JP4249740B2 - 冷陰極管の輝度回復方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、水銀の蒸気中での放電を利用した冷陰極管の輝度を回復させる方法及び装置に関する。

冷陰極管は、小型で長寿命という特徴を生かして、例えばＬＣＤモジュールの光源として広く用いられている（例えば特許文献１）。冷陰極管は、長寿命ではあるものの、やはり点灯時間の経過とともに輝度が低下する。そのため、一定以下の輝度になった古い冷陰極管は新品と交換され、その古い冷陰極管は廃棄されていた。

特開平１１−１４９９０５号公報

しかしながら、新品の在庫切れや製造中止のために、冷陰極管を交換できない場合が生じ、これによってユーザに多大な迷惑をかけていた。特に製造中止の場合には、その冷陰極管を使用している製品も廃棄しなければならなくなる。また、昨今の環境保全への関心の高まりから、有害な水銀を含む冷陰極管を簡単に廃棄してしまうことが問題視されるようになってきた。そのため、冷陰極管の再使用について潜在的な要望が増してきているが、現状では有効な対応策が見出されていない。

そこで、本発明の目的は、冷陰極管の再使用を実現し得る、冷陰極管の輝度回復方法及び装置を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために研究を重ねた結果、次の知見を得た。冷陰極管の輝度が低下する主な理由は、冷陰極管内で蒸気であるべき水銀が何らかの理由によって液化するためである。そして、液化した水銀が再び気化するまで冷陰極管を加熱すれば、輝度は回復する。本発明は、この知見に基づきなされたものである。

すなわち、本発明に係る輝度回復方法は、水銀の蒸気中での放電を利用した冷陰極管の輝度を回復させる方法であって、液化した水銀が気化するまで冷陰極管を加熱する、ことを特徴とする。

冷陰極管内の水銀は点灯時間の経過とともに一部が液化し始め、これに伴い発光に寄与する水銀の蒸気が減少するので、輝度が低下する。ここで、液化した水銀が再び気化するまで冷陰極管を加熱すると、蒸気となった水銀は冷陰極管が冷却されても液体に戻ることなく蒸気の状態を保つ。したがって、冷陰極管の輝度をほぼ新品の値にまで回復させることができる。このように、「冷陰極管を加熱するだけ」という簡単な方法で古い冷陰極管を新品同様に再生できるので、冷陰極管の在庫切れや製造中止に関係なく、ユーザの修理の要望に対応できるようになる。また、冷陰極管の再使用が可能になるので、廃棄される冷陰極管も減少する。

一定温度に設定した恒温槽内に冷陰極管を一定時間放置することにより、冷陰極管を加熱する、としてもよい。恒温槽はどこにでもある設備であるし、恒温槽内に冷陰極管を放置するだけでよいので、極めて簡単に冷陰極管を加熱できる。

冷陰極管に接触又は近接する発熱体を誘導加熱装置によって発熱させることにより、冷陰極管を加熱する、としてもよい。発熱体は、導電体又は強磁性体である。このとき、発熱体は冷陰極管を巻回する強磁性体箔であり、誘導加熱装置は高周波磁界を発生させる空芯コイルを有し、強磁性体箔に巻回された冷陰極管を空芯コイル内に挿入する、としてもよい。強磁性体は、渦電流に加えヒステリシス損によっても発熱するので、効率よく発熱させることができる。

冷陰極管は、その電極構造によって、熱陰極管のようなフィラメント切れが発生しない。そのため、冷陰極管の寿命は、主に輝度の低下によって決まる。したがって、冷陰極管の輝度を回復させることにより、廃棄される冷陰極管を大幅に減らすことができるので、本発明の効果が最も顕著になる。なお、本発明における冷陰極管は、水銀の蒸気中での放電を利用して発光するもの全てを含み、冷陰極管や熱陰極管に限定されない。

