(57)【要約】【課題】液晶テレビ等のバックライトとして使用される希ガス蛍光ランプの発光効率を改善し、バックライトとして使用した場合の消費電力の低減化を図ることを可能にした光源装置を提供すること。【解決手段】希ガスを内部に封入した直管状のガラス管と、該ガラス管の外面の管軸方向に伸びる１対の外部電極と、前記ガラス管の内面に塗布された蛍光物質と、を具備した希ガス蛍光ランプに矩形波電圧を印加して点灯する光源装置において、少なくとも１個の出力トランス６に対し複数本の希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎを並列配置し、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外面の表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合を、前記希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎの並列本数が増えるに従って、単一本で使用したときを基準として漸次減少させたことを特徴とする光源装置である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希ガスを内部に封入した直管状のガラス管と、該ガラス管の外面の管軸方向に伸びる１対の外部電極と、前記ガラス管の内面に塗布された蛍光物質と、を具備した希ガス蛍光ランプに矩形波電圧を印加して点灯する光源装置において、
少なくとも１個の出力トランスに対し複数本の前記希ガス蛍光ランプを並列配置し、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合を、前記希ガス蛍光ランプの並列本数が増えるに従って、単一本で使用したときを基準として漸次減少させたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合をＷ（％）とし、該外部電極の管軸方向の全長をＬ（ｍ）とし、並列本数をＮ（本）としたとき、（０．８／Ｌ）×（８／Ｎ）≦Ｗ＜（０．８／Ｌ）×８の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。    
【請求項３】
前記ガラス管内部に封入される希ガスのうち、キセノンの分圧が６．６ｋＰａ乃至３１．９ｋＰａであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に係わり、特に、液晶表示装置のバックライト等に使用される希ガス蛍光ランプを用いた光源装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶テレビ等のバックライト用光源には、主としてガラス管内に電極を対向配置した冷陰極蛍光ランプが用いられている。
通常、冷陰極蛍光ランプの内部には微量の水銀が含まれている。近年、環境保護の配慮の観点から、冷陰極蛍光ランプに替わる水銀を含まない新しいバックライト用光源の開発が進められている。その１つの方法として、特開平１１−２４９６０３号公報に示されるような希ガス放電による紫外線発光により蛍光体を発光させる希ガス蛍光ランプの応用が検討されている。
【０００３】
しかし、希ガス蛍光ランプの発光効率は冷陰極蛍光ランプに比べて低く、液晶テレビ等のバックライトとして用いた場合、消費電力を増加させる問題があり、発光効率をできるだけ大きくすることが課題となっている。従来知られている希ガス蛍光ランプとしては、ＯＡ機器の読み取り用光源として使用される蛍光ランプがある。
【０００４】
図１は、このようなキセノンガスを含む希ガスが封入されたガラス管の外表面に１対の外部電極を配設した希ガス蛍光ランプを示す図であり、図１（ａ）は希ガス蛍光ランプのガラス管の管軸と直角方向の断面を示す断面図、図１（ｂ）は希ガス蛍光ランプの斜視図である。
これらの図において、１は希ガス蛍光ランプ、２ガラス管、３，３’はガラス管２の外表面に設けられた１対の外部電極、４はガラス管２の内表面に塗布された蛍光物質、５は外部電極３，３間に高周波電圧を印加する点灯回路である。
【０００５】
なお、特開平６−１６３００６号公報には、希ガス蛍光ランプを矩形波電圧で点灯すると、発光効率が向上することが示されている。
【０００６】
図２は、従来技術に係る希ガス蛍光ランプを用いた光源装置の一例を示す図である。
同図において、６は点灯回路５の出力トランス、Ｃｅは出力トランス６や配線等の浮遊容量、希ガス蛍光ランプ１の点線で囲まれる範囲は希ガス蛍光ランプ１の等価回路を表し、Ｃｇは外部電極３，３’間のガラス管２の静電容量、Ｃｄはガラス管２内の放電ギャップの静電容量、Ｒｄは放電プラズマの抵抗であり、その大きさは点灯周期内で周期的に変化する。  
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４９６０３号公報
