JP2005025962A - 冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外套管の両端部に生じる無効発光領域を縮小させ、蛍光体層の有効発光領域を拡大させて照明装置の発光領域を拡大させる。
【解決手段】内面に蛍光体層３を塗布したガラス管１の放電領域側に開口部を有し、開口部と反対側端に有する底部外壁にガラス管１の外側から電力を供給するインナーリード４を抵抗溶接により接合したカップ状電極２をガラス管１の両端内部に備え、カップ状電極２の内壁面に白色系金属酸化物を燒結させてなるスパッタ源９を設けることにより、エージング工程でスパッタ源９を構成する白色系金属酸化物をスパッタ蒸発させ、カップ状電極２の開口端周縁部及びカップ状電極２近傍のガラス管１内壁面に形成された蛍光体層３上にスパッタ膜１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効発光領域を拡大させた冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を用いた液晶表示装置に係わり、特に液晶表示装置の照明装置に用いて好適な冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を用いた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の照明装置の中で低消費電力，高輝度あるいは小寸法の光源として放電管が多用されている。この放電管のうち、蛍光体を内壁に塗布したガラス等の透明絶縁材料からなる外套管内に不活性ガスと水銀を封入した低圧放電管は蛍光灯として広く知られている。この種の低圧放電管には熱電子を用いる熱陰極型と冷電子を用いる冷陰極型とがある。
【０００３】
例えば、液晶表示装置に照明装置の光源には、上記冷電子を放出して蛍光体を励起して発光させる冷陰極蛍光管（ＣＦＬ）が採用されている。一般に冷電子を放出する電極はニッケル等の金属材料が用いられる。このような電極はスパッタ性があるために動作中に消散し、消耗する。したがって、冷陰極蛍光管の電極は、ある程度の大きさが必要とされる。一方、電極寸法が大きくなると、その表面積も大きくなって単位面積当りの電流密度が低下し、放電時（特に製品出荷前におけるエージング時）における電極材料の外套管内壁へのスパッタ量が少なくなる。
【０００４】
この種の冷陰極蛍光管では、その放電開始時間（放電始動時間）の短縮が要求されており、特に暗黒中でに放電始動に要する時間に遅れが生じるという問題があった。一般的にニッケル材からなる電極の一部を外套管の内壁にスパッタさせると、このスパッタ膜から誘発される電子が放電始動時間を短縮するという効果が知られていた。カップ状電極を利用する場合、その電極の外径（特に開口部の外径）を外套管に内径に対して小さくすると、その電極材料の外套管内壁へのスパッタが促進される。しかし、電極材料のスパッタは電極自体を磨耗させるために電極の寿命を短縮させる。また、エージング工程によりスパッタ膜を形成しても、これによる放電始動時間の短縮は充分とは言えなかった。
【０００５】
この放電始動時間の遅れを改善するためには、外套管内部（特に電極に近接した部分）に放電を誘発する物質を置くことが有効である。このために従来は、（１）電子放射性の高い金属化合物、例えばクロム酸セシウム等のセシウム化合物を電極の表面に付着させる。（２）上記セシウム化合物等の電子放射性に高い金属化合物を水銀放出物質と混合したものを用い、製造工程における水銀放出加熱時に管内に上記セシウム化合物等の電子放射性の高い金属化合物を管内に放散させる。（３）電極に高電流（例えば、電極外径が１．７ｍｍでは、８〜１５ｍＡ程度）を流して電極を加熱し、当該電極材料の一部を消散させて外套管の電極近傍内壁にスパッタ膜を形成する。（４）蛍光体膜内にアルミナを添加する。などの方法を採用していた。
【０００６】
この放電始動時間の遅れを改善する具体的な手段としては、外套管内におけるカップ状電極の近傍内壁に金属またはその金属化合物を主成分とするスパッタ膜を形成し、電極に印加される電圧で生成される冷電子による放電を誘発させ、放電始動時間を短縮させている。また、電極面積を大きくするために当該電極をカップ状とし、その内壁面に上記金属材料を含む薄膜を形成しておき、エージング工程でこの金属材料を含む薄膜を外套管の電極近傍内壁に加熱蒸散させてスパッタ膜を形成させている。なお、この種の従来技術に関しては、例えば下記特許文献１及び特許文献２などを挙げることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７６６１７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３１１３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成される冷陰極蛍光管は、カップ状電極の内壁面に付着させる金属酸化物が黒色の金属微粒子であることから、カップ状電極近傍のガラス管内壁にスパッタした部分（スパッタ膜）が蛍光体層上に黒色膜となって成膜され、これによって蛍光体層の発光を遮断させ、無効発光領域（冷陰極蛍光管の長さ方向両端部に生じる発光に寄与しない領域）を拡大させ、蛍光体層の発光領域を狭め、延いては照明装置の有効発光面積を減縮させてしまうという問題があった。
