放電灯装置、光源装置及び液晶表示装置
【課題】点灯時の暗部位置を制御できる放電灯装置およびそれを用いた均斉度の高い光源装置を提供する。
【解決手段】複数の内部電極（２１）と外部電極（２２）との間に単一の点灯回路（１３）より電圧を印加して点灯する放電灯装置（１０）において、電圧変換手段（１３Ｆ）により複数の内部電極（２１）の各々に印加する電圧（Ｖ２、Ｖ３）を異ならせることで、発光管（２０）の点灯時に生じる暗部の位置を所望の位置に制御する。
【解決手段】複数の内部電極（２１）と外部電極（２２）との間に単一の点灯回路（１３）より電圧を印加して点灯する放電灯装置（１０）において、電圧変換手段（１３Ｆ）により複数の内部電極（２１）の各々に印加する電圧（Ｖ２、Ｖ３）を異ならせることで、発光管（２０）の点灯時に生じる暗部の位置を所望の位置に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電媒体が封入された発光管とその放電媒体を励起するための電極とを備える放電灯装置、およびそれを用いた光源装置、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶技術の発達と共にテレビやモニタ等の表示装置として液晶ディスプレイが一般的に普及している。液晶ディスプレイは、液晶の背面に平面状に発光する光源装置（以下「バックライト」という。）を配置し、このバックライトからの光を透過させて画面を表示する構造を有する。
【０００３】
バックライトの主な光源として、水銀を用いた放電灯の研究に加え、水銀を用いずに希ガスを用いた放電灯を用いたバックライト（以下「水銀レスバックライト」という。）の研究がさかんに行われている。水銀レスバックライトは、水銀を使用しないことから、水銀温度の上昇に伴う発光効率の低下を招くことがないので光束の立ち上がりが早い。また、水銀レスバックライトは環境上好ましい。
【０００４】
水銀レスバックライトは細管構造を有しており、発光輝度及び発光効率を高めることが必要なことから、発光管の内部と発光管の外部形成した電極間に電圧を印加させて点灯する構造の希ガスを用いた放電灯装置が研究されている。
【０００５】
希ガスを用いた放電灯装置としては、図１５に示すように、希ガスが封入された放電容器１と、その放電容器１の両端に封装された一対の内部電極２と、放電容器１外面の長手方向に沿って延在する外部電極３を有する放電ランプＤＬが開示されている（特許文献１参照）。この放電ランプは両端に封装された内部電極２と外部電極３との間に高周波電源６から電圧を印加させて放電ランプＤＬを点灯した際に発生するランプ中心部の暗部（以下「中心暗部」という。）を、外部電極の形状・面積を任意に変化させて緩和させ、配光分布を改善するものである。
【０００６】
また、図１６に示すように、希ガスが封入された発光管１と、発光管の外面に螺旋状にかつ互いに絶縁関係に形成された複数の外部電極７ａ、７ｂと、互いに絶縁関係に配置され、発光管１の内部に各々の外部電極７ａ、７ｂと対応するように形成された内部電極８ａ、８ｂとを備える希ガス放電灯が開示されている（特許文献２参照）。この放電灯装置は、複数の点灯回路９ａ、９ｂを用いて、複数の内部電極８ａ、８ｂおよび外部電極７ａ、７ｂ間に電圧を印加し、それぞれ独立に放電させることで、輝度低下や短寿命を改善させるものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４０４９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１５のような構成では中央暗部を少なくするためには、規定の電流密度に設計しなくてはならない。また、その場合でも中央暗部の度合いがある程度改善されるのみで、完全には中央暗部を無くすことができない。また、暗部が必ずランプ中央に位置するという問題があった。
【０００９】
さらに、この放電ランプを複数本配置し、光源装置（バックライト）とした場合、ランプの中央暗部が集中するため、均一な発光が得られないという問題があった。
【００１０】
また、図１６に示すように、一つの発光管において電極および点灯回路を完全に分離して複数設けた場合、中央暗部は外部電極７ａ、７ｂの配置により決定できるが、点灯回路が一つの発光管に対して複数必要となるという問題がある。さらに、暗部の位置を変える場合は、新たに別の放電灯を製造する必要があり、工数が必要であった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、単一の点灯回路にて中央暗部の位置を制御可能な放電灯装置およびそれを用い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】
【００１２】
本発明に係る第１の光源装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された複数の発光管と、複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。複数の発光管は並列して配置されている。電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加する。電圧変換手段は、複数の発光管に生じる暗部の位置が散在して分布するように各発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する。
【００１３】
本発明に係る第２の光源装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された複数の発光管と、複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。発光管は曲折部を有し、曲折部が導光板の角部近傍に位置するように導光板横側に配置されている。電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、発光管の暗部がその曲折部に生じるように発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する。
【００１４】
上記光源装置において、電圧変換手段は、点灯回路と内部電極との間に直列に接続されるコンデンサを含んでもよい。
【００１５】
また、上記光源装置において、少なくとも２つの内部電極は発光管の両端に設けられてもよい。
【００１６】
また、上記光源装置において、外部電極は接地されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルへ照明光を供給する上記の光源装置とを備える。
【００１８】
本発明に係る放電灯装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された発光管と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。電圧変換手段は、発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加する。電圧変換手段は、発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧間の差を制御することにより発光管発光時に生じる暗部の位置を所望の位置に調整する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内部電極と外部電極間のみに単一の高周波電源より電圧を印加して点灯させる際に、ランプ中央部に発生する中央暗部の位置を容易に制御することを可能とする。このことから、例えば、本発明の思想を適用した放電装置をバックライト等の平面状の光源装置として利用した場合、発光時に生じる暗部を平面的に分散できるため、光出力ムラを大幅に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本発明の放電灯装置等の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同様の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、本発明に係る放電灯装置の一例について説明する。図１（ａ）に本実施形態の放電灯装置の構成を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）の線Ｉ−Ｉにおける断面図である。
【００２２】
光源装置１０は、点灯回路１３と、電圧変換手段１３Ｆと、発光管２０とを備える。発光管２０は、その内部に配置された複数の内部電極２１と、外部に配置された外部電極２２とを備える。内部電極２１にはリード２４が接続されている。
【００２３】
