JP2008277147A - 電極部材、冷陰極放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬質ガラス用の封着用線材と、この封着用線材よりも低融点の金属から形成された冷陰極であっても、冷陰極と封着用線材との接続強度を十分確保することができるとともにコスト低減が可能な電極部材およびこの電極部材を用いた冷陰極放電ランプならびにこの冷陰極放電ランプを装着した照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された冷陰極６Ａと、この冷陰極６Ａの端部に溶接により接続されたモリブデン、タングステンまたはこれら金属を主成分とする合金からなる封着用線材５とを具備しており、封着用線材５の金属が冷陰極６Ａ端部の溶接部５６から冷陰極側に拡散している電極部材４Ａおよびこの電極部材４Ａを用いた冷陰極放電ランプＬならびにこの冷陰極放電ランプＬを装着した照明装置９Ａである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプなどの管球に使用される電極部材、この電極部材を用いた冷陰極放電ランプおよびこの冷陰極放電ランプを装着した照明装置に関する。

近時、液晶表示装置、例えば液晶テレビは薄形化や高輝度のカラー化などがすすめられ、これに伴いこの液晶テレビのバックライト用の光源として用いられる冷陰極蛍光ランプも、ガラス管バルブや電極の小形化および長寿命化などがすすめられている。

上記蛍光ランプの小形化はガラス管バルブの材料を軟質ガラスから硬質ガラスに代えることによって内径が１２ｍｍ以下、たとえば５ｍｍ以下の細径のものが開発されてきており、これに伴う電極部材を構成する冷陰極の支持と電気的接続をなすとともにガラスとの気密封着性を確保させる封着用線材も硬質ガラスに対応したモリブデン（Ｍｏ）線などが使用されている。

そして、この液晶テレビなどの需要拡大とともにテレビに用いられる各種部品、バックライト用の光源である冷陰極蛍光ランプについてもコストの低減が強く要求されている。

この光源として用いられる冷陰極蛍光ランプは、主要構成部品が、蛍光体を含むガラス管バルブ、冷陰極を有する電極部材や放電媒体などで、いずれの部品も所定の品質を高め維持していくのには不可欠のものであり、本発明者等はこれらについて種々検討の結果、部品コストが比較的高い電極部材に改良の余地があることを見出した。

すなわち、上記電極部材はニッケル（Ｎｉ）製の棒（線）状やカップ状などをした部品を放電用の冷陰極として、この冷陰極にモリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）などのガラス封着用の線材を溶接することによって構成している。

これら例えばニッケル（Ｎｉ）製の冷陰極とモリブデン（Ｍｏ）製の封着用線材とは、融点差が大きいため直接の溶接が困難で、コバール（鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ））などの金属をブレージング部材として両者間に介在させ溶接を行うことにより接合強度を確保していた。

しかし、上記のような構成の電極部材では、ブレージング部材を用いるところから格別な部品を要し材料費が掛かるとともにその溶接作業にも多くの手間を要しコストアップを招くという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、硬質ガラス用の封着用線材と、この封着用線材よりも低融点の金属から形成された冷陰極であっても、冷陰極と封着用線材との接続強度を十分確保することができるとともにコスト低減が可能な電極部材およびこの電極部材を用いた冷陰極放電ランプならびにこの冷陰極放電ランプを装着した照明装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の電極部材は、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された冷陰極と、この冷陰極の端部に溶接により接続されたモリブデン、タングステンまたはこれら金属を主成分とする合金からなる封着用線材とを具備しており、封着用線材の金属が冷陰極端部の溶接部分から冷陰極側に拡散していることを特徴とする。

この発明の電極部材は、例えばモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなる封着用線材とモリブデン（Ｍｏ）より融点が低い例えばニッケル（Ｎｉ）などの金属からなる冷陰極との溶接部において、モリブデン（Ｍｏ）側も溶融しニッケル（Ｎｉ）中に拡散する。この金属は溶接条件次第では合金化されるが、本発明では、溶接強度が得られていれば合金化は必要条件ではない。また、溶接によって溶接部が電極形成材料であるニッケル（Ｎｉ）層で被覆される。

また、溶接（接続）部の介在物としてのコバールなどのブレージング材を用いなくてもよい。

なお、この発明において封着用線材は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）の単体の金属材料で形成してもよいが、これら金属材料を主成分とし他の金属材料が混合された合金からなるものであってもよい。

