JP4591956B2

JP4591956B2 - 電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法およびその駆動電源

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Publication number: JP4591956B2
Application number: JP2005009426A
Authority: JP
Inventors: 方紀羽場
Original assignee: Pureron Japan Co Ltd
Current assignee: Pureron Japan Co Ltd
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: JP2006196416A

Description

本発明は、蛍光体付きアノードと電界放出型のカソードとを対向配置し、蛍光体の発光に必要な電界エネルギーをアノード・カソードの対向空間に付与するため、アノード・カソード間に電圧を印加する電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法およびその駆動電源に関するものである。

この種の冷陰極蛍光ランプにおいては、蛍光体付きの平面状のアノードと、このアノードのアノード面全体に電子を放出するカソードとを対向配置し、アノード・カソード間に電圧を印加して電子を蛍光体に加速衝突させて該蛍光体を励起発光させるものがある（特許文献１参照。）。このような電界放出型の冷陰極蛍光ランプでは、その蛍光体の発光のために、アノード・カソード間に電界を形成し、カソードから電子を放出させる必要がある。このアノード・カソード間電圧とカソードからの電子放出量を示すエミッション電流とに図３で示すような電圧電流特性がある。図３において横軸はアノード・カソード間電圧Ｖａｋ（ｋＶ／ｍｍ）、縦軸はエミッション電流Ｉｅ（ｍＡ／ｃｍ²）を示す。この電圧Ｖａｋは電界を示し、エミッション電流Ｉｅは単位面積当たりの電流、すなわち、電流密度を示す。アノード・カソード間電圧Ｖａｋにおいて、Ｖｔｈは、蛍光体が発光を開始するのに必要な動作開始電圧で例えば１．１ｋＶ／ｍｍ程度、Ｖ１−Ｖ２は蛍光体が発光している通常使用の平均的な動作電圧範囲で例えば２．０−２．５ｋＶ／ｍｍ程度（エミッション電流Ｉｅは例えば数ｍＡ／ｃｍ²程度）、Ｖ０は定格電圧で例えば３．０ｋＶ／ｍｍ程度（エミッション電流Ｉｅは例えば８−１０ｍＡ／ｃｍ²程度）である。

従来の電界放出型の冷陰極蛍光ランプでは、アノード・カソード間電圧Ｖａｋを直流電圧の形態にしてアノード・カソード間に連続印加しているために、電力消費量が大きい上に、蛍光体そのものの発光寿命が早期に到来し、頻繁なメンテナンスが必要となるなど、冷陰極蛍光ランプを液晶表示装置のバックライト用として用いる場合、長寿命、低電力消費、高発光効率、低コスト等がバックライトに要求されるため、その実用性に乏しく、これまで採用され難かった。
特開平０５−２５１０２１号公報

本発明により解決すべき課題は、蛍光体の発光に関して、長発光寿命、低電力消費、高発光効率を達成できるように冷陰極蛍光ランプを駆動できる新規でかつ独創的な方法とその駆動電源を提供することである。

（１）本発明による第１の冷陰極蛍光ランプの駆動方法は、アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、常時、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加しておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳して印加することを特徴とするものである。

直流電圧は一般的には２点間の極性および大きさが時間に対して変化しない電圧と定義されるが、本発明は、その定義に示す直流電圧が好ましいが、この定義に限定的に解釈されるべきものでは何等なく、上記直流電圧は直流状電圧とも言い換えることができるものであり、本発明の目的および本発明の精神を逸脱しない範囲の電圧であれば、その直流状とは極性は変化しないが大きさ（電圧値）が、動作開始電圧超で動作電圧の下限値未満の範囲で変動する電圧は、その変動幅を問わず、本発明の直流電圧に含むものである。

動作電圧は、蛍光体が励起発光することができる電圧であり、この電圧には範囲がある。動作電圧の下限値とはこの範囲の下限値である。この場合、動作電圧は単位がｋＶ／ｍｍであるので、動作電圧の下限値は、アノード・カソード間の対向距離に依存して変化する値である。また、動作電圧の下限値は、アノード・カソード間における電圧電流特性によっても変化する値である。

