JP4678775B2 - 冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルに照明光を照射する冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を用いたバックライトを備えた液晶表示装置に係わり、特に冷陰極蛍光管の管構造に関するものである。

各種の照明装置の中で低消費電力，高輝度あるいは長寿命もしくは小形の光源として放電管が多用されている。この放電管のうち、蛍光体を内壁に塗布したガラス等の透明絶縁材料からなる外套管内に不活性ガスと水銀を封入した低圧放電管は蛍光灯として広く知られている。この種の低圧放電管には熱電子を用いる熱陰極型と冷電子を用いる冷陰極型とがある。

非発光型である液晶表示パネルを用いた画像表示装置では、当該液晶表示パネルに形成された電子潜像を外部照明手段を設けることにより、可視化している。外部照明手段には自然光を利用する構造を除いて液晶表示パネルの背面または前面に照明装置を設置している。特に高輝度を要する表示デバイスには、液晶表示パネルの背面に照明装置を設けた構造が主流となっている。これをバックライトと称している。

バックライトには、大別してサイドエッジ型と直下型とがある。サイドエッジ型は、透明板からなる導光板の側縁部に沿って冷陰極蛍光管に代表される線状光源を設置した構造であり、パソコン用等の薄型化が要求される表示デバイスに多く用いられている。一方、ディスプレーモニタまたはテレビ受像機に用いられる表示デバイス等の大型サイズの液晶表示装置では、直下型が多く用いられる。直下型バックライトは、液晶表示パネルの背面側直下に照明装置を設置する構造である。

例えば、液晶表示装置の照明装置の光源には、上記冷電子を放出して蛍光体を励起して発光させる冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）が採用されている。一般に冷電子を放出する電極はニッケル等の金属材料が用いられる。このような電極はスパッタ性があるために動作中に消耗する。したがって、冷陰極蛍光管の電極は、選定された外套管の内径である程度の大きさが必要とされる。一方、電極寸法が大きくなると、その表面積も大きくなって単位面積当りの電流密度が低下し、放電時（特に製品出荷前におけるエージング時）における電極材料の外套管内壁へのスパッタ量が少なくなる。

この種の冷陰極蛍光管では、その放電開始時間（放電始動時間）の短縮が要求されており、特に暗黒中での放電始動に要する時間に遅れが生じるという問題があった。一般的にニッケル材からなる電極の一部を外套管の内壁にスパッタさせると、このスパッタ膜から誘発される電子が放電始動時間を短縮するという効果が知られていた。カップ状電極を利用する場合、その電極の外径（特に開口部の外径）を外套管の内径に対して小さくすると、その電極材料の外套管内壁へのスパッタが促進される。しかし、電極材料のスパッタは電極自体を磨耗させるために電極の寿命を短縮させる。また、エージング工程によりスパッタ膜を形成しても、これによる放電始動時間の短縮は充分とは言えなかった。

この放電始動時間の遅れを改善するためには、外套管内部（特に電極に近接した部分）に放電を誘発する物質を置くことが有効である。このために従来は、（１）電子放射性の高い金属化合物、例えばクロム酸セシウム等のセシウム化合物を電極の表面に付着させる。（２）上記セシウム化合物等の電子放射性の高い金属化合物を水銀放出物質と混合したものを用い、製造工程における水銀放出加熱時に管内に上記セシウム化合物等の電子放射性の高い金属化合物を管内に放散させる。（３）電極に高電流（例えば、電極外径が１．７ｍｍでは、８〜１５ｍＡ程度）を流して電極を加熱し、当該電極材料の一部を消散させて外套管の電極近傍内壁にスパッタ膜を形成する。（４）蛍光体膜内にアルミナを添加する。などの方法を採用していた。

この放電始動時間の遅れを改善する具体的な手段としては、外套管内におけるカップ状電極の近傍内壁に金属またはその金属化合物を主成分とするスパッタ膜を形成し、電極に印加される電圧で生成される冷電子による放電を誘発させ、放電始動時間を短縮させている。また、電極面積を大きくするために当該電極をカップ状とし、その内壁面に上記金属材料を含む薄膜を形成しておき、エージング工程でこの金属材料を含む薄膜を外套管の電極近傍内壁に加熱蒸散させてスパッタ膜を形成させている。なお、この種の従来技術に関しては、例えば下記特許文献１及び特許文献２などを挙げることができる。

