JP2009105056A - 冷陰極放電ランプ及びそれを用いたバックライト装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小形電極のスパッタリングを抑制し、ランプ内封入希ガスの消耗を抑制して寿命改善を行うと共に発光光束の低下を防止する。
【解決手段】本発明の低圧放電ランプ1は、管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管2と、ガラス管2内の端部に配置された一対の電極3とを含み、電極3はIV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、ガラス管2の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入され、低圧放電ランプ1の陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、α≦J=I/(S・P2)≦1.5α(S:電極の有効放電表面積(mm2)、I:実効値ランプ電流(mA)、P:封入希ガスの圧力(kPa)、α;封入希ガス組成指数)を満足する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の低圧放電ランプ1は、管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管2と、ガラス管2内の端部に配置された一対の電極3とを含み、電極3はIV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、ガラス管2の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入され、低圧放電ランプ1の陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、α≦J=I/(S・P2)≦1.5α(S:電極の有効放電表面積(mm2)、I:実効値ランプ電流(mA)、P:封入希ガスの圧力(kPa)、α;封入希ガス組成指数)を満足する。
【選択図】図1
Description
本発明は、各種液晶ディスプレイ装置等のバックライトに使用する冷陰極放電ランプに関わり、特に長寿命化に適したホロー構造を有する筒状電極を具備した細管径の冷陰極蛍光ランプ及びそれを用いたバックライト装置に関する。
従来、液晶ディスプレイ装置の多様化にともない、バックライト装置用の低圧放電ランプの細管径化、高輝度化、長寿命化等の検討が種々行われている。これらの課題への対応の一つとして、ニッケルの如き低仕事関数の材料よりなる電極を棒状、筒状、有底筒状、帽状等の種々の形状とし、かつできるだけ小形化することにより、低圧放電ランプ点灯中のスパッタリングによる電極消耗を抑制することが知られている。
例えば、特開平4−137429号公報に記載されている筒状電極の場合には、陰極グロー放電が筒状電極の内側に入り込むので、スパッタリングによる電極材料の消耗飛散物が低圧放電ランプの内壁に部分的に到達して黒化を生じる現象は抑制される。さらに、スパッタリングされた電極物質が筒状電極内で電極に戻ることで再利用されるので、電極物質消耗にともなう水銀消耗も抑制され、低圧放電ランプの性能の一面から見た場合には、前記小形筒状電極等の採用は有効である。
特開平4−137429号公報
しかし、前記低圧放電ランプが一層の高輝度を要求される大電流域で使用される場合や、液晶ディスプレイの狭額縁化の要求に伴う低圧放電ランプの細管径化及び電極の一層の小形化が必要な場合には他の課題が発生する。
すなわち、電極がより小形化し、ランプ電流がより増大する場合には、電極の有効放電表面積の不足を補うために陰極グロー放電密度(電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力の2乗で割った値)の増加及び陰極降下電圧の上昇を生じて正規グロー放電から異常グロー放電への移行現象を招くことになる。この異常グローは、急激な電極材料のスパッタリング量の増加に伴う低圧放電ランプの封入希ガスの早期消耗を発生させ、ランプ寿命の短縮化という課題を生じる。
また、細管径化、大電流密度化と低圧放電ランプ装置スペースの狭小化により、低圧放電ランプ点灯中の雰囲気温度が、最適発光光束レベルを維持する温度以上に異常上昇して、発光光束の低下を生じるという課題もある。
本発明は、管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、IV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された冷陰極放電ランプであって、
前記冷陰極放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとの総和をA+N=1としたときα=(90.5A+3.4N)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする冷陰極放電ランプを提供する。
