(57)【要約】【課題】キセノンを含む放電媒体を封入した放電ランプの正の半周期における陽光柱を拡散させる手段を具備し、これにより発光効率を向上した放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】放電ランプＤＬは、透光性気密容器１と、透光性気密容器１の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層２と、透光性気密容器１内に封装された短寸の内部電極４と、透光性気密容器１内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と、透光性気密容器１の内面側に正の帯電を付与する正帯電付与手段ＣＡと、透光性気密容器１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外部電極５とを具備している。【選択図】図６
2004103324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性気密容器と；
透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；
透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；
透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；
透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与する正帯電付与手段と；
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】
透光性気密容器と；
透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；
透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；
透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；
透光性気密容器の内面側に配設された正の帯電傾向を有する透光性帯電層と；
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３】
透光性気密容器と；
透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体および正の帯電傾向を有する無機質物質粒子が混合してなる蛍光体層と；
透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；
透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；
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４】
正の帯電傾向を有する透光性気密容器と；
透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；
透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；
透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；
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４のいずれか一記載の放電ランプと；
放電ランプを点灯する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、キセノンを含んでいる放電媒体を封入した放電ランプおよびこれを用いた照明装置に関する。
【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、明るさや放電開始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、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に適量のボレート系化合物またはピロリン酸カルシウム微粒子を結着剤として添加してなる構成であり、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主として波長１７２ｎｍの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】キセノンを含む放電媒体を封入して希ガス放電を行なう放電ランプは、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り、重要な課題になっている。この種放電ランプの効率向上のための有力な方策の一つは、点灯中の陽光柱の広がりを大きくすることである。次に、この点について図４および図５を参照してさらに詳細に説明する。
【００１３】
図４は、図１ないし図３に示す希ガス放電用の放電ランプにおける正および負の半周期における陽光柱の超高速度写真、図５は同じく管電圧、管電流および蛍光体発光強度を示す波形図である。なお、図４は放電ランプの管軸方向に沿った陽光柱を表していて、（ａ）が正の半周期、（ｂ）が負の半周期、のそれぞれ陽光柱である。また、図５において、横軸は時間（μｓ）、縦軸は管電圧が（Ｖ）、管電流が（ｍＡ）、蛍光体の発光強度が（ａ．ｕ）である。また、超高速度写真は、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それぞれ撮影したものである。
【００１４】
まず、図４を参照して、放電ランプの点灯中の陽光柱について説明する。放電ランプを矩形波交流電圧で点灯するとき、正の半周期においては、（ａ）に示すように陽光柱は外部電極側に吸引されて収縮されたいわゆる収縮陽光柱になる。これに対して、負の半周期においては、（ｂ）に示すように陽光柱は放電空間に拡散したいわゆる拡散陽光柱になる。