特開２００１−７６６１７号公報 特開２００２−２３１１３３号公報

このように構成される冷陰極蛍光管は、カップ状電極と電力導入線との接続手段として一般的に抵抗溶接法またはレーザ溶接法を用いて行なう。しかしながら、溶接時には、少なからずカップ状電極の素材に酸化物がカップ状電極の内壁面に付着し、この酸化物は冷陰極蛍光管の点灯中に外套管内の電子及びイオン等がカップ状電極の内壁面に衝突し、叩かれ、カップ状電極内壁側からその電極開口近辺から外套管の内面に飛散し、スパッタ膜の発生の引き金となっている。

さらに、冷陰極蛍光管の点灯時間が増加すると、外套管内の電子及びイオン等によりカップ状電極素材が電食され、電食された物質がカップ状電極内部またはその先端近辺の外套管内壁にスパッタ膜として付着し、カップ状電極先端近辺の外套管内壁にスパッタ膜の蓄積が進行する。このスパッタ膜は、冷陰極蛍光管の放電開始特性改善には良い反面、カップ状電極と外套管との間の隙間が約０．２ｍｍ以下と狭いので、カップ状電極とスパッタ膜とが繋がると、スパッタ膜が電極の役目を果たし、電子を取り入れるため、スパッタ膜が過剰に暖められ、結果としてスパッタ膜が熱せられて外套管を溶融させ、最終的には外套管のクラックを引き起こすという課題があった。

しかしながら、このように構成される冷陰極蛍光管は、カップ状電極の内壁面に付着させる金属酸化物が黒色の金属微粒子であることから、カップ状電極近傍のガラス管内壁にスパッタした部分（スパッタ膜）が蛍光体膜上に黒色膜となって成膜され、これによって蛍光体膜の発光を遮断させ、無効発光領域（冷陰極蛍光管の長さ方向両端部に生じる発光に寄与しない領域）を拡大させ、蛍光体膜の発光領域を狭め、延いては照明装置の有効発光面積を狭くさせてしまうという課題があった。

したがって、本発明は前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷陰極蛍光管に代表される冷電子を用いる冷陰極蛍光管における放電開始時間を短縮して電源投入に対して即時（暗黒中に放電開始が１ｍＳ（ミリ秒）以下）に点灯可能とし、かつ安定した放電を長時間に亘って維持できる冷陰極蛍光管と、この冷陰極蛍光管を光源とした液晶表示装置とを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明による冷陰極蛍光管は、外套管内におけるカップ状電極の近傍に放電誘発膜を形成し、カップ状電極に印加される電圧で生成される冷電子による放電を誘発し、瞬時に発光させる。

また、本発明による液晶表示装置は、内面に画素形成用の電極を有する一対の透明基板の間に液晶層を挟持して構成された液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に照明光を照射する少なくとも１本の冷陰極蛍光管を有するバックライトとを備え、この冷陰極蛍光管は、外套管内におけるカップ状電極の近傍に放電誘発膜が形成されることにより、電源投入に対して瞬時に発光する照明光が得られる。

なお、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

本発明による冷陰極蛍光管によれば、外套管のカップ状電極近傍内壁に放電誘発膜を形成したことにより、冷電子の放出促進による放電開始時間の短縮が可能であると共に従来のスパッタ膜による放電誘発に頼らないため、電極内部の金属酸化物が不要となり、また、カップ状電極近傍のスパッタ膜の形成も必要がないため、長寿命の冷陰極蛍光管が得られるという極めて優れた効果を有する。

また、本発明による冷陰極蛍光管を照明装置の光源に用いた液晶表示装置によれば、高品位の画像を長時間に亘って保障可能となる等の極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による冷陰極蛍光管の実施例１による構成を示す要部拡大断面図であり、この図１では一端部、例えば高圧側を示してある。

この冷陰極蛍光管ＣＣＦＬは、外套管である透光性絶縁材料からなるガラス管ＶＡＬの両端内部には一対のカップ状電極ＥＬＥが対向して配設され、さらにガラス管ＶＡＬ内を真空引きした後に不活性ガスとしてネオン−アルゴン（Ｎｅ−Ａｒ）ガス及び水銀が封入されて構成されている。このガラス管ＶＡＬの内壁面には蛍光体膜ＦＬＵが被着形成されている。また、この一対のカップ状電極ＥＬＥは、例えばニッケル材をプレス成形法によりカップ形状に形成され、その対向する両先端開口部は主放電領域に向き、その後端部にはガラスの熱膨張率に近似する例えばニッケル−コバルト−鉄合金などからなるインナーリードＩＬＥを突き合わせて溶接部ＷＥＬ１で例えば抵抗溶接法またはレーザ溶接法等により接合されて電気的に接続されている。なお、この冷陰極蛍光管ＣＣＦＬは、そのガラス管ＶＡＬの肉厚が例えば数１００μｍ〜２５０μｍ程度であり、外径が１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度で長さが５０ｍｍ〜８００ｍｍ程度の大きさで形成されている。

