JP2004356098A - モリブデン電極を備える冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ホロー陰極および高い耐スパッタ性の貫通ピンを備え、両者間の結合が経済的かつ再現可能に達成され、貫通ピンがガラスの亀裂を伴わずに真空に耐える気密シールで放電エンベロープに結合された冷陰極蛍光ランプを提供する。
【解決手段】ＳｉＯ₂と、Ｂ₂Ｏ₃と、Ａｌ₂Ｏ₃と、アルカリ酸化物と、アルカリ土類酸化物と、ＺｒＯ₂と、ＴｉＯ₂と残存酸化物とからなるガラスによりガラス−金属シールを形成した、モリブデン又はモリブデン合金製の貫通ピン５を備える冷陰極蛍光ランプ１。このランプはモリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金の群のうちの材料で作られたホロー陰極４を備え、通常の製造パラメータを用いて小型な形態で製造され、亀裂のない、長期にわたり真空に耐える機密性のガラス−金属シールを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、その内面の蛍光体被膜と紫外光を放出できる封入ガス成分を備える硬質ガラス放電エンベロープ、２つ以上のホロー陰極、２つ以上の電気的貫通部品および放電エンベロープと電極との間に真空に耐える気密性を持つシールを付与する２つ以上のガラス−金属ピンチシールより構成される冷陰極蛍光ランプに関する。

冷陰極蛍光ランプは、ＬＣＤディスプレイのバックライトとして使用されている。低圧水銀放電が紫外線を生成し、それは放電エンベロープの内面の蛍光体被膜により可視光に変換される。放電エンベロープは一般に、例えばホウケイ酸ガラス等の硬質ガラスで作られており、通常管状をしている。管の各端には電極があり、その形状はランプの形式により異なる。電極表面の電気的仕事関数は、電子の放出を増強する、例えばＢａ、Ｓｒ、希土類元素、イットリウム等を含有する物質を電極の表面に被着することで低減できる。電極の接触は、貫通ピンによっている。これらは、ピンチ又は溶融接続によって真空シールで放電エンベロープに接続されている。この領域はガラス−金属シールとして知られる。通常、最初の工程は、ガラスリングの表面溶融によって製造されるガラスビードを貫通ピンに備えることである。この手順はグレージングとして知られる。ガラスビードはその後、ピンチ又は溶融処理で放電エンベロープに結合される。グレージング用のガラスリングおよび放電エンベロープは、通常同じ組成又は類似の物理的特性を備えるガラスで作られる。それ故、ガラス−金属シールにおけるガラスの組成は通常、ガラス放電エンベロープのそれと同じである。放電エンベロープと貫通ピンの熱膨張係数は、ガラス−金属シールの応力が過度に大きくならず、ガラスを破壊させないために、類似でなければならない。ガラスのそれに類似した低熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材料が貫通部品に使用できる。この材料群はコバールとして知られる。Ｗ−Ｎｉピンも使用できる。これらは高い熱伝導率に加えて、Ｈｇ⁺イオンのスパッタに対する優れた抵抗性という長所を兼ね備える。後者の特性は、貫通ピンが放電エンベロープに入る領域に必要である。グロー放電のために、材料の腐食がこの領域で起こり得る。腐食して除去された材料は、近隣領域に沈着し、その過程でＨｇを捕らえ、Ｈｇ濃度の低減に、従ってランプの輝度の低下につながる。材料が放電エンベロープの内面に沈着した場合、それは黒くなり、転じてそれは更にランプの輝度の低下につながる。モリブデンで作られた貫通ピンは、Ｗ−Ｎｉからなるそれらに追加して記載されてきた。モリブデン製貫通ピンは、例えばＨ４、Ｈ７、Ｈ８、Ｈ９又はＨ１１ハロゲンランプにおいて、アルミナシリケートガラスのピンチシールに広範に使用されている。これらのガラスは、通常１２〜１８重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有する。この高いＡｌ₂Ｏ₃含有量は、それらのガラスが高軟化点、従って冷陰極蛍光ランプの経済的生産には過度に高い、高作業温度を要することを意味する。Ｍｏ貫通ピンが、Ｗ−Ｎｉ又はコバールピンで使用すべく設計されたガラスで溶融又はピンチシールされた場合、許容できないほど高い応力がシールに生じ、Ｍｏピンはガラスに密着せず、ガラスに亀裂又は漏れによる故障を生じる。ガラスの亀裂は、製造中に直ちに起こるか、バックライト源としてのランプの使用中に起こり得る。

