專利名稱：介質阻擋放電燈設備和用于液晶顯示器的背光的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種介質阻擋放電燈設備，更具體地，涉及一種用作 液晶顯示器的背光的介質阻擋放電燈設備。
背景技術：
在寬屏幕和更薄的視頻顯示器的近來的趨勢中，對于液晶顯示器(LCD)的性能要求越來越高。對于作為LCD組成的背光的光源，使用 冷陰極熒光燈，但是從環(huán)境保護的觀點來看，希望使用沒有水銀的光 源。為了滿足這種需求，開發(fā)出一種能夠在不使用水銀的情況下實現 高效率的介質阻擋放電燈。在介質阻擋放電燈中，提出了一種能夠增強亮度和發(fā)光度并提高 管軸方向的均勻度的技術(參見專利文獻l)。圖7A示出了作為在專利文獻1中公開的介質阻擋放電燈的示例 的氙氣熒光放電燈的驅動設備的配置。該氙氣熒光燈包括填充有稀有 氣體的熒光放電管10、位于熒光放電管10之內的內部電極13和13'、 位于熒光放電管10之外的外部電極15、與內部電極13和13'以及外 部電極15相連的電源18、連接在內部電極13和13'的每一個與電源(鎮(zhèn)流器電路)18之間二極管19和29。 二極管29和19被沿某一方 向放置，使得流進內部電極13和13'的電流的極性不同。這兩個二極 管29和19使得在每次反轉電源18的矩形波的極性時，負極性電流流 進內部電極13，正極性電流流進內部電極13'。結果，整個熒光放電 管10發(fā)光，同時熒光放電管10的亮度的整體均勻度下降，因而提高 了亮度。專利文獻l: JP-A-11-214184 (參見第0018段、圖2C等)發(fā)明內容要解決的問題然而，在如專利文獻l所公開的、二極管29和19連接在內部電 極13和13'與電源18之間的配置中，發(fā)現，啟動性能基于外部電極 15的位置、熒光放電管10的結構或者在內部電極13和13'與外部電 極15之間施加的電壓而較差。可選地，在專利文獻l的配置中，盡管整體上提高了亮度的均勻 性，但是放電瞬時僅在內部電極之一和外部電極之間發(fā)生，因而在中 心處仍有暗區(qū)。本發(fā)明用于解決現有技術的問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種 能夠確保啟動性能并降低亮度均勻度的介質阻擋放電燈設備。解決問題的手段為了解決上述問題，根據本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備包括填 充有放電介質的玻璃管；位于玻璃管之內的兩端的一對內部電極；位 于玻璃管之外的外部電極；與該對內部電極以及外部電極相連的鎮(zhèn)流 器電路；以及連接在該對內部電極之一和鎮(zhèn)流器電路之間的二極管。放電介質可以是稀有氣體，并不包括水銀。根據本發(fā)明的用于液晶顯示器的背光包括填充有放電介質的玻 璃管；位于玻璃管之內的兩端的一對內部電極；位于玻璃管之外的外 部電極；與該對內部電極以及外部電極相連的鎮(zhèn)流器電路；以及連接 在該對內部電極之一和鎮(zhèn)流器電路之間的二極管。本發(fā)明的效果根據本發(fā)明，該介質阻擋放電燈設備配置為使得二極管與位于燈 內部的兩端的一對內部電極之一相連，并且從鎮(zhèn)流器電路向二極管施 加電壓。結果，實現了均勻的亮度分布，同時可改善在點亮燈時的啟 動性能。


圖1A是在本發(fā)明實施例中的介質阻擋放電燈設備的配置圖。圖IB是在本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的電位向內部電極施加較高電壓時出現的燈電流的解釋圖。圖1C是在本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的電位向內部電極施加較低電壓時出現的燈電流的解釋圖。圖2A是作為比較示例的現有技術中的介質阻擋放電燈設備的配 置圖。圖2B是在現有技術的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的 電位向內部電極施加較高電壓時出現的燈電流的解釋圖。