光源装置及液晶显示装置.pdf

本发明的光源装置(10)具备：在至少一方端部具备内部电极(102)，由透光性材料构成，在内面形成荧光体膜，封入含有氙的放电气体且并列配置的多个发光管(101)；与多个发光管间隔距离设置，并与接地电位电连接的具有导电性的近似平板状外部电极(103)；和将所有的多个发光管的外表面与外部电极电连接的导电部件(105)。

1、  一种光源装置，具备：
在至少一方端部具备内部电极，由透光性材料构成，在内面形成荧光体膜，封入含有氙的放电气体且并列配置的多个发光管；
与所述多个发光管间隔距离设置，并与接地电位电连接的具有导电性的近似平板状外部电极；和
将所有的多个发光管的外表面与所述外部电极电连接的导电部件。

2、  根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
由与所述发光管正交的方向上配设的带状金属箔形成所述导电部件。

3、  根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
从所述发光管中的所述内部电极观察，所述导电部件配设在比所述发光管的全长的二分之一远的部分。

4、  根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，
从所述发光管中的所述内部电极观察，所述导电部件配设在所述发光管全长的60％以上、80％以内的部分。

5、  根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述导电部件配设在所述发光管与所述外部电极之间。

6、  根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
所述导电部件配设在所述发光管的与所述外部电极侧的表面相反侧的表面上。

