(57)【要約】  ガラス管の自然破損を十分に抑制することができる熱陰極型低圧放電ランプを提供する。  ガラス管１内にフィラメント２が配置された熱陰極型低圧放電ランプ１０であって、ガラス管１の断面が扁平形状であり、ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管１の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、下式を満たすことを特徴とする熱陰極型低圧放電ランプ１０である。  【数１】2008038669.tif 000009
2008038669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管内にフィラメントが配置された熱陰極型低圧放電ランプであって、
ガラス管断面が扁平形状であり、ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、
【数１】
2008038669.tif 000007
を満たすことを特徴とする熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項２】
ガラス管と、
前記ガラス管内に配置されたフィラメントと、
前記ガラス管の自然破損を抑制する抑制手段と
を備え、
前記ガラス管の断面は、扁平形状であり、
前記抑制手段は、
ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが
【数１】
2008038669.tif 000008
を満たすことによって実現されていることを特徴とする熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項３】
扁平率xが１．１以上２．４以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項４】
長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項５】
長径Aが２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項６】
長径Aが２３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項７】
短径Bが１６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４から６の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項８】
長径Aと短径Bとの差が５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３から７の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項９】
前記扁平形状が略楕円形状であることを特徴とする請求項１から８の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱陰極型低圧放電ランプに関し、特にガラス管の横断面形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、液晶テレビの大型化、ひいてはバックライト装置の大型化が急速に進んでいる。これに伴い、バックライト装置の光源として、現行の冷陰極型低圧放電ランプに代えて、ランプ効率及びコスト削減効果に優れた熱陰極型低圧放電ランプを適用することが検討されはじめている。
熱陰極型低圧放電ランプをバックライト装置に適用する場合、ランプを構成するガラス管の径が大きいことが課題のひとつになる。熱陰極型低圧放電ランプの電極は冷陰極型低圧放電ランプの電極に比べて大きいので、その分だけガラス管の径が大きい。例えば、冷陰極型低圧放電ランプではガラス管径が３乃至５ｍｍであるのに対して、熱陰極型低圧放電ランプではガラス管径は一般照明用の細いタイプでも１５ｍｍ程度である。なお、要求されるランプ寿命は、バックライト用のほうが一般照明用よりも長い。そのためバックライト用の場合、さらに大きな電極を用意する必要があり、ガラス管の径がさらに大きくなると考えられる。要求寿命にもよるが、ガラス管の径が２０ｍｍ以上になる可能性も高い。【０００３】
ところがガラス管の径が大きくなれば、ランプから出た光を均一に液晶パネルに照射するための光学ユニットの厚みが大きくなるので、液晶テレビの奥行きが大きくなり、商品価値を大きく下げてしまう。
この問題を解決するため、ガラス管断面が扁平形状であるランプが検討されている。すなわち、ガラス管の長径方向に沿って電極を配置し、ガラス管の短径方向をバックライト装置の厚み方向に一致するようにランプを配置することで、ランプの長寿命化とバックライト装置の薄型化を両立させようとするものである。なお、一般照明用の環形蛍光ランプについては、特許文献１に照射面の照度を向上させるという目的で、ガラス管断面を扁平形状にするという技術が開示されている。
【特許文献１】特許２６２４６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低圧放電ランプの内圧は外気圧よりも低いため、ランプを構成するガラス管には、ガラス管内外の気圧差による応力が生じている。ガラス管断面が円形の場合は、ガラス管には周方向に均等に圧縮応力のみが発生し、引張応力は発生しない。ガラスは圧縮応力に対して高い強度を有するため、円形断面のガラス管が内外気圧差により破損することは極めてまれである。一方、ガラス管断面を扁平形状にした場合、内外気圧差によりガラス管断面の周方向に引張応力が生じる。ガラスの引張強度は圧縮強度よりも低いため、扁平形状のランプはランプ製造後においてガラス管が自然破損しやすいという問題がある。【０００５】
