JP2010238511A - 蛍光ランプおよび面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、低コストで信頼性を高めたフィラメント電極を用いた熱陰極蛍光ランプおよび面光源装置を得ることができるようにする。
【解決手段】フィラメントコイルのフィラメント脚とリード線とを平行になるように接続して放電電極を得る。両者の接続は、リード線先端部に設けた切り欠き部を有する凹部内にフィラメント脚部を挿入し、それを加締めることで行う。加締めにて行うこでで溶接を行ったときに生じる結晶化などに起因する脆さが低減され、これにより接続の安定性が高めることができ得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、フィラメントコイルからなる蛍光ランプ用の電極を用いた蛍光ランプおよび、この蛍光ランプを用いた面光源装置に関するものである。

近年、液晶表示装置用のバックライトとして蛍光ランプが使用されている。例えば対角２０インチクラスの液晶表示装置においては、エッジライト型バックライトが用いられ、導光板の端面に細径の冷陰極蛍光ランプを設けている。対角３０インチクラス以上の大型液晶テレビ用バックライトでは、直下型バックライトが用いられ、複数本の冷陰極蛍光ランプが設けられている。また、一般に冷陰極蛍光ランプは薄型バックライトに適しているものの、１本あたりの光量が熱陰極蛍光ランプに比べて劣るため、熱陰極蛍光ランプを用いてバックライトに使用する蛍光ランプ数を低減したバックライトも開発されている。

一般に蛍光ランプには上記した熱陰極タイプのものと冷陰極タイプの２種類がある。熱陰極タイプのものは、陰極を加熱して熱電子を放出させる構成を有する。それ故、一般的に発光効率は高いが寿命が短い。一方、冷陰極タイプのものは、寿命は長いものの発光効率が相対的に低い。このような熱陰極タイプの蛍光ランプの電極として、フィラメントコイルを用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１の電極構造を示す概略斜視図である。特許文献１の電極構造では、二本の平行に配置されたリード線９１の夫々にフィラメントコイル９２から伸びたコイル足９３の各々をパイプ連結部９４を介して電気的な接続と固定を行っている。パイプ連結部９４は円筒状の導電性金属材料からなり、一方の端部側はコイル足９３をカシメ固定し、他方の端部側はリード線９１をカシメ固定する。これにより、管径が細くてもフィラメントコイルとリード線とが確実に接続され得るようにした電極構造が提供される。

特開２００８−１６６０７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電極構造の場合、フィラメントコイル９２にダブルフィラメントなどの多重巻きフィラメントを用いると、電極部の製造時、特にパイプ連結部とのカシメ時に小径のパイプ内径に挿入しにくいという問題があった。
さらに、挿入し易くするためにパイプ連結部９４として大径のものを用いると、蛍光ランプの管径を思ったように細くすることができない、という新たな問題もある。また、部品としてパイプが必要になるため、コストが高くなるという問題もある。

また、上記問題が生じないようにコイル足９３とリード線９１とを互いに溶接により接続することができる。しかしながら、単に溶接により接続したのでは、点灯により溶接接続部にてフィラメントコイルを構成するタングステンが再結晶を生じ易くなる。そのため、再結晶部の存在により脆くなってしまう、という問題があり、良好な熱電子放出特性を維持するのが難しい。

また、面光源装置においては狭い空間内に複数本の蛍光ランプを併設して使用するため、開放した空間で用いる場合に比べて、点灯による温度上昇により寿命が短くなり易いという問題もある。

本発明は、以上の点から、管径が細くても、フィラメントとリード線が確実に接続された蛍光ランプ用フィラメント電極を用いた蛍光ランプを安価に提供することを目的としている。また、他の目的としてフィラメントとリード線との接続の信頼性を高めた面光源装置を提供することを目的とする。

上記目的は、次の実施の態様により、達成される。
請求項１に記載の発明は、円筒状ガラス管（１１）と、前記ガラス管（１１）の端部に封止された蛍光ランプ用フィラメント電極（１３，１４）とを有し、前記電極（１３，１４）は、ニッケルもしくはニッケル合金からなる一対の平行に設けられたリード線（１４）と、一対のリード線の先端部に両端部が接続したフィラメント（１７）を有し、前記フィラメント（１７）は、コイル部（１７ａ）と上記リード線と平行な一対のフィラメント脚部（１７ｂ）を有し、前記リード線（１４）は、先端部がリード線と平行な軸方向の筒形状（１８ａ）の一部を切り欠いた（１８ｂ）形状とされ、前記フィラメント（１７）とリード線（１４）との接続は、前記筒（１８ａ）内に前記フィラメント脚部（１７ｂ）を挿入した状態で前記筒部（１８ａ）にて挟持して固定されており、前記リード線（１４）および前記フィラメント脚部（１７ｂ）は、前記ガラス管（１１）と平行方向に設けられていることを特徴とする蛍光ランプ（１０）、である。

