WO2008059661A1

WO2008059661A1 - Illuminateur et affichage à cristaux liquides

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Publication number: WO2008059661A1
Application number: PCT/JP2007/068241
Authority: WO
Inventors: Kazuaki Ohkubo; Kiyoshi Hashimotodani
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2008-05-22
Also published as: US20100220259A1; JP4171060B2; CN101356402A; JPWO2008059661A1

Description

明細書

照明装置及び液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶表示装置のバックライト装置、複写機やスキャナーの原稿読み取り装置用の照明装置、及び一般照明機器等を含む照明装置に関する。また、本発明は、力、かる照明装置をバックライト装置として備える液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、液晶表示装置のバックライト装置等の照明装置に使用されるランプ（光源装置）として、水銀を用いるタイプの研究に加え、水銀を用いないタイプ（以下、無水銀タイプという）のランプの研究が盛んに行われている。無水銀タイプのランプは、温度の時間変化に伴う発光強度の変動が少ない点と、環境上の観点から好ましい。

[0003] 無水銀タイプのランプとしては、希ガスが封入された管状のバルブと、バルブの内部に配置された内部電極と、バルブの外部に配置された外部電極を有する、いわゆる内部外部電極型の誘電体バリア放電ランプが知られて!/、る。内部電極と外部電極の間に電圧を印加すると、誘電体バリア放電により希ガスがプラズマ化して発光す

[0004] 種々の形態の外部電極が知られている。例えば、特許文献 1に開示された図 15及び図 16に示す内部一外部電極型の誘電体バリア放電ランプ (以下、単にランプという。） 1では、外部電極 2を幅一定の帯状としている。 3は内部電極、 4は点灯回路である。外部電極 2と直管状のバルブ 5の外周面との間には、スぺーサ 6により空隙が設けられている。この空隙をある程度大きくすることで、ランプ 1の発光が安定すると共に空隙に充填された雰囲気気体の絶縁破壊を防止し、絶縁破壊によりイオン化した気体分子が周囲の部材を破壊するのを防止することができる。またこの構造では、空隙をある程度大きくすることで、いったんバルブ 5から放射された光のうち、外部電極 2で反射されてバルブ 5の内部に戻る光の割合が大幅に低減される。換言すれば、バルブ 5に対して空隙をあけて外部電極 2を配置したことにより、バルブ 5から放射された光は効率的に外部電極 2の表面で反射され、ランプ 1の外部に取り出される。 [0005] 図 15及び図 16の内部外部電極型のランプ 1を使用した直下型のバックライト装置 11を図 17及び図 18に示す。このバックライト装置 11は、液晶パネル 12の背面側には配置された 3枚の光学シート、すなわち拡散シート 13、レンズシート 14、及び DB FE15を備える。これらの光学シートの背面側に複数本のランプ 1が配置されている。外部電極 2はすべてのランプ 1につ!/、て共通の 1枚の平板状であり、接地されて!/、る。また、すべてのランプ 1の内部電極 3が点灯回路 4に並列に接続されている。なお、 16は反射板である。

[0006] 図 17及び図 18に示すバックライト装置 11の各種寸法等の詳細は、以下の通りである。液晶パネル 12は 32インチ型である。 32本のランプ 1が液晶パネル 12の縦方向に延びるように互いに平行に配置されている。隣接するランプ 1間の間隔（軸線間の距離) Pは 21mmで統一されている。また、各ランプ 1は、バルブ 5の軸線が液晶パネル 12及び光学シートに対して平行に延びるように配置されている。ランプ 1のバルブ 5は長さが 375mm、外径が 3mm、内径が 2mmである。バルブ 5内に充填されたガスの組成はキセノン 100%であり、ガス圧は 16kPaである。各バルブ 5から外部電極 2までの距離 Dは 5mmに統一されて!/、る。

[0007] 点灯回路 4により ± 1. 2kV (振幅 2. 4kV)の矩形波で周波数 20kHzの駆動電圧（

117W)を印加したときに、図 17にお!/、て矢印 Aで示す正面方向から撮影した写真（液晶パネル 12は取り除いている。）を図 19A,図 19Bに示す。

[0008] 図 19Aでは、 3枚の光学シートに代えて低拡散度のアクリル拡散板を配置している。一方、図 18Bでは、すべての光学シート（拡散シート 13、レンズシート 14、及び DB FE15)を使用している。

[0009] 図 19Aに表れているように、喑部と明部が不規則に生じており、ランプ 1間で輝度にばらつきがあり、し力、も力、かる輝度のばらつきに規則性がないことが確認できる。また、図 19Bに表れているように、すべての光学シートを使用した場合でも、ランプ 1間の不規則な輝度のばらつきの影響により輝度にむらが生じている。かかる輝度むらは液晶パネル 12に表示される画面の輝度むらの原因となる。

[0010] このように、バルブと外部電極の間に空隙を設けた内部一外部電極型のランプを、隣接するランプ間の間隔をある程度狭ぐすなわちある程度密に配置して直下型のバックライト装置を構成した場合、十分な輝度均斉度が得られない。具体的には、バルブの内径が 2〜3mm程度で隣接するバルブ間の間隔が 40mm以下の場合に輝度均斉度の低下が顕著となる。一方、内部一外部電極型のランプを、隣接するランプ間の間隔をある程度広ぐすなわちある程度疎に配置した場合、輝度均斉度は改善されるものの、十分な輝度が得られない。また、液晶パネルからランプまでの距離を拡げることで輝度均斉度は改善されるが、バックライト装置の厚みが増大して薄型化の要求に反することになる。バックライ装置に限らず、バルブと外部電極の間に空隙を設けた内部一外部電極型のランプをある程度密に配置した構成の他の照明装置でも、同様に十分な輝度均斉度が得られない問題が生じる。