7、  一种液晶显示装置，具备：液晶面板、和对所述液晶面板进行照明的背光灯装置，所述背光灯装置含有权利要求1所述的光源装置。

光源装置及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种使用了电介质势垒(barrier)放电的放电光源及利用了这种光源的液晶显示装置。
背景技术
近年来，随着数字电视机的大画面化、薄型化的进展，液晶背光灯的大型化要求正在逐渐增强。对于液晶背光灯用光源而言，作为取代以往所重用的冷阴极荧光灯的器件，使用了发光二极管或有机EL元件的固体发光器件的研究也在发展，并且一部分已经实现了商品化。但是，从发光效率或寿命特性等和成本的观点出发，目前还不能完全替代冷阴极荧光灯。
荧光灯使用应用了对环境造成负担的物质、即水银的低压辉光放电，作为用于激励作为其发光主体的荧光体的紫外线源。因此，从环保的观点出发，正在开发一种不使用水银而与现有的荧光灯具有同等效率的光源。
为了实现上述目的，需要一种对能够有效激励荧光体、使其发光的波长(大约100nm～300nm左右)的紫外线进行高效放射的放射源。水银以外的作为基于放电的紫外线放射介质而备受瞩目的是以稀有气体为主体的低压或中压(大致大气压以下)的放电等离子。由于紫外线一个光子最终通过荧光体被变换成可见光的一个光子，所以，相当于紫外光的能量与可见光的能量之差的能量成为损失。因此，期望通过放电得到的紫外线的波长接近于可见光。鉴于此，由于在稀有气体放电中，对以氙为主体的放电等离子而言，所放射的紫外线的波长比较长，所以有希望实现上述目的。
公知在氙放电中，尤其是激励状态的氙原子与基底状态的氙原子不稳定结合的激态原子(excimer，激发二聚体)分解时所放出的172nm附近的宽幅放射的效率高。一般而言，激态原子的生成、放射分解在脉冲余辉中效率特别高。因此，与通常的辉光放电相比，在电极与放电空间之间设置成为切断电流的电荷势垒的电介质层、即所谓的电介质势垒放电可以期待高的效率。
因此，作为应用了以氙为主体的稀有气体放电的稀有气体荧光灯，从以往就投入精力研究了利用发光管的玻璃管壁作为电荷势垒的电介质层。
但是，在以发光管壁为电荷势垒的构成上，无论如何都需要在发光管的外侧配置外部电极。在使用通常的金属电极作为外部电极的情况下，存在着外部电极对配光特性造成影响的问题。尤其在作为大型液晶TV用的背光灯而使用的情况下，一般采取在液晶面板的下面并列配置多个灯，并在其下配置漫射/反射板的构成。由于在TV中，画面的亮度分布的均匀性很重要，所以，需要注意外部电极的构成、配置。作为这样的构成的例子，图8表示了专利文献1所公开的灯装置的构造。
图8是表示利用了电介质势垒放电的多个稀有气体荧光灯的背光灯装置的图。
在图8中，发光管1其内部作为放电空间发挥功能，是封入了放电介质的硬质玻璃制的气密性容器。通过平行配置多个发光管1(在图8中代表性地图示了两个)，来作为背光灯装置发挥功能。每个发光管1中分别在端部具有一个内部电极2。而且，配置有与每个发光管1隔开规定的空隙、各发光管1公用的接地的板状外部电极3。并且，在各个内部电极2与外部电极3之间连接有公共的点亮电路，被施加高频电压。
通过这样的构成，能够在内部电极2与外部电极3之间发生将发光管1的管壁利用为电荷势垒的电介质势垒放电，以与一般的有水银冷阴极荧光灯背光灯单元相同的光学结构，实现效率高的稀有气体荧光灯。
另外，在图8的构成中，从点亮电路观察，发光管1及外部电极3成为电容性的负载，由于电流被限制，所以不需要对各发光管1独立准备点亮电路，具有能够大幅降低成本的优点。
专利文献1：特开WO2005/022586号公报(参照图18)
本申请的发明者们发现：在使用图8那样的专利文献1所公开的构成，尤其将5个以上发光管并列配置到公共的外部电极上时，尽管对内部电极施加的驱动电压是均等的，有时每个发光管的亮度也不均匀。例如，当将12个发光管并列配置成相互的间隔为21mm、距离外部电极3的空隙为3mm，并对每个发光管1的亮度进行测定时，得到了图9所示的结果。由该图可知，存在着亮的发光管1与暗的发光管1交替排列的现象。这种明暗图案在高精度等间隔配置多个发光管1的情况下，会在发光管的排列中交替出现。但是，在发光管的配置间隔精度差的情况下，明暗图案不一定在发光管的排列中交替出现。而是具有周期性出现的情形。这种交替出现的明亮发光管的亮度与暗淡发光管的亮度之差尤其在距离内部电极2远的部分显著。由于外部电极3离所有的发光管1的距离相等且被接地，而且内部电极2的电压输入线都是同电位，所以，可以推测发光管1的电流因某种原因而不一致。
另外，在现有的结构中，从电晕放电的发生和发光效率方面出发，在发光管1与外部电极3之间设置了空隙。在不设置空隙地使发光管1与外部电极3接触的情况下，发光管1的外表面被稳固地固定为外部电极3的电位(接地电位)，发光管1不受外部电场的影响。但在设置了空隙的情况下，发光管1容易受到外部电场的影响，尤其在并列配置了多个发光管的情况下，认为容易发生上述那样的明暗图案。