圖2C是在現有技術的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的 電位向內部電極施加較低電壓時出現的燈電流的解釋圖。圖3是現有技術的介質阻擋放電燈的燈電壓的波形圖。圖4是根據本發(fā)明實施例的介質阻擋放電燈設備的燈電壓的波形圖。圖5是本發(fā)明和現有技術的介質阻擋放電燈的亮度分布圖。圖6是作為比較示例的現有技術的介質阻擋放電燈的配置圖。圖7A是現有技術的介質阻擋放電燈的配置圖。圖7B是在現有技術的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的 電位向內部電極施加較高電壓時出現的燈電流的解釋圖。圖7C是在現有技術的介質阻擋放電燈設備中，關于外部電極的 電位向內部電極施加較低電壓時出現的燈電流的解釋圖。附圖標記100 本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備200、 300、 800 現有技術的介質阻擋放電燈設備10 玻璃管13、 13' 內部電極15 外部電極18 鎮(zhèn)流器電路19、 29 二極管具體實施方式
下面參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。 1.介質阻擋放電燈設備的配置圖1A示出了根據本發(fā)明實施例的介質阻擋放電燈的配置。該介 質阻擋放電燈設備100包括具有填充有放電介質的玻璃管10的介質阻 擋放電燈、以及鎮(zhèn)流器電路18。該介質阻擋放電燈具有位于玻璃管10之內的兩端的一對內部電 極13和13'。外部電極15位于玻璃管10之外。玻璃管10內部涂覆有 熒光層16。內部電極13和13'以及外部電極15與鎮(zhèn)流器電路18相連。 在該實施例中，具體地，二極管19連接在內部電極13'(內部電極13 和13'中的一個)和鎮(zhèn)流器電路18之間。下面具體描述每個元件。玻璃管10通常是可大規(guī)模生產的牢固且薄的管子。玻璃管10的 材料可以是硼硅玻璃、石英玻璃、鈉玻璃、鉛玻璃或其它玻璃材料。 玻璃管10的外徑通常是大約1. 0至10. 0,，但是并不局限于該值。 例如，外徑可以是用于普通熒光燈的大約30mm。玻璃管10并不局限 于直線形，而可以是L形、U形、矩形和其它形狀。玻璃管10的長度 優(yōu)選為50mm至lOOOmra。玻璃管10被密封，并填充有放電介質(未示出)。放電介質包括 主要由稀有氣體組成的至少一種氣體。在介質阻擋放電中，優(yōu)選地， 可以不包含水銀。填充氣體的壓力(即玻璃管10的內部壓力)是大約 0. lkPa至76. OkPa。內部電極13和13'由鎢、鎳或其它金屬制成。內部電極13和13' 的表面的一部分或整個可涂覆有諸如氧化銫、氧化鋇或氧化鍶之類的 金屬氧化層。這種金屬氧化層可降低放電開始電壓，并避免由于離子 轟擊而造成的電極磨損。外部電極15與玻璃管10相隔一間隔。通過使間隔為適當距離， 可避免在外部電極15和玻璃管10的表面之間發(fā)生的絕緣擊穿(例如， 參見國際公開號No. W0 2005/022586的段落
、
等)。同 時，如果不必考慮避免在外部電極15和玻璃管10之間發(fā)生的絕緣擊 穿，則外部電極15可與玻璃管10接觸。外部電極15可由主要包括銅、鋁、不銹鋼、其它金屬、氧化錫或氧化銦的透明導電結構形成。使用可反射外部電極12可實現從玻璃管10至外部電極12的光的高反射 率，實現高光輸出效率，而不需要在外部電極12和發(fā)光的玻璃管10 之間提供高反射片。熒光層16形成用于轉換放電介質所發(fā)射的光的波長。可通過改 變熒光層16的材料而獲得各種波長的光。例如，可以獲得白、紅、綠 或藍光。熒光層16由用在普通熒光燈、等離子體顯示面板等中的任意 材料形成。鎮(zhèn)流器電路18在內部電極13和13'與外部電極15之間施加矩形 波電壓。在介質阻擋放電的情況下，通常優(yōu)選地施加矩形波電壓，因 為可增強燈的效率(來自玻璃管10的輸出光通量的值除以提供給玻璃 管10的功率)。