前記電極は、IV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された冷陰極放電ランプであって、
前記冷陰極放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとの総和をA+N=1としたときα=(90.5A+3.4N)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする冷陰極放電ランプを提供する。
本発明の低圧放電ランプは、小形電極のスパッタリングを抑制し、ランプ内封入希ガスの消耗を抑制して寿命改善を行うと共に発光光束の低下を防止するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の低圧放電ランプの一例は、管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はIV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとの総和をA+N=1としたときα=(90.5A+3.4N)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする。
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとの総和をA+N=1としたときα=(90.5A+3.4N)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする。
また、本発明の低圧放電ランプの他の一例は、管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管と、上記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、上記電極はIV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、上記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとクリプトンとを含む希ガスが封入された低圧放電ランプであって、
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとクリプトンの組成比Kとの総和をA+N+K=1としたときα=(90.5A+3.4N+24.3K)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする。
上記低圧放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとクリプトンの組成比Kとの総和をA+N+K=1としたときα=(90.5A+3.4N+24.3K)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする。
これにより、封入希ガス組成指数αと陰極グロー放電密度との関係を最適化できる。また、電極材料をIV〜VI族の遷移金属に限定しているので、イオン衝撃によるスッパタリング率が小さく、かつ仕事関数が低いので、大電流であっても電極の放電面積不足による正規グロー放電の異常グロー放電への移行が抑制できる。よって、電極のスパッタリング量の増加が抑制でき、低圧放電ランプの寿命減少の要因を取り除くことができる。
なお、上記封入希ガス組成指数αの式中の係数90.5、3.4、24.3は、それぞれアルゴン、ネオン、クリプトンのガラス管内の分圧に対応している。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極がニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも1種類の金属を主成分として含むことが好ましい。
電極材料として非焼結性の高融点金属としてニオビウム、タンタル等を用いるので、金属板や金属箔の製造の如き1次加工や筒状等への2次加工も容易である。また、ニオビウム、タンタル等の金属はIV〜VI族の遷移金属の中でもランプ製造時の熱や不純ガスによる特性変化の小さい物性的に安定した電極材料であり、かつ仕事関数も低いので、ランプ製造工程に左右されない安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。ここで、主成分とは全体の重量割合で90重量%以上含まれていることをいう。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極が筒状に形成され、かつ上記電極の外径d(mm)と上記ガラス管の内径D(mm)との関係が、d≧D−0.4(mm)の式を満足することが好ましい。