[0011] 特許文献 1 :国際公開第 WO2005/022586号パンフレット（図 14A, 14B)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 本発明は、バルブと外部電極の間に間隔を設けた内部一外部電極型のランプないしは光源装置を複数備える照明装置において、十分な輝度を確保しつつ良好な輝度均斉度を実現することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、希ガスを含む放電媒体がそれぞれ封入され、かつそれらの軸線が互い同方向に延びるように配置された複数の誘電体からなるバルブと、個々の前記バルブの内部にそれぞれ配置され、かつ交流の駆動電圧を出力する点灯回路に対して並列に接続された複数の内部電極と、個々の前記バルブの外部に空隙を隔てて配置され、かつ接地された外部電極と、前記バルブと前記外部電極との間の距離が前記軸線の方向から見て規則的に変化するように前記バルブを保持する保持体とを備える照明装置を提供する。

[0014] 内部電極と外部電極との間に点灯回路から交流の駆動電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、希ガスがプラズマ化して発光する。バルブと外部電極との間の距離がバルブの軸線の方向から見て規則的に変化しているため、バルブと外部電極との間の距離を一定とした場合と比較すると、複数のバルブ間の間隔を比較的密に維持しつつ、かつ厚み（例えば、液晶表示装置のバックライト装置の場合には光学フイルムを含めた装置の厚み）を最小限に維持しつつ、高い輝度均斉度を達成できる。

[0015] 例えば、前記バルブは、前記外部電極までの距離が第 1の距離である第 1のバルブと、前記外部電極までの距離が前記第 2の距離よりも短!/、第 2の距離である第 2のバルブとを含む。

[0016] 具体的には、前記第 1のバルブと前記第 2のバルブが交互に配置される。

[0017] 代案としては、複数の前記第 1のバルブからなる第 1のバルブ群と、複数の前記第 2 のバルブからなる第 2のバルブ群とが交互に配置される。

[0018] 前記複数のバルブは、前記バルブの軸線方向から見て規則的な折れ線上や規則的な曲線上に配置される。

[0019] 個々の前記バルブと前記外部電極との間の距離は、以下の式で定義される最短距離よりも大きく設定される。

[0020] 國

X L 1 =U X 2

E 0 ε2

X 1 L :最短距離

E 0 :雰囲気気体の絶縁破壊電界

V ：入力電圧

l:空隙の比誘電率

ε2：バルブの壁の比誘電率

X 2 :バノレブの壁の厚さ

[0021] バルブと外部電極間の距離をこの最少距離よりも大きく設定することにより、バルブの外部の雰囲気気体の絶縁破壊を確実に防止できる。

[0022] 本発明は特に、前記バルブの内径は 2mm以上 3mm以下程度であり、前記バルブの間隔は前記バルブの外径の 1/2以上かつ 40mm以下である場合に特に有効である。

[0023] 本発明は例えば液晶表示装置のバックライト装置に適用できる。この場合、前記バルブに対して前記外部電極の反対側で前記複数の光源装置と対向するように少なくとも 1枚の光学シートが配置され、この光シートの前面側に対向して液晶パネルが配置される。発明の効果

[0024] バルブと外部電極との間の距離がバルブの軸線の方向から見て規則的に変化しているため、複数のバルブ間の間隔を比較的密に維持しつつ、かつ厚みを最小限に維持しつつ、高い輝度均斉度を達成できる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本発明の第 1実施形態にかかるバックライト装置を備える液晶表示装置の模式的な断面図。

