JP5223772B2

JP5223772B2 - 希ガス放電ランプ

Info

Publication number: JP5223772B2
Application number: JP2009114140A
Authority: JP
Inventors: 淳哉朝山; 幸治田川; 浩輔山田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: KR101343284B1; TW201106416A; TWI427671B; KR20100122053A; JP2010262875A

Description

本発明は、希ガス放電ランプに関するものである。

従来、直管状のガラスバルブ内に希ガスのみを封入し、ガラスバルブの外面に一対の導電性材料からなるガラスバルブの略全長に亘り配設された電極を備えた希ガス放電ランプが、スキャナーや複写機やファクシミリなどのＯＡ原稿読取用光源として使用されている。
この希ガス放電ランプは、電極をガラスバルブの内部に具えないため、電極が放電に曝されないことから、電極の劣化に由来して生じる故障が少なくて長寿命であり、更に、放電ガスとして希ガスのみを使用し、発光種として水銀を使用していないために低温の条件下でも始動性が良好である。近時、このような希ガス放電ランプは上記特性により、一般照明や液晶表示装置のバックライト用光源の用途へ注目されている。

図８に、従来技術に係る希ガス放電ランプの斜視図を示す。
同図において、希ガス放電ランプ２０は、光透過性を有する細長いガラスバルブ２１を備えており、内部にキセノンガスを含む希ガスが封入されると共に、蛍光体層（不図示）が形成されている。またガラスバルブ２１上には、当該ガラスバルブ２１の長さ方向に伸びる一対の外部電極２２，２３が対向配置される。ガラスバルブ２１の内面には導電性物質層２４が始動性のため形成されている。
高周波電源２５は外部電極２２，２３に接続されており高電圧を印加することでランプが点灯する。高周波電圧の印加により、希ガス放電ランプ２０は電極２２と電極２３に挟まれたガラスバルブ２１内部の放電空間にキセノンガスの放電を生じ、放電により生じる紫外光がガラスバルブ２１の内面に塗布されている蛍光物質を励起し、可視光に変換され、その可視光がガラスバルブ２１の外部へ放射される（特許文献１、特許文献２参照）。

導電性物質層２４は例えば、ガラスバルブ２１の内周面において一方と他方の外部電極２２，２３両方の電極に対向する領域に導電性物質を連続的に形成することにより、配置されたものである。このように、導電性物質層２４を両電極２２，２３に対向するよう連続的に形成されることで、ランプ２０の始動性を良好なものとすることができる。

しかしながら、この希ガス放電ランプにおいては、例えば特許文献３等で知られるように、ランプの点灯後、ガラスバルブの端部が暗くなる現象が生じることが知られている。
この現象は、希ガス放電ランプの仕様を問わず両方の電極にまたがって形成された導電性物質層の近傍において発生することが認められ、電極の幅が小さいほど暗くなる傾向がある。このように端部が暗くなる原因は、ランプの始動のために設けた導電性物質層と外部電極の間のガラスバルブの層において容量結合が形成され、ランプの定常点灯中に投入される電力が不所望に消費されるため、電極の長さ方向において端部のみ放電が不足することが原因と考えられる。

このような問題に対し、特許文献３の技術においては、始動性導体の近傍でありガラスバルブの内表面上に、少なくとも一の外部電極を周方向に覆うように誘電体層を設けることにより、導電性物質層に誘引される電荷の割合を低下させ、端部の放電密度の低下を抑制している。

特開平０８−３２９９０３号公報特開２００７−０８７８９８号公報特開２００８−０３４２１１号公報

しかしながら、ガラスバルブの内側に安定的に誘電体層を形成することは作業性が悪くて製造工程が煩雑になるという問題がある。

上述したような一般照明やバックライト装置用の光源においては、光源の取り出し方向を問わないことから、ガラスバルブの全周にわたって光を放射する構造が要求される。そのためにも、外部電極においては幅を小さくし、光放射の妨げとならないよう構成することが望まれる。このようなことから、電極の幅を小さく、例えば１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍのものが要求されるが、このように電極幅が小さくなると、ガラスバルブ端部の暗部はいっそう顕著となり、所定の有効発光長が得られないという不具合が発生する。このような問題に対して、導電性物質層を形成しないことが一案として挙げられるが、ランプ始動信頼性を損なうことになり、始動電圧を更に高くしなければならないなどの問題が生じてしまうため、根本的な解決にならない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、外部電極を備えた希ガス放電ランプにおいて始動性を確保しつつ、簡単な構造でありながら、始動用に形成された導電性物質層の近傍において光量が低下することを防止できる希ガス放電ランプを提供することである。

