(57)【要約】【課題】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。【解決手段】放電ランプ点灯装置は、放電ランプＤＬおよび点灯回路を具備している。放電ランプＤＬは、細長い透光性気密容器１、蛍光体層２、短寸の内部電極４、キセノンを主体とする放電媒体および外部電極５を備えている。点灯回路は、脈動電圧を出力して放電ランプＤＬの内部電極４および外部電極５の間に印加するとともに、放電ランプＤＬのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が下式を満足して放電ランプを点灯するように構成されている。ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５【選択図】図２
2004063125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い透光性気密容器、透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層、透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極、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、および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプと；
脈動電圧を出力して放電ランプの内部電極および外部電極間に印加するとともに、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように放電ランプを点灯する点灯回路と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【数１】
2004063125.tif 000004
【請求項２】
ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる放電期間において透光性気密容器の内部に生じる陽光柱は、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０．５以上の領域が全放電長の８０％以上にわたって形成されることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる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、ランプ電流が主として内部電極から外部電極へ流れる放電期間において透光性気密容器の内部に生じる放電期間における同様のピーク値の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％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
細長い透光性気密容器、透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層、透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極、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および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を印加して、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように点灯することを特徴とする放電ランプ点灯方法。
【数１】
2004063125.tif 000005
【請求項５】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キセノンを主体とする放電媒体を封入した放電ランプを点灯するための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に関する。
【従来の技術】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。
【０００２】
キセノンなどの希ガスの放電を利用した放電ランプとして、図１ないし図３に示すような構造の放電ランプが本発明者らにより開発されている。
【０００３】
図１ないし図３は、希ガス放電用の放電ランプの一例および点灯回路を示し、図１は放電ランプの正面図、図２は同じく縦断面図および点灯回路、図３は透光性気密容器の横断面図である。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、透光性絶縁チューブ６、リード線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。
【０００４】
透光性気密容器１は、ガラス管の両端が封止されて形成されていて、内部に形成された放電空間１ａ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、硬質ガラス製で、その第１および第２の端部部分１ｂ、１ｃは、ガラスのビードステムを主体として構成されている。そして、筒状部分１ｄのガラス管の両端に一対のビードステムを封着することによって、第１および第２の端部部分１ｂ、１ｃが形成されている。
【０００５】
蛍光体層２は、３波長発光形の蛍光体からなり、透光性気密容器１の内面側に配設されている。
【０００６】
導入線３は、透光性気密容器１の一端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、透光性気密容器１の一方の端部部分１ｂを気密に貫通していて、その気密貫通部が封着金属のコバールからなる。そして、コバールの外端部にニッケル線が溶接されることによって構成されている。
【０００７】
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内の一端において管軸上に封装されている。
【０００８】
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巻回されることによって形成されており、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の外周面にほぼ密接している。
