JP2008181770A

JP2008181770A - 冷陰極放電ランプ

Info

Publication number: JP2008181770A
Application number: JP2007014510A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takeda; 雄士武田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】板状電極を用いた場合において長寿命な冷陰極放電ランプを提供する。
【解決手段】放電容器１と、放電容器１内に封入された放電媒体と、電極３ａ１、３ｂ１とインナーリード３ａ２、３ｂ２とを有し、電極３ａ１、３ｂ１が放電容器１内に位置するように放電容器１の両端に配設された一対の電極マウント３ａ、３ｂとを具備し、電極３ａ１、３ｂ１は板状であるとともに、インナーリード３ａ２、３ｂ２には平坦面３ａ２１、３ｂ２１が形成されており、前記インナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２、３ｂ２に電極３ａ１、３ｂ１の板状面が接合されている。その際、電極３ａ１、３ｂ１の板状面とインナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２１、３ｂ２１との接触面積をＳとしたとき、１．０ｍｍ^２≦Ｓ≦５．０ｍｍ^２を満たすようにそれらが接合されているのが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶テレビやノートパソコン等の液晶ディスプレイのバックライトやネオンサイン、表示灯、看板照明等に用いられる冷陰極放電ランプに関する。

液晶ディスプレイのバックライトに用いられる光源としては、冷陰極放電ランプが主流である。この冷陰極放電ランプでは、現在、特開２００６−１４０１２９号公報（特許文献１）、特開２００５−２６１３９号公報（特許文献２）に記載されているような有底筒状のいわゆるカップ状の電極にインナーリードを接続した電極マウントが一般に用いられている。この電極では内表面と外表面を電極表面、すなわち放電面として利用することができる。つまり、電極サイズが小さくても電極表面積を大きく確保でき、陰極降下電圧を低く抑えることができる点で有利である。しかし、カップ状電極は成形が難しく、加工コストもかかるという問題がある。

カップ状電極の他には、特開２０００−２５１８３５号公報（特許文献３）や特開平９−１９０８００号公報（特許文献４）に開示されているような、円柱状や円錐状の電極を用いることもある。これらの電極であれば成形が比較的容易で加工コストも安いが、電極の体積に対して電極表面積を大きく確保することができず、無駄が多いという欠点がある。

そこで、本発明者は特開平８−１０２２８５号公報（特許文献５）の図２（ｂ）に示されているような、成形が比較的容易で、電極表面積を広く確保できる傾向のある板状電極に注目し、研究開発を行っている。

特開２００６−１４０１２９号公報特開２００５−２６１３９号公報特開２０００−２５１８３５号公報特開平９−１９０８００号公報特開平８−１０２２８５号公報

しかしながら、特許文献５の図２（ｂ）のような板状電極では、使用中に電極とインナーリードとの接合が外れてしまうことがあった。この問題について発明者が検討した結果、主に２つの原因が浮かび上がった。

第１の原因は、板状電極とインナーリードの接合強度が十分に確保されていなかったという点である。つまり、従来、インナーリードは断面が円形であるため板状電極との接触面積が狭く、十分な強度を得られていなかった。

第２の原因は、接合部の温度が高温であったという点である。つまり、板状電極では放電面として作用する面にインナーリードを接合する構成になるため、点灯中にその接合部の温度が高くなっていた。

本発明の目的は、板状電極を用いた場合において長寿命な冷陰極放電ランプを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の冷陰極放電ランプは、放電容器と、前記放電容器内に封入された放電媒体と、電極とインナーリードとを有し、前記電極が前記放電容器内に位置するように前記放電容器の両端に配設された一対の電極マウントとを具備し、前記電極は板状であるとともに、前記インナーリードには平坦面が形成されており、前記インナーリードの前記平坦面に前記電極の板状面が接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、板状電極を用いた場合において長寿命な冷陰極放電ランプを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態の冷陰極放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための全体図である。

冷陰極放電ランプの容器は、例えば軟質ガラス製の放電容器１で構成されている。放電容器１は細長い筒型形状であり、その内部には放電空間１１が形成されている。放電空間１１には、水銀および希ガスとしてネオンが封入されている。ここで、ランプの始動性を向上させるためにネオンに対して１．０％〜４０％の割合のアルゴンを追加してもよい。また、放電容器１の内面には、蛍光体層２が形成されている。蛍光体層２としてはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）で発光する単波長蛍光体のほか、ＲＧＢを混合した３波長蛍光体などを目的用途に合わせて使用することができる。なお、蛍光体層２は放電容器１の両端部付近まで形成しても良い。