[図 2]図 1の部分拡大図。

[図 3]図 1の III III断面図。

[図 4]図 1の IV— IV断面図。

[図 5A]第 1実施形態のバックライト装置の点灯状態を撮影した写真 (アクリル拡散板のみ使用）。

[図 5B]第 1実施形態のバックライト装置の点灯状態を撮影した写真 (3枚の光学シートを使用）。

[図 6]水平方向の相対輝度の分布を示すグラフ。

[図 7]垂直方向の相対輝度の分布を示すグラフ。

[図 8]バルブの間隔と 1本あたりのランプ電力の関係を示すグラフ。

[図 9]放電空間から外部電極までの模式的な等価回路図。

[図 10]本発明の第 2実施形態にかかるバックライト装置を示す断面図。

[図 11]本発明の第 3実施形態にかかるバックライト装置を示す断面図。

[図 12]本発明の第 4実施形態にかかるバックライト装置を示す断面図。

[図 13]本発明の第 5実施形態にかかるバックライト装置を示す部分断面図。

[図 14]本発明の第 6実施形態にかかるバックライト装置を示す部分断面図。

[図 15]内部一外部電極型の誘電体放電ランプの模式的な断面図。

[図 16]図 14の XV— XV線での断面図。

[図 17]従来のバックライト装置を備える液晶表示装置の模式的な断面図。

[図 18]図 17の部分拡大図。

[図 19A]従来のバックライト装置の点灯状態を撮影した写真（アクリル拡散板のみ使用）。

園 19B]従来のバックライト装置の点灯状態を撮影した写真（3枚の光学シートを使用符号の説明

21 バックライト装置

22 液晶表示装置

23 液晶パネル

24 本体

25 蓋体

25a 窓部

26 ケーシング

27 拡散シート

28 レンズシート

29 DBFE

30 アクリル拡散板

31 誘電体バリア放電ランプ

32 バノレブ

35 内部電極

36 外部電極

37 蛍光体層

38 導電部材

40 点灯回路

41 空隙

42 反射板

43A〜43C 保持部材

43a 支持孔

45, 46 コンデンサ

α 車由線 δ 折れ線

Φ 正弦波曲線

発明を実施するための最良の形態

[0027] 次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

[0028] (第 1実施形態）

図 1から図 4は本発明の照明装置の第 1実施形態にかかるバックライト装置 21を備える液晶表示装置 22を示す。ノックライト装置 21は図 1に示す液晶パネル 23の背面側に配置される。

[0029] ノックライト装置 21は本体 24と蓋体 25からなるケーシング 26を備える。ケーシング

26内（本体 24の開口部付近）には、アクリル拡散板 30が収容されている。また、このアクリル拡散板 30上には、 3枚の光学シート、すなわち拡散シート 27、レンズシート 2 8、及び DBFE (Dual Brightness Enhancement Film) 29が積層状態で収容されている。蓋体 25には、光学シートを露出させるための窓部 25aが設けられている。この窓部 25aを介して、光学シートの前面側と液晶パネル 23が対向している。

[0030] 拡散シート 27は光を効率よく液晶パネル 23を透過させるため、シートに球面レンズとなるビーズを敷き詰めた構造を有し、液晶パネル 23の開口角より大きい角度の光をバックライト装置 21に戻し、液晶パネル 23での光の損失を抑える機能を有する。また、レンズシート 28は水平方向に三角柱プリズムを敷き詰めた構造を有し、左右方向の配光はそのままに、表示装置として不要な上下方向の配光を抑制する機能を有する。さらに、 DBEF29は、液晶パネル 23を透過する P偏光成分を透過し、 S偏光成分をバックライト装置 21に戻して液晶パネル 23での光の損失を抑えている。これら光学シートによって反射され、ノ^クライト装置 21に戻された光は再度液晶パネル 23の照明に使用されるので、光の利用効率が向上する。

[0031] ケーシング 26内の光学シートに対して背面側には、複数本の内部-外部電極型の誘電体バリア放電ランプ (以下、単にランプという） 31が並置されている。

[0032] ランプ 31は、その内部に、バルブ 32、バルブ 32内に封入された放電媒体、内部電極 35、及び外部電極 36を備える。さらに、ランプ 31の内部は、放電空間として機能する気密容器としての役割を有する。 [0033] バルブ 32は、それ自体の管軸な!/、しは軸線 αに沿って延びる細長!/、直管状である。また、バルブ 32の軸線 αと直交する断面は円形状である。しかし、バルブ 32の断面形状は、楕円形、三角形、四角形等の他の形状であってもよい。バルブ 32は、基本的には透光性を有する誘電体材料で形成され、例えばホウケィ酸ガラスで形成される。また、バルブ 32は、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラス、又はアタリル等の有機物で形成してもよい。図 2にのみ模式的に示すように、バルブ 32の内面には蛍光体層 37が形成されている。この蛍光体層 37により、放電媒体から発せられた光の波長が変換される。蛍光体層 37の材料を変化させることによって、白色光、赤色光、緑色光、及び赤色光のような種々の波長の光が得られる。

[0034] 本実施形態では、放電媒体はキセノン（100%)であり、バルブ 32内に 16kPa程度に封入されている。しかし、放電媒体は、希ガスを主体とした 1種類以上のガスであればよく、水銀を含んでいてもよい。放電媒体に使用可能なキセノン以外の希ガスとしては、クリプトン、アルゴン、及びヘリウムがある。

[0035] 内部電極 35はバルブ 32の内部の一端側に配設されている。内部電極 35を先端側に備える導電部材 38の基端側は、バルブ 32の外部に位置している。導電部材 38 は点灯回路 40に電気的に接続されている。複数本のランプ 31のすベての内部電極 35が点灯回路 40に対して並列に電気的に接続されている。内部電極 35は、例えばタングステンやニッケル等の金属からなり、その表面が酸化セシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムのような金属酸化物層又は誘電体層で覆われて!/、てもよ!/、。

[0036] 外部電極 36はすべてのランプ 31について共通する 1枚の接地された平板であり、バルブ 32の外部に空隙 41を隔てて配置されている。外部電極 36はバルブ 32に対してアクリル拡散板 30及び光学シートとは反対側（ケーシング 26の本体 24の底部側 )に配置されている。外部電極 36は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属のような導電性を有する材料からなり、酸化スズ、酸化インジウムを主成分とする透明導電体であってもよい。本実施形態では外部電極 36とランプ 31の間に反射板 42が配置されている。しかし、外部電極 36とは別体の反射板 42に代えて、外部電極 36自体を高反射率の材料により構成し、あるいは外部電極 36の表面に高反射率の材料の層を形成してもよい。 [0037] 点灯回路 40により交流電圧を印加することによって個々のランプ 31の内部電極 35 と外部電極 36の間に誘電体バリア放電が生じ、放電媒体が励起される。励起された放電媒体は基底状態に移行する際に紫外線を発する。この紫外線が蛍光体層 37で可視光に変換されて個々のバルブ 32から放射される。

