JP2009076445A - 放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶テレビやパーソナルコンピュータのバックライトに使用される冷陰極蛍光ランプにおいて、長寿命な放電ランプを提供する。
【解決手段】放電ランプは、内部に放電媒体が封入され、両端が封止されてなる気密容器１と、前記気密容器内の端部に配置された、底部５１および側部５２を有し、一端が開口した一対のカップ状電極５とを具備し、前記電極の底部は、軸方向に沿った断面が凹むとともに、その凹部５１１の深さをＤ、幅をＷとした場合にＤ／Ｗ≧０．５なる関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶テレビやパーソナルコンピュータなどのバックライトに用いられる放電ランプに関する。

現在、液晶テレビやパーソナルコンピュータのバックライトには、冷陰極蛍光ランプが使用されている。冷陰極蛍光ランプは、例えば特許文献１〜７に開示されているように、内部に放電媒体が封入され、両端が封止されてなる気密容器と、この気密容器内において互いに対向するように配置されてなる側部と底部を有する一対のカップ状電極とを具備したような構成を呈している。

しかしながら、このような冷陰極蛍光ランプでは、実用的な点灯時間（設計寿命）に達する前に、電極の側部、特に電極底部付近の側面に穴が開き、結果的にランプが寿命に至ってしまい、目的とする設計寿命を達成できないという問題があった。

このような問題を回避すべく、特許文献８では、カップ状電極の内底部に段部を形成し、使用中に電極側部の消耗が増大しても、電極側部における穴開きを回避するようにしている。

しかしながら、特許文献８に記載の方法では、電極内表面に凹凸が形成されているため、その凹凸部分に放電が集中してしまうという問題がある。そのため、本構成は電極底部付近の側部の穴開きに対して有効でないことが判明した。

特開２００５−１０８４５２号 特開２００５−３０２３５５号 特開２００５−３２７４８５号 特開２００５−７１９７２号 特開２００２−２８９１３６号 特開２００７−８７７５２号 特開２００４−４７３２８号 特開２００７−１４１５９３号

本発明の目的は、電極の側部の穴開きを抑制することにより、長寿命な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、本発明の放電ランプは、内部に放電媒体が封入され、両端が封止されてなる気密容器と、前記気密容器内の端部に配置された、底部および側部を有し、一端が開口した一対のカップ状電極とを具備し、前記電極の底部は、軸方向に沿った断面が凹むとともに、その凹部の深さをＤ、幅をＷとした場合にＤ／Ｗ≧０．５なる関係を満足することを特徴とする。

本発明によれば、電極の穴開きを抑制することにより、長寿命な放電ランプを提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態の放電ランプについて図面を参照して説明する。図１は本実施の形態の放電ランプについて説明するための断面図であり、図２は、図１の一点鎖線部分の拡大図、図３は電極等の斜視図である。

本実施の形態の放電ランプは、例えば硼珪酸ガラスなどの軟質ガラスからなるガラスバルブ１により放電容器が形成されている。ガラスバルブ１の内部には放電空間１１が形成されており、放電空間１１には、例えばネオン（Ｎｅ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスからなる希ガスと水銀（Ｈｇ）とが封入されている。また、ガラスバルブ１の内面には、例えばＲＧＢの３波長蛍光体からなる蛍光体層２が形成されている。

ガラスバルブ１の両端部には、電極マウント３が封着されている。電極マウント３は、ビーズガラス４、電極５、インナーリード６及びアウターリード７で構成されている。

ビーズガラス４は、ガラスバルブ１の端部に気密封着され、これによってガラスバルブ１は気密容器を構成するようになる。ビーズガラス４は、ガラスバルブ１と同じ材料からなることが望ましい。

電極５は、放電空間１１の端部に対向配置される。その際、ガラスバルブ１の内周面との隙間を０．１５ｍｍ以下(下限は接触しない程度)とし、グロー放電を主に電極５の内表面で発生させるようにするのが望ましい。

なお、電極材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、及びレニウム（Ｒｅ）から選択された一種の金属、焼結体、又はそれらを主体とする合金を使用することができる。

