(57)【要約】【課題】内部電極の消耗及び内部電極近傍の管壁温度の上昇が抑制され、かつ全長に亘って所要の輝度が得られる蛍光ランプの点灯手段の提供。【解決手段】内壁面に蛍光体被膜１５が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管１６、前記ガラス管１６の両端側にリード線端子１７ａ，１７ｂを導出して封装された一対の内部電極１８ａ，１８ｂ、及び前記ガラス管１６外周面に形成された外部電極１９を有する蛍光ランプを周期的な交流電圧の印加によって点灯する方法であって、周期的な交流電圧を発生する電源２１の低電圧側を外部電極１９に接続し、高電圧側を一対の内部電極１８ａ，１８ｂに切り替え可能に接続し、前記交流電圧の整数周期に対応して通電を切り替え点灯することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプを交流電圧の印加によって点灯する方法であって、
前記交流電圧を発生する電源の一方の出力端を外部電極に接続し、前記電源の他方の出力端を一対の内部電極に所定の周期で切り替え接続することを特徴とする蛍光ランプの点灯方法。
【請求項２】
前記所定の切り替え周期は、前記交流電圧の周期と同一またはその整数倍の周期であることを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプの点灯方法。
【請求項３】
内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプと、
前記蛍光ランプの一対の内部電極及び外部電極に印加する交流電圧を発生する交流電源と、
この交流電源によって発生する交流電圧を、前記一対の内部電極の一方と前記外部電極間、および、前記一対の内部電極の他方と外部電極間に所定の周期で交互に印加する切り替え手段と、
を有することを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項４】
前記所定の切り替え周期は、前記交流電圧の周期と同一またはその整数倍の周期であることを特徴とする請求項３記載の蛍光ランプの点灯装置。
【請求項５】
内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプと、
前記蛍光ランプの一方の内部電極及び外部電極間に所定の周期で間歇的に交流電圧を印加する第１の交流電源と、
前記蛍光ランプの他方の内部電極及び外部電極間に所定の周期で間歇的に交流電圧を印加する第２の交流電源とを備え、
前記第１の交流電源及び第２の交流電源は、前記間歇的な交流電圧発生の位相が互いに異なっていることを特徴とする蛍光ランプの点灯装置。
【請求項６】
前記第１の交流電源から交流電圧が供給されている期間は、前記第２の交流電源は交流電圧の発生を停止していることを特徴とする請求項５記載の蛍光ランプの点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度化が図られ、かつ安定した点灯が可能なバックライト用光源などに適する放電灯駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばパーソナルコンピューター、ナビゲーションなどに使用される液晶表示装置は、パーソナルコンピューターなどの普及とともに、高性能、長寿命化が要求されている。そして、それらの構成において、バックライト用光源として、一般的に、冷陰極蛍光ランプを使用しているが、光源系のさらなる高性能化も期待されている。
【０００３】
この期待に対応して、図８に構成例を横断面的に示す外面電極蛍光ランプが開発されている。すなわち、内壁面に蛍光体皮膜１が形成され、かつキセノンを主体とした希ガス（放電媒体）が気密に封入されたガラス管２と、前記ガラス管２の一端側にリード端子３を導出して封装された内部電極４と、前記ガラス管２の外周面に、管軸方向ほぼ全長に亘って所要のピッチで螺旋状に捲装された外部電極５とを有する外面電極蛍光ランプが使用されつつある。
【０００４】
