KR20090096631A - 수명이 긴 열 음극 형광램프, 당해 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트 또는 조명장치 및 그 시동방법 - Google Patents

수명이 긴 열 음극 형광램프, 당해 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트 또는 조명장치 및 그 시동방법 Download PDF

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Abstract

수명이 긴 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트에서도 시동시간을 짧게 할 수 있는 형광램프를 제공한다. 열 음극 형광램프(10)를 구비한 백라이트(100)이다. 열 음극 형광램프(10)는 벌브(12)와, 필라멘트(14)와, 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선(13)으로 구성되어 있으며, 열 음극 형광램프(10)에는 흑화 억제수단(50)이 설치되어 있다. 흑화 억제수단(50)은 필라멘트(14)의 예열 시에 열 전자의 방사 후(57)부터 흑화 형성영역(51)에 도달하기 전(55)의 사이에 한 쌍의 리드 선(13) 사이에서 단자 간 글로 방전(52)을 발생시키는 필라멘트(14)에 의해서 실현되어 있다.
열 음극, 형광램프, 흑화, 필라멘트, 예열, 열전자, 단자 간, 글로 방전

Description

수명이 긴 열 음극 형광램프, 당해 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트 또는 조명장치 및 그 시동방법{LONG-LIFE HOT-CATHODE FLUORESCENT LAMP, BACKLIGHT OR ILLUMINATOR, HAVING THE LONG-LIFE HOT-CATHODE FLUORESCENT LAMP, AND ITS START-UP METHOD}
본 발명은 수명이 긴 열 음극 형광램프 및 그 시동방법에 관한 것으로, 특히 대화면 텔레비전용의 백라이트, 조명장치 및 그 시동방법에 관한 것이다.
현재, 액정 디스플레이의 백라이트 유닛의 광원으로는 냉음극 형광램프가 주로 채용되고 있다. 냉음극 형광램프는 세경화(細徑化)에 적합하므로 박형화(薄型化)가 요구되는 백라이트 유닛의 광원으로 이용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특개소 56-73855호 공보
최근, 액정 디스플레이의 대형화가 진행되고 있으며, 이에 수반하여 백라이트 유닛도 대형화가 이루어지고 있다. 이 백라이트 유닛의 대형화에 따라서, 광원으로 냉음극 형광램프를 이용하면 램프의 사용 개수를 늘려야하므로 점등회로가 복잡하게 되는 동시에 소비전력이 높아질 우려가 있다.
구체적으로 설명하면, 냉음극 형광램프는 다른 램프에 비하여 구동에 필요한 전압(구동전압)이 커서 고압전원을 이용할 필요가 있다. 특히, 화면 사이즈가 32인치를 초과하는 대형 액정 디스플레이(예를 들어, 32인치, 42인치, 46인치, 65인치 또는 그 이상의 액정 디스플레이)가 최근 등장하고 있으므로, 램프의 길이는 더욱 길어지고, 그만큼 구동전압은 더 고압화하는 경향이 강해지고 있다.
또, 냉음극 형광램프는 1개당 투입하는 전력이 작으므로 화면 휘도를 확보하기 위해서는 개수를 많이 할 필요가 있으며, 따라서 부품 비용이 증대하는 동시에 조립에 시간이 많이 소요된다고 하는 문제가 현저해질 가능성이 크다.
그러한 가운데 냉음극 형광램프보다도 고 효율이면서 고 출력인 열 음극 형광램프를 백라이트 유닛의 광원으로 채용하는 방안이 검토되기 시작하고 있다. 열 음극 형광램프를 채용함으로써 상술한 특징에 의해서 소비전력을 억제하는 동시에, 램프 개수를 삭감함으로써 점등회로의 간소화 및 부품비용의 감소, 조립에 소요되는 시간의 삭감을 기대할 수 있다. 그러나 백라이트로는 냉음극 형광램프의 개발 및 연구가 오늘날에 이르기까지 활발하게 이루어진 결과, 열 음극 형광램프의 결점이 극복되어 있지 않은 것이 실정이다.
먼저, 열 음극 형광램프를 백라이트용의 광원으로 사용하는 경우에는 냉음극 형광램프에 비하여 수명이 짧다고 하는 결점이 있다. 이는 열 음극 형광램프의 필라멘트에 도포한 이미터가 비산해버리는 원인에 의해 발생하는 것으로, 통상 수명이 수천 시간이다. 이는 일반 조명용으로서는 충분한 수명이라도, 2만 시간 이상의 수명이 요구되는 백라이트용의 광원으로서는 충분하지 않다.
이에, 본원 출원인은 열 음극 형광램프의 수명을 길게 하기 위해서 필라멘트를 길게 하고, 거기에 더 많은 이미터를 도포하는 연구 및 개발을 하여, 2만 시간 이상의 긴 수명을 확보한 열 음극 형광램프를 제작하는 것에 성공하였다(예를 들어, 일본국 특원 2006-169204호 공보 참조).
그러나 필라멘트가 길어짐에 따른 영향으로 필라멘트의 열 용량이 커져 버려서 예열시간(즉, 필라멘트가 적정 온도까지 상승하는 시간)이 길어져 버린다고 하는 문제가 새롭게 발생한다는 것이 본원 발명자의 연구에 의해서 명백해졌다. 냉음극 형광램프에서는 기본적으로 예열이 필요 없으나, 열 음극 형광램프에서는 시동 시의 필라멘트에 대한 손상을 완화하기 위해서 예열이 필요하며, 따라서 시동시에 필라멘트에 예열전류를 흘리는 것은 중요한 시동스텝이다.
예열시간이 길어지면 필연적으로 백라이트가 점등할 때까지의 시간(시동시간)이 길어지며, 따라서, 화상표시장치(예를 들어, 액정 디스플레이)의 스타트 업 (start-up) 시간도 지연되어 버린다. 그렇게 되면 열 음극 형광램프의 수명을 길게 한 후에도 시동시간이 짧은 냉음극 형광램프에 대하여 여전히 결점을 가지게 되어서, 그 문제를 해결하는 방안이 요구된다.
또, 최근, 조명용 열 음극 형광램프에서도 수명을 길게 하는 것이 추세로 되고 있으며, 백라이트와 마찬가지로 공칭(公稱) 수명 2만 시간 이상의 긴 수명이 되면 상기 백라이트와 마찬가지로 점등할 때까지의 시동시간이 길어진다고 하는 과제가 발생하게 되어서, 종래의 조명용 형광램프에 비하여 결점을 갖는다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주목적은 시동시간을 짧게 할 수 있는 열 음극 형광램프, 당해 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트, 조명장치 및 그 시동방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 백라이트는, 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트로, 상기 열 음극 형광램프는 내면에 형광체가 형성된 벌브와, 상기 벌브 내에 설치되고, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트와, 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선으로 구성되어 있으며, 상기 열 음극 형광램프에는 흑화 억제수단이 설치되어 있고, 상기 흑화 억제수단은 상기 필라멘트의 예열 시에 상기 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 백라이트는 점등회로를 더 구비하고 있으며, 상기 점등회로는 상기 필라멘트의 예열 시에 예열전류를 흘리는 필라멘트 예열회로와, 상기 열 음극 형광램프의 점등 시에 전력을 공급하는 램프전력 공급회로로 구성되어 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 백라이트는 직하형의 화상표시장치용 백라이트이다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프이다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프의 1개에서의 한 쌍의 전극 중의 1개의 상기 필라멘트에 10.0㎎ 이상의 이미터가 도포되어 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 필라멘트는 4중 코일로 이루어진다.
