JP3141411B2 - 冷陰極けい光ランプ - Google Patents

冷陰極けい光ランプ

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JP3141411B2 JP03062067A JP6206791A JP3141411B2 JP 3141411 B2 JP3141411 B2 JP 3141411B2 JP 03062067 A JP03062067 A JP 03062067A JP 6206791 A JP6206791 A JP 6206791A JP 3141411 B2 JP3141411 B2 JP 3141411B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置のバック
ライトやOA機器の光源として用いられる冷陰極けい光
ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば液晶表示装置のバックライトとし
て従来から、発光効率に優れたけい光ランプが使用され
ている。けい光ランプは投入電力の割りに高効率で高輝
度であり、かつ演色性も優れており、所定の面積を明る
く照らす光源として有利である。 液晶表示装置のバッ
クライトとして用いる場合は、液晶表示板の背面に反射
板や光拡散透過板とともにけい光ランプを積層方向に配
置されたり、液晶表示板の背面に設けた光拡散導光板の
側面にけい光ランプを設けるなどの用い方をして、液晶
表示板の全面に亘り均等な明るさが得られる工夫がなさ
れている。
【0003】しかしながら、いづれの構成の場合も液晶
表示装置の小形、薄形化が要請されるに伴い、ランプを
小形化し、しかし光出力の向上が要求されるようになっ
てきた。ランプを小形化する場合、バルブの径を細くす
る必要があるが、従来のフィラメントタイプの電極、つ
まり熱陰極のけい光ランプでは管径を小さくした場合に
電極を収容できない等の問題があり、このため冷陰極け
い光ランプが用いられるようになってきた。冷陰極けい
光ランプは、電極が存在する限りは放電が続くのでラン
プ寿命は長くなる利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような冷
陰極けい光ランプにおいては、点灯中のイオン衝撃によ
る電極のスパタリング(飛散)を防止するため、バルブ
内部の圧力を高めてあり、熱陰極けい光ランプに比べて
希ガスの封入圧力を高くしてある。ところが、希ガスの
封入圧を高くすると、ランプの始動性が悪くなり、高い
始動電圧が必要になる。
【0005】すなわち、一般照明として用いられている
熱陰極けい光ランプでは、封入希ガスとしてアルゴンが
用いられ、しかも数Torr程度の封入圧である。このよう
な場合はバルブ内に封入された水銀との間でペニング作
用が生じ、ランプは容易に始動する。このようなペニン
グ作用は水銀とアルゴンの比が1000:1程度の場合のとき
に生じるが、上記のように電極のスパッタリングを防止
するため、バルブ内に希ガスを高い圧力、例えば20To
rr以上で封入した場合は上記のようなペニング効果を期
待できない。
【0006】特に、バルブの内径が12mm以下に構成さ
れた冷陰極けい光ランプの場合は、上記希ガスの封入圧
が高いことに加えて、バルブ径が細いことから始動性が
一層悪くなる要因になっている。
【0007】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするのは、低い始動電圧で容易に
始動させることができる冷陰極けい光ランプを提供しよ
うとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、内径が12mm
以下であって、その断面積が長手方向にほぼ一定に連続
するバルブと;このバルブ内に封装された一対の冷陰極
と;バルブ内面に形成されたけい光体被膜と; バルブ内に封入された水銀と;アルゴンおよびネオンを
主体としてバルブ内に20Torr以上の圧力で封入さ
れた混合ガスと;を有しており、 上記バルブの内径をd
(mm)、電極間距離をL(mm)、混合ガスの封入圧力
をP(Torr)、この混合ガス中に占めるネオンの混
合比をxとした場合、 x>170−(6.5×10×d+9.4×10
/P・Lなる関係を満足する ことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によれば、アルゴンとネオンとの混合ガ
スを用いるからこの希ガスはペニング効果を奏し、しか
もネオン混合割合をバルブ内径と、電極間距離および封
入ガス圧との関係で規制することにより、低い始動電圧
であっても始動を可能にする。
【0010】
【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。
【0011】図1ないし図3は液晶表示装置を示し、図
において1は液晶表示板である。この液晶表示板1の背
面には光拡散導光板2が重ねて配置されている。光拡散
導光板2は、乳白色のアクリル樹脂などからなり、下面
および一側面を除く3方向の側面がケーシング3により
囲まれている。このケ−シング3は内面が反射面4をな
している。
【0012】上記ケーシング3の一側に形成された開放
面には、光源としての冷陰極けい光ランプ10が配置さ
れている。この冷陰極けい光ランプ10は、図3の
(a)図に示す通り、管内径dが12mm以下に形成され
