JPH11176377A

JPH11176377A - 放電ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JPH11176377A
Application number: JP34603297A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yuasa; 邦夫湯浅
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本質的に水銀を用いないで、低圧水銀蒸気放電
が放射する紫外線に近い波長の紫外線を放射する発光物
質を用いることにより、なるべく発光効率を高くした放
電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】シリコンＳｉ、ホウ素Ｂ、カルシウムＣａ
およびリンＰのグループから選択された一種または複数
種の発光物質を内管内に封入するとともに、内管を包囲
して内部が減圧雰囲気の外管を設けて保温する。発光物
質をハロゲン化物の形で封入するのが好ましい。可視光
を得たい場合には、内管の内面または外面か、外管の内
面に蛍光体層を形成する。蛍光体層を内管の内面に形成
する場合は、ハロゲンに侵されにくい蛍光体を用い、内
管の外面または外管の内面に蛍光体層を形成する場合
は、内管を紫外線透過性にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本質的に水銀を含
まない放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、広く普及している蛍光ランプは、
気密容器の内部に希ガスと水銀とが封入され、低圧水銀
蒸気放電によって２５４ｎｍの紫外線を放射させ、この
紫外線で気密容器の内面に形成した蛍光体層を励起して
可視光を発光させるもので、容易に点灯できるととも
に、その発光効率も高い。また、光色を蛍光体の選択に
より自由に選択できるという利点がある。

【０００３】しかし、従来の蛍光ランプは、水銀を使用
するために、環境汚染の問題がある。

【０００４】このため、たとえば特公平８−１２７９４
号公報に開示されているように、水銀を含まない蛍光ラ
ンプも提案されている。水銀を含まない蛍光ランプは、
キセノンの原子発光による１４７ｎｍの紫外線を利用す
るか、分子発光であるエキシマ発光による１７２ｎｍの
紫外線を利用する構成である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、キセノンか
ら放射される紫外線を可視光に変換する場合には、いく
つかの問題がある。

【０００６】すなわち、その１は、紫外線を可視光に変
換する際の波長差に基づく光エネルギーの損失の問題で
ある。量子効率が１と仮定して１個のフォトンが１個の
可視光に変換されるとしても、たとえば波長１７２ｎｍ
の紫外線が５１６ｎｍの可視光に変換されたとき、光の
エネルギーは１／３となり、１７２ｎｍによる可視光の
発光効率がたとえ１００％であったとしても、可視光の
光エネルギーは３４％以下となる。

【０００７】その２は、蛍光体の変換効率の問題であ
る。紫外線用の蛍光体は、主として波長２５４ｎｍの紫
外線に対するものとして開発されており、さらに短波長
の紫外線に対する可視光変換効率の良好な蛍光体が開発
されていない。このため、波長の短い紫外線に対する実
際の量子効率はせいぜい６０％である。

【０００８】その３は、パルス点灯を必要とするなど点
灯回路の面でも問題がある。

【０００９】以上のような理由により、キセノンを用い
た蛍光ランプは、水銀を用いないので、公害対策にはな
るものの、その発光効率が通常の蛍光ランプの１／３程
度であるために、省エネルギー対策にはならない。

【００１０】本発明は、本質的に水銀を用いないで、低
圧水銀蒸気放電により放射される紫外線に近い波長の紫
外線を放射する発光物質を用いることにより、なるべく
発光効率を高くした放電ランプおよびこれを用いた照明
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の放電ラ
ンプは、透光性で気密な内管と；内管の両端に封装され
た一対の電極と；シリコンＳｉ、ホウ素Ｂ、カルシウム
ＣａおよびリンＰのグループから選択され、内管内に封
入された一種または複数種の発光物質と；内管を包囲す
る減圧雰囲気の外管と；を具備し、内管内には本質的に
水銀を含まないことを特徴としている。

【００１２】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１３】内管は、形状、サイズおよび構成材料が特
定の仕様に制限されない。一般的には直線的な円筒状を
なしていて、両端が閉鎖された構造を備えるが、必要に
応じて偏平な形状や屈曲した形状などであることを許容
する。

【００１４】内管が透光性であるとは、内管内に発生し
た発光物質の放電による紫外線またはおよび可視光を直
接外部に透過するか、内管内に配設された蛍光体層によ
って変換された可視光を透過し得ることを意味する。紫
外線および可視光のいずれか一方または両方であるか
は、放電ランプの構成および発光物質により決定され
る。

【００１５】内管が気密であるとは、内管内で発光物質
の放電を生起させるのに必要な程度に気密であればよ
い。

【００１６】したがって、内管の構成材料は、上気の条
件が満足される限り制限されないことを理解できるであ
ろう。

【００１７】電極は、常套手段により内管の両端に封装
することができる。また、電極は、冷陰極、熱陰極のい
ずれでもよい。

【００１８】発光物質は、上記のように４種類の物質の
中から一種または複数種を選択して用いることができ
る。これらの発光物質を内管内で容易に放電するように
するために、たとえばハロゲン化物の形で内管内に封入
することができる。