蛍光体のいかなる状態を励起発光状態とするかは、狭く解釈されるべきではなく、本発明の目的および本発明の精神にてらして、蛍光体が電子衝突により励起発光しているあらゆる状態を含むものと広く解釈されるべきである。

微分パルス状電圧における微分パルス状とは、本発明の目的および本発明の精神にてらして、微分パルス状電圧と次の微分パルス状電圧との間に直流電圧が存在していれば、立ち上がりが立ち下りよりも急峻な波形を含むものである。また、立ち上がりから立ち下りに移行する頂点の波形形状は尖鋭な形状であることが好ましいが、平坦形状であっても、丸み形状であってもよい。

本発明の第１の方法による作用効果を説明する。

まず、第１に、直流電圧のみで蛍光体を励起発光させるには、アノード・カソード間に常時、動作電圧の下限値以上の電圧を印加しておく必要があるので、電力消費量は多大となる。これに対して、本発明の第１の方法では、直流電圧は動作電圧の下限値未満で印加されているので、蛍光体は励起発光されず、電力消費は実質ゼロに近い。また、微分パルス状電圧は動作電圧の下限値以上で印加されるので実質的に電力を消費するが、微分パルス状電圧は周期的に短く印加されるだけであるので、その電力消費量は極めて少なく済む。すなわち、本発明の第１の方法では、電力消費量は従来よりも大幅に少なく済む。

第２に、本発明の第１の方法では、アノード・カソード間に低い直流電圧を印加してカソードを予備的な電子放出状態としておき、その低直流電圧に重畳したときの重畳ピーク電圧値が蛍光体を発光駆動できる電圧値となる微分パルス状電圧を周期的に重畳して印加するから、蛍光体を発光させるための微分パルス状電圧をアノード・カソード間にゼロから立ち上がらせて印加（ゼロ電界の状態から急激に高電界を形成する）させずに済み、カソードからはスムーズに蛍光体を励起発光させるための電子放出を高い効率で促進することができるようになる。すなわち、電力消費低減のため直流電圧を印加せずに、アノード・カソード間にゼロ電圧状態から周期的にパルス電圧を印加したとしても、蛍光体の励起発光が非効率となり高輝度発光が困難となる。この困難さを解消するべく、本発明者は鋭意研究した。周期のごとく冷陰極の場合、熱陰極とは異なり、陰極を予備加熱する必要なく電子放出させて蛍光体を励起発光させることができるのであるが、電圧を直流電圧ではなくパルス電圧とすると、カソードからの電子放出の効率が悪化する。特に、電力消費低減のためそのパルス幅を短くすると蛍光体の励起発光動作が低下する。そこで、本発明者は、種々な実験を行っところ、カソードから電子放出を予め行って蛍光体に電子を照射しておく。このとき、蛍光体はこの電子照射では励起発光しないようにしておく。この状態で、パルス電圧を印加すると、蛍光体が効率的に励起発光するようになった。この場合、アノード・カソード間の容量を利用してパルス電圧を微分パルス状電圧とすることにより、パルス幅が極めて短くなり、電力消費量が大幅に低減することができるようになる上に、蛍光体の発光量が増大し高輝度発光が可能となった。

第３に、本発明の第１の方法では、短いパルス幅の設定で蛍光体が電子衝撃を受ける時間を短く済ませて蛍光体の寿命も従来のような直流電圧のみで蛍光体を連続発光させる場合よりも大幅に延ばすことができる。

第４に、本発明の第１の方法では、微分パルス状電圧を鋭く短時間立ち上がらせてアノード・カソード間に印加するものであるから、カソードから高速でかつ高応答性で電子を放出させて蛍光体に衝突させることができ、結果、数個の蛍光体粒子の積層からなる蛍光体に対して、電子を容易に蛍光体粒子の表面層ではなく内部深くまで貫通させて発光させることができ、その発光効率を高くすることができる。特に注目すべきは、カソードを線状とした場合、その長手方向各部のアノード・カソード間電圧に対するエミッション電流特性が相違しても、長手方向各部全体にわたり蛍光体を均一にかつ高輝度で発光させることが可能となる。

