JP2000513497A - スペーサと局部的に薄い蛍光体層厚さとを有する蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 放電容器の壁２を支持するスペーサ６を有する蛍光ランプの説明がなされ、蛍光体層３はスペーサ６の周囲部位において厚さの減少する部位（８）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 スペーサと局部的に薄い蛍光体層厚さとを有する蛍光ランプ 本発明は誘電体妨害放電用の蛍光ランプに関する。このような蛍光ランプは封 入ガスを封入された放電容器を有し、その場合に少なくとも１つの壁は光出射の ために透光面を備える。さらに当然ながら蛍光ランプは蛍光体層を有し、本発明 において蛍光体層の少なくとも一部が前記透光面上に設けられる場合に検討がな される。ここでは電極とその上の誘電体層はさらに取り上げない。 このような蛍光ランプの場合に放電容器の部品を結合し互いに一定間隔を保つ スペーサを使用できる。この場合にスペーサそれ自体は例えば枠体として平形発 光器式放電容器の２つの板を結合する放電容器の部品とすることができる。他方 では特に平面的な放電容器で、封入ガスの圧力が大気圧よりかなり低い場合、放 電容器の内部には放電容器の破裂を防止するスペーサを設けることも必要である が、このスペーサは境界の意味で放電容器に直接属していない。破裂以外の理由 で放電容器内にスペーサを使用して付加的な安定化をはかることも好都合である 。 従来技術に関して下記の出願が参照され、それらの出願は誘電体妨害放電につ いて述べた形式の蛍光ランプを示し、またその開示内容もここに組み込まれる。 ＤＥ１９６ ３６ ９６５．７＝ＷＯ ９７／０１９８９ ＤＥ１９５ ２６ ２１１．５＝ＷＯ ９７／０４６２５ ＤＥ特許４３ １１ １９７．１＝ＷＯ ９４／２３４４２ 本発明の課題は、良好な機械的安定性と優れた発光特性とを示すように冒頭で 述べた形式の蛍光ランプを開発することにある。 この課題は、本発明によれば、封入ガスを封入された放電容器と、蛍光体層を 備え可視光に対して少なくとも部分的に透光性である面を有している放電容器の 少なくとも１つの壁を支持する少なくとも１つのスペーサとを備え、そのスペー サがこの面上のこの壁を支持している誘電体妨害放電用の蛍光ランプにおいて、 その蛍光体層はスペーサの周囲部位において厚さが減少することによって解 決される。 本発明の開発に際して、放電容器の発光用に設けられた面部位におけるスペー サが不規則性、特に遮光を生じることが明らかになっている。しかしながら多く の用途の場合、蛍光ランプの光出射面の輝度が大幅に変わり過ぎることは非常に 不都合である。むしろ光ができるだけ均一に発生されるように努めなければなら ない。これは、表示装置のバックライト、特に液晶表示スクリーンのバックライ トの場合に平形発光器に主に関係する。表示装置または表示スクリーンの表示像 と判読性とを乱さないためには輝度変動が１５％を越えないことが好ましい。し かしながら本発明は平形発光器または表示装置のバックライトの分野に限定され ない。 本発明において、蛍光体層の層厚さの局部的な減少は、可視光を発生する蛍光 材料の使用量が少ないので最初に予想されるかもしれないように暗さを生じない ことが明らかになっている。反対に、層厚さがゼロまで減少される場合、すなわ ち局部的切抜き開口が形成される場合でも、薄い蛍光体層を有する箇所は周囲部 位よりも比較的明るく見える。これは、蛍光ランプ内部の光発生の拡散特性によ り、隣接部位から捕捉される可視放射が薄い蛍光体層厚さの部位においてより少 ない吸収／反射を生じるという過去の経験において理解できる。したがって本発 明においては、蛍光体層を備えた部分的に透光性の面上のスペーサの周囲部位に おいて層厚さが局部的減少される。この場合に本発明は、減少された厚さ（請求 項１による）がゼロであるとき、すなわち層厚さの局所的変化が切抜き開口に対 応する場合を含む。 したがって一方では幾何学的に適切に合わせられると、下に位置するスペーサ による遮光を解消できる。他方では本発明に従う解決策の場合にスペーサと透光 性壁との間の直接接触部位において幾分暗いスポットを残すこともできるが、そ のスポットは明るい周囲部位によって本発明により光学的にほぼ解決される。一 方ではこれは観察者の距離および明るい面と暗いスポットの幾何学的面積の問題 である。