JP2009021225A - 冷陰極放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力かつ安価な冷陰極放電ランプを提供する。
【解決手段】内部に放電空間11を有する放電容器1と、放電空間11に封入された放電媒体と、放電空間11に対向配置された一対の電極3a1、3b1とを具備し、電極3a1、3b1の表面には、電極材料の酸化層4が形成されている。電極3a1、3b1の材料としては、ニッケル(Ni)が最適である。また、酸化層4の厚さTは、10nm≦T≦100μm、さらには1μ≦T≦100μmであるのが望ましい。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶テレビやノートパソコンの液晶ディスプレイ等のバックライトに用いられる冷陰極放電ランプに関する。

現在、液晶ディスプレイ等のバックライトに用いられる光源としては、低コストであるという利点から冷陰極放電ランプが主流である。冷陰極放電ランプでは、特開2005-26139号公報(特許文献1)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が一般に用いられている。この電極はカップ状の電極の内表面と外表面を電極の表面として利用できるため、電極サイズが小さくても電極表面積を大きく確保できる。このため、陰極降下電圧を下げることができ、消費電力を低く抑えることが可能である。

このように、冷陰極蛍光ランプでは特に低消費電力化が求められている。そのため、特開平11-273617号公報(特許文献2)、特開2000-133200号公報(特許文献3)などにおいて、消費電力を低く抑えるために、電極に電子放出材料、即ち、エミッタを形成した冷陰極蛍光ランプが提案されている。
特開2005-26139号公報 特開平11-273617号公報 特開2000-133200号公報

電極にエミッタを形成すれば、陰極降下電圧が低くなり、消費電力を低く抑えることができるものの、製造工程の増加やコストアップを避けることができない。

したがって、本発明の目的は、低消費電力でかつ安価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、発明者が種々検討した結果、電極表面を積極的に酸化させることにより、陰極降下電圧が下がるという事実が発見されたため、本発明を提案するに至った。

即ち、本発明の冷陰極放電ランプは、内部に放電空間を有する放電容器と、前記放電空間に封入された放電媒体と、前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、前記電極の表面には、前記電極材料の酸化層が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電極表面を積極的に酸化させることにより、陰極降下電圧を下げることができるため、低消費電力かつ安価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、例えば硬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アルゴンも封入し、混合ガスとしてもよい。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、鉄Fe、ニッケルNi、モリブデンMo、ニオブNb、タングステンW、タンタルTa、アルミニウムA1から選択された金属又は合金からなる。このうち、後述する酸化層4の形成しやすさや効果を考慮すると、ニッケルNiが最適である。

インナーリード3a2、3b2は棒状であり、放電空間11側の先端部には電極3a1、3b1の板状面と面接合するための平坦面が形成されている。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Co、銅Cu線、ニッケルNi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Co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Fe.・ニッケルNi合金に銅Cuを被覆したジュメットが適している。

電極3a1、3blの放電面となる表面には、その電極材料の酸化層4が形成されている。なお、「放電面」とは、電極として作用する電極表面、すなわち点灯中に負グロープラズマが形成される電極表面を示している。酸化層4の形成範囲としては、放電面となる電極表面全体に形成するのが望ましいが、一方でインナーリード3a2、3b2については、酸化させないのが望まれる。また、酸化層4は、寿命中の酸化層のスパッタリングを抑制するため、表面が一様、すなわち均一な状態に形成されているのが最も望まれる。この表面が均一な状態とは、例えば、表面粗さＲａが１ｎｍ〜１０μｍ程度に形成されている状態を示す。

ここで、酸化層4の形成方法について説明する。酸化層4は、電極表面を強制酸化させることにより得ている。すなわち、バーナーなどの熱源を用いて大気中で加熱することにより、電極表面に酸化層4を形成することができる。その際、酸化層4の厚み等は、処理温度や処理時間により調整することが可能である。また、例えばニッケルNi電極の表面にその電極材料の酸化物である酸化ニッケルNiO、Ni₂O₃をプラズマCVDや熱CVDで蒸着する方法を用いれば、強固かつ安定した酸化層4を電極表面に形成することができる。

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 ; 硬質ガラス製、全長=110mm、外径=4.0mm、内径=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 ; ニッケル(Ni)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(Co) 製、線径=0.6mm、
アウターリード3a3、3b3 ; ジュメット製、線径=0.4mm、
酸化層4 ; 酸化ニッケル(NiO、Ni₂O₃)、厚みT=10μm。

図3はニッケル(Ni)電極および酸化層を形成したニッケル(Ni)電極、図4はモリブデン(Mo) 電極および酸化層を形成したモリブデン(Mo) 電極、図5はタングステン(W) 電極および酸化層を形成したタングステン(W) 電極を具備するランプについて、ランプ電流を変化させたときの陰極降下電圧の変化を説明するための図である。試験条件は、ランプ電流=2〜8mA、周波数=35kHzであり、酸化層4はそれぞれ大気中で約3秒間、約300度で加熱する強制酸化により形成した。