請求項１に係る発明によれば、フィラメントを容易にリード線先端に接続することができる。また、リード線と直交する方向にフィラメントが突出しないので蛍光ランプの管径を細くすることができる。更に、接続のための溶接を行わないので溶接部が脆くなることがなく、安定した機械的および電気的な接続を図った電極を得ることができ、振動等の衝撃に強くなる。
これにより管径が細くても、フィラメントとリード線が確実に接続された蛍光ランプ用フィラメント電極を用いた蛍光ランプを提供することができる。

また、特許文献１のようにリード線先端の円筒内にフィラメントコイルを挿入する場合に比べて、筒形状の一部を切り欠いた形状とすることで切り欠いている方向からフィラメントを配置することができるため、この部分がガイドになりより容易にフィラメントとリード線を接続することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蛍光ランプ（１０）において、前記リード線（１４）は、一対のリード線（１４，１４）の先端部（１４ａ）に設けた切り欠き部（１８ｂ）が、当該リード線（１４）を含む面内において互いに反対方向を向いている、ことを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、リード線先端とフィラメントとの接続の際に仮固定を図ることが容易となり、フィラメントとリード線との接続をより確実にした蛍光ランプを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、熱陰極蛍光ランプ（１０）の複数を同一方向に並列した蛍光ランプ部（２）と、前記蛍光ランプ部（２）の背面に設けた反射面（７）と、前記蛍光ランプ部（２）の前面に設けた拡散面（９）とを有し、
前記熱陰極蛍光ランプ（１０）が、前記反射面（７）と前記拡散面（９）とで挟まれた空間内で囲われている請求項１または請求項２に記載の蛍光ランプ（１０）であることを特徴とする面光源装置（１）である。

請求項３に係る発明によれば、蛍光ランプを細径とすることができるので面光源装置を薄型とすることができ得る。また、反射面と拡散面とで囲われた空間内に蛍光ランプを設ける場合であっても、フィラメントとリード線との接続をリード線先端の筒部にて挟持することで実施しているので、熱的な信頼性を高めた面光源装置を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、管径が細くても、フィラメントとリード線が確実に接続された蛍光ランプ用フィラメント電極を用いた蛍光ランプ及び面光源装置が提供される。

図１は蛍光ランプ用の端部側を模式的に示す断面図である。 図２はリード線の先端部を示す斜視図である。 図３はフィラメントコイル部の製造方法を模式的に示す側面図である。 図４は第２次コイル体の製造方法を模式的に示す側面図である。 図５は熱陰極蛍光ランプを用いた面光源装置の全体構成を模式的に示す分解斜視図である。 図６は他の実施の形態の放電電極部を模式的に示す側面図である。 図７は他の実施の形態のリード線先端部を模式的に示す側面図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は図１は蛍光ランプ用１０の端部側を模式的に示す断面図、図２は放電電極部１３を模式的に示す斜視図である。また、図５は熱陰極蛍光ランプを用いた面光源装置の全体構成を模式的に示す分解斜視図である。面光源装置１は蛍光ランプ部２、ハウジング３、拡散板４、拡散シート５およびプリズムシート６から構成されている。

熱陰極蛍光ランプ１０は、円筒状のガラス管１１の両端が封止され、その内部に放電電極部１３が対向配置されている。一方の放電電極部１３側の熱陰極蛍光ランプ１３を図１に示している。ガラス管端部には放電電極部１３が設けられ、封止部１６を通ってそのリード線１４の一方が外部に露出している。符号１５にて示すものはリード線１４と封着するガラスビード１５で、ガラス管１１と溶着して封止する。ガラス管１１の内面には蛍光体層１２が形成されている。なお、ガラスビード１５は図１に示した球状に限るものではなく、円盤形状のボタンステムやフレアステムであっても良い。

ガラス管１１は、外径が６ｍｍの軟質ガラスからなる円筒形状であり、両端が開放した状態で、その内面に波長変換を行う蛍光体層１２を塗布形成する。ガラス管１１の両端には封止部１６が形成されガラス管１１内を気密に封止している。なお、後述する面光源装置１に取付ける際には、封止部１６に被せる図示しないキャップ部材や前記ハウジング３に設けた図示しない固定フックを介して反射面７と所定位置になるようにして取り付けを行う。

