(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板と、
前記反射板の上面に複数個配置されるものであって、それぞれのガラス管の内周壁に蛍光体層が塗布されると共に前記ガラス管の外周面両端部に両該端部を包むように導電材からなる外部電極が形成された複数の蛍光ランプと、
前記蛍光ランプの上方に前記反射板と対向して設置された拡散板と、
前記外部電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを備え、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項２】
前記蛍光ランプは前記外部電極が相互に通電され、前記蛍光ランプのうち最外方蛍光ランプの外部電極には、前記矩形波交流電圧が印加される電極連結線が接続されることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
【請求項３】
下面に上部蛍光体層が塗布された上部基板と、
前記上部基板と対向して設置されると共に、上面に下部蛍光体層が塗布された下部基板と、
前記上部基板と前記下部基板との間に介在されて両該基板を気密に封止するためのエッジ支持台と、
前記下部基板から所定の間隔をおいて設置されるものであって、ガラス管の内周壁に塗布された蛍光体層と前記ガラス管の外周面両端部を包むように両該端部に形成され且つ導電材からなる外部電極とを有する蛍光ランプと、
１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータと、
前記上部基板及び前記下部基板の両側外面にそれぞれ形成され、前記矩形波交流電圧が印加される電極連結線に接続された電極とを備え、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項４】
前記蛍光ランプは、前記電極と連結されず、前記上部基板および下部基板の内部にフローティング状態に設置されたことを特徴とする請求項３に記載のバックライト。
【請求項５】
導光板と、
前記導光板の回りに設けられた蛍光ランプと、
外部電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含み、
前記蛍光ランプが、放電ガスが注入され且つ内周壁に蛍光体層が塗布され且つ両端が封止されたガラス管と、前記ガラス管の両端部を包むエンドキャップ形外部電極とを備え、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項６】
前記蛍光ランプは、並列に繋がれた複数個の外部電極蛍光ランプにて構成されることを特徴とする請求項５に記載のバックライト。
【請求項７】
並列に連結される複数個の外部電極蛍光ランプと、
前記複数個の外部電極蛍光ランプのエンドキャップ形外部電極を並列に接続する電極連結線と、
反射板と、
拡散板と、
前記電極連結線に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含み、
前記外部電極蛍光ランプが、放電ガスが注入され且つ内周壁に蛍光体層が塗布され且つ両端が封止されたガラス管と、前記ガラス管の両端部を包む前記エンドキャップ形外部電極とを含み、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項８】
前記反射板は、前記外部電極蛍光ランプの間に配置される断面が三角形の複数の台を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のバックライト。
【請求項９】
前記反射板は、前記外部電極蛍光ランプを包む波状であることを特徴する請求項７に記載のバックライト。
【請求項１０】
前記外部電極蛍光ランプが設置される拡散溝を有する導光板を更に含み、
前記反射板は三角鋸状であり、
前記外部電極蛍光ランプは前記三角鋸状の溝に沿って配置される
ことを特徴とする請求項７に記載のバックライト。
【請求項１１】
放電ガスが注入され且つ内周壁に蛍光体層が塗布され且つ両端が封止されたガラス管と、
前記ガラス管が結合する複数個の外部電極を並列に具備したソケット形多重カプセル電極構造物と、
反射板と、
拡散板と、
前記ソケット形多重カプセル電極構造物に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを備え、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項１２】
パネル中間に外部電極部分が互いに横断方向に重畳するように交互に配置された外部電極蛍光ランプと、
反射板と、
拡散板と、
外部電極に１００ＫＨｚ以下の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータを含み、
前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入されて内周壁に蛍光体層が塗布されて両端が封止したガラス管と、前記ガラス管の両端部を包むカプセル状外部電極とを含み、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項１３】
前記外部電極蛍光ランプの前記外部電極は導電性透明電極材であることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１４】
下面に上部蛍光体層が塗布された上部基板と、
前記上部基板と対向して設置され且つ上面に下部蛍光体層が塗布された下部基板と、
前記上部基板と前記下部基板との間に介在され且つ両前記基板を気密に封止するエッジ支持台と、
前記下部基板の上方に所定間隔だけ離隔して設置される外部電極蛍光ランプと、
結合された前記上部基板および前記下部基板の両側外面にそれぞれ形成され且つ交流形電源が適用される電極連結線に接続される電極と、
前記電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータと、
前記上部基板および前記下部基板を封止する際に内部空間に注入される放電ガスとを含み、
前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入され且つ内周壁に蛍光体層が塗布され且つ両端が封止されたガラス管と前記ガラス管の両端部を包むカプセル状外部電極とを含み、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト。
【請求項１５】
前記外部電極蛍光ランプは前記電極と連結されずに前記上部基板および下部基板の中にフローティング状態で設置されることを特徴とする請求項１４に記載のバックライト。
【請求項１６】
下面に上部蛍光体層が塗布された上部基板と、
前記上部基板と対向して設置され且つ上面に下部蛍光体層が塗布された下部基板と、
前記上部基板と前記下部基板との間に介在され且つ両前記基板を封止するエッジ支持台と、
強誘電体が塗布され且つガラス管が結合される溝が所定間隔で形成された表面をそれぞれ有する上板電極と下板電極とを結合し且つ前記下部基板の両端にそれぞれ設置される多重カプセル状電極構造物と、
前記下部基板の両端の内部にそれぞれ設置された前記多重カプセル状電極構造物の溝にそれぞれ並列に結合されガラス管と、
