JP2011029001A

JP2011029001A - 冷陰極蛍光放電灯

Info

Publication number: JP2011029001A
Application number: JP2009173657A
Authority: JP
Inventors: Masato Shibuya; 昌人澁谷; Kazuo Sugihara; 一男杉原
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】電極において金属単体及び合金よりもスパッタリングで摩耗し難い、冷陰極蛍光放電灯を提供する。
【解決手段】冷陰極蛍光放電灯１は、ガラス管４と電極部品２を備えている。電極部品２はリード３と電子放出機能を有する導電性ガラス電極６とビーズ状封止部７とから成る。リード３は導電性ガラス電極６に対して電気的及び機械的に結合されている。ガラス管４はビーズ状封止部７に溶着されている。導電性ガラス電極６は円柱形状、又はカップ形状、又は凸部を有する形状、又は球形状に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極蛍光放電灯即ちＣＣＦＬ（Cold‐Cathode Fluorescent Lamp）に関する。

ＴＶモニター、パソコン等の液晶表示装置のバックライト光源として使用する冷陰極蛍光放電灯（ＣＣＦＬ）は、例えば特開２００７−２３４５５１号公報（特許文献１）等で公知である。この種の冷陰極蛍光放電灯は、鉄、ニッケル、アルミニウム・ジルコニウム合金等の金属から成る対のカップ状金属電極と、該対の電極を包囲し且つＡｒ等の希ガス（レアガス）と水銀が封入された円筒状のガラス管と、このガラス管の内壁に形成された蛍光体層と、ガラス管の軸方向外側に導出された対のリードとから成る。なお、冷陰極蛍光放電灯の電極として、カップ状金属電極の他にカップ状金属電極の上にこれよりも電子放出性能が高いBa又はCs等を含む電子放出物質膜を設けたものが知られている。

特開２００７−２３４５５１号公報

ところで、金属のみで構成された電極は、電子の衝撃作用（スパッタリング）によって摩耗する。そこで、本発明の目的は、電極の摩耗を抑制し、寿命を向上させることができる冷陰極蛍光放電灯を提供することである。

本発明に従う冷陰極蛍光放電灯は、電子放出機能を有している導電性ガラスから成る電極と、前記電極を収容しているガラス管と、前記ガラス管の端部を封止している封止部と、前記封止部を介して前記電極に接続された外部接続導体とを備えている。

なお、請求項２に示すように、導電性ガラスはバナジン酸塩ガラス（バナジウム酸塩を主成分とするガラス）から成ることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記電極は円柱形状、又はカップ形状、又は凸部（例えば円柱状凸部、又は円錐形凸部、又は円錐台形凸部）を有する形状、又は球形状、又はたる形状に形成されていることが望ましい。

本願の発明に従う冷陰極蛍光放電灯の電極は、電子の衝撃作用（スパッタリング）による摩耗が金属単体及び合金よりも少ない性質を有する。従って、本発明によれば冷陰極蛍光放電灯の電極寿命を、従来のカップ状の金属電極よりも大幅に長くすることが可能になる。

図１は実施例１の冷陰極蛍光放電灯を示す一部切り欠き断面図である。図２は図１の電極部品を示す正面図である。図３は図２の電極部品の一部を示す斜視図である。図４は実施例２の電極部品の一部を示す断面図である。図５は実施例３の電極部品の一部を示す断面図である。図６は実施例４の電極部品の一部を示す断面図である。図７は実施例５の電極部品の一部を示す断面図である。図８は実施例６の電極部品の一部を示す断面図である。図９は実施例７の電極部品の一部を示す断面図である。

次に、図面を参照して本発明の実施形態に従う冷陰極蛍光放電灯を説明する。

実施例１に従う冷陰極蛍光放電灯１即ちＣＣＦＬは、図１に示すように対の電極部品２と、Ａｒ等の希ガス（レアガス）と水銀が封入された円筒状のガラス管４と、このガラス管４の内壁に形成された蛍光体層５とを備えている。電極部品２は、外部接続導体としてのリード３と本発明に従う導電性ガラス電極６とガラスビーズ（球状ガラス）封止部７との組立体から成る。

電極部品２のガラスビーズから成る封止部７は、ガラス管４に溶着可能なガラス（例えばガラス管と同一のホウケイ酸ガラス）で球状に形成され、且つガラス管４に挿入可能な直径（例えば２．０ｍｍ）を有し、リード３のストッパ部３０に隣接配置されている。このガラスビーズから成る封止部７はガラス管４の端部４１に溶着され、放電ガスの漏れが生じないように気密的にガラス管４を閉塞している。

