KR100428920B1

KR100428920B1 - 조명 장치, 그 구동 방법 및 그 조명 장치를 포함한 표시장치

Info

Publication number: KR100428920B1
Application number: KR1020020017877A
Authority: KR
Inventors: 도리하라히로시; 다나베다까요시; 우까이겐이찌; 다까하시노부유끼
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2004-04-29
Also published as: KR100355728B1; EP0852391B1; KR19980070293A; US6066920A; DE69738899D1; EP0852391A3; EP0852391A2

Abstract

냉음극 형광관의 형광부의 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 0.035Wsec/℃의 열용량을 갖는 냉음극 형광관을 포함하며, 저온에서 우수한 동작 특성을 갖는 조명 장치; 이 조명 장치를 구동하는 방법; 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공하고 있다.

Description

조명 장치, 그 구동 방법 및 그 조명 장치를 포함한 표시 장치{ILLUMINATION DEVICE, METHOD FOR DRIVING THE ILLUMINATION DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 냉음극 형광관을 갖는 조명 장치 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

차재용 네비게이터, 차재용 텔레비젼 및 차재용 미터에 사용되는 액정 표시 장치에서는, 직하식 백라이트 및 에지 라이트 조명 장치가 널리 사용되고 있다. 액정 표시 장치용 상기 조명 장치의 광원으로 냉음극 형광관이 사용되고 있다. 냉음극 형광관은 백열 전구에 비하여 우수하다. 더욱 상세히 말하면, 냉음극 형광관은 조명 효율이 우수하고, 발열량이 적고 수명이 길며, 휘도(광속) 분포가 양호하다고 하는 장점을 갖고 있다. 더구나, 냉음극 형광관은 박형 소자로 형성될 수가 있다.

그러나, 일반적으로 사용되는 종래의 냉음극 형광관은 그 특성이 냉음극 형광관이 사용되는 온도에 의해 영향을 받는다고 하는 단점을 갖고 있다. 이것은 종래의 냉음극 형광관의 특성이 관 내에 채워지는 수은의 증기압에 따라 달라진다고 하는 사실에 기인한 것이다. 저온에서의 휘도(광속) 상승 특성(즉, "시동 특성")과 저온에서의 휘도가 가장 심각하게 영향을 받는다. 예를 들어, 차재용 조명 장치는 약 80℃ 내지 약 -30℃(열대에서 극대)의 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있다. 상술된 종래의 냉음극 형광관은 약 40℃의 주위 온도에서 최대 조명 효율을 가지므로, 약 5℃ 내지 약 40℃ 사이의 온도에서 어떠한 문제도 없이 실질적으로사용될 수 있다. 그러나, -30℃에 가까운 저온에서 사용될 때에는, 종래의 냉음극 형광관은 소정의 휘도를 얻는데 장시간이 필요하거나, 점등하기 곤란해질 수 있다.

저온에서의 휘도 상승과 저온에서의 휘도를 개선하기 위해서, 일본 특허 공개 번호 63-224140은 온도를 자기 제어하는 발열체를 냉음극 형광관 주위에 설치하여 냉음극 형광관의 표면 온도를 증가시키는 구조를 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 번호 7-43680은 냉음극 형광관을 가열하기 위한 히터를 설치하고, 이 히터에 공급되는 전력이 온도 검출 소자와 온도 검출 회로에 의해 냉음극 형광관의 표면 온도를 연속적으로 측정하고 히터 전원과 인버터 전원을 제어함으로써 제어되는 구조를 개시하고 있다.

더 구체적으로는, 상술된 종래예는 포화 온도 범위에서 냉음극 형광관을 안정(즉, 온도 환경에서 안정)되게 하기 위해, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법을 채택하고 있다.

더구나, 저온에서의 휘도 상승을 개선하기 위해, 점등 개시 동안에만 냉음극 형광관에 공급되는 전류를 증가시키는 방법이 또한 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 61-74298은 냉음극 형광관에 공급되는 전류를 점등 개시시부터 휘도의 상승 완료시까지의 소정의 기간 동안에만 정격치보다 더 큰 값으로 증가시키기 위한 제어 수단을 구비한 구조를 개시하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 공보 59-60880은 기동시로부터 소정의 기간 동안 스위칭 회로의 차단 전류를 증가시켜 형광관의 에너지를 증가시키는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상술된 종래 실시 형태는 다음의 문제를 갖고 있다.

이러한 발열체 또는 히터를 냉음극 형광관의 가열에 사용하는 경우, 큰 광속의 손실이 발생하게 되고, 이에 따라 휘도 광량이 감소되게 된다. 발열체 또는 히터 자체가 냉음극 형광관의 표면과 밀착하게 되고 따라서 냉음극 형광관의 광속을 차단하게 되기 때문에 이러한 광속 손실이 발생하게 된다. 더구나, 히터의 제어 회로가 오기능하게 되면, 히터의 열 발생이 계속될 수 있다. 또한, 히터 자체와 제어 회로를 포함한 그 관련 부품이 부가적으로 필요하게 되므로, 상당한 제조 비용 상승을 초래하게 된다. 또한, 히터에 필요한 여분의 전력(통상, 수십 와트)이 배터리에 부하를 걸 뿐만 아니라, 예를 들어 차재용 조명 장치가 점등될 때에 차량 자체에 영향을 미칠 수 있다. 특히 겨울에는, 배터리 온도가 0℃ 이하이기 때문에, 배터리에 대한 이러한 부하와 차량에 미치는 영향을 무시할 수가 없다.

기동시로부터 소정의 기간 동안 냉음극 형광관에 공급되는 전류를 증가시켜 저온에서의 점등을 개선하기 위한 상술된 방법을 사용하는 경우, 정격치 보다 더 큰 전류가 기동시에 냉음극 형광관에 공급되어, 냉음극 형광관이 심각하게 손상받을 수 있다. 따라서, 냉음극 형광관의 수명이 단축된다. 또한, 이 방법은 히터를 사용하는 상술된 방법과 비교하여 저온에서의 휘도 상승을 충분히 개선하지 못한다. 따라서, 이 방법은 히터를 사용하는 방법과 함께 사용되는 경우가 많다.

따라서, 광원으로 냉음극 형광 램프를 사용하는 액정 표시 장치와 같은 표시 장치에서는, 표시 장치가 약 80℃에서 약 -30℃(즉, 열대나 극대)의 광범위한 온도 범위에서 사용될 때에도 필요한 휘도를 공급할 수 있는 표시 장치의 개발이 절실히요청되어 왔다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 조명 장치는 형광부의 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 열용량이 약 0.035Wsec/℃ 이하인 냉음극 형광관을 포함한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 형광부의 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 열저항 R(℃/W)와 열 용량 C(Wsec/℃)의 곱으로 주어지는 구조 인자 시정수 τs 는 약 11초 이하이고, 여기에서 R=(Ts-T)/{(Vccft-Vp)·Iccft/L}, Vccft는 냉음극 형광관 양단의 전압(Vrms)이고, Vp는 냉음극 형광관의 전극들 간의 전압 강하치(Vrms)이고, Iccft는 냉음극 형광관에 인가되는 전류(Arms)이고, L은 냉음극 형광관의 길이(㎝)이고, T는 주위 온도(℃)이고, Ts는 냉음극 형광관의 관벽의 포화 온도(℃)이고, 포화 온도는 냉음극 형광관을 점등한 상태에서 냉음극 형광관의 관벽이 정상 상태에 달했을 때의 온도를 말한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 글래스관의 단면 영역을 Dt(㎟)로 나타내고, 냉음극 형광관의 가스 충전부의 단면 영역을 Dg(㎟)로 나타내고, 글래스관의 내직경을 da(㎟)로 나타낼 때 Dt/Dg<2/da의 관계를 만족한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 형광부의 글래스관의 단위 체적(1㎤) 당 발열량을 Wv(W)로 나타내고, 냉음극 형광관 양단의 전류를 Iccft(mArms)로 나타낼 때 Wv/Iccft≥0.5의 관계를 만족한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 휘도 상승의 시정수 τ는 -10℃ 내지 +25℃ 범위에 있는 냉음극 형광관의 점등 개시시의 주위 온도 T(℃)에서 τ≤-0.0006T³+0.0288T²-0.4668T+26.8의 관계를 만족한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 휘도 상승 특성의 지수전 인자 A는 점등 개시 주위 온도 범위 내에서 A≥0.92T+60의 관계를 만족하고, 이 지수전 인자 A는 포화 상대 휘도의 지수전 인자 A0에 대한 퍼센티지로 나타낸다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 지수전 인자의 활성화 에너지는 점등 개시 주위 온도 범위 내에서 약 3.0kcal/mol 이하이다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 형광부의 전체 표면 영역의 약 95% 이상이 공기에 노출되고, 냉음극 형광관으로부터 방출된 광의 약 50% 이상이 조명에 이용된다.

