WO2004012481A1

WO2004012481A1 - 放電ランプ装置、放電ランプ点灯方法および装置

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Publication number: WO2004012481A1
Application number: PCT/JP2003/009399
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Yano; Hidehiko Noguchi
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corporation
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2004-02-05
Also published as: JP2004063125A

Description

明細書放電ランプ装置、放電ランプ点灯方法および装置技術分野本発明は、キセノンを主体とする放電媒体を封入した放電ランプ装置、放電ランプを点灯するための放電ランプ点灯方法および装置に関する。背景技術従来のキセノンを封入した放電ランプは、環境負荷の大きな水銀を使用しないため、廃棄の際に環境に与える影響が少なく、また、明るさや放電電圧が周囲温度にほとんど影響されない利点がある。しかしながらキセノンを主体とする放電媒体を封入した放電ランプは、一般に水銀を用いた放電ランプに比較して明るさが足りないという問題がある。

本発明は、キセノンを主体とする放電媒体を封入した放電ランプの発光効率を向上した放電ランプ点灯装置、放電ランプ点灯方法および照明装置を提供することを目的とする。発明の開示本発明の一実施例による放電ランプ装置は、放電ランプと、この放電ランプを点灯する点灯装置とからなる放電ランプ装置であって、前記放電ランプは、管状の透光性気密容器と、この透光性気密容器の内面に形成された蛍光体層と、前記透光性気密容器内に封装された内部電極と、前記透光性気密容器内に封入分圧 P( k Pa)で封入されたキセノンを主体とする放電媒体と、前記透光性気密容器の外周面に、その長手方向に沿つて配設された導電性物質からなる外部電極とを備え、前記点灯装置は、前記放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給するとともに、これによつて生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC)および全休止期間 Ts(〃s)が数式

Ts · P/Q≥0.5

を満足するように構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の一実施例による放電ランプ点灯方法は、管状の透光性気密容器と、この透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層と、前記透光性気密容器内に封装された内部電極と、前記透光性気密容器内にキセノンを主体とし、キセノンが封入分圧 P(kPa)で封入された放電媒体と、前記透光性気密容器の外周面に、その長手方向に沿って配設された導電性物質からなる外部電極とを備えた放電ランプを準備するステップと、この放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給するステップと、このステップによって生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC)および全休止期間 Ts( zs)が数式

Ts■ P/Q≥0.5

を満足するように制御するステップと、を備えことを特徴とするものでめる。

きらに、本発明の一実施例による放電ランプ点燈装置は、管状の透光性気密容器内にキセノンが封入分圧 P(kPa)で封入され、前記透光性気密容器内に内部電極を、その外周面に外部電極を有する放電ランプ用の点燈装置であって、前記内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給するとともに、これによつて生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC)および全休止期間 Ts( zs)が数式

Ts · P/Q≥0.5

を満足するように設計されていることを特徴とするものである。図面の簡単な説明図 1は本発明の実施例に用いられる希ガス放電用の放電ランプの一例を示す正面図である。

図 2は図 1に示す放電ランプの縦断面図および点灯回路図である。

図 3は同じく図 1に示す放電ランプの横断面図である。

図 4は本発明の実施例に用いられるランプ点燈装置の概略構成を示す回路図である。

図 5は図 4に示すランプ点燈装置の出力であるランプ電圧およびこ ' のランプ電圧を図 1に示す放電ランプに供給した場合におけるランプ電流を示す波形図である。

図 6 A〜図 6 Dは本発明の実施例に係る放電ランプの放電空間内に生ずる陽光柱の状態を従来のそれと比較して示す写真である。

図 7 Aは陽光柱の広がり率の定義を説明するための放電ランプの横断面図である。

図 7 Bは横断面形状が非円形の放電ランプにおける陽光柱の広がり率を説明するための横断面図である。

図 8は放電ランプの陽光柱の広がり率と蛍光体輝度の関係を示すグラフである。

図 9は本発明者が行った実験結果を示すグラフである。

図 1 0は本発明の他の実施例に係る放電ランプ装置におけるランプ電圧、ランプ電流および放射強度を示す波形図である。

図 1 1 A乃至図 1 1 Cは外部電極の構造が異なる放電ランプの他の例を概念的に示す一部切欠要部正面図および横断面図である。

図 1 2は本発明の実施例に用いられる放電ランプの他の例を示す縦断面図である。

図 1 3は本発明の放電ランプ装置が応用される液晶用バックライト装置を示す断面図である。

図 1 4は本発明の点灯回路において利用可能な交流矩形波電圧の他の例を示す波形図である。発明の詳細な説明図 1乃至図 3はそれそれ、本発明の実施例に用いられるキセノンなどの希ガスの放電を利用した放電ランプの構造を示す正面図、縦断面図および横断面図である。各図において、放電ランプ DL は、透光性気密容器 1、蛍光体層 2、導入線 3、内部電極 4、外部電極 5、透光性絶縁チュ —プ 6、リ一ド線 7からなる。なお、第 2図中の符号 8は点灯回路、 9a, 9b は導電線である。