なお、ガラス管に発生する応力は、ガラス管の扁平率x（ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/B）及びガラス管の肉厚比T（ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/A）に応じて定まると考えられる。しかしながら、ガラス管の自然破損を十分に抑制するために扁平率x及び肉厚比Tが満たすべき条件は、これまで明らかになっていなかった。
単に自然破損の可能性を低減するというのであれば、ガラス管の肉厚を大きくすればガラス管の強度が上がるので、ガラス管の自然破損を防止することができる。しかしながら、ガラス管の肉厚を大きくすると、次のようなデメリットが生じる。【０００６】
まず、扁平形状の成形、封止部の成形などのガラス加工時にひずみが入りやすくなり、ひずみに起因する強度低下が生じ得る。また、ガラス加工に必要な熱量が大きくなるため、加工のためのエネルギーが増大し、その結果、生産エネルギー効率を含めた量産性が低下する。さらに、ランプが重くなるため、例えば光学ユニットに固定する支持手段の支持強度を上げる必要がでてくる。【０００７】
したがって、自然破損を防止するのに十分な強度を確保した上で、ガラス管の肉厚をできるかぎり薄くすることが必要となる。
そこで、本発明は、そのような条件を明らかにし、当該条件を満たすことによりガラス管の自然破損を十分に抑制することができる低圧放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱陰極型低圧放電ランプは、ガラス管断面が扁平形状であり、ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、以下の条件を満たす。【０００９】
【数１】
2008038669.tif 000003
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、ガラス管の自然破損を十分に抑制することができることが判明した。その理由については、「発明を実施するための最良の形態」の欄に詳述するとおりである。
また、扁平率xが１．１以上２．４以下であることとしてもよい。
上記構成によれば、バックライト装置用途に好適な低圧放電ランプを得ることができる。その理由については、「発明を実施するための最良の形態」の欄に詳述するとおりである。【００１１】
また、長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であり、熱陰極型であることとしてもよい。
ランプ寿命と電極（熱陰極型フィラメントコイル）の大きさとの間には、要求されるランプ寿命が長くなるほど、電極を大きくしなければならないという関係がある。上記構成のように長径Aを１７ｍｍ以上、短径Bを８ｍｍ以上とすることで、現行のＣＲＴ装置と同等の寿命（４０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。さらに、現行の冷陰極型ランプを用いた大型液晶テレビのバックライト装置の厚みは２５乃至３０ｍｍである。この厚みに短径の大きなランプを用いると、バックライト装置に備えられた光学シートとランプとの距離が短くなり、輝度ムラが生じる。短径を２１ｍｍ以下とすることで、輝度ムラを実用的なレベルに抑えることができる。【００１２】
また、長径Aが２０ｍｍ以上であることとしてもよい。
上記構成によれば、現行の液晶バックライト装置に用いられている冷陰極蛍光ランプと同等の寿命（６０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。
また、長径Aが２３ｍｍ以上であることとしてもよい。【００１３】
上記構成によれば、冷陰極蛍光ランプよりも長い寿命（８０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。
また、短径Bが１６ｍｍ以下であることとしてもよい。
上記構成によれば、バックライト装置に適用した場合に、輝度ムラを望ましいレベルに抑えることができる。【００１４】
また、長径Aと短径Bとの差が５ｍｍ以上であることとしてもよい。
上記構成によれば、バックライト装置に適用した場合に、５ｍｍ以上の薄型化を図ることができる。
また、前記扁平形状が略楕円形状であることとしてもよい。
上記構成によれば、断面の曲率が連続的に変化するため、バックライト装置の光学設計を行いやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る蛍光ランプの外観形状を示す図である。
【図２】蛍光ランプのガラス管に発生する最大応力の等高線及び試験仕様を示す図である。
【図３】蛍光ランプの製造後の残存率を示す図である。
【図４】本発明に係る蛍光ランプの寸法の範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    ガラス管
１ａ、１ｂ  ガラス管端部
２    フィラメントコイル
３    リード線
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る蛍光ランプの外観形状を示す図である。本実施形態の蛍光ランプ１０は、ガラス管１内にフィラメント（または、フィラメントコイル）２が配置された熱陰極型低圧放電ランプである。【００１８】
