JP2009070775A - 冷陰極蛍光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】冷陰極蛍光ランプにおける円筒状電極の放電に起因したスパッタに基づく輝度低下及びスパッタ付着物の加熱によるガラス管破損による動作不良を抑制し、前記冷陰極蛍光ランプの高輝度化及び長寿命化を達成する。
【解決手段】内面に蛍光体１４が塗布され、所定のガスが封入されるとともに両端が封止されてなるガラス管１１と、ガラス管１１内において、その端部に設けられた円筒状電極１２と、円筒状電極１２の端部に接続された外部電源と接続される導入線１３とを具え、前記外部電極から導入線１３を介した円筒状電極１２への通電による放電によって発生した紫外線で、蛍光体１４を励起して可視光を得る冷陰極蛍光ランプ１０において、前記放電によって生じる円筒状電極１２のスパッタの際に、前記スパッタによる付着物がガラス管１１の前記内面上に形成される領域において、円筒状電極１２と同一材料からなる金属層１５を前記領域に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置等のバックライト光源、あるいは小型表示機器用光源などとして好適に使用することができる冷陰極蛍光ランプに関する。

液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源などとして使用される冷陰極蛍光ランプは、ガラス管の内面に蛍光体が塗布された発光管に電極として円筒や板状の金属を設け、水銀及びネオン／アルゴンなどの希ガスを封入して、前記電極からの放電によって発光管の内部で発生した紫外線により蛍光体を励起し可視光を得るよう構成されている。

前記円筒状電極の形状は、圧延材のロール加工により成形された筒状物や深絞り加工によってカップ形状に成形されたものが用いられる。また、前記円筒状電極は、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉなどの仕事関数が低く、かつ高融点の金属材料、あるいはそれらを主成分として構成される合金材が用いられている。

このような冷陰極蛍光ランプは、液晶ディスプレイ装置などの多様化に伴い、小型化、細径化、高輝度化、長寿命化といった各種の検討が行われている。

一般に、上述した冷陰極蛍光ランプにおいては、上述した放電に伴って円筒状電極の先端部がスパッタされて摩耗し、ガラス管の内面上に前記スパッタに起因した付着物が堆積するようになる。この際に、前記ガラス管内に封入されていた水銀などのガスは、前記スパッタの際に消耗されてしまい、輝度の低下やピンク点灯などを生じる原因となる。したがって、上述したような高輝度化の要請を満足することができないでいた。

なお、ピンク点灯とは、上述したようにガラス管内に封入されていたガスの消耗によって、前記冷陰極蛍光ランプが、その点灯初期あるいは点灯中に呈する点灯状態である。

また、前記ガラス管の内面上における前記付着物も、上述した通電によって円筒状電極と同様に放電するようになり、その結果、前記付着物の温度が上昇してしまって、前記ガラス管の該当箇所が溶解してしまう場合がある。したがって、ガラス管の破損に起因して冷陰極蛍光ランプの動作不良を引き起こしてしまい、上述した長寿命化の要請を満足することができないでいた。

このような問題に鑑み、例えば特許文献１では、円筒状電極と導入線とを同一の材料から構成することによって、前記導入線での放電を抑制し、ガラス管内に封入したガスの余分な消耗を抑制して、高輝度化及び長寿命化を図ることが試みられている。また、同じく特許文献１では、導入線の少なくとも一部の表面を円筒状電極を構成する材料よりも仕事関数の高い材料で構成することによって、前記導入線での放電を抑制し、ガラス管内に封入したガスの余分な消耗を抑制して、高輝度化及び長寿命化を図ることも開示されている。

また、特許文献２では、円筒状電極の外面を形成する材料を、内面を形成する材料よりも仕事関数の大きいものから選択し、同じく前記導入線での放電を抑制し、ガラス管内に封入したガスの余分な消耗を抑制して、高輝度化及び長寿命化を図ることが試みられている。
特開２００５−３０２７３３号公報 特開２００４−３６３１１５号公報

しかしながら、上述したいずれの技術においても、円筒状電極の放電に起因したスパッタについては考慮しておらず、したがって、前記スパッタに起因したガスの消耗による輝度低下及びピンク点灯などの問題、及びスパッタ堆積物の加熱によるガラス管の破損による冷陰極蛍光ランプの動作不良などの諸問題については、それらを解決するための何らの示唆も与えていない。