透光性気密容器 1は、ガラス管の両端が封止されており、内部の放電空間 la 内にキセノンを主体とする放電媒体が封入されている。また、透光性気密容器 1は、硬質ガラス製の管で構成されている。透光性気密容器 1は第 1および第 2の端部 lb, lcおよび中間の筒状部分 Idからなる。第 1および第 2の端部 lb, lcは筒状部分 Idの両端に一対のビードステムを封着することによって形成されている。

蛍光体層 2は、 R G Bからなる三波長を発光する蛍光体からなり、透光性気密容器 1の内面に形成されている。

導入線 3は、透光性気密容器 1の一端 lbから内部へ気密に貫通して封着されている。また、導入線 3 は、その貫通部がコバールからなり、コバールの外端部にニッケル線が溶接されている。

内部電極 4は、冷陰極からなり、金属製で、導入線 3の内端に支持されて透光性気密容器 1内の一端 1 bにおいて管軸上に配置されている。外部電極 5は、たとえばニッケルのような導電性金属線からなり、導電性金属線がコイル状に卷回されることによって形成されている。この外部電極 5は透光性気密容器 1外面の管軸方向のほぼ全体にわたって配設され、かつ、透光性気密容器 1の外周面に密接している。

透光性絶縁チューブ 6は、透明な熱収縮性のフッ素樹脂シートを加熱してチューブ状に成形してなり、外部電極 5の上から透光性気密容器 1 の周囲に被覆されて、外部電極 5を固定している。

リード線 7は、透光性気密容器 1の一端 1 cに放電媒体に接触しないように埋設されている。リード線 7は埋設部分がコバールで、突出部分がニッケル線によって形成されている。そして、外部電極 5の卷き終わり部分は外部接続手段としてのリード線 7のニッケル線部分に接続されている。

点灯回路 8は、導電線 9a，9b、放電ランプ DLの導入線 3およびリード線 7を介して内部電極 4と外部電極 5との間に脈動電圧、たとえば矩形波交流電圧やパルス電圧などを印加して放電ランプ DL を点灯する。そして、点灯回路 8からの出力電圧が放電ランプ DLの内部電極 4と外部電極 5との間に印加されると、透光性気密容器 1内にキセノンの誘電体バリア放電が生起してキセノンから紫外線が放射される。この紫外線は、蛍光体層 2を励起して可視光を発生させる。そして、可視光は、透光性気密容器 1を透過して外部へ導出され、光源として利用される。

図 4は本発明の放電ランプ装置の全体構成を示す概略回路図である。図 2に示した点灯回路 8は、図 4においては矩形波交流電圧を発生する発振器 4 1 とこの出力電圧が供給される変圧器 4 2により構成されている。変圧器 4 2は 1次卷線 4 2 aと 2次卷線 4 2 bを備え、発振器 4 1の出力電圧は 1次卷線 4 2 aに供給される。変圧器 4 2の 2次卷線 4 2 bには昇圧された発振器 4 1の出力電圧が発生する。この出力電圧は、点灯回路の出力端子 43a、 43bから放電ランプ DLの両端子間に供給される。この放電ランプ DL は図 1乃至図 3に示した構造を有し、その導入線 3およびリード線 7に点灯回路の出力端子 43a、 43bがそれそれ接続されている。なお、放電ランプ DLのリード線 7 と接地 4 4間にはランプ電流測定用の抵抗 4 5が接続されている。そして変圧器 4 2の 2次卷線 4 2 bの一端は接地 4 4され、また、抵抗 4 5を介してリード線 7に接続されている。このような矩形波交流電圧を出力するための点灯回路 8は、一般には直流電源と、この直流電源からの直流電圧が供給されるチヨッパ回路と、この回路の出力が供給されるフルプリヅジ形ィンバ一夕回路とを主体として構成することができるが、ここでは詳細な説明は省略する。

しかし図 4に示した装置においては、後述する本発明者が行った実験を目的として、点灯装置としては、交流出力電圧の周波数を 1 0 k H ~ 1 0 0 k Hの範囲で変化させることができ、また、その出力電力（管電力）も 0 W〜4 Wの範囲で変化させることができる装置を用いた。このような点燈装置は一般に市販されており、たとえば、 N F回路設計プロック社製の冷陰極放電管特性試験装置 ONS-20580- 1を使用した。