【００１５】
次に、図５を参照して、点灯中の放電ランプの電圧、電流および発光の状態について説明する。すなわち、放電ランプの管電圧は、点灯回路８から矩形波交流電圧が印加されるので、ほぼ矩形波状になり、矩形波の極性転換の際の立ち上がりおよび立ち下り時に管電流がパルス状に流れる。そして、正の半周期における管電流は、波高値が相対的に高いパルス状で、その後は休止期間になっている。これに対して、負の半周期における管電流は、波高値が相対的に低いパルス状で、その後波高値の低い直流状の電流が次の正の半周期に反転して、管電流がパルス状に立ち上がるまで継続して流れている。
【００１６】
蛍光体の発光強度は、正の半周期と負の半周期とでは、顕著に相違している。すなわち、正の半周期においては、発光強度が極めて弱い。これに対して、負の半周期においては発光強度が強くなる。図４に関して上述した結果と合わせてみると、収縮陽光柱のときの発光強度は、拡散陽光柱のときのそれに比べて弱いことが分かる。前者の発光強度は、放電ランプの仕様が変わったとしても後者のそれの概ね１／３〜１／２程度である
本発明は、キセノンを含む放電媒体を封入した放電ランプの正の半周期における陽光柱を拡散させる手段を具備し、これにより発光効率を向上した放電ランプおよびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【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は、透光性気密容器と；透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでなる放電媒体と；透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与する正帯電付与手段と；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外部電極と；を具備していることを特徴としている。
【００１８】
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。
【００１９】
＜透光性気密容器について＞　　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、要すれば後述する正帯電付与手段を兼ねて正の帯電傾向を有する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。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、透光性気密容器は、一般的には透光性気密容器の外径の２倍以上の長さを備えた細長いものが使用されるが、要すればたとえば管軸方向の長さの１／２以上の幅を備えた扁平で短寸の形状などであることを許容する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
＜蛍光体層について＞　　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。
【００２４】
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、白色発光系の蛍光体の中でも高演色で、高効率の３波長発光形の蛍光体を用いるのが好適である。しかし、要すればハロリン酸塩蛍光体などを用いることもできる。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。３波長発光形の蛍光体としては、たとえばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ（青色発光形）、ＬａＰＯ４：（Ｃｅ，Ｔｂ）（緑色発光形）、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、（ＹＧｄ）ＢＯ３：Ｅｕ（いずれも赤色発光形）などを所望の色温度の白色光を発生するように適当な混合比で用いることができる。これらの蛍光体は、いずれも負の帯電傾向を有するが、後述する正停電付与手段を兼ねて正の帯電傾向を有する蛍光体を用いることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
＜内部電極について＞　　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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜放電媒体について＞　　放電媒体は、キセノンを含む希ガスを主体として構成されている。たとえば、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。
【００３１】
＜正帯電付与手段について＞　　正帯電付与手段は、透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与する手段である。透光性気密容器および蛍光体層は、その構成材料により決まる帯電傾向を有している。たとえば、透光性気密容器をガラスにより構成する場合、ガラスはＳｉＯ２が主成分であり、ＳｉＯ２は負の帯電傾向を示すため、全体としても負の帯電傾向を有している。また、蛍光体層の主構成要素として一般に多用されている前述の３波長発光形の蛍光体は、負の帯電傾向を有しているものが多い。このように透光性気密容器および蛍光体層が負の帯電傾向を有していると、透光性気密容器の内面側が負の帯電傾向を強く示すことになり、前述した従来の放電ランプにおけるように正の半周期に発生する陽光柱が収縮状態になることが分かった。
【００３２】
