JP4401003B2

JP4401003B2 - Light emitting device

Info

Publication number: JP4401003B2
Application number: JP2000205165A
Authority: JP
Inventors: 伸浩清水; 照明重田; 充晴川▲崎▼; 富造松岡; 誠猪野原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2002025506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光デバイスに関し、特に、液晶ディスプレイなどのバックライトや照明装置に使用される発光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における発光デバイス（平行蛍光ランプ）は、例えば、特開平８−２８７８６９号公報に示されている。この公報に示された発光デバイス１０００を図８に模式的に示す。
【０００３】
図８に示したランプ１０００は、いわゆる誘電体バリア放電ランプであり、前面ガラス基板１１１と背面ガラス基板１１２とから構成された密閉型の放電容器１１０と、放電容器１１０内に封入された希ガス（キセノン）１１６と、前面ガラス基板１１１および背面ガラス基板１１２のそれぞれの上に形成された電極１１３と、電極１１３を覆うように前面ガラス基板１１１および背面ガラス基板１１２のそれぞれの上に形成された誘電体層１１４と、誘電体層１１４上に形成された蛍光体層１１５とを備えている。
【０００４】
前面ガラス基板１１１は、例えばソーダガラス等から構成されており、前面ガラス基板１１１と背面ガラス基板１１２とは、ガラススペーサー１１８によって放電ギャップが確保された状態で対向配置されている。ガラススペーサー１１８の外面にはフリットガラス１１７が形成されており、フリットガラス１１７によって放電容器１１０は密封状態にされている。
【０００５】
前面ガラス基板１１１および背面ガラス基板１１２上に設けられた電極１１３は、銀またはＩＴＯなどから構成されており、電極１１３を覆うように前面ガラス基板１１１と背面ガラス基板１１２の上には、透光性の鉛ガラスなどから構成された誘電体層１１４（厚さ：５０μｍ）が膜状に塗布されている。誘電体層１１４の表面には、紫外放射によって励起されて可視発光する蛍光体層１１５が膜状に塗布されている。前面ガラス基板１１１上の電極１１３ａと背面ガラス基板１１２上の電極１１３ｂとの間に、正弦波またはパルス波の交番電圧が印加されると、封入ガス１１６が封入された放電容器１１０内で放電が起こり、放電による紫外放射で蛍光体層１１５が励起されて可視発光し、それによってランプ１０００の発光が起こる。
【０００６】
上記従来のランプ１０００の構成の場合、前面ガラス基板１１１から出来るだけ多くの可視光を取り出すために、前面ガラス基板１１１側に形成する蛍光体層（前面蛍光体層）１１５ａの厚さを薄くし、背面ガラス基板１１２側に形成する蛍光体層（背面蛍光体層）１１５ｂの厚さを厚くしている。このようにする理由は、前面蛍光体層１１５ａの厚さを薄くして、放電容器１１０内部から前面ガラス基板１１１へと出射する光が前面蛍光体層１１５ａによってなるべく遮られないようにするとともに、前面ガラス基板１１１側でない背面蛍光体層１１５ｂの厚さを厚くして、放電容器１１０内で生じる紫外放射をなるべく多くの可視光にして、発光効率を向上させるためである。上記公報では、ランプ１０００における前面蛍光体層１１５ａの厚さを５〜２０μｍとし、背面蛍光体層１１５ｂの厚さを３０μｍ以上とすることが好ましいことが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者は、ランプ１０００の相対輝度と背面蛍光体層１１５ｂの厚さとの関係を調べるために、図９（ａ）に示すように、背面蛍光体層１１５ｂだけを形成したランプ１０００の電極１１３にランプ点灯用電源２０（ランプ電力：２Ｗ）を加えてランプ１０００の相対輝度を調べる実験を行った。この結果を図９（ｂ）に示す。背面蛍光体層１１５ｂを構成する蛍光体としてＢａＡｌ₁₂Ｏ₂：Ｍｎを用い、背面蛍光体層１１５ｂの厚さを約１０μｍから約１００μｍまで変化させて、それぞれの膜厚についての相対輝度を調べた。
【０００８】
本願発明者は、図９（ｂ）中の点線で示すように、蛍光体層１１５の厚さを比較的厚くしていった場合、蛍光体層１１５の厚さの増加によってランプ１０００の相対輝度が下がるようなことはなく、相対輝度は高くなっていくものと予想していた。その理由を述べると、蛍光体層（発光層）１１５は、図１０に示すように、蛍光体の各粒子（直径：５〜２０μｍ程度）がそれぞれ隙間を開けて配列された状態で形成されているため、放電の際に発生する電子（ｅ）は、蛍光体層１１５の隙間を容易にすり抜けていき、蛍光体層１１５を厚くした場合でも蛍光体層１１５は放電の際に発生する電子（ｅ）に影響を与えないと考えられ、それゆえ、蛍光体層１１５を厚くすればするほど、ランプ１００の相対輝度は１００％の方に近づいていくものと予想されるからである。
【０００９】
しかしながら、驚くべきことに、図９（ｂ）中の実線で示すように、実際の測定結果によると、膜厚３０μｍまでは相対輝度は上昇していくが、膜厚３０μｍを越えると、相対輝度は減少していくことがわかった。従来においては、蛍光体層１１５の厚さがランプ１０００の放電に与える影響は考慮されていなかったが、図９（ｂ）中の実線で示す結果から推測すると、蛍光体層１１５ｂの厚さの変化は、紫外発光効率に影響を与えていると考えられる。
【００１０】
従来のランプ１０００の場合、図１１（ａ）に模式的に示すように、電極１１３上に誘電体層１１４と蛍光体層１１５とが順に形成されており、蛍光体層１１４を構成する蛍光体は誘電体であるため、図１１（ａ）に示した構成を等価回路にして表すと、図１１（ｂ）に示すように、各層からなるコンデンサが直列に接続された構成となる。
【００１１】
図１１（ｂ）に示した等価回路から理解できるように、ランプ１０００の紫外発光効率は、前面側の誘電体層１１４ａの静電容量ＣＤｆと背面側の誘電体層１１４ｂの静電容量ＣＤｂとだけでなく、前面側の蛍光体層１１５ａの静電容量ＣＰｆと背面側の蛍光体層１１５ｂの静電容量ＣＰｂとの影響も受ける。ランプ１０００全体の静電容量は、ＣＤｆ、ＣＤｂ、ＣＰｆ、ＣＰｂや浮遊容量を含む静電容量によって規定されるので、ランプ１０００全体の静電容量を決定する際には、これらの静電容量の最適化を行うことが望ましい。
【００１２】
図１１（ａ）に示した構成において前面蛍光体層１１５ａの厚さを２０μｍとし、背面蛍光体層１１５ｂの厚さを３０μｍとした場合のランプ電圧とランプ電流との関係を図１２に示す。なお、前面側の誘電体層１１４ａと、背面側の誘電体層１１４ｂとの厚さは共に５０μｍである。
【００１３】
図１２からわかるように、電極１１３に対して正弦波の交番電圧（ランプ電圧：２００Ｖ／ｄｉｖ）を印加しているのにもかかわらず、ランプ電流の対称性がくずれて、印加電圧が正のとき（グラフ上方）のランプ電流の方が、印加電圧が負のとき（グラフ下方）のランプ電流よりも多くなっている。すなわち、ランプ電流の正負のピーク値が異なるものとなっている。
【００１４】
ランプ電流の正負のピーク値が異なる場合には、いずれかのランプ電流が他方に対して大きくなるか、または小さくなってしまう。真空紫外域におけるキセノンの発光過程によると、図１３に示すように、基底状態のキセノンが放電によって共鳴線励起準位（８．５ｅＶ）まで励起された後、準安定状態の準位（８．３ｅＶ）に移行し、次いで、エキシマ分子形成が起こり、その後、１７２ｎｍの紫外発光が生じる。この１７２ｎｍの紫外発光が蛍光体層１１５によって可視発光に変換される。このキセノン発光過程において、ランプ電流が大きい場合には、キセノンが共鳴線励起準位（８．５ｅＶ）よりも高い準位にまで励起されるため、最終的な可視発光に寄与しない赤外発光が生じ、その結果、エネルギーロスが生じ、ランプの発光効率の低下を招く。一方、ランプ電流が小さい場合には、共鳴線励起準位または準安定状態の準位まで励起させる確率が減少し、その結果、ランプの発光効率が低下する。
【００１５】
図１２に示した結果は、前面蛍光体層１１５ａおよび背面蛍光体層１１５ｂのそれぞれの厚さの違いによって生じた前面側と背面側との静電容量の対称性がくずれたことによるものだと推測される。しかし、ランプ電流の正負のピーク値を一致させるために、前面側に位置する前面蛍光体層１１５ａと背面側に位置する背面蛍光体層１１５ｂとのそれぞれの厚さを等しくすると、前面蛍光体層１１５ａの厚さが薄くされてないため、放電容器１１０内部から前面ガラス基板１１１へと出射する光の量が減ることとなり、その結果、ランプの発光効率が低下する。
【００１６】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ランプの発光効率を向上させた発光デバイスを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光デバイスは、透光性の前面基板と、前記前面基板に対向して配置された背面基板とから構成された密閉型の放電容器と、前記放電容器内に封入された希ガスと、前記前面基板および前記背面基板のそれぞれの内面上に形成され、交番電圧が印加される電極と、前記電極を覆うように前記前面基板および前記背面基板のそれぞれの前記内面上に形成された前面誘電体層および背面誘電体層と、前記誘電体層上に形成された蛍光体層とを備えた発光デバイスであって、前記前面蛍光体層の比誘電率と前記背面蛍光体層の比誘電率とは等しく、前記背面蛍光体層の厚さは、前記前面蛍光体層の厚さよりも厚く、前記前面誘電体層および前記前面蛍光体層が有する第１合成静電容量と、前記背面誘電体層および前記背面蛍光体層が有する第２合成静電容量の両者のうち合成静電容量の小さい方を大きい方で割った値が１以下０．８６以上となるように、前記前面誘電体層が有する静電容量と前記背面誘電体層が有する静電容量とが調整されていることを特徴とする。
【００１９】
第１合成静電容量と第２合成静電容量とによって規定されるランプ全体の静電容量は、１ｐＦ／ｃｍ²〜５０ｐＦ／ｃｍ²であることが好ましい。
【００２０】
ある実施形態では、前記前面蛍光体層の比誘電率と前記背面蛍光体層の比誘電率とは等しく、前記前面蛍光体層の厚さは、前記背面蛍光体層の厚さよりも薄い。
【００２２】
前記電極は、互いに平行する複数の線状電極またはメッシュ状の電極であり、前記前面基板上の前記電極の総面積は、前記背面基板上の前記電極の総面積よりも小さいことが好ましい。
【００２３】
前記電極は、互いに平行する複数の線状電極またはメッシュ状の電極であり、前記前面基板上の誘電体層は、前記電極間に位置する領域において、前記電極上に位置する誘電体層の厚さの５０％以下０％以上の部分を有していることが好ましい。
【００２４】