本実施形態の蛍光ランプ１０は、長さが１１００ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍの直管形ランプであり、横断面が略楕円形状である。横断面の長径Aは２４ｍｍ、短径Bは１５ｍｍである。なお、長径A及び短径Bは共にガラス管１の外径を基準にしている。
ガラス種別は、ソーダガラスまたは鉛フリーガラスである。ガラス管１の内面には蛍光体皮膜が形成されており、ガラス管１の内部には水銀数ｍｇとアルゴン／クリプトン混合ガス６００Paとが封入されている。ガラス管１の両端１ａ、１ｂには、２本のリード線３とこれに懸架されたフィラメントコイル２からなる電極が設けられている。【００１９】
本発明に係る蛍光ランプの第１の特徴は、ガラス管１の断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、以下の条件１を満たしていることである。【００２０】
【数１】
2008038669.tif 000004
条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができる。すなわち、条件１を満たすことによって、ガラス管の自然破損を抑制する抑制手段が実現されている。以下、ガラス管１の自然破損を抑制できる理由について詳述する。
図２は、蛍光ランプのガラス管に発生する最大応力の等高線及び試験仕様を示す図である。【００２１】
発明者は、汎用の有限要素法解析ソフト（ソリッドワークス社、COSMOS  Works（登録商標））を用いて、扁平率x及び肉厚比Tをパラメータとして最大応力σを算出した。そして、それぞれの扁平率xについてσをσ＝C×TDでフィッティングし、C及びDをC=exp(a/(x-1)^b+c)及びD=d/(x-1)^e+fでフィッティングした。その結果、以下の関係式が得られた。【００２２】
【数２】
2008038669.tif 000005
【００２３】
a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12
図２では、上記の関係式を満たす最大応力σが、５MPaから４０MPaまで５MPa間隔で表されている。
また、発明者は、以下の仕様１乃至仕様４の蛍光ランプを２００本ずつ、仕様５乃至６の蛍光ランプを１００本ずつ製造し、これらを大気圧下で放置して、自然破損せずに残存した本数を１週間毎に計数するという試験を行った。各仕様は下表１のとおりである。【００２４】
【表１】
2008038669.tif 000006
【００２５】
そうすると、図３に示すように、仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５ではランプ製造後１０週間経過しても残存率が１００％を保つのに対し、仕様３ではランプ製造後１０週間経過すれば残存率が約７５％、仕様６では約６５％にまで低下した。蛍光ランプの製品仕様としては、残存率が１００％を維持するものが適当である。したがって仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５は製品仕様として採用可能であるが、仕様３および仕様６は製品仕様として好ましくないことが判明した。【００２６】
仕様１乃至仕様６を図２の等高線図にプロットすれば、製品仕様として採用可能な仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５は最大応力が１０MPaから１５MPaまでの領域に属し、採用不可な仕様３及び仕様６は最大応力が１５MPaから２０MPaまでの領域に属する。これらより、最大応力が１５MPa以下であれば、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができるといえる。自然破損の主要因がガラス管に発生する応力であることを考慮すれば、これら以外の扁平率であっても最大応力が１５MPa以下であれば自然破損を抑制することができると考えられる。したがって、条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができる。【００２７】
すなわち、本実施形態の蛍光ランプ１０によれば、条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができるので、ガラス管１の自然破損を抑制するために新たな部材（例えば、補強部材）を設ける必要がない。
加えて、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくすることを回避することができるので、以下のようなメリットを得ることができる。【００２８】
すなわち、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、扁平形状の成形、封止部の成形などのガラス加工時にひずみが入りやすくなり、ひずみに起因する強度低下が生じ得るのであるが、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。また、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、ガラス加工に必要な熱量が大きくなるため、加工のためのエネルギーが増大し、その結果、生産エネルギー効率を含めた量産性が低下するのであるが、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。【００２９】
