(57)【要約】【課題】外部電極とバルブの外周面との間に不可避的に生じる隙間に起因する不具合を解消し、雰囲気気体の絶縁破壊を確実に防止することができ、かつ、光束維持率が高い光源装置を提供すること。【解決手段】本願の光源装置は、発光管と１つ以上の面からなる外部電極との空隙のそれぞれを空隙が絶縁破壊しない所定間隔以上と設定され、かつ、各面の空隙間隔の平均値が輝度維持率を向上でき、初期輝度を高い所定範囲の収める値に設定される。この構成により、絶縁破壊を抑制しつつ、輝度維持率が高い光源装置を実現できる。【選択図】図２
2006164869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電媒体が封入された発光管と、
前記発光管の配置された内部電極と、
前記発光管から所定距離以上の空隙を介して配置された１面以上からなる外部電極と、
前記外部電極と前記発光管とを前記所定距離以上に配置する保持部材とを備え、
前記外部電極の前記面は、
【数１】
2006164869.tif 000011
よりも離れて配置され、
前記外部電極の前記面のそれぞれの前記所定距離の平均値をＸ１ａｖｇとし、前記発光管の肉厚をＸ２とし、前記発光管の比誘電率をε２としたときに定義される
【数２】
2006164869.tif 000012
が、
【数３】
2006164869.tif 000013
を満たす光源装置。
【請求項２】
式（１）が更に
【数４】
2006164869.tif 000014
を満たす、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記外部電極は、三面から構成されている、請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載の光源装置と、
前記光源装置から発せられる光が入射する導光板と、
前記導光板からの光が透過する液晶パネルとを備える液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部電極と外部電極とを備えた光源装置に関し、特に長寿命の光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置等に用いられるバックライトにおいて、水銀を用いたバックライトの研究に加え、水銀を用いていないバックライトは、光源装置の時間的温度変化に伴う発光強度の変動が少ないことや、水銀を用いないバックライトは環境上好ましい等の理由から、水銀を用いないバックライトの研究が盛んに行われている。
【０００３】
従来の希ガス放電灯装置を図４（ａ）に示す（特許文献１を参照）。希ガス放電灯装置は、希ガスが封入されたバルブ１と、バルブ１の内部に配置された内部電極４と、バルブの外部に密着して配置された外部電極５を有する。放電灯点灯装置は、高周波点灯回路１０から内部電極４と外部電極５とに電圧が印加されて点灯する。
【特許文献１】特開平５−２９０８５号公報（例えば、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外部電極５をバルブ１に密着させる方法として、熱収縮チューブを使用する方法がある。外部電極５となる金属線をバルブ１に密着させた後に、熱収縮チューブ内に金属線とバルブ１とを入れ、熱収縮チューブを収縮させる。熱収縮チューブが収縮することによって、金属線とバルブ１とが密着する。また、外部電極５をバルブ１に密着させる方法として、バルブ１に金属ペーストを塗布することで外部電極５を形成する方法もある。
【０００５】
しかしながら、熱収縮チューブで金属線を密着させて外部電極５を形成しても、金属ペーストを塗布することで外部電極５を形成しても、外部電極５をバルブ１の外周面に完全に密着させることはできない。すなわち、製造誤差や動作中の振動・環境の寒暖状態等の種々の原因により、図４（ｂ）に示すように、外部電極５とバルブ１との間にボイドないしは微少な隙間５が必ず生じる。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ部の拡大概略図である。この隙間５が存在すると、バルブ１に対して正常に電力を投入できず発光強度が不安定になる。また、隙間５の部分で雰囲気気体の絶縁破壊が生じやすく、絶縁破壊によりイオン化した気体分子は周囲の部材を破壊する。例えば、雰囲気気体が空気である場合、絶縁破壊によりオゾンが発生し、このオゾンが周囲の部材を破壊する。
【０００６】
以上のように、収縮チューブのような物理的方法に限らず、金属ペーストのような化学的方法によって外部電極５を形成した場合でも、外部電極５とバルブ１の外周面との間には、かならず隙間が存在し、この隙間は発光の不安定化と、雰囲気気体の絶縁破壊を引き起こす。