発光管２０内において、複数の内部電極２１が互いに離間して封装される。図１（ａ）は一例として内部電極を２つ封装する場合を示している。同図のように発光管２０の両端部に内部電極２１を配置すると、最も少ない数の内部電極で発光管全域を点灯できるため好ましい。なお、以下では、説明の便宜上、内部電極数が２の場合の例を説明する。
【００２４】
発光管２０は、透光性の材料で形成され、たとえばホウケイ酸ガラスで形成される。また、発光管２０は、石英ガラス、ソーダガラスまたは鉛ガラスで形成してもよい。発光管２０に用いられるガラス管の外径は、通常、１．２ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。また、ガラス管の外面と内面との距離すなわちガラス管の厚さは、通常、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。なお、発光管２０は、直線状の形状に限らず、他の形状であってもよい。たとえば、Ｌ字状、Ｕ字状または矩形状であってもよい。
【００２５】
発光管２０は封止されており、その内部には、放電媒体が封入されている（以下の実施形態においても同様である）。放電灯装置１０で用いられる放電媒体としては、希ガスを用いることができる。希ガスとしては、クリプトンガス、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびキセノンガスから選ばれる少なくとも１つのガスを用いることができる。特に、キセノンガスから放出される紫外線の波長は、水銀から放出される紫外線の波長と近接している。このため、希ガスとしてキセノンガスを用いることによって、水銀を用いた蛍光ランプと同じ蛍光体を利用できるという利点があるため好ましい。この放電媒体は、希ガスに加えてさらに水銀を含んでもよい。ただし、放電媒体が水銀を含まない場合、周囲温度の変化に伴う水銀蒸気圧の変化によって発光効率が変化することを防止できる。なお、上述した放電媒体は、以下の実施形態の放電媒体としても適用できる。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、発光管２０の内面には、蛍光体層２３が形成されている。蛍光体層２３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２３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、緑および青（ＲＧＢ）の光が得られる。蛍光体層２３は、放電灯に一般的に用いられる材料で形成できる。
【００２７】
なお、発光管２０は、その外部表面に配置された誘電体層（たとえば樹脂層）を含んでもよい。そのような発光管２０の一例を図２（ａ）に示す。発光管２０は、管２０ａと、管２０ａの外面に形成された誘電体層２０ｂとを含む。管２０ａは、たとえばホウケイ酸ガラスからなる。誘電体層２０ｂには、たとえばポリエステル系樹脂からなる多層膜や、酸化チタンや酸化ケイ素からなる薄膜を用いることができる。ガラス管の表面に誘電体層を形成する場合、その厚さは、通常、０．５μｍ〜１００μｍ程度にするのが好ましい。
【００２８】
内部電極２１は発光管２０の内部において、その両端に形成されている。内部電極２１は、たと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２１の表面は、酸化セシウム、酸化マグネシウムまたは酸化バリウムといった金属酸化物層で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。また、内部電極２１の表面は、誘電体層（たとえばガラス層）で覆われていてもよい。図２（ｂ）に、金属電極２１ａと、それを覆うように形成された誘電体層２１ｂとを備える内部電極２１の断面図を示す。このような誘電体層を用いることによって、放電時の電流を抑制できる。その結果、放電時に継続的に電流が流れることを抑制でき、放電を安定化することができる。
【００２９】
外部電極２２は発光管２０の外部に形成されている。外部電極２２は、導電性の材料で形成できる。たとえば、外部電極２２は、銅やアルミニウムやリン青銅といった金属で形成してもよいし、金属粉末（たとえば銀粉末）と樹脂とを含む金属ペーストで形成してもよい。
【００３０】
外部電極２２は発光管２０の外部に形成されており、かつ放電が行えればよく、その位置や面積は限定されない。言い換えれば、発光管の外面に直接接触していても、接触していなくてもよい。図２（ｃ）に、発光管２０と外部電極２２を空隙を介して離間配置した際の断面図を示す。このように、空隙を設け、発光管２０と外部電極２２の間隔を、この空隙にかかる電界強度が空気の絶縁破壊を生じない距離にすることにより、発光管２０と外部電極２２間にできた微小空間でのコロナ放電を防止し、オゾンの発生を防ぐことができる。また、接触させる場合でも、外部電極を発光管２０の周方向に螺旋状に旋回配置しても良いことはもちろんである。
【００３１】
外部電極２２はリード線等で電気的に接続され、かつ同電位であれば配置や数量は限定されない。図３（ａ）に外部電極２２を管軸方向に２分割した例を、図３（ｂ）に外部電極２２を複数分割、離間配置した際の一例を示す。外部電極２２を複数分割した際は、外部電極２２近傍の発光管内壁に放電が収縮するのを抑制することができるため、発光効率を向上させることが可能となる。
【００３２】
放電灯装置１０のより具体的な構成例について説明する。ここでは、発光管２０は、たとえば外径が３．０ｍｍ、内径が２．０ｍｍ、長さが３５０ｍｍとする。発光管２０の内部には、蛍光体層として、一般の蛍光ランプに用いられる３波長発光形の希土類蛍光体が塗布されている。内部電極２１は発光管の両端に１つずつ内封されており、たとえば外形が１．５ｍｍ、内径が１．３ｍｍ、長さが５ｍｍである。外部電極２２の幅は１．５ｍｍであり、発光管の外面に管軸方向全体に直線状に配置している。発光管の内部には、圧力が約２１ｋＰａとなるようにキセノンガスとアルゴンガスとの混合ガスが封入される。
【００３３】
放電灯装置１０では、点灯回路１３からの電圧を電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００３４】
以下、内部電極２１と外部電極２２との間に印加する電圧について説明する。
電圧変換手段１３Ｆは、複数の内部電極２１のそれぞれに対し同じ極性の電圧を印加するが、内部電極２１と外部電極２２には互いに異なる極性の電圧を印加する。これは、内部電極２１間どうしでの放電を防止し、外部電極２２と各内部電極２１との間においてのみ放電が生じるようにするためである。なお、本実施例では、外部電極２２の電位を基準電位としている。
【００３５】
さらに、電圧変換手段１３Ｆは、１つの発光管２０において各内部電極２１に印加する電圧の大きさを互いに異ならせる。そして、電圧変換手段１３Ｆは、各内部電極２１に印加する電圧間の差を調整することにより、発光管２０において生じる暗部の位置を所望の位置に制御する。
【００３６】
内部電極２１と外部電極２２の間に印加する電圧は、正弦波でも矩形波でもよく、極性が変化してもしなくてもよい。発光管２０の内部に水銀が含まれない場合、すなわち放電媒体が希ガスのみである場合には、外部電極２２を接地し、内部電極２１に対して電圧の極性が変化しない矩形波電圧を印加することが好ましい。
【００３７】
今、点灯回路１３が図４（ａ）に示すような出力電圧Ｖ１を出力する場合を検討する。図４（ａ）に示す例では、内部電極２１に対する印加電圧は、０ボルトと正の電圧Ｖ１との間で変調されている。電圧Ｖ１を印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は、０．１５〜０．５程度であることが好ましい。また、矩形波の周波数は、たとえば１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲である。図４（ｂ）に、図４（ａ）に示す電圧を印加した場合に２つの電極２１、２２間を流れる電流を示す。同図のように内部電極２１と外部電極２２との間には、印加電圧の微分波形に対応する電流が流れる。
【００３８】
点灯回路１３の構成例を図５（ａ）に示す。内部電極２１と外部電極２２との間には、電圧変換手段１３Ｆを通じて点灯回路１３が接続されている。外部電極２２は、通常、グランド（基準電位点）に接続される。点灯回路１３は、交流電源１３ａと、整流回路１３ｂと、平滑回路１３ｃと、昇圧回路１３ｄと、スイッチング回路１３ｅとを備える。これらの回路には、一般的な回路を用いることができる。交流電源１３ａで生成された交流電圧は、整流回路１３ｂによって直流の正電圧へ変換される。そして、整流された電圧は、平滑回路１３ｃで平滑化され、昇圧回路１３ｄで昇圧される。昇圧された電圧は、スイッチング回路１３ｅによって、所定の時間Ｔ１だけ印加される。このようにして、矩形波電圧が点灯回路１３から出力される。
【００３９】
