(57)【要約】高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを提供する。誘電体バリア放電ランプ(１００)の外部電極(１４)と気密容器１０の距離ｄは、内部電極(１３)から気密容器の長手方向に離間するほど短くなる。外部電極(１４)の単位長さ当たりの面積Ｓは、内部電極(１３)から気密容器(１０)の長手方向に離間するほど狭くなる。気密容器(１０)と外部電極(１４)との間で形成される静電容量Ｃは、気密容器(１０)の長手方向に略一定、または長手方向に離間するにつれて小さくなる。
2007122858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気密容器と、  前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、  前記気密容器の内部に配置された内部電極と、  前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極と  を備え、  前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、  前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ  前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記内部電極近傍における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳとし、  前記内部電極遠方における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ’、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳ’としたとき、  Ｓ／ｄ≧Ｓ’／ｄ’  が成り立つことを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプと、  前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シート類と、  前記光学シート類に積み重ねて配置された液晶パネルと  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、一般照明用光源、ファクシミリ、複写機等における原稿照明用光源、液晶パネルのバックライト用光源等の光源装置として利用される誘電体バリア放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、バックライト用光源等に使用されるランプないしは光源装置として、放電媒体として水銀を用いるランプ（以下、有水銀ランプと言う）の研究に加え、水銀を用いないランプ（以下、無水銀ランプと言う）の研究が盛んに行われている。無水銀ランプの光源装置は、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】  無水銀ランプの光源装置としては、放電媒体として希ガスが封入された管状の気密容器と、気密容器の内部に配置された内部電極と、気密容器の外部に配置された外部電極を有するものが知られている。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る。しかしながら、このような内部−外部電極方式の誘電体バリア放電ランプでは、ランプの長手方向に輝度が不均一になるという課題があった。【０００４】  ランプの長手方向の輝度均斉度を改善するために、種々の検討がなされてきた。例えば、特許文献１では、気密容器と外部電極との間で形成される静電容量を、内部電極から長手方向に離間するにしたがって大きくすることで均斉度を改善している。図１０に特許文献１に開示された構成の一例を示す。放電容器１は、細長い透光性気密容器１ａ、透光性気密容器１ａの一方の端部に封着された導入線１ｂ、導入線１ｂの先端に形成されて透光性気密容器１ａ内に封着された内部電極１ｃ、蛍光体層１ｄおよび透光性気密容器１ａ内の放電空間１ｅに封入された希ガスを主体とする放電媒体からなる。誘電体層２は、透光性気密容器１の外周面に添接されており、内部電極１ｃに近い方が誘電率は小さくて、内部電極１ｃから離間するにしたがって誘電率が大きくなっている。これにより、内部電極から長手方向に離間するにしたがって、静電容量を大きくする構成を実現している。また、外部電極３は金属箔からなり、誘電体層２の外面に円弧状に貼着されている。【０００５】  図１１は、上述の構成におけるランプの発光強度分布を示すグラフである。図１１において、横軸は放電ランプの軸方向の位置を示し、図中Ａは内部電極側の端部、Ｂは内部電極から離間した方の端部である。縦軸は発光強度（相対値）を示している。また、実線の曲線Ｃは、内部電極から長手方向に離間するにしたがって容量を大きくした構成で、破線の曲線Ｄは長手方向に容量が略一定の構成における測定結果を示す。グラフから明らかなように、内部電極から長手方向に離間するにしたがって容量を大きくすることで、輝度均斉度の改善が実現されている。【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２５９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、本願発明者の実験結果から、特許文献１の構成では輝度均斉度は改善するものの、効率は低下することが判明した。特に、ランプを長尺化するほど、効率低下の傾向は顕著であった。本発明は、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明の第１の態様は、少なくとも１つの気密容器と、前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、前記気密容器の内部に配置された内部電極と、前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極とを備え、前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプを提供する。【０００９】  具体的には、前記内部電極近傍における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳとし、前記内部電極遠方における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ’、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳ’としたとき、Ｓ／ｄ≧Ｓ’／ｄ’が成り立つことを特徴とする。【００１０】  本発明の第２の態様は、前述の誘電体バリア放電ランプと、前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シート類と、前記光学シート類に積み重ねて配置された液晶パネルとを備える液晶表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】  気密容器と外部電極との距離を内部電極から気密容器の長手方向に離間するのに伴って傾斜ないしは変化させ、発光管と外部電極との間の空間で形成される静電容量が気密容器の長手方向に略一定、あるいは、内部電極から気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくした構成により、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図３】比較例１の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図４】比較例２の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図５】実施例および比較例における輝度分布を示すグラフ。
【図６】実施例および比較例における効率分布を示すグラフ。
【図７】輝度測定装置を示し、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）はＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図。
【図８】効率の測定方法を示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図９】Ｖ−Ｑリサージュ波形図。
