JP2009187828A - 冷陰極蛍光放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタ現象の発生量を低減させて冷陰極蛍光放電ランプにおける放電開始時間を短縮させ、且つ安定した放電が長時間に亘って維持させることによって高輝度、長寿命と共に暗黒始動特性を向上させ、品質及び信頼性の高い冷陰極蛍光放電ランプ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】冷陰極蛍光放電ランプ１は、カップ状電極２の内外壁にジルコニウム酸セシウム膜１０が被着形成され、且つカップ状電極３の近傍の蛍光体膜４上にジルコニウム酸セシウム膜１０を活性化させたセシウム膜１１が被着形成されることにより、点灯中にカップ状電極３の内壁面での電子放出性が変わり、ジルコニウム酸セシウム膜１０への接触性が拡大するので、カップ状電極３を構成するニッケル材のスパッタ発生が減少する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶モニタ及び液晶テレビ等の液晶ディスプレイ用バックライト装置の光源として適用される冷陰極蛍光放電ランプに係わり、特に透光性ガラス管の両端内部に対向して封入配置され、且つ電極本体の内外壁に放電誘発膜が被着形成されたカップ状電極の電極構造及びその製造方法に関するものである。

冷陰極蛍光放電ランプは、薄型、軽量、長寿命の面からパーソナルコンピュータにおけるモバイル用途やホームユースにおける据え置き型用途のディスプレイのバックライトユニットとして広く用いられている。

この冷陰極蛍光放電ランプは、透光性ガラス管の内面に蛍光体膜が形成され、このガラス管の内部に対向電極として冷陰極が用いられ、管内部にネオン・アルゴン混合ガス（不活性ガスとも称される）と微量の水銀とが封入されて管両端内の対向電極間に高電圧を印加することにより発光する。

近年では、冷陰極蛍光放電ランプは、全長（管長）が拡張され、大画面用のＴＶのバックライト光源として多く用いられてきた。この冷陰極蛍光放電ランプは、バックライトユニットの中で使用する場合、外来光の全く届き難い環境下で使用されるので、バックライトユニットに用いられる冷陰極蛍光放電ランプは、高輝度、長寿命と共に暗黒始動特性の改善が必須要件となっている。

このような課題を解決した冷陰極蛍光放電ランプの一例としては、管状バルブの両端内側のリード線にジルコニウムを材質とする円筒形状の電極を装着し、この電極の内壁のみに酸化セシウムを付着させる構造とすることにより、ニッケルよりも仕事関数が小さく、ゲッタ作用を持っているジルコニウムの働きで電極壁の穴あき発生とスネーク放電の発生とを防止し、酸化セシウムの付着を電極の内壁のみとしたことで、ランプ内壁の黒化を防止して寿命と品質とを向上させた電極構造が下記特許文献１に開示されている。

特開２００２−１７５７７５号公報

ニッケルを材質とするカップ状電極がガラス管内の両端部に対向配置された冷陰極蛍光放電ランプは、対向するカップ状電極から放出された二次電子を水銀が受け取り、紫外線を放出して発光する。このカップ状電極の内壁側では、電離したネオン・アルゴン混合ガスがカップ状電極に衝突し、カップ状電極のカップ内壁側でスパッタ現象が発生する。

しかしながら、カップ状電極からのスパッタが多量に発生すると、電力を導入するリード線の先端部とカップ状電極の底面との溶接部分の溶着強度が低下し、結果として、カップ状電極の脱落に至ることから、スパッタ発生量の低減が必要不可欠であるという課題があった。

また、この種の冷陰極蛍光放電ランプでは、その放電開始時間（放電始動時間）の短縮化が要求されており、特に暗黒中での放電始動に要する時間に遅れが生じるという問題があった。一般的にニッケル材からなる電極の一部をガラス管の内面にスパッタさせると、このスパッタ膜から誘発される電子が放電始動時間を短縮するという効果が知られている。

カップ状電極を採用した場合、その電極の外径（特に開口部の外径）をガラス管の内径に対して小さくすると、その電極材料のガラス管内壁へのスパッタが促進される。しかし、電極材料のスパッタは電極自体を磨耗させるために電極の寿命を短縮させる。また、エージング工程によりスパッタ膜を形成しても、これによる放電始動時間の短縮は充分とは言えなかった。