本発明の請求項２に記載の電極部材は、冷陰極が、有底筒状のカップ状電極であり、このカップ状電極の底部内面にまで封着用線材の金属が拡散していることを特徴とする。

有底筒状のカップ状電極の底面部に封着用線材の一方の端面を溶接し、このとき底部内面まで封着用線材の金属を拡散させることにより、確実に接続強度を向上できる。なお、この底部内面まで拡散とはカップ状電極の内底面にまで達しているのを表すものではなく、所定の強度が満足できるものであれば内面にまで拡散していなくてもよい。

本発明の請求項３に記載の電極部材は、封着用線材の他端側には外部リード線が接続されていることを特徴とする。

封着用線材の他端側にこの線材より低融点、すなわち低硬度で柔軟性のある金属材料からなる外部リード線を溶接することにより、端子部材への配線や接続を容易に行うことができる。

本発明の請求項４に記載の冷陰極放電ランプは、硬質ガラス製の管形バルブと、このバルブの両端にそれぞれ封着用線材部が気密に封着された請求項１ないし３いずれか一記載の電極部材と、上記バルブ内に封入された放電媒体とを備えていることを特徴とする。

上記請求項１ないし３記載の作用を奏する電極部材を備えた冷陰極放電ランプである。

本発明の請求項５に記載の照明装置は、筐体と、この筐体に付設された請求項４記載の冷陰極放電ランプと、この冷陰極放電ランプの点灯回路装置とを備えていることを特徴とする。

上記請求項４記載の作用を奏する冷陰極放電ランプを備えた照明装置である。

請求項１記載の発明によれば、モリブデン、タングステンまたはこれら金属を主成分とする合金の高融点金属からなる封着用線材側も溶接時に溶融して、これら金属より低融点の金属中へ拡散させたことにより、その接続強度が向上した電極部材を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の効果および高いホローカソード効果を呈する電極部材を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、封着用線材の他端側にこの線材より低硬度で柔軟性のある金属材料からなる外部リード線を接続しておくことにより、端子部材への配線や接続を容易に行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１ないし３のいずれか一記載の効果を呈する電極部材を備えた冷陰極放電ランプを提供することができる。

上記請求項５記載の効果を呈する冷陰極放電ランプを備えた照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は冷陰極蛍光ランプを示す一部切欠断面図、図２は図１中の蛍光ランプに用いられている電極部材を示す正面図、図３は図２中に示す電極部材の要部を拡大した断面図である。

図１に示す冷陰極蛍光ランプＬは、例えば定格消費電力が５Ｗ以下、約２．５Ｗで、直管形をなすガラス管バルブ１は外径が約３．０ｍｍ、内径が約２．０ｍｍ、長さが約２００ｍｍのホウケイ酸ガラス（熱膨張率約５１Ｘ１０^-6／℃）などの硬質ガラスからなり、ガラス管バルブ１の内面には例えば青色、緑色、赤色に発光領域を有する蛍光体を混合塗布した３波長形蛍光体膜２が形成されている。

また、このガラス管バルブ１の両端には、ホウケイ酸ガラスからなるビード３を介し後述する電極部材４Ａを封止した封着部１１，１１が形成してあるとともにバルブ１内にはアルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）やネオン（Ｎｅ）などの希ガスが約８ｋＰａと水銀（Ｈｇ）とからなる放電媒体が封入され冷陰極蛍光ランプＬを構成している。

上記電極部材４Ａは、図２および図３に示すようにホウケイ酸ガラスと膨脹率が近く気密封着性の高い例えば外径が約０．８ｍｍ、長さが約５．０ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）線からなるバルブ１内において一部が内部リード線部分となる封着用線材５と、この封着用線材５の一端に接続された上記封着用線材５より低融点の金属例えば板厚が約０．２ｍｍのニッケル（Ｎｉ）薄板を用いプレス加工によって外径が約１．７ｍｍ、長さが約５．０ｍｍの有底円筒状に成形されたカップ状電極６Ａと、封着用線材５の他端に接続された例えば線径が約０．８ｍｍの鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金からなる外部リード線７とで構成されている。

そして、電極部材４Ａを構成するモリブデン（Ｍｏ）線からなる封着用線材５と、ニッケル（Ｎｉ）薄板からなるカップ状電極６Ａとの接続は、封着用線材５の一方の先端面と、カップ状電極６Ａの筒底外面とを対面当接させ突き合わせた状態で電流を通じ当接面で抵抗発熱を生起させて相互を溶接している。なお、このとき封着用線材５は、バレル研磨などの手段で端面周縁の面取りを施しておいてもよい。