【０００９】
また、このように構成された冷陰極蛍光管を用いた液晶表示装置では、照明装置の光源としての発光面積が減縮されることから、冷陰極蛍光管の性能を低下させ、液晶表示パネルには充分な光源光が付与されず、高輝度，高品位の画像を長期間にわたって保持することができなかった。
【００１０】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外套管の両端部に生じる無効発光領域を縮小させ、蛍光体層の有効発光領域を拡大させて照明装置の発光領域を拡大させることができる冷陰極蛍光管及びこの冷陰極蛍光管を照明装置として用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明による冷陰極蛍光管は、内面に蛍光体層を塗布した透光性絶縁材料からなる外套管の放電領域側に開口部を有し、開口部と反対側端に有する底部外壁に外套管の外側から電力を供給する導入線を抵抗溶接により接合したカップ状電極を外套管の両端内部に備え、カップ状電極の内壁面に白色系金属酸化物を燒結してなるスパッタ源を設けることにより、エージング工程でカップ状電極の内壁面に形成した白色系金属酸化物をスパッタ蒸発させ、カップ状電極の開口端周縁部及びカップ状電極近傍の外套管の内壁面にスパッタ膜が成される。
【００１２】
また、本発明では、白色系金属酸化物として酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムを用いることにより、エージング工程でカップ状電極の開口端周縁部及び外套管の内壁面に白色系金属酸化物のスパッタ膜が形成される。
【００１３】
また、本発明では、カップ状電極の材料としてモリブデン，タングステン，タンタルの何れか、インナーリードの材料としてニッケル−コバルト−鉄合金，タングステン，ニッケル，鉄の何れかを用いることができる。
【００１４】
本発明による液晶表示装置は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの前面または背面に設置した照明装置とで構成し、この照明装置の光源に上記構成の冷陰極蛍光管を用いることにより、照明装置の有効面積が拡大され、高輝度，高品位の画像が実現可能となる。
【００１５】
なお、本発明は、上記構成及び後述する各実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による冷陰極蛍光管の一実施例による構成を示す要部断面図である。この冷陰極蛍光管は、外套管である透光性ガラス管１の両端内部に電極２が対向配置されて構成されている。図１では一端部のみを示してある。
【００１７】
このガラス管１の内壁面には、蛍光体層３が塗付されており、電極２はニッケル材をプレス成形法によりカップ状に形成され、その一端にある開口部は主放電領域（両電極間の領域：以下、単に放電領域という）に向き、底部の外壁にはガラスの熱膨張率に近似する金属であるニッケル−コバルト−鉄合金からなるインナーリード４が突合わせ溶接などの抵抗溶接法により接合されて電気的に接続されている。なお、５はその抵抗溶接部を示している。
【００１８】
このインナーリード４は、ガラスビーズ６に支持され、ガラス管１に内外を気密状態で貫通している。ガラスビーズ６は、ガラス管１の端部に溶着してガラス管１を封止切りし、外部に突出したインナーリード４にはニッケル線などからなるアウターリード７が溶接部８で例えばレーザー溶接等により接合されている。このアウターリード７は図示しない電源回路（一般にインバータ）に接続されてカップ状電極２に点灯電力が供給される。
【００１９】
また、このカップ状電極２には、その内壁面に白色系金属酸化物として例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を燒結させて成形されたスパッタ源９が形成されている。このスパッタ源９は、酸化アルミニウムの白色粉末を例えば酢酸ブチルなどの有機溶媒に分散させた溶液をディスペンサを用いてカップ状電極２の内部に注入させて塗布した後、適当な温度で焼成することにより有機溶媒を蒸散させ、酸化アルミニウムを燒結させてその内壁面に残留させて成形されている。
【００２０】