なお、この暗黒始動とは、冷陰極蛍光放電ランプはバックライトユニットに組み込まれ、暗黒（暗闇）状態で放置した後、周囲が暗い状態のままで点灯装置のスイッチをオンさせても、点灯までに時間を要することを言う。

また、この種の冷陰極蛍光放電ランプでは、点灯中に微量に発生するガス体により、放電の形状が変わり、蛇行またはスパイラルを描く様なちらつき点灯（放電状態が蛇のように揺らぐ現象）が発生し、冷陰極蛍光放電ランプの品質を著しく低下させるという問題があった。このちらつき点灯は、冷陰極蛍光放電ランプの全長（管長）が長くなるのに伴ってその発生が顕著となる傾向があった。

したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スパッタ現象の発生量を低減させて冷陰極蛍光放電ランプにおける放電開始時間を短縮して電源投入に対して瞬時（暗黒中に放電開始が約１ｍＳ（ミリ・秒）以下で点灯可能とし、且つ安定した放電が長時間に亘って維持させることによって高輝度、長寿命と共に暗黒始動特性を向上させ、品質及び信頼性の高い冷陰極蛍光放電ランプ及びその製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明による冷陰極蛍光放電ランプは、内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、このガラス管の両端部に対向して封入配置された一対のカップ状電極と、このカップ状電極に一端が接続され他端がガラス管外に気密封止してガラス管外に導出された一対の電力導入線と、ガラス管の内面に形成された蛍光体層とを備えた冷陰極蛍光放電ランプにおいて、カップ状電極の内外壁にセシウム化合物膜が被着形成され、且つ当該カップ状電極の近傍の蛍光体膜上にセシウム化合物膜を活性化させたセシウム膜が被着形成されることにより、点灯中におけるカップ状電極の内壁面での電子放出特性が変わり、セシウム化合物膜への接触性が拡大することにより、カップ状電極のスパッタの発生が減少するので、背景技術の課題を解決することができる。

本発明による他の冷陰極蛍光放電ランプは、好ましくは、上記構成において、セシウム化合物膜はジルコニウム酸セシウム膜であることを特徴としている。

本発明による他の冷陰極蛍光放電ランプは、好ましくは、上記構成において、セシウム化合物膜は、ジルコニウム酸セシウムにセシウム化合物を混合した混合セシウム化合物膜であることを特徴としている。

本発明による他の冷陰極蛍光放電ランプは、好ましくは、上記構成において、カップ状電極は、純正ニッケル材の成形体により形成されていることを特徴としている。

本発明による冷陰極蛍光放電ランプの製造方法は、内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、このガラス管の両端部に対向して封入配置された一対のカップ状電極と、このカップ状電極に一端が接続され他端がガラス管外に気密封止してガラス管外に導出された一対の電力導入線と、ガラス管の内面に形成された蛍光体層とを備え、カップ状電極の内外壁にセシウム化合物を塗布し、加熱乾燥して付着させた後に活性化処理を施して当該カップ状電極の内外壁にセシウム化合物膜を被着形成するとともに、当該カップ状電極の近傍の蛍光体膜上にセシウム膜を被着形成することにより、セシウム膜の生成により、カップ状電極の活性化条件により一定の生成率とすることができ、また、セシウム膜の生成量による暗黒始動特性への影響度を定量的に把握することができるので、背景技術の課題を解決することができる。

本発明による他の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法は、好ましくは、上記方法において、セシウム化合物は、ジルコニウム酸セシウム膜であることを特徴としている。

本発明による他の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法は、好ましくは、上記方法において、セシウム化合物膜は、ジルコニウム酸セシウムにセシウム化合物を混合した混合セシウム化合物膜であることを特徴としている。

なお、本発明は、上記構成及びその方法に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

本発明によれば、内壁面に蛍光体膜が形成された透光性ガラス管の両端部に対向して封入配置された一対のカップ状電極の内外壁にセシウム化合物膜を付着し、プロセス中の活性化により、セシウム化合物膜と必要量のセシウム膜とにすることにより、カップ状電極の構成材料であるニッケル（4.84eV）に比べ、仕事関数がジルコニウム（3.84eV），セシウム（2.14eV）と低いので、点灯中にカップ状電極の内壁面での電子放出性が変わり、セシウム化合物膜への接触性が拡大する。これにより、カップ状電極をニッケルのみの材質にした場合に比べ、ニッケル材のスパッタ発生量が減少するので、寿命改善効果が得られる。