図 5は図 4に示すランプ装置における放電ランプ DL の両端子間に印加されるランプ電圧および放電ランプを流れるランプ電流の波形図である。

同図の上半分に示される放電ランプ DL のランプ電圧は、期間 I〜IV で 1周期である。期間 I と I Iが内部電極 4の電位が外部電極 5より高くなる正の半波であり、期間 II Iと IVが内部電極 4の電位が外部電極 5 より低くなる負の半波である。そして、期間 I 〜IV が 1周期として繰り返される。期間 I においては正電圧が立ち上がり、ピーク値を超えると電圧はやや低下する。そして、期間 I I においては正電圧はほぼ平坦で、その終期に電圧の立ち下りがある。また、期間 II Iでは負電圧が立ち上がり、ピーク値を超えるとやや上昇する。そして、期間 IVでは負電圧はほぼ平坦で、その終期に電圧の立ち下りがある。上記正電圧におけるピーク値は 1，500V、立ち下り時の瞬時値は 800Vであり、 1周期は周波数は 20kHzである。

次に図 5の下半分に示されるランプ電流は、期間 I が正の放電期間、期間 I I Iが負の放電期間である。期間 Iにおいては主として内部電極 4 から外部電極 5へ向かう正極性のランプ電流が流れる。このときのピ一ク値は十 38mAである。期間 II I においては、主として外部電極 5から内部電極 4へ向かう負極性のランプ電流が流れる。このときのピーク値は一 20mAである。

ここで、ランプ電流が流れた後には、たとえ交流電圧の印加が継続していたとしても、休止期間が生じる。この休止期間は、印加電圧の極性にかかわらず生じる。このようにしてパルス状のランプ電流が交互に正負の極性で流れ、休止期問も各ランプ電流の間に間欠的に生じる。本発明の発明者等は、このようなランプ電流において、正負の極性のランプ電流の絶対値を 1周期にわたって時間積分することにより得られる全放電電荷量 Qと、同じ 1周.期における休止期間の和である全休止期問 Ts ( s )とに着目した結果、これらの値を特定の値に選定することにより、放電ランプ DLの発光効率を向上できることを見いだした。

この点に関して図 6 Aおよび図 6 Bを参照してさらに説明する。図 6 Aおよび図 6 Bは、図 4に示した放電ランプ DL の動作時において、放電空間 la 内に生ずる陽光柱を示す写真である。すなわち、正の放電期間に生じる陽光柱は、図 6 aに示すように透光性気密容器 1の管軸方向全長にわたって収縮している。これに対して、負の放電期間に生じる陽光柱は、図 6 bに示すように、放電空間 laの管軸方向のほぼ全長にわたつて拡散している。図 6 bに示される陽光柱の、透光性気密容器 1の管軸と直交する面内における、広がり率 kは 0.5 以上であり、拡散状陽光柱の長さ LPは全放電長 LTの 80%以上とその大部分にわたっている。このように、負の放電期間に生じる陽光柱の広がり率 kが 0.5 以上であり、拡散状陽光柱の長さ LPが全放電長 LTの 80 以上にわたっているという点燈条件により、キセノンを主体とする放電媒体を封入した放電ランプの発光効率を向上することができる。そしてこの点燈条件は、放電ランプのキセノンの封入分圧 P( kPa)、ランプ電流の 1周期内に発生する全放電電荷量 Q(nC )および全休止期間 Ts ( z s )を用いて、次式により表すことができる。

Ts - P/Q≥0.5 ( 1 ) この数式 1は、以下のような実験により求めることができる。すなわち、図 1乃至図 3に示す構成の放電ランプ DLであって、放電媒体のキセノンガス封入分圧がそれそれ 5.5 , 9.3および 13.0 k Paである 3種類の放電ランプを用意する。また、同じくキセノンガス封入分圧がそれそれ 5.5 , 9.3および 13. O kPaであり、かつ、放電ランプの陽光柱の状態を観察するために、蛍光体層を備えていない 3種類の放電ランプをそれそれ製作した。なお、これらの放電ランプ DL を構成する透光性気密容器は外径 3. 0mm、内径 2.4mm、長さ 160mmのガラス管であり、封入ガスは X eおよび N eを 7 ： 3の割合で混合したガスを用いた。

このような 6種類の放電ランプ DL を用い、それそれを順次点燈装置に接続して動作状態とした。そしてランプ電流の 1周期に生じる全放電電荷量 Q(nC )およびランプ電流の 1周期間の全休止期間 TS ( S)を種々変えたときの拡散陽光柱の太さおよび長さを観察し、こ'れらと発光効率との関係について調査した。

