JPH0719572B2 - 放電ランプ - Google Patents

放電ランプ

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JPH0719572B2
JPH0719572B2 JP20409690A JP20409690A JPH0719572B2 JP H0719572 B2 JPH0719572 B2 JP H0719572B2 JP 20409690 A JP20409690 A JP 20409690A JP 20409690 A JP20409690 A JP 20409690A JP H0719572 B2 JPH0719572 B2 JP H0719572B2
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俊雄 松下
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、水銀の主励起波長である253.7nm付近の紫
外線を可視光に変換する蛍光物質を有した放電ランプに
係り、特にその発光効率を改良した蛍光ランプ及び冷陰
極放電ランプに関する。
[従来の技術] 一般に、蛍光ランプ、冷陰極放電ランプ等を含む放電ラ
ンプは、ガラス外囲器と、このガラス外囲器の内面に塗
布された蛍光体粒子層とからなっており、ガラス外囲器
内には、真空引きされた後ランプの種類によって多少種
類を異なるが、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウ
ム等の希ガスと、水銀蒸気とが封入されている。そし
て、放電ランプでは、点灯時、主として水銀の主励起波
長である253.7nm付近の紫外線により、蛍光体粒子層の
蛍光体が励起され、波長380nmから780nmにわたる可視光
に変換される。変換された可視光はガラス外囲器を透過
して外部に出るが、一方、蛍光体粒子層を通過してガラ
ス外囲器に到達した紫外線はガラス外囲器によって略吸
収される。
ガラス外囲器によって吸収される紫外線を有効利用する
ため、例えば、米国特許第4、079、288号公報を参照す
れば、ガラス外囲器と蛍光体粒子層との間にAl2O3から
なる紫外線反射層を設けることにより、蛍光体粒子層を
透過した紫外線を反射させて蛍光体粒子を励起させ、こ
れにより、放電ランプの光束を向上さすことが開示され
ている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の紫外線反射層は、ガラスバルブ内
面にAl2O3等の白色粉末を塗布したものであるため、波
長380nmから780nmにわたる可視光をも反射してしまう。
このため、ガラスバルブの一部に蛍光体粒子層及び紫外
線反射層を塗布しない特定領域を設け、この特定領域か
ら反射光を放射する反射型放電ランプには、極めて有効
であるが、反射型でない全周放射型放電ランプでは、紫
外線反射層による光束の向上がわずかであり、紫外線を
反射し且つ可視光を透過する紫外線反射層が切望されて
いる。
従って、この発明の目的は、紫外線を反射し且つ可視光
を透過する紫外線反射層をガラス外囲器内面又は外面に
形成することにより、光束の向上した放電ランプを提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者等は、上述の事情に鑑み、まず、多層薄膜誘電
体反射鏡の技術に着目した。この多層薄膜誘電体反射鏡
の技術では、高屈折率と低屈折率の誘電体薄膜を交互に
層状に数層から数十層重ねた反射膜を形成することによ
り、吸収が少なく、また、任意の分光反射率を選定で
き、特定の波長に対して100%に近い反射率を得ること
ができる。
そして、鋭意研究の結果、上述の目的は、ガラス外囲器
の内面又は、ガラス外囲器の材質が紫外線をほぼ透過す
る材質からなる場合にガラス外囲器の外面に、水銀の主
励起波長である253.7nm付近の紫外線を略完全に反射し
且つ波長380nmから780nmにわたる可視光を略透過する誘
電体多層薄膜を形成したことを特徴とする放電ランプを
提供することにより、解決される。
好適には、この放電ランプでは、誘電体多層薄膜が、Ti
O2、Ta2O5及びZnSからなる群より選ばれた少なくとも1
つの物質からなる高屈折率層と、SiO2及びMgF2からなる
群より選ばれた少なくとも1つの物質からなる低屈折率
層とを交互に層状として形成されてなる。
また、この発明では、放電ランプが、発光の主要部分を
放電からの紫外放射によって励起される蛍光物質のフォ
トルミネセンスとする蛍光ランプであっても、グロー放
電の陽光性で発光する冷陰極放電ランプであってもよ
く、蛍光体ランプの場合、誘電体多層薄膜がTiO2層とSi
O2層とを交互に層状に3層以上重ねた反射膜であること
が好ましく、一方、冷陰極放電ランプの場合、誘電体多
層薄膜が9層以上重ねた反射膜であることが好ましい。
[作用] 例えば、ガラス外囲器の内面に、水銀の主励起波長であ