図3〜5からわかるように、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、タングステン(w) 何れの材料の電極についても、強制酸化させた方が陰極降下電圧のピーク値が下がっていることがわかる。特にニッケル(Ni)については、陰極降下電圧が顕著に低下しており、酸化層4を形成していない場合と比較して約50V以上も陰極降下電圧が低くなっている。このように電極表面に酸化層4を形成したことにより陰極降下電圧が低下したのは、マルター効果によるものと考えられる。すなわち、酸化層表面に正イオンが付着し、これによる電界の影響で陰極降下電圧が低下したと考えられる。ここで、電極材料自体の酸化は、特開2006-12612号公報や特開2007-73407号公報に記載されているように、耐スパッタしやすいなどの理由から、従来極力避けられてきたことからすると、電極表面に敢えて酸化層4を形成することにより、陰極降下電圧が下がるという事実は、従来の常識を破る大きな発見であると言える。

なお、図示はしていないが、鉄(Fe)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、アルミニウム(A1)の金属又は合金からなる電極についても、図3〜5と同様の試験により、酸化層4を形成することで陰極降下電圧が低減することが確認された。

なお、電極表面の酸化層4の厚みTは、ランプ特性に影響を与えるため、好適な範囲に制御するのが望ましい。発明者によれば、酸化層4の厚みTが、10nm≦T≦100μmであれば、陰極降下電圧を低くできるため好適であることが判明した。また、酸化層4の厚みTが、1μm≦T≦100μmであれば、酸化層4は絶縁体としての機能が強くなり、電極消耗を抑制できるためさらに好適である。この酸化層4の厚みTは、X線光電子分光分析装置(XPS〉により測定することができる。

また、図3に示される、酸化層が形成されたニッケル(Ni) 電極表面の任意の位置における直径500μm、深さ約10nmの容積範囲をXPSにより測定したところ、Niは19.1%、NiOは40.4%、Ni₂O₃は40.5%の割合であることが確認された。ここで、この所定の容積内に含まれる全酸化物の合計割合を「酸化率」と定義すると、この場合の酸化率は80.9%となる。

同様に図4に示される、酸化層が形成されたモリブデン(Mo) 電極では、その表面の前記所定の容積内にMoとMoO₂とMoO₃が確認された。また、図5に示される、酸化層が形成されたタングステン(W)電極では、WとWOとW_XO_Y(一価以外のタングステンの酸化物)が検出された。このような電極表面の酸化率は陰極降下電圧効果に影響があるため、電極表面の酸化率は40%以上、さらには75%以上であるのが望ましい。

したがって、第1の実施の形態では、電極3a1、3b1の放電面となる電極表面全体に、電極材料の酸化層4を形成したことにより、陰極降下電圧が低くなり、消費電力を低く抑えることができる。また、酸化層4は容易に形成することができるため、本発明を安価に実施することができる。電極3a1、3b1としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、アルミニウム(A1) から選択された金属又は合金を用いることができ、特にニッケル(Ni) を使用することが最適である。

また、酸化層4の厚さTが、10nm≦T≦100μmであることにより、安定した本発明の効果を得ることができ、さらに1μ≦T≦100μmであることにより、電極消耗を抑制することができる。

なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

本実施の形態のように板状金属により電極3a1、3b1を形成する場合、図6や図7のように、板状金属を折り曲げたり、螺旋形状にしたりすることにより、酸化層4を形成する表面積を増大させるのが望ましい。その際、板状面にサンドブラスト等により粗さを形成したり、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りして、電極表面積を広く確保するとさらによい。

また、電極3a1、3b1としては、板状に限らず、筒状、カップ形状あるいは棒状であってもよい。なお、カップ形状の場合、図8のように内表面および外表面に酸化層4を形成するのが望ましい。

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。 電極マウントについて説明するための図。 ニッケルNi電極および酸化層を形成したニッケルNi電極を具備するランプについて、ランプ電流を変化させたときの陰極降下電圧の変化を説明するための図。 モリブデンMo電極および酸化層を形成したモリブデンMo電極を具備するランプについて、ランプ電流を変化させたときの陰極降下電圧の変化を説明するための図。 タングステンW電極および酸化層を形成したタングステンW電極を具備するランプについて、ランプ電流を変化させたときの陰極降下電圧の変化を説明するための図。 電極の変形例1。 電極の変形例2。 電極の変形例3。

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
4酸化層

Claims (6)

1. 内部に放電空間を有する放電容器と、前記放電空間に封入された放電媒体と、前記放電空間に対向配置された一対の電極とを具備し、前記電極の表面には、前記電極材料の酸化層が形成されていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
2. 前記酸化層は、放電面となる電極表面全体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の冷陰極放電ランプ。
3. 前記酸化層の表面粗さは１ｎｍ以上、10μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極放電ランプ。
4. 前記酸化層の厚さTは、10nm≦T≦100μmであることを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
5. 前記電極の表面の酸化率は、40%以上であることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
6. 前記電極は、鉄Fe、ニッケルNi、モリブデンMo、ニオブNb、タングステンW、タンタルTa、アルミニウムAlから選択された金属又はそれらの合金からなることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極放電ランプ。

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