일 실시예에 의하면, 조명 장치는 냉음극 형광관의 광 출사측에 설치된 선택 편광 반사 시트를 더 포함한다.

일 실시예에 의하면, 조명 장치의 동작 상태 동안, 냉음극 형광관에 일정 전류가 공급된다.

일 실시예에 의하면, 조명 장치는 또한 냉음극 형광관의 주위 온도를 검출하기 위한 온도 검출기; 및 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 기초하여 냉음극 형광관에 공급된 소정의 전류를 설정하기 위한 연산 장치를 포함한다. 냉음극 형광관에 공급되는 전류는 냉음극 형광관의 점등 개시시 주위 온도에 기초하여 제어된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 구동하는 방법은 상기 온도 검출기에 의해 상기 냉음극 형광관의 주위 온도를 검출하는단계; 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 기초하여 냉음극 형광관에 공급된 소정의 전류를 설정하는 단계를 포함하고, 이로 인해 냉음극 형광관의 점등 개시시의 주위 온도에 기초하여 냉음극 형광관에 공급되는 전류를 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 표시 장치는 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치; 및 조명 장치로부터 출사된 광을 수신하기 위한 투과형 표시 소자를 포함한다.

일 실시예에 의하면, 상기 투과형 표시 소자는 액정 표시 장치이다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 냉음극 형광관을 포함하는 조명 장치는 냉음극 형광관에 열적으로 결합된 온도 센서를 포함하고, 온도 센서로부터의 온도 감지 신호에 기초하여 냉음극 형광관에 공급되는 전력을 제어함으로써 휘도를 조정한다.

일 실시예에 의하면, 온도 센서는 냉음극 형광관의 관벽의 일부에 설치되어 있다.

일 실시예에 의하면, 관벽은 조명 장치 내에서 외측 방향에 위치된 관벽이다.

일 실시예에 의하면, 온도 센서는 표시면의 코너에 설치되어 있다.

일 실시예에 의하면, 온도 센서로 감지된 온도와 휘도 사이의 관계를 각 온도 범위에 대해 제공된 일차식들중 하나의 식으로 근사화하고, 상기 식에 기초하여 냉음극 형광관에 공급되는 전력의 듀티비를 제어함으로써 휘도를 조정한다.

일 실시예에 의하면, 온도 센서에 의해 감지된 온도와 휘도 사이의 관계를다항식으로 근사화하고, 상기 다항식에 기초하여 상기 냉음극 형광관에 공급되는 전력의 듀티비를 제어함으로써 휘도를 조정한다.

일 실시예에 의하면, 정상 동작 동안보다 점등 개시시에 대량의 전력을 냉음극 형광관에 공급한다.

일 실시예에 의하면, 냉음극 형광관의 직경을 가능한 한 감소시키거나 냉음극 형광관의 크기를 가능한 한 감소시킴으로써 상기 냉음극 형광관의 열용량을 감소시킨다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 표시 장치는 본 발명의 또 다른 형태에 따른 조명 장치를 이용한다.

일 실시예에 의하면, 조명 장치는 냉음극 형광관에 열적으로 결합된 온도 센서를 포함하고, 온도 센서로부터 감지된 온도 신호에 기초하여 냉음극 형광관에 공급되는 전력을 제어함으로써 휘도를 조정한다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 구동하는 방법은 냉음극 형광관의 온도를 감지하는 단계; 및 감지된 온도에 기초하여 냉음극 형광관에 공급되는 전력을 제어하는 단계를 포함하고, 이로 인해 휘도를 조정한다.

본 발명의 기능을 이하 설명한다.

본 발명의 조명 장치에 포함되는 냉음극 형광관은 종래의 냉음극 형광관보다 열용량이 더 작다. 냉음극 형광관에 공급된 에너지는 광방출에 사용될 뿐만 아니라 열로서 방출된다. 따라서, 냉음극 형광관의 열용량이 보다 작으면 냉음극 형광관이 냉음극 형광관 자체로부터 발생되는 열을 사용하여 신속히 가열될 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 조명 장치에 포함되는 냉음극 형광관은 종래의 냉음극 형광관 보다 많은 열을 발생하고, 따라서 냉음극 형광관을 신속히 가열할 수 있다.

또한, 본 발명의 조명 장치는 선택 편광 반사 시트를 포함하므로, 조명 장치는 조명을 위해 냉음극 형광관으로부터 방출되는 광을 효과적으로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 조명 장치는 냉음극 형광관에 공급되는 전력이 냉음극 형광관에 열적 결합된 온도 센서에 의해 감지된 온도로 제어되는 것과 같은 구조를 갖고 있다. 따라서, 어느 주위 온도에서나 의도하는 명도를 성취할 수 있다. 본원에서 "열적 결합"이라는 것은 온도 센서가 냉음극 형광관과 거의 열적 평형을 이루고 있는 위치에 온도 센서가 설치된다는 것을 의미한다.

이 이유는 다음과 같다. 광원으로 사용되는 냉음극 형광관은 주위 온도에 의해 영향을 받는다. 그러나, 냉음극 형광관에 공급되고 있는 일정 전력으로 열적 평형이 성취되는 경우, 냉음극 형광관의 명도, 즉 냉음극 형광관의 휘도를 결정하는 파라미터는 냉음극 형광관에 충전되어 있는 수은의 증기압에 따라 좌우된다. 따라서, 명도는 평형 온도 만의 함수일 수 있다.

또한, 감지된 온도에 의해 냉음극 형광관에 공급될 전력을 제어하는 방법은 주위 온도에 영향을 받지 않는다. 따라서, 점등 개시 직후에 제어를 행할 수 있다.

이 전력 제어는 다음과 같이 실현된다. 제1 방법으로는, 온도 센서로 감지된 온도와 의도하는 휘도 사이의 관계를 각각의 소정의 온도 범위에 대해 구비되는 일차식들중 하나에 의해 근사화되고, 그 후에 냉음극 형광관에 공급되는 전력의 듀티비를 제어함으로써 근사화된 일차식에 기초하여 의도하는 휘도를 성취한다. 제2 방법에서는, 온도 센서로 감지된 온도와 의도하는 휘도 사이의 관계를 다항식으로 근사화하고, 그 후에 냉음극 형광관에 공급되는 전력의 듀티비를 제어함으로써 다항식 근사화에 기초하여 의도하는 휘도를 성취한다.

냉음극 형광관에는 정상 동작 동안 보다 점등 개시시에 더 많은 전력량이 공급되게 하는 조명 장치를 구성하는 경우에, 냉음극 형광관의 점등 시동 특성을 개선할 수 있다. 결과적으로, 의도하는 휘도를 신속히 성취할 수 있다.

열적 평형은 점등 직후에 도달하지 않는다. 그러나, 냉음극 형광관이 직경이나 크기 면에서 가능한 한 작게 구성되는 경우, 냉음극 형광관의 열용량은 감소되게 된다. 따라서, 냉음극 형광관 내의 실재 온도와 온도 센서에 의해 감지된 온도 사이의 차가 감소된다. 결과적으로, 감지된 온도에 따라 냉음극 형광관에 공급되는 전력을 제어함으로써 의도하는 명도를 신속히 성취할 수 있다.

발열량이 큰 냉음극 형광관을 사용하는 경우, 냉음극 형광관을 신속히 가열할 수 있게 된다. 결과적으로 의도하는 명도에 신속히 도달할 수 있다.

또한, 온도 센서는 히터의 경우와 반대로, 냉음극 형광관의 전체 표면 위에 설치할 필요가 없다. 온도 센서는 냉음극 형광관의 일부에만 설치할 필요가 있다. 이러한 구성에 의하면, 광속을 효과적으로 이용할 수 있다.

