JPH0877972A - 蛍光ランプおよびこの点灯装置ならびにこれを用いた光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水銀とアルゴンを封入した蛍光ランプに比べ
て、始動時の光束立上がり特性に優れ、かつ発光効率に
優れた水銀とキセノンを封入した蛍光ランプおよびこの
点灯装置ならびに光源装置および液晶表示装置を提供す
る。 【構成】内面に蛍光体被膜３を形成したバルブ２の端部
に冷陰極４を設け、このバルブ２に水銀およびキセノン
ガスを封入し、放電空間の断面積を２０mm² 以下にし、
ランプの電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下にしたこと
を特徴とする蛍光ランプ。 【作用】バルブ内に水銀およびキセノンガスを封入した
から、始動の光束立上がりに優れ、かつ発光効率の有利
な領域で点灯することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水銀およびキセノンガ
スを封入してなる小形の蛍光ランプおよびこのランプを
パルス点灯するようにした点灯装置ならびにこれを用い
た光源装置および液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、液晶表示装置のバックライト
や、各種メータの表示指針として、小形に形成された冷
陰極蛍光ランプが使用されている。具体例を説明すれ
ば、液晶表示装置のバックライトの光源として用いられ
る冷陰極蛍光ランプの１種は、バルブ内径が２mmで、電
極間距離が９０mmの細長いバルブ内に、水銀と５０Torr
程度のアルゴンＡｒガスが封入されており、バルブの内
面には蛍光体被膜が形成されている。バルブの両端部に
封装された一対の冷陰極間に高周波電圧を印加すると、
バルブ内で放電が発生し、この放電により上記水銀が１
８５nmおよび２５４nmの紫外線を発し、この紫外線が蛍
光体を励起して可視光を発光させる。この時のランプ電
流は５ｍＡであり、輝度は２２０００ｃｄ／ｍ² であ
る。

【０００３】しかしながら、上記冷陰極蛍光ランプは、
発光物質として水銀と、希ガスとしてアルゴンを用いた
低圧水銀ランプであり、蒸発された水銀の原子が電離お
よび励起作用により１８５nmおよび２５４nmの紫外線を
発するものであるため、発光効率は水銀の蒸気圧に依存
する。よって、ランプ電力が小さくバルブ温度が低い場
合は、水銀蒸気圧が低いことから光束が低下し、始動時
の光束立ち上がり特性が良くない。すなわち、周囲温度
が低い場合は、例えば、ランプ電流が１ｍＡ、輝度が５
０００ｃｄ／ｍ² になり、始動時の光束立上がりが遅く
なるという問題がある。

【０００４】このような低温始動の対策として、冷陰極
低圧水銀ランプに代わりキセノン希ガス放電ランプが有
効であることが知られている。キセノン希ガス放電ラン
プは、バルブ内にキセノンまたはキセノンを主体とした
希ガスを封入したランプであり、キセノンから放出され
る主として波長１４７nmおよび１７２nmの紫外線を発光
管バルブの内面に形成した蛍光体被膜で可視光に変換
し、この可視光を発光管の外部へ放出するようになって
いる。

【０００５】この種のキセノン希ガス放電ランプは、水
銀を用いないこと、およびキセノンガスは温度変化の影
響を受け難いことから、温度特性が安定しており、周囲
温度の低い環境で使用しても、光束立上がり特性に優れ
ているという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ランプ
が安定点灯してバルブ温度が高くなると、温度が高いほ
ど水銀を封入したランプの方が、水銀の蒸発が促されて
この水銀による紫外線放出が多くなることから、キセノ
ンガスを封入したランプに比べて光束が増加し、発光効
率の向上が期待できる。したがって、ランプが安定点灯
中は、水銀を封入した蛍光ランプの方が有利である。

【０００７】つまり、低温始動時にはキセノンを封入し
た希ガス放電ランプが有効であり、バルブ温度が所定温
度以上に高くなると逆に水銀を封入した蛍光ランプの方
が有利である。

【０００８】このような折衷案として、従来の水銀＋ア
ルゴン封入タイプの蛍光ランプに代わり、そのアルゴン
に代わってキセノンまたはキセノンを主体とする希ガス
を封入した、いわゆる水銀＋キセノンタイプの蛍光ラン
プが考えられる。

【０００９】このようにすると、低温始動時の光束立上
がりはキセノンの作用により素早く立ち上げることがで
き、また、安定点灯中の光束は蒸発した水銀の発光が期
待でき、よって水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプ
に比べて始動時光束立ち上がり特性に優れ、またキセノ
ン希ガス放電ランプに比べて光束が増加し、発光効率が
向上する。

【００１０】しかしながら、水銀＋キセノン封入タイプ
の蛍光ランプ場合は、所定の温度以上になると、逆に水
銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプに比べて光束が低
下する傾向にある。

【００１１】したがって、本発明者等は、始動の立上が
り特性に優れた水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプ
をバルブ温度の低い条件のみで使用すれば、水銀＋アル
ゴン封入タイプの蛍光ランプに比べてランプ効率のよい
範囲で使用できるものと推察した。

【００１２】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは水銀＋アルゴン封入
タイプの蛍光ランプに比べて、始動の光束立上がり特性
に優れ、かつ発光効率に優れた水銀＋キセノン封入タイ
プの蛍光ランプおよびこの点灯装置ならびにこれを用い
た光源装置および液晶表示装置を提供しようとするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、放電
空間の断面積が２０mm² 以下の発光管バルブと、このバ
ルブ内に定格電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下の放電
を発生させる手段と、上記バルブ内に封入され、上記放
電により紫外線を発する水銀および少なくともキセノン
を含む希ガスと、上記バルブの内側に設けられ、上記水
銀およびキセノンガスから放出された紫外線を受けて発
光する蛍光体被膜と、を具備したことを特徴とする。