【００１９】シリコンＳｉは、放電により２５０．６、
２５１．６および２５２．８ｎｍなどの波長の紫外線を
発光する。

【００２０】ホウ素Ｂは、放電により２４９．７および
２４９．８ｎｍなどの波長の紫外線を発光する。

【００２１】カルシウムＣａは、放電により２７２．２
ｎｍの波長の紫外線および可視光を発光する。

【００２２】リンＰは、放電により２５３．３、２５
５．３および２５５．５ｎｍなどの波長の紫外線を発光
する。

【００２３】なお、内管内には始動用ガスおよび緩衝ガ
スとしてアルゴン、ネオン、クリプトンなどの希ガスの
一種または複数種を封入することができる。

【００２４】外管は、内管を包囲するとともに、内部を
減圧雰囲気にして内管を保温する。減圧雰囲気とは、真
空および低圧の状態のいずれをも含む意味である。本発
明において、真空とは、１３３３Ｐａ以下の圧力である
ことをいう。低圧の状態とは、大気圧より低い圧力であ
ることをいう。

【００２５】また、外管は外部に導出したい所望の波長
の光に対して透過性を備えていればよい。放電ランプの
出力として可視光を得たい場合には、可視光を透過でき
ればよい。また、紫外線を得たい場合には、紫外線を透
過できればよい。さらに要すれば、出力光の特定波長域
に対してのみの選択的な透過性を備えているのでもよ
い。

【００２６】本発明において、「本質的に水銀を含まな
い」とは、内管内に内容積１ｃｃ当たり０．３ｍｇ未
満、好ましくは０．２ｍｇ以下の水銀が存在しているこ
とを許容するという意味である。

【００２７】しかし、水銀を全く封入しないことは環境
上望ましいことである。

【００２８】従来のように水銀蒸気によって放電ランプ
の電気特性を維持する場合には、１ｃｃ当たり数ｍｇ以
上の水銀を封入していたことからすれば、本発明は水銀
量が実質的に少ないといえる。

【００２９】そうして、本発明においては、水銀に代え
て封入したシリコンＳｉ、ホウ素Ｂ、カルシウムＣａお
よびリンＰのグループから選択した発光物質が放電によ
って低圧水銀蒸気放電による２５４ｎｍに比較的近い波
長の紫外線を発光する。この紫外線を放電ランプから外
部に導出して利用することができる。

【００３０】ところで、本発明において用いる発光物質
は、蒸気圧が水銀に較べて低いので、外管により内管を
包囲するとともに、外管内を減圧雰囲気にすることによ
り、対流および伝導による内管からの熱損失を低減すな
わち保温して、内管内の発光物質の蒸気圧をなるべく高
く維持するものである。

【００３１】可視光を望む場合には、蛍光体層を適当な
部位に配設することにより、紫外線を可視光に変換して
放電ランプの外部へ導出することができる。蛍光体層に
は、低圧水銀蒸気放電による２５４ｎｍを効率よく可視
光に変換する蛍光体を用いることにより、発光効率をな
るべく高くすることができる。

【００３２】請求項２の発明の放電ランプは、請求項１
記載の放電ランプにおいて、発光物質は、ハロゲン化物
として内管内に封入されていることを特徴としている。

【００３３】発光物質をハロゲン化物の形で内管内に封
入することにより、発光物質の蒸発が容易になり、さら
にハロゲン化物の蒸気は放電による熱で容易に分解して
発光物質の蒸気を得ることができる。内管の中心部の高
温度領域において分解した発光物質は、放電により紫外
線を発光するが、内管の管壁近傍の低温度領域において
はハロゲンと再結合してハロゲン化物になる。

【００３４】ハロゲンとしては、ヨウ素Ｉ、臭素Ｂｒ、
塩素Ｃｌまたはフッ素Ｆを単独または組み合わせて用い
ることができる。

【００３５】紫外線を可視光に変換する蛍光体層がハロ
ゲンに侵されないようにする必要がある場合には、蛍光
体層を内管の内面以外の場所に配設することができる。

【００３６】請求項３の発明の放電ランプは、請求項１
または２記載の放電ランプにおいて、発光物質が放射す
る紫外線により励起されて可視光を発光する蛍光体層を
内管の内面側に具備していることを特徴としている。

【００３７】蛍光体層として低圧水銀蒸気放電によって
発生する２５４ｎｍの紫外線で励起する蛍光体を用いる
ことができる。この蛍光体は、大量に生産される一般の
蛍光ランプに使用されてきたため、十分に開発されて比
較的に発光効率が高いので、可視光の発光効率を高める
ことができる。