なお、ガラスビーズから成る封止部７の径を大きくしてガラス管４の端部４１を屈曲させない形状にすることもできる。
また、ガラスビーズから成る封止部７を楕円形（タル形状）等に変形できる。

外部接続導体としてのリード３は、導電性ガラス電極６及び封止部７の膨張係数に近い膨張係数を有する材料（例えば、５０％のＦｅと５０％のＮｉとから成る合金）で棒状に形成されている。このリード３は封止部７を貫通し且つ導電性ガラス電極６に電気的及び機械的に結合されている。即ち、導電性ガラス電極６は、リード３の一端３１を包むように形成され、両者が電気的及び機械的に結合されている。
なお、リード３の全体を同一材料で形成せずに異なる材料の組み合わせで形成することができる。例えば、電極６に挿入される先端部３１を電極６と熱膨張係数の差が小さい材料（例えばＦｅ−Ｎｉ合金）で形成し、封止部７と接合する部分を封止部７と熱膨張係数の差が小さい材料（例えばタングステンやコバール又はフェルニコと呼ばれているFe-Ni-Co系合金）で形成し、これら以外の部分を例えばＮｉＭｎで形成することができる。

導電性ガラス電極６は、電子放出機能を有し且つ金属単体（例えば鉄、ニッケル、アルミニウム）及び合金（例えばアルミニウム・ジルコニウム合金）よりもスパッタリングで摩耗し難い導電性ガラスで円柱状に形成されている。この実施例の導電性ガラス電極６は、バナジン酸塩ガラス（バナジン酸塩を含有するガラス）から成る。バナジン酸塩ガラスは、特開２００３−３４５４８号公報等で公知のものであって、バナジウム、バリウム及び鉄を主成分として含む酸化物系ガラス組成物から成り、導電性を有している。この実施例のバナジン酸塩ガラスは、バナジウム酸化物（V₂O₅）５０〜９０モル％、バリウム酸化物（BaO）５〜３５モル％、及び鉄酸化物（Fe₂O₃）５〜１５モル％からなり、１０^-4〜１０^-1S/cmの電気伝導度を有する。
なお、導電性ガラス電極６は、バナジン酸塩ガラス以外の、例えば、特開2006-151793号公報に開示されているP₂O₅系電子伝導性ガラス等の導電性ガラスで形成することもできる。

導電性ガラス電極６は、導電性ガラスの原料混合物を加熱溶融し、所望の型に注入することによって形成されている。この時、リード３の先端部３１が導電性ガラス電極６で包囲されるように導電性ガラス材料を型に注入する。これにより、リード３と導電性ガラス電極６との結合が達成される。
なお、型を使用して導電性ガラス電極６を形成する代りに、ダイヤモンドカッター又はレーザー加工装置又はFIB（Focused Ion Beam、集束イオンビーム）加工装置等を使用して導電性ガラスを所望形状に加工することによって導電性ガラス電極６を得ることもできる。
また、リード３が予め結合された導電性ガラスを所望電極形状に加工することができる。
また、リード３の挿入穴を有する導電性ガラス電極をレーザー加工等で形成し、次に挿入穴にリード３の先端３１を挿入し、溶着又は導電性接合材でリード３を導電性ガラス電極６に結合することができる。

図２の電極部品２の各部の寸法を例示すると、電極６の径φは約２ｍｍ、長さＬ１は約２．５ｍｍ、リード３の電極６への挿入長Ｌ２は約１ｍｍ、電極６と封止部７との間隔Ｌ３は約４．５ｍｍである。

電極部品２の封止部７で対の端部４１がそれぞれ封止された円筒状ガラス管４は、例えば、非導電性を有する周知のホウケイ酸ガラスで形成され、この内部で発生した光を外部に取り出すことができるように光透過性を有している。この実施例における円筒状ガラス管４の内径は３．０ｍｍ、外形は４．０ｍｍ、長さは１０００ｍｍである。

図１の放電灯１を製作する時には、図２に示すようにリード３と導電性ガラス電極６と封止部７とから成る電極部品２と、内面に蛍光体５が塗布されたガラス管４とを用意する。次にガラス管４内に電極部品２の導電性ガラス電極６と封止部７を挿入する。次に、ガラス管４内に所望のガス（例えばＡｒ等の希ガスと水銀）を封入する。しかる後、ガラス管４を封止部７に溶着する。

