JP2010232168A - 冷陰極放電ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス圧を低く設定した場合において、寿命特性を改善した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が形成されたガラスバルブ１と、放電空間１１に封入された、ネオン−アルゴンなどの希ガスを含む放電媒体と、放電空間１１に設けられた電極３３とを具備する冷陰極放電ランプにおいて、希ガスの圧力は２５ｔｏｒｒ以下であり、電極３３はニッケルで構成されていることを特徴とする。なお、電極３３はカップ状で、その内表面積は９２ｍｍ^２以上とし、１０ｍＡ以上の管電流が供給されるのが望ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶テレビやノートパソコンのバックライトの光源などに用いられる冷陰極放電ランプに関する。

現在、バックライトに用いられる光源は、冷陰極放電ランプが主流である。冷陰極放電ランプは、例えば、特許文献１や特許文献２のように、ガラスバルブの内部に希ガスや水銀などの放電媒体が封入され、その内端部に一対の電極が配置された構造となっている。

このようなランプを搭載するバックライトでは、ランプ本数を低減することが求められている。しかし、ランプ本数を低減すると、バックライトの発光面から得られる輝度が低下してしまうため、ランプには従来以上の明るさが必要となっている。

特開２００８−１３０５０７号公報 特開２００２−３５８９２２号公報

そこで、一本あたりのランプの明るさを高めるために、ランプの希ガスの圧力（以下、ガス圧）を下げ、発光効率を向上させる試みがなされている。しかしながら、ランプのガス圧を低くすると、希ガスの絶対封入量が減少するため、ランプの寿命が低下し、実用的な寿命の確保が困難になるという問題が発生している。

本発明の目的は、ガス圧を低く設定した場合において、寿命特性を改善した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、本発明の冷陰極放電ランプは、内部に放電空間が形成されたガラスバルブと、前記放電空間に封入された希ガスを含む放電媒体と、前記放電空間に設けられた電極とを具備する冷陰極放電ランプにおいて、前記希ガスの圧力は２５ｔｏｒｒ以下であり、前記電極はニッケルで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ガス圧を低く設定した場合において、寿命特性を改善することができる。

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。 電極にニッケルまたはモリブデンを使用した外径４．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの冷陰極放電ランプを管電流１２ｍＡで点灯した場合における、ガス圧とレディッシュ発生時間の関係について説明するための図。 電極にニッケルまたはモリブデンを使用した外径２．２ｍｍ、肉厚０．２ｍｍの冷陰極放電ランプを管電流７ｍＡで点灯した場合における、ガス圧とレディッシュ発生時間の関係について説明するための図。 管電流と全光束の関係について説明するための図。

（第１の実施の形態）
以下、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図である。

冷陰極放電ランプの容器は、例えば、硬質ガラスからなるガラスバルブ１で構成されている。ガラスバルブ１は両端部が密閉された細長い筒型の形状であり、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、水銀および希ガスからなる放電媒体が封入されている。ここで、希ガスとしてはネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの単体または混合ガスを用いることができ、そのガス圧は２５ｔｏｒｒ以下に設定されている。なお、ガス圧は、例えば、水中でガラスバルブ１の一部を破壊して放電空間１１内部のガスを収集、測量し、その後に放電空間１１の容積を測定することにより、算出することができる。ガラスバルブ１の内面には、少なくともランプの光放出領域を覆う範囲に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の両端には、電極マウント３が封着されている。この電極マウント３は、インナーリード３１、アウターリード３２、電極３３およびビーズ３４とで構成されている。

インナーリード３１は、例えば、コバール（ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏの合金）、モリブデンＭｏなどガラスバルブ１の熱膨張率に近い金属線であり、ガラスバルブ１に封着され、その一端は放電空間１１に、他端はガラスバルブ１の外部の空間に導出されている。

アウターリード３２は、例えば、ジュメット線（銅Ｃｕで被覆されたニッケルＮｉ線）などの導電性に優れた金属線であり、外部空間側のインナーリード３１に接続されている。

電極３３は、いわゆる冷陰極と呼ばれる電極であり、モリブデンやタングステンと比較して仕事関数が高い、ニッケルからなるカップ状の部材で構成されている。この電極３３を構成するニッケルは、純度１００％に限定されず、製造上回避できない不純物や多少の添加物を含んでいるニッケルも許容する。電極３３は、その開口がガラスバルブ１の中央側を向くように放電空間１１の両側に対向配置され、底部がインナーリード３１と接続されている。電極３３の側部とガラスバルブ１の内面との距離は、放電が主にカップの内表面で行われるよう、０．３０ｍｍ以下、望ましくは０．２０ｍｍ以下に設定されている。