点灯回路１３から出力された矩形波電圧Ｖ１は、図５（ｂ）に示すように電圧変換手段１３Ｆを通して電圧のピーク値のみ変調される。すなわち、０ボルトを基準として正の電圧Ｖ１を正の電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３に変換するが、電圧Ｖ２及びＶ３を印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は元の電圧Ｖ１と変わらない。このようにして、矩形波電圧Ｖ２、Ｖ３が電圧変換手段１３Ｆから各内部電極２１に印加される。この際、電圧Ｖ２もしくは電圧Ｖ３のどちらか一方が電圧Ｖ１と同じであっても良い。
【００４０】
図５（ａ）は電圧変換手段１３Ｆの具体的な構成例も示している。放電灯装置１０に接続されている発光管２０は誘電体を介したバリア放電構造であり、いわばコンデンサと類似した構造となっている。そのため、図５（ａ）のように電圧変換手段１３Ｆとして発光管２０の内部電極２１に対して直列に容量の異なるコンデンサＣ１およびＣ２を接続することで、分圧された電圧Ｖ２およびＶ３が各内部電極２１に印加される。また、少なくとも１つの内部電極に対してのみコンデンサを接続し、分圧された電圧Ｖ２及び分圧されていない電圧Ｖ１とをそれぞれの内部電極に印加するようにしても良い。なお、電圧変換手段１３Ｆは上述のごとく、コンデンサ用いるのが好ましいが、それぞれの内部電極２１へ印加する電圧を異ならせることができれば、他の回路を用いてもよい。
【００４１】
図６に、において一方の内部電極に対してのみコンデンサＣ１を直列に挿入した電圧変換手段１３Ｆを用いた場合における、コンデンサＣ１の容量と発光管２０に生じる暗部の位置との関係を示す。図６では、点灯回路１０より出力される電圧波高値Ｖ１は２．０ｋＶであり、印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は０．５、周期Ｔ２の周波数は４０ｋＨｚとした。結果として、コンデンサＣ１の容量が小さくなるにつれ、コンデンサＣ１挿入側の内部電極に印加される電圧が低下するため、コンデンサＣ１挿入側の内部電極の方に暗部が移動していく。本実施形態では、暗部の移動量は、コンデンサＣ１の容量が２００５ｐＦの場合は発光管中心から５ｍｍ移動し、同様に９９８ｐＦでは３５ｍｍ、５０８ｐＦでは６１ｍｍ、２５２ｐＦでは８６ｍｍ、１２６ｐＦでは１０５ｍｍ、６４ｐＦでは１１６ｍｍであった。
【００４２】
以下、上記の放電灯装置１０を用いた光源装置について説明する。
図７に、上記の放電灯装置１０を並列に複数本並べて平面のバックライトとした場合の光源装置１１の構成例を示す。また、図８に、図７の線II−IIにおける断面図を示す。なお、図８には拡散板６３および液晶パネル７０も示している。図７および図８では、蛍光体層は省略している。液晶パネル７０及び光源装置１１は液晶表示装置を構成する。
【００４３】
図７の光源装置１１は、発光管２０、内部電極２１、外部電極２２、点灯回路１３および電圧変換手段１３Ｆを備える。
【００４４】
外部電極２２は発光管２０の外表面に形成されている。外部電極２２は、金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。複数の発光管２０は、支持部材６２で反射板２５上に平行に支持されている。内部電極２１は発光管２０の両端に１つずつ内封されている。反射板２５は、発光管２０の周囲を箱状に囲い、発光管２０から拡散板６３への光の入射効率を高める機能をする。
【００４５】
外部電極２２は、必要な光学特性により、幅や長さ、面積を自由に変えても良い。外部電極２２が同電位であれば、たとえば発光管の長さ方向軸方向に分割・離間配置してもよいし、螺旋状に旋回配置しても良いことはもちろんである。
【００４６】
光源装置１１では、点灯回路１３からの電圧を、電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００４７】
図８に示すように、発光管２０から出射された光は、拡散板６３を介してその表面６３ａからほぼ均一に出射され、液晶パネル７０を照射する。拡散板６３は、たとえば乳白状の樹脂で形成できる。また、拡散板６３の表面６３ａ上には、使用状況に応じて、拡散シートやレンズシートを配置してもよい。
【００４８】
電圧変換手段１３Ｆは、例えば図５（ａ）に示すように、発光管両端の内部電極２１および外部電極２２と直列に接続したコンデンサより構成される。
【００４９】
従来のような電圧変換手段１３Ｆを用いない場合は、発光管２０の各内部電極には同じ電圧が印加されるため、それぞれにおいて図９（ａ）に示すように発光管の長さ方向の中央部分に暗部Ｘが発生する。この暗部Ｘの位置が重なることにより、拡散板６３の表面６３ａから映し出された光出力は線状に暗部が発生した不均一な光出力となる。
【００５０】
この問題を解決するため、本実施形態では、点灯回路１３と発光管２０の間に直列挿入するコンデンサによって、各発光管２０において一の内部電極に印加する電圧と他の内部電極に印加する電圧とを異ならせ、かつ、その電圧差を適宜調整する。これにより、各発光管２０において発生する暗部Ｘの位置を制御している。すなわち、隣接する発光管間において生じる暗部の位置を異ならせるようにすることにより、図９（ｂ）に示すように面全体として暗部Ｘの位置が分散されるため、拡散板６３を介してその表面６３ａから映し出された光出力は均一なものとなる。
【００５１】
また、本実施形態の構成によれば、単一の点灯回路を用いたランプ設計の場合であっても、挿入するコンデンサの容量のみで電圧調整が可能なことから制御が容易であり、ランプ設計を変えることなく光出力が均一で、安価な光源装置を提供できる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施形態では、本発明に係る光源装置の他の例について説明する。
図１０に光源装置の別の構成を示す。また、図１１に、図１０の線Ｘ−Ｘにおける断面図を示す。なお、図１１には液晶パネル７０も示されている。さらに、図１２に、別の例の光源装置の構成（構成断面図）を示す。図１０、図１１および図１２では、蛍光体層の図示を省略している。
【００５３】
図１０に示す光源装置１２は、導光板６０、発光管２０、内部電極２１、外部電極２２、点灯回路１３および電圧変換手段１３Ｆを備える。
【００５４】
外部電極２２は発光管２０の外表面に形成されている。外部電極２２は金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。発光管２０はＬ字形状を有し、支持部材６２で支持されている。内部電極２１は発光管２０の両端に１つずつ内封されている。発光管２０は、導光板６０の側面に配置される。反射板２５は、発光管２０の周囲をコの字状に囲い、発光管２０から導光板６０への光の入射効率を高める機能をする。
【００５５】
外部電極２２は、必要な光学特性により、幅や長さ、面積を自由に変えても良い。外部電極２２は同電位の複数に電極で構成されてよく、たとえば発光管の長さ方向軸方向に分割して、離間配置してもよいし、螺旋状に旋回配置しても良い。
【００５６】
光源装置１２では、点灯回路１３からの電圧を、電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００５７】
発光管２０から出射された光は、導光板６０を介してその表面６０ａからほぼ均一に出射される。導光板６０は、たとえば透明な樹脂で形成できる。導光板６０の裏面６０ｂには、出射される光を均一にするために、凹凸が形成されている。また、裏面６０ｂ上には、反射層６１が形成されている。反射層６１は、たとえば酸化チタンや金属、樹脂等で形成できる。また、導光板６０の表面６０ａには、使用状況に応じて、拡散シートやレンズシートを配置してもよい。
【００５８】
電圧変換手段１３Ｆは例えば、図５（ａ）に示すように、発光管両端の内部電極２１および外部電極２２と直列に接続したコンデンサＣ１、Ｃ２より構成される。
【００５９】
図１０の光源装置１２では、発光管２０に生じる暗部Ｘが発光管２０のＬ字形の曲折部に位置するように、電圧変換手段１３ＦのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量を設定する。Ｌ字形の発光管２０の曲折部は、ちょうど導光板６０の側面の角部近傍に位置している。導光板６０の側面の角部では、導光板に入射する光量は最小となる（すなわち、入光効率が最小となる）。このことから、暗部Ｘの位置を発光管２０のＬ字形の曲折部に位置するよう制御することにより、暗部Ｘによる光出力の影響が最小となり、導光板６０の表面６０ａから映し出される光出力は均一となる。よって、光出力が均一な光源装置が可能となる。
【００６０】
