JP4144871B2 - 平板型希ガス放電灯、その製造方法及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板型希ガス放電灯とその製造方法及び駆動方法に関市、特に、放電の収縮の抑制に有効な技術に関する。

バックライトは液晶パネルを用いた表示装置には欠かせないものであり、そのバックライトに直下方式のものとエッジライト方式のものとがあることは、よく知られているところである。

直下方式のバックライトは、極論すれば、光源を液晶パネルの背面に配置するだけで済むので、光源の他に導光板や反射板、その他拡散板やレンズシートなど多くの部材を組み立てなければならないエッジライト方式のバックライトに比べ、構造が簡単である。一方で、光源に管形の放電ランプ、例えばつづら折りに折り曲げた曲管ランプや複数の直管ランプを平行に並べたものを用いるバックライトは、エッジライト方式のバックライトに比べ照度の均一性の点でやや劣るところがある。また、同じ管形放電ランプであっても、熱陰極放電ランプを用いたものでは、厚さがやや厚くなることは否めない。

そこで、直下形バックライトの光源を管形放電ランプで構成するのではなく、始めから面光源状の平板型放電ランプを用いて、輝度の均一性を向上させると同時に薄形化をはかることが考えられた（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の平板型放電ランプの斜視断面図を示す図４を参照して、透光性の前面板２１と浅皿形の背面板２２とがほぼ平行に対面していて、図示しない例えば低融点ガラスで一体に気密封着されている。これにより、扁平状の放電空間２３を有する密閉容器が構成されている。前面板２１にはソーダガラスなどが用いられており、背面板２２はソーダガラスやセラミックなどからなる。発光面となる前面板２１の内面には、互いにほぼ平行な第１放電電極２４と第２放電電極２５とが、放電空間２３の互いに向き合う第１の辺と第２の辺に沿って、長手方向の全長にわたって設けられていて、上記２つの放電電極２４，２５の表面には、誘電体膜２６が形成されている。前面板２１と背面板２２の内面には蛍光体膜２７が塗布されている。そして、放電空間２３には、放電媒体の気体として、アルゴン（Ａｒ）とキセノン（Ｘｅ）との混合ガスが封入されている。

この図に示す平板型希ガス放電灯において、互いに並行する２つの電極２４，２５間に周波数１０〜１００ｋＨｚの矩形パルス波のような高周波交流電圧を印加すると、放電空間２３内に誘電体膜２６を介して、上記希ガスの混合ガスを媒体とする誘電体バリア放電が生じ、主にＸｅから放射される１４７ｎｍ，１７２ｎｍの紫外線によって蛍光体膜２７が励起される。そして、蛍光体膜２７によって例えば可視光などのような、励起紫外光とは異なる波長の光に変換された光が、前面板２１を通して外部に放射される。尚、以下では、説明の便宜上、これまで述べた型の平板型放電ランプを「並行電極タイプ」の放電ランプと呼ぶ。

ところで、平板型放電ランプには、上に述べたものとは電極の配置が異なるもう一つのタイプのものがある（例えば、特許文献２）。特許文献２の図２の要部を再掲して示す図５を参照して、２枚のガラス基板３１，３１が、間を開けて対面している。それぞれのガラス基板の互いに向い合う面には、全面に透明電極膜３２が形成されている。これらの透明電極膜は、例えばＩＴＯのような従来公知の透明導電材料で作られている。それぞれの透明電極膜３２，３２の上には、更に、透明誘電体膜３３と蛍光体膜３４とが、この順に重ねて形成されている。そして、２枚のガラス基板３１，３１どうしが向い合っている部分の周縁が、フリットガラスによる封着部３５で封着され、内部の気密空間に水銀蒸気を含む希ガスまたは希ガスのみからなる放電媒体のガスが封入されている。以下では、この型の平板型放電ランプを、先に述べた並行電極タイプの平板型放電ランプと区別して、便宜的に、「対面電極タイプ」の放電ランプと呼ぶ。