さらには、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、ランプが重くなるため、例えば光学ユニットに固定する支持手段の支持強度を上げる必要がでてくるが、
ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。
また、本発明に係る蛍光ランプの第２の特徴は、扁平率xが１．１以上２．４以下であり、長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であるという条件２を満たすことである。【００３０】
図４は、本発明に係る蛍光ランプの寸法の範囲を示す図である。
図４では、縦軸が長径A、横軸が短径Bであり、原点を通る直線の傾きが扁平率xを表す。条件２を満たす寸法の範囲は、図中ハッチングで示す領域である。条件２を満たすことにより、バックライト装置用途に好適な蛍光ランプを得ることができる。以下にその根拠を示す。【００３１】
ガラス管断面を扁平形状にすることで、ランプ前面の照度を向上させることができる。特に扁平率を１．１以上とすることにより、ランプ前面の照度を望ましいレベルにまで向上させることができる。さらに、ガラス管断面の扁平率を１．１以上とすることにより、ガラス管断面が円形（扁平率１）の場合に比べてバックライト装置の厚みを１０％以上薄くすることができる。また、ガラス管の成形加工は、ガラス管の扁平率が２．４を超えると困難になる。そこで、ガラス管の扁平率を２．４以下とすることにより、ガラス管の成形加工を容易にすることができる。【００３２】
蛍光ランプの寿命と電極の大きさとの間には、要求されるランプ寿命が長くなるほど、電極を大きくしなければならないという関係がある。また蛍光ランプをバックライト装置に適用した場合、少なくとも現行のＣＲＴ装置と同等のランプ寿命（４０，０００時間）を確保する必要がある。ガラス管の長径Aを１７ｍｍ以上とし、短形Bを８ｍｍ以上とすることにより、ＣＲＴ装置と同等のランプ寿命を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。【００３３】
現行の冷陰極型ランプを用いた大型液晶テレビのバックライト装置の厚みは２５乃至３０ｍｍである。この厚みに短径の大きなランプを用いると、バックライト装置に備えられた光学シートとランプとの距離が短くなり、輝度ムラが生じる。短径を２１ｍｍ以下とすることで、輝度ムラを実用的なレベルに抑えることができる。
なお、ガラス管の長径Aを２０ｍｍ以上とすれば、冷陰極型低圧放電ランプと同等の寿命（６０，０００時間）を確保することができ、ガラス管の長径Aを２３ｍｍ以上とすれば、冷陰極型低圧放電ランプよりも長い寿命（８０，０００時間）を確保することができるので、より好ましい。【００３４】
また、ガラス管の短径Bを１６ｍｍ以下とすれば、輝度ムラを望ましいレベルに抑えることができる。
また、ガラス管の長径Aと短径Bとの差を５ｍｍ以上とすれば、５ｍｍ以上のバックライト装置の薄型化を図ることができるので、より好ましい。
＜製造方法＞
本発明に係る蛍光ランプの製造方法について説明する。【００３５】
蛍光ランプ１０の製造方法は、扁平加工を有する点以外は一般の蛍光ランプの製造方法と同様である。すなわち、ガラス管に蛍光体を塗布し、蛍光体を焼付け（シンター）、扁平加工を施し、ガラス管両端をピンチ封止し、ガラス管内部を排気してからガス・水銀を封入する。扁平加工は、蛍光体焼付け（６００−６５０℃）の後、さらに温度を上げて（６５０−７００℃）ガラスを軟化させ、金型を用いて成型することにより行う。【００３６】
以上、本発明に係る蛍光ランプについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に限られない。
（１）扁平ガラス管に発生する引張応力は、ランプ内外の気圧差に比例する。しかし、低圧放電ランプの内圧は、通常１００Ｐａ−１ｋＰａ程度、高いものでも１０ｋＰａ程度で、外圧（大気圧）の約１００ｋＰａに対して１０％以下であり、ガラス強度の個々のばらつき、大気圧のばらつきを含めると、内圧の影響は小さい。したがって、実施の形態に記載された内容は、ランプ内圧にかかわらず低圧放電ランプ全般に適用できる。ちなみに応力計算は内外の気圧差を大気圧（１００ｋＰａ）として計算している。
（２）最大応力の計算は、ガラス管断面が楕円形状の場合で実施している。楕円以外にも長円など数種類の扁平形状について計算を実施したが、それらの差は１０％以内であった。これは、ガラス強度の個々のばらつきに比べると小さい。したがって、実施の形態に記載された内容は、楕円以外の扁平形状においても適用できる。
（３）実施の形態ではバックライト用途を前提として説明しているが、ガラス断面が扁平形状であれば、本発明はこれに限らない。例えば、薄型の一般照明器具に用いても構わない。
（４）なお、実施の形態では、扁平ガラス管を構成するガラス種として、ソーダガラスまたは鉛フリーガラスを例示しているが、他のガラス種を用いたとしても、ガラス種類間の強度の差は、ガラス強度の個々のばらつきに比べると
誤差レベルとみなせるので、本発明はソーダガラスまたは鉛フリーガラスに限られず、コスト、加工性などを考慮して適宜好適なものを選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の活用例として、バックライト装置等が挙げられる。
【図１】
2008038669.tif 000010
【図２】
2008038669.tif 000011
【図３】
2008038669.tif 000012
【図４】
