JP2005129330A - Fluorescent lamp and backlight device using it - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent lamp which has an inner electrode and does not require a capacitor to be connected in series and a backlight unit using it, and a fluorescent lamp which has an outer electrode and of which the output voltage of an inverter is not required to be large. <P>SOLUTION: This is the fluorescent lamp in which a phosphor layer is formed on an inner wall of a glass tube, and a rare gas and mercury are filled in the glass tube, and which has at least two electrodes. One of the electrodes is made a conductive membrane formed on the outer wall of the glass tube, and at least one of the electrodes is made a conductor arranged inside the glass tube. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライト等に使用される蛍光ランプに係るもので、特にその電極構造に関するものである。   The present invention relates to a fluorescent lamp used for a backlight of a liquid crystal display device, and more particularly to an electrode structure thereof.

液晶ディスプレイのバックライトとして各種の蛍光ランプが用いられており、その蛍光ランプの中で冷陰極蛍光ランプが主流となっている。図４はその冷陰極蛍光ランプの正面図を示すもので、ガラス管内壁に蛍光体層を形成し、管内にアルゴンAr、ネオンNe、キセノンXe等の希ガスを封入しており、図５に示すようにそのガラス管の内部にモリブデン、タングステン等の高融点の電極を封入してリードワイヤーで外部に引き出した構造を示している。最近はランプの内部電極を使わずにランプの外側に電極を設けた外部電極ランプも検討されている。図７はそのような外部電極を用いた蛍光ランプの正面図である。外部電極蛍光ランプは、内部電極に比べて製造が容易であり、また水銀のスパッタによる電極劣化がないので長寿命化に適した構造と考えられている。   Various fluorescent lamps are used as backlights for liquid crystal displays, and among these fluorescent lamps, cold cathode fluorescent lamps are the mainstream. FIG. 4 shows a front view of the cold cathode fluorescent lamp. A phosphor layer is formed on the inner wall of a glass tube, and a rare gas such as argon Ar, neon Ne, or xenon Xe is enclosed in the tube. As shown, a high melting point electrode such as molybdenum or tungsten is enclosed inside the glass tube and drawn out to the outside with a lead wire. Recently, an external electrode lamp in which an electrode is provided outside the lamp without using the internal electrode of the lamp has been studied. FIG. 7 is a front view of a fluorescent lamp using such external electrodes. The external electrode fluorescent lamp is considered to have a structure suitable for extending the life because it is easier to manufacture than the internal electrode and does not cause electrode deterioration due to mercury sputtering.

動画表示を必要とする液晶ディスプレイのバックライトでは、画面の輝度を上げるために液晶パネルの真下に複数の蛍光ランプを平面的に配置する直下方式と呼ばれる構造を採用している。確実に点灯させるために、１本の蛍光ランプを１個のインバータによって点灯させている。最近、コスト低減を主たる目的として、インバータの個数を減らすために１個のインバータで複数の蛍光ランプを同時に点灯させることが検討されている。以下の説明ではこれを多灯点灯と呼ぶことにする。その場合、内部電極を有する冷陰極蛍光ランプを使用するときは、図６に示したように、各ランプのHigh側とインバータの高電圧出力端子との間にコンデンサを接続する。このコンデンサは、ランプ電流を安定して制御出来る様にする作用（この作用をするコンデンサをバラストコンデンサと呼んでいる）と、ある一つのランプが点灯した場合インバータの出力電圧がそのランプの点灯電圧に下がってしまうことを防止する作用がある。   In a backlight of a liquid crystal display that requires moving image display, a structure called a direct system is adopted in which a plurality of fluorescent lamps are arranged in a plane directly below the liquid crystal panel in order to increase the screen brightness. In order to ensure lighting, one fluorescent lamp is turned on by one inverter. Recently, for the main purpose of cost reduction, in order to reduce the number of inverters, it has been studied to simultaneously turn on a plurality of fluorescent lamps with one inverter. In the following description, this is called multi-lamp lighting. In this case, when a cold cathode fluorescent lamp having an internal electrode is used, a capacitor is connected between the high side of each lamp and the high voltage output terminal of the inverter, as shown in FIG. This capacitor has a function that makes it possible to control the lamp current stably (a capacitor that performs this function is called a ballast capacitor), and when a single lamp is lit, the output voltage of the inverter is the lighting voltage of the lamp. It has the effect of preventing it from falling down.

