JP3889987B2 - 放電灯装置及びバックライト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希ガス等の放電用媒体が封入された発光管の内部に設けられた内部電極と、発光管の外壁面に沿って設けた外部電極との間に電圧を印加することにより、発光管を点灯させる放電灯装置、及びその放電灯装置を用いたバックライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ等に用いられるバックライト用として、誘電体バリア放電を用いた希ガス放電灯装置の研究が盛んに行われている。これは、希ガス放電灯装置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もなく、また環境上好ましいとの理由に基づくものである。
【０００３】
誘電体バリア放電を用いた希ガス放電灯装置の１例が、特開平５−２９０８５号公報に開示されている。同公報記載の希ガス放電灯装置は、希ガスが封入された発光管の一端内部に内部電極を設け、他方、発光管の外面に軸方向に沿って外部電極を設け、これら両電極に電圧を印加することにより、管内の蛍光体を励起し可視光を発光させるものである。
【０００４】
しかしながらこの放電灯装置は、低い管電流で点灯させようとすると、発光管全体に発光が広がらず、内部電極側で部分放電する。発光管全体に発光部分を広げようとすると、高い管電流が必要となり、ランプの消費電力が増大したり、管壁温度が上昇したり、内部電極のスパッタリングが増加し、点灯寿命が低下するなどの不具合を生ずる。また、内部電極と外部電極との間の距離が離れるに従い、輝度が低下する。すなわち内部電極付近は励起しやすく高輝度を達成することが可能であるが、内部電極から離れるに従い励起し難くなって輝度が低下し、そのため発光管の位置によって輝度ムラが生じる。
【０００５】
このような問題を解消する構造として、特開２００１−２１０２７６号公報に開示された放電灯装置のように、希ガスが封入された発光管の外面に、螺旋状の外部電極を設けることが知られている。螺旋状の電極によれば、管軸方向において外部電極が断続した状態となり、発光管全体に電荷の均一な状態が得られるため、上記の問題が解消される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外部電極を螺旋状に設けるためには、発光管に対する外部電極の取付工程が簡単ではない。また、実用上は、螺旋状の外部電極を発光管及び内部電極に対して精度良く位置決めし、保持するための構造が必要であり、製造コスト高騰の一因となる。従って、螺旋状の外部電極と同様な機能を保有しながら、発光管に対する取付構造を簡素、かつ確実にした外部電極が望まれる。
【０００７】
一方、バックライトの薄型化を進めるために、発光管の管径（外径）を小さく（細く）することが要望されている。管径を小さくするのに伴い発光管の内径を小さくすると、発光面積が減少し、図７に示すようにランプ効率が低下する。従って、管径を小さくする場合であっても、内径を維持する必要があり、相対的に発光管の肉厚を薄くせざるを得ない。ところが、発光管の肉厚が薄くなるとランプ電流が大きくなり、放電が不安定になったり、図８に示すようにランプ効率が低下する。これは、発光管のガラス壁によって形成される誘電体層が薄くなることにより、誘電体層の静電容量が増大するためである。従って、発光管の管径を小さくするためには、誘電体層の静電容量の増大を抑制するための構成を導入することが望ましい。
【０００８】
以上のことを考慮して、本発明は、発光管に対する外部電極の取付が容易であり、しかも複数の外部電極を発光管に対して精度良く保持することが可能な放電灯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、発光管の管径を小さくしても実質的な誘電体層の静電容量を増大させることがなく、ランプ効率を低下させずに薄型のバックライトを実現させることが可能な放電灯装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電灯装置は、内部に放電用媒体が封入された管状の発光管と、前記発光管の内部に設けられた内部電極と、前記発光管の外側に装着された外部電極ユニットとを備える。前記外部電極ユニットは、管軸方向に断続的に複数個配置され前記発光管の外壁面に臨接する部分を有する外部電極と、前記外部電極を一体的に連結するとともに前記発光管に対して係合する係合部とを含み、前記係合部がその一部において前記発光管を挟持することにより、前記外部電極ユニットが前記発光管の周囲に保持され、前記発光管と前記外部電極との間に誘電体部材が配置されている。前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加することにより前記発光管を点灯させるように構成される。
【００１１】
この構成によれば、外部電極ユニットが、外部電極を一体化してそれ自体で発光管に保持可能な構造を有するので、発光管に対する外部電極の取付が容易であり、しかも複数の外部電極を発光管に対して精度良く保持することができる。また、後述のように、発光管と外部電極の間に誘電体部材等を介在させることが容易である。
【００１２】
