JP2004281367A - 光源装置およびそれを用いた液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】調光時のちらつきを抑制する光源装置およびそれを用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】光源装置を、第１の電極２１に最も近い第２の電極２２の接触部における発光管２０の内面と第１の電極２１との最短距離Ｌ（ｍｍ）と、放電媒体の全封入圧Ｐ（ｋＰａ）との積ＰＬが１＜ＰＬ≦９の範囲となるように構成することにより、発光管２０に電力を加えた後、発光管２０が安定点灯する時間を短縮することができ、高調光率（１から３％程度）時に発生する光出力のちらつきを減らすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、希ガスなどの放電媒体が封入された発光管とその放電媒体を励起するための電極とを備える光源装置、およびそれを用いた液晶ディスプレイに関し、特に調光時の光出力のちらつきを抑制する光源装置に関する。

近年、液晶ディスプレイなどに用いられるバックライト（光源装置）において、水銀を用いないバックライト（以下、水銀レスバックライトという場合がある）の研究がさかんに行われている。水銀レスバックライトは、水銀を使用しないことから、水銀温度の上昇に伴う発光効率の低下を招くことがないので光束の立ち上がりが早い。また、水銀レスバックライトは環境上好ましい。

水銀を用いない光源装置としては、希ガスが封入されたバルブと、そのバルブの内部に配置された内部電極と、バルブの外部に配置された外部電極とを有する放電灯装置が開示されている（特許文献１参照）。この外部電極は線状の電極であり、バルブの中心軸に平行になるように、バルブの外面に形成されている。この希ガス放電灯装置は、内部電極と外部電極とに電圧を印加することによって発光する。

さらに、バックライトとしての重要な機能として調光機能が挙げられる。これはランプの点灯周波数よりも低い周波数、例えば数百Ｈｚ程度の周期で放電灯を点灯・消灯させる時間比率（デューティー比）を変化させることで人間の知覚的な明るさを変化させる方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。この方法は、回路的な制御が比較的容易であり、デューティー比と光出力特性も一定であることから。広く一般的に照明光源の調光手段として用いられている。
特開平５−２９０８５号公報 特開２００２−５０４９８号公報

しかし、従来の水銀を用いない光源装置では、電極間にガラス管（誘電体層）を介する構造上、放電灯を点灯させるため発光管に電力を投入した直後は電流が流れにくく、安定放電するまでの時間にバラツキが生じるため、特に調光１０％以下では、この時間バラツキが光出力ムラとなり、人間の眼にはちらつきとなって知覚される確率が顕著になることが分かった。

このような状況に鑑み、本発明は発光管への電力投入後から安定点灯までの時間短縮及びバラツキを防止する光源装置、およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、少なくとも１つの発光管と、前記発光管の内部に封入された、水銀を含まない放電媒体と、前記放電媒体を励起するための第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極に電力を供給する点灯回路と、を備え、前記第１の電極が前記発光管の内部に配置されており、前記第２の電極が、前記第１の電極からの距離が異なり且つ不連続な複数の接触部において前記発光管の外面に接触し、前記第１の電極に最も近い前記第２の電極の前記接触部における前記発光管の内面と前記第１の電極との最短距離Ｌ（ｍｍ）と、前記放電媒体の全封入圧Ｐ（ｋＰａ）とが、

の関係を満たす。

前記第１電極表面は少なくともエミッタ材を備えることが好ましい。

前記放電媒体は少なくともキセノンガスを５０％以上含むことが好ましい。

前記最短距離Ｌは０．１ｍｍよりも大きく０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

前記放電媒体の全封入圧Ｐは３ｋＰａ以上３３ｋＰａ以下であることが好ましい。

好適な実施形態の一つとして、前記点灯回路の出力電圧波形は矩形波である。

好適な実施形態の一つとして、前記発光管の肉厚は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

エミッタ材はセシウム、バリウム等の金属酸化物が好ましい。

さらに実施形態の一つの液晶ディスプレイとして、上記光源装置から発せられる光が透過する液晶バネルとを備える。

また、好適な液晶ディスプレイとして、上記光源装置は前記発光管から発せられた光を取り込んで一主面から出射する導光板をさらに備え、前記導光板と対向するように前記液晶パネルが配置されている。

また、好適な液晶ディスプレイとして、前記光源装置は、支持板と、前記支持板に支持された複数の前記発光管とを備え、前記第２の電極は平行に配置された複数の線状電極を含み、前記発光管は前記線状電極と直交するように配置されている。

本発明の光源装置では、第１の電極２１に最も近い第２の電極２２の接触部における発光管２０の内面と第１の電極２１との最短距離Ｌ（ｍｍ）と、放電媒体の全封入圧Ｐ（ｋＰａ）との積ＰＬが

の範囲となるよう構成している。この光源装置によれば、発光管２０に電力を加えた後、発光管２０が安定点灯する時間を短縮することができ、高調光率（１から３％程度）時に発生する光出力のちらつきを減らすことができる。また、本発明の光源装置は、液晶表示装置のバックライトなど、さまざまな装置の光源として用いることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同様の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省略する場合がある。

