(57)【要約】      （修正有）【課題】発光輝度を、容易にかつ安価にかつ高精度に調整可能な冷陰極蛍光ランプの提供。【解決手段】アノード１４とカソード１７との対向空間に電界を形成してカソード１７から電子を放出させて蛍光体１６を励起発光させる冷陰極蛍光ランプ１０の駆動方法において、上記蛍光体１６の発光強度をアノード・カソード間電流により制御する。【選択図】図１
2007080722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード・カソードの対向空間に電界放射により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駆動方法において、上記蛍光体の発光強度がアノード・カソード間電流の変化に近似的に線形比例して変化することを用いて該発光強度を制御する、ことを特徴とする冷陰極蛍光ランプの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード・カソードの対向空間に電界放射により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（フィールドエミッションランプ）の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放射は、真空に放出される電流密度を記述するファウラノルドハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）の式で表すことができることが知られている。この式は、
ｉ＝〔ｓＡＦ2／φ〕・ｅｘｐ（−Ｂ3/2／Ｆ）
Ｆ＝βＶ
で与えられる。
【０００３】
ただし、ｉは電界放射電流、ｓは電界放射面積、Ａは定数、Ｆは電界強度、φは仕事関数、Ｂは定数、βは電界集中係数、Ｖは印加電圧である。電界集中係数βは、印加電圧Ｖを、先端部分の形状や素子の幾何学的形状により電界強度Ｆ（Ｖ／ｃｍ）に変換する係数である。
【０００４】
電界放射電流ｉは、仕事関数φが小さい材料ほど、また、電界集中係数βが大きいほど、強くなり、電界放射電流が増大する。
【０００５】
電子は仕事関数φであるポテンシャル障壁により固体中に閉じ込められている。
【０００６】
この固体表面に電界が強く集中し、ポテンシャル障壁が１ｎｍ以下程度にまで薄くなると、電子はその波動性によるトンネリング現象により固体から真空に放射される確率が急激に増大する。
【０００７】
このように、電界集中により電子が真空に放射される現象を電界放射という。電界放射電流Ｉは、ポテンシャル障壁に衝突する電子の入射密度と、ポテンシャル障壁をトンネリングする確率との積を全エネルギー領域で積分することにより求めることができ、ファウラノルドハイムの式は、そのことを上記式で表したものである。
【０００８】
このような電界放射を用いた冷陰極蛍光ランプには、蛍光体付きの平面状のアノードと、このアノードのアノード面全体に電子を放出するカソードとを対向配置し、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ようになっているものがある(例えば特許文献１参照)。
【０００９】
一方、電界放射型の冷陰極蛍光ランプを電圧で駆動制御すると、電圧の僅かな上昇でも発光輝度が大きく変化するので、発光輝度の調整には電圧変動を極力抑制することができる高価な電源を用いることが要求される。この駆動電源には電圧を安定化して輝度変動を抑制するため安定化電源（ランプレギュレータ）が一般に用いられる。
【００１０】
しかしながら、その駆動電源に高価な安定化電源を採用してもアノード・カソード間電圧の変動を数％以内に抑制することができるのみであり、電圧変動を抑制して輝度を安定化させるには限界があった。
【００１１】
したがって、このような冷陰極蛍光ランプを、例えば、大型液晶テレビが備える液晶表示装置のバックライトとして、その背部に複数並べて配置して用いる用途においては、液晶表示装置の液晶画面に輝度むらが発生してしまうという課題があった。
【特許文献１】特開平０５−２５１０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明により解決すべき課題は、電界放射型の冷陰極蛍光ランプにおいて、その発光輝度を、容易にかつ安価にかつ高輝度、高精度で調整可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る冷陰極蛍光ランプの駆動方法は、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駆動方法において、上記蛍光体の発光強度がアノード・カソード間電流の変化に近似的に線形比例して変化することを用いて該発光強度を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、蛍光体の発光強度が電流の変化に近似的に線形比例して変化することを用いて、当該発光強度をアノード・カソード間電流により制御するから、その発光輝度を、容易にかつ安価で、かつ、高精度、高輝度、高安定で駆動することができる。
