(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電により生起された光を外部に照射するアパーチャ部を有する管状の発光管と；
発光管の内部に封入された放電媒体と；
発光管の長手方向に沿って発光管の内壁面のアパーチャ部の一側位置に形成された内部電極と；
発光管の長手方向に沿って発光管の外部のアパーチャ部を除く位置に形成された外部電極と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
内部電極と外部電極とは、発光管の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
【請求項３】
外部電極とは電気的に接続されていない補助外部電極が発光管の外部で内部電極の近傍位置に設けられている
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】
発光管の内壁面に内部電極を覆って誘電体層が形成され、誘電体層は、軟化点の異なる複数の層で形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の放電ランプ。
【請求項５】
誘電体層は、電子放射体層によって覆われている
ことを特徴とする請求項４記載の放電ランプ。
【請求項６】
請求項３記載の放電ランプと；
始動時には放電ランプの内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するとともに、始動後には放電ランプの内部電極と外部電極との間に電力を供給する点灯装置と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプ、この放電ランプを用いた放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掲載特許第２９６９１３０号公報に記載されているように、複写機やイメージスキャナなどの画像読取装置などに用いられる放電ランプとしては、水銀を使用せず、光束の立上り特性に優れた外部電極形の放電ランプが知られている。
【０００３】
この放電ランプでは、ガラス管などの管状に形成された発光管の内部にキセノンなどの放電媒体を封入するとともに、発光管の外面に一対の外部電極を対向して設け、これら一対の外部電極間に電圧を印加して通電することにより、発光管の内部で放電媒体が放電し、放電にて発光した光が外部に照射される。発光管の内壁面には、一対の外部電極間のアパーチャ部の領域を除いて蛍光体層を形成しており、放電媒体の放電で放出される紫外線により蛍光体層の蛍光体物質が励起され、紫外線が可視光に変換されて、アパーチャ部を通じて外部に照射される。
【０００４】
しかし、一対の外部電極を用いた放電ランプでは、一対の外部電極間に発光管の両側の２枚分の管壁が介在することになり、これら管壁で外部電極間に流れる電流を制限するため、放電を始動させたり点灯を維持する電流を得るには、ランプ入力に、例えば２〜３ｋＶ程度の高電圧、数十から数百ｋＨｚ程度の高周波が必要になっている。このように、ランプ入力が高電圧になると点灯回路部品に高耐圧のものを使用する必要があるばかりでなく、高電圧が印加される電極に対して十分な絶縁被覆を施さなければならない問題がある。また、ランプ入力電圧をあまり上げず、代わりに点灯周波数を上げることが考えられるが、高周波であると、電磁波の放射が多くなって他の電子機器へのノイズの影響が問題となる。
【０００５】
また、特開平７−２７２６９号公報に記載されているように、管状の発光管の断面中心部にその発光管の長手方向に沿って軸状の内部電極を封止し、この内部電極と発光管の外面に設けられる外部電極との間に高周波電圧を印加することにより、これら内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプがある。外部電極には、金網メッシュや、アパーチャ部を除いた領域に設けた不透光性の金属膜を用いている。
【０００６】
しかし、このように軸状の内部電極を用いた放電ランプでは、発光管の断面中心部に位置する軸状の内部電極と外面電極との間には発光管の１枚の管壁が介在するだけなので、一対の外部電極を用いた場合に比べると始動電圧を低くすることができるが、軸状の内部電極を発光管の中心に封止する必要があるので、その封止の加工精度を高くしなければならず、この加工精度が低いと、特性にばらつきが生じやすくなる。また、軸状の内部電極をバルブの断面中心部に位置させる必要があるので、放電路長を管内径の１／２以上には長くすることができず、高効率化が困難であり、さらに、内部電極を所望の形状に加工しにくい問題がある。
【０００７】
また、一対の外部電極を用いた放電ランプ、および軸状の内部電極を用いるとともに外部電極に不透光性の金属膜を用いた放電ランプでは、アパーチャ部を除いた領域に蛍光体層を形成してアパーチャ部から光を照射するため、一般の蛍光ランプのように発光管の内壁面の全体に蛍光体層を形成して発光管の全体から光を照射する場合に比べて、紫外線を可視光に変換する効率が低いとともに、発光管内で発生した可視光の約６５％程度しか発光管の外部へ照射できず、発光効率が低い問題がある。
【０００８】
そこで、発光管の発光効率を向上させるように、外部電極として透明導電膜を用いることが考えられるが、始動電圧の高い従来の放電ランプでは、透明導電膜の電気的な抵抗および損失を小さくしなければならないことから透明導電膜の膜厚を厚くする必要があり、これによって透明導電膜の可視光透過率が低くなり、十分な発光効率の向上は望めない。また、特開平７−２７２６９号公報に記載の放電ランプでは、外部電極として金属メッシュを用いているが、金属メッシュの場合、発光管のガラスとの密着性が悪く、発光管の外面で微小放電が発生したり、塵埃が付着する問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる放電ランプ、この放電ランプを用いた放電ランプ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の放電ランプは、放電により生起された光を外部に照射するアパーチャ部を有する管状の発光管と；発光管の内部に封入された放電媒体と；発光管の長手方向に沿って発光管の内壁面のアパーチャ部の一側位置に形成された内部電極と；発光管の長手方向に沿って発光管の外部のアパーチャ部を除く位置に形成された外部電極とを具備しているものである。