（実施形態１）
実施形態１では、本発明の光源装置（放電灯装置）の基本的な構成および動作について説明する。実施形態１の光源装置１０の構成を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）の線Ｉ−Ｉにおける断面図を図１（Ｂ）に示す。光源装置１０は、発光管（放電管）２０と、発光管２０の内部の一端に配置された第１の電極２１と、発光管２０の外部に配置された第２の電極２２とを備える。第１の電極２１にはリード２４が接続されている。

発光管２０は、透光性の材料で形成され、たとえばホウケイ酸ガラスで形成される。また、発光管２０は、石英ガラス、ソーダガラスまたは鉛ガラスで形成してもよい。発光管２０に用いられるガラス管の外径は、通常、１．２ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。また、ガラス管の外面と内面との距離、すなわちガラス管の厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であって、通常、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。ガラス管の表面に誘電体層を形成する場合、その厚さは、通常、０．５μｍ〜１００μｍ程度である。なお、発光管２０は、直線状の形状に限らず、他の形状であってもよい。たとえば、Ｌ字状、Ｕ字状または矩形状であってもよい。

発光管２０は封止されており、その内部には、水銀を含まない放電媒体（図示せず）が封入されている（以下の実施形態においても同様である）。光源装置１０で用いられる放電媒体としては、希ガスを用いることができる。希ガスとしては、クリプトンガス、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびキセノンガスから選ばれる少なくとも１つのガスを用いることができる。また、キセノンガスから放出される紫外線の波長は、水銀から放出される紫外線の波長と近接している。このため、希ガスとしてキセノンガスを用いることによって、水銀を用いた蛍光ランプと同じ蛍光体を利用できるという利点がある。

図１（Ｂ）に示すように、発光管２０の内面には、蛍光体層２３が形成されている。蛍光体層２３は、放電媒体から発せられた光の波長を変換するために形成される。蛍光体層２３の材料を変化させることによって、さまざまな波長の光が得られる。たとえば、白色光や、赤、緑および青（ＲＧＢ）の光が得られる。蛍光体層２３は、放電灯に一般的に用いられる材料で形成できる。

第１の電極２１は、発光管２０の一端の内部に形成されている。第１の電極２１は、たとえばタングステンやニッケルなどの金属で形成できる。第１の電極２１の表面は、エミッタ材として酸化セシウム、酸化マグネシウムまたは酸化バリウムといった金属酸化物層で覆われている。これによってさらに点灯開始電圧を低減でき、イオン衝撃による電極の劣化も防止できる。また、第１の電極２１の表面は、誘電体層（たとえばガラス層）で覆われていてもよい。

第２の電極２２は、発光管２０の外部に形成されている。第２の電極２２は、導電性の材料で形成できる。たとえば、第２の電極２２は、銅やアルミニウムやリン青銅といった金属で形成してもよいし、金属粉末（たとえば銀粉末）と樹脂とを含む金属ペーストで形成してもよい。以下の実施形態で説明する第２の電極も同様の材料で形成できる。第２の電極２２は、第１の電極２１からの距離が異なり且つ不連続な複数の部分（接触部）で発光管２０の外面と接触している。

図１（Ａ）の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図を図２（Ａ）に示す。第２の電極２２は、複数の接触部２２ｐにおいて発光管２０と接触している。複数の接触部２２ｐは、第１の電極２１からの距離が異なり且つ互いに離れている。複数の接触部２２ｐは、発光管２０の管軸方向ＡＸに沿って並んでいる。なお、図２（Ｂ）に示すように、複数の接触部２２ｐは、発光管２０の管軸方向ＡＸに沿って並んでいる複数のグループを構成してもよい。それぞれのグループに含まれる接触部２２ｐは、発光管２０の管軸方向ＡＸに沿って並んでいる。なお、接触部２２ｐは、管軸方向ＡＸに沿って並んでいなくてもよい。また、接触部２２ｐの形状は、正方形に限られない。たとえば、接触部２２ｐの形状は、長方形や線状であってもよい。また、図２（Ｂ）に示すように、第１の電極２１からの距離が異なる接触部を含む限り、第１の電極２１からの距離が等しい接触部を含んでもよい。１つの接触部２２ｐの管軸方向の長さは、発光管２０の管軸方向の長さの、たとえば０．１％〜５％の範囲であり、たとえば０．５％〜３％の範囲である。管軸方向に隣接する２つの接触部２２ｐの間隔は、発光管２０の厚さよりも大きく、且つ、発光管２０の最大内径の１０倍以下とすることが好ましい。上記間隔を発光管２０の厚さよりも大きくすることによって、放電が第２の電極２２に沿って線状に収縮することを防止できる。また、上記間隔を発光管２０の最大内径の１０倍以下とすることによって、放電が不均一となることを防止できる。また、第２の電極２２によって光が遮蔽されることを抑制するため、発光管２０の周方向における接触部２２ｐの長さは、発光管２０の円周の半分以下とすることが好ましい。放電媒体（図示せず）の全封入圧は３ｋＰａ〜３３ｋＰａの範囲であり、たとえば１３．３ｋＰａ〜２６．６ｋＰａの範囲である。