ビーズ３４は、ガラスバルブ１と同じ材料からなるガラス玉であり、インナーリード３１の軸部材に形成され、ガラスバルブ１の両端部に気密封着されている。

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。

（実施例）
ガラスバルブ１；硼珪酸ガラス製、全長＝８３３．５ｍｍ、外径＝４．０ｍｍ、内径＝３．０ｍｍ、肉厚＝０．５ｍｍ、
放電媒体；水銀、ネオン９０％とアルゴン１０％の混合ガス＝２０ｔｏｒｒ（＝２．６７ｋＰａ）、混合ガス中のアルゴンの圧力＝２ｔｏｒｒ、
蛍光体層２；ＲＧＢ蛍光体で構成、
インナーリード３１；コバール製、直径＝１．０ｍｍ、
アウターリード３２；ジュメット製、直径＝０．６ｍｍ、
電極３３；ニッケル製のカップ状、全長Ｌ＝１０ｍｍ、底部厚み＝０．１２ｍｍ、側部外径＝２．７ｍｍ、側部内径＝２．５ｍｍ、内表面積＝８２．５ｍｍ^２、側部とガラスバルブ１の内面との距離＝０．１５ｍｍ。

この実施例のランプと、電極材料のみをモリブデンで構成したランプ（比較例）に点灯回路を接続し、１２ｍＡの管電流を供給したときのレディッシュ発生時間を比較した。ここで、レディッシュとは、アルゴンの消耗を原因とする、ネオンによる赤色系の発光現象のことであり、レディッシュ発生時間とはそのネオン発光が確認された時間のことである。点灯の結果、ニッケル電極のレディッシュ発生時間は約７５００時間であるのに対し、モリブデン電極のレディッシュ発生時間は約５０００時間であるので、ニッケル電極を用いた方がランプ寿命が長いことがわかった。なお、各１０本、同様のランプを作成し、試験を行ってもほぼ同様の結果であった。

レディッシュの発生原因は、上述のとおりアルゴンの消耗である。したがって、上記の結果はニッケル電極の方がモリブデン電極よりもアルゴン消耗が少ないことも示していることになる。しかし、アルゴンの消耗はスパッタが主な原因とされているから、特許文献１や特許文献２に記載のように、仕事関数が約５．１５ｅＶであるニッケル電極よりも仕事関数が低い、仕事関数が約４．２０ｅＶであるモリブデン電極の方がスパッタが抑制されてアルゴン消耗も少ないというのが一般的な常識である。つまり、常識に反した結果が得られたことになる。

そこで、発明者は低ガス圧領域ではニッケル電極の方がモリブデン電極よりも寿命特性が改善されるのではないかと予想し、ガス圧を変化させて同様の試験を行った。その結果を図２に示す。

結果からわかるように、ニッケル電極もモリブデン電極もガス圧が下がるほどレディッシュ発生時間が早くなっているが、それらの曲線は途中でクロスしている。そのクロス点Ｘは、そのガス圧前後で好適な材料が変化することを意味している。つまり、クロス点Ｘである２５ｔｏｒｒよりも高ガス圧領域では、従来どおり仕事関数の低いモリブデン電極の方がレディッシュが発生しにくく、２５ｔｏｒｒ以下では、ニッケル電極の方がレディッシュが発生しにくいことになる。

このような結果となった理由は定かではないが、電極内部へのガスの取り込み、いわゆるチャンネリング現象が関係しているものと考えられる。具体的には、ニッケルよりもモリブデンの方が金属の結晶構造が疎であるため、放電空間内の平均自由行程が長くなりイオンが加速される低ガス圧下においては、モリブデンでは電極内部へのガスの取り込みが顕著となり、放電空間中のガスが減少して早期にレディッシュが発生したと推測される。現に、点灯後の実施例と比較例の電極についてガス放出量の分析を行うと、比較例の電極のガス放出量は実施例の２倍程度であり、モリブデン電極には多くのガスが取り込まれていたことが確認されている。また、結晶構造がモリブデンと類似するタングステン（仕事関数＝約４．５０ｅＶ）やニオブ（仕事関数＝約４．０１ｅＶ）といった低仕事関数の材料の場合も同様に、低ガス圧下ではニッケル電極よりもレディッシュが早期に発生しやすくなる。

