KR20030093983A - 방전등 장치 및 그것을 이용한 백라이트 - Google Patents
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Abstract
휘도 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 방전등 장치, 및 액정표시장치에 적합한 백라이트를 제공한다.
방전등 장치 L은, 희유 가스가 봉입된 발광관(3)의 내부에 설치되는 내부전극(1)과 발광관(3)의 외부에 설치되는 외부전극(2a)에 전압을 인가하는 점등회로 (5)를 구비하고 있다. 점등회로(5)는, 외부전극(2a)의 전위를 기준 전위(0V)로 하여, 정(正)의 구형파(矩形波) 전압을 내부전극(1)에 인가한다.
Description
본 발명은 발광관을 점등시키는 방전등 장치에 관한 것이고, 특히, 희유 가스를 봉입한 발광관으로서, 내부에 제1전극을, 외부에 제2전극을 구비한 발광관을 점등시키는 방전등 장치에 관한 것이다. 또한, 이러한 방전등 장치를 구비한 백라이트(backlight)에 관한 것이다.
희유 가스가 봉입된 발광관으로서, 그 내부에 내부전극이 설치되고, 그 외주면에 외부전극이 설치된 발광관에 대하여, 내부전극 및 외부전극에 접속되는 점등회로로부터 전압을 인가함으로써, 발광관을 발광시키는 방전등 장치로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 희유 가스 방전등 장치가 있다.
또한, 내부전극과 외부전극을 설치한 발광관에 대한 점등 제어에 대해서, 예를 들면, 특허문헌 2, 3에 개시된 기술이 있고, 이 기술에서는, 구동 전압으로서 교번 구형파(矩形波) 전압을 인가하고 있다.
도 14는 종래의 방전등 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이 도면에서, 방전등 장치(10L)는 원통상의 발광관(103)내에 희유 가스가 봉입되고, 발광관(103)의 내부에 내부전극(101)이 설치되고, 그 외주면에는, 발광관(103)의 관축(管軸) 방향을 따라서, 밴드(band) 형상의 외부전극(102)이 설치되어 있다.
내부전극(101) 및 외부전극(102)은 각각 점등회로(105)에 접속되어 있고, 점등회로(105)로부터 교번 구형파의 전압을 인가함으로써, 발광관(103)을 발광시킨다.
도 15는 종래의 방전등 장치에 있어서의 인가 전압 파형 등을 나타내는 파형도이다. 이 도면의 (a)는 내부전극(101) 및 외부전극(102)의 사이에 인가하는 교번 구형파의 전압의 파형을 나타내고, 종축은 외부전극(102)의 전위를 기준 전위로 했을 때의 내부전극(101)과 외부전극(102) 사이의 인가 전압(Ⅴ), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다.
도 15(b)는 내부전극(101) 및 외부전극(102)에 흐르는 전류의 파형을 나타내고, 종축은 전류(A), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다. 또한, 이 도면의 (c)는 휘도의 파형을 나타내고, 종축은 휘도(cd/m2), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다.
도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 번갈아서 정전압 및 부전압이 되는 교번 구형파의 전압을 인가한 경우, 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 정전압의 상승에 대응하는 미분파 형상의 정전류(正電流)(상승 전류) 및 부전압의 하강에 대응하는 미분파 형상의 부전류(負電流)(하강 전류)가 번갈아서 흐른다.
발광관(103) 내부의 형광체는 정전류 또는 부전류가 흘렀을 때에 여기(勵起)되고, 도 15(c)에 나타내는 휘도 특성을 얻을 수 있다. 정전류에 대응해서 휘도 파형 Ll, 부전류에 대응해서 휘도 파형 Ll보다 휘도가 작은 휘도 파형 L2로서 나타내는 휘도를 얻을 수 있다.
(특허문헌 1)
특개평6-163005호 공보
(특허문헌 2)
특개2002-75682호 공보
(특허문헌 3)
특개2001-267093호 공보
도 15(c)에 나타내는 바와 같이, 정전압 인가시의 휘도 특성(휘도 파형 Ll)에 대하여, 부전압 인가시의 휘도 특성(휘도 파형 L2)은 휘도 저하 파형 L4로 나타내는 범위 만큼 휘도가 저하되어 있고, 이것에 따라서 발광 효율도 저하한다. 부전압 인가시에는 수축 방전이 발생하고, 이 수축 방전에 따르는 휘도 저감 작용이 작용하므로 휘도가 저하하는 것으로 생각된다.
이와 같이, 종래의 교번 구형파 전압의 인가 방법에서는, 교번 구형 전압의 반주기마다 휘도가 저하하기 때문에, 충분한 발광 효율을 얻을 수 없었다.
본 발명은 상기 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 점은, 휘도 및 발광 효율을 향상시킨 방전등 장치 및 액정 표시장치 등에 적합한 백라이트를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1의 방전등 장치의 개략 구성의 일례를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 방전등 장치에 있어서의 인가 전압 파형, 전류 파형 및 발광관의 휘도를 나타내는 도면.