【０００９】
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。
【００１０】
リード線７は、透光性気密容器１の一端に放電媒体に接触しないように封着され、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の巻き終わり部分がニッケル線の部分に接続して、外部電極５の外部接続手段として作用する。
【００１１】
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。
【００１２】
そうして、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ので、結局、紫外線が可視光に変換されることになる。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るので、この可視光を光源として利用することができる。
【問題が解決しようとする課題】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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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点灯装置は、細長い透光性気密容器、透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層、透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極、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、および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプと；脈動電圧を出力して放電ランプの内部電極および外部電極間に印加するとともに、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように放電ランプを点灯する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
【数１】
ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５
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。
【００１６】
＜放電ランプについて＞　　放電ランプは、透光性気密容器、蛍光体層、内部電極、放電媒体および外部電極を備えて構成されている。以下、放電ランプの構成要素ごとに分説する。
【００１７】
（透光性気密容器）　　透光性気密容器は、ガラスバルブの両端を封止して形成するのが最も製造が容易で、コストが低いので好適であるが、要すれば透光性セラミックスなどによって形成したものでもよい。なお、ガラスとしては、軟質ガラス、半硬質ガラス、硬質ガラス、石英ガラスなどを適宜選択して用いることができる。特に透光性気密容器は、誘電体バリア放電において、誘電体として作用するので、後述する数式１を満足するために、所望の比誘電率を有する材質を選択するように配慮することができる。透光性気密容器が透光性であるとは、透光性気密容器の全体が透光性であることを必ずしも要件とするものではなく、少なくとも放電に伴って発生する可視光を導出しようとする部分が透光性であればよいことを意味する。また、透光性気密容器が細長いとは、少なくとも透光性気密容器の外径の２倍以上の長さを備えていることをいう。
【００１８】
また、透光性気密容器は、直管状および異形形状のいずれでもよい。なお、「異形形状」とは、透光性気密容器の長手方向の形状が直管形状ではないことを意味し、たとえばＬ字形、Ｕ字形、コ字形、Ｗ字形、環形、半円環形など種々の形状を採用することができる。また、上記した２次元形状だけでなく、３次元的な任意曲線状に形成することができる。さらに、異形形状に形成するには、直管形状のガラス管を加熱した後、外力を加えて湾曲させたり、成形用金型を用いて湾曲させたり、あるいは複数のガラス管を接合させたりすることができる。
【００１９】
透光性気密容器が異形形状であると、１本の放電ランプでたとえば液晶用バックライト装置の導光板に対してその２辺以上から同時に入光するように構成することが可能になる。すなわち、希ガス放電を行う放電ランプは、水銀蒸気放電を行う放電ランプに比較すると、どうしても光量が少ないので、透光性気密容器を長くして光量を増加する必要がある。そこで、導光板の複数の端面に複数の直管形状に放電ランプを配設して不足する光量を補うことも考えられるが、このように構成すると、コストアップになるとともに、放電ランプのバックライト装置への組み込みが、たとえば配線や放電ランプの支持の面で、困難になる。これに対して、透光性気密容器を長くし、しかも、異形形状にすることで、一つの放電ランプで複数の端面から同時に入光するように構成することができる。このため、コストダウンを図れるとともに、バックライト装置への組み込みが容易になる。一方、放電容器を長くすることで発光量を増加できるから、１本の直管形状の放電ランプを用いる場合より高輝度が得られることにもなる。
【００２０】
さらに、本発明において、透光性気密容器は、横断面が偏平、楕円など非円形であってもよい。
【００２１】
（蛍光体層）　　蛍光体層は、透光性気密容器の内面側に配設される。なお、「内面側」とは、蛍光体層が透光性気密容器の内面に直接形成されている態様および保護膜や反射膜などを介して間接的に形成されている態様のいずれでもよいことを意味する。
【００２２】
また、蛍光体層は、放電ランプがバックライト用の場合には、３波長発光形の蛍光体やハロリン酸塩蛍光体など白色発光系の蛍光体を用いて形成するのが好適である。また、読み取り用の場合には、モノカラーでは緑色発光形の蛍光体が、フルカラーでは３波長発光形の白色発光系の蛍光体が好適である。要するに、蛍光体としては、既知の蛍光体の中から放電ランプの用途に応じて所望の発光色、発光効率、演色性などを有するものを適宜選択すればよい。
【００２３】
