JP2008277245A - 冷陰極蛍光管用電極 - Google Patents

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Ichiro Kitajima
一郎 北島
Koichi Saeki
光一 佐伯
Takeshi Fujii
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Abstract

【課題】塑性加工によってカップ形状に成形され、側壁の厚みが薄くかつスパッタリングによる侵食に対しても耐久性の高い冷陰極蛍光管用電極を提供する。
【解決手段】、胴部20と底部22から成り、円柱状の金属製ビレットを塑性加工して一体成形の胴部20と底部22を備える。円筒形状に形成された胴部外周面20aと、胴部外周面20aに対して直角に設けられ平坦に形成された底部外面22aと、胴部外周面20aに対して同心状の円筒形状に形成された胴部内周面20bと、胴部内周面20bからなだらかに連続し円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成された凹曲面状の底部内面22bとを備える。胴部20から底部22にかけての肉厚は、胴部外周面20aと底部外面22aとの間の角部23に向かって、胴部外周面20aと胴部内周面20b間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷陰極蛍光管に用いられ、塑性加工により成形されるカップ状の電極に関する。
冷陰極蛍光管は、放電用ガスが封入されるガラス管と、このガラス管の両方の端部に封入される一対の電極ユニットとを備えている。この電極ユニットは、導電性を有しかつガラスとの密着に適したリード部材と、このリード部材の端部に接続されてガラス管の内部に収められる電極とで構成されている。冷陰極蛍光管は、電極どうしの間に電圧が印加されると、一方の電極から電子が放出され、放出された電子が、放電用ガスに含まれる水銀原子に衝突することによって、紫外線を放射する。この紫外線が、ガラス管の内面に塗布された蛍光体に吸収され、蛍光体が励起するとともに紫外線がエネルギー変換して可視光を発光する。
冷陰極蛍光管の電極は、図12に示すように、電極4が純ニッケル(Ni)またはニッケルを主要成分とする合金によりカップ形状に形成されている。電極4は、胴部2と底部3から成り、胴部2は円筒形状に形成され、底部3から開口部まで一定の厚さに形成されている。底部3の外面は平坦に形成され、内面は、図12(a)、(b)、(c)に示すように、底部3内で平面的な底面を形成している。胴部2の内周面は底部3に向かって円筒状に形成され、胴部2の肉厚は底部3に向かって均一に形成されている。そして、冷陰極蛍光管を形成する場合、一対の電極4の開口部4aを互に向き合わせた状態で、ガラス管の両方の端部にそれぞれ挿入し、固定して内部を密封し完成する。
その他、従来の冷陰極蛍光管の電極としては、特許文献1に開示されているように、タングステン微細焼結粉末或いはモリブデン微細焼結粉末、Ni粉末等と2液性熱可塑性バインダー樹脂とを混練し、この混練体を射出成形して、リード線付きのカップ状電極のグリーン体を形成し、このグリーン体を焼成して形成したカップ状の冷陰極放電灯の電極も提案されている。
また、特許文献2に記載されたカップ状の電極は、筒状の胴体部と底部とを備え、胴体部から接続部を介して底部まで均一な厚みに成形されているものである。胴体部と底部の角部は、曲面形状に形成されている。そして、この電極は半球状有底カップにすることによって、陰極内の電界分布を最適化でき、陰極からの電子放出性を向上できることを開示している。
特開2005-71972号公報 特開2004-14342号公報
冷陰極蛍光管の電極は、円筒部の内面から発生する電子のアタックによって、底部及びその近傍の内周面は、経年的にスパッタリングされて侵食される。特にこの侵食は、カップ電極の開口部から底部までの深さに対して、底部から約1/4の範囲に顕著に見られることが、出願人等によって確認されている。
また、液晶表示パネルのバックライトとして冷陰極蛍光管を適用する場合、冷陰極蛍光管の外径は細い方が好ましく、かつ電極の電子放出性を良くするために電極の開口径は大きくしたいと言う、相反する要求がある。そのため、カップ電極の側壁をできる限り薄く成形することが求められている。しかし、側壁を薄く成形した場合、上述の理由からカップ電極の耐用年数が短くなり、冷陰極蛍光管として仕様条件を満たせなくなる可能性がある。
