具備熱陰極螢光燈的背光源的製作方法

2023-06-09 00:18:56 2

專利名稱：具備熱陰極螢光燈的背光源的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備熱陰極螢光燈的背光源，特別是涉及一種大屏幕 電視機或廣告牌所使用的背光源。
背景技術：
目前，液晶顯示器的背光單元的光源主要採用冷陰極螢光燈。冷 陰極螢光燈適於縮小管徑，因此其適合用作要求薄型化的背光單元的 光源(例如，參照專利文獻1 )。
專利文獻l:特開昭56- 73855號^>才艮
近年來，液晶顯示器的大型化在不斷發展，背光單元也隨之趨向 於大型化。受這種背光單元的大型化的影響，光源開始使用冷陰極熒 光燈，由此，所使用的燈的個數的增加導致點亮電路變得複雜，而且 恐怕會導致功耗的增加。
若進一步說明，則冷陰極螢光燈與其他燈相比，對其進行驅動所 需要的電壓(驅動電壓)較大、必須使用高壓電源。特別地，最近出 現了畫面尺寸在32英寸以上的大型液晶顯示器(例如32英寸、42英 寸、46英寸、65英寸或更大尺寸的液晶顯示器)，燈長變得更長，相 應地，驅動電壓進一步高壓化的傾向增大。
另外，就冷陰極焚光燈而言，施加在每1個燈上的功率小，因此 為了確保畫面亮度就需要多個燈，因此，部件成本增大，而且很可能 導致組裝作業耗時多的問題變得明顯化。
在這種背景下，人們開始探討採用比冷陰極螢光燈的效率更高、 而且能夠減少燈的使用個數、並能夠簡化點亮電路的熱陰極螢光燈作 為背光單元的光源。但是，作為背光源，人們對冷陰極螢光燈的開發、 研究達到目前這一盛況的結果是，熱陰極螢光燈的缺點沒有被克服。
對於伴隨著液晶顯示器的大型化而日益明顯化的背光單元的問 題，本申請的發明人不是通過對目前佔主流地位的冷陰極螢光燈進行
改良來加以解決，而是嘗試通過使用熱陰極焚光燈來解決。

發明內容
本發明借鑑了相關的問題點，其主要目的是提供一種具備新型熱 陰極螢光燈的背光源，這種熱陰極螢光燈即使不使用散熱構件也能夠 獲得溫度下降的效果。
本發明的背光源具備熱陰極螢光燈和用於存放所述熱陰極螢光 燈的箱體，所述熱陰極焚光燈由內表面上形成有螢光體的燈泡和設置 在所述燈泡內並釋放出熱電子的燈絲構成，所述燈泡具有近似橢圓形 的截面形狀，所述燈絲配置為該燈絲的長軸方向朝向屏幕方向，所述 燈泡配置為所述近似橢圓形的長軸方向朝向所述屏幕方向。
在某一合適的實施方式中，至少一部分所述箱體上形成有反射板。
在某一合適的實施方式中，所述箱體的所述屏幕方向上形成有開 口部，在所述開口部配置了光學片。
在某一合適的實施方式中，所述燈絲由四層線圈構成。
在某一合適的實施方式中，彼此相鄰的所述熱陰極焚光燈構成一 對，接線連接到一個點亮電路。
在某一合適的實施方式中，所述背光源是用於直下型圖像顯示裝 置的背光源。
在某一合適的實施方式中，所述背光源是用於32英寸到46英寸 的畫面尺寸的液晶顯示器的光源，所述箱體中配置有4到6個所述熱 陰極焚光燈。
在某一合適的實施方式中，所述熱陰極螢光燈是標稱壽命在2萬 小時以上的燈。
在某一合適的實施方式中， 一個所述熱陰極焚光燈中的一對電極 之一的所述燈絲上塗敷了大於等於5.0mg的輻射體(emitter)。
在某一合適的實施方式中，所述熱陰極螢光燈中的所述燈泡內的 氣壓大於等於500Pa。
發明效果
根據本發明的背光源，構成熱陰極螢光燈的燈泡具有近似橢圓形 的截面形狀，燈絲配置為該燈絲的長軸方向朝向屏幕方向，燈泡配置 為該燈泡的近似橢圓形的長軸方向朝向屏幕方向，因此，即使不採用例如冷卻風扇之類的散熱裝置，也可以降低燈周圍的溫度。其結果是， 即使向大畫面的圖像顯示裝置(例如液晶顯示器)中導入大輸出的功 率，也能夠實現具備與其他結構相比可以降低燈周圍的溫度的熱陰極 螢光燈的背光源。


圖1是示意性地表示本發明實施方式中的背光源100的剖面圖。 圖2是示意性地表示本發明實施方式中的熱陰極螢光燈10的剖 面圖。
圖3是表示本發明實施方式中的背光源100的結構的剖面圖。 圖4是表示本發明實施方式中背光源100的結構的平面圖。 圖5是用於說明本發明實施方式中的背光源100的結構的分解透 視圖。
圖6是表示本發明實施方式中的背光源100的變形例的剖面圖。 圖7 (a)是表示熱陰極螢光燈10 (實施方式)的結構的頂視圖， (b)是表示熱陰極焚光燈10'(比較例)的結構的頂視圖。
圖8 (a)和(b)是表示基於燈泡12的管面亮度(中心軸)的亮 度分布結果的曲線圖。
圖9是表示基於各種燈的管面亮度[% ]的亮度分布結果的曲線圖。
圖10的(a)、 (b)分別是表示圓形燈泡12的鉛直上側、圓形鉛 直下側的燈絲附近的管面溫度[。C ]的曲線圖，(c)是表示圓形燈泡 12側面的燈絲附近的管面溫度(平均值)['C ]的曲線圖。