電極連結線に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータと、
前記上部基板および前記下部基板を封止する際に内部空間に注入される放電ガスとを含み、
前記ガラス管は、前記放電ガスが注入され且つ内周壁に蛍光体層が塗布され且つ両端が封止され、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴するバックライト。
【請求項１７】
前記スイッチングインバータから出力される矩形波交流電圧はオーバシューティングを含むことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載のバックライト。
【請求項１８】
前記外部電極がＬ字形、Ｃ字形、螺旋形または波形などの屈曲形状に構成されることを特徴とする請求項１ないし１０、１４及び１５のいずれかに記載のバックライト。
【請求項１９】
複数の外管電極蛍光ランプが並列連結したバックライトを駆動するための駆動方法において、
前記複数の蛍光ランプを所定の複数領域に分割する工程と、
前記分割された各領域の蛍光ランプの外部電極をそれぞれ同一の電極連結線に連結する工程と、
各スイッチングインバータに同一のゲート信号を印加する工程と、
前記ゲ―ト信号に応じて前記スイッチングインバータが同位相かつ１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を前記電極連結線に供給する工程とを備え、
前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴでブリッジ回路を構成し、前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、前記第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと前記第２のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第３のＦＥＴのソースと前記第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と前記第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが連結される
ことを特徴とするバックライト駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電極を含む蛍光ランプを用いたバックライト及びその駆動方法に関し、より詳しくは、無電極蛍光ランプの両端に外部電極を設置し又複数の電極を電気的に接続した外部電極蛍光ランプを含むバックライト及びバックライトの駆動方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
通常、平面パネル表示装置は自己発光形と受動形とに大別される。自己発光形のものには平面パネル陰極線管、プラズマディスプレイパネル、電子発光素子、蛍光表示装置、発光ダイオードなどがあり、受動形のものには液晶ディスプレイがある。
【０００３】
液晶ディスプレイは、自己発光による画像形成を行えず、外部からの入射光により画像を形成する受動形の平面パネル表示装置であるため、暗い所では画像が見にくいという問題点がある。
このような問題点を解決するため、液晶ディスプレイの背面にバックライトを設置して光を照射して、暗い所でも画像を見ることができるようにしている。バックライトの一般的な要求仕様は、高輝度、高効率、輝度の均一度、長寿命、薄型、低重量、低価格などである。ノートパソコンの場合、消費電力を少なくするために高効率の長寿命ランプが要求され、モニタ用やＴＶ用のバックライトには高輝度が要求される。
【０００４】
バックライトには、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を配置する方式と、蛍光体が塗布された上下基板を組み立てた平面パネル蛍光ランプ方式が広く使われている。ＣＣＦＬは、表示面に対する光源の配置によって、導光板（プラスチックライトガイド）を使うエッジライト方式と、平面に配列する直下ライト方式とに区分できる。しかし、従来技術によるＣＣＦＬは３０，０００ｃｄ／ｍ２程度の高輝度で作動するので、ランプの寿命が問題になる。特にエッジライト方式は、ＣＣＦＬが高輝度で自己発光をするが、パネルの輝度が低いので、大型画面用のパネルには不適切である。直下ライト方式のものでは、ＣＣＦＬを並列連結して単一のインバータで駆動することができず、平面に配置されるＣＣＦＬの数がパネルの輝度を適正化するために制限されるので、ＣＣＦＬ間の配置間隔が大きくなる。このため特別な構造の反射板が必要になると共に均一な輝度を得るために拡散板とランプとの距離が広くなるので、パネルが分厚くなる。
【０００５】
平面パネル蛍光ランプ方式では、組み立てられる上下部基板の内部圧力が大気圧よりも低いため、ガラスからなる基板の破損を防ぐために基板の厚さを十分大きなものにせざるを得ず、この結果、重量が重くなる欠点がある。また、平面パネル蛍光ランプ方式は、画面の大面積化のために上下部基板の間に玉型や十字型のスぺーサ及び隔壁を設置するので、基板の厚みの増大による重量の問題と低効率に伴う熱発生の問題とが深刻になる。隔壁を使う場合には、隔壁のストライプパターンが画面に現れるので、輝度の均一性を保つこともできない。
【０００６】
従って、大型化が趨勢の液晶ディスプレイの高輝度および高効率を保障すると同時に長寿命と軽量化をもたらすバックライトの開発が必要と言えよう。
本発明は前記のような問題点を解決するために創案されたもので、その目的は、無電極ガラス管に外部電極を形成した外部電極蛍光ランプ、これを重畳配置して並列連結方式で駆動可能な外部電極蛍光ランプを含むバックライト及びその駆動方法を提供することにある。
【０００７】
従来の外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）の電極構造は種々であり、ベルト状のものや、金属キャップをガラス管に接合したものや、ガラス管の両端空間を脹らませたものなどがある（図１５）。ＥＥＦＬはＣＣＦＬに比べて長寿命であるが、一般にＥＥＦＬは数ＭＨｚの高周波駆動で高輝度を得るため、高周波によるＥＭＩ問題、低効率の問題および高周波電源供給装置の問題があり、バックライトの光源として採用できなかった。
【０００８】
図１５は、本発明と比較される外部電極蛍光ランプの従来の形態を図示したものである。図１５（ａ）はベルト状外部電極であり、ガラス管の円筒に複数対のベルト電極を設置することを特徴とし、それぞれのベルト電極の長さを小さくしてＭＨｚ以上の高周波により駆動可能になっている。図１５（ａ）のベルト状ＥＥＦＬには、ガラス管の円筒に電極を設置するためガラス中間部位にも電極を設置できるというメリットがある。最近、ベルト状の外部電極蛍光ランプを反射板の上に直下形に配置する方式でバックライトを構成し、このバックライトを数ＭＨｚの高周波駆動することにより数１０，０００ｃｄ／ｍ２という高輝度の外部電極蛍光ランプを得た。特に、このような高周波駆動を行う上で、ガラス管の長さが長い場合にはガラス管の中間部位にベルト状の電極を設置することが助けになるが、パネルの均一化及び薄型化には電極部位の輝度低下を伴うので、均一化及び薄型化の実現に問題がある。更に、高周波による駆動には、基本的に電磁波妨害（ＥＭＩ）の問題、低効率の問題、高周波電源装置を小型化できないという問題などがある。これについては、日本国特開昭６０−２５４８８号（１９８５年２月１３日）、韓国特許出願第１０−１９９９−００５２９６４号および日本国特願平１０−３３６９２６号（１９９８年１１月２７日）に開示がある。