特許文献1、2のように材料にタングステンやモリブデンなど、材料的に硬く原子番号の大きい材料を使用すれば、このスパッタリングの影響を受け難くすることができる。しかし、これらの材料は、靱性が低く圧延やプレス加工に向いていないため、特許文献1のように焼成によって造形しなければならなかったり、加工に手間がかかってしまう。また、タングステンやモリプデンなどは、希少金属であるため材料単価が高く、製品のコストが上がってしまうものである。
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたもので、塑性加工によってカップ形状に成形され、側壁の厚みが薄くかつスパッタリングによる侵食に対しても耐久性の高い冷陰極蛍光管用電極を提供することを目的とする。
本発明は、カップ形状に成形され開口部を互に向き合わせた状態でガラス管の両方の端部にそれぞれ封入される冷陰極蛍光管用電極において、円柱状の金属製ビレットを塑性加工して一体成形の胴部と底部を備え、円筒形状に形成された胴部外周面と、前記胴部外周面に対して直角に設けられ平坦に形成された底部外面と、前記胴部外周面に対して同心状の円筒形状に形成された胴部内周面と、前記胴部内周面からなだらかに連続し前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成された凹曲面状の底部内面とを備え、前記胴部から前記底部にかけての肉厚は、前記胴部外周面と前記底部外面との間の角部に向かって、前記胴部外周面と前記胴部内周面間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されている冷陰極蛍光管用電極である。
である。
前記底部内面は、前記胴部内周面の口径を直径とする半球面である。又は、前記底部内面は、前記胴部内周面の口径を短径とする半楕円曲面でも良い。
またこの発明は、カップ形状に成形され開口部を互に向き合わせた状態でガラス管の両方の端部にそれぞれ封入される冷陰極蛍光管用電極において、円柱状の金属製ビレットを塑性加工して一体成形の胴部と底部を備え、円筒形状に形成された胴部外周面と、前記胴部外周面から前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成され外側に膨らんで凸曲面状の底部外面と、前記胴部外周面に対して同心状の円筒形状に形成された胴部内周面と、前記胴部内周面からなだらかに連続し前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成された凹曲面状の底部内面と、前記底部外面の中央部に形成され前記胴部外周面の直径よりも小さい直径であって前記胴部外周面に対して直角に形成された平面状の封着部材接続面とを備え、前記封着部材接続面の外径は接続される封着部材の外径にほぼ等しく形成された冷陰極蛍光管用電極である。
前記胴部から前記底部の前記封着部材接続面にかけての肉厚は、前記胴部外周面から前記底部外面に向かって、前記胴部外周面と前記胴部内周面間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されているものでも良い。
本発明に係る冷陰極蛍光管用電極は、底部外面が平坦で、底部内面が凹曲面形状のカップ形状に塑性加工で一体成形されているので、コストを抑えて製造することができ、電子の衝突を受けやすい底部付近の電極厚みが大きく、スパッタリングに対する耐久性が高い。また、電子は、電極の内面の任意の点から全方位に対して同じ確率で電子が放出されるので、同じ点から放射される電子の飛跡を考慮した場合、底部内面が凹曲面に形成されていることにより、電極の底部に向かった電子は、従来の電極の場合よりも少ない衝突回数で開口部へ向かう。したがって、電極の底部内面や胴部内周面が電子によってスパッタリングされにくくなる。さらに、電極の開口部から放出される電子の放射角度は、蛍光体層に対して浅く入射されるので、電極の開口部近辺の蛍光体層が損傷を受け難くなる。
よって、この発明の冷陰極蛍光管用電極を用いた冷陰極蛍光管は、耐久性が高いものとすることができる。さらに、底部の肉厚が胴部から連続的に厚くなるように形成することにより、より耐久性の高いものとすることができる。