【特許文献２】特開平６−１６３００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図１に示すような希ガス蛍光ランプ１においては、ガラス管２からの有効発光面積の割合を上げるためには、外部電極３，３’の電極を細くすることが考えられる。しかし、外部電極３，３’の電極面積を細くして矩形波点灯すると、希ガス蛍光ランプ１の管軸方向で部分的に不点灯となり、配光分布が不均一になる問題が生じる。
【０００９】
図３及び図４は、それぞれ図２に示すような希ガス蛍光ランプの光源装置において、希ガス蛍光ランプ１に印加される矩形波電圧を示す図である。
外部電極３，３’の電極面積を細くしていくと、図３に示すように、矩形波電圧波形の垂れ下がり（サグ）ａが大きくなる。図３中のｂに示す電圧波形部分は、点灯回路５の出力トランス６のインダクタンスや浮遊容量Ｃｅ、静電容量Ｃｇ、静電容量Ｃｄによる共振波形の一部と考えられる。共振波形の共振周波数がランプの点灯周波数に比べて充分小さい場合は、図４の実線に示すように波形ｄになるが、ランプの静電容量Ｃｇ、Ｃｄが小さく、共振波形が共振周波数の点灯周波数に近い場合は、図４の点線のような波形ｅとなり、サグが大きくなる。
【００１０】
図３において、矩形波点灯波形の急峻な電圧変化量の大きさｃは、ランプ入力電力、放電安定性に関係しており、サグが大きくなると、この急峻な電圧変化量の大きさｃが小さくなり、ランプ入力電力が減り、放電が不安定になり、部分点灯が生じる。
【００１１】
このように、ガラス管２の外表面に配設された外部電極３，３’は光を遮り、光出力を低下させるために、外部電極３，３’の面積をできるだけ小さくすることが望まれるが、外部電極３，３’の面積の縮小化に比例して静電容量Ｃｇ、Ｃｄの大きさが小さくなり、その結果として、上述のごとく、サグが大きくなり、部分点灯が生じる。
【００１２】
具体的には、発光長（外部電極長）が８００ｍｍの希ガス蛍光ランプで、ガラス管の外表面に配設された１対の外部電極３，３’のうち、片側の外部電極３（又は３’）の面積がガラス管外表面積の８％以上の大きさでは正常に点灯したが、それを下回ると放電が不安定になり、部分的に不点灯を生じた。
【００１３】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、液晶テレビ等のバックライトとして使用される希ガス蛍光ランプの発光効率を改善し、バックライトとして使用した場合の消費電力の低減化を図ることを可能にした光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、希ガスを内部に封入した直管状のガラス管と、該ガラス管の外面の管軸方向に伸びる１対の外部電極と、前記ガラス管の内面に塗布された蛍光物質と、を具備した希ガス蛍光ランプに矩形波電圧を印加して点灯する光源装置において、少なくとも１個の出力トランスに対し複数本の前記希ガス蛍光ランプを並列配置し、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合を、前記希ガス蛍光ランプの並列本数が増えるに従って、単一本で使用したときを基準として漸次減少させたことを特徴とする光源装置である。
【００１５】
第２の手段は、第１の手段において、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合をＷ（％）とし、該外部電極の管軸方向の全長をＬ（ｍ）とし、並列本数をＮ（本）としたとき、（０．８／Ｌ）×（８／Ｎ）≦Ｗ＜（０．８／Ｌ）×８の関係を満たすことを特徴とする光源装置である。
なお、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積とは、外部電極の管軸方向の幅でガラス管の全周に亘る外面の表面積のことである。
【００１６】
第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、前記ガラス管内部に封入される希ガスのうち、キセノンの分圧が６．６ｋＰａ乃至３１．９ｋＰａであることを特徴とする光源装置である。  
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、希ガスを内部に封入した直管状のガラス管と、該ガラス管の外面の管軸方向に伸びる１対の外部電極と、前記ガラス管の内面に塗布された蛍光物質と、を具備した希ガス蛍光ランプに矩形波電圧を印加して点灯する光源装置において、少なくとも１個の出力トランスに対し複数本の前記希ガス蛍光ランプを並列配置し、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合を、前記希ガス蛍光ランプの並列本数が増えるに従って、単一本で使用したときを基準として漸次減少させるようにしたので、希ガス蛍光ランプの管軸方向の部分不点灯を引き起こすことなく、外部電極の面積を縮小化することが可能となり、外部電極に遮られる光束が減少し、発光効率を増加させることができる。