도 3(a)는 희유 가스(크세논 가스)의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면, 및 3(b)는 형광체의 여기(勵起) 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 방전등 장치에 있어서의, 온 듀티를 적절하게 제어한 경우의 인가 전압 파형, 전류 파형 및 발광관의 휘도를 나타내는 도면.
도 5(a)는 본 발명의 실시형태 1의 방전등 장치의 구성의 다른 예를 나타내는 블록도, 5(b)는 발광관의 단면도, 및 5(c)는 양단에 내부전극이 설치된 발광관의 도면.
도 6은 본 발명의 실시형태 2의 방전등 장치의 구성 예를 나타내는 도면.
도 7은 도 6에 있어서의 방전등 장치(백라이트)의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 단면도.
도 8은 도 6에 있어서의 방전등 장치(백라이트)의 Ⅲ-Ⅲ선에 의한 단면도.
도 9는 본 발명의 실시형태 3의 방전등 장치의 주요부의 구성예를 나타내는도면.
도 10은 실시형태 4에 있어서의, 온 듀티를 변화시킨 경우의 휘도 변화를 나타내는 특성도.
도 11은 실시형태 4에 있어서의, 온 듀티를 변화시킨 경우의 1W 당 휘도 변화를 나타내는 특성도.
도 12는 실시형태 4에 있어서의, 정/부(正/負)의 구형파 전압을 인가한 경우의 휘도 변화를 비교하는 특성도.
도 13은 실시형태 4에 있어서의, 정/부의 구형파 전압을 인가한 경우의 1W 당 휘도 변화를 나타내는 특성도.
도 14는 종래의 방전등 장치를 모식적으로 나타내는 도면.
도 15는 종래의 방전등 장치에 있어서의 인가 전압 파형, 전류 파형 및 발광관의 휘도를 나타내는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 내부전극 2a, 2b, 2c: 외부전극
3: 발광관 5: 점등회로
P: 교류 전원 C: 정류회로
SC: 평활회로 TC: 승압회로
S: 스위칭 회로 G: 접지점
4: 지지판 T: 수용 홈
L: 방전등 장치 6: 도광판
B: 백라이트 7: 지지 부재
본 발명에 의한 제1방전등 장치는, 희유 가스를 봉입하고, 내부에 제1전극을 설치하고, 외부에 제2전극을 설치한 발광관을 구동하는 방전등 장치로서, 제1전극과 제2전극간에 전압을 인가하는 점등회로를 구비하고 있다. 점등회로는 제2전극의 전위를 기준 전위로 하여, 제1전극에 대하여 정의 구형파 전압을 인가한다.
본 발명에 의한 제2방전등 장치는, 희유 가스를 봉입하고, 내부에 제1전극을 설치한 발광관을 구동하는 방전등 장치로서, 복수 개의 제2전극이 병렬 설치되어 있고, 발광관에 근접해서 발광관을 지지하는 지지판과, 제1전극과 제2전극간에 전압을 인가하는 점등회로를 구비하고 있다. 점등회로는 제2전극의 전위를 기준 전위로 하여, 제1전극에 대하여 정의 구형파 전압을 인가한다.
본 발명에 의한 백라이트는, 적어도 1개의 발광관과 상기의 방전등 장치를 구비하고 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 방전 장치 및 백라이트의 실시형태를 상세히 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명에 의한 방전등 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 방전등 장치 L은 발광관(3)과, 발광관(3)에 대하여, 발광관(3)을 점등시키는 구동 전압을 인가하는 점등회로(5)를 구비하고 있다.
발광관(3)에는 방전 가스로서 내부에 크세논, 크립톤 등의 희유 가스(불활성 가스)를 봉입하고, 또한 그 내벽에 LaPO4:Ce, Tb 등의 형광체가 도포 되어 있다. 발광관(3)의 일단의 내부에는 니켈 등으로 구성된 내부전극(1)이 설치되어 있다. 발광관(3)의 외주면에는, 발광관(3)의 관축방향을 따라서 밴드 형상의 외부전극 (2a)이 설치되어 있다. 외부전극(2a)은 알루미늄 테이프 또는 도전선을 발광관(3)표면에 고착시킴으로써, 또는, 은(銀) 페이스트 등의 도전성 재료를 도포함으로써 형성한다. 발광관(3)의 내부전극(1)과 외부전극(2a) 사이에 전압을 인가함으로써 발광관(3) 내부에서 글로(glow) 방전이 발생하고, 내부에 봉입된 희유 가스를 여기 상태로 이행시켜서, 여기 상태로부터 기저(基底) 상태로 이행할 때에 발생하는 자외선에 의해서 발광관(3)의 형광체가 여기되어서 가시광을 발생한다.