また、このインナーリードＩＬＥは、ガラスビーズＧＢＥに支持されてガラス管ＶＡＬに内外部を気密状態に封着されている。ガラスビーズＧＢＥは、ガラス管ＶＡＬの両端部に溶着させてガラス管ＶＡＬを封止切りし、外部に突出した一対のインナーリードＩＬＥには例えばニッケル材等からなるアウターリードＯＬＥを突き合わせて溶接部ＷＥＬ２で例えばレーザ溶接法等により接合されて電気的に接続されている。この一対のアウターリードＯＬＥには、図示しない電源回路（一般にインバータ点灯回路）に接続されて対向するカップ状電極ＥＬＥ間に点灯電力が供給される。

また、このガラス管ＶＡＬのカップ状電極ＥＬＥの開口先端部内壁面には、蛍光体膜ＦＬＵ上にカップ状電極ＥＬＥ間に放電を誘発させる誘発膜として例えばＩＴＯ膜（透明導電膜）ＬＥＡが約３ｍｍ程度の長さで被着形成されている。このＩＴＯ膜ＬＥＡは、ＩＴＯスラリー溶液の中にディップ処理し、熱処理を施して堅固な膜とし、蛍光体膜ＦＬＵよりも膜厚の薄い約２μｍの厚さで成膜される。

このＩＴＯ膜ＬＥＡを形成したことにより、このＩＴＯ膜ＬＥＡが透光性のガラス管ＶＡＬ及び蛍光膜ＦＬＵを透過して大気中の宇宙線を取り入れ、冷陰極蛍光管ＣＣＦＬの管内の自由電子を挙動させるとともに、それと同時に一対のカップ状電極ＥＬＥ間に電圧を印加したときにこのＩＴＯ膜ＬＥＡから電子放出が誘発され、カップ状電極ＥＬＥ自体から生成する電子と共に速やかに放電が開始される。

このように構成された冷陰極蛍光管ＣＣＦＬは、ガラス管ＶＡＬのカップ状電極ＥＬＥの開口先端部内壁面に膜厚が約２μｍ以上の厚さでＩＴＯ膜ＬＥＡを形成したことにより、ＩＴＯ膜ＬＥＡがガラス管ＶＡＬ内に封入された発光動作に寄与する水銀の捕捉を抑制させた状態で冷電子の放出を促進させるので、放電開始時間が短縮され、従来のスパッタ膜によるカップ状電極ＥＬＥ内壁の金属酸化物の形成が不要となるため、その分、ガラス管ＶＡＬ内壁に蓄積される金属酸化物が軽減でき、冷陰極蛍光管ＣＣＦＬの寿命を延ばすことができるので、安定した放電を維持することができる。

また、冷陰極蛍光管ＣＣＦＬは、ガラス管ＶＡＬのカップ状電極ＥＬＥの開口先端部内壁面にＩＴＯ膜ＬＥＡを形成したことにより、このＩＴＯ膜ＬＥＡがスパッタ源の一部として機能するので、従来、ガラス管ＶＡＬ内壁に形成していたスパッタ膜（金属酸化物）が不要となるため、蛍光体膜ＦＵＬ上に無効発光領域が形成されることが少なくなり、その分、有効発光領域をガラス管ＶＡＬの両端部で約１ｍｍ〜２ｍｍ程度の範囲にわたって拡大させることができた。

また、蛍光体膜ＦＵＬの有効発光領域の拡大により、カップ状電極ＥＬＥ及びインナーリードＩＬＥの管軸方向の長さを短縮化することなく、安価に有効発光領域を拡大させることができる。さらには、ガラス管ＶＡＬの内壁面のスパッタ膜形成を延ばすことができ、ガラス管ＶＡＬの溶融，バルブクラックを引き起こす時間を延ばすことができる。