内部電極を有する冷陰極蛍光ランプで多灯点灯するためには、各ランプに高耐圧のコンデンサを用いなければならず、コスト的に不利となる。したがって、多灯点灯には外部電極の蛍光ランプが適していることが分かる。しかし、コンデンサの役割を果たす外部電極の容量は、ガラス管の外径と内径の寸法、ガラスの誘電率、そして管軸方向の電極長さで決まる。そのため、必要な電極容量を得ようとすると発光に関与しない電極部分の寸法が長くなり実用的でない。また、発光部の寸法を優先して電極寸法を短くすると容量値が小さくなり、そのインピーダンスによる電圧降下が大きくなって、ランプ電圧を確保するためにインバータの出力電圧を大きくしなければならない。
特開２００３−１５７９９０号公報 特開平１０−１７７１７０号公報 In order to illuminate multiple lamps with a cold cathode fluorescent lamp having an internal electrode, a high voltage capacitor must be used for each lamp, which is disadvantageous in terms of cost. Therefore, it can be seen that a fluorescent lamp with an external electrode is suitable for multi-lamp lighting. However, the capacity of the external electrode serving as a capacitor is determined by the outer and inner diameters of the glass tube, the dielectric constant of the glass, and the electrode length in the tube axis direction. For this reason, if an attempt is made to obtain the required electrode capacity, the dimension of the electrode portion that does not participate in light emission becomes long, which is not practical. In addition, if the electrode dimensions are shortened giving priority to the dimensions of the light emitting portion, the capacitance value becomes small, the voltage drop due to the impedance becomes large, and the output voltage of the inverter must be increased in order to ensure the lamp voltage.
JP 2003-157990 A JP-A-10-177170

本発明は、一つのインバータの出力によって複数の蛍光ランプを点灯する場合において、内部電極を有する蛍光ランプのように直列に接続するコンデンサを不要とする蛍光ランプおよびそれを用いたバックライト装置を提供するものである。また、ランプ両端に外部電極を有する蛍光ランプのように、インバータの出力電圧を大きくしなくてもよい蛍光ランプを提供するものである。   The present invention provides a fluorescent lamp that eliminates the need for a capacitor connected in series like a fluorescent lamp having an internal electrode when a plurality of fluorescent lamps are lit by the output of one inverter, and a backlight device using the fluorescent lamp To do. Further, the present invention provides a fluorescent lamp that does not require an increase in the output voltage of the inverter, such as a fluorescent lamp having external electrodes at both ends of the lamp.

本発明は、少なくとも一つの内部電極と少なくとも一つの外部電極を有する蛍光ランプとすることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、ガラス管の内壁に蛍光体層を形成し、希ガスおよび水銀をそのガラス管内に封入するとともに、少なくとも２つの電極を具えた蛍光ランプにおいて、電極の少なくともひとつをガラス管の外壁面に形成した導体膜とし、電極の少なくともひとつをガラス管内に配置された導体とすることに特徴を有するものである。   The present invention solves the above-mentioned problems by providing a fluorescent lamp having at least one internal electrode and at least one external electrode. That is, a phosphor layer is formed on the inner wall of the glass tube, and a rare gas and mercury are enclosed in the glass tube, and at least one of the electrodes is formed on the outer wall surface of the glass tube in a fluorescent lamp having at least two electrodes. The conductive film is characterized in that at least one of the electrodes is a conductor disposed in the glass tube.