【００１４】ここで、バルブ内に放電を発生させる手段
とは、バルブ内に封装された一対の冷陰極であってもよ
く、一方の内部冷陰極と外部電極であってもよく、また
は外部電極のみであってもよい。また、希ガスは、少な
くともキセノンを含み、キセノンにネオン等の他の希ガ
スが混合されていてもよく、要するに希ガスとしてキセ
ノンガスが３０〜１００％の範囲で封入されていればよ
い。さらに、ランプは特定方向に光を放出するアパーチ
ャ形であってもよい。

【００１５】請求項２の発明は、希ガスの封入圧が２０
０Torr以下であり、そのうちキセノンガスの封入圧が２
０Torr以上であることを特徴とする。請求項３の発明
は、発光管バルブの放電空間が断面円形の場合は、内径
を５mm以下にしたことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明は、放電空間の断面積が２
０mm² 以下の発光管バルブと、上記バルブ内に放電を発
生させる手段と、上記バルブ内に封入され、上記放電に
より紫外線を発する水銀および少なくともキセノンを含
む希ガスと、上記バルブの内側に設けられ、上記水銀お
よびキセノンガスから放出された紫外線を受けて発光す
る蛍光体被膜と、を備えた蛍光ランプと、この蛍光ラン
プを電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下で点灯する点灯
手段と、を有することを特徴とする蛍光ランプ点灯装置
である。

【００１７】請求項５の発明は、放電空間の断面積が２
０mm² 以下の発光管バルブと、上記バルブ内に放電を発
生させる手段と、上記バルブ内に封入され、上記放電に
より紫外線を発する水銀および少なくともキセノンを含
む希ガスと、上記バルブの内側に設けられ、上記水銀お
よびキセノンから放出された紫外線を受けて発光する蛍
光体被膜と、を備えた蛍光ランプと、この蛍光ランプを
電流密度が０．１０ｍＡ／mm² 以上、０．４５ｍＡ／mm
² 以下で点灯する点灯手段と、を有することを特徴とす
る蛍光ランプ点灯装置である。

【００１８】請求項６の発明は、請求項５の発光管バル
ブの内径を１．５mm以上、２．５mm以下にしたことを特
徴とする。請求項７の発明は、請求項１ないし請求項３
のいずれか１に記載の蛍光ランプと、休止期間をもつパ
ルス電圧を上記蛍光ランプに印加するパルス電圧供給装
置と、を備えたことを特徴とする蛍光ランプ点灯装置で
ある。

【００１９】請求項８の発明は、上記パルス電圧供給装
置から上記蛍光ランプに印加される休止期間をもつパル
ス電圧は、周波数が３０ｋＨｚ以上、８０ｋＨｚ以下で
あり、デュ−ティ比は２％以上、５０％以下であること
を特徴とする蛍光ランプ点灯装置である。

【００２０】請求項９の発明は、請求項４ないし請求項
８のいずれか１に記載の蛍光ランプ点灯装置と、この蛍
光ランプ点灯装置を組み込んだ光源装置本体と、を備え
たことを特徴とする光源装置である。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項４ないし請求
項８のいずれか１に記載の蛍光ランプ点灯装置と、上記
蛍光ランプ点灯装置を組み込んだ液晶表示装置本体と、
を具備したことを特徴とする液晶表示装置である。

【００２２】

【作用】本発明者等は、上記したように、始動の光束立
上がり特性に有利な水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ラ
ンプを、水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプに比べ
てランプ効率の優れた範囲で使用しようとする場合、バ
ルブ温度の低い条件で使用するのが有効である点に注目
し、ランプの電流密度と発光効率の関係を種々調べた。

【００２３】通常、バルブ温度は、周囲温度ばかりでな
くランプに入力される電気エネルギーよっても変化す
る。ランプに入力される電気エネルギーはランプの電流
密度に関係する。すなわち、安定点灯中のランプの電流
密度が低いと、発光管バルブの温度も低くなる。

【００２４】水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプ
は、ランプの電流密度を大きくすれば光束が増加する。
これに対し、水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプは
始動時の光束は大であるが、電流密度を変化させてバル
ブ温度を変化させても、キセノンの蒸気圧がさほど大き
く変化しないから、光束の増加割合が少ない。よって、
バルブ温度が低いレベルでは、むしろ水銀＋アルゴン封
入タイプの蛍光ランプに比べて光束が高くなる。つま
り、ランプの発光効率が逆転するという現象が発生す
る。

【００２５】そこで、本発明者等は、種々の実験によ
り、水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプの発光効率
が、水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプに比べて有
利になる条件を見出した。

【００２６】この結果、請求項１に記載されているよう
に、ランプの定格電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下に
し、かつ放電空間の断面積を２０mm² 以下にすればよ
い。ランプの電流密度が０．７５ｍＡ／mm² を越える
と、水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプの発光効率
が水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプに比べて低下
するようになる。

【００２７】また、放電空間の断面積が２０mm² を越え
ると、電子温度が低下するとともにキセノンの自己吸収
が増えるから水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ランプに
比べて効率が低下する。

【００２８】請求項２の発明によれば、キセノンの封入
圧を２０Torr以上としたから、キセノンは分子発光され
て長波長側の１７２nmの紫外線を放出することになり、
効率が向上する。

