JP4922961B2 - 蛍光ランプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、照明装置用の光源や、液晶テレビの画面、パーソナルコンピュータのモニタなど、自発光できない表示器の背面にバックライト装置が設けられて、この光源として採用される蛍光ランプに関するものであり、詳細には、前記蛍光ランプは管端部の近傍にファラデー暗部と称されている他の部分よりも明るさが暗い暗部を生じ、蛍光ランプの両電極間の全体に亘って均一な発光が得られないという点の解決手段に関する。

従来の蛍光ランプ９０の構成の例を示すものが、図９であり、この蛍光ランプ９０においては、蛍光ランプ９０のガラス管９１の外側から、リング状（Ｃ型形状）とした磁性体９２によるバンドでコイル状フィラメント９３の両端をカバーするように取付けている。

このようにすることで、蛍光ランプ９０を１０００時間以上点灯した場合においても、電極に塗布した酸化バリウム（ＢａＯ）などのような電子放射物質が電子衝撃で蒸発、飛散し、電極付近のバルブ壁に付着して黒化する場合と、電極付近に存在する不純ガスとしてのＣＯが電子またはイオン衝撃を受けてＣとＯとに分解し、その内の酸素Ｏが水銀Ｈｇと化合して酸化水銀ＨｇＯを作り、これがバルブ壁の比較的冷たい部分、即ち、ファラデー暗部に沈着して生じるエンドバンドが生じるのを防止する。

そこで、ファラデー暗部付近の蛍光体被覆の表面を、帯電傾向がガラス側、即ち、ＣｕＯよりも帯電傾向がプラス側となるように制御してやれば、相互に静電的に反発し合うのでＨｇＯの沈着が低減され、エンドバンドの黒化を防止することができ、蛍光ランプの寿命の延命が可能となるというものである。
特開平０７−２６２９６４号公報

また、本願発明に構成が類似する先行技術として、図１０に示すように、両端の放電電極８１ａ（８１ｂ）を導電体８２ａ（８２ｂ）で囲繞し、更に、前記導電体８２ａの部分のガラスバルブ８６の外側に対応して磁場印加手段８７ａ（８７ｂ）が具備されている放電ランプ装置８０が開示されている。

そして、上記構成によれば、低周波交流点灯、低周波を重畳した直流点灯、若しくは、直流点灯においても、従来の高周波点灯の場合の効率と同等の効率で、かつ安定した光源として機能する放電ランプ装置の提供を可能とするというものである。尚、この文献にはファラデー暗部に関する記載は認められない。
特開平０８−１８５８２４号公報

しかしながら、上記した従来の蛍光ランプ９０の構成は、あくまでも、エンドバンドの黒化の進行を阻止し蛍光ランプ９０全体としての寿命の延長を目的として行われたものであり、そのために、ガラス管９１の外周に不透明性の磁性体９２によるバンドを取付けられている。

即ち、前記蛍光ランプ９０外部から見たときに、当初からエンドバンド状の暗い部分が磁性体９２により形成されているものとなっており、このことからも、上記に説明した背景技術の要旨は蛍光ランプ９０の延命にあり、本願が計画するような、蛍光ランプの全長に渡り同じ明るさを発光する蛍光ランプの提供に目的があるものではないことは明らかである。よって、その実施の手段、即ち、ファラデー暗部を解消するための具体的手段を提供するものでもない。

また、図１０に示される蛍光ランプ８０（放電ランプ装置）は、点灯が直流から、低周波交流点灯、或いは、直流点灯の場合においても、従来の高周波点灯と同等の効率で、かつ安定した光源装置として機能する放電ランプ装置の提供を可能とするというものであり、例えば、コンピュータの表示装置、或いは、液晶テレビのバックライトなどとして使用されたときにはファラデー暗部の発生を解消して上質な表示が行えるものとする本願発明とは、目的、構成、効果も異なるものであることが明らかである。

本発明は、上記した課題を提供するための具体的手段として、蛍光ランプの電極間で電極近傍に生成されるファラデー暗部を含むその近傍のみに、前記蛍光ランプ内の放電方向と直交する方向に磁場が印加されており、前記磁場の印加される強さは、前記蛍光ランプの直径内で電子密度が分散される程度の運動が生じさせられる磁場の強さ以上であることを特徴とする蛍光ランプ、および、前記蛍光ランプの管軸方向において前記ファラデー暗部の中心に前記磁場の中心を一致させたことを特徴とする蛍光ランプを提供することで、蛍光ランプの両電極間全体が均一な明るさで光輝する蛍光ランプを提供可能として課題を解決するものである。