따라서, 여기에서 설명한 발명은 다음의 장점을 갖는다:

(1) 저온에서 우수한 동작 특성을 갖는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 이용한 표시 장치를 제공할 수 있으며;

(2) 조명 장치가 광범위한 온도 범위에서 사용될 때에도 안정한 광변조 특성을 제공할 수 있으며, 따라서 주위 온도가 광변조 특성에 대해 미치는 역효과를 제거할 수 있는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있으며;

(3) 점등 개시 바로 직후에 광변조를 제어할 수 있는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있으며;

(4) 의도하는 휘도를 성취하는 데에 필요한 시간을 충분히 감소시킬 수 있는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 장점들은 첨부한 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 숙독하고 잘 이해하면 당업자에게는 명백하게 될 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 표시 장치(100)를 나타내는 개략도.

도 1b는 도 1a의 선 1B-1B를 따른 단면도로서, 본 발명의 제1 실시 형태의 표시 장치(100)에 포함되는 조명 장치(110)을 나타내는 도면,

도 1c는 도 1a의 선 1B-1B를 따른 단면도로서, 본 발명의 제2 실시 형태의 표시 장치(101)에 포함되는 조명 장치(120)을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 휘도 상승의 시정수의 점등 개시시의 주위 온도에 대한 의존성을 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 휘도 상승 특성의 지수전 인자의 점등 개시시의 주위 온도에 대한 의존성을 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 휘도 상승 특성의 지수전 인자의 점등 개시시의 주위 온도에 대한 의존성을 나타내는 아레니우스 플롯도.

도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 냉음극 형광관의 휘도 상승 특성을 나타내는 그래프.

도 6은 종래의 냉음극 형광관의 휘도 상승 특성을 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 각 냉음극 형광관의 단위 길이당 발열량의 냉음극 형광관에의 공급 전류에 대한 의존성을 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 각 냉음극 형광관의 단위 체적당 발열량의 냉음극 형광관에의 공급 전류에 대한 의존성을 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예의 각 냉음극 형광관에 공급되는 전류와 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 10은 본 발명의 제1 실시 형태와 종래예에서의 냉음극 형광관에 공급되는 전류와 그 소비 전력 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명의 제1 실시 형태의 조명 장치의 제어 회로 시스템을 나타내는 블럭도.

도 12는 본 발명의 제1 실시 형태의 조명 장치를 제어하는 방법을 설명하는 플로우 챠트.

도 13a는 본 발명의 제1 실시 형태의 실시예들과 비교예들의 각 냉음극 형광관의 휘도 상승 특성을 나타내는 그래프.

도 13b는 실시예들과 비교예들의 각 냉음극 형광관에 공급되는 전류를 나타내는 그래프.

도 13c는 비교예 2에서 사용되는 히터에 공급되는 전력을 나타내는 그래프.

도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 제어 실행 방법을 설명하는 블럭도.

도 15는 종래의 냉음극 형광관을 포함하는 조명 장치의 주위 온도와 휘도(상대 휘도) 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 16은 종래의 냉음극 형광관을 포함하는 조명 장치에서의 서로 다른 주위 온도에 대한 광변조 결과를 나타내는 그래프.

도 17은 제2 실시 형태에 따른 조명 장치에서의 냉음극 형광관의 관벽 온도와 휘도 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 18은 제2 실시 형태에 따른 조명 장치에서의 냉음극 형광관의 관벽 온도와 패널 면에서의 휘도 사이의 관계를 나타내느 그래프.

도 19는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광변조 결과를 나타내는 그래프.

도 20은 발열량이 다른 냉음극 형광관을 제2 실시 형태에서 사용한 경우에 실행되는 제어 결과를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉음극 형광관

2 : 반사 시트

3 : 도광체

4 : 확산 시트

5 : 프리즘 시트

6 : 선택 편광 반사 시트

7 : 확산 시트

9 : 온도 센서

100, 101 : 표시 장치

110, 120 : 조명 장치

〈실시 형태 1〉

본 발명의 제1 실시 형태를 이하 설명한다. 본 발명의 표시 장치(100)는 도 1a에서 나타내고 있다. 도 1a는 표시 장치(100)를 나타내는 개략도이고, 이 표시 장치(100)는 조명 장치(110) 및 투과형 표시 소자(예를 들어, 액정 표시 소자; 8)를 포함한다.

도 1b는 도 1a의 선 1B-1B를 따른 단면도로서, 표시 장치(100)에 포함된 조명 장치(110)를 나타낸다. 조명 장치(110)는 이후 설명되는 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관(1), 반사 시트(2), 도광체(3), 확산 시트(4), 프리즘 시트(5)(예를 들어, 3M사에 의해 제조되는 BEF 시트), 선택 편광 반사 시트(6) 및 확산 시트(7)를 포함한다. 본 발명의 조명 장치(110)는 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관(1)을 갖고 있으며 또한 선택 편광 반사 시트(6)을 갖는다는 점에서 종래의 조명 장치와는 다르다.

여기에서 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관(1)은 종래의 냉음극 형광관과 비교하여 열용량이 보다 작을 뿐만 아니라 발열량이 큰 냉음극 형광관을 나타낸다. 도 1a 내지 도 1c에서 나타낸 구조에서는, 냉음극 형광관(1)의 형광부의 대부분의 표면이 공기에 노출되어, 형광부가 다른 구성 부재와 충분히 단열되게 한다. 따라서, 냉음극 형광관(1)의 특성, 즉 소열용량 및 대발열량을 효과적으로 이용할 수 있다. 충분한 단열을 성취하기 위해서, 냉음극 형광관(1)의 전체 표면 영역의 약 95%가 공기에 노출되는 것이 바람직하다. 전체 표면적의 약 98%가 공기에 노출되는 것은 더욱 바람직하다. 또한, 조명 장치(110)를 구성하는 데에 따른 효율면에서, 냉음극 형광관(1)으로부터의 광의 약 50% 이상이 도광 소자(3)에 의해 인도되어 조명으로 사용되는 것이 바람직하다. 냉음극 형광관(1)의 위치는 광 이용 효율과 단열성 모두를 고려하여 결정한다.

선택 편광 반사 시트(6)은 확산 시트(4)과 프리즘 시트(5) 사이에 위치해도 좋으며, 확산 시트(7)은 생략해도 좋다. 또한 선택 편광 반사 시트(6)은 용도에 따라서 필요에 따라 생략할 수 있다. 액정 표시 소자와 같이, 특정의 선형 편광만을 이용하는 표시 소자가 사용되는 경우, 선택 편광 반사 시트(6)를 이용하여 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치와 표시 장치의 특성을 상세히 설명한다. 본 발명의 조명 장치와 표시 장치는 상술된 구조에 제한되지 않는다. 다음의 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 각각의 개별적인 특징을 갖는 구성 요소를 용도에 따라 적당히 개별적으로 이용할 수 있다.

(소열용량의 냉음극 형광관)

본 발명에 따른 조명 장치는 소열용량의 냉음극 형광관을 포함한다. 이 냉음극 형광관은 냉음극 형광관 내에 발생되는 열에너지가 외부로 방출되지 않도록 하고, 이로써 냉음극 형광관 자체를 신속히 가열할 수 있게 한다.

통상, 냉음극 형광관으로부터 방출된 열에너지는 냉음극 형광관 자체를 가열하는 데에 효과적으로 이용되지 않는다. 이것은 열이 냉음극 형광관을 형성하는 글래스관에 의해 흡수되어 글래스관 내로 전파되기 때문이다. 이러한 열의 흡수와 전파는, 종래의 냉음극 형광관을 형성하는 글래스관의 열용량이 냉음극 형광관의 발열량에 비해 너무 크기 때문에 발생하게 된다.

냉음극 형광관에 사용되는 글래스관의 열용량이 감소됨에 따라, 글래스관은 신속히 가열될 수 있고, 이에 따라 냉음극 형광관의 내부가 신속히 가열될 수 있다. 본 발명에 따른 냉음극 형광관은 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 약 0.035Wsec/℃의 열용량 C을 가지며, 열용량 C는 다음의 수학식 1로 표시되는 것이 바람직하다. 특히, 글래스관의 내직경이 약 0.20㎝ 이하인 냉음극 형광관이 바람직하다.