第５に、本発明の第１の方法では、パルス電圧のみで蛍光体を発光駆動するものではなく、直流電圧にパルス電圧を重畳するために、パルス電圧を発生するパルス電源を低い電圧仕様の安価なもので済むという経済的に極めて大きな利点があり、液晶表示装置のバックライト等、低電力消費、高発光効率、高発光輝度、低コストが要求される冷陰極蛍光ランプとしては多大な利点となり、バックライトとしては極めて実用性に優れたものを提供することができる。

以上のように、本発明では、低電力消費、高発光効率、高輝度発光、高応答、安価という多大な効果を提供することができるものであり、バックライト等の照明分野に応用展開される可能性が極めて大きい画期的な駆動方法である。

（２）本発明による第２の冷陰極蛍光ランプの駆動方法は、アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、常時、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。

本発明の第２の方法によると、直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して蛍光体を周期的に励起発光させており、本発明の第１の方法と同様の作用効果を有する。

（３）本発明による第３の冷陰極蛍光ランプの駆動方法は、アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、駆動側を、パルス電源の負側と直流電源の正側とを接続し、かつ、直流電源の負側とカソードとを共通に接続接地して構成し、アノードにはパルス電源の正のパルス電圧と直流電源の正の直流電圧とを重畳して印加することにより当該冷陰極蛍光ランプを駆動するとともに、この駆動においては、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。

本発明の第３の方法によると、低い直流電圧と微分パルス状電圧との生成に、具体的に、パルス電源と直流電源とを用いたものであり、第１の方法の作用効果を有することは勿論であり、その作用効果の説明は、説明の重複を回避するため省略する。

（４）本発明による第４の冷陰極蛍光ランプの駆動方法は、アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、駆動側を、パルス電源の負側と直流電源の正側とを接続接地するとともに、直流電源の負側をカソードに接続して構成し、パルス電源の正のパルス電圧をアノードに、直流電源の負の直流電圧をカソードに印加することにより当該冷陰極蛍光ランプを駆動するとともに、この駆動においては、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。

本発明の第４の方法によると、低直流電圧と微分パルス状電圧の生成に、具体的に、パルス電源と直流電源とを用いたものであり、パルス電源の正微分パルス状電圧が冷陰極蛍光ランプのアノードに、直流電源の負の低い直流電圧が冷陰極蛍光ランプのカソードにそれぞれ印加されるので、冷陰極蛍光ランプのアノード・カソード間には蛍光体の励起発光に必要な電圧を印加できることに加えて、上記第３の方法と比較して、冷陰極蛍光ランプのアノードには低電圧を印加することができる低電圧仕様のものを実現することができる。なお、本発明の第４の方法は、第１の方法の作用効果を有することは勿論であり、その作用効果の説明は、説明の重複を回避するため省略する。

（５）本発明の上記方法においては、パルス電圧の周期を蛍光体の残光時間よりも短く設定することが好ましいことは勿論である。

（６）本発明の上記方法においては、アノードを面状となし、カソードを、アノード面に対しほぼ平行かつ線状に延びて対向する導線と、該導線の表面に形成された電界集中用の多数の微細突起付き炭素薄膜とを備えたものとなし、その導線の表面に電界集中補助用の凹凸を形成することが好ましい。この構成では、微細突起の電界集中性能をさらに効果的に高めて、電子放出量を増大させて、蛍光体を高輝度で発光させることができる。

本発明の上記方法においては、カソードを上記のように線状とした場合、カソードの長手方向各部でアノードとの間での電圧電流特性が相違していても、カソードの長手方向各部での電子放出量を均等化することができるので、高輝度、均一輝度発光を達成することができる。

（７）本発明による第１の冷陰極蛍光ランプ用駆動電源は、電子放出型の冷陰極蛍光ランプを駆動する冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、冷陰極蛍光ランプのアノードに接続されるパルス電源と、冷陰極蛍光ランプのカソードに接続される直流電源とを備え、パルス電源と直流電源とを直列に接続し、かつ、直流電源とカソードとの接続部を接地してなり、上記アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。

