JP2001210271A

JP2001210271A - 冷陰極形電極、蛍光ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP2001210271A
Application number: JP2000021186A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takeda; 雄士武田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】エミッター付着量を増加して、しかも電極損失
を長期間にわたり低減した冷陰極形電極、これを用いた
蛍光ランプおよび照明装置を提供する。【解決手段】先端が開口している金属パイプ４ａの内面
に沿ってエミッター４ｃを担持する導電性担持体４ｂを
配設していることにより、エミッター４ｃの導電性基体
への接触面積を多くできるので、エミッター４ｃの担持
量を増加してもエミッター４ｃおよび水銀のスパッタを
低減して長期間にわたり陰極降下電圧が低くて低消費電
力の冷陰極形電極４を得ることができる。導電性担持体
４ｂとしては、金属コイル、金属メッシュ、金属繊維な
どを用いることができる。また、金属パイプ４ａの開口
を縮径すると、さらに効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極形電極、こ
れを用いた蛍光ランプおよび照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルを背面側から照明する比較的
小形のバックライト用の光源として、冷陰極を備えた蛍
光ランプが小形化が可能で、しかも低消費電力であるこ
とから多用されている。しかし、携帯情報端末に用いら
れる液晶パネルのバックライト用の光源には、さらに低
消費電力であることが求められている。この要求に応え
るために、図８に示すように、エミッターを塗布した冷
陰極形電極を備えた蛍光ランプが使用されている。

【０００３】図８は、従来の蛍光ランプの一態様を示す
要部縦断面図および横断面図である。

【０００４】図９は、従来の蛍光ランプの異なる態様を
示す要部縦断面図および横断面図である。

【０００５】各図において、１１は透光性気密容器、１
２は蛍光体層、１３は導入線、１４は冷陰極形電極であ
る。

【０００６】透光性気密容器１１は、細長い透明なガラ
スバルブの両端を封止して形成されている。そして、透
光性気密容器１１の内部には水銀および希ガスからなる
放電媒体が封入される。

【０００７】蛍光体層１２は、透光性放電容器１１の両
端部を除いた内面に被着して形成されている。

【０００８】導入線１３は、透光性放電容器１１の両端
にそれぞれ封着されている。

【０００９】冷陰極形電極１４は、金属パイプ１４ａお
よびエミッター層１４ｃからなる。金属パイプ１４ａ
は、先端が開口し、基端が導入線の先端に支持される。
エミッター層１４ｃは、金属パイプ１４ａの内面に塗布
されている。図９におけるエミッター層１４ｃは、塗布
量を多くして、膜厚が大きく形成されている。そうし
て、冷陰極形電極１４は、透光性放電容器１１の両端の
内部に封装されている。なお、エミッター層１４ｃは、
金属パイプ１４ａの内外両面に塗布されるものもあっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の冷陰
極形電極においては、蛍光ランプの点灯中にエミッター
が電極表面から透光性放電容器の内面にスパッタして消
耗し尽くされてしまうと、エミッターを用いない冷陰極
と同様になって陰極降下電圧が数十Ｖ上昇し、これによ
り陰極損失が増加する。このため、蛍光ランプの消費電
力が増大するという問題がある。そこで、これを改善
するために、図９に示すように、エミッター層１４ｃの
膜厚を大きくした場合、エミッタ−が消耗し尽くされる
までの時間はある程度延長される。しかし、エミッター
層１４ｂの膜厚が大きくなるにしたがってエミッターが
スパッタされやすくなる。このため、所期の改善効果が
得られないことが分かった。しかも、スパッタによって
エミッターが透光性放電容器の内面へ付着する途中で水
銀蒸気を捕捉するので、これらがともに透光性放電容器
の内面に付着するために、水銀の消耗が加速される。さ
らに、これらのスパッタによって透光性放電容器の内面
が黒化する。その結果、蛍光ランプの光束維持率の低下
や短寿命の原因になる。