光源装置１０の一実施例について説明する。発光管２０は、たとえば外径が２．６ｍｍ、内径が２．０ｍｍ、長さが２５０ｍｍである。発光管の内部には、蛍光体層として、一般の蛍光ランプに用いられる３波長発光形の希土類蛍光体が塗布されている。接触部２２Ｐの管軸方向の長さは、３ｍｍであり、管軸方向におけるその間隔は１ｍｍである。第１の電極２１と第１の電極２１に最も近い接触部２２ｐの発光管２０内壁との距離は０．１ｍｍである。発光管の内部には、圧力が約２１ｋＰａとなるようにキセノンガスとアルゴンガスとの混合ガスが封入される。

光源装置１０では、第１の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、放電媒体が励起される。励起された放電媒体は、基底状態に移行する際に紫外線を発する。この紫外線は、蛍光体層２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。

以下に、第１の電極２１と第２の電極２２との間に印加する電圧の一実施例について説明する。第１の電極２１と第２の電極２２との間に印加する電圧は、矩形波形状であり、極性が変化してもしなくてもよい。矩形波電圧の時間変化比、すなわちデューティー比は特に制限されない。発光管２０の内部に水銀が含まれない場合、すなわち放電媒体が希ガスのみである場合には、第２の電極２２をグランドに接続し、第１の電極２１に対して電圧の極性が変化しない矩形波電圧を印加することが好ましい。そのような印加電圧の一例を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示す例では、第１の電極２１に対する印加電圧は、０ボルトと正の電圧Ｖ１との間で変調されている。電圧Ｖ１を印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は、０．１５〜０．５程度であることが好ましい。また、矩形波の周波数は、たとえば１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲である。図３（Ａ）に示す電圧を印加した場合に２つの電極間を流れる電流を図３（Ｂ）に示す。第１の電極２１と第２の電極２２との間には、印加電圧の微分波形に対応する電流が流れる。

図３（Ａ）に示すような電圧を印加するための点灯回路１３の一例の構成を図４に示す。第１の電極２１と第２の電極２２との間には、点灯回路１３が接続されている。第２の電極２２は、通常、グランドに接続される。点灯回路１３は、交流電源１３ａと、整流回路１３ｂと、平滑回路１３ｃと、昇圧回路１３ｄと、スイッチング回路１３ｅとを備える。これらの回路には、一般的な回路を用いることができる。交流電源１３ａで生成された交流電圧は、整流回路１３ｂによって直流の正電圧へ変換される。そして、整流された電圧は、平滑回路１３ｃで平滑化され、昇圧回路１３ｄで昇圧される。昇圧された電圧は、スイッチング回路１３ｅによって、所定の時間Ｔ１だけ印加される。このようにして、矩形波電圧が印加される。

光源装置１０では、第２の電極２２が不連続に発光管２０と接触しているため、放電が第２の電極２２側に収縮することを防止できる。そのため、光源装置１０では、封入ガス圧を高くしたり、入力する電力を高くした場合でも、均一な放電が得られやすい。その結果、光源装置１０では、放電効率を高めることができ、同じ電力を入力した従来の光源装置と比較して、５〜２０％の輝度向上を達成できる場合がある。また、光源装置１０では、第２の電極２２が発光管２０に接触するように第２の電極２２を容易に固定できるため、低コストで容易に製造できる。

（実施形態２）
実施形態２では、本発明の上記光源装置における調光時の光出力の安定性について検討した結果を示す。

ここに定義する調光とは、人間に知覚できない速さで光源装置を点灯・消灯させることで（間欠に点灯させることで）、人間が感じる明るさを変化させることである。間欠に点灯させた時に人間が知覚できないことが前提となるため、最低でも６０Ｈｚ以上、通常はは１００Ｈｚ程度の周波数で、周期的に点灯・消灯の時間時比率（デューティー比）を変化させることで明るさを変化させる。この際の明るさは、点灯時間のデューティー比とほぼ比例する特長がある。

実施形態２の光源装置は、発光管２０と、その内部に配置した第１の電極２１と、発光管２０の外部に配置した第２の電極２２とを有している。また、第２の電極２２は、第１の電極２１からの距離が異なり且つ不連続な複数の接触部において発光管２０の外面に接触している。第１および第２の電極は点灯回路に接続されており、点灯回路から供給された電力（エネルギー）によって、発光管２０内に封入した水銀を含まない放電媒体を励起（放電）させる。発光管２０は硼珪酸ガラスで形成し、全長は１６７ｍｍ、肉厚０．３ｍｍを使用した。発光管２０の内部には、水銀を含まない放電媒体（図示せず）として、キセノン（Ｘｅ）を６０％、アルゴン（Ａｒ）を４０％封入した。なお、第１の電極２１にはエミッタは塗布されていない。

