JP2005085472A - Cold cathode lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は冷陰極放電ランプに関し、特に、電極材料に関する。 The present invention relates to a cold cathode discharge lamp, and more particularly to an electrode material.
液晶テレビジョンやパーソナルコンピュータの液晶ディスプレイのような液晶表示機器のバックライト或いは、ファクシミリや複写機、イメージスキャナなどのようなOA機器の画像読取り部の光源には、蛍光ランプを用いたものが多い。中でも、冷陰極放電ランプがよく使われる。冷陰極形の蛍光ランプは板状や筒状或いは棒状の電極が使用でき、電極にコイル状のフィラメントを使用する熱陰極形蛍光ランプに比べ電極構造が簡単なことから、ランプを細管化するのに有利で、光源の小形化、延いてはそのような光源を使う機器類の小形化が望めるからである。 A fluorescent lamp is often used as a light source for a backlight of a liquid crystal display device such as a liquid crystal television or a liquid crystal display of a personal computer, or an image reading unit of an OA device such as a facsimile, a copying machine, or an image scanner. . Of these, cold cathode discharge lamps are often used. Cold cathode fluorescent lamps can use plate-like, cylindrical or rod-like electrodes, and have a simpler electrode structure than hot-cathode fluorescent lamps that use coiled filaments for the electrodes. This is because it is possible to reduce the size of the light source, and further downsizing the equipment using such a light source.
ところで、冷陰極放電ランプの電極材料について言えば、従来、ニッケル(Ni)を用いることが圧倒的に多かった。電極材料として挙げられる他の例えばモリブデン(Mo)やニオブ(Nb)のような高融点金属系の電極材料に比べ安価で、加工性がよいからであり、又、ランプの特性面でもNiを電極に使うことにこれまで特に不都合はなかったからである。しかしながら、近年、上述のような液晶表示機器或いはOA機器の高性能化に伴い、光源の冷陰極放電ランプにもより高輝度で、より消費電力が低く、より小形であることが強く要求されるようになってきた。 By the way, regarding the electrode material of the cold cathode discharge lamp, conventionally, nickel (Ni) has been overwhelmingly used. This is because it is cheaper and has better workability than other refractory metal-based electrode materials such as molybdenum (Mo) and niobium (Nb), which are cited as electrode materials, and Ni is also used in terms of lamp characteristics. This is because there has been no particular inconvenience until now. However, in recent years, with the improvement in performance of the liquid crystal display device or OA device as described above, the cold cathode discharge lamp of the light source is also strongly required to have higher luminance, lower power consumption, and smaller size. It has become like this.
ところが、それらの要求はそれぞれ、冷陰極放電ランプに相反する異なることを要求することになり、全ての要求を同時に満たすことは難しい。ランプを小形化するには、ランプの全長のうち非発光部分である電極の長さを短くすることが有効であり、高輝度化するにはランプ電流を大きくすることが有効なのであるが、単純に電極長を短くすると電極の表面積が小さくなることから、これまでと同じランプ電流を流したとしても、電極における電流密度が増して陰極降下電圧は大きくなり、電極表面でのスパッタリングが激しくなって、電極部での消費電力や発熱の増加、電極の損耗やガラス管壁の黒化によるランプの短寿命化という副作用が起こってしまう。一方、ランプの輝度を上げるためにランプ電流を増加させた場合も、電極での電流密度が大きくなるので、やはり電極を短くしたときと同じ問題が生じる。 However, each of these requirements requires different things against the cold cathode discharge lamp, and it is difficult to satisfy all the requirements simultaneously. In order to reduce the size of the lamp, it is effective to shorten the length of the electrode, which is the non-light-emitting part of the total length of the lamp. To increase the brightness, it is effective to increase the lamp current, If the electrode length is shortened, the surface area of the electrode decreases, so even if the same lamp current is applied as before, the current density at the electrode increases, the cathode fall voltage increases, and sputtering on the electrode surface becomes intense. As a result, side effects such as an increase in power consumption and heat generation at the electrode part, a shortened lamp life due to electrode wear and glass tube wall blackening occur. On the other hand, when the lamp current is increased in order to increase the brightness of the lamp, the current density at the electrode increases, so that the same problem as when the electrode is shortened is caused.