바람직한 실시 예에서 상기 백라이트는 32인치에서 46인치의 화면 사이즈의 액정 디스플레이용의 광원이고, 상기 하우징에 상기 열 음극 형광램프는 4개에서 6개 배치되어 있다.
본 발명의 백라이트의 시동방법은, 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트의 시동방법으로, 상기 열 음극 형광램프가 갖는 필라멘트의 예열 시에, 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키며, 이에 의해서 상기 열 음극 형광램프의 흑화의 발생을 억제하고 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프이다.
본 발명의 열 음극 형광램프는, 공칭수명 2만 시간 이상의 열 음극 형광램프로, 상기 열 음극 형광램프는 내면에 형광체가 형성된 벌브와, 상기 벌브 내에 설치되고, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트와, 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선으로 구성되어 있으며, 상기 열 음극 형광램프에는 흑화 억제수단이 설치되어 있고, 상기 흑화 억제수단은 상기 필라멘트의 예열 시에 상기 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프는 조명용이다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프이다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프의 1개에서의 한 쌍의 전극 중의 1개의 상기 필라멘트에 10.0㎎ 이상의 이미터가 도포되어 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 필라멘트는 4중 코일로 이루어진다.
본 발명의 조명장치는, 열 음극 형광램프와, 상기 열 음극 형광램프를 구비한 조명장치로, 상기 열 음극 형광램프는 청구항 9에 기재된 열 음극 형광램프이고, 상기 점등회로는 상기 필라멘트의 예열 시에 예열전류를 흘리는 필라멘트 예열회로와, 상기 열 음극 형광램프의 점등 시에 전력을 공급하는 램프전력 공급회로로 구성되어 있다.
본 발명의 열 음극 형광램프의 시동방법은, 공칭수명 2만 시간 이상의 열 음극 형광램프의 시동방법으로, 상기 열 음극 형광램프가 갖는 필라멘트의 예열 시에, 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키며, 이에 의해서 상기 열 음극 형광램프의 흑화의 발생을 억제하고 있다.
바람직한 실시 예에서 상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프이다.
본 발명의 백라이트에 의하면, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트를 갖는 열 음극 형광램프에 흑화 억제수단이 설치되어 있으며, 그 흑화 억제수단은 필라멘트의 예열 시에 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있으므로, 예열전류를 많게 해서 예열시간을 단축하였다고 하더라도 흑화를 억제할 수 있다. 즉, 단자 단 글로 방전을 발생시킴으로써 흑화가 억제되므로 예열전류를 많게 할 수 있으며, 그 결과 시동시간을 단축할 수 있다.
특히, 수명이 긴 열 음극 형광램프(예를 들어, 4중 코일로 해서 필라멘트 길이를 길게 한 열 음극 형광램프)는 필라멘트의 열 용량이 크게 되어 있으므로 시동시간이 길어지는 경향이 있으나, 본 발명의 백라이트에 의하면 흑화 형성영역에 도달하기 전에 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현된 흑화 억제수단이 있으므로, 새로운 부품을 도입하지 않아도 시동시간을 단축한 백라이트를 제공할 수 있다.
본 발명의 열 음극 형광램프에 의하면 흑화 억제수단이 설치되어 있고, 그 흑화 억제수단은 필라멘트의 예열 시에, 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있으므로, 예열전류를 많게 해서 예열시간을 단축하였다고 하더라도 흑화를 억제할 수 있다. 즉, 단자 간 글로 방전을 발생시킴으로써 흑화가 억제되므로 예열전류를 많게 할 수 있으며, 그 결과 시동시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 조명장치에 의하면, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트를 갖는 열 음극 형광램프에 흑화 억제수단이 설치되어 있으며, 그 흑화 억제수단은 필라멘트의 예열 시에 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있으므로, 예열전류를 많게 해서 예열시간을 단축하였다고 하더라도 흑화를 억제할 수 있다. 즉, 단자 간 글로 방전을 발생시킴으로써 흑화가 억제되므로 예열전류를 많게 할 수 있으며, 그 결과 시동시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 열 음극 형광램프의 시동방법에 의하면, 흑화 형성영역에 도달하기 전에 단자 간 글로 방전을 발생시키므로 시동시간을 단축해서 열 음극 형광램프를 시동할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예의 백라이트(100) 및 점등회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예의 열 음극 형광램프(10)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예의 백라이트(100)의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예의 백라이트(100)의 구성을 나타내는 상면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예의 백라이트(100)의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 6(a)에서 (c)는 시동 시의 필라멘트 온도(Tf)와 통전시간(t)의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 7(a)에서 (c)는 재시동 시의 필라멘트 온도(Tf)와 통전시간(t)의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 8(a) 및 (b)는 시동 시의 필라멘트 온도(Tf)와 통전시간(t)의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예의 결과를 나타내는 그래프이다.
(부호의 설명)
10 열 음극 형광램프
11 전극
12 벌브
13 리드 선
14 필라멘트
15 비드유리
16 밀봉부
17 배기관
18 베이스
20 하우징
21 반사판
22 보조반사판
23 반사시트
24 지주(支柱)
30 광학시트
31 편향시트
32 렌즈시트
33 확산시트
34 확산판
40 필라멘트 예열회로
45 램프전력 공급회로
50 흑화 억제수단
51 흑화 형성영역
52 단자 간 글로 방전
60 액정패널
62 상부커버
65 화상표시영역
70 점등회로
72 하부커버
75 램프홀더
100 백라이트
본원 발명자는 대화면화가 점차 가속하는 액정 디스플레이용의 백라이트에 적합한 것은 현재 주류인 냉음극 형광램프(CCFL)를 이용한 것이 아니라, 냉음극 형광램프에 비해서 1개당 대출력의 전력을 투입할 수 있는 열 음극 형광램프(HCFL)를 이용한 것으로 이행할 것으로 생각하여 연구개발을 하고 있었다. 그와 같이 이행할 것으로 생각한 이유는, 열 음극 형광램프의 「고출력」이라고 하는 특징을 살림으 로써 액정 텔레비전에서의 콘트라스트 비를 크게 할 수 있어서 동화상을 포함한 고화질화가 가능해지는 동시에, 냉음극 형광램프에 비하여 백라이트로 사용하는 램프의 개수를 대폭으로 삭감할 수 있어서 비용 감소가 가능하기 때문이다.
이와 같은 개발 중 본원 발명자는 수명의 문제를 해결한 수명이 긴 열 음극 형광램프에서는 필라멘트의 열 용량이 커진다는 원인에 의해서 시동시간이 길어진다고 하는 문제의 해결에 몰두하였다. 그러나 수명이 긴 열 음극 형광램프를 실현하기 위해서는 많은 이미터를 도포하기 위해서 필라멘트를 길게 할 필요가 있으며, 그렇게 하면 필연적으로 필라멘트의 열 용량이 커져 버린다. 즉, 열 용량의 증대에 따른 시동시간이 길어지는 것은 수명이 긴 열 음극 형광램프와 밀접하게 관계된 문제이며, 이 문제를 어느 정도 저렴한 비용이면서, 또한 램프구조나 점등회로를 간단한 구성의 것을 유지한 상태로 해결하기는 매우 어려운 일이었다.
