JP2011009115A

JP2011009115A - 冷陰極放電ランプ

Info

Publication number: JP2011009115A
Application number: JP2009152617A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishiyama; 政之石山
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】封着線を用いないでも、長寿命を実現可能な冷陰極放電ランプを提供する。
【解決手段】
本発明の冷陰極放電ランプは、内部に放電空間１１が形成されたガラスバルブ１の端部に、開口側が放電空間側１を向くように金属カップ３１が配置された冷陰極放電ランプであって、金属カップ３１は封着カップ３１１と、封着カップ３１１よりも耐スパッタ性に優れた金属からなる放電カップ３１２とで構成されており、封着カップ３１１の内部には放電カップ３１２が配置され、外部にはガラスバルブ１が封着されてい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、特許文献１〜３のように、電極やリード（封着線）などからなる電極マウントを備えており、その封着線部分がガラスバルブの端部に封着された構造になっている。

このように、封着線にガラスバルブを封着する場合、ガラスとの密着性を安定させるには、封着線の長さは最低でも２ｍｍ以上必要である。が、封着線は発光に寄与しない部分であるため、封着線にガラスバルブを封着すると非発光領域が長くなるという問題がある。

そこで、特許文献４のように、電極として作用する部分に直接ガラスバルブを封着する発明が提案されている。

国際公開第２００９／０３７８８３号パンフレット特許第４２１４４８６号特開２００５−２５１６２６号公報特開２００２−４２７２４号公報

しかしながら、特許文献４のような冷陰極放電ランプにおいて、短時間で寿命となる問題が生じている。これは、この種のランプでは、電極にガラスに封着可能な材料、例えばコバールなどを用いる必要があるが、このような材料は一般に電極には適さないスパッタしやすい材料であるため、スパッタによりガスが消耗したり、電極に穴が空いたりすることが原因である。

本発明の目的は、封着線を用いないでも、長寿命を実現可能な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バルブの端部に、開口側が前記放電空間側を向くように金属カップが配置された冷陰極放電ランプであって、前記金属カップは封着カップと、前記封着カップよりも耐スパッタ性に優れた金属からなる放電カップとで構成されており、前記封着カップの内部には前記放電カップが配置され、外部には前記バルブが封着されていることを特徴とする。

本発明によれば、封着線を用いないでも、長寿命を実現することができる。

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。図１の一点鎖線で囲ったＸの範囲について説明するための図。本発明の第２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。実施例のランプと従来例のランプの寿命中におけるランプ光量維持率の変化について説明するための図。実施例のランプと従来例のランプの寿命中におけるスパッタ量について説明するための図。カップ状金属の変形例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、図２は図１の一点鎖線で囲ったＸの範囲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、硬質ガラスや軟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。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、金属カップ３１およびアウターリード３２で構成されている。

金属カップ３１は、封着カップ３１１と放電カップ３１２とで構成されている。

封着カップ３１１は、金属のカップであり、その外側面にはガラスバルブ１が封着される。この封着カップ３１１としては、ガラスバルブ１との封着に適した材料、例えば、コバール（ニッケル、コバルト、鉄の合金）や鉄ニッケル合金、モリブデン、タングステンなどを使用することができる。

放電カップ３１２は、金属のカップであり、封着カップ３１１の内部に密着するように配置される。この放電カップ３１２としては、封着カップ３１１よりもスパッタしにくい、いわゆる耐スパッタ性に優れる仕事関数の低い材料、例えばニッケル、モリブデン、タングステン、ニオブなどを使用することができる。

アウターリード３２は、ランプ軸に沿って外部空間方向に延出する金属線であり、金属カップ３１に接続されている。これらの接続は、封着カップ３１１にアウターリード３２を溶接することにより行われており、その溶接箇所には接合部３３が形成されている。なお、アウターリード３２としては、例えばジュメット線を使用することができる。