상기 수학식 1에서, C는 글래스관의 열용량 (Wsec/℃)을, db는 글래스관의 외직경(㎝)을, da는 글래스관의 내직경 (㎝)을, sl은 비열 (㎈/g·℃)을, δ1은 글래스 재료의 밀도 (g/㎤)를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 냉음극 형광관의 글래스관과 종래의 글래스관의 상술된 파라미터의 전형적인 수치를 다음 표 1에서 나타낸다. 표 1에서 나타낸 값들은 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 수치를 나타냈으며, 실험에서는 전극 간의 거리가 15㎝인 글래스관을 사용했다.

특성치	본 발명	종래예
C(Wsec/℃)	0.0290	0.0526
C(㎈/℃)	6.92E-3	1.25E-2
db(㎝)	0.26	0.30
da(㎝)	0.20	0.20
글래스의 두께(㎝)	0.03	0.05
sl(㎈/g·℃)	0.14	0.14
δ1(g/㎤)	2.28	2.28

표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 냉음극 형광관의 열용량 C은 매우 작은데, 즉 종래의 냉음극 형광관의 열용량의 약 55% 정도이다. 결과적으로, 본 발명의 냉음극 형광관 자체는 냉음극 형광관에 의해 발생된 열에 의해 기동시 효과적으로 가열된다. 따라서, 휘도의 상승 특성을 개선할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 냉음극 형광관의 열용량의 바람직한 범위를 더욱 간략화된 식으로 정의할 수 있다. 냉음극 형광관의 가스 충전부의 단면 영역을 Dg(글래스관의 내직경으로 결정됨)로 나타내고, 냉음극 형광관의 글래스관의 단면 영역을 Dt(글래스관의 내직경과 외경으로 결정되는)로 나타낼 때, Dg가 동일하면(즉, 냉음극 형광관을 충전하는 가스로부터 발생되는 열 에너지량이 동일할 때), Dt가 더욱 작은 냉음극 형광관을 사용하는 것이 보다 유리하다. 이것은 냉음극 형광관에 의해 발생된 열이 냉음극 형광관 자체를 가열하는 데에 더욱 효과적으로 이용될 수 있기 때문이다. 다시 말해, Dt/Dg의 값이 더욱 작은 냉음극 형광관을 이용하는 것이 보다 유리하다. 표 1의 것과 동일한 냉음극 형광관의 이러한 파라미터 값을 다음 표 2에서 나타낸다.

	본 발명	종래예
Dg(㎟)	3.14	3.14
Dt(㎟)	2.167	3.925
Dt/Dg	0.69	1.25

본 발명에서 사용되는 냉음극 형광관의 Dt/Dg의 값은 약 1.0 이하인 것이 바람직하다. 이 관계는 일반적으로 식 Dt/Dg<2/da (1㎜ 당)으로 정의될 수 있다. 더구나, 냉음극 형광관의 글래스관의 표면을 통한 열에너지 손실을 감소시키기 위해서는 보다 적은 표면적의 글래스관이 바람직하다. 또한 글래스관이 조명 장치의 어떤 다른 부재와도 접촉하지 않고 공기에 의해 단열되는 것이 바람직하다.

다음에, 글래스관의 열저항 R을 설명한다. 글래스관의 열저항 R은 다음 수학식 2로 나타낸다:

여기에서 R은 열저항(℃/W)을, K는 열전도율(W/℃)을, hw는 대류에 의한 열 분산 계수(W/℃·㎠)를, hr은 조사에 의한 열 분산 계수(W/℃·㎠)를, ηo는 완전 흑체의 조사 계수에 대한 재료의 조사 계수의 비율을, db는 글래스관의 외경(㎝)을, Vccft는 냉음극 형광관 양단의 전압(Vrms)을, Vp는 냉음극 형광관의 전극들 간의 전압 강하(Vrms)를, Iccft는 냉음극 형광관 양단의 전류(Arms)를, L은 형광관의 길이(㎝)를, Ts는 냉음극 형광관의 관벽의 포화 온도(℃)를, T는 주위 온도(℃)를 나타낸다. 여기에서 포화 온도 Ts는 냉음극 형광관의 관벽 온도가 정상 상태에 달했을 때의 온도를 나타낸다. 일반적으로, 열전도률 K는 상술된 이론식으로부터는 구할 수 없다. 따라서, 열전도률 K를 상술된 실험식에 기초하여 구한다.

표 1 및 표 2에서 나타낸 바와 같이 외경 db가 0.26㎝인 글래스관에 대해서, 수학식 2의 실험식을 이용하여 Vccft, Iccft 및 T의 서로 다른 값에 대한 열저항 R이 연산되었다. 이 경우, Vp는 150V, L은 16.5㎝, T는 25℃이다.

또한, 열 분산 계수 hw는 글래스관의 외직경 db의 -1/4승에 비례한다. 따라서, 상술된 이론식으로부터 연산된 열전도률 K는 외직경 db의 3/4승에 비례한다. 외직경 db가 0.30인 글래스관의 열전도률 K는 외직경 db가 0.26인 글래스관의 실험치를 환산 계수 1.113을 곱하여 구한다. 이 결과를 표 3에서 나타낸다.

			본 발명db=0.26	종래예db=0.30
Iccft(A)	Vccft(V)	T(℃)	K(W/℃)	K(W/℃)
0.005	430	51.5	0.00320	0.00356
0.007	395	55.5	0.00341	0.00379
0.010	360	60.5	0.00359	0.00399

표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관의 열전도율은 종래예의 냉음극 형광관의 것보다 10% 이상 작고, 따라서 본 발명의 냉음극 형광관에 의해 열이 방출될 가능성이 작다. 다시 말해, 냉음극 형광관으로부터의 발열량이 동일하면, 본 발명의 냉음극 형광관 자체는 종래의 냉음극 형광관 보다 더욱 효과적으로 가열될 수 있다.

다음에, 냉음극 형광관의 휘도 상승의 시정수를 설명한다. 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 휘도 상승의 시정수 τs를 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 열저항 R과 열용량 C을 이용한 다음의 수학식 3으로 표현한다. 이 시정수는 냉음극 형광관의 구조에 의해 결정되고, 특히 여기에서는 구조 인자 시정수 τs로 표시한다.

본 발명(db=0.26㎝)과 종래예(db=0.3㎝)의 각 냉음극 형광관에 대해서 구한 결과치를 다음 표 4에서 나타낸다.

	본 발명db=0.26	종래예db=0.30
τs(sec)	9.08	14.77
C(Wsec/℃)	0.00291	0.00526
R(℃/W)	312.3	280.5

표 4의 값 R은 상기 표 3의 값 K로부터 구한다. 표 4에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관의 시정수 τs는 종래예의 것과 비교하여 매우 짧고, 따라서 본 발명의 냉음극 형광관을 더욱 용이하게 가열할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 냉음극 형광관의 시정수 τs는 약 11초 이하인 것이 바람직하다.

본 발명과 종래예의 각 냉음극 형광관에 대해 휘도 상승의 실제 시정수 τ(측정치; 초당)를 다양한 온도에서 구한다. 그 결과를 도 2와 다음의 표 5에 나타낸다. 이 시정수 τ를 여기에서 실측 시정수로 부른다. 도 2에서, τh와 τj는 본 발명과 종래예의 냉음극 형광관에 대한 각각의 실측 시정수를 나타낸다.

주위 온도(℃)	본 발명db=0.26	종래예db=0.30
-20
-10	30.0	48.0
0	21.8	43.3
25	18.0	34.5

표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관은 종래예의 것보다 짧은 시정수 τ를 갖고, 이에 따라 본 발명의 냉음극 형광관은 종래예의 것보다 더욱 신속히 가열된다. 상술한 바와 같이, 시정수 τs는 냉음극 형광관의 휘도의 상승 특성의 상대 평가에 사용될 수 있다. 그러나, 상기 표 4에서 나타낸 수치 τs가 표 5의 수치 τ와 다르다는 사실로부터 알 수 있는 바와 같이, 휘도 상승의 실제 시정수를 냉음극 형광관의 구조에 의해서만 정확하게 평가할 수는 없다.