본원 발명자는, 통상은 적절하지 않은 방전으로 여겨지는 글로 방전을 의도적으로 발생시키면, 예열시간을 짧게 하기 위해서 예열전류를 크게 해도 흑화(黑化) 형성영역에 들어가지 않으며, 즉 열 음극 형광램프의 흑화의 발생을 억제할 수 있음을 예의 연구해서 발견하여 본 발명에 이르렀다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 설명한다. 이하의 도면에서는 설명을 간결하게 하기 위해서 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성요소를 동일한 참조부호로 나타낸다. 또, 본 발명은 이하의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 발명의 실시 예의 백라이트(100)에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 예의 백라이트(100) 및 점등회로(40, 45)의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 백라이트(100)에 포함되어 있는 열 음극 형광램프(10)의 구성을 나타내는 단면도이다.
본 실시 예의 백라이트(100)는 열 음극 형광램프(10)와 열 음극 관을 수납하는 하우징(도시생략)으로 구성되어 있다. 열 음극 형광램프(10)는, 특히 도 2에 도시하는 바와 같이, 내면에 형광체(도시생략)가 형성된 벌브(12)와, 벌브(12) 내에 설치된 필라멘트(14)와, 필라멘트(14)를 지지하는 한 쌍의 리드 선(13)으로 구성되어 있다. 필라멘트(14)에는 열 전자를 방출하는 이미터(도시생략)가 도포되어 있다.
본 실시 예의 구성에서는 열 음극 형광램프(10)에는 흑화 억제수단(50)이 설치되어 있으며, 그 흑화 억제수단(50)은 필라멘트(14)의 예열 시에 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트(14)에 의해서 실현되어 있다.
여기서, 본 실시 예에서의 「단자 간 글로 방전」은 통상 점등 시에 램프 양단 간에 발생하는 아크 방전과 달리, 필라멘트(14)를 둘러싸는 것과 같은 느낌으로 한 쌍의 리드 선(13) 사이(단자 간)에서 발생하는 글로 방전이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 예의 백라이트(100)에 이용되는 점등회로는 필라멘트(14)의 예열 시에 예열전류를 흘리는 필라멘트 예열회로(40)와, 열 음극 형광램프(10)의 점등 시에 전력을 공급하는 램프전력 공급회로(45)를 포함하고 있으며, 열 음극 형광램프(10)는 필라멘트 예열회로(40)와 램프전력 공급회로(45)에 전기적으로 접속되어 있다.
그리고 본 실시 예의 백라이트(100)를 시동하는 경우에는 필라멘트 예열회로(40)에서 예열전류가 필라멘트(14)에 흘러서 필라멘트(14)의 예열이 이루어진다. 그때, 필라멘트(14)의 예열에 수반하여 필라멘트(14)에 도포된 이미터로부터 열 전자가 방사하며, 그로부터 흑화 형성영역에 도달하기 전까지의 사이에 의도적으로 단자 간 글로 방전을 발생시킨다. 그 의도적인 단자 간 글로 방전에 의해서 열 음극 형광램프의 흑화의 발생을 억제한다.
즉, 필라멘트(14)에 흐르는 예열전류는 필라멘트(14)의 이미터로부터 열 전자가 방사한 후 흑화 형성영역에 도달하기 전까지의 사이에 단자 간 글로 방전이 발생하도록 설정된 전류 값이며, 이 전류 값은 후술하는 파라미터(필라멘트에 사용되는 소선(素線)(예를 들어 텅스텐 선)의 직경이나 길이 등)와의 관계에 의해서 결정된다.
덧붙여서 말하면, 단자 간 글로 방전은 수은 발광을 수반한 방전이며, 수은 발광을 수반하지 않고 예열에 의해서 필라멘트가 빨갛게 될 뿐인 상태와는 다른 것이다. 또, 열 음극 형광램프(10)에서의 흑화 형성영역과, 의도적으로 단자 간 글로 방전을 발생시키는 기구(흑화 억제수단(50))의 상세한 설명은 후술한다.
다음에, 도 2에 부가하여, 도 3에서 도 5도 참조하면서 본 실시 예의 백라이트(100)의 바람직한 구성 예에 대하여 설명한다. 도 3 및 도 4는 각각 본 실시 예의 백라이트(100)의 구성을 나타내는 단면도 및 상면도이다. 도 5는 본 실시 예의 백라이트(100)의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2에 나타내는 본 실시 예의 열 음극 형광램프(10)는 백라이트용으로 이용 되므로 수명이 긴 것이 사용된다. 바람직하게는, 열 음극 형광램프(10)는 공칭수명 1.2만 시간 이상의 램프이며, 더 바람직하게는 공칭수명 2만 시간 이상, 또는 3만 시간 이상의 램프이다. 또, 디스플레이로 종래로부터 널리 보급되어 있는 음극관(CRT)장치의 수명은 약 20000시간이므로, 그 이상의 수명(예를 들어, 50000시간 또는 그 이상)을 갖는 램프일 것이 요구된다.
수명의 정의로는 크게 2가지 요소가 있으며, 하나는 램프의 밝기의 감퇴율(소위, 휘도 유지율)과 부 점등이다. 백라이트로서의 사용을 상정하면, 열 음극 형광램프의 수명을 결정하는 것은 전극 필라멘트에 형성된 열전자 방사성 물질(이미터)의 고갈(枯渴)에 의한 부점등이다. 수명을 추정하기 위해서는, 복수의 램프를 소정의 점등조건(램프의 정격전류에서의 연속 점등시험)의 라이프 시험을 하여, 어느 일정 시간(예를 들어, 100시간, 500시간, 1000시간, 2000시간, 5000시간) 점등 후의 램프를 순차 파괴 또는 비 파괴에 의해서 이미터의 잔존량을 수시로 측정해서 초기부터의 소모량(소모 속도)을 측정한다. 이들 결과를 토대로 점등경과 시간과 이미터 소모량(또는, 이미터 잔존량)의 관계를 플롯하고, 1차 함수에 의해서 피팅을 함으로써 수명을 추정할 수 있다. 또, 공칭수명은 상기의 취득 데이터를 기초로 소모량의 편차, 측정 편차, 제조 편차(모두 표준편차의 3배 : 3시그마를 기준)를 감안하여 결정된다.
도시한 열 음극 형광램프(10)는 직관형상의 유리벌브(12)와 유리벌브(12)의 양단에 설치된 한 쌍의 전극(11)으로 구성되어 있다.
유리벌브(12)는 소다석회 유리제 또는 바륨 스트론튬 실리케이트(연화점 675 ℃의 연질유리)제이다. 벌브(12)의 치수를 예시하면, 32인치용으로는 벌브(12)의 외경(外經) 15.5㎜, 두께 0.8㎜, 길이 730㎜이다. 45인치용으로는 벌브(12)의 외경 20㎜, 두께 0.8㎜, 길이 1010㎜이다. 65인치용으로는 벌브(12)의 외경 20㎜, 두께 0.8㎜, 길이 1499㎜이다. 또, 105인치용으로는 벌브(12)의 외경 20㎜, 두께 0.9㎜, 길이 2367㎜이다. 또, 벌브의 두께는 1.0㎜으로 할 수도 있다.
유리벌브(12)의 내면에는 형광체(도시생략)가 도포되어 있다. 더 구체적으로는, 유리벌브(12)의 내면(12a)에는 알루미나로 이루어지는 보호막이 형성되어 있고, 그 보호막 상에 형광체 층이 적층되어 있다. 형광체 층을 구성하는 형광체는 예를 들어 적(Y2O3:Eu), 녹(LaPO4:Ce, Tb) 및 청(BaMg2Al16O27:Eu, Mn)의 각 색을 발광하는 희토류 형광체를 혼합한 것을 이용할 수 있다. 또, 형광체는 다른 희토류 형광체를 이용할 수 있다. 예를 들어, 적으로 (Y, La)2O3:Eu, 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn, 녹으로 CeMgAl11O19:Tb, GdMgB2O10:Ce, Tb, 청으로 (Sr, Ca)10(PO4)6C12:Eu를 들 수 있다.