【００２９】請求項３の発明によれば、放電空間の断面
形状が円形である場合は、内径を５mm以下にすれば、キ
セノンの自己吸収が増えず、水銀＋アルゴン封入タイプ
の蛍光ランプに比べて効率が良好になる。

【００３０】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
と同様の作用により、発光効率が水銀＋アルゴン封入タ
イプの蛍光ランプに比べて向上する。また、請求項５の
発明によれば、電流密度が０．１０〜０．４５ｍＡ／mm
² の範囲でランプを点灯するから、一層好ましい範囲と
なる。すなわち、電流密度を０．４５ｍＡ／mm² 以下で
使用すると、従来の水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ラ
ンプに対し効率で１３０％以上の向上が認められ従来の
比べて顕著な有意差が生じる。また、電流密度が０．１
０ｍＡ／mm² 未満では発光量が少なくなり、輝度が低く
なる。

【００３１】請求項６の発明によれば、発光管バルブの
内径を１．５〜２．５mmの範囲にしたから、最高効率の
９５％以上の効率の範囲で使用することができる。請求
項７の発明によれば、水銀＋キセノン封入タイプの蛍光
ランプをパルス点灯するから、光強度が増し、さらに効
率の向上が望める。

【００３２】請求項８の発明によれば、上記蛍光ランプ
を周波数が３０〜８０ｋＨｚで、デュ−ティ比が２〜５
０％の範囲のパルス電圧で点灯するから、効率がすこぶ
る良好になる。

【００３３】請求項９の発明によれば、始動性および効
率に優れた光源装置を提供できる。請求項１０の発明に
よれば、始動性および効率に優れた液晶表示装置を提供
できる。

【００３４】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図８に示す
第１の実施例にもとづき説明する。図１は水銀＋キセノ
ン封入タイプの冷陰極蛍光ランプおよびその点灯装置の
構成を示すもので、１は水銀＋キセノン封入タイプの冷
陰極蛍光ランプ、１０はパルスインバータなどからなる
パルス電圧印加装置、１１は電流制限手段である。

【００３５】蛍光ランプ１は、細長い針状の発光管バル
ブ２を有し、このバルブ２は、例えば内径２．００mm、
したがって断面積が３．１４mm² で、長さ１３０mmの鉛
ガラスにより直管形に形成されている。このバルブ２の
内面には、水銀の発する波長１８５nmおよび２５４nmの
紫外線と、キセノンの発する波長１４７nmおよび１７２
nmの紫外線により発光する蛍光体、例えば３波長発光形
蛍光体からなる蛍光体被膜３が形成されている。３波長
発光形蛍光体は、例えば、赤系蛍光体としてＹ₂ Ｏ₃ ：
Ｅｕ、緑系蛍光体としてＬａＰＯ₄ ：Ｃｅ，Ｔｂ、青系
蛍光体としてＢａＭｇＡｌ₁₄Ｏ₂₃：Ｅｕが用いられてい
る。

【００３６】バルブ２の長手方向両端部には、電極間距
離（放電長）を５mm以上、例えば９０mmとした冷陰極
４，４が封装されている。冷陰極４，４は、それぞれリ
ード線を兼ねる電極軸５に棒形の電極本体６を接合して
構成されており、電極本体６は線径０．５mm、長さ１０
mmのニッケルワイヤにて形成されている。上記電極軸５
は、ガラスと熱膨脹率が近似する金属からなる封着線７
に接続されており、これら封着線７はバルブ２の端部の
封止部８に封着されている。封着線８、８はそれぞれ外
部リード線９、９に接続されている。

【００３７】このような発光管バルブ２には、所定量の
水銀と、所定圧のキセノンＸｅまたはキセノンを主体と
した希ガスが封入されている。希ガスの全封入圧は２０
０Torr以下となっており、そのうちキセノンの封入分圧
は２０Torr以上となっている。本実施例の場合、キセノ
ンＸｅにネオンＮｅを混合した混合ガスが用いられてお
り、例えばキセノンＸｅ６０％、ネオンＮｅ４０％で、
全封入圧は５０Torrとされている。

【００３８】このような構成の冷陰極蛍光ランプ１は、
図１に示すパルスインバータなどのようなパルス電圧印
加装置１０および電流制限手段１１に接続されている。
パルス電圧印加装置１０は、冷陰極４，４間に、休止期
間をもつパルス、すなわち所定のデューティ比をもつパ
ルス電圧を印加するようになっている。この場合、パル
ス周波数は３０〜８０ｋＨｚで、デューティ比τ（ａ／
ａ＋ｂ）は２％以上、５０％以下となっている。

【００３９】このような水銀＋キセノン封入タイプの冷
陰極蛍光ランプ１の場合、上記パルス電圧印加装置１０
および電流制限手段１１により、ランプの安定点灯中に
は１．２ｍＡのランプ電流ＩL が流されるようになって
いる。この場合のランプの電流密度は０．３８ｍＡ／mm
² となる。

【００４０】上記冷陰極蛍光ランプ１は、ランプの安定
点灯中の電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下の範囲とな
っており、バルブ２の断面積が２０mm² 以下の範囲であ
るから、同一構造の水銀およびアルゴンガスを封入した
冷陰極蛍光ランプに比べて発光効率が上回る。

【００４１】すなわち、上記構造の水銀＋キセノン封入
タイプの冷陰極蛍光ランプ１と、これと同一構造の冷陰
極キセノン希ガス放電灯、およびこれと同一構造の水銀
＋アルゴン封入タイプの冷陰極蛍光ランプについて、電
流密度（ｍＡ／mm² ）と、ランプから放出される光の全
光束との関係を測定したところ、図２に示すような特性
が得られた。