【０００９】
図１５（ｂ）は、ガラス管の先に金属カプセルを接合した形態であり、金属カプセル内部に強誘電体を塗布することを特徴とする。これはアメリカ特許２，６２４，８５８号（１９５３年６月６日）に開示されている。図１５（ｂ）の方式はガラス管径が大きい場合に採用される。即ち、ガラス管の厚みが分厚い場合には、ガラス管自体による電気容量性の電圧降下があるため、このような方式を採用可能ではあるが、ガラス管と金属間の熱膨脹係数が異なるので接合部分が簡単に損傷する。しかし、既存のバックライトに一般に採用される冷陰極管のように、ガラス管の外径が２．６ｍｍでその厚みが０．５ｍｍ以下の微細管の場合には、ガラス厚みによる電気容量性の電圧降下が小さいため金属カプセルとガラス管を接合する方式を採用する理由がない。
【００１０】
図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）は、高輝度と高効率を目的として、ガラス管両端が中間部位よりも広い空間を形成するものとなっている。これは、米国特許１，６１２，３８７号（１９２６年１１月２８日）と米国特許１，６７６，７９０号（１９２８年７月１０日）に開示されている。このようにガラス管の両端の空間を広くする場合はランプの輝度と効率が増大するが、細いガラス管にこのような構造を採用することは難しい。
【００１１】
本発明の外部電極は、外径が数ｍｍである微細管に適用されるもので、密封されたガラス管の両端を包むエンドキャップ形電極を基本形とする多様な方式がある。ガラス管両端のエッジ面を含む円筒面を包むようにしたエンドキャップ方式の電極は、単純に円筒面のみを包むベルト状のものに比べて高輝度と高効率の実現に有利である。本出願人の実験結果によると、ガラス管方向における電極長さが長いほど高輝度が得られる。しかし、電極の長さが長ければ有効発光面が減り、バックライトに採用したときには電極部分が広いのでパネルが発光されないエッジ領域が広くなる。従って、電極の長さをなるべく短くできるという観点からはエンドキャップ形がベルト状に比べて有利であり、特に本発明では中間部分にベルト状の電極をガラス管方向に形成する理由はない。一方、ガラス管両端の空間を広くする方式は、微細管の製造工程では採用しがたい。本発明では、ガラス管の両端における電極長さを予め定めておき、エッジライト形や直下ライト形のバックライト光源として採用するとき、直線金属カプセルとは異なり、ガラス管の先を曲げる方式を採用することにより、両端電極の長さを適切に選択して非発光エッジ領域を最小化し、これにより高輝度と高効率を得るようにしている。
【００１２】
本発明の別の態様は、外部電極蛍光ランプを採用したバックライトの駆動方法を提供し、特に大面積バックライトの輝度の均一度と高輝度および高効率を実現するための駆動回路を提供するものである。
従来のバックライトに採用される冷陰極蛍光ランプの駆動に関する公知例は、大韓民国特許公開公報第１９９８−０２８９２１号によく開示されている。
【００１３】
図１６は、前記公知例によるＬＣＤパネル用ＣＣＦＬドライブＩＣと周辺回路を表した回路図であって、複数個の入出力ピンを備えたランプ駆動ＩＣ１００と、ハーフブリッジ回路を備えた主電力回路部１２０と、ランプ１４０とを含む。一方、前記ランプ駆動ＩＣ１００は、入力電圧端子に繋がれた第１ピン１と、所定の最小周波数端子に繋がれた第２ピン２と、所定の最大周波数端子に繋がれた第３ピン３と、接地電圧端子に繋がれた第４ピン４と、フィードバック電圧端子に繋がれた第５ピン５と、所定の比較端子に繋がれた第６ピン６と、所定の内部高電圧端子に繋がれた第７ピン７と、所定の外部制御信号端子に繋がれ且つＩＣ回路のオンオフを決める第８ピン８とで構成されている。
【００１４】
更に、主電力回路部１２０は、前記ランプ駆動ＩＣ１００の所定ピンの出力信号に応答し且つ複数の受動素子からなるハーフブリッジ回路にて構成されており、また、ランプ１４０は、前記主電力回路部１２０の所定の出力信号に応じて駆動されるよう構成されている。
前記公知例のようにＬＣＤバックライトを採用しているＣＣＦＬは、インバータによって電源が供給される。このようなインバータの原理は、ＬＣ共振形インバータから得られる数十ＫＨｚの低い交流電圧を昇圧トランスを利用してＣＣＦＬの放電開始および維持に必要な高電圧を得ることにある。このとき、インバータの出力波形はサイン波の形態である。このようなＬＣ共振形インバータは、比較的に装置が簡単であり効率が高いというメリットがある。その一方で、ＣＣＦＬは並列連結して一つのインバータで駆動することができない。よって、ＣＣＦＬを採用した導光板と結合した方式や直下形方式のバックライトは、ＣＣＦＬの数に相当するインバータを必要とする。
【００１５】
一方、複数の外部電極蛍光ランプを導光板（プラスチックライトガイド）のエッジ領域あるいは導光板の平面に配置した直下ライト方式のバックライトは、ＥＥＦＬを相互並列連結して一つのインバータによって駆動可能である。その理由は、ＥＥＦＬの電極が放電空間に露出されていないため実電流が電極に流入されず、壁電荷が両側の電極部分に集まり、壁電荷による逆電圧の形成によりランプ両端での放電が中断され、引続き別のランプが放電して、同じく壁電荷が形成された後、その他のランプが順次的に放電するため、一つのインバータにより複数のランプが発光する。しかし、ＣＣＦＬの駆動に用いられるサイン波を出力するインバータを使ってＥＥＦＬを駆動する方式は、壁電荷の制御を効果的に行えないため、単一管のＥＥＦＬのものに比べて輝度と効率が極めて低い。また、複数のＥＥＦＬを並列連結してこのようなインバータで駆動すると、一周期中での高電圧印加時間が制限されるので、発光するＥＥＦＬの数が制限され、このため、多数のＥＥＦＬを平面に配置したバックライトの場合には輝度の均一性を実現できない。
【００１６】
上述のように、ＣＣＦＬを駆動する何十ＫＨｚ低周波のＬＣ共振形インバータでＥＥＦＬを駆動できないため、ＥＥＦＬを採用したバックライトの実現が困難であった。また、従来の数ＭＨｚの高周波によるＥＥＦＬの駆動は、ＥＭＩの問題と低効率の問題および高周波電源供給装置の小型化問題などを克服しがたい。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の問題点を解決するために発明されたもので、無電極ガラス管に外部電極を形成した外部電極蛍光ランプや外部電極を導光板の外方部分に配置するか反射板の上に重畳配置して並列に接続する方式で駆動可能な蛍光ランプを含むバックライトを提供すると共に、バックライトの輝度の均一性と高輝度および高効率を達成するための駆動法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１００ＫＨｚ以下の低周波駆動により実現される高輝度且つ高効率の外部電極蛍光ランプを含むバックライトを構成するものである。
【００１９】