도 2와 관련하여, 본 발명의 냉음극 형광관에서 바람직하게 사용되는 시정수 τ의 범위를 구한다. 측정치는 3차 다항식으로 근사화된다(커브 피팅). 다음에,바람직한 시정수 τ의 경계 곡선을 커브 피팅으로 구한 곡선에 기초하여 구한다. 경계 곡선을 도 2에서 나타낸다. 경계 곡선 상의 영역 및 아래 영역에 포함된 값 τ(즉, τ≤-0.0006T³+0.0288T²-0.4668T+26.8, 여기에서 T는 주위 온도(℃))이 바람직하다.

이제, 냉음극 형광관의 실측 시정수의 주위 온도에 대한 의존성을 설명한다. 냉음극 형광관의 휘도 상승의 시간 의존성 I(t)은 다음의 수학식 4로 표시된다.

여기에서 I(t)는 시간 t에서의 냉음극 형광관의 휘도(cd/㎡)를 나타내고; A는 점등 개시시의 주위 온도에서의 포화 휘도(cd/㎡)를; η는 상술된 시정수 τ와 τs사이의 관계를 나타내는 계수로서, ηh는 본 발명을 나타내는 한편, ηj는 종래예를 나타내고; B는 휘도 상승 속도 계수 (cd/㎡sec)를 나타낸다. 상술된 본 발명과 종래예의 각 냉음극 형광관에 대해 구한 결과를 다음의 표 6에 나타낸다.

주위 온도(℃)	본 발명db=0.26ηh	종래예db=0.30ηj
-20
-10	3.3	3.2
0	2.4	2.9
25	2.0	2.3

표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 계수 η는 또한 온도에 따라 변화된다.

다음에, 상기 수학식 4에서의 지수전 인자 A의 온도에 대한 의존성을 설명한다. 지수전 인자 A를 다음의 수학식 5로 표시하여, 활성화 에너지 △E를 구한다.

상기 수학식 5에서, A0은 포화 상대 휘도의 지수전 인자를, △E는 활성화 에너지(kcal/mol)를, kb는 볼쯔만 상수를, T는 냉음극 형광관의 점등 개시시의 주위 온도(℃)를 나타낸다.

실험 결과, 아레니우스 플롯, 및 이들로부터 구한 활성화 에너지 △E를 도 3 및 도 4와 다음의 표 7 및 표 8에 나타낸다. 표 7 및 표 8의 값들은 A0에 대한 퍼센티지로서 나타낸다.

T(℃)	본 발명Ah	종래예Aj
-20	50%
-10	61%	14%
0	71%
25	92%	68%

	본 발명	종래예
△E(kcal/mol)	2.0	7.0

상기 표 7의 결과로부터 나타낸 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관의 활성화 에너지는 종래예의 냉음극 형광관과 비교할 경우 매우 작고, 따라서, 본 발명의 냉음극 형광관은 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정된 열 특성을 보이고 있다. 여러 관점에서, 본 발명에서 사용되는 냉음극 형광관의 활성화 에너지는 -10℃ 내지 +25℃범위의 주위 온도에서 약 3.0kcal/mol 이하인 것이 바람직하다. 또한, 지수전 인자 A는 -10℃ 내지 +25℃의 온도 범위에서 A≥0.92T+60인 것이 바람직하다.

본 발명과 종래예의 냉음극 형광관의 각 휘도 상승 특성을 다양한 주위 온도에서 측정한다. 측정 결과를 도 5 및 도 6에서 나타낸다. 도 5 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조명 장치의 휘도 상승 특성은 종래예의 조명 장치의 것보다 매우 우수하다.

(고발열량의 냉음극 형광관)

종래의 냉음극 형광관 보다 발열량이 큰 냉음극 형광관을 사용한 조명 장치는 저온에서 휘도 상승이 충분히 이루어지지 않는 종래의 문제를 해결할 수 있다. 냉음극 형광관이 더욱 많은 열량을 발생하는 경우, 냉음극 형광관 내의 수은이 가열되게 되고, 이로 인해 수은 증기량이 상당히 증가하게 된다. 결과적으로, 조명 장치의 휘도가 상승하게 된다. 일반적으로, 발열량을 증가시키는 데에는 두 가지 방법이 있다. 제1 방법은 냉음극 형광관의 가스압을 종래예보다 더 큰 것을 사용하는 것이다. 제2 방법은 냉음극 형광관을 충전하는 가스 내의 아르곤 가스 비율을 증가시키는 것이다.

상술된 제1 방법에 따라 냉음극 형광관의 가스압이 증가되는 경우, 냉음극 형광관에 의한 발열량이 증가하게 된다. 그 이유는 다음과 같다. 냉음극 형광관의 가스압이 증가할 때, 냉음극 형광관 내에서 운동하는 이온화된 원자의 평균 자유 행정이 단축되므로, 원자 간의 충돌 회수가 종래의 냉음극 형광관의 것보다 더 많아지게 된다. 결과적으로, 발열량이 증가하게 된다. 본 발명에서는, 가스압이약 100Torr 이상이 바람직하고, 약 120Torr 이상이 더욱 바람직하다.

상술된 제2 방법에 따라 냉음극 형광관을 충전하는 가스 내의 아르곤 가스 비율이 증가되는 경우, 냉음극 형광관에 의한 열 발생량이 증가하게 된다. 이 이유는 다음과 같다. 대개, 냉음극 형광관은 네온과 아르곤의 혼합 가스로 충전되어 있다. 아르곤 가스가 네온 가스 보다 원자 비중이 약 2배 무겁기 때문에, 아르곤 가스의 충돌시 발생되는 열량이 네온 가스의 충돌시 발생되는 것보다 더 많다. 따라서, 냉음극 형광관에 의한 발열량은 아르곤 가스의 비율을 증가시킴으로써 커질 수 있다.

본 발명에서는, 아르곤/네온 비율을 약 40/60 이상으로 설정하여 냉음극 형광관에 의해 발생되는 열량을 증가시킨다. 도 7 내지 도 10에서 나타낸 본 발명에서는, 냉음극 형광관의 가스압이 120Torr이고, 아르곤/네온 비율은 약 40/60이다. 한편, 종래예에서는, 냉음극 형광관의 가스압이 60Torr이고 아르곤/네온 비율은 5/95이다.

도 7 및 도 8에서 나타낸 바와 같이, 냉음극 형광관에 의해 발생된 열량(단위 길이당 및 단위 체적당)은 종래의 냉음극 형광관에 의해 발생된 것보다 더 크다. 본 발명에서 바람직하게 사용되는 냉음극 형광관은 Wv/Iccft≥0.5의 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 여기에서 Wv(W)는 단위 체적당 발열량을 Iccft(mA)는 냉음극 형광관 양단의 전류를 나타낸다. 이것은 도 8의 직선 위의 영역 및 상부 영역에 대응한다.

도 9는 본 발명과 종래예의 각 냉음극 형광관에 있어서 냉음극 형광관 양단의 전류와 전압 사이의 관계를 나타낸다. 도 9에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관에 인가된 전압은 종래예의 것 보다 더 크다. 도 10은 본 발명과 종래예의 각 냉음극 형광관의 소비 전력을 나타낸다. 도 10에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 냉음극 형광관의 소비 전력은 종래예의 것보다 더 크다. 따라서, 냉음극 형광관은 양의 칼럼에서의 소비 전력이 더 크다. 따라서, 본 발명의 냉음극 형광관의 형광부에서의 가스에 의한 발열량이 종래예의 경우에서 보다 더 큰 것을 알 수 있다.

(냉음극 형광관의 제어 방법)

냉음극 형광관을 제어하는 방법을 이하 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 조명 장치를 차재용 표시 장치에 적용한 예를 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉음극 형광관은 우수한 휘도 상승 특성을 보이고 있다. 따라서, 저온 기동시의 부스트 전류를 인가할 필요가 없다. 그러나, 저온에서의 휘도 상승 특성을 저온 기동시 부스트 전류를 인가함으로써 개선할 수 있다고 이해된다. 이후에서는, 부스트 전류가 기동시에도 인가되고 있는 냉음극 형광관의 제어 방법을 설명한다.

동작 모드는 예를 들어, 차재용 표시 장치의 주위 온도에 의해 선택된다. 주위 온도가 차량의 에어 컨디셔닝으로 제어되는 온도 범위(약 15℃ 내지 약 30℃) 보다 상당히 낮은 경우(예를 들어, 주위 온도가 -30℃ 근처인 경우), 정격 전류(예를 들어, 4mArms) 보다 더 큰 전류(예를 들어, 5mArms의 전류)가 기동시부터 짧은 시간 동안 냉음극 형광관에 공급된다. 주위 온도가 상술된 온도 범위와 동일하거나 더 큰 경우, 기동시부터 냉음극 형광관에 정격 전류를 인가하는 것으로 충분하다.