2008038669.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月5日(2009.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管内にフィラメントが配置された熱陰極型低圧放電ランプであって、
ガラス管断面が扁平形状であり、ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、
【数１】
2008038669.tif 000014
を満たすことを特徴とする熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項２】
ガラス管と、
前記ガラス管内に配置されたフィラメントと、
前記ガラス管の自然破損を抑制する抑制手段と
を備え、
前記ガラス管の断面は、扁平形状であり、
前記抑制手段は、
ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが
【数１】
2008038669.tif 000015
を満たすことによって実現されていることを特徴とする熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項３】
扁平率xが１．１以上２．４以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項４】
長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項５】
長径Aが２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項６】
長径Aが２３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項７】
短径Bが１６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４から６の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項８】
長径Aと短径Bとの差が５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３から７の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【請求項９】
前記扁平形状が略楕円形状であることを特徴とする請求項１から８の何れか一つに記載の熱陰極型低圧放電ランプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱陰極型低圧放電ランプに関し、特にガラス管の横断面形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、液晶テレビの大型化、ひいてはバックライト装置の大型化が急速に進んでいる。これに伴い、バックライト装置の光源として、現行の冷陰極型低圧放電ランプに代えて、ランプ効率及びコスト削減効果に優れた熱陰極型低圧放電ランプを適用することが検討されはじめている。
熱陰極型低圧放電ランプをバックライト装置に適用する場合、ランプを構成するガラス管の径が大きいことが課題のひとつになる。熱陰極型低圧放電ランプの電極は冷陰極型低圧放電ランプの電極に比べて大きいので、その分だけガラス管の径が大きい。例えば、冷陰極型低圧放電ランプではガラス管径が３乃至５ｍｍであるのに対して、熱陰極型低圧放電ランプではガラス管径は一般照明用の細いタイプでも１５ｍｍ程度である。なお、要求されるランプ寿命は、バックライト用のほうが一般照明用よりも長い。そのためバックライト用の場合、さらに大きな電極を用意する必要があり、ガラス管の径がさらに大きくなると考えられる。要求寿命にもよるが、ガラス管の径が２０ｍｍ以上になる可能性も高い。
【０００３】
ところがガラス管の径が大きくなれば、ランプから出た光を均一に液晶パネルに照射するための光学ユニットの厚みが大きくなるので、液晶テレビの奥行きが大きくなり、商品価値を大きく下げてしまう。
この問題を解決するため、ガラス管断面が扁平形状であるランプが検討されている。すなわち、ガラス管の長径方向に沿って電極を配置し、ガラス管の短径方向をバックライト装置の厚み方向に一致するようにランプを配置することで、ランプの長寿命化とバックライト装置の薄型化を両立させようとするものである。なお、一般照明用の環形蛍光ランプについては、特許文献１に照射面の照度を向上させるという目的で、ガラス管断面を扁平形状にするという技術が開示されている。
【特許文献１】特許２６２４６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低圧放電ランプの内圧は外気圧よりも低いため、ランプを構成するガラス管には、ガラス管内外の気圧差による応力が生じている。ガラス管断面が円形の場合は、ガラス管には周方向に均等に圧縮応力のみが発生し、引張応力は発生しない。ガラスは圧縮応力に対して高い強度を有するため、円形断面のガラス管が内外気圧差により破損することは極めてまれである。一方、ガラス管断面を扁平形状にした場合、内外気圧差によりガラス管断面の周方向に引張応力が生じる。ガラスの引張強度は圧縮強度よりも低いため、扁平形状のランプはランプ製造後においてガラス管が自然破損しやすいという問題がある。
【０００５】
