JP2000149869A

JP2000149869A - 平板型光源、情報機器および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000149869A
Application number: JP10317226A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shinada; 眞一品田; Yoji Arai; 要次新井; Ryoichi Masaki; 良一真先; Masashi Tsuchiya; 正志土屋; Yasushi Ikuta; 靖生田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の平板型光源は、水銀蒸気を利用してい
るため光出力や電圧などの特性が温度によって大きく変
化する問題があった。特に低温になると大幅な輝度の低
下や始動電圧の上昇等が起きると共に、短寿命になる問
題もあった。【解決手段】透光性を有する前面板と背面板とを略平
行に位置させて断面が扁平状の放電空間を有する密閉容
器を構成し、前記前面板の内面に第一および第二の放電
電極を設け、前記放電電極の表面を覆って誘電体層を設
け、前記密閉容器の内面に蛍光体を塗布し、内部にアル
ゴンとキセノンの混合ガスが封入された平板型光源にお
いて、前記アルゴンとキセノンの混合ガスにおけるキセ
ノンの混合比を７％以上３８％以下にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板型光源、情報機
器および液晶表示装置に関し、平面状に発光する放電装
置等の平板型光源、例えば液晶パネル等のバックライト
が必要な表示素子を使用するビデオカメラ、デジタルカ
メラ、テレビ、ゲーム機やカーナビゲーションシステム
等の情報映像機器やワープロ等のＯＡ機器、若しくは光
源を内蔵した表示システム等における平板型光源、平板
型光源を用いた照明装置および液晶表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルは薄型軽量でありかつ低消費
電力であるため、ビデオカメラ等の携帯用機器やパソコ
ン、テレビ等各種の情報映像ディスプレイとして広く利
用されている。しかし、液晶自体は発光素子でなく、表
示のためには液晶パネルの背面から光を供給するバック
ライトが必要である。通常用いられているバックライト
は、水銀と希ガスを封入した冷陰極蛍光ランプとアクリ
ル樹脂の導光体を組み合わせたものが主であるが、携帯
用の液晶表示装置のバックライトとして小電力の平板型
放電ランプも使用されている。

【０００３】図５は、例えば特公平９ー１１５４８３号
公報に記載されている従来の平板型光源の断面図であ
る。図に示すように、ソーダガラス等からなる透光性の
前面板２と、ソーダガラスやセラミック等からなる背面
板９と側板１０とが、例えば低融点ガラス（図示せず）
で一体に気密封着され、扁平状の密閉容器１が構成され
ている。発光面となる前面板２の内面には互いに平行な
一対の放電電極４、５が放電空間８の互いに離間した第
一および第二の辺に位置し、かつ長さ方向全体に渡って
設けられており、さらに放電電極４、５の表面には誘電
体層１１が形成されている。背面板９の内面には蛍光体
７が塗布され、放電空間８には水銀と始動用ガスとして
アルゴン等の希ガスが封入されている。本構造による平
板型光源は、両電極４、５間に高周波電圧を印加するこ
とにより放電空間８内に水銀放電が発生し、これにより
蛍光体７が励起されて発光し、前面板を通して外部に放
射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の平板型光源は水
銀放電で発生する紫外線により蛍光体を励起発光させて
いるため高輝度、高効率の特徴を有している。しかし、
水銀蒸気を利用しているため光出力や電圧などの特性が
温度によって大きく変化する問題があった。特に低温に
なると大幅な輝度の低下や始動電圧の上昇等が起きると
共に、短寿命になる問題もあった。