【００４２】水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ラ
ンプ１の場合、実線で示す特性Ａのように、電流密度
（ｍＡ／mm² ）を次第に大きくすると、電流密度がほぼ
０．４ｍＡ／mm² までは光束が増大し、さらに電流密度
（ｍＡ／mm² ）を大きくすると光束は飽和し、特性が湾
曲する傾向が見られる。

【００４３】これに対し、キセノン希ガス放電灯の場
合、一点鎖線で示す特性Ｂのように、、電流密度（ｍＡ
／mm² ）を次第に大きくすると、電流密度がほぼ０．２
ｍＡ／mm² までは光束が急激に増大し、さらに電流密度
（ｍＡ／mm² ）を大きくすると光束は飽和し、むしろ若
干減少する傾向が見られた。しかし、キセノン希ガス放
電灯は上記水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ラン
プ１に比べて全光束が低いという不具合がある。

【００４４】これに対し、水銀＋アルゴン封入タイプの
冷陰極蛍光ランプの場合は、破線で示す特性Ｃのよう
に、電流密度（ｍＡ／mm² ）を次第に大きくすると、光
束はほぼ直線的に増加する。

【００４５】図２から分かるように、特性Ａと特性Ｃは
互いに交わる点があり、電流密度（ｍＡ／mm² ）がこの
交点よりも低い領域では水銀＋キセノン封入タイプの冷
陰極蛍光ランプ１の光束が、水銀＋アルゴン封入タイプ
の冷陰極蛍光ランプの光束を上回る。すなわち、特性Ａ
と特性Ｃの交わる点は電流密度が０．７５ｍＡ／mm²で
あり、よって電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下の領域
では、水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ランプ１
を、水銀＋アルゴン封入タイプの冷陰極蛍光ランプより
も明るい状態で点灯することができる。

【００４６】次に、本発明者等は、電流密度（ｍＡ／mm
² ）とランプの発光効率との関係を調べた。この結果を
図３に示す。水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ラ
ンプ１の場合、実線Ａで示すように、電流密度（ｍＡ／
mm² ）を次第に大きくすると、発光効率は緩やかに低下
する。これに対し、キセノン希ガス放電灯の場合、一点
鎖線Ｂで示すように、電流密度（ｍＡ／mm² ）を次第に
大きくすると、発光効率は双曲線的に低下する。また水
銀＋アルゴン封入タイプの冷陰極蛍光ランプの場合は、
破線Ｃで示すように、電流密度（ｍＡ／mm² ）を次第に
大きくすると、発光効率はほぼ直線的に増大する。この
場合も特性Ａと特性Ｃの交わる点、すなわち電流密度が
０．７５ｍＡ／mm² の点より小さい領域では、水銀＋キ
セノン封入タイプの冷陰極蛍光ランプ１が水銀＋アルゴ
ン封入タイプの冷陰極蛍光ランプに比べて発光効率の良
くなることが確認できる。

【００４７】さらに、本発明者等は、発光管バルブの内
径とランプの発光効率との関係を調べた。この結果を図
４に示し、図４から、水銀＋キセノン封入タイプの冷陰
極蛍光ランプ１が水銀＋アルゴン封入タイプの冷陰極蛍
光ランプに比べて発光効率で上回るのは、バルブ内径が
５mm以下となる場合であることが確認された。これは、
バルブ内径を５mm以下にすれば、キセノンガスの１４７
nmおよび１７２nmの自己吸収が少なくなり、光出力が上
昇するものと考えられる。

【００４８】上記発光管バルブの内径を５mm以下にする
ということは、放電空間の断面形状が円形の場合にはそ
れでよいが、放電空間の断面形状円形でない場合は放電
空間の断面積で考えればよい。図５は、発光管における
放電空間の断面積とランプの発光効率との関係を示すも
のであり、同図から、放電空間の断面積は２０mm² 以下
にすれば、水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ラン
プ１が水銀＋アルゴン封入タイプの冷陰極蛍光ランプに
比べて発光効率が向上することが確認された。これは上
記したようにキセノンガスの自己吸収が少なくなるとと
ともに、電子温度の低下が抑止されるためと考えられ
る。なお、断面積が１mm² 以下になると、電流密度が過
大となり、累積電離が増大し、発光管の壁からの熱損失
が割合として大きくなるから、効率が低下する。

【００４９】このような実験結果から、水銀＋キセノン
封入タイプの冷陰極蛍光ランプ１は、ランプの安定点灯
中の電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下とし、かつ放電
空間の断面積は２０mm² 以下、すなわちバルブ２の内径
を５mm以下にすれば、同一構造の水銀およびアルゴンガ
スを封入した冷陰極蛍光ランプに比べて、発光効率が上
回ることになり、よって始動時の光束立上がりおよび発
光効率の優れた条件で使用できることになる。

【００５０】さらにまた、上記水銀＋キセノン封入タイ
プの冷陰極蛍光ランプ１は、ランプの安定点灯中の電流
密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下とし、かつ放電空間の断
面積は２０mm² 以下、すなわちバルブ２の内径を５mm以
下にすれば、同一構造のキセノン希ガス放電灯に比べて
も発光効率が上回ることになり、よって始動時の光束立
上がりおよび発光効率の優れた条件で使用できることに
なる。