放電容器１の両端には、電極マウント３ａ、３ｂが封止されている。電極マウント３ａ、３ｂは、図２に示すように、電極３ａ１、３ｂ１、インナーリード３ａ２、３ｂ２、アウターリード３ａ３、３ｂ３とで構成されており、抵抗溶接やレーザー溶接などによって一体的に接合されている。

電極３ａ１、３ｂ１は板状であり、例えば、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタルなどの高融点の金属からなる。なお、「板状」には、電極の最終形状が本実施の形態のような板状であるものに限らず、板状材料を折り曲げ等により加工したものを含むものとし、「板状面」には、その板の表面に粗さを形成したり、厚さ方向に貫通しないくぼみ、いわゆるディンプルを形成したものを含むものとする。

この電極３ａ１、３ｂ１のサイズについて説明すると、放電容器１の内径Ｒが０．８ｍｍ〜１０ｍｍ程度の冷陰極放電ランプの場合においては、電極３ａ１、３ｂ１に流れるランプ電流が１．０ｍＡ〜２０ｍＡの範囲になるように設計するのが望ましい。そこで、電極３ａ１、３ｂ１の長さＬは、２．０ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さＤは、強度、成形性およびコストの兼ね合いから、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍ、幅Ｗは、電極３ａ１、３ｂ１を放電容器１内部に挿入する際にガラス内面を引っかかないように、放電容器１の内面に対し、０．３ｍｍ以上の間隔を確保できる幅、例えば０．５ｍｍ〜９．７ｍｍとするのが好適である。なお、本実施の形態では、電極３ａ１と３ｂ１とが直交するように配置しているが、両方の板状面がほぼ同一平面状になるように配置しても良い。

インナーリード３ａ２、３ｂ２は全体的に棒状であるが、放電空間１１側の先端部には平坦面３ａ２１、３ｂ２１が形成されている。この平坦面３ａ２１、３ｂ２１には、電極３ａ１、３ｂ１の板状面が配置、面接合される。その際、電極３ａ１、３ｂ１の板状面とインナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２１、３ｂ２１の接触面積をＳとしたとき、１．０ｍｍ^２≦Ｓ≦５．０ｍｍ^２を満たすように接合するのが望ましい。また、厚さｄは電極３ａ１、３ｂ１の保持強度および接合容易性の観点から、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍであるのが望ましい。なお、平坦面３ａ２１、３ｂ２１は、例えば圧潰などの方法により形成することができる。インナーリード３ａ２、３ｂ２の材料としては、電極材料よりも低融点の金属、例えばコバール、銅線、ニッケルなどを使用することができる。なお、本実施の形態のようにインナーリード３ａ２、３ｂ２が放電容器１の両端部のガラスに対して封着される場合には、ガラスの熱膨張率に近いコバールが特に好適である。

アウターリード３ａ３、３ｂ３は、点灯回路と電気的な接続を行うリード線である。そのため、導電性が良好な金属が望まれ、例えば、鉄・ニッケル合金に銅を被覆したジュメットが適している。

下記に本実施の形態の冷陰極放電ランプの一実施例を示す。なお、以下で説明する試験は特に言及しない限り寸法、材料等はこの仕様に基づいて行っている。

（実施例）
放電容器１；軟質ガラス製、全長＝１１０ｍｍ、外径＝４．０ｍｍ、内径Ｒ＝３．０ｍｍ、
放電媒体；水銀＝５．０ｍｇ、ネオン＝８．０ｋＰａ、
蛍光体層２；ＲＧＢの３波長蛍光体、
電極３ａ１、３ｂ１；タングステン製、長さＬ＝５．２ｍｍ、幅Ｗ＝１．７ｍｍ、厚さＤ＝０．１ｍｍ、
インナーリード３ａ２、３ｂ２；コバール製、線径＝０．６ｍｍ、電極３ａ１、３ｂ１の板状面に接合された平坦面３ａ２１、３ｂ２１の面積Ｓ＝２．０ｍｍ^２、平坦面の厚さｄ＝０．１ｍｍ、
アウターリード３ａ３、３ｂ３；ジュメット製、線径＝０．４ｍｍ。