る253.7nm付近の紫外線を略完全に反射し且つ波長380nm
から780nmにわたる可視光を略透過する誘電体多層薄膜
を形成したことにより、第1図の模式図に示されるよう
に、放電ランプの点灯時、ガラス外囲器2内に封入され
たガスから生じた紫外線は、第1図中記号aに示される
如く、蛍光体粒子層4の蛍光体粒子に照射される場合に
は、可視光に変換される。変換された可視光は誘電体多
層薄膜6を略完全に透過する。一方、蛍光体粒子層4を
透過した紫外線は、第1図中記号bに示される如く、誘
電体多層薄膜6によって略完全に反射されるので、蛍光
体粒子層4の蛍光体粒子に照射されて可視光に変換され
るまで誘電対多層薄膜6で反射される。
即ち、従来、ガラス外囲器2内に封入されたガスから生
じた紫外線の一部がガラス外囲器2で吸収されて透過損
失となっていたのが、本発明では、誘電体多層薄膜4
が、紫外線を反射し且つ可視光を透過さすという完全な
波長選択性を有するため、ガラス外囲器2内に封入され
たガスから生じた紫外線の略全ては可視光に変換される
という理想的な放電ランプが実現される。
このため、放電ランプの発光効率が驚異的な割合で改善
される。
[実施例] 以下、本発明の実施例について説明する。
まず、本発明者等は、誘電体多層薄膜について、水銀の
主励起波長である253.7nm付近の紫外線を完全に反射し
且つ波長380nmから780nmにわたる可視光を透過するとの
見地から検討した。
まず、ガラス外囲器が高純度石英ガラスのような紫外線
透過物質からから構成される場合には、誘電体多層薄膜
がガラス外囲器の外面に形成されてもよいが、高純度で
ない場合には、紫外線を吸収するため、発光効率が悪く
なるので、ガラス外囲器の内面に誘電体多層薄膜を形成
することを前提とした。
高屈折率層としては、TiO2、Ta2O5、ZnS等がよく、又、
低屈折率層としては、SiO2、MgF2等がよい。
次に、誘電体多層薄膜の作製方法としては、真空蒸着
法、気相法(CVD法)等の種々な方法が考えられるが、
を量産性に優れたディッピング法を選定することを前提
として、高屈折率層としてTiO2を、低屈折率層としてSi
O2を選定し、高屈折率層−低屈折率層−高屈折率層と積
層することにより、何層重ねるかを検討した。
即ち、第1図に示されるように、放電ランプがガラス外
囲器2を有し、このガラス外囲器2の内面に塗布される
べき蛍光体粒子層4との間に誘電体多層薄膜6が形成さ
れる。ガラス外囲器2をシリカ(SiO2)のガラス基板と
し、光屈折率層のTiO2の屈折率をnH=2.76、低屈折率層
のSiO2の屈折率をnL=1.48とし、構成を高屈折率層−低
屈折率層の周期的多層膜とする帯域フィルタと仮定し、
次式に表される構成とした。
NS/(0.5H)(L・H)nL(0.5H)/NO NS:ガラス基板(nS=1.48) 0.5H:高屈折率層(nHd=0.125λ) L:低屈折率層(nLd=0.25λ) H:高屈折率層(nHd=0.25λ) N0:蛍光体粒子層 尚、dは膜厚であり、λは波長(253.7nm)である。
例えば、層数を9層という場合には、次のようになる。
NS/(0.5H)(L・H)3L(0.5H)/N0 即ち、構成例を具体的に構成材料とその膜厚で表すと次
のようになる。
ガラス基板/(TiO2:12.2nm) (SiO2:45.6nm)(TiO2:24.5nm) (SiO2:45.6nm)(TiO2:24.5nm) (SiO2:45.6nm)(TiO2:24.5nm) (SiO2:45.6nm)(TiO2:12.2nm) /蛍光体粒子層 このような構成の誘電体多層薄膜6の5層乃至15層につ
いて、波長253.7nmについて垂直入射おける反射率を計
算で求めた結果が第2図に示される。
第2図から明らかなように、誘電体多層薄膜6を9層以
上とするとき、波長253.7nmにおける反射率を約97%以
上とすることができる。
また、当然のことながら、誘電体多層薄膜6を多層とす
るほど、反射率を100%に近づけることができるが、第
2図から明らかように、13層及び15層で反射率が99%を
越えており、経済的には13層で十分である。
次に、積層の下限値であるが、図示しないが、3層の場
合でも、253.7nmでの反射率は約82%であり、この3層
の場合、目に最も明るく感じるといわれる可視領域の55
0nmでほぼ完全に透過し、380nm〜780nmでほぼ10%以下
の反射率を有するので、輝度の向上を図りながら、経済
性を考えた場合、3層で十分である。
このように構成した誘電体多層薄膜6の反射率曲線につ
いて述べる。
第3図乃至第6図には、誘電体多層薄膜6の層数を9層
乃至15層にしたときの反射率曲線が夫々示されている。
第3図乃至第6図から明らかなように、可視光の領域、
即ち、380nm乃至780nmの波長における反射率はいずれも
20%以下であり、ほとんど透過すると言える。
次に、このような誘電体多層薄膜6を形成した放電ラン
