JP6020140B2 - 蛍光表示管の駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光表示管の駆動装置及び駆動方法に関する。

蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display；ＶＦＤ）として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この蛍光表示管は、蛍光体を塗布した複数の陽極をマトリクス状に配置し、この陽極に選択的に正電圧を印加して陰極フィラメントから放出される熱電子を任意の陽極上の蛍光体に衝突させて所望の画像を発光表示するアクティブマトリクス型の蛍光表示管である。

特開２００４−８７４０４号公報 特開平５−１３１８１号公報

アクティブマトリクス型の蛍光表示管においては、複数の陽極に正電圧を印加する場合に輝度のバラツキが生じるという問題点がある。これは、正電圧を印加されたオン状態である陽極には正の電界が発生し、オフ状態である陽極には負の電界が発生することで、オン状態の複数の陽極の中央領域と周辺領域とで電界に偏りが生じ、中央領域では電子が集まりやすく輝度が高くなり、周辺領域では電子が到達しにくく輝度が低くなることによるものである。これに対し、特許文献２には、液晶ディスプレイのバックライトなどに用いられる平面蛍光管の駆動装置に関して、電子の移動方向に対して垂直方向の磁界を発生させることで安定した均一の明るさを得る方法が開示されている。
しかしながら、引用文献２に開示される方法では、電子の移動方向に対して垂直な一方向についての輝度の均一化に留まり、画像を表示するアクティブマトリクス型の蛍光表示管の駆動について表示品位を向上させるにはなお改良の余地があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表示画像の輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることが可能な蛍光表示管の駆動装置及び駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、蛍光体が塗布された複数の陽極がマトリクス状に配置されてなる陽極部と、前記陽極部に向けて電子を放出する陰極フィラメントと、を備える蛍光表示管の駆動装置であって、前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直な第一の磁界を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第一の磁界発生手段と、前記陰極フィラメントから前記陽極部に向かう電子の方向に対して垂直であり、かつ、前記第一の磁界と交差する第二の磁界を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第二の磁界発生手段と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明は、蛍光体が塗布された複数の陽極がマトリクス状に配置されてなる陽極部と、前記陽極部に向けて電子を放出する陰極フィラメントと、を備える蛍光表示管の駆動方法であって、前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直な第一の磁界と、前記陰極フィラメントから前記陽極部に向かう電子の方向に対して垂直であり、かつ、前記第一の磁界と交差する第二の磁界と、を周期的に方向を切り換えて発生させることを特徴とする。

本発明によれば、表示画像の輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることが可能な蛍光表示管の駆動装置及び駆動方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る蛍光表示管の駆動装置の概観斜視図である。 同上蛍光表示管の駆動装置の電気的構成を示す図である。 同上蛍光表示管の駆動装置における第一の磁界の作用を説明する図である。 同上蛍光表示管の駆動装置における第二の磁界の作用を説明する図である。 同上蛍光表示管の駆動装置における第一，第二の交流電流の一例を示す図である。 同上蛍光表示管の駆動装置における熱電子の偏りの軌跡を示す図である。

本発明の一実施形態に係る蛍光表示管の駆動装置を、図面を参照して説明する。
図１は蛍光表示管の駆動装置１を示す概観斜視図であり、図２は蛍光表示管の駆動装置１の電気的構成を示す図である。蛍光表示管の駆動装置１は、図１及び図２に示すように、蛍光表示管１０と、第一の駆動回路２０と、第一の磁界発生手段３０と、第二の駆動回路４０と、第二の磁界発生手段５０と、制御部６０と、を備える。

蛍光表示管１０は、図１に示すように、陽極部１１と、陰極フィラメント１２と、封止ケース１３と、を備える。

陽極部１１は、蛍光体が塗布された複数の陽極１１ａが図示しない回路基板上にマトリクス状に配置されてなる。各陽極１１ａには制御部６０により選択的に正電圧（例えば５Ｖ）あるいは負電圧（例えば−３５Ｖ；フィラメント電圧）が印加され、正電圧が印加されるオン状態と負電圧が印加されるオフ状態とが切り替え可能となっている。

