JP2005276654A - 冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプのガラス管壁と電極外面の間隙への放電の入り込みを抑え、その結果ガラス管壁の黒化や過熱を防止し、長寿命、省電力の冷陰極蛍光ランプを提供する。
【解決手段】 冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体被膜（２）を形成したガラス管（１）内に放電媒体（３）が封入され、ガラス管両端に電極（４）を封着して成り、この電極の外側の一部または全部が誘電体材料で覆われる。誘電体材料は酸化アルミニウム又は酸化マグネシウム等とされ、その厚さは０．１μｍ以上が望ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトやOA機器の原稿照明用光源等に使用される冷陰極蛍光ランプ、特に冷陰極蛍光ランプ用の電極に関するものである。

液晶ディスプレイ等のバックライトには細管の冷陰極蛍光ランプが使用されているが、電極にはこれまでニッケルやタングステンの板や棒が用いられていたが、近年、特許文献１や特許文献２に示されているように、ニッケル、モリブデン、ニオブ等から成る円筒、あるいはカップ型の電極が用いられるようになった。電極を円筒あるいはカップ型にするのは、円筒あるいはカップ内部で電子の増倍作用、いわゆるホロー効果が起き、板状あるいは棒状電極に比較して大電流を取り出せることによる。

特開平１０−１８８８８８号公報

特開２０００−１３３２０１号公報

本発明者は上記円筒、あるいはカップ型の電極について検討した。これによれば、放電は放電し易い箇所から発生するため、しばしば円筒あるいはカップの外側面に放電起点が生じ、その結果ホロー効果が得られなく、さらに放電がランプのガラス管壁と電極外面の狭い空間に入り込むために、ガラス管壁が過熱されて短寿命の原因になることが見出された。この対策として、円筒あるいはカップの外径を大きくして、ガラス管壁との間隙を小さくして、放電の入り込みを抑えようとする試みがある。しかしこの場合、電極のガラス管への封止のときの僅かな傾きにより、電極がガラス管に接触する不良が発生し易くなる。

本発明の目的は、ランプのガラス管壁と電極外面の間隙への放電の入り込みを抑え、その結果ガラス管壁の黒化や過熱を防止し、長寿命、省電力の冷陰極蛍光ランプを提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、本発明の冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体被膜を形成したガラス管内に放電媒体が封入され、ガラス管両端に電極を封着して成り、この電極の外側の一部または全部を誘電体材料で覆ったことを特徴とする。この誘電体材料は酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、シリコンカーバイド、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等から選ばれた少なくとも１種を含み、金属カップ外側に膜状態あるいは筒状カバーで設けられている。さらに上記誘電体材料の厚みを0.1μm以上としたことを特徴とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、本発明によれば、冷陰極蛍光ランプの電極の外側の一部または全部を誘電体材料で覆ったことにより、ランプのガラス管壁と電極外面の間隙への放電の入り込みを抑え、その結果ガラス管壁の黒化や過熱を防止し、長寿命、省電力の冷陰極蛍光ランプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を示す断面図である。ガラス管１の内面には蛍光体被膜２が形成され、管内には放電媒体３が封入され、両端には電極４が封着されている。放電媒体３は一般的には９．３ＫＰａのネオンとアルゴンの混合ガスと水銀である。ガラス管外径は１．４〜４ｍｍで、長さは用途に応じて３０ｍｍから１５００ｍｍである。外部導入線５を介して電力を投入すると、両端の電極４の間に放電が発生して、水銀が励起され、発生した紫外線により蛍光体被膜２から可視光線が外部に放射される。

電極４は、板状、棒状、円筒状など各種形状の基体を備え、基体の外側（ガラス管に臨む面）の一部又は全部が誘電体材料で覆われている。前記基体には内部導入線６が溶接され、内部導入線６は外部導入線５に接続されている。電極４の基体を円筒に代表されるように中央部が凹状を呈することによって、放電がその凹状部分の内部から発生し、かつ内部で電子増殖が起きて電流の取り出しが容易となる、いわゆるホロー効果が得られる。

図２、図３、及び図５には前記電極４の具体的な構成を例示する。各図の構成において基体は有底筒状の金属カップ７とされる。図２は金属カップ７に誘電体材料から成る円筒カバー８を設けたものである。図３は金属カップ７の外表面に誘電体材料から成るキャップ９を設けたものである。この場合、金属カップ７の外表面に誘電体材料によって膜を形成し、同様な形状のものを作成することができる。図４は金属カップ７の端部のみに誘電体材料から成るキャップ１０を設けたものである。図５には比較例として金属カップ７の外表面に誘電体材料を設けていない電極構造を示している。この比較例に係る電極構造では、放電はその起点となり易い箇所に移動するという性質を考慮すると、誘電体材料で覆われていない金属カップ７ではしばしば金属カップ７の外面から放電が発生し、その結果上記ホロー効果が得られない上に、放電のプラズマがガラス管１の内面を過熱し、不純ガスが発生し、ランプの短寿命を引き起こし易くなる。本願発明者は本発明を完成させるに当たり、金属カップ７の外径を大きくして、ガラス管１の内面との間隙を小さくして、放電の間隙への入り込みを抑えることを行った。しかしながら、この方法ではガラス管１の管軸と電極４の軸の僅かなずれや傾きによって、電極４がガラス管１の内面に接触する不良が発生しやすい不都合が起きる。また、ガラス管１の内面と電極４とが接近すると、放電電流の一部がガラス管１の内面に流れ、いわゆる漏れ電流となり、放電効率が低下する。これに対し、図２乃至図４に代表される本願発明に係る電極４の構造では、電極４の外側の一部または全部を誘電体材料で覆ったことにより、ランプのガラス管壁と電極外面の間隙への放電の入り込みを抑えることができ、その結果ガラス管壁の黒化や過熱を防止でき、しかもガラス管１の内面に接触する程電極４を大きくする必要も無いから接触による電流漏れの虞もない。これにより、長寿命、省電力の冷陰極蛍光ランプを実現することができる。特に、図４の如く金属カップ７の先端部分をカバーしたものでも放電の金属カップ７の外側への広がりを防止できる。

