JP2008277148A - 冷陰極用電極部材、冷陰極放電ランプおよび照明装置 - Google Patents

冷陰極用電極部材、冷陰極放電ランプおよび照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 軟質ガラスとの気密封着性が確実に確保できるとともに水銀との反応を抑制して、封着部のリーク発生を防止できる安価な冷陰極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】 鉄・ニッケル合金からなる芯線61の表面にニッケル、銅または銅、ニッケル、銅を順次被覆し、熱処理によって銅をニッケル層中に拡散させて形成した銅・ニッケル合金からなる表層を有する封着用リード線6Aと、この封着用リード線6Aの一端に接続された冷陰極7Aとを備えている冷陰極電極部材5Aおよびこの冷陰極電極部材5A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2

Description

本発明は、冷陰極用電極部材、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。
液晶テレビやパソコンなどの液晶表示装置のバックライトあるいはファクシミリなどのOA機器の光源として、寿命が長く発熱温度も低い冷陰極蛍光ランプが多く使用されている。
この冷陰極蛍光ランプは、例えば内面に蛍光体膜が形成されたホウケイ酸ガラスなどの硬質ガラスからなるガラス管バルブの両端部にカップ状の冷陰極を接続したモリブデン(Mo)、タングステン(W)やコバール(鉄(Fe)・ニッケル(Ni)・コバルト・(Co))などからなる封着用線材を気密に封着し、バルブ内に水銀を含む放電媒体を封入して構成されている。
このような構成の冷陰極蛍光ランプは、機器の小形化や高性能化に対応できるが、ガラス管バルブの材質が硬質ガラスであるとともにバルブ端部に気密封着される封着用線材がモリブデン(Mo)、タングステン(W)やコバール(鉄(Fe)・ニッケル(Ni)・コバルト・(Co))などが用いられているため材料費が高価であるとともに加工も手間を要するなど、硬質バルブを用いた場合は他の部材や加工性を含めコストアップを招いていた。
そこで本発明者等は、硬質ガラスに代えて安価な軟質ガラスからなるガラス管バルブを用い冷陰極蛍光ランプを得ることを種々検討した。
ガラス管バルブをソーダライムガラスなどの軟質ガラスで形成した場合には、このガラスと膨張率などが近似したジュメット線や鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金線などが封着用線材として用いることができる。
特許第3423729号公報(特開平5−121051号公報)
しかし、上記ジュメット線は鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金からなる芯線の表面に銅(Cu)を被覆したものからなるが、冷陰極蛍光ランプの封着用線材として用いた場合、軟質ガラスとの気密封着性はよいがバルブ内に銅層があると放電媒体として封入した水銀と反応してアマルガムを生成し、バルブ内端部の封着用線材において生成したこのアマルガムが封着部内に浸透して気密貫通する封着用線材と封着部ガラスとの間に剥離が起こり、封着用線材部分からリークを生じてランプの短寿命を招くことがある。
また、鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金線は、線材から微量のガス放出がありガラスと封着を行った場合、極微細な気泡が発生し封着の信頼性を損うことがあった。この改良として合金線の表面にニッケル(Ni)被覆を施しガスの放出を抑えた封着用リード線も知られているが、ニッケル(Ni)層は上記銅(Cu)層に比べガラス層への金属酸化物の拡散が少なく封着部の機械的強度が弱く封着の信頼性が劣るなどの不具合がある。
さらに、上記ジュメット線の芯線の表面にニッケル(Ni)被覆を施した封着用リード線材は、極微細な気泡の発生は解消されるが、ニッケル(Ni)酸化物の拡散が少ないことから機械的強度が弱く封着の信頼性が劣るなどのことがある。
上述したようにジュメット線や鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金線の表層をニッケル(Ni)層とした場合には、バルブ内に封入した水銀との反応や気泡の発生などの不具合があった。
そこで本発明者等は、軟質ガラスとの気密封着性が確実に確保できるとともに水銀と反応してアマルガムの生成を抑制できる封着用線材を種々究明した結果、冷陰極放電ランプに好適する封着用リード線があることを見出した。
すなわち、特許文献1に記載されている鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金線の表面にニッケル(Ni)、銅(Cu)を順次被覆し最外表層に銅(Cu)が拡散されたニッケル(Ni)層を有する封着用リード線を用いることにある。