そこで、本発明においては、正帯電付与手段を配設することにより、透光性気密容器の内面側を改質して、その負の帯電傾向を少なくとも軽減するものである。なお、「透光性気密容器の内面側」とは、相対的に外部電極に接近している領域に存在する透光性気密容器および蛍光体層を含むランプ構成部材をいう。また、「正の帯電を付与する」とは、正帯電付与手段が正の帯電傾向を有する材料からなるとともに、透光性気密容器の内面側に位置して、放電ランプの点灯中に透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与する作用を呈することをいう。したがって、透光性気密容器の内面側の全体が正の帯電傾向に改質されている場合だけでなく、透光性気密容器の内面側全体としては負の帯電となるが、当該正帯電付与手段が存在することによって、負の帯電量が軽減されている場合をも許容する。
【００３３】
また、正帯電付与手段は、透光性気密容器および蛍光体層に付加する態様であってもよいし、透光性気密容器および蛍光体層のいずれか一方または両方がこれを兼ねている態様であってもよい。前者の例としては、透光性気密容器および蛍光体層の間に介在するか、またはおよび蛍光体層の放電空間側の内面に配設した透光性の透光性正帯電層により正帯電付与手段を構成することができる。後者の例としては、正の帯電傾向を有する材料を用いて透光性気密容器および蛍光体層のいずれか一方または両方を形成することである。
【００３４】
さらに、正帯電付与手段は、透光性気密容器の内面側の全領域にわたって配設されていることは好ましいことではあるが、必須条件ではない。たとえば、外部電極が透光性気密容器の外面の一部に配設されている場合には、少なくとも外部電極に対応する領域にのみ正帯電付与手段が配設されているだけでもよく、管軸方向の両端領域には正帯電付与手段が配設されていなくてもよい。
【００３５】
なお、蛍光体層の場合、蛍光体は負の帯電傾向を有しているとしても、正の帯電傾向を有する帯電性粒子を混合することにより、蛍光体層をして正帯電付与手段を構成することができる。また、負の帯電傾向を有する結着剤に代えて正の帯電傾向を有する帯電性微粒子を結着剤として用いることができる。さらに、蛍光体自体を正の帯電傾向を有するものを用いることでも蛍光体層を正の帯電傾向に構成して正帯電付与手段を兼ねさせることができる。所望により、正の帯電傾向を有する蛍光体と負の帯電傾向を有する蛍光体とを併用することも許容される。
【００３６】
＜外部電極について＞　　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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、外部電極がコイル状電極により構成される場合は、そ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。
【００４１】
＜その他の構成について＞　　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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜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。）すなわち正の半周期において、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管電流が流れる。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、放電が終了する。
【００４５】
正の半周期に生じる放電は、従来の放電ランプにおいては、前述したように陽光柱が収縮するとともに、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。これに対して、本発明においては、正帯電付与手段が配設されているため、正の半周期における陽光柱が全放電長のほぼ８０％以上の領域にわたって拡散する。
【００４６】
正の半周期において、陽光柱が拡散するメカニズムは詳らかでないが、以下によるものと推察される。すなわち、正の半周期においては、内部電極が陽極となり、外部電極が陰極として作用する。そのため、放電により形成される電子は内部電極へ向かって移動し、正イオンは反対に外部電極に向かって移動する。ところが、正帯電付与手段が配設されていることにより、透光性気密容器の内面側に正の帯電が付与され、正イオンが透光性気密容器の内面側に帯電した正の電荷によるクーロン力で反発されるので、放電は透光性気密容器の内面近傍に形成されにくくなり、透光性気密容器の中央部に形成される。その結果、陽光柱が拡散されると考えられる。
【００４７】
次に、内部電極の電位が減少する期間（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低くなる。）すなわち負の半周期において、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。
【００４８】
負の半周期に生じる放電は、陽光柱が元々拡散状であり、しかも、全放電長の８０％以上の領域にわたって形成される。
【００４９】
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、ほぼ休止期間を挟んで正負に振動して交流となる。
【００５０】
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、正および負の両半周期において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するので、その結果発光効率が従来に比較して向上する。たとえば、発光効率の１０〜３０％程度の向上が実現する。
【００５１】
請求項２の発明の放電ランプは、透光性気密容器と；透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；透光性気密容器の内面側に配設された正の帯電傾向を有する透光性帯電層と；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外部電極と；を具備していることを特徴としている。
