JP2002042735A

JP2002042735A - 蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2002042735A
Application number: JP2000228411A
Authority: JP
Inventors: Noritsuna Hashimoto; 典綱橋本; Shuji Iwata; 修司岩田; Shuhei Nakada; 修平中田; Akihiro Watanabe; 昭裕渡辺; Akihiko Hosono; 彰彦細野; Masahiro Fujikawa; 正洋藤川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】有害な水銀を含まず、しかも簡単な構造で直
管型となる蛍光ランプを得る。【解決手段】円筒状のガラス管６の内面に発光層５と
して蛍光層４とアルミバック３を形成する。ガラス管６
の中心軸の位置に電子放出物質が表面に塗布された導電
性ワイヤ１を伸長し、円筒状のメッシュ電極２の中心軸
をガラス管６の中心軸に合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源に電界放出
を用いた、特に直管型の蛍光ランプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、直管型の蛍光ランプは、両端に
電極が取り付けられ内部が気密に保たれたガラス管の内
面に蛍光体が塗布された構造で、内部は通常０．２〜
０．７ｋＰａのアルゴンなどの希ガスと少量の水銀が混
入され、水銀の一部は蒸気となって管内の空間に浮遊し
ている。電極間に電圧をかけると両電極間で放電が発生
し電子が水銀原子または希ガス原子と衝突する。所定エ
ネルギー以上の電子が水銀原子と衝突すると水銀原子が
電離されてエネルギーの高い状態になりその緩和過程で
紫外線を放射し、この紫外線が管壁に塗布された蛍光体
により可視光に変換されてランプとして機能するのであ
る。

【０００３】上記のように構成された蛍光ランプでは水
銀の蒸気圧が温度によって変化するため、周囲温度によ
りランプの明るさが変化する等動作範囲が限定され、特
に低温時には水銀の蒸気圧が低いため、始動時の放電開
始電圧が高くなり、点灯不良や、点灯直後はランプの明
るさが通常よりも低くランプの温度上昇にともなって徐
々に明るさが増えていくなどの不具合が生じる。さら
に、生態系に有害な水銀を含むため、使用中の破損や廃
却時に水銀が自然環境に放出される恐れがあり、環境負
荷が大きいものとなっている。

【０００４】水銀を含まないランプとして希ガスの放電
による真空紫外線を励起源とした希ガス放電ランプが提
案されているが、発光効率が水銀を用いた蛍光ランプの
半分程度しかなく、高輝度が要求される一般照明や液晶
のバックライトには適用できない。そのため、一部のフ
ァクシミリの読み取り光源として実用化されている程度
である。

【０００５】蛍光体の励起源として、紫外線の代わりに
電子ビームを用いる方法がある。いわゆる陰極線管（Ｃ
ＲＴ）であり、通常ＣＲＴでは電子放出源に熱陰極を用
いているが、その場合フィラメントが必要となり、フィ
ラメントを高温に保持するための電力が常時必要とな
る。

【０００６】電子源に電界放出を応用した場合（冷陰
極）は熱陰極を用いたものより始動性が良く、熱フィラ
メント電力が不要なため消費電力を低くすることができ
る。例えば特開平１１−１６７８８６号公報に、電界放
出を応用したランプとして、蛍光表示装置が記載されて
いる。図３は、上記従来の蛍光表示装置の説明図であ
り、図中、２１はガラスバルブ、２２はフェイスガラ
ス、２３はフリットガラス、２４は蛍光面、２５は陽極
構体、２６はカソード構体で、セラミック基板２６ａ、
電極２６ｂ、柱状グラファイト２６ｃ、メッシュ電極２
６ｄからなり、２７はアルミバック、２７ａは接触片、
２７ｂは陽極リード、２８はステムガラス、２９はリー
ドピンである。