電極を筒状にすることにより筒状の電極の外表面と内表面が利用できるので、外表面しか利用できない棒状電極に比べ、放電に利用できる電極の有効放電表面積Sが大きくでき、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。また、筒状電極とガラス管の内面との隙間距離の関係を、筒状電極の外径d(mm)がガラス管の内径D(mm)に対してd≧D−0.4(mm)として構成にすることにより、グロー放電は筒状電極の外表面には周り込まず、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われるので、筒状電極のホロー効果が得られ、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。
なお、上記電極の有効放電表面積Sとは、実際に放電が起こっている部分の電極表面積を意味し、例えば、筒状電極の場合には、(i)筒状電極の内表面の面積のみ、または、(ii)筒状電極の内表面の面積と外表面の面積の両方、のいずれかを意味する。すなわち、ガラス管の内径と筒状電極の外径との隙間が広くなると、筒状電極の内表面及び外表面の両面で放電が発生することになる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプの非調光点灯時における上記単位有効放電表面積当りの電流密度I/Sが、1.5(mA/mm2)以下であることが好ましい。
これにより、電極部のランプ表面温度を液晶の動作に影響を与える100℃以下に抑制できるという作用が発揮されるので、低圧放電ランプを安定した電流密度領域で使用できる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記低圧放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動(PWM駆動)で使用され、かつ実効値ランプ電流Iは電流ピークでの値であることが好ましい。
これにより、液晶画面の高画質化を目的とするピーク電流が大電流となるPWM駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記ガラス管の肉厚tが、0.15mm≦t≦0.20mmの範囲にあることが好ましい。
ガラス管の肉厚を上記範囲にすることにより、従来に比べてガラス管の外表面積が減少するので、低圧放電ランプを大電流で放電してもランプからの放熱が抑制され、水銀蒸気圧の低下を防止できるので、ランプの寿命性能も向上する。
また、本発明のバックライト装置の一例は、上記低圧放電ランプを装着したことを特徴とする。
これにより、大電流化や薄型化に適した液晶機器のバックライト装置を得ることができると共に寿命改善効果を増すことができる。
また、上記実施の形態で示された低圧放電ランプを薄型・小形化された液晶ディスプレイ等の装置に装着することによって、小形、大電流密度による高輝度、長寿命のバックライト装置が実現できる。
さらに、上記構成によれば、液晶画面の高画質化を目的とする大電流動作のPWM駆動による高周波点灯でも電極がスパッタリングに耐えうるので、安定した低圧放電ランプの寿命特性を得ることができる。
次に、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
図1は、本発明の低圧放電ランプの一例を示す断面図である。図1において、冷陰極蛍光ランプからなる低圧放電ランプ1は、コバールガラス、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、その他の材料よりなり、管内径が1〜5mmの範囲で、任意の管長を有するガラス管2内に、所定の水銀やアルゴン、ネオン等の希ガスを封入し、管端に冷陰極からなる一対の電極3を備えると共にガラス管2の内側面に蛍光体4を被着した構成となっている。電極3は内部導入線5を介してガラス管2の外部と接続されている。
電極3は、ニオビウム、タンタル、その他のIV〜VI族の遷移金属よりなり、有底筒状、無底筒状、帽状、棒状等の形状とすることができる。
蛍光体4は、図1に示すようにガラス管2の内側面の全面に被着してもよいが、少なくとも一対の電極3の間隔Uに対応するガラス管2の内側面には被着することが必要である。
上記低圧放電ランプは、前述のとおり陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、α≦J=I/(S・P2)≦1.5αを満足する構成となっている。
図2は、図1に示した低圧放電ランプの要部拡大断面図である。本実施形態の低圧放電ランプは、電極3の外径d(mm)とガラス管2の内径D(mm)との関係を、d≧D−0.4(mm)にして両者間の隙間を小さくしているので、電極3が筒状の場合には、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無く、グロー放電は筒状電極3の内表面だけで行われ、陰極降下電圧の低下を得てホロー効果による低圧放電ランプの長寿命化が得られる。