【図１０】従来の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図。
【図１１】従来の誘電体バリア放電ランプにおける発光強度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００１３】  １０  気密容器  １１  蛍光体層  １２  放電媒体  １３，１３Ａ，１３Ｂ  内部電極  １４  外部電極  １５  空気層  １６  駆動回路  １７  コンデンサ  １８Ａ，１８Ｂ  保持部材  ２０  拡散板  ２１  拡散シート  ２２  プリズムシート  ２３  偏光シート  ２４  筐体  ２６  液晶表示装置  ２７  バックライト装置  ２８  液晶パネル  ４０  保持台  ４１  直動案内レール  ４２  モータ  ４３  スライダ  ４４  連結アーム  ４５  ヘッド保持部  ４６  受光ヘッド  ４７  自動光路切換器  ４８  光ファイバー  ４９  照度計  ５１Ａ，５１Ｂ  電圧プローブ  １００  ランプ  Ｌ  管軸
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  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。【００１５】（第１実施形態）  図１に本発明の第１実施形態に係る誘電体バリア放電ランプ（以下、単にランプと略称する。）１００を示す。図１（Ａ）は縦断面図で、図１（Ｂ）は外部電極の平面図である。本実施形態におけるランプ１００は、後に詳述するように液晶表示装置２６のバックライト装置２７の一部を構成している。【００１６】  本実施形態のランプ１００は、断面円形で細長い円筒状であって透光性を有する気密容器１０、気密容器１０の内側に形成された蛍光体層１１、および気密容器１０の内部に封入された希ガスを主体とする放電媒体１２を備える。また、気密容器１０の内部の一方の端部に短円柱状の内部電極１３が封着されている。さらに、気密容器１００の外部には平板状の外部電極１４が配置されている。外部電極１４は気密容器１０の長手方向（気密容器１０の軸線ないしは管軸Ｌが延びる方向）に沿って延びる細長い平板状である。外部電極１４は、シリコンゴムのような絶縁材料からなる保持部材１８Ａ，１８Ｂにより、気密容器１００に対して間隔を空けて配置されている。このランプ１００と外部電極１４の間の空間には空気層１５を設けている。ランプ１００の内部電極１３と外部電極１４との間に駆動回路１６で高電圧を印加することにより、放電媒体１２に誘電体バリア放電を起こし発光させる。外部電極１４の表面に鏡面反射処理を施し、外部電極１４の表面に高反射シートを設置しなくても高い出射光量を得られるようにすることが好ましい。【００１７】  外部電極１４と気密容器１０の距離ｄは、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど小さくなるように設定している。具体的には、図１（Ａ）に示すように、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄは、内部電極１３近傍における距離ｄよりも、内部電極１３遠方における距離ｄ‘の方が小さくなっている。つまり、ｄ＞ｄ’という関係が成り立つ。特に本実施形態では、外部電極１４は気密容器１０と対向する面が平坦な平板からなり、気密容器１０の管軸Ｌに対して外部電極１４を傾けて配置することにより、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど距離ｄが小さくなるようにしている。従って、距離ｄは内部電極１３からの気密容器１０の長手方向の距離ｘに比例して減少している。ただし、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど小さくなる限り、距離ｄは距離ｘに比例して減少する必要は必ずしもない。【００１８】  外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓは、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど狭くなるように設定している。具体的には、図１（Ｂ）に示すように、外部電極１４の単位長さ（気密容器１０の長手方向の単位寸法）当たりの面積Ｓ（幅ｗ）は、内部電極１３近傍における面積Ｓ（幅ｗ）よりも、内部電極１３遠方における面積Ｓ’（幅ｗ’）の方が狭くなっている。つまり、Ｓ＞Ｓ’（ｗ＞ｗ’）という関係が成り立つ。特に本実施形態では、外部電極１４の平面視での両側縁１４ｃ，１４ｄは直線状であり、外部電極１４の幅ｗは内部電極１３からの気密容器１０の長手方向の距離ｘに比例して減少している。ただし、内部電極１��から気密容器１０の長手方向に離間するほど狭くなる限り、外部電極１４の幅ｗは距離ｘに比例して減少する必要は必ずしもない。【００１９】  また、外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと、外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓとは、前述の空気層１５の静電容量が気密容器１０の長手方向に略一定、あるいは内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて小さくなるように設定している。一般に静電容量は面積に比例して距離に反比例するので、内部電極１３近傍における距離ｄ、面積Ｓと、内部電極１３遠方における、距離をｄ’、面積Ｓ’は例えば以下の関係式（１）を満たすように設定される。【００２０】
【数１】
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【００２１】  外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓを以上のように設定することにより、後に具体的な実施例を参照して詳述するように、効率を低下させることなく、誘電体バリア放電ランプの輝度均斉度を向上できる。【００２２】  本実施形態のランプ１００は、液晶表示装置２６用の面光源デバイスであるバックライト装置２７の一部を構成し、拡散板２０の背面側に配置されている。図１において紙面に対して垂直な方向に複数のランプ１００が気密容器１０が互いに平行となる姿勢配置されている。拡散板２０の前面には、光を散乱させるための拡散シート２１、放射される光の方位を限定するためのプリズムシート２２、および放出される光の偏光を制限する偏光シート２３が積層状態で配置されている。ランプ１００、拡散板２０、およびシート２１〜２３は筐体２４内に収容されている。偏光シート２３の前面に液晶パネル２８が配置されている。ランプ１００の発する光は、拡散板２０の前面から出射し、シート２１〜２３を透過して液晶パネル２８を背面側から照射する。【００２３】（第２実施形態）  第１実施形態では、単一の内部電極１３が気密容器１０の一端にのみ封着されているが、図２に示す第２実施形態では、２個の内部電極１３Ａ，１３Ｂがあり、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ気密容器１０の内部両端に封着されている。外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと、外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓ（幅ｗ）とは、第１実施形態と同様に設定されている。具体的には、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂから気密容器１０の長手方向の中央部に向けて離間するのに伴って、距離ｄと面積Ｓの両方が減少している。また、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂについて、前述の式（１）の関係が成立する。【００２４】  第２実施形態のその他の構成および作用は第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。
【実施例】
