JP2004111387A

JP2004111387A - 光源装置

Info

Publication number: JP2004111387A
Application number: JP2003304449A
Authority: JP
Inventors: Keiji Hayashi; 林　啓二; Tetsuya Kobayashi; 小林　哲也; Toshihiro Suzuki; 鈴木　敏弘; ▲浜▼田　哲也; Tetsuya Hamada; Mari Sugawara; 菅原　真理
Original assignee: Fujitsu Display Technologies Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US7122946B2; TWI233520B; KR20040020018A; US20040051429A1; TW200405097A; KR100831532B1

Abstract

【課題】　表示装置等で使用される光源装置に関し、発光効率の高い光源装置を得ることを目的とする。
【解決手段】　水銀が封入され、その両端に電極を有する放電管２４と、該放電管の一部に接触する導熱路３２とを備え、該導熱路と接触する該放電管の部分を冷却部とし、該導熱路と接触しない該放電管の部分を非冷却部とし、放電管の内側の断面積をＳ（ｍ²)とし、該放電管の単位長さ当たりの発熱量をＷ（Ｗ）とし、該非冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ１（Ｗ／Ｋ／ｍ）とし、該冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ２（Ｗ／Ｋ／ｍ）として、
　６×１０^-5／Ｓ＜（１／ｋ１−１／ｋ２）Ｗ　　　　　（１）
の関係を概ね満たしている構成とする。
【選択図】　　　図７

Description

　本発明は希薄な気体の中で放電することで発光する放電管を含む光源装置に関する。特に、本発明は放電ガスに水銀を用いている冷陰極管からなる放電管を含む光源装置に関する。

　例えば液晶表示装置は冷陰極管からなる放電管を光源とするバックライトを含む。放電管には、発光物質として水銀が封入されている。放電管内の水銀は、液体の状態及び蒸気の状態で存在する。水銀の封入量は最大発光効率を与える水銀の蒸気量に比べてはるかに多い（１０００倍程度）。このような放電管においては、放電管が所定の温度にあるときに最大の発光効率が得られる。しかし、大電力を放電管に投入すると、放電管内が高温になり、水銀蒸気圧が高くなりすぎ、発光効率が低下する。

　この現象による効率低下を防止するために、本願の先願である特願２００１−２９２０８６（特開２００３−１００１３０号公報）においては、放電管に接触する導熱路（熱伝導体）を設け、放電管から導熱路を介して熱を逃がし、放電管を冷却する提案がある。そのような導熱路を設けると、液体水銀は導熱路が接触している放電管の冷却部に集中し、放電管内の水銀蒸気圧は放電管の冷却部の温度に従ったものになり、最大の発光効率を実現できる。

　液体水銀は導熱路が接触している放電管の冷却部に集中して位置するのが望ましい。しかし、使用前の放電管では、液体水銀は放電管内にランダムに分布しており、使用の過程において、液体水銀は冷却部に集中していく。従って使用の前に予め、液体水銀を冷却部に集中させておく処理を行うのが好ましいとしていた。

　従来の技術では次のような問題点があった。
　（ａ）放電管の作製時に液体水銀を所定の位置に集中させる工程が必要であると、コスト増となる。
　（ｂ）液体水銀の粒が衝撃等により冷却部から外れると、発光効率が低下することがある。

　（ｃ）従来は導熱路として導熱性シリコンゴム（熱伝導度１〜２Ｗ／Ｋ／ｍ）若しくはアルミニウム板を用いていた。両材料とも熱伝導度は温度にほとんど依存しない。よって外気温を受けた放電管の温度上昇の幅が放電管の発熱量に常に比例するため、外気温が上昇すると、同じ変化幅で放電管の表面温度が変化してしまい、放電管内の温度を最適値に保つことができない。
　（ｄ）導熱路が大きく且つ濃い色がついていると、バックライトとして組んだ場合に影が生じる。
特開２００３−１００１３０号公報

　本発明の目的は、簡単で発光効率の高い光源装置を得ることを目的とする。

　以下に記載の発明は、これらの問題点の少なくとも１つを解決せんとするものである。
　本発明の一つの特徴による光源装置は、水銀が封入され、その両端に電極を有する放電管と、該放電管の一部に接触する導熱路とを備え、該導熱路と接触する該放電管の部分を冷却部とし、該導熱路と接触しない該放電管の部分を非冷却部とし、放電管の内部断面積をＳ（ｍ²)とし、該放電管の単位長さ当たりの発熱量をＷ（Ｗ）とし、該非冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ１（Ｗ／Ｋ／ｍ）とし、該冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ２（Ｗ／Ｋ／ｍ）として、
　６×１０^-5／Ｓ＜（１／ｋ１−１／ｋ２）Ｗ　　　　　（１）
の関係を概ね満たしている
ことを特徴とするものである。

　また、本発明の一つの特徴による光源装置は、少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含み、放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は雰囲気温度の上昇とともに熱伝導度が大きくなる物質又は構造体で作られており、かつその一端が放電管の壁面の一部分に接しており、他端が放熱体に接して配置されていることを特徴とするものである。

