(57)【要約】【課題】内部−外部電極型の誘電体バリア放電ランプ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。【解決手段】誘電体からなり、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に同方向に延びるように配置された複数のバルブ３２と、個々のバルブ３２の端部に前記バルブを貫通するように、かつ相隣り合う前記バルブ３２と反対側の端部になるように交互に配置され、かつ交流の駆動電圧を出力する点灯回路４０に対して並列に接続された複数の内部電極３５と、個々のバルブ３２の外部に空隙４１を隔てて配置され、かつ相隣り合うバルブ３２が、バルブ３２の途中からバルブ３２端部にかけて接近し、バルブ３２の途中から、バルブの内部電極３５にかけて、相隣り合うバルブ３２が無いようにずらして、バルブ３２を保持する保持材４３Ａ，Ｂ，Ｃを備える。【選択図】図４
2008243654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなり、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に同方向に延びるように配置された複数のバルブと、
個々の前記バルブの内部に前記バルブの上端、下端それぞれ交互に配置され、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、
相隣り合う前記バルブが、前記バルブ途中から内部電極の無い端部にかけて一定間隔で隣接するよう、前記バルブを保持する保持体を備える照明装置。
【請求項２】
個々の前記バルブと前記外部電極との間の距離が一定となるように、前記バルブを同一平面上に配置した請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記相隣り合うバルブ間の間隔は、前記バルブの前記内部電極のない端部において前記バルブの外径の１／２以上かつ３０ｍｍ以内である請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記バルブ途中から内部電極の無い端部にかけて一定間隔で隣接する範囲は、前記バルブの内部電極のない端部から２０ｍｍ以上でかつ、前記バルブの全長の１／２以内である、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記個々のバルブの全長がすべて同じ長さである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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場合がある）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おり、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る。
【０００４】
この内部−外部電極型の誘電体バリア放電ランプは、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１３及び図１４に示す内部−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。）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、スペーサ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１３及び図１４の内部−外部電極型のランプ１を実際に直下型のバックライト装置１１に使用した場合の構造の例を図１５、図１６及び図１７に示す。図１６は図１５におけるＩＩＩの部分を拡大した図である。また図１７は、図１５のＩＶ断面をＡ方向から見た図である。ランプ１は、内部電極３が画面上部にくるように縦置きに３２本並べている。このバックライト装置１１は、液晶パネル１２の背面側には低拡散度のアクリル拡散板１０上に積層状態で配置された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ＤＢＥＦ１５を備える。これらの光学シート及びアクリル拡散板１０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について共通の１枚の平板状であり、接地されている。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１５、図１６及び図１７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に統一されており、各バルブ５からアクリル拡散板１０までの距離Ｄ’も一定である。
【０００７】
点灯回路４により±１．２ｋＶ（振幅２．４ｋＶ）の矩形波で周波数２０ｋＨｚの駆動電圧を印加したときに、図１５において矢印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１８Ａ，図１８Ｂに示す。
【０００８】
図１８（Ａ）では、３枚の光学シートを取り外してアクリル拡散板１０のみを配置している。一方、図１８（Ｂ）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ＤＢＦＥ１５）及びアクリル拡散板１０を使用している。
【０００９】
図１８Ａに表れているように、アクリル拡散板１０のみを使用した場合、画面の縦方向、すなわちバックライト装置１１の画面上部にある内部電極３から、誘電体バリア放電ランプ１の長手方向に輝度分布の傾斜が見られる。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。
