JP4685457B2

JP4685457B2 - 冷陰極蛍光ランプの駆動方法およびその駆動電源

Info

Publication number: JP4685457B2
Application number: JP2005009427A
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: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: JP2006196417A

Description

本発明は、蛍光体付きアノードと電界放出型の線状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（アノード・カソード間電圧Ｖａｋ）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Ｖａｋ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・カソード間に電圧Ｖａｋを印加して、その対向空間にカソードから電子放出させるための電界を形成する必要がある。このアノード・カソード間電圧Ｖａｋとエミッション電流Ｉｅ（カソードからの電子放出量）との間には図３で示す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。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程度、Ｖ１−Ｖ２は蛍光体が発光するのに必要な動作電圧の範囲であり、例えば２．０−２．５ｋＶ程度（エミッション電流Ｉｅは例えば数ｍＡ程度）、Ｖ０は定格電圧であり、例えば３．０ｋＶ程度（エミッション電流Ｉｅは例えば８−１０ｍＡ程度）である。

従来の電界放出型の冷陰極蛍光ランプでは、エミッション電流Ｉｅに対して上記関係を有するアノード・カソード間電圧Ｖａｋを直流電圧の形態にしてアノード・カソード間に印加しており、蛍光体そのものの発光寿命が極めて短くなり、実用性が低かった。
特開平０５−２５１０２１号公報

本発明により解決すべき課題は、蛍光体を所要の輝度で発光させ、かつ、その発光寿命を長寿命化できるように冷陰極蛍光ランプを駆動する方法およびその駆動電源を提供することである。

本発明者は、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・カソード間に印加していたために、蛍光体の発光寿命が短いことに鑑み、その発光寿命を延ばし実用に供することができる冷陰極蛍光ランプの開発していた。その結果、アノード・カソード間にパルス電圧を印加して蛍光体の発光寿命を向上することができる技術の開発に成功した。しかしながら、このパルス電圧は、カソードを接地し、アノードに対して例えば６ｋＶ程度もの高電圧を印加する必要があることにより、蛍光体そのものの発光寿命が向上しても、極めて高電圧のパルス電圧を生成するパルス電源が必要となり、パルス電源の大型重量化並びにコスト高という新たな課題が発生した。そこで、さらに鋭意研究を進めた結果、本発明を完成できるに至ったのである。すなわち、

（１）本発明による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る冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、駆動側に二次側コイルの中点が接地されたトランスと、該トランスの二次側コイル一端側にアノードが接続された第１の整流ダイオードと、二次側コイル他端側にカソードが接続された第２の整流ダイオードとを備えさせ、トランスの一次側コイルにパルス電圧を印加し、冷陰極蛍光ランプのアノードには二次側コイル一端側に誘起した正の微分パルス状電圧を第１の整流ダイオードを介して印加し、冷陰極蛍光ランプのカソードには二次側コイル他端側に誘起した負の微分パルス状電圧を第２の整流ダイオードを介して印加することで、互いのピーク値間電圧が蛍光体の発光に必要な動作電圧以上である正負二つの微分パルス状電圧を立ち上がりを同期させて生成し、正の微分パルス状電圧をアノードに、また、負の微分パルス状電圧をカソードにそれぞれ印加することを特徴とするものである。

本発明によると、まず、蛍光体には連続して電子を照射せず、アノード・カソード間には微分パルス状電圧を周期的に印加してカソードから電子放出させ、この放出した電子を蛍光体に照射するから、蛍光体に対する電子の照射時間が極めて短時間、換言すれば、蛍光体の励起発光動作を短時間で済ませることができるので、蛍光体の発光寿命特性が大幅に向上する。この場合、蛍光体は発光すると残光特性（励起光の照射停止から発光が消失するまでの時間）を有するので、冷陰極蛍光ランプの表示特性は損なわれない。すなわち、本発明では、冷陰極蛍光ランプを直流電圧で連続駆動して蛍光体を励起発光するのではなく、間歇的に蛍光体を励起発光するので、蛍光体の寿命は大幅に向上する。