前記電極は、互いに平行する複数の線状電極またはメッシュ状の電極であり、前記背面基板の前記誘電体層上に形成された蛍光体層は、前記電極の上方に位置する領域において、前記電極間に位置する前記誘電体層上に形成された蛍光体層の厚さに対して５％以上９５％以下の厚さを有する部分を有していることが好ましい。
【００２５】
本発明によると、前面基板上の誘電体層および前面蛍光体層が有する第１合成静電容量と、背面基板上の誘電体層および背面蛍光体層が有する第２合成静電容量とが実質的に等しいように構成されているので、ランプ電流の正負のピーク値を適切に制御することができ、その結果、ランプの発光効率を向上させた発光デバイスを提供することができる。第１合成静電容量と第２合成静電容量と両者のうち合成静電容量の小さい方を大きい方で割った値は例えば１以下０．８６以上であり、好ましくは１以下０．９以上であり、さらに好ましくは１以下０．９７以上である。ランプ全体の静電容量が１ｐＦ／ｃｍ²〜５０ｐＦ／ｃｍ²であると、ランプの発光効率をさらに向上させることができる。前面基板および背面基板の少なくとも一方がコンデンサに直列に接続された構成によって、第１合成静電容量と第２合成静電容量とを実質的に等しくするようにしてもよい。
【００２６】
電極としては、互いに平行する複数の線状電極またはメッシュ状の電極を用いることができ、前面基板上の電極の総面積が背面基板上の電極の総面積よりも小さいするように構成した場合、前面基板から出射する可視光をより多くすることができる。また、前面基板上の誘電体層のうち電極間に位置する部分の厚さが前面基板上の電極の厚さの半分以下（５０％以下０％以上）となるように構成することによっても、前面基板から出射する可視光をより多くすることができる。さらに、誘電体層上に形成された蛍光体層のうち電極上に位置する部分の厚さが蛍光体層のうち電極間に位置する部分の厚さの５％以上９５％以下であるように構成した場合には、蛍光体層の輝度を均一化させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明を簡明にするために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００２８】
図１から図３を参照しながら、本実施形態１にかかる発光デバイスを説明する。図１は、本実施形態の発光デバイス（平板蛍光ランプ）１００の構成を模式的に示している。
【００２９】
発光デバイス１００は、透光性の前面基板１１と背面基板１２とから構成された密閉型の放電容器１０と、放電容器１０内に封入された希ガス（例えば、キセノン）１６と、前面基板１１および背面基板１２のそれぞれの上に形成された電極１３と、電極１３を覆うように前面基板１１および背面基板１２のそれぞれの上に形成された誘電体層１４と、誘電体層１４上に形成された蛍光体層（発光層）１５とを備えている。互いに対向する電極１３は、それぞれランプ点灯用電源２０に電気的に接続されており、例えば周波数２０ｋＨｚの正弦波が対向する電極１３間に印加される。
【００３０】
本実施形態では、前面基板１１および背面基板１２のそれぞれは、ガラス基板であり、例えばソーダライムガラスなどから構成されている。前面基板１１と背面基板１２とは、ガラススペーサー１８（厚さ：例えば０．５５ｍｍ）によって所定の放電ギャップ（例えば０．５５ｍｍ）が確保された状態で対向配置されている。ガラススペーサ１８は、ランプ１００の放電ギャップ長を固定する機能を有しており、例えばソーダライムガラスなどから構成されている。ガラススペーサー１８の外面には、封着材料であるフリットガラス１７が形成されており、フリットガラス１７によって放電容器１０は密封状態にされている。なお、図１中の排気管１９はランプ製造工程時に使用され、ランプ１００には特に必要ではない。
【００３１】
前面基板１１および背面基板１２上に設けられた電極１３ａおよび１３ｂは、例えば銀から構成されている。電極１３を覆うように前面基板１１と背面基板１２の上に形成された誘電体層１４ａおよび１４ｂは、例えば、透光性の鉛ガラスから構成されており、誘電体層１４ａおよび１４ｂのそれぞれの表面には、紫外放射によって励起されて可視発光する蛍光体層１５ａおよび１５ｂが形成されている。
【００３２】
蛍光体層（発光層）１５（１５ａ、１５ｂ）は、例えば、ＰＤＰ用蛍光体から構成されており、蛍光体層１５に使用される蛍光体としては、例えば、４５５ｎｍ付近に発光の中心波長を持つユーロピウム付活アルミン酸バリウムマグネシウム蛍光体、５１５ｎｍ付近に発光の中心波長を持つマグネシウム付活アルミン酸蛍光体、および５９０ｎｍ、６１０ｎｍ、６３０ｎｍ付近に発光の中心波長を持つユーロピウム付活酸化イットリウムガドリニウムほう酸塩蛍光体の混合蛍光体が挙げられる。本実施形態では、前面基板１１上の誘電体層１４ａの上に位置する前面蛍光体層１５ａと、背面基板１２上の誘電体層１４ｂの上に位置する背面蛍光体層１５ｂとは、共に同一の比誘電率を有する同一の蛍光体（または同一の混合蛍光体）から構成している。
【００３３】
本実施形態のランプ１００では、前面基板１１側からの光取り出し効率を高くするために、前面蛍光体層１５ａの厚さは、背面蛍光体層１５ｂの厚さよりも薄くされている。その結果、前面基板１１上の誘電体層１４ａの上に位置する前面蛍光体層１５ａが有する第１静電容量（前面側蛍光体層１５ａの静電容量：ＣＰｆ）と、背面基板１２上の誘電体層１４ｂの上に位置する背面蛍光体層１５ｂが有する第２静電容量（背面側蛍光体層１５ｂの静電容量：ＣＰｂ）とは互いに異なることとなっている（ＣＰｆ≠ＣＰｂ）。本実施形態では、光取り出し効率が最大になるように、前面蛍光体層（前面側蛍光体層）１５ａの厚さを例えば２０μｍとし、背面蛍光体層（背面側蛍光体層）１５ｂの厚さを例えば６０μｍとしている。なお、これらの膜厚は例示であり、光取り出し効率が最大になる最適の膜厚は、ランプ構造、封入する希ガスの種類や圧力、あるいは点灯方式によって異なる。
【００３４】
本実施形態では、前面蛍光体層１５ａの厚さが背面蛍光体層１５ｂの厚さよりも薄くされるように構成されている一方で、前面基板１１上の誘電体層１４ａおよび前面蛍光体層１５ａが有する第１合成静電容量（前面合成静電容量：Ｃｆ）と、背面基板１２上の誘電体層１４ｂおよび背面蛍光体層１５ｂが有する第２合成静電容量（背面合成静電容量：Ｃｂ）とが実質的に等しくなるように構成されている。第１合成静電容量（Ｃｆ）と第２合成静電容量（Ｃｂ）と両者のうち合成静電容量の小さい方を大きい方で割った値は、例えば１以下０．８６以上であり、好ましくは１以下０．９以上であり、さらに好ましくは１以下０．９７以上である。
【００３５】
次に、本実施形態のランプ１００の動作を説明する。
【００３６】
まず、ランプ点灯用電源２０を用いて、前面基板１１上の電極１３ａと背面基板１２上の電極１３ｂとの間に、正弦波またはパルスの電極印加電圧を印加すると、電極１３上の誘電体層１４と蛍光体層１５とが分極し、その結果、放電空間（放電ギャップ）１０内に電界が生じる。その後、放電容器１０内に封入された希ガス（例えば、キセノンガス）は、微小空間で放電を開始し、それによって、蛍光体層１５または誘電体層１４の表面に電荷が蓄積されていく。この電荷の蓄積による内部電界と、誘電体層１４と蛍光体層１５の分極による逆向きの外部電界との合成電界が放電維持電界を下回ったとき、放電は終了する。
【００３７】
その後、電極１３ａと電極１３ｂとの間に逆向きの電圧が印加される。このとき、蛍光体層１５または誘電体層１４の表面に蓄積された電荷による電界と、電極印加電圧によって放電ギャップ間に生じた電界との和が放電開始電界を超えると、再び、放電が開始されることになる。このように、電極印加電圧の印加方向が変わるたびに、放電の開始および休止が繰り返し行われる。
【００３８】
放電容器１０内でキセノンガスの放電がおこると、共鳴線発光（中心波長１４７ｎｍ）やエキシマ分子発光（中心波長１７２ｎｍ）などの紫外線放射が生じる。放電によって生じた紫外光は、蛍光体層１５の蛍光体によって可視光に変換され、その可視光は誘電体層１４を透過して、前面基板１１および背面基板１２の外に照射される。
【００３９】
キセノンの放電で生じた紫外線放射のうちエキシマ分子発光の中心波長（１７２ｎｍ）は、共鳴線発光の中心波長（１４７ｎｍ）よりも長いため、蛍光体による紫外光から可視光に変換する際の損失が少ない。すなわち、ストークス則に従って変換損失が少なくなる。また、エキシマ発光は自己吸収がほとんどないため、紫外光が減衰することなく蛍光体層１５に到達することができる。このため、高い効率で可視光を得るためには、エキシマ発光の効率を上げることが必要となる。エキシマ発光の効率を高めるためには、準安定状態の原子数を最大限増やすようにすればよい。
【００４０】
エキシマ発光の生成を説明すると、まず、放電容器１０内で放電で生成された電子が放電ギャップ間の電界によって充分に加速される。その結果、一部の電子は、キセノン原子を準安定状態のレベルへと励起し、次いで、１個の準安定状態の原子は、２個の基底状態の原子と３体衝突を起こし、それによって、１個のエキシマ分子と１個の基底状態の原子が生じる。このときに生じたエキシマ分子が２個の基底状態の原子に解離する際に、１７２ｎｍのエキシマ発光が放たれる。したがって、準安定状態の原子数を増やすことによって、エキシマ発光の効率を高めることができ、その結果、ランプの発光効率を向上させることができる。
【００４１】
本実施形態のランプ１００では、第１合成静電容量（前面合成静電容量：Ｃｆ）と、第２合成静電容量（背面合成静電容量：Ｃｂ）とが実質的に等しくなるように構成されているので、従来のランプ１０００と異なり、ランプ電流の正負のピーク値を一致させることができる。したがって、準安定状態の原子数が最大限生成するような条件になるようにランプ電流の正負いずれのピーク値も適正化することできるため、エキシマ発光効率を高めることができ、その結果、ランプの発光効率を向上させることができる。第１合成静電容量（Ｃｆ）と第２合成静電容量（Ｃｂ）と両者のうち合成静電容量の小さい方を大きい方で割った値は、例えば１以下０．８６以上であり、好ましくは１以下０．９以上であり、さらに好ましくは１以下０．９７以上である。
【００４２】
第１合成静電容量（Ｃｆ）および第２合成静電容量（Ｃｂ）ならびにランプ１００全体の静電容量（Ｃtotal）は、下式（Ｉ）に示すように、誘電体層１４ａの静電容量（ＣＤｆ）、蛍光体層１５ａの静電容量（ＣＰｆ）、誘電体層１４ｂの静電容量（ＣＤｂ）、および蛍光体層１５ｂの静電容量（ＣＰｂ）から求めることができる。
【００４３】
１／Ｃtotal＝１／ＣＤｆ＋１／ＣＰｆ＋１／ＣＰｂ＋１／ＣＤｂ式（Ｉ）なお、Ｃtotal、ＣＤｆ、ＣＰｆ、ＣＤｂ、およびＣＰｂは、それぞれ単位面積あたりの静電容量を示している。なお、単位面積あたりの静電容量は、比誘電率（ε）×真空の誘電率（ε₀）／膜厚（ｔ）から算出することができる。
【００４４】
下記の表１に、本実施形態のランプ１００におけるＮｏ.１〜Ｎｏ.３についての条件、ならびに、第１合成静電容量（Ｃｆ）、第２合成静電容量（Ｃｂ）、ランプ１００全体の静電容量（Ｃtotal）、およびＣｂのＣｆに対する比（Ｃｂ／Ｃｆ）を示す。
【００４５】
【表１】