続いて調光用の点灯回路１３’について図５を用いて説明する。第１の電極２１と第２の電極２２との間には、点灯回路１３’が接続されている。第２の電極２２は、通常、グランドに接続される。この点灯回路１３’は、直流電源１３ｆと、この直流電源１３ｆから出力された直流電圧を駆動周波数の矩形波に整形するスイッチング回路１３ｇと、スイッチング回路１３ｇから出力される矩形波をこれよりも長い周期で、かつ時間比率（オン・デューティー比）を変化させて発光管２０をオン・オフする調光回路１３ｈと、この調光回路１３ｈからの出力波形により、発光管２０を点灯することができる電圧まで昇圧する昇圧トランス１３ｉとを備える。これらの直流電源１３ｆやスイッチング回路１３ｇ、調光回路１３ｈ、昇圧トランス１３ｉは、照明に一般的に利用される回路を用いることができる。このようにして、調光回路１３ｈのオン時間のみにスイッチング回路１３ｇで整形された駆動波形により電圧が昇圧されて矩形波電圧が印加される。

上記の構成において、第１の電極２１に最も近い第２の電極２２の発光管２０との接触部における発光管２０の内面（蛍光体２３側の面）と、第１の電極２１との最短距離Ｌ（ｍｍ）及び発光管２０内の放電媒体の封入ガス圧Ｐ（ｋＰａ）を変化させ、発光管２０の電流（以降、「ランプ電流」）が安定するまでの必要パルス数を測定した。なお、最短距離Ｌは第１の電極２１の外径と発光管２０の内径とを変化させて調節した。また、点灯回路１３’から第１の電極２１と第２の電極２２との間に印加される電圧（以降、「ランプ電圧」）Ｖｐ−ｐは矩形波でピーク・ピーク値が２．０ｋＶとし、発光管２０にランプ電圧を印加させる周波数（以降、「駆動周波数」）を３０ｋＨｚ、調光周波数を１００Ｈｚとした。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に全光に対する調光率を１％とした場合の調光信号の波形、発光管２０の駆動信号の波形（ここでは点灯回路のスイッチング素子ＦＥＴからの波形）、ランプ電流の波形を示す。図６（Ａ）はＬを０．１ｍｍ、Ｐを３３．２５ｋＰａとした場合であり、図６（Ｂ）はＬを０．７ｍｍ、Ｐを２２．１６７ｋＰａとした場合である。また、横軸は共通の時間軸であり、縦軸は任意単位軸である。なお、「調光率が１％」とは、オン・デューティーが１に対してオフ・デューティーが９９のことである。

図６（Ａ）では駆動信号が入力されて２パルス目からランプ電流の出力が得られ、周期的なバラツキも無く安定している。しかし、図６（Ｂ）では駆動信号が入力されて４パルス目より徐々にランプ電流の出力が得られており、かつ周期的なバラツキも大きい。調光信号１００Ｈｚにおける調光率１％での駆動信号の波形数は３周期（すなわち、６パルス）であるため、図６（Ｂ）のランプ電流では周期的なバラツキが大きく、６パルス目でも電流出力が得られない。このような場合は発光管２０は不点灯となり、人間にはこれがちらつきとして知覚される。なお、調光周波数を落とせば、１％調光時の駆動信号の波形数を増やすことができるが、調光周波数を１００Ｈｚよりも低くするとフリッカとして知覚されるため好ましくない。

続いて、調光周波数を１００Ｈｚ、駆動周波数を３０ｋＨｚとした場合のＰとＬとの積ＰＬと安定点灯するまでの駆動信号のパルス数を測定した結果を図７に示す。なお、安定点灯とは、ランプ電流が一定で点灯されることである。図７からＰＬの増加に伴って安定点灯するまでの駆動信号のパルス数は増加していることがわかる。

車載用のバックライトでは、実用上、調光率が３％まで調光できることが求められている。しかし、実用上３％の調光率を保証するためには、２％の調光率でもチラツキを防止しなければならない。２％の調光率では、調光周波数１００Ｈｚで駆動周波数が３０ｋＨｚの場合、駆動信号の波形数は６周期（すなわち、１２パルス）内で安定する必要がある。図７からパルス数が１２の場合には、ＰＬ積は９となる。

逆にＰＬ積が１よりも小さい場合、例えばＰを十分小さくすると、放電媒体の量が減ってしまい、発光管２０が点灯しても所定の光出力が得られなくなる。また、逆にＬを十分小さした場合（例えば、Ｌを０．０５ｍｍ以下にした場合）は、第１の電極２１と発光管２０の内面とは接触状態になり、第１の電極２１と、その近傍の第２の電極２２または第１の電極２１に２番目に近い第２の電極２２との間隔にＬ値が依存し、それによってＰＬが２つの値で変化し、バラツキが増加してしまう傾向がある。このため、Ｌ値は０．０５ｍｍ以上が好ましい。

