JP2004055521A - Discharge lamp device and backlight using it - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光管を点灯させる放電灯装置に関し、特に、希ガスを封入した発光管であって内部に第1電極を、外部に第2電極を備えた発光管を点灯させる放電灯装置に関する。又、そのような放電灯装置を備えたバックライトに関する。
【0002】
【従来の技術】
希ガスが封入された発光管であって、その内部に内部電極が設けられ、その外周面に外部電極が設けられた発光管に対して、内部電極及び外部電極に接続される点灯回路から電圧を印加することにより、発光管を発光させる放電灯装置として、例えば特許文献1に開示された希ガス放電灯装置がある。
【0003】
また、内部電極と外部電極とを設けた発光管に対する点灯制御について例えば特許文献2、3に開示の技術があり、そこでは、駆動電圧として交番矩形波電圧を印加している。
【0004】
図14は従来の放電灯装置の構成を示した図である。同図において、放電灯装置10Lは円筒状の発光管103の内に希ガスが封入され、発光管103の内部に内部電極101が設けられ、その外周面には、発光管103の管軸方向に沿って、帯状の外部電極102が設けられている。
【0005】
内部電極101及び外部電極102はそれぞれ点灯回路105に接続されており、点灯回路105から交番矩形波の電圧を印加することにより発光管103を発光させる。
【0006】
図15は従来の放電灯装置における印加電圧波形等を示す波形図である。同図(a)は内部電極101及び外部電極102の間に印加する交番矩形波の電圧の波形を示し、縦軸は外部電極102の電位を基準電位としたときの内部電極101と外部電極102間の印加電圧(V)、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。
【0007】
図15(b)は内部電極101及び外部電極102に流れる電流の波形を示し、縦軸は電流(A)、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。また、同図(c)は輝度の波形を示し、縦軸は輝度(cd/m2 )、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。
【0008】
図15(a)に示すように、交互に正電圧及び負電圧となる交番矩形波の電圧を印加した場合、同図(b)に示すように、正電圧の立ち上がりに対応する微分波形状の正電流(立ち上がり電流)及び負電圧の立ち下がりに対応する微分波形状の負電流(立ち下がり電流)が交互に流れる。
【0009】
発光管103内部の蛍光体は正電流又は負電流が流れたときに励起され、同図(c)に示す輝度特性が得られる。正電流に対応して輝度波形L1、負電流に対応して輝度波形L1より輝度が小さい輝度波形L2により示す輝度が得られる。
【0010】
【特許文献1】
特開平6−163005号公報
【特許文献2】
特開2002−75682号公報
【特許文献3】
特開2001−267093号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図15(c)に示すように、正電圧の印加時の輝度特性(輝度波形L1)に対し、負電圧の印加時の輝度特性(輝度波形L2)は輝度低下波形L4で示す範囲だけ輝度が低下しており、これに伴い発光効率も低下する。負電圧の印加時には収縮放電が生じ、この収縮放電に伴う輝度低減作用が働くため輝度が低下すると考えられる。
【0012】
このように、従来の交番矩形波電圧の印加方法では、交番矩形電圧の半周期毎に輝度が低下することから、十分な発光効率が得られなかった。
【0013】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、輝度及び発光効率を向上させた放電灯装置及び液晶表示装置等に好適なバックライトを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の放電灯装置は、希ガスを封入し、内部に第1電極を設け、外部に第2電極を設けた発光管を駆動する放電灯装置であって、第1電極と第2電極間に電圧を印加する点灯回路を備える。点灯回路は第2電極の電位を基準電位として、第1電極に対して正の矩形波電圧を印加する。
【0015】
本発明に係る第2の放電灯装置は、希ガスを封入し、内部に第1電極を設けた発光管を駆動する放電灯装置であって、複数個の第2電極が並設されており、発光管に近接して発光管を支持する支持板と、第1電極と第2電極間に電圧を印加する点灯回路とを備える。点灯回路は第2電極の電位を基準電位として、第1電極に対して正の矩形波電圧を印加する。
【0016】
本発明に係るバックライトは、少なくとも1つの発光管と上記の放電灯装置とを備える。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照し、本発明に係る放電装置及びバックライトの実施の形態を詳細に説明する。
【0018】
<実施の形態1>
図1は本発明に係る放電灯装置の概略構成を示すブロック図である。放電灯装置Lは発光管3と、発光管3に対し、発光管3を点灯させる駆動電圧を印加する点灯回路5とを備える。
【0019】
発光管3は放電ガスとして内部にキセノン、クリプトン等の希ガス(不活性ガス)を封入し、またその内壁にLaPO4:Ce,Tb等の蛍光体が塗布されている。発光管3の一端の内部にはニッケル等からなる内部電極1が設けられている。発光管3の外周面には、発光管3の管軸方向に沿って帯状の外部電極2aが設けられている。外部電極2aはアルミニウムテープまたは導電線を発光管3表面に固着することにより、または、銀ペースト等の導電性材料を塗布することにより形成する。発光管3の内部電極1と外部電極2a間に電圧を印加することにより発光管3内部でグロー放電が発生し、内部に封入された希ガスを励起状態へ移行させ、励起状態から基底状態へ移行する際に発する紫外線により発光管3の蛍光体が励起され可視光を発する。
【0020】
発光管3は筒形状であり、その内径が1mm以上10mm以下、肉厚が0.2mm以上0.5mm以下、その管長が、100mm以上300mm以下のものが好ましい。その理由は、本発明に係る放電灯装置をバックライトとする場合に、必要以上に大きな形状とならず、必要な輝度と発光効率とを確保した上で、小型化したバックライトを実現することができるからである。また、液晶表示素子用のバックライトに適用する場合には、小型の液晶表示素子の形状に整合する形状のバックライトを構成できるからである。発光管3の内部電極1及び外部電極2aには点灯回路5が接続される。