在鎮(zhèn)流器電路18施加矩形波電壓時，通過玻璃管10 的管壁，出現介質阻擋放電，引起光發(fā)射。鎮(zhèn)流器電路18所施加的矩 形波電壓的峰-峰值Vp-p優(yōu)選地為lkV至10kV。二極管19沿使電流從鎮(zhèn)流器電路18流進內部電極13'的方向連接。2.發(fā)光操作鎮(zhèn)流器電路18在內部電極13和13'與外部電極15之間施加以特 定頻率改變的矩形波電壓。當關于外部電極15向內部電極13和13' 施加正極性電壓時，也就是說，當如圖1B所示向二極管19施加正向 偏置時，發(fā)生放電，并且燈電流沿從內部電極13和13'至外部電極15 的方向流動。另一方面，當關于外部電極15而向內部電極13和13' 施加負極性電壓時，也就是說，當如圖1C所示向二極管19施加反向 偏置時，燈電流僅沿從外部電極15至內部電極13的方向流動，而沒 有燈電流流進內部電極13'。因此，本實施例的介質阻擋放電燈設備ioo被設置使得當鎮(zhèn)流器 電路18向二極管19施加正向偏置的驅動電壓時，電流在內部電極13 和13'中流動，而當向二極管19施加反向偏置的驅動電壓時，電流僅 在內部電極13中流動。這種設置可實現均勻的亮度分布，并且如下面 所述的，進一步改善了啟動性能。3.啟動性能測試測量下面描述圖1A所示的介質阻擋放電燈設備100的啟動性能測試 測量。在啟動性能測試中，介質阻擋放電燈設備100被設置在如下條件 中。玻璃管10長為700ram、外徑為3mm、內徑為2mm。玻璃管10中填 充的放電介質是16kPa的氙氣。設置了總共24個玻璃管10，并且間 隔16mm。外部電極15是寬為16mra、長為700mm的構件，由鋁制成， 并具有f=4. 6mm的拋物線形狀。外部電極15位于24個玻璃管10的每 一個處。將這些玻璃管10設置為玻璃管10的中心軸穿過外部電極15 的拋物面的焦點位置處。外部電極15和玻璃管10之間的距離是3mm。 鎮(zhèn)流器電路18施加的電壓是20. 4kHz頻率的矩形波，從0V至峰值電 壓的電壓V0-p是1. 7kV的額定值。電壓V0-p可在鎮(zhèn)流器電路18的容 許范圍內變化。將由Sanken Electric Co., Ltd制造(型號:Ux-F5B) 的高電壓整流二極管用作二極管19。作為本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100的比較示例，針對圖7A 所示的專利文獻1所公開的傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備200，類似地測 試啟動性能。介質阻擋放電燈設備200與介質阻擋放電燈設備100的 不同在于二極管19和29位于內部電極13和13'與鎮(zhèn)流器電路18 之間。其它配置與介質阻擋放電燈設備100相同，并且用相同的附圖 標記來標識相同的部件，并省略對這些部件的描述。二極管29的連接 使得電流可沿正向從內部電極13流到鎮(zhèn)流器電路18。在圖7A所示的介質阻擋放電燈設備200中，燈電流流動如下。 也即，當關于外部電極15的電位向內部電極13和13'施加正極性電壓 時，也就是說，當如圖7B所示向二極管19施加正向偏置并向二極管 29施加反向偏置時，燈電流僅從內部電極13'流向外部電極15，但是 不從內部電極13流向外部電極15。相反地，當關于外部電極15的電 位向內部電極13和13'施加負極性電壓時，也就是說，當如圖7C所示 向二極管19施加反向偏置并向二極管29施加正向偏置時，燈電流僅 從外部電極15流向內部電極13，而不流向內部電極13'。通過改變施加在內部電極13和13'與外部電極15之間的電壓V0-p，來評估本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100和比較示例的介質阻 擋放電燈設備200的啟動性能。結果在表1中示出。表1內部電極和外部電極之間的電壓V0-p [kV]1. 752. 