本発明では、外部電極蛍光ランプは、ＣＣＦＬと同じくエッジライト方式と直下ライト方式とで使用可能である。そして、本発明の別の目的は、外部電極が形成された複数個の蛍光ランプを蛍光体層が形成された上下部基板の間に配置し且つ隔壁として使用する発光隔壁形蛍光ランプを採用したバックライトを提供することにある。本発明は、外部電極蛍光ランプを採用したバックライトの駆動問題および平面に複数配置して製作された大面積バックライトの駆動問題を解決するために創案されたもので、その目的は、大面積バックライトの輝度の均一度と高輝度および高効率を実現するための駆動方法を提供することにある。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明のバックライトは、反射板と、前記反射板の上面に複数個配置されるものであって、それぞれのガラス管の内周壁に蛍光体層が塗布されると共に前記ガラス管の外周面両端部に両該端部を包むように導電材からなる外部電極が形成された複数の蛍光ランプと、前記蛍光ランプの上方に前記反射板と対向して設置された拡散板と、前記外部電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含むことを特徴とする。
そして、本発明の別の態様によるバックライトは、導光板と、前記導光板の回りに設けられた外部電極蛍光ランプと、前記外部電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータ回路とを含む。前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入され内周壁に蛍光体層が塗られて両端が封止されたガラス管と、ガラス管の両端部を包むエンドキャップ形外部電極とを含む。前記外部電極蛍光ランプは、並列に繋がれた複数個の外部電極蛍光ランプにて構成される。
【００２１】
そして、本発明の別の態様によるバックライトは、並列連結される複数個の外部電極蛍光ランプと、前記複数個の外部電極蛍光ランプの電極連結線に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含む。前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入されて内周壁に蛍光体層が塗られて両端が封止されたガラス管と、ガラス管の両端部を包むエンドキャップ形外部電極とを含む。前記バックライトは、反射板と、前記外部電極蛍光ランプが設置される拡散溝を有する導光板とを更に含み、前記反射板は前記外部電極蛍光ランプを包む波状であり、そして前記外部電極蛍光ランプは三角鋸状の溝に沿って配置される。
【００２２】
そして、本発明の更に別の態様によるバックライトは、放電ガスが注入されて内周壁に蛍光体層が塗られて両端が封止されたガラス管と、前記ガラス管が結合する複数個の外部電極を並列に具備したソケット状多重カプセル電極構造物と、反射板と、拡散板と、前記ソケット状多重カプセル電極構造物に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含む。前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入されて内周壁に蛍光体層が塗られて両端が封止されたガラス管と、ガラス管の両端部を包むキャップ状外部電極とを含む。
【００２３】
そして、本発明の別の態様によるバックライトは、パネル中間へ横断方向に外部電極部分が互いに重畳するように配置された外部電極蛍光ランプと、反射板と、拡散板と、前記外部電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータとを含む。前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入されて内周壁に蛍光体層が塗布されて両端が封止したガラス管と、ガラス管の両端部を包むキャップ状外部電極とを含み、前記外部電極は導電性透明電極材である。
【００２４】
また、本発明の別の態様によるバックライトは、下面に上部蛍光体層が塗布された上部基板と、前記上部基板と対向するように設置され且つ上面に下部蛍光体層が塗布された下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に介在し両基板を気密に封止するエッジ支持台と、前記下部基板の上方に所定間隔だけ離隔するように設置される外部電極蛍光ランプと、結合した前記上部および下部基板の両側外面にそれぞれ形成され且つ交流形電源が適用される電極連結線に接続される電極と、前記電極に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータと、前記上部および下部基板の封止の際に内部空間に注入される放電ガスとを含む。前記外部電極蛍光ランプは、放電ガスが注入され内周壁に蛍光体層が塗布されて両端が封止されたガラス管と、ガラス管の両端部を包むカプセル状外部電極とを含み、前記外部電極蛍光ランプは前記電極と接続されず、前記上部基板および下部基板の内部にフローティング状で設置される。
【００２５】
そして、本発明の別の態様によるバックライトは、下面に上部蛍光体層が塗布された上部基板と、前記上部基板と対向して設置され且つ上面に下部蛍光体層が塗布された下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に介在されて両基板を気密に封止するエッジ支持台と、強誘電体が塗布され且つガラス管が結合する溝が所定間隔で形成された表面をそれぞれ有する上板電極と下板電極とを結合して平面パネル内部の下部基板の両端にそれぞれ設置された多重カプセル状電極構造物と、前記平面パネル内部の下部基板の両端にそれぞれ設置された前記多重カプセル状電極構造物の溝にそれぞれ並列に結合されたガラス管と、前記多重カプセル状電極構造物に連結した電極連結線と、前記電極連結線に１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を印加するスイッチングインバータと、前記上部基板および下部基板の封止の際に内部空間に注入される放電ガスとを含む。前記ガラス管は、放電ガスが注入され内周壁に蛍光体層が塗布され両端が封止される。
【００２６】
なお、前記スイッチングインバータは、第１、第２、第３及び第４のＦＥＴにてブリッジ回路を構成する。前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、前記第１のＦＥＴのソースと第２のＦＥＴのドレインとが接続され、第３のＦＥＴのソースと第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが接続される。本発明のバックライトにおいて、前記スイッチングインバータから出力される矩形波交流電圧はオーバシューティングを含むものでよく、また、外部電極をＬ字形、Ｃ字形、螺旋形または波形などの屈曲形状に構成することが好ましい。
【００２７】
