突した例を示す）、これらの電極１ａ，１ｂの金属材料がスパッタされて金属Ｍが放出される。そして、この金属Ｍが水銀原子Ｈｇと結合しアマルガムを生成するために、点灯時間の経過に伴ってこれら電極１ａ，１ｂの金属材料と水銀原子Ｈｇが徐々に消耗されることになる。特に冷陰極管では、点灯開始時に１０００Ｖ以上の高電圧を印加する必要があるので、電極１ａ，１ｂでのスパッタ効果が激しくなり、水銀原子Ｈｇ等の消耗も非常に顕著となる。従って、内部に電極１ａ，１ｂを設けた放電管１では、電極１ａ，１ｂでのスパッタ効果による水銀原子Ｈｇ等の消耗がランプ寿命を制限する主な要因となっていた。 However, as described above, when the electrodes 1a and 1b exist inside the discharge tube 1, the mercury ions Hg + and argon ions ionized in the discharge plasma become the negative electrodes 1a and 1b as shown by the arrow (7). (FIG. 1 shows an example of collision with the electrode 1b), the metal material of these electrodes 1a and 1b is sputtered and the metal M is released. And since this metal M couple | bonds with mercury atom Hg and produces | generates an amalgam, the metal material and mercury atom Hg of these electrodes 1a and 1b will be consumed gradually with progress of lighting time. In particular, in a cold cathode tube, since it is necessary to apply a high voltage of 1000 V or more at the start of lighting, the sputtering effect at the electrodes 1a and 1b becomes intense, and the consumption of mercury atoms Hg and the like becomes very significant. Therefore, in the discharge tube 1 in which the electrodes 1a and 1b are provided inside, the consumption of mercury atoms Hg and the like due to the sputtering effect at the electrodes 1a and 1b has become a main factor limiting the lamp life.

そこで、従来から、放電管の内部に電極を形成しない外部電極放電ランプ（「無電極放電ランプ」等と称されることもある。）の提案が種々なされている。この外部電極放電ランプは、外部から放電管の内部に電場を発生させて、この管内の電子を加速させるようにしたものであり、この加速された電子が水銀原子に衝突することにより発光が行われる。   Thus, various proposals have been made for external electrode discharge lamps (sometimes referred to as “electrodeless discharge lamps” or the like) in which no electrode is formed inside the discharge tube. This external electrode discharge lamp generates an electric field inside the discharge tube from the outside to accelerate the electrons in the tube, and light emission occurs when the accelerated electrons collide with mercury atoms. Is called.

ところが、従来の外部電極放電ランプは、コイルによって生じた磁束により放電管の内部に電場を誘導する誘導結合型のものがほとんどであり（例えば、特許文献１参照。）、放電管の外部にコイルを配置するために放電ランプの構造が複雑で高価になるという問題があった。しかも、外部にコイルを配置する分だけ放電ランプが大型化するので、設置スペースが広く必要になったり、液晶ディスプレイのバックライトとして用いる場合等のように、多数の放電ランプを密に接近させて配置することができないという問題もあった。
特開平１１−１９１３９８号公報 However, most of the conventional external electrode discharge lamps are of an inductive coupling type that induces an electric field inside the discharge tube by the magnetic flux generated by the coil (see, for example, Patent Document 1). Therefore, the structure of the discharge lamp is complicated and expensive. In addition, the size of the discharge lamp is increased by the amount of the coil provided outside, so that a large installation space is required, or a large number of discharge lamps are closely approached, such as when used as a backlight for a liquid crystal display. There was also a problem that it could not be placed.
JP 11-191398 A

本発明は、放電体の外部に細長い電極を配置することにより、放電ガスの水銀等や電極の消耗をなくして長寿命化を可能にすると共に、放電ランプの構造を簡単にし、製造が容易で低コストの外部電極放電ランプを提供しようとするものである。   According to the present invention, by disposing elongated electrodes outside the discharge body, it is possible to extend the life by eliminating the discharge gas mercury and the like and the consumption of the electrodes, simplify the structure of the discharge lamp, and facilitate manufacture. An object of the present invention is to provide a low-cost external electrode discharge lamp.

