JP2002245973A

JP2002245973A - 平板型光源

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Publication number: JP2002245973A
Application number: JP2001041127A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shinada; 眞一品田; Yoji Arai; 要治新井; Masashi Tsuchiya; 正志土屋; Yasushi Ikuta; 靖生田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2002-08-30
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP3714404B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開示技術の課題は、従来の平板型光源は、ラ
ンプの動作条件によっては放電が収縮したり明るさが不
均一になる等の問題がある点にある。【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、上記前面板の内面に一対の放電電極を設
け、上記放電電極の表面を覆って誘電体層を設け、上記
密閉容器の内面に蛍光体を塗布し、内部にキセノンとア
ルゴンとネオンの混合ガスが封入された平板型光源にお
いて、前記キセノンとアルゴンとネオンの混合ガスにお
けるキセノンの混合比を５％以上１５％以下、アルゴン
の混合比を３５％以上６５％以下、ネオンの混合比を２
０％以上５０％以下にすることにより課題改善が可能で
ある。

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用光源と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】例えば特開２０００ー１４９８６９号公報
に記載されている従来の平板型光源は、断面が扁平状の
放電空間を有し内面に蛍光体が塗布されった密閉容器で
構成され、前記密閉容器内に表面が誘電体に覆われてい
る一対の放電電極が設けられており、放電空間にはキセ
ノンとアルゴンの混合ガスが封入されている。本構造に
よる平板型光源は、電極間に高周波電圧を印加すること
により放電空間内に希ガス放電が発生し、これにより蛍
光体が励起されて発光し外部に放射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の平板型光源は、
封入ガスとしてキセノンとアルゴンの混合ガスを用い、
放電空間全体に渡って均一に放電するようキセノンの混
合比を規定している。しかし、この混合ガスを用いた平
板型光源は扁平容器に人手が触れたり、外部から導体或
いは容量性の物質を近づけたり触れさせたりすると、条
件によっては放電が収縮したり明るさが不均一になる等
の問題があった。また、キセノンの混合比を減らせば放
電の安定性は良くなるが、輝度、効率が大幅に低下する
問題があった。

【０００５】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、外部の電界や容量に影響されない
安定な発光特性を有し、高輝度、高効率で均一な発光面
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】上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、前記放電空間に少なくとも一対の
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キセノンとアルゴンとネオンの
混合ガスであり、前記キセノンとアルゴンとネオンの混
合ガスにおけるキセノンの混合比を５％以上１５％以
下、アルゴンの混合比を３５％以上６５％以下、ネオン
の混合比を２０％以上５０％以下にする。また、上記混
合ガスの封入圧力をＰ（Ｐａ）としたとき、２６６０≦
Ｐ≦２７０００の圧力範囲になるよう密閉容器内に封入
する。また、上記放電電極の表面を覆って誘電体層を設
ける。また、上記放電電極を上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、上記放電電極を複数
個に分割する。また、上記放電空間の高さを１．３mmか
ら３mmとする。また、上記密閉容器の内面に蛍光体を塗
布する。

【０００７】この場合、上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放電を行わせる。

【０００８】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、照明用の光源としても
使用できる。

【０００９】

【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にはキセノンとア
ルゴンとネオンの３種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。ま
た、５インチ液晶用のバックライトに用いる場合１０５
mm×８０mmで、この時、電極間距離は約８３mm、放電空
間８の高さは２．４mmである。

【００１０】本構造による平板型光源は、両放電電極
４、５間に矩形波の高周波電圧やパルス電圧を印加する
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。

【００１１】図２は駆動電圧波形を示した図で、例えば
前記電極４に―Ｖｈの電圧パルスを有する電圧１１を印
加し、他の一方の電極５には１１と同じ電圧パルスで、
半周期位相のずれた電圧パルス―Ｖｈを有する電圧１２
を印加すれば高周波のパルス放電を行わせることができ
る。また、パルス幅Ｗ１と休止期間Ｗ２を同じ時間幅に
すれば電圧１１と電圧１２を合わせた電圧波形は矩形波
になり矩形波の駆動となる。周波数は１０ｋＨｚから１
００ｋＨｚ位まで使用できる。矩形波駆動の場合は、矩
形波電圧を両電極に印加しても良いし、片方の電極に印
加して放電させても良い。本発明による平板型光源の発
光輝度はキセノンの混合比を増やすことで増加する。し
かし、キセノンの混合比が１５％以上になると密閉容器
１に指や導体が触れると放電不均一になったり収縮した
りして全面発光しない。また、キセノンの混合比が５％
以下になるとキセノンの量が少なすぎて暗くなりバック
ライトとして必要な輝度が得られなくなる。従って、上
記構造の平板型光源に封入するキセノンーアルゴンーネ
オン混合ガスのキセノン混合比は５％以上、１５％以下
が最適な範囲である。