ここで、放電ランプの陽光柱の観察は、高速 CCDカメラを用いて、シャッ夕ー開閉のタイミングを放電ランプへの印加電圧波形と同期させた。そして内部電極 4から外部電極 5へ向かってランプ電流が流れる放電期間すなわち正の放電期問に生じる陽光柱と、外部電極 5から内部電極 4へ向かってランプ電流が流れる放電期間すなわち負の放電期間に生じる陽光柱を撮影した。

このような高速 CCDカメラとしては、たとえば、任意の夕ィミングでシャッターを開閉できるイメージィンテンシフアイャ一ュニヅトと高速電子シャツ夕一を装着した CCDカメラで、シャヅ夕一スピ一ドが最短で 3nsのものが市販されている。

この撮影結果は図 6 A乃至図 6 Dに示す写真のとおりであった。

ここで図 6 Aおよび図 6 Bは、本発明の実施例による放電ランプの放電空間内においてそれそれ、正の放電期間および負の放電期間に生じる陽光柱の状態を示す写真である。また、図 6 Cおよび図 6 Dは、比較のため従来の放電ランプの放電空間内においてそれそれ、正の放電期間および負の放電期間に生じる陽光柱の状態を示す写真である。

従来の放電ランプの正の放電期間における陽光柱は、外部電極がコィル状の場合、図 6 Cに示すように、透光性気密容器の内部に形成される全放電長の全域にわたって収縮した状態である。そして、図の左側に位置する内部電極の近傍の領域では外部電極の構造の如何にかかわらずほぼ管軸に沿って線状で、かつ、透光性気密容器の中心部に形成される。そして、図の右側に位置する内部電極から離隔したその他の領域では外部電極に対向する透光性気密容器の内壁面に沿って螺旋状に形成される。他方、負の放電期間における陽光柱は、図 6 Dに示すように、図の左側に位置する内部電極の近傍の領域で収縮状の陽光柱となる。しかし、図の右側に位置する内部電極から離隔したその他の領域では透光性気密容器の内部全体に、いわゆる拡散状に広がった陽光柱が形成される。ここで、収縮状の陽光柱が形成される領域は、正の放電期間において、収縮状の陽光柱が管軸に沿って透光性気密容器の中心部に形成される領域と同じである。しかも、収縮状の陽光柱は、管径方向へ不規則に移動するため、発光にちらつきを生じる。

本発明においては、任意のキセノンガス封入分圧を有する放電ランプに対し、負の放電期間において陽光柱が十分に拡大した領域を全放電長の大部分に形成するように点灯する条件を実験的に求め、この条件を満足する放電ランプ装置および点燈装置を提供するものである。ここで、陽光柱の広がりを特定するために陽光柱の広がり率 kを以下のように定義することとする。

図 7 Aは陽光柱の広がり率の定義を説明するための放電ランプの横断面図である。同図においては、 Pは陽光柱を示し、図 3 と同一部分については同一符号を付している。同図に示すように、透光性気密容器 1 の内部に形成される放電空間 l aが円形の場合、拡散状の陽光柱もほぼ円形になる。そこで、陽光柱の広がり率 kを陽光柱の直径 rP の放電空間 l aの直径 rGに対する比率 rP/rGにより定義する。

また、透光性気密容器 1 の内部に形成される放電空間 l aが図 7Bに示すように、非円形の場合は、陽光柱の広がりを以下のとおり定義する。図 7 Bは横断面形状が非円形の放電ランプにおける陽光柱の広がり率を説明するための横断面図である。同図において、同様に、 P は陽光柱を示し、図 3と同一部分については同一符号を付している。

先ず、透光性気密容器 1を、その管軸に直交する面内において、矢印 X で示す方向に対して角度 0を有する方向から観測したとき、透光性気密容器 1の内径を rG( 0 )、陽光柱の直径を rp( 0 )であると定義する。次に、これらの定義を用いて、 0方向から見た陽光柱の広がり率 k(0)を、 k(0)=rp(0 )/rG(0 )と定義する。次に、 Θを 0° から 360° まで変化させたときの陽光柱のそれそれの広がり率 k( 0 )を求める。それらの中の最大値 k(0 )MAx をもって放電空間 Idが非円形の場合の陽光柱の広がり率と定義する。

図 7Bに示す例では、最小の広がり率は、矢印 Xで示す方向、すなわち、 Θせ 0° のときの k(0° )=0.5 である。また、最大の広がり率は、矢印 Yで示す方向、すなわち、 Θ 270。のときの k(270° )=0·9 である。したがって、放電空間 Idが非円形の場合の陽光柱の広がり率 k ( θ )MAxは k ( 0 )MAx=0.9である。