さらに、蛍光体層は、透光性気密容器の長手方向における発光領域の全周面に形成してもよいし、また管軸方向に蛍光体層が形成されない導光スリットを形成してアパーチャ構造にすることもできる。
【００２４】
（内部電極）　　内部電極は、透光性気密容器内に封装され、短寸に構成されたものである。このような内部電極としては、通常の内部電極形の放電ランプに用いるのと同様な冷陰極形または熱陰極形の電極を用いることができる。なお、冷陰極形電極による電力損失（陰極降下電圧に基づく電力損失）を低減することを目的として、内部電極の表面にエミッタ物質（電子放射性物質）を塗布することができる。また、熱陰極としてフィラメント形電極に代えてセラミックス電極を用いることができる。
【００２５】
上記のいずれの構成の内部電極であっても、それを透光性気密容器の内部に封装するには、フレアシール、ビードシール、ピンチシールなど既知の各種シール手段を適宜選択して用いることができる。
【００２６】
また、内部電極は、一般的には透光性気密容器の端部に配設されるが、所望により中間部に配設することもできる。たとえば、透光性気密容器の中間部に内部電極を封装し、内部電極を中心として透光性気密容器の両端部に向かって延在した一対の外部電極を互いに絶縁関係に配設することができる。この場合、一対の外部電極を異なる点灯回路の１極に接続し、かつ、内部電極を共通電位として各点灯回路の他極に接続すれば、透光性気密容器を２灯の放電ランプとして作動させることができる。また、一対の外部電極を単一の点灯回路の１極に、内部電極を他極に、それぞれ接続すれば、並列接続された２灯の放電ランプのように作動する。
【００２７】
さらに、内部電極は、透光性気密容器の内部両端に一対封装することができる。この場合、一対の内部電極を点灯回路の１極に、外部電極を他極に接続すれば、並列接続された２灯の放電ランプのように作動する。また、外部電極を共有するように一対の点灯回路の１極に、各点灯回路の他極を一対の内部電極に、それぞれ接続すれば、２灯の放電ランプとして作動する。
【００２８】
（放電媒体）　　放電媒体は、キセノンを主体とし、キセノン単体で用いたり、ネオン、アルゴン、クリプトンなどの希ガスを混合して用いたりすることを許容する。また、キセノン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。
【００２９】
（外部電極）　　外部電極は、透光性気密容器の外面にほぼ接触し、かつ、長手方向に沿い配設される。また、外部電極は、導電性物質からなる。なお、外部電極は、透光性気密容器の内部電極に正対する領域にまで延在していてもよいし、しなくてもよい。また、外部電極が透光性気密容器の外面に「ほぼ接触し」て配設されているとは、外部電極の全体が透光性気密容器の外周面に接触していることが望ましいが、これは必須要件ではなく、概ねにおいて外部電極が透光性気密容器の外面に接触していればよいことを意味する。
【００３０】
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、導電性金属の線または箔を用いるのが一般的である。しかし、要すれば、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、断面円形のものが入手容易な材料であることから一般的であるが、要すれば断面が扁平、四角形、三角形などの異形断面の導電性金属線を用いることができる。導電性金属としては、たとえばニッケル、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。
【００３１】
さらに、外部電極は、透光性気密容器のほぼ全周にわたって配設することが好ましい。なお、「ほぼ全周」とは、半周以上の範囲にわたって外部電極が配設されていることをいう。したがって、外部電極の間に半周未満、好適には５０〜１００°の角度範囲のアパーチャが形成されるいわゆるアパーチャ形の放電ランプに本発明を適用することができる。アパーチャ形放電ランプの場合、外部電極は、導電金属箔、厚膜導電膜などが好適である。
【００３２】
外部電極が透光性気密容器の全周にわたって配設された態様において、外部電極としては、透光性導電膜、メッシュ状電極およびコイル状電極などが好適である。これらの電極の共通する特徴は、いずれも電極の輪郭内を放射が通過し得ることである。透光性導電膜としては、たとえばＩＴＯ膜、ネサ膜などを用いることができる。メッシュ状電極としては、たとえば導電性金属線のメリヤス編み構体、パンチングされた導電性金属板などを用いることができる。コイル状電極としては、導電性金属線を所定ピッチで巻回した構成を用いることができる。しかし、メッシュ状電極およびコイル状電極のいずれの態様においても、マスクパターンを介して形成された薄膜または印刷などにより形成された厚膜の導電膜を用いてそれらを構成することもできる。
【００３３】
次に、外部電極がコイル状電極により構成される場合は、透光性気密容器の表面が外部電極のコイルの間から露出する割合すなわち開口率が９０％以上になるように、外部電極のコイルのピッチを所望に設定することができる。外部電極のコイルのピッチは、得られる輝度や照度に影響するので、管軸方向に所望の輝度または照度の分布を実現するために、コイルのピッチを適宜に変化させることができる。たとえば、外部電極のコイルのピッチが管軸方向に一定の場合、内部電極に相対的に近い領域においては、相対的に輝度が大きくなり、反対に相対的に遠い領域においては相対的に輝度が小さくなる傾向があるので、管軸方向になるべく均一な輝度または照度の分布を得るために、内部電極からの距離に応じて、コイルのピッチを連続的または段階的に変化させることができる。また、コイルの一端を直接外部に導出することができる。これに代えて、透光性気密容器の一端に、リード線の基端を放電空間には露出しないように封着して、このリード線にコイルの一端をはんだ付け、加締めまたは溶接により接続することができる。
【００３４】
（その他の構成）　　本発明において必須構成要件ではないが、以下の構成を付加することにより、放電ランプの性能を高めるか、機能を追加することができる。
【００３５】