【０００７】
本発明は、外部電極とバルブの外周面との間に不可避的に生じる隙間に起因する不具合を解消し、雰囲気気体の絶縁破壊を確実に防止することができ、かつ、光束維持率が高い光源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願の光源装置は、発光管と１つ以上の面からなる外部電極との空隙のそれぞれを空隙が絶縁破壊しない所定間隔以上と設定され、かつ、各面の空隙間隔の平均値が輝度維持率を向上でき、初期輝度を高い所定範囲の収める値に設定される。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、絶縁破壊を抑制しつつ、輝度維持率が高い光源装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、（１）発光管と外部電極の距離を所定の距離以上して絶縁破壊を防止し、加えて、（２）光束維持率の高い長寿命の抗原装置を実現する構成を提示する。
【００１１】
本実施形態の説明の前に、絶縁破壊を防止する発光管と外部電極との距離について説明する。なお、本発明は、同出願人により、国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２２８３）されている。ここでは、国際出願の概要部分のみ説明し、国際出願を援用して詳細な説明は省略する。
【００１２】
図５（ａ）に、図４において外部電極１２が発光管１０（バルブとも呼ぶ）から離隔した拡大概略図を示す。図５（ｂ）に、図５（ａ）の構成を等価回路として表現した回路図を示す。図５に示すように、外部電極１２と放電空間との間には、空隙と発光管１０の壁とが存在する。また、空隙と発光管１０の壁とは、直列に接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２と等価であるとみなすことができる。
【００１３】
空隙の間隔をＸ１、発光管１０の壁の厚さをＸ２、空隙の比誘電率をε１（＝、発光管１０の比誘電率をε２、空隙に係る電圧をＶ１、発光管１０に係る電圧をＶ２，空隙と発光管１０とに係る電圧をＶ（＝Ｖ１＋Ｖ２）、空隙の電界をＥ１とする。このとき、図５（ｂ）の等価回路から、空隙の電界Ｅは、以下のように求まる。
【００１４】
【数１】
2006164869.tif 000003
【００１５】
空隙の絶縁破壊電界をＥ０とすると、絶縁破壊が起こらないためには、Ｅ０＞Ｅの条件を満たす必要がある。この条件と式（Ａ）とからＸ１の条件を計算すると以下のようになる。
【００１６】
【数２】
2006164869.tif 000004
【００１７】
したがって、空隙における絶縁破壊を生じさせないためには、空隙の距離Ｘ１を以下の式で定義される最短距離Ｘ１よりも大きく設定しなくてはならないことがわかる。
【００１８】
【数３】
2006164869.tif 000005
【００１９】
以上のことから、空隙の距離Ｘ１を最短距離Ｘ１Ｌよりも大きく設定することにより、空隙に充填された雰囲気ガス（ここでは空気）の絶縁破壊を防止することができ、絶縁破壊によりイオン化したガス（ここではオゾン）が周辺の部材を破壊することを防止することができる。
【００２０】
以下、上記の絶縁破壊を防止する空隙の間隔を空けた上で、光束維持率を改善する構成について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における光源装置を示すものである。
【００２２】
図１において、実施の形態１では、本発明の光源装置の最も基本的な例について説明する。実施形態１の光源装置１００の構成を図１（ａ）に示す。また、図１（ａ）における発光管１０の長手方向に対して垂直な線Ｉ−Ｉに於ける断面図を図１（ｂ）に示す。光源装置１００は、内部に放電媒体が封入された管状の発光管１０と、発光管１０の内部の一端に配置された内部電極１１と、発光管１０の外部に配置された外部電極１２とを備える。なお、内部電極１１は、一端だけでなく、両端にあっても良い。
【００２３】
内部電極１１にはリード線１４が接続されている。外部電極１２は接地されている。本実施の形態では外部電極１２は接地されているが、接地されてなくても良い。
【００２４】
発光管１０は、発光管１０の長手方向の軸に垂直な断面の断面構造が概ね円形形状の、所謂、細長い管状のものを用いる。これは、管状のものが標準型として最も大量に、そして低コストで流通していることが理由である。
【００２５】