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請求項１の外部電極放電ランプは、絶縁基板の上面に、交流電源の一端に接続された複数の細長い電極と、この交流電源の他端に接続された複数の細長い電極とが１本ずつ交互に配置され、この絶縁基板の上方に、真っ直ぐな管体の内部に低圧の放電ガスを封入して両端を封口した直管型の放電管が、電極とは長手方向が直交する又は斜めになるようにして配置されたことを特徴とする。 In the external electrode discharge lamp of claim 1, a plurality of elongate electrodes connected to one end of the AC power supply and a plurality of elongate electrodes connected to the other end of the AC power supply alternately on the upper surface of the insulating substrate. A straight tube type discharge tube in which a low-pressure discharge gas is sealed inside a straight tube body and sealed at both ends above the insulating substrate , and the longitudinal direction of the tube is perpendicular or oblique to the electrode. Thus, it is arranged.

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請求項１の発明によれば、交流電源の電圧が絶縁基板上で交互に配置された電極間に印加されると、この絶縁基板の上方に配置された放電管の内部に電場が生じるので、この電場によって加速された電子の衝突により放電ガス中の金属原子が励起されて発光することができる。また、交流電源の電圧は、極性が繰り返し切り替わるので、放電管内の電子が往復運動をすることになり、発光を持続することができる。しかも、交互に配置される電極間の距離を十分に短くすることができるので、極めて低い電圧で放電を開始・維持することができ、放電管の内部全体をほぼムラなく発光させることができるようになる。さらに、放電管と電極を配置する絶縁基板を別個に作製することができ、放電ランプの製造や組み立てを容易にすることができる。さらに、放電管の内部には電極が存在しないために、放電ランプの寿命を延長することができる。 According to the invention of claim 1, when the voltage of the AC power source is applied between the electrodes alternately arranged on the insulating substrate, an electric field is generated inside the discharge tube arranged above the insulating substrate. Due to the collision of electrons accelerated by this electric field, the metal atoms in the discharge gas are excited to emit light. The voltage of the AC power supply, the polarity is switched repeatedly, electrons in the discharge tube is to reciprocate, it can sustain light emission. Moreover, since the distance between the alternately arranged electrodes can be made sufficiently short, the discharge can be started and maintained at an extremely low voltage, and the entire inside of the discharge tube can emit light almost uniformly. become. Furthermore, the insulating substrate on which the discharge tube and the electrode are arranged can be separately manufactured, and the manufacture and assembly of the discharge lamp can be facilitated. Furthermore, since there are no electrodes inside the discharge tube , the life of the discharge lamp can be extended.

また、直管型の放電管を用いることができるので、この放電管を安価に製造することができるようになる。しかも、Ｕ字管型等の放電管を用いる場合に比べ、製造が安価になるだけでなく、放電管の内壁面に蛍光体層を形成する場合には、この蛍光対層が曲げ加工時に損傷を受け易くなるので、放電管の寿命を延長することもできるようになる。 Moreover , since a straight tube type discharge tube can be used, this discharge tube can be manufactured at low cost. Moreover, not only is the manufacturing cost cheaper than when a U-tube type discharge tube is used, but when the phosphor layer is formed on the inner wall surface of the discharge tube, the fluorescent pair layer is damaged during bending. Therefore, the life of the discharge tube can be extended.

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以下、本発明の最良の実施形態について図２、図３を参照して説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明は、放電体の外部に、交流電源に接続された細長い電極を複数本配置することにより、この放電体の内部におけるこれらの電極間に生じた電場によって発光を行わせるものである。放電体としては、例えば直管型等の放電管や、間隔を開けた２枚のガラス基板の周囲を封止した放電パネル等を用いることができる。以下の実施形態では、電極を放電体の外部の絶縁基板上に配置する場合を示す。   In the present invention, a plurality of elongated electrodes connected to an AC power source are arranged outside the discharge body, and light is emitted by an electric field generated between these electrodes inside the discharge body. As the discharge body, for example, a discharge tube of a straight tube type, a discharge panel in which the periphery of two glass substrates with a space between them is sealed can be used. In the following embodiment, the case where an electrode is arrange | positioned on the insulated substrate outside a discharge body is shown.