ここで、本発明は放電空間中の希ガスの消耗等を抑制できるため、アルゴンが封入されていないランプに限らず、長寿命のランプを実現することができる。ただし、本実施の形態のようなネオン−アルゴンのようにアルゴンを含む混合ガスであって、その混合ガス中のアルゴンの封入量が少ない、具体的には６ｔｏｒｒ以下、特に３ｔｏｒｒ以下であるようなランプはレディッシュが早期に発生しやすい傾向にあるので、本発明は特に有効である。

以上より、ガス圧が２５ｔｏｒｒ以下では、ニッケル電極を用いることで、寿命特性を改善することが可能となる。なお、現状では、実現可能なガス圧の下限値は１０ｔｏｒｒ程度であるが、図２の結果を見る限り本発明はそれ以下のガス圧でも効果を期待できる。また、図３に示すように、管電流を７ｍＡに低減しても、２５ｔｏｒｒ付近にクロス点Ｘが生じていることからすると、本発明は管電流にはほとんど関係なく適用することができるといえる。ここで、図３の試験は、図２よりも低電流で行ったのにレディッシュが早期に発生しやすい結果となっている。これは、図３のランプが図２よりガラスバルブ１の外径が小さく、かつ電極３３の全長Ｌが短いものであったためであるが、これらガラスバルブ１の外径や電極３３の全長Ｌも、管電流同様にクロス点Ｘの位置に影響を及ぼすものではない。

また、図４に示すように、ランプに投入する管電流を増やすほど全光束が増加するが、さらに低ガス圧のランプでは１０ｍＡ以上の管電流領域から、全光束の増加割合が増す傾向がある。この結果から、ガス圧が２５ｔｏｒｒ以下であり、電極としてニッケルを用いた冷陰極放電ランプを、１０ｍＡ以上の高電流で投入することで、明るくかつ長寿命のランプを実現することが可能となる。なお、管電流の上限は、ランプの内径によっても異なるが、およそ２５ｍＡである。

また、ガス圧が２５ｔｏｒｒ以下のランプに１０ｍＡ以上の高電流を投入する場合は、内表面積が９２ｍｍ^２以上、好適には１２５ｍｍ^２以上、最適には１４０ｍｍ^２以上のカップ状の電極３３を使用するのが望ましい。内表面積が９２ｍｍ^２である場合、８０ｍｍ^２の場合と比較して、電極温度は３〜４％下がり、ガス消耗は１５０％抑制され、さらに内表面積が１２５ｍｍ^２である場合、電極温度は１５％下がり、ガス消耗は３５０％抑制され、低ガス圧、高電流の条件でも、長寿命のランプを実現することができるためである。ただし、内表面積が大きい電極は、電極自体およびランプの製造が困難になるため、２２５ｍｍ^２以下であるのが望まれる。なお、電極３３の内表面積は、カップの内側面積と底面積の和、すなわち、側部内径×π×（全長Ｌ−底部厚み）＋（側部内径／２）^２×πにより算出するものとする。

したがって、本実施の形態では、ネオン−アルゴンの混合ガスの圧力が２５ｔｏｒｒ以下である冷陰極放電ランプにおいて、電極３３をニッケルで構成したことにより、今までの常識では良いとされていたモリブデンなどの仕事関数の低い金属材料よりも、長寿命な冷陰極放電ランプを実現することができる。また、ニッケルは加工性に優れ、かつモリブデンと比較しても４０％程度の価格であるので、ランプの需要者にとっても供給者にとってもメリットが大きく、したがって産業上大きく貢献することができる。

また、電極３３に１０ｍＡ以上の管電流を供給することにより、明るく長寿命なランプを実現することができる。また、内表面積が９２ｍｍ^２以上であるカップ状の電極３３と組み合わせることで、さらに明るく長寿命なランプを実現することができる。

１ ガラスバルブ
１１ 放電空間
２ 蛍光体層
３ 電極マウント
３１ インナーリード
３２ アウターリード
３３ 電極
３４ ビーズ

Claims (4)

1. 内部に放電空間が形成されたガラスバルブと、前記放電空間に封入された、希ガスを含む放電媒体と、前記放電空間に設けられた電極とを具備する冷陰極放電ランプにおいて、
   前記希ガスの圧力は２５ｔｏｒｒ以下であり、前記電極はニッケルで構成されていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
2. 前記希ガスはアルゴンを含む混合ガスであり、前記混合ガス中のアルゴンの圧力は６ｔｏｒｒ以下であ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. 前記電極には、１０ｍＡ以上の管電流が供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極放電ランプ。
4. 前記電極はカップ状であり、その内表面積は９２ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の冷陰極放電ランプ。

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