【００３８】発光物質をハロゲン化物の形で内管内に封
入する場合には、ハロゲンに対して侵されない蛍光体を
用いる必要がある。

【００３９】本発明において、蛍光体層を内管の内面側
に具備しているとは、内管の内面に直接蛍光体層を形成
する他、たとえば内管の内面に保護膜を形成し、保護膜
のうえに蛍光体層を形成するなど内管の内面に間接的に
蛍光体層を形成することを含むという意味である。

【００４０】請求項４の発明の放電ランプは、請求項１
または２記載の放電ランプにおいて、内管は、紫外線透
過性であり；発光物質が放射する紫外線により励起され
て可視光を発光する蛍光体層を内管の外面側に具備して
いる；ことを特徴としている。

【００４１】本発明においては、蛍光体層を内管の外面
側に具備しているので、発光物質がハロゲン化物の形で
封入されているとともに、蛍光体がハロゲンに侵されや
すいものであっても、両者の間は内管によって遮断され
ているので、何ら問題はない。

【００４２】内管が紫外線透過性であるとは、少なくと
も発光物質が発生する紫外線に対して透過性を備えてい
ればよいという意味である。石英ガラス、ソーダライム
ガラスで二酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃成分を２０ｐｐｍ以下にした
もの、酸化バリウムを多く含むガラスなどを用いること
により、紫外線透過性の内管を得ることができる。

【００４３】本発明において、蛍光体層を内管の外面側
に形成するとは、内管の外面に直接蛍光体層を形成する
他、たとえば可視光透過・赤外線反射被膜を内管の外面
に形成し、その上に蛍光体層を形成するなど間接的に内
管の外面に形成することができることを意味する。

【００４４】請求項５の発明の放電ランプは、請求項１
または２記載の放電ランプにおいて、内管は、紫外線透
過性であり；発光物質が放射する紫外線により励起され
て可視光を発光する蛍光体層を外管の内面側に具備して
いる；ことを特徴としている。

【００４５】本発明もまた、請求項４と同様に発光物質
がハロゲン化物の形で封入されているとともに、蛍光体
がハロゲンに侵されるようなものであっても、両者の間
は内管によって遮断されているので、何ら問題がない。

【００４６】内管の材料は、請求項４と同様に構成する
ことができる。

【００４７】請求項６の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に装着された請求項１ないし５のい
ずれか一記載の放電ランプと；を具備していることを特
徴としている。

【００４８】本発明において、「照明装置」とは、請求
項１ないし５の放電ランプを用いるあらゆる装置を包含
するものである。たとえば、液晶バックライト、照明器
具、画像読取装置、表示装置などに用いることができ
る。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００５０】図１は、本発明の放電ランプの第１の実施
形態を示す一部切欠断面図である。

【００５１】図において、１は内管、２は電極、３はリ
ード線、４は外管、５は蛍光体層である。

【００５２】内管１は、内径２ｍｍ、外径３ｍｍ、全長
２００ｍｍのガラス管からなる。

【００５３】電極２は、ニッケルＮｉ製の冷陰極からな
り、内管１の両端に封装されている。

【００５４】リード線３は、内管１の内部へ両端から気
密に導入され、内端に電極２を支持している。

【００５５】内管１の内部には、放電媒体として、ヨウ
化シリコンＳｉＩ₄が１０ｍｇとアルゴンＡｒ２７００
Ｐａとが封入されている。

【００５６】外管３は、内径４ｍｍ、外径５ｍｍ、全長
２００ｍｍのガラス管からなり、両端が内管１の両端に
ガラス溶着されることにより、内管１を同軸に包囲して
いる。そして、外管３の内部が１Ｐａ以下の真空に維持
されている。

【００５７】蛍光体層５は、内管１の内面に形成されて
いる。

【００５８】そうして、リード線３、３間に４０ｋＨｚ
の高周波を印加して放電ランプを点灯し、ランプ電流を
５ｍＡ通流すると、内管１の管壁温度がヨウ化シリコン
ＳｉＩ₄の溶融温度である１２１℃を越えて溶融し、さ
らに蒸発して波長２５０．６ｎｍ、２５１．６ｎｍおよ
び２５２．８ｎｍなどの発光が得られた。そして、これ
らの紫外線は、蛍光体層５により可視光に変換され、そ
の発光効率は９ｌｍ／Ｗであった。従来の水銀を封入し
た冷陰極形蛍光ランプにおいては、その発光効率が１３
〜１８ｌｍ／Ｗであるから、キセノンによる紫外線発光
を利用する場合より高い発光効率を得ることができるこ
とを確認できた。

【００５９】図２は、本発明の放電ランプの第２の実施
形態を示す一部切欠断面図である。

【００６０】図において、図１と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００６１】本実施形態は、蛍光体層５が内管１の外面
に形成されている点で異なる。