また、上記発光管１０は、透光性の材料で形成され、例えばホウケイ酸ガラスで形成される。また、発光管１０は、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラスから形成しても良い。発光管１０に用いられるガラス管の外径は、液晶表示装置用の光源装置として１．０ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。ガラス管の外面と内面の距離、即ちガラス管の肉厚Ｘ２は、通常、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。なお、発光管１０は、直線状の形状に限らず、他の形状であってもよい。例えば、バックライトの形状に合わせてＬ字状、Ｕ字状または矩形状等であってもよい。
【００２６】
発光管１０は封止されており、その内部には、放電媒体（図示せず）が封入されている。放電媒体は発光管１０の内表面に塗布された蛍光体１３を励起するには、キセノンを少なくとも含むことが好ましい。キセノンガスは紫外線を発生できるからである。また、周囲温度による光束変化を抑制するためには、放電媒体は、水銀を含まない無水銀の放電媒体であることが好ましい。ここで、水銀を含まないとは、実質的に発光に寄与する水銀を含まないことであり、微量の水銀が含まれていても構わない。発光管１０に封入されているガスの圧力は５ｋＰａ〜３０ｋＰａ程度である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、発光管１０の内面には、蛍光体層１３が形成されている。蛍光体層１３は、放電媒体から発せられた光の波長を変換するために形成される。蛍光体層１３の材料を変化させることによって、さまざまな波長の光が得られる。たとえば、白色光や、赤、緑及び青等の光が得られる。蛍光体層１３は、所謂、一般照明用蛍光灯、プラズマディスプレイ等に用いられる材料で形成できる。
【００２８】
内部電極１１は、発光管１０の一端の内部に形成されている。内部電極１１は、例えばタングステンやニッケルなどの金属で形成できる。内部電極１１の表面は、酸化セシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムといった金属酸化物層で表面の一部又は全体覆われていてもよい。このような金属酸化物層を用いることによって、点灯開始電圧を低減でき、イオン衝撃による電極の劣化を防止できる。
【００２９】
外部電極１２は複数の平面または曲面から構成される。また、外部電極１２は、発光管１０の外部であり、発光管１０とは密着することなく、空隙を介して、発光管１０から所定距離以上を隔てて配置されている。
【００３０】
所定距離とは、第一条件として、外部電極１２と内部電極１１との間に印加された電圧によっても空隙が絶縁破壊されない程度の距離のことである。具体的には、Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３ともに式（Ｂ）を満たす。
【００３１】
また、所定距離の第二条件として、外部電極１２を構成している各面と発光管の最短距離Ｘ１１、Ｘ１２，Ｘ１３の平均値をＸｌａｖｇとした場合に、
【００３２】
【数４】
2006164869.tif 000006
【００３３】
の式（１）が、以下の式（２）を満たす。
【００３４】
【数５】
2006164869.tif 000007
【００３５】
ここで、Ｘ１１、Ｘ１３は、三平面からなる外部電極１２の側面と発光管１０との最短距離である。Ｘ1２は、三平面からなる外部電極１２の中央面と発光管１０との最短距離である。Ｘ２は、発光管１の肉厚である。ε２は、発光管１の比誘電率である。
【００３６】
また、好ましくは、式（１）が以下の式（３）を満たす。
【００３７】
【数６】
2006164869.tif 000008
【００３８】
以下、式（１）について説明する。なお、式（２）、式（３）は、後述の実施例で説明する。発光管１０の壁と空隙と外部電極１２との構成は、図３（ｃ）の等価回路と仮定できる。このとき、はっこうかん１０の壁と空隙との静電容量Ｃｔは、発光管１０の壁の静電容量Ｃ２と、空隙の静電容量Ｃ１との合成である。ここで、Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ、
Ｃ１  ∝  ε２／Ｘ２
Ｃ２  ∝  １／Ｘ１ａｖｇ
の式で表される。これによりＣｔは、
Ｃｔ  ＝  Ｃ１×Ｃ２・（Ｃ１＋Ｃ２）
となる。この関係式に、Ｃ１，Ｃ２の関係式を適用すると、
Ｃｔ  ∝  ε２／（Ｘ２＋ε２×Ｘ１ａｖｇ）
となり、式（１）となる。
【００３９】