次に、本発明においては、拡散状態における陽光柱の長さは、陽光柱の広がり率が 0.5以上の領域の長さを意味し、これはまた、全放電長に占める割合でも表示する。

本発明者は、陽光柱の広がり率 kと放電ランプの蛍光体輝度の関係について調査した結果、図 8に示す結果が得られた。

図 8は、放電ランプの陽光柱の広がり率 kと蛍光体輝度の関係を示すグラフである。図において、横軸は陽光柱の広がり率 kを、縦軸は蛍光体輝度（相対値）を、それそれ示す。

図 8からは、陽光柱の広がり率 kが 0.5以上になると、蛍光体輝度が顕著に高くなることが理解できる。なお、以下の説明では、陽光柱の広がり率 kが 0.5 以上、すなわち図の中央から右側の領域を拡散陽光柱、 0.5未満、すなわち図の中央から左方側の領域を収縮陽光柱と区分することとする。このように、陽光柱の広がり率が 0.5以上の領域においては、それ以下の領域に比較して放電ランプの発光効率が高くなることが分る。

そこで、陽光柱の広がり率 kが 0.5以上である陽光柱の領域が全放電長の 80%以上になる点灯条件の限界データを、前記 3種類の放電ランプについて求めた結果、図 9が得られた。

図 9において、横軸は Q/P(nC/kPa)を、縦軸は Ts( /s)を、それそれ示す。ここで、前述したように、 Qはランプ電流の 1周期に生じる全放電電荷量（nC)、 Pはキセノンの封入分圧（kPa)であり、 Tsはランプ電流の 1 周期に生じる全休止期間（ zs)である。また、図中、〇はキセノンの封入分圧が 5.5kPaの放電ランプにおける限界デ一夕、 ·は同じく 9.3 kPa、厶は同じく 13. OkPa における限界データである。次にこれらの各限界データの測定方法について、図 4を用いてさらに説明する。

図 4に示すランプ装置において、放電ランプ DL の端子 3、 7間には図示しないがオシロスコープが接続され、放電ランプ DL に印加されるランプ電流及び放電ランプ DL に流れるランプ電流を観測する。また、このオシロスコープにより、観測されたランプ電流波形からランプ電流の 1周期に生じる全放電電荷量 Q (nC)およびはランプ電流の 1周期に生じる全休止期間 Ts ( zs)を測定する。

この測定に際しては、所定のキセノンの封入分圧、例えば 5.5kPaを有し、かつ、蛍光体を有さない放電ランプ DL を変圧器 42の 2次卷線に接続する。そして、発振器 41 の発振周波数を 1 0 kH z〜 1 0 0 k H zの範囲内の特定の周波数に設定して、放電ランプ DL を放電状態にする。この状態において発振器 41 の出力電力を 0Wから 4Wまで徐々に増加させ、各出力電力値において、放電ランプの負の放電期間に生じる陽光柱を前述した高速 CCDカメラにより撮影した。放電ランプの負の放電期間に生じる陽光柱は点燈装置の出力電力が低い間は、広がりも小さくその長さも短いが、出力電力が増加するとともに、その太さと長さが拡大する。この変化の常態は高速 CCDカメラにより撮影される。このようにして得られた撮影写真から、広がり率 kが 0.5以上である陽光柱の領域が全放電長の 80%に到達する変化点を見出し、その変化点における全放電電荷量 Q (nC)および全休止期間 Ts ( s)を前記オシロスコ一プにより求める。以下ではこの変化点における全放電電荷量 Q (nC)および全休止期間 Ts (〃s)さらにキセノンガス封入分圧 Pの値を限界デ一夕と呼ぶ。仮に前述した周波数において、出力電力を増加させても上記の変化点が見出せない場合には、発振器 41の発振周波数を 1 0 kH z〜 1 0 0 k H zの範囲内で他の値に変化させ、再び点灯装置の出力電力を徐々に増加させて、変化点を見出す。このように発振器 41の発振周波数を変化させつつ、点灯装置の出力電力を徐々に増加させるという作業を繰り返すことにより、上記の変化点を見出すことができる。このようにして見出された限界デ一夕により、同一のキセノンガス封入分圧 Pを有し、蛍光体が塗布された放電ランプ DL を点灯装置に接続して動作させ、その放電状態を確認する。この場合、上記の変化点における発振器 41の発振周波数とその出力電力の値により、蛍光体が塗布された放電ランプ DL を駆動し、その際に観測されるランプ電圧及びランプ電流の波形をォッシロスコープで観測し、その波形から得られる限界デ一夕を蛍光体が塗布されない放電ランプ DL により得られた限界データと対比確認するとともに、それに合致するように微調整を行う。