本発明は、希ガスが封入され、外面上にその長手方向に亘って一方と他方の電極が形成されたガラスバルブを有し、該ガラスバルブの内面上であり、前記一方の電極に対向する領域と、前記他方の電極に対向する領域と、これらの電極の間に対向する領域とに亘って、一体的に第１の導電性物質層が配置されてなる希ガス放電ランプにおいて、
前記第１の導電性物質層よりも該ガラスバルブ中央側であって前記ガラスバルブの内面上の前記一方または他方の電極に対向する領域に、前記第１の導電性物質層と離間して第２の導電性物質層を配置したことを特徴とする。
また、前記第２の導電性物質層はカーボンペーストからなるのがよい。

本発明によれば、簡単な構造でありながら、外部電極を備えた希ガス放電ランプにおいて始動性を確保しつつ、ガラスバルブの始動用に形成された導電性物質層近傍において光量が低下することを防止することができ、有効発光長を所期の長さとすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る希ガス放電ランプの管軸方向断面図である。図１中のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃで切断した矢視断面図である。本発明の他の実施形態に係る第２の導電性物質層を通過する面で切断した断面図である。本発明の他の実施形態に係る第２の導電性物質層を通過する面で切断した断面図である。本発明の他の実施形態に係る第２の導電性物質層を通過する面で切断した断面図である。実施例および比較例に係るランプ１，２，３，４，８の輝度分布図である。実施例および比較例に係るランプ５，６，７，８の輝度分布図である。従来技術に係る希ガス放電ランプを説明する説明図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る（ａ）電極とランプの管軸を含む平面で切断した希ガス放電ランプの横方向に切断した断面図、および（ｂ）（ａ）中の線分Ａ−Ａで切断した矢視断面図である。図２は、（ａ）図１（ａ）中の線分Ｂ−Ｂで切断した矢視断面図、（ｂ）図１（ａ）中の線分Ｃ−Ｃで切断した矢視断面図である。
外部電極型の希ガス放電ランプは、図１に示すように、内部に希ガスが封入された直管状のガラスバルブ１１を具え、このガラスバルブ１１の外表面に、各々互いに平行に管軸方向に延びる一方と他方の外部電極１３，１４が形成されて構成されている。外部電極１３，１４は、例えば０．５〜２ｍｍの所定の幅に切断されたアルミニウム製の箔よりなり、ガラスバルブ１１の外表面におけるランプの中心軸を挟んだ対向位置に貼り付けられて構成される。この構成のほかにも例えば導電性ペーストをスクリーン印刷等の手段により塗付し、焼付けて構成することも可能である。
これら一方と他方の外部電極１３，１４にはそれぞれリード線（不図示）が、図示した側と反対側の端部領域に接続されており、高周波電源（不図示）に接続されている。

ガラスバルブ１１内に封入される希ガスとしては、例えばキセノンガスまたはキセノンと他の希ガスの混合ガスを例示することができ、その封入量は、例えば２２ｋＰａである。
このガラスバルブ１１の内部には、内表面の略全域にわたって蛍光体層１２が形成されている。使用される蛍光物質は、キセノンガスの放電により生成される波長１７２ｎｍ付近にピークを有する紫外光で励起する特性を有するものであり、バックライトや一般照明の用途で使用される場合は、可視領域の光を放射する特性を有する蛍光物質、例えば、ユーロピウム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム［ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ］（略号：ＢＡＭ）蛍光体、テルビウム・セリウム付活リン酸ランタン［Ｌａ−Ｐ−Ｏ：Ｃｅ，Ｔｂ］（略号：ＬＡＰ）蛍光体、ユーロピウム付活ホウ酸イットリウム・ガドニウム［（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ^３＋］（略号：ＹＧＢ）蛍光体などが使用される。無論その他にも、利用する波長帯の光に応じて適宜の蛍光物質を選択することができる。