【００１１】本発明は、エミッター付着量を増加して、
しかも電極損失を長期間にわたり低減した冷陰極形電
極、これを用いた蛍光ランプおよび照明装置を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の蛍光ラ
ンプは、先端が開口している金属パイプと；金属パイプ
の内面に沿って配設された導電性担持体と；導電性担持
体に担持されたエミッターと；を具備していることを特
徴としている。

【００１３】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１４】＜金属パイプについて＞金属パイプは、導
電性であれば特に材質は限定されないが、ニッケル、ア
ルミニウム・ジルコニウム合金、タングステンなどの電
子放射性金属が好適である。しかし、本発明において
は、金属パイプの電子放射性は必須でないので、電子放
射性の低い金属たとえばステンレス鋼などで金属パイプ
を形成してもよい。また、金属パイプの外径は、透光性
放電容器に封装可能であれば特に制限されない。さら
に、金属パイプの長さは、特に制限されないが、たとえ
ば透光性放電容器の内径が２．６ｍｍ以下の場合、金属
パイプの外径は１．６ｍｍ未満、長さ１０ｍｍ以下にす
ることができる。しかし、金属パイプの内径および長さ
は、大きい方が効果的である。

【００１５】＜導電性担持体について＞導電性担持体
は、金属パイプの内面に沿って配設される。そして、エ
ミッターの導電性担持体および金属パイプを含む導電体
への接触面積を増大させる。このために、導電性担持体
は、金属コイル、金属メッシュまたは金属繊維などを用
いることができる。また、導電性担持体は、金属パイプ
の内面に沿って配設されるので、金属パイプに導電的に
接続されている。これを確実にするために、導電性担持
体を適当な手段たとえば溶接、加締め、圧接などによっ
て金属パイプ内に固定するのが好ましい。なお、この際
に導入線と一緒に固定することができる。さらに、導電
性担持体を金属コイルによって構成することにより、金
属パイプへの挿入、接触および固定が容易なので好適で
ある。また、金属コイルは、その外径を１．４ｍｍ以下
で、軸長を９ｍｍ以下にすると、効果的である。しか
し、導電性担持体は、要すれば、金属パイプに導電接触
しているのであれば、金属パイプに対して固定されてい
なくてもよい。また、導電性担持体が金属メッシュまた
は金属繊維の場合には、これらを円筒状に成形して金属
パイプ中に挿入し、固定することができる。

【００１６】さらにまた、導電性担持体の材質は、特に
限定されないが、タングステン、ニッケルなどの電子放
射性金属が好適である。しかし、要すれば、ステンレス
鋼、モリブデンなどの金属であってもよい。

【００１７】＜エミッターについて＞エミッターは、Ｂ
ａ、ＳｒおよびＣａの一種または複数種からなるアルカ
リ土類金属の酸化物たとえばＢａＯ、ＢａＡｌ_２Ｏ_４な
どを主体とする電子放射性物質やアルカリ土類金属およ
び遷移金属を含む焼結体を主体とする電子放射性物質な
どを用いることができる。なお、前者の電子放射性物質
は、大気中で化学的に極めて不安定なため、アルカリ土
類金属の炭化物を溶媒およびバインダーとともに分散し
た塗布液を調整して、塗布液中に金属パイプを浸漬し付
着液を乾燥させてから透光性放電容器に、封装して、蛍
光ランプの製造中の排気工程において真空または不活性
ガス雰囲気中で加熱焼成して炭化物を分解することによ
り、いわゆる活性化を行って得ることができる。これに
対して、後者の電子放射性物質は、その適当な粒度の焼
結体を溶媒およびバインダーとともに分散した塗布液を
調整して、金属パイプを塗布液中に浸漬し乾燥させ、加
熱焼成してバインダーを分解することによって得ること
ができる。このため、冷陰極形電極単体の状態でも活性
化された電子放射性物質を得ることができるし、上記と
同様に蛍光ランプの製造中に焼成して得ることもでき
る。また、金属パイプの内面に沿って配設されている導
電性担持体にエミッターを担持させるには、導電性担持
体を予め金属パイプの内面に沿って配設しておけばよ
い。さらに、エミッターは、金属パイプの内面側に担持
されるのに加えて外面にも担持していてもよい。しか
し、金属パイプの外面にエミッターを担持させない場合
には、金属パイプを塗布液に浸漬後、外面の塗布液を拭
き取ればよい。さらにまた、金属パイプの塗布液への浸
漬作業およびエミッター付着後の取り扱いを容易にする
とともに、冷陰極形電極の透光性放電容器への封装を容
易にするために、予め金属パイプに導入線を接続して、
電極マウントを製作しておくことができる。