第１の電源は、冷陰極蛍光ランプの蛍光体の発光駆動に関して、高輝度発光、長発光寿命、低コストで行うことができるものである。

（８）本発明による第２の冷陰極蛍光ランプ用駆動電源は、電子放出型の冷陰極蛍光ランプを駆動する冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、冷陰極蛍光ランプのアノードに接続されるパルス電源と、冷陰極蛍光ランプのカソードに接続される直流電源とを備え、パルス電源と直流電源とを直列に接続し、かつ、パルス電源と直流電源との接続部を接地してなり、上記アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、電流の単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光することを特徴とするものである。

第２の電源は、冷陰極蛍光ランプの蛍光体の発光駆動に関して、高輝度発光、長発光寿命、低コストに加えて、低電圧駆動仕様で行うことができるものである。

本発明によれば、蛍光体の発光駆動に関して、高輝度発光、長発光寿命、低電力消費を達成することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法とその駆動電源を説明する。図１は、実施の形態１に係る冷陰極蛍光ランプとその駆動電源とを示す図、図２は冷陰極蛍光ランプのアノード・カソード間電圧Ｖａｋ（ｋＶ／ｍｍ）の波形を示す図、図３はアノード・カソード間電圧Ｖａｋとエミッション電流Ｉｅ（ｍＡ／ｃｍ²）との関係を示す図、図４は冷陰極蛍光ランプの構造を示す断面図である。

図１を参照して、１０は冷陰極蛍光ランプ、２０はパルス電源、３０は直流電源である。実施の形態１の駆動電源は、パルス電源２０と、直流電源３０とで構成されている。冷陰極蛍光ランプ１０は、真空容器１１内に、蛍光体１２付きのアノード１３と、線状カソード１４とを対向配置して構成されている。アノード１３は、正電圧を印加される。線状カソード１４は接地されている。

パルス電源２０は、図２（ａ）で示すパルス電圧Ｖｐを生成して出力する。パルス電源２０の正側２０ａは冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に接続されている。これによってパルス電圧Ｖｐは、冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に印加される。パルス電圧Ｖｐは、アノード・カソード１３，１４の対向空間に蛍光体１２の発光に必要な電界エネルギーを付与することができる。パルス電源２０が出力するパルス電圧Ｖｐの波形は、図２（ａ）のように矩形状であるが、アノード・カソード１３，１４間に印加されるときは、図２（ｂ）のように、アノード・カソード１３，１４間の容量により微分された微分パルス状電圧Ｖｄｐになる。

直流電源３０は、その正側３０ａがパルス電源２０の負側２０ｂに接続され、負側３０ｂが接地されている。直流電源３０は出力を可変して調整することができる。直流電源３０は、その正側３０ａから図２（ｃ）で示す直流電圧Ｖｄを生成して出力する。直流電圧Ｖｄの大きさは、冷陰極蛍光ランプ１０の動作開始電圧Ｖｔｈ（１．１ｋＶ／ｍｍ）超で動作電圧の下限値Ｖ１未満であり、例えば１．５ｋＶ／ｍｍ程度である。アノード・カソード間電圧Ｖａｋはその直流電圧Ｖｄでは、エミッション電流ＩｅはμＡオーダーで流れるのみであり、実質、電力消費はなく、蛍光体１２を発光させることはできない。この直流電圧Ｖｄは、カソード１４を電子放出態として蛍光体１２を発光待機状態とする。直流電圧Ｖｄは、微分パルス状電圧Ｖｄｐに重畳されてアノード・カソード間電圧Ｖａｋとなる。このアノード・カソード間電圧Ｖａｋを図２（ｄ）に示す。