光源装置１２について具体的な仕様の例を説明する。導光板６０は、アクリル樹脂で形成でき、そのサイズは、１６０ｍｍ×９３ｍｍとすることができる。Ｌ字形の発光管２０は、長さ２５２ｍｍ、外径２．６ｍｍ、内径２．０ｍｍとすることができる。放電媒体には、キセノンガスとアルゴンガスとの混合ガス（圧力：約２１ｋＰａ）を用いることができる。内部電極２１は発光管の両端に１つずつ内封されており、たとえば外形が１．５ｍｍ、内径が１．３ｍｍ、長さが５ｍｍとすることができる。発光管の内部には、蛍光体層として、一般の蛍光ランプに用いられる３波長発光形の希土類蛍光体を塗布することができる。外部電極の幅は１．５ｍｍとし、発光管のほぼ全長に渡って配置することができる。電圧変換手段１３ＦのコンデンサＣ１の容量値は７５ｐＦでありＬ字形の発光管２０の短い辺側の内部電極２１に挿入することができる。Ｌ字形の発光管２０の長い辺側の内部電極２１にはコンデンサは接続せず、点灯回路１３の出力電圧をそのまま内部電極２１に印加させることができる。
【００６１】
光源装置１２を液晶表示装置として用いる場合には、図１１のように液晶パネル７０が導光板６０上に配置される（以下の光源装置においても同様である）。
【００６２】
なお、反射板２５をアルミニウム等の導電性物質で形成し、外部電極機能と反射板機能とを合わせ持たせてもよい。図１２に、そのような反射板機能を兼ね備えた電極を有した光源装置の構成例を示す。
【００６３】
図１２において、光源装置１３は、導光板６０、発光管２０、内部電極２１および反射板外部電極２６を備える。
【００６４】
反射板機能付外部電極２６は、発光管２０の外表面に形成されている。発光管２０と反射板機能付外部電極２６は、たとえば空隙等で間隔を空けて導光板６０の側面に配置される。空隙等で発光管２０と外部電極２６の間隔を空けることにより、発光管２０と外部電極２６間の微小空間でのコロナ放電を防止し、オゾンの発生を防ぐことができる。
【００６５】
図１３に、光源装置のさらに別の例として、Ｌ字形の発光管２０をコの字形の発光管に置換した光源装置の例を示す。図１３の光源装置１２０において、発光管２０の内部電極２１は、コの字形の発光管２０の両端に１つずつ内封されるとともに、発光管中央にも端部方向に向かうようにして１つだけ内封されている。
【００６６】
図１３の構成において、点灯回路１３からの出力電圧は、電圧変換手段１３Ｆを通じて各内部電極２１に印加される。この状態で点灯すると、暗部は発光管の中央部で２分割したＬ字形の発光管と同じ状態で発生する。この際、電圧変換手段１３Ｆのコンデンサの設定値を、コの字形の発光管２０を２等分したＬ字形の発光管の場合の設定値と同じにし、発光管２０の両端の内部電極２１を同電位で点灯することで、暗部Ｘをコの字形状の発光管２０の曲折部に位置するよう制御することが可能となり、暗部Ｘを導光板６０の入光効率の最も低い位置近傍に位置させることができるため、導光板６０の表面６０ａから均一性の高い光出力を得られる光源装置を実現することができる。
【００６７】
図１４に光源装置のさらに別の例を示す。図１４の光源装置は、長手方向に垂直な面で切断したときの断面が楔型形状を有する導光板６０を備えている。このような導光板６０の側面に２つのＬ字形状の発光管２０が配置されている。このような導光板６０の幅方向側面の幅方向の中央は、最も入光効率の低い位置であることから、発光管２０の暗部Ｘは、導光板６０の幅方向側面の幅方向の中央部近傍に位置するように制御される。これにより、導光板６０の表面６０ａからの光出力に対する暗部Ｘの影響を最小にでき、均一な光出力を得ることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の例にも適用することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本願発明の光源装置は、放電媒体が封入された発光管とその放電媒体を励起するための電極とを備える放電灯装置および光源装置であって、バックライト光源として有用であり、特に液晶ディスプレイのバックライトに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）本発明の放電灯装置の一例の側面図、および（ｂ）本発明の放電灯装置の一例の断面図。
【図２】（ａ）は放電灯装置の他の例の断面図、（ｂ）内部電極の他の例の断面図、及び（ｃ）外部電極の他の例の断面図。
【図３】図１に示した放電灯装置の他の例の断面図。
【図４】（ａ）本発明の放電灯装置に印加する電圧の一例を示す図、および（ｂ）（ａ）の場合に電極間を流れる電流を示す図。
【図５】（ａ）本発明の放電灯装置における電圧変換手段の具体的構成例を示す回路図、および（ｂ）電圧変換手段の動作を示した図。
【図６】実施の形態１における電圧変換手段としてコンデンサを用いた場合の暗部位置変化を示すグラフ。
【図７】本発明の光源装置の一例の構成を示す図。
【図８】図７に示した光源装置の断面図。
【図９】（ａ）図７に示した光源装置において暗部が中央に集中して分布した様子を説明した図、および（ｂ）図７に示した光源装置において暗部が分散して分布した様子を説明した図。
【図１０】本発明の光源装置の他の例の構成を示す図（Ｌ字形状発光菅を含む）。
【図１１】図１０に示した光源装置の断面図。
【図１２】本発明の光源装置のさらに他の例の構成を示す断面図（発光板機能付電極を含む）。
【図１３】本発明の光源装置のさらに他の例の構成（コの字形状発光菅を含む）を示す図。
【図１４】本発明の光源装置のさらに他の例の構成（楔断面形状導光板を含む）を示す図。
【図１５】従来の放電ランプの構成図。
【図１６】従来の放電ランプの別の一例の構成図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 放電容器
４ 導入線
６ 高周波電源
１０ 放電灯装置
１１、１２、１３、１２０ 光源装置
９ａ、９ｂ、１３ 点灯回路
１３Ｆ 電圧変換手段
２０ 発光管
２０ａ 管
２０ｂ 誘電体層
２、８ａ、８ｂ、２１ 内部電極
２１ａ 金属電極
２１ｂ 誘電体層
３、７ａ、７ｂ、２２ 外部電極
２３ 蛍光体層
２４ リード
２５ 反射板
２６ 反射板外部電極
６０、６０ａ、６０ｂ 導光板
６１ 反射層
６２ 支持部材
６３、６３ａ 拡散板
Ｘ 暗部
７０ 液晶パネル
ＤＬ 放電ランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電媒体が封入された発光管とその放電媒体を励起するための電極とを備える放電灯装置、およびそれを用いた光源装置、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶技術の発達と共にテレビやモニタ等の表示装置として液晶ディスプレイが一般的に普及している。液晶ディスプレイは、液晶の背面に平面状に発光する光源装置（以下「バックライト」という。）を配置し、このバックライトからの光を透過させて画面を表示する構造を有する。
【０００３】
バックライトの主な光源として、水銀を用いた放電灯の研究に加え、水銀を用いずに希ガスを用いた放電灯を用いたバックライト（以下「水銀レスバックライト」という。）の研究がさかんに行われている。水銀レスバックライトは、水銀を使用しないことから、水銀温度の上昇に伴う発光効率の低下を招くことがないので光束の立ち上がりが早い。また、水銀レスバックライトは環境上好ましい。
【０００４】
水銀レスバックライトは細管構造を有しており、発光輝度及び発光効率を高めることが必要なことから、発光管の内部と発光管の外部形成した電極間に電圧を印加させて点灯する構造の希ガスを用いた放電灯装置が研究されている。
【０００５】
希ガスを用いた放電灯装置としては、図１５に示すように、希ガスが封入された放電容器１と、その放電容器１の両端に封装された一対の内部電極２と、放電容器１外面の長手方向に沿って延在する外部電極３を有する放電ランプＤＬが開示されている（特許文献１参照）。この放電ランプは両端に封装された内部電極２と外部電極３との間に高周波電源６から電圧を印加させて放電ランプＤＬを点灯した際に発生するランプ中心部の暗部（以下「中心暗部」という。）を、外部電極の形状・面積を任意に変化させて緩和させ、配光分布を改善するものである。
【０００６】
また、図１６に示すように、希ガスが封入された発光管１と、発光管の外面に螺旋状にかつ互いに絶縁関係に形成された複数の外部電極７ａ、７ｂと、互いに絶縁関係に配置され、発光管１の内部に各々の外部電極７ａ、７ｂと対応するように形成された内部電極８ａ、８ｂとを備える希ガス放電灯が開示されている（特許文献２参照）。この放電灯装置は、複数の点灯回路９ａ、９ｂを用いて、複数の内部電極８ａ、８ｂおよび外部電極７ａ、７ｂ間に電圧を印加し、それぞれ独立に放電させることで、輝度低下や短寿命を改善させるものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４０４９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１５のような構成では中央暗部を少なくするためには、規定の電流密度に設計しなくてはならない。また、その場合でも中央暗部の度合いがある程度改善されるのみで、完全には中央暗部を無くすことができない。また、暗部が必ずランプ中央に位置するという問題があった。