【００５１】そして、一層好ましい使用範囲は、ランプ
の電流密度を０．１０ｍＡ／mm² 以上、０．４５ｍＡ／
mm² 以下で点灯することが望ましい。すなわち、電流密
度が０．４５ｍＡ／mm² 以下であれば、従来の水銀＋ア
ルゴン封入タイプの蛍光ランプに比べて１３０％以上の
効率を得ることができ、さらに電流密度が０．３０ｍＡ
／mm² 以下であれば従来の水銀＋アルゴン封入タイプの
蛍光ランプに比べて２００％以上の効率を得ることがで
き、よって、従来に比べて顕著な有意差が生じる。

【００５２】また、電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下
であれば効率は向上するが、電流密度が０．１０ｍＡ／
mm² 以下の場合は光束が低下し、輝度が２２０００ｃｄ
／ｍ² 以下になり、発光量が少なくなるから好ましくな
い。

【００５３】そして、ランプの電流密度を０．１０ｍＡ
／mm² 以上、０．４５ｍＡ／mm² 以下で点灯する場合
は、発光管バルブの内径を１．５mm以上、２．５mm以下
にするのがよい。これは、図４から理解できる通り、水
銀＋キセノン封入タイプの本ランプは、バルブの内径が
２mmの場合に最大効率を示す。最大効率が９５％以上の
範囲で使用すれば、有効な使用範囲と認められ、よって
図４の特性から、最大効率が９５％以上の範囲を求める
と、バルブの内径を１．５mm以上、２．５mm以下にすれ
ばよいことが確認できる。これは放電空間の断面積に換
算すると、断面積を１．８mm² 以上、５mm² 以下にすれ
ばよいことを示している。

【００５４】また、上記水銀＋キセノン封入タイプの冷
陰極蛍光ランプ１をパルス点灯すると、パルスの休止期
間にキセノンイオンが再結合することによる放射を生
じ、いわゆるアフターグローが発生するため、このアフ
ターグローにより紫外線が放射され、よって発光効率が
高くなる。この場合、パルスの周波数は４０〜８０ｋＨ
ｚ、例えば６０ｋＨｚを使用し、そのデューティ比τ
（ａ／ａ＋ｂ）は２％以上で２０％以下、例えば４〜１
０％が望ましい。

【００５５】周波数とデューティ比について、調べた結
果を図６ないし図８に示す。図６は周波数と発光効率と
の関係を示す特性図であり、それぞれの特性はデューテ
ィ比τを１０％、５０％および７５％に変えた場合を示
す。この図から、いずれのデューティ比の場合でも、効
率は周波数がほぼ６０ｋＨｚ付近の場合にピーク値を示
すことが判る。そして、それぞれの特性において、ピー
ク効率の９０％以上の効率が得られる範囲は、周波数が
３０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲であり、つまり周波数を
３０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲に規制すれば良好な効率
が得られることが判る。

【００５６】また、図７はデューティ比τ（ａ／ａ＋
ｂ）を変化した場合の発光効率を示す。この特性からピ
ーク効率の９０％以上が得られる範囲は、デューティ比
を２％以上で５０％以下にするのがよく、好ましくは４
〜２０％の範囲がよい。この理由は以下の通りである。
すなわち、水銀とキセノンを封入したランプをパルス点
灯すると、図８に示すような紫外線出力が得られる。つ
まり、パルスが印加されている場合にはＩゾーンの紫外
線出力が生じ、パルスの休止期間にはIIゾーンの紫外線
出力が生じる。これはキセノンガスの特質によるもの
で、キセノンはパルスの休止期間中にキセノンイオンが
再結合することにより放射を生じ、いわゆるアフターグ
ローが発生する。このアフターグローによりパルスの休
止期間に紫外線を放射する。したがって、パルスの印加
中におけるＩゾーンの紫外線出力は水銀とキセノンの両
者から放射される紫外線であり、パルス休止期間のIIゾ
ーンの紫外線出力は、主としてキセノンのアフターグロ
ーによる出力である。

【００５７】発光効率を高くするには、パルス休止期間
のIIゾーンの紫外線出力を増やせばよく、すなわちキセ
ノンの発光を利用すればよいから、休止期間を長くする
と有利になる。この点からデューティ比を比較的長く
し、しかしながら２０％以下にするのがよく、デューテ
ィ比が２０％以下であればピーク効率の９０％以上の効
率を期待できる。しかしながら、デューティ比を２０％
以下にするような回路は、実際上実現不可能であり、実
際にはデューティ比は５０％以下になる。

【００５８】デューティ比が低すぎると、パルス印加中
における水銀の発光が期待できなくなり、水銀発光を利
用するためには少なくともデューティ比を２％以上にす
る必要がある。

【００５９】この結果、デューティ比は２％以上で５０
％以下にするのがよく、好ましくは４〜２０％の範囲が
よい。ところで、キセノンまたはキセノンを主体とした
希ガスの全封入圧は、２００Torr以下にする必要があ
る。希ガスの全封入圧を２００Torr以上に設定すると、
希ガスの自己吸収が増して効率が低下し、しかも、この
種のランプは細いバルブであるから、強度不足により破
損が心配される。このため、希ガスの全封入圧は、２０
０Torr以下がよい。

【００６０】また、希ガス全体の封入圧が２００Torr以
下であっても、キセノンの分圧は２０Torr以上に設定さ
れる。この理由は以下の通りである。つまり、キセノン
は１４７nmの紫外線と１７２nmの紫外線を放射するが、
１４７nmの紫外線放射は主として原子発光であり、これ
に対し１７２nmの紫外線放射は主として分子発光であ
る。キセノンの封入ガス圧が、例えば１０〜２０Torr程
度に低い場合は、原子発光となり、１４７nmの紫外線放
射が多くなる。しかし、一般に蛍光ランプに用いられて
いる蛍光体は、その感応紫外線領域が水銀から放射され
る紫外線（２５４nm）に適合するように開発されてお
り、比較的長波長側の紫外線域にある。つまり、上記原
子発光によって１４７nmの紫外線を発するよりも、分子
発光によってそれよりも長波長側の１７２nmの紫外線を
発する方が有利である。したがって、キセノンは原子発
光よりも分子発光をさせる方がよく、このためキセノン
の封入ガス圧は２０Torr以上の高い圧力に設定する方が
有利である。