た直管形のガラスバルブ11の内面にけい光体被膜12
を形成し、このバルブ11の長手方向両端部に冷陰極1
3、13を封装して構成してある。冷陰極13、13
は、図3の(b)図に示す通り、それぞれリード線を兼
ねる電極軸14に2枚の屋根形の電極本体15、15を
接合して構成してある。これら電極本体15、15はニ
ッケルプレートなどからなり、表面に水銀−チタン合金
からなる水銀放出体16およびゲッタ17を付着させて
ある。
【0013】この場合、2枚の屋根形電極本体15、1
5が互いに対向する面にそれぞれ水銀−チタン合金から
なる水銀放出体16、16を取り付け、これらの互いに
背向する面にゲッタ17、17を設けてある。
【0014】このような冷陰極けい光ランプ10のバル
ブ11内には、所定量の水銀Hgと、所定圧の希ガスが
封入されている。希ガスは、アルゴンArとネオンNe
を主体とする混合ガスであり、20Torr以上封入されて
いる。この場合、希ガスに占めるネオンの混合比xは、
後述するが、 x>170−(6.5×10×d+9.4×10)/P・L…(1) とされている。
【0015】このような直管形冷陰極けい光ランプ10
は、上記ケーシング3の一側に形成された開放面に対向
して配置されるが、この場合、ランプ10は反射体7に
覆われるようになっている。つまり、上記ケーシング3
の一側には円筒形の反射体7が連結されており、この円
筒形反射体7の内面は反射面8をなしている。反射体7
に収容されたランプ10は、ランプ軸が反射体7の中心
線と一致するようにして収容されている。円筒形反射体
7は、前記ケーシング3の一側に形成された開放面に対
向する側壁が開口されており、上記けい光ランプ10か
ら放出された光は、全て光拡散導光板2の一側面に導入
される。
【0016】すなわち、冷陰極けい光ランプ10を高周
波点灯回路(図示しない)に接続して点灯すると、この
ランプ10から放出される光は反射体7の内面で反射さ
れ、光拡散導光板2の一側面に導入される。そして光拡
散導光板2に導入された光は、この光拡散導光板2で拡
散し、かつケーシング3の内面に形成した反射面4で反
射されて光拡散導光板2の上面に向う。このため、光拡
散導光板2の上面では全体に亘り略均等な明るさとな
り、この面に重ねて配置されて液晶表示板1をこの背面
から均等に照射するようになる。
【0017】このような液晶表示装置は、光拡散導光板
2の一側にランプ10を配置したので液晶表示板1の厚
み方向の寸法を小さくすることができ、つまり液晶表示
装置の厚みを薄くすることができ、ランプ10を冷陰極
タイプとして内径12mm以下にすることができるので上
記厚みを一層薄くすることができるものである。
【0018】上記のような冷陰極けい光ランプにおいて
は始動性の改善のため、希ガスとしてアルゴンArとネ
オンNeを主体とする混合ガスをもちいており、この場
合、希ガスに占めるネオンの混合比xを、 x>170−(6.5×10×d+9.4×10)/P・L…(1) とした理由について説明する。
【0019】本発明者等は、冷陰極けい光ランプの始動
特性の改善を図る上において、始動性を低下させる要因
について検討したところ、バルブ内径d(mm)、電極間
距離L(mm)および希ガスの封入圧P(Torr)が関係す
ることに注目した。
【0020】すなわち、バルブ径が細いと電子の管壁へ
の拡散損失が増加するため、始動性が悪くなり、また電
極間距離Lが長くなると絶縁破壊が起こり難いので始動
性が低下する。さらに、希ガスの封入圧Pが高くなると
やはり絶縁破壊が起こり難いので始動性が低下する。し
たがって、始動性に影響を及ぼすファクタは、バルブ内
径d(mm)、電極間距離L(mm)および希ガスの封入圧
P(Torr)に関係していると考えた。
【0021】そこで、本発明者等は、封入希ガスとして
従来と同様にアルゴンを用い、このアルゴンの封入圧P
(Torr)と、バルブ内径d(mm)、電極間距離L(mm)
を種々変化させて始動電圧Vs(ボルト=V)を測定し
た。
【0022】その結果を図4に示す。図4は周囲温度が
0℃で、ランプ10に投入する周波数は40KHzの場
合を示し、測定値のばらつきが約10%認められたから
各線は最小自乗法による平均値を採用した。
【0023】図4において、特性i はバルブ内径dが4
mm、特性iiはバルブ内径dが6mm、特性iii はバルブ内
径dが8mm、特性ivはバルブ内径dが10mm、特性vは
バルブ内径dが12mmの場合である。
【0024】この実験から、バルブ内径dが小さくなる
と始動電圧Vsは高くなり、また希ガスの封入圧Pと電
極間距離L(mm)の積が大きくなると始動電圧Vsが高
くなる傾向を示すことが判る。
【0025】これら各特性i 〜vは同じ勾配を示してお
り、つまり平行な間隔で並んでおり、これを数式で表す
と、始動電圧Vsは、 Vs=A・P×L−B×d+C …(2) の近似式となる。ただし、A、B、Cは定数である。
【0026】次に、本発明者等は、希ガスの種類を変え
た場合について始動性を調べた。希ガスとして、クリプ
トンおよびキセノンガスは始動特性を改善するのにそれ
程の効果がないことが判り、アルゴンとネオンの混合ガ
スが有効であることを確認した。そこで、本発明者等
は、ペニング作用を有効に発揮するためのガス混合割合
を調べた。
【0027】図5のその結果を示す。図5においては、
バルブ内径dが2.8mmのランプであり、特性i はアル