他方では光学的拡散器およびプリズムディスクなどの既知の補正手段は そのまま局部的平均化をもたらし、その場合に暗いスポットと明るい周囲部位は 相互に補正し合う。 本発明の実施態様によれば、スペーサの前記周囲部位がそれぞれ異なった発光 体層厚さを有する多くの面から成る比較的細かく構成された幾何学的構造部材を 備えている。この場合に局部的平均化からある程度生じる有効発光層厚さの推移 は、不連続な段付けでまたは連続層として、種々の発光層厚さに変えることによ りまたは種々の面比率に変えることにより実施できる。この実施態様に関して、 同一の出願人により同一日に出願された「Leuchtstoff1ampe mit auf die geome trische Ent1adungsvertei1ung abgestimmter Leuchtstoffschichtdicke」（「幾 何学的放電分布に合わせた蛍光体層厚さを有する蛍光ランプ」）という名称の平 行出願が参照される。 本発明の別の着想は、スペーサとここで検討される壁との間の当接面をできる だけ小範囲にするように構成することにある。確かに機械的な検討によれば、ス ぺーサによる壁（一般にガラスから作られる）への点状負荷の回避を妨げること となる。しかしながらこの欠点は、本発明により層厚さを減少することにより明 るくすることのできる面を最小化するために受け入れられる。この場合にこの当 接面を二次元に限定すること、すなわち当接面をこの平面で考えられる全ての方 向に少なく延ばすことが好ましい。他方では主にスペーサが例えば放電容器の枠 体として直線状に設けられる場合に、当接面を一方向だけに（スペーサのライン と直角方向に）限定すると好都合である。 当接面のこの限定の定量的特徴づけは、放電容器のスペーサにより橋絡される 間隔に、すなわち例えば平形発光器式蛍光ランプの板間隔に実用的に関連する。 この場合に当接面のために述べた小範囲は、この間隔の３０％未満、好ましくは ２０％未満にするのがよい。 本発明の別の重要な実施態様は、電球の点灯中に不可避的に実際に生じるよう な熱サイクルの場合にスペーサを有する放電容器の安定性に関する。本発明を開 発する際その場合に放電容器とスペーサとの種々の主要構成部材の熱膨張係数を 互いに合せることが重要であると判明した。特にスペーサの熱膨張係数は放電容 器の主要構成部材の膨張係数の±３０％の範囲にすべきである。放電容器の主要 構成部材は、それらの幾何学的寸法と放電容器内のそれらの機能とによる熱膨張 が放電容器全体の熱膨張にとって重要である構成部材を意味すると解釈され る。平形発光器の場合にこれらの構成部材は、例えば２つの板およびそれらを結 合する枠体である。点灯中の熱負荷の程度に応じてこの部位に不整合があると、 容器構成部材とスペーサとの相互内部歪み及び変位を生じ、かくして結合部の不 安定化と緩みを生じて、ついには電球の破損をもたらす。 軟質ガラスはスペーサにとり好ましい材料であることが証明されている。この ような軟質ガラスは材料技術的にさらに処理された形態で、例えば結合剤により 互いに保持される粉末として、またはソルダーガラスとしても使用できる。種々 のセラミック材料、特にＡｌＯヤラミックスが最終的に検討される。材料の選択 と膨張係数の問題に関して実施例を参照できる。 壁の透光面上にあるスペーサの当接面の既述した最小化に関して、スペーサと 壁との間の固定結合部は必ずしも有利ではないことが判明している。むしろスぺ ーサを反対側へ向けて、すなわち対向位置する壁に固定するのが有利なことがあ り、それによりスペーサは取り付けが完了すると固定される。適切な幾何学的設 計により透光面を有する壁はスペーサ上だけに載置され、ソルダーガラス、また は接着剤のような別の結合材料が使用されない。それにより当接面を最小にでき る。 さらにこれは、スペーサにより結合される２つの壁間に熱膨張の相違があって も利点を提供する。その相違により横方向変位が生じる場合にスペーサだけに当 接する壁は、過大な応力が生じる前にスペーサに対して滑ることができる。 スペーサの像による光学的擾乱を減少する別の実施可能な手段はスペーサを蛍 光体層で被覆することである。これによってスペーサは、透光性壁の反対側には 、具体的にはスペーサと壁との間の直接接触部位を除いて、遮光体としてもはや 現れないか、またはより目立たない仕方で現れる。紫外光がそこへ殆ど到達しな いので蛍光体は感知できる程度まで励起されない。 