예를 들어, 이러한 동작 모드의 선택은 도 11에서 나타낸 제어 회로 시스템에 의해 도 12에 나타낸 플로우 챠트에 따라 실행된다. 더 구체적으로, 표시 장치 근처에 설치된 온도 검출기는 주위 온도를 측정한다. 다음에, 주위 온도를 연산 장치가 수신하여, 냉음극 형광관의 전류 설정을 결정하고, 그 후 구동 장치에 신호를 공급하여 정격 전류 또는 부스트 전류를 인가한다. 이 신호에 응답하여, 구동 장치가 동작을 개시하여 냉음극 형광관의 소정의 전류를 조명 장치에 공급한다.

(선택 편광 반사 시트)

시스템으로서 휘도를 개선하기 위해서는, 조명 장치로부터 출사된 광의 편광 방향을 표시 장치에 최적인 편광 방향으로 변경하여 광 이용 효율을 증가시킨다. 일반적으로, 이를 실현하는 데에는 두 방법이 있다.

제1 방법은 S 편광 성분을 반사하고 P 편광 성분을 투과하기 위한 선택 편광 반사 시트를 이용하는 것이다. 이러한 선택 편광 반사 시트의 구조를 일본 특허 공개 번호 6-51399에서 상세히 설명한다.

제2 방법은 좌원 편광 성분을 반사하고 우원 편광 성분을 투과하기 위한 선택 편광 반사 시트와 λ/4 판을 사용하는 것이다. 이러한 선택 편광 반사 시트와 λ/4판의 각 구조를 미국 특허 번호 5506704에서 상세히 설명한다.

이들 시트는 조명 장치에 설치된 표시 장치가 편광을 이용한 장치(예를 들어, 액정 표시 장치)인 경우에 특히 휘도의 증가에 효과적으로 기여한다.

〈실시예〉

〈실시예 1〉

실시예 1로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에서 나타내고 있다. 실시예 1에서, 조명 장치는 선택 편광 반사 시트(6)를 이용하지 않는 것을 제외하고는 도 1b에서 나타낸 구조와 동일하며, 편광을 이용하여 표시하는 표시 소자를 포함한다. 이 경우, 다음의 표 9와 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 약 4.5mArms의 일정한 전류가 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관에 공급된다. 실시예들과 비교예들의 각 냉음극 형광관에 인가되는 전류와, 각 냉음극 형광관의 선택 편광 반사 시트의 존재/부재를 다음의 표 9에 나타낸다.

〈실시예 2〉

실시예 2로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에서 나타낸다. 실시예 2에서, 조명 장치는 선형 편광을 이용하는 선택 편광 반사 시트(6)을 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 1의 구조와 동일하며, 편광을 이용하여 표시하는 표시 소자를 포함한다. 이 경우, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 약 4.5mArms의 일정한 전류가 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관에 공급된다.

〈실시예 3〉

실시예 3으로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에서 나타낸다. 실시예 3에서, 조명 장치는 선택 편광 반사 시트(6) 대신에 원형 편광을 이용하는 선택 편광 반사 시트를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 2의 구조와동일하며, 편광을 이용하여 표시하는 표시 소자를 포함한다. 이 경우, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 약 4.5mArms의 일정한 전류가 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관에 공급된다.

〈실시예 4〉

실시예 4로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에서 나타낸다. 실시예 4에서는, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 조명 장치의 냉음극 형광관에 점등 개시부터 약 1분 이내의 기간 동안 약간 큰 전류 약 6.0mArms를 인가하고, 그 후 약 4.5mArms의 저하된 전류를 인가한다.

〈실시예 5〉

실시예 5로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에서 나타낸다. 실시예 5에서는, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 조명 장치의 냉음극 형광관에 점등 개시부터 약 1분 이내의 기간 동안 약간 큰 전류 약 6.0mArms를 인가하고, 그 후 약 4.5mArms의 저하된 전류를 인가한다.

〈실시예 6〉

실시예 6으로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에 나타낸다. 실시예 6에서는, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 조명 장치의 냉음극 형광관에 점등 개시부터 약 1분 이내의 기간 동안 약간 큰 전류 약 6.0mArms를 인가하고, 그 후 약 4.5mArms의 저하된 전류를 인가한다.

〈비교예 1〉

비교예 1로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에 나타낸다. 비교예 1에서는, 조명 장치가 도 1a 및 도 1b에서 나타낸 바와 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 비교예 1의 조명 장치는 도 1b의 선택 편광 반사 시트(6)를 이용하지 않으며, 종래의 냉음극 형광관을 포함한다. 이 경우, 다음의 표 9 및 도 13b에서 나타낸 바와 같이, 약 7.0mArms의 정격 전류 보다 더 큰 약 9.0mArms의 전류를 점등 개시부터 약 1분간 냉음극 형광관에 인가하고, 그 후 약 4.5mArms의 저하된 전류를 공급한다.

〈비교예 2〉

비교예 2로서 약 -30℃의 주위 온도에서의 휘도 상승 특성을 도 13a에 나타낸다. 비교예 2에서는, 조명 장치가 도 1a 및 도 1b에서 나타낸 바와 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 비교예 2에서, 조명 장치는 도 1b의 선택 편광 반사 시트(6)를 이용하지 않고, 종래의 냉음극 형광관을 설치하고 있으며, 히터를 냉음극 형광관에 직접 설치하고 있다. 이 경우, 다음의 표 9, 도 13b 및 도 13c에서 나타낸 바와 같이, 약 7.0mArms의 정전류를 냉음극 형광관에 인가하고 약 5W의 전력을 히터에 공급한다.

도 13a에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 각 상술된 실시예들의 각각의 종래예 보다 상당히 개선된 휘도 상승 특성을 갖고 있다. 또한, 상술된 실시예 4 내지 6에서 부스트 전류가 인가되는 경우에도, 휘도 변동은 약 -25% 이내이며, 매우 안정된 휘도 상승 특성을 얻을 수 있다. 여기에서 "휘도 변동"은 휘도가 부스트 전류에서 정격 전류로의 전환시 감소되는 비율을 나타낸다. 이 휘도 변동은 식 {(Bn/Bb)-1}·100(%)로 표시되고, 여기에서 Bn은 부스트 전류에서 정격 전류로의전환시 구한 휘도를, Bb는 부스트 전류의 완료시 구한 휘도를 나타낸다.

	점등 후의 램프 전류(형광관 전류)(mArms)	선택 편광 반사 시트의 유무
	1분 이하	1분 이상	선형 편광	원형 편광
실시예 1	4.5	4.5	무	무
실시예 2	4.5	4.5	유	무
실시예 3	4.5	4.5	무	유
실시예 4	6.0	4.5	무	무
실시예 5	6.0	4.5	유	무
실시예 6	6.0	4.5	무	유
비교예 1	9.0	7.0	---	---
비교예 2	7.0	7.0	---	---

상기 실시예들에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같은 선택 편광 반사 시트 및 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관을 포함하는 조명 장치를 이용하는 표시 장치가 히터를 포함하는 조명 장치의 것보다 저온에서의 휘도 상승이 우수하다. 따라서, 이러한 본 발명의 조명 장치는 저온에서의 불충분한 휘도 상승의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 장치는 히터가 사용되지 않기 때문에 안정성 면에서도 유리하다. 또한, 히터와 관련된 회로가 필요하지 않기 때문에, 제조 비용을 상당히 절감할 수 있다. 또한, 히터를 부착하는 데에 소요되는 비용이 필요하지 않다. 히터를 이용하여 냉음극 형광관을 가열하는 경우, 열에너지가 냉음극 형광관에 간접적으로 인가되고, 이에 따라 조명 장치의 냉음극 형광관 이외의 구성 부재에 열이 전도 및 조사된다. 결과적으로, 조명 장치가 과도하게 가열되게 된다. 그러나, 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관이 사용되는 경우에는, 히터를 이용하지 않고 가열되는 냉음극 형광관의 내부에 열에너지가 직접 인가된다. 결과적으로, 소비 전력을 감소할 수 있다. 또한, 냉음극 형광관이 공기에 의해 단열되므로, 조명 장치가 과도하게 가열되지 않는다는 장점이 있다. 또한, 히터를 사용하는 조명 장치와 달리, 냉음극 형광관을 사용한 조명 장치의 점등 개시 후 바로 휘도가 포화된다. 따라서, 전류의 스위칭시 휘도의 불안정성이 작다. 더구나, 히터를 사용하지 않고 점등 개시 이후에 잠시동안 냉음극 형광관에 대전류를 인가하는 종래의 경우와 비교하면, 본 발명의 냉음극 형광관에 인가된 전류가 더 작다. 따라서, 본 발명에 따르면, 냉음극 형광관의 수명이 연장될 수 있을 뿐만 아니라 소비 전력을 감소할 수 있다. 또한, 본 발명의 주요 목적인 저온에서의 휘도 상승 특성이 점등 개시 이후의 잠시동안에 냉음극 형광관에 대전류를 인가하는 상술된 경우에 비해 상당히 개선된다.