【特許文献１】国際公開第２００５／０２２５８６号パンフレット（図１４Ａ，１４Ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この液晶パネル１２に表示される画面の輝度傾斜を改善するために図１９に示す構造のバックライト装置１１‘が考えられる。すなわちバックライト装置１１と同じ構成で、誘電体バリア放電ランプ１の内部電極３が、上下交互に配置される。このとき点灯回路４により±１．２ｋＶ（振幅２．４ｋＶ）の矩形波で周波数２０ｋＨｚの駆動電圧（投入電力１２０Ｗ）を印加したときに、図１５において矢印Ａで示す正面方向と同じバックライト装置１１’の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２０（Ａ），図２０（Ｂ）に示す。図２０（Ａ）では、３枚の光学シートを取り外してアクリル拡散板１０のみを配置している。一方、図２０（Ｂ）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ＤＢＦＥ１５）及びアクリル拡散板１０を使用している。
【００１１】
図２０（Ａ）に表れているように、アクリル拡散板１０のみを使用した場合、画面の縦方向、すなわち内部電極３から、誘電体バリア放電ランプ１の長手方向に、ランプ１の両端に高く、ランプ１の中央に低いＭ字状の輝度分布が見られ、特に画面中央部での輝度の低下が問題となる。これは、内部電極３近傍では、相隣り合うランプが、その内部電極３と反対側の端部であるため、内部のプラズマの電位が小さく、干渉も小さいため輝度が高くなる。一方ランプ中央部では、相隣り合うランプ内のプラズマの電位がほぼ同程度であるため、ランプ相互の干渉が大きくなり輝度は低下する。かかる輝度むらは図２０（Ｂ）で示すように、光学シート（拡散シート１３、レンズシート１４、及びＤＢＦＥ１５）を付加しても解消されず、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。
【００１２】
本発明は、バルブと外部電極の間に間隔を設けた内部−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、誘電体からなり、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に同方向に延びるように配置された複数のバルブと、個々の前記バルブの端部に前記バルブを貫通するように、かつ相隣り合う前記バルブと反対側の端部になるように交互に配置され、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、相隣り合う前記バルブが、前記バルブの途中から前記バルブ端部にかけて一定間隔で隣接するよう、前記バルブを保持する保持体を備える。
【００１４】
この構成により、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。相隣り合うバルブ間の間隔がせまいランプ中央部では、ランプ相互間の干渉が大きく、ランプ１本の輝度は低下するが、２倍の本数のランプが並ぶことになる。また、バルブ５端部の内部電極付近は、相隣り合うランプとの距離が２倍となるため、ランプ相互の干渉は小さく、ランプ１本当たりの輝度は高いが、ランプ中央部の半分の本数で照明する。このためバックライトの厚み（例えば、液晶表示装置のバックライト装置の場合には拡散板及び光学フィ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】
本発明は、前記バルブの間隔が前記バルブの外径の１／２以上かつ３０ｍｍ以下である場合に特に有効である。
【００１６】
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個の光学部材（拡散板、拡散シート、レンズシート、ＤＢＥＦ等）が配置され、この光学部材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】
【００１７】
相隣り合うバルブ間の間隔が狭いランプ中央部では、ランプ相互間の干渉が大きく、ランプ１本の輝度は低下するが、２倍の本数のランプが並ぶことになる。また、バルブ３端部の内部電極付近は、相隣り合うランプとの距離が２倍となるため、ランプ相互の干渉は小さく、ランプ１本当たりの輝度は高いが、ランプ中央部の半分の本数で照明する。このためバックライトの厚み（例えば、液晶表示装置のバックライト装置の場合には拡散板及び光学フィ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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。バックライト装置２１は液晶パネル２３の背面側に配置される。
【００２０】
図１に示すように、バックライト装置２１は本体２４と蓋体２５からなるケーシング２６を備える。図２は図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線から左部分を拡大した図である。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２８、及びＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）２９が積層状態で収容されている。アクリル拡散板３０と光学シートは本発明における光学部材を構成する。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。
【００２１】
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てバックライト装置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。
【００２２】