【０００５】前記した温度特性改善のために、例えばキ
セノンを封入した希ガス蛍光灯等が開発されているが、
平板型光源の場合、単にキセノンやキセノンの混合ガス
を適当に封入しただけでは放電が収縮し、放電空間全体
に渡って均一に放電せず、平面状の発光が得られない問
題があった。本発明の目的は上述した課題を解決するた
めになされたもので、周囲温度に影響されない発光特性
を有し、始動時から輝度変化が少なく高輝度で均一な発
光面を有する平板型光源を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による平板型光源は、透光性を有する前面板と
背面板とを略平行に位置させて断面が扁平状の放電空間
を有する密閉容器を構成し、前記放電空間の互いに離間
した第一および第二の辺に所定の長さに渡って第一およ
び第二の放電電極を設けた平板型光源において、前記密
閉容器の内部に封入されたガスはアルゴンとキセノンの
混合ガスであり、前記アルゴンとキセノンの混合ガスに
おけるキセノンの混合比を７％以上３８％以下にする。
また、前記混合ガスのキセノン混合比をＭ（％）とし、
混合ガスの封入圧力をＰ（Ｐａ）としたとき、（−１
７．３×Ｍ＋２２１０)≦Ｐ≦（−７４．７×Ｍ＋５９
６０)の圧力範囲になるよう密閉容器内に封入する。

【０００７】また、前記第一および第二の放電電極の表
面を覆って誘電体層を設ける。また、前記放電電極を前
記放電空間の辺の長さ方向ほぼ全長に渡って設ける。ま
た、前記放電電極を複数個に分割する。また、前記放電
空間の高さを１．３mmから３mmとする。また、前記密閉
容器の内面に蛍光体を塗布する。

【０００８】この場合、前記外部電極と内部電極の間に
矩形波かパルス電圧を印加して高周波放電を行わせる。

【０００９】本発明の平板型光源は、液晶表示装置のバ
ックライトとして有効であるが、直接照明装置の光源と
しても使用できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は本発明による平板型光源の一実施例
を示す断面斜視図である。図に示すように、ソーダガラ
ス等からなる透光性の前面板２と、ソーダガラスやセラ
ミック等からなる浅皿形の背面板３とが、例えば低融点
ガラス（図示せず）で略平行に位置するよう一体に気密
封着され、扁平状の放電空間８を有する密閉容器１が構
成されている。発光面となる前面板２の内面には互いに
略平行な第一および第二の放電電極４、５が放電空間８
の互いに離間した第一および第二の辺に沿って長さ方向
全体に渡って設けられており、さらに放電電極４、５の
表面には誘電体層６が形成されている。前面板２と背面
板３の内面には蛍光体７が塗布され、放電空間８にはア
ルゴンとキセノンの混合ガスが封入されている。発光面
の大きさは、例えば２．５インチ液晶用のバックライト
に用いる場合５２mm×４０mmで、この時、電極間距離は
約５４mm、放電空間８の高さは１．８mmである。

【００１１】本構造による平板型光源は、両放電電極
４、５間に電圧を印加することにより放電空間８内に希
ガス放電が発生し、キセノンから放射される紫外線によ
り蛍光体７が励起されて発光し、前面板を通して外部に
放射される。

【００１２】前記した構造の平板型光源にアルゴンーキ
セノン混合ガスを封入し、放電電極４、５に周波数１６
ｋＨｚの略矩形のパルス電圧を印加して点灯させた場合
のキセノン混合比と発光輝度の関係は、キセノンの混合
比を増やすに従って輝度は増加するが、３０％以上でほ
ぼ飽和する。キセノンの混合比が３８％までは封入圧力
を適当に選べば放電は放電空間８内全体に広がり全面均
一な発光が得られる。しかし、これを越えてキセノンの
混合比を増やすと封入圧力や放電電力によらず放電が収
縮して全面発光しない。また、７％より少ない混合比で
はキセノンの量が少なすぎて輝度が急激に減少し、実用
的な明るさが得られなくなる。従って、前記構造の平板
型光源に封入するアルゴンーキセノン混合ガスのキセノ
ン混合比は７％以上、３８％以下が最適な範囲である。

【００１３】前記駆動条件では印加する電圧としてパル
ス電圧を用いたが、これに限らず矩形波の高周波電圧を
印加しても良い。また、周波数も１０ｋＨｚから１００
ｋＨｚ位まで使用できる。

【００１４】放電空間の高さは１．３mm以上あれば放電
空間全面均一に発光する。但し、１．３mmより狭くなる
と条件によっては放電が集中して均一に発光しない場合
がある。また、高さが３mmより高くなると放電が蛍光体
から離れすぎるため輝度が低下することや、密閉容器１
が厚くなり、平板型光源の特徴がなくなってくる。これ
らから、放電空間８の高さは１．３mmから３mmが望まし
い。