本発明に係る輝度回復装置は、水銀の蒸気中での放電を利用した冷陰極管の輝度を回復させる装置であって、冷陰極管を加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱されている冷陰極管に通電することにより冷陰極管を点灯させる通電手段と、通電手段によって通電されている冷陰極管の輝度を測定する輝度測定手段と、輝度測定手段で測定された輝度に基づき加熱手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。このとき、制御手段は、輝度測定手段で測定された輝度が一定以上になると、加熱手段による冷陰極管の加熱を停止させる機能を有する。本発明に係る輝度回復装置によれば、輝度が低下した冷陰極管を自動的に一定の輝度まで回復させることができる。

本発明によれば、冷陰極管を加熱するだけという極めて簡単な方法によって、古い冷陰極管の輝度を回復させることができるので、冷陰極管の再使用を実現できる。したがって、冷陰極管の在庫切れや製造中止に関係なく、ユーザの修理の要望に対応できるので、ユーザに対するサービスを向上できる。また、冷陰極管の再使用化によって、廃棄される冷陰極管を減らすことができるので、資源の有効利用が図れるとともに、環境保全にも大きく貢献できる。

図１は、本発明に係る輝度回復方法の第一実施形態を示す概念図である。以下、この図面に基づき説明する。

まず、表示画面が暗い又は映らない等のＬＣＤ表示障害を有する端末モニタ１を用意する。そして、端末モニタ１を分解してＬＣＤモジュール２を取り出し、ＬＣＤモジュール２を分解してバックライトの冷陰極管５を取り出す。

続いて、冷陰極管５に接続されている被覆リード線３を、コネクタ４とともに取り外す。そして、残った冷陰極管５を恒温槽６に入れ、一定時間の加熱を施す。その時間の経過後、冷陰極管５に被覆リード線３を再接続して、これらをＬＣＤモジュール２に組み込むことにより、再度モジュール化する。

最後に、ＬＣＤモジュール２の表示画面の輝度が復活したことを確認後、そのＬＣＤモジュール２を端末モニタ１に組み込む。これにより、再び端末モニタ１の使用が可能となる。

図２乃至図４は、冷陰極管５を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき、冷陰極管５の発光原理、発光減衰及び輝度回復を説明する。

図２に基づき、発光原理について説明する。冷陰極管５のガラス管７の内壁面には、発光体となる蛍光体８が薄くコーティングされている。ガラス管７の内部には、気体状の水銀９とアルゴン及びネオンからなる不活性ガス１０とが封入されている。ガラス管７の両端には、モリブテン又はタングステンからなる電子放出電極１１が設けられている。電子放出電極１１には、外部電極１２によってガラス管７の外部から電力が供給される。

そして、図示しないインバータ（外部電源回路）で作られた約１ｋＶかつ５０ｋＨｚの交番電界を外部電極１２に印加すると、この電界によって電子放出電極１１から電子１３が発生する。すなわち放電状態になることによって、ガラス管７内に浮遊している気体状の水銀９に電子１３がぶつかって、水銀９から紫外線１４が放出される。そして、紫外線１４が発光に必要なエネルギーを蛍光体８に与えると、蛍光体８は励起して発光する。一般的に、冷陰極管の発光原理は、家庭用でも工業用でも同じである。

図３に基づき、発光減衰について説明する。長期間の点灯によって、ガラス管７内に含まれる気体状の水銀９が、徐々に液体状の水銀１５となる。液状化の原因としては、電子放出電極１１から出る塵、ガラス管７の管壁に沿った部分的な温度低下、インバータの交番電界波形の偏り等が考えられる。その結果、気体状の水銀９の減少に伴い紫外線１４も減少するために、遂には寿命症状に至る。

図４に基づき、輝度回復について説明する。液状化した水銀１５は、外部から加熱することにより、気体状の水銀９に戻すことができる。一度気体状に戻った水銀９は冷えても液体状にはならず、これにより輝度の復活が可能になることを確認した。