【００１１】
そして、内部電極を発光管のアパーチャ部の一側位置に形成し、外部電極をアパーチャ部を除く位置に形成したので、内部電極と外部電極との距離を短くでき、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる。
【００１２】
請求項２記載の放電ランプは、請求項１記載の放電ランプにおいて、内部電極と外部電極とは、発光管の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成されているものである。
【００１３】
そして、内部電極と外部電極とを、発光管の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成したので、内部電極と外部電極との間で発光管の断面中心部を通る陽光柱を発生させることができ、発光効率を向上できる。
【００１４】
請求項３記載の放電ランプは、請求項１または２記載の放電ランプにおいて、外部電極とは電気的に接続されていない補助外部電極が発光管の外部で内部電極の近傍位置に設けられているものである。
【００１５】
そして、外部電極とは電気的に接続されていない補助外部電極を発光管の外部で内部電極の近傍位置に設けたので、例えば、始動時において内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するで、内部電極と補助外部電極との間で容易に放電を発生させることが可能となり、始動電圧を低減できる。
【００１６】
請求項４記載の放電ランプは、請求項１ないし３いずれか一記載の放電ランプにおいて、発光管の内壁面に内部電極を覆って誘電体層が形成され、誘電体層は、軟化点の異なる複数の層で形成されているものである。
【００１７】
そして、誘電体層を、軟化点の異なる複数の層で形成したものであり、例えば、内部電極を直接覆う内層の誘電体層の軟化点を、この内層の誘電体層を覆う外層の誘電体層の軟化点より高くすることで、外層の誘電体層を溶融させて焼成するのに際して、外層の誘電体層より軟化点の高い内層の誘電体層によって電極物質が外層の誘電体層に拡散するのを防止し、外層の誘電体層をピンホールの少ない均一の膜として形成でき、誘電体層の絶縁耐圧を確保でき、ランプ寿命を長くできる。
【００１８】
請求項５記載の放電ランプは、請求項４記載の放電ランプにおいて、誘電体層は、電子放射体層によって覆われているものである。
【００１９】
そして、誘電体層を、電子放射体層によって覆ったものであり、電子放射体層によって発光管の内部への電子の放出を容易にし、内部電極を覆って誘電体層を形成していても低いランプ電圧での放電を許容できる。
【００２０】
請求項６記載の放電ランプ装置は、請求項３記載の放電ランプと；始動時には放電ランプの内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するとともに、始動後には放電ランプの内部電極と外部電極との間に電力を供給する点灯装置とを具備しているものである。
【００２１】
そして、補助外部電極を設けた放電ランプを備え、点灯装置により、始動時には放電ランプの内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するとともに、始動後には放電ランプの内部電極と外部電極との間に電力を供給するので、始動時には内部電極と補助外部電極との間で放電が容易に発生し、始動電圧を低減できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１ないし図４に本発明の第１の実施の形態を示し、図１は放電ランプの断面図、図２は放電ランプの側面第図、図３は放電ランプの一部の拡大断面図、図４は放電ランプを用いた放電ランプ装置の構成図である。
【００２４】
図１および図３において、放電ランプ11は、管状の発光管としての長尺状のバルブ12を有し、このバルブ12は、例えば、鉛ガラス、無鉛ガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、透光性セラミックスなどの透光性を有する素材にて、管直径が約６〜３０ｍｍ程度、管長が約２００〜４５０ｍｍ程度、管壁の肉厚が約０．５ｍｍ程度の円筒状に形成され、両端が閉塞されている。なお、管直径の６〜３０ｍｍの範囲は、６ｍｍ未満では発光効率が望めず、３０ｍｍを越えると放電路長の増大により電圧低減の効果が顕著に現れなくなることによる。
【００２５】
バルブ12の内部には、放電空間13が形成され、この放電空間13には、放電媒体として、例えば、キセノン（Ｘｅ）を主体とした希ガスが５〜４０ｋＰａ程度の圧力で封入されている。放電媒体としては、キセノンの他、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素などでもよく、それらのうちの少なくとも１つまたは複数を混合して用いられる。
【００２６】
バルブ12の内壁面には、内部電極14が直接形成されている。この内部電極14は、約３μｍ程度の膜厚でかつバルブ12の円周方向に対応する幅が３．０ｍｍ程度で、バルブ12の長手方向に沿って連続部14aが形成されているとともに、この連続部14aから周方向に凹凸状すなわち櫛歯状に突出する複数の凸部14bが形成されている。内部電極14は、例えばアルミニウムなどの電極材料と少量のガラスフリットとを有機性バインダーに分散し、フィルム上に印刷によってパターン形成したものを、バルブ12の内面に貼り付け、バルブを大気中で４５０〜６００℃の範囲で焼成し、フィルム成分およびバインダー成分を蒸発させ、バルブ12の内壁面に固着させることによって形成されるか、あるいは、銀ペーストを用いた印刷によって形成されている。なお、内部電極14は、耐久性、電気特性上の観点から幅が０．５ｍｍ以上で、かつ、内部電極14による光遮光性を考慮してバルブ12の断面の１８０°以下、好ましくは９０°以下の範囲がよい。
【００２７】
バルブ12の外壁面には、バルブ12の長手方向（軸方向）に沿って外部電極15が形成されている。この外部電極15は、銀ペーストを用いた印刷によって、あるいはアルミテープの貼り付けによって形成されている。外部電極15の一部は内部電極14の凸部14bとバルブ12の管壁を介して重なる位置に配置されている。
【００２８】