また、胴部外周面から連続して底部外面が凸曲面状に形成されることにより、封着部材の抵抗溶接時に電流量を抑えることができ、過度の温度上昇を抑えて、底部や底部と胴部の境界部分の結晶粒の粗大化を軽減することができる。これによっても、底部内面が電子によってスパッタリングされるのを抑えることができる。
以下、本発明の第1の実施形態の冷陰極蛍光管用電極とそれを用いた冷陰極蛍光管について、図1〜図4を基にして説明する。図1に示す冷陰極蛍光管10は、ガラス管12と蛍光体層13と電極14とリード部材15とを備える。ガラス管12は、外径が例えば数mmの円筒形の直管であり、両端が密閉され内部が密閉状態の空間に形成されている。密閉空間内には、アルゴン、キセノン、ネオン、などの希ガスおよび水銀蒸気が所望の比率で混合された希ガスが封入されている。ガラス管12内の圧力は、大気圧よりも低い圧力である約0.1気圧程度の圧力に設定されている。
ガラス管12は、例えば硼・珪酸ガラスの他、鉛ガラス、ソーダガラス、低鉛ガラスによって、形成されている。この冷陰極蛍光管10は、例えば、液晶表示装置のバックライトの光源として用いられる場合、ガラス管12の外径は、φ1.5mm〜φ5.0mmの軸囲内で数種類のものが用意され、適宜液晶表示装置の仕様に応じて使い分けられる。ガラス管12の内面には、蛍光体層13が形成されている。蛍光体層13は、ガラス管12の内面全域にわたって均質に蛍光体が塗布されて形成されている。蛍光体としては、ハロリン酸塩蛍光体や希土類蛍光体、その他電子により励起して可視光を発するものであれば、適宜用途に応じて使用することができる。
電極14は、内面に蛍光体層13が形成された状態のガラス管12の内径よりもやや小さい外径を有したカップ形状に形成されている。電極14は、純ニッケル(Ni)またはニッケルを主要成分とする合金製の円柱形状のビレットから、後方押出加工や深絞り加工等の塑性加工によって一体成形される。電極14は、カップ形状の開口部14aを互いに向き合わせた状態で、ガラス管12の両方の端部にそれぞれ挿入され固定される。
電極14は、図2および図3に示すように、胴部20と底部22から成る。胴部20は、円筒形状の胴部外周面20aを有しており、その外径寸法は、底部22付近から開口部14aまで一定に形成されている。底部外面22aは、胴部外周面20aに対して直角に位置して平坦に形成され、胴部外周面20aとの角部23にはRが付けられている胴部20の胴部内周面20bは、胴部外周面20aに対して同心となる円筒形状に形成され、胴部20の肉厚は均一に形成されている。
さらに、電極14の開口部14aは、胴部外周面20aおよび胴部内周面20bとともに開口端へ行くにしたがって、僅かにテーパー状に胴部内周面20bの口径が窄まっている。なお、開口部14aが窄まっていることによって、蛍光体層13が形成されたガラス管12へ電極14を挿入する場合、蛍光体層13が電極14によってそぎ落とされることを防止している。
底部22の底部内面22bは、胴部内周面20bからなだらかに連続する凹曲面形状に形成されている。図2および図3に示すように、底部内面22bは、胴部内周面20bの口径を直径とする半球面に形成されている。したがって、胴部外周面20aと底部外面22aとの間の角部23に向かって、胴部外周面20aと胴部内周面20b間の肉厚、及び底部外面22aと底部内面22b間の肉厚は、連続的に角部23に向かって厚くなるように形成されている。また、底部内面22bが半球面であるため、これと対応する範囲の底部外面22aから胴部外周面20aにかけての部分の表面積は、底部内面22bの表面積よりも十分大きい。
リード部材15は、ガラス管12に対する濡れ性に優れ、ガラスと線膨張係数がほぼ同じ封着部材16と、配線に接続されるリード線18とによって構成されている。封着部材16は、リード線18とろう付けなどによって接合された後、電極14の底部外面22aに抵抗溶接(フラツシュ溶接)やレーザ溶接によって接続されている。
電極14とリード部材15とが接合された電極ユニット17は、さらに、ガラス管12との接合に先立って封着部材16にビードガラス19が溶着される。そして、電極ユニット17をガラス管12に取り付ける際は、ビードガラス19とガラス管12の開口端部とを、内部を密封可能に溶融接合させる。
