JPH06163006A - 蛍光ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印加電圧のピーク値を上げることなく、光出
力が大きい蛍光ランプ装置を得ることを目的とする。 【構成】 内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の導電
体を有するガラスバルブに希ガスを封入した蛍光ランプ
と、外壁の導電体に交流の矩形パルス電圧を印加する電
圧印加手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ファクシミリ、複写
機、イメージリーダなどの情報機器に利用される原稿照
明用や、大型ディスプレイ装置、電光掲示板などの表示
装置に利用される表示用放電ランプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリ、複写機、イメージ
リーダなどの情報機器の原稿照明用光源や、大型カラー
ディスプレイ装置などの表示用光源として蛍光ランプが
用いられている。これらの用途ではランプに対してより
小型、高輝度、長寿命で、かつ信頼性が高いことが求め
られている。従来はランプ内部に電極を有することから
多くの制約を受けて、そのためランプ内部に電極を持た
ない蛍光ランプが考えられている。

【０００３】図７（ａ），（ｂ）及び（ｃ）はそれぞ
れ、例えば特開平３−２２５７４５号公報に示された従
来の蛍光ランプを示す斜視図、断面図及びその点灯装置
を示す回路図であり、図において、１は蛍光ランプ、２
は内部にキセノンガスを主体とした希ガスを封入した直
管状のガラスバルブ、３はガラスバルブ２の内面に形成
された蛍光体層、４はランプ内で発生した光をランプ外
に照射する光出力部、５及び５ｂは光出力部４に沿う両
側に、アルミ箔からなり、所定の幅員でガラスバルブ２
の外壁にほぼ全長に亘って密着し、互いに対向して配設
された帯状の外部電極、６は外部電極５ａ，５ｂを含め
たガラスバルブ２上に被覆されたシリコンレジンの透明
な絶縁性被膜である。また、７は蛍光ランプ１を点灯す
る高周波点灯回路、８は高周波点灯回路７を介して外部
電極５ａ，５ｂに接続され、所定の高周波電圧を印加す
る交流電源である。

【０００４】外部電極５ａ及び５ｂに高周波点灯回路７
より、正弦波交流電圧を印加すると、外部電極５ａ，５
ｂに挟まれたガラスバルブ２の内部空間に、キセノンガ
スの放電を生じ、このキセノンガスの放電により紫外線
が発生し、ガラスバルブ２の内面に形成した蛍光体層３
を励起して可視光線を発生し、光出力部４よりランプ外
に放射する。

【０００５】また我々の研究では、このようなガラスバ
ルブの内部に希ガスを封入し、外壁に外部電極を設けた
蛍光ランプは、電極間の放電によりガラスバルブ内側の
電極部表面上に希ガスのエキシマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）が
発生し、そのエキシマから放射される紫外線によって蛍
光体が励起され可視光線を放射することが分かってい
る。従って、効率よく、より高輝度を得るには、外部電
極面積を大きくし、電極間距離を短くすればよく、この
ような蛍光ランプが特願平４−２３６５３号に示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の蛍
光ランプは、誘電体であるガラスバルブを介して放電を
行うので、高い電圧を印加する必要がある。またランプ
電流は放電空間を含んだ電極間の静電容量によって決ま
るので、より高輝度を得ようとすると、さらに電極間の
電圧値を上げなければならず、それにより、ガラスバル
ブ外側の沿面放電が問題になるだけでなく、回路上の絶
縁対策を強化しなければならないなどの問題点があっ
た。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電圧のピーク値を上げることな
く、光出力が大きい蛍光ランプ装置を得ることを目的と
する。また、放電開始電圧の低い蛍光ランプ装置を得る
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる蛍光ラ
ンプ装置においては、内壁に発光体を有し、外壁に１対
以上の導電体を有する誘電体の放電容器に希ガスを封入
した蛍光ランプに、外壁の導電体に交流の矩形パルス電
圧を印加する手段を設けたものである。ここで交流の矩
形パルスとは、特に断わらない限り、電圧０の休止期間
が１周期に二度ある矩形パルスを言う。

【０００９】また、外壁の導電体に交流の矩形波電圧を
印加する手段を設けたものである。ここで交流の矩形波
とは電圧が０の休止期間が１周期に一度もない矩形波を
言う。

【００１０】また、外壁の導電体に電圧が０の休止期間
が１周期に一度の交流の矩形パルス電圧を印加する手段
を設けたものである。

【００１１】

【作用】上記のように構成された蛍光ランプに交流の矩
形パルスが印加されると、急激な電圧変化によって放電
が発生し、強い紫外線を発生し、内壁の蛍光体を励起し
大きな光出力が生ずる。