このような問題を避けるには、電極から電子が放出し易いようにすることが有効であることは従来知られていて、例えば特許文献1に記載されているように、電極の表面にバリウム(Br)、ストロンチウム(Sr)或いはカルシウム(Ca)を含む電子放射性物質を塗布することが行われてきている。しかしながら、このようにした場合、ランプは電極に電子放射性物質がある間は期待通りの放電を行うものの、電子放射性物質が消耗してくるに従って放電しにくくなり、寿命になってしまう。
In order to avoid such a problem, it is conventionally known that it is effective to make electrons easily emitted from the electrode. For example, as described in
そこで、電極に上述のような消耗しやすい電子放射性物質を使わず、しかも電子を放出しやすくするために、仕事関数がNiより小さい金属を電極に使うことが考えられた(例えば、特許文献1や特許文献2)。例えば特許文献2に係る冷陰極蛍光ランプにおいては、Niなどでできた円筒状の電極(ホロー電極)の筒の内側の底部に、Niより仕事関数の小さいアルミニウム(Al)または、ジルコニウム(Zr)または、それらの合金で形成した円板形あるいは有底円筒形の内部電極を設けている。このようにすると、電極全体をNiだけで構成した場合に比べ、仕事関数が低い分電子の放出や取込みが行われやすくなり陰極降下電圧が低くなるので、消費電力や発熱の増大させずにランプ電流を増加させることができる。或いは、電極長を短くしてランプを小形化することができる。特許文献1に係る冷陰極放電ランプにおいても、同様に、ホロー電極の内側にAlやZrでできた内側電極を設けて、内側電極の仕事関数の方が外側のホロー電極より小さくなるようにしている。
In view of this, it has been considered that a metal having a work function smaller than Ni is used for the electrode in order to facilitate the emission of electrons without using the above-described easily depleted electron-emitting material (for example, Patent Document 1). And Patent Document 2). For example, in the cold cathode fluorescent lamp according to
冷陰極放電ランプにおいて、AlやZrのようにNiより仕事関数が低い金属を電極の一部に用いることによって、消費電力や発熱の増大を抑えながらランプ電流を増加させたり、或いは電極長を短くしてランプを小形化することができるのであるが、よく知られているように、AlやZrは水銀アマルガムを作りやすい性質の強い金属で、放電媒体のガスに水銀蒸気を含む蛍光ランプの電極材料としては敬遠される金属である。 In a cold cathode discharge lamp, a metal having a lower work function than Ni, such as Al or Zr, is used for a part of the electrode, thereby increasing the lamp current while suppressing an increase in power consumption or heat generation, or shortening the electrode length. As is well known, Al and Zr are strong metals that easily produce mercury amalgam, and the electrodes of fluorescent lamps that contain mercury vapor as the discharge medium gas. As a material, it is a shy metal.
特許文献1や特許文献2に係る冷陰極放電ランプにおいて、電極全体をAlだけ又はZrだけで構成しないのはこの理由による。電極全体では円筒状などのホロー電極構造になるようにして表面積を増大させ、同時に電極でのスパッタリングをほとんど電極の筒の中に閉じこめるようにして、いわゆるホロー電極効果で高輝度化をはかりながら、アマルガムを作りやすいAlやZrは筒状電極の底のほうにだけ用いるようにして、AlやZrと放電気体との接触面積を極力小さくし、電極表面でのスパッタによって放出されたAl或いはZrの原子が放電媒体中の水銀原子と結びつく機会を少なくすることで、水銀アマルガムの形成が原因のランプの短寿命化を避けているのである。
For this reason, in the cold cathode discharge lamps according to
しかしながら、放電現象を利用する限り、必然的に電極表面ではスパッタ現象が生じるので、AlやZrによる水銀アマルガムの形成は防ぎ切れるものではない。結局、特許文献1や特許文献2に係る技術では、電極はホロー電極構造のものに限定され、それでもランプの短寿命化は避けられないことになる。
However, as long as the discharge phenomenon is used, a spatter phenomenon inevitably occurs on the electrode surface, and therefore, formation of mercury amalgam by Al or Zr cannot be completely prevented. Eventually, in the techniques according to
尚、特にAlはスパッタ率が大きくスパッタによる損耗が大きいので、この理由からも放電ランプの電極材料には適していない。 In particular, since Al has a high sputtering rate and wear due to sputtering, it is not suitable for the electrode material of the discharge lamp for this reason.