발광관(3)은 통형상(筒形狀)이고, 그 내경이 1mm 이상 10mm 이하, 살 두께가 0.2mm 이상 0.5mm 이하, 그 관 길이가, 100mm 이상 300mm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 본 발명에 의한 방전등 장치를 백라이트로 하는 경우에, 필요 이상으로 큰 형상으로 되지 않고, 필요한 휘도와 발광 효율을 확보하는 것 이외에, 소형화한 백라이트를 실현할 수 있기 때문이다. 또한, 액정표시소자용의 백라이트에 적용하는 경우에는, 소형 액정표시소자의 형상에 부합하는 형상의 백라이트를 구성할 수 있기 때문이다. 발광관(3)의 내부전극(1) 및 외부전극(2a)에는 점등회로(5)가 접속된다.
점등회로(5)는, 교류 전원 P로부터 공급되는 교류 전압을 정류하는 정류회로 C와, 정류후의 정전압을 평활하고, 정전압의 직류 전압을 취득하는 평활회로 SC와, 평활회로 SC에 의해서 취득된 직류 전압을 발광관(3)을 발광시키는데에 필요한 전압까지 승압하는 승압회로 TC와, 승압회로 TC에 의해서 승압된 직류 전압으로부터 구형상의 전압을 생성하는 스위칭 회로 S를 포함한다. 스위칭 회로 S는 스위치 SW의 개폐를 제어하고, 이 스위치 SW의 개폐에 의해서, 승압한 직류 전압으로부터 구형상의 전압을 생성한다.
이어서, 점등회로(5)에 있어서의 발광관(3)에의 인가 전압(구동 전압)의 제어에 대해서 설명한다.
도 2에 방전등 장치 L에 의한 발광관(3)에의 인가 전압의 파형 등을 나타낸다. 이 도면의 (a)는 발광관(3)의 내부전극(1)과 외부전극(2a) 사이에 인가하는 전압의 파형을 나타내는 전압 파형도이고, 종축은 인가하는 구형파의 전압(Ⅴ), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다. 또한, 정전압이 인가되는 기간을 T1으로 하고, 구형파의 주기를 T2로 하고 있다. 이 도면의 (b)는 내부전극(1)과 외부전극(2a) 사이에 흐르는 전류의 파형을 나타내는 전류 파형도이고, 종축은 전류(A), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다. 또한, 이 도면의 (c)는 발광관(3)의 휘도의 파형을 나타내는 휘도 파형도이고, 종축은 휘도(cd/m2), 횡축은 시간(s)을 각각 나타낸다.
본 발명에서는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 발광관(3)에 대하여, 외부전극(2a)의 전위를 기준 전위(즉 전압 0V)로 고정하고, 내부전극(1)에 정전압만으로 이루어지는 구형파 전압을 인가한다. 또한, 기준 전위로서는 접지 전위가 바람직하기 때문에, 외부전극(2a)을 접지 전위를 부여하는 접지점 G에 접속한다.
도 2(a)에 나타내는 전압 인가에 따라서, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 정의 인가 전압의 상승에 대응하는 미분파 형상의 정전류(상승 전류) 및 정의 인가 전압의 하강에 대응하는 미분파 형상의 부전류(하강 전류)가 번갈아서 흐른다.
발광관(3) 내부의 형광체는 정전류 또는 부전류가 흘렀을 때에 여기 되어서, 도 2(c)에 나타내는 휘도 특성을 얻을 수 있다. 즉, 정전류에 대응해서 휘도 파형 Ll으로서 나타내는 휘도를, 부전류에 대응해서 휘도 파형 L3으로서 나타내는 휘도를 얻을 수 있다. 여기서, 인가 전압이 0V인 기간에 있어서의 휘도 파형 L3은 휘도 파형 Ll과 동일한 정도의 크기이고, 종래의 휘도 파형 L2에 대하여, L3a로서 나타내는 범위에서 휘도가 증가하고 있다. 이 휘도의 증가에 따라서 발광 효율도 향상된다.
도 3(a)는 발광관(3)에 봉입되는 방전 가스 중의 한 종류인 크세논 가스의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 발광관(3)에 사용되는 형광체 중의 한 종류인 LaPO4:Ce, Tb의 여기 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 발광 스펙트럼은 147nm를 중심으로 한 모노머(monomer) 발광 영역과 172nm를 중심으로 한 엑시머(excimer) 발광 영역을 가지고 있고, 그 스펙트럼 특성과, 도 3(b)에 나타내는 형광체의 여기 스펙트럼의 특성과의 상승 효과에 의해서 발광관(3)의 휘도 특성이 결정된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 있어서의 인가 전압의 구동 방법에 의하면, 종래의 교번 구형파 전압의 인가 방법에서 발생하였던 반주기마다의 휘도 저하를 방지할 수 있으므로, 휘도의 향상과 발광 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 구동 전압을 인가하지 않는 기간에 있어서 휘도의 개선이 달성되는 이유는 방전 현상의 복잡함 때문에 명확하지는 않지만, 수축 방전이 저감되는 것, 방전 현상에 있어서의 정의 구형파 전압 인가 기간에 있어서의 모노머 발광과 전압이 인가되지 않는 기간에 있어서의 엑시머 발광의 상승 효과가 형광체에 대하여 효과적으로 작용하고 있는 것, 내부전극이 애노드(양극)로서만 작용하여 희유 가스 여기를 일으키지 않는 캐소드(음극)로서 작용하는 일이 없는 것 등을 고려할 수 있다.