インナーリード６は、例えばモリブデンからなり、一端は電極５に接合され、他端はガラスバルブ１を介して外部に導出される。アウターリード７は、例えば、ジュメット線(銅Ｃｕで被覆されたニッケルＮｉ線)からなり、一端がインナーリード６と接合される。

ここで、電極５の構造を図２、図３を参照してさらに詳しく説明する。電極５は、底部５１と側部５２とを有する有底開口形状(カップ状)であって、その底部５１には電極５の内側に軸方向の断面が曲面状の凹部５１１、外側に平面部５１２が形成されている。

凹部５１１は、深さをＤ、幅をＷとしたとき、Ｄ／Ｗ≧０．５を満足することが必要である。すなわち、電極５は、Ｄ／Ｗ≧０．５なる要件を満足する凹部５１１を含むような底部５１を有しているので、電極５の底部５１における側壁部分の厚さが実質的に増大している。また、凹部５１１はその軸方向の断面が曲面状を呈しているので放電が集中することがない。

したがって、上記放電ランプの使用に伴って、電極５の底部５１の側壁部分が肉厚化されていることに伴って、かかる部分での穴開きを防止することができ、放電ランプを長寿命化することができる。

なお、凹部５１１の断面形状は、上述した作用効果を奏する限り、図２に示すような所定の曲率で連続したような曲面である場合のみでなく、放電の集中が発生しにくい程度の多少の凹凸がある形状も含まれる。具体的には、波形形状や多角形状であっても良い。

また、以下に詳述するように、Ｄ／Ｗ≧１．０なる要件を満足することによって、上述した作用効果をより顕著に奏するようになる。

さらに、底部５１の中央の肉厚Ｔ１と端部の肉厚Ｔ２との比Ｔ２／Ｔ１が、１．５≦Ｔ２／Ｔ１≦３．０なる関係を満足することが好ましい。これによって、電極５の底部側壁における穴開きを抑制することができることに加えて、電極５の底部５１の消耗を抑制し、インナーリード６との接続解除による電極脱落による不点灯を防止することができる。

具体的には、電極５の肉厚Ｔ３が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである場合に、底部５１の中央の肉厚Ｔ１を０．２ｍｍ≦Ｔ１≦１．０ｍｍとし、端部の肉厚Ｔ２を０．５ｍｍ≦Ｔ２≦２．０ｍｍとすることができる。

なお、電極５の肉厚Ｔ３は、限られた電極外寸において電極内側の放電面積を大きく確保することと、その実用上の強度を考慮して決定されたものである。

ここで、このような電極５は、例えば、鋳造や鍛造により形成された底部５１とロール加工により筒状に形成した側部５２とを溶接等によって接合することにより、容易に作成することができる。なお電極形成の際には、電極５の内面は段差などのない連続的な形状になるように形成するのが望ましい。

下記に本発明の放電ランプの実施例の一仕様を示す。
・ガラスバルブ１：硼珪酸ガラス、内径＝２．０ｍｍ、外径＝３．０ｍｍ、全長＝約２００ｍｍ、
・放電媒体：ネオン（Ｎｅ）+アルゴン（Ａｒ）、水銀（Ｈｇ）、
・蛍光体層２：３波長蛍光体、
・ビーズガラス４：硼珪酸ガラス、
・電極５：底部５１及び側部５２ともにニッケル（Ｎｉ）、カップ状、軸方向長さ＝４．０ｍｍ、外径＝１．７ｍｍ、内径Ｒ＝１．４ｍｍ、深さＤ＝０．８ｍｍ、幅Ｗ＝０．７ｍｍ、中央肉厚Ｔ１＝０．５ｍｍ、端部肉厚Ｔ２＝１．３ｍｍ、側部肉厚Ｔ３＝０．１５ｍｍ、
・インナーリード６：モリブデン（Ｍｏ）、直径＝０．８ｍｍ、
・アウターリード７：ジュメット、直径＝０．６ｍｍ。

上記実施例のランプと底部５１の内側及び外側が平面で肉厚が０．５ｍｍである従来例のランプの寿命特性を比較した。図４にその結果を示す。

図４は従来例と実施例のランプの穴開き発生時間について説明するための図であり、試験は周囲温度２５±５℃の温度下において、点灯電流１０ｍＡ、周波数５５ｋＨｚの片側高圧点灯によって行ったものである。