１．透光性絶縁被覆　　外部電極を機械的に固定し、要すればさらに加えて放電ランプの絶縁性を向上させるために、外部電極の外側に透光性絶縁被覆を配設することができる。透光性絶縁被覆は、好ましくは透明性である。また、透光性絶縁被覆は、たとえば透光性絶縁チューブの熱収縮、透光性絶縁シートの巻き付け、透光性絶縁樹脂溶液のディッピングなどの各種手段の単独または複数の組み合わせにより形成することができる。
【００３６】
２．保護膜など　　必要に応じて透光性気密容器の内面にアルミナ微粒子などからなる保護膜や易電子放射物質膜を形成することができる。保護膜を形成する場合には、蛍光体層と透光性気密容器の内面との間に保護膜を形成してもよいし、蛍光体層の放電空間側の内面に保護膜を形成してもよい。また、易電子放射物質膜を形成することができ、この場合には放電ランプの暗黒特性の発生を回避するか、軽減するのに効果的である。
【００３７】
＜点灯回路について＞　　点灯回路は、放電ランプの内部電極および外部電極間に印加する脈動電圧を出力して放電ランプを点灯するための手段である。本発明における放電ランプは、透光性気密容器の壁面を誘電体として介在させて誘電体バリア放電を行なうため、その放電回路の等価回路がコンデンサを放電路に直列接続した構成になるので、放電を安定させるためのインダクタなどの限流用リアクタンス手段は不要である。しかしながら、ランプ電流を所望値に制限するなどの目的のために、所望によりコンデンサなどのインピーダンスを放電ランプと直列に接続することができる。
【００３８】
また、点灯回路は、放電ランプのキセノンの封入分圧がＰ（ｋＰａ）であるとすると、その封入分圧Ｐの値に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように放電ランプを点灯する。
【００３９】
【数１】
ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５
数式１において、全放電電荷量Ｑ（ｎＣ）は、ランプ電流の瞬時値ｉ（ｔ）の絶対値｜ｉ（ｔ）｜をランプ電流の１周期（０≦ｔ≦Ｔ）において時間積分した数式２の解である。ランプ電流の１周期は、正および負の放電期間により構成される。正の放電期間は、ランプ電流が主として内部電極から外部電極へ流れる期間である。負の放電期間は、ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる期間である。したがって、全放電電荷量Ｑ（ｎＣ）は、これらのランプ電流について積分した値である。
【００４０】
【数２】
2004063125.tif 000003
また、全休止期間ＴＳ（μｓ）は、ランプ電圧の１周期の間に生じる休止期間の和である。また、休止期間は、正および負の放電期間に続いて形成される。したがって、休止期間は、ランプ電圧の１周期の間に少なくとも２つ形成される。全休止期間は、それら休止期間の和である。
【００４１】
点灯回路から出力されて放電ランプの内外両電極間に印加される脈流電圧は、両極性および単極性のいずれであってもよい。また、交流電圧および適当な休止期間のある間欠的なパルス電圧のいずれであってもよい。交流電圧の場合、隣接する半波の間に休止期間のない態様およびＰＷＭ制御のためにパルス電圧列ごとに適当な休止期間のある態様のいずれであってもよい。パルス電圧の場合、単極性のパルスおよび両極性のパルスのいずれであってもよい。さらに、電圧の波形は、交流およびパルスのいずれであっても、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許容する。しかし、好適には図４に示すように矩形波の交流電圧および正または負のパルス電圧である。
【００４２】
図４は、本発明の実施に好適な矩形波の交流電圧波形およびパルス電圧波形を示す波形図である。そして、図４の（ａ）は矩形波交流電圧波形、（ｂ）は正極性の矩形波パルス電圧波形、（ｃ）は負極性の矩形波パルス電圧波形である。
【００４３】
交流電圧を点灯回路から出力して放電ランプに誘電体バリア放電を生起させる場合、ランプ電流は、ランプ電圧の半波の立ち上がり時にランプ電圧と同一極性の主電流がパルス状に流れる。また、回路条件によってはこれに続く逆極性の小さなオーバーシュート電流が主電流に続いて流れる。そして、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。次に、印加電圧の極性が反転すると、再び半波の立ち上がり時にランプ電圧と同一極性の主電流がパルス状に流れる。また、回路条件によってはこれに続く逆極性の小さなオーバーシュート電流が主電流に続いて流れる。そして、同様にランプ電流の流れた後には、休止期間が生じる。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、休止期間も各ランプ電流の間に間欠的に生じる。すなわち、休止期間のある交流のランプ電流が流れる。したがって、隣接する１組の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した値が１周期内に生じる全放電電荷量Ｑである。また、全休止期間ＴＳ（μｓ）は、正負両極性のランプ電圧の１周期の間に生じる全ての休止期間の和である。
【００４４】
一方、単極性のパルス電圧を点灯回路から出力して放電ランプに誘電体バリア放電を生起させる場合、ランプ電流は、パルス状のランプ電圧の立ち上がり時にランプ電圧と同一極性の主電流がパルス状に流れる。また、回路条件によってはこれに続く逆極性の小さなオーバーシュート電流が主電流に続いて流れる。そして、ランプ電流が流れた後には、たとえパルス電圧が継続して印加されていたとしても、休止期間が生じる。次に、ランプ電圧が立ち下がり時になると、ランプ電圧に対して逆極性の主電流がパルス状に流れる。また、回路条件によってはこれに続く逆極性の小さなオーバーシュート電流が主電流に続いて流れる。パルス電圧の印加が終了すると、次のパルス電圧が印加されるまでの間に休止期間がある。このようにしてパルス状のランプ電流が正負の極性に交互に流れ、休止期間も間欠的に生じる。すなわち、パルス電圧を印加して点灯する場合も、ランプ電流は休止期間のある交流になる。したがって、全放電電荷量Ｑ（ｎＣ）は、一つのパルス電圧が印加されて次のパルス電圧が印加されるまでの期間すなわち１周期に流れる正負両極性のランプ電流について上記のように積分した値となる。また、全休止期間ＴＳ（μｓ）は、単極性のパルス電圧およびこれに続く休止期間からなる１周期の間に生じる全ての休止期間の和である。