圖11的(a)、 (b)分別是表示近似橢圓形燈泡12的鉛直上側、 近似橢圓形燈泡12側面的燈絲附近的管面溫度(平均值)[°C ]的曲 線圖。
圖12是表示將近似橢圓形燈泡的燈IO組裝到背光源之中時的溫 度測定結果的曲線圖。
圖13是表示反射板21的溫度[°C ]與系統輸入功率[W]的關 系的曲線圖。
圖14 (a) ~ (d)是用於說明近似橢圓形燈泡12的製造方法的 工序透視圖。
5符號說明
10……熱陰才及焚光燈
11......電極
12......燈泡(玻璃燈泡)
12a…...近似圓形燈泡的長軸方向 13......引線
14......燈絲(電極線圏)
14a......燈絲的長軸方向
15......粒狀玻璃
16……密封部 17……排氣管 18……燈口 19……插腳 20......箱體
21…...反射板
22…...輔助反射板
23......反射片
24......支柱
30…...光學片 31...…偏轉片 32......透鏡片
33…...漫射片 34......漫射板
40......屏幕方向
60......液晶面板
62......上遮蓋
65……圖像顯示區域
70.......吝、亮電路(鎮流器)
72…...下遮蓋 75......燈座
80......圓形燈泡81、 82……模具(金屬模) 100......背光源
具體實施例方式
本申請的發明人認為，適合用作畫面日益增大的液晶顯示器所使 用的背光源的燈不是目前佔主流的冷陰極螢光燈(CCFL),而是轉變 為與冷陰極螢光燈相比每一個燈都能夠投入大輸出功率的熱陰極熒 光燈(HCFL)，基於這一想法進行了研發。認識到這種轉變的理由是 因為，通過有效地利用熱陰極螢光燈的"大輸出"特徵，能夠提高液 晶電視機的對比度係數，既能夠實現包含動態畫面在內的高畫質化， 與使用冷陰極螢光燈的情形相比，又能夠大幅度減少用作背光源的燈 的個數，可以降低成本。在上述開發過程中，本申請的發明人偶然發 現了能夠實現燈周圍的溫度下降的熱陰極螢光燈的結構，而提出了本 發明。
下面，參照

本發明的實施方式。在以後的附圖中，為了 簡化說明，使用相同的引用符號表示實質上具有同樣功能的結構要 素。此外，本發明並不限於以下的實施方式。
首先，參照圖1說明本發明的實施方式中的背光源100。本實施 方式的背光源100由熱陰極螢光燈IO和用於存放熱陰極焚光燈10的 箱體20構成。熱陰極螢光燈10由內表面上形成有螢光體(未圖示) 的燈泡12和設置在燈泡12內並釋放出熱電子的燈絲14構成。
本實施方式的燈泡12具有近似橢圓形的截面形狀。這裡所說的 "近似橢圓形"指的是與燈泡(玻璃管)12的中心軸垂直的截面不是 圓形、而是呈扁平形狀，除了橢圓之外，也包含長圓等。另外，該"近 似橢圓形"也包含典型的橢圓形狀，但並不必須是幾何學上的橢圓形 狀，本實施方式的"近似橢圓形"只要是能夠規定燈泡12的扁平形 狀的長徑Ll和比該長徑Ll短的短徑L2的形狀即可。本實施方式中 的長徑Ll和短徑L2分別以燈泡12的外徑為基準，但並不限於外徑， 例如也可以將玻璃壁厚設為固定值，以燈泡12的內徑規定長徑L1和 短徑L2。在以燈泡12的內徑^見定長徑L1和短徑L2的情況下，在本 實施方式的一個實例中，燈絲(電極線圏)14的軸向(長軸方向14a) 的長度L與長徑(長內徑)Ll、短徑(短內徑)L2相比，滿足L2〈L<L1的關係。
另外，在本實施方式的結構中，以使燈絲14的長軸方向14a朝向 屏幕方向40的方式將熱陰極螢光燈10排列在箱體20內。此外，熱 陰極焚光燈10也是以使燈泡12的長軸方向12a(即長徑Ll的延伸方 向)朝向屏幕方向40的方式排列在箱體20內。
在本實施方式的背光源100中雖然沒有使用用於降低燈周圍的溫 度的冷卻裝置或散熱裝置(例如冷卻風扇等)，但通過使燈泡12的長 軸方向12a和燈絲14的長軸方向14a朝向屏幕方向40，實現了用於 降低燈周圍的溫度的方法。其降溫的效果將在後文敘述。
用於存放熱陰極焚光燈10的箱體20上形成有開口部(圖1中的 紙面上方)20a，在該開口部20a配置光學片30。光學片30的上方配 置圖像顯示面板(特別地，液晶顯示面板)，即，圖像顯示面板的配 置方向是屏幕方向40。換句話說，作為面狀光源的背光源100的光的 方向，(圖像顯示面板所在的方向)變成屏幕方向40。因此，如圖示 實例所示，在背光源100平行配置的情況下，屏幕方向40成為垂直 方向(或近似垂直方向)，另一方面，在背光源100沿垂直方向配置 的情況下(所謂的壁掛狀態)，屏幕方向40成為水平方向(或近似水 平方向)。