次に、この発明の実施形態の冷陰極蛍光管用電極の動作、作用について以下に説明する。冷陰極蛍光管10において、一対の電極14間に電圧を印加し冷陰極蛍光管10を点灯させると、電極14の内面である胴部内周面20bおよび底部内面22bから電子が放出される。電子は、任意の位置から全方位に対して同じ確率で放出される。図4を用いて、胴部内周面20bと底部内面22bとの境界付近であって、底部外面22aから電極14の長さの1/4以内の距離である距離Lの地点aを基点にして、電子が放出されたた場合を例に、電子の反射状態や軌跡を説明する。
図4(a)に示すように、電極14の底部内面22bは、胴部内周面20bの口径と同じ半径の半球面である。そこで、胴部内周面20bと底部内面22bとの境界の点aから底部内面22bに向けて任意の角度に飛跡A,B,Cで放射される電子について考える。点aから放射された電子は、底部内面22bに衝突することで、反射角度が変向される。特に、胴部内周面20bに対して飛跡A,Bのような角度で放射された電子は、底部内面22bに対して1回衝突すると開口部14aに向かう方向へ変向される。そして、飛跡Aは、胴部内周面20bに1回衝突して開口部14aへ向かい、飛跡Bは直接開口部14aへ向かう。また、飛跡Cのような角度で放射された電子は、胴部内周面20bに数回衝突するだけで電極14外へ放出される。したがって、図3、図4(a)に示した電極14の場合、任意の位置の胴部内周面20bから底部内面22bに向けて放射された電子は、胴部内周面20bに対する迎角が大きくても、底部内面22bに衝突することで、開口部14aに向かうように電子の方向がおおよそ揃えられ、電極14の胴部内周面20bの底部近傍での衝突回数が減少する。
これに対して、図4(b)に示す従来の形状の電極の場合、底部内面3bは、胴部内周面2bに対して直角の平面に形成されているので、底部外面3aから電極4の長さの1/4以内の距離である距離Lの地点aを基点に電子が放出される場合、点aから底部内面2bに向かって放射された電子は、平面である底部内面3bで鏡対称な方向へ反射され、開口部4a側へ折り返される。しかし、電子が底部内面3b側に向かって放射される確率と、電子が開口部4a側に向かって放射される確率は同じであるので、底部内面3bに向かって放射された電子は、電極4の開口部4aに向かう電子よりも、底部内面3bに到達して戻ってくる分だけ飛跡が長くなる。そして、胴部内周面2bに対する仰角が大きい電子ほど、胴部内周面2bとの衝突回数が増える。この結果、放射された電子は、衝突の度にエネルギーを失う。失われたエネルギーは、熱として電極4に残留するため、次に電子が衡突した場合にその部分がスパッタリングされやすくなる。この傾向は、電極4の長さの1/4以内の距離の胴部内周面2bで起こりやすく、これにより従来の電極4においては、この範囲で胴部内周面2bの侵食が大きい。
本実施形態の電極14の場合、底部内面22bに衝突した後の電子は、胴部内周面20bに対する飛跡の迎角が小さくなるとともに衝突回数も減る。したがって、衝突によって電子から電極14に移行するエネルギー量が少ない。さらに、電極14の角部23が胴部20および底部22に比べて肉厚が大きく、その分だけ熱容量が大きい。また、上述の通り底部内面22bよりも、これに対応する底部外面22a及び胴部外周面20aの表面積が大きい。即ち、電子が衝突することによって入熱される部分の面積よりも、放熱する側の外面の表面積が大きい。さらに、電極14の材料がニッケルを主材とする金属製であり、底部内面22bから底部外面22aおよび胴部外周面20aまでの間が中実であることで、熱が伝わりやすい。以上より、電極14の温度が上がり難いので、スパッタリングによって電極14の内面が侵食され難くなり、電極14の耐用年数が長くなる。また、この電極14を用いた冷陰極蛍光管10は、スパッタ放出量が少ないので、ガラス管12内に封じ込まれた希ガスが劣化され難く、従来のものよりも耐久性が高い。
その他、電極14の底部外面22aが胴部外周面20aに対して直角に配置されているため、電極14とリード部材15との接合の際に位置決めをおこないやすい。また、電極14は、ビレットから塑性加工により一体成形されるので、歩留まりが良い。さらに、電極14は、純ニッケル又はニッケルを主材とする合金製であるので、材料の単価も安く製造コストヘの影響も少ないものである。