表１中のεＤｆおよびεＤｂは、それぞれ誘電体層１４ａおよび１４ｂの比誘電率を表し、εＰｆおよびεＰｂは、それぞれ蛍光体層１５ａおよび１５ｂの比誘電率を表している。また、ｔＤｆ、ｔＤｂ、ｔＰｆ、およびｔＰｂは、それぞれ、誘電体層１４ａおよび１４ｂ、蛍光体層１５ａおよび１５ｂの厚さを表している。
【００４６】
Ｎｏ.２を例にとって具体的に構成を説明すると、（ａ）前面誘電体層１４ａ（鉛ガラス）の比誘電率（εＤｆ）８、厚さ（ｔＤｆ）１６０μｍ；（ｂ）前面蛍光体層１５ａ（ＰＤＰ用３波長（３種混合））の比誘電率（εＰｆ）３、厚さ（ｔＰｆ）２０μｍ；（ｃ）背面蛍光体層１５ｂ（ＰＤＰ用３波長（３種混合））の比誘電率（εＰｂ）３、厚さ（ｔＰｂ）６０μｍ；そして（ｄ）背面誘電体層１４ｂ（鉛ガラス）の比誘電率（εＤｂ）８、厚さ（ｔＤｂ）５０μｍである。
【００４７】
表１からわかるように、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.３は全て、第１合成静電容量（Ｃｆ）と第２合成静電容量（Ｃｂ）とが実質的に等しくなるように構成されており、Ｃｂ／Ｃｂの値は、１以下０．９７以上の範囲の値となっている。Ｎｏ.１〜Ｎｏ.３のランプの構成は、ＣｆとＣｂとが実質的に等しくなるようにするとともに、前面蛍光体層１５ａの厚さを背面蛍光体層１５ｂの厚さよりも薄くしているので、エキシマ発光の効率を上げることができるとともに、前面基板１１側からの光取り出し効率を高くすることができる。なお、上記公報に開示されたランプの構成から算出したＣｂ／Ｃｂの値は、いずれのランプについても０．８５９以下であった。
【００４８】
また、本願発明者は、ランプ１００のランプ全体の静電容量（Ｃtotal）を変化させて、ランプ全体の静電容量と発光効率との関係を調べた。なお、発光効率（ｌｍ／Ｗ）は、全光束（ｌｍ）をランプ電力（Ｗ）で割った値である。この例では、誘電体層１４と蛍光体層１５による電圧降下の影響を考慮して、放電ギャップに印加する電圧は３５０Ｖｒｍｓとし、周波数２０ｋＨｚの正弦波の印加電圧を印加することによって点灯を行った。結果を表２および図２に示す。
【００４９】
【表２】