上記実施例のランプをランプ電力＝２．０Ｗ、ランプ電流＝８．０ｍＡ、周波数＝４０ｋＨｚで点灯したところ、２００００時間点灯しても電極３ａ１、３ｂ１とインナーリード３ａ２、３ｂ２の接合が外れることはなく、長寿命な冷陰極放電ランプを達成することができた。

また、実施例のランプでは電極消耗も少ないことが確認された。これにはスパッタリングの発生の有無が関係している。冷陰極放電ランプでは、ランプ電流が負から正に極性が変わると、火花放電が発生しない暗流放電期間を経て、再点弧され、グロー放電の状態に移行する。その後、ランプ電流が増加しても陰極降下電圧が増加しなければ正規グロー放電、ランプ電流が増加すれば陰極降下電圧も増加すれば異常グロー放電となる。この正規グロー放電はスパッタリングが少なく、反対に異常グロー放電はスパッタリングが多い。ここで、図３に実施例のランプにおけるランプ電流と陰極降下電圧の関係を示しているように、再点弧以降、点灯波形においてほぼ正規グロー放電が維持されているため、結果的に電極消耗が少なかったと結論される。なお、電極表面積を大きくする等、陰極降下電圧の最大値を５００Ｖ以下に抑えれば、電極寿命を５００００時間程度まで延ばすことができる。

なお、本実施の形態のような電極マウントでは、電極３ａ１、３ｂ１の板状面とインナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２１、３ｂ２１の接触面積Ｓは好適な大きさであるのが望ましい。図４は、接触面積Ｓを変化させたときの接合外れおよびスパッタリングの発生について説明するための図である。試験時間は１００００時間、試験数は各５本である。なお、試験本数中、異常が０本の場合を○、異常が１〜２本の場合を△、異常が３〜５本の場合を×として判定している。また、スパッタリング発生の有無は、容器内部の電極を確認できない程度に電極周辺のガラスの透過性が低下したときをスパッタリング発生として判断した。

結果から、接触面積Ｓが１．０ｍｍ^２よりも小さい場合、電極３ａ１、３ｂ１とインナーリード３ａ２、３ｂ２の接合外れが発生しやすくなることがわかる。これは、接合部の温度が高温になったことと、接合強度が弱くなったことが原因であると考えられる。一方、Ｓが５．０ｍｍ^２よりも大きい場合、スパッタリングが発生しやすくなることがわかる。これは、電極３ａ１、３ｂ１の板状面に対する平坦面３ａ２１、３ｂ２１が大きくなることにより、平坦面３ａ２１、３ｂ２１で放電しやすくなったためと考えられる。また、製造上、平坦面３ａ２１、３ｂ２１を大きくしすぎるのは望ましくない。したがって、電極３ａ１、３ｂ１の板状面とインナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２１、３ｂ２１の接触面積Ｓは、１．０ｍｍ^２≦Ｓ≦５．０ｍｍ^２であるのが望ましい。ちなみに、電極面積や電流密度などに応じて、接触面積Ｓの大きさを調節するとさらに良い。

さらに、本発明では電極３ａ１、３ｂ１およびインナーリード３ａ２、３ｂ２について好適な材料を組み合わせるのが望ましい。

図５は、ニッケル、タングステン、モリブデンの板状電極を使用したときのランプ電流に対する陰極降下電圧について説明するための図である。

結果から、タングステンやモリブデンは、ニッケルと比較して、陰極降下電圧が低いことがわかる。つまり、タングステンやモリブデンの方がニッケルよりも電極消耗および消費電力を少なくすることができることを意味している。

ここで、板状電極では陰極降下電圧を低くする場合、電極の長さＬを長くして電極表面積を広くする設計を行うが、電極の長さＬを長くすると有効発光長を狭めてしまう。したがって、板状電極の設計に際しては、有効発光長を可能な限り広く確保しながら陰極降下電圧を低くするのが最適である。そこで、成型しやすい板状電極では、加工が困難であるが、電極消耗、消費電力を少なくすることができるタングステンやモリブデンの材料を使用するのがよい。なお、ニオブ、タンタルなどの高融点金属でも、タングステンやモリブデンとほぼ同様の効果を期待することができる。