00<本發(fā)明〉 介質阻擋放電燈100發(fā)光發(fā)光〈比較示例〉 介質阻擋放電燈200不發(fā)光不發(fā)光從表1可見，本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100在V0-p為1. 75kV 處啟動(發(fā)光)，而即使Vo-p上升到2.00kV，傳統(tǒng)的介質阻擋放電燈 設備200也不會啟動(不發(fā)光)。因此，與各自二極管19和29連接在內部電極13和13'與鎮(zhèn)流器 電路18之間的傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備200相比，可知，通過僅在--對內部電極13和13'中的一個內部電極13'和鎮(zhèn)流器電路18之間連接 二極管19，可改善啟動性能。在本實施例中，不使用超過2.00kV的 VO-p來進行測試的原因是這種VO-p超過了鎮(zhèn)流器電路19的容許范 圍。也就是說，如圖7所示的二極管與內部電極13和13'均相連的傳 統(tǒng)介質阻擋放電燈200在液晶顯示器的背光的常用容許電壓范圍并不 發(fā)光。3.1啟動特性的討論下面描述在啟動性能方面改善本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100 和傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備200不啟動的機制。首先，在討論介質阻擋放電燈設備200之前，討論如圖2A所示 的沒有二極管連接在內部電極13和13'與鎮(zhèn)流器電路18之間的介質阻 擋放電燈設備300的另一傳統(tǒng)示例。介質阻擋放電燈設備300與圖1A 所示的介質阻擋放電燈設備的不同在于沒有插入二極管19。在圖2A所示的介質阻擋放電燈設備300中，燈電流流動如下。 也即，當關于外部電極15的電位向內部電極13和13'施加正極性電壓時，如圖2B所示，燈電流從內部電極13和13'流向外部電極15。相 反地，當關于外部電極15的電位向內部電極13和13'施加負極性電壓 時，如圖2C所示，燈電流從外部電極15流向內部電極13。圖3示出了圖2A所示的介質阻擋放電燈設備300的燈電壓波形 的測量。從圖3可見，所測量的燈電壓波形并不是理想的矩形波，而 包括緊接在矩形波的極性轉變之后出現的電壓過沖。過沖是由鎮(zhèn)流器 電路18中的升壓變壓器的漏電感和升壓變壓器的寄生電容的諧振所 引起的現象。介質阻擋放電燈中過沖的出現引起瞬時超過放電開始電 壓的高電壓，從而引起放電。圖4示出了本發(fā)明的機制阻擋放電燈設備100的燈電壓波形。圖 4示出了在向二極管19施加反向偏置和正向偏置時出現的波形。從圖 4可見，當向二極管19施加反向偏置時，燈電壓的過沖(圖4中的部 分"A")出現，但是在反向偏置轉變?yōu)檎蚱玫牟糠?B"中，過 沖消失。通常，已知在二極管中，在P型半導體和N型半導體的邊界中存 在耗盡層，并且耗盡層用作電容器。推測當二極管19的耗盡層所形成 的電容器將施加到二極管19的燈電壓從反向偏置轉變到二極管19的 正向偏置時，如圖4中的部分"B"所示，消除了過沖。考慮這種現象，來推測表1所示的圖7A所示介質阻擋放電燈設 備200未能啟動的原因。傳統(tǒng)介質阻擋負擔設備200的二極管19和 29分別與內部電極13'和13相連。因此，在傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備 200中，由于二極管的耗盡層的電容分量，當向內部電極13和13'施 加正極性和負極性的電壓時，燈電壓波形中的過沖被消除。相反地， 在本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100中，由于二極管19僅與一個內部 電極13'相連，僅在向內部電極13和13'施加正極性的電壓時，燈電壓 波形中的過沖被消除。因此，在傳統(tǒng)的介質阻擋放電燈設備200中， 與本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100相比，更明顯地抑制了燈電壓波 形的峰值電壓。