表２および図２から、ランプ全体の静電容量（単位面積あたりの静電容量）が１〜５０ｐＦ／ｃｍ²の範囲内（領域５０内）にある場合には、２０ｌｍ／Ｗ以上の発光効率を得ることができることがわかる。２５ｌｍ／Ｗを超える発光効率を得ようとする場合には、１〜１０ｐＦ／ｃｍ²の範囲内（領域５２内）にすることが好ましい。
【００５０】
ランプ静電容量を高くしたときに、ランプの発光効率が減少するのは、放電容器１０内の電子密度が増大するため、キセノン原子のイオン化の確率が上昇するとともに、生成されたエキシマ分子が発光する前に壊される確率が上昇するためであると考えられる。すなわち、生成するエキシマ分子の数が最大限となる条件から外れていくためと考えられる。
【００５１】
なお、表２および図２において、ランプ容量が１ｐＦ／ｃｍ²未満のときには、誘電体層１４および蛍光体層１５での電圧降下が大きくなる結果、始動電圧が上昇してしまい、点灯させにくくなることが予想される。また、ランプ容量が５０ｐＦ／ｃｍ²を超えるときには、点灯時に誘電体層１４または蛍光体層１５に印加される電圧が、誘電体層１４または蛍光体層１５の耐圧値を超えてしまい、その結果、誘電体層１４または蛍光体層１５が破壊されてしまうことが予想される。
【００５２】
次に、ランプ１００の製造方法を例示的に説明する。
【００５３】
まず、透光性のソーダライムガラスからなる前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２を用意した後、前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２のそれぞれの表面に電極１３を形成する。電極１３の形成は、導電性の金属ペースト（例えば、徳力本店株式会社製の銀ペーストなど）を、卓上印刷機を用いたスクリーン印刷によって塗布することによって行う。卓上印刷機のメッシュ部は、線状に同幅かつ同間隔でパターニングされているため、卓上印刷機によるスクリーン印刷によって、前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２上に線状（ストライプ状）の電極１３を塗布することができる。
【００５４】
次に、電極１３が塗布された前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２を十分に乾燥させた後、５００〜６００℃炉で焼成し、それによって金属ペースト中の金属粉末を融解製膜し、次いで、樹脂溶媒を焼成および飛散させて電極１３を前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２に固着させる。
【００５５】
次に、電極１３が形成された前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２の表面に誘電体層１４を形成する。誘電体層１４の形成は、透光性の誘電体ペースト（例えば、旭硝子株式会社製の鉛ガラスペーストなど）を、電極１３を覆うように前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２の表面に均一に印刷することによって行われる。この印刷は、卓上印刷機を用いて行うことができる。次いで、この誘電体ペーストを十分に乾燥させ、５００〜６００℃の雰囲気温度で加熱焼成した後、誘電体ペースト中の誘電体粉末を融解製膜し、樹脂溶媒を焼成および飛散させる。このようにして誘電体層１４を前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２に固着させる。
【００５６】
次に、誘電体層１４の表面に蛍光体層１５を形成する。蛍光体層１５の形成も上記工程とほぼ同様にして行われる。まず、ＰＤＰ用蛍光体を少量のαテルピオネールなどの樹脂溶媒で希釈し十分に攪拌し、次いで、電極１３が形成されている側の前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２の表面に卓上印刷機によって印刷することによって行う。卓上印刷機のメッシュ部は、誘電体層１４の表面上に均一に蛍光体層１５を塗布できる構造になっているものが用いられる。次に、蛍光体層１５が印刷された前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２を十分に乾燥させた後、４００〜５００℃の雰囲気温度で加熱焼成し、次いで、樹脂溶媒を焼成および飛散させて蛍光体層１５を誘電体層１４の表面に固着させる。
【００５７】
次に、上記の工程を経て得られた前面ガラス基板１１と背面ガラス基板１２とから放電容器１０を形成する。
【００５８】
放電容器１０の形成は、まず、１枚の背面ガラス基板１２上に、厚さ０．５５ｍｍのガラス基板スペーサー１８を配置する。ガラス基板スペーサー１８は、蛍光体層１５の周辺に配置される。ガラス基板スペーサー１８は、放電ギャップ長を固定する役割を果たし、ソーダライムガラスから構成されている。次いで、封着材料であるフリットガラス１７（例えば、旭硝子株式会社製）を有機溶剤（例えば、東京応化工業株式会社製のビークルＣなど）によって分散させ、そのフリットガラスペーストを、ディスペンサーなどを用いて背面ガラス基板１２上のガラス基板スペーサー１８周辺に均一に形成する。
【００５９】
次に、電極１３、誘電体層１４および蛍光体層１５が形成された前面ガラス基板１１との貼り合わせを行い、この貼り合わせの後、互いに対向して配置された前面ガラス基板１１と背面ガラス基板１２とを耐熱性の金具でしっかりと固定する。２枚のガラス基板の内の一方には、ガス排気・封入用の穴が開けられており、その部分に先程の封着材料を用いて、ガラス製の排気管１９を接続する。
【００６０】
次に、排気管１９が接続された放電容器１０を４５０℃の雰囲気温度で加熱焼成し、それによってフリットガラスペースト中の鉛ガラス粉末を融解させ、そして樹脂溶媒を焼成および飛散させる。このようにして、フリットガラス１７によって前面ガラス基板１１と背面ガラス基板１２との封着を行う。
【００６１】
最後に、封着済み前面ガラス基板１１に接続された排気管１９を真空ポンプと接続し、３５０℃の雰囲気中で不純ガスを排気した後、雰囲気を室温に戻し、キセノン単体からなる希ガス１６を１３．３ｋＰａ程度封入する。その後、排気管１９用の穴をふさげば、ランプ１００が得られる。
【００６２】
なお、本実施形態では、前面基板１１および背面基板１２として、電極１３、誘電体層１４、および蛍光体層１５の順で形成された構成のガラス基板を用いたが、これに限定されず、前面基板１１および背面基板１２以外の部分にも蛍光体層１５が形成された構成や、その他の層（例えば、酸化マグネシウム層）が誘電体層１４と蛍光体層１５との間に形成された構成についても適用可能である。また、本実施形態では、対向するガラス基板１１および１２を用いた密閉型の放電容器１０の例を示したが、これに限定されず、その他の形状（例えば円筒状）のガラスなどを用いることも可能である。
【００６３】
また、前面基板１１および背面基板１２の基板材料としてガラスを用いたが、これに限定されず、その他の材料（例えば、透光性セラミックスなど）を用いることも可能である。さらに、銀から構成した電極１３を用いたが、これに限定されず、その他の金属（銅または鉄など）から構成した電極１３を用いてもよいし、ＩＴＯなどの透明電極を用いてもよい。また、誘電体層１４として鉛ガラスを用いた例を示したが、その他の誘電体、例えば、ソーダガラスなどのガラス類、また、フェノール樹脂、尿素樹脂、ビニル樹脂などの樹脂類などを用いることも可能である。
【００６４】
本実施形態では、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の３種類の蛍光体の組み合わせを用いたいわゆる三波長域発光型蛍光ランプを例として説明したが、これに限定されず、その他の組み合わせを用いた例えば二波長型や五波長型の蛍光ランプについても適用可能である。また、電極１３、誘電体層１４、蛍光体層１５それぞれをガラス基板１１および１２に形成するためにスクリーン印刷を用いたが、その他の方法、例えば蒸着を用いることも可能である。なお、封入する希ガスにキセノンの単体を１３．３ｋＰａ用いたが、これに限定されず、その他ガス圧またはその他のガスを用いることができる。例えば、クリプトン、ヘリウムなどの希ガス、または、少なくとも１種類の希ガスに少なくとも１種類のヨウ素、塩素などのハロゲンとを混合した混合ガスを用いることも可能である。また、印加電圧に２０ｋＨｚの正弦波を用いた例で説明したが、その他の周波数でも適用可能であるし、その他の矩形波などの任意の波形についても適応可能である。なお、本実施形態の発光デバイスは、放電ガスとして水銀を用いていないので、環境に優しい構成となっている。
（実施形態２）
図３を参照しながら、本発明による実施形態２を説明する。本実施形態および後述する実施形態の説明を簡単にするために、実施形態１と異なる点を主に説明し、実施形態１と同様の点の説明は省略または簡略化する。
【００６５】
図３は、本実施形態のランプ２００の構成を模式的に示している。本実施形態のランプ２００は、放電容器１０内の前面基板１１および背面基板１２の少なくとも一方はコンデンサ３０を直列に接続されており、このコンデンサ３０によって、ランプ２００の第１合成静電容量（Ｃｆ）と第２合成静電容量（Ｃｂ）とは実質的に等しく調整されている。すなわち、ＣｆとＣｂとを実質的に等しく調整するコンデンサ３０を用いた構成によっても、実施形態１のランプ１００と同様に、第１合成静電容量（Ｃｆ）と第２合成静電容量（Ｃｂ）とが実質的に等しい発光デバイスを実現することができる。
（実施形態３）
図４を参照しながら、本発明による実施形態３を説明する。図４は、上記実施形態１の前面基板１１の改変例を模式的に示している。
【００６６】
本実施形態３では、前面基板１１側からの光取り出し効率を高くするために、前面基板１１上の電極１３ａの総面積は、背面基板１２上の電極１３ｂの総面積よりも小さくなるように構成されている。さらに、前面基板１１に形成された蛍光体層１５ａの面積に対して、蛍光体層１５ａと電極１３ａとの重なり部分の総面積の割合が５％〜５０％の範囲内になるように電極１３ａが構成されていることが好ましい。上記面積の割合が５％未満の場合には、電極１３ａを適切な抵抗を持つ電極幅にしたときに、電極間隔が大きくなり過ぎ、その結果、発光面に輝度むらが生じるからである。また、上記面積の割合が５０％を超える場合には、蛍光体層１５での発光が電極１３ａによって吸収または散乱される確率が大きくなり、全光束の低下を招くからである。発光面の輝度むらおよび全光束の低下をより効果的に防止するために、上記面積の割合を１０〜３０％とするように電極１３ａが構成されていることがさらに好ましい。
【００６７】
また、図５に示すように、背面基板１２に形成された蛍光体層１５ｂの面積に対して、蛍光体層１５ｂと電極１３ｂの重なり部分の総面積の割合が５％〜１００％となるように電極１３ｂが構成されていることが好ましい。図５は、上記実施形態１の背面基板１２の改変例を模式的に示している。上述した理由と同様に、上記面積の割合が５％未満の場合、電極１３ｂを適切な抵抗を持つ電極幅にすると、電極１３ｂの間隔が大きくなり過ぎ、発光面に輝度むらが生じる。また、ランプの内部（放電容器１０の内部）から見て、背面方向に向かう光を前面方向に集めるためには、上記面積の割合が大きい方が望ましい。
【００６８】
さらに、前面方向への光取り出し効率を高くするという観点から、前面基板１１上の電極１３ａは、透光性を有することが好ましい。また、透光性を有する電極１３は、低抵抗および高可視光透過率の観点から、インジウム酸化錫または酸化錫のどちらか一方または両方から構成されていることが望ましい。
【００６９】
なお、上述した実施形態では、電極１３（１３ａおよび１３ｂ）として、互いに平行する複数の線状電極を用いたが、これに限定されず、メッシュ状などのその他の電極形状を有する電極を用いることも可能である。また、前面ガラス基板１１から光を取り出す構成を説明したが、背面ガラス基板１２から光を取り出すときは、電極１３の構成を前面ガラス基板１１と背面ガラス基板１２とを交換すれば同様に実施可能である。
（実施形態４）
図６を参照しながら、本発明による実施形態４を説明する。図６は、上記実施形態１の前面基板１１の改変例を模式的に示している。図６に示した構成は、誘電体層１４ａの形状において上記実施形態１の構成と異なる。なお、図６において、蛍光体層１５ａは省略している。
【００７０】
図６に示すように、本実施形態では、前面基板１１上の誘電体層１４ａは、電極１３ａ間に位置する領域において、電極１３ａ上に位置する誘電体層１４ａの厚さの半分以下の部分１４ａ’を有している。このようにすると、ランプ内部（放電容器１０の内部）で発生した可視光をより多く、前面ガラス基板１１から外へ取り出すことができる。すなわち、本実施形態の発光デバイスの構成上、電極１３ａの表面以外に形成された誘電体層１４ａは放電に関係しないので、この部分に厚さの薄い部分１４ａ’を形成することによって、誘電体層１４ａによる可視光の吸収・散乱を抑制することができ、その結果、より多くの可視光を外へ取り出すことができる。具体的には、誘電体層１４ａの部分１４ａ’の厚さを、電極１３ａ上に位置する誘電体層１４ａの厚さの例えば５０％以下にすると、蛍光体層１５からの発光が誘電体層１４ａに吸収または散乱される確率を小さくすることができ、その結果、前面ガラス基板１１から外へ取り出せる可視光の量を多くすることができ、誘電体層１４ａによる全光束の低下を抑制することができる。全光束の低下をより効果的に抑制するには、電極１３ａ上に位置する誘電体層１４ａの厚さに対して、誘電体層１４ａの部分１４ａ’の厚さを０％〜２０％とすることがより好ましい。なお、部分１４ａ’の厚さが０％とは、誘電体層１４ａが形成されていないことを意味している。
【００７１】
なお、本実施形態では、誘電体層１４として、透光性の誘電体を用いたが、電極１３の表面以外に誘電体層１４が全く形成されていない構成の場合には、誘電体層１４は透光性である必要はなく、可視光を透過しない誘電体１４について用いることができる。また、前面ガラス基板１１から光を取り出す構成の場合について説明したが、背面ガラス基板１２から光を取り出す構成の場合には、本実施形態の構成の前面ガラス基板１１を背面ガラス基板１２として用いればよい。
【００７２】
図６に示した構成の誘電体層１４ａを備えた前面ガラス基板１１は、次のようにして形成すればよい。
【００７３】
まず、電極１３ａを形成した前面ガラス基板１１の表面に、透光性の誘電体ペースト（例えば旭硝子株式会社製の鉛ガラスペーストなど）を卓上印刷機によって均一に印刷する。次に、印刷後の前面ガラス基板１１を十分に乾燥させた後、パターニングされた電極１３ａを充分に覆い隠せるようなパターンのメッシュマスクを用意し、そのパターンどおりに卓上印刷機を用いて印刷する。次に、この前面ガラス基板１１を十分に乾燥した後、５００〜６００℃の雰囲気温度で加熱焼成し、次いで、誘電体ペースト中の誘電体粉末を融解製膜し、樹脂溶媒を焼成および飛散させることによって、誘電体層１４ａを前面ガラス基板１１に固着させる。
【００７４】
このようにして、上記２種類の印刷パターンを用いて、それぞれの印刷回数を調節することによって、電極１３ａの表面あるいは電極１３ａの表面以外のそれぞれの誘電体層１４ａの厚さを変えることができる。なお、背面ガラス基板１２上の誘電体層１４ｂを形成する方法は上記実施形態１と同様にすればよい。また、本実施形態では、電極１３ａとして、互いに平行する複数の線状電極を用いたが、メッシュ状などのその他の電極形状の電極も同様に用いることができる。
（実施形態５）
図７を参照しながら、本発明による実施形態５を説明する。図７は、上記実施形態１の背面基板１２の改変例を模式的に示している。図７に示した構成は、蛍光体層１４ｂの形状において上記実施形態１の構成と異なる。
【００７５】
図７に示すように、本実施形態では、背面基板１２の誘電体層１４ｂ上に形成された蛍光体層１５ｂは、電極１３ｂの上方に位置する領域において、電極１３ｂ間に位置する誘電体層１４ｂ上に形成された蛍光体層１５ｂの厚さに対して５％以上９５％以下の厚さを有する部分１５ｂ’を有している。このようにすると、蛍光体層１５ｂの輝度を均一化することが可能となる。蛍光体層１５ｂの部分１５ｂ’の厚さが５％未満の場合または９５％を超える場合には、蛍光体層１５ｂ’の輝度と、それ以外の部分の蛍光体層１５ｂの輝度との差が大きくなり、その結果、発光面の輝度むらが顕著になるため好ましくない。発光面の輝度むらを効果的に抑制するには、蛍光体層１５ｂの部分１５ｂ’の厚さを２０％〜７０％にすることがさらに好ましい。
【００７６】
図７に示した構成の蛍光体層１５ｂを備えた背面ガラス基板１２は、次のようにして形成すればよい。
【００７７】
まず、ＰＤＰ用蛍光体を樹脂溶媒（例えば少量のαテルピオネール）で希釈し充分に攪拌した後、この蛍光体を、電極１３ｂおよび誘電体層１４ｂが形成された背面ガラス基板１２の表面に卓上印刷機によって印刷する。このとき、卓上印刷機のメッシュ部は、誘電体層１４ｂの表面に対して均一に蛍光体を塗布できる構造になっている。
【００７８】
次に、上記工程後の背面ガラス基板１２を十分に乾燥させた後、パターニングされた電極１３ｂ上に位置する誘電体層１４ｂの表面を除く範囲に塗布可能なパターンを有するメッシュマスクを用意し、次いで、このようなメッシュマスクを備えた卓上印刷機によってそのパターンどおりに印刷する。その後、４００〜５００℃の雰囲気温度で加熱焼成することによって、樹脂溶媒を焼成および飛散させて、蛍光体層１５ｂを誘電体層１４ｂの表面に固着させる。
【００７９】
このようにして、上記２種類の印刷パターンを用いて、それぞれの印刷回数を調節することによって、蛍光体層１５ｂの部分１５ｂ’の厚さとそれ以外の部分の蛍光体層１５ｂの厚さとを変えることができる。本実施形態では、背面ガラス基板１２を用いた構成について説明したが、前面ガラス基板１１、または前面ガラス基板１１および背面ガラス基板１２の両方を用いた構成の場合についても同様に適用可能である。なお、前面ガラス基板１１の構成においては上記実施形態４の構成と組み合わせることも可能である。
【００８０】
また、本実施形態では、蛍光体層１５はＰＤＰ用蛍光体を用いた例で説明したが、その他の紫外励起され可視発光する発光物質も用いることができる。さらに、本実施形態では、電極１３ｂとして、互いに平行する複数の線状電極を用いたが、メッシュ状などのその他の電極形状の電極も同様に用いることができる。また、本実施形態では、蛍光体層１５ｂの背面ガラス基板１２への形成方法として、スクリーン印刷を用いたが、これに限定されず、その他の方法を用いることも可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によると、前面基板上の誘電体層および前面蛍光体層が有する第１合成静電容量と、背面基板上の誘電体層および背面蛍光体層が有する第２合成静電容量とが実質的に等しいように構成されているので、ランプ電流の正負のピーク値を適切に制御することができ、その結果、ランプの発光効率を向上させた発光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の発光デバイス１００の構成を模式的に示す図である。
【図２】ランプ１００における発光効率とランプ容量との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態２の発光デバイス２００の構成を模式的に示す図である。
【図４】実施形態３における前面基板１１の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】実施形態３における背面基板１２の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】実施形態４における前面基板１１の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】実施形態５における背面基板１２の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】従来の発光デバイス１０００の構成を模式的に示す図である。
【図９】（ａ）は、前面側の蛍光体層１１５ａを取り除いた構成のランプ１０００を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成における相対輝度（％）と背面蛍光体層膜厚（μｍ）との関係を示すグラフである。
【図１０】蛍光体層１１５を模式的に拡大して示す図である。
【図１１】（ａ）は、ランプ１０００の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の等価回路である。
【図１２】ランプ１０００におけるランプ電圧（２００Ｖ／ｄｉｖ）とランプ電流（１０ｍＡ／ｄｉｖ）との関係を示すグラフである。
【図１３】真空紫外域におけるキセノンの発光過程を説明するための図である。
【符号の説明】
１０放電容器
１１前面基板（前面ガラス基板）
１２背面基板（背面ガラス基板）
１３電極
１４誘電体層
１５蛍光体層（発光層）
１６希ガス（封止ガス）
１７フリットガラス
１８ガラス基板スペーサー
１９排気管
２０ランプ点灯用電源
３０コンデンサ
１００発光デバイス（平板蛍光ランプ）
１１０放電容器
１１１前面ガラス基板
１１２背面ガラス基板
１１３電極
１１４誘電体層
１１５蛍光体層
１１６希ガス（封止ガス）
１１７フリットガラス
１１８ガラス基板スペーサー
１０００発光デバイス（平板蛍光ランプ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device used in a backlight such as a liquid crystal display or a lighting device.
[0002]
[Prior art]
A conventional light emitting device (parallel fluorescent lamp) is disclosed, for example, in JP-A-8-287869. A light emitting device 1000 disclosed in this publication is schematically shown in FIG.
[0003]
A lamp 1000 shown in FIG. 8 is a so-called dielectric barrier discharge lamp, which is a hermetic discharge vessel 110 composed of a front glass substrate 111 and a rear glass substrate 112, and a rare gas sealed in the discharge vessel 110. (Xenon) 116, electrode 113 formed on each of front glass substrate 111 and rear glass substrate 112, and formed on each of front glass substrate 111 and rear glass substrate 112 so as to cover electrode 113 A dielectric layer 114 and a phosphor layer 115 formed on the dielectric layer 114 are provided.
[0004]
The front glass substrate 111 is made of, for example, soda glass or the like, and the front glass substrate 111 and the rear glass substrate 112 are arranged to face each other with a discharge gap secured by the glass spacer 118. A frit glass 117 is formed on the outer surface of the glass spacer 118, and the discharge vessel 110 is hermetically sealed by the frit glass 117.
[0005]
The electrodes 113 provided on the front glass substrate 111 and the rear glass substrate 112 are made of silver, ITO, or the like, and light is transmitted over the front glass substrate 111 and the rear glass substrate 112 so as to cover the electrodes 113. A dielectric layer 114 (thickness: 50 μm) made of conductive lead glass or the like is applied in the form of a film. On the surface of the dielectric layer 114, a phosphor layer 115 that is excited by ultraviolet radiation and emits visible light is applied in a film shape. When an alternating voltage of a sine wave or a pulse wave is applied between the electrode 113a on the front glass substrate 111 and the electrode 113b on the rear glass substrate 112, a discharge is generated in the discharge vessel 110 in which the sealed gas 116 is sealed. The phosphor layer 115 is excited by the ultraviolet radiation generated by the discharge and emits visible light, whereby the lamp 1000 emits light.
[0006]
In the case of the conventional lamp 1000, in order to extract as much visible light as possible from the front glass substrate 111, the thickness of the phosphor layer (front phosphor layer) 115a formed on the front glass substrate 111 side is reduced. The thickness of the phosphor layer (back phosphor layer) 115b formed on the back glass substrate 112 side is increased. The reason for this is to reduce the thickness of the front phosphor layer 115a so that light emitted from the inside of the discharge vessel 110 to the front glass substrate 111 is not blocked by the front phosphor layer 115a as much as possible. This is for increasing the thickness of the back phosphor layer 115b that is not on the front glass substrate 111 side, and making the ultraviolet radiation generated in the discharge vessel 110 as much visible light as possible, thereby improving the light emission efficiency. In the above publication, it is described that the thickness of the front phosphor layer 115a in the lamp 1000 is preferably 5 to 20 μm, and the thickness of the back phosphor layer 115b is preferably 30 μm or more.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to investigate the relationship between the relative luminance of the lamp 1000 and the thickness of the back phosphor layer 115b, the inventor of the present application, as shown in FIG. 9A, has an electrode 113 of the lamp 1000 in which only the back phosphor layer 115b is formed. A lamp lighting power source 20 (lamp power: 2 W) was added to the above and an experiment was conducted to examine the relative luminance of the lamp 1000. The result is shown in FIG. As a phosphor constituting the back phosphor layer 115b, BaAl ₁₂ O ₂ : Mn was used, the thickness of the back phosphor layer 115b was changed from about 10 μm to about 100 μm, and the relative luminance for each film thickness was examined.