次に、本発明に係る第2の実施形態の電極24について、図5を基に説明する。ここで上記実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。この電極24の底部25の底部外面25aは上記実施形態と同様の平坦な面であり、底部内面25bは、胴部20の胴部内周面20bの口径を短径とする半楕円形状に形成されている。その他の構成は、第1の実施形態に示した電極14と同じ形状および機能を有している。
第2の実施形態の電極24において、胴部内周面20bの口径が第1の実施形態の口径と同じであるとすると、第1の実施形態の場合よりも開口部24aに近い位置で、底部25の底部内面25bは、胴部内周面20bに対して相対的に小さい曲率で接し、底部中央に向かうに従い曲率が徐々に大きくなるように繋がっている。この凹曲面の場合も、開口部24aと反対方向側に放射される電子は、図4(a)に示す場合と同様に、少ない衝突回数で開口部24aから放出される。
したがって、第1の実施形態と同様に、第2の実施形態の電極24も耐用年数が長く、この電極24を用いた冷陰極蛍光管も長期問使用することができる。なお、電極の底部内面の形状は、なだらかな凹曲面形状であれば、底部中央を極点とする放物面であっても良いし、これに類似するような曲面の外形を模ったような形状であっても良い。
次に、本発明に係る第3の実施形態の電極34について、図6〜図10を基に説明する。ここで上記実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。この電極34は、底部32が半球状に形成され、球面状の底部外面32aの外側中央部は平坦な面であり、リード部材の封着部材36が接続される接続端面35として形成されている。接続端面35は、底部外面32aより僅かに突出した平坦な円形であり、胴部30の軸方向に対して直角な方向の平面上に位置し、直径はリード部材の封着部材36とほぼ等しい。
一方、胴部30の胴部内周面30bは、胴部外周面30aと同心状に形成され、底部内面32bは、胴部内周面30bの径を直径とする半球面開口部半径を半径とする半円形状に形成されている。その他の構成は、第1の実施形態に示した電極14と同じ形状および機能を有している。
この電極34の底部32の底部外面32aの接続端面35は、上記実施形態と同様の平坦な面であり、底部内面32bは、胴部30の胴部内周面30bの径を直径とする円形または楕円形に形成されている。その他の構成は、第1の実施形態に示した電極14と同じ形状および機能を有している。
この実施形態の蛍光管電極によれば、上記実施の形態により得られる効果に加えて、胴部外周面30aから連続して底部外面32aが凸曲面状に形成されることにより、封着部材36の抵抗溶接時に電流量を抑えることができ、過度の温度上昇を抑えて、底部32や底部32と胴部30の境界部分の結晶粒の粗大化を軽減することができる。これによって、底部内面32bが電子によってスパッタリングされるのを抑えることができる。
次に、本発明に係る第4の実施形態の電極34について、図11を基に説明する。ここで上記実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。この電極38は、胴部30から底部32の封着部材36の接続端面35にかけての肉厚が、胴部外周面30aと底部外面32aに向かって、胴部外周面30aと胴部内周面30b間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されているものである。その他の構成は、上記第3の実施形態と同様のものである。
この実施形態の蛍光管電極によれば、上記実施の形態により得られる効果に加えて、底部内面32bのスパッタリングに対する耐久性を、より高いものとすることができる。
なお、この発明の冷陰極蛍光管用電極は、上記実施形態に限定されず、底部内面の中央部の一部に円形の平面があっても良く、電極の角部付近の内面が凹曲面状に形成されていればよいものである。