上述の構成で、上下２つの電極３１，３１の間に例えば周波数５０ｋＨｚというような高周波電力を入力すると、先に述べた並行電極タイプの平板型放電ランプにおけると同様に、２つの電極３１，３１の間で誘電体膜３３，３３を介して誘電体バリア放電が生じ、これによって生じた紫外線で蛍光体膜３４，３４が励起されて、より長い波長に変換された光がガラス基板３１，３１を通して放射される。尚、光を一方のガラス基板だけから取り出すのであれば、一方の側のガラス基板３１、電極膜３２、誘電体膜３３は特に透光性のものでなくてもよい。

上に述べた対面電極タイプの平板型放電ランプは、並行電極タイプのものに比べ、２枚のガラス基板３１，３１間の距離を狭くした場合でも発光効率の低下が小さいので、薄型化するのに適している。本発明は、このような対面電極タイプの平板型放電ランプに関わる発明である。

特開２０００−１４９８６９号公報（段落「００１０」〜［００１２］及び図１） 特公平７−８９４７８号公報（段落「０００７」〜［００１０］及び図２）

平板型放電ランプによって、例えば液晶表示パネルの直下方式バックライトに用い好適な、薄形で、発光強度が強くしかもその均一性に優れた平面光源を得ることが出来るようになった。

しかしながら、平板型放電ランプにおいて、ただ単に高周波電圧を印加しただけでは放電が放電空間に一様に広がらず、入力電力を大きくしても取り出せる光強度が入力電力に見合っただけ強くならない、いわゆる放電収縮が生じることが問題になった。特に、放電媒体のガスに水銀蒸気を含まない、Ｘｅのみ或いはＸｅと他の希ガスとの混合ガスを用いたいわゆる希ガス放電ランプは、水銀にまつわる諸問題すなわち、放電開始後の発光強度の立上がりが遅い、発光強度が温度の変化によって変動する、或いは環境に対する負荷が大きいというような問題がないという優れた点がある一方で、放電の収縮が起こりやすいことが知られている。

そのような平板型放電ランプにおける放電収縮対策には、これまで、放電媒体のガス組成や圧力を適切に設定したり、印加する電圧パルスの条件をかえたりするなどのことが知られている（例えば、特開２０００−２０８０９６号公報）。他に、数値条件の適正化ではなく、構造自体に工夫を凝らすことも行われている。例えば、特開２００３−１３２８５１号公報は、放電のための主電極に対し補助導体を設けることにより放電収縮を抑制する技術を開示している。上記公報記載の平板型放電ランプにおいては、図４に示すそれまでの並行電極タイプの平板型放電ランプに対し、背面板２２の外面に、主放電電極２４，２５に直交する方向に伸びる短冊状の補助導体を複数本、平行に並べて設ける。放電開始に当たっては、先ずそれぞれの主電極２４，２５と新設の補助導体との間で放電が始動し、それが主電極２４，２５間の放電に移行する。補助導体は平面光源の片面全体を覆うようになっているので、各場所で均一に放電が始動し、放電収縮のない、始動時から全面に広がった放電になる。

このように、平板型放電ランプにおける放電収縮対策にはこれまでいくつかの技術が知られているが、それらはいずれも、平板型放電ランプのうちでも「並行電極タイプ」の放電ランプに対するものであって、本発明が対象とする「対面電極タイプ」に対する放電収縮対策は、これまで知られていない。