〈실시 형태 2〉

본 발명의 제2 실시 형태를 이하 설명한다.

도 1c에서 나타낸 조명 장치(120)는 도 1b에서 나타낸 조명 장치(110)의 구성 요소에 부가하여, 냉음극 형광관(1)에 열적으로 결합된 온도 센서(9)를 포함한다. 온도 센서(9)는 서미스터를 포함하며 하나의 냉음극 형광관(1)에만 열적으로 결합되어 있다. 여기에서 사용된 "열적 결합"은 온도 센서(9)와 냉음극 형광관(1)이 거의 열적 평형 상태에 있는 위치에 온도 센서(9)가 설치되어 있는 것을 의미한다. 더욱 상세하게 설명하면, 온도 센서(9)는 냉음극 형광관(1)의 관벽의 일부에 설치되어 있다. 유사한 소자에는 도 1b 및 도 1c에서와 유사한 참조 부호로 표시한다.

온도 센서(9)가 냉음극 형광관(1)의 관벽의 어느 부분에나 설치될 수 있지만, 도 1c에서 나타낸 바와 같이, 온도 센서(9)는 표시 장치(101)와 조명 장치(120) 내에서 외측 방향으로 위치된 냉음극 형광관(1)의 관벽에 설치되어 있다. 이러한 위치는 냉음극 형광관(1)으로부터의 광속을 효과적으로 이용할 수 있기 때문에 선택된 것이다. 온도 센서(9)는 온도 센서(9)의 설치를 용이하게 실행할 수 있는 위치에 설치한다.

상술된 구조를 갖는 조명 장치(120)에 따르면, 냉음극 형광관(1)이 주위 온도에 영향을 받는다. 그러나, 일정 전력이 냉음극 형광관(1)에 공급되고 냉음극 형광관(1) 자체에 의해 발열량이 조사, 열전도 등으로 인한 열손실과 열적 평행 상태에 있을 때, 냉음극 형광관(1)의 명도를 결정하는 파라미터가 냉음극 형광관(1)을 충전하는 수은의 증기압으로 결정된다. 따라서, 명도는 평형 온도(즉, 냉음극 형광관(1)의 온도)의 함수이다.

따라서, 본 발명의 조명 장치는 온도 센서(9)에 의해 감지된 온도에 따라서 냉음극 형광관(1)에 공급되는 전력을 제어하여 의도하는 명도, 즉 어느 주위 온도에서나 의도하는 휘도를 성취할 수 있다.

이것은 도 14를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명한다. 제어 장치(10)는 소정의 샘플링 피치에서 온도 센서(9)로부터 공급된 감지 온도 신호를 판독하여 램프 온도 정보를 얻는다. 다음에, 램프 온도 정보, 소정의 휘도 정보, 및 랜덤 억세스 메모리(RAM)에 저장된 일차식이나 다항식을 포함하는 근사식에 기초하여, 냉음극 형광관(1)의 관벽 온도와 휘도 사이의 관계를 각 공급 전력에 대해 구한다. 따라서, 이 휘도를 실현하기 위한 공급 전력(예를 들어, 듀티비)를 구한다. 상술된 바와 같이, 냉음극 형광관에 공급되는 전력이 일정한(또는 냉음극 형광관에 공급된 정전류가 일정한) 경우, 휘도는 냉음극 형광관(1)의 관벽의 온도의 함수, 즉 냉음극 형광관(1)에 열적으로 결합된 온도 센서(9)에 의해 감지된 온도의 함수이다. 따라서, 근사화를 위한 일차식이나 다항식을 이용하여, 냉음극 형광관(1)에 공급되는 전력, 즉 의도하는 휘도를 얻기 위한 듀티비를 구할 수 있다. 다음에, 듀티비에 기초하여, 각 냉음극 형광관(1, 1) 각각에 접속된 인버터 회로(11)를 구동하고, 이에 따라 의도하는 휘도를 어느 주위 온도에서나 성취할 수 있다.

예를 들어, 다항식이 예를 들어, 6차식인 경우, 액정 표시 장치(8)의 패널면에서의 휘도 BP는 냉음극 형광관(1)의 관벽의 온도 TL를 이용하여 다음의 수학식 6으로 구한다.

근사화에 일차식이 사용되는 경우, 휘도 BP는 TL의 값에 따라 다음 수학식 7 내지 수학식 9에 의해 표시된다.

상기 수학식 6 내지 수학식 9의 계수는 이 시스템의 열용량, 이 시스템의 휘속 효율(luminous flux efficiency) 등으로 결정된다.

제2 실시 형태의 조명 장치에 소열용량 및 대발열형 냉음극 형광관을 이용하게 되면, 상술한 바와 같은 제어를 더욱 바람직하게 실행할 수 있다. 결과적으로, 광 변조를 보다 고정밀도로 실행할 수 있다. 열용량 C는 약 0.06Wsec/℃ 이하인 것이 바람직하고, 약 0.035Wsec/℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 이유는 다음과 같다. 냉음극 형광관(1)의 열용량이 작아질 수록, 냉음극 형광관 내에서 발생되거나 전도되는 열에너지를 효율적으로 이용할 수 있게 된다. 결과적으로, 냉음극 형광관(1)은 보다 빠르게 가열될 수 있다. 더구나, 냉음극 형광관(1)에 의해 발생되는 열량이 커질수록, 냉음극 형광관(1)을 더욱 신속히 가열할 수 있다. 따라서, 냉음극 형광관(1) 내의 실제 온도와 온도 센서(9)에 의해 감지된 온도 사이의 차이가 줄어든다. 결과적으로, 온도 센서(9)에 의해 감지된 온도와 냉음극 형광관(1)의 실제 온도 사이의 시간 지연이 단축된다.

도 15 내지 도 20을 참조하면, 본 실시 형태의 효과를 종래 예와 비교하여 이하에서 설명한다.

도 15에서 나타낸 바와 같이, 광원으로 냉음극 형광관을 이용하는 종래의 조명 장치에서는, 명도(상대 휘도)가 환경(주위 온도)에 영향을 받는다. 결과적으로, 도 16에서 나타낸 바와 같이, 종래의 광변조 방법(듀티비만이 변경됨)에서는 주위 온도의 영향으로 인해 의도하는 휘도를 성취할 수 없다. 다시 말해, 주위 온도 ta=약 28℃에서의 휘도는 ta=약 -20℃에서의 휘도와 다르다.

한편, 본 실시 형태에 따르면, 도 17에서 나타낸 바와 같이, 휘도가 주위 온도 ta(=약 28℃, -20℃, 및 -30℃)에 상관 없이 냉음극 형광관(1)의 관벽의 온도에 거의 비례한다. 다시 말해, 냉음극 형광관(1)에 열적으로 결합된 온도 센서(9)를 갖는 본 실시 형태에 따르면, 냉음극 형광관의 관벽 온도와 휘도 사이의 이러한 관계를 임의의 주위 온도에서 얻을 수 있다.

도 18은 냉음극 형광관(1)의 관벽의 온도 TL과 액정 표시 소자(8)의 패널면에서의 휘도 사이의 관계를 나타낸다. 이 그래프는 도 1a, 1c, 및 14의 각 장치를 이용하여 행한 실험 결과를 나타낸다. 이 실험에서는, 상술한 수학식 6이 근사화를 위해 사용되고 있다.