[0038] 個々のランプ 31のバルブ 32は保持部材（保持体） 43A〜43Cによって位置及び姿勢が保持されている。個々の保持部材 43A〜43Cはバルブ 32が揷入される支持孔 43aを備え、少なくとも一部がケーシング 26に対して位置決め固定されている。しかし、バルブの位置及び姿勢を保持可能である限り、保持部材の構造は特に限定されなレ、。

[0039] ランプ 31のバルブ 32は、それらの軸線 αが同方向に延びるように、すなわち図 1において矢印 Αで示す正面方向から見た場合に軸線 αが互いに平行に延びるように配置されている。また、図 4に示すように、ランプ 31のバルブ 32は液晶パネル 23 (図 1にのみ図示する。）の縦方向に延びるように配置されている。軸線 αが同方向に延びるように配置されている限り、バルブ 32は液晶パネル 23の縦方向ではなく横方向に延びていてもよい。

[0040] 図 1及び図 2を参照すると、ランプ 31のバルブ 32と外部電極 36との間の距離（バノレブ 32管壁の外周面と外部電極 36の上面との間の最短距離）はランプの軸線 aの方向から見て規則的に変化している。具体的には、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D 1であるバルブ 32と、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D 1よりも短い第 2の距離 D2であるバルブ 32とが交互に配置されている。前述のように本実施形態の外部電極 36は平板であるので、外部電極 36の上面力、らバルブ 32までの高さを交互に異ならせることにより、 2種類の距離 Dl , D2の交互配置を実現している。換言すれば、複数のバルブ 32をいわゆる千鳥状に配置することにより、 2種類の距離 Dl , D2の交互配置を実現して!/、る。互いに隣接するランプ 31間の間隔（隣接するバルブ 32の軸線 α間の距離) Ρは一定である。

[0041] 本実施形態のバックライト装置 21の各種寸法等の詳細は、以下の通りである。液晶パネル 23は 32インチ型である。ランプ 31の本数は、 32本である。隣接するランプ間の間隔 Ρは 21mmで統一されている。ランプ 31のバルブ 32は長さ 375mm、外径が 3mm、内径が 2mmである。バルブ 32から外部電極 36までの 2種類の距離のうち長い方の第 1の距離 D1は 5mmで、短い方の第 2の距離 D2は 3mmである。前述のように放電媒体はキセノン 100%であり、ガス圧は 16kPaである。バルブ 32から外部電極 36までの 2種類の距離 Dl , D2を交互配置している点を除き、本実施形態のバックライト装置 21の各種寸法等の詳細は図 17及び図 18に示した従来のバックライト装置 11と同一である。

[0042] 図 1にお!/、て矢印 Aで示す正面方向から撮影した写真 (液晶パネル 23は取り除!/、ている。）を図 5A,図 5Bに示す。これらの撮影時に点灯回路 40から印加される駆動電圧は、前述した従来のバックライト装置 11を撮影した際（図 19A及び図 19B)の駆動電圧と同一である。すなわち、点灯回路 40により ± 1. 2kV (振幅 2. 4kV)の矩形波で周波数 20kHzの駆動電圧（117W)を印加した。

[0043] 図 5Aは図 19Aと同一の条件、すなわち光学シートに代えて低拡散度のアクリル拡散板 30を配置した状態で撮影した。この図 5A及び図 19Aの条件では、拡散度が低いために個々のランプ 1の輝度がアクリル拡散板を透けて見えている。また、図 5Bは図 19Bと同一の条件、すなわちすべての光学シート（拡散シート 27、レンズシート 28 、及び DBFE29)を使用した状態で撮影した。この図 5B及び図 19Bの条件では、拡散度が高いために、個々のランプ 1による光学シートの照度パターンが輝度パターンとして見えている。

[0044] 図 5Aに表れているように、明部と暗部が交互に規則的に生じている。具体的には、バルブ 32と外部電極 36との距離が短い距離 D2であるランプ 31の輝度力 S、バルブ 3 2と外部電極 36の距離が長!/、距離 D 1であるランプ 31の輝度よりも高ぐ前者が明部に対応し、後者が暗部に対応する。 2種類の距離 Dl , D2を交互配置しているので、 1本おきに明部に対応するランプ 1が配置され、 1本おきに暗部に対応するランプ 1が配置されている。図 5Aと図 19Aとを比較すれば、本実施形態ではランプ 31の輝度の明暗パターンが非常に規則的であることが明らかである。図 5Bに示すように、規則的に明部と暗部を有する輝度分布はすべての光学シートを使用することで均一化でき、高い輝度均斉度を実現できる。その結果、液晶パネル 12に表示で表示される画面の輝度むらを大幅に低減できる。特に、図 5Bと図 19Bとを比較すれば、本実施形態の 2種類の距離 D l , D2の交互配置により、高い輝度均斉度が得られることが明ら力、である。

