| 【発明の名称】 |
照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 京太郎
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| 【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。 |
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
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【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６１−１７２１８１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１３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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５０４９
【氏名又は名称】シャープ株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信太郎
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| 【公開番号】 |
特開平１１−８６６２１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２３８５４０ |
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