(57)【要約】【課題】水銀フリーにして発光効率の良い放電ランプを提供する。【解決手段】外部電極放電ランプにおいて、放電媒体として、キセノンとクリプトンの２種混合ガス、キセノン、クリプトンおよびネオンの３種混合ガス、キセノン、クリプトンおよびアルゴンの３種混合ガス、またはキセノン、クリプトン、アルゴンおよびネオンの４種混合ガスを封入することにより、キセノンの放射する波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの紫外線の放射効率を高め、放電ランプの発光効率を向上させた。またバッファガスとしてネオン、アルゴン等を混合することにより、発光の安定性を向上させた。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、
前記放電媒体は、キセノンとクリプトンの２種混合ガスであることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、
前記放電媒体は、キセノン、クリプトンおよびネオンの３種混合ガスであることを特徴とする放電ランプ。
【請求項３】
内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、
前記放電媒体は、キセノン、クリプトンおよびアルゴンの３種混合ガスであることを特徴とする放電ランプ。
【請求項４】
内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、
前記放電媒体は、キセノン、クリプトン、アルゴンおよびネオンの４種混合ガスであることを特徴とする放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、情報機器用液晶表示装置のバックライト光源、ＯＡ機器の読み取り用光源として、水銀が封入された冷陰極蛍光ランプが使用されてきた。しかしながら、水銀が有害物質であるとして、水銀に代わりキセノンを封入した蛍光ランプが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されているキセノン蛍光ランプでは、水銀フリーのメリットはあるが、発光効率が従来の水銀蛍光ランプの５０〜６０％と低いため、その発光効率の向上が要求されていた。
【０００４】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、水銀フリーにして発光効率の良い放電ランプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、前記放電媒体は、キセノンとクリプトンの２種混合ガスであることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２の発明は、内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、前記放電媒体は、キセノン、クリプトンおよびネオンの３種混合ガスであることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３の発明は、内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、前記放電媒体は、キセノン、クリプトンおよびアルゴンの３種混合ガスであることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４の発明は、内部に放電媒体が封入され、内面に蛍光体層が形成されたガラスランプ容器と、前記ガラスランプ容器の片端または両端にリード線を介して封着された内部電極と、前記ガラスランプ容器の外壁面に設置された外部電極とを有し、前記内部電極と外部電極との間で放電させる放電ランプにおいて、前記放電媒体は、キセノン、クリプトン、アルゴンおよびネオンの４種混合ガスであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１〜４の発明の放電ランプでは、損失となるキセノンの励起エネルギとクリプトンの準安定エネルギの差は、ネオン準安定原子のそれよりも低いため、キセノンの放射する波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの紫外線の放射効率を高めることができ、この結果、放電ランプの発光効率を向上できる。またバッファガスとしてネオンやアルゴン等を混合することにより、発光の安定性を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態の放電ランプの構造を示している。