また、電極3が図3または図4に示した形状の場合には、電極3の開口端部の外径d’(mm)とガラス管2の内径D(mm)との関係が、d’≧D−0.4(mm)の式を満足することが、上記と同様に好ましい。また、電極3が図5に示した形状の場合には、電極3の先端部近傍であって、ガラス管2に最近接する部分の外径d’’(mm)と、ガラス管2の内径D(mm)との関係が、d’’≧D−0.4(mm)の式を満足することが、上記と同様に好ましい。
さらに、電極3が筒状に形成されている場合、電極3の開口端部とガラス管2との最長距離Mが、0.2mm以下であると、電極3がガラス管2の側に多少傾いても、グロー放電が電極の外側の微小隙間に周り込むことが無い。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、上記電極3が有底筒状に形成され、かつ電極3の底部と、上記底部に対面するガラス管2の表面との距離Lが、0.2mm以下であることが好ましい。一般に有底筒状電極3の底部は、他の部分に比べて強度が弱い材質の内部導入線5により接合形成されているが、Lがこの範囲内であればグロー放電は電極の接合部には周り込まず、低圧放電ランプの寿命を延ばすことができる。ただし、L=0とすると、内部導入線5とガラス管2との封着時にガラス管2にクラックが生じるので、Lは少なくとも蛍光体膜厚に相当する0.05mmは必要である。
また、本実施形態の低圧放電ランプは、ガラス管の肉厚tが0.15mm≦t≦0.20mmの範囲にあるので、低圧放電ランプを大電流で放電しても、ランプからの放熱が抑制され、また、ランプの寿命性能も向上する。
次に、本発明の低圧放電ランプの一例について、実施例を用いて詳細に説明する。
先ず、ホウケイ酸ガラスよりなる管外径1.8mm、管内径1.4mm、管長約300mmのガラス管の内面に色温度5000Kの三波長域発光蛍光体を膜厚約20μmで被着し、図1の如き低圧放電ランプを作製した。
次に、図2に示されるような有底筒状のニオビウムよりなる外径1.1mm、内径0.9mm、長さ1.5mmの寸度の電極を形成し、内部導入線には外径0.6mmのタングステン線を用いて、内部導入線と筒状電極とは抵抗溶接により接続した。ガラス管内には1500μgの水銀と、95容量%のネオン、5容量%のアルゴンからなるネオン−アルゴン混合ガスとを封入して封入圧を種々変えて試作ランプに供した。
上記試作ランプグループを(a)として、比較のために電極材料をニッケルとし、他の条件を(a)と同等にした試作ランプグループ(b)を上記と同様に作製した。上記試作ランプグループ(a)、(b)の低圧放電ランプを、60kHzの高周波点灯によるパルス幅変調駆動(PWM駆動)により調光点灯して点灯実験を行った。この点灯に際しては、電極の電流密度I/Sを変えて点灯に供した。
上記点灯実験において、低圧放電ランプ内の希ガスの消耗程度を10000時間点灯時での測定により確認し、実験開始前の0時間時に比し希ガスの封入圧力が低下する低圧放電ランプを、各々縦軸に電極の電流密度(I/S)、横軸に希ガスの封入圧力(P)としてプロットし、図6に示す希ガス消耗境界曲線を得た。
その結果、図6に示すように試作ランプグループ(a)は曲線(A)、試作ランプグループ(b)は境界曲線(B)となり、各々の曲線(A)、(B)を境界にして異常グロー放電領域が左側、正規グロー放電領域が右側の領域となる。図6によれば、ニッケル電極を用いた試作ランプグループ(b)の異常グロー放電領域と正規グロー放電領域との境界曲線(B)(しきい値)に比し、ニオビウム電極を用いた試作ランプグループ(a)の境界曲線(A)は、同一封入圧力の場合に電流密度が大きい方向側へシフトしており、電極をニッケル製の寸度に比し小形化、ランプ管径を細管径化しても正規グロー放電から異常グロー放電への移行が抑制され、ランプ寿命を長期間維持できることが確認できる。
従って、低圧放電ランプにおいて、ニッケル電極に比し細管径化、小形電極化を達成するためには、正規グロー放電と異常グロー放電との境界曲線(A)と境界曲線(B)とで囲む範囲の正規グロー放電領域を確保することが必要である。
次に、上記試作ランプグループ(a)のみを封入ガスのアルゴン、ネオンの組成比を変えて試作ランプを製作して試作ランプグループ(c)として、点灯実験を行って陰極グロー放電密度(J)を確認したところ、前述の下記式を満足することにより電極スパッタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電が持続でき、光束劣化も少なく、長寿命(50000時間)を確保でき、寿命末期まで始動性も良好であった。
式:α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
〔α=(90.5A+3.4N)×10-3〕
ここで、上記式の上限1.5αが図6の境界曲線(A)に対応し、上記式の下限αが同じく境界曲線(B)に対応する。
〔α=(90.5A+3.4N)×10-3〕
ここで、上記式の上限1.5αが図6の境界曲線(A)に対応し、上記式の下限αが同じく境界曲線(B)に対応する。
