CN101617167A - 具备热阴极荧光灯的背光源 - Google Patents

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CN101617167A CN200880005622A CN200880005622A CN101617167A CN 101617167 A CN101617167 A CN 101617167A CN 200880005622 A CN200880005622 A CN 200880005622A CN 200880005622 A CN200880005622 A CN 200880005622A CN 101617167 A CN101617167 A CN 101617167A
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荒川刚
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Abstract

本发明提供一种具备能够降低灯周围温度的热阴极荧光灯的背光源，该背光源(100)具备热阴极荧光灯(10)和箱体(20)，构成热阴极荧光灯(10)的灯泡(12)具有近似椭圆形的截面形状，并配置为该灯丝(14)的长轴方向朝向屏幕方向(40)，灯泡(12)配置为其近似椭圆形的长轴方向(12a)朝向屏幕方向(40)。

Description

具备热阴极荧光灯的背光源
技术领域
本发明涉及具备热阴极荧光灯的背光源，特别是涉及一种大屏幕电视机或广告牌所使用的背光源。
背景技术
目前，液晶显示器的背光单元的光源主要采用冷阴极荧光灯。冷阴极荧光灯适于缩小管径，因此其适合用作要求薄型化的背光单元的光源(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：特开昭56-73855号公报
近年来，液晶显示器的大型化在不断发展，背光单元也随之趋向于大型化。受这种背光单元的大型化的影响，光源开始使用冷阴极荧光灯，由此，所使用的灯的个数的增加导致点亮电路变得复杂，而且恐怕会导致功耗的增加。
若进一步说明，则冷阴极荧光灯与其他灯相比，对其进行驱动所需要的电压(驱动电压)较大、必须使用高压电源。特别地，最近出现了画面尺寸在32英寸以上的大型液晶显示器(例如32英寸、42英寸、46英寸、65英寸或更大尺寸的液晶显示器)，灯长变得更长，相应地，驱动电压进一步高压化的倾向增大。
另外，就冷阴极荧光灯而言，施加在每1个灯上的功率小，因此为了确保画面亮度就需要多个灯，因此，部件成本增大，而且很可能导致组装作业耗时多的问题变得明显化。
在这种背景下，人们开始探讨采用比冷阴极荧光灯的效率更高、而且能够减少灯的使用个数、并能够简化点亮电路的热阴极荧光灯作为背光单元的光源。但是，作为背光源，人们对冷阴极荧光灯的开发、研究达到目前这一盛况的结果是，热阴极荧光灯的缺点没有被克服。
对于伴随着液晶显示器的大型化而日益明显化的背光单元的问题，本申请的发明人不是通过对目前占主流地位的冷阴极荧光灯进行改良来加以解决，而是尝试通过使用热阴极荧光灯来解决。
发明内容
本发明借鉴了相关的问题点，其主要目的是提供一种具备新型热阴极荧光灯的背光源，这种热阴极荧光灯即使不使用散热构件也能够获得温度下降的效果。
本发明的背光源具备热阴极荧光灯和用于存放所述热阴极荧光灯的箱体，所述热阴极荧光灯由内表面上形成有荧光体的灯泡和设置在所述灯泡内并释放出热电子的灯丝构成，所述灯泡具有近似椭圆形的截面形状，所述灯丝配置为该灯丝的长轴方向朝向屏幕方向，所述灯泡配置为所述近似椭圆形的长轴方向朝向所述屏幕方向。
在某一合适的实施方式中，至少一部分所述箱体上形成有反射板。
在某一合适的实施方式中，所述箱体的所述屏幕方向上形成有开口部，在所述开口部配置了光学片。
在某一合适的实施方式中，所述灯丝由四层线圈构成。
在某一合适的实施方式中，彼此相邻的所述热阴极荧光灯构成一对，接线连接到一个点亮电路。
在某一合适的实施方式中，所述背光源是用于直下型图像显示装置的背光源。
在某一合适的实施方式中，所述背光源是用于32英寸到46英寸的画面尺寸的液晶显示器的光源，所述箱体中配置有4到6个所述热阴极荧光灯。
在某一合适的实施方式中，所述热阴极荧光灯是标称寿命在2万小时以上的灯。
在某一合适的实施方式中，一个所述热阴极荧光灯中的一对电极之一的所述灯丝上涂敷了大于等于5.0mg的辐射体(emitter)。
在某一合适的实施方式中，所述热阴极荧光灯中的所述灯泡内的气压大于等于500Pa。
发明效果