유리벌브(12) 내에는 수은과 희 가스가 봉입이 되어 있다. 본 실시 예에서는 유리벌브(12) 내에 약 5㎎의 수은(도시생략)과 완충용 희 가스로 상온에서의 압력 500Pa의 아르곤(Ar)이 봉입되어 있다. 또, 벌브(12) 내에 봉입하는 수은은 수은 단체(單體) 외에, 예를 들어 아연 수은, 주석 수은, 비스무트, 인듐 수은 등의 아말감의 형태로 봉입할 수도 있다.
또, 희 가스로는 아르곤(Ar)의 혼합비율이 100%인 것 외에 아르곤(Ar)에 크 립톤(Kr)을 혼합한 것을 이용할 수도 있다. 크립톤(Kr)의 혼합비(분압 비)는 예를 들어 20%~60%이고, 일 예로 아르곤 : 크립톤 = 50% : 50%의 혼합가스(가스압 600Pa)를 들 수 있다.
본 실시 예에서의 전극(11)은 필라멘트(14)와, 필라멘트(14)를 지지하는 한 쌍의 리드 선(13)과, 이 한 쌍의 리드 선(13)을 지지하는 비드유리(15)로 구성되어 있다. 비드유리(15)는 비드마운트라고도 한다. 도시한 전극(11)은 소위 유리비드 마운트 방식의 것이다.
필라멘트(14)는 텅스텐 제이고, 본 실시 예에서는 수명이 긴 램프로 하기 위해서 이미터 도포량이 커지도록 복잡한 코일형상으로 하고 있다. 즉, 두꺼운 텅스텐 선의 주위를 느슨하게 덮도록 가는 텅스텐 선을 감아서 긴 바구니 형상의 구조체를 형성하고, 이 구조체를 나선 형상으로 감은 것을 2중 코일이라 한다. 필라멘트(14)는 상기 2중 코일을 한번 더 나선 형상으로 감아서 3중 코일로 한 것, 또는 상기 3중 코일을 나선 형상으로 한번 더 감아서 4중 코일로 한 것이다. 필라멘트(14)가 3중 코일인 경우 3중째의 코일이 3~7회전 한 전극 코일이다. 또, 필라멘트(14)가 4중 코일인 경우 2~4회전 한 전극 코일이다.
필라멘트(14)에 도포되는 이미터는 예를 들어 스트론튬, 칼슘, 바륨의 산화물이다. 본 실시 예에서는 수명이 긴 램프를 실현하기 위해서 필라멘트(14)에 도포하는 이미터량을 많게 해두며, 본 실시 예에서는 열 음극 형광램프(10)의 1개당 1쌍의 전극 중 하나의 필라멘트(14)에 10.0㎎ 이상의 이미터를 도포하고 있다. 또, 희 가스의 구성을 아르곤 100%가 아니라 아르곤보다도 원자량이 큰 크립톤을 소정 혼합비로 혼입시키면, 이미터가 필라멘트(14)로부터 잘 비산되지 않게 되며, 그 기술적 의미에서 램프수명을 길게 할 수 있다.
도시한 전극(11)은 유리벌브(12)의 밀봉부(16)에서 핀치밀봉되어 있다. 또, 유리벌브(12)의 적어도 한쪽의 단부에는 배기관(17)이 밀봉 부착되어 있다. 이 배기관(17)은 벌브(12) 내를 배기하거나 희가스를 봉입하거나 할 때에 사용되며, 그 배기 및 봉입 후에 밀봉 부착된 것이다.
유리벌브(12)의 단부에는 밀봉부(16)나 배기관(17)을 덮도록 베이스(18)가 설치되어 있다. 또, 밀봉부(16)에서 외부로 연장한 리드 선(13)과 베이스(18)와의 결선방법은 램프(10)의 사양에 맞춰서 적당히 결정하면 된다. 예를 들어, 베이스(18)의 단면(지면의 좌측과 우측의 단면)에 백라이트 유닛으로의 장착용 핀을 배치하여, 그 핀과 리드 선(13)과의 결선을 하도록 할 수도 있으며, 또는 장착용 핀을 베이스(18)의 측면의 일부(예를 들어, 지면 정면 측의 원통의 일부)에 배치하여 그 핀과 결선을 하는 것도 가능하다.
열 음극 형광램프(10)는 저압 수은증기방전을 응용한 램프이며, 유리관은 램프의 소비전력에 적합한 직경과 길이로 설계되어 있고, 직관 및 환 형상, U자 형상 등이 있다. 관의 내벽(內壁)에는 형광체가 도포되나, 형광체와 유리 사이에는 화학반응에 의한 특성의 열화를 방지하기 위한 보호막(산화알루미나 및 실리카 분말 등)이 설치된다. 전극이 되는 필라멘트는 텅스텐의 2중 또는 3중 코일이 일반적이며, 필라멘트에는 전자방사성 물질인 이미터가 도포되어 있다. 관 내에는 액체 수은(또는 수은 아말감, 합금)과 버퍼로서의 희가스가 봉입된다. 희가스로는 일반적 으로 아르곤이 이용되는 경우가 많으나, 램프의 구조나 종류에 따라서는 크립톤이나 네온 등의 혼합가스를 이용하는 경우도 있다.
발광의 원리는 전자방출물질이 도포되어 있는 전극으로부터는 방전(및 전극을 가열하는 다른 수단을 강구)에 의해서 열 전자가 방출될 만큼의 온도를 유지함으로써 전자가 공급되어 아크 방전을 유지할 수 있다(이것이 냉음극과 크게 다른 점이다). 이 방전에 의해서 얻어진 수은 원자의 전이 스펙트럼 중 주로 254㎚의 자외선을 형광체의 여기 선으로 이용함으로써 가시광으로 전환하여 이용하고 있다.
즉, 이와 같이 열 음극 형광램프는 전극의 구성이 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 따라서 이 전극의 수명이 램프로서의 수명을 규제한다. 통상, 이 전극에 도포된 이미터가 장기간 램프를 점등함으로써 고갈되어버리므로, 일반 열 음극을 갖는 형광램프의 공칭수명은 6,000시간 ~ 18,000시간이며, 그 상태로 액정 텔레비전 등의 백라이트로 사용하기에는 요구되는 수명에 이를 수 없다. 열 음극 형광램프를 백라이트로서 적용하기 위해서는 수명이 긴 것이 필수의 개발과제이다. 수명을 길게 하려면, 어떻게 해서 이미터의 소모량(소모 속도)을 억제하고, 또한 초기에 많은 이미터 재료를 필라멘트에 형성하는가가 개발의 요소가 된다.
이미터의 소모량을 억제하기 위해서는 봉입하는 희가스의 압력을 높이거나 희가스 중에서도 원자량이 큰 가스(예를 들어, 크립톤이나 크세논)를 이용하거나, 그 혼합비율을 높이는 것이다. 이에 의해서, 전극에서의 이미터의 열에 의한 증발, 시동 시나 재점호 시에 발생하는 이온 충격에 의한 비산을 억제할 수 있다. 또, 초기의 이미터 양을 많이 도포하기 위해서는 필라멘트를 감는 수, 감는 직경, 전체 길이를 길게 함으로써 보다 많은 이미터를 형성할 수 있으므로 수명을 확보할 수 있게 된다. 또, 수명을 길게 한 경우에 발생하는 문제점의 상세한 설명에 대해서는 후술한다.