因此，推測如表l所示，啟動性能較差。當燈電容CL (玻璃管10和外部電極15所確定的電容)較小時， 啟動性能較差。這可解釋如下。假定在內部電極13和外部電極15之間形成的電容器(CL)包括"由引起絕緣擊穿的放電空間所形成的電容器C1"和"由玻璃管10和間隔所形成的電容器C2"的串聯連接。 隨著間隔增大，電容器C2的電容變小。當電容器C2的電容變小時， 施加于電容器C1的電壓降低。由于該電壓下降，施加于放電空間的電 壓下降，并且在放電空間不太可能發(fā)生絕緣擊穿。因此，可知，在燈 電容較小時，需要在內部電極13和外部電極15之間需要施加更大的 電壓以用于啟動。因此，推測具有較小燈電容CL的介質阻擋放電燈設 備更容易受到二極管的虛電容器Cd所引起的施加電壓下降的影響。例 如，通過如在本實施例中一樣在玻璃管10和外部電極15之間形成間 隔，通過增加玻璃管10的厚度，或者通過減小外部電極15的面積， 來提供具有較小燈電容CL的結構。如這里所解釋的，根據本發(fā)明，二極管19連接在位于玻璃管10 之內的兩端的一對內部電極13和13'之一與鎮(zhèn)流器電路18之間。通過 這種布置，當施加于內部電極13和13'與外部電極15之間的來自鎮(zhèn)流 器電路18的電壓從正向變?yōu)槎O管19的反向時，也就是說，當在內 部電極13和外部電極15之間施加電壓時，來自鎮(zhèn)流器電路18的電壓 可直接施加于內部電極13和外部電極15之間，而不會由于二極管19 而引起電壓降，從而穩(wěn)定地對放電介質進行放電，以確保良好的啟動 性能。4.亮度分布下面解釋亮度分布的測量。圖5是圖1和2所示的介質阻擋放電燈設備100和300的亮度分 布的測量。圖5還示出了作為比較示例的圖6所示的介質阻擋放電燈 設備800的亮度分布。圖6中的介質阻擋放電燈設備800與本發(fā)明的 介質阻擋放電燈設備的不同在于僅在一端上具有內部電極13，并且沒 有二極管連接在內部電極13和鎮(zhèn)流器電路18之間。在圖5中，實線X表示二極管僅與一個內部電極相連的本發(fā)明的 介質阻擋放電燈設備100的亮度分布。虛線Y表示在兩端均具有內部 電極、且沒有二極管與內部電極相連的圖2A的介質阻擋放電燈設備 300的亮度分布。虛線Z表示僅具有一個內部電極且沒有二極管與之相連的圖6的介質阻擋放電燈設備800的亮度分布。參考圖5，可知，傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備300的亮度分布(虛 線Y)在軸向左右是均衡的。然而，在距離400mm附近識別出亮度的 凹陷(暗點)。這是因為重復從內部電極13和13'至外部電極15或者 從外部電極15至內部電極13和13'的放電，因而來自內部電極13和 13'的放電在該距離處較小。相反地，在中心沒有亮度的凹陷(暗點)，與傳統(tǒng)的介質阻擋放 電燈設備300 (虛線Y)相比，本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100的亮 度分布(實線X)示出了更均勻的亮度分布。根據本發(fā)明的介質阻擋 放電燈設備100，與僅具有一個內部電極的傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備 800 (虛線Z)相比，顯著地改善了亮度分布。下面解釋與介質阻擋放 電燈設備800相比亮度分布改善的原因。在僅具有一個內部電極的介質阻擋放電燈設備800中，由于玻璃 管10中遠離內部電極13的區(qū)域中的放電較小，亮度隨著遠離內部電 極13而下降。另一方面，在本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100中，如 圖1C所示，當向二極管19施加反向偏置時，發(fā)生從外部電極15至沒 有連接二極管的內部電極13的放電。然而，如圖1B所示，當向二極 管19施加正向偏置時，發(fā)生從兩個內部電極13和13'至外部電極15 的放電。