また、複数の外管電極蛍光ランプを並列に接続したバックライトを駆動するための駆動方法は、前記複数の蛍光ランプを所定の複数領域に分割する工程と、前記分割した各領域の蛍光ランプの外部電極をそれぞれ同じ電極連結線に接続する工程と、矩形波を出力するスイッチングインバータを前記領域とそれぞれ接続された電極連結線にそれぞれ接続する工程と、前記各スイッチングインバータに同一のゲート信号を印加する工程と、前記ゲ-ト信号に応じて前記スイッチングインバータが同位相かつ１００ＫＨｚ以下の周波数の矩形波交流電圧を電極連結線に供給する工程とを含む。
【００２８】
前記スイッチングインバータは第１、第２、第３及び第４のＦＥＴにてブリッジ回路を構成する。前記第１及び第３のＦＥＴのドレインにＤＣが印加され、第２及び第４のＦＥＴのソースは接地され、第１のＦＥＴのソースと第２のＦＥＴのドレインとが接続され、第３のＦＥＴのソースと第４のＦＥＴのドレインとが接続され、前記第１及び第２のＦＥＴの接続点と第３及び第４のＦＥＴの接続点との間に昇圧トランスが接続される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態によるバックライトを詳しく説明する。
図１は、本発明の一例によるバックライトが備える蛍光ランプ１０を図示したものである。
図面を参照すると、前記蛍光ランプ１０はシリンダ形のガラス管１１を含む。このガラス管１１は、蛍光体１２が塗布されると共に、混合した不活性気体や水銀などからなる放電ガスが注入された後にその両端部が密封される。ガラス管１１の断面は、円形のみならず、平たい楕円円形や一体に屈曲された多重シリンダ形であっても良い。
【００３０】
図１（ａ）において、密封されたガラス管１１の両端の直線形外周面の両端部にはエンドキャップ形の外部電極１３がそれぞれ形成されている。本出願人の実験結果によると、高輝度と高効率を達成するために外部電極部分のキャップの長さを十分に確保するべきである。従って、キャップ電極を長くするか或いはガラス管の両端を曲げて外部電極を形成する。このときの形状は、図１（ｂ）のように、Ｌ字形、Ｃ字形、螺旋形、波形など多様な形態がある。このような屈曲形の外部電極は、直線ガラス管の端の部分を直接曲げるか、或いは電極が設置される曲げられたガラス管を別途に製作して蛍光体が塗布された直線ガラス管の両端に接合する方式で製作される。
【００３１】
前記外部電極１３は導電性材料にて形成されるが、前記ガラス管１１の端を完全に包む形状であり、外部電極に対応するガラス管内部には蛍光体を塗布しない。このような外部電極１３を形成させる方法は、金属材からなるキャップの形態や、金属テープを付着する方式や、前記ガラス管１１の両端部を金属溶液にディッピングする方式などいろいろの方式が有り得る。そして、前記外部電極１３は電気抵抗が少ない導電性材料であるアルミニウム、銀、銅などが好ましい。
【００３２】
本発明において、ガラス管の長さが長い場合、ガラス管両端にエンドキャップを設けるが、ガラス管の中間部位にベルト状電極を設ける必要はない。その理由は、ガラス管が長くて両端電極間の距離が長いほど、ＥＥＦＬの輝度と効率が有利なためである。また、ベルト状電極はエンドキャップ形電極に比べて輝度と効率の面で不利であり、ガラス中間に設置された電極部位によって輝度が不均一になるので電極を薄くする上でも不利である。
【００３３】
一方、前記ガラス管１１には、長寿命と二次電子の発生を増大させる目的で、前記外部電極１３と相応する内側に強誘電体を塗布するか或いは誘電体が塗布された別途の設置物を、後で気密に封止されるガラス管の内側の両端に挿入する方式を採用することができる。また、強誘電体を塗布することに加えて、保護膜の役割を果たすと共に電子放出を容易にするための酸化マグネシウムや酸化カルシウム等を塗布できる。
【００３４】
図２は、本発明の第１実施形態によるエッジライト形バックライトを図示したものである。図示のように、導光板の回りに多様な方式でＥＥＦＬを配置できる。本発明の外部電極蛍光ランプを冷陰極蛍光ランプと同様にエッジライト形で採用できるようになったのは、図１に示すようなエンドキャップ形電極および曲げられた電極構造の使用と本発明において採用する駆動方式とにより、高輝度と高効率のランプを実現できるからである。本発明のランプは導光板のエッジ部分に複数個設置され、これらを並列連結して一つのインバータで駆動することを基本とするが、導光板の両端やすべてのエッジ部分にランプを設置でき、また、各端に複数個設置することもできる。
【００３５】
図３は本発明の第２実施形態によるＥＥＦＬの直下ライト形配置方式を図示したものである。本実施形態は、ＥＥＦＬを並列連結してスイッチングインバータで駆動して高効率と輝度の均一度を実現することを特徴とし、外径が２．６ｍｍである微細管の場合に、輝度が約１０，０００ｃｄ／ｍ２のときに高効率を得ることができる。ＥＥＦＬの直下形配置によるパネルの平面輝度が１０，０００ｃｄ／ｍ２以上であるような高輝度用面光源の場合は、ランプ間隔を適切にすると共に反射率向上のために特別な反射板の構造を採用して高効率バックライトを実現する。
【００３６】
反射板の上に配置されたすべてのランプを並列連結して単一のインバータで駆動することを基本とする。配置方式は図３（ａ）のように直線形ＥＥＦＬを適切な間隔で配置するか、図３（ｂ）のようにＬ字形電極を平面に立てるか、図３（ｃ）のようにＬ形電極を平面に横たえて電極部分の端の非発光領域を最小化する。図４（ａ）は長いランプをパネルの端で曲げさせて配置する方式としたもので、このような方式はランプの発光効率を増大する目的で採用する。図４（ｂ）のようにソケット形多重カプセル電極構造物に無電極ランプを挿入する方式も採用できる。
【００３７】
図４（ｃ）は超大型バックライトを構成するためのＥＥＦＬの配置方式である。この場合、ランプ長手方向に複数のＥＥＦＬを配置するが、電極部分からの輝度の急激な減少を防ぐために、電極面を反射体で塗布するか電極自体を透明電極材で構成する。そして、ランプの電極部位が重なる部分での輝度低下を補償するため、パネル中間において電極表面に反射体を追加して塗布するか或いは中間に位置した電極を導電性透明電極材で構成して、輝度低下を最小化する。
【００３８】
図５は、第２実施形態によるＥＥＦＬの直下形配置を採用したバックライトである。
図面を参照すると、前記バックライト２０には反射板２１が設けられ、反射板２１の上面には蛍光ランプ２２が設置されている。前記蛍光ランプ２２は、前述したようにその内周面に蛍光体が塗布されると共にその外周面の両端部に導電材からなる外部電極２３がそれぞれ形成された外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）である。前記蛍光ランプ２２は、輝度の均一性を維持するために、反射板２１の上面に一定の間隔で且つ互いに密接した状態で複数個配置されている。
【００３９】
そして、前記蛍光ランプ２２を互いに電気的に接続させるために、前記外部電極２３は相互に通電可能にされ、また、電極連結線２４が最外方の外部電極２３ａのそれぞれに接続されて最外方外部電極から延びている。これにより前記蛍光ランプ２２に交流形電源を適用したときに全ての蛍光ランプ２２を並列方式で駆動可能である。
【００４０】
前記蛍光ランプ２２の上方には前記反射板２１と対向するように拡散板２５が設けられている。蛍光ランプ２２の像が現れることを防ぐため、拡散板を前記蛍光ランプ２２から適切な間隔だけ離間させることが輝度の均一性を高める上で好ましい。