本発明は、軟質ガラスとの気密封着性が確実に確保できるとともに水銀との反応を抑制して、封着部のリーク発生を防止できる安価な冷陰極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に記載の冷陰極用電極部材は、鉄・ニッケル合金からなる芯線の表面にニッケル、銅または銅、ニッケル、銅を順次被覆し、熱処理によって銅をニッケル層中に拡散させて形成した銅・ニッケル合金からなる表層を有する封着用リード線と、この封着用リード線の一端に接続された冷陰極とを具備していることを特徴とする。
軟質ガラスと膨脹率が近似した芯線の最外表面に銅(Cu)が拡散されたニッケル(Ni)(銅(Cu)・ニッケル(Ni)合金)層を形成した軟質ガラスとの封着用リード線に冷陰極を溶接により接続した電極部材であって、軟質ガラスとの気密封着性にすぐれている。
なお、本発明でいう銅(Cu)が拡散されたニッケル(Ni)層と、銅(Cu)・ニッケル(Ni)合金層とは同意語である。
また、封着用リード線の芯線を構成する鉄とニッケルとの混合比率および芯線の表面に形成するニッケル、銅層の厚さは、気密封着される軟質ガラスの特性に対処して決めることができる。
本発明の請求項2に記載の冷陰極用電極部材は、冷陰極が、有底筒状のカップ状電極であることを特徴とする
有底筒状のカップ状電極の底面部と封着用リード線の一方の端面とを突合せ両者を溶融溶接することにより接続した電極部材であって、封着用リード線の表層には酸化膜が形成されていないので、抵抗溶接の際、酸化層の除去が不要または軽減できる。また、カップ状電極はホローカソード作用を奏する。
本発明の請求項3に記載の冷陰極用電極部材は、封着用リード線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。
外部リード線と封着用リード線とが突合せ溶接されるが、この場合も上記請求項2に記載と同様な作用を奏する。
本発明の請求項4に記載の冷陰極放電ランプは、軟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リード線が気密に封着された請求項1ないし3いずれか一記載の冷陰極用電極部材と、上記バルブ内に封入された放電媒体とを具備し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って、
軟質ガラスからなるガラス管バルブと、最外層を銅(Cu)が拡散したニッケル(Ni)層とした封着用リード線とは、封着時、両者の膨脹率が近似しているとともにリード線が加熱されると表面に酸化第一銅が形成されてガラスとの馴染みがよく、かつ、酸化第二銅の形成が少ないので、封着後のリーク発生を低減できる。
また、バルブ内において封着部と冷陰極電極との間に露出している封着用リード線は、表層がニッケル(Ni)・銅(Cu)合金であるためバルブ内に封入した水銀との反応に起因する封着部を気密貫通するリード線を介してのリークを生じることがない。
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具備し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、軟質ガラスとの気密封着性に優れた冷陰極電極部材を提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、封着用リード線とカップ状電極との溶接が容易で、高いホローカソード効果を有するとともに上記請求項1記載の効果を呈する冷陰極電極部材を提供できる。
請求項3記載の発明によれば、封着用リード線と外部リード線との溶接や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、ランプ構成材料費およびリーク不良に起因する短寿命発生の低減がはかれた安価で、かつ、気密封着性に優れ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冷陰極用電極部材を示す正面図、図3は図2中に示す電極部材を構成する封着用リード線の拡大横断面図である。
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で、直管形をなすガラス管バルブ1は外径が約4mm、内径が約3mm、長さが約1000mmのソーダライムガラス(膨張率約96X10-6/℃)などの軟質ガラスからなり、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4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、ソーダライムガラスからなるビード3を介し後述する冷陰極用電極部材5Aを封止した封着部2,2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。
上記冷陰極電極部材5Aは、図2および図3に示すようにソーダライムガラスと気密封着性の高い例えば外径が約0.8mm、長さが約5mmの封着用リード線6Aと、この封着用リード線6Aの一端に接続された例えば板厚が約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7A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8とで構成されている。