【００１８】＜本発明の作用について＞本発明は、以上
の構成を具備していることにより、金属パイプの内面に
沿って配設した導電性担持体を備えているので、金属パ
イプおよび導電性基体によって構成される導電性基体へ
のエミッターの接触面積が増加する。これに伴って、エ
ミッターおよび水銀のスパッタが著しく減少する。この
ため、長時間の点灯でも陰極降下電圧の上昇がない蛍光
ランプを得ることができる。

【００１９】請求項２の発明の冷陰極形電極は、請求項
１記載の冷陰極形電極において、金属パイプは、先端の
開口が縮径されていることを特徴としている。

【００２０】本発明は、金属パイプの開口が縮径されて
いることにより、エミッターのスパッタが抑制されると
ともに、エミッターの塗布液に浸漬する際にエミッター
を多く担持することができる。また、縮径部が金属パイ
プの内面に沿って配設されている導電性担持体の位置を
規制することができる。

【００２１】金属パイプの縮径の程度は、特に限定され
ないが、開口径が金属パイプの外径に対して１／２を中
心に外径の±２０％程度の範囲まで許容される。

【００２２】請求項３の発明の蛍光ランプは、透光性放
電容器と；透光性放電容器の内面側に形成された蛍光体
層と；透光性気密容器の両端において先端が透光性気密
容器の内部に突出するように封装された一対の導入線
と；導入線の先端に接続された一対の請求項１または２
記載の冷陰極形電極と；透光性放電容器内に封入された
水銀および希ガスからなる放電媒体と；を具備している
ことを特徴としている。

【００２３】＜透光性放電容器について＞透光性放電容
器は、一般的にはガラスによって形成されるが、要すれ
ばガラス以外の透光性材料たとえばセラミックスなどで
あってもよい。また、ガラスは、硬質ガラス、半硬質ガ
ラスまたは軟質ガラス、石英ガラスなどであってもよ
い。

【００２４】「透光性」とは、透光性放電容器の所要部
分が透光性であれば、その他の部分は遮光性であっても
よい。

【００２５】また、透光性放電容器の内径は、一般的に
は５ｍｍ以下、好適には２．６ｍｍ以下、最適には２．
０ｍｍ以下である。

【００２６】さらに、透光性放電容器の軸方向の長さ
は、利用する照明装置の要求に応じて設定することがで
きるが、５００ｍｍ以下であれば、任意所望の値にする
ことができる。

【００２７】さらにまた、透光性放電容器は、直管状だ
けでなく、湾曲または屈曲した形状であってもよい。た
とえば、円環状、半円状、Ｌ字状、Ｍ字状、Ｕ字状、コ
字状、へ字状などであることを許容する。

【００２８】＜蛍光体層について＞蛍光体層は、透光性
放電容器の内面に直接形成してもよいし、たとえば保護
膜、反射膜などを介して間接的に形成してもよい。

【００２９】また、使用する蛍光体は、その用途に応じ
て任意所望のものを用いることができる。たとえば、バ
ックライト装置や車載計器照明用の蛍光ランプの場合
は、３波長発光形蛍光体またはハロリン酸塩蛍光体など
の白色系の蛍光体を用いることができる。また、読取用
の蛍光ランプの場合は、希土類のリン酸塩蛍光体（Ｌａ
ＰＯ_４：Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋）のような単色蛍光体また
はこれを含んだ蛍光体を用いることができる。