本発明の効果を列挙すると以下のようになる。
複数の蛍光ランプを並列に接続する場合のバラストコンデンサが不要となる。バラストコンデンサが不要になれば、コストが低減されるとともに、省スペースにもなり小型化が容易となる。
また、インバータの出力電圧を大きくせずに点灯させることができるため、電界ノイズが低減し、インバータの信頼性が高まることを期待でき、ランプから筐体などへの漏れ電流も低減する。更に圧電トランスを使用したインバータでは変換効率も改善する。 The effects of the present invention are listed as follows.
A ballast capacitor is not required when a plurality of fluorescent lamps are connected in parallel. If the ballast capacitor is not required, the cost is reduced and the space is saved, and the miniaturization is facilitated.
Further, since the inverter can be lit without increasing the output voltage, electric field noise can be reduced, the reliability of the inverter can be expected to increase, and the leakage current from the lamp to the housing or the like can also be reduced. Furthermore, the inverter using a piezoelectric transformer improves the conversion efficiency.

本発明は、単一の蛍光ランプだけを用いる場合にも適用でき、その場合にはバラストコンデンサを用いずに安定した点灯状態を持続することができる。   The present invention can also be applied to the case where only a single fluorescent lamp is used. In that case, a stable lighting state can be maintained without using a ballast capacitor.

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例を示す正面図で、１本の蛍光ランプを示したものである。内面に蛍光体層が形成されたガラス管11を用いることが従来と同じであり、ガラス管11の内部にはアルゴンAr、ネオンNe、キセノンXe等の希ガスが封入されており、外部からの電圧の印加によって放電を生じて発光することは同じである。この例では２つの電極を具えており、一方は外部電極13で他方は内部電極15で構成されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing an embodiment of the present invention, and shows one fluorescent lamp. Using a glass tube 11 with a phosphor layer formed on the inner surface is the same as in the past, and the inside of the glass tube 11 is filled with a rare gas such as argon Ar, neon Ne, xenon Xe, etc. It is the same that light is emitted by generating a discharge by applying a voltage. In this example, two electrodes are provided, one being an external electrode 13 and the other being an internal electrode 15.

外部電極13はガラス管11の一端側の周囲に金属膜を焼き付けて形成したものである。内部電極15は内部にモリブデン、タングステンといった高融点金属電極を封入してニッケル等のリードワイヤを引き出したものである。外部電極13がガラスを挟んで内部のガスと対向する形になっており、電圧が印加されると導体膜と内部のガスとでコンデンサが構成されることになる。すなわち、外部回路とコンデンサを介して接続されたことになる。   The external electrode 13 is formed by baking a metal film around one end of the glass tube 11. The internal electrode 15 is formed by enclosing a refractory metal electrode such as molybdenum or tungsten and drawing a lead wire such as nickel. The external electrode 13 is opposed to the internal gas across the glass, and when a voltage is applied, a capacitor is constituted by the conductor film and the internal gas. That is, it is connected to an external circuit via a capacitor.

図２は、本発明による多灯のバックライト装置の構成を示す説明図で、圧電トランスを用いたインバータによって点灯するものである。複数の蛍光ランプの外部電極23が圧電トランス27の２次側（出力側）に接続されており、その接続は並列となっている。蛍光ランプの内部電極25側は接地されており、外部電極23側が高電圧側、内部電極25側が低電圧側となっている。なお、通常内部電極25側からフィードバック信号を得る回路構成とするが、図では省略してある。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a multi-lamp backlight device according to the present invention, which is lit by an inverter using a piezoelectric transformer. The external electrodes 23 of the plurality of fluorescent lamps are connected to the secondary side (output side) of the piezoelectric transformer 27, and the connections are in parallel. The internal electrode 25 side of the fluorescent lamp is grounded, the external electrode 23 side is the high voltage side, and the internal electrode 25 side is the low voltage side. In addition, although it is set as the circuit structure which obtains a feedback signal from the internal electrode 25 side normally, it is abbreviate | omitting in the figure.