冷陰極蛍光ランプ１０のアノード・カソード間電圧Ｖａｋとエミッション電流Ｉｅ（電子放出量）との関係を図３を参照して再度説明すると、横軸はアノード・カソード間電圧Ｖａｋ（ｋＶ／ｍｍ）、縦軸はエミッション電流Ｉｅ（ｍＡ／ｃｍ²）を示す。アノード・カソード間電圧Ｖａｋにおいて、Ｖｔｈは、動作開始電圧で例えば１．１ｋＶ／ｍｍ、Ｖｄは直流電圧であり、動作開始電圧Ｖｔｈ超で動作電圧の下限値Ｖ１未満であり、例えば１．５ｋＶ／ｍｍ、Ｖ１は蛍光体が発光する動作電圧の下限値であり、例えば２．０ｋＶ／ｍｍである。動作電圧の範囲は適宜に決定することができる。Ｖ０は定格電圧であり、例えば３．０ｋＶ／ｍｍである。

冷陰極蛍光ランプ１０のアノード・カソード１３，１４間には図２（ｄ）のアノード・カソード間電圧Ｖａｋが印加される。アノード・カソード間電圧Ｖａｋは、図２（ｃ）の直流電圧Ｖｄに図２（ｂ）の微分パルス状電圧Ｖｄｐを重畳した電圧であり、蛍光体１２の発光に有効な電圧は、微分パルス状電圧Ｖｄｐである。直流電圧Ｖｄと微分パルス状電圧Ｖｄｐとを重畳した電圧のピーク電圧値Ｖｐｐは、動作電圧の下限値Ｖ１以上である。すなわち、冷陰極蛍光ランプ１０の実効的な電力消費は、微分パルス状電圧Ｖｄｐが印加されている期間だけであり、微分パルス状電圧Ｖｄｐが重畳されていない直流電圧Ｖｄだけの印加分による電力消費は実質無い。

図４を参照して冷陰極蛍光ランプ１０の構造を詳しい説明すると、１０は冷陰極蛍光ランプ全体を示す。１１は真空容器、１２は蛍光体、１３はアノード、１４はカソードである。真空容器１１の形状はバックライトを始めとして光源の用途に応じて様々な形態をとることができる。真空容器１１は前面部１１ａがガラス基板、石英やサファイヤ等からなる。前面部１1ａの内面にはアノード１３がＩＴＯ（酸化インジウム・錫）やアルミニウム等の金属をスパッタリングやＥＢ蒸着等により薄膜状にして形成されている。蛍光体１２は、アノード１３にスラリー塗布法、スクリーン印刷法、電気永動法、沈降法等により塗布等により形成されている。カソード１４は、アノード１３と間隔を隔てて一方向に線状に延びて配置される。カソード１４は、アノード・カソード間電圧Ｖａｋの印加によりアノード１３との間で発生する電界によりアノード１３に向けて電子を放出する電界放射型のカソードである。カソード１４は、導線１４ａと、この導線１４ａの表面に形成された多数のナノチューブ状、ナノウォール状、その他の微細突起を有する炭素薄膜１４ｂとにより形成されている。

カソード１４は、導線１４ａの表面が電界集中をより発生しやすくする表面粗さに積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸１４ｃは炭素薄膜１４ｂだけの微細突部にさらに全体の凹凸１４ｄを形成しており微細突部での電界集中を助長する電界集中補助部として作用する。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。

以上の構成を備えた冷陰極蛍光ランプ１０においては、蛍光体１２が発光する期間は、微分パルス状電圧Ｖｄｐが直流電圧Ｖｄに重畳されてアノード・カソード１３，１４間に印加される極めて短い期間だけであるから、蛍光体１２の発光寿命を長寿命にすることができる。また、蛍光体１２が発光しない期間は、直流電圧Ｖｄでアノード・カソード１３，１４の対向空間に小さい電界エネルギーを付与している電子放出状態として蛍光体１２を発光待機状態としているので、この状態で微分パルス状電圧Ｖｄｐを印加するとき、即座に蛍光体１２を発光させることが可能となり、微分パルス状電圧Ｖｄｐのパルス幅をさらに短くして蛍光体１２の長寿命化が達成可能となるとともに従来よりも応答性において格段に優れた冷陰極蛍光ランプ１０を提供することができる。また、微分パルス状電圧Ｖｄｐはパルス電圧Ｖｐをアノード・カソード１３，１４間の容量成分により微分して鋭く短時間だけ立ち上がらせた微分パルス状電圧Ｖｄｐとしてアノード・カソード１３，１４間に印加してカソード１４から高速で電子を放出させて蛍光体１２に衝突させることができるので、蛍光体粒子の積層（積層方向では数個）からなる蛍光体１２に対して、電子を容易に蛍光体粒子の表面層にとどまらずその内部深くまで侵入させて発光させることができ、その発光効率を極めて高くすることができる。