【００１２】また交流の矩形波では極性が切り替わる瞬
間にｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋの大きな電圧変化が発生
し、さらに強い紫外線が発生し、内壁の蛍光体を励起し
て大きな光出力が生ずる。

【００１３】また休止期間が１周期に一度の交流の矩形
パルスでは１周期に一度、ｐｅａｋｔｏ ｐｅａｋの大
きな電圧変化が発生し、強い紫外線が発生し、内壁の蛍
光体を励起して大きな光出力が生ずる。

【００１４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。図１において、１はこの発明の蛍光ランプ、２は
蛍光ランプ１を構成する直径３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの
誘電体である鉛ガラス製の直状円筒状のガラスバルブ、
ガラスバルブの内壁のほぼ半面には蛍光体層３が形成さ
れており、残りの半面はランプ内部で発生した光をラン
プ外に照射する光出力部４となっている。５ａ，５ｂは
それぞれ幅２．５ｍｍの導電体である外部電極で、ガラ
スバルブ２の外壁に電極間距離０．４ｍｍで設けられて
いる。ガラスバルブ２の内部にはキセノンを主体とした
希ガスが数十Ｔｏｒｒ以上の圧力で封入されている。ま
た、図２において７は蛍光ランプ１を点灯するための電
圧印加手段を構成する駆動回路で、駆動回路７はトラン
ジスタなどのスイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ
で構成されたフルブリッジ回路で、９は駆動回路７に直
流電圧を供給するための直流電源である。また、駆動回
路７はリード線１０ａ，１０ｂによって、蛍光ランプ１
の外部電極５ａ，５ｂに接続されている。

【００１５】このような構成の蛍光ランプ装置について
動作を説明する。直流電源９から駆動回路７に供給され
た直流電圧は、スイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８
ｄをそれぞれＯＮ−ＯＦＦ制御することによって、外部
電極５ａ及び５ｂの間には矩形波交流電圧が印加され、
放電が発生する。その際発生した紫外線は蛍光体層３を
励起し、蛍光体によって決定される可視光に変換され
る。蛍光体から発生した可視光は光出力部４から放射さ
れる。

【００１６】以下、この放電の特徴について詳しく説明
する。電力は誘電体であるガラスバルブを介して、すな
わち外部電極と放電ガスの容量結合によりランプ内部に
印加される。放電電流は誘電体により制限され、グロー
放電からアーク放電といった形態には発展しない。また
特定の場所に放電が集中せず、外部電極に面したガラス
バルブ内面全体から放電が発生する。放電は外部電極間
に電圧を印加し、ランプ内部が放電可能な電界になると
開始する。その後、放電により発生した電子やイオンな
どの電荷がガラスバルブ表面に蓄積し、その結果、ラン
プ内部の電界が弱まり放電を持続することができなくな
り、放電が停止する。このため、電流は印加した電圧の
極性が反転した直後に多く流れ、電流はほぼパルス状に
なる。ランプ内部の放電状態を詳細に観察すると、外部
電極に面したガラスバルブ内面全体がほぼ一様な光に覆
われており、さらに対となる電極間に糸状の放電が多数
発生しているのが見られる。

【００１７】図３（ａ）は蛍光ランプ１に印加した矩形
パルス状の電圧波形であり、図３（ｂ）はそのときの印
加電圧−輝度特性である。図３（ｂ）には従来の正弦波
で点灯した特性を比較のために示した。なお封入ガスは
キセノン６０Ｔｏｒｒ、印加電圧の周波数は４０ｋＨｚ
である。印加電圧は０−ｐｅａｋ値で示してある。

【００１８】図３（ｂ）より同じ印加電圧の場合、正弦
波に比べ矩形パルスのほうが高い輝度が得られることが
分かる。これは正弦波の実効値に対するｐｅａｋ値の比
が変わる効果だけでなく、正弦波と矩形パルスでは放電
状態が異なるためと考えられる。正弦波では電圧が穏や
かに変化するため、ばらばらのタイミングで糸状の放電
が発生し、様々な状態の放電がみられる。このため紫外
線の発生に対して必ずしも最適な放電条件ではない。こ
れに対して矩形パルスでは電圧の急激な変化により、糸
状の放電が一斉に、ほぼ均一に発生し、紫外線の発生に
適した状態が得られるためと考えられる。

【００１９】また放電開始電圧は、例えば４０ｋＨｚ
で、正弦波の場合、約５００Ｖであるのに対して矩形パ
ルスの場合は約４３０Ｖであり、放電開始電圧が低下す
る。このため矩形パルスの場合、放電開始を含めて低い
ピーク電圧で動作させることが可能である。放電開始電
圧が低下する現象は、放電開始時と電圧印加時に遅れ時
間があることが一つの要因と考えられる。正弦波の場
合、ピーク電圧は瞬間的にしか印加されないが、矩形パ
ルスの場合は高い電圧が継続して印加されることが影響
している。