結果からわかるように、比較例のランプの穴開き発生時間は約５０００時間であったのに対し、実施例のランプは約６０００時間であった。すなわち、実施例のランプは比較例のランプよりも電極底部付近の側部の穴開き発生時間は約２０％改善され、寿命特性が向上した。

次に、上記例における穴開きの発生時間が改善された理由を考察する。カップ状電極では、ホローカソード効果により、寿命中、電極消耗する。その電極の消耗は、底部中央が比較的激しいが、底部と側部の境界周辺においても発生する。この境界周辺の底部及び側部が削られることによって発生する電極消耗が穴開きであり、特に薄肉化された境界付近の側部において発生しやすい。

本発明の電極は、Ｄ／Ｗ≧０．５なる要件を満足する凹部５１１を含むような底部５１を有しているので、電極５の底部５１における側壁部分の厚さが実質的に増大している。また、凹部５１１はその軸方向の断面が曲面状を呈しているので、放電が集中しにくい。このため、穴開きの発生時間が格段に改善されたと考えられる。

なお、凹部５１１の外面形状は、底部肉厚の確保、インナーリードの接続の容易性から平面状であるのが望ましい。

ちなみに、穴が開いた状態でさらに点灯試験を続けると、図５の結果のようにランプが不点灯に至る。これは、電極に穴が開くと、そこからガラスバルブに向かって陰極グローが発生するようになり、この陰極グローがガラスバルブを消耗させて希ガスをリークさせるからである。その不点灯時間は、比較例のランプの不点灯発生時間は約６３００時間であったのに対し、実施例のランプは約７４００時間であり、本発明では約１７％改善される。

一方、実施例のランプは底部形状の変更によって、従来例のランプよりも電極内部の放電面積が小さくなるために、管電圧が上昇することが懸念される。しかし、図６に示したように、実施例の管電圧は従来例とほぼ同じ値であり、ランプ特性をほとんど低下させることなく、寿命特性を向上させることが可能であることがわかった。

ここで、電極側部の穴開き発生時間は、凹部５１１の形状、特に凹部５１１の深さDと幅Wの関係Ｄ／Ｗに大きく影響される。そこで、Ｄ／Ｗの異なる電極について穴開き発生時間の試験を行った。その結果を図７に示す。

図７からわかるように、全体的にＤ／Ｗが大きいほど電極側部の穴開き発生時間が長くなる傾向がある。しかしながら、穴開き発生時間が改善されるのはＤ／Ｗ≧０．５、さらに効果的なのはＤ／Ｗ≧１．０の場合であり、Ｄ／Ｗ=０．２では従来の電極とあまり変わらない。したがって、凹部５１１の深さＤと幅Ｗの関係Ｄ／Ｗは、Ｄ／Ｗ≧０．５、さらにはＤ／Ｗ≧１．０であるのが望ましい。ただし、Ｄ／Ｗが大きくなると、電極内側の放電面積が小さくなってしまうので、Ｄ／Ｗ≦５．０であるのが好適である。

また、底部５１の中央の肉厚Ｔ１と端部の肉厚Ｔ２との比Ｔ２／Ｔ１が、１．５≦Ｔ２／Ｔ１≦３．０なる関係を満足することが好ましい。これによって、電極５の底部側壁における穴開きを抑制することができることに加えて、電極５の底部５１の消耗を抑制し、インナーリード６との接続解除による電極脱落による不点灯を防止することができる。

具体的には、電極５の肉厚Ｔ３が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである場合に、底部５１の中央の肉厚Ｔ１を０．２ｍｍ≦Ｔ１≦１．０ｍｍとし、端部の肉厚Ｔ２を０．５ｍｍ≦Ｔ２≦２．０ｍｍとすることができる。

