JP3608696B2 - 二重管形蛍光ランプ、バックライト装置、液晶表示装置および照明装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は発光管の周囲にガラス外管を配設した二重管形蛍光ランプ、これを用いたバックライト装置、液晶表示装置および照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来の二重管形蛍光ランプの断面図である。
【0003】
上記従来技術は、実公平4−52932号公報に記載されているものである。図において、101はガラス製の外管、104はガラス製の気密封止された封体管であり、これら外管101および封体管104と後述の保持材106、106により二重管構造が構成される。外管101の内壁と封体管104の外壁との間に1〜10mm程度の間隔で封体管104の外壁を囲む空隙Sが形成されるよう外管101は封体管104を囲繞し、これら両者はそれぞれの両端部において断熱性の保持材106、106により保持されている。また、封体管104の端部141、141がそれそれぞれ保持材106、106に埋設固定されるとともにこれらの保持材106、106がそれぞれ外管101の端部111、111に気密に嵌着されて外管101が気密封止され、封体管104と外管101と保持材106、106により二重管構造が構成されている。前記空隙Sは好ましくは減圧されて真空にされ、この場合には封体管104と外管101との断熱性の一層の向上を図ることができると述べられている。前記封体管104の内壁面には蛍光膜142が設けられており、ランプの全長Lが120mm以下、消費電力が2W以下であり、かつ封体管104の外径dが6mm以下である。外管101の外径Dは好ましくは20mm以下とされている。この二重管形蛍光ランプは液晶バックライトなどに用いられる。
【0004】
なお、図中102はフィラメント電極、103はリード線、105は水銀含浸合金である。
【0005】
上述した従来技術によれば、消費電力が2W以下であっても、二重管であるから、比較的低温雰囲気においても始動時に所要の温度上昇が得られるために、光束立ち上がりは外管を有さない蛍光ランプに比べて優れている。
【0006】
一方、蛍光ランプの用途の一つとして近時液晶表示装置用のバックライト装置がある。最近の液晶表示装置においては、光透過形の液晶が主流となっているが、液晶表示体を背面から照明すために、小形の蛍光ランプが使用されている。バックライト装置においては,小形化、軽量化、薄形化およびコスト軽減が要求されている。これらの要求に応えるために、液晶表示装置においては,導光体を用い,蛍光ランプの光を導光体の端面から入射して導光体の前面から光を均一に導出させるサイドライト方式が主流となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、封体管104と外管101との両端部を断熱性の保持材106により、気密に封止しようとするものであるが、断熱性にして気密性が良好であり、しかもガラスに対する濡れ性の良好な材料を工業的規模において、比較的安価に得ることが困難である。
【0008】
したがって、従来技術においては長期間にわたって外管と封体管との間の気密性を維持することが困難であり、さらに製造工数も多く安価に提供することができないという問題がある。
【0009】
また、サイドライト方式のバックライト装置にあっては、導光体の厚さは薄形化および軽量化の要求から次第に薄くなってきており、4mm程度またはそれ以下のものが使用されている。
【0010】
ところが、導光体を薄くしても蛍光ランプが太くてはバックライト装置を薄くすることができない。また、導光体の厚さより蛍光ランプが太いと、導光体に対する入射効率が低下するという問題もある。
【0011】
したがって、前記の従来技術では近時のバックライト装置などの照明装置の小形化の要求に応えることができない。
【0012】
本発明は、外径を所要の程度に細くして、しかも十分な断熱性を有していて、輝度が高いとともに、低温時の光束立ち上がり特性が良好な二重管形蛍光ランプ、これを用いたバックライト装置、液晶表示装置および照明装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を達成するための手段】
