JPH11102795A

JPH11102795A - 無電極ランプ

Info

Publication number: JPH11102795A
Application number: JP26151897A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Fujine; 俊之藤根; Takanori Hara; 孝則原; Takashi Kimura; 喬木村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】低い発光開始電圧で、かつ良好な発光効率を
有する無電極ランプを提供する。【解決手段】発光物質を封入したランプ容器と、マイ
クロ波を発生させるためのマイクロ波発生装置と、マイ
クロ波をランプ容器に導入するための導波管またはスト
リップラインおよびコイルとを具備し、ランプ容器内の
ガスをプラズマ化し、発光させる無電極ランプにおい
て、ランプ容器内部に磁力を発生させるための磁場発生
手段をランプ容器近傍に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
ー用のランプ、自動車用ヘッドライト、液晶ディスプレ
イ用バックライト等に好適に用いられる無電極ランプに
関するもである。

【０００２】

【従来の技術】従来の無電極ランプは、特開平５−２６
６９８７号公報、特開平７−５７７０２号公報などに開
示されるように、マイクロ波発生手段により発生させた
マイクロ波を、マイクロストリップライン等により伝送
し、ランプ容器端部に設置したコイル等によりランプ容
器内部へマイクロ波を供給し、ランプ容器内部のガスを
プラズマ化し、発光させていた。

【０００３】また、別の手段として、特開平１−２２１
８９６号公報、特開平７−２７２６９７号公報に等に開
示されるように、マイクロ波を導波管等により伝送し、
空洞共振器により、ランプ内部へマイクロ波を供給し、
ランプ内部のガスをプラズマ化し、発光させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無電極ランプにおいては、以下に述べる問題点を有して
いた。第１に、ランプ内部で起こる気体放電現象は、放
電管、即ちランプサイズの影響を大きく受けるため、ラ
ンプサイズが小さくなると放電しずらいという問題であ
る。このため、サイズが小さいものほど、放電開始マイ
クロ波電力を大きくしなければならず、放電発光して
も、ランプの発光効率（明るさ／消費電力）が低下す
る。また、発光開始後においても、プラズマがマイクロ
波を十分に効率よく吸収しないため、印加電圧を上げて
も、明るくなりにくい。

【０００５】そこで、本発明はかかる課題を解決するた
めになされたものであり、低い発光開始電圧で、かつ良
好な発光効率を有する無電極ランプを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記
載の無電極ランプは、発光物質を封入したランプ容器
と、マイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生装置
と、マイクロ波をランプ容器に導入するための導波管ま
たはストリップラインおよびコイルとを具備し、ランプ
容器内のガスをプラズマ化し、発光させる無電極ランプ
において、ランプ容器内部に磁力を発生させるための磁
場発生手段をランプ容器近傍に配置することを特徴とす
る。

【０００７】本発明による請求項２記載の無電極ランプ
は、前記磁場発生手段により発生される磁場強度が、ラ
ンプ容器内部において、電子サイクロトロン共鳴条件以
上の磁束密度を与えること強度であることを特徴とす
る。

【０００８】さらに、好ましくは前記ランプ容器の内径
が３ｍｍφ以下の略球体であることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】マイクロ波無電極ランプにおい
て、マイクロ波による電界によりランプ内部の電子は加
速され、中性子ガス粒子などに衝突し、ガス粒子を励起
する。このように励起された粒子のうち、イオン化され
た粒子、共鳴準位に励起された粒子が、基底状態や他の
準位に遷移する際に、光エネルギーを放出することによ
り発光する。

【００１０】そこで、本発明をより具体的に図面を用い
て説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す図で
ある。マグネトロン、ＧａＡｓのＦＥＴ等のマイクロ波
発生装置１により発生したマイクロ波は、まず導波管２
に導かれ、空洞共振器３に供給される。空洞共振器３は
金属メッシュにより、円筒状の形状を有しており、その
大きさは、マイクロ波の周波数により、適宜決定され
る。ランプ容器４はこの空洞共振器３において、最も電
界が強い場所に配置され、石英棒等の支持体５により支
持される。さらに、空洞共振器３の外側に、ソレノイド
コイルや永久磁石などより構成される磁場発生手段６を
配置する。図１において、磁力線は矢印７に示す方向に
発生する。

【００１１】上記実施形態にかかる電子の運動につい
て、以下に説明する。例えば、図２に示すように、従来
技術のように磁力線が無い場合は、マイクロ波電界によ
る電子軌道が直線的なもの（図２（ａ））であって、即
ち、ランプ容器４内部において、電子８はマイクロ波に
よる電界方向９に直線的な軌道を取る。電子は、直線的
にランプ管壁に向かって運動し、マイクロ波の周期で、
その方向を反転させることとなる。

【００１２】しかし、本発明の無電極ランプによれば、
ランプ容器内部に磁力線を発生させるために、電子軌道
が螺旋状の回転を伴うもの（図２（ｂ））となる。すな
わち、磁力線がランプ容器４内部に発生するため、電子
８は磁力線の回りを螺旋状に回転運動１０をすることに
なる。そのため、電子がランプの管壁へ衝突するまでの
運動距離について、磁場が無いときに比べて長くなるこ
とになる。よって、１つの電子が励起するガス粒子数
が、磁場が無いときに比べて多くなり、発光効率を高め
ることにつながる。さらに、磁場強度が電子サイクロト
ロン共鳴条件以上の場合、この効果は顕著となるがわか
った。すなわち、図２（ｂ）に示すような電子軌道を確
実に得るには、マイクロ波周波数と磁束密度がある一定
の関係を満たすことが必要、かつ効果的である。言い換
えると、電子サイクロトロン共鳴条件以上を満たす必要
があり、該条件は、周波数ｆ（Ｈｚ）、磁束密度Ｂ
（Ｔ）が以下の式を満足することである。