本発明による蛍光ランプを用いた場合と従来の蛍光ランプを用いた場合の、インバータ負荷の等価回路を想定し、シミュレーションを行った結果に基づいて説明する。表１は蛍光ランプを５本並列に接続し、圧電トランスを用いたインバータで点灯するときの圧電トランスの最大歪みと最大応力を構造シミュレータで回路連成解析したものである。ランプの消費電力は２０Ｗ一定とする条件で行った。シミュレーションで用いた等価回路は図３に示した。図３の記号はそれぞれ以下を表している。
Cb1、Cb2：バラストコンデンサまたは外部電極容量
Cs：ランプの浮遊容量
ＲＬ：ランプ点灯時の等価インピーダンス
（外部電極部分のリアクタンスを含まない内部インピーダンス） An explanation will be given based on a simulation result assuming an equivalent circuit of an inverter load when the fluorescent lamp according to the present invention is used and when a conventional fluorescent lamp is used. Table 1 shows the result of the circuit simulator for the maximum distortion and the maximum stress of the piezoelectric transformer when five fluorescent lamps are connected in parallel and are lit by the inverter using the piezoelectric transformer. The lamp power consumption was set to a constant 20 W. The equivalent circuit used in the simulation is shown in FIG. The symbols in FIG.
Cb1, Cb2: Ballast capacitor or external electrode capacitance
Cs: Stray capacitance of the lamp RL: Equivalent impedance when the lamp is lit (Internal impedance not including reactance of external electrode part)

ランプの形態は次の３種類を考えた。
（１）従来方式の、両端に内部電極を持つ冷陰極蛍光ランプのHigh端子とバラストコンデンサ18pFを直列接続したもの。
（２）両端に外部電極を持つ蛍光ランプ（外部電極の点灯時の容量を12pFと仮定した）。
（３）本発明方式の、ランプHigh端子に(2)と同様の外部電極を持ち、Low端子に内部電極を持つ蛍光ランプ。 The following three types of lamps were considered.
(1) A conventional type of a cold cathode fluorescent lamp with internal electrodes at both ends, connected in series with a high terminal and a ballast capacitor 18pF.
(2) A fluorescent lamp having external electrodes on both ends (capacity when the external electrodes are turned on is assumed to be 12 pF).
(3) A fluorescent lamp having the same external electrode as (2) at the lamp high terminal and the internal electrode at the low terminal according to the present invention.

表１に現れた結果から次のことが分かる。(1)の従来方式（両端内部電極+バラストコンデンサ）に比べ、(2)の両端外部電極では、圧電トランスの出力電圧が約2.2倍、最大内部応力が約３倍になっている。この理由は、小さな外部電極の容量が両端に有り、そこでの電圧降下も大きくなるため、ランプの点灯電圧を得るのに大きなインバータの出力電圧が必要になり、圧電トランスの振幅が大きくたるためである。そのため、圧電トランス内部に発生する応力が(1)に比較して３倍以上になり、圧電トランスの信頼性を低下させることになる。   From the results shown in Table 1, the following can be understood. Compared with the conventional method of (1) (both ends internal electrode + ballast capacitor), the output voltage of the piezoelectric transformer is about 2.2 times and the maximum internal stress is about 3 times the external electrodes of both ends of (2). This is because a small external electrode has capacitance at both ends, and the voltage drop there is also large, so a large inverter output voltage is required to obtain the lamp lighting voltage, and the amplitude of the piezoelectric transformer increases. is there. Therefore, the stress generated inside the piezoelectric transformer becomes three times or more compared with (1), and the reliability of the piezoelectric transformer is lowered.

(3)の本発明による蛍光ランプでは、外部電極の容量は12pFと(1)のバラストコンデンサの18pFより小さくなってはいるが、出力電圧は約1.2倍、最大応力は約1.3倍であり大きく増加することもなく、圧電トランスに与える影響も少なくなる。また、外部電極がバラストコンデンサの役割も果たし、点灯始動性、点灯安定性に貢献する。   In the fluorescent lamp according to the present invention of (3), the capacitance of the external electrode is 12 pF and smaller than 18 pF of the ballast capacitor of (1), but the output voltage is about 1.2 times and the maximum stress is about 1.3 times larger. There is no increase, and the influence on the piezoelectric transformer is reduced. In addition, the external electrode also serves as a ballast capacitor, contributing to lighting startability and lighting stability.

上記のように、本発明は多灯並列点灯が必要な液晶表示装置のバックライト装置等で特に有用である。   As described above, the present invention is particularly useful in a backlight device of a liquid crystal display device that requires multi-lamp parallel lighting.

