JP4918786B2 - 情報機器 - Google Patents

Description

本発明は冷陰極管を交流駆動する電源装置で、冷陰極管の長手方向の温度差を検知して交流駆動波形を調整する技術分野に属する。

近年の電子機器においては、使用者が情報を取得する表示装置として、従来のブラウン管などから、小型化、省スペース化に優れた液晶表示装置が多用されるようになっている。

この液晶表示装置の例を図２に示す。本図は情報処理装置に一般的に利用されているバックライトを使用している液晶表示装置の例である。バックライト５は光源であり、液晶パネル６は液晶制御回路７により各表示画素の透過率を調整してバックライト７からの光量を調節することによって画面を表示する。現在実用化されている液晶表示装置は、バックライトの位置が異なったり液晶パネルの表示画素の駆動方式などが異なる場合もあるが、透過型の場合はバックライトの発光を利用して画面を表示させる方式をとっている点においては同様の構成をとっている。

このバックライトにはＥＬ素子、ＬＥＤ等も存在するが、一般に冷陰極管が普及している。冷陰極管は発光効率がよく、低コストであることから透過型の液晶表示装置の光源としては非常に優れたものである。この冷陰極管の内部構造を図３に示す。陰極管内部には水銀１０と不活性ガスのネオン、アルゴンが封入されており、管の内面には蛍光塗料が塗布してある。この冷陰極管の両端の電極８に数百ボルトの交流電圧を印加すると、内部の水銀が励起して、紫外線を発生させる。この紫外線が内面に塗布してある蛍光塗料９に当たると蛍光塗料が発光して、光源としての役割を果たす仕組みになっている。

この陰極管は、駆動を行っていると内部の水銀がアマルガム化し無効水銀となっていく。無効水銀となった水銀は励起しないため発光に寄与することが出来なくなる。そのため内部に封入されている水銀の量によって陰極管自体の寿命が決まるが、封入できる水銀の量は管のサイズによっても限りがあり、また陰極管の寿命は印加する電流量、周辺温度にも左右されるため、如何に寿命を延ばすかという点がこれまで研究されてきている。

また陰極管の寿命モードには、前述の単純な水銀の消耗以外にも、水銀の分布が陰極管の長手方向に対して不均一になった場合という状態もある。図４にこの場合の寿命モードの概略を示す。通常水銀は長手方向に均一に分布しており、管全体が発光するようになっているが、なんらかの原因により水銀が片側によってしまうカタホレシス現象と呼ばれる状態になると、管内部の全体の水銀量としては消耗していないにも関わらず、水銀が片側によってしまうことにより水銀が存在しない側の周辺は発光出来なくなるため、使用者から見ると画面の一部が極端に暗くなってしまい使用出来ないという状態になるため、これも一種の寿命モードになっている。

このカタホレシス現象の主たる要因を次に示す。図５は冷陰極管内の水銀イオン１１の動きを示したものであり、電極８は交流電圧を印加する電極である。また図６にはこの電極８に印加される交流電圧波形を示している。

しかし、この交流波形のプラス側とマイナス側の比率が等しくない場合、水銀の移動が発生する。図７はこの場合の交流波形の例を示したものである。この図では波形のマイナス側の比率が大きい場合を示している。この場合、仮にプラス側とマイナス側の比率を１：１．５とすると、水銀イオン１１は移動量の比率も左方向と右方向で１：１．５となるため、全体で水銀イオン１１は右方向に移動することになる。この状態を長時間繰り返していると、冷陰極管内の水銀が右方向に偏ることになり、すなわちカタホレシス現象が顕現化することになる。そのため冷陰極管に印加する交流電圧波形はプラス側とマイナス側の比率を１：１、すなわち対称にすることが、寿命劣化防止の観点から重要視されている。

だが昨今になって、前述の理由以外にも、陰極管の長手方向の温度差によって水銀が移動して、カタホレシス現象が発生することが判明している。これは陰極管の長手方向に温度差がある場合、温度が低い側に水銀が移動して、逆に温度が高い側の水銀が枯渇してしまうため、やはりこれも陰極管の一部の発光が出来なくなる状態になってしまう。

図８に温度差がある場合の例を示す。図８において冷陰極管の右側近傍に熱源１３があると、熱源からの温度が伝導して、冷陰極管の右側の温度が上昇することになり、内部の水銀が左側に移動していく。そのためにこの場合もカタホレシス現象が発生してしまう。