ここで、ガラス管２は、外径１．２〜１０．０ｍｍ程度、長さ５０〜８００ｍｍ程度で、放電媒体としてたとえばキセノンガスを主体とした希ガスが封入されている。図８において、６は外部電極５の捲装面を被覆する透光性の熱収縮チューブで、外部電極５の捲装位置ズレ防止などの機能を呈する。なお、外部電極の端部５ａは、ガラス管２の他端封着部に植設されたリード端子７に固定されている。
【０００５】
上記外面電極蛍光ランプは、リード端子３を介して内部電極４、及びリード端子７を介して外部電極５に、電圧供給線８，９を介して電源（インバータ）１０側から所要の周期的な交流電圧（たとえば１〜３ＫＶ）を印加すると、両電極４、５による放電が開始し、ガラス管２内で紫外線を放射する。こうして放射された紫外線が、ガラス管２内壁面の蛍光体皮膜１によって可視光線に変換され、発光効率が良好で、安定した点灯が行われる蛍光ランプとして機能する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の蛍光ランプ点灯方式の場合は、次のような不具合がある。たとえば液晶表示装置の大形化に伴って、バックライト光源として蛍光ランプの長尺化が要求されているが、ガラス管２の全長に亘って所要の発光を得るため、ガラス管２全域に放電を広げるには、図４の直線ａで示すように、印加電圧を大幅に高く設定する必要がある。ここで、ガラス管２の全長に亘って放電を広げるとは、図５の直線ｂで示すように管電流が高くなると言う問題がある。
【０００７】
この点、より具体的に説明すると、図９（ａ）に模式的に示すように、ガラス管２の全長で陽光柱が管径方向に広がる拡散陽光柱（拡散陽光柱）を発生した場合は、蛍光体による輝度を全長に亘ってほぼ一様に高めることができる。しかし、ガラス管２を長くし、ガラス管２内全長を放電させるため、管電流を高めると、図９（ｂ）に模式的に示すように、内部電極４側の一部領域で陽光柱が細い線状の状態（収縮陽光柱）となる。ここで、収縮陽光柱の状態になると、収縮陽光柱領域における蛍光体の輝度は、拡散陽光柱状態になっている領域の輝度に較べて１／２以下の明るさになる。つまり、図１０に示すように、ガラス管２の軸方向での輝度ムラを生じ、全長に亘ってほぼ一様な輝度を呈する蛍光ランプとして機能しないことになる。したがって、従来の点灯方式では、一様な拡散陽光柱領域の形成・確保の上で発光管の長さに限界があって、バックライトの大形化が制約される。
【０００８】
また、長尺なガラス管２の全域で放電を行うため、管電流を高く設定すると、点灯寿命中における内部電極４のスパッタリングによる損耗が促進され、短寿命化すると言う問題がある。さらに、一端側に封装した内部電極４に、全電流が集中して流れるため、内部電極４近傍の管壁温度が上昇し、その使用過程において、隣接する周辺構成部材など悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記問題に対処してなされたもので、内部電極の消耗及び内部電極近傍の管壁温度の上昇が抑制され、かつ蛍光ランプ全長に亘って所要のほぼ一様な明るさ輝度が得られる蛍光ランプの点灯手段の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光ランプの点灯方法は、内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプを交流電圧の印加によって点灯する方法であって、
前記交流電圧を発生する電源の一方の出力端を外部電極に接続し、前記電源の他方の出力端を一対の内部電極に所定の周期で切り替え接続することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の蛍光ランプの点灯方法においては、前記所定の切り替え周期は、前記交流電圧の周期と同一またはその整数倍の周期であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の蛍光ランプの点灯装置は、内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプと、前記蛍光ランプの一対の内部電極及び外部電極に印加する交流電圧を発生する交流電源と、この交流電源によって発生する交流電圧を、前記一対の内部電