【００３０】さらに、蛍光体層は、透光性放電容器の内
面側の全周にわたり形成してもよいし、透光性放電容器
の軸方向に沿って一部に蛍光体層を形成しないことによ
り、導光開口を配設することができる。

【００３１】そうして、蛍光体層は、蛍光体粒子の重な
りによって形成されているために多孔質であり、したが
って蛍光体粒子の間には、わずかな隙間が形成されてい
る。

【００３２】＜一対の電極について＞一対の電極は、請
求項１または２記載の冷陰極形電極が用いられる。

【００３３】＜放電媒体について＞放電媒体は、水銀お
よび希ガスを含み、そのうち水銀は所定量を封入する。

【００３４】水銀は、その適当量を液体水銀や水銀蒸気
圧特性が液体水銀に比較的近いＺｎＨｇのようなアマル
ガムの形で水銀を封入することができる。

【００３５】希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして
作用し、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよ
びヘリウムなどを一種または複数種混合して用いること
ができる。希ガスの混合としては、たとえばネオンおよ
びアルゴンや、ネオンおよびヘリウムなどである。

【００３６】＜本発明の作用について＞本発明において
は、一対の電極として請求項１または２記載の冷陰極形
電極を封装していることにより、エミッターの担持量を
増加してもエミッターおよび水銀のスパッタが少ないの
で、長時間点灯してもエミッターの消耗が遅く、したが
って長期間にわたって消費電力の少ない点灯状態を維持
する。このことは寿命中の消費電力が少ない蛍光ランプ
を得ることができることを意味している。なお、定格消
費電力を３Ｗ以下にすることができる。

【００３７】請求項４の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に支持された請求項３記載の蛍光ラ
ンプと；を具備していることを特徴としている。

【００３８】本発明において、「照明装置」とは、蛍光
ランプの発光を利用する全ての装置を含む広い概念であ
り、たとえばバックライトユニットおよびこれを備えた
液晶表示装置、ならびに液晶表示装置を組み込んだ機器
を含む。液晶表示装置を組み込んだ機器は、たとえば、
パーソナルコンピュータ、携帯情報端末機、液晶テレビ
ジョン受像装置などの液晶表示装置組込み機器、ならび
に自動車などの移動体用計器パネル照明装置、装飾用照
明器具などである。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４０】図１は、本発明の冷陰極形電極および蛍光
ランプの第１の実施形態を示す縦断面図および横断面図
である。

【００４１】図２は、同じく冷陰極形電極マウントの拡
大縦断面斜視図である。

【００４２】各図において、１は透光性放電容器、２は
蛍光体層、３は導入線、４は冷陰極形電極、Ｍは電極マ
ウントである。

【００４３】透光性放電容器１は、ガラス製である。

【００４４】蛍光体層２は、透光性放電容器１の内面の
両端領域を除いて３波長発光形蛍光体を用いて形成され
ている。

【００４５】導入線３は、透光性放電容器１の両端に封
着され、先端が透光性放電容器１の内部に突出してい
る。

【００４６】冷陰極形電極４は、金属パイプ４ａ、導電
性担持体４ｂおよびエミッター層４ｃからなる。金属パ
イプ４ａは、ニッケルを主成分とする金属からなり、蛍
光ランプ先端の放電空間に対向する先端に開口４ａ１が
形成されている。導電性担持体４ｂは、タングステンの
コイルによって構成されていて、金属パイプ４ａ内に挿
入されることによって金属パイプ４ａの内面に沿って配
設されている。エミッター層４ｃは、金属パイプ４ａお
よび導電性担持体４ｂに接触しながら金属パイプ４ａの
内面に付着して形成されている。そうして、冷陰極形電
極４は、導入線３の先端に導電性担持体４ｂおよび金属
パイプ４ａの基端を嵌め、そして三者を溶接することに
よって導入線３に支持されて電極マウントＭを構成する
とともに、透光性放電容器１の内部に封装されている。