陰極フィラメント１２は、金属細線からなり、陽極部１１と所定間隔を空けて図１中のＺ軸方向に対向するように複数配置される。陰極フィラメント１２は、制御部６０により電流が供給されると発熱し、熱電子Ｅを放出する。また、陰極フィラメント１２には、負の電圧（例えば−３５Ｖ；フィラメント電圧）が印加される。陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは、オン状態である陽極１１ａとの間に引力が働いて図１中のＺ軸方向に陽極１１ａに向かい、陽極１１ａに塗布されている前記蛍光体に衝突する。そして熱電子Ｅが衝突した前記蛍光体が発光し、所定の表示光Ｌが外部に出射され、所定の表示画像が表示される。

封止ケース１３は、ガラス材料から構成されており、陽極部１１と陰極フィラメント１２とを収納するケースであり、内部が真空に保たれている。封止ケース１３は、陰極フィラメント１２を配置する側の面（図１中の上面）が表示面となり、この表示面から表示光Ｌが出射される。

第一の駆動回路２０は、第一の交流電流源Ａ１を有し、制御部６０からの制御信号に応じて第一の交流電流源Ａ１から第一の磁界発生手段３０に所定の周波数の第一の交流電流を供給するものである。また、第一の駆動回路２０は、前記第一の交流電流の大きさを調整可能とする。

第一の磁界発生手段３０は、磁性体材料をコアとし、蛍光表示管１０を中心にして図１中のＸ軸方向に向かい合う一対のコイルで構成されており、前記第一の交流電流が供給されて図１中のＸ軸の正方向あるいは負方向に陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）と垂直な第一の磁界Ｍ１を発生させるものである。すなわち、前記第一の交流電流が供給されることにより、第一の磁界発生手段３０は周期的に極性が切り換えられ、第一の磁界Ｍ１の方向が周期的に逆方向に切り換えられることとなる。

第二の駆動回路４０は、第二の交流電流源Ａ２を有し、制御部６０からの制御信号に応じて第二の交流電流源Ａ２から第二の磁界発生手段５０に所定の周波数の第二の交流電流を供給するものである。また、第二の駆動回路４０は、前記第二の交流電流の大きさを調整可能とする。

第二の磁界発生手段５０は、磁性体材料をコアとし、蛍光表示管１０を中心にして図１中のＹ軸方向に向かい合う一対のコイルで構成されており、前記第二の交流電流が供給されて図１中のＹ軸の正方向あるいは負方向に陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）と垂直な第二の磁界Ｍ２を発生させるものでる。すなわち、前記第二の交流電流が供給されることにより、第二の磁界発生手段５０は周期的に極性が切り換えられ、第二の磁界Ｍ２の方向が周期的に逆方向に切り換えられることとなる。また、第一の磁界発生手段３０をＸ軸方向に配置し、第二の磁界発生手段５０をＹ軸方向に配置することによって、第一の磁界Ｍ１と第二の磁界Ｍ２とは、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向と垂直であり、かつ、互いに垂直に交差する関係となる。

制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを含むマイコン、グラフィックディスプレイコントローラー（ＧＤＣ）等から構成される。制御部６０は、陰極フィラメント１２に負電圧を印加して電流を供給して熱電子Ｅを放出させるとともに、入力される画像データに基づいて各陽極１１ａのオン状態及びオフ状態を選択的に切り換えることによって、任意の陽極１１ａに塗布された前記蛍光体を選択的に発光させて表示光Ｌを出射させ、蛍光表示管１０に文字、図形等の表示画像を表示させる。また、制御部６０は、上記の表示制御と同期して、第一，第二の駆動回路２０，４０に制御信号を出力し、第一，第二の磁界発生手段３０，５０に第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２を発生させる。