極の一方と前記外部電極間、および、前記一対の内部電極の他方と外部電極間に所定の周期で交互に印加する切り替え手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の蛍光ランプの点灯装置においては、前記所定の切り替え周期は、前記交流電圧の周期と同一またはその整数倍の周期であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の蛍光ランプの点灯装置においては、内壁面に蛍光体被膜が形成され、かつ少なくとも希ガスを含む放電媒体が封入されたガラス管、前記ガラス管の両端側にリード線端子を導出して封装された一対の内部電極、及び前記ガラス管外周面に形成された外部電極を有する蛍光ランプと、前記蛍光ランプの一方の内部電極及び外部電極間に所定の周期で間歇的に交流電圧を印加する第１の交流電源と、前記蛍光ランプの他方の内部電極及び外部電極間に所定の周期で間歇的に交流電圧を印加する第２の交流電源とを備え、前記第１の交流電源及び第２の交流電源は、前記間歇的な交流電圧発生の位相が互いに異なっていることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明の蛍光ランプの点灯装置においては、前記第１の交流電源から交流電圧が供給されている期間は、前記第２の交流電源は交流電圧の発生を停止していることを特徴とするものである。
【００１６】
上記本発明に係る蛍光ランプの点灯手段は、ガラス管内に封装した内部電極と、ガラス管外周面全長に亘って設けた外部電極との間に、交流電圧（正弦波電圧ないし矩形波電圧）を印加して、点灯駆動する手段において、次の点で特徴付けられる。すなわち、蛍光ランプは、ガラス管の両端に内部電極を対向封装するとともに、ガラス管の外周面に外部電極を装着し、この外部電極と前記内部電極間への給電に際し、一対の内部電極への給電を周期的に交互に切り替えることにより、見かけ上、常時、ガラス管内全長に亘って所要の拡散陽光柱を形成させ、結果的に、長いガラス管の場合でも、その全長に亘って一様な明るさ・輝度の発光が得られることを骨子とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６及び図７を参照して実施例を説明する。
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）は、第１の実施例に係る蛍光ランプの点灯手段の概略構成及び駆動動作を説明するための模式図である。図１（ａ），（ｂ）において、蛍光ランプ１４は、次のよう構成と成っている。すなわち、内壁面に蛍光体皮膜１５が形成され、かつキセノンを主体とした希ガス（放電媒体）が気密に封入されたガラス管１６と、前記ガラス管１６の両端側にそれぞれリード端子１７ａ，１７ｂを導出して対向して封装された一対の内部電極１８ａ，１８ｂと、前記ガラス管１６の外周面に、管軸方向ほぼ全長に亘って所要のピッチで螺旋状に捲装された外部電極１９とを有する外面電極蛍光ランプである。
【００１９】
ここで、ガラス管１６は、外径１．２〜１５．０ｍｍ程度、長さ５０〜８００ｍｍ程度で、放電媒体としてたとえばキセノンガスを主体とした希ガスが封入されている。また、内部電極１８ａ，１８ｂは、電圧給電線２０ａ，２０ｂを介して周期的に交流電圧（矩形波電圧）を発生する電源２１の高圧側に、スイッチ素子２２での周期的な切り替えが可能に接続している。さらに、外部電極１９のリード端子１９ａは、電圧給電線２０ｃを介して交流電圧（矩形波電圧）を発生する電源２１の低圧側に接続されている。なお、２３は外部電極１９の捲装面を被覆する透光性の熱収縮チューブで、外部電極１９の捲装位置ズレ防止などの機能を呈する。
【００２０】