この電極部材４Ａは溶接のとき、モリブデン（Ｍｏ）（融点約２６００℃）より融点が低いニッケル（Ｎｉ）（融点約１４５０℃）からなるカップ状電極６Ａ側が主として溶融し溶接部５６が形成され、カップ状電極６Ａの底面厚さ（肉厚）の約半分の位置にまで封着線材５の先端部をめり込ませているが、溶融した電極形成材料であるニッケル（Ｎｉ）が封着用線材５の先端部周囲の外周面にまで流れ当接部から０．３ｍｍ以上の範囲をニッケル（Ｎｉ）層６１で覆っている。

また、この発明では図３に要部（溶接部）５６を拡大して示すように、溶融固化したカップ状電極６Ａのニッケル（Ｎｉ）層６１中に埋没した固相中部分においては、封着用線材５を形成するモリブデン（Ｍｏ）がニッケル（Ｎｉ）層６１中に拡散し合金化しているが、特に線材５の先端部近傍の点線内５１においては他の部分に比べモリブデン（Ｍｏ）が高い密度（境界近傍で１５〜２５％程度）で底部内面まで拡散していることが確認できた。なお、所定の接続強度が得られていれば、内面まで拡散していなくてもよい。

上記のような溶接部５６の形成手段としては、封着用線材５とカップ状電極６Ａの材質、線径や容積などに対応して、溶接時の溶接電流や通電時間および突き合わせ圧や押し込み量などをコントロールすることにより行うことが可能であり、封着用線材５の先端部がカップ状電極６Ａの底面を突き破ることがないとともに当接面（突き合わせ面）を含む溶接部５６を封着用線材５より低融点のニッケル層（Ｎｉ）６１で被覆することができる。

このニッケル層６１の長さは、当接部から０．３ｍｍ以上の部分にまで作られるのが好ましく、当接面から０．３ｍｍ未満の場合は溶接部内部の合金部分を覆えない虞があり、この合金部分にも放電基点を生じ放電が不安定になる。

また、モリブデン（Ｍｏ）線からなる封着用線材５の他端部と、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線からなる外部リード線７との接続も、両部材５，７の端面を当接し所定の突き合わせ圧（当接圧力）および電流を加えた抵抗溶接をする。このとき溶接部は、上記と同様に融点が低い外部リード線７側が溶融し、溶融した鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金が封着用線材５との当接面の外周面付近に付着して、この接続部が冷めると瘤状の塊７１が形成された電極部材４Ａが得られる。

なお、電極部材４Ａは封着用線材５とカップ状電極６Ａとの接続、封着用線材５と外部リード線７との接続作業の順序は問わないし、これら３者を同時に接続するようにしてもよい。

また、上記電極部材４Ａは封着用線材５部の外表面には、ガラス管バルブ１と膨張率が近似しているかバルブ１と封着用線材５との中間の膨脹率値を有するガラス材料、例えばホウケイ酸ガラスからなるガラス層ないしはビード（塊）３を気密体（層）として形成しておいてもよい。

そして、上記電極部材４Ａは蛍光体被膜２を形成したガラス管バルブ１端部内のほぼ中心軸に沿ってカップ状電極６Ａおよび封着用線材５部を配設して、封着用線材５部が対応しているガラス管バルブ１部分をガスバーナーなどで外部から加熱し、バルブ１のガラスおよびビード３を軟化溶融させ、バルブ１側のガラスが縮径してビード３の表面と融合した封着を行う。

このとき封着用線材５部はガラスと気密封着されるが、両端に接続されているニッケル（Ｎｉ）からなるカップ状電極６Ａおよび外部リード線７の基部はホウケイ酸ガラスとは膨脹率差によって気密には封着されていない。

この後、ガラス管バルブ１内は図示しない排気管を介し排気し、内部に希ガスおよび水銀からなる放電媒体を封入して排気管が封切され、必要に応じてバルブ１端部に口金を接合して冷陰極蛍光ランプＬが完成される。

上記のような冷陰極蛍光ランプＬに使用される電極部材４Ａは、モリブデン（Ｍｏ）線からなる封着用線材５と、モリブデン（Ｍｏ）より低融点のニッケル（Ｎｉ）板からなるカップ状電極６Ａとを突き合わせ溶接により接続するが、封着用線材５を形成するモリブデン（Ｍｏ）側も溶融させて電極６Ａを形成する低融点のニッケル（Ｎｉ）中に拡散し合金化させるとともに溶接（接続）部を電極形成材料であるニッケル（Ｎｉ）層６１で被覆したことにより、その接続強度が向上するとともに電極６Ａや封着用線材５の表面には不所望な合金の生成がないのでランプＬとなってから不安定な放電生起が低減して高いホローカソード効果を呈する発光特性および寿命特性の向上した蛍光ランプＬを提供できる。