【００２５】  図１に示す第１実施形態のランプ１００を実際に２種類（実施例１，２）製作して輝度分布と効率分布を測定する実験を行った。また、比較のために従来のランプ（図３に示す比較例１と図４に示す比較例２）を製作し、同様に輝度分布と効率分布を測定した。【００２６】  以上の構成については、実施例１，２および比較例１，２について共通とした。気密容器１０として、ホウケイ酸ガラスで形成された断面構造が概ね円形形状の直管を用いた。直管の内径は２．０ｍｍ、外径は３．０ｍｍ、長さは３５０ｍｍであった。蛍光体層１１は、青色蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、緑色蛍光体ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、および、赤色蛍光体（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕを混合したものを気密容器１０の内表面に形成した。放電媒体１２としては、キセノン６０％とアルゴン４０％との混合ガスを２０ｋＰａ封入した。内部電極１３はニッケルで形成し、外部電極１４はアルミニウムで形成した。【００２７】  実施例１，２および比較例１，２は以下に詳述するように気密容器１０と外部電極１４との距離ｄ、および外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓ（幅ｗ）が互いに異なる。表１に具体的な数値を示す。【００２８】
【表１】
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【００２９】  図１および表１を参照すると、実施例１，２はいずれも、長手方向に距離ｄおよび面積Ｓ（幅ｗ）を傾斜させ、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて、距離ｄおよび面積Ｓ（幅ｗ）を小さくしている。【００３０】  実施例１のランプ１００は、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するのに伴って距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方を小さくすることで、空気層１５の静電容量が気密容器１０の長手方向に略一定の構成とした。具体的には内部電極１３近傍でｄ＝３．１ｍｍ、ｗ＝１５ｍｍであるのに対して、内部電極１３遠方でｄ’＝２．１ｍｍ、ｗ’＝１０ｍｍである。ｗ／ｄ＝ｗ’／ｄ’（Ｓ／ｄ＝Ｓ’／ｄ’）の関係が成り立っており、内部電極１３の近傍部と遠方部での静電容量は略一定である。【００３１】  実施例２のランプ１００は、実施例１と同様に内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するのに伴って距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方を小さくする構成とした。ただし、内部電極１３の遠方部での面積Ｓ’（幅ｗ’）を実施例１よりも小さくすることで、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて空気層１５の静電容量が小さくなる構成とした。具体的には、内部電極１３近傍でｄ＝３．１ｍｍ、ｗ＝１５ｍｍ、内部電極１３遠方ではｄ’＝２．１ｍｍ、ｗ’＝５ｍｍであり、ｗ／ｄ＞ｗ’／ｄ’（Ｓ／ｄ＞Ｓ’／ｄ’）の関係が成り立っているので、内部電極１３の近傍部よりも遠方部で静電容量が小さい。【００３２】  比較例１のランプ１００は、図３に示すように、気密容器１０の長手方向に距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方が一定となる構成とし、気密容器１０の長手方向に静電容量を一定とした。この比較例１は前述の図１１において符号Ｄで示すランプに相当する。具体的には、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄはｄ＝ｄ’＝３．１ｍｍ、外部電極１４の幅ｗはｗ＝ｗ’＝１５ｍｍとした。【００３３】  比較例２のランプ１００は、図４に示すように、気密容器１０の長手方向に距離ｄを傾斜させ、内部電極１３から離間するにつれ距離ｄが小さくする構成とした。一方、面積Ｓ（幅ｗ）は気密容器１０の長手方向に一定とした。距離ｄと面積Ｓをこのように設定したことにより、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにしたがって空気層１５の静電容量を大きくしている。この比較例２は、前述の図１１において符号Ｃで示すランプに相当する。具体的には、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄは、内部電極近傍でｄ＝３．１ｍｍ、内部電極遠方でｄ’＝２．１ｍｍである。また、外部電極の幅はｗ＝ｗ’＝１５ｍｍで長手方向に一定である。【００３４】  実施例１，２および比較例１，２のランプを、駆動回路１６としての高圧パルス電源（ハイデン研究所製：ＳＢＰ−５Ｋ−ＨＦ−１）により点灯させ、長手方向の輝度および効率の測定を行った。測定時の駆動波形は、正負交番の矩形であり、電圧はｐ−ｐ値が数ｋＶであった。図５に内部電極１３からの長手方向の距離と輝度の関係、図６に内部電極１３からの長手方向の距離と効率の結果を示している。いずれも内部電極１３から長手方向に４０ｍｍ離れた点Ａと３２０ｍｍ離れた点Ｂの２点での測定を行った。なお、輝度や効率の具体的な測定方法は後に詳述する。【００３５】  まず、実施例１，２と比較例２（図４）との測定結果を比較する。図５から、実施例１，２は比較例２と同等ないしは大きく変わらない輝度分布となっている。また、図６から、実施例１，２の効率分布は、比較例２と比較して改善していることがわかる。改善率は、Ｂ点において実施例１，２は比較例２よりも、それぞれ約９％、約２５％改善している。すなわち、効率分布の改善の程度は、ｗ／ｄ＝ｗ’／ｄ’の構成（気密容器１０の長手方向で静電容量が略一定の構成）よりも、ｗ／ｄ＞ｗ’／ｄ’の構成（内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて、静電容量が小さくなる構成）でより顕著になる。【００３６】  続いて、実施例１，２と比較例１（図３）との測定結果を比較する。図５から、実施例１，２の輝度分布が比較例１と比較して、大幅に改善していることがわかる。また、図６から、実施例１，２は比較例１と同等以上の効率分布を有することがわかる。【００３７】  以上の測定結果から、実施例１，２のように、内部電極１３から離れるにつれて（ａ）外部電極１４と気密容器１００との距離ｄを短くなり、かつ（ｂ）静電容量が等しいか、あるいは、小さくなるように外部電極１４の単位長さ当たりの面積を狭めた構成を採用することにより、輝度分布を改善しつつ、かつ効率を大幅に改善することができる。換言すれば、かかる構成により、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを実現できる。【００３８】  比較例２と実施例２，３はいずれも比較例１と比べて輝度分布が大幅に改善されているが（図５）、実施例２，３と比較して比較例２は効率が低い（図５）。以下にこの原因について推測する。【００３９】  一般に誘電体バリア放電においては、ランプ電流密度が少ない程効率が高いことが知られている。ここで比較例２のランプ１００の点Ａと点Ｂとにおける仮想的なコンデンサを考える。Ｂ点では気密容器１０と外部電極１４の距離ｄ’がＡ点での距離ｄよりも短く、かつ、幅ｗ（単位長さ当たりの面積Ｓ）は点Ａと点Ｂとで同じである。コンデンサの静電容量は面積に比例し、電極間距離に反比例するので、点Ａより点Ｂの方が単位長さ当たりの静電容量が大きくなる。このことは、点Ｂの方が点Ａよりも多くの電荷を蓄え、気密容器１０の断面が一定であるとすると、点Ｂから発生するランプ電流密度の方が点Ａから発生するランプ電流密度よりも多くなることを意味する。その結果、比較例２で点Ｂの効率が点Ａの効率よりも低下していると推測される。これに対して、実施例１，２では、点Ａから点Ｂに向かって気密容器１０と外部電極１４のとの距離ｄを短くするだけでなく、外部電極１４の幅ｗも狭くして（外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓを小さくして）、点Ａと点Ｂで静電容量を略一定（実施例１）とし、または点Ａよりも点Ｂの方が静電容量が小さくしている（実施例２）。このことは、点Ｂから発生するランプ電流密度が点Ａから発生するランプ電流密度と等しいか、または小さくなることを意味する。その結果、実施例１，２ではＢ点の効率がＡ点の効率に対して殆ど低下しないと推測される。【００４０】  前述のように、比較例１と比較して実施例１，２では輝度分布が改善されている。比較例１では点Ａと点Ｂで外部電極１４と気密容器１０の距離ｄが同一であり、内部電極１３からの距離が離れているＢ点の電界強度は、内部電極１３に近いＡ点での電界強度と同一である。