[0045] 図 6は、本実施形態のバックライト装置 21と図 16及び図 17のバックライト装置 1 1について、光学シート上の下部 1/3の領域（図 4の二点鎖線 /3より下側の領域）におおける輝度分布の実測値を示す。実線が本実施形態のバックライト装置 21であり、破線が図 17及び図 18のバックライト装置 1 1である。この図 6からも本実施形態のバックライト装置 21は図 17及び図 18のバックライト装置 1 1と比較して、輝度がより規則的なパターンで明暗を繰り返していることが確認できる。また、画面両端輝度の立ち上力 Sり部分 10%を除いた範囲での最小輝度の最大輝度に対する比率も、 93%から 95 %に改善されているが、不規則な明暗が解消されるため、見た目の改善効果は数値以上に大きい。

[0046] 本実施形態のバックライト装置 21でランプ 31を密に配置しつつ高い輝度均斉度が得られる理由は、以下のように推察される。

[0047] バルブと外部電極の距離が一定である図 1 7及び図 18を参照すると、点灯回路 4により各ランプ 1の内部電極 3と外部電極 2との間に交流電圧を印加すると、各内部電極 3と外部電極 2との間に形成される直列に接続された 2つのコンデンサ、すなわち内部電極 3とバルブ 5の壁面との間のキセノンガスを誘電体とするコンデンサと、ノルブ 5の内壁面と外部電極 2との間の構成されるバルブ 5の管壁と空隙の大気とを誘電体とするコンデンサとに電圧が分圧されて印加される。内部電極 3とバルブ 5の内壁間の電圧が封入されたキセノンガスのブレークダウン電圧を超えると、内部電極 3とバルブ 5の内壁間に放電プラズマが発生する。放電プラズマ中の陽イオンがガラス表面に集まり、対向する外部電極 2にはそれとは逆極性となるよう電子が引き込まれる。放電プラズマは、内部電極 3とバルブの内壁の最も内部電極 3に近い部分で最初に発生する。陽イオンが蓄積するとその部分での内部電極 3とバルブ 3の内壁との間の電界が中和されるので、隣接する陽イオンが蓄積していない部分に放電プラズマが順次移動する。その結果、放電プラズマはバルブ 5内の内部電極 3が配置された一方の端部から他方の端部へ延びていく。さらに印加電圧の極性が反転すると、バルブ 5 の内壁にプラズマ中の電子が集まり、外部電極 2は電子を放出する。すなわち、誘電体バリア放電ランプでは、誘電体であるバルブ 5を挟んだコンデンサを形成し、外部電圧 5の極性の反転によりプラズマにエネルギーを供給し、それによるキセノンの希ガス放射である波長 147nm、 172nmの紫外放射を得て蛍光体層を発光させる。

[0048] このとき、それぞれのランプ 1のバルブ 5に蓄積される電荷は同一符号の電荷であるため、ランプ相互間で電荷のクーロン力が干渉する。その結果、相互干渉の少ない一番外側のランプ 1は高輝度となるが、バックライト装置 11の中央側ほど干渉の影響が大きくなりランプ 1の輝度が低下する傾向がある。また、バルブ 1への放電媒体の封入圧、放電媒体中の不純ガスの含有量、及びバルブ 5と外部電極 2との機械的な距離等の特性についてランプ 1間でのばらつきにより、バルブ 3の内部電極 3側の端部力、ら他方の端部へ放電プラズマが延びる速度にランプ 1間でばらきが生じる。この放電プラズマが延びる速度のばらつきはランプ相互間での電荷のクーロン力の干渉に影響を与え、ランプ 1間に輝度の相違を生じさせる要因となる。以上の理由より、図 1 7及び図 18のバックライト装置 11では十分な輝度均斉度が得られず輝度むらが生じるものと推察される。

[0049] これに対して、本実施形態では外部電極 36までの距離が長!/、バルブ 32 (距離 D1 )を有するランプ 31と外部電極 36までの距離が短!/、バルブ 32 (距離 D2)を有するランプ 31とを交互に配置しているので、外部電極とバルブとの間の距離をランプ間で一定とする場合に比べ、隣接するバルブ 32間の最短距離が増加する。その結果、ランプ 31相互間での電荷のクーロン力の干渉が弱まる。

[0050] 外部電極 36までの距離が長いバルブ 32 (距離 D1)を有するランプ 31と、この距離が短いバルブ 32 (距離 D2)を有するランプ 31とについて、バルブ 32の内壁面と外部電極 36との間の構成されるコンデンサの容量を比較すると、前者の容量よりも後者の容量のほうが大きい。従って、本実施形態の 2種類の距離 Dl , D2の交互配置する構成は、バルブ 32と外部電極 36の間に構成されるコンデンサの容量が大きいランプ 31と、この容量が小さいランプ 31とを交互に配置していることになる。換言すれば、本実施形態では、投入電力が大きいランプ 31 (距離 D2)と投入電力が小さいランプ 31 (距離 D1)を意図的に交互に配置している。その結果、放電媒体の封入圧、放電媒体中の不純ガスの含有量、及びバルブ 5と外部電極 2との機械的な距離等の特性についてランプ 1間でのばらつきに起因する不規則なランプ間の輝度のばらつきよりも、容量や投入電力を規則的に交互に設定したことによるランプ間での規則的な輝度の明暗パターンが大きくなる。いわば前者の輝度のばらつきが後者の規則的な輝度の明暗パターンに吸収される。