【００４５】
ところで、本発明においては、上述のように数式１により放電ランプの点灯条件を規定している。この数式１は、以下の実験により求めることができる。すなわち、図１ないし図３に示す構成の放電ランプＤＬにおいて、放電媒体のキセノンガス封入分圧を５．５、９．３および１３．０ｋＰａにした３種類で、かつ、蛍光体層を備えている放電ランプと、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放電ランプをそれぞれ製作して、ランプ電流の１周期に生じる全放電電荷量Ｑ（ｎＣ）およびランプ電圧の１周期中の全休止期間Ｔｓ（μｓ）を種々変えたときの陽光柱の太さおよび拡散陽光柱の長さと発光効率とについて調査した。
【００４６】
放電ランプの陽光柱の観察は、高速ＣＣＤカメラ（たとえば、任意のタイミングでシャッターを開閉できるイメージインテンシファイヤーユニット高速電子シャッターを装着したＣＣＤカメラで、シャッタースピードが最短で３ｎｓのものが市販されている。）を用いて、シャッタ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、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間に生じる陽光柱と、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結果、図５に示す写真のとおりであった。
【００４７】
図５は、本発明によらない場合に放電ランプの放電空間内に正の放電期間および負の放電期間に生じるに生じる陽光柱の状態を示す写真である。
【００４８】
正の放電期間における陽光柱は、外部電極がコイル状の場合、図５の（ａ）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。
【００４９】
これに対して、負の放電期間における陽光柱は、図５の（ｂ）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広が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。
【００５０】
本発明は、負の放電期間において陽光柱が拡散状に広がっ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明確にしたことによって特徴付けられているが、陽光柱の広がりを特定するために陽光柱の広がり率を以下により定義することとする。すなわち、陽光柱の広がり率ｋは、図６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１ｄが円形の場合、拡散状の陽光柱もほぼ円形になるので、陽光柱の直径ｒＰの放電空間１ｄの直径ｒＧに対する比率ｒＰ／ｒＧにより求めることができる。
【００５１】
図６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概念的横断面図である。図６および後述する図７において、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。また、Ｐは陽光柱を示す。
【００５２】
また、透光性気密容器１の内部に形成される放電空間１ｄが図７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。
【００５３】
図７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概念的横断面図である。
【００５４】
すなわち、透光性気密容器１をその管軸に直交する面内においてある任意の径方向から観測したときの透光性気密容器１の内径がｒＧ（θ）、陽光柱の直径がｒＰ（θ）であるとすると、当該方向から見た陽光柱の広がり率は、ｋ（θ）＝ｒＰ（θ）／ｒＧ（θ）となる。次に、θを０°から３６０°まで変化させたときの陽光柱のそれぞれの広がり率ｋ（θ）を求める。それらの中の最大値ｋ（θ）ＭＡＸをもって放電空間１ｄが非円形の場合の陽光柱の広がり率と定義する。図７に示す例では、最少の広がり率がｋ（０°）＝０．５で、最大の広がり率がｋ（２７０°）＝０．９であるから、陽光柱の広がり率は（θ）ＭＡＸ＝０．９である。
【００５５】
次に、拡散状の陽光柱の長さは、陽光柱の広がり率が０．５以上の領域の長さの全放電長に占める割合をいう。
【００５６】
ところで、陽光柱の広がり率と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。
【００５７】
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、それぞれ示す。
【００５８】
図８から理解できるように、陽光柱の広がりｋが０．５以上になると、蛍光体輝度が顕著に高くなる。なお、陽光柱の広がり率ｋ＝０．５以上の領域すなわち図の中央から右方を拡散陽光柱、０．５未満の領域すなわち図の中央から左方を収縮陽光柱として便宜上区分することができる。
【００５９】
したがって、陽光柱の広がり率が０．５以上になる拡散状の陽光柱の領域が長くなれば、それだけ放電ランプの発光効率が高くなることが分る。
【００６０】
そこで、陽光柱の広がり率ｋが０．５以上になる拡散状の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。
【００６１】
図９は、本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法における数式１を示す実験式である。図において、横軸はＱ／Ｐ（ｎＣ／ｋＰａ）を、縦軸はＴＳ（μｓ）を、それぞれ示す。なお、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（μｓ）である。また、図中、○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ータ、●は同じく９．３ｋＰａ、△は同じく１３．０ｋＰａである。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、この領域は数式１を満足する領域である。
【００６２】