上記蛍光ランプ１４は、たとえば電圧供給線２０ａ及びリード端子１７ａを介して内部電極１８ａに電源２１の高電圧側の交流電圧を、また、電圧供給線２０ｃ及びリード端子１９ａを介して外部電極１９に低電圧側の交流電圧をそれぞれ選択的に印加すると、両電極１８ａ、１９による放電が開始し、ガラス管１６内の内部電極１８ａ側で拡散陽光柱が発生し、主としてこの拡散陽光柱領域で紫外線がガラス管１６内壁面の蛍光体皮膜１５によって可視光線に変換される。一方、電圧供給線２０ｂ及びリード端子１７ｂを介して内部電極１８ｂに電源２１の高電圧側の交流電圧を、また、電圧供給線２０ｃ及びリード端子１９ａを介して外部電極１９に低電圧側の交流電圧をそれぞれ選択的に印加すると、両電極１８ｂ、１９による放電が開始し、ガラス管１６内の内部電極１８ｂ側で拡散陽光柱が発生し、主としてこの拡散陽光柱領域で紫外線がガラス管１６内壁面の蛍光体皮膜１５によって可視光線に変換される。つまり、周期的に電源２１の高電圧側の交流電圧を内部電圧１８ａ，１８ｂに交互に切り替え印加すると、あたかもガラス管１６の全長に亘って拡散陽光柱が形成され、図２に示すように全長に亘って一様な明るさ・輝度が得られる。
【００２１】
なお、電源２１の高電圧側交流電圧の内部電圧１８ａ，１８ｂに対する交互切り替えのタイミングは、電源２１が出力する矩形波電圧（交流電圧）に同期させて行う。すなわち、スイッチング素子２２のタイミングチャートは、たとえば図３（ａ）に示すように、交流電圧の１周期ごとに電圧供給線２０ａもしくは２０ｂに交互に切り替えるか、図３（ｂ）に示すように、矩形波電圧の２周期ごとに電圧供給線２０ａもしくは２０ｂに交互に切り替えるか、あるいは図３（ｃ）に示すように、矩形波電圧の間に電圧休止期間を設け、この電圧休止期間でスイッチング素子２２による切り替え行うなどの手段がある。なお、電圧休止期間でスイッチング素子２２による切り替え行う方式の場合は、スイッチング素子２２の切り替えに遅れが生じても対応できる。
【００２２】
また、上記切り替え点灯駆動においては、ガラス管１６の長さ（蛍光ランプの長さ）と、電源２１の出力電圧との関係は、図４の直線Ａに示すごとく、従来品（直線ａ）に対し、比較的低く設定できるので、内部電極１８ａ，１８ｂスパッタリングによる摩耗なども抑制され、ランプの長寿命化が図られる。さらに、ガラス管１６の長さ（蛍光ランプの長さ）と、内部電極１８ａ，１８ｂ個々に流れる電流との関係は、図５の直線Ｂで示すように、従来品（直線ｂ）に比較して大きく改善されている。また、内部電極１８ａ，１８ｂ近傍の管壁温度の上昇も抑制され、周辺部に熱的な悪影響を及ぼす恐れも低減する。
【００２３】
図６（ａ），（ｂ）は、第２の実施例に係る蛍光ランプの点灯手段の概略構成及び駆動動作を説明するための模式図である。図６（ａ），（ｂ）において、蛍光ランプ１４の構成は、周期的な交流電圧を発生する電源２１を内部電極１８ａ，１８ｂごとに設置した他、基本的に、第１の実施例の場合と同様なので構成の詳細な説明を省略する。すなわち、第２の実施例の場合は、内部電極１８ａ，１８ｂは、電圧給電線２０ａ，２０ｂを介して交流電圧（矩形波電圧）を発生する電源２１ａ，２１ｂの高圧側に周期的な切り替えが可能に接続している。さらに、外部電極１９のリード端子１９ａは、電圧給電線２０ｃを介して交流電圧（矩形波電圧）を発生する電源２１ａ，２１ｂの低圧側に接続された構成を採っている。
【００２４】
第２の実施例に係る蛍光ランプ１４は、たとえば電圧供給線２０ａ及びリード端子１７ａを介して内部電極１８ａに電源２１ａの高電圧側の交流電圧を、また、電圧供給線２０ｃ及びリード端子１９ａを介して外部電極１９に低電圧側の交流電圧をそれぞれ選択的に印加すると、両電極１８ａ、１９による放電が開始し、ガラス管１６内の内部電極１８ａ側で拡散陽光柱が発生し、主としてこの拡散陽光柱領域で紫外線がガラス管１６内壁面の蛍光体皮膜１５によって可視光線に変換される。一方、電圧供給線２０ｂ及びリード端子１７ｂを介して内部電極１８ｂに電源２１ｂの高電圧側の交流電圧を、また、電圧供給線２０ｃ及びリード端子１９ａを介して外部電極１９に低電圧側の交流電圧をそれぞれ選択的に印加すると、両電極１８ｂ、１９による放電が開始し、ガラス管１６内の内部電極１８ｂ側で拡散陽光柱が発生し、主としてこの拡散陽光柱領域で紫外線がガラス管１６内壁面の蛍光体皮膜１５によって可視光線に変換される。つまり、周期的に電源２１ａ，２１ｂの高電圧側の交流電圧を内部電圧１８ａ，１８ｂに交互に切り替え印加すると、あたかもガラス管１６の全長に亘って拡散陽光柱が形成され、前記図２に示すように全長に亘って一様な明るさ・輝度が得られる。
