JP4470833B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックライト装置や液晶表示装置に利用される外部電極希ガス蛍光ランプを用いた光源装置に関する。

バックライト装置や液晶表示装置などに使用される光源として、管型バルブの外表面の長手方向に沿って離間して対向配設された一対の外部電極を有する外部電極希ガス蛍光ランプ（以下、単にランプとも呼ぶ）が用いられている。

このランプは、一対の外部電極間に高周波交流電圧などを印加して、放電空間内でキセノンの希ガス放電を発生させて紫外線を放射し、この紫外線が管型バルブの内表面に形成された蛍光体を励起し、蛍光体から可視光が放射され、一対の外部電極の隙間（以下、光出射部とも呼ぶ）から可視光がランプ外部に放射されるものである。

このランプを用いて、光出射部から放射された光を利用する光源装置として特開２００１−１５５５２７号が知られている。
図６を用いて、外部電極希ガス蛍光ランプを用いた光源装置を説明する。
外部電極希ガス蛍光ランプ１は、その外表面に管軸に沿って一対の外部電極１１を有するものであり、管型バルブの内表面には蛍光体が形成され、一対の電極間である光出射部Ａから可視光が放射されるものである。
２は反射ミラーであって、反射ミラー２内に、複数、この例では４本のランプ１が概略並行になるように間隔をあけて配置され、反射ミラー２の前方には、拡散板３が配置されている。

図７は、図６に示す光源装置における反射ミラー内のランプの配置状態の説明図であり、特に、外部電極と拡散板との位置関係を詳細に説明する。
バルブ１０の管軸と直交する方向の平面において、バルブ１０の中心Ｐを通り拡散板３に垂直な仮想線αを引き、この仮想線αに中心Ｐで直交する別の仮想線βを引き、この仮想線βと交差する位置のバルブ１０の外表面に一対の外部電極１１が形成されている。

そして、光出射部Ａから放射された直射光と、反射ミラー２で反射された反射光が拡散板３に入射し合成され、拡散板３内で光の進行方向が変更され、拡散板３の表面３Ａから拡散された均一な光が出射され、拡散板３の前方の液晶などの表示装置を均一に照明するものである。

特開２００１−１５５５２７号

このような、図６に示す光源装置の拡散板上の輝度を測定した結果を図９のグラフａに示す。
図中、縦軸は輝度を示し、横軸は光源装置内に配置された外部電極希ガス蛍光ランプの管軸に直交する方向の位置を示すものであり、外部電極希ガス蛍光ランプの配置位置は、ランプ中心が、３０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍの位置である。

グラフａに示すように、ランプと対向する位置の拡散板の輝度は、ランプと対向していない位置の拡散板の輝度より大きく、拡散板を使用していても、拡散板の表面の輝度が十分に均一化されていないことがわかる。
具体的には、グラフａでは、最大輝度と最低輝度の差が約６００ｃｄ／ｍ^２なり、拡散板の表面の輝度が明らかに不均一になっている。

拡散板は、内部で光が拡散されて表面から放射されるものであるが、拡散板の裏面全域にある程度の範囲で光が均一に入射することにより拡散板の表面の輝度が均一になるものである。
詳細に述べると、拡散板の裏面に垂直に入射する光成分を規定する光束密度が、拡散板の裏面全域で均一になると、拡散板の表面の輝度も均一になるものである。

次に、ランプから放射される光と、光束密度の関係を説明する。
図８は、外部電極希ガス蛍光ランプの表面から放射される光と拡散板との関係を示す図である。
ランプは、バルブの内表面の全周に渡り蛍光体が塗布されており、バルブ表面からは全体的に拡散光が放射される。
図８では、２点（Ｙ、Ｚ）のバルブ表面から放射される光の模式図であり、Ｌａ、Ｌｄは、バルブの表面のＹ、Ｚ点を通る接線から、そのＹ，Ｚ点を通る垂直な法線方向の光であり、Ｌｃ、Ｌｂ、Ｌｅ、Ｌｆは、Ｙ，Ｚ点を基点とした拡散光である。なお、Ｙ点、Ｚ点から放射される全光束は同一であるとみなす。
また、Ｙ点は、バルブ中心Ｐを通り拡散板３に垂直な仮想線αを引き、この仮想線αとバルブ表面が交差する位置である。

Ｙ点から放射された光は、法線方向のＬａの光束が、Ｌｂ、Ｌｃに比べ大きなものであり、同様に、Ｚ点から放射された光は、法線方向のＬｄの光束が、Ｌｅ、Ｌｆに比べ大きなものである。
また、ＬａとＬｅの光が平行である場合、両方の光は、拡散板３に垂直に入射する光となり、これらの光によって拡散板の裏面での光束密度が規定される。
しかしながら、ＬａとＬｅでは、Ｌａの方が光束が大きく、結果的に、光Ｌａが入射する拡散板裏面の位置３Ｐの光束密度は、光Ｌｅが入射する拡散板裏面の位置３Ｐ´の光束密度より、大きくなっており、よって、光Ｌａが入射する位置３Ｐの拡散板の表面の輝度が他の部分と比べ高くなるものである。