上記構成において、前記外部電極ユニットは、前記外部電極と前記係合部が一体となった電極部材として形成され、前記発光管周方向における半周以上を覆う形状とすることができる。
【００１３】
また好ましくは、前記発光管と前記外部電極ユニットとの間に誘電体部材が配置された構成とする。この構成によれば、点灯時には発光管のガラス壁と誘電体部材がともに誘電体バリアとして機能する。従って誘電体層の静電容量が減少し、発光管のみの場合に比べて発光効率が向上する。さらに、誘電体部材として、発光管のガラスよりも誘電率が小さい材料を用いれば、ガラスの肉厚を薄くすることによる静電容量の増大を、ガラスの肉厚の減少分よりも薄い誘電体部材により補償することができる。従って、合計の厚さを薄くすることができ、放電灯装置としての全体の厚みが減少する。
【００１４】
また、前記外部電極は導電性の金属からなり、前記誘電体部材を覆って接触するように設けられた構成とすることができる。また、前記誘電体部材と前記発光管の外壁面との接触面積は、前記発光管の表面積の５０％以下であることが好ましい。また、前記外部電極ユニットは弾性を有し、前記誘電体部材を前記発光管の外壁面に押圧していることが好ましい。
【００１５】
上記構成において、前記外部電極と前記係合部が一体となった電極部材が、誘電体部材中に一体成形により配置された構成とすることができる。
【００１６】
また上記構成において、前記外部電極ユニットは、前記係合部が前記発光管周方向における半周以上を覆う形状を有する誘電体材料からなり、前記外部電極が前記係合部の前記発光管周方向における中央部に保持された構造とすることができる。
【００１７】
また上記構成において、前記誘電体部材は弾性を有し、前記発光管の外壁面を押圧していることが好ましい。それにより、外部電極を発光管に対してより確実に保持することができる。また、前記誘電体部材の少なくとも一部が、前記発光管からの発光を特定の方向に反射させる特性を有することが好ましい。それにより、指向性をもった照射光を得る構造を、容易に実現できる。
【００１８】
また、前記誘電体部材の少なくとも一部が、遮光性を有する材料からなる構成とすることができる。あるいは、前記誘電体部材の前記外部電極に接触していない部分が、シールド性を有する材料からなる構成とすることができる。あるいは、前記誘電体部材の少なくとも一部の外側表面に凹凸を設けることにより、放熱性を向上させることができる。あるいは、前記誘電体部材の厚さを、部分的に変化させることにより、発光を均一化させるための調整が可能である。
【００１９】
前記外部電極の管軸方向における間隔は、１．０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記放電用媒体は、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、またはヘリウムのうち、少なくとも一種類を含む不活性ガスであることが好ましい。それにより、廃棄時における処理が環境に与える影響を抑制することが容易となる。また、前記放電用媒体として、さらに水銀を含ませることにより、発光効率、および輝度の向上を図ることができる。また、前記発光管の内壁面に、蛍光体層を被着させた構成としてもよい。
【００２０】
本発明のバックライトは、上記のいずれかの構成を有する放電灯装置と、その放電灯装置から生じた光を面状に広げる配光制御部材とを備える。前記配光制御部材は、導光体または反射板により構成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図である。発光管１は円筒状のガラスからなり、内部に放電用媒体が封入されている。発光管１は、例えば、外径が２．６ｍｍ、内径が２．０ｍｍの寸法を有する。放電用媒体としては、例えば、キセノンとアルゴンを６０％：４０％の割合で、約１６０Ｔｏｒｒになるように封入される。発光管１の内部には、ニッケルなどからなる内部電極２が設けられ、リード線３により、発光管１の外部に電気的に導出されている。
【００２２】
外部電極ユニット４は、バネ性（弾性）を有するリン青銅板からなり、発光管１の円周方向を部分的に覆うように装着されている。外部電極ユニット４からは、リード線５が導出されている。発光管１と外部電極ユニット４との間には誘電体部材６が設けられ、発光管１の円周方向を約半周分覆っている。誘電体部材６は、外部電極ユニット４により発光管１の外壁に押圧されている。７は発光管１の内壁面に設けられた蛍光体層である。
【００２３】
外部電極ユニット４を形成するリン青銅板は、周方向の複数の分離溝４ａを有する。分離溝４ａにより、管軸方向において分離された複数の外部電極４ｂが形成されている。分離溝４ａは、外部電極ユニット４の周方向両端部には及ばないように設けられているため、管軸方向に連続した一対の連結部４ｃが残され、それにより、複数の外部電極４ｂが連結されて外部電極ユニット４の一体性が保持されている。複数の外部電極４ｂは各々、その一部が発光管１の外壁面に臨接する臨接部４ｄを有するように、断面形状に凹凸が形成されている。連結部４ｃは、臨接部４ｄ以外の部分で外部電極４ｂを電気的に接続している。
【００２４】