請求項1の発明の二重管形蛍光ランプは、細長い気密なガラスバルブ、ガラスバルブの両端部内部に封装された一対の冷陰極形の電極、両電極からガラスバルブの両端部を貫通して外部に導出された一対のリード線、ガラスバルブの内面側に形成された蛍光体層およびガラスバルブ内に封入された放電媒体を備えてなる発光管と;発光管のガラスバルブと同一材質のガラスからなり、発光管をその周囲に1mm以下の間隙を形成して包囲しかつ両端が発光管のガラスバルブの両端部とガラス溶着により隙間なく一体化されて前記リード線がガラス外管の端部中央から導出されるとともに、内部が100Pa以下の真空度に維持され、外径が4mm以下で、かつ発光管の外径の2倍以内、肉厚が外径の10%以内のガラス外管と;を具備していることを特徴としている。
【0014】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【0015】
まず、ガラスバルブについて説明する。
【0016】
ガラスバルブは、ソーダライムガラス、鉛ガラスなどの軟質ガラスが好適であるが、要すればホウ珪酸ガラスなどの硬質ガラスであってもよい。また、断面形状は、通常円形にするが、要すれば非円形たとえば楕円形その他任意の断面形状であることを許容する。さらに、長手方向の形状は、直管はもとより、環形、半円形、L字形、U字形、W字形など所望の形状にすることができる。
【0017】
本発明の二重管形蛍光ランプは、用途は限定されない。しかし、ガラス外管の外径が4mm以下であることから、その用途は特にバックライト装置用、読取用、車載計器照明用、小形照明器具用などの比較的コンパクトな照明用途に好適である。そして、このような用途に用いられる比較的細長でコンパクトな蛍光ランプの場合、本発明においては、発光管は、一般的には外径3mm以下好ましくは2.5mm以下、最適には2mm以下である。また、蛍光ランプの全長は、一般的には任意長さとすればよいが、好ましくは30〜300mm、最適には50〜250mmである。
【0018】
次に、電極について説明する。
【0019】
電極は、冷陰極形の電極からなる。本発明においては、ガラス外管の寸法を規定している関係から、発光管も相応に細くなるので、このように細い発光管に対しては冷陰極を用いるのがよい。
【0020】
蛍光体層について説明する。
【0021】
蛍光体層は、ガラスバルブの内面に直接形成してもよいし、たとえばガラスバルブの内面に保護膜を形成し、保護膜の上に蛍光体層を形成する間接的な形成でもよい。また、使用する蛍光体はその用途に応じて任意所望のものを用いればよいが、たとえば読取用の蛍光ランプの場合は、希土類のリン酸塩蛍光体(LaPO4:Ce3 +、Tb3 +)のような単色発光蛍光体またはこれを含んだ蛍光体、バックライト装置および車載計器照明用の二重管形蛍光ランプの場合は、3波長発光形蛍光体またはハロリン酸塩蛍光体などの白色系の発光色の蛍光体を用いることができる。
【0022】
放電媒体について説明する。
【0023】
放電媒体は、水銀および希ガスたとえばアルゴンが多くの場合に使用されるが、水銀を用いないで希ガスたとえばキセノンガスを用いて、キセノンガス放電による紫外線発光によって蛍光体を励起させるようにすることができる。しかし、この場合、低温時の光束立ち上がりの問題は殆どないが、発光管の機械的保護のために本発明の二重管蛍光ランプは効果的である。さらに、キセノンガスおよび水銀を封入してキセノンガス放電および水銀蒸気放電の両者を生起させることによって、それぞれの波長をもった紫外線を発生させてもよい。この場合は、低温時の光束立ち上がりの問題はそれなりに改善されるが、さらに本発明の二重管形蛍光ランプによる光束立ち上がり改善効果を発揮するとともに、機械的強度向上の作用効果も加わる。さらにまた、水銀とともに封入される希ガスとしてはアルゴン、ネオンもしくはクリプトンの単体、またはアルゴンおよびネオン、アルゴン、ネオンおよびヘリウムのそれぞれの混合ガスを用いれば、ペニング効果による始動性の改善も得られる。