【００６１】なお、ランプに印加する高周波の電圧波形
は、図８に示すパルス波形に限らず、図９の（Ａ）およ
び（Ｂ）に、それぞれ第２および第３の実施例として示
すような電圧波形であってもよい。これらの電圧波形の
場合も、デューティ比は、（ａ／ａ＋ｂ）で表される。

【００６２】上記した水銀＋キセノン封入タイプの冷陰
極蛍光ランプ１は、例えば、第４の実施例としての図１
０および図１１に示す液晶表示装置のバックライトとし
て使用できる。

【００６３】図１０および図１１に示す液晶表示装置
は、液晶表示板２０の背面に光拡散導光板２１が重ねて
配置されており、この光拡散導光板２１は、乳白色のア
クリル樹脂などからなり、下面および一側面を除く３方
向の側面がケ−シング２２により囲まれている。このケ
−シング２２は内面が反射面２３をなしている。上記ケ
−シング３２の一側に形成された開放面には、光源とし
ての前記水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ランプ
１が配置されている。

【００６４】冷陰極蛍光ランプ１は、ケ−シング２２の
一側に形成された開放面に対向して連結された円筒形反
射体２５に収容されている。円筒形反射体２５の内面は
反射面２６をなしており、上記ランプ１はランプ軸が上
記反射体２５の中心線と一致するようにしてこの反射体
２５に収容されている。円筒形反射体２５は、前記ケ−
シング２２の一側に形成された開放面に対向する側壁が
開口されており、上記希ガス放電灯１から放出された光
は、全て光拡散導光板２１の一側面に導入されるように
なっている。

【００６５】そして、上記冷陰極蛍光ランプ１は、図１
に示されたパルス電圧印加装置１０からパルス電圧が印
加されて点灯されるようになっており、このランプ１か
ら放出される光は反射体２５の内面反射面２６で反射さ
れ、光拡散導光板２１の一側面に導入される。この光拡
散導光板２１に導入された光は、この光拡散導光板２１
内で拡散し、かつケ−シング２２の内面に形成した反射
面２３で反射され、光拡散導光板２１の上面に向かわさ
れる。このため、光拡散導光板２１の上面では全体に亘
り略均等な明るさとなり、この面に重ねて配置された液
晶表示板２０をこの背面から均等に照射するようにな
る。

【００６６】このような液晶表示装置においては、水銀
＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ランプ１の始動時の
立上がり特性が良好であり、しかも安定点灯中の発光効
率が良いから、液晶表示装置としての始動時の性能およ
び使用中の表示性能が向上する。

【００６７】なお、上記実施例の場合、水銀＋キセノン
封入タイプの冷陰極蛍光ランプ１は、バルブ２の両端内
部に冷陰極４，４を封装したが、放電を維持する手段は
これに限らず、例えばバルブ２の一端に冷陰極４を封装
するとともにバルブの外に外部電極を設け、これら内部
の冷陰極４と外部の電極間でバルブ内に放電を発生させ
るようにしてもよい。

【００６８】また、図１２および図１３に第５の実施例
として示す水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプ３０
のように、バルブ３１の外部に、互いに対向してそれぞ
れ帯状をなす一対の外部電極３２，３２を設け、これら
外部電極３２，３２をパルス電圧印加装置１０および電
流制限手段１１に接続することにより、バルブ３１内に
放電を発生させるようにしてもよい。なお、バルブ３１
内には、前記した条件の範囲で所定量の水銀と、所定圧
のキセノンＸｅまたはキセノンを主体とした希ガスが封
入されている。さらに、バルブ３１の内面には、水銀お
よびキセノンＸｅから発せられる紫外線に吸収帯をもつ
蛍光体被膜３３が形成されている。

【００６９】このような構造の外部電極形の水銀＋キセ
ノン封入タイプの蛍光ランプ３０であっても、ランプの
安定点灯中の電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以下にし、
かつ放電空間の断面積を２０mm² 以下、つまりバルブ３
１の内径を５．０mm以下にすれば、同一構造の水銀＋ア
ルゴンガスを封入した蛍光ランプに比べて始動特性に優
れ、かつ発光効率が上回り、効率の優れた条件で使用す
ることができる。

【００７０】また、本発明は液晶表示装置のバックライ
トに使用する蛍光ランプに限らず、例えば各種メータに
使用される自己発光形の指針としての細径の蛍光ランプ
であってもよい。

【００７１】さらに、キセノンガスは、これにアルゴ
ン、ネオンまたはクリプトンなどの、他の希ガスが混合
されていてもよく、要するに希ガスとしてキセノンが３
０〜１００％の範囲で封入されていればよい。

【００７２】さらにまた、特定方向の発光強度を強くし
たアパーチャ形蛍光ランプであっても実施可能である。
また、本発明の蛍光ランプは、図１４の（Ａ）および
（Ｂ）に示す第６の実施例のような構造であってもよ
い。