バルブ12の外部への内部電極14の電気的接続は、図３に示すように、バルブ12の両端開口を導電性を有する金属製の端板（例えば、鉄−ニッケル−クロム合金の封着メタル）16で封止する際に、この端板16と内部電極14とが電気的に接続される。
【００２９】
内部電極14と電気的に接続された端板16および外部電極15には予め給電端子が溶接されており、これら給電端子にそれぞれリード線17が接続されて配線されている。
【００３０】
そして、バルブ12には、内部電極14と外部電極15との間に位置し、バルブ12の長手方向に沿った一部の領域が、バルブ12内の放電により生起された光を外部に照射するアパーチャ部18として形成されている。
【００３１】
バルブ12の内面には、アパーチャ部18および内部電極14の領域を除いた領域に、蛍光体層19が形成されている。この蛍光体層19は、例えば、約５０μｍ程度の膜厚で、例えば赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各蛍光体のいずれか、あるいは赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの三波長蛍光体にて形成されている。三波長蛍光体には希土類金属蛍光体が使用可能であり、例えば、赤にはユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑にはユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、青にはセリウムテルビウム共付活希土類金属燐酸塩蛍光体ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂなどが用いられる。なお、蛍光体層19は、隣接する凸部14bを含む内部電極14上には形成しないことが好ましい。これは、内部電極14上に形成された場合に、蛍光体層19が誘電体になってしまうとともに、蛍光体層19にひび割れが生じやすく、このひび割れで放電に影響を及ぼすことによる。
【００３２】
図４において、放電ランプ装置21を示し、この放電ランプ装置21は、放電ランプ11と、この放電ランプ11を点灯させる点灯装置22とを有し、この点灯装置22により、放電ランプ11の内部電極14と外部電極15との間に、例えば、ピーク電圧が約１ｋＶ程度で、周波数が約７０ｋＨｚ程度の高周波電圧を印加する。
【００３３】
点灯装置22には、直流電源Ｅにチョッパ回路を構成するトランジスタQ1を介して定電流プッシュプルインバータ23が接続されている。トランジスタQ1のベースにはチョッパ回路をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する駆動回路24が接続されている。トランジスタQ1のエミッタにはチョークコイルL1の一端が接続され、このチョークコイルL1の他端には、一対のトランジスタQ2，Q3のベースが抵抗R1，R2を介して接続されているとともに、絶縁トランスTr1の一次側巻線Tr1aの中間点が接続されている。絶縁トランスTr1の一次側巻線Tr1aには、この絶縁トランスTr1の一次側巻線Tr1aの誘導成分と共振する共振コンデンサC1が接続されている。各トランジスタQ2，Q3のベースには絶縁トランスTr1の帰還巻線Tr1cの各端部が接続され、各トランジスタQ2，Q3は帰還巻線Tr1cからの出力により自励発振する。絶縁トランスTr1の二次側巻線Tr1bの接地側に放電ランプ11の外部電極15が、高電位側に内部電極14が接続されている。
【００３４】
そして、定電流プッシュプルインバータ23の発振により、放電ランプ11に正弦波を印加し、放電ランプ11を高周波点灯させる。定電流プッシュプルインバータ23への入力はチョッパ回路のトランジスタQ1がＰＷＭ制御されることで可変でき、このＰＷＭ制御により放電ランプ11を調光する。
【００３５】
放電ランプ11の内部電極14と外部電極15との間に高周波電圧を印加することにより、これら内部電極14と外部電極15との間で放電が発生する。この放電により流れる電子はバルブ12内に封入されている放電媒体、例えばキセノンを励起し、キセノン分子から１７２ｎｍの紫外線を放射する。この紫外線により蛍光体層19の蛍光体物質を励起し、紫外線を可視光に変換する。可視光は、アパーチャ部18を通じて外部に照射される。
【００３６】
バルブ12内での放電は、直流パルス点灯の場合、始動時に陰極側の内部電極14と陽極（接地）側の外部電極15とが近接した箇所で放電を開始し、バルブ12の帯電（チャージアップ）に伴い、徐々に内部電極14から離れた外部電極15の遠方箇所へも放電が延び、放電距離が長くなる。特に、内部電極14には複数の凸部14bが形成されているので、各凸部14bの電界強度が高くなることで各凸部14bに放電が集中して生起される。なお、点灯装置としては、直流パルスで点灯するものに限らず、交流パルス、正弦波などを出力するものであってもよいが、高照度を得るためには、パルス点灯することが好ましい。
【００３７】
このように構成された放電ランプ11では、バルブ12の内壁面に内部電極14を形成し、バルブ12の外部に外部電極15を設けたので、内部電極14と外部電極15と間にはバルブ12の１枚分の管壁が介在するだけとなるとともに、内部電極14と外部電極15とが近接した部分から放電を開始させることが可能となり、内部電極14と外部電極15と間に流れる電流の制限を低減でき、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる。このように、ランプ入力電圧および周波数を低減できることから、電磁波の放射が少なくなって他の電子機器へのノイズの影響を低減できる。しかも、内部電極14は、バルブ12の内壁面に精度よく容易に加工できる。
【００３８】
さらに、内部電極14と外部電極15とを、一部がバルブ12の管壁を介して互いに重なる位置に形成したので、内部電極14と外部電極15との距離を最短にでき、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる。
【００３９】
さらに、内部電極14をバルブ12のアパーチャ部18の一側位置に形成し、外部電極15をアパーチャ部18を除く位置に形成したので、内部電極14と外部電極15との距離を短くでき、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる。
【００４０】