光學片(或光學膠片)30是由多個層重疊而構成的，由例如漫射 片、透鏡片、偏轉片構成。箱體20的主面(這裡是底面)20b位於與 光學片30相向的面上。該箱體20的主面(底面)20b發揮反射板功 能，具有使熱陰極螢光燈IO發出的光射向屏幕方向40的作用。具體 而言，熱陰極螢光燈IO發出的光即使射向箱體20的主面(底面)20b, 該光線也會被反射，穿過光學片30後射向圖像顯示面板的方向。
至少一部分箱體20上形成有反射板21,在本實施方式的結構中， 反射板21位於箱體20的底面20b。在該實例中，位於箱體20的底面 20b上的反射板21是在金屬板(例如實施了電鍍的鐵、鋁)的表面上 粘貼白色樹脂(例如散布著白色的氧化鈦或碳酸4丐而形成的聚對苯二 曱酸乙二醇酯樹脂)而形成的。另外，也可以使用樹脂(例如聚對苯 二曱酸乙二醇酯(PET))構成一部分箱體20，在箱體20的底面20b 上蒸鍍銀之類的金屬，形成反射板21。從箱體20的底面20b的端部 延伸出箱體20的側面(側壁)20c，該側面20c的上端部規定了箱體20的開口部20a。
本實施方式的背光源IOO是用於直下型圖像顯示裝置的背光源， 可以用作26英寸以上(優選是32英寸以上，例如32英寸、40英寸、 42英寸、46英寸、65英寸等)的液晶顯示器的面狀光源。在圖1所 示的實例中使用了 4個熱陰極螢光燈10，但並不限於這個數量。在本 實施方式的一個合適的實例中，針對32英寸到46英寸畫面尺寸的液 晶顯示器的面板，可以在箱體20內配置4到6個熱陰極焚光燈10, 使其點亮工作。
圖2示意性地示出了本實施方式的熱陰極螢光燈IO的截面結構。 本實施方式的熱陰極焚光燈IO被用作背光源，因此要求其使用壽命 長。優選是，熱陰極螢光燈IO是標稱壽命在1.2萬小時以上的燈，更 優選是標稱壽命在2萬小時以上或3萬小時以上的燈。此外，由於以 往作為顯示器而廣為普及的冷陰極管(CRT)裝置的壽命約為20000 小時，因此希望其是壽命大於等於20000小時的燈。
壽命的定義中主要有2個要素，其一是燈的亮度的衰退率(所謂 的亮度保持率)，其二是不亮(不點亮)。如果設想其被用作背光源， 則限制熱陰極螢光燈的壽命的因素就是電極燈絲中形成的熱電子放 射性物質(輻射體)的枯竭所造成的不亮。為了推斷其壽命，在規定 的點亮條件(在燈的額定電流下進行連續點亮試驗)下對多個燈進行 壽命試驗，依次對點亮達到一定時間(例如100小時、500小時、1000 小時、2000小時、5000小時)後的燈通過破壞或不破壞而隨時測定 輻射體的殘餘量，並測定從初始開始的消耗量(消耗速度)。基於這 些結果，描繪出點亮時間與輻射體消耗量(或輻射體殘餘量)的關係， 利用一元函數進行擬合，就能夠推斷出壽命。此外，標稱壽命是基於 所述的取得數據，並考慮了消耗量的偏差、測定偏差、製造偏差(都 是以標準偏差的3倍、即3cJ為基準)而確定的。
圖示說明的熱陰極焚光燈IO是由直管狀的玻璃燈泡12和配設在 玻璃燈泡12兩端的一對電極11構成的。
玻璃燈泡12是鈉鈣玻璃製成或矽酸鍶鋇(軟化點為675。C的軟質 玻璃)製成的。如果對燈泡12的尺寸進行示例的話，則用於32英寸 的燈泡12的外徑為12mm、壁厚為0.8mm、長度為730mm。用於45 英寸的燈泡12的外徑為12mm、壁厚為0.8mm、長度為1010mm。用於65英寸的燈泡12的外徑為25.5mm、壁厚為0.8mm、長度為1499mm。 用於105英寸的燈泡12的外徑為38mm、壁厚為0.9mm、長度為 2367mm。此外，燈泡的壁厚也可以設定為l.Omm。
玻璃燈泡12的內表面上塗敷了焚光體(未圖示)。更具體地，玻 璃燈泡12的內表面12b上形成有由氧化鋁構成的保護膜，該保護膜 上層疊了螢光體層。構成螢光體層的螢光體可以使用由發出例如紅色 (Y203: Eu)、綠色(LaP04: Ce， Tb3)和藍色(BaMg2Al16027: Eu， Mn)各色光的稀土類焚光體混合而成的螢光體。此外，螢光體也可以 使用其他的稀土類螢光體。例如，紅色可以是(Y， La) 203: Eu或3. 5MgO 0.5MgF2 Ge02: Mn,綠色可以是CeMgAluO 19: Tb或 GdMgB2O10: Ce， Tb,藍色可以是(Sr， Ca ) 10 ( P04 ) 6C12: Eu。
玻璃燈泡12內封入了水銀和稀有氣體。在本實施方式中，玻璃 燈泡12內封入了約5mg水銀(未圖示)和作為緩衝用稀有氣體的、在 常溫下壓力約為500Pa的氬(Ar)氣。此外，封入燈泡12內的水銀除 了水銀單體之外，也可以是鋅汞、錫汞、鉍、銦汞等汞合金形態。
另外，稀有氣體中氬(Ar)的混合比率除了 100%之外，也可以 混合氬(Ar)和氪(Kr)。氪(Kr)的混合比率(分壓比)為例如20 %~60%，作為一個實例，可以使用氬氪=50%: 50%的混合氣體 (氣壓600Pa )。