スペーサの蛍光体被膜が壁における当接面を拡大するので、蛍光体層の壁当接 部位が、この蛍光体層の照光によって、未被覆スペーサと同等程度でしか遮光体 として現れず、励起に利用できる紫外光が十分になることは明確である。したが って当接面を最小化する上述の実施態様から評価される有効当接面は、蛍光体層 無しのスペーサ（または十分に励起されない蛍光体層部位だけを有するスペー サ）当接面である。 スペーサの周囲部位を明るくする本発明による別の実施可能な手段は、透光性 壁側のスペーサ部位の反射被膜である。これにより、壁上蛍光体層の本発明によ って薄くされた部位中への放電容器内側に拡散分布される光入射が増大する。 冒頭に述べたように、図示された種々の手段により実施されるスペーサの周囲 部位を明るくすることは拡散散乱される媒体を使用して分布できるので、スペー サと壁とが直接当接する部位内において少なくとも避けることのできない暗いス ポットが、明るい周囲部位における拡散散乱された媒体を通過した後に除去され ているか、または媒体から離れて平均化されている。 本発明の実施において、乳白ガラス層は、一方では強力に拡散散乱する作用と 、他方では装置全体の効率を高めるためにできるだけ高い透過率との間で特に好 ましい妥協をするようにされる。技術的理由のために放電容積部を直接画成する 層が他の技術的検討から指定されるガラスから作られるのが有用なことがあり、 一方乳白ガラス層は被膜層としてその層の上に作られる。 しかしながら全体構造を単純化するために特定の乳白ガラスの適切な加工に適 した数量の場合に、透光性壁を乳白ガラスから原則として（１層で）作ることも できる。 本発明におけるスペーサとして平形発光器式放電容器の枠体の冒頭に述べた実 施可能な手段の場合に、有効発光面を拡大する利点がある。これは典型的な実施 例において説明することにする。 本発明の具体的な実施例は以下で詳細に説明されかつ添付図面に示されている 。この場合に開示された個々の特徴も他の組み合わせにおいて本発明にとって重 要である。 図１は本発明による平形発光器式蛍光ランプにおけるスペーサを断面で示した 概略郵分図であり、スペーサは蛍光体層内の切抜き開口により全て周りが囲まれ ている。 図２は本発明による平形発光器式蛍光ランプにおける別のスペーサを断面で示 した概略部分図であり、スペーサは平形発光器枠体に一致しかつ蛍光体層内の切 抜き開口により片側が囲まれている。 図１には本発明による平形発光器式蛍光ランプの断面図が示される。蛍光ラン プは誘電体妨害放電用に設計され、この場合に大部分が既知の方法で製作され、 既に引用した従来技術が参照される。特に電極配置と誘電体妨害放電の誘電体層 とは以下でさらに取り扱われない。 ここで図１にはスペーサ６の周りの底板１と蓋板２（まとめて２により示され る）との一部を有するスペーサ６の部位だけを表す部分図が示される。 スペーサ６は５ｍｍの径を有する精密ガラス球体から構成されている。底板１ と蓋板２の厚さがそれぞれ２．５ｍｍであり約３１５ｍｍ×２３９ｍｍ×１０ｍ ｍの寸法を有する平形発光器式蛍光ランプの場合には、例えば４８個のこのよう なスペーサ６が使用される。 底板１には発生された可視光を透光性蓋板２へ向けて反射する反射層７が設け られている。蛍光体層３が放電容積側の反射層７と蓋板２とに設けられている。 スペーサ６がソルダーガラス５により底板１上に固定され、そのソルダーガラス は軟質ガラス粉末と結合剤との粘性混合物として加えられ、ついで熱処理により 乾燥および硬化される。スペーサ６は球体形状のためにほぼ点状で蓋板２に当接 し、残りの不可避的当接面は関与する面の弾性変形と凹凸により生じる。蓋板上 の蛍光体層３はスペーサ６と蓋板２との間のこの当接面の周りを削除され、すな わちその当接面は蛍光体層にある切抜き開口８の中間に位置決めされる。 さらにスペーサ６を形成するガラス球体は別の蛍光体層３’で被覆される。こ の蛍光体層３’は有限の厚さによりスペーサ６と蓋板２との間の当接面を既に詳 細に説明したように僅か拡大し、蛍光体層３’は遮光には殆ど関与しない。 誘電体妨害ガス放電において発生する紫外光は蛍光体層３と３’において可視 光に変換され、その場合放電容積内の可視光がかなり分散分布される。この分散 分布は、底板１の部位における損失を最小にするために反射層７での反射により 促進される。したがって可視光を蛍光体層の無いスペーサ６の周りの部位８に入 射させることができ、スペーサ６上の蓋板２側の特に蛍光体層３’の半分の寄与 は特に重要である。 