【０００７】即ち、円筒形のガラスバルブ２１にフェイ
スガラス２２が低融点フリットガラス２３により接着固
定され真空容器が構成されている。この真空容器の中に
蛍光面２４、陽極電極構体２５およびカソード構体２６
が配置されている。蛍光面２４表面にはアルミバック
（アルミニウム薄膜）２７が形成されている。陽極電極
構体２５とアルミバック２７は弾力を有する金属薄板か
らなる接触片２７ａで電気的に接続されている。底部を
構成するステムガラス２８にはリードピン２９が複数本
挿入されており、そのうちの一本が陽極リード２７ｂと
接続されており、この陽極リード２７ｂの先端部は陽極
電極構体２５に接続されている。他のリードピン２９は
カソード構体２６と接続されている。陽極電極構体２５
は金属からなるリング状電極であり、その側面にはＢａ
ゲッターが配置されている。カソード構体２６は、セラ
ミック基板２６ａの中央部に電極２６ｂが配置され、そ
の上面にカーボンナノチューブの集合体からなる柱状グ
ラファイト２６ｃがその長手方向を蛍光面２４の方向に
向けて導電性接着剤で固定配置され、それらを覆うよう
に上面にメッシュ状の開口部をもつメッシュ電極２６ｄ
が配置されたものである。

【０００８】上記蛍光表示装置では、まず外部回路から
リードピン２９を介して陽極リード２７ｂと陽極電極構
体２５に数ｋＶの高電圧を印加する。さらに外部回路か
らリードピン２９を介してカソード構体２６の電極２６
ｂとメッシュ電極２６ｄとの間に電界をかける。この場
合、電極２６ｂ上に固定配置された柱状グラファイト２
６ｃのカーボンナノチューブ先端に高電界がかかり、電
界放出で電子が放出される。放出された電子はメッシュ
電極２６ｄのメッシュ開口部を通過して陽極電極構体２
５のリング状電極により加速されアルミバック２７を貫
通して蛍光体を励起発光させることによりランプとして
機能する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蛍光表示装置は、陽極電極構体などの構造が複雑で
点光源に近い形であり直管型の光源とはならず、一般照
明や液晶のバックライトには不向きであるという課題が
あった。

【００１０】本発明はかかる課題を解消するためになさ
れたもので、有害な水銀を含まず水銀を用いたものに比
べて動作温度範囲の限定が少なくなり、しかも簡単な構
造で直管型となる蛍光ランプを得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の蛍光
ランプは、内部が真空気密に封止された容器、この容器
の内面に設けられた蛍光層、および上記容器内部に設け
られ上記蛍光層に対して電子を放出する電子放出部を備
えた蛍光ランプにおいて、上記電子放出部が、電子放出
物質を塗布した導電性ワイヤと、このワイヤの長手方向
を囲むように配置された電子引き出し電極とから構成さ
れるものである。

【００１２】本発明に係る第２の蛍光ランプは、上記第
１の蛍光ランプにおいて、両端が封止された管からなる
容器内に、上記容器の横断面とその横断面が同心円状に
なるように管状の電子引き出し電極を設け、導電性ワイ
ヤを上記同心円の中心部に設けるものである。

【００１３】本発明に係る第３の蛍光ランプは、上記第
１の蛍光ランプにおいて、導電性ワイヤが銅であり、電
子放出物質が炭素系微粒子のものである。

【００１４】本発明に係る第４の蛍光ランプは、上記第
３の蛍光ランプにおいて、炭素系微粒子がカーボンナノ
チューブを含有するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の第
１の実施の形態の蛍光ランプの横断面図であり、図中、
１は導電性ワイヤ、２は電子引き出し電極であるメッシ
ュ電極、３はアルミバック、４は蛍光層、５はアルミバ
ック３および蛍光層４からなる発光層、６は内部が真空
気密に封止された容器で、両端が封止されたガラス管で
ある。即ち、図１に示すように、内面に発光層５を設け
たガラス管６内に導電性ワイヤ１とメッシュ電極２を配
置し、アルミバック３、メッシュ電極２および導電性ワ
イヤ１に電圧を印加するための導通ピン（図示せず）を
引き出してガラス管６の両端を真空気密に封止して直管
型のランプを得る。本実施の形態の蛍光ランプは、電子
放出部がワイヤ状であるので、全方位に電子ビームが放
出するので直管状のランプが得られる。また、環境負荷
の大きい水銀を用いる必要用がなく、水銀を用いた場合
より動作温度範囲が広い。また、図１に示すように、ガ
ラス管６の中心軸の位置に電子放出物質（図示せず）が
表面に塗布された導電性ワイヤ１を伸長し、メッシュ電
極２の中心軸をガラス管６の中心軸に合わせると、電子
が均等に放出され、蛍光が均一に発生するため好まし
い。