根据本发明的背光源，构成热阴极荧光灯的灯泡具有近似椭圆形的截面形状，灯丝配置为该灯丝的长轴方向朝向屏幕方向，灯泡配置为该灯泡的近似椭圆形的长轴方向朝向屏幕方向，因此，即使不采用例如冷却风扇之类的散热装置，也可以降低灯周围的温度。其结果是，即使向大画面的图像显示装置(例如液晶显示器)中导入大输出的功率，也能够实现具备与其他结构相比可以降低灯周围的温度的热阴极荧光灯的背光源。
附图说明
图1是示意性地表示本发明实施方式中的背光源100的剖面图。
图2是示意性地表示本发明实施方式中的热阴极荧光灯10的剖面图。
图3是表示本发明实施方式中的背光源100的结构的剖面图。
图4是表示本发明实施方式中背光源100的结构的平面图。
图5是用于说明本发明实施方式中的背光源100的结构的分解透视图。
图6是表示本发明实施方式中的背光源100的变形例的剖面图。
图7(a)是表示热阴极荧光灯10(实施方式)的结构的顶视图，(b)是表示热阴极荧光灯10’(比较例)的结构的顶视图。
图8(a)和(b)是表示基于灯泡12的管面亮度(中心轴)的亮度分布结果的曲线图。
图9是表示基于各种灯的管面亮度[％]的亮度分布结果的曲线图。
图10的(a)、(b)分别是表示圆形灯泡12的铅直上侧、圆形铅直下侧的灯丝附近的管面温度[℃]的曲线图，(c)是表示圆形灯泡12侧面的灯丝附近的管面温度(平均值)[℃]的曲线图。
图11的(a)、(b)分别是表示近似椭圆形灯泡12的铅直上侧、近似椭圆形灯泡12侧面的灯丝附近的管面温度(平均值)[℃]的曲线图。
图12是表示将近似椭圆形灯泡的灯10组装到背光源之中时的温度测定结果的曲线图。
图13是表示反射板21的温度[℃]与系统输入功率[W]的关系的曲线图。
图14(a)～(d)是用于说明近似椭圆形灯泡12的制造方法的工序透视图。
符号说明
10......热阴极荧光灯
11......电极
12......灯泡(玻璃灯泡)
12a......近似圆形灯泡的长轴方向
13......引线
14......灯丝(电极线圈)
14a......灯丝的长轴方向
15......粒状玻璃
16......密封部
17......排气管
18......灯口
19......插脚
20......箱体
21......反射板
22......辅助反射板
23......反射片
24......支柱
30......光学片
31......偏转片
32......透镜片
33......漫射片
34......漫射板
40......屏幕方向
60......液晶面板
62......上遮盖
65......图像显示区域
70......点亮电路(镇流器)
72......下遮盖
75......灯座
80......圆形灯泡
81、82......模具(金属模)
100......背光源
具体实施方式
本申请的发明人认为，适合用作画面日益增大的液晶显示器所使用的背光源的灯不是目前占主流的冷阴极荧光灯(CCFL)，而是转变为与冷阴极荧光灯相比每一个灯都能够投入大输出功率的热阴极荧光灯(HCFL)，基于这一想法进行了研发。认识到这种转变的理由是因为，通过有效地利用热阴极荧光灯的“大输出”特征，能够提高液晶电视机的对比度系数，既能够实现包含动态画面在内的高画质化，与使用冷阴极荧光灯的情形相比，又能够大幅度减少用作背光源的灯的个数，可以降低成本。在上述开发过程中，本申请的发明人偶然发现了能够实现灯周围的温度下降的热阴极荧光灯的结构，而提出了本发明。
下面，参照附图说明本发明的实施方式。在以后的附图中，为了简化说明，使用相同的引用符号表示实质上具有同样功能的结构要素。此外，本发明并不限于以下的实施方式。
首先，参照图1说明本发明的实施方式中的背光源100。本实施方式的背光源100由热阴极荧光灯10和用于存放热阴极荧光灯10的箱体20构成。热阴极荧光灯10由内表面上形成有荧光体(未图示)的灯泡12和设置在灯泡12内并释放出热电子的灯丝14构成。
本实施方式的灯泡12具有近似椭圆形的截面形状。这里所说的“近似椭圆形”指的是与灯泡(玻璃管)12的中心轴垂直的截面不是圆形、而是呈扁平形状，除了椭圆之外，也包含长圆等。另外，该“近似椭圆形”也包含典型的椭圆形状，但并不必须是几何学上的椭圆形状，本实施方式的“近似椭圆形”只要是能够规定灯泡12的扁平形状的长径L1和比该长径L1短的短径L2的形状即可。本实施方式中的长径L1和短径L2分别以灯泡12的外径为基准，但并不限于外径，例如也可以将玻璃壁厚设为固定值，以灯泡12的内径规定长径L1和短径L2。在以灯泡12的内径规定长径L1和短径L2的情况下，在本实施方式的一个实例中，灯丝(电极线圈)14的轴向(长轴方向14a)的长度L与长径(长内径)L1、短径(短内径)L2相比，满足L2＜L＜L1的关系。