このように形成されたスパッタ源９は、冷陰極蛍光管のエージング工程において、カップ状電極２の内壁面に形成されたスパッタ源９を形成する白色系酸化アルミニウムを図２に矢印で示す方向にスパッタ蒸発させる。これによって白色系酸化アルミニウムが略白色の微粒子状となって放出飛散し、カップ状電極２の開口端周縁部及びカップ状電極２の近傍でガラス管１の内壁面に予め形成されている蛍光体層３上にそれぞれ付着して凝集し、その表面が微細な凹凸面を有する略白色透明なスパッタ膜１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成される。
【００２１】
このように形成されたスパッタ源９は、冷陰極蛍光管のエージング及びその後の点灯動作中にカップ状電極２の内壁面に代わってスパッタ源となり、図２に示すようにスパッタ膜１０ａを電極領域ａのカップ状電極２の開口端周縁部に形成してゆくとともに、スパッタ膜１０ｂは、冷陰極蛍光管の累積点灯時間に応じてカップ状電極２の開口から発光領域ｂの中心側に延びて行く。このとき、ガラス管１の内壁面には、電極領域ａ，発光領域ｂに係わらずカップ状電極２を形成するニッケル材のスパッタ膜が形成されることもあるが、スパッタ源９のスパッタが優勢のため、そのスパッタ量は無視できる程度に抑えられる。
【００２２】
このようにして形成されたスパッタ膜１０ａ，１０ｂは、ガラス管１の内部に封入された発光動作に寄与する水銀の捕獲を抑制させた状態で冷電子の放出を促進させることになる。
【００２３】
このような構成において、カップ状電極２と導入線４とを突合わせ溶接などの抵抗溶接法により接合することにより、エージング工程及びこのエージング工程後の点灯において、従来発生していたカップ状電極２を形成する黒色系金属微粒子の蛍光体層３上への飛散が抑制され、スパッタ物の放出が激減するので、蛍光体層３上に無効発光領域が形成されることが極めて少なくなくなり、その分、有効発光領域が拡大されることになる。
【００２４】
また、このような構成において、酸化アルミニウムの燒結体からなるスパッタ源９を用いたことにより、製造工程中の短時間のエージングでスパッタが飛び易くなり、略白色透明なスパッタ膜１０ａ，１０ｂを形成できるので、蛍光体層３の発光を妨げることがなくなり、有効発光領域を拡大させることができる。したがって、カップ状電極２及びインナーリード４の管軸方向の長さを短縮化することなく、安価に有効発光領域を拡大することができる。
【００２５】
また、このような構成において、カップ状電極２の内壁面に酸化アルミニウムの燒結体からなるスパッタ源９を設けたことにより、スパッタ後にカップ状電極２の開口端周縁部及び蛍光体膜３上に略白色透明なスパッタ膜１０ａ，１０ｂが形成されるので、従来、蛍光体膜上に黒色のスパッタ膜として無効発光領域を形成していた領域を略白色透明な有効発光領域とすることができるので、その分、有効発光領域をガラス管１の両端部で約４ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲にわたって拡大させることができた。
【００２６】
また、このように構成された冷陰極蛍光管を複数本配列して構成した光源装置では、個々の冷陰極蛍光管の両端部に無効発光領域が形成されず、発光面積が大幅に拡大されるので、発光効率の高い光源装置が実現可能となる。
【００２７】
なお、前述した実施例においては、電極の形状として電極本体の底部外壁にインナーリードを抵抗溶接により接合したカップ状電極２を用いた場合について説明したが、図３に要部断面図で示すように電極本体の底部に開口を設け、この開口内にインナーリード４の先端部を挿通し、その接触部分を抵抗溶接法により接合させて構成されたスリーブ状タイプのカップ電極２´を用い、このカップ電極２´の内壁面にスパッタ源９を形成させても前述と全く同様の効果が得られる。なお、図中、５は溶接部を示している。
【００２８】
また、前述した実施例においては、スパッタ源を構成する白色系金属酸化物として酸化アルミニウムを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、酸化アルミニウムに代えて酸化イットリウムを用いても前述と全く同様の効果が得られ、また、これらの混合物を用いても良く、さらには白色系，灰色系またはこれらの混色系を呈する金属酸化物を用いても前述と全く同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２９】
また、前述した実施例においては、カップ状電極の材料としてニッケルを用いた場合について説明したが、本発明では、これに限定されるものではなく、モリブデン，タングステン，タンタルなどの高融点金属が使用でき、また、インナーリードの材料としてニッケル−コバルト−鉄合金を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タングステン，ニッケル合金，鉄合金，その他の線材を用いても前述と全く同様の効果が得られることは勿論である。
【００３０】
