JP2008258045A - カップ状電極および該カップ状電極を備えた冷陰極蛍光放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製のカップ状電極と比較して長寿命化を達成することができ、さらに、従来よりも低い管電圧で従来と同等程度の管電流を流すことができるようにして同等程度の発光輝度で発光した場合の電力消費量を従来よりも格段に低減可能とすることができるカップ状電極とこれを備えた冷陰極蛍光放電管を提供すること。
【解決手段】ガラス管４内面に蛍光体１０が塗布され該ガラス管４内に希ガスが封入されてグロー放電領域で発光する冷陰極蛍光放電管２において該ガラス管４両端内側に配置されて上記ガラス管４内にグロー放電を起こさせるためのカップ状電極８であって、当該カップ状電極８はその内周面に炭素膜１２が成膜されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷陰極蛍光放電管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）にかかり、特にその冷陰極蛍光放電管のランプ管両端に対向配置される一対の放電電極において特に電極形状がカップ状とされてホロー効果が得られる構造とした電極に関するものである。

特許文献１には同公報記載文を転載すると、冷陰極蛍光放電管は、グロー放電領域で発光するランプであり、内面に蛍光体を塗布したガラス管内に、数ｋＰａ（数十Ｔｏｏｒ）のネオン、アルゴン等の希ガスと数ｍｇの水銀が封入され、両端に電極が設けられる。電極間に高周波電源を印加して低圧の水銀蒸気中でグロー放電させ、放電により励起された水銀が紫外線（２５３．７ｎｍ）を発生し、その紫外線によって更に蛍光体が励起され、蛍光体固有の光を発生する。電極は主にカップ形状であり、ホローカソード効果によって管電圧と消費電力（低発熱）が低く、かつ長寿命化が図られている。そしてこの特許文献１ではカップ状電極の内壁表面に、小孔を多数点在させ、また連続的凹凸面を形成して比表面積が高く、電極から放出される電子密度が高めて放電特性を改善している、と記載されている。上記で放電電極をカップ状とするのは、放電がカップ状電極の内側から発生し、カップ状電極の内側で電子増殖が起きる、いわゆるホロー効果が得られるからであるとされている。

しかしながら、従来のカップ状電極は電極表面が金属製であるために、ガラス管内のガスイオンによって金属原子が叩き出されるスパッタリング現象により電極表面が消耗し電極寿命が短くなることは避けられない。また、発光輝度に関わる管電流の割りには管電圧が極めて高いために電力消費量が多いことが高輝度発光化かつ電力消費量低減化では大きな課題となっている。

例えば最近のパーソナルコンピュータ、等のＯＡ機器や液晶テレビやＰＤＰ（プラズマディスプレイ）では薄肉小型化が進展しており、特に携帯型で電池内蔵機器では高輝度発光の一方で電力消費量の低減が強く要求されてきており、かかる要求の中で冷陰極蛍光放電管をそれら機器に用いた場合では、その細管化する一方で低管電圧、高輝度発光という相反する要求が特に高くなっている。そこでこのような要求に応えるためのカップ状電極とそれを備えた冷陰極蛍光放電管が望まれている。
特開２００６−１５６１５１号公報

本発明により解決すべき課題は、金属製のカップ状電極と比較して長寿命化を達成することができ、さらに、従来よりも低い管電圧で従来と同等程度の管電流を流すことができるようにして同等程度の発光輝度で発光した場合の電力消費量を従来よりも格段に低減可能とすることができるカップ状電極とこれを備えた冷陰極蛍光放電管を提供することである。

本発明による冷陰極蛍光放電管用カップ状電極は、ガラス管内面に蛍光体が塗布され該ガラス管内に希ガスが封入されて所要の放電領域で発光する冷陰極蛍光放電管において該ガラス管両端内側に配置されて上記ガラス管内に上記放電を起こさせるためのカップ状電極であって、当該カップ状電極はその内周面に多数の微細な突起を有し当該カップ状電極内周面の比表面積を増大させる炭素膜が成膜されていることを特徴とするものである。

上記炭素膜としては、グラファイト、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜等を例示することができる。

炭素膜は、直径μｍないしｎｍオーダーの粒状等の炭素微粒子から構成されたものでもよい。

炭素膜はカップ状電極内周面全体に形成されていることが好ましいが、これに限定されるものではなく、カップ状電極内周面の一部に形成されていてもよい。

カップ状電極は、円筒形、角筒形、円錐形、角錐形、等のカップ状であり、内部が中空な形状の電極であれば、特に形状を限定しない。カップ状電極は内周面に微細な凹凸を有する内周面形状とし、そうした内周面表面に炭素膜を形成してもよい。カップ状電極の電極材は特に限定されない。