ガラスバルブ１１の端部の内表面上には、リード線の非接続部側の端部にランプ始動用のための第１の導電性物質層１５が、図２（ａ）に示すよう概略Ｃ状に連続して形成されている。第１の導電性物質層１５はこの例においては蛍光体層１２の非形成部上であるが蛍光体層１２等の上でも構わない。
第１の導電性物質層１５はガラスバルブ１１の内表面上において、一方の外部電極１３に対向する領域、他方の外部電極１４に対向する領域及び一方と他方の電極１３，１４間の電極非形成部に対向する領域にわたるよう一体的に形成されている。このように一方と他方の電極１３，１４をつなぐように導電性物質層が付与されることで、始動電圧印加後、ガラスバルブの分極を容易にして、絶縁破壊電圧を低く抑えることができる。この第１の導電性物質層１５に係る技術については特許文献１と同様であり、誘電体を介在させた放電の速やかな開始を実現することができる。

このような第１の導電性物質層１５の材質としては、従来公知のものを用いて構成することができ、アルミニウム、銀、黒鉛、酸化スズ、酸化インジウム、バリウム、ニッケル等を一種類でも含んでいる物質か、もしくは、それらの混合物である。具体的な物質でいうと、黒鉛とフリットガラスを混練して生成されたいわゆるカーボンペーストが好適である。

そして更に、本発明に係る希ガス放電ランプにおいては、この第１の導電性物質層１５よりもランプの中央側すなわち発光領域側であって、該第１の導電性物質層１５と電気的に離間した位置に第２の導電性物質層１６が配置されている。この第２の導電性物質層１６は、図２（ｂ）に示すように片側の外部電極１４にのみ対向しており、もう一方の外部電極１３とは対向していない。これは第１の導電性物質層１５と機能的を異ならせる上で必須の要件となる。
なお、この第２の導電性物質層１６は片側の電極にのみ対向するよう配置されさえいれば、電極の非形成部上にはみ出て形成されていても構わない。

第２の導電性物質層１６を構成する材料としては、上記第１の導電性物質層１５と同種の物質を用いることができ、すなわち、アルミニウム、銀、黒鉛、酸化スズ、酸化インジウム、バリウム、ニッケル等を一種類でも含んでいる物質か、もしくは、それらの混合物である。具体的には、黒鉛とフリットガラスを混練して生成されたいわゆるカーボンペーストが好適である。このように非金属の導電性ペーストを使用した場合には、放電時におけるスパッタの発生を抑制することができる。

ここで、本発明に係る希ガス放電ランプの動作に関して詳細に説明する。
不図示の高周波電源からランプの外部電極１３，１４に始動用電圧が印加されると、まず、第１の導電性物質層１５と外部電極１３，１４の間のガラスバルブ１１の壁がコンデンサとして機能し、第１の導電性物質層１５が一方と他方の電極１３，１４に亘って一体的に形成されているため、両電極を容量結合させて速やかに放電が開始される。
放電が開始された後、第１の導電性物質層１５は機能的には不要になるが、構造的に結合を切断することができないため容量結合に由来して電荷が誘引されるが、第２の導電性物質層１６が一方の電極に対向して配置されているため、当該第２の導電性物質層１６の近傍に電荷を集め放電密度を増大させると共に、それよりランプの端部側に配置された第１の導電性物質層１５側に対して電荷が流出することを抑制する。ここに、第２の導電性物質層１６は片側の電極にのみ対向して配置されているため、第２の導電性物質層１６が容量結合を形成するようなことはない。従って、集められた電荷は不所望に消費されることなく、放電に寄与されることになる。
この結果、ガラスバルブの第２の導電性物質層１６近傍において放電が確実に行われるようになり、放電により生成される紫外光の放射量が増大し、従って、蛍光体層１２により変換されて放射される光の量を増大させることができるようになる。

