JP2004247098A

JP2004247098A - 冷陰極蛍光ランプ及びその製造方法

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Publication number: JP2004247098A
Application number: JP2003034004A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ikeda; 達也池田; Katsunori Kuma; 勝則熊
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】電極を構成する金属相とガラスバルブの端部のガラス相との密着性が良くて封着強度が強く、信頼性の高い冷陰極蛍光ランプを提供する。
【解決手段】この発明の冷陰極蛍光ランプ１１は、外周面に酸化膜３１が形成された有底筒体型金属の電極３０をガラスバルブ１の端部開口部の中に封着し、当該端部開口部を気密的に封止した構造であり、予め外周面に形成されている酸化膜３１によって電極とガラスバルブとの接合部分の馴染みが良く、気密性が高く、高効率で信頼性も高いものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極蛍光ランプ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶ディスプレイのバックライト装置の光源や小型照明用の光源として用いられる冷陰極蛍光ランプでは、近年の技術命題として小形化と共に発光効率の向上が要求されている。
【０００３】
このような技術的要求に鑑みて本願発明者らは、図１０に示す電極構造の冷陰極蛍光ランプ１０の開発を行った。この開発途上の冷陰極蛍光ランプ１０は、ガラスバルブ１の内壁に蛍光体被膜２が約２０〜３０μｍの厚さで形成され、ガラスバルブ１の両端部には有底筒体型の電極３をその開口部４が放電空間５に向く姿勢で気密的に封着した構造である。この電極３に対して高圧を印加するために、電極３の外側底面からリード線６が導出してある。また、ガラスバルブ１の放電空間５には、アルゴン、ネオン、キセノン等の少なくとも１種類の希ガスと水銀が封入してある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０４２７２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような開発品の冷陰極蛍光ランプ１０は、有底筒体型電極３の底部外面がガラスバルブ１の端面とほぼ面一になり、外気と接触する部分が少ない構造であるため、この電極３に高圧を印加して放電発光させる場合、電極３の放熱が最小限に抑えられ、かつ有効発光長の増加により、高効率での発光が可能であるメリットを有している。
【０００６】
しかしながら、上記開発品の冷陰極蛍光ランプ１０では、電極３にモリブデンを用い、大気中のバーナー加熱によりガラスバルブ１の端部開口部の中に封着する製造過程において、電極３の表面が高温のバーナー炎に直接あぶられることになるため電極３の表面から白い煙が発生し、それが金属とガラスとの間に共に封着されて気泡となり、金属相とガラス相との密着性を阻害し、封着強度を低下させたり、ランプ内の封入ガスがリークすることがあるという技術的課題がなお残されていることが見出された。これは、電極の引出し線として使用していたリード線に比べてバーナーの炎で加熱される金属表面の表面積が大幅に増加されたことに伴って発生した予期せぬ封着課題となった。すなわち、カップ電極を封着する際に表面積が増加したために封着時の放熱が大きくなり、従来よりも高カロリーのバーナーを使用する必要性が生じたが、このため、封着部分での加熱温度が高くなり、電極表面から白い煙が発生し、これが気泡の原因となっているのである。
【０００７】
また、気泡の発生は封着部のガラスバルブ径の肥大化を招き、バルブ細径化設計に不都合をもたらすという問題も発生させていた。
【０００８】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、電極を構成する金属相とガラスバルブの端部のガラス相との密着性が良くて封着強度が強く、信頼性の高い冷陰極蛍光ランプ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の冷陰極蛍光ランプは、外周面に酸化膜が形成された有底筒体型金属の電極をガラスバルブの端部開口部の中に封着し、当該端部開口部を気密的に封止したものである。
【００１０】
請求項１の発明の冷陰極蛍光ランプでは、予め外周面に酸化膜が形成されている有底筒体型の電極を使用することにより、封着製造過程において高カロリーで電極表面を加熱することになっても電極表面からの白い煙の発生が抑制され、電極とガラスバルブの端部開口部との接合部分の馴染みが良く、気泡の発生を抑制して確実に気密的な封着が可能であり、封着部の肥大化を抑制した高効率で、かつ信頼性の高い冷陰極蛍光ランプが提供できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極の外周面の酸化膜は、０．２〜３．