以上の特徴において、アノード・カソード間には蛍光体の発光に高電圧（駆動電圧）を印加する必要があるが、カソードを接地しアノードに微分パルス状電圧を高電圧で駆動電圧を印加するのではなく、アノード側とカソード側それぞれに印加する電圧に駆動電圧を分担したので、冷陰極蛍光ランプの駆動電圧としては半分に低減することができ、冷陰極蛍光ランプ用駆動電源としては、低電圧仕様のもので済み、小型軽量化並びに低コスト化が可能となり、その上、駆動電源として取り扱いが容易なものとなる。
さらに、本発明では片側１／２の電圧で済み、電源の小型化（耐電圧時に）ができる。冷陰極の場合、陰極側が電子放出することになるため、電子放出量を制御できる。蛍光体の発光は発光動作電圧以上で電圧による発光輝度効果がある。したがって、負側で電子電流を制御し、蛍光体の発光輝度は正側の電圧を制御することで安定した発光が可能となる。本発明では予めトランスの巻数を変化させておけば可能となる。

特に、本発明によれば、冷陰極蛍光ランプを低電圧駆動することができることは、液晶表示装置のバックライト等、低消費電力化と共に、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。

本発明の冷陰極蛍光ランプの駆動方法においては、アノードを面状とし、カソードを、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で構成し、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できる。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ので、アノード・カソード間に印加する電圧をさらに低くすることができる。

（２）本発明による冷陰極蛍光ランプ用駆動電源は、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アノードに向けて電子を放出させる冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、アノードとカソードにそれぞれ、互いのピーク値間電圧が蛍光体の発光に必要な動作電圧以上である正負二つの微分パルス状電圧を立ち上がりを同期させて発生する電圧発生手段と、両微分パルス状電圧のうち正の微分パルス状電圧を冷陰極蛍光ランプのアノードに、負の微分パルス状電圧を冷陰極蛍光ランプのカソードに、それぞれ印加する電圧印加手段とを備え、上記電圧発生手段が、二次側コイルの中点が接地されたトランスを備え、上記電圧印加手段が、該トランスの二次側コイル一端側にアノードが接続された第１の整流ダイオードと、二次側コイル他端側にカソードが接続された第２の整流ダイオードとを備えるたことを特徴とするものである。

本発明の冷陰極蛍光ランプ用駆動電源によると、アノード・カソード間に微分パルス状電圧を印加するから、冷陰極蛍光ランプのカソードからは微分パルス状電圧に応答して電子放出し、蛍光体に対する電子の照射時間は極めて短時間、換言すれば、蛍光体の励起発光動作を短時間で済ませることができ、蛍光体の発光寿命が向上するよう冷陰極蛍光ランプを駆動することができる。この場合、蛍光体は発光すると残光特性（励起光の照射停止から発光が消失するまでの時間）を有するので、冷陰極蛍光ランプの表示特性は損なわれない。

特に、本発明の冷陰極蛍光ランプ用駆動電源によると、冷陰極蛍光ランプを低電圧駆動することができるので、液晶表示装置用バックライトとして低電圧駆動仕様としてその有用性は極めて高いものである。すなわち、近年における液晶表示装置の薄型大型化、低消費電力化に加えて、低電圧駆動仕様の要求に伴ない、そのバックライトにおいても、低消費電力化等に加えて、低電圧駆動が要求されてきている中においては、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。

上記本発明の冷陰極蛍光ランプは、液晶表示装置用バックライトに限定されず、照明ランプ等、他の用途にも適用することができることは勿論である。

本発明によれば、蛍光体を高輝度発光と長寿命化と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とを説明する。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は駆動電源の各部電圧波形と冷陰極蛍光ランプのアノード・カソード間の電圧波形とを示す図、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は駆動電源である。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。

駆動電源２０は、電圧発生手段２０ａと、電圧印加手段２０ｂとを備えている。電圧発生手段２０ａは、二次側コイルＬ２の中点ＮＰが接地されたトランスＴＳを備える。電圧発生手段２０aは、トランスＴＳの一次側コイルＬ１の両端間にパルス電圧を印加する手段を備えるが、特にその図示を省略している。電圧印加手段２６は、トランスＴＳの二次側コイルＬ２一端側にアノードが接続された第１の整流ダイオードＤ１と、二次側コイルＬ２他端側にカソードが接続された第２の整流ダイオードＤ２とを備える。第１の整流ダイオードＤ１のカソードは冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に、第２の整流ダイオードＤ２のアノードは冷陰極蛍光ランプ１０のカソード１４にそれぞれ接続されている。