図９には温度差による寿命劣化の測定結果の一例を示す。このグラフにおいて縦軸は冷陰極管の初期輝度を１００％とした場合の輝度、横軸には経過時間を示している。このグラフから分かるように、温度差が小さい場合は輝度劣化はほとんど無いが、温度差が大きくなるに従って、輝度の低下が急激になっており、温度差が寿命を劣化させる要因となっていることが分かる。

この温度差によるカタホレシス現象を防止するために、従来は単純に熱源を冷陰極間から離す、もしくは冷陰極間の温度を長手方向に均一にするために冷却する、という方法を採っている。しかし小型の携帯情報機器など実装スペースに限りがあるものでは、冷却機構を追加することは困難であり、また小型の機器以外でも局部的に大きな発熱量を持つ電子部品（ＣＰＵなど）があるものは、熱分布の均一性を維持することはやはり難しく、やはりこれも大型化が避けられなくなってしまう。

上記の冷陰極管の長手方向の輝度ムラ防止をおこなう技術として、例えば、特許文献１がある。

特開2005-025981号公報

前述のように、冷陰極管を光源とする表示装置を搭載した情報機器は、冷陰極管の寿命の観点から、冷陰極管周辺の熱分布を均一にする必要があるが、冷却機構を搭載するためには相応のスペースが必要であり、これが情報機器の小型化を阻害する要因となっている。

本発明の目的は、上記課題を解決し、小型化を阻害することがなく、冷陰極管の輝度ムラや寿命劣化を低減する情報機器を提供することにある。

上述の問題を解決するために、本発明においては、図１のように表示装置１の光源として冷陰極管２を使用し、この駆動にＤＣ／ＡＣインバータ電源４を使用している情報機器において、冷陰極管の両端の温度を温度センサ３にて検知し、この温度差に応じてＤＣ／ＡＣインバータからの交流電圧波形のデューティーを変化させて、温度差による冷陰極管内部の水銀の移動量に応じて、水銀をその逆向きに移動させるように交流波形を変化させる。すなわち、冷陰極管の右側の温度が高い場合、水銀は左側に移動していくため、交流波形のマイナス側の面積が大きくなるように波形を変化させる。このようにすることによって、温度差による水銀の移動分を電圧印加による水銀の移動分で打ち消すことができ、全体として水銀の移動量を最小にすることが可能になるため、カタホレシス現象の発生を最小減に抑えることができ、ひいては寿命劣化を防止することが可能となる。

本発明によれば、冷陰極管に対する長手方向の温度差によるカタホレシス現象の発生を、冷却機構を使用することなく防止できるため、特に小型化が求められるような情報機器などにおいて、機器のサイズを大型化することによる使用者の利便性を損なうこと無く、冷陰極管の寿命劣化の低減を行うことが可能となる。

図１０は本発明になる情報機器の実施例である。本実施例では本発明が表示装置の光源として冷陰極管を使用し、冷陰極管の駆動にＤＣ／ＡＣインバータ電源を用いた情報処理装置に適用されている。

図９において、表示装置１は内部に光源として冷陰極管２を搭載している。冷陰極管２は正電極２４と負電極２５を両端にもち、これらの電極は交流波形を発生させるＤＣ／ＡＣインバータ電源４に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ電源４は内部に昇圧トランス２６とトランス駆動回路２７を持ち、外部のＤＣ電源２８から供給されるＤＣ電圧をトランス駆動回路２７によって昇圧トランス２６に印加する。昇圧トランス２６によって発生された交流電圧は冷陰極管２の正電極２４に印加されて、これによって冷陰極管２３は発光する。また冷陰極管２には電極近傍の両端に正電極側温度検知部４０と負電極側温度検知部４１をもち、これらはＤＣ／ＡＣインバータ電源４内部のコンパレータ３２に接続される。コンパレータ３２によって比較された両端の温度差は、デューティー制御回路２９に入力され、この情報を元にトランス駆動回路２７に対してトランスに入力する波形のデューティーを決定する。

ここでトランス駆動回路２７の動作について説明する。図１１は昇圧トランス２６に印加される電圧波形を示したものである。ここで昇圧トランス２６の１次側の入力端子３３と入力端子３４には、図１１に示すようにそれぞれ逆位相で電圧が印加される。入力端子３３と入力端子３４それぞれの位相はデューティー制御回路２９によって決定される。通常デューティーが１：１の場合はプラス側入力端子３３とマイナス側入力端子３４のそれぞれのオン時間とオフ時間の比率はやはり１：１になるため、出力端子３５から出力される交流電圧のプラス側とマイナス側の比率もやはり１：１になる。またデューティーを変化させた場合は、やはり同様に出力端子３５からの出力波形のプラス側とマイナス側の比率も同様に変化する。