なお、上記実施例においては、冷陰極蛍光管ＣＣＦＬの一方の長手方向端部にＩＴＯ膜ＬＥＡを形成した場合について説明したが、このＩＴＯ膜ＬＥＡは少なくとも高圧側に配設することが必須であり、高圧側とともに、低圧側に設けても良い。

また、上記実施例においては、ガラス管ＶＡＬの内壁面に形成する放電誘発膜としてＩＴＯ膜ＬＥＡを用いた場合について説明したが、このＩＴＯ膜ＬＥＡに代えてＩＺＯ膜を用いても上記同様の効果が得られる。

図２は、本発明による液晶表示装置の一実施例の全体構成を説明する模式断面図である。図２において、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＣＤの背面側にレンズシートＬＳと拡散シートＳＣＳとからなる光学補償シート積層体ＰＨＳを配設し、この光学補償シート積層体ＰＨＳの背面側に反射シートＲＦＳを配置したバックライトＢＫＬを配設して構成されるノート型ＰＣにおいて、導光板ＧＬＢの一方の側縁部に上記実施例１の構成による冷陰極蛍光管ＣＣＦＬが設置されて構成されている。

また、図３は、本発明による液晶表示装置の他の実施例の全体構成を説明する模式断面図である。図３において、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＣＤの背面側にプリズムシートＰＲＺと拡散シートＳＣＳとからなる光学補償シート積層体ＰＨＳを配設し、この光学補償シート積層体ＰＨＳの背面側に反射シートＲＦＳを配置したバックライトＢＫＬを配設して構成される例えば液晶カーナビゲーション，デジタルメディア対応モニタ，医療用液晶モニタ，印刷／デザイン用液晶モニタ等のＰＣモニタにおいて、導光板ＧＬＢの両側縁部に上記実施例１の構成による冷陰極蛍光管ＣＣＦＬが設置されて構成されている。

また、図４は、本発明による液晶表示装置のさらに他の実施例の全体構成を説明する模式断面図である。図４において、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＣＤの背面側にレンズシートＬＳとプリズムシートＰＲＺと拡散シートＳＣＳと電磁遮蔽シートＥＣＳと拡散板ＤＦＰとからなる光学補償シート積層体ＰＨＳを配設し、この光学補償シート積層体ＰＨＳの背面側に反射シートＲＦＳを配置したバックライトＢＫＬを配設して構成される例えば液晶テレビ受像機において、光学補償シート積層体ＰＨＳの背面部に上記実施例１の構成による冷陰極蛍光管ＣＣＦＬを並列に複数本設置されて構成されている。

このように構成された液晶表示装置は、実施例１による冷陰極放電管を照明装置の光源に用いたことにより、放電不良のない長寿命の冷陰極蛍光管が実現可能となるので、高品質の画像を長時間に亘って保証することが可能となる。

図５は、直下型バックライトを用いた液晶表示装置の構成例を模式的に説明する展開斜視図である。なお、図５には、上フレームは液晶表示パネルＬＣＤの上方にあるが、図５では省略されている。また、図６は、構成部材を一体化した液晶表示装置の構成を模式的に説明する断面図である。

図５及び図６において、液晶表示パネルＬＣＤは、画素形成用の電極を有するガラス基板の間に液晶層を封止してなり、一方のガラス基板（通常、アクティブ・マトリクス基板とも称する）の二辺は他方の基板（通常、カラーフィルタ基板とも称する）から食み出ており、この食み出し部分に走査信号線駆動回路チップＧＣＨを搭載したフレキシブルプリント回路基板ＦＰＣ１と、データ信号線駆動回路チップＤＣＨを搭載したフレキシブルプリント回路基板ＦＰＣ２とが実装されている。

このような液晶表示装置は、下フレームＤＦＬ内に反射シートＲＦＳを敷き、その上方に複数本の冷陰極蛍光管ＣＣＦＬを平行に設置してバックライトＢＫＬを構成している。下フレームＤＦＬは金属板で形成され、同じく金属板で形成した上フレームＵＦＬとの間に液晶表示パネルＬＣＤを光学補償シート積層体ＰＨＳと共に重ねて一体化する機能も有する。液晶表示パネルＬＣＤのサイズが大型になるに伴って冷陰極蛍光管ＣＣＦＬの長さが長くなる。冷陰極蛍光管ＣＣＦＬは直径の小さいガラス管で構成される蛍光灯であり、通常はゴムブッシュＧＢＳによる両端部支持により設置される。