なお、ガラス管に発生する応力は、ガラス管の扁平率x（ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/B）及びガラス管の肉厚比T（ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/A）に応じて定まると考えられる。しかしながら、ガラス管の自然破損を十分に抑制するために扁平率x及び肉厚比Tが満たすべき条件は、これまで明らかになっていなかった。
単に自然破損の可能性を低減するというのであれば、ガラス管の肉厚を大きくすればガラス管の強度が上がるので、ガラス管の自然破損を防止することができる。しかしながら、ガラス管の肉厚を大きくすると、次のようなデメリットが生じる。
【０００６】
まず、扁平形状の成形、封止部の成形などのガラス加工時にひずみが入りやすくなり、ひずみに起因する強度低下が生じ得る。また、ガラス加工に必要な熱量が大きくなるため、加工のためのエネルギーが増大し、その結果、生産エネルギー効率を含めた量産性が低下する。さらに、ランプが重くなるため、例えば光学ユニットに固定する支持手段の支持強度を上げる必要がでてくる。
【０００７】
したがって、自然破損を防止するのに十分な強度を確保した上で、ガラス管の肉厚をできるかぎり薄くすることが必要となる。
そこで、本発明は、そのような条件を明らかにし、当該条件を満たすことによりガラス管の自然破損を十分に抑制することができる低圧放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱陰極型低圧放電ランプは、ガラス管断面が扁平形状であり、ガラス管断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、以下の条件を満たす。
【０００９】
【数１】
2008038669.tif 000016
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、ガラス管の自然破損を十分に抑制することができることが判明した。その理由については、「発明を実施するための最良の形態」の欄に詳述するとおりである。
また、扁平率xが１．１以上２．４以下であることとしてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、バックライト装置用途に好適な低圧放電ランプを得ることができる。その理由については、「発明を実施するための最良の形態」の欄に詳述するとおりである。
また、長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であり、熱陰極型であることとしてもよい。
【００１２】
ランプ寿命と電極（熱陰極型フィラメントコイル）の大きさとの間には、要求されるランプ寿命が長くなるほど、電極を大きくしなければならないという関係がある。上記構成のように長径Aを１７ｍｍ以上、短径Bを８ｍｍ以上とすることで、現行のＣＲＴ装置と同等の寿命（４０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。さらに、現行の冷陰極型ランプを用いた大型液晶テレビのバックライト装置の厚みは２５乃至３０ｍｍである。この厚みに短径の大きなランプを用いると、バックライト装置に備えられた光学シートとランプとの距離が短くなり、輝度ムラが生じる。短径を２１ｍｍ以下とすることで、輝度ムラを実用的なレベルに抑えることができる。
【００１３】
また、長径Aが２０ｍｍ以上であることとしてもよい。
上記構成によれば、現行の液晶バックライト装置に用いられている冷陰極蛍光ランプと同等の寿命（６０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。
また、長径Aが２３ｍｍ以上であることとしてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、冷陰極蛍光ランプよりも長い寿命（８０，０００時間）を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。
また、短径Bが１６ｍｍ以下であることとしてもよい。
上記構成によれば、バックライト装置に適用した場合に、輝度ムラを望ましいレベルに抑えることができる。
【００１５】
また、長径Aと短径Bとの差が５ｍｍ以上であることとしてもよい。
上記構成によれば、バックライト装置に適用した場合に、５ｍｍ以上の薄型化を図ることができる。
また、前記扁平形状が略楕円形状であることとしてもよい。
上記構成によれば、断面の曲率が連続的に変化するため、バックライト装置の光学設計を行いやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る蛍光ランプの外観形状を示す図である。本実施形態の蛍光ランプ１０は、ガラス管１内にフィラメント（または、フィラメントコイル）２が配置された熱陰極型低圧放電ランプである。
【００１７】
本実施形態の蛍光ランプ１０は、長さが１１００ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍの直管形ランプであり、横断面が略楕円形状である。横断面の長径Aは２４ｍｍ、短径Bは１５ｍｍである。なお、長径A及び短径Bは共にガラス管１の外径を基準にしている。
ガラス種別は、ソーダガラスまたは鉛フリーガラスである。ガラス管１の内面には蛍光体皮膜が形成されており、ガラス管１の内部には水銀数ｍｇとアルゴン／クリプトン混合ガス６００Paとが封入されている。ガラス管１の両端１ａ、１ｂには、２本のリード線３とこれに懸架されたフィラメントコイル２からなる電極が設けられている。
【００１８】