また、本発明によればセシウム化合物膜の必要量をセシウム膜にすることにより、暗黒始動特性の対策が可能となり、品質改善効果が得られる。また、必要量の生成ができない場合は、低温度分解性のセシウム化合物を混合させることにより、必要量の確保及びその把握が可能となるという効果が得られる。

また、本発明によれば、セシウム化合物膜をセシウム膜へ活性化を行った際に同時に酸化ジルコニウムが生成されることにより、点灯中に微量発生するガス体をゲッタ効果として吸着させ、放電のちらつき発生を抑える品質改善効果が得られる。

また、本発明による冷陰極蛍光放電ランプの製造方法によれば、高輝度、長寿命とともに暗黒始動特性が改善された高品位の冷陰極蛍光放電ランプを容易に製作することができるという極めて優れた効果が得られる。

したがって、本発明によれば、高輝度、長寿命とともに、暗黒始動特性が改善された高品位の冷陰極蛍光放電ランプが実現可能となるという極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例による冷陰極蛍光放電ランプの全体構成を示す要部断面図であり、図２は図１の冷陰極蛍光放電ランプの一端側の電極周辺部の構成を示す要部拡大断面図であり、この図２では、例えば高電圧側を示してある。

図１及び図２において、この冷陰極蛍光放電ランプ１は、透光性絶縁材料からなるガラス管２の両端内部に一対のカップ状電極３が対向して封入配設され、さらにガラス管２内を所定の真空度に排気した後に不活性ガスとしてネオン−アルゴン（Ｎｅ−Ａｒ）混合ガスと水銀とがそれぞれ所定量封入されて構成されている。また、このガラス管２の内壁面には膜状の蛍光体膜４が被着形成されている。

この冷陰極蛍光放電ランプ１は、そのガラス管２本体の肉厚が例えば数１００μｍ程度に対してガラス管２の両端部の肉厚が約２００μｍ〜３００μｍ程度で形成されている。また、ガラス管２の外径は、例えば約２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、内径は約２．０〜２．４ｍｍ程度であり、その全長（管長）は表示パネルの大きさに対応して約３００ｍｍ〜８００ｍｍ程度の大きさで形成される。

また、この一対のカップ状電極３は、例えば純正のニッケル材をプレス成形法によりカップ状に形成され、その対向する両先端開口部は主放電領域に向き、その後端部にはガラスの熱膨張率に近似する例えばニッケル−コバルト−鉄合金などからなるインナーリード５を突き合わせて溶接部６で例えば抵抗溶接法またはレーザ溶接法等により接合されて電気的に接続されている。

また、このインナーリード５は、ガラスビーズ７に支持されてガラス管２に内外部を気密状態に封着されている。ガラスビーズ７は、ガラス管２の両端部に溶着させてガラス管２を封止切りし、外部に突出した一対のインナーリード５には電力導入線として例えばニッケル材等からなるアウターリード８を突き合わせて溶接部９で例えばレーザ溶接法等により接合されて電気的に接続されている。この一対のアウターリード８には、図示しない電源回路（一般にインバータ点灯回路）に接続されて対向するカップ状電極３間に所定の点灯電力が供給される。

また、このガラス管２内に対向して封入されたカップ状電極３には開口端側の内外壁面にセシウム化合物として例えばジルコニウム酸セシウム膜１０が被着形成されている。さらにこのカップ状電極３の開口端近傍の蛍光体膜４上には暗黒始動特性の改善に必要とするセシウム膜１１が約３ｍｍ程度の長さ（幅）で被着形成されている。

ここで、セシウム化合物は、酸化セシウム（Cs₂O）＋酸化ジルコニウム（ZrO₂）のような酸化物同士が合成された混合体を使用する。金属セシウム単体では、融点が約２８．５℃と略常温で液体の状態であるので、取り扱いが困難であることから、化合物の形態で使用する。また、セシウム化合物は、その安定性により、活性化エネルギーの必要量を変えることができることから、適宜用いられる。

これらのジルコニウム酸セシウム膜１０及びセシウム膜１１の成膜方法としては、最初に冷陰極蛍光放電ランプ１を製造する以前に予め水溶液にジルコニウム酸セシウムを溶解してカップ状電極３の開口端側の内外壁面に塗布し、高周波加熱等により加熱乾燥して付着させる。その後、冷陰極蛍光放電ランプ１の製造工程にてジルコニウム酸セシウムを活性化させてセシウム（一部、中間物質として酸化セシウム）を生成する。