図３にバックライト装置２１のＩＶ−ＩＶ線の側断面図を示す。図４に図１のＡ方向から見たバックライト装置２１の図を示す。ケーシング２６内の光学シート及びアクリル拡散板３０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。
【００２３】
ランプ３１は、その内部が放電空間として機能する気密容器である放電容器ないしはバルブ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。
【００２４】
バルブ３２は、それ自体の管軸ないしは軸線αに沿って延びる細長い直管状である。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、例えばホウケイ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、又はアク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（図示せず）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。
【００２５】
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。
【００２６】
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のすべての内部電極３５が点灯回路４０に対して並列になるよう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いてもよい。
【００２７】
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に対して光学シート及びアクリル拡散板３０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。
【００２８】
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。
【００２９】
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が挿入される支持孔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い。
【００３０】
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Ａ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。
【００３１】
図１及び図２を参照すると、各ランプ３１のバルブ３２と外部電極３６との間の距離Ｄ（バルブ３２の管壁の外周面と外部電極３６の上面との間の最短距離）は一定であり、各ランプ３１のバルブ３２からアクリル拡散板３０までの距離Ｄ’も一定である。また、相隣り合うランプ３１のバルブ３２同士の間隔（軸線α間の距離）は、ランプの軸線αの方向から見て一定であるが、相隣り合う前記ランプ３１が、前記ランプ３１の途中から前記ランプ３１の端部にかけて接近し、前記ランプ３１の途中から、前記バルブの内部電極３５にかけて、相隣り合うランプ３１が無いようにずらして配置してある。すなわち図４において、相隣り合うランプ３１は、βの領域で間隔が狭く、オーバラップさせた配置となる。具体的には、相隣り合うランプ３１の中央部の間隔はＰ１で、ランプ３１端部の隣り合う内部電極３５の間隔は２×Ｐ１であり、かつ、内部電極３５は画面上下端に交互に配置され、かつ交流の駆動電圧を出力する点灯回路４０に対して並列に接続されている。
【００３２】
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。ランプ３１がオーバラップして配置されるβの領域でのランプ間の間隔Ｐ１は２２ｍｍである。ランプ３１のバルブ３２は長さ２４０ｍｍ、外径が３ｍｍ、内径が２ｍｍである。バルブ３２から外部電極３６までの距離Ｄは５ｍｍ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。相隣り合うランプ３１のバルブ３２がβの領域で間隔Ｐ１で櫛形に配置され、バルブ３２の中央部１００ｍｍがランプ間の間隔Ｐ１（２２ｍｍ）でオーバラップしている。バックライト画面の縦寸法３８０ｍｍに対して、バルブ長２４０ｍｍのランプが櫛形に配置されている点を除き、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１８及び図１９に示した従来のバックライト装置１１と同一である。
【００３３】
図１において矢印Ａで示す正面方向から撮影した写真（液晶パネル２３は取り除いている。）を図５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１８Ａ及び図１８Ｂ）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（点灯回路４０の入力電力で１２０Ｗ）を印加した。
【００３４】
図５は図２０Ａと同一の条件、すなわち光学シートを取り外して低拡散度のアクリル拡散板３０のみを配置した状態で撮影した。この図５及び図２０Ａ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。
【００３５】
図５に表れているように、バルブ３２がオーバラップして配置されているβの領域は輝度が高く、バルブ３２がオーバラップしていない所、すなわちβ以外の領域ではバルブ３２のすぐ上の輝度は高いが、バルブ３２の間は輝度が低くなっている。図６にさらに光学シートを加えた場合のバックライト中央部縦方向の輝度分布を示す。図６において実線Ａが本発明の図４の構造のバックライト装置２１の中央部縦断面の輝度分布である。破線Ｂは背景技術で示した図１９の構造のバックライト装置２１に、アクリル拡散板３０と光学シートを装着した場合の中央部縦断面の輝度分布である。図６より、図４の構造で画面中央部の輝度低下が改善されることがわかる。しかし、このランプ３１中央部のβ領域の間隔（芯芯）２２ｍｍでは、画面周辺部（上下方向）でのランプ間隔が４４ｍｍとなり、従って画面周辺部の輝度の低下が大きくなる。