次に、本実施形態の駆動方法における第一，第二の電界Ｍ１，Ｍ２の作用について説明する。

図３は、図１をＺ軸−Ｙ軸平面で切り出した要部断面図である。なお、図３中における陽極１１ａのうち白で示される部分はオン状態（正電圧印加）、すなわち発光ドットを示し、黒で示される部分はオフ状態（負電圧印加）、すなわち非発光ドットを示している。第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２を発生させない場合は、図３（ａ）に示すように発光ドットが複数集まった集合があると各発光ドットから発生する正の電界が重なり合うことで発光ドットの集合の中央領域の電界が強まり、集合の周辺領域では隣接する非発光ドットから発生する負の電界の影響を受けて電界が弱まるため、陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは正の電界が強まる中央領域により強く引きつけられる。その結果、発光ドットの集合の中央領域は輝度が高くなる一方、周辺領域は輝度が低くなり、表示画像に輝度ムラが生じる。

これに対し、第一の磁界発生手段３０によって図１中のＸ軸の正方向に第一の磁界Ｍ１を発生させると、図３（ｂ）に示すように陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは、第一の磁界Ｍ１によってフレミング左手の法則に従ってＹ軸の正方向に第一のローレンツ力Ｆ１を受け、陽極１１ａに向かう熱電子ＥはＹ軸の正方向に偏り、Ｙ軸の正方向に位置する発光ドットにより集中する。その結果、発光ドットの集合のＹ軸の正方向に位置する周辺領域は輝度が高くなり、Ｙ軸の負方向に位置する周辺領域は輝度が低くなる。

さらに、第一の磁界発生手段３０によって図１中のＸ軸の負方向に第一の磁界Ｍ１を発生させると、図３（ｃ）に示すように陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは、第一の磁界Ｍ１によってフレミング左手の法則に従ってＹ軸の負方向に第一のローレンツ力Ｆ１を受け、陽極１１ａに向かう熱電子ＥはＹ軸の負方向に偏り、Ｙ軸の負方向に位置する発光ドットにより集中する。その結果、発光ドットの集合のＹ軸の負方向に位置する周辺領域は輝度が高くなり、Ｙ軸の正方向に位置する周辺領域は輝度が低くなる。

以上により、第一の磁界発生手段３０に所定周波数の前記第一の交流電流を供給して第一の磁界Ｍ１の向きを周期的に逆方向に切り換えることによって、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な１方向（Ｙ軸方向）について熱電子Ｅの偏りを移動させることができる。

図４は、図１をＺ軸−Ｘ軸平面で切り出した要部断面図である。なお、図４中における陽極１１ａのうち白で示される部分はオン状態（正電圧印加）、すなわち発光ドットを示し、黒で示される部分はオフ状態（負電圧印加）、すなわち非発光ドットを示している。第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２を発生させない場合は、図４（ａ）に示すように発光ドットが複数集まっていると各陽極１１ａから発生する正の電界が重なり合うことで発光ドットの集合の中央領域の電界が強まり、周辺領域では隣接する非発光ドットから発生する負の電界の影響を受けて電界が弱まるため、陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは正の電界が強まる中央領域により強く引きつけられる。その結果、発光ドットの集合の中央領域は輝度が高くなる一方、周辺領域は輝度が低くなり、輝度ムラが生じる。

これに対し、第二の磁界発生手段５０によって図１中のＹ軸の正方向に第二の磁界Ｍ２を発生させると、図４（ｂ）に示すように陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは、第二の磁界Ｍ２によってフレミング左手の法則に従ってＸ軸の正方向に第二のローレンツ力Ｆ２を受け、陽極１１ａに向かう熱電子ＥはＸ軸の正方向に偏り、Ｘ軸の正方向に位置する発光ドットにより集中する。その結果、発光ドットの集合のＸ軸の正方向に位置する周辺領域は輝度が高くなり、Ｘ軸の負方向に位置する周辺領域は輝度が低くなる。

さらに、第二の磁界発生手段５０によって図１中のＹ軸の負方向に第二の磁界Ｍ２を発生させると、図４（ｃ）に示すように陰極フィラメント１２から放出された熱電子Ｅは、第二の磁界Ｍ２によってフレミング左手の法則に従ってＹ軸の正方向に第二のローレンツ力Ｆ２を受け、陽極１１ａに向かう熱電子ＥはＸ軸の負方向に偏り、Ｘ軸の負方向に位置する発光ドットにより集中する。その結果、発光ドットの集合のＸ軸の負方向に位置する周辺領域は輝度が高くなり、Ｘ軸の正方向に位置する周辺領域は輝度が低くなる。