以上のことから、光出力を確保しつつ、実用上３％の調光を実現するためには、

の範囲内にする必要がある。

さらに言えば、Ｌ値は０．５ｍｍ以下（Ｌ≦０．５ｍｍ）が好ましい。Ｌが０．５ｍｍよりも大きくなった場合はＰが２０ｋＰａ以下になってもランプ電流が安定になるパルス数がばらつく。恐らくこれは、Ｌが０．５ｍｍよりも大きくなった場合は第１の電極２１と発光管２０の内壁との間隔が十分大きくなり、その間に存在する放電媒体の状態に影響されるためと考えられる。

また、発光管２０の肉厚は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。放電開始電圧は、発光管２０の肉厚（誘電体層の厚さ）に依存するため、始動時には高電圧を印加する必要がある。しかし、高電圧によって光源装置の周りにオゾンが発生するため、第１と第２の電極との間に印加するランプ電圧のピーク・ピーク値は３．０ｋＶ以下にしなければならない。これを実現するには発光管２０の肉厚は０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、発光管の機械的強度を確保するためには０．１ｍｍ以上が好ましい。

なお、この光源装置は第１の電極２１と第２の電極２２とで発光管２０を介して放電（誘電体バリア放電）して発光するため、この調光時のランプ電流の出力は発光管２０の長さに依存しない。また、Ｘｅガスと他の希ガス（Ａｒ，Ｎｅ，Ｋｒ）との混合比率を変えて実験したが、Ｘｅ比率が５０％以上である場合は図７の傾向は変わらなかった。なお、今回の第１の電極２１の材料としてニッケルを用いたが、タングステンを使用した場合でも図７の傾向と同じであった。

（実施形態３）
実施形態３では、本発明の光源装置における一般始動および暗黒始動時の光出力の安定性について検討した結果を示す。

「一般始動」とは、通常の使用環境での光源装置の点灯・消灯状態であり、人間が完全に点灯、消灯していることを知覚できる点が調光とは大きく異なる。例えば、周囲照度が１０ｌｘ以上、消灯時間が１０秒以上である。実施形態２での調光時の「発光休止期間（オフ・デューティ期間）」は、調光周波数が１００Ｈｚの場合、１％調光時で最大０．０１秒（１０ｍｓｅｃ）程度である。すなわち、一般始動では発光休止期間よりも１０００倍以上の休止時間を持つことになる。調光時の０．０１秒程度の休止期間では、休止前の点灯で生成された電子が残留電荷として発光管内に十分に残っており、休止直後の点灯時には、この残留電荷をトリガーとして再放電が起こす。そのため、再点灯時の必要パルス数（発光遅延）を低減できた。しかし、この残留電荷は休止時間と共に減少し、休止期間が１秒程度（調光時の１００倍程度）になるとほとんど消失してしまう。そのため、一般始動時には、再点灯時の必要パルス数が増加し、数ｍｓｅｃオーダーで点灯遅れが生じてしまう。

実施形態３の光源装置は、実施形態２と同様な光源装置であり、詳細には、発光管２０と、その内部に配置した第１の電極２１と、発光管２０の外部に配置した第２の電極２２とを有している。また、第１の電極２１表面は酸化セシウムからなるエミッタ材料（図示せず）でさらに覆っている。さらに、第２の電極２２は、第１の電極２１からの距離が異なり且つ不連続な複数の接触部において発光管２０の外面に接触している。第１および第２の電極は点灯回路に接続されており、点灯回路から供給された電力（エネルギー）によって、発光管２０内に封入した水銀を含まない放電媒体を励起（放電）させる。発光管２０は硼珪酸ガラスで形成し、全長は１６７ｍｍ、肉厚０．３ｍｍを使用した。発光管２０の内部には、水銀を含まない放電媒体（図示せず）として、キセノン（Ｘｅ）を６０％、アルゴン（Ａｒ）を４０％封入した。

上記の構成において、放電媒体の封入圧力Ｐと最短距離Ｌとの関係は実施形態２の積ＰＬの式３の範囲に入るように、ここではＰを２２．１６７（ｋＰａ）、Ｌを０．４（ｍｍ）とし、ＰＬ積を８．９となるように設定した。また、ランプ電圧Ｖｐ−ｐは矩形波でピーク・ピーク値が２．０ｋＶとし、駆動周波数を３０ｋＨｚとした。

図８に発光休止期間を１０秒間とした場合の、駆動信号を印加してから再点灯までにかかる遅延時間を５００回繰り返し測定した結果を示す。さらに、比較としてＰＬ積を同じ８．９とした、エミッタ材料を用いない場合（実施形態２）と、エミッタ材料を用いてＰＬ積が１５の場合（従来技術）との結果（５００回繰り返し測定）も同様に示した。今回は一般始動の測定であるので点灯までの遅延時間が非常に長い。そのため、今回はパルス数ではなく安定点灯するまでの遅延時間を２５μｓｅｃ毎に度数表示した。例えば、点灯遅れ時間が２５μｓｅｃ以下であれば図８の２５μｓｅｃ上にプロットし、１３５μｓｅｃの場合は１５０μｓｅｃ上にプロットしている。１０００μｓｅｃ以上の場合はまとめて欄外にプロットした。さらに、図８の元となった実験結果を表１に示す。