さらに、内部電極14の外部電極15側に臨む縁部を、凹凸状に形成したので、その内部電極14の凸部14bの電界強度が高くなることで、凸部14bに放電が集中して安定し、ちらつきを防止できる。なお、外部電極15の縁部を凹凸状に形成した場合にも、同様の作用効果が得られる。
【００４１】
また、点灯装置22により、放電ランプ11の外部電極15を接地電位として放電ランプ11を点灯させるので、バルブ12の外部に高電位の外部電極15が位置せず、外部電極15の絶縁処理を容易にできるとともに、ノイズの発生を低減できる。
【００４２】
さらに、点灯装置22により、内部電極14を陰極側とした直流パルス電圧を印加するので、内部電極14に対するイオン衝突の影響を少なくでき、ランプ寿命を長くできる。
【００４３】
本実施の形態の放電ランプは希ガスを放電媒体としたものであるので、周囲温度の影響を受けにくく、立ち上がり特性が良好であり、画像読取装置の照明装置に最適である。また、低温の特性に優れているとともに、環境に影響を及ぼす水銀を含まないので車載用の表示装置としても好適である。さらに、放電ランプから放射される光は可視光に限定されず、キセノン分子の発光である１７２ｎｍの真空紫外線や、蛍光体によって変換された他の波長の紫外線を放射するものであってもよい。この紫外線光源としての放電ランプは光触媒励起用光源としての使用が可能である。
【００４４】
次に、図５に第２の実施の形態を示し、図５は放電ランプを用いた放電ランプ装置の回路図である。
【００４５】
放電ランプ装置21の点灯装置22は、直流電源Ｅに平滑用のコンデンサC11が並列に接続され、このコンデンサC11には一石式のインバータ回路25が接続されている。このインバータ回路25は、インダクタとしての昇圧用の絶縁型のインバータトランスTr11の一次巻線Tr11aおよびこの一次巻線Tr11aと並列に接続されたコンデンサC12からなる並列共振回路26と、スイッチング素子としての電界効果トランジスタQ11との直列回路とから構成されており、コンデンサC11に対して並列に接続されている。
【００４６】
電界効果トランジスタQ11のゲートには、抵抗R11を介して、駆動回路27が接続されている。
【００４７】
インバータトランスTr11の二次巻線Tr11bの陽極側には放電ランプ11の外部電極15が、陰極側には内部電極14が接続されている。
【００４８】
そして、直流電源Ｅの直流は、コンデンサC11で平滑され、インバータ回路25に供給される。このインバータ回路25では、駆動回路27で電界効果トランジスタQ11をオン、オフするとともに、インバータトランスTr11のインダクタンスおよびコンデンサC12のキャパシタンスにより発振し、放電ランプ11に対して内部電極14を陰極側とした直流パルス電圧を印加して、放電ランプ11を直流パルス点灯方式で高周波点灯させる。
【００４９】
このように、点灯装置22により、内部電極14を陰極側とした直流パルス電圧を印加するので、内部電極14に対するイオン衝突の影響を少なくでき、ランプ寿命を長くできる。
【００５０】
次に、図６に第３の実施の形態を示し、図６は放電ランプの断面図である。
【００５１】
バルブ12の内壁面の離間した位置に、複数の内部電極14が形成される。この例では、内部電極14は、一対で、アパーチャ部18の両側に対応して形成され、これら内部電極14間に蛍光体層19が形成されているとともに、各内部電極14に一部が重なるように外部電極15が形成されている。両内部電極14は、電気的に接続され、同電位に保たれている。
【００５２】
そして、バルブ12内での放電は、直流パルス点灯（休止区間を有する矩形状、鋸波状、正弦半波状、三角波状などの波形）の場合、始動時に各内部電極14と外部電極15とが近接した２箇所で同時に放電を開始し、バルブ12の帯電（チャージアップ）に伴い、徐々に各内部電極14から離れた外部電極15の遠方箇所へも放電が延びて行くため、始動電圧を平均化できるとともに、放電維持電圧を低下させることができる。
【００５３】
なお、内部電極14の数は３つ以上でもよい。
【００５４】
次に、図７および図８に第４の実施の形態を示し、図７は放電ランプの一部の側面図、図８は放電ランプを用いた放電ランプ装置の構成図である。
【００５５】
バルブ12の長手方向に沿って複数（図７には１つのみ示す）の外部電極15を並列に形成し、１本の放電ランプ11のアパーチャ部18を選択的に可変することにより、表示用の放電ランプ11を構成できる。
【００５６】
外部電極15は、バルブ12の長手方向の幅が例えば１０ｍｍ程度で、バルブ12の長手方向に例えば３０ｍｍ程度のピッチで形成されている。これら各外部電極15に対応するアパーチャ部18の各位置が、光を照射する発光部として構成されている。
【００５７】
図８において、放電ランプ装置21を示し、この放電ランプ装置21は、放電ランプ11と、この放電ランプ11を点灯させる点灯装置22とを有し、この点灯装置22により、内部電極14と外部電極15との間に、例えば、ピーク電圧が約１ｋＶ程度で、周波数が約７０ｋＨｚ程度の高周波電圧を印加する。
【００５８】
点灯装置22は、各放電ランプ11の内部電極14および各外部電極15と電源側ａ，ｂとを接続するスイッチング回路35を備えている。このスイッチング回路35は、内部電極14および各外部電極15に対して、放電維持電圧以上でかつ始動電圧（放電開始電圧）に達しない高周波電圧が印加される電源側ａと、この高周波電圧に直列に接続されて高周波電圧を始動電圧以上に高める電源36を有する電源側ｂとを切り換える。
【００５９】
また、点灯装置22は、放電ランプ11の外部電極15を接地電位とし、さらに、内部電極14を陰極側、外部電極15を陽極側としたパルス電圧を印加する。
【００６０】
そして、放電ランプ11の内部電極14に、スイッチング回路35の切り換えにより電源側ｂを通じて始動圧以上の高周波電圧を印加するとともに、放電ランプ11の外部電極15に、スイッチング回路35の切り換えにより電源側ｂを通じて始動電圧以上の高周波電圧を印加する。これにより、内部電極14と外部電極15との間に始動電圧以上の高周波電圧が印加されるため、バルブ12内の放電媒体の放電が開始される。放電開始後には、各スイッチング回路35により、内部電極14および外部電極15に対して電源側ａを通じて放電維持電圧以上でかつ始動電圧に達しない高周波電圧を印加するように切り換え、この切換状態でもバルブ12内での放電は維持される。
【００６１】