另外，在本实施方式的结构中，以使灯丝14的长轴方向14a朝向屏幕方向40的方式将热阴极荧光灯10排列在箱体20内。此外，热阴极荧光灯10也是以使灯泡12的长轴方向12a(即长径L1的延伸方向)朝向屏幕方向40的方式排列在箱体20内。
在本实施方式的背光源100中虽然没有使用用于降低灯周围的温度的冷却装置或散热装置(例如冷却风扇等)，但通过使灯泡12的长轴方向12a和灯丝14的长轴方向14a朝向屏幕方向40，实现了用于降低灯周围的温度的方法。其降温的效果将在后文叙述。
用于存放热阴极荧光灯10的箱体20上形成有开口部(图1中的纸面上方)20a，在该开口部20a配置光学片30。光学片30的上方配置图像显示面板(特别地，液晶显示面板)，即，图像显示面板的配置方向是屏幕方向40。换句话说，作为面状光源的背光源100的光的方向，(图像显示面板所在的方向)变成屏幕方向40。因此，如图示实例所示，在背光源100平行配置的情况下，屏幕方向40成为垂直方向(或近似垂直方向)，另一方面，在背光源100沿垂直方向配置的情况下(所谓的壁挂状态)，屏幕方向40成为水平方向(或近似水平方向)。
光学片(或光学胶片)30是由多个层重叠而构成的，由例如漫射片、透镜片、偏转片构成。箱体20的主面(这里是底面)20b位于与光学片30相向的面上。该箱体20的主面(底面)20b发挥反射板功能，具有使热阴极荧光灯10发出的光射向屏幕方向40的作用。具体而言，热阴极荧光灯10发出的光即使射向箱体20的主面(底面)20b，该光线也会被反射，穿过光学片30后射向图像显示面板的方向。
至少一部分箱体20上形成有反射板21，在本实施方式的结构中，反射板21位于箱体20的底面20b。在该实例中，位于箱体20的底面20b上的反射板21是在金属板(例如实施了电镀的铁、铝)的表面上粘贴白色树脂(例如散布着白色的氧化钛或碳酸钙而形成的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂)而形成的。另外，也可以使用树脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))构成一部分箱体20，在箱体20的底面20b上蒸镀银之类的金属，形成反射板21。从箱体20的底面20b的端部延伸出箱体20的侧面(侧壁)20c，该侧面20c的上端部规定了箱体20的开口部20a。
本实施方式的背光源100是用于直下型图像显示装置的背光源，可以用作26英寸以上(优选是32英寸以上，例如32英寸、40英寸、42英寸、46英寸、65英寸等)的液晶显示器的面状光源。在图1所示的实例中使用了4个热阴极荧光灯10，但并不限于这个数量。在本实施方式的一个合适的实例中，针对32英寸到46英寸画面尺寸的液晶显示器的面板，可以在箱体20内配置4到6个热阴极荧光灯10，使其点亮工作。
图2示意性地示出了本实施方式的热阴极荧光灯10的截面结构。本实施方式的热阴极荧光灯10被用作背光源，因此要求其使用寿命长。优选是，热阴极荧光灯10是标称寿命在1.2万小时以上的灯，更优选是标称寿命在2万小时以上或3万小时以上的灯。此外，由于以往作为显示器而广为普及的冷阴极管(CRT)装置的寿命约为20000小时，因此希望其是寿命大于等于20000小时的灯。
寿命的定义中主要有2个要素，其一是灯的亮度的衰退率(所谓的亮度保持率)，其二是不亮(不点亮)。如果设想其被用作背光源，则限制热阴极荧光灯的寿命的因素就是电极灯丝中形成的热电子放射性物质(辐射体)的枯竭所造成的不亮。为了推断其寿命，在规定的点亮条件(在灯的额定电流下进行连续点亮试验)下对多个灯进行寿命试验，依次对点亮达到一定时间(例如100小时、500小时、1000小时、2000小时、5000小时)后的灯通过破坏或不破坏而随时测定辐射体的残余量，并测定从初始开始的消耗量(消耗速度)。基于这些结果，描绘出点亮时间与辐射体消耗量(或辐射体残余量)的关系，利用一元函数进行拟合，就能够推断出寿命。此外，标称寿命是基于所述的取得数据，并考虑了消耗量的偏差、测定偏差、制造偏差(都是以标准偏差的3倍、即3σ为基准)而确定的。
图示说明的热阴极荧光灯10是由直管状的玻璃灯泡12和配设在玻璃灯泡12两端的一对电极11构成的。
玻璃灯泡12是钠钙玻璃制成或硅酸锶钡(软化点为675℃的软质玻璃)制成的。如果对灯泡12的尺寸进行示例的话，则用于32英寸的灯泡12的外径为12mm、壁厚为0.8mm、长度为730mm。用于45英寸的灯泡12的外径为12mm、壁厚为0.8mm、长度为1010mm。用于65英寸的灯泡12的外径为25.5mm、壁厚为0.8mm、长度为1499mm。用于105英寸的灯泡12的外径为38mm、壁厚为0.9mm、长度为2367mm。此外，灯泡的壁厚也可以设定为1.0mm。