以上より、本実施の形態では、電極５が底部５１および側部５２を有し、底部５１が曲面状の断面を有する凹部５１１を含み、かつ凹部５１１の深さをＤ、幅をＷとした場合、Ｄ／Ｗ≧０．５を満たすことにより、電極側部において穴開きが発生しやすい箇所が補強されるため、長寿命の放電ランプを実現することができる。なお、凹部５１１の形状が曲面状を呈することによって、放電集中を回避できるため、局所的な電極消耗を抑制し、上述した長寿命化をさらに促進させることができる。

また、電極５の肉厚Ｔ３が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである場合に、中央肉厚をＴ１、端部肉厚をＴ２としたとき、０．２ｍｍ≦Ｔ１≦１．０ｍｍ、かつ０．５ｍｍ≦Ｔ２≦２．０ｍｍを満たすように底部５１を設計することにより、電極の穴開き及び電極脱落を抑制することができる。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容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。

例えば、上記例では、底部５１の回りに円筒状の側部５２を接合して電極５を形成したが、図８のように側部５２の一部を担う底部５１の先端側に、側部５２を溶接又は圧入などにより形成しても良い。また、底部５１周辺の消耗をさらに補うために、図９のように厚肉化した底部５１に側部５２を接合した電極であってもよい。また、インナーリード6が一体形成された底部５１に側部５２を接合した電極であってもよい。

底部５１と側部５２とは、異種金属の組み合わせであっても良い。例えば、凹部を形成する底部５１には加工しやすい金属材料、薄肉化した方が有利である側部５２には消耗しにくい金属材料を組み合わせるのが好適である。

また、底部５１と側部５２とは別体である必要はなく、焼結、深絞り加工などにより一体形成されたものであってもよい。

さらに、凹部５１１は、図１０のように、直線と曲面で構成されていてもよい。この場合も、Ｄ／Ｗ≧０．５を満たしていれば、上記例と同様に電極側部の穴開きを抑制することができる。

また、図１１に示すように、底部５１の外側は、平面のみである必要はなく、曲面を有していてもよい。ただし、インナーリード６との接続を行う部分は、平面であるのが望ましい。

本発明の実施の形態の放電ランプについて説明するための断面図である。 図１の一点鎖線部分の拡大図である。 電極等の斜視図である。 従来例と実施例のランプの穴開き発生時間について説明するための図である。 従来例と実施例のランプの不点灯発生時間について説明するための図である。 従来例と実施例のランプの管電流に対する管電圧について説明するための図である。 Ｄ／Ｗとランプ穴開き発生時間との関係について説明するための図である。 本発明の放電ランプの第１の変形例について説明するための図である。 本発明の放電ランプの第２の変形例について説明するための図である。 本発明の放電ランプの第３の変形例について説明するための図である。 本発明の放電ランプの第４の変形例について説明するための図である。

符号の説明

１ ガラスバルブ
１１ 放電空間
２ 蛍光体層
３ 電極マウント
４ ビーズガラス
５ 電極
５１ 底部
５１１ 凹部
５１２ 平面図
５２ 側部
６ インナーリード
７ アウターリード

Claims (4)

1. 内部に放電媒体が封入され、両端が封止されてなる気密容器と、
   前記気密容器内の端部に配置された、底部および側部を有し、一端が開口したカップ状電極とを具備し、
   前記電極の底部は、軸方向に沿った断面が凹むとともに、その凹部の深さをＤ、幅をＷとした場合にＤ／Ｗ≧０．５なる関係を満足することを特徴とする、放電ランプ。
2. Ｄ／Ｗ≧１．０なる関係を満足することを特徴とする、請求項１に記載の放電ランプ。
3. 前記底部の中央の肉厚Ｔ１と前記底部の端部の肉厚Ｔ２との比Ｔ２／Ｔ１が、１．５≦Ｔ２／Ｔ１≦３．０なる関係を満足することを特徴とする、請求項１又は２に記載の放電ランプ。
4. 前記電極の肉厚Ｔ３が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである場合に、前記底部の中央の肉厚Ｔ１が０．２ｍｍ≦Ｔ１≦１．０ｍｍである、前記底部の端部の肉厚Ｔ２が０．５ｍｍ≦Ｔ２≦２．０ｍｍであることを特徴とする、請求項３に記載の放電ランプ。

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