【００１５】
本発明においては、蛍光体の発光強度をアノード・カソード間電流により制御するので、発光強度の変動を、電圧変動と比較してはるかに小さい変動で済ませることができる。
【００１６】
そのため、本発明においては、電圧制御では困難であった高精度、高輝度、高安定での発光を容易に可能とすることができる。例えば、本発明では、例えば、従来では困難であった３００００（ｃｄ／ｍ2）という高輝度での高精度、高安定調整を可能とすることができる。
【００１７】
したがって、本発明では、高輝度でかつ輝度むらなく液晶表示装置の背部を照明するバックライトとして用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光輝度を、容易かつ安価で、かつ、高輝度、高精度で、調整することができる電界放射型の冷陰極蛍光ランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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電界放射型の冷陰極蛍光ランプの駆動方法を説明する。
【００２０】
図１（ａ）はパイプ状の冷陰極蛍光ランプの断面構成を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２１】
図２（ａ）はフラットパネル状の冷陰極蛍光ランプの断面構成を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２２】
図３（ａ）は実施の形態に係る駆動方法による冷陰極蛍光ランプの発光輝度を示す図、図３（ｂ）は従来に係る駆動方法による冷陰極蛍光ランプの発光輝度を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示す冷陰極蛍光ランプ１０は、一方向に長手の細長いパイプ状をなす真空容器１２と、この真空容器１２の内面に形成されたアノード１４と、このアノード１４上に形成された蛍光体１６と、真空容器１２の中心を該真空容器１２の長手方向にアノード１４から一定の距離を保ちかつ該アノード１４に平行に配置された線状のカソード１７とを備えている。カソード１７は、導線１８と、この導線１８の表面に形成された多数のナノチューブ状、ナノウォール状、その他の微細突起を有する等して電界集中が起こり易い形状を備えた炭素薄膜２０とから構成されている。
【００２４】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示す冷陰極蛍光ランプ２２は、両面が平坦で薄型のフラットパネル状の真空容器２４と、その真空容器２４の一方のパネル２６の内面に形成されたアノード２８と、このアノード２８上に形成された蛍光体３０と、他方のパネル３２の内面上にアノード２８から一定の距離を保ちかつ該アノード２８に平行に配置された複数のカソード３４とを備えている。カソード３４は、導線３６と、この導線３６の表面に形成された多数のナノチューブ状、ナノウォール状、その他の微細突起を有する等して電界集中が起こり易い形状を備えた炭素薄膜３８とから構成されている。
【００２５】
以上の冷陰極蛍光ランプに対して、本実施の形態においては、蛍光体の発光強度をアノード・カソード間電流により駆動制御することにより、以下に説明するように、容易にかつ安価で、かつ、高輝度、高精度、高安定で発光駆動することができるようにしたものである。
【００２６】
すなわち、電子ビームの衝突により刺激されて発光する蛍光体の発光強度において、その実験式は、式（１）で与えられる。
【００２７】
Ｂｒ＝ｋ１・ｉ・（Ｖ−Ｖ０）n       …  （１）
ここで、Ｂｒは蛍光体の発光強度、ｋ１は定数、ｉは電流、Ｖはアノード・カソード間電圧、Ｖ０は蛍光体の閾値電圧、ｎは蛍光体の種類により定まる数値であって、ｎ＝１ないし３である。
【００２８】
ファウラノルドハイムの式
ｉ＝〔ｓＡＦ2／φ〕・ｅｘｐ（−Ｂ3/2／Ｆ）
Ｆ＝βＶ
に基づいて、ｋ２、ｋ３を定数として、式（２）（ＦＮプロットの式と称される）が与えられる。
【００２９】
ｉ＝ｋ２・Ｖ2・ｅｘｐ（−ｋ３／Ｖ）    …  （２）
この式（２）には、指数項が含まれており、電圧Ｖの変化分ΔＶよりも、電流ｉの変化分Δｉの方が非常に大きい。したがって、式（１）において、ΔｉとΔ（Ｖ−Ｖ０）n とを比較すると、式（３）が与えられる。