【０００９】
さらに、この放電ランプを複数本配置し、光源装置（バックライト）とした場合、ランプの中央暗部が集中するため、均一な発光が得られないという問題があった。
【００１０】
また、図１６に示すように、一つの発光管において電極および点灯回路を完全に分離して複数設けた場合、中央暗部は外部電極７ａ、７ｂの配置により決定できるが、点灯回路が一つの発光管に対して複数必要となるという問題がある。さらに、暗部の位置を変える場合は、新たに別の放電灯を製造する必要があり、工数が必要であった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、単一の点灯回路にて中央暗部の位置を制御可能な放電灯装置およびそれを用い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】
【００１２】
本発明に係る第１の光源装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された複数の発光管と、複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。複数の発光管は並列して配置されている。電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加する。電圧変換手段は、複数の発光管に生じる暗部の位置が散在して分布するように各発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する。
【００１３】
本発明に係る第２の光源装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された複数の発光管と、複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。発光管は曲折部を有し、曲折部が導光板の角部近傍に位置するように導光板横側に配置されている。電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、発光管の暗部がその曲折部に生じるように発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する。
【００１４】
上記光源装置において、電圧変換手段は、点灯回路と内部電極との間に直列に接続されるコンデンサを含んでもよい。
【００１５】
また、上記光源装置において、少なくとも２つの内部電極は発光管の両端に設けられてもよい。
【００１６】
また、上記光源装置において、外部電極は接地されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルへ照明光を供給する上記の光源装置とを備える。
【００１８】
本発明に係る放電灯装置は、対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し放電媒体が封入された発光管と、発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備える。電圧変換手段は、発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加する。電圧変換手段は、発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧間の差を制御することにより発光管発光時に生じる暗部の位置を所望の位置に調整する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内部電極と外部電極間のみに単一の高周波電源より電圧を印加して点灯させる際に、ランプ中央部に発生する中央暗部の位置を容易に制御することを可能とする。このことから、例えば、本発明の思想を適用した放電装置をバックライト等の平面状の光源装置として利用した場合、発光時に生じる暗部を平面的に分散できるため、光出力ムラを大幅に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本発明の放電灯装置等の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同様の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、本発明に係る放電灯装置の一例について説明する。図１（ａ）に本実施形態の放電灯装置の構成を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）の線Ｉ−Ｉにおける断面図である。
【００２２】
光源装置１０は、点灯回路１３と、電圧変換手段１３Ｆと、発光管２０とを備える。発光管２０は、その内部に配置された複数の内部電極２１と、外部に配置された外部電極２２とを備える。内部電極２１にはリード２４が接続されている。
【００２３】
発光管２０内において、複数の内部電極２１が互いに離間して封装される。図１（ａ）は一例として内部電極を２つ封装する場合を示している。同図のように発光管２０の両端部に内部電極２１を配置すると、最も少ない数の内部電極で発光管全域を点灯できるため好ましい。なお、以下では、説明の便宜上、内部電極数が２の場合の例を説明する。
【００２４】
発光管２０は、透光性の材料で形成され、たとえばホウケイ酸ガラスで形成される。また、発光管２０は、石英ガラス、ソーダガラスまたは鉛ガラスで形成してもよい。発光管２０に用いられるガラス管の外径は、通常、１．２ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。また、ガラス管の外面と内面との距離すなわちガラス管の厚さは、通常、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。なお、発光管２０は、直線状の形状に限らず、他の形状であってもよい。たとえば、Ｌ字状、Ｕ字状または矩形状であってもよい。
【００２５】
発光管２０は封止されており、その内部には、放電媒体が封入されている（以下の実施形態においても同様である）。放電灯装置１０で用いられる放電媒体としては、希ガスを用いることができる。希ガスとしては、クリプトンガス、アルゴンガス、ヘリウムガスおよびキセノンガスから選ばれる少なくとも１つのガスを用いることができる。特に、キセノンガスから放出される紫外線の波長は、水銀から放出される紫外線の波長と近接している。このため、希ガスとしてキセノンガスを用いることによって、水銀を用いた蛍光ランプと同じ蛍光体を利用できるという利点があるため好ましい。この放電媒体は、希ガスに加えてさらに水銀を含んでもよい。ただし、放電媒体が水銀を含まない場合、周囲温度の変化に伴う水銀蒸気圧の変化によって発光効率が変化することを防止できる。なお、上述した放電媒体は、以下の実施形態の放電媒体としても適用できる。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、発光管２０の内面には、蛍光体層２３が形成されている。蛍光体層２３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２３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、緑および青（ＲＧＢ）の光が得られる。蛍光体層２３は、放電灯に一般的に用いられる材料で形成できる。
【００２７】
なお、発光管２０は、その外部表面に配置された誘電体層（たとえば樹脂層）を含んでもよい。そのような発光管２０の一例を図２（ａ）に示す。発光管２０は、管２０ａと、管２０ａの外面に形成された誘電体層２０ｂとを含む。管２０ａは、たとえばホウケイ酸ガラスからなる。誘電体層２０ｂには、たとえばポリエステル系樹脂からなる多層膜や、酸化チタンや酸化ケイ素からなる薄膜を用いることができる。ガラス管の表面に誘電体層を形成する場合、その厚さは、通常、０．５μｍ〜１００μｍ程度にするのが好ましい。
【００２８】
内部電極２１は発光管２０の内部において、その両端に形成されている。内部電極２１は、たと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２１の表面は、酸化セシウム、酸化マグネシウムまたは酸化バリウムといった金属酸化物層で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。また、内部電極２１の表面は、誘電体層（たとえばガラス層）で覆われていてもよい。図２（ｂ）に、金属電極２１ａと、それを覆うように形成された誘電体層２１ｂとを備える内部電極２１の断面図を示す。このような誘電体層を用いることによって、放電時の電流を抑制できる。その結果、放電時に継続的に電流が流れることを抑制でき、放電を安定化することができる。