なお、光Ｌａと光Ｌｅが入射する拡散板３の裏面位置３Ｐ、３Ｐ´では、垂直に入射する光Ｌａ、Ｌｅ以外の他のバルブ表面から放射された斜めから入射する光も存在するが、斜めから入射した光は、光束が小さく、また、拡散板の内部で複雑に拡散され、拡散板の表面のどの位置から放射されるか解析できないものであり、拡散板に斜めから入射する光は考慮しないものである。

図７に戻り説明を続けると、仮想線αが拡散板３の裏面と交差する位置３Ｐは、図８で説明したとおり、光束密度が、拡散板３の他の位置より最も大きくなるものであり、この結果、この３Ｐ位置に対向する拡散板３の表面の輝度が他の部分と比べ最も高くなるものである。

さらに、ランプとランプの間の領域は、発光源が存在せず、ランプ背面の反射ミラーによって反射された光が通過し、この光のうち一部が、拡散板に対して垂直に入射する光となるが、この反射ミラーによって反射されて拡散板に対して垂直に入射する光は、拡散板の３Ｐ位置に垂直に入射する光に比べ、極めて光束が小さく、反射ミラーによって反射されて拡散板に対して垂直に入射する光は、拡散板裏面の光束密度を均一化するまでには至らないものである。

さらに、拡散板とランプとの間の距離が短い場合、ランプからの拡散光が、十分広がりきれないため、拡散板３の３Ｐ位置以外の位置では、ランプから放射された光は、拡散板に対して垂直に入射する成分の光が少なくなりすぎ、拡散板の裏面の光束密度が、なお一層不均一になるものであり、この不均一状態が激しい場合は、拡散板とランプの距離を大きくすることになり、装置が大型してしまい、フラットパネルディスプレイの厚みを厚くしてしまい商品性を落としてしまうことになる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、拡散板と外部電極希ガス蛍光ランプとの距離を大きく離さなくても、拡散板の表面の輝度を均一にすることができ、液晶などの表示装置を均一な光でムラなく照明することができる光源装置を提供することにある。

請求項１に記載の光源装置は、管型バルブの内表面に蛍光体が塗布され、外表面に管軸に沿って一対の外部電極を有する外部電極希ガス蛍光ランプが、反射ミラー内に複数個概略並行に配置され、反射ミラー前方に拡散板が配置された光源装置において、前記拡散板に対向する電極は、管型バルブの管軸と直交する平面において、バルブの中心を通り、拡散板に垂直な仮想線と交差していることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、外部電極希ガス蛍光ランプの拡散板に対向する外部電極は、管型バルブの管軸と直交する平面において、バルブの中心を通り、拡散板に垂直な仮想線と交差しているので、ランプから放射される光の一部を遮光することにより、拡散板の表面の輝度が均一になり、液晶などの表示装置を均一な光でムラなく照明することができるものである。

図１は、本発明の光源装置の説明図である。
外部電極希ガス蛍光ランプ１はその外表面に管軸に沿って一対の外部電極１１を有するものである。
反射ミラー２は、白色のポリカーボネイトの樹脂であり、ランプ１の背面に位置する平板状の底板２１と、底板２１に周縁に立設した側板２２からなるものであり、この反射ミラー２内に、複数、この例では４本のランプ１が概略並行になるように間隔をあけて配置されている。

反射ミラー２の前方には、拡散板３が配置されている。この拡散板３は、厚さ０．１ｍｍの板状体であって、対向するランプ１の外表面と１０ｍｍ離れた位置に拡散板３が配置されている。
拡散板３は、半透明のポリカーボネイト樹脂であって、入射光を内部で拡散させ、表面３Ａから拡散光を放射して輝度の均一性を向上させる機能を有する。なお、拡散シートを複数枚重ね合わせて拡散板としてもよい。

外部電極型希ガス蛍光ランプについて、図２、図３を用いて説明する。
図３は図２のＸ−Ｘ断面図である。
外部電極型希ガス蛍光ランプ１の管型バルブ１０は、外径８ｍｍ、厚み０.４ｍｍ、長さ１０５０ｍｍの軟質ガラスからなり、バルブ１０内表面には希土類蛍光体，ハロリン酸塩蛍光体などの蛍光体１２が形成され、バルブ１０の内部空間にはキセノンガスが１６ｋＰａ封入されている。
バルブ１０の外面には、バルブ管軸に方向に幅１ｍｍ、厚み３μｍ、長さ７４０ｍｍの銀ペーストを焼成した外部電極１１が互いに対向するように配置されている。