또한, 실시형태 4에서 상세히 설명하는 바와 같이, 내부전극(1)에 인가하는 정전압만으로 이루어지는 구형파의 온 듀티(on-duty)(Tl/T2)를 적절하게 제어함으로써 휘도 및 발광 효율을 더욱 대폭으로 향상시킬 수 있다. 이것은, 온 듀티의 변화에 따라서 엑시머 발광 영역의 스펙트럼이 변화되기 때문에, 방전 가스의 발광 스펙트럼과 형광체의 여기 스펙트럼의 상승 효과에 의해서 휘도를 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다. 예를 들면, 스위칭 회로 S에 있어서 스위치 SW의 개폐를 온 듀티가 10% 이상 50% 이하가 되도록 PWM 제어하고, 그 캐리어 주파수를 10kHz 이상 60kHz 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 주파수 범위에 대해서는, 발광 현상의 발생의 용이성에 따라서 선택하였다.
이미 도시한 도 2(a)∼(c)는 온 듀티를 50%로 제어한 경우의 파형이고, 온 듀티를 30%로 제어했을 때의 파형을 도 4에 나타낸다. 도 4(a)는 인가 전압 파형을, 도 4(b)는 전류 파형을, 도 4(c)는 발광 휘도를 각각 나타낸다. 이 도면으로부터, 구동 전압을 인가하지 않는 기간에 있어서의 휘도(휘도 파형 L3이 나타내는 휘도)는, 정전압 인가 기간에 있어서의 휘도(휘도 파형 Ll이 나타내는 휘도)보다도 크고, 발광 효율이 더욱 개선되어 있는 것을 이해할 수 있다.
점등회로(5)는 본 실시형태에서 설명한 회로에 한정되지 않고, 외부전극(2a)을 0V로 고정하여, 정의 구형파 전압을 내부전극(1)에 인가할 수 있는 구성이면, 기타 형태의 것이라도 좋고, 또한 공급되는 전원은 직류 전원이라도 좋다.
또한, 발광관(3)의 외부전극은, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 발광관(3)의 축방향으로, 내부전극(1)으로부터의 거리가 상이하고, 또한 서로 떨어져 있는 복수의 전극으로 구성되어도 좋다. 이 경우, 발광관(3)의 원주 방향에서의 전극(2b)과 발광관(3)의 접촉부의 길이(1)는, 외부전극에 의한 광의 차폐를 억제하므로, 발광관(3)의 원주의 반 이하로 하는 것이 바람직하다(도 5(b) 참조). 또한, 외부전극은, 밴드 형상으로 설치한 것, 복수 개를 사이를 떼어서 설치한 것 이외에, 발광관 (3)의 관축 방향을 따라서 나선상으로 감을 수도 있다.
또한, 내부전극(1)은 발광관(3)의 일단(一端)에 1개만 설치했지만, 이것에 한정되지 않고 발광관(3)의 양단에 내부전극(1)을 설치하여 양단에 전압을 인가하도록 해도 좋다(도 5(c) 참조). 이 경우, 발광관(3)의 관 길이는 내부의 방전 상황을 내부전극(1)이 1개의 경우와 동일하게 하기 위해서 200mm 이상 600mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
방전은 발광관(3)의 단부에 설치된 내부전극(1)과 발광관의 길이 방향 전체에 배치된 외부전극(2a, 2b)의 사이에서 발생한다. 이 때문에, 발광관(3)의 내경이 가늘고 또한 발광관(3)의 길이가 긴 경우에는, 방전은 발광관(3)내의 좁은 경로를 오랫동안 진행할 필요가 있으므로, 방전 등에 투입하는 전력량을 조정해도 방전 가스 자체의 자기(自己) 흡수 등에 의해서 자외선이 방출되지 않게 되는 경우가 있다. 특히, (발광관의 관 전체 길이)/(발광관의 관 내경)>50이 되는 경우에는, 발광관(3)의 전체 길이에 걸쳐서 균일한 발광을 얻을 수 없게 된다. 이것을 방지하기 위해서, 전리(電離) 전압이 더욱 높은 희유 가스를 실제의 방전 가스에 완충 가스로서 첨가함으로써 방전 가스 자체의 자기 흡수를 방지하고 발광관(3)의 전체 길이에 걸쳐서 균일한 발광을 얻을 수 있다. 구체적으로는 방전 가스로서 크세논 가스를 사용한 경우, 아르곤 가스나 네온 가스를 완충 가스로서, 방전 가스와 동일한 양 또는 그 이하의 농도로 첨가하는 것이 바람직하다. 즉, 방전 가스로서는 크세논 가스 또는 크립톤 가스를 사용하고, 완충 가스로서는 아르곤 가스나 네온 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광관(3) 내부의 봉입 가스 압력이 낮은 경우, 발광관(3) 내부의 방전 가스량이 적으므로, 전력을 투입해도 필요한 광량을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 방전 가스 분자간의 거리가 떨어져 있으므로 온 듀티비를 변화시켜도 광 출력이 향상되지 않는다. 반대로, 봉입 가스 압력이 높은 경우, 방전 가스 및 완충 가스가 벽이 되어서, 발광관(3)의 전체 길이에 일어나는 방전을 저해하므로 균일한 발광을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 본 출원의 효과를 얻기 위해서는, 봉입 가스 압력의 범위는 1kPa∼40kPa로 하는 것이 바람직하다.