特に、カソード１４が線状であるため、炭素薄膜１４ｂの形成過程等により、その長手方向各部の炭素薄膜１４ｂの微細突起の形状が図５（ａ）のように長く鋭い微細突起ｃ１、比較的丸い微細突起ｃ２、短く鋭い微細突起ｃ３等、様々な形状を有している。この微細突起ｃ１等の図示形状は、理解の都合のためであり、カーボンナノチューブだけを示すことを意図したものではなく、カーボンナノウォールや、その他の炭素薄膜の微細突起形状も含めて図示するものである。このような形状を有する各微細突起ではその周囲における等電位面の形状パターンは相違する。そのため、アノード１３と各微細突起ｃ１，ｃ２，ｃ３との間でのアノード・カソード間電圧Ｖａｋ対エミッション電流Ｉｅの特性が図５（ｂ）のｄ１，ｄ２，ｄ３のように異なってくる。このような場合においても、実施の形態による場合、蛍光体１２の発光寿命に影響させることなく、微分パルス状電圧Ｖｄｐを極めて短時間の間、高いピーク電圧値で、アノード・カソード１３，１４間に印加することができるので、各微細突起ｃ１，ｃ２，ｃ３による発光強度をほぼカソードの長手方向で均一化させ、発光むら少なく高輝度発光で冷陰極蛍光ランプ１０を駆動することができる。

以上説明したように、実施の形態１によると、アノード・カソード１３，１４間に低直流電圧Ｖｄを常時印加してカソード１４から電子放出状態として蛍光体１２を発光待機状態としておき、その低直流電圧にパルス電圧Ｖｐを微分パルス状電圧Ｖｄｐにして重畳印加するので、蛍光体１２を発光させるための微分パルス状電圧Ｖｄｐをアノード・カソード１３，１４間にゼロから立ち上がらせて印加させずに済み、カソード１４からは常に蛍光体１２を発光待機させる電子放出状態から蛍光体１２を励起発光させる電子放出状態とすることが可能となる。その結果、実施の形態１の冷陰極蛍光ランプ１０の駆動方法においては、大きい発光効率でかつ高輝度発光で冷陰極蛍光ランプ１０を駆動することが可能となる。この場合、直流電圧Ｖｄは蛍光体１２を発光待機状態とする電圧であり、動作開始電圧Ｖｔｈより若干高い電圧をアノード・カソード１３，１４間に印加しておくだけであるので、直流電圧印加によるエミッション電流（電子放出）もμＡオーダーで済み電力消費は実質無く、電力消費はパルス電圧Ｖｐの印加時のみの僅かな値で済む。しかも、常時、高直流電圧で電子放出して蛍光体を発光駆動しないから、電力消費量も極めて少なくて済む。この場合、パルス電圧Ｖｐはそのパルス幅を短くしてもピーク電圧を大きくすることで発光強度には影響せずに済み、したがって、短いパルス幅の設定で蛍光体１２が電子衝撃を受ける時間を短く済ませて蛍光体１２の寿命も従来のように直流電圧のみで蛍光発光させる場合よりも大幅に延ばすことができる。さらに、微分パルス状電圧Ｖｄｐはパルス電源２０から出力されるパルス電圧Ｖｐをアノード・カソード１３，１４間の容量成分により微分して鋭くかつ定格電圧以上に短期間だけ立ち上がらせてアノード・カソード１３，１４間に印加するものであるから、カソード１４から高速で電子を放出させて蛍光体に衝突させることができ、結果、数個の蛍光体粒子の積層からなる蛍光体に対して、電子を容易に蛍光体粒子の表面層ではなく内部深くまで貫通させて発光させることができ、その発光効率を高くすることができる。特に、カソード１４を線状としているから、その長手方向各部のアノード・カソード間電圧Ｖａｋに対するエミッション電流Ｉｅ特性が相違しても、長手方向各部全体にわたり蛍光体１２を均一にかつ高輝度で発光させることが可能となる。

