JP2010186596A - 冷陰極蛍光ランプおよびこれを用いた面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、低コストで冷陰極蛍光ランプの発熱に起因する蛍光ランプの輝度低下を改善し、面光源装置の輝度低下を防止することができるようにする。
【解決手段】冷陰極蛍光ランプ（１０）の冷陰極放電電極（１３）と、ガラス管封止部（１６）と間に補助アマルガム（１８）を設ける。さらに、補助アマルガム（１８）と放電電極（１３）の間に、接続端子（１４）に取付けられ前記ガラス管と気密的に接合していない絶縁性の間隙制限部材（１５）を設ける。
間隙制限部材（１５）は、点灯による熱が補助アマルガム（１８）に到達するのを遮熱し、また、補助アマルガム（１８）は冷陰極蛍光ランプ（１０）内の水銀蒸気圧の上昇を抑止し、これにより、ランプの輝度低下を抑止する。
【選択図】図２

Description

この発明は、液晶表示装置のバックライト光源などの面光源装置に用いられる冷陰極蛍光ランプに関するもので、特に対角寸法が数十インチを超える大型の画像表示装置に好適な冷陰極蛍光ランプおよびこれを用いた面光源装置に関するものである。

現在、市販されている薄型テレビの多くが液晶テレビであり対角３０インチを超えるような大型の液晶テレビ用バックライトでは、線状光源である冷陰極蛍光ランプを液晶表示パネルの直下に多数本設置しているものが主流である。このような直下型バックライトは、テレビ全体を薄型化を図るために狭い空間内に多数本を設置し出射面からは均一な発光を実現する面光源装置であることが求められ、そのため、狭い空間内で点灯することで冷陰極蛍光ランプ自体の温度も上昇する。

冷陰極蛍光ランプは、温度により発光効率が変化することが知られている。冷陰極蛍光ランプは透明なガラス管内面に蛍光体層を設け、ガラス管内部に放電ガスおよび水銀を含み、ガラス管端部に冷陰極を備えている。冷陰極蛍光ランプはこのランプ内の水銀蒸気圧に依存して変化するため、温度は水銀蒸気圧を変化させる要因だからである。

そのため、バックライトの点灯初期においては冷陰極蛍光ランプの発光効率が高いが、点灯による温度上昇に伴って水銀蒸気圧が過度に上昇した場合、水銀から放出される紫外線は水銀蒸気に再吸収され紫外線量が減少するため発光効率が低下し、バックライトの輝度が低下する、という課題があった。

そこで、蛍光ランプを用いた場合における発光効率の低下による課題を解決するために冷陰極蛍光ランプの電極近傍に放熱器を設けたバックライトも開発されている（例えば、特許文献１参照）。

図４および図５は、特許文献１に記載された直下型バックライトを示す。並列される複数の管状光源９３と、これらをまとめて支持する光源支持部材９５と、この光源支持部材９５に下方から組み合わされる金属製の反射板９１と、上方に配置される拡散板９４と、これらを保持する金属製の基本フレーム９２とからなり、各管状光源９３の両端の電極部９３ａは、ゴム製またはプラスチック製のキャップ状部材９６が被せられた状態で、プラスチック製の光源支持部材９５に差し込まれる。また、反射板９１における、キャップ状部材９６の下面及び光源支持部材９５の下面に接する部分には、うねび（畝）状の凹凸パターンにより放熱器９７が形成され、放熱器９７により電極部近傍で生じる熱を放熱して温度上昇を低減する。

特開平２００１−２１６８０７号公報

しかしながら、特許文献１のバックライトでは電極部で発生する熱の放熱性が向上することによりバックライトの温度上昇を低減することはできるが、蛍光ランプ自体に対策を施したものではないため、発光効率の低下に起因する輝度低下率を改善することができないという課題がある。
また、蛍光ランプ中央の温度低下は難しいため、発光効率低下に起因する輝度低下を防ぐのは困難という課題がある。