ここで、前記拡散板２５の蛍光ランプ２２からの間隔は前記蛍光ランプ２２の直径と対応する。例えば、前記蛍光ランプ２２の直径が２．６ｍｍであれば、前記拡散板２５との間隔も約２．６ｍｍである。結果的に、最小限の厚みは約５．２ｍｍになる。
【００４１】
本出願人の実験によれば、外径が２．６ｍｍのＥＥＦＬを採用した前記バックライト３０は輝度が１００００ｃｄ／ｍ２以上であって、効率が５０ｌｍ／Ｗ以上であり、高熱が発生しなかった。特に、ＥＥＦＬの長さが長いＥＥＦＬを採用してパネルのランプ方向の長さが長いほど高輝度と高効率が実現する。
図６は、ＥＥＦＬと反射板の形状に係る本発明の第２実施形態によるバックライトを示す。図６（ａ）はランプ直径程度の間隔でランプを配置する場合であり、単純に平面反射板の上にＥＥＦＬを配置する。この場合、バックライトは、図５のように単一ランプが出している輝度以上の高輝度を得ることを企図している。図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）では、パネルの輝度を単一ランプの輝度よりも小さい輝度を得ることを企図しており、ランプをランプ外径の数倍の間隔で配置している。この様な場合、図６（ｂ）のように反射板の上に断面が三角形の台を設置して反射率を高めるか、図７（ａ）のように凹面鏡形反射板を設置する。また、図７（ｂ）のように、導光板に設けた溝にランプを挿入すると共に反射板と拡散板を設けて、反射板と輝度の均一度を高める方法等を採用できる。本出願人の実験結果によれば、外径が２．６ｍｍであるＥＥＦＬを約１５ｍｍ間隔で反射板の上に配置すると共にランプと拡散板の距離を２５ｍｍとして、輝度数１０００ｃｄ／ｍ２以上で５０ｌｍ／Ｗ以上の高効率バックライトを実現した。
【００４２】
図８は、本発明の第３実施形態によるバックライト３０を組立て前の状態で図示したもので、図９は図８のバックライト３０を組立てた後の状態で図示したものである。
図８及び図９を参照すると、前記バックライト３０は、前記上部基板３１と、前記上部基板３１と対向するように設置される下部基板３２とを含む。前記上部基板３１の下面には上部蛍光体層３３が形成されている。下部基板３２の上面にも下部蛍光体層３４が形成されている。
【００４３】
前記下部基板３２の上部には蛍光ランプ３５が所定間隔だけ離隔するように複数個設置されている。蛍光ランプ３５は、前記上部基板３１と下部基板３２とが結合されるときに両基板を支持する役割を奏し、また、隔壁としての役割を奏する。前記蛍光ランプ３５の外周面の両端部には、本発明の特徴に従って、導電材からなる外部電極３６が設けられている。
【００４４】
前記バックライト３０に電源を供給するため、組立てられた上部基板３１及び下部基板３２の対応する辺の外面に沿って上部電極３７と下部電極３８がそれぞれ設けられている。前記上部電極３７および下部電極３８は、導電性金属材からなるものであり、上部基板３１および下部基板３２の外面の一部を蓋状に包んでいる。このとき、前記下部電極３８の形成面積を広くすることが安定した放電を得るのに有利であるので、下部基板３２の下面に下部電極３８をできる限り拡張させて塗布することが好ましい。
【００４５】
前記上部基板３１と下部基板３２との間には、両基板を封着して気密を維持するためエッジ支持台３９が両基板のエッジに沿って設置されている。前記上部基板３１と下部基板３２間にエッジ支持台３９を介在させた状態で、封着前のバックライト３０の内部に放電ガスが注入される。
前記上部電極３７および下部電極３８を基板３１、３２に別々に形成した後に、両電極を基板３１、３２の両側にてそれぞれ通電可能にすることもでき、或いは、基板３１、３２を組み立てた後に両電極を一体の蓋体として設けることもできる。
【００４６】
前記上部電極３７および下部電極３８には、基板３１、３２の両側に接続された電極連結線３００によって電力が供給される。
一方、前記蛍光ランプ３５に形成される外部電極３６は、前記上部電極３７および下部電極３８と直接に連結されずにフローティング状態で配置されており、両電極３７、３８に供給される電力により誘導される方式で放電を発生させるものになっている。前記外部電極３６は場合によっては排除できるが、これを設置することは、安定した放電を得る上で有用である。
【００４７】
前記のような構造を有するバックライト３０に対して前記電極連結線３００を通じて電力が供給される場合、前記外部電極蛍光ランプ３５は別々に製造されて上部基板３１と下部基板３２との間に配置され、隔壁の役割を果たすと同時に自己発光する。
本発明において図８と図９は隔壁発光形平面パネルランプの基本形であり、この様なランプは電圧を平面パネル外部電極に印加する上で便利ではあるが、上下ガラス板の厚みによる電気容量性の電圧降下に起因してその駆動電圧が高くなる。このような点を改善するために、誘電体が塗布された金属材の電極を平面パネル内部に設置する方式を採用できる。即ち、図１０のように無電極蛍光管を装着するための多重カプセル電極構造を設置した後に、電極連結線を外部に引き出してランプを電源に接続する方式を選ぶことができる。
【００４８】
このとき、多重カプセル電極構造物のすべての表面に強誘電体を塗布して放電時に直流電流が電極に直接に流入しないようにする。図示のように溝の内部に強誘電体の塗布を容易にできるように上下部分（上板電極と下板電極）を別々に製作して強誘電体をすべての表面に塗布し、次いで、無電極蛍光ランプを溝に装着し、更に上下電極を結合させる。
【００４９】
従来のバックライトにおいては蛍光ランプを隔壁として用いる場合に隔壁部分が暗くて輝度の均一度を維持できないが、本発明の特徴によれば、前記蛍光ランプ３５も自己発光が可能なため輝度の均一性が得られる。これと共に、前記蛍光ランプ３５は隔壁の役割を奏するので上部および下部基板３１、３２のガラスの厚みを薄くすることができ、軽量化及び大面積化に有利である。
【００５０】
以下、前記実施形態によるエッジライト形及び直下ライト形のＥＥＦＬを有したバックライトを駆動するための本発明の別の実施形態によるインバータを説明すると共に、インバータの駆動方法およびその作用を詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるスイッチングインバータは、スイッチング回路と昇圧トランスとを組み合わせたものであり、電源は、複数の並列連結された外部電極蛍光ランプの駆動に適した矩形波を出力し、周波数と出力波形の条件を容易に調整可能であり、出力波形にオーバシューティング部分が存在する。
【００５１】
本発明の他の実施形態による分割駆動方式は、ＥＥＦＬの平面配置による大面積のバックライトや、電極を誘電層で塗布して交流形放電を採用した大面積平面パネルランプに適用される。この分割駆動方式は、大面積を幾つかの領域に分割し、各領域を同位相の波形によって駆動し、これにより駆動装置の大きさを減らすと共に安定した高速駆動を実現可能とする。
【００５２】
