JP5188720B2 - 冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光体付きのアノードと電界放出型のカソード（エミッタ）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発光駆動方式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、蛍光体付きのアノードと、上記電界エネルギーの印加によりアノードに電子を放出するカソード（電子エミッタ）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５、図６で示すようなＩＶ特性（ＩＶ特性）がある。図５、図６において横軸はアノード・カソード間電圧Ｖａｋ、縦軸はエミッション電流Ｉｅ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（電流密度）を示す。図５はアノード・カソード間電圧Ｖａｋを一定値に固定する駆動方式、図６はエミッション電流Ｉｅを一定値に固定する駆動方式の説明に用いるＩＶ特性図である。

冷陰極蛍光ランプを発光駆動する場合、図５で示すように、アノード・カソード間電圧Ｖａｋを一定の直流電圧Ｖに固定する発光駆動方式では、アノード・カソード間に電圧Ｖａｋを印加しているとき、冷陰極蛍光ランプの使用経過に伴いＩＶ特性が変化してＩＶ特性曲線がａ→ｂ→ｃのように変化すると、エミッション電流Ｉｅがｉ１→ｉ２→ｉ３と低下してきて、電力印加不足により輝度劣化が促進され、ランプ寿命が早期に到来する。

一方、図６で示すように、エミッション電流を一定電流ｉに固定する発光駆動方式では、冷陰極蛍光ランプの使用経過に伴いＩＶ特性が変化してＩＶ特性曲線がａ→ｂ→ｃのように変化すると、アノード・カソード間電圧ＶａｋがＶ１→Ｖ２→Ｖ３と上昇してきて、電力過剰印加によりエミッタ劣化が助長され、ランプ寿命が早期に到来する。

このような冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式では、液晶表示装置のバックライト等のごとく、安定した輝度で長寿命にわたり発光駆動することが要求されるランプ用としてはその実用性に乏しい駆動方式であり採用し難い。
特開平０５−２５１０２１号公報

本発明により解決すべき課題は、長寿命にわたり安定した輝度で冷陰極蛍光ランプを発光駆動できる方式を提供することである。

本発明による冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式は、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冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式において、上記電界を形成するためにアノード・カソード間に印加される電圧であるアノード・カソード間電圧を一方の座標軸上の電圧としカソードからの電子放出量を示す電流であるエミッション電流を他方の座標軸上の電流としこれら両座標による直交二次元座標上で表される曲線であるＩＶ特性（ＩＶ特性）曲線が変化するときは上記アノード・カソード間電圧とエミッション電流との積である電力がほぼ一定となるよう上記曲線の変化に対応して上記アノード・カソード間電圧とエミッション電流とを制御することを特徴とするものである。

上記定電力制御はその方式に特に限定しない。例えば、負荷電圧と負荷電流を検出し、コンパレータを介してＰＷＭ制御する方式や、さらに上記方式を改善するために負荷電流を検出し、電流値に応じて回路定数を切り替える方式や、マイコン使用の方式、等を含むことができる。

本発明による作用効果を説明する。

アノード・カソード間に任意のアノード・カソード電圧を印加しそのアノード・カソード間電圧に対応しエミッション電流が流れて冷陰極蛍光ランプが点灯しているとき、冷陰極蛍光ランプのＩＶ特性が変化してくると、アノード・カソード間電圧とエミッション電流とが電力一定となるように制御される。この電力一定制御の場合、エミッション電流が低下すると、アノード・カソード間電圧が増加するので、輝度変化は少なく、また、アノード・カソード間電圧が増加すると、エミッション電流が減少するので、エミッタ劣化は抑制される。

以上から、本発明方法では、従来のエミッション電流を一定制御やアノード・カソード間電圧一定制御とは異なって、輝度低下やエミッタ劣化でランプ寿命の早期到来ということは無くなる。

本発明によれば、冷陰極蛍光ランプを輝度やエミッタの早期劣化を抑制して長寿命で発光駆動することができる。

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冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式を説明する。図１は、実施の形態に係る冷陰極蛍光ランプとその駆動回路とを示す図、図２は冷陰極蛍光ランプの構造を示す断面図、図３は電源制御回路の回路図、図４は冷陰極蛍光ランプのＩＶ特性を示す図である。