また、この発明では上記封着用リード線6Aは、図3にその横断面を拡大して示すように、例えば鉄(Fe)約48質量%・ニッケル(Ni)約52質量%合金(膨張率約96X10-6/℃)からなる外径が約0.8mmの芯線61の表面に、それぞれめっきなどの手段でニッケル(Ni)を約8μの厚さ被覆し、このニッケル(Ni)層62の表面に銅(Cu)を約1μの厚さ被覆し銅(Cu)層63を形成して、その後、約900度で熱処理を行ったものを用いている。
そして、冷陰極電極部材5Aを構成する封着用リード線6Aと、カップ状電極7Aとの接続は、封着用リード線6Aの一方の先端面と、カップ状電極7Aの筒底外面とを対面当接し、所定の突き合わせ圧(当接圧力)および電流を加え当接面で抵抗発熱を生起させ両者を融合した溶接をしている。
また、上記封着用リード線6Aと鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金線からなる外部リード線8との接続も、両部材6A,8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。
上記の各溶接部は、融点の低い金属側が多く溶けるが融合し、この溶接した接続部が冷めると瘤状の塊71,81が形成された冷陰極電極部材5Aが得られる。また、封着用リード線6Aの表層には酸化層が形成されていないので、抵抗溶接の際、酸化層を除去することが不要かまたは軽減できる。
なお、電極部材5Aは封着用リード線6Aと、カップ状電極7Aとの接続、封着用リード線6Aと外部リード線8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、図中2に示すように上記冷陰極電極部材5Aの封着用リード線6Aの外表面に、ガラス管バルブ1と膨張率が近いかバルブ1と封着用リード線6Aとの中間の膨脹率値を有するガラス材料、例えばソーダライム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、上記冷陰極電極部材5Aは蛍光体膜4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7Aおよび封着用リード線6A部を配設して、封着用リード線6A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側のガラスを縮径してビード3の表面と融合したガラス管バルブ1との封着を行う。このとき封着用リード線6Aはガラスと気密封着されるが、外部リード線8の基部はガラスと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。
上述した冷陰極蛍光ランプLは、ソーダライムガラスからなるガラス管バルブ1と、熱処理して最外表層を銅(Cu)が拡散したニッケル(Ni)層の銅(Cu)・ニッケル(Ni)合金とした封着用リード線6Aとは、封着時、両者の膨脹率が近似しているとともにリード線6Aが加熱されると表面に酸化第一銅が形成されてガラスとの馴染みがよく、かつ、酸化第二銅の形成が少ないので、封着後のリーク発生を低減できる。
また、バルブ1内において封着部3とカップ状電極7Aとの間に露出している封着用リード線6Aは、表層がニッケル(Ni)・銅(Cu)合金であるためバルブ1内に封入した水銀との反応によるアマルガム生成に起因する封着部2を気密貫通するリード線5Aのガラスとの剥離が起こらず、したがって、リークを生じることがなくランプLの短寿命発生を防止できる。
さらに、本発明では冷陰極としてカップ状の電極を用いているので、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。
したがって、本発明に関わる上記冷陰極電極部材5Aおよびこの電極部材5Aを用いた冷陰極蛍光ランプLは、ガラス管バルブ1の材質を硬質ガラスから軟質ガラスに代えるとともにバルブ1との封着部2に最外表層をニッケル(Ni)・銅(Cu)合金で形成したリード線6Aを封着線とすることによって、封着時、ガラス中に銅酸化物が拡散し強固で気密性の高い封着が得られるとともにバルブ1内に封入した水銀とのアマルガム生成によるランプLの短寿命を防止でき、しかもコストの低減がはかれる。
特に、この封着用のリード線6Aは、芯線の表面にニッケル(Ni)と銅(Cu)を順次被覆し、熱処理によって銅(Cu)をニッケル(Ni)層中に拡散させているので、外層がニッケル(Ni)である場合に比べて、外層にある熱伝導性の高い銅(Cu)の影響で外層全周が均一な温度となりやすいために、均一な銅(Cu)拡散をしている。
また、図4は本発明の冷陰極電極部材の他の実施の形態を示す正面図で、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に示す冷陰極電極部材5Bは、上記封着用リード線6Aに、例えばニッケル(Ni)棒(線)からなる冷陰極7B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、8は封着用リード線6A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である。