以上のことから、ジルコニウムより仕事関数が低くて、電極の小形化或いはランプ電流の増大に有効で、水銀アマルガムを形成しにくくて、ランプの短寿命化防止に有効な電極材料が望まれる。 In view of the above, an electrode material having a work function lower than that of zirconium, effective in reducing the size of the electrode or increasing the lamp current, hardly forming mercury amalgam, and effective in preventing the shortening of the lamp life is desired.
従って本発明は、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、電極を仕事関数の小さい材料で形成して、小形で輝度の高い冷陰極放電ランプを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a cold cathode discharge lamp in which electrodes are attached to both ends of a glass tube and a discharge medium gas is sealed in the tube. The electrode is formed of a material having a small work function, and is small and has high luminance. An object is to provide a cold cathode discharge lamp.
本発明は、また、水銀アマルガムを作りにくい材料を用い、電極の表面をその電極材料で形成できるようにして、ランプ寿命が長く、電極構造の自由度に富む冷陰極放電ランプを提供することを目的とする。 The present invention also provides a cold cathode discharge lamp having a long lamp life and a high degree of freedom in electrode structure by using a material that is difficult to make mercury amalgam and forming the surface of the electrode with the electrode material. Objective.
本発明の冷陰極放電ランプは、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプにおいて、前記電極の少なくとも表面がジルコニウム(Zr)の炭化物、タングステン(W)の炭化物、タンタル(Ta)の炭化物、チタン(Ti)の炭化物、ニオブ(Nb)の炭化物、ハフニウム(Hf)の炭化物若しくはモリブデン(Mo)の炭化物又はそれらの2種以上の混合物であることを特徴とする。 The cold cathode discharge lamp of the present invention is a cold cathode discharge lamp in which electrodes are attached to both ends inside a glass tube, and a gas of a discharge medium is enclosed in the tube. At least the surface of the electrode is a carbide of zirconium (Zr), Tungsten (W) carbide, tantalum (Ta) carbide, titanium (Ti) carbide, niobium (Nb) carbide, hafnium (Hf) carbide, molybdenum (Mo) carbide or a mixture of two or more thereof It is characterized by being.
本発明によれば、ガラス管の内部の両端部に電極を装着し、管内に放電媒体の気体を封入した冷陰極放電ランプであって、電極長さは短かくランプ電流は大きい、小形で高輝度の冷陰極放電ランプを提供できる。また、水銀アマルガムの形成の少ない、長寿命で電極形状の自由度に富む冷陰極放電ランプを提供できる。 According to the present invention, there is provided a cold cathode discharge lamp in which electrodes are attached to both ends inside a glass tube and a gas of a discharge medium is sealed in the tube, the electrode length is short, the lamp current is large, the small and high voltage. A cold cathode discharge lamp with brightness can be provided. Further, it is possible to provide a cold cathode discharge lamp with little formation of mercury amalgam and having a long life and a high degree of freedom in electrode shape.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る冷陰極放電ランプ100の、一部切欠き断面を含む側面図である。図1を参照して、外径が1.6〜6mm、肉厚0.2〜0.6mmで、長さが50〜1000mm程度のガラス管1の両端にNi−Cr−Fe合金製のリード4を封止してある。ガラス管1の内部には、放電媒体のガスとして、キセノンやアルゴンのような希ガスと水銀蒸気との混合ガスが封入されている。ガスの圧力は、1,300〜20,000Paである。また、ガラス管1の内面には蛍光体層2を形成してある。そして、それぞれのリード4のガラス管の中に入り込んだ部分は径が太くなっていて、その太径部分4Aの先端に、本発明に係る電極3が固着されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view including a partially cutaway cross section of a cold