如上所述，电视用的液晶背光灯中亮度的均匀性是重要的，不希望出现这样的明暗图案。虽然能够通过前面的光学板进行修正，但因此而插入漫射板会导致成本增加和光取出效率低下等缺点。
发明内容
本申请发明为了解决上述课题而提出，其目的在于，提供一种在并列配置了多个基于电介质势垒放电的稀有气体荧光灯的光源装置中，使各发光管的亮度均匀的光源装置。
本发明的光源装置具备：在至少一方端部具备内部电极，由透光性材料构成，在内面形成荧光体膜，封入含有氙的放电气体且并列配置的多个发光管；与多个发光管间隔距离设置，并与接地电位电连接的具有导电性的近似平板状外部电极；和将所有的多个发光管的外表面与外部电极电连接的导电部件。
在更优选的实施方式中，由与发光管正交的方向上配设的带状金属箔形成导电部件。由此，可降低导电部件引起的光的遮蔽。
而且，从发光管中的内部电极观察，优选导电部件配设在比发光管的全长的二分之一远的部分。并且，从发光管中的内部电极观察，通过将导电部件配设在比发光管全长的60％远、80％以内的部分，可得到更高的效果。
另外，导电部件也可配设在发光管与外部电极之间。或者，导电部件配设在所述发光管的与所述外部电极侧的表面相反侧的表面上。
本发明的液晶显示装置具备：液晶面板、和对液晶面板进行照明的背光灯装置。背光灯装置含有上述的光源装置。
发明效果
本发明通过在发光管外部的规定位置设置导电部件，可以抑制并列配置的多个发光管各自的亮度不均，能够实现画面均匀度高的稀有气体荧光灯背光灯装置。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中的液晶背光灯装置的构成的图。
图2是本发明实施方式1中的液晶背光灯装置的剖面图。
图3是用于对本发明实施方式1的液晶背光灯装置的效果进行说明的曲线图。
图4是表示本发明涉及的稀有气体荧光灯的动作原理的图。
图5是用于说明导电部件的优选位置的曲线图。
图6是表示本发明实施方式2中的液晶背光灯装置的构成的图。
图7是表示本发明实施方式3中的液晶显示装置的构成的图。
图8是表示现有的稀有气体荧光灯的构成的图。
图9是用于对现有的稀有气体荧光灯的课题进行说明的曲线图。
图中：1、101—发光管，2、102—内部电极，3、103—外部电极，104—隔离物(spacer)，105—导电部件，106—作为内部电荷调整机构而动作的导体部件，107—连接器，108—电源线，109—电源电路(点亮电路)，110—漫射光学部件，111—漫射光学部件的开口。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是表示利用了本发明第一实施方式的稀有气体荧光灯的液晶背光灯装置(光源装置)的构成的图。
在图1所示的液晶背光灯装置10中，发光管101是硼硅玻璃等具有透光性的硬质玻璃圆筒管，在内面形成有激励光谱尤其在真空紫外区域(主要为200nm以下)被选定为强的三波长的荧光体膜(未图示)。在本实施方式中，设发光管101的管长(玻璃管的端部间)为370mm、其内半径为1.5mm。而且，发光管101以21mm的间隔(设为发光管101的中心轴间的距离)并列配置了12个。不过，在图1中仅代表性地表示了6个发光管101。在发光管101的内部以常温下120Torr的压力封入了主要由氙构成的稀有气体作为放电气体。在发光管101的单侧端部，气密封装有由镍等高熔点、且电传导性高的金属构成的杯状冷阴极的内部电极101。发光管101被由硅酮树脂等绝缘性部件构成的隔离物104，保持在与表面实施了高亮度反射涂敷的近似平板状、由铝材构成的外部电极103相距5.0mm的位置。这里，发光管101与外部电极103之间的距离成为发光管101的外表面与外部电极103之间的最短距离。当该最短距离在每个发光管中不同时，采用其中最短的距离。
图2表示将图1所示的液晶背光灯装置10以A—A’线切断时的剖面图。如该图所示，导电部件105被配置在发光管101的上部，与外部电极103连接。外部电极103被设置在与至少一个发光管101的中心轴平行的平面上。
从电源电路(点亮电路)109向发光管101施加20Hz、2.0kV_0-p的驱动电压。在施加电压时，由于发光管101的玻璃管壁作为电荷势垒发挥作用，所以，在内部电极102与外部电极103之间可实现电介质势垒放电。
这里，外部电极103为近似平板状是指不必一定是完全平坦的板。例如容许是至少具有发光管101的直径程度以上的宽度、并具有比到发光管101的轴为止的距离大的曲率半径的凹面形状。