[0051] 外部電極 36までの距離が短いバルブ 32 (距離 D2)を有し、投入電力が相対的に大きく輝度が相対的に高いランプ 31と、外部電極 36までの距離が長いバルブ 32 ( 距離 D1)を有し、投入電力が相対的に小さく輝度が相対的に低いランプ 31とを、光学シートまでの距離について比較すると、前者の距離 d2よりも後者の距離 dlの方が短い（図 2参照）。換言すれば、相対的に明るいランプ 31は光学シートから離れて配置され、相対的に暗いランプ 31は光学シートに近接して配置されている。このランプ 31間の輝度差と光学シートまでの距離の関係は、光学シートに到達する光の強さ、ないしは光学シートに対する照度がランプ 31間で均一化される方向に作用し、光学シートでの輝度均斉度を高める方向に働く。

[0052] 一般に、外部電極とバルブとの間に空隙が設けられている内部一外部電極型の誘電体バリア放電ランプでは、バルブと外部電極の間の距離が大き!/、程効率は良好であるが軸線方向の輝度分布は悪化し、バルブと外部電極の間の距離が小さ!/、程効率は低下するが軸線方向の輝度分布は改善する傾向がある。本実施形態のバックライト装置 11において、バルブ 32と外部電極 36との距離を Dl = 5mm、 D2 = 3mmとした場合、ランプ効率は D1 =D2 = 5mmとした場合の 97%程度であり、ランプ効率を大きく損なうことはない。反面、 2kVの同一印加電圧でのランプ電力は、ノルブ 32 と外部電極 36との距離を Dl =D2 = 5mmの場合の 101. 7Wであるのに対し、 D1 = 5mm、 h2 = 3mmの場合、 104. 4Wと投入電力が大きくなる。この条件では、投入電力が大きいとランプの軸線 α方向の輝度均斉度が改善される利点がある。図 7 は光学シート上の幅方向中央部（図 4の二点鎖線 γ参照）における垂直方向（ランプの軸線 α方向）の輝度分布を示す。実線が本実施形態（Dl = 5mm、 D2 = 3mm) の場合を示し、破線は図 17及び図 18に示す構成の場合（D 1 = D2 = 5mm)を示す。両者を比較すれば、本実施形態ではランプの軸線 α方向の輝度分布が改善されていることは明らかである。 [0053] 本発明はバルブ 32の内径が 2mm以上 3mm以下程度であり、隣接するバルブ 32 の間隔 Pがバルブ 32の外径の 1/2以上かつ 40mm以下である場合に特に有効である。以下、その理由を説明する。本実施形態のバックライト装置 21でバルブ 32の外径を 3mm、バルブ 32と外部電極 36との距離 Dl , D2を 5mmとした場合、ランプ長 400mmの全長に発光を得るためには、内部電極 35と外部電極 36との間に 2kV 以上の方形波を印加する必要がある。図 8にバルブ 32の間隔 Pとランプ 1本当たりのランプ電力を示す。図 8においてバルブ 32の間隔 Pを 40mm程度（特に 30mm以下 )まで狭めると、ランプ 1本当たりの電力の低下が顕著になる。これは、バルブ 32の間隔 Pが 40mm程度以下で、バルブ 32の内壁に蓄積される同符号の電荷のクーロン力の干渉が顕著となってある程度以上の電荷の蓄積を制限し、かつ間隔 Pが狭まるほど干渉の影響が強まることに起因すると推察される。バルブ 32の間隔 Pが 40mm 程度以下となると、光学シートの透過光の輝度分布に不規則なパターンが目立つようになり、これは前述のように同符号の電荷のクーロン力の干渉に起因すると推察される。ランプ 31から光学シートまでの距離を拡げれば、輝度分布に不規則なパターンを解消して輝度均斉を高めることができる。しかし、ランプ 31から光学シートまでの距離を大きくすることはバックライト装置 21の厚み T (図 1参照）の増大に直結し、液晶表示装置 22の最も重要な要求の一つである薄型化に反することになる。これに対して、本実施形態では、バルブ 32と外部電極 36について 2種類の距離 Dl , D2を有するランプ 31を交互配置することにより、バックライト装置 21の厚み Tを増加させることなぐ輝度分布に不規則なパターンを解消して輝度均斉を高めることができる。

[0054] 次に、外部電極 36とバルブ 32の空隙 41の距離の量的設定について説明する。図 9を参照すると、外部電極 36と放電空間との間には、空隙 41と、バルブ 32の管壁を含む固体誘電体層とが存在する。また、空隙 41と固体誘電体層とは、直列に接続されたコンデンサ 45, 46と等価であるとみなすことができる。

[0055] まず、コンデンサの定義から、各コンデンサ 45, 46の容量 CI , C2は、以下の式（1 )で表される。

[0056] [数 2]

C 1 = S · ε 1 / X 1

C 2 = S · ε 2 / X 2 ( 1 ) [0057] ここで ε 1は空隙 41の比誘電率、 ε 2は固体誘電体層の比誘電率、 XIは空隙 41 の距離、 Χ2は被誘電体層の距離な!/、しは厚みである。

[0058] また、コンデンサ 45, 46に蓄積される電荷 Qについて、以下の式（2)の関係がある

[0059] [数 3]

Q-C O - V-C l -V 1 -C 2 - V 2 ( 2 )

[0060] ここで CI, C2はコンデンサ 45, 46の容量、 COはコンデンサ 45, 46の合成容量、 VIは空隙 41に印加される電圧、 V2は固体誘電体層に印加される電圧、 Vは放電空間と外部電極 36間に印加される電圧である