도 3~도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시 예의 백라이트(100)는 직하형의 화상표시장치용 백라이트이며, 예를 들어 26인치 이상(바람직하게는, 32인치 이상. 예를 들어 32인치, 46인치, 65인치 등)의 액정 디스플레이용의 면 형상 광원으로서 사용된다. 도 3~도 5에 나타낸 예에서는 열 음극 형광램프(10)는 6개가 하우징(20) 내에 수납되어 있으나, 이 수에 한정되는 것은 아니다. 단, 본 실시 예의 바람직한 일 예에서는 32인치 내지 46인치의 화면 사이즈의 액정 디스플레이의 패널에 대하여 하우징(20) 내에 열 음극 형광램프를 4개 내지 6개 배치하여 점등 및 동작시키는 것이 가능하다.
도시한 구성에서는 하우징(20)의 일부가 되는 반사판(21)은 금속 판(예를 들어, 도금한 철제 또는 알루미늄 제)으로 구성되어 있으며, 그 두께는 1.5㎜이다. 반사판(21)의 일부는 볼록한 형상(삼각형상)으로 굴곡되어서 보조반사판(22)을 구성하고 있다. 보조반사판(22)을 포함하는 반사판(21)의 상면(하우징의 주면(20b))에는 반사시트(23)가 형성되어 있다. 반사시트(23)는 백색의 산화티탄(또는 탄산칼슘)이 분산되어 이루어지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 수지층으로 구성되어 있으며, 그 두께는 2.0㎜이다. 보조반사판(22)의 정점(또는 능선)의 일부에는 광학시트(30)의 하면을 지지하기 위한 지주(24)가 형성되어 있다. 지주(24)는 백색 수지제이다. 또, 백라이트(100)의 높이 H(반사판(21)의 상면에서 광학시트(30)가 위치하는 면까지의 높이)는 예를 들어 27㎜이다.
백라이트(100)의 반사판(21)의 하방에는 점등회로(밸러스트회로 또는 안정기)(70)가 배치되어 있다. 점등회로(70)는 상술한 바와 같이 필라멘트 예열회로(40)와 램프전력 공급회로(45)를 포함하고 있다. 이 예에서는 각 램프(10)에 하나의 점등회로(70)가 설치되어 있으며, 따라서 6개의 램프(10)에 6개의 점등회로(70)가 사용되고 있으나, 다른 구성(개수)을 채용할 수도 있다. 점등회로(70)는 램프(10)에 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 조광기능도 구비하고 있다.
점등회로(70)를 수납하도록 반사판(21)의 아래에는 하부커버(72)가 설치되어 있다. 하부커버(72)는 두께 1.5㎜의 금속판으로 구성되어 있다. 하부커버(72)와 반사판(21) 사이의 공간에는 예를 들어 배선이 배치되어 있다. 또, 백라이트(100)에 하부커버(72)를 설치하지 않아도 좋으며, 그 경우 점등회로(70)는 액정 디스플레이(예를 들어, 액정 텔레비전)의 하우징 내에 배치해 두는 것도 가능하다.
또, 반사판(21)의 단부에는 램프(10)를 지지하기 위한 램프홀더(75)가 설치되어 있다. 램프홀더(75)는 예를 들어 백색 수지제이다. 또한, 백라이트(100)의 하우징의 개구부(20a)에는 광학시트(30)가 배치되어 있다. 이 예에서는 광학시트(30)는 위에서부터 순서대로 편향시트(31)(스미토모 3M사제의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film), 두께 0.440㎜), 렌즈시트(32)(두께 0.155㎜), 확산시트(33)(두께 0.113㎜), 확산판(34)(두께 2.0㎜)을 포함하고 있다. 확산판(34)의 하면에 렌즈시트를 설치하는 것도 가능하다.
또, 광학시트(30) 상에는 액정패널(예를 들어, 두께 약 2㎜)(60)이 배치되 며, 그리고 그 액정패널(60) 및 광학시트(30)를 덮도록 상부커버(62)가 배치되어 있다. 상부커버(62)는 예를 들어 두께 1.5㎜의 금속판으로 이루어진다. 또, 본 예에서의 화상표시영역(65)(도 4 참조)은 1018㎜×573㎜이나, 물론 그 치수에 한정되는 것은 아니며, 다른 치수라도 좋다. 또, 램프(10)의 밀봉부(16) 주변은 램프(10)의 비 점등 부위를 감추기 위해서 사이드 프레임 영역으로 덮여서 그 비 점등 부위는 외부에 보이지 않게 된다.
다음에, 도 6에서 도 8을 참조하면서 열 음극 형광램프(10)를 긴 수명으로 한 경우의 문제점과 본 실시 예의 흑화 억제수단(50)의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 열 음극 형광램프(10)를 시동하기 위해서는 시동 시에 필라멘트의 온도를 적정한 온도범위로 할 필요가 있다. 여기서, 적정한 온도범위는 이미터로부터 충분한 양의 열 전자가 방출되고, 또한 이미터가 과도하게 증발하지 않는 온도범위를 의미한다. 즉, 적정한 온도범위를 밑돌면 열 전자가 방출되지 않고, 시동 시에 필라멘트가 손상을 받아서 흑화의 발생이나 수명이 짧아진다고 하는 문제가 발생한다. 한편, 적정한 온도범위를 초과하면 이미터가 과도하게 증발하여 흑화가 발생해 버린다. 시동 시에 필라멘트를 적정한 온도로 하기 위해서는 필라멘트에 전류를 흘려서 발생하는 주울 열로 가열한다. 그리고 시동 시의 온도는 필라멘트 전류와 필라멘트 전류의 통전시간(이하, 예열시간)에 의해서 정해진다.
도 6(a)에서 (c)는 필라멘트 온도(Tf)와 통전시간(t)의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 6(a)에 나타낸 그래프는 수명이 긴 타입이 아닌 전형적인 램프(일반 조명 용 램프)의 필라멘트에 대하여 일정한 전류를 통전한 경우의 예를 나타내고 있다. 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 필라멘트 온도(Tf)는 통전시간과 함께 상승하고, 그 후, 통전에 의한 발열과 필라멘트 온도(Tf)와 주위온도의 온도 차에 의한 방열이 평형상태가 되어서 온도가 일정해진다. 여기서, Tu와 TL은 각각 적정온도 범위의 상한과 하한을 나타내고 있다. 또, 적정 온도범위의 상한(Tu)과 하한(TL)을 구하는 방법에 대해서는 후술한다.
필라멘트에는 평형상태의 온도가 적정 온도범위의 상한(Tu) 이하가 되도록 필라멘트 전류가 흐른다. 또, 예열시간(t1)은 램프 점등회로에 의해서 시동 시에 필라멘트 온도(Tf)가 Tu와 TL 사이가 되도록 설정된다. 도 6(a)에서의 일반 조명용의 열 음극 형광램프에서는 t1은 1초 정도이다.
