JPH1186621A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用環境が変化しても効率を低下させること
のない照明装置を提供すること。 【解決手段】 蛍光ランプと、その蛍光ランプを密封し
て収容する気密ケースとを備え、気密ケースがその蛍光
ランプの周囲に内部空間を有すると共に、蛍光ランプか
らの光を外部へ放射させる透光部を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置に関し、
とくに液晶ディスプレイの背面照明装置（バックライ
ト）あるいは前面照明装置（フロントライト）などに用
いられる照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルでは、液晶が自己発光し
ないので画像を表示させるには何らかの光源が必要であ
る。透過型液晶パネルの場合、背面にバックライトを配
し、そこから出た光を液晶が透過させたり遮断したりす
ることによって画像を表現する。また反射型液晶の場合
は液晶の下に反射板があり、入射した外光をそこで反射
させて、その反射光を液晶が透過させたり遮断したりす
ることによって画像を表現する。

【０００３】反射型液晶の場合は外光を光源とするた
め、基本的にライトは不要であるが、周囲が暗い時は画
面が見えにくくなるので、画面の前面に前面照明装置
（フロントライト）を設ける場合がある。透過型液晶パ
ネル用のバックライトとして液晶パネルの背面にランプ
を配置する直下方式と、ランプを側辺に配置し導光板に
よって光をパネル背面に誘導するエッジライト方式の二
方式があるが、ノートパソコン、携帯情報機器用として
は薄さ、表示品位の点からエッジライト方式が有利であ
る。

【０００４】図７に従来のエッジライト方式のバックラ
イト構造の概略図を示す。これは前面に配置することに
よって反射型液晶用のフロントライトとしても使用でき
る（基本的にバックライトとフロントライトの違いは画
面の背面に置くか、前面に配置するかのみの相違であり
構造的には同じである。したがって以下では主にバック
ライトを例にとって説明するが、同様にフロントライト
に対しても適用できる）。

【０００５】このバックライトの光源としては、高輝度
・高効率、長寿命、発色が良い等の特徴を持つ蛍光ラン
プが主流となっている。蛍光ランプは放電のモードによ
り熱陰極管と冷陰極管に分類する事が出来る。バックラ
イトには冷陰極ランプが多く用いられている。一般に蛍
光ランプは図８に示すように水銀と希ガスの混合放電管
であり、放電により励起された水銀原子から放出された
紫外線をガラス管内壁に塗られた蛍光体で可視光に変換
している。

【０００６】したがって、発光効率は図９に示すように
ランプ内部の水銀蒸気圧に依存し、ランプ温度ひいては
周囲温度に応じ大きく変化する。一般に４０〜５０℃で
最大効率になる。また、冷陰極蛍光ランプのエネルギー
バランスは図１０に示すようになり、消費エネルギーの
約八割は熱損失になるが、同時にランプ温度を上昇させ
て一定の水銀蒸気圧を得る役割がある。このため、消費
電力を低下させると、ランプ温度が十分に上昇せず、発
光効率が低下するという本質的な問題がある。

【０００７】特にバッテリー駆動のＰＤＡ、電子スチル
カメラ等の携帯用情報機器では省電力化が求められ、車
載ディスプレイでは温度変化の少ないランプが求められ
ている。省電力化対策としては電極の改善によるロスの
低減がある。また、温度特性については車載用バックラ
イトで保温ヒータをランプ外壁に取り付けて温度特性を
改善させる方法が実用化されている。また水銀とキセノ
ンを管内に封入してパルス放電させることにより低温時
にキセノンの放射する紫外線を利用して輝度低下を改善
する方法もある。

【０００８】以上は主にエッジライト方式のバックライ
トユニットについて説明したが、バックライトとして高
輝度が求められる場合、直下方式の方が有利である。直
下方式の場合ランプが液晶パネルの背面に配置されるの
でランプの放熱制御が非常に重要になる。それは、ラン
プの熱が液晶に直接伝わる為である。特開昭６１−１７
２１８１ではバックライトの保持具に通気孔を設けるこ
とによってバックライトの熱を放熱させ、長時間点灯し
ていても十分液晶表示が安定して行えるようにしてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】消費電力が低く発熱量
が小さい時や低温環境においては、従来の蛍光ランプで
は発光効率が悪くランプが暗くなってしまうという問題
がある。省電力化のために電極に希土類元素を添加する
などの改善が行われているが放電による電極の劣化が起
こり、効果が長く続かない。そしてこの方法では温度特
性は従来と基本的に同じであり、低温環境での輝度低下
を防ぐことはできない。

【００１０】保温ヒータをランプ外壁に取り付けて温度
特性を改善させる方法はヒータがエネルギーを消費する
ため、バッテリー駆動の携帯情報機器など、消費電力に
対する制限が厳しい用途には適用できない。水銀とキセ
ノンを管内に封入してパルス放電させることにより低温
時にキセノンの放射する紫外線を利用して輝度低下を改
善する方法は点灯回路が複雑になるという問題がある。