另外，在如本实施方式的稀有气体荧光灯那样利用了电介质势垒放电的情况下，从电源电路观察灯整体的负载为电容性。因此，由于各个灯中流动的电流被负载电容限制，所以，本实施方式的稀有气体荧光灯与电流和电压显示负特性的通常冷阴极灯不同，能够通过单一的电源电路点亮多个灯。因此，在本实施方式中，内部电极102通过连接器107与公共的电源线108连接，由单一的电源电路109驱动。
如上所述，在如此对公共外部电极103及电源电路109并列配置了多个发光管101的构成的背光灯装置中，与内部电极102被施加的电压都相等无关，存在着各个发光管101的亮度不一样，特征性地交替产生明暗的课题。尤其如图9所示那样，离内部电极102的距离越远该课题越显著。
针对上述课题，本申请的发明者们发现：通过在发光管101的外表面上导入图1所示的导电部件105，可以消除图9那样的发光管101各自的亮度偏差。
图1所示的构成中，在距离各个发光管101的内部电极为25cm的位置(从内部电极侧端部观察，是发光管101全长的约70％的位置)，按照所有的发光管101的外表面电连接的方式配设有宽度为3mm的由铝带构成的导电部件105。导电部件105在外部电极103的端部的连接点106处与外部电极103以电气和物理方式连接。由此，通过导电部件105，使得所有发光管101的外表面上的与导电部件105接触的点成为同电位(近似等于接地电位)。
图3是用于对配置了导电部件105而带来的效果进行说明的图。图3中表示了以施加电压2.0kV点亮时距离发光管101的内部电极102侧约30cm的位置处各发光管101的亮度的测定结果。由图3可知，没有导电部件105的情况下，会交替出现亮度高的灯和亮度低的灯，而在导入了导电部件105的情况下，亮度几乎一样。
这里，对通过如图1那样配设导电部件105可消除发光管101的亮度不均的理由进行考察。首先，参照图4，对内部电极102与外部电极103之间的电介质势垒放电的进展进行简单说明。其中，图4中作为例子表示了内部电极102的电位从正反转为负的相位的样子，但认为在反转为相反极性的相位下同样的理论也近似成立。
因内部电极102的施加电压增高、放电气体的绝缘被破坏，所以，首先在电场强度最高的内部电极102附近开始放电。基于放电开始而在发光管101内部生成等离子体。等离子体中的正负电荷(分别主要为离子和电子)，基于内部电极102与外部电极103之间的电场，在发光管101内的空间分别向内部电极102和外部电极103的方向漂移，由此流动灯电流。由于作为绝缘体的发光管101的管壁作为电荷势垒发挥作用，所以，向外部电极103侧漂移的电荷(电子)被蓄积到发光管101的管壁。被蓄积的电荷基于自身所产生的电场将电极间电场中和。因此，在最初开始放电的内部电极102的附近，最终无法维持放电气体中的放电而停止放电。
结果，基于最初的放电而产生的等离子体中未漂移而残留于空间的电荷(以下成为“残留电荷”)，成为与所谓的脉冲余辉等离子体类似的状态而存在。由于等离子体作为具有有限的电阻的导体发挥作用，所以，残留电荷的前端部A成为从内部电极102的电位降低了因残留电荷引起的电压降量的电位的虚拟内部电极。另一方面，在比残留电荷的前端部A靠前的区域中，由于发光管101的管壁上没有蓄积电荷，所以，通过残留电荷的前端部A与外部电极103的电位差而形成的电场，能够实现开始放电。因此，基于等离子体的电压降，使得残留电荷的前端部A处的电位小于放电开始电压，或到发光管101的端部为止，残留电荷的前端部A沿长度方向一边按每个微小的距离重复上述过程、一边进展放电，从而残留电荷的等离子体延伸。当然，由于等离子体的电压降越小、等离子体的前端部A的电位越高，氙的激励效率越高，所以可认为亮度增高。
这里，考虑平行接近配置了多个发光管101的图1那样的构成的情况。对等离子体的电离和氙的激励起作用的是等离子体前端部A的电位与外部电极103的电位差。但是，在近旁的发光管同时点亮的情况下，由于旁边的发光管内的等离子体也处于高的电位，所以，受到等离子体引起的电场的影响。即，当从某个发光管内的等离子体观察时，在其旁边的发光管形成的电场的影响下，成为周围的电位相对高的状态，残留电荷的前端部A与外部电极103间的实际电位差，与相对外部电极103独立存在发光管101的情况相比，成为低的状态。结果可预想到，尤其在放电进展继续、因等离子体内部的电压降使得等离子体前端部的电位降低的距离内部电极102远的部分处，亮度容易进一步降低。
另外，在某一发光管受到了这种效果的影响时，由于该发光管内部的等离子体受到影响的实际电场强度降低，所以，在亮度降低的同时，等离子体的电离度降低，因此，等离子体内部的电压降增大。结果，越远离内部电极102，等离子体的电位越低。即，由于如此受到了影响的发光管101在周围形成的电场强度降低，所以对该发光管101的两相邻的发光管赋予的影响减小。结果，出现亮度高的发光管与亮度低的发光管交替存在的现象。