プの特性について述べる。
(実施例1) 放電ランプとして、グロー放電の陽光性で発光する冷陰
極放電ランプに、本発明の誘電体多層薄膜6を適用し
た。
色温度5500゜Kとし、外径8.0mmφ、全長260mmとする液晶
表示装置の背面照明用冷陰極放電ランプに、ガラス外囲
器2には紫外線透過の優れた高純度石英ガラスを使用
し、高屈折率層としてTiO2を、低屈折率層としてSiO2を
選定し層数を9層とする誘電体多層薄膜6をガラス外囲
器2の内面にディッピング法にて形成した。
誘電体多層薄膜6を形成しない従来の冷陰極ランプが、
25℃、30kHz、5mAの定格電流で、輝度を4500ntであるの
に対し、本発明の冷陰極放電ランプは、同一条件で、輝
度を約6000ntとすることができ、輝度半減期による寿命
は約2万時間と同一であった。
(実施例2) 次に、放電ランプとして、発光の主要部分を放電からの
紫外放射によって励起される蛍光物質のフォトルミネセ
ンスとする通常の低圧水銀ランプ、とりわけ、三波長型
高演色性蛍光ランプに、本発明の誘電体多層薄膜6を適
用した。
色温度3000゜Kとし、ガラス外囲器2をFL40SSバルブとす
る三波長型蛍光ランプに、高屈折率層としてTiO2を、低
屈折率層としてSiO2を選定し層数を3層とする誘電体多
層薄膜6をガラス外囲器2の内面にディッピング法にて
形成した。
紫外線反射層として粒径0.3μmのα−Al2O3粉体をFL40
SSバルブ内面に2g/m2塗布した従来の放電ランプの光束
が、3500lmであるのに対し、紫外線反射層の代わりに誘
電体多層薄膜6を形成したこと以外同一である本発明の
蛍光ランプの光束は、4200lmと極めて明るくできた。
又、その他のランプ特性、例えば、演色性、光束維持率
及びカラーシフト(変色)もほぼ従来の蛍光ランプと同
一であった。
尚、上述の説明では、冷陰極放電ランプと蛍光ランプに
ついてしたが、この発明は、その他の放電ランプ、例え
ば、熱陰極放電ランプ、高圧放電ランプ等の各種放電ラ
ンプに適用されてもよいことは言うまでもない。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、紫外線を反射し
且つ可視光を透過する紫外線反射層をガラス外囲器に形
成することにより、光束の向上した放電ランプを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る放電ランプの断面の一部を示す
模式図、第2図は、第1図の誘電体多層薄膜の層数と反
射率との関係を示すグラフ図、第3図乃至第6図は、第
1図の誘電体多層薄膜の反射率曲線を示すグラフ図であ
る。 2……ガラス外囲器、4……蛍光体粒子層、6……誘電
体多層薄膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス外囲器の内面又は、ガラス外囲器の
    材質が紫外線をほぼ透過する材質からなる場合にガラス
    外囲器の外面に、水銀の主励起波長である253.7nm付近
    の紫外線を略反射し且つ波長380nmから780nmにわたる可
    視光を略透過する誘電体多層薄膜を形成したことを特徴
    とする放電ランプ。
  2. 【請求項2】前記誘電体多層薄膜が、TiO2、Ta2O5及びZ
    nSからなる群より選ばれた少なくとも1つの物質からな
    る高屈折率層と、SiO2及びMgF2からなる群より選ばれた
    少なくとも1つの物質からなる低屈折率層とを交互に層
    状として形成されてなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の放電ランプ。
  3. 【請求項3】前記放電ランプが、発光の主要部分を放電
    からの紫外放射によって励起される蛍光物質のフォトル
    ミネセンスとする蛍光ランプであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項又は第2項に記載の放電ランプ。
  4. 【請求項4】前記誘電体多層薄膜がTiO2層とSiO2層とを
    交互に層状に3層以上重ねた反射薄膜からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第3項に記載の放電ランプ。
  5. 【請求項5】前記放電ランプが、グロー放電の陽光性で
    発光する冷陰極放電ランプであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項又は第2項に記載の放電ランプ。
  6. 【請求項6】前記誘電体多層薄膜がTiO2層とSiO2層とを
    交互に層状に9層以上重ねた反射薄膜からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第5項に記載の放電ランプ。
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