【００７３】図１４の（Ａ）および（Ｂ）に示す第６の
実施例のランプは、発光管バルブがベースガラス６０の
上下両面に、下カバーガラス６１および上カバーガラス
６２を接合して構成されており、ベースガラス６０には
例えばＵ字形の屈曲した溝６３が形成されており、した
がってこれらベースガラス６０と下カバーガラス６１お
よび上カバーガラス６２とで囲まれた空間にＵ字形の屈
曲した放電路６４が形成されている。この放電路６４の
両端部に、例えばニッケル棒などからなる冷陰極６５、
６５が封装されており、これら冷陰極６５、６５はパル
スインバータ１０および電流制限手段１１に接続されて
いる。パルスインバータ１０は、周波数が３０〜８０ｋ
Ｈｚで、デュ−ティ比が２％以上５０％以下のパルス電
圧を供給する。放電路６４の内面には図示しない蛍光体
被膜が形成されており、この放電路６４には、水銀と、
キセノン、またはキセノンを主体とした希ガスが前記し
た条件の範囲で封入されている。

【００７４】このような構造の蛍光ランプであっても、
ランプの安定点灯中の電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以
下にし、かつ放電路６４の断面積を２０mm² 以下にすれ
ば、始動時の光束立上がり特性に優れ、発光効率の優れ
た条件で使用することができる。

【００７５】また、図１５の（Ａ）および（Ｂ）に示す
第７の実施例であってもよい。図１５の（Ａ）および
（Ｂ）に示す第７の実施例のランプは、発光管バルブを
構成するベースガラス７０の上下両面に、下カバーガラ
ス７１および上カバーガラス７２を接合したものであ
り、ベースガラス７０には、放射方向に伸びる多数の溝
７３…が形成されている。したがってこれらベースガラ
ス７０と下カバーガラス７１および上カバーガラス７２
とで囲まれた空間に、放射方向に伸びる放電路７４…が
形成されている。この放射方向に伸びる放電路７４…は
ベースガラス７０の中央部で相互に連通しており、この
中央部に共通電極としての陰極７５を配置してあるとと
もに、各放射方向に伸びる放電路７４…の先端部にはそ
れぞれ例えばニッケル棒などからなる陽極７６…が封装
されている。これら陰極７５と陽極７６…は、それぞれ
図示しないパルスインバータおよび電流制限手段に接続
されている。

【００７６】放電路７４…の内面には図示しない蛍光体
被膜が形成されており、これら放電路７４…には、水銀
と、キセノンまたはキセノンを主体とした希ガスが前記
した条件の範囲で封入されている。

【００７７】このような構造の蛍光ランプであっても、
ランプの安定点灯中の電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以
下にし、かつ放電路７４…のそれぞれ断面積を２０mm²
以下にすれば、始動時の光束立上がり特性に優れ、発光
効率の優れた条件で使用することができる。

【００７８】さらに、図１６の（Ａ）および（Ｂ）に示
す第８の実施例のランプは、発光管バルブを構成する筒
形に形成されたベースガラス８０の側壁に、それぞれ軸
方向に伸びる円形または他の形状の多数の放電路８１…
を、互いに周方向に並ぶように形成してあり、これら放
電路８１…の両端部に、例えばニッケル棒などからなる
冷陰極８２、８２が封装されており、これら冷陰極８
２、８２は図示しないパルスインバータおよび電流制限
手段に接続されている。

【００７９】それぞれの放電路８１…の内面には図示し
ない蛍光体被膜が形成されており、これら放電路８１…
には、水銀、キセノンまたはキセノンを主体とした希ガ
スが前記した条件の範囲で封入されている。

【００８０】このような構造の蛍光ランプであっても、
ランプの安定点灯中の電流密度を０．７５ｍＡ／mm² 以
下にし、かつ放電路８１の断面積を２０mm² 以下にすれ
ば、始動時の光束立上がり特性に優れ、発光効率の優れ
た条件で使用することができる。これら図１４ないし図
１６の各実施例から、放電路６４、７４、８１の断面形
状は、円形、四角、その他種々の形状であってよい。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、従来の水銀＋アルゴン封入タイプの低圧水銀ラン
プに比べて始動時の光束立上がり特性に優れ、しかも発
光効率にも優れた水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ラン
プを提供することができる。

【００８２】請求項２の発明によれば、キセノンの封入
圧を２０Torr以上としたから、キセノンは分子発光され
て長波長側の１７２nmの紫外線を放出することになり、
効率が向上する。

【００８３】請求項３の発明によれば、放電空間の断面
形状が円形である場合は、内径を５mm以下にすれば、キ
セノンの自己吸収が増えず、水銀＋アルゴン封入タイプ
の蛍光ランプに比べて効率が良好になる。

【００８４】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
と同様の作用により、発光効率が水銀＋アルゴン封入タ
イプの蛍光ランプに比べて向上する。また、請求項５の
発明によれば、電流密度が０．１０〜０．４５ｍＡ／mm
² の範囲でランプを点灯するから、一層好ましい範囲と
なる。すなわち、電流密度を０．４５ｍＡ／mm² 以下で
使用すると、従来の水銀＋アルゴン封入タイプの蛍光ラ
ンプに対し効率で１３０％以上の向上が認められ従来の
比べて顕著な有意差が生じる。また、電流密度が０．１
０ｍＡ／mm² 未満では発光量が少なくなり、輝度が低く
なる。

【００８５】請求項６の発明によれば、発光管バルブの
内径を１．５〜２．５mmの範囲にしたから、最高効率の
９５％以上の効率の範囲で使用することができる。請求
項７の発明によれば、水銀＋キセノン封入タイプの蛍光
ランプをパルス点灯するから、光強度が増し、さらに効
率の向上が望める。