【0021】
点灯回路5は、交流電源Pから供給される交流電圧を整流する整流回路Cと、整流後の正電圧を平滑し、正電圧の直流電圧を得るする平滑回路SCと、平滑回路SCにより得られた直流電圧を発光管3を発光させるのに必要な電圧にまで昇圧する昇圧回路TCと、昇圧回路TCにより昇圧された直流電圧を矩形状の電圧を生成するスイッチング回路Sとを含む。スイッチング回路SはスイッチSWの開閉を制御し、このスイッチSWの開閉により昇圧した直流電圧を矩形状の電圧を生成する。
【0022】
次に、点灯回路5における発光管3への印加電圧(駆動電圧)の制御について説明する。
【0023】
図2に放電灯装置Lによる発光管3への印加電圧の波形等を示す。同図(a)は発光管3の内部電極1と外部電極2a間に印加する電圧の波形を示す電圧波形図であり、縦軸は印加する矩形波の電圧(V)、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。なお、正電圧が印加される期間をT1とし、矩形波の周期をT2としている。同図(b)は内部電極1と外部電極2a間に流れる電流の波形を示す電流波形図であり、縦軸は電流(A)、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。また、同図(c)は発光管3の輝度の波形を示す輝度波形図であり、縦軸は輝度(cd/m2 )、横軸は時間(s)をそれぞれ示す。
【0024】
本発明では、図2(a)に示すように、発光管3に対して、外部電極2aの電位を基準電位(すなわち電圧0V)に固定し、内部電極1に正電圧のみからなる矩形波の電圧を印加する。なお、基準電位としては接地電位が好ましいため、外部電極2aを接地電位を与える接地点Gに接続する。
【0025】
図2(a)に示す電圧印加に応じて、同図(b)に示すように、正の印加電圧の立ち上がりに対応する微分波形状の正電流(立ち上がり電流)及び正の印加電圧の立ち下がりに対応する微分波形状の負電流(立ち下がり電流)が交互に流れる。
【0026】
発光管3内部の蛍光体は正電流又は負電流が流れたときに励起され、同図(c)に示す輝度特性が得られる。すなわち、正電流に対応して輝度波形L1により示す輝度が、負電流に対応して輝度波形L3により示す輝度が得られる。ここで、印加電圧が0Vの期間における輝度波形L3は輝度波形L1と同程度の大きさであり、従来の輝度波形L2に対し、L3aで示す範囲において輝度が増加している。この輝度の増加に伴い発光効率も向上する。
【0027】
図3(a)は発光管3に封入される放電ガスの1つであるキセノンガスの発光スペクトルを示した図であり、図3(b)は発光管3に使用される蛍光体の1つであるLaPO4:Ce,Tbの励起スペクトルを示した図である。図3(a)に示すように、発光スペクトルは147nmを中心としたモノマー発光領域と172nmを中心としたエキシマ発光領域とを有しており、そのスペクトル特性と、図3(b)に示す蛍光体の励起スペクトルの特性との相乗効果により発光管3の輝度特性が決定される。
【0028】
以上のように、本実施形態における印加電圧の駆動方法によれば、従来の交番矩形波電圧の印加方法において生じていた半周期毎の輝度低下を防止できるので、輝度の向上と発光効率の向上が図れる。なお、図2(c)に示すように駆動電圧を印加していない期間において輝度の改善が図れる理由は放電現象の複雑さから明確ではないが、収縮放電が低減されること、放電現象における正の矩形波電圧印加期間におけるモノマー発光と電圧が印加されない期間におけるエキシマ発光の相乗効果が蛍光体に対して有効に作用していること、内部電極がアノード(陽極)としてのみ作用し希ガス励起を生じないカソード(陰極)として作用することが無いこと等が考えられる。
【0029】
また、実施の形態4で詳述するように、内部電極1に印加する正電圧のみからなる矩形波のオンデューティ(T1/T2)を適宜制御することにより輝度及び発光効率を更に大幅に向上することができる。これは、オンデューティの変化によりエキシマ発光領域のスペクトルが変化することから、放電ガスの発光スペクトルと蛍光体の励起スペクトルの相乗効果により輝度をさらに向上できるからである。例えば、スイッチング回路SにおいてスイッチSWの開閉をオンデューティが10%以上50%以下となるようPWM制御し、そのキャリア周波数を10kHz以上60kHz以下とするのが望ましい。なお、周波数の範囲については、発光現象の発生の容易性に基いて選択した。
【0030】
既に示した図2(a)〜(c)はオンデューティを50%に制御した場合の波形であり、オンデューティを30%に制御したときの波形を図4に示す。図4(a)は印加電圧波形を、図4(b)は電流波形を、図4(c)は発光輝度をそれぞれ示す。同図より、駆動電圧を印加しない期間における輝度(輝度波形L3が示す輝度)は、正電圧印加期間における輝度(輝度波形L1が示す輝度)よりも大きく、発光効率が更に改善されていることが理解できる。
【0031】
点灯回路5は本実施の形態で説明した回路に限らず、外部電極2aを0Vに固定して、正の矩形波電圧を内部電極1に印加できる構成であれば、他の形態のものであっても良く、また供給される電源は直流電源であっても良い。
【0032】
また、発光管3の外部電極は、図5(a)に示すように、発光管3の軸方向に、内部電極1からの距離が異なり、且つ互いに離れている複数の電極から構成されてもよい。その際、発光管3の周方向における電極2bと発光管3の接触部の長さ(l)は、外部電極による光の遮蔽を抑制するため、発光管3の円周の半分以下とすることが好ましい(図5(b)参照)。なお、外部電極は、帯状に設けたもの、複数個離間して設けたものの他に、発光管3の管軸方向に沿って螺旋状に巻着させるようにすることも可能である。
【0033】
また、内部電極1は発光管3の一端に1つだけ設けたが、これに限らず発光管3の両端に内部電極1を設け両端に電圧を印加するようにしても良い(図5(c)参照)。この場合、発光管3の管長は内部の放電状況を内部電極1が1つの場合と同様にするために200mm以上600mm以下にするのが好ましい。
【0034】