【００１６】円筒状のガラス管６の内面に発光層５とし
て蛍光層４とアルミバック３を形成するが、アルミバッ
ク３は蛍光体で構成された蛍光層４の外表面を薄く覆っ
たアルミニウム薄膜で、厚さは１５００〜３０００Åで
あるのが好ましい。１５００Å未満では反射率が低下し
て光反射膜としての機能が低下することにより、また、
３０００Åを越えると電子ビームの吸収ロスが大きくな
り効率が低下することにより、いずれも輝度が低下す
る。蛍光体は、例えばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌや、ＺｎＳ：
Ａｇや、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕで表記される蛍光体粉末を混合
したものである。導電性ワイヤ１は断面直径が０．２〜
１ｍｍであるのが好ましい。０．２ｍｍ未満では張力に
より断線が生じ、１ｍｍを越えると自重によりたわみや
すくなる。

【００１７】導電性ワイヤに電子放出物質を塗布する方
法としては、スプレー法やディッピング法がある。スプ
レー法は、電子放出物質として例えば炭素系微粒子を用
いて、それをトルエンなどの溶剤に分散混合し、この液
をエアスプレーで導電性ワイヤに吹き付けて表面に均一
塗布する。ディッピング法は、樹脂を溶剤に溶解した液
に炭素系微粒子を分散混合し、この液の中を導電性ワイ
ヤを通過させてワイヤ表面に均一な塗布膜を形成する。
次に、上記のように塗布した後これを約５００℃で焼成
して樹脂および溶剤成分を分解消失させて炭素系微粒子
をワイヤ表面に均一塗布する。上記導電性ワイヤ１およ
びこの表面に塗布する材質としては、導電性ワイヤとし
てタングステン、電子放出物質としてＢａ−Ｓｒ−Ｃａ
−Ｏ、または導電性ワイヤとして導電性が高い銅、電子
放出物質としてグラファイトを含んだ炭素系微粒子を用
いる。後者の場合は電子放出源として冷陰極を用いるこ
とになり、前者に比べて始動性が良く、さらに消費電力
を低くすることができるため好ましい。特に、グラファ
イトがカーボンナノチューブを含有すると、カーボンナ
ノチューブは先端が鋭く電解が集中しやすいため、発光
開始電圧が低く高効率なランプを得ることができる。

【００１８】導電性ワイヤ１の周りを囲むように円筒状
のメッシュ電極２を配置する。メッシュ電極２の材料と
しては例えばインバー材等熱膨張係数の小さい金属を使
用する。またその断面直径は２〜５ｍｍ、電極の厚みは
０．１〜０．５ｍｍが好ましい。直径が２ｍｍ未満では
導電性ワイヤと接触する場合があり、５ｍｍを越えると
導電性ワイヤとの距離が長くなり取り出し電圧が高くな
る。厚みが０．１未満では取扱い難く、０．５ｍｍを越
えると電子ビームの透過率が低下する。

【００１９】次に動作について説明する。発光層に数百
Ｖから数ｋＶの直流電圧を印加するため、アルミバック
３と電気的に接続された導通ピンに外部回路より例えば
３〜１０ｋＶの直流電圧を印加する。同様に導通ピンを
通して、導電性ワイヤ１と円筒状のメッシュ電極２の間
に直流または交流の電圧を印加すると、導電性ワイヤ１
とメッシュ電極２の間に発生する電界で、導電性ワイヤ
の表面に塗布された電子放出物質の仕事関数より大きな
電界がかかると、電界放出で電子放出物質から電子が放
出される。その一部がメッシュ電極２を通過してアルミ
バック３に印加された直流電圧で加速されてアルミバッ
ク３を通過して蛍光層を励起発光させる。蛍光層から外
方向に放射された可視光はガラス管６を通過して外部に
放出され、蛍光層４から内方向に放射された可視光はア
ルミバック３に反射されて外部へ放出される。

【００２０】実施の形態２．図２は本発明の第２の実施
の形態の蛍光ランプの横断面図であり、図中、１１は導
電性ワイヤ、１２は電子引き出し電極であるメッシュ電
極、１３は透明導電性膜、１４は蛍光層、１６は内部が
真空気密に封止された容器で、両端が封止されたガラス
管である。即ち、円筒状のガラス管１６の内面に発光層
１５として透明導電膜１３と蛍光層１４を形成する。透
明導電膜１３は例えばアンチモンドープ酸化錫（ＡＴ
Ｏ）または錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）で形成す
る。蛍光層１４にＺｎＯ：Ｚｎで表記される蛍光体材料
を用いる他は実施の形態１と同様にして蛍光ランプを得
ることができる。ただし、実施の形態１においてアルミ
バックと電気的に接続されていた導通ピンは本実施の形
態では透明導電膜１３と接続する。