　また、本発明の一つの特徴による光源装置は、少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含み、放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は透明体若しくは表面が白色又は淡色である若しくは反射面であり、かつその一端が放電管の壁面の一部分に接しており、他端が放熱体に接して配置されていることを特徴とするものである。

　また、本発明の一つの特徴による光源装置は、少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含む光源アセンブリを複数含む光源装置であって、各々の放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は放電管に対して一端が放電管表面に接しており、導熱路の放電管に接していない端が放熱体に接して配置されており、導熱路の熱伝導度が光源アセンブリ毎に異なっており、各光源アセンブリの放電管の導熱路と接する部分での管表面温度が概ね５℃以内の幅に収まっていることを特徴とするものである。

　また、本発明の一つの特徴による光源装置は、水銀が封入されている放電管と、導熱路とを含み、該放電管は透明物質でできた管内の両端で電極を封入してあるもので、該導熱路はそれぞれの一端が放電管の発光部分において管壁面の一部に接しており、該導熱路が接する部分の放電管の表面積ｓ（ｍ²)が放電管の内容積Ｖ（ｍ³)に対して、Ｖ／ｓ＜４．２cmの関係を満たす
ことを特徴とするものである。

　以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明のバックライトを含む液晶表示装置を示す図、図２は図１のバックライトの断面図である。図１及び図２において、液晶表示装置１０は、液晶パネル１２と、バックライト１４とを含む。バックライト１４は、導光板１６と、導光板１６の両側に配置された光源装置１８と、導光板１６の下側に配置された散乱反射板２０と、導光板１６の上側に配置された散乱板２２とを含む。

　各光源装置１８は、２つの放電管２４と、リフレクタ２６とからなる。放電管２４の出射光の一部は直接に導光板１６に入射し、放電管２４の出射光の他の一部はリフレクタ２６で反射されて導光板１６に入射する。光は導光板１６内を進み、散乱反射板２０で反射されてから液晶パネル１２へ向かって導光板１６から出射し、散乱板２２で散乱されて液晶パネル１２に入射する。液晶パネル１２は画像を形成し、バックライト１４から供給された光が液晶パネル１２で形成された画像を照明し、観視者は明るい画像を見ることができる。

　図３は図１及び図２の光源装置１８を示す略断面図である。図４は図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った光源装置を示す断面図である。実施例においては、放電管２４は蛍光ランプと呼ばれる冷陰極管であり、放電管２４の内径は２．０mm、外径は２．６mm、全長は３８０mmのものである。放電管２４の内部には水銀２６が封入され、放電管２４の内壁には蛍光物質が塗布されている。リフレクタ２８は２本の放電管２４を覆うように配置される。放電管２４の両端部には電極３０が配置される。放電管２４はその両端部が保持部材２７によってリフレクタ２８に保持される。リフレクタ２８はバックライト１４のハウジングに取りつけられる。

　導熱部材（導熱路）３２が放電管２４の中央部分に接触してリフレクタ２８に取付けられている。従って、放電管２４の中央部分が導熱部材３２によって局所的に冷却される。導熱部材３２と接触する放電管２４の部分を冷却部と呼び、導熱部材３２と接触しない放電管２４の部分を非冷却部と呼ぶ。リフレクタ２８は金属であり、熱伝導性及び放熱性が高いので、放電管２４の熱は導熱部材３２を介してリフレクタ２８へ伝達され、リフレクタ２８から外部へ排熱される。

　放電管２４内に封入されている水銀２６の量は放電に必要な水銀量よりもかなり多い。従って、多量の水銀は液体水銀の状態で存在し、少量の水銀が気体水銀の状態で存在する。放電時に一部の液体水銀が蒸発して気体水銀となり、一部の気体水銀は液化して液体水銀となる。放電管２４内の飽和蒸気圧が最適な値のときに放電管２４の発光の輝度は最大となり、飽和蒸気圧が最適な値から高くなっても低くなっても放電管２４の発光の輝度は低下する。放電管２４内の飽和蒸気圧は放電管２４の最冷部の温度の関数になる。従って、放電管２４の特定の位置を最冷部とすることによって、放電管２４の発光の輝度を最大にすることができる。

　図５は、放電管２４の温度と輝度との関係を示す図である。曲線Ｘが図３に示す放電管２４の特性を示す。導熱部材３２は、例えば室温が２５℃のときに、放電管２４の発光の輝度が最大（Ａ）になるように適合されている。

　図３においては、液体水銀２６が放電管２４の導熱部材３２と同じ位置にある管壁に集められている。放電管２４の製造直後においては、液体水銀２６は放電管２４内の全領域に分布しており、所定の位置に集められていない。このような状態から放電管２４を使用すると、液体水銀２６はバックライトの使用とともに次第に導熱部材３２の位置する所定の位置に集まる。しかし、液体水銀２６が自然に所定の位置に集まるまでにはかなりの時間がかかる。その間に電極３０から飛び出したスパッタ物が液体水銀の粒を覆ってしまうと、放電管２４の寿命は短くなる。