【００５２】
本請求項は、透光性帯電層を付加して透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与するようにした発明を規定している。すなわち、透光性帯電層は、正の帯電傾向を有する物質たとえばＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＬｉＦおよびＭｇＦ２などの一種または任意所望の複数種を主体とする層である。また、透光性帯電層は、透光性気密容器と蛍光体層の間に配設する態様、蛍光体層の放電空間側の内面に配設する態様またはそれらを並設する態様のいずれであってもよい。さらに、透光性帯電層は、微粒子の膜状集合体および緻密な単一性の膜状体のいずれであってもよい。
【００５３】
そうして、本発明においては、透光性帯電層を具備していることにより、透光性気密容器および蛍光体層が負の帯電傾向を有していても、透光性気密容器の内面側に正の帯電が付与されるので、正の半周期における陽光柱も拡散させることができる。したがって、加工性およびコストで有利であるために最も一般的に用いられているガラス製の透光性気密容器および高演色性および高効率の３波長発光形の蛍光体を用いて正負両半周期において陽光柱が拡散して高効率の放電ランプを得ることができる。
【００５４】
請求項３の発明の放電ランプは、透光性気密容器と；透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体および正の帯電傾向を有する無機質物質粒子が混合してなる蛍光体層と；透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；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外部電極と；を具備していることを特徴としている。
【００５５】
本請求項は、請求項１における正帯電付与手段を蛍光体層に兼ねさせるのに好適な発明を規定している。すなわち、正の帯電傾向を有する無機質物質粒子を負の帯電傾向を有する蛍光体と混合したり、負の帯電傾向を有する蛍光体粒子の表面に正の帯電傾向を有する無機質微粒子をまぶして蛍光体粒子を改質したり、正の帯電傾向を有する蛍光体を用いたりして、蛍光体層を改質するものである。
【００５６】
なお、蛍光体層には、一般に蛍光体粒子相互間および蛍光体粒子・基体間を結着するために、結着剤を蛍光体粒子間に分散させて蛍光体層を構成するのが一般的である。また、蛍光体層を形成するには、蛍光体、結着剤およびバインダーを溶媒中に懸濁して蛍光体スラリーを調整し、蛍光体スラリーを透光性気密容器の内面側に塗布、焼成するのが一般的である。
【００５７】
そうして、上記結着剤には、ボレート系化合物やピロリン酸カルシウム微粒子などを用いている。ボレート系化合物は、５５０℃以上の高温で軟化溶融することにより、ガラス化して蛍光体粒子間および透光性気密容器・蛍光体粒子間を結合するので、強い結着力を得ることができる。一方、ピロリン酸カルシウムは、粒径が蛍光体粒子のそれに比較して１／５〜１／４と小さい微粒子の形で用いられ、蛍光体粒子間に分散して分子間引力すなわちファン・デル・ワールス力により結着力を得ている。
【００５８】
しかし、上述した結着剤は、そのいずれも蛍光体層が振動や衝撃によって剥離するのを防止するが、正の半周期における陽光柱を収縮させる作用があるとともに、放電ランプの発光効率低下の要因にもなっている。
【００５９】
そこで、本発明においては、上記に加えて、前記正の帯電傾向を有する無機質物質粒子の粒径を蛍光体粒子の１／４以下にすることにより、上記無機質物質粒子を結着剤としても作用させるように構成することができる。これにより、上記従来の結着剤を使用しないか、または使用量を削減でき、その分上述した欠点を除去または軽減することができる。しかし、所望により従来の結着剤をそのまま使用することも許容される。この場合、正の帯電傾向を有する無機質物質粒子の粒径を蛍光体粒子とほぼ同等にしてもよいし、結着剤とほぼ同等にしてもよい。結着剤としても作用させる場合には、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯおよびＳｒＯのグループから選択した一種または複数種を用いるのがよい。
【００６０】
また、正の帯電傾向を有する無機質物質粒子の蛍光体粒子に対する混合比は、所要の正の帯電量を付与するために、所望範囲に設定することができる。蛍光体スラリーを調整する段階で正の帯電傾向を有する無機質物質粒子を混合すればよい。
【００６１】
そうして、本発明においては、正負の両半周期における陽光柱が拡散して高効率の放電ランプが得られるとともに、蛍光体層をして正帯電付与手段を兼ねるので、放電ランプの構造が簡単で製造も容易である。
【００６２】
請求項４の発明の放電ランプ置は、正の帯電傾向を有する透光性気密容器と；透光性気密容器の内面側に配設された負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と；透光性気密容器内に封装された短寸の内部電極と；透光性気密容器内に封入されたキセノンを含んでいる放電媒体と；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外部電極と；を具備していることを特徴としている。
【００６３】
本請求項は、請求項１において透光性気密容器が正帯電付与手段を兼ねている態様に相当する発明を規定している。すなわち、透光性気密容器が正帯電付与手段を兼ねている結果、正の帯電傾向を有することにより、透光性気密容器の内面側に正の帯電が付与される。正の帯電傾向を有する透光性気密容器は、正の帯電傾向を有する材料を用いて透光性気密容器を形成することにより得られる。
【００６４】