図６および図７を参照して本発明の実施の形態２に係る冷陰極蛍光ランプ１０の駆動方法を説明する。この実施の形態においては、パルス電源２０の負側２０ａと直流電源３０の正側３０ａとが共に接地されて、パルス電源２０の正側２０ａが冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に接続され、直流電源３０の負側３０ｂが冷陰極蛍光ランプ１０のカソード１４に接続されている。実施の形態２の駆動電源は、パルス電源２０と、直流電源３０とで構成されている。

以上の構成において、冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３にはパルス電源２０から極性がプラスの微分パルス状電圧Ｖｄｐが印加され、カソード１４には直流電源３０から極性がマイナスの直流電圧Ｖｄが印加される。図７（ａ）はパルス電圧Ｖｐ、図７（ｂ）は微分パルス状電圧Ｖｄｐ、図７（ｃ）は直流電圧Ｖｄ、図７（ｄ）はアノード・カソード間電圧Ｖａｋを示す。実施の形態２による冷陰極蛍光ランプ１０の駆動方法でも、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

すなわち、実施の形態２によると、アノード・カソード１３，１４間に低直流電圧Ｖｄを常時印加して、カソード１４を、蛍光体１２を発光待機状態とするための電子放出状態としておき、その低直流電圧にパルス電圧Ｖｐを微分パルス状電圧Ｖｄｐにして重畳印加するので、蛍光体１２を発光させるための微分パルス状電圧Ｖｄｐをアノード・カソード１３，１４間にゼロから立ち上がらせて印加させずに済み、カソード１４からは常に蛍光体１２を発光待機状態とする電子放出状態から蛍光体１２を励起発光させる電子放出状態とすることが可能となり、該カソード１４からスムーズに電子放出を促進させられる。その結果、実施の形態２の冷陰極蛍光ランプ１０の駆動方法においては、大きい発光効率でかつ高輝度発光で冷陰極蛍光ランプ１０を駆動することが可能となる。この場合、直流電圧Ｖｄは電子放出の待機状態とする電圧であり、動作開始電圧Ｖｔｈより若干高い電圧をアノード・カソード１３，１４間に印加しておくだけであるので、直流電圧印加によるエミッション電流（電子放出）もμＡオーダーで済み電力消費は実質無く、電力消費はパルス電圧Ｖｐの印加時のみの僅かな値で済む。しかも、常時、高直流電圧で電子放出して蛍光体を発光駆動しないから、電力消費量も極めて少なくて済む。この場合、パルス電圧Ｖｐはそのパルス幅を短くしてもピーク電圧を大きくすることで発光強度には影響せずに済み、したがって、短いパルス幅の設定で蛍光体１２が電子衝撃を受ける時間を短く済ませて蛍光体１２の寿命も従来のように直流電圧のみで蛍光発光させる場合よりも大幅に延ばすことができる。さらに、微分パルス状電圧Ｖｄｐはパルス電源２０から出力されるパルス電圧Ｖｐをアノード・カソード１３，１４間の容量成分により微分して鋭くかつ定格電圧以上に短期間だけ立ち上がらせてアノード・カソード１３，１４間に印加するものであるから、カソード１４から高速で電子を放出させて蛍光体に衝突させることができ、結果、数個の蛍光体粒子の積層からなる蛍光体に対して、電子を容易に蛍光体粒子の表面層ではなく内部深くまで貫通させて発光させることができ、その発光効率を高くすることができる。特に、カソード１４を線状としているから、その長手方向各部のアノード・カソード間電圧Ｖａｋに対するエミッション電流Ｉｅ特性が相違しても、長手方向各部全体にわたり蛍光体１２を均一にかつ高輝度で発光させることが可能となる。