【0024】
水銀は、純水銀を直接封入してもよいし、アマルガムの形で封入してもよい。
【0025】
ガラス外管について説明する。
【0026】
ガラス外管は、ガラスバルブと同一材質のガラス材料を用いて形成されている。
【0027】
発光管の説明において述べたように本発明は特定用途に限定されないから、ガラス外管は外径4mm以下であれば、蛍光ランプの用途に応じて所望の太さ寸法に設定することができる。4mm以下に限定される理由は、バックライト装置などこの種の照明用途の小形化の要求に応えるためである。また、肉厚は、外径の10%以内であれば、任意に選ぶことができるが、好ましくは0.1以上、最適には0.3mm程度である。ガラス外管の肉厚は、薄い方が光吸収が少ないのでよいが、薄すぎると機械的強度が低下するので、上記のように規定するものである。さらに、全長は、一般的には任意長さとすればよいが、好ましくは多くの用途において30〜300mm、最適には50〜250mmである。
【0028】
ガラス外管は、発光管との間に1mm以下の間隙を形成するような関係において発光管の周囲に配設される。また、ガラス外管と発光管とは、一般的には同心的位置関係において溶着されるが、両者は偏心していても差し支えない。極端な場合、発光管の周面の一部がガラス外管に接触していても基本的には所期の作用効果が得られるので、これも許容される。したがって、ガラス外管と発光管との間の間隙は平均値で求めるものとする。
【0029】
また、本発明においては、上記間隙の真空度を100Pa以下にするものとし、この範囲内であれば任意の真空度にすることができる。すなわち、間隙の真空度を100Pa以下にするとともに、間隙長を1mm以下にすると、自由分子熱伝導の効果によって間隙の真空度に比例して熱伝導率が減少して、断熱効果によって蛍光ランプの輝度が上昇する。この自由分子熱伝導は、内部のガスの平均自由行程が互いの間隔以上である場合に成立するため、間隙長が1mm超、内部の真空度が100Pa超の場合は自由分子熱伝導の効果を得ることができない。このような条件においても所要の断熱効果を得ようとするためには、従来技術のように間隙長を大きくする必要があるが、照明装置の小形化、薄形化の要求に応えることはできない。
【0030】
ガラス外管と発光管のガラスバルブとのガラス溶着とは、両者のガラスの双方または一方が溶融して固着することである。そして、上記両者のガラス溶着は、後述する図2に示すように、ガラスバルブの両端部全体にわたり隙間なく行われ、その結果両者は一体化されている。以上の構成により、二重管形蛍光ランプは、その発光管が、両電極からガラスバルブの両端部を貫通して外部に導出された一対のリード線を備え、ガラス外管が、発光管のリード線導出部位周辺において発光管のガラスバルブと一体化されている。
【0031】
本発明において、ガラス外管を配設するには、まず発光管を製作し、次にガラス外管を発光管に挿入して、真空雰囲気において所定の位置に保持しながらガラス外管の両端部を加熱して軟化させて発光管の端部のリード線導出部に向かって成形しながら溶融させればよい。
【0032】
次に、本発明の作用について説明する。
【0033】
そうして、本発明においてはガラス外管の外径およびその肉厚、間隙長およびその真空度を、前述のように規定することにより、ガラス外管が4mm以下の細い蛍光ランプでありながら、ランプ輝度が高くて、しかも低温時の光束立ち上がり特性の良好な二重管形蛍光ランプを得ることができる。したがって、サイドライト方式のバックライト装置に使用してこれを所望の薄形にすることができる。
【0034】
また、本発明はその他の各種照明用途においても、装置の小形化に大きく貢献することができる。さらに、ガラス外管と発光管とをガラス溶着によって一体化したことにより、両者を格別異質の部材を用いることなく所定の位置関係を確実に保持しながら十分気密に封止することができる。すなわち、構造の簡素化となる。しかも、発光管およびガラス外管の相乗作用によって機械的強度が向上するから、相対的に肉薄のガラスバルブを用いることもできる。
【0035】