表１からわかるように、従来技術のようにＰＬ積が１５であった場合、単に第１電極２１をエミッタ材で覆ってもランプ電流が安定になるまでの遅延時間にバラツキがあり、最大５ｍｓｅｃ程度必要であった。一方、実施形態２の本発明のランプでは１ｍｓｅｃ以内で確実に安定することが確認できた。さらに実施形態３のようにエミッタ材を第１電極２１表面に覆った本発明のランプでは、実施形態２の本発明のランプにおいて安定するまでにかかる時間が２５μｓｅｃ以内のものが５００回中１回であったのに対し、５００回中５００回が２５μｓｅｃ以内に収まるまでに顕著に改善されることを確認した。すなわち、本実施形態のランプでは、安定するまでにかかる時間を確実に２５μｓｅｃ以内にすることができる。これは、従来技術において第１電極２１をエミッタ材で覆っただけでは本実施形態のような顕著な効果はなく、更にＰＬが９以下という構成を付加することによって一般始動において顕著なランプ安定性の効果を得ることができる。

なお、このエミッタ材の位置は、少なくとも第２電極と第１電極の最短距離に位置する第１電極表面近傍に配置されていれば良い。また、第１電極の全表面を覆った場合には、ランプ取り付け時の位置決めが不要となり、作業性が格段に向上する。

（実施形態４）
実施形態４では、本発明の光源装置の他の一例について説明する。実施形態２の光源装置６０の構成を図９に模式的に示す。また、図９の線ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡにおける断面図を図１０（Ａ）に示し、図９の線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢにおける断面図を図１０（Ｂ）に示す。なお、図９では、拡散板の図示を省略している。また、図１０（Ａ）および１０（Ｂ）では、蛍光体層の図示を省略している。また、図９、１０（Ａ）および１０（Ｂ）では、右端の発光管の図示を省略している。また、放電媒体の封入圧力Ｐと最短距離Ｌとの関係は実施形態２の積ＰＬの式（数１）の範囲に入るように設定している。

光源装置６０は、支持板６１、拡散板６２、発光管２０、発光管２０の内部に配置された第１の電極２１、および発光管２０の外部に配置された第２の電極７２を備える。第２の電極７２はグランドに接続（接地）されている。第１の電極２１と第２の電極７２との間には、点灯回路１３によって電圧が印加されている。点灯回路１３には、インバータ回路などを含む一般的な回路を用いることができる。

支持板６１には、発光管２０が配置される断面Ｖ字状の溝６１ａが形成されている。発光管２０は、支持部材６３で支持板６１に固定されている。支持板６１は、樹脂や金属（たとえばアルミニウム）などで形成できる。支持板６１の表面は、光の反射効率および拡散効率を向上させるための処理がなされていることが好ましい。たとえば、表面に酸化チタンの粉末を塗布したり、反射シートを貼り付けたりしてもよい。また、第２の電極７２との絶縁性を確保できる限り、支持板６１の表面に金属膜を形成してもよい。また、表面をサンドブラスト処理してもよい。なお、支持板６１の裏面側から光を出射させる場合には、透明な樹脂やガラスで支持板６１を形成する。なお、支持板６１の形状は、限定がなく、用途に応じて決定される。

拡散板６２は、発光管２０を挟んで支持板６１に対向するように配置されている。拡散板６２は、発光管２０から発せられた光を均一に拡散させるために配置される。拡散板６２は、ガラスや透光性の樹脂で形成される。

支持板６１上には、複数の発光管２０が平行に配置されている。発光管２０の数は限定がなく、１つであってもよい。それぞれの発光管２０の一端の内部には、第１の電極２１が配置されている。発光管２０は、支持部材６３から容易に取り外しが可能である。

第２の電極７２は、支持板６１上に形成された複数の線状電極７２ａを備える。複数の線状電極７２ａは、連結され、点灯回路１３に接続されている。図９に示すように、第２の電極７２は、グランドに接続されていることが好ましい。第２の電極７２をグランドに接続することによって、発光管２０を安全に交換できる。複数の線状電極７２ａは、ストライプ状に配置されている。各線状電極７２ａは、発光管２０の中心軸と直交するように形成されている。線状電極７２ａは、たとえば、金属ペースト（たとえば銀ペースト）や金属膜で形成できる。また、線状電極７２ａは、導電性の樹脂で形成してもよい。この場合、樹脂からなる支持板６１と樹脂からなる線状電極７２ａとを一体に成形できる。