【００３６】
この点を改善するために、ランプの中央部の間隔を１７ｍｍ、１４ｍｍ、１１ｍｍと狭くして検討した。結果を図７に示す。このときバックライト装置２１の画角を一定とするために、ランプ３１の本数を増やす必要があるが、特性検討のため図７の結果は、ランプ本数３２本一定で、全体の投入電力は点灯回路４０の入力で１２０Ｗとしている。図７において、実線Ａはβの領域でのランプ間隔（芯芯）が１１ｍｍ、破線Ｂは１４ｍｍ、一点鎖線Ｃは１７ｍｍ、２点鎖線Ｄは２２ｍｍである。この結果、βの領域でのランプ間隔を２２ｍｍから狭くすると画面周辺部の輝度の低下は改善されていく。なお、βの領域でのランプ間隔１１ｍｍの場合、ランプ間隔が狭いため、図８に示すように保持部材４３を４本としている。（図８は見やすくするために３２本仕様で示すが、データは６２本仕様で測定している）実線Ａにおいて、谷が２つあるのは、この保持部材４３Ｂ、４３Ｃの位置であり、その保持部材４３により部分的にランプ３１と外部電極３６との間の容量が変化しているためである。図９に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。）を示す。高い輝度均斉度が得られることが分かる。
【００３７】
上記の結果から、図５の構造のバックライト装置２１において、βの領域でのランプ間隔は１４ｍｍから１１ｍｍにおいて、画面中央部の輝度が高くかつ、高い輝度均斉度が得られることが分かる。
【００３８】
一方、β領域の長さに対するランプ効率の相対値を図１０に示す。βの領域の長さが短くなるほど効率は上がる。これは、バックライト装置２１の内寸法が３９０ｍｍと固定のため、βの領域を短くするほど、ランプ３１の全長が短くなり、誘電体バリアランプとしての容量が小さくなるからであるが、ランプ３１の全長の１／２の１２０ｍｍから、１／７の５０ｍｍにβの領域を短くしても１％の効率向上にとどまる。このため、βの領域の長さはランプ３１の全長の１／２以下でよい。一方ランプ３１の端部の輝度は、ガラス封じ部で蛍光体がなく、また放電端部であるためプラズマのエネルギーが小さく２０ｍｍから急激に低下するため、βの領域の長さは２０ｍｍ以上である必要がある。
【００３９】
本実施形態のバックライト装置２１でランプ３１の中央部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。
【００４０】
相隣り合うランプ３１のバルブ３２間の間隔が一定である図１９のバックライト装置１１‘において、点灯回路４により各ランプ３１の内部電極３５と外部電極３６との間に交流電圧を印加すると、各内部電極３５と外部電極３６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３５とバルブ３２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、バルブ３２の内壁面と外部電極３６との間の構成されるバルブ３２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３５とバルブ３２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３５とバルブ３２の内壁間に放電プラズマが発生する。放電が陰極モードのとき、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３６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３５とバルブ３２の内壁の最も内部電極３５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３５とバルブ３２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３２内の内部電極３５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し、放電が陽極モードになると、バルブ３２の内壁にプラズマ中の電子が集まり、外部電極３６は電子を放出する。すなわち、誘電体バリア放電ランプ３１では、誘電体であるバルブ３２を挟んだコンデンサを形成し、外部電圧３６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。
【００４１】
このとき、それぞれのランプ３１のバルブ３２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、図１９に示すバックライト装置１１‘の構成では、内部電極３５近傍では、相隣り合うランプが、その内部電極３５と反対側の端部であるため、内部のプラズマの電位が小さく、干渉も小さいため輝度が高くなる。一方ランプ３１中央部では、相隣り合うランプ内のプラズマの電位がほぼ同程度であるため、ランプ３１相互の干渉が大きくなり輝度は低下する。かかる輝度むらは図２１Ｂで示すように、光学シート（拡散シート１３、レンズシート１４、及びＤＢＥＦ１５）を付加しても解消されず、液晶パネル１２に表示される画面の輝度ムラの原因となる。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、ランプ３１の中央部から、内部電極３５と対向するランプ端部にかけて、オーバラップするように、相隣り合うランプ３１と隣接させて配列することにより、ランプ１がオーバラップする中央部では干渉の影響が大きくなりランプ３１自身の輝度が低下する。一方、ランプ３１の中央から内部電極３５にかけて相隣り合うランプとの距離が大きいため、ランプ１の相互干渉は小さくランプ自身の輝度は高い。一方、ランプ３１がオーバラップするβの領域ではランプの密度が高いため、ランプ３１に対向する拡散板の照度が上がり、ランプ３１の中央から内部電極３５にかけては、ランプ密度が低いため、その部分のランプ１に対向する拡散板の照度が下がる。従って、ランプ３１の間隔を最適化することにより輝度のばらつきは解消される。