従って、本発明は、対面電極タイプの平板型放電ランプにおいて、放電収縮を防止することを目的とする。

本発明の平板型放電ランプは、背面側基板に設けた第１の電極と前記背面側基板に距離を隔てて対面する光取出し側基板に設けた第２の電極との間に、Ｘｅを含む気体を媒体として誘電体バリア放電を生じさせる構造の平板型希ガス放電灯において、前記二つの電極のいずれか一方の電極に対し、これと間を空けて並べて設けた電極であって、並んだ相手の電極との間に誘電体バリア放電を生じる第３の電極を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、対面電極タイプの平板型放電ランプにおける放電収縮を防止することが出来る。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明の実施例１に係る対面電極タイプの平板型放電ランプ１００の斜視図および断面図を示す図１を参照して、透光性で平板状の光取出し側基板１と、同様に平板状の背面側基板２とが、間を開けて対面している。光取出し側基板１の背面側基板２と向き合う面には、透光性の電極３（第２電極）が形成されている。この第２電極３は、例えばＩＴＯのような透光性の導電材料でできていて、光取出し側基板１の全面に設けられている。第２電極３の上には、透光性の誘電体膜４と更にその上に蛍光体膜５が、重ねて形成されている。誘電体膜４は、例えば低融点ガラスを印刷によって形成してもよいし、スパッタ法によりＭｇＯ膜を形成してもよい。また、両者を組み合わせて、重ねて使用してもよい。

一方の背面側基板２の光取出し側基板１と向き合う面にも、電極が設けられている。但し、電極は一種類ではなく、第１電極６と第３電極７の二種類の電極がある。この点が、図４に示される従来の対面電極タイプの平板型放電ランプと異なる点である。第１電極６と第３電極７とはどちらも、図２に示す背面側基板２の平面図に見られるような櫛の歯状の電極であって、２つの電極の櫛の歯の部分どうしが向い合わせになっていて、一方の電極の櫛の歯がもう一方の電極の櫛の歯の間に一本おきに入り込む形に組み合わされた配置になっている。第１電極６と第３電極７の上には誘電体膜８と更にその上に蛍光体膜９が、重ねて形成されている。誘電体膜８は、光取出し側基板１の誘電体膜と同様に、低融点ガラスを印刷によって形成してできている。なお、背面側基板からの光の流出を防ぐために、誘電体膜中に酸化チタン粉末のような光反射材料を混合してもよい。この場合は、その反射光により光取出し出力を増加することができる。また、光取出し側基板１におけると同様に、低融点ガラスに替えてＭｇＯ膜を単独で用いてもよいし、両者を重ねて併用してもよい。そして、光取出し側基板１と背面側基板２とが、向い合わせの面の周縁部で、封止用の枠１０を挟んでフリットシールガラスからなる接着層１１で気密に封着されて、平板状で気密中空の放電室を形作っている。その気密の放電室には、Ｘｅを主成分とする放電媒体のガスが封入されている。圧力は、１．３×１０^３ 〜４０×１０^３ Ｐａ（１０〜３００Ｔｏｒｒ）程度である。

本実施例に係る平板型放電ランプは、次のようにして放電させる。図１（ｂ）中に示すように、光取出し側基板の第２電極３と背面側基板２の第３電極７とを、同電位になるように結線する。そして、それら同電位にある第２電極３及び第３電極７と、背面側基板上の第１電極６との間に、例えばインバータ１２のような交流電源から、１０〜１００ｋＨｚ程度の周波数の高周波交流電圧を印加する。その高周波交流電圧の印加により放電室内に、ＭｇＯ膜４，８を誘電体とする誘電体バリア放電が生じるのであるが、その際、放電は、背面側基板の第１電極６とこれに対面する光取出し側基板の第２電極３との間に生じるだけではなく、第１電極６とこれに並んでいる第３電極７との間でも放電が生じる。このように、第１電極６と第３電極７との間にも放電が生じることにより、放電の経路がこれまでより増える。これにより、同じ放電電流でもその分放電の範囲が広がることになり、発光効率が向上する。本発明者が観測したところでは、図５に示す構造の従来の対面電極タイプの放電ランプでは背面側基板の電極と光取出し側基板の電極との間に、ストリーム状の発光が目視されたのに対し、本実施例においては、目視ではストリーム状発光が認められない程度に放電の収縮が改善された。

図３に、本実施例に係る対面電極タイプの平板型放電ランプと、図５に示した従来の平板型放電ランプについて、発光効率を比較した結果を示す。図示するグラフにおいて、横軸はランプへの投入電力であって、放電の電源であるインバータ１２（図１（ｂ）参照）への直流入力電力を示す。縦軸は、放射された光の輝度を示す。図に見られるように、本実施例に係る放電ランプの発光効率は、従来の放電ランプに比べ、約１．４倍程度に向上している。