本實施方式中的電極11是由燈絲14、用於支承燈絲14的一對引 線13、用於支承這一對引線13的粒狀玻璃15構成的。粒狀玻璃15 也稱為珠託(bead mount )。圖示說明的電極U是所謂的粒狀玻璃託 架方式的電極。
燈絲14是鴒制的，在本實施方式中，為了獲得長壽命的燈，採 用複雜的線圈形狀以便增加輻射體塗敷量。即，在粗鎢線的周圍覆以 鬆弛巻繞的細鴒線，形成長籠狀結構體，然後對該結構體進行螺旋狀 纏繞，形成所謂的雙層線圏。燈絲14是將所述雙層線圈再一次進行 螺旋狀纏繞而形成的三層線圏，或者對所述三層線圏繼續進行螺旋狀 纏繞而形成的四層線圏。如果燈絲14是三層線圖，則第3層線圈是5~ 7臣的電極線圏。而如果燈絲14是四層線圏，則是2~4匝的電極線
塗敷在燈絲14上的輻射體是例如鍶、鈣、鋇的氧化物。在本實
10施方式中，為了實現長壽命的燈，在燈絲14上塗敷較多的輻射體量， 在本實施方式中，每一個熱陰極螢光燈10的一對電極之中的一個燈 絲14上塗敷了 5.0mg以上的輻射體。此外，如果不採用100%的氬構 成稀有氣體，而是在其中以規定比率混入原子量比氬大的氪，則輻射 體變得難以從燈絲14中飛散出去，該技術意味著燈壽命的延長。
圖示說明的電極11被玻璃燈泡12的密封部16收縮密封。另夕卜， 玻璃燈泡12的至少一個端部上密封著排氣管17。該排氣管17用於對 燈泡12進行排氣或向其中封入稀有氣體，在排氣、封入完成後即被 密封。此外，如果在燈泡12的兩端而不是一端設置排氣管17,則具 有能夠高效地進行排氣和氣體封入的優點。另外，由此也能夠降低燈 泡12內部的雜質比例。
玻璃燈泡12的端部設置有覆蓋密封部16或排氣管17的燈口 18。 此外，從密封部16向外延伸出來的引線13與燈口 18的接線方法只 要根據燈10的規格適當確定即可。例如，既可以在燈口 18的端面(位 於紙面的左側和右側的端面)上配置用於安裝到背光單元上的插腳， 並對該插腳與引線13進行連接，或者也可以將用於安裝的插腳配置 在燈口 18的一部分側面(例如，紙面正面的一部分圓筒)，並與該插 腳進行連接。
熱陰極焚光燈10是應用了低壓水銀蒸汽放電的燈，玻璃管的直 徑和長度根椐燈的功耗而設計，可以是直管和環形、U字形等。管的 內壁面上塗敷了螢光體，焚光體與玻璃之間加入了用於防止因化學反 應而特性變差的保護膜(氧化鋁或石英粉末等)。作為電極的燈絲通 常是雙層或三層鴒線圈，燈絲上塗敷了作為電子放射性物質的輻射 體。管內封入了液體水銀(或汞合金、合金)和作為緩衝體的稀有氣 體。稀有氣體通常大多使用氬，但根椐燈結構和種類的不同，有時候 也使用氪或氖等的混合氣體。
發光原理是，只要保持通過放電(以及使用對電極進行加熱的其 他方法)從塗敷了電子釋放物質的電極釋放出熱電子的溫度就能夠供 給電子從而維持弧光放電(這是與冷陰極差異較大的地方)。將因該 放電而產生的水銀原子的轉移光譜之中主要是254nm的紫外線用作 焚光體的激發光線，就可以將其轉化為可見光加以利用。
即，按照這種方式構成的熱陰極焚光燈中，電極結構起到非常重要的作用，此外，該電極的壽命限制了燈的壽命。.通常，該電極上塗 敷的輻射體會隨著長時間的點亮而枯竭，因此，具有一般的熱陰極的
螢光燈的標稱壽命為6000小時~ 18000小時，達不到直接用於液晶電 視機等的背光源所要求的壽命。為了將熱陰極的螢光燈應用為背光 源，實現長壽命是不可迴避的開發課題。長壽命化的開發要素在於如 何抑制輻射體的消耗量(消耗速度)並在初始就在燈絲上形成較多的 輻射體材料。
為了抑制輻射體的消耗量，可以提高所封入的稀有氣體的壓力、 或者在稀有氣體中使用大原子量的氣體(例如氪或氙)、或者提高其 混合比率。由此，能夠抑制電極中的輻射體因發熱而蒸發、因啟動時 或再次點亮時產生的離子沖擊而飛散。另外，為了在初始就塗敷較多 輻射體量，可以通過增加燈絲的匝數、增大巻繞直徑和全長，從而能 夠承栽更多的輻射體，由此可以確保壽命。
但是，使用這些手段雖然能夠實現長壽命，但另一方面，會出現 燈的電極周圍的管面溫度升高(對光學部件的溫度影響風險增大，即， 既產生了因發熱而導致的機械應力，同時又促進了化學反應，導致黃 化等變色以及由於氧化等而引起的強度降低)這樣的新課題。緩沖氣 體的壓力增加將通過燈管內的氣體的熱傳導而更容易地將溫度最高 的燈絲的熱傳導到管壁，起到提高管面溫度的作用。
另外，就稀有氣體的種類而言，與一般照明用的螢光燈中通常使 用的氬相比，氪或氛的質量(原子量)更大、不容易形成對流，因此， 難以在燈管內將燈絲產生的熱進行循環，而容易在局部形成高溫場 所。進而，電極的燈絲的大型化導致從作為熱源的燈絲到玻璃管壁的 距離更近，容易進行熱傳導。同時，如果考慮，通過輻射進行熱傳導， 則從接收熱量的玻璃面朝外的立體角度較大，因而輻射熱傳導也較 大。