また、このような放電ランプ11は、各外部電極15に対応した位置を画素とし、複数本の放電ランプ11を並列に配列して表示面を形成することにより、大形の表示装置を構成できる。このとき、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各蛍光体層19をそれぞれ個別に有する放電ランプ11を組として並列に配列することにより、文字や映像などの情報をカラー表示できる。
【００６２】
なお、図１ないし図４に示した第１の実施の形態のように、複数本並列に配置し、同時に点灯させることで面状光源を構成することが可能である。この面状光源を液晶表示装置のバックライトとして用いれば、薄形で高効率、光照度のバックライトを備えた液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００６３】
次に、図９および図１０に第５の実施の形態を示し、図９は放電ランプの断面図、図１０は放電ランプの入力電力と輝度との関係を示す特性図である。
【００６４】
図９に示すように、放電ランプ11には、例えば、管外径１６ｍｍ、管内径１５ｍｍ、管長４００ｍｍのバルブ12が用いられ、このバルブ12の内壁面に形成される内部電極14と外壁面に形成される外部電極15とが、バルブ12の断面中心部を介して互いに対向する位置に形成されている。
【００６５】
このように、内部電極14と外部電極15とを、バルブ12の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成することにより、内部電極14と外部電極15との間でバルブ12の断面中心部を通る陽光柱が発生し、放電空間13に占める陽光柱の割合が増加する。この陽光柱の増加により、放電空間13に封入されている例えばキセノンの原子を効率よく励起して１７２ｎｍの紫外線の放射を増加させ、この紫外線の増加により蛍光体層19の励起を増加させ、発光効率を向上できる。
【００６６】
そして、本実施の形態のようにバルブ12の断面中心部を通る陽光柱が発生する放電ランプ11の場合と、比較例としてバルブ12の断面中心部を通る陽光柱が発生せずに例えばバルブ12の内壁面に沿って沿面放電が発生する放電ランプの場合とで、点灯試験をした結果を図９に示す。図１０の□印は本実施の形態の放電ランプ11の場合を示し、図１０の×印は比較例を示す。本実施の形態の放電ランプ11のように、互いに対向する内部電極14と外部電極15との間でバルブ12の断面中心部を通る陽光柱が発生する場合の方が、入力電力にかかわらず、輝度が向上したことが認められた。
【００６７】
バルブ12の内部の放電空間13に最適な陽光柱が発生する条件としては、バルブ12の内径をｄ（ｃｍ）、バルブ12内への放電媒体の封入圧力をｐ（Ｐａ）とした場合、ｄ×ｐの値が３００００以下であることが好ましく、３００００以上であると陽光柱が収縮し、不安定になりやすい。
【００６８】
次に、図１１に第６の実施の形態を示し、図１１は放電ランプの断面図である。
【００６９】
図９に示す放電ランプ11のように、内部電極14と外部電極15とが、バルブ12の断面中心部を介して互いに対向する位置に形成される場合、始動電圧が高くなる傾向にある。
【００７０】
このような場合に、図１１に示すように、外部電極15のアパーチャ部18側とは反対側の縁部を内部電極14の近傍位置まで延長させることにより、内部電極14と外部電極15との距離を短くでき、始動電圧を低減できる。
【００７１】
次に、図１２に第７の実施の形態を示し、図１２は放電ランプの断面図である。
【００７２】
図１２に示すように、バルブ12の外壁面で内部電極14の近傍位置に、外部電極15とは電気的に接続されていない補助外部電極15aを設け、点灯装置22により、始動時にのみ、放電ランプ11の内部電極14と外部電極15および補助外部電極15aとの間に電力を供給することにより、内部電極14と補助外部電極15aとの間で放電が容易に発生し、この放電が種火となって内部電極14と外部電極15との間に拡大し、始動電圧を低減できる。
【００７３】
そして、補助外部電極15aを備えた放電ランプ11と補助外部電極15aを備えていない放電ランプ11とについて、始動電圧を除々に増加させていって点灯したときの始動電圧Ｖｓを測定した結果、補助外部電極15aを備えた放電ランプ11ではＶｓ＝１．３ｋＶで、補助外部電極15aを備えていない放電ランプ11ではＶｓ＝１．６ｋＶであり、補助外部電極15aを備えた放電ランプ11の方が始動電圧が低下した。
【００７４】
そして、始動後には、点灯装置22により、放電ランプ11の内部電極14と外部電極15との間にのみ、電力を供給することにより、図９に示した放電ランプ11と同様に、互いに対向する内部電極14と外部電極15との間でバルブ12の断面中心部を通る陽光柱を発生させ、発光効率を向上できる。
【００７５】
次に、図１３に第８の実施の形態を示し、図１３は放電ランプの断面図である。
【００７６】
バルブ12の内壁面に、内部電極14を覆って例えば鉛ガラスなどの誘電体層41が形成され、この誘電体層41上に蛍光体層19が形成されている。
【００７７】
誘電体層41は、例えば４５０℃の低融点のガラスフリットと少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の内部電極14を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去し、さらに、高温に加熱してガラスフリットを溶融させることにより形成されている。そして、溶融したガラスフリットが均一に広がることにより、表面が均一な誘電体層41が形成される。
【００７８】
内部電極14を覆って誘電体層41を形成することにより、バルブ12の内部での放電によって内部電極14がスパッタリングされるのを防止でき、ランプ寿命を長くできる。誘電体層41は、薄い膜であるので、始動電圧または放電維持電圧への影響は少なくて済む。
【００７９】
低融点の誘電体層41を用いるのは、表面を均一にするためであり、均一でなく、凹凸状であると、放電が集中して不安定になり、誘電体層41がスパッタリングされて内部電極14がむき出しになり、むき出しとなった内部電極14に放電が集中し、バルブ12にクラックが入るおそれがあることによる。
【００８０】
誘電体層41を白色とすることにより、反射層として機能し、輝度を向上できる。この誘電体層41を白色にするには、酸化チタンや酸化マグネシウムなどの微粒子を混合したガラスフリットを用いることにより、反射率の高い白色の誘電体層41を形成できる。