　そこで、第１及び第２の目的に対して、これらへの対策として、例え水銀の粒が冷却部以外の位置にある状態ができても、水銀の粒が所定の時間内に冷却部へ移動し、集中するようにすればよい。この時間制限を与える要因は、スパッタ物との合金化による水銀の消耗の進行度である。この条件は下記のように表わされる。
　すなわち、光源装置は、水銀が封入され、その両端に電極を有する放電管と、該放電管の一部に接触する導熱路とを備え、該導熱路と接触する該放電管の部分を冷却部とし、該導熱路と接触しない該放電管の部分を非冷却部とし、放電管の内部断面積をＳ（ｍ²)とし、該放電管の単位長さ当たりの発熱量をＷ（Ｗ）とし、該非冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ１（Ｗ／Ｋ／ｍ）とし、該冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ２（Ｗ／Ｋ／ｍ）として、
　６×１０^-5／Ｓ＜（１／ｋ１−１／ｋ２）Ｗ　　　　　（１）
の関係を概ね満たしている。

　これは次のように言い換えることもできる。光源装置は、水銀が封入され、その両端に電極を有する放電管と、該放電管の一部に接触する導熱路とを備え、該導熱路と接触する該放電管の部分を冷却部とし、該導熱路と接触しない該放電管の部分を非冷却部とし、放電管の内部断面積をＳ（ｍ²)とし、放電管点灯時の放電管外面の表面温度が該電極から概ね１００mm離れた領域の少なくとも一部でＴ２（Ｋ）であり、両端の電極の間にあり且つ該領域以外の領域での最低の表面温度をＴ１（Ｋ）とし、温度Ｔでの水銀の飽和蒸気圧をＰ（Ｔ）（Ｐａ）として、
　Ｐ（Ｔ２）＜Ｐ（Ｔ１）−６×１０^-5　　　　　（２）
の関係を概ね満たしている。

　図６を参照して説明すると、水銀の粒がある付近では、その水銀の粒の温度に応じた飽和蒸気圧の水銀蒸気が発生する。水銀の粒が複数の位置にあり、かつ水銀の粒の温度がそれぞれの位置で違う場合には、水銀蒸気の蒸気圧は位置により異なってきて、圧力差が出てくる。この圧力差が原因となり、下のような水銀原子の動きが起こる結果、高温度の位置にある水銀の粒が蒸発していき、その分だけ低温度の部分へ流入していく。

　水銀蒸気の温度Ｔや圧力Ｐは、水銀原子の速度に置き換え可能な量である。（１）水銀原子の速度ｖａ＝（ｋ×Ｔ）^0.5、（２）水銀原子が衝突することでの圧力Ｐ∝ｎ×ｍｖａ。ｎは水銀原子数である。添字ｈｉは高温位置にあるもの、添字ｌｏは低温位置にあるものを示す。

　水銀の粒Ａが温度Ｔｈｉ、粒Ｂが温度Ｔｌｏであるとき、それぞれの水銀の粒の温度に応じて、その周囲にある水銀蒸気内の原子速度が異なってくる。この条件のもとでは、粒Ａの領域から粒Ｂのある領域に向かって水銀が移動していく。その移動速度は、ｎ×ｖａの差（ｎｈｉ×ｖａｈｉ−ｎｌｏ×ｖａｌｏ）に比例する。よって、移動速度は水銀の粒Ａのある領域での蒸気圧Ｐｈｉと水銀の粒Ｂのある領域での蒸気圧Ｐｌｏの差に比例する。（そのため、式（２）の不等式の形で、一定時間内に水銀が移動する時間を表すことができる。）

　また、蒸発している水銀原子の数ｎも温度Ｔの関数になっているので、間接的に原子の速度と一対一に対応している。式（１）の不等式では、移動速度（ｎ×ｖの差）をＴの一次式に近似して示している。（温度の差が３０℃程度なので、近似が成り立つ。）
　まず、液体水銀の粒が冷却部へ集中していく速度を見積もる。局所冷却の機構をもつ光源装置においては、冷却部分と非冷却部分との間に放電管２４の表面温度に温度差ができる。この温度差で放電管２４内にできる水銀の蒸気圧差が原動力になって冷却部分へ水銀が集中していく。管内径2.0mm、管長350mm程度の放電管２４においては、非冷却部の温度が80℃、冷却部の温度が60℃の時に、80時間程度の連続点灯後に通常封入されている全ての水銀（3mg以下）が冷却部へ集中する。

　この管壁での温度分布を達成するために、放熱機構には次の条件が求められる。
　放電管２４は、外から供給される電力の一部を可視光に変えているが、残りのエネルギーを熱に変えている。熱となるエネルギーは電力の80％程度であるが、電極の電気抵抗での損失が全電力に対して20％ほどあり、残りの約60％が放電空間での発熱である。放電空間での管表面温度が80℃になるのは、管電力が5〜6Wであるときに相当するので、放電空間（管延長350mm、内径2.0mm）に面する管外壁から放出される熱量は0.08〜0.1W／cmである。この熱量を外部に排出するが、冷却部と非冷却部で20℃の温度差が発生させるためには、冷却部での熱伝導度と非冷却部での熱伝導度との間に次の関係が必要になる。