再加上，燈絲大本身意味著散熱面積大，意味著作為熱陰極的溫 度難以上升。在調光時僅靠燈的主放電難以獲得達到足夠溫度所需的 能量，因此，為了保持足夠的燈絲溫度從而在穩定點亮時也能釋放出
^。其結果是，口燈絲附近的燈管面溫度會升高:、因二需i^對其周邊部 件採取降溫對策。一般地，組裝在背光單元中的燈周圍大量使用了用來滿足光學性 能的樹脂製成的光學片、薄膜等，這些部件的耐熱性不高。因此，如 果將熱陰極螢光燈組裝為背光源，就會提前因燈電極附近的管面熱負 栽而導致著色(變黃)或彎曲、翹曲，性能顯著下降。如果為了實施 熱對策而加大熱源即燈與光學片之類的部件之間的距離，則背光單元 就會變厚，既損失了電視機的薄型設計，又會因光源與被照面的距離 遠而導致被照面的亮度降低(照度的逆平方法則)。或者，如果謀求 光學片的高耐熱性或添加採用了散熱片或冷卻風扇的散熱裝置，都將 導致成本增加。
在本實施方式中，燈泡12具有近似橢圓形的截面形狀，燈絲14 配置為其長軸方向14a朝向屏幕方向40，同時，燈泡12配置為其近 似橢圓形的長軸方向12a朝向屏幕方向40,因此，即4吏不引入例如冷 卻風扇之類的冷卻裝置、散熱裝置，也可以降低燈10的周圍溫度。 此外，燈絲14的長軸方向14a可以由燈絲14和用於支承燈絲14的 一對引線13的連接點來確定。另外，燈泡12的長軸方向12a可以通 過例如使用遊標卡尺測量燈泡的外徑來確定。
通常，反射板21和光學片30都比其他構件的耐熱性低，因此， 在大畫面圖像顯示裝置(例如液晶顯示器)中，在投入大輸出功率的 情況下，必須迴避伴隨著燈溫度上升而產生的反射板21、光學片30 的耐熱性問題。因此，要麼無法投入大輸出功率，要麼必須在背光源 中設置冷卻裝置、散熱裝置(冷卻風扇等)。此外，這是導致背光源 中應用了熱陰極焚光燈的液晶TV難以商品化的主要原因。
另一方面，在本實施方式的結構中，即使不設置這種冷卻風扇也 能夠實現燈周圍溫度的降低，因此，能夠簡化背光源的結構，並迴避 成本升高的問題。因此，根據本實施方式的結構，能夠實現背光源100，
該背光源10 0具備可以降低包含光學部件的燈周圍的溫度的熱陰極熒 光燈10。
下面參照圖3至圖5詳細敘述本實施方式的背光源IOO的結構的 一個實例。圖3和圖4分別是表示本實施方式的背光源IOO的結構的 剖視圖和頂視圖。圖5是用於說明本實施方式的背光源IOO的結構的 分解透視圖。
在圖示結構中示出了配置了 6個本實施方式的熱陰極焚光燈10
13的實例。該實例中成為箱體20的一部分的反射板21由金屬板(例如 實施了電鍍的鐵製或鋁製)構成，其厚度為1.5mm。反射板21的一 部分彎曲成凸狀(三角形)，構成了輔助反射板22。包含輔助反射板 22在內的反射板21的上表面(箱體的主面20b)上形成有反射片23。 反射片23由散布著白色的氧化鈦(或碳酸鈣)而形成的聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PET)樹脂層構成，其厚度為2.0mm。輔助反射板22的 一部分頂點(或稜線)上形成有用於支承光學片30的下表面的支柱 24。支柱24是白色樹脂製成的。此外，背光源100的高度H (從反 射板21的上表面到光學片30所在的面的高度)為例如27mm。
在背光源100的反射板21的下方配設了點亮電路(鎮流電路或 鎮流器)70。在該實例中，各燈10中設有1個點亮電路70，因此，6 個燈10中使用了 6個點亮電路70。點亮電路70與燈10電氣式連接， 並具備調光功能。在反射板21下面設有下遮蓋72，存放著點亮電路 70。下遮蓋72由厚度為1.5mm的金屬板構成。下遮蓋72與反射板 21之間的空間內配設了例如布線。此外，背光源IOO中也可以不設置 下遮蓋72，在此情況下，可以預先將點亮電路70配置在液晶顯示器 (例如液晶電i見才幾)的箱體內。
另外，在反射板21的端部設有用於支承燈10的燈座75。燈座 75是例如白色樹脂製成的。此外，背光源100的箱體的開口部20a上 配置有光學片30。在該實例中，光學片30自上而下依序包含偏轉 片31(住友3M公司製造的DBEF( Dual Brightness Enhancement Film: 雙層增亮膜)、厚度0.440mm )、透鏡片32 (厚度為0.155mm )、漫射 片33 (厚度為0.113mm )、漫射板34 (厚度為2.0mm )。也可以在漫 射板34的下表面上進一步設置透鏡片。