【００１５】放電電極の長さは前記実施例では放電空間
８の辺の全長とほぼ同じ長さとしたが、これに限らず多
少短くても良いし、放電空間の辺より長く封着部分にま
で形成されていても良い。また、発光面が大きくなると
放電電極が長くなるが、放電電極があまり長くなると放
電電流が多くなり駆動回路の電流容量が大きくなる。駆
動回路の電流容量が大きくなると放熱やコスト高になる
などの問題がでてくるので、この場合は放電電極を適当
な数に分割して形成すると１ヶの電流は少なくなるので
回路を簡単にできる。

【００１６】図２はキセノン混合比、封入圧力と安定動
作範囲の関係を示す特性図である。

【００１７】安定で均一な発光が得られる封入圧力範囲
はキセノン混合比によって変化し、その上限と下限はほ
ぼキセノンの混合比に逆比例する関係にあり、直線Ａと
直線Ｂで表される。

【００１８】ここで、封入圧力をＰ（Ｐａ)、キセノン
混合比をＭ（％）とすると、上限の直線ＡはＰ＝（−７４．７×Ｍ＋５９６０) 下限の直線ＢはＰ＝（−１７．３×Ｍ＋２２１０) となる。

【００１９】直線Ａより高い封入圧力では、入力を１Ｗ
以上に増やさないと全面に放電が広がらなくなり、発光
面周辺の輝度も低下し均一性が悪くる。また、発光効率
も大幅に低下し、点灯時に発光面が高温になるなど携帯
用機器のバックライトとして使用出来なくなる。直線Ｂ
より封入圧力が低くなると放電が収縮して線状になり全
面均一に発光しなくなる。

【００２０】キセノンの混合比は前記した実験結果か
ら、７％から３８％の間が良く、これと図２の結果を加
えて、本発明によれば、平板型光源でアルゴンーキセノ
ン混合ガスを封入した場合、高輝度、高効率で安定に動
作する範囲は、（−１７．３×Ｍ＋２２１０)≦Ｐ≦（−７４．７×Ｍ
＋５９６０) 但し、（７％≦Ｍ≦３８％）となる。

【００２１】図３はキセノン混合比をパラメータにし
た、混合ガスの封入圧力と発光効率の関係を示す特性図
である。入力電力は０．７Ｗ一定の条件で、発光効率は
相対値で示してある。発光効率は、各キセノン混合比に
対して最適圧力があり、例えば、キセノン３０％の場合
は約３ｋＰａ、２５％では約２．８ｋＰａである。この
時のキセノンの分圧は各々９００Ｐａ、７００Ｐａとな
る。

【００２２】キセノン混合比を増やすに従い発光効率は
高くなり、そのピークは低圧力側にシフトする。また、
安定動作圧力範囲は狭くなる。

【００２３】図４は、図３において各キセノン混合比に
おける発光効率が最大となる封入圧力をプロットしたも
ので、キセノン混合比と最適封入圧力の関係はほぼ直線
的に変化する。この関係は図中の直線Ｃで表され、特に
高輝度、高発光効率になる条件は、前記したと同様に封
入圧力Ｐ（Ｐａ)、キセノン混合比Ｍ（％）とすると、
Ｐ＝（−５２×Ｍ＋４３５０)である。

【００２４】この最適封入圧力は入力電力により増減す
る。入力を増やすと最適圧力は高くなり、減らすと低く
なる。例えば、携帯用機器としての消費電力は０．５Ｗ
からせいぜい１Ｗ位までの範囲で、その電力範囲内で高
効率が得られる封入圧力の幅は前記した圧力範囲の上下
約３００Ｐａであった。従って、本発明による平板型光
源の高輝度、高発光効率になる条件は、Ｐ＝（−５２×
Ｍ＋４３５０)±３００となる。