【００４３】
本発明における、ランプ１間の干渉は、バルブ３２の内径が２ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であり、相隣り合うバルブ３２間の間隔がバルブ３２の外径の１／２以上かつ３０ｍｍ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Ｄ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１１に相隣り合うバルブ３２間の間隔Ｐとランプ１本当たりのランプ電力を示す。図１１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３０ｍｍ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。
【００４４】
従って図１９に示すような、ランプ１の内部電極３が、上下交互になるようにランプ１を並べて配置した場合、画面の縦方向、すなわち内部電極３から、誘電体バリア放電ランプ３１の長手方向にＭ字状の輝度分布が見られ、特に画面中央部での輝度の低下が発生する。これは、内部電極３近傍では、相隣り合うランプが、その内部電極３と反対側の端部であるため、内部のプラズマの電位が小さく、干渉も小さいため輝度が高くなる。一方βの領域では、相隣り合うランプ内のプラズマの電位がほぼ同程度であるため、ランプ相互の干渉が大きくなり輝度は低下する。かかる輝度むらは、ランプ３１から光学シートやアクリル拡散板３０までの距離を拡げれば、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。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、ランプ１の中央部分から内部電極３と対向するランプ端部にかけて、相隣り合うランプ１とオーバラップして配置することにより、ランプ１の中央部から内部電極３と対向するランプ端部までのβ領域の輝度と、内部電極３からランプ１中央部までの輝度との比を、ランプ１の中央部での間隔によって制御でき、バックライト装置２１の厚みＴを増加させることなく、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。
【００４６】
次に、外部電極３６とバルブ３２の空隙４１の距離Ｄの量的設定について説明する。図１２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。
【００４７】
まず、コンデンサの定義から、各コンデンサ４５，４６の容量Ｃ１，Ｃ２は、以下の式（１）で表される。
【００４８】
【数１】
2008243654.tif 000003
【００４９】
ここでε１は空隙４１の比誘電率、ε２は固体誘電体層の比誘電率、Ｘ１は空隙４１の距離、Ｘ２は固体誘電体層の距離ないしは厚みである。
【００５０】
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。
【００５１】
【数２】
2008243654.tif 000004
【００５２】
ここでＣ１，Ｃ２はコンデンサ４５，４６の容量、Ｃ０はコンデンサ４５，４６の合成容量、Ｖ１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。
【００５３】
また、空隙４１に印加される電圧Ｖ１、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’について以下の式（３）〜（５）の関係がある。
【００５４】
【数３】
2008243654.tif 000005
【００５５】
式（２）〜（５）より、以下の式（６）を得る。
【００５６】
【数４】
2008243654.tif 000006
【００５７】
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。
【００５８】
【数５】
2008243654.tif 000007
【００５９】
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。
【００６０】
【数６】
2008243654.tif 000008
【００６１】
空隙４１の絶縁破壊電界をＥ０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。
【００６２】
【数７】
2008243654.tif 000009
【００６３】
式（８）に式（７）を代入すると、以下の式（９）が得られる。
【００６４】
【数８】
2008243654.tif 000010
【００６５】
また、空隙４１が空気（ε１＝１）である場合には、以下の式（９）’が成立する。
【００６６】
【数９】
2008243654.tif 000011
【００６７】
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Ｘ１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。
【００６８】
【数１０】
2008243654.tif 000012
【００６９】