図１において、１は内壁に蛍光体層２が設けられたガラスランプ容器であり、ガラスランプ容器１の片端には、リード線３を介して内部電極４が封着されている。ガラスランプ容器１の外壁には、ガラスランプ容器１のほぼ全長に亘って、線状の金属線が螺旋状に巻かれており、外部電極５として機能するようにしている。外部電極５は、例えば、透光性熱収縮チューブ６を被覆してガラスランプ容器１上に堅固に固定することにより、位置ズレしない工夫がされている。なお、外部電極５には、金属導電テープを用い、あるいはメッシュ状の金属、透明電極を用いることができる。また内部電極４はガラスランプ容器１の内部両端位置に設けることができる。
【００１１】
ガラスランプ容器１の内部には、放電媒体としてキセノンとクリプトンとの混合ガスが封入されている。
【００１２】
このような構造の放電ランプに対して、インバータのような電源９から高圧供給線８，８′により内部電極４と外部電極５に高電圧を印加すると、ガラスランプ容器１内の放電空間に放電が発生し、キセノンから放射される紫外線（１４７ｎｍ，１７２ｎｍ）が蛍光体層２に当たって可視光を発光するので、これを光源として利用する。
【００１３】
ここで、放電ランプの発光原理について説明する。放電ランプの発光効率を高めるためには、放電媒体として封入されるキセノンから放射される紫外線１４７ｎｍと１７２ｎｍの放射効率を高める必要がある。
【００１４】
キセノンの共鳴線（波長１４７ｎｍ）は、８．３１ｅＶのエネルギを有するキセノンの励起状態から０ｅＶの基底状態に戻る際に放射される。
【００１５】
【数１】
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また、キセノンの分子発光（波長１７２ｎｍ）は、
【数２】
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で示されるように、８．４４ｅＶのエネルギを有するキセノンの準安定原子Ｘｅ＊　が関係して放射される。
【００１６】
したがって、キセノンの波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの紫外線放射を高めるためには、８．３１ｅＶの励起状態または８．４４ｅＶの準安定状態のキセノン原子を増加させる必要がある。
【００１７】
これらのエネルギ状態のキセノンを得るには、次の条件が必要である。
【００１８】
（１）電界によって加速された電子ｅがキセノンの中性原子Ｘｅ（０ｅＶ）と衝突し、その際、電子の運動エネルギをキセノンの中性原子Ｘｅに与えてキセノンの励起状態Ｘｅ（８．３１ｅＶ）を得る。この場合、電子ｅの運動エネルギは、キセノンの励起電圧８．３１ｅＶ以上であることが条件である。
【００１９】
【数３】
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（２）８．３１ｅＶまたは８．４４ｅＶより高いエネルギを有するキセノンの励起状態が、光エネルギを放射して低いエネルギ状態に遷移する。この場合、放射の下位準位エネルギが８．３１ｅＶまたは８．４４ｅＶであることが条件である。例えば、９．８２ｅＶの励起状態であったキセノンが、波長８２３ｎｍの光を放射して、８．３１ｅＶのエネルギである準安定状態に変化する。
【００２０】
【数４】
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（３）放電媒体としてキセノン、ネオン混合ガスを使用する場合、放電を安定させるためのバッファガスとして封入されるネオンの準安定原子のエネルギはキセノンの励起エネルギより高いため、ネオンの準安定原子がキセノン中性原子と衝突すると、ネオンのエネルギがキセノンに与えられ、キセノンの励起状態を得る。ネオンの準安定原子Ｎｅ＊　のエネルギは１６．６ｅＶと１６．７ｅＶであり、キセノンの紫外線放射（波長１４７ｎｍと１７２ｎｍ）に影響する８．３１ｅＶまたは８．４４ｅＶへのエネルギ転移は行なわれるが、この場合、キセノンの励起エネルギとネオンの準安定エネルギの差は損失となる。
【００２１】
【数５】
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上記の過程（３）において、キセノンの励起エネルギとバッファガスの準安定エネルギとの差を抑えることにより、エネルギ損失を抑えることができ、キセノンの紫外線放射効率を高めることができる。
【００２２】
【表１】