[0008]
When the thickness of the phosphor layer 115 is made relatively thick as shown by the dotted line in FIG. 9B, the inventor of the present application increases the relative brightness of the lamp 1000 by increasing the thickness of the phosphor layer 115. I expected that the relative brightness would increase. The reason is as follows. As shown in FIG. 10, the phosphor layer (light emitting layer) 115 is formed in a state in which each particle (diameter: about 5 to 20 μm) of the phosphor is arranged with a gap therebetween. Therefore, the electrons (e) generated during discharge easily pass through the gaps in the phosphor layer 115, and even when the phosphor layer 115 is thick, the phosphor layer 115 generates electrons ( This is because the relative luminance of the lamp 100 is expected to approach 100% as the phosphor layer 115 becomes thicker.
[0009]
However, surprisingly, as shown by the solid line in FIG. 9B, according to the actual measurement results, the relative luminance increases up to a film thickness of 30 μm, but when the film thickness exceeds 30 μm, the relative luminance is increased. Was found to decrease. Conventionally, the influence of the thickness of the phosphor layer 115 on the discharge of the lamp 1000 has not been taken into account, but it is estimated from the result indicated by the solid line in FIG. 9B that the thickness of the phosphor layer 115b is The change is considered to have an influence on the ultraviolet luminous efficiency.
[0010]
In the case of the conventional lamp 1000, as schematically shown in FIG. 11A, a dielectric layer 114 and a phosphor layer 115 are sequentially formed on the electrode 113, and the phosphor constituting the phosphor layer 114. Since this is a dielectric, when the configuration shown in FIG. 11A is expressed as an equivalent circuit, a capacitor composed of each layer is connected in series as shown in FIG. 11B.
[0011]
As can be understood from the equivalent circuit shown in FIG. 11B, the ultraviolet light emission efficiency of the lamp 1000 is the capacitance CDf of the dielectric layer 114a on the front side and the capacitance CDb of the dielectric layer 114b on the back side. In addition, the capacitance CPf of the phosphor layer 115a on the front side and the capacitance CPb of the phosphor layer 115b on the back side are also affected. Since the electrostatic capacity of the entire lamp 1000 is defined by electrostatic capacity including CDf, CDb, CPf, CPb and stray capacitance, when determining the electrostatic capacity of the entire lamp 1000, these electrostatic capacities are determined. It is desirable to perform optimization.
[0012]
FIG. 12 shows the relationship between the lamp voltage and the lamp current when the thickness of the front phosphor layer 115a is 20 μm and the thickness of the back phosphor layer 115b is 30 μm in the configuration shown in FIG. The thicknesses of the front-side dielectric layer 114a and the back-side dielectric layer 114b are both 50 μm.
[0013]
As can be seen from FIG. 12, although the sinusoidal alternating voltage (lamp voltage: 200 V / div) is applied to the electrode 113, the symmetry of the lamp current is broken and the applied voltage is positive. The lamp current at the time (upper graph) is larger than the lamp current when the applied voltage is negative (lower graph). That is, the positive and negative peak values of the lamp current are different.
[0014]
When the positive and negative peak values of the lamp current are different, one of the lamp currents becomes larger or smaller than the other. According to the emission process of xenon in the vacuum ultraviolet region, as shown in FIG. 13, after the xenon in the ground state is excited to the resonance line excitation level (8.5 eV) by the discharge, the metastable state level (8. 3 eV), followed by excimer molecule formation, followed by 172 nm ultraviolet emission. The 172 nm ultraviolet light is converted into visible light by the phosphor layer 115. In this xenon emission process, when the lamp current is large, xenon is excited to a level higher than the resonance line excitation level (8.5 eV), so that infrared emission that does not contribute to the final visible emission is generated. As a result, energy loss occurs and the luminous efficiency of the lamp is reduced. On the other hand, when the lamp current is small, the probability of excitation to the resonance line excitation level or the metastable state level decreases, and as a result, the luminous efficiency of the lamp decreases.
[0015]
The result shown in FIG. 12 is that the symmetry of capacitance between the front side and the back side caused by the difference in thickness between the front phosphor layer 115a and the back phosphor layer 115b is broken. Guessed. However, if the thicknesses of the front phosphor layer 115a located on the front side and the back phosphor layer 115b located on the back side are made equal in order to match the positive and negative peak values of the lamp current, the front phosphor layer Since the thickness of 115a is not reduced, the amount of light emitted from the inside of the discharge vessel 110 to the front glass substrate 111 is reduced, and as a result, the luminous efficiency of the lamp is lowered.
[0016]
The present invention has been made in view of such various points, and a main object thereof is to provide a light emitting device with improved luminous efficiency of a lamp.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The light-emitting device according to the present invention includes a hermetic discharge vessel composed of a translucent front substrate, a rear substrate disposed opposite the front substrate, and a rare gas sealed in the discharge vessel. Formed on the inner surface of each of the front substrate and the rear substrate, and formed on the inner surface of each of the front substrate and the rear substrate so as to cover the electrodes, and an electrode to which an alternating voltage is applied. Front Dielectric layer And back dielectric layer And a phosphor layer formed on the dielectric layer, The dielectric constant of the front phosphor layer and the dielectric constant of the back phosphor layer are equal, and the thickness of the back phosphor layer is thicker than the thickness of the front phosphor layer, Before Invitation A first synthetic capacitance of the electrical layer and the front phosphor layer; Invitation Second synthetic capacitance of electric layer and rear phosphor layer The value obtained by dividing the smaller one of the combined capacitances by the larger one is 1 or less and 0.86 or more. So that The capacitance of the front dielectric layer and the capacitance of the back dielectric layer are adjusted. .
[0019]
The overall capacitance of the lamp defined by the first combined capacitance and the second combined capacitance is 1 pF / cm. ² ~ 50pF / cm ² It is preferable that
[0020]
In one embodiment, the dielectric constant of the front phosphor layer and the dielectric constant of the back phosphor layer are equal, and the thickness of the front phosphor layer is thinner than the thickness of the back phosphor layer.
[0022]
The electrodes are a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other, and the total area of the electrodes on the front substrate is preferably smaller than the total area of the electrodes on the rear substrate.
[0023]
The electrodes are a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other, and the dielectric layer on the front substrate has a thickness of the dielectric layer located on the electrodes in a region located between the electrodes. It is preferable to have a portion of 50% or less and 0% or more.
[0024]
The electrodes are a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other, and the phosphor layer formed on the dielectric layer of the back substrate is located in the region located above the electrodes. It is preferable to have a portion having a thickness of 5% or more and 95% or less with respect to the thickness of the phosphor layer formed on the dielectric layer positioned therebetween.
[0025]
According to the present invention, the first synthetic capacitance of the dielectric layer and the front phosphor layer on the front substrate is substantially the same as the second synthetic capacitance of the dielectric layer and the rear phosphor layer on the back substrate. Therefore, it is possible to appropriately control the positive and negative peak values of the lamp current, and as a result, it is possible to provide a light emitting device in which the luminous efficiency of the lamp is improved. A value obtained by dividing the first synthetic capacitance and the second synthetic capacitance and the smaller one of the synthetic capacitances by the larger one is, for example, 1 or less and 0.86 or more, and preferably 1 or less and 0.9 or more. More preferably, it is 1 or less and 0.97 or more. Capacitance of the entire lamp is 1 pF / cm ² ~ 50pF / cm ² If so, the luminous efficiency of the lamp can be further improved. The first combined capacitance and the second combined capacitance may be made substantially equal by a configuration in which at least one of the front substrate and the rear substrate is connected in series to the capacitor.
[0026]
As the electrodes, a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other can be used, and when configured so that the total area of the electrodes on the front substrate is smaller than the total area of the electrodes on the rear substrate, More visible light can be emitted from the front substrate. Further, by configuring the dielectric layer on the front substrate so that the thickness of the portion located between the electrodes is less than half the thickness of the electrode on the front substrate (50% or less and 0% or more), More visible light can be emitted from the front substrate. Further, the thickness of the portion of the phosphor layer formed on the dielectric layer located on the electrode is not less than 5% and not more than 95% of the thickness of the portion of the phosphor layer located between the electrodes. When configured, the luminance of the phosphor layer can be made uniform.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity.
[0028]
The light emitting device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 schematically shows a configuration of a light emitting device (flat fluorescent lamp) 100 of the present embodiment.
[0029]
The light emitting device 100 includes a sealed discharge vessel 10 composed of a translucent front substrate 11 and a back substrate 12, a rare gas (for example, xenon) 16 sealed in the discharge vessel 10, and the front substrate 11. And an electrode 13 formed on each of the back substrate 12, a dielectric layer 14 formed on each of the front substrate 11 and the back substrate 12 so as to cover the electrode 13, and formed on the dielectric layer 14. The phosphor layer (light emitting layer) 15 is provided. The electrodes 13 facing each other are electrically connected to the lamp lighting power source 20, and a sine wave having a frequency of 20 kHz, for example, is applied between the electrodes 13 facing each other.
[0030]
In the present embodiment, each of the front substrate 11 and the back substrate 12 is a glass substrate, and is made of, for example, soda lime glass. The front substrate 11 and the rear substrate 12 are disposed to face each other in a state where a predetermined discharge gap (for example, 0.55 mm) is secured by a glass spacer 18 (thickness: for example, 0.55 mm). The glass spacer 18 has a function of fixing the discharge gap length of the lamp 100, and is made of, for example, soda lime glass. A frit glass 17 which is a sealing material is formed on the outer surface of the glass spacer 18, and the discharge vessel 10 is sealed by the frit glass 17. 1 is used during the lamp manufacturing process, and is not particularly necessary for the lamp 100.
[0031]
The