　温度差＝（１／ｋ₁−１／ｋ₂）×Ｗ　　　　　（３）
　ここで、ｋ₁は管長手方向の単位長さ当たりの非冷却部の管から外部への熱伝導度、ｋ₂は管長手方向の単位長さ当たりの冷却部の管から外部への熱伝導度である。Ｗは管単位長さあたりの発熱量である。熱伝導度は、熱伝導係数及び導熱部の形状に依存する。
　また、この現象を水銀原子の拡散に注目して記述すると、次のようになる。

　壁面に付いた水銀からは、壁面温度Tで規定される飽和蒸気圧分の水銀蒸気が蒸発する。圧力は原子数密度と1原子あたりの運動量に比例するので、単位時間あたりに通過する水銀原子数は、水銀の分圧に比例する。よって非冷却部からは80℃での水銀の飽和蒸気圧(11.8Pa)、冷却部からは60℃での水銀の飽和蒸気圧(3.35Pa)の水銀蒸気が発生している。単位時間内に管の断面を通過する原子数が、その断面をはさむ2つの領域の水銀蒸気圧差と内部断面積に比例することから、
　ｄｎ/ｄｔ=α×π×(1×10^-3)²×(11.8-3.35)　　　　　（４）
　（αは、水銀以外の封入ガスの種類,量が関わる比例係数）
と表される。

　この条件下で、80時間で余剰な水銀が移動し終わったことから、100時間の間に水銀が移動し終わるための速度は、（4）式の右辺を0.8倍にすればよい。つまり
　ｄｎ’/ｄｔ=0.8×α×π×(1×10^-3)²×(11.8-3.35)　　　　　（５）
となる。比例係数αは封入ガス圧に依存し2倍程度変化することを考慮すれば、式（２）に規定したように、管内の水銀蒸気圧についての条件が与えられる。

　この圧力差を与える管表面の温度差は、半径1〜3mm程度の管での水銀蒸気の適温である60℃に対し、冷却しない部分の温度が75℃程度にする場合に相当する。管内部の断面積Sの値に3.1×10^-2を入れ、管表面に発生する温度差の式（3）を用いることにより、以上の関係は、式（１）で表せる。

　より詳細には、式（１）は、管全体に水銀粒子が行き渡っている状態で、点灯しつづけ、冷却部分と非冷却部分との間の温度差により、水銀粒子が冷却部分に集まってくる時間を１００ｈ以内にできるような、冷却条件を与えるものである。
　水銀の移動速度は、冷却部と非冷却部分での水銀ガス濃度の差に比例し、かつ、管の内部面積に比例する。大型モニタで一般に使われる蛍光管は内径２．０mmであり、水銀を最大で３mg程度入れている。その水銀が管内の各所に分散している状態で点灯し始め、温度差により管壁を冷却した個所へ水銀が移動する。実験では、この水銀の移動は、管内の水銀量が２．１〜２．３mgの管においては、最大約８０ｈで終了した。このときの非冷却部の管温度は８０℃（水銀蒸気圧で１１．８Pa）、冷却部の管温度は６０℃（水銀蒸気圧で３．３５Pa）となっている。実際には、１００ｈまでに移動を完了すれば、管寿命に影響ないので、この条件での移動速度の０．８倍で十分と言える。また、実験に用いた管の水銀量（２．１〜２．３mg）に対して最大１．５倍程度の水銀を入れている管がありうることから、１．２倍程度の速度で移動すると、実質的に寿命に影響しない。そこで冷却部の管温度を６０℃に固定して、蒸気圧の差が１．２倍となる管温度の条件は、非冷却部で８０℃（水銀蒸気圧で８．５Pa）となる。

　水銀の移動速度を与える式を、簡単にするため、水銀蒸気圧が管温度に比例すると近似して、
　ｖ＝α×Ｓ×（Ｔ１−Ｔ２）　　　　　（６）
とする。（Ｔ１は非冷却部分の管温度、Ｔ２は冷却部分の管温度である）。

　管の内部断面積Ｓ＝（０．００１）²×π（ｍ²）、Ｔ１−Ｔ２＝２０℃において、十分な速度が得られるので、それらの値からαを求める。式（６）にαを代入して、一般に管内部断面積Ｓに対して必要な温度差は、次のようになる。
　（Ｔ１−Ｔ２）＝２０×３．１×１０^-6／Ｓ　　　　　（７）
　次に、冷却部と非冷却部の管温度差については、次のようにして熱伝導率κ（κ１、κ２）から定義される。κ１は空気の熱伝導係数、κ２は導熱部材３２の熱伝導係数とする。
　冷却部の管温度＝Ｔ０＋（ｔ／導熱路の断面積×κ２）×導熱部で発生している熱量
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
　ここで、Ｔ０はリフレクタ２８の温度、ｔは導熱路の長さ（放電管２４とリフレクタ２８の間の距離）、Ｌは管長手方向の導熱路の長さ、である。

　式（８）は次のように物理量を定義して書き直すことができる。
　冷却部の管温度＝Ｔ０＋Ｗ×Ｌ／（ｋ２×Ｌ）
　　　　　　　　＝Ｔ０＋Ｗ／ｋ２　　　　　　　　　　（９）
　ただし、Ｗは管の発光部での単位長さあたりの発熱量、Ｌは導熱路の管長手方向の長さ、ｋ２＝導熱路の断面積×κ２／ｔである。
　また、ｋ１＝非冷却部の断面積×κ１／ｔである。