次に実際に温度差がある場合の動作について説明する。図１２は仮に冷陰極管２の右側の温度が高い場合に昇圧トランス２６に印加する電圧の例である。冷陰極管２の右側の温度が高い場合、内部の水銀イオン１１は左方向に移動していく。その場合、図１２に示すようにデューティー制御回路２９はトランス駆動回路２７に対して、昇圧トランス２６のプラス側入力端子３３に印加する電圧のオン時間を短くし、マイナス側入力端子３４に印加する電圧のオン時間を長くするように制御する。これにより出力端子３５から出力される交流波形は、マイナス側が長くなる波形となる。正電極２４に印加する交流波形のマイナス側になる時間が長くなると、内部の水銀イオン１１は右側に移動することになるため、すなわち温度差による左方向への水銀の移動を、電圧波形による右方向への移動によって打ち消すようになる。

前述の例は冷陰極管の右側の温度が高い場合であるが、逆に左側の温度が高い場合は、前述の例の逆の動作を行うこととなる。図１３は仮に冷陰極管２の左側の温度が高い場合であり、この時デューティー制御回路２６はトランス駆動回路２７に対して、昇圧トランス２６のプラス側入力端子３３に印加する電圧のオン時間を長くし、マイナス側入力端子３４に印加する電圧のオン時間を短くするように制御する。これにより出力端子３５から出力される交流波形はプラス側が長くなる波形となる。よって図１２の例とは逆に内部の水銀イオン１１は電圧波形によって左側に移動することになるため、すなわち温度差による右方向への水銀の移動を、打ち消すようになる。

なお、本実施例においては昇圧トランスの駆動が他励式のＤＣ／ＡＣインバータ電源を想定しているが、自励式のＤＣ／ＡＣインバータでも本発明の効果があることは明らかである。また温度検知の方法は本実施例では温度検知素子の入力を直接コンパレータで比較しているが、この入力をＡ／Ｄ変換器を通して数値化した場合も含まれることはいうまでもない。また昇圧トランス２６は巻線トランスを例に採っているが、圧電素子を使用した昇圧トランスを使用してもよい。

本発明の本発明の概略図である。 液晶表示装置のバックライト部の構造の模式図である。 冷陰極管の内部構造の模式図である。 冷陰極管内部の水銀が片側に偏った場合の模式図である。 冷陰極管内部の水銀イオンの挙動の模式図である。 正常な場合に正電極１２に印加される電圧の模式図である。 プラス側とマイナス側が非対称の電圧の模式図である。 冷陰極管の近傍に熱源がある場合の図である。 温度差がある場合の冷陰極管の輝度低下を示したグラフである。 本発明の実施例である。 温度差が無い場合の昇圧トランス２６の入出力電圧波形の模式図である。 冷陰極管の右側の温度が高い場合の昇圧トランス２６の入出力電圧である。 冷陰極管の左側の温度が高い場合の昇圧トランス２６の入出力電圧である。

符号の説明

１…表示装置、２…冷陰極管、３…温度検知素子、４…ＤＣ／ＡＣインバータ電源、
５…バックライト、６…液晶パネル、７…液晶制御回路、８…電極、９…蛍光塗料、
１０…水銀、１１…水銀イオン、１２…外部熱源、２４…冷陰極管正電極、
２５…冷陰極管負電極、２６…昇圧トランス、２７…トランス駆動回路、
２８…ＤＣ電源、２９…デューティー制御回路、３２…コンパレータ、
３３…プラス側入力端子、３４…マイナス側入力端子、３５…出力端子、
４０…正電極側温度検知素子、４１…負電極側温度検知素子

Claims (1)

1. 冷陰極管を光源とする表示装置と、
   前記冷陰極管の正極側と負極側の電極近傍の温度を検出するセンサと、
   前記センサの検出結果により前記冷陰極管に印加する交流電圧の出力波形を制御する制御回路と、
   前記制御回路により駆動デューティーを制御され、前記冷陰極管に交流電圧を印加するインバータ電源とを備え、
   前記制御回路は、前記冷陰極管の正極側の温度が負極側の温度より高い場合に、前記冷陰極管の正極側に印加する交流電圧の出力波形がマイナス側が長い波形になるように駆動デューティーを制御し、
   前記冷陰極管の正極側の温度が負極側の温度より低い場合に、前記冷陰極管の正極側に印加する交流電圧の出力波形がプラス側が長い波形になるように駆動デューティーを制御することを特徴とする情報機器。

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