０μｍの厚みにしたものであり、酸化膜の厚みをこの範囲に設定することで電極とガラスバルブの端部開口部との接合部分の馴染みが良くし、かつ封着部分の強度も高くできる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極は、その外周面の酸化膜を前記ガラスバルブの端部開口部に接合する部分にのみ形成したものであり、電極におけるガラスバルブの端部開口部との接合部以外の放電空間に露出する部分には酸化膜を形成しないことにより放電特性を阻害することがなく、高効率化が図れる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極は、前記ガラスバルブの端部開口部に接合する部分とそれよりもガラスバルブの放電空間側に突出する部分とで外径を異ならせたものであり、製造において電極外周面の酸化膜を形成する必要がある部分とそれを必要としない部分とを区別することができ、酸化膜を必要とする部分だけに酸化膜を形成しやすくなる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜４の冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極は、モリブデンから成るものであり、ガラス素材との熱膨張係数と近い特性を持つ電極素材を採用することによって高温度状態でも電極の金属相とガラス相との接触部分に働く熱ストレスを小さくでき、信頼性の高い封着が得られることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明の冷陰極蛍光ランプの製造方法は、ガラスバルブの端部開口部を有底筒体型金属の電極によって気密的に封止するのに、前記電極の外周面に予め酸化膜を形成し、当該電極を前記ガラスバルブの端部開口部の中に詰め込み、当該電極の詰め込み部分を加熱することによって当該電極の外周部を前記ガラスバルブの端部に封着することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明の冷陰極蛍光ランプの製造方法では、電極とガラスバルブの端部開口部との接合部分の馴染みが良く、電極を確実に気密的に封着でき、高効率で、かつ信頼性の高い冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記電極の外周面の酸化膜は、０．２〜３．０μｍであることを特徴とするものであり、電極とガラスバルブの端部開口部との接合部分の馴染みが良く、かつ封着部分の強度も高い冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項６又は７の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記電極の外周面の酸化膜は、当該酸化膜を形成する必要がある部分である前記ガラスバルブの端部と接合する部分にのみ形成することを特徴とするものであり、電極におけるガラスバルブの端部開口部との接合部以外の放電空間に露出する部分には酸化膜を形成しないことにより放電特性を阻害することがなく、高効率に放電点灯する冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記電極の酸化膜を形成する必要のない部分に窒素ガスを吹き付けながら、酸化膜を形成する必要がある部分をバーナーで炙ることによって前記酸化膜を形成することを特徴とするものであり、酸化膜の形成が必要な部分にだけに酸化膜を確実に形成することができ、ひいては高効率に放電点灯する冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項８又は９の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記電極は、酸化膜を形成する必要のない部分と酸化膜を形成する必要がある部分とで外径を異ならせたものを用いることを特徴とするものであり、酸化膜の形成が必要な部分にだけいっそう確実に酸化膜を形成することができ、ひいては高効率に放電点灯する冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項６〜１０の冷陰極蛍光ランプの製造方法において、前記電極は、モリブデンを素材とすることを特徴とするものであり、ガラス素材との熱膨張係数と近い特性を持つ電極素材を採用することによって高温度状態でも電極の金属相とガラス相との接触部分に働く熱ストレスが小さく、信頼性が高く、長寿命な冷陰極蛍光ランプが製造できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の冷陰極蛍光ランプ１１を示している。本実施の形態の冷陰極蛍光ランプ１１は、ガラスバルブ１の内壁に蛍光体被膜２が約２０〜３０μｍの厚さで形成され、ガラスバルブ１の両端部には有底筒体型の電極３０をその開口部４が放電空間５に向く姿勢で気密的に封着した構造である。この電極３０に対して高圧を印加するために、電極３０の外側底面からリード線６が導出してある。また、ガラスバルブ１の放電空間５には、アルゴン、ネオン、キセノン等の少なくとも１種類の希ガスと水銀が封入してある。
【００２３】
電極３０はモリブデンを材料とし、有底筒体型であり、ガラスバルブ１の端部開口部の中に封着され、ガラス相と接触する部分に予め酸化膜３１が形成してあるものを使用している。
【００２４】
この電極３０の外周面に酸化膜３１を形成する方法としては、電極体を回転台に支持して回転させながら、酸化膜３１を形成する必要がある部分をガスバーナーで炙る方法がふさわしい。また、酸化膜を形成する必要がない部分には酸化膜が形成されないようにするために、該当部分には不活性ガスである窒素ガスを吹き付けながら行うことができる。
【００２５】
こうして予め外周面に酸化膜３１が形成された有底筒体型の電極３０を２個用意し、これらを両端が開口したガラスバルブ１のその両端開口部それぞれに挿入し、ガスバーナーで端部を加熱することにより電極３０の酸化膜３１の形成されている部分をガラス相と気密的に接合させる。このときのガスバーナーは、従来の１．３〜１．５倍程度のカロリーのものが使用される。またカロリーを変更しないときは、従来の約１．５倍程度の焼き時間により気密な封着が達成される。
【００２６】
これにより、図１に示したように、外周面に酸化膜３１が形成された有底筒体型金属の電極３０をガラスバルブ１の両端開口部の中に気密的に封着した構造の冷陰極蛍光ランプ１１が得られる。
【００２７】