백라이트용의 열 음극 형광램프에서는 수명을 길게 하기 위해서 전형적인 램프보다도 많은 이미터를 필라멘트에 유지하게 하는 경우가 있다. 그 때문에 필라멘트의 열 용량이 커져서, 도 6(b)에 나타내는 것과 같이, 필라멘트 통전시간에 대한 필라멘트 온도(Tf)의 변화는 완만해지며, 도 6(a)일 때와 비교하여 예열시간(t1)은 길어진다. 즉, 이 열 용량이 큰 필라멘트를 이용한 램프에서는 예열시간(t1)이 길어지며, 따라서 시동시간이 길어져 버린다.
도 6(c)는 도 6(b)에 나타낸 예의 백라이트용의 열 음극 형광램프에서 필라멘트 전류를 크게 한 경우의 관계를 나타내고 있다. 도 6(c)에 나타낸 것과 같이 필라멘트 전류를 크게 하면 예열시간(t1)을 짧게 할 수 있다. 그러나 통전시간이 긴 경우에는 필라멘트 온도(tf)가 적정 온도범위를 상회해버리게 되므로, 편차 등에 의해서 t1이 길어진 경우에 흑화가 발생해버린다.
또한, 램프의 소등 직후에 재시동을 시키는 경우, 즉 초기 필라멘트 온도가 높은 경우에 대해서 도 7 (a)에서 (c)를 참조하면서 설명한다. 또, 도 7(a)에서 (c)는 도 6 (a)에서 (c)에서 나타낸 램프조건에 대응한다.
도 7(a)에 나타내는 그래프는, 초기의 필라멘트 온도가 높으므로, 기본적으로는 도 6(a)에 나타낸 곡선을 초기온도의 차분만큼 좌측으로 이동한 형태가 된다. 여기서, 예열시간(t1)은 램프 점등회로에 의해서 결정되므로, 시동시(도 6(a)) 및 재시동시(도 7(a)) 모두 동일하다. 도 7(a)로부터 알 수 있는 바와 같이, 재시동 시에도 적정 온도범위에서 램프를 시동시킬 수 있다. 또, 도 7(b)의 경우도 도 7 (a)와 마찬가지로 재시동 시에도 적정 온도범위에서 시동할 수 있음을 알 수 있다. 그러나 도 7(c)의 경우에는 초기 필라멘트 온도가 높으므로, 예열시간(t1)에서의 필라멘트 온도(Tf)가 적정 온도범위를 웃돌게 되어서 더 높은 확률로 흑화가 발생해버린다.
이상 설명한 것과 같이, 긴 수명의 확보를 위해서 이미터 양을 많게 한 열 음극 형광램프(10)에서, 예열시간을 짧게 하기 위해서는 예열 시에 필라멘트 전류를 크게 할 필요가 있다. 그렇다면, 도 8(a)에 나타내는 것과 같이 예열시간이 길어진 경우에는 필라멘트 온도가 흑화 영역에 도달해버린다. 이는 도 6(c)에서 설명한 것과 같으며, 재시동인 경우에는 도 7(c)에서 설명한 것과 같이 흑화의 문제는 더욱 현저해진다.
한편, 본 실시 예의 열 음극 형광램프(10)에서는 흑화 억제수단(50)이 설치되어 있으며, 그 흑화 억제수단(50)에 의해서 필라멘트의 예열 시에 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 단자 간 글로를 발생시킨다. 따라서, 본 실시 예의 구성에서는 도 8(b)에 나타내는 것과 같이 흑화 형성영역(51)에 도달하기 전에 필라멘트 단자 간에 글로 방전(52)이 발생한다. 이 단자 간 글로 방전(52)이 발생하면 단자 간에 방전전류가 흐르고, 필라멘트에 흐르는 전류는 증가하지 않으므로, 필라멘트 온도의 상승이 억제된다. 이에 의해서 필라멘트 온도(Tf)가 흑화 형성영역(51)에 도달하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 흑화의 형성을 방지할 수 있다.
흑화 억제수단(50)에 의해서 흑화 형성영역(51)에 도달하기 전에 단자 간 글로 방전(52)을 발생시킬 수 있는 이유는 다음과 같다.
예열 통전 시의 필라멘트는 그 온도에 따른 전기저항을 가지며, 필라멘트 양단 간에는 전압(필라멘트 전압)이 걸려있다. 필라멘트 전류가 크고, 필라멘트 온도가 높을수록 필라멘트 전압은 높아진다. 따라서, 필라멘트 전류 통전 시에 통전시간과 함께 필라멘트 온도가 상승하면 그에 수반하여 필라멘트 전압이 높아진다. 이 필라멘트 전압이 필라멘트 양단 간의 방전개시전압보다도 높으면 필라멘트 양단 간에 방전(단자 간 글로 방전)이 발생한다.
통전 시의 필라멘트 전압은 비 통전 시(상온 시)의 필라멘트 저항 및 필라멘트 온도에 의해서 결정된다. 어느 일정한 필라멘트 온도에서는 필라멘트 저항이 높을수록 필라멘트 전압은 높아져서 단자 간 글로 방전이 발생하기 쉬워진다.
비 통전 시의 필라멘트 저항은 필라멘트에 사용하고 있는 텅스텐 선의 직경 및 길이로 결정된다. 텅스텐 선의 직경이 작을수록, 또 길이가 길수록 필라멘트 저항이 높아지며, 어느 일정한 필라멘트 온도에서 단자 간 글로 방전이 발생하기 쉬워진다.
방전개시전압은 필라멘트 양단의 간격, 램프에 봉입되어 있는 가스의 종류·압력, 및 단자 간에 존재하는 전자의 밀도에 의해서 결정된다. 단자 간에 존재하는 전자는 이미터로부터의 열 전자이며, 필라멘트 온도가 높을수록 전자밀도는 크다. 필라멘트 양단의 간격이 작을수록, 봉입 가스 압력이 낮을수록, 또 필라멘트 온도가 높을수록(전자밀도가 클수록) 방전개시전압이 저하하며, 단자 간 글로 방전이 발생하기 쉬워진다.
이상 설명한 파라미터를 적정하게 조정함으로써 원하는 필라멘트 온도로 단자 간 글로 방전을 발생시킬 수 있다.
본 실시 예의 필라멘트(14)는 보다 많은 이미터를 부착시키기 위해서 4중 코일로 되어 있다. 4중 코일은 4차 감기의 감은 횟수가 4회전인 4중 코일이며, 필라멘트를 감아서 1중 코일로 하고, 또 그 1중 코일을 2차로 감아서 2중 코일로 하며, 또 그 2중 코일을 3차로 감아서 3중 코일로 하고, 또 그 3중 코일을 4차로 감아서 이루어진다. 그리고 1차로 감은 중공부분에는 당해 1차 감은 중공부분을 관통하도록 해서 주 선(主 線)이 배치되어 있다.
4중 코일의 각 치수는 주 선의 직경(Da)이 90㎛, 부 선의 직경(Db)이 20㎛, 1차 맨드럴 직경(MD1)이 90㎛, 1차 피치 길이(P1)가 89㎛, 2차 맨드럴 직경(MD2)이 200㎛, 2차 피치 길이(P2)가 381㎛, 3차 맨드럴 직경(MD3)이 398㎛, 3차 피치 길이(P3)가 710㎛, 4차 맨드럴 직경(MD4)이 1200㎛, 4차 피치 길이(P4)가 1800㎛이다.
본 실시 예의 열 음극 형광램프(10)는 이 4중 코일의 필라멘트(14)를 구비한 램프이며, 필라멘트를 지지하는 리드 선(13)의 간격을 12㎜로 하고, 봉입 가스를 Ar 50%, Kr50%의 혼합가스 600Pa로 한 것이다.