さらに希ガス蛍光ランプの並列本数が増えるに従って始動特性の改善も図ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記ガラス管の前記１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する前記１つの外部電極の表面積の占める割合をＷ（％）とし、該外部電極の管軸方向の全長をＬ（ｍ）とし、並列本数をＮ（本）としたとき、（０．８／Ｌ）×（８／Ｎ）≦Ｗ＜（０．８／Ｌ）×８の関係を満たすようにしたので、希ガス蛍光ランプの管軸方向の部分不点灯を引き起こすことなく、外部電極の面積を縮小化することが可能となり、外部電極に遮られる光束が減少し、発光効率を増加させることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、前記ガラス管内部に封入される希ガスのうち、キセノンの分圧を６．６ｋＰａ乃至３１．９ｋＰａの範囲に設定したので、液晶のバックライトとして明るさが十分得られるとともに、発光効率の良い光源装置が得られる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を図１及び図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態の発明に係る光源装置の概要を示す図である。
同図において、１・・・Ｎは点灯回路５の少なくとも１個の出力トランス６に対して並列接続された複数個の希ガス蛍光ランプであり、その他の構成は図２に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００２１】
本実施形態の光源装置は、図１及び図５において、希ガスを内部に封入した直管状のガラス管２と、ガラス管２の外面の管軸方向に伸びる１対の外部電極３，３’と、ガラス管２の内面に塗布された蛍光物質４とを具備した希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎに矩形波電圧を印加して点灯するものであり、点灯回路５の少なくとも１個の出力トランス６に対して複数本の希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎを並列配置し、ガラス管２の１対の外部電極３，３’が配設されている領域に対応する外面の表面積に対する１つの外部電極３（又は３’）の表面積の占める割合を、希ガス蛍光ランプの並列本数が増えるに従って、単一本で使用したときを基準として漸次減少させることにある。
【００２２】
これは、１個の出力トランス６に対して複数本の希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎを接続して点灯する場合、複数本のガラス管全体の面積に対する複数の個々の希ガス蛍光ランプの一方の外部電極の面積の積算分の割合を所定の範囲に規定すると、安定な放電が得られる領域があることを見出したことによるものである。
【００２３】
具体的には、ガラス管２の１対の外部電極３，３’が配設されてい領域に対応する外表面の面積に対する１つの外部電極３（又は３’）の表面積の占める割合をＷ（％）としたとき、（８／Ｎ）≦Ｗ＜８の関係を満たすとよい。
【００２４】
すなわち、１本の希ガス蛍光ランプにおいて、ガラス管２の外表面に配設された１対の外部電極３，３’のうち、片側の外部電極３（又は３’）の面積がガラス管２の外表面積の８％以上の大きさであれば、正常点灯が可能になる。換言すると、図５に示す光源装置において、静電容量Ｃｇ、Ｃｄの大きさはＮ倍になるから、片側の外部電極３（又は３’）がガラス管の外表面積の８／Ｎ％以上の大きさであれば正常点灯が可能となる。
【００２５】
次に、本発明の実施例を図１及び図６乃至図１４を用いて説明する。
ここで用いられる希ガス蛍光ランプの構成は図１に示すものと同じであり、ガラス管径はφ６．２、φ８．０、φ１０．０の３種類のものを用い、封入ガスはＸｅ：Ｎｅ＝８：２の混合ガス、Ｘｅ分圧は２６．６ｋＰａである。外部電極３，３’は幅が１ｍｍ以上のアルミテープで、１ｍｍ未満のものはスクリーン印刷した銀ペーストを用いた。ランプ発光長（外部電極長）は８００ｍｍである。
【００２６】
図６は、本実施例で用いた光源装置の構成を示す図である。
同図において、７はスイッチング素子、８はスイッチング素子駆動回路、９はＤＣ電源である。なお、その他の構成は図５に示した同符号の構成に対応する。
この光源装置は、Ｎ本の希ガス蛍光ランプを矩形波電圧を出力する点灯回路５に設けられる少なくとも１個の出力トランス６に並列接続したものであり、ＤＣ電源９より電力を供給し、スイッチング素子駆動回路８でＦＥＴ等のスイッチング素子７を周期的にスイッチング動作させることにより、出力トランス６を介して各希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎに矩形波電圧を印加するものである。出力トランス６の出力側のインダクタンスは大凡２００ｍＨである。出力トランス６のインダクタンスを大きくすることによっても、電圧波形のサグを抑制し、放電を安定させることが可能であるが、出力トランス６のサイズが大きくなり実装が困難となり、現実的ではない。