特許文献１は、ピン直径が放電エンベロープの直径に関して規定された、冷陰極蛍光ランプのモリブデン製導電ピンを開示する。これらは、有利には放電エンベロープの機械的強度を高め、ピンへのガラスのシーリング中に生じる亀裂の形成を低減すべく、Ｐｔ、Ｎｉ又はＡｕで被覆される。ガラスの組成は示されていない。

コバールおよびタングステンに加えて、モリブデン製貫通ピンは、特許文献２における二重シェル放電エンベロープを備える蛍光ランプにおいて開示されている。ガラスの組成は、この特許においてもやはり示されていない。

ＬＣＤディスプレイの小型化は、冷陰極蛍光ランプの小型化に依存している。これは、特許文献３に記載されたようにホロー陰極の導入につながっている。ニッケルは通常、円筒形電極の材料として使用される。Ｎｉホロー陰極は、コバール貫通ピンに溶接される。Ｎｉのスパッタ抵抗性は、更なる小型化には不十分である。このため、例えばニオブ、タンタルおよびモリブデン等の、より高い耐スパッタ性を持つ材料が、ホロー陰極での使用に提起されている。これらは、抵抗溶接されたＷおよびＮｉピンで作られた貫通ピンに結合される。タングステンの高融点と固有の脆性のため、タングステンピンおよび円筒形電極は、例えばレーザ溶接技法を用いる等して、苦労して一体に溶接される。このため、タングステンおよび／又はホロー陰極材料と反応する低融点化合物を形成する充填材が、溶接中に使用される。これら充填材はニッケル、鉄又はコバルトを含む。しかし、これら充填材の使用は、熱伝導率の低減とスパッタの増加につながる。

特開平１１−０１５１４７号公報 特開平１０−２５７４５７号公報 特開平１−５１１４８号公報

従って、本発明は、ホロー陰極と高い耐スパッタ性の貫通ピンを備え、ホロー陰極と貫通ピンの間の結合が経済的かつ再現可能に達成され、貫通ピンがガラスの亀裂を伴わずに真空に耐える気密性を持つシールで放電エンベロープに結合可能な冷陰極蛍光ランプの提供を目的とする。

本発明の１態様によれば、少なくともガラス−金属シールの長さに関し、モリブデン又はモリブデン合金で作られた貫通ピンが提供される。本発明の別の態様によれば、モリブデン、モリブデン合金、ニオブおよびニオブ合金の群に属する材料で少なくとも部分的に作られたホロー陰極が提供される。本発明の別の態様によれば、４．２〜５．２×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数（２０℃〜３００℃）と、５５〜７５重量％のＳｉＯ₂、１３〜２５重量％のＢ₂Ｏ₃、０〜１０重量％のＡｌ₂Ｏ₃、５〜１２重量％のアルカリ酸化物、０〜３重量％のアルカリ土類酸化物、０〜５重量％のＺｒＯ₂、０〜１０重量％のＴｉＯ₂および０〜５重量％の残存酸化物を含むガラス−金属シール用のガラスが提供される。特に有利な構成を、請求項４に示す。