図５は、冷陰極管５についての加熱温度及び時間と輝度上昇率との関係を示すグラフである。以下、図１及び図５に基づき説明する。

図１に示すように恒温槽６に冷陰極管５を入れ、加熱温度及び時間を変化させた結果、図５に示すように輝度上昇が確認された。図５では、この輝度上昇を無発光状態から新品初期輝度までの比率で表した。この加熱温度は、水銀の沸点である３５６．５８℃近傍で、２０〜３０分が最適であることも確認された。すなわち、３５０±２０℃に設定した恒温槽６に、２０分以上かつ３０分以下、冷陰極管５を放置することにより、冷陰極管５の輝度を効果的に回復することができる。ただし、新品初期輝度まで復活させることはできないことがわかった。これは、ガラス管が紫外線によって変色してしまうため、冷陰極管５の光透過率が減少するためである。

図６は、本発明に係る輝度回復方法の第二実施形態を示す概念図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態では、輝度寿命に至った冷陰極管５を強磁性体箔２０で巻き、これらをコイル状につくられた高周波リング筒１７（すなわち空芯コイル）の中に入れ、高周波リング筒１７を高周波電源１８によって通電することにより、局部的に冷陰極管５を加熱する。つまり、高周波リング筒１７及び高周波電源１８は、誘導加熱装置を構成している。

まず、表示画面が暗い又は映らない等のＬＣＤ表示障害を有する端末モニタ１を用意する。そして、端末モニタ１を分解してＬＣＤモジュール２を取り出し、ＬＣＤモジュール２を分解してバックライトの冷陰極管５を取り出す。

続いて、冷陰極管５を包むように、鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性体箔（フォイル）２０を巻きつける。強磁性体箔２０の市販品として、大日本インキ化学工業製パイロフォイルを使用した。

続いて、高周波リング筒１７内に、強磁性体箔２０を巻いた状態の冷陰極管５を入れて、誘導加熱を行う。発熱体は、強磁性体箔２０である。このとき、冷陰極管５はインバータ１９に接続して点灯状態にする。強磁性体箔２０は、渦電流に加えヒステリシス損によっても発生するので、効率よく発熱させることができる。なお、加熱対象である冷陰極管５内の水銀は、微量であることにより渦電流が発生しないので、自ら発熱することはない。

高周波電源１８は、出力３０ｋＷかつ８０ｋＨｚの設定とする。高周波リング筒１７に電流を流すことにより、強磁性体箔２０が２〜３秒で３５０℃まで上昇し冷陰極管５を加熱し始める。この状態で、冷陰極管５の端部の輝度上昇を色彩輝度計（図示せず）により観察しながら、任意の輝度上昇に達したポイントで高周波出力を停止する。

その後、冷陰極管５をＬＣＤモジュール２に組み込み再度モジュール化する。最後に、ＬＣＤモジュール２の表示画面の輝度が復活したことを確認後、そのＬＣＤモジュール２を端末モニタ１に組み込む。これにより、再び端末モニタ１の使用が可能となる。

なお、強磁性体箔２０の代わりに、導電体箔を用いてもよい。この場合は渦電流のみによる発熱となる。

図７［１］は、本発明に係る輝度回復装置の一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。

図７［１］に示すように、本実施形態の輝度回復装置１００は、輝度が低下した冷陰極管５を加熱する加熱手段１０１と、加熱手段１０１によって加熱されている冷陰極管５に通電することにより冷陰極管５を点灯させる通電手段１０２と、通電手段１０２によって通電されている冷陰極管５の輝度を測定する輝度測定手段１０３と、輝度測定手段１０３で測定された輝度に基づき加熱手段１０１を制御する制御手段１０４と、を備えている。