さらに、ガラス外管を発光管に対して気密に、しかも容易に所定の位置関係を維持して発光管と一体化することができる。リード線をガラス外管の端部中央から導出させることが容易であるから、単管の蛍光ランプと同じ感覚で取り扱うことができる。
【0036】
請求項2の発明の二重管形蛍光ランプは、請求項1記載の二重管形蛍光ランプにおいて、発光管は、ガラスバルブが断面ほぼ円形であり;ガラス外管は、断面がほぼ円形で、かつ発光管とほぼ同心に配設されている;ことを特徴としている。
【0037】
本発明は、最も一般的な管形状および配置を規定したものである。
【0038】
請求項3の発明の二重管形蛍光ランプは、請求項1または2記載の二重管形蛍光ランプにおいて、発光管は、外径2.5mm以下であることを特徴としている。
【0039】
発光管を細くすることにより、反射板による集光効果が良好になる。
【0040】
請求項4の発明のバックライト装置は、導光体と;導光体の厚さ以下の外径を有するガラス外管を備え、導光体に光を導入するように導光体の端面近傍に配設された請求項1ないし3のいずれか一記載の二重管形蛍光ランプと;を具備していることを特徴としている。
【0041】
本発明によれば、二重管形蛍光ランプを用いることにより、輝度が高くて、しかも低温時の光束立ち上がり特性が良好でありながら、薄い導光体を用いた薄形のサイドライト方式のバックライト装置を得ることができる。
【0042】
請求項5の発明の液晶表示装置は、請求項4記載のバックライト装置と;バックライト装置によって背面から照明される液晶表示体と;を具備していることを特徴としている。
【0043】
本発明は、請求項4の発明のバックライト装置を用いて同様に薄形の液晶表示装置を得ることができる。
【0044】
請求項6の発明の照明装置は、照明装置本体と;照明装置本体に配設された請求項1ないし3のいずれか一記載の二重管形蛍光ランプと;を具備していることを特徴としている。
【0045】
本発明によれば、バックライト装置に限らないで、読取用、車載計器照明用、小形照明器具用などの各種照明用に適応する照明装置を得ることができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0047】
図1は、本発明の二重管形蛍光ランプの一実施形態を示す一部切欠正面図である。
【0048】
図2は、同じく要部拡大断面図である。
【0049】
図において、1は発光管、2はガラス外管である。
【0050】
発光管1は、細長い気密なガラスバルブ1a、ガラスバルブ1aの両端部に封装された冷陰極形の一対の電極1b、電極1bからガラスバルブ1aの端部を貫通して導出されたリード線1c、ガラスバルブ1aの内面に形成された蛍光体層1dならびにガラスバルブ1a内に封入した放電媒体として水銀およびアルゴンを主体とする希ガスからなる。発光管1は、ガラスバルブ1aが外径2mm、肉厚0.3mmである。
【0051】
ガラス外管2は、外径4mm、肉厚0.3mmであり、発光管1aと同心的な位置関係においてその両端部が発光管1のガラスバルブ1aの両端部に溶着により図2に示すように隙間なく一体化されている。間隙長は0.2mmである。
【0052】
電極はニッケル筒、電極部ワイヤー長は2mmである。
【0053】
放電媒体は、水銀およびアルゴン、ネオンの混合ガスを用いた。
【0054】
そうして、得た多重管蛍光ランプの全長は200mmである。
【0055】
図3は、本発明の二重管形蛍光ランプのガラス外管および発光管の寸法関係を説明するための断面図である。
【0056】
図において、図1、2と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。DOはガラス外管の外径、tOは同じく肉厚、DLは発光管の外径、Gはガラス外管と発光管との間の間隙長である。なお、電極および蛍光体層は図示を省略してある。
【0057】
図4は、間隙長およびランプ輝度の関係を示すグラフである。
【0058】
図は、図1、2に示すのと同じ外径が2mmの発光管を用いてガラス外管の外径をそれぞれ異ならせるとともに、間隙内の真空度を10Pa、100Paおよび10000Paにした3組からなる複数の二重管形蛍光ランプを試作して、それぞれのランプ輝度を測定した結果を作図したものである。曲線Aは間隙の真空度が10Pa、曲線Bは同じく100Pa、曲線Cは同じく10000Paの二重管形蛍光ランプのランプ輝度を示している。