放電は発光管3の端部に設けられた内部電極1と発光管の長さ方向全体に配置された外部電極2a、2bの間で発生する。このため、発光管3の内径が細く、かつ発光管3の長さが長い場合には、放電は発光管3内の狭い経路を長く進む必要があるため、放電灯に投入する電力量を調整しても放電ガス自身の自己吸収等により紫外線が放出されなくなる場合がある。特に、(発光管の管全長)/(発光管の管内径)>50となる場合には、発光管3の全長に渡って均一に発光が得られなくなってしまう。これを防止するため、より電離電圧の高い希ガスを実際の放電ガスに緩衝ガスとして加えることで放電ガス自身の自己吸収を防止し発光管3の全長に渡って均一発光を得ることができる。具体的には放電ガスとしてキセノンガスを用いた場合、アルゴンガスやネオンガスを緩衝ガスとして、放電ガスと同量またはそれ以下の濃度で加えることが好ましい。すなわち、放電ガスとしてはキセノンガス又はクリプトンガスを使用し、緩衝ガスとしてはアルゴンガスやネオンガスを使用することが好ましい。
【0035】
また、発光管3内部の封入ガス圧が低い場合、発光管3内部の放電ガス量が少ないため、電力を投入しても必要な光量が得られないばかりか、放電ガス分子間の距離が離れているためにオンデューティー比を変化させても光出力の向上が得られない。逆に、封入ガス圧が高い場合、放電ガス及び緩衝ガスが壁となり、発光管3の全長に起こる放電を阻害してしまうために均一発光を得ることができなくなる。よって、本願の効果を得るためには、封入ガス圧の範囲は1kPa〜40kPaとすることが好ましい。
【0036】
<実施の形態2>
図6は本発明に係る放電灯装置の要部の別の構成を示した図である。図7は図6におけるII−II線での断面図であり、図8は図6におけるIII−III線での断面図である。本実施形態の放電灯装置Lは、発光管3の外周面に外部電極を直接形成するのではなく、発光管3に臨ませて設けられる支持板4上に外部電極2cを複数並設し、この並設された外部電極2cを実施の形態1で示したように基準電位に固定するものである。このような支持板4上に外部電極2cを複数並設し、外部電極2cの延在方向と発光管3の管軸方向とが交差するように発光管3を配置する構成の放電灯装置は本出願人による特許出願2001−285415号に開示されている。このように、発光管が載置される支持板上に外部電極を複数並設することにより、発光管の外周面に直接、電極を固着させる必要がなくなる。よって、発光管の外周面に直接、電極を固着させる場合に比して、製造が簡単で低コストの放電灯装置を実現することができる。
【0037】
図6に示す発光管3は内部に希ガスが封入され、発光管3の一端にはニッケル等からなる内部電極1が設けられている。発光管3を載置すべく構成された支持板4は、樹脂部材、またはアルミニウム等の金属部材を加工して形成されたものである。支持板4の表面は光の反射効率及び拡散効率を向上させるべく、例えばシルク印刷等による塗装、またはサンドブラスト等による表面処理(梨地処理等)がなされている。なお、支持板4は光反射特性を有するものの他、光透過特性を有するものであっても良い。いずれの特性とするかは、必要に応じて適宜選択可能である。
【0038】
支持板4には発光管3を収容するための収容溝Tが複数形成されており、その収容溝Tの長手方向と交差する方向に(すなわち、発光管3の軸方向と交差する方向に)外部電極2が銀ペースト等により形成されている。なお、外部電極2を銀ペーストに代えて導電性の樹脂部材で成型し、同じく樹脂部材で作られた支持板4と圧着にて一体成型しても良い。また、収容溝Tの形状は発光管3の形状に応じて適宜設定される。
【0039】
さらに支持板4の収容溝Tには、図6及び図8に示すように発光管3を支持するための支持部材7が複数個設けられる。支持部材7はアルミニウム等からなりその下端が支持板4の収容溝Tに固着され、その上端部において発光管3を着脱可能に把持する構成とされる。発光管3は、支持部材7により把持されると共に、図7に示すように収容溝Tに並設された外部電極2cの一部と発光管3の外周面とが当接した形で支持板4の収容溝T上に係止して載置される。
【0040】
発光管3の内部電極1は実施の形態1で説明した点灯回路5に接続され、発光管3の内部電極1と外部電極2c間には、実施の形態1で説明したような駆動電圧が印加される。すなわち、外部電極2cの電位を基準電位(電圧0V)に固定し、内部電極1に正電圧のみからなる矩形波電圧を印加する。このように構成される放電灯装置Lは、実施の形態1の場合と同様に、発光管3内部でグロー放電が発生し、内部不活性ガスを励起状態へ移行させ、励起状態から基底状態へ移行する際に発する紫外線により蛍光体層3aの蛍光体が励起され可視光を発する。
【0041】
また、図7及び図8に示すように、放電灯装置L上部において、平板状の導光板6を、その導光板6の主面と支持板4の主面とが対向するように配置する。すなわち、発光管3を介して支持板4と対向する位置に平板状の導光板6を設ける。これにより、液晶表示素子等のバックライトBが構成される。発光管3で発生した可視光は平板状の導光板6に入射して拡散される。導光板6は樹脂等からなり、発光管3から発生した光を均一な面光源へ変換する機能を有する。このようなバックライトBは、小型、薄型、低消費電力の観点から、液晶表示素子用のバックライトに適用した場合に特に有効である。
【0042】
<実施の形態3>
図9は本発明に係る放電灯装置の要部のさらに別の構成を示した図である。実施の形態2では図7、8に示すように放電灯装置Lを導光板6の主面側に配置した直下型のバックライトとしたが、本実施形態では放電灯装置Lを導光板6の端面側に配置したエッジライト型のバックライトとしている。本実施形態のバックライトは、発光管3を導光板6の端面に対向して配置した点を除いて、基本的に実施の形態2のものと同様であり、詳細な説明は省略する。なお、図9において点灯回路は省略している。
【0043】
<実施の形態4>
実施の形態1において述べたように内部電極に印加する正電圧のみからなる矩形波のオンデューティを適宜制御することにより輝度を増加することができる。本実施形態では、このオンデューティの制御について詳細に説明する。
【0044】