【００２５】以上、詳述したように本発明による平板型
光源は、高輝度、高発光効率でかつ周囲温度が変化して
も特性は殆ど変わらない特徴を有する。また、本発明に
よる平板型光源は携帯用の機器に用いるのに最適で、例
えば液晶表示装置のバックライト用光源に用いれば、高
輝度で長寿命のバックライトが得られる。

【００２６】本発明の実施例によれば、封入ガスにアル
ゴンとキセノンの混合ガスを用い、キセノンの混合比と
封入圧力を規定の範囲にすることで、周囲温度の変化に
対して特性変化の殆どない平板型光源が得られる。ま
た、低温でも輝度の立ち上がりが早く、均一性が良く、
輝度劣化も少ない長寿命の平板型光源が得られる効果も
ある。さらに、水銀を封入しないので、製造工程が簡略
化でき、水銀による環境汚染の恐れもなくなる効果もあ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、周囲温度の変化に対し
て特性変化の小さな平板型光源を提供することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に実施例に係る平板型光源の断面斜視図
である。

【図２】キセノン混合比と封入圧力の関係を示す特性図
である。

【図３】封入圧力と発光効率の関係を示す特性図であ
る。

【図４】キセノン混合比と封入圧力の関係を示す特性で
ある。

【図５】従来の平板型光源を示す断面図である。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…前面板、３、９…背面板、４、５…
放電電極、６、１１…誘電体、７…蛍光体、８…放電空
間、10…側板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真先良一東京都青梅市新町六丁目16番地の２株式会社日立製作所熱器ライティング事業部内 (72)発明者土屋正志東京都青梅市新町六丁目16番地の２株式会社日立製作所熱器ライティング事業部内 (72)発明者生田靖東京都青梅市新町六丁目16番地の２青梅産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H091 FA14Z FA41Z FA43Z FD03 GA11 LA05 5C015 HH01 PP03 PP05 5C039 JJ04 5C043 AA07 AA20 BB04 CC16 CD08 EC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する前面板と背面板とを略平行
に位置させ、かつ、その内部に放電空間を設けた容器を
有し、互いに離間し、かつ、それぞれが所定の長さを有
する第一および第二の放電電極を前記放電空間内に設け
た平板型光源において、前記容器の内部に封入されたガスはアルゴンとキセノン
の混合ガスであり、前記混合ガスのキセノンの混合比は
７％以上３８％以下であることを特徴とする平板型光
源。
【請求項２】前記混合ガスのキセノン混合比をＭ（％）
とし、混合ガスの封入圧力をP(Pa)としたとき、(-17.3×
M+2210)≦P≦(-74.7×M+5960)の圧力範囲になるよう前
記容器内に封入したことを特徴とする請求項１に記載の
平板型光源。
【請求項３】前記第一および第二の放電電極の表面を覆
うように誘電体層を設けたことを特徴とする請求項１ま
たは２のいずれかに記載の平板型光源。
【請求項４】前記放電空間の一の辺の長さ方向ほぼ全長
に渡って前記第一および第二の放電電極を設けたことを
特徴とする請求項１乃至3のいずれか一に記載の平板型
光源。
【請求項５】前記第一および第二の放電電極をそれぞれ
複数個に分割したことを特徴とする請求項１乃至3のい
ずれか一に記載の平板型光源。
【請求項６】前記容器内面に蛍光体層を設けたことを特
徴とする請求項１乃至5のいずれか一に記載の平板型光
源。
【請求項７】前記放電空間の高さを１．３mmから３mmと
したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか
に記載の平板型光源。
【請求項８】前記第一および第二の放電電極に矩形波電
圧又はパルス電圧を印加して高周波放電を行わせるよう
に構成したことを特徴とする請求項１から請求項7のい
ずれかに記載の平板型光源。
【請求項９】前記平板型光源は照明用光源として用いる
ことを特徴とする請求項１から請求項8のいずれかに記
載の平板型光源。
【請求項１０】請求項１から請求項８のいずれかに記載
の平板型光源をバックライトとして用い、情報機器に内
蔵したことを特徴とする情報機器。
【請求項１１】請求項１から請求項８のいずれかに記載
の平板型光源をバックライトとして組み込んだことを特
徴とする液晶表示装置。