(실시형태 2)
도 6은 본 발명에 의한 방전등 장치 주요부의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6에 있어서의 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면도이고, 도 8은 도 6에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ선에서의 단면도이다. 본 실시형태의 방전등 장치 L은, 발광관(3)의 외주면에 외부전극을 직접 형성하는 것이 아니고, 발광관(3)에 대향하여 설치되는 지지판(4)상에 복수의 외부전극(2c)을 병렬 설치하고, 이 병렬 설치된 외부전극(2c)을 실시형태 1에서 나타낸 바와 같이 고정 기준 전위로 하는 것이다. 이러한 지지판(4)상에 외부전극(2c)을 복수개 병렬 설치하고, 외부전극(2c)의 연장 방향과 발광관(3)의 관축 방향이 교차하도록 발광관(3)을 배치하는 구성의 방전등 장치는 본 출원인에 의한 특허출원 제2001-285415호에 개시되어 있다. 이와 같이, 발광관이 장착되는 지지판상에 외부전극을 복수개 병렬 설치함으로써, 발광관의 외주면에 직접, 전극을 부착할 필요가 없게 된다. 따라서, 발광관의 외주면에 직접, 전극을 부착하는 경우에 비하여, 제조가 간단하고 저비용의 방전등 장치를 실현할 수 있다.
도 6에 나타내는 발광관(3)은 내부에 희유 가스가 봉입되고, 발광관(3) 일단에는 니켈 등으로 구성되는 내부전극(1)이 설치되어 있다. 발광관(3)을 장착하기 위해서 구성된 지지판(4)은, 수지 부재, 또는 알루미늄 등의 금속 부재를 가공해서 형성된 것이다. 지지판(4)의 표면은 광의 반사 효율 및 확산 효율을 향상시키기 위해서, 예를 들면 실크 인쇄 등에 의한 도장, 또는 샌드 블라스트 등에 의한 표면처리(무광택 표면처리 등)가 실시되어 있다. 또한, 지지판(4)은 광 반사 특성을 갖는 것 이외에, 광 투과 특성을 갖는 것이라도 좋다. 어느 특성으로 할 것인가는, 필요에 따라서 적절히 선택 가능하다.
지지판(4)에는 발광관(3)을 수용하기 위한 복수개의 수용 홈(channel) T가 형성되어 있고, 그 수용 홈 T의 길이 방향과 교차하는 방향으로(즉, 발광관(3)의 축방향과 교차하는 방향으로) 외부전극(2)이 은(銀) 페이스트 등으로써 형성되어 있다. 또한, 외부전극(2)을 은(銀) 페이스트 대신에 도전성 수지 부재로써 성형하고, 동일하게 수지 부재로써 제조한 지지판(4)과 압착해서 일체 성형해도 좋다. 또한, 수용 홈 T의 형상은 발광관(3)의 형상에 따라서 적절하게 설정된다.
또한, 지지판(4)의 수용 홈 T에는, 도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이 발광관(3)을 지지하기 위한 지지 부재(7)가 복수 개 설치된다. 지지 부재(7)는 알루미늄 등으로 구성되어서, 그 하단이 지지판(4)의 수용 홈 T에 부착되고, 그 상단부에서 발광관(3)을 착탈 가능하게 지지하는 구성으로 되어 있다. 발광관(3)은, 지지 부재(7)에 의해서 지지됨과 동시에, 도 7에 나타내는 바와 같이 수용 홈 T에 병렬 설치된 외부전극(2c)의 일부와 발광관(3)의 외주면이 맞닿은 형태로 지지판(4)의 수용 홈 T에 걸어 맞추어서 장착된다.
발광관(3)의 내부전극(1)은 실시형태 1에서 설명한 점등회로(5)에 접속되고, 발광관(3)의 내부전극(1)과 외부전극(2c) 사이에는, 실시형태 1에서 설명한 바와 같은 구동 전압이 인가된다. 즉, 외부전극(2c)의 전위를 기준 전위(전압 0V)로 고정하고, 내부전극(1)에 정전압만으로 이루어지는 구형파 전압을 인가한다. 이와 같이 구성되는 방전등 장치 L은, 실시형태 1의 경우와 마찬가지로, 발광관(3) 내부에서 글로 방전이 발생하여, 내부 불활성 가스를 여기 상태로 이행시키고, 여기 상태로부터 기저 상태로 이행할 때에 발생하는 자외선에 의해서 형광체층(3a)의 형광체가 여기되어 가시광을 방출한다.