【００４７】放電媒体は、水銀および希ガスであり、希
ガスがアルゴンおよびネオンの混合ガスである。

【００４８】図３は、本発明の冷陰極形電極および蛍光
ランプの第２の実施形態を示す縦断面図および横断面図
である。

【００４９】図において、図１と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、冷陰極
形電極４が異なる。すなわち、冷陰極形電極４は、金属
パイプ４ａが先端に金属パイプ４ａの外径の１／２に縮
径された開口４ａ１‘を備えている。

【００５０】図４は、本発明の冷陰極形電極および蛍光
ランプの各実施形態における冷陰極形電極のエミッター
層の重量を比較例のそれとともに示すグラフである。

【００５１】図において、横軸は実施形態１、２および
比較例１、２を、縦軸はエミッター層の重量（ｍｇ）
を、それぞれ示す。なお、実施形態１は図１に示すも
の、実施形態２は図３に示すもの、比較例１は図８に示
す従来例、比較例２は図９に示す従来例、をそれぞれ示
す。

【００５２】図から理解できるように、実施形態１およ
び２のエミッター層の重量は、図９に示す従来技術と同
等にエミッターを増加している。

【００５３】図５は、本発明の冷陰極形電極および蛍光
ランプの各実施形態における点灯時間に対するランプ電
圧の変化を比較例のそれとともに示すグラフである。

【００５４】図において、横軸は蛍光ランプの点灯時間
（Ｈrs.）を、縦軸はランプ電圧（Ｖrms.）を、それぞ
れ示す。ランプ電圧が上昇する領域において曲線Ａは実
施形態１および２、曲線Ｂは比較例１、曲線Ｃは比較例
２を、それぞれ示す。なお、実施形態１、２および比較
例１、２は、図４と同じである。いずれもランプ電流５
ｍＡで点灯したときのデータである。なお、ランプ電圧
が低い状態および高い状態でそれぞれ安定している領域
は曲線Ａ、ＢおよびＣ共通である。

【００５５】図から理解できるように、ランプ電圧が上
昇しない範囲を寿命とすれば、本発明の各実施形態によ
れば、比較例１の２倍の寿命であり、また比較例２に較
べても明らかに寿命が長いことを認めることができる。

【００５６】図６は、本発明の冷陰極形電極および蛍光
ランプの各実施形態における水銀のスパッタ量を示すグ
ラフである。

【００５７】図において、横軸は実施形態１、２および
比較例１、２を、縦軸はエミッター層の重量（ｍｇ）
を、それぞれ示す。なお、実施形態１、２および比較例
１、２は、図４と同じである。いずれもランプ電流５ｍ
Ａで５０００時間点灯したときのデータである。

【００５８】図から理解できるように、水銀のスパッタ
量は、実施形態１が比較例１より多少多いが、比較例２
より顕著に少なく、また、実施形態２が最も少ないこと
が分かる。

【００５９】図７は、本発明の照明装置の一実施形態と
しての液晶表示装置を示す要部断面図である。

【００６０】図において、６はバックライトユニット、
７は液晶表示部である。

【００６１】＜バックライトユニット６について＞バッ
クライトユニット６は、導光体６ａ、蛍光ランプ６ｂ、
樋状反射板６ｃ、背面反射板６ｄ、拡散板６ｅ１および
集光板６ｅ２備え、図示しないケースに収納される。