さらに、液晶表示装置においては、バックライトＢＫＬの上部には透光性樹脂材からなる導光板ＧＬＢが設置され、さらにこの導光板ＧＬＢの上部（液晶表示パネルＬＣＤとの間）には複数種の光学補償シート群が設置される。この光学補償シート積層体ＰＨＳは、拡散板ＳＣＢと、第１拡散シートＳＣＳ１と、交差して配置された２枚のプリズムシートＰＲＺと、第２拡散シートＳＣＳ２とを重ねて構成されている。直下型バックライトＢＫＬは、有底で側縁を有する下フレームＤＦＬの側縁に設けたサイドモールドと称する樹脂製の側部保持枠ＳＭＬＤを有し、この側部保持枠ＳＭＬＤに導光板ＧＬＢ及び光学補償シート積層体ＰＨＳの周端を橋絡させて保持される。

また、図６に示したように導光板ＧＬＢ及び光学補償シート積層体ＰＨＳを保持したバックライトＢＫＬは、モールドフレームＭＬＤで液晶表示パネルＬＣＤと組み合わされた後、上フレームＵＦＬを被せ、この上フレームＵＦＬと下フレームＤＦＬとを図示しない係止部材で結合し、一体化して液晶表示装置が構成される。なお、液晶表示パネルＬＣＤが大型化される構成においては、導光板ＧＬＢに代えて光拡散板または光拡散シートが用いられる。

本発明による冷陰極蛍光管の実施例１による構成を示す要部拡大断面図である。 本発明による液晶表示装置であるノート型ＰＣの構成を示す要部断面図である。 本発明による液晶表示装置であるＰＣモニタの構成を示す要部断面図である。 本発明による液晶表示装置である液晶テレビ受像機の構成を示す要部断面図である。 直下型バックライトを用いた液晶表示装置の構成例を模式的に示す展開斜視図である。 構成部材を一体化した液晶表示装置の構成例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

ＣＣＦＬ・・・冷陰極蛍光管、ＶＡＬ・・・ガラス管、ＦＬＵ・・・蛍光体膜、ＥＬＥ・・・カップ状電極、ＩＬＥ・・・インナーリード、ＧＢＥ・・・ガラスビーズ、ＯＬＥ・・・アウターリード、ＷＥＬ１・・・溶接部、ＷＥＬ２・・・溶接部、ＬＥＡ・・・ＩＴＯ膜（放電誘発膜）、ＬＣＤ・・・液晶表示パネル、ＬＳ・・・レンズシート、ＳＣＳ・・・拡散シート、ＰＨＳ・・・光学補償シート積層体、ＲＦＳ・・・反射シート、ＢＬＫ・・・バックライト、ＧＬＢ・・・導光板、ＰＲＺ・・・プリズムシート、ＥＣＳ・・・電磁遮蔽シート、ＤＦＰ・・・拡散板。

Claims (6)

1. 内面に蛍光体膜が形成された透光性絶縁材料からなる外套管の放電領域側に開口部を有し、前記開口部と反対側端に有する底部外壁に前記外套管に外側から電力を供給するインナーリードを接合したカップ状電極を前記外套管の両端内部に具備した冷陰極蛍光管であって、
   前記外套管の前記カップ状電極の近傍内壁の前記蛍光体膜上に放電誘発膜を有し、
   前記放電誘発膜は、ディップ処理により形成されたＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜であり、前記カップ状電極と組成が異なることを特徴とする冷陰極蛍光管。
2. 前記放電誘発膜は、膜厚を２μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光管。
3. 前記放電誘発膜を形成するＩＴＯ膜が、前記カップ状電極の開口先端部近傍の外套管内壁面に３ｍｍの長さ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光管。
4. 前記放電誘発膜を形成するＩＺＯ膜が、前記カップ状電極の開口先端部近傍の外套管内壁面に３ｍｍの長さ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光管。
5. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面または前面に設置した照明装置とから構成され、前記照明装置の光源が請求項１に記載の冷陰極蛍光管を具備していることを特徴とする液晶表示装置。
6. 内面に画素形成用の電極を有する一対の透明基板の間に液晶層を挟持して構成された液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの背面に照明光を照射する少なくとも１本の冷陰極蛍光管を有するバックライトと、
   前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に介挿された光学補償シート積層体と、
   前記液晶表示パネル及び前記バックライトを収容するフレームと、
   を備えた液晶表示装置であって、
   前記バックライトは、請求項１に記載の冷陰極蛍光管を具備していることを特徴とする液晶表示装置。
   
   
   

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