【００２９】
外部電極２２は発光管２０の外部に形成されている。外部電極２２は、導電性の材料で形成できる。たとえば、外部電極２２は、銅やアルミニウムやリン青銅といった金属で形成してもよいし、金属粉末（たとえば銀粉末）と樹脂とを含む金属ペーストで形成してもよい。
【００３０】
外部電極２２は発光管２０の外部に形成されており、かつ放電が行えればよく、その位置や面積は限定されない。言い換えれば、発光管の外面に直接接触していても、接触していなくてもよい。図２（ｃ）に、発光管２０と外部電極２２を空隙を介して離間配置した際の断面図を示す。このように、空隙を設け、発光管２０と外部電極２２の間隔を、この空隙にかかる電界強度が空気の絶縁破壊を生じない距離にすることにより、発光管２０と外部電極２２間にできた微小空間でのコロナ放電を防止し、オゾンの発生を防ぐことができる。また、接触させる場合でも、外部電極を発光管２０の周方向に螺旋状に旋回配置しても良いことはもちろんである。
【００３１】
外部電極２２はリード線等で電気的に接続され、かつ同電位であれば配置や数量は限定されない。図３（ａ）に外部電極２２を管軸方向に２分割した例を、図３（ｂ）に外部電極２２を複数分割、離間配置した際の一例を示す。外部電極２２を複数分割した際は、外部電極２２近傍の発光管内壁に放電が収縮するのを抑制することができるため、発光効率を向上させることが可能となる。
【００３２】
放電灯装置１０のより具体的な構成例について説明する。ここでは、発光管２０は、たとえば外径が３．０ｍｍ、内径が２．０ｍｍ、長さが３５０ｍｍとする。発光管２０の内部には、蛍光体層として、一般の蛍光ランプに用いられる３波長発光形の希土類蛍光体が塗布されている。内部電極２１は発光管の両端に１つずつ内封されており、たとえば外形が１．５ｍｍ、内径が１．３ｍｍ、長さが５ｍｍである。外部電極２２の幅は１．５ｍｍであり、発光管の外面に管軸方向全体に直線状に配置している。発光管の内部には、圧力が約２１ｋＰａとなるようにキセノンガスとアルゴンガスとの混合ガスが封入される。
【００３３】
放電灯装置１０では、点灯回路１３からの電圧を電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００３４】
以下、内部電極２１と外部電極２２との間に印加する電圧について説明する。
電圧変換手段１３Ｆは、複数の内部電極２１のそれぞれに対し同じ極性の電圧を印加するが、内部電極２１と外部電極２２には互いに異なる極性の電圧を印加する。これは、内部電極２１間どうしでの放電を防止し、外部電極２２と各内部電極２１との間においてのみ放電が生じるようにするためである。なお、本実施例では、外部電極２２の電位を基準電位としている。
【００３５】
さらに、電圧変換手段１３Ｆは、１つの発光管２０において各内部電極２１に印加する電圧の大きさを互いに異ならせる。そして、電圧変換手段１３Ｆは、各内部電極２１に印加する電圧間の差を調整することにより、発光管２０において生じる暗部の位置を所望の位置に制御する。
【００３６】
内部電極２１と外部電極２２の間に印加する電圧は、正弦波でも矩形波でもよく、極性が変化してもしなくてもよい。発光管２０の内部に水銀が含まれない場合、すなわち放電媒体が希ガスのみである場合には、外部電極２２を接地し、内部電極２１に対して電圧の極性が変化しない矩形波電圧を印加することが好ましい。
【００３７】
今、点灯回路１３が図４（ａ）に示すような出力電圧Ｖ１を出力する場合を検討する。図４（ａ）に示す例では、内部電極２１に対する印加電圧は、０ボルトと正の電圧Ｖ１との間で変調されている。電圧Ｖ１を印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は、０．１５〜０．５程度であることが好ましい。また、矩形波の周波数は、たとえば１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲である。図４（ｂ）に、図４（ａ）に示す電圧を印加した場合に２つの電極２１、２２間を流れる電流を示す。同図のように内部電極２１と外部電極２２との間には、印加電圧の微分波形に対応する電流が流れる。
【００３８】
点灯回路１３の構成例を図５（ａ）に示す。内部電極２１と外部電極２２との間には、電圧変換手段１３Ｆを通じて点灯回路１３が接続されている。外部電極２２は、通常、グランド（基準電位点）に接続される。点灯回路１３は、交流電源１３ａと、整流回路１３ｂと、平滑回路１３ｃと、昇圧回路１３ｄと、スイッチング回路１３ｅとを備える。これらの回路には、一般的な回路を用いることができる。交流電源１３ａで生成された交流電圧は、整流回路１３ｂによって直流の正電圧へ変換される。そして、整流された電圧は、平滑回路１３ｃで平滑化され、昇圧回路１３ｄで昇圧される。昇圧された電圧は、スイッチング回路１３ｅによって、所定の時間Ｔ１だけ印加される。このようにして、矩形波電圧が点灯回路１３から出力される。
【００３９】
点灯回路１３から出力された矩形波電圧Ｖ１は、図５（ｂ）に示すように電圧変換手段１３Ｆを通して電圧のピーク値のみ変調される。すなわち、０ボルトを基準として正の電圧Ｖ１を正の電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３に変換するが、電圧Ｖ２及びＶ３を印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は元の電圧Ｖ１と変わらない。このようにして、矩形波電圧Ｖ２、Ｖ３が電圧変換手段１３Ｆから各内部電極２１に印加される。この際、電圧Ｖ２もしくは電圧Ｖ３のどちらか一方が電圧Ｖ１と同じであっても良い。
【００４０】
図５（ａ）は電圧変換手段１３Ｆの具体的な構成例も示している。放電灯装置１０に接続されている発光管２０は誘電体を介したバリア放電構造であり、いわばコンデンサと類似した構造となっている。そのため、図５（ａ）のように電圧変換手段１３Ｆとして発光管２０の内部電極２１に対して直列に容量の異なるコンデンサＣ１およびＣ２を接続することで、分圧された電圧Ｖ２およびＶ３が各内部電極２１に印加される。また、少なくとも１つの内部電極に対してのみコンデンサを接続し、分圧された電圧Ｖ２及び分圧されていない電圧Ｖ１とをそれぞれの内部電極に印加するようにしても良い。なお、電圧変換手段１３Ｆは上述のごとく、コンデンサ用いるのが好ましいが、それぞれの内部電極２１へ印加する電圧を異ならせることができれば、他の回路を用いてもよい。
【００４１】
図６に、において一方の内部電極に対してのみコンデンサＣ１を直列に挿入した電圧変換手段１３Ｆを用いた場合における、コンデンサＣ１の容量と発光管２０に生じる暗部の位置との関係を示す。図６では、点灯回路１０より出力される電圧波高値Ｖ１は２．０ｋＶであり、印加する時間Ｔ１と矩形波の周期Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）の値は０．５、周期Ｔ２の周波数は４０ｋＨｚとした。結果として、コンデンサＣ１の容量が小さくなるにつれ、コンデンサＣ１挿入側の内部電極に印加される電圧が低下するため、コンデンサＣ１挿入側の内部電極の方に暗部が移動していく。本実施形態では、暗部の移動量は、コンデンサＣ１の容量が２００５ｐＦの場合は発光管中心から５ｍｍ移動し、同様に９９８ｐＦでは３５ｍｍ、５０８ｐＦでは６１ｍｍ、２５２ｐＦでは８６ｍｍ、１２６ｐＦでは１０５ｍｍ、６４ｐＦでは１１６ｍｍであった。
【００４２】
以下、上記の放電灯装置１０を用いた光源装置について説明する。
図７に、上記の放電灯装置１０を並列に複数本並べて平面のバックライトとした場合の光源装置１１の構成例を示す。また、図８に、図７の線II−IIにおける断面図を示す。なお、図８には拡散板６３および液晶パネル７０も示している。図７および図８では、蛍光体層は省略している。液晶パネル７０及び光源装置１１は液晶表示装置を構成する。
【００４３】
図７の光源装置１１は、発光管２０、内部電極２１、外部電極２２、点灯回路１３および電圧変換手段１３Ｆを備える。
【００４４】
外部電極２２は発光管２０の外表面に形成されている。外部電極２２は、金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。複数の発光管２０は、支持部材６２で反射板２５上に平行に支持されている。内部電極２１は発光管２０の両端に１つずつ内封されている。反射板２５は、発光管２０の周囲を箱状に囲い、発光管２０から拡散板６３への光の入射効率を高める機能をする。
【００４５】