electrodes

13a and 13b provided on the front substrate 11 and the back substrate 12 are made of, for example, silver. The

dielectric layers

14a and 14b formed on the front substrate 11 and the rear substrate 12 so as to cover the electrodes 13 are made of, for example, translucent lead glass. Each of the

dielectric layers

14a and 14b On the surface, phosphor layers 15a and 15b that are excited by ultraviolet radiation and emit visible light are formed.
[0032]
The phosphor layer (light emitting layer) 15 (15a, 15b) is composed of, for example, a phosphor for PDP. As the phosphor used for the phosphor layer 15, for example, the central wavelength of light emission is around 455 nm. Europium-activated barium magnesium aluminate phosphor having 515 nm emission central wavelength, and europium-activated yttrium gadolinium borate having emission central wavelengths of 590 nm, 610 nm, and 630 nm A phosphor mixture of phosphors is exemplified. In the present embodiment, the front phosphor layer 15a located on the dielectric layer 14a on the front substrate 11 and the back phosphor layer 15b located on the dielectric layer 14b on the back substrate 12 are both the same. The same phosphor (or the same mixed phosphor) having a relative dielectric constant of
[0033]
In the lamp 100 of the present embodiment, in order to increase the light extraction efficiency from the front substrate 11 side, the thickness of the front phosphor layer 15a is made thinner than the thickness of the back phosphor layer 15b. As a result, the first capacitance (capacitance of the front-side phosphor layer 15a: CPf) of the front phosphor layer 15a located on the dielectric layer 14a on the front substrate 11 and the back substrate 12 are increased. The second capacitance (capacitance of the back side phosphor layer 15b: CPb) of the back phosphor layer 15b located on the dielectric layer 14b is different from each other (CPf ≠ CPb). In the present embodiment, the thickness of the front phosphor layer (front phosphor layer) 15a is, for example, 20 μm, and the thickness of the rear phosphor layer (back phosphor layer) 15b so that the light extraction efficiency is maximized. For example, 60 μm. These film thicknesses are examples, and the optimum film thickness at which the light extraction efficiency is maximized differs depending on the lamp structure, the kind and pressure of the rare gas to be sealed, or the lighting method.
[0034]
In the present embodiment, the thickness of the front phosphor layer 15a is made thinner than the thickness of the back phosphor layer 15b, while the dielectric layer 14a and the front phosphor layer 15a on the front substrate 11 are configured. And the second synthetic capacitance (rear surface synthetic capacitance: Cb) of the dielectric layer 14b and the rear phosphor layer 15b on the rear substrate 12 and the first synthetic capacitance (front synthetic capacitance: Cf). ) Are substantially equal to each other. A value obtained by dividing the first synthetic capacitance (Cf), the second synthetic capacitance (Cb), and the smaller one of the synthetic capacitances by the larger one is, for example, 1 or less and 0.86 or more, preferably Is 1 or less and 0.9 or more, more preferably 1 or less and 0.97 or more.
[0035]
Next, the operation of the lamp 100 of this embodiment will be described.
[0036]
First, when a sine wave or pulse electrode application voltage is applied between the electrode 13 a on the front substrate 11 and the electrode 13 b on the rear substrate 12 using the lamp lighting power source 20, the dielectric layer on the electrode 13 is applied. 14 and the phosphor layer 15 are polarized, and as a result, an electric field is generated in the discharge space (discharge gap) 10. Thereafter, the rare gas (for example, xenon gas) sealed in the discharge vessel 10 starts to discharge in a minute space, whereby charges are accumulated on the surface of the phosphor layer 15 or the dielectric layer 14. When the combined electric field of the internal electric field due to this charge accumulation and the reverse external electric field due to the polarization of the dielectric layer 14 and the phosphor layer 15 falls below the discharge sustaining electric field, the discharge ends.
[0037]
Thereafter, a reverse voltage is applied between the electrode 13a and the electrode 13b. At this time, when the sum of the electric field due to the electric charges accumulated on the surface of the phosphor layer 15 or the dielectric layer 14 and the electric field generated between the discharge gaps by the electrode applied voltage exceeds the discharge start electric field, the discharge starts again. Will be. Thus, every time the application direction of the electrode application voltage changes, the start and stop of discharge are repeated.
[0038]
When discharge of xenon gas occurs in the discharge vessel 10, ultraviolet radiation such as resonance line emission (center wavelength 147 nm) and excimer molecule emission (center wavelength 172 nm) is generated. The ultraviolet light generated by the discharge is converted into visible light by the phosphor of the phosphor layer 15, and the visible light passes through the dielectric layer 14 and is irradiated outside the front substrate 11 and the back substrate 12.
[0039]
Of the ultraviolet radiation generated by the discharge of xenon, the central wavelength of excimer molecular emission (172 nm) is longer than the central wavelength of resonance line emission (147 nm), so that there is a loss when converting ultraviolet light to visible light by the phosphor. Few. That is, the conversion loss is reduced according to the Stokes law. In addition, since excimer emission has almost no self-absorption, the ultraviolet light can reach the phosphor layer 15 without attenuation. For this reason, in order to obtain visible light with high efficiency, it is necessary to increase the efficiency of excimer emission. In order to increase the efficiency of excimer emission, the number of atoms in the metastable state may be increased to the maximum.
[0040]
Explaining the generation of excimer light emission, first, electrons generated by discharge in the discharge vessel 10 are sufficiently accelerated by the electric field between the discharge gaps. As a result, some electrons excite the xenon atom to the metastable state level, and then one metastable atom causes a three-body collision with two ground state atoms, thereby One excimer molecule and one ground state atom are generated. When the excimer molecule generated at this time dissociates into two ground state atoms, 172 nm excimer emission is emitted. Therefore, the efficiency of excimer emission can be increased by increasing the number of atoms in the metastable state, and as a result, the luminous efficiency of the lamp can be improved.
[0041]
In the lamp 100 of the present embodiment, the first combined capacitance (front combined capacitance: Cf) and the second combined capacitance (back combined capacitance: Cb) are substantially equal. Therefore, unlike the conventional lamp 1000, the positive and negative peak values of the lamp current can be matched. Therefore, since both the positive and negative peak values of the lamp current can be optimized so that the maximum number of atoms in the metastable state is generated, the excimer luminous efficiency can be increased. Luminous efficiency can be improved. A value obtained by dividing the first synthetic capacitance (Cf), the second synthetic capacitance (Cb), and the smaller one of the synthetic capacitances by the larger one is, for example, 1 or less and 0.86 or more, preferably Is 1 or less and 0.9 or more, more preferably 1 or less and 0.97 or more.
[0042]
The first combined capacitance (Cf), the second combined capacitance (Cb), and the total capacitance (Ctotal) of the lamp 100 are the capacitance of the dielectric layer 14a as shown in the following formula (I). (CDf), the capacitance (CPf) of the phosphor layer 15a, the capacitance (CDb) of the dielectric layer 14b, and the capacitance (CPb) of the phosphor layer 15b.
[0043]
1 / Ctotal = 1 / CDf + 1 / CPf + 1 / CPb + 1 / CDb Formula (I) Note that Ctotal, CDf, CPf, CDb, and CPb each indicate a capacitance per unit area. The capacitance per unit area is expressed by the relative dielectric constant (ε) × the dielectric constant of vacuum (ε ₀ ) / Film thickness (t).
[0044]
Table 1 below shows the conditions for No. 1 to No. 3 in the lamp 100 of the present embodiment, the first combined capacitance (Cf), the second combined capacitance (Cb), and the entire lamp 100. The capacitance (Ctotal) and the ratio of Cb to Cf (Cb / Cf) are shown.
[0045]
[Table 1]

In Table 1, εDf and εDb represent the relative dielectric constants of the

dielectric layers

14a and 14b, respectively, and εPf and εPb represent the relative dielectric constants of the phosphor layers 15a and 15b, respectively. Further, tDf, tDb, tPf, and tPb represent the thicknesses of the

dielectric layers

14a and 14b and the phosphor layers 15a and 15b, respectively.
[0046]
A specific configuration will be described by taking No. 2 as an example. (A) Relative permittivity (εDf) 8 of front dielectric layer 14a (lead glass), thickness (tDf) 160 μm; (b) front phosphor layer 15a Relative permittivity (εPf) 3 of (Three wavelengths for PDP (mixed three types)), thickness (tPf) 20 μm; (c) Relative permittivity of phosphor layer 15b (Three wavelengths for PDP (mixed three types)) (ΕPb) 3, thickness (tPb) 60 μm; and (d) the dielectric constant (εDb) 8 of the back dielectric layer 14 b (lead glass) and the thickness (tDb) 50 μm.
[0047]
As can be seen from Table 1, No. 1 to No. 3 are all configured such that the first combined capacitance (Cf) and the second combined capacitance (Cb) are substantially equal. The value of Cb / Cb is a value in the range of 1 or less and 0.97 or more. In the configurations of the No. 1 to No. 3 lamps, Cf and Cb are made substantially equal, and the thickness of the front phosphor layer 15a is made thinner than the thickness of the rear phosphor layer 15b. Therefore, the efficiency of excimer light emission can be increased and the light extraction efficiency from the front substrate 11 side can be increased. Note that the Cb / Cb value calculated from the lamp configuration disclosed in the above publication was 0.859 or less for all the lamps.
[0048]
Further, the inventor of the present application examined the relationship between the capacitance of the entire lamp and the light emission efficiency by changing the capacitance (Ctotal) of the entire lamp of the lamp 100. The luminous efficiency (lm / W) is a value obtained by dividing the total luminous flux (lm) by the lamp power (W). In this example, in consideration of the influence of the voltage drop due to the dielectric layer 14 and the phosphor layer 15, the voltage applied to the discharge gap was 350 Vrms, and lighting was performed by applying a sine wave applied voltage with a frequency of 20 kHz. . The results are shown in Table 2 and FIG.
[0049]
[Table 2]