モリブデンおよびモリブデン合金で作られた貫通ピンは、モリブデン、タンタルおよびニオブで作られたホロー陰極と容易に溶接できる。これは、使用する充填材の量を著しく低減可能にする。十分に高いプロセス再現性が保証されれば、信頼できる溶接は充填材を使用せずに実現できる。かくして、スパッタ抵抗性と熱伝導率は、ホロー陰極と貫通ピンとの間の肝要な移行領域で著しく改善される。これは、周囲温度が低い場合に特に有利であり、それによって結果的により大きな電流が生ずる。少なくともガラス−金属シールにおいて、請求項１に従った熱膨張係数と組成を持つガラスを用い、かつガラス−金属接触が十分であれば、ガラス−金属複合材料における応力を、漏れにつながるガラスの亀裂および他の欠陥が製造中も使用中も生じない程低く保つことができる。現行の製造方法がガラス−金属シールを製造する際に使用できる。貫通ピンのグレージングは、ガラス管およびその溶融を使用する別個の工程で達成できる。放電エンベロープとの以降の接続は、十分に低い温度で行われる。ランプ形式に応じて、０．４〜１．２ｍｍの直径を有するモリブデン製貫通ピンが使用される。貫通部品のコストを低減すべく、モリブデンピンを、ニッケル、鉄又はコバルトピン或いはこれら金属の合金製のピンに抵抗溶接を用いて結合するとよい。一対の材料からなる貫通ピンは、通常コンビピンと呼ばれる。Ｍｏ−Ｎｉ（Ｆｅ、Ｃｏ）コンビピンは、抵抗溶接又は別の適格な結合技法を用いてＭｏ端でホロー陰極に溶接される。グレージングは、モリブデン領域においてのみ、又は殆どそこにおいて適用される。従って、封入ガスは、使用中にピンのＮｉ（Ｆｅ、Ｃｏ）領域と接触しない。それは、コンビピンがＭｏとＮｉからなる場合に、特に有利である。

ガラス製造時の標準化のために、グレージングに使用するガラス管と放電エンベロープを同一組成のガラスで作ると望ましい。これが必要でないか、又は生産プロセスがガラス−金属シールの生産に低作業温度が必要とされる場合には、ガラス−金属シールと放電エンベロープに異なる種類のガラスを使用すると有利である。放電エンベロープの紫外線安定性を高めるために使用するＴｉＯ₂等のガラス成分は、ガラス−金属シールにおけるガラスの必須成分ではない。ガラス−金属シールのグレージングと放電エンベロープとの膨張係数の差は、グレージングと放電エンベロープとの間に１以上の層で適用される転移ガラスを使用することで克服できる。本発明の特に有利な実施形態では、放電エンベロープのガラスの熱膨張係数α₁とガラス−金属シールにおけるガラスの熱膨張係数α₂は、０≦（α₁−α₂）≦５×１０^-6Ｋ^-1を満たすとよい。更に、漏れのあるランプによる不合格率は、ガラス−金属シールのガラスにおける熱膨張係数α₂と貫通ピンの熱膨張係数α₃が、１×１０^-7Ｋ^-1≦（α₃−α₂）≦１．３×１０^-6Ｋ^-1を満たす場合、低いｐｐｍオーダの率迄低減できる。本発明を以下の例により詳細に説明する。

貫通コンビピン５を、各々０．８ｍｍの直径を持つＭｏ−０．３重量％Ｌａ₂Ｏ₃ピン７とニッケルピン８の突合わせ面を交流抵抗溶接にて結合することで作った。１．９ｍｍの外径と０．８５ｍｍの内径を持つ予備酸化処理ガラス管を、コンビピン５を覆って押し込んだ後、モリブデン領域を覆って位置決めし、ガスバーナを用いて溶融させた。下記の表１に記載のように、異なる組成（重量％にて表示）のガラス管を使用した。それらのモリブデン端でグレージングされたコンビピンを、１．７ｍｍの外径、４ｍｍの高さおよび１ｍｍの肉厚を持つモリブデン円筒形電極４に溶接した。これもまた、交流抵抗溶接を用いて行った。

その後、そのようにして製造した構成部品を、典型的な製造パラメータとガス封入技法を用いて、その内面に蛍光体２が被着した放電エンベロープ３にグレージング６でピンチ接続した。放電エンベロープのガラスはグレージングと同じ組成を有していた。変種１を用いてグレージングした貫通ピン５もまた、変種２〜４に従った組成のガラスで作った放電エンベロープ３にピンチ接続した。そのようにして製造した全部の冷陰極蛍光ランプ１は、真空に耐える気密性を持ち、亀裂のないガラス−金属シールを有していた。