【００１１】また、従来の蛍光ランプは逆に高い輝度を
得る為に消費電力を増やしたり、周囲温度が高くなりす
ぎたりするとランプ温度が上がりすぎ、発光効率が低下
してしまう。このような用途では逆にランプの発熱を効
率良く逃がし、ランプ温度を下げて最も発光効率の良い
温度に近づける必要がある。

【００１２】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものであり、製造工程において用途や使用環
境にあわせた調整を施す事によって、基本的に同一構造
であり、同一の製造ラインを使用しながら、多種多様な
仕様，用途，使用環境に柔軟に対応して、それぞれの用
途に適した最も効率の良い照明装置を提供するものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は蛍光ランプ
と、その蛍光ランプを密封して収容する気密ケースとを
備え、気密ケースがその蛍光ランプの周囲に内部空間を
有すると共に、蛍光ランプからの光を外部へ放射させる
透光部を有する照明装置を提供するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】内部空間が外気よりも圧力の低い
空気又は熱伝導度の低い気体で充満されてもよい。つま
り、蛍光ランプの周囲の空間の空気を減圧して真空状態
に近づけるか又は熱伝導度の低い気体と置換することに
よって熱の伝達の三形態、すなわち放射，対流，伝導の
うち対流と伝導を遮断する。いわゆる魔法瓶と同じ原理
により蛍光ランプからの放熱を最少に抑えることができ
るようになり、ランプによって発生した熱は外部に捨て
られることなくランプ内部の水銀蒸気圧を上昇させる為
に使われるようになる。これによって消費電力を抑えた
時や低温環境下でも高い発光効率が得られる。

【００１５】内部空間が空気よりも比熱が小さく、か
つ、熱伝導率が高い気体又は液体で充満されてもよい。
つまり、蛍光ランプの周囲を比熱の小さい、熱伝導率の
高い流体、つまり気体あるいは液体で包み込むことによ
って熱の伝達の三経路、すなわち放射、対流、伝導のす
べてが最大効率で使われることになる。これによりラン
プで発生した熱は効率良くケースの外部へ運びだされ、
高輝度で長時間連続して使用する場合や、高温環境でも
ランプ温度を下げて最も発光効率の良い温度に近づける
ことができる。この場合、気体としては例えばヘリウ
ム、液体としては例えば水、または高分子オイルを用い
ることができる。

【００１６】また、この発明の気密ケースは、内部空間
に存在する物質を任意の物質で置換するための注入部
や、内部空間に存在する物質を排出するための排出部を
備えてもよい。

【００１７】実施例１ 図１は本発明の実施例１の断面構造を示す概略図であ
る。図２はその外観を示す斜視図である。この例ではラ
ンプの周囲を覆って蛍光ランプ１を保持、保護する役割
を持つランプホルダー２を金属製としてリフレクターと
しても使い、ランプから出た光３を反射して集光させ導
光板４へ入射さる役割も持たせている。

【００１８】図１及び図２のようにランプホルダー２へ
ランプ１を組込み、ランプホルダー２を導光板４と接続
する。その後、ランプホルダーと導光板の接続部へは封
止樹脂５を塗布し、硬化させて隙間を密封しておく。そ
のバックライトユニットをチャンバー（図示しない）へ
入れ真空ポンプで脱気した後、その状態のまま封止す
る。

【００１９】具体的な封止方法としては図２、図３のよ
うに蛍光ランプ１の端部とランプリード線６の接続部
（通常この部分は絶縁を保ち、安全性を確保する為、図
３のように絶縁保持用ゴムキャップ８で保護されてい
る）とランプホルダー２の端部とを、径の大きな熱収縮
チューブ７で覆っておいてチャンバー内で真空脱気す
る。

【００２０】この時、まだ熱収縮チューブ７は収縮して
いないのでゴムキャップ８とランプホルダー２の端部の
隙間からランプホルダー２内の空気が排気される。そし
て排気したままの状態で赤外線などにより７を加熱す
る。それによってチューブ７は収縮し、ゴムキャップと
ホルダー端部の間を埋めるのでチャンバーを大気圧に戻
してもランプホルダー内の真空（減圧）状態は保たれ
る。さらに封止を完全にする為には熱収縮チューブ７の
上から封止樹脂を塗布し、硬化させれば良い。

【００２１】上記のような方法の他にも図４のようにラ
ンプホルダー２の側面などへ空気抜き用の脱気ノズル１
３を設けておき、ノズル１３へ脱気チューブ１０を接続
して脱気し、ノズル１３内の弁９を使って封止して切り
離す方法も考えられる。この場合チャンバーは必要なく
なるが、バックライトユニット一つ一つにチューブを接
続し、封止後切り離す作業が必要となる。