[0061] また、空隙 41に印加される電圧 VI、固体誘電体層に印加される電圧 V2、放電空間と外部電極 36間に印加される電圧 V、空隙 41の電界 E、及び固体誘電体層の電界 E'につ!/、て以下の式（3)〜（5)の関係がある。

[0062] [数 4コ

V = V 1 + V 2 (3)

V 1

E (4)

X 1

V 2

E'= (5)

X 2

[0063] 式（2)〜（5)より、以下の式（6)を得る _c

[0064] [数 5コ

V I C 2 ■ V

E (6

X I (C 1 + C 2) - X 1

[0065] 式（6)に前述の式（1)を代入すると、空隙 41の電界 Eについて以下の式（7)を得る

[0067] 特に、本実施形態では空隙 41には、比誘電率が 1である空気が充填されているので、以下の式（7)'が成立する。 [0068] [数 7]

^{£ 2} ' ^V 、 ( 7 ) '

(ί 2 · X 1 + X 2)

[0069] 空隙 41の絶縁破壊電界を ΕΟとすると、空隙 41に絶縁破壊が起こらないためには、以下の式（8)が成立する必要がある。

[0070] [数 8コ

Ε 0 > Ε ( 8 )

[0071] 式（8)に式（7)を代入すると、以下の式（9)が得られる。

[0072] [数 9]

X 1 >丄——— ^ ^ 2 ( 9 )

E 0 ε 2

[0073] また、空隙 41が空気（ ε 1 = 1)である場合には、以下の式（9) 'が成立する。

[0074] [数 10]

_{Χ 1 >}丄- ( 9 ) '

Ε 0 ί 2

[0075] 従って、空隙 41における絶縁破壊を生じさせないためには、空隙 26の距離 XIを以下の式（10)で定義される最短距離 X1Lよりも大きく設定しなければならない。

[0076] [数 11]

[0077] 特に、空隙 26に空気が充填されている場合の最短距離 X1Lは、以下の式（10)，で定義される。

[0078] [数 12]

_{Χ 1}ぃ丄- ^ ( 1 0 ) '

Ε 0 ε 2

[0079] 空隙 41の距離 XIを最短距離 X1Lよりも大きく設定しておけば、空隙 41に充填された雰囲気気体の絶縁破壊を防止し、絶縁破壊によりイオン化した気体分子が周囲の部材を破壊するのを防止することができる。本実施形態では、雰囲気気体は空気であるので、絶縁破壊による発生したオゾンが周囲の部材を破壊するのを防止することができる。

[0080] 空隙 41の距離 XIの最長距離は、合理的な入力電力で光源装置が点灯可能であるという条件に基づいて得られる。換言すれば、距離が過度に大きいと、光源装置を点灯するための入力電力も過度に大きく設定する必要が生じ、現実的でない。

[0081] 外部電極 36とバルブ 32の距離 (空隙の距離 XI)は以上の最短及び最長の条件に加え、前述したランプ効率と軸線方向の輝度均斉度を考慮して決定される。ランプ長力 ¾50mm以上、キセノンガスを 5〜40kPa程度に封入の誘電体バリア放電ランプ 3 の場合、外部電極 36とバルブ 32の距離のランプ効率を考慮した実用的な範囲は 2 mmから 7mmであり、この範囲で 0. 5mm以上の差を設けた 2種類の距離 Dl , D2を設定すればよい。

[0082] (第 2実施形態）

図 10は本発明の第 2実施形態にかかるバックライト装置 21を示す。第 1実施形態では、バルブ 32の軸線 αの方向から見て規則的な折れ線 δ上にバルブ 32が配置されている。具体的には、バックライト装置 21は、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D1であるバルブ 32と、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D1よりも短い第 2の距離 D2であるバルブ 32に加え、距離 D1のバルブ 32と距離 D2のバルブ 32の中間に位置して外部電極 36までの距離が距離 D3であるバルブ 32を備える。軸線 αの方向から見ると、図 10において左から右へ、距離 Dl、距離 D3、距離 D2、及び距離 D3 の順序を繰り返して一定の間隔 Pでバルブ 32が配置されている。

[0083] 第 2実施形態のその他の構成及び作用は第 1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

[0084] (第 3実施形態）

図 11は本発明の第 3実施形態にかかるバックライト装置 21を示す。第 3実施形態では、バルブ 32の軸線 αの方向力、ら見た正弦曲線 φ上にバルブ 32が配置されている。具体的には、バックライト装置 21は、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D1であるバルブ 32と、外部電極 36までの距離が第 1の距離 D1よりも短い第 2の距離 D2 であるバルブ 32に加え、距離 Dl , D2のバルブ 32の中間に位置するバルブ 32 (距離 D3)、距離 Dl , D3のバルブ 32の中間に位置するバルブ 32 (距離 D4)、及び距離 D2, D3のバルブ 32の中間に位置するバルブ 32 (距離 D5)を備える。軸線 αの方向から見ると、図 11において左から右へ、距離 Dl、距離 D4、距離 D3、距離 D5、距離 D2、距離 D5、距離 D3、距離 D4、及び距離 D1の順序を繰り返して一定の間隔でバルブ 32が配置されて!/、る。