【００２１】次に動作について説明する。透明導電膜１
３には導通ピンを通して外部回路より数百Ｖ〜３ｋＶの
直流電圧を印加する他は実施の形態１と同じである。メ
ッシュ電極１２を通過した電子は透明導電膜１３に印加
された直流電圧で加速されて蛍光層１４を励起発光させ
る。

【００２２】実施の形態１においては発光層５がＺｎＳ
系の混合蛍光体からなる蛍光層４とアルミバック３で構
成されており、アルミバックに印加する電圧が３〜１０
ｋＶである。それに対して、本実施の形態では、発光層
１５がＺｎＳ系の混合蛍光体より電気伝導性の高いＺｎ
Ｏ：Ｚｎ蛍光体からなる蛍光層１４と透明導電膜１３で
構成されており、透明導電膜に印加する電圧が３ｋＶ以
下である。つまり、実施の形態１では蛍光体の電気伝導
性は低く、アルミバックによりチャージアップを防いで
いるので、電子がアルミバックを通過して蛍光体を励起
発光させるためには加速電圧として３ｋＶ以上が必要で
ある。それに対して、本実施の形態では電気伝導性が高
いＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体を用いるため、チャージアップは
起こらず、透明導電膜を通して電荷が流れる。そのた
め、透明導電膜に印加する電圧は３ｋＶ以下でも十分で
あり、外部回路が低電圧回路で構成できるため低コスト
が図れる。

【００２３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、蛍光体材料や電子放出物質などは実施
例以外の例えば希土類蛍光体やフラーレン系の炭素系微
粒子でもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の第１の蛍光ランプは、内部が真
空気密に封止された容器、この容器の内面に設けられた
蛍光層、および上記容器内部に設けられ上記蛍光層に対
して電子を放出する電子放出部を備えた蛍光ランプにお
いて、上記電子放出部が、電子放出物質を塗布した導電
性ワイヤと、このワイヤの長手方向を囲むように配置さ
れた電子引き出し電極とから構成されるもので、有害な
水銀を含まず、しかも簡単な構造で直管型となる蛍光ラ
ンプを得るという効果がある。

【００２５】本発明の第２の蛍光ランプは、上記第１の
蛍光ランプにおいて、両端が封止された管からなる容器
内に、上記容器の横断面とその横断面が同心円状になる
ように管状の電子引き出し電極を設け、導電性ワイヤを
上記同心円の中心部に設けるものでもので、均一な照明
が得られるという効果がある。

【００２６】本発明の第３の蛍光ランプは、上記第１の
蛍光ランプにおいて、導電性ワイヤが銅であり、電子放
出物質が炭素系微粒子のもので、消費電力が小さいとい
う効果がある。

【００２７】本発明の第４の蛍光ランプは、上記第３の
蛍光ランプにおいて、炭素系微粒子がカーボンナノチュ
ーブのもので発光開始電圧が低く高効率であるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の蛍光ランプの横
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の蛍光ランプの横
断面図である。

【図３】従来の蛍光表示装置の説明図である。

【符号の説明】

１導電性ワイヤ、２電子引き出し電極、４蛍光
層、６ガラス管、１１導電性ワイヤ、１２電子引き
出し電極、１４蛍光層、１６ガラス管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中田修平東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者渡辺昭裕東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者細野彰彦東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者藤川正洋東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C039 MM06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が真空気密に封止された容器、この
容器の内面に設けられた蛍光層、および上記容器内部に
設けられ上記蛍光層に対して電子を放出する電子放出部
を備えた蛍光ランプにおいて、上記電子放出部が、電子
放出物質を塗布した導電性ワイヤと、このワイヤの長手
方向を囲むように配置された電子引き出し電極とから構
成されることを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項２】両端が封止された管からなる容器内に、
上記容器の横断面とその横断面が同心円状になるように
管状の電子引き出し電極を設け、導電性ワイヤを上記同
心円の中心部に設けることを特徴とする請求項１に記載
の蛍光ランプ。
【請求項３】導電性ワイヤが銅であり、電子放出物質
が炭素系微粒子であることを特徴とする請求項１に記載
の蛍光ランプ。
【請求項４】炭素系微粒子がカーボンナノチューブを
含有することを特徴とする請求項３に記載の蛍光ラン
プ。