なお、以下の実施形態では、放電体（放電管や放電パネル等）の内部に封入する放電ガスにアルゴンガスと水銀蒸気を用いる場合を示すが、この放電ガスは、希ガスと金属蒸気との混合ガスであれば、他の組み合わせを用いることもできる。また、以下の実施形態では、照明用やバックライトとして用いる外部電極放電ランプについて説明するので、放電体の内壁面に蛍光体層を形成する場合を示すが、紫外線ランプ等として用いる場合には、このような蛍光体層は形成する必要はない。さらに、以下の実施形態では、放電体がガラス製である場合を示すが、発光光（可視光とは限らない）を透過して放電ガスを封止可能な材質であれば、ガラスに限らず、例えば石英ガラス等を用いることもできる。   In the following embodiments, the case where argon gas and mercury vapor are used as the discharge gas sealed inside the discharge body (discharge tube, discharge panel, etc.) is shown. This discharge gas is composed of rare gas and metal vapor. Other combinations can be used as long as they are mixed gas. Further, in the following embodiment, since an external electrode discharge lamp used for illumination or as a backlight will be described, a case where a phosphor layer is formed on the inner wall surface of a discharge body is shown, but when used as an ultraviolet lamp or the like, Such a phosphor layer need not be formed. Furthermore, in the following embodiment, the case where the discharge body is made of glass is shown. However, the material is not limited to glass as long as it is a material that can transmit emitted light (not necessarily visible light) and seal discharge gas. For example, quartz glass can be used.

また、以下の実施形態では、交流電源として、直流電源（商用交流電源を整流したものであることが多い）を交流に変換するインバータを用いる場合を示すが、電極間に交流電圧を印加して放電による電流が供給可能なものであれば、この電源の構成は任意である。さらに、この交流電源の周波数も、外部電極放電ランプの特性に応じて任意に変更可能である。   Moreover, although the following embodiment shows the case where an inverter that converts a DC power source (often rectified from a commercial AC power source) into an AC is used as the AC power source, an AC voltage is applied between the electrodes. The configuration of the power supply is arbitrary as long as it can supply a current due to discharge. Furthermore, the frequency of the AC power supply can be arbitrarily changed according to the characteristics of the external electrode discharge lamp.

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本実施形態は、図２に示すように、放電管２の外部の絶縁基板７上に電極３，４を形成した外部電極放電ランプについて説明する。放電管２は、管径が２．５ｍｍの細長い直管円筒状のガラス管の内部に低圧のアルゴンガスと水銀蒸気からなる放電ガスを封入して両端を封口したものである。また、この放電管２の内壁面には、蛍光体層が形成されている。交流電源５は、４０ｋＨｚの交流の電源を供給するインバータを用いる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, an external electrode discharge lamp in which electrodes 3 and 4 are formed on an insulating substrate 7 outside the discharge tube 2 will be described. The discharge tube 2 is formed by enclosing a discharge gas composed of low-pressure argon gas and mercury vapor in an elongated straight cylindrical glass tube having a tube diameter of 2.5 mm and sealing both ends. A phosphor layer is formed on the inner wall surface of the discharge tube 2. The AC power source 5 uses an inverter that supplies AC power of 40 kHz.