本発明に係る蛍光ランプの第１の特徴は、ガラス管１の断面の長径Aと短径Bとの比A/Bである扁平率をxとし、ガラス管の肉厚tとガラス管断面の長径Aとの比t/Aである肉厚比をTとし、a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12としたとき、扁平率xと肉厚比Tとが、以下の条件１を満たしていることである。
【００１９】
【数１】
2008038669.tif 000017
【００２０】
条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができる。すなわち、条件１を満たすことによって、ガラス管の自然破損を抑制する抑制手段が実現されている。以下、ガラス管１の自然破損を抑制できる理由について詳述する。
図２は、蛍光ランプのガラス管に発生する最大応力の等高線及び試験仕様を示す図である。
【００２１】
発明者は、汎用の有限要素法解析ソフト（ソリッドワークス社、COSMOS  Works（登録商標））を用いて、扁平率x及び肉厚比Tをパラメータとして最大応力σを算出した。そして、それぞれの扁平率xについてσをσ＝C×TDでフィッティングし、C及びDをC=exp(a/(x-1)^b+c)及びD=d/(x-1)^e+fでフィッティングした。その結果、以下の関係式が得られた。
【００２２】
【数２】
2008038669.tif 000018
【００２３】
a=-0.809、b=0.728、c=-3.46、d=-0.0689、e=0.926、f=-2.12
図２では、上記の関係式を満たす最大応力σが、５MPaから４０MPaまで５MPa間隔で表されている。
また、発明者は、以下の仕様１乃至仕様４の蛍光ランプを２００本ずつ、仕様５乃至６の蛍光ランプを１００本ずつ製造し、これらを大気圧下で放置して、自然破損せずに残存した本数を１週間毎に計数するという試験を行った。各仕様は下表１のとおりである。
【００２４】
【表１】
2008038669.tif 000019
【００２５】
そうすると、図３に示すように、仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５ではランプ製造後１０週間経過しても残存率が１００％を保つのに対し、仕様３ではランプ製造後１０週間経過すれば残存率が約７５％、仕様６では約６５％にまで低下した。蛍光ランプの製品仕様としては、残存率が１００％を維持するものが適当である。したがって仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５は製品仕様として採用可能であるが、仕様３および仕様６は製品仕様として好ましくないことが判明した。
【００２６】
仕様１乃至仕様６を図２の等高線図にプロットすれば、製品仕様として採用可能な仕様１、仕様２、仕様４及び仕様５は最大応力が１０MPaから１５MPaまでの領域に属し、採用不可な仕様３及び仕様６は最大応力が１５MPaから２０MPaまでの領域に属する。これらより、最大応力が１５MPa以下であれば、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができるといえる。自然破損の主要因がガラス管に発生する応力であることを考慮すれば、これら以外の扁平率であっても最大応力が１５MPa以下であれば自然破損を抑制することができると考えられる。したがって、条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができる。
【００２７】
すなわち、本実施形態の蛍光ランプ１０によれば、条件１を満たすことにより、ガラス管１の自然破損を十分に抑制することができるので、ガラス管１の自然破損を抑制するために新たな部材（例えば、補強部材）を設ける必要がない。
加えて、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくすることを回避することができるので、以下のようなメリットを得ることができる。
【００２８】
すなわち、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、扁平形状の成形、封止部の成形などのガラス加工時にひずみが入りやすくなり、ひずみに起因する強度低下が生じ得るのであるが、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。また、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、ガラス加工に必要な熱量が大きくなるため、加工のためのエネルギーが増大し、その結果、生産エネルギー効率を含めた量産性が低下するのであるが、ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。
【００２９】
さらには、ガラス管の肉厚が必要以上に大きいと、ランプが重くなるため、例えば光学ユニットに固定する支持手段の支持強度を上げる必要がでてくるが、
ガラス管の肉厚を必要以上に大きくしないことにより、そのような問題を回避又は緩和することができる。
また、本発明に係る蛍光ランプの第２の特徴は、扁平率xが１．１以上２．４以下であり、長径Aが１７ｍｍ以上であり、短径Bが８ｍｍ以上２１ｍｍ以下であるという条件２を満たすことである。
【００３０】
図４は、本発明に係る蛍光ランプの寸法の範囲を示す図である。
図４では、縦軸が長径A、横軸が短径Bであり、原点を通る直線の傾きが扁平率xを表す。条件２を満たす寸法の範囲は、図中ハッチングで示す領域である。条件２を満たすことにより、バックライト装置用途に好適な蛍光ランプを得ることができる。以下にその根拠を示す。