【００２５】
なお、電源２１ａ，２１ｂの高電圧側交流電圧の内部電圧１８ａ，１８ｂに対する交互切り替えのタイミングは、電源２１ａ，２１ｂが同時に出力しないように位相制御して行う。すなわち、電源２１ａ，２１ｂの電圧波形は、たとえば図７に示すように、それぞれ矩形の交流電圧が所定の周期で間歇的に発生し、それらの発生タイミングは、電源２１ａが交流電圧を発生している期間中は電源２１ｂは交流電圧の発生を停止している。また、逆に、電源２１ａが交流電圧の発生を停止している期間中は、電源２１ｂは交流電圧を発生している。このように、電源２１ａ，２１ｂの電圧波形は、その完結的発生の位相が互いに異なっている。
【００２６】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を採ることができる。たとえば、蛍光ランプの寸法・形状、印加する矩形波電圧、内部電極の形状・材質・配置、外部電極の形状・材質・配置など使用状態に応じて適宜選択してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、一方の内部電極と外部電極との間の放電、及び他方の内部電極と外部電極との間の放電で、長い放電空間を分担させ、かつ周期的に交互に所要の拡散陽光柱を発生させる構成を採って、目視的には、全長に亘って一様な発光が得られる。つまり、１個の内部電極が担当する発光長が短く設定される。したがって、低い電圧で長尺のランプの均一な発光が確保でき、また、１個の内部電極に対して流す管電流（消費電流）も低減できるので、収縮陽光柱の発生抑制（輝度低下の回避）、点灯時における内部電極の消耗抑制（長寿命化）、内部電極近傍の管壁温度の低減化などが図られる。すなわち、液晶表示装置（表示パネル）の大形化に充分対応でき、かつ高品質な画像表示が可能なバックライト機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は第１の実施例に係る蛍光ランプ点灯方式の概略構成及び動作を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施例に係る蛍光ランプ点灯手段によるランプ長方向における輝度分布を示す特性図。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第１の実施例に係る蛍光ランプ点灯手段における内部電極に周期的に印加する矩形波電圧の変形例を示すタイミングチャート図。
【図４】第１の実施例に係る蛍光ランプ点灯手段における電源電圧とランプ長との関係を従来の点灯手段の場合と比較して示す特性図。
【図５】第１の実施例に係る蛍光ランプ点灯手段における内部電極１個に流れる電流とランプ長との関係を従来の点灯手段の場合と比較して示す特性図。
【図６】（ａ），（ｂ）は第２の実施例に係る蛍光ランプ点灯方式の概略構成及び動作を模式的に示す断面図。
【図７】第２の実施例に係る蛍光ランプ点灯手段における内部電極に周期的に印加する矩形波電圧の変形例を示すタイミングチャート図。
【図８】従来の蛍光ランプ点灯手段の概略構成を示す断面図。
【図９】従来の蛍光ランプ点灯手段における拡散陽光柱の発生状態を模式的に示す断面図。
【図１０】従来の蛍光ランプ点灯手段によるランプ長方向における輝度分布を示す特性図。
【符号の説明】
１５……蛍光体被膜
１６……ガラス管
１７ａ，１７ｂ……内部電極用リード端子
１８ａ，１８ｂ……内部電極
１９……外部電極
１９ａ……外部電極リード端子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ……電圧供給線
２１……電源
２２……切り替えスイッチ素子
【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】
2004127540.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004127540.tif 000011
【図１０】
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