本発明により、蛍光ランプの電極間に生成されるファラデー暗部に、前記蛍光ランプ内の放電方向と直交する方向に磁場を印加することでファラデー暗部を解消することが可能となったので、ガラス管の軸に対して一方向のみ、例えば上下方向に磁石を設けることでファラデー暗部の解消が可能となり、これにより、左右方向からはファラデー暗部のない光を取り出すことが可能となり、例えば、液晶表示装置のバックライト装置からの光出力を一層に均一なものとして表示品質の向上を可能とする効果を奏することができる。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは、従来例の蛍光ランプ１のガラス管２内における放電の状態を比較例として模式的に示すものであり、先ず、ガラス管２内には陰極３と陽極４とが設けられ、両電極３、４間には規定の電圧が印加されて放電が行われる。尚、図１ではガラス管２の内面に塗布される蛍光体６は省略して示してある。また、図１は放電の状態を示すためのもので単純な直流放電によるもので説明している。一般的に使われている熱陰極などの蛍光ランプにおいては、両端の電極にフィラメントが配置され、これらの電極に交流電圧を印加して交流点灯するものが用いられるが、この場合の放電状態は、図１で説明する放電状態が交流電圧による電圧の印加状態に伴って周期的に両電極間の方向を換えるものと見なすことができる。

このときに、陰極３側から見てアストン暗部３ａ、陰極グロー３ｂ、陰極暗部３ｃ、を順次に生じるが、幅も狭く、また、それぞれの明るさの差も比較的に僅少であるので、実用上に支障を来すほどではない。

そして、明るさ的に一番明るい負グロー３ｄを生じるものとなり、この負グロー３ｄでは、加速された二次電子によって、ガス分子の励起および電離が非常に多く起こっており、これらの非弾性衝突によって高エネルギー電子は大部分のエネルギーを失うものとなる。また、負グロー３ｄの領域では、空間電荷密度がほぼ０のプラズマ状態となっている。

よって、ファラデー暗部３ｅは、負グロー３ｄにおける非弾性衝突でエネルギーを失い低速になった電子によって形成されている。電子密度が少し過剰となり、負の空間電荷をもつ領域で電場は弱い。

また、陽光柱３ｆの部分は準中性（ρ≒０）のプラズマであり、軸方向電場は放電ガスによって多少異なるが、数百Ｖ／ｍである。前記陽光柱３ｆは一様なグローであるが、前記陽光柱３ｆの陽極４側の端は少し発光強度が強くなることがあり、これを陽極グロー３ｇと呼ぶ。更に陽極４に近い部分は電子の加速領域を形成して、陽極暗部３ｈと呼ばれている。

このときに、前記アストン暗部３ａ、陰極グロー３ｂ、陰極暗部３ｃは生じる寸法も小さいものであるので、例えば、この蛍光ランプ１をバックライト用の光源に使用したときにも、問題を生じるほどのものでもなく、これは、陽極グロー３ｇ、陽極暗部３ｈにおいても同様である。

また、陰極グロー３ｂにおいては、確かに他の部分よりも明るい場所となっているが、上記したようにバックライト用の光源に使用する場合には、当該の部分の光を、光が不足する部分に向けて拡散させるなど、光量が多い部分に対しては、対応策としては種々の方法が採用でき、実際の使用上では問題を生じることはない。

よって、上記にも説明したようにバックライト用の光源として、使用する際に対応が困難なのが、基本的に光量が極端に不足し、かつ、前記した光量が不足する範囲が広いファラデー暗部３ｅであり、したがって、このファラデー暗部３ｅの部分がバックライト内に存在することのないように、図２に示すように液晶表示器１１の表示範囲外に設置しなければ成らず、液晶表示器１１全体の、いわゆる外枠１２の幅が広くなるなど、デザイン的にも不満足なものと成らざるを得ない。

ここで、発明者は、図３に示すように前記ファラデー暗部３ｅの近傍に、この蛍光ランプ１の放電電流Ｘと略直角方向となるように磁場Ｍを印加することで、前記ファラデー暗部３ｅに生じていた明るさの不足を解消することが可能となることを見いだした。