一方、電極３ａ１、３ｂ１に高融点金属を用いると、インナーリード３ａ２、３ｂ２との溶接等による接合が困難になる。そこで、インナーリード３ａ２、３ｂ２には、コバール、銅線、ニッケルなどの電極３ａ１、３ｂ１の材料よりも低融点の金属を用いるのが望まれる。以上から、本発明のような板状電極においては、電極３ａ１、３ｂ１には高融点の金属、インナーリード３ａ２、３ｂ２には電極材料よりも低融点の金属を組み合わせて使用するのが望ましい。

したがって、第１の実施の形態では、放電容器１の両端に封着された電極マウント３ａ、３ｂの電極３ａ１、３ｂ１を板状、インナーリード３ａ２、３ｂ２には平坦面３ａ２１、３ｂ２１を形成し、平坦面３ａ２１、３ｂ２１に電極３ａ１、３ｂ１の板状面を接合することにより、点灯中に接合部が高温になるのを防止することができるとともに、接合強度が増すため、電極３ａ１、３ｂ１とインナーリード３ａ２、３ｂ２の接合が解除されにくい長寿命な冷陰極放電ランプを実現することができる。その際、電極３ａ１、３ｂ１の板状面とインナーリード３ａ２、３ｂ２の平坦面３ａ２１、３ｂ２１との接触面積をＳとしたとき、１．０ｍｍ^２≦Ｓ≦５．０ｍｍ^２を満たすようにそれらが接合されているのが望ましい。

また、電極３ａ１、３ｂ１を高融点の金属、インナーリード３ａ２、３ｂ２を電極材料よりも低融点の金属で構成することにより、有効発光長を大きく確保しつつ、電極消耗および消費電力が少ない冷陰極放電ランプを実現することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。これ以降の実施の形態の各部については、第１の実施の形態の冷陰極放電ランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

本実施の形態では、電極３ａ１、３ｂ１が断面において略Ｚ状の形状になっている。これにより、電極長Ｌが短くても電極表面積を広く確保することができる。なお、この電極３ａ１、３ｂ１は幅方向の両端部を折り曲げるのみで成形できるので、プレス加工によって形成するカップ状の電極と比較しても、加工が容易で低コストである。

したがって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の冷陰極放電ランプよりも短い電極長で電極表面積を広くすることができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。

本実施の形態では、リボン状の板がスパイラル状に巻かれた形状になっているため、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、この電極３ａ１、３ｂ１は幅ｄ１が１．０〜２．０ｍｍ程度の板を棒に巻きつけるのみで成形できるので、加工が容易で低コストである。

本発明の第１の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図。電極マウントについて説明するための図。点灯中のランプ電流と陰極降下電圧波形の関係について説明するための図。接触面積Ｓを変化させたときの接合外れおよびスパッタリングの発生について説明するための図。ニッケル、タングステン、モリブデンの板状電極を使用したときのランプ電流に対する陰極降下電圧について説明するための図。本発明の第２の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図。本発明の第３の実施の形態の冷陰極放電ランプについて説明するための図。

符号の説明

１放電容器
２蛍光体層
３ａ、３ｂ電極マウント
３ａ１、３ｂ１電極
３ａ２、３ｂ２インナーリード
３ａ３、３ｂ３アウターリード

Claims

放電容器と、前記放電容器内に封入された放電媒体と、電極とインナーリードとを有し、前記電極が前記放電容器内に位置するように前記放電容器の両端に配設された一対の電極マウントとを具備し、
前記電極は板状であるとともに、前記インナーリードには平坦面が形成されており、前記インナーリードの前記平坦面に前記電極の板状面が接合されていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
前記電極の板状面と前記インナーリードの前記平坦面の接触面積をＳとしたとき、１．０ｍｍ^２≦Ｓ≦５．０ｍｍ^２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
前記インナーリードの前記平坦面は、圧潰により前記インナーリードの直径よりも幅が大きく形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極放電ランプ。
前記電極は高融点の金属からなり、前記インナーリードは前記電極材料よりも低融点の金属からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一に記載の冷陰極放電ランプ