本発明は、冷陰極蛍光ランプにおける円筒状電極の放電に起因したスパッタに基づく輝度低下及びスパッタ付着物の加熱によるガラス管破損による動作不良を抑制し、前記冷陰極蛍光ランプの高輝度化及び長寿命化を達成することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、
内面に蛍光体が塗布され、所定のガスが封入されるとともに両端が封止されてなるガラス管と、前記ガラス管内において、その端部に設けられた円筒状電極と、前記円筒状電極の端部に接続された外部電源と接続される導入線とを具え、
前記外部電極から前記導入線を介した前記円筒状電極への通電による放電によって発生した紫外線で、前記蛍光体を励起して可視光を得る冷陰極蛍光ランプであって、
前記放電によって生じる前記円筒状電極のスパッタの際に、前記スパッタによる付着物が前記ガラス管の前記内面上に形成される領域において、前記円筒状電極と同一材料からなる金属層を前記領域に形成したことを特徴とする、冷陰極蛍光ランプに関する。

上記態様によれば、冷陰極蛍光ランプの円筒状電極の放電によるスパッタの際に、ガラス管の内面上に前記スパッタに起因した付着物が形成される領域において、予め前記円筒状電極と同一材料からなる金属層を形成するようにしている。この結果、前記付着物が放電によって加熱されても前記金属層が存在することによって温度上昇が分散され、前記ガラス管の該当箇所の温度上昇が抑制されて、ガラス管の破損を抑制することができる。

なお、冷陰極蛍光ランプの動作中においては、前記円筒状電極に加えて前記金属層からも放電するようになるが、前記金属層は前記円筒状電極と同一の材料から構成されているので、前記金属層に前記放電が集中するようなことがない。したがって、前記金属層の消耗を抑制することができ、上述した作用効果を長期に亘って奏することができるようになる。

また、前記金属層を形成することによって、前記円筒状電極の放電によるスパッタ自体が抑制されるので、前記ガラス管内に封入されていたガスの、前記スパッタの際に消耗を抑制し、輝度の低下やピンク点灯などを抑制することができる。

したがって、上記態様によれば、冷陰極蛍光ランプにおける円筒状電極の放電に起因したスパッタに基づく輝度低下及びスパッタ付着物の加熱によるガラス管破損による動作不良を抑制し、前記冷陰極蛍光ランプの高輝度化及び長寿命化を達成することができる。

また、上記金属層を形成することによって、実質的に前記円筒状電極を延長させた場合と同様の効果を奏するようになり、例えば陰極降下電圧を低減させることができるようになる。

また、本発明の一例において、前記金属層は、少なくとも前記円筒状電極の、前記ガラス管の内方向側の端部を含むようにして形成することができる。また、前記金属層は、前記円筒状電極の前記端部から前記ガラス管の前記内方向側に延在するようにして形成することができる。このような箇所は、特に円筒状電極のスパッタによる付着物が堆積し易い箇所であるので、本例に従えば、上述した作用効果をより効果的に奏することができる。

また、本発明の一例において、前記円筒状電極と前記金属層とは非接触の状態で配置することができる。さらに、前記円筒状電極と前記金属層とは一部が接触した状態で配置することができる。すなわち、上述した要求を満足するように金属層が形成されている限り、この金属層は前記円筒状電極と接触していても接触していなくてもよいので、冷陰極蛍光ランプの設計自由度を増大させることができる。

本発明によれば、冷陰極蛍光ランプにおける円筒状電極の放電に起因したスパッタに基づく輝度低下及びスパッタ付着物の加熱によるガラス管破損による動作不良を抑制し、前
記冷陰極蛍光ランプの高輝度化及び長寿命化を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１〜３は、本発明の冷陰極蛍光ランプの一例を示す概略構成図である。図１は、前記冷陰極蛍光ランプを長さ方向に沿って切った場合の断面図であり、図２及び３は、それぞれ前記冷陰極蛍光ランプを長さ方向に垂直な面に沿って切った場合の断面図である。

図１〜３に示すように、本例の冷陰極蛍光ランプ１０は、内面に蛍光体１４が塗布されたガラス管１１と、ガラス管１１内において、その端部（図では右端）に設けられた円筒状電極１２と、円筒状電極１２のガラス管１１の外方側における端部に一端が接続された導入線１３とを具えている。ガラス管１１内には、水銀及びネオン／アルゴンなどの希ガスが封入され、その両端が封止されている。また、導入線１３は、ガラス管１１の端部（図では右端）を貫通するようにして設けられ、その他端が図示しない外部電極に接続されている。