【００２０】実施例２．図４（ａ）は図３（ａ）と異な
り休止期間のない矩形波の電圧波形である。図４（ｂ）
は図４（ａ）の電圧波形を印加したときの印加電圧−輝
度特性である。図４（ｂ）では比較のために休止期間の
ある矩形パルス（図３（ｂ））の場合を示してある。な
お、印加電圧の周波数は８０ｋＨｚである。

【００２１】図４（ｂ）より矩形波（図４（ａ））は休
止期間のある矩形パルス（図３（ａ））に比べて大幅に
高い輝度を示すことがわかる。矩形パルスのデューティ
ー比を大きくして休止期間のない矩形波に近づけた場合
でも明らかに異なった輝度特性を示している。これは矩
形パルス（図３（ａ））の場合、瞬間的には０−ｐｅａ
ｋ値の電圧差が発生するのに対して、矩形波（図４
（ａ））の場合、ｐｅａｋｔｏ ｐｅａｋの大きな電圧
差が発生するため高電圧を印加された場合と類似の効果
が生じるためと考えられる。

【００２２】実施例３．図５（ａ）は図３（ａ）とは異
なり、１周期に１回の休止期間を有する矩形パルスの電
圧波形を示す。図５（ｂ）は図５（ａ）の電圧波形を印
加したときの印か電圧−輝度特性である。比較のために
図３（ａ）の電圧波形の特性を示してある。いずれの矩
形パルスも１周期のうち電圧が印加されている期間が５
０％の場合である。

【００２３】図５（ｂ）より、図５（ａ）の矩形パルス
は図３（ａ）の矩形パルスに比べて高い輝度が得られる
ことが分かる。これは矩形パルス（図３（ａ））の場
合、瞬間的には常に０−ｐｅａｋ値の電圧差が発生する
のに対して、図５（ａ）の矩形パルスの場合、１周期に
一度、ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋの大きな電圧差が発生
するため高電圧を印加された場合と類似の効果が生じる
ためと考えられる。

【００２４】実施例４．図６（ａ）はガラスバルブ２の
外壁に複数対の外部電極５ａ，５ｂを設けて、それぞれ
の外部電極対に印加する電圧を制御して、部分発光制御
可能な蛍光ランプを示したものである。また図６（ｂ）
は図６（ａ）の蛍光ランプを複数配置し画像表示装置を
構成したものであり、このような構成の蛍光ランプ及び
画像表示装置においても、実施例１〜４に示す波形の電
圧印加が適用でき、同様の効果が得られる。

【００２５】なお、外壁電極の形状及び配置は特に上記
実施例１〜４に示したものに限るものではなく、外壁に
面状に配置されていれば、任意の形状及び配置で設けて
よい。

【００２６】また、蛍光ランプを点灯する駆動回路も、
上記実施例では、スイッチング素子のフルブリッジ回路
としたが、ハーフブリッジ回路でもよく、また、所望の
電圧波形を発生させることができるものであれば、任意
の駆動回路でよい。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れ、動作するので低い電圧で放電が開始しまた、低いピ
ーク電圧で大きな光出力を得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による蛍光ランプの斜視図
である。

【図２】この発明の一実施例による蛍光ランプ装置を示
す図である。

【図３】この発明の実施例１による印加電圧波形と輝度
特性の図である。

【図４】この発明の実施例２による印加電圧波形と輝度
特性の図である。

【図５】この発明の実施例３による印加電圧波形と輝度
特性の図である。

【図６】この発明の実施例４による蛍光ランプ及び画像
表示装置を示す斜視図である。

【図７】従来の蛍光ランプの斜視図、断面図及びその点
灯回路図である。

【符号の説明】

１ 蛍光ランプ ２ 放電容器のガラスバルブ ３ 蛍光体層 ５ 導電体の外部電極 ７ 電圧印加手段を構成する駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星崎 潤一郎 鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱電機株式 会社生活システム研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の
   導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入
   した蛍光ランプと上記外壁の導電体に交流の矩形パルス
   電圧を印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする
   蛍光ランプ装置。
2. 【請求項２】 内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の
   導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入
   した蛍光ランプと上記外壁の導電体に交流の矩形波電圧
   を印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする蛍光
   ランプ装置。
3. 【請求項３】 内壁に蛍光体を有し、外壁に１対以上の
   導電体を有する誘電体から成る放電容器に希ガスを封入
   した蛍光ランプと上記外壁の導電体に電圧が０の休止期
   間が１周期に１回である交流の矩形パルス電圧を印加す
   る電圧印加手段を備えることを特徴とする蛍光ランプ装
   置。