ここで、第１電極６と第３電極７とは、平行に並んでいてそれら２種類の電極の間で放電が生じる構造になっていればよいのであって、特に本実施例におけるように櫛の歯状の電極である必要はない。しかしながら、本実施例のように２つの櫛の歯状電極の歯を、互いに相手の歯の間に入れ込ませるようにすると、放電は一つ一つの櫛の歯ごとに両脇に分かれて生じるようになるので、その分放電経路が倍加し、発光の均一性や発光効率の向上により効果的である。

尚、第２電極３と第３電極７とを同電位にし、第１電極６はそれら２つの電極とは異なる電位にするのであるが、どちらを高電位にしどちらを低電位にしても構わない。但し、安全上の観点から、光取出し側の電極を低電位にして、具体的には接地電位にするのがよい。

尚また、第３電極７は背面側基板２ではなく、光取出し側基板１に第２電極３と並べて設けてもよい。その場合は、光取出し側基板の第２電極３と、それに並べる第３電極とを櫛の歯状電極にして互いに入れ込ませ、背面側基板の第１電極６は全面電極にする。そして、第１電極６と第３電極とを同電位にし、それらの電極と光取出し側基板の第２電極３との間に高周波交流電力を入力する。

本実施例に係る平板型放電ランプは、次のようにして製造する。先ず、背面側基板２となるガラスの平板に、第１電極６と第３電極７とを形成する。そのために、銀ペーストなどの導電性ペーストを用い、スクリーン印刷法で第１電極６と第３電極７のパターンを印刷し、所定の温度で焼成して、第１電極６と第３電極７とを同時に形成する。

次いで、第１電極６および第３電極７の上に、誘電体膜８を形成する。そのために、ガラスペーストを使ったスクリーン印刷法で誘電体膜８のパターンを形成し、所定の温度で焼成する。誘電体膜８のパターンは、第１電極６および第３電極７だけを包むような形状でもよいし、背面側基板２の全面を覆う形状にしてもよい。

その後、蛍光体膜９を形成する。そのために、蛍光体粉末と、バインダと、溶剤とを混合したペーストを、スクリーン印刷法で背面側基板２の全面に塗布し、所定の温度で焼成する。

そして、後に封止用の枠１０を接着する周縁部に、接着層１１となるフリットシールガラスペーストを、スクリーン印刷法でパターン形成したのち、所定の温度で焼成する。これら一連の工程で、第１電極６および第３電極７、誘電体膜８、蛍光体膜９を備える背面側基板２を得る。

別に、光取出し側基板１を準備する。先ず、透光性のガラスの平板に、透光性の第２電極３を形成する。導電材料にはＩＴＯを用い、ガラスの平板の全面にスパッタ法でＩＴＯの膜を形成する。

その後、第２電極３の全面に、誘電体膜４を形成する。そのために、背面側基板における誘電体膜８の形成と同様に、ガラスペーストを第２電極３の上にスクリーン印刷法で塗布し、所定の温度で焼成する。

次いで、誘電体膜４の全面に蛍光体膜５を形成する。そのために、背面側基板における蛍光体膜９の形成と同様に、蛍光体粉末と、バインダと、溶剤とを混合したペーストを誘電体膜４の上にスクリーン印刷法で塗布し、所定の温度で焼成する。

そして、後に封止用の枠１０を接着する周縁部に、接着層１１となるフリットシールガラスペーストを、スクリーン印刷法でパターン形成したのち、所定の温度で焼成する。これら一連の工程で、第２電極３、誘電体膜４、蛍光体膜５を備える光取出し側基板１を得る。

これまでの工程で成膜やパターン形成を終えた背面側基板２と光取出し側１とを、電極や誘電体膜、蛍光体膜が形成されている面が向い合うようにして、封止用の枠１０を間に挟んで対面させ、所定の温度で焼成する。これにより、各基板１，２と封止用の枠１０とが、フリットシールガラス１１で気密に封着される。