さらに、実施の形態２で特筆すべきは、パルス電源２０からのパルス電圧Ｖｐについては冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に、直流電源３０からの直流電圧Ｖｄについては冷陰極蛍光ランプ１０のカソード１４に印加するので、冷陰極蛍光ランプ１０を低電圧駆動することができるという大きな利点があり、液晶表示装置のバックライト等、低電力消費化と共に、さらに低電圧駆動が要求される冷陰極蛍光ランプとしては多大な利点となるものである。これは、バックライトを組み込む液晶電子機器が小型化、薄型化し、これに伴ない、その電子機器にバックライトとして組み込む冷陰極蛍光ランプ１０も細管化、小型化等に伴ない、低電圧駆動仕様が要求されてくるからである。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

本発明の実施の形態１に係り、電界放出型の冷陰極蛍光ランプとその駆動電源とを示す図である。図１の駆動回路の動作説明に供するタイミングチャートである。図１の冷陰極蛍光ランプの電圧電流特性を示す図である。冷陰極蛍光ランプの構造を示す断面図である。（ａ）冷陰極蛍光ランプのワイヤカソードの一部拡大断面図、（ｂ）ワイヤカソードの炭素薄膜の各部微細突起における電圧電流特性を示す図である。本発明の実施の形態２に係り、電界放出型の冷陰極蛍光ランプとその駆動電源とを示す図である。図６の駆動回路の動作説明に供するタイミングチャートである。

符号の説明

１０冷陰極蛍光ランプ
２０パルス電源
３０直流電源

Claims

アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、常時、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加しておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳して印加する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、常時、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、駆動側を、パルス電源の負側と直流電源の正側とを接続し、かつ、直流電源の負側とカソードとを共通に接続接地して構成し、アノードにはパルス電源の正のパルス電圧と直流電源の正の直流電圧とを重畳して印加することにより当該冷陰極蛍光ランプを駆動するとともに、この駆動においては、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
アノード・カソードの対向空間に電界を形成してカソードから電子を放出させて蛍光体を励起発光させる電界放出型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、駆動側を、パルス電源の負側と直流電源の正側とを接続接地するとともに、直流電源の負側をカソードに接続して構成し、パルス電源の正のパルス電圧をアノードに、直流電源の負の直流電圧をカソードに印加することにより当該冷陰極蛍光ランプを駆動するとともに、この駆動においては、アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
上記微分パルス状電圧を印加する周期を蛍光体の残光時間よりも短く設定する、ことを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれかに記載の冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
アノードが面状であり、カソードが、アノード面に対しほぼ平行な線状に延びて対向する導線と、該導線の表面に形成された電界集中用の多数の微細突起付き炭素薄膜とを備え、該導線はその表面に電界集中補助用の凹凸が形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれかに記載の冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
電子放出型の冷陰極蛍光ランプを駆動する冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、冷陰極蛍光ランプのアノードに接続されるパルス電源と、冷陰極蛍光ランプのカソードに接続される直流電源とを備え、パルス電源と直流電源とを直列に接続し、かつ、直流電源とカソードとの接続部を接地してなり、上記アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用駆動電源。
電子放出型の冷陰極蛍光ランプを駆動する冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、冷陰極蛍光ランプのアノードに接続されるパルス電源と、冷陰極蛍光ランプのカソードに接続される直流電源とを備え、パルス電源と直流電源とを直列に接続し、かつ、パルス電源と直流電源との接続部を接地してなり、上記アノード・カソード間に、電圧単位をｋＶ／ｍｍ、その電流単位をｍＡ／ｃｍ2として、カソードからアノードに電子を放出させうる電圧である動作開始電圧超でかつ蛍光体を励起発光させる動作電圧の下限値未満の低い直流電圧を印加して蛍光体を発光待機状態としておき、上記低直流電圧に対し、該低直流電圧と重畳してその重畳ピーク電圧値が動作電圧の下限値以上となる微分パルス状電圧を周期的に重畳印加して周期的に蛍光体を励起発光する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用駆動電源。