次に、数式１を満足するように放電ランプを点灯するには、キセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてたとえば点灯回路から供給される主としてランプ電流、点灯回路の出力電圧の周波数などを適切に調整すればよい。なお、キセノンの封入分圧は、特段限定されないが、好ましくは１００Ｐａ〜３ＭＰａである。また、点灯回路の出力電圧の周波数は、特段限定されないが、好ましくは２０〜２００ｋＨｚの範囲である。
【００６３】
＜本発明の作用について＞　　外部電極を接地状態とし、放電ランプの内部電極と外部電極との間に点灯回路から脈動電圧を印加して、内部電極の電位が増加する期間（交流電圧の場合は、内部電極の電位が外部電極のそれより高くなる。）すなわち正の放電期間において、透光性気密容器を介して放電空間に電界が発生し、この電界が放電空間の放電破壊電界以上まで増加すると、放電空間に放電が発生する。それにより、内部電極から外部電極へ向かって放電電流すなわちランプ電流が流れる。しかし、放電路に直列に透光性気密容器の壁面からなる誘電体が介在しているから、誘電体表面に電荷が充電されると、放電空間の電界が打ち消されて零となり、放電が終了し、ランプ電流が零になる。
【００６４】
正の放電期間に生じる放電は、陽光柱が全領域にわたって収縮する。また、陽光柱は、透光性気密容器の外部電極に対向する内壁面に張り付いて形成される。したがって、外部電極がたとえば線状の場合、陽光柱は細くなる。また、外部電極が面状の場合、陽光柱は薄い面状になる。
【００６５】
次に、内部電極の電位が減少する期間（交流電圧の場合は、外部電極の電位が内外部電極のそれより高くなる。）すなわち負の放電期間において、放電空間には上記とは逆向きの電界が発生し、この電界が放電空間の放電破壊電界まで増加すると、放電空間で放電が発生する。それにより、外部部電極から内外部電極へ向かって放電電流すなわちランプ電流が流れる。しかし、放電路に直列に誘電体が介在しているから、誘電体表面に電荷が充電されると、放電空間の電界が打ち消されて零となり、放電が終了し、ランプ電流が零になる。
【００６６】
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。
【００６７】
以上の動作が繰り返されて放電が継続されるため、印加電圧が交流および単極性のパルス電圧のいずれであっても、電流波形は、休止期間を挟んで正負に振動して交流となる。
【００６８】
本発明においては、前述の構成を具備していることにより、以上説明したように、負の放電期間において、十分に太くて、しかも、管軸方向の大部分にわたって拡散状の陽光柱の領域が発生し、その結果発光効率が向上する。
【００６９】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる放電期間において、透光性気密容器の内部に生じる陽光柱は、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０．５以上の領域が全放電長の８０％以上にわたって形成されることを特徴としている。
【００７０】
本発明は、高い発光効率の得られる拡散陽光柱の太さおよび管軸方向の領域の長さを規定している。
【００７１】
そうして、本発明によれば、放電ランプの発光効率が高いとともに、蛍光体層の輝度の高い領域が全放電長の大部分にわたって得られる。
【００７２】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置において、ランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる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、ランプ電流が主として内外部電極から外内部電極へ流れる放電期間において透光性気密容器の内部に生じる放電期間における同様のピーク値の１．２倍以上となる領域が全放電長の８０％以上にわたって形成されることを特徴としている。
【００７３】
本発明は、波長８２８ｎｍの赤外線放射強度のピーク値を所定値にすることにより発光効率を向上させた構成を規定している。
【００７４】
すなわち、波長８２８ｎｍの赤外線は、キセノンの励起光である。したがって、放電ランプから放射される波長８２８ｎｍの赤外線放射強度のピーク値が大きいことは、放電ランプの発光効率が高いことを意味する。このため、波長８２８ｎｍの赤外線の放射量が多くなるように点灯条件を設定することにより、放電ランプの発光効率を高くすることができる。
【００７５】
また、放電により放射される波長８２８ｎｍの赤外線を検出することにより、放電ランプの蛍光体層が存在するために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。本発明において、負の放電期間における波長８２８ｎｍの赤外線放射強度のピーク値を正の放電期間における同様のピーク値の１．２倍以上に規定している理由は、次のとおりである。すなわち、１．２倍未満であると、陽光柱の拡散が十分でなく、したがって発光効率が所望の程度まで向上しないからである。
【００７６】
請求項４の発明の放電ランプ点灯方法は、細長い透光性気密容器、透光性気密容器の内面側に配設された蛍光体層、透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極、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および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を印加して、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように点灯することを特徴としている。
【００７７】
【数１】
ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５
請求項１が放電ランプ点灯装置の発明として規定しているのに対して、本発明は点灯方法として同様の内容を規定している点で異なる。
【００７８】
請求項５の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００７９】