玻璃灯泡12的内表面上涂敷了荧光体(未图示)。更具体地，玻璃灯泡12的内表面12b上形成有由氧化铝构成的保护膜，该保护膜上层叠了荧光体层。构成荧光体层的荧光体可以使用由发出例如红色(Y2O3:Eu)、绿色(LaPO4:Ce，Tb3)和蓝色(BaMg2Al16O27:Eu，Mn)各色光的稀土类荧光体混合而成的荧光体。此外，荧光体也可以使用其他的稀土类荧光体。例如，红色可以是(Y，La)2O3:Eu或3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn，绿色可以是CeMgAl11O19:Tb或GdMgB2O10:Ce，Tb，蓝色可以是(Sr，Ca)10(PO4)6C12:Eu。
玻璃灯泡12内封入了水银和稀有气体。在本实施方式中，玻璃灯泡12内封入了约5mg水银(未图示)和作为缓冲用稀有气体的、在常温下压力约为500Pa的氩(Ar)气。此外，封入灯泡12内的水银除了水银单体之外，也可以是锌汞、锡汞、铋、铟汞等汞合金形态。
另外，稀有气体中氩(Ar)的混合比率除了100％之外，也可以混合氩(Ar)和氪(Kr)。氪(Kr)的混合比率(分压比)为例如20％～60％，作为一个实例，可以使用氩∶氪＝50％∶50％的混合气体(气压600Pa)。
本实施方式中的电极11是由灯丝14、用于支承灯丝14的一对引线13、用于支承这一对引线13的粒状玻璃15构成的。粒状玻璃15也称为珠托(bead mount)。图示说明的电极11是所谓的粒状玻璃托架方式的电极。
灯丝14是钨制的，在本实施方式中，为了获得长寿命的灯，采用复杂的线圈形状以便增加辐射体涂敷量。即，在粗钨线的周围覆以松弛卷绕的细钨线，形成长笼状结构体，然后对该结构体进行螺旋状缠绕，形成所谓的双层线圈。灯丝14是将所述双层线圈再一次进行螺旋状缠绕而形成的三层线圈，或者对所述三层线圈继续进行螺旋状缠绕而形成的四层线圈。如果灯丝14是三层线圈，则第3层线圈是5～7匝的电极线圈。而如果灯丝14是四层线圈，则是2～4匝的电极线圈。
涂敷在灯丝14上的辐射体是例如锶、钙、钡的氧化物。在本实施方式中，为了实现长寿命的灯，在灯丝14上涂敷较多的辐射体量，在本实施方式中，每一个热阴极荧光灯10的一对电极之中的一个灯丝14上涂敷了5.0mg以上的辐射体。此外，如果不采用100％的氩构成稀有气体，而是在其中以规定比率混入原子量比氩大的氪，则辐射体变得难以从灯丝14中飞散出去，该技术意味着灯寿命的延长。
图示说明的电极11被玻璃灯泡12的密封部16收缩密封。另外，玻璃灯泡12的至少一个端部上密封着排气管17。该排气管17用于对灯泡12进行排气或向其中封入稀有气体，在排气、封入完成后即被密封。此外，如果在灯泡12的两端而不是一端设置排气管17，则具有能够高效地进行排气和气体封入的优点。另外，由此也能够降低灯泡12内部的杂质比例。
玻璃灯泡12的端部设置有覆盖密封部16或排气管17的灯口18。此外，从密封部16向外延伸出来的引线13与灯口18的接线方法只要根据灯10的规格适当确定即可。例如，既可以在灯口18的端面(位于纸面的左侧和右侧的端面)上配置用于安装到背光单元上的插脚，并对该插脚与引线13进行连接，或者也可以将用于安装的插脚配置在灯口18的一部分侧面(例如，纸面正面的一部分圆筒)，并与该插脚进行连接。
热阴极荧光灯10是应用了低压水银蒸汽放电的灯，玻璃管的直径和长度根据灯的功耗而设计，可以是直管和环形、U字形等。管的内壁面上涂敷了荧光体，荧光体与玻璃之间加入了用于防止因化学反应而特性变差的保护膜(氧化铝或石英粉末等)。作为电极的灯丝通常是双层或三层钨线圈，灯丝上涂敷了作为电子放射性物质的辐射体。管内封入了液体水银(或汞合金、合金)和作为缓冲体的稀有气体。稀有气体通常大多使用氩，但根据灯结构和种类的不同，有时候也使用氪或氖等的混合气体。
发光原理是，只要保持通过放电(以及使用对电极进行加热的其他方法)从涂敷了电子释放物质的电极释放出热电子的温度就能够供给电子从而维持弧光放电(这是与冷阴极差异较大的地方)。将因该放电而产生的水银原子的转移光谱之中主要是254nm的紫外线用作荧光体的激发光线，就可以将其转化为可见光加以利用。
即，按照这种方式构成的热阴极荧光灯中，电极结构起到非常重要的作用，此外，该电极的寿命限制了灯的寿命。通常，该电极上涂敷的辐射体会随着长时间的点亮而枯竭，因此，具有一般的热阴极的荧光灯的标称寿命为6000小时～18000小时，达不到直接用于液晶电视机等的背光源所要求的寿命。为了将热阴极的荧光灯应用为背光源，实现长寿命是不可回避的开发课题。长寿命化的开发要素在于如何抑制辐射体的消耗量(消耗速度)并在初始就在灯丝上形成较多的辐射体材料。