図１を参照して、１０は冷陰極蛍光ランプ、２０は整流ダイオード、３０はトランス、４０は電源制御回路、５０は電圧検出回路、６０は電流検出回路である。

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、電界放射型のワイヤ状のカソード１４とを対向配置して構成されている。このカソード１４は、ワイヤ状の導体１４ａの外周面に電子放出膜１４ｂを備えたものである。この電子放出膜１４ｂはカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール等の微細な突起からなる炭素膜で構成されている。この電子放出膜１４ｂはアノード１３とカソード１４との間の高電界印加により電界電子放出するようになっている。電子放出膜１４ｂから放出した電子は蛍光体１２に電子衝突して励起発光することができるようになっている。

電源制御回路４０は、冷陰極蛍光ランプ１０のアノード・カソード間電圧を検出する電圧検出回路５０と、エミッション電流を検出する電流検出回路６０とからの検出信号により、アノード・カソード間電圧とエミッション電流との積である電力が一定となるようアノード・カソード間電圧とエミッション電流とを制御する。

すなわち、電源制御回路４０は、図３で示すように、上記制御のため、交流電源を整流平滑する直流電圧回路４０１と、この直流電圧回路４０１からの直流電圧をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路４０２と、上記両検出回路５０，６０の電圧、電流両検出信号を乗算する乗算回路４０３と、一方の入力部には定電力信号が与えられ、他方の入力部には上記乗算回路４０３の乗算信号が与えられ、当該両信号の差に対応した信号を増幅出力する差動増幅回路４０４と、を備える。

乗算信号は冷陰極蛍光ランプ１０のアノード・カソード間電圧とエミッション電流との積である電力を示す信号である。

差動増幅回路４０４は、定電力信号と乗算信号とのレベル差を差動増幅出力し、ＰＷＭ制御回路４０２は差動増幅回路４０４出力の入力に応じて直流電圧回路４０１出力のＰＷＭスイッチング制御を行う。その結果、トランス３０一次側が上記ＰＷＭ制御回路４０２のスイッチング制御出力で駆動され、トランス３０二次側からは定電力制御されたアノード・カソード間電圧とエミッション電流とが得られる。

図４を参照して、冷陰極蛍光ランプ１０がその使用経過に伴いＩＶ特性が変化してＩＶ特性曲線がａ→ｂ→ｃのように変化する場合、冷陰極蛍光ランプ１０には、定電力曲線Ｗに沿って、エミッション電流Ｉｅがｉ１→ｉ２→ｉ３と低下すると、アノード・カソード間電圧ＶａｋはＶ１→Ｖ２→Ｖ３と上昇してくる。その結果、実施の形態では冷陰極蛍光ランプ１０には、そのＩＶ特性が変化しても、常時、ほぼ一定の電力が印加されるので、ランプ輝度の低下やエミッタ劣化の助長等は解消され、ランプの長寿命化を達成することができるようになる。そのため、この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組み込んで使用することができるようになる。

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。

図１は本発明の実施の形態に係る冷陰極蛍光ランプの駆動回路を示す図である。 図２は冷陰極蛍光ランプの構造を示す断面図である。 図３は電源制御回路の回路図である。 図４は実施の形態の発光駆動方式による冷陰極蛍光ランプのＩＶ特性を示す図である。 図５は従来の発光駆動方式による冷陰極蛍光ランプのＩＶ特性を示す図である。 図６は他の従来の発光駆動方式による冷陰極蛍光ランプの電圧電流特性を示す図である。

符号の説明

１０ 冷陰極蛍光ランプ
２０ 整流ダイオード
３０ トランス
４０ 電源制御回路
５０ 電圧検出回路
６０ 電流検出回路

Claims (1)

1. 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冷陰極蛍光ランプと、上記冷陰極蛍光ランプのアノード・カソード間電圧を検出する電圧検出回路と、カソードからの電子放出量を示すエミッション電流を検出する電流検出回路と、上記電圧検出回路と上記電流検出回路とからの検出信号によりアノード・カソード間電圧とエミッション電流とを制御する電源制御回路とを備えた発光駆動方式において、
   上記電源制御回路により、アノード・カソード間電圧とエミッション電流との関係を示すＩＶ特性曲線が変化しても、エミッション電流が低下するとアノード・カソード間電圧が増加して輝度を一定とし、また、アノード・カソード間電圧が増加するとエミッション電流が減少してエミッタ劣化が抑制されるように、アノード・カソード間電圧とエミッション電流との積である電力がほぼ一定となるようアノード・カソード間電圧とエミッション電流とを制御することを特徴とする冷陰極蛍光ランプの発光駆動方式。

Images