以上の測定作業を異なる 9. 3 k Pa、 13. O k Paのキセノンガス封入分圧 Pを有する放電ランプ DL についても行い、得られた限界データをグラフ上にプロットすることにより図 9のグラフが得られた。

こられのデータを結んで得られた直線から上に位置する領域が上記点灯条件を満足する。すなわち、この領域は前述した数式 1を満足する領域である。

図 10 は、本発明の放電ランプ装置において、上記の点灯条件を満足するランプ電圧、ランプ電流により放電ランプを動作させ、その際に放射される特定波長の赤外線の放射強度を測定した結果を示す波形図である。同図の上段に示す波形図はランプ電圧であり、その 1 周期は 25 z sすなわち周波数が 40 k Hzである。同図の中段にはランプ電流を示し、正の放電期間のピーク値は +21mA、負の放電期間のピーク値は- 23mAである。

図 10の下段に示す波形図は、キセノンの励起光に含まれる 828nmの赤外線の放射強度を表している。キセノンガスに電子が衝突することにより発生する励起光には、紫外線の他に微弱な可視光あるいは赤外光が含まれている。これらの励起光のうち、波長 828mnの赤外線は、放電ランプの放電空間内に生ずる陽光柱に対し、特異な反応を示すことが見出された。すなわち、上記の点灯条件の下で動作する放電ランプに対して、負の放電期間に生じる波長 828nmの赤外線の放射強度のピーク値は、正の放電期間に生じる同様のビーク値 RPの 1.2倍以上になっていることを見出した。

したがって、放電ランプを動作状態にし、その管軸方向の赤外線放射強度の分布を測定することにより、波長 828nmの赤外線放射強度のピーク値が 1.2 倍以上となる管軸方向の領域の長さを求めることができる。このように波長 828nmの赤外線放射強度のピーク値を測定することにより、放電ランプの内部を透視できなくても、発光効率を間接的に推測することができる。

なお、上記の実施例における休止期間 Tsは 100〃 s以下の値とすることが望ましい。その理由は、休止期間 Tsが 100〃sを超えるとランプの発光効率が低下するためである。また、キセノンガス封入分圧 Pは、 10〜 300Torr ( 1. 3 k Pa〜40.0 k Pa) の範囲が望ましい。さらに、全放電電荷量 Q (nC )は、 10nC〜； L500nCが望ましい。

次に、図 11および図 12を参照して、本発明が適用可能な放電ランプの他の例を示す。なお、図において、図 1乃至図 3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。

図 11A乃至図 11Cは、外部電極の構造が異なる放電ランプの他の例を概念的に示す一部切欠要部正面図および横断面図である。図 11aに示す例は、外部電極 5が帯状のアルミニウム箔からなり、透光性気密容器 1 の上半部に密接して配設している。図 libに示す例は、外部電極 5が帯状の透明導電膜（IT0膜）からなり、透光性気密容器 1の上半部に密接して配設している。図 11cに示す例は、外部電極 5が金属メッシュ構造体からなり、透光性気密容器 1の全長にわたって密接して配設している。図 12 は、同じく本発明が適用可能な放電ランプのさらに他の例を示す縦断面図である。この放電ランプ DL は、内部電極の構成が異なっている。すなわち、.透光性気密容器 1の内部両端部に封装された一対の内部電極 4A, 4Bを備えている点で上述した各放電ランプと異なっている。図 13 は、本発明の応用例として、液晶用バックライト装置を示す断面図である。図において、図 2に示す放電ランプと同一部分については同一符号を付してある。液晶用バックライト装置 10 は、バックライト装置本体 11および放電ランプ点灯装置 12を備えて構成されている。なお、図中の符号 13は、液晶表示部である。

バックライト装置本体 11は、導光体 lla、樋状反射板 l lb、背面反射シート llc、拡散シート lldlおよび集光シート lld2備え、図示しないケースに収納される。

導光体 11aは、透明ァクリル樹脂ゃポリカ一ボネート樹脂などの高屈折率を有する透明体から構成されている。樋状反射板 libは、放電ランプ 12から導光体 11aに直接入射しない方向へ放射された光を反射して導光体 11aに入射させるとともに、放電ランプ 12の発光が導光体 11a 以外の箇所へ漏光しないように遮蔽する。背面反射シート 11cは、導光体 11aの背面から出る光を反射して導光体 11aの前面から出射させる。また、その際に光がなるべく面全体から均一に出射するように、背面反射シート 11c の反射率を部分的に制御することができる。拡散シート lldlは、導光体 11aの前面に配置されて、導光体 11aから前方へ出射する光を拡散して輝度分布をなるベく均一化する。集光シート lld2 は、拡散シート lldlから出射した光を集光して、液晶表示部 13に対する入射効率を高める。