【００２７】
図７は、希ガス蛍光ランプに印加される矩形波電圧波形の種類を示す図であり、図７（ａ）は半周期毎に正負の矩形波電圧を繰り返す矩形波電圧波形であり、本実施例の光源装置に用いられるものである。その他に図７（ｂ）に示すような正負の矩形波電圧間に休止期間を有する矩形波電圧波形、図７（ｃ）に示すような正の矩形波電圧で構成される矩形波電圧波形、図７（ｄ）に示すようなは正負の矩形波電圧後毎に休止期間を有する矩形波電圧波形を用いることも可能である。これらの矩形波電圧を希ガス蛍光ランプ１・・・Ｎに印加することにより点灯させることが可能である。
【００２８】
図８は、ガラス管径φ８．０の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。なお、ここでガラス管外表面積とは、ガラス管の１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積をいい、換言すれば、外部電極の管軸方向の幅でガラス管の全周に亘る外表面積のことである。○は正常点灯する条件、×は部分不点灯になる条件である。
同図に示すように、ランプ並列本数Ｎが大きい程、外部電極面積を小さくしても正常点灯が可能であることがわかる。図中の実線は、外部電極面積割合が８／Ｎ％とした場合の点を結んだ線である。外部電極の面積割合がこの実線で表される大きさ以上であれば正常点灯が可能であることが分かる。
【００２９】
図９は、ガラス管径φ６．２の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。なお、図８の場合と同様に、ガラス管外表面積とは、ガラス管の１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面の面積をいう。○は正常点灯する条件、×は部分不点灯になる条件である。
同図に示すように、ランプ並列本数Ｎが大きい程、外部電極面積を小さくしても正常点灯が可能であることがわかる。図中の実線は、外部電極面積割合が８／Ｎ％とした場合の点を結んだ線である。外部電極の面積割合がこの実線で表される大きさ以上であれば正常点灯が可能であることが分かる。  
【００３０】
図１０は、ガラス管径φ１０．０の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。なお、図８の場合と同様に、ガラス管外表面積とは、ガラス管の１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面の面積をいう。○は正常点灯する条件、×は部分不点灯になる条件である。
同図に示すように、ランプ並列本数Ｎが大きい程、外部電極面積を小さくしても正常点灯が可能であることがわかる。図中の実線は、外部電極面積割合が８／Ｎ％とした場合の点を結んだ線である。外部電極の面積割合がこの実線で表される大きさ以上であれば正常点灯が可能であることが分かる。
【００３１】
図１１は、片側外部電極／ガラス管外表面積の大きさを２．０％、４．０％、８．０％とした場合のランプ並列本数Ｎに対する相対始動電圧との関係を示す図である。ここで、ランプ並列本数が５本とした場合の始動電圧を１００％とし、ガラス管外径はφ８．０である。
同図に示すように、ランプ並列本数Ｎが大きい程始動電圧が低下する傾向にあり、このことからランプ並列本数Ｎを大きくすることは、部分不点灯を抑制するだけでなく、始動性を改善する効果もあることがわかる。
【００３２】
図１２は、Ｘｅ分圧に対する相対発光効率との関係を示す図である。ここで、片側外部電極／ガラス管外表面積の大きさを８．０％、ガラス管外径はφ８．０、ランプ並列本数は５本とし、発光効率は全光束／入力電力とし、２６．６ｋＰａの場合の発光効率を１００％とする。
同図に示すように、Ｘｅ分圧が大きい程、発光効率が大きくなる傾向にあるが、３１．９ｋＰａ以降は飽和傾向にある。Ｘｅ分圧が大きい程、ランプ始動性に悪影響を及ぼすため、Ｘｅ分圧を必要以上に大きくすることは無意味である。従って、Ｘｅ分圧の大きさは３１．９ｋＰａを上限とするのが望ましい。また、Ｘｅ分圧の下限は６．６ｋＰａであり、これ以下であると液晶のバックライトとして明るさが不十分となる。
【００３３】
図１３は、外部電極の管軸方向の長さを０．５ｍとした場合の、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積及び点灯状態の関係を示す図である。ここで、ガラス管径はφ８．０である。