図４は、本発明による液晶表示装置の一実施例による全体構成を説明する展開斜視図である。図４において、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＰＮＬの背面に光学補償シートＯＰＳを介在させて照明装置ＢＬを配置した、所謂サイドエッジ型照明装置を用いたものである。液晶表示パネルＰＮＬは、第１の基板ＳＵＢ１と第２の基板ＳＵＢ２との間に液晶層ＬＣを挟時させ、各基板の表面側にそれぞれ偏光板ＰＯＬ１，ＰＯＬ２を積層して構成されている。本実施例の光学シートＯＰＳは、第１の拡散板ＳＰＳ１とプリズムシートＰＲＳ及び第２の拡散板ＳＰＳ２を重ねた構成を用いているが、このような構成に限定されるものではない。
【００３１】
照明装置ＢＬは、平板状の導光板ＧＬＢの対向する二辺に沿ってそれぞれ２本の冷陰極蛍光管ＣＦＬを設置して構成され、この冷陰極蛍光管ＣＦＬとして前述した図１または図２で説明した構造を有するものを用いている。各冷陰極蛍光管ＣＦＬの導光板ＧＬＢと反対側には、所謂ランプ反射シートＬＳを有し、冷陰極蛍光管ＣＦＬの放出光の利用率を向上させている。導光板ＧＬＢの背面には反射ドットＰＤＯＴが印刷されるとともに、反射板ＲＦＳが設置されている。この液晶表示パネルＰＮＬの周辺には駆動用の回路素子（ドライバ）が実装され、かつ制御回路などを搭載した回路基板が設置されるが、図示は省略されている。
【００３２】
このような構成によれば、冷陰極蛍光管の有効発光領域の拡大により、液晶表示パネルＰＮＬを照明する照明装置ＢＬの発光面積がさらに拡大され、高輝度，高品位の画像表示が実現可能となる。
【００３３】
また、本発明による冷陰極蛍光管は、前述した液晶テレビや液晶モニター用の液晶表示装置に適用される照明装置の光源としての用途以外にＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）またはＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）などの各種の照明装置の光源として適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、外套管の両端部に発生する無効発光領域を縮小させ、有効発光領域を拡大させることができるので、蛍光体層の発光を妨げずに安価に有効発光領域を拡大させることができるなどの極めて優れた効果が得られる。
【００３５】
また、このように構成される冷陰極蛍光管を液晶表示装置の照明装置の光源に用いることで発光面積の拡大により、外套管の長さ及び蛍光表示パネルを収容する筐体の形状などを変更することなく、高輝度，高品位の画像を長時間にわたって保持することができる。また、照明装置の発光面積の拡大により、例えば携帯端末等の小型の挟額縁用液晶表示モニターにも対応できるなどの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による冷陰極蛍光管の一実施例による構成を示す要部断面図である。
【図２】図１に示す冷陰極蛍光管のエージング工程後の構成を示す要部断面図である。
【図３】本発明による冷陰極蛍光管の他の実施例によるカップ状電極の構成を示す要部断面図である。
【図４】本発明による液晶表示装置の一実施例による構成を説明する展開図である。
【符号の説明】
１ ガラス管
２ カップ状電極
２´ スリーブ状カップ電極
３ 蛍光体層
４ インナーリード
５ 抵抗溶接部
６ ガラスビーズ
７ アウターリード
８ 溶接部
９ スパッタ源
１０ａ スパッタ膜
１０ｂ スパッタ膜

Claims (5)

1. 内面に蛍光体層を塗布した透光性絶縁材料からなる外套管の放電領域側に開口部を有し、前記開口部と反対側端に有する底部外壁に前記外套管に外側から電力を供給するインナーリードを抵抗溶接により接合したカップ状電極を前記外套管の両端内部に備え、
   前記カップ状電極の内壁面に白色系金属酸化物を燒結してなるスパッタ源を設けたことを特徴とする冷陰極蛍光管。
2. 前記スパッタ源を構成する白色系金属酸化物を酸化アルミニウムとすることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光管。
3. 前記スパッタ源を構成する白色系金属酸化物を酸化イットリウムとすることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光管。
4. 前記カップ状電極の材料がモリブデン，タングステン，タンタルの何れかであり、前記インナーリードの材料がニッケル−コバルト−鉄合金，タングステン，ニッケル，鉄の何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷陰極蛍光管。
5. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面または前面に設置した照明装置とから構成され、前記照明装置の光源が請求項１乃至請求項４の何れかに記載の冷陰極蛍光管を具備していることを特徴とする液晶表示装置。

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