为了抑制辐射体的消耗量，可以提高所封入的稀有气体的压力、或者在稀有气体中使用大原子量的气体(例如氪或氙)、或者提高其混合比率。由此，能够抑制电极中的辐射体因发热而蒸发、因启动时或再次点亮时产生的离子冲击而飞散。另外，为了在初始就涂敷较多辐射体量，可以通过增加灯丝的匝数、增大卷绕直径和全长，从而能够承载更多的辐射体，由此可以确保寿命。
但是，使用这些手段虽然能够实现长寿命，但另一方面，会出现灯的电极周围的管面温度升高(对光学部件的温度影响风险增大，即，既产生了因发热而导致的机械应力，同时又促进了化学反应，导致黄化等变色以及由于氧化等而引起的强度降低)这样的新课题。缓冲气体的压力增加将通过灯管内的气体的热传导而更容易地将温度最高的灯丝的热传导到管壁，起到提高管面温度的作用。
另外，就稀有气体的种类而言，与一般照明用的荧光灯中通常使用的氩相比，氪或氙的质量(原子量)更大、不容易形成对流，因此，难以在灯管内将灯丝产生的热进行循环，而容易在局部形成高温场所。进而，电极的灯丝的大型化导致从作为热源的灯丝到玻璃管壁的距离更近，容易进行热传导。同时，如果考虑通过辐射进行热传导，则从接收热量的玻璃面朝外的立体角度较大，因而辐射热传导也较大。
再加上，灯丝大本身意味着散热面积大，意味着作为热阴极的温度难以上升。在调光时仅靠灯的主放电难以获得达到足够温度所需的能量，因此，为了保持足够的灯丝温度从而在稳定点亮时也能释放出热电子，除了向电极供给灯的主放电之外还必须始终向灯丝供给电能。其结果是，灯丝附近的灯管面温度会升高，因而需要对其周边部件采取降温对策。
一般地，组装在背光单元中的灯周围大量使用了用来满足光学性能的树脂制成的光学片、薄膜等，这些部件的耐热性不高。因此，如果将热阴极荧光灯组装为背光源，就会提前因灯电极附近的管面热负载而导致着色(变黄)或弯曲、翘曲，性能显著下降。如果为了实施热对策而加大热源即灯与光学片之类的部件之间的距离，则背光单元就会变厚，既损失了电视机的薄型设计，又会因光源与被照面的距离远而导致被照面的亮度降低(照度的逆平方法则)。或者，如果谋求光学片的高耐热性或添加采用了散热片或冷却风扇的散热装置，都将导致成本增加。
在本实施方式中，灯泡12具有近似椭圆形的截面形状，灯丝14配置为其长轴方向14a朝向屏幕方向40，同时，灯泡12配置为其近似椭圆形的长轴方向12a朝向屏幕方向40，因此，即使不引入例如冷却风扇之类的冷却装置、散热装置，也可以降低灯10的周围温度。此外，灯丝14的长轴方向14a可以由灯丝14和用于支承灯丝14的一对引线13的连接点来确定。另外，灯泡12的长轴方向12a可以通过例如使用游标卡尺测量灯泡的外径来确定。
通常，反射板21和光学片30都比其他构件的耐热性低，因此，在大画面图像显示装置(例如液晶显示器)中，在投入大输出功率的情况下，必须回避伴随着灯温度上升而产生的反射板21、光学片30的耐热性问题。因此，要么无法投入大输出功率，要么必须在背光源中设置冷却装置、散热装置(冷却风扇等)。此外，这是导致背光源中应用了热阴极荧光灯的液晶TV难以商品化的主要原因。
另一方面，在本实施方式的结构中，即使不设置这种冷却风扇也能够实现灯周围温度的降低，因此，能够简化背光源的结构，并回避成本升高的问题。因此，根据本实施方式的结构，能够实现背光源100，该背光源100具备可以降低包含光学部件的灯周围的温度的热阴极荧光灯10。
下面参照图3至图5详细叙述本实施方式的背光源100的结构的一个实例。图3和图4分别是表示本实施方式的背光源100的结构的剖视图和顶视图。图5是用于说明本实施方式的背光源100的结构的分解透视图。
在图示结构中示出了配置了6个本实施方式的热阴极荧光灯10的实例。该实例中成为箱体20的一部分的反射板21由金属板(例如实施了电镀的铁制或铝制)构成，其厚度为1.5mm。反射板21的一部分弯曲成凸状(三角形)，构成了辅助反射板22。包含辅助反射板22在内的反射板21的上表面(箱体的主面20b)上形成有反射片23。反射片23由散布着白色的氧化钛(或碳酸钙)而形成的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂层构成，其厚度为2.0mm。辅助反射板22的一部分顶点(或棱线)上形成有用于支承光学片30的下表面的支柱24。支柱24是白色树脂制成的。此外，背光源100的高度H(从反射板21的上表面到光学片30所在的面的高度)为例如27mm。
在背光源100的反射板21的下方配设了点亮电路(镇流电路或镇流器)70。在该实例中，各灯10中设有1个点亮电路70，因此，6个灯10中使用了6个点亮电路70。点亮电路70与灯10电气式连接，并具备调光功能。在反射板21下面设有下遮盖72，存放着点亮电路70。下遮盖72由厚度为1.5mm的金属板构成。下遮盖72与反射板21之间的空间内配设了例如布线。此外，背光源100中也可以不设置下遮盖72，在此情况下，可以预先将点亮电路70配置在液晶显示器(例如液晶电视机)的箱体内。