以上のように、式（１）は、発光管１０の壁と空隙との静電容量に比例する。このとき外部電極１２に溜まる放電電荷量をＱとした場合、発光管１０と外部電極１２から構成される光源部は、容量性負荷となるため、Ｑ∝Ｃｔが成立する。放電電荷量Ｑが大きい場合、放電媒体が励起される割合が増加し、発光管１０の輝度は高まる。しかし、同時に発光管１０内部に僅かに吸着している水分、炭酸ガス等が、大きいＱにより強い放電を受け続け、発光管１０内表面から脱離する。脱離した不純物は、放電媒体に混入することにより、蛍光体の輝度を劣化させる。したがって、Ｑが大きい場合、輝度維持率が時間ともに大きく低下して、短寿命の原因となる。
【００４０】
以上より、輝度、寿命の両方の特性を満足させるためには、放電電荷量Ｑの制御が必要となる。Ｑは光源部の静電容量Ｃｔに比例するので、このＣｔが比例する式（１）を変数として輝度維持率、輝度を測定することによって、式（１）の適切な範囲を導くことができる。このように導いた範囲の式が式（２）、式（３）である。
【００４１】
なお、外部電極１２は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属や、酸化スズ、酸化インジウム等を主成分とする透明導電体等で形成できる。さらに、外部電極１２は鏡面反射処理の施されているものを使用すれば外部電極１２の内面に高反射シートを設定しなくても、光源装置１０１から高い出射光量が望める。
【００４２】
外部電極１２と発光管１０との距離を隔てての保持・固定に関する保持部材は、絶縁性部材（例えば、シリコーンゴム）を利用するなど様々な構成があり得る。何れの方法も容易に実現できるため、具体例を挙げての説明は省略する。また、保持部材は放電空間に直接関係しない内部電極１１よりも外側や放電空間が存在しない端部の発光管１０のガラス部に在ることが好ましい。
【００４３】
光源装置１０１では、内部電極１１と外部電極１２との間の点灯回路１５により電圧を印加することにより放電が生じ、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。この紫外線は、蛍光体層１３で可視光に変換され、発光管１０から放射される。本実施形態における光源装置の点灯回路１５では、光束・発光効率を高めるため、矩形波の電圧を発生し、その入力電圧は、電圧のピークからピークまでの大きさが３．５〜４．０ｋＶ（以下、この電圧のことを「Ｖｐ−ｐ」と記す）、矩形波の周波数は２０〜４０ｋＨｚ程度である。
【００４４】
以下に、輝度維持率を向上させつつ、十分な輝度を実現できる式（１）の具体的な範囲を求めた実施例を示す。
【実施例】
【００４５】
図２のグラフは、横軸に式（１）、縦軸に１００００時間の輝度維持率と相対輝度とを示したグラフである。実験は、発光管１０と外部電極１２の距離を変化させ、初期（０時間）の相対輝度と、点灯１００００時間の輝度維持率を評価した。
【００４６】
ここで、１００００時間の輝度維持率は、４００ｈまでの結果をＬｅｈｍａｎｎの式で最小二乗法によりフィッティングし、１００００時間の輝度値を予測し、その１００００時間の輝度値と０時間との輝度値との比率で求めた。ここで、Ｌｅｈｍａｎｎの式とは、
Ｙ＝Ｌ０×ｅｘｐ（−ｔ／Ｔａｕ）ｎ，
である。ここで、Ｙは輝度維持率，Ｌ０は初期値，ｔは点灯時間，Ｔａｕは寿命定数，ｎは定数であり、照明業界で一般的に用いられている式である。
【００４７】
また、発光管１０は比誘電率ε２が５のホウケイ酸ガラスを用い、寸法は外径２．６ｍｍ、肉厚Ｘ２は０．３ｍｍ、長さ１６０ｍｍである。蛍光体層１３は、青に発光するＢＡＭ（ＢａＭｇ２Ａｌ１５Ｏ２７：Ｅｕ２＋）、緑に発光するＬＡＰ（ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋）、赤に発光するＹＢＯ（（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅ３＋）の３色を混合させ、発光管１０の内面に塗布した。内部電極１１は、図１のように外径１．６ｍｍ、全長５ｍｍのニッケルから形成されるカップ部に、全長１４ｍｍのタングステン線が接続されており、発光管１０の端部に１箇所設けた。外部電極１２は、図１のようにコの字の形状を用いた。外部電極１２は、アルミから形成されていて、厚さは０．３ｍｍ、三辺それぞれの内側の幅は、５．０−３．６−５．０ｍｍであり、長さは１６０ｍｍである。発光管１０には、キセノン６０％とアルゴン４０％との混合ガスを封入し、封入圧は２０ｋＰａである。内部電極部１１と外部電極１２とには、点灯回路１５によりＶｐ−ｐが３．８ｋＶの点灯周波数３０ｋＨｚの矩形波を印加して点灯させた。
【００４８】