図10はオンデューティ(T1/T2)を変化させた場合の輝度変化を示した特性図である。横軸は内部電極1に印加する正電圧のみからなる矩形波のオンデューティ(%)であり、縦軸は発光管3の表面における平均輝度(cd/m2 )である。用いた発光管3の形状は外径2.6mm、内径2.0mm、管の肉厚0.3mm、管長164mmである。希ガスの封入状況は、放電用媒体としてのXeとKrをXe6対Kr4の比率で封入し、内圧は22.2kPaである。印加する矩形波の周波数は40.0kHzであり、電圧は2.0kV(本実施形態:0kV〜+2kV、従来:−1kV〜+1kV)である。なお、内部電極1は発光管3の一端にのみ設け、また蛍光体として緑色を用いた。本実施形態では緑色蛍光体としてLaPO4:Ce,Tbを使用した。
【0045】
以上に述べた条件下で、試体1乃至4を用意した。
試体1は図1に示す実施の形態1で述べた放電灯装置Lであり、発光管3の外周面に管軸方向に沿って幅2mmの1本の帯状外部電極2を固着させたものである。試体1の内部電極1と外部電極2間には、点灯回路5から外部電極2を基準とした正電圧のみの矩形波電圧をオンデューティで10%から60%まで変化させて印加した。
【0046】
試体3は試体1と同様の構成としたが、内部電極1と外部電極2間に外部電極2を基準とした交番電圧(デューティ50%)を印加するものであり、従来の放電灯装置10Lと同様(図14、図15参照)である。
【0047】
試体2は実施の形態2で述べた図6に示す放電灯装置Lであり、支持板4上に形成する外部電極2は、電極幅を3mm、外部電極2c相互間の間隔を1mmとした。試体2へは、点灯回路5から正電圧のみの矩形波電圧をオンデューティで10%から60%まで変化させて印加した。
【0048】
試体4は試体2と同様の構成としたが、印加する電圧は交番電圧(デューティ50%)としたものである。
【0049】
なお、図10において、破線の双方向矢印は、試体1と試体3の対応関係及び試体2と試体4の対応関係をそれぞれ示したものであり、輝度特性の向上を明確にするためのものである(図11においても同様)。
【0050】
図10を参照し、試体1では、オンデューティが15%以上45%以下の範囲において、交番電圧を印加する試体3よりも高い輝度が得られることができる理解できる。試体2では、オンデューティが15%以上50%以下の範囲において、交番電圧を印加する試体4よりも高い輝度を得ることができる。つまり、実施の形態1乃至3における放電灯装置Lにおいて、オンデューティを上述の範囲内になるよう適宜制御することにより、交番電圧を印加する従来の放電灯装置10Lに比し、輝度特性を大幅に改善できる。このようなオンディーティを適宜制御することにより輝度が増加するのは、蛍光体の発光効率が高い波長領域での発光であるエキシマ発光がオンデューティの変化に伴い増加するためであると考えられる(図3(a)、(b)参照)。
【0051】
また、図10において、試体1と試体2を比較すると、双方とも同様に正電圧のみの矩形波電圧を印加しているにもかかわらず、試体2の方が高い輝度が得られている。特にオンデューティが30%から50%までの範囲においては明確に相違し、例えばオンデューティが45%の場合の輝度は、試体1では約34k(cd/m2)に対し、試体2では約44k(cd/m2)と3割以上の大幅な輝度の向上が実現できている。
【0052】
つまり、外部電極の形状が従来のような帯状の形状の場合において、本発明の正電圧のみの矩形波電圧を印加することにより、従来の交番電圧の印加の場合に比して輝度の改善はなされるが、外部電極を管軸方向において複数個離間して配置した構成にすることにより、更に輝度を大幅に改善できる。なお、このような試体2における効果は、図5(a)の発光管3についても同様に得られることは言うまでもない。オンデューティを30%から50%までの範囲に制御した場合において、試体2の方が試体1より輝度が高くなるのは、試体1においては電極形状の影響により収縮放電が生じやすく、この収縮放電に伴う輝度低減作用が働くためと考えられる。
【0053】
図11は前述のようにオンデューティを変化させた場合の1W当たりの輝度変化を示した特性図である。横軸はオンデューティ(%)であり、縦軸は1W当たりの表面輝度(cd/m2/W)、つまり発光効率である。なお、試体1乃至試体4については上述した条件と同一条件である。
【0054】
試体1と試体3を比較すると、オンデューティが15%強から40%弱までの範囲において、試体1の方が1W当たりの表面輝度が高い。試体2と試体4を比較すると、オンデューティが18%から40%強までの範囲において、試体2の方が1W当たりの表面輝度が高い。つまり、これらの範囲内においてオンデューティを制御することにより、発光効率を従来の放電灯装置に対して改善できる。
【0055】
図10及び図11の特性図から、オンデューティを18%から40%強までの範囲に制御すれば、輝度の改善と共に発光効率の改善も実現でき、従来の放電灯装置においては得られなかった高い輝度特性と発光効率を得ることができる。
【0056】
次に、外部電極と内部電極間に負電圧のみの矩形波電圧を印加した場合について検討する。このため、新たな試体5を比較のために用意した。試体5は、実施の形態2で述べた図6に示す構成の放電灯装置Lであり、点灯回路5からの印加電圧の極性を反転させ、負電圧のみの矩形波電圧を印加するようにしたものである。つまり、試体5は外部電極2cを基準電圧(0V)として、内部電極1に負電圧のみの矩形波電圧を印加し、オンデューティを適宜変化させて輝度及び発光効率を測定した。
【0057】
図12は、外部電極と内部電極間に正電圧のみの矩形波電圧を印加した場合と、負電圧のみの矩形波電圧を印加した場合の輝度の相違を比較するための特性図である。横軸はオンデューティ(%)であり、縦軸は発光管3表面の平均輝度(cd/m2)をそれぞれ示す。また、図13はその場合の1W当たりの輝度変化を示す特性図である。横軸はオンデューティ(%)であり、縦軸は1W当たりの表面輝度(cd/m2/W)をそれぞれ示す。なお、試体5については、負電圧のみの矩形波電圧が印加される期間をT1、周期をT2として、オンデューティ(%)を規定した。特性は試体2、4、5について測定した。
【0058】
図12において試体2と試体5を比較すると、負電圧のみの矩形波電圧を印加する試体5よりも正電圧のみの矩形波電圧を印加する試体2の方が、オンデューティが10%から50%までの範囲において、輝度特性が優れている。つまり、正電圧のみの矩形波電圧を印加する方が負電圧のみの矩形波電圧を印加するのに比較して、輝度改善に効果がある。
【0059】