これに対して実施例１，２では、点Ａから点Ｂに向けて外部電極１４と気密容器１０の距離ｄが減少しており、内部電極１３から離れるにつれて電界強度が高くなる。実施例１，２の輝度分布の改善は、この気密容器１０の長手方向の電界強度の分布に起因するものと推測される。【００４１】  次に、輝度分布の測定方法について具体的に説明する。図７は本実施例で使用した輝度測定装置を示す。この輝度測定装置は、点灯状態のランプ１００をその上に保持する水平方向に延びる細長い保持台４０と、この保持台４０と平行（ランプ１００の気密容器１０の管軸Ｌに平行）に延びる直動案内レール４１を備える。直動案内レール４１上には、モータ４２で駆動されることで往復移動可能なスライダ４３が配置されている。スライダ４３には、連結アーム４４を介して半円環状のヘッド保持部４５が連結されている。ヘッド保持部４５の中心軸は保持台４０上のランプ１００の管軸Ｌと一致している。ヘッド保持部４５には、ランプ１００の気密容器１０を周方向に取り囲むように１２個の受光ヘッド４６が配置されている。自動光路切換器４７は、１２個の受光ヘッド４６のうち光ファイバー４８を介して照度計４９に光線を入射させるものを順次切り換える。これにより管軸Ｌ上の一つの位置でのランプ１００の輝度を測定できる。また、スライダ４３と共にヘッド保持部４５を管軸Ｌ上の任意の位置に移動できるので、管軸Ｌ上の任意の位置でのランプ１００の輝度を測定できる。さらに、管軸Ｌ上の個々の位置でのランプ１００の周方向の輝度を加算（積分）することにより、相対的なランプ１００の全光束値が得られる。【００４２】  次に、効率分布の測定方法について具体的に説明する。図６のようにランプの軸線方向の各位置における効率を測定する方法は確立されておらず、これまで測定は困難であった。本願発明者は、各位置での電力を簡易に測定する方法を新たに考案し、図６のように各位置での効率を測定することを可能にした。図８に本願発明者が考案した測定方法の原理を示す。効率を測定したい部位の外部電極１４を分割して１４ｂとし、残りの部分を１４ａとする。測定部位の外部電極１４ｂに直列にコンデンサ１７を接続する。電圧プローブ５１Ａを内部電極１３とコンデンサ１７間に、電圧プローブ５１Ｂをコンデンサ１７の両端にそれぞれ接続する。ランプ１００への影響を小さくするために、コンデンサ１７はランプ１００に比べて静電容量が十分大きいものを使用する。図６の測定の際には、ランプ１００の静電容量が数１０ｐＦ程度であるのに対し、コンデンサ１７の容量は数１０ｎＦ程度であった。駆動回路１６によってランプ１００、コンデンサ１７間に高電圧を印加しランプ１００を点灯させた状態で、電圧Ｖ１およびＶ２を測定する。測定した電圧Ｖ１およびＶ２より、ランプ１００に印加されている電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２）を算出する。また、コンデンサ１７の静電容量Ｃと電圧Ｖ２より、測定部位に蓄えられる電荷Ｑ＝Ｃ×Ｖ２を算出する。このように求めた電圧Ｖ、電荷Ｑをそれぞれ縦軸、横軸としたＶ−Ｑリサージュ図を図９に示す。ランプ電力は、図９において線図で囲まれている面積（駆動回路１６により印加される交番電圧の１周期に対応する面積）に相当し、以下の式（２）により求まる。【００４３】
【数２】
2007122858.tif 000005
【００４４】また、同時に前述の輝度測定装置（図８）を用いて測定部位の光出力を測定すれば、以下の式（３）によって測定部位の効率を計算できる。【００４５】
【数３】
2007122858.tif 000006
【００４６】  以上の手法により、管軸Ｌ上の各位置における効率を測定することが可能となる。その結果、比較例２（図４）の構成では内部電極１３に対して遠方の点Ｂで効率が低下していることを明らかにすることができた。また、本発明の構成（実施例１，２）によって高い輝度均斉度を維持しつつ効率分布を改善できることが確認できた。【００４７】  以下、前述の第１実施形態（実施例１、２）および第２実施形態の代案について説明する。【００４８】  気密容器１０はホウケイ酸ガラスで形成された直管状のものを用いたが、これに限定されない。例えば、気密容器１０の材質は、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラスであってもよい。また、形状も直管に限らず、例えば、Ｌ字状、Ｕ字状、Ｔ字状または矩形状等であってもよい。【００４９】  蛍光体１１の種類は、限定されず、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他の材料であってもよい。【００５０】  放電媒体１２は、希ガスを主体とした１種類以上のガスであれば良く、実施形態のものに限定されない。気密容器１０に封入されているガスの圧力、すなわち、気密容器１０の内部の圧力は０．１ｋＰａ〜７６ｋＰａ程度であれば良い。【００５１】  内部電極１３は、ニッケルだけでなく、例えばタングステン、ニオブなどの金属で形成できる。内部電極１３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。【００５２】  外部電極１４は、アルミに限らず、銅、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性構造物等で形成できる。さらに、外部電極１４は鏡面反射処理の施されているものを使用することにより、外部電極１４の表面に高反射シートを設置しなくても、光源装置から高い出射光量を望むことができる。外部電極１４と気密容器１０との距離を隔て保持する手段も実施形態の保持部材１８Ａ，１８Ｂに特に限定されない。外部電極１４は厚みが一定の平板状に限定されない。外部電極１４は長手方向に静電容量を等価にするか、もしくは、内部電極１３から離間するにつれて静電容量を小さくすることが重要であり、外部電極１４の形状には依存しない。外部電極１４と気密容器１０との間は空気層１５に限定されず、他の気体や固体が充填されていてもよい。【００５３】  本発明に係るランプは、液晶表示装置２６のバックライト装置２７に限定されず、一般照明用光源、ファクシミリ、複写機等における原稿照明用光源等にも利用できる。
【図１】
2007122858.tif 000007
【図２】
2007122858.tif 000008
【図３】
2007122858.tif 000009
【図４】
2007122858.tif 000010
【図５】
2007122858.tif 000011
【図６】
2007122858.tif 000012
【図７】
2007122858.tif 000013
【図８】
2007122858.tif 000014
【図９】
2007122858.tif 000015
【図１０】
2007122858.tif 000016
【図１１】
2007122858.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月13日(2007.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気密容器と、
前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、
前記気密容器の内部に配置された内部電極と、
前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極と
を備え、
前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、
前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ
前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記内部電極近傍における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳとし、
前記内部電極遠方における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ’、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳ’としたとき、
Ｓ／ｄ≧Ｓ’／ｄ’
が成り立つことを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプと、
前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シート類と、