另外，在反射板21的端部设有用于支承灯10的灯座75。灯座75是例如白色树脂制成的。此外，背光源100的箱体的开口部20a上配置有光学片30。在该实例中，光学片30自上而下依序包含：偏转片31(住友3M公司制造的DBEF(Dual Brightness Enhancement Film：双层增亮膜)、厚度0.440mm)、透镜片32(厚度为0.155mm)、漫射片33(厚度为0.113mm)、漫射板34(厚度为2.0mm)。也可以在漫射板34的下表面上进一步设置透镜片。
进而，在光学片30之上配设液晶面板(例如厚度约为2mm)60，并以覆盖该液晶面板60和光学片30的方式配设上遮盖62。上遮盖62由例如厚度为1.5mm的金属板构成。此外，该实例中的图像显示区域65(参照图4)大小为1018mm×573mm，但当然并不限于这一尺寸，也可以是其他尺寸。另外，灯10的密封部16周围被覆盖为边框区域，用于隐藏灯10的非点亮部位，使该非点亮部位无法从外部看到。
图6表示本实施方式的背光源100的变形例。图6所示的结构实例与图1所示的结构基本相同，其不同点在于，2个热阴极荧光灯10共用了1个点亮电路(镇流器)70。本实施方式的热阴极荧光灯10采用了灯丝14的长轴方向14a朝向屏幕方向40的结构(即灯丝14纵向放置)，因此，即使在将2个热阴极荧光灯10连接到1个点亮电路70进行使用的情况下，也能够像图示那样简便地进行连线。
如果按照图6所示的实例那样由2个热阴极荧光灯10共用1个点亮电路(例如包含逆变器的电路)70，则在图3所示的结构实例中，点亮电路70的使用个数就减半为3个。按照这种方式，通过点亮电路70的共用，其使用个数减少，因此能够降低成本。
此外，在图6所示的结构中示出了在反射板21上形成了辅助反射板22的箱体20。如果在平坦的反射板21上设置辅助反射板22，则能够控制(布光控制)灯放射出来的光的方向，能够消除灯与灯之间的“暗角”，其结果是，能够提高背光源100的均匀性、减弱热阴极荧光灯10分别单独发出强亮度光的印象。
下面参照图7至图13详细叙述本实施方式的背光源100的灯周围温度的下降效果。
本申请发明人研究了如图7(a)所示那样将灯丝14纵向放置的热阴极荧光灯10(本实施方式)与如图7(a)所示那样将灯丝14横向放置的热阴极荧光灯10’(比较例)的效果差异。
图7(a)示出了本实施方式的热阴极荧光灯10的结构，将灯丝14纵向配置，也就是，将灯丝14的长轴方向(14a)配置为朝向屏幕方向40。这里，从灯座75的外沿(基准线)到外侧的长度L1(边框长，所谓的非显示面)为30mm，从该基准线到灯丝14的距离L2为8mm。此外，在图示的结构实例中，从密封部16延伸出来的引线(延长部)13e电气式连接到安装在灯口18的插脚19，通过该插脚19就能够电气式连接到点亮电路(未图示)。
另一方面，图7(b)所示的热阴极荧光灯10’是将图7(a)所示的热阴极荧光灯10旋转至其灯丝14的长轴方向成为横向状态而形成的，其他结构、尺寸、点亮条件相同。即，图7(b)所示的热阴极荧光灯10’的灯丝14的长轴方向相对于屏幕方向40成直角。图7(a)和(b)所示的灯10、10’都是灯丝14位于图像显示区域(液晶显示区域或单元光学系统)65内。
本申请的发明人首先针对亮度分布研究了两者(灯10、10’)的不同。这里，改变单个(1个)热阴极荧光灯10的视线方向，观测灯10(纵向放置，实施方式)和灯10’(横向放置，比较例)的不同。
在热阴极荧光灯10中沿着灯丝14的长轴方向14a设定视线方向，计测灯泡12的管面亮度(中心轴)，在图8(a)中将其结果表示为线(a)。另一方面，相对于灯丝14的长轴方向14a垂直地设定视线方向，计测灯泡12的管面亮度(中心轴)，其结果表示为线(b)。此外，如果以屏幕方向为基准，则线(a)的结果对应于图7(a)所示的结构实例的结果，而线(b)的结果则对应于图7(b)所示的结构实例的结果。
根据图8(a)可知，即使改变与灯口端的距离[mm]，也没有发现两者的管面亮度(中心轴)[cd/m2]有明显的差异。对此，即使将管面亮度(中心轴)按照图8(b)所示方式换算为百分比进行描述也没有变化，同样地没有发现明显的差异。
接着，如图9所示，以圆形灯泡的热阴极荧光灯的管面亮度(线c)为基准，对从具有近似椭圆形灯泡的灯的长径方向观察到的管面亮度(线a)和从具有近似椭圆形灯泡的灯的长径方向观察到的管面亮度(线b)进行比较，根据该研究，没有发现明显的差异。此外，图9中的横轴是从插座端开始的距离[mm]，纵轴是以中心为100％时的管面亮度[％]。