このときに、加えられる磁場Ｍは、永久磁石５（図３参照）からのものでも良く、或いは、ソレノイドコイルに一定電流を流して得た磁場であっても良い。このように、放電電流に対して略直角方向に磁界を加えると、前記ファラデー暗部３ｅが形成される過剰電子密度が磁場Ｍにより力を受ける。

よって、例えば、フレミングの左手の法則に示されるように電流、磁場に直角方向に力を受けるときには、磁場に沿ってサイクロトロン運動を行うなど、分散することによりプラスイオンと電子とで準中性状態になることにより、プラズマ領域が拡がることでファラデー暗部３ｅの暗さを解消するものと推測される。

すなわち、電子密度が分散され、中性領域が拡がるので、ガラス管２内に分布したプラズマ（陽光柱）が伸ばされて負グロー領域３ｄと陽光柱３ｆとが繋がり（図５（Ｂ）参照）、ファラデー暗部３ｅの暗さが解消され、管端まで均一に明るい蛍光ランプ１を得ることができるのである。

ここで、本発明の蛍光ランプ１で、例えば、液晶表示器１１のバックライト装置１０を形成するときについて考えてみると、本発明の蛍光ランプ１においては図３に示すように、蛍光ランプ１を点灯させるための放電電流と略直交するように永久磁石５などにより磁場を与えればよいものであるので、前記永久磁石５を取付ける位置は図３にも示すようにガラス管２の上下の２箇所（或いは１箇所）で良い。

このようにすることで、前記蛍光ランプ１の側面は全長に渡り開放されるものとなり、即ち、バックライト装置１０に光を入射させる部分には、前記蛍光ランプ１から放出される光の進路を阻害するものは一切なくすることができるので、ファラデー暗部３ｅを生じないものとしたことと相乗されて明るく、小型化したバックライト装置１０の実現が可能となる。

図４は、本発明の蛍光ランプ１の一方の電極の側面図の一部を略示的に示すものであり、図中に符号５で示すものが永久磁石（または、ソレノイド）である。本実施例では、蛍光ランプ１は公知の熱陰極タイプのものであり、両端のフィラメント電極７に交流の電圧を印加して交流放電を行うものである。このような場合でも放電原理については、前記した直流放電によるものと類似するものであり、交流電圧の印加状態に伴い、放電の方向が両フィラメント電極７間で変わるに過ぎないため、同様な効果を得ることが可能である。すなわち、交流電圧の印加により、ある期間においてはフィラメント電極７の一方が陰極３の役割を行い、他方のフィラメント電極７が陽極４の役割を行い、これが周期的に入れ変わるものである。

そして、前記永久磁石５によりガラス管２内に印加する磁力の強さは、このガラス管２内の電子に対して、上記にも説明したような力を生じさせられる磁場の強さ以上であればよい。尚、強力な永久磁石５としては、ＳｍＣｏ系、またはＮｄＦｅＢ系などが知られている。また図中に符号６で示すものは、蛍光体である。

このような熱陰極タイプの蛍光ランプ１でも、前記したファラデー暗部３ｅは両フィラメント電極７間で、各フィラメント電極７近傍に発生するものであり、磁場を発生するための永久磁石５もこのファラデー暗部３ｅに対応して、ガラス管２の管軸方向で両フィラメント電極７間に位置し、フィラメント電極７の近傍に設けられる。また、この磁場を発生するための永久磁石５は、両フィラメント電極７の近傍に形成されるそれぞれのファラデー暗部３ｅに対して設けることによりガラス管２の全長に亘って均一な発光が得られるものとなるが、少なくとも一方のフィラメント電極７側ファラデー暗部に設けられていれば、その端部の発光を均一なものとすることができ有用である。すなわち、直流点灯の蛍光ランプ１の場合はファラデー暗部３ｅが１つ、交流点灯の蛍光ランプ１の場合はファラデー暗部３ｅが２つ形成され、交流点灯の蛍光ランプ１の場合は、２つのファラデー暗部３ｅの内、少なくとも一方のファラデー暗部３ｅに磁場を発生させるための永久磁石５を設ければよい。

また、永久磁石５による磁場の中心を、ガラス管２の管軸方向でファラデー暗部３ｅの中心と一致するように配置し、管軸方向に拡がるファラデー暗部３ｅを略全て磁場が覆うように永久磁石の大きさや特性を調整したものがよい。しかし、ファラデー暗部３ｅに磁場の影響を与えることができれば、前記の配置は必ずしも必要ではない。また永久磁石５による磁場が、フィラメント電極７に強く印加されると、蛍光ランプ１の点灯時に不点灯となる場合を生じるため、永久磁石５の配置は、フィラメント電極７から他方のフィラメント電極７側に所定の距離を持って配置されるものである。そもそも、ファラデー暗部３ｅ自体がフィラメント電極７から所定の距離、他方のフィラメント電極７側に離れた位置に生成されるため、前述の通り、磁場の中心とファラデー暗部３ｅの中心が一致することが良い配置となるものである。