以上の構成により、外部電極ユニット４は、管軸方向の複数箇所に断続的に配置された臨接部４ｄにおいてのみ、誘電体部材６を介した外部電極として機能する。外部電極４ｂは一例として、発光管１の管軸方向における幅が約３ｍｍ、間隔（隙間）が約１ｍｍの寸法で複数配置される。また一対の連結部４ｃは、発光管１を介して対向し、それらの間に発光管１を押圧挟持することにより、外部電極ユニット４が発光管１の周囲に保持されている。従って連結部４ｃにより、外部電極４ｂが電気的に接続されるとともに、発光管１に対して外部電極ユニット４を保持させるための係合部の機能が付与されている。
【００２５】
誘電体部材６は、例えばポリエステル系樹脂の多層膜構造を有するシートからなり、厚さが約７０μｍである。このシートは白色で、可視光の反射率が約９８％の高光反射特性を有する。
【００２６】
図２は、以上のように構成された放電灯装置が、点灯回路８に接続された状態を模式的に示す図である。内部電極２と外部電極ユニット４との間に、点灯回路８から高周波の矩形波電圧（具体的には、周波数：３０ｋＨｚ、ピーク電圧：＋Ｖｐ〜−Ｖｐ間で±１ｋＶ）が印加される。それにより、発光管１内の放電用媒体であるキセノン−アルゴン混合ガスに、誘電体である発光管１のガラスを介して高周波電圧が印加され放電が発生する。この放電によりキセノンガスが電離及び励起されて紫外線（λｐ＝１７２ｎｍ）が発生し、この紫外線が発光管１の内壁面に設けた蛍光体層７に照射されることにより、可視光に変換されて発光管１の外部に照射される。
【００２７】
この放電灯装置においては、発光管１と外部電極４ｂとの間に誘電体部材６が設けられているため、点灯時には発光管１のガラス壁と誘電体部材６が誘電体バリアとして機能する。すなわち、誘電体バリアとして機能する誘電体層の厚さが、発光管１のガラスの肉厚に誘電体部材６の厚さを付加したものとなる。従って誘電体層の静電容量が減少し、発光管１のみの場合に比べて発光効率が向上する。
【００２８】
また、誘電体部材６として、発光管１のガラスよりも誘電率が小さい材料を用いれば、ガラスの肉厚を薄くすることによる静電容量の増大を、ガラスの肉厚の減少分よりも薄い誘電体部材６により補償することができる。それにより、合計の厚さを薄くすることができ、放電灯装置としての全体の厚みが減少する。
【００２９】
さらに、上記のように誘電体部材６は可視光の反射率が高い特性を有するため、発光管１から照射された光は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、特定の方向（図中では下方向）に強く指向性を持った照射光として照射される。この特性は特に、導光板を用いたバックライトに上記構成の放電灯装置を用いる場合、発光面輝度向上に効果がある。なお、誘電体部材６自体に可視光の反射率が高い特性を持たせるのではなく、誘電体部材６の内面に、他の材料からなる反射層を形成してもよい。
【００３０】
以上のように、本実施形態における放電灯装置を構成する外部電極ユニット４は、外部電極４ｂを一体化して、それ自体で発光管１に保持可能な構造を持たせたものである。従って、発光管１に対する外部電極ユニット４の取付が容易であり、しかも複数の臨接部４ｄを、発光管１に対して精度良く保持することができる。
【００３１】
また、発光管１と外部電極ユニット４の間に、誘電体部材６を容易に介在させることができる。それにより、発光効率の向上を図り、また照射光に指向性を持たせるための構造を容易に得ることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図である。（ａ）の領域Ａについては断面が示されている。発光管１は実施の形態１と同様の構造を有する。外部電極ユニット１０は、誘電体材料からなる係合部材１１と、係合部材１１に保持された複数個の外部電極１２からなる。複数の外部電極１２は、接続部１３により相互に電気的に接続されている。係合部材１１は、発光管１の周方向における半周以上を覆う形状を有する。外部電極１２はリン青銅板からなり、係合部材１１における発光管１の周方向中央部に保持されている。
【００３３】
係合部材１１を構成する誘電体材料は、ポリエステル系樹脂の多層膜構造を有し、白色で可視光に対する高光反射特性を有する。またバネ性（弾性）を有しており、その弾性により発光管１が押圧挟持されるとともに、発光管１に対する外部電極１２の保持・固定も確実に行われ、外部電極１２は、誘電体材料からなる係合部材１１を介して発光管１に臨接した状態に保持されている。外部電極１２は一例として、発光管１の管軸方向における幅が約３ｍｍ、間隔（隙間）が約１ｍｍの寸法で配置され、発光管１の外壁面に臨接していない部分で電気的に接続されている。
【００３４】
この構造によれば、外部電極１２を前もって係合部材１１に保持・固定しておくことにより、発光管１に係合部材１１を挟み込むだけで、外部電極１２も一体に組み込むことができる。
【００３５】
以上のように構成された放電灯装置により、実施の形態１の場合と同様の動作、および作用効果を得ることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図である。発光管１は実施の形態１と同様の構造を有する。外部電極ユニット２０は、誘電体部材２１の中に一体成型されている。外部電極ユニット２０は、図１に示した外部電極ユニット４と同様の、複数の外部電極２０ａが連結部２０ｂにより連結された構造を有する。
【００３７】