因此，通過增加圖1B中從內部電極13'至外部電極15的放電， 與僅具有一個內部電極的介質阻擋放電燈設備800相比，改善了亮度 分布。關于系統(tǒng)的效率，假定本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100的系統(tǒng) 效率是l，則對于具有一個電極的介質阻擋放電燈設備800，系統(tǒng)效率 是0.89。因此，還可知，本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100的系統(tǒng)效 率比具有一個電極的介質阻擋放電燈設備800的系統(tǒng)效率高。本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100中的亮度分布的左右對稱屬性 比傳統(tǒng)介質阻擋放電燈設備300的左右對稱屬性要差。然而，可通過 適當地設置散射板的特性，或者適當地調節(jié)施加于內部電極13和13' 的電壓，容易地改善亮度分布的左右對稱屬性。因，根據本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備100，當施加在內部電極13'和外部電極15之間的來自鎮(zhèn)流器電路18的燈電壓處于二極管 19的正向時，燈電流從內部電極13和13'流向外部電極15。因此，與 僅具有一個內部電極13、且在內部電極13和鎮(zhèn)流器電路18之間沒有 連接二極管19的介質阻擋放電燈設備800相比，玻璃管10的軸向的 亮度均勻性可減小很多。 5.結論如上所示，本發(fā)明的介質阻擋放電燈設備設置使得二極管僅與位 于燈之內的兩端的一對內部電極中的一個電極相連，并且通過二極管 從鎮(zhèn)流器電路施加電壓。根據這種布置，實現了均勻的亮度分布，并 且可增強燈發(fā)光操作的啟動性能。注意，本發(fā)明的介質阻擋放電燈設 備100應用于液晶顯示器的背光、室內照明、布告板的背光燈。工業(yè)實用性本發(fā)明可改善燈發(fā)光的啟動性能，并實現均勻的亮度分布，因此 適用于液晶顯示器的背光、室內照明、布告板的背光等。這里通過參考特定實施例而描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員 可在本發(fā)明的范圍內自由度改變和修改本發(fā)明。因此，本發(fā)明并不局 限于這里示出的實施例，而限制于這里所附的權利要求的范圍。本申 請涉及日本專利申請No. 2006-034814 (2006年2月13日申請的)， 將其全部內容合并在此以作參考。
權利要求
1.一種介質阻擋放電燈設備，包括填充有放電介質的玻璃管；位于玻璃管之內的兩端的一對內部電極；位于玻璃管之外的外部電極；與該對內部電極以及外部電極相連的鎮(zhèn)流器電路；以及連接在該對內部電極之一和鎮(zhèn)流器電路之間的二極管。
2. 根據權利要求1所述的介質阻擋放電燈設備，其中，放電介 質是稀有氣體，并且不包括水銀。
3. —種用于液晶顯示器的背光，包括 填充有放電介質的玻璃管； 位于玻璃管之內的兩端的一對內部電極； 位于玻璃管之外的外部電極；與該對內部電極以及外部電極相連的鎮(zhèn)流器電路；以及 連接在該對內部電極之一和鎮(zhèn)流器電路之間的二極管。
全文摘要
一種介質阻擋放電燈設備(100)，具有填充有放電介質的玻璃管(10)；分別位于玻璃管兩端的一對內部電極(13，13’)；位于玻璃管之外的外部電極(15)；與該對內部電極以及外部電極相連的鎮(zhèn)流器電路(18)；以及僅連接在該對內部電極之一和鎮(zhèn)流器電路之間的二極管(19)。
文檔編號H01J61/02GK101331805SQ20078000065
公開日2008年12月24日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權日2006年2月13日
發(fā)明者大久保和明, 小南智 申請人:松下電器產業(yè)株式會社