ここで、金属カップ３１について、さらに詳しく説明する。
金属カップ３１は、異種の金属を張り合わせた、いわゆるクラッド構造を呈しており、封着カップ３１１の外表面での放電の発生を抑制すべく、ガラスバルブ１の内表面と封着カップ３１１の外表面との距離Ｄ１が０．３ｍｍ以下となるようにガラスバルブ１の端部に封着されている。この金属カップ３１は、封着カップ３１１の側部の厚みをＴ１（ｍｍ）、放電カップ３１２の側部の厚みをＴ２（ｍｍ）、熱膨張係数をα１（×１０^−７／℃）、放電カップ３１２の熱膨張係数をα２（×１０^−７／℃）、ガラスバルブ１の熱膨張係数をα３（×１０^−７／℃）としたとき、α３−５≦α１×（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））＋α２×（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））≦α３＋５を満たすように構成するのが望ましい。これは、金属カップ３１が径方向に熱膨張等したときに、ガラスバルブ１との間にクラックが発生するのを抑制するためである。ただし、長寿命を実現することを考慮すると、厚さＴ２を０．０５ｍｍ以上、さらには０．１ｍｍ以上維持しながら、上記関係式を満たすように構成するのが望ましい。

本実施の形態のような金属カップ３１は、封着カップを構成する材料と放電カップを構成する材料を圧延して板状のクラッド構造としたのち、カップ状にプレス加工することで製造することができる。

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；軟質ガラス製、全長＝８３３．５ｍｍ、外径＝４．０ｍｍ、内径＝３．０ｍｍ、肉厚＝０．５ｍｍ、熱膨張係数α３＝９２×１０^−７／℃、
放電媒体；水銀、ネオン８０％とアルゴン２０％の混合ガス＝３０ｔｏｒｒ、
蛍光体層２；ＲＧＢ蛍光体で構成、
金属カップ３１；管軸方向長さ＝１０ｍｍ、外径＝２．７ｍｍ、内径＝２．３ｍｍ、距離Ｄ１＝０．１５ｍｍ、
封着カップ３１１；コバール製、厚みＴ１＝０．１ｍｍ、熱膨張係数α１＝５３×１０^−７／℃、
放電カップ３１２；ニッケル製、厚みＴ２＝厚みＴ３＝０．１ｍｍ、熱膨張係数α２＝１４０×１０^−７／℃、
α１×（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））＋α２×（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））＝９６．５×１０^−７／℃、
アウターリード３２；ジュメット製、直径＝０．６ｍｍ。

この実施例のランプと特許文献４のようなランプ（従来例）について、寿命中のランプ光量維持率の変化を測定した。その結果を図３に示す。

図からわかるように、約２０００時間までは実施例も従来例もランプ光量維持率に大差ない。が、それ以降は実施例の方が良好となり、５０００時間になると従来例は不灯に至っている。これは、図４に示すように、従来例のランプは、実施例のランプと比較して電極のスパッタが激しいことが関係しており、つまり従来例のランプはスパッタリングによるガス消耗や穴あきによって不灯に至ったと考えられる。また、電極マウントが電極−封着線−アウターリードで構成された従来の冷陰極放電ランプと、実施例のランプについて、ランプの無効発光長を比較した結果、実施例の方が片側だけで１．５ｍｍ程度短いことがわかった。

また、この実施例のランプにおいて、封着カップ３１１の厚みＴ１と放電カップ３１２の厚みＴ２を変化させたときのクラック発生状況について試験した。その結果、金属カップ３１における封着カップ３１１の厚さの割合が０．５〜０．６（＝放電カップ３１２の厚さの割合が０．５〜０．４）であれば、ランプ径方向への熱膨張によるクラックが発生しにくいことがわかった。同様に、ガラスバルブ１に熱膨張係数α３＝５１×１０^−７／℃であるホウ珪酸ガラス、封着カップ３１１に熱膨張係数α１＝４３×１０^−７／℃であるタングステンを用いた場合には、封着カップ３１１の厚さの割合が０．８５〜０．９５（＝放電カップ３１２の厚さの割合が０．１５〜０．０５）であれば、クラックが発生しにくいことがわかった。

この結果から、封着カップ３１１の熱膨張係数α１×その厚さの割合＋放電カップ３１２の熱膨張係数α２×その厚さの割合で算出される放電カップ３１の熱膨張係数が、ガラスバルブ１の熱膨張係数に対して±５×１０^−７／℃であれば、点灯などによりガラスバルブ１と金属カップ３１が径方向に熱膨張等しても問題ないといえる。つまり、α３−５≦α１×（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））＋α２×（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））≦α３＋５を満たすように、金属カップ３１の材料や厚みを設計するのが望ましい。

したがって、本実施の形態では、金属カップ３１を封着カップ３１１と、封着カップ３１１よりも耐スパッタ性に優れた金属からなる放電カップ３１２とで構成したクラッド構造とし、封着カップ３１１の内部には放電カップ３１２を配置し、外部にはガラスバルブ１を封着したことにより、封着線を用いないでも、長寿命を実現可能な冷陰極放電ランプを提供することができる。