誘電体部材２１は、実施の形態２における係合部材１１を構成する誘電体材料と同様に、ポリエステル系樹脂の多層膜構造を有し、白色で可視光に対する高光反射特性を有する。またバネ性（弾性）を有しており、発光管１を自らの弾性により押圧挟持する。それとともに、発光管１に対する外部電極１２の保持・固定も、誘電体部材２１のバネ性により確実に行われる。
【００３８】
上記構造によれば、外部電極ユニット２０と誘電体部材２１が強固に一体化されるため、放電灯装置の組み立てがより簡便になるとともに、実施の形態１及び２に比べて、発光管１に対する外部電極２０ａの取付精度がより確実に維持される。
【００３９】
以上のように構成された放電灯装置により、実施の形態１の場合と同様の動作、および作用効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、誘電体部材２１を樹脂成型で製作することにより、幅広い誘電体肉厚の制御が可能なため、発光効率の向上が容易に可能となる。
【００４１】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４におけるバックライトの要部を示す断面図である。放電灯装置３０が、配光制御部材３１の端面部に配置されている。放電灯装置３０から生じた光は、配光制御部材３１により面状に広げられる。放電灯装置３０における外部電極ユニットは、図１に示した構造のものが示されているが、他の構造の放電灯装置も同様に用いることができる。
【００４２】
配光制御部材３１は、導光体３２と、その上面に配置された拡散シート３３及びレンズシート３４（２枚）と、下面に配置された反射シート３５からなる。放電灯装置３０の発光管１からの照射光は、導光体３２の端面から入射して内部に進入し、導光体３２及び反射シート３５により上面方向に配向され、拡散シート３３により均一化され、レンズシート３４により指向性を高められて、外部に出力される。
【００４３】
図６に、上記構成のバックライトの全体構造を示す。放電灯装置３０はＬ字型に形成され、一対の放電灯装置３０を配置することにより、配光制御部材３１の全ての端面部に照射光を入射させるように構成されている。
【００４４】
放電灯装置３０は、Ｌ字型に形成された発光管１に対して、２つの外部電極ユニット４をそれぞれの辺に装着した構造を有する。このように、外部電極ユニット４は、分割して発光管１に装着することが容易である。従って本発明の放電灯装置を用いれば、発光管の形状が直線ではない場合であっても、外部電極ユニットを容易に適合させることができ、バックライトの構成の自由度が高い。
【００４５】
以上の各実施形態の放電灯装置において、放電用媒体として、さらに水銀を含ませてもよい。それにより、発光効率、および輝度向上を図ることができる。また、誘電体部材の少なくとも一部を、遮光性を有する材料で構成することにより、遮光性を向上させることができる。また、誘電体部材の外部電極に接触していない部分を、シールド性を有する材料で構成することにより、シールド性を向上させることができる。また、誘電体部材の少なくとも一部に凹凸を設けることにより、放熱性を向上させることができる。また、誘電体部材の厚さを部分的に変化させることにより、発光の均一化させるための調整が可能である。
【００４６】
なお実施の形態４において、配光制御部材３１として導光体３２を用いた例について示したが、導光体３２に代えて、反射板（図示せず）を用いても同様の作用・効果が得られる。その場合、反射板に高光反射材料を用い、反射板の光反射面側の任意の場所に放電灯装置を配置し、その上部に拡散シートやレンズシートを配置することにより、バックライトを構成することができる。
【００４７】
一般的に、導光体よりも反射板を用いたバックライトの方が、放電灯装置から照射される光の利用効率を高められることが知られており、結果的にバックライトの発光面輝度を高くすることが要求される場合に適用すれば効果的である。
【００４８】
さらに本発明の放電灯装置は、液晶ディスプレイ等のバックライト用に限らず、ランプ単体で、スキャナー用光源、一般照明用光源などにも応用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の放電灯装置によれば、外部電極ユニットが、外部電極を一体化して、それ自体で発光管に保持可能な構造を有するので、発光管に対する外部電極の取付が容易であり、しかも複数の外部電極を発光管に対して精度良く保持することができる。また、発光管と外部電極の間に誘電体部材等を介在させることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図
【図２】 実施の形態１における放電灯装置が点灯回路に接続された状態を模式的に示す図
【図３】 実施の形態２における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図
【図４】 実施の形態３における放電灯装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央部分における横断面図
【図５】 実施の形態４におけるバックライトの要部を示す断面図
【図６】 同バックライトの全体構造を示す分解斜視図
【図７】 一般的な誘電体バリア放電ランプの、発光管内径とランプ効率の関係を示すグラフ