図５は、ガラス管２に蛍光体６を塗布しない状態で陰極付近のガラス管２内の放電の状態を示すものであり、図５（Ａ）は永久磁石５を使用しないときのファラデー暗部３ｅ近傍の放電の状態であり、図５（Ｂ）は永久磁石５を使用したときのファラデー暗部３ｅ近傍の放電の状態である。

これによれば、永久磁石５を用いたときの効果は、歴然たるものがあり、図５（Ｂ）では、図５（Ａ）では明らかに存在していたファラデー暗部３ｅは、ほとんど消滅し、陰極３から陽光柱３ｆまで、ほぼ均一な明るさで光輝するものとなっており、本発明の蛍光ランプ１を採用してバックライト装置１０を形成するときには、画面全面が均一な明るさの優れたバックライト装置１０が得られることが容易に予測できるものとなっている。

図６に示すものは、発明者が行ったファラデー暗部近傍における明るさを比較したグラフであり、本発明における蛍光ランプ１の明るさが曲線Ｓで記載され、比較例１として、全く磁石を使用することのない市販の蛍光ランプ（図示は省略する）の明るさが曲線Ｃで記載され、図７に示すように磁石７２を口金７１近傍に配置した比較例２の蛍光ランプ７０の明るさが曲線Ｄで記載され、図８に示すように、磁石６２をフィラメント６１の軸方向に一致して配置した比較例３の蛍光ランプ６０の明るさが曲線Ｅとして示されている。

ここで、曲線Ｄ〜曲線Ｅのものは、何れもファラデー暗部近傍における明るさは磁石を使用することにない市販の蛍光ランプと同程度まで低下しており、唯一、ファラデー暗部の位置に対応して磁石を配置した本願発明の蛍光ランプ１のみに照度の上昇が認められるものとなっている。

尚、輝度の測定は、フィラメント位置を０とし、フィラメントからの距離と蛍光ランプの発光輝度との関係について測定した。このときに使用した輝度計（株式会社 トプコン製 ＳＲ−３）は、測定距離を蛍光ランプから５００mm、視野角は０．１°として行った。

以上の結果から、蛍光ランプにおいてファラデー暗部の輝度を上昇させ、ガラス管の全長において一様な輝度を得るための手段としては、ファラデー暗部の部分を挟むように、放電方向と交差して磁石を配置する本発明の構成が、最も有効であることが確認できた。

従来例の蛍光ランプの放電の状態を比較例として示す説明図である。 比較例におけるファラデー暗部の処理方法の一例を示す説明図である。 本発明に係る蛍光ランプを示す説明図である。 本発明に係る蛍光ランプの要部を示す説明図である。 本発明に係る蛍光ランプの放電の状態を従来例との比較で示す説明図である。 本発明と各比較例とのファラデー暗部の輝度の測定値とを比較して示すグラフである。 従来例の構成を示す説明図である。 別の従来例の構成を示す説明図である。 比較例２の蛍光ランプの構成を示す説明図である。 比較例３の蛍光ランプの構成を示す説明図である。

符号の説明

１…蛍光ランプ
２…ガラス管
３…陰極
３ａ…アストン暗部
３ｂ…陰極グロー
３ｃ…陰極暗部
３ｄ…負グロー
３ｅ…ファラデー暗部
３ｆ…陽光柱
３ｇ…陽極グロー
３ｈ…陽極暗部
４…陽極
５…永久磁石、ソレノイドコイル
６…蛍光体
７…フィラメント電極
１０…バックライト装置

Claims (2)

1. 蛍光ランプの電極間で電極近傍に生成されるファラデー暗部を含むその近傍のみに、前記蛍光ランプ内の放電方向と直交する方向に磁場が印加されており、
   前記磁場の印加される強さは、前記蛍光ランプの直径内で電子密度が分散される程度の運動が生じさせられる磁場の強さ以上であることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記蛍光ランプの管軸方向において、前記ファラデー暗部の中心に前記磁場の中心を一致させたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。