正の帯電傾向を有する材料としては、正の帯電傾向を有する物質たとえばＭｇＯまたはＹ２Ｏ３をドープした透光性アルミナセラミックスや正の帯電傾向を有する物質を構成材料とする透光性セラミックスたとえばイットリウム・アルミニウム・ガーネットセラミックス（ＹＡＧ）、イットリウムセラミックス（ＹＯＸ）など用いることができる。これらのセラミックスは、多結晶体および単結晶体のいずれであってもよい。なお、これらの材料からなる透光性気密容器は、ガラスと違って加熱溶融させて加工することができないが、透光性セラミックス製の放電容器を備えている高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプなどに採用されている封止技術を用いて封止することができる。
【００６５】
そうして、本発明によれば、透光性気密容器によって正の帯電を付与するので、格別の構成を付加することなく、負の半周期に加えて正の半周期に発生する陽光柱も拡散状態にすることができる。その結果、高い発光効率の放電ランプが得られる。
【００６６】
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４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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
【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。
【００７０】
図６および図７は、本発明の放電ランプの第１の実施形態を示し、図６は縦断面図および点灯回路図、図７は透光性気密容器の横断面図である。各図において、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が、外観は図１と同じである。本実施形態は、請求項１および２の発明に対応する。
【００７１】
すなわち、本実施形態において、放電ランプＤＬは、加えて蛍光体層２の内面のほぼ全体にわたって配設された透光性帯電層からなる正帯電付与手段ＣＡを具備している。正帯電付与手段ＣＡは、正の帯電性物質としてＭｇＯを主体とする粒子が集合した薄層からなる。そして、正帯電付与手段ＣＡは、蛍光体層２から発生した可視光を実質的に透過できるような透光性を有している。
【００７２】
正帯電付与手段ＣＡを配設した本実施形態の放電ランプＤＬは、以下の手順で製造することができる。
（１）両端が開放されたガラス管の内面に蛍光体塗布膜を形成する。
（２）ガラス管の内面に形成した蛍光体塗布膜の内面に、さらにＭｇＯ塗布膜を形成する。
（３）ガラス管の内面に重ねて塗布した蛍光体塗布膜およびＭｇＯ膜のうちガラス管の両端部に形成された部分を除去する。
（４）蛍光体塗布膜を焼成して蛍光体層２と正帯電付与手段ＣＡをガラス管内に形成する。
（５）導入線３を封着し、導入線３の先端に内部電極４を溶接したビードガラスをガラス管の一端部に封着する。
（６）ガラス管の内部にキセノンを封入しながら、リード線７を埋設したビードガラスをガラス管の他端に封着して、放電媒体が封入された透光性気密容器１を形成する。
（７）透光性気密容器１の外面に外部電極５を装着するとともに、外部電極５の一端を延長してリード線７に接続する。
（８）外部電極５の上から透光性絶縁チューブ６を透光性気密容器１の外周に熱収縮により被覆して、放電ランプＤＬを得る。
【００７３】
次に、上記実施形態の放電ランプの点灯状態について図８および図９を参照してさらに詳細に説明する。
【００７４】
図８は、図６および図７に示す本実施形態の希ガス放電用の放電ランプＤＬにおける正および負の半周期における陽光柱の超高速度写真、図９は同じく管電圧、管電流および蛍光体発光強度を示す波形図である。なお、図８および図９は、図４および図５と同様な部分を示しているので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７５】
図８の（ａ）に示すように、正の半周期における陽光柱は、拡散状態になっていることが写真からよく理解できる。もちろん、図８の（ｂ）に示すように、負の半周期における陽光柱も拡散状態になっている。
【００７６】
また、図９に示す放電ランプの点灯中の管電圧は、図５とほぼ同様である。しかし、管電流は、正の半周期におけるピーク値が低く、かつ、その後に半周期の約半分程度まで順次低減しながら流れ続けている点で、図５とは異なる。蛍光体の発光強度は、正の半周期における値が顕著に大きくなっていて、負の半周期におけるそれにほぼ等しくなっている点で図５と異なる。なお、負の半周期における蛍光体層の蛍光体の発光強度は、図５におけるそれよりは低下しているものの、正負の各半周期を合計した一周期の総発光量は図５のそれより明らかに多くなっている。
【００７７】
以下、図１０ないし図１５を参照して、本発明の放電ランプの他の実施形態について説明する。これらの各実施形態においても、第１の実施形態におけるのと同様に正の半周期の陽光柱が拡散状態になって放電ランプの発光効率が向上する。なお、各図において、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。
【００７８】
図１０および図１１は、本発明の放電ランプの第２の実施形態を示し、図１０は放電ランプの縦断面図および点灯回路、図１１は透光性気密容器の横断面図である。本実施形態は、請求項１および２の発明に対応する。すなわち、本実施形態においては、透光性帯電層からなる正帯電付与手段ＣＡが透光性気密容器１の内面のほぼ全体に配設され、さらに正帯電付与手段ＣＡの放電空間１ａ側の内面のほぼ全体にわたって蛍光体層２が重ねて配設されている。なお、外観は、図１と同様である。
【００７９】
図１２および図１３は、本発明の放電ランプの第３の実施形態を示し、図１２は放電ランプの縦断面図および点灯回路図、図１３は透光性気密容器の横断面図である。本実施形態は、請求項１および３の発明に対応する。すなわち、本実施形態においては、無機質物質粒子として平均粒径２〜６μｍのＭｇＯ粒子を同様な平均粒径の蛍光体粒子および適量のボレート系結着剤とともに混合してなる蛍光体層２´が透光性気密容器１の内面に配設されている。したがって、本実施形態においては、蛍光体層２´が正帯電付与手段ＣＡを兼ねている。なお、外観は、図１と同様である。