[0085] 第 3実施形態のその他の構成及び作用は第 1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、正弦曲線 φに限定されず、軸線 αの方向から見て規則的なパターンを有するその他の曲線上にバルブ 32を配置してもよい。

[0086] (第 4実施形態）

図 12は本発明の第 4実施形態にかかるバックライト装置 21を示す。第 4実施形態のバックライト装置 21は、バルブ 32から外部電極 36までの 2種類の距離 Dl , D2が 2 種類である点は第 1実施形態と同様である力軸線 αの方向から見て同一距離である 2個のバルブ 32を 1組 (バルブ群）とし、これらを交互に配置している。具体的には、軸線 αの方向から見ると、距離 Dl、距離 Dl、距離 D2、距離 D2、距離 Dl、及び距離 D1の順序を繰り返してバルブ 32が配置されている。

[0087] 第 4実施形態のその他の構成及び作用は第 1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、軸線 αの方向から見て、外部電極 36までの距離が同一である 3個以上のバルブ 32を 1組とし、これらを交互に配置してもよい。

[0088] (第 5実施形態）

図 13は本発明の第 5実施形態にかかるバックライト装置 21を示す。第 1実施形態では外部電極 36はすべてのランプ 31に共通の 1枚の平板状である力本実施形態では外部電極 36は個々のランプ 31毎に個別に設けられた細長い矩形ないしは帯状である。すべて外部電極 36は並列に電気的に接続され、かつ接地されている。このように、外部電極 36は互いに電気的な接続されている限り、単体であってもランプ毎の別体であってもよい。

[0089] 第 5実施形態のその他の構成及び作用は第 1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。 [0090] (第 6実施形態）

[0091] 図 14は本発明の第 5実施形態にかかるバックライト装置 21を備える液晶表示装置を示す。第 5実施形態と同様に、外部電極 36は個々のランプ 31毎に個別に設けられている。軸線 αの方向から見ると、すべてのランプ 31のバルブ 32が単一の直線 7] 上に配置されている。一方、外部電極 36は図 14における高さ位置を交互に異ならせており、それによつて 2種類の距離 Dl , D2の交互配置を実現している。

[0092] 第 6実施形態のその他の構成及び作用は第 1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

[0093] 本発明は前記実施形態に限定されず、例えば以下に列挙するような種々の変形が可能である。

[0094] 本発明は、液晶表示装置のバックライト装置に限定されず、複写機やスキャナーの原稿読み取り装置用の照明装置、及び一般照明機器等の他の照明装置にも適用できる。

[0095] 内部一外部電極型の誘電体バリア放電ランプは、バルブの内部の一端のみでなく両端に内部電極が配置されてレ、てもよレ、。

[0096] 本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

[0097] 2006年 11月 14曰に出願された曰本特許出願 2006— 307796号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り人れられる。

Claims

請求の範囲

[1] 希ガスを含む放電媒体がそれぞれ封入され、かつそれらの軸線が互い同方向に延びるように配置された複数の誘電体からなるバルブと、

個々の前記バルブの内部にそれぞれ配置され、かつ交流の駆動電圧を出力する点灯回路に対して並列に接続された複数の内部電極と、

個々の前記バルブの外部に空隙を隔てて配置され、かつ接地された外部電極と、前記バルブと前記外部電極との間の距離が前記軸線の方向から見て規則的に変化するように前記バルブを保持する保持体と

を備える照明装置。

[2] 前記バルブは、前記外部電極までの距離が第 1の距離である第 1のバルブと、前記外部電極までの距離が前記第 2の距離よりも短い第 2の距離である第 2のバルブとを含む、請求項 1に記載の照明装置。

[3] 前記第 1のバルブと前記第 2のバルブが交互に配置されている、請求項 2に記載の照明装置。

[4] 複数の前記第 1のバルブからなる第 1のバルブ群と、複数の前記第 2のバルブからなる第 2のバルブ群とが交互に配置されている、請求項 2に記載の照明装置。

[5] 前記複数のバルブは、前記バルブの軸線方向から見て規則的な折れ線上に配置されている、請求項 1に記載の照明装置。

[6] 前記複数のバルブは、前記バルブの軸線方向から見て規則的な曲線上に配置されている、請求項 1に記載の照明装置。

[7] 個々の前記バルブと前記外部電極との間の距離は、以下の式で定義される最短距離よりも大きい、請求項 1から請求項 6のいずれ力、 1項に記載の照明装置。

を備える光源装置。

[数 1] ^ V εΐ

X L 1 — xX 2

E 0 ε2

X 1 L :最短距離

E 0 :雰囲気気体の絶縁破壊電界

V ：入力電圧

ど 1:空隙の比誘電率

ど 2：バルブの壁の比誘電率

X 2 :バルブの壁の厚さ

[8] 前記バルブの内径は 2mm以上 3mm以下程度であり、前記バルブの間隔は前記バルブの外径の 1/2以上かつ 40mm以下である、請求項 1から請求項 7のいずれ力、 1項に記載の照明装置。

[9] 前記バルブに対して前記外部電極の反対側で前記複数の光源装置と対向するように配置された少なくとも 1枚の光学シートをさらに備える、請求項 1から請求項 8のいずれか 1項に記載の照明装置。

[10] 請求項 9に記載の照明装置と、

前記光シートの前面側と対向して配置された液晶パネルと

を備える液晶表示装置。