本発明において、「照明装置」とは、放電ランプの発光を利用する全ての装置を含む広い概念であり、たとえばバックライト装置およびこれを備えた液晶表示装置、ならびに液晶表示装置を組み込んだ機器、自動車などの移動体用計器パネル照明装置、装飾用照明器具、ならびに読取装置およびこれを備えたイメージスキャナ、複写機およびファクシミリなどである。液晶表示装置を組み込んだ機器としては、たとえばパーソナルコンピュータ、ナビゲーション機器、携帯情報端末機および液晶テレビジョン受像装置などの電子機器などである。
【００８０】
また、「照明装置本体」とは、照明装置から放電ランプ点灯装置を除いた残余の部分をいう。
【００８１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００８２】
図１０および図１１は、本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法の第１の実施形態を示し、図１０はランプ電圧およびランプ電流を示す波形図、図１１は放電ランプの放電空間内に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。本実施形態は、放電ランプおよび点灯回路を備えている。
【００８３】
放電ランプは、図１ないし図３に示し、かつ、説明したのと同一構成である。したがって、その構成についてのここでの説明は省略する。
【００８４】
点灯回路は、交流矩形波電圧を出力し、この電圧を放電ランプＤＬの内部電極４と外部電極５との間に印加し、かつ、ランプ電流を供給する。矩形波交流電圧を出力するための回路としては、たとえばチョッパ回路と、その直流出力電圧を矩形波交流電圧に変換するフルブリッジ形インバータ回路とを主体として構成することができる。
【００８５】
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ＩＩ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ＩＩＩとＩＶが外部電極５の電位が内部電極４より高くなる負の半波である。そして、期間Ｉが＋電圧の立ち上がりで、そのときにピーク値があり、期間ＩＩがほぼ平坦で、その終期に電圧の立ち下りがある。また、期間ＩＩＩが−電圧の立ち上がりで、そのときにピーク値があり、期間ＩＶがほぼ平坦で、その終期に電圧の立ち下りがある。上記において、ピーク値は１５００Ｖ、立ち下り時の瞬時値が８００Ｖ、１周期５０μｓ、すなわち周波数２０ｋＨｚである。
【００８６】
ランプ電流は、期間Ｉが正の放電期間、期間ＩＩＩ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。このときのピーク値は＋３８ｍＡである。期間ＩＩＩ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−２０ｍＡである。
【００８７】
そうして、図１１に示すように、放電ランプＤＬの放電空間１ａ内には放電により陽光柱が生じる。正の放電期間に生じる陽光柱は、図１１の（ａ）に示すように全領域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１１の（ｂ）に示すように、ほぼ全領域にわたって拡散している。すなわち、陽光柱の広がり率ｋは０．５以上で、拡散状陽光柱の長さＬＰは全放電長ＬＴの８０％以上の大部分にわたっている。
【００８８】
図１２は、本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法の第２の実施形態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。本実施形態は、点灯回路の出力電圧の周波数とランプ電流が異なる。
【００８９】
すなわち、ランプ電圧の１周期は２５μｓすなわち周波数が４０ｋＨｚ、ランプ電流は正の放電期間のピーク値が＋２１ｍＡ、負の放電期間のピーク値が−２３ｍＡである。
【００９０】
放射強度は、キセノンの励起光の８２８ｎｍを測定して得た値である。負の放電期間に生じる放射強度のピーク値ＲＮは、拡散状をなし、正の放電期間に生じる放射強度のピーク値ＲＰの１．２倍以上になっていることが容易に理解できる。
【００９１】
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法を実施する際に用いる放電ランプの他の例を示す。なお、図において、図１ないし図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。
【００９２】
図１３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断面要部正面図および横断面図である。
【００９３】
図１３の（ａ）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。
【００９４】
図１３の（ｂ）に示す例は、外部電極５が帯状の透明導電膜（ＩＴＯ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。
【００９５】
図１３の（ｃ）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の全周にわたって密接して配設している。
【００９６】
図１４は、内部電極の構成が異なる放電ランプの他の例を示す縦断面図である。この放電ランプＤＬは、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を備えている点で異なる。
【００９７】
図１５は、本発明の照明装置の一実施形態としての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。
【００９８】
バックライト装置本体１１は、導光体１１ａ、樋状反射板１１ｂ、背面反射シート１１ｃ、拡散シート１１ｄ１および集光シート１１ｄ２備え、図示しないケースに収納される。
【００９９】