From Table 2 and FIG. 2, the capacitance of the entire lamp (capacitance per unit area) is 1 to 50 pF / cm. ² It can be seen that a light emission efficiency of 20 lm / W or more can be obtained when it is within the range (within the region 50). When trying to obtain luminous efficiency exceeding 25 lm / W, 1-10 pF / cm ² It is preferable to be within the range (in the region 52).
[0050]
When the lamp capacitance is increased, the luminous efficiency of the lamp decreases because the electron density in the discharge vessel 10 increases, so that the probability of ionization of xenon atoms increases and the generated excimer molecules emit light. This is considered to be because the probability of being broken before it rises. In other words, it is considered that the condition is such that the number of excimer molecules to be generated deviates from the maximum.
[0051]
In Table 2 and FIG. 2, the lamp capacity is 1 pF / cm. ² If it is less than the range, the voltage drop in the dielectric layer 14 and the phosphor layer 15 increases, and as a result, the starting voltage increases, and it is expected that it is difficult to light up. The lamp capacity is 50 pF / cm ² Exceeds the withstand voltage value of the dielectric layer 14 or the phosphor layer 15 during lighting, and as a result, the dielectric layer 14 or the phosphor layer 15 15 is expected to be destroyed.
[0052]
Next, an exemplary method for manufacturing the lamp 100 will be described.
[0053]
First, after preparing the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12 which consist of translucent soda-lime glass, the electrode 13 is formed in each surface of the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12. FIG. The electrode 13 is formed by applying a conductive metal paste (for example, a silver paste manufactured by Tokuri Honten Co., Ltd.) by screen printing using a desktop printer. Since the mesh portion of the desktop printing machine is patterned linearly at the same width and at the same interval, linear (striped) electrodes are formed on the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 by screen printing using the desktop printing machine. 13 can be applied.
[0054]
Next, after sufficiently drying the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12 on which the electrode 13 has been applied, firing is performed in a 500 to 600 ° C. furnace, thereby melting and forming the metal powder in the metal paste, Then, the resin solvent is fired and scattered to fix the electrode 13 to the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12.
[0055]
Next, the dielectric layer 14 is formed on the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 on which the electrodes 13 are formed. The dielectric layer 14 is formed by uniformly applying a translucent dielectric paste (for example, lead glass paste manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) on the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 so as to cover the electrodes 13. This is done by printing. This printing can be performed using a desktop printer. Next, the dielectric paste is sufficiently dried and heated and fired at an ambient temperature of 500 to 600 ° C., and then the dielectric powder in the dielectric paste is melted to form a film, and the resin solvent is fired and scattered. In this way, the dielectric layer 14 is fixed to the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12.
[0056]
Next, the phosphor layer 15 is formed on the surface of the dielectric layer 14. The formation of the phosphor layer 15 is performed in substantially the same manner as the above process. First, a phosphor for PDP is diluted with a small amount of a resin solvent such as α-terpione and sufficiently stirred, and then a tabletop printing machine is formed on the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 on the side where the electrodes 13 are formed. By printing by. As the mesh portion of the tabletop printing machine, one having a structure in which the phosphor layer 15 can be uniformly coated on the surface of the dielectric layer 14 is used. Next, after the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 on which the phosphor layer 15 is printed are sufficiently dried, they are heated and fired at an ambient temperature of 400 to 500 ° C., and then the resin solvent is fired and scattered. The phosphor layer 15 is fixed to the surface of the dielectric layer 14.
[0057]
Next, the discharge vessel 10 is formed from the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12 obtained through the above steps.
[0058]
In the formation of the discharge vessel 10, first, a glass substrate spacer 18 having a thickness of 0.55 mm is disposed on one back glass substrate 12. The glass substrate spacer 18 is disposed around the phosphor layer 15. The glass substrate spacer 18 serves to fix the discharge gap length, and is made of soda lime glass. Next, the frit glass 17 (for example, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a sealing material is dispersed with an organic solvent (for example, vehicle C manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), and the frit glass paste is dispensed using a dispenser or the like. It is uniformly formed around the glass substrate spacer 18 on the back glass substrate 12.
[0059]
Next, the front glass substrate 11 on which the electrode 13, the dielectric layer 14 and the phosphor layer 15 are formed is bonded, and after the bonding, the front glass substrate 11 and the rear glass disposed to face each other. The substrate 12 is firmly fixed with a heat-resistant metal fitting. One of the two glass substrates is provided with a gas exhaust / sealing hole, and a glass exhaust pipe 19 is connected to the portion using the sealing material described above.
[0060]
Next, the discharge vessel 10 to which the exhaust pipe 19 is connected is heated and fired at an ambient temperature of 450 ° C., thereby melting the lead glass powder in the frit glass paste, and firing and scattering the resin solvent. In this manner, the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12 are sealed with the frit glass 17.
[0061]
Finally, the exhaust pipe 19 connected to the sealed front glass substrate 11 is connected to a vacuum pump, the impure gas is exhausted in an atmosphere at 350 ° C., the atmosphere is returned to room temperature, and the noble gas 16 consisting of xenon alone is obtained. Of about 13.3 kPa. Thereafter, if the hole for the exhaust pipe 19 is closed, the lamp 100 is obtained.
[0062]
In the present embodiment, as the front substrate 11 and the back substrate 12, a glass substrate having a configuration in which the electrode 13, the dielectric layer 14, and the phosphor layer 15 are formed in this order is used. A structure in which the phosphor layer 15 is formed also on portions other than the front substrate 11 and the back substrate 12, and other layers (for example, a magnesium oxide layer) are formed between the dielectric layer 14 and the phosphor layer 15. The configuration can also be applied. Moreover, in this embodiment, although the example of the sealed discharge vessel 10 using the

glass substrates

11 and 12 which oppose was shown, it is not limited to this, Glass of another shape (for example, cylindrical shape) etc. are used. Is also possible.
[0063]
Further, although glass is used as the substrate material for the front substrate 11 and the rear substrate 12, the present invention is not limited to this, and other materials (for example, translucent ceramics) can also be used. Furthermore, although the electrode 13 comprised from silver was used, it is not limited to this, The electrode 13 comprised from other metals (copper, iron, etc.) may be used, and transparent electrodes, such as ITO, may be used. . Moreover, although the example which used the lead glass as the dielectric material layer 14 was shown, other dielectric materials, for example, glass, such as soda glass, resin, such as a phenol resin, a urea resin, a vinyl resin, etc. are used. Is also possible.
[0064]
In the present embodiment, a so-called three-wavelength region emission fluorescent lamp using a combination of three types of phosphors of a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor has been described as an example. For example, the present invention can also be applied to a two-wavelength or five-wavelength fluorescent lamp using a combination. In addition, although screen printing is used to form the electrode 13, the dielectric layer 14, and the phosphor layer 15 on the