本発明は、以上の点から、冷陰極蛍光ランプの発熱に起因する蛍光ランプの輝度低下を改善し、面光源装置の輝度低下を防止することを目的としている。

上記目的は、次の実施の態様により、達成される。
請求項１に係る発明は、ガラス管（１１）と、該ガラス管内面に形成された蛍光膜（１２）と、前記ガラス管の両端部にてガラス管内部に設けた一対の冷陰極放電電極（１３）と、一方がガラス管外部に露出し、他方が前記放電電極に接続すると共に、これらの間において前記ガラス管と気密封止された接続端子（１４）とを有し、前記ガラス管内部には、封止部と放電電極との間に補助アマルガム（１８，２２）と、
前記補助アマルガムと放電電極の間に、前記接続端子に取付けられ前記ガラス管と気密的に接合していない絶縁性の間隙制限部材（１５，２１）とを、備えたことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ（１０）、である。

請求項２に係る発明は、前記間隙制限部材（１５，２１）が、ガラスビードであることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、冷陰極蛍光ランプの複数を同一方向に並列した蛍光ランプ部（２）と、前記蛍光ランプ部の背面に設けた反射面（７）と、前記蛍光ランプ部の前面に設けた拡散面（９）とを有し、前記冷陰極蛍光ランプ（１０）が、ガラス管（１１）と、該ガラス管内面に形成された蛍光膜（１２）と、前記ガラス管の両端部にてガラス管内部に設けた一対の冷陰極放電電極（１３）と、一方がガラス管外部に露出し、他方が前記放電電極に接続すると共に、これらの間において前記ガラス管と気密封止された接続端子（１４）とを有し、前記ガラス管内部には、封止部と放電電極との間に補助アマルガム（１８，２２）と、前記補助アマルガムと放電電極の間に、前記接続端子に取付けられ前記ガラス管と気密的に接合していない絶縁性の間隙制限部材（１５，２１）とを、備えたことを特徴とする面光源装置（１）である。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の面光源装置（１）において、前記蛍光ランプ部（２）が、前記反射面と前記拡散面とで挟まれた空間内にて囲われており、前記封止部が前記反射面の側辺側（３ａ）に位置することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、点灯により冷陰極蛍光ランプ１０内の温度が上昇した場合であっても、間隙制限部材（１５，２１）によりその熱が補助アマルガム（１８，２２）に到達するのを抑止する。これにより、補助アマルガム（１８，２２）は、水銀蒸気圧を低くする効果を良好に維持する状態に保つことができ得る。

請求項２に係る発明によれば、不純物ガスを発生したりすることもなく、製造工程を複雑化することなく低コストで上記した目的を達成することができる。

請求項３に係る発明によれば、面光源装置自体に特別な改善を加えることなく、冷陰極蛍光ランプ１０を用いることで、連続点灯による輝度低下を抑止することができ得る。

請求項４に係る発明によれば、アマルガム（１８，２２）を低温側の反射面の側辺側（３ａ）に位置することで、より効果的に、連続点灯による輝度低下を抑止することができ得る。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成により、低コストで冷陰極蛍光ランプの発熱に起因する蛍光ランプの輝度低下を改善した冷陰極蛍光ランプおよび面光源装置が提供され得ることになる。

図１は面光源装置１の全体構成を模式的に示す分解斜視図である。 図２は図１で用いている冷陰極蛍光ランプの端部を模式的に示す断面図である。 図３は他の実施形態における冷陰極蛍光ランプの端部を模式的に示す断面図である。 図４は従来の面光源装置の全体構成を模式的に示す分解断面斜視図である。 図５は図４の従来の面光源装置の電極部を示す模式的な要部断面図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図３を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は面光源装置１の全体構成を模式的に示す分解斜視図、図２は図１の冷陰極蛍光ランプ１０の端部を模式的に示す断面図である。面光源装置１は蛍光ランプ部２、ハウジング３、拡散板４、拡散シート５およびプリズムシート６から構成されている。

蛍光ランプ部２は複数の冷陰極蛍光ランプ１０を平行に並設したものである。蛍光ランプ部２の背面には、各々の冷陰極蛍光ランプ１０毎に該蛍光ランプから下方および側方に向かって照射された光線を蛍光ランプ部２前面（図１における紙面上方向）に反射するための反射面７が設けられている。