【００１２】図３は混合ガスの封入圧力と相対効率の関
係を示した図で、ａはキセノン７％＋アルゴン９３％、
ｂはキセノン７％＋アルゴン６８％＋ネオン２５％、ｃ
はキセノン７％＋アルゴン４３％＋ネオン５０％の混合
ガスの特性である。駆動条件は、放電電極４、５に周波
数１６ｋＨｚの略矩形のパルス電圧を印加して点灯さ
せ、電力一定での特性である。図中ａとｂを比べると、
同じキセノン７％でもネオンを混合すると効率が高くな
る。ｂは２５％ネオンを混合した場合で、ａに比べると
効率は約１０％高くなる。また、ｃはキセノン７％でネ
オンを５０％に増やした場合の特性で、ネオンの混合比
を増やすと効率は更に高くなり、封入圧力も高くでき
る。しかし、ネオンは、ある混合比の範囲以外では放電
が収縮を起こし平面状に発光しなくなる。平板型光源の
封入ガスとして従来のキセノン＋アルゴン混合ガスにネ
オンを加えることで発光効率を高くでき、封入圧力も増
やせることが解った。また、ネオンの混合比には最適な
範囲があることも解った。

【００１３】

【表１】表１は前記混合ガス（キセノン、アルゴン、ネオン）の
混合比と放電の安定性を調べた結果の一例を示したもの
である。表中の安定性は密閉容器１に手や導体を触れさ
せた場合における放電の収縮や不均一発光発生の有無を
表したもので、○印は上記したような使用条件、環境が
変化しても安定で均一性の良い発光が得られた場合であ
る。たとえば、キセノン１０％＋アルゴン５０％＋ネオ
ン４０％の混合比は安定性良く高輝度、高効率の平面発
光が得られたが、ネオンの混合比を増やして、キセノン
１０％＋アルゴン２６％＋ネオン６４％の混合ガスは、
密閉容器に手で触れると放電が収縮して平面発光になら
なかった。また、キセノン１５％の場合、ネオンが５０
％まで安定性は問題なかったが、５０％より増やすと放
電の収縮が直らなかった。これら一連の実験結果から安
定で均一性の良い平板型光源を得るため前記キセノンと
アルゴンとネオンの混合ガスにおける混合比は、キセノ
ンの混合比を５％以上１５％以下、アルゴンの混合比を
３５％以上６５％以下、ネオンの混合比を２０％以上５
０％以下にすればよい。前記した混合ガスは、上記した
混合比の範囲内で平板型光源に封入すれば点灯中、平板
型光源に手で触れたり導体を近づけたりしても放電の収
縮や不均一は発生しない。前記混合ガスの封入圧力につ
いては、電力一定の条件で図３に示したようにある封入
圧力で効率は最大になる。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。入力電力は例えば携帯機器のバック
ライト用に用いた場合から照明用光源に用いた場合、あ
るいは発光面積の大小で大きく変化する。均一で安定な
発光が得られる電力範囲は０．５Ｗから５０Ｗ程度であ
り、この時の封入圧力範囲は、上記混合ガスの封入圧力
をＰ（Ｐａ）としたとき、２６６０≦Ｐ≦２７０００で
あった。封入圧力をこの範囲より高くすると放電が収縮
したり不均一な発光になり易い。また、点灯させるため
の始動電圧が2500Ｖ以上必要になり、通常のインバータ
などでは点灯不可能になる。また、封入圧力がこの範囲
より低いと暗く、実用上問題になることや、明るくする
ために電流を増やすと放電が収縮するため平面発光とし
て使用できなくなる。

【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】放電電極の長さは上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電極１ヶあたりの電流は少な
くなるので回路を小さくできる。

【００１６】以上、詳述したように本発明による平板型
光源は、高輝度、高発光効率でかつ使用周囲条件が変化
しても安定で均一性の良い平面発光が維持される特徴を
有する。また、本発明による平板型光源を、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。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、封入ガスにキセノンと
アルゴンとネオンの３種混合ガスを用い、各々の希ガス
の混合比と封入圧力を規定の範囲にすることで、高輝
度、高発光効率で、さらに使用環境や条件が変化しても
安定な放電で均一性の良い平板型光源が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による平板型光源の断面斜視図である。

【図２】駆動電圧波形を示す図である。

【図３】封入圧力と発光効率の関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…前面板、３…背面板、４、５…放電
電極、６…誘電体、７…蛍光体、８…放電空間、1１、
１２…電圧波形。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

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
に位置させて扁平状の放電空間を有する密閉容器を構成
し、前記放電空間に少なくとも一対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
ガスはキセノンとアルゴンとネオンの混合ガスであり、
前記混合ガスのキセノンの混合比を５％以上１５％以
下、アルゴンの混合比を３５％以上６５％以下、ネオン
の混合比を２０％以上５０％以下にしたことを特徴とす
る平板型光源。
【請求項２】上記混合ガスの封入圧力をＰ（Ｐａ）とし
たとき、２６６０≦Ｐ≦２７０００の圧力範囲になるよ
う密閉容器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】上記放電電極の表面を覆って誘電体層を設
けたことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか
に記載の平板型光源。
【請求項４】上記放電電極を上記放電空間の辺の長さ方
向ほぼ全長に渡って設けたことを特徴とする請求項１か
ら請求項３のいずれかに記載の平板型光源。
【請求項５】上記放電電極を複数個に分割したことを特
徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の平板
型光源。
【請求項６】上記密閉容器の内面に蛍光体を塗布したこ
とを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載
の平板型光源。
【請求項７】上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】上記放電電極に矩形波かパルス電圧を印加
して放電を行わせ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】請求項１から請求項８のいずれかに記載の
平板型光源を用いて照明するよう構成したことを特徴と
する照明装置及び情報機器。
【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たことを特徴と
する液晶表示装置。