【0059】
図から明らかなように、曲線Aの10Paの場合は、20000cd/mm2の高い輝度が得られるが、間隙が1mmを超えるにしたがって輝度が大きく低下してしまう。これは間隙による断熱効果が大きすぎて発光管の温度が上昇しすぎるためである。
【0060】
曲線Bの100Paの場合は、空隙長が1mm以内においては10Paのように極めて大きな輝度は得られないが、十分実用可能な範囲である。なお、空隙長が2ないし3mm近辺で最高輝度になり、さらに空隙長が大きくなるにしたがって輝度は再び低下する。
【0061】
これに対して、曲線Cの10000Paの場合は、間隙が1mm以下においては輝度が10000cd/m2と小さすぎる。しかし、間隙が大きくなるにしたがって輝度が高くなり、間隙長が4mm以上になれば、20000cd/m2程度の輝度を得ることができるが、蛍光ランプの外径が大きくなりすぎて本発明が目指すコンパクトな二重管形蛍光ランプを得ることができない。
【0062】
図5は、ガラス外管および発光管の管径比とサイドライト方式のバックライト装置の表示面輝度との関係を示すグラフである。
【0063】
図において、横軸は管径比を、縦軸は表示面輝度をそれぞれ示す。管径比とは、ここでは発光管の外径に対するガラス外管の外径に比をいう。
【0064】
図から明らかなように、ガラス外管が発光管に対して太くなるにしたがって表示面輝度が低下する。したがって、表示面の輝度だけからすれば、ガラス外管はない方がよい。しかし、ガラス外管の外径が発光管の外径に比べて比較的小さいうちは表示面輝度の低下は緩やかであり、
ガラス外管の外径が発光管の外径の2倍までなら、ガラス外管がない場合の90%以上の表示面輝度を確保できる。
【0065】
図6は、ガラス外管およびその肉厚の比とサイドライト方式のバックライト装置の表示面輝度との関係を示すグラフである。
【0066】
図において、横軸はガラス外管の外径およびその肉厚の比を、縦軸は表示面輝度をそれぞれ示す。
【0067】
図から明らかなように、ガラス外管の肉厚の外径に対する比率が大きくなるにしたがって表示面輝度が低下する。しかし、肉厚が外径に対して10%までなら、表示面輝度はガラス外管がない場合の90%以上を確保できる。
【0068】
図7は、本発明のバックライト装置および液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。
【0069】
図において、4はバックライト装置、5は液晶表示部、6は液晶表示装置である。
【0070】
バックライト装置4は、厚さ4mmのアクリル樹脂製の導光体4a、導光体4aの側方に配設したガラス外管の外径が4mmの二重管形蛍光ランプ4b、導光体4aの背面に配設した反射板4c、導光体4aの前面に配設した制光手段4dたとえば拡散板4d1および集光板4d2、二重管形蛍光ランプ4bを覆いかつ導光体4aに向かって開口する反射板4eおよび以上の各構成要素を収納するケース4fから構成されている。なお、反射板4eの各開口縁4e1、4e2は導光体4aの端部を上下から挟んで光が有効に導光体に導入されるように配慮している。
【0071】
液晶表示部5は、バックライト装置4の前面に配設される。
【0072】
そうして、バックライト装置4および液晶表示部5は液晶表示装置6を構成している。
【0073】
バックライト装置の作用については、二重管形蛍光ランプ4bを光源としていても本質的に変わらないし、またバックライト装置の作用は周知なので説明は省略する。
【0074】
図8は、本発明の照明装置の一実施形態を示す読取装置の概念的断面図である。
【0075】
図において、7は読取装置、7aは二重管形蛍光ランプ、7bは受光手段、7cは信号処理装置、7dは原稿載置面、7eは以上の各構成要素を収納するケース、7fは反射鏡である。
【0076】
読取装置は、複写機、イメージスキャナおよびファクシミリなどのOA機器などに適応する。
【0077】