ゴン100%、特性iiはアルゴン70%でネオン30
%、特性iii はアルゴン40%でネオン60%、特性iv
はネオン100%の場合である。
【0028】この図から、ネオンの混合割合が高くなれ
ば始動電圧が低減することが判る。図5から、ネオンの
混合比をx(%)とすれば、始動電圧Vs′は、 Vs′=(D−E×x)×P×L+F …(3) の近似式となる。ただし、D、E、Fは定数である。
【0029】上記(2) 式と(3) 式を比較すると、 A=(D−E×x) F=−B×d+C に置き換えることができ、したがって、 Vs=(D−E×x)×P×L−B×d+C …(4) とすることができる。つまり、始動電圧Vsは、バルブ
内径d(mm)、電極間距離L(mm)および希ガスの封入
圧P(Torr)並びにネオンの混合比xに依存しているこ
とが判る。
【0030】ところで、電気用品取締法によれば、ラン
プにおいては極性の異なる放電部間および充電部と非充
電金属部との間空間距離(沿面距離)は、その実効値
が1000Vまでは6.0mm以下でよいが、1000V
以上になると30.0mm以上必要とされている。上記冷
陰極けい光ランプは小形ランプであるから、空間距離は
6.0mm以下になり、このため通常の使用温度下限であ
る0℃の周囲環境で1000V未満でランプを始動させ
ることが必要となる。
【0031】そこで、(4) 式のVsは1000V未満で
なければならず、 1000>(D−E×x)×P×L−B×d+C …(5) の条件が必要となる。
【0032】(5) 式をxについて整理すれば、 x>(1000+B×d−C)/E・(P×L)−D/E …(6) となる。
【0033】この(6) 式に、それぞれ図5の特性i ない
し特性ivの値を当てはめ、その連立方程式を解くと、 x>170−(6.5×104 ×d+9.4×105 )/P・L …(1) となる。
【0034】つまり、(1) 式を満足するような混合比x
のネオンを混合したアルゴン−ネオンの混合ガスを用い
ると、0℃の温度雰囲気で1000V以下の始動電圧に
よりランプを始動させることができることが判明した。
xの値が100を超えるような場合は、バルブ内径d、
電極間距離L、希ガス封入圧Pをそれぞれ調整して10
0以下にする必要がある。
【0035】但し、冷陰極けい光ランプの小形化の観点
から、バルブ内径dは12mm以下が必要であり、また封
入希ガスの圧力は電極のスパッタリングを防止するため
に数10Torr以上、少なくとも20Torr以上である必要
がある。
【0036】なお、図3の(b)図に示す電極構造の場
合、2枚の屋根形電極本体15、15が互いに対向する
面にそれぞれ水銀−チタン合金からなる水銀放出体1
6、16を取り付け、これらの互いに背向する面にゲッ
タ17、17を設けたので、水銀−チタン合金を外部か
ら加熱して水銀を放電空間に放出させる時に、放出され
た水銀は電極本体15、15に囲まれているから、水銀
が直接バルブ壁に付着するのが防止され、水銀付着によ
る黒いしみの発生が防止される。
【0037】なお、上記実施例ではバルブの断面形状が
円形の場合を説明したが、本発明は断面が楕円や長円形
などのような偏平形ランプであってもよい。このような
偏平形バルブの場合は、バルブの断面積Sを円形バルブ
の断面積S=π(d/2)2 の等価的直径、つまりd=
2(S/π)1/2 からdを求めることにより、(1) 式を
用いて同様の効果を得ることができる。また、ランプは
直管形に限らず環形けい光ランプやU字形、W字形ある
いは鞍形けい光ランプ等であってもよい。さらにまた、
本発明は液晶表示装置のバックライトに使用する冷陰極
けい光ランプに限らない。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、バ
ルブ内径が12mm以下で希ガスの封入圧を20Torr以上
にしたにも拘らず、始動電圧を引き下げることができ、
始動性がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る液晶表示装置の分解した
斜視図。
【図2】同実施例における断面図。
【図3】同実施例の冷陰極けい光ランプを示し、(a)
図は断面図、(b)図は電極の側面図。
【図4】バルブ径が変化した場合の始動電圧の特性図。
【図5】ネオンの混合比が変化した場合の始動電圧の特
性図。
【符号の説明】
1…液晶表示板、2…光拡散導光板、7…反射体、10
…冷陰極けい光ランプ、11…バルブ、12…けい光体
被膜、13…冷陰極。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内径が12mm以下であって、その断面積
    が長手方向にほぼ一定に連続するバルブと; このバルブ内に封装された一対の冷陰極と; バルブ内面に形成されたけい光体被膜と; バルブ内に封入された水銀と; アルゴンおよびネオンを主体としてバルブ内に20To
    rr以上の圧力で封入された混合ガスと; を有しており、 上記バルブの内径をd(mm)、電極間
    距離をL(mm)、混合ガスの封入圧力をP(Tor
    r)、この混合ガス中に占めるネオンの混合比をxとし
    た場合、 x>170−(6.5×10×d+9.4×10
    /P・Lなる関係を満足する ことを特徴とする冷陰極けい光ラン
    プ。
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