図13において試体2と試体5を比較すると、負電圧のみの矩形波電圧を印加する試体5よりも正電圧のみの矩形波電圧を印加する試体2の方が、オンデューティが10%から50%弱までの範囲において、発光効率が優れている。つまり、正電圧のみの矩形波電圧を印加する方が負電圧のみの矩形波電圧を印加するのに比較して、発光効率の改善に効果がある。
【0060】
以上の様に、外部電極と内部電極間に、正電圧のみの矩形波電圧を印加する方が負電圧のみの矩形波電圧を印加するのに比較して、輝度改善、発光効率の改善に効果がある。
【0061】
なお、本実施形態では緑色単色での評価結果を示したが、発光管に使用する蛍光体としてはLaPO4:Ce,Tbに限定するものではなく、たとえば青色蛍光体であればBaMgAlxOy:Eu等(x、yは任意選択)、緑色であればLaPO4:Ce,TbやZn2SiO4:MnやBaMg2Al1 4O24:Eu,Mn等、赤色であればY2O3:Eu、(Y,Gd)BO3:Eu、YPVO4:Eu、YVO4:Eu等といった3波長発光形蛍光ランプ用蛍光体やプラズマディスプレイ用蛍光体のみならず白色発光のハロリン酸塩蛍光体など一般的に用いられている蛍光体を適時選択し使用できる。放電ガスのエキシマ発光比率を高めることで、一般的には蛍光体の量子効率が高まり、光出力を増大することが可能となる。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、バックライト及び液晶表示素子用バックライトにあっては、外部電極である第2電極を基準電位(印加電圧0V)とし、内部電極である第1電極に正電圧のみの矩形波電圧を印加するので、正電圧の立ち下がり時において立ち下がり電流が流れた場合でも十分な輝度を得ることができ、また発光効率の向上を図ることが可能となる。
【0063】
また、本発明によれば、発光管の支持板を設け、その上に第2電極を複数並設するため、外部電極の形成が容易になり、輝度特性、発光効率の向上と共に発光管の製造コストの低減及び簡略化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の放電灯装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図2】本発明の放電灯装置における印加電圧波形、電流波形及び発光管の輝度を示す図
【図3】(a)希ガス(キセノンガス)の発光スペクトルを示す図、及び(b)蛍光体の励起スペクトルを示す図
【図4】本発明の放電灯装置における、オンデューティを適宜制御した場合の印加電圧波形、電流波形及び発光管の輝度を示す図
【図5】(a)本発明の実施の形態1の放電灯装置の構成の別の例を示すブロック図、(b)発光管の断面図及び(c)両端に内部電極が設けられた発光管の図
【図6】本発明の実施の形態2の放電灯装置の構成例を示す図
【図7】図6における放電灯装置(バックライト)のII−II線による断面図
【図8】図6における放電灯装置(バックライト)のIII−III線による断面図
【図9】本発明の実施の形態3の放電灯装置の要部の構成例を示す図
【図10】実施の形態4における、オンデューティを変化させた場合の輝度変化を示す特性図
【図11】実施の形態4における、オンデューティを変化させた場合の1W当たりの輝度変化を示す特性図
【図12】実施の形態4における、正/負の矩形波電圧を印加した場合の輝度変化を比較する特性図
【図13】実施の形態4における、正/負の矩形波電圧を印加した場合の1W当たりの輝度変化を示す特性図
【図14】従来の放電灯装置を模式的に示す図
【図15】従来の放電灯装置における印加電圧波形、電流波形及び発光管の輝度を示す図
【符号の説明】
1 内部電極
2a、2b、2c 外部電極
3 発光管
5 点灯回路
P 交流電源
C 整流回路
SC 平滑回路
TC 昇圧回路
S スイッチング回路
G 接地点
4 支持板
T 収容溝
L 放電灯装置
6 導光板
B バックライト
7 支持部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp device for lighting an arc tube, and more particularly to a discharge lamp device for lighting an arc tube containing a rare gas and having a first electrode inside and a second electrode outside. Further, the present invention relates to a backlight provided with such a discharge lamp device.
[0002]
[Prior art]
An arc tube in which a rare gas is sealed, in which an internal electrode is provided, and an external electrode is provided on an outer peripheral surface of the arc tube, a voltage is applied from a lighting circuit connected to the internal electrode and the external electrode. A rare gas discharge lamp device disclosed in
[0003]
Further, for example, there are techniques disclosed in
[0004]
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional discharge lamp device. In the figure, a
[0005]
The
[0006]
FIG. 15 is a waveform diagram showing an applied voltage waveform and the like in a conventional discharge lamp device. FIG. 3A shows a waveform of an alternating rectangular wave voltage applied between the
[0007]
FIG. 15B shows the waveform of the current flowing through the