このように本発明に係る希ガス放電ランプによれば、ランプの定常点灯中第１の導電性物質層が存在するため容量結合が生じ、その近傍の電荷が誘引されることにより放電が少なくなって光量が低下していたものを、第２の導電性物質層の形成のみでこれを防止することができ、ランプの始動性を損なうことなく端部の発光光量を増大することができるようになる。そして、希ガス放電ランプの長さ方向全体に有効発光長を形成することが可能になる。

本発明においては種々変更が可能であり、以下にこれを説明する。
図３は本発明の他の実施形態を説明する断面図であり、先に図１〜２で説明した構成については同符号で示して説明する。第２の導電性物質層１６はガラスバルブ１１の内面上において、一方と他方の電極１３，１４の各々に対向する領域にそれぞれ設けられており、各第２の導電性物質層１６は、電気的に接続されることなく、周方向に離間して配置されている。この例においては、第１の導電体層１５及び第２の導電性物質層１６は、蛍光体層１２が一部取り除かれることにより、ガラスバルブ１１の内面に直接的に形成されたものである。
この実施形態のように一方と他方の外部電極１３，１４の各々に対して第２の導電性物質層１６を形成することも可能であり、このような構成によれば、更に第１の導電性物質層側に誘引される電荷を少なくできて第２の導電性物質層１６近傍の放電密度を増すことができる。

また、図４は更に異なる実施形態を説明する図であり、先に図１〜３で説明した構成については同符号で示して説明を省略する。この実施形態においては、第２の導電性物質層１６は、ガラスバルブ内面において、一方と他方の電極１３，１４の各々に対向する領域にそれぞれ形成されると共に、各第２の導電性物質層１６の上に蛍光体層１２が形成された例である。
このように、第２の導電性物質層１６の上に蛍光体層を形成した場合でも、第２の導電性物質層の機能としては全く変わりがない。

また、図５を参照し、更に異なる実施形態を説明する。なお、先に図１〜４で説明した構成については同符号で示して説明を省略する。この実施形態においては、第２の導電性物質層１６を一方と他方の電極１３，１４の各々に対向するガラスバルブ１１内面上に形成すると共に、第２の導電性物質層１６を蛍光体層１２の上に積層状態に形成した例である。
このように、第２の導電性物質層１６を蛍光体層１２の上に配置した場合には、第２の導電性物質層１６と外部電極１３，１４との間に、ガラスバルブ１１の層と蛍光体層１２の２つの誘電体が介在することになるが、このような態様でもその性能に変わりなく、問題なく使用することができる。この実施形態によれば、第１又は第２の導電性物質層１５，１６を形成する際に端部に塗付された蛍光体層１２を取り除く作業が不要になり、いっそう生産性を向上させることができる。