図１１は、本発明の一実施形態によるスイッチングインバータとゲートに印加される信号波形を示す。この装置は、複数の並列連結されたＥＥＦＬを効果的に駆動するために創案されたものであり、本装置の回路的な特徴は、既存のＣＣＦＬを駆動するのに用いられるＬＣ共振形インバータと異なり、スイッチの役割を奏する４個の高速ＦＥＴと昇圧トランスとの組合せにより高電圧の矩形波を出力するものになっている。また、出力矩形波の周波数や電圧維持比率などは、図１１に示された形態の各ＦＥＴゲート信号を調節することにより容易に制御される。本発明のスイッチングインバータの動作原理は以下のとおりである。回路の上端に設けられたＦＥＴとゲートＡ及びＣのドレインとにＤＣを印加した状態において、図１１に示した形状のゲート信号がそれぞれのＦＥＴに印加される。そして、それぞれのＦＥＴにおいて、ゲートＡ及びＤが同時にオンした後でオフされ、ゲートＣ及びＢが同様に動作する。このとき、左右のＦＥＴの出力端子に昇圧トランスが接続されているため、各ＦＥＴがオン状態である間、昇圧トランスの一次コイルに電流が交互に流れる。従って、昇圧トランスの２次コイルには図１２のように高圧の矩形波出力が発生する。この出力波形の特徴は、サイン波とは異なり、電圧上昇時間が早く且つ一定な電圧維持区間を有する。更に、コイルの特性の上、急激に電圧が変化する区間で過渡的なオーバシューティング電圧が発生する。
【００５３】
以下、前記インバータの作用を詳細に説明する。スイッチングインバータから発生する矩形波の形態の出力電圧波形は、その特性の上、既存のＬＣ共振形インバータとは異り、一つのスイッチングインバータのみでも複数の並列連結されたＥＥＦＬを均一な輝度で安定に動作させることができる。その理由は、サイン波とは異り、矩形波の電圧維持区間は一定であるからである。そして、矩形波がＥＥＦＬに同時に印加されてＥＥＦＬがオンする場合、印加電圧がサイン波とは異り一定な放電電圧を維持しているため、それぞれのＥＥＦＬランプが印加電圧の１周期内で順次オンされても各ランプの点灯程度が均一化して、一定の発光均一度が維持される。また他の理由は、矩形波の電圧上昇時間が同一周波数のサイン波に比べて短いという点にある。初期に印加された電圧により順次点灯および消灯した以降、ランプ管内部には空間電荷および励起された分子が残存し、このうち、空間電荷は、最初の放電の際に電極の回りに形成された壁電荷との間に形成されている電場によって徐々に壁電荷と再結合するようになる。このような空間電荷および励起分子の動きは、管に加わる電場の強さとその時間的変化に依存するが、サイン波の場合には電圧上昇の勾配が同一周波数の矩形波に比べ常に小さく、二番目の放電が開始されるまでに比較的長い時間にわたって電圧が印加され、この間、印加電圧によって形成された電場により、空間電荷と最初の放電の際に形成された壁電荷とが結合する一種の壁電荷消去現象が現れる。これにより、壁電荷の量が低下して、安定した放電を維持できる電圧区間すなわち維持電圧マージンを少なくする結果をもたらし、放電の強さもまた小さくなって輝度と効率が低下する。しかし、本発明によるスイッチングインバータから出力される矩形波は、電圧上昇時間が相対的にサイン波よりも短く、空間電荷が壁電荷と再結合する以前に印加電圧が放電開始電圧を超えて放電を開始可能になる。また、急峻な電圧上昇勾配の効果により、空間電荷の瞬間的な素早い移動が可能になって空間電荷と中性分子および励起分子との有効衝突が多くなり、これにより、二次電子発生が活発になり放電を強くして維持電圧マージンを大きくするという付随的な効果が奏される。
【００５４】
図１２に示したスイッチングインバータの出力波形の上昇または下降部分に現れるオーバシューティング電圧は、放電開始を容易にさせると共に、放電開始後における出力電圧の別途の調節を省略可能とする効果がある。このオーバシューティング電圧の大きさは出力トランスおよびＥＥＦＬの電気容量に依存するが、本発明者の実験の結果、放電開始前には約２０％〜３０％程度の値であり、放電開始後に放電が維持される間には３％未満まで減少する。即ち、オーバシューティング電圧の効果は放電開始前にだけ現れる。このような特性を有する理由は、ＥＥＦＬが放電開始前における純粋な容量性負荷から放電開始後は容量性負荷および抵抗性負荷の性質を同時に有するようになり、抵抗成分による振動減衰効果が生じるためである。結局、オーバシューティング電圧の、放電開始を容易にするという効果は、放電開始前にのみ奏されることになる。一般に、放電管はＡＣ型またはＤＣ型であるが、放電開始電圧は放電維持電圧よりも高い。若し出力波形にオーバシューティング電圧があれば、その部分だけ放電開始の為の印加電圧を低くしても差し支えない。例えば、ある放電管の放電開始電圧が１．３ｋＶであり、ここに印加される電圧波形のオーバシューティング部分が３０％ならば、１ｋＶの平均出力電圧によっても放電開始が可能である。特にＥＥＦＬの管の長さが長いほど放電開始電圧が高くなるが、長い管を使う場合、オーバシューティングがある波形が有利である。もう一つの重要な効果は、放電開始後に一般に行われる電圧調節過程を省略できる点にある。実際、オーバシューティングがない波形を使う場合には、放電開始に必要な電圧を印加し、放電が始まったら放電管の寿命と輝度調整などを理由として電圧を人為的に低くさせる方法が採用されている。スイッチングインバータでは、オーバシューティング電圧の存在により放電開始の前後で最高電圧値に約２０〜３０％程の差が生じるため、放電開始後、電圧が維持電圧の水準に自動調整され、別途の電圧調整装置を装着する必要がない。
【００５５】
そして、効率および輝度を上昇させる自己放電効果が現れるが、自己放電とはＡＣ放電管でだけ現れる独特な現象であって、放電により形成された壁電荷によって誘起された壁電圧の強さが放電開始電圧よりも大きい場合、外部から印加される電圧が下降して零電位に到達するときに、壁電荷の相互間で放電が起こる現象のことを言う。スイッチングインバータが発生する矩形波とこれがＥＥＦＬに印加されたときに生じる自己放電現象を図１３に示した。自己放電が発生する場合、電圧波形周期毎の放電電流及び発光回数は自己放電が発生しないときの二倍であり、その強度は自己放電の未発生時よりも多少小さい。これは自己放電の発生によって壁電荷が一定部分消去されるためである。このような自己放電が発生すれば、効率と輝度が上昇する効果がある。
【００５６】
本発明の更に別の実施形態は大面積バックライトの分割駆動方式である。ＥＥＦＬを平面に配置することにより構成した小さい面積のバックライトは、単一のスイッチングインバータで駆動可能であるが、面積が大型化するほど消費電力が大きくなるためインバータに使われる昇圧トランスが大型化され、従って、小型のスイッチングインバータを製作することが困難になる。更に、電圧印加のためのラインの長さが長くなれば、信号の干渉やインピーダンスマッチングなどの問題が発生して輝度不均一の原因となる。このような場合の問題を解決するには、図１４に示すようにバックライト全体を適切な大きさの領域に分割し、分割した領域を、同一位相の電圧波形を一貫して発生させるスイッチングインバータにより駆動する分割駆動方式を採用する。ここで、各スイッチングインバータの出力波形が同相であるべき理由は、位相が互いに異る場合には分割領域間の隣接部分で漏電現象が発生する恐れがあるためである。各スイッチングインバータの出力波形を同相とした方法では、各領域においてスイッチングインバータの高速スイッチングを実行するためのＦＥＴと昇圧トランスとが独立に接続され、また、一つのゲート信号がそれぞれのＦＥＴに対して共通に用いられる。このとき、ゲート信号を発生するための一つの回路が共有されるので、複数のスイッチングインバータを使う場合よりも費用節減効果があり、また、昇圧トランスの大きさを低減して小型製作が可能である。
【００５７】