冷陰極蛍光ランプの断面の概略図を示す。

符号の説明

１ 冷陰極蛍光ランプ、２ 蛍光体、３ 放電エンベロープ、４ モリブデン円筒形電極、５ 貫通コンビピン、６ グレージング、７ Ｍｏ−Ｌａ₂Ｏ₃ピン、８ ニッケルピン

Claims (9)

1. 硬質ガラスからなる放電エンベロープ（３）より構成される冷陰極蛍光ランプ（１）であって、前記放電エンベロープはその内面に蛍光体（２）が被着されており、前記放電エンベロープは、紫外光を放出する封入ガス成分、２つ以上のホロー陰極（４）、２つ以上の貫通ピン（５）および前記貫通ピン（５）を真空に耐える気密性を持つシールで前記放電エンベロープ（３）に結合する２つ以上のガラス−金属シール（６）を含んでおり、前記ランプは、
   貫通ピン（５）が少なくともガラス−金属シール（６）の長さにわたりモリブデン又はモリブデン合金で作られており、ホロー陰極（４）がモリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金の群のうちの材料で少なくとも部分的に作られており、ガラス−金属シール（６）の領域におけるガラスが、４．０〜５．３×１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数（２０℃〜３００℃）および、以下の組成を有することを特徴とするランプ。
   ＳｉＯ₂ ５５〜７５重量％、
   Ｂ₂Ｏ₃ １３〜２５重量％、
   Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０重量％、
   アルカリ酸化物 ５〜１２重量％、
   アルカリ土類酸化物 ０〜３重量％、
   ＺｒＯ₂ ０〜５重量％
   ＴｉＯ₂ ０〜１０重量％、および
   残余の酸化物 ０〜５重量％
2. 貫通ピン（５）がモリブデン又はモリブデン合金で作られた第１の領域（７）と、少なくとも５０重量％のＮｉ、Ｆｅ又はＣｏを含有する第２の領域（８）とからなり、前記第１の領域（７）と第２の領域（８）が抵抗溶接又はレーザ溶接で結合されたことを特徴とする、請求項１記載のランプ。
3. 貫通ピン（５）とホロー陰極（４）は、充填材の使用を伴わずに抵抗溶接又はレーザ溶接によって結合されたことを特徴とする請求項１又は２記載のランプ。
4. ガラス−金属シール（６）におけるガラスが、以下の組成を有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のランプ。
   ＳｉＯ₂ ６０〜７２重量％、
   Ｂ₂Ｏ₃ １５〜２０重量％、
   Ａｌ₂Ｏ₃ １〜５重量％、
   アルカリ酸化物 ６〜１０重量％、
   ＺｒＯ₂ ０．０５〜５重量％、
   ＴｉＯ₂ ０．５〜１０重量％、および
   残余の酸化物 ０〜１重量％
5. ガラス−金属シール（６）の領域におけるガラスの組成が、放電エンベロープ（３）のガラスの組成と同じであることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のランプ。
6. 放電エンベロープ（３）を構成するガラスの熱膨張係数α₁と、ガラス−金属シール（６）の領域におけるガラスの熱膨張係数α₂とが、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜４の１つに記載のランプ。
   ０≦（α₁−α₂）≦５×１０^-6Ｋ^-1
7. ガラス−金属シール（６）におけるガラスの熱膨張係数α₂と貫通ピン（５）の熱膨張係数α₃とが以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜６の１つに記載のランプ。
   
   １×１０^-7Ｋ^-1≦（α₃−α₂）≦１．３×１０^-6Ｋ^-1
8. 貫通ピン（５）が、少なくともガラス−金属シール（６）の長さにわたり、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、ランタニド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｇａ、ＳｉおよびＰｂのうちの１つ以上の酸化物で部分的又は完全に被覆されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載のランプ。
9. 貫通ピン（５）の、少なくともガラス−金属シール（６）内に位置する部分がＭｏ−Ｌａ₂Ｏ₃からなることを特徴とする請求項１から８の１つに記載のランプ。
   
   
   

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