【００６２】導光体６ａは、アクリル樹脂などの高屈折
率を有する透明体から構成されている。

【００６３】蛍光ランプ６ｂは、導光体６ａの端面に対
向して配設され、その発光を導光体６ａの端面から内部
へ入射させる。

【００６４】樋状反射板６ｃは、蛍光ランプ６ｂから導
光体６ａに直接入射しない方向へ放射された光を反射し
て導光体６ａに入射させるとともに、蛍光ランプ６ｂの
発光が導光体６ａ以外の箇所から漏光しないように遮蔽
する。

【００６５】背面反射板６ｄは、導光体６ａの背面から
出る光を反射して導光体６ａの前面から出射させる。ま
た、その際に光がなるべく均一に出射するように、背面
反射板６ｃの反射率を部分的に制御することができる。

【００６６】拡散板６ｅ１は、導光体６ａの前面に配設
されて、導光体６ａから前方へ出射する光を拡散して輝
度分布をなるべく均一化する。

【００６７】集光板６ｅ２は、拡散板６ｅ１から出射し
た光を集光して、液晶表示部７に対する入射効率を高め
る。

【００６８】＜液晶表示部７について＞液晶表示部７
は、バックライトユニット６の前面に重ねて配設され、
その背面からバックライトユニット６により照明され、
液晶表示が行われる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、先端
が開口している金属パイプの内面に沿ってエミッターを
担持する導電性担持体を配設していることにより、エミ
ッターの導電性基体との接触面積を多くできるので、エ
ミッターの担持量を増加してもエミッターおよび水銀の
スパッタを低減して長期間にわたり陰極降下電圧が低く
て低消費電力の冷陰極形電極を提供することができる。

【００７０】請求項２の発明によれば、加えて金属パイ
プの先端に縮径された開口を備えていることにより、さ
らにエミッターおよび水銀のスパッタが少ない冷陰極形
電極を提供することができる。

【００７１】請求項３の発明によれば、請求項１および
２の効果を有する蛍光ランプを提供することができる。

【００７２】請求項４の発明によれば、請求項１および
２の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷陰極形電極および蛍光ランプの第１
の実施形態を示す縦断面図および横断面図

【図２】同じく冷陰極形電極マウントの拡大縦断面斜視
図

【図３】本発明の冷陰極形電極および蛍光ランプの第２
の実施形態を示す縦断面図および横断面図

【図４】本発明の冷陰極形電極および蛍光ランプの各実
施形態における冷陰極形電極のエミッター層の重量を比
較例のそれとともに示すグラフ

【図５】本発明の冷陰極形電極および蛍光ランプの各実
施形態における点灯時間に対するランプ電圧の変化を比
較例のそれとともに示すグラフ

【図６】本発明の冷陰極形電極および蛍光ランプの各実
施形態における水銀のスパッタ量を示すグラフ。

【図７】本発明の照明装置の一実施形態としての液晶表
示装置を示す要部断面図

【図８】従来の蛍光ランプの一態様を示す要部縦断面図
および横断面図

【図９】従来の蛍光ランプの異なる態様を示す要部縦断
面図および横断面図

【符号の説明】１…透光性気密容器２…蛍光体層３…導入線４…冷陰極形電極４ａ…金属パイプ４ｂ…導電性担持体４ｃ…エミッターＭ…電極マウント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端が開口している金属パイプと；金属パ
イプの内面に沿って配設された導電性担持体と；導電性
担持体に担持されたエミッターと；を具備していること
を特徴とする冷陰極形電極。
【請求項２】金属パイプは、先端の開口が縮径されてい
ることを特徴とする請求項１記載の冷陰極形電極。
【請求項３】透光性放電容器と；透光性放電容器の内面
側に形成された蛍光体層と；透光性気密容器の両端にお
いて先端が透光性気密容器の内部に突出するように封装
された一対の導入線と；導入線の先端に接続された一対
の請求項１または２記載の冷陰極形電極と；透光性放電
容器内に封入された水銀および希ガスからなる放電媒体
と；を具備していることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項４】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
た請求項３記載の蛍光ランプと；を具備していることを
特徴とする照明装置。