外部電極２２は、必要な光学特性により、幅や長さ、面積を自由に変えても良い。外部電極２２が同電位であれば、たとえば発光管の長さ方向軸方向に分割・離間配置してもよいし、螺旋状に旋回配置しても良いことはもちろんである。
【００４６】
光源装置１１では、点灯回路１３からの電圧を、電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００４７】
図８に示すように、発光管２０から出射された光は、拡散板６３を介してその表面６３ａからほぼ均一に出射され、液晶パネル７０を照射する。拡散板６３は、たとえば乳白状の樹脂で形成できる。また、拡散板６３の表面６３ａ上には、使用状況に応じて、拡散シートやレンズシートを配置してもよい。
【００４８】
電圧変換手段１３Ｆは、例えば図５（ａ）に示すように、発光管両端の内部電極２１および外部電極２２と直列に接続したコンデンサより構成される。
【００４９】
従来のような電圧変換手段１３Ｆを用いない場合は、発光管２０の各内部電極には同じ電圧が印加されるため、それぞれにおいて図９（ａ）に示すように発光管の長さ方向の中央部分に暗部Ｘが発生する。この暗部Ｘの位置が重なることにより、拡散板６３の表面６３ａから映し出された光出力は線状に暗部が発生した不均一な光出力となる。
【００５０】
この問題を解決するため、本実施形態では、点灯回路１３と発光管２０の間に直列挿入するコンデンサによって、各発光管２０において一の内部電極に印加する電圧と他の内部電極に印加する電圧とを異ならせ、かつ、その電圧差を適宜調整する。これにより、各発光管２０において発生する暗部Ｘの位置を制御している。すなわち、隣接する発光管間において生じる暗部の位置を異ならせるようにすることにより、図９（ｂ）に示すように面全体として暗部Ｘの位置が分散されるため、拡散板６３を介してその表面６３ａから映し出された光出力は均一なものとなる。
【００５１】
また、本実施形態の構成によれば、単一の点灯回路を用いたランプ設計の場合であっても、挿入するコンデンサの容量のみで電圧調整が可能なことから制御が容易であり、ランプ設計を変えることなく光出力が均一で、安価な光源装置を提供できる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施形態では、本発明に係る光源装置の他の例について説明する。
図１０に光源装置の別の構成を示す。また、図１１に、図１０の線Ｘ−Ｘにおける断面図を示す。なお、図１１には液晶パネル７０も示されている。さらに、図１２に、別の例の光源装置の構成（構成断面図）を示す。図１０、図１１および図１２では、蛍光体層の図示を省略している。
【００５３】
図１０に示す光源装置１２は、導光板６０、発光管２０、内部電極２１、外部電極２２、点灯回路１３および電圧変換手段１３Ｆを備える。
【００５４】
外部電極２２は発光管２０の外表面に形成されている。外部電極２２は金属ペーストや導電性樹脂で形成できる。発光管２０はＬ字形状を有し、支持部材６２で支持されている。内部電極２１は発光管２０の両端に１つずつ内封されている。発光管２０は、導光板６０の側面に配置される。反射板２５は、発光管２０の周囲をコの字状に囲い、発光管２０から導光板６０への光の入射効率を高める機能をする。
【００５５】
外部電極２２は、必要な光学特性により、幅や長さ、面積を自由に変えても良い。外部電極２２は同電位の複数に電極で構成されてよく、たとえば発光管の長さ方向軸方向に分割して、離間配置してもよいし、螺旋状に旋回配置しても良い。
【００５６】
光源装置１２では、点灯回路１３からの電圧を、電圧変換手段１３Ｆを通じて、内部電極２１と外部電極２２との間に電圧を印加することによって放電が生じ、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２３で可視光に変換され、発光管２０から放射される。
【００５７】
発光管２０から出射された光は、導光板６０を介してその表面６０ａからほぼ均一に出射される。導光板６０は、たとえば透明な樹脂で形成できる。導光板６０の裏面６０ｂには、出射される光を均一にするために、凹凸が形成されている。また、裏面６０ｂ上には、反射層６１が形成されている。反射層６１は、たとえば酸化チタンや金属、樹脂等で形成できる。また、導光板６０の表面６０ａには、使用状況に応じて、拡散シートやレンズシートを配置してもよい。
【００５８】
電圧変換手段１３Ｆは例えば、図５（ａ）に示すように、発光管両端の内部電極２１および外部電極２２と直列に接続したコンデンサＣ１、Ｃ２より構成される。
【００５９】
図１０の光源装置１２では、発光管２０に生じる暗部Ｘが発光管２０のＬ字形の曲折部に位置するように、電圧変換手段１３ＦのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量を設定する。Ｌ字形の発光管２０の曲折部は、ちょうど導光板６０の側面の角部近傍に位置している。導光板６０の側面の角部では、導光板に入射する光量は最小となる（すなわち、入光効率が最小となる）。このことから、暗部Ｘの位置を発光管２０のＬ字形の曲折部に位置するよう制御することにより、暗部Ｘによる光出力の影響が最小となり、導光板６０の表面６０ａから映し出される光出力は均一となる。よって、光出力が均一な光源装置が可能となる。
【００６０】
光源装置１２について具体的な仕様の例を説明する。導光板６０は、アクリル樹脂で形成でき、そのサイズは、１６０ｍｍ×９３ｍｍとすることができる。Ｌ字形の発光管２０は、長さ２５２ｍｍ、外径２．６ｍｍ、内径２．０ｍｍとすることができる。放電媒体には、キセノンガスとアルゴンガスとの混合ガス（圧力：約２１ｋＰａ）を用いることができる。内部電極２１は発光管の両端に１つずつ内封されており、たとえば外形が１．５ｍｍ、内径が１．３ｍｍ、長さが５ｍｍとすることができる。発光管の内部には、蛍光体層として、一般の蛍光ランプに用いられる３波長発光形の希土類蛍光体を塗布することができる。外部電極の幅は１．５ｍｍとし、発光管のほぼ全長に渡って配置することができる。電圧変換手段１３ＦのコンデンサＣ１の容量値は７５ｐＦでありＬ字形の発光管２０の短い辺側の内部電極２１に挿入することができる。Ｌ字形の発光管２０の長い辺側の内部電極２１にはコンデンサは接続せず、点灯回路１３の出力電圧をそのまま内部電極２１に印加させることができる。
【００６１】
光源装置１２を液晶表示装置として用いる場合には、図１１のように液晶パネル７０が導光板６０上に配置される（以下の光源装置においても同様である）。
【００６２】
なお、反射板２５をアルミニウム等の導電性物質で形成し、外部電極機能と反射板機能とを合わせ持たせてもよい。図１２に、そのような反射板機能を兼ね備えた電極を有した光源装置の構成例を示す。
【００６３】
図１２において、光源装置１３は、導光板６０、発光管２０、内部電極２１および反射板外部電極２６を備える。
【００６４】
反射板機能付外部電極２６は、発光管２０の外表面に形成されている。発光管２０と反射板機能付外部電極２６は、たとえば空隙等で間隔を空けて導光板６０の側面に配置される。空隙等で発光管２０と外部電極２６の間隔を空けることにより、発光管２０と外部電極２６間の微小空間でのコロナ放電を防止し、オゾンの発生を防ぐことができる。
【００６５】
図１３に、光源装置のさらに別の例として、Ｌ字形の発光管２０をコの字形の発光管に置換した光源装置の例を示す。図１３の光源装置１２０において、発光管２０の内部電極２１は、コの字形の発光管２０の両端に１つずつ内封されるとともに、発光管中央にも端部方向に向かうようにして１つだけ内封されている。
【００６６】
図１３の構成において、点灯回路１３からの出力電圧は、電圧変換手段１３Ｆを通じて各内部電極２１に印加される。この状態で点灯すると、暗部は発光管の中央部で２分割したＬ字形の発光管と同じ状態で発生する。この際、電圧変換手段１３Ｆのコンデンサの設定値を、コの字形の発光管２０を２等分したＬ字形の発光管の場合の設定値と同じにし、発光管２０の両端の内部電極２１を同電位で点灯することで、暗部Ｘをコの字形状の発光管２０の曲折部に位置するよう制御することが可能となり、暗部Ｘを導光板６０の入光効率の最も低い位置近傍に位置させることができるため、導光板６０の表面６０ａから均一性の高い光出力を得られる光源装置を実現することができる。
【００６７】