その際、封着カップ３１１の側部の厚みをＴ１（ｍｍ）、放電カップ３１２の側部の厚みをＴ２（ｍｍ）、封着カップ３１１の熱膨張係数をα１（×１０^−７／℃）、放電カップ３１２の熱膨張係数をα２（×１０^−７／℃）、ガラスバルブ１の熱膨張係数をα３（×１０^−７／℃）としたとき、α３−５≦α１×（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））＋α２×（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））≦α３＋５を満たすクラッド構造であることにより、金属カップ３１の径方向の熱膨張等によるクラックを抑制できるため、長寿命な冷陰極放電ランプを提供することができる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２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。これ以降の実施の形態の各部については、第１の実施の形態の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

第２の実施の形態では、封着カップ３１１の内側面と放電カップ３１２の外側面との間隔をＤ２（ｍｍ）としたとき、Ｄ２≦０．３となるように、封着カップ３１１と放電カップ３１２の底部同士を接続してなる金属カップ３１を使用している。この実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、封着カップ３１１と放電カップ３１２の接続は、抵抗溶接やレーザー溶接により行うことができる。

また、この実施の形態では、封着カップ３１１の内表面での放電の発生を抑制するため、放電カップ３１２の先端部を封着カップ３１１の先端部から突出させないのが望ましい。さらには、封着カップ３１１の全長をＬ１、封着カップ３１１におけるガラスバルブ１の封着長をＬ２としたとき、１．１×Ｌ２≦Ｌ１≦１．３×Ｌ２（Ｌ１＝１．２×Ｌ２が最適）を満たすようにすることで、封着カップ３１１の放電を抑制しつつ、ガラスバルブ１の封着を安定して行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。

ガラスバルブ１の封着は、封着カップ３１１の外側面のみに限らず、接合部３３に接触しない限りは底部の一部にもガラスバルブ１を封着するようにしてもよい。

ガラスバルブ１と封着カップ３１１の接触部分に、ガラスビーズを形成したり、ブラスト加工して表面を粗面化したりするなどにより、封着カップ３１１とガラスバルブ１の封着性を向上させてもよい。

金属カップ３１は、封着カップ３１１と放電カップ３１２の２パーツに限らず、さらに他のカップを介在させるクラッド構造であっても良い。

放電カップ３１２は、その側部〜底部にかけての形状を曲面状に形成してもよい。これにより、側部〜底部において放電集中が発生しにくくなり、局所的な電極消耗を回避できようになるため、底部付近に穴があいてガスがリークするなどの不具合の発生を抑制することができる。

第２の実施の形態においては、図６のように、放電カップ３１２の先端を開口が大きくなるように広げてもよい。この場合、その先端が封着部３１１への放電の回りこみを抑制するため、封着部３１１での放電発生を抑制することができる。

図２のように、ガラスバルブ１を封着カップ３１１の外側面のみ、すなわち封着カップ３１１の底部および底部が位置する外側面にはガラスバルブ１を封着しない場合には、底部における放電カップ３１２の熱膨張の影響がなくなるため、底部の穴あきを防止すべく、底部の厚みＴ３を側部の厚みＴ２よりも大きくしてもよい。その際、Ｔ３≧１．２×Ｔ２（ただし上限は、２．５×Ｔ２≧Ｔ３）にすると好適である。

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金属カップ
３１１封着カップ
３１２放電カップ

Claims

内部に放電空間が形成されたバルブの端部に、開口側が前記放電空間側を向くように金属カップが配置された冷陰極放電ランプであって、
前記金属カップは封着カップと、前記封着カップよりも耐スパッタ性に優れた金属からなる放電カップとで構成されており、
前記封着カップの内部には前記放電カップが配置され、外部には前記バルブが封着されていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
前記金属カップは、前記封着カップの側部の厚みをＴ１（ｍｍ）、前記放電カップの側部の厚みをＴ２（ｍｍ）、前記封着カップの熱膨張係数をα１（×１０^−７／℃）、前記放電カップの熱膨張係数をα２（×１０^−７／℃）、前記バルブの熱膨張係数をα３（×１０^−７／℃）としたとき、α３−５≦α１×（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））＋α２×（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））≦α３＋５を満たすクラッド構造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。
前記金属カップは、前記封着カップの内側面と前記放電カップの外側面が０．３ｍｍ以下の間隔となるように、前記封着カップと前記放電カップの底部同士が接続されてな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。