また、本例においては、以下に示すように、放電によって生じる円筒状電極１２のスパッタの際に、前記スパッタによる付着物がガラス管１２の内面上に形成される領域において金属層１５が形成されている。金属層１５の具体的な形成箇所は、冷陰極蛍光ランプ１０の構成などに依存するが、本例では、円筒状電極１２の、ガラス管１１の内方向側の端部１２Ａを含み、ガラス管１２の前記内方向側に延在するようにして形成されている。これらの箇所は、特に円筒状電極１２のスパッタによる付着物が堆積し易い箇所であるので、以下に示す冷陰極蛍光ランプ１０の動作において、目的とする作用効果をより効果的に奏することができる。

なお、金属層１５は、特に以下に説明する動作上の理由から、円筒状電極１２と同一の材料から構成する。

ガラス管１１の内径を２．０ｍｍ、円筒状電極１２の外径を１．７ｍｍ、内径を１．４ｍｍ、長さを５．０ｍｍとした場合において、金属層１５は、図１に示すように、円筒状電極１２の端部１２Ａから約５ｍｍの位置まで延在させることができる。

図２に示すように、金属層１５は円筒状電極１２と接触しないようにして配置することもできるし、図３に示すように、金属層１５は円筒状電極１２と一部が接触するようにして配置することもできる。すなわち、金属層１５は円筒状電極１２と接触していても接触していなくてもよいので、冷陰極蛍光ランプ１０の設計自由度を増大させることができる。
但し、図３に示す構成の場合、ガラス管１１の蛍光体１４が塗布された領域（空間）ａと、ガラス管１１と円筒状電極１２とで形成される空間ｂとが互いに連通するようにして構成する。

ガラス管１１は、ホウケイ酸ガラスやコバールガラスなどの硬質ガラスから構成されている。また、円筒状電極１２は、圧延材のロール加工により成形された筒状物や深絞り加工によってカップ形状に成形されたものが用いられ、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉなどの仕事関数が低く、かつ高融点の金属材料、あるいはそれらを主成分として構成される合金材から構成されている。

また、導入線１３は、ガラス管１２の端部を気密封着する働きを有するため、ガラス管１２を形成する硬質ガラス材と膨張係数が近似した材料で、かつ導電性を有するものが選択される。このような金属材料としては、ＦｅとＮｉとＣｏとの合金等よりなる金属材料が使用できる。

蛍光体１４は必要に応じて任意のものを用いることができる。例えば、三波長域発光蛍光体などを用いることができる。

また、金属層１５は、円筒状電極１２と同一の材料から構成することが要求され、例えば、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉなどの仕事関数が低く、かつ高融点の金属材料、あるいはそれらを主成分として構成される合金材から構成する。

次に、図１〜３に示す冷陰極蛍光ランプ１０の動作について説明する。
導入線１３を介して図示しない外部電極から円筒状電極１２に対して通電し、放電を生ぜしめることにより、ガラス管１１の内面に塗布された蛍光体１４を前記放電によって発生した紫外線によって励起する。その結果、冷陰極蛍光ランプ１０からは可視光が生成されるようになる。

この際、上述した放電に伴って円筒状電極１２の先端部がスパッタされて摩耗するが、このスパッタに起因した付着物は金属層１５上に堆積されるようになる。一方、冷陰極蛍光ランプ１０の動作中においては、円筒状電極１２のみならず、前記付着物からも放電が行われるようになり、その結果、前記付着物は加熱されて高温となる。しかしながら、前記付着物は金属層１５上に形成されているので、前記付着物の温度上昇が分散され、ガラス管１１の該当箇所の温度上昇が抑制されて、ガラス管１１の破損を抑制することができる。したがって、ガラス管１１の破損に伴う冷陰極蛍光ランプ１０の動作不良を抑制し、冷陰極蛍光ランプ１０の長寿命化を図ることができるようになる。

また、冷陰極蛍光ランプ１０の動作中においては、円筒状電極１２に加えて金属層１５からも放電するようになるが、金属層１５は円筒状電極１２と同一の材料から構成されているので、金属層１５に前記放電が集中するようなことがない。したがって、金属層１５の消耗を抑制することができ、上述した作用効果を長期に亘って奏することができるようになる。