[0008]
As shown in FIG. 15 (a), when a voltage of an alternating rectangular wave that becomes a positive voltage and a negative voltage alternately is applied, as shown in FIG. 15 (b), a differential wave shape corresponding to the rising of the positive voltage is obtained. Positive current (rising current) and differential current-shaped negative current (falling current) corresponding to the falling of the negative voltage alternately flow.
[0009]
The phosphor inside the
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-6-163005
[Patent Document 2]
JP-A-2002-75682
[Patent Document 3]
JP 2001-267093 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 15C, the luminance characteristic when applying a positive voltage (luminance waveform L1) is different from the luminance characteristic when applying a negative voltage (luminance waveform L2) only in the range indicated by the luminance decreasing waveform L4. And the luminous efficiency also decreases. It is considered that when a negative voltage is applied, a contraction discharge occurs, and the luminance decreases due to the effect of reducing the luminance accompanying the contraction discharge.
[0012]
As described above, in the conventional method of applying the alternating rectangular wave voltage, the luminance is reduced every half cycle of the alternating rectangular voltage, so that sufficient luminous efficiency cannot be obtained.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a backlight suitable for a discharge lamp device, a liquid crystal display device, and the like having improved luminance and luminous efficiency.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A first discharge lamp device according to the present invention is a discharge lamp device that drives an arc tube in which a rare gas is sealed, a first electrode is provided inside, and a second electrode is provided outside, and the first electrode and the first electrode are connected to each other. A lighting circuit for applying a voltage between the second electrodes is provided. The lighting circuit applies a positive rectangular wave voltage to the first electrode using the potential of the second electrode as a reference potential.
[0015]
A second discharge lamp device according to the present invention is a discharge lamp device for driving an arc tube in which a rare gas is sealed and a first electrode is provided therein, wherein a plurality of second electrodes are arranged in parallel. A support plate that supports the arc tube in proximity to the arc tube, and a lighting circuit that applies a voltage between the first electrode and the second electrode. The lighting circuit applies a positive rectangular wave voltage to the first electrode using the potential of the second electrode as a reference potential.