酸化膜３１の厚みは、０．２〜３．０μｍが好ましい。図２には酸化膜３１の膜厚と引っ張り強度との関係の試験結果を示している。この試験の場合、ガラスバルブ１は外径２．０ｍｍ、内径１．６ｍｍであり、電極３０は外径１．１ｍｍ、内径０．９ｍｍ、長さ３．５ｍｍ、底厚０．１ｍｍであり、酸化膜３１は底部から１．５ｍｍまでの範囲の外周面に形成した。
【００２８】
図２のグラフから、電極３０の引っ張り強度は、酸化膜３１がない場合には３．５ｋｇｆ程度であったが、０．２μｍ厚の酸化膜３１を形成すれば、７ｋｇｆ程度まで向上する。また酸化膜３１を３．０μｍを超える厚みにすれば過酸化となり、表面剥離が発生する等の障害が生じた。これより、電極３０に形成する酸化膜３１の厚みは０．２μｍ〜３．０μｍの範囲が適当であることが判明した。
【００２９】
なお、電極３０の酸化膜３１の形成には、従来から利用されているガスバーナーによって炙る方法の他に、レーザー加熱法を利用することもでき、また薬品により酸化させる方法も利用できる。
【００３０】
また、電極３０の素材には、ガラスバルブ１と熱膨張係数が近い金属であるモリブデンが最適であるが、ニオブ、タンタルを用いることもできる。
【００３１】
【実施例】
＜実施例１＞従来の技術で述べた開発品である有底筒体型の電極３、ただし外周面に予め酸化膜が形成されていない電極３をガラスバルブ１の端部開口部に封着した図１０の構造の比較例品と、図１の構造の本実施の形態による実施例品との数体について、電極３、３０の部分の引っ張り強度試験を行った結果を図３の表、図４のグラフに示してある。
【００３２】
比較例品、実施例品共に、ガラスバルブ１は外径２．０ｍｍ、内径１．６ｍｍ、長さ２００ｍｍであり、電極間距離は１９４ｍｍである。また、電極３、３０はモリブデン製で、外径１．１ｍｍ、内径０．９ｍｍ、長さ３．５ｍｍ、底厚０．１ｍｍのモリブデンである。本実施例品について、電極３０の酸化膜３１は底部から１．５ｍｍまでの範囲の外周面に、１．８μｍ厚に形成した。ガラスバルブ１に対する電極３，３０の封着は、それらの電極の外側底部から１．５ｍｍまでの範囲である。
【００３３】
図３の表、図４のグラフから明らかなように、比較例品では３．５ｋｇｆ前後の引っ張り強度しかなかったが、本実施例品では７．０ｋｇｆ前後の引っ張り強度を示し、封着強度が向上していることが確認できた。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプについて、図５、図６を用いてその製造方法と共に説明する。第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプ１１の特徴は、電極３２の形状にあり、酸化膜３１を形成する必要がある部分の径を大きくし、主に放電作用に寄与する放電空間５側に露出する部分の径を小さくしている。ガラスバルブ１の構造、形状は第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
上記構造の電極３２をガラスバルブ１の端部開口部の中に封着するに先立ち、酸化膜３１を形成する必要がある部分に酸化膜３１を形成するには、図６に示すように、回転保持台２３に電極３２の太径の酸化膜を形成する必要がある部分を支持し、酸化膜を形成する必要がない細径部分については窒素ガス注入キャップ２２を被せて窒素ガス注入管２１から窒素ガスを供給する。そしてこの状態で、回転保持台２３によって電極３２を回転させながら、水素バーナーのようなガスバーナー２４で太径部分を炙る。
【００３６】
これによって、不活性ガスである窒素ガスが開口部４の内部を含め電極３２の細径部分の内周面、外周面をガスバーナー２４による酸化を阻止し、酸化膜を形成する必要がある太径部分の外周面だけに酸化膜３１を形成することができる。加えて、本実施の形態で用いる電極３２では、窒素ガスが太径部分と細径部分との段差部分で阻止されて酸化膜を形成する必要がある太径部分側へ流れ出しにくく、酸化膜を形成する必要がある部分にだけ正確に酸化膜３１を形成できる利点もある。
【００３７】
このようにして予め酸化膜を形成する必要がある部分にだけ酸化膜３１が形成された電極３２を、第１の実施の形態の場合と同様に、ガラスバルブ１の両端開口部それぞれの中に加熱封着することにより、冷陰極蛍光ランプ１１を製造する。
【００３８】
このようにして製造した第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプ１１の実施例品について、比較例品として第１の実施の形態と同様の全体が円筒体形状で、内外面全体を酸化させた電極をガラスバルブ１の両端開口部の中に封着した冷陰極蛍光ランプと共に放電特性を計測したのが、図７に示すグラフである。
【００３９】
図７のグラフから明らかなように、全体を酸化させた電極を用いた比較例品に対して、本実施の形態による一部だけ酸化膜を形成した電極を用いた実施例品の場合、より低い管電圧で比較例品と同等の管電流を得られており、放電効率が向上することが分かった。
【００４０】
さらに、第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの場合、第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプに比べても製造品質が安定する。図８は、軸方向で一定な形状の電極３０を用いた第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品と図５に示した形状の電極３２を用いた第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品について、それらの複数本の封着部の長さ（ランプ軸方向の長さ）を検査した結果を示している。これにより、第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプでは、電極とガラスとの封着部の長さのバラツキが改善されることが分かった。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施の形態の冷陰極蛍光ランプについて、図９を用いて説明する。第３の実施の形態の特徴は、電極３３の形状を第２の実施の形態のものとは逆に、ガラスバルブ１の放電空間側に露出する部分を太径とし、酸化膜を形成する必要がある部分を細径にし、この形状の電極３３をガラスバルブ１の両端開口部それぞれに封着した点にある。