線状電極７２ａの間隔を一定にすると、第１の電極２１から離れるほど輝度が低下する場合がある。そのため、図９に示すように、第１の電極２１から離れるほど、隣接する線状電極７２ａ間の間隔を狭くしてもよい。この場合、第１の電極２１から離れるほど、線状電極７２ａの幅を太くしてもよい。このような構成によって、均一な発光が得られやすくなる。

図１０（Ａ）に示すように、線状電極７２ａは、溝６１ａの部分で発光管２０と接触する。すなわち、第２の電極７２は、第１の電極２１からの距離が異なる複数の接触部で発光管２０の外面と接触する。この接触部は、図２（Ｂ）の接触部２２Ｐと同様に、発光管２０の中心軸に平行に配置された２つのグループを形成する。これらの接触部は、互いに離れており、連続していない。

光源装置６０では、第１の電極２１と第２の電極７２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、放電媒体が励起される。励起された放電媒体は、基底状態に移行する際に紫外線を発する。この紫外線は、蛍光体層２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。放射された可視光は、拡散板６２によってより均一な光となる。このようにして、光源装置６０は、面光源として機能する。

以上、実施形態４の光源装置について説明したが、本発明の光源装置は図示した形態に限定されない。支持部材６３の他の形態を図１１（Ａ）および１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）の例では、支持部材６３ａが金属からなり、第２の電極７２に接続されている。そのため、支持部材６３ａが第２の電極７２の一部として機能する。図１１（Ｂ）の例では、支持板６１に着脱可能な支持部材６３ｂを用いている。支持部材６３および６３ｂは、樹脂などの絶縁性の材料で形成されることが好ましい。なお、支持部材６３の代わりに、接着剤や粘着テープで発光管を固定してもよい。

実施形態４の光源装置によれば、実施形態１で説明した光源装置と同様の効果が得られる。実施形態２の光源装置は、面光源として用いることができ、たとえば液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。その場合、拡散板６２の上方に液晶パネルが配置される。

（実施形態５）
実施形態５では、本発明の光源装置について他の一例を説明する。実施形態５の光源装置を図１２に示す。また、図１２の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図を図１３に示す。なお、図１３には液晶パネル１７０も図示する。図１２の光源装置１６０は、導光板１６１、発光管２０、第１の電極２１および第２の電極１６２を備える。第２の電極１６２は、支持板１６３上に形成されている。支持板１６３は、発光管２０を固定するとともに、反射板として機能する。

発光管２０は、導光板１６１の側面に配置される。発光管２０から出射された光は、導光板１６１によって、導光板１６１の表面１６１ａからほぼ均一に出射される。導光板１６１は、たとえば透明な樹脂で形成できる。導光板１６１の裏面１６１ｂには、出射される光を均一にするために、凹凸が形成されている。また、裏面１６１ｂ上には、反射層１６４が形成されている。反射層１６４は、たとえば酸化チタンや金属で形成できる。また、導光板１６１の表面１６１ａには、使用状況に応じて、拡散シートやレンズシートを配置してもよい。光源装置１６０においても、第２の電極１６２は、第１の電極２１からの距離が異なり且つ不連続な複数の部分で発光管２０に接触している。なお、放電媒体の封入圧力Ｐと最短距離Ｌとの関係は実施形態２の積ＰＬの式（数１）の範囲に入るように設定している。

光源装置１６０を液晶表示装置に用いる場合には、図１３のように液晶パネル１７０が導光板１６１上に配置される（以下の光源装置においても同様である）。

なお、第２の電極は、導光板と発光管との間に形成されてもよい。そのような光源装置１８０の構成を図１４に模式的に示す。また、線ＸＩＸ−ＸＩＸにおける断面図を図１５に示す。なお、図１５には、液晶パネル１７０も図示する。

光源装置１８０では、導光板１６１と発光管２０との間に第２の電極１８２が配置されている。第２の電極１８２は、金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。Ｌ字形の発光管２０は、支持部材６３で支持されている。発光管２０の外側には、発光管２０から発せられた光を導光板１６１側に反射する反射板１８３が配置されている。光源装置１８０を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合には、図１５に示すように、導光板１６１上に液晶パネル１７０が配置される。

光源装置１８０の一例について説明する。導光板は、アクリル樹脂で形成でき、そのサイズは、１６０ｍｍ×９３ｍｍとすることができる。Ｌ字形の発光管は、長さ２５２ｍｍ、外径２．６ｍｍ、内径２．０ｍｍとすることができる。放電媒体には、キセノンガスとアルゴンガスとの混合ガス（圧力：約２１ｋＰａ）を用いることができる。発光管と第２の電極との１つの接触部の管軸方向の長さは、３ｍｍとすることができる。また、隣接する接触部の間隔は、１ｍｍとすることができる。

また、第２の電極は、発光管と反射板との間に配置されていてもよい。そのような光源装置２００の構成を図１６に模式的に示す。また、線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける断面図を図１７に示す。なお、図１７には、液晶パネル１７０も図示する。