[0016]
A backlight according to the present invention includes at least one arc tube and the above-described discharge lamp device.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a discharge device and a backlight according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
<
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a discharge lamp device according to the present invention. The discharge lamp device L includes an
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Next, control of the applied voltage (drive voltage) to the
[0023]
FIG. 2 shows a waveform and the like of a voltage applied to the
[0024]
In the present invention, as shown in FIG. 2A, the potential of the external electrode 2a is fixed to the reference potential (that is, the voltage is 0 V) with respect to the
[0025]
In response to the voltage application shown in FIG. 2 (a), as shown in FIG. 2 (b), a positive current (rising current) in the form of a differential wave corresponding to the rising of the positive applied voltage and the falling of the positive applied voltage , A negative current (falling current) in the form of a differential wave alternately flows.
[0026]
The phosphor inside the
[0027]
FIG. 3A shows an emission spectrum of xenon gas, which is one of the discharge gases sealed in the
[0028]
As described above, according to the driving method of the applied voltage in the present embodiment, it is possible to prevent the brightness from decreasing every half cycle, which occurs in the conventional method of applying the alternating rectangular wave voltage, so that the brightness is improved and the luminous efficiency is improved. Can be achieved. Although the reason why the luminance can be improved during the period in which the driving voltage is not applied as shown in FIG. 2C is not clear from the complexity of the discharge phenomenon, it is not clear that the contraction discharge is reduced. That the synergistic effect of the monomer emission during the rectangular wave voltage application period and the excimer emission during the period when no voltage is applied effectively acts on the phosphor, and that the internal electrode acts only as an anode to excite the rare gas. It is conceivable that it does not act as a cathode (cathode) that does not occur.
[0029]
Further, as will be described in detail in Embodiment 4, by appropriately controlling the on-duty (T1 / T2) of the rectangular wave composed of only the positive voltage applied to the
[0030]
FIGS. 2A to 2C already show waveforms when the on-duty is controlled to 50%, and FIG. 4 shows waveforms when the on-duty is controlled to 30%. 4A shows the applied voltage waveform, FIG. 4B shows the current waveform, and FIG. 4C shows the emission luminance. As shown in the figure, the luminance (the luminance indicated by the luminance waveform L3) during the period in which the drive voltage is not applied is higher than the luminance (the luminance indicated by the luminance waveform L1) during the positive voltage application period, and the luminous efficiency is further improved. It can be understood.
[0031]
The
[0032]
Further, as shown in FIG. 5A, the external electrode of the
[0033]
Further, although only one
[0034]
Discharge occurs between the
[0035]
When the gas pressure inside the
[0036]
<
FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the main part of the discharge lamp device according to the present invention. 7 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 6, and FIG. 8 is a sectional view taken along line III-III in FIG. In the discharge lamp device L of the present embodiment, the external electrodes are not formed directly on the outer peripheral surface of the
[0037]
A rare gas is sealed in the
[0038]
A plurality of accommodation grooves T for accommodating the
[0039]
Further, a plurality of
[0040]
The
[0041]
Further, as shown in FIGS. 7 and 8, a flat
[0042]
<
FIG. 9 is a diagram showing still another configuration of the main part of the discharge lamp device according to the present invention. In the second embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the discharge lamp device L is a direct-type backlight arranged on the main surface side of the
[0043]
<Embodiment 4>
As described in the first embodiment, the luminance can be increased by appropriately controlling the on-duty of the rectangular wave consisting of only the positive voltage applied to the internal electrode. In the present embodiment, this on-duty control will be described in detail.
[0044]
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in luminance when the on-duty (T1 / T2) is changed. The horizontal axis is the on-duty (%) of a rectangular wave consisting of only the positive voltage applied to the
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
Specimen 4 had the same configuration as
[0049]
In FIG. 10, the dashed two-way arrows indicate the correspondence between the
[0050]
Referring to FIG. 10, it can be understood that in
[0051]
Further, in FIG. 10, when the
[0052]
In other words, in the case where the shape of the external electrode is a belt-like shape as in the related art, the luminance is not improved by applying the rectangular wave voltage of only the positive voltage of the present invention as compared with the case of applying the alternating voltage in the related art. However, by employing a configuration in which a plurality of external electrodes are arranged apart from each other in the tube axis direction, the luminance can be greatly improved. It is needless to say that such an effect in the
[0053]
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a change in luminance per 1 W when the on-duty is changed as described above. The horizontal axis is the on-duty (%), and the vertical axis is the surface luminance per 1 W (cd / m).2/ W), that is, the luminous efficiency. The conditions for the
[0054]
Comparing
[0055]
From the characteristic diagrams of FIGS. 10 and 11, if the on-duty is controlled in the range from 18% to slightly more than 40%, the luminous efficiency can be improved as well as the luminance, which cannot be obtained in the conventional discharge lamp device. High luminance characteristics and luminous efficiency can be obtained.