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表１に示すように、希ガスの中で準安定原子のエネルギが最も低いのはクリプトンの９．９ｅＶであり、クリプトンの準安定原子Ｋｒ＊　がキセノン中性原子との衝突により、キセノンの紫外線放射（波長１４７ｎｍと１７２ｎｍ）に影響する８．３１ｅＶまたは８．４４ｅＶへのエネルギ転移は可能である。
【００２３】
【数６】
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この場合、損失となるキセノンの励起エネルギとクリプトンの準安定エネルギの差は、ネオン準安定原子のより低減できるため、キセノンの波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの紫外線の放射効率を高めることができる。その結果、放電ランプの発光効率を向上させることができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）図１に示した構造の放電ランプにおいて、ガラスランプ容器１の内部に、放電媒体としてキセノンＸｅとクリプトンＫｒの２種混合ガスを封入した。Ｘｅ−Ｋｒ混合比７０：３０であった。
【００２５】
（実施例２）図１に示した構造の放電ランプにおいて、ガラスランプ容器１の内部に、放電媒体としてキセノンＸｅとクリプトンＫｒとアルゴンＡｒの３種混合ガスを封入した。Ｘｅ−Ｋｒ−Ａｒ混合比７０：１０：２０であった。
【００２６】
（実施例３）図１に示した構造の放電ランプにおいて、ガラスランプ容器１の内部に、放電媒体としてキセノンＸｅとクリプトンＫｒとネオンＮｅの３種混合ガスを封入した。Ｘｅ−Ｋｒ−Ｎｅ混合比７０：１０：２０であった。
【００２７】
（実施例４）図１に示した構造の放電ランプにおいて、ガラスランプ容器１の内部に、放電媒体としてキセノンＸｅとクリプトンＫｒとアルゴンＡｒとネオンＮｅの４種混合ガスを封入した。Ｘｅ−Ｋｒ−Ａｒ−Ｎｅ混合比７０：１０：１０：１０であった。
【００２８】
（比較例）図１に示した構造の放電ランプにおいて、ガラスランプ容器１の内部に、放電媒体としてキセノンＸｅとネオンＮｅの２種混合ガスを封入した。Ｘｅ−Ｎｅ混合混合比７０：３０であった。
【００２９】
これらの放電ランプに対して、管電力と全光束の関係を計測したのが、図２に示す結果であった。
【００３０】
この図２のグラフから明らかなように、本発明におけるキセノンＸｅ−クリプトンＫｒ混合気体、キセノンＸｅ−クリプトンＫｒ−アルゴンＡｒ混合気体、キセノンＸｅ−クリプトンＫｒ−ネオンＮｅ混合気体、キセノンＸｅ−クリプトンＫｒ−アルゴンＡｒ−ネオンＮｅ混合気体のいずれを封入した放電ランプも、その発光効率が比較例のキセノンＸｅ−ネオンＮｅ混合気体を封入した放電ランプの発光効率と比べて約４〜７％向上していた。
【００３１】
なお、キセノンＸｅ−クリプトンＫｒの混合比は９５：５〜４０：６０で実用でき、特に８０：２０〜７０：３０の範囲が好ましい。クリプトンの存在割合が増加すれば発光量が低下するが、放電の安定性は向上する。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態の放電ランプの構成について、図３〜図９を用いて説明する。
【００３３】
図１に示した放電ランプでは、外部電極５の全体をポリエステル系の熱収縮チューブ６を被覆して固定していたが、この放電ランプで長時間点灯させておくと、ランプの発熱により熱収縮チューブ６が破れる場合がある。図４に示したように、ランプの管壁温度は内部電極４に近づくほど高いため、熱収縮チューブ６において内部電極４の近傍の部分が最も破れやすい。熱収縮チューブ６が破れると、固定している外部電極５の金属線が位置ズレを起こし、内部電極４と外部電極５との間の放電距離が変化する。その結果として、図５の曲線Ａに示したように、使用時間が長くなるとランプの始動電圧が上昇し、始動性が悪くなる。また図６に示したように、ランプの配光が変化する問題が起こる場合がある。
【００３４】
したがって、熱収縮チューブ６の破れを防ぐためには、耐熱性の高いフッ素系の熱収縮チューブを使用することが好ましい。図５における曲線Ｂは、耐熱性の高いフッ素系熱収縮チューブを外部電極５の全長に用いた場合の始動電圧の変化を示しているが、長期の使用でも始動性がほとんど変化しないことが分かる。しかしながら、フッ素系の熱収縮チューブは、ポリエステル系の熱収縮チューブに比べてコストが上昇する。
【００３５】