完成した放電灯１の対のリード３間に１０００Ｖの電圧を印加した時の発光強度は３００００カンデラ／ｍ²であり、導電性ガラス部品２の電極部６が放電電極として機能していることが確認された。

本実施例は次の効果を有する。
（１）冷陰極蛍光放電灯１の電極６は、金属単体及び合金よりもスパッタリングで摩耗し難い導電性ガラス（バナジン酸塩ガラス）から成る。従って、冷陰極蛍光放電灯１の点灯中におけるスパッタリングによる電極６の摩耗が少なく、冷陰極蛍光放電灯の電極６の寿命を、従来のカップ状の金属電極よりも大幅に長くすることが可能になる。
（２）電極６は導電性ガラス材料を型に注入することにより形成され且つこれと同時にリード３と導電性ガラス電極６との結合が達成されている。従って、導電性ガラス電極６の形成及び導電性ガラス電極６とリード３との結合を容易に達成することができる。

次に実施例２に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ａを、図４を参照して説明する。但し、図４において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例２に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ａを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ａは、図１〜図３の導電性ガラス電極６の先端面に凹部６１を設けた他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。凹部６１は深さが１．０ｍｍ、径が１．０ｍｍの穴からなり、円柱状の導電性ガラス電極６ａの先端面の中心から軸方向に延びている。
この実施例２に従う放電灯によっても、実施例１の上記（１）（２）と同様な効果を得ることができる。また、凹部６１を設けたことにより、実施例２の導電性ガラス電極６ａの放電に寄与する露出表面積を、実施例１の導電性ガラス電極６の放電に寄与する露出表面積よりも大きくすることができる。また、凹部６１を設けたことにより、２次電子放出効率を向上させることができる。即ち、フォロー効果により、２次電子放出効率を向上できる。また、２次電子放出の多くは凹面６１の内表面で生じるため、電極６ａの外周面とこれを囲むガラス管４との間で生じる沿面放電を抑制し、沿面放電によるロスが低減できる。

次に実施例３に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ｂを、図５を参照して説明する。但し、図５において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例３に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ｂを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ｂは、図１〜図３の導電性ガラス電極６の先端面に凹部６２を設けた他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。図５の凹部６２の深さ及び径は図４の凹部６１の深さ及び径よりも大きく設定されている。従って、図５の導電性ガラス電極６ｂは、全体としてカップ状に形成されている。
この実施例３の導電性ガラス電極６ｂは実施例２の導電性ガラス電極６ａと同様な効果を有し、更に放電に寄与する露出表面積を導電性ガラス電極６ａの放電に寄与する露出表面積よりもよりも大きくすることができるという効果を有する。

次に実施例４に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ｃを、図６を参照して説明する。但し、図６において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例４に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ｃを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ｃは、図１〜図３の導電性ガラス電極６とほぼ同一形状の円柱状本体部６´の先端面に凸部（突出部）６３を設けた他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。
凸部６３は高さが１．０ｍｍ、径が１．０ｍｍの円柱部からなり、円柱状本体部６´の右端面の中心からリード３と反対の軸方向に延びている。凸部６３の先端面は、この中心がガラス管４の中心に一致するように形成されている。
この実施例４に従う放電灯によっても、実施例１の上記（１）（２）と同様な効果を得ることができる。また、凸部６３を設けることにより、実施例４の導電性ガラス電極６ｃの放電に寄与する露出表面積を、実施例１の導電性ガラス電極６の放電に寄与する露出表面積よりも大きくすることができる。また、ガラス管４の中に最も突出している凸部６３の先端が放電起点（放電開始点）となる。凸部６３の先端の面積は、円柱状本体部６´の右端面の面積よりも小さいので、図１〜図３の円柱状導電性ガラス電極６に比べて放電起点が安定化（固定化）される。

次に実施例５に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ｄを、図７を参照して説明する。但し、図７において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例５に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ｄを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ｄは、球面６４を有する球形状に形成されている他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。リード３は球状の導電性ガラス電極６ｄの中心に向って延びている。
この実施例５に従う放電灯によっても、実施例１の上記（１）（２）と同様な効果を得ることができる。また、リード３と反対側の導電性ガラス電極６ｄの球面６４上の点がガラス管４の中に最も突出し、ここが放電起点（放電開始点）となる。従って、図７の実施例５に従う球状の導電性ガラス電極６ｄは、図１〜図３の円柱状導電性ガラス電極６に比べて放電起点が安定化（固定化）される。
また、導電性ガラス電極６ｄは球状に形成され、辺部、角部を有さないため、図１〜図６の電極６，６ａ、６ｂ、６ｃ、及び後述する図８及び図９の電極６ｅ、６ｆで生じるおそれのある電子の衝撃作用（スパッタリング）によって電極の辺部、角部へ応力が集中し、ここが破壊するという問題が生じ難い。