加熱手段１０１は、例えば前述した恒温槽や誘導加熱装置である。通電手段１０２は、冷陰極管５の点灯に必要な電力を供給する電源である。輝度測定手段１０３は、例えばレンズ、フィルタ、光検出器等からなり、受光した輝度に対応した電気信号を出力する。制御手段１０４は、例えばマイクロコンピュータ及びそのプログラムからなり、輝度測定手段１０３から輝度のデータを入力し、そのデータに基づき加熱手段１０１、通電手段１０２及び輝度測定手段１０３に対して制御信号を出力する。

図７［２］は、輝度回復装置１００の動作を示すフローチャートである。以下、図７［１］［２］に基づき説明する。

あらかじめ、通電手段１２からの配線を冷陰極管５に接続し、加熱手段１０１で加熱できるように、かつ輝度測定手段１０３で測定できるように、冷陰極管５を位置付けておく。続いて、制御手段１０４が次のように動作し始める。まず、加熱・通電・測定を開始する（ステップ２０１）。そして、サンプリング時間ごとに、輝度が一定以上になったか否かを判断する（ステップ２０２）。輝度が一定未満であれば加熱・通電・測定を続行する。一方、輝度が一定以上であれば、冷陰極管５の輝度が回復したので、加熱・通電・測定を停止する（ステップ２０３）。輝度回復装置１００によれば、輝度が低下した冷陰極管５を自動的に一定の輝度まで回復させることができる。

なお、図示しないが、一定時間が経過しても輝度が一定未満であれば、エラー信号を出力した上で、加熱・通電・測定を停止する。又は、加熱温度を上げて、加熱・通電・測定を続行するようにしてもよい。また、制御手段１０４は、輝度測定手段１０３で測定された輝度が一定以上になると加熱手段１０１による冷陰極管５の加熱を停止させる機能を有していればよく、通電手段１０２及び輝度測定手段１０３に対する制御については他の手段に任せるようにしてもよい。

なお、本発明は、いうまでもなく、上記各実施形態に限定されない。例えば、冷陰極管に代えて、家庭用の蛍光ランプや高輝度の水銀灯にも、本発明を適用可能である。

本発明に係る輝度回復方法の第一実施形態を示す概念図である。 発光原理を示す冷陰極管の断面図である。 発光減衰を示す冷陰極管の断面図である。 輝度回復を示す冷陰極管の断面図である。 冷陰極管についての加熱温度及び時間と輝度上昇率との関係を示すグラフである。 本発明に係る輝度回復方法の第二実施形態を示す概念図である。 本発明に係る輝度回復装置の一実施形態を示し、図７［１］は構成を示すブロック図であり、図７［２］は動作を示すフローチャートである。

符号の説明

５ 冷陰極管
６ 恒温槽
７ ガラス管
８ 蛍光体
９ 水銀（蒸気）
１０ 不活性ガス
１１ 電子放出電極
１２ 外部電極
１３ 電子
１４ 紫外線
１５ 水銀（液体）
１７ 高周波リング筒（空芯コイル）
１８ 高周波電源（誘導加熱装置の一部）
２０ 強磁性体箔
１００ 輝度回復装置
１０１ 加熱手段
１０２ 通電手段
１０３ 輝度測定手段
１０４ 制御手段

Claims (2)

1. 冷陰極管を加熱し、
   この加熱されている前記冷陰極管に通電することにより当該冷陰極管を点灯させ、
   この通電されている前記冷陰極管の輝度を測定し、
   この測定された輝度が一定以上になると、前記冷陰極管の加熱を停止する、
   ことを特徴とする冷陰極管の輝度回復方法。
   
2. 冷陰極管を加熱する加熱手段と、
   この加熱手段によって加熱されている前記冷陰極管に通電することにより当該冷陰極管を点灯させる通電手段と、
   この通電手段によって通電されている前記冷陰極管の輝度を測定する輝度測定手段と、
   この輝度測定手段で測定された輝度に基づき前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
   この制御手段は、前記輝度測定手段で測定された輝度が一定以上になると、前記加熱手段による前記冷陰極管の加熱を停止させる機能を有する、
   ことを特徴とする冷陰極管の輝度回復装置。

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