進而，在光學片30之上配設液晶面板(例如厚度約為2mm) 60， 並以覆蓋該液晶面板60和光學片30的方式配設上遮蓋62。上遮蓋 62由例如厚度為1.5mm的金屬板構成。此外，該實例中的圖像顯示 區域65 (參照圖4)大小為1018 mm x 573mm,但當然並不限於這 一尺寸，也可以是其他尺寸。另外，燈10的密封部16周圍被覆蓋為 邊框區域，用於隱藏燈10的非點亮部位，使該非點亮部位無法從外 部看到。
圖6表示本實施方式的背光源IOO的變形例。圖6所示的結構實例與圖l所示的結構基本相同，其不同點在於，2個熱陰極螢光燈10 共用了 1個點亮電路(鎮流器)70。本實施方式的熱陰極螢光燈10 採用了燈絲14的長軸方向14a朝向屏幕方向40的結構(即燈絲14 縱向放置)，因此，即使在將2個熱陰極螢光燈IO連接到1個點亮電 路70進行使用的情況下，也能夠像圖示那樣簡便地進行連線。
如果按照圖6所示的實例那樣由2個熱陰極螢光燈10共用1個 點亮電路(例如包含逆變器的電路)70，則在圖3所示的結構實例中， 點亮電路70的使用個數就減半為3個。按照這種方式，通過點亮電 路70的共用，其使用個數減少，因此能夠降低成本。
此外，在圖6所示的結構中示出了在反射板21上形成了輔助反 射板22的箱體20。如果在平坦的反射板21上設置輔助反射板22， 則能夠控制(布光控制)燈放射出來的光的方向，能夠消除燈與燈之 間的"暗角"，其結果是，能夠提高背光源100的均勻性、減弱熱陰 極螢光燈IO分別單獨發出強亮度光的印象。
下面參照圖7至圖13詳細敘述本實施方式的背光源100的燈周 圍溫度的下降效果。
本申請發明人研究了如圖7 (a)所示那樣將燈絲14縱向放置的 熱陰極螢光燈10 (本實施方式)與如圖7(a)所示那樣將燈絲14橫 向放置的熱陰極螢光燈10，(比較例)的效果差異。
圖7 (a)示出了本實施方式的熱陰極焚光燈10的結構，將燈絲 14縱向配置，也就是，將燈絲14的長軸方向(14a)配置為朝向屏幕 方向40。這裡，從燈座75的外沿(基準線)到外側的長度L1 (邊框 長，所謂的非顯示面)為30mm，從該基準線到燈絲14的距離L2為 8mm。此外，在圖示的結構實例中，從密封部16延伸出來的引線(延 長部)13e電氣式連接到安裝在燈口 18的插腳19，通過該插腳19就 能夠電氣式連接到點亮電路(未圖示)。
另一方面，圖7 (b)所示的熱陰極焚光燈10'是將圖7 (a)所 示的熱陰極焚光燈IO旋轉至其燈絲14的長軸方向成為橫向狀態而形 成的，其他結構、尺寸、點亮條件相同。即，圖7(b)所示的熱陰極 螢光燈10，的燈絲14的長軸方向相對於屏幕方向40成直角。圖7(a) 和(b)所示的燈10、 10，都是燈絲14位於圖像顯示區域(液晶顯示 區域或單元光學系統)65內。本申請的發明人首先針對亮度分布研究了兩者(燈10、 10，)的 不同。這裡，改變單個(1個)熱陰極螢光燈IO的視線方向，觀測燈 IO(縱向放置，實施方式)和燈IO，(橫向放置，比較例)的不同。
在熱陰極螢光燈10中沿著燈絲14的長軸方向14a設定視線方向， 計測燈泡12的管面亮度(中心軸)，在圖8 (a)中將其結果表示為線 (a)。另一方面，相對於燈絲14的長軸方向14a垂直地設定視線方向， 計測燈泡12的管面亮度(中心軸)，其結果表示為線(b)。此外，如 果以屏幕方向為基準，則線(a)的結果對應於圖7 (a)所示的結構 實例的結果，而線(b)的結果則對應於圖7 (b)所示的結構實例的 結果。
根據圖8(a)可知，即使改變與燈口端的距離[mm]，也沒有發現 兩者的管面亮度(中心軸)[cd/m2]有明顯的差異。對此，即使將管 面亮度(中心軸)按照圖8 (b)所示方式換算為百分比進行描述也沒 有變化，同樣地沒有發現明顯的差異。
接著，如圖9所示，以圓形燈泡的熱陰極螢光燈的管面亮度(線 c)為基準，對從具有近似橢圓形燈泡的燈的長徑方向觀察到的管面 亮度(線a)和從具有近似橢圓形燈泡的燈的長徑方向觀察到的管面 亮度(線b)進行比較，根椐該研究，沒有發現明顯的差異。此外， 圖9中的橫軸是從插座端開始的距離[mm],縱軸是以中心為100%時 的管面亮度[%]。
因此，無論是具有圓形燈泡的燈還是具有近似橢圓形燈泡的燈， 由於亮度分布不受視線方向影響而變化，因此進一步可以認為從光學 角度來看技術上沒有顯著的特徵。此外，圖8、圖9中的測定值(亮 度分布)參差不齊是由於組裝在測定系統中的CCD攝像頭所拾取的 噪聲與由焚光膜面的塗敷斑點所造成的亮度不均相疊加的結果。
進而，將具有圓形燈泡的熱陰極螢光燈10、 10'組裝到背光源中， 觀測兩者(10、 10，)的管面溫度的差異。在背光源的壁掛狀態下計 測管面溫度。因此，在圖7 (a)所示的結構實例(實施方式)中，燈 絲14的長軸方向14a處於水平方向，在圖7(b)所示的結構實例(比 較例)中，燈絲14的長軸方向14a處於垂直方向。