この冷陰極電極部材5Bの場合も、バルブ1内に延在する封着用リード線6Aの部分が
水銀と反応することが少なく封着用リード線6Aに起因するリークがなく、ランプLの短寿命の発生を低減できる。
また、図5は本発明の冷陰極電極部材を構成する封着用リード線の他の実施の形態を示す横断面図で、図中、図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。
この封着用リード線6Bは、例えば鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金からなる芯線61の表面に、それぞれめっきなどの手段で銅(Cu)層64を被覆し、この銅(Cu)層64上にニッケル(Ni)層62、このニッケル(Ni)層62の上に銅(Cu)層63を被覆し、その後、熱処理を行い形成したものである。
そして、この封着用リード線6Bを用い冷陰極7Aまたは7Bを接続して冷陰極電極部材5Bを構成した場合は、封着用リード線6Bのニッケル(Ni)層62が銅(Cu)層64,63に挟まれた状態で熱処理されているので合金がより生成されやすく、この封着用リード線6Bを用い組み立てた冷陰極蛍光ランプも、上記実施の形態に示す蛍光ランプLと同様な作用効果が得られた。
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6(a),(b)に示すような照明装置に組み込み使用される。図6(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6(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6(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、封着用リード線と膨脹率が近似しているソーダライムガラスや鉛ガラスなどの軟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。
冷陰極電極部材を構成する封着用リード線の材質は上記実施の形態に示したものに限らず、材質の選択は用いられるガラス管バルブの膨張率や電気的特性に合わせ行うことができる。
また、上記封着用リード線と突き合わせ溶接されるカップ状電極や棒(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冷陰極電極部材を構成する封着用リード線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。
また、上記外表面に銅(Cu)を被覆した線材は、溶融後、固化した溶接部の表面が外部リード線と同色の酸化銅で覆われているので溶接強度の向上がはかれるとともに耐酸化性およびはんだ付けなどにも優れた品質の向上した冷陰極電極部材を提供できる。
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。
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冷陰極電極部材を示す正面図である。 図2中に示す冷陰極電極部材を構成する封着用リード線の拡大横断面図である。 本発明の冷陰極電極部材の他の実施の形態を示す正面図である。 本発明の冷陰極電極部材を構成する封着用リード線の他の実施の形態を示す拡大横断面図である。 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
2:封着部
5A,5B:冷陰極電極部材
6A,6B:封着用リード線
61:芯線
62,64:銅
63:ニッケル層
7A:冷陰極(カップ状電極)
7B:冷陰極(カップ状電極)
8:外部リード線
9A,9B:照明装置

Claims (5)

  1. 鉄・ニッケル合金からなる芯線の表面にニッケル、銅または銅、ニッケル、銅を順次被覆し、熱処理によって銅をニッケル層中に拡散させて形成した銅・ニッケル合金からなる表層を有する封着用リード線と;
    この封着用リード線の一端に接続された冷陰極と;
    を具備していることを特徴とする冷陰極用電極部材。
  2. 冷陰極が、有底筒状のカップ状電極であることを特徴とする請求項1記載の冷陰極用電極部材。
  3. 封着用リード線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記載の冷陰極用電極部材。
  4. 軟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リード線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冷陰極用電極部材と;
    上記バルブ内に封入された放電媒体と;
    を具備し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;
    を具備していることを特徴とする照明装置。
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