蛍光ランプ部２の前面側（上方）には、各冷陰極蛍光ランプ１０からの直接光および反射面７で反射された反射光などの到達した光線を拡散する拡散板４および拡散シート５を順次配設した拡散面９が設けられている。拡散板４は乳白色アクリル樹脂板からなり蛍光ランプ部２を配設する空間を覆っている。拡散シート５は、内部に微小な無機拡散材料を分散した透明樹脂からなる。両者を異なる拡散特性を有するものとすることで、面光源装置１全体の均一性を向上させている。拡散板４と拡散シート５の複数を用いることなく、単一の拡散部材にて拡散面９とすることも可能である。

また、拡散シート５の上面側には、該拡散シート５からの拡散光の向かう方向を制御するプリズムシート６が配設されている。プリズムシート６は冷陰極蛍光ランプ１０の軸方向に垂直な面で切断した切断面の、拡散シート５に対向する面の反対側の面が、夫々９０°の頂角を有す複数の連続する三角形からなるプリズム形状を呈している。プリズムシート６は、拡散面９側から入射した拡散光を上方に集めて面光源装置１の正面輝度を高めるようにするものであり、該面光源装置を液晶表示装置の直下型バックライトとして用いる場合には、図示しない液晶表示装置の正面視認性を高めることができる。

蛍光ランプ部２の背面側には、各冷陰極蛍光ランプ１０から背面側および側方に向かった光を効率的に前面側に反射するように設計された反射面７が設けられている。反射面７は、各冷陰極蛍光ランプ１０の軸方向に沿って背面側を覆うように板状のハウジング３が配設され、ハウジング３の少なくとも蛍光ランプ部２に対向する側の面に反射面７が形成されている。ハウジング３は、樹脂もしくは金属材料からなり、反射面が所定の反射配光特性を有するように形成されている。図１においては、冷陰極蛍光ランプ１０の軸方向と直交する断面にて、各々の冷陰極蛍光ランプ１０が一方の焦点位置となり、他方の焦点位置を拡散面９より前面側で、接合部８の上方とした楕円系反射面を組合わせたものとしている。なお、符号８は冷陰極蛍光ランプ１０同士の中間部に対応する位置で各々に対応した反射面の接合部を示す。

冷陰極蛍光ランプ１０は、円筒状のガラス管１１の両端が封止され、その内部に放電電極１３が対向配置されている。ガラス管端部には、図２に模式的に示すように放電電極１３と、放電電極と接続する接続端子１４が設けられている。更に、本発明に係る冷陰極蛍光ランプにおいては、ガラスビードからなる間隙制限部材１５が接続端子１４に溶着されている。また、封止部１６が上記ハウジング３の側辺３ａ側に位置するようにして冷陰極蛍光ランプ１０をハウジング３に取付ける。

ガラス管１１は、外径が３ｍｍの軟質ガラスからなる円筒形状であり、その内面に蛍光膜１２が塗布されている。ガラス管１１の両端には封止部１６が形成されガラス管１１を封止している。なお、前記面光源装置１に取付ける際には、封止部１６に被せる図示しないキャップ部材や前記ハウジング３に設けた図示しない固定フックを介して反射面７と所定位置になるようにして取り付けを行う。

放電電極１３は、ニッケル、ニオブ、モリブデン、タングステンおよびこれらの合金等からなり、カップ状に形成され、ガラス管１１内面に接触しないように配設される。電子放出性を改善するために、酸化物、例えば希土類酸化物を添加した焼結金属であっても良い。また、その形状もカップ状以外のものでも良い。