圖IO表示的是對燈(10、 10，)的燈泡12中的各側面(左側和 右側)的燈絲14附近的管面溫度[°C ]進行計測所得結果的平均值(左側溫度和右側溫度的平均值)。圖10的橫軸是投入到燈中的功率 (Wla[W])，縱軸是溫度(Tbulb [ °C ])。在圖10的線(a)和(b)
的結果中沒有發現明顯差異。
因此，就熱陰極焚光燈IO、 10，的光學特性、熱特性而言，不能
說兩者存在差異，本申請的發明人作出的結論是，在圖7(a)和(b)
所示的結構實例中，找不出作為背光源來說稱得上是有利特徵的差異。
但是，如果將圓形燈泡的燈更換為近似橢圓形燈泡的燈並進行圖 IO所示的實驗內容，則發現了明顯的差異。其結果如圖ll所示。
與圖IO所示相同，圖11表示的是對近似橢圓形燈泡12中的各 側面(左側和右側)的燈絲14附近的管面溫度['C ]進行計測所得 結果的平均值(左側溫度和右側溫度的平均值)。
在圖11中可以觀測到，線(a)的管面溫度比線(b)的管面溫度 低大約20°C ~ IO'C。這裡，管面側面是與反射板21和光學片30相向 的面，因此，這一顯著的溫度下降對於耐熱性較差的反射板21和光 學片30來說非常有利於其耐久性和保持其光學特性。
另外，將近似橢圓形燈泡的燈組裝到背光源中進行溫度測定，其 結果表示在圖12中。根據圖12可知，線(a)的管面溫度['C〗比 線(b)的管面溫度['C ]低約20'C。此外，圖12中的縱軸是電極附 近的管面溫度(與相向面的平均值)[°C ],橫軸是進行調光時的系統 輸入功率[W]。
此外，圖13示出在將近似橢圓形燈泡的燈組裝到背光源中的情 況下反射板21的溫度[°C ]與系統輸入功率[W]的關係。系統輸入功 率[W]在130W附近表示的是實驗中所使用的背光源中佔空(Duty) 比約為100%的調光狀態，此外，在80W附近表示的是佔空比為40o/0 或不足40%的調光狀態。
如圖13所示，如果在佔空比大於等於40。/。以上的範圍內對線(a) 和(b)進行比較，則在本實施方式的結構中，確認發現反射板21的 溫度下降效果約為13'C，而在佔空比不足40%的範圍內觀測到溫度下 降效果達到約為25'C。此外，在線(a)和(b)的結構中，燈泡管面 和反射板的距離都相同。
通常，為了獲得某種程度的溫度下降(例如l(TC或更高的溫度下降)效果，不得不導入冷卻風扇之類的專用部件或放棄大幅度的燈功
率投入。即，無法迴避反射板21或光學片30的耐熱性問題，即使想 要提高燈亮度，l(TC的溫度上升將變成臨時的瓶頸(即設計上的制 約條件)，不得不增加冷卻部件(例如冷卻風扇)、或者大幅度改變背 光源的熱設計、或者放棄提高燈輸出(亮度)。
但是，根據本實施方式的結構，將近似橢圓形燈泡12的長軸方 向12a和燈絲14的長軸方向14a與屏幕方向40相一致，通過採用這 種結構，就能夠實現燈周圍溫度(特別是反射板21和光學片30的溫 度)的下降效果。因此，無需新增加部件成本或熱設計的開發成本就 能夠實現溫度下降的效果，帶來非常大的技術貢獻。
另外，如果採用本實施方式的結構，即使導入冷卻、散熱裝置， 也能夠利用本實施方式的冷卻效果，因此，能夠導入簡便或廉價的裝 置，或者即使在改變熱設計的情況下，也可以提高通過細微的變更即 可滿足要求的可能性。因此，在這一點也有其技術價值。
本申請的發明人在考察為什麼採用本實施方式的結構能夠產生 溫度下降效果時發現了以下的假說。
當燈管截面是橢圓形之類的扁平形狀時，如果燈絲的長軸方向位 於橢圓的長徑方向，則從橢圓的扁平面(曲率小的曲面)觀察到的熱 源即燈絲的立體角較大，容易接收通過熱輻射進行的熱傳導。即，燈 的管面溫度升高。反之，如果從橢圓的曲率大的曲面觀察，則成為熱 源的燈絲的立體角較小，不容易接收通過熱輻射進行的熱傳導。即， 管面溫度降低。
此外，橢圓的扁平面與曲率相對較大的管面相比，散熱(傳熱) 面積大，與高管面溫度相互作用，熱通量增大。即熱量轉移大。如果 這種熱量轉移大的橢圓的扁平面(上述燈絲的長軸方向平行於扁平面 配置的條件)朝向屏幕方向，則熱量向耐熱性低的光學片、薄膜類的 轉移量增大，導致片類的溫度上升。反之，如果使熱量轉移少的橢圓 形燈的曲率大的面朝向屏幕方向，則能夠降低片類的溫度。取而代之， 熱量向燈座的轉移增大，但燈座可以採用耐熱性較高的樹脂(例如PET 或PBT等工程塑料)，形狀等的設計自由度也較高，可以認為不容易 出現問題。
因此，通過對這些橢圓形燈中的燈絲配置和燈在背光單元中的組
18裝配置進行組合，就能夠適當地設計出背光單元的溫度。
另外，近似橢圓形燈泡12的長軸方向12a和燈絲14的長軸方向 14a即使不是嚴格地與屏幕方向40—致，只要大致朝向該方向，就能 夠獲得上述溫度下降效果。因此，即使燈絲14的長軸方向14a在規 定角度(例如±10° )的範圍內偏離屏幕方向40,也相當於本實施方 式的結構中所說的"朝向屏幕方向"。