【図８】 一般的な誘電体バリア放電ランプの、発光管肉厚とランプ効率の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１ 発光管
２ 内部電極
３，５ リード線
４，１０，２０ 外部電極ユニット
４ａ 分離溝
４ｂ、１２、２０ａ 外部電極
４ｃ、２０ｂ 連結部
４ｄ 臨接部
６，２１ 誘電体部材
７ 蛍光体層
８ 点灯回路
１１ 係合部材
１３ 接続部
３０ 放電灯装置
３１ 配光制御部材
３２ 導光体
３３ 拡散シート
３４ レンズシート
３５ 反射シート

Claims (20)

1. 内部に放電用媒体が封入された管状の発光管と、前記発光管の内部に設けられた内部電極と、前記発光管の外側に装着された外部電極ユニットとを備え、
   前記外部電極ユニットは、管軸方向に断続的に複数個配置され前記発光管の外壁面に臨接する部分を有する外部電極と、前記外部電極を一体的に連結するとともに前記発光管に対して係合する係合部とを含み、前記係合部がその一部において前記発光管を挟持することにより、前記外部電極ユニットが前記発光管の周囲に保持され、
   前記発光管と前記外部電極との間に誘電体部材が配置されており、
   前記内部電極と前記外部電極の間に電圧を印加することにより前記発光管を点灯させるように構成されたことを特徴とする放電灯装置。
2. 前記外部電極ユニットは、前記外部電極と前記係合部が一体となった電極部材として形成され、前記発光管周方向における半周以上を覆う形状を有することを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
3. 前記発光管と前記外部電極ユニットとの間に誘電体部材が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の放電灯装置。
4. 前記外部電極は導電性の金属からなり、前記誘電体部材を覆って接触するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の放電灯装置。
5. 前記誘電体部材と前記発光管の外壁面との接触面積は、前記発光管の表面積の５０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の放電灯装置。
6. 前記外部電極ユニットは弾性を有し、前記誘電体部材を前記発光管の外壁面に押圧していることを特徴とする請求項３に記載の放電灯装置。
7. 前記外部電極と前記係合部が一体となった電極部材が、誘電体部材中に一体成形により配置されたことを特徴とする請求項２に記載の放電灯装置。
8. 前記外部電極ユニットは、前記係合部が前記発光管周方向における半周以上を覆う形状を有する誘電体材料からなり、前記外部電極が前記係合部の前記発光管周方向における中央部に保持された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
9. 前記誘電体部材は弾性を有し、前記発光管の外壁面を押圧していることを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
10. 前記誘電体部材の少なくとも一部が、前記発光管からの発光を特定の方向に反射させる特性を有することを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
11. 前記誘電体部材の少なくとも一部が、遮光性を有する材料からなることを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
12. 前記誘電体部材の前記外部電極に接触していない部分が、シールド性を有する材料からなることを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
13. 前記誘電体部材の少なくとも一部の外側表面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
14. 前記誘電体部材の厚さを、部分的に変化させたことを特徴とする請求項３、７、８のいずれか１項に記載の放電灯装置。
15. 前記外部電極の管軸方向における間隔は、１．０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
16. 前記放電用媒体は、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、またはヘリウムのうち、少なくとも一種類を含む不活性ガスであることを特徴とする請求項１記載の放電灯装置。
17. 前記放電用媒体として、さらに水銀を含むことを特徴とする請求項１６に記載の放電灯装置。
18. 前記発光管の内壁面に、蛍光体層を被着させたことを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか１項に記載の放電灯装置と、その放電灯装置から生じた光を面状に広げる配光制御部材とを備えたことを特徴とするバックライト。
20. 前記配光制御部材が導光体または反射板であることを特徴とする請求項１９記載のバックライト。

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