도 19는 -20℃ 내지 45℃의 범위에 이르는 주위 온도에서의 소정의 휘도치에 대한 각각의 실제 휘도치를 나타내는 그래프이다. 도 19에서, 상술한 바와 같이, 제어가 실행될 때 얻어지는 휘도치들이 제어가 행하여지지 않을 때의 휘도치들과 비교되어 도시된다. 이 실험에서는, 서미스터가 온도 센서(9)로 이용된다. 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서 상술한 바와 같은 방법으로 냉음극 형광관(1)을 제어함으로써, 각 소정의 휘도치 300[cd/㎡], 100[cd/㎡], 47[cd/㎡], 및 9[cd/㎡]에 근접한 휘도를 구할 수 있다. 결과적으로, 어느 주위 온도에서나 정확하게 광을 변조할 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 본 실시 형태에 따르면, 0 내지 120분 범위에서의 동작 중에는 어느 주위 온도에서나 임의의 소정 휘도에 대해서 거의 일정한 휘도를 구할 수가 있다. 한편, 본 실시 형태에서 상술한 바와 같이 냉음극 형광관의 제어를 행하지 않는 경우, 휘도는 주위 온도에 영향을 받으며 어느 소정 휘도에 대해서나 휘도가 크게 변동하고 있다.

본 실시 형태에서는, 냉음극 형광관(1)의 점등 직후에 열적 평형이 도달하지 않는 경우에도 광을 변조할 수 있다는 것을 도 19로부터 알 수 있다.

도 20은 냉음극 형광관(1 및 1)으로서 다른 형태의 냉음극 형광관, 즉 다른 발열량을 갖는 2개의 냉음극 형광관을 이용하여 행하는 실험 결과를 나타낸다. 이 경우에서도, 본 발명의 상술한 제어를 실행하여 광을 정확하게 변조할 수 있다는 것을 도 20으로부터 알 수 있다. 도 20에서, A는 대량의 열을 발생하는 냉음극 형광관의 휘도를 나타내고, B는 대량의 열을 발생하는 상술된 냉음극 형광관의 것보다 약 10% 더 낮은 충전 가스압을 갖는 냉음극 형광관의 휘도를 나타낸다.

제1 실시 형태에서 설명된 선택 편광 반사 시트(6)를 제2 실시 형태에서 사용하는 경우, 제1 실시 형태의 것과 유사한 효과를 성취할 수 있다.

본 발명은 상술된 제2 실시 형태에 제한되지 않는다. 본 발명은 정상 동작 중 보다 점등 개시 시에 더 많은 전력이 냉음극 형광관(1)에 공급되도록 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 냉음극 형광관(1)의 점등 개시 특성을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 제2 실시 형태의 조명 장치에 따르면, 어느 주위 온도에서나 의도하는 휘도를 안정되게 얻을 수 있도록 광을 변조할 수 있다. 더구나, 냉음극 형광관의 포화 휘도를 얻지 않아도 광 변조를 행할 수 있으며, 점등 개시 바로 직후 광변조를 제어할 수 있다. 따라서, 이런 조명 장치는 차재용 표시 장치에 적용하는 경우 특히 바람직하다.

더구나, 제2 실시 형태의 조명 장치가 정상 동작중 보다 점등 개시 시에 더 많은 전력을 냉음극 형광관에 공급하도록 구성된다. 따라서, 냉음극 형광관의 점등 개시 특성을 개선할 수 있으며, 이에 의해서 의도하는 휘도에 신속히 도달할 수 있다.

또한, 냉음극 형광관의 열용량을 가능한 한 줄일 수 있으며 최적의 점등 개시 휘도 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 의도하는 휘도를 신속히 얻을 수 있다.

더구나, 냉음극 형광관으로부터의 광속을 효과적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고 본 기술의 당업자에게는 여러 다른 변경을 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 여기에 첨부된 청구범위의 영역은 상술된 설명에만 제한되도록 의도된 것이 아니고, 광범위하게 의도된 것이다.

본 발명에 따르면, (1) 저온에서 우수한 동작 특성을 갖는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 이용한 표시 장치를 제공할 수 있고, (2) 조명 장치가 광범위한 온도 범위에서 사용될 때에도 안정한 광변조 특성을 제공할 수 있으며, 따라서 주위 온도가 광변조 특성에 대해 미치는 역효과를 제거할 수 있는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있고, (3) 점등 개시 바로 직후에 광변조를 제어할 수 있는조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있으며, (4) 의도하는 휘도를 성취하는 데에 필요한 시간을 충분히 감소시킬 수 있는 조명 장치, 이 조명 장치를 구동하는 방법, 및 이 조명 장치를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims

형광부의 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 열용량이 약 0.35Wsec/℃ 이하로서, 상기 글래스관의 단위 체적(1㎤) 당 발열량 Wv(W)와 형광관 전류 Iccft(mArms)가 Wv/Iccft≥0.5의 관계를 만족하는 냉음극 형광관을 갖고, 상기 냉음극 형광관의 형광부의 전체 표면적의 약 95% 이상이 공기에 접촉하는 동시에, 상기 냉음극 형광관으로부터의 광의 50% 이상이 조명에 이용되도록 되어 있고,

상기 냉음극 형광관의 주위 온도를 검출하는 온도 검출기와, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 기초하여 소정의 관 전류를 설정하는 연산 장치를 갖고, 상기 온도 검출기에 의해 검출되는 점등 개시 주위 온도에 기초하여 상기 냉음극 형광관에 공급되는 관 전류가 제어되어 상기 냉음극 형광관이 점등되는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉음극 형광관의 형광부의 글래스관의 단위 길이(1㎝) 당 열용량 C (Wsec/℃)와 열저항 R(℃/W)의 곱으로 주어지는 구조 인자 시정수 τs 가 11초 이하이고, R=(Ts-T)/{(Vccft-Vp)Iccft/L}이며, Vccft는 형광관 전압(Vrms), Vp는 형광관 전극 전압 강하(Vrms), Iccft는 형광관 전류(Arms), L은 형광관의 길이(㎝), T는 주위 온도(℃), Ts는 포화 관벽 온도(℃)로서 냉음극 형광관을 점등한 상태에서 냉음극 형광관의 관벽의 온도가 정상 상태에 달했을 때의 온도인 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉음극 형광관의 글래스관 단면적을 Dt(㎟), 충전 가스 단면적을 Dg(㎟), 글래스관 내경을 da(㎟)로 한 때, Dt/Dg<2/da의 관계식을 만족하는 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉음극 형광관의 휘도 상승의 시정수 τ가 점등 개시 주위 온도 T(℃)의 -10℃ 내지 +25℃ 범위에 있고, τ≤-0.0006T³+0.0288T²-0.4668T+26.8의 관계를 만족하는 조명 장치.
제4항에 있어서,

상기 냉음극 형광관의 휘도 상승 특성의 지수전 인자 A(포화 상대 휘도의 지수전 인자 A0에 대한 백분율)는 상기 점등 개시 주위 온도 범위 내에서 A≥0.92T+60의 관계를 만족하는 조명 장치.
제5항에 있어서,

상기 냉음극 형광관의 상기 지수전 인자의 상기 점등 개시 주위 온도 범위 내에서의 활성화 에너지가 3.0kcal/mol 이하인 조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉음극 형광관으로부터의 광의 출사측에 선택 편광 시트를 더 갖는 조명 장치.
제1항에 있어서,

동작 상태에 있어서, 상기 냉음극 형광관으로 일정치의 관 전류가 공급되는 조명 장치.
상기 온도 검출기에 의해 상기 냉음극 형광관의 주위 온도를 검출하는 온도 검출 공정과,

상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 기초하여 소정의 관 전류를 설정하는 공정과,

상기 온도 검출기에 의해 검출되는 점등 개시 주위 온도에 기초하여 상기 냉음극 형광관에 공급하는 관 전류를 제어하여 상기 냉음극 형광관을 점등시키는 공정을 포함하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치의 구동 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치와,

상기 조명 장치로부터의 광을 수신하는 투과형 표시 소자를 갖는 표시 장치.
제10항에 있어서,

상기 투과형 표시 소자가 액정 표시 소자인 표시 장치.