以上により、第二の磁界発生手段５０に所定周波数の前記第二の交流電流を供給して第二の磁界Ｍ１の向きを周期的に逆方向に切り換えることによって、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な１方向（Ｘ軸方向）について熱電子Ｅの偏りを移動させる。したがって、第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２の向きをそれぞれ周期的に逆方向に切り換えることによって、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対して熱電子Ｅの偏りを移動させて、表示画像の全体について輝度ムラを抑制することができる。

次に、蛍光表示管１０の表示画像の全体について輝度ムラを抑制するための、前記第一，第二の交流電流の規定について説明する。
前記第一の交流電流は第一の磁界発生手段３０に作用して第一の磁界Ｍ１を発生させ、前記第二の交流電流は第二の磁界発生手段５０に作用して第二の磁界Ｍ２を発生させる。また、第一の磁界Ｍ１と第二の磁界Ｍ２とは互いに直交しているため、熱電子Ｅに働く第一，第二のローレンツ力Ｆ１，Ｆ２も互いに直交することとなる。そして、第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２はともに周期的に向きが切り換えられる交流磁界であることから、第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２を合成したときに熱電子Ｅが実際に受けるローレンツ力の方向、すなわち熱電子Ｅの偏りが描く軌跡は第一の磁界Ｍ１をＹ軸とし、第二の磁界Ｍ２をＸ軸としたリサージュ波形（リサージュ図形）で図示することができる。例えば、前記第一、第二の交流電流として、図５に示すように互いの位相差が９０°である正弦波電流を第一，第二の電界発生手段３０，５０にそれぞれ供給した場合を考える（正弦波電流の振幅値及び周波数は同一とする）。このときの熱電子Ｅの偏りの軌跡を示すリサージュ波形は、図６（ａ）に示すように略円形の外形となる。したがって、従来熱電子Ｅが到達しづらかった発光ドットの集合の周辺領域全体に熱電子Ｅの偏りを移動させて表示画像の全体について輝度ムラを抑制することができる。なお、熱電子Ｅが発光ドットの集合の周辺領域に過度に集中すると、中央領域での輝度が低下することが懸念されるが、第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２の強度、すなわち、前記第一，第二の交流電流の振幅値（大きさ）を適宜調整することで熱電子Ｅの偏り度合いを調整することができる。これに対し、前記第一，第二の交流電流として、互いの位相差が０°である（位相が同一である）正弦波電流を第一，第二の磁界発生手段３０，５０にそれぞれ供給した場合を考える（正弦波電流の振幅値及び周波数は同一とする）。このときの熱電子Ｅの偏りの軌跡を示すリサージュ波形は、図６（ｂ）に示すように直線状となる。このため、図６（ｂ）における一部領域（左上領域及び右下領域）には熱電子Ｅの偏りが移動されないため、表示画像の形状によっては輝度ムラの抑制が不十分となる可能性がある。そのため、前記第一，第二の交流電流は、互いに位相が異なる（位相差が０°より大きい）交流電流であることが望ましい。また、互いの位相が同一であっても、前記第一，第二の交流電流の周波数を異ならせることによって、リサージュ波形を直線状から変化させて熱電子Ｅの偏りを発光ドットの集合の周辺領域全体に移動させることができる。また、例えば横１２８×縦６４ドットのような長方形状の表示面を有する蛍光表示管については、前記第一，第二の交流電流の振幅値を異ならせることで、伸長な方向に対しても発光ドットの集合の周辺領域に熱電子Ｅの偏りを移動させることができる。例えば、横１２８×縦６４ドットの蛍光表示管の場合は、横方向（Ｘ方向）に対してより熱電子Ｅの偏りを移動させる必要があるため、前記第二の交流電流の振幅値を前記第一の交流電流の振幅値よりも高くし、第二の磁界発生手段５０によって横方向に第二のローレンツ力Ｆ２をより大きく生じさせることで、横方向の熱電子Ｅの偏りの移動距離を伸ばすことができる。