図面に図示した実施形態を参照して本発明を説明したが、実施形態は例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有した者による実施形態の多様な変形および均等な他の実施形態が可能であることは明らかであり、従って、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載の技術的思想によって定められるべきである。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の外部電極蛍光ランプを含むバックライト及びその駆動方法では、蛍光ランプの外周面の両端部に外部電極が設置されると共に蛍光ランプが平面に配置されるので、次のような効果を得ることができる。
第一に、蛍光ランプの電極が外部に形成されるので、蛍光ランプの製造が簡単である。ガラス管両極の長さを十分なものにするために、直線形のエンドキャップ方式やガラス管両端を曲げる方式を採用することにより、高輝度と高効率が実現される。また、蛍光ランプを導光板のエッジに配置するか或いは平面に重畳配置する構造により、蛍光ランプを並列連結方式で一つの電源に連結してこの電源により駆動可能であり、高輝度および高効率で且つ製造が簡単な薄型のバックライトが実現される。
【００５９】
第二に、蛍光ランプが隔壁の役割を奏すると共に自己発光するので、輝度の均一性を維持でき、また、隔壁としての蛍光ランプを使用することにより、薄型の上下基板を採用可能になる。これにより、均一な輝度を保障する大面積の面光源を製造できる。
第三に、複数の外管電極蛍光ランプを配置することにより構成したバックライトを数十ＫＨｚの低周波で駆動するので、ＥＭＩの問題を回避できる。
【００６０】
第四に、高速のＦＥＴと昇圧トランスとを結合してなる本発明のスイッチングインバータは高電圧の矩形波を出力すると共にオーバシューティング電圧を発生するので、均一な輝度を有する高速駆動が可能であり、放電開始電圧を自ずから低下でき、また、自己放電効果を得ることができる。このような効果により高輝度と高効率が得られる。
【００６１】
第五に、大画面のバックライトで表示画面を分割し且つ駆動するべくＦＥＴ素子のゲート信号を共有すると共に昇圧トランスのみを独立に接続することにより製作した本発明のインバータによれば、分割された画面画面の各々に同相の電圧が印加され、隣接した分割領域間での漏電を防止して放電を安定化でき、大面積バックライトの輝度を均一にできる。また、電圧が印加されるラインの長さを低減できると共に、信号干渉やインピーダンスマッチングの問題を回避できるので、均一な輝度を実現するのに効果的である。そして、昇圧トランスの大きさを小さくできて、ゲート信号発生器を共有することによって、小型のインバータを得ることができる。
【００６２】
また、本発明のスイッチングインバータによれば（ｉ）複数の並列連結したＥＥＦＬを均一な輝度を有するように一つのインバータで高速駆動でき、（ｉｉ）オーバシューティング電圧の存在により放電開始電圧を下げることができ、（ｉｉｉ）自己放電作用によって輝度と効率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一例によるエンドキャップ方式の直線形外部電極蛍光ランプを図示した斜視図、（ｂ）は本発明の一例による曲線状の外部電極蛍光ランプを図示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による外部電極蛍光ランプを導光板の端に配置したバックライトの配置方式を例示する図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトの直線形エンドキャップ形蛍光ランプの配置方式を例示する図、（ｂ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトの屈曲形電極蛍光ランプの配置方式を例示する図、（ｃ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトの屈曲形電極蛍光ランプの別の配置方式を例示する図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトのエッジ領域において屈曲された細長い蛍光ランプの配置方式を例示する図、（ｂ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトの重畳カプセルによる連結方式を例示する図、（ｃ）は本発明の第２実施形態による大画面用の直下形バックライトのランプ方向の重畳配置方式を例示する図である。
【図５】本発明の第２実施形態による直下形バックライトを図示した分解斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態による直下形バックライトの反射板と蛍光ランプの配置方式を例示する図、（ｂ）は反射板と蛍光ランプの別の配置方式を示す図である。
【図７】（ａ）は反射板と蛍光ランプの別の配置方式を示す図、（ｂ）は反射板と蛍光ランプの更に別の配置方式を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態による隔壁発光形バックライトを組立て前の状態で図示した分解斜視図である。
【図９】図８のバックライトの組立て後の状態を一部破断して図示した斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による隔壁発光形バックライトの平面パネル蛍光ランプ内部に設置される多重カプセル電極と無電極蛍光ランプの結合方式を図示した電極構造の概念図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるスイッチングインバータとゲートに印加される信号波形を図示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態による放電開始前後のスイッチングインバータ出力波形の変化を図示した図である。
【図１３】本発明の一実施形態による矩形波駆動における磁気放電現象を図示した図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による大面積バックライトを駆動するための同位相分割駆動を図示した概略図である。
【図１５】従来の外部電極蛍光ランプを例示する図である。
【図１６】従来のＬＣＤパネル用ＣＣＦＬドライブＩＣと周辺回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１０、２２、３５  蛍光ランプ
１１  ガラス管
１２  蛍光体
１３、２３、２３ａ、３６  外部電極
２０、３０  バックライト
２１  反射板
２４、３００  電極連結線
２５  拡散板
３１  上部基板
３２  下部基板
３３  上部蛍光体層
３４  下部蛍光体層
３７  上部電極
３８  下部電極
３９  エッジ支持第
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  ゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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