蛍光体の吸収及び反射が、蓋板２上の蛍光体層３の通常の厚さを有する遠隔部 位との比較において無くされることによって、スペーサ６の周囲部位では特に大 量の光が蓋板２を貫通できる。 図１には、蓋板２が２つの部分層、具体的には底板１と同様に材料技術の理由 でＢ２７０ガラス（以下にさらに正確に説明される）から成る下部ガラス層２ａ と、その層の上に位置決めされ出射する可視光を拡散散乱する乳白ガラス重なり 層２ｂとから製作されていることがさらに示されている。材料技術のこれらの理 由は、一方では加工特性、具体的には好ましい状態の７０８℃の軟化温度に関連 し、他方では発生するプラズマとガラス内部のアルカリマイグレーションとに対 する優れた化学的耐性、以下に詳細に取り扱われる熱膨張係数および最後に好ま しい透過特性に関連する。 さらに乳白ガラス重なり層２ｂの上にプリズム箔４が設けられ、その箔は重心 に関して光出射の立体角を狭くする(メーカの３Ｍから入手できるいわゆる輝度 強化箔)。さらにプリズム箔は乳白ガラス重なり層２ｂの作用を越える輝度の付 加的な平均化の特性も有する。 ほぼ部分的に反射偏光子である、メーカの３Ｍから入手できるいわゆるＤＢＥ Ｆ箔（または同等な機能の箔）を使用することもできる。したがって液晶表示装 置の偏光特性に合わせることにより液晶表示スクリーンのバックライトに適用の 場合に効率を高めることができる。 全般的に乳白ガラス重なり層２ｂとプリプズム箔４との組み合わせにより、ス ペーサ６の蓋板２への直接当接で生じた小さい暗いスポットが蛍光体の切抜き開 口８部位における明るい周囲部位により解消されるような輝度分布の不均質性の 優れた平滑化がもたらされる。さらに部位８の明るい方の周囲部位はスベーサ６ の下の底板１の部位から、特にソルダーガラス５の部位からの光の寄与が無いの を補う。 図の上半分においてスペーサ６を形成するガラス球体には、真下の蛍光体層３ ’の代わりに反射層７に対応する反射層を設けることができる。 図２には、平形発光器式蛍光ランプの縁部が示されるが、図１にほぼ相当する 断面図が示されている。そこにはガラス枠体の形態でスペーサ６’が示され、そ のスペーサは縁部においてかつ板１と２との間に放電容器を形成し、また以下で さらに説明されるＢ２７０ガラスから作られる。上側と下側においてこのガラス 枠体はソルダーガラス層５を経て底板１と蓋板２とに結合される。安定化の理由 でここでは蓋板２上の当接面の最小化はなされていない。むしろガラス枠体６’ は平らな当接面の上部と下部と共にその端部において矩形の断面形状を有する。 放電容積側に向かって、図の右に向かって、スペーサすなわちガラス枠体６’ には、前図におけるガラス球体上の対応する蛍光体層に類似する機能を有する蛍 光体層３’が設けられている。スペーサ６’の細長い（ほぼ一次元）形状寸法に 従って、薄肉部位８が片側だけに向けて、具体的には放電容積部へ向けてだけ蓋 板２の蛍光体層３に形成されている。この薄肉部位８において蛍光体層３の厚さ はスペーサ６’から横方向間隔の減少と共に薄くなり、蛍光体層３’との接触点 でほぼゼロになっている。層厚さの減少開始から始まるこの移行はほぼ直線状で あり、層厚さの滑らかな減少の正確な数学的な推移および蛍光体層３’の直ぐの 周囲部位における正確な層厚さ（理論的にゼロ）は製造技術上の理由で限定され た程度までだけ制御できる。 ほかの点では層の構造は、図１の構造に全く対応するので、ここでは詳細に述 べないことにする。関与するものは基本的に同一の層構造の異なる個所の断面だ けが取扱われている。 この個所における本発明の利点は、枠体またはスペーサ６’の周辺における電 球の暗さをガラス枠体６’側からは拡散放射の貢献をなくすことによって補償す ることにある。層厚さ減少の部位８についての標準的な幅は１ｃｍまでであり、 層厚さの減少しない暗い部位に対応する。 さらに乳白ガラス重なり層２ｂまたは外部光学的拡散器とプリプズム箔４の平 滑化作用により、ガラス枠体６’の既に暗い部位以上に部位８において増加する 明るさで「塗りつぶし」を生じさせることによって、有効な発光面を拡大するこ ともできる。 図示された形態においてガラス枠体６’は平面図において矩形状の平形発光器 形状の周りに矩形体として張り巡らされている。この結果平形発光器の全ての側 面における発光部位が広くなるので、全体的に固有発光面の「可視対角線」が拡 大する。 