接続端子１４は、ガラス管内部に配置される放電電極１３とガラス管１１外部とを電気的に接続するためのもので、放電電極１３より細径とされる。一方の端部１４ａは放電電極１３のカップ状とした電極の底面に溶接され、他方の端部１４ｂはガラス管１１外部に露出し、その中間部１４ｃは封止部１６にて封着される。接続端子１４はモリブテン、ジメット線などの金属材料からなる。ガラス管１１と接続端子１４の熱膨張係数の違いによる影響を低減するため、中間部１４ｃの箇所においてはガラス管１１と熱膨張係数の近い素材からなるもの、例えばジメット線とし、内部空間内にはスパッタされ難い高融点金属、例えば、モリブテンを端部１４ａとした複合材料であっても良い。

間隙制限部材１５は球状のガラスビードであって、接続端子１４の放電電極側端部１４ａと封止中間部１４ｃの間であって、放電電極側端部１４ａ寄りの位置１４ｄにて封着されている。間隙制限部材１５とガラス管１１内面との間には、僅かな間隙１７が設けられている。ガラスビード１５としてはガラス管および接続端子１４と熱膨張係数の近いガラス材料が好ましい。放電電極側端部１４ａ寄りの位置に設けることで、封止部１６側の温度を低温にし易くなる。

符号１８は補助アマルガム（amalgam）である。補助アマルガム１８は、水銀と他の金属との合金であり冷陰極蛍光ランプ１０内の水銀蒸気圧を制御することができる。好適には水銀−銀の合金が用いられる。Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｈｇ系合金またはＢｉ−Ｉｎ−Ｈｇ系合金などＨｇ含有量の少ない合金も用いることができる。なお、補助アマルガム１８の大きさは間隙１７よりも大きなものとしている。

内部空間１９には、水銀ガスと、所定の封入圧とした不活性ガスとが封入されて成る。不活性ガスはアルゴンガス、またはアルゴンとネオンや、アルゴンとクリプトンもしくはキセノン等のアルゴンガスと他の不活性ガスを所定割合で混合した混合ガス等を用いる。内部圧力は大気圧の数十分の一程度、例えば常温にて４０Ｔｏｒｒとなるように減圧されている。

冷陰極蛍光ランプ１０は上記のように構成されており、図示しない点灯電源と接続端子を電気的に接続して点灯電力を供給することで、一方の放電電極１３から電子が放出され、水銀原子に衝突し、紫外線が発生する。紫外線はガラス管１１の内面に形成された蛍光膜１２で可視光線に変換され、ガラス管の内部から可視光線が放出される。

本実施の形態においては、補助アマルガム１８が内部空間１９に配設されているので、内部空間１９内の水銀蒸気圧を制御することができ、高温度での発光効率の低下を抑制し、冷陰極蛍光ランプ１０の輝度低下を抑止することができる。

点灯により放電電極１３が高温となり、対流および輻射熱により冷陰極蛍光ランプ１０全体を加熱する。このとき、補助アマルガム１８が暖められると水銀蒸気圧を低くする効果が低減する。そのため、ランプの輝度低下防止の効果が薄れてしまう。
そこで、本実施の形態においては、間隙制限部材１５を設けることで、冷陰極蛍光ランプ１０の輝度低下防止効果が薄れることを抑止している。

点灯したときには放電電極１３および一対の放電電極間が高温となり、封止部１６が最冷部となる。本実施の形態においては補助アマルガム１８を冷部となる封止部側に配設し、ガラスビード（間隙制限部材）１５を放電電極１３と補助アマルガム１８の間に設けているので、ガラスビード１５が遮熱部材となる。ガラスビード１５は対流および輻射による熱を抑える。また、接続端子１４に封着しているので、接続端子１４を伝熱して伝わる熱を細径の接続端子１４に比べて太径で表面積の大きいガラスビード１５へ伝熱することで補助アマルガム１８に届く熱量を低減する。
これにより、補助アマルガム１８による水銀蒸気圧を低くする効果を良好に維持する状態に保つことができ得る。

なお、ガラスビード１５とガラス管１１との間隙１７は補助アマルガム１８よりも十分に小さいものとしているので、補助アマルガム１８が高温となる放電電極１３および一対の放電電極間に移動することはない。また、空間的には連結しているので水銀蒸気圧を制御する効果を損なうことはない。