【００８０】
次に、本発明の放電ランプの第４の実施形態を説明する。本実施形態は、見かけ上図１２および図１３と同様であるが、蛍光体層２´を３波長発光形蛍光体に平均粒子径１μｍ以下のＭｇＯ微粒子を適量添加するとともに、ボレート系結着剤およびピロリン酸カルシウムなどの従来一般に用いられるような結着剤を含まない構成としている。
【００８１】
図１４は、上記第４の実施形態においてＭｇＯの平均粒子径を１μｍの上下に変化させた放電ランプに対する衝撃試験の結果としての蛍光体剥離率の変化を示すグラフである。
【００８２】
図から明らかなように、ＭｇＯの平均粒子径が１μｍ以下であれば、ＭｇＯ微粒子が正帯電付与手段ＣＡとしてだけでなく、蛍光体粒子の結着剤としても有効に作用して、蛍光体の剥離率が発生しないことが分かる。
【００８３】
図１５は、本発明の放電ランプの第５の実施形態を示す縦断面図および点灯回路図である。本実施形態は、透光性気密容器１´がＭｇＯをドープした透光性アルミナセラミックス製である。このセラミックスは、正の帯電傾向を有しているので、透光性気密容器１が正帯電付与手段ＣＡを兼ねている。
【００８４】
透光性気密容器１´は、いずれもＭｇＯをドープした透光性アルミナセラミックス製の円筒部１ｄ´、端板部１ｂ´および１ｃ´からなる。円筒部１ｄ´の一端には端板部１ｂ´が封着され、他端には端板部１ｃ´が封着されている。一方の端板部１ｂ´には、ニオブ管３´が貫通して封着されているとともに、ニオブ管３´の先端が開放状態で、かつ、内部電極４を接続して支持している。なお、ニオブ管３´の基端は、ニオブ管３´を経由して透光性気密容器１´の内部を排気し、次いで放電媒体を封入した後にピンチし、溶接することにより封止切される。他方の端板部１ｃ´には、リード線７が埋設されている。以上説明の封着および埋設は、熱膨張係数がセラミックスおよびニオブ管と接近しているフリットガラスｆｇを用いて行なわれている。
【００８５】
図１６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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、透光性気密容器と、負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と、短寸の内部電極と、キセノンを含んでいる放電媒体と、透光性気密容器の内面側に正の帯電を付与する正帯電付与手段と、外部電極とを具備していることにより、正負の両半周期における陽光柱が拡散状態になる高効率の放電ランプ置を提供することができる。
【００９０】
請求項２の発明によれば、透光性気密容器と、負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と、短寸の内部電極と、キセノンを含んでいる放電媒体と、透光性気密容器の内面側に配設された正の帯電傾向を有する透光性帯電層と、外部電極とを具備していることにより、正負の両半周期における陽光柱が拡散状態になる高効率の放電ランプを提供することができる。
【００９１】
請求項３の発明によれば、透光性気密容器と、負の帯電傾向を有する蛍光体および正の帯電傾向を有する無機質物質粒子が混合してなる蛍光体層と、短寸の内部電極と、キセノンを含んでいる放電媒体と、外部電極とを具備していることにより、正負の両半周期における陽光柱が拡散状態になる高効率の放電ランプを提供することができる。
【００９２】
請求項４の発明によれば、正の帯電傾向を有する透光性気密容器と、負の帯電傾向を有する蛍光体を主体とする蛍光体層と、短寸の内部電極と、キセノンを含んでいる放電媒体と、外部電極とを具備していることにより、正負の両半周期における陽光柱が拡散状態になる高効率の放電ランプを提供することができる。
【００９３】
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４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４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図
【図３】同じく放電容器の横断面図
【図４】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５】同じく管電圧、管電流および蛍光体発光強度を示す波形図
【図６】本発明の放電ランプの第１の実施形態を示す縦断面図および点灯回路図
【図７】同じく透光性気密容器の横断面図
【図８】図８は、図６および図７に示す本実施形態の希ガス放電用の放電ランプにおける正および負の半周期における陽光柱の超高速度写真
【図９】同じく管電圧、管電流および蛍光体発光強度を示す波形図
【図１０】本発明の放電ランプの第２の実施形態を示す放電ランプの縦断面図および点灯回路図
【図１１】同じく透光性気密容器の横断面図
【図１２】本発明の放電ランプの第３の実施形態を示す放電ランプの縦断面図および点灯回路図
【図１３】同じく透光性気密容器の横断面図
【図１４】上記第４の実施形態においてＭｇＯの平均粒子径を１μｍの上下に変化させた放電ランプに対する衝撃試験の結果としての蛍光体剥離率の変化を示すグラフ
【図１５】本発明の放電ランプの第５の実施形態を示す縦断面図および点灯回路図
【図１６】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、ＣＡ…正電荷付与手段、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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【図１６】
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