検討される種々のガラス材料に関して下記のように述べることができる。一般 に軟質ガラスと硬質ガラスとの区別がなされ、区別規準は軟化温度（１０^7.6ｄ Ｐａｓ）のレベルである。本発明の場合において中間ガラスが主に使用されるが 、軟質ガラスもまた使用される、具体的には９×１０^-6Ｋ^-1±３０％（好ましく は２０％、１０％）の熱膨張係数の範囲である。通常硬質ガラスは４×１０^-6Ｋ^-1 の範囲に入り、軟質ガラスはほぼ９×１０^-6Ｋ^-1の範囲に入る。 ここで９．５×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数と７０８℃の軟化温度を有するメーカ ＤＥＳＡＧ（グルーネン市のドイツ特殊ガラス株式会社）から入手できるガラス Ｂ２７０が特に好ましい。大部分の軟質ガラスは熱膨張係数のこの範囲にあるの で、軟質ガラスまたは軟質ガラスに基づく材料がスペーサ用として好ましい。ま た検討されるものは９．１×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数を有するそのメーカから入 手できるいわゆるＡＲガラス（Ｎｏ．８３５０）である(Ｂ２７０について述べ た技術的理由はＡＲガラスにも大部分が当てはまる)。さらに８．５乃至８．８ ×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミックを使用することもできる 。 反対に不利なものは、優れたＵＶ透光性のためにこの技術分野において頻繁に 使用される石英ガラスである。一方ではその平均線膨張係数は約４．５〜５．９ ×１０^-7Ｋ^-1であるので、結局放電容器に使用される物質の係数の約５〜６％に なる。さらに石英ガラスは検討される蛍光体の大部分に対する接着特性が悪い。 また石英ガラスは高価であるので、放電容器自体の製作および原則としてスペー サ製作の例外的な場合にだけ検討される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒチュケ、ロタール ドイツ連邦共和国 デー―81737 ミュン ヘン テオドール―アルト―シュトラーセ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．封入ガスを封入された放電容器（１、２、６'）と、蛍光体層（３）を備え 可視光に対して少なくとも部分的に透光性である面を有している放電容器の少な くとも１つの壁（２）を支持する少なくとも１つのスペーサ（６、６'）とを備 え、そのスペーサ（６、６'）がこの面上のこの壁（２）を支持している誘電体 妨害放電用の蛍光ランプにおいて、蛍光体層（３）はスペーサ（６、６'）の周 囲部位（８）において厚さが減少することを特徴とする蛍光ランプ。 ２．周囲部位は異なる蛍光体層厚さの面から成る幾何学的構造部材を有する請求 項１記載の蛍光ランプ。 ３．周囲部位（８）は蛍光体層無しの面を有する請求項１または２記載の蛍光ラ ンプ。 ４．スペーサ（６、６'）は小範囲の面で壁（２）に当接してその壁を支持する 請求項１乃至３の１つに記載の蛍光ランプ。 ５．当接面はその平面の全ての方向で小範囲である請求項４記載の蛍光ランプ。 ６．小範囲は板間隔の３０％未満である請求項４または５記載の蛍光ランプ。 ７．スペーサ（６、６'）は放電容器の主構成部材（１、２、６'）の熱膨張係数 の±３０％の公差に相当する熱膨張係数を有する請求項１乃至６の１つに記載の 蛍光ランプ。 ８．スペーサ（６、６'）は軟質ガラス、軟質ガラスを主に含有する材料または セラミック材料から主として構成される請求項１乃至７の１つに記載の蛍光ラン プ。 ９．スペーサ（６）は、結合材料のない状態で壁（２）に当接する請求項１乃至 ８の１つに記載の蛍光ランプ。 １０．スペーサ（６、６'）は外部蛍光被膜（３'）を有する請求項１乃至９の１ つに記載の蛍光ランプ。 １１．スペーサはその壁側部位に反射被膜を有する請求項１乃至１０の１つに記 載の蛍光ランプ。 １２．面（２）は乳白ガラス層（２ｂ）を有する請求項１乃至１１の１つに記載 の蛍光ランプ。 １３．スペーサ（６'）は放電容器（１、２、６'）の境界壁を形成する請求項１ 乃至４、６乃至８、１０乃至１２の１つに記載の蛍光ランプ。 １４．スペーサ（６'）は平形発光器式蛍光ランプにおける底板（１）と壁を形 成する蓋板（２）とを結合する枠体である請求項１３に記載の蛍光ランプ。