放電ランプ点灯装置 12は、放電ランプ DLおよび図示しない点灯回路からなる。放電ランプ DLは、図 1乃至図 3に示す液晶表示部 13は、バックライト装置の前面に重ねて配設され、その背面からバックライト装置本体により照明され、透過式の液晶表示が行われる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、放電媒体は、キセノン単体あるいはネオン、アルゴン、クリプトンなどの希ガスのうちの少なくも 1種を単体あるいは混合して用いることができる。また、キセノン単体の他にキセノンのハロゲン化物やハロゲン単体が添加されていてもよい。ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素、塩素を用いることができる。数 mHgから数気圧の範囲で蒸気として存在する元素であれば、放電が可能である。

また、外部電極は、透光性気密容器の内部電極に対応する領域にまで延在していてもよい。また、外部電極は全長に亘り透光性気密容器の外面に密着していることが望ましいが、透光性気密容器の外面に直接接触する必要はなく、絶縁層を介して接触し、或いは局部的に密着していなくても、全体として透光性気密容器の外面に接触していればよい。

次に、外部電極を形成する導電性物質材料としては、製造が容易で、比較的安価であることから、金属線または金属箔を用いるのが一般的である。しかし、透光性気密容器の外面に金属、金属酸化物または窒化物などの導電性物質を真空蒸着や化学的蒸着（CVD )などの薄膜形成手段を用いて被着した導電膜であってもよい。また、銀や銅などの導電性金属の微粉末を含む導電性ペーストを被着して焼成したいわゆる厚膜導電膜形成手段を用いて形成した導電膜であってもよい。さらに、導電性金属線は、断面円形のものに限らず、断面が扁平、四角形、三角形など非円形断面の導電線を用いることができる。導電線としては、たとえば二ヅケル、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、黄銅などを用いることができる。

さらに、点灯回路は、正負に変化する矩形波交流電圧を発生する実施例を示したが、 ^ずしも両極性に変化する必要はなく、適当な休止期間を有する間欠的なパルス電圧を出力するものでもよい。すなわち、点灯回路から放電ランプの内外面電極間に印加される電圧の波形は、矩形波 (方形）、三角波、のこぎり波、階段波、積分波、微分波、インパルス波、正弦波など多様な波形を有する脈動波であればよい。たとえば、図 14A 〜： 14C に示すような矩形波の交流電圧および正または負のパルス電圧が望ましい。すなわち、図 14aは矩形波交流電圧波形、図 14bは正極性の矩形波パルス電圧波形、図 14 C は負極性の矩形波パルス電圧波形である。

次に、放電ランプに封入されるキセノンの封入分庄 P ( k Pa)は、上記実施例に限定されるものではなく 100Pa〜3MPaの範囲の任意の分圧でよい c 以上説明した本発明の実施例によれば、ランプ電圧の負の放電期間に生じる放電は、陽光柱が広がり率 0. 5以上の拡散状であり、しかも、全放電長の 80%以上の領域にわたって形成される。その結果、放電ランプの発光効率が向上する。

Claims

請求の範囲

1 . 放電ランプと、この放電ランプを点灯する点灯装置とからなる放電ランプ装置であって、

前記放電ランプは、管状の透光性気密容器と、この透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層と、前記透光性気密容器内に封装された内部電極と、前記透光性気密容器内に封入分圧 P( k Pa)で封入されたキセノンを主体とする放電媒体と、前記透光性気密容器の外周面に、その長手方向に沿って配設された導電性物質からなる外部電極とを備え、

前記点灯装置は、前記放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給するとともに、これによつて生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC )および全休止期間 Ts(〃s )が数式

Ts · P/Q≥0. 5

を満足するように設計されていることを特徴とする放電ランプ装置。

2 . 前記外部電極は、前記透光性気密容器の外周面に卷回されたコィル導体であることを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ装置。

3 . 前記放電媒体はさらにクリプトン、アルゴン、ネオンのうちの少なくも 1つを含んでいることを特徴とする請求項 2記載の放電ランプ

4 . 前記脈動電圧は、所定の周期で繰り返される矩形波交流電圧であることを特徴とする請求項 3記載の放電ランプ装置。

5 . 前記透光性気密容器は両端が封止されたガラス管であり、前記内部電極は前記ガラス管内の一端に配置されていることを特徴とする請求項 4記載の放電ランプ装置。

6 . 前記点灯装置は、前記ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる負の放電期間において、前記透光性気密容器の内部に生じる陽光柱が全放電長の 80%以上にわたる領域において形成されるとともに、前記透光性気密容器の管軸と直交する面内における広がり率がその全長に亘つて 0. 5以上となるように前記放電ランプを駆動することを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ装置。