上記実験において、陰極グロー放電密度(J)が上記式のα未満の場合には、ニッケル電極においても寿命特性を満足できるので、本発明の優位性は電極の小形化が多少可能な点のみとなり、特に実用上のメリットがないことが確認された。
また、Jが1.5αを越えた場合には、低圧放電ランプ点灯中に封入ガスが電極のスパッタリング物質に閉じ込められるため、低圧放電ランプ中の封入ガス圧が低下する現象が発生した。この場合、封入ガスの圧力が低下することによりスパッタリングが更に強くなるため、所望の寿命確保が困難であることが確認された。
次に、電極の形状を図2の如くした上記試作ランプグループ(a)とは別の形状、すなわち図7に示すような帽状電極6を電極棒7に挿入して試作ランプグループ(d)を種々の条件に合わせて製作し、陰極グロー放電密度(J)の確認を行った。なお、前記試作ランプグループ(d)は電極の形状以外は試作ランプグループ(c)と同じ構成とした。なお、帽状電極6の外径r1は0.9mm、長さlは2.5mmとし、電極棒7の直径r2は0.6mmとした。
上記確認の結果、試作ランプグループ(d)の陰極グロー放電密度(J)は、試作ランプグループ(c)の実験結果と同様に、式:α≦J=I/(S・P2)≦1.5αを満足する低圧放電ランプは電極スッパタリング増による希ガス消耗も発生せず、正規グロー放電を維持して光束劣化も少なく、長寿命(40000時間)を確保できた。また、寿命末期まで始動性も良好であった。逆に、上記式を満足しない低圧放電ランプは電極スパッタリングによる封入ガス消耗に起因する短寿命や大きい光束劣化や始動不良等を生じ、実用上問題があった。
上記実験を踏まえて電極材料として、ニオビウム以外の材料としてタンタル及びモリブデンを用いて、試作ランプグループ(c)と同様の仕様でタンタル電極を用いた試作ランプグループ(e)とモリブデン電極を用いた試作ランプグループ(f)の各低圧放電ランプを作製した。続いて、陰極グロー放電密度(J)の確認を行ったところ、試作ランプグループ(e)と(f)は何れも試作ランプグループ(c)と同様に、式:α≦J=I/(S・P2)≦1.5αを満足するものは、電極スパッタによる早期封入ガスの消耗が発生することはなく、長寿命(50000時間)を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。逆に上記式を満足しない低圧放電ランプは、電極スパッタリング増により短寿命や早期光束劣化や始動困難等を生じ、実用上問題があった。
次に、電極の外径について、図2の如き有底筒状の電極の外径dとガラス管の内径Dとの関係を確認するために、電極の外径dのみを種々変えて他の条件は全て試作ランプグループ(a)と同等にして試作ランプグループ(g)を作製して特性を確認した。
この結果、電極の外径dとガラス管の内径Dとの関係がd≧D−0.4(mm)を満足するものは、放電が筒状電極の外側に移行し難い程度に筒状電極と管内壁との間隔が狭い寸度に形成されているので、点灯中の放電が筒状電極の内面を主体に進行し、グロー放電は筒状電極の内表面でのみ行われ、筒状電極のホロー効果による陰極降下電圧の低減とスパッタリング材料の再利用効果が得られ、低圧放電ランプの長寿命(70000時間以上)を維持でき、始動特性も変わらず光束劣化も少なかった。
逆に、d<D−0.4(mm)の場合には、グロー放電の一部が筒状電極の外面でも行われるため、一部のスパッタリング材料の再利用効果が得られず、50000時間以上の長寿命には適さないことを確認した。
次に、ガラス管の内径5mm、外径6mm、管長500mmの低圧放電ランプとして試作ランプグループ(h−1)と、ガラス管の内径6mm、外径7mm、管長500mmの低圧放電ランプとして試作ランプグループ(h−2)を電極の寸度以外は試作ランプグループ(a)と同等の条件で試作して特性を確認した。
電極は図2の如き有底筒状とし、内径2.5mm、外径3mm、長さ3mmのものを両試作ランプグループに用いてそれぞれの特性を確認した結果、両者とも寿命特性には問題は無く、実用上支障はなかった。
しかし、試作ランプグループ(h−2)は(h−1)に比しガラス管の内径が大きいために低圧放電ランプの表面温度が5℃程度低くなった。この表面温度の低下に伴い、低圧放電ランプ内の水銀蒸気圧が最適値より低くなるため、低圧放電ランプ点灯中の全光束は試作ランプグループ(h−2)が(h−1)に比して10%低くなり、液晶画面に必要な光束が得られず、初期光束特性はガラス管の内径が5mmよりも大きいものでは満足できないことが明らかとなった。
なお、上記種々の実験結果に基づき、小形電極を有する細管径の低圧放電ランプにおける異常グロー放電の防止に関して、封入希ガスの組成を変化させて試作ランプグループ(i)を作製したところ、アルゴンがネオン中に3〜10容積%の範囲に含まれる低圧放電ランプの場合には、40〜100kHz程度の正弦波点灯において十分に長寿命化を果たすことができることを確認した。