光源装置２００では、発光管２０と反射板１８３との間に第２の電極２０２が配置されている。第２の電極２０２は、金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。Ｌ字形の発光管２０は、支持部材６３で支持されている。発光管２０の外側に配置された反射板１８３は、発光管２０から発せられた光を導光板１６１側に反射する。光源装置２００を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合には、図１７に示すように、導光板１６１上に液晶パネル１７０が配置される。

以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。

本発明の光源装置によれば、発光管２０に電力を加えた後、発光管２０が安定点灯する時間を大幅に短縮することができ、特に車載用のナビゲーションシステムやモニターに要求される高調光率（１から３％程度）を容易に実現できる。さらに、エミッタをさらに備えることで、一般始動や暗黒始動時の点灯遅れを従来の１００倍から１０００倍まで短縮することができる。このことから、液晶表示装置のバックライトやフィールドシーケンシャル型のバックライト等にも有用である。

（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の光源装置の一例を示す側面図および断面図 （Ａ）は図１（Ａ）に示した光源装置の断面図（Ｂ）は他の一例の断面図 （Ａ）は本発明の光源装置に印加する電圧の一例を示す図（Ｂ）は電極間を流れる電流の一例を示す図 本発明の光源装置を駆動するための点灯回路の一例を模式的に示す図 本発明の光源装置を駆動するための調光用点灯回路の一例を模式的に示す図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＬとＰの違いによる、調光信号波形、駆動信号波形、ランプ電流波形の概要を示す図 ＰＬと安定点灯するまでに必要な駆動信号のパルス数との関係を示す図 本発明と従来技術との安定点灯までの時間比較を示す図 本発明の光源装置についてその他の一例を模式的に示す図 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図８に示した光源装置の断面図 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の光源装置に用いられる支持部材の他の例を示す断面図 本発明の光源装置についてその他の一例を模式的に示す図 図１２に示した光源装置を用いた液晶表示装置の一例の断面図 本発明の光源装置についてその他の一例を模式的に示す図 図１４に示した光源装置を用いた液晶表示装置の一例の断面図 本発明の光源装置についてその他の一例を模式的に示す図 図１６に示した光源装置を用いた液晶表示装置の一例の断面図

符号の説明

１０，６０，１６０，１８０，２００ 光源装置
１３，１３‘ 点灯回路
２０ 発光管
２１ 第１の電極
２２，７２，１６２，１８２，２０２ 第２の電極
２２Ｐ 接触部
２３ 蛍光体層
６１ 支持板
６１ａ 溝
６２ 拡散板
６３ 支持部材
７２ａ 線状電極
１６１ 導光板
１６４ 反射層
１７０ 液晶パネル

Claims (11)

1. 少なくとも１つの発光管と、
   前記発光管の内部に封入された、水銀を含まない放電媒体と、
   前記放電媒体を励起するための第１および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極に電力を供給する点灯回路と、
   を備え、
   前記第１の電極が前記発光管の内部に配置されており、
   前記第２の電極が、前記第１の電極からの距離が異なり且つ不連続な複数の接触部において前記発光管の外面に接触し、
   前記第１の電極に最も近い前記第２の電極の前記接触部における前記発光管の内面と前記第１の電極との最短距離Ｌ（ｍｍ）と、前記放電媒体の全封入圧Ｐ（ｋＰａ）とが、
   

   

   の関係を満たす光源装置。
2. 前記第１電極表面の少なくとも一部に、エミッタ材をさらに備える、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記放電媒体が少なくともキセノンガスを５０％以上含む請求項１またまたは２に記載の光源装置。
4. 前記最短距離Ｌは０．１ｍｍよりも大きく０．５ｍｍ以下である請求項１から３の何れか一つに記載の光源装置。
5. 前記放電媒体の全封入圧Ｐは３ｋＰａ以上３３ｋＰａ以下である請求項１から４の何れか一つに記載の光源装置。
6. 前記点灯回路の出力電圧波形が矩形波である請求項１から５の何れか一つに記載の光源装置。
7. 前記発光管の肉厚は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１から６の何れか一つに記載の光源装置。
8. 前記エミッタ材は少なくともセシウム、バリウム等の金属酸化物より構成される請求項１から７の何れか一つに記載の光源装置。
9. 光源装置と、前記光源装置から発せられる光が透過する液晶バネルとを備える液晶ディスプレイであって、
   前記光源装置は請求項１から８の何れか一つに記載の光源装置であることを特徴とする液晶ディスプレイ。
10. 前記光源装置は、前記発光管から発せられた光を取り込んで一主面から出射する導光板をさらに備え、
    前記導光板と対向するように前記液晶パネルが配置されている請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
11. 前記光源装置は、支持板と、前記支持板に支持された複数の前記発光管とを備え、
    前記第２の電極は平行に配置された複数の線状電極を含み、
    前記発光管は前記線状電極と直交するように配置されている請求項９または１０に記載の液晶ディスプレイ。

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