【００２２】上記の実施例は、ランプホルダーを金属製
としてリフレクターと兼用させる方法であるが、この場
合、蛍光ランプ１のごく近傍に伝導体が配置されること
になり、蛍光ランプ１からのリーク電流によるロスの増
加が懸念される。そのため、図５ではプラスチック製の
ホルダー１２と樹脂製のリフレクター１１を使った例を
示している。製法は図１の例と基本的に同じであり、ホ
ルダー１２内の空気をぬいた後、図３または図４で示し
たような方法で封止する。ただし、外気との圧力差に耐
える為、ホルダー１２はある程度の肉厚が必要になる。

【００２３】実施例２ 図６は本発明の実施例２の断面構造を示す概略図であ
る。図１や図２、図３の例と構造や製法は基本的に同じ
であるが、図１とは逆にホルダー２の内部空間に熱伝導
率の高い、比熱の小さい透光性の流体つまり気体あるい
は液体１４を注入した後、封止する。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、消費電力が低く発熱
量が小さい場合や低温環境で使用する場合には、気密ケ
ース（ランプホルダー）の内部空間を脱気して蛍光ラン
プからの放熱を最少に抑えることにより、発光効率が良
く、良好な温度特性が得られる。このため従来のバック
ライト装置と比較して同じ消費電力では高い輝度を得る
ことができ、同じ輝度では消費電力を抑えることができ
る。また低温環境下で使用しても輝度の低下が少ない。

【００２５】これらの特性は市販の多くのバックライト
装置に適用できるが特に携帯情報機器に適している。こ
れは、携帯情報機器はバッテリー駆動で消費電力にたい
する要求が厳しく、温度変化の激しい屋外での使用が多
いためである。また、この発明の装置には、製法上特別
な材料、技術は必要なく、蛍光ランプ、導光板など市販
のものを使うことができる。製造工程も減圧封止工程が
加わるだけなので、従来のバックライト装置と比較して
わずかなコストアップですむ。

【００２６】一方、高輝度で長時間連続して使用する場
合や、高温環境で使用する場合には、気密ケース（ラン
プホルダー）の内部空間に低比熱，高熱伝導率の物質を
充満させることにより、ランプの発熱を効率良く逃が
し、ランプ温度を下げて最も発光効率の良い温度に近づ
けることができる。したがって、たとえば高温地帯で使
用される携帯情報機器や車載ディスプレイ用、航空機器
用のバックライトとして省電力で高輝度のバックライト
が実現できる。

【００２７】このように、この発明によれば、蛍光ラン
プの使用環境に対応して内部の空間を減圧する方式か、
流体を注入する方式かのいずれかを選択できる。したが
って、製造工程のその部分だけ両方式に対応できるよう
にすれば同じ製造ラインで作ることができる。つまり、
同一の製造ラインを使用しながらあらゆる用途、使用環
境に柔軟に対応した照明装置を製造できるので、量産効
果によるコスト低減がやりやすい。

【００２８】また、封入する流体に着色する事によって
照明光の色を調整することができる。また、この発明を
背面方式のバックライトに適用することによってバック
ライトユニット内の熱を良好に放熱することができ、長
時間、点灯していても十分液晶表示が安定して行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面構造を示す概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例１の外観を示す斜視図である。

【図３】図１および図２におけるランプとランプリード
線付近の封止構造を示す概略部分断面図である。

【図４】本発明の実施例１の封止方法の一例を示す部分
断面図である。

【図５】本発明の実施例１の変形例の断面構造を示す概
略図である。

【図６】本発明の実施例２の断面構造を示す概略図であ
る。

【図７】従来のエッジライト方式のバックライトユニッ
トの断面構造を示す概略図である。

【図８】冷陰極蛍光ランプの発光原理を示す模式図であ
る。

【図９】冷陰極蛍光ランプにおける周囲温度、水銀蒸気
圧と発光効率の関係を示すグラフである。

【図１０】冷陰極蛍光ランプのエネルギーバランスを示
す模式図である。

【符号の説明】

１ 蛍光ランプ（冷陰極管） ２ ランプホルダー ３ ランプより出た光 ４ 導光板 ５ 封止樹脂 ６ ランプリード線 ７ 熱収縮チューブ ８ 絶縁保持用ゴムキャップ ９ 弁 １０ 脱気チューブ １１ ランプリフレクター １２ ホルダー １３ 高熱伝導率気体あるいは高熱伝導率液体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光ランプと、その蛍光ランプを密封し
   て収容する気密ケースとを備え、気密ケースが、その蛍
   光ランプの周囲に内部空間を有すると共に、蛍光ランプ
   からの光を外部へ放射させる透光部を有する照明装置。
2. 【請求項２】 内部空間が、外気よりも低い圧力の空気
   で充満された請求項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】 内部空間が、空気よりも比熱が小さく、
   かつ、熱伝導率が高い流体で充満された請求項１記載の
   照明装置。