封止された内部空間１９には、水銀と、所定の封入圧とした不活性ガスとが封入されて成る。水銀は紫外線を発し前記した蛍光体層を励起する。不活性ガスはアルゴン、アルゴンとクリプトンとの混合ガス、またはアルゴンとネオン、クリプトンもしくはキセノン等の他の不活性ガスを所定割合で混合したものを用いる。混合ガスの混合割合としては例えばアルゴンを５０％、他の不活性ガスを５０％とする。また、ガス圧は例えば６００Ｐａ程度の減圧とする。

放電電極部１３は、リード線１４にダブルフィラメントタイプのフィラメント１７が接続、固定されている。フィラメント１７は、フィラメントコイル部１７ａとフィラメント脚部１７ｂを備え、フィラメント脚部１７ｂが後述する凹部１８内に挿入され、カシメにて接続、固定される。
フィラメント１７としては、他にトリプルコイルのフィラメント、あるいはスティックコイルのフィラメントを用いることができる。
フィラメント１７の材質はタングステン、レニウムタングステン（Ｗ−Ｒｅ）もしくはドープドタングステンなどのタングステン系材料を用いる。また、電子放出特性を向上させるためにフィラメント１７に電子放出物質を保持させることが好ましい。特にフィラメント１７の端部以外の巻いている箇所のフィラメント周囲にバリウム、ストロンチウムおよびカルシウムからなる酸化物粉末等からなる電子放出物質を設けるのが好適である。

リード線１４は、フィラメント１７側の端部がニッケルもしくはニッケル合金、例えばコバールの線状部材を用いる。ガラス管１１とリード線１４の熱膨張係数の違いによる影響を低減するため、中間部１４ｃの箇所においてはガラス管１１と熱膨張係数の近い素材からなるもの、例えばジメット線とし、内部空間内にはスパッタされ難い高融点金属、外部に露出する接続側端部１４ｂ側には導電性に優れた材料、などの異種材料の継線でも良い。

図１および図２に示すように、本実施形態においては各々のリード線１４，１４のガラス管内部に配置される先端部１４ａには、凹部１８を設けたノッチ形状とされる。すなわち、凹部１８はリード線１４の中間部１４ｃよりも拡径とした筒状部１８ａと、筒内部の底にあたる底部１８ｃと、筒状部１８ａの一部を欠いた形状とした切り欠き部１８ｂを備える。

フィラメント１７と凹部１８との接続について、図３を用いて放電電極部１３の製造工程の順に説明を行う。
図３（ａ）に示すようにフィラメントコイル部１７ａを設けたフィラメント１７および前記凹部１８を設けたリード線１４を用意する。凹部１８はヘッダー加工、例えば適切な金型等でリード線１４の先端部１４ａをプレスして成形するなどの公知の手法を用いて形成する。また、前記リード線１４，１４は、互いの先端部１４ａに設けた切り欠き部１８ｂが、当該リード線を含む面内において外側を向いて設けている。

その後、図３（ｂ）に示すようにフィラメント脚部１７ｂ、１７ｂをリード線１４，１４と平行になるように、各々の凹部１８、１８に配置する。配置後、凹部１８ａをフィラメント脚部１７ｂを挟むようにしてプレスにより加締める。加締めることにより電気的な接続と機械的な固定が行われる。

図４はフィラメントの取り付け方向の関係について説明する図面である。フィラメント脚部１７ｂをリード線１４に対して直交するように場合に設けた場合（図面左側）の放電電極のガラス管径方向の長さをＬ１、フィラメント脚部１７ｂをリード線１４に対して平行となるように場合に設けた場合（図面右側）の放電電極のガラス管径方向の長さをＬ２とする。フィラメントコイル部１７ａ自体の大きさを同一なものを用いた場合であってもＬ１＞Ｌ２となる。具体的には3mgのエミッタ量（焼成後重量）を確保するのには、Ｌ１の場合は8mmとする必要があったが、Ｌ２（図面右側）の構造では5mmとなる。よって、ガラス管内壁までの距離をフィラメント脚部１７ｂとリード線１４とが平行となるように設けることで細径化した蛍光ランプを得ることができる。

ところで、特に液晶表示装置用のバックライトとして用いる面光源装置においては。液晶表示装置を均一な明るさにて照らすことが求められる。よって、非発光部分となる放電電極部１３をできる限り短くすることが好ましい。そこでガラス管１１端部からフィラメントコイル部１７ａの先端までの距離を短くするためには、ガラス管１１内におけるリード線１４の長さを短くするのが有効である。しかし、封止用あるいはリード線固定用のステムやビードのガラス部材とリード線を溶着する加工において、リード線が短いほど溶着の熱の影響を受け酸化が生じ易い。酸化が生じている場合、溶着工程後に単純なプレス加工（平面状の金型でリード線の先端を挟んで平らにする方法）によりかしめの部分を成形するリード線加工を実施したのでは、表面酸化膜の多くは残存し電気的接続が取り難くなることがある。
それ故、前記凹部１８を単純プレス加工ではなく、先端部１４ａに切れ目を入れるようにして加工することが好適である。