上記条件で、本実施形態の発光管１０と外部電極１２の距離Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３の平均値Ｘ１ａｖｇとＸ２を図２の表に示すように、７種類変化させた。距離Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３は、シリコーンゴムから形成された保持部材のサイズを変化させて実現した。保持部材は発光管１０両端の４ｍｍ内側に２箇所、発光管１０の中央に１箇所の計３箇所設けた。保持部材の厚さは１．５ｍｍとした。
【００４９】
図２の結果から、ｆ（Ｘ１ａｖｇ）≦１．６９で点灯１００００時間の輝度維持率が急激に高くなり、ｆ（Ｘ１ａｖｇ）≦１．４４において、点灯１００００時間の輝度維持率は８０％程度で飽和する。
【００５０】
一方、初期（０時間）の相対輝度は、ｆ（Ｘ１ａｖｇ）の減少とともに低下していく。ｆ（Ｘ１ａｖｇ）＜１．２３では、相対輝度は８０％を下回った。したがって、初期の輝度値を考慮した場合には、１．２３≦ｆ（Ｘ１ａｖｇ）が好ましい。
【００５１】
以上のことから、ｆ（Ｘ１ａｖｇ）は、以下の式（２）、式（３）が好ましい。
【００５２】
【数７】
2006164869.tif 000009
【００５３】
【数８】
2006164869.tif 000010
【００５４】
よって、式（２）、さらに好ましくは式（３）を満足させることにより、初期の相対輝度の低下を抑えつつ、輝度維持率が良好な光源装置１００を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、外部電極１２として三平面のものを用いた。しかし、二平面であっても一平面であっても構わない。また、曲面であっても構わない。なお、一平面の場合は、本実施形態のＸ１ａｖｇは平均値ではなく１つの値となる。
【００５６】
（実施の形態２）
実施形態２では、本発明の光源装置を用いた発光デバイスの例について説明する。
【００５７】
本実施の形態に於ける発光デバイス８００の構成を図３（ａ）に示す。図３（ａ）の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図を、即ち管状の発光管の管断面方向の断面図を図３（ｂ）に示す。
【００５８】
図３（ａ）の発光デバイス８００は平板状直方体型の導光板８２の上下２辺に光源装置８０が配置されている。図３（ｂ）に示すように光源装置８００から放出される光は導光板８２に導かれる構造になっている。光源装置８０の構造は実施の形態１の光源装置１０１と同様の構成である。また、６面を有する導光板８２の面のうち、光源装置８０が配置されていない２つの側面と、下面には光を反射させる反射シート８１が配置されている。また、図示しないが導光板８２の上面には、光を散乱させる拡散シートや放射される光の方位を限定するためのプリズムシート、さらには放出される光の偏光を制限する偏光シート等が形成されていてもかまわない。図３（ａ）は上面からだけ光が放出される面光源デバイスとして有用である。
【００５９】
また、図３（ａ）の上面に導光板等からの光が透過する液晶デバイスを配置して導光板８２からの光を導けば、液晶表示装置（液晶ディスプレイ等）用のバックライトとして利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光源装置は、液晶ディスプレイ等のバックライトに有効のみならず、一般照明用としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１における光源装置１００の模式的な上面断面図、（ｂ）は図１（ａ）の線Ｉ−Ｉにおける模式的な断面図、（ｃ）は等価回路図
【図２】本発明の実施形態１におけるｆ（Ｘ１ａｖｇ）に対する輝度維持率と相対輝度との測定結果を示すグラフ
【図３】（ａ）は本発明の実施形態２における発光デバイス８００の模式的な平面図、（ｂ）は（ａ）の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図
【図４】（ａ）は従来の希ガス放電灯点灯装置の模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図
【図５】（ａ）は発光管１０と外部電極１２との間に空隙がある光源装置の模式図、（ｂ）は（ａ）の構成の等価回路図
【符号の説明】
【００６２】
１００    光源装置
１０    発光管
１１    内部電極
１２    外部電極
１３    蛍光体層
１４    リード線
１５    点灯回路
８００    発光デバイス
８０    光源装置
８１    反射シート
８２    導光板
【図１】
2006164869.tif 000015
【図２】
2006164869.tif 000016
【図３】
2006164869.tif 000017
【図４】
2006164869.tif 000018
【図５】
2006164869.tif 000019