【００８１】
次に、図１４に第９の実施の形態を示し、図１４は放電ランプの断面図である。
【００８２】
放電ランプ11には、バルブ12の内壁面に、軟化点の異なる複数の誘電体の層を形成してもよい。すなわち、バルブ12の内壁面に、内部電極14を覆って第１の誘電体層41aが形成されているとともに、この第１の誘電体層41aを覆って第１の誘電体層41aより融点の低い第２の誘電体層41bが形成されている。これら各誘電体層41a，41bは、誘電体層41と同様の材質で同様の手順で形成されている。
【００８３】
これら各誘電体層41a，41bを形成するには、まず、例えば６００℃の高融点のガラスフリットと少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の内部電極14を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去し、５５０℃で焼成して、第１の誘電体層41aが形成される。続いて、例えば５００℃の低融点のガラスフリットと少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の内部電極14を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去し、さらに、例えば５５０℃の高温に加熱して低融点のガラスフリットを溶融させることにより、第２の誘電体層41bが形成されている。そして、溶融したガラスフリットが均一に広がることにより、表面が均一な第２の誘電体層41bが形成される。
【００８４】
そして、第２の誘電体層41bの低融点のガラスフリットを溶融させて焼成するのに際して、焼成する温度を、第１の誘電体層41aの融点より低く、第２の誘電体層41bの融点より高くすることにより、第１の誘電体層41aの高融点のガラスフリットは溶融せず、第２の誘電体層41bの低融点のガラスフリットのみが溶融する。そのため、第１の誘電体層41aによって内部電極14から析出される電極物質が第２の誘電体層41bに拡散するのを防止でき、第２の誘電体層41bをピンホールの少ない均一の膜として形成できるとともに、第２の誘電体層41bの絶縁耐圧を確保でき、ランプ寿命を長くできる。
【００８５】
次に、図１５に第１０の実施の形態を示し、図１５は放電ランプの断面図である。
【００８６】
放電ランプ11には、図１４に示す放電ランプ11と同様に、バルブ12の内壁面に、内部電極14を覆って第１の誘電体層41aが形成されているとともに、この第１の誘電体層41aを覆って第１の誘電体層41aより融点の低い第２の誘電体層41bが形成されており、さらに、第２の誘電体層41bを覆って第２の誘電体層41bより融点の高い第３の誘電体層41cが形成され、この第３の誘電体層41c上に蛍光体層19が形成されている。
【００８７】
第３の誘電体層41cを形成するには、上述のように各誘電体層41a，41bを形成した後、例えば６００℃の高融点のガラスフリットと少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の内部電極14を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去することにより、第３の誘電体層41cが形成される。このときの焼成温度は、誘電体層41bの融点より低い。
【００８８】
表面が均一に形成された第２の誘電体層41b上に蛍光体層19を形成すると、蛍光体層19の焼成温度が誘電体層41bの融点より高いので、溶けた誘電体層41bと蛍光体層19とが混ざり合い、蛍光体層19へ紫外線が到達できなくなるため、発光強度が著しく低下してしまうが、第３の誘電体層41cを形成することにより、蛍光体層19と誘電体層41bとの混合を防止できる。
【００８９】
次に、図１６に第１１の実施の形態を示し、図１６は放電ランプの断面図である。
【００９０】
放電ランプ11には、内部電極14および蛍光体層19が形成されるととともに誘電体層41が形成されたバルブ12の内壁面に、誘電体層41を覆って電子放出率の高い例えばＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、ＬａＢ６などの電子放射物質で構成される電子放射体層42が形成されている。電子放射体層42は、光を透過する膜厚に形成されている。
【００９１】
内部電極14を覆って誘電体層41が形成されていると、バルブ12内への電子放出が低下するが、電子放射体層42によりバルブ12内への電子の放出を容易にして、低い始動電圧または放電維持電圧での放電を許容できる。
【００９２】
なお、別の実施の形態として、放電ランプ11には、バルブ12の内壁面に、内部電極14を覆って金属酸化物層を形成するとともに、この金属酸化物層上に金属酸化物層より低融点の誘電体層41を形成するようにしてもよい。
【００９３】
この金属酸化物層の材質は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化イットリウム酸化ランタン、酸化マグネシウムの少なくともいずか１つが含まれ、また、金属酸化物層の膜厚は、内部電極14が３μｍ程度としたとき、１μｍ程度に形成される。
【００９４】
金属酸化物層は、例えば、粒径１００ｎｍ以下のアルミナ微粒子と少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の内部電極14を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去することにより形成される。
【００９５】
誘電体層41を形成するには、金属酸化物層を形成した後、例えば４５０℃の低融点のガラスフリットと少量のバインダーとを有機系溶剤や水溶性溶剤などに分散し、バルブ12の内壁面の金属酸化物層を覆うように塗布し、バルブ12を大気中で加熱してバインダー成分を除去し、さらに、高温に加熱して低融点のガラスフリットを溶融させることにより、誘電体層41が形成される。この溶融したガラスフリットが均一に広がることにより、表面が均一な誘電体層41が形成される。
【００９６】
そして、誘電体層41を溶融させて焼成するのに際して、焼成する温度を、誘電体層41の融点より高く、金属酸化物層の融点より低くすることにより、金属酸化物層は溶融せず、誘電体層41の低融点のガラスフリットのみが溶融する。そのため、金属酸化物層によって内部電極14から析出される電極物質が誘電体層41に拡散するのを防止でき、誘電体層41をピンホールの少ない均一の膜として形成できるとともに、誘電体層41の絶縁耐圧を確保でき、ランプ寿命を長くできる。