前記光学シート類に積み重ねて配置された液晶パネルと
を備える液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般照明用光源、ファクシミリ、複写機等における原稿照明用光源、液晶パネルのバックライト用光源等の光源装置として利用される誘電体バリア放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バックライト用光源等に使用されるランプないしは光源装置として、放電媒体として水銀を用いるランプ（以下、有水銀ランプと言う）の研究に加え、水銀を用いないランプ（以下、無水銀ランプと言う）の研究が盛んに行われている。無水銀ランプの光源装置は、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】
無水銀ランプの光源装置としては、放電媒体として希ガスが封入された管状の気密容器と、気密容器の内部に配置された内部電極と、気密容器の外部に配置された外部電極を有するものが知られている。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る。しかしながら、このような内部−外部電極方式の誘電体バリア放電ランプでは、ランプの長手方向に輝度が不均一になるという課題があった。
【０００４】
ランプの長手方向の輝度均斉度を改善するために、種々の検討がなされてきた。例えば、特許文献１では、気密容器と外部電極との間で形成される静電容量を、内部電極から長手方向に離間するにしたがって大きくすることで均斉度を改善している。図１０に特許文献１に開示された構成の一例を示す。放電容器１は、細長い透光性気密容器１ａ、透光性気密容器１ａの一方の端部に封着された導入線１ｂ、導入線１ｂの先端に形成されて透光性気密容器１ａ内に封着された内部電極１ｃ、蛍光体層１ｄおよび透光性気密容器１ａ内の放電空間１ｅに封入された希ガスを主体とする放電媒体からなる。誘電体層２は、透光性気密容器１の外周面に添接されており、内部電極１ｃに近い方が誘電率は小さくて、内部電極１ｃから離間するにしたがって誘電率が大きくなっている。これにより、内部電極から長手方向に離間するにしたがって、静電容量を大きくする構成を実現している。また、外部電極３は金属箔からなり、誘電体層２の外面に円弧状に貼着されている。
【０００５】
図１１は、上述の構成におけるランプの発光強度分布を示すグラフである。図１１において、横軸は放電ランプの軸方向の位置を示し、図中Ａは内部電極側の端部、Ｂは内部電極から離間した方の端部である。縦軸は発光強度（相対値）を示している。また、実線の曲線Ｃは、内部電極から長手方向に離間するにしたがって容量を大きくした構成で、破線の曲線Ｄは長手方向に容量が略一定の構成における測定結果を示す。グラフから明らかなように、内部電極から長手方向に離間するにしたがって容量を大きくすることで、輝度均斉度の改善が実現されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２５９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本願発明者の実験結果から、特許文献１の構成では輝度均斉度は改善するものの、効率は低下することが判明した。特に、ランプを長尺化するほど、効率低下の傾向は顕著であった。本発明は、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、少なくとも１つの気密容器と、前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、前記気密容器の内部に配置された内部電極と、前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極とを備え、前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプを提供する。
【０００９】
具体的には、前記内部電極近傍における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳとし、前記内部電極遠方における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ’、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳ’としたとき、Ｓ／ｄ≧Ｓ’／ｄ’が成り立つことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、前述の誘電体バリア放電ランプと、前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シート類と、前記光学シート類に積み重ねて配置された液晶パネルとを備える液晶表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
気密容器と外部電極との距離を内部電極から気密容器の長手方向に離間するのに伴って傾斜ないしは変化させ、発光管と外部電極との間の空間で形成される静電容量が気密容器の長手方向に略一定、あるいは、内部電極から気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくした構成により、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る誘電体バリア放電ランプ（以下、単にランプと略称する。）１００を示す。図１（Ａ）は縦断面図で、図１（Ｂ）は外部電極の平面図である。本実施形態におけるランプ１００は、後に詳述するように液晶表示装置２６のバックライト装置２７の一部を構成している。
【００１４】
本実施形態のランプ１００は、断面円形で細長い円筒状であって透光性を有する気密容器１０、気密容器１０の内側に形成された蛍光体層１１、および気密容器１０の内部に封入された希ガスを主体とする放電媒体１２を備える。また、気密容器１０の内部の一方の端部に短円柱状の内部電極１３が封着されている。さらに、気密容器１００の外部には平板状の外部電極１４が配置されている。外部電極１４は気密容器１０の長手方向（気密容器１０の軸線ないしは管軸Ｌが延びる方向）に沿って延びる細長い平板状である。外部電極１４は、シリコンゴムのような絶縁材料からなる保持部材１８Ａ，１８Ｂにより、気密容器１００に対して間隔を空けて配置されている。このランプ１００と外部電極１４の間の空間には空気層１５を設けている。ランプ１００の内部電極１３と外部電極１４との間に駆動回路１６で高電圧を印加することにより、放電媒体１２に誘電体バリア放電を起こし発光させる。外部電極１４の表面に鏡面反射処理を施し、外部電極１４の表面に高反射シートを設置しなくても高い出射光量を得られるようにすることが好ましい。
【００１５】
外部電極１４と気密容器１０の距離ｄは、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど小さくなるように設定している。具体的には、図１（Ａ）に示すように、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄは、内部電極１３近傍における距離ｄよりも、内部電極１３遠方における距離ｄ‘の方が小さくなっている。つまり、ｄ＞ｄ’という関係が成り立つ。特に本実施形態では、外部電極１４は気密容器１０と対向する面が平坦な平板からなり、気密容器１０の管軸Ｌに対して外部電極１４を傾けて配置することにより、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど距離ｄが小さくなるようにしている。従って、距離ｄは内部電極１３からの気密容器１０の長手方向の距離ｘに比例して減少している。ただし、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど小さくなる限り、距離ｄは距離ｘに比例して減少する必要は必ずしもない。
【００１６】
外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓは、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するほど狭くなるように設定している。具体的には、図１（Ｂ）に示すように、外部電極１４の単位長さ（気密容器１０の長手方向の単位寸法）当たりの面積Ｓ（幅ｗ）は、内部電極１３近傍における面積Ｓ（幅ｗ）よりも、内部電極１３遠方における面積Ｓ’（幅ｗ’）の方が狭くなっている。つまり、Ｓ＞Ｓ’（ｗ＞ｗ’）という関係が成り立つ。特に本実施形態では、外部電極１４の平面視での両側縁１４ｃ，１４ｄは直線状であり、外部電極１４の幅ｗは内部電極１３からの気密容器１０の長手方向の距離ｘに比例して減少している。ただし、内部電極１４から気密容器１０の長手方向に離間するほど狭くなる限り、外部電極１４の幅ｗは距離ｘに比例して減少する必要は必ずしもない。