さらに、金属層１５を形成することによって、円筒状電極１２の放電によるスパッタ自体が抑制されるので、ガラス管１１内に封入されていたガスの、前記スパッタの際の消耗を抑制し、輝度の低下やピンク点灯などを抑制することができる。すなわち、冷陰極蛍光ランプ１０の高輝度化を達成することができる。

また、上記金属層１５を形成することによって、実質的に円筒状電極１２を延長させた場合と同様の効果を奏するようになるので、陰極降下電圧を低減させることができるようになる。

本実施例では、図１〜３に示すような冷陰極蛍光ランプ１０を作製した。この際、ガラス管１１の内径を２．０ｍｍ、円筒状電極１２の外径を１．７ｍｍ、内径を１．４ｍｍ、長さを５．０ｍｍとした。また、円筒状電極１２及び金属層１５はＮｉから構成した。さらに、蛍光体１４は三波長域発光蛍光体を用いた。なお、金属層１５は、図１に示すように、円筒状電極１２の端部１２Ａから約５ｍｍの位置まで延在させた（実施例）。なお、比較のために金属層１５を設けない冷陰極蛍光ランプを作製した（比較例）。

図４は、冷陰極蛍光ランプにおける管電流と管電圧との関係を示すグラフである。図４から明らかなように、金属層１５を設けた実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較して管電圧が減少しており、陰極降下電圧を低減させる作用に優れることが分かる。

図５は、冷陰極蛍光ランプにおける管電流とガラス管壁温度との関係を示すグラフであり、図６は、冷陰極蛍光ランプにおけるガラス管溶解発生時間を示すグラフである。

図５及び６から明らかなように、金属層１５を設けた実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較してガラス管壁温度の上昇が抑制され、その結果、ガラス管溶解にまで至る時間が長時間化していることが分かる。すなわち、実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較して、ガラス管破損による動作不良を抑制し、長寿命化を達成できることが分かる。

図７は、冷陰極蛍光ランプにおける点灯時間とスパッタ部（スパッタによって発生した付着物）中における水銀量との関係を示すグラフであり、図８は、冷陰極蛍光ランプにおけるピンク放電発生時間を示すグラフである。

図７から明らかなように、金属層１５を設けた実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較して金属層１５（比較例においてはガラス管内面）上における付着物中の水銀量が少なく、円筒状電極のスパッタに伴う封入ガスの消耗が抑制されていることが分かる。

また、図８から明らかなように、封入ガスの消耗の抑制に伴い、実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較して、ピンク点灯発生までの時間が長時間化していることが分かる。したがって、実施例に係わる冷陰極蛍光ランプは、比較例に係わる冷陰極蛍光ランプと比較して、長期に亘って高い輝度を有することが分かる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明の冷陰極蛍光ランプの一例を示す概略構成図である。 同じく、本発明の冷陰極蛍光ランプの一例を示す概略構成図である。 同じく、本発明の冷陰極蛍光ランプの一例を示す概略構成図である。 冷陰極蛍光ランプにおける管電流と管電圧との関係を示すグラフである。 冷陰極蛍光ランプにおける管電流とガラス管壁温度との関係を示すグラフである。 冷陰極蛍光ランプにおけるガラス管溶解発生時間を示すグラフである。 冷陰極蛍光ランプにおける点灯時間とスパッタ部（スパッタによって発生した付着物）中における水銀量との関係を示すグラフである。 冷陰極蛍光ランプにおけるピンク放電発生時間を示すグラフである。

符号の説明

１０ 冷陰極蛍光ランプ
１１ ガラス管
１２ 円筒状電極
１３ 導入線
１４ 蛍光体
１５ 金属層

Claims (2)

1. 内面に蛍光体が塗布され、所定のガスが封入されるとともに両端が封止されてなるガラス管と、前記ガラス管内において、その端部に設けられた円筒状電極と、前記円筒状電極の端部に接続された外部電源と接続される導入線とを具え、
   前記外部電極から前記導入線を介した前記円筒状電極への通電による放電によって発生した紫外線で、前記蛍光体を励起して可視光を得る冷陰極蛍光ランプであって、
   前記放電によって生じる前記円筒状電極のスパッタの際に、前記スパッタによる付着物が前記ガラス管の前記内面上に形成される領域において、前記円筒状電極と同一材料からなる金属層を前記領域に形成したことを特徴とする、冷陰極蛍光ランプ。
2. 請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプを含むことを特徴とする、液晶表示用バックライト。

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