読取装置の作用については、二重管蛍光ランプ4bを光源としていても単管の蛍光ランプと本質的に変わらないし、また読取装置の作用は周知なので説明は省略する。
【0078】
【発明の効果】
請求項1ないし5の各発明によれば、外径を所要の程度に細くして、しかも十分な断熱性を有していて、輝度が高いとともに、低温時の光束立ち上がり特性が良好な二重管形蛍光ランプを提供することができる。
【0079】
また、蛍光ランプの外径が細いから、これを用いる照明装置を小形化することができる。 さらに、発光管の両端にガラス外管の両端部を簡単な構造で固定しているので、両者の一体化が容易で、しかも両者間の気密性が良好であるから、長期間にわたって所期の性能を維持できる。
【0080】
さらにまた、リード線をガラス外管の端部中央から導出させているので、単管の蛍光ランプと同じ感覚で取り扱うことができる。
【0081】
請求項2の発明によれば、加えて最も一般的な管構造の二重管形蛍光ランプを提供することができる。
【0082】
請求項3の発明によれば、加えて反射板による集光効果の良好な二重管形蛍光ランプを提供することができる。
【0083】
請求項4の発明によれば、加えて導光体の厚さ以下の外径を有するガラス外管を備えた二重管形蛍光ランプを配設したサイドライト方式のバックライト装置を提供することができる。
【0084】
請求項5の発明によれば、請求項4の効果を有する液晶表示装置を提供することができる。
【0085】
請求項6の発明によれば、請求項1ないし3の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二重管形蛍光ランプの一実施形態を示す一部切欠正面図
【図2】同じく要部拡大断面図
【図3】本発明の二重管形蛍光ランプのガラス外管および発光管の寸法関係を説明するための断面図
【図4】間隙長およびランプ輝度の関係を示すグラフ
【図5】ガラス外管および発光管の管径比とサイドライト方式のバックライト装置の表示面輝度との関係を示すグラフ
【図6】ガラス外管およびその肉厚の比とサイドライト方式のバックライト装置の表示面輝度との関係を示すグラフ
【図7】本発明のバックライト装置および液晶表示装置の一実施形態を示す断面図
【図8】本発明の照明装置の一実施形態を示す読取装置の概念的断面図
【図9】従来の2重管形蛍光ランプの断面図
【符号の説明】
1…発光管
2…ガラス外管
Claims (6)
- 細長い気密なガラスバルブ、ガラスバルブの両端部内部に封装された一対の冷陰極形の電極、両電極からガラスバルブの両端部を貫通して外部に導出された一対のリード線、ガラスバルブの内面側に形成された蛍光体層およびガラスバルブ内に封入された放電媒体を備えてなる発光管と;
発光管のガラスバルブと同一材質のガラスからなり、発光管をその周囲に1mm以下の間隙を形成して包囲しかつ両端が発光管のガラスバルブの両端部とガラス溶着により隙間なく一体化されて前記リード線がガラス外管の端部中央から導出されるとともに、内部が100Pa以下の真空度に維持され、外径が4mm以下で、かつ発光管の外径の2倍以内、肉厚が外径の10%以内のガラス外管と;
を具備していることを特徴とする二重管形蛍光ランプ。 - 発光管は、ガラスバルブが断面ほぼ円形であり;
ガラス外管は、断面がほぼ円形で、かつ発光管とほぼ同心に配設されている;
ことを特徴とする請求項1記載の二重管形蛍光ランプ。 - 発光管は、外径2.5mm以下であることを特徴とする請求項1またはは2記載の二重管形蛍光ランプ。
- 導光体と;導光体の厚さ以下の外径を有するガラス外管を備え、導光体に光を導入するように導光体の端面近傍に配設された請求項1ないし3のいずれか一記載の二重管形蛍光ランプと;を具備していることを特徴とするバックライト装置。
- 請求項4記載のバックライト装置と;バックライト装置によって背面から照明される液晶表示体と;を具備していることを特徴とする液晶表示装置。
- 照明装置本体と;照明装置本体に配設された請求項1ないし3のいずれか一記載の二重管形蛍光ランプと;を具備していることを特徴とする照明装置。
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