ガラス管内には水銀入り、水銀無しでもよく、放電を起こすための希ガスが封入されていればよい。希ガスの種類には限定されない。

本発明のカップ状電極を冷陰極蛍光放電管に用いると、カップ状電極の内周面に炭素膜が成膜されているので、内部ガスで電極表面がスパッタリングされずに済むことにより電極長寿命化を達成することができ、また、炭素膜表面の微細凹凸で比表面積が格段に増大して電子密度が飛躍的に増大する結果、従来よりも低い管電圧で従来と同等程度の輝度で発光することができるようになり、消費電力を大幅に低減することができる。これによって本発明のカップ状電極を組み込んだ冷陰極蛍光放電管を例えば大型の液晶表示装置のバックライトに採用した場合、バックライトが当該液晶表示装置の消費電力の大半を消費するので、当該バックライトの電力消費量を大幅に低減できる効果を得られる。

炭素膜では微粒子形状の炭素膜でもよいが、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜等の炭素膜であれば、電極内周面の比表面積を格段に増大でき、電子放出密度が飛躍的にアップする。

本発明によれば、金属製のカップ状電極と比較して長寿命化を達成することができ、さらに、従来よりも低い管電圧で従来と同等程度の管電流を流すことができるようにして同等程度の発光輝度で発光した場合の電力消費量を従来よりも格段に低減可能とすることができるカップ状電極を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る冷陰極蛍光放電管（ＣＣＦＬ）を説明すると、図１は、実施の形態の冷陰極蛍光放電管の長手方向断面を示し、図２は図１の冷陰極蛍光放電管のカップ状電極の拡大断面、図３は図２のＡ−Ａ線断面、図４は図１の円部分Ｂを拡大して示す図である。

これらの図を参照して実施の形態の冷陰極蛍光放電管２は、細径化されたガラス管４を備える。ガラス管４の内部には水銀と希ガスが１種類以上封入されている。ガラス管４の両端内部には導入線６を介して、一対のカップ状電極８が設置されている。この設置形態は図面では概略で示している。ガラス管４の内壁には蛍光体１０が被膜形成されている。この蛍光体１０は紫外光を可視光に変換するフォトルミネセンス蛍光体である。上記冷陰極蛍光放電管２はグロー放電領域で発光するものでありその基本の発光原理は周知であるからその詳細は略する。またもこの発光は可視光やそれ以外の光に限定されるものではない。また、水銀の蒸気圧や蒸気量にも限定されない。

カップ状電極６は円筒形であり、その円筒形内面に炭素膜１２が形成されている。炭素膜１２は、シート状、ウォール状、チューブ状等、直径がｎｍオーダーの微細な凹凸を多数有する炭素膜であり、これにはグラファイト、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜等を例示することができる。

図５のＳＥＭ写真でカップ状電極８の内周面に形成された炭素膜１２の一例を示す。図５（ａ）は図４の円部分Ｂの炭素膜１２の平面視ＳＥＭ写真像、図５（ｂ）は図４の円部分Ｃの炭素膜１２の平面視ＳＥＭ写真像を示す。これのＳＥＭ写真像中に多数の炭素膜１２が撮影されている。この炭素膜１２はカーボンナノウォールである。この炭素膜１２によりカップ状電極８の内周面の比表面積は格段に増加している。カップ状電極８の内周面の比表面積が増大することにより、カップ状電極８から放出される電子密度が極めて高くなり放電特性が大きく改善される。カップ状電極８のホロー効果がより高レベルで発揮することができるようになる。

図６（ａ）に横軸を時間（μｓ）、縦軸を管電圧（Ｖ）にとり、図６（ｂ）に横軸を時間（μｓ）、縦軸を管電流（ｍＡ）にとる実施の形態の冷陰極蛍光放電管のグロー放電時での安定放電領域における電圧、電流特性を示す。図３（ａ）で示すようにこの冷陰極蛍光放電管は管電圧が４００Ｖで管電流が２０ｍＡとなっている。これを図７（ａ）（ｂ）で示す従来の冷陰極蛍光放電管と比較する。図７（ａ）は図６（ａ）に、図７（ｂ）は図６（ｂ）に対応する。従来の冷陰極蛍光放電管では図７（ａ）で示すように従来では管電圧が７２０Ｖで管電流が２０ｍＡとなっている。これは、実施の形態の冷陰極蛍光放電管と従来の冷陰極蛍光放電管とを比較すると、同一の管電流つまり同一の発光輝度を得るのに従来では７２０Ｖの管電圧が必要であったのが、実施の形態では４００Ｖの管電圧で済むので、電力消費量が実施の形態の方が３０〜４０％低減化することになる。