[0056]
Next, the case where a rectangular wave voltage of only a negative voltage is applied between the external electrode and the internal electrode will be examined. For this reason, a
[0057]
FIG. 12 is a characteristic diagram for comparing a difference in luminance between a case where a rectangular wave voltage of only a positive voltage is applied between an external electrode and an internal electrode and a case where a rectangular wave voltage of only a negative voltage is applied. The horizontal axis represents the on-duty (%), and the vertical axis represents the average luminance (cd / m) of the surface of the
[0058]
In FIG. 12, when the
[0059]
In FIG. 13, a comparison between the
[0060]
As described above, applying a rectangular wave voltage of only a positive voltage between an external electrode and an internal electrode is more effective in improving luminance and luminous efficiency than applying a rectangular wave voltage of only a negative voltage. There is.
[0061]
In this embodiment, the evaluation result is shown for a single green color, but the phosphor used in the arc tube is LaPO.4: It is not limited to Ce and Tb. For example, for a blue phosphor, BaMgAlxOy: Eu etc. (x and y are optional), if green, LaPO4: Ce, Tb or Zn2SiO4: Mn or BaMg2Al1 4O24: Y if Eu, Mn, etc. is red2O3: Eu, (Y, Gd) BO3: Eu, YPVO4: Eu, YVO4: A commonly used phosphor such as a phosphor for a three-wavelength emission type fluorescent lamp such as Eu, a phosphor for a plasma display, and a halophosphate phosphor for white light emission can be appropriately selected and used. By increasing the excimer emission ratio of the discharge gas, generally, the quantum efficiency of the phosphor is increased, and the light output can be increased.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the backlight and the backlight for a liquid crystal display element, the second electrode, which is the external electrode, is set to the reference potential (applied voltage: 0 V), and the first electrode, which is the internal electrode, is rectangular with only a positive voltage. Since a wave voltage is applied, sufficient luminance can be obtained even when a falling current flows when the positive voltage falls, and luminous efficiency can be improved.
[0063]
Further, according to the present invention, since the support plate for the arc tube is provided, and a plurality of the second electrodes are arranged on the support plate, the formation of the external electrode is facilitated, the luminance characteristics and the luminous efficiency are improved, and the production of the arc tube is improved. Cost reduction and simplification can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a discharge lamp device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an applied voltage waveform, a current waveform, and luminance of an arc tube in the discharge lamp device of the present invention.
3A is a diagram showing an emission spectrum of a rare gas (xenon gas), and FIG. 3B is a diagram showing an excitation spectrum of a phosphor.
FIG. 4 is a diagram showing an applied voltage waveform, a current waveform, and the luminance of an arc tube when the on-duty is appropriately controlled in the discharge lamp device of the present invention.
5A is a block diagram showing another example of the configuration of the discharge lamp device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5B is a cross-sectional view of an arc tube, and FIG. 5C shows light emission provided with internal electrodes at both ends. Tube illustration
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a discharge lamp device according to a second embodiment of the present invention.
7 is a sectional view of the discharge lamp device (backlight) in FIG. 6 taken along line II-II.
8 is a cross-sectional view of the discharge lamp device (backlight) in FIG. 6 taken along line III-III.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a main part of a discharge lamp device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in luminance when the on-duty is changed in the fourth embodiment.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a change in luminance per 1 W when on-duty is changed in the fourth embodiment.
FIG. 12 is a characteristic diagram comparing luminance changes when a positive / negative rectangular wave voltage is applied in the fourth embodiment.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a change in luminance per 1 W when a positive / negative rectangular wave voltage is applied in the fourth embodiment.
FIG. 14 schematically shows a conventional discharge lamp device.
FIG. 15 is a diagram showing an applied voltage waveform, a current waveform, and the luminance of an arc tube in a conventional discharge lamp device.
[Explanation of symbols]
1 internal electrode
2a, 2b, 2c External electrode
3 arc tube
5 lighting circuit
P AC power supply
C rectifier circuit
SC smoothing circuit
TC booster circuit
S switching circuit
G ground point
4 support plate
T accommodation groove
L discharge lamp device
6 Light guide plate
B Backlight
7 Supporting member
Claims (11)
前記第1電極と前記第2電極間に電圧を印加する点灯回路を備え、
前記点灯回路は、前記第2電極の電位を基準電位として、前記第1電極に対して正の矩形波電圧を印加することを特徴とする放電灯装置。A discharge lamp device for driving an arc tube in which a rare gas is sealed, a first electrode is provided inside, and a second electrode is provided outside,
A lighting circuit for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
The discharge lamp device, wherein the lighting circuit applies a positive rectangular wave voltage to the first electrode using a potential of the second electrode as a reference potential.
複数個の第2電極が並設されており、前記発光管に近接して前記発光管を支持する支持板と、
前記第1電極と前記第2電極間に電圧を印加する点灯回路とを備え、
該点灯回路は、前記第2電極の電位を基準電位として、前記第1電極に対して正の矩形波電圧を印加することを特徴とする放電灯装置。A discharge lamp device for driving an arc tube in which a rare gas is sealed and a first electrode is provided therein,
A plurality of second electrodes arranged in parallel, a support plate for supporting the arc tube in proximity to the arc tube,
A lighting circuit for applying a voltage between the first electrode and the second electrode,
The discharge lamp device, wherein the lighting circuit applies a positive rectangular wave voltage to the first electrode using a potential of the second electrode as a reference potential.
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---|---|---|---|---|
WO2008126341A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | Dielectric barrier discharge lamp lighting device |
-
2003
- 2003-05-12 JP JP2003133267A patent/JP2004055521A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008126341A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | Dielectric barrier discharge lamp lighting device |
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