此外，上述本實施方式中的燈泡12的形狀，即"近似橢圓形" 並不意味著包含截面通常被製作成圓形的燈泡12因製造工藝上的 誤差(公差)而發生偏離形成的、雖然被稱為圓形但並不是幾何學意 義上的圓形的形狀。不過，可以利用典型的製造工藝，以圓形的燈泡 為基礎提高其扁平率，製作出本實施方式中的近似橢圓形燈泡。本實 施方式中的橢圓形燈使用了長徑L1/短徑L2的值為1.6的燈，典型的 是使用1.2^ (Ll/L2) ^1.8範圍內的燈。
為了製作本實施方式中的近似橢圓形的燈泡12，可以採用例如圖 14 (a)至(d)所示的工藝。具體而言，如圖14 (a)所示，準備圓 形截面的燈泡(玻璃燈泡)80，將該燈泡80加熱後配置到近似橢圓 形的中空模具(金屬模具)81、 82之間。模具81、 82是例如不鏽鋼 製成的。接著，如圖14 (b)所示，利用模具81、 82包夾著燈泡80 使其變形，形成如圖14 (c)所示的近似橢圓形的燈泡12。最後，去 掉模具81、 82後，即得到本實施方式的近似橢圓形燈泡12。此外， 可以在適當的階段形成塗敷在燈泡12內表面上的氧化鋁或焚光體。 或者，製作出圓形燈之後對其進行加熱，使燈的玻璃軟化後進行衝壓 加工，也能夠製作出近似橢圓形燈泡12。
以上根據具體實施方式
對本發明進行了說明，但這些描述並不是 限定事項，當然也可以作出各種變更。另外，如上所述，本發明的實 施方式中的背光源合適用於例如32英寸以上的大畫面液晶TV,但並 不限於此，也可以應用於中型(例如26英寸 14英寸)的液晶TV。
進而，即使是標稱壽命(或平均壽命)低於1.2萬小時的燈或背 光源，也能夠獲得本發明實施方式中的燈周圍溫度下降效果的優點， 因此也可以應用於該用途。此外，並不限於液晶TV，也可以應用於 其他圖像顯示裝置(特別是大畫面圖像顯示裝置)的背光源中，或者 也可以應用於廣告牌的背光源。
19工業實用性
根椐本發明，能夠提供一種具備可以降低燈周圍的溫度的熱陰極 螢光燈的背光源。
權利要求
1.一種背光源，其特徵在於，具備熱陰極螢光燈；和用於存放所述熱陰極螢光燈的箱體，所述熱陰極螢光燈由內表面上形成有螢光體的燈泡和設置在所述燈泡內並釋放出熱電子的燈絲構成，所述燈泡具有近似橢圓形的截面形狀，所述燈絲配置為該燈絲的長軸方向朝向屏幕方向，所述燈泡配置為所述近似橢圓形的長軸方向朝向所述屏幕方向。
2. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 至少一部分所述箱體上形成有反射板。
3. 如權利要求1或2所述的背光源，其特徵在於， 所述箱體在所述屏幕方向上形成有開口部， 在所述開口部配置了光學片。
4. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 所述燈絲由四層線圈構成。
5. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 彼此相鄰的所述熱陰極焚光燈構成一對，接線連接到一個點亮電路。
6. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 所述背光源是用於直下型圖像顯示裝置的背光源。
7. 如權利要求6所述的背光源，其特徵在於，所述背光源是畫面尺寸為32英寸至46英寸的液晶顯示器所使用 的光源，在所述箱體中配置了 4到6個所述熱陰極螢光燈。
8. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 所述熱陰極焚光燈是標稱壽命在2萬小時以上的燈。
9. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 一個所述熱陰極螢光燈中的一對電極之一的所述燈絲上塗敷了大於等於5.0mg的輻射體。
10. 如權利要求1所述的背光源，其特徵在於， 所述熱陰極焚光燈中的所述燈泡內的氣壓大於等於500Pa。
全文摘要
本發明提供一種具備能夠降低燈周圍溫度的熱陰極螢光燈的背光源，該背光源(100)具備熱陰極螢光燈(10)和箱體(20)，構成熱陰極螢光燈(10)的燈泡(12)具有近似橢圓形的截面形狀，並配置為該燈絲(14)的長軸方向朝向屏幕方向(40)，燈泡(12)配置為其近似橢圓形的長軸方向(12a)朝向屏幕方向(40)。
文檔編號F21S2/00GK101617167SQ20088000562
公開日2009年12月30日 申請日期2008年1月29日 優先權日2007年2月20日
發明者大竹史郎, 荒川剛 申請人:松下電器產業株式會社