7 . 管状の透光性気密容器と、この透光性気密容器の内面に形成された蛍光体層と、前記透光性気密容器内に封装された内部電極と、前記透光性気密容器内に封入されたキセノンを主体とする放電媒体と、前記透光性気密容器の外周面に、その長手方向に沿って配設された導電性物質からなる外部電極とを備えた放電ランプと、この放電ランプを点灯する点灯装置とを備え、この点灯装置は前記放電ランプを、ランプ電流の負の放電期間に放射される波長 828nmの赤外線放射強度のピーク値が、前記ランプ電流の正の放電期間に放射される波長 828nmの赤外線放射強度のピ一ク値の 1.2倍以上となる管軸方向の領域の長さが全放電長の 80 以上となるように前記放電ランプを駆動するように構成されていることを特徴とする放電ランプ装置。

8 . 前記外部電極は、前記透光性気密容器の外周面に巻回されたコィル導体であることを特徴とする請求項 7記載の放電ランプ装置。

9 . 前記放電媒体はさらにアルゴンを含んでいることを特徴とする請求項 8記載の放電ランプ装置。

1 0 . 前記脈動電圧は、所定の周期で繰り返される矩形波交流電圧であることを特徴とする請求項 9記載の放電ランプ装置。

1 1 . 前記透光性気密容器は両端が封止されたガラス管であり、前記内部電極は前記ガラス管内の一端に配置されていることを特徴とする請求項 1 0記載の放電ランプ装置。

1 2 . 管状の透光性気密容器と、この透光性気密容器の内面に形成された蛍光体層と、前記透光性気密容器内に封装された内部電極と、前記透光性気密容器内に封入分圧 P ( k Pa)で封入されたキセノンを主体とする放電媒体と、前記透光性気密容器の外周面に、その長手方向に沿って配設された導電性物質からなる外部電極とを備えた放電ランプを準備するステップと、

この放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給して前記放電ランプを点灯するステツプとを備え、この点灯ステヅプによつて生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC )および全休止期間 Ts( z s )が数式

Ts · P/Q≥0.5

を満足するよゔに点灯出力を制御するステップと、

を備えことを特徴とする放電ランプ点灯方法。

1 3 . 前記外部電極は、前記透光性気密容器の外周面に卷回されたコィル導体であることを特徴とする請求項 1 2記載の放電ランプ点灯方法。

1 4 . 前記放電媒体はさらにクリプトン、アルゴン、ネオンのうちの少なくも 1つを含んでいることを特徴とする請求項 1 3記載の放電ランプ点灯方法。

1 5 . 前記脈動電圧は、所定の周期で繰り返される矩形波交流電圧であることを特徴とする請求項 1 4記載の放電ランプ点灯方法。

1 6 . 前記透光性気密容器は両端が封止されたガラス管であり、前記内部電極は前記ガラス管内の一端に配置されていることを特徴とする請求項 1 5記載の放電ランプ点灯方法。

1 7 . 前記点灯ステップは、ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる負の放電期間において、前記透光性気密容器の内部に生じる陽光柱が全放電長の 80%以上にわたる領域において形成されるとともに、前記透光性気密容器の管軸と直交する面内における広がり率がその全長に亘つて 0.5以上となるように前記放電ランプを駆動することを特徴とする請求項 1 6記載の放電ランプ点灯方法。

1 8 . 管状の透光性気密容器内にキセノンが封入分圧 P ( kPa)で封入され、前記透光性気密容器内に内部電極が設けられ、その外周面に外部電極が配置された放電ランプ用の点燈装置であって、前記内部電極および外部電極間に脈動電圧を供給するとともに、これによつて生ずるランプ電流の 1周期内に生じる全放電電荷量 Q(nC)および全休止期間 Ts(〃 s )が数式

Ts · P/Q≥0.5 を満足するように設計されていることを特徴とする放電ランプ点燈装置。

1 9 . 前記脈動電圧は、所定の周期で繰り返される矩形波交流電圧であることを特徴とする請求項 1 8記載の放電ランプ点燈装置。

2 0 . 前記点灯装置は、ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる負の放電期間において、前記透光性気密容器の内部に生じる陽光柱が全放電長の 80%以上にわたる領域において形成されるとともに、前記透光性気密容器の管軸と直交する面内における広がり率がその全長に亘つて 0.5以上となるように前記放電ランプを駆動することを特徴とする請求項 1 9記載の放電ランプ点灯装置。

2 1 . 照明装置本体と、照明装置本体に配設された請求項 1乃至 1 1 のいずれか一記載の放電ランプ装置とを具備していることを特徴とする照明装置。