特に、空隙４１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。
【００７０】
【数１１】
2008243654.tif 000013
【００７１】
空隙４１の距離Ｘ１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。
【００７２】
空隙４１の距離Ｘ１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。
【００７３】
外部電極３６とバルブ３２の距離（空隙の距離Ｘ１）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。ランプ長が２５０ｍｍ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３１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２ｍｍから７ｍｍであり、この範囲でバルブ３２から外部電極３６までの距離Ｄを設定すればよい。
【００７４】
また、内部−外部電極型の誘電体バリア放電ランプ１０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いてもよい。このとき、給電はどちらか一方の内部電極のみとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の誘電体バリア放電ランプを用いた照明装置は、水銀を用いない長尺の細管蛍光ランプを並置して点灯する直下型照明装置において、その輝度分布を管軸方向に一様にする手段を提供するため、液晶のバックライト光源等として有用である。また、光源の線状性、均一性から、線状紫外線照射光源として、あるいは装飾用光源等への応用も可能である。
【００７６】
また本発明は、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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第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の模式的な断面図
【図２】図１のバックライト装置２１における部分拡大図
【図３】図１のバックライト装置２１におけるＩＶ−ＩＶ線における断面図
【図４】図１のＡ方向からみたバックライト装置２１の上面図
【図５】第１実施形態における点灯状態のバックライト装置２１の光明暗分布図
【図６】本発明の第１実施形態における画面中央部上端からの縦方向の相対輝度分布を示すグラフ
【図７】本発明の第１実施形態において、ランプ中央部のランプ間隔をパラメータとした、画面中央部上端からの縦方向の相対輝度分布を示すグラフ
【図８】本発明の第１実施形態における図１の保持材４３を４本としたバックライト装置２１のＡ方向からみた上面図
【図９】本発明の第１実施形態において、ランプ本数６２本、ランプ長２４０ｍｍの構成における点灯状態のバックライト装置の光明暗分布図
【図１０】本発明の第１実施形態において、オーバラップさせる長さに対するランプ効率の相対値を示すグラフ
【図１１】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１２】放電空間から外部電極までの模式的な等価回路図
【図１３】内部−外部電極型の誘電体放電ランプの模式的な断面図
【図１４】図１３の誘電体放電ランプのＸＶＩ−ＸＶＩ線の断面図
【図１５】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１６】図１５に記載の液晶表示装置におけるＩＩＩ−ＩＩＩから左の拡大図
【図１７】図１５におけるＡ方向からみたバックライト装置の上面図
【図１８】（Ａ）は、点灯状態の従来のバックライト装置（アクリル拡散板のみ使用）の光明暗分布図、（Ｂ）は、点灯状態の従来のバックライト装置（３枚の光学シートを使用）の光明暗分布図
【図１９】従来のバックライト装置の第２の例の上面図
【図２０】（Ａ）は、点灯状態の第２従来のバックライト装置（アクリル拡散板のみ使用）の光明暗分布図、（Ｂ）は、点灯状態の第２従来のバックライト装置（３枚の光学シートを使用）の光明暗分布図
【符号の説明】
【００７８】
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    バルブ
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〜４３Ｄ    保持部材
４３ａ    支持孔
４５，４６    コンデンサ
【図１】
2008243654.tif 000014
【図２】
2008243654.tif 000015
【図３】
2008243654.tif 000016
【図４】
2008243654.tif 000017
【図５】
2008243654.tif 000018
【図６】
2008243654.tif 000019
【図７】
2008243654.tif 000020
【図８】
2008243654.tif 000021
【図９】
2008243654.tif 000022
【図１０】
2008243654.tif 000023
【図１１】
2008243654.tif 000024
【図１２】
2008243654.tif 000025
【図１３】
2008243654.tif 000026
【図１４】
2008243654.tif 000027
【図１５】
2008243654.tif 000028
【図１６】
2008243654.tif 000029
【図１７】
2008243654.tif 000030
【図１８】
2008243654.tif 000031
【図１９】
2008243654.tif 000032
【図２０】
2008243654.tif 000033