　非冷却部の温度も、熱伝導係数を空気の熱伝導係数に置き換えることで、式（９）と同様の式となります。
　非冷却部の管温度＝Ｔ０＋Ｗ／ｋ１　　　　　（１０）
　式（７）が式（１）の左辺に相当し、式（９）、式（１０）を式（１）の右辺に代入する。

　水銀の消耗が電極スパッタ物との化合によって起こっていることから、水銀と化合するのに必要な量の電極スパッタ物が飛散する以前に、水銀を冷却部に集めれば、消耗することはない。冷陰極管の寿命は、管電流10mA程度で比較的大きく変化し、かつ表示装置で通常要求される最低寿命４万時間を割り込むことになる。よって、実用上の条件を求めるためには、10mAでのスパッタ物飛散量をもとに考えればよい。一方スパッタ物の量についていえば、スパッタ物が覆う範囲の面積が水銀の付着する面積より小さければ、水銀蒸気が必ず発生し、冷陰極管の劣化現象が現れない。（スパッタ物が水銀粒を覆いきれていない場合には、スパッタ物がついていない表面から水銀原子が順次気化していく。）

　管長350mm程度の冷陰極管には約2mgの水銀が封入されているが、その全量が最も小さな面積で冷陰極管の壁面に付くことになるのは、全量が半球状に集まったときである。このときの直径は0.4mmとなる。この水銀粒の表面がスパッタ物により全面が覆われたときに水銀蒸気が出なくなることから、水銀粒の直径0.4mmよりも広い幅にスパッタ物が付着するまでに、スパッタ物が飛散しない範囲へ水銀を集中させればよいことになる。よって100時間の内に水銀を移動させれば、水銀消耗による劣化が防げるといえる。表１は電流に対する管寿命とスパッタ物堆積状況を示す。（スパッタ長は電極先端−スパッタ物付着域先端までの距離。）

　　　表１
　　　管電流(mA)　　　　　　　　　 7　　　　10　　　 15　　　20
　　　管寿命(h)　　　　　　　　　60000　　32000　　12800　　9600
　　　スパッタ長(mm)　　　　　　　0.1　　　0.2　　　0.4　　 0.8
　　　 100h経過後
　　　スパッタ長(mm)　　　　　　　0.6　　　0.6　　　0.9　　 1.7
　　　 200h経過後
　さらに、スパッタ物の飛散する範囲について述べる。この範囲より遠い位置へ、上記の時間内に水銀を移動させることで、水銀の消耗を無くすことができる。

　4000時間連続点灯の上で、スパッタ物とアマルガム化した水銀量の水銀集中位置に対する依存を調べたところ、表２のようになった。表２は水銀消耗度の水銀集中位置依存性を示す。このことから、概ね電極先端から100mm程度以上離れた位置には、アマルガム化は起こらないと考えられる。スパッタ物の飛散は気化して起こる現象ではないため飛ぶ空間の雰囲気温度に飛散距離が依存しないと考えられる。

　　　表２
　　　水銀集中位置　　　　5mm　　20mm　　65mm　　185mm
　（電極先端からの距離)
　　水銀消耗度　　　　　　22%　　11.6%　 6.2%　　2.5%

　第３の目的に対しては、導熱路を熱伝導度が温度の上昇につれて増大する物質でつくることにより、外気温が上昇するにつれて導熱路の熱伝導度が高くなるため、放熱板と放電管の温度差を小さくする。一般に金属，樹脂については温度上昇とともに熱伝導率が低下することが知られているが、黄銅,青銅などでは、１０℃の温度上昇に対して２％程度熱伝導度が大きくなることが知られている。

　第４の目的に対しては、導熱路として表面が白色であるものを用いる。
　ここで、図７及び図８を参照してより本発明を詳細に説明する。
　図７及び図８において、放電管２４は導熱部材３２を介してリフレクタ２８に熱的に接触されている。導熱部材３２は導熱ゴム（接着剤）３２Ａにより放電管２４に結合され、導熱シート（接着剤）３２Ｂによりリフレクタ２８に結合される。

　放電管２４は、全長385mm、内径2.0mm、電極材料がNbの管を用い、リフレクタは、全長390mmで断面形状が、図示したようなコの字型のものを用いる。リフレクタ２８の中には、2本の放電管２４が配置されており、２本の放電管２４は電気的に並列に配線されて点灯する仕組みになっている。

　導熱部材３２は、黄銅製の図示した形状の導熱部品を用いる。導熱部材３２は、肉厚1.7mm、冷陰極管の長手方向の長さＬは10mm、放電管２８が2本並んでいる方向の幅Ｍは3mmの黄銅のブロックを用いている。黄銅の熱伝導度は、環境温度が20℃〜50℃の間で変化する間に、112.6W/K/mから119.2 W/K/mに変化する。導熱部品の両端間を流れる熱量が一定のとき、両端間の温度差を6％小さくできる。