【００１７】
また、外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと、外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓとは、前述の空気層１５の静電容量が気密容器１０の長手方向に略一定、あるいは内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて小さくなるように設定している。一般に静電容量は面積に比例して距離に反比例するので、内部電極１３近傍における距離ｄ、面積Ｓと、内部電極１３遠方における、距離をｄ’、面積Ｓ’は例えば以下の関係式（１）を満たすように設定される。
【００１８】
【数１】
2007122858.tif 000018
【００１９】
外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓを以上のように設定することにより、後に具体的な実施例を参照して詳述するように、効率を低下させることなく、誘電体バリア放電ランプの輝度均斉度を向上できる。
【００２０】
本実施形態のランプ１００は、液晶表示装置２６用の面光源デバイスであるバックライト装置２７の一部を構成し、拡散板２０の背面側に配置されている。図１において紙面に対して垂直な方向に複数のランプ１００が気密容器１０が互いに平行となる姿勢で配置されている。拡散板２０の前面には、光を散乱させるための拡散シート２１、放射される光の方位を限定するためのプリズムシート２２、および放出される光の偏光を制限する偏光シート２３が積層状態で配置されている。ランプ１００、拡散板２０、およびシート２１〜２３は筐体２４内に収容されている。偏光シート２３の前面に液晶パネル２８が配置されている。ランプ１００の発する光は、拡散板２０の前面から出射し、シート２１〜２３を透過して液晶パネル２８を背面側から照射する。
【００２１】
（第２実施形態）
第１実施形態では、単一の内部電極１３が気密容器１０の一端にのみ封着されているが、図２に示す第２実施形態では、２個の内部電極１３Ａ，１３Ｂがあり、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ気密容器１０の内部両端に封着されている。外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと、外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓ（幅ｗ）とは、第１実施形態と同様に設定されている。具体的には、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂから気密容器１０の長手方向の中央部に向けて離間するのに伴って、距離ｄと面積Ｓの両方が減少している。また、個々の内部電極１３Ａ，１３Ｂについて、前述の式（１）の関係が成立する。
【００２２】
第２実施形態のその他の構成および作用は第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。
【実施例】
【００２３】
図１に示す第１実施形態のランプ１００を実際に２種類（実施例１，２）製作して輝度分布と効率分布を測定する実験を行った。また、比較のために従来のランプ（図３に示す比較例１と図４に示す比較例２）を製作し、同様に輝度分布と効率分布を測定した。
【００２４】
以上の構成については、実施例１，２および比較例１，２について共通とした。気密容器１０として、ホウケイ酸ガラスで形成された断面構造が概ね円形形状の直管を用いた。直管の内径は２．０ｍｍ、外径は３．０ｍｍ、長さは３５０ｍｍであった。蛍光体層１１は、青色蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、緑色蛍光体ＬａＰＯ４:Ｃｅ,Ｔｂ、および、赤色蛍光体（Ｙ,Ｇｄ)ＢＯ３：Ｅｕを混合したものを気密容器１０の内表面に形成した。放電媒体１２としては、キセノン６０％とアルゴン４０％との混合ガスを２０ｋＰａ封入した。内部電極１３はニッケルで形成し、外部電極１４はアルミニウムで形成した。
【００２５】
実施例１，２および比較例１，２は以下に詳述するように気密容器１０と外部電極１４との距離ｄ、および外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓ（幅ｗ）が互いに異なる。表１に具体的な数値を示す。
【００２６】
【表１】
2007122858.tif 000019
【００２７】
図１および表１を参照すると、実施例１，２はいずれも、長手方向に距離ｄおよび面積Ｓ（幅ｗ）を傾斜させ、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて、距離ｄおよび面積Ｓ（幅ｗ）を小さくしている。
【００２８】
実施例１のランプ１００は、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するのに伴って距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方を小さくすることで、空気層１５の静電容量が気密容器１０の長手方向に略一定の構成とした。具体的には内部電極１３近傍でｄ＝３．１ｍｍ、ｗ＝１５ｍｍであるのに対して、内部電極１３遠方でｄ’＝２．１ｍｍ、ｗ’＝１０ｍｍである。ｗ／ｄ＝ｗ’／ｄ’（Ｓ／ｄ＝Ｓ’／ｄ’）の関係が成り立っており、内部電極１３の近傍部と遠方部での静電容量は略一定である。
【００２９】
実施例２のランプ１００は、実施例１と同様に内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するのに伴って距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方を小さくする構成とした。ただし、内部電極１３の遠方部での面積Ｓ’（幅ｗ’）を実施例１よりも小さくすることで、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて空気層１５の静電容量が小さくなる構成とした。具体的には、内部電極１３近傍でｄ＝３．１ｍｍ、ｗ＝１５ｍｍ、内部電極１３遠方ではｄ’＝２．１ｍｍ、ｗ’＝５ｍｍであり、ｗ／ｄ＞ｗ’／ｄ’ （Ｓ／ｄ＞Ｓ’／ｄ’）の関係が成り立っているので、内部電極１３の近傍部よりも遠方部で静電容量が小さい。
【００３０】
比較例１のランプ１００は、図３に示すように、気密容器１０の長手方向に距離ｄと面積Ｓ（幅ｗ）の両方が一定となる構成とし、気密容器１０の長手方向に静電容量を一定とした。この比較例１は前述の図１１において符号Ｄで示すランプに相当する。具体的には、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄはｄ＝ｄ’＝３．１ｍｍ、外部電極１４の幅ｗはｗ＝ｗ’＝１５ｍｍとした。
【００３１】
比較例２のランプ１００は、図４に示すように、気密容器１０の長手方向に距離ｄを傾斜させ、内部電極１３から離間するにつれ距離ｄが小さくする構成とした。一方、面積Ｓ（幅ｗ）は気密容器１０の長手方向に一定とした。距離ｄと面積Ｓをこのように設定したことにより、内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにしたがって空気層１５の静電容量を大きくしている。この比較例２は、前述の図１１において符号Ｃで示すランプに相当する。具体的には、気密容器１０と外部電極１４との距離ｄは、内部電極近傍でｄ＝３．１ｍｍ、内部電極遠方でｄ’＝２．１ｍｍである。また、外部電極の幅はｗ＝ｗ’＝１５ｍｍで長手方向に一定である。
【００３２】
実施例１，２および比較例１，２のランプを、駆動回路１６としての高圧パルス電源（ハイデン研究所製：ＳＢＰ−５Ｋ−ＨＦ−１)により点灯させ、長手方向の輝度および効率の測定を行った。測定時の駆動波形は、正負交番の矩形であり、電圧はｐ−ｐ値が数ｋＶであった。図５に内部電極１３からの長手方向の距離と輝度の関係、図６に内部電極１３からの長手方向の距離と効率の結果を示している。いずれも内部電極１３から長手方向に４０ｍｍ離れた点Ａと３２０ｍｍ離れた点Ｂの２点での測定を行った。なお、輝度や効率の具体的な測定方法は後に詳述する。