以上、本発明について、上記の通り実施形態に基いて説明したが、本発明においては適宜変更が可能であり、使用される導電体、蛍光体、放電ガス、ガラス管などの材質に関して、上記内容に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１、図２の構成に従い、下記仕様に基いて希ガス放電ランプ１（ランンプ１という）を作製した。
・ガラスバルブ：材質；アルミノ珪酸ガラス、全長；４２０ｍｍ、外径；１２ｍｍ、内径１１ｍｍ（肉厚０．５ｍｍ）。
・封入ガス：Ｘｅガス、２２ｋＰａ。
・外部電極：箔状アルミニウム、長さ４００ｍｍ、幅１ｍｍ。
・蛍光体層：ＢＡＭ、ＬＡＰ、ＹＧＢ。
・第１の導電性物質層：カーボンペースト。
・第２の導電性物質層：カーボンペースト。
ここで、実施例に係る希ガス放電ランプの製造方法について具体例を説明する。なお、ここで示す希ガス放電ランプの製造方法は一例であり適宜変更が可能であることは言うまでもない。
（１）ガラスバルブ用のガラス管の内部に蛍光体用の塗布液を塗付し、乾燥させた後、第１の導電性物質層及びこの第２の導電性物質層を形成する（ガラス管の端部）の領域の蛍光体層を削って取り除いた。
（２）このガラス管内面の蛍光体層非形成部に、始動用導電体としての導電性ペーストを概略Ｃ字状に塗付、形成した。そして、この第１の導電性物質層の位置よりもガラス管の中央側の同じく蛍光体層非形成部に、比較的小領域に第２の導電性物質層としての導電性ペーストを塗付した。
（３）しかる後、蛍光体と導電体とを焼成してガラスバルブに固着した。
（４）ガラス管の内部に所定の希ガスを封入して端部を気密に封止した。
（５）アルミニウムからなるテープ状に成形した外部電極をガラスバルブの外面に貼付した。外部電極は片方の電極のみ第２の導電性物質層と交差するよう位置決めされた。
このようにして製作された希ガス放電ランプについて具体的数値を述べる。第１の導電性物質層の膜厚は、約１００μｍ、幅は約１ｍｍであり、なおこの第２の導電性物質層の大きさは、膜厚約１００μｍ、周方向長さ約３ｍｍ、幅約１ｍｍであった。電極の端部から第１の導電性物質層の間の距離は４ｍｍ、また、第１の導電性物質層と第２の導電体との離間距離は２ｍｍであった。

［実施例２］
図３の構成に従って第２の導電性物質層を形成したことを除いて、上記実施例１の構成と同じ構成として、実施例２に係る希ガス放電ランプ２（以下「ランプ２」という）を製作した。ランプ２においては、図３に示すように一方と他方の電極のそれぞれに対応するよう、蛍光体層非形成部に第２の導電性物質層を形成したものである。なお、第２の導電性物質層はいずれも、膜厚が約１００μｍ、周方向長さ約３ｍｍ、幅約１ｍｍであった。また、第１の導電性物質層と第２の導電性物質層との離間距離は２ｍｍであった。

［実施例３］
図４の構成に従って第２の導電性物質層を形成したことを除いて、上記実施例１と同様の構成として、実施例３に係る希ガス放電ランプ３（以下「ランプ３」という）を製作した。ランプ３においては、図４に示すように、一方と他方の電極のそれぞれに対応するよう第２の導電性物質層を形成したものであり、更に、これら第２の導電性物質層の上に積層状態に蛍光体層を配置したものである。なお、第２の導電性物質層の膜厚は約１００μｍ、周方向長さ約３ｍｍ、幅約１ｍｍであり、第１の導電性物質層と第２の導電性物質層との離間距離は２ｍｍであった。

［実施例４］
図５の構成に従って第２の導電性物質層を形成したことを除いて、上記実施例１と同様の構成として、実施例４に係る希ガス放電ランプ４（以下「ランプ４」という）を製作した。ランプ４においては、図５に示すように、一方と他方の電極のそれぞれに対応するよう第２の導電性物質層を形成したものであると共に、これら第２の導電性物質層を、蛍光体層の上に積層状態に形成したものである。なお、第２の導電性物質層の膜厚は約１００μｍ、周方向長さ約３ｍｍ、幅約１ｍｍであり、第１の導電性物質層と第２の導電性物質層との離間距離は３ｍｍであった。

［実施例５〜７］
第１の導電性物質層と第２の導電性物質層との離間距離を、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍの各々としたことを除いて、上記実施例１と同様の構成として、実施例５，６，７に係る希ガス放電ランプ５，６，７（以下「ランプ５」，「ランプ６」，「ランプ７」という）を製作した。

［比較例］
第２の導電性物質層を形成しなかったことを除き上記実施例１と同様の構成として、比較例に係る希ガス放電ランプ８（以下「ランプ８」）を製作した。

上記ランプ１〜ランプ８を、電圧１．５ｋＶ、周波数５０ｋＨｚの条件で点灯し、ランプの輝度を測定した。輝度測定条件は、分光放射計（トプコンテクノハウス社製、ＳＲ−３）を用い、測定用ランプとの距離６０ｃｍとして輝度（単位：ｃｄ／ｍ^２）を測定することによった。