　導熱部材３２は、２本の放電管２４を沿わせるようにして、リフレクタ２８の面とも接触するようにして取り付けてある。導熱部材３２とリフレクタ２８との間、および放電管２４との間の熱接触をよくするために、肉厚0.45mmの導熱シート（信越化学工業TC-45GB）３２Ａ，３２Ｂを、導熱部材３２と放電管２４、リフレクタ２８との間に挿入している。

　この光源装置の放電管２４に、一本あたり10mA流すことにより、外気温25℃の時に導熱部材３２と接触している部分の管壁温度が60℃になる（一方、導熱部材３２と接触していない部分については、85℃程度となっている）。外気温が50℃のもとでは、導熱部材３２の熱伝導度が上昇した効果により、接触部分の温度を83℃（外気温の温度上昇幅に比べ2度低下）になる。この結果、外気温50℃のもとでの輝度を5％上昇させることができた。

　放電管２４については、組み立て時には、水銀が管内の不特定の位置にあるものを用いた。このことにより、この光源を初めて点灯するときにも、点灯当初からそれぞれの蛍光管について管内で均一な白色の発光を得られる。水銀は、放電管２４を点灯しつづけるうちに、導熱部材３２と接触した部分の壁面へ集中していくが、そのために要する時間は最大86時間であった。このとき、電極に放電空間の電子,イオンが突入することで飛散する電極のスパッタ物は、まだ管の壁面に付着していなかった。つまり、放電管２４の劣化の主因である電極スパッタ物と水銀粒との化合も、この時点では起こらない。

　図９は図７及び図８の光源装置の変化例を示す図である。上記式（１）から、導熱部材３２の冷却部の単位長さ当たり熱伝導度であるｋ２（Ｗ／Ｋ／ｍ）が決定される。そこで、図７の導熱部材３２の長さＬが決められている。図７に示されるように、導熱部材３２は必ずしも連続的に長さＬを有する部材とする必要はない。図９に示されるように、導熱部材３２は分割された部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃとし、部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃの合計の長さが定められた長さＬとなるようにすればよい。

　封入される水銀が、内容積１cm³あたり１．５mg〜５mg程度含んでおり、点灯中も大部分が管壁に付着している。水銀が蛍光管の蛍光体層に付着する時には、半径０．０１mm程度の半球となっている。全ての水銀を冷却するために、水銀が集中して付着するときの面積よりも大きな面積を冷却する必要がある。このとき必要な冷却面積は、水銀の付着面積から次のようにして規定できる。

　内容積Ｖの冷陰極管には、水銀の寿命を確保するために最小でも１．５Ｖ（mg）の水銀が封入してある。この水銀の体積は、
　１．５×１０^-3×Ｖ／１３．５＝１．１×１０^-4×Ｖ（cm³)　　　　　（１１）
となる。この体積の水銀が半径0.01mmの半球状の粒になって凝集しているとき、粒１個当りの体積が２．０×１０^-6（cm³）であるから、粒の数は５．５×１０²×Ｖ個ある。半径ｒの円が重ならずに平面上に並ぶためには、円一つ当たり４ｒ²（cm²）の面積が必要になる。つまり、これらの水銀粒が重なることなく管壁に付くために必要な面積（Ｓ０）は、２．４×１０^-1×Ｖ（cm²)以上必要となる（水銀量が多い場合があるため）。蛍光管表面へ水銀粒を接触させるのに必要な面積に比べて冷却する表面の面積ｓを大きくすることで、水銀粒の温度を制御できることから、
　ｓ＞２．４×１０^-1Ｖ（cm²）　　　　　（１２）
の関係を満たすようにすればよいといえる。すなわち、
　Ｖ／ｓ＜４．２（cm）　　　　　（１３）

　なお、従来冷陰極管の位置出しのためにシリコーン樹脂のリング等を用いていた例が知られているが、冷陰極管の内容積が１cm³程度であるのに対して、シリコーン樹脂が接している冷陰極管の表面積が０．０２５cm²程度となっており、シリコーン樹脂が接触している面積が小さく、請求項に示した関係式を満たさない。

　内径２．０mm、全長３５０mmの液晶バックライト用蛍光管では、３mgの水銀を入れている。３mgの水銀の体積は２．２×１０^-4cm³である。この水銀が半径０．０１mmの半球になって集まるので、粒の数は約１．０×１０⁵個になっている。水銀粒の直径が０．０２mmであることから、均等に付着するためには、０．４cm²の面積が必要になる。

　そこで、この実施例では、管の内径２．０mm、全長３７０mm（内容積１．２×１０^-3cm³）の冷陰極管の周囲のうち１／４周（内側表面の長さ０．１６cm）に、中心付近で幅７mmの範囲に、電極から３０mm離れた点を中心に幅４mmの白色、導熱性シリコーン樹脂を接触させることで、接触面積を、延べ０．４cm²とできている。