活性化後に生成されたセシウム及び中間物質である酸化セシウムは、その後のエージング工程により電極近傍の蛍光体膜４上に移動して付着し、セシウム膜１１として被着形成される。このセシウム膜１１の生成は、カップ状電極３の活性化条件により一定の生成率とすることができる。また、カップ状電極３の内外壁にはジルコニウム酸セシウムがジルコニウム酸セシウム膜１０として残存することになる。

つまり、これらのプロセスについて反応式を用いて説明すると、次のようになる。先ずカップ状電極３の開口端側の内外壁面に塗布し、加熱乾燥して付着させたジルコニウム酸セシウム（Cs₂ZrO₃）は、約４００℃程度の熱エネルギーEが付与されて活性化されると、
Cs₂ZrO₃(100％)＋E→Cs₂O(12.1％)＋ZrO₂(12.1％)＋Cs₂ZrO₃(87.9％)
となる。なお、括弧内の数値は配合比率を示している。

ここで、活性化された酸化セシウム（Cs₂O）は、２Cs₂O＋E→４Cs＋０₂となって金属セシウム（Cs）に活性化されて暗黒始動特性を向上させるセシウム膜１１となる。また、酸素（O₂）はガス化されて除去される。

また、活性化された酸化ジルコニウム（ZrO₂）は、さらに熱エネルギーEの付与により、
ZrO₂＋E→Zr＋O₂
となって金属ジルコニウム（Zr）に活性化され、酸素（O₂）はガス化されて除去される。ここで活性化された金属ジルコニウム（Zr）は、ガス吸着材（ゲッタ）として使用される。

また、活性化されたジルコニウム酸セシウム（Cs₂ZrO₃）は、その大部分がカップ状電極３の内外壁に残存し、ジルコニウム酸セシウム膜１０となる。このジルコニウム酸セシウム膜１０は、暗黒始動特性を向上させるとともに、陰極降下電圧を下げ、カップ状電極３を構成するニッケル比で省エネルギー化に寄与される。

また、このようにして構成された冷陰極蛍光放電ランプ１は、ニッケルを材質とするカップ状電極３の内外壁にジルコニウム酸セシウム膜１０を被着形成したことにより、周囲の環境が約０．１ルクスという冷陰極蛍光放電ランプ１内のネオンとアルゴンとの混合ガスが僅かに電離できる条件下でも、仕事関数の低いセシウムの効果により、放電開始電圧が低減され、冷陰極蛍光放電ランプ１を瞬間点灯し易くすることができる。

ここで、カップ状電極５の内外壁に被着されるジルコニウム酸セシウム膜１０の被着量が少ないと、暗黒始動特性を満足できない問題があり、逆にジルコニウム酸セシウム膜１０の被着量を多くすると、ジルコニウム酸セシウム膜１０が剥がれ、ガラス管２内に異物として残存してしまうという問題が生じる。

また、ジルコニウム酸セシウム膜１０は、安定した特性を有しておらず、真空中となっているガラス管２内を移動し易い。このために暗黒始動特性を得るためにセシウム量の制御が必要となる。

また、ジルコニウム酸セシウム膜１０は、カップ状電極３の内外壁に被着形成させた後に高周波加熱などにより活性化させることにより、セシウム（一部、中間物質として酸化セシウム）を生成する。そして、セシウム及び中間物質である酸化セシウムをエージングによりカップ状電極３の近傍の蛍光体膜４上に移動及び付着させてセシウム膜１１を成膜させる。このセシウム膜１１の生成は、カップ状電極３の活性化条件により一定の生成率とすることができる。

ここで、プロセスによっては、所定の活性化条件が得られない場合が発生する。この場合には、ジルコニウム酸セシウム膜１０として水酸化セシウム、炭酸セシウム等の低温度分解性を有するセシウム化合物膜を用いることにより、活性化条件を容易にすることができる。また、予め低温度分解性を有するセシウム化合物の分量を決めておくことにより、活性されたセシウムの量による暗黒始動特性への影響度を定量把握することができる。

カップ状電極３の内壁面は、上述したようにカップ状電極３を長寿命化することに用いるため、可能な限りカップ状電極３の外壁面に付着させたジルコニウム酸セシウムを用いることが望ましい。カップ状電極３の内外壁に付着させたジルコニウム酸セシウム膜１０のうち、外壁面に存在するジルコニウム酸セシウム膜１０に対して高周波加熱等を行い易い形態にすることができる。