또한, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 방전등 장치 L의 상부에 있어서, 평판상의 도광판(6)을, 그 도광판(6)의 주면과 지지판(4)의 주면이 대향하도록 배치한다. 즉, 발광관(3)을 사이에 두고 지지판(4)과 대향하는 위치에 평판상의 도광판(6)을 설치한다. 이에 따라서, 액정표시소자 등의 백라이트 B가 구성된다. 발광관(3)에서 발생한 가시광은 평판상의 도광판(6)에 입사해서 확산된다. 도광판(6)은수지 등으로 이루어지고, 발광관(3)으로부터 발생된 광을 균일한 면광원(面光源)으로 변환하는 기능을 갖는다. 이러한 백라이트 B는, 소형, 박형(薄型), 저소비전력의 관점에서, 액정표시소자용의 백라이트에 적용하는 경우에 특히 유효하다.
(실시형태 3)
도 9는 본 발명에 의한 방전등 장치의 주요부의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다. 실시형태 2에서는 도 7, 8에 나타내는 바와 같이 방전등 장치 L을 도광판(6)의 주면측에 배치한 직하형(直下型)의 백라이트로 했지만, 본 실시형태에서는 방전등 장치 L을 도광판(6)의 단면측에 배치한 에지 라이트형(edge-light-type)의 백라이트로 하고 있다. 본 실시형태의 백라이트는, 발광관(3)을 도광판(6)의 단면에 대향해서 배치한 점을 제외하고, 기본적으로 실시형태 2의 것과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 9에서 점등회로는 생략되어 있다.
(실시형태 4)
실시형태 1에서 설명한 바와 같이 내부전극에 인가하는 정전압만으로 이루어지는 구형파의 온 듀티를 적절하게 제어함으로써 휘도를 증가시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 이 온 듀티의 제어에 대해서 상세히 설명한다.
도 10은 온 듀티(Tl/T2)를 변화시킨 경우의 휘도 변화를 나타낸 특성도이다. 횡축은 내부전극(1)에 인가하는 정전압만으로 이루어지는 구형파의 온 듀티(%)이고, 종축은 발광관(3)의 표면에서의 평균 휘도(cd/m2)이다. 사용한 발광관(3)의 형상은 외경 2.6mm, 내경 2.0mm, 관의 살 두께 0.3mm, 관 길이 164mm이다. 희유 가스의 봉입 상황은, 방전용 매체로서의 Ⅹe과 Kr을 Ⅹe 6 대 Kr 4의 비율로 봉입하고, 내압은 22.2kPa이다. 인가하는 구형파의 주파수는 40.0kHz이고, 전압은 2.0kV(본 실시형태: 0kV∼+2kV, 종래: -1kV∼+1kV)이다. 또한, 내부전극(1)은 발광관(3)의 일단에만 설치하고, 또한 형광체로서 녹색을 사용하였다. 본 실시형태에서는 녹색형광체로서 LaPO4:Ce, Tb를 사용하였다.
이상 설명한 조건하에서, 시료 1~4를 준비하였다.
시료 1은 도 1에 나타내는 실시형태 1에서 설명한 방전등 장치 L이고, 발광관(3)의 외주면에 관축 방향을 따라서 폭 2mm의 1개의 밴드 형상의 외부전극(2)을 부착한 것이다. 시료 1의 내부전극(1)과 외부전극(2) 사이에는, 점등회로(5)로부터 외부전극(2)을 기준으로 한 정전압만의 구형파 전압을, 온 듀티를 10%로부터 60%까지 변화시켜서 인가하였다.
시료 3은 시료 1과 동일한 구성으로 했지만, 내부전극(1)과 외부전극(2) 사이에 외부전극(2)을 기준으로 한 교번 전압(듀티50%)을 인가하는 것이고, 종래의 방전등 장치(10L)와 마찬가지이다(도 14, 도 15 참조).
시료 2는 실시형태 2에서 설명한 도 6에 나타내는 방전등 장치 L이고, 지지판(4)상에 형성하는 외부전극(2)은, 전극 폭을 3mm, 외부전극(2c) 상호간의 간격을 1mm로 하였다. 시료 2에는, 점등회로(5)로부터 정전압만의 구형파 전압을, 온 듀티를 10%로부터 60%까지 변화시켜서 인가하였다.
시료 4는 시료 2와 동일한 구성으로 했지만, 인가하는 전압은 교번 전압(듀티 50%)으로 한 것이다.
또한, 도 10에서, 파선(破線)의 쌍방향 화살표는, 시료 1과 시료 3의 대응 관계 및 시료 2와 시료 4의 대응 관계를 각각 나타낸 것이고, 휘도 특성의 향상을 명확히 하기 위한 것이다(도 11에 있어서도 마찬가지이다).