这样成为本申请发明的动机的课题，在发光管101单独存在于外部电极103附近的情况下不会发生。是只在对公共的外部电极103并列配置多个发光管101并点亮的情况下产生的独特课题。
针对该课题，在如本申请发明的实施方式1那样导入了导电部件105的情况下，即使发光管101与外部电极103之间存在空隙，通过强制使与导电部件105相接的部分处的发光管101的外表面的电位等于接地电位，会产生使发光管101内部的等离子体电位接近均匀的效果，结果，可降低发光管相互的亮度偏差。
接着，研究导电部件105的最佳配设位置。图5表示改变发光管101上的导电部件105离内部电极102的距离，并对效果进行调查的实验结果。利用12个发光管101的亮度标准偏差(不均)评价了效果的大小。图5的横轴是将从内部电极102到导电部件105的距离除以发光管101的全长而得到的、相对发光管101整个长度的相对位置。另外，纵轴以未使用导电部件105时的值为1的相对置，表示了12个发光管101的亮度标准偏差。根据该实验，在发光管101的中央附近(即50％的位置)几乎没有发现效果，但在从内部电极102远离中央部一侧效果增大，在全长的约70％的位置最大。在比其靠近端部一侧，效果再次减小。这是由于在比中央部靠近内部电极102一侧，等离子体电位十分高，因此，上述接近的发光管的影响相对小，从而导电部件105的效果也减小。反过来，在距离内部电极102足够远的一侧，发光管相互的内部等离子体电位之差过大，使得导电部件105的效果不充分。因此，存在着可以有效使用导电部件105的位置范围，希望将导电部件105配置在发光管全长的大致60％～80之间。
本实施方式1中，发光管101的全长为37cm。但在长度不同的情况下也可应用同样的理论。根据上述的放电进展理论，由于必要充分的施加电压相对发光管101的长度存在相关关系，所以，本实施方式中有效的导电部件105的配设位置范围具有一般性。可认为对于发光管101的直径也是同样的。
而且，导电部件105起到调整电位的作用，导电部件105自身中不流动大的电流。因此，导电部件105不需要大的面积。在本实施方式1中使用了宽度为5mm的铝带，但不限定于此，也可以使用更细的线状导体。另外，导体也不限定于金属体，也可使用ITO等透明导电材料。
并且，导体部件105可借助高电阻、例如1MΩ以上的电阻，与外部电极103的端部的连接点106之间连接。由此，可使导体部件105中流动的电流进一步减小，从而能够降低电力消耗。
(实施方式2)
图6表示本发明涉及的利用了稀有气体荧光灯的液晶背光灯装置的另一构成的图。
图6所示的液晶背光灯装置10b的构成中，在用于将发光管101维持在离外部电极103规定距离(本实施方式中约为5mm)的树脂制隔离物104、与发光管101之间插入导电部件105，各个发光管101电导通。从内部电极102观察，导电部件105设置在发光管101的全长的70％的位置。导电部件105在隔离物104的外侧直接与外部电极103电接触而接地。并且，隔离物104与导电部件105之间、及导电部件105与发光管101之间的物理固定中，使用了能避免因发光管101点亮中的热所引起的变性的具有耐热性的粘接剂。作为隔离物104的形状，还能够采用隔着导电部件105对发光管101物理支承的形状。通过这样的构成，从发光管101放射的光被导电部件105遮挡，能够防止产生影。并且，在外部电极103及导电部件105上铺设了表面相对可见光成为近似完全漫射面的漫射光学部件110，在漫射光学部件110上设置开口111，从该处使隔离物104和导电部件105突出，来支承发光管101。由此，能够避免发光管101的影强烈出现在液晶上。另外，导电部件105也可以配设在发光管1的与外部电极103侧的表面相反侧的表面上。
(实施方式3)
图7表示利用了上述实施方式的液晶背光灯装置的液晶显示装置的构成。液晶显示装置500包括：液晶面板400、根据输入图像信号来驱动液晶面板的液晶面板驱动电路430、和对液晶面板400进行照明的背光灯装置450。背光灯装置450例如是实施方式1、2中所示的装置10、10b。在如此构成的液晶显示装置中，背光灯装置450可以降低发光管相互的亮度偏差，能够以亮度分布均匀的背光灯光对液晶面板400进行照明。因此，能够实现在画面整体没有亮度不均的高画质图像显示。
工业上的可利用性
本发明的稀有气体荧光灯实现了不使用水银，高效率、且亮度均匀度出色的荧光灯，例如在液晶背光灯、尤其是大画面的电视用液晶背光灯中是有用的。
本发明对特定的实施方式进行了说明，但本领域技术人员明确知晓其他多种变形例、修正和其他的利用。因此，本发明不限定于这里的特定公开，只由权利要求的范围限定。另外，本申请与日本国专利申请特愿2006—310267号(2006年11月16日提出)相关联，通过参照将其内容引用到本说明书中。