　この場合、光源装置は、水銀放電管と１個以上の導熱路とを少なくとも含み、上記放電管は透明物質でできた管内の両端に電極を封入してあるもので、上記の導熱路はそれぞれの一端が上記水銀放電管の発光部分において管壁面の一部に接しており、上記の導熱路が接する部分の冷陰極管の表面積ｓが放電管の内容積Ｖに対し、Ｖ／ｓ＜４．２cmの関係を満たすことを特徴とする。

　図１０及び図１１は他の実施例を示す図である。

　図１０及び図１１において、放電管２４は内径２.０mm、管長385mmのものを用い、二本の放電管２４を１このリフレクタ２８で包囲する形状としている。
　モニタとして使用する時には、二組の光源が導光板の上下の辺に配置される。そのうちの上辺に配置される光源装置１８Aと、下辺に配置される光源装置１８Bの二種類を作る必要がある。

　まず光源装置１８Aについては、リフレクタ２８と放電管２４の間に導熱路３２としては次のような熱サイフォン素子を用いている。肉厚0.5mmのステンレス板で作った、高さ2.5mmの箱を一旦排気した後メチルアルコールを封入した。そして片側にシリコン樹脂３２Ａを図のように加工して、放電管２４と密着できるようにした。放電管２４は熱サイフォン素子の下側に位置しており、ステンレス容器の下辺に溜まったメチルアルコールを加熱する。管の温度が上記の最適温度(65℃)に達するとメチルアルコールが沸騰し、急激に上に向かって蒸発する（実線）。ステンレス容器の上面はリフレクタに接しており、この面にメチルアルコール蒸気が接すると凝結する。その結果できるメチルアルコール液滴は重力で下面に戻る（破線）。このようにして熱サイクルが形成され放電管２４からリフレクタ２８へ熱伝導する。

　光源装置１８Bについては、メチルアルコールの液滴が重力的に下部で凝結するため、上部の放電管２４に接する部分へメチルアルコールを届けるために、容器の側面にステンレスメッシュを取り付けている。また光源装置１８A、１８Bのステンレス容器の外表面は白色塗装し、色むらが生じないようにした。実線は蒸気の動き、破線は液滴の動きを示す。

　図１２は他の実施例を示す図である。
　図１２において、リフレクタ２８内に2本の放電管２４ａ〜２４ｄを仕込んだランプアセンブリセット１８Ｘ，１８Ｙが、縦置きにしてある導光板４０の上下に導光板４０へ対向させて、1組ずつ（計2組）配置してある。冷却のない状態での各放電管２４ａ〜２４ｄの発光部の温度は、次の表のようになる。上下のセットの管表面温度には、7℃程度の差がある。そのため放電管２４に同一の導熱部材（冷却用ゴムスペーサ）３２を取り付けた場合にも、同程度の温度差が残る（導熱部材を熱伝導度1.2W/K/mの材料にした場合の表面温度を表中に示した）。管表面温度の変化に対して、輝度は、およそ0.6％／℃の変化率で変化する。そのため、上下で4℃の温度差が出ることによって、２％の輝度傾斜を起こす原因になる。そこで、上下のランプアセンブリセット１８Ｘ，１８Ｙで導熱部材３２を違う材質にする。上セットの導熱部材３２を熱伝導度1.2W/K/mのものとし、下セットの導熱部材３２を熱伝導度1.4W/K/mのものとすることで、下表の右列に示すように、上下の管の温度差を2℃以内にでき、上下方向の温度起因の輝度傾斜を１％程度にできる。

　　　表３
　　　放電管　　管表面温度　　管表面温度　　　実施例での管表面温度
　　　　　　　　（冷却ナシ）　　（冷却ゴム同一）（冷却ゴム組み合わせ）
　　　　24a　　　　93℃　　　　　　70℃　　　　　　　　70℃
　　　　24b　　　　86℃　　　　　　65℃　　　　　　　　65℃
　　　　24c　　　　87℃　　　　　　66℃　　　　　　　　72℃
　　　　24d　　　　81℃　　　　　　61℃　　　　　　　　67℃

　図１３は他の実施例を示す図である。
　図１３において、リフレクタ２８内に３本の放電管２４ａ〜２４ｆを仕込んだランプアセンブリセット１８Ｘ，１８Ｙが、縦置きにしてある導光板４０の上下に導光板４０へ対向させて、1組ずつ（計2組）配置してある。このうちのリフレクタ２８の開口に面する2本の放電管２４ａ，２４ｂ，２４ｄ，２４ｅと残りの1本の放電管２４ｃ，２４ｆとの間に25℃程度の温度差が生じている。そこで管２４ｃまたは２４ｆに接触する冷却用ゴムスペーサ３２ｃ，３２ｆに熱伝導度がより高い材料を用いている。上のセット１８Ｘに関しては導熱部材３２ｃに熱伝導度2.0W/m/Kの材料を用い、３２ａ，３２ｂの部分に1.6W/m/Kの材料を用いて、これらを加熱プレスすることで成形した冷却用ゴムスペーサを用いる。下のセットに関しては導熱部材３２ｆに熱伝導度1.6W/m/Kの材料を用い、３２ｄ，３２ｅの部分に1.2W/m/Kの材料を用いて、これらを加熱プレスすることで成形した冷却用ゴムスペーサを用いる。この結果、ランプアセンブリセット内にある管の最冷点温度は、上下のアセンブリ間で互いに5℃以内の差になり、輝度傾斜がほとんど起こらない条件になる。また、各ランプアセンブリ内の冷陰極管には、最大10℃程度の温度差が生じる。このことにより、図示するように全ての冷陰極管の最冷点温度をそろえる場合に比べ、輝度の温度依存性を小さくすることができ、同時にすべての冷陰極管に同一材質の冷却ゴムスペーサを取り付けた場合に比べ、室温での輝度を高くすることができる。（従来のバックライトではアセンブリ内の管相互の温度差が10℃より大きく（約20℃）、バックライトの最高輝度を下げてしまうことになる。）アセンブリ内の管相互の温度差を小さくしていくと、最高輝度をあと２％増すことができるが、温度特性が激しくなるため、実用的でなくなる。）