この発明の第1の実施形態の冷陰極蛍光管を示す斜視図である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す正面図(a)と、縦断面図(b)である。 この実施形態の冷陰極蛍光管を示す部分破断断面図である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す縦断面図(a)と、従来の冷陰極蛍光管に用いられる電極の縦断面図(b)である。 この発明の第2の実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す正面図(a)と、縦断面図(b)である。 この発明の第3の実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す正面図(a)と、背面図(b)である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す側面図である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す部分縦断面図である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す斜視図である。 この実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す他の斜視図である。 この発明の第4の実施形態の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す縦断面である。 従来の冷陰極蛍光管に用いられる電極を示す縦断面図である。
符号の説明
10 冷陰極蛍光管
12 ガラス管
13 蛍光体層
14 電極
14a 開口部
15 リード部材
16 封着部材
18 リード線
20 胴部
20a 胴部外周面
20b 胴部内周面
22 底部
22a 底部外面
22b 底部内面
23 角部

Claims (5)

  1. カップ形状に成形され開口部を互に向き合わせた状態でガラス管の両方の端部にそれぞれ封入される冷陰極蛍光管用電極において、円柱状の金属製ビレットを塑性加工して一体成形の胴部と底部を備え、円筒形状に形成された胴部外周面と、前記胴部外周面に対して直角に設けられ平坦に形成された底部外面と、前記胴部外周面に対して同心状の円筒形状に形成された胴部内周面と、前記胴部内周面からなだらかに連続し前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成された凹曲面状の底部内面とを備え、前記胴部から前記底部にかけての肉厚は、前記胴部外周面と前記底部外面との間の角部に向かって、前記胴部外周面と前記胴部内周面間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されていることを特徴とする冷陰極蛍光管用電極。
  2. 前記底部内面は、前記胴部内周面の口径を直径とする半球面であることを特徴とする請求項1記載の冷陰極蛍光管用電極。
  3. 前記底部内面は、前記胴部内周面の口径を短径とする半楕円曲面であることを特徴とする請求項1記載の冷陰極蛍光管用電極。
  4. カップ形状に成形され開口部を互に向き合わせた状態でガラス管の両方の端部にそれぞれ封入される冷陰極蛍光管用電極において、円柱状の金属製ビレットを塑性加工して一体成形の胴部と底部を備え、円筒形状に形成された胴部外周面と、前記胴部外周面から前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成され外側に膨らんで凸曲面状の底部外面と、前記胴部外周面に対して同心状の円筒形状に形成された胴部内周面と、前記胴部内周面からなだらかに連続し前記円筒形状の中心軸に対して回転体状に形成された凹曲面状の底部内面と、前記底部外面の中央部に形成され前記胴部外周面の直径よりも小さい直径であって前記胴部外周面に対して直角に形成された平面状の封着部材接続面とを備え、前記封着部材接続面の外径は接続される封着部材の外径に等しく形成されたことを特徴とする冷陰極蛍光管用電極。
  5. 前記胴部から前記底部の前記封着部材接続面にかけての肉厚は、前記胴部外周面から前記底部外面に向かって、前記胴部外周面と前記胴部内周面間の肉厚よりも連続的に厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項4記載の冷陰極蛍光管用電極。

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