도 10을 참조하여, 시료 1로써는, 온 듀티가 15% 이상 45% 이하의 범위에서, 교번 전압을 인가하는 시료 3보다도 높은 휘도를 얻을 수 있는 것을 이해할 수 있다. 시료 2로써는, 온 듀티가 15% 이상 50% 이하의 범위에서, 교번 전압을 인가하는 시료 4보다도 높은 휘도를 얻을 수 있다. 즉, 실시형태 1내지 3에서의 방전등 장치 L에 있어서, 온 듀티를 상기의 범위내가 되도록 적절하게 제어함으로써, 교번 전압을 인가하는 종래의 방전등 장치(10L)에 비해서, 휘도 특성을 대폭 개선할 수 있다. 이러한 온 듀티를 적절하게 제어함으로써 휘도가 증가하는 것은, 형광체의 발광 효율이 높은 파장 영역에서의 발광인 엑시머 발광이, 온 듀티의 변화에 따라서 증가하기 때문인 것으로 생각된다(도 3(a), (b) 참조).
또한, 도 10에서, 시료 1과 시료 2를 비교하면, 쌍방 모두 마찬가지로 정전압만의 구형파 전압을 인가하고 있음에도 불구하고, 시료 2 쪽이 높은 휘도를 얻을 수 있다. 특히 온 듀티가 30%로부터 50%까지의 범위에 있어서는 명확하게 상이하여, 예를 들면 온 듀티가 45%인 경우의 휘도는, 시료 1에서는 약 34k(cd/m2)에 대하여, 시료 2에서는 약 44k(cd/m2)로서 3할 이상의 대폭적인 휘도의 향상이 실현되고 있다.
요컨대, 외부전극의 형상이 종래와 같은 밴드 형상인 경우에 있어서, 본 발명의 정전압만의 구형파 전압을 인가함으로써, 종래의 교번 전압의 인가의 경우에 비해서 휘도의 개선은 되지만, 복수개의 외부전극을 관축 방향으로 사이를 떼어서 배치한 구성으로 함으로써, 추가로 휘도를 대폭으로 개선할 수 있다. 또한, 이러한 시료 2에 있어서의 효과는, 도 5(a)의 발광관(3)에 대해서도 마찬가지로 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 온 듀티를 30%로부터 50%까지의 범위로 제어한 경우에 있어서, 시료 2 쪽이 시료 1보다 휘도가 높아지는 것은, 시료 1에 있어서는 전극 형상의 영향에 의해서 수축 방전이 생기기 쉽고, 이 수축 방전에 따르는 휘도저감 작용이 작용하기 때문인 것으로 생각된다.
도 11은 상기와 같이 온 듀티를 변화시킨 경우의 1W 당 휘도 변화를 나타낸 특성도이다. 횡축은 온 듀티(%)이고, 종축은 1W 당 표면 휘도(cd/m2/W), 즉, 발광 효율이다. 또한, 시료 1내지 시료 4에 대해서는 상기한 조건과 동일 조건이다.
시료 1과 시료 3을 비교하면, 온 듀티가 15% 강으로부터 40% 약까지의 범위에서, 시료 1 쪽이 1W 당 표면 휘도가 높다. 시료 2와 시료 4를 비교하면, 온 듀티가 18%로부터 40% 강까지의 범위에서, 시료 2 쪽이 1W 당 표면 휘도가 높다. 즉, 이러한 범위내에서 온 듀티를 제어함으로써, 발광 효율을 종래의 방전등 장치에 대하여 개선할 수 있다.
도 10 및 도 11의 특성도로부터, 온 듀티를 18%로부터 40% 강까지의 범위로 제어하면, 휘도의 개선과 함께 발광 효율의 개선도 실현되고, 종래의 방전등 장치에서는 얻을 수 없었던 높은 휘도 특성과 발광 효율을 얻을 수 있다.
이어서, 외부전극과 내부전극 사이에 부전압만의 구형파 전압을 인가한 경우에 대해서 검토한다. 이 때문에, 새로운 시료 5를 비교하기 위해서 준비하였다. 시료 5는, 실시형태 2에서 설명한 도 6에 나타내는 구성의 방전등 장치 L이고, 점등회로(5)로부터의 인가 전압의 극성을 반전시켜서, 부전압만의 구형파 전압을 인가하도록 한 것이다. 즉, 시료 5는 외부전극(2c)을 기준 전압(0V)으로 하고, 내부전극(1)에 부전압만의 구형파 전압을 인가하여, 온 듀티를 적절하게 변화시켜서 휘도 및 발광 효율을 측정하였다.
도 12는, 외부전극과 내부전극 사이에 정전압만의 구형파 전압을 인가한 경우와, 부전압만의 구형파 전압을 인가한 경우의 휘도의 차이를 비교하기 위한 특성도이다. 횡축은 온 듀티(%)이고, 종축은 발광관(3) 표면의 평균 휘도(cd/m2)를 각각 나타낸다. 또한, 도 13은 그 경우의 1W 당 휘도 변화를 나타내는 특성도이다. 횡축은 온 듀티(%)이고, 종축은 1W 당 표면 휘도(cd/m2/W)를 각각 나타낸다. 또한, 시료 5에 대해서는, 부전압만의 구형파 전압이 인가되는 기간을 T1, 주기를 T2로 하여, 온 듀티(%)를 규정하였다. 특성은 시료(2, 4, 5)에 대해서 측정하였다.