図１４に光源装置のさらに別の例を示す。図１４の光源装置は、長手方向に垂直な面で切断したときの断面が楔型形状を有する導光板６０を備えている。このような導光板６０の側面に２つのＬ字形状の発光管２０が配置されている。このような導光板６０の幅方向側面の幅方向の中央は、最も入光効率の低い位置であることから、発光管２０の暗部Ｘは、導光板６０の幅方向側面の幅方向の中央部近傍に位置するように制御される。これにより、導光板６０の表面６０ａからの光出力に対する暗部Ｘの影響を最小にでき、均一な光出力を得ることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の例にも適用することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本願発明の光源装置は、放電媒体が封入された発光管とその放電媒体を励起するための電極とを備える放電灯装置および光源装置であって、バックライト光源として有用であり、特に液晶ディスプレイのバックライトに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）本発明の放電灯装置の一例の側面図、および（ｂ）本発明の放電灯装置の一例の断面図。
【図２】（ａ）は放電灯装置の他の例の断面図、（ｂ）内部電極の他の例の断面図、及び（ｃ）外部電極の他の例の断面図。
【図３】図１に示した放電灯装置の他の例の断面図。
【図４】（ａ）本発明の放電灯装置に印加する電圧の一例を示す図、および（ｂ）（ａ）の場合に電極間を流れる電流を示す図。
【図５】（ａ）本発明の放電灯装置における電圧変換手段の具体的構成例を示す回路図、および（ｂ）電圧変換手段の動作を示した図。
【図６】実施の形態１における電圧変換手段としてコンデンサを用いた場合の暗部位置変化を示すグラフ。
【図７】本発明の光源装置の一例の構成を示す図。
【図８】図７に示した光源装置の断面図。
【図９】（ａ）図７に示した光源装置において暗部が中央に集中して分布した様子を説明した図、および（ｂ）図７に示した光源装置において暗部が分散して分布した様子を説明した図。
【図１０】本発明の光源装置の他の例の構成を示す図（Ｌ字形状発光菅を含む）。
【図１１】図１０に示した光源装置の断面図。
【図１２】本発明の光源装置のさらに他の例の構成を示す断面図（発光板機能付電極を含む）。
【図１３】本発明の光源装置のさらに他の例の構成（コの字形状発光菅を含む）を示す図。
【図１４】本発明の光源装置のさらに他の例の構成（楔断面形状導光板を含む）を示す図。
【図１５】従来の放電ランプの構成図。
【図１６】従来の放電ランプの別の一例の構成図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 放電容器
４ 導入線
６ 高周波電源
１０ 放電灯装置
１１、１２、１３、１２０ 光源装置
９ａ、９ｂ、１３ 点灯回路
１３Ｆ 電圧変換手段
２０ 発光管
２０ａ 管
２０ｂ 誘電体層
２、８ａ、８ｂ、２１ 内部電極
２１ａ 金属電極
２１ｂ 誘電体層
３、７ａ、７ｂ、２２ 外部電極
２３ 蛍光体層
２４ リード
２５ 反射板
２６ 反射板外部電極
６０、６０ａ、６０ｂ 導光板
６１ 反射層
６２ 支持部材
６３、６３ａ 拡散板
Ｘ 暗部
７０ 液晶パネル
ＤＬ 放電ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された、複数の発光管と、
前記複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
前記複数の発光管は並列して配置されており、
前記電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、前記複数の発光管に生じる暗部の位置が散在して分布するように各発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された、複数の発光管と、
前記複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
前記発光管は曲折部を有し、該曲折部が前記導光板の角部近傍に位置するように前記導光板横側に配置されており、
前記電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、前記発光管の暗部がその曲折部に生じるように発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
前記電圧変換手段は、前記点灯回路と前記内部電極との間に直列に接続されるコンデンサを含む、ことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの内部電極は発光管の両端に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項５】
前記外部電極が接地されている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
液晶パネルと、
該液晶パネルへ照明光を供給する、請求項１ないし５のいずれかに記載の光源装置と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された発光管と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
該電圧変換手段は、発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、
発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧間の差を制御することにより前記発光管の発光時に生じる暗部の位置を調整する
ことを特徴とする放電灯装置。
【請求項１】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された、複数の発光管と、
前記複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
前記複数の発光管は並列して配置されており、
前記電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、前記複数の発光管に生じる暗部の位置が散在して分布するように各発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された、複数の発光管と、
前記複数の発光管からの光を入光して伝播させる導光板と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
前記発光管は曲折部を有し、該曲折部が前記導光板の角部近傍に位置するように前記導光板横側に配置されており、
前記電圧変換手段は、各発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、前記発光管の暗部がその曲折部に生じるように発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧の差を制御する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
前記電圧変換手段は、前記点灯回路と前記内部電極との間に直列に接続されるコンデンサを含む、ことを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの内部電極は発光管の両端に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項５】
前記外部電極が接地されている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
液晶パネルと、
該液晶パネルへ照明光を供給する、請求項１ないし５のいずれかに記載の光源装置と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
対向して設けられた少なくとも２つの内部電極と、外部電極とを有し、放電媒体が封入された発光管と、
前記発光管の内部電極と外部電極に電圧を印加する電圧を生成する点灯回路と、
前記点灯回路からの出力電圧を変換して各発光管の内部電極及び外部電極に印加する電圧変換手段とを備え、
該電圧変換手段は、発光管において、内部電極と外部電極には異極性の電圧を印加し、内部電極のそれぞれには同極性であってそれぞれ異なる大きさの電圧を印加し、
発光管のそれぞれの内部電極に印加する電圧間の差を制御することにより前記発光管の発光時に生じる暗部の位置を調整する
ことを特徴とする放電灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−４９２３６（Ｐ２００６−４９２３６Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３２０４３（Ｐ２００４−２３２０４３）
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月９日（２００４．８．９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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