本実施形態である蛍光表示管の駆動装置１は、蛍光体が塗布された複数の陽極１１ａがマトリクス状に配置されてなる陽極部１１と、陽極部１１に向けて電子を放出する陰極フィラメント１２と、を備える蛍光表示管１０の駆動装置であって、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な第一の磁界Ｍ１を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第一の磁界発生手段３０と、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直であり、かつ、第一の磁界Ｍ１と交差する第二の磁界Ｍ２を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第二の磁界発生手段５０と、を備えることを特徴とする。
これによれば、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対して熱電子Ｅの偏りを移動させて、表示画像の全体について輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることができる。

また、第一，第二の磁界発生手段３０，５０は、振幅値、周波数及び位相の少なくともいずれかが異なる第一，第二の交流電流がそれぞれ供給されてなることを特徴とする。
これによれば、発光ドットの集合の周辺領域全体に熱電子Ｅの偏りを移動させることができ、表示画像の全体について輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることができる。

本実施形態である蛍光表示管の駆動方法は、蛍光体が塗布された複数の陽極１１ａがマトリクス状に配置されてなる陽極部１１と、陽極部１１に向けて電子を放出する陰極フィラメント１２と、を備える蛍光表示管１０の駆動方法であって、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な第一の磁界Ｍ１と、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直であり、かつ、第一の磁界Ｍ１と交差する第二の磁界Ｍ２と、を周期的に方向を切り換えて発生させることを特徴とする。
これによれば、陽極部１１と陰極フィラメント１２とが対向する方向に対して垂直な２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対して熱電子Ｅの偏りを移動させて、表示画像の全体について輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることができる。

また、振幅値、周波数及び位相の少なくともいずれかが異なる第一，第二の交流電流によって第一，第二の磁界Ｍ１，Ｍ２を発生させてなることを特徴とする。
これによれば、発光ドットの集合の周辺領域全体に熱電子Ｅの偏りを移動させることができ、表示画像の全体について輝度ムラを抑制し、表示品位を向上させることができる。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。また、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更（構成要素の削除を含む）することができることはもちろんである。

１ 蛍光表示管の駆動装置
１０ 蛍光表示管
１１ 陽極部
１１ａ 陽極
１２ 陰極フィラメント
１３ 封止ケース
２０ 第一の駆動回路
３０ 第一の磁界発生手段
４０ 第二の駆動回路
５０ 第二の磁界発生手段
Ａ１ 第一の交流電流源
Ａ２ 第二の交流電流源

Claims (4)

1. 蛍光体が塗布された複数の陽極がマトリクス状に配置されてなる陽極部と、
   前記陽極部に向けて電子を放出する陰極フィラメントと、を備える蛍光表示管の駆動装置であって、
   前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直な第一の磁界を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第一の磁界発生手段と、
   前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直であり、かつ、前記第一の磁界と交差する第二の磁界を発生させ、周期的に極性が切り換えられる第二の磁界発生手段と、を備えることを特徴とする蛍光表示管の駆動装置。
2. 前記第一，第二の磁界発生手段は、振幅値、周波数及び位相の少なくともいずれかが異なる第一，第二の交流電流がそれぞれ供給されてなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光表示管の駆動装置。
3. 蛍光体が塗布された複数の陽極がマトリクス状に配置されてなる陽極部と、
   前記陽極部に向けて電子を放出する陰極フィラメントと、を備える蛍光表示管の駆動方法であって、
   前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直な第一の磁界と、前記陽極部と前記陰極フィラメントとが対向する方向に対して垂直であり、かつ、前記第一の磁界と交差する第二の磁界と、を周期的に方向を切り換えて発生させることを特徴とする蛍光表示管の駆動方法。
4. 振幅値、周波数及び位相の少なくともいずれかが異なる第一，第二の交流電流で前記第一，第二の磁界をそれぞれ発生させることを特徴とする請求項３に記載の蛍光表示管の駆動方法。

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