【００３１】
ガラス管断面を扁平形状にすることで、ランプ前面の照度を向上させることができる。特に扁平率を１．１以上とすることにより、ランプ前面の照度を望ましいレベルにまで向上させることができる。さらに、ガラス管断面の扁平率を１．１以上とすることにより、ガラス管断面が円形（扁平率１）の場合に比べてバックライト装置の厚みを１０％以上薄くすることができる。また、ガラス管の成形加工は、ガラス管の扁平率が２．４を超えると困難になる。そこで、ガラス管の扁平率を２．４以下とすることにより、ガラス管の成形加工を容易にすることができる。
【００３２】
蛍光ランプの寿命と電極の大きさとの間には、要求されるランプ寿命が長くなるほど、電極を大きくしなければならないという関係がある。また蛍光ランプをバックライト装置に適用した場合、少なくとも現行のＣＲＴ装置と同等のランプ寿命（４０，０００時間）を確保する必要がある。ガラス管の長径Aを１７ｍｍ以上とし、短形Bを８ｍｍ以上とすることにより、ＣＲＴ装置と同等のランプ寿命を確保するために必要な大きさの電極をガラス管内に収容することができる。
【００３３】
現行の冷陰極型ランプを用いた大型液晶テレビのバックライト装置の厚みは２５乃至３０ｍｍである。この厚みに短径の大きなランプを用いると、バックライト装置に備えられた光学シートとランプとの距離が短くなり、輝度ムラが生じる。短径を２１ｍｍ以下とすることで、輝度ムラを実用的なレベルに抑えることができる。
なお、ガラス管の長径Aを２０ｍｍ以上とすれば、冷陰極型低圧放電ランプと同等の寿命（６０，０００時間）を確保することができ、ガラス管の長径Aを２３ｍｍ以上とすれば、冷陰極型低圧放電ランプよりも長い寿命（８０，０００時間）を確保することができるので、より好ましい。
【００３４】
また、ガラス管の短径Bを１６ｍｍ以下とすれば、輝度ムラを望ましいレベルに抑えることができる。
また、ガラス管の長径Aと短径Bとの差を５ｍｍ以上とすれば、５ｍｍ以上のバックライト装置の薄型化を図ることができるので、より好ましい。
＜製造方法＞
本発明に係る蛍光ランプの製造方法について説明する。
【００３５】
蛍光ランプ１０の製造方法は、扁平加工を有する点以外は一般の蛍光ランプの製造方法と同様である。すなわち、ガラス管に蛍光体を塗布し、蛍光体を焼付け（シンター）、扁平加工を施し、ガラス管両端をピンチ封止し、ガラス管内部を排気してからガス・水銀を封入する。扁平加工は、蛍光体焼付け（６００−６５０℃）の後、さらに温度を上げて（６５０−７００℃）ガラスを軟化させ、金型を用いて成型することにより行う。
【００３６】
以上、本発明に係る蛍光ランプについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に限られない。
（１）扁平ガラス管に発生する引張応力は、ランプ内外の気圧差に比例する。しかし、低圧放電ランプの内圧は、通常１００Ｐａ−１ｋＰａ程度、高いものでも１０ｋＰａ程度で、外圧（大気圧）の約１００ｋＰａに対して１０％以下であり、ガラス強度の個々のばらつき、大気圧のばらつきを含めると、内圧の影響は小さい。したがって、実施の形態に記載された内容は、ランプ内圧にかかわらず低圧放電ランプ全般に適用できる。ちなみに応力計算は内外の気圧差を大気圧（１００ｋＰａ）として計算している。
（２）最大応力の計算は、ガラス管断面が楕円形状の場合で実施している。楕円以外にも長円など数種類の扁平形状について計算を実施したが、それらの差は１０％以内であった。これは、ガラス強度の個々のばらつきに比べると小さい。したがって、実施の形態に記載された内容は、楕円以外の扁平形状においても適用できる。
（３）実施の形態ではバックライト用途を前提として説明しているが、ガラス断面が扁平形状であれば、本発明はこれに限らない。例えば、薄型の一般照明器具に用いても構わない。
（４）なお、実施の形態では、扁平ガラス管を構成するガラス種として、ソーダガラスまたは鉛フリーガラスを例示しているが、他のガラス種を用いたとしても、ガラス種類間の強度の差は、ガラス強度の個々のばらつきに比べると
誤差レベルとみなせるので、本発明はソーダガラスまたは鉛フリーガラスに限られず、コスト、加工性などを考慮して適宜好適なものを選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の活用例として、バックライト装置等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る蛍光ランプの外観形状を示す図である。
【図２】蛍光ランプのガラス管に発生する最大応力の等高線及び試験仕様を示す図である。
【図３】蛍光ランプの製造後の残存率を示す図である。
【図４】本発明に係る蛍光ランプの寸法の範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ガラス管
１ａ、１ｂ  ガラス管端部
２    フィラメントコイル
３    リード線
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008038669.tif 000020
【図２】
2008038669.tif 000021
【図３】
2008038669.tif 000022
【図４】
2008038669.tif 000023
【国際調査報告】
2008038669.tif 000024
2008038669.tif 000025
2008038669.tif 000026
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