【００９７】
次に、図１７に第１２の実施の形態を示し、図１７は放電ランプの断面図である。
【００９８】
バルブ12の内壁面に、一対の内部電極14c，14dが形成されるとともに、これら一対の内部電極14c，14dがバルブ12の断面中心部を介して互いに対向する位置に形成されている。
【００９９】
このように、バルブ12の内壁面に一対の内部電極14c，14dを形成することにより、これら一対の内部電極14c，14d間にはバルブ12の管壁が介在せず、一対の内部電極14c，14d間に流れる電流の制限を低減でき、始動電圧または放電維持電圧を低減できる。
【０１００】
しかも、一対の内部電極14c，14dを、バルブ12の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成したことにより、一対の内部電極14c，14d間でバルブ12の断面中心部を通る陽光柱が発生し、放電空間13に占める陽光柱の割合が増加する。この陽光柱の増加により、放電空間13に封入されている例えばキセノンの原子を効率よく励起して１７２ｎｍの紫外線の放射を増加させ、この紫外線の増加により蛍光体層19の励起を増加させ、発光効率を向上できる。
【０１０１】
一方の内部電極14cは前述した金属酸化物膜51および導電体層41で覆われ、他方の内部電極14dは放電空間13に露出した状態に形成する。この場合、点灯装置22では、他方の内部電極14dを接地電位とし、さらに、他方の内部電極14dを陰極側、一方の内部電極14cを陽極側としたパルス電圧を印加することにより、露出した他方の内部電極14dに対するイオン衝突の影響を低減でき、ランプ寿命を長くできる。
【０１０２】
また、一方が外部電極15でなく、比較的薄い誘電体層41を介した放電であるので、バルブ壁を誘電体とした場合よりも放電維持電圧を低くすることが可能となり、バルブ12の誘電体などの制約も特段受けることがない。
【０１０３】
次に、図１８に第１３の実施の形態を示し、図１８は放電ランプの断面図である。
【０１０４】
両方の内部電極14c，14dとも、金属酸化物膜51および導電体層41で覆うことにより、イオン衝突の影響を低減でき、ランプ寿命を長くできる。
【０１０５】
次に、図１９には、バルブ12に対する外部電極15の配置が異なる各例の放電ランプについて、パルス点灯させた際の発光効率とランプ電圧とを測定した結果を示す。図には、発光効率を棒グラフで示し、ランプ電圧を折れ線グラフで示す。なお、測定した各放電ランプのバルブは第１の実施の形態で説明したものと同様のものである。
【０１０６】
(A)の放電ランプ11では、図１に示した放電ランプ11に相当し、外部電極15が、アパーチャ部18の部分を除いて形成された場合で、すなわち、外部電極15が、内部電極14とバルブ12の断面中心部を介して対向する位置から内部電極14とバルブ12の管壁を介して重なる位置まである場合で、発光効率が最も高く、ランプ電圧が最も低くなった。
【０１０７】
(B)の放電ランプ11では、(A)の放電ランプ11に比べて、外部電極15の内部電極14と反対側の縁部を短くした場合で、(A)の放電ランプ11に比べて、発光効率が低く、ランプ電圧が高くなった。
【０１０８】
(C)の放電ランプ11では、図９に示した放電ランプ11に相当し、外部電極15が、内部電極14とバルブ12の断面中心部を介して対向する位置にある場合で、発光効率が(A)の放電ランプ11と同等に高いが、ランプ電圧が(A)の放電ランプ11に比べて高くなった。
【０１０９】
(D)の放電ランプ11では、(C)の放電ランプ11に比べて、外部電極15が、内部電極14に接近した位置にある場合で、(C)の放電ランプ11に比べて、発光効率およびランプ電圧とも低くなった。
【０１１０】
(E)の放電ランプ11では、(D)の放電ランプ11に比べて、外部電極15が、内部電極14に接近し、内部電極14とバルブ12の管壁を介して重なる位置にある場合で、(D)の放電ランプ11に比べて、発光効率およびランプ電圧とも低くなった。
【０１１１】
このように、外部電極15が、内部電極14とバルブ12の断面中心部を介して対向する位置にあるほど発光効率が向上する傾向にあるとともに、内部電極14に接近する位置にあるほどランプ電圧が低下する傾向にある結果が得られた。そのため、(A)の放電ランプ11のように、外部電極15が、内部電極14とバルブ12の断面中心部を介して対向する位置から内部電極14とバルブ12の管壁を介して重なる位置まである場合は、発光効率を高く、ランプ電圧を低くできる。
【０１１２】
なお、この測定に使用した放電ランプと同じバルブを用いてバルブ外面に一対の外部電極を形成した従来の放電ランプのランプ電圧を測定したところ約２．０ｋＶであり、本実施の形態の放電ランプの方が低かった。
【０１１３】
次に、図２０に、図１ないし図４に示した第１の実施の形態の放電ランプ装置を用いた読取装置の説明図を示す。
【０１１４】
複写機、イメージスキャナあるいはファクシミリなどのオフィスオートメーション機器である読取装置（画像読取装置）は、ケース体101を有し、このケース体101内にはガラス面の原稿載置面102が形成され、この原稿載置面102の下方にはキャリッジ103が配設され、このキャリッジ103には原稿読取用の光源ユニット104およびこの光源ユニット104に対して一定距離離隔して移動する例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）を読み取るＣＣＤなどの受光手段105が設けられている。
【０１１５】
光源ユニット104は、原稿載置面102の原稿に光を照射する放電ランプ装置21、および原稿載置面102の原稿で反射された光を受光手段105に向けて反射するミラー106を備え、これら放電ランプ装置21およびミラー106がキャリッジ103に搭載されている。
【０１１６】
さらに、受光手段105の出力信号を処理して画像信号を形成する信号処理手段107が設けられている。
【０１１７】
そして、光源ユニット104および受光手段105と、原稿載置面102とは相対的に走査する。すなわち、いずれか一方または双方が反体方向に移動する過程で、受光手段105が移動方向に対して直角に原稿面からの反射光を受光する。