また、溶接（接続）部の介在物としてのコバールなどのブレージング材を用いなくてもよいので、部品点数および溶接作業の煩雑さがなくなるのでコストの低減をはかることができる。

なお、本発明に関わる上記電極部材４Ａの、カップ状電極６Ａと封着用線材５とをそれぞれ保持して引っ張り試験を行ったところ、２００Ｎ（ニュートン）以上の強度が得られることを確認できた。

また、図４は本発明の電極部材の他の実施の形態の要部を示す一部切欠正面図で、図中、図２，３と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

この図４に示す電極部材４Ｂは、例えばモリブデン（Ｍｏ）線からなる封着用線材５に、モリブデン（Ｍｏ）より低融点の金属例えばニッケル（Ｎｉ）棒（線）からなる冷陰極６Ｂが上述した実施の形態と同様な手段で溶接接続して構成されている。なお、７は封着用線材５の他端に接続された例えば鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金からなる外部リード線７である。

この電極部材４Ｂの場合も、溶接部において封着用線材５であるモリブデン（Ｍｏ）がニッケル（Ｎｉ）棒（線）側に拡散し合金を形成しているので接続強度を向上できるとともにブレージング材を用いないのでコストの低減がはかれ、上記実施の形態と同様に冷陰極蛍光ランプＬの電極部材として用いることができる。

上記冷陰極蛍光ランプＬは、例えば液晶を用いるテレビやパソコンなどのバックライトの照明装置（光源）として用いられる。すなわち冷陰極蛍光ランプＬは、図５（ａ），（ｂ）に示すような照明装置に組み込み使用される。図５（ａ）は導光方式の照明装置９Ａの実施の形態を示す一部断面斜視図である。

図５（ａ）において、９１は冷陰極蛍光ランプＬを装着した断面がＵ字状の樋形反射鏡を兼ねる筐体、９２はアクリル樹脂などからなる導光板、９３，９４は導光板９２の底面および側面や導光板９２の収容ケース（図示しない）内に形成した反射シート、９５は
導光板９２の上面側に配設された光拡散板で、これらは図示しない上記収容ケースなどの内部に点灯回路装置（図示しない）とともに組み込まれている。

この導光方式の照明装置９Ａは、冷陰極蛍光ランプＬの直射光および反射鏡９１からの反射光が導光板９２に入射し、導光板９２を透過して底面あるいは側面に達した光線が反射シート９３，９４によって反射され、導光板９２の上面に向かう。この導光板９２の上面から光拡散板９５に入射した光は、光拡散板９５の上面から拡散して例えば液晶パネルＰに向けて放射される。

また、図５（ｂ）は反射板方式の照明装置９Ｂの分解斜視図で、反射鏡を兼ねる筐体９６内に複数本の冷陰極蛍光ランプＬ，…が装着配置されているとともに筐体９６の開口部に光拡散板９５が載置され、これらは図示しない器具本体などの内部に点灯回路装置とともに組み込まれている。

そして、この照明装置９Ｂでは、冷陰極蛍光ランプＬ，…からの直射光および反射鏡９６からの反射光が光拡散板９５に入射し、光拡散板９５の上面から拡散して放射される。

なお、これら照明装置９Ａ，９Ｂは、パーソナルコンピューターや液晶テレビなどの液晶表示装置または所定のディスプレイ装置が形成された表示板のバックライト用の光源部、あるいは一般照明用器具として使用される。

そして、これら照明装置９Ａ，９Ｂは、コストの低減がはかれた冷陰極蛍光ランプＬを用いているので、従来と同等以上の品質性能を維持していながらコストの低減ができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明が適用できる冷陰極放電ランプは、蛍光ランプに限らず希ガス発光形のランプや紫外線放射ランプがあり、ガラス管バルブの材質は、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスや石英ガラスなどの硬質ガラスからなるものを用いることができる。

また、このバルブ（ランプ）の形状は直管形に限らず、Ｕ字形、Ｗ字形、環形など屈曲したもの、直管を複数本直列的に接続して成形した形状などでもよく、また、封着部はビードを介して行うものに限らず、封着用線材を直接バルブと封止するガラス管をバーナなどで縮径していく絞り封止や金型を用いた圧潰封止などで形成したものであっても差し支えなく、また、バルブの内面または外面に反射膜、着色膜や保護膜などが形成してあってもよい。