その後、２枚の基板１，２と封止用の枠１０とで囲まれた放電室内にＸｅを主とする希ガスを封入して、本実施例に係る対面電極タイプの平板型放電ランプを完成する。尚、本実施例では、封止用の枠１０は光取出し側基板１や背面側基板２とは別体のものであるとしたが、光取出し側基板１または背面側基板２に、縁が立ち上がった構造の浅皿状のものを用いて、封止用の枠１０がどちらかの基板に始めから一体化されているようにしてもよい。

ここで、第１電極６、第２電極３および第３電極７は、必ずしも２つの基板１，２の内面に形成しなくてもよく、電極を基板の外面に設ける、いわゆる外部電極構造にしてもよい。その場合は、外部電極構造にした電極については、背面側基板２や光取出し側基板１自体が誘電体の役をなすので、誘電体膜８または誘電体膜４は不要になり、製造工程が簡単になる。但し、第１電極６と第３電極７については、一方の電極が内面電極なら他方の電極も内面電極に、或いは、一方が外部電極なら他方も外部電極にというように、双方の電極構造（電極の形成部位）を同じにする方がよいであろう。両方の電極構造が異なっていると、両電極を同時に形成することができず、別々に電極形成をしなければならなくなって製造工程が複雑になるからである。

尚、実施例では、光取出し側基板１にも背面側基板２にも、誘電体膜の上に蛍光体膜５，９を設けた例について述べたが、蛍光体膜はどちらか一方だけでも構わない。更には、放電媒体の気体が放射する紫外線をそのまま外部に取り出して紫外線源として用いるのであれば、どちらの蛍光体膜５，９とも設ける必要はない。

本発明は、薄形で、光強度が強くその均一性が望まれる、例えば直下方式の液晶パネルのバックライトなどに用いて好適である。

本発明の一実施例に係る対面電極タイプの平板型放電ランプの構造を示す斜視図及び断面図である。 実施例１における背面側基板の櫛の歯状電極の形状を示す平面図である。 対面電極タイプの平板型放電ランプにおける発光効率を、実施例１に係る放電ランプと従来の放電ランプとで比較して示す図である。 従来の技術に係る平板型放電ランプの一例の断面を示す図である。 従来の技術に係る平板型放電ランプの他の例の断面を示す図である。

符号の説明

１ 光取出し側基板
２ 背面側基板
３ 第２電極
４ 誘電体膜
５ 蛍光体膜
６ 第１電極
７ 第３電極
８ 誘電体膜
９ 蛍光体膜
１０ 封止用の枠
１１ 接着層
１２ インバータ
２１ 前面板
２２ 背面板
２３ 放電空間
２４ 第１放電電極
２５ 第２放電電極
２６ 誘電体膜
２７ 蛍光体膜
３１ ガラス基板
３２ 透明電極膜
３３ 透明誘電体膜
３４ 蛍光体膜
３５ 封着部
１００ 実施例１に係る平板型放電ランプ

Claims (9)