また、カップ状電極３内外壁面に付着させたジルコニウム酸セシウム膜１０の活性化により、生成したセシウム（一部、中間物質として酸化セシウム）に結合していたジルコニウム酸セシウム中の酸化ジルコニウムも生成する。この酸化ジルコニウムは、温度に対して安定した特性を持ち、点灯中にカップ状電極３が加熱されることにより、常にゲッタ効果を発揮し、点灯中に発生する不純ガスを吸着させ、ちらつき現象の発生を防止することができる。

なお、前述した実施例において、セシウム化合物は、プロセス中に分解（活性化）させて使用した場合について説明したが、ジルコニウム酸セシウム(Cs₂ZrO₃)に約４００℃の熱エネルギーEを加えた場合、分解（活性化）は以下に示す割合となる。
Cs₂ZrO₃(100％)＋E→Cs₂O(12.1％)＋ZrO₂(12.1％)＋Cs₂ZrO₃(87.9％)

また、これに対して暗黒始動特性を得る目的としてジルコニウム酸セシウム(Cs₂ZrO₃)に酸化セシウム(Cs₂O)を加えると、以下に示す割合となる。例えばジルコニウム酸セシウム(Cs₂ZrO₃)：酸化セシウム(Cs₂O)＝１：０．５の配合比率では、
Cs₂ZrO₃(100％)＋Cs₂O(50％)＋E→Cs₂O(62.1％)＋ZrO₂(12.1％)＋Cs₂ZrO₃(87.9％)
となる。なお、式中の右辺Cs₂O(62.1％)の反応については上記同様となる。

本発明による冷陰極蛍光放電ランプの一実施例を示す全体構成の要部拡大断面図である。 図１の電極周辺部の構成を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・冷陰極蛍光放電ランプ、２・・・透光性ガラス管、３・・・カップ状電極、４・・・蛍光体膜、５・・・インナーリード、６・・・溶接部、７・・・ガラスビーズ、８・・・アウターリード、９・・・溶接部、１０・・・ジルコニウム酸セシウム膜、１１・・・セシウム膜。

Claims (9)

1. 内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、
   前記ガラス管の両端部に対向して封入配置された一対のカップ状電極と、
   前記カップ状電極に一端が接続され他端が前記ガラス管外に気密封止して前記ガラス管外に導出された一対の電力導入線と、
   前記ガラス管の内面に形成された蛍光体層と、
   を備えた冷陰極蛍光放電ランプにおいて、
   前記カップ状電極の内外壁にセシウム化合物膜が被着形成され、且つ当該カップ状電極の近傍の前記蛍光体膜上に前記セシウム化合物膜を活性化させたセシウム膜が形成されていることを特徴とする冷陰極蛍光放電ランプ。
2. 前記セシウム化合物膜は、ジルコニウム酸セシウム膜であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光放電ランプ。
3. 前記セシウム化合物膜は、ジルコニウム酸セシウムにセシウム化合物を混合した混合セシウム化合物膜であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光放電ランプ。
4. 前記カップ状電極は、純正ニッケル材の成形体により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷陰極蛍光放電ランプ。
5. 内部に希ガス及び水銀が封入された透光性のガラス管と、
   前記ガラス管の両端部に対向して封入配置された一対のカップ状電極と、
   前記カップ状電極に一端が接続され他端が前記ガラス管外に気密封止して前記ガラス管外に導出された一対の電力導入線と、
   前記ガラス管の内面に形成された蛍光体層と、
   を備えた冷陰極蛍光放電ランプの製造方法において、
   前記カップ状電極の内外壁にセシウム化合物を塗布し、加熱乾燥して付着させた後に活性化処理を施して当該カップ状電極の内外壁にセシウム化合物膜を被着形成するとともに、当該カップ状電極の近傍の前記蛍光体膜上にセシウム膜を被着形成したことを特徴とする冷陰極蛍光放電ランプの製造方法。
6. 前記セシウム化合物は、ジルコニウム酸セシウムであることを特徴とする請求項５に記載の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法。
7. 前記セシウム化合物は、ジルコニウム酸セシウムにセシウム化合物を混合した混合セシウム化合物であることを特徴とする請求項５に記載の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法。
8. 前記カップ状電極は、純正ニッケル材の成形体により形成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れかに記載の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法。
9. 前記加熱は、高周波加熱であることを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れかに記載の冷陰極蛍光放電ランプの製造方法。

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