이 구성의 램프를 이용하여 단자 간 글로 방전의 발생을 조사한 결과를 도 9에서 도 11에 나타낸다. 그 내용에 대해서는 후술하나, 도 9에서 도 11로부터 알 수 있는 것과 같이 필라멘트 온도가 흑화 형성영역(55)에 도달하기 전에 단자 간 글로 방전(52)이 발생하고 있다. 이때, 상기 단자 간 글로 방전(52)이 발생한 때의 단자 간 전압은 14.5~15.5V였다. 이에 의해서 필라멘트 온도의 상승을 억제할 수 있어서 흑화를 억제할 수 있다. 또, 상술한 파라미터를 적정한 값으로 조정하면 4중 코일에 한정되지는 않고 다른 구성의 것(예를 들어, 3중 코일)이라도 흑화 형성영역(51)에 도달하기 전에 단자 간 글로 방전(52)을 발생시킬 수 있다(즉, 흑화 억제수단(50)을 실현할 수 있다).
다음에, 필라멘트 온도(Tf)를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 필라멘트 온도를 직접 측정하는 것은 기술적으로 어려우므로, 아래에서 설명하는 방법으로 필라멘트 온도를 구한다. 필라멘트 온도는 필라멘트를 구성하는 텅스텐의 저항의 온도특성을 이용함으로써 구할 수 있다. 여기서, 가열 시의 필라멘트 온도와 필라멘트 저항을 각각 Th(K), Rh(Ω)라고 하고(「h」는 핫(hot)의 의미), 한편, 실온 시 의 필라멘트 온도와 필라멘트 저항을 각각 Tc(K), Rc(Ω)로 하면(「c」는 콜드의 의미), 이들은 아래의 관계가 있음을 경험적으로 알 수 있다.
Th=Tc×(Rh/Rc)0.814
위의 식에 의거하여 실온 시 및 가열 시의 필라멘트 저항을 측정함으로써 필라멘트 온도를 구할 수 있다.
다음에, 적정온도 상한(Tu)을 구하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 시동 예열 시의 적정온도 상한은 이미터의 과도한 증발에 의한 램프의 흑화가 발생하지 않는 상한온도이며, 이 적정온도 상한은 아래에서 설명하는 방법으로 구할 수 있다.
미리 실온 시의 저항(Rc)을 측정한 필라멘트에 일정 전류를 1분간 통전한다. 그 통전 시에 필라멘트 전압 및 전류를 측정하여 가열 시의 필라멘트 저항(Rh)을 산출한다. 통전 후 램프의 흑화의 유무를 눈으로 판정한다. 그리고 서서히 필라멘트 전류를 상승시켜서 흑화가 발생하는 필라멘트 전류의 상한을 구한다. 또, 적정온도 상한은 코일 형상, 램프 직경 및 봉입 가스 등의 파라미터에 영향을 받으므로 램프마다 다른 값을 취한다.
또, 흑화의 판정은 간단하게는 눈으로 이루어지고, 또, 그것으로 충분한 경우가 많으나, 엄밀한 판정은 반사 색 측정용의 색채 색차계를 이용하여 할 수 있다. 색채 색차계는 물체에 표준 광을 조사했을 때의 색을 측정하는 장치로, 그 측 정에 의해서 반사색의 색도 x, y 및 명도 Y를 얻을 수 있다. 명도 Y는 그 물체의 반사율을 나타내므로, 그 명도를 이용하여 흑화의 정도(흑화도)를 표시할 수 있게 된다.
시동 시의 적정온도 하한(TL)을 구하는 방법에 대하여 설명하다. 먼저, 시동 예열 시의 적정온도 하한은 필라멘트에 지지되어 있는 이미터로부터 충분한 양의 열 전자가 방출되는 하한온도이며, 이 적정온도 하한은 아래에서 설명하는 방법으로 구한다.
측정 대상인 필라멘트를 음극 측으로 하여 램프를 일정한 미소전류(0.6㎃)로 직류 방전시킨다. 미소전류로 방전시키는 것은 램프전류에 의해 필라멘트가 가열되지 않도록 하기 위해서이다. 그 방전(램프전류)을 유지한 상태에서 필라멘트에 일정한 전류를 통전하고, 램프전압 및 필라멘트 전압에 대하여 통전 후의 시간변화를 측정한다.
그 결과의 일 예를 도 9와 함께 설명한다. 도 9 중의 라인 (B)가 램프 시동 시의 램프전압의 변화를 나타내고 있다. 라인 (B)에서 통전시간 1.7초~2.5초에서 램프전압이 급격하게 저하하고 있음을 알 수 있다(화살표 56). 이는 필라멘트의 가열에 의해서 열 전자가 방출되어서 음극 강하전압이 저하했기 때문이다. 램프전압이 완전히 하강한 약 2.5초의 포인트(부호 57)에서의 필라멘트 온도가 적정온도 하한이 된다.
도 9에서의 라인 (A)는 시동 시의 저항비(Rh/Rc)의 시간변화를 나타내고 있 으며, 도 8(b)에 나타낸 곡선과 기본적으로 동일하다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 라인 (A)는 열 전자의 방사 후(57)부터 흑화 형성영역(51)의 경계(즉, 적정온도 상한)(55)에 도달하기 전에 글로 방전(52)을 일으키는 것을 나타내고 있다. 다시 말하면, 이 글로 방전(52)이 없으면 흑화 형성영역(51)으로 들어가서 흑화가 발생하는 프로파일을 당해 글로 방전(52)에 의해서 흑화 형성영역(51)으로 들어가지 않도록 하며, 그 결과 열 음극 형광램프(10)가 흑화하는 것을 억제하고 있다. 또한, 이 램프(10)에서의 흑화 형성영역(51)의 경계(적정온도 상한(55))는 저항비(Rh/Rc)가 6.9의 값인 지점이다.
글로 방전(52)은 도 9에 나타낸 실험 예의 패턴에 한정되는 것은 아니며, 도 10에 나타낸 것이라도 좋다. 또, 11에 나타낸 것이라도 좋다. 도 11에 나타낸 예에서는 글로 방전 시(52)에 저항비(Rh/Rc)가 일단 저하하고, 그 후 그 값은 일정하게 수평으로 이행하나, 그래도 적정온도 상한(55)에는 도달하지 않아서 흑화의 발생을 방지할 수 있음을 이해할 수 있다. 또, 도 9에서 도 11은 동일한 사양의 필라멘트를 사용하여 동일한 전류조건(필라멘트 전류가 800㎃이다) 하에서의 실험결과이다.
단자 간 글로 방전(52)이 발생하였는가 여부는 도 9에서 도 11에 나타낸 것과 같이 불연속 점이 발생하였는가 여부로 판정할 수 있다. 이에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 필라멘트에 통전을 하면 필라멘트의 온도상승에 의해서 코일의 전기저항이 높아진다. 따라서, 저항비 (Rh/Rc)(또는, 필라멘트 전압(Vf))는 상승한다. 단자 간 글로 방전(52)이 발생하면 단자 간에 필라멘트 전류와는 별도로 글로 전류가 흘러서 단자 간의 겉보기 저항이 낮아지므로, 저항비 (Rh/Rc)(또는, 필라멘트 전압(Vf))의 추이에서 불연속 점이 발생한다. 따라서, 불연속 점이 발생하였는가 여부에 의해서 단자 간 글로 방전(52)의 발생을 판정할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예에 의해서 설명하였으나, 이러한 기술은 한정사항은 아니며, 당연히 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 열 음극 형광램프(10)의 벌브(12)의 단면은 원형(또는 대략 원형)에 한정되는 것은 아니며, 대략 타원형(타원형, 긴 원, 기타 편평한 형상)의 것을 이용할 수 있다. 또, 본 발명의 실시 예의 백라이트는 상술한 것과 같이, 예를 들어 32인치 이상의 대화면 액정 텔레비전에 바람직하게 이용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 중형(예를 들어, 26인치~14인치)의 액정 텔레비전에도 적용이 가능하다. 또한, 액정 텔레비전에 한정되는 것은 아니며, 다른 화상표시장치(특히, 대화면용)의 백라이트에 이용하는 것도 가능하고, 또는 광고간판의 백라이트에 이용할 수도 있다.