【０１１８】
このような読取装置では、光源ユニット104と原稿載置面102とが相対的に走査する副走査方向に対して直交する主走査方向に放電路長の長い放電ランプを必要とし、それに対応して、放電路長が長く、立ち上がりが良好かつ高効率で、ランプ電圧の低い放電ランプ11を用いた放電ランプ装置21を提供できる。
【０１１９】
なお、放電ランプの発光管は、円筒状のバルブ12に限らず、角筒状や多角筒状などや、異形状に形成した場合でも、同様の作用効果が得られる。
【０１２０】
なお、本発明の放電ランプおよび放電ランプ装置は、光束の立上り特性に優れたものであり、複写機、イメージスキャナあるいはファクシミリなどのオフィスオートメーション機器に適する他、光照射を用いる各種の機器や、照明用として適用できる。
【０１２１】
【発明の効果】
請求項１記載の放電ランプによれば、内部電極を発光管のアパーチャ部の一側位置に形成し、外部電極をアパーチャ部を除く位置に形成したので、内部電極と外部電極との距離を短くでき、始動電圧または放電維持電圧などのランプ電圧を低減できる。
【０１２２】
請求項２記載の放電ランプによれば、請求項１記載の放電ランプの効果に加えて、内部電極と外部電極とを、発光管の断面中心部を介して互いに対向する関係を有して形成したので、内部電極と外部電極との間で発光管の断面中心部を通る陽光柱を発生させることができ、発光効率を向上できる。
【０１２３】
請求項３記載の放電ランプによれば、請求項１または２記載の放電ランプの効果に加えて、外部電極とは電気的に接続されていない補助外部電極を発光管の外部で内部電極の近傍位置に設けたので、例えば、始動時において内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するで、内部電極と補助外部電極との間で容易に放電を発生させることが可能となり、始動電圧を低減できる。
【０１２４】
請求項４記載の放電ランプによれば、請求項１ないし３いずれか一記載の放電ランプの効果に加えて、誘電体層を、軟化点の異なる複数の層で形成したものであり、例えば、内部電極を直接覆う内層の誘電体層の軟化点を、この内層の誘電体層を覆う外層の誘電体層の軟化点より高くすることで、外層の誘電体層を溶融させて焼成するのに際して、外層の誘電体層より軟化点の高い内層の誘電体層によって電極物質が外層の誘電体層に拡散するのを防止し、外層の誘電体層をピンホールの少ない均一の膜として形成でき、誘電体層の絶縁耐圧を確保でき、ランプ寿命を長くできる。
【０１２５】
請求項５記載の放電ランプによれば、請求項４記載の放電ランプの効果に加えて、誘電体層を、電子放射体層によって覆ったものであり、電子放射体層によって発光管の内部への電子の放出を容易にし、内部電極を覆って誘電体層を形成していても低いランプ電圧での放電を許容できる。
【０１２６】
請求項６記載の放電ランプ装置によれば、補助外部電極を設けた放電ランプを備え、点灯装置により、始動時には放電ランプの内部電極と外部電極および補助外部電極との間に電力を供給するとともに、始動後には放電ランプの内部電極と外部電極との間に電力を供給するので、始動時には内部電極と補助外部電極との間で放電が容易に発生し、始動電圧を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図２】同上放電ランプの側面図である。
【図３】同上放電ランプの一部の拡大断面図である。
【図４】同上放電ランプを用いた放電ランプ装置の回路図である。
【図５】第２の実施の形態を示す放電ランプを用いた放電ランプ装置の回路図である。
【図６】第３の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図７】第４の実施の形態を示す放電ランプの一部の側面図である。
【図８】同上放電ランプを用いた放電ランプ装置の構成図である。
【図９】第５の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１０】同上放電ランプの入力電力と輝度との関係を示す特性図である。
【図１１】第６の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１２】第７の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１３】第８の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１４】第９の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１５】第１０の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１６】第１１の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１７】第１２の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１８】第１３の実施の形態を示す放電ランプの断面図である。
【図１９】本発明のバルブに対する外部電極の配置が異なる各例の放電ランプについて、パルス点灯させた際の発光効率とランプ電圧とを測定した結果を示す説明図である。
【図２０】本発明の放電ランプ装置を用いた読取装置の説明図である。
【符号の説明】
11 放電ランプ
12 発光管としてのバルブ
14 内部電極
15 外部電極
15a 補助外部電極
18 アパーチャ部
21 放電ランプ装置
22 点灯装置
41 誘電体層
42 電子放射体層
【図１】
0003674695.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003674695.tif 000010
【図１０】
0003674695.tif 000011
【図１１】
0003674695.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003674695.tif 000016
【図１６】
0003674695.tif 000017
【図１７】
0003674695.tif 000018
【図１８】
0003674695.tif 000019
【図１９】
0003674695.tif 000020
【図２０】
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