ランプ１〜ランプ４，ならびにランプ８の輝度の測定結果をまとめて図６に示す。なお図６は、縦軸が分光放射計による測定値を示し、横軸は第１の導電性物質層（詳しくは第１の導電性物質層のランプの中央側端部）を始点とした距離（単位：ｍｍ）であり、すなわち同図では第１の導電性物質層の端から１００ｍｍの長さ領域の輝度分布を示している。
このように、本発明の実施例に係るランプ１〜４のいずれも、第２の導電性物質層を備えていないランプ８に対して、端部光量を増大させることが可能であった。このような第２の導電性物質層においては、第１の導電性物質層よりもランプの中央側において単一の電極にのみ対向配置するという要件を満たせば、片側の電極のみに形成しても、両側の電極に形成しても、いずれでも構わない。しかも、蛍光体層などのガラスバルブ以外の誘電体層の介在状態に左右されず、その機能を発揮することができる。

ランプ２、ランプ５〜７ならびにランプ８の輝度測定結果をまとめて図７に示す。なお図７もまた、縦軸が分光放射計による測定値を示し、横軸は第１の導電性物質層（詳しくは第１の導電性物質層のランプの中央側端部）を始点とした距離（単位：ｍｍ）であり、すなわち同図では第１の導電性物質層の端から１００ｍｍの長さ領域の輝度分布を示している。
少なくとも第２の導電性物質層を形成することで第１の導電性物質層の存在により生じる端部光量の低下を抑えることができる。少なくとも第１の導電性物質層の近傍において輝度が低下する部分に形成することで、これを回復させることができる。なお、第１の導電性物質層と第２の導電性物質層との離間距離は、第２の導電性物質層が第１の導電性物質層に近接している方がよりランプ端部の光量を増大させることができる。

以上、本発明の実施形態および実施例について種々説明したが、本発明は上記構成に限定されることなく適宜変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第１の導電性物質層については蛍光体層の非形成部であるガラスバルブの内周面上に直接に設けた例で説明したが、これを蛍光体層上に形成しても何ら問題ない。
また、第１、第２の導電性物質層が形成される部分において、例えば蛍光体層とガラスバルブの間にその他の誘電体層を備えたものであっても構わない。
また、本発明においては、蛍光体層や他の誘電体層の存在によらず第１の導電性物質層近傍の放電形態を改善することができるため、同様の放電原理を用いたランプであれば蛍光体層を具備していないランプにおいても適用可能である。具体的には、例えばキセノンガスの放電から放射される紫外光を紫外線透過性のガラスバルブから直接放射するようなエキシマランプにおいても、第１の導電性物質層を有するものであればその近傍の照度分布を改善することが可能である。
また、上記実施形態においてはリード線と第１の導電性物質層とが、ランプ端部の異なる側に位置された例で説明したが、この位置関係に限定されるものではない。本発明においては、第１の導電性物質層が第２の導電性物質層よりもランプの外方に位置してさえいれば、ランプの給電接続部の位置は不問である。

１０希ガス放電ランプ
１１ガラスバルブ
１２蛍光体層
１３外部電極
１４外部電極
１５第１の導電性物質層
１６第２の導電性物質層

Claims

希ガスが封入され、外面上にその長手方向に亘って一方と他方の電極が形成されたガラスバルブを有し、
該ガラスバルブの内面上であり、前記一方の電極に対向する領域と、前記他方の電極に対向する領域と、これらの電極の間に対向する領域とに亘って、一体的に第１の導電性物質層が配置されてなる希ガス放電ランプにおいて、
前記第１の導電性物質層よりも該ガラスバルブ中央側であって前記ガラスバルブの内面上の前記一方または他方の電極に対向する領域に、前記第１の導電性物質層と離間して第２の導電性物質層を配置した
ことを特徴とする希ガス放電ランプ。
前記第２の導電性物質層はカーボンペーストからなることを特徴とする請求項１記載の希ガス放電ランプ。