このようなランプ１は、一対の外部電極１１間に高周波交流電圧などを印加して、放電空間内でキセノンの希ガス放電を発生させて紫外線を放射し、この紫外線が管型バルブ１０の内表面に形成された蛍光体１２を励起し、蛍光体１２から可視光が放射され、一対の外部電極の間の光出射部Ａから可視光がランプ外部に放射されるものである。

図４は、本発明の光源装置における反射ミラー内のランプの配置状態の説明図であり、特に、ランプ１の外部電極１１と拡散板３との位置関係を詳細に説明する。
バルブ１０の管軸と直交する方向の平面において、バルブ１０の中心Ｐを通り、拡散板３に垂直な仮想線αを引く。そして、この仮想線αと交差する位置のバルブ１０の外表面に外部電極１１の幅方向の中心１１Ｐが位置するように、拡散板と対向する外部電極１１が形成されている。

この位置に外部電極１１を設けることにより、仮想線αが拡散板３の裏面と交差する位置３Ｐに入射する光を遮光することにより、拡散板３の裏面全域において光束密度が高い部分を低くすることができ、よって、拡散板３の裏面全域の光束密度を均一化することができ、拡散板３の表面３Ａの表面輝度を均一化することができる。

この位置に外部電極１１を設けた光源装置の拡散板上の輝度分布は、図９中グラフｂに示すものである。
グラフｂでは、最大輝度と最低輝度の差が約２００ｃｄ／ｍ^２となり、図６の光源装置（グラフａ）に比べ、確実に拡散板の表面の輝度が均一になっていることがわかる。

図５は、本発明の光源装置における反射ミラー内のランプの配置状態が異なる他の例を示す説明図であり、特に、外部電極と拡散板との位置関係を詳細に説明する。
バルブ１０の管軸と直交する方向の平面において、バルブ１０の中心Ｐを通り、拡散板３に垂直な仮想線αを引く。そして、この仮想線αと交差する位置のバルブ１０の外表面に拡散板と対向する外部電極１１が位置しており、この外部電極１１の幅方向の中心１１Ｐが仮想線αより図面上の左方向にずれている。
この実施例においても、仮想線αと交差する位置のバルブ１０の外表面に、拡散板と対向する外部電極１１が存在しているように配置されている。

つまり、この実施例においても、仮想線αが拡散板３の裏面と交差する位置３Ｐに入射する光を遮光することができ、拡散板３の裏面全域において光束密度が高い部分を低くすることにより、拡散板３の裏面全域の光束密度を均一化することができ、拡散板３の表面３Ａの表面輝度を均一化することができる。

この位置に外部電極１１を設けた光源装置の拡散板上の輝度分布は、図９中グラフｃに示すものである。
グラフｃでは、最大輝度と最低輝度の差が約２５０ｃｄ／ｍ^２となり、図６に示す光源装置（グラフａ）に比べ、確実に拡散板の表面の輝度が均一になっていることがわかる。

つまり、本発明の光源装置によれば、拡散板とランプとの距離を大きくすることなく、図９中、グラフｂ、グラフｃで示すように拡散板の表面の輝度が従来の光源装置に比べて均一にできるので、液晶などの表示装置を均一な光でムラなく照明することができるものである。

本発明の光源装置の説明図である。 本発明の外部電極型希ガス蛍光ランプ説明図である。 図２中Ｘ−Ｘ断面図である。 本発明の反射ミラー内のランプの配置状態の説明図であり、特に、ランプの外部電極と拡散板との位置関係の説明図である。 本発明の反射ミラー内のランプの配置状態が異なる説明図であり、特に、ランプの外部電極と拡散板との位置関係の説明図である。 外部電極型希ガス蛍光ランプを用いた光源装置の説明図である。 図６の光源装置において、反射ミラー内のランプの配置状態の説明図であり、特に、ランプの外部電極と拡散板との位置関係の説明図である。 外部電極希ガス蛍光ランプのバルブ表面から放射される光の模式図である。 光源装置の拡散板上の輝度を測定した実験データ説明図である。

符号の説明

１ 外部電極希ガス蛍光ランプ
１１ 外部電極
１２ 蛍光体
２ 反射ミラー
２１ 底板
２２ 側板
３ 拡散板
Ａ 光出射部

Claims (1)

1. 管型バルブの内表面に蛍光体が塗布され、外表面に管軸に沿って一対の外部電極を有する外部電極希ガス蛍光ランプが、反射ミラー内に複数個概略並行に配置され、反射ミラー前方に拡散板が配置された光源装置において、
   前記拡散板に対向する電極は、管型バルブの管軸と直交する平面において、バルブの中心を通り、拡散板に垂直な仮想線と交差していることを特徴とする光源装置。
   

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