【００１３】ｆ＝１．７６×１０¹¹×Ｂ／２π また、磁場による電子の回転運動の回転半径（ジャイロ
半径、またはラーモア半径とも称される）ｒは、ｒ＝３．３７×１０^-6√Ｔｅ／Ｂここで、Ｔｅは電子温度（ｅＶ）を表す。

【００１４】通常用いられるマイクロ波の周波数は２．
４５ＧＨｚである。この場合、電子サイクロトロン共鳴
条件を満たす磁束密度は、上式より、０．０８７５
（Ｔ）以上となる。また、ジャイロ半径は、電子温度
１ｅＶの場合、０．０３８５ｍｍとなる。

【００１５】例えば、図１において、マイクロ波の周波
数２．４５ＧＨｚである場合、磁場発生手段により、ラ
ンプ容器４内部において、発生される磁場の強度を０．
０８７５Ｔ以上となるように設定すると、ランプ内部に
おいて、電子がランプ管壁に衝突し、そのエネルギーを
消失するまでの運動距離が、磁場が無い場合において、
非常に長いものとなる。また、電子の回転運動の半径も
ランプ管サイズに比べて非常に小さく、回転運動に起因
した、電界と直角方向のランプ管壁への衝突による電子
のエネルギーを消失の影響も無視できる。よって、マイ
クロ波の吸収が効率よく行われ、低い発光開始電力で、
効率よく発光させることが可能となった。

【００１６】例えば、従来の磁場が無い無電極ランプに
おいて、ランプ容器４の内径５ｍｍφで１ｋＷの発光開
始電力を必要とし、３ｍｍφでは、前記電力では発光を
開始しなかったが、本発明による磁場をかけた無電極ラ
ンプにおいては、内径３ｍｍφでも１ｋＷの発光開始電
力により、発光させることが可能となった。

【００１７】すなわち、従来の無電極ランプにおいて、
発光させることが困難、或いは発光後の投入電力に対す
る発光効率が低いような、ランプ内径が小さいもの、特
に３ｍｍφ以下のような無電極ランプに対して、特に有
効である。

【００１８】次に、第２の実施形態を図３を用いて説明
する。マイクロ波発生装置１により発生したマイクロ波
は、ストリップライン１１に伝送され、ストリップライ
ン１１に連結されたコイル１２により、ランプ容器４に
マイクロ波が供給される。さらに、ソレノイドコイルや
永久磁石等により構成される磁場発生手段６を、ランプ
容器の両端側部に配置することにより、磁力線を発生さ
せる。この構成によっても、上記実施形態１と同様に、
低い発光開始電力にて、高い発光効率の無電極ランプを
得ることができた。

【００１９】次に、第３の実施形態を図４を用いて説明
する。装置構成は上記実施形態２とほぼ同じであるが、
磁場発生手段６をランプ容器中心部の底部、もしくは上
部に配置させ、磁力線を発生させている。また、この構
成によっても、上記実施形態１と同様に、低い発光開始
電力にて、高い発光効率の無電極ランプを得ることがで
きた。実施形態に示すようなランプ形状は、本発明の効
果を左右するものでなく、無電極ランプの使用目的に応
じて、適宜形状選択して用いることができることは言う
までもない。

【００２０】上記実施形態において、ランプ容器に封入
されるガス材料は、従来の無電極ランプにおいて、通常
用いられている種々のもの、例えば、キセノン、クリプ
トン、アルゴンもしくはネオンガスを適用でき、好まし
くは、少量のアルゴンガスを含むネオン等のペンニング
ガスであり、さらには、水銀、硫黄、ヨウ化物等の封入
物等を適用できることは言うまでもない。また、上記ラ
ンプ内封入物の圧力、組成は必要とさせる輝度や発光波
長により適宜選択するれば良い。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、低い発光開始電力で、
良好な発光効率を有する無電極ランプを提供することが
可能となる。

【００２２】特に、従来、発光開始電力が高かったよう
な小さいサイズのランプ容器、例えば、内径３ｍｍφ以
下のランプ容器においても、容易に、かつより低い発光
開始電力で発光させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１にかかる無電極ランプの構成概略図
である。

【図２】（ａ）は従来のランプ内部の電子の運動状態
（軌道）を示す模式図であり、（ｂ）は本発明によるラ
ンプ内部の電子の運動状態（軌道）を示す模式図であ
る。

【図３】実施形態２にかかる無電極ランプの構成概略図
である。

【図４】実施形態３にかかる無電極ランプの構成概略図
である。

【符号の説明】

１マイクロ波発生装置２導波管３空洞共振器４ランプ容器５支持体６磁場発生手段７磁力線８電子９、１０電子の運動状態（軌道）１１ストリップライン１２コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光物質を封入したランプ容器と、マイ
クロ波を発生させるためのマイクロ波発生装置と、マイ
クロ波をランプ容器に導入するための導波管またはスト
リップラインおよびコイルとを具備し、ランプ容器内の
ガスをプラズマ化し、発光させる無電極ランプにおい
て、ランプ容器内部に磁力を発生させるための磁場発生
手段をランプ容器近傍に配置することを特徴とする無電
極ランプ。
【請求項２】前記磁場発生手段により発生される磁場
強度が、ランプ容器内部において、電子サイクロトロン
共鳴条件以上の磁束密度を与えること強度であることを
特徴とする請求項１記載の無電極ランプ。
【請求項３】前記ランプ容器の内径が３ｍｍφ以下の
略球体であることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の無電極ランプ。