同図に示すように、外部電極の管軸方向の長さを０．５ｍとした場合は、図８の外部電極の管軸方向の長さ０．８ｍの場合と比べて、部分不点灯（×）となる外部電極面積の割合が大きくなっており、外部電極の管軸方向の長さ０．８ｍの場合の正常点灯下限値である８／Ｎ％の大きさ（図中の点線）を上回る。これは、ランプの静電容量が外部電極の管軸方向の長さと比例関係にあり、外部電極の管軸方向の長さ０．８ｍの場合と比べて静電容量が大凡０．５／０．８倍に減少するためと考えられる。図中の実線は、外部電極の管軸方向の長さ０．８ｍの場合の正常点灯時における下限値８／Ｎ％に、外部電極の管軸方向の長さが変わることによる静電容量の変化率の逆数（０．８／０．５）を乗じた長さ補正を施したものである。
【００３４】
同図から明らかなように、外部電極面積の割合が実線で表される大きさ以上であれば正常点灯が可能であることがわかる。このように長さ補正を施すことにより、外部電極の管軸方向の長さが０．８ｍと異なる場合においても、ガラス管の１対の外部電極が配設されている領域に対応する外表面積に対する１つの外部電極の表面積の占める割合をＷ（％）とし、希ガス蛍光ランプの全長をＬ（ｍ）とし、並列本数をＮ（本）としたとき、閾値は（０．８／Ｌ）×（８／Ｎ）≦Ｗ＜（０．８／Ｌ）×８の関係で表すことができる。
【００３５】
図１４は、外部電極面積割合を小さくすることによる明るさの改善効果を説明するための図である。
同図において、１０は管軸が紙面と垂直方向に並列に配置された希ガス蛍光ランプ、１１は反射ミラー、１２は拡散板である。
同図に示すように、希ガス蛍光ランプ１０を８本配置し、図示していない点灯回路を２系統用い、各々４本の希ガス蛍光ランプ１０を並列接続する。片側外部電極／ガラス管外表面積の大きさは８％と４％の２種類とし、ランプ管径はφ８．０で外部電極の管軸方向の長さは０．８ｍの条件とする。同じ電力で点灯して拡散板１２面上の輝度を比較した結果、片側外部電極／ガラス管外表面積の大きさが８％の場合に比べて、４％の場合の方が７％程度明るいことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ガラス管の外表面に１対の外部電極を配設した希ガス蛍光ランプを示す図である。
【図２】従来技術に係る希ガス蛍光ランプを用いた光源装置の一例を示す図である。
【図３】図２に示すような希ガス蛍光ランプの光源装置において、希ガス蛍光ランプに印加される矩形波電圧を示す図である。
【図４】図２に示すような希ガス蛍光ランプの光源装置において、希ガス蛍光ランプに印加される矩形波電圧を示す図である。
【図５】本発明に係る光源装置の概要を示す図である。
【図６】実施例で用いた光源装置の構成を示す図である。
【図７】希ガス蛍光ランプに印加される矩形波電圧波形の種類を示す図である。
【図８】ガラス管径φ８．０の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。
【図９】ガラス管径φ６．２の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。
【図１０】ガラス管径φ１０．０の場合における、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積との関係及び点灯状態を示す図である。
【図１１】片側外部電極／ガラス管外表面積の大きさを２．０％、４．０％、８．０％とした場合のランプ並列本数Ｎに対する相対始動電圧との関係を示す図である。
【図１２】Ｘｅ分圧に対する相対発光効率との関係を示す図である。
【図１３】外部電極の管軸方向の長さを０．５ｍとした場合の、ランプ並列本数Ｎに対する片側外部電極／ガラス管外表面積及び点灯状態の関係を示す図である。
【図１４】外部電極面積割合を小さくすることによる明るさの改善効果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  希ガス蛍光ランプ
１・・・Ｎ  希ガス蛍光ランプ
２  ガラス管
３，３’  外部電極
４  蛍光物質
５  点灯回路
６  出力トランス
７  スイッチング素子
８  スイッチング素子駆動回路
９  ＤＣ電源
１０  希ガス蛍光ランプ
１１  反射ミラー
１２  拡散板
Ｃｅ  出力トランスや配線等の浮遊容量
Ｃｇ  外部電極間のガラス管の静電容量
Ｃｄ  ガラス管内の放電ギャップの静電容量
Ｒｄ  放電プラズマの抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006216391.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006216391.tif 000013
【図１２】
2006216391.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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