本発明の実施例を示す正面図Front view showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例を示す説明図Explanatory drawing which shows the Example of this invention 本発明の特性を説明するための等価回路図Equivalent circuit diagram for explaining the characteristics of the present invention 従来の冷陰極蛍光ランプの正面図Front view of a conventional cold cathode fluorescent lamp 冷陰極蛍光ランプの細部の正面図Front view of details of cold cathode fluorescent lamp 冷陰極蛍光ランプを用いたバックライト装置の説明図Illustration of a backlight device using a cold cathode fluorescent lamp 外部電極を用いた蛍光ランプの正面図Front view of fluorescent lamp using external electrodes 外部電極の蛍光ランプを用いたバックライト装置の説明図Illustration of backlight device using fluorescent lamp of external electrode

符号の説明Explanation of symbols

13、23：外部電極
15、25：内部電極 13, 23: External electrode
15, 25: Internal electrode

Claims (4)

ガラス管の内壁に蛍光体層を形成し、希ガスおよび水銀をそのガラス管内に封入するとともに、少なくとも２つの電極を具えた蛍光ランプにおいて、
電極の少なくともひとつをガラス管の外壁面に形成した導体膜とし、電極の少なくともひとつをガラス管内に配置された導体とすることを特徴とする蛍光ランプ。 In a fluorescent lamp which forms a phosphor layer on the inner wall of a glass tube, encloses a rare gas and mercury in the glass tube, and includes at least two electrodes.
A fluorescent lamp characterized in that at least one of the electrodes is a conductor film formed on the outer wall surface of the glass tube, and at least one of the electrodes is a conductor disposed in the glass tube. 前記ガラス管の外壁面に形成した導体膜の電極が点灯回路のインバータトランスの高圧出力側に接続された請求項１記載の蛍光ランプ。   The fluorescent lamp according to claim 1, wherein the electrode of the conductive film formed on the outer wall surface of the glass tube is connected to the high voltage output side of the inverter transformer of the lighting circuit. 内壁に蛍光体層を形成し、希ガスおよび水銀をそのガラス管内に封入するとともに、少なくとも２つの電極を具えた蛍光ランプをインバータトランスで駆動するバックライト装置において、
蛍光ランプの電極の少なくともひとつをガラス管の外壁面に形成した導体膜とし、電極の少なくともひとつをガラス管内に配置された導体とし、
前記ガラス管の外壁面に形成した導体膜の電極が点灯回路のインバータトランスの高圧出力側に接続されたことを特徴とする蛍光ランプ。 In a backlight device in which a phosphor layer is formed on the inner wall, a rare gas and mercury are enclosed in the glass tube, and a fluorescent lamp including at least two electrodes is driven by an inverter transformer.
At least one of the electrodes of the fluorescent lamp is a conductor film formed on the outer wall surface of the glass tube, and at least one of the electrodes is a conductor disposed in the glass tube,
A fluorescent lamp characterized in that a conductor film electrode formed on an outer wall surface of the glass tube is connected to a high-voltage output side of an inverter transformer of a lighting circuit. 内壁に蛍光体層を形成し、希ガスおよび水銀をそのガラス管内に封入するとともに、少なくとも２つの電極を具えた並列に接続された蛍光ランプを複数個並列に接続するインバータトランスで駆動するバックライト装置において、
蛍光ランプのそれぞれは、電極の少なくともひとつをガラス管の外壁面に形成した導体膜とし、電極の少なくともひとつをガラス管内に配置された導体とし、
前記ガラス管の外壁面に形成した導体膜の電極がそれぞれ点灯回路のインバータトランスの高圧出力側に接続されたことを特徴とする蛍光ランプ。 A backlight that is driven by an inverter transformer in which a phosphor layer is formed on the inner wall, a rare gas and mercury are enclosed in the glass tube, and a plurality of fluorescent lamps connected in parallel with at least two electrodes are connected in parallel. In the device
Each of the fluorescent lamps is a conductor film in which at least one of the electrodes is formed on the outer wall surface of the glass tube, and at least one of the electrodes is a conductor disposed in the glass tube,
A fluorescent lamp characterized in that the electrodes of the conductor film formed on the outer wall surface of the glass tube are respectively connected to the high-voltage output side of the inverter transformer of the lighting circuit.

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