1. 背面側基板に設けた第１の電極と前記背面側基板に距離を隔てて対面する光取出し側基板に設けた第２の電極との間に、キセノンを含む気体を媒体として誘電体バリア放電を生じさせる構造の平板型希ガス放電灯において、
   前記二つの電極のいずれか一方の電極に対し、これと間を空けて並べて設けた第３の電極を有し、
   前記第３の電極は、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間で誘電体バリア放電が生じている間に、前記第３の電極と同一基板上に設けられた前記第１の電極または前記第２の電極との間で誘電体バリア放電を生じる構成であって、前記第３の電極と異なる基板上に設けられた前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかと同電位となるように設けられていること
   を特徴とする平板型希ガス放電灯。
2. 前記第３の電極を背面側基板に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の平板型希ガス放電灯。
3. 前記第１の電極、第２の電極及び第３の電極の少なくとも一つは、前記背面側基板又は光取出し側基板の外面に設けた、外部電極構造の電極であることを特徴とする、請求項１に記載の平板型希ガス放電灯。
4. 絶縁性の背面側基板と、
   前記背面側基板に距離を隔てて対面する、絶縁性で透光性の光取出し側基板と、
   前記背面側基板及び前記光取出し側基板の周縁部において両基板の間に介在し、前記二つの基板と協働して中空密閉の平板状放電空間を形成する封止手段と、
   前記放電空間の内部に封入した、キセノンを含む放電媒体の気体と、
   前記背面側基板の放電空間に臨む面に形成された第１の電極及び、その第１の電極に並べて間を空けて設けられた第３の電極と、
   前記第１の電極及び第３の電極を覆う誘電体層と、
   前記光取出し側基板の放電空間に臨む面に形成された透光性の第２の電極と、
   前記第２の電極を覆う誘電体層
   とを少なくとも含み、
   前記第３の電極は、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間で誘電体バリア放電が生じている間に、前記第１の電極との間で誘電体バリア放電を生じる構成であって、第２の電極と同電位となるように設けられていることを特徴とする平板型希ガス放電灯。
5. 前記第１の電極及び第３の電極を覆う蛍光体層及び、前記第２の電極を覆う蛍光体層の少なくとも一つを設けたことを特徴とする、請求項４に記載の平板型希ガス放電灯。
6. 平板型希ガス放電灯を点灯させる方法であって、
   前記平板型希ガス放電灯は、背面側基板に設けた第１の電極と前記背面側基板に距離を隔てて対面する光取出し側基板に設けた第２の電極との間に、キセノンを含む気体を媒体として誘電体バリア放電を生じさせる構造であり、前記二つの電極のいずれか一方の電極に対し、これと間を空けて並べて設けた第３の電極を有し、前記第３の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間で誘電体バリア放電が生じている間に、前記第３の電極と同一基板上に設けられた前記第１の電極または前記第２の電極との間で誘電体バリア放電を生じるように設けられているものであり、
   前記第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加し、
   前記第３の電極と前記第３の電極と同一基板上に設けられた前記第１の電極との間に電圧が印加されるように、前記第３の電極と前記第２の電極とを同電位にするか、または、
   前記第３の電極と前記第３の電極と同一基板上に設けられた前記第２の電極との間に電圧が印加されるように、前記第３の電極と前記第１の電極とを同電位にする
   ことを特徴とする、平板型希ガス放電灯の点灯方法。
7. 平板型希ガス放電灯を点灯させる方法であって、
   前記平板型希ガス放電灯は、背面側基板に設けた第１の電極と前記背面側基板に距離を隔てて対面する光取出し側基板に設けた第２の電極との間に、キセノンを含む気体を媒体として誘電体バリア放電を生じさせる構造であり、前記二つの電極のいずれか一方の電極に対し、これと間を空けて並べて設けた第３の電極を有し、前記第３の電極は、背面側基板に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間で誘電体バリア放電が生じている間に、前記第３の電極と同一基板上に設けられた前記第１の電極との間で誘電体バリア放電を生じるように設けられているものであり、
   前記第２の電極と前記第３の電極とを同電位にし、前記第１の電極と前記第２の電極との間、及び前記第１の電極と第３の電極との間に交流電圧を印加することを特徴とする、
   平板型希ガス放電灯の点灯方法。
   
8. 前記第２の電極とこれと同電位にある第３の電極とを接地電位にすることを特徴とする、請求項７に記載の平板型希ガス放電灯の点灯方法。
9. 請求項４に記載の平板型希ガス放電灯を製造する方法であって、前記背面側基板に電極を形成する過程と、前記光取出し側基板に電極を形成する過程とを少なくとも含む平板型希ガス放電灯の製造方法において、
   前記背面側基板に電極を形成する過程では、前記第１の電極と第３の電極とを同時に形成することを特徴とする平板型希ガス放電灯の製造方法。

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