上記絶縁基板７は、電極３，４を支持する絶縁性のものであれば、材質や形状は問わないが、上面は、複数の放電管２を並べて配置できる形状である必要があり、本実施形態では、上下面が平坦面となった方形の板材を用いる。この絶縁基板７の上面には、図３に示すように、複数本ずつの電極３，４が１本ずつ交互に配置されている。これらの電極３，４は、いずれも絶縁基板７の幅よりも少し短い直線状の細長い帯状の導電金属箔であり、この絶縁基板７の長さ方向に沿って１本ずつ交互に等間隔で並べて配置されている。そして、一方の電極３は、交流電源５の一方の端子に共通に接続され、他方の電極４は、この交流電源５の他方の端子に共通に接続されている。ただし、各電極３と各電極４は、絶縁基板７の上面の幅方向の両端部に形成した共通のコモン導電部３ａ，４ａからそれぞれ引き出されるようにして、ＳＡＷフィルタ状にパターン形成し、これらのコモン導電部３ａ，４ａを交流電源５の端子に接続するようにしている。なお、このような絶縁基板７上の電極３，４のパターン形成は、プリント基板を用いることにより極めて容易に作製することができる。   The insulating substrate 7 may be of any material and shape as long as it is an insulating material that supports the electrodes 3 and 4. In the form, a rectangular plate whose upper and lower surfaces are flat is used. As shown in FIG. 3, a plurality of electrodes 3 and 4 are alternately arranged on the upper surface of the insulating substrate 7 one by one. Each of these electrodes 3 and 4 is a linear strip-shaped conductive metal foil that is slightly shorter than the width of the insulating substrate 7, and one by one along the length direction of the insulating substrate 7. They are arranged side by side. One electrode 3 is connected in common to one terminal of the AC power supply 5, and the other electrode 4 is connected in common to the other terminal of the AC power supply 5. However, each electrode 3 and each electrode 4 is formed in a SAW filter pattern so as to be drawn out from common common conductive portions 3a and 4a formed at both ends in the width direction of the upper surface of the insulating substrate 7, respectively. The common conductive portions 3a and 4a are connected to the terminal of the AC power source 5. Such pattern formation of the electrodes 3 and 4 on the insulating substrate 7 can be very easily produced by using a printed circuit board.

放電管２は、図２に示すように、上記絶縁基板７の上面に、電極３，４とは長手方向が直交するようにして、複数本を等間隔に並べて配置固定される。即ち、電極３，４が絶縁基板７の長さ方向に並べて配置されるのに対して、放電管２は、絶縁基板７の幅方向に並べて配置される。この際、絶縁基板７の上面に配置された電極３，４は、放電管２の下方の外側面に当接するか、極めて接近するようにして配置することが望ましい。   As shown in FIG. 2, a plurality of discharge tubes 2 are arranged and fixed on the upper surface of the insulating substrate 7 so that the longitudinal directions of the discharge tubes 2 are orthogonal to the electrodes 3 and 4 at regular intervals. That is, the electrodes 3 and 4 are arranged side by side in the length direction of the insulating substrate 7, whereas the discharge tube 2 is arranged side by side in the width direction of the insulating substrate 7. At this time, it is desirable that the electrodes 3 and 4 disposed on the upper surface of the insulating substrate 7 are disposed so as to abut or extremely approach the outer surface below the discharge tube 2.

上記構成の外部電極放電ランプは、交流電源５から供給される交流電圧が各電極３，４間に印加されると、各放電管２の内部に方向が交互に切り替わる電場が発生し、電子が交互に逆向きに加速されて水銀原子が次々に励起されることにより発光が開始・維持される。また、電極３，４は、放電管２の外部にあって、内部には存在しないために、放電ガス中の水銀やこれらの電極３，４の消耗がなくなり、放電ランプの寿命を延長することができる。   In the external electrode discharge lamp having the above configuration, when an AC voltage supplied from the AC power source 5 is applied between the electrodes 3 and 4, an electric field whose direction is alternately switched is generated inside each discharge tube 2, and electrons are generated. Light emission is started and maintained by alternately accelerating in opposite directions and exciting mercury atoms one after another. In addition, since the electrodes 3 and 4 are outside the discharge tube 2 and are not present inside, the mercury in the discharge gas and the consumption of the electrodes 3 and 4 are eliminated, thereby extending the life of the discharge lamp. Can do.