このようなガラスビード１５を設けた冷陰極蛍光ランプを製造するには、放電電極１３および接続端子１４を一体化した後に、接続端子１４に封止部１６形成のための封止用ガラスビ−ドを設け、その際に同時に間隙制限部材となるガラスビードを１４ｄの位置に予め封着する。その後にこれら放電電極１３等を内面に蛍光膜１２を塗布形成したガラス管１１内に挿入する。次いで補助アマルガム１８を入れた後に封止部１６を加熱溶融して封止することで得ることができる。

なお、間隙制限部材１５として封止部１６に用いる材料と同じガラスビードを用いることで、簡単な製造方法の変更のみで製造することができ、コストを低減することができる。

図３は、他の実施の形態を説明する冷陰極蛍光ランプ１０の端部を模式的に示す断面図である。なお、説明を簡単にするため、先に説明した実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図３（Ａ）はガラスビード１５として球状のものの代わりに楕円状のガラスビード２１を接続端子１４に接着したもので、他の点は先に説明した冷陰極蛍光ランプ１０と同一である。図３（Ｂ）はアマルガムを平板状アマルガム２２として接続端子１４に溶接したもので、他の点は上記した冷陰極蛍光ランプ１０と同一である。
これらの場合においても、簡単な構成により、冷陰極蛍光ランプの発熱に起因する蛍光ランプの輝度低下を改善し、面光源装置の輝度低下を防止することができ得る。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、低コストで冷陰極蛍光ランプの発熱に起因する蛍光ランプの輝度低下を改善できると共に、面光源装置の輝度低下を防止することができるようにした面光源装置を提供することができる。
なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。例えば、直管状の冷陰極蛍光ランプに限らず、Ｕ字型とした冷陰極蛍光ランプにも適用することができ、間隙制限部材は、一対の放電電極の一方の側のみに設けるものでも、両方に設ける場合でも本発明に包含される。

冷陰極蛍光ランプおよびこれを用いた面光源装置、特に液晶表示装置用バックライトに適用できる。

１ 面光源装置
２ 蛍光ランプ部
３ ハウジング
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ プリズムシート
７ 反射面
８ 接合部
９ 拡散面
１０ 冷陰極蛍光ランプ
１１ ガラス管
１２ 蛍光膜
１３ 放電電極
１４ 接続端子
１５ 間隙制限部材（ガラスビード）
１６ 封止部
１７ 間隙
１８ 補助アマルガム
１９ 内部空間

Claims (4)

1. ガラス管と、
   該ガラス管内面に形成された蛍光膜と、
   前記ガラス管の両端部にてガラス管内部に設けた一対の冷陰極放電電極と、
   一方がガラス管外部に露出し、他方が前記放電電極に接続すると共に、これらの間において前記ガラス管と気密封止された接続端子とを有し、
   前記ガラス管内部には、封止部と放電電極との間に補助アマルガムと、
   前記補助アマルガムと放電電極の間に、前記接続端子に取付けられ前記ガラス管と気密的に接合していない絶縁性の間隙制限部材とを、備えたことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 前記間隙制限部材が、ガラスビードであることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 冷陰極蛍光ランプの複数を同一方向に並列した蛍光ランプ部と、、
   前記蛍光ランプ部の背面に設けた反射面と、
   前記蛍光ランプ部の前面に設けた拡散面とを有し、
   前記冷陰極蛍光ランプが、ガラス管と、該ガラス管内面に形成された蛍光膜と、前記ガラス管の両端部にてガラス管内部に設けた一対の冷陰極放電電極と、
   一方がガラス管外部に露出し、他方が前記放電電極に接続すると共に、これらの間において前記ガラス管と気密封止された接続端子とを有し、
   前記ガラス管内部には、封止部と放電電極との間に補助アマルガムと、
   前記補助アマルガムと放電電極の間に、前記接続端子に取付けられ前記ガラス管と気密的に接合していない絶縁性の間隙制限部材とを、備えたことを特徴とする面光源装置。
4. 前記蛍光ランプ部が、前記反射面と前記拡散面とで挟まれた空間内にて囲われており、
   前記封止部が前記反射面の側辺側に位置することを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。

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