【００３３】
まず、実施例１，２と比較例２（図４）との測定結果を比較する。図５から、実施例１，２は比較例２と同等ないしは大きく変わらない輝度分布となっている。また、図６から、実施例１，２の効率分布は、比較例２と比較して改善していることがわかる。改善率は、Ｂ点において実施例１，２は比較例２よりも、それぞれ約９％、約２５％改善している。すなわち、効率分布の改善の程度は、ｗ／ｄ＝ｗ’／ｄ’の構成（気密容器１０の長手方向で静電容量が略一定の構成）よりも、ｗ／ｄ＞ｗ’／ｄ’の構成（内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて、静電容量が小さくなる構成）でより顕著になる。
【００３４】
続いて、実施例１，２と比較例１（図３）との測定結果を比較する。図５から、実施例１，２の輝度分布が比較例１と比較して、大幅に改善していることがわかる。また、図６から、実施例１，２は比較例１と同等以上の効率分布を有することがわかる。
【００３５】
以上の測定結果から、実施例１，２のように、内部電極１３から離れるにつれて（ａ）外部電極１４と気密容器１００との距離ｄを短くなり、かつ（ｂ）静電容量が等しいか、あるいは、小さくなるように外部電極１４の単位長さ当たりの面積を狭めた構成を採用することにより、輝度分布を改善しつつ、かつ効率を大幅に改善することができる。換言すれば、かかる構成により、高効率で、輝度均斉度も高い誘電体バリア放電ランプを実現できる。
【００３６】
比較例２と実施例２，３はいずれも比較例１と比べて輝度分布が大幅に改善されているが（図５）、実施例２，３と比較して比較例２は効率が低い（図５）。以下にこの原因について推測する。
【００３７】
一般に誘電体バリア放電においては、ランプ電流密度が少ない程効率が高いことが知られている。ここで比較例２のランプ１００の点Ａと点Ｂとにおける仮想的なコンデンサを考える。Ｂ点では気密容器１０と外部電極１４の距離ｄ’がＡ点での距離ｄよりも短く、かつ、幅ｗ（単位長さ当たりの面積Ｓ）は点Ａと点Ｂとで同じである。コンデンサの静電容量は面積に比例し、電極間距離に反比例するので、点Ａより点Ｂの方が単位長さ当たりの静電容量が大きくなる。このことは、点Ｂの方が点Ａよりも多くの電荷を蓄え、気密容器１０の断面が一定であるとすると、点Ｂから発生するランプ電流密度の方が点Ａから発生するランプ電流密度よりも多くなることを意味する。その結果、比較例２で点Ｂの効率が点Ａの効率よりも低下していると推測される。これに対して、実施例１，２では、点Ａから点Ｂに向かって気密容器１０と外部電極１４のとの距離ｄを短くするだけでなく、外部電極１４の幅ｗも狭くして（外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓを小さくして）、点Ａと点Ｂで静電容量を略一定（実施例１）とし、または点Ａよりも点Ｂの方が静電容量が小さくしている（実施例２）。このことは、点Ｂから発生するランプ電流密度が点Ａから発生するランプ電流密度と等しいか、または小さくなることを意味する。その結果、実施例１，２ではＢ点の効率がＡ点の効率に対して殆ど低下しないと推測される。
【００３８】
前述のように、比較例１と比較して実施例１，２では輝度分布が改善されている。比較例１では点Ａと点Ｂで外部電極１４と気密容器１０の距離ｄが同一であり、内部電極１３からの距離が離れているＢ点の電界強度は、内部電極１３に近いＡ点での電界強度と同一である。これに対して実施例１，２では、点Ａから点Ｂに向けて外部電極１４と気密容器１０の距離ｄが減少しており、内部電極１３から離れるにつれて電界強度が高くなる。実施例１，２の輝度分布の改善は、この気密容器１０の長手方向の電界強度の分布に起因するものと推測される。
【００３９】
次に、輝度分布の測定方法について具体的に説明する。図７は本実施例で使用した輝度測定装置を示す。この輝度測定装置は、点灯状態のランプ１００をその上に保持する水平方向に延びる細長い保持台４０と、この保持台４０と平行（ランプ１００の気密容器１０の管軸Ｌに平行）に延びる直動案内レール４１を備える。直動案内レール４１上には、モータ４２で駆動されることで往復移動可能なスライダ４３が配置されている。スライダ４３には、連結アーム４４を介して半円環状のヘッド保持部４５が連結されている。ヘッド保持部４５の中心軸は保持台４０上のランプ１００の管軸Ｌと一致している。ヘッド保持部４５には、ランプ１００の気密容器１０を周方向に取り囲むように１２個の受光ヘッド４６が配置されている。自動光路切換器４７は、１２個の受光ヘッド４６のうち光ファイバー４８を介して照度計４９に光線を入射させるものを順次切り換える。これにより管軸Ｌ上の一つの位置でのランプ１００の輝度を測定できる。また、スライダ４３と共にヘッド保持部４５を管軸Ｌ上の任意の位置に移動できるので、管軸Ｌ上の任意の位置でのランプ１００の輝度を測定できる。さらに、管軸Ｌ上の個々の位置でのランプ１００の周方向の輝度を加算（積分）することにより、相対的なランプ１００の全光束値が得られる。
【００４０】
次に、効率分布の測定方法について具体的に説明する。図６のようにランプの軸線方向の各位置における効率を測定する方法は確立されておらず、これまで測定は困難であった。本願発明者は、各位置での電力を簡易に測定する方法を新たに考案し、図６のように各位置での効率を測定することを可能にした。図８に本願発明者が考案した測定方法の原理を示す。効率を測定したい部位の外部電極１４を分割して１４ｂとし、残りの部分を１４ａとする。測定部位の外部電極１４ｂに直列にコンデンサ１７を接続する。電圧プローブ５１Ａを内部電極１３とコンデンサ１７間に、電圧プローブ５１Ｂをコンデンサ１７の両端にそれぞれ接続する。ランプ１００への影響を小さくするために、コンデンサ１７はランプ１００に比べて静電容量が十分大きいものを使用する。図６の測定の際には、ランプ１００の静電容量が数１０ｐＦ程度であるのに対し、コンデンサ１７の容量は数１０ｎＦ程度であった。駆動回路１６によってランプ１００、コンデンサ１７間に高電圧を印加しランプ１００を点灯させた状態で、電圧Ｖ１およびＶ２を測定する。測定した電圧Ｖ１およびＶ２より、ランプ１００に印加されている電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２）を算出する。また、コンデンサ１７の静電容量Ｃと電圧Ｖ２より、測定部位に蓄えられる電荷Ｑ＝Ｃ×Ｖ２を算出する。このように求めた電圧Ｖ、電荷Ｑをそれぞれ縦軸、横軸としたＶ−Ｑリサージュ図を図９に示す。ランプ電力は、図９において線図で囲まれている面積（駆動回路１６により印加される交番電圧の１周期に対応する面積）に相当し、以下の式（２）により求まる。
【００４１】
【数２】
2007122858.tif 000020
【００４２】
また、同時に前述の輝度測定装置（図８）を用いて測定部位の光出力を測定すれば、以下の式（３）によって測定部位の効率を計算できる。
【００４３】
【数３】
2007122858.tif 000021
【００４４】
以上の手法により、管軸Ｌ上の各位置における効率を測定することが可能となる。その結果、比較例２（図４）の構成では内部電極１３に対して遠方の点Ｂで効率が低下していることを明らかにすることができた。また、本発明の構成（実施例１，２）によって高い輝度均斉度を維持しつつ効率分布を改善できることが確認できた。
【００４５】
以下、前述の第１実施形態（実施例１、２）および第２実施形態の代案について説明する。
【００４６】
気密容器１０はホウケイ酸ガラスで形成された直管状のものを用いたが、これに限定されない。例えば、気密容器１０の材質は、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラスであってもよい。また、形状も直管に限らず、例えば、Ｌ字状、Ｕ字状、Ｔ字状または矩形状等であってもよい。
【００４７】
蛍光体１１の種類は、限定されず、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他の材料であってもよい。
【００４８】
放電媒体１２は、希ガスを主体とした１種類以上のガスであれば良く、実施形態のものに限定されない。気密容器１０に封入されているガスの圧力、すなわち、気密容器１０の内部の圧力は０．１ｋＰａ〜７６ｋＰａ程度であれば良い。
【００４９】
内部電極１３は、ニッケルだけでなく、例えばタングステン、ニオブなどの金属で形成できる。内部電極１３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。
【００５０】