　　　表４
　　　放電管　　　管表面温度　　　管表面温度
　　　　　　　　　（冷却ナシ）
　　　　24a　　　　　92℃　　　　　　65℃
　　　　24b　　　　　90℃　　　　　　64℃
　　　　24c　　　　 115℃　　　　　　76℃
　　　　24d　　　　　82℃　　　　　　64℃
　　　　24e　　　　　83℃　　　　　　63℃
　　　　24f　　　　 104℃　　　　　　74℃

　図１４は図１３の光源装置の外気温度と輝度（相対値）との関係を示す図である。曲線Ｐは本実施例の光源装置の輝度を示す。曲線Ｑは導熱部材を同一とした場合の光源装置の輝度を示す。曲線Ｒは放電管２４ａ，２４ｂの輝度を示す。曲線Ｓは放電管２４ｃの輝度を示す。

　以上説明したように、本発明によれば、発光効率の高い光源装置を得ることができる。

本発明の光源装置を含む液晶表示装置を示す図である。図１のバックライトを示す断面図である。図１の光源装置の放電管及びリフレクタを示す図である。図３の線ＩＶ−ＩＶを通る放電管及びリフレクタを示す断面図である。放電管の温度と輝度の関係を示す図である。本発明の原理を説明するための説明図である。本発明の実施例の光源装置を示す図である。図７の光源装置の断面図である。図７及び図８の変形例を示す図である。他の実施例の一部を示す図である。図１０の実施例の他の一部を示す図である。他の実施例を示す図である。他の実施例を示す図である。図１３の光源装置の外気温度及び輝度の関係を示す図である。

符号の説明

１８…光源装置
２４…放電管
２６…液体水銀
２８…リフレクタ
３０…電極
３２…導熱部材

Claims

　水銀が封入され、その両端に電極を有する放電管と、該放電管の一部に接触する導熱路とを備え、該導熱路と接触する該放電管の部分を冷却部とし、該導熱路と接触しない該放電管の部分を非冷却部とし、放電管の内部断面積をＳ（ｍ²)とし、該放電管の単位長さ当たりの発熱量をＷ（Ｗ）とし、該非冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ１（Ｗ／Ｋ／ｍ）とし、該冷却部の管長手方向の単位長さ当たりの管から外部への熱伝導度をｋ２（Ｗ／Ｋ／ｍ）として、
　６×１０^-5／Ｓ＜（１／ｋ１−１／ｋ２）Ｗ　　　　　（１）
の関係を概ね満たしている
ことを特徴とする光源装置。
　該放電管の表面の一部に導熱路が接しており、且つ該導熱路の他端が放熱体に接していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
　少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含み、放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は雰囲気温度の上昇とともに熱伝導度が大きくなる物質又は構造体で作られており、かつその一端が放電管の壁面の一部分に接しており、他端が放熱体に接して配置されていることを特徴とする光源装置。
　該放電管が水銀が封入されている放電管であり、雰囲気温度６０から８０℃を境界にして急激に熱伝導度が変化する物質若しくは構造体を該導熱路に設けていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
　少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含み、放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は透明体若しくは表面が白色又は淡色である若しくは反射面であり、かつその一端が放電管のうち１本のそれぞれ異なる壁面の一部分に接しており、他端が放熱体に接して配置されていることを特徴とする光源装置。
　少なくとも１つの放電管と、導熱路と、放熱体とを含む光源アセンブリを複数含む光源装置であって、
　各々の放電管には通電時に気化する固体又は液体の発光物質が封入してあり、導熱路は放電管に対して一端が放電管表面に接しており、導熱路の放電管に接していない端が放熱体に接して配置されており、
　導熱路の熱伝導度が光源アセンブリ毎に異なっており、各光源アセンブリの放電管の導熱路と接する部分での管表面温度が概ね５℃以内の幅に収まっていることを特徴とする光源装置。
　水銀が封入されている放電管と、導熱路とを含み、該放電管は透明物質でできた管内の両端で電極を封入してあるもので、該導熱路はそれぞれの一端が放電管の発光部分において管壁面の一部に接しており、該導熱路が接する部分の放電管の表面積ｓ（ｍ²)が放電管の内容積Ｖ（ｍ³)に対して、Ｖ／ｓ＜４．２cmの関係を満たす
ことを特徴とする光源装置。