【００４２】
この第３の実施の形態にあっても、第２の実施の形態の場合と同様に、図６に示したような装置を用いて電極３３の細径部分にだけ酸化膜３１を形成し、主に放電作用に寄与する太径部分には酸化膜を形成しないことにより、放電特性を向上させることができる。また本実施の形態の場合、放電作用に寄与する部分が太径であるため、対向電極との間での放電特性が向上する利点がある。
【００４３】
なお、第２、第３の実施の形態にあっても、電極３２，３３の材料にはモリブデン、ニオブ、タンタルを採用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電極を構成する金属相とガラスバルブの端部のガラス相との密着性が良くて封着強度が強く、信頼性の高い電極一体封着型の冷陰極蛍光ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの軸方向断面図、Ｂ−Ｂ線断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプにおける電極の酸化膜厚と引っ張り強度との関係の測定結果を示すグラフ。
【図３】本発明の第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品と電極に酸化膜を形成していない比較例品の引っ張り強度の比較表。
【図４】本発明の第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品と電極に酸化膜を形成していない比較例品の引っ張り強度の測定結果を示すグラフ。
【図５】本発明の第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプとそれに用いる電極の軸方向断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプに用いる電極に酸化膜を形成する装置の正面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品と全体に酸化膜を形成した電極を用いた冷陰極蛍光ランプの比較例品の放電特性の測定結果を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品と第１の実施の形態の冷陰極蛍光ランプの実施例品の電極封着長の測定結果を示すグラフ。
【図９】本発明の第３の実施の形態の冷陰極蛍光ランプとそれに用いる電極の軸方向断面図。
【図１０】本願発明者らの開発品の冷陰極蛍光ランプの軸方向断面図、Ｂ−Ｂ線断面図。
【符号の説明】
１ガラスバルブ
２蛍光体被膜
４開口部
５放電空間
６リード線
１１冷陰極蛍光ランプ
２１窒素注入管
２２窒素注入キャップ
２３回転保持台
２４ガスバーナー
３０電極
３１酸化膜
３２電極
３３電極

Claims

外周面に酸化膜が形成された有底筒体型金属の電極をガラスバルブの端部開口部の中に封着し、当該端部開口部を気密的に封止して成る冷陰極蛍光ランプ。
前記電極の外周面の酸化膜は、０．２〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ。
前記電極は、その外周面の酸化膜を前記ガラスバルブの端部開口部に接合する部分にのみ形成したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷陰極蛍光ランプ。
前記電極は、前記ガラスバルブの端部開口部に接合する部分とそれよりもガラスバルブの放電空間側に突出する部分とで外径を異ならせたものであることを特徴とする請求項３に記載の冷陰極蛍光ランプ。
前記電極は、モリブデンから成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷陰極蛍光ランプ。
ガラスバルブの端部開口部を有底筒体型金属の電極によって気密的に封止するのに、前記電極の外周面に予め酸化膜を形成し、当該電極を前記ガラスバルブの端部開口部の中に詰め込み、当該電極の詰め込み部分を加熱することによって当該電極の外周部を前記ガラスバルブの端部に封着することを特徴とする冷陰極蛍光ランプの製造方法。
前記電極の外周面の酸化膜は、０．２〜３．０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。
前記電極の外周面の酸化膜は、当該酸化膜を形成する必要がある部分である前記ガラスバルブの端部と接合する部分にのみ形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。
前記電極の酸化膜を形成する必要のない部分に窒素ガスを吹き付けながら、酸化膜を形成する必要がある部分をバーナーで炙ることによって前記酸化膜を形成することを特徴とする請求項８に記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。
前記電極は、酸化膜を形成する必要のない部分と酸化膜を形成する必要がある部分とで外径を異ならせたものを用いることを特徴とする請求項８又は９に記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。
前記電極は、モリブデンを素材とすることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の冷陰極蛍光ランプの製造方法。