도 12에서 시료 2와 시료 5를 비교하면, 부전압만의 구형파 전압을 인가하는 시료 5보다도 정전압만의 구형파 전압을 인가하는 시료 2 쪽이, 온 듀티가 10%로부터 50%까지의 범위에서, 휘도 특성이 우수하다. 결국, 정전압만의 구형파 전압을 인가하는 쪽이 부전압만의 구형파 전압을 인가하는 것에 비해서, 휘도 개선에 효과가 있다.
도 13에서 시료 2와 시료 5를 비교하면, 부전압만의 구형파 전압을 인가하는 시료 5보다도 정전압만의 구형파 전압을 인가하는 시료 2 쪽이, 온 듀티가 10%로부터 50% 약까지의 범위에서, 발광 효율이 우수하다. 요컨대, 정전압만의 구형파 전압을 인가하는 쪽이 부전압만의 구형파 전압을 인가하는 것에 비해서, 발광 효율의 개선에 효과가 있다.
이상과 같이, 외부전극과 내부전극 사이에, 정전압만의 구형파 전압을 인가하는 쪽이 부전압만의 구형파 전압을 인가하는 것에 비해서, 휘도 개선, 발광 효율의 개선에 효과가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 녹색 단색에서의 평가 결과를 나타냈지만, 발광관에 사용하는 형광체로서는 LaPO4:Ce, Tb에 한정되는 것은 아니고, 예로서, 청색형광체이면 BaMgAlxOy:Eu 등(x, y는 임의 선택), 녹색이면 LaPO4:Ce, Tb나 Zn2SiO4:Mn이나 BaMg2Al14O24:Eu, Mn 등, 적색이면 Y2O3:Eu, (Y, Gd)BO3:Eu, YPVO4:Eu, YVO4:Eu 등 소위 3파장 발광형 형광 램프용 형광체나 플라즈마 디스플레이용 형광체 뿐만 아니라 백색 발광의 할로겐화 인산염 형광체 등 일반적으로 사용되고 있는 형광체를 적절히 선택해서 사용할 수 있다. 방전 가스의 엑시머 발광 비율을 높임으로써, 일반적으로는 형광체의 양자 효율이 높아지고, 광출력을 증대하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 백라이트 및 액정표시소자용 백라이트에 있어서는, 외부전극인 제2전극을 기준 전위(인가 전압 0V)로 하고, 내부전극인 제1전극에 정전압만의 구형파 전압을 인가하므로, 정전압의 하강시에 있어서 하강 전류가 흐르는 경우에도 충분한 휘도를 얻을 수 있고, 또한 발광 효율의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 발광관의 지지판을 설치하고, 그 위에 제2전극을 복수 병렬 설치하므로, 외부전극의 형성이 용이하게 되고, 휘도 특성, 발광 효율의 향상과 함께 발광관의 제조 비용의 저감 및 간략화를 달성할 수 있다.
Claims (11)
- 희유 가스를 봉입하고, 내부에 제1전극을 설치하고, 외부에 제2전극을 설치한 발광관을 구동하는 방전등 장치로서,상기 제1전극과 상기 제2전극간에 전압을 인가하는 점등회로를 구비하고,상기 점등회로는, 상기 제2전극의 전위를 기준 전위로 하여, 상기 제1전극에 대하여 정의 구형파 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2전극은, 상기 발광관의 관축 방향으로 사이를 떼어서 배치된 복수개의 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 희유 가스를 봉입하고, 내부에 제1전극을 설치한 발광관을 구동하는 방전등 장치로서,복수개의 제2전극이 병렬 설치되어 있고, 상기 발광관에 근접해서 상기 발광관을 지지하는 지지판과,상기 제1전극과 상기 제2전극간에 전압을 인가하는 점등회로를 구비하고,상기 점등회로는, 상기 제2전극의 전위를 기준 전위로 하여, 상기 제1전극에 대하여 정의 구형파 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 희유 가스가 크세논 가스 또는 크립톤 가스인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 구형파 전압은, 온 듀티가 15% 이상, 50% 이하인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 구형파 전압의 주파수는, 10kHz 이상, 60kHz 이하인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제1전극은 발광관의 일단에 설치되어 있고, 상기 발광관의 관 길이는 100mm 이상, 300mm 이하인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제1전극은 발광관의 양단에 설치되어 있고, 상기 발광관의 관 길이는 200mm 이상, 600mm 이하인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발광관은 통형(筒形)이고, 내경이 1mm 이상, 10mm 이하이고, 두께가 0.2mm 이상, 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 방전등 장치.
- 적어도 1개의 발광관과, 제1항 또는 제3항에 기재한 방전등 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 백라이트.
- 제10항에 있어서, 액정표시소자의 배면에 배치해야 하는 도광판을 추가로 구비하고, 상기 발광관을 상기 도광판과 대향해서 배치한 것을 특징으로 하는 백라이트.
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