次に実施例６に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ｅを、図８を参照して説明する。但し、図８において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例６に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ｅを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ｅは、図１〜図３の導電性ガラス電極６とほぼ同一の円柱形状の本体部６´の右端面に円錐形状突出部６５を設けた他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。
円錐形状突出部６５は本体部６´の右端面と同一径の底面を有してリード３と反対側に突出し、ガラス管４の中心にほぼ一致するように形成された先端を有する。ガラス管４内に最も突出する円錐形状突出部６５の先端は放電起点（放電開始点）となるので、放電起点（放電開始点）を安定化（固定化）させることができる。
なお、この実施例６に従う放電灯によっても、実施例１の上記（１）（２）と同様な効果を得ることができ、更に、図４〜図６の実施例と同様に導電性ガラス電極６ｅの放電に寄与する露出表面積を、実施例１の導電性ガラス電極６よりも大きくすることができる。

次に実施例７に従う冷陰極蛍光放電灯の導電性ガラス電極６ｆを、図９を参照して説明する。但し、図９において、実施例１を示す図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例７に従う冷陰極蛍光放電灯は、変形された導電性ガラス電極６ｆを有する他は図１の冷陰極蛍光放電灯１と同一に形成されている。変形された導電性ガラス電極６ｆは、図１〜図３の導電性ガラス電極６とほぼ同一の円柱形状の本体部６´の端面に円錐形状突出部６６を設けた他は図１〜図３の導電性ガラス電極６と同一に形成されている。
図９の円錐形状突出部６６は、本体部６´の右端面よりも小さい底面を有してリード３と反対側に突出し、ガラス管４の中心にほぼ一致するように形成された先端を有する。ガラス管４内に最も突出する円錐形状突出部６６の先端は放電起点（放電開始点）となるので、放電起点（放電開始点）を安定化（固定化）させることができる。
なお、この実施例７に従う放電灯によっても、実施例１の上記（１）（２）と同様な効果を得ることができ、更に、図４〜図６の実施例と同様に導電性ガラス電極６ｅの放電に寄与する露出表面積を、実施例１の導電性ガラス電極６よりも大きくすることができる。

本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、例えば、次の変形が可能なものである。
（１）ガラス管４の寸法、材料の変更に合わせて、電極部品２を変形することができる。
（２）ガラス管４に封入される放電用ガスを、例えばＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，及びＸｅから選択された１つ又は複数とすることができる。また、ガラス管４に封入されている水銀ガスを省くことができる。
（３）図４では１つの凹部６１が設けられているが、導電性ガラス電極６ａの先端面に複数個の凹部を設けることができる。
（４）図６では１つの凸部６３が設けられているが、導電性ガラス電極６ｃの先端面に複数個の凸部を設けることができる。
（５）図７の導電性ガラス電極６ｄを楕円形の横断面を有するように変形することができる。
（６）図８、図９の導電性ガラス電極６ｅ，６ｆを円錐台形に変形することができる。
（７）図８、図９の導電性ガラス電極６ｅ，６ｆの側面を内側又は外側に湾曲した面に変形することができる。
（８）図６の凸部６３を半球状に変形することができる。
（９）図６の凸部６３の右端面に円錐形部分又は円錐台形部分を付加し、放電起点（放電開始点）を安定化（固定化）させることができる。
（１０）各実施例及び変形例において、導電性ガラス電極の表面に、好ましくは導電性ガラスよりも電子放出し易い電子放出物質を被着（好ましくは塗布して乾燥し、焼き付け、又は蒸着）することができる。この電子放出物質として例えばCｓやBaを含む化合物等を使用することができる。

１冷陰極蛍光放電灯
２電極部品
３リード
６電極
７封止部

Claims

電子放出機能を有している導電性ガラスから成る電極と、
前記電極を収容しているガラス管と、
前記ガラス管の端部を封止している封止部と、
前記封止部を介して前記電極に接続された外部接続導体と、
を備えていることを特徴とする冷陰極蛍光放電灯。
導電性ガラスはバナジン酸塩ガラスから成ることを特徴とする請求項１記載の冷陰極蛍光放電灯。
前記電極は、円柱形状、又はカップ形状、又は凸部を有する形状、又は球形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷陰極蛍光放電灯。