外部電極１４は、アルミに限らず、銅、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性構造物等で形成できる。さらに、外部電極１４は鏡面反射処理の施されているものを使用することにより、外部電極１４の表面に高反射シートを設置しなくても、光源装置から高い出射光量を望むことができる。外部電極１４と気密容器１０との距離を隔て保持する手段も実施形態の保持部材１８Ａ，１８Ｂに特に限定されない。外部電極１４は厚みが一定の平板状に限定されない。外部電極１４は長手方向に静電容量を等価にするか、もしくは、内部電極１３から離間するにつれて静電容量を小さくすることが重要であり、外部電極１４の形状には依存しない。外部電極１４と気密容器１０との間は空気層１５に限定されず、他の気体や固体が充填されていてもよい。
【００５１】
本発明に係るランプは、液晶表示装置２６のバックライト装置２７に限定されず、
一般照明用光源、ファクシミリ、複写機等における原稿照明用光源等にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図３】比較例１の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図４】比較例２の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図５】実施例および比較例における輝度分布を示すグラフ。
【図６】実施例および比較例における効率分布を示すグラフ。
【図７】輝度測定装置を示し、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）はVII−VII線における断面図。
【図８】効率の測定方法を示し、（Ａ）はランプの模式的な縦断面図、（Ｂ）は外部電極の平面図。
【図９】Ｖ−Ｑリサージュ波形図。
【図１０】従来の誘電体バリア放電ランプを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図。
【図１１】従来の誘電体バリア放電ランプにおける発光強度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１０  気密容器
１１  蛍光体層
１２  放電媒体
１３，１３Ａ，１３Ｂ  内部電極
１４  外部電極
１５  空気層
１６  駆動回路
１７  コンデンサ
１８Ａ，１８Ｂ  保持部材
２０  拡散板
２１  拡散シート
２２  プリズムシート
２３  偏光シート
２４  筐体
２６  液晶表示装置
２７  バックライト装置
２８  液晶パネル
４０  保持台
４１  直動案内レール
４２  モータ
４３  スライダ
４４  連結アーム
４５  ヘッド保持部
４６  受光ヘッド
４７  自動光路切換器
４８  光ファイバー
４９  照度計
５１Ａ，５１Ｂ  電圧プローブ
１００  ランプ
Ｌ  管軸
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007122858.tif 000022
【図２】
2007122858.tif 000023
【図３】
2007122858.tif 000024
【図４】
2007122858.tif 000025
【図５】
2007122858.tif 000026
【図６】
2007122858.tif 000027
【図７】
2007122858.tif 000028
【図８】
2007122858.tif 000029
【図９】
2007122858.tif 000030
【図１０】
2007122858.tif 000031
【図１１】
2007122858.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月19日(2007.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気密容器と、
前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、
前記気密容器の内部に配置された内部電極と、
前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極と
を備え、
前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、
前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ
前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される前記外部電極の単位長さ当たりの静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記内部電極近傍における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳとし、
前記内部電極遠方における、前記外部電極と前記気密容器の距離をｄ’、前記外部電極の単位長さ当たりの面積をＳ’としたとき、
Ｓ／ｄ≧Ｓ’／ｄ’
が成り立つことを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプと、
前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シートと、
前記光学シートに積み重ねて配置された液晶パネルと
を備える液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第１の態様は、少なくとも１つの気密容器と、前記気密容器の内部に封入された希ガスを含む放電媒体と、前記気密容器の内部に配置された内部電極と、前記気密容器の外部に空間を隔てて配置された外部電極とを備え、前記外部電極と前記気密容器の距離は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど小さくなり、前記外部電極の単位長さ当たりの面積は、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するほど狭くなり、かつ前記気密容器と前記外部電極との間の前記空間で形成される前記外部電極の単位長さ当たりの静電容量は、前記気密容器の長手方向に略一定、あるいは、前記内部電極から前記気密容器の長手方向に離間するにつれて小さくなることを特徴とする誘電体バリア放電ランプを提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第２の態様は、前述の誘電体バリア放電ランプと、前記誘電体バリア放電ランプに隣接して配置された光学シートと、前記光学シートに積み重ねて配置された液晶パネルとを備える液晶表示装置を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、外部電極１４と気密容器１０の距離ｄと、外部電極１４の単位長さ当たりの面積Ｓとは、前述の空気層１５の外部電極１４の単位長さ当たりの静電容量が気密容器１０の長手方向に略一定、あるいは内部電極１３から気密容器１０の長手方向に離間するにつれて小さくなるように設定している。一般に静電容量は面積に比例して距離に反比例するので、内部電極１３近傍における距離ｄ、面積Ｓと、内部電極１３遠方における、距離をｄ’、面積Ｓ’は例えば以下の関係式（１）を満たすように設定される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以下の構成については、実施例１，２および比較例１，２について共通とした。気密容器１０として、ホウケイ酸ガラスで形成された断面構造が概ね円形形状の直管を用いた。直管の内径は２．０ｍｍ、外径は３．０ｍｍ、長さは３５０ｍｍであった。蛍光体層１１は、青色蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、緑色蛍光体ＬａＰＯ４:Ｃｅ,Ｔｂ、および、赤色蛍光体（Ｙ,Ｇｄ)ＢＯ３：Ｅｕを混合したものを気密容器１０の内表面に形成した。放電媒体１２としては、キセノン６０％とアルゴン４０％との混合ガスを２０ｋＰａ封入した。内部電極１３はニッケルで形成し、外部電極１４はアルミニウムで形成した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2007122858.tif 000033
【国際調査報告】
2007122858.tif 000034
2007122858.tif 000035
2007122858.tif 000036