電極部材を構成する封着用線材の材質はモリブデン（Ｍｏ）に限らず、タングステン（Ｗ）またはこれら金属を主成分とした合金であってもモリブデン（Ｍｏ）と同様な作用効果を奏し、線材の選択は用いられるガラス管バルブの熱膨張率や材質あるいは電気的特性に合わせ行うことができる。

上記封着用線材と突き合わせ溶接される有底筒状のカップ状電極や棒（線）状電極などの冷陰極の材質はニッケル（Ｎｉ）に限らず、ニオブ（Ｎｂ）あるいはこれら金属を主成分とした合金からなるものを用いることもできる。また、冷陰極には、ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）などの易電子放射性物質を付着や充填しておくことによって、放電の生起を容易にして始動特性を高めることができる。

また、上記実施の形態では電極部材を構成する封着用線材の他端側に接続した外部リード線は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線で形成したが材質はこれに限らずニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）−マンガン（Ｍｎ）あるいは外表面に銅（Ｃｕ）を被覆したニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金などからなる線材であってもよい。

上記ニッケル（Ｎｉ）−マンガン（Ｍｎ）合金からなる外部リード線は、モリブデン（Ｍｏ）からなる封着用線材との溶接時に材料の融点が大きく異なるため相互溶融せず、ニッケル（Ｎｉ）−マンガン（Ｍｎ）合金側のみが溶融して封着用線材の表面を包みこむように溶着し、溶接部の接続強度が高められるとともに耐酸化性にも優れる品質の向上した電極構成体を提供できる。また、外表面に銅（Ｃｕ）を被覆した線材は、外部リード線をはんだ付けする場合に非常に作業がしやすい。

なお、上記外部リード線は、ガラス管バルブの端部に接合される口金の端子部あるいは照明装置の端子部などと電気的接続がなされるが、このとき上記鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金線などは屈曲や接続が容易にでき作業性もよい利点がある。しかし、本発明ではこのような外部リード線に限らず、端子部との接続が可能であればモリブデン（Ｍｏ）などからなる封着用線材を延長して外部リード線とした封着用線材と外部リード線とが一体のものであっても差し支えない。

さらに、本発明に関わる照明装置は、液晶表示装置、液晶テレビや装飾装置などのバックライト用の他、ファクシミリなどの読取用、複写機の露光用あるいは一般照明用の器具や灯具などに装着して使用できるものである。

本発明の冷陰極蛍光ランプの実施の形態を示す一部切欠断面図である。 図１中の蛍光ランプに用いられている電極部材を示す正面図である。 図２中に示す電極部材の要部を拡大した断面図である。 本発明の電極部材の他の実施の形態の要部を示す一部切欠正面図である。 図（ａ）および図（ｂ）は本発明の照明装置の実施の形態を示す一部切欠断面図である。

符号の説明

Ｌ：冷陰極蛍光ランプ
１：ガラス管バルブ
１１：封着部
４Ａ，４Ｂ：電極部材
５：封着用線材
５６：溶接部
６Ａ：冷陰極（カップ状電極）
６Ｂ：冷陰極（棒（線）状電極）
６１：ニッケル層
７：外部リード線
９Ａ，９Ｂ：照明装置

Claims (5)

1. ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された冷陰極と；
   この冷陰極の端部に溶接により接続されたモリブデン、タングステンまたはこれら金属を主成分とする合金からなる封着用線材と；を具備しており、
   封着用線材の金属が冷陰極端部の溶接部分から冷陰極側に拡散していることを特徴とする電極部材。
2. 冷陰極が、有底筒状のカップ状電極であり、このカップ状電極の底部内面まで封着用線材の金属が拡散していることを特徴とする請求項１記載の電極部材。
3. 封着用線材の他端側には外部リード線が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の電極部材。
4. 硬質ガラス製の管形バルブと；
   このバルブの両端にそれぞれ封着用線材部が気密に封着された請求項１ないし３のいずれか一記載の電極部材と；
   上記バルブ内に封入された放電媒体と；
   を備えていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
5. 筐体と；
   この筐体に付設された請求項４記載の冷陰極放電ランプと；
   この冷陰極放電ランプの点灯回路装置と；
   を備えていることを特徴とする照明装置。

Images