具体的には、先端にダイヤモンドカッターにて切り溝を入れたり、圧造加工（ヘッダー加工）を施す。圧造加工（ヘッダー加工）とは凹型の金型（ダイス）に金属材料を詰めて、凸型の金型（パンチ）で押しつぶす事によって金属を加工する加工方法をいう。凸型の金型として凸Ｖ字型の金型を用いれば、Ｖ字型の溝を単純プレス加工に比べて酸化膜の残存量を減じた凹部１８を得ることができる。これによりフィラメント脚部１７ｂがかしめられる面の酸化物を殆ど無くした状態でかしめることができ、電気的接続の信頼性をより一層高めることできる。

また、特許文献１の方法でフィラメントとリード線を接続する場合には、フィラメント脚部１７ｂの外径に対してリード線先端の円筒の内径をそれほど大きくすることはできない。なぜなら、リード線先端の円筒を大きくし過ぎると蛍光ランプ管径を大きくしなければならなくなるからである。そのため、特許文献１の場合には、円筒中にフィラメント脚部を挿入する工程を、自動機で行うためには位置決めの精度を高める必要があり装置コストが高くなる。しかしながら、上記した凹部１８を設けたノッチ形状とすることで、開いている方向からフィラメント脚部を配置することができるため、開いた凹部がフィラメント脚部１７ｂの位置決めを行うガイドも兼用することになり、安価な自動機にてフィラメントとリード線の取り付けを行うことが可能となる。
さらに、フィラメント１７は細径であるため、例えば、フィラメント脚部でない部分を掴んでリード線先端に取り付けようとすると、取り付けのための移動によりフィラメント脚部の振動が起きやすく、位置決めが難しくなるが、開いた凹部がフィラメント脚部１７ｂの位置決めを行うガイドも兼用するので、フィラメント脚部１７ｂが振動している場合でも容易に取り付けを行うことができる。

また、溶接にてフィラメント脚部１７ｂとリード線先端部１４ａを接続する場合、溶接部が脆くなり、衝撃等で脱離するおそれがある。これはフィラメントの材質はタングステンまたはドープタングステンを使用していることが多く、溶接で固定すると、溶接部分とその付近のタングステンが再結晶を起こし脆くなることが原因と推察される。しかし、上記した固定方法によれば、溶接による接続・固定を行わないので、信頼性が向上し、振動、衝撃等が加わった場合でも溶接の場合に比べて安定した電気的、機械的な接続を維持することができる。

次に上記した熱陰極蛍光ランプ１０を用いたバックライトについて説明する。
図５は熱陰極蛍光ランプ１０を用いた面光源装置１の全体構成を模式的に示す分解斜視図である。面光源装置１は蛍光ランプ部２、ハウジング３、拡散板４、拡散シート５およびプリズムシート６から構成されている。

蛍光ランプ部２は複数の熱陰極蛍光ランプ１０を平行に並設したものである。蛍光ランプ部２の背面には、各々の熱陰極蛍光ランプ１０毎に該蛍光ランプから下方および側方に向かって照射された光線を蛍光ランプ部２前面（図１における紙面上方向）に反射するための反射面７が設けられている。

蛍光ランプ部２の前面側（上方）には、各熱陰極蛍光ランプ１０からの直接光および反射面７で反射された反射光などの到達した光線を拡散する拡散板４および拡散シート５を順次配設した拡散面９が設けられている。拡散板４は乳白色アクリル樹脂板からなり蛍光ランプ部２を配設する空間を覆っている。拡散シート５は、内部に微小な無機拡散材料を分散した透明樹脂からなる。両者を異なる拡散特性を有するものとすることで、面光源装置１全体の均一性を向上させている。拡散板４と拡散シート５の複数を用いることなく、単一の拡散部材にて拡散面９とすることも可能である。

また、拡散シート５の上面側には、該拡散シート５からの拡散光の向かう方向を制御するプリズムシート６が配設されている。プリズムシート６は熱陰極蛍光ランプ１０の軸方向に垂直な面で切断した切断面の、拡散シート５に対向する面の反対側の面が、夫々９０°の頂角を有す複数の連続する三角形からなるプリズム形状を呈している。プリズムシート６は、拡散面９側から入射した拡散光を上方に集めて面光源装置１の正面輝度を高めるようにするものであり、該面光源装置を液晶表示装置の直下型バックライトとして用いる場合には、図示しない液晶表示装置の正面視認性を高めることができる。