しかも、各電極３，４間の距離は、絶縁基板７上のパターン形成によって任意に短くすることができるので、交流電源５の電圧が低くても発光を開始・維持させることができる。また、電極３，４間が放電管２の長手方向に等間隔に複数箇所形成されるので、この放電管２の長手方向の全体でほとんどムラなく発光させることができ、発光輝度の制御も容易となる。   In addition, since the distance between the electrodes 3 and 4 can be arbitrarily shortened by forming a pattern on the insulating substrate 7, light emission can be started and maintained even when the voltage of the AC power supply 5 is low. Further, since a plurality of electrodes 3 and 4 are formed at equal intervals in the longitudinal direction of the discharge tube 2, light can be emitted almost uniformly throughout the longitudinal direction of the discharge tube 2, and the emission luminance can be easily controlled. It becomes.

なお、放電管２は、断面形状は任意であり、例えば楕円形や長円形、コーナーにアールを設けた四角形等の形状とすることができる。また、本実施形態では、放電管２を電極３，４の並びに直交する方向に並べる場合を示したが、斜め方向に並べて配置してもよい。 The discharge tube 2 is a cross-sectional shape Ri optionally der, eg if oval or oblong, it can be a shape such as a rectangle having a rounded corner. Further, in the present embodiment, a case of arranging the direction orthogonal to the discharge tube 2 in the arrangement of the electrodes 3 and 4, may be arranged obliquely Me direction.

また、本実施形態では、電極３，４として、プリント基板等の場合のような導電金属箔を用いる場合を示したが、絶縁基板７の上面に配置される導電材であればよいので、例えば銅線等の線材や細長い帯状の金属板等を絶縁基板７の上面に貼り付けるようにすることもでき、蒸着等や焼成等により形成した導電膜を電極３，４として用いることもできる。また、本実施形態では、直線状の電極３，４を配置する場合を示したが、複数本ずつの細長い電極３，４が１本ずつ交互に配置されていればよいので、各電極３，４は、曲線状であったり折れ曲がっているものであってもよい。   Further, in the present embodiment, the case where a conductive metal foil as in the case of a printed circuit board or the like is used as the electrodes 3 and 4 is shown, but any conductive material disposed on the upper surface of the insulating substrate 7 may be used. A wire rod such as a copper wire, an elongated strip-shaped metal plate or the like can be attached to the upper surface of the insulating substrate 7, and a conductive film formed by vapor deposition or firing can be used as the electrodes 3 and 4. Further, in the present embodiment, the case where the linear electrodes 3 and 4 are arranged has been shown. However, since the plurality of elongated electrodes 3 and 4 only need to be arranged alternately one by one, 4 may be curved or bent.

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従来例を示すものであって、冷陰極管の発光原理を説明するための縦断面正面図である。It is a longitudinal cross-sectional front view for demonstrating the light emission principle of a cold cathode tube, showing a prior art example. 本発明の実施形態を示すものであって、外部電極放電ランプの斜視図である。1, showing an embodiment of the present invention, is a perspective view of an external electrode discharge lamp. FIG. 本発明の実施形態を示すものであって、外部電極放電ランプの絶縁基板とその上面に配置された電極を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1, showing an embodiment of the present invention, is a perspective view showing an insulating substrate of an external electrode discharge lamp and electrodes disposed on the upper surface thereof.

２ 放電管
３ 電極
４ 電極
５ 交流電源
７ 絶縁基板
2 Discharge tube 3 Electrode 4 Electrode 5 AC power supply 7 Insulating substrate

Claims (1)

絶縁基板の上面に、交流電源の一端に接続された複数の細長い電極と、この交流電源の他端に接続された複数の細長い電極とが１本ずつ交互に配置され、この絶縁基板の上方に、真っ直ぐな管体の内部に低圧の放電ガスを封入して両端を封口した直管型の放電管が、電極とは長手方向が直交する又は斜めになるようにして配置されたことを特徴とする外部電極放電ランプ。 A plurality of elongate electrodes connected to one end of the AC power supply and a plurality of elongate electrodes connected to the other end of the AC power supply are alternately arranged on the upper surface of the insulating substrate one by one. A straight tube type discharge tube in which a low-pressure discharge gas is sealed in a straight tube body and both ends are sealed is arranged so that the longitudinal direction of the electrode is perpendicular or oblique to the electrode. External electrode discharge lamp.
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