すなわち、封入ガス中のアルゴンが多過ぎる細管径のランプでは、電子の温度上昇が少なくなるのでネオンを増してランプ内の電子の温度を上昇せしめて発光光束を向上できる。また、アルゴンが皆無であれば、低圧放電ランプの点灯直後の発光色がネオンを主体とした赤色発光となり、特に低温下では上記赤色放電が数分間持続するため実用には適さない。
次に、上記各種の試作ランプグループ(a)〜(i)を用いた実験により得た実用上支障のない低圧放電ランプを超薄型の液晶バックライト表示システムを有するバックライト装置に装着したところ、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献できた。
ガラス管内に1500μgの水銀と、95容量%のネオン、3容量%のアルゴン、2容量%のクリプトンからなるネオン−アルゴン−クリプトン混合ガスとを封入した以外は、実施例1〜実施例6と同様にして低圧放電ランプを作製した。その結果、前述のα=(90.5A+3.4N+24.3K)×10-3の関係が成立する以外は、実施例1〜実施例6と同様の結果となった。
上述の本発明の低圧放電ランプは、発明の実施の形態や実施例に述べた、材料、寸度、形状等に限定されることなく、任意の内容を選択できるものである。例えば、ガラス管の材料も実施例に述べた以外のコバールガラスを含む各種ガラス等の材料を用いても十分に効果を得ることができるものである。また、電極の形状も任意に選択できるものである。
以上のように本発明は、大電流域も含む広範囲の電流領域での小形低圧放電ランプにおける早期封入ガス消耗を抑制して、小形電極を用いても高輝度、長寿命を実現でき、バックライト装置の小形薄型化、高輝度化、長寿命化に貢献でき、その工業的価値は大きい。
1 低圧放電ランプ
2 ガラス管
3 電極
4 蛍光体
5 内部導入線
6 帽状電極
7 電極棒
2 ガラス管
3 電極
4 蛍光体
5 内部導入線
6 帽状電極
7 電極棒
Claims (10)
- 管内径が1〜5mmの範囲にあるガラス管と、前記ガラス管内の端部に配置された一対の電極とを含み、
前記電極は、IV〜VI族の遷移金属から選ばれた少なくとも1種類の遷移金属を含み、
前記ガラス管の内部には、水銀及び、アルゴンとネオンとを含む希ガスが封入された冷陰極放電ランプであって、
前記冷陰極放電ランプの陰極グロー放電密度(換算電流密度)Jと封入希ガス組成指数αとの関係が、下記式
α≦J=I/(S・P2)≦1.5α
(但し、Jは電極の単位有効放電表面積当りの電流密度を希ガスの封入圧力Pの2乗で割った値、Sは電極の有効放電表面積(mm2)、Iは実効値ランプ電流(mA)、Pは封入希ガスの圧力(kPa)、αは封入希ガス組成指数であってアルゴンの組成比Aとネオンの組成比Nとの総和をA+N=1としたときα=(90.5A+3.4N)×10-3で表される定数)を満足することを特徴とする冷陰極放電ランプ。 - 前記電極が、ニオビウム及びタンタルから選ばれた少なくとも1種類の金属を主成分として含む請求項1に記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の外径d(mm)と前記ガラス管の内径D(mm)との関係が、d≧D−0.4(mm)の式を満足する請求項1または2に記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部の外径d(mm)と前記ガラス管の内径D(mm)との関係が、d≧D−0.4(mm)の式を満足する請求項1〜3のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記電極が筒状に形成され、かつ前記電極の開口端部と、前記ガラス管との最長距離Mが、0.2mm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記電極が有底筒状に形成され、かつ前記電極の底部と、前記底部に対面する前記ガラス管の表面との距離Lが、0.2mm以下である請求項1〜5のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記冷陰極放電ランプの非調光点灯時における前記単位有効放電表面積当りの電流密度I/Sが、1.5(mA/mm2)以下である請求項1〜6のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記冷陰極放電ランプが、調光点灯に際し、高周波点灯によるパルス幅変調駆動(PWM駆動)で使用され、かつ実効値ランプ電流Iは電流ピークでの値である請求項1〜7のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 前記ガラス管の肉厚tが、0.15mm≦t≦0.20mmの範囲にある請求項1〜8のいずれかに記載の冷陰極放電ランプ。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の冷陰極放電ランプを装着したことを特徴とするバックライト装置。
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