なおカップ状電極８の横断面形状は特に限定しないが、例えば図８（ａ）で示すように横断面楕円形、図８（ｂ）で示すように横断面多角形であってもよい。

またカップ状電極８の縦断面形状は特に限定しないが、例えば図９（ａ）で示すように縦断面放物線形状、図９（ｂ）で示すように縦断面三角錐形状、図９（ｃ）で示すように縦断面底浅のカップ形状でもよい。

また、図１０で示すようにカップ状電極８の内底面近傍の側面に１つないし複数の貫通孔１４を設けることにより、カップ状電極８の内周面に炭素膜１２を例えばＣＤ法で炭素系ガス雰囲気下で成膜する場合に該ガスの通過路を形成してカップ状電極８の内周面全体に炭素膜１２を容易に成膜可能としてもよい。

また、図１１（ａ）（ｂ）で示すようにカップ状電極８は網目状でもよい。この網目状の内周面に炭素膜１２が成膜されている。ただし図１１（ａ）はカップ状電極８の斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の縦断面図である。この場合、網目形状は限定されず、柵状やその他も網目状の概念に含ませることができる。

以上説明した実施の形態では、カップ状電極８の内周面に炭素膜１２が成膜されているので、内部ガスで電極表面がスパッタリングされずに済むことにより電極長寿命化を達成することができ、また、炭素膜１２表面の微細凹凸で比表面積が格段に増大して電子密度が飛躍的に増大する結果、従来よりも低い管電圧で従来と同等程度の輝度で発光することができるようになり、消費電力を大幅に低減することができる。

図１は、本発明の実施の形態の冷陰極蛍光放電管の長手方向断面図である。 図２は図１の冷陰極蛍光放電管のカップ状電極の拡大断面図である。 図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は図１の円部分Ｂを拡大して示す図である。 図５（ａ）は図４の円部分Ｂの炭素膜１２の平面視ＳＥＭ写真像、図５（ｂ）は図４の円部分Ｃの炭素膜１２の平面視ＳＥＭ写真像を示す図である。 図６（ａ）は実施の形態のカップ状電極を用いた冷陰極蛍光放電管の電圧特性、図６（ｂ）は同電流特性を示す図である。 図７（ａ）は従来のカップ状電極を用いた冷陰極蛍光放電管の電圧特性、図７（ｂ）は同電流特性を示す図である。 図８（ａ）（ｂ）はカップ状電極の横断面形状の変形例を示す図である。 図９（ａ）（ｂ）（ｃ）はカップ状電極の縦断面形状の変形例を示す図である。 図１０はカップ状電極の他の変形例を示す図である。 図１１（ａ）はカップ状電極の他の変形例を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の縦断面図である。

符号の説明

２ 冷陰極蛍光放電管
４ ガラス管
６ 導入線
８ カップ状電極
１０ 蛍光体
１２ 炭素膜

Claims (4)

1. ガラス管内面に蛍光体が塗布され該ガラス管内に希ガスが封入されて所要の放電領域で発光する冷陰極蛍光放電管において該ガラス管両端内側に配置されて上記ガラス管内に上記放電を起こさせるためのカップ状電極であって、当該カップ状電極はその内周面に多数の微細な突起を有し当該カップ状電極内周面の比表面積を増大させる炭素膜が成膜されている、ことを特徴とする冷陰極蛍光放電管用カップ状電極。
2. 上記炭素膜が、グラファイト、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、炭素微粒子、等の微細な突起を多数有する炭素膜である、ことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光放電管用カップ状電極。
3. 希ガスが封入されたガラス管の両端内側に一対のカップ状電極を配置して所要の放電領域で発光する冷陰極蛍光放電管において、上記カップ状電極は該内周面の表面に炭素膜が成膜されている、ことを特徴とする冷陰極蛍光放電管。
4. 上記炭素膜は、直径がｎｍオーダーの微細な凹凸を多数有するカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜等からなる、ことを特徴とする請求項３に記載の冷陰極蛍光放電管。