前記電極４の更に具体的な構成について説明する。図２において、円筒カバー８をアルミナから成る誘電体材料で製作した。この円筒カバー８は内径１．７ｍｍ、肉厚０．１ｍｍ、長さ５．０ｍｍである。金属カップ７はニッケル製で外径を１．７ｍｍより僅かに小さくして、円筒カバー８に密接するようにした。長さは５．０ｍｍである。金属カップ７の底部にはコバール線０．６ｍｍφの内部導入線６を溶接し、０．４ｍｍφのデュメット線の外部導入線５に接続した。このように作成した電極４を用いて冷陰極蛍光ランプを製作し、点灯試験を行った。なお、ランプの外径は２．６ｍｍ、長さ２３４ｍｍ、管内に水銀と９．３ＫＰａのネオン・アルゴン混合ガスを封入した。また、図５の比較例に係る金属カップ７のみの電極を用いて、同様にランプを製作して点灯試験を行った。製作したランプ数は各１００本である。これらのランプを７ｍＡで点灯し、1万時間経過した時点で比較すると、金属カップのみのランプでは１００本のうち１０本で放電が金属カップ７の外面に移動していたが、アルミナから成る円筒カバー８を設けたランプでは、すべて放電は金属カップ７の内部から発生しており、外面への移動は皆無であった。金属カップ７の外面に放電が移動したランプでは、放電によるスパッタによって電極材料がガラス管壁に付着し、電極まわりに黒化が発生した。

円筒カバー８の材料として上記では酸化アルミニウムを使用したが、酸化アルミニウム以外に酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、シリコンカーバイド、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等が適当である。発明者らは種々の材料を試験した結果、放電の金属カップ７の外面への入り込みを抑えるには、使用する材料の比誘電率がガラス管材料の比誘電率より大きいことが有効であることがわかった。この理由は、ランプのガラス管壁には放電プラズマの電荷のうち、電子が管壁方向に拡散してマイナス電荷となるが、このとき近くに誘電体が存在すると、逆の電荷、即ちプラス電荷が誘起される。ガラス管壁の電子はすぐさま散逸するが、誘電体のプラス荷電は比誘電率が大きいので保持されており、その結果放電の浸入が抑えられるものと推定される。

上記では金属カップ７に酸化アルミニウムの円筒カバー８を密接して設けたが、本発明はこれに限定するものでなく、金属カップ７と円筒カバー８との間に若干の隙間があってもよいのは勿論である。また、上記では、酸化アルミニウムから成る円筒カバーを示したが、酸化アルミニウム粉末を有機溶媒に懸濁させ、これを金属カップ７の外表面に塗布し、焼き付けてもよい。また、上記酸化アルミニウムから成る円筒カバー８の厚みを０．１ｍｍとしたが、酸化アルミニウムを膜状態で形成する場合の厚みは０．１μm以上が金属カップ７の外側への放電の入り込みに効果があることを見出した。また円筒カバー８の厚みは上記実施例のように０．１ｍｍまたは０．２ｍｍが適当であり、ランプの管径によってはさらに厚いものを使用しても良い。また、この場合、本発明の効果を発揮するには、膜に微小孔や亀裂がないことが重要である。上記膜厚が０．１μmより小さいと放電入り込みの抑制が不十分である。上記実施例では、金属カップ７としてニッケルを使用したが、本発明の効果は他の材料、例えばニオブ、モリブデンから作成した金属カップ７に対しても発揮されることは勿論である。さらに金属カップ７の内面に電子放射性物質を有する場合には、本発明の構成により、放電が金属カップ７の内部に集中するので、電子放射性物質の機能が十分発揮される効果がある。なお、上記実施例では、金属カップ７の外面を誘電体材料によって覆うことを示したが、本発明は他の電極構造、例えば棒状電極や板状電極に適用し、放電の起点を制御できるものである。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を示す断面図である。 金属カップの外表面に誘電体材料から成る円筒カバーを設けた電極の構造を例示する断面図である。 金属カップの外表面に誘電体材料から成るキャップを設けた電極の構造を例示する断面図である。 金属カップの端部のみに誘電体材料から成るキャップを設けた電極の構造を例示する断面図である。 比較例として金属カップの外表面に誘電体材料を設けていない電極の構造を例示する断面図である。

符号の説明

１ ガラス管
２ 蛍光体被膜
３ 放電媒体
４ 電極
７ 金属カップ
８ 円筒カバー
９ キャップ
１０ キャップ

Claims (5)

1. 内面に蛍光体被膜を形成したガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管の両端内側に電極を封着してなる冷陰極蛍光ランプにおいて、前記電極の外側の一部または全部を誘電体材料で覆ったことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
2. 前記誘電体材料は酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、シリコンカーバイド、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等から選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光ランプ。
3. 前記誘電体材料は、前記電極の外側表面に膜状態で付着されたことを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の冷陰極蛍光ランプ。
4. 前記誘電体材料は、前記電極の外側に筒状カバーを構成することを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の冷陰極蛍光ランプ。
5. 前記電極の外側を覆う誘電体材料の厚みを0.1μm以上としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の冷陰極蛍光ランプ。
   

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