蛍光ランプ部２の背面側には、各熱陰極蛍光ランプ１０から背面側および側方に向かった光を効率的に前面側に反射するように設計された反射面７が設けられている。反射面７は、各熱陰極蛍光ランプ１０の軸方向に沿って背面側を覆うように板状のハウジング３が配設され、ハウジング３の少なくとも蛍光ランプ部２に対向する側の面に反射面７が形成されている。ハウジング３は、樹脂もしくは金属材料からなり、反射面が所定の反射配光特性を有するように形成されている。

熱陰極蛍光ランプ１０は、反射面７と拡散面９とで覆われた空間内に多数配設される。そこで、図１に示すようにフィラメント脚部１７ｂをリード線１４とが並行となる方向になるように固定し、熱陰極蛍光ランプ１０を細径にし、空間の容積を小さくしている。また、バックライトとして用いたときには、反射面７と拡散面９とで覆われた空間内にて連続点灯して使用されることが多い。この場合において、切り欠き部１８ｂを設け、カシメによりフィラメント１７とリード線１４とを接続しているので、放電電極部１３が熱せられた状態においても脆くなりにくく、安定した接合状態を維持することができるものとなり、バックライト用の熱陰極蛍光ランプとして好適である。

＜＜他の実施形態＞＞
図６は、他のフィラメント１７とリード線１４との他の接続状態を示すものである。この実施の形態においては、前記リード線は、一対のリード線１４の先端部に設けた切り欠き部１８ｂが、当該リード線１４，１４を含む面内において互いに向かいあう方向となるようにして放電電極１３を形成している。
このようにすることで、カシメを行うまでの工程間でフィラメントの弾性力を利用して仮固定ができ、作業性が向上する。

また、図７は、他の形状とした凹部２８を設けたリード線先端部１４ａとした実施形態を示す。この実施形態では筒状部の代わりに拡径した先端部１４ａに先端中心軸を含む切り溝２８ａを設けたものとしている。切り溝２８ａとすることで先端部１４ａの加工を簡易に行うことができ、総じてコストを低減することができる。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により信頼性を高めた蛍光ランプおよび面光源装置を得ることができる。
なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。例えば、フィラメントとリード線をカシメにより固定した後に、その接合部の一部を溶接により脆くならない程度に抵抗溶接を併設してもよい。

本発明は、蛍光ランプ用フィラメント電極を用いた熱陰極蛍光ランプ、および熱陰極蛍光ランプを用いたバックライトなどの機器に適用することができる。

１ 面光源装置
２ 蛍光ランプ部
３ ハウジング
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ プリズムシート
７ 反射面
８ 接合部
９ 拡散面
１０ 熱陰極蛍光ランプ
１１ ガラス管
１２ 蛍光体層
１３ 放電電極部
１４ リード線
１５ ガラスビード
１６ 封止部
１７ フィラメント
１８ 凹部
１９ 内部空間
２８ 凹部

Claims (3)

1. 円筒状ガラス管と、
   前記ガラス管の端部に封止された蛍光ランプ用フィラメント電極とを有し、
   前記電極は、ニッケルもしくはニッケル合金からなる一対の平行に設けられたリード線と、一対のリード線の先端部に両端部が接続したフィラメントを有し、
   前記フィラメントは、コイル部と上記リード線と平行な一対のフィラメント脚部を有し、
   前記リード線は、先端部がリード線と平行な軸方向の筒形状の一部を切り欠いた形状とされ、
   前記フィラメントとリード線との接続は、前記筒内に前記フィラメント脚部を挿入した状態で前記筒部にて挟持して固定されており、
   前記リード線および前記フィラメント脚部は、前記ガラス管と平行方向に設けられていることを特徴とする蛍光ランプ。
2. 前記リード線は、一対のリード線の先端部に設けた切り欠き部が、当該リード線を含む面内において互いに反対方向を向いている、ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ランプ。
3. 熱陰極蛍光ランプの複数を同一方向に並列した蛍光ランプ部と、
   前記蛍光ランプ部の背面に設けた反射面と、
   前記蛍光ランプ部の前面に設けた拡散面とを有し、
   前記熱陰極蛍光ランプが、前記反射面と前記拡散面とで挟まれた空間内で囲われている請求項１または請求項２に記載の蛍光ランプであることを特徴とする面光源装置。

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