【００８６】請求項８の発明によれば、上記蛍光ランプ
を周波数が３０〜８０ｋＨｚで、デュ−ティ比が２〜５
０％の範囲のパルス電圧で点灯するから、効率がすこぶ
る良好になる。

【００８７】請求項９の発明によれば、始動性および効
率に優れた光源装置を提供できる。請求項１０の発明に
よれば、始動性および効率に優れた液晶表示装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る水銀＋キセノン封
入タイプの冷陰極蛍光ランプの断面図。

【図２】電流密度と相対全光束との関係を示す特性図。

【図３】電流密度と相対発光効率との関係を示す特性
図。

【図４】バルブ内径と相対発光効率との関係を示す特性
図。

【図５】放電空間の断面積と相対発光効率との関係を示
す特性図。

【図６】周波数と発光効率との関係を示す特性図。

【図７】デューティ比と発光効率との関係を示す特性
図。

【図８】パルスの印加時期と紫外線出力の変化を示す特
性図。

【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２
の実施例および第３の実施例の異なる電圧波形を示す
図。

【図１０】本発明の第４の実施例を示し、図１の冷陰極
蛍光ランプをバックライト光源として用いた液晶表示装
置の分解した斜視図。

【図１１】同液晶表示装置の断面図。

【図１２】本発明の第５の実施例に係る水銀＋キセノン
封入タイプの蛍光ランプの断面図。

【図１３】同放電灯の断面図。

【図１４】本発明の第６の実施例を示し、（Ａ）図は蛍
光ランプ全体の分解した斜視図、（Ｂ）図は（Ａ）図の
Ａ−Ａ線に沿う断面図。

【図１５】本発明の第７の実施例を示し、（Ａ）図は蛍
光ランプ全体の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＡ−Ａ線
に沿う断面図。

【図１６】本発明の第８の実施例を示し、（Ａ）図は蛍
光ランプ全体の断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＡ−Ａ線
に沿う断面図。

【符号の説明】

１…水銀＋キセノン封入タイプの冷陰極蛍光ランプ ２…バルブ ３…蛍光体被膜 ４…冷陰極 １０…パルス電圧印加装置 １１…電流制限手段 ２０…液晶表示板 ２１…光拡散導光板 ２５…反射体 ３０…水銀＋キセノン封入タイプの蛍光ランプ ３１…バルブ ３２…外部電極 ３３…蛍光体被膜。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電空間の断面積が２０mm² 以下の発光
   管バルブと、 上記バルブ内に定格電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下
   の放電を発生させる手段と、 上記バルブ内に封入され、上記放電により紫外線を発す
   る水銀および少なくともキセノンを含む希ガスと、 上記バルブの内側に設けられ、上記水銀およびキセノン
   ガスから放出された紫外線を受けて発光する蛍光体被膜
   と、 を具備したことを特徴とする蛍光ランプ。
2. 【請求項２】 希ガスの封入圧は２００Torr以下であ
   り、そのうちキセノンガスの封入圧は２０Torr以上であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 【請求項３】 発光管バルブの内径が５mm以下であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蛍光ラ
   ンプ。
4. 【請求項４】 放電空間の断面積が２０mm² 以下の発光
   管バルブと、 上記バルブ内に放電を発生させる手段と、 上記バルブ内に封入され、上記放電により紫外線を発す
   る水銀および少なくともキセノンを含む希ガスと、 上記バルブの内側に設けられ、上記水銀およびキセノン
   ガスから放出された紫外線を受けて発光する蛍光体被膜
   と、 を備えた蛍光ランプと、 この蛍光ランプを電流密度が０．７５ｍＡ／mm² 以下で
   点灯する点灯手段と、を有することを特徴とする蛍光ラ
   ンプ点灯装置。
5. 【請求項５】 放電空間の断面積が２０mm² 以下の発光
   管バルブと、 上記バルブ内に放電を発生させる手段と、 上記バルブ内に封入され、上記放電により紫外線を発す
   る水銀および少なくともキセノンを含む希ガスと、 上記バルブの内側に設けられ、上記水銀およびキセノン
   ガスから放出された紫外線を受けて発光する蛍光体被膜
   と、 を備えた蛍光ランプと、 この蛍光ランプを電流密度が０．１０ｍＡ／mm² 以上、
   ０．４５ｍＡ／mm² 以下で点灯する点灯手段と、 を有することを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。
6. 【請求項６】 発光管バルブの内径が１．５mm以上、
   ２．５mm以下であることを特徴とする請求項５に記載の
   蛍光ランプ点灯装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項３のいずれか１に
   記載の蛍光ランプと、 休止期間をもつパルス電圧を上
   記蛍光ランプに印加するパルス電圧供給装置と、を備え
   たことを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。
8. 【請求項８】 上記パルス電圧供給装置から上記蛍光ラ
   ンプに印加される休止期間をもつパルス電圧は、周波数
   が３０ｋＨｚ以上、８０ｋＨｚ以下であり、デュ−ティ
   比が２％以上、５０％以下であることを特徴とする請求
   項７に記載の蛍光ランプ点灯装置。
9. 【請求項９】 請求項４ないし請求項８のいずれか１に
   記載の蛍光ランプ点灯装置と、 上記蛍光ランプ点灯装置を組み込んだ光源装置本体と、 を備えたことを特徴とする光源装置。
10. 【請求項１０】 請求項４ないし請求項８のいずれか１
    に記載の蛍光ランプ点灯装置と、 上記蛍光ランプ点灯装置を組み込んだ液晶表示装置本体
    と、 を具備したことを特徴とする液晶表示装置。