또, 상기 실시 예에서는 백라이트를 중심으로 설명하였으나, 「발명의 상세한 설명」에서 상술한 바와 같이, 최근 조명용 열 음극 형광램프에서도 수명을 길게 하는 추세가 되고 있으며, 백라이트와 마찬가지로 공칭수명 2만 시간 이상의 긴 수명이 되면 상기 백라이트와 마찬가지로 점등할 때까지의 시동시간이 길어진다고 하는 과제가 발생한다. 본 발명을 상기 공칭수명 2만 시간 이상의 조명용 열 음극 형광램프에도 이용함으로써 상기 백라이트에서의 검토결과와 마찬가지로 시동시간을 짧게 할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
또, 조명용 열 음극 형광램프의 구성은 상술한 백라이트에 이용되는 열 음극 형광램프와 기본적으로는 동일한 구성이며, 또, 조명용 열 음극 형광램프를 점등시키는 점등회로도 상술한 백라이트에 이용되는 열 음극 형광램프를 점등시키는 점등회로와 기본적으로는 동일한 구성이다.
또, 상기 실시 예에서 설명한 4중 필라멘트를 이용한 경우, 필라멘트에 흐르는 예열전류를 800㎃로 함으로써 도 9~도 11에 나타낸 것과 같이 단자 간 글로 방전(52)을 발생시킬 수 있다.
단자 간 글로 방전은 필라멘트의 예열전류가 800㎃의 값일 때 발생하는 것은 아니며, 다른 전류 값이어도 발생한다. 즉, 필라멘트에서 단자 간 글로 방전을 발생시키는 전류 값은 필라멘트의 사양이나 방전공간 내의 봉입 가스의 상태, 한 쌍의 리드 선 간의 거리, 램프가 점등할 때까지의 시간의 길고 짧음 등(이른바, 상술한 파라미터이다)에 의해서 적당히 결정되는 것이다.
본 발명을 실시할 때의 기준에 대하여 설명한다.
먼저, 단자 간 글로 방전을 의도적으로 발생시키기 위해서는 필라멘트에 예열전류를 흘림으로써 필라멘트의 온도를 상승시켜서, 결과적으로 필라멘트에 15V 전후(구체적으로는, 13V~17V)의 전압이 인가되면(도 9 ~ 도 11의 단자 간 글로 방전이 발생한 때의 필라멘트 전압은 대략 15V이다) 단자 간 글로 방전이 발생하기 쉽다.
다음에, 단자 간 글로 방전에 대하여, 흑화 형성영역 전에 단자 간 글로 방전을 발생시키기 위해서는 필라멘트 전압이 13V ~ 17V일 때 필라멘트의 저항비가 (Rh/Rc)가 6.9 이하이면 좋다.
즉, 필라멘트 전압이 13V~17V일 때 필라멘트의 저항비 (Rh/Rc)가 6.9 이하가 되는 구성의 필라멘트를 이용하고, 그리고 필라멘트에 예열전류를 흘려서 가열하며, 최종적으로 필라멘트의 전압이 13V ~ 17V가 되도록 필라멘트에 예열전류를 흘리면 본 발명을 실시할 수 있는 것이다.
본 발명에 의하면 수명이 긴 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트 및 조명장치에서도 시동시간을 짧게 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트로,
    상기 열 음극 형광램프는,
    내면에 형광체가 형성된 벌브와,
    상기 벌브 내에 설치되고, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트와,
    상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선으로 구성되어 있으며,
    상기 열 음극 형광램프에는 흑화 억제수단이 설치되어 있고,
    상기 흑화 억제수단은 상기 필라멘트의 예열 시에 상기 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있는 백라이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트는 점등회로를 더 구비하고 있고,
    상기 점등회로는,
    상기 필라멘트의 예열 시에 예열전류를 흘리는 필라멘트 예열회로와,
    상기 열 음극 형광램프의 점등 시에 전력을 공급하는 램프전력 공급회로로 구성되어 있는 백라이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트는 직하형의 화상표시장치용 백라이트인 것을 특징으로 하는 백라이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프인 것을 특징으로 하는 백라이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프의 1개에서의 한 쌍의 전극 중의 1개의 상기 필라멘트에 10.0㎎ 이상의 이미터가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필라멘트는 4중 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트.
  7. 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트의 시동방법으로,
    상기 열 음극 형광램프가 갖는 필라멘트의 예열 시에, 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키며, 이에 의해서 상기 열 음극 형광램프의 흑화의 발생을 억제하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트의 시동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프인 것을 특징으로 하는 백라이트의 시동방법.
  9. 공칭수명 2만 시간 이상의 열 음극 형광램프로,
    상기 열 음극 형광램프는,
    내면에 형광체가 형성된 벌브와,
    상기 벌브 내에 설치되고, 열 전자를 방출하는 이미터가 도포된 필라멘트와,
    상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선으로 구성되어 있으며,
    상기 열 음극 형광램프에는 흑화 억제수단이 설치되어 있고,
    상기 흑화 억제수단은 상기 필라멘트의 예열 시에 상기 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키는 필라멘트에 의해서 실현되어 있는 열 음극 형광램프.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프는 조명용인 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프인 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프의 1개에서의 한 쌍의 전극 중의 1개의 상기 필라멘트에 10.0㎎ 이상의 이미터가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 필라멘트는 4중 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프.
  14. 열 음극 형광램프와, 상기 열 음극 형광램프를 구비하는 조명장치로,
    상기 열 음극 형광램프는 청구항 9에 기재된 열 음극 형광램프이며,
    상기 점등회로는,
    상기 필라멘트의 예열 시에 예열전류를 흘리는 필라멘트 예열회로와,
    상기 열 음극 형광램프의 점등 시에 전력을 공급하는 램프전력 공급회로로 구성되어 있는 조명장치.
  15. 공칭수명 2만 시간 이상의 열 음극 형광램프의 시동방법으로,
    상기 열 음극 형광램프가 갖는 필라멘트의 예열 시에, 열 전자의 방사 후부터 흑화 형성영역에 도달하기 전의 사이에 상기 필라멘트를 지지하는 한 쌍의 리드 선 사이에서 단자 간 글로 방전을 발생시키며, 이에 의해서 상기 열 음극 형광램프 의 흑화의 발생을 억제하고 있는 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프의 시동방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 음극 형광램프는 공칭수명 5만 시간 이상의 램프인 것을 특징으로 하는 열 음극 형광램프의 시동방법.
KR1020097014983A 2007-04-27 2008-04-25 수명이 긴 열 음극 형광램프, 당해 열 음극 형광램프를 구비한 백라이트 또는 조명장치 및 그 시동방법 KR20090096631A (ko)

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