【００６２】図３は、本発明の放電ランプの第３の実施
形態を示す一部切欠断面図である。

【００６３】図において、図１と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００６４】本実施形態は、蛍光体層５が外管４の内面
に形成されている点で異なる。

【００６５】図４は、本発明の照明装置の一実施形態に
おける液晶バックライト装置を示す断面図である。

【００６６】図において、１１は放電ランプ、１２は導
光体、１３は放電ランプ反射体、１４は導光体反射体、
１５は制光手段、１６はバックライトケース、１７は表
示手段である。

【００６７】放電ランプ１１は、図１に示す放電ランプ
と同一構造である。

【００６８】導光体１２は、透明アクリル樹脂板からな
り、一側の端面から放電ランプ１１の発光を導入するよ
うに構成されている。

【００６９】放電ランプ反射体１３は、放電ランプ１１
を包囲して放電ランプ１１の発光を導光体１２内へ誘導
する。

【００７０】導光体反射体１４は、導光体１２の下面に
配設されていて、導光体１２の光出射面からなるべく均
一に光を出射するように反射を導光体１２の領域ごとに
制御する。

【００７１】制光手段１５は、拡散板１５ａおよび集光
板１５ｂからなり、導光体１２の光出射面の前に配設さ
れている。

【００７２】バックライトケース１６は、合成樹脂を成
形して形成されていて、上記各構成要素を収納する。

【００７３】以上の各構成要素によってバックライト装
置Ａが構成されている。

【００７４】表示手段１７は、液晶表示ユニットからな
り、バックライト装置Ａの前面に配設されて液晶表示装
置Ｂを構成している。

【００７５】

【発明の効果】請求項１ないし５の各発明によれば、シ
リコンＳｉ、ホウ素Ｂ、カルシウムＣａおよびリンＰの
グループから選択した一種または複数種からなる発光物
質を内管に封入するとともに、内管を包囲する外管を設
けて、その内部を減圧雰囲気にしたことにより、本質的
に水銀を用いないで、低圧水銀蒸気放電において放射さ
れる２５４ｎｍに波長が近い紫外線を放射する放電ラン
プを提供することができる。

【００７６】請求項２の発明によれば、加えて発光物質
をハロゲン化物の形で封入したことにより、発光物質の
蒸発が容易になり、発光物質の蒸気を得やすい放電ラン
プを提供することができる。

【００７７】請求項３の発明によれば、加えて内管の内
面に蛍光体層を形成したことにより、紫外線を可視光に
変換して可視光を発生する放電ランプを提供することが
できる。

【００７８】請求項４の発明によれば、加えて内管を紫
外線透過性にするとともに、内管の外面に蛍光体層を形
成したことにより、可視光を発生しながら、ハロゲンに
よる蛍光体の劣化の恐れがない放電ランプを提供するこ
とができる。

【００７９】請求項５の発明によれば、加えて内管を紫
外線透過性にするとともに、外管の内面に蛍光体層を形
成したことにより、可視光を発生しながら、ハロゲンに
よる劣化の恐れがない放電ランプを提供することができ
る。

【００８０】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す一
部切欠断面図

【図２】本発明の放電ランプの第２の実施形態を示す一
部切欠断面図

【図３】本発明の放電ランプの第３の実施形態を示す一
部切欠断面図

【図４】本発明の照明装置の一実施形態における液晶バ
ックライト装置を示す断面図

【符号の説明】

１…内管２…電極３…リード線４…外管５…蛍光体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性で気密な内管と；内管の両端に封装
された一対の電極と；シリコンＳｉ、ホウ素Ｂ、カルシ
ウムＣａおよびリンＰのグループから選択され、内管内
に封入された一種または複数種の発光物質と；内管を包
囲する減圧雰囲気の外管と；を具備し、内管内には本質
的に水銀を含まないことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】発光物質は、ハロゲン化物として内管内に
封入されていることを特徴とする請求項１記載の放電ラ
ンプ。
【請求項３】発光物質が放射する紫外線により励起され
て可視光を発光する蛍光体層を内管の内面側に具備して
いることを特徴とする請求項１または２記載の放電ラン
プ。
【請求項４】内管は、紫外線透過性であり；発光物質が
放射する紫外線により励起されて可視光を発光する蛍光
体層を内管の外面側に具備している；ことを特徴とする
請求項１または２記載の放電ランプ。
【請求項５】内管は、紫外線透過性であり；外管の内面
側に形成され発光物質が放射する紫外線により励起され
て可視光を発光する蛍光体層を具備している；ことを特
徴とする請求項１または２記載の放電ランプ。
【請求項６】照明装置本体と；照明装置本体に装着され
た請求項１ないし５のいずれか一記載の放電ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。