導光体１１ａは、透明アクリル樹脂やポリカー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１１ｂ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１１ｄ１は、導光体１１ａの前面に配設されて、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べく均一化する。集光シート１１ｄ２は、拡散シート１１ｄ１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。
【０１００】
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ないし図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。
【０１０１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、内面側に蛍光体層を配設し、キセノンを主体とする放電媒体を封入した細長い透光性気密容器に封装された短寸の内部電極および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプと、脈動電圧を出力して放電ランプの内部電極および外部電極間に印加するとともに、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように放電ランプを点灯する点灯回路とを具備していることにより、放電ランプの発光効率を向上した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０２】
【数１】
ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５
請求項２の発明によれば、加えてランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる放電期間において透光性気密容器の内部に生じる陽光柱は、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０．５以上の領域が全放電長の８０％以上にわたって形成されることにより、放電ランプの発光効率が高いとともに、蛍光体層の輝度の高い領域が全放電長の大部分にわたって得られる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項３の発明によれば、加えてランプ電流が主として外部電極から内部電極へ流れる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、ランプ電流が主として内部電極から外部電極へ流れる放電期間において透光性気密容器の内部に生じる放電期間における同様のピーク値の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％以上であることにより、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できる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０４】
請求項４の発明によれば、内面側に蛍光体層を配設し、キセノンを主体とする放電媒体を封入した細長い透光性気密容器に封装された短寸の内部電極および透光性気密容器の長手方向に沿い、かつ、外周面にほぼ接触して配設された導電性物質からなる外部電極を備えた放電ランプの内部電極および外部電極間に脈動電圧を印加するとともに、放電ランプのキセノンの封入分圧Ｐ（ｋＰａ）に応じてランプ電流の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（μｓ）が数式１を満足するように放電ランプを点灯することにより、発光効率を向上した放電ランプ点灯方法を提供することができる。
【０１０５】
【数１】
ＴＳ・Ｐ／Ｑ≧０．５
請求項５の発明によれば、照明装置本体および請求項１ないし３記載の放電ランプ点灯装置を具備していることにより、請求項１ないし３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】希ガス放電用の放電ランプの一例を示す正面図
【図２】同じく縦断面図および点灯回路を示す回路図
【図３】同じく放電容器の横断面図
【図４】本発明の実施に好適な矩形波の交流電圧波形およびパルス電圧波形を示す波形図
【図５】本発明によらない場合の放電ランプの放電空間内に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
【図６】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概念的横断面図
【図７】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概念的横断面図
【図８】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
【図９】本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法における数式１を示す実験式
【図１０】本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法の第１の実施形態におけるランプ電圧およびランプ電流を示す波形図
【図１１】同じく放電ランプの放電空間内に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
【図１２】本発明の放電ランプ点灯装置および放電ランプ点灯方法の第２の実施形態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
【図１３】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断面要部正面図および横断面図
【図１４】内部電極の構成が異なる放電ランプの他の例を示す縦断面図
【図１５】本発明の照明装置の一実施形態としての液晶用バックライト装置を示す断面図
【符号の説明】
１…透光性気密容器、２…蛍光体層、４…内部電極、５…外部電極、８…点灯回路、ＤＬ…放電ランプ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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