因此，无论是具有圆形灯泡的灯还是具有近似椭圆形灯泡的灯，由于亮度分布不受视线方向影响而变化，因此进一步可以认为从光学角度来看技术上没有显著的特征。此外，图8、图9中的测定值(亮度分布)参差不齐是由于组装在测定系统中的CCD摄像头所拾取的噪声与由荧光膜面的涂敷斑点所造成的亮度不均相叠加的结果。
进而，将具有圆形灯泡的热阴极荧光灯10、10’组装到背光源中，观测两者(10、10’)的管面温度的差异。在背光源的壁挂状态下计测管面温度。因此，在图7(a)所示的结构实例(实施方式)中，灯丝14的长轴方向14a处于水平方向，在图7(b)所示的结构实例(比较例)中，灯丝14的长轴方向14a处于垂直方向。
图10表示的是对灯(10、10’)的灯泡12中的各侧面(左侧和右侧)的灯丝14附近的管面温度[℃]进行计测所得结果的平均值(左侧温度和右侧温度的平均值)。图10的横轴是投入到灯中的功率(Wla[W])，纵轴是温度(Tbulb[℃])。在图10的线(a)和(b)的结果中没有发现明显差异。
因此，就热阴极荧光灯10、10’的光学特性、热特性而言，不能说两者存在差异，本申请的发明人作出的结论是，在图7(a)和(b)所示的结构实例中，找不出作为背光源来说称得上是有利特征的差异。
但是，如果将圆形灯泡的灯更换为近似椭圆形灯泡的灯并进行图10所示的实验内容，则发现了明显的差异。其结果如图11所示。
与图10所示相同，图11表示的是对近似椭圆形灯泡12中的各侧面(左侧和右侧)的灯丝14附近的管面温度[℃]进行计测所得结果的平均值(左侧温度和右侧温度的平均值)。
在图11中可以观测到，线(a)的管面温度比线(b)的管面温度低大约20℃～10℃。这里，管面侧面是与反射板21和光学片30相向的面，因此，这一显著的温度下降对于耐热性较差的反射板21和光学片30来说非常有利于其耐久性和保持其光学特性。
另外，将近似椭圆形灯泡的灯组装到背光源中进行温度测定，其结果表示在图12中。根据图12可知，线(a)的管面温度[℃]比线(b)的管面温度[℃]低约20℃。此外，图12中的纵轴是电极附近的管面温度(与相向面的平均值)[℃]，横轴是进行调光时的系统输入功率[W]。
此外，图13示出在将近似椭圆形灯泡的灯组装到背光源中的情况下反射板21的温度[℃]与系统输入功率[W]的关系。系统输入功率[W]在130W附近表示的是实验中所使用的背光源中占空(Duty)比约为100％的调光状态，此外，在80W附近表示的是占空比为40％或不足40％的调光状态。
如图13所示，如果在占空比大于等于40％以上的范围内对线(a)和(b)进行比较，则在本实施方式的结构中，确认发现反射板21的温度下降效果约为13℃，而在占空比不足40％的范围内观测到温度下降效果达到约为25℃。此外，在线(a)和(b)的结构中，灯泡管面和反射板的距离都相同。
通常，为了获得某种程度的温度下降(例如10℃或更高的温度下降)效果，不得不导入冷却风扇之类的专用部件或放弃大幅度的灯功率投入。即，无法回避反射板21或光学片30的耐热性问题，即使想要提高灯亮度，10℃的温度上升将变成临时的瓶颈(即设计上的制约条件)，不得不增加冷却部件(例如冷却风扇)、或者大幅度改变背光源的热设计、或者放弃提高灯输出(亮度)。
但是，根据本实施方式的结构，将近似椭圆形灯泡12的长轴方向12a和灯丝14的长轴方向14a与屏幕方向40相一致，通过采用这种结构，就能够实现灯周围温度(特别是反射板21和光学片30的温度)的下降效果。因此，无需新增加部件成本或热设计的开发成本就能够实现温度下降的效果，带来非常大的技术贡献。
另外，如果采用本实施方式的结构，即使导入冷却、散热装置，也能够利用本实施方式的冷却效果，因此，能够导入简便或廉价的装置，或者即使在改变热设计的情况下，也可以提高通过细微的变更即可满足要求的可能性。因此，在这一点也有其技术价值。
本申请的发明人在考察为什么采用本实施方式的结构能够产生温度下降效果时发现了以下的假说。
当灯管截面是椭圆形之类的扁平形状时，如果灯丝的长轴方向位于椭圆的长径方向，则从椭圆的扁平面(曲率小的曲面)观察到的热源即灯丝的立体角较大，容易接收通过热辐射进行的热传导。即，灯的管面温度升高。反之，如果从椭圆的曲率大的曲面观察，则成为热源的灯丝的立体角较小，不容易接收通过热辐射进行的热传导。即，管面温度降低。
此外，椭圆的扁平面与曲率相对较大的管面相比，散热(传热)面积大，与高管面温度相互作用，热通量增大。即热量转移大。如果这种热量转移大的椭圆的扁平面(上述灯丝的长轴方向平行于扁平面配置的条件)朝向屏幕方向，则热量向耐热性低的光学片、薄膜类的转移量增大，导致片类的温度上升。反之，如果使热量转移少的椭圆形灯的曲率大的面朝向屏幕方向，则能够降低片类的温度。取而代之，热量向灯座的转移增大，但灯座可以采用耐热性较高的树脂(例如PET或PBT等工程塑料)，形状等的设计自由度也较高，可以认为不容易出现问题。