そこで図３に示したように、本発明の第２の実施の形態の放電ランプでは、耐熱性の低いポリエステル系熱収縮チューブ６Ａをランプのほぼ全長に用い、さらに耐熱温度が高いフッ素系熱収縮チューブ６Ｂを管壁温度が高い内部電極４の近傍部だけにポリエステル系熱収縮チューブ６Ａの外側に二重に被覆している。なお、図３において、図１に示した構成要素と共通するものには同一の符号を付して示してある。
【００３６】
図７は本実施の形態の放電ランプランプにおける熱収縮チューブの耐熱温度分布とランプ管壁温度分布を示しており、ランプ全長において熱収縮チューブの耐熱温度が管壁温度よりも高いことが分かる。
【００３７】
実験によれば、図８に示したようにポリエステル系熱収縮チューブのみを使用した場合の曲線Ａに対して、本実施の形態の場合、曲線Ｃに示すように始動電圧の変化がほとんどなかった。また図９に示したように、点灯初期と３０００時間連続点灯後の輝度分布に関してもほとんど変化がなかった。
【００３８】
これにより、本実施の形態の放電ランプでは、高温度になる内部電極４の近傍部の熱収縮チューブの剥がれを防止することができ、その結果として、チューブの破れによるランプの始動電圧の上昇と配光の変化を防止することができる。さらに、管壁温度が上昇しにくいその他のランプ全域部には、耐熱性が低いポリエステル系熱収縮チューブ６Ａを使用することにより、熱収縮チューブの材料コストを抑えることもできる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態の放電ランプの構成を、図１０を用いて説明する。第３の実施の形態の特徴は、図３に示した第２の実施の形態に対して、内部電極４の近傍部だけにポリエステル系熱収縮チューブに比べて高耐熱性のフッ素系熱収縮チューブ６Ｂを被覆し、内部電極４の近傍部以外の部分の全域には、コストの低廉なポリエステル系熱収縮チューブ６Ａを被覆した点にある。
【００４０】
この構成にしても、第２の実施の形態と同様に、チューブの破れによるランプの始動電圧の上昇と配光の変化を防止することができ、かつ、熱収縮チューブの材料コストを抑えることもできる。
【００４１】
なお、これらの第２、第３の実施の形態の放電ランプに対しても、その放電媒体として実施例１〜実施例４の希ガス混合ガスを採用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、損失となるキセノンの励起エネルギとクリプトンの準安定エネルギの差は、ネオン準安定原子のそれよりも低いため、キセノンの放射する波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの紫外線の放射効率を高めることができ、この結果、放電ランプの発光効率を向上できる。またバッファガスとしてネオン、アルゴン等を混合することにより、発光の安定性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の外観図、ランプ軸方向断面図およびランプ径方向断面図。
【図２】本発明の実施例１〜実施例４および比較例の発光特性を示すグラフ。
【図３】本発明の第２の実施の形態の外観図。
【図４】提案されているキセノン蛍光放電ランプの管壁温度分布とフッ素系熱収縮チューブ、ポリエステル系熱収縮チューブの耐熱温度との関係を示すグラフ。
【図５】フッ素系熱収縮チューブ、ポリエステル系熱収縮チューブそれぞれを用いた放電ランプの始動電圧の経時変化を示すグラフ。
【図６】ポリエステル系熱収縮チューブを用いた放電ランプの輝度分布の時間経過による変化を示すグラフ。
【図７】第２の実施の形態の放電ランプの熱収縮チューブの耐熱特性と管壁温度分布の関係を示すグラフ。
【図８】第２の実施の形態の放電ランプの始動電圧の経時変化を示すグラフ。
【図９】第２の実施の形態の放電ランプの輝度分布の時間経過による変化を示すグラフ。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の外観図。
【符号の説明】
１　ガラスランプ容器
２　蛍光体層
３　リード線
４　内部電極
５　外部電極
６　熱収縮チューブ
【図１】
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【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】
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【図１０】
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