【００３０】
Δｉ≫Δ（Ｖ−Ｖ０）n   …  （３）
式（３）を式（１）に当てはめた場合、式（１）はΔｉの変化に対して発光強度（Ｂｒ）が変化する割合は、Δ（Ｖ−Ｖ０）n の影響は実質無視することができることにより、ｋ４を定数として、蛍光体の発光強度（Ｂｒ）と電流（ｉ）との間には式（４）の近似式が成立する。
【００３１】
Ｂｒ  ≒  ｋ４・ｉ    …  （４）
以上から、蛍光体の発光強度（Ｂｒ）はアノード・カソード間電流（ｉ）の変化に近似的に線形比例して変化することになる。
【００３２】
図３（ａ）に実施の形態に係る駆動方法により冷陰極蛍光ランプを駆動した場合の発光輝度（ｃｄ／ｍ2）を示し、図３（ｂ）に従来の駆動方法により冷陰極蛍光ランプを駆動した場合の発光輝度（ｃｄ／ｍ2）を示す。実施の形態と従来とを比較する。
【００３３】
図３（ａ）で示すように実施の形態の電流駆動制御では、０．０５ｍＡでは発光輝度が１０００（ｃｄ／ｍ2）であり、アノード・カソード間電流を所定５ｍＡ増加させる毎に所定輝度（ｃｄ／ｍ2）ずつ増加させることができた。図３（ａ）では、０．０１ｍＡずつアノード・カソード間電流を増加させたところ、ほぼ２００（ｃｄ／ｍ2）ずつ輝度を増加させることができた。これはアノード・カソード間電流を増加させると、上記で説明したように、この増加に近似的に線形比例して輝度が増加することを意味している。
【００３４】
したがって、電流制御により冷陰極蛍光ランプを発光駆動する場合、輝度調整が容易であり、かつ、高精度、高輝度、高安定で、調整することができる。
【００３５】
そのうえ、冷陰極蛍光ランプの製造誤差により、複数の冷陰極蛍光ランプ間において、同一のアノード・カソード間電流で輝度が異なっても、アノード・カソード間電流の調整により、複数の冷陰極蛍光ランプ間における輝度を、高精度で、揃えることも容易である。
【００３６】
これに対して、図３（ｂ）で示すように従来の電圧駆動制御では、アノード・カソード間電圧が５．３ｋＶで輝度が１０００（ｃｄ／ｍ2）であり、５．３ｋＶから５００Ｖ電圧が増加した５．８ｋＶでは４０００（ｃｄ／ｍ2）に達し、その５．８ｋＶから６．０ｋＶまでの間の２００Ｖの範囲で電圧が上昇、下降するだけで輝度が４０００（ｃｄ／ｍ2）から７０００（ｃｄ／ｍ2）までの間の３０００（ｃｄ／ｍ2）も変化した。これは数ｋＶの印加電圧の中で僅か１Ｖでも電圧変動すると輝度が１５（ｃｄ／ｍ2）と大きく変動してしまうことを意味する。
【００３７】
したがって、従来の冷陰極蛍光ランプの駆動電源には電圧変動を極力抑制することができる高価な電源を用いることが要求される。この駆動電源には電圧を安定化して輝度変動を抑制するため安定化電源（ランプレギュレータ）が一般に用いられる。しかしながら、その駆動電源に高価な安定化電源を採用してもアノード・カソード間電圧の変動を数％以内に抑制することができるのみであり、例えば、６．０ｋＶで１％の電圧変動の高精度に抑制可能としても、６０Ｖの電圧変動であり、上記輝度変動に従うと９００（ｃｄ／ｍ2）も輝度が変動することになる。すなわち、従来の冷陰極蛍光ランプでは電圧変動を抑制して輝度を安定化させるには限界があることになる。そのうえさらに、従来の冷陰極蛍光ランプによると、輝度が７０００（ｃｄ／ｍ2）程度が調整可能な限界であり、さらに例えば３００００（ｃｄ／ｍ2）という高輝度発光が要求される用途で、輝度調整をすることは難しい。
【００３８】
以上のように実施の形態の電流駆動制御では、従来の電圧駆動制御よりも、冷陰極蛍光ランプの発光輝度を、容易にかつ安価に、かつ、高精度、高輝度、高安定で、調整することができる。
【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（ａ）はパイプ状の冷陰極蛍光ランプの断面構成を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】図２（ａ）はフラットパネル状の冷陰極蛍光ランプの断面構成を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】図３（ａ）は実施の形態に係る駆動方法による冷陰極蛍光ランプの発光輝度を示す図、図３（ｂ）は従来に係る駆動方法による冷陰極蛍光ランプの発光輝度を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  冷陰極蛍光ランプ
１４  アノード
１６  蛍光体
１７  カソード
１８  導線
２０  炭素薄膜
【図１】
2007080722.tif 000003
【図２】
2007080722.tif 000004
【図３】
2007080722.tif 000005