2つの電極3は、少なくとも表面がZrの炭化物(ZrC)、Wの炭化物(WC)、Taの炭化物(TaC)、Tiの炭化物(TiC)、Nbの炭化物(NbC)、Hfの炭化物(HfC)若しくはMoの炭化物()又は、それらの2種以上の混合物になっている。表1に、各種高融点金属の仕事関数と、それら高融点金属の各炭化物の仕事関数を示す。
表1
The two
Table 1
表1に示されるように、上に述べた7種の高融点金属の炭化物ZrC、WC、TaC、TiC、NbC、HfC、MoCはいずれも仕事関数がNiより低く、更にZrよりも低い。従って、前述の特許文献1や特許文献2に係るZrを電極に使った冷陰極放電ランプと比べて、電極3の形状及び寸法が同一であれば、より多くのランプ電流を流すことができる。つまり、輝度を高くできる。或いは、ランプ電流が同じであれば、電極3の長さLを短くできる。換言すれば、電極間距離を同じにしておきながらランプの全長(ガラス管1の全長)を短くできる。
As shown in Table 1, the seven refractory metal carbides ZrC, WC, TaC, TiC, NbC, HfC, and MoC described above all have a work function lower than Ni and lower than Zr. Therefore, as compared with the cold cathode discharge lamp using Zr according to
以下に、電極3の構造について、いくつかの実施例を用いて説明する。
Below, the structure of the
図2(a)は、棒状電極3の一方の端部にリード4の太径部4Aを接続した状態を示す斜視図である。電極3は中実の棒状であり、高融点金属のZr、W、Ta、Ti、Nb、HfまたはMoを棒状に切削加工し、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
FIG. 2A is a perspective view showing a state in which the
あるいは、高融点金属の炭化物ZrC、WC、TaC、TiC、NbC、HfCまたはMoCそのものを棒状に切削加工して得ることができる。 Alternatively, it can be obtained by cutting a refractory metal carbide ZrC, WC, TaC, TiC, NbC, HfC or MoC itself into a rod shape.
図2(b)は、筒状の電極3の一方にリード4の太径部4Aを接続した状態を示す斜視図である。電極3は両底面無蓋の筒状であり、一方の開口部からリードの太径部4Aを挿入して接続してある。この筒状電極3は、高融点金属のZr、W、Ta、Ti、Nb、HfまたはMoの板材を筒状にプレス加工して、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
FIG. 2B is a perspective view showing a state in which the
または、上記7種類の金属以外の他の電極金属、例えばNiの薄板を筒状にプレス加工し、この筒状Niの表面に上記の高融点金属の炭化物ZrC、WC、TaC、TiC、NbC、HfCまたはMoCの層を、スパッタ法またはイオンプレーティング法或いは蒸着法によって形成することにより得ることができる。
ことにより得ることができる。
Alternatively, another electrode metal other than the above seven types of metals, for example, a Ni thin plate is pressed into a cylindrical shape, and the refractory metal carbides ZrC, WC, TaC, TiC, NbC, The HfC or MoC layer can be obtained by forming by sputtering, ion plating, or vapor deposition.
Can be obtained.
図2(c)は、カップ状の電極3の底面にリード4の太径部4Aを接続した態を示す斜視図である。電極3は円筒の一方の端面は無蓋、一方の底面は有底のカップ状であり、高融点金属のZr、W、Ta、Ti、Nb、HfまたはMoの板材を筒状にプレス加工しておいて、それを炭化水素、アセチレンなどの気流中で加熱して炭化処理することなどにより、地金の金属の表面にその金属の炭化物の層を形成して得たものである。
FIG. 2C is a perspective view showing a state in which the
または、上記7種類の金属以外の他の電極金属、例えばNiの薄板を筒状にプレス加工し、この筒状Niの表面に上記の高融点金属の炭化物ZrC、WC、TaC、TiC、NbC、HfCまたはMoCの層を、スパッタ法またはイオンプレーティング法或いは蒸着法によって形成することにより得ることができる。 Alternatively, an electrode metal other than the above seven types of metals, for example, a thin Ni plate, is pressed into a cylindrical shape, and the refractory metal carbides ZrC, WC, TaC, TiC, NbC, The HfC or MoC layer can be obtained by forming by sputtering, ion plating, or vapor deposition.