glass substrates

11 and 12, other methods such as vapor deposition can be used. Note that although 13.3 kPa of xenon is used as the rare gas to be sealed, the present invention is not limited to this, and other gas pressures or other gases can be used. For example, a rare gas such as krypton or helium, or a mixed gas in which at least one kind of rare gas is mixed with at least one kind of halogen such as iodine or chlorine can be used. Further, although an example in which a 20 kHz sine wave is used as the applied voltage has been described, the present invention can be applied to other frequencies, and can be applied to other arbitrary waveforms such as a rectangular wave. In addition, since the light-emitting device of this embodiment does not use mercury as a discharge gas, it has an environment-friendly configuration.
(Embodiment 2)
Embodiment 2 according to the present invention will be described with reference to FIG. In order to simplify the description of the present embodiment and the embodiments to be described later, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of the same points as the first embodiment will be omitted or simplified.
[0065]
FIG. 3 schematically shows the configuration of the lamp 200 of the present embodiment. In the lamp 200 of this embodiment, at least one of the front substrate 11 and the rear substrate 12 in the discharge vessel 10 is connected in series with a capacitor 30, and the capacitor 30 allows the first combined capacitance (Cf) of the lamp 200 to be connected. ) And the second combined capacitance (Cb) are adjusted to be substantially equal. That is, even with the configuration using the capacitor 30 that adjusts Cf and Cb substantially equally, the first combined capacitance (Cf) and the second combined capacitance (Cb) are similar to the lamp 100 of the first embodiment. ) Can be realized.
(Embodiment 3)
Embodiment 3 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows a modification of the front substrate 11 of the first embodiment.
[0066]
In the third embodiment, in order to increase the light extraction efficiency from the front substrate 11 side, the total area of the electrodes 13a on the front substrate 11 is configured to be smaller than the total area of the electrodes 13b on the rear substrate 12. Has been. Furthermore, with respect to the area of the phosphor layer 15a formed on the front substrate 11, the ratio of the total area of the overlapping portion of the phosphor layer 15a and the electrode 13a is in the range of 5% to 50%. Is preferably configured. If the area ratio is less than 5%, the electrode spacing becomes too large when the electrode 13a has an electrode width having an appropriate resistance, resulting in uneven brightness on the light emitting surface. In addition, when the area ratio exceeds 50%, the probability that light emitted from the phosphor layer 15 is absorbed or scattered by the electrode 13a increases, and the total luminous flux is reduced. In order to more effectively prevent the luminance unevenness of the light emitting surface and the reduction of the total luminous flux, it is more preferable that the electrode 13a is configured so that the ratio of the area is 10 to 30%.
[0067]
Further, as shown in FIG. 5, the ratio of the total area of the overlapping portion of the phosphor layer 15b and the electrode 13b to the area of the phosphor layer 15b formed on the back substrate 12 is 5% to 100%. It is preferable that the electrode 13b is configured. FIG. 5 schematically shows a modified example of the back substrate 12 of the first embodiment. For the same reason as described above, when the ratio of the area is less than 5%, if the electrode 13b has an electrode width having an appropriate resistance, the distance between the electrodes 13b becomes too large, resulting in uneven brightness on the light emitting surface. Moreover, in order to collect the light which goes to a back direction seeing from the inside of a lamp | ramp (inside of the discharge vessel 10) to a front direction, the one where the said area ratio is larger is desirable.
[0068]
Furthermore, from the viewpoint of increasing the light extraction efficiency in the front direction, the electrode 13a on the front substrate 11 preferably has translucency. Moreover, it is desirable that the translucent electrode 13 is made of either one or both of indium tin oxide and tin oxide from the viewpoint of low resistance and high visible light transmittance.
[0069]
In the above-described embodiment, a plurality of linear electrodes parallel to each other are used as the electrodes 13 (13a and 13b). However, the present invention is not limited to this, and electrodes having other electrode shapes such as a mesh shape are used. Is also possible. Moreover, although the structure which takes out light from the front glass substrate 11 was demonstrated, when taking out light from the back glass substrate 12, if the structure of the electrode 13 replaces the front glass substrate 11 and the back glass substrate 12, it can implement similarly. It is.
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 schematically shows a modification of the front substrate 11 of the first embodiment. The configuration shown in FIG. 6 is different from the configuration of the first embodiment in the shape of the dielectric layer 14a. In FIG. 6, the phosphor layer 15a is omitted.
[0070]
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the dielectric layer 14a on the front substrate 11 is a portion that is less than half the thickness of the dielectric layer 14a located on the electrodes 13a in the region located between the electrodes 13a. 14a '. In this way, more visible light generated inside the lamp (inside the discharge vessel 10) can be taken out from the front glass substrate 11 to the outside. That is, because of the configuration of the light emitting device according to the present embodiment, the dielectric layer 14a formed on the surface other than the surface of the electrode 13a is not related to the discharge. Therefore, by forming a thin portion 14a ′ in this portion, Absorption and scattering of visible light by the layer 14a can be suppressed, and as a result, more visible light can be extracted to the outside. Specifically, when the thickness of the portion 14a ′ of the dielectric layer 14a is set to, for example, 50% or less of the thickness of the dielectric layer 14a located on the electrode 13a, light emission from the phosphor layer 15 is emitted from the dielectric layer. The probability of being absorbed or scattered by 14a can be reduced, and as a result, the amount of visible light that can be extracted from the front glass substrate 11 can be increased, and the reduction of the total luminous flux due to the dielectric layer 14a can be suppressed. Can do. In order to more effectively suppress the reduction of the total luminous flux, the thickness of the portion 14a ′ of the dielectric layer 14a is set to 0% to 20% with respect to the thickness of the dielectric layer 14a located on the electrode 13a. It is more preferable. The thickness of the portion 14a ′ being 0% means that the dielectric layer 14a is not formed.
[0071]
In the present embodiment, a translucent dielectric is used as the dielectric layer 14. However, in the case where the dielectric layer 14 is not formed at all other than the surface of the electrode 13, the dielectric layer 14 is used. Need not be translucent and can be used for dielectrics 14 that do not transmit visible light. Moreover, although the case of the structure which takes out light from the front glass substrate 11 was demonstrated, in the case of the structure which takes out light from the back glass substrate 12, if the front glass substrate 11 of the structure of this embodiment is used as the back glass substrate 12. Good.
[0072]
The front glass substrate 11 provided with the dielectric layer 14a having the configuration shown in FIG. 6 may be formed as follows.
[0073]
First, a translucent dielectric paste (for example, a lead glass paste manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is uniformly printed on the surface of the front glass substrate 11 on which the electrode 13a is formed by a desktop printer. Next, after the front glass substrate 11 after printing is sufficiently dried, a mesh mask having a pattern capable of sufficiently covering the patterned electrode 13a is prepared, and printing is performed according to the pattern using a desktop printer. . Next, the front glass substrate 11 is sufficiently dried and then heated and fired at an ambient temperature of 500 to 600 ° C., and then the dielectric powder in the dielectric paste is melted to form a film, and the resin solvent is fired and scattered. Thus, the dielectric layer 14 a is fixed to the front glass substrate 11.
[0074]
In this way, the thickness of each dielectric layer 14a other than the surface of the electrode 13a or the surface of the electrode 13a can be changed by adjusting the number of times of printing using the two types of printing patterns. . The method for forming the dielectric layer 14b on the back glass substrate 12 may be the same as in the first embodiment. In the present embodiment, a plurality of linear electrodes that are parallel to each other are used as the electrode 13a. However, electrodes having other electrode shapes such as a mesh shape can also be used.
(Embodiment 5)
Embodiment 5 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 schematically shows a modified example of the back substrate 12 of the first embodiment. The configuration shown in FIG. 7 is different from the configuration of the first embodiment in the shape of the phosphor layer 14b.
[0075]
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the phosphor layer 15b formed on the dielectric layer 14b of the back substrate 12 is a dielectric layer located between the electrodes 13b in a region located above the electrodes 13b. A portion 15b ′ having a thickness of 5% to 95% with respect to the thickness of the phosphor layer 15b formed on 14b. In this way, the luminance of the phosphor layer 15b can be made uniform. When the thickness of the portion 15b ′ of the phosphor layer 15b is less than 5% or exceeds 95%, the difference between the luminance of the phosphor layer 15b ′ and the luminance of the phosphor layer 15b in other portions is As a result, the luminance unevenness of the light emitting surface becomes remarkable, which is not preferable. In order to effectively suppress the luminance unevenness of the light emitting surface, it is more preferable to set the thickness of the portion 15b ′ of the phosphor layer 15b to 20% to 70%.
[0076]
The rear glass substrate 12 including the phosphor layer 15b having the configuration shown in FIG. 7 may be formed as follows.
[0077]
First, the phosphor for PDP is diluted with a resin solvent (for example, a small amount of α-terpione) and sufficiently stirred, and then this phosphor is placed on the surface of the rear glass substrate 12 on which the electrode 13b and the dielectric layer 14b are formed. Print with a printing press. At this time, the mesh part of the desktop printer has a structure in which the phosphor can be uniformly applied to the surface of the dielectric layer 14b.
[0078]
Next, after sufficiently drying the back glass substrate 12 after the above step, prepare a mesh mask having a pattern that can be applied in a range excluding the surface of the dielectric layer 14b located on the patterned electrode 13b, Subsequently, it prints according to the pattern with the desktop printer provided with such a mesh mask. Thereafter, the resin solvent is fired and scattered by heating and firing at an ambient temperature of 400 to 500 ° C., thereby fixing the phosphor layer 15b to the surface of the dielectric layer 14b.
[0079]
In this way, the thickness of the portion 15b ′ of the phosphor layer 15b and the thickness of the phosphor layer 15b in other portions are changed by adjusting the number of times of printing using the two types of printing patterns. be able to. Although the configuration using the rear glass substrate 12 has been described in the present embodiment, the present invention can be similarly applied to the configuration using the front glass substrate 11 or both the front glass substrate 11 and the rear glass substrate 12. The configuration of the front glass substrate 11 can be combined with the configuration of the fourth embodiment.
[0080]
In the present embodiment, the phosphor layer 15 has been described as an example using a phosphor for PDP. However, other luminescent substances that are excited by ultraviolet rays and emit visible light can also be used. Furthermore, in the present embodiment, a plurality of linear electrodes parallel to each other are used as the electrode 13b, but electrodes having other electrode shapes such as a mesh shape can also be used. In the present embodiment, screen printing is used as a method for forming the phosphor layer 15b on the rear glass substrate 12, but the present invention is not limited to this, and other methods can also be used.
[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first synthetic capacitance of the dielectric layer and the front phosphor layer on the front substrate is substantially the same as the second synthetic capacitance of the dielectric layer and the rear phosphor layer on the back substrate. Therefore, it is possible to appropriately control the positive and negative peak values of the lamp current, and as a result, it is possible to provide a light emitting device in which the luminous efficiency of the lamp is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light emitting device 100 according to Embodiment 1. FIG.
2 is a graph showing a relationship between luminous efficiency and lamp capacity in a lamp 100. FIG.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a light emitting device 200 according to Embodiment 2.
4 is a plan view schematically showing a configuration of a front substrate 11 in Embodiment 3. FIG.
FIG. 5 is a plan view schematically showing a configuration of a back substrate 12 in the third embodiment.
6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a front substrate 11 in Embodiment 4. FIG.
7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a back substrate 12 in Embodiment 5. FIG.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light emitting device 1000. FIG.
9A is a cross-sectional view showing a lamp 1000 having a configuration in which the front phosphor layer 115a is removed, and FIG. 9B is a diagram showing a relative luminance (%) and a rear phosphor in the configuration of FIG. It is a graph which shows the relationship with a layer film thickness (micrometer).
FIG. 10 is a diagram schematically showing a phosphor layer 115 in an enlarged manner.
11A is a cross-sectional view of the lamp 1000, and FIG. 11B is an equivalent circuit of FIG.
12 is a graph showing a relationship between a lamp voltage (200 V / div) and a lamp current (10 mA / div) in the lamp 1000. FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining a light emission process of xenon in a vacuum ultraviolet region.
[Explanation of symbols]
10 Discharge vessel
11 Front substrate (front glass substrate)
12 Back substrate (Back glass substrate)
13 electrodes
14 Dielectric layer
15 Phosphor layer (light emitting layer)
16 Noble gas (sealing gas)
17 Frit glass
18 Glass substrate spacer
19 Exhaust pipe
20 Lamp lighting power supply
30 capacitors
100 Light emitting device (flat fluorescent lamp)
110 Discharge vessel
111 Front glass substrate
112 Back glass substrate
113 electrodes
114 Dielectric layer
115 phosphor layer
116 Noble gas (sealing gas)
117 frit glass
118 Glass substrate spacer
1000 Light-emitting device (flat fluorescent lamp)

Claims

A hermetically sealed discharge vessel composed of a translucent front substrate and a rear substrate disposed opposite the front substrate;
Noble gas sealed in the discharge vessel;
Electrodes formed on the inner surfaces of the front substrate and the back substrate, respectively, to which an alternating voltage is applied;
A front dielectric layer and a back dielectric layer formed on the inner surfaces of the front substrate and the rear substrate so as to cover the electrodes;
A front phosphor layer formed on the front dielectric layer;
A light emitting device comprising a back phosphor layer formed on the back dielectric layer,
The dielectric constant of the front phosphor layer and the dielectric constant of the back phosphor layer are equal,
The thickness of the back phosphor layer is greater than the thickness of the front phosphor layer,
Of the first synthetic capacitance of the front dielectric layer and the front phosphor layer and the second synthetic capacitance of the back dielectric layer and the back phosphor layer , The capacitance of the front dielectric layer and the capacitance of the back dielectric layer are adjusted so that the value obtained by dividing the smaller one by the larger one is 1 or less and 0.86 or more. A light emitting device characterized.

By making the thickness of the front dielectric layer thicker than the thickness of the back dielectric layer, the combined capacitance of both the first combined capacitance and the second combined capacitance is small. The capacitance of the front dielectric layer and the capacitance of the back dielectric layer are adjusted so that a value obtained by dividing one by one is not more than 1 and not less than 0.86. The light-emitting device according to claim 1.

The light emitting device according to claim 1 or 2 , wherein a capacitance of the entire lamp defined by the first synthetic capacitance and the second synthetic capacitance is 1 pF / cm ^{2 to} 50 pF / cm ² .

The electrode is a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other,
The light emitting device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a total area of the electrodes on the front substrate is smaller than a total area of the electrodes on the back substrate.

The electrode is a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other,
The front dielectric layer is in the region located between the electrodes, and has 50% or less 0% or more portions of the thickness of the front dielectric layer disposed on the electrode, of claims 1 to 4 The light emitting device according to any one of the above.

The electrode is a plurality of linear electrodes or mesh electrodes parallel to each other,
The back phosphor layer formed on the back dielectric layer has a thickness of the back phosphor layer formed on the back dielectric layer located between the electrodes in a region located above the electrodes. It has a portion having a thickness of 95% or less than 5% for light emitting device according to any one of claims 1 to 5.