因此，通过对这些椭圆形灯中的灯丝配置和灯在背光单元中的组装配置进行组合，就能够适当地设计出背光单元的温度。
另外，近似椭圆形灯泡12的长轴方向12a和灯丝14的长轴方向14a即使不是严格地与屏幕方向40一致，只要大致朝向该方向，就能够获得上述温度下降效果。因此，即使灯丝14的长轴方向14a在规定角度(例如±10°)的范围内偏离屏幕方向40，也相当于本实施方式的结构中所说的“朝向屏幕方向”。
此外，上述本实施方式中的灯泡12的形状，即“近似椭圆形”并不意味着包含：截面通常被制作成圆形的灯泡12因制造工艺上的误差(公差)而发生偏离形成的、虽然被称为圆形但并不是几何学意义上的圆形的形状。不过，可以利用典型的制造工艺，以圆形的灯泡为基础提高其扁平率，制作出本实施方式中的近似椭圆形灯泡。本实施方式中的椭圆形灯使用了长径L1/短径L2的值为1.6的灯，典型的是使用1.2≤(L1/L2)≤1.8范围内的灯。
为了制作本实施方式中的近似椭圆形的灯泡12，可以采用例如图14(a)至(d)所示的工艺。具体而言，如图14(a)所示，准备圆形截面的灯泡(玻璃灯泡)80，将该灯泡80加热后配置到近似椭圆形的中空模具(金属模具)81、82之间。模具81、82是例如不锈钢制成的。接着，如图14(b)所示，利用模具81、82包夹着灯泡80使其变形，形成如图14(c)所示的近似椭圆形的灯泡12。最后，去掉模具81、82后，即得到本实施方式的近似椭圆形灯泡12。此外，可以在适当的阶段形成涂敷在灯泡12内表面上的氧化铝或荧光体。或者，制作出圆形灯之后对其进行加热，使灯的玻璃软化后进行冲压加工，也能够制作出近似椭圆形灯泡12。
以上根据具体实施方式对本发明进行了说明，但这些描述并不是限定事项，当然也可以作出各种变更。另外，如上所述，本发明的实施方式中的背光源合适用于例如32英寸以上的大画面液晶TV，但并不限于此，也可以应用于中型(例如26英寸～14英寸)的液晶TV。
进而，即使是标称寿命(或平均寿命)低于1.2万小时的灯或背光源，也能够获得本发明实施方式中的灯周围温度下降效果的优点，因此也可以应用于该用途。此外，并不限于液晶TV，也可以应用于其他图像显示装置(特别是大画面图像显示装置)的背光源中，或者也可以应用于广告牌的背光源。
工业实用性
根据本发明，能够提供一种具备可以降低灯周围的温度的热阴极荧光灯的背光源。

Claims (10)

1.一种背光源，其特征在于，具备：
热阴极荧光灯；和
用于存放所述热阴极荧光灯的箱体，
所述热阴极荧光灯由内表面上形成有荧光体的灯泡和设置在所述灯泡内并释放出热电子的灯丝构成，
所述灯泡具有近似椭圆形的截面形状，
所述灯丝配置为该灯丝的长轴方向朝向屏幕方向，
所述灯泡配置为所述近似椭圆形的长轴方向朝向所述屏幕方向。
2.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
至少一部分所述箱体上形成有反射板。
3.如权利要求1或2所述的背光源，其特征在于，
所述箱体在所述屏幕方向上形成有开口部，
在所述开口部配置了光学片。
4.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
所述灯丝由四层线圈构成。
5.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
彼此相邻的所述热阴极荧光灯构成一对，接线连接到一个点亮电路。
6.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
所述背光源是用于直下型图像显示装置的背光源。
7.如权利要求6所述的背光源，其特征在于，
所述背光源是画面尺寸为32英寸至46英寸的液晶显示器所使用的光源，
在所述箱体中配置了4到6个所述热阴极荧光灯。
8.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
所述热阴极荧光灯是标称寿命在2万小时以上的灯。
9.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
一个所述热阴极荧光灯中的一对电极之一的所述灯丝上涂敷了大于等于5.0mg的辐射体。
10.如权利要求1所述的背光源，其特征在于，
所述热阴极荧光灯中的所述灯泡内的气压大于等于500Pa。
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