次に、本発明者は、電極3を金属Zrまたは金属Tiで作った場合と、それら金属の炭化物ZrCまたはTiCで作った場合とでランプの寿命を比較した。ガラス管1の形状、寸法、放電媒体のガス種、ガス圧、蛍光体層2、電極構造などを同じにし電極材料だけを変えた冷陰極放電ランプについて、加速試験により水銀アマルガムの形成が原因のランプ寿命を求めたところ、金属Zr製の電極とTi製の電極の場合は500hの寿命であったのに対し、炭化物ZrC製の電極とTiC製の電極の場合は10,000hで、電極材料としての炭化物の優位性を確認した。
Next, the present inventor compared the lifetime of the lamp when the
本発明により、熱陰極放電ランプに比べ細管化に有利な冷陰極放電ランプをより小形化、より高輝度化することができる。このことは、一例として、液晶テレビジョンや液晶ディスプレイのような液晶表示機器あるいは、ファクシミリや複写機、イメージスキャナなどのようなOA機器を小形化に本発明が寄与することを示すものである。 According to the present invention, it is possible to further reduce the size and increase the brightness of a cold cathode discharge lamp, which is advantageous in reducing the tube size as compared with a hot cathode discharge lamp. This shows that the present invention contributes to miniaturization of liquid crystal display devices such as liquid crystal televisions and liquid crystal displays, or OA devices such as facsimiles, copiers, and image scanners as an example.
1 ガラス管
2 蛍光体層
3 電極
4 リード
4A リードの太径部
100 冷陰極放電ランプ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電極の少なくとも表面がジルコニウム(Zr)の炭化物、タングステン(W)の炭化物、タンタル(Ta)の炭化物、チタン(Ti)の炭化物、ニオブ(Nb)の炭化物、ハフニウム(Hf)の炭化物若しくはモリブデン(Mo)の炭化物又はそれらの2種以上の混合物であることを特徴とする冷陰極放電ランプ。 In the cold cathode discharge lamp in which electrodes are attached to both ends inside the glass tube and the gas of the discharge medium is sealed in the tube,
At least the surface of the electrode is zirconium (Zr) carbide, tungsten (W) carbide, tantalum (Ta) carbide, titanium (Ti) carbide, niobium (Nb) carbide, hafnium (Hf) carbide or molybdenum ( A cold cathode discharge lamp characterized by being a carbide of Mo) or a mixture of two or more thereof.
前記ガラス管の内部に封入された、希ガスと水銀ガスとを含む放電媒体の気体と、
前記ガラス管の内壁に形成された蛍光体層と、
前記ガラス管の内部の両端に設けられた電極で、少なくとも表面がZrの炭化物、Wの炭化物、Taの炭化物、Tiの炭化物、Nbの炭化物、Hfの炭化物若しくはMoの炭化物又はそれらの2種以上の混合物で覆われている構造の電極とを含んでなる冷陰極放電ランプ。
A sealed glass tube;
A discharge medium gas containing rare gas and mercury gas enclosed in the glass tube;
A phosphor layer formed on the inner wall of the glass tube;
Electrodes provided at both ends inside the glass tube, and at least the surface is Zr carbide, W carbide, Ta carbide, Ti carbide, Nb carbide, Hf carbide or Mo carbide, or two or more thereof And a cathode having a structure covered with a mixture of the above.
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EP2048692A1 (en) * | 2006-07-19 | 2009-04-15 | Shichao Ge | High light flux cold-cathode fluorescent illuminate lamp |
TWI393165B (en) * | 2007-01-24 | 2013-04-11 | Nec Lighting Ltd | Method for manufacturing cold cathode fluorescent lamp including carbonizing or nitriding step , and a tubular electrode for cold cathode fluorescent lamp |
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