図２を参照してトランスＴＳの一次側コイルＬ１両端間には図２（ａ）で示すパルス電圧Ｖｐが印加される。トランスＴＳの二次側コイルＬ２の一端側Ｌ２ａには図２（ｂ）で示す正の微分パルス状電圧Ｖａが誘起生成され、この生成された微分パルス状電圧Ｖａは冷陰極蛍光ランプ１０のアノード１３に印加される。二次側コイルＬ２の他端側Ｌ２ｂには図２（ｃ）で示す負の微分パルス状電圧Ｖｋが誘起生成され、この生成された微分パルス状電圧Ｖｋは冷陰極蛍光ランプ１０のカソード１４に印加される。この場合、両微分パルス状電圧Ｖａ，Ｖｋの立ち上がりは同期している。両微分パルス状電圧Ｖａ，Ｖｋの互いのピーク値間電圧は、カソード１４から電子がアノード１３に向けて放出され、この放出した電子が蛍光体１２に衝突して発光することができる電圧である。以上により、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）で示す電圧Ｖａｋが印加されて、カソード１４から電子がアノード１３に向けて放出され、この放出した電子が蛍光体１２に衝突して発光する。

ここで、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、Ｖ１−Ｖ２は蛍光体が発光する動作電圧範囲であり、例えば２．０−２．５ｋＶ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である。したがって、図２（ｄ）で示すアノード・カソード間電圧Ｖａｋは、この動作電圧範囲に設定することができる。

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Ｖａ，Ｖｂからなるアノード・カソード間電圧Ｖａｋが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、アノード・カソード間電圧Ｖａｋはパルス状であるから、ピーク−ピーク間電圧を高くすることができ、この高くした電圧により、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、数個の蛍光体粒子の積層からなる蛍光体１２に対して、電子を容易に蛍光体粒子の表面層ではなく内部深くまで侵入させて発光させることができ、その発光効率を高くすることができる。

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。

符号の説明

１０冷陰極蛍光ランプ
２０駆動電源
２０ａ電圧発生手段
２０ｂ電圧印加手段

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る冷陰極蛍光ランプの駆動方法において、
駆動側に二次側コイルの中点が接地されたトランスと、該トランスの二次側コイル一端側にアノードが接続された第１の整流ダイオードと、二次側コイル他端側にカソードが接続された第２の整流ダイオードとを備えさせ、トランスの一次側コイルにパルス電圧を印加し、冷陰極蛍光ランプのアノードには二次側コイル一端側に誘起した正の微分パルス状電圧を第１の整流ダイオードを介して印加し、冷陰極蛍光ランプのカソードには二次側コイル他端側に誘起した負の微分パルス状電圧を第２の整流ダイオードを介して印加することで、
互いのピーク値間電圧が蛍光体の発光に必要な動作電圧以上である正負二つの微分パルス状電圧を立ち上がりを同期させて生成し、正の微分パルス状電圧をアノードに、また、負の微分パルス状電圧をカソードにそれぞれ印加する
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に記載の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アノードに向けて電子を放出させる冷陰極蛍光ランプ用駆動電源において、
アノードとカソードにそれぞれ、互いのピーク値間電圧が蛍光体の発光に必要な動作電圧以上である正負二つの微分パルス状電圧を立ち上がりを同期させて発生する電圧発生手段と、両微分パルス状電圧のうち正の微分パルス状電圧を冷陰極蛍光ランプのアノードに、負の微分パルス状電圧を冷陰極蛍光ランプのカソードに、それぞれ印加する電圧印加手段とを備え、
上記電圧発生手段が、二次側コイルの中点が接地されたトランスを備え、
上記電圧印加手段が、該トランスの二次側コイル一端側にアノードが接続された第１の整流ダイオードと、二次側コイル他端側にカソードが接続された第２の整流ダイオードとを備える、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用駆動電源。